JP3326655B2 - Current resonant switching power supply - Google Patents

Current resonant switching power supply

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JP3326655B2
JP3326655B2 JP25972194A JP25972194A JP3326655B2 JP 3326655 B2 JP3326655 B2 JP 3326655B2 JP 25972194 A JP25972194 A JP 25972194A JP 25972194 A JP25972194 A JP 25972194A JP 3326655 B2 JP3326655 B2 JP 3326655B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はスイッチング電源回路に
係わり、特に電源の力率及び電圧変動率を改善した電流
共振型のスイッチング電源回路に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a switching power supply circuit and, more particularly, to a current resonance type switching power supply circuit having improved power factor and voltage fluctuation rate of a power supply.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、高周波の比較的大きい電圧及び電
流に耐えることができるスイッチング素子の開発によっ
て商用電源を整流して所望の直流電圧を得る電源装置と
しては、大部分がスイッチング方式の電源装置になって
いる。スイッチング電源はスイッチング周波数を高くす
ることによりトランスその他のデバイスを小型にすると
共に、大電力のDC−DCコンバータとして各種の電子
機器の電源として使用される。
2. Description of the Related Art In recent years, as a power supply device for obtaining a desired DC voltage by rectifying a commercial power supply by developing a switching element capable of withstanding a relatively large voltage and current of a high frequency, a switching type power supply device is mostly used. It has become. The switching power supply is used as a power supply for various electronic devices as a high power DC-DC converter while increasing the switching frequency to reduce the size of a transformer and other devices.

【0003】ところで一般に商用電源を整流すると、平
滑回路に流れる電流は歪み波形になるため、電源の利用
効率を示す力率が損なわれるという問題が生じる。ま
た、歪み電流波形となることによって発生する高調波を
抑圧するための対策が必要とされている。
In general, when a commercial power supply is rectified, the current flowing through the smoothing circuit has a distorted waveform, which causes a problem that the power factor indicating the efficiency of use of the power supply is impaired. Further, there is a need for a measure for suppressing harmonics generated due to the distorted current waveform.

【0004】電源の力率を改善するためには、例えば図
6に示すようにチョークインプット方式の整流回路を使
用すること知られている。この電源回路は商用電源AC
をコモンドフィルタCMCを介してブリッジ整流回路D
1に供給し、その整流出力をチョークコイルLを介して
平滑用のコンデンサCiに充電するようにしている。Q
1、Q2は直列に接続されているスイッチングトランジ
スタで、その中間点からドライブトランスPRTの1次
巻線ND、共振コンデンサC1を介して出力用の絶縁ト
ランスPITの1次巻線N1に電流を流すようにする。
そして、絶縁トランスの2次巻線N2の出力を整流ダイ
オードD0で整流して直流出力E0を得る。
In order to improve the power factor of a power supply, it is known to use a rectifier circuit of a choke input type as shown in FIG. This power supply circuit is a commercial power supply AC
Rectifier circuit D via common filter CMC
1 and the rectified output is charged to a smoothing capacitor Ci via a choke coil L. Q
Reference numerals 1 and Q2 denote switching transistors connected in series, and a current flows from an intermediate point to the primary winding N1 of the output isolation transformer PIT via the primary winding ND of the drive transformer PRT and the resonance capacitor C1. To do.
Then, the output of the secondary winding N2 of the insulating transformer is rectified by the rectifier diode D0 to obtain a DC output E0.

【0005】ドライブトランスPRTは制御巻線NCを
有する直交型のトランスとされ、その2次巻線NB、N
Bから前記スイッチングトランジスタをオン/オフする
駆動信号を形成する。このドライブトランスPRTの制
御巻線NCには前記出力電圧E0が制御回路を介して供
給され、この電圧でドライブトランスPRTの磁気特性
を変化させることによってスイッチング周波数を制御し
ている。つまり、直流出力E0が低くなると、スイッチ
ング周波数が共振コンデンサC1と絶縁トランスPIT
のリーケージインダクタンスより形成される共振周波数
に近づくように制御(アッパサイド制御)し、出力電圧
が一定になるようにしている。なお、RB、CBは駆動
信号のレベルを設定するインピーダンス、D2、D3は
ダンパーダイオードを示す。
The drive transformer PRT is an orthogonal transformer having a control winding NC, and its secondary windings NB, N
A drive signal for turning on / off the switching transistor is formed from B. The output voltage E0 is supplied to the control winding NC of the drive transformer PRT via a control circuit, and the switching frequency is controlled by changing the magnetic characteristics of the drive transformer PRT with this voltage. That is, when the DC output E0 becomes low, the switching frequency becomes higher than the resonance capacitor C1
(Upper side control) so that the output voltage becomes constant. Note that RB and CB denote impedances for setting the level of the drive signal, and D2 and D3 denote damper diodes.

【0006】このようなスイッチング電源は、チョーク
コイルLによって充電電流の歪み波形が抑圧され、高調
波歪みを除去する回路としては最も簡単であり、電磁ノ
イズを抑圧する対策(EMI)の上でも好ましいが、こ
の方式はチョークコイルとして商用電源周波数に対応す
る大きなインピーダンスを呈するインダクタが必要にな
り、電子機器の小型化を阻害すると共に、コストアップ
を招くことになる。
[0006] Such a switching power supply is the simplest circuit as a circuit for removing the harmonic distortion by suppressing the distortion waveform of the charging current by the choke coil L, and is also preferable in terms of measures (EMI) for suppressing electromagnetic noise. However, this method requires an inductor having a large impedance corresponding to the frequency of a commercial power supply as a choke coil, which hinders miniaturization of an electronic device and causes an increase in cost.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】そこで、整流回路の出
力を直接断続してスイッチング電源を動作させるコンデ
ンサレス方式や、整流回路の出力を高周波で断続して歪
み電流波形を改善するアクティブフィルタ、又は部分整
流方式の平滑回路が使用されている。コンデンサレス方
式はスイッチング電源を駆動する電源用の平滑コンデン
サが省略(小さい値のコンデンサを付ける)されたもの
であって、力率の改善効果は高いが商用電源の周波数の
2倍のリップル電圧が2次側の出力に重畳されレギュレ
ーションが悪くなると共に、入力電圧の瞬断に耐えるこ
とが困難で大容量の電源装置として使用することができ
ない。また、部分平滑回路はコンデンサの充電電流をス
イッチングして整流素子の導通角を広げるものである
が、そのために平滑コンデンサのリップル電圧が高くな
り、後続するスイッチング電源のレギュレーションが劣
化するという問題がある。
Accordingly, a capacitorless system in which the output of the rectifier circuit is directly interrupted to operate the switching power supply, an active filter in which the output of the rectifier circuit is interrupted at a high frequency to improve the distortion current waveform, or A partial rectification type smoothing circuit is used. In the capacitorless method, a smoothing capacitor for a power supply for driving a switching power supply is omitted (a capacitor with a small value is attached), and the effect of improving a power factor is high, but a ripple voltage twice as high as the frequency of a commercial power supply is obtained. It is superimposed on the output of the secondary side and the regulation is deteriorated, and it is difficult to withstand instantaneous interruption of the input voltage, so that it cannot be used as a large capacity power supply device. In addition, the partial smoothing circuit switches the charging current of the capacitor to widen the conduction angle of the rectifying element, but this causes a problem that the ripple voltage of the smoothing capacitor increases and the regulation of the subsequent switching power supply deteriorates. .

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明はかかる問題点を
解決するためになされたもので、第1の発明は商用電源
を整流する整流手段と、該整流手段の出力を平滑する平
滑コンデンサからなる平滑手段と、該平滑手段より出力
される電圧を断続して絶縁トランスの1次側に共振コン
デンサを介して供給するスイッチング素子とを備え、上
記絶縁トランスの1次側に流れる共振電流の共振周波数
を制御して絶縁トランスの2次巻線から所定の交番電圧
が得られるようにした電流共振型スイッチング電源回路
において、上記商用電源を供給するラインにノーマルモ
ードのLCフィルタを設けると共に、上記絶縁トランス
に結合係数が粗となっている3次巻線を設け、この3次
巻線を介して上記平滑コンデンサの充電電流が供給され
得るようにしたものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and a first invention comprises a rectifier for rectifying a commercial power supply and a smoothing capacitor for smoothing the output of the rectifier. And a switching element for intermittently supplying a voltage output from the smoothing means to a primary side of the insulating transformer via a resonance capacitor, wherein a resonance of a resonance current flowing through the primary side of the insulating transformer is provided. In a current resonance type switching power supply circuit in which a predetermined alternating voltage is obtained from a secondary winding of an insulating transformer by controlling a frequency, a line for supplying the commercial power is provided with a normal mode LC filter, A transformer is provided with a tertiary winding having a coarse coupling coefficient, and the charging current of the smoothing capacitor can be supplied through the tertiary winding. It is.

【0009】請求項1に係る発明は、商用電源からの交
流電圧を整流する第1の整流回路と、前記整流回路の出
力を平滑する平滑コンデンサと、少なくとも1次巻線と
2次巻線を有する絶縁トランスと、絶縁トランスの1次
巻線に対して直列に接続されて前記1次巻線と共に直列
共振回路を構成する共振コンデンサと、平滑コンデンサ
から前記直列共振回路に供給される電流を、商用電源の
周波数よりも十分に高く且つ直列共振回路の共振周波数
の近傍のスイッチング周波数で断続して、絶縁トランス
の1次巻線に共振電流を流すスイッチング素子と、絶縁
トランスの2次巻線に接続されて絶縁トランスの2次巻
線からの交番電圧を整流する第2の整流回路と、記第2
の整流回路の出力電圧を検出して、出力電圧が低くなる
とスイッチング周波数を直列共振回路の共振周波数に近
づけるように制御することにより出力電圧を安定化する
制御回路とを備えており、絶縁トランスには、更に、1
次巻線及び2次巻線に対して結合係数が疎になっている
3次巻線が設けられており、3次巻線は平滑コンデンサ
の充電路に直列に接続されて、3次巻線に誘起されるス
イッチング電圧が第1の整流回路の出力電圧に重畳され
るようにされ、これにより第1の整流回路における電流
の流通角を広げるようにしたことを特徴とするものであ
る。
According to the first aspect of the present invention, there is provided a communication system from a commercial power supply.
A first rectifier circuit for rectifying the current voltage;
A smoothing capacitor for smoothing the force, at least a primary winding,
Insulation transformer with secondary winding and primary of insulation transformer
Connected in series with the winding and in series with the primary winding
Resonant capacitors and smoothing capacitors that make up a resonant circuit
The current supplied to the series resonance circuit from
Sufficiently higher than the frequency and the resonance frequency of the series resonant circuit
Intermittently at a switching frequency near
A switching element that allows resonance current to flow through the primary winding of
Secondary winding of the isolation transformer connected to the secondary winding of the transformer
A second rectifier circuit for rectifying the alternating voltage from the line;
The output voltage of the rectifier circuit of the
And the switching frequency close to the resonance frequency of the series resonant circuit.
Stabilizes the output voltage by controlling
And a control circuit.
Coupling coefficient is low for secondary winding and secondary winding
A tertiary winding is provided, and the tertiary winding is a smoothing capacitor
Connected in series to the charging path of
The switching voltage is superimposed on the output voltage of the first rectifier circuit
The current in the first rectifier circuit
The feature is that the distribution angle of
You.

【0010】請求項2に係る発明は、商用電源からの交
流電圧を整流する第1の整流回路と、整流回路の出力を
平滑する平滑コンデンサと、少なくとも1次巻線と2次
巻線を有する絶縁トランスと、絶縁トランスの1次巻線
に対して直列に接続されて1次巻線と共に直列共振回路
を構成する共振コンデンサと、平滑コンデンサから直列
共振回路に供給される電流を、商用電源の周波数よりも
十分に高く且つ直列共振回路の共振周波数の近傍のスイ
ッチング周波数で断続して、絶縁トランスの1次巻線に
共振電流を流すスイッチング素子と、絶縁トランスの2
次巻線に接続されて絶縁トランスの2次巻線からの交番
電圧を整流する第2の整流回路と、第2の整流回路の出
力電圧を検出して、出力電圧が低くなるとスイッチング
周波数を直列共振回路の共振周波数に近づけるように制
御することにより出力電圧を安定化する制御回路とを備
えて、更に、1次巻線と2次巻線を有する第2の絶縁ト
ランスが設けられており、第2の絶縁トランスの2次巻
線は平滑コンデンサの充電路に直列に接続されて、第2
の絶縁トランスの2次巻線に誘起されるスイッチング電
圧が第1の整流回路の出力電圧に重畳されるようにさ
れ、これにより第1の整流回路における電流の流通角を
広げるようにしたことを特徴としている。
According to a second aspect of the present invention, the power supply from
A first rectifier circuit for rectifying the current voltage, and an output of the rectifier circuit.
Smoothing capacitor, at least primary winding and secondary
Insulation transformer having windings and primary winding of insulation transformer
Connected in series with the primary winding and a series resonant circuit
And a smoothing capacitor in series
Make the current supplied to the resonance circuit higher than the frequency of the commercial power supply.
A switch high enough and near the resonant frequency of the series resonant circuit
Intermittently at the switching frequency to the primary winding of the isolation transformer.
A switching element that allows a resonant current to flow, and an insulation transformer
Alternating from the secondary winding of the isolation transformer connected to the secondary winding
A second rectifier circuit for rectifying the voltage and an output of the second rectifier circuit;
Detects input voltage and switches when output voltage drops
The frequency is controlled so that it approaches the resonance frequency of the series resonance circuit.
Control circuit to stabilize the output voltage by controlling
And a second insulating transformer having a primary winding and a secondary winding.
A lance is provided, and a secondary winding of the second insulating transformer is provided.
The line is connected in series to the charging path of the smoothing capacitor,
Switching voltage induced in the secondary winding of the insulated transformer
Voltage is superimposed on the output voltage of the first rectifier circuit.
As a result, the flow angle of the current in the first rectifier circuit is reduced.
It is characterized by being made to spread.

【0011】[0011]

【作用】本発明の電流共振型のスイッチング電源は、共
振電流によってスイッチング電圧が誘起される3次巻線
か、又はこの3次巻線に磁気的に結合されている自己イ
ンダクタンスコイルを設け、この3次巻線又は自己イン
ダクタンスコイルに発生するスイッチング電圧を平滑コ
ンデンサの充電路に挿入することによって、交流信号の
ほぼ全サイクルで充電電流が断続的に流れるように構成
されているから、簡単な構成で力率の改善を行うことが
できる。
A current resonance type switching power supply according to the present invention is provided with a tertiary winding in which a switching voltage is induced by a resonance current or a self-inductance coil magnetically coupled to the tertiary winding. By inserting the switching voltage generated in the tertiary winding or the self-inductance coil into the charging path of the smoothing capacitor, the charging current flows intermittently in almost all cycles of the AC signal. Can improve the power factor.

【0012】特に本発明の実施例では、スイッチング電
源回路が電流共振型とされ、その出力電圧がスイッチン
グ周波数を可変することによって制御されるPWM方式
のスイッチング電源に比較してレギュレーションが改善
され、スイッチング電圧が供給されるコイルの結合係数
を変化させることによってチョークコイルを省略するこ
とができる。また、このチョークコイルが軽負荷時にイ
ンピーダンスが上昇するため、その機能が十分に発揮さ
れ、リップル電圧の抑圧に役立ち電源変動率及び力率の
変動が少なくなる。
In particular, in the embodiment of the present invention, the switching power supply circuit is of a current resonance type, the regulation is improved as compared with a PWM type switching power supply in which the output voltage is controlled by varying the switching frequency, and the switching is improved. The choke coil can be omitted by changing the coupling coefficient of the coil to which the voltage is supplied. Further, since the impedance of the choke coil increases when the load is light, the function is sufficiently exhibited, which helps to suppress the ripple voltage and reduces the fluctuations in the power supply fluctuation rate and the power factor.

【0013】[0013]

【実施例】図1は本発明の実施例を示す電流共振型スイ
ッチング電源回路であって、前記した図6に示すよう
に、ACは交流電源、LN、CNはスイッチング周波数
の信号を阻止するローパスフィルタ、D1はブリッジ型
の整流素子を示す。Q1、Q2はハーフブリッジ型のス
イッチング回路を形成するスイッチング素子であり、そ
の出力は共振コンデンサC1を介して絶縁トランスPI
Tの1次巻線N1に供給されている。そして、絶縁トラ
ンスPITの2次巻線N2に誘起される誘起電圧が整流
素子D0を介して直流電圧に変換され出力電圧E0とさ
れる。
FIG. 1 shows a current resonance type switching power supply circuit according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 6, AC is an AC power supply, and LN and CN are low-pass which blocks a signal of a switching frequency. The filter D1 is a bridge type rectifier. Q1 and Q2 are switching elements forming a half-bridge type switching circuit, the output of which is provided through an isolation transformer PI via a resonance capacitor C1.
T is supplied to the primary winding N1. Then, the induced voltage induced in the secondary winding N2 of the insulating transformer PIT is converted to a DC voltage via the rectifying element D0, and is set as the output voltage E0.

【0014】上記絶縁トランスPITには3次巻線N3
が形成されており、この3次巻線に誘起されるスイッチ
ング信号が平滑コンデンサCiの充電回路に挿入されて
いる。すなわち平滑コンデンサCiの充電路に絶縁トラ
ンスPITに誘起されるスイッチング電圧が供給される
ように構成されている。したがって、整流された全波整
流電圧は、後で述べるリーケージインダクタンスコイル
Liを介してスイッチング電圧が重畳され、平滑用のコ
ンデンサCiに充電されることになる。なお、スイッチ
ング素子Q1、Q2は前記したように直交型のドライブ
トランスPRTの制御巻線NCに供給されている出力電
圧に対応して、スイッチング周波数が変化するように構
成され出力電圧E0の定電圧化を計っている。
A tertiary winding N3 is connected to the insulating transformer PIT.
Are formed, and the switching signal induced in the tertiary winding is inserted into the charging circuit of the smoothing capacitor Ci. That is, the switching voltage induced in the insulating transformer PIT is supplied to the charging path of the smoothing capacitor Ci. Therefore, the rectified full-wave rectified voltage is superimposed with the switching voltage via the leakage inductance coil Li described later, and charges the smoothing capacitor Ci. The switching elements Q1 and Q2 are configured such that the switching frequency changes in accordance with the output voltage supplied to the control winding NC of the orthogonal drive transformer PRT as described above, and the output voltage E0 is a constant voltage. It is planning to make it.

【0015】本発明のスイッチング電源回路は上記した
ような構成とされているので、平滑コンデンサCiの端
子電圧を動作電源としてスイッチング素子Q1、Q2が
交互に開閉を繰り返すことによって、絶縁トランスの1
次側コイルN1に共振電流波形に近いドライブ電流を供
給し、2次側のコイルN2に交番出力を得る。2次側の
直流出力電圧が低下した時は制御回路によってスイッチ
ング周波数が低くなるよう(共振周波数に近くなるよう
に)に制御され、1次コイルに流すドライブ電流が増加
するように制御している。
Since the switching power supply circuit of the present invention is configured as described above, the switching voltage between the switching elements Q1 and Q2 is alternately opened and closed by using the terminal voltage of the smoothing capacitor Ci as the operating power supply, thereby reducing the voltage of the isolated transformer.
A drive current close to the resonance current waveform is supplied to the secondary coil N1, and an alternating output is obtained to the secondary coil N2. When the DC output voltage on the secondary side drops, the control circuit controls the switching frequency to lower (closer to the resonance frequency) and controls the drive current flowing through the primary coil to increase. .

【0016】従来の電源回路では、平滑コンデンサCi
にはその端子電圧が整流電圧より低い時にのみ充電電流
が供給されるため、整流素子の導通角は小さく、力率が
0.6程度になっている。しかしながら、本発明のスイ
ッチング電源回路の場合は、共振電流が流れている絶縁
トランスPITの3次巻線N3より出力されるスイッチ
ング電圧(例えば100KHz)が、平滑用のチョーク
コイルCHの出力側に供給され、この信号が図2のV1
に示されているように整流電圧に重畳される。
In the conventional power supply circuit, the smoothing capacitor Ci
Since the charging current is supplied only when the terminal voltage is lower than the rectified voltage, the conduction angle of the rectifying element is small and the power factor is about 0.6. However, in the case of the switching power supply circuit of the present invention, the switching voltage (for example, 100 KHz) output from the tertiary winding N3 of the insulating transformer PIT through which the resonance current flows is supplied to the output side of the choke coil CH for smoothing. This signal is V1 of FIG.
Is superimposed on the rectified voltage as shown in FIG.

【0017】したがって、図2に示すように整流回路D
1から流出する電流I1の流通角がt1からt2にな
り、平均値は正弦波に近い充電電流が流れる。その結
果、商用交流電源から供給される交流電流は図2のIa
cにみられるように高調波歪みが少なくなり、力率が向
上することになる。なお、整流回路から流出する電流I
1はスイッチング周期で寸断され不連続的に流れること
になるから、ブリッジ整流回路D1の整流素子も、例え
ば高速リカバリ型のダイオードを使用することが要請さ
れる。
Therefore, as shown in FIG.
The flow angle of the current I1 flowing from 1 changes from t1 to t2, and the charging current having an average value close to a sine wave flows. As a result, the AC current supplied from the commercial AC power supply is Ia in FIG.
As shown in c, the harmonic distortion is reduced, and the power factor is improved. The current I flowing out of the rectifier circuit
1 is cut off at a switching cycle and flows discontinuously, so that it is required that the rectifying element of the bridge rectifier circuit D1 also use, for example, a high-speed recovery type diode.

【0018】電流I1 の休止期間t2〜t4は3次巻線
N3の誘起電圧よって設定され、この期間に共振コンデ
ンサの電荷が平滑コンデンサCi側に移動する逆充電が
行われる。なお、この休止期間を適当に設定すると力率
が0.75〜0.90程度の設定され、これを長くする
と力率が低下するが、この力率を0.8程度に維持する
とEMI規制をクリアすることができると同時に、電源
効率を向上させることができる。
The rest period t2~t4 current I 1 is set by induced voltage of the tertiary winding N3, reverse charging the charge of the resonance capacitor during this period is moved to the smoothing capacitor Ci side is performed. If this pause period is appropriately set, the power factor is set to about 0.75 to 0.90, and if this is extended, the power factor decreases. At the same time, the power supply efficiency can be improved.

【0019】また、この逆充電によって平滑コンデンサ
Ciのリップル電圧を抑圧させることができるので、電
流共振型のスイッチング電源回路の場合は、特に出力電
圧のレギュレーションが容易に改善されることになる。
Further, since the ripple voltage of the smoothing capacitor Ci can be suppressed by the reverse charging, the regulation of the output voltage can be easily improved particularly in the case of a current resonance type switching power supply circuit.

【0020】1次巻線、2次巻線、及び3次巻線が装着
されている絶縁トランスPITは図3(a)に示すよう
に、1次巻線N1に対して3次巻線N3が磁気的に離間
した位置におくことが好ましい。すなわち、その断面図
に示されているように、トランスのコアCrに対してコ
イルボビンBを設け、このボビンBの両端に1次巻線N
1と3次巻線N3が位置するように配置する。すると、
この両巻線間の磁気結合係数Kは、例えば0.75ない
し0.85位に設定することができる。したがって、こ
の両巻線によるトランスの等価回路は同図(b)に示す
ように、理想トランスTに対してリーケージインダクタ
ンス成分Lgが付加され、このリーケージインダクタン
ス成分Lgが平滑コンデンサCiの平滑用チョークコイ
ルLとして働くようになる。
As shown in FIG. 3A, the insulating transformer PIT having the primary winding, the secondary winding, and the tertiary winding mounted thereon has a tertiary winding N3 with respect to the primary winding N1. Are preferably located at magnetically separated positions. That is, as shown in the sectional view, a coil bobbin B is provided for the core Cr of the transformer, and the primary winding N is provided at both ends of the bobbin B.
1 and the tertiary winding N3. Then
The magnetic coupling coefficient K between the two windings can be set to, for example, about 0.75 to 0.85. Accordingly, in the equivalent circuit of the transformer using both windings, as shown in FIG. 2B, a leakage inductance component Lg is added to the ideal transformer T, and the leakage inductance component Lg is added to the smoothing choke coil of the smoothing capacitor Ci. Work as L.

【0021】なお、3次巻線N3はコイルの巻深さ方向
に対して離間するようにしてもよく、その離間によって
生じるリーケージインダクタンスの値はスイッチング周
波数の周期に対して応答する程度のインピーダンスとな
ればよい。図3(c)は絶縁トランスPITの全体的な
形状を示したもので、コアCrの中脚には磁気ギャアッ
プgが設けられている。そして、3次巻線N3が両脚に
配置され、前述したリーケージインダクタンスが得られ
るようにしている。
The tertiary winding N3 may be separated from the coil in the depth direction of the coil. The value of the leakage inductance generated by the separation is an impedance and an impedance that respond to the cycle of the switching frequency. I just need to be. FIG. 3C shows the overall shape of the insulating transformer PIT. A magnetic gap g is provided on the middle leg of the core Cr. The tertiary winding N3 is disposed on both legs so that the above-described leakage inductance can be obtained.

【0022】図4(a)は本発明の他の実施例を示した
もので、図1の場合と同一部分は同一の符号とされてい
る。但し、この実施例の場合は、スイッチング電圧を帰
還するために巻線部分を有する磁気コアを使用した磁気
結合トランス(MCT)が設けられている。すなわち、
絶縁トランスの2次側に第2の巻線N2’を設け、その
出力を3次巻線N3に供給する。そして、この3次巻線
N3と磁気結合されている自己インダクタンスコイルN
iを備えている。そして、この自己インダクタンスコイ
ルNiに発生するスイッチング電圧が平滑コンデンサC
1の充電路にスイッチング電圧を供給するようにしてい
る。したがって、この場合も同様に整流された電圧にス
イッチング周期の電圧が電圧が重畳され、交流電圧のほ
ぼ全周期で充電電流が流れるようになるため、力率が1
に近くなるように改善することができる。
FIG. 4A shows another embodiment of the present invention, and the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. However, in the case of this embodiment, a magnetic coupling transformer (MCT) using a magnetic core having a winding portion for feeding back a switching voltage is provided. That is,
A second winding N2 'is provided on the secondary side of the insulating transformer, and its output is supplied to a tertiary winding N3. The self-inductance coil N magnetically coupled to the tertiary winding N3
i. The switching voltage generated in the self-inductance coil Ni is equal to the smoothing capacitor C.
The switching voltage is supplied to one charging path. Therefore, in this case as well, the voltage of the switching cycle is superimposed on the rectified voltage, and the charging current flows in almost the entire cycle of the AC voltage.
Can be improved.

【0023】図4(b)は、上記磁気結合トランスMC
Tと絶縁トランスPITのコアを一体化することによっ
て電源装置の占有面積を小さくするように構成したもの
であって、中央部ギャップgが形成されている一対のE
字型のコアCr(1) に1次巻線、2次巻線及び第2の2
次巻線N2’を巻き回した絶縁トランスに対してMCT
を構成するE字型のコアCr(2) を設け、このコアCr
(2) に対して3次巻線N3と自己インダクタンスコイル
Niを施す。このコアCr(2) の中央磁脚は、前記コア
Crに対して磁気ギャップgmを介して結合され、MC
Tの磁気回路の一部が絶縁トランスPITの一部と共用
されるように構成する。なお、磁気結合トランスの3次
巻線にスイッチングトランジスタQ1、Q2で断続され
る電流が直接供給されるように変形することも可能であ
る。
FIG. 4B shows the magnetic coupling transformer MC.
T and the core of the insulating transformer PIT are integrated to reduce the occupied area of the power supply device, and a pair of Es having a central gap g are formed.
1 winding a shaped core Cr (1), 2 winding and a second 2
MCT for the insulation transformer around the next winding N2 '
Is provided, and an E-shaped core Cr (2) is provided.
A tertiary winding N3 and a self-inductance coil Ni are applied to (2) . The center magnetic leg of the core Cr (2) is coupled to the core Cr via a magnetic gap gm,
A part of the magnetic circuit of T is configured to be shared with a part of the insulating transformer PIT. It should be noted that a modification can be made so that the current interrupted by the switching transistors Q1 and Q2 is directly supplied to the tertiary winding of the magnetic coupling transformer.

【0024】図5は本発明の更に他の実施例を示したも
ので、この実施例では交流電源を整流する整流回路が整
流ダイオードD1、D2によって倍電圧整流回路を構成
するようにしている。また、磁気結合トランスMCTと
絶縁トランスは図5(b)に示すように一体化され、制
御巻線Ncによって磁気特性が可変とする直交型トラン
スで構成されている。そして、MCTを構成する3次巻
線N3と1次巻線N1が直列に接続され、スイッチング
トランジスタQ1、Q2によって断続された共振スイッ
チング電流が直接供給されるように形成されている。
FIG. 5 shows still another embodiment of the present invention. In this embodiment, a rectifier circuit for rectifying an AC power supply forms a voltage doubler rectifier circuit by rectifier diodes D1 and D2. Further, the magnetic coupling transformer MCT and the insulating transformer are integrated as shown in FIG. 5B, and are constituted by an orthogonal transformer whose magnetic characteristics are variable by the control winding Nc. The tertiary winding N3 and the primary winding N1 constituting the MCT are connected in series, and are formed so that the resonant switching current intermittently supplied by the switching transistors Q1 and Q2 is directly supplied.

【0025】この実施例の場合は、絶縁トランスが直交
型のトランスPRTによって構成されており、その制御
巻線NCに2次巻線より出力される直流電圧E0が制御
回路を介して供給され、直交型の絶縁トランスPRTの
磁気特性を制御することによって回路の共振周波数を可
変し出力電圧の安定化を行っている。
In this embodiment, the insulation transformer is constituted by an orthogonal transformer PRT, and a DC voltage E0 output from a secondary winding is supplied to a control winding NC thereof through a control circuit. By controlling the magnetic characteristics of the orthogonal type insulation transformer PRT, the resonance frequency of the circuit is varied to stabilize the output voltage.

【0026】この実施例の場合も、自己インダクタンス
コイルNiに出力されるスイッチング電圧によって倍電
圧整流回路の充電路にスイッチング電圧が重畳され、充
電電流の導通角を広げることにより力率の改善が行われ
る。また、前記図4のスイッチング電源と同様に、絶縁
トランスのコアCr(1) とMCTのコアCr(2) が図5
(b)に示すように一体化され、スイッチングトランス
の占有面積を小さくすると共に、コアの占有体積を小型
化するようにすることが好ましい。MCTの磁気結合係
数Kを粗にすることにより、図1で示しようにリ−ケ−
ジインダクタンスを創出してチョ−クコイルの機能を持
たせることができる。
Also in this embodiment, the switching voltage is superimposed on the charging path of the voltage doubler rectifier circuit by the switching voltage output to the self-inductance coil Ni, and the power factor is improved by increasing the conduction angle of the charging current. Will be Similarly to the switching power supply of FIG. 4, the core Cr (1) of the insulating transformer and the core Cr (2) of
As shown in FIG. 2B, it is preferable that the area occupied by the switching transformer be reduced and the volume occupied by the core be reduced. By making the magnetic coupling coefficient K of the MCT coarse, the leakage is reduced as shown in FIG.
A di-inductance can be created to provide a choke coil function.

【0027】本実施例は、倍電圧整流回路を採用するこ
とによって従来のスイッチング電源で特に問題になって
いる力率の低下を改善することができ、また従来のチョ
ークコイル方式のスイッチング電源の場合は、入力電圧
の変化に対応してチョークコイルを切換える必要があ
り、その切換えが複雑であったが、本実施例の場合は1
00V系の商用電源及び200V系の商用電源に対して
簡単な切換回路により適応させることができるという特
徴がある。
In this embodiment, the reduction of the power factor, which is a particular problem in the conventional switching power supply, can be improved by employing the voltage doubler rectifier circuit. In the case of the conventional choke coil type switching power supply, In this case, it is necessary to switch the choke coil in response to the change in the input voltage, and the switching is complicated.
There is a characteristic that it can be adapted to a 00V system commercial power supply and a 200V system commercial power supply by a simple switching circuit.

【0028】[0028]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の電流共振
型スイッチング電源は絶縁トランスに対して3次巻線を
粗結合とすることにより、所定のリーケージインダクタ
ンスを創出し、この3次巻線より出力されるスイッチン
グ電圧がリーケージインダクタンスを介して平滑コンデ
ンサを充電するようにしているから、リーケージインダ
クタンスがチョークコイルとして作用し、平滑コンデン
サに充電される電流の導通角を広くすると共に、力率を
改善することができる。
As described above, in the current resonance type switching power supply of the present invention, a predetermined leakage inductance is created by making the tertiary winding loosely coupled to the insulating transformer. Since the output switching voltage charges the smoothing capacitor via the leakage inductance, the leakage inductance acts as a choke coil, increasing the conduction angle of the current charged in the smoothing capacitor and reducing the power factor. Can be improved.

【0029】また、スイッチング電源が電流共振型とさ
れているので、3次巻線のインダクタンスを所定の値に
設定することによりスイッチング周期による充電に対し
て過当な休止期間を設定することができ、この設定によ
って電圧変動率を押圧すると共に、電源効率をアップさ
せる方向に設計することができる。さらに、ワンコンバ
ータ方式になるため、スイッチングノイズも交流入力側
にノーマルモードのローパスフィルタを設けることによ
って簡単に外部に放出されないようにすることができ
る。
Further, since the switching power supply is of the current resonance type, by setting the inductance of the tertiary winding to a predetermined value, it is possible to set an excessive pause period for charging in the switching cycle. With this setting, the voltage variation rate can be reduced, and the power supply efficiency can be designed to increase. Further, since a one-converter system is used, switching noise can be easily prevented from being emitted to the outside by providing a normal-mode low-pass filter on the AC input side.

【0030】さらにまた、スイッチング電圧を整流充電
回路側に帰還する磁気結合トランスのコアが絶縁トラン
スのコアの一部と共用されるようにすることにより、部
品点数を増やすことなく電源部を小型化することができ
るという利点がある。
Furthermore, the core of the magnetic coupling transformer for returning the switching voltage to the rectifying and charging circuit side is shared with a part of the core of the insulating transformer, so that the power supply unit can be miniaturized without increasing the number of parts. There is an advantage that can be.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のスイッチングで電源回路の基本的な概
要を示す回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a basic outline of a switching power supply circuit according to the present invention.

【図2】図1における各部の電流、電圧波形を示す波形
図である。
FIG. 2 is a waveform diagram showing current and voltage waveforms of respective parts in FIG.

【図3】本発明の絶縁トランスPITの説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of an insulating transformer PIT of the present invention.

【図4】本発明の他の実施例を示す電流共振型のスイッ
チングで電源回路図である。
FIG. 4 is a current resonance type switching power supply circuit diagram showing another embodiment of the present invention.

【図5】本発明を倍電圧整流回路に適用したときの回路
図である。
FIG. 5 is a circuit diagram when the present invention is applied to a voltage doubler rectifier circuit.

【図6】従来のチョークインプット方式の電流共振型の
スイッチング電源回路図である。
FIG. 6 is a circuit diagram of a conventional choke input type current resonance type switching power supply.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

LN、CN 高調波抑圧用のローパスフィルタ D1 ブリッジ型整流回路 Q1、Q2 スイッチング素子 MCT 磁気結合トランス Ci 平滑コンデンサ C1 共振コンデンサ PIT 絶縁トランス PRT 直交型のドライブトランス LN, CN Low-pass filter for harmonic suppression D1 Bridge type rectifier circuit Q1, Q2 Switching element MCT Magnetic coupling transformer Ci Smoothing capacitor C1 Resonant capacitor PIT Isolation transformer PRT Quadrature drive transformer

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02M 7/06 H02M 3/28 H02M 7/04 H02M 7/10 Continuation of the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H02M 7/06 H02M 3/28 H02M 7/04 H02M 7/10

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 商用電源からの交流電圧を整流する第1
の整流回路と、 前記整流回路の出力を平滑する平滑コンデンサと、 少なくとも1次巻線と2次巻線を有する絶縁トランス
と、 前記絶縁トランスの1次巻線に対して直列に接続されて
前記1次巻線と共に直列共振回路を構成する共振コンデ
ンサと、 前記平滑コンデンサから前記直列共振回路に供給される
電流を、前記商用電源の周波数よりも十分に高く且つ前
記直列共振回路の共振周波数の近傍のスイッチング周波
数で断続して、前記絶縁トランスの1次巻線に共振電流
を流すスイッチング素子と、 前記絶縁トランスの2次巻線に接続されて前記絶縁トラ
ンスの2次巻線からの交番電圧を整流する第2の整流回
路と、 前記第2の整流回路の出力電圧を検出して、前記出力電
圧が低くなると前記スイッチング周波数を前記直列共振
回路の共振周波数に近づけるように制御することにより
前記出力電圧を安定化する制御回路とを備えており、 前記絶縁トランスには、更に、前記1次巻線及び前記2
次巻線に対して結合係数が疎になっている3次巻線が設
けられており、前記3次巻線は前記平滑コンデンサの充
電路に直列に接続されて、前記3次巻線に誘起されるス
イッチング電圧が前記第1の整流回路の出力電圧に重畳
されるようにされ、これにより第1の整流回路における
電流の流通角を広げるようにしたことを特徴とする電流
共振型スイッチング電源。
A first power supply for rectifying an AC voltage from a commercial power supply;
Rectifier circuit, a smoothing capacitor for smoothing the output of the rectifier circuit, and an insulating transformer having at least a primary winding and a secondary winding
And connected in series to the primary winding of the insulating transformer
A resonance capacitor forming a series resonance circuit with the primary winding;
And capacitors, are supplied to the series resonant circuit from said smoothing capacitor
The current is sufficiently higher than the frequency of the
Switching frequency near the resonance frequency of the series resonant circuit
The number of resonance currents in the primary winding of the isolation transformer
A switching element for flowing current, and an insulating transformer connected to a secondary winding of the insulating transformer.
A second rectifier circuit that rectifies the alternating voltage from the secondary winding of the
Circuit, and an output voltage of the second rectifier circuit.
When the pressure decreases, the switching frequency changes to the series resonance.
By controlling it to be close to the resonance frequency of the circuit,
A control circuit for stabilizing the output voltage, wherein the insulating transformer further includes the primary winding and the secondary winding.
A tertiary winding with a low coupling coefficient to the
And the tertiary winding is charged with the smoothing capacitor.
Is connected in series with the electric circuit, and the switch induced in the tertiary winding.
The switching voltage is superimposed on the output voltage of the first rectifier circuit.
In the first rectifier circuit.
Current characterized by widening the angle of current flow
Resonant switching power supply.
【請求項2】 商用電源からの交流電圧を整流する第1
の整流回路と、 前記整流回路の出力を平滑する平滑コンデンサと、 少なくとも1次巻線と2次巻線を有する絶縁トランス
と、 前記絶縁トランスの1次巻線に対して直列に接続されて
前記1次巻線と共に直列共振回路を構成する共振コンデ
ンサと、 前記平滑コンデンサから前記直列共振回路に供給される
電流を、前記商用電源の周波数よりも十分に高く且つ前
記直列共振回路の共振周波数の近傍のスイッチング周波
数で断続して、前記絶縁トランスの1次巻線に共振電流
を流すスイッチ ング素子と、 前記第2の整流回路の出力電圧を検出して、前記出力電
圧が低くなると前記スイッチング周波数を前記直列共振
回路の共振周波数に近づけるように制御することにより
前記出力電圧を安定化する制御回路とを備えており、 更に、1次巻線と2次巻線を有する第2の絶縁トランス
が設けられており、前記第2の絶縁トランスの2次巻線
は前記平滑コンデンサの充電路に直列に接続されて、前
記第2の絶縁トランスの2次巻線に誘起されるスイッチ
ング電圧が前記第1の整流回路の出力電圧に重畳される
ようにされ、これにより第1の整流回路における電流の
流通角を広げるようにしたことを特徴とする電流共振型
スイッチング電源。
2. A first rectifier for rectifying an AC voltage from a commercial power supply.
Rectifier circuit, a smoothing capacitor for smoothing the output of the rectifier circuit, and an insulating transformer having at least a primary winding and a secondary winding
And connected in series to the primary winding of the insulating transformer
A resonance capacitor forming a series resonance circuit with the primary winding;
And capacitors, are supplied to the series resonant circuit from said smoothing capacitor
The current is sufficiently higher than the frequency of the
Switching frequency near the resonance frequency of the series resonant circuit
The number of resonance currents in the primary winding of the isolation transformer
A switching element to flow, by detecting the output voltage of the second rectifier circuit, the output current
When the pressure decreases, the switching frequency changes to the series resonance.
By controlling it to be close to the resonance frequency of the circuit,
A control circuit for stabilizing the output voltage, and a second insulating transformer having a primary winding and a secondary winding.
Is provided, and a secondary winding of the second insulating transformer is provided.
Is connected in series to the charging path of the smoothing capacitor,
A switch induced in a secondary winding of the second insulating transformer
A switching voltage is superimposed on an output voltage of the first rectifier circuit.
This allows the current in the first rectifier circuit to be
Current resonance type characterized by widening the flow angle
Switching power supply.
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