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JP2006149170A - Switching power supply circuit, switching converter device - Google Patents

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JP2006149170A
JP2006149170A JP2004339431A JP2004339431A JP2006149170A JP 2006149170 A JP2006149170 A JP 2006149170A JP 2004339431 A JP2004339431 A JP 2004339431A JP 2004339431 A JP2004339431 A JP 2004339431A JP 2006149170 A JP2006149170 A JP 2006149170A
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JP
Japan
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switching
voltage
circuit
output voltage
power supply
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Application number
JP2004339431A
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Japanese (ja)
Inventor
Masayuki Yasumura
昌之 安村
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Abstract

【課題】 力率改善を図るワイドレンジ対応のスイッチング電源回路として、回路構成部品及び回路製造コストの削減を図る。
【解決手段】 商用交流電源ACについての整流出力電圧V1について各スイッチング素子がスイッチング動作を行うように構成し、その上で制御回路1における位相補償コンデンサCt2の追加により直流入力電圧Eiの平均値について安定化を行うようにする。これによって力率の改善が図られる。また、絶縁コンバータトランスPITにおける一次側と二次側の結合係数kを所定以下(例えばk=0.70程度以下)に低下させることで、安定化に必要なスイッチング周波数の制御範囲の縮小化が図られ、ワイドレンジ対応が実現される。これによって力率改善とワイドレンジ対応を図る構成として従来のアクティブフィルタを省略できる。
【選択図】 図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce circuit components and circuit manufacturing cost as a wide range compatible switching power supply circuit for improving power factor.
Each switching element is configured to perform a switching operation on a rectified output voltage V1 for a commercial AC power supply AC, and then an average value of the DC input voltage Ei is added by adding a phase compensation capacitor Ct2 in a control circuit 1. Try to stabilize. This improves the power factor. Further, by reducing the coupling coefficient k between the primary side and the secondary side in the insulating converter transformer PIT to a predetermined value (for example, k = 0.70 or less), the control range of the switching frequency necessary for stabilization can be reduced. Wide range support is realized. As a result, the conventional active filter can be omitted as a configuration for improving the power factor and supporting a wide range.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、例えば各種電子機器の電源として用いられるスイッチング電源回路に関する。また、特に電源回路に好適なスイッチングコンバータ装置に関する。   The present invention relates to a switching power supply circuit used as a power supply for various electronic devices, for example. The present invention also relates to a switching converter device particularly suitable for a power supply circuit.

特開平6−327246号公報(第11図)JP-A-6-327246 (FIG. 11)

近年、高周波の比較的大きい電流及び電圧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回路としては、大部分がスイッチング方式の電源回路になっている。
スイッチング電源回路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。
In recent years, with the development of switching elements that can withstand relatively large currents and voltages at high frequencies, most power supply circuits that rectify commercial power supplies to obtain a desired DC voltage are switching power supply circuits. .
The switching power supply circuit reduces the size of the transformer and other devices by increasing the switching frequency, and is used as a power source for various electronic devices as a high-power DC-DC converter.

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、このような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。
By the way, generally, when a commercial power source is rectified, the current flowing through the smoothing circuit becomes a distorted waveform, which causes a problem that the power factor indicating the power source utilization efficiency is impaired.
Further, there is a need for measures for suppressing harmonics generated by such a distorted current waveform.

また、スイッチング電源回路としては、例えば日本や米国等の交流入力電圧AC100V系の地域と、欧州等のAC200V系の地域に対応するように、例えば約AC85V〜288Vの交流入力電圧範囲に対応した動作が可能に構成された、いわゆるワイドレンジ対応の電源回路が知られている。   As the switching power supply circuit, for example, an operation corresponding to an AC input voltage range of about AC85V to 288V, for example, to correspond to an AC input voltage AC100V region such as Japan and the United States and an AC200V AC region such as Europe. A so-called wide-range power supply circuit that is configured so as to be able to be used is known.

ここで、上記した共振形コンバータとしては、コンバータを形成するスイッチング素子のスイッチング周波数を制御すること(スイッチング周波数制御方式)により安定化を図るように構成したものが知られている。
このようなスイッチング周波数制御方式による共振形コンバータとして、例えば汎用の発振・ドライブ回路ICなどによりスイッチング素子をスイッチング駆動するような構成では、例えばスイッチング周波数fsの可変範囲は最大で、fs=50KHz〜250KHz程度となっている。このような可変範囲である場合、例えば負荷電力Poの変動範囲がPo=0Wから90W程度まで、さらには150W程度までの比較的大きな変動幅となる負荷条件では、ワイドレンジとしてのAC85V〜288Vの交流入力電圧範囲に対応して安定化を図ることはほぼ不可能となる。
Here, as the above-described resonance type converter, one configured to be stabilized by controlling the switching frequency of a switching element forming the converter (switching frequency control method) is known.
As such a resonant converter based on the switching frequency control system, for example, in a configuration in which the switching element is switched by a general-purpose oscillation / drive circuit IC, for example, the variable range of the switching frequency fs is maximum, and fs = 50 KHz to 250 KHz. It is about. In the case of such a variable range, for example, under a load condition where the fluctuation range of the load power Po is a relatively large fluctuation range from Po = 0 W to about 90 W, and further to about 150 W, a wide range of AC85V to 288V is used. Stabilization corresponding to the AC input voltage range is almost impossible.

これらの各問題の解決を図るべく、力率の改善、及びワイドレンジ対応の構成を実現する従来技術として、いわゆるアクティブフィルタを用いる方法が知られている(例えば上記特許文献1参照)。   In order to solve each of these problems, a method using a so-called active filter is known as a conventional technique for realizing a power factor improvement and a wide-range configuration (see, for example, Patent Document 1).

このようなアクティブフィルタの基本構成としては、例えば次の図11に示すものとなる。
この図11においては、商用交流電源ACにブリッジ整流回路Diを接続している。このブリッジ整流回路Diの正極/負極ラインに対しては並列に出力コンデンサCoutが接続される。ブリッジ整流回路Diの整流出力が出力コンデンサCoutに供給されることで、出力コンデンサCoutの両端電圧として、直流電圧Voutが得られる。この直流電圧Voutは、例えば後段のDC−DCコンバータなどの負荷10に入力電圧として供給される。
The basic configuration of such an active filter is, for example, as shown in FIG.
In FIG. 11, a bridge rectifier circuit Di is connected to a commercial AC power supply AC. An output capacitor Cout is connected in parallel to the positive / negative line of the bridge rectifier circuit Di. By supplying the rectified output of the bridge rectifier circuit Di to the output capacitor Cout, a DC voltage Vout is obtained as a voltage across the output capacitor Cout. This direct-current voltage Vout is supplied as an input voltage to a load 10 such as a subsequent DC-DC converter.

また、力率改善のための構成としては、図示するようにして、インダクタL、高速リカバリ型のダイオードD、抵抗Ri、スイッチング素子Q、及び乗算器11を備える。
インダクタL、ダイオードDは、ブリッジ整流回路Diの正極出力端子と、出力コンデンサCoutの正極端子との間に、直列に接続されて挿入される。
抵抗Riは、ブリッジ整流回路Diの負極出力端子(一次側アース)と出力コンデンサCoutの負極端子との間に挿入される。
また、スイッチング素子Q1は、この場合には、MOS−FETが選定されており、図示するようにして、インダクタLとダイオードDの接続点と、一次側アース間に挿入される。
As shown in the figure, the power factor improvement includes an inductor L, a fast recovery diode D, a resistor Ri, a switching element Q, and a multiplier 11.
The inductor L and the diode D are connected in series and inserted between the positive output terminal of the bridge rectifier circuit Di and the positive terminal of the output capacitor Cout.
The resistor Ri is inserted between the negative output terminal (primary side ground) of the bridge rectifier circuit Di and the negative terminal of the output capacitor Cout.
In this case, the switching element Q1 is a MOS-FET, and is inserted between the connection point of the inductor L and the diode D and the primary side ground as shown in the figure.

乗算器11に対しては、フィードフォワード回路として、電流検出ラインLI及び波形入力ラインLwが接続され、フィードバック回路として電圧検出ラインLVが接続される。
乗算器11は、電流検出ラインLIから入力される、ブリッジ整流回路Diの負極出力端子に流れる整流電流レベルを検出する。
また、波形入力ラインLwから入力される、ブリッジ整流回路Diの正極出力端子の整流電圧波形を検出する。これは、即ち、商用交流電源AC(交流入力電圧)の波形を絶対値化して検出していることに相当する。
また、電圧検出ラインLVから入力される、出力コンデンサCoutの直流電圧Voutに基づいて、直流入力電圧の変動差分を検出する。
そして、乗算器11からは、スイッチング素子Qを駆動するためのドライブ信号が出力される。
To the multiplier 11, a current detection line LI and a waveform input line Lw are connected as a feedforward circuit, and a voltage detection line LV is connected as a feedback circuit.
The multiplier 11 detects the level of the rectified current that flows from the current detection line LI and flows to the negative output terminal of the bridge rectifier circuit Di.
Further, the rectified voltage waveform at the positive output terminal of the bridge rectifier circuit Di input from the waveform input line Lw is detected. This corresponds to detecting the waveform of the commercial AC power supply AC (AC input voltage) as an absolute value.
Further, the fluctuation difference of the DC input voltage is detected based on the DC voltage Vout of the output capacitor Cout input from the voltage detection line LV.
The multiplier 11 outputs a drive signal for driving the switching element Q.

乗算器11では、先ず、上記のようにして電流検出ラインLIから検出した整流電流レベルと、上記電圧検出ラインLVから検出した直流入力電圧の変動差分と乗算する。そして、この乗算結果と、波形入力ラインLwから検出した交流入力電圧の波形とによって、交流入力電圧VACと同一波形の電流指令値を生成する。   The multiplier 11 first multiplies the rectified current level detected from the current detection line LI as described above by the fluctuation difference of the DC input voltage detected from the voltage detection line LV. Then, a current command value having the same waveform as the AC input voltage VAC is generated based on the multiplication result and the waveform of the AC input voltage detected from the waveform input line Lw.

さらに、この場合の乗算器11では、上記電流指令値と実際の交流入力電流レベル(電流検出ラインL1からの入力に基づいて検出される)を比較し、この差に応じてPWM信号についてPWM制御を行い、PWM信号に基づいたドライブ信号を生成する。そして、スイッチング素子Qは、このドライブ信号によってスイッチング駆動される。この結果、交流入力電流は交流入力電圧と同一波形となるように制御されて、力率がほぼ1に近付くようにして力率改善が図られることになる。また、この場合には、乗算器によって生成される電流指令値は、整流平滑電圧の変動差分に応じて振幅が変化するように制御されるため、整流平滑電圧の変動も抑制されることになる。   Further, the multiplier 11 in this case compares the current command value with the actual AC input current level (detected based on the input from the current detection line L1), and performs PWM control on the PWM signal according to this difference. To generate a drive signal based on the PWM signal. The switching element Q is switched by this drive signal. As a result, the AC input current is controlled to have the same waveform as the AC input voltage, and the power factor is improved so that the power factor approaches one. In this case, since the current command value generated by the multiplier is controlled so that the amplitude changes according to the fluctuation difference of the rectified smoothing voltage, the fluctuation of the rectified smoothing voltage is also suppressed. .

図12(a)は、図11に示したアクティブフィルタ回路に入力される入力電圧Vin及び入力電流Iinを示している。電圧Vinは、ブリッジ整流回路Diの整流出力としての電圧波形に対応し、電流Iinは、ブリッジ整流回路Diの整流出力としての電流波形に対応する。ここで、電流Iinの波形は、ブリッジ整流回路Diの整流出力電圧(電圧Vin)と同じ導通角となっているが、これは、商用交流電源ACからブリッジ整流回路Diに流れる交流入力電流の波形も、この電流Iinと同じ導通角となっていることを示す。つまり、ほぼ1に近い力率が得られている。   FIG. 12A shows the input voltage Vin and the input current Iin input to the active filter circuit shown in FIG. The voltage Vin corresponds to the voltage waveform as the rectified output of the bridge rectifier circuit Di, and the current Iin corresponds to the current waveform as the rectified output of the bridge rectifier circuit Di. Here, the waveform of the current Iin has the same conduction angle as the rectified output voltage (voltage Vin) of the bridge rectifier circuit Di. This is the waveform of the AC input current flowing from the commercial AC power supply AC to the bridge rectifier circuit Di. Also indicates that the conduction angle is the same as that of the current Iin. That is, a power factor close to 1 is obtained.

また、図12(b)は、出力コンデンサCoutに入出力するエネルギー(電力)Pchgの変化を示す。出力コンデンサCoutは、入力電圧Vinが高いときにエネルギーを蓄え、入力電圧Vinが低いときにエネルギーを放出して、出力電力の流れを維持する。
図12(c)は、上記出力コンデンサCoutに対する充放電電流Ichgの波形を示している。この充放電電流Ichgは、上記図12(b)の入出力エネルギーPchgの波形と同位相となっていることからも分かるように、出力コンデンサCoutにおけるエネルギーPchgの蓄積/放出動作に対応して流れる電流である。
FIG. 12B shows a change in energy (power) Pchg input / output to / from the output capacitor Cout. The output capacitor Cout stores energy when the input voltage Vin is high, and releases energy when the input voltage Vin is low, thereby maintaining the flow of output power.
FIG. 12C shows a waveform of the charge / discharge current Ichg with respect to the output capacitor Cout. This charge / discharge current Ichg flows corresponding to the accumulation / discharge operation of the energy Pchg in the output capacitor Cout, as can be seen from the fact that it is in phase with the waveform of the input / output energy Pchg in FIG. Current.

上記充放電電流Ichgは、入力電流Vinとは異なり、交流ライン電圧(商用交流電源AC)の第2高調波とほぼ同一の波形となる。交流ライン電圧には、出力コンデンサCoutとの間のエネルギーの流れによって、図12(d)に示すようにして、第2高調波成分にリップル電圧Vdが生じる。このリップル電圧Vdは、無効なエネルギー保存のために、図12(c)に示す充放電電流Ichgに対して、90°の位相差を有する。出力コンデンサCoutの定格は、第2高調波のリップル電流と、その電流を変調するブースト・コンバータ・スイッチからの高周波リップル電流を処理することを考慮して決定するようにされる。   Unlike the input current Vin, the charge / discharge current Ichg has substantially the same waveform as the second harmonic of the AC line voltage (commercial AC power supply AC). In the AC line voltage, a ripple voltage Vd is generated in the second harmonic component as shown in FIG. 12D due to the flow of energy with the output capacitor Cout. The ripple voltage Vd has a phase difference of 90 ° with respect to the charge / discharge current Ichg shown in FIG. The rating of the output capacitor Cout is determined in consideration of processing the second harmonic ripple current and the high frequency ripple current from the boost converter switch that modulates the current.

また、図13には、先の図11の回路構成を基として、基本的なコントロール回路系を備えたアクティブフィルタの構成例を示している。なお、図11と同一とされる部分については同一符号を付して説明を省略する。
ブリッジ整流回路Diの正極出力端子と、出力コンデンサCoutの正極端子間には、スイッチングプリレギュレータ15が備えられる。このスイッチングプリレギュレータ15は、図11においては、スイッチング素子Q、インダクタL、及びダイオードDなどにより形成される部位となる。
FIG. 13 shows a configuration example of an active filter having a basic control circuit system based on the circuit configuration of FIG. In addition, about the part made the same as FIG. 11, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
A switching pre-regulator 15 is provided between the positive output terminal of the bridge rectifier circuit Di and the positive terminal of the output capacitor Cout. In FIG. 11, the switching pre-regulator 15 is a part formed by the switching element Q, the inductor L, the diode D, and the like.

そして、乗算器11を含むコントロール回路系は、他に、電圧誤差増幅器12、除算器13、二乗器14を備えて成る。
電圧誤差増幅器12では、出力コンデンサCoutの直流電圧Voutを、分圧抵抗Rvo−Rvdにより分圧してオペアンプ15の非反転入力に入力する。オペアンプ15の反転入力には基準電圧Vrefが入力される。オペアンプ15では、基準電圧Vrefに対する分圧された直流電圧Voutの誤差に応じたレベルの電圧を、帰還抵抗Rvl、コンデンサCvlによって決定される増幅率により増幅して、誤差出力電圧Vveaとして除算器13に出力する。
The control circuit system including the multiplier 11 includes a voltage error amplifier 12, a divider 13, and a squarer 14 in addition.
In the voltage error amplifier 12, the DC voltage Vout of the output capacitor Cout is divided by the voltage dividing resistor Rvo-Rvd and input to the non-inverting input of the operational amplifier 15. A reference voltage Vref is input to the inverting input of the operational amplifier 15. The operational amplifier 15 amplifies a voltage of a level corresponding to the error of the divided DC voltage Vout with respect to the reference voltage Vref by an amplification factor determined by the feedback resistor Rvl and the capacitor Cvl, and outputs the error output voltage Vvea to the divider 13. Output to.

また、二乗器14には、いわゆるフィードフォワード電圧Vffが入力される。このフィードフォワード電圧Vffは、入力電圧Vinを平均化回路16(Rf11,Rf12,Rf13,Cf11,Cf12)により平均化した出力(平均入力電圧)とされる。二乗器14では、このフィードフォワード電圧Vffを二乗して除算器13に出力する。   Further, a so-called feedforward voltage Vff is input to the squarer 14. The feedforward voltage Vff is an output (average input voltage) obtained by averaging the input voltage Vin by the averaging circuit 16 (Rf11, Rf12, Rf13, Cf11, Cf12). The squarer 14 squares the feedforward voltage Vff and outputs it to the divider 13.

除算器13では、電圧誤差増幅器12からの誤差出力電圧Vveaについて、二乗器14から出力された平均入力電圧の二乗値により除算を行い、この除算結果としての信号を乗算器11に出力する。
つまり、電圧ループは、二乗器14、除算器13、乗算器11の系から成るものとされる。そして、電圧誤差増幅器12から出力される誤差出力電圧Vveaは、乗算器11で整流入力信号Ivacにより乗算される前の段階で、平均入力電圧(Vff)の二乗により除算されることになる。この回路によって、電圧ループの利得は、平均入力電圧(Vff)の二乗として変化することなく、一定に維持される。平均入力電圧(Vff)は、電圧ループ内において順方向に送られる開ループ補正の機能を有する。
The divider 13 divides the error output voltage Vvea from the voltage error amplifier 12 by the square value of the average input voltage output from the squarer 14 and outputs a signal as a result of the division to the multiplier 11.
That is, the voltage loop is made up of a system of a squarer 14, a divider 13, and a multiplier 11. The error output voltage Vvea output from the voltage error amplifier 12 is divided by the square of the average input voltage (Vff) before being multiplied by the rectified input signal Ivac in the multiplier 11. With this circuit, the gain of the voltage loop is kept constant without changing as the square of the average input voltage (Vff). The average input voltage (Vff) has a function of open loop correction that is sent forward in the voltage loop.

乗算器11には、上記除算器11により誤差出力電圧Vveaを除算した出力と、抵抗Rvacを介したブリッジ整流回路Diの正極出力端子(整流出力ライン)の整流出力(Iac)が入力される。ここでは、整流出力を電圧によるのではなく、電流(Iac)として示している。乗算器11では、これらの入力を乗算することによって、電流プログラミング信号(乗算器出力信号)Imoを生成して出力する。これは、図11にて説明した電流指令値に相当する。出力電圧Voutは、この電流プログラミング信号の平均振幅を可変することで制御される。つまり、電流プログラミング信号の平均振幅の変化に応じたPWM信号が生成され、このPWM信号に基づいたドライブ信号によってスイッチング駆動が行われることによって、出力電圧Voutのレベルをコントロールするものである。
したがって、電流プログラミング信号は、入力電圧と出力電圧を制御する平均振幅の波形を有する。なお、アクティブフィルタは、出力電圧Voutのみではなく、入力電流Vinも制御するようになっている。そして、フィードフォワード回路における電流ループは、整流ライン電圧によってプログラムされるということがいえるので、後段のコンバータ(負荷10)への入力は抵抗性になる。
An output obtained by dividing the error output voltage Vvea by the divider 11 and a rectified output (Iac) of the positive output terminal (rectified output line) of the bridge rectifier circuit Di via the resistor Rvac are input to the multiplier 11. Here, the rectified output is shown not as voltage but as current (Iac). The multiplier 11 multiplies these inputs to generate and output a current programming signal (multiplier output signal) Imo. This corresponds to the current command value described in FIG. The output voltage Vout is controlled by varying the average amplitude of this current programming signal. That is, a PWM signal corresponding to a change in the average amplitude of the current programming signal is generated, and switching drive is performed by a drive signal based on the PWM signal, thereby controlling the level of the output voltage Vout.
Thus, the current programming signal has an average amplitude waveform that controls the input and output voltages. Note that the active filter controls not only the output voltage Vout but also the input current Vin. Since the current loop in the feedforward circuit can be said to be programmed by the rectified line voltage, the input to the subsequent converter (load 10) becomes resistive.

図14は、図11に示した構成に基づくアクティブフィルタの後段に対して、電流共振形コンバータを接続して成る電源回路の構成例を示している。
この図に示す電源回路において、電流共振形コンバータとしては、他励式のハーフブリッジ結合方式による構成を採る。
FIG. 14 shows a configuration example of a power supply circuit in which a current resonance type converter is connected to the subsequent stage of the active filter based on the configuration shown in FIG.
In the power supply circuit shown in this figure, the current resonance type converter adopts a configuration of a separately excited half bridge coupling method.

先ず、この図14に示す電源回路においては、商用交流電源ACに対して、図示する接続態様により、2組のラインフィルタトランスLFT,LFTと、3組のアクロスコンデンサCLが接続され、この後段に、図示する突入電流制限回路22を介してブリッジ整流回路Diが接続される。
この突入電流制限回路22としては、突入電流制限抵抗RiとスイッチSWとによる並列接続回路から成り、例えば外部からの信号で上記スイッチSWがオフとされることで、電源回路起動時における商用交流電源側からの突入電流の流入が制限される。
そして、上記ブリッジ整流回路Diの整流出力ラインには、1組のチョークコイルLNと、2組のフィルタコンデンサ(フィルムコンデンサ)CN,CNを図示するようにして接続して成るノーマルモードノイズフィルタ4が接続されている。
First, in the power supply circuit shown in FIG. 14, two sets of line filter transformers LFT and LFT and three sets of across capacitors CL are connected to the commercial AC power supply AC in accordance with the connection mode shown in the figure. The bridge rectifier circuit Di is connected through the inrush current limiting circuit 22 shown in the figure.
The inrush current limiting circuit 22 is composed of a parallel connection circuit including an inrush current limiting resistor Ri and a switch SW. For example, the switch SW is turned off by an external signal, so that the commercial AC power supply at the time of starting the power supply circuit Inrush current from the side is restricted.
The rectified output line of the bridge rectifier circuit Di has a normal mode noise filter 4 formed by connecting one set of choke coils LN and two sets of filter capacitors (film capacitors) CN and CN as shown in the figure. It is connected.

ブリッジ整流回路Diの正極出力端子は、上記チョークコイルLNと、パワーチョークコイルPCCのインダクタLpcと、高速リカバリ型の整流ダイオードD10の直列接続を介して、平滑コンデンサCiの正極端子と接続される。この平滑コンデンサCiは、図11、図13における出力コンデンサCoutに相当する。また、パワーチョークコイルPCCのインダクタLpcとダイオードD10は、それぞれ、図11に示したインダクタLとダイオードDに相当する。
また、この図における整流ダイオードD10には、コンデンサCsn−抵抗Rsnから成るRCスナバ回路が並列に接続される。
The positive output terminal of the bridge rectifier circuit Di is connected to the positive terminal of the smoothing capacitor Ci via the series connection of the choke coil LN, the inductor Lpc of the power choke coil PCC, and the fast recovery type rectifier diode D10. The smoothing capacitor Ci corresponds to the output capacitor Cout in FIGS. Further, the inductor Lpc and the diode D10 of the power choke coil PCC correspond to the inductor L and the diode D shown in FIG.
In addition, an RC snubber circuit including a capacitor Csn and a resistor Rsn is connected in parallel to the rectifier diode D10 in this figure.

スイッチング素子Q6は、図11におけるスイッチング素子Qに相当する。つまり、実際にアクティブフィルタのスイッチング素子を実装するのにあたって、この場合にはスイッチング素子Q6をパワーチョークコイルLpcと高速リカバリ型の整流ダイオードD10の接続点と、一次側アース(負極整流出力ライン)との間に挿入するようにしている。
この場合のスイッチング素子Q6にはMOS−FETが選定されている。そして、スイッチング素子Q6のゲート−ソース間にはゲート−ソース間抵抗R52が接続されている。
The switching element Q6 corresponds to the switching element Q in FIG. That is, in actually mounting the switching element of the active filter, in this case, the switching element Q6 is connected to the connection point between the power choke coil Lpc and the fast recovery type rectifier diode D10, and the primary side ground (negative rectified output line). It is inserted between.
In this case, a MOS-FET is selected as the switching element Q6. A gate-source resistor R52 is connected between the gate and source of the switching element Q6.

アクティブフィルタコントロール回路20は、この場合には力率を1に近づけるように力率改善を行うアクティブフィルタの動作を制御するもので、例えば1石の集積回路(IC)とされている。
この場合、アクティブフィルタコントロール回路20は、乗算器、除算器、誤差電圧増幅器、PWM制御回路、及びスイッチング素子をスイッチング駆動するためのドライブ信号を出力するドライブ回路等を備えて構成される。図13に示した乗算器11、誤差電圧増幅器12、除算器13、及び二乗器14などに相当する回路部は、このアクティブフィルタコントロール回路20内に搭載される。
In this case, the active filter control circuit 20 controls the operation of the active filter for improving the power factor so that the power factor approaches 1, and is an integrated circuit (IC) having one stone, for example.
In this case, the active filter control circuit 20 includes a multiplier, a divider, an error voltage amplifier, a PWM control circuit, a drive circuit that outputs a drive signal for switching the switching element, and the like. Circuit portions corresponding to the multiplier 11, the error voltage amplifier 12, the divider 13, the squarer 14, and the like shown in FIG. 13 are mounted in the active filter control circuit 20.

この場合、フィードバック回路は平滑コンデンサCiの両端電圧(整流平滑電圧Ei)を分圧抵抗R56,R57により分圧した電圧値を、アクティブフィルタコントロール回路20の端子T1に入力するようにして形成される。   In this case, the feedback circuit is formed so that the voltage value obtained by dividing the voltage across the smoothing capacitor Ci (rectified smoothing voltage Ei) by the voltage dividing resistors R56 and R57 is input to the terminal T1 of the active filter control circuit 20. .

また、フィードフォワード回路としては、先ず、抵抗R58を介して整流出力が端子T3に入力される。これによって、交流入力電圧波形の検出と、平均化回路のための対応するフィードフォワード回路が形成されている。
また、ブリッジ整流回路Diの負極出力端子と一次側アース間に挿入される抵抗R61との接続点から、抵抗R60を介して、端子T6に対して整流電流レベルを入力するようにしている。つまり、図13における電流検出ラインLIに相当するラインとしてのフィードフォワード回路が形成されている。
As the feedforward circuit, first, the rectified output is input to the terminal T3 via the resistor R58. This forms an AC input voltage waveform detection and corresponding feedforward circuit for the averaging circuit.
Further, the rectified current level is input to the terminal T6 via the resistor R60 from the connection point between the negative output terminal of the bridge rectifier circuit Di and the resistor R61 inserted between the primary side grounds. That is, a feedforward circuit is formed as a line corresponding to the current detection line LI in FIG.

また、端子T4には、起動抵抗Rsを介したブリッジ整流回路Diの正極の整流出力が、起動電圧として入力されている。アクティブフィルタコントロール回路20は、電源起動時において、この端子T4に入力される起動電圧によって起動される。
また、パワーチョークコイルPCCにおいては、インダクタLpcとトランス結合された巻線N5が巻装されている。この巻線N5に励起された交番電圧は、ダイオードD11及びコンデンサC11とから成る半波整流回路により所定の低圧直流電圧に変換されるが、上記端子T4には、この低圧直流電圧も入力されている。アクティブフィルタコントロール回路20は、上記起動電圧により起動した後は、この低圧直流電圧を電源として入力して動作するようになっている。
また、端子T5は、抵抗R59を介して、一次側アースと接続されている。
Further, the positive rectified output of the bridge rectifier circuit Di via the starting resistor Rs is input to the terminal T4 as the starting voltage. The active filter control circuit 20 is activated by the activation voltage input to the terminal T4 when the power supply is activated.
In the power choke coil PCC, a winding N5 that is transformer-coupled with the inductor Lpc is wound. The alternating voltage excited in the winding N5 is converted into a predetermined low-voltage DC voltage by a half-wave rectifier circuit comprising a diode D11 and a capacitor C11. This low-voltage DC voltage is also input to the terminal T4. Yes. After being activated by the activation voltage, the active filter control circuit 20 is operated by inputting this low-voltage DC voltage as a power source.
The terminal T5 is connected to the primary side ground via a resistor R59.

端子T2からは、スイッチング素子を駆動するためのドライブ信号が出力される。そして、この端子T2から出力されたドライブ信号は、抵抗R51を介してスイッチング素子Q6のゲートに対して出力される。
スイッチング素子Q6では、印加されるドライブ信号に応じて、ゲート−ソース間抵抗R52の両端にゲート電圧が発生するようになっている。そして、ゲート電圧が閾値以上となることでオンとなり、閾値以下となるとオフとなるようにしてスイッチング動作を行う。
A drive signal for driving the switching element is output from the terminal T2. The drive signal output from the terminal T2 is output to the gate of the switching element Q6 via the resistor R51.
In the switching element Q6, a gate voltage is generated at both ends of the gate-source resistor R52 in accordance with the applied drive signal. Then, the switching operation is performed so that the gate voltage is turned on when the voltage is equal to or higher than the threshold value, and is turned off when the gate voltage is equal to or lower than the threshold value.

そして、スイッチング素子Q6のスイッチング駆動は、図11及び図13により説明したようにして、整流出力電流の導通角が、整流出力電圧波形とほぼ同等の導通角となるように、PWM制御に基づくドライブ信号によって行われる。整流出力電流の導通角が整流出力電圧波形とほぼ同等の導通角となるということは、即ち、商用交流電源ACから流入する交流入力電流の導通角が、交流入力電圧VACの波形とほぼ同じ導通角となることであり、結果的に、力率がほぼ1となるように制御されることになる。つまり、力率改善が図られる。実際においては、力率PF=0.99〜0.98となる特性が得られている。   The switching drive of the switching element Q6 is performed based on PWM control so that the conduction angle of the rectified output current becomes substantially the same as the rectified output voltage waveform as described with reference to FIGS. Done by signal. The conduction angle of the rectified output current is substantially the same as the rectified output voltage waveform. That is, the conduction angle of the AC input current flowing from the commercial AC power supply AC is substantially the same as the waveform of the AC input voltage VAC. As a result, the power factor is controlled to be approximately 1. That is, power factor improvement is achieved. In practice, a characteristic of power factor PF = 0.99 to 0.98 is obtained.

また、この図14に示すアクティブフィルタコントロール回路20によっては、整流平滑電圧Ei(図13では、Voutに相当する)=375Vの平均値について、交流入力電圧VAC=85V〜264Vの範囲で定電圧化するようにも動作する。つまり、後段の電流共振形コンバータには、交流入力電圧VAC=85V〜264Vの変動範囲に関わらず、375Vで安定化された直流入力電圧が供給されることとなる。
上記交流入力電圧VAC=85V〜264Vの範囲は、商用交流電源AC100V系と200V系を連続的にカバーするものであり、従って、後段のスイッチングコンバータには、商用交流電源AC100V系と200V系とで、同じレベルで安定化された直流入力電圧(Ei)が供給されることとなる。つまり、図14に示す電源回路は、アクティブフィルタを備えることで、ワイドレンジの電源回路としても構成されている。
Further, depending on the active filter control circuit 20 shown in FIG. 14, the average value of the rectified and smoothed voltage Ei (corresponding to Vout in FIG. 13) = 375 V is constant in the range of AC input voltage VAC = 85 V to 264 V. Also works. That is, a DC input voltage stabilized at 375 V is supplied to the subsequent stage current resonance type converter regardless of the fluctuation range of the AC input voltage VAC = 85 V to 264 V.
The range of the AC input voltage VAC = 85V to 264V continuously covers the commercial AC power supply AC100V system and the 200V system. Therefore, the switching converter in the subsequent stage includes the commercial AC power supply AC100V system and the 200V system. The DC input voltage (Ei) stabilized at the same level is supplied. That is, the power supply circuit shown in FIG. 14 is configured as a wide-range power supply circuit by including an active filter.

アクティブフィルタの後段の電流共振形コンバータは、図示するようにして、2石のスイッチング素子Q1,Q2を備えて成る。この場合には、スイッチング素子Q1がハイサイドで、スイッチング素子Q2がローサイドとなるようにしてハーフブリッジ接続し、整流平滑電圧Ei(直流入力電圧)に対して並列に接続している。つまり、ハーフブリッジ結合方式による電流共振形コンバータを形成している。   As shown in the figure, the current resonance converter at the latter stage of the active filter includes two switching elements Q1 and Q2. In this case, a half-bridge connection is made such that the switching element Q1 is on the high side and the switching element Q2 is on the low side, and the switching element Q1 is connected in parallel with the rectified and smoothed voltage Ei (DC input voltage). That is, a current resonance type converter by a half bridge coupling method is formed.

この場合の電流共振形コンバータは他励式とされ、これに対応して上記スイッチング素子Q1,Q2には、MOS−FETが用いられている。これらスイッチング素子Q1,Q2に対しては、それぞれ並列にクランプダイオードDD1,DD2が接続され、これによりスイッチング回路が形成される。これらクランプダイオードDD1,DD2は、スイッチング素子Q1,Q2のターンオフ時における逆方向電流を流す経路を形成する。
スイッチング素子Q1,Q2は、ドライブ回路21によって、交互にオン/オフとなるタイミングによって所要のスイッチング周波数によりスイッチング駆動される。また、ドライブ回路21は、後述する二次側直流出力電圧Eoのレベルに応じてスイッチング周波数を可変制御し、これにより、二次側直流出力電圧Eoの安定化を図るようにされる。
The current resonance type converter in this case is a separately excited type, and correspondingly, MOS-FETs are used for the switching elements Q1 and Q2. Clamp diodes DD1 and DD2 are connected in parallel to these switching elements Q1 and Q2, respectively, thereby forming a switching circuit. These clamp diodes DD1 and DD2 form a path through which a reverse current flows when the switching elements Q1 and Q2 are turned off.
The switching elements Q1 and Q2 are driven to be switched by the drive circuit 21 at a required switching frequency at the timing when they are alternately turned on / off. Further, the drive circuit 21 variably controls the switching frequency according to the level of a secondary side DC output voltage Eo described later, thereby stabilizing the secondary side DC output voltage Eo.

絶縁コンバータトランスPITは、上記スイッチング素子Q1,Q2のスイッチング出力を一次側から二次側に伝送するために設けられる。
絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1の一方の端部は、スイッチング素子Q1,Q2の接続点(スイッチング出力点)に対して接続され、他方の端部は、直列共振コンデンサC1を介して一次側アースに接続される。ここで、直列共振コンデンサC1は、自身のキャパシタンスと一次巻線N1のリーケージインダクタンス(L1)とによって直列共振回路を形成する。この直列共振回路は、スイッチング素子Q1,Q2のスイッチング出力が供給されることで共振動作を生じるが、これによって、スイッチング素子Q1,Q2から成るスイッチング回路の動作を電流共振形とする。
The insulating converter transformer PIT is provided to transmit the switching outputs of the switching elements Q1, Q2 from the primary side to the secondary side.
One end of the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT is connected to the connection point (switching output point) of the switching elements Q1 and Q2, and the other end is connected to the primary side via the series resonance capacitor C1. Connected to ground. Here, the series resonant capacitor C1 forms a series resonant circuit by its own capacitance and the leakage inductance (L1) of the primary winding N1. This series resonance circuit causes a resonance operation when the switching outputs of the switching elements Q1 and Q2 are supplied. By this, the operation of the switching circuit composed of the switching elements Q1 and Q2 is made a current resonance type.

ここでの図示による説明は省略するが、上記した絶縁コンバータトランスPITの構造としては、例えばフェライト材によるE型コアを組み合わせたEE型コアを備える。そして、一次側と二次側とで巻装部位を分割したうえで、一次巻線N1と二次巻線N2とを、EE型コアの内磁脚に対して巻装している。
また、絶縁コンバータトランスPITのEE型コアの内磁脚に対しては1.0mm程度以下のギャップを形成するようにして、一次巻線N1と二次巻線N2とで0.80〜0.90程度の結合係数を得るようにしている。
Although the description by illustration here is abbreviate | omitted, as a structure of the above-mentioned insulation converter transformer PIT, the EE type | mold core which combined the E type | mold core by a ferrite material is provided, for example. Then, after the winding part is divided between the primary side and the secondary side, the primary winding N1 and the secondary winding N2 are wound around the inner magnetic leg of the EE core.
Further, a gap of about 1.0 mm or less is formed with respect to the inner magnetic leg of the EE type core of the insulating converter transformer PIT, and the primary winding N1 and the secondary winding N2 are 0.80 to 0.90. A degree of coupling coefficient is obtained.

絶縁コンバータトランスPITの二次巻線N2に対しては、図示するようにしてセンタータップを施し二次側アースに接続した上で、図示するようにして整流ダイオードDo1,Do2、及び平滑コンデンサCoから成る両波整流回路を接続している。これにより、平滑コンデンサCoの両端電圧として二次側直流出力電圧Eoが得られる。この二次側直流出力電圧Eoは、図示しない負荷側に供給されるとともに、ドライブ回路21のための検出電圧としても分岐して入力される。前述もしたように、ドライブ回路21は、入力される二次側直流出力電圧Eoのレベルに基づいて、二次側直流出力電圧Eoが安定化されるようにスイッチング周波数を可変するようにしてスイッチング素子Q1,Q2を駆動する。つまり、スイッチング周波数制御方式による安定化を行う。   The secondary winding N2 of the insulating converter transformer PIT is provided with a center tap as shown in the figure and connected to the secondary side ground, and then from the rectifier diodes Do1 and Do2 and the smoothing capacitor Co as shown in the figure. A double-wave rectifier circuit is connected. Thereby, the secondary side DC output voltage Eo is obtained as the voltage across the smoothing capacitor Co. The secondary side DC output voltage Eo is supplied to a load side (not shown) and is also branched and input as a detection voltage for the drive circuit 21. As described above, the drive circuit 21 switches the switching frequency so that the secondary side DC output voltage Eo is stabilized based on the level of the input secondary side DC output voltage Eo. Elements Q1 and Q2 are driven. That is, stabilization by the switching frequency control method is performed.

これまでの説明から分かるように、図14に示した電源回路は、従来から知られている図11及び図13に示したアクティブフィルタを実装して構成されている。このような構成を採ることによって、力率改善を図っている。また、商用交流電源AC100V系とAC200V系とで動作する、いわゆるワイドレンジ対応としている。   As can be seen from the above description, the power supply circuit shown in FIG. 14 is configured by mounting the conventionally known active filter shown in FIGS. 11 and 13. By adopting such a configuration, the power factor is improved. Moreover, it is so-called wide-range compatible that operates with a commercial AC power supply AC100V system and AC200V system.

しかしながら、図14に示した構成による電源回路は次のような問題を有している。
先ず、アクティブフィルタ回路はハードスイッチング動作であることから、ノイズの発生レベルが非常に大きいため、比較的重度のノイズ抑制対策が必要となる。
このため、図14に示した回路では、商用交流電源ACのラインに対して、2組のラインフィルタトランスLFTと、3組のアクロスコンデンサによるノイズフィルタを形成している。つまり、2段以上のラインノイズフィルタが必要となっている。
また、整流出力ラインに対しては、1組のチョークコイルLNと、2組のフィルタコンデンサCNから成るノーマルモードノイズフィルタを設けている。さらに、整流用の高速リカバリ型のダイオードD10に対しては、RCスナバ回路を設けている。
このようにして、実際の回路としては、非常に多くの部品点数によるノイズ対策が必要であり、回路構成の複雑化やコストアップ、及び電源回路基板の実装面積の大型化を招いている。
However, the power supply circuit having the configuration shown in FIG. 14 has the following problems.
First, since the active filter circuit is a hard switching operation, the level of noise generation is very high, so that a relatively severe noise suppression measure is required.
For this reason, in the circuit shown in FIG. 14, a noise filter including two sets of line filter transformers LFT and three sets of across capacitors is formed for the line of the commercial AC power supply AC. That is, two or more stages of line noise filters are required.
Further, a normal mode noise filter including one set of choke coils LN and two sets of filter capacitors CN is provided for the rectified output line. In addition, an RC snubber circuit is provided for the fast recovery diode D10 for rectification.
Thus, an actual circuit requires countermeasures against noise due to an extremely large number of parts, resulting in a complicated circuit configuration and an increased cost, and an increase in the mounting area of the power circuit board.

また、図14の電源回路では、ハードスイッチング動作とされることで、スイッチング素子Q6におけるスイッチング損失やダイオードD10における電力損失が比較的大きなものとなり、この点で電力変換効率の向上が有効に図られないという問題も有している。
ちなみに、図14の電源回路について実際に実験を行った結果、電力変換効率としては以下のような数値が得られた。
先ず、アクティブフィルタでのAC→DC電力変換効率ηAC→DCとしては、交流入力電圧VAC=100V時ではηAC→DC=92%程度、交流入力電圧VAC=230Vの条件ではηAC→DC=95%程度となった。
ここで、図14に示す電源回路全体での電力変換効率としては、前段のアクティブフィルタのAC→DC電力変換効率と、後段の電流共振形コンバータにおけるDC→DC電力変換効率(ηDC→DC)とを総合したものとなる。そして、この場合、アクティブフィルタにより生成する直流入力電圧Eiの平均値が上記したEi=375Vの条件で、負荷電力Po=200Wとされた場合での電流共振形コンバータの電力変換効率は、ηDC→DC=94%程度である。
従って、図14に示した回路の総合効率は、VAC=100V時においてηAC→DC=86.5%程度となる。また、VAC=230V時の総合効率は、ηAC→DC=89.3%程度となる。
In the power supply circuit shown in FIG. 14, the hard switching operation causes a relatively large switching loss in the switching element Q6 and a power loss in the diode D10. In this respect, the power conversion efficiency is effectively improved. There is also a problem of not.
Incidentally, as a result of actually conducting an experiment on the power supply circuit of FIG. 14, the following numerical values were obtained as the power conversion efficiency.
First, the AC → DC power conversion efficiency ηAC → DC in the active filter is about ηAC → DC = 92% when the AC input voltage VAC = 100V, and about ηAC → DC = 95% under the condition of the AC input voltage VAC = 230V. It became.
Here, the power conversion efficiency of the entire power supply circuit shown in FIG. 14 includes the AC → DC power conversion efficiency of the front-stage active filter and the DC → DC power conversion efficiency (ηDC → DC) of the current-resonant converter of the rear stage. It becomes the thing which integrated. In this case, the power conversion efficiency of the current resonance type converter when the average value of the DC input voltage Ei generated by the active filter is the load power Po = 200 W under the condition of Ei = 375 V described above is ηDC → DC is about 94%.
Therefore, the total efficiency of the circuit shown in FIG. 14 is about ηAC → DC = 86.5% when VAC = 100V. The overall efficiency at VAC = 230V is about ηAC → DC = 89.3%.

また、図14の電源回路ではハードスイッチング動作とされることで、電源起動時における突入電流の抑制のための突入電流制限回路22を備えなければならない。例えば、実際においては、突入電流の抑制のために、商用交流電源ACのラインに対して、先の図14で例示したような突入電流制限抵抗Riを挿入したり、或いはパワーサーミスタ等を挿入するようにされている。
このような突入電流抑制のための追加構成が必要となる点もコストアップや回路の大型化の一因となっている。
Further, the power supply circuit of FIG. 14 is provided with an inrush current limiting circuit 22 for suppressing an inrush current when the power supply is started by performing a hard switching operation. For example, in practice, in order to suppress the inrush current, an inrush current limiting resistor Ri as illustrated in FIG. 14 or a power thermistor or the like is inserted into the line of the commercial AC power supply AC. Has been.
The point that such an additional configuration for suppressing the inrush current is required also contributes to an increase in cost and an increase in circuit size.

そこで、本発明では上記してきた各種の問題点に鑑み、スイッチング電源回路として以下のように構成することとした。
先ず、本発明のスイッチング電源回路としては、商用交流電源からみて前段に電流共振形によるスイッチングコンバータと、その後段にDC/DCコンバータを備えて成る。
そして、前段のスイッチングコンバータとしては、商用交流電源を入力して整流動作を行うことで整流出力電圧を生成する整流手段と、上記整流手段により生成された上記整流出力電圧を入力してスイッチングを行うスイッチング素子を備えて形成したスイッチング手段と、上記スイッチング素子をスイッチング駆動するスイッチング駆動手段とを備える。
また、少なくとも、上記スイッチング手段のスイッチング動作により得られるスイッチング出力が供給される一次巻線と、該一次巻線に得られたスイッチング出力により交番電圧が励起される二次巻線とを巻装して形成される絶縁コンバータトランスを備える。
また、少なくとも、上記絶縁コンバータトランスの一次巻線の漏洩インダクタンス成分と、上記一次巻線に直列接続された一次側直列共振コンデンサのキャパシタンスとによって形成され、上記スイッチング手段の動作を電流共振形とする一次側直列共振回路を備える。
さらに、両波整流回路以外の整流回路を備えるようにされて上記二次巻線に得られる交番電圧について整流動作を行って、その整流出力を平滑コンデンサにより平滑化して直流出力電圧を生成する直流出力電圧生成手段を備える。
また、上記直流出力電圧の平均値に応じて上記スイッチング駆動手段を制御して、上記スイッチング手段のスイッチング周波数を可変することで、上記直流出力電圧についての定電圧制御を行うように構成された定電圧制御手段を備え、さらに、上記絶縁コンバータトランスの一次側と二次側との結合係数が所定以下となるようにして、少なくとも上記絶縁コンバータトランスのコアの所定位置に形成されるギャップ長が設定されているものである。
その上で、上記構成によるスイッチングコンバータにおいて生成された、上記直流出力電圧を直流電源として入力してDC/DC電力変換を行うことで、二次側直流出力電圧を生成するDC/DCコンバータを備えたものである。
Therefore, in the present invention, in view of the various problems described above, the switching power supply circuit is configured as follows.
First, the switching power supply circuit according to the present invention includes a current resonance type switching converter at the front stage and a DC / DC converter at the rear stage when viewed from the commercial AC power supply.
And as a switching converter of a front | former stage, it switches by inputting the rectification | straightening output voltage produced | generated by the rectification | straightening voltage which generate | occur | produces the rectification output voltage by inputting commercial alternating current power supply, and performing the rectification operation | movement A switching means formed with a switching element; and a switching driving means for switching the switching element.
Further, at least a primary winding to which a switching output obtained by the switching operation of the switching means is supplied and a secondary winding in which an alternating voltage is excited by the switching output obtained in the primary winding are wound. Insulating converter transformer formed.
Also, the switching means is formed of at least a leakage inductance component of the primary winding of the insulating converter transformer and a capacitance of a primary side series resonance capacitor connected in series to the primary winding, and the operation of the switching means is a current resonance type. A primary side series resonance circuit is provided.
Further, a rectifying circuit other than the double-wave rectifying circuit is provided, a rectifying operation is performed on the alternating voltage obtained in the secondary winding, and a DC output voltage is generated by smoothing the rectified output with a smoothing capacitor. Output voltage generation means is provided.
Further, the constant voltage control for the DC output voltage is performed by controlling the switching drive means according to the average value of the DC output voltage and varying the switching frequency of the switching means. Voltage control means, and further, a gap length formed at least at a predetermined position of the core of the insulating converter transformer is set so that a coupling coefficient between the primary side and the secondary side of the insulating converter transformer is not more than a predetermined value. It is what has been.
In addition, a DC / DC converter that generates a secondary DC output voltage by performing DC / DC power conversion by inputting the DC output voltage generated in the switching converter having the above configuration as a DC power supply is provided. It is a thing.

また、本発明ではスイッチングコンバータ装置として以下のように構成することとした。
すなわち、先ず、商用交流電源を入力して整流動作を行うことで整流出力電圧を生成する整流手段と、上記整流手段により生成された上記整流出力電圧を入力してスイッチングを行うスイッチング素子を備えて形成したスイッチング手段と、上記スイッチング素子をスイッチング駆動するスイッチング駆動手段とを備える。
また、少なくとも、上記スイッチング手段のスイッチング動作により得られるスイッチング出力が供給される一次巻線と、該一次巻線に得られたスイッチング出力により交番電圧が励起される二次巻線とを巻装して形成される絶縁コンバータトランスを備える。
また、少なくとも、上記絶縁コンバータトランスの一次巻線の漏洩インダクタンス成分と、上記一次巻線に直列接続された一次側直列共振コンデンサのキャパシタンスとによって形成され、上記スイッチング手段の動作を電流共振形とする一次側直列共振回路を備える。
さらに、両波整流回路以外の整流回路を備えるようにされて上記二次巻線に得られる交番電圧について整流動作を行って、その整流出力を平滑コンデンサにより平滑化して直流出力電圧を生成する直流出力電圧生成手段を備える。
また、上記直流出力電圧の平均値に応じて上記スイッチング駆動手段を制御して、上記スイッチング手段のスイッチング周波数を可変することで、上記直流出力電圧についての定電圧制御を行うように構成された定電圧制御手段を備え、さらに、上記絶縁コンバータトランスの一次側と二次側との結合係数が所定以下となるようにして、少なくとも上記絶縁コンバータトランスのコアの所定位置に形成されるギャップ長が設定されているものである。
In the present invention, the switching converter device is configured as follows.
That is, first, a rectifying unit that generates a rectified output voltage by performing a rectifying operation by inputting a commercial AC power supply, and a switching element that performs switching by inputting the rectified output voltage generated by the rectifying unit. And a switching driving unit configured to perform switching driving of the switching element.
Further, at least a primary winding to which a switching output obtained by the switching operation of the switching means is supplied and a secondary winding in which an alternating voltage is excited by the switching output obtained in the primary winding are wound. Insulating converter transformer formed.
Also, the switching means is formed of at least a leakage inductance component of the primary winding of the insulating converter transformer and a capacitance of a primary side series resonance capacitor connected in series to the primary winding, and the operation of the switching means is a current resonance type. A primary side series resonance circuit is provided.
Further, a rectifying circuit other than the double-wave rectifying circuit is provided, a rectifying operation is performed on the alternating voltage obtained in the secondary winding, and a DC output voltage is generated by smoothing the rectified output with a smoothing capacitor. Output voltage generation means is provided.
Further, the constant voltage control for the DC output voltage is performed by controlling the switching drive means according to the average value of the DC output voltage and varying the switching frequency of the switching means. Voltage control means, and further, a gap length formed at least at a predetermined position of the core of the insulating converter transformer is set so that a coupling coefficient between the primary side and the secondary side of the insulating converter transformer is not more than a predetermined value. It is what has been.

上記構成によれば、上記スイッチングコンバータでは商用交流電源の整流出力電圧についてスイッチング動作を行う構成が採られる。また、このようなスイッチング動作によって生成された直流出力電圧については、その平均値に対する定電圧制御が行われるものとなる。
このような構成によって、本発明のスイッチングコンバータによっては力率の改善が図られる。
また、本発明では、二次側の整流回路として両波整流回路以外の整流回路を備えるものとしたことで、両波整流回路とされた場合に二次巻線に存在することになる線間静電容量をなくすことができ、二次側において並列共振動作が行われないようにすることができる。そして、このような構成において、絶縁コンバータトランスの一次側と二次側との結合係数を所定以下にまで低下させていることで、二次側直流出力電圧の安定化のために必要なスイッチング周波数の可変制御範囲(必要制御範囲)の有効な縮小化を図ることができる。
According to the said structure, the structure which performs switching operation | movement about the rectified output voltage of commercial AC power supply is taken in the said switching converter. Further, with respect to the DC output voltage generated by such a switching operation, constant voltage control is performed with respect to the average value.
With such a configuration, the power factor can be improved by the switching converter of the present invention.
In the present invention, the rectifier circuit other than the double-wave rectifier circuit is provided as the secondary-side rectifier circuit. The capacitance can be eliminated, and the parallel resonance operation can be prevented from being performed on the secondary side. In such a configuration, the switching frequency required for stabilizing the secondary side DC output voltage is reduced by reducing the coupling coefficient between the primary side and the secondary side of the insulating converter transformer to a predetermined value or less. It is possible to effectively reduce the variable control range (necessary control range).

このようにして本発明によれば、定電圧制御に必要なスイッチング周波数の可変制御範囲(必要制御範囲)を有効に縮小することができることから、スイッチング周波数制御方式による安定化動作のみによるワイドレンジ対応の電源回路が実現可能となる。
さらには、上記のようにして商用交流電源の整流出力電圧についてスイッチング動作を行う構成とし、また直流出力電圧の平均値に対する定電圧制御を行うように構成したことで力率の改善が図られる。
すなわち、このような構成による本発明によれば、力率の改善を図るワイドレンジ対応の電源回路の実現にあたり、従来必要とされていたアクティブフィルタは省略可能とすることができる。
As described above, according to the present invention, the variable control range (necessary control range) of the switching frequency necessary for the constant voltage control can be effectively reduced, so that the wide range is supported only by the stabilizing operation by the switching frequency control method. The power supply circuit can be realized.
Further, the power factor can be improved by performing the switching operation on the rectified output voltage of the commercial AC power supply as described above and performing the constant voltage control on the average value of the DC output voltage.
That is, according to the present invention having such a configuration, it is possible to omit an active filter that has been conventionally required for realizing a wide-range power supply circuit that improves power factor.

このようにしてアクティブフィルタを省略可能となることで、同じ力率改善とワイドレンジ対応化を図る構成として、電力変換効率の低下を抑制できる。
また、本発明によれば、上記したスイッチングコンバータとしての電流共振形コンバータはソフトスイッチング動作とすることができ、これによりスイッチングノイズは大幅に低減されるから、アクティブフィルタの場合のようにノイズフィルタを強化する必要もなくなる。つまり、この点で部品点数が大幅に削減されることになって、電源回路サイズの小型/軽量化を図ることが可能となる。また、それだけコストダウンが図られることにもなる。
Since the active filter can be omitted in this way, a reduction in power conversion efficiency can be suppressed as a configuration for achieving the same power factor improvement and wide range compatibility.
In addition, according to the present invention, the current resonance type converter as the above-described switching converter can perform a soft switching operation, and thus switching noise is greatly reduced. No need to strengthen. That is, the number of parts is greatly reduced in this respect, and the power circuit size can be reduced / lightened. In addition, the cost can be reduced accordingly.

また、本発明におけるスイッチングコンバータの構成によれば、従来のアクティブフィルタとは異なり、絶縁コンバータトランスが備えられることで一次側と二次側とを絶縁することができる。
これによれば、このスイッチングコンバータの後段に対してDC/DCコンバータが備えられる本発明のスイッチング電源回路では、この後段のDC/DCコンバータは絶縁ののための構成を採る必要が無くなる。例えば、このDC/DCコンバータが備えるコンバータトランスとしては絶縁のために一次側巻線と二次側巻線とに絶縁距離を設ける必要が無くなることで、小型化が図られる。また、このコンバータトランスの二次側から一次側にフィードバックを要する制御回路系としても、絶縁のためのフォトカプラは不要とすることができ、これによって回路構成部品の削減、回路製造コストの削減、及び回路の小型化が図られる。
Further, according to the configuration of the switching converter in the present invention, unlike the conventional active filter, the primary side and the secondary side can be insulated by providing the insulating converter transformer.
According to this, in the switching power supply circuit of the present invention in which the DC / DC converter is provided in the subsequent stage of the switching converter, the DC / DC converter in the subsequent stage does not need to adopt a configuration for insulation. For example, the converter transformer included in the DC / DC converter can be downsized by eliminating the need to provide an insulation distance between the primary side winding and the secondary side winding for insulation. In addition, the control circuit system that requires feedback from the secondary side to the primary side of the converter transformer can eliminate the need for a photocoupler for insulation, thereby reducing circuit components and circuit manufacturing costs. In addition, the circuit can be reduced in size.

また、本発明のスイッチングコンバータ装置の構成によれば、後段にDC/DCコンバータを備えずとも単体で電源回路を構成することができる。そして、このようなスイッチングコンバータ装置単体で電源回路を構成することができれば、非常に簡易な構成によって力率改善とワイドレンジ対応とを実現することが可能となる。
例えば、従来の電流共振形コンバータとの比較において、力率改善とワイドレンジ対応とに必要な追加部品は少なくとも直流出力電圧の平均値を得るための例えば位相補償コンデンサのみとすることができる。
Further, according to the configuration of the switching converter device of the present invention, it is possible to configure a power supply circuit alone without providing a DC / DC converter in the subsequent stage. And if a power supply circuit can be comprised with such a switching converter apparatus single-piece | unit, it will become possible to implement | achieve a power factor improvement and a wide range correspondence by a very simple structure.
For example, in comparison with a conventional current resonance type converter, an additional component necessary for power factor improvement and wide range correspondence can be, for example, only a phase compensation capacitor for obtaining an average value of DC output voltage.

図1は、本発明を実施するための最良の形態(以下、実施の形態ともいう)としてのスイッチング電源回路の構成例を示す回路図である。
この図に示す電源回路としては、その基本構成として、先の図14に示した回路におけるアクティブフィルタに相当する部分を、電流共振形コンバータにより構成するものとしている。その上で、この電流共振形コンバータ(スイッチングコンバータ装置)の後段に対し、さらに該電流共振形コンバータが商用交流電源ACの入力に基づいて生成した直流出力電圧(直流入力電圧Ei)を直流入力源して動作するDC/DCコンバータ5を備えることで、当該電源回路に接続される負荷に対する二次側直流出力電圧(Eo)を出力する構成が採られている。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration example of a switching power supply circuit as the best mode for carrying out the present invention (hereinafter also referred to as an embodiment).
As a basic configuration of the power supply circuit shown in this figure, the portion corresponding to the active filter in the circuit shown in FIG. 14 is configured by a current resonance type converter. In addition, a DC output voltage (DC input voltage Ei) generated by the current resonance converter based on the input of the commercial AC power supply AC is further supplied to the subsequent stage of the current resonance converter (switching converter device). By providing the DC / DC converter 5 that operates as described above, a configuration is adopted in which a secondary side direct-current output voltage (Eo) for a load connected to the power supply circuit is output.

図1において、上記のようにして商用交流電源ACの入力に基づき、後段のDC/DCコンバータ5に対する直流入力電圧Eiを生成する電流共振形コンバータ(スイッチングコンバータ装置)としては、ハーフブリッジ結合方式による他励式の電流共振形コンバータに対して部分電圧共振回路が組み合わされた構成を採る。
この電流共振形コンバータにおいて、先ず商用交流電源ACに対しては、図示するフィルタコンデンサCL、CL、及びコモンモードチョークコイルCMCによる、コモンモードノイズフィルタが形成されている。
そして、上記ノイズフィルタの後段となる商用交流電源ACに対しては、ブリッジ整流回路Diによる全波整流回路が接続される。
この全波整流回路が商用交流電源ACを入力して全波整流動作を行うことによって、図示する整流出力電圧V1が得られる。
なお、この場合、上記全波整流回路としてのブリッジ整流回路Diに対しては並列にフィルタコンデンサCNが接続されている。このフィルタコンデンサCNの接続により、商用交流電源ACのラインに生じるノーマルモードノイズが抑制される。
In FIG. 1, as a current resonance type converter (switching converter device) that generates a DC input voltage Ei for the DC / DC converter 5 in the subsequent stage based on the input of the commercial AC power supply AC as described above, a half-bridge coupling method is used. A configuration in which a partial voltage resonance circuit is combined with a separately excited current resonance converter is adopted.
In this current resonance type converter, first, a common mode noise filter is formed for the commercial AC power supply AC by filter capacitors CL and CL and a common mode choke coil CMC.
A full-wave rectifier circuit using a bridge rectifier circuit Di is connected to the commercial AC power supply AC that is a subsequent stage of the noise filter.
The full-wave rectification circuit receives the commercial AC power supply AC and performs full-wave rectification operation, whereby the rectified output voltage V1 shown in the figure is obtained.
In this case, a filter capacitor CN is connected in parallel to the bridge rectifier circuit Di as the full-wave rectifier circuit. By connecting the filter capacitor CN, normal mode noise generated in the line of the commercial AC power supply AC is suppressed.

そして、この場合の電流共振形コンバータとしても、図示するようにして、MOS−FETによる2本のスイッチング素子Q1,Q2をハーフブリッジ結合により接続したスイッチング回路を備えるようにされる。
但し、この場合の上記スイッチング回路としては、先の図14の回路が備えていたスイッチング回路とは異なり、全波整流回路による整流出力電圧V1を直接入力して動作するようにされる。すなわち、この場合は、上記構成からも理解されるように、ブリッジ整流回路による整流出力電圧V1を平滑化するための平滑コンデンサは備えられないものとなるから、スイッチング回路としては、ブリッジ整流回路Diの整流出力点に得られる上記整流出力電圧V1についてスイッチング動作を行うようにされているものである。
The current resonance type converter in this case is also provided with a switching circuit in which two switching elements Q1, Q2 by MOS-FETs are connected by half bridge coupling as shown in the figure.
However, unlike the switching circuit provided in the circuit of FIG. 14, the switching circuit in this case is operated by directly inputting the rectified output voltage V1 from the full-wave rectifier circuit. That is, in this case, as can be understood from the above configuration, since the smoothing capacitor for smoothing the rectified output voltage V1 by the bridge rectifier circuit is not provided, the bridge rectifier circuit Di is used as the switching circuit. The rectified output voltage V1 obtained at the rectified output point is switched.

この場合としても、上記スイッチング素子Q1,Q2の各ドレイン−ソース間に対しては、ダンパーダイオードDD1,DD2が並列に接続される。ダンパーダイオードDD1のアノード、カソードは、それぞれスイッチング素子Q1のソース、ドレインと接続される。同様にして、ダンパーダイオードDD2のアノード、カソードは、それぞれスイッチング素子Q2のソース、ドレインと接続される。ダンパーダイオードDD1,DD2は、それぞれスイッチング素子Q1,Q2が備えるボディダイオードとされる。   Even in this case, damper diodes DD1 and DD2 are connected in parallel between the drains and sources of the switching elements Q1 and Q2. The anode and cathode of the damper diode DD1 are connected to the source and drain of the switching element Q1, respectively. Similarly, the anode and cathode of the damper diode DD2 are connected to the source and drain of the switching element Q2, respectively. The damper diodes DD1 and DD2 are body diodes provided in the switching elements Q1 and Q2, respectively.

また、スイッチング素子Q2のドレイン−ソース間に対しては、一次側部分共振コンデンサCpが並列に接続される。この一次側部分共振コンデンサCpのキャパシタンスと一次巻線N1のリーケージインダクタンスL1によっては並列共振回路(部分電圧共振回路)を形成する。そして、スイッチング素子Q1,Q2のターンオフ時にのみ電圧共振する、部分電圧共振動作が得られるようになっている。   A primary side partial resonance capacitor Cp is connected in parallel between the drain and source of the switching element Q2. A parallel resonance circuit (partial voltage resonance circuit) is formed by the capacitance of the primary side partial resonance capacitor Cp and the leakage inductance L1 of the primary winding N1. A partial voltage resonance operation in which voltage resonance occurs only when the switching elements Q1, Q2 are turned off is obtained.

また、スイッチング素子Q1,Q2をスイッチング駆動するために、発振・ドライブ回路2が設けられる。この発振・ドライブ回路2は、発振回路、駆動回路を有しており、例えばこの場合には、汎用のICを用いることができる。発振・ドライブ回路2の発振回路は、所要周波数の発振信号を発生させ、駆動回路は、上記発振信号を利用してMOS−FETをスイッチング駆動するためのゲート電圧であるスイッチング駆動信号を生成して、スイッチング素子Q1,Q2のゲートに印加するようにされる。これにより、スイッチング素子Q1,Q2は、スイッチング駆動信号の周期に応じたスイッチング周波数に従って、交互となるタイミングで連続的にオン/オフするようにしてスイッチング動作を行う。   In addition, an oscillation / drive circuit 2 is provided for switching the switching elements Q1, Q2. The oscillation / drive circuit 2 includes an oscillation circuit and a drive circuit. In this case, for example, a general-purpose IC can be used. The oscillation circuit of the oscillation / drive circuit 2 generates an oscillation signal having a required frequency, and the drive circuit generates a switching drive signal that is a gate voltage for switching the MOS-FET by using the oscillation signal. The voltage is applied to the gates of the switching elements Q1, Q2. Thereby, the switching elements Q1 and Q2 perform the switching operation so as to be continuously turned on / off at alternate timings according to the switching frequency according to the cycle of the switching drive signal.

絶縁コンバータトランスPITは、スイッチング素子Q1,Q2のスイッチング出力を二次側に伝送するために設けられる。
この絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1の一方の端部は、一次側直列共振コンデンサC1の直列接続を介して、スイッチング素子Q1のソースとスイッチング素子Q2のドレインとの接続点(スイッチング出力点)に接続されることで、スイッチング出力が伝達されるようになっている。また、一次巻線N1の他方の端部は一次側アースと接続される。
The insulating converter transformer PIT is provided to transmit the switching outputs of the switching elements Q1, Q2 to the secondary side.
One end of the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT is connected to the connection point (switching output point) between the source of the switching element Q1 and the drain of the switching element Q2 via the series connection of the primary side series resonant capacitor C1. As a result, the switching output is transmitted. The other end of the primary winding N1 is connected to the primary side ground.

ここで、絶縁コンバータトランスPITは、次の図2の断面図に示すような構造とされる。
この図に示されるように、絶縁コンバータトランスPITは、フェライト材によるE型コアCR1、CR2を互いの磁脚が対向するように組み合わせたEE型コア(EE字形コア)を備える。
そして、一次側と二次側の巻装部について相互に独立するようにして分割した形状により、例えば樹脂などによって形成されるボビンBが備えられる。このボビンBの一方の巻装部に対して一次巻線N1を巻装する。また、他方の巻装部に対して、二次巻線N2を巻装する。このようにして一次側巻線(N1)及び二次側巻線(N2)が巻装されたボビンBを上記EE型コア(CR1,CR2)に取り付けることで、一次側巻線及び二次側巻線とがそれぞれ異なる巻装領域により、EE型コアの内磁脚に巻装される状態となる。このようにして絶縁コンバータトランスPIT全体としての構造が得られる。
Here, the insulating converter transformer PIT has a structure as shown in the sectional view of FIG.
As shown in this figure, the insulating converter transformer PIT includes an EE type core (EE-shaped core) in which E-type cores CR1 and CR2 made of a ferrite material are combined so that their magnetic legs face each other.
And the bobbin B formed with resin etc. is provided by the shape divided | segmented so that it might mutually become independent about the primary side and the secondary side winding part. The primary winding N1 is wound around one winding portion of the bobbin B. Further, the secondary winding N2 is wound around the other winding portion. By attaching the bobbin B on which the primary side winding (N1) and the secondary side winding (N2) are wound in this way to the EE type cores (CR1, CR2), the primary side winding and the secondary side Due to the different winding regions, the windings are wound around the inner magnetic legs of the EE type core. In this way, the structure of the insulating converter transformer PIT as a whole is obtained.

そのうえで、EE型コアの内磁脚に対しては、図のようにしてギャップGを形成する。この場合のギャップGとしては、例えばギャップ長2.0mm程度以上を設定し、一次側と二次側との結合係数kとしては、例えばk=0.70程度以下による疎結合の状態を得るようにしている。なお、実際の結合係数kとしては、ギャップ長=2.8mm程度を設定してk=0.65を設定した。また、ギャップGは、E型コアCR1,CR2の内磁脚を2本の外磁脚よりも短くすることで形成することができる。   In addition, a gap G is formed as shown in the figure for the inner magnetic leg of the EE type core. In this case, as the gap G, for example, a gap length of about 2.0 mm or more is set, and as the coupling coefficient k between the primary side and the secondary side, for example, a loosely coupled state with k = 0.70 or less is obtained. ing. As an actual coupling coefficient k, a gap length of about 2.8 mm was set and k = 0.65 was set. The gap G can be formed by making the inner magnetic legs of the E-type cores CR1 and CR2 shorter than the two outer magnetic legs.

ちなみに、先の図14に示した電源回路をはじめ、従来の電流共振形コンバータを備えた電源回路においては、絶縁コンバータトランスPITのコアに形成するギャップとして、先にも述べたように例えば1.0mm程度を設定することで、結合係数kとしてk=0.8〜0.9程度を得るようにされていた。
つまり、本実施の形態においては、絶縁コンバータトランスPITの一次側と二次側の結合度について、従来の構成よりもさらに低い状態を設定しているものである。
Incidentally, in the power supply circuit having the conventional current resonance type converter including the power supply circuit shown in FIG. 14, the gap formed in the core of the insulating converter transformer PIT is, for example, 1.0 mm as described above. By setting the degree, k = 0.8 to 0.9 was obtained as the coupling coefficient k.
In other words, in the present embodiment, the degree of coupling between the primary side and the secondary side of the insulating converter transformer PIT is set lower than that of the conventional configuration.

説明を図1に戻す。
絶縁コンバータトランスPITは、図2により説明した構造によって一次巻線N1に所定のリーケージインダクタンスL1を生じさせる。また、先に説明したように、一次巻線N1と一次側直列共振コンデンサC1とは直列に接続されている。従って、上記一次巻線N1のリーケージインダクタンスL1と一次側直列共振コンデンサC1のキャパシタンスとによっては直列共振回路(一次側直列共振回路)が形成されることになる。
そのうえで、上記一次側直列共振回路は、スイッチング素子Q1,Q2のスイッチング出力点に対して接続されており、従って、スイッチング素子Q1,Q2のスイッチング出力は、一次側直列共振回路に伝達されることになる。一次側直列共振回路では、伝達されたスイッチング出力により共振動作を行うことで、一次側スイッチングコンバータの動作を電流共振形とする。
Returning to FIG.
The insulating converter transformer PIT generates a predetermined leakage inductance L1 in the primary winding N1 with the structure described with reference to FIG. Further, as described above, the primary winding N1 and the primary side series resonance capacitor C1 are connected in series. Accordingly, a series resonance circuit (primary side series resonance circuit) is formed by the leakage inductance L1 of the primary winding N1 and the capacitance of the primary side series resonance capacitor C1.
In addition, the primary side series resonance circuit is connected to the switching output points of the switching elements Q1 and Q2, and therefore the switching outputs of the switching elements Q1 and Q2 are transmitted to the primary side series resonance circuit. Become. In the primary side series resonance circuit, the resonance operation is performed by the transmitted switching output, so that the operation of the primary side switching converter is a current resonance type.

ところで、これまでの説明によると、この図に示す一次側スイッチングコンバータとしては、一次側直列共振回路(L1−C1)による電流共振形としての動作と、前述した一次側部分電圧共振回路(Cp//L1)とによる部分電圧共振動作とが得られることになる。
つまり、この図に示す電源回路の一次側においては、一次側スイッチングコンバータを共振形とするための共振回路に対して、他の共振回路とが組み合わされた構成を採っている。ここでは、このように2つの共振回路が組み合わされて成るスイッチングコンバータを、「複合共振形コンバータ」ともいうことにする。
By the way, according to the description so far, the primary side switching converter shown in this figure has an operation as a current resonance type by the primary side series resonance circuit (L1-C1) and the above-described primary side partial voltage resonance circuit (Cp / / L1) and partial voltage resonance operation.
That is, on the primary side of the power supply circuit shown in this figure, a configuration in which the resonance circuit for making the primary side switching converter a resonance type is combined with another resonance circuit is adopted. Here, the switching converter in which two resonance circuits are combined in this way is also referred to as a “composite resonance converter”.

絶縁コンバータトランスPITの二次巻線N2には、一次巻線N1に伝達されたスイッチング出力に応じた交番電圧が励起(誘起)される。
この場合、二次巻線N2に対しては、整流ダイオードD1〜D4を図示するようにして接続して成るブリッジ整流回路と、1組の平滑コンデンサCiとによる全波整流平滑回路が設けられる。
この全波整流平滑回路において、二次巻線N2に励起される交番電圧の一方の半周期では、ブリッジ整流回路の整流ダイオード[D1,D4]の組が導通して、平滑コンデンサCiに対して整流電流を充電する動作が得られる。また、二次巻線N2に励起される交番電圧の他方の半周期では、整流ダイオード[D2,D3]の組が導通して平滑コンデンサCiに対して整流電流を充電する動作が得られる。
これにより、平滑コンデンサCiの両端電圧としては、二次巻線N2に励起される交番電圧レベルの等倍に対応したレベルが得られることになる。
An alternating voltage corresponding to the switching output transmitted to the primary winding N1 is excited (induced) in the secondary winding N2 of the insulating converter transformer PIT.
In this case, a full-wave rectifying / smoothing circuit including a bridge rectifier circuit formed by connecting rectifier diodes D1 to D4 as illustrated and a set of smoothing capacitors Ci is provided for the secondary winding N2.
In this full-wave rectifying / smoothing circuit, in one half cycle of the alternating voltage excited by the secondary winding N2, the pair of rectifier diodes [D1, D4] of the bridge rectifier circuit is turned on, and is connected to the smoothing capacitor Ci. The operation of charging the rectified current is obtained. Further, in the other half cycle of the alternating voltage excited in the secondary winding N2, the operation of charging the rectified current to the smoothing capacitor Ci by conducting the pair of rectifier diodes [D2, D3] is obtained.
As a result, as the voltage across the smoothing capacitor Ci, a level corresponding to the same multiple of the alternating voltage level excited in the secondary winding N2 is obtained.

このようにして平滑コンデンサCiに得られた両端電圧は、図示する直流入力電圧Eiとして、後段のDC/DCコンバータ5の直流入力電源として供給される。
DC/DCコンバータ5は、上記直流入力電圧Eiについてスイッチング動作を行って、負荷に供給すべき二次側直流出力電圧Eoを生成するように構成されている。この場合、DC/DCコンバータ5としても、例えば電流共振形コンバータとしての構成が採られているものとする。また、二次側直流出力電圧Eoとしては、例えば図示するEo1、Eo2、Eo3の3系統を出力するように構成されているとする。
The both-end voltage obtained in the smoothing capacitor Ci in this way is supplied as a DC input power source for the DC / DC converter 5 at the subsequent stage as a DC input voltage Ei shown in the figure.
The DC / DC converter 5 is configured to perform a switching operation on the DC input voltage Ei and generate a secondary DC output voltage Eo to be supplied to the load. In this case, the DC / DC converter 5 is also configured as a current resonance type converter, for example. Further, as the secondary side DC output voltage Eo, it is assumed that, for example, three systems of Eo1, Eo2, and Eo3 illustrated are output.

また、上記直流入力電圧Eiは、図示するようにして制御回路1のための検出電圧としても分岐して入力される。
この制御回路1は、上記直流入力電圧Eiをスイッチング周波数制御方式により安定化するために設けられ、図示するようにシャントレギュレータQ5、検出抵抗R10、R11、抵抗R9、位相補償コンデンサCt1、位相補償コンデンサCt2、抵抗R12、及びフォトカプラPCを少なくとも備える。
この制御回路1では、平滑コンデンサCiの正極端子と二次側アースとの間に直列に挿入された検出抵抗R10−R11の接続点において、直流入力電圧Eiのレベルを検出するようにされ、この検出電圧に応じた制御信号がシャントレギュレータQ5の制御端子に供給される。
シャントレギュレータQ5は、アノードが二次側アースに接続され、カソードがフォトカプラPCにおけるフォトダイオードのカソードと接続されている。さらにこの場合、上記フォトダイオードのアノードは抵抗R9の直列接続を介し、上記した平滑コンデンサCiの正極端子と抵抗R10との接続点に対して接続されている。
The DC input voltage Ei is also branched and input as a detection voltage for the control circuit 1 as shown.
The control circuit 1 is provided to stabilize the DC input voltage Ei by a switching frequency control method, and as shown in the figure, a shunt regulator Q5, detection resistors R10 and R11, a resistor R9, a phase compensation capacitor Ct1, a phase compensation capacitor. Ct2, resistor R12, and photocoupler PC are provided at least.
In the control circuit 1, the level of the DC input voltage Ei is detected at the connection point of the detection resistors R10-R11 inserted in series between the positive terminal of the smoothing capacitor Ci and the secondary side ground. A control signal corresponding to the detected voltage is supplied to the control terminal of the shunt regulator Q5.
The shunt regulator Q5 has an anode connected to the secondary side ground and a cathode connected to the cathode of the photodiode in the photocoupler PC. Further, in this case, the anode of the photodiode is connected to the connection point between the positive terminal of the smoothing capacitor Ci and the resistor R10 through a series connection of the resistor R9.

ここまでの構成によれば、シャントレギュレータQ5と接続されたフォトダイオードには、このシャントレギュレータQ5の制御端子に検出入力される直流入力電圧Eiのレベルに応じた制御電流が流されることになる。そして、この制御電流が一次側のフォトトランジスタに伝達され、図示するように発振・ドライブ回路2に対して供給される。   According to the configuration described so far, a control current corresponding to the level of the DC input voltage Ei detected and input to the control terminal of the shunt regulator Q5 flows through the photodiode connected to the shunt regulator Q5. Then, this control current is transmitted to the primary side phototransistor and supplied to the oscillation / drive circuit 2 as shown.

なお、この場合の制御回路1においては、シャントレギュレータQ5の制御端子−カソード間に並列に、位相補償コンデンサCt2が接続されているが、説明の便宜上、この位相補償コンデンサCt2を設けたことで得られる動作については後述することにする。
また、この場合、検出抵抗R10に対しては並列に位相補償コンデンサCt1−抵抗R12による直列接続回路が設けられているが、この直列接続回路によっては、制御回路1としての誤差増幅器についての位相遅れ補償回路が形成される。
In the control circuit 1 in this case, the phase compensation capacitor Ct2 is connected in parallel between the control terminal and the cathode of the shunt regulator Q5. For convenience of explanation, this phase compensation capacitor Ct2 is provided. The operations performed will be described later.
In this case, a series connection circuit including a phase compensation capacitor Ct1 and a resistance R12 is provided in parallel to the detection resistor R10. Depending on the series connection circuit, the phase delay of the error amplifier as the control circuit 1 is provided. A compensation circuit is formed.

発振・ドライブ回路2では、上記のように制御回路1側から供給される制御電流のレベルに応じて、スイッチング周波数が可変されるようにしてスイッチング素子Q1,Q2を駆動制御する。このためには、内部の発振回路により生成する発振信号の周波数を可変することになる。
スイッチング素子Q1,Q2のスイッチング周波数が可変されることで、一次側直列共振回路の共振インピーダンスが変化し、絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1から二次巻線N2側に伝送される電力量が変化するが、これにより直流入力電圧Eiのレベルを安定化させるように動作する。
In the oscillation / drive circuit 2, the switching elements Q1 and Q2 are driven and controlled such that the switching frequency is varied according to the level of the control current supplied from the control circuit 1 side as described above. For this purpose, the frequency of the oscillation signal generated by the internal oscillation circuit is varied.
By changing the switching frequency of the switching elements Q1 and Q2, the resonance impedance of the primary side series resonance circuit changes, and the amount of electric power transmitted from the primary winding N1 to the secondary winding N2 side of the insulating converter transformer PIT is reduced. Although it changes, this operates so as to stabilize the level of the DC input voltage Ei.

詳細は後述するが、本実施の形態の電源回路におけるスイッチング周波数制御方式としては、一次側直列共振回路の共振周波数foよりも高い周波数範囲をスイッチング周波数の可変範囲として設定している。つまり、いわゆるアッパーサイド制御の方式を採る。
一般的なこととして、直列共振回路は、共振周波数において最も共振インピーダンスが低くなる。このことから、本実施の形態のようにして直列共振回路の共振周波数に基づくアッパーサイド制御方式を採る場合には、スイッチング周波数fsが高くなっていくのに応じて、共振インピーダンスを高くすることになる。
従って、例えば重負荷の傾向となって直流入力電圧Eiが低下するのに応じては、上記スイッチング周波数を低くするように制御することになる。これは共振インピーダンスを低くすることとなり、一次側から二次側への電力伝送量が増加することになるために、直流入力電圧Eiが上昇する。
これに対して、軽負荷の傾向となって直流入力電圧Eiが上昇するのに応じては、上記スイッチング周波数を高くするように制御する。これにより、共振インピーダンスは高くなって上記電力伝送量が低減するために、直流入力電圧Eiは低下する。このようにして、スイッチング周波数が可変されることによって、直流入力電圧Eiが安定化されることになる。
Although details will be described later, as a switching frequency control method in the power supply circuit of the present embodiment, a frequency range higher than the resonance frequency fo of the primary side series resonance circuit is set as a variable range of the switching frequency. That is, a so-called upper side control method is adopted.
As a general matter, a series resonance circuit has the lowest resonance impedance at the resonance frequency. Therefore, when the upper side control method based on the resonance frequency of the series resonance circuit is employed as in the present embodiment, the resonance impedance is increased as the switching frequency fs increases. Become.
Therefore, for example, when the DC input voltage Ei decreases due to a heavy load tendency, the switching frequency is controlled to be lowered. This lowers the resonance impedance and increases the amount of power transmission from the primary side to the secondary side, and thus the DC input voltage Ei increases.
On the other hand, when the DC input voltage Ei increases due to a light load tendency, the switching frequency is controlled to be higher. As a result, the resonance impedance is increased and the power transmission amount is reduced, so that the DC input voltage Ei is lowered. In this way, the DC input voltage Ei is stabilized by changing the switching frequency.

図3には、図1に示した電源回路における、前段の電流共振形コンバータの要部の動作波形を商用交流電源周期により示す。
ここで、図1に示した電源回路としては、後述もするようにワイドレンジ対応の構成が採られるものである。これに対応して、図3では交流入力電圧VAC=100V時と交流入力電圧VAC=230V時での動作波形をそれぞれ示している。
FIG. 3 shows the operation waveform of the main part of the current resonance converter in the previous stage in the power supply circuit shown in FIG.
Here, the power supply circuit shown in FIG. 1 adopts a configuration corresponding to a wide range as will be described later. Correspondingly, FIG. 3 shows operation waveforms when the AC input voltage VAC = 100 V and the AC input voltage VAC = 230 V, respectively.

なお、この図に示される実験結果を得るにあたっては、図1の回路の各部を以下のように選定した。
・絶縁コンバータトランスPIT・・・ギャップG=2.8mm、一次巻線N1=25T、二次巻線N2=25T、結合係数k=0.65、
・一次側直列共振コンデンサC1=0.056μF
・フィルタコンデンサCN=1μF
・平滑コンデンサCi=1000μF
・位相補償コンデンサCt1=0.047μF、抵抗R12=3.3kΩ
・位相補償コンデンサCt2=3.3μF
なお、上記各部の選定によって、二次巻線N2の1ターンあたりの誘起電圧レベルは5V/T以上を設定した。
また、上記した位相補償コンデンサCt1のキャパシタンスとしては、従来の構成(位相補償コンデンサCt2を備えない構成)でのCt1=1000pF程度と比較して増加されたものとなっている。これは、制御回路1の位相遅れ補償について、上記位相補償コンデンサCt2を設けた場合に対応させて調整した結果である。
In order to obtain the experimental results shown in this figure, each part of the circuit of FIG. 1 was selected as follows.
Insulating converter transformer PIT: Gap G = 2.8 mm, primary winding N1 = 25T, secondary winding N2 = 25T, coupling coefficient k = 0.65,
・ Primary side series resonance capacitor C1 = 0.056μF
・ Filter capacitor CN = 1μF
・ Smoothing capacitor Ci = 1000μF
・ Phase compensation capacitor Ct1 = 0.047μF, resistance R12 = 3.3kΩ
・ Phase compensation capacitor Ct2 = 3.3μF
In addition, the induced voltage level per turn of the secondary winding N2 was set to 5 V / T or more by the selection of each part.
Further, the capacitance of the above-described phase compensation capacitor Ct1 is increased compared to about Ct1 = 1000 pF in the conventional configuration (configuration without the phase compensation capacitor Ct2). This is a result of adjusting the phase delay compensation of the control circuit 1 corresponding to the case where the phase compensation capacitor Ct2 is provided.

先ず、図3において、図1に示したフィルタコンデンサCNの両端に得られる、ブリッジ整流回路Diの整流出力電圧V1としては、図示するようにして商用交流電源周期による波形が得られる。なお、交流入力電圧VAC=230V時では、整流出力電圧V1には図示するようにして100Vの直流成分が重畳されるが、これはフィルタコンデンサCNの充電電荷が重畳されているものである。
この整流出力電圧V1のピークレベルは、交流入力電圧VAC=100V時では140Vp、交流入力電圧VAC=230V時では325Vpとなる。
First, as shown in FIG. 3, as the rectified output voltage V1 of the bridge rectifier circuit Di obtained at both ends of the filter capacitor CN shown in FIG. Note that, when the AC input voltage VAC = 230 V, a DC component of 100 V is superimposed on the rectified output voltage V1 as shown in the figure, which is a charge charge of the filter capacitor CN.
The peak level of the rectified output voltage V1 is 140Vp when the AC input voltage VAC = 100V, and 325Vp when the AC input voltage VAC = 230V.

また、一次側直列共振回路を流れる一次側直列共振電流Ioとしては、スイッチング素子Q1、Q2のスイッチング周期による波形とされた上で、そのエンベロープは、整流出力電圧V1がピークレベルとなるのに応じて正負両極性にピークとなる波形が得られる。
この場合、一次側直列共振電流Ioのピークレベル(絶対値)は、交流入力電圧VAC=100V時と230V時とで共に15Apとなる。
Further, the primary side series resonance current Io flowing through the primary side series resonance circuit has a waveform according to the switching period of the switching elements Q1 and Q2, and the envelope corresponds to the peak level of the rectified output voltage V1. Thus, a waveform having a peak in both positive and negative polarities is obtained.
In this case, the peak level (absolute value) of the primary side series resonance current Io is 15 Ap for both the AC input voltage VAC = 100V and 230V.

また、絶縁コンバータトランスPITの二次巻線N2に励起される交番電圧V2としても、スイッチング周期による波形とされ、そのエンベロープは、整流出力電圧V1がピークレベルとなるのに応じて正負両極性にピークとなる。
この交番電圧V2のピークレベル(絶対値)は直流入力電圧Eiのレベルでクランプされる。
Further, the alternating voltage V2 excited by the secondary winding N2 of the insulating converter transformer PIT is also a waveform with a switching cycle, and its envelope changes to both positive and negative polarities according to the peak level of the rectified output voltage V1. It becomes a peak.
The peak level (absolute value) of the alternating voltage V2 is clamped at the level of the DC input voltage Ei.

そして、直流入力電圧Eiには、図示するようにして商用交流電源ACの約2倍の周期によるリップル電圧ΔEiが重畳された波形となる。
これは、図1の説明からも理解されるように、実施の形態の電流共振形コンバータでは、商用交流電源ACを整流したブリッジ整流回路Diの整流出力電圧V1についてスイッチング素子Q1、Q2がスイッチング動作を行うように構成されていることによる。
なお、実際の計測結果によると、交流入力電圧VAC=100V時でのΔEiはおよそ5Vp-p程度、また交流入力電圧VAC=230V時でのΔEiはおよそ10Vp-p程度であった。
Then, the DC input voltage Ei has a waveform in which a ripple voltage ΔEi having a cycle approximately twice that of the commercial AC power supply AC is superimposed as shown in the figure.
As can be understood from the description of FIG. 1, in the current resonance type converter according to the embodiment, the switching elements Q1 and Q2 perform the switching operation with respect to the rectified output voltage V1 of the bridge rectifier circuit Di that rectifies the commercial AC power supply AC. By being configured to do.
According to the actual measurement result, ΔEi when the AC input voltage VAC = 100 V is about 5 Vp-p, and ΔEi when the AC input voltage VAC = 230 V is about 10 Vp-p.

ここで、図1の回路では、上記しているように整流出力電圧V1についてスイッチング素子Q1、Q2がスイッチング動作を行うようにされているものであるが、このような構成とされていることで、一次側直列共振電流Ioとしては、図3にも示されているように、その平均波形(エンベロープ)の導通期間が、ほぼ商用交流電源ACの半周期にわたって得られるものとなる。
そして、図1の構成によれば、交流入力電流IACの導通期間は、このような一次側直列共振電流Ioの導通期間と同等とされることになる。
つまり、これによれば、上記のようにして一次側直列共振電流Ioの導通期間が商用交流電源ACの半周期間にわたるものとなっていることで、交流入力電流IACの導通期間としても商用交流電源ACのほぼ半周期にわたって得られるようになるものである。
そして、このようにして交流入力電流IACの導通期間が商用交流電源AC(交流入力電圧VAC)の半周期間と近づくようにされているということは、交流入力電流IACの導通角としてもその拡大が図られるものである。
Here, in the circuit of FIG. 1, the switching elements Q1 and Q2 perform the switching operation with respect to the rectified output voltage V1 as described above. As shown in FIG. 3, as the primary side series resonance current Io, the conduction period of the average waveform (envelope) is obtained over almost a half cycle of the commercial AC power supply AC.
According to the configuration of FIG. 1, the conduction period of the AC input current IAC is equivalent to the conduction period of such a primary side series resonance current Io.
That is, according to this, since the conduction period of the primary series resonance current Io extends over a half cycle of the commercial AC power supply AC as described above, the commercial AC power supply can be used as the conduction period of the AC input current IAC. It will be obtained over approximately half the AC period.
In this way, the conduction period of the AC input current IAC is made closer to the half cycle of the commercial AC power supply AC (AC input voltage VAC), which means that the conduction angle of the AC input current IAC is expanded. It is intended.

またここで、図3にも示したように、この場合の直流入力電圧Eiとしては、実際には商用交流電源周期に応じたリップルが生じるものである。
これによると、図1において説明した限りでの制御回路1、及び発振・ドライブ回路2による定電圧制御系の動作によっては、リップル電圧ΔEiを含む直流入力電圧Eiの検出入力に応じ、このリップル成分にも追従したスイッチング周波数制御が行われることになる。すなわち、このようなリップルΔEiの成分もキャンセルするように、一次側直列共振電流Ioのレベルが制御されることになる。
Further, as shown in FIG. 3, the DC input voltage Ei in this case actually has a ripple corresponding to the commercial AC power supply cycle.
According to this, depending on the operation of the constant voltage control system by the control circuit 1 and the oscillation / drive circuit 2 as described with reference to FIG. The switching frequency control that follows this is also performed. That is, the level of the primary side series resonance current Io is controlled so as to cancel such a component of the ripple ΔEi.

このようにして、リップル電圧ΔEiをキャンセルするように一次側直列共振電流Ioのレベルが制御されたとすると、図3では正弦波状となっている一次側直列共振電流Ioのエンベロープは、リップル電圧ΔEiに応じた周期でその絶対値レベルが増減する波形とされてしまう。
これによっては、一次側直列共振電流Ioのエンベロープは、図3に示したものとは異なり正弦波状とはならず、より高周波の成分(ΔEiに応じた商用交流電源ACの2倍の周期による成分)が重畳された波形となってしまい、このことで、上述したようにして交流入力電流IACの導通角の拡大は図られたとしても、高調波が重畳されてしまう分、力率自体は改善が図られなくなってしまうことになる。
If the level of the primary side series resonance current Io is controlled so as to cancel the ripple voltage ΔEi in this way, the envelope of the primary side series resonance current Io, which is sinusoidal in FIG. A waveform whose absolute value level increases or decreases in a corresponding cycle is obtained.
Depending on this, the envelope of the primary side series resonance current Io does not have a sinusoidal shape unlike the one shown in FIG. 3, and a higher frequency component (a component with a period twice that of the commercial AC power supply AC corresponding to ΔEi). ) Is superimposed, and even if the conduction angle of the AC input current IAC is increased as described above, the power factor itself is improved by the amount of harmonics superimposed. Will not be able to be planned.

そこで、実施の形態では、制御回路1において、位相補償コンデンサCt2を先に説明した接続形態により追加するものとしている。
この位相補償コンデンサCt2の追加により、制御回路1においては、直流入力電圧Eiに応じた検出入力についてのローパスフィルタが形成され、これにより直流入力電圧Eiの低域成分が抽出されて、リップル成分が除去される。つまり、これによってシャントレギュレータQ5の制御端子には、直流入力電圧Eiを平均化した平均値Ei-avrに応じたレベルの制御信号が供給されることになる。
そして、このようにシャントレギュレータQ5の制御端子に直流入力電圧Eiの平均値Ei-avrに応じた制御信号が供給されることで、この場合の制御回路1を含む定電圧制御系では、この平均値Ei-avrについて安定化する動作が行われるものとなる。
Therefore, in the embodiment, in the control circuit 1, the phase compensation capacitor Ct2 is added according to the connection form described above.
By adding the phase compensation capacitor Ct2, the control circuit 1 forms a low-pass filter for the detection input corresponding to the DC input voltage Ei, thereby extracting a low-frequency component of the DC input voltage Ei and generating a ripple component. Removed. That is, as a result, a control signal having a level corresponding to the average value Ei-avr obtained by averaging the DC input voltage Ei is supplied to the control terminal of the shunt regulator Q5.
The control signal corresponding to the average value Ei-avr of the DC input voltage Ei is supplied to the control terminal of the shunt regulator Q5 in this way, and this constant is controlled in the constant voltage control system including the control circuit 1 in this case. An operation of stabilizing the value Ei-avr is performed.

このようにして、直流入力電圧Eiの平均値Ei-avrについて安定化が行われれば、一次側直列共振電流Ioの波形のエンベロープは、図3にも示したようにして単に整流出力電圧V1の増加に応じて正負の絶対値レベルが増加する波形が得られるものとなる。つまりこの場合は、リップル電圧ΔEiの成分に追従したスイッチング周波数制御が行われないものとなることで、一次側直列共振電流Ioの波形のエンベロープは、整流出力電圧V1の波形に応じた正弦波状の波形とすることができるものである。
そして、このようにして一次側直列共振電流Ioの波形のエンベロープが正弦波状とされることで、交流入力電流IACの波形としても同様に正弦波状とすることができる。
If the average value Ei-avr of the DC input voltage Ei is stabilized in this way, the envelope of the waveform of the primary side series resonance current Io is simply the rectified output voltage V1 as shown in FIG. A waveform in which the positive / negative absolute value level increases in accordance with the increase is obtained. That is, in this case, the switching frequency control that follows the component of the ripple voltage ΔEi is not performed, so that the waveform envelope of the primary side series resonance current Io has a sine wave shape corresponding to the waveform of the rectified output voltage V1. It can be a waveform.
Then, the envelope of the waveform of the primary side series resonance current Io is made sinusoidal in this way, so that the waveform of the AC input current IAC can be made sinusoidal as well.

このようにして図1の構成によれば、スイッチング素子Q1、Q2が整流出力電圧V1についてスイッチング動作を行う構成としたことで、交流入力電流IACの導通角の拡大を図ることができ、尚かつ直流入力電圧Eiについてはその平均値Ei-avrで安定化する構成としたことで、交流入力電流IACの波形をより正弦波に近づけることができる。
すなわち、このようにして交流入力電流IACの導通角の拡大が図られ、尚かつその波形を正弦波に近づけることができることで、力率の改善が図られるものである。
Thus, according to the configuration of FIG. 1, the switching elements Q1 and Q2 perform the switching operation with respect to the rectified output voltage V1, so that the conduction angle of the AC input current IAC can be increased, and Since the DC input voltage Ei is stabilized at the average value Ei-avr, the waveform of the AC input current IAC can be made closer to a sine wave.
That is, the conduction angle of the AC input current IAC can be increased in this way, and the power factor can be improved by making the waveform close to a sine wave.

なお、上記した動作からも理解されるように、この場合の制御回路1にて追加される位相補償コンデンサCt2によるローパスフィルタとしては、検出入力される直流入力電圧Eiのリップル電圧ΔEiが除去されるようにそのフィルタ係数が設定されればよいものである。   As understood from the above-described operation, the ripple voltage ΔEi of the DC input voltage Ei detected and input is removed as a low-pass filter by the phase compensation capacitor Ct2 added in the control circuit 1 in this case. Thus, it is sufficient that the filter coefficient is set.

ところで、図1の電源回路における電流共振形コンバータとしては、上記説明による力率改善動作と共に、AC100V系とAC200V系との双方の入力に対応して動作可能な、ワイドレンジ対応の構成を採るものである。
以下、図1の回路構成によるワイドレンジ対応の動作について説明する。
By the way, the current resonance type converter in the power supply circuit of FIG. 1 adopts a configuration corresponding to a wide range capable of operating in accordance with both input of the AC100V system and AC200V system in addition to the power factor improving operation described above. It is.
Hereinafter, the operation corresponding to the wide range by the circuit configuration of FIG. 1 will be described.

先ず、これまでの説明からも理解されるように、図1に示した電流共振形コンバータとしては、スイッチング周波数制御方式により二次側の出力電圧(この場合は直流入力電圧Eiである)の安定化を図る共振形コンバータとしての構成を採るものである。
ここで、このようにしてスイッチング周波数制御方式により二次側の直流出力電圧の安定化を図る構成とした場合には、従来において、一般的には安定化のためのスイッチング周波数の可変制御範囲が比較的広範囲とされてしまう傾向となる。そして、このように二次側直流出力電圧についての安定化に要する可変制御範囲が比較的広範となることから、従来より、スイッチング周波数制御方式による安定化動作のみで、AC100V系とAC200V系との入力に対応するワイドレンジ対応の構成を実現することが非常に困難とされてきた。
First, as understood from the above description, the current resonance type converter shown in FIG. 1 can stabilize the output voltage on the secondary side (in this case, the DC input voltage Ei) by the switching frequency control method. A configuration as a resonance type converter is realized.
Here, when the secondary side DC output voltage is stabilized by the switching frequency control method in this way, conventionally, there is generally a variable control range of the switching frequency for stabilization. It tends to be a relatively wide range. Since the variable control range required for stabilization of the secondary side DC output voltage is relatively wide as described above, the AC 100 V system and the AC 200 V system can be conventionally operated only by the stabilization operation by the switching frequency control method. It has been very difficult to realize a wide-range configuration that supports input.

図15は、従来の電流共振形コンバータにおける定電圧制御特性を、スイッチング周波数fsと二次側直流出力電圧Eoのレベルとの関係により示している。
なお、従来の電流共振形コンバータとしては、先の図14に示した電源回路について、前段のアクティブフィルタを省略した構成と考えればよい。すなわち、絶縁コンバータトランスPITについてギャップ長を例えば1.0mm程度とし、結合係数k=0.8〜0.9程度を設定するようにされた電流共振形コンバータである。
FIG. 15 shows the constant voltage control characteristic in the conventional current resonance type converter by the relationship between the switching frequency fs and the level of the secondary side DC output voltage Eo.
As a conventional current resonance type converter, the power supply circuit shown in FIG. 14 may be considered as a configuration in which the previous active filter is omitted. That is, it is a current resonance type converter in which the gap length of the insulating converter transformer PIT is set to about 1.0 mm, for example, and the coupling coefficient k is set to about 0.8 to 0.9.

図15において、先ず一般的なこととして、直列共振回路は、共振周波数foのときに最も共振インピーダンスが小さくなる。これにより、アッパーサイド制御における二次側直流出力電圧Eoとスイッチング周波数fsの関係として、二次側直流出力電圧Eoのレベルは、スイッチング周波数fsが共振周波数foに近づいていくほど上昇し、共振周波数foから離れていくのに従って低下していくものとなる。
従って、負荷電力Poを一定とした条件でのスイッチング周波数fsに対する二次側直流出力電圧Eoのレベルは、この図15において示されるように、スイッチング周波数fsが一次側直列共振回路の共振周波数foと同じときにピークとなり、共振周波数foから離れるのに応じて低下する二次曲線的な変化を示すことになる。
In FIG. 15, first, as a general matter, the series resonance circuit has the smallest resonance impedance at the resonance frequency fo. Thereby, as the relationship between the secondary side DC output voltage Eo and the switching frequency fs in the upper side control, the level of the secondary side DC output voltage Eo increases as the switching frequency fs approaches the resonance frequency fo. As it gets away from fo, it goes down.
Therefore, the level of the secondary side DC output voltage Eo with respect to the switching frequency fs under the condition that the load power Po is constant, the switching frequency fs is equal to the resonance frequency fo of the primary side series resonance circuit as shown in FIG. It becomes a peak at the same time, and shows a change in a quadratic curve that decreases as the frequency moves away from the resonance frequency fo.

また、同じスイッチング周波数fsに対応する二次側直流出力電圧Eoのレベルは、最小負荷電力Pomin時よりも最大負荷電力Pomax時のほうが、所定分低下するようにしてシフトする特性が得られる。つまり、スイッチング周波数fsを固定として考えると、重負荷の条件となるのに従って二次側直流出力電圧Eoのレベルは低下する。   Further, a characteristic is obtained that the level of the secondary side DC output voltage Eo corresponding to the same switching frequency fs is shifted so as to decrease by a predetermined amount at the maximum load power Pomax than at the minimum load power Pomin. That is, when the switching frequency fs is considered as being fixed, the level of the secondary side DC output voltage Eo decreases as the heavy load condition is reached.

そして、このような特性のもとで、アッパーサイド制御により二次側直流出力電圧Eoについて、Eo=tgとなるようにして安定化しようとした場合、従来の電源回路において必要となるスイッチング周波数の可変範囲(必要制御範囲)は、Δfsとして示される範囲となる。   Under such characteristics, when the secondary side DC output voltage Eo is stabilized by the upper side control so that Eo = tg, the switching frequency required in the conventional power supply circuit is reduced. The variable range (necessary control range) is a range indicated as Δfs.

ここで、例えばAC100V系の単レンジに対応するとして、交流入力電圧VAC=85V〜120Vの変動範囲と、さらに、メイン直流電源である二次側直流出力電圧Eoの最大負荷電力Pomaxから最小負荷電力Pominまでの負荷変動範囲が例えばPo=200W〜0Wとされた場合を想定してみる。
この場合、従来の電流共振形コンバータにおいて二次側直流出力電圧Eoの定電圧制御のために可変するスイッチング周波数fsの可変範囲は、fs=80kHz〜200kHz以上であり、Δfsとしても120kHz以上と相応に広範囲なものとなる。
Here, assuming that it corresponds to a single range of AC 100 V system, for example, the fluctuation range of AC input voltage VAC = 85 V to 120 V, and further, from the maximum load power Pomax of the secondary side DC output voltage Eo which is the main DC power supply, to the minimum load power Assume that the load fluctuation range up to Pomin is, for example, Po = 200 W to 0 W.
In this case, the variable range of the switching frequency fs that can be varied for constant voltage control of the secondary side DC output voltage Eo in the conventional current resonance type converter is fs = 80 kHz to 200 kHz or more, and Δfs is correspondingly 120 kHz or more. It will be a wide range.

このことを踏まえて、スイッチング周波数制御のみでワイドレンジ対応を実現することについて考えてみると、先ずワイドレンジとしては例えばAC85V〜288Vの交流入力電圧範囲に対応することになる。従って、上記のようなAC100V系のみ、あるいはAC200V系のみの単レンジに対応する場合と比較して、同じ負荷変動範囲に対応するとした場合の二次側直流出力電圧Eoのレベル変動範囲は、当然拡大する傾向となる。
そして、このような交流入力電圧範囲に対応してレベル変動範囲が拡大傾向となる二次側直流出力電圧Eoについて定電圧制御を行うためには、より広範囲なスイッチング周波数制御範囲が必要となる。例えば、上記したAC100V系単レンジでの必要制御範囲Δfs(fs=80kHz〜200kHz程度)とされた場合では、ワイドレンジ対応とするにあたってのスイッチング周波数fsの制御範囲は約80kHz〜500kHzにまで拡大する必要がでてくる。
In consideration of this, when considering the realization of the wide range only by the switching frequency control, first, the wide range corresponds to the AC input voltage range of, for example, AC85V to 288V. Accordingly, the level fluctuation range of the secondary side DC output voltage Eo in the case of corresponding to the same load fluctuation range as compared with the case of corresponding to the single AC100V system only or the AC200V only single range as described above is naturally. It tends to expand.
In order to perform constant voltage control on the secondary side DC output voltage Eo whose level fluctuation range tends to expand corresponding to such an AC input voltage range, a wider switching frequency control range is required. For example, when the required control range Δfs (about fs = 80 kHz to 200 kHz) in the AC100V single range described above is set, the control range of the switching frequency fs for wide range correspondence is expanded to about 80 kHz to 500 kHz. Necessity comes out.

しかしながら、現状のスイッチング素子を駆動するためのIC(発振・ドライブ回路2)として、対応可能な駆動周波数の上限は、先にも述べたように200kHz程度が限界とされている。また、仮に上記したような高い周波数での駆動が可能なスイッチング駆動用ICを構成して実装したとしても、このような高い周波数でスイッチング素子を駆動した場合には、電力変換効率が著しく低下するために、現実の電源回路として実用的ではなくなる。
このような事情から、スイッチング周波数制御方式による安定化動作のみによってワイドレンジ対応を図ることが、非常に困難とされていたものである。
However, as described above, the upper limit of the drive frequency that can be handled as an IC (oscillation / drive circuit 2) for driving a current switching element is limited to about 200 kHz. Even if the switching drive IC capable of driving at a high frequency as described above is configured and mounted, the power conversion efficiency is significantly reduced when the switching element is driven at such a high frequency. Therefore, it is not practical as an actual power supply circuit.
Under such circumstances, it has been very difficult to achieve a wide range only by a stabilizing operation by the switching frequency control method.

そこで、図1に示した電源回路においては、前段の電流共振形コンバータについて、先の図2においても説明したように絶縁コンバータトランスPITにおける結合係数kを従来よりも低い値に設定するものとしている。
そして、このような構成によって、AC100V系とAC200V系との入力に対応して動作可能なワイドレンジ対応の構成を実現する。このことについて、次の図4を参照して説明する。
Therefore, in the power supply circuit shown in FIG. 1, the coupling coefficient k in the insulating converter transformer PIT is set to a value lower than that of the conventional converter as described in FIG. .
With such a configuration, a wide-range configuration that can operate in response to the input of the AC 100 V system and the AC 200 V system is realized. This will be described with reference to FIG.

図4は、図1の電源回路における前段の電流共振形コンバータにおける定電圧制御特性を、スイッチング周波数fsと直流入力電圧Eiの平均値Ei-avrとの関係により示している。
なお、この図では同時に、絶縁コンバータトランスPITにおける結合係数kを従来の設定とした場合の電源回路における、二次側直流出力電圧Eoについての定電圧制御特性を一点鎖線により示している。
また、確認のために述べておくと、図1の電源回路における前段の電流共振形コンバータとしても、スイッチング周波数制御方式としていわゆるアッパーサイド制御を採用していることを前提とする。
FIG. 4 shows the constant voltage control characteristics in the previous stage current resonance type converter in the power supply circuit of FIG. 1 by the relationship between the switching frequency fs and the average value Ei-avr of the DC input voltage Ei.
In this figure, at the same time, the constant voltage control characteristic for the secondary side DC output voltage Eo in the power supply circuit when the coupling coefficient k in the insulating converter transformer PIT is set to the conventional setting is shown by a one-dot chain line.
For confirmation, it is assumed that so-called upper side control is adopted as the switching frequency control method in the current resonance converter in the previous stage in the power supply circuit of FIG.

図4において、この場合としても、直列共振回路においては共振周波数foのときに最も共振インピーダンスが小さくなる特性から、アッパーサイド制御における直流入力電圧Eiとスイッチング周波数fsの関係としては、スイッチング周波数fsが共振周波数foに近づいていくほど直流入力電圧Eiの平均値Ei-avrが上昇し、共振周波数foから離れていくのに従って平均値Ei-avrが低下していくものとなる。
従って、この場合も負荷電力Poを一定とした条件でのスイッチング周波数fsに対する直流入力電圧Eiの平均値Ei-avrは、図示するようにして、スイッチング周波数fsが一次側直列共振回路の共振周波数foと同じときにピークとなり、共振周波数foから離れるのに応じて低下する二次曲線的な変化を示す。
In FIG. 4, even in this case, since the resonance impedance becomes the smallest at the resonance frequency fo in the series resonance circuit, the relationship between the DC input voltage Ei and the switching frequency fs in the upper side control is that the switching frequency fs is The average value Ei-avr of the DC input voltage Ei increases as it approaches the resonance frequency fo, and the average value Ei-avr decreases as the distance from the resonance frequency fo increases.
Accordingly, in this case as well, the average value Ei-avr of the DC input voltage Ei with respect to the switching frequency fs under the condition that the load power Po is constant is, as shown in the figure, the switching frequency fs is the resonance frequency fo of the primary side series resonance circuit. It becomes a peak at the same time, and shows a quadratic curve-like change that decreases as the distance from the resonance frequency fo increases.

また、同じスイッチング周波数fsに対応する平均値Ei-avrとしては、この場合も最小負荷電力Pomin時よりも最大負荷電力Pomax時のほうが所定分低下するようにしてシフトする特性となる。従ってこの場合としても、スイッチング周波数fsを固定として考えると重負荷となるのに従って平均値Ei-avrは低下する傾向となる。   In this case, the average value Ei-avr corresponding to the same switching frequency fs also has a characteristic of shifting so as to decrease by a predetermined amount at the maximum load power Pomax than at the minimum load power Pomin. Therefore, even in this case, if the switching frequency fs is fixed, the average value Ei-avr tends to decrease as the load becomes heavy.

ここで、この図に示される図1の回路の場合での最大負荷電力Pomax(Po=200W)時の特性曲線(特性曲線1)と、従来の回路でのPomax時の特性曲線(特性曲線2)とを比較してわかるように、最大負荷電力時での双方の特性曲線としては、およそ同様の比較的急峻な二次曲線が得られていることがわかる。これに対し、最小負荷電力Pomin(Po=0W)時では、特性曲線3と示される図1の回路の曲線と、特性曲線4と示される従来の曲線とを比較すると、従来での非常になだらかな曲線に対し、図1の回路では急峻となる特性が得られていることが理解できる。   Here, the characteristic curve (characteristic curve 1) at the time of the maximum load power Pomax (Po = 200 W) in the case of the circuit of FIG. 1 shown in this figure and the characteristic curve (characteristic curve 2) at the time of Pomax in the conventional circuit. As can be seen from comparison with (2), approximately the same relatively steep quadratic curve is obtained as both characteristic curves at the maximum load power. On the other hand, when the minimum load power Pomin (Po = 0W) is compared, the curve of the circuit of FIG. 1 shown as the characteristic curve 3 and the conventional curve shown as the characteristic curve 4 are very gentle in the prior art. It can be understood that a steep characteristic is obtained in the circuit of FIG.

そして、このような特性が得られている下で、アッパーサイド制御により平均値Ei-avrについて、Ei-avr=tgとなるようにして安定化しようとした場合、従来の電源回路において安定化に必要となるスイッチング周波数の可変範囲(必要制御範囲Δfs)は、特に上記のようにして最小負荷電力Pomin時の特性曲線がなだらかであることから、図のように比較的広範なΔfsBと示される範囲となる。
これに対し、図1に示した電源回路におけるEi-avrの安定化のための必要制御範囲Δfsは、従来よりも最小負荷電力Pomin時の特性曲線が急峻とされたことで、上記ΔfsBよりも縮小されたΔfsAとして示される範囲となる。
Then, when such characteristics are obtained, when trying to stabilize the average value Ei-avr by upper side control so that Ei-avr = tg, stabilization is achieved in the conventional power supply circuit. The required switching frequency variable range (necessary control range Δfs) is a range indicated by a relatively wide ΔfsB as shown in the figure because the characteristic curve at the minimum load power Pomin is gentle as described above. It becomes.
On the other hand, the necessary control range Δfs for stabilizing Ei-avr in the power supply circuit shown in FIG. 1 is more steep than the above ΔfsB because the characteristic curve at the minimum load power Pomin is steeper than before. This is the range indicated as the reduced ΔfsA.

このようにして、結合係数kについて従来よりも低い所定以下の値を設定した実施の形態では、特に最小負荷電力Pomin時でのスイッチング周波数の上昇が抑制されることで、安定化のための必要制御範囲Δfsが大幅に縮小されたものとなる。
ここで、図4の特性図においては、AC100V系又は200V系の一方の単レンジの場合での必要制御範囲Δfsについて示しているが、他方のレンジにおいても、同様に必要制御範囲Δfsの大幅な縮小化が図られるものとなる。すなわち、同様に最小負荷電力Pomin時でのスイッチング周波数の上昇が特に抑制されることで、AC100V系とAC200V系の双方の単レンジにおいて、従来よりも必要制御範囲Δfsの大幅な縮小化が図れるものである。
そして、このように各単レンジでの必要制御範囲Δfsの縮小化が図られるということは、AC100V系からAC200V系までの入力に対応するとした場合にも、その必要制御範囲Δfsとしては従来よりも大幅に縮小することができるものとなる。
In this way, in the embodiment in which the coupling coefficient k is set to a predetermined value lower than the conventional value, the increase in the switching frequency especially at the minimum load power Pomin is suppressed, so that it is necessary for stabilization. The control range Δfs is greatly reduced.
Here, in the characteristic diagram of FIG. 4, the required control range Δfs in the case of one single range of the AC 100V system or the 200V system is shown, but in the other range, the required control range Δfs is also significantly increased. Reduction will be achieved. That is, similarly, the increase of the switching frequency at the time of the minimum load power Pomin is particularly suppressed, so that the required control range Δfs can be greatly reduced in comparison with the conventional one in both the AC100V system and the AC200V system. It is.
The reduction of the required control range Δfs in each single range in this way means that the required control range Δfs is also larger than the conventional control range Δfs even when it corresponds to the input from the AC 100V system to the AC 200V system. It can be greatly reduced.

このようにして、AC100V系からAC200V系の入力に対応する場合の必要制御範囲Δfsについても大幅な縮小化が図られることで、図1の電源回路における前段の電流共振形コンバータによれば、スイッチング周波数制御方式による安定化動作のみによるワイドレンジ対応の構成を実現することができる。   In this way, the required control range Δfs when the input from the AC 100V system to the AC 200V system is correspondingly reduced, so that the current resonance converter in the previous stage in the power supply circuit of FIG. A configuration corresponding to a wide range can be realized only by the stabilization operation by the frequency control method.

ところで、このようなスイッチング周波数制御方式により二次側の直流出力電圧の安定化を図る電流共振形コンバータとして、例えば先の先行技術として示した図14の回路における電流共振形コンバータでは、二次側の整流回路として両波整流回路を備えるものとしていたが、このように二次側の整流回路が両波整流とされた場合、スイッチング周波数制御範囲は、特に広範囲とされてしまうことになる。   By the way, as a current resonance type converter that stabilizes the DC output voltage on the secondary side by such a switching frequency control method, for example, in the current resonance type converter in the circuit of FIG. However, when the secondary-side rectifier circuit is a double-wave rectifier, the switching frequency control range is particularly wide.

先ず、両波整流回路とした場合、二次巻線N2はセンタータップされ、2つの二次巻線部が形成される。そして、これら2つの二次巻線部において、二次巻線N2に励起される交番電圧の一方の半周期においては、整流電流は[一方の二次巻線部→整流ダイオードDo1→平滑コンデンサCo]の経路で流れる。また、上記交番電圧の他方の半周期には、整流電流は[他方の二次巻線部→整流ダイオードDo2→平滑コンデンサCo]を介して流れる。
つまり両波整流において、2つの二次巻線部としては、一方の半周期には一方にのみ電流が流れ、他方には流れないという状態となる。
First, in the case of a double-wave rectifier circuit, the secondary winding N2 is center-tapped to form two secondary winding portions. In these two secondary winding sections, in one half cycle of the alternating voltage excited by the secondary winding N2, the rectified current is [one secondary winding section → rectifier diode Do1 → smoothing capacitor Co. ] Flow. Further, in the other half cycle of the alternating voltage, the rectified current flows through [the other secondary winding portion → rectifier diode Do2 → smoothing capacitor Co].
That is, in the two-wave rectification, the two secondary winding portions are in a state in which current flows only in one half cycle and does not flow in the other half cycle.

このような両波整流動作によると、絶縁コンバータトランスPITのボビンに対してそれぞれ巻装された2つの二次巻線部の間には、所要の静電容量が存在することとなる。
そして、このように線間静電容量が存在していることにより、この場合の絶縁コンバータトランスPITの二次側においては、先の図14にも示されるようにして、等価的には二次巻線N2に対して並列にコンデンサC2が接続された状態となる。
According to such a double-wave rectification operation, a required capacitance exists between the two secondary winding portions wound around the bobbin of the insulating converter transformer PIT.
Since the inter-line capacitance is present in this way, the secondary side of the insulating converter transformer PIT in this case is equivalently the secondary as shown in FIG. The capacitor C2 is connected in parallel to the winding N2.

二次巻線N2に対して並列にコンデンサC2が接続されることで、この場合は二次側においても二次巻線N2のリーケージインダクタンス(L2)とコンデンサC2のキャパシタンス(C2)とによる、並列共振回路(部分共振回路)が形成されたものとなり、これによって二次側においても、一次側の部分共振回路(L1//Cp)と同様の共振動作が得られることになる。
ちなみに、上記コンデンサC2のキャパシタンスとしては、二次巻線N2として用いるリッツ線の束数と、二次巻線N2が巻装されるボビンの窓面積によって決定されるものであるが、図14の回路について実験を行った結果では、およそ100pF〜500pF程度と微少なもとなっている。
Since the capacitor C2 is connected in parallel to the secondary winding N2, in this case also on the secondary side, the parallel is caused by the leakage inductance (L2) of the secondary winding N2 and the capacitance (C2) of the capacitor C2. Thus, a resonance circuit (partial resonance circuit) is formed, and the resonance operation similar to that of the primary side partial resonance circuit (L1 // Cp) can be obtained on the secondary side.
Incidentally, the capacitance of the capacitor C2 is determined by the number of litz wire bundles used as the secondary winding N2 and the window area of the bobbin around which the secondary winding N2 is wound. As a result of experiments on the circuit, it is very small, about 100 pF to 500 pF.

このように二次側の整流回路が両波整流回路とされ、二次側においても並列共振回路が形成される電流共振形コンバータにおいては、先の図15に示したような二次側直流出力電圧Eoの定電圧特性として、実際には次の図16に示すような特性となってしまう。
図16において、先ず、上記のように二次側に対しても並列共振回路が形成されることで、一次側の直列共振回路の共振周波数をfo1とした場合、二次側の並列共振回路の共振周波数fo2が存在することになる。
そして、このように異なる共振点が2つ存在するようにされることで、特にPomin時における特性曲線としては、一次側の共振周波数fo1に応じてピークと二次側の共振周波数fo2に応じたピークとの2つのピークを持つ、図のような双峰曲線が得られることになる。
Thus, in the current resonance type converter in which the secondary side rectifier circuit is a double-wave rectifier circuit and a parallel resonant circuit is formed also on the secondary side, the secondary side DC output as shown in FIG. As the constant voltage characteristic of the voltage Eo, the characteristic shown in FIG.
In FIG. 16, first, a parallel resonant circuit is also formed on the secondary side as described above. When the resonant frequency of the primary side series resonant circuit is fo1, the secondary side parallel resonant circuit is A resonance frequency fo2 exists.
In addition, since there are two different resonance points in this way, the characteristic curve particularly at Pomin corresponds to the peak and secondary resonance frequency fo2 according to the primary resonance frequency fo1. A bimodal curve having two peaks and a peak as shown in the figure is obtained.

この場合、コンデンサC2のキャパシタンスとしては、上記もしたように比較的微少とされることで、重負荷の条件で二次側直流出力電圧Eoのレベルが比較的低くなる傾向とされているときは、二次側の共振点は顕在化しないものとなる(Pomax時の特性曲線)。しかし、軽負荷の傾向となって、無負荷の状態に近づくことによっては、二次側直流出力電圧Eoが急激な上昇傾向となることに伴って、二次側の共振点が顕在化するかの如く、図中Po=0時の特性曲線のような双峰の特性曲線が得られるものである。   In this case, when the capacitance of the capacitor C2 is relatively small as described above, the level of the secondary side DC output voltage Eo tends to be relatively low under heavy load conditions. The resonance point on the secondary side does not become apparent (characteristic curve at Pomax). However, if the secondary-side DC output voltage Eo tends to rise sharply by approaching a no-load state due to a light load trend, does the secondary-side resonance point become obvious? As shown, a bimodal characteristic curve such as a characteristic curve at Po = 0 in the figure can be obtained.

この双峰の特性曲線と、先の図15における同じPo=0W時の特性曲線を比較すると、図16に示される双峰曲線の方が、単峰の曲線とされた場合よりも、無負荷時のスイッチング周波数がより高くなる傾向となることが理解できる。
そして、これによれば、各図のΔfsを比較してわかるように、図16の双峰となる方がスイッチング周波数の必要制御範囲Δfsがより広範となるものである。
When comparing the characteristic curve of this bimodal with the characteristic curve at the same Po = 0 W in FIG. 15, the bimodal curve shown in FIG. 16 has no load compared to the case where it is a single-peaked curve. It can be seen that the switching frequency at the time tends to be higher.
And, according to this, as can be seen by comparing Δfs in each figure, the required control range Δfs of the switching frequency becomes wider in the bimodal in FIG.

図17は、二次側の整流回路を両波整流回路とした場合の従来の電流共振形コンバータにおける、負荷変動に対するスイッチング周波数fsの変動特性の一例を示した図である。
この特性図から、上記説明のとうり、両波整流回路とした場合は、負荷電力Poが0W付近のとき、二次側の共振点が顕在化することで急激にスイッチング周波数が上昇する傾向となる。
この特性図によると、Pomax=200W時、スイッチング周波数fsは75〜80kHz程度であるのに対し、Pomin=0W付近ではスイッチング周波数fsが急激に上昇して170kHz程度に至るものとなっている。
FIG. 17 is a diagram showing an example of fluctuation characteristics of the switching frequency fs with respect to load fluctuations in a conventional current resonance type converter when the secondary side rectifier circuit is a double-wave rectifier circuit.
From this characteristic diagram, as described above, when the dual-wave rectifier circuit is used, when the load power Po is around 0 W, the secondary resonance point becomes obvious and the switching frequency tends to increase rapidly. Become.
According to this characteristic diagram, when Pomax = 200 W, the switching frequency fs is about 75 to 80 kHz, whereas in the vicinity of Pomin = 0 W, the switching frequency fs rapidly increases to about 170 kHz.

このようにして、従来の電流共振形コンバータの構成として、二次側に両波整流回路を構成した場合は、一次側と二次側の共振回路による2つの共振点が存在することによる必要制御範囲Δfsの拡大も加わり、さらに必要制御範囲Δfsは拡大傾向となってしまう。   In this way, when a double-wave rectifier circuit is configured on the secondary side as a configuration of a conventional current resonance type converter, the necessary control due to the presence of two resonance points by the resonance circuit on the primary side and the secondary side In addition to the expansion of the range Δfs, the necessary control range Δfs tends to expand.

そこで、実施の形態としては、先の図1においても示したように、二次側の整流回路としてはブリッジ整流回路を備えるものとし、両波整流回路以外の整流回路としている。
ここで、例えば仮に、図2にて説明した絶縁コンバータトランスPITの結合係数kの設定の下で、先の図14の回路の場合と同様に二次側の整流回路として両波整流回路を備えた場合について考察してみる。
先ず、両波整流回路とされることで、この場合としてもセンタータップによって分割された各二次巻線部の間には、線間静電容量が存在することに変わりはなく、従って二次側には等価的に並列共振回路が形成され、これによって、この場合としても定電圧制御についての特性曲線は、特に負荷電力Po=0W時のものは先の図16に示した双峰の曲線が得られることになる。
このようにして、特性曲線自体が単峰でなく双峰の特性となることから、両波整流回路とした場合には、実施の形態の結合係数kの設定によっても、スイッチング周波数の必要制御範囲Δfsの縮小化が図られないものとなる。これは、特性曲線が双峰であることで、無負荷近辺でのスイッチング周波数としては、先の図17に示したような急激に上昇する特性が維持されてしまうことによる。そして、これに伴って必要制御範囲Δfsとしても有効な縮小化を図ることがほぼ不可能となり、結果的に結合係数kについて所定以下に設定したとしても必要制御範囲Δfsは変化しないことになる。
Therefore, as shown in FIG. 1, as an embodiment, the secondary side rectifier circuit includes a bridge rectifier circuit, and is a rectifier circuit other than the double-wave rectifier circuit.
Here, for example, under the setting of the coupling coefficient k of the insulating converter transformer PIT described with reference to FIG. 2, a double-wave rectifier circuit is provided as a secondary side rectifier circuit as in the case of the circuit of FIG. Let's consider the case.
First, since it is a double-wave rectifier circuit, even in this case, there is no change in the capacitance between the secondary windings divided by the center tap. A parallel resonant circuit is equivalently formed on the side, and as a result, even in this case, the characteristic curve for the constant voltage control, particularly when the load power Po = 0 W, is the bimodal curve shown in FIG. Will be obtained.
In this way, the characteristic curve itself is not a single peak but a double peak characteristic. Therefore, in the case of a double-wave rectifier circuit, the required control range of the switching frequency is also set by the setting of the coupling coefficient k of the embodiment. Δfs cannot be reduced. This is because the characteristic curve is a double peak, and as a switching frequency in the vicinity of no load, the characteristic of rapidly increasing as shown in FIG. 17 is maintained. As a result, it is almost impossible to effectively reduce the necessary control range Δfs, and as a result, the necessary control range Δfs does not change even if the coupling coefficient k is set to a predetermined value or less.

これに対し、二次側に並列共振回路が形成されず、定電圧制御の特性曲線が単峰であれば、先の図4の特性図から理解されるように、結合係数kの設定によって、無負荷時(Pomin時)のスイッチング周波数は従来の結合係数の設定とされた場合よりも低い値とすることができ、従って無負荷付近でのスイッチング周波数の急激な上昇特性は有効に改善が図られる。
このような理由から、二次側の整流回路を両波整流回路以外とし、結合係数kについて所定以下に低下させた実施の形態によれば、必要制御範囲Δfsの有効な縮小化を図ることができ、これによってスイッチング周波数制御方式による安定化動作のみでのワイドレンジ対応の構成を実現することができるものである。
On the other hand, if a parallel resonant circuit is not formed on the secondary side and the characteristic curve of constant voltage control is a single peak, as can be understood from the characteristic diagram of FIG. 4, by setting the coupling coefficient k, The switching frequency at the time of no load (at the time of Pomin) can be set to a lower value than when the conventional coupling coefficient is set, so that the rapid increase characteristic of the switching frequency near the no load is effectively improved. It is done.
For this reason, according to the embodiment in which the rectifier circuit on the secondary side is other than the double-wave rectifier circuit and the coupling coefficient k is reduced to a predetermined value or less, the necessary control range Δfs can be effectively reduced. Thus, it is possible to realize a configuration corresponding to a wide range only by a stabilizing operation by the switching frequency control method.

図5、図6には、図1に示した電源回路について実際に実験を行った結果として、力率PF、AC→DC電力変換効率ηAC→DC、直流入力電圧Eiの平均値Ei-avrの各特性を示す。
なお、各図に示されるAC→DC電力変換効率は、前段の電流共振形コンバータのAC→DC電力変換効率と、後段のDC/DCコンバータ5のDC→DC電力変換効率とによる総合の電力変換効率を示すものである。
また、図5では、負荷電力Po=200W〜0Wの変動に対する各特性について示し、図6では交流入力電圧VAC=85V〜288Vの変動に対する各特性を示している。
さらに、図5では交流入力電圧VAC=100V時の特性を実線で、また交流入力電圧VAC=230V時の特性を破線により示し、図6では負荷電力Po=200Wで一定とした場合の実験結果を示している。
なお、これらの図に示される実験結果を得るにあたっても、図1の電源回路の各部は先の図3にて説明した値に設定した。
FIGS. 5 and 6 show the results of actual experiments on the power supply circuit shown in FIG. 1, including power factor PF, AC → DC power conversion efficiency ηAC → DC, and average value Ei-avr of DC input voltage Ei. Each characteristic is shown.
The AC → DC power conversion efficiency shown in each figure is the total power conversion based on the AC → DC power conversion efficiency of the current-resonance converter in the previous stage and the DC → DC power conversion efficiency of the DC / DC converter 5 in the subsequent stage. It shows the efficiency.
Further, FIG. 5 shows each characteristic with respect to fluctuations in the load power Po = 200 W to 0 W, and FIG. 6 shows each characteristic with respect to fluctuations in the AC input voltage VAC = 85 V to 288 V.
Further, in FIG. 5, the characteristics at the AC input voltage VAC = 100V are indicated by a solid line, the characteristics at the AC input voltage VAC = 230V are indicated by a broken line, and FIG. 6 shows the experimental results when the load power Po = 200 W is constant. Show.
In obtaining the experimental results shown in these figures, each part of the power supply circuit in FIG. 1 was set to the values described in FIG.

先ず、図5において、AC→DC電力変換効率については、交流入力電圧VAC=100V、230V時で共に、負荷電力Poの上昇に伴って上昇する特性が得られる。そして、交流入力電圧VAC=100V時では、負荷電力Po=200W時において最大となり、ηAC→DC=90.2%程度が得られた。
また、交流入力電圧VAC=230V時としても負荷電力Po=200W時に最大値が得られ、ηAC→DC=89.5%程度となる結果が得られた。
なお、この図に示される総合的な電力変換効率ηAC→DCとしても、後段のDC/DCコンバータ5における電力変換効率ηDC→DCを、先の図14の回路の場合と同様にηDC→DC=94%とした場合の結果を示すものである。
First, in FIG. 5, the AC → DC power conversion efficiency has a characteristic that increases as the load power Po increases at both the AC input voltage VAC = 100V and 230V. When the AC input voltage VAC = 100 V, the maximum value was obtained when the load power Po = 200 W, and about ηAC → DC = 90.2% was obtained.
Further, even when the AC input voltage VAC = 230 V, the maximum value was obtained when the load power Po = 200 W, and the result was about ηAC → DC = 89.5%.
Note that even when the overall power conversion efficiency ηAC → DC shown in this figure is used, the power conversion efficiency ηDC → DC in the subsequent DC / DC converter 5 is changed to ηDC → DC = as in the case of the circuit of FIG. The result in the case of 94% is shown.

ここで、図1に示される電源回路の構成によると、前段の電流共振形コンバータにて生成される直流入力電圧Ei(平均値Ei-avr)のレベルを高く設定することで、後段のDC/DCコンバータ5におけるDC→DC電力変換効率が向上することになる。
この場合は、直流入力電圧Eiの平均値Ei-avrについて、Ei-avr=420V程度に設定したことで、上記のようなDC/DCコンバータ5におけるDC→DC電力変換効率(ηDC→DC=94%)を設定した。なお、直流入力電圧Eiの生成レベルは、図1の回路構成によれば絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1と二次巻線N2の巻線比により設定可能である。すなわち、この場合は先の図3において示した一次巻線N1=二次巻線N2=25Tの設定により、上記したEi-avr=420V程度が設定されている。
そして、実験によると、このようなEi-avr=420V程度と設定した場合での図1に示した前段の電流共振形コンバータにおけるAC→DC電力変換効率としては、負荷電力Po=200Wの条件の下で、交流入力電圧VAC=100V時にはηAC→DC=96.0%程度、交流入力電圧VAC=230V時にはηAC→DC=95.2%程度となる結果が得られた。
これは、図14に示したアクティブフィルタにおけるAC→DC電力変換効率である、交流入力電圧VAC=100V時でηAC→DC=92%程度、230V時でηAC→DC=95%程度と比較して向上しているものである。
Here, according to the configuration of the power supply circuit shown in FIG. 1, by setting the level of the DC input voltage Ei (average value Ei-avr) generated by the current resonance converter in the previous stage high, the DC / The DC → DC power conversion efficiency in the DC converter 5 is improved.
In this case, the average value Ei-avr of the DC input voltage Ei is set to about Ei-avr = 420 V, so that the DC → DC power conversion efficiency (ηDC → DC = 94) in the DC / DC converter 5 as described above. %)It was set. The generation level of the DC input voltage Ei can be set by the winding ratio of the primary winding N1 and the secondary winding N2 of the insulating converter transformer PIT according to the circuit configuration of FIG. That is, in this case, the above-described Ei-avr = 420V is set by setting the primary winding N1 = secondary winding N2 = 25T shown in FIG.
According to the experiment, the AC → DC power conversion efficiency in the previous stage current resonance type converter shown in FIG. 1 in the case where such Ei-avr = 420 V is set is as follows: load power Po = 200 W The results were as follows: when AC input voltage VAC = 100 V, ηAC → DC = about 96.0%, and when AC input voltage VAC = 230 V, ηAC → DC = about 95.2%.
This is the AC → DC power conversion efficiency in the active filter shown in FIG. 14, compared with ηAC → DC = 92% at AC input voltage VAC = 100V and ηAC → DC = 95% at 230V. It is an improvement.

また、力率PFとしては、図5に示されるように負荷電力Poの上昇に伴っては、交流入力電圧VAC=100V時、230V時で共に上昇する傾向となる。実験によると、負荷電力Po=200W時、交流入力電圧VAC=100Vでは力率PF=0.99が得られ、交流入力電圧VAC=230Vでは力率PF=0.83が得られる。
また、図6に示されるように、負荷電力Po=200W時、交流入力電圧VAC=85V〜288Vの変動に対する力率PFは、およそ0.8程度以上が得られ、この結果からも図1の電源回路においては実用上充分な力率が得られていることが理解できる。
Further, as shown in FIG. 5, the power factor PF tends to increase at both the AC input voltage VAC = 100V and 230V as the load power Po increases. According to the experiment, when the load power Po = 200 W, the power factor PF = 0.99 is obtained at the AC input voltage VAC = 100 V, and the power factor PF = 0.83 is obtained at the AC input voltage VAC = 230 V.
Further, as shown in FIG. 6, when the load power Po = 200 W, the power factor PF with respect to the fluctuation of the AC input voltage VAC = 85V to 288V is about 0.8 or more, and this result also shows that FIG. It can be understood that a practically sufficient power factor is obtained in the power supply circuit.

また、平均値Ei-avrは、図5に示すように負荷電力Poの変動に対しては一定に制御される。そして、交流入力電圧VACの変動に対しては、図6に示されるようにして交流入力電圧VACが85V〜288Vの範囲でほぼ一定となる。   Further, the average value Ei-avr is controlled to be constant with respect to fluctuations in the load power Po as shown in FIG. And with respect to the fluctuation | variation of alternating current input voltage VAC, as shown in FIG. 6, the alternating current input voltage VAC becomes substantially constant in the range of 85V to 288V.

これまでの説明から、実施の形態の電流共振形コンバータの構成によれば、力率の改善とワイドレンジ対応との双方を実現することができる。
そして、このような力率の改善とワイドレンジ対応の実現にあたり、図1の源源回路では、先の図14の電源回路が備えていたようなアクティブフィルタは実装されないものとなっている。すなわち、図1に示した構成によっては、力率の改善とワイドレンジ対応とをアクティブフィルタを実装することなく実現できるものである。
From the description so far, according to the configuration of the current resonance type converter of the embodiment, it is possible to realize both improvement of the power factor and compatibility with a wide range.
In realizing the power factor improvement and wide-range compatibility, the active source filter shown in FIG. 14 is not mounted in the source circuit shown in FIG. In other words, depending on the configuration shown in FIG. 1, it is possible to improve the power factor and support a wide range without mounting an active filter.

このようにして、同じ力率の改善とワイドレンジ対応を図る構成として、アクティブフィルタを不要とすることができたことで、図1の回路では総合的な電力変換効率の向上を図ることができる。
すなわち、アクティブフィルタはハードスイッチング動作であり、スイッチング損失が大きく、電力変換効率の向上が有効に図られないものであったが、本実施の形態としての電流共振形コンバータはソフトスイッチング動作が可能であり、これによってスイッチング損失の低減を図り、有効に電力変換効率の向上を図ることができるからである。
これは、先にも述べたように従来のアクティブフィルタにおけるAC→DC電力変換効率に対し、実施の形態の電流共振形コンバータでのAC→DC電力変換効率がVAC=100V時、230V時で共に向上していることからも明らかである。
As described above, since the active filter is not required as a configuration for improving the same power factor and supporting a wide range, the circuit of FIG. 1 can improve the overall power conversion efficiency. .
In other words, the active filter has a hard switching operation, has a large switching loss, and cannot improve the power conversion efficiency effectively. However, the current resonance converter according to the present embodiment can perform a soft switching operation. This is because the switching loss can be reduced and the power conversion efficiency can be effectively improved.
As described above, this is because the AC → DC power conversion efficiency in the current resonance type converter of the embodiment is VAC = 100V and 230V, as compared with the AC → DC power conversion efficiency in the conventional active filter. It is clear from the improvement.

また、上記のようにしてアクティブフィルタを不要とできたことで、回路構成部品点数の削減が図られる。
つまり図1に示す電源回路では、上記もしているように前段の電流共振形コンバータの動作はソフトスイッチング動作であるから、図14に示したアクティブフィルタと比較すればスイッチングノイズのレベルは大幅に低減される。このため、図1にも示したように、各1組のコモンモードチョークコイルCMCとアクロスコンデンサCLから成る1段のノイズフィルタを備えれば、電源妨害規格をクリアすることが充分に可能とされる。また、整流出力ラインのノーマルモードノイズについては、図1にも示しているように、1組のフィルタコンデンサCNのみにより対策を行っている。
このようにしてノイズフィルタとしての部品点数が削減されることにより、電源回路のコストダウンと、回路基板の小型軽量化が促進される。
In addition, since the active filter can be eliminated as described above, the number of circuit components can be reduced.
That is, in the power supply circuit shown in FIG. 1, since the operation of the current resonance converter in the previous stage is a soft switching operation as described above, the level of switching noise is greatly reduced as compared with the active filter shown in FIG. Is done. For this reason, as shown in FIG. 1, if a single-stage noise filter composed of a pair of common mode choke coils CMC and an across capacitor CL is provided, it is possible to sufficiently satisfy the power disturbance standard. The Further, as shown in FIG. 1, the normal mode noise of the rectified output line is taken by only one set of filter capacitors CN.
By reducing the number of parts as a noise filter in this way, the cost of the power supply circuit is reduced and the circuit board is reduced in size and weight.

さらには、図1の電源回路の構成を採る場合、前段に備えられる電流共振形コンバータにおいて絶縁コンバータトランスPITが備えられるため、後段のDC/DCコンバータ5としては既に一次側と絶縁された状態が得られる。すなわち、これによりこの場合のDC/DCコンバータ5としては、一次側と二次側とを絶縁するための構成を採る必要がなくなる。
例えば、この場合のDC/DCコンバータ5に備えられるコンバータトランスとしては、非絶縁の構成を採ることができる。これによれば、一次側巻線と二次側巻線との巻装にあたって絶縁距離はとる必要がなくなり、その分コンバータトランスについては小型化を図ることができる。
また、DC/DCコンバータ5としても直流出力電圧Eoについては安定化する構成を採るものとなるが、例えば図1に示す前段の電流共振形コンバータが備えるものと同様に出力電圧レベルをフィードバックする定電圧制御系を備える場合には、一次側と二次側とを絶縁するためのフォトカプラは不要とできる。
さらには、過電圧保護回路等が備えられる場合としても、同様に一次側と二次側を絶縁するためのフォトカプラは不要とできる。
このようにして、絶縁のための構成が省略可能となることで、この場合のDC/DCコンバータ5としては回路構成部品の削減や製造コストの削減が図られる。
Further, when the configuration of the power supply circuit of FIG. 1 is adopted, since the isolated converter transformer PIT is provided in the current resonance type converter provided in the preceding stage, the DC / DC converter 5 in the subsequent stage is already insulated from the primary side. can get. In other words, this eliminates the need for the DC / DC converter 5 in this case to adopt a configuration for insulating the primary side and the secondary side.
For example, the converter transformer provided in the DC / DC converter 5 in this case can take a non-insulated configuration. According to this, it is not necessary to take an insulation distance when winding the primary side winding and the secondary side winding, and the converter transformer can be downsized accordingly.
The DC / DC converter 5 is also configured to stabilize the DC output voltage Eo. For example, the DC / DC converter 5 is configured to feed back the output voltage level in the same manner as that provided in the current resonance converter shown in FIG. When the voltage control system is provided, a photocoupler for insulating the primary side and the secondary side can be eliminated.
Furthermore, even when an overvoltage protection circuit or the like is provided, a photocoupler for insulating the primary side and the secondary side can be eliminated.
In this way, since the configuration for insulation can be omitted, circuit components and manufacturing costs can be reduced as the DC / DC converter 5 in this case.

また、図1の構成によれば、電源回路の起動時、商用交流電源ACからの突入電流は発振・ドライブ回路2によるソフトスタート機能によってこれを流れないようにすることができる。これによって図14の回路に備えられていたような突入電流抑制のための構成(突入電流制限回路22)は特に備える必要がなくなり、この点でも回路構成部品の削減や製造コストの削減が図られる。   Further, according to the configuration of FIG. 1, when the power supply circuit is started, the inrush current from the commercial AC power supply AC can be prevented from flowing by the soft start function by the oscillation / drive circuit 2. This eliminates the need for the inrush current suppression configuration (inrush current limiting circuit 22) as provided in the circuit of FIG. 14, and also in this respect, circuit components and manufacturing costs can be reduced. .

これらの比較より、図1に示した本実施の形態の電源回路によれば、アクティブフィルタを備えた図14の回路の抱えていた種々の問題を解決した上で、アクティブフィルタを備える場合と同様に実用上充分な力率を得ることができ、さらに、電力変換効率としてはより高効率を得ることができる。   From these comparisons, according to the power supply circuit of the present embodiment shown in FIG. 1, after solving various problems of the circuit of FIG. 14 having the active filter, it is the same as the case of having the active filter. In addition, a practically sufficient power factor can be obtained, and furthermore, higher power conversion efficiency can be obtained.

続いては、次の図7に、図1に示した前段の電流共振形コンバータの二次側の変形例の構成を示す。
なお、図7において、一次側の構成は先の図1に示したものと同様であることからここでの図示による説明は省略する。
この図7に示される変形例では、二次側の整流回路として、倍電圧半波整流回路を構成するようにしたものである。
Next, FIG. 7 shows a configuration of a modification on the secondary side of the current resonance converter in the previous stage shown in FIG.
In FIG. 7, the configuration on the primary side is the same as that shown in FIG.
In the modification shown in FIG. 7, a voltage doubler half-wave rectifier circuit is configured as the secondary-side rectifier circuit.

先ず、上記倍電圧半波整流回路としては、図示するようにして整流ダイオードD1と整流ダイオードD2、及び平滑コンデンサCi1と平滑コンデンサCi2との2組の平滑コンデンサCiを備えている。
この倍電圧半波整流回路において、先ず二次巻線N2の一方の端部(巻き終わり端部)に対しては、整流ダイオードD1のアノードが接続される。そして、整流ダイオードD1のカソードは平滑コンデンサCi1の正極端子に接続される。
この平滑コンデンサCi1の負極端子は、図示するようにしてもう一方の平滑コンデンサCi2の正極端子に対して接続され、平滑コンデンサCi2の負極端子は二次側アースに接続されている。その上で、二次巻線N2の他方の端部(巻き始め端部)が、これら平滑コンデンサCi1の負極端子と平滑コンデンサCi2の正極端子との接続点に対して接続されている。
さらに、図示するようにして上記二次巻線N2の一方の端部と整流ダイオードD1のアノードとの接続点と、二次側アースとの間に、整流ダイオードD2が挿入される。この整流ダイオードD2は、アノード側が二次側アースに接続されるようにして挿入される。
First, the voltage doubler half-wave rectifier circuit includes two sets of smoothing capacitors Ci including a rectifier diode D1 and a rectifier diode D2, and a smoothing capacitor Ci1 and a smoothing capacitor Ci2, as shown in the figure.
In this voltage doubler half-wave rectifier circuit, first, the anode of the rectifier diode D1 is connected to one end portion (winding end portion) of the secondary winding N2. The cathode of the rectifier diode D1 is connected to the positive terminal of the smoothing capacitor Ci1.
The negative terminal of the smoothing capacitor Ci1 is connected to the positive terminal of the other smoothing capacitor Ci2, as shown, and the negative terminal of the smoothing capacitor Ci2 is connected to the secondary side ground. In addition, the other end (winding start end) of the secondary winding N2 is connected to a connection point between the negative terminal of the smoothing capacitor Ci1 and the positive terminal of the smoothing capacitor Ci2.
Further, as shown in the figure, a rectifier diode D2 is inserted between a connection point between one end of the secondary winding N2 and the anode of the rectifier diode D1 and the secondary side ground. The rectifier diode D2 is inserted so that the anode side is connected to the secondary side ground.

上記構成による倍電圧半波整流回路では、先ず二次巻線N2に励起される交番電圧の一方の半周期に整流ダイオードD1が導通して、整流電流を平滑コンデンサCi1に対して充電する。これによって平滑コンデンサCi1の両端には、二次巻線N2に励起される交番電圧レベルの等倍に対応したレベルによる電圧が生成される。そして、他方の半周期では、整流ダイオードD2が導通して平滑コンデンサCi2に整流電流を充電し、この平滑コンデンサCi2の両端に、二次巻線N2に励起される交番電圧レベルの等倍に対応したレベルによる電圧を生成する。
これによって二次巻線N2に励起される交番電圧の1周期には、平滑コンデンサCi1−Ci2の直列接続の両端に、二次巻線N2に励起される交番電圧レベルの2倍に対応したレベルによる直流入力電圧Eiが得られることになる。
In the voltage doubler half-wave rectifier circuit having the above configuration, first, the rectifier diode D1 conducts in one half cycle of the alternating voltage excited in the secondary winding N2, and charges the smoothing capacitor Ci1 with the rectified current. As a result, a voltage is generated at both ends of the smoothing capacitor Ci1 at a level corresponding to an equal multiple of the alternating voltage level excited by the secondary winding N2. In the other half cycle, the rectifier diode D2 conducts to charge the smoothing capacitor Ci2 with a rectified current, and both ends of the smoothing capacitor Ci2 correspond to an equal voltage level of the alternating voltage excited by the secondary winding N2. Generate a voltage according to the specified level.
As a result, in one cycle of the alternating voltage excited in the secondary winding N2, there is a level corresponding to twice the alternating voltage level excited in the secondary winding N2 at both ends of the series connection of the smoothing capacitors Ci1 to Ci2. Thus, the DC input voltage Ei can be obtained.

このようにして図7に示す構成によっては、平滑コンデンサCiの各々にはそれぞれ二次巻線N2に励起される交番電圧の一方の半周期にのみ充電が行われ、且つ平滑コンデンサCi(Ci1−Ci2)に得られる電圧レベルとしては上記交番電圧レベルの2倍に対応したレベルを得るようにされた、倍電圧半波整流動作が得られる。
なお、この場合も上記直流入力電圧Eiは、図1に示したものと同様の制御回路1の検出入力としても分岐して供給される。
Thus, depending on the configuration shown in FIG. 7, each of the smoothing capacitors Ci is charged only in one half cycle of the alternating voltage excited in the secondary winding N2, and the smoothing capacitor Ci (Ci1- As the voltage level obtained in Ci2), a double voltage half-wave rectification operation is obtained, which is a level corresponding to twice the alternating voltage level.
In this case, the DC input voltage Ei is also branched and supplied as a detection input of the control circuit 1 similar to that shown in FIG.

ここで、確認のために述べておくと、この場合も二次側の整流回路としては両波整流回路以外の構成が採られるので、図1の回路の場合と同様の結合係数k(ギャップ長)の設定により、ワイドレンジ対応の構成が実現される。
また、この場合も図1に示した一次側の構成が採られ、制御回路1による安定化は直流入力電圧Eiの平均値Ei-avrについて行われることで力率の改善が図られる。
Here, for confirmation, in this case as well, since the secondary side rectifier circuit has a configuration other than the double-wave rectifier circuit, the same coupling coefficient k (gap length) as in the circuit of FIG. ), A configuration compatible with a wide range is realized.
Also in this case, the primary side configuration shown in FIG. 1 is adopted, and stabilization by the control circuit 1 is performed with respect to the average value Ei-avr of the DC input voltage Ei, thereby improving the power factor.

また、この図7に示した構成の如く二次側の整流回路を倍電圧半波整流回路とすることによっては、同じ直流入力電圧Eiのレベルを得るにあたり、二次巻線N2の巻数は、図1のブリッジ整流回路とした場合からさらに半減することができる。
つまり、これによれば、従来の図14の回路との比較では二次巻線N2の巻数は1/4にまで削減され、このことから図7の二次側の構成を採用した場合はさらなる絶縁コンバータトランスPITの小型化が図られる。
In addition, when the secondary side rectifier circuit is a voltage doubler half-wave rectifier circuit as shown in FIG. 7, in order to obtain the same DC input voltage Ei level, the number of turns of the secondary winding N2 is The bridge rectifier circuit of FIG. 1 can be further reduced by half.
That is, according to this, compared with the conventional circuit of FIG. 14, the number of turns of the secondary winding N2 is reduced to ¼. Therefore, when the configuration on the secondary side of FIG. The insulation converter transformer PIT can be downsized.

図8は、実施の形態の電流共振形コンバータの二次側の構成についての、他の変形例を示している。
なお、この図においても一次側の構成は先の図1に示したものと同様であることから図示による説明は省略する。
この図8に示す変形例は、二次側の整流回路として、倍電圧全波整流回路を備えるようにしたものである。
FIG. 8 shows another modification of the secondary side configuration of the current resonance type converter according to the embodiment.
In this figure as well, the configuration on the primary side is the same as that shown in FIG.
The modification shown in FIG. 8 includes a voltage doubler full wave rectifier circuit as a secondary side rectifier circuit.

先ず、この場合、二次巻線N2についてはセンタータップを施すことで、二次巻線部N2A/N2Bに分割する。ここで、二次巻線N2の全体に対しては、図1の回路が備えていたものと同様の接続形態によるブリッジ整流回路が接続される。
具体的には、二次巻線N2の巻終わり端部となる、二次巻線部N2A側の端部が、整流ダイオードD1のアノードと整流ダイオードD2のカソードとの接続点に対して接続される。また、二次巻線N2の巻始め端部となる二次巻線部N2B側の端部が、整流ダイオードD3のアノードと整流ダイオードD4のカソードとの接続点に対して接続される。
そして、上記整流ダイオードD1のカソードと整流ダイオードD3のカソードの接続点が、平滑コンデンサCiの正極端子に対して接続される。この場合も、平滑コンデンサCiの負極端子は二次側アースに接続される。
First, in this case, the secondary winding N2 is divided into secondary winding portions N2A / N2B by applying a center tap. Here, a bridge rectifier circuit having the same connection form as that of the circuit of FIG. 1 is connected to the entire secondary winding N2.
Specifically, the end of the secondary winding N2 which is the winding end of the secondary winding N2 is connected to the connection point between the anode of the rectifier diode D1 and the cathode of the rectifier diode D2. The Further, the end on the secondary winding portion N2B side, which is the winding start end of the secondary winding N2, is connected to a connection point between the anode of the rectifier diode D3 and the cathode of the rectifier diode D4.
The connection point between the cathode of the rectifier diode D1 and the cathode of the rectifier diode D3 is connected to the positive terminal of the smoothing capacitor Ci. Also in this case, the negative terminal of the smoothing capacitor Ci is connected to the secondary side ground.

その上でこの場合は、上記した二次巻線N2のセンタータップに対し、コンデンサCcの正極端子が接続される。さらに、このコンデンサCcの負極端子が、上記した整流ダイオードD2とD4の各アノードの接続点に対して接続されている。
図示するように、この整流ダイオードD2とD4の各アノードの接続点は二次側アースに接続される。
In this case, the positive terminal of the capacitor Cc is connected to the center tap of the secondary winding N2. Further, the negative terminal of the capacitor Cc is connected to the connection point between the anodes of the rectifier diodes D2 and D4.
As shown in the figure, the connection point between the anodes of the rectifier diodes D2 and D4 is connected to the secondary side ground.

上記構成による倍電圧全波整流回路では、二次巻線N2に励起される交番電圧の一方の半周期において、整流電流は[二次巻線部N2A→平滑コンデンサCc→整流ダイオードD2→二次巻線部N2A]の循環経路により流れる。また、二次巻線N2に励起される交番電圧の他方の半周期では、整流電流は[二次巻線部N2B→平滑コンデンサCc→整流ダイオードD4→二次巻線部N2B]の循環経路により流れる。つまりこの場合、平滑コンデンサCcに対しては、各半周期において二次巻線部N2A、二次巻線部N2Bにそれぞれ励起される交番電圧レベルの等倍に対応したレベルによる直流電圧が得られるようになっている。   In the voltage doubler full-wave rectifier circuit configured as described above, in one half cycle of the alternating voltage excited in the secondary winding N2, the rectified current is [secondary winding portion N2A → smoothing capacitor Cc → rectifier diode D2 → secondary. It flows through the circulation path of the winding portion N2A]. Further, in the other half cycle of the alternating voltage excited in the secondary winding N2, the rectified current is caused by a circulation path of [secondary winding portion N2B → smoothing capacitor Cc → rectifier diode D4 → secondary winding portion N2B]. Flowing. In other words, in this case, for the smoothing capacitor Cc, a DC voltage is obtained at a level corresponding to the same multiple of the alternating voltage level excited in the secondary winding portion N2A and the secondary winding portion N2B in each half cycle. It is like that.

その上で、二次巻線N2に励起される交番電圧の上記した一方の半周期では、整流電流は上記循環経路から分岐して[二次巻線部N2B→整流ダイオードD3→平滑コンデンサCi→整流ダイオードD2]の経路によっても流れる。
これにより当該半周期には、平滑コンデンサCiに対し、二次巻線部N2Bの交番電圧と、上記のように平滑コンデンサCcに得られた両端電圧が重畳したレベルにより充電が行われる。すなわち、平滑コンデンサCiの両端電圧としては、二次巻線部に得られる交番電圧レベルの2倍に対応するレベルが得られる。
In addition, in the above half cycle of the alternating voltage excited in the secondary winding N2, the rectified current branches off from the circulation path [secondary winding portion N2B → rectifier diode D3 → smoothing capacitor Ci → It also flows through the path of the rectifier diode D2].
As a result, in the half cycle, the smoothing capacitor Ci is charged with a level in which the alternating voltage of the secondary winding N2B and the voltage across the smoothing capacitor Cc as described above are superimposed. That is, as the voltage across the smoothing capacitor Ci, a level corresponding to twice the alternating voltage level obtained in the secondary winding is obtained.

また、二次巻線N2に励起される交番電圧の他方の半周期としても、整流電流は上記の循環経路から分岐して[二次巻線部N2A→整流ダイオードD1→平滑コンデンサCi→整流ダイオードD4]の経路によっても流れ、従ってこの場合も平滑コンデンサCiの両端電圧としては、二次巻線部N2Aの交番電圧とコンデンサCcの充電電荷とにより、二次巻線部に得られる交番電圧レベルの2倍に対応するレベルが得られることになる。   Further, also as the other half cycle of the alternating voltage excited in the secondary winding N2, the rectified current is branched from the above circulation path [secondary winding portion N2A → rectifier diode D1 → smoothing capacitor Ci → rectifier diode. D4] also flows, and in this case as well, the voltage across the smoothing capacitor Ci is the alternating voltage level obtained in the secondary winding portion by the alternating voltage of the secondary winding portion N2A and the charge of the capacitor Cc. A level corresponding to twice this is obtained.

このような整流動作から、この場合の整流回路においては、平滑コンデンサCiに対し、二次巻線N2に得られる交番電圧の各半周期に充電を行う動作が得られることになる。そして、その充電電位としては、上記のようにして二次巻線部に誘起される交番電圧の2倍に対応するレベルが得られる。
このことより、図8に示す二次側の整流回路によっては倍電圧全波整流動作が得られていることが理解できる。
From such a rectification operation, in the rectification circuit in this case, the smoothing capacitor Ci is charged in each half cycle of the alternating voltage obtained in the secondary winding N2. As the charging potential, a level corresponding to twice the alternating voltage induced in the secondary winding portion as described above is obtained.
From this, it can be understood that a double voltage full wave rectification operation is obtained by the secondary side rectifier circuit shown in FIG.

なお、このように二次側の整流回路として倍電圧全波整流回路を設ける場合としても、同じ直流入力電圧Eiのレベルを得るにあたっては、二次巻線N2全体の巻数を図1に示した回路の場合と同等とすることができる。従って、図8の構成を採る場合にも図1の回路の場合と同様の絶縁コンバータトランスPITの小型化を図ることができる。   Even when the voltage doubler full wave rectifier circuit is provided as the secondary side rectifier circuit in this way, in order to obtain the same DC input voltage Ei level, the total number of turns of the secondary winding N2 is shown in FIG. It can be equivalent to the circuit. Therefore, even when the configuration of FIG. 8 is adopted, the size of the insulating converter transformer PIT similar to that of the circuit of FIG. 1 can be reduced.

また、ここで確認のために述べておくと、この図8に示す二次側の構成としても、先の図14の回路の場合と同様に二次巻線N2にセンタータップを施すようにされているが、この図8の構成においては、従来の両波整流回路の場合のように二次側にて並列共振動作(部分電圧共振動作)が起こらないものとなる。これは、図8の構成では、上記説明から理解されるように、各二次巻線部には交番電圧の各半周期で整流電流が流れ、従来の両波整流の場合とは異なり巻線部に整流電流が流れない期間が存在しないことから、各二次巻線部間で線間静電容量が存在しないためである。
このように二次側において並列共振動作が生じないことから、図8の構成によっても、図2において説明した結合係数kの設定によって図1の場合と同様の必要制御範囲Δfsの縮小化を図ることができるものである。
For confirmation, the secondary side configuration shown in FIG. 8 is provided with a center tap on the secondary winding N2 as in the case of the circuit shown in FIG. However, in the configuration of FIG. 8, the parallel resonance operation (partial voltage resonance operation) does not occur on the secondary side as in the case of the conventional double-wave rectifier circuit. In the configuration of FIG. 8, as can be understood from the above description, a rectification current flows in each secondary winding part in each half cycle of the alternating voltage, and the winding is different from the case of the conventional double-wave rectification. This is because there is no line-to-line capacitance between the secondary winding portions because there is no period during which the rectified current does not flow in the portion.
Since no parallel resonance operation occurs on the secondary side as described above, the required control range Δfs as in the case of FIG. 1 is reduced by setting the coupling coefficient k described in FIG. 2 even in the configuration of FIG. It is something that can be done.

図9には、実施の形態の電流共振形コンバータの二次側の構成についての、さらに他の変形例について示す。
この図9としても、一次側の構成は先の図1の場合と同様となることからここでの図示による説明は省略する。
この図9の変形例は、二次側の整流回路として4倍圧整流回路を備えるようにしたものである。
FIG. 9 shows still another modified example of the configuration on the secondary side of the current resonance type converter according to the embodiment.
Also in FIG. 9, the configuration on the primary side is the same as in the case of FIG.
The modification of FIG. 9 includes a quadruple voltage rectifier circuit as a secondary side rectifier circuit.

この4倍圧整流回路としては、図示するようにして整流ダイオードD1〜D4による4つの整流ダイオードと、コンデンサCc1、Cc2、平滑コンデンサCi1、Ci2とを備えて形成される。
この場合、二次巻線N2の一方の端部(巻き終わり端部)に対しては、図示するようにコンデンサCc1(負極端子→正極端子)→整流ダイオードD1(アノード→カソード)の直列接続を介し、平滑コンデンサCi1の正極端子が接続される。そして、この平滑コンデンサCi1の負極端子は、二次巻線N2の他方の端部(巻き終わり端部)に対して接続される。
また、これら平滑コンデンサCi1の負極端子と二次巻線N2の他方端部の接続点に対しては、平滑コンデンサCi2の正極端子が接続され、この平滑コンデンサCi2の負極端子が二次側アースに接続されている。
This quadruple voltage rectifier circuit is formed by including four rectifier diodes by rectifier diodes D1 to D4, capacitors Cc1, Cc2, and smoothing capacitors Ci1, Ci2 as shown in the figure.
In this case, a series connection of a capacitor Cc1 (negative terminal → positive terminal) → rectifier diode D1 (anode → cathode) is connected to one end (end of winding) of the secondary winding N2 as shown in the figure. And the positive terminal of the smoothing capacitor Ci1 is connected. The negative terminal of the smoothing capacitor Ci1 is connected to the other end (winding end) of the secondary winding N2.
The positive terminal of the smoothing capacitor Ci2 is connected to the connection point between the negative terminal of the smoothing capacitor Ci1 and the other end of the secondary winding N2, and the negative terminal of the smoothing capacitor Ci2 is connected to the secondary side ground. It is connected.

さらに、二次巻線N2の上記した一方の端部と二次側アースとの間には、コンデンサCc2(正極端子→負極端子)→整流ダイオードD4(カソード→アノード)の直列接続回路を挿入している。
これらコンデンサCc2と整流ダイオードD4との接続点に対しては、図示するようにして整流ダイオードD3のアノードが接続される。そして、この整流ダイオードD3のカソードは、上記した平滑コンデンサCi1・Ci2の接続点と、二次巻線N2の上記した他方の端部との接続点に対して接続される。
さらに、この整流ダイオードD3のカソードと二次巻線N2の他方の端部の接続点に対しては、整流ダイオードD2のアノードが接続される。そして、整流ダイオードD2のカソードは、上記したコンデンサCc1と整流ダイオードD1の接続点に対して接続されている。
Further, a series connection circuit of a capacitor Cc2 (positive terminal → negative terminal) → rectifier diode D4 (cathode → anode) is inserted between the one end of the secondary winding N2 and the secondary side ground. ing.
The anode of the rectifier diode D3 is connected to the connection point between the capacitor Cc2 and the rectifier diode D4 as shown. The cathode of the rectifier diode D3 is connected to the connection point of the smoothing capacitors Ci1 and Ci2 and the other end of the secondary winding N2.
Further, the anode of the rectifier diode D2 is connected to the connection point between the cathode of the rectifier diode D3 and the other end of the secondary winding N2. The cathode of the rectifier diode D2 is connected to the connection point between the capacitor Cc1 and the rectifier diode D1.

上記構成による4倍圧整流回路において、二次巻線N2に励起される交番電圧の一方の半周期では、整流電流は[二次巻線N2→整流ダイオードD2→コンデンサCc1→二次巻線N2]の循環経路によって流れる。また、同様に上記交番電圧の他方の半周期においても、整流電流は循環経路によって[二次巻線N2→コンデンサCc2→整流ダイオードD3→二次巻線N2]を流れる。
つまり、この場合としても、コンデンサCc1、Cc2の両端には、それぞれ対応する半周期に、二次巻線N2に励起される交番電圧レベルの等倍に対応したレベルの直流電圧が得られることになる。
In the quadruple voltage rectifier circuit configured as described above, in one half cycle of the alternating voltage excited in the secondary winding N2, the rectified current is [secondary winding N2 → rectifier diode D2 → capacitor Cc1 → secondary winding N2. ] Through the circulation path. Similarly, in the other half cycle of the alternating voltage, the rectified current flows through [secondary winding N2 → capacitor Cc2 → rectifier diode D3 → secondary winding N2] through the circulation path.
In other words, even in this case, a DC voltage having a level corresponding to the same multiple of the alternating voltage level excited in the secondary winding N2 is obtained at both ends of the capacitors Cc1 and Cc2 in the corresponding half cycle. Become.

そして、この場合としても、各半周期において、整流電流は上記循環経路から分岐してそれぞれ以下のような経路によっても流れる。
先ず、交番電圧の上記した一方の半周期では、整流電流は分岐して[平滑コンデンサCi2→整流ダイオードD4→コンデンサCc2→二次巻線N2]の経路によっても流れる。このとき、先の循環経路により、この期間には上記コンデンサCc2の両端に充電電荷が得られている。このため、上記のような整流電流経路によっては、上記平滑コンデンサCi2に対し、二次巻線N2に得られる交番電圧とこのコンデンサCc2の充電電荷の重畳分とによる電位により充電が行われることになる。
つまり、これによって平滑コンデンサCi2には、二次巻線N2に励起される交番電圧レベルの2倍に対応したレベルによる直流電圧が生成されることになる。
Even in this case, the rectified current branches from the circulation path and flows through the following paths in each half cycle.
First, in one half cycle of the alternating voltage described above, the rectified current branches and flows through the path [smoothing capacitor Ci 2 → rectifier diode D 4 → capacitor Cc 2 → secondary winding N 2]. At this time, charged charges are obtained at both ends of the capacitor Cc2 during this period by the previous circulation path. For this reason, depending on the rectification current path as described above, the smoothing capacitor Ci2 is charged with a potential due to the alternating voltage obtained in the secondary winding N2 and the superimposed charge of the capacitor Cc2. Become.
That is, a smoothing capacitor Ci2 generates a DC voltage having a level corresponding to twice the alternating voltage level excited by the secondary winding N2.

また、上記交番電圧の他方の半周期では、整流電流は分岐して[コンデンサCc1→整流ダイオードD1→平滑コンデンサCi1→二次巻線N2]の経路によっても流れ、この場合は先の循環経路によってコンデンサCc1に得られた充電電荷の重畳分を受けた二次巻線N2の交番電圧について、平滑コンデンサCi1に対する充電を行うようにされることになる。
すなわち、これによって平滑コンデンサCi1としても、その両端電圧としては二次巻線N2に得られる交番電圧レベルの2倍に対応したレベルによる直流電圧が得られる。
Further, in the other half cycle of the above alternating voltage, the rectified current branches and flows also through the path [capacitor Cc 1 → rectifier diode D 1 → smoothing capacitor Ci 1 → secondary winding N 2]. The smoothing capacitor Ci1 is charged with respect to the alternating voltage of the secondary winding N2 that has received the superimposed charge charge obtained by the capacitor Cc1.
In other words, even with the smoothing capacitor Ci1, a DC voltage having a level corresponding to twice the alternating voltage level obtained at the secondary winding N2 is obtained as the voltage across the smoothing capacitor Ci1.

このようにして、平滑コンデンサCi1と平滑コンデンサCi2の各両端には、それぞれ二次巻線N2に励起される交番電圧レベルの2倍に対応したレベルによる直流電圧が生成される。そして、これによって平滑コンデンサCi1と平滑コンデンサCi2との直列接続の両端には、二次巻線N2に励起される交番電圧レベルの4倍に対応したレベルによる直流入力電圧Eiが得られることになる。   In this way, a DC voltage having a level corresponding to twice the alternating voltage level excited by the secondary winding N2 is generated at both ends of the smoothing capacitor Ci1 and the smoothing capacitor Ci2. As a result, a DC input voltage Ei having a level corresponding to four times the alternating voltage level excited by the secondary winding N2 is obtained at both ends of the series connection of the smoothing capacitor Ci1 and the smoothing capacitor Ci2. .

なお、このような4倍圧整流回路を採用する場合は、二次巻線N2の巻数については図1の場合の1/4程度に削減でき、これによってさらなる絶縁コンバータトランスPITの小型化を図ることが可能となる。   When such a quadruple voltage rectifier circuit is employed, the number of turns of the secondary winding N2 can be reduced to about ¼ that in the case of FIG. 1, thereby further reducing the size of the insulating converter transformer PIT. It becomes possible.

また、図10の回路図には、実施の形態の電流共振形コンバータの一次側についての変形例の構成を示す。
この一次側の変形例としては、図示するようにして、スイッチングコンバータの構成をハーフブリッジ結合方式からフルブリッジ結合方式に変更したものである。
なお、図10において、既に図1にて説明した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。
Further, the circuit diagram of FIG. 10 shows a configuration of a modified example of the primary side of the current resonance type converter according to the embodiment.
As a modification of the primary side, the configuration of the switching converter is changed from the half bridge coupling method to the full bridge coupling method as shown in the figure.
In FIG. 10, the same parts as those already described in FIG.

図10において、フルブリッジ結合方式としては、図示するようにして、スイッチング素子Q1,Q2のハーフブリッジ接続に対して、スイッチング素子Q3,Q4のハーフブリッジ接続を並列に接続するようにされる。
スイッチング素子Q3,Q4についても、スイッチング素子Q1,Q2と同様にして、それぞれボディダイオードであるダンパーダイオードDD3、ダンパーダイオードDD4をドレイン−ソース間に対して並列に接続している。
In FIG. 10, as a full bridge coupling system, as shown in the figure, the half bridge connection of the switching elements Q3 and Q4 is connected in parallel to the half bridge connection of the switching elements Q1 and Q2.
As for the switching elements Q3 and Q4, similarly to the switching elements Q1 and Q2, a damper diode DD3 and a damper diode DD4, which are body diodes, are connected in parallel between the drain and the source, respectively.

そのうえで、この場合には、絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1、一次側直列共振コンデンサC1の直列接続から成る一次側直列共振回路について次のようにして接続している。
先ず、一次側直列共振回路の一方の端部となる一次巻線N1の一端(巻始め端部)を、スイッチング素子Q3のソースとスイッチング素子Q4のドレインの接続点と接続する。スイッチング素子Q3のソースとスイッチング素子Q4のドレインの接続点は、フルブリッジ結合のスイッチング回路系における一方のスイッチング出力点となる。
また、一次側直列共振回路の他方の端部側については、一次巻線N1の他端(巻き終わり端部)を、一次側直列共振コンデンサC1の直列接続を介して、他方のスイッチング出力点であるスイッチング素子Q1のソースとスイッチング素子Q2のドレインとの接続点に対して接続する。
In addition, in this case, a primary side series resonant circuit comprising a series connection of the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT and the primary side series resonant capacitor C1 is connected as follows.
First, one end (winding end) of the primary winding N1, which is one end of the primary side series resonance circuit, is connected to a connection point between the source of the switching element Q3 and the drain of the switching element Q4. The connection point between the source of the switching element Q3 and the drain of the switching element Q4 is one switching output point in the full-bridge coupling switching circuit system.
Further, with respect to the other end portion side of the primary side series resonance circuit, the other end (end of winding end) of the primary winding N1 is connected to the other switching output point via the series connection of the primary side series resonance capacitor C1. The connection is made to the connection point between the source of a certain switching element Q1 and the drain of the switching element Q2.

また、この場合には、スイッチング素子Q4のソース−ドレイン間に対して並列に一次側部分共振コンデンサCp2が接続されている。この一次側部分共振コンデンサCp2としても、自身のキャパシタンスと一次巻線N1のリーケージインダクタンスL1とにより並列共振回路(部分電圧共振回路)を形成し、スイッチング素子Q3,Q4のターンオフ時にのみ電圧共振する部分電圧共振動作を得る。   In this case, the primary-side partial resonance capacitor Cp2 is connected in parallel with the source and drain of the switching element Q4. The primary side partial resonance capacitor Cp2 also forms a parallel resonance circuit (partial voltage resonance circuit) by its own capacitance and the leakage inductance L1 of the primary winding N1, and voltage resonates only when the switching elements Q3 and Q4 are turned off. Get voltage resonant operation.

この場合の発振・ドライブ回路2は、スイッチング素子Q1〜Q4の4石のスイッチング素子を駆動するようにされている。この発振・ドライブ回路2によっては、スイッチング素子[Q1,Q4]の組と、スイッチング素子[Q2,Q3]の組とが交互にオン/オフするようにしてスイッチング駆動が行われる。   The oscillation / drive circuit 2 in this case is configured to drive four switching elements Q1 to Q4. Depending on the oscillation / drive circuit 2, switching driving is performed such that the group of switching elements [Q1, Q4] and the group of switching elements [Q2, Q3] are alternately turned on / off.

ここで、例えば負荷条件が重負荷の傾向となるのに従っては、スイッチングコンバータに流れる電流が増加して、回路部品への負担も重くなり、また、電力損失も増加していくことになる。そこで、上記のようにしてフルブリッジ結合とすれば、必要な負荷電流を4つのスイッチング素子によりまかなうこととなるために、例えば2本のスイッチング素子から成るハーフブリッジ結合方式の場合よりも、各部品への負担は軽くなり、また、電力損失も低減され、重負荷の条件に有利とすることができる。   Here, for example, as the load condition becomes a heavy load trend, the current flowing through the switching converter increases, the load on the circuit components increases, and the power loss also increases. Therefore, if the full-bridge coupling is used as described above, the necessary load current is provided by four switching elements. For example, each component is more than the case of the half-bridge coupling system including two switching elements. This reduces the burden on the power source and reduces power loss, which can be advantageous for heavy load conditions.

なお、このようにフルブリッジ結合とした場合としても、各スイッチング素子Q1〜Q4がブリッジ整流回路Diの整流出力電圧V1についてスイッチング動作を行うようにされ、且つ図示する制御回路1と発振・ドライブ回路2による定電圧制御系によって直流入力電圧Eiの平均値Ei-avrについて安定化する動作が行われることで、図1の回路の場合と同様に力率の改善が図られる。   Even in the case of full bridge coupling as described above, each switching element Q1 to Q4 performs a switching operation on the rectified output voltage V1 of the bridge rectifier circuit Di, and the control circuit 1 and the oscillation / drive circuit shown in the figure. By performing the operation of stabilizing the average value Ei-avr of the DC input voltage Ei by the constant voltage control system according to 2, the power factor can be improved as in the case of the circuit of FIG.

なお、本発明としては上記した実施の形態としての構成に限定される必要はない。
例えばスイッチング素子としては、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)など、他励式に使用可能な素子であれば、MOS−FET以外の素子が採用されて構わない。また、先に説明した各部品素子の定数なども、実際の条件等に応じて変更されて構わない。また、例えば絶縁コンバータトランスPITの二次側において直流電圧を生成するための回路構成としても、適宜変更されて構わない。
さらには、本発明としてのワイドレンジ対応及び力率改善の構成は、自励式による電流共振形コンバータにも適用することが可能である。
The present invention is not necessarily limited to the configuration as the above-described embodiment.
For example, as a switching element, an element other than a MOS-FET may be employed as long as it is an element that can be used in an separately excited type, such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). Also, the constants of the component elements described above may be changed according to actual conditions. Further, for example, the circuit configuration for generating a DC voltage on the secondary side of the insulating converter transformer PIT may be appropriately changed.
Further, the wide range compatible and power factor improving configuration according to the present invention can be applied to a self-excited current resonance type converter.

また、さらに二次側の整流回路の構成としても、実施の形態で例示したものに限らず、両波整流回路以外の構成であって二次巻線に線間静電容量を生じさせない構成とされていれば、他の整流回路の構成を採ることも可能である。   Further, the configuration of the secondary side rectifier circuit is not limited to that exemplified in the embodiment, and is a configuration other than the double-wave rectifier circuit and does not cause a line-to-line capacitance in the secondary winding. If so, other rectifier circuit configurations may be employed.

また、実施の形態の電流共振形コンバータとしては、後段にDC/DCコンバータ5を備えて電源回路を構成するものとしたが、電源回路としてはDC/DCコンバータ5を省略し、直流入力電圧Eiを負荷側に供給する構成とすることもできる。
但し、実施の形態の電流共振形コンバータにより生成される直流入力電圧Eiとしては、先の図3の波形図からも明らかなように数V単位のリップルが生じるものである。従って、実際には、このようなリップルを抑制するための構成を介して直流入力電圧Eiを負荷側に供給する構成を採るものとすればよい。
In addition, as the current resonance type converter of the embodiment, the DC / DC converter 5 is provided in the subsequent stage to configure the power supply circuit. However, the DC / DC converter 5 is omitted as the power supply circuit, and the DC input voltage Ei. Can be configured to be supplied to the load side.
However, as the DC input voltage Ei generated by the current resonance type converter according to the embodiment, a ripple of several V is generated as is apparent from the waveform diagram of FIG. Therefore, in practice, a configuration may be adopted in which the DC input voltage Ei is supplied to the load side through a configuration for suppressing such ripples.

本発明における実施の形態としてのスイッチング電源回路の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the switching power supply circuit as embodiment in this invention. 実施の形態のスイッチング電源回路における、前段の電流共振形コンバータ(スイッチングコンバータ装置)が備える絶縁コンバータトランスの構造例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structural example of the insulation converter transformer with which the current resonance converter (switching converter apparatus) of a front | former stage is provided in the switching power supply circuit of embodiment. 実施の形態の電源回路における要部の動作波形を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the operation | movement waveform of the principal part in the power supply circuit of embodiment. 実施の形態の電源回路の定電圧制御特性として、負荷変動に応じたスイッチング周波数制御範囲(必要制御範囲)を示す図である。It is a figure which shows the switching frequency control range (necessary control range) according to load fluctuation | variation as a constant voltage control characteristic of the power supply circuit of embodiment. 実施の形態の電源回路の負荷変動に対する力率、AC→DC電力変換効率、直流入力電圧の平均値の各特性を示す図である。It is a figure which shows each characteristic of the power factor with respect to the load variation of the power supply circuit of embodiment, AC-> DC power conversion efficiency, and the average value of DC input voltage. 実施の形態の電源回路の交流入力電圧変動に対する力率、AC→DC電力変換効率、直流入力電圧の平均値の各特性を示す図である。It is a figure which shows each characteristic of the power factor with respect to the alternating current input voltage fluctuation | variation of embodiment, AC-> DC power conversion efficiency, and the average value of direct current input voltage of embodiment. 実施の形態の電源回路における前段の電流共振形コンバータの二次側の構成についての変形例を示した回路図である。It is the circuit diagram which showed the modification about the structure of the secondary side of the current resonance type | mold converter of the front | former stage in the power supply circuit of embodiment. 実施の形態の電源回路における前段の電流共振形コンバータの二次側の構成についての他の変形例を示した回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram showing another modification of the configuration on the secondary side of the current resonance converter in the previous stage in the power supply circuit according to the embodiment. 実施の形態の電源回路における前段の電流共振形コンバータの二次側の構成についてのさらに他の変形例を示した回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram showing still another modification example of the configuration on the secondary side of the current-resonance converter in the previous stage in the power supply circuit according to the embodiment. 実施の形態の電源回路における前段の電流共振形コンバータの一次側の構成についての変形例を示した回路図である。It is the circuit diagram which showed the modification about the structure of the primary side of the current resonance converter of the front | former stage in the power supply circuit of embodiment. アクティブフィルタの基本的回路構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the basic circuit structure of an active filter. 図11に示すアクティブフィルタにおける動作を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the operation | movement in the active filter shown in FIG. アクティブフィルタのコントロール回路系の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the control circuit system of an active filter. 先行技術としての電源回路の構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the power supply circuit as a prior art. 一次側と二次側との結合係数を従来の設定とした場合での定電圧制御特性について示した図である。It is the figure which showed the constant voltage control characteristic in the case of setting the coupling coefficient of a primary side and a secondary side as the conventional setting. 二次側の整流回路を両波整流回路とした従来の電源回路の定電圧制御特性について示した図である。It is the figure which showed the constant voltage control characteristic of the conventional power supply circuit which made the secondary side rectifier circuit the double wave rectifier circuit. 二次側の整流回路を両波整流回路とした従来の電源回路についての負荷変動に対するスイッチング周波数の変化特性の一例について示した図である。It is the figure which showed about an example of the change characteristic of the switching frequency with respect to the load fluctuation | variation about the conventional power supply circuit which made the secondary side rectifier circuit the double wave rectifier circuit.

符号の説明Explanation of symbols

1 制御回路、Q5 シャントレギュレータ、Ct2 位相補償コンデンサ、2 発振・ドライブ回路、Di ブリッジ整流回路、CN フィルタコンデンサ、Q1,Q2,Q3,Q4 スイッチング素子、PIT 絶縁コンバータトランス、C1 一次側直列共振コンデンサ、Cp、Cp1、Cp2 一次側部分共振コンデンサ、N1 一次巻線、N2 二次巻線、N2A、N2B 二次巻線部、D1〜D4 (二次側)整流ダイオード、Ci (二次側)平滑コンデンサ、Cc、Cc1、Cc2 コンデンサ   1 control circuit, Q5 shunt regulator, Ct2 phase compensation capacitor, 2 oscillation / drive circuit, Di bridge rectifier circuit, CN filter capacitor, Q1, Q2, Q3, Q4 switching element, PIT isolation converter transformer, C1 primary side series resonance capacitor, Cp, Cp1, Cp2 Primary side partial resonance capacitor, N1 primary winding, N2 secondary winding, N2A, N2B secondary winding part, D1-D4 (secondary side) rectifier diode, Ci (secondary side) smoothing capacitor , Cc, Cc1, Cc2 capacitors

Claims (9)

商用交流電源を入力して整流動作を行うことで整流出力電圧を生成する整流手段と、
上記整流手段により生成された上記整流出力電圧を入力してスイッチングを行うスイッチング素子を備えて形成したスイッチング手段と、
上記スイッチング素子をスイッチング駆動するスイッチング駆動手段と、
少なくとも、上記スイッチング手段のスイッチング動作により得られるスイッチング出力が供給される一次巻線と、該一次巻線に得られたスイッチング出力により交番電圧が励起される二次巻線とを巻装して形成される絶縁コンバータトランスと、
少なくとも、上記絶縁コンバータトランスの一次巻線の漏洩インダクタンス成分と、上記一次巻線に直列接続された一次側直列共振コンデンサのキャパシタンスとによって形成され、上記スイッチング手段の動作を電流共振形とする一次側直列共振回路と、
両波整流回路以外の整流回路を備えるようにされて上記二次巻線に得られる交番電圧について整流動作を行って、その整流出力を平滑コンデンサにより平滑化して直流出力電圧を生成する直流出力電圧生成手段と、
上記直流出力電圧の平均値に応じて上記スイッチング駆動手段を制御して、上記スイッチング手段のスイッチング周波数を可変することで、上記直流出力電圧についての定電圧制御を行うように構成された定電圧制御手段と、を備えて、
上記絶縁コンバータトランスの一次側と二次側との結合係数が所定以下となるようにして、少なくとも上記絶縁コンバータトランスのコアの所定位置に形成されるギャップ長が設定されているスイッチングコンバータを備えると共に、
さらに、上記スイッチングコンバータにおいて生成された上記直流出力電圧を直流電源として入力してDC/DC電力変換を行うことで、二次側直流出力電圧を生成するDC/DCコンバータを備える、
ことを特徴とするスイッチング電源回路。
Rectifying means for generating a rectified output voltage by inputting a commercial AC power supply and performing a rectifying operation;
Switching means formed with a switching element that performs switching by inputting the rectified output voltage generated by the rectifying means; and
Switching driving means for switching and driving the switching element;
At least a primary winding to which a switching output obtained by the switching operation of the switching means is supplied and a secondary winding in which an alternating voltage is excited by the switching output obtained by the primary winding are wound. An isolated converter transformer,
The primary side which is formed by at least the leakage inductance component of the primary winding of the insulating converter transformer and the capacitance of the primary side series resonance capacitor connected in series to the primary winding, and the operation of the switching means is a current resonance type A series resonant circuit;
A DC output voltage that is provided with a rectifier circuit other than the double-wave rectifier circuit, performs a rectification operation on the alternating voltage obtained in the secondary winding, and smoothes the rectified output with a smoothing capacitor to generate a DC output voltage. Generating means;
Constant voltage control configured to perform constant voltage control on the DC output voltage by controlling the switching drive means according to the average value of the DC output voltage and varying the switching frequency of the switching means. Means, and
A switching converter in which a gap length formed at least at a predetermined position of the core of the insulating converter transformer is set so that a coupling coefficient between the primary side and the secondary side of the insulating converter transformer is not more than a predetermined value; ,
And a DC / DC converter that generates a secondary DC output voltage by inputting the DC output voltage generated in the switching converter as a DC power source and performing DC / DC power conversion.
A switching power supply circuit.
上記定電圧制御手段は、
上記直流出力電圧の低域成分を抽出するローパスフィルタを備えることで、上記直流出力電圧の平均値を得るように構成されている、
ことを特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源回路。
The constant voltage control means is
By providing a low pass filter for extracting the low frequency component of the DC output voltage, it is configured to obtain an average value of the DC output voltage,
The switching power supply circuit according to claim 1.
上記直流出力電圧生成手段は、
上記整流動作として、ブリッジ整流回路による全波整流動作を行うように構成される、
ことを特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源回路。
The DC output voltage generating means is
As the rectification operation, it is configured to perform full-wave rectification operation by a bridge rectification circuit,
The switching power supply circuit according to claim 1.
上記直流出力電圧生成手段は、
上記整流動作として、
二次巻線に励起される交番電圧の一方の半周期にのみ上記平滑コンデンサに対する充電を行うと共に、上記交番電圧レベルの2倍に対応するレベルによる上記直流出力電圧を生成するようにされた倍電圧半波整流動作を行うように構成されている、
ことを特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源回路。
The DC output voltage generating means is
As the rectifying operation,
The smoothing capacitor is charged only in one half cycle of the alternating voltage excited in the secondary winding, and the DC output voltage is generated at a level corresponding to twice the alternating voltage level. Configured to perform voltage half-wave rectification operation,
The switching power supply circuit according to claim 1.
上記絶縁コンバータトランスは、上記二次巻線にセンタータップが施されて第1の二次巻線部と第2の二次巻線部が形成されると共に、
上記直流出力電圧生成手段は、上記整流動作として、
上記二次巻線に励起される交番電圧の各半周期に上記平滑コンデンサに対する充電を行うと共に、上記平滑コンデンサの両端に、上記第1の二次巻線部と上記第2の二次巻線部とのそれぞれに得られる交番電圧レベルの2倍に対応するレベルによる上記直流出力電圧を生成するようにされた倍圧全波整流動作を行うように構成されている、
ことを特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源回路。
In the insulating converter transformer, a center tap is applied to the secondary winding to form a first secondary winding portion and a second secondary winding portion,
The DC output voltage generating means is the rectifying operation,
The smoothing capacitor is charged in each half cycle of the alternating voltage excited by the secondary winding, and the first secondary winding portion and the second secondary winding are provided at both ends of the smoothing capacitor. The voltage doubler full wave rectification operation is performed to generate the DC output voltage at a level corresponding to twice the alternating voltage level obtained with each of the units,
The switching power supply circuit according to claim 1.
上記直流出力電圧生成手段は、
上記整流動作として、
上記二次巻線に励起される交番電圧レベルの4倍に対応するレベルによる上記直流出力電圧を生成するようにされた4倍圧整流動作を行うように構成されている、
ことを特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源回路。
The DC output voltage generating means is
As the rectifying operation,
Configured to perform a quadruple voltage rectification operation configured to generate the DC output voltage at a level corresponding to four times the alternating voltage level excited in the secondary winding;
The switching power supply circuit according to claim 1.
上記スイッチング手段は、2つのスイッチング素子がハーフブリッジ結合方式により接続されていることを特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源回路。   2. The switching power supply circuit according to claim 1, wherein the switching means has two switching elements connected by a half-bridge coupling method. 上記スイッチング手段は、4つのスイッチング素子がフルブリッジ結合方式により接続されていることを特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源回路。   The switching power supply circuit according to claim 1, wherein the switching means includes four switching elements connected by a full bridge coupling method. 商用交流電源を入力して整流動作を行うことで整流出力電圧を生成する整流手段と、
上記整流手段により生成された上記整流出力電圧を入力してスイッチングを行うスイッチング素子を備えて形成したスイッチング手段と、
上記スイッチング素子をスイッチング駆動するスイッチング駆動手段と、
少なくとも、上記スイッチング手段のスイッチング動作により得られるスイッチング出力が供給される一次巻線と、該一次巻線に得られたスイッチング出力により交番電圧が励起される二次巻線とを巻装して形成される絶縁コンバータトランスと、
少なくとも、上記絶縁コンバータトランスの一次巻線の漏洩インダクタンス成分と、上記一次巻線に直列接続された一次側直列共振コンデンサのキャパシタンスとによって形成され、上記スイッチング手段の動作を電流共振形とする一次側直列共振回路と、
両波整流回路以外の整流回路を備えるようにされて上記二次巻線に得られる交番電圧について整流動作を行って、その整流出力を平滑コンデンサにより平滑化して直流出力電圧を生成する直流出力電圧生成手段と、
上記直流出力電圧の平均値に応じて上記スイッチング駆動手段を制御して、上記スイッチング手段のスイッチング周波数を可変することで、上記直流出力電圧についての定電圧制御を行うように構成された定電圧制御手段と、を備えると共に、
上記絶縁コンバータトランスの一次側と二次側との結合係数が所定以下となるようにして、少なくとも上記絶縁コンバータトランスのコアの所定位置に形成されるギャップ長が設定されている、
ことを特徴とするスイッチングコンバータ装置。
Rectifying means for generating a rectified output voltage by inputting a commercial AC power supply and performing a rectifying operation;
Switching means formed with a switching element that performs switching by inputting the rectified output voltage generated by the rectifying means; and
Switching driving means for switching and driving the switching element;
At least a primary winding to which a switching output obtained by the switching operation of the switching means is supplied and a secondary winding in which an alternating voltage is excited by the switching output obtained by the primary winding are wound. An isolated converter transformer,
The primary side which is formed by at least the leakage inductance component of the primary winding of the insulating converter transformer and the capacitance of the primary side series resonance capacitor connected in series to the primary winding, and the operation of the switching means is a current resonance type A series resonant circuit;
A DC output voltage that is provided with a rectifier circuit other than the double-wave rectifier circuit, performs a rectification operation on the alternating voltage obtained in the secondary winding, and smoothes the rectified output with a smoothing capacitor to generate a DC output voltage. Generating means;
Constant voltage control configured to perform constant voltage control on the DC output voltage by controlling the switching drive means according to the average value of the DC output voltage and varying the switching frequency of the switching means. Means, and
The gap length formed at least at a predetermined position of the core of the insulating converter transformer is set so that the coupling coefficient between the primary side and the secondary side of the insulating converter transformer is not more than a predetermined value.
A switching converter device.
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