JPH0686541A - Switching power supply - Google Patents
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- JPH0686541A JPH0686541A JP4234399A JP23439992A JPH0686541A JP H0686541 A JPH0686541 A JP H0686541A JP 4234399 A JP4234399 A JP 4234399A JP 23439992 A JP23439992 A JP 23439992A JP H0686541 A JPH0686541 A JP H0686541A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 各種電子機器に安定な直流電圧を供給するス
イッチング電源装置において、スイッチング損失の発生
を解決し、高効率で低ノイズな特性を得ることを目的と
する。
【構成】 入力直流電圧源1と、これに並列に接続され
る第1のチョークコイル3と第1のスイッチング素子1
3との直列回路と、第1のチョークコイル3と並列に接
続されるコンデンサ4と第2のスイッチング素子14と
の直列回路と、第2のスイッチング素子14と並列に接
続される第2のチョークコイル6と出力コンデンサ7と
の直列回路と、第1および第2のスイッチング素子1
3,14を所定のオンオフ期間で交互に駆動する制御回
路15を備える構成とする。第1のスイッチング素子1
3のオフ期間に第2のスイッチング素子14を介して第
1のチョークコイル3を逆励磁することにより、第1お
よび第2のスイッチング素子13,14はゼロ電圧ター
ンオンが達成でき、高効率で低ノイズな特性を得ること
ができる。
(57) [Summary] [Objective] In a switching power supply device that supplies a stable DC voltage to various electronic devices, it is an object to solve the occurrence of switching loss and obtain high efficiency and low noise characteristics. [Structure] Input DC voltage source 1, first choke coil 3 and first switching element 1 connected in parallel therewith
A series circuit with the first choke coil 3, a series circuit with the capacitor 4 and the second switching element 14 connected in parallel with the first choke coil 3, and a second choke connected in parallel with the second switching element 14. Series circuit of coil 6 and output capacitor 7 and first and second switching elements 1
A configuration is provided in which a control circuit 15 that alternately drives 3 and 14 in a predetermined on / off period is provided. First switching element 1
By reverse-exciting the first choke coil 3 via the second switching element 14 during the OFF period of 3, the first and second switching elements 13 and 14 can achieve zero voltage turn-on, which is highly efficient and low. Noise characteristics can be obtained.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は各種電子機器に安定な直
流電圧を供給するスイッチング電源装置に関するもので
ある。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a switching power supply device for supplying a stable DC voltage to various electronic devices.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、スイッチング電源装置は電子機器
の小型・高機能化に伴い、高効率・低ノイズなものが要
求されている。2. Description of the Related Art In recent years, switching power supplies have been required to have high efficiency and low noise as electronic devices have become smaller and have higher functions.
【0003】以下に従来のスイッチング電源装置につい
て説明する。図9は従来のスイッチング電源装置で、Z
ETAコンバータと称される入出力非反転の昇降圧コン
バータの回路構成図である。図9において、1は入力直
流電圧源であり、その電圧をEiとする。2はスイッチ
ング素子であり、3は第1のチョークコイルであり、4
はコンデンサである。スイッチング素子2は入力直流電
圧Eiを高周波交流電圧に変換し、第1のチョークコイ
ル3及びコンデンサ4へ伝達する。コンデンサ4の静電
容量は十分大きく、その電圧は図9中に示す方向に直流
電圧Ecとみなす。5はダイオードである。6は第2の
チョークコイルであり、第1のチョークコイル3とは図
9中に示す極性で磁気結合可能である。7は出力コンデ
ンサであり、8は負荷である。出力コンデンサ7の静電
容量は十分大きく、負荷8へは出力直流電圧Eoが出力
される。9は制御回路であり、出力直流電圧Eoを安定
化すべくスイッチング素子2を所定のオンオフ期間で駆
動する。A conventional switching power supply device will be described below. FIG. 9 shows a conventional switching power supply device, Z
FIG. 3 is a circuit configuration diagram of an input / output non-inverting buck-boost converter called an ETA converter. In FIG. 9, reference numeral 1 is an input DC voltage source, and its voltage is Ei. 2 is a switching element, 3 is a first choke coil, 4
Is a capacitor. The switching element 2 converts the input DC voltage Ei into a high frequency AC voltage and transmits it to the first choke coil 3 and the capacitor 4. The capacitance of the capacitor 4 is sufficiently large, and its voltage is regarded as the DC voltage Ec in the direction shown in FIG. 5 is a diode. Reference numeral 6 denotes a second choke coil, which can be magnetically coupled to the first choke coil 3 with the polarity shown in FIG. Reference numeral 7 is an output capacitor, and 8 is a load. The capacitance of the output capacitor 7 is sufficiently large, and the output DC voltage Eo is output to the load 8. Reference numeral 9 denotes a control circuit, which drives the switching element 2 in a predetermined on / off period to stabilize the output DC voltage Eo.
【0004】以上のように構成されたスイッチング電源
装置について、以下にその動作を説明する。まず、スイ
ッチング素子2がオンの時、第1のチョークコイル3に
は電圧Eiが印加されるとともに、第2のチョークコイ
ル6には電圧Ei+Ec−Eoが印加される。スイッチ
ング素子2には第1のチョークコイル3と第2のチョー
クコイル6との励磁電流の和の電流が流れる。またコン
デンサ4には第2のチョークコイル6の励磁電流が流れ
る。この期間をTonとする。次にスイッチング素子2
がオフの時、各チョークコイルの電圧は反転し、ダイオ
ード5が導通する。この時第1のチョークコイル3には
電圧Ecが印加されるとともに、第2のチョークコイル
6には電圧Eoが印加される。ダイオード5には第1の
チョークコイル3と第2のチョークコイル6との消磁電
流の和の電流が流れる。またコンデンサ4には第1のチ
ョークコイル3の消磁電流が流れる。この期間をTof
fとする。安定動作状態においては各チョークコイルの
磁束は一周期でリセットされるから、次式が成立する。The operation of the switching power supply device configured as described above will be described below. First, when the switching element 2 is on, the voltage Ei is applied to the first choke coil 3 and the voltage Ei + Ec-Eo is applied to the second choke coil 6. A current that is the sum of the exciting currents of the first choke coil 3 and the second choke coil 6 flows through the switching element 2. Further, the exciting current of the second choke coil 6 flows through the capacitor 4. This period is Ton. Next, switching element 2
When is off, the voltage of each choke coil is inverted and the diode 5 becomes conductive. At this time, the voltage Ec is applied to the first choke coil 3 and the voltage Eo is applied to the second choke coil 6. A current that is the sum of the degaussing currents of the first choke coil 3 and the second choke coil 6 flows through the diode 5. The degaussing current of the first choke coil 3 flows through the capacitor 4. This period is Tof
f. In the stable operation state, the magnetic flux of each choke coil is reset in one cycle, so the following equation holds.
【0005】 Ei・Ton=Ec・Toff (Ei+Ec−Eo)・Ton=Eo・Toff ∴ Eo=Ec=(Ton/Toff)・Ei 即ち出力直流電圧Eoは、スイッチング素子2のオンオ
フ比を調整することにより、安定化することができる。
図10に各部動作波形図を示しておく。Ei · Ton = Ec · Toff (Ei + Ec−Eo) · Ton = Eo · Toff ∴ Eo = Ec = (Ton / Toff) · Ei That is, the output DC voltage Eo adjusts the on / off ratio of the switching element 2. By this, it is possible to stabilize.
FIG. 10 shows an operation waveform diagram of each part.
【0006】また、各チョークコイルに印加される電圧
が等しいことから、第1のチョークコイル3と第2のチ
ョークコイル6とが同一巻数で磁気結合可能であること
がわかる。詳しい説明は省くが、このスイッチング電源
装置は、第1のチョークコイル3と第2のチョークコイ
ル6との巻数比をその結合係数と等しくすることによ
り、第2のチョークコイル6に流れる電流を交流成分の
ない直流電流とすることができ、出力直流電圧Eoに重
畳されるリップル電圧を0Vにすることができるという
特徴と有している。Further, since the voltages applied to the respective choke coils are equal, it can be seen that the first choke coil 3 and the second choke coil 6 can be magnetically coupled with the same number of turns. Although detailed description is omitted, this switching power supply device makes the current flowing in the second choke coil 6 an alternating current by making the winding ratio of the first choke coil 3 and the second choke coil 6 equal to its coupling coefficient. It has a feature that it can be a direct current having no component and that the ripple voltage superimposed on the output direct current voltage Eo can be 0V.
【0007】図11にこのスイッチング電源装置を入出
力絶縁型にした回路図を示す。図11において、10は
トランスであり、11はその1次巻線、12は2次巻線
である。トランス10が図8における第1のチョークコ
イル3の代わりに接続される以外は、図9に示したスイ
ッチング電源装置と同様の構成である。また動作も2次
巻線12以後が巻数比変換されるだけで、図9のスイッ
チング電源装置と同様である。FIG. 11 shows a circuit diagram in which this switching power supply device is of an input / output insulation type. In FIG. 11, 10 is a transformer, 11 is its primary winding, and 12 is its secondary winding. The configuration is the same as the switching power supply device shown in FIG. 9 except that the transformer 10 is connected instead of the first choke coil 3 in FIG. The operation is similar to that of the switching power supply device of FIG. 9 except that the turns ratio is changed after the secondary winding 12.
【0008】但し、トランス10の漏れインダクタンス
に起因するサージ電圧がスイッチングの際発生する。こ
のスイッチング電源装置もトランス10とチョークコイ
ル6は磁気結合可能で、2次巻線12とチョークコイル
6との巻数比をその結合係数と等しくすることにより、
チョークコイル6に流れる電流を交流成分のない直流電
流とすることができ、出力直流電圧に重畳されるリップ
ル電圧を0Vにすることができるという特徴を有してい
る。図12に各部動作波形図を示しておく。However, a surge voltage due to the leakage inductance of the transformer 10 is generated during switching. Also in this switching power supply device, the transformer 10 and the choke coil 6 can be magnetically coupled, and by making the turns ratio of the secondary winding 12 and the choke coil 6 equal to the coupling coefficient,
The current flowing through the choke coil 6 is a direct current having no AC component, and the ripple voltage superimposed on the output DC voltage can be 0V. FIG. 12 shows the operation waveform chart of each part.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、軽負荷時にチョークコイルに流れる電流が
0Aになると、出力直流電圧Eoの安定化のためにはT
onを短くするような動作をするため、負荷急変のある
出力仕様によってはチョークコイルのインダクタンスを
大きく設定しなければならない。スイッチング素子2の
ターンオンの際、ダイオード5は導通しているのでリカ
バリー電流が発生するし、この時スイッチング素子2に
印加されている電圧はEi+Eoから急峻に0Vに放電
されるのでターンオン損失が発生する。これらに加えて
図11のように絶縁型の場合には、トランス10の漏れ
インダクタンスに起因するサージ電圧のために多大なタ
ーンオフ損失が発生したり、スナバ回路での損失が発生
し効率が低下するという問題点を有していた。However, in the above-mentioned conventional configuration, when the current flowing through the choke coil becomes 0 A when the load is light, the output DC voltage Eo is stabilized by T.
In order to make ON shorter, the inductance of the choke coil must be set large depending on the output specifications with a sudden change in load. When the switching element 2 is turned on, the diode 5 is conducting, so that a recovery current is generated. At this time, the voltage applied to the switching element 2 is rapidly discharged from Ei + Eo to 0 V, so that a turn-on loss occurs. . In addition to these, in the case of the insulation type as shown in FIG. 11, a large turn-off loss occurs due to the surge voltage due to the leakage inductance of the transformer 10 or a loss occurs in the snubber circuit, which lowers the efficiency. Had the problem.
【0010】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、負荷条件によるスイッチング素子のオンオフ期間の
変動を抑え、ゼロクロススイッチングの実現により効率
を向上するとともに低ノイズ化したスイッチング電源装
置を提供することを目的とする。The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and provides a switching power supply device in which fluctuations in the on / off period of a switching element due to load conditions are suppressed, zero cross switching is realized to improve efficiency, and noise is reduced. The purpose is to
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明のスイッチング電源装置は、入力直流電圧源
と、前記入力直流電圧源と並列に接続される第1のチョ
ークコイルと第1のスイッチング素子との直列回路と、
前記第1のチョークコイルと並列に接続されるコンデン
サと第2のスイッチング素子との直列回路と、前記第2
のスイッチング素子と並列に接続される第2のチョーク
コイルと出力コンデンサとの直列回路と、前記第1及び
第2のスイッチング素子を交互にオンオフさせるととも
にそれらのオンオフ期間を所定値に調整する制御回路と
を備えた構成、または入力直流電圧源と、前記入力直流
電圧源と並列に接続されるトランスの1次巻線と第1の
スイッチング素子との直列回路と、前記トランスの2次
巻線と並列に接続されるコンデンサと第2のスイッチン
グ素子との直列回路と、前記第2のスイッチング素子と
並列に接続されるチョークコイルと出力コンデンサとの
直列回路と、前記第1及び第2のスイッチング素子を交
互にオンオフさせるとともにそれらのオンオフ期間を所
定値に調整する制御回路とを備えた構成、または入力直
流電圧源と、前記入力直流電圧源と並列に接続されるト
ランスの1次巻線と第1のスイッチング素子との直列回
路と、前記トランスの1次巻線と並列に接続される第1
のコンデンサと第2のスイッチング素子との直列回路
と、前記トランスの2次巻線と並列に接続される第2の
コンデンサとダイオードとの直列回路と、前記ダイオー
ドと並列に接続されるチョークコイルと出力コンデンサ
との直列回路と、前記第1及び第2のスイッチング素子
を交互にオンオフさせるとともにそれらのオンオフ期間
を所定値に調整する制御回路とを備えた構成を有してい
る。In order to achieve this object, a switching power supply device of the present invention comprises an input DC voltage source, a first choke coil connected in parallel with the input DC voltage source, and a first choke coil. A series circuit with a switching element,
A series circuit including a second switching element and a capacitor connected in parallel with the first choke coil;
A series circuit of a second choke coil and an output capacitor connected in parallel with the switching element, and a control circuit for alternately turning on and off the first and second switching elements and adjusting their on / off periods to a predetermined value. Or a series circuit of an input DC voltage source, a primary winding of a transformer and a first switching element connected in parallel with the input DC voltage source, and a secondary winding of the transformer. A series circuit of a capacitor and a second switching element connected in parallel, a series circuit of a choke coil and an output capacitor connected in parallel with the second switching element, and the first and second switching elements And a configuration that includes a control circuit that alternately turns on and off and adjusts the on-off period to a predetermined value, or an input DC voltage source, and The are connected in parallel a series circuit of a primary winding of a transformer and a first switching element connected in parallel with the power DC voltage source, the primary winding of the transformer 1
A series circuit of a capacitor and a second switching element, a series circuit of a second capacitor and a diode connected in parallel with the secondary winding of the transformer, and a choke coil connected in parallel with the diode. It has a configuration including a series circuit with an output capacitor, and a control circuit that alternately turns on and off the first and second switching elements and adjusts their on / off periods to a predetermined value.
【0012】[0012]
【作用】この構成によって、第1のスイッチング素子の
オフ期間中に第2のスイッチング素子を介してチョーク
コイル又はトランスを逆励磁することができる。逆励磁
エネルギーを利用することにより、第1及び第2のスイ
ッチング素子はゼロ電圧ターンオンが可能となる。ま
た、チョークコイルの電流が常に直線的に連続に流れる
ため、いわゆる不連続動作というものはなく、負荷条件
によるスイッチング素子のオンオフ期間の変動も抑えら
れる。With this configuration, the choke coil or the transformer can be reverse-excited via the second switching element during the off period of the first switching element. By using the reverse excitation energy, the first and second switching elements can be turned on at zero voltage. Further, since the current of the choke coil always flows linearly and continuously, there is no so-called discontinuous operation, and variation in the on / off period of the switching element due to load conditions can be suppressed.
【0013】[0013]
【実施例】(実施例1)以下本発明の一実施例につい
て、図面を参照しながら説明する。図1は本発明の第1
の実施例におけるスイッチング電源装置の回路構成図を
示すものである。図1において、1は入力直流電圧源で
あり、その電圧をEiとする。13は第1のスイッチン
グ素子であり、例えばMOSFETのようにダイオード
とスイッチの並列回路から構成される。3は第1のチョ
ークコイルであり、4はコンデンサである。第1のスイ
ッチング素子13は入力電圧Eiを高周波交流電圧に変
換し、第1のチョークコイル3及びコンデンサ4へ伝達
する。コンデンサ4の静電容量は十分大きく、その電圧
は図1中に示す方向に直流電圧Ecとみなす。14は第
2のスイッチング素子であり、例えばMOSFETのよ
うにダイオードとスイッチの並列回路から構成される。
6は第2のチョークコイルであり、第1のチョークコイ
ル3とは図1中に示す極性で磁気結合可能である。7は
出力コンデンサであり、8は負荷である。出力コンデン
サ7の静電容量は十分大きく、負荷8へは出力直流電圧
Eoが出力される。15は制御回路であり、出力直流電
圧Eoを安定化すべく第1のスイッチング素子13及び
第2のスイッチング素子14を所定のオンオフ期間で交
互に駆動する。(Embodiment 1) An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows the first of the present invention.
6 is a circuit configuration diagram of the switching power supply device in the embodiment of FIG. In FIG. 1, 1 is an input DC voltage source, and its voltage is Ei. Reference numeral 13 is a first switching element, which is composed of a parallel circuit of a diode and a switch, such as a MOSFET. 3 is a first choke coil, and 4 is a capacitor. The first switching element 13 converts the input voltage Ei into a high frequency AC voltage and transmits it to the first choke coil 3 and the capacitor 4. The capacitance of the capacitor 4 is sufficiently large, and its voltage is regarded as the DC voltage Ec in the direction shown in FIG. A second switching element 14 is composed of a parallel circuit of a diode and a switch, such as a MOSFET.
Reference numeral 6 is a second choke coil, which can be magnetically coupled to the first choke coil 3 with the polarity shown in FIG. Reference numeral 7 is an output capacitor, and 8 is a load. The capacitance of the output capacitor 7 is sufficiently large, and the output DC voltage Eo is output to the load 8. Reference numeral 15 is a control circuit, which alternately drives the first switching element 13 and the second switching element 14 in a predetermined on / off period in order to stabilize the output DC voltage Eo.
【0014】以上のように構成されたスイッチング電源
装置について、図2に示す各部動作波形図を用いてその
動作を説明する。まず、第1のスイッチング素子13が
オンの時、第1のチョークコイル3には入力電圧Eiが
印加されるとともに、第2のチョークコイル6には電圧
Ei+Ec−Eoが印加される。第1のスイッチング素
子13には第1のチョークコイル3と第2のチョークコ
イル6との励磁電流の和の電流が流れる。またコンデン
サ4には第2のチョークコイル6の励磁電流が流れる。
この期間をTonとする。The operation of the switching power supply device configured as described above will be described with reference to the operation waveform chart of each part shown in FIG. First, when the first switching element 13 is on, the input voltage Ei is applied to the first choke coil 3 and the voltage Ei + Ec-Eo is applied to the second choke coil 6. A current that is the sum of the exciting currents of the first choke coil 3 and the second choke coil 6 flows through the first switching element 13. Further, the exciting current of the second choke coil 6 flows through the capacitor 4.
This period is Ton.
【0015】次に第1のスイッチング素子13がオフの
時、各チョークコイルの電圧は反転し、第2のスイッチ
ング素子14がオンする。この時第1のチョークコイル
3には電圧Ecが印加されるとともに、第2のチョーク
コイル6には電圧Eoが印加される。第2のスイッチン
グ素子14には第1のチョークコイル3と第2のチョー
クコイル6との消磁電流の和の電流が流れる。またコン
デンサ4には第1のチョークコイル3の消磁電流が流れ
る。この期間をToffとする。安定動作状態において
は各チョークコイルの磁束は一周期でリセットされるか
ら、次式が成立するのは図9に示した従来例と同様であ
る。Next, when the first switching element 13 is off, the voltage of each choke coil is inverted and the second switching element 14 is turned on. At this time, the voltage Ec is applied to the first choke coil 3 and the voltage Eo is applied to the second choke coil 6. A current that is the sum of the degaussing currents of the first choke coil 3 and the second choke coil 6 flows through the second switching element 14. The degaussing current of the first choke coil 3 flows through the capacitor 4. This period is Toff. In the stable operation state, the magnetic flux of each choke coil is reset in one cycle, so that the following equation holds true as in the conventional example shown in FIG.
【0016】 ∴ Eo=Ec=(Ton/Toff)・Ei 即ち出力直流電圧Eoは、第1のスイッチング素子13
及び第2のスイッチング素子14のオンオフ期間を調整
することにより、安定化することができる。∴ Eo = Ec = (Ton / Toff) · Ei That is, the output DC voltage Eo is the first switching element 13
It can be stabilized by adjusting the on / off period of the second switching element 14.
【0017】本実施例によるスイッチング電源装置が図
9に示した従来のスイッチング電源装置と異なるのは、
第2のスイッチング素子14によって第1のチョークコ
イル3又は第2のチョークコイル6が逆励磁されること
である。このため、チョークコイルの電流が常に直線的
に連続に流れるため、いわゆる不連続動作というものは
なく、負荷条件によるスイッチング素子のオンオフ期間
の変動も抑えられるし、それらのインダクタンスも従来
より小さく設定できる。また第2のスイッチング素子1
4のターンオフの際、逆励磁エネルギーによって、第1
のスイッチング素子13の寄生容量又はターンオフ損失
低減のため接続される静電容量素子に蓄えられた電荷は
第1のチョークコイル3を介して入力直流電圧源1へ回
生され、ターンオン損失とはならない。The switching power supply according to this embodiment differs from the conventional switching power supply shown in FIG.
This means that the first choke coil 3 or the second choke coil 6 is reversely excited by the second switching element 14. For this reason, since the current of the choke coil always flows linearly and continuously, there is no so-called discontinuous operation, fluctuations in the on / off period of the switching element due to load conditions are suppressed, and their inductances can be set smaller than before. . In addition, the second switching element 1
At the time of turn-off of No. 4, by the reverse excitation energy, the first
The charge accumulated in the parasitic capacitance of the switching element 13 or the electrostatic capacitance element connected to reduce the turn-off loss is regenerated to the input DC voltage source 1 through the first choke coil 3 and does not cause the turn-on loss.
【0018】同様に第1のスイッチング素子13のター
ンオフの際、励磁エネルギーによって、第2のスイッチ
ング素子14の寄生容量又はターンオフ損失低減のため
接続される静電容量素子に蓄えられた電荷は第2のチョ
ークコイル6を介して出力コンデンサ7へ放出されるの
で、ターンオン損失とはならない。即ち第1のスイッチ
ング素子13及び第2のスイッチング素子14はいずれ
もゼロ電圧ターンオンするという優れた効果が得られ
る。Similarly, when the first switching element 13 is turned off, the charge accumulated in the parasitic capacitance of the second switching element 14 or the electrostatic capacitance element connected to reduce the turn-off loss is reduced by the excitation energy due to the excitation energy. Since it is discharged to the output capacitor 7 via the choke coil 6 of the above, there is no turn-on loss. That is, the excellent effect that the first switching element 13 and the second switching element 14 are both turned on at zero voltage is obtained.
【0019】また本実施例によって、第1のチョークコ
イル3と第2のチョークコイル6とが同一巻数で磁気結
合可能であることと、第1のチョークコイル3と第2の
チョークコイル6との巻数比をその結合係数と等しくす
ることにより、第2のチョークコイル6に流れる電流を
交流成分のない直流電流とすることができ、出力直流電
圧Eoに重畳されるリップル電圧を0Vにすることがで
きるというZETAコンバータの特徴を損なうことはな
い。Further, according to the present embodiment, the first choke coil 3 and the second choke coil 6 can be magnetically coupled with the same number of turns, and the first choke coil 3 and the second choke coil 6 are connected. By making the turns ratio equal to its coupling coefficient, the current flowing through the second choke coil 6 can be made a direct current having no AC component, and the ripple voltage superimposed on the output DC voltage Eo can be made 0V. It does not impair the characteristic of the ZETA converter.
【0020】以上のように本実施例によれば、従来のZ
ETAコンバータのダイオードを第2のスイッチング素
子とすることにより、その飽和電圧がダイオードの順方
向電圧より小さければ損失低減となる上、リカバリー電
流もなくなり、さらに負荷条件によるスイッチング素子
のオンオフ期間の変動を抑え、ゼロクロススイッチング
の実現により効率を向上するとともに低ノイズ化するこ
とができる。As described above, according to this embodiment, the conventional Z
By using the diode of the ETA converter as the second switching element, if the saturation voltage is smaller than the forward voltage of the diode, the loss is reduced, the recovery current is also eliminated, and the fluctuation of the ON / OFF period of the switching element due to the load condition is reduced. By suppressing and realizing zero-cross switching, efficiency can be improved and noise can be reduced.
【0021】(実施例2)以下本発明の第2の実施例に
ついて図面を参照しながら説明する。図3において、1
は入力直流電圧源であり、その電圧をEiとする。13
は第1のスイッチング素子であり、10はトランスであ
り、11はその1次巻線、12は2次巻線である。16
は共振コンデンサであり、等価的に第1のスイッチング
素子13と並列接続される寄生容量を含む。4はコンデ
ンサである。第1のスイッチング素子13は入力電圧E
iを高周波交流電圧に変換し、1次巻線11へ印加し、
2次巻線12へ伝達する。コンデンサ4の静電容量は十
分大きく、その電圧は図3中に示す方向に直流電圧Ec
とみなす。14は第2のスイッチング素子である。6は
チョークコイルであり、トランス10とは図3中に示す
極性で磁気結合可能である。7は出力コンデンサであ
り、8は負荷である。出力コンデンサ7の静電容量は十
分大きく、負荷8へは出力直流電圧Eoが出力される。
15は制御回路であり、出力直流電圧Eoを安定化すべ
くスイッチング素子13及びスイッチング素子14を所
定のオンオフ期間で交互に駆動する。(Second Embodiment) A second embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In FIG. 3, 1
Is an input DC voltage source, and its voltage is Ei. Thirteen
Is a first switching element, 10 is a transformer, 11 is its primary winding, and 12 is a secondary winding. 16
Is a resonance capacitor, and equivalently includes a parasitic capacitance connected in parallel with the first switching element 13. Reference numeral 4 is a capacitor. The first switching element 13 has an input voltage E
i is converted into a high frequency AC voltage and applied to the primary winding 11,
It is transmitted to the secondary winding 12. The capacitance of the capacitor 4 is sufficiently large, and its voltage is a DC voltage Ec in the direction shown in FIG.
To consider. 14 is a second switching element. Reference numeral 6 is a choke coil, which can be magnetically coupled to the transformer 10 with the polarity shown in FIG. Reference numeral 7 is an output capacitor, and 8 is a load. The capacitance of the output capacitor 7 is sufficiently large, and the output DC voltage Eo is output to the load 8.
Reference numeral 15 is a control circuit, which alternately drives the switching elements 13 and 14 in a predetermined on / off period in order to stabilize the output DC voltage Eo.
【0022】以上のように構成されたスイッチング電源
装置は、第1の実施例で示した図1のスイッチング電源
装置の第1のチョークコイル3をトランス10に置き換
えた絶縁型のものであり、その動作は2次巻線12以後
が巻数比変換されるだけで、図1のスイッチング電源装
置と同様である。トランス10の巻数比をnとする。ま
ず、第1のスイッチング素子13がオンの時、1次巻線
11には電圧Eiが印加されるとともに、2次巻線12
には電圧Ei/nが誘起され、チョークコイル6には電
圧Ei/n+Ec−Eoが印加される。この期間をTo
nとする。次に第1のスイッチング素子13がオフの
時、トランス10とチョークコイル6の電圧は反転し、
第2のスイッチング素子14がオンする。この時1次巻
線11には電圧n・Ecが印加されるとともに、チョー
クコイル6には電圧Eoが印加される。この期間をTo
ffとする。安定動作状態においてはトランス10とチ
ョークコイル6の磁束は一周期でリセットされるから、
次式が成立する。The switching power supply device configured as described above is an insulating type in which the first choke coil 3 of the switching power supply device of FIG. 1 shown in the first embodiment is replaced with a transformer 10. The operation is similar to that of the switching power supply device of FIG. 1, except that the turns ratio is converted after the secondary winding 12. The turn ratio of the transformer 10 is n. First, when the first switching element 13 is on, the voltage Ei is applied to the primary winding 11 and the secondary winding 12
A voltage Ei / n is induced in the coil, and a voltage Ei / n + Ec-Eo is applied to the choke coil 6. This period is To
n. Next, when the first switching element 13 is off, the voltages of the transformer 10 and the choke coil 6 are inverted,
The second switching element 14 is turned on. At this time, the voltage n · Ec is applied to the primary winding 11 and the voltage Eo is applied to the choke coil 6. This period is To
ff. In the stable operation state, the magnetic flux of the transformer 10 and the choke coil 6 is reset in one cycle,
The following equation holds.
【0023】 ∴ Eo=Ec=(Ton/Toff)・Ei/n 即ち出力直流電圧Eoは、第1のスイッチング素子13
及び第2のスイッチング素子14のオンオフ期間を調整
することにより、安定化することができる。図4に本実
施例によるスイッチング電源装置の各部動作波形図を示
す。∴ Eo = Ec = (Ton / Toff) · Ei / n That is, the output DC voltage Eo is the first switching element 13
It can be stabilized by adjusting the on / off period of the second switching element 14. FIG. 4 shows an operation waveform diagram of each part of the switching power supply device according to the present embodiment.
【0024】本実施例によるスイッチング電源装置が図
11に示した従来のスイッチング電源装置と異なるの
は、第2のスイッチング素子14によってトランス10
又はチョークコイル6が逆励磁されることである。この
ため、チョークコイル6の電流が常に直線的に連続に流
れるため、いわゆる不連続動作というものはなく、負荷
条件によるスイッチング素子のオンオフ期間の変動も抑
えられるし、それらのインダクタンスも従来より小さく
設定できる。また第2のスイッチング素子14のターン
オフの際、逆励磁エネルギーによって、第1のスイッチ
ング素子13の寄生容量又はターンオフ損失低減のため
接続される静電容量素子である共振コンデンサ16に蓄
えられた電荷は1次巻線11を介して入力直流電圧源1
へ回生され、ターンオン損失とはならない。The switching power supply device according to this embodiment is different from the conventional switching power supply device shown in FIG.
Alternatively, the choke coil 6 is reversely excited. Therefore, since the current of the choke coil 6 always flows linearly and continuously, there is no so-called discontinuous operation, fluctuations in the on / off period of the switching element due to load conditions are suppressed, and the inductances thereof are set smaller than in the past. it can. Further, when the second switching element 14 is turned off, the charge stored in the resonance capacitor 16 which is a capacitive element connected to reduce parasitic capacitance or turn-off loss of the first switching element 13 by the reverse excitation energy is generated. Input DC voltage source 1 via primary winding 11
It is regenerated into a turn-on loss.
【0025】同様に第1のスイッチング素子13のター
ンオフの際、励磁エネルギーによって、第2のスイッチ
ング素子14の寄生容量又はターンオフ損失低減のため
接続される静電容量素子に蓄えられた電荷はチョークコ
イル6を介して出力コンデンサ7へ放出されるので、タ
ーンオン損失とはならない。即ち第1のスイッチング素
子13及び第2のスイッチング素子14はいずれもゼロ
電圧ターンオンするという優れた効果が得られる。Similarly, when the first switching element 13 is turned off, the charge stored in the parasitic capacitance of the second switching element 14 or the electrostatic capacitance element connected to reduce the turn-off loss due to the excitation energy is choke coil. Since it is discharged to the output capacitor 7 via 6, there is no turn-on loss. That is, the excellent effect that the first switching element 13 and the second switching element 14 are both turned on at zero voltage is obtained.
【0026】また本実施例によって、トランス10の2
次巻線12とチョークコイル6とが同一巻数で磁気結合
可能であることと、2次巻線12とチョークコイル6と
の巻数比をその結合係数と等しくすることにより、チョ
ークコイル6に流れる電流を交流成分のない直流電流と
することができ、出力直流電圧Eoに重畳されるリップ
ル電圧を0VにすることができるというZETAコンバ
ータの特徴を損なうことはない。In addition, according to the present embodiment, the transformer 10-2
The secondary winding 12 and the choke coil 6 can be magnetically coupled with the same number of turns, and the winding ratio of the secondary winding 12 and the choke coil 6 is made equal to the coupling coefficient, so that the current flowing through the choke coil 6 is increased. Can be a direct current having no AC component, and the characteristic of the ZETA converter that the ripple voltage superimposed on the output DC voltage Eo can be 0 V is not impaired.
【0027】以上のように本実施例によれば、従来の絶
縁型ZETAコンバータのダイオードを第2のスイッチ
ング素子とすることにより、その飽和電圧がダイオード
の順方向電圧より小さければ損失低減となる上、リカバ
リー電流もなくなり、さらに負荷条件によるスイッチン
グ素子のオンオフ期間の変動を抑え、ゼロクロススイッ
チングの実現により効率を向上するとともに低ノイズ化
することができる。As described above, according to this embodiment, the diode of the conventional insulated type ZETA converter is used as the second switching element, so that the loss is reduced if the saturation voltage is smaller than the forward voltage of the diode. Also, the recovery current is eliminated, fluctuation of the on / off period of the switching element due to the load condition is suppressed, and the efficiency can be improved and the noise can be reduced by realizing the zero-cross switching.
【0028】(実施例3)以下本発明の第3の実施例に
ついて図面を参照しながら説明する。図5において、1
は入力直流電圧源であり、その電圧をEiとする。13
は第1のスイッチング素子であり、10はトランスであ
り、11はその1次巻線、12は2次巻線である。第1
のスイッチング素子13は入力電圧Eiを高周波交流電
圧に変換し、1次巻線11へ印加し、2次巻線12へ伝
達する。14は第2のスイッチング素子、17は第1の
コンデンサであり、第2のスイッチング素子14と第1
のコンデンサ17の直列回路は1次巻線11に並列に接
続される。第1のコンデンサ17の静電容量は十分大き
く、その電圧は図5中に示す方向に直流電圧E17とみ
なす。16は共振コンデンサであり、等価的に第1のス
イッチング素子13と並列接続される寄生容量を含む。
4は第2のコンデンサである。第2のコンデンサ4の静
電容量は十分大きく、その電圧は図5中に示す方向に直
流電圧Ecとみなす。6はチョークコイルであり、トラ
ンス10とは図5中に示す極性で磁気結合可能である。
7は出力コンデンサであり、8は負荷である。出力コン
デンサ7の静電容量は十分大きく、負荷8へは出力直流
電圧Eoが出力される。15は制御回路であり、出力直
流電圧Eoを安定化すべくスイッチング素子13及びス
イッチング素子14を所定のオンオフ期間で交互に駆動
する。(Embodiment 3) A third embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In FIG. 5, 1
Is an input DC voltage source, and its voltage is Ei. Thirteen
Is a first switching element, 10 is a transformer, 11 is its primary winding, and 12 is a secondary winding. First
The switching element 13 converts the input voltage Ei into a high frequency AC voltage, applies it to the primary winding 11, and transmits it to the secondary winding 12. Reference numeral 14 is a second switching element, 17 is a first capacitor, and the second switching element 14 and the first
The series circuit of the capacitor 17 is connected to the primary winding 11 in parallel. The capacitance of the first capacitor 17 is sufficiently large, and its voltage is regarded as the DC voltage E17 in the direction shown in FIG. Reference numeral 16 is a resonance capacitor, which includes a parasitic capacitance equivalently connected in parallel with the first switching element 13.
Reference numeral 4 is a second capacitor. The capacitance of the second capacitor 4 is sufficiently large, and its voltage is regarded as the DC voltage Ec in the direction shown in FIG. Reference numeral 6 is a choke coil, which can be magnetically coupled to the transformer 10 with the polarity shown in FIG.
Reference numeral 7 is an output capacitor, and 8 is a load. The capacitance of the output capacitor 7 is sufficiently large, and the output DC voltage Eo is output to the load 8. Reference numeral 15 is a control circuit, which alternately drives the switching elements 13 and 14 in a predetermined on / off period in order to stabilize the output DC voltage Eo.
【0029】以上のように構成されたスイッチング電源
装置について、図6に示す各部動作波形図を用いてその
動作を説明する。トランス10の巻数比をnとする。ま
ず、第1のスイッチング素子13がオンの時、1次巻線
11には入力電圧Eiが印加されるとともに、チョーク
コイル6には電圧Ei/n+Ec−Eoが印加される。
第1のスイッチング素子13には1次巻線11とチョー
クコイル6との励磁電流の和の電流が流れる。また第2
のコンデンサ4にはチョークコイル6の励磁電流が流れ
る。この期間をTonとする。The operation of the switching power supply device configured as described above will be described with reference to the operation waveform chart of each part shown in FIG. The turn ratio of the transformer 10 is n. First, when the first switching element 13 is on, the input voltage Ei is applied to the primary winding 11 and the voltage Ei / n + Ec-Eo is applied to the choke coil 6.
A current that is the sum of the exciting currents of the primary winding 11 and the choke coil 6 flows through the first switching element 13. The second
The exciting current of the choke coil 6 flows through the capacitor 4. This period is Ton.
【0030】次に第1のスイッチング素子13がオフの
時、トランス10の巻線とチョークコイル6の電圧は反
転し、第2のスイッチング素子14がオンし、ダイオー
ド5が導通する。この時1次巻線11には電圧E17
(=n・Ec)が印加されるとともに、チョークコイル
6には電圧Eoが印加される。第2のスイッチング素子
14には第1のスイッチング素子13のターンオフ時に
流れていた1次巻線電流を初期値として直線的に減少す
る電流が流れる。安定動作状態においては第1のコンデ
ンサ17の充放電電流は等しい。第2のコンデンサ4に
は1次巻線11の消磁電流と第2のスイッチング素子1
4に流れる電流の差のn倍の電流が流れる。ダイオード
5には第2のコンデンサ4に流れる電流とチョークコイ
ル6の消磁電流の差が流れる。この期間をToffとす
る。安定動作状態においてはトランス10とチョークコ
イル6の磁束は一周期でリセットされるから、次式が成
立するのは図3に示した第2の実施例と同様である。Next, when the first switching element 13 is off, the voltage of the winding of the transformer 10 and the voltage of the choke coil 6 are inverted, the second switching element 14 is turned on, and the diode 5 is turned on. At this time, the voltage E17 is applied to the primary winding 11.
(= N · Ec) is applied and the voltage Eo is applied to the choke coil 6. In the second switching element 14, a current that linearly decreases with the primary winding current that was flowing when the first switching element 13 was turned off as an initial value flows. In the stable operation state, the charging / discharging current of the first capacitor 17 is equal. In the second capacitor 4, the degaussing current of the primary winding 11 and the second switching element 1
A current that is n times the difference between the currents flowing in 4 flows. A difference between the current flowing through the second capacitor 4 and the degaussing current of the choke coil 6 flows through the diode 5. This period is Toff. In the stable operation state, the magnetic fluxes of the transformer 10 and the choke coil 6 are reset in one cycle, so that the following equation holds true as in the second embodiment shown in FIG.
【0031】 ∴ Eo=Ec=(Ton/Toff)・Ei/n 即ち出力直流電圧Eoは、第1のスイッチング素子13
及び第2のスイッチング素子14のオンオフ期間を調整
することにより、安定化することができる。∴ Eo = Ec = (Ton / Toff) · Ei / n That is, the output DC voltage Eo is the first switching element 13
It can be stabilized by adjusting the on / off period of the second switching element 14.
【0032】本実施例によるスイッチング電源装置が図
3に示した第2の実施例のスイッチング電源装置と異な
るのは、トランス10の逆励磁が1次側に設置された第
2のスイッチング素子14と第1のコンデンサ17によ
って行われることである。このため、チョークコイル6
の電流不連続動作は避けられなくなるが、第2のスイッ
チング素子14と第1のコンデンサ17によって強力な
電圧クランプ機能が得られ、サージ電圧は発生しなくな
る。また第2のスイッチング素子14のターンオフの
際、逆励磁エネルギーによって、第1のスイッチング素
子13の寄生容量又はターンオフ損失低減のため接続さ
れる静電容量素子である共振コンデンサ16に蓄えられ
た電荷は1次巻線11を介して入力直流電圧源1へ回生
され、ターンオン損失とはならない。The switching power supply device according to this embodiment is different from the switching power supply device according to the second embodiment shown in FIG. 3 in that the reverse excitation of the transformer 10 is different from that of the second switching element 14 installed on the primary side. This is done by the first capacitor 17. Therefore, the choke coil 6
Although the current discontinuous operation of 7 is inevitable, a strong voltage clamping function is obtained by the second switching element 14 and the first capacitor 17, and the surge voltage is not generated. Further, when the second switching element 14 is turned off, the charge stored in the resonance capacitor 16 which is a capacitive element connected to reduce parasitic capacitance or turn-off loss of the first switching element 13 by the reverse excitation energy is generated. It is regenerated to the input DC voltage source 1 via the primary winding 11 and does not cause a turn-on loss.
【0033】同様に第1のスイッチング素子13のター
ンオフの際、励磁エネルギーによって、第2のスイッチ
ング素子14の寄生容量又はターンオフ損失低減のため
接続される静電容量素子に蓄えられた電荷はチョークコ
イル6を介して出力コンデンサ7へ放出されるので、タ
ーンオン損失とはならない。即ち第1のスイッチング素
子13及び第2のスイッチング素子14はいずれもゼロ
電圧ターンオンするという優れた効果が得られる。Similarly, when the first switching element 13 is turned off, the charge stored in the parasitic capacitance of the second switching element 14 or the electrostatic capacitance element connected to reduce the turn-off loss due to the excitation energy is choke coil. Since it is discharged to the output capacitor 7 via 6, there is no turn-on loss. That is, the excellent effect that the first switching element 13 and the second switching element 14 are both turned on at zero voltage is obtained.
【0034】また、本実施例によって、トランス10の
2次巻線12とチョークコイル6とが同一巻数で磁気結
合可能であることと、2次巻線12とチョークコイル6
との巻数比をその結合係数と等しくすることにより、チ
ョークコイル6に流れる電流を交流成分のない直流電流
とすることができ、出力直流電圧に重畳されるリップル
電圧を0VにすることができるというZETAコンバー
タの特徴を損なうことはない。この場合先に述べたチョ
ーク電流不連続動作は回避でき、軽負荷時のスイッチン
グ素子のオンオフ期間の変動も抑えられる。According to the present embodiment, the secondary winding 12 of the transformer 10 and the choke coil 6 can be magnetically coupled with the same number of turns, and the secondary winding 12 and the choke coil 6 can be coupled.
By equalizing the turns ratio with the coupling coefficient thereof, the current flowing through the choke coil 6 can be made a direct current having no AC component, and the ripple voltage superimposed on the output DC voltage can be made 0V. It does not impair the characteristics of the ZETA converter. In this case, the choke current discontinuous operation described above can be avoided, and fluctuations in the on / off period of the switching element at a light load can be suppressed.
【0035】以上のように本実施例によれば、従来の絶
縁型ZETAコンバータのトランス10の1次巻線11
にコンデンサ17と第2のスイッチング素子14の直列
回路を設けることにより、各スイッチング素子のゼロク
ロススイッチングを達成できる上、その強力なクランプ
機能によりサージ電圧の発生をなくし、高効率化と低ノ
イズ化が達成できる。As described above, according to this embodiment, the primary winding 11 of the transformer 10 of the conventional insulation type ZETA converter is used.
By providing a series circuit of the capacitor 17 and the second switching element 14 in the zero crossing switching of each switching element can be achieved, the surge voltage is eliminated by the strong clamp function, and high efficiency and low noise can be achieved. Can be achieved.
【0036】(実施例4)以下本発明の第4の実施例に
ついて図面を参照しながら説明する。図7において、1
は入力直流電圧源であり、その電圧をEiとする。13
は第1のスイッチング素子であり、10はトランスであ
り、11はその1次巻線、12は2次巻線である。第1
のスイッチング素子13は入力電圧Eiを高周波交流電
圧に変換し、1次巻線11へ印加し、2次巻線12へ伝
達する。14は第2のスイッチング素子、17は第1の
コンデンサであり、第2のスイッチング素子14と第1
のコンデンサ17の直列回路は1次巻線11に並列に接
続される。第1のコンデンサ17の電圧は図5中に示す
方向にE17とする。16は共振コンデンサであり、等
価的に第1のスイッチング素子13と並列接続される寄
生容量を含む。18はインダクターであり、トランス1
0の漏れインダクタンスを含み、等価的に第2のスイッ
チング素子14と第1のコンデンサ17と1次巻線11
のループ内に接続される。4は第2のコンデンサであ
る。第2のコンデンサ4の静電容量は十分大きく、その
電圧は図5中に示す方向に直流電圧Ecとみなす。6は
チョークコイルであり、トランス10とは図5中に示す
極性で磁気結合可能である。7は出力コンデンサであ
り、8は負荷である。出力コンデンサ7の静電容量は十
分大きく、負荷8へは出力直流電圧Eoが出力される。
15は制御回路であり、出力直流電圧Eoを安定化すべ
くスイッチング素子13及びスイッチング素子14を所
定のオンオフ期間で交互に駆動する。(Embodiment 4) A fourth embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In FIG. 7, 1
Is an input DC voltage source, and its voltage is Ei. Thirteen
Is a first switching element, 10 is a transformer, 11 is its primary winding, and 12 is a secondary winding. First
The switching element 13 converts the input voltage Ei into a high frequency AC voltage, applies it to the primary winding 11, and transmits it to the secondary winding 12. Reference numeral 14 is a second switching element, 17 is a first capacitor, and the second switching element 14 and the first
The series circuit of the capacitor 17 is connected to the primary winding 11 in parallel. The voltage of the first capacitor 17 is E17 in the direction shown in FIG. Reference numeral 16 is a resonance capacitor, which includes a parasitic capacitance equivalently connected in parallel with the first switching element 13. 18 is an inductor, transformer 1
Including the leakage inductance of 0, the second switching element 14, the first capacitor 17, and the primary winding 11 are equivalently included.
Connected in a loop. Reference numeral 4 is a second capacitor. The capacitance of the second capacitor 4 is sufficiently large, and its voltage is regarded as the DC voltage Ec in the direction shown in FIG. Reference numeral 6 is a choke coil, which can be magnetically coupled to the transformer 10 with the polarity shown in FIG. Reference numeral 7 is an output capacitor, and 8 is a load. The capacitance of the output capacitor 7 is sufficiently large, and the output DC voltage Eo is output to the load 8.
Reference numeral 15 denotes a control circuit, which alternately drives the switching elements 13 and 14 in a predetermined on / off period in order to stabilize the output DC voltage Eo.
【0037】以上のように構成されたスイッチング電源
装置について、図8に示す各部動作波形図を用いてその
動作を説明する。トランス10の巻数比をnとする。ま
ず、第1のスイッチング素子13がオンの時、1次巻線
11には入力電圧Eiが印加されるとともに、チョーク
コイル6には電圧Ei/n+Ec−Eoが印加される。
第1のスイッチング素子13には1次巻線11とチョー
クコイル6との励磁電流の和の電流が流れる。また第2
のコンデンサ4にはチョークコイル6の励磁電流が流れ
る。この期間をTonとする。The operation of the switching power supply device configured as described above will be described with reference to the operation waveform chart of each part shown in FIG. The turn ratio of the transformer 10 is n. First, when the first switching element 13 is on, the input voltage Ei is applied to the primary winding 11 and the voltage Ei / n + Ec-Eo is applied to the choke coil 6.
A current that is the sum of the exciting currents of the primary winding 11 and the choke coil 6 flows through the first switching element 13. The second
The exciting current of the choke coil 6 flows through the capacitor 4. This period is Ton.
【0038】次に第1のスイッチング素子13がオフす
ると、トランス10の巻線とチョークコイル6の電圧は
反転し(図8中のTf)し、第2のスイッチング素子1
4がオンする。この時(図8中のT1)1次巻線11に
はE17が印加されるとともに、チョークコイル6には
およそ電圧Eoが印加される。第2のスイッチング素子
14には第1のスイッチング素子13のターンオフ時に
流れていた1次巻線電流を初期値として直線的に減少す
る電流が流れる。第2のコンデンサ4には1次巻線11
の消磁電流と第2のスイッチング素子14に流れる電流
の差のn倍の電流とチョークコイル6の消磁電流が流れ
る。第1のコンデンサ17が充電されて、E17=n・
Ecとなると、ダイオード5が導通する。この時(図8
中のT2)、各部には第1のコンデンサ17とインダク
ター18の共振電流が流れる。ダイオード5に流れる電
流が0Aになってオフすると、T1と同じ状態に戻り
(図8中のT3)、やがて第2のスイッチング素子14
がオフする。安定動作状態においては、第1のコンデン
サ17の充放電電流は等しい。以上の期間をToffと
する。安定動作状態においてはトランス10とチョーク
コイル6の磁束は一周期でリセットされるから、次式が
成立するのは図3に示した第2の実施例と同様である。Next, when the first switching element 13 is turned off, the voltage of the winding of the transformer 10 and the voltage of the choke coil 6 are inverted (Tf in FIG. 8), and the second switching element 1
4 turns on. At this time (T1 in FIG. 8), E17 is applied to the primary winding 11 and approximately voltage Eo is applied to the choke coil 6. In the second switching element 14, a current that linearly decreases with the primary winding current that was flowing when the first switching element 13 was turned off as an initial value flows. The primary winding 11 is attached to the second capacitor 4.
Current and the degaussing current of the choke coil 6 which is n times the difference between the degaussing current and the current flowing through the second switching element 14. The first capacitor 17 is charged and E17 = n ·
When it becomes Ec, the diode 5 becomes conductive. At this time (Fig. 8
In T2), the resonance current of the first capacitor 17 and the inductor 18 flows through each part. When the current flowing through the diode 5 becomes 0 A and turns off, the state returns to the same state as T1 (T3 in FIG. 8), and eventually the second switching element 14
Turns off. In the stable operation state, the charge and discharge currents of the first capacitor 17 are equal. The above period is Toff. In the stable operation state, the magnetic fluxes of the transformer 10 and the choke coil 6 are reset in one cycle, so that the following equation holds true as in the second embodiment shown in FIG.
【0039】 ∴ Eo=Ec=(Ton/Toff)・Ei/n 即ち出力直流電圧Eoは、第1のスイッチング素子13
及び第2のスイッチング素子14のオンオフ期間を調整
することにより、安定化することができる。∴ Eo = Ec = (Ton / Toff) · Ei / n That is, the output DC voltage Eo is equal to the first switching element 13
It can be stabilized by adjusting the on / off period of the second switching element 14.
【0040】本実施例によるスイッチング電源装置が図
5に示した第3の実施例のスイッチング電源装置と異な
るのは、ダイオード5に流れる電流が共振電流であるの
で、ダイオード5がゼロ電流ターンオフできることであ
る。このためダイオード5のリカバリー電流は発生しな
くなり、第3の実施例の効果に加えてさらに低ノイズ化
が可能になるという効果が得られる。The switching power supply device according to this embodiment is different from the switching power supply device according to the third embodiment shown in FIG. 5 in that the current flowing through the diode 5 is a resonance current, so that the diode 5 can be turned off at zero current. is there. Therefore, the recovery current of the diode 5 is not generated, and in addition to the effect of the third embodiment, the effect of further reducing the noise can be obtained.
【0041】また本実施例によって、トランス10の2
次巻線12とチョークコイル6とが同一巻数で磁気結合
可能であることと、2次巻線12とチョークコイル6と
の巻数比をその結合係数と等しくすることにより、チョ
ークコイル6に流れる電流を交流成分のない直流電流と
することができ、出力直流電圧に重畳されるリップル電
圧を0VにすることができるというZETAコンバータ
の特徴を損なうことはない。In addition, according to the present embodiment, the transformer 10-2 is used.
The secondary winding 12 and the choke coil 6 can be magnetically coupled with the same number of turns, and the winding ratio of the secondary winding 12 and the choke coil 6 is made equal to the coupling coefficient, so that the current flowing through the choke coil 6 is increased. Can be a direct current having no AC component, and the characteristic of the ZETA converter that the ripple voltage superimposed on the output DC voltage can be 0 V is not impaired.
【0042】以上のように本実施例によれば、従来の絶
縁型ZETAコンバータのトランスの1次巻線にコンデ
ンサと第2のスイッチング素子の直列回路を設け、さら
にトランスの漏れインダクタンスを利用するかまたはイ
ンダクターを接続することにより、各スイッチング素子
のゼロクロススイッチングを達成できる上、その強力な
クランプ機能によりサージ電圧の発生をなくし、高効率
化と低ノイズ化が達成できるという第3の実施例の効果
に加えて、電流共振によってダイオードのリカバリー電
流をなくし、さらに低ノイズ化が可能になるという効果
が得られる。As described above, according to the present embodiment, the series circuit of the capacitor and the second switching element is provided in the primary winding of the transformer of the conventional insulated type ZETA converter, and whether the leakage inductance of the transformer is used or not. Alternatively, by connecting an inductor, the zero-cross switching of each switching element can be achieved, and the strong clamping function eliminates the generation of surge voltage, thereby achieving high efficiency and low noise. In addition to this, the effect of eliminating the recovery current of the diode by current resonance and further reducing the noise can be obtained.
【0043】[0043]
【発明の効果】以上のように本発明は、入力直流電圧源
と、前記入力直流電圧源と並列に接続される第1のチョ
ークコイルと第1のスイッチング素子との直列回路と、
前記第1のチョークコイルと並列に接続されるコンデン
サと第2のスイッチング素子との直列回路と、前記第2
のスイッチング素子と並列に接続される第2のチョーク
コイルと出力コンデンサとの直列回路と、前記第1及び
第2のスイッチング素子を交互にオンオフさせるととも
にそれらのオンオフ期間を所定値に調整する制御回路と
を備えた構成を有することにより、第1のスイッチング
素子のオフ期間中に第2のスイッチング素子を介してチ
ョークコイルを逆励磁し、その逆励磁エネルギーを利用
することにより、第1及び第2のスイッチング素子はゼ
ロ電圧ターンオンが可能となる。また、チョークコイル
の電流が常に直線的に連続に流れるため、いわゆる不連
続動作というものはなく、負荷条件によるスイッチング
素子のオンオフ期間の変動も抑えられる上、ダイオード
リカバリー電流もなくなり、高効率で低ノイズな優れた
スイッチング電源装置を実現できるものである。As described above, according to the present invention, an input DC voltage source, a series circuit of a first choke coil and a first switching element connected in parallel with the input DC voltage source,
A series circuit including a second switching element and a capacitor connected in parallel with the first choke coil;
A series circuit of a second choke coil and an output capacitor connected in parallel with the switching element, and a control circuit for alternately turning on and off the first and second switching elements and adjusting their on / off periods to a predetermined value. With the configuration including and, the choke coil is reverse-excited through the second switching element during the off period of the first switching element, and the reverse excitation energy is used to generate the first and second The switching element can be turned on at zero voltage. In addition, since the current of the choke coil always flows linearly and continuously, there is no so-called discontinuous operation, fluctuation of the on / off period of the switching element due to load conditions is suppressed, and diode recovery current is also eliminated, resulting in high efficiency and low operation. It is possible to realize an excellent switching power supply device with no noise.
【0044】また、入力直流電圧源と、前記入力直流電
圧源と並列に接続されるトランスの1次巻線と第1のス
イッチング素子との直列回路と、前記トランスの2次巻
線と並列に接続されるコンデンサと第2のスイッチング
素子との直列回路と、前記第2のスイッチング素子と並
列に接続されるチョークコイルと出力コンデンサとの直
列回路と、前記第1及び第2のスイッチング素子を交互
にオンオフさせるとともにそれらのオンオフ期間を所定
値に調整する制御回路とを備えた構成を有することによ
り、第1のスイッチング素子のオフ期間中に第2のスイ
ッチング素子を介してトランスを逆励磁し、その逆励磁
エネルギーを利用することにより、第1及び第2のスイ
ッチング素子はゼロ電圧ターンオンが可能となる。ま
た、チョークコイルの電流が常に直線的に連続に流れる
ため、いわゆる不連続動作というものはなく、負荷条件
によるスイッチング素子のオンオフ期間の変動も抑えら
れる上、ダイオードリカバイー電流もなくなり、高効率
で低ノイズな優れた絶縁型スイッチング電源装置を実現
できるものである。In addition, an input DC voltage source, a series circuit of a primary winding of a transformer and a first switching element connected in parallel with the input DC voltage source, and a secondary winding of the transformer in parallel. A series circuit of a connected capacitor and a second switching element, a series circuit of a choke coil and an output capacitor connected in parallel with the second switching element, and the first and second switching elements are alternated. By having a configuration that includes a control circuit that turns on and off and adjusts those on and off periods to a predetermined value, the transformer is reversely excited via the second switching element during the off period of the first switching element, By utilizing the reverse excitation energy, the first and second switching elements can be turned on at zero voltage. In addition, since the current of the choke coil always flows linearly continuously, there is no so-called discontinuous operation, fluctuation of the on / off period of the switching element due to load conditions is suppressed, diode recovery current is also eliminated, and high efficiency is achieved. It is possible to realize an excellent insulated switching power supply device with low noise.
【0045】また、入力直流電圧源と、前記入力直流電
圧源と並列に連続されるトランスの1次巻線と第1のス
イッチング素子との直列回路と、前記トランスの1次巻
線と並列に接続される第1のコンデンサと第2のスイッ
チング素子との直列回路と、前記トランスの2次巻線と
並列に接続される第2のコンデンサとダイオードとの直
列回路と、前記ダイオードと並列に接続されるチョーク
コイルと出力コンデンサとの直列回路と、前記第1及び
第2のスイッチング素子を交互にオンオフさせるととも
にそれらのオンオフ期間を所定値に調整する制御回路と
を備えた構成を有することにより、第1のスイッチング
素子のオフ期間中に第2のスイッチング素子と第2のコ
ンデンサを介してトランスを逆励磁することができる。
逆励磁エネルギーを利用することにより、第1及び第2
のスイッチング素子はゼロ電圧ターンオンが可能となる
上、第2のスイッチング素子と第2のコンデンサによる
強力なクランプ機能によって、サージ電圧のないものと
することができる。また、チョークコイルの電流が常に
直線的に連続に流れるため、高効率で低ノイズな優れた
絶縁型スイッチング電源装置を実現できるものである。
さらに第2のコンデンサとトランスの漏れインダクタン
スか又は別に接続されるインダクターとを電流共振させ
ることでダイオードリカバリー電流のないさらなる低ノ
イズ化が実現できる。In addition, an input DC voltage source, a series circuit of a primary winding of a transformer and a first switching element, which are continuous in parallel with the input DC voltage source, and a primary winding of the transformer are connected in parallel. A series circuit of a first capacitor and a second switching element connected, a series circuit of a second capacitor and a diode connected in parallel with the secondary winding of the transformer, and a parallel circuit of the diode And a control circuit that alternately turns on and off the first and second switching elements and adjusts their on / off period to a predetermined value. The transformer can be reverse-excited through the second switching element and the second capacitor during the off period of the first switching element.
By using the reverse excitation energy, the first and second
The switching element can be turned on at zero voltage, and the strong clamping function of the second switching element and the second capacitor can eliminate the surge voltage. Further, since the current of the choke coil always flows continuously linearly, it is possible to realize an excellent insulated switching power supply device with high efficiency and low noise.
Further, current resonance between the second capacitor and the leakage inductance of the transformer or an inductor connected separately makes it possible to achieve further noise reduction without diode recovery current.
【図1】本発明の第1の実施例によるスイッチング電源
装置の回路構成図FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a switching power supply device according to a first embodiment of the present invention.
【図2】第1の実施例によるスイッチング電源装置の各
部動作波形図FIG. 2 is an operation waveform diagram of each part of the switching power supply device according to the first embodiment.
【図3】本発明の第2の実施例によるスイッチング電源
装置の回路構成図FIG. 3 is a circuit configuration diagram of a switching power supply device according to a second embodiment of the present invention.
【図4】第2の実施例によるスイッチング電源装置の各
部動作波形図FIG. 4 is an operation waveform diagram of each part of the switching power supply device according to the second embodiment.
【図5】本発明の第3の実施例によるスイッチング電源
装置の回路構成図FIG. 5 is a circuit configuration diagram of a switching power supply device according to a third embodiment of the present invention.
【図6】第3の実施例によるスイッチング電源装置の各
部動作波形図FIG. 6 is an operation waveform diagram of each part of the switching power supply device according to the third embodiment.
【図7】本発明の第4の実施例によるスイッチング電源
装置の回路構成図FIG. 7 is a circuit configuration diagram of a switching power supply device according to a fourth embodiment of the present invention.
【図8】第4の実施例によるスイッチング電源装置の各
部動作波形図FIG. 8 is an operation waveform diagram of each part of the switching power supply device according to the fourth embodiment.
【図9】従来のスイッチング電源装置の回路構成図FIG. 9 is a circuit configuration diagram of a conventional switching power supply device.
【図10】従来のスイッチング電源装置の各部動作波形
図FIG. 10 is an operation waveform diagram of each part of the conventional switching power supply device.
【図11】従来のスイッチング電源装置の回路構成図FIG. 11 is a circuit configuration diagram of a conventional switching power supply device.
【図12】従来のスイッチング電源装置の各部動作波形
図FIG. 12 is an operation waveform diagram of each part of the conventional switching power supply device.
1 入力直流電圧源 3 第1のチョークコイル 4 コンデンサ 5 ダイオード 6 第2のチョークコイル 7 出力コンデンサ 8 負荷 10 トランス 11 1次巻線 12 2次巻線 13 第1のスイッチング素子 14 第2のスイッチング素子 15 制御回路 16 共振コンデンサ 17 第1のコンデンサ 18 インダクター 1 Input DC Voltage Source 3 First Choke Coil 4 Capacitor 5 Diode 6 Second Choke Coil 7 Output Capacitor 8 Load 10 Transformer 11 Primary Winding 12 Secondary Winding 13 First Switching Element 14 Second Switching Element 15 Control Circuit 16 Resonant Capacitor 17 First Capacitor 18 Inductor
フロントページの続き (72)発明者 村上 孝晴 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 植山 敏成 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内(72) Inventor Takaharu Murakami 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Toshinari Ueyama, 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Claims (7)
並列に接続される第1のチョークコイルと第1のスイッ
チング素子との直列回路と、前記第1のチョークコイル
と並列に接続されるコンデンサと第2のスイッチング素
子との直列回路と、前記第2のスイッチング素子と並列
に接続される第2のチョークコイルと出力コンデンサと
の直列回路と、前記第1及び第2のスイッチング素子を
交互にオンオフさせるとともにそれらのオンオフ期間を
所定値に調整する制御回路とを備え、前記出力コンデン
サの電圧を出力直流電圧として負荷へ供給するスイッチ
ング電源装置。1. A series circuit of an input DC voltage source, a first choke coil and a first switching element connected in parallel with the input DC voltage source, and a series circuit connected in parallel with the first choke coil. A series circuit of a capacitor and a second switching element, a series circuit of a second choke coil and an output capacitor connected in parallel with the second switching element, and the first and second switching elements. A switching power supply device comprising: a control circuit that alternately turns on and off and adjusts the on and off periods to a predetermined value, and supplies the voltage of the output capacitor as an output DC voltage to a load.
した請求項1記載のスイッチング電源装置。2. The switching power supply device according to claim 1, wherein the first and second choke coils are magnetically coupled.
2次巻線を有するトランスと、前記入力直流電圧源と並
列に接続される前記トランスの1次巻線と第1のスイッ
チング素子との直列回路と、前記トランスの2次巻線と
並列に接続されるコンデンサと第2のスイッチング素子
との直列回路と、前記第2のスイッチング素子と並列に
接続されるチョークコイルと出力コンデンサとの直列回
路と、前記第1及び第2のスイッチング素子を交互にオ
ンオフさせるとともにそれらのオンオフ期間を所定値に
調整する制御回路とを備え、前記出力コンデンサの電圧
を出力直流電圧として負荷へ供給するスイッチング電源
装置。3. A transformer having an input DC voltage source, at least a primary winding and a secondary winding, a primary winding of the transformer connected in parallel with the input DC voltage source, and a first switching element. , A series circuit of a capacitor connected in parallel with the secondary winding of the transformer and a second switching element, a choke coil connected in parallel with the second switching element, and an output capacitor. And a control circuit that alternately turns on and off the first and second switching elements and adjusts their on / off period to a predetermined value, and supplies the voltage of the output capacitor as an output DC voltage to a load. Switching power supply.
た請求項3記載のスイッチング電源装置。4. The switching power supply device according to claim 3, wherein the transformer and the choke coil are magnetically coupled.
2次巻線を有するトランスと、前記入力直流電圧源と並
列に接続される前記トランスの1次巻線と第1のスイッ
チング素子との直列回路と、前記トランスの1次巻線と
並列に接続される第1のコンデンサと第2のスイッチン
グ素子との直列回路と、前記トランスの2次巻線と並列
に接続される第2のコンデンサとダイオードとの直列回
路と、前記ダイオードと並列に接続されるチョークコイ
ルと出力コンデンサとの直列回路と、前記第1及び第2
のスイッチング素子を交互にオンオフさせるとともにそ
れらのオンオフ期間を所定値に調整する制御回路とを備
え、前記出力コンデンサの電圧を出力直流電圧として負
荷へ供給するスイッチング電源装置。5. A transformer having an input DC voltage source, at least a primary winding and a secondary winding, a primary winding of the transformer connected in parallel with the input DC voltage source, and a first switching element. , A series circuit of a first capacitor and a second switching element connected in parallel with the primary winding of the transformer, and a second circuit connected in parallel with the secondary winding of the transformer. , A series circuit of a capacitor and a diode, a series circuit of a choke coil connected in parallel with the diode and an output capacitor, and the first and second
And a control circuit for alternately turning on and off the switching elements and adjusting their on / off periods to a predetermined value, and supplying the voltage of the output capacitor as an output DC voltage to a load.
た請求項5記載のスイッチング電源装置。6. The switching power supply device according to claim 5, wherein the transformer and the choke coil are magnetically coupled.
ンスの漏れインダクタンスまたはトランスの1次巻線と
直列に接続されたインダクタンスと第1のコンデンサを
共振させ、2次巻線電流が共振電流となる構成とした請
求項5記載のスイッチング電源装置。7. When the second switching element is on, the leakage inductance of the transformer or the inductance connected in series with the primary winding of the transformer causes the first capacitor to resonate, and the secondary winding current is the resonance current. The switching power supply device according to claim 5, which is configured as follows.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04234399A JP3084950B2 (en) | 1992-09-02 | 1992-09-02 | Switching power supply |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04234399A JP3084950B2 (en) | 1992-09-02 | 1992-09-02 | Switching power supply |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0686541A true JPH0686541A (en) | 1994-03-25 |
| JP3084950B2 JP3084950B2 (en) | 2000-09-04 |
Family
ID=16970394
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04234399A Expired - Fee Related JP3084950B2 (en) | 1992-09-02 | 1992-09-02 | Switching power supply |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3084950B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR960701503A (en) * | 1993-02-13 | 1996-02-24 | 랄프 홀거 베렌스·페터 뢰저 | DC / DC converter |
-
1992
- 1992-09-02 JP JP04234399A patent/JP3084950B2/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR960701503A (en) * | 1993-02-13 | 1996-02-24 | 랄프 홀거 베렌스·페터 뢰저 | DC / DC converter |
Also Published As
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|---|---|
| JP3084950B2 (en) | 2000-09-04 |
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