JPH0368632B2 - - Google Patents
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- JPH0368632B2 JPH0368632B2 JP15928987A JP15928987A JPH0368632B2 JP H0368632 B2 JPH0368632 B2 JP H0368632B2 JP 15928987 A JP15928987 A JP 15928987A JP 15928987 A JP15928987 A JP 15928987A JP H0368632 B2 JPH0368632 B2 JP H0368632B2
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、安定化電源として使用されるスイ
ツチング電源回路に関し、特に自励発振方式の
DC−DCコンバータ回路をなすものに関する。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a switching power supply circuit used as a stabilized power supply, and in particular to a self-oscillation type switching power supply circuit.
Related to what constitutes a DC-DC converter circuit.
〔発明の概要〕
この発明は、スイツチング電源回路において、
1次側の電源を断続することによつて2次側に出
力電圧を発生するメイントランスに帰還巻線を設
け、この帰還巻線の出力により結合回路と可飽和
トランスとを介して上記1次側の電流を断続する
スイツチング素子を制御する自励発振の帰還回路
を形成することにより、広範囲な入力及び負荷の
変動に対しても出力電圧が安定し、高周波化も容
易であり、しかも簡単な回路で安価に提供できる
ようにしたものである。[Summary of the Invention] The present invention provides a switching power supply circuit that includes:
A feedback winding is provided in the main transformer that generates an output voltage on the secondary side by intermittent power supply on the primary side. By forming a self-oscillation feedback circuit that controls the switching element that intermittents the current on the side, the output voltage is stable even over a wide range of input and load fluctuations, and it is easy to increase the frequency. This circuit can be provided at low cost.
一般に、スイツチング電源回路は、ドロツパ方
式の安定化電源回路と比べて小型軽量で高効率で
あり、広範囲な入力電圧及び負荷の変動に対応で
きる点等で優れている。
In general, switching power supply circuits are superior to dropper-type stabilized power supply circuits in that they are smaller, lighter, more efficient, and can handle a wider range of input voltage and load fluctuations.
しかしながら、回路が複雑で価格が高い等の問
題があり、部品の集積化及びスイツチング周波数
の高周波化による部品の小型化により、コスト低
減を計ることが要求されている。 However, there are problems such as complicated circuits and high costs, and there is a need to reduce costs by integrating components and miniaturizing components by increasing the switching frequency.
このように、広範囲な入力電圧及び負荷の変動
に対応できる電圧制御機能を有するスイツチング
電源の回路方式としては、従来より第8図に示す
ような他励式パルス幅制御(PWM)方式の回路
と、第9図に示すような自励式リンギング・チヨ
ーク・コンバータ(RCC)方式の回路が主に用
いられている。 As described above, the conventional circuit systems for switching power supplies that have a voltage control function that can handle a wide range of input voltage and load fluctuations include a separately excited pulse width control (PWM) circuit as shown in Figure 8. A self-excited ringing converter (RCC) circuit as shown in FIG. 9 is mainly used.
第8図に示す他励式PWM方式のスイツチング
電源回路は、入力電圧Vinに応じてメイントラン
ス10の1次側に流れる電流をスイツチング素子
(トランジスタ)13によつて断続することによ
り、その2次側に発生する電圧をダイオードD1
によつて整流し、さらにチヨークコイルCHとコ
ンデンサC1によつて平滑して得た、出力電圧
Voutを負荷に供給する。なお、ダイオードD2は
チヨークコイルCHによるサージ電流吸収用であ
る。 The separately excited PWM type switching power supply circuit shown in FIG. The voltage generated in diode D 1
The output voltage obtained by rectifying with
Supply Vout to the load. Note that the diode D2 is for absorbing surge current by the choke coil CH.
そして、この出力電圧Voutを抵抗R1,R2によ
つて分圧して帰還増幅器11によつて増幅し、そ
の電圧によつて発振・パルス幅変調回路12を制
御して、スイツチング素子13のオン・オフのデ
ユーテイを制御するようになつている。 Then, this output voltage Vout is divided by the resistors R 1 and R 2 and amplified by the feedback amplifier 11, and the oscillation/pulse width modulation circuit 12 is controlled by the voltage, and the switching element 13 is turned on. - The off duty is now controlled.
この回路は、スイツチング素子13がONの時
に負荷にエネルギを伝送する「ON−ON方式」
(フオワード方式)で、スイツチング回路、発
振・パルス幅変調回路、及び帰還増幅器が各々独
立しているため発振が安定しており、回路設計の
自由度が大きい等の利点があるが、回路が複雑で
部品数が多く、価格が高くなる等の問題がある。 This circuit uses the "ON-ON method" which transmits energy to the load when the switching element 13 is ON.
(forward method), the switching circuit, oscillation/pulse width modulation circuit, and feedback amplifier are each independent, so the oscillation is stable, and there are advantages such as a high degree of freedom in circuit design, but the circuit is complicated. However, there are problems such as a large number of parts and a high price.
一方、第9図に示す自励式RCC方式のスイツ
チング電源回路は、メイントランス20に帰還巻
線Lb1,Lb2を設け、抵抗R3とダイオードD11〜
D14とツエナダイオードZDによつてスイツチング
素子23のオン・オフを制御する自励発振の帰還
回路(リンギング・チヨーク回路)を形成し、メ
イントランス20の2次側に発生する電圧をダイ
オードD3とコンデンサC2によつて整流・平滑し
て負荷に供給するようになつている。 On the other hand, the self - excited RCC type switching power supply circuit shown in FIG .
D 14 and the Zener diode ZD form a self-oscillation feedback circuit (ringing circuit) that controls the on/off of the switching element 23, and the voltage generated on the secondary side of the main transformer 20 is passed through the diode D 3. It is then rectified and smoothed by capacitor C2 and supplied to the load.
なお、Rsは入力電圧Vinが印加された時に起動
パルスを与えるための抵抗である。 Note that Rs is a resistance for applying a starting pulse when the input voltage Vin is applied.
この回路は、スイツチング素子23がONの時
にメイントランス20に貯えたエネルギOFF時
に負荷側へ伝送する「ON−OFF方式」(フライ
バツク方式)であり、主スイツチング素子23が
発振回路の一部となつており、その中に出力制御
のための帰還ループが形成されているので、他励
式PWM方式に比べて回路が簡単であるが、起動
及び発振の安定化が難しい。 This circuit is an "ON-OFF method" (flyback method) in which the energy stored in the main transformer 20 when the switching element 23 is ON is transmitted to the load side when it is OFF, and the main switching element 23 is part of the oscillation circuit. Since a feedback loop for output control is formed within it, the circuit is simpler than the separately excited PWM system, but it is difficult to stabilize startup and oscillation.
そのため、このRCC方式の回路は、他励式で
一般に用いられている第8図に示したような
「ON−ON方式」(フオワード方式)の回路に比
べて次のような問題がある。 Therefore, this RCC type circuit has the following problems compared to the "ON-ON type" (forward type) circuit shown in FIG. 8, which is commonly used in separately excited type.
(イ) メイントランスの飽和を避けるため、メイン
トランスを大きくし、且つ出力調整をするため
のギヤツプを設ける必要がある。(b) In order to avoid saturation of the main transformer, it is necessary to make the main transformer larger and provide a gap to adjust the output.
(ロ) 出力コンデンサのリツプル電流が大きい。(b) The ripple current of the output capacitor is large.
(ハ) メイントランスの2次側に磁気増幅器を用い
たレギユレータを付加したり、モータ等のイン
ダクテイブな負荷を接続した時、急激な負荷変
動に対して発振が不安定になり易い。(c) When a regulator using a magnetic amplifier is added to the secondary side of the main transformer or an inductive load such as a motor is connected, oscillation tends to become unstable due to sudden load fluctuations.
(ニ) 多出力化した場合、出力相互間でのクロスレ
ギユレーシヨンが大きい(他の出力の変動の影
響を受け易い)。(d) When multiple outputs are used, cross regulation between outputs is large (easily affected by fluctuations in other outputs).
(ホ) 停電圧入力、低温時での起動が難しい。(e) Difficult to start up at low temperature due to power outage input.
(ヘ) スイツチング素子として、MOS−FETを用
いた場合は、起動及び発振の安定化が難しいた
め、200KHz以上の高周波スイツチングを低損
失で行なうことができない(バイポーラトラン
ジスタでは高周波化に限界がある)。(f) When using a MOS-FET as a switching element, it is difficult to start up and stabilize oscillation, so high frequency switching of 200KHz or higher cannot be performed with low loss (bipolar transistors have a limit to high frequency) .
このように、従来から一般に使用されている他
励式パルス幅制御(PWM)方式のスイツチング
電源回路は、発振が安定しており、回路設計の自
由度が大きい等の利点があるが、回路が複雑で部
品数が多く従つて価格も高くなる等の問題があ
り、また自励式RCC方式のスイツチング電源回
路は、回路が簡単で安価ではあるが、他励方式と
比べて起動及び発振の安定化が難しく、高周波化
にも問題がある等、上記(イ)〜(ヘ)に列挙したような
種々の問題がある。
In this way, the commonly used separately excited pulse width control (PWM) type switching power supply circuit has the advantages of stable oscillation and a large degree of freedom in circuit design, but the circuit is complicated. However, although self-excited RCC switching power supply circuits are simple and inexpensive, they are difficult to stabilize startup and oscillation compared to separately excited systems. There are various problems listed in (a) to (f) above, such as difficulty and problems with increasing the frequency.
この発明は、自励発振方式のスイツチング電源
回路において、このような従来の問題点を解決し
て、回路が簡単で広範囲の入力及び負荷変動に対
応でき、起動及び発振が安定でスイツチング周波
数の高周波化も可能にすることを目的とする。 The present invention solves these conventional problems in self-excited oscillation type switching power supply circuits, has a simple circuit, can handle a wide range of input and load fluctuations, has stable startup and oscillation, and can operate at high switching frequencies. The purpose is to make it possible to
この発明は上記の目的を達成するため、入力電
圧に応じてメイントランスの1次側に流れる電流
をスイツチング素子によつて断続することによ
り、その2次側に発生する電圧を整流及び平滑し
て出力電圧を得るスイツチング電源回路におい
て、メイントランスに帰還巻線を設けると共に可
飽和トランスと、可飽和トランスの1次側と帰還
巻線とを結合する結合回路とを備え、帰還巻線の
出力により可飽和トランスの2次側で上記スイツ
チング素子を制御する自励発振の帰還回路を形成
し、上記結合回路を、第1のコンデンサと第1の
抵抗の並列回路とダイオードとの直列回路に、第
2のコンデンサと第2の抵抗とをそれぞれ並列に
接続して構成したものである。
In order to achieve the above object, the present invention rectifies and smoothes the voltage generated on the secondary side by using a switching element to intermittent the current flowing through the primary side of the main transformer according to the input voltage. A switching power supply circuit that obtains an output voltage includes a feedback winding in the main transformer, a saturable transformer, and a coupling circuit that couples the primary side of the saturable transformer and the feedback winding, and the output of the feedback winding A self-oscillation feedback circuit for controlling the switching element is formed on the secondary side of the saturable transformer, and the coupling circuit is connected to a series circuit of a parallel circuit of a first capacitor and a first resistor, and a diode. The second capacitor and the second resistor are respectively connected in parallel.
この発明によるスイツチング電源回路は、1次
側にスイツチング素子を接続したメイントランス
と可飽和トランスとを帰還巻線と結合回路とを介
して結合して自励発振の帰還回路を形成し、可飽
和トランスの飽和を利用してスイツチング素子を
オフさせるようにしている。
The switching power supply circuit according to the present invention combines a main transformer with a switching element connected to the primary side and a saturable transformer through a feedback winding and a coupling circuit to form a self-oscillating feedback circuit, and a saturable The switching element is turned off by utilizing the saturation of the transformer.
したがつて、入力あるいは負荷の変動に対し
て、メイントランスの帰還巻線の出力が変化する
ため、可飽和トランスの1次側の電流が変化し、
励起磁界の大きさが変化するので可飽和コアの飽
和に至る時間も変わり、その結果として可飽和ト
ランスの2次側出力が変化してスイツチング素子
をオンにする時間が変化し、スイツチングパルス
幅が入力あるいは負荷の変動を吸収するように増
減して、自動的に出力電圧を一定に保持するよう
に制御が行なわれるとともに、結合回路の定数が
電流の方向によつて変化することにより、オン時
間変化のリニアリテイが改善され安定した発振が
得られる。 Therefore, as the output of the feedback winding of the main transformer changes in response to input or load fluctuations, the current on the primary side of the saturable transformer changes,
As the magnitude of the excitation magnetic field changes, the time it takes for the saturable core to reach saturation also changes, and as a result, the secondary output of the saturable transformer changes, changing the time to turn on the switching element, and changing the switching pulse width. increases and decreases to absorb fluctuations in the input or load, and control is performed to automatically maintain a constant output voltage, and the constant of the coupling circuit changes depending on the direction of the current, so that the on-state The linearity of time change is improved and stable oscillation can be obtained.
以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明
する。
Embodiments of the present invention will be described below based on the drawings.
第1図はこの発明の一実施例を示し、第8図と
対応する部分には同一の符号を付してある。 FIG. 1 shows an embodiment of the present invention, and parts corresponding to those in FIG. 8 are given the same reference numerals.
このスイツチング電源回路は、メイントランス
1の1次巻線L1の一端をMOS−FETによるスイ
ツチング素子3のソース・ドレイン間を介して接
地し、入力電圧Vinに応じて1次巻線L1に流れる
電流をスイツチング素子3によつて断続すること
により、2次巻線L2に発生する電圧をダイオー
ドD1によつて整流し、チヨークコイルCHとコン
デンサC1によつて平滑した出力電圧Voutを負荷
に供給する。 This switching power supply circuit connects one end of the primary winding L 1 of the main transformer 1 to ground via the source and drain of the switching element 3 formed by a MOS-FET, and connects the primary winding L 1 to the ground in accordance with the input voltage Vin. By intermittent the flowing current by switching element 3, the voltage generated in secondary winding L2 is rectified by diode D1 , and the output voltage Vout smoothed by chiyoke coil CH and capacitor C1 is loaded. supply to.
そのメイントランス1に帰還巻線Lbを設けて
おり、それを第1のコンデンサC3と第1の抵抗
R3の並列回路とダイオードD4との直列回路に、
第2のコンデンサC4並びに抵抗R4と可変抵抗VR
との直列回路よりなる第2の抵抗とをそれぞれ並
列に接続してなる結合回路15を介し、可飽和ト
ランス2の1次巻線に接続してループ回路とし、
その可飽和トランス2の2次巻線の一端を接続
し、他端をコンデンサC5と抵抗R5との並列回路
を介してスイツチング素子3のゲートに接続し
て、自励発振の帰還回路を形成している。 The main transformer 1 is provided with a feedback winding Lb, which is connected to the first capacitor C3 and the first resistor.
In the parallel circuit of R 3 and the series circuit with diode D 4 ,
Second capacitor C 4 as well as resistor R 4 and variable resistor VR
and a second resistor formed of a series circuit connected in parallel to the primary winding of the saturable transformer 2 to form a loop circuit,
One end of the secondary winding of the saturable transformer 2 is connected, and the other end is connected to the gate of the switching element 3 via a parallel circuit of capacitor C 5 and resistor R 5 to form a self-oscillation feedback circuit. is forming.
また、スイツチング素子3のゲートとアース間
にツエナダイオードZD1を、プラス側入力端子と
の間に起動パルスを得るための抵抗Rsを接続し、
メイントランス1の1次巻線L1に並列に残留エ
ネルギ吸収用のコンデンサC6を接続している。 In addition, a Zener diode ZD 1 is connected between the gate of the switching element 3 and the ground, and a resistor Rs for obtaining a starting pulse is connected between the positive input terminal and the switching element 3.
A capacitor C6 for residual energy absorption is connected in parallel to the primary winding L1 of the main transformer 1.
この実施例の作用を説明する前に、可飽和トラ
ンス2の特性及び作用について説明する。 Before explaining the operation of this embodiment, the characteristics and operation of the saturable transformer 2 will be explained.
第2図はこの可飽和トランスのみを示し、第3
図はその可飽和コアのB−Hループ特性の模式図
(ヒステリシス特性)を示す。 Figure 2 shows only this saturable transformer, and the third
The figure shows a schematic diagram of the B-H loop characteristics (hysteresis characteristics) of the saturable core.
この可飽和トランスの1次側電流I1により励起
磁界Hが発生し、その磁束φの変化によつて2次
側に電圧E2が発生する。すなわち、
E2∝dφ/dt
である。 An excitation magnetic field H is generated by the primary current I 1 of this saturable transformer, and a voltage E 2 is generated on the secondary side due to a change in the magnetic flux φ. That is, E 2 ∝dφ/dt.
スタート時にI1が0から正方向に増加するにつ
れて、Hが0から一点鎖線で示したコースを通つ
てA点に達する迄E2として正電圧が発生する。
更にHがA点を越えると可飽和コアが飽和状態と
なり、HがB点に達したのちI1が減少してゆきH
がA点からC点にまで移動してもφは変化しない
のでE2は0になる。 As I 1 increases in the positive direction from 0 at the start, a positive voltage is generated as E 2 until H passes from 0 through the course shown by the dashed line and reaches point A.
Furthermore, when H exceeds point A, the saturable core becomes saturated, and after H reaches point B, I 1 decreases and H
Even if moves from point A to point C, φ does not change, so E 2 becomes 0.
その後E1が反転してI1が負方向に増加し、Hが
D点を過ぎるとE2として負電圧が発生する。更
にI1<0の値によつて例えばHがEa点に達したの
ちI1が減少し始めると、HはEa点から破線で示し
たコースを通つて戻り始めE2は0になる。 Thereafter, E 1 is reversed, I 1 increases in the negative direction, and when H passes point D, a negative voltage is generated as E 2 . Further, when I 1 starts to decrease after H reaches the Ea point due to the value of I 1 <0, for example, H starts to return from the Ea point along the course shown by the broken line and E 2 becomes 0.
次に再びI1が正方向になると、HがFa点を過ぎ
てA点に達する間E2として正電圧が発生し、A
点を過ぎるとE2は0となる。以下E1が極性反転
する度にループ(A→B→C→D→Ea→Fa→A)
のサイクルが繰返され、2次側電圧E2は第4図
aに示すようになる。 Next, when I 1 becomes positive again, a positive voltage is generated as E 2 while H passes point Fa and reaches point A, and A
After passing the point, E 2 becomes 0. Below, loop every time E 1 reverses polarity (A → B → C → D → Ea → Fa → A)
The cycle of is repeated, and the secondary voltage E 2 becomes as shown in FIG. 4a.
これによつて、第1図のスイツチング素子3は
同図bに示すようにON・OFF制御されることに
なる。 As a result, the switching element 3 shown in FIG. 1 is controlled to turn on and off as shown in FIG. 1b.
ここで、I1<0の値が小さければループ(A→
B→C→D→Eb→Fb→A)のサイクル、I1<0
の値が大きいとループ(A→B→C→D→Ec→
Fc→A)のサイクルが繰返される結果、第4図
bのOFF時間は主としてI1<0の値によつて決定
される。またON時間はI1<0の値によつて決る
F→Aの長さ及びI1>0の値によつて変化する。 Here, if the value of I 1 < 0 is small, the loop (A→
B→C→D→Eb→Fb→A) cycle, I 1 <0
If the value of is large, a loop (A→B→C→D→Ec→
As a result of repeating the cycle Fc→A), the OFF time in FIG. 4b is mainly determined by the value of I 1 <0. Further, the ON time changes depending on the length of F→A determined by the value of I 1 <0 and the value of I 1 >0.
このように、可飽和トランスのコア飽和・不飽
和状態をエネルギー伝達のスイツチとして用いる
ことができ、この可飽和トランスのコア材料とし
て非晶質合金(アモルフアス合金)を用いること
により、急俊なB−Hループ特性が得られ、小さ
な励磁電流で高周波スイツチングが可能になる。 In this way, the saturated/unsaturated state of the core of a saturable transformer can be used as a switch for energy transfer, and by using an amorphous alloy as the core material of this saturable transformer, a rapid B -H loop characteristics are obtained, and high frequency switching is possible with a small excitation current.
そこで、第1図の実施例の作用を説明する。 Therefore, the operation of the embodiment shown in FIG. 1 will be explained.
入力電圧Vinが印加されると、抵抗Rsを通じて
スイツチング素子3のゲートに起動トリガが与え
られ、このスイツチング素子3がON状態にな
り、メイントランス1の1次巻線L1に電流が流
れ、2次巻線L2に起電圧が発生する。 When the input voltage Vin is applied, a starting trigger is applied to the gate of the switching element 3 through the resistor Rs, this switching element 3 is turned on, current flows through the primary winding L 1 of the main transformer 1, and the 2 An electromotive voltage is generated in the next winding L2 .
同時に、このメイントランス1の帰還巻線Lb
にも正の起電圧が発生し、結合回路15の第2の
抵抗R4,VR及びコンデンサC4並びにダイオード
D4とコンデンサC3及び抵抗R3を通して可飽和ト
ランス2の1次側にその起電圧に応じた電流が流
れる。 At the same time, the feedback winding Lb of this main transformer 1
A positive electromotive voltage is generated at the second resistor R 4 , VR, capacitor C 4 and diode of the coupling circuit 15.
A current corresponding to the electromotive voltage flows to the primary side of the saturable transformer 2 through D 4 , the capacitor C 3 , and the resistor R 3 .
それにより、前述のように2次側に電圧が発生
し、それがコンデンサC5及び抵抗R5を通してス
イツチング素子3のゲートに印加されるので、ス
イツチング素子3はON状態を維持する。 As a result, as described above, a voltage is generated on the secondary side and is applied to the gate of the switching element 3 through the capacitor C5 and the resistor R5 , so that the switching element 3 maintains the ON state.
その後、可飽和トランス2のコアが飽和状態に
なると、その2次側電圧が0になり、コンデンサ
C5の電荷によつてスイツチング素子3のゲート
電位が低下し、これをOFF状態にする。 After that, when the core of saturable transformer 2 becomes saturated, its secondary voltage becomes 0, and the capacitor
The charge on C5 lowers the gate potential of the switching element 3, turning it off.
すると、メイントランス1の残留エネルギによ
りその帰還巻線Lbには逆電圧が発生し、結合回
路15の第2の抵抗R4,VR及びコンデンサC3を
通して可飽和トランス2の可飽和コアを逆方向に
磁化し、それによつて2次側に発生する負の電圧
でツエナダイオードZD1を通してコンデンサC5を
前と逆方向にチヤージする。この間スイツチング
素子3はOFF状態のままになつている。 Then, a reverse voltage is generated in the feedback winding Lb due to the residual energy of the main transformer 1, which causes the saturable core of the saturable transformer 2 to move in the reverse direction through the second resistor R 4 , VR and capacitor C 3 of the coupling circuit 15. The negative voltage thereby generated on the secondary side charges the capacitor C 5 in the forward and reverse direction through the Zener diode ZD 1 . During this time, the switching element 3 remains in the OFF state.
再び2次側電圧が0になると、コンデンサC5
にチヤージされた電圧がツエナダイオードZD1の
ツエナ電圧を越えた瞬間に電流が流れ、これをト
リガとして帰還ループ内のインダクタンス、キヤ
パシタンス及び抵抗分による共振のリンギング電
圧が発生し、それが、スイツチング素子3を再点
弧するトリガパルスとなつて、スイツチング素子
3が再びON状態になる。 When the secondary voltage becomes 0 again, capacitor C 5
At the moment the voltage charged in the Zener diode ZD 1 exceeds the Zener voltage of the Zener diode ZD 1, a current flows, and this triggers a resonant ringing voltage due to the inductance, capacitance, and resistance in the feedback loop, which causes the switching element to This becomes a trigger pulse to re-ignite the switching element 3, and the switching element 3 is turned on again.
以後、同様な発振動作が繰り返えされる。 Thereafter, similar oscillation operations are repeated.
この時の発振のON時間(スイツチング素子3
がONになつてメイントランス1の1次巻線L1に
電流を流す時間)は、可飽和トランス2のコアを
飽和に至らしめるまでの時間であるから、結合回
路15のコンデンサC3,C4、抵抗R3及び第2の
抵抗R4,VRを適当な値に設定すると、メイント
ランス1の帰還巻線Lbの起電圧の大きさにより
変化する。 ON time of oscillation at this time (switching element 3
The time it takes for the current to flow through the primary winding L1 of the main transformer 1 after turning ON is the time it takes for the core of the saturable transformer 2 to reach saturation, so the capacitors C3 and C of the coupling circuit 15 4 , the resistor R 3 , the second resistor R 4 , and VR are set to appropriate values, which vary depending on the magnitude of the electromotive force in the feedback winding Lb of the main transformer 1.
すなわち、入力電圧が上昇するか又は負荷が軽
減すると、この帰還巻線Lbの起電圧が上昇し、
可飽和トランス2の励磁電流も増大して可飽和コ
アの飽和が早まり、ON時間が短縮されてメイン
トランス1の2次側に伝送されるエネルギが減少
する。 That is, when the input voltage increases or the load decreases, the electromotive voltage of this feedback winding Lb increases,
The excitation current of the saturable transformer 2 also increases, the saturable core saturates faster, the ON time is shortened, and the energy transmitted to the secondary side of the main transformer 1 is reduced.
逆に、入力電圧が低下するか又は負荷が増大す
ると、メイントランス1の帰還巻線Lbの起電圧
が低下し、ON時間が延びてメイントランス1の
2次側に伝送されるエネルギが増大する。 Conversely, when the input voltage decreases or the load increases, the electromotive voltage of the feedback winding Lb of the main transformer 1 decreases, the ON time increases, and the energy transmitted to the secondary side of the main transformer 1 increases. .
OFF時間(スイツチング素子3がOFFになつ
ている時間)の方は、入力電圧や負荷の変動も幾
分影響するが、主としてメイントランス1の残留
エネルギによる帰還巻線Lbの起電圧およびコン
デンサC4と第2の抵抗R4,VRの値により決まる
ため、略一定である。 The OFF time (time during which the switching element 3 is OFF) is affected to some extent by fluctuations in the input voltage and load, but mainly due to the electromotive force in the feedback winding Lb due to the residual energy of the main transformer 1 and the capacitor C4. Since it is determined by the values of the second resistor R 4 and VR, it is approximately constant.
したがつて、このON時間とOFF時間は、入力
電圧が高く負荷が軽い時には第5図aに示すよう
にONデユーテイが小さくなり、入力電圧が低く
負荷が重い時には同図bに示すようにONデユー
テイが大きくなる。なお、この図から判るように
ONデユーテイが大きくなると発振周波数が低く
なる。 Therefore, when the input voltage is high and the load is light, the ON duty is small as shown in Figure 5a, and when the input voltage is low and the load is heavy, the ON time and OFF time are ON as shown in Figure 5b. Duty increases. Furthermore, as you can see from this figure,
As the ON duty increases, the oscillation frequency decreases.
このように、この実施例によれば、メイントラ
ンス1の1次側コンバータ部で大きな入力変動及
び負荷変動を吸収してしまうため、メイントラン
ス1の2次側においては、その出力電圧を単に整
流及び平滑するだけでも、電圧変動の小さい出力
電圧Voutが得られる。 As described above, according to this embodiment, the primary side converter section of the main transformer 1 absorbs large input fluctuations and load fluctuations, so the output voltage is simply rectified on the secondary side of the main transformer 1. By simply smoothing the voltage, an output voltage Vout with small voltage fluctuation can be obtained.
なお、結合回路15のコンデンサC3,C4と抵
抗R3及び第2の抵抗R4,VRの定数を適当な値に
設定すると、電源電圧や負荷の変動に対して速や
かに応動し安定した発振が得られるが、各定数の
許容幅は部品のバラツキに比べて小さい。 Furthermore, if the constants of the capacitors C 3 and C 4 and the resistor R 3 and the second resistor R 4 and VR of the coupling circuit 15 are set to appropriate values, the system can quickly respond to fluctuations in the power supply voltage and load and become stable. Although oscillation can be obtained, the allowable range of each constant is small compared to the variation of components.
しかしながら、第2の抵抗R4,VRの値を変え
ることにより、それ以外の各定数のバラツキを大
幅に吸収して安定な発振が得られる。 However, by changing the values of the second resistor R 4 and VR, stable oscillation can be obtained by largely absorbing variations in other constants.
従つて、この実施例のように第2の抵抗を固定
抵抗R4と可変抵抗VRによつて構成し、可変抵抗
VRを調整するようにすれば、各定数を個々に調
整する必要がなく、結合回路15の調整は極めて
簡単である。 Therefore, as in this embodiment, the second resistor is composed of a fixed resistor R4 and a variable resistor VR, and
By adjusting VR, there is no need to adjust each constant individually, and the adjustment of the coupling circuit 15 is extremely simple.
しかし、この第2の抵抗を固定抵抗又は可変抵
抗のみで構成したり、あるいは両抵抗を並列に接
続して構成することもできる。 However, this second resistor can also be composed of only a fixed resistor or a variable resistor, or can also be composed of both resistors connected in parallel.
第6図はこの発明の他の実施例を示し、第1図
と同じ部分には同一の符号を付してあり、それら
の説明は省略する。 FIG. 6 shows another embodiment of the present invention, in which the same parts as in FIG. 1 are given the same reference numerals, and their explanation will be omitted.
この実施例も、自励発振の帰還回路によるコン
バータ部分は第1図の実施例と同じであるが、入
力に一般商用電源の交流80〜270Vを用い、それ
を全波整流回路4によつて整流し、コンデンサ
C7によつて平滑して直流入力電圧Vinを得るよう
にしており、メイントランス1′には3個の2次
巻線L2,L3,L4を巻回し、それぞれ出力回路5,
6,7を形成して3種類の出力電圧V1〜V3を得
るようにしている。 In this embodiment as well, the converter part based on the self-oscillation feedback circuit is the same as the embodiment shown in FIG. rectifier, capacitor
C7 to obtain the DC input voltage Vin, and the main transformer 1' is wound with three secondary windings L2 , L3 , L4 , and the output circuits 5,
6 and 7 are formed to obtain three types of output voltages V 1 to V 3 .
出力回路7は、第1図の実施例における出力回
路と同じであり、前述のようにコンバータ部分で
入力及び負荷の変動を吸収して略安定化された準
安定化直流電圧V3を出力する。 The output circuit 7 is the same as the output circuit in the embodiment shown in FIG. 1, and outputs a substantially stabilized quasi-stabilized DC voltage V3 by absorbing input and load fluctuations in the converter section as described above. .
出力回路6は、出力回路7と同様な整流・平滑
回路の出力側に、一般に多用されているドロツパ
方式の安定化回路8を設けて、負荷変動に対する
安定性を高めた安定化直流電圧V2を得る。 The output circuit 6 is provided with a commonly used dropper type stabilization circuit 8 on the output side of a rectification/smoothing circuit similar to the output circuit 7, to generate a stabilized DC voltage V 2 with improved stability against load fluctuations. get.
出力回路5は、メイントランス1′の2次巻線
L2に発生するパルス状の出力電圧をマグアンプ
素子MAを介してからダイオードD5によつて整流
し、チヨークコイルCHとコンデンサC8によつて
平滑して、安定化直流電圧V1を得る。なお、ダ
イオードD6はチヨークコイルCHによるサージ電
圧吸収用である。 The output circuit 5 is the secondary winding of the main transformer 1'
The pulsed output voltage generated at L2 is passed through mag-amp element MA, rectified by diode D5 , and smoothed by chiyoke coil CH and capacitor C8 to obtain a stabilized DC voltage V1 . Note that the diode D6 is for absorbing surge voltage by the choke coil CH.
9はマグアンプ制御用帰還増幅器であり、出力
電圧V1の大きさに応じた制御電流Isをダイオー
ドD7を介して出力し、メイントランス1′がOFF
状態で2次巻線L2に起電圧が発生しない時に、
その制御電流Isをマグアンプ素子MAに矢示方向
に流して制御磁束を発生させ、次にメイントラン
ス1′がON状態になつて2次巻線L2に起電圧が
発生した時、マグアンプ素子MAのB−Hループ
特性により出力側で電圧が立上るタイミングを遅
らせて、パルス状出力電圧をパルス幅制御する。 9 is a feedback amplifier for mag-amp control, which outputs a control current Is according to the magnitude of the output voltage V 1 via the diode D 7 , and the main transformer 1' is turned OFF.
When no electromotive force is generated in the secondary winding L 2 in the state,
The control current Is is passed through the mag-amp element MA in the direction of the arrow to generate a control magnetic flux, and then when the main transformer 1' is turned on and an electromotive force is generated in the secondary winding L2 , the mag-amp element MA The pulse width of the pulsed output voltage is controlled by delaying the timing at which the voltage rises on the output side due to the B-H loop characteristics.
すなわち、出力電圧V1が高くなるとマグアン
プ素子MAを通したパルス電圧のパルス幅を第7
図bに示すように小さくするように制御して実効
値を低下させ、出力電圧V1が低くなるとそのパ
ルス幅を同図aに示すように大きくするように制
御して実効値を高め、直流化した出力電圧V1が
常に一定になるようにする。 In other words, when the output voltage V 1 increases, the pulse width of the pulse voltage passing through the mag-amp element MA increases
As shown in Figure b, the pulse width is controlled to be small to lower the effective value, and when the output voltage V 1 becomes low, the pulse width is controlled to be increased as shown in Figure a to increase the effective value. so that the output voltage V 1 remains constant.
このように、第1図の実施例より一層安定した
出力電圧を得るには、個々の負荷変動の一部を吸
収するマグアンプ素子MA及びその制御用帰還増
幅器9、あるいはドロツパ式安定化回路8等を付
加すれば良いが、その入力電圧は略安定化されて
いるので各安定化回路の負担は小さく、小型低損
失化ができる。 In this way, in order to obtain a more stable output voltage than the embodiment shown in FIG. However, since the input voltage is substantially stabilized, the burden on each stabilizing circuit is small, and the circuit can be made smaller and have lower losses.
ここで、この実施例における結合回路15を構
成する各抵抗の値及びコンデンサの容量は、例え
ば出力20W、スイツチング中心周波数150KHzの
条件下において、次の範囲に設定する。 Here, the value of each resistor and the capacitance of the capacitor constituting the coupling circuit 15 in this embodiment are set in the following range under conditions of, for example, an output of 20 W and a switching center frequency of 150 KHz.
1KΩ≦R3≦5KΩ
1KΩ≦R4+VR≦5KΩ
0.01μF≦C3≦0.1μF
1000PF≦C4≦5000PF
また、この実施例では、可飽和トランス2及び
マグアンプ素子MAに高周波特性の優れた非晶質
合金コアを用い、スイツチング素子3には高速動
作が可能なMOS−FETを用いることにより、ス
イツチング周波数の高周波化が可能で、300KHz
以上でも安定に動作する。 1KΩ≦R 3 ≦5KΩ 1KΩ≦R 4 +VR≦5KΩ 0.01μF≦C 3 ≦0.1μF 1000PF≦C 4 ≦5000PF Furthermore, in this example, the saturable transformer 2 and the mag-amp element MA are made of amorphous material with excellent high frequency characteristics. By using a high-quality alloy core and using a MOS-FET capable of high-speed operation for switching element 3, it is possible to increase the switching frequency to 300KHz.
It works stably even above.
なお、それほどスイツチング周波数を高くする
必要がない場合には、スイツチング素子としてバ
イポーラトランジスタ等を使用することもでき
る。 Note that if it is not necessary to make the switching frequency so high, a bipolar transistor or the like may be used as the switching element.
また、いずれの実施例においても、原理的には
可飽和トランス2の磁性体応答により制御動作を
行なつているので、高周波動作時でも変動に対す
る応答が早く安定している。 Further, in any of the embodiments, since the control operation is performed in principle by the magnetic response of the saturable transformer 2, the response to fluctuations is fast and stable even during high frequency operation.
従つて簡単な回路と相まつて、電源の小型化、
軽量化、及び低価格化が容易である。 Therefore, together with the simple circuit, the power supply can be miniaturized,
It is easy to reduce weight and cost.
特に、メイントランスの2次側の出力制御にマ
グアンプ方式を用いた場合には、この回路では入
力電圧が高い程スイツチング周波数も上昇するた
め、高周波特性の優れた非晶質合金のマグアンプ
素子を用いれば、周波数に応じて制御範囲も拡大
し、その分だけコアを小型化できる利点がある。 In particular, when a mag-amp system is used to control the output of the secondary side of the main transformer, the higher the input voltage in this circuit, the higher the switching frequency. For example, the control range can be expanded according to the frequency, and the core can be made smaller accordingly.
また、上記各実施例のスイツチング電源回路
は、従来の他方式のコンバータを用いたスイツチ
ング電源回路と比べて次の様な点で優れている。 Furthermore, the switching power supply circuits of the above embodiments are superior in the following points as compared to conventional switching power supply circuits using converters of other types.
() 自励式でありながら、急激な負荷変動や入
力変動に対しても安定に動作し、起動も容易
で、低電圧入力時でも動作する。特に、メイン
トランスの2次側のマグアンプ素子の様なイン
ダクテイブな負荷を接続しても、起動及び発振
動作が安定している。() Although it is self-excited, it operates stably even with sudden load fluctuations and input fluctuations, is easy to start, and operates even at low voltage input. In particular, even if an inductive load such as a mag-amp element on the secondary side of the main transformer is connected, startup and oscillation operations are stable.
() 可飽和トランスを含むスイツチング駆動回
路が、メイントランスのOFF時の残留エネル
ギの一部を吸収するため、スナバ回路の負担が
軽減される。() The switching drive circuit including the saturable transformer absorbs a portion of the residual energy when the main transformer is turned off, reducing the burden on the snubber circuit.
() 可飽和トランスを含むスイツチング駆動回
路は、高周波化による小型化が可能であり、か
つスイツチング素子以外は受動部品のみで構成
できるため、他方式の例えばPWM制御用ICと
比べて外部ノイズに対し強く、信頼性が高い上
に応答も速くできる。() Switching drive circuits that include saturable transformers can be made smaller due to higher frequencies, and can be constructed using only passive components other than the switching elements, so they are less susceptible to external noise than other types of ICs, such as PWM control ICs. It is strong, reliable, and responds quickly.
() メイントランスの1次側コンバータ部の部
品数が少なく、高価な能動素子も少ないので、
制御機能を有する他の自励発振回路と比べて安
価に構成できる。() The primary converter part of the main transformer has fewer parts and fewer expensive active elements, so
It can be constructed at a lower cost than other self-excited oscillation circuits that have a control function.
() 安定した発振を得るための結合回路は特に
精度の高い部品を必要とせず、その調整も極め
て簡単である。() The coupling circuit for obtaining stable oscillation does not require particularly high-precision components, and its adjustment is extremely simple.
以上説明してきたように、この発明によるスイ
ツチング電源回路は、簡単な回路で広範囲入力対
応の定電圧電源回路を構成でき、入力電圧及び負
荷の変動に対して安定性が高く、且つスイツチン
グ周波数の高周波化も可能であるので、電源の小
型・軽量化及び低価格化が容易になる。
As explained above, the switching power supply circuit according to the present invention can configure a constant voltage power supply circuit that supports a wide range of inputs with a simple circuit, is highly stable against fluctuations in input voltage and load, and is compatible with high frequency switching frequencies. It is also possible to reduce the size, weight, and cost of the power supply.
第1図はこの発明の一実施例を示すスイツチン
グ電源回路の回路図、第2図乃至第5図は第1図
の実施例の動作を説明するための説明図、第6図
はこの発明の他の実施例を示す回路図、第7図は
同じくそのマグアンプ素子によるパルス幅制御の
説明に供する波形図、第8図は従来の他励式パル
ス幅制御(PWM)方式のスイツチング電源回路
の例を示す回路図、第9図は従来の自励式リンキ
ング・チヨーク・コンバータ(RCC)方式のス
イツチング電源回路の例を示す回路図である。
1,1′……メイントランス、2……可飽和ト
ランス、3……スイツチング素子、4……全波整
流回路、5〜7……出力回路、8……ドロツパ方
式の安定化回路、9……マグアンプ制御用帰還増
幅器、15……結合回路、L1……1次巻線、L2
〜L4……2次巻線、Lb……帰還巻線、C3……第
1のコンデンサ、R3……第1の抵抗、C4……第
2のコンデンサ、R4,VR……第2の抵抗、D4…
…ダイオード。
FIG. 1 is a circuit diagram of a switching power supply circuit showing an embodiment of the present invention, FIGS. 2 to 5 are explanatory diagrams for explaining the operation of the embodiment of FIG. 1, and FIG. A circuit diagram showing another embodiment, FIG. 7 is a waveform diagram illustrating pulse width control using the mag-amp element, and FIG. 8 is an example of a conventional separately excited pulse width control (PWM) type switching power supply circuit. FIG. 9 is a circuit diagram showing an example of a conventional self-excited linking converter (RCC) type switching power supply circuit. 1, 1'...Main transformer, 2...Saturable transformer, 3...Switching element, 4...Full-wave rectifier circuit, 5-7...Output circuit, 8...Dropper type stabilization circuit, 9... ...Feedback amplifier for mag-amp control, 15...Coupling circuit, L 1 ...Primary winding, L 2
~ L4 ...Secondary winding, Lb...Feedback winding, C3 ...First capacitor, R3 ...First resistor, C4 ...Second capacitor, R4 , VR... Second resistor, D 4 ...
…diode.
Claims (1)
流れる電流をスイツチング素子によつて断続する
ことにより、その2次側に発生する電圧を整流及
び平滑して出力電圧を得るスイツチング電源回路
において、 前記メイントランスに帰還巻線を設けると共
に、可飽和トランスと、該可飽和トランスの1次
側と前記帰還巻線とを結合する結合回路とを備
え、前記帰還巻線の出力により前記可飽和トラン
スの2次側で前記スイツチング素子を制御する自
励発振の帰還回路を形成し、前記結合回路を、第
1のコンデンサと第1の抵抗の並列回路とダイオ
ードとの直列回路に、第2のコンデンサと第2の
抵抗とをそれぞれ並列に接続して構成したことを
特徴とするスイツチング電源回路。 2 第2の抵抗の少なくとも一部が可変抵抗であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
スイツチング電源回路。[Claims] 1. An output voltage is obtained by rectifying and smoothing the voltage generated on the secondary side of the main transformer by intermittent current flowing through the primary side of the main transformer according to the input voltage using a switching element. The switching power supply circuit includes a feedback winding in the main transformer, a saturable transformer, and a coupling circuit that couples the primary side of the saturable transformer to the feedback winding, and the output of the feedback winding. A self-oscillation feedback circuit for controlling the switching element is formed on the secondary side of the saturable transformer, and the coupling circuit is formed into a series circuit of a parallel circuit of a first capacitor and a first resistor, and a diode. A switching power supply circuit characterized in that it is configured by connecting a second capacitor and a second resistor in parallel. 2. The switching power supply circuit according to claim 1, wherein at least a part of the second resistor is a variable resistor.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15928987A JPS645355A (en) | 1987-06-26 | 1987-06-26 | Switching power circuit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15928987A JPS645355A (en) | 1987-06-26 | 1987-06-26 | Switching power circuit |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS645355A JPS645355A (en) | 1989-01-10 |
| JPH0368632B2 true JPH0368632B2 (en) | 1991-10-29 |
Family
ID=15690542
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15928987A Granted JPS645355A (en) | 1987-06-26 | 1987-06-26 | Switching power circuit |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS645355A (en) |
-
1987
- 1987-06-26 JP JP15928987A patent/JPS645355A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS645355A (en) | 1989-01-10 |
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