JPH04217865A - Resonance switching power supply - Google Patents
Resonance switching power supplyInfo
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Abstract
Description
【0001】0001
【産業上の利用分野】本発明は絶縁トランスとコンデン
サの直列共振を利用するスイッチング電源回路に関する
。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a switching power supply circuit that utilizes series resonance between an isolation transformer and a capacitor.
【0002】0002
【従来の技術】図10を参照して従来のスイッチング電
源回路を説明する。スイッチング電源回路の主回路はそ
の出力DCOUTを入力電源DCINから絶縁するトラ
ンス (72)、このトランス(72)の一次コイルL
1の電流をスイッチング制御するスイッチング素子SW
、このスイッチング素子SWを所定タイミングで駆動す
る制御回路(60)から構成され、大電流スイッチング
および高電圧スイッチングに基づくノイズの防止、ある
いはこのノイズによるスイッチング素子SW等の破壊防
止のために、抵抗R22、コンデンサC22、ダイオー
ドD22からなるスナバ回路、抵抗R21、コンデンサ
C21からなるスナバ回路、抵抗R23、コンデンサC
24からなるスナバ回路および急峻な立ち上がり、立ち
下がりを抑え、ノイズの発生を抑制する目的でビーズコ
ア(80)等のインダクタンスが回路の所定箇所に付加
されている。2. Description of the Related Art A conventional switching power supply circuit will be explained with reference to FIG. The main circuit of the switching power supply circuit is a transformer (72) that isolates its output DCOUT from the input power supply DCIN, and the primary coil L of this transformer (72).
Switching element SW that controls switching of the current of 1
, a control circuit (60) that drives this switching element SW at a predetermined timing, and includes a resistor R22 to prevent noise due to large current switching and high voltage switching, or to prevent destruction of the switching element SW etc. due to this noise. , a snubber circuit consisting of a capacitor C22 and a diode D22, a snubber circuit consisting of a resistor R21 and a capacitor C21, a resistor R23, and a capacitor C.
24, and inductances such as bead cores (80) are added to predetermined locations of the circuit for the purpose of suppressing steep rises and falls and suppressing the generation of noise.
【0003】スイッチング素子SWにはパワーMOSF
ET、あるいはバイポーラトランジスタが使用され、バ
イポーラトランジスタが使用される場合には、そのオン
抵抗を低くするために、トランス駆動によって充分な大
きさのベース電流が供給される。また、図示されている
ように、パワーMOSFETには通常、フライホィール
ダイオードD23が内蔵されている。[0003] The switching element SW is a power MOSF
An ET or bipolar transistor is used; if a bipolar transistor is used, a sufficiently large base current is provided by the transformer drive to reduce its on-resistance. Further, as shown in the figure, the power MOSFET usually includes a flywheel diode D23.
【0004】集積回路として提供されることが多い制御
回路(60)はパルスジェネレータ(62)、アンドゲ
ート(64)、フリップフロップ(66)、バッファ(
68)、比較器(70)を備える。パルスジェネレータ
(62)は端子TPINと接地間に接続されるコンデン
サと内蔵抵抗とのCR時定数で決められる一定の周波数
で動作し、あるいは外部よりトリガパルスを供給する場
合にはトリガパルスに同期した周波数で動作する。The control circuit (60), which is often provided as an integrated circuit, includes a pulse generator (62), an AND gate (64), a flip-flop (66), and a buffer (
68) and a comparator (70). The pulse generator (62) operates at a constant frequency determined by the CR time constant of the capacitor and built-in resistor connected between the terminal TPIN and ground, or synchronized with the trigger pulse when the trigger pulse is supplied from an external source. Operate on frequency.
【0005】次に、このスイッチング電源回路の動作を
説明する。制御回路(60)は抵抗R20を介して端子
VCCに供給される入力電源DCINにより起動し、起
動後はダイオードD20およびコンデンサC20により
整流、平滑されるトランス(72)の三次コイルL3出
力により動作する。Next, the operation of this switching power supply circuit will be explained. The control circuit (60) is activated by the input power DCIN supplied to the terminal VCC via the resistor R20, and after activation is operated by the output of the tertiary coil L3 of the transformer (72), which is rectified and smoothed by the diode D20 and capacitor C20. .
【0006】今、比較器(70)の出力がハイレベルで
あれば、フリップフロップ(66)はパルスジェネレー
タ(62)出力の立ち上がりでアンドゲート(64)に
よりセットされ、パルスジェネレータ(62)出力の立
ち下がりでリセットされる。スイッチング素子SWはこ
のフリップフロップ(66)のセット出力Qに基づいて
バッファ(68)により駆動される。そして、トランス
(72)の一次回路電流はこのスイッチング素子SWの
スイッチング動作に基づいて所定の時定数で変化して、
トランス(72)の二次コイルL2および三次コイルL
3に電圧を誘起する。従って、このスイッチング電源回
路の出力電圧DCOUTはパルスジェネレータ(62)
の出力デューティにより決定される。Now, if the output of the comparator (70) is high level, the flip-flop (66) is set by the AND gate (64) at the rising edge of the pulse generator (62) output, and the flip-flop (66) is set by the AND gate (64) at the rising edge of the pulse generator (62) output. It is reset at the falling edge. The switching element SW is driven by the buffer (68) based on the set output Q of this flip-flop (66). The primary circuit current of the transformer (72) changes at a predetermined time constant based on the switching operation of the switching element SW.
Secondary coil L2 and tertiary coil L of transformer (72)
3 to induce a voltage. Therefore, the output voltage DCOUT of this switching power supply circuit is determined by the pulse generator (62).
Determined by the output duty of
【0007】また、トランス(72)の一次回路電流は
電流検出抵抗RSENにより検出され、比較器(70)
の反転入力端子に入力されている。そこで、入力電源D
CINの電圧が低くなるか、出力DCOUTの電流が増
加するかして、電流検出抵抗RSENにより検出される
一次回路電流が設定値VS以上になると、比較器(70
)がアンドゲート(64)にローレベルを出力し、この
アンドゲート(64)によりパルスジェネレータ(62
)からフリップフロップ(66)に入力されるセット信
号が遮断される。この結果、一次回路電流の過電流制御
が行われる。Further, the primary circuit current of the transformer (72) is detected by a current detection resistor RSEN, and the primary circuit current of the transformer (72) is detected by a current detection resistor RSEN.
is input to the inverting input terminal of Therefore, input power D
When the primary circuit current detected by the current detection resistor RSEN exceeds the set value VS due to a decrease in the voltage at CIN or an increase in the current at the output DCOUT, the comparator (70
) outputs a low level to the AND gate (64), and this AND gate (64) causes the pulse generator (62
) to the flip-flop (66) is cut off. As a result, overcurrent control of the primary circuit current is performed.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】従来のスイッチング電
源回路はスイッチング特性あるいは周波数特性の良好な
ダイオード、抵抗、コンデンサにより構成されるスナバ
回路およびビーズコアを複数必要とするためスイッチン
グ電源回路に対する小型化の要求、低価格化の要求に応
えることができない欠点を有している。そして、このス
ナバ回路およびビーズコアの付加によりスイッチング電
源回路の動作周波数が制限されるばかりか、スナバ回路
において電力消費されスイッチング電源回路の変換効率
が低下する欠点を有している。即ち、スイッチング電源
回路から発生するノイズを低減させようとする場合には
変換効率が低下し、またスイッチング電源回路の変換効
率を向上させようとする場合にはノイズ発生が大きくな
る問題を有する。このため、ノイズの低減と高い変換効
率という相反する技術的事項を解決したスイッチング電
源回路を実現できなかった。[Problems to be Solved by the Invention] Conventional switching power supply circuits require multiple snubber circuits and bead cores composed of diodes, resistors, and capacitors with good switching or frequency characteristics, so there is a demand for miniaturization of switching power supply circuits. However, it has the disadvantage that it cannot meet the demand for lower prices. The addition of the snubber circuit and bead core not only limits the operating frequency of the switching power supply circuit, but also has the disadvantage that power is consumed in the snubber circuit and the conversion efficiency of the switching power supply circuit is reduced. That is, when trying to reduce the noise generated from the switching power supply circuit, the conversion efficiency decreases, and when trying to improve the conversion efficiency of the switching power supply circuit, the noise generation increases. For this reason, it has not been possible to realize a switching power supply circuit that solves the conflicting technical issues of noise reduction and high conversion efficiency.
【0009】また、大電流、高電圧をスイッチングする
ため、有限の傾斜でオン・オフするスイッチング素子内
部で消費される電力が大きく、スイッチング電源回路の
変換効率が低下する欠点を有している。特に、スイッチ
ング素子としてオン抵抗が低いIGBTを使用する場合
には、逆バイアス時に残留少数キャリアに基づく電流が
流れ、スイッチング素子内部で消費される電力が大きく
なる欠点を有する。Furthermore, since a large current and a high voltage are switched, a large amount of power is consumed inside the switching element which turns on and off with a finite slope, resulting in a disadvantage that the conversion efficiency of the switching power supply circuit is reduced. In particular, when an IGBT with a low on-resistance is used as a switching element, a current based on residual minority carriers flows during reverse bias, which has the disadvantage of increasing power consumption inside the switching element.
【0010】さらには、入出力電圧比を大きく変化させ
るために、パルスジェネレータの出力周波数を高く変化
させる場合にはパルスジェネレータに対するスイッチン
グ素子(IGBT)の周波数特性からデューティ変更が
困難であって、定電圧制御が困難となる欠点を有する。Furthermore, when changing the output frequency of the pulse generator to a high value in order to greatly change the input/output voltage ratio, it is difficult to change the duty due to the frequency characteristics of the switching element (IGBT) for the pulse generator. This has the disadvantage that voltage control is difficult.
【0011】[0011]
【問題点を解決するための手段】本発明は斯る問題点に
鑑みてなされ、その出力を入力電源から絶縁するトラン
スと、このトランスの一次コイル電流を制御するスイッ
チング素子と、このスイッチング素子を所定タイミング
で駆動する制御回路と、前記スイッチング素子の被制御
電極間に接続した共振コンデンサからなり、絶縁トラン
スとコンデンサの直列共振による共振コンデンサの振動
電圧を検出し、この共振コンデンサの電圧が所定値とな
るタイミングで前記制御回路をトリガしてスイッチング
素子をオンさせるよう構成することによって、前記した
従来のスイッチング電源回路が有する問題を全て解決す
るものである。[Means for Solving the Problems] The present invention has been made in view of the above problems, and provides a transformer for insulating its output from an input power source, a switching element for controlling the primary coil current of this transformer, and a switching element for controlling the primary coil current of this transformer. It consists of a control circuit that is driven at a predetermined timing and a resonant capacitor connected between the controlled electrodes of the switching element, and detects the oscillating voltage of the resonant capacitor due to series resonance between the isolation transformer and the capacitor, and adjusts the voltage of this resonant capacitor to a predetermined value. By configuring the control circuit to turn on the switching element by triggering the control circuit at the timing, all of the problems of the conventional switching power supply circuit described above are solved.
【0012】0012
【作用】共振コンデンサの振動電圧を検出し、この共振
コンデンサの電圧が所定値となるタイミングでスイッチ
ング素子をオンさせるため、(スイッチング素子が駆動
する電圧レベルを任意の低い値とすることができ)スイ
ッチング素子内部で消費される電力が低下する。また、
これにより、スイッチングノイズのレベルが低下するた
めスナバ回路およびビーズコアが不要となる。[Operation] The oscillating voltage of the resonant capacitor is detected and the switching element is turned on at the timing when the voltage of this resonant capacitor reaches a predetermined value. (The voltage level at which the switching element is driven can be set to an arbitrary low value.) Power consumed inside the switching element is reduced. Also,
This reduces the level of switching noise and eliminates the need for a snubber circuit and bead core.
【0013】さらには、共振コンデンサの充電電荷レベ
ルの極小点でスイッチング素子がオンするため、共振コ
ンデンサの充電エネルギーが有効に二次側に伝達され、
スイッチング素子内部で消費される充電エネルギーが低
下する。Furthermore, since the switching element is turned on at the minimum point of the charge level of the resonant capacitor, the charge energy of the resonant capacitor is effectively transmitted to the secondary side.
The charging energy consumed inside the switching element is reduced.
【0014】[0014]
【実施例】図1乃至図8を参照して本発明の共振型スイ
ッチング電源回路(以下、単にスイッチング電源回路と
称する)を説明する。図1を参照すると、本発明のスイ
ッチング電源回路はその出力DCOUTを入力電源DC
INから絶縁するトランス(50)、パワーMOSFE
TあるいはIGBT等が使用されるスイッチング素子S
W、スイッチング素子SWの被制御電極間に接続される
共振コンデンサCRES、スイッチング素子SWを所定
タイミングで駆動する制御回路(20)、出力電圧検出
回路(52)、共振コンデンサCRESの残留電圧を検
出する電圧検出回路(トランジスタQ0、抵抗R9、ダ
イオードD2)等から構成される。なお、スイッチング
素子SWの被制御電極間にスナバ回路としてのコンデン
サを並列接続したスイッチング電源回路が知られている
が本発明のスイッチング電源回路の動作はその種のもの
とは明らかに相違するものである。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A resonant switching power supply circuit (hereinafter simply referred to as a switching power supply circuit) of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 8. Referring to FIG. 1, the switching power supply circuit of the present invention connects its output DCOUT to the input power supply DC
Transformer (50) isolated from IN, power MOSFE
Switching element S using T or IGBT etc.
W, a resonant capacitor CRES connected between the controlled electrodes of the switching element SW, a control circuit (20) that drives the switching element SW at a predetermined timing, an output voltage detection circuit (52), and a residual voltage of the resonant capacitor CRES detected. It is composed of a voltage detection circuit (transistor Q0, resistor R9, diode D2), etc. Incidentally, a switching power supply circuit in which a capacitor as a snubber circuit is connected in parallel between the controlled electrodes of the switching element SW is known, but the operation of the switching power supply circuit of the present invention is clearly different from that type. be.
【0015】制御回路(20)は図2にブロック図が示
されているように、端子VCCの電源電圧の立ち上がり
を検出する比較器(22)、この比較器(22)の出力
に基づいてそれぞれ5Vの基準電圧VREF、VSを出
力する基準電圧回路(34)、3入力オアゲート(24
)、端子CTに接続されるコンデンサC3と抵抗R4(
図1参照)により設定される周波数であって、幅の狭い
パルスを出力するクロックジェネレータ(26)、フリ
ップフロップ(28)、差動増幅器(30)、比較器(
32)、プッシュプル接続されるトランジスタQ1、Q
2から構成される。As shown in the block diagram of FIG. 2, the control circuit (20) includes a comparator (22) that detects the rise of the power supply voltage at the terminal VCC, and a A reference voltage circuit (34) that outputs 5V reference voltages VREF and VS, a 3-input OR gate (24)
), capacitor C3 and resistor R4 (
A clock generator (26), a flip-flop (28), a differential amplifier (30), a comparator (
32), push-pull connected transistors Q1, Q
Consists of 2.
【0016】本実施例ではトランス(50)の二次側の
出力回路に出力電圧検出回路(52)を備え、ホトカプ
ラPCを介するこの出力により、スイッチング素子SW
のOFFするタイミングが決められ、電圧検出回路(ト
ランジスタQ0、抵抗R9、ダイオードD2)によって
、スイッチング素子SWのONするタイミング(VDS
の極小点)が決められ、それぞれ独立に制御回路(20
)が制御される。
この結果、本発明のスイッチング電源回路は入出力条件
並びにトランス(50)とコンデンサCRESの共振条
件に従った周波数でオン・オフ動作する。In this embodiment, an output voltage detection circuit (52) is provided in the output circuit on the secondary side of the transformer (50), and this output via the photocoupler PC is used to detect the switching element SW.
The timing at which the switching element SW turns OFF is determined, and the timing at which the switching element SW turns ON (VDS
(minimum point of 20
) is controlled. As a result, the switching power supply circuit of the present invention operates on and off at a frequency according to the input/output conditions and the resonance conditions of the transformer (50) and the capacitor CRES.
【0017】図1および図2を参照して実施例の基本的
なスイッチング動作をまず説明する。制御回路(20)
は抵抗R1を介して端子VCCに供給される入力電源D
CINにより起動する。この端子VCCの電圧が遷移す
る不安定動作期間では、端子VCCの電圧と基準電圧V
STとを比較する比較器(22)およびこの比較出力を
反転入力する3入力オアゲート(24)により、トラン
ジスタQ1がオフ、トランジスタQ2がオンして制御回
路(20)の出力OUTがローレベルに保たれている。
従って、このタイミングではスイッチング素子SWはオ
フしている。The basic switching operation of the embodiment will first be explained with reference to FIGS. 1 and 2. Control circuit (20)
is the input power supply D supplied to the terminal VCC via the resistor R1.
Activated by CIN. During the unstable operation period in which the voltage at the terminal VCC changes, the voltage at the terminal VCC and the reference voltage V
A comparator (22) that compares ST with a 3-input OR gate (24) that inverts and inputs the comparison output turns off the transistor Q1 and turns on the transistor Q2, keeping the output OUT of the control circuit (20) at a low level. It's dripping. Therefore, the switching element SW is off at this timing.
【0018】スイッチング素子SWがオフしていると、
この被制御電極間に並列接続された共振コンデンサCR
ESに所定の時定数で充電が行われた後、トランス(5
0)の一次コイルL1と共振コンデンサCRESによっ
て形成される直列共振回路により回路電流が正弦的に振
動する。そこで、電圧検出回路(トランジスタQ0、抵
抗R9、ダイオードD2)によりこの振動電圧の極小点
を検出し、そのタイミングで端子CTよりクロックジェ
ネレータ(26)がトリガされる。[0018] When the switching element SW is off,
A resonant capacitor CR connected in parallel between the controlled electrodes
After the ES is charged at a predetermined time constant, the transformer (5
0) The circuit current oscillates sinusoidally due to the series resonant circuit formed by the primary coil L1 and the resonant capacitor CRES. Therefore, the voltage detection circuit (transistor Q0, resistor R9, diode D2) detects the minimum point of this oscillating voltage, and at that timing, the clock generator (26) is triggered from the terminal CT.
【0019】クロックジェネレータ(26)がトリガさ
れると、その幅の狭いパルスによりフリップフロップ(
28)がセットされ、その反転出力がローレベルになる
。続いて、クロックジェネレータ(26)出力がローレ
ベルになると、3入力オアゲート(24)出力によりト
ランジスタQ1がオン、トランジスタQ2がオフして(
図2参照)、スイッチング素子SWがオンする。When the clock generator (26) is triggered, its narrow pulse causes the flip-flop (
28) is set, and its inverted output becomes low level. Subsequently, when the output of the clock generator (26) becomes low level, the output of the 3-input OR gate (24) turns on transistor Q1 and turns off transistor Q2 (
(see FIG. 2), the switching element SW is turned on.
【0020】スイッチング素子SWがオンすると、トラ
ンス(50)の一次コイルL1に所定の時定数で立ち上
がる電流が流れ、二次コイルL2および三次コイルL3
に電圧が誘起される。この一次コイルL1の電流は二次
コイルL2の負荷に応じた時間の後急激に減少して所定
電流となる。When the switching element SW is turned on, a current that rises with a predetermined time constant flows through the primary coil L1 of the transformer (50), and the secondary coil L2 and the tertiary coil L3 flow.
A voltage is induced in The current in the primary coil L1 rapidly decreases to a predetermined current after a period of time corresponding to the load on the secondary coil L2.
【0021】本発明のスイッチング電源回路ではスイッ
チング素子SWをオンさせる期間は一定であり、共振条
件により決定される。また、本発明のスイッチング電源
回路は出力電圧検出回路(52)、ホトカプラPCを介
するフィードバック系により定電圧制御される。さらに
また、電流検出抵抗RSENによりトランス(50)の
一次コイルL1電流をISENとして検出し、比較器(
32)において基準電圧VSと比較している。そこで、
ISENが基準電圧VSより大きくなるタイミングでフ
リップフロップ(28)がリセットされ、スイッチング
素子SWがオフして過電流制御が行われる。In the switching power supply circuit of the present invention, the period during which the switching element SW is turned on is constant and determined by the resonance conditions. Further, the switching power supply circuit of the present invention is controlled at a constant voltage by a feedback system via an output voltage detection circuit (52) and a photocoupler PC. Furthermore, the primary coil L1 current of the transformer (50) is detected as ISEN by the current detection resistor RSEN, and the comparator (
32), it is compared with the reference voltage VS. Therefore,
The flip-flop (28) is reset at the timing when ISEN becomes larger than the reference voltage VS, the switching element SW is turned off, and overcurrent control is performed.
【0022】図3および図4を参照して本発明をさらに
詳細に説明する。なお、図3、図4はそれぞれ従来のス
イッチング電源回路と本発明のスイッチング電源回路の
スイッチング素子SWの被制御電極間電圧VDSおよび
電流IDSの波形を模式的に示している。これら波形を
参照する上で、スイッチング素子SWの被制御電極間電
圧VDSと電流IDSの位相がずれ、スイッチング素子
SWの電圧・電流積が小さくなる点に注意が必要である
。The present invention will be explained in more detail with reference to FIGS. 3 and 4. Note that FIGS. 3 and 4 schematically show the waveforms of the controlled inter-electrode voltage VDS and current IDS of the switching element SW of the conventional switching power supply circuit and the switching power supply circuit of the present invention, respectively. When referring to these waveforms, it should be noted that the voltage VDS between the controlled electrodes of the switching element SW and the current IDS are out of phase, and the voltage/current product of the switching element SW becomes small.
【0023】スイッチング素子SWを随時、強制的にオ
ン・オフさせて、高インダクタンス回路の電流を制御す
る従来のスイッチング電源回路では、図3に示されるよ
うに、特にスイッチング素子SWのターンオン時(VD
Sの立ち下がり時)に高レベルのノイズが発生すること
が理解される。また、スイッチング素子SWが有限の速
度で動作するため、VDSの立ち上がり、立ち下がりの
タイミングにおいて、被制御電極間電圧VDSと電流I
DSの積で表されるスイッチング素子SWの内部損失が
大きくなることも理解される。これに対して、トランス
(50)の一次コイルL1と共振コンデンサCRESに
よって直列共振回路を形成する本発明では、比較的大容
量の共振コンデンサCRESが回路に直列に接続されて
いるため、スイッチング素子SWのオフ時に高インダク
タンス回路が開路されることがなく、図4に示されるよ
うに、ノイズが抑制される。また、VDSが立ち下がっ
てからスイッチング素子SWがターンオンされるため、
ターンオン時のノイズ発生が極めて少ない。同様に、ス
イッチング素子SWのターンオン時の内部損失が無視し
得るため、ターンオン時のスイッチング損失が大きく、
スイッチング電源回路への適用が困難であったIGBT
をスイッチング素子SWとして使用することができる。In a conventional switching power supply circuit that controls the current of a high inductance circuit by forcibly turning on and off the switching element SW at any time, as shown in FIG.
It is understood that a high level of noise is generated at the falling edge of S. In addition, since the switching element SW operates at a finite speed, the voltage between the controlled electrodes VDS and the current I at the rising and falling timings of VDS.
It is also understood that the internal loss of the switching element SW, expressed as the product of DS, increases. On the other hand, in the present invention in which a series resonant circuit is formed by the primary coil L1 of the transformer (50) and the resonant capacitor CRES, since the relatively large-capacity resonant capacitor CRES is connected in series with the circuit, the switching element SW The high inductance circuit is not opened when the switch is off, and noise is suppressed as shown in FIG. Also, since the switching element SW is turned on after VDS falls,
Extremely low noise generation during turn-on. Similarly, since the internal loss during turn-on of the switching element SW can be ignored, the switching loss during turn-on is large;
IGBTs that were difficult to apply to switching power supply circuits
can be used as a switching element SW.
【0024】ここで、図5および図6を参照してIGB
Tを簡単に説明する。IGBTは図5に示すように、N
−ベース領域に形成したP+領域を除いて、周知のパワ
ーMOSFETと類似の断面構造を備える。P+領域を
備えないパワーMOSFETのN−ベース領域がオン時
に抵抗体として作用するに対して、IGBTではPベー
ス領域、N−ベース領域、P+領域によりPNPトラン
ジスタが形成されるため(図6参照)、オン時のN−ベ
ース領域の抵抗は無視できる程に小さくなる。この反面
、PNPトランジスタが形成されるため、オフ直後にN
−ベース領域の残留少数キャリアに基づく電流IM(図
3、図4参照)が流れる欠点を有している。また、P+
領域を備えるためフライホィールダイオードを内蔵でき
ない特質を有している。Now, with reference to FIGS. 5 and 6, IGB
Let us briefly explain T. As shown in FIG. 5, the IGBT has N
- It has a cross-sectional structure similar to that of a known power MOSFET, except for the P+ region formed in the base region. While the N-base region of a power MOSFET without a P+ region acts as a resistor when turned on, in an IGBT a PNP transistor is formed by the P-base region, N-base region, and P+ region (see Figure 6). , the resistance of the N-base region when turned on becomes negligibly small. On the other hand, since a PNP transistor is formed, N
- It has a drawback that a current IM (see FIGS. 3 and 4) flows based on residual minority carriers in the base region. Also, P+
Since it has a large area, it has a characteristic that it cannot incorporate a flywheel diode.
【0025】しかしながら、本発明によれば、スイッチ
ング素子SWのスイッチングが電流・電圧積が発生しな
いタイミングで行われるため、残留少数キャリアに基づ
く電流IMに基づく内部損失は低いオン抵抗により相殺
される。また、構造上、フライホイールダイオードを内
蔵しないため、フライホイールダイオードD4をスイッ
チング素子SWの高圧側被制御電極と接地間に接続する
ことができる。このため、フライホイールダイオードD
4を流れる電流が電流検出抵抗RSENによって電力消
費されることがなくなる。However, according to the present invention, since the switching of the switching element SW is performed at a timing when no current/voltage product occurs, the internal loss due to the current IM due to residual minority carriers is offset by the low on-resistance. Further, since a flywheel diode is not built-in due to the structure, the flywheel diode D4 can be connected between the high voltage side controlled electrode of the switching element SW and the ground. For this reason, the flywheel diode D
The current flowing through the current sensing resistor RSEN is no longer consumed by the current sensing resistor RSEN.
【0026】本発明の電圧検出回路(トランジスタQ0
、抵抗R9、ダイオードD2)には、前記した振動する
被制御電極間電圧VDSの極小点、望ましくは最初の振
動の極小点を検出し、このタイミングでスイッチング素
子SWをオンさせる機能を有する任意の回路を使用する
ことができ、この電圧検出回路によって、共振コンデン
サCRESからトランス(50)の二次コイルL2へエ
ネルギー伝達が完了したタイミングが検出される。Voltage detection circuit of the present invention (transistor Q0
, resistor R9, and diode D2) may be any arbitrary element having the function of detecting the minimum point of the oscillating controlled interelectrode voltage VDS, preferably the first minimum point of vibration, and turning on the switching element SW at this timing. A voltage detection circuit can be used to detect when the energy transfer from the resonant capacitor CRES to the secondary coil L2 of the transformer (50) is complete.
【0027】このタイミングによってスイッチング素子
SWをオンさせるときには、共振コンデンサCRESに
充電されたエネルギーがスイッチング素子SW内部で消
費されることが少なく、またVDSの立ち上がり、立ち
下がりのタイミングにおいて、被制御電極間電圧VDS
と電流IDSの積で表されるスイッチング素子SWの内
部損失が抑制される。When the switching element SW is turned on at this timing, the energy charged in the resonant capacitor CRES is less consumed inside the switching element SW, and at the timing of the rise and fall of VDS, the energy between the controlled electrodes is reduced. Voltage VDS
The internal loss of the switching element SW, which is represented by the product of the current IDS and the current IDS, is suppressed.
【0028】実施例は電圧検出回路としてエミッタを制
御回路(20)の電源端子VCCに接続したトランジス
タQ0、このトランジスタQ0のベーストスイッチング
素子SWの被制御電極に接続した抵抗R9、高耐圧のス
イッチングダイオードD2からなる具体回路を例示して
いる。
次に、この電圧検出回路の検出レベルとトランス(50
)のコイルの巻数比の関係を図7、図8を参照して説明
する。The embodiment uses a transistor Q0 whose emitter is connected to the power supply terminal VCC of the control circuit (20) as a voltage detection circuit, a resistor R9 connected to the controlled electrode of the base switching element SW of this transistor Q0, and a high voltage switching diode. A specific circuit consisting of D2 is illustrated. Next, the detection level of this voltage detection circuit and the transformer (50
) will be explained with reference to FIGS. 7 and 8.
【0029】被制御電極間電圧VDSは図7に示される
ように振動し、最初の振動の極値VRが極小値となる。
図8に示すように、この極値VRが主としてトランス(
50)の二次コイルと一次コイルの巻数比R=L2/L
1に支配されることが本件発明者等の研究によって知ら
れた。The controlled interelectrode voltage VDS oscillates as shown in FIG. 7, and the first extreme value VR of the oscillation becomes the minimum value. As shown in Figure 8, this extreme value VR is mainly caused by the transformer (
50) turns ratio of secondary coil and primary coil R=L2/L
It has been known through research by the inventors of the present invention that this is dominated by 1.
【0030】図8は、例えば、CTVやCRTディスプ
レイ等に使用される出力電圧が120〜130V位の電
源回路におけるコイルの巻数比R=L2/L1を示す特
性図であり、図8のグラフ■は巻数比R=L2/L1=
1.0のときの被制御電極間電圧VDS、即ち共振コン
デンサCRESの残留電圧VRを示し、グラフ■は巻数
比R=L2/L1=0.75のときの共振コンデンサC
RESの残留電圧VRを示している。同図より、スイッ
チング素子SWで消費される電力を低下させるにはトラ
ンス(50)の巻数比Rを小さくして共振コンデンサC
RESの残留電圧VRを低くするのが好ましいことが容
易に理解される。FIG. 8 is a characteristic diagram showing the coil turns ratio R=L2/L1 in a power supply circuit with an output voltage of about 120 to 130 V used for, for example, a CTV or CRT display. is the turns ratio R=L2/L1=
The controlled interelectrode voltage VDS when the voltage is 1.0, that is, the residual voltage VR of the resonant capacitor CRES is shown, and the graph ■ shows the resonant capacitor C when the turns ratio R=L2/L1=0.75.
It shows the residual voltage VR of RES. From the same figure, in order to reduce the power consumed by the switching element SW, the turns ratio R of the transformer (50) should be reduced and the resonant capacitor C
It is easily understood that it is preferable to lower the residual voltage VR of RES.
【0031】一方、上記した反作用としてスイッチング
素子SWへの印加電圧は上昇するが、2次側高速ダイオ
ードD3の電圧は減少するため、耐圧の小さいよりスイ
ッチングスピードの速いVFの小さい高性能のダイオ−
ドが使用できるメリットが生じる。On the other hand, as a reaction to the above, the voltage applied to the switching element SW increases, but the voltage of the secondary side high-speed diode D3 decreases.
There is an advantage that the code can be used.
【0032】かかる本発明によれば、共振コンデンサの
振動電圧を検出し、この共振コンデンサの電圧が所定値
となるタイミングでスイッチング素子をオンさせるため
、(スイッチング素子が駆動する電圧レベルを任意の低
い値とすることができ)スイッチング素子内部で消費さ
れる電力が低下する。また、これにより、スイッチング
ノイズのレベルが低下するためスナバ回路およびビーズ
コアが不要となる。According to the present invention, the oscillating voltage of the resonant capacitor is detected and the switching element is turned on at the timing when the voltage of the resonant capacitor reaches a predetermined value. The power dissipated inside the switching element is reduced. Additionally, this reduces the level of switching noise, making the snubber circuit and bead core unnecessary.
【0033】さらには、共振コンデンサの充電電荷レベ
ルの極小点でスイッチング素子がオンするため、共振コ
ンデンサの充電エネルギーが有効に二次側に伝達され、
スイッチング素子内部で消費される充電エネルギーが低
下する利点を有する。なお、本発明の実施に際しては、
集積回路基板上に所定の回路構成を搭載して実現される
。この場合、例えば、図1に示すごとく、ブロック(1
0)を集積化すれば共振型のスイッチング電源回路に使
用できるとともに、第9図に示す如く、同期型のスイッ
チング電源回路に共通使用できるメリットを有する。Furthermore, since the switching element is turned on at the minimum point of the charge level of the resonant capacitor, the charge energy of the resonant capacitor is effectively transmitted to the secondary side.
This has the advantage that charging energy consumed inside the switching element is reduced. In addition, when implementing the present invention,
It is realized by mounting a predetermined circuit configuration on an integrated circuit board. In this case, for example, as shown in FIG.
If 0) is integrated, it can be used in a resonant type switching power supply circuit, and as shown in FIG. 9, it has the advantage that it can be used in common with a synchronous type switching power supply circuit.
【0034】[0034]
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、(1
) スイッチング素子のオン・オフが電圧レベル、電流
レベルが低いタイミングで行われるため、スイッチング
ノイズのレベルが低下する。このため、スナバ回路やビ
ーズコアが不要となり、スイッチング電源回路の小型化
、低価格化が達成される。
(2) 共振コンデンサの充電電荷レベルの極小点でス
イッチング素子がオンするため、共振コンデンサの充電
エネルギーが有効に二次側に伝達され、スイッチング素
子内部で消費される充電エネルギーが低下する。
(3) スイッチング素子のオン・オフが電圧レベル、
電流レベルが低いタイミングで行われ、且つ互いに時間
的位相関係がずれているため、電圧・電流積であらわさ
れるスイッチング素子内部損失が低下する。
(4) スイッチング素子としてIGBTを使用する場
合には良好なオン抵抗特性を充分に利用することができ
る。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, (1
) Since the switching elements are turned on and off at timings when the voltage level and current level are low, the level of switching noise is reduced. Therefore, a snubber circuit and a bead core are not required, and the switching power supply circuit can be made smaller and lower in price. (2) Since the switching element is turned on at the minimum point of the charging charge level of the resonant capacitor, the charging energy of the resonant capacitor is effectively transmitted to the secondary side, and the charging energy consumed inside the switching element is reduced. (3) Turning on and off of the switching element depends on the voltage level,
Since the switching is performed at a timing when the current level is low and the temporal phase relationship is shifted from each other, the internal loss of the switching element expressed by the voltage/current product is reduced. (4) When using an IGBT as a switching element, good on-resistance characteristics can be fully utilized.
【0035】[0035]
【図1】本発明の一実施例のブロック図。FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of the present invention.
【図2】実施例で使用される制御回路のブロック図。FIG. 2 is a block diagram of a control circuit used in the embodiment.
【図3】従来例のスイッチング素子の電圧・電流波形図
。FIG. 3 is a voltage/current waveform diagram of a conventional switching element.
【図4】実施例のスイッチング素子の電圧・電流波形図
。FIG. 4 is a voltage/current waveform diagram of the switching element of the example.
【図5】本発明に好適なIGBTの断面図。FIG. 5 is a sectional view of an IGBT suitable for the present invention.
【図6】IGBTの等価回路図。FIG. 6 is an equivalent circuit diagram of an IGBT.
【図7】共振コンデンサの残留電圧を説明する図。FIG. 7 is a diagram illustrating the residual voltage of a resonant capacitor.
【図8】共振コンデンサの残留電圧と絶縁トランスの巻
数比の関係を説明する図。FIG. 8 is a diagram illustrating the relationship between the residual voltage of a resonant capacitor and the turns ratio of an isolation transformer.
【図9】本発明の変形例のブロック図。FIG. 9 is a block diagram of a modification of the present invention.
【図10】従来例のブロック図。FIG. 10 is a block diagram of a conventional example.
20 制御回路 50 絶縁トランス 52 出力電圧検出回路 20 Control circuit 50 Insulation transformer 52 Output voltage detection circuit
Claims (6)
一次コイル電流を制御するスイッチング素子と、このス
イッチング素子を所定タイミングで駆動する制御回路と
、前記スイッチング素子の被制御電極間に接続した共振
コンデンサと、この共振コンデンサの電圧が所定値とな
るタイミングで前記制御回路をトリガしてスイッチング
素子をオンさせる電圧検出回路とから構成される共振型
スイッチング電源回路。1. An isolation transformer, a switching element that controls a primary coil current of this isolation transformer, a control circuit that drives this switching element at a predetermined timing, and a resonant capacitor connected between controlled electrodes of the switching element. and a voltage detection circuit that triggers the control circuit to turn on the switching element at a timing when the voltage of the resonance capacitor reaches a predetermined value.
サの振動電圧の最初の極小点を検出したことを特徴とす
る請求項1記載の共振型スイッチング電源回路。2. The resonant switching power supply circuit according to claim 1, wherein the first minimum point of the oscillating voltage of the resonant capacitor is detected by the voltage detection circuit.
を備え、この出力により、前記電圧検出回路出力と独立
に前記制御回路を制御したことを特徴とする請求項1記
載の共振型スイッチング電源回路。3. The resonant switching device according to claim 1, wherein the output circuit on the secondary side includes an output voltage detection circuit, and the output of the output voltage detection circuit controls the control circuit independently of the output of the voltage detection circuit. power circuit.
OSFETを使用したことを特徴とする請求項1記載の
共振型スイッチング電源回路。4. The switching element has a power M.
2. The resonant switching power supply circuit according to claim 1, wherein an OSFET is used.
を使用したことを特徴とする請求項1記載の共振型スイ
ッチング電源回路。5. IGBT as the switching element.
2. The resonant switching power supply circuit according to claim 1, wherein the resonant switching power supply circuit uses:
電極と接地間にダイオードを接続したことを特徴とする
請求項5記載の共振型スイッチング電源回路。6. The resonant switching power supply circuit according to claim 5, further comprising a diode connected between the high voltage side controlled electrode of the switching element and ground.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6326991A JPH04217865A (en) | 1990-11-20 | 1991-03-27 | Resonance switching power supply |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31711790 | 1990-11-20 | ||
| JP2-317117 | 1990-11-20 | ||
| JP6326991A JPH04217865A (en) | 1990-11-20 | 1991-03-27 | Resonance switching power supply |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04217865A true JPH04217865A (en) | 1992-08-07 |
Family
ID=26404355
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6326991A Pending JPH04217865A (en) | 1990-11-20 | 1991-03-27 | Resonance switching power supply |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04217865A (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62290356A (en) * | 1986-06-09 | 1987-12-17 | Hitachi Ltd | Switching power source |
| JPS63190556A (en) * | 1987-01-30 | 1988-08-08 | Hitachi Medical Corp | Resonance type dc-dc converter |
| JPH01114366A (en) * | 1987-10-28 | 1989-05-08 | Canon Inc | Dc-dc converter |
-
1991
- 1991-03-27 JP JP6326991A patent/JPH04217865A/en active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62290356A (en) * | 1986-06-09 | 1987-12-17 | Hitachi Ltd | Switching power source |
| JPS63190556A (en) * | 1987-01-30 | 1988-08-08 | Hitachi Medical Corp | Resonance type dc-dc converter |
| JPH01114366A (en) * | 1987-10-28 | 1989-05-08 | Canon Inc | Dc-dc converter |
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