JP2003092878A - Switching power supply - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance the efficiency by blocking conduction of a switching element when the output voltage therefrom is high thereby suppressing generation of a spike current and power loss. SOLUTION: A switching power supply comprising a transformer having a primary winding and at least one secondary winding, a circuit for smoothing the secondary winding voltage of the transformer, a control circuit outputting an on/off circuit depending on the output voltage from the smoothing circuit, a switching element for supplying power to the transformer in response to an on/off signal of the control circuit, and a snubber circuit absorbing the surge voltage of the switching element is further provided with an on-delay circuit for not turning the switching element on until the output voltage Vsw1 thereof is lowered when it is higher than a DC power supply voltage Vin.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【発明が属する技術分野】本発明はモータ駆動装置等の
電子回路に電力を供給するスイッチング電源に関するも
のである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a switching power supply for supplying electric power to electronic circuits such as motor drive devices.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来のスイッチング電源は、図5のよう
な回路であった。制御回路は出力電圧に応じたオンオフ
信号を発生し、スイッチング素子７をオンオフさせる。
スイッチング素子７がオンの時、トランスの１次巻き線
に電流が流れ、２次巻き線には電流が流れない。スイッ
チング素子７がオフすると、トランス１次巻き線の電流
はゼロになり、２次巻き線に電流が流れる。すなわち、
スイッチング素子７がオンの時、トランスに電力を供給
し、スイッチング素子がオフのとき、トランスから電力
を放出する。トランスの２次巻き線電圧は整流回路５で
整流され平滑され負荷９へ印加される。図６に各部の電
圧、電流波形を示す。１１は制御回路出力電圧、２２は
スイッチング素子７の両端の電圧、２３はスイッチング
素子７の電流、２４はトランス２次側巻き線電圧、２５
はトランス２次側巻き線電流、２６は電流がトランス２
次巻き線に流れていない期間である。電流がスイッチン
グ素子にもトランス２次巻き線にも流れていない期間26
に、スナバ回路のコンデンサや浮遊容量成分と１次側イ
ンダクタンスにより共振がおこり、スイッチング素子の
両端の電圧22は変動する。トランスの１次巻き線には漏
れインダクタンスが存在し、スイッチング素子７がター
ンオフするとき、スイッチング素子７の両端にサージ電
圧が発生する。サージ電圧はスナバ回路８により抑制さ
れる。2. Description of the Related Art A conventional switching power supply has a circuit as shown in FIG. The control circuit generates an on / off signal according to the output voltage to turn on / off the switching element 7.
When the switching element 7 is on, current flows in the primary winding of the transformer and no current flows in the secondary winding. When the switching element 7 is turned off, the current in the primary winding of the transformer becomes zero and the current flows in the secondary winding. That is,
When the switching element 7 is on, electric power is supplied to the transformer, and when the switching element is off, electric power is emitted from the transformer. The secondary winding voltage of the transformer is rectified by the rectifier circuit 5, smoothed, and applied to the load 9. FIG. 6 shows the voltage and current waveforms of each part. 11 is the control circuit output voltage, 22 is the voltage across the switching element 7, 23 is the current of the switching element 7, 24 is the transformer secondary winding voltage, and 25 is the transformer secondary winding voltage.
Is the secondary winding current of the transformer, and 26 is the current of the transformer 2.
It is a period when the current is not flowing to the next winding. Period when current does not flow to switching element or transformer secondary winding 26
In addition, resonance occurs due to the primary side inductance with the capacitor or stray capacitance component of the snubber circuit, and the voltage 22 across the switching element fluctuates. Leakage inductance exists in the primary winding of the transformer, and when the switching element 7 is turned off, a surge voltage is generated across the switching element 7. The surge voltage is suppressed by the snubber circuit 8.

【０００３】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、制御回
路は出力電圧VOUTに応じたデューティのオンオフ信号
を、スイッチング素子出力電圧に無関係に出力するの
で、スイッチング素子の出力電圧が高い時にターンオン
することもあり得る。スイッチング素子出力電圧が高い
時、スナバコンデンサ電圧も高く、スナバコンデンサに
充電されたエネルギーが大きい。スナバコンデンサに充
電さたエネルギーはターンオン時にロスとして消費され
るので、スイッチング素子出力電圧が高い時にスイッチ
ング素子７がターンオンした場合、効率を低下させると
いう問題があった。本発明は上記問題点に鑑みてなされ
たものであり、その目的はスイッチング電源装置におい
てスイッチング素子出力電圧Vsw1が直流電源電圧Vinよ
り高いときにスイッチング素子を導通させないようにし
スパイク電流の発生と電力損失を抑制し効率を上げるこ
とにある。However, since the control circuit outputs an ON / OFF signal having a duty corresponding to the output voltage VOUT regardless of the output voltage of the switching element, it may turn on when the output voltage of the switching element is high. obtain. When the switching element output voltage is high, the snubber capacitor voltage is also high, and the energy charged in the snubber capacitor is large. Since the energy charged in the snubber capacitor is consumed as a loss at the time of turn-on, there is a problem that the efficiency is lowered when the switching element 7 is turned on when the switching element output voltage is high. The present invention has been made in view of the above problems, and its object is to prevent the switching element from conducting when the switching element output voltage Vsw1 is higher than the DC power supply voltage Vin in the switching power supply device, thereby generating a spike current and power loss. It is to suppress and improve efficiency.

【０００４】[0004]

【課題を解決するための手段】第１の発明のスイッチン
グ電源装置は、１次巻き線と少なくとも１つの２次巻き
線を有するトランスと、トランスの２次巻き線電圧を平
滑する平滑回路と、平滑回路の出力電圧に応じたオンオ
フ信号を出力する制御回路と、前記制御回路のオンオフ
信号により前記トランスに電力を供給するスイッチング
素子と、スイッチング素子のサージ電圧を吸収するスナ
バ回路とを有するスイッチング電源装置において、前記
スイッチング素子の出力電圧Vsw1が直流電源電圧Vinよ
り高いとき、スイッチング素子の前記出力電圧Vsw1が前
記直流電源電圧Vinより低くなるまで、前記スイッチン
グ素子をオンさせないためのオンディレイ回路を有する
ことを特徴とするスイッチング電源装置である。また、
第２の発明のスイッチング電源装置はトランス２次巻き
線の電圧により、スイッチング素子出力電圧Vsw1を推定
し、スイッチング素子の出力電圧Vsw1が直流電源電圧Vi
nより高いとき、 スイッチング素子の出力電圧Vsw1が直
流電源電圧Vinより低くなるまで、前記スイッチング素
子をオンさせないためのオンディレイ回路を有すること
を特徴とする請求項１記載のスイッチング電源装置であ
る。本発明によれば、既存のスイッチング電源にわずか
な部品を加えるだけで応用することができ、スナバ回路
によるロスを抑制することができる。A switching power supply device according to a first invention is a transformer having a primary winding and at least one secondary winding, and a smoothing circuit for smoothing a secondary winding voltage of the transformer. A switching power supply including a control circuit that outputs an on / off signal according to an output voltage of a smoothing circuit, a switching element that supplies power to the transformer according to an on / off signal of the control circuit, and a snubber circuit that absorbs a surge voltage of the switching element. In the device, when the output voltage Vsw1 of the switching element is higher than the DC power supply voltage Vin, until the output voltage Vsw1 of the switching element becomes lower than the DC power supply voltage Vin, has an on-delay circuit for not turning on the switching element. It is a switching power supply device characterized in that. Also,
The switching power supply device of the second invention estimates the switching element output voltage Vsw1 from the voltage of the secondary winding of the transformer, and the output voltage Vsw1 of the switching element is the DC power supply voltage Vi.
2. The switching power supply device according to claim 1, further comprising an on-delay circuit for preventing the switching element from turning on until the output voltage Vsw1 of the switching element becomes lower than the DC power supply voltage Vin when higher than n. According to the present invention, it can be applied to an existing switching power supply by adding only a few parts, and the loss due to the snubber circuit can be suppressed.

【０００５】[0005]

【発明の実施の形態】本発明の実施例を図面に基づいて
説明する。本発明の第１の実施例を図１に示す。従来例
と同一名称には同一符号を付け、重複説明を省略する。
本発明の図１が従来例の図５と異なる部分は、オンディ
レイ回路１０をスイッチング素子７のゲートと制御回路
との間に設け、スイッチング素子７を駆動制御する制御
回路出力信号１１を遅らせるようにした点にある。図２
は、本発明の第1回路の電圧電流波形である。スイッチ
ング素子7及び２次巻き線４に電流が流れない時、スナ
バ回路８や回路の浮遊容量成分と、トランスの１次巻き
線３のインダクタンスによる共振がおこり、スイッチン
グ素子の出力電圧は変動する。Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. A first embodiment of the present invention is shown in FIG. The same names as those in the conventional example are denoted by the same reference numerals, and duplicate description is omitted.
1 of the present invention is different from FIG. 5 of a conventional example in that an on-delay circuit 10 is provided between the gate of a switching element 7 and a control circuit to delay a control circuit output signal 11 for driving and controlling the switching element 7. It is in the point that I made it. Figure 2
[FIG. 3] is a voltage / current waveform of the first circuit of the present invention. When no current flows through the switching element 7 and the secondary winding 4, resonance occurs due to the stray capacitance component of the snubber circuit 8 and the circuit and the inductance of the primary winding 3 of the transformer, and the output voltage of the switching element fluctuates.

【０００６】制御回路は出力電圧VOUTに応じたデューテ
ィのオンオフ信号11を、スイッチング素子出力電圧に無
関係に出力する。オンディレイ回路は、スイッチング素
子出力電圧Vsw1を検出し、スイッチング素子の出力電圧
が高い場合、スイッチング素子出力電圧が低くなるま
で、スイッチング素子がターンオンするのを遅らせる。
次に本発明の第2の実施例を図３に示す。トランスは２
つの２次巻き線（４、２３）を有し、2次巻き線23の出
力は平滑回路14で平滑され、制御回路6へ供給される。
オンディレイスイッチング素子２２がオンの時、制御回
路6の出力信号11がいかなる値であっても、スイッチン
グ素子7の入力信号はオフの信号であり、スイッチング
素子7はオフである。スイッチング素子７の出力電圧Vsw
1は漏れインダクタンスによる電圧降下を無視すると次
式で表わせられる。The control circuit outputs an on / off signal 11 having a duty corresponding to the output voltage VOUT regardless of the switching element output voltage. The on-delay circuit detects the switching element output voltage Vsw1, and when the output voltage of the switching element is high, delays the turn-on of the switching element until the switching element output voltage becomes low.
Next, a second embodiment of the present invention is shown in FIG. 2 transformers
It has two secondary windings (4, 23), and the output of the secondary winding 23 is smoothed by the smoothing circuit 14 and supplied to the control circuit 6.
When the on-delay switching element 22 is on, the input signal of the switching element 7 is an off signal and the switching element 7 is off regardless of the value of the output signal 11 of the control circuit 6. Output voltage Vsw of switching element 7
1 can be expressed by the following equation, ignoring the voltage drop due to leakage inductance.

【０００７】Vsw1=Vin−VL1・・・(1) 但しVsw1：スイッチング素子出力電圧 Vin：入力電圧 VL1：１次側巻き線電圧 第2の２次側巻き線電圧VL22は漏れインダクタンスによ
る電圧降下を無視すると次式で表わせられる。 VL22=−n22／n1×VL1・・・(2) ただし、 n1：1次側巻き線巻き数 n22：第2の２次巻き線巻き数 VL1：１次側巻き線電圧 式(1)、(2)よりVSW1とVL22の関係は次式で表わせられ
る。 Vsw1= Vdc - n1/n2×VL22・・・(3)Vsw1 = Vin−VL1 (1) where Vsw1: switching element output voltage Vin: input voltage VL1: primary winding voltage second secondary winding voltage VL22 causes a voltage drop due to leakage inductance. If ignored, it can be expressed by the following equation. VL22 = −n22 / n1 × VL1 (2) where n1: primary winding number n22: second secondary winding number VL1: primary winding voltage formula (1), ( From 2), the relationship between VSW1 and VL22 is expressed by the following equation. Vsw1 = Vdc-n1 / n2 × VL22 ・ ・ ・ (3)

【０００８】オンディレイスイッチング素子22は２次側
巻き線電圧VL22が正の時オンし、VL22が負の時オフす
る。式(3)よりVL22が正の時、スイッチング素子7の出力
電圧Vsw1は入力電圧Vinより高く、VL22が負の時、スイ
ッチング素子7の出力電圧は入力電圧Vinより低い。その
ため、スイッチング素子7の出力電圧Vsw1が入力電圧Vin
より高い時、スイッチング素子7の出力電圧Vsw1が入力
電圧Vinより低くなるまで、スイッチング素子7はターン
オンしない。スナバコンデンサ13に貯えられたエネルギ
ーはスイッチング素子7がターンオンする時にロスとし
て消費されるが、本発明ではスナバコンデンサ7の電圧
が高い時すなわち、大きなエネルギーが貯えれられてい
る時、ターンオンしないのでロスの発生を抑えることが
できる。The on-delay switching element 22 turns on when the secondary winding voltage VL22 is positive, and turns off when VL22 is negative. According to the equation (3), when VL22 is positive, the output voltage Vsw1 of the switching element 7 is higher than the input voltage Vin, and when VL22 is negative, the output voltage of the switching element 7 is lower than the input voltage Vin. Therefore, the output voltage Vsw1 of the switching element 7 is equal to the input voltage Vin
When higher, the switching element 7 does not turn on until the output voltage Vsw1 of the switching element 7 becomes lower than the input voltage Vin. The energy stored in the snubber capacitor 13 is consumed as a loss when the switching element 7 is turned on. Can be suppressed.

【０００９】[0009]

【発明の効果】本発明は１次巻き線と少なくとも１つの
２次巻き線を有するトランスと、トランスの２次巻き線
電圧を平滑する平滑回路と、平滑回路の出力電圧に応じ
たオンオフ信号を出力する制御回路と、前記制御回路の
オンオフ信号により前記トランスに電力を供給するスイ
ッチング素子と、スイッチング素子のサージ電圧を吸収
するスナバ回路とを有するスイッチング電源装置におい
て、前記スイッチング素子の出力電圧が高いとき、スイ
ッチング素子の出力電圧が低くなるまで、前記スイッチ
ング素子をオンさせないためのオンディレイ回路を設け
たので、スイッチング電源装置においてスイッチング素
子出力電圧Vsw1が直流電源電圧Vinより高いときにスイ
ッチング素子を導通させないようにしスパイク電流の発
生と電力損失を抑制し効率を上げることができる。また
既存のスイッチング電源にわずかな部品を加えるだけで
応用することができ、容量成分に蓄えられたエネルギー
による損失を抑制することができる。The present invention provides a transformer having a primary winding and at least one secondary winding, a smoothing circuit for smoothing the secondary winding voltage of the transformer, and an on / off signal according to the output voltage of the smoothing circuit. In a switching power supply device including a control circuit that outputs, a switching element that supplies power to the transformer according to an on / off signal of the control circuit, and a snubber circuit that absorbs a surge voltage of the switching element, the output voltage of the switching element is high. At this time, since an on-delay circuit is provided to prevent the switching element from turning on until the output voltage of the switching element becomes low, the switching element conducts when the switching element output voltage Vsw1 is higher than the DC power supply voltage Vin in the switching power supply device. To prevent spike current and power loss. You can increase efficiency. Further, it can be applied to the existing switching power supply by adding a few parts, and the loss due to the energy stored in the capacitive component can be suppressed.

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

【図１】本発明の第1の実施例を示す回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of the present invention.

【図２】本発明の図１の回路における制御回路出力電圧
11と、スイッチング素子7出力電圧Vsw1、スイッチング
素子7の出力電流isw1波形である。FIG. 2 is a control circuit output voltage in the circuit of FIG. 1 of the present invention.
11, waveforms of the output voltage Vsw1 of the switching element 7 and the output current isw1 of the switching element 7.

【図3】本発明の第2の実施例を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram showing a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の図2の回路における制御回路出力電圧11
と、スイッチング素子7出力電圧Vsw1、スイッチング素
子7の出力電流、トランスの第2の２次巻き線電圧VL22、
トランスの第2の２次巻き線電流iL22である。FIG. 4 is a control circuit output voltage 11 in the circuit of FIG. 2 of the present invention.
And the output voltage Vsw1 of the switching element 7, the output current of the switching element 7, the second secondary winding voltage VL22 of the transformer,
It is the second secondary winding current iL22 of the transformer.

【図5】従来例のスイッチング電源装置である。FIG. 5 is a switching power supply device of a conventional example.

【図6】図５の回路における制御回路出力電圧11と、ス
イッチング素子7出力電圧Vsw1、スイッチング素子7の出
力電流isw1、トランス２次側巻き線電圧ＶＬ２、トラン
ス２次側巻き線ｉＬ２である。6 is a control circuit output voltage 11 in the circuit of FIG. 5, an output voltage Vsw1 of the switching element 7, an output current isw1 of the switching element 7, a transformer secondary side winding voltage VL2, and a transformer secondary side winding iL2.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ 直流電圧源 ２ トランス ３ トランス１次巻き線 ４ トランス２次巻き線 ５ 整流回路 ６ 制御回路 ７ スイッチング素子 ８ スナバ回路 ９ 負荷 １０ オンディレイ回路 １１ 制御回路出力信号 １２ オンディレイ回路の出力信号 ２４ 電流休止期間 ２５ オンディレイ期間 １３ スナバコンデンサ １４ 平滑回路 １５、１７ コンデンサ １６、１８ ダイオード １９ 抵抗 ２０ オンディレイ回路 ２１ 電圧検出回路 ２２ オンディレイスイッチング素子 ２３ 第2の2次巻き線 1 DC voltage source 2 transformers 3 transformer primary winding 4 transformer secondary winding 5 Rectifier circuit 6 control circuit 7 switching elements 8 snubber circuit 9 load 10 On-delay circuit 11 Control circuit output signal 12 Output signal of on-delay circuit 24 current rest period 25 on-delay period 13 Snubber capacitor 14 Smoothing circuit 15, 17 capacitors 16, 18 diode 19 resistance 20 on-delay circuit 21 Voltage detection circuit 22 On-delay switching element 23 Second secondary winding

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 １次巻き線と少なくとも１つの２次巻き
線を有するトランスと、トランスの２次巻き線電圧を平
滑する平滑回路と、平滑回路の出力電圧に応じたオンオ
フ信号を出力する制御回路と、前記制御回路のオンオフ
信号により前記トランスに電力を供給するスイッチング
素子と、スイッチング素子のサージ電圧を吸収するスナ
バ回路とを有するスイッチング電源装置において、 前記スイッチング素子の出力電圧Vsw1が直流電源電圧Vi
nより高いとき、スイッチング素子の前記出力電圧Vsw1
が前記直流電源電圧Vinより低くなるまで、前記スイッ
チング素子をオンさせないためのオンディレイ回路を有
することを特徴とするスイッチング電源装置。1. A transformer having a primary winding and at least one secondary winding, a smoothing circuit for smoothing a secondary winding voltage of the transformer, and a control for outputting an on / off signal according to an output voltage of the smoothing circuit. In a switching power supply device having a circuit, a switching element that supplies power to the transformer by an ON / OFF signal of the control circuit, and a snubber circuit that absorbs a surge voltage of the switching element, an output voltage Vsw1 of the switching element is a DC power supply voltage. Vi
When higher than n, the output voltage Vsw1 of the switching element
A switching power supply device comprising an on-delay circuit for preventing the switching element from turning on until the voltage becomes lower than the DC power supply voltage Vin. 【請求項２】 トランス２次巻き線の電圧により、スイ
ッチング素子出力電圧Vsw1を推定し、スイッチング素子
の出力電圧Vsw1が直流電源電圧Vinより高いとき、 スイ
ッチング素子の出力電圧Vsw1が直流電源電圧Vinより低
くなるまで、前記スイッチング素子をオンさせないため
のオンディレイ回路を有することを特徴とする請求項１
記載のスイッチング電源装置。2. The switching element output voltage Vsw1 is estimated from the voltage of the secondary winding of the transformer, and when the switching element output voltage Vsw1 is higher than the DC power supply voltage Vin, the switching element output voltage Vsw1 is higher than the DC power supply voltage Vin. 2. An on-delay circuit for preventing the switching element from turning on until the voltage becomes low.
The switching power supply described.