JPH01259755A - Resonance type switching power source - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〈産業上の利用分野゛〉
本発明は電子装置の安産化電源として用いるスイッチン
グ電源の改良に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Field of Industrial Application> The present invention relates to an improvement in a switching power supply used as a power supply for reducing the production cost of electronic devices.
〈従来の技術）
電子装置の安産化ＴＬ源として用いるスイッチング電源
として、主変圧器の一次側（入力側）に主スイッチ例え
ばＭＯＳ Ｆ ＥＴと、共振周波数を設定するための容
量並びにインダクタンスのコイルとを接続し、主変圧器
の二次側（出力側）に整流ダイオードを接続した回路構
成とし、上記共振周波数において、電流または電圧波形
を共振させて正弦波状にし、而して、スイッチング損失
を低減し高周波化を行う、いわゆる共振型スイッチング
電源が知られており、電源の小型化に有利である。<Prior art> As a switching power supply used as a TL source for low production of electronic devices, a main switch such as a MOS FET, a coil of capacitance and inductance for setting the resonance frequency, and a coil of capacitance and inductance are installed on the primary side (input side) of the main transformer. The circuit configuration is such that a rectifier diode is connected to the secondary side (output side) of the main transformer, and the current or voltage waveform resonates and becomes a sine wave at the above resonant frequency, thereby reducing switching loss. A so-called resonant switching power supply is known that operates at a high frequency, and is advantageous for downsizing the power supply.
ところで、変圧器として、絶縁フィルムの表面にコイル
導体をプリントにより形成せるプリントコイルを積層し
たトランスが、いわゆるプリントコイルトランスと称さ
れ、公知である。By the way, as a transformer, a transformer in which printed coils are laminated in which a coil conductor is printed on the surface of an insulating film is called a so-called printed coil transformer, and is well known.
このプリントコイルトランスはトランスの小型化に有利
であり、上記共振型スイッチング電源の主変圧器に、こ
のプリントコイルトランスを使用すれば、スイッチング
電源のより−ＰＪ′ｆ）小型化を図ることが可能となる
。This printed coil transformer is advantageous in reducing the size of the transformer, and if this printed coil transformer is used in the main transformer of the above-mentioned resonant switching power supply, it is possible to reduce the size of the switching power supply. becomes.
（解決しようとする５題〉
しかしながら、プリントコイルトランスにおいては、コ
イル導体の市が厚みに較べて著しく大であって、導体の
平面積が広く、更に、プリントコイルの積層量間隔も薄
いためにＳ線間巻容量、ｌ次２字間客量が大きく、作動
中のある期間において、この容量が上記１次側のコイル
のインダクタンスとで不必要な共振状態を惹起し、回路
動作に全く無関係な不必要な共振波形が現れ、これが雑
音発生を惹起する危険性がある。最悪の場合は、正常な
動作を保証し得なくこともある。(Five problems to be solved) However, in printed coil transformers, the width of the coil conductor is significantly larger than the thickness, the plane area of the conductor is wide, and the spacing between the laminated layers of the printed coil is thin. The winding capacitance between the S wire and the volume between the L and 2 characters are large, and during a certain period of operation, this capacitance causes an unnecessary resonance state with the inductance of the primary coil, which is completely unrelated to the circuit operation. There is a risk that an unnecessary resonance waveform will appear, which will cause noise generation.In the worst case, normal operation may not be guaranteed.
本発明の目的は、共振型スイッチング電源の主変圧器に
プリントコイルトランスを用いても、上記不必要な共振
を容易に排除でき、かくして作動特性に秀れた小型、軽
量なスイッチング電源を提供することにある。An object of the present invention is to provide a compact and lightweight switching power supply that can easily eliminate unnecessary resonance even if a printed coil transformer is used as the main transformer of a resonant switching power supply, and thus has excellent operating characteristics. There is a particular thing.
＜ｔｕｉを解決するための手段〉
本発明に係る共振型スイッチング電源は絶縁フィルムに
コイル導体をプリントにより形成せるプリントコイルを
積層して主変圧器を構成し、主変圧器の一次側に主スイ
ッチを接続し、主変圧器の二次側に上記一次側のコンデ
ンサ容量とで所定の共振周波数を設定するインダクタン
スのコイルを接続したことを特徴とするものである。<Means for solving tui> The resonant switching power supply according to the present invention has a main transformer configured by laminating printed coils in which a coil conductor is printed on an insulating film, and a main switch on the primary side of the main transformer. is connected to the main transformer, and an inductance coil is connected to the secondary side of the main transformer to set a predetermined resonance frequency with the capacitance of the primary side capacitor.
〈実施例の説明〉 以下図面により本発明を説明する。<Explanation of Examples> The present invention will be explained below with reference to the drawings.
第１図は本発明において用いるプリントコイルトランス
Ｔを示している。FIG. 1 shows a printed coil transformer T used in the present invention.
第１図において、ｌはフェライトコアであり、例えば、
Ｅ部材１１と１部材１２とを接着剤により接合しである
。２はプリントの積層体であり、１次側プリントコイル
と２次側プリントコイルとを所定の巻数比を形成するよ
うに積層しである。この巻数比の設定は各プリントコイ
ルの積層枚数、コイルパーン数あるいは結線パターン等
の選定により行うことができる。In FIG. 1, l is a ferrite core, for example,
The E member 11 and the first member 12 are bonded together using an adhesive. Reference numeral 2 denotes a printed laminate, in which a primary printed coil and a secondary printed coil are laminated to form a predetermined turn ratio. The turn ratio can be set by selecting the number of laminated sheets of each printed coil, the number of coil turns, the wiring pattern, etc.
第２図Ａは上記１次側プリントコイルＰを示し、プラス
チック絶縁フィルム２１の両面または片面にコイル導体
２２をプリントにより形成し、そのコイル導体上にプラ
スチックフィルム等の絶縁コート（このコートは図示せ
ず）を施しである。第２図Ｂは二次側プリントコイルＳ
を示し、コイル巻数を１次側より小としである。FIG. 2A shows the primary printed coil P, in which a coil conductor 22 is formed by printing on both or one side of a plastic insulating film 21, and an insulating coat such as a plastic film is coated on the coil conductor (this coat is not shown). ) is alms. Figure 2B shows the secondary printed coil S.
The number of turns of the coil is smaller than that of the primary side.
上記プラスチック絶縁フィルムの厚みは２〜１０００μ
ｍでありコイル導体の巾は５μｍ＝１０ｃｍ、コイル導
体のターン間ギャップは導体中の１μｍ〜５ｗである。The thickness of the above plastic insulation film is 2~1000μ
m, the width of the coil conductor is 5 μm=10 cm, and the gap between turns of the coil conductor is 1 μm to 5 W in the conductor.
上記プリントコイルの形成には、プラスチ、り絶縁プイ
ルムに銅箔をラミネートした基材のそのｔＡ箔をエツチ
ングする方法、あるいは絶縁フィルムにコイルパターン
を、１（７４性インクで印刷し、その印刷パターンに銅
を電解メツキその方法等、通常のプリント方法を用いる
ことができる。The above-mentioned printed coil can be formed by etching the tA foil of the base material, which is made by laminating copper foil on plastic or insulating film, or by printing the coil pattern on the insulating film with 1 (74% ink). Ordinary printing methods such as electrolytic plating of copper can be used.
第３図は本発明に係る共振型スイッチング電源の一実施
例（フライバック方式の電圧共振型コンバータ）を示す
回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram showing an embodiment of the resonant switching power supply (flyback type voltage resonant converter) according to the present invention.
第３図において、Ｔは上記したプリントコイルトランス
であり、ＣＩ＋は該トランスの等価容量（巻線容量並び
に１次２次間容ｆｆ１）である、このプリントコイルト
ランスには所定のギャップ（１００μｍ）を入れである
。３は主スイッチであり、バイポーラトラ、ンジスク、
ＭＯ３ＦＥ、Ｔ等により構成しである。Ｃ１１′□は主
スイッチの等価容量である。主スイッチ３ （ＭＯＳ
ＦＥＴ）は両端に、等価的にダイオードを接続した構成
であり、３１はこのダイオードを示している。Ｃ１，は
主スイッチに並列に接続したコンデンサの容量であり、
この容量と上記主スイッチの等価格量との和をＣ１ｔで
しめしている（コンデンサＣ１，は省略することもでき
る。）４は入力端、５は入力用コンデンサである。Ｌは
プリントコイルトランスの二次側に接続したコイルであ
り、インダクタンス（直はＬえ／Ｎ” （Ｎはトラン
スの巻数比）であり、一次側からみた等価インダクタン
スはＬＩＩである。６は二次側整流ダイオード、７は出
力端、８は出力用コンデンサである。In FIG. 3, T is the above-mentioned printed coil transformer, and CI+ is the equivalent capacitance of the transformer (winding capacitance and primary-secondary space ff1).This printed coil transformer has a predetermined gap (100 μm). Put it in. 3 is the main switch, bipolar switch,
It is composed of MO3FE, T, etc. C11'□ is the equivalent capacitance of the main switch. Main switch 3 (MOS
FET) has a structure in which a diode is equivalently connected to both ends, and 31 indicates this diode. C1, is the capacitance of the capacitor connected in parallel to the main switch,
The sum of this capacitance and the equivalent quantity of the main switch is represented by C1t (capacitor C1 can be omitted). 4 is an input terminal, and 5 is an input capacitor. L is the coil connected to the secondary side of the printed coil transformer, and its inductance (direct is L/N'' (N is the turns ratio of the transformer), and the equivalent inductance seen from the primary side is LII. The next side rectifier diode, 7 is an output end, and 8 is an output capacitor.
上記回路の動作状態は次の通りである。The operating state of the above circuit is as follows.
すなわち、ＦＥＴ３がオン状態からオフ状態に移ると、
コンデンサＣａｔの電圧が直線的に増加する＊Ｃ１＋１
の電圧がＶ、、＋ Ｎ Ｖ、、 Ｌ ＩＩＺナルト、２
次側ダイオード６がオンになる。２次側ダイオード６が
オンになると、ＦＥＴ両端の電圧（Ｃ＋＋ｚの電圧）は
ＬＸとＣＩとの共振作動により正弦波で共振する。共振
角周波数は１／［１Ｗある。ここでＣｍ ＝ Ｃ１ｌ
＋ ＣＢ、である０次に、ＦＥ’Ｔ”両端の電圧が零に
なるとＦＥＴ３の等価ダイオード３１がオンになる電流
がこのダイオード３１を通って流れ、更にこの時、ＦＥ
Ｔ３をオンにすれば電流は連続して上昇し、変圧器Ｔの
励磁電流の値まで上昇すると２次側ダイオード６がオフ
になり、この状態が、ＦＥＴ３がオフになるまで継続す
る。ＦＥＴ３がオンになる前に、ＦＥＴの両端の電圧が
雰になるため、はとんど無境失スイッチングを行うこと
が可能である。That is, when FET3 moves from the on state to the off state,
The voltage of capacitor Cat increases linearly *C1+1
The voltage of is V,, + N V,, L IIZ Naruto, 2
The next diode 6 is turned on. When the secondary diode 6 is turned on, the voltage across the FET (the voltage at C++z) resonates in a sine wave due to the resonant operation of LX and CI. The resonance angular frequency is 1/[1W. Here Cm = C1l
+ CB, 0th order, when the voltage across FE'T becomes zero, a current flows through this diode 31 that turns on the equivalent diode 31 of FET3, and furthermore, at this time, FE'T''
When T3 is turned on, the current increases continuously, and when it reaches the value of the excitation current of the transformer T, the secondary diode 6 is turned off, and this state continues until the FET 3 is turned off. Before FET 3 is turned on, the voltage across the FET becomes ambient, so almost borderless switching can be performed.
上記において、プリントコイルトランスＴとして等価容
景Ｃｌｌ＋が１７２ＰＦ、巻数比が６：ｌのものを、Ｍ
ＯＳ Ｆ ＥＴ ３に等価容’Ｊ！ｔ Ｃｍ ’ ｔが
１３２ＰＦのものをそれぞれ使用し、ＭＯＳＦＥＴに容
量Ｃｍ’！５００Ｐ Ｆのコンデンサを接続し、コイル
Ｌにインダクタンス０．４４μＨ（１次側からみたイン
ダクタンスは０．４４ｘ ６ ” ）のものを使用し、
入力電圧Ｖｉｎ：２０Ｖ、出力Ｖｏｕｔ ：１．５
Ｗ （出力電圧５ｖ、出力電流１．５ Ａ）で動作させ
た場合のＦＩＥＴの電圧波形Ｖ （ＦＥＴのドレイン−
ソース間電圧）並びに１次側の電流波形ｉを観測したと
ころ第４図の通りであった（時間目盛り二０．５μＳ／
ｄｉｖ、 Ｖの目盛り：５０Ｖ／ｄｉｖＸｉの目盛り：
０．５Ａ／ｄｉｖ）。すなわちＦＥＴがオフ快態になる
と同時に電圧Ｖが上昇し、５０ボルト（Ｖ、、、＋ＮＶ
。。In the above, a printed coil transformer T with an equivalent appearance Cll+ of 172PF and a turns ratio of 6:l is used as the printed coil transformer T.
Equivalent to OS FET 3 'J! t Cm ' t is 132PF, and the MOSFET has a capacitance Cm'! Connect a 500P F capacitor, use a coil L with an inductance of 0.44 μH (inductance seen from the primary side is 0.44 x 6”),
Input voltage Vin: 20V, output Vout: 1.5
FIET voltage waveform V (FET drain -
I observed the current waveform i on the primary side (voltage between sources) and the current waveform i on the primary side, and it was as shown in Figure 4 (time scale 2 0.5μS/
div, V scale: 50V/divXi scale:
0.5A/div). In other words, at the same time that the FET turns off, the voltage V rises to 50 volts (V, , +NV
. .
Ｌ）以上になるとＬえとＣＲで共振し、電圧波形Ｖは正
弦波になる。その後、電圧Ｖが零となってからＦＥＴは
オン状態になる。一次側電流ｉについては、ＦＥＴがオ
ン状態ではほぼ一定値であり、オフ状態になると余弦波
形を呈し、その後、直接的に上昇している。When the voltage exceeds L), resonance occurs between L and CR, and the voltage waveform V becomes a sine wave. Thereafter, after the voltage V becomes zero, the FET is turned on. The primary current i is approximately constant when the FET is in the on state, exhibits a cosine waveform when the FET is in the off state, and then increases directly.
上記に対し、二次側コイルしに代え第５図に示すように
一次側にコイルＬ°を接続し、そのコイルのインダクタ
ンスＬＬｌ°を１０．５（μＨ）とし、他は上記と回路
条件、作動条件とも同じとして、ＦＥＴの電圧波形並び
に一次側の電流波形を観測した結果を第６図に示してい
る。第６図においてＶ゛はＦＥＴの電圧波形である。ｉ
ｌは１次側の電流波形でありＦＥＴがオン状態のとき波
形が波打っている。For the above, instead of the secondary coil, a coil L° is connected to the primary side as shown in Fig. 5, and the inductance LLl° of that coil is set to 10.5 (μH), and the other circuit conditions are the same as above. FIG. 6 shows the results of observing the voltage waveform of the FET and the current waveform on the primary side under the same operating conditions. In FIG. 6, V' is the voltage waveform of the FET. i
l is the current waveform on the primary side, and the waveform is wavy when the FET is in the on state.
この原因はプリントコイルトランスの一次側等価容ｆｉ
ｃ＊＋と一次側に接続したコイルのインダクタンスＬｌ
゛との共振作動の結果である。これらの不必要な共振は
、１次側コイル両端の電圧変圧器（１次側、２次側）の
電圧並びに二次側ダイオードの両端の電圧波形において
も観測される。The cause of this is the primary equivalent capacity fi of the printed coil transformer.
c*+ and the inductance Ll of the coil connected to the primary side
This is the result of resonant operation with . These unnecessary resonances are also observed in the voltage of the voltage transformer (primary side, secondary side) across the primary coil and the voltage waveform across the secondary diode.
本発明に係る共振型スイッチング電源の回路においては
、第４図に示すＦＥＴの電圧波形Ｖから明らかなように
、上記した不必要な共振の発生がない、これは、プリン
トコイルトランスの二次側にコイルを接続しており、上
記プリントコイルトランスの等価容■がコイルのインダ
クタンスに並列となって直列共振を発生しないこと、プ
リントコイルトランスが密結合トランスであって漏れイ
ンダクタンスが非常に小さく、共振に関与するインダク
タンスを全て二次側に形成でき、上記トランスの等価容
量を直列共振するようなインダクタンス分を一次側から
実質上排除し得ること等による。In the resonant switching power supply circuit according to the present invention, as is clear from the voltage waveform V of the FET shown in FIG. The printed coil transformer's equivalent capacity ■ is parallel to the inductance of the coil and does not cause series resonance, and the printed coil transformer is a tightly coupled transformer with very small leakage inductance, which prevents resonance. This is because all the inductance involved can be formed on the secondary side, and the inductance that causes series resonance of the equivalent capacitance of the transformer can be substantially eliminated from the primary side.
〈発明の効果〉
本発明に係る共振型スイッチング電源は上述したとおり
の回路構成であり、等価容量が大なるプリントコイルト
ランスを主変圧器に用いているが、主スイッチのオン期
間にこの等価容量とコイルと −で不要な共振が発生
するのを排除でき、プリントコイルトランスの使用によ
って共振型スイッチング電源のより一石の小型化、軽量
化を図り得る。<Effects of the Invention> The resonant switching power supply according to the present invention has the circuit configuration as described above, and uses a printed coil transformer with a large equivalent capacity as the main transformer. It is possible to eliminate unnecessary resonance between the coil and -, and by using a printed coil transformer, the resonant switching power supply can be made much smaller and lighter.
第１図は本発明において使用するプリントコイルトラン
スを示す説明図、第２図Ａ並びに第２図Ｂはそれぞれ上
記プリントコイルトランスの一次側プリントコイル並び
に２次側プリントコイルを示す説明図、第３図は本発明
に係る共振型スイッチング電源を示す回路図、第４図は
本発明電源における主スイッチの電圧波形と１次側電流
波形を示す図面、第５図は従来の共振型スイッチング電
源を示す回路図、第６図は第５図の回路での電圧波形と
電流波形を示す図面である。
図において、Ｐ並びにＳはプリントコイル、Ｔ４
ＴＬ ７こ？２
３ｍ
５ｍFIG. 1 is an explanatory diagram showing a printed coil transformer used in the present invention, FIGS. 2A and 2B are explanatory diagrams respectively showing the primary printed coil and secondary printed coil of the printed coil transformer, and FIG. Figure 4 is a circuit diagram showing a resonant switching power supply according to the present invention, Figure 4 is a drawing showing the voltage waveform and primary side current waveform of the main switch in the power supply of the invention, and Figure 5 is a diagram showing a conventional resonant switching power supply. The circuit diagram, FIG. 6, is a drawing showing voltage waveforms and current waveforms in the circuit of FIG. In the figure, P and S are printed coils, T4
TL 7? 2 3m 5m
Claims (1)
リントコイルを積層し主変圧器を構成し、該主変圧器の
一次側に主スイッチを接続し、主変圧器の二次側に上記
一次側のコンデンサ容量とで所定の共振周波数を設定す
るインダクタンスのコイルを接続したことを特徴とする
共振型スイッチング電源。A main transformer is constructed by laminating printed coils in which a coil conductor is printed on an insulating film, a main switch is connected to the primary side of the main transformer, and the capacitor capacity of the primary side is connected to the secondary side of the main transformer. A resonant switching power supply characterized in that an inductance coil is connected to set a predetermined resonance frequency.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63087577A JPH01259755A (en) | 1988-04-08 | 1988-04-08 | Resonance type switching power source |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63087577A JPH01259755A (en) | 1988-04-08 | 1988-04-08 | Resonance type switching power source |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01259755A true JPH01259755A (en) | 1989-10-17 |
Family
ID=13918858
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63087577A Pending JPH01259755A (en) | 1988-04-08 | 1988-04-08 | Resonance type switching power source |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01259755A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003018833A (en) * | 2001-07-03 | 2003-01-17 | Denso Corp | Flyback dc/dc converting circuit |
| JP2014155265A (en) * | 2013-02-06 | 2014-08-25 | Fujitsu Telecom Networks Ltd | Transformer wiring structure of dc-dc converter |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS583788B2 (en) * | 1974-03-20 | 1983-01-22 | スイス アルミニウム リミテツド | Renzokuntensuruchiyuzokikaiyouobijyoukanagata |
-
1988
- 1988-04-08 JP JP63087577A patent/JPH01259755A/en active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS583788B2 (en) * | 1974-03-20 | 1983-01-22 | スイス アルミニウム リミテツド | Renzokuntensuruchiyuzokikaiyouobijyoukanagata |
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