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JP6032908B2 - Power supply device and image forming apparatus having power supply device - Google Patents
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JP6032908B2 - Power supply device and image forming apparatus having power supply device - Google Patents

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Description

本発明は電流共振型のスイッチング電源装置に関するものである。   The present invention relates to a current resonance type switching power supply device.

従来の電流共振型のスイッチング電源装置の回路構成図を図7(A)に示す。図7(A)において、全波整流回路2は、商用交流電源1から入力される交流電圧を全波整流した電圧を平滑コンデンサ3に出力する。平滑コンデンサ3は、全波整流回路2によって全波整流された電圧を平滑することにより直流電圧Vdcを得る。   FIG. 7A shows a circuit configuration diagram of a conventional current resonance type switching power supply device. In FIG. 7A, the full wave rectification circuit 2 outputs a voltage obtained by full wave rectification of the AC voltage input from the commercial AC power supply 1 to the smoothing capacitor 3. The smoothing capacitor 3 obtains a DC voltage Vdc by smoothing the voltage that has been full-wave rectified by the full-wave rectifier circuit 2.

平滑コンデンサ3の両端には、例えば、MOSFET(Metal−Oxide−Semiconductor Field−Effect Transistor)等のスイッチング素子8と9(以下、スイッチング素子8をハイサイドFET8、スイッチング素子9をローサイドFET9とする)からなる直列回路が接続されている。ローサイドFET9に対して並列にトランス11が接続されている。トランス11の一次側の巻線(一次巻線ともいう)は、励磁インダクタンス12とリーケージインダクタンス13で等価的に示しており、リーケージインダクタンス13と電流共振コンデンサ14により直列共振回路が構成される。なお、リーケージインダクタンス13としては、トランス11とは別にインダクタンスを設ける構成もある。また、電圧共振コンデンサ10がローサイドFET9に並列に接続されている。   At both ends of the smoothing capacitor 3, for example, switching elements 8 and 9 (hereinafter referred to as a high-side FET 8 and a switching element 9 as a low-side FET 9) such as a MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) are used. A series circuit is connected. A transformer 11 is connected in parallel to the low-side FET 9. A winding on the primary side of the transformer 11 (also referred to as a primary winding) is equivalently represented by an excitation inductance 12 and a leakage inductance 13, and the leakage inductance 13 and the current resonance capacitor 14 constitute a series resonance circuit. In addition, as the leakage inductance 13, there is a configuration in which an inductance is provided separately from the transformer 11. A voltage resonant capacitor 10 is connected in parallel to the low-side FET 9.

トランス11の二次側の巻線(二次巻線ともいう)は、二相に巻かれており、一方は一次巻線と同相の電圧が発生するように巻かれ、もう一方は一次巻線とは逆相の電圧が発生するように巻かれている。トランス11の二次巻線には、ダイオード15A、ダイオード15Bと平滑コンデンサ16とからなる整流平滑回路が接続されている。なお、平滑整流回路に接続される負荷抵抗17は負荷を表すものである。この二次巻線に接続された整流平滑回路は、トランス11の二次巻線に誘起された電圧(オン/オフ制御されたパルス電圧)を全波整流及び平滑して直流出力電圧Voutを負荷抵抗17に出力する。   The secondary winding (also referred to as secondary winding) of the transformer 11 is wound in two phases, one is wound so that a voltage in phase with the primary winding is generated, and the other is the primary winding. It is wound so as to generate a reverse-phase voltage. The secondary winding of the transformer 11 is connected to a rectifying / smoothing circuit including a diode 15 </ b> A, a diode 15 </ b> B, and a smoothing capacitor 16. Note that the load resistor 17 connected to the smoothing rectifier circuit represents a load. The rectifying / smoothing circuit connected to the secondary winding loads the DC output voltage Vout by full-wave rectifying and smoothing the voltage induced in the secondary winding of the transformer 11 (pulse voltage controlled on / off). Output to the resistor 17.

直流出力電圧Voutは分岐して、シャントレギュレータ19内の誤差増幅器にも入力される。誤差増幅器では直流出力電圧Voutの値と基準電圧値とを比較して、その誤差に応じた誤差信号をフォトカプラに供給する。フォトカプラ21は一次側と二次側の絶縁を維持した状態で、誤差信号を二次側から一次側にフィードバックさせる。また、抵抗20は、フォトカプラ21の発光素子であるフォトダイオードに流す電流を制限するために設けられている。   The DC output voltage Vout branches and is also input to the error amplifier in the shunt regulator 19. The error amplifier compares the value of the DC output voltage Vout with the reference voltage value and supplies an error signal corresponding to the error to the photocoupler. The photocoupler 21 feeds back an error signal from the secondary side to the primary side while maintaining insulation between the primary side and the secondary side. In addition, the resistor 20 is provided to limit the current that flows to the photodiode that is the light emitting element of the photocoupler 21.

制御回路7に対して入力される、フォトカプラ21の受光素子であるフォトトランジスタに流れる電流の大きさにより、制御回路7に内蔵される発振器(不図示)の発振周波数が変化する。発振周波数が変化することによりハイサイドFET8とローサイドFET9のスイッチング周波数が変化し、一次側から二次側に伝送されるエネルギー量も変化する。その結果、二次側の直流出力電圧Voutの値が可変制御される。また、制御回路7は、ハイサイドFET8とローサイドFET9の各ゲート端子に対して夫々にFETを同時にオンしない期間(デッドタイムともいう)を持たせて電圧を印加し、ハイサイドFET8とローサイドFET9とを交互にオン/オフさせる。   The oscillation frequency of an oscillator (not shown) built in the control circuit 7 changes depending on the magnitude of the current that flows to the phototransistor that is a light receiving element of the photocoupler 21 and is input to the control circuit 7. As the oscillation frequency changes, the switching frequency of the high-side FET 8 and the low-side FET 9 changes, and the amount of energy transmitted from the primary side to the secondary side also changes. As a result, the value of the secondary side DC output voltage Vout is variably controlled. Further, the control circuit 7 applies a voltage to each gate terminal of the high-side FET 8 and the low-side FET 9 so that the FETs are not turned on at the same time (also referred to as dead time), and the high-side FET 8 and the low-side FET 9 Are alternately turned on / off.

このようなスイッチング電源装置において、二次側の直流出力電圧Voutの値が低下したときはスイッチング周波数を低くするように制御する。これにより二次側へのエネルギー伝送量が増加する。逆に二次側の直流出力電圧Voutの値が上昇したときには、スイッチング周波数を高くするように制御して、二次側へのエネルギー伝送量を減少させるように動作する。   In such a switching power supply device, when the value of the DC output voltage Vout on the secondary side is lowered, the switching frequency is controlled to be lowered. This increases the amount of energy transmitted to the secondary side. Conversely, when the value of the DC output voltage Vout on the secondary side increases, the switching frequency is controlled to be increased so that the amount of energy transmission to the secondary side is reduced.

図7(B)に、図7(A)のスイッチング電源の一次側の共振回路を構成する部分の詳細を示す。図7(B)においてD1は、ハイサイドFET8のボディダイオード、D2はローサイドFET9のボディダイオードである。また、図8は図7(B)の共振回路の動作波形を示したものであり、VQ1gsはハイサイドFET8を駆動するためのゲート信号、VQ2gsはローサイドFET9を駆動するためのゲート信号、IQ1はハイサイドFET8に流れる電流、IQ2はローサイドFET9に流れる電流、Iresは共振回路に流れる電流、Vcrは共振コンデンサ14の両端電圧を示している。   FIG. 7B shows details of a portion constituting the primary side resonance circuit of the switching power supply in FIG. In FIG. 7B, D1 is a body diode of the high-side FET 8, and D2 is a body diode of the low-side FET 9. FIG. 8 shows an operation waveform of the resonance circuit of FIG. 7B, where VQ1gs is a gate signal for driving the high-side FET 8, VQ2gs is a gate signal for driving the low-side FET 9, and IQ1 is The current flowing through the high-side FET 8, IQ 2 is the current flowing through the low-side FET 9, Ires is the current flowing through the resonance circuit, and Vcr is the voltage across the resonance capacitor 14.

この共振回路の定常動作時(安定した状態の動作)について図8を用いて説明する。まず、期間A(ハイサイドFET8はオン、ローサイドFET9はオフの状態)において、ハイサイドFET8→リーケージインダクタンス13→電流共振コンデンサ14の経路で電流が流れる。トランス11の一次巻線の励磁インダクタンス12とリーケージインダクタンス13を介して電流共振コンデンサ14にエネルギーが蓄えられて電流共振コンデンサ14の電圧は上昇する。   The steady operation (operation in a stable state) of the resonance circuit will be described with reference to FIG. First, in the period A (the high-side FET 8 is on and the low-side FET 9 is off), a current flows through the path of the high-side FET 8 → the leakage inductance 13 → the current resonance capacitor 14. Energy is stored in the current resonance capacitor 14 via the excitation inductance 12 and the leakage inductance 13 of the primary winding of the transformer 11, and the voltage of the current resonance capacitor 14 rises.

次に、デッドタイム期間B(ハイサイドFET8とローサイドFET9共にオフの状態)において、電流はローサイドFET9のボディダイオードD2→リーケージインダクタンス13→電流共振コンデンサ14の経路で流れる。D2のダイオードに電流が流れている状態で、ローサイドFET9をオンすることでゼロボルトスイッチング(ZVS:ZeroVoltageSwitchingとも記す)を実現している。   Next, in the dead time period B (when both the high-side FET 8 and the low-side FET 9 are off), the current flows through the path of the body diode D2 → the leakage inductance 13 → the current resonance capacitor 14 of the low-side FET 9. Zero-volt switching (also referred to as ZVS: Zero Voltage Switching) is realized by turning on the low-side FET 9 while a current is flowing through the diode D2.

次に、期間C(ハイサイドFET8はオフ、ローサイドFET9はオンの状態)において、電流共振コンデンサ14への充電が継続し、リーケージインダクタンス13に蓄えられたエネルギーを放出し終わると、共振電流の向きが変わり、電流共振コンデンサ14→リーケージインダクタンス13→ローサイドFET9の経路で電流が流れる。このとき電流共振コンデンサ14の電圧は下降する。   Next, during the period C (the high-side FET 8 is off and the low-side FET 9 is on), the charging of the current resonance capacitor 14 continues, and when the energy stored in the leakage inductance 13 is released, the direction of the resonance current Changes, and a current flows through the path of the current resonance capacitor 14 → the leakage inductance 13 → the low-side FET 9. At this time, the voltage of the current resonance capacitor 14 decreases.

次に、デッドタイム期間D(FET8、9ともにオフ)において、電流は電流共振コンデンサ14→リーケージインダクタンス13→D1の経路で電流が流れる。D1に電流が流れている状態で、ハイサイドFET8をオンすることでZVSを実現している。以上のように定常状態においては、リーケージインダクタンス13と電流共振コンデンサ14の共振動作を行いながら、ハイサイドFET8とローサイドFET9のスイッチング周波数を可変制御することで、トランス11の一次巻線に印加される電圧を変化させ、二次側へ伝送するエネルギー量(電力量)を制御している。   Next, in the dead time period D (FETs 8 and 9 are both off), the current flows through the path of the current resonance capacitor 14 → leakage inductance 13 → D 1. ZVS is realized by turning on the high-side FET 8 in a state where a current flows through D1. As described above, in a steady state, the switching frequency of the high-side FET 8 and the low-side FET 9 is variably controlled while performing the resonance operation of the leakage inductance 13 and the current resonance capacitor 14, thereby being applied to the primary winding of the transformer 11. The amount of energy (electric power) transmitted to the secondary side is controlled by changing the voltage.

次にデッドタイム期間Bと期間Dの制御について説明する。従来、デッドタイムは固定で設定されており、上述のように、ZVSを実現するためにはデッドタイム期間中にFETのボディダイオードに電流が流れる必要がある。回路素子のばらつきや出力範囲を考慮して、従来はデッドタイムを十分に長く設定していた。   Next, the control of the dead time period B and the period D will be described. Conventionally, the dead time is fixedly set, and as described above, in order to realize ZVS, it is necessary to allow a current to flow through the body diode of the FET during the dead time period. Conventionally, the dead time is set to be sufficiently long in consideration of variations in circuit elements and an output range.

しかし、デッドタイムの期間が長いと、その期間はFETをオンできないため、共振回路にエネルギーを供給する時間が十分でなくなる可能性がある。その結果、共振回路を効率が低下することが懸念される。また、このようなスイッチング電源としてトランスやコンデンサを小型化する場合、スイッチング周波数を高周波化する手法が考えらえる。電流共振方式のスイッチング電源を高周波化しようとした場合には、デッドタイムの長さが長いと、そのために依存して高周波化に限界がある。   However, if the dead time period is long, the FET cannot be turned on during that period, so there is a possibility that the time for supplying energy to the resonance circuit is not sufficient. As a result, there is a concern that the efficiency of the resonant circuit is reduced. Further, when a transformer or a capacitor is miniaturized as such a switching power supply, a method of increasing the switching frequency can be considered. When attempting to increase the frequency of a current resonance type switching power supply, if the length of the dead time is long, there is a limit to the increase in frequency depending on that.

このような課題を解決する方法として特許文献1が提案されている。特許文献1のスイッチング電源装置は、制御回路7によりスイッチング素子であるFETのボディダイオードに電流が流れたことを検知した後に、ボディダイオードに電流が流れているFETとは別のFETをオンさせるように制御する。なお、ボディダイオードに電流が流れたことを検知する方法として、FETのドレインソース間の電位差を計測する方法を採用している。このようにデッドタイムの期間を短くし、且つ、ZVSを実現している。   Patent Document 1 has been proposed as a method for solving such a problem. In the switching power supply device of Patent Document 1, after the control circuit 7 detects that a current flows through the body diode of the FET that is a switching element, the FET that is different from the FET in which the current flows through the body diode is turned on. To control. As a method for detecting that a current has passed through the body diode, a method for measuring the potential difference between the drain and source of the FET is employed. Thus, the dead time period is shortened and ZVS is realized.

特開2005−198457号公報JP 2005-198457 A

しかし、特許文献1のスイッチング電源装置は、ボディダイオードに電流が流れた後に、デッドタイムの期間を終了する構成であり、更にトランスやコンデンサを小型化してスイッチング周波数を高周波化しようすると、デッドタイムの期間を更に短縮するには限界がある。   However, the switching power supply device of Patent Document 1 is configured to end the dead time period after the current flows through the body diode. Further, if the transformer or the capacitor is further downsized to increase the switching frequency, the dead time is reduced. There is a limit to further shortening the period.

一方、共振回路に電力を供給するためにはハイサイドFETをオンする必要があるが、デッドタイムの期間を一定にした状態で高周波数化した場合は、ハイサイドFETをオンする時間の割合が減少する。
従って高周波化に伴い十分な出力を得られなくなるという課題もある。
On the other hand, in order to supply power to the resonance circuit, the high side FET needs to be turned on. However, when the frequency is increased with the dead time period kept constant, the ratio of the time for turning on the high side FET is Decrease.
Therefore, there is a problem that sufficient output cannot be obtained with higher frequency.

上記課題を解決するための電源装置は、トランスと、直列に接続された第一スイッチング素子と第二スイッチング素子を有し、前記トランスの一次側に並列に接続される駆動手段と、前記駆動手段が駆動されることにより前記トランスの二次側から出力される電圧を整流及び平滑する整流平滑手段と、前記整流平滑手段からの出力に応じて、前記第一スイッチング素子と前記第二スイッチング素子が交互にオンするように、且つ、前記第一スイッチング素子がオンした後、前記第二スイッチング素子のオンするまでに前記第一スイッチング素子と前記第二スイッチング素子の両方がオフするデッドタイムを設けるように、且つ、前記第二スイッチング素子がオンした後、前記第一スイッチング素子がオンするまでに前記デッドタイムを設けるように前記駆動手段を駆動するための信号を出力する制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記前記第一スイッチング素子と前記第二スイッチング素子が接続される中点の電圧の変位量を検知し、検知した前記変位量と閾値を比較し、比較結果に基づき前記デッドタイムを設定することを特徴とする。
A power supply apparatus for solving the above-described problems includes a transformer, a first switching element and a second switching element connected in series, and a driving means connected in parallel to a primary side of the transformer, and the driving means Rectifying and smoothing means for rectifying and smoothing the voltage output from the secondary side of the transformer by driving, and according to the output from the rectifying and smoothing means, the first switching element and the second switching element are A dead time is set so that both the first switching element and the second switching element are turned off before the second switching element is turned on after the first switching element is turned on. In addition, after the second switching element is turned on, the dead time is provided until the first switching element is turned on. A control means for outputting a signal for driving the urchin said driving means, said control means, the displacement of the voltage at the midpoint of said first switching element and the second switching element is connected The detected displacement amount is compared with a threshold value, and the dead time is set based on the comparison result .

また、本発明の画像形成装置は、記録材に画像を形成する画像形成装置であって、画像形成動作を制御するコントローラと前記コントローラに電力を供給する電源と、を備え、前記電源は、トランスと、直列に接続された第一スイッチング素子と第二スイッチング素子を有し、前記トランスの一次側に並列に接続される駆動手段と、前記駆動手段が駆動されることにより前記トランスの二次側から出力される電圧を整流及び平滑する整流平滑手段と、前記整流平滑手段からの出力に応じて、前記第一スイッチング素子と前記第二スイッチング素子が交互にオンするように、且つ、前記第一スイッチング素子がオンした後、前記第二スイッチング素子のオンするまでに前記第一スイッチング素子と前記第二スイッチング素子の両方がオフするデッドタイムを設けるように、且つ、前記第二スイッチング素子がオンした後、前記第一スイッチング素子がオンするまでに前記デッドタイムを設けるように前記駆動手段を駆動するための信号を出力する制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記前記第一スイッチング素子と前記第二スイッチング素子が接続される中点の電圧の変位量を検知し、検知した前記変位量と閾値を比較し、比較結果に基づき前記デッドタイムを設定することを特徴とする。 The image forming apparatus of the present invention is an image forming apparatus that forms an image on a recording material, and includes a controller that controls an image forming operation and a power source that supplies power to the controller. When, having a first switching element and a second switching element connected in series, and a drive means connected in parallel to the primary side of the transformer, the secondary side of the transformer by the driving means is driven Rectifying / smoothing means for rectifying and smoothing the voltage output from the first switching element and the second switching element are alternately turned on in accordance with the output from the rectifying / smoothing means , and the first After the switching element is turned on, both the first switching element and the second switching element are turned off before the second switching element is turned on. To provide a Dotaimu, and, after the second switching element is turned on, and a control means for outputting a signal for driving the driving means so as to provide the dead time until the first switching element is turned on The control means detects a displacement amount of a voltage at a middle point where the first switching element and the second switching element are connected, compares the detected displacement amount with a threshold value, and compares the result. The dead time is set based on the above .

以上説明したように、本発明によれば、電流共振型のスイッチング電源装置において、小型のトランスやコンデンサを用いて、スイッチング周波数を一層高周波化することができ、スイッチング電源装置を更に小型化することができる。   As described above, according to the present invention, in the current resonance type switching power supply device, the switching frequency can be further increased by using a small transformer or capacitor, and the switching power supply device can be further downsized. Can do.

実施例1の電源回路Power supply circuit of embodiment 1 実施例1の電源回路の動作波形及びデッドタイム期間の特性Characteristics of operation waveform and dead time period of power supply circuit of embodiment 1 実施例2の電源回路Power supply circuit of embodiment 2 実施例2の電源回路の動作波形及び閾値の特性Characteristics of Operation Waveform and Threshold of Power Supply Circuit of Embodiment 2 実施例3の制御回路Control circuit of embodiment 3 実施例3の電源回路の動作波形及び閾値の特性Characteristics of Operation Waveform and Threshold Value of Power Supply Circuit of Embodiment 3 従来の電源回路Conventional power circuit 従来の電源回路の動作波形Waveform of conventional power circuit 本発明の電源の適用例を示す図The figure which shows the example of application of the power supply of this invention

以下、上述した課題を解決するための本発明の具体的な構成について、以下の実施例に基づいて説明する。なお、以下に示す実施例は一例であって、この発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。   Hereinafter, specific configurations of the present invention for solving the above-described problems will be described based on the following examples. In addition, the Example shown below is an example, Comprising: It is not the meaning which limits the technical scope of this invention only to them.

(実施例1)
実施例1の構成及び動作について図1に基づき以下に説明する。図1(A)はハーフブリッジ方式の電流共振型のスイッチング電源装置を示したものである。図1(A)において、商用交流電源1〜入力された交流電圧は、全波整流回路2により全波整流されて、平滑コンデンサ3に出力される。平滑コンデンサ3は全波整流された電圧を平滑して直流電圧Vdcを得る。
Example 1
The configuration and operation of the first embodiment will be described below with reference to FIG. FIG. 1A shows a half-bridge current resonance type switching power supply device. In FIG. 1A, the AC voltage input from commercial AC power supply 1 to full-wave rectified by full-wave rectifier circuit 2 is output to smoothing capacitor 3. The smoothing capacitor 3 smoothes the full-wave rectified voltage to obtain a DC voltage Vdc.

7はスイッチング周波数を制御する制御回路であり、フォトカプラ21から入力された信号に応じて、第一スイッチング素子8及び第二スイッチング9を駆動する周波数を制御する。スイッチング素子8及び9は直列に接続されて交互にスイッチング動作し、絶縁トランス11の一次側に接続されており、一次側を駆動する。なお、本実施例ではMOSFETを採用しており、以下、MOSFET8をハイサイドFET8、MOSFET9をローサイドFET9という。10はローサイドFET9のドレイン端子とソース端子に接続されたコンデンサで、電圧共振コンデンサである。   A control circuit 7 controls the switching frequency, and controls the frequency for driving the first switching element 8 and the second switching 9 according to the signal input from the photocoupler 21. The switching elements 8 and 9 are connected in series to perform switching operations alternately, are connected to the primary side of the insulating transformer 11, and drive the primary side. In this embodiment, a MOSFET is employed. Hereinafter, the MOSFET 8 is referred to as a high side FET 8 and the MOSFET 9 is referred to as a low side FET 9. A capacitor 10 is connected to the drain terminal and the source terminal of the low-side FET 9 and is a voltage resonance capacitor.

11は絶縁トランスであり、励磁インダクタンス12とリーケージインダクタンス13の等価回路で示している。電流共振コンデンサ14とリーケージインダクタンス13により直列共振回路を構成する。15A、15Bはトランスの二次側の巻線(二次巻線)に生じる電圧を整流するためのダイオードであり、16はダイオード15A,15Bで整流された電圧を平滑するためのコンデンサである。ダイオード15A及び15Bとコンデンサ16は、整流平滑回路を構成している。なお、17は負荷抵抗である。   Reference numeral 11 denotes an insulating transformer, which is represented by an equivalent circuit of an excitation inductance 12 and a leakage inductance 13. The current resonance capacitor 14 and the leakage inductance 13 constitute a series resonance circuit. 15A and 15B are diodes for rectifying the voltage generated in the secondary winding (secondary winding) of the transformer, and 16 is a capacitor for smoothing the voltage rectified by the diodes 15A and 15B. The diodes 15A and 15B and the capacitor 16 constitute a rectifying / smoothing circuit. Reference numeral 17 denotes a load resistance.

19はシャントレギュレータで、その内部で基準電圧と二次側からの出力電圧とを比較し、比較結果の誤差に応じた電流を出力する。21はフォトカプラで、シャントレギュレータ19より出力された誤差信号をフィードバック情報として1次側の制御回路7へ伝達する。   Reference numeral 19 denotes a shunt regulator that internally compares the reference voltage with the output voltage from the secondary side and outputs a current corresponding to the error in the comparison result. Reference numeral 21 denotes a photocoupler which transmits an error signal output from the shunt regulator 19 to the primary side control circuit 7 as feedback information.

図1(B)は制御回路7のブロック図を示したものである。ゲートドライバ31は発振器32の出力をもとに出力部37により、ハイサイドFET8とローサイドFET9のゲートを駆動する。出力部37は発振器32の出力がハイレベルの間、例えばハイサイドFET8のゲートをオンさせる。発振器32はフォトカプラ21のフィードバック情報により、発振周波数を変化させる。判定部33は発振器32の周波数を検知するとともに、検知された周波数に応じたデッドタイムの期間をデッドタイム設定部34により設定する。   FIG. 1B shows a block diagram of the control circuit 7. The gate driver 31 drives the gates of the high-side FET 8 and the low-side FET 9 by the output unit 37 based on the output of the oscillator 32. The output unit 37 turns on, for example, the gate of the high-side FET 8 while the output of the oscillator 32 is at a high level. The oscillator 32 changes the oscillation frequency based on feedback information from the photocoupler 21. The determination unit 33 detects the frequency of the oscillator 32 and sets a dead time period corresponding to the detected frequency by the dead time setting unit 34.

判定部33は発振器32からの出力がローレベルになると、その直前の発振器32がハイレベルであった時間から発振周波数を算出する。デッドタイム設定部34では判定部33で算出された発振周波数に応じて、デッドタイムの期間をタイマ35に設定する。タイマ35はセットされた時間が経過すると切り換え部36により、出力部37の出力をハイサイドからローサイドに切り換えるとともに発振器を再始動させる。発振器32からハイレベルが出力されるとローサイドFET9のゲートがオンする。ローサイドFET9のゲートは発振器32の出力がローレベルになるとオフする。   When the output from the oscillator 32 becomes low level, the determination unit 33 calculates the oscillation frequency from the time when the immediately preceding oscillator 32 is at high level. The dead time setting unit 34 sets the dead time period in the timer 35 according to the oscillation frequency calculated by the determination unit 33. When the set time elapses, the timer 35 switches the output of the output unit 37 from the high side to the low side by the switching unit 36 and restarts the oscillator. When a high level is output from the oscillator 32, the gate of the low-side FET 9 is turned on. The gate of the low-side FET 9 is turned off when the output of the oscillator 32 becomes low level.

以上の動作を繰り返すことにより、発振周波数に応じたデッドタイムの期間をフレキシブルを設定することができる。   By repeating the above operation, the dead time period corresponding to the oscillation frequency can be set flexibly.

次に、図1で示した回路の動作について図2に示すタイミングチャートを参照しながら説明する。図2(A)のタイミングチャートは定常状態(安定した動作状態)における波形を示しており、駆動周波数の異なる2つの場合について記載したものである。   Next, the operation of the circuit shown in FIG. 1 will be described with reference to the timing chart shown in FIG. The timing chart in FIG. 2A shows waveforms in a steady state (stable operation state), and describes two cases with different driving frequencies.

VQ1gs、VQ2gsは夫々、ハイサイドFET8とローサイドFET9のゲート駆動電圧を表す。IQ1、IQ2は夫々、ハイサイドFETとローサイドFETのドレイン電流を表す。Iresは共振回路に流れる共振電流を示す。以下、時系列に動作を説明する。   VQ1gs and VQ2gs represent gate drive voltages of the high-side FET 8 and the low-side FET 9, respectively. IQ1 and IQ2 represent drain currents of the high-side FET and the low-side FET, respectively. Ires indicates a resonance current flowing in the resonance circuit. Hereinafter, the operation will be described in time series.

まず、時刻Eでは、制御回路7は、ハイサイドFET8をオンし、ローサイドFET9をオフする。制御回路7はフォトカプラ21のフィードバック情報に応じて、発振器32により時刻Eから時刻Fの期間、このスイッチ状態を維持する。   First, at time E, the control circuit 7 turns on the high-side FET 8 and turns off the low-side FET 9. The control circuit 7 maintains this switch state during the period from time E to time F by the oscillator 32 according to the feedback information of the photocoupler 21.

時刻Fで発振器32の出力がローレベルになると、判定部33は発振器の出力がローレベルになるまでの時間、つまり、時刻E〜時刻F迄の時間を算出する。判定部33は算出した値をデッドタイム設定部34に出力する。デッドタイム設定部34では、時刻E〜時刻F迄の時間に応じて、デッドタイムの期間をタイマ35に設定する。タイマ35は、設定されたデッドタイムが経過するまでスイッチ状態を維持する。   When the output of the oscillator 32 becomes low level at time F, the determination unit 33 calculates the time until the output of the oscillator becomes low level, that is, the time from time E to time F. The determination unit 33 outputs the calculated value to the dead time setting unit 34. The dead time setting unit 34 sets a dead time period in the timer 35 according to the time from time E to time F. The timer 35 maintains the switch state until the set dead time elapses.

時刻Gでは、タイマ35に設定されたデッドタイムの期間が経過し、タイマ35は切り替え部36よって、出力部37の出力をハイサイドからローサイドに切り替える。また、切り換え部36は発振器32に対して発振開始の信号を出力する。これに伴い、発振器32の出力はハイレベルとなり、出力部37を経由して、ローサイドFET9のゲートがオンされる。   At time G, the dead time period set in the timer 35 elapses, and the timer 35 switches the output of the output unit 37 from the high side to the low side by the switching unit 36. The switching unit 36 outputs an oscillation start signal to the oscillator 32. Accordingly, the output of the oscillator 32 becomes high level, and the gate of the low-side FET 9 is turned on via the output unit 37.

判定部33は発振器32の出力がローレベルになるまでの時刻G〜時刻H迄の期間、スイッチ状態を維持する。時刻Hで発振器32の出力がローレベルになると判定部33は時刻G〜時刻Hの時間を算出する。判定部33は算出した値をデッドタイム設定部34へ出力する。デッドタイム設定部34では、時刻G〜時刻H迄の時間に応じて、デッドタイムの期間をタイマ35に設定する。タイマ35は設定されたデッドタイムの時間が経過するまでスイッチ状態を維持する。   The determination unit 33 maintains the switch state for a period from time G to time H until the output of the oscillator 32 becomes low level. When the output of the oscillator 32 becomes low level at time H, the determination unit 33 calculates the time from time G to time H. The determination unit 33 outputs the calculated value to the dead time setting unit 34. The dead time setting unit 34 sets a dead time period in the timer 35 according to the time from time G to time H. The timer 35 maintains the switch state until the set dead time elapses.

時刻Iでは、タイマ35に設定されたデッドタイムの期間が経過し、タイマ35は切り替え部36によって、出力部37の出力をローサイドからハイサイドに切り替える。また、切り換え部36は発振器32に対して発振開始の信号を出力する。これに伴い、発振器32の出力はハイレベルとなり、出力部37を経由して、ハイサイドFET8のゲートがオンされる。   At time I, the dead time period set in the timer 35 elapses, and the timer 35 switches the output of the output unit 37 from the low side to the high side by the switching unit 36. The switching unit 36 outputs an oscillation start signal to the oscillator 32. Along with this, the output of the oscillator 32 becomes high level, and the gate of the high side FET 8 is turned on via the output unit 37.

ここで、スイッチング周波数が低いときのデッドタイムの期間をTL、スイッチング周波数が高いときのデッドタイムの期間をTHとすると、周波数が高くなるほどデッドタイムの期間が短くなる構成であり、スイッチング周波数fとデッドタイムの期間TL、THは、図2(C)のような特性となる。図2における特性Aでは所定周波数faまでは固定のデッドタイムの期間とし、所定周波数faを超えるとリニアに短くする。また、特性Bのように周波数の全域でリニアな構成としてもよい。つまり、TL>THとなるように駆動周波数が高くなるにしたがって、デッドタイムの期間も短く設定することにより高いスイッチング周波数による駆動が可能となる。   Here, assuming that the dead time period when the switching frequency is low is TL and the dead time period when the switching frequency is high is TH, the dead time period becomes shorter as the frequency becomes higher, and the switching frequency f and The dead time periods TL and TH have characteristics as shown in FIG. In the characteristic A in FIG. 2, a fixed dead time period is set up to a predetermined frequency fa, and when the frequency exceeds the predetermined frequency fa, it is linearly shortened. Moreover, it is good also as a linear structure in the whole frequency range like the characteristic B. That is, as the drive frequency increases so as to satisfy TL> TH, the dead time period is set to be shorter so that driving at a higher switching frequency is possible.

以上、説明したように、本実施例によれば、電流共振型のスイッチング電源を高周波で駆動することが可能となる。従って、スイッチング電源装置を小型化することができる。   As described above, according to this embodiment, the current resonance type switching power supply can be driven at a high frequency. Therefore, the switching power supply device can be reduced in size.

(実施例2)
本実施例は、実施例1に対して一部回路構成が異なっている。なお、実施例1と重複する構成については同様の動作であるため、重複する構成については説明を省略する。
(Example 2)
This embodiment is partially different in circuit configuration from the first embodiment. In addition, since it is the same operation | movement about the structure which overlaps with Example 1, description is abbreviate | omitted about the overlapping structure.

図3(A)は本実施例の回路構成であり、ハーフブリッジ方式の電流共振型のスイッチング電源の回路を示す。実施例1との違いは、ハイサイドFET8とローサイドFET9の中点と制御回路41とが接続された構成が異なる。   FIG. 3A shows a circuit configuration of this embodiment, and shows a circuit of a half-bridge current resonance type switching power supply. The difference from the first embodiment is the configuration in which the middle point of the high-side FET 8 and the low-side FET 9 and the control circuit 41 are connected.

図3(B)は制御回路内部の構成を示したものである。図3(B)において、タイマ42はフィードバック信号FBに応じて、FETのオン時間を決め、出力部47に対して、FETのオン時はハイレベル、FETのオフ時はローレベルを出力する。また、タイマ42は切り換え部46からの信号によりカウントを開始してハイレベルを出力し、タイマ42にセットされた時間が経過した時点でローレベルを出力する。   FIG. 3B shows the internal configuration of the control circuit. In FIG. 3B, the timer 42 determines the ON time of the FET according to the feedback signal FB, and outputs a high level when the FET is on and a low level when the FET is off to the output unit 47. The timer 42 starts counting by a signal from the switching unit 46 and outputs a high level, and outputs a low level when the time set in the timer 42 has elapsed.

判定部43は、タイマ42からの出力がローレベルになると、タイマ42に設定された値に応じて、しきい値Vthを設定する。比較部45では、しきい値VthとVnの値を比較する。比較結果に応じて、比較部45からの出力が切り替わる。切り換え部46は比較部45の比較結果を受けて、タイマ42を再始動させるとともに、出力部47からの出力を切り替える。   When the output from the timer 42 becomes low level, the determination unit 43 sets the threshold value Vth according to the value set in the timer 42. The comparison unit 45 compares the threshold values Vth and Vn. The output from the comparison unit 45 is switched according to the comparison result. The switching unit 46 receives the comparison result of the comparison unit 45, restarts the timer 42, and switches the output from the output unit 47.

次に図3で構成された回路の動作について、図4(A)に示すタイミングチャートを参照しながら説明する。図4(A)のタイミングチャートは定常状態(安定して動作している状態)の各波形を示しており、駆動周波数の異なる2つについて記載している。   Next, the operation of the circuit configured in FIG. 3 will be described with reference to a timing chart shown in FIG. The timing chart of FIG. 4A shows each waveform in a steady state (a state where the operation is stable), and describes two waveforms having different driving frequencies.

VQ1gs、VQ2gsは夫々ハイサイドFET8とローサイドFET9のゲート駆動電圧を表す。IQ1、IQ2は夫々、ハイサイドFET8とローサイドFET9のドレイン電流を表す。Iresは共振回路に流れる共振電流を示す。VnはハイサイドFETとローサイドFETの接点である中点の電圧を示す。以下、時系列に動作を説明する。   VQ1gs and VQ2gs represent gate drive voltages of the high-side FET 8 and the low-side FET 9, respectively. IQ1 and IQ2 represent drain currents of the high-side FET 8 and the low-side FET 9, respectively. Ires indicates a resonance current flowing in the resonance circuit. Vn represents a voltage at a midpoint that is a contact point between the high-side FET and the low-side FET. Hereinafter, the operation will be described in time series.

まず、時刻Jにおいて、制御回路41はハイサイドFET8をオンし、ローサイドFET9をオフする。制御回路41はフォトカプラ21のフィードバック情報に応じて、タイマ42により時刻Jから時刻K迄の期間、このスイッチ状態を維持する。   First, at time J, the control circuit 41 turns on the high-side FET 8 and turns off the low-side FET 9. The control circuit 41 maintains this switch state for a period from time J to time K by the timer 42 according to the feedback information of the photocoupler 21.

時刻Kでタイマ42の出力がローレベルになると、出力部47はハイサイドFET8のゲートをローレベルにして、ハイサイドFET8をオフする。判定部43は、タイマ42にセットされた時間に応じて、閾値設定部44のしきい値VthLを設定する。比較部45は、閾値設定部44により設定されたしきい値VthLと中点電圧Vnとを比較する。以降、閾値VthLと中点の電圧Vnが一致するまでハイサイドFET8とローサイドFET9のスイッチ状態を維持する。   When the output of the timer 42 becomes low level at time K, the output unit 47 sets the gate of the high side FET 8 to low level and turns off the high side FET 8. The determination unit 43 sets the threshold value VthL of the threshold setting unit 44 according to the time set in the timer 42. The comparison unit 45 compares the threshold value VthL set by the threshold value setting unit 44 with the midpoint voltage Vn. Thereafter, the switch state of the high-side FET 8 and the low-side FET 9 is maintained until the threshold VthL and the midpoint voltage Vn match.

時刻Lでは、閾値VthLと中点の電圧Vnが一致したタイミングで、比較部45は切り換え部46にローレベルを出力する。切り換え部46は、信号のレベルの切り替わりによって、出力部47の出力先をローサイドFETのゲートに切り替える。そして、タイマ42を再始動させる。   At time L, the comparison unit 45 outputs a low level to the switching unit 46 at the timing when the threshold value VthL and the midpoint voltage Vn match. The switching unit 46 switches the output destination of the output unit 47 to the gate of the low-side FET by switching the signal level. Then, the timer 42 is restarted.

タイマ42はその時のフィードバック信号FBに応じた時間をタイマ42にセットする、タイマ42はカウントを開始すると同時に出力部47にハイレベルの信号を出力する。ハイレベル信号に応じて、出力部47は、ローサイドFET9のゲートに対してハイレベルを出力する。タイマ42に設定された時間が経過する時刻Mまでは、ローサイドFET9のゲートの状態を維持する。   The timer 42 sets the time corresponding to the feedback signal FB at that time in the timer 42. The timer 42 starts counting and outputs a high level signal to the output unit 47 at the same time. In response to the high level signal, the output unit 47 outputs a high level to the gate of the low-side FET 9. The gate state of the low-side FET 9 is maintained until time M when the time set in the timer 42 elapses.

時刻Mでタイマ42の出力がローレベルになると判定部43は、タイマ42にセットされた時間に応じて、閾値設定部44のしきい値VthHを設定する。比較部45は閾値設定部44により設定された閾値VthHと中点の電圧Vnとを比較する。以降、VthHとVnが一致するまでスイッチ状態を維持する。   When the output of the timer 42 becomes low level at time M, the determination unit 43 sets the threshold value VthH of the threshold setting unit 44 according to the time set in the timer 42. The comparison unit 45 compares the threshold VthH set by the threshold setting unit 44 with the midpoint voltage Vn. Thereafter, the switch state is maintained until VthH and Vn match.

時刻Nでは、閾値VthLと中点の電圧Vnが一致したタイミングで、比較部45から切り換え部46にハイレベルを出力する。切り換え部46は比較部45からの信号のレベルの切り替わりによって、出力部47の出力先をハイサイドFET8のゲートに切り替える。また、タイマ42を再始動させる。   At time N, a high level is output from the comparison unit 45 to the switching unit 46 at the timing when the threshold value VthL and the midpoint voltage Vn match. The switching unit 46 switches the output destination of the output unit 47 to the gate of the high-side FET 8 by switching the level of the signal from the comparison unit 45. Also, the timer 42 is restarted.

タイマ42はその時のフィードバック信号FBに応じた時間をタイマ42にセットし、カウントを開始すると同時に出力部47にハイレベルの信号を出力する。ハイレベル信号に応じて、出力部47の出力信号はハイサイドFET9のゲートに対してハイレベルを出力する。   The timer 42 sets a time corresponding to the feedback signal FB at that time in the timer 42 and starts counting and simultaneously outputs a high level signal to the output unit 47. In response to the high level signal, the output signal of the output unit 47 outputs a high level to the gate of the high side FET 9.

閾値電圧VthHとVthLは、図4(C)に示すような周波数特性をとる。閾値電圧VthHについては、スイッチング周波数が高くなるほど値が小さくなる特性であり、例えば、特性Cのように所定周波数faまでは一定で、faからリニアに小さくする特性、又は、特性Dのように周波数全域でリニアに変化する特性とすることができる。   The threshold voltages VthH and VthL have frequency characteristics as shown in FIG. The threshold voltage VthH has a characteristic that the value decreases as the switching frequency increases. For example, the threshold voltage VthH is constant up to a predetermined frequency fa as in the characteristic C, or linearly decreases from fa, or the frequency as in the characteristic D. The characteristic can be changed linearly over the entire area.

閾値電圧VthLは、スイッチング周波数が高くなるほど大きな値になる特性である。例えば、特性Eのように所定周波数fbまでは一定で、fbからリニアに大きくする特性、又は、特性Fのように周波数全域でリニアに変化する特性とすることができる。   The threshold voltage VthL is a characteristic that increases as the switching frequency increases. For example, a characteristic that is constant up to a predetermined frequency fb like the characteristic E and linearly increases from fb, or a characteristic that changes linearly over the entire frequency like the characteristic F can be used.

以上の設定で図4(A)よりスイッチング周波数を高くした場合のチャートを図4(C)に示す。図4(C)において、VthH2はVthH1より低い値となるため、デッドタイムの期間が短くなる。同様にVthL2はVthL1より高い値となるため、デッドタイムの期間が短くなる。   FIG. 4C shows a chart when the switching frequency is set higher than that in FIG. In FIG. 4C, since VthH2 is lower than VthH1, the dead time period is shortened. Similarly, since VthL2 is higher than VthL1, the dead time period is shortened.

以上説明したように、本実施例によれば、電流共振型のスイッチング電源を高周波で駆動することが可能となる。従って、スイッチング電源装置を小型化することができる。   As described above, according to the present embodiment, the current resonance type switching power supply can be driven at a high frequency. Therefore, the switching power supply device can be reduced in size.

(実施例3)
本実施例は、実施例1、実施例2とは別の構成であり、実施例1と重複する構成については同様の構成及び動作であるため、その説明を省略する。
Example 3
Since the present embodiment has a different configuration from the first and second embodiments, and the same configuration and operation as those of the first embodiment are the same as those in the first embodiment, the description thereof will be omitted.

図5は実施例3の制御回路50の内部の構成を示したものである。図5においてバッファ51でハイサイドFET8とローサイドFET9の中点電圧Vnをタイマ52の出力に応じて取り込んで保持(記憶)する。このタイマ52に設定される値は、共振コンデンサ14とトランスのリーケージインダクタンス13から算出される共振周期より十分に短い値に設定する。   FIG. 5 shows an internal configuration of the control circuit 50 according to the third embodiment. In FIG. 5, the buffer 51 captures and holds (stores) the midpoint voltage Vn of the high-side FET 8 and the low-side FET 9 according to the output of the timer 52. The value set in the timer 52 is set to a value sufficiently shorter than the resonance period calculated from the resonance capacitor 14 and the leakage inductance 13 of the transformer.

格納部53は51のバッファ51の値を格納し、1回前に取り込んだ中点電圧Vnが格納される。差分演算器54は、バッファ51と格納部53の値の差分を求める。比較器56は、差分演算器54の出力値ΔVnと閾値設定部55に設定された値とを比較する。閾値設定部55に設定される値は、タイマ42に設定される値によって決定される。   The storage unit 53 stores the value of the buffer 51 of 51, and stores the midpoint voltage Vn captured once. The difference calculator 54 obtains the difference between the values of the buffer 51 and the storage unit 53. The comparator 56 compares the output value ΔVn of the difference calculator 54 with the value set in the threshold setting unit 55. The value set in the threshold setting unit 55 is determined by the value set in the timer 42.

タイマ42は、フォトカプラ21のFB信号により、FETのオン時間を決め、出力部47に対して、FETがオンした時はハイレベル、FETがオフした時はローレベルの信号を出力する。ゲートドライバ31は、タイマ42の出力をもとに出力部47により、ハイサイドFET8、ローサイドFET9のゲートを駆動する。また、タイマ42は、切り換え部46からの信号によりカウントを開始し、ハイレベルを出力し、タイマ42にセットされた時間が経過した時点でローレベルの信号を出力する。   The timer 42 determines the FET on time based on the FB signal of the photocoupler 21 and outputs a high level signal when the FET is turned on and a low level signal when the FET is turned off to the output unit 47. The gate driver 31 drives the gates of the high-side FET 8 and the low-side FET 9 by the output unit 47 based on the output of the timer 42. The timer 42 starts counting in response to a signal from the switching unit 46, outputs a high level, and outputs a low level signal when the time set in the timer 42 has elapsed.

判定部43は、タイマ42からの出力がローレベルになると、タイマ42に設定された値に応じて、閾値設定部55に閾値VthRHとVthRLの設定を行う。   When the output from the timer 42 becomes low level, the determination unit 43 sets the threshold values VthRH and VthRL in the threshold setting unit 55 according to the value set in the timer 42.

次に、図5の回路の動作を図6に示すタイミングチャートを参照しながら説明する。図6のタイミングチャートは定常状態(安定して動作している状態)の各波形を示しており、駆動周波数の異なる2つについて記載している。   Next, the operation of the circuit of FIG. 5 will be described with reference to the timing chart shown in FIG. The timing chart of FIG. 6 shows each waveform in a steady state (a state in which stable operation is performed), and describes two different driving frequencies.

VQ1gs、VQ2gsは夫々ハイサイドFET、ローサイドFETのゲート駆動電圧を表す。IQ1、IQ2はハイサイドFET、ローサイドFETのドレイン電流を表す。Iresは共振回路に流れる共振電流を示す。VnはハイサイドFETとローサイドFETの接点である中点電圧を示す。ΔVnは時間当たりの電圧の変位量を表す。以下に、時系列に動作を説明する。   VQ1gs and VQ2gs represent gate drive voltages of the high-side FET and the low-side FET, respectively. IQ1 and IQ2 represent drain currents of the high-side FET and the low-side FET. Ires indicates a resonance current flowing in the resonance circuit. Vn represents a midpoint voltage that is a contact point between the high-side FET and the low-side FET. ΔVn represents the amount of voltage displacement per time. Hereinafter, the operation will be described in time series.

まず、時刻Oでは、制御回路50はハイサイドFET8をオン、ローサイドFET9をオフする。制御回路50はフォトカプラ21のフィードバック情報に応じて、タイマ42により時刻Oから時刻P迄の期間、このスイッチ状態を維持する。   First, at time O, the control circuit 50 turns on the high-side FET 8 and turns off the low-side FET 9. The control circuit 50 maintains this switch state for a period from time O to time P by the timer 42 according to the feedback information of the photocoupler 21.

時刻Pでタイマ42の出力がローレベルになると、判定部43は、タイマ42にセットされた時間に応じて、閾値設定部55のしきい値VthRLを設定する。比較部45は閾値設定部55により設定されたしきい値VthRLと差分演算器による演算結果ΔVnを比較する。以降、閾値VthRLとΔVnが一致するまで、このスイッチ状態を維持する。   When the output of the timer 42 becomes low level at time P, the determination unit 43 sets the threshold value VthRL of the threshold setting unit 55 according to the time set in the timer 42. The comparison unit 45 compares the threshold value VthRL set by the threshold value setting unit 55 with the calculation result ΔVn by the difference calculator. Thereafter, this switch state is maintained until the threshold value VthRL and ΔVn match.

時刻Qでは、比較器56は閾値VthRLとΔVnが一致したタイミングで、切り換え部46にローレベルの信号を出力する。切り換え部46は信号のレベルが切り替わるとによって、出力部47の出力先をローサイドFET9のゲートに切り替える。また、タイマ42を再始動させる。   At time Q, the comparator 56 outputs a low-level signal to the switching unit 46 at the timing when the threshold value VthRL and ΔVn match. The switching unit 46 switches the output destination of the output unit 47 to the gate of the low-side FET 9 when the signal level is switched. Also, the timer 42 is restarted.

タイマ42はその時のフィードバック信号に応じた時間をタイマ42にセットし、カウントを開始すると同時に出力部47にハイレベルの信号を出力する。ハイレベル信号に応じて、出力部47はローサイドFET9のゲートに対してハイレベルの信号を出力する。タイマ42に設定された時間が経過する時刻R迄は、ローサイドFETのゲートへの出力の状態を維持する。   The timer 42 sets a time corresponding to the feedback signal at that time in the timer 42 and starts counting and simultaneously outputs a high level signal to the output unit 47. In response to the high level signal, the output unit 47 outputs a high level signal to the gate of the low-side FET 9. Until the time set in the timer 42 elapses, the output state to the gate of the low-side FET is maintained.

時刻Rでタイマ42の出力がローレベルになると判定部43は、タイマ42にセットされた時間に応じて、閾値設定部55の閾値VthRHを設定する。比較部56は、閾値設定部55により設定された閾値VthRHと中点電圧の変位量ΔVnとを比較する。以降、閾値電圧とVthRHとΔVnが一致するまで、このスイッチ状態を維持する。   When the output of the timer 42 becomes low level at time R, the determination unit 43 sets the threshold value VthRH of the threshold setting unit 55 according to the time set in the timer 42. The comparison unit 56 compares the threshold value VthRH set by the threshold value setting unit 55 with the midpoint voltage displacement amount ΔVn. Thereafter, this switch state is maintained until the threshold voltage, VthRH, and ΔVn match.

時刻Sでは、閾値VthRLとΔVnが一致したタイミングで、比較器56は切り換え部46にハイレベルの信号を出力する。切り換え部46は信号のレベルが切り替わることによって、出力部47の出力先をハイサイドFET8のゲートに切り替える。また、タイマ42を再始動させる。   At time S, the comparator 56 outputs a high-level signal to the switching unit 46 at the timing when the threshold value VthRL and ΔVn match. The switching unit 46 switches the output destination of the output unit 47 to the gate of the high-side FET 8 when the signal level is switched. Also, the timer 42 is restarted.

タイマ42はその時のフィードバック信号に応じた時間をタイマ42にセットし、カウントを開始すると同時に、出力部47にハイレベルの信号を出力する。ハイレベル信号に応じて、出力部47はハイサイドFET8のゲートに対してハイレベルの信号を出力する。   The timer 42 sets a time corresponding to the feedback signal at that time in the timer 42 and starts counting, and at the same time outputs a high level signal to the output unit 47. In response to the high level signal, the output unit 47 outputs a high level signal to the gate of the high side FET 8.

閾値VthRHとVthRLは、期間OからS迄を一周期とすると、図6(C)に示すような周波数特性をとる。閾値VthRHについては、スイッチング周波数が高くなるほど高くなる特性で、例えば、特性Gのように周波数fcまでは一定で、周波数fcからリニアに高くなる特性や、特性Hのように周波数全域でリニアに変化する特性とすればよい。   The threshold values VthRH and VthRL have frequency characteristics as shown in FIG. 6C when one period is from the period O to S. The threshold VthRH is a characteristic that increases as the switching frequency increases. For example, the characteristic V is constant up to the frequency fc as in the characteristic G, and linearly increases from the frequency fc, or changes linearly over the entire frequency as in the characteristic H. It may be the characteristic to be.

閾値VthRLはスイッチング周波数が高くなるほど小さくなる特性である。例えば、特性Iのように周波数fc迄は一定で、fcからリニアに小さくする特性や、特性Jのように周波数全域でリニアに小さく変化する特性とすればよい。   The threshold value VthRL is a characteristic that decreases as the switching frequency increases. For example, a characteristic that is constant up to the frequency fc as in the characteristic I and linearly decreases from fc, or a characteristic that changes linearly in the entire frequency as in the characteristic J may be used.

以上のような設定により図6(A)よりスイッチング周波数を高くした場合のチャートを図6(C)に示す。図6において閾値VthRH2は閾値VthRH1より高い値となるため、デッドタイムの期間が短くなる。同様に閾値VthRL1は閾値VthL2より低い値となるため、デッドタイムの期間が短くなる。   FIG. 6C shows a chart when the switching frequency is made higher than that in FIG. In FIG. 6, since the threshold value VthRH2 is higher than the threshold value VthRH1, the dead time period is shortened. Similarly, since the threshold value VthRL1 is lower than the threshold value VthL2, the dead time period is shortened.

以上説明したように、本実施例によれば、電流共振型のスイッチング電源を高周波で駆動することが可能となる。従って、スイッチング電源装置を小型化することができる。   As described above, according to the present embodiment, the current resonance type switching power supply can be driven at a high frequency. Therefore, the switching power supply device can be reduced in size.

(電源の適用例)
上記の実施例で説明した電源装置を、例えばレーザビームプリンタ、複写機、ファクシミリ等の画像形成装置における低圧電源として適用することができる。以下にその適用例を説明する。本発明の電源は、画像形成装置における制御部としてのコントローラへの電力供給、また、記録材としての用紙を搬送する搬送ローラの駆動部としてのモータへの電力供給のための電源として適用される。
(Application example of power supply)
The power supply apparatus described in the above embodiment can be applied as a low-voltage power supply in an image forming apparatus such as a laser beam printer, a copying machine, or a facsimile. The application example will be described below. The power source of the present invention is applied as a power source for power supply to a controller as a control unit in the image forming apparatus and power supply to a motor as a drive unit of a conveyance roller that conveys a sheet as a recording material. .

図9(A)に画像形成装置の一例であるレーザビームプリンタの概略構成を示す。レーザビームプリンタ2000は、画像形成部2100として潜像が形成される像担持体としての感光ドラム2110、感光ドラムに形成された潜像をトナーで現像する現像部2120を備えている。そして感光ドラム2110に現像されたトナー像をカセット2160から供給された記録媒体としてのシート(不図示)に転写して、シートに転写したトナー像を定着してトレイ2150に排出する。   FIG. 9A shows a schematic configuration of a laser beam printer which is an example of an image forming apparatus. The laser beam printer 2000 includes a photosensitive drum 2110 as an image carrier on which a latent image is formed as an image forming unit 2100, and a developing unit 2120 that develops the latent image formed on the photosensitive drum with toner. Then, the toner image developed on the photosensitive drum 2110 is transferred to a sheet (not shown) as a recording medium supplied from the cassette 2160, and the toner image transferred to the sheet is fixed and discharged to the tray 2150.

また、図9(B)画像形成装置の制御部としてのコントローラと駆動部としてのモータへの電源からの電力供給ラインを示す。本発明の電源は、このような画像形成動作を制御するCPU3100有するコントローラへ300の電力供給、また、画像形成のための駆動部としてのモータ3120及びモータ3130に電力を供給する電源として適用できる。上記の実施例で説明したのと同様、画像形成装置内の設ける電源装置を小型化することができるので、画像形成装置本体を小型化することが可能となる。   FIG. 9B shows a power supply line from a power source to a controller as a control unit and a motor as a drive unit of the image forming apparatus. The power source of the present invention can be applied as a power source for supplying power to the controller having the CPU 3100 for controlling such an image forming operation, and a power source for supplying power to the motor 3120 and the motor 3130 as drive units for image formation. As described in the above embodiments, since the power supply device provided in the image forming apparatus can be reduced in size, the image forming apparatus main body can be reduced in size.

1 商用電源
2 整流回路
3 平滑コンデンサ
6 比較器
7 制御回路
8 スイッチング素子(ハイサイドFET)
9 スイッチング素子(ローサイドFET)
10 コンデンサ
11 トランス
12 励磁インダクタンス
13 リーケージインダクタンス
14 電流共振コンデンサ
15 ダイオード
16 平滑コンデンサ
17 負荷抵抗
19 シャントレギュレータ
20 抵抗
21 フォトカプラ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Commercial power supply 2 Rectifier circuit 3 Smoothing capacitor 6 Comparator 7 Control circuit 8 Switching element (high side FET)
9 Switching element (low-side FET)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Capacitor 11 Transformer 12 Excitation inductance 13 Leakage inductance 14 Current resonance capacitor 15 Diode 16 Smoothing capacitor 17 Load resistance 19 Shunt regulator 20 Resistance 21 Photocoupler

Claims (4)

トランスと、
直列に接続された第一スイッチング素子と第二スイッチング素子を有し、前記トランスの一次側に並列に接続される駆動手段と、
前記駆動手段が駆動されることにより前記トランスの二次側から出力される電圧を整流及び平滑する整流平滑手段と、
前記整流平滑手段からの出力に応じて、前記第一スイッチング素子と前記第二スイッチング素子が交互にオンするように、且つ、前記第一スイッチング素子がオンした後、前記第二スイッチング素子のオンするまでに前記第一スイッチング素子と前記第二スイッチング素子の両方がオフするデッドタイムを設けるように、且つ、前記第二スイッチング素子がオンした後、前記第一スイッチング素子がオンするまでに前記デッドタイムを設けるように前記駆動手段を駆動するための信号を出力する制御手段と、を有し、
前記制御手段は、前記前記第一スイッチング素子と前記第二スイッチング素子が接続される中点の電圧の変位量を検知し、検知した前記変位量と閾値を比較し、比較結果に基づき前記デッドタイムを設定することを特徴とする電源装置。
With a transformer,
Drive means having a first switching element and a second switching element connected in series, connected in parallel to the primary side of the transformer;
Rectifying and smoothing means for rectifying and smoothing the voltage output from the secondary side of the transformer by driving the driving means;
According to the output from the rectifying and smoothing means, the first switching element and the second switching element are alternately turned on, and after the first switching element is turned on, the second switching element is turned on. Until the first switching element is turned on after the second switching element is turned on so as to provide a dead time in which both the first switching element and the second switching element are turned off. the and a control means for outputting a signal for driving the driving means so as to provide,
The control means detects a displacement amount of a voltage at a middle point where the first switching element and the second switching element are connected, compares the detected displacement amount with a threshold value, and determines the dead time based on a comparison result. A power supply device characterized by setting.
前記制御手段は、前記閾値を、前記駆動手段を駆動する周波数が高いほど大きい値に切り替えることを特徴とする請求項に記載の電源装置。 The power supply apparatus according to claim 1 , wherein the control unit switches the threshold value to a larger value as the frequency for driving the driving unit is higher . 記録材に画像を形成する画像形成装置であって、
画像形成動作を制御するコントローラと
前記コントローラに電力を供給する電源と、を備え、
前記電源は、
トランスと、直列に接続された第一スイッチング素子と第二スイッチング素子を有し、前記トランスの一次側に並列に接続される駆動手段と、前記駆動手段が駆動されることにより前記トランスの二次側から出力される電圧を整流及び平滑する整流平滑手段と、
前記整流平滑手段からの出力に応じて、前記第一スイッチング素子と前記第二スイッチング素子が交互にオンするように、且つ、前記第一スイッチング素子がオンした後、前記第二スイッチング素子のオンするまでに前記第一スイッチング素子と前記第二スイッチング素子の両方がオフするデッドタイムを設けるように、且つ、前記第二スイッチング素子がオンした後、前記第一スイッチング素子がオンするまでに前記デッドタイムを設けるように前記駆動手段を駆動するための信号を出力する制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記前記第一スイッチング素子と前記第二スイッチング素子が接続される中点の電圧の変位量を検知し、検知した前記変位量と閾値を比較し、比較結果に基づき前記デッドタイムを設定することを特徴とする画像形成装置。
An image forming apparatus for forming an image on a recording material,
A controller for controlling an image forming operation; and a power source for supplying power to the controller.
The power supply is
A transformer having a first switching element and a second switching element connected in series, connected in parallel to a primary side of the transformer; and the secondary of the transformer by driving the driving means Rectifying and smoothing means for rectifying and smoothing the voltage output from the side;
According to the output from the rectifying and smoothing means, the first switching element and the second switching element are alternately turned on, and after the first switching element is turned on, the second switching element is turned on. Until the first switching element is turned on after the second switching element is turned on so as to provide a dead time in which both the first switching element and the second switching element are turned off. And a control means for outputting a signal for driving the driving means so as to provide a voltage at a middle point where the first switching element and the second switching element are connected. a displacement amount detecting said detected relative displacement amount and the threshold value, and sets the dead time based on the comparison result Image forming apparatus.
前記制御手段は、前記閾値を、前記駆動手段を駆動する周波数が高いほど大きい値に切り替えることを特徴とする請求項に記載の画像形成装置。
The image forming apparatus according to claim 3 , wherein the control unit switches the threshold value to a larger value as the frequency for driving the driving unit is higher .
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