JP2010124567A - Switching power supply device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スイッチング電源装置に係り、特に、力率改善機能を有する絶縁型スイッチング電源装置に関する。 The present invention relates to a switching power supply device, and more particularly to an isolated switching power supply device having a power factor correction function.
近時、力率改善や高調波抑圧を目的としたPFC(Power Factor Correction)回路が設けられているスイッチング電源(AC/DCコンバータ)が普及してきている。 Recently, a switching power supply (AC / DC converter) provided with a PFC (Power Factor Correction) circuit for the purpose of power factor improvement and harmonic suppression has become widespread.
AC/DCコンバータの入力側を単純に全波ダイオード整流回路と平滑コンデンサとで構成した場合、ダイオード整流回路の出力電圧波形は交流の全波整流波形になるものの、電流波形はスパイク状の波形になることが知られている。即ち、電圧波形と電流波形とが相似とならない。このため、このようなAC/DCコンバータを内蔵する各種の装置の力率が低下することになり、電力供給事業者にとってのみならずエネルギー利用効率の観点からも好ましくない状況となる。 When the input side of the AC / DC converter is simply composed of a full-wave diode rectifier circuit and a smoothing capacitor, the output voltage waveform of the diode rectifier circuit is an AC full-wave rectifier waveform, but the current waveform is a spiked waveform. It is known to be. That is, the voltage waveform and the current waveform are not similar. For this reason, the power factor of various apparatuses incorporating such an AC / DC converter is lowered, which is not preferable from the viewpoint of energy use efficiency as well as for the power supplier.
また、スパイク状の電流波形は高調波成分、特に奇数次の高調波成分を多く持っており、これらの高調波成分が電力線側に流れ込むと予期せぬ事故が送配電設備に発生する可能性もある。このため、高調波成分を規制するための規格が各国で設けられている。 Spike-shaped current waveforms have many harmonic components, especially odd-order harmonic components, and if these harmonic components flow into the power line, an unexpected accident may occur in the transmission and distribution equipment. is there. For this reason, standards for regulating harmonic components are provided in each country.
このようにAC/DCコンバータの力率改善の必要性はますます高まってきており、力率改善を目的とするPFC回路を組み込んだ各種のスイッチング電源が開発されている。 As described above, the necessity for improving the power factor of the AC / DC converter is increasing, and various switching power supplies incorporating a PFC circuit for the purpose of improving the power factor have been developed.
例えば、特許文献1等に、PFC回路とDC/DCコンバータとを備えたスイッチング電源装置に関する技術が開示されている。
一般に、PFC回路は非絶縁型の昇圧コンバータを基本構成とするものであり、チョークコイル、ダイオード、スイッチング用FET等を備えて構成されている。例えば、100Vから240V程度の商用交流電源を整流し、整流電圧を非絶縁型の昇圧コンバータで400V程度の直流電圧に昇圧する。このとき、PFC回路の入力電流波形が入力電圧波形と相似になるようにスイッチングパルスのデューティ比を制御している。 In general, the PFC circuit has a non-insulated boost converter as a basic configuration, and includes a choke coil, a diode, a switching FET, and the like. For example, a commercial AC power supply of about 100V to 240V is rectified, and the rectified voltage is boosted to a DC voltage of about 400V by a non-insulated boost converter. At this time, the duty ratio of the switching pulse is controlled so that the input current waveform of the PFC circuit is similar to the input voltage waveform.
他方、商用電源から所望の電圧の直流に変換する場合、商用電源と出力との間には絶縁が必要となる場合が多い。このため、一般的なAC/DCコンバータでは、昇圧コンバータを基本構成とするPFC回路と絶縁型のDC/DCコンバータとの2段構成となっている。即ち、類似したスイッチングコンバータが2段直列に接続された構成となっている。 On the other hand, when converting from a commercial power source to a direct current of a desired voltage, insulation is often required between the commercial power source and the output. For this reason, a general AC / DC converter has a two-stage configuration of a PFC circuit having a boosting converter as a basic configuration and an insulated DC / DC converter. That is, similar switching converters are connected in two stages in series.
この結果、電源変換効率が低下するばかりでなく、装置の小型化やコスト低減に対する阻害要因となっている。 As a result, not only the power conversion efficiency is lowered, but also an obstacle to downsizing and cost reduction of the apparatus.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、高調波抑制機能を有するPFC回路と絶縁型DC/DCコンバータとを一体化して1段構成とし、高い電源変換効率を得ることができると共に、小型化及び低コスト化を実現することができるスイッチング電源装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and a PFC circuit having a harmonic suppression function and an insulated DC / DC converter can be integrated into a single stage to obtain high power conversion efficiency. Another object of the present invention is to provide a switching power supply device that can be reduced in size and cost.
上記課題を解決するため、本発明に係るスイッチング電源装置は、アクティブ型の力率改善コンバータと絶縁型のDC/DCコンバータとを一段構成としたスイッチング電源装置において、交流電源を整流する整流回路と、一次側コイルの一端が前記整流回路の正極端子に接続され、前記一次側コイルと二次側コイルとが逆極性に構成されたトランスフォーマと、一端が前記整流回路の負極端子に接続され、他端が前記一次側コイルの他端に接続され、パルス信号によって前記一次側コイルに流れる電流をオン、オフするスイッチング素子と、前記一次側コイルに電流が流れているときに前記二次側コイルの電流を阻止するように、前記二次側コイルの一端にアノードが接続されるダイオードと、一端が前記ダイオードのカソードに接続され、他端が前記二次側コイルの他端に接続される平滑コンデンサと、を備えたことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a switching power supply according to the present invention includes a rectifier circuit that rectifies an AC power supply in a switching power supply including an active power factor correction converter and an insulating DC / DC converter in a single stage. One end of the primary side coil is connected to the positive terminal of the rectifier circuit, the primary side coil and the secondary side coil are configured to have opposite polarities, one end is connected to the negative terminal of the rectifier circuit, and the other An end is connected to the other end of the primary side coil, and a switching element that turns on and off a current flowing through the primary side coil by a pulse signal; and a current of the secondary side coil when a current flows through the primary side coil A diode having an anode connected to one end of the secondary coil and one end connected to the cathode of the diode so as to block current. The other end is characterized in that and a smoothing capacitor connected to the other end of the secondary coil.
本発明に係るスイッチング電源装置によれば、高調波抑制機能を有するPFC回路と絶縁型DC/DCコンバータとを一体化して1段構成とし、高い電源変換効率を得ることができると共に、小型化及び低コスト化を実現することができる。 According to the switching power supply device of the present invention, the PFC circuit having the harmonic suppression function and the insulation type DC / DC converter are integrated into a single stage configuration, and high power conversion efficiency can be obtained. Cost reduction can be realized.
(1)従来型のスイッチング電源装置の構成
最初に、本発明に係るスイッチング電源装置の特徴を明確にするため、従来から用いられているスイッチング電源装置の典型的な構成について概略説明しておく。
(1) Configuration of Conventional Switching Power Supply Device First, in order to clarify the features of the switching power supply device according to the present invention, a typical configuration of a conventionally used switching power supply device will be outlined.
図1は、PFC回路の必要性を説明する図である。図1(a)は、PFC回路が設けられていない電源装置100の構成を示しており、整流回路102と平滑コンデンサ103のみで構成される電源回路によって交流電源101を直流に変換し負荷104に直流電源を供給している。
FIG. 1 is a diagram for explaining the necessity of a PFC circuit. FIG. 1A shows a configuration of a
平滑コンデンサ103が無い場合には図1(b)に示す全波整流電圧波形が負荷104に印加されるが、実際には平滑コンデンサ103によって全波整流電圧波形が平滑化され、図1(c)に実線で示したような電圧波形となる。平滑コンデンサ103の電圧が全波整流電圧よりも高い期間は整流回路102から平滑コンデンサ103に対する充電が行われないため、整流回路102の出力電流は、図1(d)に示したように、全波整流電圧波形のピーク近傍の短い期間にだけ流れる。このため、交流電源101側から見たときの電圧波形と電流波形とは相似形とならず、力率が低下することになる。また、急峻なピークをもつ電流波形は多くの高調波成分を含んでおり、この高調波成分が交流電源101側に流れることになる。
When the
力率を改善し高調波成分を抑制するためには、整流回路102の出力電流波形を全波整流電圧波形に近づければよく、PFC回路(いわゆるアクティブ型のPFC回路)はこれを行うための回路である。
In order to improve the power factor and suppress the harmonic component, the output current waveform of the
図2は、PFC回路200を具備した従来のスイッチング電源装置の典型的な構成例を示す図である。従来のスイッチング電源装置は、例えば、交流電源101側から順に、コモンモードフィルタ400、整流回路102、PFC回路200、絶縁型DC/DCコンバータ300を備えて構成されている。
FIG. 2 is a diagram illustrating a typical configuration example of a conventional switching power supply device including the
コモンモードフィルタ400は、主にコモンモードノイズを遮断するために設けられるフィルタである。整流回路102は、図示したように例えばダイオードブリッジ回路によって構成される全波整流回路である。
The
PFC回路200は、チョークコイル201、ダイオード202、平滑コンデンサ203、及びスイッチング素子として動作するFET204を主たる構成とするものである。この他、入力コンデンサ210、整流回路102の出力電圧をモニタするための電圧モニタ抵抗206、整流回路102の出力電流をモニタするための電流モニタ抵抗207、PFC回路200の出力電圧をモニタするための分圧抵抗208、209を備えている。
The
なお、入力コンデンサ210は、主にスイッチング周波数成分を平滑するためのものであり、例えばフィルムコンデンサである。また、平滑コンデンサ203は、主に交流電源の周波数成分を平滑するためのものであり、例えば電解コンデンサである。
The
図2の構成からわかるように、一般にPFC回路200は、昇圧型スイッチングコンバータの構成を有している。例えば、交流電源電圧の実効値が100V〜240Vの範囲のとき、PFC回路200の出力電圧(平滑コンデンサ203の両端の電圧)は、360V〜420Vの範囲に昇圧される。
As can be seen from the configuration of FIG. 2, the
FET204のスイッチング周波数は特に限定するものではないが、例えば約100kHz程度の周波数のパルス信号でスイッチングされる。
The switching frequency of the
図3は、PFC回路200の動作例を示す図である。図3(a)は、整流回路102の出力側の電圧波形(全波整流波形)と電流波形(抵抗207に流れる電流波形)を示したものである。FET204がオン期間には全波整流電圧がチョークコイル201に印加され電流は増加していく一方、FET204がオフの期間には電流はチョークコイル201からダイオード202を介して平滑コンデンサ203に流れ、出力電流は減少する。このように電流波形はFET204に印加されるパルス信号に同期した三角波状となる。
FIG. 3 is a diagram illustrating an operation example of the
PFC回路200は、PFC回路200の出力電圧が所定の電圧となるように、かつ、電流波形の頂点の包絡線が出力電圧(全波整流波形)と相似になるようにパルス信号のオン期間(即ちデューティ比)を制御回路(1)で制御している。
The
抵抗207を流れる三角波状の電流は入力コンデンサ210で平滑化され、整流回路102の出力電圧波形と出力電流波形は相似形となる。この結果、コモンモードフィルタ400の入力端での電圧波形と電流波形は図3(b)に示したようにいずれも同位相の正弦波波形となり、力率はほぼ1に近い値となる。また、電流波形の高調波成分も抑圧されている。
The triangular wave current flowing through the
従来のPFC回路200は、一般に非絶縁型の昇圧コンバータを基本形とするものであり、通常PFC回路200の後段に絶縁型のコンバータ、例えばフォーワードコンバータを設ける構成が一般的である。
The
このフォーワードコンバータ300の構成例は、図2に示したように絶縁トランス303を備え、一次側にチョークコイル301、回生用コンデンサ302、及びスイッチング素子としてのFET304が接続されている。また、二次側には、ダイオード305、平滑コンデンサ306、電圧モニタ用の分圧抵抗307、308が設けられている。
The
分圧抵抗307、308を介してモニタした出力電圧が所定の値となるようにFET304に印加するパルス信号のデューティ比を制御回路(2)で制御している。
The duty ratio of the pulse signal applied to the
図2に示したように、従来の回路構成は、PFC回路200とフォーワードコンバータ300とを備える2段構成となっている。PFC回路200によって力率改善や高調波抑圧機能が実現されるものの、PFC回路200が存在することのよって電源変換効率は低下する。また、PFC回路200を設けることによって部品点数は増加し装置は大型化する。また、コストも増加することになる。
As shown in FIG. 2, the conventional circuit configuration is a two-stage configuration including a
(2)本発明の第1の実施形態に係るスイッチング電源装置の構成
本発明の実施形態に係るスイッチング電源装置1は、上記のPFC回路200と同等の力率改善・高調波抑圧機能を有しつつも絶縁機能を有し、かつそれを一段のスイッチングコンバータで実現している。
(2) Configuration of Switching Power Supply Device According to First Embodiment of the Present Invention A switching power supply device 1 according to an embodiment of the present invention has a power factor improvement / harmonic suppression function equivalent to the
図4は、第1の実施形態に係るスイッチング電源装置1の構成例を示す図である。スイッチング電源装置1は、主要構成品として、スイッチング素子として機能するFET11、フライバックトランス12、ダイオード13、平滑コンデンサ14、及び制御回路17を備える一段のスイッチングコンバータとして構成されている。
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of the switching power supply device 1 according to the first embodiment. The switching power supply device 1 is configured as a one-stage switching converter including an FET 11 functioning as a switching element, a flyback transformer 12, a
フライバックトランス12は、一次側コイル12aと二次側コイル12bとが逆極性となるように構成されているものであり、対応する極性を黒丸印で示している。
The flyback transformer 12 is configured such that the
この他、図2に示した従来構成と同様に、交流電源101の入力側にコモンモードフィルタ400及び整流回路102を有している。
In addition, a
また、一次側コイル12aに流れる電流(以下、入力電流という)をモニタするための入力電流モニタ抵抗16、整流回路102の出力端の電圧(以下、入力電圧という)をモニタする入力電圧モニタ抵抗15を備えている。
Also, an input
一次側コイル12aの一端は整流回路102の正極端子に直接接続されており、一次側コイル12aの他端はFET11の一端に接続されている。FET11の他端は入力電流モニタ抵抗16を介して整流回路102の負極端子に接続されている。
One end of the
一方、フライバックトランス12の二次側コイル12bには、平滑コンデンサ14の両端の電圧(以下、出力電圧という)をモニタするための分圧抵抗18、19、及び二次側コイル12bに流れる電流(以下、出力電流という)をモニタするための出力電流モニタ抵抗20が設けられている。
On the other hand, the secondary side coil 12b of the flyback transformer 12 has
出力電圧と出力電流は、出力電圧・出力電流検出回路21にて適宜の信号レベルに変換され、フォトカプラ22で絶縁を確保した後、制御回路17に入力される。
The output voltage and output current are converted into appropriate signal levels by the output voltage / output
上記のように構成されたスイッチング電源装置1の動作について説明する。図5は、スイッチング電源装置1のスイッチング動作のうち、断続モードについて説明するタイミングチャートである。 The operation of the switching power supply device 1 configured as described above will be described. FIG. 5 is a timing chart for explaining the intermittent mode in the switching operation of the switching power supply device 1.
図5(a)は、FET11に印加されるパルス信号を示す図である。FET11がオンのとき、フライバックトランス12の一次側コイル12aには図5(b)に示す入力電流が流れる。入力電流の向きは図4の一次側コイル12a近傍に図示した矢印の方向である。このとき、一次側コイル12aと二次側コイル12bとは極性が逆であるため、二次側コイル12bに発生する誘導起電力は一次側と逆極性になる。このため、ダイオード13によって遮断され、二次側コイル12bへは電流が流れない。一次側コイル12aはチョークコイルとして機能することになり、エネルギーが一次側コイル12aに蓄積される。
FIG. 5A is a diagram illustrating a pulse signal applied to the FET 11. When the FET 11 is on, an input current shown in FIG. 5B flows through the
FET11がオフになると、一次側コイル12aには電流が流れず入力電流はゼロとなる。一方、オンに期間に一次側コイル12aに蓄積されたエネルギーは二次側コイル12b経由で負荷側に放出される。この出力電流の向きは、図4の二次側コイル12b近傍に図示した矢印の方向であり、ダイオード13を通って負荷側に流れる。この出力電流は図5(c)に示したように、FET11がオフとなった直後に最大値をとり、エネルギーの放出と共に低下し、次のオン期間が始まる前にゼロとなる。
When the FET 11 is turned off, no current flows through the
図5(d)は、一次側コイル12aに流れる入力電流と、二次側コイル12bに流れる出力電流とを仮想的に合成した合成電流を示している。この合成電流は、FET11がオンとなる直前に一時的にゼロとなる期間がある。このため、このようなスイッチングモードを断続モードと呼んでいる。
FIG. 5D shows a combined current obtained by virtually synthesizing the input current flowing through the
図4に示したスイッチング電源装置1の構成は、いわゆるフライバックコンバータと呼ばれる構成と類似するものであり、フライバックトランス12によって一次側と二次側の絶縁を行うと共にFET11に印加するパルス信号のデューティ比制御によって出力電圧を所定の値に制御することができる。 The configuration of the switching power supply device 1 shown in FIG. 4 is similar to a configuration called a so-called flyback converter. The primary side and the secondary side are insulated by a flyback transformer 12 and the pulse signal applied to the FET 11 is changed. The output voltage can be controlled to a predetermined value by duty ratio control.
本発明に係るスイッチング電源装置1の特徴の1つは、この構成を基本的に維持しつつ、PFC回路の機能を付加したところにある。即ち、フライバックトランス12の一次側において、入力電圧(整流回路102の出力である全波整流電圧と同じ電圧)と入力電流をモニタし、両者の波形が相似となるようにFET11に印加するパルス信号のデューティ比を制御すれば、従来からあるPFC回路と同等の機能が得られ、併せてフライバックトランス12による絶縁機能を有した直流安定化電源を実現することができる。この点が、本発明に係るスイッチング電源装置1の重要な着眼点の1つである。 One of the features of the switching power supply device 1 according to the present invention is that the function of the PFC circuit is added while basically maintaining this configuration. That is, on the primary side of the flyback transformer 12, the input voltage (the same voltage as the full-wave rectified voltage output from the rectifier circuit 102) and the input current are monitored, and the pulse applied to the FET 11 so that the waveforms of both are similar. By controlling the duty ratio of the signal, a function equivalent to that of a conventional PFC circuit can be obtained, and a DC stabilized power supply having an insulating function by the flyback transformer 12 can be realized. This is one of the important points of interest in the switching power supply device 1 according to the present invention.
図6は、本実施形態に係るスイッチング電源装置1において、力率改善効果と高調波抑圧効果が得られることを説明する図である。従来のPFC回路の動作(図3参照)との相違点は、電流波形が一次側コイル12aに流れる電流波形(図5(b))に置き換わっている点であるが、入力コンデンサ10で平滑されるため結局は電圧波形と相似な電流波形が得られる。この結果、図6(b)に示したように、コモンモードフィルタ400の入力端でみた交流電圧波形と交流電流波形は相似形となり、高調波は抑圧され、かつ力率はほぼ1となる。
FIG. 6 is a diagram for explaining that the power factor improvement effect and the harmonic suppression effect are obtained in the switching power supply device 1 according to the present embodiment. The difference from the operation of the conventional PFC circuit (see FIG. 3) is that the current waveform is replaced by the current waveform (FIG. 5B) flowing through the
本実施形態に係るスイッチング電源装置1によれば、上記のように高調波抑圧と力率改善が実現できることに加えて、交流電源と絶縁されたコンバータが1段構成となっているため、従来のように非絶縁型のPFC回路と絶縁型コンバータとの2段構成に比べると電源変換効率を向上させることができる。 According to the switching power supply device 1 according to the present embodiment, in addition to being able to achieve harmonic suppression and power factor improvement as described above, the converter insulated from the AC power supply has a single-stage configuration. Thus, the power conversion efficiency can be improved as compared with the two-stage configuration of the non-insulated PFC circuit and the isolated converter.
また、従来の構成例では、図2に示したように、2つのチョークコイル201、301、2つのFET204、304、2つの平滑コンデンサ203、306、及び絶縁トランス303を必要としている。これに対して、本実施形態に係るスイッチング電源装置1では、2つのチョークコイル201、301、及び絶縁トランス303を、1つのフライバックトランス12で置き換えた構成となっている。また、スイッチング素子(FET11)と平滑コンデンサ14もそれぞれ1つで十分な構成となっている。
Further, in the conventional configuration example, as shown in FIG. 2, two
このように、本実施形態に係るスイッチング電源装置1では大幅に部品点数が削減されており、装置の小型化や低コスト化が実現できる構成となっている。 Thus, in the switching power supply device 1 according to the present embodiment, the number of parts is greatly reduced, and the device can be reduced in size and cost.
本実施形態に係るスイッチング電源装置1は、連続モードで動作させることも可能である。 The switching power supply device 1 according to the present embodiment can also be operated in a continuous mode.
図7は、連続モードでのスイッチング動作を説明する図である。連続モードは、フライバックトランス12に蓄積されたエネルギーがゼロにならず、ある一定のレベルを中心にして増減する動作モードである。FET11がオンになったとき、一次側コイル12aに流れる入力電流は図7(b)に示したようにゼロからではなくある有限の値から増加を開始する。また、図7(c)に示したように、FET11がオフの期間に二次側コイル12bに流れる出力電流はゼロにならない。このため、一次側コイル12aに流れる電流と二次側コイル12bに流れる電流を合成した合成電流は、一定の直流レベルを中心に増減を繰り返す連続電流となる(図7(d)参照)。
FIG. 7 is a diagram illustrating the switching operation in the continuous mode. The continuous mode is an operation mode in which the energy accumulated in the flyback transformer 12 does not become zero but increases or decreases around a certain level. When the FET 11 is turned on, the input current flowing through the
なお、連続モードにおいても力率改善効果と高調波抑圧効果は断続モードと同様に得られる。図8はこのことを示す図であり、一次側コイル12aに流れる電流が三角波から台形状のスイッチング波形になっている点が異なるだけである。いずれの場合でも入力コンデンサ10でスイッチング周波数成分が除去された後の電流波形は電圧波形と相似形となる。コモンモードフィルタ400の入力端で見れば連続モードであっても断続モードであっても同じ波形となる。
Even in the continuous mode, the power factor improvement effect and the harmonic suppression effect can be obtained in the same manner as in the intermittent mode. FIG. 8 is a diagram showing this, except that the current flowing through the
ところで、制御回路17によるデューティ比制御では、入力電圧、入力電流、及び出力電圧を用いることに加えて、さらに出力電流を用いた制御としてもよい。
By the way, in the duty ratio control by the
例えば、入力電流のモニタ信号と出力電流のモニタ信号とを実際に合成し、これをデューティ比の制御に利用する方法が有効である。図9はこの様子を示す図である。入力電流は入力モニタ抵抗16によって検出され、制御回路17に入力される。一方、出力電流は出力電流モニタ抵抗20によって検出され、出力電圧・出力電流検出回路21に入力される。出力電流モニタ信号はここでレベル調整されフォトカプラ22を介して制御回路17に入力される(図9(c)にハッチングで示した信号)。
For example, it is effective to actually synthesize an input current monitor signal and an output current monitor signal and use them for duty ratio control. FIG. 9 is a diagram showing this state. The input current is detected by the
制御回路17では、入力電流のモニタ信号と出力電流のモニタ信号とが実際に合成され、図9(d)に示した連続波形がデューティ比の制御に利用される。市場に流通している汎用のコントローラ(制御回路)では、電流制御の入力信号として連続信号を前提としたものが多く、上述した合成処理によって汎用の安価なコントローラの利用も可能となる。
In the
また、連続モードで動作させた場合、二次側コイル12bに流れる出力電流が大きくゆっくりと変動するといった不安定な現象が発生する場合がある。このような現象を防止するためにも二次側の電流をフィードバックして制御する方法は有効である。 In addition, when operated in the continuous mode, an unstable phenomenon may occur in which the output current flowing through the secondary coil 12b varies greatly and slowly. In order to prevent such a phenomenon, a method of controlling by feeding back the secondary current is effective.
さらに、出力電流が所定の範囲を超えて大きく変動した場合、制御回路17で異常検出を行い、その旨を知らせる異常信号を外部に出力するようにしてもよい。
Further, when the output current greatly fluctuates beyond a predetermined range, the
(3)第2の実施形態
図10は、第2の実施形態に係るスイッチング電源装置1aの構成例を示す図である。第2の実施形態に係るスイッチング電源装置1aは、第1の実施形態に係るスイッチング電源装置1の構成品のうち、スイッチング素子(FET11A)、トランスフォーマ(フライバックトランス12A)、及びダイオード13Aとで構成される第1の回路ユニット30Aと、これと同じ構成を有する第2の回路ユニット30Bを(n−1)個(nは、n≧2の整数)有する形態である。同一構成の合計n個の第1、第2の回路ユニットが互いに並列に接続されている。
(3) Second Embodiment FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration example of a switching power supply device 1a according to a second embodiment. The switching power supply device 1a according to the second embodiment includes a switching element (FET 11A), a transformer (
また、制御回路17aからは、n個の第1、第2の回路ユニットの各FETに対して、パルス信号の周期をTとしたとき、周期Tを概ねn等分したT/nのパルス幅をもつパルス信号を、位相をT/nずつシフトさせて供給する構成としている。
Further, the
図10は、nが2の場合の構成(即ち、第1の回路ユニット30Aと1つの第2の回路ユニット30Bとを有する構成)の例を示す図である。
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a configuration in which n is 2 (that is, a configuration having the
図11は、図10の構成例に対応する各部のスイッチング動作を示す図である。図11(a)から(c)が第1の回路ユニット30Aに対応する波形であり、図11(a)がFET11A用のスイッチングパルス信号、図11(b)がフライバックトランス12Aの一次側コイル12aAに流れる電流(即ち、第1の回路ユニット30Aの入力電流)、図11(c)がフライバックトランス12Aの二次側コイル12bAに流れる電流(即ち、第1の回路ユニット30Aの出力電流)である。
FIG. 11 is a diagram illustrating a switching operation of each unit corresponding to the configuration example of FIG. FIGS. 11A to 11C show waveforms corresponding to the
同様に、図11(d)から(f)が第2の回路ユニット30Bに対応する波形であり、図11(d)がFET11B用のスイッチングパルス信号、図11(e)がフライバックトランス12Bの一次側コイル12aBに流れる電流(即ち、第2の回路ユニット30Bの入力電流)、図11(f)がフライバックトランス12Bの二次側コイル12bBに流れる電流(即ち、第2の回路ユニット30Bの出力電流)である。なお、第1、第2の回路ユニット30A,30Bはいずれも連続モードで動作させている。
Similarly, FIGS. 11D to 11F show waveforms corresponding to the
図10の構成例では、第1、第2の回路ユニットの合計数は2であり、前述したように各FET11A、11Bに対しては、パルス幅がT/2で、位相もT/2だけシフトしたパルス信号が印加されている(図11(a)、(d)参照)。 In the configuration example of FIG. 10, the total number of the first and second circuit units is 2, and as described above, for each FET 11A, 11B, the pulse width is T / 2 and the phase is only T / 2. A shifted pulse signal is applied (see FIGS. 11A and 11D).
この結果、各フライバックトランス12A、12Bに対しては、半周期毎にオン、オフされるパルス電流が流れ、それぞれの入力電流や出力電流を合成した合成信号は、図11(g)、(h)に示したように連続した電流となる。
As a result, a pulse current that is turned on and off every half cycle flows through the
第2の実施形態に係るスイッチング電源装置1aでは、合成された入力電流、出力電流はいずれも連続した電流となるため、スイッチングによるリップルが抑圧される。 In the switching power supply device 1a according to the second embodiment, since the combined input current and output current are both continuous currents, ripples due to switching are suppressed.
また、出力電流が連続しているため平均電流としては大きな値となり、同じ出力電圧であっても電流が断続する場合に比べるとより多くの直流電力を得ることができる。また、同じ直流電力を得ようとした場合、電流が断続する場合に比べるとより小さな出力電圧ですむため、平滑コンデンサ14等の部品が小型にできるという利点がある。
Further, since the output current is continuous, the average current becomes a large value, and even if the output voltage is the same, more DC power can be obtained as compared with the case where the current is intermittent. In addition, when trying to obtain the same DC power, a smaller output voltage is required as compared with the case where the current is intermittent, and therefore there is an advantage that parts such as the smoothing
以上説明してきたように、本実施形態に係るスイッチング電源装置1、1aによれば、高調波抑制機能を有するPFC回路と絶縁型DC/DCコンバータとを一体化して1段構成とし、高い電源変換効率を得ることができると共に、小型化及び低コスト化を実現することができる。 As described above, according to the switching power supply devices 1 and 1a according to the present embodiment, the PFC circuit having the harmonic suppression function and the insulated DC / DC converter are integrated into a single stage configuration, and high power conversion is achieved. Efficiency can be obtained, and miniaturization and cost reduction can be realized.
なお、本発明は上記の実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments as they are, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, the constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.
1、1a スイッチング電源装置
10 入力コンデンサ
11 FET(スイッチング素子)
12 フライバックトランス(トランスフォーマ)
13 ダイオード
14 平滑コンデンサ
15 入力電圧モニタ抵抗
16 入力電流モニタ抵抗
17 制御回路
18、19 分圧抵抗
20 出力電流モニタ抵抗
22 フォトカプラ
30A 第1の回路ユニット
30B 第2の回路ユニット
101 交流電源
102 整流回路
104 負荷
400 コモンモードフィルタ
1, 1a Switching
12 Flyback transformer (transformer)
13
Claims (8)
交流電源を整流する整流回路と、
一次側コイルの一端が前記整流回路の正極端子に接続され、前記一次側コイルと二次側コイルとが逆極性に構成されたトランスフォーマと、
一端が前記整流回路の負極端子に接続され、他端が前記一次側コイルの他端に接続され、パルス信号によって前記一次側コイルに流れる電流をオン、オフするスイッチング素子と、
前記一次側コイルに電流が流れているときに前記二次側コイルの電流を阻止するように、前記二次側コイルの一端にアノードが接続されるダイオードと、
一端が前記ダイオードのカソードに接続され、他端が前記二次側コイルの他端に接続される平滑コンデンサと、
を備えたことを特徴とするスイッチング電源装置。 In a switching power supply unit comprising an active type power factor correction converter and an isolated type DC / DC converter in a single stage,
A rectifier circuit for rectifying an AC power supply;
A transformer in which one end of the primary side coil is connected to the positive terminal of the rectifier circuit, and the primary side coil and the secondary side coil are configured to have opposite polarities;
One end is connected to the negative terminal of the rectifier circuit, the other end is connected to the other end of the primary side coil, a switching element for turning on and off the current flowing through the primary side coil by a pulse signal;
A diode having an anode connected to one end of the secondary side coil so as to block the current of the secondary side coil when a current flows through the primary side coil;
A smoothing capacitor having one end connected to the cathode of the diode and the other end connected to the other end of the secondary coil;
A switching power supply device comprising:
前記制御回路は、
前記整流回路の前記正極端子と前記負極端子との間に生じる入力電圧、前記正極端子から前記負極端子に流れる入力電流、及び前記平滑コンデンサの両端に生じる出力電圧をモニタし、
前記入力電圧の電圧波形と前記入力電流の電流波形とが相似となるように、かつ前記出力電圧が所定の電圧値となるように前記パルス信号のデューティ比を制御する、
ことを特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源装置。 A control circuit for controlling a duty ratio of the pulse signal;
The control circuit includes:
Monitoring an input voltage generated between the positive terminal and the negative terminal of the rectifier circuit, an input current flowing from the positive terminal to the negative terminal, and an output voltage generated at both ends of the smoothing capacitor;
The duty ratio of the pulse signal is controlled so that the voltage waveform of the input voltage and the current waveform of the input current are similar and the output voltage has a predetermined voltage value.
The switching power supply device according to claim 1.
前記二次側コイルを流れる出力電流をさらにモニタし、
前記スイッチング素子がオンのときに前記一次側コイルに流れる入力電流と、前記スイッチング素子がオフのときに前記二次側コイルに流れる出力電流とを合成した合成電流が所定の電流値となるように前記パルス信号のデューティ比をさらに制御する、
ことを特徴とする請求項2に記載のスイッチング電源装置。 The control circuit includes:
Further monitoring the output current flowing through the secondary coil,
A combined current obtained by synthesizing an input current flowing through the primary coil when the switching element is on and an output current flowing through the secondary coil when the switching element is off has a predetermined current value. Further controlling the duty ratio of the pulse signal;
The switching power supply device according to claim 2.
前記二次側コイルを流れる出力電流をさらにモニタし、
前記出力電流が所定の閾値を超えたときにはその旨を通知する異常信号を出力する、
ことを特徴とする請求項2に記載のスイッチング電源装置。 The control circuit includes:
Further monitoring the output current flowing through the secondary coil,
When the output current exceeds a predetermined threshold value, an abnormal signal is notified to that effect.
The switching power supply device according to claim 2.
ことを特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源装置。 An intermittent mode in which the current flowing in the secondary coil is intermittent during the period in which the switching element is off, and a continuous mode in which the current flowing in the secondary coil is not interrupted even in the period in which the switching element is off, It can operate in any mode,
The switching power supply device according to claim 1.
前記制御回路は、
合計n個の前記第1及び第2の回路ユニットの各スイッチング素子に対して、前記パルス信号の周期Tを略n等分したパルス幅のパルスをT/nずつ位相をシフトさせて供給する、
ことを特徴とする請求項2に記載のスイッチング電源装置。 A first circuit unit composed of the transformer, the switching element, and the diode is connected in parallel to each other, and has (n−1) (n ≧ 2) second circuit units having the same configuration as the first circuit unit. Further comprising two circuit units,
The control circuit includes:
A pulse having a pulse width obtained by dividing the period T of the pulse signal by approximately n equally is supplied to each of the switching elements of the total of n first and second circuit units by shifting the phase by T / n.
The switching power supply device according to claim 2.
ことを特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源装置。 A common mode filter is further provided on the input side of the rectifier circuit,
The switching power supply device according to claim 1.
ことを特徴とする請求項3に記載のスイッチング電源装置。 The signal for monitoring the output voltage and the signal for monitoring the output current are input to the control circuit via a photocoupler.
The switching power supply device according to claim 3.
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Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012029535A (en) * | 2010-07-27 | 2012-02-09 | Panasonic Electric Works Co Ltd | Power supply device, and illumination device having the same |
JP2012075204A (en) * | 2010-09-27 | 2012-04-12 | Panasonic Corp | Power supply device, and luminaire using the same |
JP2013201831A (en) * | 2012-03-26 | 2013-10-03 | Nichicon Corp | Charging device |
WO2014094289A1 (en) * | 2012-12-21 | 2014-06-26 | Chen Weilun | Single-pole switch power source |
JP2019017231A (en) * | 2017-07-11 | 2019-01-31 | Tdk株式会社 | Electronic apparatus |
JP2020137322A (en) * | 2019-02-22 | 2020-08-31 | Ntn株式会社 | Pwm control apparatus for switching power supply |
WO2022050226A1 (en) * | 2020-09-02 | 2022-03-10 | ヤマハ株式会社 | Switching power source device |
-
2008
- 2008-11-18 JP JP2008294657A patent/JP2010124567A/en active Pending
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012029535A (en) * | 2010-07-27 | 2012-02-09 | Panasonic Electric Works Co Ltd | Power supply device, and illumination device having the same |
JP2012075204A (en) * | 2010-09-27 | 2012-04-12 | Panasonic Corp | Power supply device, and luminaire using the same |
JP2013201831A (en) * | 2012-03-26 | 2013-10-03 | Nichicon Corp | Charging device |
WO2014094289A1 (en) * | 2012-12-21 | 2014-06-26 | Chen Weilun | Single-pole switch power source |
CN104871421A (en) * | 2012-12-21 | 2015-08-26 | 陈威伦 | Single-pole switch power source |
JP2016500506A (en) * | 2012-12-21 | 2016-01-12 | チェン ウェイルン | Single pole switch power supply |
US9685872B2 (en) | 2012-12-21 | 2017-06-20 | Weilun Chen | Single-pole switch power source |
JP2019017231A (en) * | 2017-07-11 | 2019-01-31 | Tdk株式会社 | Electronic apparatus |
JP2020137322A (en) * | 2019-02-22 | 2020-08-31 | Ntn株式会社 | Pwm control apparatus for switching power supply |
JP7300278B2 (en) | 2019-02-22 | 2023-06-29 | Ntn株式会社 | PWM controller for switching power supply |
WO2022050226A1 (en) * | 2020-09-02 | 2022-03-10 | ヤマハ株式会社 | Switching power source device |
JP7392864B2 (en) | 2020-09-02 | 2023-12-06 | ヤマハ株式会社 | switching power supply |
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