JP2001197738A - Switching power supply circuit - Google Patents

Switching power supply circuit

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JP2001197738A
JP2001197738A JP2000009988A JP2000009988A JP2001197738A JP 2001197738 A JP2001197738 A JP 2001197738A JP 2000009988 A JP2000009988 A JP 2000009988A JP 2000009988 A JP2000009988 A JP 2000009988A JP 2001197738 A JP2001197738 A JP 2001197738A
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JP
Japan
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switching
winding
voltage
circuit
power supply
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JP2000009988A
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Japanese (ja)
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Masayuki Yasumura
昌之 安村
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a switching power supply circuit which can receive an input voltage over a wide range and can meet actual use conditions corresponding to an AC input voltage fluctuation. SOLUTION: A power factor improving circuit, in which a power supply circuit, a so-called push-pull switching frequency control composite resonance converter, is provided, has a magnetic coupling transformer MCT. A switching output voltage obtained in a primary resonance circuit is fed back by a magnetic coupling method, and the changeover between a push-pull operation and a single end operation is practiced by a switching operation changeover means according to an AC input voltage.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、力率改善回路を備
えたスイッチング電源回路に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a switching power supply circuit having a power factor correction circuit.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より交流入力電圧が100V系と2
00V系共用のワイドレンジ対応力率改善ソフトスイッ
チング電源は電流共振形コンバータと静電結合あるいは
磁気結合形力率改善回路を組み合わせて種々の回路が構
成されている。まず図10〜図19により、各種のスイ
ッチング電源回路の構成及び問題点を説明する。
2. Description of the Related Art Conventionally, an AC input voltage of 100 V system and 2
A wide range power factor improving soft switching power supply commonly used for the 00V system has various circuits configured by combining a current resonance type converter and an electrostatic coupling or magnetic coupling type power factor improving circuit. First, the configurations and problems of various switching power supply circuits will be described with reference to FIGS.

【0003】図10、図11はそれぞれ従来の電流共振
形コンバータと電力帰還方式力率改善回路を組み合わせ
た力率改善ソフトスイッチング電源を示しており、図1
0は静電結合形の力率改善回路20を採用した方式で、
また図11は磁気結合形の力率改善回路21を採用した
方式である。
FIGS. 10 and 11 show a power factor improving soft switching power supply in which a conventional current resonance type converter and a power feedback type power factor improving circuit are combined, respectively.
0 is a system employing an electrostatic coupling type power factor improving circuit 20,
FIG. 11 shows a system using a power factor improving circuit 21 of a magnetic coupling type.

【0004】この図10、図11に示す電源回路におい
ては、商用交流電源ACを全波整流するブリッジ整流回
路Diが備えられている。この場合、ブリッジ整流回路
Diにより整流された整流出力は、力率改善回路20ま
たは21を介して平滑コンデンサCiに充電され、平滑
コンデンサCiの両端には、交流入力電圧VACの1倍の
レベルに対応する整流平滑電圧Eiが得られることにな
る。また、この整流平滑回路(Di,Ci)に対して
は、その整流電流経路に対して突入電流制限抵抗Riが
挿入されており、例えば電源投入時に平滑コンデンサに
流入する突入電流を抑制するようにしている。
The power supply circuits shown in FIGS. 10 and 11 are provided with a bridge rectifier circuit Di for performing full-wave rectification of a commercial AC power supply AC. In this case, the rectified output rectified by the bridge rectifier circuit Di is charged to the smoothing capacitor Ci via the power factor correction circuit 20 or 21, and both ends of the smoothing capacitor Ci have a level of one time of the AC input voltage VAC. A corresponding rectified smoothed voltage Ei is obtained. Also, in the rectifying / smoothing circuit (Di, Ci), an inrush current limiting resistor Ri is inserted in the rectification current path so as to suppress an inrush current flowing into the smoothing capacitor when the power is turned on, for example. ing.

【0005】また、この図10、図11のスイッチング
電源回路では、平滑コンデンサCiの両端電圧である整
流平滑電圧Eiを動作電源とする自励式の電流共振形コ
ンバータが備えられる。そしてこの電流共振形コンバー
タにおいては、図のように2つのバイポーラトランジス
タによるスイッチング素子Q100、Q200をハーフブリッ
ジ結合した上で、平滑コンデンサCiの正極側の接続点
とアース間に対して挿入するようにして接続されてい
る。なおクランプダイオードDD100,DD200が、それぞ
れスイッチング素子Q100,Q200のエミッタ−コレクタ
間に対して並列に接続される。そしてスイッチング素子
Q100、Q200は、それぞれ制御回路1からの信号に基づ
いて所要のスイッチング周波数でスイッチング動作を行
う。
Further, the switching power supply circuits shown in FIGS. 10 and 11 are provided with a self-excited current resonance type converter using a rectified smoothed voltage Ei, which is a voltage across a smoothing capacitor Ci, as an operating power supply. In this current resonance type converter, the switching elements Q100 and Q200 of two bipolar transistors are half-bridge-coupled as shown in the figure, and then inserted between the connection point on the positive side of the smoothing capacitor Ci and the ground. Connected. Note that clamp diodes DD100 and DD200 are connected in parallel between the emitter and collector of switching elements Q100 and Q200, respectively. The switching elements Q100 and Q200 perform a switching operation at a required switching frequency based on a signal from the control circuit 1, respectively.

【0006】絶縁コンバータトランスPIT (Power Is
olation Transformer)は、スイッチング素子Q100、Q2
00のスイッチング出力を二次側に伝送する。すなわち、
平滑コンデンサCiの端子電圧を動作電源としてスイッ
チング素子Q100、Q200が交互に開閉を繰り返すことに
よって、絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1
に共振電流波形に近いドライブ電流を供給し、二次巻線
N2に交番出力を得る。この絶縁コンバータトランスP
ITの一次巻線N1 の一端は、スイッチング素子Q100
のエミッタとスイッチング素子Q200のコレクタの接点
(スイッチング出力点)に接続されることで、スイッチ
ング出力が得られるようにされる。
[0006] Insulated converter transformer PIT (Power Is
olation Transformer) is the switching element Q100, Q2
The switching output of 00 is transmitted to the secondary side. That is,
The switching elements Q100 and Q200 alternately open and close with the terminal voltage of the smoothing capacitor Ci as the operating power supply, thereby forming the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT.
To supply a drive current close to the resonance current waveform to obtain an alternating output to the secondary winding N2. This insulation converter transformer P
One end of the primary winding N1 of the IT is connected to the switching element Q100.
Is connected to the contact point (switching output point) between the emitter of the switching element Q200 and the collector of the switching element Q200, so that a switching output can be obtained.

【0007】また、一次巻線N1 の他端は、直列共振コ
ンデンサC100を介して、力率改善回路20(または2
1)に接続されている。この場合、上記直列共振コンデ
ンサC100及び一次巻線N1 は直列に接続されている
が、この直列共振コンデンサC100のキャパシタンス及
び一次巻線N1 (直列共振巻線)を含む絶縁コンバータ
トランスPITの漏洩インダクタンス(リーケージイン
ダクタンス)成分により、スイッチングコンバータの動
作を電流共振形とするための一次側直列共振回路を形成
している。
The other end of the primary winding N1 is connected via a series resonance capacitor C100 to a power factor improving circuit 20 (or 2).
1). In this case, the series resonance capacitor C100 and the primary winding N1 are connected in series, but the capacitance of the series resonance capacitor C100 and the leakage inductance of the insulating converter transformer PIT including the primary winding N1 (series resonance winding) A leakage inductance component forms a primary side series resonance circuit for making the operation of the switching converter a current resonance type.

【0008】また、この図10、図11における絶縁コ
ンバータトランスPITの二次側では、二次巻線N2に
対してセンタータップを設けた上で、整流ダイオードD
O1,DO2及び平滑コンデンサCOを図のように接続する
ことで、全波整流回路が形成され、直流出力電圧EOが
生成される。制御回路1は、例えば二次側の直流電圧出
力EOのレベルに応じてそのレベルが可変されるよう
に、スイッチング素子Q100、Q200のスイッチング周波
数を制御することで、定電圧制御を行う。
On the secondary side of the insulated converter transformer PIT shown in FIGS. 10 and 11, a center tap is provided for the secondary winding N2, and a rectifying diode D2 is provided.
By connecting O1, DO2 and the smoothing capacitor CO as shown in the figure, a full-wave rectifier circuit is formed, and a DC output voltage EO is generated. The control circuit 1 performs constant voltage control by controlling the switching frequency of the switching elements Q100 and Q200 such that the level is varied according to the level of the DC voltage output EO on the secondary side, for example.

【0009】図10の場合における力率改善回路20
は、ブリッジ整流回路Diの正極出力端子と平滑コンデ
ンサCiの正極端子間に対して、フィルタチョークコイ
ルLN−高速リカバリ型ダイオードD1 が直列接続され
て挿入される。ここで、フィルタコンデンサCN はフィ
ルタチョークコイルLN −高速リカバリ型ダイオードD
1 の直列接続回路に対して並列に設けられる。そして、
このような接続形態によっても、フィルタコンデンサC
N はフィルタチョークコイルLN と共にノーマルモード
のローパスフィルタを形成している。また、共振コンデ
ンサC3 は、高速リカバリ型ダイオードD1 に対して並
列に設けられる。ここでは詳しい説明は省略するが、例
えば共振コンデンサC3 は例えばフィルタチョークコイ
ルLN 等と共に並列共振回路を形成するようにされ、そ
の共振周波数は後述する直列共振回路の共振周波数とほ
ぼ同等となるように設定される。これにより、負荷が軽
くなったときの整流平滑電圧Eiの上昇を抑制する作用
を有するものである。
The power factor improving circuit 20 in the case of FIG.
The filter choke coil LN and the high speed recovery type diode D1 are inserted in series between the positive output terminal of the bridge rectifier circuit Di and the positive terminal of the smoothing capacitor Ci. Here, the filter capacitor CN is composed of the filter choke coil LN and the fast recovery type diode D
It is provided in parallel with one series connection circuit. And
With such a connection form, the filter capacitor C
N forms a normal mode low-pass filter together with the filter choke coil LN. The resonance capacitor C3 is provided in parallel with the high-speed recovery type diode D1. Although a detailed description is omitted here, for example, the resonance capacitor C3 forms a parallel resonance circuit together with, for example, the filter choke coil LN and the like, so that its resonance frequency is substantially equal to the resonance frequency of the series resonance circuit described later. Is set. This has the effect of suppressing an increase in the rectified smoothed voltage Ei when the load is reduced.

【0010】この力率改善回路20に対しては、フィル
タチョークコイルLN と高速リカバリ型ダイオードD1
のアノードとの接続点に対して一次側直列共振回路(N
1,C100)の端部が接続される。
The power factor improving circuit 20 includes a filter choke coil LN and a high speed recovery type diode D1.
The primary side series resonance circuit (N
1, C100) are connected.

【0011】このような接続形態では、一次巻線N1 に
得られるスイッチング出力は、直列共振コンデンサC10
0の静電容量結合を介して、スイッチング出力を整流電
流経路に帰還されることになる。この場合には、フィル
タチョークコイルLN と高速リカバリ型ダイオードD1
のアノードとの接続点に対して、一次巻線N1に得られ
た共振電流が流れるように帰還されて、スイッチング出
力が印加される。
In such a connection form, the switching output obtained from the primary winding N1 is connected to the series resonance capacitor C10.
The switching output is fed back to the rectified current path via the zero capacitive coupling. In this case, the filter choke coil LN and the fast recovery type diode D1
Is fed back so that the resonance current obtained through the primary winding N1 flows, and a switching output is applied.

【0012】上記のようにしてスイッチング出力が帰還
されることで、整流電流経路にはスイッチング周期の交
番電圧が重畳されることになるが、このスイッチング周
期の交番電圧の重畳分によって、高速リカバリ型ダイオ
ードD1 では整流電流をスイッチング周期で断続する動
作が得られることになり、この断続作用により見掛け上
のフィルタチョークコイルLN のインダクタンスも上昇
することになる。また、共振コンデンサC3にはスイッ
チング周期の電流が流れることでその両端に電圧が発生
するが、整流平滑電圧Eiのレベルは、この共振コンデ
ンサC3の両端電圧だけ引き下げられることになる。こ
れにより、整流出力電圧レベルが平滑コンデンサCiの
両端電圧よりも低いとされる期間にも平滑コンデンサC
iへの充電電流が流れるようにされる。この結果、交流
入力電流の平均的な波形が交流入力電圧の波形に近付く
ようにされて交流入力電流の導通角が拡大され、力率改
善が図られることになる。
When the switching output is fed back as described above, the alternating voltage of the switching cycle is superimposed on the rectified current path. In the diode D1, an operation of interrupting the rectified current in the switching cycle is obtained, and the apparent inductance of the filter choke coil LN also increases due to the interrupting action. Further, a voltage is generated at both ends of the resonance capacitor C3 when a current of a switching period flows through the resonance capacitor C3. However, the level of the rectified smoothed voltage Ei is reduced by the voltage across the resonance capacitor C3. Accordingly, even during the period when the rectified output voltage level is lower than the voltage across the smoothing capacitor Ci, the smoothing capacitor C
The charging current to i flows. As a result, the average waveform of the AC input current is made closer to the waveform of the AC input voltage, the conduction angle of the AC input current is enlarged, and the power factor is improved.

【0013】また図11の場合における力率改善回路2
1は、ブリッジ整流回路Diの正極出力端子と平滑コン
デンサCiの正極端子間に対して、フィルタチョークコ
イルLN −高速リカバリ型ダイオードD1 −チョークコ
イルLS が直列接続されて挿入される。フィルタコンデ
ンサCN は高速リカバリ型ダイオードD1 のアノード
側と平滑コンデンサCiの正極端子間に対して挿入され
ることで、フィルタチョークコイルLN と共にノーマル
モードのローパスフィルタを形成している。また共振コ
ンデンサC3 は、高速リカバリ型ダイオードD1 に対し
て直列に設けられる。
A power factor improving circuit 2 in the case of FIG.
Reference numeral 1 denotes a filter choke coil LN, a high-speed recovery type diode D1, and a choke coil LS which are connected in series between a positive output terminal of the bridge rectifier circuit Di and a positive terminal of the smoothing capacitor Ci. The filter capacitor CN is inserted between the anode side of the high-speed recovery diode D1 and the positive terminal of the smoothing capacitor Ci to form a normal mode low-pass filter together with the filter choke coil LN. The resonance capacitor C3 is provided in series with the high-speed recovery type diode D1.

【0014】この力率改善回路21に対しては、高速リ
カバリ型ダイオードD1 のカソードとチョークコイルL
Sの接続点に対して、一次側の直列共振回路(N1,C10
0)の端部が接続される。すなわち、直列共振回路(N
1,C100)に供給されたスイッチング出力をチョークコ
イルLS 自体が有するとされる誘導性リアクタンス(磁
気結合)を介して整流電流経路に帰還するようにされ
る。
For the power factor correction circuit 21, the cathode of the high-speed recovery type diode D1 and the choke coil L
The primary side series resonance circuit (N1, C10
0) is connected. That is, the series resonance circuit (N
1, C100) is fed back to the rectified current path via an inductive reactance (magnetic coupling) assumed to be possessed by the choke coil LS itself.

【0015】上記のようにして帰還されたスイッチング
出力により、整流電流経路にはスイッチング周期の交番
電圧が重畳されることになるが、このスイッチング周期
の交番電圧の重畳分によって、高速リカバリ型ダイオー
ドD1 では整流電流をスイッチング周期で断続する動作
が得られることになり、この断続作用により見掛け上の
フィルタチョークコイルLN,チョークコイルLS のイ
ンダクタンスも上昇することになる。これにより、整流
出力電圧レベルが平滑コンデンサCiの両端電圧よりも
低いとされる期間にも平滑コンデンサCiへの充電電流
が流れるようにされる。この結果、交流入力電流の平均
的な波形が交流入力電圧の波形に近付くようにされて交
流入力電流の導通角が拡大される結果、力率改善が図ら
れることになる。
The switching output fed back as described above causes the alternating voltage of the switching cycle to be superimposed on the rectified current path. The superimposed voltage of the switching cycle causes the high speed recovery type diode D1 to be superimposed. In this case, an operation of interrupting the rectified current in the switching cycle is obtained, and the apparent inductance of the filter choke coil LN and choke coil LS also increases due to the intermittent action. This allows the charging current to flow to the smoothing capacitor Ci even during a period in which the rectified output voltage level is lower than the voltage across the smoothing capacitor Ci. As a result, the average waveform of the AC input current is made closer to the waveform of the AC input voltage, and the conduction angle of the AC input current is increased. As a result, the power factor is improved.

【0016】ここで図12は、これら図10、図11の
スイッチング電源回路における交流入力電圧VAC=10
0V時と、VAC=230V時の交流入力電流の動作波形
を示し、また図13は、力率PF−交流入力電圧VAC特
性を示している。これらの図から分かるように、交流入
力電圧VAC=100V時に力率PF=0.85に設定し
ても、交流入力電圧VAC=230Vの場合は、力率PF
=0.65に低下してしまう。これはすなわち、100
V系〜200V系にわたって安定的に高力率が得られな
いことも意味する。したがって図10、図11のスイッ
チング電源回路は、100V系と200V系共用のワイ
ドレンジ対応力率改善ソフトスイッチング電源としては
適切ではない。
FIG. 12 shows an AC input voltage VAC = 10 in the switching power supply circuits of FIGS. 10 and 11.
Operating waveforms of the AC input current at 0 V and VAC = 230 V are shown, and FIG. 13 shows a power factor PF-AC input voltage VAC characteristic. As can be seen from these figures, even when the power factor PF is set to 0.85 when the AC input voltage VAC is 100 V, the power factor PF is changed when the AC input voltage VAC is 230 V.
= 0.65. This means that
It also means that a high power factor cannot be stably obtained over a V system to a 200 V system. Therefore, the switching power supply circuits of FIGS. 10 and 11 are not suitable as a wide range power factor improving soft switching power supply commonly used for the 100 V system and the 200 V system.

【0017】これに対して、図14は直列共振回路(L
30、C30)を追加して、チョークコイルL30と共振コン
デンサC30の直列共振電流I01を、力率改善回路20の
高速リカバリ型ダイオードD1とコンデンサC3の並列接
続点に電力帰還するようにしたものである。なお、以降
各図の説明において、既に説明した図における電源回路
と同一部分は同一符号を付して説明を省略する。
FIG. 14 shows a series resonance circuit (L
30 and C30), so that the series resonance current I01 of the choke coil L30 and the resonance capacitor C30 is fed back to the parallel connection point of the high-speed recovery type diode D1 and the capacitor C3 of the power factor correction circuit 20. is there. In the following description of each drawing, the same portions as those of the power supply circuit in the drawings already described are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

【0018】この電源回路では、スイッチング素子Q10
1,Q201のスイッチング動作を電流共振形とするために
設けられる直列共振回路(N1,C100)は、その一次巻
線N1 の一端が共振コンデンサC100を介してスイッチ
ング素子Q101,Q201のソース−ドレインの接続点(ス
イッチング出力点)に対して接続され、その他端は一次
側アースに接地されることにより、スイッチング出力が
供給されるようにされている。さらに上記のように直列
共振回路(L30、C30)が追加され、直列共振電流I01
が力率改善回路20に電力帰還される。
In this power supply circuit, the switching element Q10
1. A series resonance circuit (N1, C100) provided to make the switching operation of Q201 a current resonance type has one end of a primary winding N1 connected to the source-drain of switching elements Q101, Q201 via a resonance capacitor C100. A switching output is supplied by being connected to a connection point (switching output point) and being grounded to the primary side ground at the other end. Further, the series resonance circuit (L30, C30) is added as described above, and the series resonance current I01
Is fed back to the power factor correction circuit 20.

【0019】なお、スイッチング素子Q101,Q201は、
そのゲートに対してスタート回路3からのトリガに基づ
いてドライブ・発振回路2から所要のスイッチング周波
数の駆動パルスが供給されることにより、交互にオン/
オフのスイッチングを行う。また制御回路1は、二次側
の直流電圧出力EOのレベルに応じてそのレベルが可変
されるように、ドライブ・発振回路2からスイッチング
素子Q101、Q201に供給されるパルス周波数(スイッチ
ング周波数)を制御することで、定電圧制御を行う。
The switching elements Q101 and Q201 are
A drive pulse having a required switching frequency is supplied from the drive / oscillation circuit 2 to the gate based on a trigger from the start circuit 3 to alternately turn on / off.
Performs off switching. Further, the control circuit 1 changes the pulse frequency (switching frequency) supplied from the drive / oscillation circuit 2 to the switching elements Q101 and Q201 so that the level is varied according to the level of the secondary-side DC voltage output EO. By controlling, constant voltage control is performed.

【0020】この図14の電源回路についての力率PF
−交流入力電圧VAC特性、及び力率PF−負荷電力Po
特性を図15(a)(b)に示す。図15(a)(b)
から分かるように、この電源回路の場合、負荷電力Po
=113W〜47Wの変動に対して交流入力電圧VAC=
100Vの場合と交流入力電圧VAC=230Vの場合
で、共に力率PFはほぼ0.7以上となり、十分なもの
となっている。しかしながら、この電源回路では一次側
直列共振電流I02と電力帰還用直列共振電流I01が重畳
してスイッチング素子Q101,Q201に流れるため、スイ
ッチング素子Q101,Q201のスイッチング損失が増加
し、電力変換効率が低下する。したがって、負荷電力P
oが100W程度以下の軽負荷にしか適用できない方式
であるといえる。
The power factor PF of the power supply circuit shown in FIG.
-AC input voltage VAC characteristics and power factor PF-Load power Po
The characteristics are shown in FIGS. FIGS. 15A and 15B
As can be seen from the figure, in the case of this power supply circuit, the load power Po
= AC input voltage VAC for fluctuations of 113W to 47W =
In both the case of 100 V and the case of AC input voltage VAC = 230 V, the power factor PF is approximately 0.7 or more, which is sufficient. However, in this power supply circuit, since the primary side series resonance current I02 and the power feedback series resonance current I01 overlap and flow through the switching elements Q101 and Q201, the switching loss of the switching elements Q101 and Q201 increases and the power conversion efficiency decreases. I do. Therefore, the load power P
It can be said that this is a method that can be applied only to light loads of about 100 W or less.

【0021】負荷電力Poが200W以上の重負荷の場
合は図16に示すように交流ラインに電力帰還方式力率
改善回路を挿入し、4組の整流ダイオード(D101〜D1
04)と2組の平滑用電解コンデンサ(Ci1、Ci2)
と電磁パワーリレーRYによる倍圧/全波整流回路切り
替え方式とすれば、交流入力電圧VACが100V系と2
00V系のワイドレンジ対応が可能となる。
When the load power Po is a heavy load of 200 W or more, a power feedback type power factor correction circuit is inserted into the AC line as shown in FIG. 16 to provide four sets of rectifier diodes (D101 to D1).
04) and two sets of electrolytic capacitors for smoothing (Ci1, Ci2)
And the double voltage / full-wave rectifier circuit switching method using the electromagnetic power relay RY, the AC input voltage VAC is 100 V
A wide range of 00V system can be supported.

【0022】すなわち図16の電源回路は、力率改善回
路22においては、商用交流電源ACの正極入力ライン
に直列にフィルタチョークコイルLN が挿入されてお
り、商用交流電源ACに対して並列に接続されるフィル
タコンデンサCN と共にノーマルモードのローパスフ
ィルタを形成して、高調波電流が商用交流電源ACに流
れるのを阻止するようにしている。この場合には、力率
改善回路22において2本の並列共振コンデンサC31,
C32が設けられており、並列共振コンデンサC31は、整
流ダイオードD101に並列に挿入され、並列共振コンデ
ンサC32は整流ダイオードD102に並列に挿入される。
これら並列共振コンデンサC31,C32は、例えばフィル
タチョークコイルLN のインダクタンス等と共に並列共
振回路を形成するものとされ、この並列共振回路の共振
周波数は例えば後述する直列共振回路の共振周波数とほ
ぼ同様となるように設定される。
That is, in the power supply circuit of FIG. 16, in the power factor correction circuit 22, a filter choke coil LN is inserted in series with the positive input line of the commercial AC power supply AC, and is connected in parallel to the commercial AC power supply AC. A normal mode low-pass filter is formed together with the filter capacitor CN to prevent a harmonic current from flowing to the commercial AC power supply AC. In this case, two parallel resonance capacitors C31,
C32 is provided, the parallel resonance capacitor C31 is inserted in parallel with the rectifier diode D101, and the parallel resonance capacitor C32 is inserted in parallel with the rectifier diode D102.
The parallel resonance capacitors C31 and C32 form a parallel resonance circuit together with, for example, the inductance of the filter choke coil LN. The resonance frequency of the parallel resonance circuit is substantially the same as the resonance frequency of a series resonance circuit described later, for example. It is set as follows.

【0023】この場合、4本の整流ダイオードD101〜
D104によるブリッジ整流回路は、後述するようにして
力率改善動作に伴って整流電流経路にスイッチング周期
の高周波電流が流れることに対応して高速リカバリ型が
用いられている。整流ダイオードD101、D102の接続点
に対しては、絶縁コンバータトランスPITの一次巻線
N1 が直列共振コンデンサC100を介して接続されてお
り、一次巻線N1 に得られたスイッチングコンバータ
(後述)のスイッチング出力が直列共振コンデンサC10
0の静電容量結合を介して、整流電流経路に帰還される
ようにしている。
In this case, four rectifying diodes D101 to
As a bridge rectifier circuit using D104, a high-speed recovery type is used in response to a high-frequency current of a switching cycle flowing through a rectified current path along with a power factor improving operation as described later. The primary winding N1 of the insulated converter transformer PIT is connected to the connection point of the rectifier diodes D101 and D102 via the series resonance capacitor C100, and the switching of the switching converter (described later) obtained on the primary winding N1 is performed. Output is a series resonance capacitor C10
The signal is fed back to the rectified current path via the zero capacitive coupling.

【0024】この電源回路では、2本の平滑コンデンサ
Ci1,Ci2が直列に接続されて、上記ブリッジ整流
回路の正極出力端子と一次側アース間に挿入するように
設けられる。そして平滑コンデンサCi1,Ci2の接
続点は、スイッチSを介して、上記ブリッジ整流回路の
負極入力端子に対して接続される。直列接続された平滑
コンデンサCi1,Ci2の両端に得られる整流平滑電
圧は、後段の他励式による電流共振形コンバータに入力
される。電流共振形コンバータでは、入力された整流平
滑電圧に基づいてスイッチング動作を行い、最終的に安
定化された二次側直流出力電圧EOを出力する。
In this power supply circuit, two smoothing capacitors Ci1 and Ci2 are connected in series and provided so as to be inserted between the positive output terminal of the bridge rectifier circuit and the primary side ground. The connection point of the smoothing capacitors Ci1 and Ci2 is connected via a switch S to the negative input terminal of the bridge rectifier circuit. The rectified and smoothed voltage obtained at both ends of the smoothing capacitors Ci1 and Ci2 connected in series is input to a later-stage separately excited current resonance type converter. The current resonance converter performs a switching operation based on the input rectified and smoothed voltage, and finally outputs a stabilized secondary-side DC output voltage EO.

【0025】スイッチSは、倍電圧整流平滑動作と通常
の整流平滑動作を切り換えるために設けられ、電磁リレ
ーRYによりオン/オフ制御される。電磁リレーRY
は、リレー駆動回路40によって駆動される。このリレ
ー駆動回路40においては、商用交流電源ACを半波整
流する整流ダイオードD105及び平滑コンデンサC33か
らなる半波整流回路が備えられ、この半波整流回路の出
力と一次側アース間に対して抵抗R1、R2が直列に接
続される。この抵抗R1、R2の分圧点とトランジスタ
Q300のベース間にはツェナーダイオードZDが挿入され
る。この場合、商用交流電源ACに供給される交流入力
電圧VACがAC150V以上の場合に、抵抗R1、R2
で分圧される電圧値によってツェナーダイオードZDが
導通するように、上記各部品が選定されているものとさ
れる。つまり、上記各部品によって交流入力電圧レベル
がAC150V以上か否かを検出する電圧検出回路が形
成される。トランジスタQ300は電磁リレーRYを駆動
する。このトランジスタQ300のベースと一次側アース
間には、抵抗R3とコンデンサC34がそれぞれ接続され
ている。また、トランジスタQ300のコレクタは一次側
アースに接地される。またエミッタは電磁リレーRYを
介して、後述する絶縁コンバータトランスPITの三次
巻線N3、整流ダイオードD300及び平滑コンデンサC10
1により得られる低圧直流電圧のラインと接続されてい
る。電磁リレーRYに対しては逆方向電流を流すための
保護用ダイオードD5が並列に接続されている。
The switch S is provided for switching between a voltage doubler rectifying / smoothing operation and a normal rectifying / smoothing operation, and is controlled on / off by an electromagnetic relay RY. Electromagnetic relay RY
Are driven by the relay drive circuit 40. The relay drive circuit 40 includes a half-wave rectifier circuit including a rectifier diode D105 for half-wave rectifying the commercial AC power supply AC and a smoothing capacitor C33. A resistance is provided between the output of the half-wave rectifier circuit and the primary side ground. R1 and R2 are connected in series. A zener diode ZD is inserted between the voltage dividing points of the resistors R1 and R2 and the base of the transistor Q300. In this case, when the AC input voltage VAC supplied to the commercial AC power supply AC is 150 VAC or more, the resistors R1 and R2
It is assumed that the above components are selected so that the Zener diode ZD is turned on by the voltage value divided by the above. That is, a voltage detection circuit for detecting whether or not the AC input voltage level is equal to or higher than AC 150 V is formed by each of the above components. Transistor Q300 drives electromagnetic relay RY. A resistor R3 and a capacitor C34 are connected between the base of the transistor Q300 and the primary side ground. The collector of the transistor Q300 is grounded to the primary side ground. The emitter is connected via an electromagnetic relay RY to a tertiary winding N3, a rectifier diode D300 and a smoothing capacitor C10 of an insulation converter transformer PIT, which will be described later.
1 is connected to the line of the low-voltage DC voltage obtained. A protection diode D5 for flowing a reverse current is connected in parallel to the electromagnetic relay RY.

【0026】例えば、AC100V系としてAC150
V以下の交流入力電圧VACが供給されている場合、ツェ
ナーダイオードZDは導通しないことから、トランジス
タQ300ではベース電流が抵抗R3を介して流れるよう
にされてオン状態となる。これにより電磁リレーRYに
は、エミッタ電流が導通する。そして、電磁リレーRY
の励磁作用によってスイッチSはオン状態とされること
になる。これにより、平滑コンデンサCi1,Ci2の
接続点と上記ブリッジ整流回路の負極入力端子とがスイ
ッチSを介して接続されることになる。このような接続
形態では、交流入力電圧VACが正の期間では整流ダイオ
ードD102で整流した商用交流電源ACを平滑コンデン
サCi1に充電する整流電流経路が形成されることで、
平滑コンデンサCi1にはAC100V系の交流入力電
圧に相当するレベルの両端電圧が発生する。これに対し
て、交流入力電圧VACが負の期間では整流ダイオードD
101で整流した商用交流電源ACを平滑コンデンサCi
2に充電する整流電流経路が形成されることで、平滑コ
ンデンサCi2にもAC100V系の交流入力電圧に相
当するレベルの両端電圧が発生する。したがって、直列
接続された平滑コンデンサCi1−Ci2の両端には1
00V系のほぼ2倍に相当するレベルの整流平滑電圧E
iが発生する倍電圧整流平滑動作となる。
For example, as an AC100V system, AC150
When the AC input voltage VAC equal to or lower than V is supplied, the Zener diode ZD does not conduct, so that the base current of the transistor Q300 flows through the resistor R3, and the transistor Q300 is turned on. Thereby, the emitter current is conducted to the electromagnetic relay RY. And the electromagnetic relay RY
The switch S is turned on by the exciting action of. Thus, the connection point between the smoothing capacitors Ci1 and Ci2 and the negative input terminal of the bridge rectifier circuit are connected via the switch S. In such a connection form, when the AC input voltage VAC is positive, a rectification current path for charging the smoothing capacitor Ci1 with the commercial AC power supply AC rectified by the rectifier diode D102 is formed.
A voltage across the level corresponding to the AC input voltage of the AC 100 V system is generated in the smoothing capacitor Ci1. On the other hand, when the AC input voltage VAC is negative, the rectifier diode D
The commercial AC power supply AC rectified at 101 is converted to a smoothing capacitor Ci.
By forming a rectified current path for charging the capacitor 2, a voltage across the level corresponding to the AC input voltage of the AC 100 V system is also generated in the smoothing capacitor Ci 2. Therefore, 1 is connected to both ends of the smoothing capacitors Ci1-Ci2 connected in series.
Rectified smoothing voltage E at a level equivalent to almost twice that of the 00V system
The double voltage rectification smoothing operation in which i occurs is performed.

【0027】AC200V系としてAC150V以上の
交流入力電圧VACが供給されている場合では、ツェナー
ダイオードZDが導通することにより、トランジスタQ3
00のベース電位が所定以上に引き上げられてベース電流
が流れないようにされ、トランジスタQ300はオフとな
る。このため、トランジスタQ300のエミッタ電流は電
磁リレーRYを流れなくなり、スイッチSはオフ状態と
されることになる。この場合には、商用交流電源ACを
上記ブリッジ整流回路(整流ダイオードD101〜D104)
により全波整流して、平滑コンデンサCi1−Ci2の
直列接続に対して充電をする全波整流平滑動作となり、
交流入力電圧VACに対応するAC200V系の整流平滑
電圧Eiが得られることになる。
When an AC input voltage VAC of 150 V AC or more is supplied as an AC 200 V system, the Zener diode ZD is turned on, and the transistor Q3 is turned on.
The base potential of 00 is raised above a predetermined value so that the base current does not flow, and the transistor Q300 is turned off. Therefore, the emitter current of the transistor Q300 does not flow through the electromagnetic relay RY, and the switch S is turned off. In this case, the commercial AC power supply AC is connected to the bridge rectifier circuit (rectifier diodes D101 to D104).
And a full-wave rectification smoothing operation of charging the series connection of the smoothing capacitors Ci1-Ci2,
The rectified smoothed voltage Ei of the AC 200 V system corresponding to the AC input voltage VAC is obtained.

【0028】この図に示すスイッチングコンバータは他
励式による電流共振形コンバータとされる。この電流共
振形コンバータでは、例えばMOS−FETによる2石
のスイッチング素子Q101、Q201がハーフブリッジ結合
されて備えられている。これらスイッチング素子Q10
1、Q201は、発振ドライブ回路2によって交互にオン/
オフ動作が繰り返されるようにスイッチング駆動され
て、整流平滑電圧Eiを断続してスイッチング出力とす
る。なお、各スイッチング素子Q101、Q201のドレイン
−ソース間に対して図に示す方向に対して並列にダンパ
ーダイオードD101、D201が備えられる。
The switching converter shown in this figure is a separately excited current resonance type converter. In this current resonance type converter, for example, two switching elements Q101 and Q201 formed by MOS-FETs are provided in a half-bridge connection. These switching elements Q10
1, Q201 is alternately turned on / off by the oscillation drive circuit 2.
The switching drive is performed so that the OFF operation is repeated, and the rectified smoothed voltage Ei is intermittently turned into a switching output. Note that damper diodes D101 and D201 are provided in parallel with the direction shown in the drawing between the drain and source of each of the switching elements Q101 and Q201.

【0029】スイッチング素子Q101、Q201のソース−
ドレインの接続点(スイッチング出力点)に対しては、
絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1 の一端
が接続されて、この一次巻線N1 に対してスイッチン
グ出力を供給するようにされる。また、絶縁コンバータ
トランスPITの一次巻線N1 は直列共振コンデンサ
C100と直列に接続され、この直列共振コンデンサC100
のキャパシタンス及び一次巻線N1 を含む絶縁コンバ
ータトランスPITの漏洩インダクタンス成分により、
スイッチング電源回路を電流共振形とするための直列共
振回路を形成している。
Sources of the switching elements Q101 and Q201
For the drain connection point (switching output point),
One end of a primary winding N1 of the insulated converter transformer PIT is connected to supply a switching output to the primary winding N1. The primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT is connected in series with the series resonance capacitor C100.
And the leakage inductance component of the insulated converter transformer PIT including the primary winding N1,
A series resonance circuit for forming the switching power supply circuit into a current resonance type is formed.

【0030】絶縁コンバータトランスPITは、一次巻
線N1 に供給されたスイッチング出力により得られる
交番電圧を二次側に転送する。絶縁コンバータトランス
PITの二次側では、上記図10、図11、図14の場
合と同様に直流出力電圧EOを得る。
The insulating converter transformer PIT transfers the alternating voltage obtained by the switching output supplied to the primary winding N1 to the secondary side. On the secondary side of the insulated converter transformer PIT, a DC output voltage EO is obtained as in the cases of FIGS.

【0031】起動回路3は、電源投入直後に整流平滑ラ
インに得られる電圧あるいは電流を検出して、発振ドラ
イブ回路2を起動させるために設けられており、この起
動回路3には、動作電源として絶縁コンバータトランス
PITに設けられた三次巻線N3と整流ダイオードD30
0、及び平滑コンデンサC101により供給される低圧直流
電圧が供給される。
The starting circuit 3 is provided for detecting the voltage or current obtained on the rectifying / smoothing line immediately after the power is turned on, and for starting the oscillation drive circuit 2. The starting circuit 3 has an operating power supply. Tertiary winding N3 and rectifier diode D30 provided in the insulated converter transformer PIT
0 and the low-voltage DC voltage supplied by the smoothing capacitor C101.

【0032】力率改善回路22については、前述のよう
に絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1に得ら
れるスイッチング出力を、直列共振コンデンサC100の
静電容量結合を介して整流電流経路に帰還するようにさ
れている。このようにして帰還されたスイッチング出力
は、フィルタチョークコイルLNのインダクタンスを介
する整流出力電圧に対してスイッチング周期の交番電圧
(スイッチング電圧)を重畳するように作用し、この重
畳されたスイッチング電圧によって、整流ダイオードD
101、D102は整流電流をスイッチング周期で断続するよ
うに動作する。整流ダイオードD101、D102は、倍電圧
整流時及び全波整流時の何れの場合にも整流電流の経路
にあることから、上述の動作は、倍電圧整流時及び全波
整流時の何れにおいても行われることになる。
As described above, the power factor improving circuit 22 returns the switching output obtained from the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT to the rectified current path via the capacitive coupling of the series resonance capacitor C100. Has been. The switching output thus fed back acts so as to superimpose an alternating voltage (switching voltage) of a switching cycle on the rectified output voltage via the inductance of the filter choke coil LN. Rectifier diode D
101 and D102 operate so that the rectified current is interrupted in the switching cycle. Since the rectifier diodes D101 and D102 are in the path of the rectified current in both the case of voltage doubler rectification and the case of full wave rectification, the above-described operation is performed in both the case of voltage doubler rectification and the case of full wave rectification. Will be

【0033】この動作により、例えば倍電圧整流動作時
には、整流出力電圧はスイッチング電圧が重畳された状
態で平滑コンデンサCi1及びCi2に充電されること
になるが、このスイッチング電圧の重畳分によって、平
滑コンデンサCi1、Ci2の各両端電圧をスイッチン
グ周期で引き下げることになる。このため、整流出力電
圧レベルが平滑コンデンサCi1、Ci2の各両端電圧
よりも低いとされる期間にも平滑コンデンサCi1、C
i2への充電電流が流れるようにされる。また、全波整
流動作時では、整流出力電圧はスイッチング電圧が重畳
された整流出力電圧によって直列接続される平滑コンデ
ンサCi1−Ci2に充電を行うようにされ、このスイ
ッチング電圧の重畳分によって、直列接続された平滑コ
ンデンサCi1−Ci2の両端電圧(整流平滑電圧)を
スイッチング周期で引き下げることになる。このため、
整流出力電圧レベルが直列接続された平滑コンデンサC
i1−Ci2の両端電圧よりも低いとされる期間にも充
電電流が流れるようにされる。
By this operation, for example, during the voltage doubler rectification operation, the rectified output voltage is charged to the smoothing capacitors Ci1 and Ci2 in a state where the switching voltage is superimposed. The voltages at both ends of Ci1 and Ci2 are reduced in the switching cycle. For this reason, the smoothing capacitors Ci1 and C2 also operate during the period in which the rectified output voltage level is lower than the voltage across each of the smoothing capacitors Ci1 and Ci2.
The charging current to i2 is caused to flow. In the full-wave rectification operation, the rectified output voltage charges the smoothing capacitors Ci1 and Ci2 connected in series by the rectified output voltage on which the switching voltage is superimposed. The voltage (rectified smoothed voltage) across the smoothed capacitors Ci1-Ci2 is reduced in the switching cycle. For this reason,
Smoothing capacitor C with rectified output voltage level connected in series
The charging current is allowed to flow also in a period that is lower than the voltage between i1 and Ci2.

【0034】この結果、倍電圧整流動作または全波整流
動作時の何れの場合においても、交流入力電流IACの平
均的な波形が交流入力電圧VACの波形に近付くようにさ
れ、交流入力電流IACの導通角が拡大されることにな
る。このようにして、この図に示す電源回路では倍電圧
整流動作時と全波整流動作時の何れの場合にも力率が改
善されることになる。
As a result, in either case of the voltage doubler rectification operation or the full-wave rectification operation, the average waveform of the AC input current IAC is made to approach the waveform of the AC input voltage VAC, and the AC input current IAC is reduced. The conduction angle will be enlarged. Thus, in the power supply circuit shown in this figure, the power factor is improved both in the voltage doubler rectification operation and in the full-wave rectification operation.

【0035】図17(a)(b)に、この図16の電源
回路についての力率PF−交流入力電圧VAC特性、及び
力率PF−負荷電力Po特性を示す。図17(a)
(b)から分かるように、この電源回路の場合、負荷電
力Po=250W〜150Wの変動に対して交流入力電
圧VACが100V系の場合と交流入力電圧VACが230
V系の場合で、共に力率PFは十分なものとなってい
る。しかしながら、図16に示した回路ではノーマルモ
ードのローパスフィルタ(LN ,CN )や並列共振コ
ンデンサC31、C32などの力率改善用の部品素子が交流
入力ラインに設けられているため、例えば全世界対応の
安全規認定格品を採用する必要があって、コスト的に不
利となる。また、交流入力電圧VACの検出回路が瞬時停
電や外乱ノイズによって誤動作する場合があるため誤動
作防止の対策を施さねばならない。
FIGS. 17A and 17B show a power factor PF-AC input voltage VAC characteristic and a power factor PF-load power Po characteristic of the power supply circuit of FIG. FIG. 17 (a)
As can be seen from (b), in the case of this power supply circuit, the AC input voltage VAC is 230 V and the AC input voltage VAC is 230 V when the load power Po varies from 250 W to 150 W.
In both cases, the power factor PF is sufficient. However, in the circuit shown in FIG. 16, since the component elements for improving the power factor, such as the normal mode low-pass filters (LN, CN) and the parallel resonance capacitors C31 and C32, are provided in the AC input line, for example, worldwide It is necessary to adopt a safety certified product, which is disadvantageous in terms of cost. Also, the detection circuit of the AC input voltage VAC may malfunction due to an instantaneous power failure or disturbance noise, so that measures must be taken to prevent malfunction.

【0036】図18はスイッチング素子4石(Q41〜Q
44)によるフルブリッジ結合電流共振形コンバータと磁
気結合形電力帰還方式力率改善回路を組み合わせて、磁
気結合トランス(MCT)の一次インダクタンスL30と
C100の直列共振回路を追加し、2次インダクタンスLR
を介して電力帰還するようにしたものである。
FIG. 18 shows four switching elements (Q41 to Q41).
44) Combining a full-bridge coupled current resonance type converter and a magnetic coupling type power feedback system power factor correction circuit, a series resonance circuit of the primary inductance L30 and C100 of the magnetic coupling transformer (MCT) is added, and the secondary inductance LR
The power is fed back via the.

【0037】この電源回路ではスイッチングコンバータ
として、4本のスイッチング素子Q41〜Q44をフルブリ
ッジ結合した他励式の電流共振形コンバータが備えられ
る。このようなフルブリッジ結合による他励式の電流共
振形コンバータは、スイッチング素子Q41,Q42の組と
スイッチング素子Q43,Q44の組がプッシュプルにより
駆動されるように構成される。この際スイッチング素子
Q41〜Q44の各ドレイン−ソース間に対してもダンパー
ダイオードDD41〜DD44が備えられる。
In this power supply circuit, a separately-excited current resonance type converter in which four switching elements Q41 to Q44 are full-bridge-coupled is provided as a switching converter. Such a separately excited current resonance type converter by full bridge coupling is configured such that a set of switching elements Q41 and Q42 and a set of switching elements Q43 and Q44 are driven by push-pull. At this time, damper diodes DD41 to DD44 are provided also between the respective drains and sources of the switching elements Q41 to Q44.

【0038】この場合、ドライブ回路2Bはスイッチン
グ素子Q41,Q42の各ゲートに対してスイッチング駆動
信号を出力し、またドライブ回路2Cはスイッチング素
子Q43,Q44の各ゲートに対してスイッチング駆動信号
を出力するように構成される。この場合、ドライブ回路
2B、2Cは、発振回路2Aからの互いに逆相の発振出
力に基づいて、[スイッチング素子Q41,Q44]と[ス
イッチング素子Q42,Q43]の組が所要のスイッチング
周波数により交互にオン/オフするスイッチング動作を
行うようにスイッチング駆動信号を出力する。
In this case, drive circuit 2B outputs a switching drive signal to each gate of switching elements Q41 and Q42, and drive circuit 2C outputs a switching drive signal to each gate of switching elements Q43 and Q44. It is configured as follows. In this case, the drive circuits 2B and 2C alternately switch the set of [switching elements Q41, Q44] and [switching elements Q42, Q43] at a required switching frequency based on the oscillation outputs of the opposite phases from the oscillation circuit 2A. A switching drive signal is output so as to perform an on / off switching operation.

【0039】また、平滑コンデンサCiの充電電圧を検
出するVAC検出回路2Dによって、交流入力電圧VACが
150V以上と検出された際には、このVAC検出回路2
Dの制御によってスイッチング素子Q43はオフ、Q44は
オンの状態とすれば、ハーフブリッジ結合電流共振形コ
ンバータ動作となる。すなわちフルブリッジ、ハーフブ
リッジ結合切り替え方式とされてワイドレンジ対応を可
能としている。
When the AC input voltage VAC is detected to be 150 V or more by the VAC detection circuit 2D for detecting the charging voltage of the smoothing capacitor Ci, the VAC detection circuit 2D
If the switching element Q43 is turned off and Q44 is turned on under the control of D, the half-bridge coupled current resonance type converter operates. That is, a full-bridge / half-bridge coupling switching system is used to enable a wide range.

【0040】力率改善回路23では、磁気結合トランス
MCTを備えてその磁気結合作用によって直列共振回路
に供給されるスイッチング出力を整流電流経路に帰還す
るようにされる。この力率改善回路23においては、ブ
リッジ整流回路Diの正極出力端子と平滑コンデンサC
iの正極端子間に、フィルタチョークコイルLN −高速
リカバリ型ダイオードD1 −巻線NRが直列接続されて
挿入される。フィルタコンデンサCN は、フィルタチ
ョークコイルLN −巻線NRの直列接続回路に対して並
列に設けられているが、このような接続形態によっても
フィルタチョークコイルLN と共にローパスフィルタを
形成する。
The power factor improving circuit 23 includes a magnetic coupling transformer MCT, and the switching output supplied to the series resonance circuit is fed back to the rectified current path by the magnetic coupling operation. In the power factor correction circuit 23, the positive output terminal of the bridge rectifier circuit Di and the smoothing capacitor C
A filter choke coil LN, a high-speed recovery type diode D1, and a winding NR are connected in series between the positive terminals of i and inserted. The filter capacitor CN is provided in parallel with the series connection circuit of the filter choke coil LN and the winding NR, but also forms a low-pass filter together with the filter choke coil LN by such a connection form.

【0041】磁気結合トランスMCTは、コアに対して
巻線NR及び巻線N30を磁気的に密結合するようにして
巻装して形成される。巻線N30の一端はスイッチング素
子Q41,Q42の接続点に対して接続され、他端は直列共
振コンデンサC100を介してスイッチング素子Q43,Q4
4の接続点と接続される。またこの接続点は直列共振コ
ンデンサC1を介して一次巻線N1の一端と接続される。
この接続形態により、スイッチング素子Q41〜Q44のス
イッチング出力は、一次巻線N1側の直列共振回路に供
給されるようにされると共に、この直列共振回路に対し
て直列に接続される巻線N30に対してもスイッチング出
力が得られることになる。
The magnetic coupling transformer MCT is formed by winding the winding NR and the winding N30 so as to be magnetically tightly coupled to the core. One end of the winding N30 is connected to a connection point between the switching elements Q41 and Q42, and the other end is connected to the switching elements Q43 and Q4 via a series resonance capacitor C100.
Connected to connection point 4. This connection point is connected to one end of the primary winding N1 via the series resonance capacitor C1.
With this connection configuration, the switching outputs of the switching elements Q41 to Q44 are supplied to the series resonance circuit on the primary winding N1 side, and are connected to the winding N30 connected in series to the series resonance circuit. In contrast, a switching output can be obtained.

【0042】このようにして形成される力率改善回路2
3では、巻線N30に得られるスイッチング出力が、磁気
結合トランスMCTの磁気結合作用を介することによっ
て、巻線LRに伝送される。これにより、巻線NRにはス
イッチング周期の電圧(スイッチング電圧)が発生する
が、巻線NRは整流電流経路に挿入されていることか
ら、整流出力電圧に対してスイッチング電圧を重畳する
ように動作する。そして、このスイッチング出力電圧の
重畳分によって高速リカバリ型ダイオードD1が整流電
流をスイッチング周期で断続するように動作し、交流入
力電流の導通角の拡大が図られて力率が改善されること
になる。
The power factor improving circuit 2 thus formed
In 3, the switching output obtained at the winding N30 is transmitted to the winding LR through the magnetic coupling action of the magnetic coupling transformer MCT. As a result, a voltage of the switching period (switching voltage) is generated in the winding NR. However, since the winding NR is inserted in the rectification current path, the operation is performed such that the switching voltage is superimposed on the rectification output voltage. I do. Then, the superimposed portion of the switching output voltage causes the high-speed recovery type diode D1 to operate such that the rectified current is intermittently switched in the switching cycle, thereby increasing the conduction angle of the AC input current and improving the power factor. .

【0043】図19に、この図18の電源回路について
の力率PF−交流入力電圧VAC特性を示す。この図19
から分かるように、この電源回路の場合、負荷電力Po
=192W〜84Wの変動に対しても高い力率PFが得
られる。ところが、回路構成が複雑となり、構成部品点
数が増加し、プリント基板マウント面積が拡大するとい
う欠点がある。
FIG. 19 shows the power factor PF-AC input voltage VAC characteristic of the power supply circuit of FIG. This FIG.
As can be seen from the figure, in the case of this power supply circuit, the load power Po
= 192 W to 84 W, a high power factor PF can be obtained. However, there are disadvantages that the circuit configuration becomes complicated, the number of components increases, and the printed circuit board mounting area increases.

【0044】[0044]

【発明が解決しようとする課題】以上の図10〜図19
によって各種の電源回路例をあげたが、これら従来の電
源回路の問題点をまとめると、以下のようになる。
Problems to be Solved by the Invention FIGS.
Various power supply circuit examples have been given, but the problems of these conventional power supply circuits can be summarized as follows.

【0045】・ハーフブリッジ結合電流共振形コンバー
タの直列共振回路と並列にLCの直列共振回路を設けて
電力帰還方式力率改善回路と組み合わせる場合、2組の
スイッチング素子のスイッチング電流が増加し電力変換
効率が低下する。 ・ハーフブリッジ結合電流共振形コンバータの交流入力
電圧整流切り替え方式の場合、最大負荷電力は250W
程度に向上するが、ACラインに構成部品が接続されて
おり安全規格承認品の選定が必要であり、AC200V
系時に瞬間停電や外乱ノイズによる整流方式切り替え回
路の誤動作対策が必要である。 ・フルブリッジ結合電流共振形コンバータをAC100
V系、ハーフブリッジ結合電流共振形コンバータをAC
200V系で動作するフルブリッジ、ハーフブリッジ切
り替え方式の場合、スイッチ素子のドライブ段が2組と
なり回路構成が複雑である。したがって、構成部品点数
が多く基板面積が増加する。
When an LC series resonance circuit is provided in parallel with the series resonance circuit of the half-bridge coupled current resonance type converter and combined with the power feedback type power factor correction circuit, the switching current of the two switching elements increases and the power conversion Efficiency decreases.・ In the case of the AC input voltage rectification switching method of the half bridge coupling current resonance type converter, the maximum load power is 250W
Although components are connected to the AC line, it is necessary to select a product approved by safety standards.
It is necessary to take measures against malfunctions of the rectification method switching circuit due to momentary power failure or disturbance noise during system operation.・ AC100 full bridge coupled current resonance type converter
AC half-bridge coupled current resonance type converter
In the case of a full-bridge or half-bridge switching system operating on a 200 V system, the drive stages of the switch elements are two sets, and the circuit configuration is complicated. Therefore, the number of components is large and the board area is increased.

【0046】[0046]

【課題を解決するための手段】そこで本発明は上記課題
を考慮してスイッチング電源回路として次のように構成
する。すなわち、商用交流電源を入力して整流平滑電圧
を生成して、直流入力電圧として出力する整流平滑手段
と、疎結合とされる所要の結合係数が得られるようにギ
ャップが形成され、一次側出力を二次側に伝送するため
に設けられる絶縁コンバータトランスと、上記直流入力
電圧をプッシュプル動作により断続して上記絶縁コンバ
ータトランスの一次巻線に出力するようにされた第1及
び第2のスイッチング手段と、少なくとも、上記絶縁コ
ンバータトランスの一次巻線を含む漏洩インダクタンス
成分と一次側並列共振コンデンサのキャパシタンスとに
よって形成されて、上記第1及び第2のスイッチング手
段の動作を電圧共振形とする第1及び第2の一次側共振
回路とを備える。また、力率改善手段としては、上記一
次巻線と接続される第1巻線と、整流電流経路に挿入さ
れる第2巻線とを磁気結合する磁気結合トランスと、整
流電流経路に挿入されるスイッチング用素子とを少なく
とも備える。そして、前記商用交流電源レベルに応じて
上記第2のスイッチング手段の動作を停止させること
で、上記第1のスイッチング手段のみによるシングルエ
ンド動作によって上記直流入力電圧を断続して上記絶縁
コンバータトランスの一次巻線に出力させるようにする
ことのできるスイッチング動作切換手段と、上記絶縁コ
ンバータトランスの二次巻線の漏洩インダクタンス成分
と、二次側共振コンデンサのキャパシタンスとによって
二次側において形成される二次側共振回路と、上記二次
側共振回路を含んで形成され、上記絶縁コンバータトラ
ンスの二次巻線に得られる交番電圧を入力して、整流動
作を行って二次側直流出力電圧を生成するように構成さ
れた直流出力電圧生成手段と、上記二次側直流出力電圧
のレベルに応じて、二次側直流出力電圧に対する定電圧
制御を行うように構成された定電圧制御手段とを備えて
スイッチング電源回路を構成する。
In view of the above-mentioned problems, the present invention is configured as a switching power supply circuit as follows. That is, a gap is formed between a rectifying and smoothing unit that receives a commercial AC power supply to generate a rectified smoothed voltage and outputs the rectified smoothed voltage as a DC input voltage, and a required coupling coefficient that is loosely coupled is obtained. And a first and a second switching unit for intermittently outputting the DC input voltage by a push-pull operation and outputting the DC input voltage to a primary winding of the insulating converter transformer. Means, and at least a leakage inductance component including a primary winding of the insulated converter transformer and a capacitance of a primary side parallel resonance capacitor, the operation of the first and second switching means being of a voltage resonance type. First and second primary side resonance circuits. Further, as the power factor improving means, a magnetic coupling transformer for magnetically coupling a first winding connected to the primary winding, a second winding inserted to the rectification current path, and a magnetic coupling transformer inserted to the rectification current path. At least a switching element. Then, the operation of the second switching means is stopped according to the level of the commercial AC power supply, so that the DC input voltage is intermittently operated by a single-ended operation by only the first switching means, and the primary of the insulating converter transformer is A switching operation switching means capable of outputting to a winding, a leakage inductance component of a secondary winding of the insulating converter transformer, and a secondary formed on a secondary side by a capacitance of a secondary side resonance capacitor. A side resonance circuit is formed including the secondary side resonance circuit, and an alternating voltage obtained in a secondary winding of the insulating converter transformer is input, and a rectification operation is performed to generate a secondary side DC output voltage. DC output voltage generating means configured as described above and the secondary DC output voltage in accordance with the level of the secondary DC output voltage. Configuring the switching power supply circuit and a constant voltage control means arranged to perform constant voltage control for the voltage.

【0047】上記構成によれば、プッシュプル形のスイ
ッチング周波数制御方式複合共振形コンバータといわれ
る電源回路に備えられる力率改善回路に対して磁気結合
トランスを備えることで、一次側共振回路に得られるス
イッチング出力電圧が磁気結合方式により帰還されるこ
とになると共に、上記スイッチング動作切換手段によ
り、例えばAC電圧が150V以上の場合に、シングル
エンド動作に切り換えることで、広範囲入力電圧対応と
なり、かつAC100V系とAC200V系で力率が一
定に保持できる。
According to the above configuration, a primary-side resonance circuit is obtained by providing a magnetic coupling transformer with respect to a power factor improving circuit provided in a power supply circuit called a push-pull type switching frequency control type composite resonance type converter. The switching output voltage is fed back by the magnetic coupling method, and the switching operation switching means switches to a single-ended operation when the AC voltage is 150 V or more, for example, so that a wide range of input voltage can be supported and the AC 100 V system And the power factor can be kept constant by the AC200V system.

【0048】[0048]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施の形態とし
てのスイッチング電源回路の構成を示す回路図である。
この図に示す電源回路の一次側には、電圧共振形のスイ
ッチングコンバータ(電圧共振形コンバータ)が設けら
れる。そして、この電圧共振形コンバータに対して力率
改善回路10が備えられるものである。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a switching power supply circuit according to an embodiment of the present invention.
On the primary side of the power supply circuit shown in this figure, a voltage resonance type switching converter (voltage resonance type converter) is provided. A power factor improving circuit 10 is provided for the voltage resonance type converter.

【0049】この図に示す電源回路においては、商用交
流電源ACを全波整流するブリッジ整流回路Diが備え
られている。この場合、ブリッジ整流回路Diにより整
流された整流出力は、力率改善回路10を介して平滑コ
ンデンサCiに充電され、平滑コンデンサCiの両端に
は、交流入力電圧VACの1倍のレベルに対応する整流平
滑電圧Eiが得られることになる。また、この整流平滑
回路(Di,Ci)に対しては、その整流電流経路に対
して突入電流制限抵抗Riが挿入されており、例えば電
源投入時に平滑コンデンサCiに流入する突入電流を抑
制するようにしている。
The power supply circuit shown in this figure is provided with a bridge rectifier circuit Di for full-wave rectification of a commercial AC power supply AC. In this case, the rectified output rectified by the bridge rectifier circuit Di is charged to the smoothing capacitor Ci via the power factor correction circuit 10, and both ends of the smoothing capacitor Ci correspond to the level of one time of the AC input voltage VAC. The rectified smoothed voltage Ei is obtained. Further, in the rectifying / smoothing circuit (Di, Ci), an inrush current limiting resistor Ri is inserted into the rectification current path so as to suppress the inrush current flowing into the smoothing capacitor Ci when the power is turned on. I have to.

【0050】また、この電源回路としては、2組のスイ
ッチング素子Q1,Q2が備えられ、交流入力電圧が例え
ば100V系である場合には、スイッチング素子Q1を
シングルエンド動作によりスイッチング駆動し、また、
交流入力電圧VACが例えば200V系である場合には、
スイッチング素子Q1、Q2をプッシュプル動作によって
スイッチング駆動することができるようにされている。
すなわち、交流入力電圧VACに基づいて、シングルエン
ド動作またはプッシュプル動作のいずれかのスイッチン
グ動作が選択されて行われることになる。
The power supply circuit includes two sets of switching elements Q1 and Q2. When the AC input voltage is, for example, a 100 V system, the switching element Q1 is switched by a single-ended operation.
When the AC input voltage VAC is, for example, a 200 V system,
The switching elements Q1 and Q2 can be switched by a push-pull operation.
That is, one of the switching operations of the single-ended operation and the push-pull operation is selected and performed based on the AC input voltage VAC.

【0051】また、スイッチング素子Q1,Q2のスイッ
チング周波数を可変制御するために、直交型ドライブト
ランスPRTが設けられている。直交型ドライブトラン
スPRTの構造としては、例えば4本の磁脚を有する2
つのダブルコの字型コアの互いの磁脚の端部を接合する
ようにして立体型コアを形成する。そして、この立体型
コアの所定の2本の磁脚に対して、同じ巻回方向に検出
巻線ND,駆動巻線NB1,NB2を巻装し、さらに制御巻
線NCを、上記検出巻線ND,駆動巻線NB1,NB2に対し
て直交する方向に巻装することで可飽和リアクトルとし
て構成される。
An orthogonal drive transformer PRT is provided for variably controlling the switching frequency of the switching elements Q1 and Q2. As the structure of the orthogonal drive transformer PRT, for example, a structure having two magnetic legs 2
A three-dimensional core is formed by joining the ends of the magnetic legs of two double U-shaped cores. Then, the detection winding ND and the drive windings NB1 and NB2 are wound around the predetermined two magnetic legs of the three-dimensional core in the same winding direction, and the control winding NC is connected to the detection winding. By winding in the direction orthogonal to ND and the drive windings NB1 and NB2, a saturable reactor is formed.

【0052】また、駆動巻線NB1,NB2は、一つの巻線
に対してセンタータップを設けることで2分割して形成
される。そして、この場合にはセンタータップ端子を一
次側アースに接続するようにしている。駆動巻線NB1の
端部は、ベース電流制限抵抗RB1と共振コンデンサCB1
の直列接続を介してスイッチング素子Q1のベースに接
続される。また、駆動巻線NB2の端部は、共振コンデン
サCB2、ベース電流制限抵抗RB2及びスイッチSを介し
てスイッチング素子Q2のベースに接続される。つま
り、駆動巻線NB1とベース電流制限抵抗RB1と共振コン
デンサCB1によりスイッチング素子Q1のための自励発
振駆動回路を形成し、駆動巻線NB2と共振コンデンサC
B2とベース電流制限抵抗RB2によりスイッチング素子Q
2のための自励発振駆動回路を形成する。
The drive windings NB1 and NB2 are formed in two parts by providing a center tap for one winding. In this case, the center tap terminal is connected to the primary side ground. An end of the drive winding NB1 is connected to a base current limiting resistor RB1 and a resonance capacitor CB1.
Are connected to the base of the switching element Q1 through the series connection of The end of the drive winding NB2 is connected to the base of the switching element Q2 via the resonance capacitor CB2, the base current limiting resistor RB2, and the switch S. That is, the drive winding NB1, the base current limiting resistor RB1, and the resonance capacitor CB1 form a self-excited oscillation driving circuit for the switching element Q1, and the drive winding NB2 and the resonance capacitor C
Switching element Q by B2 and base current limiting resistor RB2
Form a self-excited oscillation drive circuit for 2.

【0053】検出巻線NDでは、後述するスイッチング
動作によってスイッチング出力に応じた交番電圧が検出
される。駆動巻線NB1,NB2では、検出巻線NDにより検
出されたスイッチング出力に応じて、互いに180°位
相が異なる逆極性の交番電圧が得られるようになってい
る。
In the detection winding ND, an alternating voltage corresponding to a switching output is detected by a switching operation described later. In the drive windings NB1 and NB2, alternating voltages having opposite polarities different from each other by 180 ° can be obtained in accordance with the switching output detected by the detection winding ND.

【0054】シングルエンド動作またはプッシュプル動
作のために設けられるスイッチング素子Q1、Q2には、
高耐圧のバイポーラトランジスタ(BJT;接合型トラ
ンジスタ)が採用されている。
The switching elements Q1 and Q2 provided for single-end operation or push-pull operation include:
High breakdown voltage bipolar transistors (BJTs: junction transistors) are employed.

【0055】スイッチング素子Q1には、上記駆動回路
(駆動巻線NB1−ベース電流制限抵抗RB1−共振コンデ
ンサCB1)、及びクランプダイオードDD1、並列共振コ
ンデンサCr1が図のように接続され、スイッチング素
子Q2には、駆動回路(駆動巻線NB2−ベース電流制限
抵抗RB2−共振コンデンサCB2)、及びクランプダイオ
ードDD2、並列共振コンデンサCr2が図のように接続
される。
The drive circuit (drive winding NB1-base current limiting resistor RB1-resonance capacitor CB1), clamp diode DD1, and parallel resonance capacitor Cr1 are connected to the switching element Q1 as shown in FIG. Is connected to a drive circuit (drive winding NB2-base current limiting resistor RB2-resonance capacitor CB2), clamp diode DD2, and parallel resonance capacitor Cr2 as shown in the figure.

【0056】ここで、クランプダイオードDD1,DD2
は、それぞれスイッチング素子Q1,Q2のベース−コレ
クタ間に対して並列に接続される。また並列共振コンデ
ンサCr1はスイッチング素子Q1のコレクタ−エミッタ
間に対して接続される。同じく並列共振コンデンサCr
2はスイッチング素子Q2のコレクタ−エミッタ間に対し
て接続される。また、スイッチング素子Q1、Q2のエミ
ッタはそれぞれ一次側アースに接続される。
Here, the clamp diodes DD1, DD2
Are connected in parallel with each other between the base and collector of the switching elements Q1 and Q2. The parallel resonance capacitor Cr1 is connected between the collector and the emitter of the switching element Q1. Also the parallel resonance capacitor Cr
2 is connected between the collector and the emitter of the switching element Q2. Further, the emitters of the switching elements Q1 and Q2 are respectively connected to the primary side ground.

【0057】なお、プッシュプル動作とシングルエンド
動作は絶縁コンバータトランスPITに形成される三次
巻線N5に励起される電圧に基づいて選択される。詳し
くは後述するが、三次巻線N5に励起される交番電圧に
よって電磁リレーRYが駆動するようにして、この電磁
リレーRYによるスイッチSの切り替えにより、スイッ
チング素子Q2に駆動電流を供給するか否かを選択的に
切り換えるようにされる。例えばスイッチSがオフであ
る場合は、スイッチング素子Q2のベースに駆動回路
(駆動巻線NB2−共振コンデンサCB2−ベース電流制限
抵抗RB2)から駆動電流が供給されないようにして、ス
イッチング素子Q2の動作を停止させ、スイッチング素
子Q1のみが動作するシングルエンド動作でスイッチン
グ駆動が行なわれる。また、スイッチSがオンである場
合は、スイッチング素子Q2のベースに上記駆動回路か
ら駆動電流が供給されるようになり、スイッチング素子
Q1及びスイッチング素子Q2の双方が動作するプッシュ
プル動作でスイッチング駆動が行なわれる。
The push-pull operation and the single-end operation are selected based on the voltage excited in the tertiary winding N5 formed in the insulating converter transformer PIT. As will be described in detail later, the electromagnetic relay RY is driven by the alternating voltage excited by the tertiary winding N5, and whether the drive current is supplied to the switching element Q2 by switching the switch S by the electromagnetic relay RY is determined. Is selectively switched. For example, when the switch S is off, the drive circuit (drive winding NB2-resonant capacitor CB2-base current limiting resistor RB2) does not supply the drive current to the base of the switching element Q2, and the switching element Q2 operates. The switching drive is performed in a single-ended operation in which only the switching element Q1 is operated. When the switch S is on, a drive current is supplied from the drive circuit to the base of the switching element Q2, and the switching drive is performed by a push-pull operation in which both the switching element Q1 and the switching element Q2 operate. Done.

【0058】起動抵抗Rsは平滑コンデンサCiの正極
側とスイッチング素子Q1のベースの間に接続されるよ
うになっている。すなわち、スイッチング素子Q1に対
して上記駆動回路(駆動巻線NB1−共振コンデンサCB1
−ベース電流制限抵抗RB1)と並列に接続される。この
場合、起動抵抗Rsは平滑コンデンサCiの正極端子と
スイッチング素子Q1のベースとの間に挿入されること
で、起動時には、平滑コンデンサCiの両端電圧である
Eiから供給される電流を起動電流として、スイッチン
グ素子Q2のベースに供給するようにされる。
The starting resistor Rs is connected between the positive electrode of the smoothing capacitor Ci and the base of the switching element Q1. That is, the drive circuit (drive winding NB1-resonant capacitor CB1) is connected to the switching element Q1.
Connected in parallel with the base current limiting resistor RB1). In this case, the startup resistor Rs is inserted between the positive terminal of the smoothing capacitor Ci and the base of the switching element Q1, so that at startup, the current supplied from the voltage Ei that is the voltage across the smoothing capacitor Ci is used as the startup current. , To the base of the switching element Q2.

【0059】絶縁コンバ−タトランスPITは、スイッ
チング素子Q1,Q2のスイッチング出力を二次側に伝送
する絶縁コンバータトランスPITは、図2に示すよう
に、例えばフェライト材によるE型コアCR1、CR2
を互いの磁脚が対向するように組み合わせたEE型コア
が備えられ、このEE型コアの中央磁脚に対して、分割
ボビンBを利用して一次巻線N1(N1A,N1B)、三次
巻線N5と、二次巻線N2をそれぞれ分割した状態で巻装
している。そして、中央磁脚に対しては図のようにギャ
ップGを形成するようにしている。これによって、所要
の結合係数による疎結合が得られるようにしている。ギ
ャップGは、E型コアCR1,CR2の中央磁脚を、2
本の外磁脚よりも短く形成することで形成することがで
きる。また、結合係数kとしては、例えばk≒0.85
という疎結合の状態を得るようにしており、その分、飽
和状態が得られにくいようにしている。
The insulating converter transformer PIT for transmitting the switching output of the switching elements Q1 and Q2 to the secondary side is, as shown in FIG. 2, for example, E-type cores CR1 and CR2 made of a ferrite material.
An EE-type core is provided so that the magnetic legs of the EE-type core are opposed to each other. A primary winding N1 (N1A, N1B) and a tertiary winding The wire N5 and the secondary winding N2 are wound separately. A gap G is formed for the center magnetic leg as shown in the figure. As a result, loose coupling with a required coupling coefficient can be obtained. Gap G is the center magnetic leg of E-shaped cores CR1 and CR2.
It can be formed by forming it shorter than the outer magnetic leg of the book. Further, as the coupling coefficient k, for example, k50.85
And a saturated state is hardly obtained.

【0060】この場合、絶縁コンバータトランスPIT
における一次側巻線は、一次巻線N1A,N1Bに分割さ
れ、一次巻線N1Aの一端はチョークコイルCHのインダ
クタンス巻線Lcの直列接続を介して平滑コンデンサC
iの正極側と接続され、他端は検出巻線ND、力率改善
回路10の磁気結合トランスMCTを介してスイッチン
グ素子Q1のコレクタに対して接続される。一次巻線N1
Bの一端は、スイッチング素子Q2のコレクタに対して接
続され、他端はチョークコイルCHのインダクタンス巻
線Lcの直列接続を介して平滑コンデンサCiの正極と
接続される。
In this case, the insulation converter transformer PIT
Is divided into primary windings N1A and N1B, and one end of the primary winding N1A is connected to a smoothing capacitor C1 through a series connection of an inductance winding Lc of a choke coil CH.
i, and the other end is connected to the collector of the switching element Q1 via the detection winding ND and the magnetic coupling transformer MCT of the power factor improvement circuit 10. Primary winding N1
One end of B is connected to the collector of the switching element Q2, and the other end is connected to the positive electrode of the smoothing capacitor Ci via the series connection of the inductance winding Lc of the choke coil CH.

【0061】この場合、上記した並列共振コンデンサC
r1は、一次巻線N1Aの漏洩インダクタンス成分(L1
A)とインダクタンス巻線Lcとの合成インダクタンス
(L1A+Lc)とによってスイッチング素子Q1を電圧
共振形の動作とするための並列共振回路を形成する。同
様にして、並列共振コンデンサCr2は、一次巻線N1B
の漏洩インダクタンス成分(L1B)とインダクタンス巻
線Lcとの合成インダクタンス(L1B+Lc)とによっ
てスイッチング素子Q2を電圧共振形の動作とするため
の並列共振回路を形成する。またここでは詳しい説明を
省略するが、スイッチング素子Q1、Q2 の各オフ時に
は、これらの並列共振回路の作用によって共振コンデン
サCr1、Cr2の両端電圧は、実際には正弦波状のパ
ルス波形となって電圧共振形の動作が得られるようにな
っている。
In this case, the above-described parallel resonance capacitor C
r1 is the leakage inductance component of the primary winding N1A (L1
A) and the combined inductance (L1A + Lc) of the inductance winding Lc form a parallel resonance circuit for causing the switching element Q1 to operate in a voltage resonance type. Similarly, the parallel resonance capacitor Cr2 is connected to the primary winding N1B.
And the combined inductance (L1B + Lc) of the inductance winding Lc and the leakage inductance component (L1B), form a parallel resonance circuit for causing the switching element Q2 to operate in a voltage resonance type. Although not described in detail here, when each of the switching elements Q1 and Q2 is turned off, the voltage across the resonance capacitors Cr1 and Cr2 actually becomes a sinusoidal pulse waveform due to the action of these parallel resonance circuits. A resonance type operation is obtained.

【0062】ここで、リレー駆動回路40の構成、及び
このリレー駆動回路40に関わる動作について説明す
る。スイッチSは、電磁リレーRYによりオン/オフ制
御される。電磁リレーRYは、リレー駆動回路4によっ
て駆動される。リレー駆動回路4は、抵抗R1〜R4、ツ
ェナーダイオードZD、コンデンサC5,C6、ダイオー
ドD4が図のように接続されて構成される。このリレー
駆動回路4においては、平滑コンデンサCiの正極と一
次側アース間に対して抵抗R1、R2が直列に接続され
る。そしてこの抵抗R1、R2の分圧点とトランジスタQ
3のベースの間にツェナーダイオードZDが挿入される。
この場合、平滑コンデンサCiにあらわれる整流平滑電
圧がAC150V以上の場合に、抵抗R1、R2で分圧さ
れる電圧値によってツェナーダイオードZDが導通する
ように、上記各部品が選定されているものとされる。つ
まり、上記各部品によって交流入力電圧レベルがAC1
50V以上か否かを検出する電圧検出回路が形成され
る。またトランジスタQ3は電磁リレーRYを駆動す
る。電磁リレーRYに対しては逆方向電流を流すための
保護用ダイオードD4が並列に接続されている。
Here, the configuration of the relay drive circuit 40 and the operation related to the relay drive circuit 40 will be described. The switch S is on / off controlled by the electromagnetic relay RY. The electromagnetic relay RY is driven by the relay drive circuit 4. The relay drive circuit 4 is configured by connecting resistors R1 to R4, a Zener diode ZD, capacitors C5 and C6, and a diode D4 as shown in the figure. In this relay drive circuit 4, resistors R1 and R2 are connected in series between the positive electrode of the smoothing capacitor Ci and the primary side ground. The voltage dividing point of the resistors R1 and R2 and the transistor Q
A Zener diode ZD is inserted between the bases of the third.
In this case, when the rectified and smoothed voltage appearing in the smoothing capacitor Ci is 150 V AC or more, the above components are selected so that the Zener diode ZD conducts by the voltage value divided by the resistors R1 and R2. You. That is, the AC input voltage level is AC1
A voltage detection circuit for detecting whether the voltage is 50 V or more is formed. The transistor Q3 drives the electromagnetic relay RY. A protection diode D4 for flowing a reverse current is connected in parallel to the electromagnetic relay RY.

【0063】またリレー駆動回路4が動作するための動
作電源としては、絶縁コンバータトランスPITに対し
て三次巻線N5を巻装し、この三次巻線N5に励起された
交番電圧を、整流ダイオードD3とコンデンサC6から成
る半波整流回路によって整流して得られる直流電圧が利
用される。
As an operating power supply for operating the relay drive circuit 4, a tertiary winding N5 is wound around the insulating converter transformer PIT, and the alternating voltage excited by the tertiary winding N5 is supplied to a rectifier diode D3. And a DC voltage obtained by rectification by a half-wave rectifier circuit comprising a capacitor C6.

【0064】このようなリレー駆動回路4によって、例
えばAC100V系としてAC150V以下の交流入力
電圧VACが供給されている場合、ツェナーダイオードZ
Dは導通しないことから、トランジスタQ3ではベース電
流が抵抗R3を介して流れるようにされてオン状態とな
る。これにより電磁リレーRYには、エミッタ電流が導
通する。そして、電磁リレーRYの励磁作用によってス
イッチSはオン状態とされることになる。これにより、
上記したようにスイッチング素子Q2は動作状態とな
り、スイッチング素子Q1及びスイッチング素子Q2双方
のスイッチング動作によるプッシュプル動作が行われる
ことになる。
When an AC input voltage VAC of 150 V AC or less is supplied as a 100 V AC system by such a relay driving circuit 4, for example, the Zener diode Z
Since D does not conduct, the transistor Q3 is turned on by allowing the base current to flow through the resistor R3. Thereby, the emitter current is conducted to the electromagnetic relay RY. Then, the switch S is turned on by the exciting action of the electromagnetic relay RY. This allows
As described above, the switching element Q2 is in the operating state, and the push-pull operation by the switching operation of both the switching element Q1 and the switching element Q2 is performed.

【0065】一方、AC200V系としてAC150V
以上の交流入力電圧VACが供給されている場合では、ツ
ェナーダイオードZDが導通しトランジスタQ3はオフと
なる。このため、トランジスタQ3のエミッタ電流は電
磁リレーRYを流れなくなり、スイッチSはオフ状態と
されることになる。つまりスイッチング素子Q2は非動
作状態となる。そしてスイッチング素子Q2が非動作状
態となることで、このスイッチング電源回路は、スイッ
チング素子Q1によるスイッチング動作のみのシングル
エンド動作が行われることになる。
On the other hand, as an AC200V system, AC150V
When the AC input voltage VAC is supplied, the Zener diode ZD is turned on and the transistor Q3 is turned off. Therefore, the emitter current of the transistor Q3 does not flow through the electromagnetic relay RY, and the switch S is turned off. That is, the switching element Q2 is in a non-operation state. When the switching element Q2 is in a non-operating state, the switching power supply circuit performs a single-ended operation of only the switching operation by the switching element Q1.

【0066】このような一次側の構成では、例えば20
0V系の動作とされるシングルエンド動作によるスイッ
チング動作は、駆動巻線NB1を備える自励発振駆動回路
に交番電流としての駆動電流(ベース電流)が、スイッ
チング素子Q1の各ベースに流される。これによって、
スイッチング素子Q1は、自励発振駆動回路の定数によ
り決定されるスイッチング周波数によりオン/オフを行
う動作が得られる。すなわち、電圧共振形で、かつ、シ
ングルエンド動作によるスイッチング動作が得られる。
そして、スイッチング素子Q1側のスイッチング動作に
よっては、スイッチング素子Q1のコレクタ→スイッチ
ング素子Q1のエミッタ→平滑コンデンサCi→チョー
クコイルCH→一次巻線N1A→検出巻線ND→磁気結合
トランスMCTの一次巻線Npの経路でスイッチング出
力電流が流れる。
In such a configuration on the primary side, for example, 20
In the switching operation based on the single-ended operation, which is an operation of the 0 V system, a drive current (base current) as an alternating current is supplied to each base of the switching element Q1 in the self-excited oscillation drive circuit including the drive winding NB1. by this,
The switching element Q1 performs an operation of turning on / off at a switching frequency determined by a constant of the self-excited oscillation drive circuit. That is, a switching operation by a voltage resonance type and a single end operation can be obtained.
Then, depending on the switching operation of the switching element Q1, the collector of the switching element Q1 → the emitter of the switching element Q1 → the smoothing capacitor Ci → the choke coil CH → the primary winding N1A → the detection winding ND → the primary winding of the magnetic coupling transformer MCT. The switching output current flows through the path of Np.

【0067】また、例えば100V系の動作とされるプ
ッシュプル動作によるスイッチング動作は、駆動巻線N
B1,駆動巻線NB2において互いに逆極性の交番電圧が得
られることで、駆動巻線NB1を備える自励発振駆動回路
と、駆動巻線NB2を備える自励発振駆動回路のそれぞれ
によって、互いに逆極性の交番電流としての駆動電流
(ベース電流)が、スイッチング素子Q1、Q2の各ベー
スに流される。これによって、スイッチング素子Q1、
Q2は、自励発振駆動回路の定数により決定されるスイ
ッチング周波数により交互にオン/オフを行う動作が得
られる。すなわち、電圧共振形で、かつ、プッシュプル
によるスイッチング動作が得られる。
Further, for example, the switching operation by the push-pull operation which is the operation of the 100 V system is performed by the driving winding N
Since alternating voltages of opposite polarities are obtained in B1 and the driving winding NB2, the self-excited oscillation driving circuit including the driving winding NB1 and the self-excited oscillation driving circuit including the driving winding NB2 respectively have opposite polarities. , A drive current (base current) as an alternating current flows through each base of the switching elements Q1 and Q2. Thereby, the switching element Q1,
As for Q2, an operation of alternately turning on / off at a switching frequency determined by a constant of the self-excited oscillation driving circuit is obtained. That is, a switching operation by a voltage resonance type and push-pull is obtained.

【0068】そして、スイッチング素子Q1側のスイッ
チング動作によっては、上記したシングルエンド動作と
同様の経路でスイッチング出力電流が流れ、スイッチン
グ素子Q2側のスイッチング動作によっては、スイッチ
ング素子Q2のコレクタ→スイッチング素子Q2のエミッ
タ→平滑コンデンサCi→チョークコイルCH→一次巻
線N1Bの経路でスイッチング出力電流が流れる。
Then, depending on the switching operation on the switching element Q1 side, a switching output current flows through the same path as in the single-ended operation described above, and depending on the switching operation on the switching element Q2 side, the collector of the switching element Q2 → the switching element Q2 , A smoothing capacitor Ci, a choke coil CH, and a primary winding N1B.

【0069】絶縁コンバ−タトランスPITの二次側で
は、一次巻線N1 により誘起された交番電圧が二次巻線
N2に発生する。この場合、二次巻線N2に対しては、二
次側並列共振コンデンサC2 が並列に接続されること
で、二次巻線N2のリーケージインダクタンスL2と二次
側並列共振コンデンサC2のキャパシタンスとによって
並列共振回路が形成される。この並列共振回路により、
二次巻線N2に励起される交番電圧は共振電圧となる。
つまり二次側において電圧共振動作が得られる。
On the secondary side of the insulated converter transformer PIT, an alternating voltage induced by the primary winding N1 is generated in the secondary winding N2. In this case, the secondary parallel resonance capacitor C2 is connected in parallel to the secondary winding N2, so that the leakage inductance L2 of the secondary winding N2 and the capacitance of the secondary parallel resonance capacitor C2 are determined. A parallel resonance circuit is formed. With this parallel resonance circuit,
The alternating voltage excited by the secondary winding N2 becomes a resonance voltage.
That is, a voltage resonance operation is obtained on the secondary side.

【0070】すなわち、この電源回路では、一次側には
スイッチング動作を電圧共振形とするための並列共振回
路が備えられ、二次側にも、電圧共振動作を得るための
並列共振回路が備えられる。なお、本明細書では、この
ように一次側及び二次側に対して共振回路が備えられて
動作する構成のスイッチングコンバータについては、
「複合共振形スイッチングコンバータ」ともいうことに
する。
That is, in this power supply circuit, the primary side is provided with a parallel resonance circuit for performing a voltage resonance type switching operation, and the secondary side is provided with a parallel resonance circuit for obtaining a voltage resonance operation. . In the present specification, a switching converter having a configuration in which a resonance circuit is provided for the primary side and the secondary side and operates as described above is described below.
It is also referred to as a “composite resonance type switching converter”.

【0071】この場合、上記のようにして形成される二
次側の並列共振回路に対しては、二次巻線N2に対して
タップを設けた上で、整流ダイオードDO1,DO2,DO
3,DO4及び平滑コンデンサCO1,CO2を図のように接
続することで、[整流ダイオードDO1,DO2,平滑コン
デンサCO1]の組と、[整流ダイオードDO3,DO4,平
滑コンデンサCO2]の組とによる、2組の全波整流回路
が設けられる。[整流ダイオードDO1,DO2,平滑コン
デンサCO1]から成る全波整流回路は直流出力電圧EO1
を生成し、[整流ダイオードDO3,DO4,平滑コンデン
サCO2]から成る全波整流回路は直流出力電圧EO2を生
成する。なお、この場合には、直流出力電圧EO1及び直
流出力電圧EO2は制御回路1に対しても分岐して入力さ
れる。制御回路1においては、直流出力電圧EO1を検出
電圧として利用し、直流出力電圧EO2を制御回路1の動
作電源として利用する。
In this case, for the secondary parallel resonance circuit formed as described above, a tap is provided for the secondary winding N2, and then the rectifier diodes DO1, DO2, DO are provided.
3, DO4 and the smoothing capacitors CO1, CO2 are connected as shown in the figure, so that a set of [rectifier diodes DO1, DO2, smoothing capacitor CO1] and a set of [rectifier diodes DO3, DO4, smoothing capacitor CO2] are obtained. Two sets of full wave rectifier circuits are provided. The full-wave rectifier circuit composed of [rectifier diodes DO1, DO2, smoothing capacitor CO1] has a DC output voltage EO1.
And a full-wave rectifier circuit composed of [rectifier diodes DO3, DO4, smoothing capacitor CO2] generates a DC output voltage EO2. In this case, the DC output voltage EO1 and the DC output voltage EO2 are also branched and input to the control circuit 1. In the control circuit 1, the DC output voltage EO1 is used as a detection voltage, and the DC output voltage EO2 is used as an operation power supply of the control circuit 1.

【0072】制御回路1は、例えば二次側の直流電圧出
力EO1のレベルに応じてそのレベルが可変される直流電
流を、制御電流としてドライブトランスPRTの制御巻
線NC に供給することにより、後述のように定電圧制御
を行う。
The control circuit 1 supplies, as a control current, a DC current whose level varies in accordance with the level of the DC voltage output EO1 on the secondary side to the control winding NC of the drive transformer PRT, as will be described later. The constant voltage control is performed as follows.

【0073】ところで、絶縁コンバータトランスPIT
においては、一次巻線N1 、二次巻線N2 の極性(巻方
向)と整流ダイオードDO (DO1、DO2、DO3、DO4)
の接続との関係によって、一次巻線N1 のインダクタン
スL1と二次巻線N2 のインダクタンスL2 との相互イ
ンダクタンスMについて、+Mとなる場合と−Mとなる
場合とがある。例えば、図3(a)に示す接続形態を採
る場合に相互インダクタンスは+M(加極性:フォワー
ド方式)となり、図3(b)に示す接続形態を採る場合
に相互インダクタンスは−M(減極性:フライバック方
式)となる。これを、図1に示す電源回路の二次側の動
作に対応させてみると、例えば二次巻線N2 に得られる
交番電圧が正極性のときに整流ダイオードDO1(DO3)
に整流電流が流れる動作は、+Mの動作モード(フォワ
ード方式)とみることができ、逆に、二次巻線N2 に得
られる交番電圧が負極性のときに整流ダイオードDO2(D
O4)に整流電流が流れる動作は、−Mの動作モード(フ
ライバック方式)であるとみることができる。すなわ
ち、この電源回路では、二次巻線に得られる交番電圧が
正/負となるごとに、相互インダクタンスが+M/−M
のモードで動作することになる。
By the way, the insulation converter transformer PIT
, The polarity (winding direction) of the primary winding N1 and the secondary winding N2 and the rectifier diode DO (DO1, DO2, DO3, DO4)
, The mutual inductance M between the inductance L1 of the primary winding N1 and the inductance L2 of the secondary winding N2 may be + M or -M. For example, when the connection configuration shown in FIG. 3A is adopted, the mutual inductance is + M (additive polarity: forward method), and when the connection configuration shown in FIG. 3B is employed, the mutual inductance is −M (depolarization: Flyback method). If this is made to correspond to the operation of the secondary side of the power supply circuit shown in FIG. 1, for example, when the alternating voltage obtained in the secondary winding N2 has a positive polarity, the rectifier diode DO1 (DO3)
Can be regarded as an operation mode of + M (forward mode). Conversely, when the alternating voltage obtained in the secondary winding N2 has a negative polarity, the rectification diode DO2 (D
The operation in which the rectified current flows through O4) can be regarded as the -M operation mode (flyback method). That is, in this power supply circuit, each time the alternating voltage obtained in the secondary winding becomes positive / negative, the mutual inductance becomes + M / -M
Mode.

【0074】制御回路1では、二次側直流出力電圧レベ
ル(EO1)の変化に応じて、制御巻線NCに流す制御電
流(直流電流)レベルを可変することで、直交型制御ト
ランスPRTに巻装された駆動巻線NB1、NB2のインダ
クタンスLB1、LB2を可変制御する。これにより、シン
グルエンド動作の場合は、駆動巻線NBのインダクタン
スLB1を含んで形成されるスイッチング素子Q1のため
の自励発振駆動回路内の直列共振回路の共振条件が変化
し、また、プッシュプル動作の場合は、駆動巻線NB1、
NB2のインダクタンスLB1、LB2を含んで形成されるス
イッチング素子Q1、Q2のための自励発振駆動回路内の
直列共振回路の共振条件が変化する。これは、スイッチ
ング素子Q1、Q2のスイッチング周波数を可変する動作
となるが、この動作によって二次側直流出力電圧を安定
化する作用を有する。
The control circuit 1 changes the level of the control current (DC current) flowing through the control winding NC in accordance with the change in the secondary side DC output voltage level (EO1), thereby winding the control coil PRT on the orthogonal control transformer PRT. The inductances LB1 and LB2 of the mounted drive windings NB1 and NB2 are variably controlled. As a result, in the case of the single-ended operation, the resonance condition of the series resonance circuit in the self-excited oscillation drive circuit for the switching element Q1 formed including the inductance LB1 of the drive winding NB changes, In the case of operation, the drive winding NB1,
The resonance condition of the series resonance circuit in the self-excited oscillation drive circuit for the switching elements Q1 and Q2 formed including the inductances LB1 and LB2 of NB2 changes. This is an operation of changing the switching frequency of the switching elements Q1 and Q2. This operation has an effect of stabilizing the secondary-side DC output voltage.

【0075】続いて、力率改善回路10の構成について
説明する。この図に示す力率改善回路10は、フィルタ
コンデンサCN、高速リカバリ型ダイオードD1、及び磁
気結合トランスMCTを備えて成る。ここで、磁気結合
トランスMCTは一次巻線(第1巻線)Npと二次巻線
(第2巻線)Nsを例えば密結合の状態となるようにし
て巻装して構成される。また、本実施の形態にあって
は、一次巻線NpのインダクタンスLpと二次巻線Nsの
インダクタンスLsとについて、インダクタンスLpに対
してインダクタンスLsのほうが大きい値を採ることを
前提として、それぞれ、所定のインダクタンス値が選定
される。このためには、例えば一次巻線Npと二次巻線
Nsの巻数(巻線比)を実際に選定すべきインダクタン
ス値に応じて設定することになる。
Next, the configuration of the power factor correction circuit 10 will be described. The power factor correction circuit 10 shown in FIG. 1 includes a filter capacitor CN, a high speed recovery type diode D1, and a magnetic coupling transformer MCT. Here, the magnetic coupling transformer MCT is configured by winding a primary winding (first winding) Np and a secondary winding (second winding) Ns in a tightly coupled state, for example. Further, in the present embodiment, assuming that the inductance Ls of the primary winding Np and the inductance Ls of the secondary winding Ns take a larger value than the inductance Lp, A predetermined inductance value is selected. For this purpose, for example, the number of turns (turn ratio) of the primary winding Np and the secondary winding Ns is set according to the inductance value to be actually selected.

【0076】磁気結合トランスMCTの一次巻線Npの
巻始め端部は、検出巻線NDを介して絶縁コンバータト
ランスPITの一次巻線N1Aと接続され、巻終わり端部
はスイッチング素子Q1のコレクタに対して接続され
る。つまり、一次巻線N1Aと直列に接続される。これに
より、磁気結合トランスMCTの一次巻線Npに対して
は、スイッチング素子Q1のスイッチング出力が、検出
巻線ND、一次巻線N1Aを介して伝達されることにな
る。
The winding start end of the primary winding Np of the magnetic coupling transformer MCT is connected to the primary winding N1A of the insulating converter transformer PIT via the detection winding ND, and the winding end is connected to the collector of the switching element Q1. Connected to That is, it is connected in series with the primary winding N1A. As a result, the switching output of the switching element Q1 is transmitted to the primary winding Np of the magnetic coupling transformer MCT via the detection winding ND and the primary winding N1A.

【0077】磁気結合トランスMCTの二次巻線Nsの
巻始め端部は、高速リカバリ型ダイオードD1のカソー
ドに対して接続される。ここで、高速リカバリ型ダイオ
ードD1のアノードは、ブリッジ整流回路Diの正極出
力端子に接続される。また、二次巻線Nsの巻終わり端
部は、平滑コンデンサCiの正極端子に対して接続され
る。つまり、ブリッジ整流回路Diの正極出力端子と平
滑コンデンサCiの正極端子間(すなわち整流電流経
路)に対して、高速リカバリ型ダイオードD1−二次巻
線Nsの直列接続回路が挿入される。また、この図に示
す磁気結合トランスMCTの一次巻線Npと二次巻線Ns
の巻方向の関係を見た場合には、図3(a)と同様とな
り、したがってその動作は、加極性(+M)モードとさ
れることになる。
The winding start end of the secondary winding Ns of the magnetic coupling transformer MCT is connected to the cathode of the high-speed recovery type diode D1. Here, the anode of the fast recovery diode D1 is connected to the positive output terminal of the bridge rectifier circuit Di. The winding end of the secondary winding Ns is connected to the positive terminal of the smoothing capacitor Ci. That is, a series connection circuit of the high-speed recovery type diode D1 and the secondary winding Ns is inserted between the positive output terminal of the bridge rectifier circuit Di and the positive terminal of the smoothing capacitor Ci (that is, the rectified current path). The primary winding Np and the secondary winding Ns of the magnetic coupling transformer MCT shown in FIG.
3A, the operation is the same as that of FIG. 3A, and the operation is in the polarity (+ M) mode.

【0078】また、この場合のフィルタコンデンサCN
は、高速リカバリ型ダイオードD1のアノード側と一次
側アース間に対して挿入されることで、例えば磁気結合
トランスMCTの二次巻線Nsと共にノーマルモードの
ローパスフィルタを形成している。
Further, in this case, the filter capacitor CN
Is inserted between the anode side of the high-speed recovery type diode D1 and the primary side ground to form, for example, a normal mode low-pass filter together with the secondary winding Ns of the magnetic coupling transformer MCT.

【0079】このような構成の力率改善回路10による
力率改善動作としては、基本的に、次のようになる。力
率改善回路10では、まず、絶縁コンバータトランスP
ITの一次巻線N1Aに得られるスイッチング素子Q1の
スイッチング出力が、磁気結合トランスMCTの一次巻
線Npに伝達されることになる。そして、磁気結合トラ
ンスMCTにおける磁気結合を介して、一次巻線Npに
得られたスイッチング出力は、二次巻線Nsに対して励
起される。つまり、磁気結合トランスMCTの磁気結合
によってスイッチング出力が整流電流経路に帰還され
る。
The power factor improving operation by the power factor improving circuit 10 having such a configuration is basically as follows. In the power factor correction circuit 10, first, the isolation converter transformer P
The switching output of switching element Q1 obtained in IT primary winding N1A is transmitted to primary winding Np of magnetically coupled transformer MCT. Then, via the magnetic coupling in the magnetic coupling transformer MCT, the switching output obtained in the primary winding Np is excited with respect to the secondary winding Ns. That is, the switching output is fed back to the rectified current path by the magnetic coupling of the magnetic coupling transformer MCT.

【0080】このようにして帰還されたスイッチング出
力により、高速リカバリ型ダイオードD1 では整流電流
をスイッチング周期で断続するように動作する。この断
続動作により、チョークコイルとして機能する二次巻線
NsのインダクタンスLSも上昇し、整流出力電圧レベル
が平滑コンデンサCiの両端電圧よりも低いとされる期
間にも平滑コンデンサCiへの充電電流が流れる。した
がって、この場合にも、結果的に、交流入力電流の導通
角が拡大されて力率改善が図られる。
With the switching output thus fed back, the high-speed recovery type diode D1 operates so that the rectified current is intermittently switched in the switching cycle. Due to this intermittent operation, the inductance LS of the secondary winding Ns functioning as a choke coil also increases, and the charging current to the smoothing capacitor Ci also increases during the period when the rectified output voltage level is lower than the voltage across the smoothing capacitor Ci. Flows. Therefore, also in this case, as a result, the conduction angle of the AC input current is enlarged, and the power factor is improved.

【0081】図4に、上記図1に示す電源回路の動作波
形を示す。ここで、図4(a)〜(e)は、各部の商用
電源周期での動作が示され、図4(f)〜(j)は、各
部のスイッチング周期での動作が示される。また、この
動作は、交流入力電圧VAC=100V、最大負荷電力2
90W時のプッシュプル動作による動作となる。
FIG. 4 shows operation waveforms of the power supply circuit shown in FIG. Here, FIGS. 4A to 4E show the operation of each unit in the commercial power supply cycle, and FIGS. 4F to 4J show the operation of each unit in the switching cycle. This operation is performed under the condition that the AC input voltage VAC = 100 V and the maximum load power 2
The operation is a push-pull operation at 90 W.

【0082】ここでは、商用電源の周波数は50Hzと
され、交流入力電圧VACは図4(a)に示すように、半
周期が10msとなる正弦波状の波形が得られている。
そして、ブリッジ整流回路Diに流れる整流電流として
は、交流入力電流IACが図4(b)に示すようにして流
れると、高速リカバリ型ダイオードD1ではこれを断続
するようにスイッチングすることで、図4(c)に示す
波形によるスイッチング電流IDが流れることになる。
Here, the frequency of the commercial power supply is 50 Hz, and the AC input voltage VAC has a sinusoidal waveform having a half cycle of 10 ms as shown in FIG. 4A.
As the rectified current flowing through the bridge rectifier circuit Di, when the AC input current IAC flows as shown in FIG. 4B, the high-speed recovery type diode D1 switches so as to intermittently switch the current. The switching current ID having the waveform shown in FIG.

【0083】ここで、交流入力電圧VACが高いとされて
交流入力電流IACが流れる期間におけるスイッチング周
期の動作としては次のようになる。例えば、この期間に
おいてスイッチング素子Q1がスイッチング動作を行っ
たとすると、並列共振コンデンサCrの両端には、図4
(f)に示すようにして、スイッチング素子Q1がオフ
となる期間Toff(3μs)において正弦波状のパルス
となる並列共振電圧Vcpが発生する。そして、スイッ
チング素子Q1がオンとなる期間Ton(7μs)には、
スイッチング素子Q1のコレクタ−エミッタ間に、図4
(g)に示すようにしてスイッチング出力電流Icpが
流れるが、このスイッチング出力電流Icpは、力率改
善回路10内のフィルタコンデンサCNから、高速リカ
バリ型ダイオードD1→二次巻線Nsを介して平滑コンデ
ンサCiに流れる。このとき、高速リカバリ型ダイオー
ドD1を流れるスイッチング電流IDは、図4(h)に示
すように、略正弦波上で11Apのレベルを有する波形
となる。
Here, the operation of the switching cycle during the period when the AC input voltage VAC is high and the AC input current IAC flows is as follows. For example, assuming that the switching element Q1 performs a switching operation during this period, both ends of the parallel resonance capacitor Cr are connected to each other as shown in FIG.
As shown in (f), in the period Toff (3 μs) during which the switching element Q1 is turned off, a parallel resonance voltage Vcp that becomes a sine wave pulse is generated. Then, during a period Ton (7 μs) during which the switching element Q1 is turned on,
4 between the collector and the emitter of the switching element Q1.
As shown in (g), the switching output current Icp flows, and this switching output current Icp is smoothed from the filter capacitor CN in the power factor correction circuit 10 via the high-speed recovery type diode D1 → secondary winding Ns. It flows to the capacitor Ci. At this time, the switching current ID flowing through the high-speed recovery type diode D1 has a waveform having a level of 11 Ap on a substantially sine wave as shown in FIG.

【0084】また、スイッチング周期における二次巻線
Nsの両端電圧VLは、図4(i)に示すようにして、期
間Toffにおいては、正方向に100Vpとなる正弦波
状の波形となり、期間Tonにおいてはその開始期間にお
いて負方向に60Vpとなる波形が得られる。また、図
4(j)は、スイッチング周期における、二次巻線Ns
−平滑コンデンサCiの直列接続回路の両端電圧V1を
示しているが、この電圧V1は、期間Toffにおいては、
260Vpとなる正弦波状の波形となり、期間Tonにお
いては、その開始期間において100Vpとなる逆方向
の正弦波状の波形が得られ、この後、150Vが維持さ
れる。
Further, as shown in FIG. 4 (i), the voltage VL between both ends of the secondary winding Ns in the switching cycle becomes a sine waveform having a positive direction of 100 Vp in the period Toff, and in the period Ton in the period Toff. In the start period, a waveform of 60 Vp in the negative direction is obtained. FIG. 4 (j) shows the secondary winding Ns in the switching cycle.
-The voltage V1 across the series connection circuit of the smoothing capacitor Ci is shown, and this voltage V1 is
A sinusoidal waveform of 260 Vp is obtained, and in a period Ton, a sinusoidal waveform of 100 Vp in the reverse direction is obtained in the start period, and thereafter, 150 V is maintained.

【0085】そして、商用電源周期による動作として、
交流入力電圧VACが低いとされて、交流入力電流IACが
流れない期間(高速リカバリ型ダイオードD1がスイッ
チング動作を行わない期間)においては、磁気結合トラ
ンスの一次巻線Npに対して、絶縁コンバータトランス
PITの一次巻線N1に流れる一次側スイッチング電流
I1が流れ、これによって磁気結合トランスMCTの二
次巻線Nsには、励起電圧が発生する。これにより、商
用電源周期で見た場合の二次巻線Nsの両端電圧VLは、
図4(d)に示すものとなり、ほぼ定常的に電圧レベル
が得られていることになる。そして、この二次巻線Ns
の両端電圧VLが整流平滑電圧Ei(平滑コンデンサC
iの両端電圧)に重畳されることで、二次巻線Ns−平
滑コンデンサCiの直列接続回路の両端電圧V1は、商
用電源周期において図4(e)に示す波形が得られる。
この図4(e)に示す波形から分かるように、本実施の
形態では、磁気結合トランスMCTの二次巻線Nsに励
起される電圧により、整流平滑電圧Ei(直流入力電
圧)のレベルを増加させるように動作しているものであ
る。そして、この動作は、前述したようにして、磁気結
合トランスMCTの一次巻線NpのインダクタンスLp
と、二次巻線NsのインダクタンスLsについて、インダ
クタンスLsのほうがインダクタンスLpよりも大きくな
るように設定されていることによって得られるものであ
る。
Then, as an operation based on the commercial power supply cycle,
In a period in which the AC input voltage VAC is low and the AC input current IAC does not flow (a period in which the high-speed recovery type diode D1 does not perform a switching operation), the isolation converter transformer is connected to the primary winding Np of the magnetic coupling transformer. A primary-side switching current I1 flowing through the primary winding N1 of the PIT flows, thereby generating an excitation voltage in the secondary winding Ns of the magnetic coupling transformer MCT. Thereby, the voltage VL across the secondary winding Ns as viewed in the commercial power supply cycle is
FIG. 4D shows that the voltage level is almost constantly obtained. And, this secondary winding Ns
Of the rectified smoothed voltage Ei (smoothing capacitor C
(e), the voltage V1 across the series connection circuit of the secondary winding Ns and the smoothing capacitor Ci has the waveform shown in FIG. 4E in the commercial power supply cycle.
As can be seen from the waveform shown in FIG. 4 (e), in the present embodiment, the level of the rectified smoothed voltage Ei (DC input voltage) is increased by the voltage excited in the secondary winding Ns of the magnetic coupling transformer MCT. It is working to make it. This operation is performed, as described above, by the inductance Lp of the primary winding Np of the magnetic coupling transformer MCT.
And the inductance Ls of the secondary winding Ns is obtained by setting the inductance Ls to be larger than the inductance Lp.

【0086】上記のようにして、直流入力電圧のレベル
を増加させていることで、例えば、高速リカバリ型ダイ
オードD1のカソード電位V1が、力率改善回路への入力
電圧(高速リカバリ型ダイオードD1のアノード側電
位)よりも低いとされる期間においても、高速リカバリ
型ダイオードD1のスイッチング動作を継続するように
動作する。つまり、商用電源周期の半周期ごとにおい
て、高速リカバリ型ダイオードD1がスイッチングを行
う期間が延長されるものである。このような動作によっ
て、10msの商用電源の半周期に対して、例えば図4
(b)に示すように交流入力電流IACの導通角は6ms
程度にまで拡大されることになり、より高い力率が得ら
れるようにされる。
As described above, by increasing the level of the DC input voltage, for example, the cathode potential V1 of the high-speed recovery type diode D1 changes to the input voltage (the high-speed recovery type diode D1) of the power factor correction circuit. The high-speed recovery diode D1 operates so as to continue the switching operation even during a period that is lower than the anode side potential). In other words, the switching period of the high-speed recovery type diode D1 is extended every half cycle of the commercial power supply cycle. By such an operation, for example, for a half cycle of the commercial power supply of 10 ms, FIG.
As shown in (b), the conduction angle of the AC input current IAC is 6 ms.
To a higher degree, so that a higher power factor is obtained.

【0087】ここで、図5、図6、及び図7に、上記図
1に示した電源回路についての実験結果を示す。なお、
これらの図に示す実験結果を得るのにあたっては、磁気
結合トランスMCTについてはEI−25のEI型コア
を用い、一次巻線NpについてはインダクタンスLp=1
3μH、二次巻線NsについてはインダクタンスLp=1
05μHとしている。そして、フィルタコンデンサCN
=1μF、並列共振コンデンサCr=2700pF、ス
イッチング素子Q1、Q2はVCBO>1500Vを選定し
ている。また、動作条件としては、負荷電力Po=29
0W〜0W、交流入力電圧VAC=80V〜288V時と
される。
Here, FIGS. 5, 6 and 7 show experimental results of the power supply circuit shown in FIG. In addition,
To obtain the experimental results shown in these figures, an EI type core of EI-25 was used for the magnetic coupling transformer MCT, and the inductance Lp = 1 for the primary winding Np.
3 μH, the inductance Lp = 1 for the secondary winding Ns.
05 μH. And the filter capacitor CN
= 1 μF, the parallel resonance capacitor Cr = 2700 pF, and the switching elements Q1 and Q2 are selected so that VCBO> 1500V. The operating condition is that the load power Po = 29
0 W to 0 W and the AC input voltage VAC = 80 V to 288 V.

【0088】まず図5には、交流入力電圧VAC=100
V、及び交流入力電圧VAC=230Vで一定とした条件
の下での、負荷と力率との関係を示している。この図に
示されるように、本実施の形態では、負荷電力Po=1
00W程度以上から、力率PFについて0.75程度以
上が維持される。そして、負荷電力Po=300Wにお
いて力率PF=0.8程度となるまで、力率が緩やかに
上昇する特性が得られている。このようにして、本実施
の形態では、広範囲の負荷条件にわたって高力率が得ら
れるものである。
First, FIG. 5 shows that the AC input voltage VAC = 100
4 shows the relationship between the load and the power factor under the condition that V and the AC input voltage VAC = 230 V are constant. As shown in this figure, in the present embodiment, the load power Po = 1
From about 00 W or more, the power factor PF is maintained at about 0.75 or more. Then, the characteristic that the power factor gradually increases until the power factor PF becomes approximately 0.8 at the load power Po = 300 W is obtained. Thus, in the present embodiment, a high power factor can be obtained over a wide range of load conditions.

【0089】また、図6には、負荷電力Po=290W
で一定とした条件の下での、交流入力電圧VACと力率と
の関係が示されている。この図から分かるように、力率
PFとしては、交流入力電圧VAC=100V付近におい
て既にPF=0.9程度以上の高力率が得られており、
交流入力電圧VACが上昇するように変動していくのにし
たがって、力率PFが低くはなっていくものの、そし
て、交流入力電圧VAC=230Vにあっても、PF=
0.8に近い値を維持しているものである。
FIG. 6 shows that the load power Po = 290 W
2 shows the relationship between the AC input voltage VAC and the power factor under the condition that is constant. As can be seen from this figure, as the power factor PF, a high power factor of about PF = 0.9 or more has already been obtained near the AC input voltage VAC = 100 V.
As the AC input voltage VAC fluctuates so as to increase, the power factor PF decreases, but even when the AC input voltage VAC = 230 V, PF =
A value close to 0.8 is maintained.

【0090】このように、本実施の形態の電源回路で
は、シングルエンド動作とプッシュプル動作において、
磁気結合トランスMCTの磁気結合によって整流電流経
路に帰還されるスイッチング出力がほぼ同じになる。し
たがって、図5、図6で示したように交流入力電圧VAC
が100V系または200V系であるときでも力率PF
はほぼ同等の特性となる。また本実施の形態の電源回路
では、交流入力電圧、負荷の変動に対しても高力率を維
持できる。このために、交流入力電圧や負荷条件が指定
されるテレビジョン受像機などに限定されず、例えば負
荷条件が変動する事務機器やパーソナルコンピュータな
どの事務機器に対して本実施の形態の電源回路を搭載す
ることが実用上十分に可能となるものである。
As described above, in the power supply circuit of the present embodiment, in the single-ended operation and the push-pull operation,
The switching output fed back to the rectified current path by the magnetic coupling of the magnetic coupling transformer MCT becomes substantially the same. Therefore, as shown in FIG. 5 and FIG.
Power factor PF even when is 100V system or 200V system
Have almost the same characteristics. Further, in the power supply circuit of the present embodiment, a high power factor can be maintained even when the AC input voltage and the load fluctuate. For this reason, the power supply circuit according to the present embodiment is not limited to a television receiver or the like in which the AC input voltage or the load condition is specified, and is applied to office equipment such as an office equipment or a personal computer in which the load condition fluctuates. It is practically possible to mount it.

【0091】また本実施の形態の電源回路によれば、従
来の電力帰還方式に比較して、負荷電力Po及び交流入
力電圧VACの変化に対して力率PFが非常に安定したも
のとなる。また負荷電力Poの変動範囲も大幅に拡大さ
れている。このように交流入力電圧、負荷の変動に対し
ても高力率を維持できることで、交流入力電圧や負荷条
件が指定されるテレビジョン受像機などに限定されず、
例えば負荷条件が変動する事務機器やパーソナルコンピ
ュータなどの事務機器に対して本実施の形態の電源回路
を搭載することが実用上十分に可能となるものである。
また、ワイドレンジ対応の構成として、プッシュプル動
作/シングルエンド動作の切換のための交流入力電圧V
ACの検出は、平滑コンデンサCiの正極にあらわれる直
流入力電圧Eiから行っている。したがって例えば瞬時
停電や外乱のノイズなどの影響で、商用交流電流レベル
の誤検出が生じたとしても、プッシュプル動作/シング
ルエンド動作の切換が行なわれるだけで、スイッチング
のための動作電源である直流入力電圧Eiのレベル変化
を生じさずに、スイッチング動作を継続することができ
る。つまり、スイッチング素子Q1、Q2などの部品にお
いて、例えば瞬間停電や外乱のノイズなどによる交流入
力電圧VACにも対応することができる耐圧品を選定した
り、誤検出からスイッチング素子Q1、Q2を保護する構
成を採るなどの対策が必要なくなる。したがって、誤動
作対策を採る必要がないので回路規模の拡大を防ぐこと
ができる。
Further, according to the power supply circuit of the present embodiment, the power factor PF becomes very stable with respect to changes in the load power Po and the AC input voltage VAC, as compared with the conventional power feedback system. Further, the fluctuation range of the load power Po is greatly expanded. As described above, the AC input voltage and the fact that the high power factor can be maintained even when the load fluctuates are not limited to the television receiver or the like in which the AC input voltage and the load condition are specified.
For example, it is practically sufficiently possible to mount the power supply circuit according to the present embodiment on office equipment such as office equipment and personal computers in which load conditions fluctuate.
Further, as a configuration corresponding to a wide range, an AC input voltage V for switching between push-pull operation / single-end operation is provided.
The detection of AC is performed from the DC input voltage Ei appearing on the positive electrode of the smoothing capacitor Ci. Therefore, even if an erroneous detection of the commercial AC current level occurs due to, for example, an instantaneous power failure or noise from disturbance, only switching between push-pull operation and single-ended operation is performed, and DC power as an operation power supply for switching is obtained. The switching operation can be continued without causing a level change of the input voltage Ei. That is, in the components such as the switching elements Q1 and Q2, a withstand voltage product that can cope with the AC input voltage VAC due to, for example, a momentary power failure or disturbance noise is selected, and the switching elements Q1 and Q2 are protected from erroneous detection. There is no need to take measures such as adopting a configuration. Therefore, it is not necessary to take a countermeasure against malfunction, so that it is possible to prevent an increase in circuit scale.

【0092】また、本実施の形態の電源回路では、交流
入力電圧がVAC=100V、VAC=230Vのときに電
力変換効率が上昇し、例えば力率改善回路10を備えな
い場合よりも1.5%向上し、交流入力電力としては、
力率改善回路10を備えない場合よりも約4.4W低減
している。これは、本実施の形態の力率改善回路10の
構成として、電力帰還のために磁気結合トランスMCT
を備えていることによる。例えば図14に示した力率改
善回路20の構成では、スイッチング出力が、一次側直
列共振回路と、力率改善回路20に対して電力帰還する
ためのLC共振回路とに対して分岐して流れるためにス
イッチング電流が増加して、その分電力損失が増加す
る。これに対して、本実施の形態では、スイッチング素
子Q1のスイッチング出力を単に磁気結合トランスMC
Tの一次側巻線NPに伝達すれば、磁気結合トランスM
CTの磁気結合作用によって、整流電流経路へのスイッ
チング出力の帰還が行われるものである。これにより、
同じ力率改善を図るのにあたって、スイッチング電流量
は、図14の場合よりも少なくすることができているも
のである。
Further, in the power supply circuit of the present embodiment, the power conversion efficiency increases when the AC input voltage is VAC = 100 V and VAC = 230 V, for example, 1.5 times higher than when the power factor improvement circuit 10 is not provided. %, And as AC input power,
The power is reduced by about 4.4 W as compared with the case where the power factor improving circuit 10 is not provided. This is because, as a configuration of the power factor correction circuit 10 of the present embodiment, the magnetic coupling transformer MCT
By having. For example, in the configuration of the power factor improvement circuit 20 illustrated in FIG. 14, the switching output branches and flows to the primary side series resonance circuit and the LC resonance circuit for feeding back power to the power factor improvement circuit 20. Therefore, the switching current increases, and the power loss increases accordingly. On the other hand, in the present embodiment, the switching output of the switching element Q1 is simply
If it is transmitted to the primary winding NP of T, the magnetic coupling transformer M
The feedback of the switching output to the rectified current path is performed by the magnetic coupling action of the CT. This allows
In achieving the same power factor improvement, the amount of switching current can be made smaller than in the case of FIG.

【0093】また、実験結果として、磁気結合トランス
MCTの巻線(Np,Ns)間のインダクタンス値の比を
変更して、一次巻線Npから二次巻線Ns側へのスイッチ
ング電流I1の帰還量を変更することで、力率特性を変
えられることが確認されている。つまり、本実施の形態
としては、磁気結合トランスMCTにおける巻線(N
p,Ns)のインダクタンス値を変更してやることで、実
使用に適った条件の力率特性が得られるように調整を行
うことができるものである。このように磁気結合トラン
スMCTの一次巻線Np/二次巻線Nsのインダクタンス
値の比を変更するのには、例えば一次巻線Np/二次巻
線Nsの巻数比を変更してやればよいものである。
As an experimental result, feedback of the switching current I1 from the primary winding Np to the secondary winding Ns by changing the ratio of the inductance values between the windings (Np, Ns) of the magnetic coupling transformer MCT. It has been confirmed that the power factor characteristics can be changed by changing the amount. That is, in the present embodiment, the winding (N
By changing the inductance value of (p, Ns), the adjustment can be performed so that the power factor characteristics under conditions suitable for actual use can be obtained. In order to change the ratio of the inductance value of the primary winding Np / secondary winding Ns of the magnetic coupling transformer MCT as described above, for example, the winding ratio of the primary winding Np / secondary winding Ns may be changed. It is.

【0094】ここで、磁気結合トランスMCTにおける
一次巻線Np/二次巻線Nsのインダクタンス値として、
一次巻線NpについてはインダクタンスLp=13μH、
二次巻線NsについてはインダクタンスLp=90μHと
なるように、その巻数比を設定した場合に得られた各部
の動作波形を図7に示す。
Here, as the inductance value of the primary winding Np / secondary winding Ns in the magnetic coupling transformer MCT,
For the primary winding Np, the inductance Lp = 13 μH,
FIG. 7 shows operation waveforms of the respective parts obtained when the turns ratio of the secondary winding Ns is set such that the inductance Lp = 90 μH.

【0095】図7(a)に示すように、例えば50Hz
の商用電源周期により交流入力電圧VACが入力されてい
るとして、高速リカバリ型ダイオードD1では、図7
(c)のスイッチング電流IDに示されるようにしてス
イッチング動作を行う。また、このときの磁気結合トラ
ンスMCTの二次巻線Nsの両端電圧VLは、図7(d)
に示すようにして、交流入力電圧VACが低いとされるτ
期間以外の期間にほぼ対応して、スイッチング周期に応
じた交番波形が得られるものとなり、二次巻線Ns−平
滑コンデンサCiの直列接続回路に得られる両端電圧
(直流入力電圧)V1は、交流入力電圧VACが高いとさ
れるτ期間に130Vpで、τ期間以外の期間において
は40Vとなる電圧レベルに対して、電圧VLとほぼ同
一の波形が重畳されるものとなる。
As shown in FIG. 7A, for example, 50 Hz
Assuming that the AC input voltage VAC is input in the commercial power supply cycle of FIG.
The switching operation is performed as indicated by the switching current ID in (c). The voltage VL across the secondary winding Ns of the magnetic coupling transformer MCT at this time is as shown in FIG.
As shown in, the AC input voltage VAC is assumed to be low.
The alternating waveform corresponding to the switching cycle is obtained substantially corresponding to the period other than the period, and the voltage (DC input voltage) V1 obtained in the series connection circuit of the secondary winding Ns and the smoothing capacitor Ci is the AC voltage. A waveform substantially the same as the voltage VL is superimposed on a voltage level of 130 Vp during the τ period when the input voltage VAC is assumed to be high, and 40 V during periods other than the τ period.

【0096】また、上記のようにして磁気結合トランス
MCTの巻線比を変更した場合の、交流入力電圧をVAC
=100V、VAC=230Vで一定とした条件の下で
の、負荷と力率との関係を図8に示す。例えば図5と比
較すると、図8の場合には、負荷電力Po=100W以
上では、力率PFの値は低くはなるものの、負荷電力の
変動に関わらずほぼPF=0.75程度で一定に維持さ
れ、負荷電力Po=100W程度以下では、逆に力率が
上昇するという特性が得られる。
When the winding ratio of the magnetic coupling transformer MCT is changed as described above, the AC input voltage is changed to VAC.
FIG. 8 shows the relationship between the load and the power factor under the condition that the constant was set at 100 V and VAC = 230 V. For example, in comparison with FIG. 5, in the case of FIG. 8, in the case of the load power Po = 100 W or more, although the value of the power factor PF becomes lower, the power factor PF becomes constant at about PF = 0.75 regardless of the fluctuation of the load power. When the load power is maintained at about Po = 100 W or less, the power factor increases.

【0097】図9は、同じく磁気結合トランスMCTの
巻線比を変更した構成における、負荷電力をPo=10
0W、Po=290Wで一定とした条件の下での、交流
入力電圧VACと力率との関係が示されている。この場合
にも、力率PFとしては、負荷電力Po=100Wの場
合、交流入力電圧VAC=100V程度以上では、力率P
F=0.75程度でほぼ一定となり、VAC=100V程
度以下で力率PFが高くなるという特性が得られる。ま
た、負荷電力Po=290Wの場合、交流入力電圧VAC
=200V程度以上では、力率PF=0.75程度でほ
ぼ一定となり、VAC=200V程度以下で力率PFが高
くなるという特性が得られる。
FIG. 9 shows that the load power is Po = 10 in the configuration in which the winding ratio of the magnetic coupling transformer MCT is also changed.
The relationship between the AC input voltage VAC and the power factor under the condition that the power is constant at 0 W and Po = 290 W is shown. Also in this case, as for the power factor PF, when the load power Po = 100 W, the power factor P
The characteristic that the power factor PF becomes substantially constant when F = 0.75 or less and the power factor PF becomes high when VAC = about 100 V or less is obtained. When the load power Po = 290 W, the AC input voltage VAC
When the power factor PF is about 200 V or more, the power factor PF becomes substantially constant at about 0.75, and when the VAC is about 200 V or less, the power factor PF becomes high.

【0098】なお、図1に示すスイッチング電源回路の
構成において、磁気結合トランスMCTの一次巻線N
p、二次巻線Nsの巻方向の関係として、図3(b)に示
した関係、すなわち磁気結合トランスMCTが減極性
(−M:フライバック方式)で動作するように構成した
場合でも、図5、図6に示した特性を得ることができ
る。また、磁気結合トランスMCTの一次巻線と二次巻
線の巻数比を変更すれば、例えば図8、図9に示したよ
うな特性が得られるものである。この場合、図4に示し
た、スイッチング素子Q1がオフとなるとき(期間Tof
f)に高速リカバリ型ダイオードD1にスイッチング電流
IDが流れ、両端電圧VLと両端電圧V1の高周波波形の
位相が逆になる。
In the configuration of the switching power supply circuit shown in FIG. 1, primary winding N of magnetically coupled transformer MCT
Regarding the relationship between p and the winding direction of the secondary winding Ns, the relationship shown in FIG. 3B, that is, even when the magnetic coupling transformer MCT is configured to operate with a reduced polarity (−M: flyback method), The characteristics shown in FIGS. 5 and 6 can be obtained. Further, by changing the turns ratio between the primary winding and the secondary winding of the magnetic coupling transformer MCT, for example, the characteristics shown in FIGS. 8 and 9 can be obtained. In this case, when the switching element Q1 shown in FIG.
In (f), the switching current ID flows through the high-speed recovery type diode D1, and the phases of the high-frequency waveforms of the terminal voltage VL and the terminal voltage V1 are reversed.

【0099】以上、実施の形態について説明してきた
が、本発明はさらに多様な変形例が考えられる。例えば
本出願人は、複合共振形スイッチングコンバータとし
て、二次側直列共振回路を利用した4倍電圧整流回路を
備えた構成も既に提案しているが、このような構成も本
実施の形態の変形例として成立し得る。つまり、本実施
の形態としては二次側の共振回路及び整流回路の構成と
して特に限定されるものではない。
Although the embodiments have been described above, the present invention may have various other modifications. For example, the present applicant has already proposed a configuration provided with a quadruple voltage rectifier circuit using a secondary-side series resonance circuit as a composite resonance type switching converter, but such a configuration is also a modification of the present embodiment. It can be established as an example. That is, the present embodiment is not particularly limited as the configuration of the secondary-side resonance circuit and the rectifier circuit.

【0100】また、本実施の形態では、プッシュプル動
作を行う場合にスイッチング素子Q1のスイッチング出
力が力率改善回路10に帰還される構成を例に挙げて説
明したが、スイッチング素子Q2のスイッチング出力を
力率改善回路10に帰還させるように構成することも考
えられる。さらに、本実施の形態においては、一次側に
対して自励式による共振コンバータを備えた構成の下で
定電圧制御を行うための制御トランスとして直交形制御
トランスが用いられているが、この直交形制御トランス
の代わりに、先に本出願人により提案された斜交形制御
トランスを採用することができる。上記斜交形制御トラ
ンスの構造としては、ここでの図示は省略するが、例え
ば直交形制御トランスの場合と同様に、4本の磁脚を有
する2組のダブルコの字形コアを組み合わせることで立
体型コアを形成する。そして、この立体形コアに対して
制御巻線NCと駆動巻線NBを巻装するのであるが、この
際に、制御巻線と駆動巻線の巻方向の関係が斜めに交差
する関係となるようにされる。具体的には、制御巻線N
Cと駆動巻線NBの何れか一方の巻線を、4本の磁脚のう
ちで互いに隣り合う位置関係にある2本の磁脚に対して
巻装し、他方の巻線を対角の位置関係にあるとされる2
本の磁脚に対して巻装するものである。そして、このよ
うな斜交形制御トランスを備えた場合には、駆動巻線を
流れる交流電流が負の電流レベルから正の電流レベルと
なった場合でも駆動巻線のインダクタンスが増加すると
いう動作傾向が得られる。これにより、スイッチング素
子をターンオフするための負方向の電流レベルは増加し
て、スイッチング素子の蓄積時間が短縮されることにな
るので、これに伴ってスイッチング素子のターンオフ時
の下降時間も短くなり、スイッチング素子の電力損失を
より低減することが可能になるものである。
Further, in the present embodiment, an example has been described in which the switching output of switching element Q1 is fed back to power factor correction circuit 10 when the push-pull operation is performed, but the switching output of switching element Q2 is performed. Is fed back to the power factor correction circuit 10. Furthermore, in the present embodiment, an orthogonal control transformer is used as a control transformer for performing constant voltage control under a configuration having a self-excited resonance converter for the primary side. Instead of the control transformer, an oblique control transformer previously proposed by the present applicant can be employed. Although the illustration of the structure of the oblique control transformer is omitted here, for example, as in the case of the orthogonal control transformer, a three-dimensional structure is obtained by combining two sets of double U-shaped cores having four magnetic legs. Form a mold core. Then, the control winding NC and the driving winding NB are wound around the three-dimensional core. At this time, the winding directions of the control winding and the driving winding obliquely intersect. To be. Specifically, the control winding N
C and one of the drive windings NB are wound around two magnetic legs adjacent to each other among the four magnetic legs, and the other winding is wound diagonally. It is assumed that there is a positional relationship 2
It is wound around the magnetic legs of the book. When such an oblique control transformer is provided, even when the AC current flowing through the drive winding changes from a negative current level to a positive current level, the operation tendency that the inductance of the drive winding increases. Is obtained. Thereby, the current level in the negative direction for turning off the switching element increases, and the accumulation time of the switching element is shortened.Accordingly, the fall time at the time of turning off the switching element is also shortened, The power loss of the switching element can be further reduced.

【0101】[0101]

【発明の効果】以上説明したように本発明は、プッシュ
プル方式のスイッチング周波数制御方式複合共振形コン
バータといわれる電源回路の整流電流経路に磁気結合ト
ランスを備えた力率改善回路を備えている。そして、一
次側共振回路に得られるスイッチング出力が磁気結合ト
ランスによる磁気結合を介して帰還されると共に、スイ
ッチング動作切換手段により交流入力電圧に応じてプッ
シュプル動作とシングルエンド動作を切り換えるように
している。これにより広範囲入力電圧対応となり、また
交流入力電圧や負荷電力の変動に対して広範囲にわたっ
て十分な力率が維持されるという効果がある。例えばA
C100V系、200V系共用で負荷電力が200W以
上の重負荷時に、290W〜0Wの広範囲の負荷変動に
対して、安定的に高力率が得られるようになる。したが
って、100V系と200V系共用のワイドレンジに対
応した力率改善ソフトスイッチング電源としては適切な
ものとなり、負荷変動が大きい事務機器、情報機器用の
力率改善電源回路として好適なものとなる。
As described above, the present invention is provided with a power factor improving circuit having a magnetic coupling transformer in a rectified current path of a power supply circuit called a composite frequency converter of a push-pull type switching frequency control type. The switching output obtained in the primary side resonance circuit is fed back via magnetic coupling by a magnetic coupling transformer, and the switching operation switching means switches between push-pull operation and single-ended operation according to the AC input voltage. . As a result, there is an effect that a wide range of input voltage can be supported and a sufficient power factor can be maintained over a wide range with respect to fluctuations of the AC input voltage and the load power. For example, A
When a heavy load with a load power of 200 W or more is used for both the C100 V system and the 200 V system, a high power factor can be stably obtained with respect to a wide range of load fluctuation of 290 W to 0 W. Therefore, it is suitable as a power factor improving soft switching power supply corresponding to a wide range shared by 100 V system and 200 V system, and suitable as a power factor improving power supply circuit for office equipment and information equipment having a large load variation.

【0102】また、力率改善手段としては磁気結合トラ
ンスを備えていることで、スイッチング出力を一次巻線
に供給すべき系に対して、例えば磁気結合トランスの第
1巻線を挿入すれば、整流電流経路へのスイッチング出
力の帰還を実現することが可能とされている。これは、
例えば整流電流経路にスイッチング出力を帰還するため
の共振回路系を追加する必要が無いことを意味するもの
で、その分、スイッチング素子に流れるスイッチング電
流を低減することができ、電力変換効率の向上を図るこ
とができる。さらに、力率改善手段は商用電源ラインに
挿入されておらず、整流出力点と平滑コンデンサ間に挿
入されているので、安全規格承認品を選定する必要がな
く、安価に構成することができるようになる。また本発
明としては、ワイドレンジ対応の構成として、プッシュ
プル動作/シングルエンド動作の切換を行うようにして
いる。これは、例えば商用交流電源レベルを検出する検
出回路系において、瞬時停電や外乱のノイズ等による誤
検出が生じたとしても、単にプッシュプル動作/シング
ルエンド動作の切り換えが行われるのみであって、誤検
出に伴った、スイッチングのための動作電源である直流
入力電圧レベルの変化を生じさせない。従って、例えば
誤検出時に対応した保護対策を特に採る必要も無いため
に、それだけ、回路規模の拡大を防ぐことができる。
Further, since the power factor improving means includes a magnetic coupling transformer, for example, if the first winding of the magnetic coupling transformer is inserted into a system to supply the switching output to the primary winding, It is possible to realize feedback of the switching output to the rectified current path. this is,
For example, it means that it is not necessary to add a resonance circuit system for feeding back the switching output to the rectification current path, and accordingly, the switching current flowing through the switching element can be reduced and the power conversion efficiency can be improved. Can be planned. Further, since the power factor improving means is not inserted in the commercial power supply line and is inserted between the rectified output point and the smoothing capacitor, it is not necessary to select a safety standard approved product, so that it can be configured at a low cost. become. Further, according to the present invention, switching between push-pull operation and single-ended operation is performed as a configuration corresponding to a wide range. This is because, for example, in the detection circuit system for detecting the level of the commercial AC power supply, even if an erroneous detection occurs due to an instantaneous power failure or noise of disturbance, only switching between push-pull operation / single-end operation is performed. It does not cause a change in the DC input voltage level which is an operation power supply for switching due to the erroneous detection. Therefore, for example, since it is not necessary to take a protective measure corresponding to, for example, an erroneous detection, the circuit scale can be prevented from being increased.

【0103】また、一次側共振回路を電圧共振形で構成
することで、交流入力電圧に応じて第1のスイッチング
素子を用いたシングルエンド動作と、第1、第2のスイ
ッチング素子を用いたプッシュプル動作を切り換えるこ
とによってワイドレンジに対応することが可能となる。
これによって、一次側共振回路を電流共振形として、例
えばハーフブリッジ結合とフルブリッジ結合を切り換え
てスイッチング動作を行うように構成した電源回路より
も部品点数を削減することができる。したがって、スイ
ッチング電流を低減することができ電力変換効率を向上
することができる。さらに、部品点数を削減することで
回路構成を簡素化することができ基板面積を低減するこ
とができる。
Further, by configuring the primary side resonance circuit as a voltage resonance type, a single-ended operation using the first switching element in accordance with the AC input voltage and a push-type operation using the first and second switching elements can be performed. By switching the pull operation, it is possible to support a wide range.
This makes it possible to reduce the number of components compared to a power supply circuit configured to perform switching operation by switching between half-bridge coupling and full-bridge coupling, for example, by using the primary-side resonance circuit as a current resonance type. Therefore, the switching current can be reduced, and the power conversion efficiency can be improved. Further, by reducing the number of components, the circuit configuration can be simplified, and the board area can be reduced.

【0104】また、磁気結合トランスにおいては、第1
巻線のインダクタンスよりも第2巻線のインダクタンス
が大きくなるように設定されていることで、直流入力電
圧が増加するのであるが、これにより、結果的には、交
流入力電圧、及び負荷電力の変動に対しても、実用性に
足るだけの力率が得られるように維持されるものであ
る。したがって、例えば負荷変動が大きい事務機器、情
報機器用の力率改善電源回路として好適なものとなる。
また、力率の特性としては、例えば第1巻線のインダク
タンスと第2巻線のインダクタンスとの比を調整するこ
とで、交流入力電圧、負荷電力の変動に対してほぼ一定
とすることもできるために、リップル成分の抑制を図る
ことも可能となる。また、直流入力電圧の増加によっ
て、電力変換効率の向上が図られるものである。
In the magnetic coupling transformer, the first
By setting the inductance of the second winding to be larger than the inductance of the winding, the DC input voltage increases. As a result, as a result, the AC input voltage and the load power are reduced. Even with fluctuations, a power factor sufficient for practical use is maintained. Therefore, for example, it becomes suitable as a power factor improving power supply circuit for office equipment and information equipment having a large load variation.
In addition, the power factor characteristics can be made substantially constant with respect to fluctuations in the AC input voltage and the load power by adjusting, for example, the ratio of the inductance of the first winding to the inductance of the second winding. Therefore, the ripple component can be suppressed. In addition, the power conversion efficiency is improved by increasing the DC input voltage.

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

【図1】本発明の実施の形態としてのスイッチング電源
回路の構成を示す回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a switching power supply circuit according to an embodiment of the present invention.

【図2】本実施の形態の電源回路に採用される絶縁コン
バータトランスの構造を示す側断面図である。
FIG. 2 is a side sectional view showing a structure of an insulating converter transformer employed in the power supply circuit of the present embodiment.

【図3】相互インダクタンスが+M/−Mの場合の各動
作を示す説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing each operation when the mutual inductance is + M / -M.

【図4】図1に示すスイッチング電源回路のプッシュプ
ル動作によるスイッチング動作を示す波形図である。
4 is a waveform chart showing a switching operation by a push-pull operation of the switching power supply circuit shown in FIG.

【図5】図1に示すスイッチング電源回路について、負
荷電力と力率との関係を示す特性図である。
FIG. 5 is a characteristic diagram showing a relationship between load power and power factor for the switching power supply circuit shown in FIG.

【図6】図1に示すスイッチング電源回路について、交
流入力電圧と力率との関係を示す特性図である。
6 is a characteristic diagram showing a relationship between an AC input voltage and a power factor for the switching power supply circuit shown in FIG.

【図7】磁気結合トランスの巻線比を変更した場合の図
1に示すスイッチング電源回路の動作を示す波形図であ
る。
FIG. 7 is a waveform chart showing an operation of the switching power supply circuit shown in FIG. 1 when the winding ratio of the magnetic coupling transformer is changed.

【図8】磁気結合トランスの巻線比を変更した場合の図
1に示すスイッチング電源回路の負荷電力と力率との関
係を示す特性図である。
FIG. 8 is a characteristic diagram showing a relationship between load power and power factor of the switching power supply circuit shown in FIG. 1 when the winding ratio of the magnetic coupling transformer is changed.

【図9】磁気結合トランスの巻線比を変更した場合の図
1に示すスイッチング電源回路の交流入力電圧と力率と
の関係を示す特性図である。
9 is a characteristic diagram showing a relationship between an AC input voltage and a power factor of the switching power supply circuit shown in FIG. 1 when a winding ratio of a magnetic coupling transformer is changed.

【図10】先行技術としての電源回路の構成を示す回路
図である。
FIG. 10 is a circuit diagram showing a configuration of a power supply circuit as a prior art.

【図11】先行技術としての電源回路の構成を示す回路
図である。
FIG. 11 is a circuit diagram showing a configuration of a power supply circuit as a prior art.

【図12】図10、図11の電源回路の動作を示す波形
図である。
FIG. 12 is a waveform chart showing an operation of the power supply circuit of FIGS. 10 and 11;

【図13】図10、図11の電源回路の交流入力電圧と
力率との関係を示す特性図である。
FIG. 13 is a characteristic diagram showing a relationship between an AC input voltage and a power factor of the power supply circuits of FIGS. 10 and 11;

【図14】先行技術としての電源回路の構成を示す回路
図である。
FIG. 14 is a circuit diagram showing a configuration of a power supply circuit as a prior art.

【図15】図14の電源回路について負荷電力と力率と
の関係、及びを交流入力電圧と力率との関係を示す特性
図である。
15 is a characteristic diagram showing a relationship between load power and a power factor and a relationship between an AC input voltage and a power factor for the power supply circuit of FIG. 14;

【図16】先行技術としての電源回路の構成を示す回路
図である。
FIG. 16 is a circuit diagram showing a configuration of a power supply circuit as a prior art.

【図17】図16の電源回路について負荷電力と力率と
の関係、及びを交流入力電圧と力率との関係を示す特性
図である。
17 is a characteristic diagram showing the relationship between load power and power factor and the relationship between AC input voltage and power factor for the power supply circuit of FIG.

【図18】先行技術としての電源回路の構成を示す回路
図である。
FIG. 18 is a circuit diagram showing a configuration of a power supply circuit as a prior art.

【図19】図18の電源回路について交流入力電圧と力
率との関係を示す特性図である。
FIG. 19 is a characteristic diagram illustrating a relationship between an AC input voltage and a power factor for the power supply circuit of FIG. 18;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 制御回路、4 リレー駆動回路、10 力率改善回
路、Di ブリッジ整流回路、Ci 平滑コンデンサ、
D1 高速リカバリ型ダイオード、MCT 磁気結合ト
ランス、Cr1,Cr2 並列共振コンデンサ、C2
二次側並列共振コンデンサ、PRT 直交型制御トラン
ス、PIT 絶縁コンバータトランス、Q1,Q2 スイ
ッチング素子、Q3 トランジスタ、RY 電磁リレ
ー、S スイッチ
1 control circuit, 4 relay drive circuit, 10 power factor improvement circuit, Di bridge rectifier circuit, Ci smoothing capacitor,
D1 High-speed recovery type diode, MCT magnetic coupling transformer, Cr1, Cr2 parallel resonance capacitor, C2
Secondary parallel resonance capacitor, PRT orthogonal control transformer, PIT isolation converter transformer, Q1, Q2 switching element, Q3 transistor, RY electromagnetic relay, S switch

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 商用交流電源を入力して整流平滑電圧を
生成して、直流入力電圧として出力する整流平滑手段
と、 疎結合とされる所要の結合係数が得られるようにギャッ
プが形成され、一次側出力を二次側に伝送するために設
けられる絶縁コンバータトランスと、 上記直流入力電圧をプッシュプル動作により断続して上
記絶縁コンバータトランスの一次巻線に出力するように
された第1及び第2のスイッチング手段と、 少なくとも、上記絶縁コンバータトランスの一次巻線を
含む漏洩インダクタンス成分と一次側並列共振コンデン
サのキャパシタンスとによって形成されて、上記第1及
び第2のスイッチング手段の動作を電圧共振形とする第
1及び第2の一次側共振回路と、 上記一次巻線と接続される第1巻線と、整流電流経路に
挿入される第2巻線とを磁気結合する磁気結合トランス
と、整流電流経路に挿入されるスイッチング用素子とを
少なくとも備えることで力率改善動作を行う力率改善手
段と、 前記商用交流電源レベルに応じて上記第2のスイッチン
グ手段の動作を停止させることで、上記第1のスイッチ
ング手段のみによるシングルエンド動作によって上記直
流入力電圧を断続して上記絶縁コンバータトランスの一
次巻線に出力させるようにすることのできるスイッチン
グ動作切換手段と、 上記絶縁コンバータトランスの二次巻線の漏洩インダク
タンス成分と、二次側共振コンデンサのキャパシタンス
とによって二次側において形成される二次側共振回路
と、 上記二次側共振回路を含んで形成され、上記絶縁コンバ
ータトランスの二次巻線に得られる交番電圧を入力し
て、整流動作を行って二次側直流出力電圧を生成するよ
うに構成された直流出力電圧生成手段と、 上記二次側直流出力電圧のレベルに応じて、二次側直流
出力電圧に対する定電圧制御を行うように構成された定
電圧制御手段と、 を備えたことを特徴とするスイッチング電源回路。
A gap is formed between a rectifying / smoothing means for inputting a commercial AC power supply to generate a rectified / smoothed voltage and outputting the rectified / smoothed voltage as a DC input voltage, and a required coupling coefficient to be loosely coupled. An insulating converter transformer provided for transmitting a primary side output to a secondary side; and first and second insulating converter transformers configured to intermittently output the DC input voltage by a push-pull operation to output to a primary winding of the insulating converter transformer. 2 switching means, and at least a leakage inductance component including a primary winding of the insulated converter transformer and a capacitance of a primary side parallel resonance capacitor, and the operation of the first and second switching means is a voltage resonance type. First and second primary side resonance circuits, a first winding connected to the primary winding, and a rectifying current path A power factor improving means for performing a power factor improving operation by at least including a magnetic coupling transformer for magnetically coupling the second winding and a switching element inserted into a rectified current path; By stopping the operation of the second switching means, the DC input voltage is intermittently output by a single-ended operation by only the first switching means and output to the primary winding of the insulating converter transformer. Switching operation switching means, a secondary resonance circuit formed on the secondary side by a leakage inductance component of a secondary winding of the insulating converter transformer, and a capacitance of a secondary resonance capacitor; Input the alternating voltage that is formed including the circuit and obtained in the secondary winding of the above-mentioned insulated converter transformer. A DC output voltage generating means configured to generate a secondary DC output voltage by performing a rectification operation; and a constant voltage for the secondary DC output voltage according to the level of the secondary DC output voltage. A switching power supply circuit, comprising: a constant voltage control unit configured to perform control.
【請求項2】 上記磁気結合トランスは、上記第2巻線
が上記第1巻線よりも大きな所定のインダクタンスを有
して構成されていることを特徴とする請求項1に記載の
スイッチング電源回路。
2. The switching power supply circuit according to claim 1, wherein in the magnetic coupling transformer, the second winding has a predetermined inductance larger than that of the first winding. .
【請求項3】 上記磁気結合トランスの上記第1巻線と
上記第2巻線のインダクタンス値の各々について所要の
値が得られるように、上記第1巻線と上記第2巻線の巻
数比が変更設定可能とされてい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回路。
3. A turns ratio between the first winding and the second winding so that a required value is obtained for each of the inductance values of the first winding and the second winding of the magnetic coupling transformer. The switching power supply circuit according to claim 1, wherein the switching power supply can be changed and set.
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