JP2002315327A - Flyback converter with improved power factor - Google Patents

Flyback converter with improved power factor

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JP2002315327A
JP2002315327A JP2001107902A JP2001107902A JP2002315327A JP 2002315327 A JP2002315327 A JP 2002315327A JP 2001107902 A JP2001107902 A JP 2001107902A JP 2001107902 A JP2001107902 A JP 2001107902A JP 2002315327 A JP2002315327 A JP 2002315327A
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yoke
transformer
input
terminal
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Akihiko Yonetani
昭彦 米谷
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problems of causing high cost and significantly lowering energy efficiency, in spite of a proposal of a means for solving the following problem: distortion of input current had been large and its power factor had been low in a capacitor input type power supply unit for the AC voltage input. SOLUTION: Windings for improving power factor, extracting power from an input capacitor, and taking out output power are provided in a plurality of yokes of a core at a transformer for the power conversion in a flyback type power supply unit, the transformer generates DC magnetic saturation, and a power rate taken out from the respective windings in changed based on the degree of the DC magnetic saturation to control the input current, while keeping the output voltage to a constant level, thus it is possible to improve the power factor at low cost.

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、交流入力、直流出
力のフライバック式電源装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an AC input and DC output flyback type power supply.

【0002】[0002]

【従来の技術】図12に、コンデンサ入力型のフライバ
ック式電源装置の代表的な回路を示す。図13に、この
電源装置の入力交流電圧Vacと、入力の電流J6の波
形を示す。この電源装置では、入力の交流電源11の交
流を、ダイオードD11、D12、D13、D14によ
り構成される全波整流回路により整流し、すぐに入力側
平滑コンデンサC1に入力している。そのため、入力の
電流J6の波形は、図13に示すように歪んだものとな
り、力率が悪いものとなっている。
2. Description of the Related Art FIG. 12 shows a typical circuit of a flyback type power supply of a capacitor input type. FIG. 13 shows the waveforms of the input AC voltage Vac and the input current J6 of the power supply device. In this power supply device, the alternating current of the input AC power supply 11 is rectified by a full-wave rectifier circuit including diodes D11, D12, D13, and D14, and is immediately input to the input side smoothing capacitor C1. Therefore, the waveform of the input current J6 is distorted as shown in FIG. 13 and has a poor power factor.

【0003】この力率を改善する方法としていくつか提
案されている。図14は、入力の力率を改善するフライ
バック式電源装置の回路例である。この電源装置は、力
率改善と出力電圧の制御を一つのスイッチング素子Q1
により実現している。この電源装置においては、出力の
電力を得るのに、入力の電力を2段のフライバック式の
コンバータを通しているので、効率の悪いものになって
しまう問題点があった。また、電力を変換するトランス
が二つ必要となるため、その分コストが高くなってしま
う問題点があった。フライバック式の電源装置におい
て、入力の力率を改善する方法は他にも提案されている
が、低いコストと高い効率を両立させることは容易では
なかった。
Several methods have been proposed for improving the power factor. FIG. 14 is a circuit example of a flyback type power supply that improves the input power factor. This power supply device uses one switching element Q1 to improve the power factor and control the output voltage.
Has been realized. In this power supply device, the input power is passed through a two-stage flyback converter in order to obtain the output power, so that there is a problem that the efficiency becomes low. Further, since two transformers for converting power are required, there is a problem that the cost is increased correspondingly. Other methods for improving the input power factor of a flyback type power supply have been proposed, but it has not been easy to achieve both low cost and high efficiency.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、交流入力の
フライバック式のスイッチング式電源装置において、低
いコストと高い効率で入力の力率を改善する方法を提供
するものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a method of improving the input power factor at low cost and high efficiency in an AC input flyback switching power supply.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】フライバック式の電源装
置の中の電力の変換を行うトランスにおいて、コアの一
部に磁気飽和が発生するようにし、その磁気飽和の程度
によって、トランス内に蓄えられたエネルギーを出力に
向ける分と力率改善に向ける分の割合を変化させ、コス
トをあまりかけずに高い効率で力率の改善を実現してい
る。
SUMMARY OF THE INVENTION In a transformer for converting power in a flyback type power supply, magnetic saturation is generated in a part of a core, and stored in the transformer depending on the degree of the magnetic saturation. By changing the ratio of the amount of energy used for output and the amount used for power factor improvement, the power factor can be improved with high efficiency at low cost.

【0006】[0006]

【実施例】図1は、本発明の第1の実施例の回路図であ
る。本発明の第1の実施例は、請求項2にかかるもので
ある。図1において、交流電源11は電源装置の入力と
する交流電圧の電源であり、負荷12は電源装置の負荷
である。本発明の第1の実施例における電源装置は、コ
ントローラ2、トランス31、電圧検出器41,42、
電流検出器44、入力側平滑コンデンサC1、出力側平
滑コンデンサC2、コンデンサC3、ダイオードD1
1,D12,D13,D14,D21、スイッチング素
子Q1よりなる。スイッチング素子Q1は、スイッチン
グ素子制御電圧VGがある正の電圧よりも高い時にオン
になり、低いときにオフとなるものである。
FIG. 1 is a circuit diagram of a first embodiment of the present invention. The first embodiment of the present invention is according to claim 2. In FIG. 1, an AC power supply 11 is a power supply of an AC voltage to be input to the power supply device, and a load 12 is a load of the power supply device. The power supply device according to the first embodiment of the present invention includes a controller 2, a transformer 31, voltage detectors 41 and 42,
Current detector 44, input side smoothing capacitor C1, output side smoothing capacitor C2, capacitor C3, diode D1
1, D12, D13, D14, D21 and a switching element Q1. The switching element Q1 turns on when the switching element control voltage VG is higher than a certain positive voltage, and turns off when the switching element control voltage VG is lower than the positive voltage.

【0007】図2は、本発明の第1の実施例におけるト
ランス31の断面図であり、トランス31は、コア31
1,312および巻線L1,L2,L3よりなる。コア
311のヨークY11とコア312の間およびコア31
1のヨークY12とコア312の間にはギャップが設け
てある。また、コア311のヨークY13とコア312
の間にはギャップは設けておらず、ヨークY13の一部
が細くなっていて、コア311,312の他の部位に比
べてヨークY13において磁気飽和が発生しやすいよう
になっている。
FIG. 2 is a sectional view of a transformer 31 according to a first embodiment of the present invention.
1, 312 and windings L1, L2, L3. Between the yoke Y11 and the core 312 of the core 311 and the core 31
A gap is provided between one yoke Y12 and the core 312. The yoke Y13 of the core 311 and the core 312
No gap is provided between them, and a part of the yoke Y13 is thinner, so that magnetic saturation is more likely to occur in the yoke Y13 than in other parts of the cores 311 and 312.

【0008】図3は、本発明の第1の実施例におけるい
くつかの信号波形の様子を示したものであり、スイッチ
ング素子制御電圧VG、トランス31のヨークY11,
Y12,Y13におけるそれぞれの磁束F11,F1
2,F13および巻線L1,L2,L3に流れるそれぞ
れの電流J1,J2,J3の波形について示してある。
FIG. 3 shows some signal waveforms in the first embodiment of the present invention. The switching element control voltage VG, the yoke Y11 of the transformer 31,
The respective magnetic fluxes F11, F1 in Y12, Y13
2 and F13 and waveforms of respective currents J1, J2, J3 flowing through the windings L1, L2, L3.

【0009】時間区間P11はスイッチング素子Q1が
オンの状態でトランス31に磁気飽和が発生していない
時間区間、時間区間P12は時間区間P11に続く時間
区間であり、スイッチング素子Q1がオンの状態でトラ
ンス31に磁気飽和が発生している時間区間、時間区間
P13は時間区間P12に続く時間区間であり、スイッ
チング素子Q1がオフの状態でトランス31に磁気飽和
が発生している時間区間、時間区間P14は時間区間P
13に続く時間区間であり、スイッチング素子Q1がオ
フの状態でトランス31に磁気飽和が発生しておらず電
流J3が流れている時間区間、時間区間P15は時間区
間P14に続く時間区間であり、スイッチング素子Q1
がオフの状態である時間区間である。
A time section P11 is a time section in which the switching element Q1 is on and no magnetic saturation occurs in the transformer 31, and a time section P12 is a time section following the time section P11. A time section in which magnetic saturation occurs in the transformer 31 and a time section P13 are a time section following the time section P12, and a time section and a time section in which magnetic saturation occurs in the transformer 31 with the switching element Q1 turned off. P14 is time section P
13 is a time section in which the switching element Q1 is in an off state, no magnetic saturation occurs in the transformer 31 and the current J3 flows, and a time section P15 is a time section following the time section P14. Switching element Q1
Is a time section in which the switch is off.

【0010】本発明の第1の実施例の動作は次のようで
ある。交流電源11から入力された交流電圧は、ダイオ
ードD11,D12,D13,D14により構成される
全波整流回路により脈流の電圧に変換される。
The operation of the first embodiment of the present invention is as follows. The AC voltage input from the AC power supply 11 is converted into a pulsating voltage by a full-wave rectifier circuit including diodes D11, D12, D13, and D14.

【0011】一方、入力側平滑コンデンサC1は、ある
電圧に蓄電されており、入力側平滑コンデンサC1の両
端の電圧はダイオードD11,D12,D13,D14
により構成される全波整流回路の出力電圧の波高値より
も高くなっている。
On the other hand, the input-side smoothing capacitor C1 is stored at a certain voltage, and the voltage across the input-side smoothing capacitor C1 is equal to diodes D11, D12, D13, D14.
Is higher than the peak value of the output voltage of the full-wave rectifier circuit composed of

【0012】今、スイッチング素子Q1がオフの状態か
ら図3における時間区間P11,P12の間だけスイッ
チング素子Q1がオンになった場合を考える。スイッチ
ング素子Q1がオンになると、巻線L2には電流が流れ
始める。このとき、巻線L1および巻線L3には電流は
流れない。時間区間P11の間は、磁気飽和が発生せ
ず、ヨークY11とコア312の間のギャップのため、
ヨークY12における磁束のほとんどはヨークY13を
通して巡回し、ヨークY11にはあまり磁束は流れな
い。時間区間P11の間は、巻線L2に流れる電流は時
間に対して直線的に増加していき、それにともない、ヨ
ークY13における磁束も時間に対して直線的に増加し
ていく。
Now, consider a case where the switching element Q1 is turned on only during the time intervals P11 and P12 in FIG. 3 from the state where the switching element Q1 is turned off. When the switching element Q1 is turned on, a current starts to flow through the winding L2. At this time, no current flows through the winding L1 and the winding L3. During the time section P11, no magnetic saturation occurs, and the gap between the yoke Y11 and the core 312 causes
Most of the magnetic flux in the yoke Y12 circulates through the yoke Y13, and little magnetic flux flows in the yoke Y11. During the time section P11, the current flowing through the winding L2 increases linearly with time, and accordingly, the magnetic flux in the yoke Y13 also increases linearly with time.

【0013】時間区間P11の終わりの時点で、ヨーク
Y13の一部において磁気飽和が発生し始める。スイッ
チング素子Q1はオンのままであるので、時間区間P1
2の間もヨークY12における磁束は時刻とともに増加
し続ける。このとき、ヨークY13を流れる磁束はあま
り変化せず、ヨークY11に磁束が流れ始める。時間区
間P12の間においては、巻線L2の自己インダクタン
スはヨークY13における磁気飽和のために時間区間P
11の間に比べて小さくなり、時間区間P12における
巻線L2を流れる電流の時間に対する増加の割合は、時
間区間P11の間のときよりも大きくなる。
At the end of the time section P11, magnetic saturation begins to occur in a part of the yoke Y13. Since the switching element Q1 remains on, the time interval P1
During the period 2, the magnetic flux in the yoke Y12 continues to increase with time. At this time, the magnetic flux flowing through the yoke Y13 does not change much, and the magnetic flux starts flowing through the yoke Y11. During the time interval P12, the self-inductance of the winding L2 is reduced due to the magnetic saturation in the yoke Y13.
11, the rate of increase of the current flowing through the winding L2 with respect to time in the time section P12 is larger than that in the time section P11.

【0014】次に時間区間P12の最後においてスイッ
チング素子Q1がオフの状態になったとする。ここで巻
線L1の巻数NL1と巻線L3の巻数NL3の間に次の
関係が成り立っている場合を考える。
Next, assume that the switching element Q1 is turned off at the end of the time section P12. Here, a case is considered where the following relationship is established between the number of turns NL1 of the winding L1 and the number of turns NL3 of the winding L3.

【0015】[0015]

【数1】 (Equation 1)

【0016】ただし、VinはダイオードD11,D1
2,D13,D14により構成される全波整流回路の出
力の脈流電圧、VC1は入力側平滑コンデンサC1の両
端の電圧であり、Voは負荷12の両端の電圧、VFは
ダイオードD21の順方向降下電圧である。
However, Vin is a diode D11, D1
VC1 is a voltage across the input-side smoothing capacitor C1, Vo is a voltage across the load 12, and VF is a forward direction of the diode D21. It is a voltage drop.

【0017】この条件が成り立っているとき、スイッチ
ング素子Q1がオフになった時間区間P13において、
巻線L1に図3に示すような電流J1が流れ、入力側平
滑コンデンサC1が充電される。この時間区間P13の
長さは、脈流電圧VinとVC1の差に反比例する。こ
のとき巻線L1から取り出されるエネルギーの量は時間
区間P12の長さの2乗に比例する。時間区間P13に
おいて、巻線L2からの漏れ磁束の影響により、巻線L
3にも図3に示すようにわずかに電流が流れる。
When this condition is satisfied, in the time section P13 when the switching element Q1 is turned off,
A current J1 as shown in FIG. 3 flows through the winding L1, and the input side smoothing capacitor C1 is charged. The length of this time section P13 is inversely proportional to the difference between the pulsating voltage Vin and VC1. At this time, the amount of energy extracted from the winding L1 is proportional to the square of the length of the time section P12. In the time section P13, due to the influence of the leakage magnetic flux from the winding L2, the winding L
3, a slight current flows as shown in FIG.

【0018】時間区間P13が終わり、トランス31の
磁気飽和が消滅すると、巻線L1には電流は流れないよ
うになり、巻線L3に電流が流れ出す。このとき巻線L
3から取り出されるエネルギーの量はトランス31のコ
ア311,312によってのみ決まり、時間区間P12
の長さには関係しない。
When the time section P13 ends and the magnetic saturation of the transformer 31 disappears, no current flows through the winding L1, and a current starts flowing through the winding L3. At this time, the winding L
3 is determined only by the cores 311 and 312 of the transformer 31, and the amount of energy extracted from the time interval P12
Has no bearing on the length of

【0019】巻線L3に流れる電流は、ダイオードD2
1により整流され、出力側平滑コンデンサC2により平
滑され、負荷12に供給される。
The current flowing through the winding L3 is a diode D2
1, is smoothed by the output-side smoothing capacitor C2, and supplied to the load 12.

【0020】巻線L1に流れる電流は、ダイオードD1
1,D12,D13,D14から成る全波整流回路を通
して、この電源装置の入力電流となるが、図3に示す通
り巻線L1に流れる電流は高周波線分を多く含んでいる
ので、コンデンサC3により平滑された交流電流が交流
電源11から供給されるようになっている。
The current flowing through the winding L1 is a diode D1
The input current of this power supply device is passed through a full-wave rectifier circuit composed of D1, D12, D13, and D14. However, as shown in FIG. 3, the current flowing through the winding L1 contains many high-frequency line segments. The smoothed AC current is supplied from the AC power supply 11.

【0021】コントローラ2は、負荷12へ供給する電
圧を所望の値になるように制御することと、電源装置の
交流電源11からの入力電流を制御することの二つの役
目を持っている。
The controller 2 has two functions of controlling the voltage supplied to the load 12 to a desired value and controlling the input current from the AC power supply 11 of the power supply device.

【0022】負荷12へ供給されている電圧は、電圧検
出器41により検出され、その信号は制御器2に送られ
る。スイッチング素子Q1のオン・オフの1回のサイク
ルにおける巻線L3から取り出されるエネルギーは、ス
イッチング素子Q1のオンである時間がある程度以上長
い場合には、ほぼ一定となるため、コントローラ2は電
圧検出器41により検出した負荷12へ供給している電
圧と、その目標値とを比較し、その比較した結果に基づ
き、スイッチング素子Q1をオン・オフする周波数を変
化させ、負荷12へ供給する電圧を、その目標値に近付
けるようにしている。
The voltage supplied to the load 12 is detected by a voltage detector 41, and the signal is sent to the controller 2. The energy extracted from the winding L3 in one cycle of the on / off of the switching element Q1 is substantially constant when the on time of the switching element Q1 is longer than a certain level. The voltage supplied to the load 12 detected by 41 is compared with its target value, and based on the comparison result, the frequency at which the switching element Q1 is turned on and off is changed, and the voltage supplied to the load 12 is We are trying to approach that target value.

【0023】電源装置の交流電源11からの入力電流を
制御する方法は、スイッチング素子Q1をオン・オフす
る際のオンする時間を調整することにより行なってい
る。前述のように、図3における時間区間P12の時間
が長いと入力電流が増える。また、前述のように、ダイ
オードD11,D12,D13,D14により構成され
る全波整流回路の出力電圧とVC1の差の電圧によって
も入力電流は変化する。
The method of controlling the input current from the AC power supply 11 of the power supply device is performed by adjusting the ON time when the switching element Q1 is turned ON / OFF. As described above, if the time in the time section P12 in FIG. 3 is long, the input current increases. Further, as described above, the input current also changes depending on the output voltage of the full-wave rectifier circuit including the diodes D11, D12, D13, and D14 and the voltage VC1.

【0024】VC1の値は他の測定値から推定可能であ
るので、ダイオードD11,D12,D13,D14に
より構成される全波整流回路の出力電圧を電圧検出器4
2により検出し、その検出された値によりスイッチング
素子Q1をオンにする時間を決めている。
Since the value of VC1 can be estimated from other measured values, the output voltage of the full-wave rectifier circuit constituted by the diodes D11, D12, D13 and D14 is detected by the voltage detector 4.
2, the time for turning on the switching element Q1 is determined by the detected value.

【0025】本発明の第1の実施例においては、スイッ
チング素子Q1をオンにする時間を直接決めているわけ
ではなく、スイッチング素子Q1をオンにするべき時間
に対応した電流J2の最大値を算出し、電流J2を電流
検出器44により検出し、スイッチング素子Q1をオン
にしてから電流J2が算出した最大値に達した時点にお
いてスイッチング素子Q1をオフにしている。このよう
にすることで、巻線L2の自己インダクタンスの推定誤
差などの要因による入力電流への影響を小さくすること
ができる。
In the first embodiment of the present invention, the time for turning on the switching element Q1 is not directly determined, but the maximum value of the current J2 corresponding to the time for turning on the switching element Q1 is calculated. Then, the current J2 is detected by the current detector 44, and the switching element Q1 is turned off when the current J2 reaches the calculated maximum value after the switching element Q1 is turned on. By doing so, it is possible to reduce the influence on the input current due to factors such as an estimation error of the self-inductance of the winding L2.

【0026】本発明の第1の実施例においては、トラン
ス31の巻線L3は、ヨークY12に巻かれているが、
ヨークY13に巻いてもよい。その際、巻線L2近傍に
発生する漏れ磁束によるエネルギーを回収するための巻
線をヨークY12に設けてもよい。
In the first embodiment of the present invention, the winding L3 of the transformer 31 is wound around the yoke Y12.
It may be wound around the yoke Y13. At this time, a winding for recovering energy due to leakage magnetic flux generated near the winding L2 may be provided in the yoke Y12.

【0027】本発明の第1の実施例においては、トラン
ス31のコアのヨークがヨークY11、ヨークY13、
ヨークY12の順番に並んでいるが、ヨークY11、ヨ
ークY12、ヨークY13の順番に並んでいてもよい。
また、ヨークY11,Y12,Y13は直線状に並んで
なくてもよい。
In the first embodiment of the present invention, the yoke of the core of the transformer 31 is a yoke Y11, a yoke Y13,
Although they are arranged in the order of the yoke Y12, they may be arranged in the order of the yoke Y11, the yoke Y12, and the yoke Y13.
Further, the yokes Y11, Y12, Y13 do not have to be arranged in a straight line.

【0028】本発明の第1の実施例においては、トラン
ス31における磁気飽和がヨークY13の一部分におい
て発生するようになっているが、ヨークY13の全体で
磁気飽和が発生するようになっていてもよいし、コアの
他の部分で発生するようになっていてもよい。また、コ
アの複数の部分において磁気飽和が発生するようになっ
ていてもよい。
In the first embodiment of the present invention, magnetic saturation in the transformer 31 occurs in a part of the yoke Y13. However, magnetic saturation may occur in the entire yoke Y13. Or it may occur in other parts of the core. Further, magnetic saturation may occur in a plurality of portions of the core.

【0029】本発明の第1の実施例においては、VC1
の値を測定していないが、VC1の値を検出する手段を
設け、スイッチング素子Q1をオンにする時間の算出に
VC1の検出した値を用いてもよい。
In the first embodiment of the present invention, VC1
Is not measured, a means for detecting the value of VC1 may be provided, and the value detected by VC1 may be used to calculate the time for turning on the switching element Q1.

【0030】本発明の第1の実施例においては、巻線L
2に流れる電流を検出してスイッチング素子Q1をオン
にする時間を決めているが、巻線L2に流れる電流を検
出せずにスイッチング素子Q1をオンにする時間を決め
てもよい。
In the first embodiment of the present invention, the winding L
Although the time during which the switching element Q1 is turned on by detecting the current flowing through the switching element Q2 is determined, the time during which the switching element Q1 is turned on without detecting the current flowing through the winding L2 may be determined.

【0031】本発明の第1の実施例においては、交流電
源11からの入力電流を検出していないが、交流電源1
1からの入力電流、もしくはそれに相当する変数の値を
検出し、交流電源11からの入力電流が交流電源11の
電圧に比例するようにスイッチング素子Q1をオンにす
る時間を変化させてフィードバック制御を掛けてもよ
い。
In the first embodiment of the present invention, although the input current from the AC power supply 11 is not detected,
1 or the value of a variable corresponding thereto is detected, and the feedback control is performed by changing the time for turning on the switching element Q1 so that the input current from the AC power supply 11 is proportional to the voltage of the AC power supply 11. May be hung.

【0032】本発明の第1の実施例においては、ダイオ
ードD11,D12,D13,D14により構成される
全波整流回路の出力電圧をもとにスイッチング素子Q1
をオンにする時間を算出しているが、スイッチング素子
Q1をオンにする時間を一定にしてもある程度の力率改
善の効果が得られるので、交流電源11の瞬時電圧やダ
イオードD11,D12,D13,D14により構成さ
れる全波整流回路の出力電圧を検出せずに、スイッチン
グ素子Q1をオンにする時間を一定にしてもよい。
In the first embodiment of the present invention, the switching element Q1 is determined based on the output voltage of the full-wave rectifier circuit composed of the diodes D11, D12, D13 and D14.
Is calculated, but even if the time during which the switching element Q1 is turned on is fixed, a certain effect of power factor improvement can be obtained, so that the instantaneous voltage of the AC power supply 11 and the diodes D11, D12, D13 can be obtained. , D14 may be constant without detecting the output voltage of the full-wave rectifier circuit.

【0033】本発明の第1の実施例においては、巻線L
1に流れる電流の高周波成分を平滑化するフィルタを、
コンデンサC3として、ダイオードD11,D12,D
13,D14により構成される全波整流回路よりも交流
電源11に近い側に設けているが、ダイオードD11,
D12,D13,D14により構成される全波整流回路
よりも巻線L1に近い側に設置し、そのフィルタの出力
に電流の逆流防止のダイオードを設けた構成をとっても
よい。このようにすることにより、ダイオードD11,
D12,D13,D14に低速動作のものを用いること
ができる。
In the first embodiment of the present invention, the winding L
A filter for smoothing the high-frequency component of the current flowing through 1
Diodes D11, D12, D
13 and D14, closer to the AC power supply 11 than the full-wave rectifier circuit.
It is also possible to adopt a configuration in which the diode is provided closer to the winding L1 than the full-wave rectifier circuit constituted by D12, D13, and D14, and a diode for preventing a backflow of current is provided at the output of the filter. By doing so, the diode D11,
D12, D13 and D14 can be used at low speed.

【0034】図4は、本発明の第2の実施例の回路図で
ある。本発明の第2の実施例は、請求項3にかかるもの
である。図4において、交流電源11は電源装置の入力
とする交流電圧の電源であり、負荷12は電源装置の負
荷である。本発明の第2の実施例における電源装置は、
コントローラ2、トランス32、電圧検出器41,4
2,43、電流検出器44、入力側平滑コンデンサC
1、出力側平滑コンデンサC2、コンデンサC4、ダイ
オードD11,D12,D13,D14,D21,D3
1,D32,D33、スイッチング素子Q1よりなる。
スイッチング素子Q1は、スイッチング素子制御電圧V
Gがある正の電圧よりも高い時にオンになり、低いとき
にオフとなるものである。
FIG. 4 is a circuit diagram of a second embodiment of the present invention. The second embodiment of the present invention relates to claim 3. In FIG. 4, an AC power supply 11 is a power supply of an AC voltage to be input to the power supply device, and a load 12 is a load of the power supply device. The power supply device according to the second embodiment of the present invention includes:
Controller 2, transformer 32, voltage detectors 41, 4
2, 43, current detector 44, input side smoothing capacitor C
1, output side smoothing capacitor C2, capacitor C4, diodes D11, D12, D13, D14, D21, D3
1, D32 and D33, and a switching element Q1.
The switching element Q1 has a switching element control voltage V
It turns on when G is higher than a certain positive voltage, and turns off when G is lower.

【0035】図5は、本発明の第2の実施例におけるト
ランス32の断面図であり、トランス32は、コア32
1,322および巻線L1,L2,L3よりなる。コア
321のヨークY22とコア322の間およびコア32
1のヨークY23とコア322の間にはギャップが設け
てある。また、コア321のヨークY21とコア322
の間にはギャップは設けておらず、ヨークY21の一部
が細くなっていて、コア321,322の他の部位に比
べてヨークY21において磁気飽和が発生しやすいよう
になっている。
FIG. 5 is a sectional view of a transformer 32 according to a second embodiment of the present invention.
1, 322 and windings L1, L2, L3. Between the yoke Y22 and the core 322 of the core 321 and the core 32
A gap is provided between the first yoke Y23 and the core 322. The yoke Y21 of the core 321 and the core 322
No gap is provided between them, and a part of the yoke Y21 is thin, so that magnetic saturation is more likely to occur in the yoke Y21 than in other parts of the cores 321 and 322.

【0036】図6および図7は、本発明の第2の実施例
におけるいくつかの信号波形の様子を示したものであ
り、スイッチング素子制御電圧VG、トランス32のヨ
ークY21,Y22,Y23におけるそれぞれの磁束F
21,F22,F23および巻線L1,L2,L3に流
れるそれぞれの電流J1,J2,J3の波形について示
してある。図6と図7は、それぞれ異なる条件下におけ
る波形を示している。
FIGS. 6 and 7 show some signal waveforms in the second embodiment of the present invention, in which the switching element control voltage VG and the yokes Y21, Y22 and Y23 of the transformer 32 are respectively shown. Magnetic flux F
The waveforms of the currents J1, J2, J3 flowing through the windings 21, F22, F23 and the windings L1, L2, L3 are shown. 6 and 7 show waveforms under different conditions.

【0037】図6は、ダイオードD11,D12,D1
3,D14により構成される全波整流回路の出力電圧で
ある脈流電圧Vinがあるしきい電圧Vthよりも低い
場合の信号の波形を示したものであり、時間区間P21
はスイッチング素子Q1がオンの状態でトランス32に
磁気飽和が発生していない時間区間、時間区間P22は
時間区間P21に続く時間区間であり、スイッチング素
子Q1がオンの状態でトランス32に磁気飽和が発生し
ている時間区間、時間区間P23は時間区間P22に続
く時間区間であり、スイッチング素子Q1がオフの状態
でトランス32に磁気飽和が発生している時間区間、時
間区間P24は時間区間P23に続く時間区間であり、
スイッチング素子Q1がオフの状態でトランス32に磁
気飽和が発生しておらず電流J3が流れている時間区
間、時間区間P25は時間区間P24に続く時間区間で
あり、スイッチング素子Q1がオフの状態である時間区
間である。
FIG. 6 shows diodes D11, D12 and D1.
3 shows the waveform of a signal when the pulsating voltage Vin, which is the output voltage of the full-wave rectifier circuit constituted by D14, is lower than a certain threshold voltage Vth.
Is a time section in which no magnetic saturation occurs in the transformer 32 when the switching element Q1 is on, and a time section P22 is a time section following the time section P21, and magnetic saturation occurs in the transformer 32 when the switching element Q1 is on. The time section in which the occurrence occurs, the time section P23, is a time section following the time section P22, and the time section, in which the switching element Q1 is off and magnetic saturation occurs in the transformer 32, the time section P24 corresponds to the time section P23. The time interval that follows,
When the switching element Q1 is turned off and no magnetic saturation occurs in the transformer 32 and the current J3 flows, a time section P25 is a time section following the time section P24, and the switching element Q1 is turned off. It is a certain time section.

【0038】図7は、脈流電圧Vinがしきい電圧Vt
hよりも高い場合の信号の波形を示したものであり、時
間区間P26はスイッチング素子Q1がオンの状態でト
ランス32に磁気飽和が発生していない時間区間、時間
区間P27は時間区間P26に続く時間区間であり、ス
イッチング素子Q1がオンの状態でトランス32に磁気
飽和が発生している時間区間、時間区間P28は時間区
間P27に続く時間区間であり、スイッチング素子Q1
がオフの状態でトランス32に磁気飽和が発生している
時間区間、時間区間P29は時間区間P28に続く時間
区間であり、スイッチング素子Q1がオフの状態でトラ
ンス32に磁気飽和が発生しておらず電流J3が流れて
いる時間区間、時間区間P20は時間区間P29に続く
時間区間であり、スイッチング素子Q1がオフの状態で
ある時間区間である。
FIG. 7 shows that the pulsating voltage Vin is equal to the threshold voltage Vt.
5 shows the waveform of the signal at a time higher than h. Time section P26 is a time section in which the switching element Q1 is on and no magnetic saturation occurs in the transformer 32, and time section P27 follows the time section P26. The time section is a time section in which magnetic saturation occurs in the transformer 32 when the switching element Q1 is on, and the time section P28 is a time section following the time section P27.
Is a time section in which magnetic saturation occurs in the transformer 32 in a state in which the transformer is off, and a time section P29 is a time section following the time section P28, and magnetic saturation occurs in the transformer 32 in a state in which the switching element Q1 is off. The time section P20 in which the current J3 flows is a time section following the time section P29, and is a time section in which the switching element Q1 is in the off state.

【0039】前出のしきい電圧Vthは次の式により決
まる電圧である。
The threshold voltage Vth is a voltage determined by the following equation.

【0040】[0040]

【数2】 (Equation 2)

【0041】ただし、VC1は入力側平滑コンデンサC
1の両端の電圧であり、NL1は巻線L1の巻数、NL
2は巻線L2の巻数である。
Where VC1 is the input side smoothing capacitor C
1, NL1 is the number of turns of the winding L1, NL
2 is the number of turns of the winding L2.

【0042】本発明の第2の実施例の動作は次のようで
ある。交流電源11から入力された交流電圧は、ダイオ
ードD11,D12,D13,D14により構成される
全波整流回路により脈流電圧Vinに変換される。
The operation of the second embodiment of the present invention is as follows. An AC voltage input from the AC power supply 11 is converted into a pulsating voltage Vin by a full-wave rectifier circuit including diodes D11, D12, D13, and D14.

【0043】一方、入力側平滑コンデンサC1は、ある
電圧に蓄電されており、入力側平滑コンデンサC1の両
端の電圧は脈流電圧Vinの波高値よりも高くなってい
る。
On the other hand, the input side smoothing capacitor C1 is stored at a certain voltage, and the voltage across the input side smoothing capacitor C1 is higher than the peak value of the pulsating voltage Vin.

【0044】まず、脈流電圧Vinがしきい電圧Vth
よりも低い場合の動作について述べる。
First, the pulsating voltage Vin is changed to the threshold voltage Vth.
The operation in the case of lower than this will be described.

【0045】今、スイッチング素子Q1がオフの状態か
ら図6における時間区間P21,P22の間だけスイッ
チング素子Q1がオンになった場合を考える。スイッチ
ング素子Q1がオンになると、脈流電圧Vinがしきい
電圧Vthよりも低いため、巻線L2に電流が流れ始め
る。このとき、巻線L1および巻線L3には電流は流れ
ない。時間区間P21の間は、磁気飽和が発生せず、ヨ
ークY23とコア322の間のギャップのため、ヨーク
Y22における磁束のほとんどはヨークY21を通して
巡回し、ヨークY23にはあまり磁束は流れない。時間
区間P21の間は、巻線L2に流れる電流は時間に対し
て直線的に増加していき、それにともない、ヨークY2
1における磁束も時間に対して直線的に増加していく。
Now, consider a case where the switching element Q1 is turned on only during the time intervals P21 and P22 in FIG. 6 from the state where the switching element Q1 is turned off. When the switching element Q1 is turned on, a current starts to flow through the winding L2 because the pulsating current voltage Vin is lower than the threshold voltage Vth. At this time, no current flows through the winding L1 and the winding L3. During the time section P21, magnetic saturation does not occur, and most of the magnetic flux in the yoke Y22 circulates through the yoke Y21 because of the gap between the yoke Y23 and the core 322, and little magnetic flux flows in the yoke Y23. During the time section P21, the current flowing through the winding L2 increases linearly with time, and accordingly, the yoke Y2
The magnetic flux at 1 also increases linearly with time.

【0046】時間区間P21の終わりの時点で、ヨーク
Y21の一部において磁気飽和が発生し始める。スイッ
チング素子Q1はオンのままであるので、時間区間P2
2の間もヨークY22における磁束は時刻とともに増加
し続ける。このとき、ヨークY21を流れる磁束はあま
り変化せず、ヨークY23に磁束が流れ始める。時間区
間P22の間においては、巻線L2の自己インダクタン
スはヨークY21における磁気飽和のために時間区間P
21の間に比べて小さくなり、時間区間P22における
巻線L2を流れる電流の時間に対する増加の割合は、時
間区間P21の間のときよりも大きくなる。
At the end of the time section P21, magnetic saturation begins to occur in a part of the yoke Y21. Since the switching element Q1 remains ON, the time interval P2
During the period 2, the magnetic flux in the yoke Y22 continues to increase with time. At this time, the magnetic flux flowing through the yoke Y21 does not change much, and the magnetic flux starts flowing through the yoke Y23. During the time interval P22, the self-inductance of the winding L2 is reduced due to the magnetic saturation in the yoke Y21.
21 and the rate of increase of the current flowing through the winding L2 with respect to time in the time section P22 is larger than that in the time section P21.

【0047】次に時間区間P22の最後においてスイッ
チング素子Q1がオフの状態になったとする。ここで巻
線L1の巻数NL1と巻線L3の巻数NL3の間に数1
の関係が成り立っている場合を考える。このとき、スイ
ッチング素子Q1がオフになった時間区間P23におい
て、巻線L1に図6に示すような電流J1が流れ、入力
側平滑コンデンサC1が充電される。この時間区間P2
3の長さは、VC1と脈流電圧Vinの差に反比例す
る。このとき巻線L1から取り出されるエネルギーの量
は時間区間P22の長さの2乗に比例する。時間区間P
23において、巻線L2からの漏れ磁束などの影響によ
り、巻線L3にも図6に示すようにわずかに電流が流れ
る。
Next, it is assumed that the switching element Q1 is turned off at the end of the time section P22. Here, the number 1 is set between the number of turns NL1 of the winding L1 and the number of turns NL3 of the winding L3.
Let us consider a case where the relationship is established. At this time, in the time section P23 in which the switching element Q1 is turned off, a current J1 as shown in FIG. 6 flows through the winding L1, and the input side smoothing capacitor C1 is charged. This time section P2
The length of 3 is inversely proportional to the difference between VC1 and pulsating voltage Vin. At this time, the amount of energy extracted from the winding L1 is proportional to the square of the length of the time section P22. Time section P
At 23, a slight current flows through the winding L3 due to the influence of leakage magnetic flux from the winding L2 as shown in FIG.

【0048】時間区間P23が終わり、トランス32の
磁気飽和が消滅すると、巻線L1には電流は流れないよ
うになり、巻線L3に電流が流れ出す。このとき巻線L
3から取り出されるエネルギーの量はトランス32のコ
ア321,322によってのみ決まり、時間区間P22
の長さには関係しない。
When the time interval P23 ends and the magnetic saturation of the transformer 32 disappears, no current flows through the winding L1, and a current starts flowing through the winding L3. At this time, the winding L
3 is determined only by the cores 321 and 322 of the transformer 32, and is determined by the time interval P22.
Has no bearing on the length of

【0049】巻線L3に流れる電流は、ダイオードD2
1により整流され、出力側平滑コンデンサC2により平
滑され、負荷12に供給される。
The current flowing through the winding L3 is a diode D2
1, is smoothed by the output-side smoothing capacitor C2, and supplied to the load 12.

【0050】次に、脈流電圧Vinがしきい電圧Vth
よりも高い場合の動作について述べる。
Next, the pulsating voltage Vin is changed to the threshold voltage Vth.
The operation in the case of higher than this is described.

【0051】今、スイッチング素子Q1がオフの状態か
ら図7における時間区間P26,P27の間だけスイッ
チング素子Q1がオンになった場合を考える。スイッチ
ング素子Q1がオンになると、脈流電圧Vinがしきい
電圧Vthよりも高いため、巻線L1に電流が流れ始め
る。このとき、巻線L2および巻線L3には電流は流れ
ない。時間区間P26の間は、磁気飽和が発生せず、ヨ
ークY23とコア322の間のギャップのため、ヨーク
Y22における磁束のほとんどはヨークY21を通して
巡回し、ヨークY23にはあまり磁束は流れない。時間
区間P26の間は、巻線L1に流れる電流は時間に対し
て直線的に増加していき、それにともない、ヨークY2
1における磁束も時間に対して直線的に増加していく。
Now, let us consider a case where the switching element Q1 is turned on only during the time intervals P26 and P27 in FIG. 7 from the state where the switching element Q1 is turned off. When the switching element Q1 is turned on, the pulsating current Vin is higher than the threshold voltage Vth, so that the current starts to flow through the winding L1. At this time, no current flows through the winding L2 and the winding L3. During the time section P26, magnetic saturation does not occur, and most of the magnetic flux in the yoke Y22 circulates through the yoke Y21 because of the gap between the yoke Y23 and the core 322, and little magnetic flux flows in the yoke Y23. During the time section P26, the current flowing through the winding L1 increases linearly with time, and accordingly, the yoke Y2
The magnetic flux at 1 also increases linearly with time.

【0052】時間区間P26の終わりの時点で、ヨーク
Y21の一部において磁気飽和が発生し始める。スイッ
チング素子Q1はオンのままであるので、時間区間P2
7の間もヨークY22における磁束は時刻とともに増加
し続ける。このとき、ヨークY21を流れる磁束はあま
り変化せず、ヨークY23に磁束が流れ始める。時間区
間P22の間においては、巻線L1の自己インダクタン
スはヨークY21における磁気飽和のために時間区間P
26の間に比べて小さくなり、時間区間P27における
巻線L1を流れる電流の時間に対する増加の割合は、時
間区間P26の間のときよりも大きくなる。
At the end of the time section P26, magnetic saturation begins to occur in a part of the yoke Y21. Since the switching element Q1 remains ON, the time interval P2
During the period 7, the magnetic flux in the yoke Y22 continues to increase with time. At this time, the magnetic flux flowing through the yoke Y21 does not change much, and the magnetic flux starts flowing through the yoke Y23. During the time interval P22, the self-inductance of the winding L1 is reduced due to the magnetic saturation in the yoke Y21.
26, and the rate of increase of the current flowing through the winding L1 with respect to time in the time section P27 is larger than that in the time section P26.

【0053】次に時間区間P27の最後においてスイッ
チング素子Q1がオフの状態になったとする。ここで巻
線L1の巻数NL1と巻線L3の巻数NL3の間に数1
の関係が成り立っている場合を考える。このとき、スイ
ッチング素子Q1がオフになった時間区間P28におい
て、巻線L1に図6に示すような電流J1が流れ、入力
側平滑コンデンサC1が充電される。この時間区間P2
8の長さは、VC1と脈流電圧Vinの差に反比例す
る。このとき巻線L1から取り出されるエネルギーの量
は時間区間P27の長さの2乗に比例する。時間区間P
28において、ヨークY23の有限な磁気抵抗の影響に
より、巻線L3にも図7に示すようにわずかに電流が流
れる。
Next, assume that the switching element Q1 is turned off at the end of the time section P27. Here, the number 1 is set between the number of turns NL1 of the winding L1 and the number of turns NL3 of the winding L3.
Let us consider a case where the relationship is established. At this time, in the time period P28 during which the switching element Q1 is turned off, a current J1 flows through the winding L1 as shown in FIG. 6, and the input-side smoothing capacitor C1 is charged. This time section P2
The length of 8 is inversely proportional to the difference between VC1 and pulsating voltage Vin. At this time, the amount of energy extracted from the winding L1 is proportional to the square of the length of the time section P27. Time section P
At 28, a slight current flows through the winding L3 due to the finite magnetoresistance of the yoke Y23 as shown in FIG.

【0054】時間区間P28が終わり、トランス32の
磁気飽和が消滅すると、巻線L1には電流は流れないよ
うになり、巻線L3に電流が流れ出す。このとき巻線L
3から取り出されるエネルギーの量はトランス32のコ
ア321,322によってのみ決まり、時間区間P27
の長さには関係しない。
When the time period P28 ends and the magnetic saturation of the transformer 32 disappears, no current flows through the winding L1, and a current starts flowing through the winding L3. At this time, the winding L
3 is determined only by the cores 321 and 322 of the transformer 32, and the time interval P27
Has no bearing on the length of

【0055】巻線L3に流れる電流は、ダイオードD2
1により整流され、出力側平滑コンデンサC2により平
滑され、負荷12に供給される。
The current flowing through the winding L3 is the diode D2
1, is smoothed by the output-side smoothing capacitor C2, and supplied to the load 12.

【0056】巻線L1に流れる電流は、図6および図7
に示すように高周波成分を多く含んでいる。この高周波
成分はコンデンサC4により除去され、平滑化された電
流がダイオードD11,D12,D13,D14から成
る全波整流回路を通して、この電源装置の交流電源11
からの入力電流となる。
The current flowing through the winding L1 is shown in FIGS.
As shown in FIG. This high-frequency component is removed by the capacitor C4, and the smoothed current passes through the full-wave rectifier circuit composed of the diodes D11, D12, D13, and D14, and passes through the AC power supply 11 of the power supply device.
From the input current.

【0057】コントローラ2は、負荷12へ供給する電
圧を所望の値になるように制御することと、電源装置の
交流電源11からの入力電流を制御することの二つの役
目を持っている。
The controller 2 has two functions of controlling the voltage supplied to the load 12 to a desired value and controlling the input current from the AC power supply 11 of the power supply device.

【0058】負荷12へ供給されている電圧は、電圧検
出器41により検出され、その信号は制御器2に送られ
る。スイッチング素子Q1のオン・オフの1回のサイク
ルにおける巻線L3から取り出されるエネルギーは、ス
イッチング素子Q1のオンである時間がある程度以上長
い場合には、ほぼ一定となるため、コントローラ2は電
圧検出器41により検出した負荷12へ供給している電
圧と、その目標値とを比較し、その比較した結果に基づ
き、スイッチング素子Q1をオン・オフする周波数を変
化させ、負荷12へ供給する電圧を、その目標値に近付
けるようにしている。
The voltage supplied to the load 12 is detected by the voltage detector 41, and the signal is sent to the controller 2. The energy extracted from the winding L3 in one cycle of the on / off of the switching element Q1 is substantially constant when the on time of the switching element Q1 is longer than a certain level. The voltage supplied to the load 12 detected by 41 is compared with its target value, and based on the comparison result, the frequency at which the switching element Q1 is turned on and off is changed, and the voltage supplied to the load 12 is We are trying to approach that target value.

【0059】電源装置の交流電源11からの入力電流を
制御する方法は、スイッチング素子Q1をオン・オフす
る際のオンする時間を調整することにより行なってい
る。前述のように、図6における時間区間P22または
図7における時間区間27の時間が長いと入力電流が増
える。また、前述のように、VC1と脈流電圧Vinの
差の電圧によっても入力電流は変化する。
The method of controlling the input current from the AC power supply 11 of the power supply device is performed by adjusting the ON time when the switching element Q1 is turned ON / OFF. As described above, if the time in the time section P22 in FIG. 6 or the time section 27 in FIG. 7 is long, the input current increases. Further, as described above, the input current also changes according to the voltage difference between VC1 and the pulsating voltage Vin.

【0060】そこで、電源装置の交流電源11からの入
力電流の絶対値を電流検出器44により検出し、入力交
流電圧Vacの絶対値を脈流電圧Vinとして電圧検出
器42により検出し、入力電流の絶対値が脈流電圧Vi
nにほぼ比例するようにスイッチング素子Q1をオンす
る時間を調整しながらフィードバック制御を行なってい
る。
Therefore, the absolute value of the input current from the AC power supply 11 of the power supply device is detected by the current detector 44, and the absolute value of the input AC voltage Vac is detected by the voltage detector 42 as the pulsating voltage Vin. Is the pulsating voltage Vi
The feedback control is performed while adjusting the ON time of the switching element Q1 so as to be substantially proportional to n.

【0061】その際の入力電流の絶対値の目標値を決め
る際の脈流電圧Vinに掛ける係数の値と負荷条件によ
って、入力側平滑コンデンサC1の両端の電圧VC1が
上昇したり下降したりするので、VC1を電圧検出器4
3により検出しながら、VC1の値がだいたい一定とな
るように前述の係数を調整している。
At this time, the voltage VC1 across the input-side smoothing capacitor C1 rises or falls depending on the value of the coefficient to be multiplied by the pulsating voltage Vin when determining the target value of the absolute value of the input current and the load condition. Therefore, VC1 is connected to the voltage detector 4
While detecting by 3, the above-mentioned coefficient is adjusted so that the value of VC1 becomes substantially constant.

【0062】本発明の第2の実施例における本発明第1
の実施例に対する利点は、入力交流電圧Vacの絶対値
の瞬時値がある程度以上高い場合におけるエネルギーの
流れが、交流電源11から負荷12および交流電源11
から入力側平滑コンデンサC1となり、入力側平滑コン
デンサC1からのエネルギーの取り出しがないため、こ
の電源装置の効率を高めることができることである。ま
た、入力側平滑コンデンサC1に必要とされる静電容量
も小さい。
The first embodiment of the present invention in the second embodiment of the present invention
The advantage over the embodiment of the present invention is that the flow of energy when the instantaneous value of the absolute value of the input AC voltage Vac is higher than a certain level is not
From the input side smoothing capacitor C1 and there is no extraction of energy from the input side smoothing capacitor C1, so that the efficiency of the power supply device can be improved. Further, the capacitance required for the input-side smoothing capacitor C1 is also small.

【0063】本発明の第2の実施例においては、トラン
ス32のコアのヨークがヨークY21、ヨークY23、
ヨークY22の順番に並んでいるが、ヨークY21、ヨ
ークY22、ヨークY23の順番に並んでいてもよい。
また、ヨークY21,Y22,Y23は直線状に並んで
いなくてもよい。
In the second embodiment of the present invention, the yoke of the core of the transformer 32 is a yoke Y21, a yoke Y23,
Although they are arranged in the order of the yoke Y22, they may be arranged in the order of the yoke Y21, the yoke Y22, and the yoke Y23.
Further, the yokes Y21, Y22, Y23 do not have to be arranged in a straight line.

【0064】本発明の第2の実施例においては、トラン
ス32における磁気飽和がヨークY21の一部分におい
て発生するようになっているが、ヨークY21の全体で
磁気飽和が発生するようになっていてもよいし、コアの
他の部分で発生するようになっていてもよい。また、コ
アの複数の部分において磁気飽和が発生するようになっ
ていてもよい。
In the second embodiment of the present invention, magnetic saturation in the transformer 32 occurs in a part of the yoke Y21. However, magnetic saturation may occur in the entire yoke Y21. Or it may occur in other parts of the core. Further, magnetic saturation may occur in a plurality of portions of the core.

【0065】本発明の第2の実施例においては、VC1
の値を検出し、その検出した値をスイッチング素子Q1
をオンにする時間の算出に使用しているが、VC1の値
を検出せずにスイッチング素子Q1をオンにする時間を
算出してもよい。VC1の値が上昇するとしきい電圧V
thも上昇するので、入力側平滑コンデンサC1供給さ
れる電力が減少し、自己負帰還が掛かる。
In the second embodiment of the present invention, VC1
Of the switching element Q1.
Is used to calculate the time for turning on the switching element Q1, but the time for turning on the switching element Q1 without detecting the value of VC1 may be calculated. When the value of VC1 rises, the threshold voltage V
Since th also increases, the power supplied to the input-side smoothing capacitor C1 decreases, and self-negative feedback is applied.

【0066】本発明の第2の実施例においては、交流電
源11からの入力電流の絶対値を検出し、その検出した
値をスイッチング素子Q1をオンにする時間の算出に使
用しているが、交流電源11からの入力電流に係る量を
検出せずにスイッチング素子Q1をオンにする時間を算
出し、開ループで交流電源11からの入力電流を制御し
てもよい。
In the second embodiment of the present invention, the absolute value of the input current from the AC power supply 11 is detected, and the detected value is used to calculate the time for turning on the switching element Q1. It is also possible to calculate the time during which the switching element Q1 is turned on without detecting the amount related to the input current from the AC power supply 11, and control the input current from the AC power supply 11 in an open loop.

【0067】本発明の第2の実施例においては、VC1
の値および交流電源11からの入力電流の絶対値を検出
し、それらの検出した値をスイッチング素子Q1をオン
にする時間の算出に使用しているが、VC1の値および
交流電源11からの入力電流に係る量を検出せずに、脈
流電圧Vinを検出した値のみからスイッチング素子Q
1をオンにする時間を算出してもよい。
In the second embodiment of the present invention, VC1
And the absolute value of the input current from the AC power supply 11 are detected, and the detected values are used to calculate the time for turning on the switching element Q1, but the value of VC1 and the input from the AC power supply 11 are used. The switching element Q is determined based on only the value of the pulsating voltage Vin detected without detecting the amount related to the current.
The time for turning 1 on may be calculated.

【0068】本発明の第2の実施例においては、VC1
の値、Vinの値および交流電源11からの入力電流の
絶対値を検出し、それらの検出した値をスイッチング素
子Q1をオンにする時間の算出に使用しているが、スイ
ッチング素子Q1をオンにする時間をそれらの値とは関
係なく一定としてもよい。このようにしても、ある程度
の力率改善が可能である。
In the second embodiment of the present invention, VC1
, The value of Vin and the absolute value of the input current from the AC power supply 11 are used to calculate the time for turning on the switching element Q1, but the detected value is used to turn on the switching element Q1. The time to perform may be constant irrespective of those values. Even in this case, a certain power factor improvement is possible.

【0069】本発明の第2の実施例においては、任意の
Vinの値に対してトランス32のコアの一部が磁気飽
和を起こすようになっているが、Vinの値がある値以
下の時は磁気飽和を起こさないようになっていてもよ
い。
In the second embodiment of the present invention, a part of the core of the transformer 32 causes magnetic saturation for an arbitrary value of Vin, but when the value of Vin is less than a certain value. May not be magnetically saturated.

【0070】図8は、本発明の第3の実施例の回路図で
ある。本発明の第3の実施例は、請求項4にかかるもの
である。図8において、交流電源11は電源装置の入力
とする交流電圧の電源であり、負荷12は電源装置の負
荷である。本発明の第3の実施例における電源装置は、
コントローラ2、トランス33、電圧検出器41,4
2,43、電流検出器44、入力側平滑コンデンサC
1、出力側平滑コンデンサC2、コンデンサC4、ダイ
オードD11,D12,D13,D14,D21,D2
2,D31,D32,D33,D34,D35、スイッ
チング素子Q1よりなる。スイッチング素子Q1は、ス
イッチング素子制御電圧VGがある正の電圧よりも高い
時にオンになり、低いときにオフとなるものである。
FIG. 8 is a circuit diagram of a third embodiment of the present invention. The third embodiment of the present invention relates to claim 4. 8, an AC power supply 11 is a power supply of an AC voltage to be input to the power supply device, and a load 12 is a load of the power supply device. The power supply device according to the third embodiment of the present invention includes:
Controller 2, transformer 33, voltage detectors 41, 4
2, 43, current detector 44, input side smoothing capacitor C
1, output side smoothing capacitor C2, capacitor C4, diodes D11, D12, D13, D14, D21, D2
2, D31, D32, D33, D34, D35, and a switching element Q1. The switching element Q1 turns on when the switching element control voltage VG is higher than a certain positive voltage, and turns off when the switching element control voltage VG is lower than the positive voltage.

【0071】図9は、本発明の第3の実施例におけるト
ランス33の断面図であり、トランス33は、コア33
1,332および巻線L1,L2,L3,L4,L5よ
りなる。コア331のヨークY31とコア332の間、
コア331のヨークY32とコア332の間およびコア
331のヨークY34とコア332の間にはギャップが
設けてある。コア331のヨークY33とコア332の
間にはギャップは設けていない。また、コア332の一
部が細くなっていて、コア331,332の他の部位に
比べてその部位において磁気飽和が発生しやすいように
なっている。巻線L4の巻数は巻線L3の巻数よりも少
ないものとする。
FIG. 9 is a sectional view of a transformer 33 according to a third embodiment of the present invention.
1, 332 and windings L1, L2, L3, L4, L5. Between the yoke Y31 of the core 331 and the core 332,
Gaps are provided between the yoke Y32 and the core 332 of the core 331 and between the yoke Y34 and the core 332 of the core 331. No gap is provided between the yoke Y33 of the core 331 and the core 332. In addition, a part of the core 332 is thinner, and magnetic saturation is more likely to occur in that part than in other parts of the cores 331 and 332. The number of turns of the winding L4 is smaller than the number of turns of the winding L3.

【0072】図10および図11は、本発明の第3の実
施例におけるいくつかの信号波形の様子を示したもので
あり、スイッチング素子制御電圧VG、トランス33の
ヨークY31,Y32,Y33,Y34におけるそれぞ
れの磁束F31,F32,F33,F34および巻線L
1,L2,L3に流れるそれぞれの電流J1,J2,J
3の波形について示してある。図10と図11は、それ
ぞれ異なる条件下における波形を示している。
FIGS. 10 and 11 show some signal waveforms in the third embodiment of the present invention. The switching element control voltage VG, the yokes Y31, Y32, Y33 and Y34 of the transformer 33 are shown. F31, F32, F33, F34 and winding L
Currents J1, J2, J flowing in L1, L2, L3
3 is shown. 10 and 11 show waveforms under different conditions.

【0073】図10は、ダイオードD11,D12,D
13,D14により構成される全波整流回路の出力電圧
である脈流電圧Vinが数2により定義されるしきい電
圧Vthよりも高い場合の信号の波形を示したものであ
り、時間区間P31はスイッチング素子Q1がオンの状
態でトランス33に磁気飽和が発生していない時間区
間、時間区間P32は時間区間P31に続く時間区間で
あり、スイッチング素子Q1がオンの状態でトランス3
3に磁気飽和が発生している時間区間、時間区間P33
は時間区間P32に続く時間区間であり、スイッチング
素子Q1がオフの状態でトランス33に磁気飽和が発生
している時間区間、時間区間P34は時間区間P33に
続く時間区間であり、スイッチング素子Q1がオフの状
態でトランス33に磁気飽和が発生しておらず電流J3
が流れている時間区間、時間区間P35は時間区間P3
4に続く時間区間であり、スイッチング素子Q1がオフ
の状態である時間区間である。
FIG. 10 shows diodes D11, D12, D
13 and D14 show the waveform of a signal when the pulsating voltage Vin, which is the output voltage of the full-wave rectifier circuit, is higher than the threshold voltage Vth defined by the equation (2). A time section in which no magnetic saturation occurs in the transformer 33 when the switching element Q1 is on and a time section P32 is a time section following the time section P31.
3, a time section in which magnetic saturation occurs, time section P33
Is a time section following the time section P32, a time section in which magnetic saturation occurs in the transformer 33 when the switching element Q1 is off, a time section P34 is a time section following the time section P33, and the switching element Q1 In the off state, no magnetic saturation occurs in the transformer 33 and the current J3
, The time section P35 is the time section P3
4, which is a time section in which the switching element Q1 is off.

【0074】図11は、脈流電圧Vinが数2により定
義されるしきい電圧Vthよりも低い場合の信号の波形
を示したものであり、時間区間P36はスイッチング素
子Q1がオンの状態である時間区間、時間区間P37は
時間区間P36に続く時間区間であり、スイッチング素
子Q1がオフの状態で電流J3が流れている時間区間、
時間区間P38は時間区間P37に続く時間区間であ
り、スイッチング素子Q1がオフの状態で電流J3が流
れていない時間区間である。
FIG. 11 shows a signal waveform when the pulsating voltage Vin is lower than the threshold voltage Vth defined by the equation (2). In the time section P36, the switching element Q1 is in an on state. The time section, the time section P37, is a time section following the time section P36, in which the switching element Q1 is off and the current J3 flows.
The time section P38 is a time section following the time section P37, and is a time section in which the switching element Q1 is turned off and the current J3 does not flow.

【0075】本発明の第3の実施例の動作は次のようで
ある。交流電源11から入力された交流電圧は、ダイオ
ードD11,D12,D13,D14により構成される
全波整流回路により脈流電圧Vinに変換される。
The operation of the third embodiment of the present invention is as follows. An AC voltage input from the AC power supply 11 is converted into a pulsating voltage Vin by a full-wave rectifier circuit including diodes D11, D12, D13, and D14.

【0076】一方、入力側平滑コンデンサC1は、ある
電圧に蓄電されており、入力側平滑コンデンサC1の両
端の電圧は脈流電圧Vinの波高値よりも高くなってい
る。
On the other hand, the input side smoothing capacitor C1 is stored at a certain voltage, and the voltage across the input side smoothing capacitor C1 is higher than the peak value of the pulsating voltage Vin.

【0077】まず、脈流電圧Vinがしきい電圧Vth
よりも高い場合の動作について述べる。
First, the pulsating voltage Vin is changed to the threshold voltage Vth.
The operation in the case of higher than this is described.

【0078】今、スイッチング素子Q1がオフの状態か
ら図10における時間区間P31,P32の間だけスイ
ッチング素子Q1がオンになった場合を考える。スイッ
チング素子Q1がオンになると、脈流電圧Vinがしき
い電圧Vthよりも高いため、巻線L1および巻線L5
に電流が流れ始める。このとき、巻線L2、巻線L3、
および巻線L4には電流は流れない。時間区間P31の
間は、磁気飽和が発生せず、ヨークY32とコア332
の間のギャップのため、ヨークY31における磁束とヨ
ークY34における磁束とのほとんどはヨークY33を
通して巡回し、ヨークY32にはあまり磁束は流れな
い。時間区間P31の間は、巻線L1に流れる電流は時
間に対して直線的に増加していき、それにともない、ヨ
ークY31における磁束も時間に対して直線的に増加し
ていく。巻線L5に流れる電流も時間に対して直線的に
増えて行く。
Now, consider a case where the switching element Q1 is turned on only during the time intervals P31 and P32 in FIG. 10 from the state where the switching element Q1 is turned off. When the switching element Q1 is turned on, the pulsating current Vin is higher than the threshold voltage Vth.
The current starts to flow through. At this time, the winding L2, the winding L3,
No current flows through winding L4. During the time section P31, no magnetic saturation occurs, and the yoke Y32 and the core 332
, Most of the magnetic flux in the yoke Y31 and the magnetic flux in the yoke Y34 circulate through the yoke Y33, and little magnetic flux flows in the yoke Y32. During the time section P31, the current flowing through the winding L1 increases linearly with time, and accordingly, the magnetic flux in the yoke Y31 also increases linearly with time. The current flowing through the winding L5 also increases linearly with time.

【0079】時間区間P31の終わりの時点で、コア3
31の一部細くなっている部分において磁気飽和が発生
し始める。スイッチング素子Q1はオンのままであるの
で、時間区間P32の間もヨークY31における磁束は
時刻とともに増加し続ける。このとき、ヨークY31か
らヨークY32を通って流れる磁束はあまり変化せず、
ヨークY32に磁束が流れ始める。時間区間P32の間
においては、巻線L1の自己インダクタンスはコア33
1の一部細くなっている部分における磁気飽和のために
時間区間P31の間に比べて小さくなり、時間区間P3
2における巻線L1を流れる電流の時間に対する増加の
割合は、時間区間P31の間のときよりも大きくなる。
一方、ヨークY34からヨークY33を通って巡回する
磁束については、磁気飽和の影響を受けないので、巻線
L5の自己インダクタンスは変化しない。そのため、巻
線L5に流れる電流は、時間区間P32においても時間
区間P31と同様に時間に対して直線的に増加して行
く。
At the end of time section P31, core 3
Magnetic saturation starts to occur in a part of the part 31 which is thin. Since the switching element Q1 remains on, the magnetic flux in the yoke Y31 continues to increase with time during the time section P32. At this time, the magnetic flux flowing from the yoke Y31 through the yoke Y32 does not change much,
Magnetic flux starts to flow through the yoke Y32. During the time section P32, the self-inductance of the winding L1 is
1 due to magnetic saturation in a part of the tapered portion, which is smaller than during the time interval P31,
The rate of increase of the current flowing through the winding L1 with respect to time in 2 becomes larger than during the time section P31.
On the other hand, the magnetic flux circulating from the yoke Y34 through the yoke Y33 is not affected by magnetic saturation, so that the self-inductance of the winding L5 does not change. Therefore, the current flowing through the winding L5 also increases linearly with time in the time section P32 as in the time section P31.

【0080】次に時間区間P32の最後においてスイッ
チング素子Q1がオフの状態になったとする。ここで巻
線L1の巻数NL1と巻線L3の巻数NL3の間に次の
関係が成り立っている場合を考える。
Next, assume that the switching element Q1 is turned off at the end of the time section P32. Here, a case is considered where the following relationship is established between the number of turns NL1 of the winding L1 and the number of turns NL3 of the winding L3.

【0081】[0081]

【数3】 (Equation 3)

【0082】このとき、スイッチング素子Q1がオフに
なった時間区間P33において、巻線L1に図10に示
すような電流J1が流れ、入力側平滑コンデンサC1が
充電される。それと同時に、巻線L3にも図10に示す
ような電流J3が流れ、負荷側に電流が供給される。こ
の時間区間P33の長さは、VC1と脈流電圧Vinの
差に反比例する。このとき巻線L1から取り出されるエ
ネルギーの量は時間区間P32の長さの2乗に比例す
る。時間区間P33において、巻線L2からの漏れ磁束
などの影響により、巻線L4に図10に示すようにわず
かに電流が流れる。
At this time, in the time period P33 during which the switching element Q1 is turned off, a current J1 as shown in FIG. 10 flows through the winding L1, and the input side smoothing capacitor C1 is charged. At the same time, a current J3 as shown in FIG. 10 also flows through the winding L3, and the current is supplied to the load side. The length of this time section P33 is inversely proportional to the difference between VC1 and the pulsating voltage Vin. At this time, the amount of energy extracted from the winding L1 is proportional to the square of the length of the time section P32. In the time section P33, a slight current flows through the winding L4 due to the influence of the leakage magnetic flux from the winding L2 as shown in FIG.

【0083】時間区間P33が終わり、トランス33の
磁気飽和が消滅すると、巻線L1には電流は流れないよ
うにる。また、巻線L3には図10に示すように電流が
流れる。このとき巻線L3から取り出されるエネルギー
の量はトランス33のコア331,332によって決ま
る量と時間区間P31および時間区間P32の間に巻線
L5からトランス33に注入された量の和に近いものと
なる。
When the time section P33 ends and the magnetic saturation of the transformer 33 disappears, no current flows through the winding L1. A current flows through the winding L3 as shown in FIG. At this time, the amount of energy extracted from the winding L3 is close to the sum of the amount determined by the cores 331 and 332 of the transformer 33 and the amount injected into the transformer 33 from the winding L5 during the time section P31 and the time section P32. Become.

【0084】巻線L3に流れる電流は、ダイオードD2
1により整流され、巻線L4に流れる電流は、ダイオー
ドD22により整流され、ともに出力側平滑コンデンサ
C2により平滑され、負荷12に供給される。
The current flowing through the winding L3 is equal to the diode D2
The current flowing through the winding L4 is rectified by the diode D22, is smoothed by the output-side smoothing capacitor C2, and is supplied to the load 12.

【0085】次に、脈流電圧Vinがしきい電圧Vth
よりも低い場合の動作について述べる。脈流電圧Vin
がしきい電圧Vthよりも低い場合については、トラン
ス33において磁気飽和は発生しないように動作するこ
とを仮定する。
Next, the pulsating voltage Vin is changed to the threshold voltage Vth.
The operation in the case of lower than this will be described. Ripple voltage Vin
When the voltage is lower than the threshold voltage Vth, it is assumed that the transformer 33 operates so that magnetic saturation does not occur.

【0086】今、スイッチング素子Q1がオフの状態か
ら図11における時間区間P36の間だけスイッチング
素子Q1がオンになった場合を考える。スイッチング素
子Q1がオンになると、脈流電圧Vinがしきい電圧V
thよりも低いため、巻線L1および巻線L2に電流が
流れ始める。このとき、巻線L3、巻線L4および巻線
L5には電流は流れない。脈流電圧Vinが低いので、
その分、時間区間P36の間に巻線L1に流れる電流は
少なくなり、ヨークY31を通る磁束も小さい。磁気飽
和が発生せず、ヨークY32とコア332の間のギャッ
プのため、ヨークY31における磁束のほとんどはヨー
クY33を通して巡回し、ヨークY32にはあまり磁束
は流れない。時間区間P36の間は、巻線L1に流れる
電流および巻線L2に流れる電流は時間に対して直線的
に増加していき、それにともない、ヨークY33におけ
る磁束も時間に対して直線的に増加していく。
Now, consider a case where the switching element Q1 is turned on only during the time interval P36 in FIG. 11 from the state where the switching element Q1 is turned off. When the switching element Q1 is turned on, the pulsating voltage Vin becomes the threshold voltage V
Therefore, the current starts to flow through the winding L1 and the winding L2. At this time, no current flows through the winding L3, the winding L4, and the winding L5. Since the pulsating voltage Vin is low,
Accordingly, the current flowing through the winding L1 during the time section P36 decreases, and the magnetic flux passing through the yoke Y31 also decreases. Due to the absence of magnetic saturation and the gap between the yoke Y32 and the core 332, most of the magnetic flux in the yoke Y31 circulates through the yoke Y33, and little magnetic flux flows through the yoke Y32. During the time section P36, the current flowing through the winding L1 and the current flowing through the winding L2 increase linearly with time, and accordingly, the magnetic flux in the yoke Y33 also increases linearly with time. To go.

【0087】次に時間区間P36の最後においてスイッ
チング素子Q1がオフの状態になったとする。ここで巻
線L1の巻数NL1と巻線L3の巻数NL3の間に数3
の関係が成り立っている場合を考える。このとき、スイ
ッチング素子Q1がオフになった時間区間P37におい
ては、巻線L1に流れる電流J1は図11に示すように
急速に小さくなり、入力側平滑コンデンサC1はほとん
ど充電されない。一方、巻線L3に流れる電流J3は図
11に示すように流れる。このとき巻線L3から取り出
されるエネルギーの量は時間区間P36の長さの2乗に
比例する。
Next, assume that switching element Q1 is turned off at the end of time section P36. Here, the number 3 between the number of turns NL1 of the winding L1 and the number of turns NL3 of the winding L3.
Let us consider a case where the relationship is established. At this time, in the time period P37 during which the switching element Q1 is turned off, the current J1 flowing through the winding L1 decreases rapidly as shown in FIG. 11, and the input-side smoothing capacitor C1 is hardly charged. On the other hand, the current J3 flowing through the winding L3 flows as shown in FIG. At this time, the amount of energy extracted from the winding L3 is proportional to the square of the length of the time section P36.

【0088】巻線L3に流れる電流は、ダイオードD2
1により整流され、出力側平滑コンデンサC2により平
滑され、負荷12に供給される。
The current flowing through the winding L3 is equal to the current of the diode D2.
1, is smoothed by the output-side smoothing capacitor C2, and supplied to the load 12.

【0089】巻線L1に流れる電流は、図10および図
11に示すように高周波成分を多く含んでいる。この高
周波成分はコンデンサC4により除去され、平滑化され
た電流がダイオードD11,D12,D13,D14か
ら成る全波整流回路を通して、この電源装置の交流電源
11からの入力電流となる。
The current flowing through the winding L1 contains many high-frequency components as shown in FIGS. This high-frequency component is removed by the capacitor C4, and the smoothed current becomes an input current from the AC power supply 11 of the power supply device through a full-wave rectifier circuit including diodes D11, D12, D13, and D14.

【0090】コントローラ2は、負荷12へ供給する電
圧を所望の値になるように制御することと、電源装置の
交流電源11からの入力電流を制御することの二つの役
目を持っている。
The controller 2 has two functions of controlling the voltage supplied to the load 12 to a desired value and controlling the input current from the AC power supply 11 of the power supply device.

【0091】負荷12へ供給されている電圧は、電圧検
出器41により検出され、その信号は制御器2に送られ
る。スイッチング素子Q1のオン・オフの1回のサイク
ルにおける巻線L3から取り出されるエネルギーは、ス
イッチング素子Q1のオンである時間に依存するが、ス
イッチング素子Q1をオン・オフする周波数により調整
している。コントローラ2は電圧検出器41により検出
した負荷12へ供給している電圧と、その目標値とを比
較し、その比較した結果に基づき、スイッチング素子Q
1をオン・オフする周波数を変化させ、負荷12へ供給
する電圧を、その目標値に近付けるようにしている。ス
イッチング素子Q1のオンである時間も後述のように変
化するが、その負荷12へ供給する電圧への影響は閉ル
ープ制御を用いることで除去している。
The voltage supplied to the load 12 is detected by the voltage detector 41, and the signal is sent to the controller 2. The energy extracted from the winding L3 in one cycle of turning on and off the switching element Q1 depends on the time during which the switching element Q1 is on, but is adjusted by the frequency at which the switching element Q1 is turned on and off. The controller 2 compares the voltage supplied to the load 12 detected by the voltage detector 41 with the target value, and based on the comparison result, determines the switching element Q
The frequency for turning on / off 1 is changed so that the voltage supplied to the load 12 approaches its target value. The time during which the switching element Q1 is on also changes as described later, but its influence on the voltage supplied to the load 12 is eliminated by using closed loop control.

【0092】電源装置の交流電源11からの入力電流を
制御する方法は、脈流電圧Vinがしきい電圧Vthよ
りも高い場合においては、スイッチング素子Q1をオン
・オフする際のオンする時間を調整することにより行な
っている。本発明の第3の実施例の場合、図10におけ
る時間区間P32の時間が長いと入力電流が増える。ま
た、前述のように、脈流電圧VinとVC1の差の電圧
によっても入力電流は変化する。
The method of controlling the input current from the AC power supply 11 of the power supply device adjusts the on-time when the switching element Q1 is turned on and off when the pulsating voltage Vin is higher than the threshold voltage Vth. It is done by doing. In the case of the third embodiment of the present invention, the input current increases when the time in the time section P32 in FIG. 10 is long. Further, as described above, the input current also changes depending on the voltage of the difference between the pulsating voltage Vin and VC1.

【0093】そこで、電源装置の交流電源11からの入
力電流の絶対値を電流検出器44により検出し、入力交
流電圧Vacの絶対値を脈流電圧Vinとして電圧検出
器42により検出し、入力電流の絶対値が脈流電圧Vi
nにほぼ比例するようにスイッチング素子Q1をオンに
する時間を調整しながらフィードバック制御を行なって
いる。
Therefore, the absolute value of the input current from the AC power supply 11 of the power supply device is detected by the current detector 44, and the absolute value of the input AC voltage Vac is detected by the voltage detector 42 as the pulsating voltage Vin. Is the pulsating voltage Vi
Feedback control is performed while adjusting the time for turning on the switching element Q1 so as to be substantially proportional to n.

【0094】その際の入力電流の絶対値の目標値を決め
る際の脈流電圧Vinに掛ける係数の値と負荷条件によ
って、入力側平滑コンデンサC1の両端の電圧VC1が
上昇したり下降したりするので、VC1を電圧検出器4
3により検出しながら、VC1の値がだいたい一定とな
るように前述の係数を調整している。
The voltage VC1 across the input-side smoothing capacitor C1 rises or falls depending on the load value and the value of the coefficient to be multiplied by the pulsating voltage Vin in determining the target value of the absolute value of the input current at that time. Therefore, VC1 is connected to the voltage detector 4
While detecting by 3, the above-mentioned coefficient is adjusted so that the value of VC1 becomes substantially constant.

【0095】脈流電圧Vinがしきい電圧Vthよりも
低い場合における電源装置の交流電源11からの入力電
流は、入力交流電圧Vacと入力側平滑コンデンサC1
の両端の電圧VC1、負荷電流によってほぼ決まってし
まうが、入力交流電圧Vacの絶対値が小さいほど入力
電流の絶対値も小さいため、大きな問題はなく、スイッ
チング素子Q1をオンにする時間を一定にしている。
When the pulsating current Vin is lower than the threshold voltage Vth, the input current from the AC power supply 11 of the power supply device is determined by the input AC voltage Vac and the input-side smoothing capacitor C1.
Is almost determined by the voltage VC1 at both ends and the load current. However, since the absolute value of the input current is smaller as the absolute value of the input AC voltage Vac is smaller, there is no major problem, and the time for turning on the switching element Q1 is fixed. ing.

【0096】本発明の第3の実施例における本発明第1
の実施例および本発明第2の実施例に対する利点は、電
源装置の効率を高くすることができることである。本発
明の第3の実施例においては、入力交流電圧Vacの絶
対値の瞬時値がある程度以上高い場合におけるエネルギ
ーの流れが、交流電源11から負荷12および交流電源
11から入力側平滑コンデンサC1となり、入力側平滑
コンデンサC1からのエネルギーの取り出しがない。ま
た、入力交流電圧Vacの絶対値の瞬時値がある程度以
上低い場合におけるエネルギーの流れが、交流電源11
および入力側平滑コンデンサC1から負荷12となり、
入力側平滑コンデンサC1へのエネルギー供給はほとん
どない。このため、この電源装置の効率を高めることが
でき、また、入力側平滑コンデンサC1に必要とされる
静電容量も小さい。
The first embodiment of the present invention in the third embodiment of the present invention.
An advantage of the third embodiment and the second embodiment of the present invention is that the efficiency of the power supply device can be increased. In the third embodiment of the present invention, when the instantaneous value of the absolute value of the input AC voltage Vac is higher than a certain level, the flow of energy is from the AC power supply 11 to the load 12 and from the AC power supply 11 to the input-side smoothing capacitor C1, There is no extraction of energy from the input side smoothing capacitor C1. In addition, when the instantaneous value of the absolute value of the input AC voltage Vac is lower than a certain level, the flow of energy is
And from the input side smoothing capacitor C1 to the load 12,
There is almost no energy supply to the input side smoothing capacitor C1. Therefore, the efficiency of the power supply device can be increased, and the capacitance required for the input-side smoothing capacitor C1 is small.

【0097】本発明の第3の実施例においては、トラン
ス33のコアのヨークがヨークY21、ヨークY23、
ヨークY22の順番に並んでいるが、ヨークY31とヨ
ークY32はこの逆の順番でもよく、ヨークY33とヨ
ークY34はこの逆の順番でもよい。また、ヨークY3
1,Y32,Y33,Y34は直線状に並んでなくても
よい。
In the third embodiment of the present invention, the yoke of the core of the transformer 33 is a yoke Y21, a yoke Y23,
Although the yokes Y22 are arranged in this order, the yokes Y31 and Y32 may be in the reverse order, and the yokes Y33 and Y34 may be in the reverse order. In addition, yoke Y3
1, Y32, Y33, and Y34 need not be arranged in a straight line.

【0098】本発明の第3の実施例においては、トラン
ス32における磁気飽和がコア331の一部分において
発生するようになっているが、コア332の一部分で磁
気飽和が発生するようになっていてもよい。また、コア
の複数の部分において磁気飽和が発生するようになって
いてもよい。
In the third embodiment of the present invention, the magnetic saturation in the transformer 32 is generated in a part of the core 331. However, the magnetic saturation may be generated in a part of the core 332. Good. Further, magnetic saturation may occur in a plurality of portions of the core.

【0099】本発明の第3の実施例においては、VC1
の値および交流電源11からの入力電流の絶対値を検出
し、それらの検出した値をスイッチング素子Q1をオン
にする時間の算出に使用しているが、VC1の値および
交流電源11からの入力電流に係る量を検出せずに、脈
流電圧Vinを検出した値のみからスイッチング素子Q
1をオンにする時間を算出してもよい。
In the third embodiment of the present invention, VC1
And the absolute value of the input current from the AC power supply 11 are detected, and the detected values are used to calculate the time for turning on the switching element Q1, but the value of VC1 and the input from the AC power supply 11 are used. The switching element Q is determined based on only the value of the pulsating voltage Vin detected without detecting the amount related to the current.
The time for turning 1 on may be calculated.

【0100】本発明の第3の実施例においては、VC1
の値、Vinの値および交流電源11からの入力電流の
絶対値を検出し、それらの検出した値をスイッチング素
子Q1をオンにする時間の算出に使用しているが、スイ
ッチング素子Q1をオンにする時間をそれらの値とは関
係なく一定としてもよい。このようにしても、ある程度
の力率改善が可能である。
In the third embodiment of the present invention, VC1
, The value of Vin and the absolute value of the input current from the AC power supply 11 are used to calculate the time for turning on the switching element Q1, but the detected value is used to turn on the switching element Q1. The time to perform may be constant irrespective of those values. Even in this case, a certain power factor improvement is possible.

【0101】本発明の第3の実施例においては、電源装
置の回路の中でダイオードD35を用いているが、これ
は漏れ磁束のエネルギーを回収するものであり、ダイオ
ードD35はなくてもよい。
In the third embodiment of the present invention, the diode D35 is used in the circuit of the power supply device, but this is for recovering the energy of the leakage magnetic flux, and the diode D35 may not be provided.

【0102】本発明の第3の実施例においては、トラン
ス33に巻線L5を有しているが、巻線L5はなくても
よい。
In the third embodiment of the present invention, although the transformer 33 has the winding L5, the winding L5 may not be provided.

【0103】本発明の第3の実施例においては、トラン
ス33に巻線L4を有しているが、これは漏れ磁束のエ
ネルギーを回収するものであり、巻線L4はなくてもよ
い。また巻線L4により回収したエネルギーを入力側平
滑コンデンサC1に戻すようにしてもよい。
In the third embodiment of the present invention, the transformer 33 has the winding L4, but this recovers the energy of the leakage magnetic flux, and the winding L4 may not be provided. The energy recovered by the winding L4 may be returned to the input-side smoothing capacitor C1.

【0104】[0104]

【発明の効果】以上のように、本発明を用いることによ
り、高い力率を持つフライバック式電源を一つのスイッ
チング素子と一つのトランスを用いて実現できるため、
経済的である。また、一つのトランスで電力の変換を行
なっているので、変換損失を低く抑えることができ、効
率の高い力率改善型のフライバック式電源を実現するこ
とができる。
As described above, by using the present invention, a flyback type power supply having a high power factor can be realized using one switching element and one transformer.
It is economical. In addition, since the power is converted by one transformer, the conversion loss can be suppressed to a low level, and a flyback power supply with improved power factor and high efficiency can be realized.

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

【図1】本発明の第1の実施例の回路図FIG. 1 is a circuit diagram of a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施例におけるトランスの断面
FIG. 2 is a sectional view of a transformer according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1の実施例における信号波形FIG. 3 is a signal waveform according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第2の実施例の回路図FIG. 4 is a circuit diagram of a second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第2の実施例におけるトランスの断面
FIG. 5 is a sectional view of a transformer according to a second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第2の実施例における信号波形FIG. 6 is a signal waveform according to the second embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第2の実施例における信号波形FIG. 7 is a signal waveform according to the second embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第3の実施例の回路図FIG. 8 is a circuit diagram of a third embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第3の実施例におけるトランスの断面
FIG. 9 is a sectional view of a transformer according to a third embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第3の実施例における信号波形FIG. 10 shows a signal waveform according to a third embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第3の実施例における信号波形FIG. 11 shows a signal waveform according to a third embodiment of the present invention.

【図12】従来の技術の回路図FIG. 12 is a circuit diagram of a conventional technique.

【図13】従来の技術の回路における入力電圧と入力電
流の波形
FIG. 13 shows waveforms of an input voltage and an input current in a circuit according to the related art.

【図14】従来の技術の回路図FIG. 14 is a circuit diagram of a conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11・・・・交流電源 12・・・・負荷 2・・・・コントローラ 31,32,33,35,36・・・・トランス 311,312,321,322,331,332・・
・・コア 41,42,43・・・・電圧検出器 44・・・・電流検出器 C1・・・・入力側平滑コンデンサ C2・・・・出力側平滑コンデンサ C3,C4・・・・コンデンサ D11,D12,D13,D14,D21,D22,D
31,D32,D33,D34,D35・・・・ダイオ
ード F11,F12,F13・・・・磁束 F21,F22,F23・・・・磁束 F31,F32,F33,F34・・・・磁束 J1,J2,J3,J4,J5,J6・・・・電流 L1,L2,L3,L4,L5・・・・巻線 P11,P12,P13,P14,P15・・・・時間
区間 P20,P21,P22,P23,P24,P25,P
26,P27,P28,P29・・・・時間区間 P31,P32,P33,P34,P35,P36,P
37,P38・・・・時間区間 Q1・・・・スイッチング素子 VG・・・・スイッチング素子制御電圧 Vac・・・・入力交流電圧 Vin・・・・脈流電圧 Vth・・・・しきい電圧 Y11,Y12,Y13・・・・ヨーク Y21,Y22,Y23・・・・ヨーク Y31,Y32,Y33,Y34・・・・ヨーク
11 AC power supply 12 Load 2 Controller 31, 32, 33, 35, 36 Transformers 311, 312, 321, 322, 331, 332,.
Core 41, 42, 43 Voltage detector 44 Current detector C1 Input-side smoothing capacitor C2 Output-side smoothing capacitor C3, C4 Capacitor D11 , D12, D13, D14, D21, D22, D
31, D32, D33, D34, D35... Diode F11, F12, F13... Magnetic flux F21, F22, F23... Magnetic flux F31, F32, F33, F34. J3, J4, J5, J6 ... currents L1, L2, L3, L4, L5 ... windings P11, P12, P13, P14, P15 ... time sections P20, P21, P22, P23, P24, P25, P
26, P27, P28, P29 ... time section P31, P32, P33, P34, P35, P36, P
37, P38 time section Q1 switching element VG switching element control voltage Vac input AC voltage Vin pulsating voltage Vth threshold voltage Y11 ... Yoke Y21, Y22, Y23 ... Yoke Y31, Y32, Y33, Y34 ... Yoke

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】交流電力を入力とし、直流電力を出力とす
るフライバック式コンバータにおいて、電力を変換する
トランスの少なくとも一つ以上のものについて、三つ以
上のヨークを有するコアを持ち、かつ二つ以上のヨーク
に対して巻線を有し、かつ前記巻線に流れる電流によっ
て発生する磁束に対して磁気飽和を発生することがあ
り、前記巻線の少なくとも一つに電流を流すことによっ
てトランス内に蓄えたエネルギーを複数の前記巻線から
取り出す際の各前記巻線から取り出すエネルギーの比が
前記磁気飽和の程度に依存し、前記磁気飽和の程度を一
定にする若しくは変化させることにより、該フライバッ
ク式コンバータの入力電流を調整する機能を有すること
を特徴とする力率改善型フライバック式コンバータ。
1. A flyback converter having AC power as input and DC power as output, wherein at least one of the transformers for converting power has a core having three or more yokes, and There is a case where a winding is provided for one or more yokes, and magnetic saturation is generated with respect to a magnetic flux generated by a current flowing through the winding. When extracting the energy stored in the plurality of windings, the ratio of the energy extracted from each of the windings depends on the degree of the magnetic saturation, and by making the degree of the magnetic saturation constant or changing, A power factor improving flyback converter having a function of adjusting an input current of the flyback converter.
【請求項2】請求項1の力率改善型フライバック式コン
バータにおいて、整流回路、トランス、スイッチング素
子および入力側平滑コンデンサを持ち、前記トランス
は、第1のヨーク、第2のヨークおよび第3のヨークを
持つコアと第1の巻線および第2の巻線を持ち、前記ト
ランスのコアの一部において磁気飽和を発生することが
あり、第1の巻線は第1のヨークに巻かれ、第2の巻線
は第2のヨークに巻かれているものであり、前記整流回
路は第1の出力端と第2の出力端を持ち、入力の交流電
圧を入力し、第1の出力端と第2の出力端の間に変換し
た脈流の電圧を出力するものであり、前記入力側平滑コ
ンデンサは第1の端子と第2の端子を持つものであり、
前記トランスの第1の巻線は前記整流回路の第1の出力
端と前記入力側平滑コンデンサの第1の端子の間に接続
され、前記トランスの第2の巻線と前記スイッチング素
子を直列に接続した回路は前記入力側平滑コンデンサの
第1の端子および第2の端子の間に接続され、前記入力
側平滑コンデンサの第2の端子は前記整流回路の第2の
出力端に接続されていることを特徴とする力率改善型フ
ライバック式コンバータ。
2. The power factor improving flyback converter according to claim 1, further comprising a rectifier circuit, a transformer, a switching element, and an input-side smoothing capacitor, wherein the transformer includes a first yoke, a second yoke, and a third yoke. May have a first winding and a second winding, and may cause magnetic saturation in a part of the transformer core, and the first winding is wound around the first yoke. , The second winding is wound around a second yoke, the rectifier circuit has a first output terminal and a second output terminal, receives an input AC voltage, and outputs a first output signal. And outputting a pulsating voltage converted between the terminal and the second output terminal, wherein the input side smoothing capacitor has a first terminal and a second terminal,
A first winding of the transformer is connected between a first output terminal of the rectifier circuit and a first terminal of the input-side smoothing capacitor, and a second winding of the transformer and the switching element are connected in series. The connected circuit is connected between a first terminal and a second terminal of the input side smoothing capacitor, and a second terminal of the input side smoothing capacitor is connected to a second output terminal of the rectifier circuit. A flyback converter with improved power factor.
【請求項3】請求項1の力率改善型フライバック式コン
バータにおいて、整流回路、トランス、スイッチング素
子、入力側平滑コンデンサ、第1の整流素子、第2の整
流素子、第3の整流素子、第1の接続点および第2の接
続点を持ち、前記トランスは、第1のヨーク、第2のヨ
ークおよび第3のヨークを持つコアと第1の巻線、第2
の巻線および第3の巻線を持ち、前記トランスのコアの
一部において磁気飽和を発生することがあり、第1の巻
線および第2の巻線はともに第2のヨークに巻かれ、第
3の巻線は第1のヨークに巻かれているものであり、前
記整流回路は第1の出力端と第2の出力端を持ち、入力
の交流電圧を入力し、第1の出力端と第2の出力端の間
に変換した脈流の電圧を出力するものであり、前記入力
側平滑コンデンサは第1の端子と第2の端子を持つもの
であり、前記トランスの第1の巻線は前記整流回路の第
1の出力端と第1の接続点の間に接続され、第1の整流
素子は第1の接続点と前記入力側平滑コンデンサの第1
の端子の間に接続され、第2の整流素子と前記トランス
の第2の巻線を直列にした回路は前記入力側コンデンサ
の第1の端子と第2の接続点の間に接続され、第3の整
流素子は第1の接続点と第2の接続点の間に接続され、
前記スイッチング素子は第2の接続点と前記整流回路の
第2の出力端に接続され、前記入力側平滑コンデンサの
第2の端子は前記整流回路の第2の出力端に接続され、
前記トランスの第3の巻線は前記トランスから該コンバ
ータの出力の電力を取り出すように供されていることを
特徴とする力率改善型フライバック式コンバータ。
3. The power factor improving flyback converter according to claim 1, wherein the rectifier circuit, the transformer, the switching element, the input side smoothing capacitor, the first rectifier element, the second rectifier element, the third rectifier element, The transformer has a first connection point and a second connection point, and the transformer includes a core having a first yoke, a second yoke, and a third yoke, a first winding, and a second winding.
And a third winding may cause magnetic saturation in a part of the core of the transformer, and the first winding and the second winding are both wound around a second yoke, The third winding is wound around a first yoke, and the rectifier circuit has a first output terminal and a second output terminal, receives an input AC voltage, and receives a first output terminal. And a second output terminal. The input side smoothing capacitor has a first terminal and a second terminal, and a first winding of the transformer is provided. A wire is connected between a first output terminal of the rectifier circuit and a first connection point, and a first rectifier element is connected between the first connection point and a first connection point of the input side smoothing capacitor.
And a circuit in which a second rectifying element and a second winding of the transformer are connected in series is connected between a first terminal of the input-side capacitor and a second connection point. The third rectifying element is connected between the first connection point and the second connection point,
The switching element is connected to a second connection point and a second output terminal of the rectifier circuit, a second terminal of the input-side smoothing capacitor is connected to a second output terminal of the rectifier circuit,
A power factor improving flyback converter, wherein a third winding of the transformer is provided to extract power of an output of the converter from the transformer.
【請求項4】請求項1の力率改善型フライバック式コン
バータにおいて、整流回路、トランス、スイッチング素
子、入力側平滑コンデンサ、第1の整流素子、第2の整
流素子、第3の整流素子、第1の接続点および第2の接
続点を持ち、前記トランスは、第1のヨーク、第2のヨ
ーク、第3のヨークおよび第4のヨークを持つコアと第
1の巻線、第2の巻線および第3の巻線を持ち、前記ト
ランスのコアの一部において磁気飽和を発生することが
あり、第1の巻線は第1のヨークに対して巻かれ、第2
の巻線は第2のヨークに巻かれ、第3の巻線は第3のヨ
ークに巻かれているものであり、前記整流回路は第1の
出力端と第2の出力端を持ち、入力の交流電圧を入力
し、第1の出力端と第2の出力端の間に変換した脈流の
電圧を出力するものであり、前記入力側平滑コンデンサ
は第1の端子と第2の端子を持つものであり、前記トラ
ンスの第1の巻線は前記整流回路の第1の出力端と第1
の接続点の間に接続され、第1の整流素子は第1の接続
点と前記入力側平滑コンデンサの第1の端子の間に接続
され、第2の整流素子と前記トランスの第2の巻線を直
列にした回路は前記入力側コンデンサの第1の端子と第
2の接続点の間に接続され、第3の整流素子は第1の接
続点と第2の接続点の間に接続され、前記スイッチング
素子は第2の接続点と前記整流回路の第2の出力端に接
続され、前記入力側平滑コンデンサの第2の端子は前記
整流回路の第2の出力端に接続され、前記トランスの第
3の巻線は前記トランスから該コンバータの出力の電力
を取り出すように供されていることを特徴とする力率改
善型フライバック式コンバータ。
4. The power factor improving type flyback converter according to claim 1, wherein the rectifier circuit, a transformer, a switching element, an input side smoothing capacitor, a first rectifier element, a second rectifier element, a third rectifier element, A transformer having a first connection point and a second connection point, wherein the transformer includes a core having a first yoke, a second yoke, a third yoke and a fourth yoke, a first winding, a second winding; A first winding wound on a first yoke and a second winding on the first yoke, wherein the first winding has a winding and a third winding, which may cause magnetic saturation in a part of the core of the transformer.
Is wound around a second yoke, the third winding is wound around a third yoke, the rectifier circuit has a first output terminal and a second output terminal, And outputs a pulsating voltage converted between a first output terminal and a second output terminal. The input-side smoothing capacitor includes a first terminal and a second terminal. A first winding of the transformer is connected to a first output terminal of the rectifier circuit and a first output terminal of the rectifier circuit.
, The first rectifying element is connected between the first connecting point and the first terminal of the input side smoothing capacitor, and the second rectifying element and the second winding of the transformer are connected. A circuit in which the lines are connected in series is connected between a first terminal and a second connection point of the input side capacitor, and a third rectifying element is connected between the first connection point and the second connection point. The switching element is connected to a second connection point and a second output terminal of the rectifier circuit, a second terminal of the input-side smoothing capacitor is connected to a second output terminal of the rectifier circuit, 3. The power factor improving flyback converter according to claim 1, wherein the third winding is provided to extract electric power of the output of the converter from the transformer.
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