JP2005168188A - Switching power supply - Google Patents

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Masayuki Yasumura
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the number of circuit components and the cost for manufacturing the circuit coping with a wide-range switching power supply circuit, where power factor is improved by a voltage-feedback system. <P>SOLUTION: A required control range of stabilization operation through switching frequency control of an AC 100V system and an AC 200V system is confined within the maximum control range of switching frequency, by switching the number of turns of the primary winding N1 of an insulated converter transformer PIT, for example, depending on the level of a commercial AC power supply AC. Consequently, stabilization can be carried out depending on the secondary DC output voltage Eo at the time of both AC 100V system and AC 200V system, and a wide-range switching power supply circuit is realized. Since a conventional arrangement for switching the rectification operation is not required for realizing a wide range switching power supply circuit, design of the rectifying/smoothing circuit and the power factor improving circuit is not limited. Consequently, the number of components is decreased, breakdown voltage of elements is lowered, and the circuit cost can be reduced. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、例えば各種電子機器の電源として用いられるスイッチング電源回路に関する。   The present invention relates to a switching power supply circuit used as a power supply for various electronic devices, for example.

近年、高周波の比較的大きい電流及び電圧に耐えることができるスイッチング素子の開発によって、商用電源を整流して所望の直流電圧を得る電源回路としては、大部分がスイッチング方式の電源回路になっている。
スイッチング電源回路はスイッチング周波数を高くすることによりトランスその他のデバイスを小型にすると共に、大電力のDC−DCコンバータとして各種の電子機器の電源として使用される。
In recent years, the development of switching elements that can withstand relatively high currents and voltages at high frequencies has led to the majority of power supply circuits that rectify commercial power supplies to obtain desired DC voltages. .
The switching power supply circuit reduces the size of the transformer and other devices by increasing the switching frequency, and is used as a power source for various electronic devices as a high-power DC-DC converter.

ところで、一般に商用電源を整流すると平滑回路に流れる電流は歪み波形になるため、電源の利用効率を示す、力率が損なわれるという問題が生じる。
また、このような歪み電流波形となることによって発生する、高調波を抑圧するための対策が必要とされている。
By the way, in general, when a commercial power source is rectified, the current flowing through the smoothing circuit becomes a distorted waveform, which causes a problem that the power factor indicating the power source utilization efficiency is impaired.
Further, there is a need for measures for suppressing harmonics generated by such a distorted current waveform.

また、スイッチング電源回路としては、例えば日本や米国等の交流入力電圧AC100V系の地域と、欧州等のAC200V系の地域に対応するように、例えば約AC85V〜288Vの交流入力電圧範囲に対応した動作が可能に構成された、いわゆるワイドレンジ対応の電源回路が知られている。   As the switching power supply circuit, for example, an operation corresponding to an AC input voltage range of about AC85V to 288V is adopted so as to correspond to an AC input voltage AC100V region such as Japan and the United States and an AC200V system region such as Europe. A so-called wide-range power supply circuit that is configured so as to be able to be used is known.

ここで、上記した共振形コンバータとしては、コンバータを形成するスイッチング素子のスイッチング周波数を制御すること(スイッチング周波数制御方式)により安定化を図るように構成したものが知られている。
このようなスイッチング周波数制御方式による共振形コンバータとして、例えば汎用の発振・ドライブ回路ICなどによりスイッチング素子をスイッチング駆動するような構成では、例えばスイッチング周波数fsの可変範囲は最大で、fs=50KHz〜250KHz程度となっている。このような可変範囲である場合、例えば負荷電力Poの変動範囲がPo=0Wから90W程度まで、さらには150W程度までの比較的大きな変動幅となる負荷条件では、ワイドレンジとしてのAC85V〜288Vの交流入力電圧範囲に対応して安定化を図ることはほぼ不可能となる。
Here, as the above-described resonance type converter, one configured to be stabilized by controlling the switching frequency of a switching element forming the converter (switching frequency control method) is known.
As such a resonant converter based on the switching frequency control system, for example, in a configuration in which the switching element is switched and driven by a general-purpose oscillation / drive circuit IC, for example, the variable range of the switching frequency fs is maximum, fs = 50 KHz to 250 KHz. It is about. In the case of such a variable range, for example, under a load condition where the fluctuation range of the load power Po is a relatively large fluctuation range from Po = 0 W to about 90 W, and further to about 150 W, a wide range of AC85V to 288V is used. Stabilization corresponding to the AC input voltage range is almost impossible.

これらの各問題を解決するものとして、先に本出願人は、力率改善のための構成を備え、なおかつワイドレンジ対応となるスイッチング電源回路として、次のような構成を提案している。   In order to solve each of these problems, the present applicant has previously proposed the following configuration as a switching power supply circuit that has a configuration for power factor improvement and is compatible with a wide range.

図10は、先に本出願人が提案した発明に基づいて構成することのできる、従来のスイッチング電源回路の構成を示している。
先ず、この図10に示す電源回路においては、商用交流電源ACのラインに対して、アクロスコンデンサCL及びコモンモードチョークコイルCMCとから成る、ノイズフィルタが接続される。そして、商用交流電源ACのラインにおいて、このノイズフィルタの後段に対しては、1組のフィルタコンデンサCNが挿入される。このフィルタコンデンサCNは、次に説明するブリッジ整流回路Diの整流出力ラインに発生するノーマルモードノイズを抑制するためのものとされる。
FIG. 10 shows a configuration of a conventional switching power supply circuit that can be configured based on the invention previously proposed by the present applicant.
First, in the power supply circuit shown in FIG. 10, a noise filter including an across capacitor CL and a common mode choke coil CMC is connected to the line of the commercial AC power supply AC. In the line of the commercial AC power supply AC, one set of filter capacitors CN is inserted in the subsequent stage of the noise filter. The filter capacitor CN is for suppressing normal mode noise generated in the rectified output line of the bridge rectifier circuit Di described below.

この場合、商用交流電源から整流平滑電圧(直流入力電圧)Eiを生成する整流回路系は、ブリッジ整流回路Diと、2本の平滑コンデンサCi1,Ci2を備えて成る。平滑コンデンサCi1,Ci2は同じキャパシタンスを有する。   In this case, the rectifier circuit system that generates a rectified smoothed voltage (DC input voltage) Ei from a commercial AC power supply includes a bridge rectifier circuit Di and two smoothing capacitors Ci1 and Ci2. The smoothing capacitors Ci1 and Ci2 have the same capacitance.

ブリッジ整流回路Diは、図示するようにして整流ダイオードD1〜D4の4つの整流ダイオードから成る。この場合、ブリッジ整流回路Diの整流ダイオードD1とD2との接続点は、後述する力率改善回路10内における三次巻線N3−高周波チョークコイルLSの直列接続を介して、商用交流電源ACの負極ラインと接続される。
また、整流ダイオードD4とD3との接続点は、後述するリレースイッチS10を介して、平滑コンデンサCi1−Ci2の接続点に対して接続される。また、ブリッジ整流回路Diの整流ダイオードD2とD4との接続点は、平滑コンデンサCi1の正極端子に接続され、整流ダイオードD3と整流ダイオードD1との接続点は一次側アースに接続される。
The bridge rectifier circuit Di is composed of four rectifier diodes D1 to D4 as shown in the figure. In this case, the connection point between the rectifier diodes D1 and D2 of the bridge rectifier circuit Di is a negative electrode of the commercial AC power supply AC through a series connection of a tertiary winding N3 and a high-frequency choke coil LS in the power factor correction circuit 10 described later. Connected with line.
Further, the connection point between the rectifier diodes D4 and D3 is connected to the connection point of the smoothing capacitors Ci1 to Ci2 via a relay switch S10 described later. The connection point between the rectifier diodes D2 and D4 of the bridge rectifier circuit Di is connected to the positive terminal of the smoothing capacitor Ci1, and the connection point between the rectifier diode D3 and the rectifier diode D1 is connected to the primary side ground.

なお、この図10に示される電源回路の場合、力率改善回路10の動作としてスイッチング周期に対応してスイッチングを行うようにして整流電流を流すために、上記ブリッジ整流回路Diを形成する整流ダイオードとしては高速リカバリ型ダイオードが選定されている。   In the case of the power supply circuit shown in FIG. 10, the rectifier diode that forms the bridge rectifier circuit Di is used to cause the rectifier current to flow as the operation of the power factor correction circuit 10 corresponding to the switching period. As a fast recovery diode.

平滑コンデンサCi1、Ci2は、図示するようにして平滑コンデンサCi1の負極端子と、平滑コンデンサCi2の正極端子とが接続されるようにして直列接続される。この平滑コンデンサCi1−Ci2による直列接続回路において、平滑コンデンサCi1側の正極端子は、上記もしたようにブリッジ整流回路Diの出力端子(D2・D4の接続点)と接続される。一方、平滑コンデンサCi2側の負極端子は一次側アースに接続される。
この平滑コンデンサCi1−Ci2の直列接続回路の両端には、整流平滑電圧Ei(直流入力電圧)が得られる。
The smoothing capacitors Ci1 and Ci2 are connected in series so that the negative terminal of the smoothing capacitor Ci1 and the positive terminal of the smoothing capacitor Ci2 are connected as shown. In the series connection circuit using the smoothing capacitors Ci1 to Ci2, the positive terminal on the smoothing capacitor Ci1 side is connected to the output terminal (the connection point of D2 and D4) of the bridge rectifier circuit Di as described above. On the other hand, the negative terminal on the smoothing capacitor Ci2 side is connected to the primary side ground.
A rectified and smoothed voltage Ei (DC input voltage) is obtained at both ends of the series connection circuit of the smoothing capacitors Ci1 to Ci2.

リレースイッチS10は、上記した整流平滑回路の整流動作をAC100V系とAC200V系とで切り換えるために設けられる。
このリレースイッチS10は、上記説明からも理解されるようにブリッジ整流回路Diの整流ダイオードD3とD4との接続点と、平滑コンデンサCi1−Ci2の接続点との間に挿入されている。
The relay switch S10 is provided to switch the rectifying operation of the rectifying / smoothing circuit between the AC 100V system and the AC 200V system.
As can be understood from the above description, the relay switch S10 is inserted between the connection point of the rectifier diodes D3 and D4 of the bridge rectifier circuit Di and the connection point of the smoothing capacitors Ci1 to Ci2.

このリレースイッチS10のオン/オフは、図示するように整流回路切換モジュール7に接続されたリレーRLの駆動状態に応じて行われるものとなる。
整流回路切換モジュール7は、リレーRLを駆動することで、上記したリレースイッチS10のオン/オフをAC100V系とAC200V系とで切り換えるための動作を行う。
この整流回路切換モジュール7には、図のように整流ダイオードD5と平滑コンデンサC5とから成る整流平滑回路が備えられる。この場合、上記整流ダイオードD5のアノードは商用交流電源ACの負極ラインに対して接続される。そして、カソードは、負極端子が一次側アースに接地された上記平滑コンデンサC5の正極端子と接続され、その上で、これら平滑コンデンサC5とダイオードD5との接続点が、図のような分圧抵抗R1−R2の接続点を介して整流回路切換モジュール7の検出端子に対して接続される。
これにより、整流回路切換モジュール7の検出端子には、交流入力電圧VACに応じたレベルの直流電圧が得られ、整流回路切換モジュール7では、このように得られる電圧レベルに基づいて商用交流電源ACのレベルを検出することが可能となっている。
The relay switch S10 is turned on / off according to the driving state of the relay RL connected to the rectifier circuit switching module 7 as shown in the figure.
The rectifier circuit switching module 7 performs an operation for switching on / off of the relay switch S10 between the AC 100V system and the AC 200V system by driving the relay RL.
This rectifier circuit switching module 7 is provided with a rectifying and smoothing circuit comprising a rectifying diode D5 and a smoothing capacitor C5 as shown in the figure. In this case, the anode of the rectifier diode D5 is connected to the negative line of the commercial AC power supply AC. The cathode is connected to the positive terminal of the smoothing capacitor C5 whose negative terminal is grounded to the primary side ground, and the connection point between the smoothing capacitor C5 and the diode D5 is a voltage dividing resistor as shown in the figure. It is connected to the detection terminal of the rectifier circuit switching module 7 via a connection point R1-R2.
As a result, a DC voltage of a level corresponding to the AC input voltage VAC is obtained at the detection terminal of the rectifier circuit switching module 7, and the rectifier circuit switching module 7 uses the commercial AC power supply AC based on the voltage level thus obtained. Can be detected.

また、整流回路切換モジュール7に対してはリレーRLが備えられる。このリレーRLは自身の導通状態に応じて、リレースイッチS10のオン/オフ制御を行うものとなる。
この場合、例えばリレーRLが導通状態では、リレースイッチS10をオンとさせ、リレーRLが非導通状態ではオフとさせるように切り換えが行われるものとなる。
A relay RL is provided for the rectifier circuit switching module 7. This relay RL performs on / off control of the relay switch S10 according to its conduction state.
In this case, for example, switching is performed so that the relay switch S10 is turned on when the relay RL is in a conductive state and is turned off when the relay RL is in a non-conductive state.

整流回路切換モジュール7では、上記のようにして検出端子から入力した商用交流電源ACの電圧レベルと、所定の基準電圧(例えば150V)とを比較するようにされる。そして、この比較結果に基づき、検出端子への入力電圧レベルが基準電圧レベル以下であるときは、リレーRLをオンとし、基準電圧以上であるときにはリレーRLをオフとするように駆動する。
つまりこの場合、商用交流電源ACのレベルが基準電圧以下であり、AC=100V系であるとされる場合には、リレーRLが導通してリレースイッチS10はオンとなる。また、商用交流電源ACのレベルが基準電圧以上となり、AC=200V系であるとされる場合には、リレーRLが非道通となってリレースイッチS10はオフとなる。
The rectifier circuit switching module 7 compares the voltage level of the commercial AC power supply AC input from the detection terminal as described above with a predetermined reference voltage (for example, 150 V). Based on the comparison result, the relay RL is turned on when the input voltage level to the detection terminal is lower than the reference voltage level, and the relay RL is turned off when the input voltage level is higher than the reference voltage.
That is, in this case, when the level of the commercial AC power supply AC is equal to or lower than the reference voltage and the AC = 100V system, the relay RL is turned on and the relay switch S10 is turned on. Further, when the level of the commercial AC power supply AC is equal to or higher than the reference voltage and the AC = 200V system, the relay RL is disabled and the relay switch S10 is turned off.

ここで、例えば上記のような整流回路切換モジュール7の動作により、AC100V系であるのに対応してリレースイッチS10がオンとされた場合は、商用交流電源ACの正極ラインと、平滑コンデンサCi1−Ci2の接続点とが接続された状態となる。
このため、交流入力電圧VACが正の期間では、後述もするようにブリッジ整流回路Diによる整流出力が、平滑コンデンサCi2のみに充電される整流電流経路が形成される。また、交流入力電圧VACが負の期間では、ブリッジ整流回路Diによる整流出力が、平滑コンデンサCi1のみに充電される整流電流経路が形成される。
このようにして整流動作が行われる結果、平滑コンデンサCi1,Ci2の各両端電圧として、交流入力電圧VACの等倍に対応したレベルが生じることになる。従って、平滑コンデンサCi1−Ci2の直列接続回路の両端電圧である直流入力電圧Eiとしては、交流入力電圧VACの2倍に対応するレベルが得られる。つまり、いわゆる倍電圧整流回路が形成されるものである。
Here, for example, when the relay switch S10 is turned on in response to the AC 100V system by the operation of the rectifier circuit switching module 7 as described above, the positive line of the commercial AC power supply AC and the smoothing capacitor Ci1− The connection point of Ci2 is connected.
Therefore, during the period when the AC input voltage VAC is positive, a rectified current path is formed in which the rectified output from the bridge rectifier circuit Di is charged only to the smoothing capacitor Ci2, as will be described later. Further, during the period when the AC input voltage VAC is negative, a rectified current path is formed in which the rectified output from the bridge rectifier circuit Di is charged only to the smoothing capacitor Ci1.
As a result of the rectifying operation performed in this way, a level corresponding to the same multiple of the AC input voltage VAC is generated as the voltage across each of the smoothing capacitors Ci1 and Ci2. Therefore, a level corresponding to twice the AC input voltage VAC is obtained as the DC input voltage Ei, which is the voltage across the series connection circuit of the smoothing capacitors Ci1 to Ci2. That is, a so-called voltage doubler rectifier circuit is formed.

また、AC200V系であるのに対応してリレースイッチS10がオフとされた場合は、商用交流電源ACの正極ラインと平滑コンデンサCi1と平滑コンデンサCi2との接続点とが非接続の状態となる。
そして、これによると、この場合の整流平滑回路においては、交流入力電圧VACが正/負となる各期間において、交流入力電圧VACをブリッジ整流回路Diにより整流して平滑コンデンサCi1−Ci2の直列接続回路に整流電流を充電する動作が得られる。つまり、通常のブリッジ整流回路を備えた全波整流回路による整流動作が得られる。
従って、この場合は平滑コンデンサCi1−Ci2の直列接続回路の両端電圧として、交流入力電圧VACの等倍に対応するレベルによる直流入力電圧Eiが得られるようになる。
When the relay switch S10 is turned off corresponding to the AC 200V system, the positive line of the commercial AC power supply AC and the connection point between the smoothing capacitor Ci1 and the smoothing capacitor Ci2 are not connected.
According to this, in the rectifying / smoothing circuit in this case, the AC input voltage VAC is rectified by the bridge rectifier circuit Di in each period in which the AC input voltage VAC is positive / negative, and the smoothing capacitors Ci1-Ci2 are connected in series. The operation of charging the circuit with the rectified current is obtained. That is, a rectification operation by a full-wave rectifier circuit including a normal bridge rectifier circuit can be obtained.
Therefore, in this case, the DC input voltage Ei having a level corresponding to the same multiple of the AC input voltage VAC can be obtained as the voltage across the series connection circuit of the smoothing capacitors Ci1-Ci2.

このようにして図1の回路では、上記した整流回路切換モジュール7、リレーRL、及びリレースイッチS10の動作により、商用交流電源AC100V系の場合には、倍電圧整流動作により交流入力電圧VACの2倍に対応する直流入力電圧Eiが生成されるようになる。また、商用交流電源AC200V系の場合には、全波整流回路による等倍電圧整流動作によって、交流入力電圧VACの等倍に対応する直流入力電圧Eiが生成されるようになる。
つまり、商用交流電源AC100V系の場合とAC200V系の場合とで、結果的に同等レベルの直流入力電圧Eiが得られるようにしており、これによってワイドレンジ対応としているものである。
As described above, in the circuit of FIG. 1, the operation of the rectifier circuit switching module 7, the relay RL, and the relay switch S <b> 10 described above causes the AC input voltage VAC to be 2 by the voltage doubler rectification operation in the case of the commercial AC power supply AC100V system. The DC input voltage Ei corresponding to the double is generated. In the case of the commercial AC power supply AC200V system, the DC input voltage Ei corresponding to the AC input voltage VAC is generated by the equal voltage rectification operation by the full-wave rectifier circuit.
That is, in the case of the commercial AC power supply AC100V system and the AC200V system, as a result, the DC input voltage Ei of the same level can be obtained, and thereby the wide range is supported.

上記のような整流平滑回路の動作によって生成される、直流入力電圧Eiを入力して動作するスイッチングコンバータとしては、この場合、電流共振形コンバータとしての基本構成を採る。そして、ここでは、図示するようにしてMOS−FETによる2本のスイッチング素子Q1(ハイサイド),Q2(ローサイド)をハーフブリッジ結合により接続している。スイッチング素子Q1,Q2の各ドレイン−ソース間に対しては、図示する方向により、それぞれダンパーダイオードDD1,DD2を並列に接続している。   In this case, a basic configuration as a current resonance type converter is adopted as the switching converter that operates by inputting the DC input voltage Ei generated by the operation of the rectifying and smoothing circuit as described above. Here, as shown in the figure, two switching elements Q1 (high side) and Q2 (low side) by MOS-FETs are connected by half bridge coupling. Damper diodes DD1 and DD2 are connected in parallel between the drains and sources of the switching elements Q1 and Q2, respectively, in the illustrated direction.

また、スイッチング素子Q2のドレイン−ソース間に対しては、部分共振コンデンサCpが並列に接続される。この部分共振コンデンサCpのキャパシタンスと一次巻線N1のリーケージインダクタンスL1によっては並列共振回路(部分電圧共振回路)を形成する。そして、スイッチング素子Q1,Q2のターンオフ時にのみ電圧共振する、部分電圧共振動作が得られるようになっている。   A partial resonance capacitor Cp is connected in parallel between the drain and source of the switching element Q2. A parallel resonance circuit (partial voltage resonance circuit) is formed by the capacitance of the partial resonance capacitor Cp and the leakage inductance L1 of the primary winding N1. A partial voltage resonance operation in which voltage resonance occurs only when the switching elements Q1, Q2 are turned off is obtained.

この電源回路においては、スイッチング素子Q1,Q2をスイッチング駆動するために、例えば汎用のICによる発振・ドライブ回路2が設けられる。この発振・ドライブ回路2は、発振回路、駆動回路回路を有している。そして、発振回路及び駆動回路によって、所要の周波数によるドライブ信号(ゲート電圧)をスイッチング素子Q1,Q2の各ゲートに対して印加する。これにより、スイッチング素子Q1,Q2は、所要のスイッチング周波数により交互にオン/オフするようにしてスイッチング動作を行う。   In this power supply circuit, in order to switch the switching elements Q1 and Q2, for example, an oscillation / drive circuit 2 using a general-purpose IC is provided. The oscillation / drive circuit 2 includes an oscillation circuit and a drive circuit circuit. Then, a drive signal (gate voltage) having a required frequency is applied to each gate of the switching elements Q1 and Q2 by the oscillation circuit and the drive circuit. Thereby, the switching elements Q1 and Q2 perform the switching operation so as to be alternately turned on / off at a required switching frequency.

絶縁コンバータトランス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。この絶縁トランスPITの一次巻線N1の一端は、一次側共振コンデンサC1の直列接続を介して、スイッチング素子Q1のソースとスイッチング素子Q2のドレインとの接続点(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伝達されるようになっている。
また、一次巻線N1の他端は、一次側アースに接続される。
The insulating converter transformer PIT transmits the switching outputs of the switching elements Q1 and Q2 to the secondary side. One end of the primary winding N1 of the insulation transformer PIT is connected to a connection point (switching output point) between the source of the switching element Q1 and the drain of the switching element Q2 via a series connection of the primary side resonance capacitor C1. Thus, the switching output is transmitted.
The other end of the primary winding N1 is connected to the primary side ground.

ここで、上記一次側共振コンデンサC1のキャパシタンスと、一次巻線N1を含む絶縁コンバータトランスPITのリーケージインダクタンスL1によっては、一次側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するものとなる。
つまり、これまでの説明によると、この図に示す一次側スイッチングコンバータとしては、一次側直列共振回路(L1−C1)による電流共振形としての動作と、前述した部分電圧共振回路(Cp//L1)とによる部分電圧共振動作とが得られることになる。
つまり、この図に示す電源回路は、一次側スイッチングコンバータを共振形とするための共振回路に対して、他の共振回路とが組み合わされた形式を採っていることになる。本明細書では、このようなスイッチングコンバータについて、複合共振形コンバータということにする。
Here, depending on the capacitance of the primary side resonance capacitor C1 and the leakage inductance L1 of the insulating converter transformer PIT including the primary winding N1, a primary side series resonance circuit for making the operation of the primary side switching converter a current resonance type can be obtained. To be formed.
That is, according to the above description, the primary side switching converter shown in this figure has a current resonance type operation by the primary side series resonance circuit (L1-C1) and the above-described partial voltage resonance circuit (Cp // L1). ) And partial voltage resonance operation.
That is, the power supply circuit shown in this figure adopts a form in which a resonance circuit for making the primary side switching converter a resonance type is combined with another resonance circuit. In this specification, such a switching converter is referred to as a composite resonance type converter.

図示による説明は省略するが、絶縁コンバータトランスPITの構造としては、例えばフェライト材によるE型コアを組み合わせたEE型コアを備える。そして、一次側と二次側とで巻装部位を分割したうえで、一次側に一次巻線N1と、この場合は後述する三次巻線N3、二次側に次に説明する二次巻線N2を、EE型コアの中央磁脚に対して巻装している。   Although not shown in the figure, the structure of the insulating converter transformer PIT includes an EE type core in which an E type core made of, for example, a ferrite material is combined. Then, after dividing the winding part on the primary side and the secondary side, the primary winding N1 on the primary side, in this case, the tertiary winding N3 described later, and the secondary winding described next on the secondary side N2 is wound around the central magnetic leg of the EE core.

絶縁コンバータトランスPITの二次巻線N2には、一次巻線N1に伝達されたスイッチング出力に応じた交番電圧が励起される。
この場合の二次巻線N2は、センタータップ出力を二次側アースに接続している。その上で、この二次巻線N2に対しては、図示するようにして整流ダイオードDO1,DO2、及び平滑コンデンサCOから成る全波整流回路を接続している。これにより、平滑コンデンサCOの両端電圧として二次側直流出力電圧EOが得られる。この二次側直流出力電圧EOは、図示しない負荷側に供給されるとともに、次に説明する制御回路1のための検出電圧としても分岐して入力される。
An alternating voltage corresponding to the switching output transmitted to the primary winding N1 is excited in the secondary winding N2 of the insulating converter transformer PIT.
In this case, the secondary winding N2 connects the center tap output to the secondary side ground. In addition, a full-wave rectifier circuit composed of rectifier diodes D01 and D02 and a smoothing capacitor C0 is connected to the secondary winding N2 as shown in the figure. As a result, the secondary side DC output voltage EO is obtained as the voltage across the smoothing capacitor CO. The secondary side DC output voltage EO is supplied to a load side (not shown) and is also branched and inputted as a detection voltage for the control circuit 1 described below.

制御回路1は、二次側直流出力電圧EOのレベル変化に応じた検出出力を発振・ドライブ回路2に供給する。発振・ドライブ回路2では、入力された制御回路1の検出出力に応じてスイッチング周波数が可変されるようにして、スイッチング素子Q1,Q2を駆動する。このようにしてスイッチング素子Q1,Q2のスイッチング周波数が可変されることで、二次側直流出力電圧のレベルが安定化されることになる。   The control circuit 1 supplies a detection output corresponding to the level change of the secondary side DC output voltage EO to the oscillation / drive circuit 2. The oscillation / drive circuit 2 drives the switching elements Q1 and Q2 such that the switching frequency is varied according to the input detection output of the control circuit 1. Thus, the level of the secondary side DC output voltage is stabilized by varying the switching frequency of the switching elements Q1, Q2.

また、この図10に示される電源回路に対しては、力率改善のための構成として、図のような力率改善回路10を備えるものとしている。
この力率改善回路10としては、絶縁コンバータトランスPITの一次側に巻装された三次巻線N3と、この三次巻線N3と直列に接続された高周波チョークコイルLSとを含むものとされる。
また、先に説明した高速リカバリ型の整流ダイオードを備えるブリッジ整流回路Diと、商用交流電源ACのラインに並列に挿入されたフィルタコンデンサCNを含む。
Further, the power supply circuit shown in FIG. 10 includes a power factor correction circuit 10 as shown in the figure as a configuration for improving the power factor.
The power factor correction circuit 10 includes a tertiary winding N3 wound around the primary side of the insulating converter transformer PIT and a high-frequency choke coil LS connected in series with the tertiary winding N3.
Further, it includes a bridge rectifier circuit Di including the above-described fast recovery type rectifier diode and a filter capacitor CN inserted in parallel with the line of the commercial AC power supply AC.

上記高周波チョークコイルLSは、巻線N10の一端が商用交流電源ACのラインに挿入されたフィルタコンデンサCNと接続される。また、巻線N10の他端は、上記三次巻線N3の一端と接続される。さらに、この三次巻線N3の他端がブリッジ整流回路Diの整流ダイオードD1とD2との接続点に対して接続される。   The high-frequency choke coil LS is connected to a filter capacitor CN having one end of the winding N10 inserted in the line of the commercial AC power supply AC. The other end of the winding N10 is connected to one end of the tertiary winding N3. Further, the other end of the tertiary winding N3 is connected to a connection point between the rectifier diodes D1 and D2 of the bridge rectifier circuit Di.

このような力率改善回路10の構成によれば、上記のように絶縁コンバータトランスPITの一次側に巻装された三次巻線N3に対して、同じく一次側に巻装された一次巻線N1に得られる一次側スイッチング出力に応じた交番電圧が励起される。
つまり、このような構成によれば、これら一次巻線N1と三次巻線N3との磁気結合を介して、一次側スイッチング出力に応じた交番電圧が、整流電流経路に対して帰還されるようになっているものである。
According to the configuration of the power factor correction circuit 10 as described above, the primary winding N1 that is also wound on the primary side as well as the tertiary winding N3 that is wound on the primary side of the insulating converter transformer PIT as described above. The alternating voltage corresponding to the primary side switching output obtained is excited.
That is, according to such a configuration, the alternating voltage corresponding to the primary side switching output is fed back to the rectification current path through the magnetic coupling between the primary winding N1 and the tertiary winding N3. It is what has become.

ここで、上記構成による力率改善回路3において、交流入力電圧VACがAC100V系に対応したレベルで得られている場合には、先にも説明したように整流回路切換モジュール7の動作により、リレースイッチS10はオンとなる。
そして、このような状態において、交流入力電圧VACが負極性となる半周期では、整流電流が[高周波チョークコイルLS→三次巻線N3→整流ダイオードD2→平滑コンデンサCi1→リレースイッチS10→フィルタコンデンサCN]の経路により流れる。
また、AC100V系時において、交流入力電圧VACが正極性となる半周期には、[リレースイッチS10→平滑コンデンサCi2→整流ダイオードD1→三次巻線N3→高周波チョークコイルLS→フィルタコンデンサCN]の経路によって整流電流が流れる。
Here, in the power factor correction circuit 3 having the above configuration, when the AC input voltage VAC is obtained at a level corresponding to the AC 100V system, the relay is switched by the operation of the rectifier circuit switching module 7 as described above. The switch S10 is turned on.
In such a state, in a half cycle in which the AC input voltage VAC is negative, the rectified current is [high-frequency choke coil LS → third winding N3 → rectifier diode D2 → smoothing capacitor Ci1 → relay switch S10 → filter capacitor CN. ] Flow.
In the AC100V system, the path [relay switch S10 → smoothing capacitor Ci2 → rectifier diode D1 → tertiary winding N3 → high frequency choke coil LS → filter capacitor CN] in the half cycle in which the AC input voltage VAC is positive. Causes a rectified current to flow.

このような整流電流経路より、AC100V系時、交流入力電圧VACが負極性の半周期では、高速リカバリ型ダイオードである整流ダイオードD2により整流動作が行われることがわかる。また、交流入力電圧VACが正極性の半周期では、高速リカバリ型ダイオードである整流ダイオードD1により整流動作が行われていることがわかる。
そして、このときの整流電流としては、先にも述べたように絶縁コンバータトランスPITにおいて一次巻線N1と三次巻線N3との磁気結合を介して一次側スイッチング出力が帰還されることにより、このようなスイッチング出力に基づく高周波成分が重畳された波形として得られることになる。
From such a rectified current path, it can be seen that in the AC 100V system, the rectification operation is performed by the rectifier diode D2 which is a high-speed recovery type diode in the negative half cycle of the AC input voltage VAC. It can also be seen that the rectification operation is performed by the rectifier diode D1, which is a fast recovery diode, in the half cycle in which the AC input voltage VAC is positive.
As described above, the rectified current at this time is obtained by feeding back the primary side switching output via the magnetic coupling between the primary winding N1 and the tertiary winding N3 in the insulating converter transformer PIT. Such a high-frequency component based on the switching output is obtained as a superimposed waveform.

図10に示される力率改善回路10においては、このように一次側スイッチング出力を電圧帰還して、このスイッチング出力としての高周波成分の重畳された整流電流によって高速リカバリ型による整流ダイオードをスイッチング動作させているものである。これにより、整流出力電圧レベルが本来では平滑コンデンサCi(Ci1−Ci2)の両端電圧よりも低いとされる期間においても、重畳された高周波成分に反応して整流ダイオードが導通して、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、交流入力電流成分の平均的な波形が交流入力電圧の波形に近づくことになって、交流入力電流IACの導通角が拡大され、力率の改善が図られることになる。
なお、確認のため述べておくと、上記のように整流電流に重畳された高周波成分は、ACラインに設けたフィルタコンデンサCNにより除去されるので、交流入力電流IACの波形にはこのような高周波成分は現れないものとなる。
In the power factor correction circuit 10 shown in FIG. 10, the primary side switching output is voltage-feedback in this way, and the fast recovery type rectifier diode is switched by the rectified current superimposed with the high frequency component as the switching output. It is what. As a result, even in a period in which the rectified output voltage level is originally lower than the voltage across the smoothing capacitor Ci (Ci1-Ci2), the rectifier diode conducts in response to the superimposed high-frequency component, and the smoothing capacitor Ci The charging current is allowed to flow.
As a result, the average waveform of the AC input current component approaches the waveform of the AC input voltage, the conduction angle of the AC input current IAC is expanded, and the power factor is improved.
For confirmation, the high-frequency component superimposed on the rectified current as described above is removed by the filter capacitor CN provided in the AC line, so that the waveform of the AC input current IAC has such a high-frequency component. Ingredients will not appear.

一方、図10の回路において、AC200V系に対応したレベルにより交流入力電圧VACが入力された場合は、先にも説明したようにリレースイッチS10はオフとなるようにされる。
そして、このようにリレースイッチS10がオフとなるAC200V系時において、交流入力電圧VACが負極性の半周期では、整流電流が[高周波チョークコイルLS→三次巻線N3→整流ダイオードD2→平滑コンデンサCi1−Ci2→整流ダイオードD3→フィルタコンデンサCN]の経路により流れる。
また、正極性の半周期には、整流電流は[整流ダイオードD4→平滑コンデンサCi1−Ci2→整流ダイオードD1→三次巻線N3→高周波チョークコイルLS→フィルタコンデンサCN]の経路により流れるものとなる。
つまり、AC200V系時に対応しては、交流入力電圧VACが負極性の半周期では、高速リカバリ型による整流ダイオードD2、整流ダイオードD3の組により整流動作が行われている。
また、正極性の半周期では、高速リカバリ型による整流ダイオードD1、整流ダイオードD4の組により整流動作が行われているものである。
On the other hand, in the circuit of FIG. 10, when the AC input voltage VAC is input at a level corresponding to the AC 200V system, the relay switch S10 is turned off as described above.
In the AC 200V system in which the relay switch S10 is thus turned off, the rectified current is [high-frequency choke coil LS → tertiary winding N3 → rectifier diode D2 → smoothing capacitor Ci1 when the AC input voltage VAC is a negative half cycle. -Ci2 → rectifier diode D3 → filter capacitor CN].
Further, in the positive half cycle, the rectified current flows along the path [rectifier diode D4 → smoothing capacitor Ci1-Ci2 → rectifier diode D1 → tertiary winding N3 → high frequency choke coil LS → filter capacitor CN].
That is, in response to the AC 200 V system, the rectification operation is performed by the combination of the rectifier diode D2 and the rectifier diode D3 of the fast recovery type in the half cycle in which the AC input voltage VAC is negative.
Further, in the positive half cycle, the rectification operation is performed by the combination of the rectification diode D1 and the rectification diode D4 of the fast recovery type.

このように、AC200V系とされる場合としても、交流入力電圧VACが正/負の期間で共に、高速リカバリ型ダイオードが整流動作を行うように構成している。
そして、これにより、先に説明したAC100V系時と同様、これら整流ダイオードが電圧帰還されるスイッチング出力に基づく高周波成分に応じてスイッチング動作を行うようにしている。つまり、これによって、この場合も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、平滑コンデンサCiへの充電電流を流すことができるようにしているものである。
As described above, even when the AC 200 V system is used, the fast recovery type diode is configured to perform a rectifying operation in both periods where the AC input voltage VAC is positive / negative.
As a result, the switching operation is performed in accordance with the high-frequency component based on the switching output to which these rectifier diodes are voltage-feedback as in the case of the AC100V system described above. In other words, this also allows the charging current to flow to the smoothing capacitor Ci during the period when the rectified output voltage level is lower than the voltage across the smoothing capacitor Ci.

上記説明より、図10に示した力率改善回路10が備えられることによっては、AC100V系時とAC200V系時とで共に、交流入力電流IACの導通角が拡大されて力率の改善が図られるものとなる。   From the above description, by providing the power factor correction circuit 10 shown in FIG. 10, the conduction angle of the AC input current IAC is expanded in both the AC100V system and the AC200V system, thereby improving the power factor. It will be a thing.

また、次の図11には、力率改善のための構成を備えたワイドレンジ対応の電源回路の構成として、他の例を示す。
なお、図11では、先の図10にて説明した部分については同一の符号を付して説明を省略する。
この図11に示される従来の他の構成例としては、図10の回路に備えられていた電圧帰還のための三次巻線N3に代えて、図示するように絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1と一次側直列共振コンデンサC1との間に直列に挿入された一次巻線N4と、二次巻線N5を巻装した電圧帰還用トランスVFTを備える、力率改善回路11を構成するようにしたものである。
この力率改善回路11では、図10の力率改善回路10に備えられていた高周波チョークコイルLSは省略される。
そして、上記のようにして備えられる電圧帰還用トランスVFTによっては、一次側スイッチング出力が一次巻線N4に得られ、これに応じた交番電圧が上記二次巻線N5に励起されて、この場合も整流電流経路に一次側スイッチング出力が電圧帰還されるようになっている。
Further, FIG. 11 shows another example of the configuration of the power supply circuit for wide range having a configuration for power factor improvement.
In FIG. 11, the parts described in FIG. 10 are given the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
As another example of the conventional configuration shown in FIG. 11, instead of the tertiary winding N3 for voltage feedback provided in the circuit of FIG. 10, the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT as shown in the figure. And the primary side series resonance capacitor C1 are configured in a power factor correction circuit 11 including a primary winding N4 inserted in series and a voltage feedback transformer VFT around which a secondary winding N5 is wound. Is.
In this power factor correction circuit 11, the high frequency choke coil LS provided in the power factor correction circuit 10 of FIG. 10 is omitted.
Then, depending on the voltage feedback transformer VFT provided as described above, a primary side switching output is obtained in the primary winding N4, and an alternating voltage corresponding thereto is excited in the secondary winding N5. Also, the primary side switching output is voltage-feedbacked to the rectified current path.

これによって、この図11に示す構成においても、このように電圧帰還される高周波成分に基づいてブリッジ整流回路Diを構成する高速リカバリ型ダイオードが断続され、この結果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への充電電流を流すことができる。そして、これに伴って交流入力電流IACの導通角が拡大されて、力率の改善が図られる。   As a result, also in the configuration shown in FIG. 11, the high-speed recovery type diode that constitutes the bridge rectifier circuit Di is intermittently based on the high-frequency component that is voltage-feedback in this way. The charging current to the smoothing capacitor Ci can also flow during a period that is lower than the voltage across the terminals. As a result, the conduction angle of the AC input current IAC is expanded, and the power factor is improved.

なお、図10、11の回路が備えるような電圧帰還方式による力率改善のための構成については、下記の特許文献1に示されている。また、整流動作の切換によりワイドレンジ対応を実現する技術については特許文献2に示されている。
特開平2003−189617号公報 特開平7−281770号公報
A configuration for improving the power factor by the voltage feedback method as provided in the circuits of FIGS. 10 and 11 is shown in Patent Document 1 below. Patent Document 2 discloses a technique for realizing a wide range by switching the rectifying operation.
Japanese Patent Laid-Open No. 2003-189617 JP-A-7-281770

このようにして、図10,11に示した従来の構成においては、電圧帰還方式による力率改善回路が備えられて、交流入力電流IACの導通角を拡大するようにして力率の改善が図られる。
また、上述もしたように、図10,11に示した回路では、整流回路切換モジュール7及びリレースイッチS10の動作により、商用交流電源ACのラインから検出した電圧レベルに応じて、直流入力電圧Eiを生成する整流平滑回路を倍電圧整流/全波整流により切り換えることで、AC100V系とAC200V系とで共に動作可能なワイドレンジ対応の構成が実現されている。
In this way, in the conventional configuration shown in FIGS. 10 and 11, the power factor improvement circuit by the voltage feedback system is provided, and the power factor is improved by expanding the conduction angle of the AC input current IAC. It is done.
Further, as described above, in the circuits shown in FIGS. 10 and 11, the DC input voltage Ei according to the voltage level detected from the line of the commercial AC power supply AC by the operation of the rectifier circuit switching module 7 and the relay switch S10. By switching the rectifying / smoothing circuit that generates the voltage by voltage doubler rectification / full wave rectification, a wide-range configuration that can operate in both the AC100V system and the AC200V system is realized.

しかしながら、これら図10,11に示したような従来の電源回路としては、以下のような問題点を有するものとされていた。
先ず、図10,11に示した回路においては、上記のように整流動作の切り換えによりワイドレンジ対応としていることで、回路設計の自由度が制限されてしまう。
例えば、図10,11の回路では、このような整流動作の切換を行うにあたり、直流入力電圧Eiを得るための平滑コンデンサとして平滑コンデンサCi1、平滑コンデンサCi2の2本を構成するようにされている。
しかしながら、このように整流動作の切り換えのために、平滑コンデンサを2つ備えなくてはならないことによっては、その分回路構成部品が増加し、コストアップにつながると共に、電源回路基板のマウント面積も拡大して大型化してしまう。特に、平滑コンデンサCiとしては電源回路を構成する部品のうちでも大型の部類に入ることから、このような基板サイズの大型化はさらに助長される。
However, the conventional power supply circuit as shown in FIGS. 10 and 11 has the following problems.
First, in the circuits shown in FIGS. 10 and 11, the degree of freedom in circuit design is limited because the wide range is supported by switching the rectifying operation as described above.
For example, in the circuits of FIGS. 10 and 11, two smoothing capacitors Ci1 and Ci2 are configured as smoothing capacitors for obtaining the DC input voltage Ei when switching such a rectifying operation. .
However, in order to switch the rectifying operation in this way, two smoothing capacitors must be provided, which increases the number of circuit components and increases the cost, and also increases the mounting area of the power circuit board. And it will become larger. In particular, since the smoothing capacitor Ci is in a large category among the components constituting the power supply circuit, such an increase in the substrate size is further promoted.

また、図10、11の回路においては、整流動作の切換を行うにあたり、リレースイッチS10を先に図示したようにして平滑コンデンサCi1−Ci2の接続点とブリッジ整流回路Diとの間に挿入する必要があった。
しかしながらこの場合、電源投入時には、平滑コンデンサCiへの突入電流が流れるものとなる。そして、これによっては、上記のような挿入位置とされたことにより、この突入電流がリレースイッチS10を介して流れるものとなり、これに伴ってリレーRLにおける接点容量としても比較的高いレベルが要求されていた。
この場合、突入電流は、図示は省略したが制限抵抗やパワーサーミスタによって例えば30A以下に抑えられているが、これに対応させるために、この場合のリレーRLの接点容量としては30A以上が要求されるものとなる。
このように比較的高い接点容量とするために、この場合の構成部品は高価なものとなって、これによってもコストアップが助長される。
In the circuits of FIGS. 10 and 11, when switching the rectification operation, the relay switch S10 needs to be inserted between the connection point of the smoothing capacitors Ci1 to Ci2 and the bridge rectification circuit Di as illustrated above. was there.
However, in this case, when the power is turned on, an inrush current to the smoothing capacitor Ci flows. And depending on this, since the insertion position is as described above, this inrush current flows through the relay switch S10, and accordingly, a relatively high level is required as a contact capacity in the relay RL. It was.
In this case, the rush current is suppressed to, for example, 30 A or less by a limiting resistor or a power thermistor although not shown in the figure, but in order to cope with this, the contact capacity of the relay RL in this case is required to be 30 A or more. Will be.
In order to obtain a relatively high contact capacity in this way, the components in this case are expensive, and this also promotes an increase in cost.

また、図10、11の回路では、先の説明からも理解されるように、交流入力電圧成分にスイッチング周期による高周波のパルス電圧が重畳されるものとなる。このため、上述もしたように商用交流電源ACのラインに対してフィルタコンデンサCNが挿入されている。
しかしながら、図10、11の回路としては、ワイドレンジ対応のために整流動作を倍電圧と全波整流とで切り換える構成とされるため、このようなフィルタコンデンサCNの挿入位置は、商用交流電源ACのラインと並列となる位置に限られていた。つまり、電圧帰還方式による力率改善のための構成を備える電源回路として、従来の整流動作切り換えによるワイドレンジ対応の構成を採る場合は、このようなノイズ除去のためのフィルタコンデンサCNの挿入位置が限られてしまうことになる。
このようにACのラインと並列に挿入されなければならないことで、この場合のフィルタコンデンサCNには200V以上の高い耐圧が要求されることになる。
例えば、図10、11の回路におけるフィルタコンデンサCNには、各国の安全規格をクリアする耐圧品として、例えば1μF/250Vという比較的高価な部品を用いるようにされており、これによっても電源回路のコストアップが助長されるものであった。
In the circuits of FIGS. 10 and 11, as understood from the above description, a high-frequency pulse voltage based on the switching period is superimposed on the AC input voltage component. For this reason, as described above, the filter capacitor CN is inserted into the line of the commercial AC power supply AC.
However, since the circuits of FIGS. 10 and 11 are configured to switch the rectification operation between voltage doubler and full-wave rectification in order to support a wide range, the insertion position of such a filter capacitor CN is the commercial AC power supply AC. It was limited to the position parallel to the line. In other words, when a power supply circuit having a configuration for power factor improvement by the voltage feedback method is adopted for a wide range configuration by switching the conventional rectifying operation, the insertion position of the filter capacitor CN for removing such noise is It will be limited.
Since the filter capacitor CN in this case must be inserted in parallel with the AC line in this way, a high breakdown voltage of 200 V or more is required.
For example, the filter capacitor CN in the circuits of FIGS. 10 and 11 uses a relatively expensive component of 1 μF / 250 V, for example, as a withstand voltage product that satisfies the safety standards of each country. Cost increase was encouraged.

また、同様に図10,11の構成によっては、スイッチング周期に応じてオン/オフ可能な高速リカバリ型ダイオードをAC100V系、200V系時の整流電流経路にて共通に動作するように挿入するためには、先の説明のとおりブリッジ整流回路Diに挿入する必要があった。
このため、図10、11の回路において、ブリッジ整流回路Diを構成する高速リカバリ型ダイオードとしては、電源投入時の突入電流30Aを保証できる例えば3A/600Vの耐電流/耐圧品を用いる必要があり、これによってもコストアップが助長されていた。
Similarly, depending on the configuration of FIGS. 10 and 11, a fast recovery diode that can be turned on / off according to the switching period is inserted so as to operate in common in the rectified current path in the AC 100V system and the 200V system. Must be inserted into the bridge rectifier circuit Di as described above.
For this reason, in the circuits of FIGS. 10 and 11, it is necessary to use, for example, a 3A / 600V withstand voltage / withstand voltage product that can guarantee an inrush current 30A when the power is turned on as the fast recovery diode constituting the bridge rectifier circuit Di This also helped increase costs.

さらに、このようにブリッジ整流回路Diを構成するダイオードとして、高速リカバリ型を用いることによっては、現状ではこのような高速リカバリ型ダイオードをブリッジ結合した市販品はないことから、これをディスクリートにより構成しなければならないことになる。つまりこの場合、ブリッジ整流回路Diは1部品で構成することが困難であり、これによっても部品点数が増加してしまうという問題が生じる。   Furthermore, as a diode constituting the bridge rectifier circuit Di as described above, there is no commercially available product in which such a fast recovery type diode is bridge-coupled at present. Will have to. That is, in this case, it is difficult to configure the bridge rectifier circuit Di with one component, and this also causes a problem that the number of components increases.

さらに、他の問題として、上記しているように全波整流動作と倍電圧整流動作を切り換えるための回路として、例えば単純に図10、11に示した基本的な構成を採る場合は、次のような誤動作を生じる可能性がある。つまり、AC200V系の商用交流電源が入力されているときに、瞬間停電が生じたり、また、交流入力電圧が定格以下に低下するなどして、AC200系に対応するよりも低いレベルとなると、AC100V系であるとして倍電圧整流回路に切り換えるという動作が生じる。
このような誤動作が生じると、AC200V系のレベルの交流入力電圧について倍電圧整流を行うこととなるために、例えばスイッチング素子Q1,Q2などが耐圧オーバーとなって破壊される可能性もある。
Furthermore, as another problem, as described above, as a circuit for switching between full-wave rectification operation and voltage doubler rectification operation, for example, when the basic configuration shown in FIGS. Such a malfunction may occur. In other words, when AC200V commercial AC power is being input, if an instantaneous power failure occurs or the AC input voltage drops below the rated value, the AC100V level becomes lower than that corresponding to the AC200 system. An operation of switching to a voltage doubler rectifier circuit occurs as a system.
When such a malfunction occurs, voltage doubler rectification is performed on an AC input voltage of AC200V system level, so that there is a possibility that the switching elements Q1, Q2, etc. may be destroyed due to overvoltage.

そこで、図10、11に示した回路の実際としては、上記のような誤動作が生じないようにするために、メインとなるスイッチングコンバータの直流入力電圧だけではなく、スタンバイ電源側のコンバータ回路の直流入力電圧も検出する構成を採るようにされる。例えば図10の場合であれば、図示されている電源回路がメインのスイッチングコンバータとなる。実際には、整流回路切換モジュール7は、図10において図示していないスタンバイ電源のコンバータにて得られる直流入力電圧も検出電圧として入力している。
また、上記のようにしてスタンバイ電源側のコンバータ回路を検出するのに伴っては、整流回路切換モジュール7としてコンパレータICを実装することになるが、これにより、例えばICの外付け部品や周辺回路の部品点数が増加して、上記したコストアップ、及び回路基板サイズの大型化がさらに助長されてしまうことになる。
整流回路切換モジュール7は、このような構成を採る場合において、例えば製造時における部品管理や作業効率を向上させるために、整流動作切り換えのための回路系をモジュールとして組んでユニット化したものとされる。しかしながら、このようにしてユニット化した場合には、ピン端子を追加するなど、さらに多くの部品が必要になるので、コストアップが助長される。
10 and 11, in order not to cause the above-described malfunction, not only the DC input voltage of the main switching converter but also the DC of the converter circuit on the standby power supply side. A configuration for detecting the input voltage is also adopted. For example, in the case of FIG. 10, the illustrated power supply circuit is the main switching converter. Actually, the rectifier circuit switching module 7 also inputs a DC input voltage obtained by a converter of a standby power supply not shown in FIG. 10 as a detection voltage.
Further, as the standby power supply side converter circuit is detected as described above, a comparator IC is mounted as the rectifier circuit switching module 7. For this reason, for example, an external component of IC or a peripheral circuit is mounted. As a result, the number of parts increases and the above-described cost increase and circuit board size increase are further promoted.
In the case of adopting such a configuration, the rectifier circuit switching module 7 is formed as a unit by assembling a circuit system for switching the rectification operation as a module, for example, in order to improve parts management and work efficiency during manufacturing. The However, in the case of unitization in this way, more parts such as adding pin terminals are required, so that an increase in cost is promoted.

また、誤動作防止を目的としてスタンバイ電源側のコンバータの直流入力電圧を検出するということは、整流動作切り換えのための回路を備えるワイドレンジ対応の電源回路としては、メイン電源の他にスタンバイ電源を備える電子機器でなければ、実際に使用することができないということになる。つまり、電源を実装可能な電子機器の種類が、スタンバイ電源を備えたものに限定されるわけであり、それだけ利用範囲が狭くなっているという問題も有している。   In addition, the detection of the DC input voltage of the converter on the standby power supply side for the purpose of preventing malfunctions means that a wide range compatible power supply circuit having a circuit for switching the rectifying operation includes a standby power supply in addition to the main power supply. This means that it cannot actually be used unless it is an electronic device. In other words, the types of electronic devices that can be equipped with a power supply are limited to those equipped with a standby power supply, and there is a problem that the use range is narrowed accordingly.

そこで、本発明では上記してきた各種の問題点に鑑み、スイッチング電源回路として以下のように構成することとした。
すなわち、先ず、入力された商用交流電源の等倍に対応するレベルの整流平滑電圧を生成する整流平滑電圧生成手段と、上記整流平滑電圧を直流入力電圧として入力してスイッチング動作を行うものとされ、2つのスイッチング素子をハーフブリッジ結合して形成されるスイッチング手段と、上記各スイッチング素子をスイッチング駆動するスイッチング駆動手段とを備える。
そして、少なくとも、上記スイッチング手段のスイッチング動作により得られるスイッチング出力が供給される一次巻線と、該一次巻線に得られたスイッチング出力としての交番電圧が励起される二次巻線とを巻装して形成される絶縁コンバータトランスと、少なくとも、上記絶縁コンバータトランスの一次巻線の漏洩インダクタンス成分と、自身のキャパシタンスとによって、上記スイッチング手段の動作を共振形とする一次側共振回路が形成されるようにして設けられる一次側共振コンデンサとを備える。
さらに、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、整流動作を行うことで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上記スイッチング駆動手段を制御して、上記スイッチング手段のスイッチング周波数を可変制御することで、上記二次側直流出力電圧についての定電圧制御を行うようにされた定電圧制御手段とを備える。
その上で、上記スイッチング手段によるスイッチング出力に基づく交番電圧を整流電流経路に帰還すると共に、このスイッチング出力に基づく交番電圧を利用して、上記整流平滑手段に備えられたダイオード素子により整流電流成分を断続して力率を改善するように構成される力率改善回路と、さらに、上記商用交流電源のレベルに応じて、少なくとも上記一次側共振回路を形成するインダクタンス値を切り換えるように構成された切換手段とを備えるようにした。
Therefore, in the present invention, in view of the various problems described above, the switching power supply circuit is configured as follows.
That is, first, a rectified and smoothed voltage generating means for generating a rectified and smoothed voltage having a level corresponding to the same size as the input commercial AC power supply, and the rectified and smoothed voltage is input as a DC input voltage to perform a switching operation. A switching means formed by half-bridge coupling two switching elements; and a switching driving means for driving each of the switching elements.
At least a primary winding to which a switching output obtained by the switching operation of the switching means is supplied and a secondary winding to which an alternating voltage as a switching output obtained in the primary winding is excited are wound. The insulating converter transformer formed at least, the leakage inductance component of the primary winding of the insulating converter transformer, and the capacitance of the insulating converter transformer form a primary side resonance circuit that resonates the operation of the switching means. A primary-side resonance capacitor provided in this manner.
A DC output voltage generating means configured to generate a secondary side DC output voltage by inputting an alternating voltage obtained in the secondary winding of the insulating converter transformer and performing a rectifying operation; The switching driving means is controlled according to the level of the secondary side DC output voltage, and the switching frequency of the switching means is variably controlled, thereby performing constant voltage control on the secondary side DC output voltage. Constant voltage control means.
Then, the alternating voltage based on the switching output by the switching means is fed back to the rectified current path, and the rectified current component is converted by the diode element provided in the rectifying and smoothing means using the alternating voltage based on the switching output. A power factor correction circuit configured to intermittently improve the power factor, and a switching configured to switch at least an inductance value forming the primary side resonance circuit according to a level of the commercial AC power supply And means.

上記構成によると、本発明のスイッチング電源回路としては、整流電流経路に対して帰還されるスイッチング出力に基づく交番電圧を利用して整流ダイオードをスイッチングさせることにより、交流入力電流の導通角の拡大を図る、いわゆる電圧帰還方式による力率改善のための構成が備えられたものとなる。
その上で、上記構成によれば、上記切換手段の動作により、商用交流電源のレベルに応じて、少なくとも上記一次側共振回路を形成するインダクタンス成分の値が切り換えられるものとなる。このようにして、商用交流電源のレベルに応じ、少なくとも上記一次側共振回路を形成するインダクタンス値を切り換えることとすれば、安定化に要求されるスイッチング周波数の制御範囲を、例えば商用交流電源のレベルに応じて設定することが可能となる。
According to the above configuration, the switching power supply circuit according to the present invention increases the conduction angle of the AC input current by switching the rectifier diode using the alternating voltage based on the switching output fed back to the rectified current path. Therefore, a configuration for improving the power factor by a so-called voltage feedback system is provided.
In addition, according to the above configuration, at least the value of the inductance component forming the primary side resonance circuit is switched according to the level of the commercial AC power supply by the operation of the switching means. In this way, if at least the inductance value forming the primary resonance circuit is switched according to the level of the commercial AC power supply, the control range of the switching frequency required for stabilization can be set, for example, at the level of the commercial AC power supply. It becomes possible to set according to.

このようにして本発明によれば、商用交流電源の定格レベルに適合して、安定化に要求されるスイッチング周波数の制御範囲を設定することが可能となる。
これにより、例えば商用交流電源の定格レベルにかかわらず、安定化に要求されるスイッチング周波数の制御範囲を、例えばスイッチング電源回路におけるスイッチング周波数の可変範囲内とすることが可能になる。つまり、商用交流電源のレベル変化にかかわらず適正に安定化を図ることのできるワイドレンジ対応のスイッチング電源回路が得られることになる。
Thus, according to the present invention, it is possible to set the control range of the switching frequency required for stabilization in conformity with the rated level of the commercial AC power supply.
Accordingly, for example, regardless of the rated level of the commercial AC power supply, the control range of the switching frequency required for stabilization can be set within the variable range of the switching frequency in the switching power supply circuit, for example. That is, a wide range compatible switching power supply circuit can be obtained that can be properly stabilized regardless of the level change of the commercial AC power supply.

これにより、直流入力電圧(整流平滑電圧)を生成する整流回路について、商用交流電源レベルに応じて倍電圧整流動作と全波整流動作とで切り換えを行う従来の構成を採る必要はなくなる。つまり、電圧帰還方式による力率改善のための構成を備えたスイッチング電源回路として、ワイドレンジ対応とするにあたっての従来のような整流回路の切換のための構成を不要とすることができるものである。   This eliminates the need for a rectifier circuit that generates a DC input voltage (rectified and smoothed voltage) to adopt a conventional configuration in which switching is performed between a voltage doubler rectification operation and a full-wave rectification operation according to the commercial AC power supply level. In other words, as a switching power supply circuit having a configuration for improving the power factor by the voltage feedback method, a configuration for switching the rectifier circuit as in the conventional case for making it compatible with a wide range can be made unnecessary. .

このようにして、ワイドレンジ対応とするにあたっての整流動作の切換のための構成を不要とすることができれば、回路設計の自由度を増すことできる。
このため、直流入力電圧生成のための整流回路を形成する平滑コンデンサは、例えば従来の2本から1本に削減されることになる。
In this way, if the configuration for switching the rectifying operation for adapting to the wide range can be eliminated, the degree of freedom in circuit design can be increased.
For this reason, the number of smoothing capacitors forming the rectifier circuit for generating the DC input voltage is reduced from, for example, two to one.

また、電圧帰還方式による力率改善回路の構成としても自由度が増し、例えば商用交流電源ラインのノイズ除去のためのフィルタコンデンサは、従来のように商用交流電源ラインに並列に挿入する必要がなくなり、その耐圧を低減することでより安価な素子を用いることができる。   In addition, the degree of freedom increases as the configuration of the power factor correction circuit using the voltage feedback method. For example, a filter capacitor for removing noise from a commercial AC power line need not be inserted in parallel with the commercial AC power line as in the past. By reducing the breakdown voltage, a cheaper element can be used.

同様に、力率改善のために用いられる整流ダイオードとしても、商用交流電源の100V系と200V系時とで形成される整流電流経路にて共通に動作するように挿入する必要はなくなる。
これによっては、電圧帰還方式による力率改善動作を実現するために必要となる高速リカバリ型を、例えばブリッジ整流回路に組み込むのではなく他の部分に挿入することも可能となり、これによって高速リカバリ型ダイオードの耐圧を低減してより安価な素子を用いることが可能となる。
Similarly, a rectifier diode used for power factor improvement need not be inserted so as to operate in common in a rectification current path formed by a 100V system and a 200V system of a commercial AC power supply.
Depending on this, it becomes possible to insert the high-speed recovery type necessary for realizing the power factor improvement operation by the voltage feedback method into other parts instead of being incorporated in the bridge rectifier circuit, for example. It becomes possible to use a cheaper element by reducing the withstand voltage of the diode.

また、上記のように力率改善のために用いられる高速型の整流ダイオードをブリッジ整流回路に組み込む必要がなくなれば、市販品のブリッジ整流回路を用いることが可能となり、従来よりも部品点数の削減を図ることができる。   In addition, if it is not necessary to incorporate a high-speed rectifier diode used for power factor improvement in the bridge rectifier circuit as described above, a commercially available bridge rectifier circuit can be used, and the number of parts can be reduced compared to the conventional one. Can be achieved.

以下、発明を実施するための最良の形態(以下、実施の形態とする)について説明していく。
図1は、本発明における第1の実施の形態としてのスイッチング電源回路の構成例について示す回路図である。
本実施の形態のスイッチング電源回路としては、例えばプリンタ装置の電源として用いられることが想定される。プリンタ装置では、電源オフ時における負荷電力がほぼ0Wとなることから、これに備えられる電源としては負荷電力0Wから最大負荷までの比較的広い変動範囲をカバーしなければならないものとなる。本例の場合、最大負荷Po=100Wが想定されていることから、この場合のスイッチング電源回路としては負荷電力Po=100W〜0Wの負荷変動に対応させるものとしている。
Hereinafter, the best mode for carrying out the invention (hereinafter referred to as an embodiment) will be described.
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration example of a switching power supply circuit according to the first embodiment of the present invention.
The switching power supply circuit according to the present embodiment is assumed to be used as a power supply for a printer device, for example. In the printer device, the load power when the power is turned off is almost 0 W. Therefore, the power source provided for this needs to cover a relatively wide variation range from the load power 0 W to the maximum load. In this example, since the maximum load Po = 100 W is assumed, the switching power supply circuit in this case is adapted to cope with load fluctuations of load power Po = 100 W to 0 W.

先ず、図1において、本例の電源回路においても、先の図10,11に示した回路と同様、商用交流電源ACのラインに対してはアクロスコンデンサCL及びコモンモードチョークコイルCMCとから成るノイズフィルタを接続している。
そして、この場合は、このようなノイズフィルタの後段に対しては、フィルタコンデンサCNを挿入しないものとしている。つまり、商用交流電源ACのラインにおいて、図示するように上記ノイズフィルタの後段に対しては、ブリッジ整流回路Diを直接接続しているものである。
なお、この場合のブリッジ整流回路Diを形成する整流ダイオードは、全て通常の低速リカバリ型によるダイオードが選定される。
First, in FIG. 1, in the power supply circuit of this example as well as the circuits shown in FIGS. 10 and 11, the noise composed of the across capacitor CL and the common mode choke coil CMC is applied to the line of the commercial AC power supply AC. A filter is connected.
In this case, the filter capacitor CN is not inserted into the subsequent stage of such a noise filter. That is, in the line of the commercial AC power supply AC, as shown in the figure, the bridge rectifier circuit Di is directly connected to the subsequent stage of the noise filter.
In this case, as a rectifier diode forming the bridge rectifier circuit Di, all diodes of a normal low speed recovery type are selected.

また、この場合、商用交流電源ACから整流平滑電圧(直流入力電圧)Eiを生成する整流回路系は、このブリッジ整流回路Diと、1組の平滑コンデンサCiとによって構成される。
そして、上記したフィルタコンデンサCNとしては、図示するようにこれらブリッジ整流回路Diの出力端子と、平滑コンデンサCiの正極端子との間に直列に挿入されるようにして設けられている。
In this case, the rectifier circuit system that generates the rectified and smoothed voltage (DC input voltage) Ei from the commercial AC power supply AC includes the bridge rectifier circuit Di and a set of smoothing capacitors Ci.
The filter capacitor CN is provided so as to be inserted in series between the output terminal of the bridge rectifier circuit Di and the positive terminal of the smoothing capacitor Ci as shown in the figure.

また、上記のようにブリッジ整流回路Diと平滑コンデンサCiとにより構成される整流平滑回路によって生成される、直流入力電圧Eiを入力して動作するスイッチングコンバータとしては、この場合も電流共振形コンバータとしての基本構成を採るものとされる。
そしてここでも、図示するようにしてMOS−FETによる2本のスイッチング素子Q1(ハイサイド),Q2(ローサイド)をハーフブリッジ結合により接続している。これらスイッチング素子Q1,Q2の各ドレイン−ソース間に対しては、この場合もそれぞれダンパーダイオードDD1,DD2が並列に接続される。
Further, as a switching converter that operates by inputting the DC input voltage Ei generated by the rectifying and smoothing circuit constituted by the bridge rectifying circuit Di and the smoothing capacitor Ci as described above, this case is also a current resonance type converter. The basic configuration is taken.
Also here, two switching elements Q1 (high side) and Q2 (low side) by MOS-FETs are connected by half bridge coupling as shown in the figure. In this case, damper diodes DD1 and DD2 are connected in parallel to the drains and sources of the switching elements Q1 and Q2, respectively.

また、スイッチング素子Q2のドレイン−ソース間に対しては、部分共振コンデンサCpを並列に接続している。つまり、先の図10,11の回路と同様に部分共振コンデンサCpのキャパシタンスと一次巻線N1のリーケージインダクタンスL1によって、並列共振回路(部分電圧共振回路)を形成するようにし、これによってスイッチング素子Q1,Q2のターンオフ時にのみ電圧共振する、部分電圧共振動作が得られるようにしている。   A partial resonance capacitor Cp is connected in parallel between the drain and source of the switching element Q2. That is, as in the circuits of FIGS. 10 and 11, the parallel resonance circuit (partial voltage resonance circuit) is formed by the capacitance of the partial resonance capacitor Cp and the leakage inductance L1 of the primary winding N1, thereby forming the switching element Q1. , Q2 so as to obtain a partial voltage resonance operation in which voltage resonance occurs only when Q2 is turned off.

そして、この図に示される電源回路としても、スイッチング素子Q1,Q2をスイッチング駆動するために、例えば汎用のICによる発振・ドライブ回路2を備えている。この発振・ドライブ回路2は、先の図10、11に示したものと同様にスイッチング素子駆動のための発振回路、駆動回路を備えて成る。さらに本実施の形態の場合には、図示するようにして保護回路2aを有している。
発振回路及び駆動回路によっては、所要の周波数によるドライブ信号(ゲート電圧)をスイッチング素子Q1,Q2の各ゲートに対して印加する。これにより、スイッチング素子Q1,Q2は、所要のスイッチング周波数により交互にオン/オフするようにしてスイッチング動作を行う。
また、保護回路2aは、例えば電源回路における過電流、過電圧の状態を検出可能とされている。そして、過電流若しくは過電圧の状態を検出したとされると、回路が保護されるようにしてスイッチング素子Q1,Q2のスイッチング動作を制御するようにされている。
なお、ここでは、保護回路2aは、発振・ドライブ回路2に内蔵されるようにして備えられるものとしているが、発振・ドライブ回路2とは独立した回路部として電源回路内に備えられるものとしてもよい。
The power supply circuit shown in this figure also includes, for example, an oscillation / drive circuit 2 using a general-purpose IC in order to drive the switching elements Q1 and Q2. The oscillation / drive circuit 2 includes an oscillation circuit and a drive circuit for driving a switching element, similar to those shown in FIGS. Further, in the case of the present embodiment, a protection circuit 2a is provided as shown in the figure.
Depending on the oscillation circuit and the drive circuit, a drive signal (gate voltage) having a required frequency is applied to each gate of the switching elements Q1 and Q2. Thereby, the switching elements Q1 and Q2 perform the switching operation so as to be alternately turned on / off at a required switching frequency.
Further, the protection circuit 2a can detect, for example, overcurrent and overvoltage states in the power supply circuit. When an overcurrent or overvoltage state is detected, the switching operation of the switching elements Q1 and Q2 is controlled so that the circuit is protected.
Here, the protection circuit 2 a is provided so as to be built in the oscillation / drive circuit 2, but may be provided in the power supply circuit as a circuit unit independent of the oscillation / drive circuit 2. Good.

なお、この図においては、発振・ドライブ回路2に供給すべき動作電源のラインは省略しているが、例えば実際としては、絶縁コンバータトランスPITの一次側に対して巻装する巻線と、この巻線に励起される交番電圧を整流平滑化する整流回路を備え、この整流回路により得られる低圧直流電圧を動作電源として供給するように構成すればよい。
また、発振・ドライブ回路2を起動させる構成としても、例えば起動抵抗Rsを介して得られる整流平滑電圧Eiを、起動電源として入力させる構成とすればよい。
In this figure, the line of the operating power supply to be supplied to the oscillation / drive circuit 2 is omitted, but in practice, for example, the winding wound around the primary side of the insulating converter transformer PIT, A rectifier circuit that rectifies and smoothes the alternating voltage excited by the winding may be provided, and a low-voltage DC voltage obtained by the rectifier circuit may be supplied as an operating power source.
In addition, the configuration for starting the oscillation / drive circuit 2 may be a configuration in which, for example, the rectified and smoothed voltage Ei obtained through the startup resistor Rs is input as the startup power supply.

絶縁コンバータトランス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。
本実施の形態の場合、絶縁トランスPITの一次巻線N1は、一次巻線部N1A,N1Bの2つの巻線部を直列に接続して成る。一次巻線部N1Aの一方の端部は、一次側アースと接続される。また、この一次巻線部N1Aの他方の端部は、図示するリレースイッチS1の端子t2と接続される。
また、一次巻線部N1Bの一方の端部は、上記一次巻線部N1Aの他方の端部と接続される。つまり、この一次巻線部N1B,N1A各端部の接続点は、一次巻線N1のタップ出力とされ、上記リレースイッチS1の端子t2と接続されるようになっている。
そして、一次巻線部N1Bの他方の端部は、リレースイッチS1の端子t3に対して接続されている。
The insulating converter transformer PIT transmits the switching outputs of the switching elements Q1 and Q2 to the secondary side.
In the case of the present embodiment, the primary winding N1 of the insulating transformer PIT is formed by connecting two winding portions of the primary winding portions N1A and N1B in series. One end of the primary winding N1A is connected to the primary side ground. The other end of the primary winding N1A is connected to a terminal t2 of the relay switch S1 shown in the figure.
One end portion of the primary winding portion N1B is connected to the other end portion of the primary winding portion N1A. That is, the connection point between the ends of the primary windings N1B and N1A is the tap output of the primary winding N1, and is connected to the terminal t2 of the relay switch S1.
The other end of the primary winding N1B is connected to the terminal t3 of the relay switch S1.

この場合のリレースイッチS1は、端子t1に対して、端子t2又は端子t3のいずれか一方が択一的に接続されるようにして切り換えが行われるものであり、この端子切り換え動作は、リレーRLの導通/非導通に応じてコントロールされる。つまり、リレーRLとリレースイッチS1は、いわゆる1回路2接点の電磁リレーとして構成されているものである。
また、リレースイッチS1の端子t1は、一次側共振コンデンサC1を介して、スイッチング素子Q1のソースと、スイッチング素子Q2のドレインとの接続点(スイッチング出力点)に対して接続される。
The relay switch S1 in this case is switched so that either the terminal t2 or the terminal t3 is selectively connected to the terminal t1, and this terminal switching operation is performed by the relay RL. It is controlled according to conduction / non-conduction. That is, the relay RL and the relay switch S1 are configured as so-called one-circuit two-contact electromagnetic relays.
The terminal t1 of the relay switch S1 is connected to a connection point (switching output point) between the source of the switching element Q1 and the drain of the switching element Q2 via the primary side resonance capacitor C1.

上記のようにしてリレースイッチS1が設けられている場合において、端子t1に対して端子t3が接続されているときには、一次側共振コンデンサC1に対して直列接続される絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1としては、一次巻線部N1A−N1Bを直列接続したものとなる。
これに対して、端子t1に対して端子t2が接続されているときには、一次側共振コンデンサC1に対して直列接続される絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1としては、一次巻線部N1Aのみとされることになる。
In the case where the relay switch S1 is provided as described above, when the terminal t3 is connected to the terminal t1, the primary winding of the insulating converter transformer PIT connected in series to the primary side resonance capacitor C1. As N1, primary winding portions N1A-N1B are connected in series.
On the other hand, when the terminal t2 is connected to the terminal t1, the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT connected in series to the primary side resonance capacitor C1 is only the primary winding N1A. Will be.

これまでの説明からも理解されるように、スイッチング素子Q1,Q2のスイッチング出力点に対して接続される、一次側共振コンデンサC1−一次巻線N1の直列接続回路は、共振コンデンサC1のキャパシタンスと、一次巻線N1を含む絶縁コンバータトランスPITのリーケージインダクタンスL1とから成る一次側直列共振回路を形成する。そして、スイッチング素子Q1,Q2のスイッチング出力により、一次側直列共振回路が共振動作を行うことによって、一次側スイッチングコンバータの動作を電流共振形とする。   As understood from the above description, the series connection circuit of the primary side resonance capacitor C1 and the primary winding N1 connected to the switching output points of the switching elements Q1 and Q2 is the capacitance of the resonance capacitor C1. And a primary side series resonance circuit including a leakage inductance L1 of the insulating converter transformer PIT including the primary winding N1. Then, the primary side series resonant circuit performs a resonance operation by the switching outputs of the switching elements Q1 and Q2, thereby making the operation of the primary side switching converter the current resonance type.

本実施の形態の場合、リレースイッチS1の切り換えが行われることで、一次巻線N1としては、一次巻線部N1A−N1Bの直列接続回路となる場合と、一次巻線部N1Aのみとなる場合とがあるが、何れの場合においても、一次巻線N1と一次側共振コンデンサC1とが直列接続されていることで、一次側直列共振回路が形成されることに変わりはない。ただし、一次巻線N1が、一次巻線部N1A−N1Bの直列接続回路となる場合と、一次巻線部N1Aのみとなる場合とで、一次巻線N1としての巻数が変化し、これに応じて絶縁コンバータトランスPITの一次側のリーケージインダクタンスL1も変化することとなる。   In the case of the present embodiment, switching of the relay switch S1 causes the primary winding N1 to be a series connection circuit of the primary winding portions N1A-N1B or only the primary winding portion N1A. In either case, the primary winding N1 and the primary side resonance capacitor C1 are connected in series, so that the primary side series resonance circuit is formed. However, the number of turns as the primary winding N1 varies depending on whether the primary winding N1 is a series connection circuit of the primary winding N1A-N1B or only the primary winding N1A. Thus, the leakage inductance L1 on the primary side of the insulating converter transformer PIT also changes.

また、図1に示す電源回路の一次側には、リレーRLと、このリレーRLの導通/非導通をコントロールすることで、上記したリレースイッチS1と、後述するリレースイッチS2との切り換えをコントロールするようにされたリレー切換回路5が設けられる。   Further, on the primary side of the power supply circuit shown in FIG. 1, the switching between the relay switch S1 and a relay switch S2 described later is controlled by controlling the relay RL and the conduction / non-conduction of the relay RL. A relay switching circuit 5 configured as described above is provided.

このリレー切換回路5は、整流平滑電圧Eiを検出電圧として入力している。なお、実際においては、この検出電圧は、例えば所定の抵抗値を有する分圧抵抗により整流平滑電圧Eiを所定比で分圧した電圧とされればよい。ここで、整流平滑電圧Eiとしては商用交流電源ACを整流平滑化して得られるものであるから、商用交流電源ACの等倍レベルに対応したレベルが得られるものとなる。従って、整流平滑電圧Eiに基づいて得られる上記検出電圧としても、商用交流電源ACのレベルに対応しているものとなる。   The relay switching circuit 5 receives the rectified and smoothed voltage Ei as a detection voltage. In practice, the detected voltage may be a voltage obtained by dividing the rectified and smoothed voltage Ei by a predetermined ratio with a voltage dividing resistor having a predetermined resistance value, for example. Here, since the rectified and smoothed voltage Ei is obtained by rectifying and smoothing the commercial AC power supply AC, a level corresponding to the same level as that of the commercial AC power supply AC is obtained. Therefore, the detection voltage obtained based on the rectified and smoothed voltage Ei also corresponds to the level of the commercial AC power supply AC.

リレー切換回路5では、検出電圧として、商用交流電源ACのレベルがAC100V系とされる定格レベルの範囲内にあるときと、商用交流電源ACのレベルがAC200V系とされる定格レベルの範囲内にあるときとで、リレーRLの導通/非導通を切り換えるようにされている。このようにしてリレーRLの導通/非導通が切り換えられるのに応じて、上記したリレースイッチS1、及び後述するリレースイッチS2では、端子t1が端子t3に対して接続される状態と、端子t2に対して接続される状態と切換が行われることになる。
この場合、AC100V系に対応しては、リレースイッチS1、S2において共に端子t2が選択されるように切り換えを行う。また、AC200V系に対応しては、端子t3が選択されるように切り換えを行うようにされる。
In the relay switching circuit 5, the detected voltage is within a rated level range where the level of the commercial AC power supply AC is AC100V, and within a rated level range where the level of the commercial AC power supply AC is AC200V. At some point, the relay RL is switched between conduction and non-conduction. In this way, according to the switching of the conduction / non-conduction of the relay RL, in the relay switch S1 described above and the relay switch S2 described later, the state where the terminal t1 is connected to the terminal t3, and the terminal t2 The connected state and switching are performed.
In this case, for the AC100V system, switching is performed so that the terminal t2 is selected in both the relay switches S1 and S2. Further, in response to the AC200V system, switching is performed so that the terminal t3 is selected.

また、絶縁コンバータトランスPITの構造としては、例えばフェライト材によるE型コアを組み合わせたEE型コアを備える。そして、一次側と二次側とで巻装部位を分割したうえで、一次側に上記した一次巻線N1と、この場合は後述する三次巻線N3とを、また二次側には二次巻線N2をEE型コアの中央磁脚に対して巻装している。
そして、EE型コアの中央磁脚に対しては所定長のギャップを形成するようにしている。これによって、例えば疎結合とされる所定の結合係数が与えられるようにして構成される。
Moreover, as a structure of the insulating converter transformer PIT, for example, an EE type core that is a combination of an E type core made of a ferrite material is provided. And after dividing | segmenting a winding site | part by the primary side and a secondary side, the primary winding N1 mentioned above on the primary side, the tertiary winding N3 mentioned later in this case, and the secondary side are secondary Winding N2 is wound around the central magnetic leg of the EE core.
A gap having a predetermined length is formed with respect to the central magnetic leg of the EE type core. Thus, for example, a predetermined coupling coefficient that is loosely coupled is given.

この場合の絶縁コンバータトランスPITの二次側には、二次巻線N2が巻装されている。この二次巻線N2には、上記した一次巻線N1に伝達されたスイッチング出力に応じた交番電圧が励起される。
二次巻線N2に対しては、図示するようにしてセンタータップを設けて二次側アースに接続した上で、図のように整流ダイオードDO1,DO2、及び平滑コンデンサCOから成る両波整流回路を接続している。これにより、平滑コンデンサCOの両端電圧として二次側直流出力電圧EOが得られる。この二次側直流出力電圧EOは、図示しない負荷側に供給される。また、制御回路1のための検出電圧としても分岐して入力される。
In this case, a secondary winding N2 is wound on the secondary side of the insulating converter transformer PIT. An alternating voltage corresponding to the switching output transmitted to the primary winding N1 is excited in the secondary winding N2.
The secondary winding N2 is provided with a center tap as shown in the figure and connected to the secondary side ground, and then a double-wave rectifier circuit comprising rectifier diodes DO1 and DO2 and a smoothing capacitor CO as shown in the figure. Is connected. As a result, the secondary side DC output voltage EO is obtained as the voltage across the smoothing capacitor CO. The secondary side DC output voltage EO is supplied to a load side (not shown). The detection voltage for the control circuit 1 is also branched and input.

制御回路1は、二次側直流出力電圧EOのレベル変化に応じた検出出力を発振・ドライブ回路2に供給する。発振・ドライブ回路2では、入力された制御回路1の検出出力に応じてスイッチング周波数が可変されるようにして、スイッチング素子Q1,Q2を駆動する。つまり、スイッチング周波数制御方式によって二次側直流出力電圧のレベルを安定化する。   The control circuit 1 supplies a detection output corresponding to the level change of the secondary side DC output voltage EO to the oscillation / drive circuit 2. The oscillation / drive circuit 2 drives the switching elements Q1 and Q2 such that the switching frequency is varied according to the input detection output of the control circuit 1. That is, the level of the secondary side DC output voltage is stabilized by the switching frequency control method.

また、図1に示される電源回路としては、上記してきた構成に加えて、電圧帰還方式により力率の改善を図るための力率改善回路3が設けられる。
この場合の力率改善回路3の構成としても、先の図10に示した場合と同様、絶縁コンバータトランスPITの一次側に巻装した三次巻線N3と、この三次巻線N3と接続された高周波チョークコイルLSとにより一次側スイッチング出力を整流電流経路に帰還する構成を採る。
In addition to the configuration described above, the power supply circuit shown in FIG. 1 is provided with a power factor correction circuit 3 for improving the power factor by a voltage feedback method.
Also in the configuration of the power factor correction circuit 3 in this case, as in the case shown in FIG. 10, the tertiary winding N3 wound on the primary side of the insulating converter transformer PIT and the tertiary winding N3 are connected. A configuration is adopted in which the primary side switching output is fed back to the rectified current path by the high frequency choke coil LS.

上記高周波チョークコイルLSとしては、例えばフェライト材によるE型コアを互いの磁脚が対向するように組み合わせたEE型コア(EE字形コア)に対して、巻線N10を巻装したものとされればよい。そして、このような高周波チョークコイルLSのインダクタンス値としては、例えば100μH程度の比較的低い値が設定されていればよい。   As the high-frequency choke coil LS, for example, a winding N10 is wound around an EE type core (EE-shaped core) in which an E type core made of a ferrite material is combined so that magnetic legs of each other face each other. That's fine. As the inductance value of such a high frequency choke coil LS, a relatively low value such as about 100 μH may be set.

そして、この場合の力率改善回路3としては、先にも述べたように、電圧帰還されるスイッチング周期による高周波成分を除去するためのフィルタコンデンサCNを、ブリッジ整流回路Diの出力端子と平滑コンデンサCiの正極端子との間に挿入するものとしている。
また、電圧帰還される成分に基づいて、整流電流成分を断続するための高速リカバリ型のダイオードとしても、図中ダイオードD10と示したようにして、この場合はブリッジ整流回路Diには組み込まないものとしている。すなわち、このような高速リカバリ型によるダイオードD10としては、そのアノードをブリッジ整流回路Diの出力端子と上記フィルタコンデンサCNとの接続点に対して接続し、またカソードを高周波チョークコイルLSの三次巻線N3側ではない方の端部と接続している。
In this case, as described above, the power factor improving circuit 3 includes a filter capacitor CN for removing a high frequency component due to a voltage feedback switching period, an output terminal of the bridge rectifier circuit Di, and a smoothing capacitor. It is assumed that it is inserted between the positive electrode terminal of Ci.
Further, as a fast recovery type diode for intermittently rectifying current component based on the voltage feedback component, as shown as diode D10 in the figure, it is not incorporated in the bridge rectifier circuit Di in this case. It is said. That is, in such a fast recovery type diode D10, its anode is connected to the connection point between the output terminal of the bridge rectifier circuit Di and the filter capacitor CN, and its cathode is the tertiary winding of the high frequency choke coil LS. It is connected to the end that is not on the N3 side.

また、この場合の力率改善回路3としては、上記三次巻線N3が、三次巻線部N3Aと三次巻線部N3Bとの2つの巻線部に分割される。その上で、このような三次巻線N3に対しては、三次巻線N3全体の巻数が有効となる状態と、上記三次巻線部N3Aのみが有効となる状態とで切り換えを行うための、リレースイッチS2が接続される。このリレースイッチS2としても、端子t1に対して端子t2又は端子t3が択一的に選択される2接点のものとされる。
三次巻線部N3Aの一方の端部は、高周波チョークコイルLSの巻線N10と接続され、他方の端部はリレースイッチS2の端子t2と接続される。また、三次巻線部N3Bの一方の端部は、上記三次巻線部N3Aの他方の端部と接続されることでこの端子t2に接続され、また三次巻線部N3Bの他方の端部はリレースイッチS2の端子t3に対して接続される。
Further, as the power factor improving circuit 3 in this case, the tertiary winding N3 is divided into two winding parts, a tertiary winding part N3A and a tertiary winding part N3B. In addition, for such a tertiary winding N3, switching is performed between a state where the number of turns of the entire tertiary winding N3 is valid and a state where only the tertiary winding portion N3A is valid. Relay switch S2 is connected. The relay switch S2 is also a two-contact type in which the terminal t2 or the terminal t3 is alternatively selected with respect to the terminal t1.
One end of the tertiary winding N3A is connected to the winding N10 of the high-frequency choke coil LS, and the other end is connected to the terminal t2 of the relay switch S2. One end portion of the tertiary winding portion N3B is connected to the terminal t2 by being connected to the other end portion of the tertiary winding portion N3A, and the other end portion of the tertiary winding portion N3B is Connected to terminal t3 of relay switch S2.

ここで、先にも述べたように、リレー切換回路5の動作によっては、AC100V系時に対応して各リレースイッチS1、S2において端子t2が選択される。また、AC200V系時に対応しては端子t3が選択されるものとなる。
このような動作によれば、上記接続形態とされた三次巻線N3では、AC100V系時に三次巻線部N3Aのみが有効となるように切り換えが行われる。また、AC200V系時には三次巻線部N3Aと三次巻線部N3Bとの直列接続が有効となって、三次巻線N3全体が有効となるようにして切り換えが行われる。すなわち、このような切り換え動作により三次巻線N3は、AC200V系時にその巻数が増加するようにされているものである。
Here, as described above, depending on the operation of the relay switching circuit 5, the terminal t2 is selected in each of the relay switches S1 and S2 corresponding to the AC 100V system. Further, the terminal t3 is selected corresponding to the AC200V system.
According to such an operation, in the tertiary winding N3 in the above connection form, switching is performed so that only the tertiary winding portion N3A is effective in the AC 100V system. In the AC200V system, the series connection of the tertiary winding portion N3A and the tertiary winding portion N3B is effective, and switching is performed so that the entire tertiary winding N3 is effective. That is, by such a switching operation, the number of turns of the tertiary winding N3 is increased in the AC 200V system.

上記構成による力率改善回路3が備えられることにより、図1に示される回路では、交流入力電圧VACが正極性となる半周期に、整流電流が[ブリッジ整流回路Di→ダイオードD10→高周波チョークコイルLS→三次巻線N3→リレースイッチS2→平滑コンデンサCi]の経路により流れる。
また、この場合、整流電流は分岐して[ブリッジ整流回路Di→フィルタコンデンサCN→平滑コンデンサCi]の経路によっても流れる。
また、交流入力電圧VACが負極性となる半周期においても、整流電流は上記と同様の経路により流れるものとなる。
By providing the power factor correction circuit 3 having the above configuration, in the circuit shown in FIG. 1, the rectified current is [bridge rectifier circuit Di → diode D10 → high frequency choke coil in a half cycle in which the AC input voltage VAC is positive. It flows through the path of L S → tertiary winding N 3 → relay switch S 2 → smoothing capacitor Ci].
In this case, the rectified current branches and also flows through the path [bridge rectifier circuit Di → filter capacitor CN → smoothing capacitor Ci].
Even in a half cycle in which the AC input voltage VAC is negative, the rectified current flows through the same path as described above.

このような整流電流経路より、図1の回路では、高速リカバリ型ダイオードであるダイオードD10が整流動作を行うことがわかる。そして、このときの整流電流としては、先にも述べたように絶縁コンバータトランスPITにおいて一次巻線N1と三次巻線N3との磁気結合を介して帰還される、一次側スイッチング出力に基づく成分が重畳された波形とされているものである。   From such a rectified current path, it can be seen that the diode D10, which is a fast recovery diode, performs a rectifying operation in the circuit of FIG. As described above, the rectified current at this time includes a component based on the primary-side switching output that is fed back through the magnetic coupling between the primary winding N1 and the tertiary winding N3 in the insulating converter transformer PIT. The waveform is superimposed.

図1に示される力率改善回路3としても、このように一次側スイッチング出力を電圧帰還して、このスイッチング出力としての高周波成分の重畳された整流電流によって高速リカバリ型によるダイオードをスイッチング動作させているものである。これにより、整流出力電圧レベルが本来では平滑コンデンサCiの両端電圧よりも低いとされる期間においても、重畳された高周波成分に反応して高速リカバリ型ダイオード(D10)が導通して、平滑コンデンサCiへの充電電流が流れるようになる。
この結果、交流入力電流成分の平均的な波形が交流入力電圧の波形に近づくことになって、交流入力電流IACの導通角が拡大され、力率の改善が図られるようになる。
そして、この場合においては、上記フィルタコンデンサCNが、三次巻線N3と並列に接続されるようにして備えられていることにより、ブリッジ整流回路Diの整流出力ラインに生じるのノイズ成分が除去されているものである。
In the power factor correction circuit 3 shown in FIG. 1, the primary side switching output is voltage-feedback in this way, and the fast recovery type diode is switched by the rectified current superimposed with the high frequency component as the switching output. It is what. As a result, even in a period in which the rectified output voltage level is originally lower than the voltage across the smoothing capacitor Ci, the fast recovery diode (D10) conducts in response to the superimposed high frequency component, and the smoothing capacitor Ci. The charging current flows into.
As a result, the average waveform of the AC input current component approaches the waveform of the AC input voltage, the conduction angle of the AC input current IAC is expanded, and the power factor is improved.
In this case, since the filter capacitor CN is provided so as to be connected in parallel with the tertiary winding N3, a noise component generated in the rectified output line of the bridge rectifier circuit Di is removed. It is what.

なお、本例の力率改善回路3においては、先に説明したように三次巻線N3についての巻数切換えが行われるものとなるが、このことについては後述する。   In the power factor correction circuit 3 of this example, as described above, the number of turns of the tertiary winding N3 is switched. This will be described later.

続いて、図1に示した構成による電源回路についての、ワイドレンジ対応の動作について説明する。
先ず、商用交流電源として、定格AC100V系が入力されているときには、リレー切換回路5に対して入力される検出電圧としても、この定格AC100V系に対応したレベル範囲となっている。この状態では、リレー切換回路5は、上述もしたようにリレースイッチS1に対して端子t2を選択させるようにリレーRLの導通/非道通状態の切換を行う。
これにより、商用交流電源としてAC100系が入力されているときには、絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1としては、一次巻線部N1Aのみが有効とされることになる。
Next, the operation corresponding to the wide range of the power supply circuit having the configuration shown in FIG. 1 will be described.
First, when a rated AC 100V system is input as a commercial AC power supply, the detection voltage input to the relay switching circuit 5 is in a level range corresponding to the rated AC 100V system. In this state, as described above, the relay switching circuit 5 switches the relay RL between the conductive state and the non-conductive state so that the relay switch S1 selects the terminal t2.
Thus, when the AC100 system is input as the commercial AC power supply, only the primary winding portion N1A is effective as the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT.

これに対して、商用交流電源として、定格AC200V系が入力されており、これに応じて、リレー切換回路5に入力される検出電圧も定格AC200V系に対応したレベル範囲となっているときには、リレー切換回路5では、リレースイッチS1に対して端子t3を選択させるようにリレーRLを制御する。つまり、商用交流電源としてAC200系が入力されているときには、絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1としては、一次巻線部N1B−N1Aの直列接続が有効となる。
つまり、商用交流電源がAC100V系の場合とAC200V系の場合とでは、絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1としての巻数(ターン数)を切り換えるようにしている。
On the other hand, when the rated AC 200V system is input as the commercial AC power supply, and the detection voltage input to the relay switching circuit 5 is in the level range corresponding to the rated AC 200V system, the relay In the switching circuit 5, the relay RL is controlled so that the relay switch S1 selects the terminal t3. That is, when the AC200 system is input as the commercial AC power supply, the primary winding N1B-N1A in series connection is effective as the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT.
That is, the number of turns (the number of turns) as the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT is switched between the case where the commercial AC power supply is the AC 100V system and the AC 200V system.

なお、リレー切換回路5内の構成として、リレーRLの導通/非導通の切り換えに対応する検出電圧の閾値レベルとしては、例えば、交流入力電圧VAC144V〜170Vの範囲内において、実際における使用条件等を考慮して設定されればよい。
また、ここでは図示していないが、リレーRLを駆動するための電力は、発振・ドライブ回路2から供給するようにして構成すればよい。
As a configuration in the relay switching circuit 5, as a threshold level of the detection voltage corresponding to switching between conduction / non-conduction of the relay RL, for example, in the range of the AC input voltage VAC 144V to 170V, the actual use conditions, etc. It may be set in consideration.
Although not shown here, the power for driving the relay RL may be supplied from the oscillation / drive circuit 2.

図2は、上記のようにしてAC100V系の入力時とAC200V系の入力時とで、一次巻線N1としての巻数を切り換える構成を採る場合に得られる、二次側直流出力電圧Eoについての定電圧制御特性を、スイッチング周波数と二次側直流出力電圧Eoのレベルとの関係により例示的に示している。
ここで、二次側直流出力電圧Eoとしては、例えば21.5Vで安定化されるべきものであることとする。また、スイッチング周波数制御方式としては、一次側直列共振回路(C1−L1)の共振周波数foよりも高い周波数範囲でスイッチング周波数を可変制御し、これにより生じる共振インピーダンスの変化を利用するようにされた、いわゆるアッパーサイド制御を採用している。また、この図においては、AC100V系としては交流入力電圧VAC=100V、AC200V系としては、交流入力電圧VAC=220Vとしている。
FIG. 2 is a diagram illustrating the secondary-side DC output voltage Eo obtained when the configuration in which the number of turns as the primary winding N1 is switched between when the AC100V system is input and when the AC200V system is input as described above. The voltage control characteristic is exemplarily shown by the relationship between the switching frequency and the level of the secondary side DC output voltage Eo.
Here, the secondary side DC output voltage Eo is supposed to be stabilized at 21.5 V, for example. As a switching frequency control method, the switching frequency is variably controlled in a frequency range higher than the resonance frequency fo of the primary side series resonance circuit (C1-L1), and a change in resonance impedance caused thereby is used. So-called upper side control is adopted. In this figure, the AC input voltage VAC = 100 V for the AC 100 V system, and the AC input voltage VAC = 220 V for the AC 200 V system.

ここで、図1の電源回路のようにして、一次巻線N1としての巻数を切り換えるのに応じては、絶縁コンバータトランスPITの一次側におけるリーケージインダクタンスL1が切り換えられるようにして変化することとなる。
このリーケージインダクタンスL1の変化の仕方として、例えば図1の回路のように一次巻線N1の巻数が増加する場合は、これに伴い、二次側直流出力電圧Eoのレベルは、巻数固定とされる場合よりも低下するようにして変化するものとなる。つまり、図1の回路では、AC200V系時の二次側直流出力電圧Eoのレベルが、巻数固定とする場合よりも低下するようにしているものである。
Here, as the number of turns as the primary winding N1 is switched as in the power supply circuit of FIG. 1, the leakage inductance L1 on the primary side of the insulating converter transformer PIT changes so as to be switched. .
As a method of changing the leakage inductance L1, for example, when the number of turns of the primary winding N1 increases as in the circuit of FIG. 1, the level of the secondary side DC output voltage Eo is fixed accordingly. It will change so as to be lower than the case. That is, in the circuit of FIG. 1, the level of the secondary side DC output voltage Eo at the time of AC200V system is made lower than when the number of turns is fixed.

また、一方でリーケージインダクタンスL1は、一次側共振コンデンサC1のキャパシタンスと共に一次側直列共振回路(C1−L1)を形成しているのであるから、リーケージインダクタンスL1が変化することによっては、一次側直列共振回路(C1−L1)の共振周波数foが変化することとなる。
つまり図1の回路では、上記説明からも理解されるようにリーケージインダクタンスL1を、AC100V系時の方が、AC200V系時よりも少なくなるように設定されるから、AC100V系時の共振周波数fo1とAC200V系時の共振周波数fo2とを比較すると、この図2に示すようにして共振周波数fo1のほうが、共振周波数fo2よりも高くなることになる。
On the other hand, the leakage inductance L1 forms a primary side series resonance circuit (C1-L1) together with the capacitance of the primary side resonance capacitor C1, and therefore, when the leakage inductance L1 changes, the primary side series resonance. The resonance frequency fo of the circuit (C1-L1) changes.
That is, in the circuit of FIG. 1, as understood from the above description, the leakage inductance L1 is set to be smaller in the AC100V system than in the AC200V system, so the resonance frequency fo1 in the AC100V system is Comparing with the resonance frequency fo2 in the AC 200V system, the resonance frequency fo1 is higher than the resonance frequency fo2 as shown in FIG.

一般的なこととして、直列共振回路は、共振周波数foで最も共振インピーダンスが小さくなる。これにより、二次側直流出力電圧Eoとスイッチング周波数fsの関係として、二次側直流出力電圧Eoのレベルは、スイッチング周波数fsが共振周波数foと同じときに最も高くなり、共振周波数foから離れていくのに従って低下していくものとなる。   As a general matter, the series resonance circuit has the smallest resonance impedance at the resonance frequency fo. Thereby, as the relationship between the secondary side DC output voltage Eo and the switching frequency fs, the level of the secondary side DC output voltage Eo becomes the highest when the switching frequency fs is the same as the resonance frequency fo, and is separated from the resonance frequency fo. It goes down as you go.

つまり図2において、先ず、AC100V系時(VAC=100V)には、実線で示すようにして、二次側直流出力電圧Eoは、スイッチング周波数fsが一次側直列共振回路(C1−L1)の共振周波数fo1のときにピークとなって、この共振周波数fo1から離れるのに応じてレベルが低下する二次曲線的な変化を示す。また、同じスイッチング周波数fsに対応する二次側直流出力電圧Eoのレベルは、最小負荷電力Pomin時よりも最大負荷電力Pomax時のほうが、所定分低下するようにしてシフトする特性が得られる。つまり、スイッチング周波数fsを固定として考えると、重負荷の条件となるのに従って二次側直流出力電圧Eoのレベルは低下する。   That is, in FIG. 2, first, in the AC 100V system (VAC = 100V), as shown by the solid line, the secondary side DC output voltage Eo has a switching frequency fs of resonance of the primary side series resonance circuit (C1-L1). A peak at the frequency fo1 shows a quadratic curve-like change in which the level decreases as the frequency fo1 moves away from the resonance frequency fo1. In addition, the level of the secondary side DC output voltage Eo corresponding to the same switching frequency fs can be shifted so as to decrease by a predetermined amount at the maximum load power Pomax than at the minimum load power Pomin. That is, when the switching frequency fs is considered as being fixed, the level of the secondary side DC output voltage Eo decreases as the heavy load condition is reached.

そして、上記のようにして図2の実線により示すAC100V系時の特性のもとで、アッパーサイド制御により二次側直流出力電圧Eoを21.5Vにより安定化しようとした場合、そのために必要となるスイッチング周波数の可変範囲(必要制御範囲)は、Δfs1として示される範囲となる。   If the secondary side DC output voltage Eo is to be stabilized at 21.5V by upper side control under the characteristics of the AC100V system shown by the solid line in FIG. 2 as described above, this is necessary. The variable range (necessary control range) of the switching frequency is the range indicated as Δfs1.

一方のAC200V系時では、上記したように一次側直列共振回路(C1−L1)の共振周波数foは、AC100V系時のfo1よりも低いfo2で示される所定周波数に設定される。このときの特性としては、図2において破線で示すものとなる。つまり、この場合にも、二次側直流出力電圧Eoは、スイッチング周波数fsが共振周波数fo2のときに最大となるようにされたうえで、この共振周波数fo2からスイッチング周波数fsが離れていくのに従って低下していくものとなる。また、この場合にも、スイッチング周波数fsを固定とすれば、重負荷の条件となるのに従って二次側直流出力電圧Eoのレベルが低下する特性となる。
そして、このAC200V系時の特性のもとでアッパーサイド制御により二次側直流出力電圧Eoを21.5Vにより安定化しようとした場合の必要制御範囲は、図2においてΔfs2として示される範囲となる。
On the other hand, in the AC200V system, as described above, the resonance frequency fo of the primary side series resonance circuit (C1-L1) is set to a predetermined frequency indicated by fo2 lower than fo1 in the AC100V system. The characteristic at this time is shown by a broken line in FIG. That is, in this case as well, the secondary side DC output voltage Eo is maximized when the switching frequency fs is the resonance frequency fo2, and as the switching frequency fs moves away from the resonance frequency fo2. It will decrease. Also in this case, if the switching frequency fs is fixed, the level of the secondary side DC output voltage Eo decreases as the heavy load condition is reached.
The required control range when the secondary side DC output voltage Eo is to be stabilized at 21.5 V by upper side control under the characteristics of the AC 200 V system is the range indicated by Δfs2 in FIG. .

ここで図1の回路の場合では、AC100V系時とAC200V系時とで、一次巻線N1としての巻数を切り換えるようにして変更設定することで、絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1側のリーケージインダクタンスL1についても変更設定するようにされる。そして、このようにしてリーケージインダクタンスL1の設定を切り換えることにより、例えばAC200V系時に対応して得られる二次側直流出力電圧Eoのレベルを変化させるもとしている。
このようにして、リーケージインダクタンスL1の設定を切り換えることで、二次側直流出力電圧Eoのレベルを変化させることによっては、図2に示したような二次側直流出力電圧Eoのレベルについての特性も変化させることができる。
そして、このように二次側直流出力電圧Eoについての特性が変化されれば、これに対応して必要制御範囲Δfsも変化することになる。
In the case of the circuit of FIG. 1, the leakage on the primary winding N1 side of the insulating converter transformer PIT is changed by changing the number of turns as the primary winding N1 between the AC 100V system and the AC 200V system. The inductance L1 is also changed and set. By switching the setting of the leakage inductance L1 in this way, for example, the level of the secondary side DC output voltage Eo obtained corresponding to the AC 200 V system is changed.
In this way, by changing the setting of the leakage inductance L1, the level of the secondary side DC output voltage Eo as shown in FIG. 2 is changed by changing the level of the secondary side DC output voltage Eo. Can also be changed.
And if the characteristic about the secondary side direct-current output voltage Eo is changed in this way, the necessary control range Δfs also changes accordingly.

例えば、図1に示す電源回路の構成のもとで一次巻線N1の巻数の切り換えを行わずに、商用交流電源レベルにかかわらず固定とした場合においては、商用交流電源ACのレベルに比例するようにして二次側直流出力電圧Eoのレベルも上昇するようにされる。
また、このように一次巻線N1の巻数の切り換えを行わない場合は、商用交流電源レベルに対して一次側直列共振回路(C1−L1)の共振周波数foも固定となる。
このようなことから、この場合には、この固定の共振周波数foより高いスイッチング周波数の領域を必要制御範囲Δfsとして、AC100V系からAC200までに対応する範囲で、所定の負荷変動幅に対応して、非常に大きな変動幅となる二次側直流出力電圧Eoについて安定化しなければならないことになる。そしてこの際、例えば負荷変動幅が大きいような条件では、必要制御範囲Δfsを非常に幅広く取らねばならず、スイッチング電源回路の仕様によって決まる、スイッチング周波数の最大可変範囲内では適正に安定化を図ることが難しくなる場合がある。
For example, when the number of turns of the primary winding N1 is not switched under the configuration of the power supply circuit shown in FIG. 1 and is fixed regardless of the commercial AC power supply level, it is proportional to the level of the commercial AC power supply AC. In this way, the level of the secondary side DC output voltage Eo is also increased.
Further, when the number of turns of the primary winding N1 is not switched as described above, the resonance frequency fo of the primary side series resonance circuit (C1-L1) is also fixed with respect to the commercial AC power supply level.
For this reason, in this case, a region having a switching frequency higher than the fixed resonance frequency fo is set as a necessary control range Δfs, and in a range corresponding to the AC100V system to AC200, it corresponds to a predetermined load fluctuation range. Therefore, it is necessary to stabilize the secondary side DC output voltage Eo having a very large fluctuation range. At this time, for example, under a condition where the load fluctuation range is large, the necessary control range Δfs must be very wide, and proper stabilization is achieved within the maximum variable range of the switching frequency determined by the specifications of the switching power supply circuit. Can be difficult.

これに対して図1の回路では、AC100V系とAC200V系とでの商用交流電源の入力レベル変化に応じて、例えば200V系時における図2に示した二次側直流出力電圧Eoについての特性を変化させることによって、必要制御範囲Δfs2を図のような位置に設定できるようにしているが、これは、AC100V系時と200V系時とでの一次巻線N1の巻数の選定によって、必要制御範囲Δfs1,Δfs2の各々について、スイッチング周波数の最大可変範囲内に収まるように設定できるということを意味している。この結果、AC100V系時とAC200V系時とでそれぞれ、所定の負荷変動範囲に対応して二次側直流出力電圧Eoについて安定化することが保証されることになる。つまり、スイッチング周波数制御方式により安定化を図る電源回路としてのワイドレンジ対応化が実現されるものである。   On the other hand, in the circuit of FIG. 1, the characteristics of the secondary side DC output voltage Eo shown in FIG. 2 in the 200 V system, for example, according to the input level change of the commercial AC power source in the AC 100 V system and the AC 200 V system are shown. The required control range Δfs2 can be set to a position as shown in the figure by changing it. This is because the required control range is selected by selecting the number of turns of the primary winding N1 in the AC 100V system and the 200V system. This means that each of Δfs1 and Δfs2 can be set to fall within the maximum variable range of the switching frequency. As a result, it is guaranteed that the secondary side DC output voltage Eo is stabilized corresponding to a predetermined load fluctuation range in each of the AC100V system and the AC200V system. That is, it is possible to realize wide range compatibility as a power supply circuit that is stabilized by the switching frequency control method.

このような図1に示した回路の実際として、負荷電力Po=0W〜90Wの負荷条件に対応させることとした上で、絶縁コンバータトランスPITについては、EER−35のフェライトコアとし、中央磁脚には、1.6mmのギャップを形成するようにされる。また、一次巻線部N1Aについては巻数を50T(ターン)とし、一次巻線部N1Bは17Tとする。
また、この場合において、二次巻線N2については20T(センタータップを分割位置として10T+10T)としている。そして、絶縁コンバータトランスPITとしては、結合係数k=0.72で表される疎結合とされる状態を得るようにしている。
また、一次側直列共振コンデンサC1のキャパシタンスについては、0.033μFを選定する。
As an actual example of the circuit shown in FIG. 1, the insulation converter transformer PIT has an EER-35 ferrite core and a central magnetic leg with respect to the load condition Po = 0W to 90W. In this case, a gap of 1.6 mm is formed. Further, the number of turns of the primary winding portion N1A is 50T (turns), and the primary winding portion N1B is 17T.
In this case, the secondary winding N2 is set to 20T (10T + 10T with the center tap as a division position). As the insulating converter transformer PIT, a loose coupling state represented by a coupling coefficient k = 0.72 is obtained.
Further, 0.033 μF is selected as the capacitance of the primary side series resonance capacitor C1.

なお、図2に示した実験結果によっては、必要制御範囲Δfs1,Δfs2が、異なる周波数範囲とされることが示されているが、実際の必要制御範囲Δfs1,Δfs2としては、必要制御範囲Δfs1の周波数範囲が、必要制御範囲Δfs2の周波数範囲内に収まるようにして重複するようにして得られるものとなる。
つまり、図2に示した結果は、実際の負荷条件での最大負荷電力とは異なる値を設定した場合の結果であり、必要制御範囲Δfsについても実際と異なる値となっている。つまり図2に示した結果は、リーケージインダクタンスL1の可変により必要制御範囲Δfsをスイッチング周波数fsの最大可変範囲に収めるように設定を行うことの説明図として、あくまで概念的な図を示したに過ぎないものである。
The experimental results shown in FIG. 2 indicate that the required control ranges Δfs1 and Δfs2 are different frequency ranges. However, the actual required control ranges Δfs1 and Δfs2 may be different from the required control range Δfs1. The frequency ranges are obtained by overlapping so as to be within the frequency range of the necessary control range Δfs2.
That is, the result shown in FIG. 2 is a result when a value different from the maximum load power under the actual load condition is set, and the necessary control range Δfs is also different from the actual value. That is, the result shown in FIG. 2 is merely a conceptual diagram as an explanatory diagram for setting the required control range Δfs within the maximum variable range of the switching frequency fs by changing the leakage inductance L1. There is nothing.

また、上記した必要制御範囲Δfs1,Δfs2(つまり一次巻線N1としての巻数)については、例えばAC100V系としては交流入力電圧VAC=85V〜144Vの範囲で安定化することが保証され、AC200V系としては交流入力電圧VAC=170V〜288Vの範囲で安定化することが保証されるようにして設定するようにされる。なお、これに応じて、一次巻線N1としての巻数の切り換え動作は、前述もしたように交流入力電圧VAC=144V〜170Vの範囲内において閾値を設定して行うようにされるものである。   Further, with respect to the necessary control ranges Δfs1 and Δfs2 (that is, the number of turns as the primary winding N1), for example, the AC 100V system is guaranteed to be stabilized in the range of the AC input voltage VAC = 85V to 144V, and the AC 200V system Is set in such a manner that it is guaranteed to be stabilized in the range of AC input voltage VAC = 170V to 288V. In response to this, the switching operation of the number of turns as the primary winding N1 is performed by setting a threshold within the range of the AC input voltage VAC = 144V to 170V as described above.

次の図3、図4には、図1に示す実施の形態の電源回路の特性として、AC→DC電力変換効率(ηAC-DC)、力率PF、直流入力電圧Eiの変動幅ΔEiの各特性について示しておく。
図3では、図1の回路における、負荷電力Po=100W〜0Wの変動に対するAC→DC電力変換効率(ηAC-DC)、力率PF、直流入力電圧Eiの変動幅ΔEiの各特性について示し、図4では、交流入力電圧VAC=85V〜288Vの変動に対するAC→DC電力変換効率(ηAC-DC)、力率PF、直流入力電圧Eiの変動幅ΔEiの各特性について示す。
なお、これらの図において、図3では各特性について、交流入力電圧VAC=100Vで一定とした場合の結果を実線で示し、交流入力電圧VAC=230Vで一定とした場合の結果を破線により示している。また、図4は、負荷電力Po=100Wで一定とした場合の結果を示し、さらに交流入力電圧VAC=100V系での結果を実線により、また交流入力電圧VAC=200V系での結果を破線により示している。
3 and 4 show the characteristics of the power supply circuit of the embodiment shown in FIG. 1 as follows: AC → DC power conversion efficiency (ηAC-DC), power factor PF, fluctuation range ΔEi of DC input voltage Ei. The characteristics will be described.
FIG. 3 shows the characteristics of AC → DC power conversion efficiency (ηAC-DC), power factor PF, and fluctuation range ΔEi of DC input voltage Ei with respect to fluctuations in load power Po = 100 W to 0 W in the circuit of FIG. FIG. 4 shows each characteristic of AC → DC power conversion efficiency (ηAC−DC), power factor PF, and fluctuation range ΔEi of DC input voltage Ei with respect to fluctuations of AC input voltage VAC = 85V to 288V.
In these figures, for each characteristic, in FIG. 3, the result when the AC input voltage VAC = 100V is constant is shown by a solid line, and the result when the AC input voltage VAC = 230V is constant is shown by a broken line. Yes. FIG. 4 shows the result when the load power Po = 100 W is constant. Further, the result of the AC input voltage VAC = 100 V system is indicated by a solid line, and the result of the AC input voltage VAC = 200 V system is indicated by a broken line. Show.

これらの図において、先ず図1の回路におけるAC→DC電力変換効率としては、交流入力電圧VAC=100V時(AC100V系時)と交流入力電圧VAC=230V時(AC200V系時)とで、それぞれ実線と破線とにより示すものとなっている。ちなみに、負荷電力Po=100W時におけるAC→DC電力変換効率(ηAC-DC)は、交流入力電圧VAC=100V時でηAC-DC=90.0%、交流入力電圧VAC=230V時でηAC-DC=91.2%となる。   In these figures, the AC → DC power conversion efficiency in the circuit of FIG. 1 is a solid line when the AC input voltage VAC = 100V (AC100V system) and the AC input voltage VAC = 230V (AC200V system), respectively. And a broken line. Incidentally, the AC-to-DC power conversion efficiency (ηAC-DC) when the load power Po = 100 W is ηAC-DC = 90.0% when the AC input voltage VAC = 100 V, and ηAC-DC when the AC input voltage VAC = 230 V. = 91.2%.

また、直流入力電圧Eiの変動幅ΔEiについては、交流入力電圧VAC=100V時、負荷電力Po=100W〜0Wの変動に対して、ΔEi=24Vとなる結果が得られている。さらに、交流入力電圧VAC=230V時の変動幅ΔEiは、同じく負荷電力Po=100W〜0Wの変動に対して、ΔEi=30Vとなっている。   Regarding the fluctuation range ΔEi of the DC input voltage Ei, a result is obtained that ΔEi = 24V with respect to the fluctuation of the load power Po = 100 W to 0 W when the AC input voltage VAC = 100V. Further, the fluctuation range ΔEi when the AC input voltage VAC = 230 V is ΔEi = 30 V with respect to the fluctuation of the load power Po = 100 W to 0 W.

また、力率PFについては、交流入力電圧VAC=100V、負荷電力Po=100Wの条件でPF=0.80となり、交流入力電圧VAC=230V、負荷電力Po=100Wの条件ではPF=0.81となる結果が得られている。
このような結果から、この場合の力率PFは、AC100系時とAC200V系時とでほぼ同等の値が得られていることがわかる。
The power factor PF is PF = 0.80 under the condition of AC input voltage VAC = 100 V and load power Po = 100 W, and PF = 0.81 under the conditions of AC input voltage VAC = 230 V and load power Po = 100 W. The result is obtained.
From these results, it can be seen that the power factor PF in this case has almost the same value for the AC100 system and the AC200V system.

ここで、図1に示した回路において、このようにAC100系時とAC200V系時とでほぼ同等の力率が得られるのは、以下のような理由による。
つまり、先に図1において示したように、この場合の力率改善回路3に対しては、三次巻線N3の巻数を切り換えるためのリレースイッチS2が備えられる。そして、先の説明によれば、交流入力電圧VAC=AC100V系である場合に対応しては、このリレースイッチS2にて端子t2が選択され、また、VAC=200V系となるのに応じては、端子t3が接続される。
AC100V系時に対応して、端子t2が選択されることによっては、上記三次巻線N3にて三次巻線部N3Aのみが有効とされる。これに対し、AC200V系時に対応して端子t3が選択されることによっては、三次巻線部N3Aと三次巻線部N3Bと含む、三次巻線N3全体が有効とされることになる。
Here, in the circuit shown in FIG. 1, the reason why the power factor is almost equal between the AC100 system and the AC200V system is as follows.
That is, as previously shown in FIG. 1, the power factor improving circuit 3 in this case is provided with a relay switch S2 for switching the number of turns of the tertiary winding N3. According to the above description, in response to the case where the AC input voltage VAC = AC 100V system, the terminal t2 is selected by the relay switch S2, and in response to the VAC = 200V system. , Terminal t3 is connected.
By selecting the terminal t2 corresponding to the AC 100V system, only the tertiary winding portion N3A is made effective in the tertiary winding N3. On the other hand, when the terminal t3 is selected corresponding to the AC200V system, the entire tertiary winding N3 including the tertiary winding portion N3A and the tertiary winding portion N3B is made effective.

このように三次巻線N3の巻線数が変化すれば、その巻数の差に応じて三次巻線N3のインダクタンス値が変化するから、これに伴って整流電流経路に帰還されるべき交番電圧レベルも変化することになる。
そして、上記のようにしてAC200V系時に三次巻線N3の巻数が増加することによっては、インダクタンス値の上昇に伴い、整流電流経路に帰還される交番電圧レベルも増加することになる。これによっては、力率改善回路3において帰還されるエネルギーが増加するために、より高い力率を得ることが可能となる。
つまり、AC100V系時と200V系時とで、このような三次巻線N3の巻数を同等とした場合には、AC200V系時の力率の方が低下していたものであるが、このようにリレースイッチS2による巻数の切り換えを行うようにしたことで、この特性を改善しているものである。
なお、このような力率改善回路3に帰還される交番電圧レベルの可変は、高周波チョークコイルLSの巻線N10の巻数についての切り換えを行うことによっても可能である。
If the number of turns of the tertiary winding N3 changes in this way, the inductance value of the tertiary winding N3 changes according to the difference in the number of turns, and accordingly, the alternating voltage level to be fed back to the rectified current path Will also change.
As the number of turns of the tertiary winding N3 increases in the AC200V system as described above, the alternating voltage level fed back to the rectified current path increases as the inductance value increases. Depending on this, since the energy fed back in the power factor correction circuit 3 increases, a higher power factor can be obtained.
That is, when the number of turns of the tertiary winding N3 is the same for the AC 100V system and the 200V system, the power factor of the AC 200V system is lower. This characteristic is improved by switching the number of turns by the relay switch S2.
The alternating voltage level fed back to the power factor correction circuit 3 can be changed by switching the number of turns of the winding N10 of the high frequency choke coil LS.

以上で説明した本実施の形態のスイッチング電源回路の構成によっては、例えば先の図10,11に示した回路と同様にしてワイドレンジ対応でありながら、商用交流電源ACから直流入力電圧(整流平滑電圧Ei)を生成する整流回路系について、整流動作の切り換えを行う構成を採る必要はなくなるものとなる。
そして、これによっては、図1にも示されるように整流回路の構成を通常の全波整流回路とすることが可能となり、従って、直流入力電圧生成用の平滑コンデンサとしては1本でよいことになる。
つまり、このように直流入力電圧生成用の平滑コンデンサの本数を減らすことができることにより、回路製造コストの削減、及び回路基板面積の削減が図られる。
Depending on the configuration of the switching power supply circuit of the present embodiment described above, for example, the DC input voltage (rectified and smoothed) is supplied from the commercial AC power supply AC while being compatible with a wide range in the same manner as the circuits shown in FIGS. The rectifier circuit system that generates the voltage Ei) does not need to adopt a configuration for switching the rectification operation.
As a result, the configuration of the rectifier circuit can be a normal full-wave rectifier circuit as shown in FIG. 1, and therefore only one smoothing capacitor for generating the DC input voltage is required. Become.
That is, since the number of smoothing capacitors for generating the DC input voltage can be reduced in this way, the circuit manufacturing cost and the circuit board area can be reduced.

また、上記のようにして整流動作切り換えのための構成が不要となれば、先の図10、11に示した、このような整流動作切り換えのためのリレースイッチS10も不要とすることができる。
本例では、このようなリレースイッチS10の代わりとして、絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1の巻数、及び三次巻線N3の巻数切り換えのためのリレースイッチS1、リレースイッチS2が備えられるが、これらのスイッチとしては、平滑コンデンサCiへの突入電流が流れる経路には挿入されないものとすることができる。
これによっては、図10,11に示したリレースイッチS10のように、突入電流対策のためにリレーRLの接点容量を高く設定する必要がなくなり、これに伴って構成部品としても安価な部品を使用することが可能となって回路コストの削減を図ることができる。
Further, if the configuration for switching the rectifying operation is not necessary as described above, the relay switch S10 for switching the rectifying operation shown in FIGS.
In this example, instead of such a relay switch S10, a relay switch S1 and a relay switch S2 for switching the number of turns of the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT and the number of turns of the tertiary winding N3 are provided. This switch may not be inserted in a path through which an inrush current flows into the smoothing capacitor Ci.
Depending on this, there is no need to set the contact capacity of the relay RL high as a countermeasure against the inrush current as in the relay switch S10 shown in FIGS. 10 and 11, and accordingly, inexpensive components are used as components. Therefore, the circuit cost can be reduced.

また、上記のようにして、ワイドレンジ対応のための整流動作切り換えの構成が不要となることによっては、電圧帰還方式による力率改善回路3の構成としてもその自由度を確保することができる。
例えば、電圧帰還方式による力率改善時に必要となるフィルタコンデンサCNとしては、図1にも示したように、従来のようにして商用交流電源ACのラインに並列に挿入する必要はなくなり、これによってフィルタコンデンサCNの耐圧を低減することが可能となる。
例えば、図1の回路のようにブリッジ整流回路Diと平滑コンデンサCiとの間に挿入した場合、フィルタコンデンサCNとしては1μF/200Vの耐圧品を選定することができ、図10、11に示した回路が備える250V耐圧品よりも安価な素子を用いることが可能となる。つまり、これによっても回路製造コストの削減を図ることができる。
Further, as described above, since the configuration of switching the rectifying operation for wide range is not required, the flexibility of the configuration of the power factor improvement circuit 3 by the voltage feedback method can be ensured.
For example, as shown in FIG. 1, the filter capacitor CN required for power factor improvement by the voltage feedback method does not need to be inserted in parallel with the line of the commercial AC power supply AC as in the prior art. It becomes possible to reduce the breakdown voltage of the filter capacitor CN.
For example, when it is inserted between the bridge rectifier circuit Di and the smoothing capacitor Ci as in the circuit of FIG. 1, a 1 μF / 200V withstand voltage product can be selected as the filter capacitor CN, as shown in FIGS. It is possible to use an element that is cheaper than the 250V withstand voltage product included in the circuit. That is, this can also reduce the circuit manufacturing cost.

さらに、電圧帰還方式による力率改善時に必要となる高速リカバリ型ダイオードとしても、本例の場合はブリッジ整流回路Diに組み込む必要がなくなり、このような高速リカバリ型ダイオードは、図1のダイオードD10として示されるように整流電流経路中の他の部分に対して挿入することができる。
これによって、この場合の高速リカバリ型によるダイオードD10としては、例えば図10、11の回路の場合のように電源投入時の突入電流30Aを保証する必要はなくなり、より低耐電流/低耐圧品となる安価な素子を選定することができる。
なお、図1の回路の場合、このようなダイオードD10としては3A/400V品を選定するものとした。
Further, even in the case of this example, it is not necessary to incorporate the high-speed recovery type diode required for power factor improvement by the voltage feedback method into the bridge rectifier circuit Di. Such a high-speed recovery type diode is designated as the diode D10 in FIG. It can be inserted relative to other parts in the rectified current path as shown.
As a result, in the fast recovery type diode D10 in this case, it is not necessary to guarantee the inrush current 30A when the power is turned on as in the case of the circuits of FIGS. 10 and 11, for example. An inexpensive element can be selected.
In the case of the circuit of FIG. 1, a 3A / 400V product is selected as such a diode D10.

さらに、上記のようにブリッジ整流回路Diに高速リカバリ型ダイオードを組み込む必要がなくなることによっては、ブリッジ整流回路Diとして市販品を用いることが可能となり、これによっても部品点数を低減して回路コストの削減を図ることができるようになる。   Furthermore, since it is not necessary to incorporate a high-speed recovery type diode in the bridge rectifier circuit Di as described above, it becomes possible to use a commercial product as the bridge rectifier circuit Di, which also reduces the number of components and reduces the circuit cost. Reduction can be achieved.

また、本実施の形態の電源回路においては、一次巻線N1の巻数切り換えのためにリレー切換回路5が備えられているのであるが、このリレー切換回路5は、例えば商用交流電源ACの瞬時停電や低下などによって、誤動作する可能性がある。特に、AC200V系の入力時において誤動作して、一次巻線N1として一次巻線部N1Aのみが有効となるように巻線切り換えを行うと、AC200V系が入力されているのにかかわらず、AC100V系に対応する定電圧制御動作モードとなってしまい、回路部品に過電流が流れたり、過電圧が加わったりする可能性がある。
しかしながら、前述したように、本実施の形態における発振・ドライブ回路2は、保護回路2aを備えている。このために、リレー切換回路5が誤動作を生じたとしても、保護回路2aによる保護動作がはたらき、電源回路の構成部品が破壊に至ることは防止される。従って、本実施の形態としても、電源回路の構成部品について高耐圧品を選定する必要はないことになる。また、誤動作回避のためにスタンバイ電源側の直流入力電圧を検出する必要もなくなる。さらに、このような本実施の形態の電源回路によれば、スタンバイ電源を備えない電子機器に対しても採用することが可能となる。
In the power supply circuit of the present embodiment, the relay switching circuit 5 is provided for switching the number of turns of the primary winding N1, and this relay switching circuit 5 is, for example, an instantaneous power failure of the commercial AC power supply AC. There is a possibility of malfunction due to or degradation. In particular, when the AC200V system is malfunctioned and the winding is switched so that only the primary winding N1A is effective as the primary winding N1, the AC100V system is input regardless of the AC200V system being input. Therefore, there is a possibility that an overcurrent flows through the circuit components or an overvoltage is applied.
However, as described above, the oscillation / drive circuit 2 in the present embodiment includes the protection circuit 2a. For this reason, even if the relay switching circuit 5 malfunctions, the protection operation by the protection circuit 2a works and the components of the power supply circuit are prevented from being destroyed. Therefore, even in this embodiment, it is not necessary to select a high withstand voltage product for the components of the power supply circuit. Further, it is not necessary to detect the DC input voltage on the standby power supply side in order to avoid malfunction. Furthermore, according to such a power supply circuit of the present embodiment, it can be adopted even for an electronic device that does not include a standby power supply.

続いては、図5の回路図に、本発明における第2の実施の形態としてのスイッチング電源回路の構成例について示す。
第2の実施の形態のスイッチング電源回路としては、図1の回路の構成に基づいた上で、先の図11に示した回路と同様にして電圧帰還用トランスVFTを用いて力率の改善を図る、力率改善回路4を備えるようにしたものである。
なお、この図5において、既に図1にて説明した部分については同一の符号を付して説明を省略する。
Next, a configuration example of a switching power supply circuit according to the second embodiment of the present invention is shown in the circuit diagram of FIG.
The switching power supply circuit according to the second embodiment is based on the circuit configuration of FIG. 1 and improves the power factor using the voltage feedback transformer VFT in the same manner as the circuit shown in FIG. A power factor correction circuit 4 is provided.
In FIG. 5, parts already described in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

先ず、この場合の力率改善回路4において、電圧帰還用トランスVFTは、この場合も一次側に一次巻線N4、二次側に二次巻線N5を巻装して成る。そして、上記一次巻線N4は、一次側共振コンデンサC1とその一端が接続されることで、一次側スイッチング出力が得られるようになっている。さらに、上記二次巻線N5には、このように一次巻線N4に得られたスイッチング出力に応じた交番電圧が励起される。   First, in the power factor correction circuit 4 in this case, the voltage feedback transformer VFT is also formed by winding the primary winding N4 on the primary side and the secondary winding N5 on the secondary side. The primary winding N4 is configured such that a primary side switching output is obtained by connecting the primary side resonance capacitor C1 and one end thereof. Further, an alternating voltage corresponding to the switching output obtained in the primary winding N4 is excited in the secondary winding N5.

この場合、電圧帰還用トランスVFTの一次巻線N4、二次巻線N5は、それぞれタップ出力が施されたことで、それぞれ一次巻線部N4A、一次巻線N4B、二次巻線部N2A、二次巻線部N2Bの2つの巻線部が形成される。そして、これら一次巻線N4、二次巻線N5には、それぞれその巻数の切り換えを行うためのリレースイッチS1、リレースイッチS2が設けられている。   In this case, the primary winding N4 and the secondary winding N5 of the voltage feedback transformer VFT are respectively subjected to tap output, so that the primary winding portion N4A, the primary winding N4B, the secondary winding portion N2A, Two winding portions of the secondary winding portion N2B are formed. The primary winding N4 and the secondary winding N5 are respectively provided with a relay switch S1 and a relay switch S2 for switching the number of turns.

この場合、上記一次巻線N4の一次巻線部N4Aは、一方の端部が一次側共振コンデンサC1と接続され、他端がリレースイッチS1の端子t2と接続される。また、上記一次巻線部N4Bの一端は、上記一次巻線部N4Aの他端と接続されるようにしてリレースイッチS1の端子t2に対して接続される。さらに、一次巻線部N4Bの他端はリレースイッチS1の端子t3と接続される。
そして、リレースイッチS1の端子t1は、絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1における、一次側アースと接地しない側の端部と接続される。
In this case, the primary winding N4A of the primary winding N4 has one end connected to the primary side resonance capacitor C1 and the other end connected to the terminal t2 of the relay switch S1. One end of the primary winding portion N4B is connected to the terminal t2 of the relay switch S1 so as to be connected to the other end of the primary winding portion N4A. Further, the other end of the primary winding portion N4B is connected to the terminal t3 of the relay switch S1.
Terminal t1 of relay switch S1 is connected to the end of primary winding N1 of insulating converter transformer PIT that is not grounded with the primary side ground.

また、上記二次巻線部N5Aの一端は、フィルタコンデンサCNと平滑コンデンサCiとの接続点に対して接続され、その他端は、リレースイッチS2の端子t2と接続される。また、上記二次巻線部N5Bの一端は上記二次巻線部N5Aの他端と接続されるようにしてリレースイッチS2の端子t2と接続され、二次巻線部N5Bの他端はリレースイッチS2の端子t3と接続される。さらに、リレースイッチS2の端子t1はダイオードD10のカソードに対して接続される。   One end of the secondary winding N5A is connected to the connection point between the filter capacitor CN and the smoothing capacitor Ci, and the other end is connected to the terminal t2 of the relay switch S2. One end of the secondary winding portion N5B is connected to the terminal t2 of the relay switch S2 so as to be connected to the other end of the secondary winding portion N5A, and the other end of the secondary winding portion N5B is a relay. Connected to terminal t3 of switch S2. Further, the terminal t1 of the relay switch S2 is connected to the cathode of the diode D10.

この場合も、上記リレースイッチS1、S2としては、リレー切換回路5の動作に基づいて、図1の場合と同様の動作を行うように構成されている。
つまり、AC100V系時に対応しては、リレースイッチS1、S2で共に端子t2が選択され、一次巻線N4、二次巻線N5ではそれぞれ一次巻線部N4A、二次巻線部N5Aが有効となる状態が得られる。そして、AC200V系に対応しては端子t3が選択され、一次巻線N4、二次巻線N5の全体の巻数が有効となるように切換が行われるものとなる。
従って、この場合もAC200V系時に対応しては、一次巻線N4、二次巻線N5で共にその巻数が増加するように切換が行われるものである。なお、この場合は、後にも示すように巻数が増加してもこれら一次巻線N4と二次巻線N5との巻線比は変化しないように配慮されている。
Also in this case, the relay switches S1 and S2 are configured to perform the same operation as in FIG. 1 based on the operation of the relay switching circuit 5.
That is, for the AC 100V system, the relay switch S1 and S2 both select the terminal t2, and the primary winding N4A and the secondary winding N5A are effective in the primary winding N4 and the secondary winding N5, respectively. Is obtained. Then, the terminal t3 is selected corresponding to the AC200V system, and switching is performed so that the total number of turns of the primary winding N4 and the secondary winding N5 becomes effective.
Therefore, also in this case, in response to the AC 200V system, switching is performed so that the number of turns increases in both the primary winding N4 and the secondary winding N5. In this case, as will be described later, it is considered that the winding ratio between the primary winding N4 and the secondary winding N5 does not change even if the number of turns increases.

上記構成による力率改善回路4を備える第2の実施の形態の電源回路では、電圧帰還用トランスVFTの一次巻線N4と二次巻線N5の磁気結合を介して、整流電流経路に一次側スイッチング出力が電圧帰還される。
そして、この場合も、このように電圧帰還される高周波成分に基づいて、高速リカバリ型によるダイオードD10が断続され、この結果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への充電電流を流すことができる。これに伴い、交流入力電流IACの導通角が拡大されて、力率の改善が図られるものである。
In the power supply circuit of the second embodiment including the power factor correction circuit 4 having the above configuration, the primary side is connected to the rectification current path through the magnetic coupling of the primary winding N4 and the secondary winding N5 of the voltage feedback transformer VFT. The switching output is voltage fed back.
Also in this case, the fast recovery type diode D10 is intermittently based on the high-frequency component that is voltage-feedback in this way, and as a result, the rectified output voltage level is lower than the voltage across the smoothing capacitor Ci. In addition, the charging current to the smoothing capacitor Ci can flow. Along with this, the conduction angle of the AC input current IAC is expanded, and the power factor is improved.

また、図5に示した回路において、上記のようにリレースイッチS1により電圧帰還用トランスVFTの一次巻線N4の巻数が切り換えられることによっては、これに応じてリーケージインダクタンスL1のレベルも変化することとなる。
つまりこの場合、絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1と直列接続された上記一次巻線N4のインダクタンス成分は、等価的に絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1のリーケージインダクタンス成分とみることができることから、上記一次巻線N4の巻数の増加によっては、リーケージインダクタンスL1も増加するものとなる。
このことから、上記説明のようにAC200V系時に対応して一次巻線N4の巻数を増加させて、AC200V系時のリーケージインダクタンスL1を増加させる図5の回路としても、図1の場合と同様の動作を得ることができる。すなわち、このようなリーケージインダクタンスL1の変化により、先の図2に示したようなAC200系時での必要制御範囲Δfs2の設定を行い、これによってこの必要制御範囲Δfs2とAC100V系時での必要制御範囲Δfs1とを、スイッチング周波数の最大可変範囲内とすることができるものである。
そして、この結果、スイッチング周波数制御での安定化動作によりワイドレンジ対応化を図る構成が実現されるものである。
Further, in the circuit shown in FIG. 5, when the number of turns of the primary winding N4 of the voltage feedback transformer VFT is switched by the relay switch S1 as described above, the level of the leakage inductance L1 also changes accordingly. It becomes.
That is, in this case, the inductance component of the primary winding N4 connected in series with the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT can be equivalently viewed as the leakage inductance component of the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT. As the number of turns of the primary winding N4 increases, the leakage inductance L1 also increases.
Therefore, as described above, the circuit of FIG. 5 in which the number of turns of the primary winding N4 is increased corresponding to the AC 200V system and the leakage inductance L1 in the AC 200V system is increased, is the same as in the case of FIG. You can get action. That is, the required control range Δfs2 in the AC200 system as shown in FIG. 2 is set by the change in the leakage inductance L1, and accordingly, the required control range Δfs2 and the required control in the AC100V system are set. The range Δfs1 can be set within the maximum variable range of the switching frequency.
As a result, a configuration for realizing a wide range is realized by the stabilizing operation in the switching frequency control.

図6,図7は、このような第2の実施の形態の電源回路の特性として、AC→DC電力変換効率(ηAC-DC)、力率PF、直流入力電圧Eiの変動幅ΔEiの各特性について示している。
この場合も、図6では、負荷電力Po=100W〜0Wの変動に対するAC→DC電力変換効率(ηAC-DC)、力率PF、直流入力電圧Eiの変動幅ΔEiの各特性について示し、図7では、交流入力電圧VAC=85V〜288Vの変動に対するAC→DC電力変換効率(ηAC-DC)、力率PF、直流入力電圧Eiの変動幅ΔEiの各特性について示している。
また、この場合も各特性について、図6では交流入力電圧VAC=100Vで一定とした場合の結果を実線により示し、交流入力電圧VAC=230Vで一定とした場合の結果を破線により示す。また、図7の場合はAC100V系時の特性を実線、AC200V系時に対応する特性を破線により示している。
6 and 7 show the characteristics of the power supply circuit according to the second embodiment, such as AC → DC power conversion efficiency (ηAC-DC), power factor PF, and fluctuation range ΔEi of DC input voltage Ei. Shows about.
Also in this case, FIG. 6 shows characteristics of AC → DC power conversion efficiency (ηAC-DC), power factor PF, and fluctuation range ΔEi of DC input voltage Ei with respect to fluctuations in load power Po = 100 W to 0 W, and FIG. FIG. 4 shows characteristics of AC → DC power conversion efficiency (ηAC−DC), power factor PF, and fluctuation range ΔEi of DC input voltage Ei with respect to fluctuations of AC input voltage VAC = 85V to 288V.
Also in this case, for each characteristic, in FIG. 6, the result when the AC input voltage VAC = 100 V is constant is shown by a solid line, and the result when the AC input voltage VAC = 230 V is constant is shown by a broken line. In the case of FIG. 7, the characteristics for the AC 100 V system are indicated by a solid line, and the characteristics corresponding to the AC 200 V system are indicated by a broken line.

なお、図5の回路としては、これらの図に示される実験結果を得るにあたり、各部を以下のように選定するものとした。
・絶縁コンバータトランスPIT EER−28のフェライト磁芯、ギャップ長G=0.9mm、
一次巻線N1=35T(ターン)
二次巻線N2=20T(10T+10T)
・電圧帰還用トランスVFT EER−28のフェライト磁芯、ギャップ長G=0.9mm、
一次巻線N4=一次巻線部N4A+一次巻線部N4B=18T+18T
二次巻線N5=二次巻線部N5A+二次巻線部N5B=18T+18T
・一次側共振コンデンサC1=0.039μF
・フィルタコンデンサCN=1μF/200V
・ダイオードD10=3A/400V
As for the circuit of FIG. 5, in order to obtain the experimental results shown in these figures, each part is selected as follows.
-Ferrite core of insulation converter transformer PIT EER-28, gap length G = 0.9 mm,
Primary winding N1 = 35T (turn)
Secondary winding N2 = 20T (10T + 10T)
-Voltage feedback transformer VFT EER-28 ferrite core, gap length G = 0.9 mm,
Primary winding N4 = Primary winding portion N4A + Primary winding portion N4B = 18T + 18T
Secondary winding N5 = secondary winding portion N5A + secondary winding portion N5B = 18T + 18T
・ Primary resonance capacitor C1 = 0.039μF
・ Filter capacitor CN = 1μF / 200V
・ Diode D10 = 3A / 400V

これらの図に示されるように、第2の実施の形態の電源回路の場合、負荷電力Po=100W時におけるAC→DC電力変換効率(ηAC-DC)は、交流入力電圧VAC=100V時でηAC-DC=90.0%、交流入力電圧VAC=230V時でηAC-DC=85.0%となる。   As shown in these figures, in the case of the power supply circuit of the second embodiment, the AC → DC power conversion efficiency (ηAC-DC) at the load power Po = 100 W is ηAC at the AC input voltage VAC = 100V. When dc = 90.0% and AC input voltage VAC = 230V, ηAC−DC = 85.0%.

また、直流入力電圧Eiの変動幅ΔEiについては、交流入力電圧VAC=100V時、負荷電力Po=100W〜0Wの変動に対して、ΔEi=19Vとなる結果が得られている。さらに、交流入力電圧VAC=230V時の変動幅ΔEiは、同じく負荷電力Po=100W〜0Wの変動に対してΔEi=45Vとなっている。   Regarding the fluctuation range ΔEi of the DC input voltage Ei, a result is obtained that ΔEi = 19V with respect to the fluctuation of the load power Po = 100 W to 0 W when the AC input voltage VAC = 100V. Further, the fluctuation range ΔEi when the AC input voltage VAC = 230 V is ΔEi = 45 V with respect to the fluctuation of the load power Po = 100 W to 0 W.

また、力率PFについては、交流入力電圧VAC=100V、負荷電力Po=100Wの条件でPF=0.83となり、交流入力電圧VAC=230V、負荷電力Po=100Wの条件ではPF=0.84となる結果が得られている。   The power factor PF is PF = 0.83 under the condition of AC input voltage VAC = 100 V and load power Po = 100 W, and PF = 0.84 under the conditions of AC input voltage VAC = 230 V and load power Po = 100 W. The result is obtained.

なお、この場合も上記のようにAC100V系とAC200V系とで同等の力率が得られているのは、電圧帰還用トランスVFTの一次巻線N4,二次巻線N5の巻数の切換を行うようにしたことによる。
つまり、この場合は電圧帰還用トランスVFTの一次巻線N4,二次巻線N5の巻数の切換により、AC200V系時の電圧帰還量を増加させて、AC200V系時における力率の向上を図るようにしているものである。
In this case as well, the same power factor is obtained in the AC100V system and the AC200V system as described above because the number of turns of the primary winding N4 and the secondary winding N5 of the voltage feedback transformer VFT is switched. By doing so.
That is, in this case, by switching the number of turns of the primary winding N4 and the secondary winding N5 of the voltage feedback transformer VFT, the amount of voltage feedback in the AC200V system is increased to improve the power factor in the AC200V system. It is what you are doing.

ここで、次の図8、図9には、各実施の形態の電源回路の変形例の構成について示しておく。
これらの図において、図8は、第1の実施の形態の回路構成を基とした場合の変形例について示し、図9では第2の実施の形態の回路を基とした場合の変形例の構成について示している。
実施の形態の変形例としては、リレースイッチS1の端子切換に応じ、一次側のリーケージインダクタンスL1だけでなく、一次側直列共振回路自体の切換を行うようにするものである。
Here, FIGS. 8 and 9 show a configuration of a modified example of the power supply circuit according to each embodiment.
In these drawings, FIG. 8 shows a modification example based on the circuit configuration of the first embodiment, and FIG. 9 shows a modification example configuration based on the circuit of the second embodiment. Shows about.
As a modification of the embodiment, not only the primary side leakage inductance L1 but also the primary side series resonance circuit itself is switched in accordance with the terminal switching of the relay switch S1.

このための構成として、先ず図8の場合では、リレースイッチS1の端子t2と一次巻線N1の分割点との間に、一方の一次側直列共振回路を構成するためのキャパシタンスとして、一次側共振コンデンサC1aを挿入するものとしている。
また、リレースイッチS1の端子t3と一次巻線N1の端部との間には、他方の一次側直列共振回路を構成するためのキャパシタンスとして、一次側共振コンデンサC1bを挿入するものとしている。
つまり、このような構成によれば、AC100V系時に対応して一次巻線N1Aのみが有効となる場合には、この一次巻線部N1Aと一次巻側共振コンデンサC1aとによる一次側直列共振回路が形成されるものとなる。また、AC200V系時に対応して一次巻線N1全体が有効となる場合には、一次巻線N1全体と一次側共振コンデンサC1bとによる一次側直列共振回路が形成されるものである。
As a configuration for this, first, in the case of FIG. 8, the primary side resonance is used as a capacitance for forming one primary side series resonance circuit between the terminal t2 of the relay switch S1 and the dividing point of the primary winding N1. It is assumed that a capacitor C1a is inserted.
Also, a primary side resonance capacitor C1b is inserted between the terminal t3 of the relay switch S1 and the end of the primary winding N1 as a capacitance for forming the other primary side series resonance circuit.
That is, according to such a configuration, when only the primary winding N1A is effective corresponding to the AC100V system, the primary side series resonance circuit by the primary winding portion N1A and the primary winding side resonance capacitor C1a is provided. It will be formed. Further, when the entire primary winding N1 becomes effective corresponding to the AC 200V system, a primary side series resonant circuit is formed by the entire primary winding N1 and the primary side resonance capacitor C1b.

その上で、この場合は、上記のようにAC100V系時とAC200V系時に形成される直列共振回路について、その共振周波数を同一の値に設定するものとしている。
つまりこの場合は、一次巻線N1の巻数と共に一次側共振コンデンサC1のキャパシタンスも切り換えるように構成したことから、リーケージインダクタンスL1についての切換を行うことが可能となる上で、このときのC1a、C1bのキャパシタンスの設定により、2つの共振回路の共振周波数を同一の値に設定することが可能となるものである。
In addition, in this case, the resonance frequency is set to the same value for the series resonant circuit formed in the AC 100V system and the AC 200V system as described above.
That is, in this case, since the capacitance of the primary side resonance capacitor C1 is switched together with the number of turns of the primary winding N1, the leakage inductance L1 can be switched, and C1a and C1b at this time can be switched. By setting the capacitance, the resonance frequencies of the two resonance circuits can be set to the same value.

これによっては、リーケージインダクタンスL1についての切換により、図1の場合と同様に、例えばAC200V系時における二次側直流出力電圧Eoについての変動曲線(図2参照)を変化させることができる。その上で、この場合は上記のようにAC100V系時とAC200V系時とで、一次側直列共振回路の共振周波数を同一の値とすることができるので、図2に示したような二次側直流出力電圧Eoについての変動曲線を、AC100V系時とAC200V系時とでほぼ一致させることができるようになる。
そして、このようにAC100V系時とAC200V系時とで二次側直流出力電圧Eoについての変動曲線を一致させることができることにより、AC100V系と200V系時とでの必要制御範囲Δfs1、Δfs2を、スイッチング周波数の最大範囲内においてほぼ同一の範囲とすることができるようになる。
これによっては、例えばAC100V系時とAC200V系時とで必要となるスイッチング周波数制御範囲を、図1の場合よりもさらに狭く設定することが可能となり、例えばスイッチング周波数の最大可変範囲の狭いスイッチング電源回路により有利となる等のメリットがある。
As a result, by switching the leakage inductance L1, for example, the variation curve (see FIG. 2) for the secondary side DC output voltage Eo in the AC 200V system can be changed as in the case of FIG. In addition, in this case, since the resonance frequency of the primary side series resonance circuit can be set to the same value in the AC100V system and the AC200V system as described above, the secondary side as shown in FIG. The fluctuation curve for the DC output voltage Eo can be made to substantially coincide between the AC 100 V system and the AC 200 V system.
Since the fluctuation curves for the secondary DC output voltage Eo can be matched between the AC100V system and the AC200V system in this way, the necessary control ranges Δfs1 and Δfs2 for the AC100V system and the 200V system can be obtained. Within the maximum range of the switching frequency, substantially the same range can be achieved.
This makes it possible to set the switching frequency control range required for, for example, the AC100V system and the AC200V system to be narrower than in the case of FIG. 1, for example, a switching power supply circuit having a narrow maximum switching frequency range. There are advantages such as being more advantageous.

また、図9の場合も同様に、リレースイッチS1の端子t2と、電圧帰還用トランスVFTの一次巻線N4の分割点との間、及び端子t3と一次巻線N4の端部との間に、それぞれ一次側共振コンデンサC1a、C1bを挿入して、AC100/200V系時で別の一次側直列共振回路が形成されるようにしている。
そして、このような構成とすることによって、この場合も図8の場合と同様、AC100/200V系時でリーケージインダクタンスL1についての切換を可能とした上で、同一の共振周波数の設定が可能となるようにしている。
つまり、このような図9の回路においても、AC100V系と200V系時とでの必要制御範囲Δfs1、Δfs2を、スイッチング周波数の最大範囲内においてほぼ同一の範囲とすることができるものである。
Similarly, in the case of FIG. 9, between the terminal t2 of the relay switch S1 and the dividing point of the primary winding N4 of the voltage feedback transformer VFT, and between the terminal t3 and the end of the primary winding N4. The primary side resonance capacitors C1a and C1b are inserted, respectively, so that another primary side series resonance circuit is formed in the AC 100 / 200V system.
By adopting such a configuration, in this case as well as in the case of FIG. 8, it is possible to set the same resonance frequency while enabling switching of the leakage inductance L1 in the AC100 / 200V system. I am doing so.
That is, in the circuit of FIG. 9 as well, the necessary control ranges Δfs1 and Δfs2 in the AC 100V system and the 200V system can be made substantially the same range within the maximum switching frequency range.

また、これら図8、9に示す変形例としては、共にダイオードD10を省略し、高速リカバリ型ダイオードをブリッジ整流回路Diに組み込むものとしている。また、フィルタコンデンサCNは、それぞれ図示するように商用交流電源ACのラインに並列に挿入するものとしている。
このような構成とすれば、力率改善のために必要な追加部品は、図8の回路の場合では実質的に高周波チョークコイルLSのみとすることができる。また、図9の回路の場合では、電圧帰還用トランスVFTのみとすることができるようになる。
Further, in the modified examples shown in FIGS. 8 and 9, both the diode D10 is omitted and a fast recovery type diode is incorporated in the bridge rectifier circuit Di. The filter capacitor CN is inserted in parallel with the line of the commercial AC power supply AC as shown in the figure.
With such a configuration, the additional components necessary for improving the power factor can be substantially only the high-frequency choke coil LS in the case of the circuit of FIG. In the case of the circuit of FIG. 9, only the voltage feedback transformer VFT can be provided.

なお、本発明としては上記した実施の形態としての構成に限定される必要はない。
例えば、図5の回路では、リーケージインダクタンスL1の切換について、電圧帰還用トランスVFTの一次巻線N4の巻数を切り換えるように構成したが、図1の回路の場合と同様に絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1の巻数を切り換えるように構成されてもよい。
The present invention is not necessarily limited to the configuration as the above-described embodiment.
For example, in the circuit of FIG. 5, the number of turns of the primary winding N4 of the voltage feedback transformer VFT is switched for switching the leakage inductance L1, but the primary of the insulating converter transformer PIT is similar to the case of the circuit of FIG. The number of turns of the winding N1 may be switched.

また、図1に示す構成では、一次側共振コンデンサC1を介してスイッチング素子Q1,Q2のスイッチング出力点に対して接続する側の端部選択を行うことで、一次巻線N1の巻数の切り換えを行うようにしているが、これとは逆に、他方の一次側アースに接続すべき側の一次巻線N1の端部の選択を行って、一次巻線N1の巻数の切り換えを行う構成としても構わない。また、図5の回路の場合では、一次巻線N4について、一次側共振コンデンサC1側の端部について選択を行うようにされてもよい。   Further, in the configuration shown in FIG. 1, the number of turns of the primary winding N1 is switched by selecting the end of the side connected to the switching output point of the switching elements Q1, Q2 via the primary side resonance capacitor C1. On the contrary, the end of the primary winding N1 on the side to be connected to the other primary side ground is selected to switch the number of turns of the primary winding N1. I do not care. In the case of the circuit of FIG. 5, the primary winding N4 may be selected for the end portion on the primary side resonance capacitor C1 side.

また、これまでの説明からも理解されるように、一次巻線N1、又は一次巻線N4について、どのような巻数設定により切り換えを行うのかについては、例えば二次側直流出力電圧Eoについての安定化レベルや、負荷条件等に応じて適宜適切な数値が選択されるべきでものであり、実施の形態として例示した巻数の値に限定されるべきでない。   Further, as understood from the above description, the number of turns for the primary winding N1 or the primary winding N4 is set according to, for example, the stability of the secondary side DC output voltage Eo. An appropriate numerical value should be selected as appropriate according to the conversion level, load condition, and the like, and should not be limited to the value of the number of turns exemplified as the embodiment.

また、一次巻線N1、N4の巻数切り換えには、電磁リレーを用いているが、例えば電子スイッチなどを備えるスイッチ回路を採用するなど、他の巻数切り換えのための構成が採られてよい。   In addition, an electromagnetic relay is used for switching the number of turns of the primary windings N1 and N4. However, other configurations for switching the number of turns may be adopted, for example, a switch circuit including an electronic switch may be employed.

また、例えばスイッチング素子としては、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)など、他励式に使用可能な素子であれば、また、先に説明した各部品素子の定数なども、実際の条件等に応じて変更されて構わない。また、例えば絶縁コンバータトランスPITの二次側において二次側直流出力電圧を生成するための回路構成としても、適宜変更されて構わない。
さらには、本発明としてのワイドレンジ対応の構成は、自励式による共振形コンバータにも適用することは可能である。
In addition, for example, as a switching element, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or the like that can be used by another excitation type, the constants of each component element described above are also changed according to actual conditions. It does not matter. Further, for example, the circuit configuration for generating the secondary side DC output voltage on the secondary side of the insulating converter transformer PIT may be appropriately changed.
Furthermore, the wide-range configuration according to the present invention can be applied to a self-excited resonance type converter.

本発明における第1の実施の形態としてのスイッチング電源回路の構成例について示す回路図である。It is a circuit diagram shown about the structural example of the switching power supply circuit as 1st Embodiment in this invention. 二次側直流出力電圧についての定電圧制御特性を、スイッチング周波数と二次側直流出力電圧のレベルとの関係により例示的に示した図である。It is the figure which showed illustratively the constant voltage control characteristic about a secondary side DC output voltage by the relationship between a switching frequency and the level of a secondary side DC output voltage. 第1の実施の形態の電源回路の負荷変動に対するAC→DC電力変換効率、力率、直流入力電圧の変動幅の各特性についての特性図である。It is a characteristic view about each characteristic of the fluctuation range of AC-> DC power conversion efficiency with respect to the load fluctuation of the power supply circuit of 1st Embodiment, a power factor, and DC input voltage. 第1の実施の形態の電源回路の交流入力電圧の変動に対するAC→DC電力変換効率、力率、直流入力電圧の変動幅の各特性についての特性図である。It is a characteristic view about each characteristic of the AC-> DC power conversion efficiency with respect to the fluctuation | variation of the alternating current input voltage of the power supply circuit of 1st Embodiment, a power factor, and the fluctuation width of a direct current input voltage. 本発明における第2の実施の形態としてのスイッチング電源回路の構成例について示す回路図である。It is a circuit diagram shown about the structural example of the switching power supply circuit as 2nd Embodiment in this invention. 第2の実施の形態の電源回路の負荷変動に対するAC→DC電力変換効率、力率、直流入力電圧の変動幅の各特性についての特性図である。It is a characteristic view about each characteristic of the fluctuation range of AC-> DC power conversion efficiency with respect to the load fluctuation of the power supply circuit of 2nd Embodiment, a power factor, and DC input voltage. 第2の実施の形態の電源回路の交流入力電圧の変動に対するAC→DC電力変換効率、力率、直流入力電圧の変動幅の各特性についての特性図である。It is a characteristic view about each characteristic of the AC-> DC power conversion efficiency with respect to the fluctuation | variation of the alternating current input voltage of the power supply circuit of 2nd Embodiment, a power factor, and the fluctuation range of a direct current input voltage. 第1の実施の形態の変形例について示す回路図である。It is a circuit diagram shown about the modification of 1st Embodiment. 第2の実施の形態の変形例について示す回路図である。It is a circuit diagram shown about the modification of 2nd Embodiment. 電圧帰還方式により力率の改善を図るワイドレンジ対応のスイッチング電源回路の、従来例としての構成を示した回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of a conventional example of a wide range compatible switching power supply circuit that improves power factor by a voltage feedback method. 電圧帰還方式により力率の改善を図るワイドレンジ対応のスイッチング電源回路の、従来例としての他の構成を示した回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram showing another configuration of a conventional switching power supply circuit for a wide range in which a power factor is improved by a voltage feedback method.

符号の説明Explanation of symbols

1 制御回路、2 発振・ドライブ回路、2a 保護回路、3、4 力率改善回路、5 リレー切換回路、Di ブリッジ整流回路、Ci 平滑コンデンサ、Q1,Q2 スイッチング素子、PIT 絶縁コンバータトランス、C1 一次側共振コンデンサ、Cp 部分共振コンデンサ、N1 一次巻線、NIA、N1B 一次巻線部、N2 二次巻線、N3 三次巻線、RL リレー、S1,S2 リレースイッチ、D10 ダイオード、CN フィルタコンデンサ、LS 高周波チョークコイル、N10 巻線、VFT 電圧帰還用トランス、N4 一次巻線、N4A、N4B、一次巻線部、N5 二次巻線、N5A、N5B 二次巻線部   1 control circuit, 2 oscillation / drive circuit, 2a protection circuit, 3, 4 power factor correction circuit, 5 relay switching circuit, Di bridge rectifier circuit, Ci smoothing capacitor, Q1, Q2 switching element, PIT isolation converter transformer, C1 primary side Resonance capacitor, Cp partial resonance capacitor, N1 primary winding, NIA, N1B primary winding, N2 secondary winding, N3 tertiary winding, RL relay, S1, S2 relay switch, D10 diode, CN filter capacitor, LS high frequency Choke coil, N10 winding, VFT voltage feedback transformer, N4 primary winding, N4A, N4B, primary winding, N5 secondary winding, N5A, N5B secondary winding

Claims (6)

入力された商用交流電源の等倍に対応するレベルの整流平滑電圧を生成する整流平滑電圧生成手段と、
上記整流平滑電圧を直流入力電圧として入力してスイッチング動作を行うものとされ、2つのスイッチング素子をハーフブリッジ結合して形成されるスイッチング手段と、
上記各スイッチング素子をスイッチング駆動するスイッチング駆動手段と、
少なくとも、上記スイッチング手段のスイッチング動作により得られるスイッチング出力が供給される一次巻線と、該一次巻線に得られたスイッチング出力としての交番電圧が励起される二次巻線とを巻装して形成される絶縁コンバータトランスと、
少なくとも、上記絶縁コンバータトランスの一次巻線の漏洩インダクタンス成分と、自身のキャパシタンスとによって、上記スイッチング手段の動作を共振形とする一次側共振回路が形成されるようにして設けられる一次側共振コンデンサと、
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、整流動作を行うことで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上記スイッチング駆動手段を制御して、上記スイッチング手段のスイッチング周波数を可変制御することで、上記二次側直流出力電圧についての定電圧制御を行うようにされた定電圧制御手段と、
上記スイッチング手段によるスイッチング出力に基づく交番電圧を整流電流経路に帰還すると共に、このスイッチング出力に基づく交番電圧を利用して、上記整流平滑手段に備えられたダイオード素子により整流電流成分を断続して力率を改善するように構成される力率改善回路と、
上記商用交流電源のレベルに応じ、少なくとも上記一次側共振回路を形成するインダクタンス値を切り換えるように構成された切換手段と、
を備えることを特徴とするスイッチング電源回路。
Rectified and smoothed voltage generating means for generating a rectified and smoothed voltage at a level corresponding to the same size as the input commercial AC power supply;
A switching means that performs the switching operation by inputting the rectified and smoothed voltage as a direct-current input voltage, and a switching means that is formed by half-bridge coupling two switching elements;
Switching driving means for switching and driving each of the switching elements;
At least a primary winding to which a switching output obtained by the switching operation of the switching means is supplied and a secondary winding to which an alternating voltage as a switching output obtained in the primary winding is excited are wound. An insulated converter transformer formed;
A primary side resonance capacitor provided so as to form a primary side resonance circuit in which the operation of the switching means is a resonance type by at least the leakage inductance component of the primary winding of the insulating converter transformer and its own capacitance; ,
DC output voltage generation means configured to input an alternating voltage obtained in the secondary winding of the insulation converter transformer and generate a secondary side DC output voltage by performing a rectification operation;
By controlling the switching drive means according to the level of the secondary side DC output voltage and variably controlling the switching frequency of the switching means, constant voltage control is performed on the secondary side DC output voltage. Constant voltage control means,
The alternating voltage based on the switching output by the switching means is fed back to the rectified current path, and the alternating voltage based on the switching output is used to intermittently rectify the rectified current component by the diode element provided in the rectifying and smoothing means. A power factor correction circuit configured to improve the rate;
Switching means configured to switch at least an inductance value forming the primary-side resonance circuit according to the level of the commercial AC power supply;
A switching power supply circuit comprising:
上記絶縁コンバータトランスは、
2つの巻線部から成るようにされた上記一次巻線と、さらに三次巻線を一次側に巻装し、
上記力率改善回路は、
上記一次巻線を介して上記三次巻線に励起される、上記スイッチング手段によるスイッチング出力に応じた交番電圧を利用して、上記整流平滑手段に備えられたダイオード素子により整流電流成分を断続して力率を改善するように構成されていると共に、
上記切換手段は、
上記一次巻線の2つの巻線部の双方が有効となる状態と、上記2つの巻線部のうち所定の一方の巻線部のみが有効となる状態とで少なくとも切り換えを行うことで、上記一次側共振回路を形成するインダクタンス値を切り換えるように構成されている、
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。
The insulation converter transformer is
Winding the primary winding composed of two winding portions and the tertiary winding to the primary side,
The power factor correction circuit is
Using the alternating voltage according to the switching output by the switching means excited by the tertiary winding via the primary winding, the rectified current component is interrupted by the diode element provided in the rectifying and smoothing means. Configured to improve power factor,
The switching means is
By switching at least between a state where both of the two winding portions of the primary winding are effective and a state where only one of the two winding portions is effective, It is configured to switch the inductance value forming the primary side resonance circuit,
The switching power supply circuit according to claim 1.
上記絶縁コンバータトランスは、2つの巻線部から成るようにされた三次巻線を一次側に巻装し、
上記力率改善回路は、
上記絶縁コンバータトランスの一次巻線を介して上記三次巻線に励起される、上記スイッチング手段によるスイッチング出力に応じた交番電圧を利用して、上記整流平滑手段に備えられたダイオード素子により整流電流成分を断続して力率を改善するように構成されていると共に、
上記三次巻線の2つの巻線部の双方が有効となる状態と、上記2つの巻線部のうち所定の一方の巻線部のみが有効となる状態とで切り換えを行うように構成された、三次巻線切換手段をさらに備える、
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。
The insulating converter transformer is formed by winding a tertiary winding composed of two winding portions on the primary side,
The power factor correction circuit is
A rectified current component is generated by a diode element provided in the rectifying and smoothing means using an alternating voltage according to a switching output by the switching means, which is excited by the tertiary winding through the primary winding of the insulating converter transformer. Is configured to improve the power factor by intermittently,
It is configured to switch between a state where both of the two winding portions of the tertiary winding are effective and a state where only one of the two winding portions is effective. , Further comprising tertiary winding switching means,
The switching power supply circuit according to claim 1.
上記力率改善回路は、
上記スイッチング手段によるスイッチング出力が入力される一次巻線と、この一次巻線に得られたスイッチング出力に応じた交番電圧が励起される二次巻線とによって形成される電圧帰還用トランスを備え、この電圧帰還用トランスの二次巻線に励起される交番電圧を利用して、上記整流平滑手段に備えられたダイオード素子により整流電流成分を断続して力率を改善するように構成されていると共に、
上記切換手段は、
2つの巻線部から成るようにされた上記電圧帰還用トランスの一次巻線について、上記2つの巻線部の双方が有効となる状態と、上記2つの巻線部のうち所定の一方の巻線部のみが有効となる状態とで切り換えを行うことで、上記一次側共振回路を形成するインダクタンス値を切り換えるように構成されている、
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。
The power factor correction circuit is
A voltage feedback transformer formed by a primary winding to which a switching output by the switching means is input and a secondary winding in which an alternating voltage corresponding to the switching output obtained in the primary winding is excited; Using the alternating voltage excited in the secondary winding of the voltage feedback transformer, the power factor is improved by intermittently rectifying current component by the diode element provided in the rectifying and smoothing means. With
The switching means is
Regarding the primary winding of the voltage feedback transformer composed of two winding portions, a state in which both of the two winding portions are effective and a predetermined one of the two winding portions. It is configured to switch the inductance value forming the primary side resonance circuit by performing switching in a state where only the line portion is effective,
The switching power supply circuit according to claim 1.
さらに、スイッチング電源回路における過電流又は過電圧とされる状態に対する保護動作を行う保護回路を備える、
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。
Furthermore, a protection circuit that performs a protection operation against a state of overcurrent or overvoltage in the switching power supply circuit is provided.
The switching power supply circuit according to claim 1.
上記切換手段は、
上記商用交流電源のレベルに応じて、上記一次側共振回路を形成するインダクタンス値を切り換えると共に、上記一次側共振コンデンサのキャパシタンスについても同時に切り換えるように構成されている、
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。
The switching means is
According to the level of the commercial AC power supply, the inductance value forming the primary side resonance circuit is switched, and the capacitance of the primary side resonance capacitor is also switched at the same time.
The switching power supply circuit according to claim 1.
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