JP2005192285A - Switching power supply unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高効率、高力率なスイッチング電源装置に関する。 The present invention relates to a switching power supply with high efficiency and high power factor.
図18に従来の力率改善回路とコンバータ回路との2コンバータ方式のスイッチング電源装置の回路構成図を示す。図18に示すスイッチング電源装置は、交流電源Vac1の交流電圧を全波整流する全波整流回路B1と、この全波整流回路B1からの全波整流電圧をリアクトル(チョークコイル)L1を介して入力し、制御回路101からの制御信号によりスイッチQ2をオン/オフさせて、ダイオードD2及びコンデンサC3により整流平滑して直流電圧を得る力率改善回路50と、この力率改善回路50からの直流電圧を別の直流電圧に変換するコンバータ回路60とを有している。
FIG. 18 shows a circuit configuration diagram of a conventional two-converter switching power supply device including a power factor correction circuit and a converter circuit. The switching power supply device shown in FIG. 18 inputs a full-wave rectification circuit B1 for full-wave rectification of the AC voltage of the AC power supply Vac1 and a full-wave rectification voltage from the full-wave rectification circuit B1 via a reactor (choke coil) L1. Then, the power
力率改善回路50内の制御回路101は、スイッチQ2を流れるピーク電流が入力電圧に比例するようにスイッチQ2のオン期間を制御するとともに、リアクトルL1の電流がゼロになってからスイッチQ2をターンオンさせる。具体的には、制御回路101は、スイッチQ2の電流を検出する抵抗r3の両端電圧と、入力電圧(全波整流電圧)を抵抗r1と抵抗r2とで分圧した電圧とをコンパレータ(図示せず)に入力し、このコンパレータの出力信号によりRSフリップフロップ(図示せず)を動作させてスイッチQ2をターンオフさせる。これにより、スイッチQ2のピーク電流は入力電圧に比例する。また、リアクトルL1に補助巻線103を付加し、制御回路101は、補助巻線103に生ずるフライバック電圧がゼロになるのを検出してスイッチQ2をターンオンさせる。即ち、リアクトルL1に流れる電流がゼロから始まり、正弦波の包絡線上のピークに達し、そこからゼロまで戻る。これにより、交流電源Vac1に流れる入力電流(交流電流)も交流電源Vac1の交流電圧に追従した正弦波電流波形となり、力率が大幅に改善される。
The
また、制御回路101は、コンデンサC3の出力電圧と基準電圧と全波整流電圧とに基づきスイッチQ2をオン/オフ制御するので、出力電圧が一定に保たれる。
In addition, since the
一方、コンバータ回路60において、コンデンサC3にトランスT1の1次巻線5a(巻数n1)を介してMOSFET等からなる主スイッチQ1が接続され、この主スイッチQ1の両端には、直列に接続された抵抗R2及びコンデンサC2が接続されている。主スイッチQ1は、制御回路102のPWM制御によりオン/オフするようになっている。
On the other hand, in the
また、トランスT1の1次巻線5aとトランスT1の2次巻線5bとは互いに逆相電圧が発生するように巻回されており、トランスT1の2次巻線5b(巻数n2)にはダイオードD1及びコンデンサC1からなる整流平滑回路が接続されている。この整流平滑回路は、トランスT1の2次巻線5bに誘起された電圧(オン/オフ制御されたパルス電圧)を整流平滑して直流出力を負荷RLに出力する。
Further, the
制御回路102は、図示しない演算増幅器及びフォトカプラを有し、演算増幅器は、負荷RLの出力電圧と基準電圧とを比較し、負荷RLの出力電圧が基準電圧以上となったときに、主スイッチQ1に印加されるパルスのオン幅を狭くするように制御する。すなわち、負荷RLの出力電圧が基準電圧以上となったときに、主スイッチQ1のパルスのオン幅を狭くすることで、出力電圧を一定電圧に制御するようになっている。
The
次に、コンバータ回路60の動作を図19に示すタイミングチャートを参照しながら説明する。なお、図19では、主スイッチQ1の両端間の電圧Q1v、主スイッチQ1に流れる電流Q1i、トランスT1の1次巻線5a(巻数n1)に流れる電流n1i、ダイオードD1に流れる電流D1i、主スイッチQ1をオン/オフ制御するQ1制御信号を示している。
Next, the operation of the
まず、時刻t31において、Q1制御信号により主スイッチQ1がオンし、コンデンサC3からトランスT1の1次巻線5aを介して主スイッチQ1に電流Q1iが流れる。この電流は、時刻t32まで時間の経過とともに直線的に増大していく。また、1次巻線5aを流れる電流n1iも電流Q1iと同様に時刻t32まで時間の経過とともに直線的に増大していく。
At time t 31, the main switch Q1 is turned on by Q1 control signal, current Q1i is flowing through the main switch Q1 via the
なお、時刻t31から時刻t32では、1次巻線5aの主スイッチQ1側が−側になり、1次巻線5aと2次巻線5bとは逆相になっているので、ダイオードD1のアノード側が−側になるため、ダイオードD1には電流D1iは流れない。
In time t 32 from the time t 31, the main switch Q1 side is the primary winding 5a - becomes the side, since the reversed phase to the primary winding 5a and the
次に、時刻t32において、主スイッチQ1は、Q1制御信号により、オン状態からオフ状態に変わる。このとき、トランスT1の1次巻線5aに誘起されたエネルギーと、リーケージインダクタンスLg(2次巻線5bと結合していないインダクタンス)のエネルギーは、抵抗R2を介してコンデンサC2に蓄えられる。このため、トランスT1の1次巻線5aのリーケージインダクタンスLgとコンデンサC2とにより電圧共振され、その共振波形は、図20に示すように、ターンオフ時(オン状態からオフ状態に変わること)にリンギング波形RG(減衰振動波形)となる。
Then, at time t 32, the main switch Q1, the Q1 control signal, changes from the ON state to the OFF state. At this time, the energy induced in the
なお、コンデンサC2の値と抵抗R2の値とを適当な値に調整すれば、このリンギング波形を非常に小さくすることができる。そして、このリンギング波形RGは、抵抗R2により時間の経過とともに減衰して一定値となり、この一定値は時刻t33直前まで継続する。また、時刻t32〜時刻t33では、主スイッチQ1がオフであるため、電流Q1i及び電流n1iはゼロになる。 If the value of the capacitor C2 and the value of the resistor R2 are adjusted to appropriate values, this ringing waveform can be made very small. Then, the ringing waveform RG is attenuated with the lapse of time by the resistors R2 becomes a constant value, the constant value continues until just before the time t 33. At time t 32 ~ time t 33, since the main switch Q1 is off, current Q1i and current n1i becomes zero.
なお、時刻t32から時刻t33では、1次巻線5aの主スイッチQ1側が+側になり、且つ1次巻線5aと2次巻線5bとは逆相になっているので、ダイオードD1のアノード側が+側になるため、ダイオードD1に電流D1iが流れる。
In time t 33 from the time t 32, becomes the primary switch Q1 side is the positive side of the primary winding 5a, since the reversed phase with and the
このようなコンバータ回路60によれば、主スイッチQ1の両端にスナバ回路(C2,R2)を挿入し、主スイッチQ1の電圧の時間的な変化を緩やかにすることで、スイッチングノイズを低減できると共に、トランスT1のリーケージインダクタンスLgによる主スイッチQ1へのサージ電圧を抑制することができる。
しかしながら、従来のこの種のスイッチング電源装置にあっては、高調波規制に対応するため、力率改善回路50とコンバータ回路60の2コンバータ方式で対応していた。このため、制御回路が2系統(力率改善回路用、コンバータ回路用)必要であり、スイッチング回路も2系統必要であった。
However, in this type of conventional switching power supply device, in order to comply with the harmonic regulation, the two-converter system of the power
このため、回路が複雑となり、スイッチング部分が2回路あるため、ノイズや損失が増大し、小型化、低ノイズ化、高効率化の妨げとなっていた。 For this reason, the circuit is complicated and there are two switching portions, so noise and loss increase, which hinders miniaturization, low noise, and high efficiency.
本発明の第1の課題は、1つのコンバータで高調波規制に対応でき、小型化、低ノイズ化、高効率化を図るスイッチング電源装置を提供することにある。また、本発明の第2の課題は、補助スイッチとコンデンサを用いて、ゼロ電圧スイッチングを可能とし、低ノイズ化、高効率化を図るスイッチング電源装置を提供することにある。 A first object of the present invention is to provide a switching power supply device that can cope with harmonic regulation with a single converter and that achieves miniaturization, low noise, and high efficiency. A second object of the present invention is to provide a switching power supply device that enables zero voltage switching by using an auxiliary switch and a capacitor to achieve low noise and high efficiency.
本発明は前記課題を解決するために以下の構成とした。請求項1の発明は、交流を入力し、力率を改善させるとともに直流を出力するスイッチング電源装置であって、交流電源に接続して交流電圧を整流する整流回路と、前記整流回路の負極側出力端とトランスの1次巻線の一端との間に接続された主スイッチと、前記整流回路の負極側出力端と前記トランスの1次巻線の他端との間に接続された1次平滑コンデンサと、前記整流回路の正極側出力端と前記トランスの1次巻線のタップとの間に接続され、リアクトルと前記トランスの3次巻線とが直列に接続された第1直列回路と、前記トランスの2次巻線の電圧を整流平滑する整流平滑回路と、前記主スイッチをオン/オフさせることにより前記整流平滑回路の出力電圧を所定電圧に制御する制御回路とを有することを特徴とする。
The present invention has the following configuration in order to solve the above problems. The invention of
請求項2の発明は、請求項1記載のスイッチング電源装置において、前記トランスの1次巻線の両端に接続され、補助スイッチとコンデンサとが直列に接続された第2直列回路と、前記補助スイッチに並列に接続されたダイオードとを有し、前記制御回路は、前記主スイッチと前記補助スイッチとを交互にオン/オフさせることにより前記整流平滑回路の出力電圧を所定電圧に制御することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided the switching power supply device according to the first aspect, wherein a second series circuit is connected to both ends of the primary winding of the transformer and an auxiliary switch and a capacitor are connected in series; The control circuit controls the output voltage of the rectifying and smoothing circuit to a predetermined voltage by alternately turning on and off the main switch and the auxiliary switch. And
請求項3の発明は、請求項1又は請求項2記載のスイッチング電源装置において、前記トランスの前記2次巻線は、前記トランスの前記1次巻線及び前記3次巻線の各巻線の電圧に対して逆相電圧が発生するように巻回されてなることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the switching power supply device according to the first or second aspect, the secondary winding of the transformer is a voltage of each of the primary winding and the tertiary winding of the transformer. Is wound so as to generate a reverse phase voltage.
請求項4の発明は、請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載のスイッチング電源装置において、前記制御回路は、前記主スイッチを断続モードで動作させ、前記主スイッチの電圧のボトムで前記主スイッチをオンさせることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the switching power supply device according to any one of the first to third aspects, the control circuit operates the main switch in an intermittent mode, and the bottom of the voltage of the main switch The main switch is turned on.
請求項5の発明は、請求項1乃至請求項4のいずれか1項記載のスイッチング電源装置において、前記リアクトルは、前記トランスのリーケージインダクタンスであることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the switching power supply device according to any one of the first to fourth aspects, the reactor is a leakage inductance of the transformer.
請求項6の発明は、請求項5記載のスイッチング電源装置において、前記トランスは、磁気回路が形成された第1脚、第2脚及び第3脚を有するコアからなり、前記第1脚に前記1次巻線と前記2次巻線とを巻回し、前記第2脚に前記3次巻線を巻回し、前記第3脚にギャップを設けたことを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the switching power supply device according to the fifth aspect, the transformer includes a core having a first leg, a second leg, and a third leg on which a magnetic circuit is formed, and the first leg includes the core. A primary winding and the secondary winding are wound, the tertiary winding is wound around the second leg, and a gap is provided on the third leg.
請求項7の発明は、請求項1乃至請求項6のいずれか1項記載のスイッチング電源装置において、前記トランスの3次巻線の巻数は、前記トランスの1次巻線の巻数以上であることを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, in the switching power supply device according to any one of the first to sixth aspects, the number of turns of the tertiary winding of the transformer is equal to or greater than the number of turns of the primary winding of the transformer. It is characterized by.
請求項8の発明は、請求項1乃至請求項7のいずれか1項記載のスイッチング電源装置において、前記トランスの1次巻線のタップの位置は、前記1次巻線の前記1次平滑コンデンサ接続端であることを特徴とする。
The invention according to claim 8 is the switching power supply device according to any one of
請求項9の発明は、請求項1乃至請求項7のいずれか1項記載のスイッチング電源装置において、前記トランスの1次巻線のタップの位置は、前記1次巻線の前記主スイッチ接続端であることを特徴とする。 According to a ninth aspect of the present invention, in the switching power supply device according to any one of the first to seventh aspects, the position of the tap of the primary winding of the transformer is the main switch connection end of the primary winding. It is characterized by being.
請求項10の発明は、請求項1乃至請求項9のいずれか1項記載のスイッチング電源装置において、前記1次平滑コンデンサと前記トランスの1次巻線との接続点と前記整流回路の交流入力端との少なくとも一方の交流入力端との間にダイオードを接続したことを特徴とする。 A tenth aspect of the present invention is the switching power supply device according to any one of the first to ninth aspects, wherein a connection point between the primary smoothing capacitor and the primary winding of the transformer and an AC input of the rectifier circuit. A diode is connected between at least one AC input end and the end.
請求項11の発明は、請求項1乃至請求項10のいずれか1項記載のスイッチング電源装置において、前記整流回路の正極側出力端に直列にインピーダンスを有する直流電源を接続したことを特徴とする。
The invention of
本発明によれば、1つのコンバータで高調波規制に対応できる。また、連続モードでは、補助スイッチとコンデンサによるアクティブクランプ回路を追加することによりゼロ電圧スイッチングを可能とし、低ノイズ化、高効率化を図ることができる。 According to the present invention, it is possible to cope with harmonic regulation with a single converter. In the continuous mode, zero voltage switching can be achieved by adding an active clamp circuit including an auxiliary switch and a capacitor, and noise and efficiency can be reduced.
また、断続モードでは、主スイッチの電圧のボトムで主スイッチをオンさせることにより、擬似共振動作が可能となり、スイッチング損失を低減させるとともに、ノイズを低減できる。 Further, in the intermittent mode, by turning on the main switch at the bottom of the main switch voltage, a quasi-resonant operation can be performed, and switching loss can be reduced and noise can be reduced.
また、ギャップを設けた第3脚がパスコアとして作用するため、パスコアを設けたトランスを用いることによりリアクトルとトランスとを一体化でき、コアの磁路を共有化できるので、トランスを小型化できる。 In addition, since the third leg provided with the gap acts as a path core, the reactor and the transformer can be integrated by using the transformer provided with the path core, and the magnetic path of the core can be shared, so that the transformer can be reduced in size.
また、1次巻線のタップの位置を、1次巻線の1次平滑コンデンサ接続端又は1次巻線の主スイッチ接続端に調整することにより、リアクトルの大きさと高調波電流を最適化できる。 In addition, the size of the reactor and the harmonic current can be optimized by adjusting the tap position of the primary winding to the primary smoothing capacitor connecting end of the primary winding or the main switch connecting end of the primary winding. .
以下、本発明に係るスイッチング電源装置の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。 Embodiments of a switching power supply apparatus according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
実施例1のスイッチング電源装置は、交流を入力して直流を出力するスイッチング電源装置であって、1つのコンバータで高調波規制に対応できるとともに、トランスとリアクトルとを一体化し、磁路を共有化することによりトランスの小型化を図ったことを特徴とするものである。 The switching power supply device according to the first embodiment is a switching power supply device that inputs alternating current and outputs direct current. One converter can cope with harmonic regulation, and a transformer and a reactor are integrated to share a magnetic path. Thus, the transformer is miniaturized.
図1は実施例1のスイッチング電源装置の回路構成図である。図1に示すスイッチング電源装置において、交流電源Vac1の両端には全波整流回路B1が接続され、全波整流回路B1の負極側出力端P2とトランスT2の1次巻線5a(巻数n1)の一端との間にはFETからなる主スイッチQ1が接続されている。全波整流回路B1の負極側出力端P2とトランスT2の1次巻線5aの他端との間には平滑コンデンサ(1次平滑コンデンサに対応)C2が接続されている。 FIG. 1 is a circuit configuration diagram of the switching power supply device according to the first embodiment. In the switching power supply shown in FIG. 1, a full-wave rectifier circuit B1 is connected to both ends of the AC power supply Vac1, and the negative-side output terminal P2 of the full-wave rectifier circuit B1 and the primary winding 5a (the number of turns n1) of the transformer T2 A main switch Q1 made of FET is connected between one end. A smoothing capacitor (corresponding to the primary smoothing capacitor) C2 is connected between the negative output terminal P2 of the full-wave rectifier circuit B1 and the other end of the primary winding 5a of the transformer T2.
全波整流回路B1の正極側出力端P1とトランスT2の1次巻線5aの一端と他端との間にあるタップTPとの間には、リアクトルL1とトランスT2の3次巻線5c(巻数n3)との直列回路が接続されている。主スイッチQ1の両端にはダイオードD3が接続されている。ダイオードD3は主スイッチQ1の寄生ダイオードであってもよい。また、リアクトルL1は、トランスT2の1次巻線5aと3次巻線5cとの間のリーケージインダクタンスであってもよい。 Between the positive output terminal P1 of the full-wave rectifier circuit B1 and the tap TP between one end and the other end of the primary winding 5a of the transformer T2, the reactor L1 and the tertiary winding 5c of the transformer T2 ( A series circuit with the number of turns n3) is connected. A diode D3 is connected to both ends of the main switch Q1. The diode D3 may be a parasitic diode of the main switch Q1. Reactor L1 may be a leakage inductance between primary winding 5a and tertiary winding 5c of transformer T2.
トランスT2の2次巻線5b(巻数n2)には、ダイオードD1と平滑コンデンサC1(2次平滑コンデンサ)との直列回路が接続されている。平滑コンデンサC1には並列に負荷RLが接続されている。平滑コンデンサC1の両端の電圧を出力電圧として取り出し、制御回路10は平滑コンデンサC1の出力電圧が所定電圧となるように主スイッチQ1をオン/オフ制御するようになっている。
A series circuit of a diode D1 and a smoothing capacitor C1 (secondary smoothing capacitor) is connected to the secondary winding 5b (number of turns n2) of the transformer T2. A load RL is connected in parallel to the smoothing capacitor C1. The voltage across the smoothing capacitor C1 is taken out as an output voltage, and the
トランスT2の2次巻線5bは、トランスT2の1次巻線5a及び3次巻線5cの各巻線の電圧に対して逆相電圧が発生するように巻回されている。また、トランスT2の3次巻線5cの巻数は、トランスT2の1次巻線5aの巻数以上である。 The secondary winding 5b of the transformer T2 is wound so that a reverse phase voltage is generated with respect to the voltages of the primary winding 5a and the tertiary winding 5c of the transformer T2. Further, the number of turns of the tertiary winding 5c of the transformer T2 is equal to or greater than the number of turns of the primary winding 5a of the transformer T2.
次にこのように構成された実施例1のスイッチング電源装置の動作を図2乃至図4を参照して説明する。図2は実施例1のスイッチング電源装置の各部における信号のタイミングチャートである。図3は図2に示すA部の各部における信号の詳細を示すタイミングチャートである。図4は図2に示すB部の各部における信号の詳細を示すタイミングチャートである。 Next, the operation of the switching power supply apparatus according to the first embodiment configured as described above will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a timing chart of signals in each part of the switching power supply device according to the first embodiment. FIG. 3 is a timing chart showing details of signals in each part of A part shown in FIG. FIG. 4 is a timing chart showing details of signals in each part of part B shown in FIG.
なお、図2乃至図4では、交流電源Vac1の入力電圧Vi(交流電圧)、交流電源Vac1を流れる入力電流Ii(交流電流)、主スイッチQ1の電圧Q1v、主スイッチQ1に流れる電流Q1iを示している。 2 to 4 show the input voltage Vi (AC voltage) of the AC power supply Vac1, the input current Ii (AC current) flowing through the AC power supply Vac1, the voltage Q1v of the main switch Q1, and the current Q1i flowing through the main switch Q1. ing.
まず、時刻t1において、主スイッチQ1がオンすると、C2→5a→Q1→C2の経路で電流が流れる。このため、平滑コンデンサC2に蓄えられたエネルギーは、トランスT2の1次巻線5aを介して放電し、トランスT2の励磁インダクタンスにエネルギーが蓄えられる。 At time t 1, when the main switch Q1 turns on, current flows in the path of the C2 → 5a → Q1 → C2. For this reason, the energy stored in the smoothing capacitor C2 is discharged through the primary winding 5a of the transformer T2, and the energy is stored in the exciting inductance of the transformer T2.
また、これと同時に、交流電源Vaclの交流電圧は全波整流回路B1により整流され、さらに、B1→L1→5c→5aのTP→Q1→B1の経路で電流が流れて、リアクトルL1にエネルギーが蓄えられる。時刻t1〜t2においては、図3及び図4に示すように、主スイッチQ1の電流Q1iは、直線的に増加していく。
At the same time, the AC voltage of the AC power supply Vacl is rectified by the full-wave rectifier circuit B1, and further, current flows through the path B1->L1->5c-> 5a TP->Q1-> B1, and energy is supplied to the reactor L1. Stored. At
次に、時刻t2において、主スイッチQ1がオフすると、トランスT2の励磁インダクタンスとリアクトルL1に蓄えられたエネルギーは、トランスT2の3次巻線5cと1次巻線5aとを通り、平滑コンデンサC2を充電すると共に、1次巻線5aの電圧は上昇し、巻数に比例して2次巻線5bの電圧も上昇する。また、主スイッチQ1の電圧Q1vも図3及び図4に示すように上昇する。 Then, at time t 2, the the main switch Q1 is turned off, the exciting inductance and the energy stored in the reactor L1 of the transformer T2 through the tertiary winding 5c and the primary winding 5a of the transformer T2, a smoothing capacitor As C2 is charged, the voltage of the primary winding 5a increases, and the voltage of the secondary winding 5b also increases in proportion to the number of turns. Further, the voltage Q1v of the main switch Q1 also rises as shown in FIGS.
そして、2次巻線5bの電圧と平滑コンデンサC1の電圧とが等しくなったとき、ダイオードD1が導通して、5b→D1→C1→5bと電流が流れて、負荷RLに電力が供給される。 When the voltage of the secondary winding 5b becomes equal to the voltage of the smoothing capacitor C1, the diode D1 conducts, current flows through 5b → D1 → C1 → 5b, and power is supplied to the load RL. .
リアクトルL1に流れる電流(入力電流Iiに相当)は、入力電圧Viに比例して流れるが、入力電圧Viの頂上付近では、連続的となり、リアクトルL1に流れる電流は増大する。従って、入力電流Iiは、図2に示すように入力電圧Viの頂上付近にこぶ状のピークを持った電流波形となる。また、入力電流IiのピークはリアクトルL1のインピーダンスにより抑制され、入力電流Iiの高調波は低減される。従って、1つのコンバータで高調波規制に対応できる。 The current flowing through the reactor L1 (corresponding to the input current Ii) flows in proportion to the input voltage Vi, but becomes continuous near the top of the input voltage Vi, and the current flowing through the reactor L1 increases. Therefore, the input current Ii has a current waveform having a hump-like peak near the top of the input voltage Vi as shown in FIG. Further, the peak of the input current Ii is suppressed by the impedance of the reactor L1, and the harmonics of the input current Ii are reduced. Therefore, it is possible to cope with harmonic regulations with one converter.
図3では、入力電流Iiがピーク付近の動作波形の詳細を示している。図3からもわかるように、入力電流Iiは連続的であり、高調波リップルが少なく、交流電源Vac1と全波整流回路B1との間に配置されるノイズフィルタ(図示せず)を小型化できる。 FIG. 3 shows details of the operation waveform near the peak of the input current Ii. As can be seen from FIG. 3, the input current Ii is continuous, the harmonic ripple is small, and a noise filter (not shown) disposed between the AC power supply Vac1 and the full-wave rectifier circuit B1 can be reduced in size. .
また、図4では、入力電圧Viがゼロ電圧付近の動作波形の詳細を示している。主スイッチQ1に流れる電流Q1iは、頂上付近とほぼ、同等な波形であることがわかる。これは、トランスT2の励磁インダクタンスとリアクトルL1に蓄えられるエネルギーの殆どは、トランスT2の2次巻線5bを介して出力に放出されるため、出力電力が一定の場合、トランスT2の励磁インダクタンスとリアクトルL1とのエネルギーの和は、ほぼ一定であるからである。このため、入力電圧Viの頂上付近でも、主スイッチQ1に流れる電流Q1iは、増大せず、損失も増大しない。 FIG. 4 shows details of an operation waveform when the input voltage Vi is near zero voltage. It can be seen that the current Q1i flowing through the main switch Q1 has a waveform substantially equivalent to that near the top. This is because most of the excitation inductance of the transformer T2 and the energy stored in the reactor L1 is released to the output via the secondary winding 5b of the transformer T2, so that when the output power is constant, the excitation inductance of the transformer T2 This is because the sum of the energy with the reactor L1 is substantially constant. For this reason, even near the top of the input voltage Vi, the current Q1i flowing through the main switch Q1 does not increase and the loss does not increase.
また、リアクトルLlの電圧は、入力電圧Viのピーク値と3次巻線5cの電圧の和からトランスT2の1次巻線5aのタップTPの電圧を減じた値となるため、1次巻線5aのタップTPの位置により、リアクトルL1に印加される電圧を調整できる。タップTPを主スイッチQ1側に移動することにより、リアクトルL1に印加される電圧を高くすると、高調波は低減されるが、リアクトルL1の容量が増大してリアクトルL1が大型化する。 Further, the voltage of the reactor Ll becomes a value obtained by subtracting the voltage of the tap TP of the primary winding 5a of the transformer T2 from the sum of the peak value of the input voltage Vi and the voltage of the tertiary winding 5c. The voltage applied to the reactor L1 can be adjusted by the position of the tap TP of 5a. When the voltage applied to the reactor L1 is increased by moving the tap TP to the main switch Q1, the harmonics are reduced, but the capacity of the reactor L1 increases and the reactor L1 becomes larger.
従って、1次巻線5aのタップTPの位置を、1次巻線5aの平滑コンデンサC2の接続端から1次巻線5aの主スイッチQ1の接続端までの範囲内で調整することにより、リアクトルL1の大きさと高調波電流を最適化できる。 Therefore, by adjusting the position of the tap TP of the primary winding 5a within the range from the connection end of the smoothing capacitor C2 of the primary winding 5a to the connection end of the main switch Q1 of the primary winding 5a, the reactor The magnitude of L1 and the harmonic current can be optimized.
実施例2のスイッチング電源装置は、主スイッチを断続モードで動作させて、主スイッチの電圧のボトムで主スイッチをオンさせることにより、擬似共振動作を可能とし、主スイッチの低損失、低ノイズ化を図ることを特徴とするものである。断続モードとは、トランスの1次側巻線に供給された電流によって蓄積されたトランスの磁気エネルギーがトランスの2次側巻線から電流として全て放出された後、再び、トランスの1次側巻線に電流を供給する動作モードである。 The switching power supply device according to the second embodiment enables a quasi-resonant operation by operating the main switch in the intermittent mode and turning on the main switch at the bottom of the main switch voltage, thereby reducing the loss and noise of the main switch. It is characterized by aiming. In the intermittent mode, the magnetic energy of the transformer accumulated by the current supplied to the primary winding of the transformer is completely discharged as current from the secondary winding of the transformer, and then again the primary winding of the transformer. This is an operation mode for supplying current to the line.
図5は実施例2のスイッチング電源装置を示す回路構成図である。図5に示すスイッチング電源装置は、図1に示すスイッチング電源装置に対して、トランスT3に補助巻線5d(巻数n4)が設けられるとともに、制御回路10aの構成が異なるのみであるので、その異なる構成部分のみについて説明する。
FIG. 5 is a circuit configuration diagram showing the switching power supply device of the second embodiment. The switching power supply device shown in FIG. 5 differs from the switching power supply device shown in FIG. 1 in that the transformer T3 is provided with an auxiliary winding 5d (number of turns n4) and only the configuration of the
補助巻線5dは、1次巻線5aと電磁結合されており、補助巻線5dの一端は制御回路10aに接続され、補助巻線5dの他端は接地されている。制御回路10aは、出力電圧検出回路21、オン/オフ制御回路22、遅延回路23、カウンタ回路24、入力電圧検出回路25を有している。
The auxiliary winding 5d is electromagnetically coupled to the primary winding 5a. One end of the auxiliary winding 5d is connected to the
出力電圧検出回路21は、平滑コンデンサC1の出力電圧を検出し、この出力電圧と基準電圧との誤差電圧を求め、この誤差電圧をオン/オフ制御回路22に出力する。
The output
オン/オフ制御回路22は、出力電圧検出回路21からの誤差電圧に基づき、主スイッチQ1をオン/オフ制御することにより、出力電圧を一定電圧に制御する。
The on / off
遅延回路23は、抵抗とコンデンサとの積分回路(図示せず)からなり、補助巻線5dに発生した電圧を遅延させることにより、主スイッチQ1の両端間に印加される電圧のボトム(最下点)と補助巻線5dの電圧の立下り時点とを略一致させる。
The
カウンタ回路24は、遅延回路23により遅延された、補助巻線5dの電圧の立下り回数をカウントする。入力電圧検出回路25は、入力電圧に正比例した全波整流回路B1の全波整流電圧を検出してオン/オフ制御回路22に出力する。
The
オン/オフ制御回路22は、入力電圧検出回路25が頂上付近の電圧を検出し且つカウンタ回路24が補助巻線5dの電圧の2回目以降の立ち下がりを計数したとき又は入力電圧検出回路25がゼロ付近の電圧を検出し且つカウンタ回路24が補助巻線5dの電圧の最初の立ち下がりを計数したときに主スイッチQ1のボトムで主スイッチQ1をオンさせる。
The on / off
次にこのように構成された実施例2のスイッチング電源装置の動作を図6及び図7を参照して説明する。図6は図2に示すA部の各部における信号の詳細を示すタイミングチャートである。図7は図2に示すB部の各部における信号の詳細を示すタイミングチャートである。 Next, the operation of the switching power supply apparatus according to the second embodiment configured as described above will be described with reference to FIGS. FIG. 6 is a timing chart showing details of signals in each part of the A part shown in FIG. FIG. 7 is a timing chart showing details of signals in each part of part B shown in FIG.
なお、図6及び図7では、交流電源Vac1の入力電圧Vi(交流電圧)、交流電源Vac1を流れる入力電流Ii(交流電流)、主スイッチQ1の電圧Q1v、主スイッチQ1に流れる電流Q1i、遅延回路23の遅延出力VDL、カウンタ回路24のカウンタ出力VCKを示している。
6 and 7, the input voltage Vi (AC voltage) of the AC power supply Vac1, the input current Ii (AC current) flowing through the AC power supply Vac1, the voltage Q1v of the main switch Q1, the current Q1i flowing through the main switch Q1, and the delay The delay output V DL of the
まず、時刻t0において、主スイッチQ1がオフすると、主スイッチQ1の電圧Q1vが上昇する。断続モード動作では、入力電圧が頂上付近では、図6に示すように、時刻t01〜時刻t1において、主スイッチQ1の電圧Q1vは、擬似共振動作により正弦波状に変化する。この例では、時刻t0〜時刻t1において、主スイッチQ1の電圧Q1vの立下りは2つである。 First, at time t 0, the main switch Q1 is turned off, the voltage Q1v of the main switch Q1 is increased. In discontinuous mode operation, the input voltage is near the top, as shown in FIG. 6, at time t 01 ~ time t 1, the voltage Q1v of the main switch Q1 will vary sinusoidally by quasi-resonant operation. In this example, from time t 0 to time t 1 , the voltage Q1v of the main switch Q1 has two falling edges.
また、主スイッチQ1の電圧Q1vに比例した電圧が補助巻線5dに発生し、遅延回路23は、補助巻線5dに発生した電圧を遅延させることにより時刻t1において、主スイッチQ1の電圧Q1vのボトムと補助巻線5dの電圧の立下り時点とを略一致させて、遅延出力VDLをカウンタ回路24に出力する。
Further, occurs voltage auxiliary winding 5d proportional to the voltage Q1v of the main switch Q1, the
カウンタ回路24は、遅延出力VDLが閾値VTH以上の場合にはHレベル、遅延出力VDLが閾値VTH未満の場合には、Lレベルとなるパルス信号を生成し、このパルス信号の立下り回数をカウントする。図6に示すように入力電圧の頂上付近では、立下り回数は2である。
The
そして、オン/オフ制御回路22は、入力電圧検出回路25が入力電圧の頂上付近の電圧を検出し且つカウンタ回路24が補助巻線5dの電圧の2回目の立ち下がりを計数したとき(図6の時刻t01と時刻t1)、主スイッチQ1のボトム(時刻t1)で主スイッチQ1をオンさせる。
The on / off
一方、入力電圧がゼロ付近では、図7に示すように、時刻t0〜時刻t1において、主スイッチQ1の電圧Q1vは、擬似共振動作により正弦波状に減少する。この例では、時刻t0〜時刻t1において、主スイッチQ1の電圧Q1vの立下りは1つである。このため、立下り回数は1である。
On the other hand, the input voltage is near zero, as shown in FIG. 7, at time t 0 ~ time t 1, the voltage Q1v of the main switch Q1 is reduced to a sine wave by quasi-resonant operation. In this example, from the time t 0 to the time t 1 , the voltage Q 1 v of the
このとき、オン/オフ制御回路22は、入力電圧検出回路25が入力電圧のゼロ電圧付近の電圧を検出し且つカウンタ回路24が補助巻線5dの電圧の最初の立ち下がりを計数したとき(図7の時刻t1)、主スイッチQ1のボトム(時刻t1)で主スイッチQ1をオンさせる。
At this time, the on / off
このように実施例2のスイッチング電源装置によれば、主スイッチQ1を断続モードで動作させ、主スイッチQ1の電圧Q1vのボトムで主スイッチQ1をオンさせることにより、擬似共振動作を可能とし、主スイッチQ1の低損失、低ノイズ化を図ることができる。 As described above, according to the switching power supply device of the second embodiment, the main switch Q1 is operated in the intermittent mode, and the main switch Q1 is turned on at the bottom of the voltage Q1v of the main switch Q1, thereby enabling a quasi-resonant operation. It is possible to reduce the loss and noise of the switch Q1.
実施例3のスイッチング電源装置は、連続モードで動作し、補助スイッチとコンデンサによるアクティブクランプ回路を追加することによりゼロ電圧スイッチングを可能とし、低ノイズ化、高効率化を図ることを特徴とする。連続モードとは、トランスの1次側巻線に供給された電流によって蓄積されたトランスの磁気エネルギーがトランスの2次側巻線から電流として全て放出される前に、再び、トランスの1次側巻線に電流を供給する動作モードである。 The switching power supply device according to the third embodiment operates in a continuous mode, and is characterized in that zero voltage switching can be performed by adding an active clamp circuit including an auxiliary switch and a capacitor, thereby reducing noise and increasing efficiency. Continuous mode refers to the transformer primary side again before all of the transformer magnetic energy accumulated by the current supplied to the transformer primary winding is released as current from the transformer secondary winding. This is an operation mode for supplying current to the winding.
図8は実施例3のスイッチング電源装置を示す回路構成図である。図8に示す実施例3は、図1に示す実施例1の構成に、補助スイッチとコンデンサによるアクティブクランプ回路を追加したものである。 FIG. 8 is a circuit configuration diagram showing a switching power supply device according to the third embodiment. A third embodiment shown in FIG. 8 is obtained by adding an active clamp circuit including an auxiliary switch and a capacitor to the configuration of the first embodiment shown in FIG.
図8において、トランスT2の1次巻線5aの両端には、FETからなる補助スイッチQ2とコンデンサC3との直列回路に接続されている。補助スイッチQ2の両端にはダイオードD4及びコンデンサC5が並列に接続されている。また、主スイッチQ1の両端にはコンデンサC4が並列に接続されている。 In FIG. 8, both ends of the primary winding 5a of the transformer T2 are connected to a series circuit of an auxiliary switch Q2 made of an FET and a capacitor C3. A diode D4 and a capacitor C5 are connected in parallel to both ends of the auxiliary switch Q2. A capacitor C4 is connected in parallel to both ends of the main switch Q1.
なお、ダイオードD3及びコンデンサC4は、主スイッチQ1の寄生ダイオード及び寄生容量であってもよく、ダイオードD4及びコンデンサC5は、補助スイッチQ2の寄生ダイオード及び寄生容量であってもよい。 The diode D3 and the capacitor C4 may be a parasitic diode and a parasitic capacitance of the main switch Q1, and the diode D4 and the capacitor C5 may be a parasitic diode and a parasitic capacitance of the auxiliary switch Q2.
制御回路10aは、主スイッチQ1と補助スイッチQ2とを交互にオン/オフさせることにより出力電圧を所定電圧に制御するようになっている。
The
次に、図9乃至図11に示すタイミングチャートを参照しながら詳細な動作を説明する。図9は実施例3のスイッチング電源装置の各部における信号のタイミングチャートである。図10は実施例3のスイッチング電源装置の主スイッチのターンオン時の各部における信号の詳細を示すタイミングチャートである。図11は実施例3のスイッチング電源装置の主スイッチのターンオフ時の各部における信号の詳細を示すタイミングチャートである。図10の波形は図9のC部の詳細であり、図11の波形は図9のD部の詳細である。 Next, a detailed operation will be described with reference to timing charts shown in FIGS. FIG. 9 is a timing chart of signals in each part of the switching power supply device according to the third embodiment. FIG. 10 is a timing chart showing details of signals at various parts when the main switch of the switching power supply device according to the third embodiment is turned on. FIG. 11 is a timing chart showing details of signals at various parts when the main switch of the switching power supply device according to the third embodiment is turned off. The waveform in FIG. 10 is the detail of part C in FIG. 9, and the waveform in FIG. 11 is the detail in part D in FIG.
なお、図9乃至図11では、入力電圧Vi、入力電流Ii、主スイッチQ1の両端間の電圧Q1v、主スイッチQ1に流れる電流Q1i、補助スイッチQ2の両端間の電圧Q2v、補助スイッチQ2に流れる電流Q2i、主スイッチQ1をオン/オフ制御するQ1制御信号Q1g、補助スイッチQ2をオン/オフ制御するQ2制御信号Q2gを示している。 9 to 11, the input voltage Vi, the input current Ii, the voltage Q1v across the main switch Q1, the current Q1i flowing through the main switch Q1, the voltage Q2v across the auxiliary switch Q2, and the auxiliary switch Q2 flow. A current Q2i, a Q1 control signal Q1g for controlling on / off of the main switch Q1, and a Q2 control signal Q2g for controlling on / off of the auxiliary switch Q2 are shown.
まず、時刻t1(時刻t11〜t14に対応)において、主スイッチQ1がオンすると、C2→5a→Q1→C2の経路で電流Q1iが流れる。このため、平滑コンデンサC2に蓄えられたエネルギーは、トランスT2の1次巻線5aを介して放電し、トランスT2の励磁インダクタンスにエネルギーが蓄えられる。
At time t 1 (corresponding to
また、これと同時に、交流電源Vaclの交流電圧は全波整流回路B1により整流され、さらに、B1→L1→5c→5aのTP→Q1→B1の経路で入力電流Iiが流れて増加していくとともに、リアクトルL1にエネルギーが蓄えられる。時刻t1〜t2においては、図9に示すように、主スイッチQ1の電流Q1iは、直線的に増加していく。
At the same time, the AC voltage of the AC power supply Vacl is rectified by the full-wave rectifier circuit B1, and further increases as the input current Ii flows along the path B1 → L1 → 5c → 5a TP → Q1 → B1. At the same time, energy is stored in the reactor L1. At
次に、時刻t2(時刻t21〜t22に対応)において、主スイッチQ1がオフすると、トランスT2の励磁インダクタンスとリアクトルL1に蓄えられたエネルギーは、トランスの3次巻線5cと1次巻線5aとを通り、平滑コンデンサC2を充電すると共に、1次巻線5aの電圧は上昇し、巻数に比例して2次巻線5bの電圧も上昇する。また、主スイッチQ1の電圧Q1vも上昇する。
Then, at time t 2 (corresponding to
そして、2次巻線5bの電圧と平滑コンデンサC1の電圧とが等しくなったとき、ダイオードD1が導通して、5b→D1→C1→5bと電流が流れて、負荷RLに電力が供給される。 When the voltage of the secondary winding 5b becomes equal to the voltage of the smoothing capacitor C1, the diode D1 conducts, current flows through 5b → D1 → C1 → 5b, and power is supplied to the load RL. .
また、トランスT2の1次巻線5aに蓄えられたエネルギーにより、時刻t22において、5a→C5→C3→5aと電流が流れて、コンデンサC4を充電するとともに、コンデンサC5を放電させる。コンデンサC5の放電が終了した(補助スイッチQ2の電圧Q2vがゼロ電圧になった)後、ダイオードD4を介してコンデンサC3を充電する。ダイオードD4が導通中の時刻t22に、補助スイッチQ2をオンさせると、補助スイッチQ2のゼロ電圧スイッチングを達成することができる。 Further, the energy stored in the primary winding 5a of the transformer T2, at time t 22, 5a → C5 → C3 → 5a and current flows, as well as charges the capacitor C4, thereby discharging the capacitor C5. After the discharge of the capacitor C5 is completed (the voltage Q2v of the auxiliary switch Q2 becomes zero voltage), the capacitor C3 is charged through the diode D4. At time t 22 the diode D4 is in conduction and turn on the auxiliary switch Q2, it is possible to achieve zero-voltage switching of the auxiliary switch Q2.
コンデンサC3の充電が完了した後、コンデンサC3に充電された電荷は、補助スイッチQ2、1次巻線5aを介して、出力に放出される。このとき、補助スイッチQ2に電流Q2iが流れ、1次巻線5aに電流が流れるとともに、2次巻線5bに電流が流れる。 After the charging of the capacitor C3 is completed, the electric charge charged in the capacitor C3 is discharged to the output through the auxiliary switch Q2 and the primary winding 5a. At this time, a current Q2i flows through the auxiliary switch Q2, a current flows through the primary winding 5a, and a current flows through the secondary winding 5b.
次に、補助スイッチQ2をオフさせると、5a→C2→C4→5aと電流が流れるため、コンデンサC4が放電され、コンデンサC5が充電される。コンデンサC4の放電が終了した(主スイッチQ1の電圧Q1vがゼロ電圧になった)後、ダイオードD3が導通する。このダイオードD3が導通している期間中(図10に示す例えば時刻t13)に、主スイッチQ1をオンさせると、主スイッチQ1のゼロ電圧スイッチングを達成することができる。 Next, when the auxiliary switch Q2 is turned off, a current flows through 5a → C2 → C4 → 5a, so that the capacitor C4 is discharged and the capacitor C5 is charged. After the discharge of the capacitor C4 is completed (the voltage Q1v of the main switch Q1 becomes zero voltage), the diode D3 becomes conductive. When the duration of the diode D3 is conducting (e.g. time t 13 shown in FIG. 10) to turn on the main switch Q1, it can achieve zero voltage switching of the main switch Q1.
このように、実施例3のスイッチング電源装置によれば、図9に示すように、連続モードで動作させた場合でも、ゼロ電圧スイッチングを達成でき、高効率、低ノイズ化することができるとともに、スイッチ電圧のピークの減少と合わせて高電力に対応可能である。 Thus, according to the switching power supply device of Example 3, as shown in FIG. 9, even when operated in the continuous mode, zero voltage switching can be achieved, and high efficiency and low noise can be achieved. Along with the decrease in the peak of the switch voltage, it can cope with high power.
(実施例のトランスの構造)
図12は各実施例のスイッチング電源装置に設けられたトランスの構造図である。図12に示すトランスは、日の字型のコア30を有し、コア30の中央脚30aには、1次巻線5aと、1次巻線5a上で1次巻線5aと密結合させた2次巻線5bとが巻回されている。即ち、1次巻線5aと2次巻線5bとを同一脚に巻回し、小さなリーケージインダクタンスを得ている。
(Structure of the transformer of the example)
FIG. 12 is a structural diagram of a transformer provided in the switching power supply device of each embodiment. The transformer shown in FIG. 12 has a Japanese-shaped
また、側脚30bには、3次巻線5cが巻回され、パスコアとしての側脚30cには、ギャップ31cが形成されている。このギャップ31cにより大きなリーケージインダクタンスを3次巻線5c及び1次巻線5aに設け、このリーケージインダクタンスをリアクトルL1の代用としている。
Further, the tertiary winding 5c is wound around the
リアクトルL1にリーケージインダクタンスを用いることにより、トランスとリアクトルL1とを一体化して、1つのトランスT2で構成でき、トランスT2を小型化できる。 By using the leakage inductance for the reactor L1, the transformer and the reactor L1 can be integrated into a single transformer T2, and the transformer T2 can be downsized.
また、トランスT2のコアの中央脚30aにもギャップ31aが形成されている。ギャップ31a、31cを設けたのは、交流入力電圧の谷間でも、均一に負荷RLに電力を供給するために、平滑コンデンサC2に蓄えられた電荷を1次巻線5aのインダクタンスに蓄え負荷RLに放出し、交流入力電圧の山の部分では、1次巻線5aと3次巻線5cとの両方のインダクタンス(リアクトルL1)に蓄えたエネルギーを負荷に供給するためである。このように構成することにより、交流入力電圧の谷の部分でも負荷RLに電力を供給することができる。
A
また、トランスT2では、主スイッチQ1がオンした時には、図13に示すように、1次巻線5aで発生した磁束φ1と3次巻線5cで発生した磁束φ2は、全て側脚30cを貫く。従って、出力電力が一定の場合には、側脚30cの磁束(φ1+φ2)は、ほぼ一定である。このため、トランスT2のコア30の断面積は、1次巻線5aの巻数n1と2次巻線5bの巻数n2とが同じである場合、側脚30cの面積を1とすれば、中央脚30aの面積は1となり、側脚30bの面積は、0.5となる。
In the transformer T2, when the main switch Q1 is turned on, as shown in FIG. 13, the magnetic flux φ1 generated in the primary winding 5a and the magnetic flux φ2 generated in the tertiary winding 5c all pass through the
入力電圧の頂上付近では、平滑コンデンサC2の電圧と入力電圧はほぼ等しいため、それぞれの磁束は、等しく、側脚30cの1/2であり、入力電圧の谷では、側脚30bの磁束は、ほぼゼロである。従って、中央脚30aの磁束と側脚30cの磁束は等しい。このため、側脚30c部分を共有できるため、トランスT2を小型化できる。
In the vicinity of the top of the input voltage, the voltage of the smoothing capacitor C2 and the input voltage are substantially equal, so that the respective magnetic fluxes are equal and 1/2 of the
また、側脚30bに発生する磁束は、巻数に反比例するため、巻数を多くすれば、小さくなるが、3次巻線5cの巻数を1次巻線5aの巻数と同じにするか、1次巻線5aの巻数の約1.5倍とすると、中央脚30aの磁束の約0.5となり、コア30の形状から考えて適している。
Further, since the magnetic flux generated in the
図14は実施例4のスイッチング電源装置を示す回路構成図である。図14に示すスイッチング電源装置は、図1に示すスイッチング電源装置に対して、ダイオードD5,D6を設けた点が異なる。ダイオードD5のアノードは、交流電源Vac1の一端(全波整流回路B1の交流入力端の一端)に接続され、ダイオードD5のカソードは、平滑コンデンサC2とトランスT2の1次巻線5aとの接続点に接続されている。ダイオードD6のアノードは、交流電源Vac1の他端(全波整流回路B1の交流入力端の他端)に接続され、ダイオードD6のカソードは、平滑コンデンサC2とトランスT2の1次巻線5aとの接続点に接続されている。 FIG. 14 is a circuit configuration diagram illustrating a switching power supply device according to a fourth embodiment. The switching power supply device shown in FIG. 14 differs from the switching power supply device shown in FIG. 1 in that diodes D5 and D6 are provided. The anode of the diode D5 is connected to one end of the AC power supply Vac1 (one end of the AC input end of the full-wave rectifier circuit B1), and the cathode of the diode D5 is a connection point between the smoothing capacitor C2 and the primary winding 5a of the transformer T2. It is connected to the. The anode of the diode D6 is connected to the other end of the AC power supply Vac1 (the other end of the AC input end of the full-wave rectifier circuit B1), and the cathode of the diode D6 is connected to the smoothing capacitor C2 and the primary winding 5a of the transformer T2. Connected to the connection point.
以上の構成によれば、交流電源Vac1が投入された時、ラッシュ電流は、ダイオードD5,D6を介して平滑コンデンサC2に流れる。このため、ラッシュ電流は、トランスT2の各巻線5a〜5cには流れなくなる。その結果、トランスT2の巻線の選定がし易くなる。
According to the above configuration, when the AC power supply Vac1 is turned on, the rush current flows to the smoothing capacitor C2 via the diodes D5 and D6. For this reason, the rush current does not flow through the
なお、実施例4では、ダイオードD5,D6の両方を設けたが、例えば、ダイオードD5,D6の一方のみを設けても良い。 In the fourth embodiment, both the diodes D5 and D6 are provided. However, for example, only one of the diodes D5 and D6 may be provided.
図15は実施例5のスイッチング電源装置を示す回路構成図である。実施例5のスイッチング電源装置は、入力電流のピーク電流を減少させることにより更なる力率の改善を図ることを特徴とする。 FIG. 15 is a circuit configuration diagram illustrating a switching power supply device according to a fifth embodiment. The switching power supply device according to the fifth embodiment is characterized in that the power factor is further improved by reducing the peak current of the input current.
図15において、全波整流回路B1の正極側出力端P1とリアクトルL1との間には、インピーダンスを有する直流電源Vdc1が接続されている。この直流電源Vdc1は、インピーダンス部40と電源部E1とからなる。
In FIG. 15, a DC power supply Vdc1 having impedance is connected between the positive output terminal P1 of the full-wave rectifier circuit B1 and the reactor L1. The DC power supply Vdc1 consists
このような直流電源Vdc1を全波整流回路B1の正極側出力端P1と直列に接続したので、入力電流Iiが急激に上昇した場合には、インピーダンス部40のインピーダンスにより直流電圧が低下し、入力電流Iiのピーク電流を抑制することができる。
Since such a DC power supply Vdc1 is connected in series with the positive-side output terminal P1 of the full-wave rectifier circuit B1, when the input current Ii increases rapidly, the DC voltage decreases due to the impedance of the
図16は実施例5のスイッチング電源装置の具体的な回路構成図である。図17は実施例5のスイッチング電源装置の各部における信号のタイミングチャートである。 FIG. 16 is a specific circuit configuration diagram of the switching power supply device according to the fifth embodiment. FIG. 17 is a timing chart of signals in each part of the switching power supply device according to the fifth embodiment.
図16において、トランスT2の3次巻線5cにはタップTPxが設けられ、このタップTPxと全波整流回路B1の正極側出力端P1との間にはコンデンサCxが接続されている。トランスT2の3次巻線5cの一端と全波整流回路B1の正極側出力端P1との間にはダイオードDxが接続されている。トランスT2の3次巻線5cの他端と1次巻線5aのタップTPとの間には、リアクトルL1が接続されている。 In FIG. 16, the tertiary winding 5c of the transformer T2 is provided with a tap TPx, and a capacitor Cx is connected between the tap TPx and the positive output terminal P1 of the full-wave rectifier circuit B1. A diode Dx is connected between one end of the tertiary winding 5c of the transformer T2 and the positive output terminal P1 of the full-wave rectifier circuit B1. A reactor L1 is connected between the other end of the tertiary winding 5c of the transformer T2 and the tap TP of the primary winding 5a.
以上の構成によれば、3次巻線5cのタップTPxの電圧をダイオードDxで整流して、コンデンサCxに蓄える。この場合、コンデンサCxの値を、主スイッチQ1のスイッチング周波数に対しては低インピーダンスとなるようにし、且つ、商用周波数に対しては高インピーダンスになるように設定する。このようにすれば、図17に示すように、入力電流Iiにほぼ反比例してピーク電流が抑制され、入力電流波形をより正弦波に近似できる。このため、さらに高調波規制に対応できる。 According to the above configuration, the voltage of the tap TPx of the tertiary winding 5c is rectified by the diode Dx and stored in the capacitor Cx. In this case, the value of the capacitor Cx is set so as to be low impedance with respect to the switching frequency of the main switch Q1 and high impedance with respect to the commercial frequency. In this way, as shown in FIG. 17, the peak current is suppressed almost in inverse proportion to the input current Ii, and the input current waveform can be approximated to a sine wave. For this reason, it can respond to a harmonic regulation further.
なお、本発明は実施例1乃至実施例5のスイッチング電源装置に限定されるものではない。例えば、図14に示すスイッチング電源装置のダイオードD5,D6を、図8に示すスイッチング電源装置の同一箇所に追加しても良い。また、例えば、図15に示すスイッチング電源装置の直流電源Vdc1を、図8に示すスイッチング電源装置の同一箇所に追加しても良い。 In addition, this invention is not limited to the switching power supply device of Example 1 thru | or Example 5. For example, the diodes D5 and D6 of the switching power supply device shown in FIG. 14 may be added to the same location of the switching power supply device shown in FIG. Further, for example, the DC power supply Vdc1 of the switching power supply device shown in FIG. 15 may be added to the same location of the switching power supply device shown in FIG.
本発明のスイッチング電源装置は、AC−DC変換型の電源回路に適用可能である。 The switching power supply device of the present invention can be applied to an AC-DC conversion type power supply circuit.
Vac1 交流電源
B1 全波整流回路
10,10a,10b,101,102 制御回路
Q1 主スイッチ
Q2 補助スイッチ
RL 負荷
C1 平滑コンデンサ(2次平滑コンデンサ)
C2 平滑コンデンサ(1次平滑コンデンサ)
C3〜C5,Cx コンデンサ
D1〜D6,Dx ダイオード
L1 リアクトル
T1,T2,T3 トランス
5a 1次巻線(n1)
5b 2次巻線(n2)
5c 3次巻線(n3)
5d 補助巻線(n4)
TP タップ
21 出力電圧検出回路
22 オン/オフ制御回路
23 遅延回路
24 カウンタ回路
25 入力電圧検出回路
30 コア
Vac1 AC power supply B1 Full-
C1 smoothing capacitor (secondary smoothing capacitor)
C2 smoothing capacitor (primary smoothing capacitor)
C3 to C5, Cx Capacitors D1 to D6, Dx Diode L1 Reactor T1, T2,
5b Secondary winding (n2)
5c Tertiary winding (n3)
5d Auxiliary winding (n4)
Claims (11)
交流電源に接続して交流電圧を整流する整流回路と、
前記整流回路の負極側出力端とトランスの1次巻線の一端との間に接続された主スイッチと、
前記整流回路の負極側出力端と前記トランスの1次巻線の他端との間に接続された1次平滑コンデンサと、
前記整流回路の正極側出力端と前記トランスの1次巻線のタップとの間に接続され、リアクトルと前記トランスの3次巻線とが直列に接続された第1直列回路と、
前記トランスの2次巻線の電圧を整流平滑する整流平滑回路と、
前記主スイッチをオン/オフさせることにより前記整流平滑回路の出力電圧を所定電圧に制御する制御回路と、
を有することを特徴とするスイッチング電源装置。 A switching power supply that inputs alternating current, improves power factor and outputs direct current,
A rectifier circuit that rectifies the AC voltage by connecting to an AC power source;
A main switch connected between the negative output side of the rectifier circuit and one end of the primary winding of the transformer;
A primary smoothing capacitor connected between the negative output side of the rectifier circuit and the other end of the primary winding of the transformer;
A first series circuit connected between a positive output terminal of the rectifier circuit and a tap of the primary winding of the transformer, and a reactor and a tertiary winding of the transformer connected in series;
A rectifying / smoothing circuit for rectifying and smoothing the voltage of the secondary winding of the transformer;
A control circuit for controlling the output voltage of the rectifying and smoothing circuit to a predetermined voltage by turning on and off the main switch;
A switching power supply device comprising:
前記補助スイッチに並列に接続されたダイオードとを有し、
前記制御回路は、前記主スイッチと前記補助スイッチとを交互にオン/オフさせることにより前記整流平滑回路の出力電圧を所定電圧に制御することを特徴とする請求項1記載のスイッチング電源装置。 A second series circuit connected to both ends of the primary winding of the transformer and having an auxiliary switch and a capacitor connected in series;
A diode connected in parallel to the auxiliary switch;
The switching power supply device according to claim 1, wherein the control circuit controls the output voltage of the rectifying and smoothing circuit to a predetermined voltage by alternately turning on and off the main switch and the auxiliary switch.
11. The switching power supply device according to claim 1, wherein a DC power supply having an impedance in series is connected to a positive output side of the rectifier circuit.
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2003
- 2003-12-24 JP JP2003428115A patent/JP2005192285A/en active Pending
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