JP2005204451A - Switching power supply circuit - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To make a switching power supply circuit compatible over a wide range for power factor improvement, and to reduce the number of circuit component parts and the manufacturing cost of the circuit. <P>SOLUTION: For example, the number of turns of the primary winding N1 of an isolation converter transformer PIT is changed, according to the level of commercial alternating-current power supply AC. Thus, the range of control required for stabilizing operation, by switching frequency control is thereby nestled within the maximum control range of switching frequency in the 100 V AC system and in the 200 V AC system. Thus, stabilization can be carried out in correspondence both with the secondary direct-current output voltage Eo in the 100 V AC system and with that in the 200 V AC system for coping with a wider range. Power factor improvement is carried out by a power regeneration (feedback) method, and the magnetic flux density of the insulating converter transformer is controlled to a required value or smaller to expand the continuous mode of secondary-side rectifying operation. Thus, the ripple component superposed on secondary direct-current output voltage, which has posed problems in a power factor improvement by a power regeneration method, is suppressed. <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.

特開平6−327246号公報(第11図)JP-A-6-327246 (FIG. 11)

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.

これらの各問題の解決を図るべく、力率の改善、及びワイドレンジ対応の構成を実現する従来技術として、いわゆるアクティブフィルタを用いる方法が知られている(例えば上記特許文献1参照)。   In order to solve each of these problems, a method using a so-called active filter is known as a conventional technique for realizing a power factor improvement and a wide-range configuration (see, for example, Patent Document 1).

このようなアクティブフィルタの基本構成としては、例えば次の図9に示すようになる。
この図9においては、商用交流電源ACにブリッジ整流回路Diを接続している。このブリッジ整流回路Diの正極/負極ラインに対しては並列に出力コンデンサCoutが接続される。ブリッジ整流回路Diの整流出力が出力コンデンサCoutに供給されることで、出力コンデンサCoutの両端電圧として、直流電圧Voutが得られる。この直流電圧Voutは、例えば後段のDC−DCコンバータなどの負荷10に入力電圧として供給される。
The basic configuration of such an active filter is, for example, as shown in FIG.
In FIG. 9, a bridge rectifier circuit Di is connected to a commercial AC power source AC. An output capacitor Cout is connected in parallel to the positive / negative line of the bridge rectifier circuit Di. By supplying the rectified output of the bridge rectifier circuit Di to the output capacitor Cout, a DC voltage Vout is obtained as a voltage across the output capacitor Cout. This direct-current voltage Vout is supplied as an input voltage to a load 10 such as a subsequent DC-DC converter.

また、力率改善のための構成としては、図示するようにして、インダクタL、高速リカバリ型のダイオードD、抵抗Ri、スイッチング素子Q、及び乗算器11を備える。
インダクタL、ダイオードDは、ブリッジ整流回路Diの正極出力端子と、出力コンデンサCoutの正極端子との間に、直列に接続されて挿入される。
抵抗Riは、ブリッジ整流回路Diの負極出力端子(一次側アース)と出力コンデンサCoutの負極端子との間に挿入される。
また、スイッチング素子Q1は、この場合には、MOS−FETが選定されており、図示するようにして、インダクタLとダイオードDの接続点と、一次側アース間に挿入される。
As shown in the figure, the power factor improvement includes an inductor L, a fast recovery diode D, a resistor Ri, a switching element Q, and a multiplier 11.
The inductor L and the diode D are connected in series and inserted between the positive output terminal of the bridge rectifier circuit Di and the positive terminal of the output capacitor Cout.
The resistor Ri is inserted between the negative output terminal (primary side ground) of the bridge rectifier circuit Di and the negative terminal of the output capacitor Cout.
In this case, the switching element Q1 is a MOS-FET, and is inserted between the connection point of the inductor L and the diode D and the primary side ground as shown in the figure.

乗算器11に対しては、フィードフォワード回路として、電流検出ラインLI及び波形入力ラインLwが接続され、フィードバック回路として電圧検出ラインLVが接続される。
乗算器11は、電流検出ラインLIから入力される、ブリッジ整流回路Diの負極出力端子に流れる整流電流レベルを検出する。
また、波形入力ラインLwから入力される、ブリッジ整流回路Diの正極出力端子の整流電圧波形を検出する。これは、即ち、商用交流電源AC(交流入力電圧)の波形を絶対値化して検出していることに相当する。
また、電圧検出ラインLVから入力される、出力コンデンサCoutの直流電圧Voutに基づいて、直流入力電圧の変動差分を検出する。
そして、乗算器11からは、スイッチング素子Qを駆動するためのドライブ信号が出力される。
To the multiplier 11, a current detection line LI and a waveform input line Lw are connected as a feedforward circuit, and a voltage detection line LV is connected as a feedback circuit.
The multiplier 11 detects the level of the rectified current that flows from the current detection line LI and flows to the negative output terminal of the bridge rectifier circuit Di.
Further, the rectified voltage waveform at the positive output terminal of the bridge rectifier circuit Di input from the waveform input line Lw is detected. This corresponds to detecting the waveform of the commercial AC power supply AC (AC input voltage) as an absolute value.
Further, the fluctuation difference of the DC input voltage is detected based on the DC voltage Vout of the output capacitor Cout input from the voltage detection line LV.
The multiplier 11 outputs a drive signal for driving the switching element Q.

電流検出ラインLIから乗算器11に対しては、ブリッジ整流回路Diの負極出力端子に流れる整流電流が入力される。乗算器11では、この電流検出ラインLIから入力された整流電流レベルを検出する。また、電圧検出ラインLVから入力される、出力コンデンサCoutの直流電圧Voutに基づいて、直流入力電圧の変動差分を検出する。また、波形入力ラインLwから入力される、ブリッジ整流回路Diの正極出力端子の整流電圧波形を検出する。これは、即ち、商用交流電源AC(交流入力電圧)の波形を絶対値化して検出していることに相当する。   A rectified current flowing through the negative output terminal of the bridge rectifier circuit Di is input from the current detection line LI to the multiplier 11. The multiplier 11 detects the rectified current level input from the current detection line LI. Further, the fluctuation difference of the DC input voltage is detected based on the DC voltage Vout of the output capacitor Cout input from the voltage detection line LV. Further, the rectified voltage waveform at the positive output terminal of the bridge rectifier circuit Di input from the waveform input line Lw is detected. This corresponds to detecting the waveform of the commercial AC power supply AC (AC input voltage) as an absolute value.

乗算器11では、先ず、上記のようにして電流検出ラインLIから検出した整流電流レベルと、上記電圧検出ラインLVから検出した直流入力電圧の変動差分と乗算する。そして、この乗算結果と、波形入力ラインLwから検出した交流入力電圧の波形とによって、交流入力電圧VACと同一波形の電流指令値を生成する。   The multiplier 11 first multiplies the rectified current level detected from the current detection line LI as described above by the fluctuation difference of the DC input voltage detected from the voltage detection line LV. Then, a current command value having the same waveform as the AC input voltage VAC is generated based on the multiplication result and the waveform of the AC input voltage detected from the waveform input line Lw.

さらに、この場合の乗算器11では、上記電流指令値と実際の交流入力電流レベル(電流検出ラインL1からの入力に基づいて検出される)を比較し、この差に応じてPWM信号についてPWM制御を行い、PWM信号に基づいたドライブ信号を生成する。そして、スイッチング素子Qは、このドライブ信号によってスイッチング駆動される。この結果、交流入力電流は交流入力電圧と同一波形となるように制御されて、力率がほぼ1に近付くようにして力率改善が図られることになる。また、この場合には、乗算器によって生成される電流指令値は、整流平滑電圧の変動差分に応じて振幅が変化するように制御されるため、整流平滑電圧の変動も抑制されることになる。   Further, the multiplier 11 in this case compares the current command value with the actual AC input current level (detected based on the input from the current detection line L1), and performs PWM control on the PWM signal according to this difference. To generate a drive signal based on the PWM signal. The switching element Q is switched by this drive signal. As a result, the AC input current is controlled to have the same waveform as the AC input voltage, and the power factor is improved so that the power factor approaches one. In this case, since the current command value generated by the multiplier is controlled so that the amplitude changes according to the fluctuation difference of the rectified smoothing voltage, the fluctuation of the rectified smoothing voltage is also suppressed. .

図10(a)は、図9に示したアクティブフィルタ回路に入力される入力電圧Vin及び入力電流Iinを示している。電圧Vinは、ブリッジ整流回路Diの整流出力としての電圧波形に対応し、電流Iinは、ブリッジ整流回路Diの整流出力としての電流波形に対応する。ここで、電流Iinの波形は、ブリッジ整流回路Diの整流出力電圧(電圧Vin)と同じ導通角となっているが、これは、商用交流電源ACからブリッジ整流回路Diに流れる交流入力電流の波形も、この電流Iinと同じ導通角となっていることを示す。つまり、ほぼ1に近い力率が得られている。   FIG. 10A shows the input voltage Vin and the input current Iin input to the active filter circuit shown in FIG. The voltage Vin corresponds to the voltage waveform as the rectified output of the bridge rectifier circuit Di, and the current Iin corresponds to the current waveform as the rectified output of the bridge rectifier circuit Di. Here, the waveform of the current Iin has the same conduction angle as the rectified output voltage (voltage Vin) of the bridge rectifier circuit Di. This is the waveform of the AC input current flowing from the commercial AC power supply AC to the bridge rectifier circuit Di. Also indicates that the conduction angle is the same as that of the current Iin. That is, a power factor close to 1 is obtained.

また、図10(b)は、出力コンデンサCoutに入出力するエネルギー(電力)Pchgの変化を示す。出力コンデンサCoutは、入力電圧Vinが高いときにエネルギーを蓄え、入力電圧Vinが低いときにエネルギーを放出して、出力電力の流れを維持する。
図10(c)は、上記出力コンデンサCoutに対する充放電電流Ichgの波形を示している。この充放電電流Ichgは、上記図10(b)の入出力エネルギーPchgの波形と同位相となっていることからも分かるように、出力コンデンサCoutにおけるエネルギーPchgの蓄積/放出動作に対応して流れる電流である。
FIG. 10B shows a change in energy (power) Pchg input / output to / from the output capacitor Cout. The output capacitor Cout stores energy when the input voltage Vin is high, and releases energy when the input voltage Vin is low to maintain the flow of output power.
FIG. 10C shows the waveform of the charge / discharge current Ichg with respect to the output capacitor Cout. The charge / discharge current Ichg flows corresponding to the energy Pchg accumulation / discharge operation in the output capacitor Cout, as can be seen from the fact that it is in phase with the waveform of the input / output energy Pchg in FIG. Current.

上記充放電電流Ichgは、入力電流Vinとは異なり、交流ライン電圧(商用交流電源AC)の第2高調波とほぼ同一の波形となる。交流ライン電圧には、出力コンデンサCoutとの間のエネルギーの流れによって、図10(d)に示すようにして、第2高調波成分にリップル電圧Vdが生じる。このリップル電圧Vdは、無効なエネルギー保存のために、図10(c)に示す充放電電流Ichgに対して、90°の位相差を有する。出力コンデンサCoutの定格は、第2高調波のリップル電流と、その電流を変調するブースト・コンバータ・スイッチからの高周波リップル電流を処理することを考慮して決定するようにされる。   Unlike the input current Vin, the charge / discharge current Ichg has substantially the same waveform as the second harmonic of the AC line voltage (commercial AC power supply AC). In the AC line voltage, a ripple voltage Vd is generated in the second harmonic component as shown in FIG. 10D due to the flow of energy with the output capacitor Cout. The ripple voltage Vd has a phase difference of 90 ° with respect to the charge / discharge current Ichg shown in FIG. The rating of the output capacitor Cout is determined in consideration of processing the second harmonic ripple current and the high frequency ripple current from the boost converter switch that modulates the current.

また、図11には、先の図9の回路構成を基として、基本的なコントロール回路系を備えたアクティブフィルタの構成例を示している。なお、図9と同一とされる部分については同一符号を付して説明を省略する。
ブリッジ整流回路Diの正極出力端子と、出力コンデンサCoutの正極端子間には、スイッチングプリレギュレータ15が備えられる。このスイッチングプリレギュレータ15は、図9においては、スイッチング素子Q、インダクタL、及びダイオードDなどにより形成される部位となる。
FIG. 11 shows a configuration example of an active filter including a basic control circuit system based on the circuit configuration of FIG. In addition, about the part made the same as FIG. 9, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
A switching pre-regulator 15 is provided between the positive output terminal of the bridge rectifier circuit Di and the positive terminal of the output capacitor Cout. In FIG. 9, the switching preregulator 15 is a part formed by the switching element Q, the inductor L, the diode D, and the like.

そして、乗算器11を含むコントロール回路系は、他に、電圧誤差増幅器12、除算器13、二乗器14を備えて成る。
電圧誤差増幅器12では、出力コンデンサCoutの直流電圧Voutを、分圧抵抗Rvo−Rvdにより分圧してオペアンプ15の非反転入力に入力する。オペアンプ15の反転入力には基準電圧Vrefが入力される。オペアンプ15では、基準電圧Vrefに対する分圧された直流電圧Voutの誤差に応じたレベルの電圧を、帰還抵抗Rvl、コンデンサCvlによって決定される増幅率により増幅して、誤差出力電圧Vveaとして除算器13に出力する。
The control circuit system including the multiplier 11 includes a voltage error amplifier 12, a divider 13, and a squarer 14 in addition.
In the voltage error amplifier 12, the DC voltage Vout of the output capacitor Cout is divided by the voltage dividing resistor Rvo-Rvd and input to the non-inverting input of the operational amplifier 15. A reference voltage Vref is input to the inverting input of the operational amplifier 15. The operational amplifier 15 amplifies a voltage of a level corresponding to the error of the divided DC voltage Vout with respect to the reference voltage Vref by an amplification factor determined by the feedback resistor Rvl and the capacitor Cvl, and outputs the error output voltage Vvea to the divider 13. Output to.

また、二乗器14には、いわゆるフィードフォワード電圧Vffが入力される。このフィードフォワード電圧Vffは、入力電圧Vinを平均化回路16(Rf11,Rf12,Rf13,Cf11,Cf12)により平均化した出力(平均入力電圧)とされる。二乗器14では、このフィードフォワード電圧Vffを二乗して除算器13に出力する。   Further, a so-called feedforward voltage Vff is input to the squarer 14. The feedforward voltage Vff is an output (average input voltage) obtained by averaging the input voltage Vin by the averaging circuit 16 (Rf11, Rf12, Rf13, Cf11, Cf12). The squarer 14 squares the feedforward voltage Vff and outputs it to the divider 13.

除算器13では、電圧誤差増幅器12からの誤差出力電圧Vveaについて、二乗器14から出力された平均入力電圧の二乗値により除算を行い。この除算結果としての信号を乗算器11に出力する。
つまり、電圧ループは、二乗器14、除算器13、乗算器11の系から成るものとされる。そして、電圧誤差増幅器12から出力される誤差出力電圧Vveaは、乗算器11で整流入力信号Ivacにより乗算される前の段階で、平均入力電圧(Vff)の二乗により除算されることになる。この回路によって、電圧ループの利得は、平均入力電圧(Vff)の二乗として変化することなく、一定に維持される。平均入力電圧(Vff)は、電圧ループ内において順方向に送られる開ループ補正の機能を有する。
In the divider 13, the error output voltage Vvea from the voltage error amplifier 12 is divided by the square value of the average input voltage output from the squarer 14. A signal as a result of the division is output to the multiplier 11.
That is, the voltage loop is made up of a system of a squarer 14, a divider 13, and a multiplier 11. The error output voltage Vvea output from the voltage error amplifier 12 is divided by the square of the average input voltage (Vff) before being multiplied by the rectified input signal Ivac in the multiplier 11. With this circuit, the gain of the voltage loop is kept constant without changing as the square of the average input voltage (Vff). The average input voltage (Vff) has a function of open loop correction that is sent forward in the voltage loop.

乗算器11には、上記除算器11により誤差出力電圧Vveaを除算した出力と、抵抗Rvacを介したブリッジ整流回路Diの正極出力端子(整流出力ライン)の整流出力(Iac)が入力される。ここでは、整流出力を電圧によるのではなく、電流(Iac)として示している。乗算器11では、これらの入力を乗算することによって、電流プログラミング信号(乗算器出力信号)Imoを生成して出力する。これは、図9にて説明した電流指令値に相当する。出力電圧Voutは、この電流プログラミング信号の平均振幅を可変することで制御される。つまり、電流プログラミング信号の平均振幅の変化に応じたPWM信号が生成され、このPWM信号に基づいたドライブ信号によってスイッチング駆動が行われることによって、出力電圧Voutのレベルをコントロールするものである。
したがって、電流プログラミング信号は、入力電圧と出力電圧を制御する平均振幅の波形を有する。なお、アクティブフィルタは、出力電圧Voutのみではなく、入力電流Vinも制御するようになっている。そして、フィードフォワード回路における電流ループは、整流ライン電圧によってプログラムされるということがいえるので、後段のコンバータ(負荷10)への入力は抵抗性になる。
An output obtained by dividing the error output voltage Vvea by the divider 11 and a rectified output (Iac) of the positive output terminal (rectified output line) of the bridge rectifier circuit Di via the resistor Rvac are input to the multiplier 11. Here, the rectified output is shown not as voltage but as current (Iac). The multiplier 11 multiplies these inputs to generate and output a current programming signal (multiplier output signal) Imo. This corresponds to the current command value described in FIG. The output voltage Vout is controlled by varying the average amplitude of this current programming signal. That is, a PWM signal corresponding to a change in the average amplitude of the current programming signal is generated, and switching drive is performed by a drive signal based on the PWM signal, thereby controlling the level of the output voltage Vout.
Thus, the current programming signal has an average amplitude waveform that controls the input and output voltages. Note that the active filter controls not only the output voltage Vout but also the input current Vin. Since the current loop in the feedforward circuit can be said to be programmed by the rectified line voltage, the input to the subsequent converter (load 10) becomes resistive.

図12は、図9に示した構成に基づくアクティブフィルタの後段に対して電流共振形コンバータを接続して成る電源回路の構成例を示している。この図に示す電源回路は、AC100V系とAC200V系の双方の交流入力電圧に対応する、いわゆるワイドレンジ対応とされている。また、負荷電力0〜150Wの条件に対応可能な構成を採っている。また、電流共振形コンバータとしては、他励式のハーフブリッジ結合方式による構成を採る。   FIG. 12 shows a configuration example of a power supply circuit in which a current resonance type converter is connected to the subsequent stage of the active filter based on the configuration shown in FIG. The power supply circuit shown in this figure is so-called wide range compatible with AC input voltage of both AC100V system and AC200V system. Moreover, the structure which can respond to the conditions of load electric power 0-150W is taken. Further, the current resonance type converter adopts a configuration of a separately excited half bridge coupling method.

この図12に示す電源回路においては、商用交流電源ACに対して、図示する接続態様により、2組のラインフィルタトランスLFT,LFTと、3組のアクロスコンデンサCLが接続され、この後段にブリッジ整流回路Diが接続される。
また、ブリッジ整流回路Diの整流出力ラインには、1組のチョークコイルLNと、2組のフィルタコンデンサ(フィルムコンデンサ)CN,CNを図示するようにして接続して成るノーマルモードノイズフィルタ4が接続される。
In the power supply circuit shown in FIG. 12, two sets of line filter transformers LFT and LFT and three sets of across capacitors CL are connected to the commercial AC power supply AC in accordance with the connection mode shown in the figure. A circuit Di is connected.
Also connected to the rectified output line of the bridge rectifier circuit Di is a normal mode noise filter 4 formed by connecting one set of choke coils LN and two sets of filter capacitors (film capacitors) CN and CN as shown in the figure. Is done.

ブリッジ整流回路Diの正極出力端子は、上記チョークコイルLNと、パワーチョークコイルPCCのインダクタLpcと、高速リカバリ型の整流ダイオードD10の直列接続を介して、平滑コンデンサCiの正極端子と接続される。この平滑コンデンサCiは、図9、図11における出力コンデンサCoutに相当する。また、パワーチョークコイルPCCのインダクタLpcとダイオードD10は、それぞれ、図9に示したインダクタLとダイオードDに相当する。
また、この図における整流ダイオードD10には、コンデンサCsn−抵抗Rsnから成るRCスナバ回路が並列に接続される。
The positive output terminal of the bridge rectifier circuit Di is connected to the positive terminal of the smoothing capacitor Ci through a series connection of the choke coil LN, the inductor Lpc of the power choke coil PCC, and the fast recovery type rectifier diode D10. The smoothing capacitor Ci corresponds to the output capacitor Cout in FIGS. Further, the inductor Lpc and the diode D10 of the power choke coil PCC correspond to the inductor L and the diode D shown in FIG.
In addition, an RC snubber circuit including a capacitor Csn and a resistor Rsn is connected in parallel to the rectifier diode D10 in this figure.

スイッチング素子Q6は、図9におけるスイッチング素子Q10に相当する。つまり、実際にアクティブフィルタのスイッチング素子を実装するのにあたって、この場合にはスイッチング素子Q6をパワーチョークコイルLpcと高速リカバリ型の整流ダイオードD10の接続点と、一次側アース(負極整流出力ライン)との間に挿入するようにしている。
この場合のスイッチング素子Q6にはMOS−FETが選定されている。そして、スイッチング素子Q6のゲート−ソース間にはゲート−ソース間抵抗R52が接続されている。
The switching element Q6 corresponds to the switching element Q10 in FIG. That is, in actually mounting the switching element of the active filter, in this case, the switching element Q6 is connected to the connection point between the power choke coil Lpc and the fast recovery type rectifier diode D10, and the primary side ground (negative rectified output line). It is inserted between.
In this case, a MOS-FET is selected as the switching element Q6. A gate-source resistor R52 is connected between the gate and source of the switching element Q6.

アクティブフィルタコントロール回路20は、この場合には力率を1に近づけるように力率改善を行うアクティブフィルタの動作を制御するもので、例えば1石の集積回路(IC)とされている。
この場合、アクティブフィルタコントロール回路20は、乗算器、除算器、誤差電圧増幅器、PWM制御回路、及びスイッチング素子をスイッチング駆動するためのドライブ信号を出力するドライブ回路等を備えて構成される。図11に示した乗算器11、誤差電圧増幅器12、除算器13、及び二乗器14などに相当する回路部は、このアクティブフィルタコントロール回路20内に搭載される。
In this case, the active filter control circuit 20 controls the operation of the active filter for improving the power factor so that the power factor approaches 1, and is an integrated circuit (IC) having one stone, for example.
In this case, the active filter control circuit 20 includes a multiplier, a divider, an error voltage amplifier, a PWM control circuit, a drive circuit that outputs a drive signal for switching the switching element, and the like. Circuit units corresponding to the multiplier 11, the error voltage amplifier 12, the divider 13, the squarer 14, and the like shown in FIG. 11 are mounted in the active filter control circuit 20.

この場合、フィードバック回路は平滑コンデンサCiの両端電圧(整流平滑電圧Ei)を分圧抵抗R56,R57により分圧した電圧値を、アクティブフィルタコントロール回路20の端子T1に入力するようにして形成される。   In this case, the feedback circuit is formed so that the voltage value obtained by dividing the voltage across the smoothing capacitor Ci (rectified smoothing voltage Ei) by the voltage dividing resistors R56 and R57 is input to the terminal T1 of the active filter control circuit 20. .

また、フィードフォワード回路としては、先ず、抵抗R58を介して整流出力が端子T3に入力される。これによって、交流入力電圧波形の検出と、平均化回路のための対応するフィードフォワード回路が形成されている。
また、ブリッジ整流回路Diの負極出力端子と一次側アース間に挿入される抵抗R61との接続点から、抵抗R60を介して、端子T6に対して整流電流レベルを入力するようにしている。つまり、図11における電流検出ラインLIに相当するラインとしてのフィードフォワード回路が形成されている。
As the feedforward circuit, first, the rectified output is input to the terminal T3 via the resistor R58. This forms an AC input voltage waveform detection and corresponding feedforward circuit for the averaging circuit.
Further, the rectified current level is input to the terminal T6 through the resistor R60 from the connection point between the negative output terminal of the bridge rectifier circuit Di and the resistor R61 inserted between the primary side ground. That is, a feedforward circuit is formed as a line corresponding to the current detection line LI in FIG.

また、端子T4には、起動抵抗Rsを介したブリッジ整流回路Diの正極の整流出力が、起動電圧として入力されている。アクティブフィルタコントロール回路20は、電源起動時において、この端子T4に入力される起動電圧によって起動される。
また、パワーチョークコイルPCCにおいては、インダクタLpcとトランス結合された巻線N5が巻装されている。この巻線N5に励起された交番電圧は、ダイオードD11及びコンデンサC11とから成る半波整流回路により所定の低圧直流電圧に変換されるが、上記端子T4には、この低圧直流電圧も入力されている。アクティブフィルタコントロール回路20は、上記起動電圧により起動した後は、この低圧直流電圧を電源として入力して動作するようになっている。
また、端子T5は、抵抗R59を介して、一次側アースと接続されている。
Further, the positive rectified output of the bridge rectifier circuit Di via the starting resistor Rs is input to the terminal T4 as the starting voltage. The active filter control circuit 20 is activated by the activation voltage input to the terminal T4 when the power supply is activated.
In the power choke coil PCC, a winding N5 that is transformer-coupled with the inductor Lpc is wound. The alternating voltage excited in the winding N5 is converted into a predetermined low-voltage DC voltage by a half-wave rectifier circuit comprising a diode D11 and a capacitor C11. This low-voltage DC voltage is also input to the terminal T4. Yes. After being activated by the activation voltage, the active filter control circuit 20 is operated by inputting this low-voltage DC voltage as a power source.
The terminal T5 is connected to the primary side ground via a resistor R59.

端子T2からは、スイッチング素子を駆動するためのドライブ信号が出力される。そして、この端子T2から出力されたドライブ信号は、抵抗R51を介してスイッチング素子Q6のゲートに対して出力される。
スイッチング素子Q6では、印加されるドライブ信号に応じて、ゲート−ソース間抵抗R52の両端にゲート電圧が発生するようになっている。そして、ゲート電圧が閾値以上となることでオンとなり、閾値以下となるとオフとなるようにしてスイッチング動作を行う。
A drive signal for driving the switching element is output from the terminal T2. The drive signal output from the terminal T2 is output to the gate of the switching element Q6 via the resistor R51.
In the switching element Q6, a gate voltage is generated at both ends of the gate-source resistor R52 in accordance with the applied drive signal. Then, the switching operation is performed so that the gate voltage is turned on when the voltage is equal to or higher than the threshold value, and is turned off when the gate voltage is equal to or lower than the threshold value.

そして、スイッチング素子Q6のスイッチング駆動は、図9及び図11により説明したようにして、整流出力電流の導通角が、整流出力電圧波形とほぼ同等の導通角となるように、PWM制御に基づくドライブ信号によって行われる。整流出力電流の導通角が整流出力電圧波形とほぼ同等の導通角となるということは、即ち、商用交流電源ACから流入する交流入力電流の導通角が、交流入力電圧VACの波形とほぼ同じ導通角となることであり、結果的に、力率がほぼ1となるように制御されることになる。つまり、力率改善が図られる。実際においては、力率PF=0.99〜0.98となる特性が得られている。   The switching drive of the switching element Q6 is a drive based on PWM control so that the conduction angle of the rectified output current is substantially the same as the rectified output voltage waveform as described with reference to FIGS. Done by signal. The conduction angle of the rectified output current is substantially the same as the rectified output voltage waveform. That is, the conduction angle of the AC input current flowing from the commercial AC power supply AC is substantially the same as the waveform of the AC input voltage VAC. As a result, the power factor is controlled to be approximately 1. That is, power factor improvement is achieved. In practice, a characteristic of power factor PF = 0.99 to 0.98 is obtained.

また、この図12に示すアクティブフィルタコントロール回路20によっては、整流平滑電圧Ei(図11では、Voutに相当する)=375Vの平均値について、交流入力電圧VAC=85V〜264Vの範囲で定電圧化するようにも動作する。つまり、後段の電流共振形コンバータには、交流入力電圧VAC=85V〜264Vの変動範囲に関わらず、375Vで安定化された直流入力電圧が供給されることとなる。
上記交流入力電圧VAC=85V〜264Vの範囲は、商用交流電源AC100V系と200V系を連続的にカバーするものであり、従って、後段のスイッチングコンバータには、商用交流電源AC100V系と200V系とで、同じレベルで安定化された直流入力電圧(Ei)が供給されることとなる。つまり、図12に示す電源回路は、アクティブフィルタを備えることで、ワイドレンジの電源回路としても構成されている。
Further, depending on the active filter control circuit 20 shown in FIG. 12, the average value of the rectified and smoothed voltage Ei (corresponding to Vout in FIG. 11) = 375 V is constant in the range of AC input voltage VAC = 85 V to 264 V. Also works. That is, a DC input voltage stabilized at 375 V is supplied to the subsequent stage current resonance type converter regardless of the fluctuation range of AC input voltage VAC = 85 V to 264 V.
The range of the AC input voltage VAC = 85V to 264V continuously covers the commercial AC power supply AC100V system and the 200V system. Therefore, the switching converter in the subsequent stage includes the commercial AC power supply AC100V system and the 200V system. The DC input voltage (Ei) stabilized at the same level is supplied. That is, the power supply circuit shown in FIG. 12 is configured as a wide-range power supply circuit by including an active filter.

アクティブフィルタの後段の電流共振形コンバータは、図示するようにして、2石のスイッチング素子Q1,Q2を備えて成る。この場合には、スイッチング素子Q1がハイサイドで、スイッチング素子Q2がローサイドとなるようにしてハーフブリッジ接続し、整流平滑電圧Ei(直流入力電圧)に対して並列に接続している。つまり、ハーフブリッジ結合方式による電流共振形コンバータを形成している。   As shown in the figure, the current resonance converter at the latter stage of the active filter includes two switching elements Q1 and Q2. In this case, a half-bridge connection is made such that the switching element Q1 is on the high side and the switching element Q2 is on the low side, and the switching element Q1 is connected in parallel with the rectified and smoothed voltage Ei (DC input voltage). That is, a current resonance type converter by a half bridge coupling method is formed.

この場合の電流共振形コンバータは他励式とされ、これに対応して上記スイッチング素子Q1,Q2には、MOS−FETが用いられている。これらスイッチング素子Q1,Q2に対しては、それぞれ並列にクランプダイオードDD1,DD2が接続され、これによりスイッチング回路が形成される。これらクランプダイオードDD1,DD2は、スイッチング素子Q1,Q2のターンオフ時における逆方向電流を流す経路を形成する。
スイッチング素子Q1,Q2は、ドライブ回路21によって、交互にオン/オフとなるタイミングによって所要のスイッチング周波数によりスイッチング駆動される。また、ドライブ回路21は、後述する二次側直流出力電圧Eoのレベルに応じてスイッチング周波数を可変制御し、これにより、二次側直流出力電圧Eoの安定化を図るようにされる。
The current resonance type converter in this case is a separately excited type, and correspondingly, MOS-FETs are used for the switching elements Q1 and Q2. Clamp diodes DD1 and DD2 are connected in parallel to these switching elements Q1 and Q2, respectively, thereby forming a switching circuit. These clamp diodes DD1 and DD2 form a path through which a reverse current flows when the switching elements Q1 and Q2 are turned off.
The switching elements Q1 and Q2 are driven to be switched by the drive circuit 21 at a required switching frequency at the timing when they are alternately turned on / off. The drive circuit 21 variably controls the switching frequency in accordance with the level of a secondary side DC output voltage Eo described later, thereby stabilizing the secondary side DC output voltage Eo.

絶縁コンバータトランスPITは、上記スイッチング素子Q1,Q2のスイッチング出力を一次側から二次側に伝送するために設けられる。
絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1の一方の端部は、スイッチング素子Q1,Q2の接続点(スイッチング出力点)に対して接続され、他方の端部は、直列共振コンデンサC1を介して一次側アースに接続される。ここで、直列共振コンデンサC1は、自身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)とによって直列共振回路を形成する。この直列共振回路は、スイッチング素子Q1,Q2のスイッチング出力が供給されることで共振動作を生じるが、これによって、スイッチング素子Q1,Q2から成るスイッチング回路の動作を電流共振形とする。
The insulating converter transformer PIT is provided to transmit the switching outputs of the switching elements Q1, Q2 from the primary side to the secondary side.
One end of the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT is connected to the connection point (switching output point) of the switching elements Q1 and Q2, and the other end is connected to the primary side via the series resonance capacitor C1. Connected to ground. Here, the series resonant capacitor C1 forms a series resonant circuit by its own capacitance and the leakage inductance (L1) of the primary winding N1. This series resonance circuit generates a resonance operation when the switching outputs of the switching elements Q1 and Q2 are supplied. By this, the operation of the switching circuit composed of the switching elements Q1 and Q2 is made a current resonance type.

絶縁コンバータトランスPITの二次側には二次巻線N2が巻装される。
この場合の二次巻線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とともに、ドライブ回路21のための検出電圧としても分岐して入力される。前述もしたように、ドライブ回路21は、入力される二次側直流出力電圧EOのレベルに基づいて、二次側直流出力電圧EOが安定化されるようにスイッチング周波数を可変す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る安定化を行う。
A secondary winding N2 is wound on the secondary side of the insulating converter transformer PIT.
In this case, the secondary winding N2 is provided with a center tap as shown in the figure and connected to the secondary side ground, and then comprises rectifier diodes DO1 and DO2 and a smoothing capacitor CO as shown in the figure. Both wave rectifier circuits are 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) and is also branched and input as a detection voltage for the drive circuit 21. As described above, the drive circuit 21 switches the switching frequency so that the secondary side DC output voltage EO is stabilized based on the level of the input secondary side DC output voltage EO. Elements Q1 and Q2 are driven. That is, stabilization by the switching frequency control method is performed.

これまでの説明から分かるように、図12に示した電源回路は、従来から知られている図9及び図11に示したアクティブフィルタを実装して構成されている。このような構成を採ることによって、力率改善を図っている。また、負荷電力150W以下の条件の下で、商用交流電源AC100V系とAC200V系とで動作する、いわゆるワイドレンジ対応としている。   As can be seen from the above description, the power supply circuit shown in FIG. 12 is configured by mounting the conventionally known active filter shown in FIGS. 9 and 11. By adopting such a configuration, the power factor is improved. In addition, it is compatible with a so-called wide range that operates on a commercial AC power supply AC100V system and AC200V system under a load power of 150 W or less.

しかしながら、図12に示した構成による電源回路では次のような問題を有している。
先ず、図12に示す電源回路における電力変換効率としては、図示もしているように、前段のアクティブフィルタに対応するAC−DC電力変換効率(ηAC→DC)と、後段の電流共振形コンバータのDC−DC電力変換効率(ηDC→DC)とを総合したものとなる。
そして、AC100V系時に対応する交流入力電圧VAC=100Vの条件では、ηAC→DC=93%、ηDC→DC=94%であり、総合効率は87.4%となる。これに対して、AC200V系時に対応する交流入力電圧VAC=230Vの条件では、ηAC→DC=95%、ηDC→DC=94%となり、総合効率は89.3%となる。つまり、交流入力電圧VAC=230V時に対して、交流入力電圧VAC=100V時においては、アクティブフィルタ回路側における電力変換効率が低下して、総合効率が低下してしまう。
However, the power supply circuit having the configuration shown in FIG. 12 has the following problems.
First, as shown in the figure, the power conversion efficiency in the power supply circuit shown in FIG. 12 is the AC-DC power conversion efficiency (ηAC → DC) corresponding to the active filter in the previous stage, and the DC of the current resonance converter in the subsequent stage. -DC power conversion efficiency (ηDC → DC).
Under the condition of the AC input voltage VAC = 100 V corresponding to the AC 100 V system, ηAC → DC = 93% and ηDC → DC = 94%, and the total efficiency is 87.4%. On the other hand, under the condition of AC input voltage VAC = 230 V corresponding to the AC 200 V system, ηAC → DC = 95%, ηDC → DC = 94%, and the total efficiency is 89.3%. That is, when the AC input voltage VAC is 230 V, the power conversion efficiency on the active filter circuit side is reduced and the overall efficiency is reduced when the AC input voltage VAC is 100 V.

また、アクティブフィルタ回路はハードスイッチング動作であることから、ノイズの発生レベルが非常に大きいため、比較的重度のノイズ抑制対策が必要となる。
このため、図12に示した回路では、商用交流電源ACのラインに対して、2組のラインフィルタトランスLFTと、3組のアクロスコンデンサによるノイズフィルタを形成している。つまり、2段以上のラインノイズフィルタが必要となっている。
また、整流出力ラインに対しては、1組のチョークコイルLNと、2組のフィルタコンデンサCNから成るノーマルモードノイズフィルタを設けている。さらに、整流用の高速リカバリ型のダイオードD10に対しては、RCスナバ回路を設けている。
このようにして、実際の回路としては、非常に多くの部品点数によるノイズ対策が必要であり、コストアップ及び電源回路基板の実装面積の大型化を招いている。
In addition, since the active filter circuit is a hard switching operation, the level of noise generation is very high, and thus a relatively severe noise suppression measure is required.
For this reason, in the circuit shown in FIG. 12, a noise filter is formed by two sets of line filter transformers LFT and three sets of across capacitors for the line of the commercial AC power supply AC. That is, two or more stages of line noise filters are required.
Further, a normal mode noise filter including one set of choke coils LN and two sets of filter capacitors CN is provided for the rectified output line. Further, an RC snubber circuit is provided for the fast recovery diode D10 for rectification.
Thus, as an actual circuit, countermeasures against noise due to an extremely large number of parts are necessary, which leads to an increase in cost and an increase in the mounting area of the power supply circuit board.

さらに、汎用ICとしてのアクティブフィルタコントロール回路20によって動作するスイッチング素子Q6のスイッチング周波数は50KHzであるのに対して、後段の電流共振形コンバータのスイッチング周波数は70KHz〜150KHzの範囲となっている。これにより、1次側アース電位が干渉しあって、異常発振を誘発する等、電源回路としての動作が不安定になりやすいという問題も有している。   Furthermore, the switching frequency of the switching element Q6 operated by the active filter control circuit 20 as a general-purpose IC is 50 KHz, whereas the switching frequency of the subsequent current resonance type converter is in the range of 70 KHz to 150 KHz. As a result, there is also a problem that the operation as a power supply circuit tends to become unstable, such as the primary side ground potential interfering to induce abnormal oscillation.

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、商用交流電源を入力して整流平滑電圧を生成する整流平滑手段と、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を行うスイッチング素子を備えて形成したスイッチング手段と、上記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により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、上記一次巻線に直列接続された一次側直列共振コンデンサのキャパシタンスとによって形成され、上記スイッチング手段の動作を電流共振形とする一次側直列共振回路とを備える。
また、上記絶縁コンバータトランスの二次巻線に励起される交番電圧を入力して整流動作を行って、二次側直流出力電圧を生成するように構成された二次側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することで、二次側直流出力電圧に対する定電圧制御を行うように構成された定電圧制御手段とを備える。
そして、さらに、上記スイッチング手段のスイッチング動作により一次側直列共振回路に得られる一次側直列共振電流を電力回生するようにして、上記整流平滑手段を形成する平滑コンデンサに帰還するようにされており、この帰還された電力に応じて、上記整流平滑手段による整流動作によって得られる整流電流を断続するようにしてスイッチングする力率改善用スイッチング素子を備えて構成される力率改善手段を備える。
その上で、上記商用交流電源のレベルに応じ、少なくとも上記絶縁コンバータトランスにおける上記一次巻線の巻数を切り換えるように構成された切換手段を備えると共に、上記絶縁コンバータトランスの磁束密度を、上記二次側直流出力電圧の変動にかかわらず、二次側整流動作が連続モードとなるようにして、所定以下となるように設定するものとした。
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 rectifying / smoothing means for generating a rectified and smoothed voltage by inputting a commercial AC power supply, a switching means formed by including a switching element for performing switching by inputting the rectified and smoothed voltage as a DC input voltage, and the switching Switching drive means for switching and driving the element.
Then, 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 in which an alternating voltage is excited by the switching output obtained in the primary winding are wound. An insulating converter transformer formed at least, a leakage inductance component of a primary winding of the insulating converter transformer, and a capacitance of a primary side series resonant capacitor connected in series to the primary winding, A primary-side series resonance circuit whose operation is a current resonance type.
A secondary-side DC output voltage generating means configured to generate a secondary-side DC output voltage by performing an rectifying operation by inputting an alternating voltage excited to the secondary winding of the insulating converter transformer; The constant voltage control for the secondary side DC output voltage is performed by controlling the switching drive means according to the level of the secondary side DC output voltage and varying the switching frequency of the switching means. Constant voltage control means.
Further, the primary side series resonance current obtained in the primary side series resonance circuit by the switching operation of the switching means is regenerated to feed back to the smoothing capacitor that forms the rectifying and smoothing means, Power factor improving means comprising a power factor improving switching element that switches the rectified current obtained by the rectifying operation by the rectifying and smoothing means intermittently according to the fed back electric power.
In addition, switching means configured to switch at least the number of turns of the primary winding in the insulating converter transformer according to the level of the commercial AC power supply is provided, and the magnetic flux density of the insulating converter transformer is set to the secondary voltage. Regardless of the fluctuation of the side DC output voltage, the secondary side rectification operation is set to be a predetermined mode or less so as to be in the continuous mode.

上記構成による本発明のスイッチング電源回路は、一次側スイッチングコンバータとして、電流共振形コンバータを備えていることになる。また、力率改善は、電力回生方式により行う構成を採ることとしている。
そして、上記のようにして絶縁コンバータトランスの磁束密度が所要以下となるようにしていることで、二次側直流出力電圧の変動、つまり、負荷変動や商用交流電源(交流入力電圧)のレベル変動にかかわらず、二次側整流動作としては、常に、二次側整流電流が不連続となる期間を生じない連続モードとなるようにしている。
このように絶縁コンバータトランスの磁束密度を所要以下とし、二次側整流動作を連続モードとすれば、電力回生方式により力率改善を行う場合に生じるとされていた、一次側直列共振回路に重畳する商用交流電源周期のリップルに伴って発生するとされる、二次側直流出力電圧に重畳する商用交流電源周期のリップル電圧の抑制が図られる。
The switching power supply circuit of the present invention having the above configuration includes a current resonance type converter as the primary side switching converter. In addition, the power factor is improved using a power regeneration system.
Then, as described above, the magnetic flux density of the insulating converter transformer is set to be lower than the required value, so that the fluctuation of the secondary side DC output voltage, that is, the fluctuation of the load and the level fluctuation of the commercial AC power supply (AC input voltage). Regardless of the above, the secondary side rectification operation is always in a continuous mode that does not produce a period in which the secondary rectification current becomes discontinuous.
In this way, if the magnetic flux density of the insulating converter transformer is kept below the required level and the secondary side rectification operation is set to the continuous mode, it is superimposed on the primary side series resonance circuit, which was supposed to occur when the power factor is improved by the power regeneration method. The ripple voltage of the commercial AC power supply cycle superimposed on the secondary side DC output voltage, which is generated along with the ripple of the commercial AC power supply cycle, is suppressed.

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巻線の巻数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巻数の巻数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。
安定化に要求されるスイッチング周波数の制御範囲を商用交流電源のレベルに応じて設定することができれば、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、これによって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ができるようになる。
In addition, according to the above configuration, at least the number of turns of the primary winding is switched according to the level of the commercial AC power supply by the operation of the switching unit. In this way, if at least the number of primary turns is switched according to the level of the commercial AC power supply, the control range of the switching frequency required for stabilization is set according to the level of the commercial AC power supply, for example. It becomes possible.
If the control range of the switching frequency required for stabilization can be set according to the level of the commercial AC power supply, the control range of the switching frequency required for stabilization can be set regardless of the rated level of the commercial AC power supply. It becomes possible to be within the variable range of the switching frequency in the switching power supply circuit. That is, this makes it possible to properly stabilize regardless of the level change of the commercial AC power supply.

このようにして本発明によれば、絶縁コンバータトランスの磁束密度を所定以下として二次側整流動作が常に連続モードとなるようにしたことで、電力回生方式による力率改善のための構成を採りながらも、二次側直流出力電圧のリップル電圧を抑制することができ、例えば二次側直流出力電圧を生成するための二次側整流平滑コンデンサのキャパシタンスとしては、実用範囲に収めることができる。つまり、電力回生方式による力率改善構成を備える電源回路の実用化をこれまでよりも容易に実現して推し進めることが可能になる。   Thus, according to the present invention, the magnetic flux density of the insulating converter transformer is set to a predetermined value or less so that the secondary side rectification operation is always in the continuous mode, thereby adopting a configuration for improving the power factor by the power regeneration method. However, the ripple voltage of the secondary side DC output voltage can be suppressed. For example, the capacitance of the secondary side rectifying and smoothing capacitor for generating the secondary side DC output voltage can be within a practical range. In other words, it is possible to more easily realize and push forward the practical use of a power supply circuit having a power factor improving configuration by a power regeneration method.

また、本発明によれば、上記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巻線の巻数を切り換えるようにしたことで、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が可能となり、これによってワイドレンジ対応のスイッチング電源回路の構成を実現できる。   In addition, according to the present invention, since at least the number of turns of the primary winding is switched according to the level of the commercial AC power supply as described above, it is possible to properly stabilize regardless of the level change of the commercial AC power supply. This makes it possible to realize a wide-range switching power supply circuit configuration.

これらのことから、本発明のスイッチング電源回路の構成によれば、力率の改善を図るワイドレンジ対応の構成を実現するにあたって、従来のアクティブフィルタを不要とすることができる。   For these reasons, according to the configuration of the switching power supply circuit of the present invention, it is possible to eliminate the need for a conventional active filter in realizing a wide-range configuration that improves power factor.

これにより、従来のアクティブフィルタによって力率改善を図る場合における、電力変換効率の低下を抑制できる。また、アクティブフィルタを構成するための多数の部品素子も不要とすることができる。
さらに本発明によれば、スイッチング電源回路を構成する電流共振形コンバータ、及び力率改善手段はソフトスイッチング動作とすることができ、これによりスイッチングノイズは大幅に低減されるから、アクティブフィルタの場合のようにノイズフィルタを強化する必要もなくなる。
これらのことより、従来のアクティブフィルタも用いる回路との比較では、部品点数が大幅に削減されることになって、電源回路サイズの小型/軽量化を図ることが可能となる。また、それだけコストダウンが図られることにもなる。
また、さらには、アクティブフィルタが省略されたことで、一次側アース電位の干渉が無くなるので、一次側アース電位も安定することとなって、信頼性が向上する。
Thereby, the fall of power conversion efficiency in the case of aiming at a power factor improvement with the conventional active filter can be suppressed. Also, a large number of component elements for configuring the active filter can be eliminated.
Furthermore, according to the present invention, the current resonance type converter and the power factor correction means that constitute the switching power supply circuit can be set to a soft switching operation, whereby the switching noise is greatly reduced. Thus, there is no need to strengthen the noise filter.
For these reasons, the number of components is greatly reduced compared with a circuit that also uses a conventional active filter, and the size and weight of the power supply circuit can be reduced. In addition, the cost can be reduced accordingly.
Further, since the active filter is omitted, the interference of the primary side ground potential is eliminated, so that the primary side ground potential is also stabilized and the reliability is improved.

さらに本発明では、上記のように絶縁コンバータトランスの磁束密度が所定以下となるようにしていることで、二次側整流動作が常に連続モードとなるようにすることができる。
そして、このように二次側整流動作が連続モードとなれば、二次側整流電流のピークレベルを低下させることができ、これによって不連続モードとされることによる二次側の整流ダイオードの導通損を低減できるものとなる。すなわち、このように二次側の整流ダイオードの導通損を低減できることで、不連続モードのときに生じていた二次側の電力損失を低減して、電力変換効率のさらなる向上を図ることができるものである。
Furthermore, in the present invention, as described above, the magnetic flux density of the insulating converter transformer is set to a predetermined value or less, so that the secondary side rectification operation can always be in the continuous mode.
If the secondary side rectification operation is in the continuous mode in this way, the peak level of the secondary side rectification current can be reduced, and thereby the conduction of the secondary side rectification diode due to the discontinuous mode is achieved. Loss can be reduced. That is, since the conduction loss of the secondary side rectifier diode can be reduced in this way, the secondary side power loss that has occurred in the discontinuous mode can be reduced, and the power conversion efficiency can be further improved. Is.

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。この図に示す電源回路は、一次側の基本構成として、他励式によるハーフブリッジ結合方式による電流共振形コンバータに対して部分電圧共振回路が組み合わされた構成を採る。
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 power supply circuit shown in this figure employs a configuration in which a partial voltage resonance circuit is combined with a current resonance type converter using a half-bridge coupling method by a separate excitation type as a basic configuration on the primary side.

この図1に示す電源回路においては、先ず、商用交流電源ACに対し、フィルタコンデンサCL、CL、及びコモンモードチョークコイルCMCによるノイズフィルタが形成されている。
そして、上記ノイズフィルタの後段となる商用交流電源ACに対しては、ブリッジ整流回路Di及び1本の平滑コンデンサCiから成る全波整流平滑回路が接続される。ただし、本実施の形態においては、ブリッジ整流回路Diの正極出力ラインと、平滑コンデンサCiの正極端子間には、力率改善回路10が介在するようにして設けられる。この力率改善回路10の構成及びその動作については後述する。
この全波整流平滑回路が商用交流電源ACを入力して全波整流動作を行うことによって、平滑コンデンサCiの両端には整流平滑電圧Ei(直流入力電圧)が得られる。この場合の整流平滑電圧Eiは、交流入力電圧VACの等倍に対応したレベルとなる。また、上記ブリッジ整流回路Diを形成する4本の整流ダイオードには、低速リカバリ型を選定している。
In the power supply circuit shown in FIG. 1, first, a noise filter is formed by filter capacitors CL and CL and a common mode choke coil CMC with respect to the commercial AC power supply AC.
A full-wave rectifying / smoothing circuit including a bridge rectifier circuit Di and one smoothing capacitor Ci is connected to the commercial AC power supply AC that is a subsequent stage of the noise filter. However, in the present embodiment, the power factor correction circuit 10 is provided between the positive output line of the bridge rectifier circuit Di and the positive terminal of the smoothing capacitor Ci. The configuration and operation of the power factor correction circuit 10 will be described later.
When this full-wave rectifying / smoothing circuit inputs a commercial AC power supply AC and performs a full-wave rectifying operation, a rectified and smoothed voltage Ei (DC input voltage) is obtained at both ends of the smoothing capacitor Ci. In this case, the rectified and smoothed voltage Ei is at a level corresponding to an equal magnification of the AC input voltage VAC. Further, a low speed recovery type is selected for the four rectifier diodes forming the bridge rectifier circuit Di.

上記直流入力電圧を入力してスイッチング(断続)する電流共振形コンバータとしては、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,Q2をハーフブリッジ結合により接続したスイッチング回路を備える。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、ダンパーダイオードDD1,DD2が並列に接続される。ダンパーダイオードDD1のアノード、カソードは、それぞれスイッチング素子Q1のソース、ドレインと接続される。同様にして、ダンパーダイオードDD2のアノード、カソードは、それぞれスイッチング素子Q2のソース、ドレインと接続される。ダンパーダイオードDD1,DD2は、それぞれスイッチング素子Q1,Q2が備えるボディダイオードとされる。   As shown in the figure, the current resonance type converter for switching (intermittently) by inputting the DC input voltage includes a switching circuit in which two switching elements Q1 and Q2 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. The anode and cathode of the damper diode DD1 are connected to the source and drain of the switching element Q1, respectively. Similarly, the anode and cathode of the damper diode DD2 are connected to the source and drain of the switching element Q2, respectively. The damper diodes DD1 and DD2 are body diodes provided in 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、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、駆動回路を有しており、例えば汎用のICを用いることができる。そして、この発振・ドライブ回路2内の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, an oscillation / drive circuit 2 is provided to drive the switching elements Q1, Q2 in a switching manner. The oscillation / drive circuit 2 includes an oscillation circuit and a drive circuit, and for example, a general-purpose IC can be used. Then, a drive signal (gate voltage) having a required frequency is applied to the gates of the switching elements Q1 and Q2 by the oscillation circuit and the drive circuit in the oscillation / drive circuit 2. 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ために設けられる。絶縁トランスPITの一次巻線N1は、一方の端部が上記したスイッチング素子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。
この場合、上記一次巻線N1は、図示するように一次巻線部N1A,一次巻線部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、上記したスイッチング素子Q1とスイッチング素子Q2によるスイッチング出力点に対して接続される。また、この一次巻線部N1Aの他方の端部は、図示する一次側直列共振コンデンサC1Aを介してリレースイッチS1の端子t2に対して接続される。
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、一次巻線部N1Bと一次巻線部N1Aとの接続点は一次巻線N1のタップ出力とされて、上記一次側直列共振コンデンサC1Aを介してリレースイッチ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、一次側直列共振コンデンサC1Bを介してリレースイッチS1の端子t3に対して接続されている。
The insulating converter transformer PIT is provided to transmit the switching outputs of the switching elements Q1 and Q2 to the secondary side. The primary winding N1 of the insulating transformer PIT has one end connected to the connection point (switching output point) between the source of the switching element Q1 and the drain of the switching element Q2, and the switching output is transmitted. It is like that.
In this case, the primary winding N1 is formed by connecting two winding portions of a primary winding portion N1A and a primary winding portion N1B in series as shown. One end of the primary winding N1A is connected to the switching output point of the switching element Q1 and the switching element Q2. The other end of the primary winding N1A is connected to the terminal t2 of the relay switch S1 via the illustrated primary side series resonant capacitor C1A.
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 primary winding portion N1B and the primary winding portion N1A is the tap output of the primary winding N1, and is connected to the terminal t2 of the relay switch S1 via the primary side series resonant capacitor C1A. It has become.
The other end of the primary winding N1B is connected to the terminal t3 of the relay switch S1 via the primary side series resonance capacitor C1B.

上記リレースイッチ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、後述するリレースイッチS2を介して力率改善回路10内の高周波インダクタL10に対して接続される。
The relay switch S1 is switched so that either the terminal t2 or the terminal t3 is alternatively connected to the terminal t1, and this terminal switching operation is performed when the relay RL is turned on. / Controlled according to 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 high frequency inductor L10 in the power factor correction circuit 10 via a relay switch S2 described later.

こ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、一次側直列共振コンデンサC1Bと、一次巻線部N1A−N1Bの直列接続である一次巻線N1全体が有効となる。
これに対し、端子t1に対して端子t2が接続されているときには、一次側直列共振コンデンサC1Aと、一次巻線N1としては一次巻線部N1Aのみが有効となる。
When the relay switch S1 is thus provided and the terminal t3 is connected to the terminal t1, the primary series resonance capacitor C1B and the primary winding portion N1A-N1B are connected in series. The entire winding N1 becomes effective.
On the other hand, when the terminal t2 is connected to the terminal t1, only the primary winding N1A is effective as the primary side series resonance capacitor C1A and the primary winding N1.

ここで、絶縁コンバータトランスPITは、後述する構造により、絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1に所要のリーケージインダクタンスL1を生じさせる。そして、一次側直列共振コンデンサC1(C1A、C1B)のキャパシタンスと、上記リーケージインダクタンスL1によっては一次側直列共振回路を形成する。これによれば、上記スイッチング素子Q1,Q2のスイッチング出力は、この一次側直列共振回路に伝達されることとなる。この一次側直列共振回路が、伝達されたスイッチング出力により共振動作を行うことで、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。   Here, the insulating converter transformer PIT generates a required leakage inductance L1 in the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT by a structure described later. A primary side series resonant circuit is formed by the capacitance of the primary side series resonant capacitor C1 (C1A, C1B) and the leakage inductance L1. According to this, the switching outputs of the switching elements Q1, Q2 are transmitted to the primary side series resonance circuit. The primary side series resonance circuit performs a resonance operation by the transmitted switching output, thereby making the operation of the primary side switching converter a 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、上記のように一次巻線部N1Aと一次側直列共振コンデンサC1Aとが有効となる場合と、一次巻線N1全体(N1A−N1B)と一次側直列共振コンデンサC1Bとが有効となる場合とで切換が行われるが、何れの場合においても、一次巻線N1と一次側直列共振コンデンサ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 present embodiment, switching of the relay switch S1 enables the primary winding N1A and the primary side series resonant capacitor C1A to be effective as described above, and the entire primary winding N1 (N1A− N1B) and the primary side series resonant capacitor C1B are switched, but in either case, the primary winding N1 and the primary side series resonant capacitor C1 are connected in series. The primary side series resonant circuit is still 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、上記のようなリレースイッチS1の切換によっては、一次巻線部N1A−一次側直列共振コンデンサC1Aによる直列共振回路と、一次巻線部N1A・N1B−一次側直列共振コンデンサC1Bによる直列共振回路とで切換が行われることがわかる。
つまりこの場合、上記リレースイッチS1の切換によっては、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についての切り換えが可能となると共に、一次側直列共振回路の切り換えも可能となるものである。
Further, depending on the switching of the relay switch S1 as described above, the series resonance circuit by the primary winding portion N1A-primary side series resonance capacitor C1A and the series resonance circuit by the primary winding portion N1A / N1B-primary side series resonance capacitor C1B. It can be seen that switching takes place.
That is, in this case, depending on the switching of the relay switch S1, it is possible to switch the leakage inductance L1 of the insulating converter transformer PIT and also to switch the primary side series resonance circuit.

また、図1に示す電源回路の一次側には、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とについての切り換えをコントロールするための構成として、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, as a configuration for controlling switching between the relay switch S1 and a relay switch S2 described later, a relay RL and conduction / non-conduction of the relay RL are provided. There is provided a relay switching circuit 5 adapted to control.

このリレー切換回路5は、整流平滑電圧Eiを、図示する分圧抵抗R1−分圧抵抗R2により分圧して検出電圧として入力している。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。   This relay switching circuit 5 divides the rectified and smoothed voltage Ei by a voltage dividing resistor R1 to a voltage dividing resistor R2 shown in the figure and inputs it as a detection voltage. Since the rectified and smoothed voltage Ei is obtained by rectifying and smoothing the commercial AC power source AC, a level corresponding to the same level as that of the commercial AC power source 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.

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。
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。
例えば重負荷の傾向となって二次側直流出力電圧Eoが低下するのに応じては、上記スイッチング周波数を低くするように制御するが、これは共振インピーダンスを小さくすることとなり、このために二次側直流出力電圧Eoを上昇させる。これに対して、軽負荷の傾向となって二次側直流出力電圧Eoが上昇するのに応じては、上記スイッチング周波数を高くするように制御することで、共振インピーダンスを大きくし、二次側直流出力電圧Eoを低下させる。
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.
For example, when the secondary-side DC output voltage Eo decreases due to a heavy load tendency, the switching frequency is controlled to be lowered. However, this reduces the resonant impedance. The secondary side DC output voltage Eo is raised. On the other hand, when the secondary side DC output voltage Eo rises due to a light load tendency, the resonance impedance is increased by controlling the switching frequency to be increased, and the secondary side The DC output voltage Eo is reduced.

続いて、力率改善回路10の構成について説明する。
前述もしたようにこの力率改善回路10は、商用交流電源ACから直流入力電圧(Ei)を得るための整流平滑回路における整流電流経路に対して挿入されるようにして設けられるもので、電力回生方式として静電結合形による力率改善回路の構成を採る。
Next, the configuration of the power factor correction circuit 10 will be described.
As described above, the power factor correction circuit 10 is provided so as to be inserted into the rectification current path in the rectification smoothing circuit for obtaining the DC input voltage (Ei) from the commercial AC power supply AC. A power factor correction circuit using electrostatic coupling is adopted as the regenerative system.

力率改善回路10においては、先ず、ブリッジ整流回路Diの正極出力端子に対して、高周波インダクタL10の一端が接続されている。高周波インダクタL10の他端は、リレースイッチS2を介して高速リカバリ型であるスイッチングダイオードD1のアノードに対して接続され、スイッチングダイオードD1のカソードは、平滑コンデンサCiの正極端子に対して接続される。つまり、等価的には、ブリッジ整流回路Diの正極出力端子と平滑コンデンサCiの正極端子間に対して、高周波インダクタL10−スイッチングダイオードD1(アノード→カソード)の直列接続回路が挿入されるものとなる。
また、高周波インダクタL10−リレースイッチS2−スイッチングダイオードD1の直列接続回路に対しては、フィルタコンデンサCNを並列に接続している。フィルタコンデンサCNは、ノーマルモードノイズを抑制するために設けられる。
さらに、スイッチングダイオードD1に対して、力率改善用直列共振コンデンサC20が並列に接続される。この場合、力率改善用直列共振コンデンサC20は、高周波インダクタL10に対しては直列の関係となるが、これにより、力率改善用直列共振コンデンサC20のキャパシタンスと、高周波インダクタL10のインダクタンスとにより、力率改善回路10内(商用交流電源の整流電流経路内)において直列共振回路を形成する。
In the power factor correction circuit 10, first, one end of the high frequency inductor L10 is connected to the positive output terminal of the bridge rectifier circuit Di. The other end of the high-frequency inductor L10 is connected to the anode of the switching diode D1, which is a high-speed recovery type, via the relay switch S2, and the cathode of the switching diode D1 is connected to the positive terminal of the smoothing capacitor Ci. That is, equivalently, a series connection circuit of a high-frequency inductor L10 and a switching diode D1 (anode → cathode) is inserted between the positive output terminal of the bridge rectifier circuit Di and the positive terminal of the smoothing capacitor Ci. .
A filter capacitor CN is connected in parallel to the series connection circuit of the high-frequency inductor L10-relay switch S2-switching diode D1. The filter capacitor CN is provided to suppress normal mode noise.
Further, a power factor improving series resonance capacitor C20 is connected in parallel to the switching diode D1. In this case, the power factor improving series resonance capacitor C20 is in series with the high frequency inductor L10, but due to the capacitance of the power factor improving series resonance capacitor C20 and the inductance of the high frequency inductor L10, A series resonance circuit is formed in the power factor correction circuit 10 (in the rectified current path of the commercial AC power supply).

そして、前述もしたように、高周波インダクタL10は、一次側直列共振回路を切り換えるためのリレースイッチS1に対して、上記リレースイッチS2を介して接続されるものである。つまり、このことから、力率改善回路10は一次側直列共振回路(L1−C1)と接続されているものである。   As described above, the high frequency inductor L10 is connected to the relay switch S1 for switching the primary side series resonant circuit via the relay switch S2. That is, for this reason, the power factor correction circuit 10 is connected to the primary side series resonance circuit (L1-C1).

このような力率改善回路10の回路構成によると、一次側直列共振回路に得られるスイッチング出力(一次側直列共振電流)を電力として回生して、スイッチングダイオードD1//力率改善用直列共振コンデンサC20の並列接続を介するようにして平滑コンデンサCiに帰還する動作が得られることになる。この場合、平滑コンデンサCiと一次側直列共振回路との間には、力率改善用直列共振コンデンサC20のキャパシタンス(静電容量)が介在することから、電力回生は、静電結合により行われるものとみることができる。   According to such a circuit configuration of the power factor correction circuit 10, the switching output (primary side series resonance current) obtained in the primary side series resonance circuit is regenerated as electric power, and the switching diode D1 // series resonance capacitor for power factor improvement An operation of returning to the smoothing capacitor Ci through the parallel connection of C20 is obtained. In this case, since the capacitance (capacitance) of the power factor improving series resonance capacitor C20 is interposed between the smoothing capacitor Ci and the primary side series resonance circuit, power regeneration is performed by electrostatic coupling. Can be seen.

そして、力率改善回路10においては、このように帰還される一次側直列共振電流に基づく電圧が高周波インダクタL10に得られ、これによって高速リカバリ型とされるスイッチングダイオードD1は、一次側直列共振回路によるスイッチング出力に基づく比較的高周波の電圧によって断続される。
このようにして、一次側直列共振回路によるスイッチング出力に基づく高周波成分に基づいてスイッチングダイオードD1が断続されれば、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、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、上記したようにフィルタコンデンサCNが、高周波インダクタL10−スイッチングダイオードD1の直列接続回路に並列に接続されるようにして備えられていることで、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 10, a voltage based on the primary series resonance current fed back in this way is obtained in the high frequency inductor L 10, whereby the switching diode D 1 that is a fast recovery type has the primary side series resonance circuit. Is interrupted by a relatively high-frequency voltage based on the switching output.
In this way, if the switching diode D1 is intermittent based on the high frequency component based on the switching output by the primary side series resonant circuit, the rectified output voltage level is originally lower than the voltage across the smoothing capacitor Ci. However, the charging current to the smoothing capacitor Ci flows.
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, as described above, the filter capacitor CN is provided so as to be connected in parallel to the series connection circuit of the high frequency inductor L10 and the switching diode D1, so that the rectified output of the bridge rectifier circuit Di is provided. The noise component generated in the line is removed.

なお、この場合の力率改善回路10に対しては、先に説明したリレースイッチS2が備えられる。
このリレースイッチS2としては、端子t1が上記したリレースイッチS1の端子t1に接続される。また、リレースイッチS2の端子t3は、高周波インダクタL10の上記した他端と接続される。そして、端子t2は、高周波インダクタL10の巻線に設けられるタップ出力点と接続される。
ここでは、高周波インダクタL10における上記端子t3と接続される端部から上記タップ出力点までの巻線部分を、巻線部N10Bとする。また、タップ出力点から残りの巻線部分は巻線部N10Aとする。
In this case, the power factor correction circuit 10 is provided with the relay switch S2 described above.
As this relay switch S2, a terminal t1 is connected to the terminal t1 of the relay switch S1 described above. The terminal t3 of the relay switch S2 is connected to the other end of the high frequency inductor L10. The terminal t2 is connected to a tap output point provided in the winding of the high frequency inductor L10.
Here, the winding portion from the end connected to the terminal t3 in the high-frequency inductor L10 to the tap output point is defined as a winding portion N10B. The remaining winding portion from the tap output point is the winding portion N10A.

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高周波インダクタL10では、AC100V系時に巻線部N10Aのみが有効となるように切り換えが行われる。また、AC200V系時には巻線部N10Aと巻線部N10Bとの直列接続が有効となって、その巻線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高周波インダクタL10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。
なお、このようなリレースイッチS2による高周波インダクタL10の巻線切り換え動作については後述する。
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 high-frequency inductor L10 having the above connection configuration, switching is performed so that only the winding portion N10A is effective in the AC100V system. In the AC200V system, the series connection of the winding portion N10A and the winding portion N10B is effective, and switching is performed so that the entire winding is effective. That is, the high frequency inductor L10 is configured to increase the number of turns in the AC 200V system by such switching operation.
Note that the winding switching operation of the high-frequency inductor L10 by the relay switch S2 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、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、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。これにより、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 switching is performed. In the circuit 5, the relay RL is controlled so that the relay switch S1 selects the terminal t3. Thereby, when the AC200 system is input as the commercial AC power supply, the serial connection of the primary winding portions N1B-N1A 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、図示はしなかったが、リレーRLを駆動するための電力は、例えば発振・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, the power for driving the relay RL may be configured to be supplied from, for example, 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、例えば図示するような電位ETG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, it is assumed that the secondary side DC output voltage Eo should be stabilized at a potential ETG as shown in the figure, 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、先にも述べたように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, when 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 is switched as described above. Will change.
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、一次側直列共振コンデンサ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、例えば一次側直列共振コンデンサC1A、C1Bのキャパシタンスを同値とした場合を仮定すると、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、上記のように一次側直列共振コンデンサC1AとC1Bとを同値で考えた場合、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 the primary side series resonance circuit (C1-L1) together with the capacitance of the primary side series resonance capacitor C1, so that, for example, the capacitances of the primary side series resonance capacitors C1A and C1B have the same value. If the leakage inductance L1 changes, the resonance frequency fo of the primary side series resonance circuit (C1-L1) changes.
That is, in the circuit of FIG. 1, as can be understood from the above description, the leakage inductance L1 is set to be smaller in the AC 100V system than in the AC 200V system. When the capacitors C1A and C1B are considered to have the same value, when the resonance frequency fo1 in the AC100V system is compared with the resonance frequency fo2 in the AC200V system, the resonance frequency fo1 is more than the resonance frequency fo2 as shown in FIG. Will also be higher.

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を図示する電位ETG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。   When the secondary side DC output voltage Eo is to be stabilized by the potential ETG shown in the figure by the 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 switching frequency variable range (necessary control range) becomes a range indicated as Δfs1.

一方のAC200V系時では、上記も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を電位ETG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 AC 200V system, 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 AC 100V system as described above. 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 by the potential ETG by the upper side control under the characteristics of the AC200V system is a range shown as 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 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。
これによっては、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、上記した必要制御範囲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, in the configuration of the power supply circuit shown in FIG. 1, when the number of turns of the primary winding N1 is not changed and 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.
Depending on this, it is necessary to stabilize the secondary side DC output voltage Eo having a very large fluctuation range corresponding to a predetermined load fluctuation range in a range corresponding to the AC100V system to AC200. At this time, for example, under the condition where the load fluctuation range is large, the above-mentioned required control range Δfs must be very wide, and it is properly stabilized within the maximum variable range of the switching frequency determined by the specifications of the switching power supply circuit. It may be difficult to plan.

これに対し図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た上記のような一次巻線N1の巻線切換により、例えば200V系時における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を先の図2に示した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。
On the other hand, in the circuit of FIG. 1, by switching the primary winding N1 as described above according to the change in the input level of the commercial AC power supply in the AC 100V system and the AC 200V system, for example, the secondary side DC in the 200V system is used. The required control range Δfs2 can be set to the position shown in FIG. 2 by changing the characteristics of the output voltage Eo. This is the primary in the AC100V system and the 200V system. By selecting the number of turns of the winding N1, it means that each of the necessary control ranges Δfs1, Δfs2 can be set so as to be 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.

このようにして図1の回路では、一次巻線N1の巻数切換によって、図2に示したようなAC200V系時の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で、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することが可能となる。そして、これによって、スイッチング周波数制御方式により安定化を図る構成によるワイドレンジ対応の構成が実現されるものである。   In this way, in the circuit of FIG. 1, by changing the number of turns of the primary winding N1, the characteristic of the secondary side DC output voltage Eo in the AC200V system as shown in FIG. , Δfs2 can be set so as to be within the maximum variable range of the switching frequency. As a result, a wide-range configuration is realized by a configuration that is stabilized by the switching frequency control method.

なお、ここで確認のために述べておくと、図2に示した実験結果は、例えば負荷条件等、実際の条件での値を設定した場合の結果を示すものではなく、例えば二次側直流出力電圧Eoの変動曲線としても実際のものを示している訳ではない。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(一次巻線N1の巻数切換)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ものである。   For confirmation, the experimental results shown in FIG. 2 do not show the results when actual values such as load conditions are set, for example, secondary DC The actual fluctuation curve of the output voltage Eo is not shown. That is, the result shown in FIG. 2 is 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 (switching the number of turns of the primary winding N1). It is only a conceptual diagram.

ここで、先にも説明したように図1の回路においては、リレースイッチS1の切換に応じ、上記のような一次巻線N1の巻数の切換と同時に、一次側直列共振回路の切り換えが可能に構成される。つまり、一次巻線N1の巻数と共に、一次側直列共振コンデンサC1A、C1Bの切換によって、一次側直列共振回路を形成するキャパシタンスについての切り換えが可能に構成されるものである。   Here, as described above, in the circuit of FIG. 1, according to the switching of the relay switch S1, the primary side series resonance circuit can be switched simultaneously with the switching of the number of turns of the primary winding N1 as described above. Composed. That is, the primary winding N1 and the number of turns of the primary series resonant capacitors C1A and C1B can be switched to switch the capacitance forming the primary series resonant circuit.

そして、本例においてはこのような構成の下で、一次側直列共振コンデンサC1A、C1Bの各キャパシタンスの設定によって、一次巻線N1Aと一次側直列共振コンデンサC1Aとによる共振回路における共振周波数と、一次巻線部N1A−一次巻線部N1B(一次巻線N1全体)と一次側直列共振コンデンサC1Bとによる共振回路における共振周波数とを、ほぼ同等の値に設定するものとしている。
つまりこれによって、リレースイッチS1の切換によりAC100系時に形成される、上記一次巻線N1Aと一次側直列共振コンデンサC1Aとによる一次側直列共振回路の共振周波数fo1と、AC200V系時に形成される一次巻線部N1A−一次巻線部N1Bと一次側直列共振コンデンサC1Bとによる一次側直列共振回路における共振周波数fo2とが、ほぼ同等の値となるように設定しているものである。
In this example, under such a configuration, by setting each capacitance of the primary side series resonance capacitors C1A and C1B, the resonance frequency in the resonance circuit including the primary winding N1A and the primary side series resonance capacitor C1A, and the primary The resonance frequency in the resonance circuit composed of the winding portion N1A-primary winding portion N1B (the entire primary winding N1) and the primary side series resonance capacitor C1B is set to a substantially equivalent value.
That is, by this, the resonance frequency fo1 of the primary side series resonance circuit formed by the primary winding N1A and the primary side series resonance capacitor C1A, which is formed in the AC100 system by switching the relay switch S1, and the primary winding formed in the AC200V system. The resonance frequency fo2 in the primary side series resonance circuit by the line portion N1A-primary winding portion N1B and the primary side series resonance capacitor C1B is set to be substantially the same value.

このような図1の回路の構成によれば、上記リレースイッチS1の切換に応じ、先ずは上記した一次巻線N1の巻数の切換により、先に説明したように例えば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、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ほぼ同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れば、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。
According to such a circuit configuration of FIG. 1, according to the switching of the relay switch S1, first, by switching the number of turns of the primary winding N1, as described above, for example, the secondary side in the AC 200V system The fluctuation curve (see FIG. 2) for the DC output voltage Eo can be changed. In addition, since the resonance frequency of the primary side series resonance circuit can be made substantially the same between the AC 100V system and the AC 200V system, the fluctuation curve for the secondary side DC output voltage Eo as shown in FIG. Can be substantially matched between the AC 100V system and the AC 200V system.
If 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 in the AC100V system and the 200V system can be switched. Within the maximum frequency range, the same range can be obtained.
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.

なお、この場合、上記した必要制御範囲Δfs1,Δfs2については、少なくともAC100V系としては例えば交流入力電圧VAC=85V〜144Vの範囲で安定化することが保証され、AC200V系としては例えば交流入力電圧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されればよい。   In this case, the above required control ranges Δfs1 and Δfs2 are guaranteed to stabilize at least in the range of AC input voltage VAC = 85V to 144V, for example, at least for the AC 100V system, and for AC 200V system, for example, the AC input voltage VAC It may be set so as to ensure stabilization in the range of = 170V to 288V.

また、先の図2における説明からも理解されるように、本例の構成によっては、一次巻線N1の切換のみによっても、AC100V系時とAC200V系時で必要となるスイッチング周波数制御範囲の縮小を図ることが可能である。このことから本例としては、一次巻線N1の切換のみによってワイドレンジ対応の構成とすることも可能である。   As can be understood from the description in FIG. 2, the switching frequency control range required for the AC100V system and the AC200V system can be reduced only by switching the primary winding N1, depending on the configuration of this example. Can be achieved. Therefore, in this example, it is possible to adopt a configuration corresponding to a wide range only by switching the primary winding N1.

ところで、これまでに説明してきた図1の回路では、一次側のスイッチング素子のスイッチング周波数の可変制御により、二次側直流出力電圧の安定化を図るようにされている。このような構成を採る場合において、例えば軽負荷の傾向となっている状態では、スイッチング周波数を高くするように制御して安定化を図ることになる。この状態では、二次側の整流回路において、二次側整流電流が二次側平滑コンデンサに流れる期間が連続し、休止する期間が存在しない、いわゆる連続モードの動作となる。
これに対して、重負荷となって二次側直流出力電圧が低下するのに応じて一次側のスイッチング周波数を低くするように制御していくと、二次側平滑コンデンサに対して二次側整流電流が連続して流れなくなって電流不連続期間が生じる、いわゆる不連続モードに移行する。つまり、二次側の両波整流動作として、負荷変動に応じて不連続モードとなる状態が存在する。
なお、二次側直流出力電圧は、商用交流電源AC(交流入力電圧VAC)に応じても変動し、これに応じた定電圧制御動作も行われるから、交流入力電圧VACのレベルに応じても不連続モードとなる状態が存在することになる。
By the way, in the circuit of FIG. 1 described so far, the secondary side DC output voltage is stabilized by variable control of the switching frequency of the primary side switching element. In the case of adopting such a configuration, for example, in a state where the load tends to be light, stabilization is achieved by controlling the switching frequency to be high. In this state, the secondary-side rectifier circuit operates in a so-called continuous mode in which the period during which the secondary-side rectified current flows through the secondary-side smoothing capacitor is continuous and there is no period of pause.
On the other hand, if the primary side switching frequency is controlled to decrease as the secondary side DC output voltage drops due to heavy load, the secondary side smoothing capacitor will The so-called discontinuous mode is entered, in which the rectified current stops flowing continuously and a current discontinuity period occurs. That is, there is a state in which the discontinuous mode is set according to the load variation as the secondary-side double-wave rectification operation.
The secondary side DC output voltage varies depending on the commercial AC power supply AC (AC input voltage VAC), and a constant voltage control operation corresponding to this is also performed, so that the secondary side DC output voltage also depends on the level of the AC input voltage VAC. There will be a state of discontinuous mode.

また、図1にて説明したようにして、電力回生方式(静電結合形、及び後述する磁気結合方式も含む)により力率改善を行う構成では、従来より、一次側直列共振電流に商用交流電源周期のリップルが重畳することにより、二次側直流出力電圧に重畳される商用交流電源周期のリップル電圧が、力率改善回路を備えない構成とした場合よりも大幅に増加することが知られている。
そしてこれは、上記のようにして例えば負荷変動、交流入力電圧VACの変動により、二次側整流動作が不連続モードとなることが主たる原因であることが知られている。
Further, as described with reference to FIG. 1, in the configuration in which the power factor is improved by the power regeneration method (including the electrostatic coupling type and the magnetic coupling method described later), the commercial AC is used as the primary side series resonance current. It is known that the ripple voltage of the power supply cycle is superimposed, the ripple voltage of the commercial AC power supply cycle superimposed on the secondary side DC output voltage is significantly increased compared to the configuration without the power factor correction circuit. ing.
It is known that this is mainly caused by the secondary side rectification operation being in the discontinuous mode due to, for example, load fluctuations and fluctuations in the AC input voltage VAC as described above.

このようなリップル電圧への対策としては、直流出力電圧平滑用の平滑コンデンサ(Co)の静電容量を5〜6倍に増加させなければならない。即ち、制御回路1のゲインを可能な限り向上しても、力率改善前の回路と同等とするには、上記平滑コンデンサのキャパシタンスを5〜6倍増加することが必要となり、大幅なコストアップとなって実用化は現実的ではないものとなる。このような対策が現実的でないことから、単に電力回生方式による力率改善回路を備える場合は、例えばリップル電圧を一定以下とすることが厳しく、要求されるような機器に採用することが非常に困難とされる。   As a countermeasure against such a ripple voltage, the capacitance of the smoothing capacitor (Co) for smoothing the DC output voltage must be increased 5 to 6 times. That is, even if the gain of the control circuit 1 is improved as much as possible, it is necessary to increase the capacitance of the smoothing capacitor 5 to 6 times in order to make it equivalent to the circuit before the power factor improvement, which greatly increases the cost. The practical application becomes unrealistic. Since such a measure is not realistic, when a power factor correction circuit based on a power regeneration method is simply provided, for example, it is strict that the ripple voltage is kept below a certain level, and it is very difficult to adopt it in a required device. It is difficult.

そこで、本実施の形態としては、上記のような二次側直流出力電圧Eoのリップル電圧の抑制を図り、電力回生方式による力率改善回路を実用可能なものとする。そして、このために図1の回路としては、このようなリップル電圧の主たる原因となる、先に説明した不連続モードとなることを防止し、負荷変動、交流入力電圧VACの変動にかかわらず、二次側整流動作として連続モードが維持されるような構成を採るものとしている。   Therefore, as the present embodiment, the ripple voltage of the secondary side DC output voltage Eo as described above is suppressed, and a power factor correction circuit using a power regeneration system can be practically used. For this reason, the circuit of FIG. 1 prevents the discontinuous mode described above, which is the main cause of the ripple voltage, and regardless of load fluctuations and fluctuations in the AC input voltage VAC. It is assumed that the continuous mode is maintained as the secondary side rectification operation.

図3は、図1の電源回路が備える絶縁コンバータトランスPITの構造例を示す断面図である。
この図に示すように、絶縁コンバータトランスPITは、フェライト材によるE型コアCR1、CR2を互いの磁脚が対向するように組み合わせたEE型コア(EE字形コア)を備える。
そして、一次側と二次側の巻装部について相互に独立するようにして分割した形状により、例えば樹脂などによって形成される、ボビンBが備えられる。このボビンBの一方の巻装部に対して一次巻線N1(一次巻線部N1A、一次巻線部N1B)を巻装する。また、他方の巻装部に対して二次巻線N2を巻装する。このようにして一次側巻線及び二次側巻線が巻装されたボビンBを上記EE型コア(CR1,CR2)に取り付けることで、一次側巻線及び二次側巻線とがそれぞれ異なる巻装領域により、EE型コアの中央磁脚に巻装される状態となる。このようにして絶縁コンバータトランスPIT全体としての構造が得られる。なお、この場合のEE型コアの実際としては、例えばEER−35を選定している。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a structural example of an insulating converter transformer PIT included in the power supply circuit of FIG.
As shown in this figure, the insulating converter transformer PIT includes an EE type core (EE-shaped core) in which E-type cores CR1 and CR2 made of a ferrite material are combined so that their magnetic legs face each other.
And the bobbin B formed with the shape which divided | segmented so that it might mutually become independent about the winding part of a primary side and a secondary side, for example with a resin etc. is provided. The primary winding N1 (primary winding portion N1A, primary winding portion N1B) is wound around one winding portion of the bobbin B. Further, the secondary winding N2 is wound around the other winding portion. By attaching the bobbin B on which the primary side winding and the secondary side winding are wound in this way to the EE type cores (CR1, CR2), the primary side winding and the secondary side winding are different from each other. By the winding area, the center magnetic leg of the EE core is wound. In this way, the structure of the insulating converter transformer PIT as a whole is obtained. In this case, for example, EER-35 is selected as the actual EE type core.

そのうえで、EE型コアの中央磁脚に対しては、図のようにして、例えばギャップ長1.6mm程度のギャップGを形成する。これによって、結合係数kとしては、例えばk=0.8以下による疎結合の状態を得るようにしている。なお、実際の結合係数kとしては、k=0.76を設定した。また、ギャップGは、E型コアCR1,CR2の中央磁脚を、2本の外磁脚よりも短くすることで形成することが出来る。   In addition, a gap G having a gap length of about 1.6 mm is formed on the central magnetic leg of the EE type core as shown in the figure. Thereby, as the coupling coefficient k, for example, a loosely coupled state with k = 0.8 or less is obtained. Note that k = 0.76 was set as the actual coupling coefficient k. The gap G can be formed by making the central magnetic legs of the E-type cores CR1 and CR2 shorter than the two outer magnetic legs.

さらに、二次側巻線の1T(ターン)あたりの誘起電圧レベルとしても、所要以下に低くなるように一次巻線N1と二次巻線N2の巻線数(ターン数)を設定する。例えば、一次巻線N1=一次巻線部N1A+一次巻線部N1B=48T+32T=80T、二次巻線N2=10T+10T=20Tとすることで、二次側巻線の1T(ターン)あたりの誘起電圧レベルを、2.5V/T以下としている。   Further, the number of turns (number of turns) of the primary winding N1 and the secondary winding N2 is set so that the induced voltage level per 1T (turn) of the secondary winding is lower than required. For example, by setting primary winding N1 = primary winding portion N1A + primary winding portion N1B = 48T + 32T = 80T and secondary winding N2 = 10T + 10T = 20T, induced voltage per 1T (turn) of the secondary winding The level is 2.5 V / T or less.

このような絶縁コンバータトランスPITの構造、及び一次巻線N1、二次巻線N2の巻線数設定とすることで、この場合の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は増加傾向となり、コアにおける磁束密度は所要以下に低下する。
そして、このように絶縁コンバータトランスPITのコアに生じる磁束密度を所要以下にまで低下させることができれば、二次側に励起される電力としても変化が生じ、これによって重負荷、及び低交流入力電圧の条件においても二次側整流動作を連続モードとすることができる。
By setting the structure of the insulating converter transformer PIT and the number of turns of the primary winding N1 and the secondary winding N2, the leakage inductance of the insulating converter transformer PIT in this case tends to increase, and the magnetic flux density in the core Decreases below the required level.
If the magnetic flux density generated in the core of the insulating converter transformer PIT can be reduced to a required level or less in this way, the electric power excited on the secondary side also changes, thereby causing a heavy load and a low AC input voltage. Even in this condition, the secondary side rectification operation can be set to the continuous mode.

このようにして、重負荷、低交流入力電圧の状態においても連続モードが得られているということは、負荷変動、交流入力電圧変動等による二次側直流出力電圧Eoの変動にかかわらず、常に連続モードで二次側の整流動作が行われるということになる。これにより、本実施の形態のようにして電力回生方式による力率改善回路を備える構成を採る場合において、一次側直列共振電流に重畳されるリップルにより二次側直流出力電圧Eoに重畳するとされていた、商用交流電源周期のリップルの増加が大幅に抑制されることになる。   In this way, the continuous mode is obtained even under heavy load and low AC input voltage states, regardless of changes in the secondary side DC output voltage Eo due to load fluctuations, AC input voltage fluctuations, etc. This means that the secondary side rectification operation is performed in the continuous mode. As a result, in the case of adopting the configuration including the power factor correction circuit based on the power regeneration system as in the present embodiment, it is assumed that the secondary side DC output voltage Eo is superposed by the ripple superposed on the primary side series resonance current. In addition, an increase in the ripple of the commercial AC power supply cycle is greatly suppressed.

この結果、二次側直流出力電圧に重畳される商用交流電源周期のリップル電圧のレベルも低下することとなって、二次側の平滑コンデンサのキャパシタンスを増加させる必要もなくなる。つまり、電力回生方式による力率改善回路を備えるスイッチング電源回路の実用化を容易に実現できることになる。例えば本実施の形態では、二次側の平滑コンデンサ(Co)のキャパシタンスの上昇を、力率改善回路を備えないとした場合と比較して2倍程度に抑えることが可能となる。   As a result, the level of the ripple voltage of the commercial AC power supply cycle superimposed on the secondary side DC output voltage also decreases, and it is not necessary to increase the capacitance of the secondary side smoothing capacitor. That is, the practical use of a switching power supply circuit including a power factor correction circuit based on a power regeneration system can be easily realized. For example, in this embodiment, the increase in the capacitance of the secondary-side smoothing capacitor (Co) can be suppressed to about twice that in the case where no power factor correction circuit is provided.

なお、このように二次側直流出力電圧Eoに重畳するとされていた商用交流電源周期のリップルの抑制が図られるのは、上記のように二次側整流動作が連続モードとなることで、二次側整流電流のピークレベルが抑制されることによる。また、これと共に、先の図3にて説明したように絶縁コンバータトランスの磁束密度を所要以下としたことで、一次側から二次側への電力伝送にも変化が生じ、その分二次側への、上記一次側直列共振電流に生じる商用交流電源周期のリップルによる影響が薄れるようになることにもよる。   Note that the ripple of the commercial AC power supply cycle, which was supposed to be superimposed on the secondary side DC output voltage Eo in this way, can be suppressed because the secondary side rectification operation becomes a continuous mode as described above. This is because the peak level of the secondary side rectified current is suppressed. In addition, as described with reference to FIG. 3 above, the magnetic flux density of the insulating converter transformer is reduced to a required level or less, so that the power transmission from the primary side to the secondary side also changes, and the secondary side accordingly. This is because the influence of the ripple on the commercial AC power supply cycle generated in the primary side series resonance current is reduced.

次の図4、図5には、図1に示す第1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おく。
図4では、図1の回路における、負荷電力Po=100W〜0W(Eo=25V×(4A〜0A))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5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4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5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。
4 and 5 show the characteristics of the power supply circuit of the first embodiment shown in FIG. 1 as AC to DC power conversion efficiency (ηAC-DC), power factor PF, and fluctuation range of DC input voltage Ei. Each characteristic of ΔEi will be described.
4, AC → DC power conversion efficiency (ηAC-DC), power factor PF, DC input voltage with respect to fluctuations in load power Po = 100 W to 0 W (Eo = 25 V × (4 A to 0 A)) in the circuit of FIG. Each characteristic of the fluctuation range ΔEi of Ei is shown. In FIG. 5, the AC → DC power conversion efficiency (ηAC-DC), the power factor PF, and the fluctuation range ΔEi of the DC input voltage Ei with respect to the fluctuation of the AC input voltage VAC = 85V to 288V. Each characteristic is shown.
In these figures, in FIG. 4, for each characteristic, 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. Yes. FIG. 5 shows the result when the load power Po is constant at 100 W, and the result of the AC input voltage VAC = 100 V system is shown by a solid line, and the result of the AC input voltage VAC = 200 V system is shown by a broken line. Show.

また、これらの図に示される実験結果を得るにあたり、図1の回路では各部を以下のように選定した。
絶縁コンバータトランスPIT:EER−35フェライトコア、ギャップG=1.6mm、一次巻線N1=一次巻線部N1A+一次巻線部N1B=48T+32T=80T、二次巻線N2=10T+10T=20T、結合係数k=0.76
一次側直列共振コンデンサC1A=0.033μF
一次側直列共振コンデンサC1B=0.022μF
高周波インダクタL10の巻線部N10A=47μH、巻線部N10B=147μH
力率改善用直列共振コンデンサC20=0.039μF
Further, in obtaining the experimental results shown in these figures, each part in the circuit of FIG. 1 was selected as follows.
Insulating converter transformer PIT: EER-35 ferrite core, gap G = 1.6 mm, primary winding N1 = primary winding portion N1A + primary winding portion N1B = 48T + 32T = 80T, secondary winding N2 = 10T + 10T = 20T, coupling coefficient k = 0.76
Primary side series resonant capacitor C1A = 0.033μF
Primary side series resonant capacitor C1B = 0.022μF
Winding portion N10A = 47 μH, winding portion N10B = 147 μH of high frequency inductor L10
Series resonant capacitor for power factor improvement C20 = 0.039μF

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。実験によれば、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=92.9%となる。
これは、図12の回路の場合における、VAC=100V時の総合効率=87.4%と比較して2.6%向上し、同じく図12の回路の場合のVAC=230V時における総合効率=89.3%と比較でも3.6%向上するものである。また、この場合、VAC=85V〜264Vの範囲でも、図12の場合と比較して2〜3%程度の向上が図られる。
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. According to the experiment, 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 when the AC input voltage VAC = 230 V. ηAC-DC = 92.9%.
This is an improvement of 2.6% in the case of the circuit of FIG. 12 compared to the overall efficiency at VAC = 100 V = 87.4%, and the overall efficiency at the time of VAC = 230 V in the case of the circuit of FIG. Compared to 89.3%, this is an improvement of 3.6%. In this case, even in the range of VAC = 85V to 264V, an improvement of about 2 to 3% is achieved as compared with the case of FIG.

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=4.5V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=3Vとなっている。   Regarding the fluctuation range ΔEi of the DC input voltage Ei, a result is obtained that ΔEi = 4.5V 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 similarly ΔEi = 3 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=0.83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 = 0.83 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、先の図1にて示したように、この場合の力率改善回路10に対しては、高周波インダクタL10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、高周波インダクタL10における巻線部N10Aのみが有効とされる。これに対し、AC200V系時に対応しては、巻線部N10Aと巻線部N10Bと含む巻線全体が有効とされることになる。
Here, in the circuit shown in FIG. 1, the almost same power factor can be obtained in the AC100 system and the AC200V system in the following manner.
In other words, as shown in FIG. 1, the power factor correction circuit 10 in this case is provided with a relay switch S2 for switching the number of turns of the high-frequency inductor L10. According to the above description, only the winding part N10A in the high-frequency inductor L10 is effective in correspondence with the case where the AC input voltage VAC = AC100V system. On the other hand, for the AC200V system, the entire winding including winding portion N10A and winding portion N10B is made effective.

このように高周波インダクタL10の巻線数が変化すれば、その巻数の差に応じて高周波インダクタL10のインダクタンス値が変化するから、これに伴って力率改善回路10にて得られる電位も変化することになる。つまり、力率改善のために整流電流経路に対して帰還すべき電力レベルが変化する。
そして、上記のようにしてAC200V系時に高周波インダクタL10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電力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10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。
If the number of windings of the high frequency inductor L10 changes in this way, the inductance value of the high frequency inductor L10 changes according to the difference in the number of turns, and accordingly, the potential obtained by the power factor correction circuit 10 also changes. It will be. That is, the power level to be fed back to the rectified current path for power factor improvement changes.
As the number of turns of the high-frequency inductor L10 increases in the AC200V system as described above, the power level fed back to the rectified current path increases as the inductance value increases. Depending on this, since the energy returned in the power factor correction circuit 10 increases, a higher power factor can be obtained.

ここで、図1の回路の構成によると、AC200V系時においては、リレースイッチS1により絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1の巻数が増加するようにされることから、AC100V系時と高周波インダクタL10の巻数を同等とした場合には、AC200V系時に一次側直列共振回路より帰還される電力レベルは低下することになる。このことから、AC200V系時では、AC100V系時よりも力率が低下するものとなる。
そこで、上記のようにAC200V系時での高周波インダクタL10のインダクタンス値を増加させ、帰還されるエネルギーを増加させることで、この特性を改善しているものである。
Here, according to the circuit configuration of FIG. 1, in the AC200V system, the number of turns of the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT is increased by the relay switch S1. When the number of turns is equal, the power level fed back from the primary side series resonance circuit in the AC200V system is lowered. From this, the power factor is lower in the AC200V system than in the AC100V system.
Therefore, as described above, this characteristic is improved by increasing the inductance value of the high-frequency inductor L10 in the AC200V system and increasing the feedback energy.

以上のようにして、図1に示した第1の実施の形態のスイッチング電源回路の構成によっては、先に説明した絶縁コンバータトランスPITの構造、及び一次巻線N1、二次巻線N2の巻線数設定によって、電力回生方式による力率改善回路を備えるスイッチング電源回路の実用化を阻む原因とされていた、二次側直流電圧Eoに重畳する商用交流電源周期のリップルの抑制が図られる。
これによって、電力回生方式による力率改善のための構成を、実用レベルで実現可能とすることができる。
As described above, depending on the configuration of the switching power supply circuit of the first embodiment shown in FIG. 1, the structure of the insulating converter transformer PIT described above and the windings of the primary winding N1 and the secondary winding N2 are described. By setting the number of lines, it is possible to suppress the ripple of the commercial AC power supply cycle superimposed on the secondary side DC voltage Eo, which has been a cause of hindering the practical use of the switching power supply circuit including the power factor correction circuit based on the power regeneration method.
Thereby, the configuration for power factor improvement by the power regeneration method can be realized at a practical level.

その上で本実施の形態では、商用交流電源の定格レベルに応じて、絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1の巻数の切換と共に、一次側直列共振コンデンサC1AとC1Bとの切換を行うようにしたことで、AC100V系時とAC200V系時とでの必要制御範囲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することが可能となる。そして、これによって、スイッチング周波数制御方式により安定化を図ることによるワイドレンジ対応の構成が実現される。   In addition, in the present embodiment, the primary side series resonant capacitors C1A and C1B are switched together with the number of turns of the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT in accordance with the rated level of the commercial AC power supply. Thus, each of the necessary control ranges Δfs1 and Δfs2 in the AC 100V system and the AC 200V system can be set so as to be within the maximum variable range of the switching frequency. As a result, a wide-range configuration can be realized by stabilizing the switching frequency control method.

ここで、このような本実施の形態の電源回路と、同じく力率の改善と共にワイドレンジ対応化を図る先行技術として、先の図12にて示したアクティブフィルタ備える電源回路とを比較した場合には、次のようなことがいえる。
先ず、先の図4、図5による実験結果からも明らかなように、図1に示した回路によっては、図12の回路の場合よりも電力変換効率が向上する。
これは、電力回生方式による力率改善改善回路10を備える構成とし、さらにスイッチング周波数制御方式により安定化を図るワイドレンジ対応の構成とされていることで、アクティブフィルタを不要とすることができたことによる。
また、先の図3にて説明したように、絶縁コンバータトランスPITの磁束密度を所要以下とし、二次側整流動作の連続モードの拡大を図ったことで、二次側整流電流のピークレベルが抑制されることにもよる。すなわち、このように二次側整流電流のピークレベルが抑制されることで、二次側整流ダイオード(DO1、DO2)における導通損が低減し、その分の電力損失が低減されることにもよる。
Here, when the power supply circuit of this embodiment is compared with the power supply circuit provided with the active filter shown in FIG. 12 as a prior art which similarly aims for wide range compatibility with improvement of the power factor, The following can be said.
First, as is clear from the experimental results shown in FIGS. 4 and 5, the power conversion efficiency is improved by the circuit shown in FIG. 1 as compared with the circuit shown in FIG.
This is a configuration including the power factor improvement circuit 10 based on the power regeneration method and a configuration corresponding to a wide range for stabilization by the switching frequency control method, so that an active filter can be eliminated. It depends.
Further, as described in FIG. 3 above, the peak density of the secondary side rectified current is increased by reducing the magnetic flux density of the insulating converter transformer PIT to a required level and expanding the continuous mode of the secondary side rectification operation. It depends on being suppressed. That is, by suppressing the peak level of the secondary side rectified current in this way, the conduction loss in the secondary side rectifier diodes (DO1, DO2) is reduced, and the power loss is reduced accordingly. .

また、図1に示した本例の回路では、アクティブフィルタを不要としたことで、回路構成部品点数の削減が図られる。
つまりアクティブフィルタは、1組のコンバータを構成するものであり、図12による説明からも分かるように、実際には、1本のスイッチング素子と、これらを駆動するためのIC等を始め、多くの部品点数により構成される。
これに対し図1に示す電源回路では、力率改善及びワイドレンジ対応のために必要な追加部品として、リレースイッチ(S1、S2)と、高周波インダクタL10、フィルタコンデンサCN、スイッチングダイオードD1、力率改善用直列共振コンデンサC20、リレー切換回路5を備えているのみであるから、アクティブ回路と比較すれば非常に少ない部品点数となっている。
これにより、図1に示す電源回路としては、力率改善機能を備えるワイドレンジ対応の電源回路として、図12に示す回路よりもはるかに低コストとすることができる。また、部品点数が大幅に削減されることで、回路基板についても有効に小型軽量化を図ることができる。
In the circuit of this example shown in FIG. 1, the number of circuit components can be reduced by eliminating the need for an active filter.
In other words, the active filter constitutes a set of converters. As can be seen from the description with reference to FIG. 12, in practice, there are many switching elements and ICs for driving them, and so on. Consists of the number of parts.
On the other hand, in the power supply circuit shown in FIG. 1, relay switches (S1, S2), a high-frequency inductor L10, a filter capacitor CN, a switching diode D1, a power factor are added as additional components necessary for power factor improvement and wide range compatibility. Since only the improvement series resonance capacitor C20 and the relay switching circuit 5 are provided, the number of parts is very small as compared with the active circuit.
As a result, the power supply circuit shown in FIG. 1 can be manufactured at a much lower cost than the circuit shown in FIG. 12 as a wide-range power supply circuit having a power factor correction function. Further, since the number of parts is greatly reduced, the circuit board can be effectively reduced in size and weight.

また、図1に示す電源回路では、共振形コンバータ及び力率改善回路10の動作はいわゆるソフトスイッチング動作であるから、図12に示したアクティブフィルタと比較すれば、スイッチングノイズのレベルは大幅に低減される。
このため、図1にも示したように、各1組のコモンモードチョークコイルCMCとアクロスコンデンサCLから成る1段のノイズフィルタを備えれば、電源妨害規格をクリアすることが充分に可能とされる。また、整流出力ラインのノーマルモードノイズについては、図1にも示しているように、1つのフィルタコンデンサCNのみにより対策を行っている。
このようにしてノイズフィルタとしての部品点数が削減されることによっても、電源回路のコストダウンと、回路基板の小型軽量化は促進される。
In the power supply circuit shown in FIG. 1, since the operation of the resonant converter and the power factor correction circuit 10 is a so-called soft switching operation, the level of switching noise is greatly reduced as compared with the active filter shown in FIG. Is done.
For this reason, as shown in FIG. 1, if a one-stage noise filter comprising a pair of common mode choke coils CMC and an across capacitor CL is provided, it is possible to sufficiently satisfy the power disturbance standard. The Further, as shown in FIG. 1, the normal mode noise of the rectified output line is taken by only one filter capacitor CN.
By reducing the number of components as a noise filter in this way, the cost reduction of the power supply circuit and the reduction in size and weight of the circuit board are promoted.

また、図1に示す電源回路の場合、一次側のスイッチングコンバータのスイッチング周波数は、交流入力電圧VAC及び負荷電力の変化などに応じて、定電圧化のために例えば70KHz〜150KHzの範囲で変化するのであるが、このスイッチングコンバータを形成する各スイッチング素子Q1,Q2は、同期してスイッチング動作する。従って、一次側アース電位としては、図12の電源回路のように、アクティブフィルタ側と、その後段のスイッチングコンバータとの間で干渉することが無く、スイッチング周波数の変化に関わらず安定とすることができる。
これにより、従来のアクティブフィルタを備える図12の回路で問題となっていた、異常発振の抑制を図ることができる。
Further, in the case of the power supply circuit shown in FIG. 1, the switching frequency of the primary side switching converter varies in the range of, for example, 70 KHz to 150 KHz in order to make the voltage constant according to changes in the AC input voltage VAC and load power. However, the switching elements Q1 and Q2 forming the switching converter perform a switching operation in synchronization. Accordingly, as the primary side ground potential, as in the power supply circuit of FIG. 12, there is no interference between the active filter side and the subsequent switching converter, and the primary side ground potential can be stabilized regardless of the change of the switching frequency. it can.
Thereby, it is possible to suppress abnormal oscillation, which has been a problem in the circuit of FIG. 12 having the conventional active filter.

これらの比較より、図1に示した本例の回路では、アクティブフィルタを備えた図12の回路の抱えていた種々の問題を解決した上で、アクティブフィルタを備える場合と同等の、実用上充分な力率を得ることができ、さらに、電力変換効率としてもより高効率を得ることができる。   From these comparisons, in the circuit of this example shown in FIG. 1, after solving various problems of the circuit of FIG. 12 having the active filter, it is practically sufficient, equivalent to the case of having the active filter. A high power factor can be obtained, and higher power conversion efficiency can be obtained.

続いては、図6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を示す。なお、この図6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。
第2の実施の形態のスイッチング電源回路としては、電力回生方式の力率改善回路として、静電結合形による力率改善回路10に代えて、磁気結合形による力率改善回路11が備えられる。
この磁気結合形の力率改善回路11も、商用交流電源ACから整流平滑電圧Ei(直流入力電圧)を生成するブリッジ整流回路Diと平滑コンデンサCiとの間の整流電流経路に挿入されるようにして設けられており、フィルタコンデンサCN、高周波インダクタL10、及び高速リカバリ型のスイッチングダイオードD1とから成る。この点を図1に示した力率改善回路10と比較した場合には、力率改善用直列共振コンデンサC20が省略されて、その分、部品点数としては削減が図られたことになる。
Next, the circuit diagram of FIG. 6 shows a configuration example of the switching power supply circuit as the second embodiment of the present invention. In FIG. 6, parts already described in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
The switching power supply circuit according to the second embodiment includes a power coupling type power factor correction circuit 11 instead of the electrostatic coupling type power factor correction circuit 10 as a power regeneration type power factor correction circuit.
This magnetic coupling type power factor correction circuit 11 is also inserted into a rectification current path between a bridge rectification circuit Di that generates a rectification smoothing voltage Ei (DC input voltage) from a commercial AC power supply AC and a smoothing capacitor Ci. And comprises a filter capacitor CN, a high-frequency inductor L10, and a fast recovery type switching diode D1. When this point is compared with the power factor improving circuit 10 shown in FIG. 1, the power factor improving series resonance capacitor C20 is omitted, and the number of parts is reduced accordingly.

力率改善回路11において、先ず、ブリッジ整流回路Diの正極出力端子に対しては、スイッチングダイオードD1のアノードが接続され、そのカソードは、リレースイッチS1の端子t1とリレースイッチS2の端子t1との接続点に対して接続される。
この場合も上記リレースイッチS2としては、高周波インダクタL10の巻線切換のために備えられ、図1の場合と同様に端子t2が高周波インダクタL10のタップ出力点に対して接続され、端子t3が高周波インダクタL10の片方の端部に対して接続される。
そして、高周波インダクタL10における、上記端子t3が接続されない側の端部は、平滑コンデンサCiの正極端子に接続される。つまりこの場合、等価的にはスイッチングダイオードD1(アノード→カソード)−高周波インダクタL10の直列接続回路が、ブリッジ整流回路Diの正極出力端子と平滑コンデンサCiの正極端子間に対して挿入されていることになる。そして、スイッチングダイオードD1−リレースイッチS2−高周波インダクタL10の直列接続回路に対して、フィルタコンデンサCNが並列に接続される。この場合のフィルタコンデンサCNも、ノーマルモードノイズを抑制するためのものとなる。
In the power factor correction circuit 11, first, the anode of the switching diode D1 is connected to the positive output terminal of the bridge rectifier circuit Di, and the cathode is connected to the terminal t1 of the relay switch S1 and the terminal t1 of the relay switch S2. Connected to the connection point.
Also in this case, the relay switch S2 is provided for switching the winding of the high-frequency inductor L10. Similarly to the case of FIG. 1, the terminal t2 is connected to the tap output point of the high-frequency inductor L10, and the terminal t3 is high-frequency. It is connected to one end of the inductor L10.
The end of the high-frequency inductor L10 on the side where the terminal t3 is not connected is connected to the positive terminal of the smoothing capacitor Ci. That is, in this case, equivalently, a series connection circuit of the switching diode D1 (anode → cathode) and the high-frequency inductor L10 is inserted between the positive output terminal of the bridge rectifier circuit Di and the positive terminal of the smoothing capacitor Ci. become. A filter capacitor CN is connected in parallel to the series connection circuit of the switching diode D1-relay switch S2-high frequency inductor L10. The filter capacitor CN in this case also serves to suppress normal mode noise.

そして、この場合も一次側直列共振回路(L1−C1)は、上記のようにしてリレースイッチS1の端子t1とリレースイッチS2の端子t1とが接続されることによって力率改善回路11と接続されており、これにより、一次側直列共振回路に得られるスイッチング出力(一次側直列共振電流)を電力として回生して、磁気結合(即ち高周波インダクタL10)を介するようにして平滑コンデンサCiに帰還するようにされる。   Also in this case, the primary side series resonant circuit (L1-C1) is connected to the power factor correction circuit 11 by connecting the terminal t1 of the relay switch S1 and the terminal t1 of the relay switch S2 as described above. As a result, the switching output (primary side series resonance current) obtained in the primary side series resonance circuit is regenerated as power and fed back to the smoothing capacitor Ci via the magnetic coupling (ie, the high frequency inductor L10). To be.

上記構成による力率改善回路11としても、一次側直列共振回路から帰還される一次側直列共振電流に応じた電圧が、高周波インダクタL10に得られる。これにより、スイッチングダイオードD1が一次側直列共振回路によるスイッチング出力に基づく高周波成分によって断続され、図1の回路の場合と同様にして力率の改善が図られる。   Also in the power factor correction circuit 11 having the above configuration, a voltage corresponding to the primary side series resonance current fed back from the primary side series resonance circuit is obtained in the high frequency inductor L10. Thereby, the switching diode D1 is intermittently interrupted by the high frequency component based on the switching output by the primary side series resonant circuit, and the power factor is improved in the same manner as in the circuit of FIG.

そして、このような回路構成を採る第2の実施の形態の電源回路においても、絶縁コンバータトランスPITとしては、先に説明した第1の実施の形態と同様の構造を採ることで、結合係数kについて、例えばk=0.76程度にまで低下させており、負荷変動、交流入力電圧の変動等にかかわらず、二次側整流動作として常に連続モードが得られるようにしている。
これにより、先の第1の実施の形態の電源回路と同様にして、二次側直流出力電圧Eoに重畳するリップル電圧の増加が抑制されることになり、電力回生方式として磁気結合形の構成を採るとした場合にも、その実用化が容易に実現される。
Also in the power supply circuit of the second embodiment having such a circuit configuration, the insulating converter transformer PIT adopts the same structure as that of the first embodiment described above, so that the coupling coefficient k For example, k is reduced to about 0.76, and a continuous mode is always obtained as a secondary side rectification operation regardless of load fluctuations, AC input voltage fluctuations, and the like.
As a result, in the same manner as the power supply circuit of the first embodiment, an increase in the ripple voltage superimposed on the secondary side DC output voltage Eo is suppressed, and a magnetic coupling type configuration is used as a power regeneration system. Even if it is assumed, the practical use is easily realized.

図7,図8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7では、負荷電力Po=100W〜0W(Eo=25V×(4A〜0A))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8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7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8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。
7 and 8 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, in FIG. 7, the AC → DC power conversion efficiency (ηAC-DC), the power factor PF, and the DC input voltage Ei with respect to the variation of the load power Po = 100W to 0W (Eo = 25V × (4A to 0A)). Each characteristic of the fluctuation range ΔEi is shown. In FIG. 8, each of the AC → DC power conversion efficiency (ηAC-DC), the power factor PF, and the fluctuation range ΔEi of the DC input voltage Ei with respect to the fluctuation of the AC input voltage VAC = 85V to 288V. It shows the characteristics.
Also in this case, for each characteristic, in FIG. 7, 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. In the case of FIG. 8, the characteristics for the AC 100V system are indicated by a solid line, and the characteristics corresponding to the AC 200V system are indicated by a broken line.

なお、図6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した。
絶縁コンバータトランスPIT:EER−35フェライトコア、ギャップG=1.6mm、一次巻線N1=一次巻線部N1A+一次巻線部N1B=48T+32T=80T、二次巻線N2=10T+10T=20T、結合係数k=0.76
一次側直列共振コンデンサC1A=0.033μF
一次側直列共振コンデンサC1B=0.015μF
高周波インダクタL10の巻線部N10A=47μH、巻線部N10B=147μH
フィルタコンデンサCN=1μF/200V
Note that each part of the circuit shown in FIG. 6 was selected as follows in order to obtain the experimental results shown in these figures.
Insulating converter transformer PIT: EER-35 ferrite core, gap G = 1.6 mm, primary winding N1 = primary winding portion N1A + primary winding portion N1B = 48T + 32T = 80T, secondary winding N2 = 10T + 10T = 20T, coupling coefficient k = 0.76
Primary side series resonant capacitor C1A = 0.033μF
Primary side series resonant capacitor C1B = 0.015 μF
Winding portion N10A = 47 μH, winding portion N10B = 147 μH of high frequency inductor L10
Filter capacitor CN = 1μF / 200V

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=92.5%となる。
これらの結果から、図6に示した回路によっても、図12に示したアクティブフィルタを備える場合よりも高効率が得られていることが理解できる。すなわち、VAC=100V時では2.6%の向上、VAC=230V時では3.2%の向上が図られ、VAC=85V〜264Vの範囲に対しても2〜3%の向上が図られる。
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 = 92.5%.
From these results, it can be understood that the circuit shown in FIG. 6 can obtain higher efficiency than the case where the active filter shown in FIG. 12 is provided. That is, an improvement of 2.6% is achieved when VAC = 100V, an improvement of 3.2% is achieved when VAC = 230V, and an improvement of 2-3% is achieved even in the range of VAC = 85V to 264V.

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=17.5V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=25Vとなっている。   Regarding the fluctuation range ΔEi of the DC input voltage Ei, a result is obtained that ΔEi = 17.5V 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 similarly ΔEi = 25 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の条件においてもPF=0.83となる結果が得られている。
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、高周波インダクタL10についての巻数切換を行うようにしたことによる。つまり、高周波インダクタL10のインダクタンスについての切換により、AC200V系時の帰還エネルギーを増加させて、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。
As for the power factor PF, PF = 0.83 under the condition of AC input voltage VAC = 100 V and load power Po = 100 W, and PF = 0.0.3 under the conditions of AC input voltage VAC = 230 V and load power Po = 100 W. A result of 83 is obtained.
Also in this case, the same power factor is obtained in the AC100V system and the AC200V system as described above because the number of turns of the high-frequency inductor L10 is switched. That is, by switching the inductance of the high frequency inductor L10, the feedback energy in the AC 200V system is increased, and the power factor in the AC 200V system is improved.

これら図7、図8の結果からも、第2の実施の形態によっては、力率改善を図るワイドレンジ対応の構成として、先の第1の実施の形態の場合と同様に実用上充分な力率を得ることができ、さらに、電力変換効率としても図12に示した回路より高効率が得られることが理解できる。   From these results of FIG. 7 and FIG. 8, depending on the second embodiment, as a configuration corresponding to a wide range for improving the power factor, a practically sufficient force as in the case of the first embodiment is obtained. It can be understood that the power conversion efficiency can be higher than that of the circuit shown in FIG.

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、MOS−FET以外の素子が採用されて構わない。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、自励式による電流共振形コンバータにも適用することは可能である。
The present invention is not necessarily limited to the configuration as the above-described embodiment.
For example, as a switching element, an element other than a MOS-FET may be employed as long as it is an element that can be used in an separately excited type, such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). Also, the constants of the component elements described above may be changed according to actual conditions. 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 current resonance converter.

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について、どのような巻数設定により切り換えを行うかについては、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。   As can be understood from the above description, the number of turns for switching the primary winding N1 can be determined by, for example, the stabilization level of the secondary side DC output voltage Eo or the load condition. An appropriate numerical value should be selected according to the above, and should not be limited to the value of the number of turns exemplified in the embodiment.

また、一次巻線N1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。
また、絶縁コンバータトランスPITについて、例えばコア形式などをはじめとして、その構造については、所要以下の磁束密度となるようにされていれば適宜変更されて構わない。
Further, although the electromagnetic relay is used for switching the number of turns of the primary winding N1, other configurations for switching the number of turns may be employed such as adopting a switch circuit including an electronic switch or the like.
In addition, as for the insulating converter transformer PIT, for example, the core type and the like, the structure may be appropriately changed as long as the magnetic flux density is lower than required.

さらには、力率改善回路としても実施の形態として示したものに限定されるものではなく、これまでに本出願人が提案してきた各種の電力回生(帰還)方式による回路構成を採用することも可能である。   Furthermore, the power factor correction circuit is not limited to the one shown in the embodiment, and circuit configurations based on various power regeneration (feedback) methods proposed by the present applicant may be adopted. Is possible.

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. 絶縁コンバータトランスの構造例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structural example of an insulating converter transformer. 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. アクティブフィルタの基本的回路構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the basic circuit structure of an active filter. 図9に示すアクティブフィルタにおける動作を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the operation | movement in the active filter shown in FIG. アクティブフィルタのコントロール回路系の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the control circuit system of an active filter. 先行技術として、アクティブフィルタを実装した電源回路の構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the power supply circuit which mounted the active filter as a prior art.

符号の説明Explanation of symbols

1 制御回路、2 発振・ドライブ回路、5 リレー切換回路、10、11 力率改善回路、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、C1A、C1B 一次側直列共振コンデンサ、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、RL リレー、S1,S2 リレースイッチ、CN フィルタコンデンサ、L10 高周波インダクタ、C20 力率改善用直列共振コンデンサ、D1 スイッチングダイオード   1 control circuit, 2 oscillation / drive circuit, 5 relay switching circuit, 10, 11 power factor correction circuit, Di bridge rectifier circuit, Ci smoothing capacitor, Q1, Q2 switching element, PIT isolation converter transformer, C1A, C1B primary side series resonance Capacitor, Cp partial resonance capacitor, N1 primary winding, NIA, N1B primary winding, N2 secondary winding, RL relay, S1, S2 relay switch, CN filter capacitor, L10 high frequency inductor, series resonance for C20 power factor improvement Capacitor, D1 switching diode

Claims (5)

商用交流電源を入力して整流平滑電圧を生成する整流平滑手段と、
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を行うスイッチング素子を備えて形成したスイッチング手段と、
上記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により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、上記一次巻線に直列接続された一次側直列共振コンデンサのキャパシタンスとによって形成され、上記スイッチング手段の動作を電流共振形とする一次側直列共振回路と、
上記絶縁コンバータトランスの二次巻線に励起される交番電圧を入力して整流動作を行って、二次側直流出力電圧を生成するように構成された二次側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することで、二次側直流出力電圧に対する定電圧制御を行うように構成された定電圧制御手段と、
上記スイッチング手段のスイッチング動作により一次側直列共振回路に得られる一次側直列共振電流を電力回生するようにして、上記整流平滑手段を形成する平滑コンデンサに帰還するようにされており、この帰還された電力に応じて、上記整流平滑手段による整流動作によって得られる整流電流を断続するようにしてスイッチングする力率改善用スイッチング素子を備えて構成される力率改善手段と、
上記商用交流電源のレベルに応じ、少なくとも上記絶縁コンバータトランスにおける上記一次巻線の巻数を切り換えるように構成された切換手段とを備えると共に、
上記絶縁コンバータトランスの磁束密度を、上記二次側直流出力電圧の変動にかかわらず、二次側整流動作が連続モードとなるようにして、所定以下となるように設定した、
ことを特徴とするスイッチング電源回路。
Rectifying and smoothing means for inputting a commercial AC power supply and generating a rectified and smoothed voltage;
Switching means formed by including a switching element that performs switching by inputting the rectified and smoothed voltage as a DC input voltage;
Switching driving means for switching and driving the switching element;
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 in which an alternating voltage is excited by the switching output obtained by the primary winding are wound. An isolated converter transformer,
The primary side which is formed by at least the leakage inductance component of the primary winding of the insulating converter transformer and the capacitance of the primary side series resonance capacitor connected in series to the primary winding, and the operation of the switching means is a current resonance type A series resonant circuit;
A secondary side DC output voltage generating means configured to input an alternating voltage excited to the secondary winding of the insulating converter transformer and perform a rectification operation to generate a secondary side DC output voltage;
The switching drive means is controlled according to the level of the secondary side DC output voltage, and the switching frequency of the switching means is varied to perform constant voltage control on the secondary side DC output voltage. Constant voltage control means;
The primary side series resonance current obtained in the primary side series resonance circuit by the switching operation of the switching means is used to regenerate power, and is fed back to the smoothing capacitor forming the rectifying and smoothing means. Power factor improving means configured to include a power factor improving switching element that switches the rectified current obtained by the rectifying operation by the rectifying and smoothing means intermittently according to electric power;
Switching means configured to switch at least the number of turns of the primary winding in the insulating converter transformer according to the level of the commercial AC power supply,
The magnetic flux density of the insulating converter transformer is set to be equal to or less than a predetermined value so that the secondary side rectification operation becomes a continuous mode regardless of the fluctuation of the secondary side DC output voltage.
A switching power supply circuit.
上記絶縁コンバータトランスにおける上記一次巻線は、2つの巻線部から成るようにされ、
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切り換えを行う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 primary winding in the insulating converter transformer is composed of two winding portions,
The switching means is
It is configured to switch 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. Yes,
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、上記一次巻線の巻数を切り換えると共に、上記一次側直列共振回路を形成する上記一次側直列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 number of turns of the primary winding is switched, and the capacitance of the primary side series resonant capacitor forming the primary side series resonant circuit is also switched simultaneously.
The switching power supply circuit according to claim 1.
上記力率改善手段は、
上記整流平滑手段において商用交流電源を整流する整流回路の整流出力端子と平滑コンデンサの正極端子間に対して直列に挿入される、高周波インダクタと、上記力率改善用スイッチング素子とされるダイオード素子とを直列に接続した直列接続回路と、
上記ダイオード素子に対して並列に接続され、上記高周波インダクタと共に直列共振回路を形成する力率改善用直列共振コンデンサと、
上記直列接続回路に対して並列に接続されるフィルタコンデンサと、を備えると共に、
上記直列接続回路における高周波インダクタとダイオード素子との接続点に対して、上記一次側直列共振回路を接続して形成される、
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 improving means is
A high-frequency inductor inserted in series between a rectification output terminal of a rectification circuit for rectifying a commercial AC power supply and a positive electrode terminal of a smoothing capacitor in the rectifying and smoothing means; and a diode element serving as the power factor improving switching element; A series connection circuit in which
A power factor improving series resonance capacitor connected in parallel to the diode element and forming a series resonance circuit with the high frequency inductor;
A filter capacitor connected in parallel to the series connection circuit,
Formed by connecting the primary side series resonant circuit to the connection point between the high frequency inductor and the diode element in the series connection circuit,
The switching power supply circuit according to claim 1.
上記力率改善手段は、
上記整流平滑手段において商用交流電源を整流する整流回路の整流出力端子と平滑コンデンサの正極端子間に対して直列に挿入される、高周波インダクタと、上記力率改善用スイッチング素子とされるダイオード素子とを直列に接続した直列接続回路と、
上記直列接続回路に対して並列に接続されるフィルタコンデンサと、を備えると共に、
上記直列接続回路における高周波インダクタとダイオード素子との接続点に対して、上記一次側直列共振回路を接続して形成される、
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 improving means is
A high-frequency inductor inserted in series between a rectification output terminal of a rectification circuit for rectifying a commercial AC power supply and a positive electrode terminal of a smoothing capacitor in the rectifying and smoothing means; and a diode element serving as the power factor improving switching element; A series connection circuit in which
A filter capacitor connected in parallel to the series connection circuit,
Formed by connecting the primary side series resonant circuit to the connection point between the high frequency inductor and the diode element in the series connection circuit,
The switching power supply circuit according to claim 1.
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