JP2005210799A - Switching power supply circuit - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To cut down on the cost of a circuit component and the manufacturing cost of a circuit by using a switching power supply circuit improved in power factor and adapted to a wide range . <P>SOLUTION: According to a commercial AC power source level, a constitution adapted to a wide range is achieved by switching a rectifying operation for the generation of a DC input voltage to a voltage equal doubler rectifying operation and a voltage doubler rectifying operation. The improvement of the power factor is performed by a power regeneration (return) method, and the continuous mode of a secondary-side rectifying operation is enlarged by setting the magnetic flux density of an insulating converter transformer not higher than a prescribed value, whereby the generation of a ripple component superposed to a secondary-side DC output voltage and having caused a trouble in the power factor improvement by the power regeneration method can be suppressed. A conventional active filter can be dispensed with, the number of the components is thereby largely reduced, and the cost reduction can be achieved. <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8に示すようになる。
この図8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. 8, 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9(a)は、図8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. 9A 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9(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9(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9(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. 9B 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. 9C shows a 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9(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9(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. 9D 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10には、先の図8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8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8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. 10 shows a configuration example of an active filter having a basic control circuit system based on the circuit configuration of FIG. In addition, about the part made the same as FIG. 8, 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. 8, the switching pre-regulator 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8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11は、図8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. 11 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11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. 11, 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8、図10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8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8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。
Switching element Q6 corresponds to 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10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. 10 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10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8及び図10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 performed 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11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10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11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. 11, the average value of the rectified and smoothed voltage Ei (corresponding to Vout in FIG. 10) = 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. 11 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11に示した電源回路は、従来から知られている図8及び図10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. 11 is configured by mounting the conventionally known active filter shown in FIGS. 8 and 10. 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11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11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. 11 has the following problems.
First, as shown in the figure, the power conversion efficiency in the power supply circuit shown in FIG. 11 is the AC-DC power conversion efficiency (ηAC → DC) corresponding to the front-stage active filter and the DC of the rear-stage current resonance converter. -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11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. 11, a noise filter including two sets of line filter transformers LFT and three sets of across capacitors is formed 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ものとされ、入力される商用交流電源のレベルに応じて、商用交流電源レベルの等倍に対応するレベルの上記整流平滑電圧を生成する等倍電圧整流動作と、商用交流電源レベルの2倍に対応するレベルの上記整流平滑電圧を生成する倍電圧整流動作とで切り換えが行われる整流平滑手段を備える。
また、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基づき、上記整流平滑手段に備えられたダイオード素子により整流電流成分を断続して力率の改善を図る力率改善手段を備える。
その上で、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 commercial AC power supply is input to generate a rectified and smoothed voltage, and the rectified and smoothed voltage having a level corresponding to the commercial AC power supply level equal to the commercial AC power supply level is set according to the level of the commercial AC power input. A rectifying / smoothing means that is switched between a generated equal voltage rectifying operation and a voltage rectifying operation that generates the rectified and smoothed voltage at a level corresponding to twice the commercial AC power supply level is provided.
In addition, a switching unit formed by including a switching element that performs switching by inputting the rectified and smoothed voltage as a DC input voltage, and a switching drive unit that performs switching driving of the switching 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 is provided for improving the power factor by intermittently rectifying current components by the diode element provided in the rectifying and smoothing means based on the fed back electric power.
In addition, 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. did.

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.

そして、ワイドレンジ対応とするのにあたっては、整流平滑電圧(直流入力電圧)を生成する整流平滑手段について、商用交流電源レベルに応じて等倍電圧整流動作と倍電圧整流動作とで整流動作の切り換えが行われるように構成している。   For wide range compatibility, the rectifying / smoothing means for generating the rectifying / smoothing voltage (DC input voltage) is switched between the equal voltage rectifying operation and the voltage rectifying operation according to the commercial AC power supply level. Is configured to be performed.

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、等倍電圧整流動作と倍電圧整流動作とで整流動作の切り換えが行われることで、ワイドレンジ対応のスイッチング電源回路を実現できる。   In addition, according to the present invention, switching of the rectification operation between the equal voltage rectification operation and the voltage double rectification operation is performed according to the level of the commercial AC power supply as described above, so that a switching power supply circuit compatible with a wide range. Can be realized.

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を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 parts is greatly reduced compared with a circuit using 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、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、上記商用交流電源ACから整流平滑電圧(直流入力電圧)Eiを生成する整流回路系は、ブリッジ整流回路Diと、平滑コンデンサCi1,平滑コンデンサCi2とを備えて成る。平滑コンデンサCi1,Ci2は同じキャパシタンスを有する。
In the power supply circuit shown in FIG. 1, first, a noise filter is formed by a filter capacitor CL and a common mode choke coil CMC with respect to the commercial AC power supply AC.
The rectifier circuit system for generating a rectified and smoothed voltage (DC input voltage) Ei from the commercial AC power supply AC includes a bridge rectifier circuit Di, a smoothing capacitor Ci1, and a smoothing capacitor Ci2. The smoothing capacitors Ci1 and Ci2 have the same capacitance.

ブリッジ整流回路Diは、図示するようにして整流ダイオードD1〜D4の4つの整流ダイオードから成る。この場合、整流ダイオードD1と整流ダイオードD2との接続点を第1端子、整流ダイオードD2と整流ダイオードD4との接続点を第2端子、整流ダイオードD4と整流ダイオードD3との接続点を第3端子、整流ダイオードD3と整流ダイオードD1との接続点を第4端子とすると、ブリッジ整流回路Diの第1端子は、図示するようにして、後述するリレースイッチS2−高周波インダクタL10の直列接続を介して、商用交流電源ACの正極ラインと接続される。
また、上記第2端子は一次側アースに接続され、第3端子は、商用交流電源ACの負極ラインに接続される。そして、上記第4端子は、平滑コンデンサCi1の正極端子に対して接続される。
The bridge rectifier circuit Di is composed of four rectifier diodes D1 to D4 as shown in the figure. In this case, the connection point between the rectification diode D1 and the rectification diode D2 is the first terminal, the connection point between the rectification diode D2 and the rectification diode D4 is the second terminal, and the connection point between the rectification diode D4 and the rectification diode D3 is the third terminal. Assuming that the connection point between the rectifier diode D3 and the rectifier diode D1 is the fourth terminal, the first terminal of the bridge rectifier circuit Di is connected via a series connection of a relay switch S2 and a high-frequency inductor L10, which will be described later, as shown in the figure. , Connected to the positive line of the commercial AC power supply AC.
The second terminal is connected to the primary side ground, and the third terminal is connected to the negative electrode line of the commercial AC power supply AC. The fourth terminal is connected to the positive terminal of the smoothing capacitor Ci1.

なお、実施の形態の場合、後述する力率改善回路10の動作として、スイッチング周期に対応してスイッチングを行うようにして整流電流を断続するために、上記ブリッジ整流回路Diを形成する整流ダイオードとしては、少なくとも2以上の整流ダイオードに高速リカバリ型ダイオードが選定されているものとする。
図中においては、高速リカバリ型による整流ダイオードを黒塗りにより示し、低速型のダイオードについては白抜きにより示している。つまりここでは、ブリッジ整流回路Diにおける整流ダイオードD1、D2に高速リカバリ型ダイオードが選定される例が示されているものである。
In the case of the embodiment, as an operation of the power factor correction circuit 10 to be described later, a rectifier diode that forms the bridge rectifier circuit Di is used to switch the rectifier current so as to perform switching in accordance with the switching cycle. Suppose that at least two or more rectifier diodes are selected as fast recovery diodes.
In the figure, the fast recovery type rectifier diode is shown in black, and the low speed diode is shown in white. That is, here, an example in which a fast recovery diode is selected as the rectifier diodes D1 and D2 in the bridge rectifier circuit Di is shown.

平滑コンデンサCi1、Ci2は、図示するようにして平滑コンデンサCi1の負極端子と、平滑コンデンサCi2の正極端子とが接続されるようにして直列接続される。この平滑コンデンサCi1−Ci2による直列接続回路において、平滑コンデンサCi1側の正極端子は、上記もしたようにブリッジ整流回路Diの第4端子と接続される。一方、平滑コンデンサCi2側の負極端子は一次側アースに接続される。
この平滑コンデンサCi1−Ci2の直列接続回路の両端には、整流平滑電圧Ei(直流入力電圧)が得られる。
The smoothing capacitors Ci1 and Ci2 are connected in series so that the negative terminal of the smoothing capacitor Ci1 and the positive terminal of the smoothing capacitor Ci2 are connected as shown. In the series connection circuit using the smoothing capacitors Ci1 to Ci2, the positive terminal on the smoothing capacitor Ci1 side is connected to the fourth terminal of the bridge rectifier circuit Di as described above. On the other hand, the negative terminal on the smoothing capacitor Ci2 side is connected to the primary side ground.
A rectified and smoothed voltage Ei (DC input voltage) is obtained at both ends of the series connection circuit of the smoothing capacitors Ci1 to Ci2.

リレースイッチS1は、上記した整流平滑回路の整流動作をAC100V系とAC200V系とで切り換えるために設けられる。
このリレースイッチS1は、端子t1に対して端子t2又は端子t3が択一的に接続される、いわゆる2接点スイッチとされる。そして、上記端子t1は、ブリッジ整流回路Diの第3端子に対して接続される。また、端子t2が、平滑コンデンサCi1と平滑コンデンサCi2との接続点に対して接続される。また、端子t3はオープンとされる。
このようなリレースイッチS1の端子切り換えは、次に説明するように整流回路切換モジュール5に接続されたリレーRLの駆動状態に応じて行われるものとなる。
The relay switch S1 is provided to switch the rectifying operation of the rectifying / smoothing circuit between the AC 100V system and the AC 200V system.
The relay switch S1 is a so-called two-contact switch in which the terminal t2 or the terminal t3 is alternatively connected to the terminal t1. The terminal t1 is connected to the third terminal of the bridge rectifier circuit Di. The terminal t2 is connected to a connection point between the smoothing capacitor Ci1 and the smoothing capacitor Ci2. Further, the terminal t3 is open.
Such terminal switching of the relay switch S1 is performed according to the driving state of the relay RL connected to the rectifier circuit switching module 5 as described below.

整流回路切換モジュール5は、リレーRLを駆動することで、上記したリレースイッチS1、及び先に述べたリレースイッチS2をAC100V系とAC200V系とで切り換えるための動作を行う。
この整流回路切換モジュール5には、図のように整流ダイオードD5と平滑コンデンサC5とから成る整流平滑回路が備えられる。この場合、上記整流ダイオードD5のアノードは、商用交流電源ACの負極ラインに対して接続される。そして、カソードが、負極端子が一次側アースに接地された上記平滑コンデンサC5の正極端子と接続され、その上で、これら平滑コンデンサC5とダイオードD5との接続点が、図示する分圧抵抗R5−R6の接続点を介して整流回路切換モジュール5の検出端子に対して接続される。
これにより、整流回路切換モジュール5の検出端子には、交流入力電圧VACに応じたレベルの直流電圧が得られ、整流回路切換モジュール5では、このように得られる電圧レベルに基づいて商用交流電源ACのレベルを検出することが可能となっている。
The rectifier circuit switching module 5 operates to switch the relay switch S1 and the relay switch S2 described above between the AC100V system and the AC200V system by driving the relay RL.
This rectifier circuit switching module 5 is provided with a rectifying and smoothing circuit comprising a rectifying diode D5 and a smoothing capacitor C5 as shown in the figure. In this case, the anode of the rectifier diode D5 is connected to the negative line of the commercial AC power supply AC. The cathode is connected to the positive terminal of the smoothing capacitor C5 whose negative terminal is grounded to the primary side ground, and the connection point between the smoothing capacitor C5 and the diode D5 is a voltage dividing resistor R5- It is connected to the detection terminal of the rectifier circuit switching module 5 via the connection point of R6.
Thereby, a DC voltage of a level corresponding to the AC input voltage VAC is obtained at the detection terminal of the rectifier circuit switching module 5, and the rectifier circuit switching module 5 uses the commercial AC power supply AC based on the voltage level thus obtained. Can be detected.

また、整流回路切換モジュール5に対してはリレーRLが備えられる。このリレーRLは自身の導通状態に応じて、リレースイッチS1、及びリレースイッチS2の接点切り換え動作を制御するものとなる。
この場合、リレーRLが導通状態では、リレースイッチS1及びリレースイッチS2に端子t2を選択させる切り換えが行われる。また、リレーRLが非導通状態では、リレースイッチS1及びリレースイッチS2にて端子t3が選択されるように切り換えが行われるものとなる。
A relay RL is provided for the rectifier circuit switching module 5. This relay RL controls the contact switching operation of the relay switch S1 and the relay switch S2 according to its own conduction state.
In this case, when the relay RL is in the conductive state, switching is performed so that the relay switch S1 and the relay switch S2 select the terminal t2. Further, when the relay RL is in a non-conduction state, switching is performed so that the terminal t3 is selected by the relay switch S1 and the relay switch S2.

整流回路切換モジュール5では、上記のようにして検出端子から入力した商用交流電源ACの電圧レベルと、所定の基準電圧(例えば150V)とを比較するようにされる。そして、この比較結果に基づき、検出端子への入力電圧レベルが基準電圧レベル以下であるときは、リレーRLをオンとし、基準電圧以上であるときにはリレーRLをオフとするように駆動する。
つまりこの場合、商用交流電源ACのレベルが基準電圧以下であり、AC=100V系であるとされる場合には、リレーRLが導通してリレースイッチS1、リレースイッチS2では端子t2が選択されるようになる。また、商用交流電源ACのレベルが基準電圧以上となり、AC=200V系であるとされる場合には、リレーRLが非道通となって各々端子t3が選択されるようになる。
The rectifier circuit switching module 5 compares the voltage level of the commercial AC power supply AC input from the detection terminal as described above with a predetermined reference voltage (for example, 150 V). Based on the comparison result, the relay RL is turned on when the input voltage level to the detection terminal is lower than the reference voltage level, and the relay RL is turned off when the input voltage level is higher than the reference voltage.
That is, in this case, when the level of the commercial AC power supply AC is equal to or lower than the reference voltage and the AC = 100V system, the relay RL is turned on and the terminal t2 is selected in the relay switch S1 and the relay switch S2. It becomes like this. In addition, when the level of the commercial AC power supply AC is equal to or higher than the reference voltage and the AC = 200V system, the relay RL is disabled and each terminal t3 is selected.

ここで、例えば上記のような整流回路切換モジュール5の動作により、AC100V系であるのに対応してリレースイッチS1にて端子t2が選択された場合は、商用交流電源ACの負極ラインと、平滑コンデンサCi1−Ci2の接続点とが接続された状態となる。
このため、交流入力電圧VACが正極性となる半周期では、ブリッジ整流回路Diによる整流出力が、平滑コンデンサCi1のみに充電される整流電流経路が形成される。また、交流入力電圧VACが負極性となる半周期では、ブリッジ整流回路Diによる整流出力が、平滑コンデンサCi2のみに充電される整流電流経路が形成される。
このようにして整流動作が行われる結果、平滑コンデンサCi1,Ci2の各両端電圧として、交流入力電圧VACの等倍に対応したレベルが生じることになる。従って、平滑コンデンサCi1−Ci2の直列接続回路の両端電圧である直流入力電圧Eiとしては、交流入力電圧VACの2倍に対応するレベルが得られる。つまり、いわゆる倍電圧整流回路が形成されるものである。
Here, for example, when the terminal t2 is selected by the relay switch S1 corresponding to the AC 100V system by the operation of the rectifier circuit switching module 5 as described above, the negative line of the commercial AC power supply AC and the smoothing The connection point of the capacitors Ci1-Ci2 is connected.
For this reason, in the half cycle in which the AC input voltage VAC is positive, a rectified current path is formed in which the rectified output from the bridge rectifier circuit Di is charged only to the smoothing capacitor Ci1. In the half cycle in which the AC input voltage VAC is negative, a rectified current path is formed in which the rectified output from the bridge rectifier circuit Di is charged only to the smoothing capacitor Ci2.
As a result of the rectifying operation performed in this way, a level corresponding to the same multiple of the AC input voltage VAC is generated as the voltage across each of the smoothing capacitors Ci1 and Ci2. Therefore, a level corresponding to twice the AC input voltage VAC is obtained as the DC input voltage Ei, which is the voltage across the series connection circuit of the smoothing capacitors Ci1 to Ci2. That is, a so-called voltage doubler rectifier circuit is formed.

また、整流回路切換モジュール5の動作により、AC200V系であるのに対応してリレースイッチS1にて端子t3が選択された場合は、ブリッジ整流回路Diの第3端子と、平滑コンデンサCi1と平滑コンデンサCi2との接続点とが非接続の状態となる。
そして、これによると、この場合の整流平滑回路においては、交流入力電圧VACが正/負となる各半周期において、交流入力電圧VACをブリッジ整流回路Diにより整流して平滑コンデンサCi1−Ci2の直列接続回路に整流電流を充電する動作が得られる。つまり、通常のブリッジ整流回路を備えた全波整流回路による整流動作が得られる。
従って、この場合は平滑コンデンサCi1−Ci2の直列接続回路の両端電圧として、交流入力電圧VACの等倍に対応するレベルによる直流入力電圧Eiが得られるようになる。
When the terminal t3 is selected by the relay switch S1 corresponding to the AC200V system by the operation of the rectifier circuit switching module 5, the third terminal of the bridge rectifier circuit Di, the smoothing capacitor Ci1, and the smoothing capacitor are selected. The connection point with Ci2 is not connected.
According to this, in the rectifying / smoothing circuit in this case, in each half cycle in which the AC input voltage VAC is positive / negative, the AC input voltage VAC is rectified by the bridge rectifier circuit Di, and the smoothing capacitors Ci1-Ci2 are connected in series. The operation of charging the rectified current to the connection circuit is obtained. That is, a rectification operation by a full-wave rectifier circuit including a normal bridge rectifier circuit can be obtained.
Therefore, in this case, the DC input voltage Ei having a level corresponding to the same multiple of the AC input voltage VAC can be obtained as the voltage across the series connection circuit of the smoothing capacitors Ci1-Ci2.

このようにして本実施の形態のスイッチング電源回路では、整流回路切換モジュール5、リレーRL、及びリレースイッチS1の動作により、商用交流電源AC100V系の場合には、倍電圧整流動作により交流入力電圧VACの2倍に対応する直流入力電圧Eiが生成される。また、商用交流電源AC200V系の場合には、全波整流回路による等倍電圧整流動作によって、交流入力電圧VACの等倍に対応する直流入力電圧Eiが生成される。
つまり、商用交流電源AC100V系の場合とAC200V系の場合とで、結果的に同等のレベルによる直流入力電圧Eiが得られるようにしており、これによってワイドレンジ対応の構成を実現しているものである。
In this way, in the switching power supply circuit of the present embodiment, the operation of the rectifier circuit switching module 5, the relay RL, and the relay switch S1, and in the case of the commercial AC power supply AC100V system, the AC input voltage VAC is performed by the voltage doubler rectification operation. The DC input voltage Ei corresponding to twice this is generated. In the case of the commercial AC power supply AC200V system, the DC input voltage Ei corresponding to the AC input voltage VAC is generated by the equal voltage rectification operation by the full-wave rectifier circuit.
That is, in the case of the commercial AC power supply AC100V system and the AC200V system, as a result, the DC input voltage Ei at the same level can be obtained, thereby realizing the configuration corresponding to the wide range. is there.

上記のような整流平滑回路の動作によって生成される、直流入力電圧Eiを入力して動作するスイッチングコンバータとしては、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 a switching converter that operates by inputting the DC input voltage Ei generated by the operation of the rectifying and smoothing circuit as described above, two switching elements Q1 and Q2 by MOS-FETs are half-bridge coupled as shown in the figure. A switching circuit connected by 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。
そして、一次巻線N1の他方の端部には、図示するように一次側直列共振コンデンサC1が直列に接続される。さらに、この一次側直列共振コンデンサC1は、力率改善回路10における高周波インダクタL10と、先に説明したリレースイッチS2を介して接続される。
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.
A primary side series resonant capacitor C1 is connected in series to the other end of the primary winding N1 as shown in the figure. Further, the primary side series resonance capacitor C1 is connected to the high frequency inductor L10 in the power factor correction circuit 10 via the relay switch S2 described above.

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。上記した接続態様によればスイッチング素子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 and the leakage inductance L1. According to the connection mode described above, 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.

上記説明によると、この図に示す一次側スイッチングコンバータとしては、一次側直列共振回路(L1−C1)による電流共振形としての動作と、前述した部分電圧共振回路(Cp//L1)とによる部分電圧共振動作とが得られることになる。
つまり、この図に示す電源回路は、一次側スイッチングコンバータを共振形とするための共振回路に対して、他の共振回路とが組み合わされた、複合共振形コンバータとしての構成を採っている。
According to the above description, the primary side switching converter shown in this figure has the operation as the current resonance type by the primary side series resonance circuit (L1-C1) and the part by the partial voltage resonance circuit (Cp // L1) described above. A voltage resonance operation is obtained.
That is, the power supply circuit shown in this figure has a configuration as a complex resonance type converter in which a resonance circuit for making the primary side switching converter a resonance type is combined with another resonance circuit.

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。
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。
図1において、この力率改善回路10としては、先に説明したブリッジ整流回路Di、高周波インダクタL10、リレースイッチS2を含むものとされる。また、商用交流電源ACのラインに挿入されたフィルタコンデンサCN、及び整流ダイオードD1、D2に対して並列に接続される力率改善用直列共振コンデンサC20A、C20Bを含むものとされる。
Next, the configuration of the power factor correction circuit 10 will be described.
This power factor correction circuit 10 is provided so as to be inserted into a rectification current path in a rectification smoothing circuit for obtaining a DC input voltage (Ei) from a commercial AC power supply AC. The power factor correction circuit is configured with a combined type.
In FIG. 1, the power factor correction circuit 10 includes the bridge rectifier circuit Di, the high-frequency inductor L10, and the relay switch S2 described above. Further, the filter capacitor CN inserted in the line of the commercial AC power supply AC and the power factor improving series resonance capacitors C20A and C20B connected in parallel to the rectifier diodes D1 and D2 are included.

力率改善回路10においては、先にも説明したようにブリッジ整流回路Diの第1端子(D1とD2との接続点)を、リレースイッチS2の直列接続を介して高周波インダクタL10の一端(後述する端子t2、t3側)に接続している。そして、高周波インダクタL10の他端を、商用交流電源ACの正極ラインに対して接続している。つまりこの場合、上記高周波インダクタL10は、等価的にはブリッジ整流回路Diの第1端子と商用交流電源ACとの間に直列に挿入されているものである。
また、この高周波インダクタL10の他端は、上記したフィルタコンデンサCNの一方の端子に対して接続されている。そして、このフィルタコンデンサCNの他方の端子は、ブリッジ整流回路Diの第3端子に対して接続している。つまり、フィルタコンデンサCNは、商用交流電源ACに対してブリッジ整流回路Diと並列に設けられており、これにより整流電流経路に生じるノーマルモードノイズを抑制するようにされている。
In the power factor correction circuit 10, as described above, the first terminal of the bridge rectifier circuit Di (the connection point between D1 and D2) is connected to one end (described later) of the high-frequency inductor L10 via the series connection of the relay switch S2. Terminal t2 and t3 side). The other end of the high-frequency inductor L10 is connected to the positive line of the commercial AC power supply AC. That is, in this case, the high-frequency inductor L10 is equivalently inserted in series between the first terminal of the bridge rectifier circuit Di and the commercial AC power supply AC.
The other end of the high frequency inductor L10 is connected to one terminal of the filter capacitor CN. The other terminal of the filter capacitor CN is connected to the third terminal of the bridge rectifier circuit Di. That is, the filter capacitor CN is provided in parallel with the bridge rectifier circuit Di with respect to the commercial AC power supply AC, thereby suppressing normal mode noise generated in the rectified current path.

さらに、上述もしたように、ブリッジ整流回路Diにおける整流ダイオードD1、整流ダイオードD2に対しては、それぞれ図示するように力率改善用直列共振コンデンサC20A、力率改善用直列共振コンデンサC20B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C20A、C20B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C20A、C20B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。   Further, as described above, the power factor improving series resonant capacitor C20A and the power factor improving series resonant capacitor C20B are connected in parallel to the rectifying diode D1 and the rectifying diode D2 in the bridge rectifier circuit Di, respectively, as shown in the figure. Connected. In this case, the power factor improving series resonance capacitors C20A and C20B are in series with the high frequency inductor L10. A series resonance circuit is formed in the power factor correction circuit 10 (within the rectified current path of the commercial AC power supply) by the inductance.

そして、前述もしたように、高周波インダクタL10は、リレースイッチS2、及び一次側直列共振コンデンサC1の直列接続を介して、一次巻線N1に対して接続される。つまり、等価的には高周波インダクタL10と、ブリッジ整流回路Diにおける高速リカバリ型ダイオード(D1、D2)との接続点に対して、一次側直列共振コンデンサC1−一次巻線N1による直列接続回路が接続されるものとなり、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)と接続されていることがわかる。   As described above, the high-frequency inductor L10 is connected to the primary winding N1 via the series connection of the relay switch S2 and the primary side series resonant capacitor C1. That is, equivalently, a series connection circuit including a primary side series resonance capacitor C1 and a primary winding N1 is connected to a connection point between the high frequency inductor L10 and the high speed recovery type diode (D1, D2) in the bridge rectifier circuit Di. From this, it can be seen that 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、整流ダイオードD1//力率改善用直列共振コンデンサC20A、又は整流ダイオードD2//力率改善用直列共振コンデンサC20B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 rectifier diode D1 // the series resonance capacitor for power factor improvement is recovered. An operation of feeding back to the smoothing capacitor Ci through the parallel connection of C20A or the rectifier diode D2 // power factor improving series resonant capacitor C20B 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.

なお、図1に示される力率改善回路10内においては、高周波インダクタL10に対してリレースイッチS2が設けられる。
このリレースイッチS2としては、端子t1が上記したブリッジ整流回路Diの第1端子に対して接続される。また、リレースイッチS2の端子t3は、高周波インダクタL10の一端と接続される。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。
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、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の切り換えに伴う高周波インダクタL10についての切換動作については後述する。
In the power factor correction circuit 10 shown in FIG. 1, a relay switch S2 is provided for the high-frequency inductor L10.
As this relay switch S2, a terminal t1 is connected to the first terminal of the bridge rectifier circuit Di described above. The terminal t3 of the relay switch S2 is connected to one 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.
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.
The switching operation for the high-frequency inductor L10 accompanying such switching of the relay switch S2 will be described later.

ここで、図1に示される構成において、交流入力電圧VACとしてAC100V系に対応したレベルが得られている場合には、先に説明した整流回路切換モジュール5の動作により、リレースイッチS1にて端子t2が選択されるものとなる。そして、このように端子t2が選択されたAC100V系時において、交流入力電圧VACが正極性となる半周期では、整流電流は、[高周波インダクタL10→リレースイッチS2→整流ダイオードD1→平滑コンデンサCi1→リレースイッチS1(端子t2−t1)→フィルタコンデンサCN]の経路により流れる。
また、AC100V系時において、交流入力電圧VACが負極性となる半周期には、[リレースイッチS1(端子t1−t2)→平滑コンデンサCi2→整流ダイオードD2→リレースイッチS2→高周波インダクタL10→フィルタコンデンサCN]の経路によって整流電流が流れる。
Here, in the configuration shown in FIG. 1, when a level corresponding to the AC 100V system is obtained as the AC input voltage VAC, the terminal of the relay switch S1 is operated by the operation of the rectifier circuit switching module 5 described above. t2 is selected. In the AC100V system in which the terminal t2 is selected in this way, in the half cycle in which the AC input voltage VAC is positive, the rectified current is [high-frequency inductor L10 → relay switch S2 → rectifier diode D1 → smoothing capacitor Ci1 → It flows through the path of relay switch S1 (terminal t2-t1) → filter capacitor CN].
Further, in the AC100V system, the half cycle in which the AC input voltage VAC is negative is [relay switch S1 (terminal t1-t2) → smoothing capacitor Ci2 → rectifier diode D2 → relay switch S2 → high frequency inductor L10 → filter capacitor. The rectified current flows through the path CN].

このような整流電流経路より、AC100V系時、交流入力電圧VACが正極性の半周期では、高速リカバリ型ダイオードである整流ダイオードD1により整流動作が行われることがわかる。また、交流入力電圧VACが負極性の半周期では、高速リカバリ型ダイオードである整流ダイオードD2により整流動作が行われていることがわかる。
そして、このときの整流電流としては、先に述べたようにして力率改善回路10と一次側直列共振回路とが接続されることより、一次側直列共振電流としての比較的高周波な成分が重畳された波形として得られる。
From such a rectified current path, it can be seen that the rectification operation is performed by the rectifier diode D1, which is a high-speed recovery type diode, in the AC 100V system and in the half cycle in which the AC input voltage VAC is positive. In addition, it can be seen that the rectification operation is performed by the rectifier diode D2 which is a fast recovery diode in the half cycle in which the AC input voltage VAC is negative.
Then, as the rectified current at this time, the power factor correction circuit 10 and the primary side series resonance circuit are connected as described above, so that a relatively high frequency component as the primary side series resonance current is superimposed. Obtained as a waveform.

力率改善回路10においては、上記のような一次側直列共振電流に基づく比較的高周波とされる電圧を、上記高周波インダクタL10に得て、この高周波成分によって高速リカバリ型による整流ダイオードをスイッチング動作させているものである。これにより、整流出力電圧レベルが本来では平滑コンデンサCi(Ci1−Ci2)の両端電圧よりも低いとされる期間においても、重畳された高周波成分に反応して整流ダイオードD1、D2が導通して、平滑コンデンサCiへの充電電流が流れるようにされる。
この結果、交流入力電流成分の平均的な波形が交流入力電圧の波形に近づくことになって、交流入力電流IACの導通角が拡大され、力率の改善が図られることになる。
In the power factor correction circuit 10, a voltage having a relatively high frequency based on the primary side series resonance current as described above is obtained in the high frequency inductor L10, and a high speed recovery type rectifier diode is switched by this high frequency component. It is what. As a result, even in a period in which the rectified output voltage level is originally lower than the voltage across the smoothing capacitor Ci (Ci1-Ci2), the rectifier diodes D1 and D2 conduct in response to the superimposed high-frequency component, A charging current is supplied to the smoothing capacitor Ci.
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.

一方、交流入力電圧VACとして、AC200V系に対応したレベルが入力された場合は、先にも説明したようにリレースイッチS1にて端子t3が選択されるものとなる。
そして、このように端子t3が共に選択されるAC200V系時において、交流入力電圧VACが正極性の半周期では、整流電流は、[高周波インダクタL10→リレースイッチS2→整流ダイオードD1→平滑コンデンサCi1−Ci2→整流ダイオードD4→フィルタコンデンサCN]の経路により流れる。
また、負極性の半周期には、整流電流は、[整流ダイオードD3→平滑コンデンサCi1−Ci2→整流ダイオードD2→リレースイッチS2→高周波インダクタL10→フィルタコンデンサCN]の経路により流れるものとなる。
つまり、AC200V系時に対応しては、交流入力電圧VACが正極性の半周期では、整流ダイオードD1(高速リカバリ型)、整流ダイオードD4の組により整流動作が行われている。また、負極性の半周期では、整流ダイオードD2(高速リカバリ型)、整流ダイオードD3の組により整流動作が行われているものである。
On the other hand, when a level corresponding to the AC 200V system is input as the AC input voltage VAC, the terminal t3 is selected by the relay switch S1 as described above.
In the AC200V system in which the terminals t3 are both selected in this way, in the half cycle in which the AC input voltage VAC is positive, the rectified current is [high frequency inductor L10 → relay switch S2 → rectifier diode D1 → smoothing capacitor Ci1− It flows through a path of Ci2 → rectifier diode D4 → filter capacitor CN].
Further, in the negative half cycle, the rectified current flows along the path [rectifier diode D3 → smoothing capacitor Ci1-Ci2 → rectifier diode D2 → relay switch S2 → high frequency inductor L10 → filter capacitor CN].
That is, in response to the AC 200 V system, in the half cycle in which the AC input voltage VAC is positive, the rectification operation is performed by the set of the rectifier diode D1 (fast recovery type) and the rectifier diode D4. In the negative half cycle, the rectification operation is performed by a set of the rectifier diode D2 (high-speed recovery type) and the rectifier diode D3.

このようにACが200V系とされる場合では、交流入力電圧VACが正/負の期間で共に、少なくとも1つの高速リカバリ型ダイオードが整流動作を行うように構成している。
そして、このようにして一方の高速リカバリ型による整流ダイオードにより整流動作を行わせるようにすることで、先に説明したAC100V系時の場合と同様、帰還される一次側直列共振電流に基づいて整流電流を断続する動作が得られるようにしている。つまり、これによって、この場合も整流出力電圧レベルが平滑コンデンサCiの両端電圧よりも低いとされる期間に、平滑コンデンサCiへの充電電流を流すことができるものである。
As described above, when AC is a 200V system, at least one fast recovery diode performs a rectifying operation in both periods where the AC input voltage VAC is positive / negative.
In this way, the rectification operation is performed by one of the high-speed recovery type rectifier diodes, so that the rectification is performed based on the primary series resonance current fed back as in the case of the AC100V system described above. An operation for interrupting the current is obtained. In other words, in this case as well, the charging current to the smoothing capacitor Ci can flow during the period in which the rectified output voltage level is lower than the voltage across the smoothing capacitor Ci.

上記説明より、図1に示した力率改善回路10によっては、AC100V系時とAC200V系時とで共に、交流入力電流IACの導通角が拡大されて力率の改善が図られるようになる。そして、これによれば、力率改善を図るにあたってアクティブフィルタは省略することができる。   From the above description, depending on the power factor correction circuit 10 shown in FIG. 1, the conduction angle of the AC input current IAC is expanded in both the AC 100V system and the AC 200V system, thereby improving the power factor. According to this, the active filter can be omitted in order to improve the power factor.

なお、この場合、上記のようにしてAC200V系に対応しては、各半周期にそれぞれ2つの整流ダイオードが整流動作を行うものとなるから、他方の整流ダイオードも高速リカバリ型として、ブリッジ整流回路Diを構成する整流ダイオードの全てを高速リカバリ型とすることも考えられる。しかし、このような高速リカバリ型ダイオードとしては、比較的高価なものであることから、その分回路製造コストの増加につながる。
本例においては、上記説明のように各半周期の整流電流経路にそれぞれ挿入されることになる整流ダイオードとして、少なくとも一方が高速リカバリ型ダイオードとされるように構成することで、他方の整流ダイオード(低速ダイオード)をオンとすることができ、これによって上記した力率改善動作を実現している。つまり、このような本例によれば、ブリッジ整流回路Diについて、少なくとも2つの整流ダイオードのみを高速リカバリ型として回路コストの低減を図ることができるものである。
そして、先に説明した整流電流経路によれば、AC100V系時に対応しては、整流ダイオードD1、D2のみが整流動作を行うものとされる。つまり、ブリッジ整流回路Diにおいて、AC100V系時とAC200V系時とで共通に整流動作を行うようにされるのは、整流ダイオードD1、D2のみであり、このことから本例の力率改善動作を実現するためには、少なくとも整流ダイオードD1、D2に高速リカバリ型ダイオードが選定される必要がある。
In this case, since the two rectifier diodes perform rectification operation in each half cycle for the AC200V system as described above, the other rectifier diode is also a fast recovery type, and a bridge rectifier circuit. It is conceivable that all of the rectifier diodes constituting Di are of a high-speed recovery type. However, since such a fast recovery diode is relatively expensive, the circuit manufacturing cost is increased accordingly.
In this example, as described above, at least one of the rectifier diodes to be inserted in each half-cycle rectifier current path is a fast recovery diode, so that the other rectifier diode is configured. (Low speed diode) can be turned on, thereby realizing the power factor improving operation described above. In other words, according to the present example, it is possible to reduce the circuit cost of the bridge rectifier circuit Di by using only at least two rectifier diodes as a fast recovery type.
Then, according to the rectified current path described above, only the rectifier diodes D1 and D2 perform the rectification operation corresponding to the AC 100V system. In other words, in the bridge rectifier circuit Di, only the rectifier diodes D1 and D2 perform the rectification operation in common in the AC100V system and the AC200V system. In order to realize this, it is necessary to select a fast recovery diode as at least the rectifier diodes D1 and D2.

ここで、これまでの説明からも理解されるように、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。
Here, as understood from the above description, in the circuit of FIG. 1, 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に示される回路のように、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 in the circuit shown in 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 shown in FIG. 1 prevents the discontinuous mode described above, which is the main cause of the ripple voltage, and prevents the ripple voltage from being changed regardless of load fluctuations and AC input voltage VAC fluctuations. It is assumed that the continuous mode is maintained as the secondary side rectification operation.

図2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−40を選定している。
FIG. 2 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 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-40 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1.4mm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=0.75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 1.4 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 = 0.75 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=60T、二次巻線N2=2T+2T=4T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 the primary winding N1 = 60T and the secondary winding N2 = 2T + 2T = 4T, the induced voltage level per 1T (turn) of the secondary winding 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2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 above with reference to FIG. 2, 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 also due to the fact that 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3、図4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3では、図1の回路における、負荷電力Po=150W〜0W(Eo=5V×(30A〜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4では、交流入力電圧VAC=85V〜288Vの変動に対するAC→DC電力変換効率(ηAC-DC)、力率PF、直流入力電圧Eiの変動幅ΔEiの各特性について示す。
なお、これらの図において、図3では各特性について、交流入力電圧VAC=100Vで一定とした場合の結果を実線で示し、交流入力電圧VAC=230Vで一定とした場合の結果を破線により示している。また、図4は、負荷電力Po=150Wで一定とした場合の結果を示し、さらに交流入力電圧VAC=100V系での結果を実線により、また交流入力電圧VAC=200V系での結果を破線により示している。
3 and 4 show the characteristics of the power supply circuit of the 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.
3, AC → DC power conversion efficiency (ηAC-DC), power factor PF, DC input voltage with respect to fluctuations in load power Po = 150 W to 0 W (Eo = 5 V × (30 A to 0 A)) in the circuit of FIG. Each characteristic of the fluctuation range ΔEi of Ei is shown. In FIG. 4, 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, for each characteristic, in FIG. 3, the result when the AC input voltage VAC = 100V is constant is shown by a solid line, and the result when the AC input voltage VAC = 230V is constant is shown by a broken line. Yes. FIG. 4 shows the result when the load power Po is constant at 150 W, and the result for the AC input voltage VAC = 100 V system is shown by a solid line, and the result for 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−40フェライトコア、ギャップG=1.4mm、一次巻線N1=60T、二次巻線N2=2T+2T=4T、結合係数k=0.75
一次側直列共振コンデンサC1=0.022μF
高周波インダクタL10=巻線部N10A+巻線部N10B=56μH+64μH=120μH
力率改善用直列共振コンデンサC20A=C20B=0.022μF
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-40 ferrite core, gap G = 1.4 mm, primary winding N1 = 60T, secondary winding N2 = 2T + 2T = 4T, coupling coefficient k = 0.75
Primary side series resonant capacitor C1 = 0.022 μF
High frequency inductor L10 = winding part N10A + winding part N10B = 56 μH + 64 μH = 120 μH
Series resonant capacitor for power factor improvement C20A = C20B = 0.022μF

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=150W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=91.5%、交流入力電圧VAC=230V時でηAC-DC=90.7%となる。
これは、図11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4.1%向上し、同じく図11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1.4%向上するものである。
また、実験によれば、図1の回路における交流入力電力は、図11の回路の場合と比較して、VAC=100V時で7.7W低減し、VAC=230V時で2.6W低減するという結果が得られている。
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 → DC power conversion efficiency (ηAC-DC) when the load power Po = 150 W is ηAC-DC = 91.5% when the AC input voltage VAC = 100 V, and when the AC input voltage VAC = 230 V. ηAC-DC = 90.7%.
This is an improvement of 4.1% in the case of the circuit of FIG. 11 compared with 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 1.4%.
Further, according to experiments, the AC input power in the circuit of FIG. 1 is reduced by 7.7 W when VAC = 100 V and 2.6 W when VAC = 230 V, compared to the circuit of FIG. The result is obtained.

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=150W〜0Wの変動に対して、ΔEi=37V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=150W〜0Wの変動に対してΔEi=2.0Vとなっている。   Regarding the fluctuation range ΔEi of the DC input voltage Ei, a result is obtained that ΔEi = 37 V with respect to the fluctuation of the load power Po = 150 W to 0 W when the AC input voltage VAC = 100V. Further, the fluctuation range ΔEi when the AC input voltage VAC = 230 V is ΔEi = 2.0 V with respect to the fluctuation of the load power Po = 150 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=150Wの条件でPF=0.835となり、交流入力電圧VAC=230V、負荷電力Po=150Wの条件ではPF=0.832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。
As for the power factor PF, PF = 0.835 under the condition of AC input voltage VAC = 100 V and load power Po = 150 W, and PF = 0.832 under the conditions of AC input voltage VAC = 230 V and load power Po = 150 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。
つまり、図1の回路の構成において、高周波インダクタL10のインダクタンスを固定とした場合は、AC200V系時にAC100V系時よりも力率が低下するものとされていたが、上記のようにAC200V系時での力率を高めるようにしたことでこの特性を改善したものである。
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.
That is, in the circuit configuration of FIG. 1, when the inductance of the high-frequency inductor L10 is fixed, the power factor is lower in the AC200V system than in the AC100V system, but as described above, in the AC200V system. This characteristic is improved by increasing the power factor.

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、商用交流電源の定格レベルに応じて、直流入力電圧生成のための整流動作を等倍電圧整流動作と倍電圧整流動作とで切り換えるようにしたことで、ワイドレンジ対応の構成が実現される。
その上で本実施の形態では、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 according to the first embodiment shown in FIG. 1, the rectification operation for generating the DC input voltage is performed at the same voltage rectification according to the rated level of the commercial AC power supply. By switching between the operation and the voltage doubler rectification operation, a configuration compatible with a wide range is realized.
In addition, in the present embodiment, a switching power supply including a power factor correction circuit based on a power regeneration system is set by the structure of the insulating converter transformer PIT described above and the number of turns of the primary winding N1 and the secondary winding N2. 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 circuit.
Thereby, the configuration for power factor improvement by the power regeneration method can be realized at a practical level.

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11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3、図4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11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、さらに整流動作の切換によってワイドレンジ対応を図る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2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. 11 as a prior art which also aims at wide-range compatibility while improving the power factor. The following can be said.
First, as is clear from the experimental results shown in FIGS. 3 and 4, the power conversion efficiency is improved by the circuit shown in FIG. 1 as compared with the circuit shown in FIG.
This is because the active filter is not required because the power factor improvement circuit 10 using the power regeneration system is provided and the wide range is supported by switching the rectification operation.
Further, as explained in FIG. 2 above, the peak density of the secondary side rectified current is reduced 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. .

そして、図1に示した本例の回路では、上記のようにアクティブフィルタを不要とすることができたことで、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11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、力率改善用直列共振コンデンサC20A、C20B、整流回路切換モジュール5等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で且つ簡易な構成により実現できる。
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11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, since the active filter can be eliminated as described above, the number of circuit components can be reduced.
In other words, the active filter constitutes a set of converters, and as can be seen from the description with reference to FIG. 11, 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, and a series resonance for power factor improvement are added as additional components necessary for power factor improvement and wide range correspondence. Since only the capacitors C20A and C20B, the rectifier circuit switching module 5 and the like are provided, the number of parts can be reduced with a simple configuration 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. 11 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11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11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11の回路で問題となっていた、異常発振の抑制が図られ、電源回路としてより安定した動作を得ることができる。
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. Therefore, as the primary side ground potential, as in the power supply circuit of FIG. 11, there is no interference between the active filter side and the subsequent switching converter, and the primary side ground potential can be stable regardless of the change of the switching frequency. it can.
Thereby, the abnormal oscillation which has been a problem in the circuit of FIG. 11 having the conventional active filter is suppressed, and a more stable operation as a power supply circuit can be obtained.

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11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, the circuit of the present example shown in FIG. 1 solves various problems of the circuit of FIG. 11 having the active filter, and is practically sufficient as equivalent to the case of having the active filter. A high power factor can be obtained, and furthermore, higher power conversion efficiency can be obtained.

続いては、図5の回路図に、本発明における第2の実施の形態としてのスイッチング電源回路の構成例を示す。なお、この図5において、既に図1にて説明した部分については同一の符号を付して説明を省略する。
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としては、ブリッジ整流回路Diと、フィルタコンデンサCNと、高周波インダクタL10とから成るようにされる。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C20A、C20B、及びリレースイッチS2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, a configuration example of a switching power supply circuit as a second embodiment of the present invention is shown in the circuit diagram of FIG. In FIG. 5, 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.
The magnetic coupling type power factor correction circuit 11 is composed of a bridge rectifier circuit Di, a filter capacitor CN, and a high frequency inductor L10. When this point is compared with the power factor correction circuit 10 shown in FIG. 1, the power factor correction series resonance capacitors C20A and C20B and the relay switch S2 are omitted, and the number of parts is reduced accordingly. It will be.

そして、このような力率改善回路11によれば、ブリッジ整流回路Diの第1端子は、高周波インダクタL10の一端と接続されることになるから、この場合としても高周波インダクタL10は、等価的にはブリッジ整流回路Diの第1端子と商用交流電源ACとの間に直列に挿入されていることになる。
さらに、この場合も一次側直列共振回路(L1−C1)は、ブリッジ整流回路Diにおける第1端子と高周波インダクタL10との接続点に対して接続される。つまりこの場合は、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。
According to such a power factor correction circuit 11, the first terminal of the bridge rectifier circuit Di is connected to one end of the high-frequency inductor L10. Even in this case, the high-frequency inductor L10 is equivalently Is inserted in series between the first terminal of the bridge rectifier circuit Di and the commercial AC power supply AC.
Furthermore, also in this case, the primary side series resonant circuit (L1-C1) is connected to the connection point between the first terminal of the bridge rectifier circuit Di and the high frequency inductor L10. In other words, in this case, 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). Is done.

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基づく電圧が、高周波インダクタL10に得られる。これにより、ブリッジ整流回路Diにおける高速リカバリ型ダイオード(D1、D2)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基づいてスイッチングを行うようにされ、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 based on the primary side series resonance current fed back from the primary side series resonance circuit is obtained in the high frequency inductor L10. As a result, the fast recovery diodes (D1, D2) in the bridge rectifier circuit Di perform switching based on the high-frequency component based on the switching output from the primary side series resonant circuit, as in the case of the circuit of FIG. The power factor can be improved.

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=0.75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 0.75, 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.

また、図示するように図5の回路としても、整流動作切り換えのためのリレースイッチS1、リレーRL、整流回路切換モジュール5が備えられる。これにより、AC100V系時とAC200V系時とで倍電圧整流動作/等倍電圧整流動作を切り換えるワイドレンジ対応の構成が実現される。
なお、この場合の上記リレースイッチS1としては、図1の回路の場合とは異なり、端子t1と端子t2によるオン/オフ切換を行うための1接点のものを用いるようにしている。つまり、この場合においては、AC100V系に対応してリレースイッチS1をオンとし、AC200V系に対応してリレースイッチS1をオフとするように整流回路切換モジュール5を動作させる。これによって、先の図1の場合と同様の整流動作切換が可能となり、ワイドレンジ対応としての動作が実現される。
As shown in the figure, the circuit of FIG. 5 also includes a relay switch S1, a relay RL, and a rectifying circuit switching module 5 for switching the rectifying operation. This realizes a wide-range configuration that switches the double voltage rectification operation / the equal voltage rectification operation between the AC 100 V system and the AC 200 V system.
As the relay switch S1 in this case, unlike the circuit of FIG. 1, a relay having a single contact for on / off switching by the terminal t1 and the terminal t2 is used. That is, in this case, the rectifier circuit switching module 5 is operated so that the relay switch S1 is turned on corresponding to the AC100V system and the relay switch S1 is turned off corresponding to the AC200V system. As a result, the same rectifying operation switching as in the case of FIG. 1 is possible, and the operation corresponding to the wide range is realized.

図6,図7は、このような第2の実施の形態の電源回路の特性として、AC→DC電力変換効率(ηAC-DC)、力率PF、直流入力電圧Eiの変動幅ΔEiの各特性について示している。
この場合も、図6では、負荷電力Po=150W〜0W(Eo=5V×(30A〜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7では、交流入力電圧VAC=85V〜288Vの変動に対するAC→DC電力変換効率(ηAC-DC)、力率PF、直流入力電圧Eiの変動幅ΔEiの各特性について示している。
また、この場合も各特性について、図6では交流入力電圧VAC=100Vで一定とした場合の結果を実線により示し、交流入力電圧VAC=230Vで一定とした場合の結果を破線により示す。また、図7の場合はAC100V系時の特性を実線、AC200V系時に対応する特性を破線により示している。
6 and 7 show the characteristics of the power supply circuit according to the second embodiment, such as AC → DC power conversion efficiency (ηAC-DC), power factor PF, and fluctuation range ΔEi of DC input voltage Ei. Shows about.
Also in this case, in FIG. 6, the AC → DC power conversion efficiency (ηAC-DC), power factor PF, and DC input voltage Ei with respect to fluctuations in load power Po = 150 W to 0 W (Eo = 5 V × (30 A to 0 A)) FIG. 7 shows characteristics of the fluctuation range ΔEi. In FIG. 7, the AC → DC power conversion efficiency (ηAC-DC), power factor PF, and fluctuation range ΔEi of the DC input voltage Ei with respect to fluctuations of the AC input voltage VAC = 85V to 288V are shown. It shows the characteristics.
Also in this case, for each characteristic, in FIG. 6, the result when the AC input voltage VAC = 100 V is constant is shown by a solid line, and the result when the AC input voltage VAC = 230 V is constant is shown by a broken line. In the case of FIG. 7, the characteristics for the AC 100 V system are indicated by a solid line, and the characteristics corresponding to the AC 200 V system are indicated by a broken line.

なお、図5の回路としては、これらの図に示される実験結果を得るにあたり、各部を以下のように選定した。
絶縁コンバータトランスPIT:EER−40フェライトコア、ギャップG=1.4mm、一次巻線N1=60T、二次巻線N2=2T+2T=4T、結合係数k=0.75
一次側直列共振コンデンサC1=0.018μF
高周波インダクタL10=120μH
フィルタコンデンサCN=1μF/200V
平滑コンデンサCi1=Ci2=1000μF
Note that each part of the circuit shown in FIG. 5 was selected as follows in order to obtain the experimental results shown in these figures.
Insulating converter transformer PIT: EER-40 ferrite core, gap G = 1.4 mm, primary winding N1 = 60T, secondary winding N2 = 2T + 2T = 4T, coupling coefficient k = 0.75
Primary side series resonant capacitor C1 = 0.018 μF
High frequency inductor L10 = 120μH
Filter capacitor CN = 1μF / 200V
Smoothing capacitor Ci1 = Ci2 = 1000 μF

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=150W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=91.4%、交流入力電圧VAC=230V時でηAC-DC=90.5%となる。
これらの結果から、図5に示した回路によっても、図11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4.0%の向上、VAC=230V時では1.2%の向上が図られる。
また、実験によれば、図11の回路と比較した場合の交流入力電力は、VAC=100V時は7.5W、VAC=230V時は2.3W低減する結果が得られている。
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) when the load power Po = 150 W is ηAC when the AC input voltage VAC = 100 V. When dc = 91.4% and AC input voltage VAC = 230V, ηAC−DC = 90.5%.
From these results, it can be understood that the circuit shown in FIG. 5 is also more efficient than the case where the active filter shown in FIG. 11 is provided. That is, an improvement of 4.0% is achieved when VAC = 100V, and an improvement of 1.2% is achieved when VAC = 230V.
Further, according to the experiment, the AC input power when compared with the circuit of FIG. 11 is reduced by 7.5 W when VAC = 100 V and 2.3 W when VAC = 230 V.

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=150W〜0Wの変動に対して、ΔEi=48V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=150W〜0Wの変動に対してΔEi=14Vとなっている。   Regarding the fluctuation range ΔEi of the DC input voltage Ei, a result is obtained that ΔEi = 48V with respect to the fluctuation of the load power Po = 150 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 = 14 V with respect to the fluctuation of the load power Po = 150 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=150Wの条件でPF=0.835となり、交流入力電圧VAC=230V、負荷電力Po=150Wの条件においてもPF=0.834となる結果が得られている。つまり、図5に示した回路としても、AC200V系とAC100V系とでほぼ同等の力率が得られていることがわかる。   The power factor PF is PF = 0.835 under the conditions of AC input voltage VAC = 100 V and load power Po = 150 W, and PF = 0.0.3 under the conditions of AC input voltage VAC = 230 V and load power Po = 150 W. A result of 834 is obtained. That is, it can be seen that even in the circuit shown in FIG. 5, almost the same power factor is obtained in the AC200V system and the AC100V system.

ここで、先の説明によると、図5に示した回路としては、高周波インダクタL10の巻数についての切換を行うリレースイッチS2は備えないものとされているが、図5に示した構成において、先に例示したような各部の選定条件及び負荷条件の下では、高周波インダクタL10のインダクタンスの設定によってAC100V系時とAC200V系時とで同等の力率を得ることが可能となる。
この場合としては、高周波インダクタL10のインダクタンスを120μHに設定することで、図6に示されるように、負荷電力Po=150Wから80W付近への変動に対する力率として、AC100V系時とAC200V系時とでほぼ同等の特性を得ることができた。
なお、当然のことながら図5に示した回路としても、例えば各部の選定条件や負荷条件の変更等に伴い、AC200V系時における力率が低下する場合には、図1の回路と同様にリレースイッチS2を設けて高周波インダクタL10のインダクタンスについて切り換えを行う構成を採ることも可能である。
Here, according to the above description, the circuit shown in FIG. 5 is not provided with the relay switch S2 for switching the number of turns of the high-frequency inductor L10. However, in the configuration shown in FIG. Under the selection conditions and load conditions of each part as illustrated in Fig. 1, it is possible to obtain the same power factor in the AC 100V system and the AC 200V system by setting the inductance of the high frequency inductor L10.
In this case, by setting the inductance of the high-frequency inductor L10 to 120 μH, as shown in FIG. 6, the power factor with respect to the fluctuation from the load power Po = 150 W to around 80 W is as shown in FIG. It was possible to obtain almost the same characteristics.
As a matter of course, the circuit shown in FIG. 5 can also be used in the same way as the circuit shown in FIG. 1 when the power factor in the AC 200 V system decreases due to, for example, changes in selection conditions or load conditions of each part. It is also possible to adopt a configuration in which the switch S2 is provided to switch the inductance of the high frequency inductor L10.

なお、先にも述べたように第2の実施の形態では、整流動作切り換えのためのリレースイッチS1として1接点のものを選定しているが、これは、上記のようにして図5の回路としては、同じ整流回路切換モジュール5によって制御されるリレースイッチS2を設けなくても良いものとされたことによる。
すなわち、先の図1の回路では、高周波インダクタL10の巻線を切り換えるためのリレースイッチS2として、端子t1、t2、t3による2接点のものを用いる必要があり、部品の選定上、リレースイッチS1としても同様の2接点のものを用いるようにされていたものである。これに対し、図5の回路では、上記のようにリレースイッチS2は設けなくて良いものとされたことで、このような部品選定上の不都合はなくなり、リレースイッチS1としては、単にブリッジ整流回路Diの第3端子と、平滑コンデンサCi1−Ci2の接続点との接続/非接続について切換が可能な、1接点のものを選定可能となったものである。
なお、もちろん、図5の場合においてもリレースイッチS1として2接点のものを用いても構わない。
As described above, in the second embodiment, the relay switch S1 for switching the rectifying operation is selected as having one contact, but this is because the circuit of FIG. This is because the relay switch S2 controlled by the same rectifier circuit switching module 5 need not be provided.
That is, in the circuit of FIG. 1, the relay switch S2 for switching the winding of the high-frequency inductor L10 needs to be a two-contact type of terminals t1, t2, and t3. However, the same two-contact type is used. On the other hand, in the circuit of FIG. 5, the relay switch S2 does not have to be provided as described above, so that there is no such inconvenience in component selection, and the relay switch S1 is simply a bridge rectifier circuit. One point of contact that can be switched between connection / non-connection between the third terminal of Di and the connection point of the smoothing capacitors Ci1-Ci2 can be selected.
Of course, in the case of FIG. 5, the relay switch S1 may have two contacts.

上記した図6、図7の実験結果からも、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11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 the experimental results of FIGS. 6 and 7 described above, depending on the second embodiment, as a configuration corresponding to a wide range for improving the power factor, it is practically sufficient as in the case of the first embodiment. It can be understood that a high power factor can be obtained, and that the power conversion efficiency is higher than that of the circuit shown in FIG.

なお、本発明としては、これまでに説明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。
Note that the present invention is not necessarily limited to the configuration as the embodiment described above.
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、実施の形態では、力率改善回路の動作として、一次側直列共振回路より帰還される一次側スイッチング出力に基づいて整流電流を断続するための、高速リカバリ型によるダイオードを、ブリッジ整流回路Diを構成する整流ダイオードと兼用とする場合を例に挙げたが、このような高速リカバリ型ダイオードをブリッジ整流回路Diとは独立して整流電流経路に挿入することによっても、本発明としての力率改善動作が可能である。
但し、実施の形態の場合のようにブリッジ整流回路Diを構成する整流ダイオードと兼用すれば、その分部品点数の削減が図られるというメリットがある。
In the embodiment, as the operation of the power factor correction circuit, a fast recovery type diode for intermittently rectifying current based on the primary side switching output fed back from the primary side series resonance circuit is used as the bridge rectifier circuit Di. The power factor of the present invention can also be obtained by inserting such a fast recovery diode into the rectification current path independently of the bridge rectifier circuit Di. Improved operation is possible.
However, if it is also used as a rectifier diode constituting the bridge rectifier circuit Di as in the case of the embodiment, there is an advantage that the number of parts can be reduced accordingly.

また、整流動作の切り換えには、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。
In addition, although an electromagnetic relay is used for switching the rectifying operation, other switching configurations may be employed, for example, a switch circuit including an electronic switch or the like may be employed.
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. 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8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 整流回路切換モジュール、10、11 力率改善回路、Di ブリッジ整流回路、D1〜D4 整流ダイオード、Ci1、Ci2 平滑コンデンサ、Q1,Q2 スイッチング素子、PIT 絶縁コンバータトランス、C1 一次側直列共振コンデンサ、Cp 部分共振コンデンサ、N1 一次巻線、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、N10A、N10B 巻線部、C20A、C20B 力率改善用直列共振コンデンサ   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Control circuit, 2 Oscillation drive circuit, 5 Rectifier circuit switching module, 10, 11 Power factor improvement circuit, Di bridge rectifier circuit, D1-D4 rectifier diode, Ci1, Ci2 smoothing capacitor, Q1, Q2 switching element, PIT isolation converter Transformer, C1 primary side series resonance capacitor, Cp partial resonance capacitor, N1 primary winding, N2 secondary winding, RL relay, S1, S2 relay switch, CN filter capacitor, L10 high frequency inductor, N10A, N10B winding part, C20A , C20B series resonant capacitor for power factor improvement

Claims (4)

商用交流電源を入力して整流平滑電圧を生成するものとされ、入力される商用交流電源のレベルに応じて、商用交流電源レベルの等倍に対応するレベルの上記整流平滑電圧を生成する等倍電圧整流動作と、商用交流電源レベルの2倍に対応するレベルの上記整流平滑電圧を生成する倍電圧整流動作とで切り換えが行われる整流平滑手段と、
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基づき、上記整流平滑手段に備えられたダイオード素子により整流電流成分を断続して力率の改善を図る力率改善手段と、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。
A commercial AC power supply is input to generate a rectified and smoothed voltage. According to the level of the input commercial AC power, the same rectified and smoothed voltage is generated at a level corresponding to the same level as the commercial AC power supply level. Rectifying and smoothing means that is switched between a voltage rectifying operation and a voltage doubler rectifying operation that generates the rectified and smoothed voltage having a level corresponding to twice the level of the commercial AC power supply;
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 improvement means for improving the power factor by intermittently rectifying current component by the diode element provided in the rectification smoothing means based on the power, and
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.
上記整流平滑手段は、
複数の上記ダイオード素子をブリッジ結合して形成したブリッジ整流回路として、
上記倍電圧整流動作及び上記等倍電圧整流動作が行われるときの、上記商用交流電源の一方の半周期において形成される各整流電流経路に共通に挿入される第1のダイオード素子と、上記倍電圧整流動作及び上記等倍電圧整流動作が行われるときの、上記商用交流電源の他方の半周期において形成される各整流電流経路に共通に挿入される第2のダイオード素子とが、高速リカバリ型とされたブリッジ整流回路を備えると共に、
上記力率改善手段は、
上記整流平滑手段において、上記第1のダイオード素子と上記第2のダイオード素子との接続点に対して直列に接続されたインダクタ素子と、
上記第1のダイオード素子、及び上記第2のダイオード素子の各々に並列に接続され、上記インダクタ素子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、
上記ブリッジ整流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、
上記第1のダイオード素子と第2のダイオード素子の接続点と、上記インダクタ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 rectifying and smoothing means is
As a bridge rectifier circuit formed by bridging a plurality of the above diode elements,
When the voltage doubler rectification operation and the voltage equalization voltage rectification operation are performed, a first diode element inserted in common in each rectification current path formed in one half cycle of the commercial AC power supply, and the voltage doubler When the voltage rectification operation and the equal voltage rectification operation are performed, the second diode element inserted in common in each rectification current path formed in the other half cycle of the commercial AC power supply is a fast recovery type And a bridge rectifier circuit.
The power factor improving means is
In the rectifying and smoothing means, an inductor element connected in series with respect to a connection point between the first diode element and the second diode element;
A power factor improving series resonance capacitor connected in parallel to each of the first diode element and the second diode element to form a series resonance circuit with the inductor element;
A filter capacitor connected in parallel to the bridge rectifier circuit,
Formed by connecting the primary side series resonant circuit to a connection point between the first diode element and the second diode element and a connection point between the inductor element,
The switching power supply circuit according to claim 1.
上記整流平滑手段は、
複数の上記ダイオード素子をブリッジ結合して形成したブリッジ整流回路として、
上記倍電圧整流動作及び上記等倍電圧整流動作が行われるときの、上記商用交流電源の一方の半周期において形成される各整流電流経路に共通に挿入される第1のダイオード素子と、上記倍電圧整流動作及び上記等倍電圧整流動作が行われるときの、上記商用交流電源の他方の半周期において形成される各整流電流経路に共通に挿入される第2のダイオード素子とが、高速リカバリ型とされたブリッジ整流回路を備えると共に、
上記力率改善手段は、
上記整流平滑手段において、上記第1のダイオード素子と上記第2のダイオード素子との接続点に対して直列に接続されたインダクタ素子と、
上記ブリッジ整流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、
上記第1のダイオード素子と第2のダイオード素子の接続点と、上記インダクタ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 rectifying and smoothing means is
As a bridge rectifier circuit formed by bridging a plurality of the above diode elements,
When the voltage doubler rectification operation and the voltage equalization voltage rectification operation are performed, a first diode element inserted in common in each rectification current path formed in one half cycle of the commercial AC power supply, and the voltage doubler When the voltage rectification operation and the equal voltage rectification operation are performed, the second diode element inserted in common in each rectification current path formed in the other half cycle of the commercial AC power supply is a fast recovery type And a bridge rectifier circuit.
The power factor improving means is
In the rectifying and smoothing means, an inductor element connected in series with respect to a connection point between the first diode element and the second diode element;
A filter capacitor connected in parallel to the bridge rectifier circuit,
Formed by connecting the primary side series resonant circuit to a connection point between the first diode element and the second diode element and a connection point between the inductor element,
The switching power supply circuit according to claim 1.
上記整流平滑手段は、
複数の上記ダイオード素子をブリッジ結合して形成したブリッジ整流回路として、
上記倍電圧整流動作及び上記等倍電圧整流動作が行われるときの、上記商用交流電源の一方の半周期において形成される各整流電流経路に共通に挿入される第1のダイオード素子と、上記倍電圧整流動作及び上記等倍電圧整流動作が行われるときの、上記商用交流電源の他方の半周期において形成される各整流電流経路に共通に挿入される第2のダイオード素子とが、高速リカバリ型とされるブリッジ整流回路を備え、
上記力率改善手段は、
上記整流平滑手段において、上記第1のダイオード素子と上記第2のダイオード素子との接続点に対して直列に接続されたインダクタ素子と、
上記第1のダイオード素子、及び上記第2のダイオード素子の各々に並列に接続され、上記インダクタ素子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、
上記ブリッジ整流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て、上記第1のダイオード素子と第2のダイオード素子の接続点と、上記インダクタ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と共に、
さらに、上記商用交流電源のレベルに応じ、上記インダクタ素子のインダクタンスについての切換を行うように構成された切換手段を備えるようにした、
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 rectifying and smoothing means is
As a bridge rectifier circuit formed by bridging a plurality of the above diode elements,
When the voltage doubler rectification operation and the voltage equalization voltage rectification operation are performed, a first diode element inserted in common in each rectification current path formed in one half cycle of the commercial AC power supply, and the voltage doubler When the voltage rectification operation and the equal voltage rectification operation are performed, the second diode element inserted in common in each rectification current path formed in the other half cycle of the commercial AC power supply is a fast recovery type With a bridge rectifier circuit
The power factor improving means is
In the rectifying and smoothing means, an inductor element connected in series with respect to a connection point between the first diode element and the second diode element;
A power factor improving series resonance capacitor connected in parallel to each of the first diode element and the second diode element to form a series resonance circuit with the inductor element;
A filter capacitor connected in parallel to the bridge rectifier circuit, the primary side with respect to a connection point of the first diode element and the second diode element and a connection point of the inductor element It is formed by connecting a series resonant circuit,
Furthermore, according to the level of the commercial AC power supply, switching means configured to switch the inductance of the inductor element is provided.
The switching power supply circuit according to claim 1.
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