JP2005328688A - Switching power supply circuit - Google Patents

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昌之 安村
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To minimize an increase in circuit scale and cost, and to improve a power factor by a power regenerating system. <P>SOLUTION: A control transformer PRT is provided with a high-frequency inductor as controlled wiring NR. The inductance of the controlled wiring NR is variably controlled by a first amplifying circuit system including transistors Q12, Q13, in response to the level of a rectified and smoothed voltage Ei (an AC level of a commercial AC power supply), and also variably controlled by a second amplification circuit system including Q11 in response to the load current level i.e. load fluctuations. The power factor value improved by a power factor improving means can be controlled so as to be constant with respect to fluctuations of a load and an AC input voltage VAC. The magnetic flux density of an isolated converter transformer is set to a predetermined value or lower. A secondary-side rectification operation is always brought into a continuous mode for preventing the discontinue period of a secondary-side rectification current regardless of the fluctuation of a secondary-side DC output voltage i.e. level fluctuations of the load and the commercial AC power (AC input voltage). <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、力率改善回路を備えたスイッチング電源回路に関するものである。   The present invention relates to a switching power supply circuit including a power factor correction circuit.

先に本出願人は、一次側に共振形コンバータを備えた電源回路を各種提案している。また、共振形コンバータに対して力率改善を図るための力率改善回路を備えて構成した電源回路も各種提案している。
図22は、先に本出願人により出願された発明に基づいて構成される、力率改善機能を有するスイッチング電源回路の一例を示す回路図である。
The present applicant has previously proposed various power supply circuits having a resonance type converter on the primary side. Various power supply circuits configured with a power factor correction circuit for improving the power factor of the resonant converter have also been proposed.
FIG. 22 is a circuit diagram showing an example of a switching power supply circuit having a power factor correction function, which is configured based on the invention previously filed by the present applicant.

図22の電源回路は、他励式による電流共振形のスイッチングコンバータに対して力率改善回路20を備えた構成を採る。この電源回路におけるスイッチングコンバータは、ハーフブリッジ結合方式による電流共振形コンバータと、半導体スイッチ(スイッチング素子)のターンオフ時にのみ電圧共振する部分電圧共振回路を組み合わせたスイッチングコンバータとされている。   The power supply circuit of FIG. 22 employs a configuration in which a power factor correction circuit 20 is provided for a separately excited type current resonance type switching converter. The switching converter in this power supply circuit is a switching converter that combines a current resonance type converter using a half-bridge coupling method and a partial voltage resonance circuit that performs voltage resonance only when the semiconductor switch (switching element) is turned off.

この図22に示す電源回路においては、先ず、商用交流電源ACに対し、2組のフィルタコンデンサCL、CL及び1組のコモンモードチョークコイルCMCから成るコモンモードノイズフィルタが接続されている。
そして、商用交流電源ACから直流入力電圧を生成する整流平滑回路としては、上記コモンモードノイズフィルタの後段に対して、ブリッジ整流回路Di及び平滑コンデンサCiとから成る全波整流回路が備えられる。
この場合、ブリッジ整流回路Diの全波整流動作により得られた整流出力は、力率改善回路20を介して平滑コンデンサCiに充電される。これにより、平滑コンデンサCiの両端には、交流入力電圧VACの等倍のレベルに対応する整流平滑電圧Ei(直流入力電圧)が得られることになる。
力率改善回路20については後述する。
In the power supply circuit shown in FIG. 22, first, a common mode noise filter composed of two sets of filter capacitors CL and CL and one set of common mode choke coil CMC is connected to commercial AC power supply AC.
As a rectifying / smoothing circuit for generating a DC input voltage from the commercial AC power supply AC, a full-wave rectifying circuit including a bridge rectifying circuit Di and a smoothing capacitor Ci is provided for the subsequent stage of the common mode noise filter.
In this case, the rectified output obtained by the full-wave rectification operation of the bridge rectifier circuit Di is charged to the smoothing capacitor Ci via the power factor correction circuit 20. As a result, a rectified and smoothed voltage Ei (DC input voltage) corresponding to a level equal to the AC input voltage VAC is obtained at both ends of the smoothing capacitor Ci.
The power factor correction circuit 20 will be described later.

上記直流入力電圧を入力してスイッチングする電流共振形コンバータとしては、図示するようにして、MOS−FETによる2本のスイッチング素子Q1,Q2をハーフブリッジ結合により接続している。スイッチング素子Q1,Q2の各ドレイン−ソース間に対しては、図示する方向により、それぞれボディダイオードによるダンパーダイオードDD1,DD2が並列に接続される。   As shown in the figure, as the current resonance type converter for switching by inputting the DC input voltage, two switching elements Q1, Q2 by MOS-FETs are connected by half bridge coupling. Damper diodes DD1 and DD2 formed of body diodes are connected in parallel with each other between the drains and sources of the switching elements Q1 and Q2, respectively, in the direction shown in the drawing.

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

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

絶縁コンバータトランスPIT (Power Isolation Transformer)は、スイッチング素子Q1 、Q2 のスイッチング出力を二次側に伝送する。
この絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1 の一端は、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得られるようにされる。
また、一次巻線N1 の他端は、直列共振コンデンサC1 を介するようにして、力率改善回路20内における高速リカバリ型のスイッチングダイオードD1のカソードと高周波インダクタL10の接続点に対して接続されている。
An insulating converter transformer PIT (Power Isolation Transformer) transmits the switching outputs of the switching elements Q1 and Q2 to the secondary side.
One end of the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT is connected to a connection point (switching output point) between the source of the switching element Q1 and the drain of the switching element Q2, thereby obtaining a switching output.
The other end of the primary winding N1 is connected to the connection point between the cathode of the fast recovery type switching diode D1 and the high frequency inductor L10 in the power factor correction circuit 20 through the series resonant capacitor C1. Yes.

この場合、直列共振コンデンサC1 及び一次巻線N1 は直列に接続されているが、この直列共振コンデンサC1 のキャパシタンス、及び一次巻線N1 (直列共振巻線)を含む絶縁コンバータトランスPITの漏洩インダクタンス(リーケージインダクタンス)成分L1により、スイッチングコンバータの動作を電流共振形とするための一次側直列共振回路を形成している。   In this case, the series resonant capacitor C1 and the primary winding N1 are connected in series, but the capacitance of the series resonant capacitor C1 and the leakage inductance of the insulating converter transformer PIT including the primary winding N1 (series resonant winding) ( The primary side series resonance circuit for making the operation of the switching converter into a current resonance type is formed by the leakage inductance component L1.

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形式を採っていることになる。本明細書では、このようなスイッチングコンバータについて、複合共振形コンバータということにする。
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 adopts a form in which a resonance circuit for making the primary side switching converter a resonance type is combined with another resonance circuit. In this specification, such a switching converter is referred to as a composite resonance type converter.

また、この場合には絶縁コンバータトランスPITの一次側において、低圧巻線N4を巻装している。この低圧巻線N4には、一次巻線N1により誘起された交番電圧が生じる。 低圧巻線N4に対しては、ダイオードD4、コンデンサC4から成る半波整流回路が接続されており、この半波整流回路が整流平滑動作を行うことでコンデンサC4の両端電圧として低圧直流電圧E4を生成する。
発振・ドライブ回路2に対しては、抵抗R4により低圧直流電圧E4を所定レベルに設定して得られる動作電源を供給するようにしている。この抵抗R4と発振・ドライブ回路2の電源入力端子との間と、一次側アースとの間に挿入されるツェナーダイオードZD4は、発振・ドライブ回路2に供給される動作電源の電圧が一定レベル以上を越えないようにするための保護回路を形成する。
In this case, the low-voltage winding N4 is wound on the primary side of the insulating converter transformer PIT. An alternating voltage induced by the primary winding N1 is generated in the low voltage winding N4. A half-wave rectifier circuit composed of a diode D4 and a capacitor C4 is connected to the low-voltage winding N4. This half-wave rectifier circuit performs a rectifying / smoothing operation to generate a low-voltage DC voltage E4 as a voltage across the capacitor C4. Generate.
The oscillation / drive circuit 2 is supplied with operating power obtained by setting the low-voltage DC voltage E4 to a predetermined level by the resistor R4. The Zener diode ZD4 inserted between the resistor R4 and the power input terminal of the oscillation / drive circuit 2 and the primary side ground has a voltage of the operating power supplied to the oscillation / drive circuit 2 above a certain level. A protection circuit is formed so as not to exceed.

ここでの図示による説明は省略するが、絶縁コンバータトランスPITの構造としては、例えばフェライト材によるE型コアを組み合わせたEE型コアを備える。そして、一次側と二次側とで巻装部位を分割したうえで、一次巻線N1(及び低圧巻線N4)と、二次巻線N2とを、EE型コアの中央磁脚に対して巻装している。
また、絶縁コンバータトランスPITのEE型コアの中央磁脚に対しては1.0mm程度のギャップを形成するようにしている。これによって、一次巻線N1と二次巻線N2とで、0.85程度の結合係数を得るようにしている。
Although illustration explanation here is omitted, the structure of the insulating converter transformer PIT includes, for example, an EE type core combined with an E type core made of a ferrite material. And after dividing | segmenting a winding site | part by the primary side and a secondary side, primary winding N1 (and low voltage | pressure winding N4) and secondary winding N2 are made with respect to the center magnetic leg of EE type | mold core. Wrapped.
Further, a gap of about 1.0 mm is formed with respect to the central magnetic leg of the EE type core of the insulating converter transformer PIT. Thus, a coupling coefficient of about 0.85 is obtained by the primary winding N1 and the secondary winding N2.

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、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、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.
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 a double-wave rectifier circuit comprising rectifier diodes Do1 and Do2 and a smoothing capacitor Co is provided. Connected. Thereby, 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 control circuit 1.

この場合の制御回路1は、例えば二次側直流出力電圧Eoの変動に対応したレベルの制御信号を発振・ドライブ回路2に出力する。発振・ドライブ回路2では制御回路1から供給された制御信号に基づいて、発振・ドライブ回路2からスイッチング素子Q1,Q2の各ゲートに供給するスイッチング駆動信号の周波数を変化させて、スイッチング周波数を可変するようにしている。このように、二次側直流出力電圧Eoのレベルに応じてスイッチング素子Q1,Q2のスイッチング周波数が可変制御されることで、一次側直列共振回路の共振インピーダンスが変化することで一次側直列共振回路を形成する一次巻線N1から二次側に伝送されるエネルギーも可変され、二次側直流出力電圧Eoのレベルが可変制御される。これにより、二次側直流出力電圧Eoの定電圧制御が図られることになる。
なお、以降は、上記のようにしてスイッチング周波数を可変制御することによって直流安定化を図る定電圧制御方式を「スイッチング周波数制御方式」ということにする。
In this case, the control circuit 1 outputs, for example, a control signal having a level corresponding to the fluctuation of the secondary side DC output voltage Eo to the oscillation / drive circuit 2. Based on the control signal supplied from the control circuit 1, the oscillation / drive circuit 2 changes the frequency of the switching drive signal supplied from the oscillation / drive circuit 2 to the gates of the switching elements Q1 and Q2, thereby making the switching frequency variable. Like to do. In this way, the switching frequency of the switching elements Q1 and Q2 is variably controlled according to the level of the secondary side DC output voltage Eo, so that the resonance impedance of the primary side series resonance circuit changes to change the primary side series resonance circuit. The energy transmitted from the primary winding N1 forming the secondary side to the secondary side is also varied, and the level of the secondary side DC output voltage Eo is variably controlled. Thereby, constant voltage control of the secondary side DC output voltage Eo is achieved.
Hereinafter, the constant voltage control method for stabilizing the DC voltage by variably controlling the switching frequency as described above will be referred to as a “switching frequency control method”.

続いて、力率改善回路20の構成について説明する。
この力率改善回路20は磁気結合形による電力回生方式としての構成を採る。
力率改善回路20においては、ブリッジ整流回路Diの正極出力端子と平滑コンデンサCiの正極端子間に対して、スイッチングダイオードD1−高周波インダクタL10が直列接続されて挿入される。
フィルタコンデンサCN はスイッチングダイオードD1 のアノード側と平滑コンデンサCiの正極端子間に対して挿入されることで、ノーマルモードノイズ(スイッチング周期の交番成分)を吸収するフィルタとして機能する。
Next, the configuration of the power factor correction circuit 20 will be described.
The power factor correction circuit 20 employs a configuration as a power regeneration system using a magnetic coupling type.
In the power factor correction circuit 20, a switching diode D1 and a high frequency inductor L10 are connected in series between the positive output terminal of the bridge rectifier circuit Di and the positive terminal of the smoothing capacitor Ci.
The filter capacitor CN is inserted between the anode side of the switching diode D1 and the positive terminal of the smoothing capacitor Ci, thereby functioning as a filter that absorbs normal mode noise (alternating component of the switching period).

そして力率改善回路20に対しては、スイッチングダイオードD1 のカソードと高周波インダクタL10の接続点に対して、上述した一次側直列共振回路(C1−N1(L1))が接続されて、この直列共振回路に得られるスイッチング出力が帰還されるようにしている。   The power factor correction circuit 20 is connected to the above-described primary side series resonance circuit (C1-N1 (L1)) at the connection point between the cathode of the switching diode D1 and the high frequency inductor L10. The switching output obtained in the circuit is fed back.

このような構成による力率改善回路20においては、スイッチング素子Q1,Q2のスイッチング出力に応じて、一次側直列共振回路(C1−N1(L1))に流れる一次側直列共振電流を電力として回生して、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に帰還していることになる。これによって、交流入力電圧VACの正負の絶対値が1/2以上のときに高速リカバリ型ダイオードD1をスイッチングさせるように動作することになって、整流出力電圧レベルが平滑コンデンサCiの両端電圧よりも低いとされる期間にも平滑コンデンサCiへの充電電流が流れるようにされる。
この結果、交流入力電流IACの平均的な波形が交流入力電圧の波形に近付くようにされて交流入力電流IACの導通角が拡大される結果、力率改善が図られることになる。
In the power factor correction circuit 20 having such a configuration, the primary side series resonance current flowing in the primary side series resonance circuit (C1-N1 (L1)) is regenerated as electric power in accordance with the switching output of the switching elements Q1, Q2. Thus, the feedback is made to the smoothing capacitor Ci through the high-frequency inductor L10. As a result, when the positive and negative absolute values of the AC input voltage VAC are 1/2 or more, the fast recovery type diode D1 is operated so that the rectified output voltage level is higher than the voltage across the smoothing capacitor Ci. The charging current to the smoothing capacitor Ci is allowed to flow even during the low period.
As a result, the average waveform of the AC input current IAC approaches the waveform of the AC input voltage, and the conduction angle of the AC input current IAC is expanded. As a result, the power factor is improved.

また、商用交流電源ACを整流する整流平滑回路について倍電圧整流回路とした場合においては、上記図22に示した形式の力率改善回路20は、図23に示すようにして、力率改善回路20Aとして構成することができる。なお、図22と同一部分については同一符号を付して説明を省略する。   When the rectifying / smoothing circuit for rectifying the commercial AC power supply AC is a voltage doubler rectifier circuit, the power factor correction circuit 20 of the type shown in FIG. 22 has a power factor correction circuit as shown in FIG. It can be configured as 20A. Note that the same portions as those in FIG. 22 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

図23に示す力率改善回路20Aは、整流ダイオードD11,D12、平滑コンデンサCi1,Ci2、高周波インダクタL10、及びフィルタコンデンサCNから成る。整流ダイオードD11,D12、平滑コンデンサCi1,Ci2は、上記倍電圧整流回路を形成する回路部品であり、従って、力率改善回路20Aとしては倍電圧整流回路と組み合わされた構成を有するものとなる。   A power factor correction circuit 20A shown in FIG. 23 includes rectifier diodes D11 and D12, smoothing capacitors Ci1 and Ci2, a high-frequency inductor L10, and a filter capacitor CN. The rectifier diodes D11 and D12 and the smoothing capacitors Ci1 and Ci2 are circuit components that form the voltage doubler rectifier circuit. Therefore, the power factor improving circuit 20A has a configuration combined with the voltage doubler rectifier circuit.

この場合、コモンモードノイズフィルタとしては、各1組のコモンモードチョークコイルCMC、及びフィルタコンデンサCLから成るものとされて図示するようにして商用交流電源ACに対して接続される。   In this case, the common mode noise filter includes a set of common mode choke coils CMC and a filter capacitor CL, and is connected to the commercial AC power supply AC as shown in the figure.

そして、力率改善回路20Aにおいては、上記コモンモードノイズフィルタの後段となる商用交流電源ACの一方のラインに対して高周波インダクタL10の一端が接続される。高周波インダクタL10の他端は、整流ダイオードD11のアノードと整流ダイオードD12のカソードとの接続点に対して接続される。
整流ダイオードD11のカソードは、平滑コンデンサCi1の正極端子に接続され、整流ダイオードD12のアノードは、一次側アースに接続される。
2組の平滑コンデンサCi1,Ci2は直列接続される。そのうえで、平滑コンデンサCi1の正極端子は、上記もしているように整流ダイオードD11のカソードと接続され、また、スイッチング素子Q1のドレイン側とも接続される。平滑コンデンサCi2の負極端子は一次側アースと接続される。平滑コンデンサCi1の負極端子と平滑コンデンサCi2の正極端子との接続点は、コモンモードノイズフィルタの後段となる商用交流電源ACの他のラインに対して接続される。ここで、整流ダイオードD11,D12には高速リカバリ型ダイオードを選定している。
フィルタコンデンサCNは、高周波インダクタL10と商用交流電源ACとのラインとの接続点と、平滑コンデンサCi1−平滑コンデンサCi2の接続点との間に挿入される。
そして、一次側直列共振回路(C1−N1(L1))の端部は、整流ダイオードD11のアノードと整流ダイオードD12のカソードとの接続点に対して接続される。
In the power factor correction circuit 20A, one end of the high-frequency inductor L10 is connected to one line of the commercial AC power supply AC that is the subsequent stage of the common mode noise filter. The other end of the high frequency inductor L10 is connected to a connection point between the anode of the rectifier diode D11 and the cathode of the rectifier diode D12.
The cathode of the rectifier diode D11 is connected to the positive terminal of the smoothing capacitor Ci1, and the anode of the rectifier diode D12 is connected to the primary side ground.
Two sets of smoothing capacitors Ci1 and Ci2 are connected in series. In addition, the positive terminal of the smoothing capacitor Ci1 is connected to the cathode of the rectifier diode D11 as described above, and is also connected to the drain side of the switching element Q1. The negative terminal of the smoothing capacitor Ci2 is connected to the primary side ground. A connection point between the negative electrode terminal of the smoothing capacitor Ci1 and the positive electrode terminal of the smoothing capacitor Ci2 is connected to another line of the commercial AC power supply AC, which is a subsequent stage of the common mode noise filter. Here, fast recovery diodes are selected as the rectifier diodes D11 and D12.
The filter capacitor CN is inserted between a connection point between the high-frequency inductor L10 and the line of the commercial AC power supply AC and a connection point between the smoothing capacitor Ci1 and the smoothing capacitor Ci2.
The end of the primary side series resonance circuit (C1-N1 (L1)) is connected to a connection point between the anode of the rectifier diode D11 and the cathode of the rectifier diode D12.

上記した接続形態により構成される力率改善回路20A内において形成される倍電圧整流回路は、商用交流電源AC(交流入力電圧VAC)が一方の半周期となる期間においては、整流ダイオードD11が商用交流電源ACを整流し、平滑コンデンサCi1がその整流出力を平滑化することで、平滑コンデンサCi1の両端電圧として、商用交流電源ACの等倍に対応する整流平滑電圧を生成する。同様に、商用交流電源AC(交流入力電圧VAC)が他方の半周期となる期間においては、整流ダイオードD12が商用交流電源ACを整流し、平滑コンデンサCi2がその整流出力を平滑化することで、平滑コンデンサCi2の両端電圧として、商用交流電源ACの等倍に対応する整流平滑電圧を生成する。これにより平滑コンデンサCi1−Ci2の直列接続回路の両端電圧としては、商用交流電源ACのレベルの2倍に対応するレベルの整流平滑電圧Eiが得られる。つまり、倍電圧整流動作が行われているものであり、この整流平滑電圧Eiが直流入力電圧として後段のスイッチングコンバータに供給される。   In the voltage doubler rectifier circuit formed in the power factor correction circuit 20A constituted by the above-described connection form, the rectifier diode D11 is used in the commercial AC power supply AC (AC input voltage VAC) in one half cycle. The AC power source AC is rectified, and the smoothing capacitor Ci1 smoothes the rectified output, thereby generating a rectified and smoothed voltage corresponding to the commercial AC power source AC as the voltage across the smoothing capacitor Ci1. Similarly, in a period in which the commercial AC power supply AC (AC input voltage VAC) is in the other half cycle, the rectifier diode D12 rectifies the commercial AC power supply AC, and the smoothing capacitor Ci2 smoothes the rectified output. As a voltage across the smoothing capacitor Ci2, a rectified smoothing voltage corresponding to the same size as the commercial AC power supply AC is generated. As a result, the rectified and smoothed voltage Ei having a level corresponding to twice the level of the commercial AC power supply AC is obtained as the voltage across the series connection circuit of the smoothing capacitors Ci1 to Ci2. That is, the voltage doubler rectification operation is performed, and this rectified and smoothed voltage Ei is supplied as a DC input voltage to the subsequent switching converter.

また、力率改善回路20Aにおいては、整流ダイオードD11のアノードと整流ダイオードD12のカソードとの接続点に対して一次側直列共振回路(C1−N1(L1))の端部が接続されている。このために、力率改善回路20Aとしても、一次側直列共振回路(C1−N1(L1))に流れる一次側直列共振電流を電力として回生して、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に帰還する動作が得られるものとなる。
これにより、力率改善回路20Aにおいては、交流入力電圧VACが正/負となる各半周期の期間において、高速リカバリ型の整流ダイオードD11,D12は、交流入力電圧VACの絶対値が1/2以上のときにスイッチングを行うように動作して整流電流を断続する。つまり、この回路では、整流ダイオードD11,D12が、商用交流電源ACを整流する整流素子と、整流電流をスイッチングする力率改善用のスイッチング素子Q1,Q2との機能を兼ねている。この結果、図22の力率改善回路20と同様にして、整流出力電圧レベルが平滑コンデンサCiの両端電圧よりも低いとされる期間にも平滑コンデンサCiへの充電電流が流れるようにされ、交流入力電流IACの導通角が拡大されて力率改善が図られることになる。
In the power factor correction circuit 20A, the end of the primary side series resonance circuit (C1-N1 (L1)) is connected to the connection point between the anode of the rectifier diode D11 and the cathode of the rectifier diode D12. For this reason, the power factor improving circuit 20A also regenerates the primary side series resonance current flowing through the primary side series resonance circuit (C1-N1 (L1)) as electric power, and passes through the high frequency inductor L10 so as to pass the smoothing capacitor Ci. It is possible to obtain an operation of returning to
As a result, in the power factor correction circuit 20A, the fast recovery rectifier diodes D11 and D12 have an absolute value of the AC input voltage VAC of 1/2 in each half cycle period in which the AC input voltage VAC is positive / negative. At the above time, the rectification current is intermittently operated by performing switching. That is, in this circuit, the rectifier diodes D11 and D12 serve as the functions of the rectifier for rectifying the commercial AC power supply AC and the power factor improving switching elements Q1 and Q2 for switching the rectified current. As a result, similarly to the power factor correction circuit 20 of FIG. 22, the charging current to the smoothing capacitor Ci is allowed to flow even during a period in which the rectified output voltage level is lower than the voltage across the smoothing capacitor Ci. The conduction angle of the input current IAC is expanded and the power factor is improved.

ところで、上記図22及び図23に示す力率改善回路20,20Aの構成では、整流平滑電圧Eiを生成する整流平滑回路の整流電流経路に在るとされる高周波インダクタL10と力率改善用のスイッチング素子(D1,D11,D12)の接続点に対して、一次側直列共振回路を直接的に接続している。つまり、整流平滑電圧Eiを生成する整流平滑回路の整流電流経路に対して、スイッチング素子Q1,Q2のスイッチング出力を直接的に電力回生して帰還している。これにより、一次側直列共振回路に流れる一次側直列共振電流に対して重畳する商用交流電源周期のリップルが増加するが、この結果、二次側直流出力電圧Eoの商用電源周期のリップル電圧としても、力率改善の構成を備えない場合より増加することになる。
例えば最大負荷電力時において0.8程度以上の力率となるように構成した図22、図23の電源回路と、これら図22、図23の電源回路からそれぞれ力率改善回路20,20Aを省略した構成とする電源回路とを比較すると、前者の電源回路において二次側直流出力電圧Eoにリップル電圧は、後者の電源回路のリップル電圧に対して5〜6倍に増加する。
By the way, in the configuration of the power factor improvement circuits 20 and 20A shown in FIGS. 22 and 23, the high frequency inductor L10 and the power factor improvement circuit that are assumed to be in the rectification current path of the rectification smoothing circuit that generates the rectification smoothing voltage Ei. The primary side series resonance circuit is directly connected to the connection point of the switching elements (D1, D11, D12). That is, the switching outputs of the switching elements Q1 and Q2 are directly regenerated and fed back to the rectified current path of the rectifying and smoothing circuit that generates the rectified and smoothed voltage Ei. As a result, the ripple of the commercial AC power cycle superimposed on the primary side series resonant current flowing in the primary side series resonant circuit increases. As a result, the ripple voltage of the commercial power cycle of the secondary side DC output voltage Eo is also increased. , It will increase compared to the case without the power factor improvement configuration.
For example, the power circuit shown in FIGS. 22 and 23 configured to have a power factor of about 0.8 or more at the maximum load power, and the power factor improving circuits 20 and 20A are omitted from the power circuits shown in FIGS. When compared with the power supply circuit having the above-described configuration, the ripple voltage of the secondary side DC output voltage Eo in the former power supply circuit increases 5 to 6 times the ripple voltage of the latter power supply circuit.

この対策としては、二次側直流出力電圧生成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のリップル電圧レベルとするには、平滑コンデンサCo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り、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、図22及び図23のような電源回路は、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難しい。   As a countermeasure, the capacitance of the smoothing capacitor Co for generating the secondary side 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, in order to obtain the same ripple voltage level as that of the circuit before the power factor improvement, it is necessary to increase the capacitance of the smoothing capacitor Co 5 to 6 times. The cost will be greatly increased, and practical application will be impractical. Since such a countermeasure is not practical, it is difficult to employ the power supply circuit as shown in FIGS. 22 and 23 in a device that strictly requires, for example, a ripple voltage to be a certain level or less.

そこで本出願人は、電力回生方式による力率改善機能を備える電源回路について、図24〜図27に例示する力率改善回路の構成とすることを先に提案している。なお、図24〜図27において、図22及び図23と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。   In view of this, the present applicant has previously proposed that a power supply circuit having a power factor improvement function based on a power regeneration system be configured as the power factor correction circuit illustrated in FIGS. 24 to 27, the same portions as those in FIGS. 22 and 23 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

先ず、図24に示す電源回路から説明する。
図24に示す電源回路の基本構成は、図22と同様にして、商用交流電源ACから整流平滑電圧Eiを生成する整流平滑回路として、ブリッジ整流回路Diと1つの平滑コンデンサCiとから成る全波整流回路を備える。また、スイッチングコンバータは、他励式によるハーフブリッジ結合方式の電流共振形コンバータと、一次側の部分電圧共振回路とが組み合わされた複合共振形コンバータの構成を採る。
First, the power supply circuit shown in FIG. 24 will be described.
The basic configuration of the power supply circuit shown in FIG. 24 is the same as that shown in FIG. 22, and is a full wave consisting of a bridge rectifier circuit Di and one smoothing capacitor Ci as a rectifying / smoothing circuit for generating a rectified smoothing voltage Ei from the commercial AC power supply AC. A rectifier circuit is provided. In addition, the switching converter adopts a composite resonance type converter in which a half-bridge coupling type current resonance type converter by separate excitation and a primary side partial voltage resonance circuit are combined.

そして、図24に示される電力回生(電圧帰還)方式による力率改善回路21としては、先ず、絶縁コンバータトランスPITの一次側に三次巻線N3を巻装する。そして、図示するようにしてスイッチングダイオードD1−高周波インダクタL10−三次巻線N3の直列接続回路を形成し、この直列接続回路を、ブリッジ整流回路Diの正極出力端子と平滑コンデンサCiの正極端子との間のラインに対して挿入する。このブリッジ整流回路Diの正極出力端子と平滑コンデンサCiの正極端子との間のラインは、ブリッジ整流回路Di及び平滑コンデンサCiから成る全波整流回路が形成する整流電流経路の一部となる。
また、フィルタコンデンサCNは、スイッチングダイオードD1のアノードとブリッジ整流回路Diの正極出力端子との接続点と、三次巻線N3と平滑コンデンサCiの正極端子との接続点との間に挿入される。つまり、スイッチングダイオードD1−高周波インダクタL10−三次巻線N3の直列接続回路に対して並列に接続される。
24, first, the tertiary winding N3 is wound around the primary side of the insulation converter transformer PIT. Then, as shown in the figure, a series connection circuit of a switching diode D1, a high-frequency inductor L10, and a tertiary winding N3 is formed. Insert for the line between. A line between the positive electrode output terminal of the bridge rectifier circuit Di and the positive electrode terminal of the smoothing capacitor Ci becomes a part of a rectified current path formed by the full-wave rectifier circuit including the bridge rectifier circuit Di and the smoothing capacitor Ci.
The filter capacitor CN is inserted between the connection point between the anode of the switching diode D1 and the positive output terminal of the bridge rectifier circuit Di and the connection point between the tertiary winding N3 and the positive terminal of the smoothing capacitor Ci. In other words, the switching diode D1, the high-frequency inductor L10, and the tertiary winding N3 are connected in parallel.

このような力率改善回路21の構成では、一次側直列共振回路を形成する一次巻線N1に得られたスイッチング出力(一次側直列共振電流)に応じて、三次巻線N3に交番電圧が誘起される。三次巻線N3は、スイッチングダイオードD1−高周波インダクタL10と共に、商用交流電源ACの整流電流経路に対して直列に挿入されているので、整流出力電圧に対して、三次巻線N3に誘起された交番電圧が重畳することになる。つまり、この場合には、一次巻線N1と三次巻線N3の磁気結合を介して、一次側直列共振電流を電力として回生して整流電流経路に帰還する形式を採っている。
そして、スイッチングダイオードD1は、上記のようにして交番電圧成分が重畳された整流出力電圧が印加されることで、交流入力電圧VACの絶対値が1/2以上のときにも、ブリッジ整流回路Diの整流動作によって得られる整流電流をスイッチング(断続)するようにされる。これにより、力率改善回路21によっても、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も平滑コンデンサCiへの充電電流が流れるようにされ、交流入力電流IACの導通角が拡大されて力率改善が図られる。
In such a configuration of the power factor correction circuit 21, an alternating voltage is induced in the tertiary winding N3 according to the switching output (primary side series resonance current) obtained in the primary winding N1 forming the primary side series resonance circuit. Is done. The tertiary winding N3 is inserted in series with the rectification current path of the commercial AC power supply AC together with the switching diode D1 and the high-frequency inductor L10. The voltage will be superimposed. That is, in this case, the primary side series resonance current is regenerated as power through the magnetic coupling of the primary winding N1 and the tertiary winding N3, and is fed back to the rectification current path.
The switching diode D1 is applied with the rectified output voltage on which the alternating voltage component is superimposed as described above, so that the bridge rectifier circuit Di can be obtained even when the absolute value of the AC input voltage VAC is ½ or more. The rectified current obtained by the rectifying operation is switched (interrupted). As a result, the power factor correction circuit 21 also allows the charging current to flow to the smoothing capacitor Ci even during the period when the rectified output voltage level is lower than the voltage across the smoothing capacitor Ci, and the AC input current IAC is conducted. The corners are expanded to improve the power factor.

次に図25に示す電源回路について説明する。
図25の電源回路において、整流平滑電圧Eiを生成する整流平滑回路は、図23と同様にして倍電圧整流回路とされている。そして、この図25に示す力率改善回路21Aは、上記図24に示した力率改善回路21の形式を倍電圧整流回路に適用した構成とされている。
この力率改善回路21Aにおいては、図23の場合と同様にして、整流ダイオードD11,D12、及び2つの直列接続された平滑コンデンサCi1,Ci2により倍電圧整流回路を形成する。また、整流ダイオードD11,D12は、力率改善用のスイッチング素子としても機能するので、高速リカバリ型が選定される。
Next, the power supply circuit shown in FIG. 25 will be described.
In the power supply circuit of FIG. 25, the rectifying / smoothing circuit for generating the rectified smoothing voltage Ei is a voltage doubler rectifying circuit as in FIG. The power factor correction circuit 21A shown in FIG. 25 has a configuration in which the form of the power factor improvement circuit 21 shown in FIG. 24 is applied to a voltage doubler rectifier circuit.
In this power factor correction circuit 21A, a voltage doubler rectifier circuit is formed by rectifier diodes D11 and D12 and two smoothing capacitors Ci1 and Ci2 connected in series as in the case of FIG. Further, since the rectifier diodes D11 and D12 also function as switching elements for power factor improvement, a high-speed recovery type is selected.

コモンモードノイズフィルタ(CMC,CL)の後段となる商用交流電源ACの正極ラインに対しては、高周波インダクタL10が接続され、さらにこの高周波インダクタL10に対して三次巻線N3が直列に接続される。高周波インダクタと接続されない側の三次巻線N3の端部は整流ダイオードD11のアノードと整流ダイオードD12のカソードとの接続点に対して接続される。
整流ダイオードD11のカソードは、平滑コンデンサCi1の正極端子と接続され、整流ダイオードD12のアノードは、一次側アースと接続される。
直列接続された平滑コンデンサCi1,Ci2の接続点は、コモンモードノイズフィルタ(CMC,CL)の後段となる商用交流電源ACの正極ラインに対して接続される。平滑コンデンサCi2の負極端子は一次側アースに接地される。
また、フィルタコンデンサCNは、商用交流電源ACの正極ラインと高周波インダクタL10との接続点と、平滑コンデンサCi1,Ci2の接続点との間に挿入される。
A high frequency inductor L10 is connected to the positive line of the commercial AC power supply AC, which is a subsequent stage of the common mode noise filter (CMC, CL), and a tertiary winding N3 is connected in series to the high frequency inductor L10. . The end of the tertiary winding N3 on the side not connected to the high frequency inductor is connected to a connection point between the anode of the rectifier diode D11 and the cathode of the rectifier diode D12.
The cathode of the rectifier diode D11 is connected to the positive terminal of the smoothing capacitor Ci1, and the anode of the rectifier diode D12 is connected to the primary side ground.
The connection point of the smoothing capacitors Ci1 and Ci2 connected in series is connected to the positive line of the commercial AC power supply AC that is the subsequent stage of the common mode noise filter (CMC, CL). The negative terminal of the smoothing capacitor Ci2 is grounded to the primary side ground.
The filter capacitor CN is inserted between the connection point of the positive line of the commercial AC power supply AC and the high frequency inductor L10 and the connection point of the smoothing capacitors Ci1 and Ci2.

このようにして構成される力率改善回路21Aにおける倍電圧整流回路の動作としては、商用交流電源ACが一方の半周期(正極性)となる期間においては、商用交流電源AC→(CMCの巻線)→高周波インダクタL10→三次巻線N3→整流ダイオードD11→平滑コンデンサCi1→(CMCの巻線)→商用交流電源ACの整流電流経路が形成され、整流ダイオードD11が商用交流電源ACを整流し、平滑コンデンサCi1がその整流出力を平滑化する動作が得られる。
また、商用交流電源ACが他方の半周期(負極性)となる期間においては、商用交流電源AC→(CMCの巻線)→平滑コンデンサCi2→整流ダイオードD12→三次巻線N3→高周波インダクタL10→(CMC)→商用交流電源ACの整流電流経路が形成され、整流ダイオードD12が商用交流電源ACを整流し、平滑コンデンサCi2がその整流出力を平滑化する。
これにより、平滑コンデンサCi1,Ci2の各両端電圧としては商用交流電源ACの等倍に対応するレベルの整流平滑電圧が得られる。従って、平滑コンデンサCi1−Ci2の直列接続回路の両端電圧としては、商用交流電源ACのレベルの2倍に対応するレベルの整流平滑電圧Eiが得られることになる。つまり、倍電圧整流動作が得られる。
The operation of the voltage doubler rectifier circuit in the power factor correction circuit 21A configured in this way is as follows. During the period when the commercial AC power supply AC is in one half cycle (positive polarity), the commercial AC power supply AC → (CMC winding). Line) → high frequency inductor L10 → tertiary winding N3 → rectifier diode D11 → smoothing capacitor Ci1 → (winding of CMC) → commutation current path of commercial AC power supply AC is formed, and rectification diode D11 rectifies commercial AC power supply AC The smoothing capacitor Ci1 can smooth the rectified output.
Further, during the period in which the commercial AC power source AC is in the other half cycle (negative polarity), the commercial AC power source AC → (CMC winding) → smoothing capacitor Ci2 → rectifier diode D12 → tertiary winding N3 → high frequency inductor L10 → (CMC) → A rectified current path of the commercial AC power supply AC is formed, the rectifier diode D12 rectifies the commercial AC power supply AC, and the smoothing capacitor Ci2 smoothes the rectified output.
As a result, a rectified and smoothed voltage having a level corresponding to the same size as that of the commercial AC power supply AC is obtained as the voltage across the smoothing capacitors Ci1 and Ci2. Therefore, the rectified and smoothed voltage Ei having a level corresponding to twice the level of the commercial AC power supply AC is obtained as the voltage across the series connection circuit of the smoothing capacitors Ci1 to Ci2. That is, a voltage doubler rectification operation is obtained.

また、上記した整流電流経路によれば、商用交流電源ACが正極性となる半周期の期間においては、高周波インダクタL10−三次巻線N3−整流ダイオードD11の直列接続回路が形成され、商用交流電源ACが負極性となる半周期の期間においては、整流ダイオードD12→三次巻線N3→高周波インダクタL10の直列接続回路が形成される。これにより、商用交流電源ACが正/負となる各期間において、三次巻線N3に誘起された交番電圧の重畳分によって、整流ダイオードD11,D12がそれぞれ整流電流をスイッチングするようにしてオン/オフする動作が得られることになる。この結果、これまでの説明から理解されるように、力率が改善されることとなる。   Further, according to the rectified current path described above, a series connection circuit of the high frequency inductor L10, the tertiary winding N3, and the rectifier diode D11 is formed during the half-cycle period in which the commercial AC power supply AC is positive. In a half-cycle period in which AC is negative, a series connection circuit of rectifier diode D12 → tertiary winding N3 → high frequency inductor L10 is formed. As a result, in each period in which the commercial AC power supply AC is positive / negative, the rectifier diodes D11 and D12 are switched on / off so that the rectifier currents are switched by the superimposed alternating voltage induced in the tertiary winding N3. Will be obtained. As a result, as understood from the above description, the power factor is improved.

上記図24及び図25に示す力率改善回路21,21Aの場合、一次側直列共振回路(C1−N1(L1))に得られるスイッチング出力(一次側直列共振電流)は、絶縁コンバータトランスPITにおける磁気結合を介して、三次巻線N3に電圧として誘起されるようにして整流電流経路に帰還されるようになっている。換言すれば、図22及び図23の力率改善回路20,20Aの場合のようにして、一次側直列共振回路のスイッチング出力が、整流電流経路に対して直接的に帰還される構成とはなっていない。
これにより、図24及び図25に示す電源回路では、図22及び図23に示した電源回路と比較して、二次側の直流出力電圧Eoの商用電源周期のリップル電圧が大幅に低減される。
In the case of the power factor correction circuits 21 and 21A shown in FIGS. 24 and 25, the switching output (primary side series resonance current) obtained in the primary side series resonance circuit (C1−N1 (L1)) is obtained from the insulation converter transformer PIT. Via the magnetic coupling, the voltage is induced in the tertiary winding N3 as a voltage and fed back to the rectification current path. In other words, as in the case of the power factor correction circuits 20 and 20A in FIGS. 22 and 23, the switching output of the primary side series resonance circuit is directly fed back to the rectified current path. Not.
Accordingly, in the power supply circuit shown in FIGS. 24 and 25, the ripple voltage of the commercial power supply cycle of the DC output voltage Eo on the secondary side is significantly reduced as compared with the power supply circuits shown in FIGS. .

次に、図26に示す電源回路は、図22及び図24の電源回路と同様の基本構成を採る。つまり、整流平滑電圧Eiを生成する整流平滑回路はブリッジ整流回路Diと平滑コンデンサCiとから成る全波整流回路であり、他励式によるハーフブリッジ結合方式の電流共振形コンバータと、一次側の部分電圧共振回路とが組み合わされた複合共振形コンバータを備える。   Next, the power supply circuit shown in FIG. 26 employs the same basic configuration as the power supply circuits of FIGS. 22 and 24. In other words, the rectifying / smoothing circuit for generating the rectifying / smoothing voltage Ei is a full-wave rectifying circuit composed of a bridge rectifying circuit Di and a smoothing capacitor Ci, and a half-bridge coupled current resonance converter using a separately excited type and a partial voltage on the primary side. A composite resonance type converter combined with a resonance circuit is provided.

そのうえで、図26に示す力率改善回路22においては、力率改善用トランスVFTが設けられる。この力率改善用トランスVFTは、一次巻線N11と二次巻線N12とについて疎結合とされる所定の結合係数を有するようにして構成される。   In addition, a power factor improving transformer VFT is provided in the power factor improving circuit 22 shown in FIG. This power factor improving transformer VFT is configured to have a predetermined coupling coefficient that is loosely coupled to the primary winding N11 and the secondary winding N12.

力率改善用トランスVFTの一次巻線N1は、この場合には、一次巻線N1と一次側直列共振コンデンサC1との間に対して直列に挿入される。つまり、一次側直列共振回路のインダクタンス成分に含まれるようにして設けられる。
力率改善用トランスVFTの二次巻線N12は、スイッチングダイオードD1と直列に接続される。そして、このスイッチングダイオードD1−二次巻線N12による直列接続回路を、ブリッジ整流回路Diの正極出力端子と平滑コンデンサCiの正極端子間の整流電流経路のラインに対して挿入する。
この場合、力率改善用トランスVFTの二次巻線N12は、先に図24に示した力率改善回路21における三次巻線N3と高周波インダクタL10の機能を1つにまとめたものとして捉えることができる。つまり、磁気結合により一次側直列共振電流を電力回生して電圧として帰還するためのインダクタと、この帰還出力としての交番電圧を受けるインダクタとしての機能を有する。
In this case, the primary winding N1 of the power factor improving transformer VFT is inserted in series between the primary winding N1 and the primary side series resonance capacitor C1. That is, it is provided so as to be included in the inductance component of the primary side series resonance circuit.
The secondary winding N12 of the power factor improving transformer VFT is connected in series with the switching diode D1. A series connection circuit composed of the switching diode D1 and the secondary winding N12 is inserted into the line of the rectified current path between the positive output terminal of the bridge rectifier circuit Di and the positive terminal of the smoothing capacitor Ci.
In this case, the secondary winding N12 of the power factor improving transformer VFT is regarded as a combination of the functions of the tertiary winding N3 and the high frequency inductor L10 in the power factor improving circuit 21 shown in FIG. Can do. That is, it has a function as an inductor that regenerates the primary series resonance current by magnetic coupling and feeds it back as a voltage, and an inductor that receives an alternating voltage as the feedback output.

このようにして構成される力率改善回路22においては、一次側直列共振回路にスイッチング出力(一次側直列共振電流)が得られるのに応じて、この一次側直列共振回路に含まれるとされる力率改善用トランスVFTの一次巻線N11にスイッチング出力としての電流が流れることになる。そして、力率改善用トランスVFTにおいては、この一次巻線N11に流れる交番電流に応じて、二次巻線N12に交番電圧を誘起させる。
この場合、力率改善用トランスVFTの二次巻線N12は、スイッチングダイオードD1と直列接続された形態で、商用交流電源ACの整流電流経路に挿入されている。このために、二次巻線N12に誘起される交番電圧は、整流出力電圧に対して重畳されるものとなる。つまり、一次側直列共振電流を、力率改善用トランスVFTの磁気結合を介して整流電流経路に電圧帰還するようにしている。スイッチングダイオードD1は、この交番電圧の重畳分により整流電流をスイッチングするようにして動作する。このような動作が得られる結果、交流入力電流IACの導通角が拡大されて力率が改善されることになる。
The power factor correction circuit 22 configured as described above is included in the primary side series resonance circuit in response to the switching output (primary side series resonance current) being obtained in the primary side series resonance circuit. A current as a switching output flows through the primary winding N11 of the power factor improving transformer VFT. In the power factor improving transformer VFT, an alternating voltage is induced in the secondary winding N12 in accordance with the alternating current flowing in the primary winding N11.
In this case, the secondary winding N12 of the power factor improving transformer VFT is inserted in the rectified current path of the commercial AC power supply AC in a form connected in series with the switching diode D1. For this reason, the alternating voltage induced in the secondary winding N12 is superimposed on the rectified output voltage. That is, the primary side series resonance current is voltage fed back to the rectification current path through the magnetic coupling of the power factor improving transformer VFT. The switching diode D1 operates so as to switch the rectified current by the superimposed amount of the alternating voltage. As a result of such an operation, the conduction angle of the AC input current IAC is expanded and the power factor is improved.

また、図27には、上記力率改善用トランスVFTを備える力率改善の構成を、整流平滑電圧Eiを生成する整流平滑回路が倍電圧整流回路である場合に適用した形態を示している。なお、この図において図26と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
この図27示す力率改善回路22Aにおいては、疎結合の力率改善用トランスVFTの二次巻線N12は、商用交流電源ACの整流電流経路において、商用交流電源の正極ラインと、高速リカバリ型の整流ダイオードD11のアノードと整流ダイオードD12のカソードとの接続点に対して接続されるようになっている。つまり、この場合にも、力率改善用トランスVFTの二次巻線N12は、先に図25に示した三次巻線N3と高周波インダクタL10とを1つにまとめた等価なものとして見ることができる。
FIG. 27 shows a configuration in which the power factor improving configuration including the power factor improving transformer VFT is applied when the rectifying / smoothing circuit for generating the rectifying / smoothing voltage Ei is a voltage doubler rectifying circuit. In this figure, the same parts as those in FIG.
In the power factor improvement circuit 22A shown in FIG. 27, the secondary winding N12 of the loosely coupled power factor improvement transformer VFT is connected to the positive line of the commercial AC power source in the rectified current path of the commercial AC power source AC and the fast recovery type. The rectifier diode D11 is connected to the connection point between the anode of the rectifier diode D11 and the cathode of the rectifier diode D12. That is, also in this case, the secondary winding N12 of the power factor improving transformer VFT can be viewed as an equivalent of the tertiary winding N3 and the high-frequency inductor L10 previously shown in FIG. it can.

従って、この力率改善回路22Aにおいても、図26に示した力率改善回路22と同様にして、力率改善用トランスVFTにより一次側直列共振電流を電力回生して整流電流経路に対して電圧として帰還するように動作するものであり、この結果、力率改善が図られることになる。   Therefore, also in the power factor correction circuit 22A, in the same manner as the power factor improvement circuit 22 shown in FIG. 26, the primary side series resonance current is regenerated by the power factor improvement transformer VFT to generate a voltage with respect to the rectification current path. As a result, the power factor is improved.

そして、これら図26及び図27に示す力率改善回路22,22Aにおいて、一次側直列共振回路(C1−N1(L1))に得られるスイッチング出力(一次側直列共振電流)は、疎結合の力率改善用トランスVFTの磁気結合を介するようにして、整流電流経路に電圧帰還されるようになっている。つまり、この構成によっても、図22及び図23の力率改善回路20,20Aの場合のようにして、一次側直列共振回路のスイッチング出力を整流電流経路に対して直接的に印加させるような構成としてはいない。
これにより、図24及び図25に示す電源回路としても、図22及び図23に示した電源回路と比較して、二次側の直流出力電圧Eoの商用電源周期のリップル電圧が低減される。
In the power factor correction circuits 22 and 22A shown in FIGS. 26 and 27, the switching output (primary side series resonance current) obtained in the primary side series resonance circuit (C1−N1 (L1)) is a loose coupling force. The voltage is fed back to the rectification current path through the magnetic coupling of the rate improving transformer VFT. That is, even with this configuration, as in the case of the power factor correction circuits 20 and 20A of FIGS. 22 and 23, the configuration in which the switching output of the primary side series resonant circuit is directly applied to the rectified current path. Not as.
Thereby, also in the power supply circuit shown in FIGS. 24 and 25, the ripple voltage of the commercial power supply cycle of the DC output voltage Eo on the secondary side is reduced as compared with the power supply circuits shown in FIGS.

特開2003−189615号公報JP 2003-189615 A 特開2003−189627号公報JP 2003-189627 A

上記のようにして、図24〜図27に示した電源回路では、絶縁コンバータトランスPITの三次巻線N3、あるいは疎結合の力率改善用トランスVFTを備えた電力回生方式による力率改善の構成としていることで、一次側直列共振回路から商用交流電源ACの整流電流経路へのスイッチング出力が直接的なものとならないようにすることで、二次側直流出力電圧Eoのリップルの低減を図っている。
しかしながら、このような構成の電源回路では、商用交流電源ACの入力レベルが上昇して交流入力電圧VACのレベルが上昇傾向となるのに応じて、力率改善回路の動作により改善される力率の値が低下することが分かっている。
また、これらの電源回路においては、二次側直流出力電圧Eoに接続される負荷の負荷電力Poが軽負荷の条件となるのに従っても、力率の値が低下することが分かっている。
例えば、図24〜図27に示す電源回路について、最大負荷電力時において0.8程度以上の力率が得られるように設定したとすると、例えば最大負荷電力の1/2の値の負荷電力の条件では力率が0.75以下に低下する。力率の低下傾向がこのようなものとなる場合、条件によっては力率が十分でなくなる場合が生じ得る。
As described above, in the power supply circuit shown in FIGS. 24 to 27, the configuration of power factor improvement by the power regeneration system including the tertiary winding N3 of the insulating converter transformer PIT or the loosely coupled power factor improvement transformer VFT. As a result, the switching output from the primary side series resonance circuit to the rectification current path of the commercial AC power supply AC is not made direct, thereby reducing the ripple of the secondary side DC output voltage Eo. Yes.
However, in the power supply circuit having such a configuration, the power factor that is improved by the operation of the power factor correction circuit as the input level of the commercial AC power supply AC increases and the level of the AC input voltage VAC tends to increase. Has been found to decrease.
Further, in these power supply circuits, it is known that the value of the power factor decreases even when the load power Po of the load connected to the secondary side DC output voltage Eo becomes a light load condition.
For example, assuming that the power circuits shown in FIGS. 24 to 27 are set so that a power factor of about 0.8 or more can be obtained at the maximum load power, for example, the load power having a value that is ½ of the maximum load power. Under the conditions, the power factor falls below 0.75. When the power factor decreases like this, the power factor may not be sufficient depending on conditions.

そこで本発明は上記した課題を考慮して、スイッチング電源回路として次のように構成する。
つまり、商用交流電源を入力して整流平滑電圧を生成する整流平滑手段と、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、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。
また、少なくとも、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、この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を備える。
また、少なくとも、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、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、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を備える。
また、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、この二次側直流出力電圧のレベルに応じてスイッチング駆動手段を制御して、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を備える。
また、力率改善手段を備える。
そして、上記力率改善手段は、力率改善用スイッチング素子と高周波インダクタから成る直列接続回路であって、整流平滑手段が形成する整流電流経路に対して直列に挿入される力率改善用直列接続回路を備える。また、高周波インダクタを被制御巻線として、この被制御巻線に対して密結合の状態で巻装される検出巻線と、制御巻線とが巻装される可飽和リアクタであって、制御巻線に流す直流電流である制御電流のレベルに応じて被制御巻線のインダクタンスを可変するように動作する制御トランスを備える。
また、上記商用交流電源のレベルに応じたレベルの上記制御電流を流すように動作する第1の制御電流生成回路と、上記被制御巻線から検出巻線に誘起される電圧レベルに応じたレベルの制御電流を流すように動作する第2の制御電流生成回路を備える。
そして、力率改善用スイッチング素子と高周波インダクタの接続点に対して一次側直列共振回路の端部を接続して形成することとした。
また、絶縁コンバータトランスについては、二次側直流出力電圧の変動にかかわらず、二次側整流電流が連続モードとなるようにして、磁束密度を所定以下となるように設定することとした。
In view of the above problems, the present invention is configured as a switching power supply circuit as follows.
That is, a rectifying / smoothing means for generating a rectified and smoothed voltage by inputting a commercial AC power supply, a switching means formed by including a switching element for performing switching by inputting the rectified and smoothed voltage as a DC input voltage, and switching driving the switching element. Switching driving means.
Further, 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 is formed.
Further, the primary side series 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 with the primary winding, and the operation of the switching means is a current resonance type. A resonance circuit is provided.
Also, 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, A constant voltage configured to perform constant voltage control on the secondary side DC output voltage 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. Control means are provided.
Moreover, a power factor improvement means is provided.
The power factor improving means is a series connection circuit comprising a power factor improving switching element and a high frequency inductor, and the power factor improving series connection inserted in series with respect to the rectified current path formed by the rectifying and smoothing means. Provide a circuit. Further, a saturable reactor in which a high-frequency inductor is used as a controlled winding, a detection winding wound in a tightly coupled state with respect to the controlled winding, and a control winding is provided. A control transformer is provided that operates so as to vary the inductance of the controlled winding in accordance with the level of the control current that is a direct current flowing through the winding.
A first control current generating circuit that operates to flow the control current at a level corresponding to the level of the commercial AC power supply; and a level according to a voltage level induced in the detection winding from the controlled winding A second control current generation circuit that operates so as to flow the control current.
Then, the end of the primary side series resonance circuit is connected to the connection point between the power factor improving switching element and the high frequency inductor.
For the insulating converter transformer, the secondary side rectified current is set to the continuous mode regardless of the fluctuation of the secondary side DC output voltage, and the magnetic flux density is set to be a predetermined value or less.

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、力率改善用スイッチング素子と高周波インダクタの接続点に対して一次側直列共振回路の端部を接続していることで、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として回生して整流電流経路に対して帰還する電力回生方式により行う構成が採られる。
そのうえで、力率改善手段においては、高周波インダクタを被制御巻線とする制御トランスが備えられ、先ず上記した第1の制御電流生成回路により、商用交流電源(交流入力電圧)のレベルに応じてこの制御トランスの制御巻線に流す制御電流のレベルを可変するようにされる。つまり、このような第1の制御電流生成回路の動作により、高周波インダクタ(被制御巻線)のインダクタンスが可変されることになる。
このようにして力率改善手段において高周波インダクタ(被制御巻線)のインダクタンスが可変されることによっては、交流入力電圧レベルの変動に応じて、力率改善手段において得られるスイッチング出力の帰還量が制御されることを意味するが、この結果、力率改善手段により改善される力率値を、交流入力電圧レベルの変動に対して一定となるように制御することが可能になる。
また、この際、高周波インダクタとしては、上記のように一次側直列共振回路の端部が接続されることで、一次側直列共振回路のインダクタンスを形成するものとされるので、この場合は交流入力電圧レベルに応じて一次側直列共振回路のインダクタンスも変化するものとなる。そして、このように一次側直列共振回路のインダクタンスが変化されることで、一次側直列共振回路の共振周波数としても変化することとなり、これによって交流入力電圧のレベルに応じて一次側直列共振電流のレベルが制御されるものとなって、結果的に一次側直列共振電流のレベルが、交流入力電圧レベルの変動によらずほぼ一定となるように制御される。交流入力電圧レベルの変動に対して一次側直列共振電流のレベルが一定となれば、交流入力電圧レベルによらず二次側に伝達される電力を一定にすることができ、これによってAC100V系と200V系時とで動作可能なワイドレンジ対応の構成を実現できる。
また、上記制御トランスには、さらに検出巻線が巻装され、この検出巻線に誘起される電圧レベルに応じ、上記した第2の制御電流生成回路によっても上記制御巻線に流す制御電流のレベルを可変するようにされる。検出巻線に誘起される電圧は、高周波インダクタ(被制御巻線)に流れる電流に応じたものである。そして、上記もしたように高周波インダクタ(被制御巻線)には一次側直列共振回路が接続されることから一次側直列共振電流が流れるようにされる。一次側直列共振電流は、電流共振形コンバータのスイッチング出力であるから、負荷電流レベルに対応するレベル変化を示す。従ってこの場合、第2の制御電流生成回路の動作によっては負荷電流レベルに応じても高周波インダクタ(被制御巻線)のインダクタンスが可変されるものとなる。
このようにして負荷電流レベルに応じても高周波インダクタ(被制御巻線)のインダクタンスが可変されれば、力率改善手段により改善される力率値は、負荷変動に対しても一定となるようにされる。
さらに本発明では、絶縁コンバータトランスの磁束密度を所定以下とすることで、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。二次側整流動作が連続モードとなることによっては、電力回生方式により力率改善を行う場合において、一次側直列共振回路に重畳される商用交流電源周期のリップルが低減するが、これは、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が抑制されることにつながる。
The switching power supply circuit according to the present invention having the above configuration includes a current resonance type converter as the primary side switching converter. Also, power factor improvement is achieved by connecting the end of the primary side series resonant circuit to the connection point between the power factor improving switching element and the high frequency inductor, thereby obtaining the primary side series resonant circuit obtained in the primary side series resonant circuit. A configuration is adopted in which the current is regenerated as power and is performed by a power regeneration system that feeds back to the rectified current path.
In addition, the power factor improving means is provided with a control transformer having a high-frequency inductor as a controlled winding. First, the first control current generating circuit described above controls the power transformer according to the level of the commercial AC power supply (AC input voltage). The level of the control current flowing through the control winding of the control transformer is made variable. That is, the inductance of the high-frequency inductor (controlled winding) is varied by the operation of the first control current generation circuit.
In this way, by changing the inductance of the high-frequency inductor (controlled winding) in the power factor improving means, the feedback amount of the switching output obtained in the power factor improving means is changed according to the fluctuation of the AC input voltage level. As a result, it is possible to control the power factor value improved by the power factor improving means so as to be constant with respect to the fluctuation of the AC input voltage level.
At this time, as the high-frequency inductor, the end of the primary side series resonant circuit is connected as described above to form the inductance of the primary side series resonant circuit. The inductance of the primary side series resonant circuit also changes according to the voltage level. And by changing the inductance of the primary side series resonance circuit in this way, it also changes as the resonance frequency of the primary side series resonance circuit, and accordingly, the primary side series resonance current is changed according to the level of the AC input voltage. The level is controlled, and as a result, the level of the primary side series resonance current is controlled to be substantially constant regardless of the fluctuation of the AC input voltage level. If the level of the primary side series resonance current becomes constant with respect to the fluctuation of the AC input voltage level, the power transmitted to the secondary side can be made constant regardless of the AC input voltage level. A wide-range configuration that can operate with a 200V system can be realized.
Further, the control transformer is further provided with a detection winding, and the control current flowing through the control winding is also controlled by the second control current generation circuit according to the voltage level induced in the detection winding. The level is made variable. The voltage induced in the detection winding corresponds to the current flowing through the high-frequency inductor (controlled winding). As described above, since the primary side series resonance circuit is connected to the high frequency inductor (controlled winding), the primary side series resonance current flows. Since the primary side series resonance current is the switching output of the current resonance type converter, it shows a level change corresponding to the load current level. Therefore, in this case, depending on the operation of the second control current generation circuit, the inductance of the high-frequency inductor (controlled winding) can be varied depending on the load current level.
Thus, if the inductance of the high-frequency inductor (controlled winding) is varied even in accordance with the load current level, the power factor value improved by the power factor improving means becomes constant with respect to the load fluctuation. To be.
Furthermore, in the present invention, by setting the magnetic flux density of the insulating converter transformer to a predetermined value or less, the secondary side DC output voltage changes, that is, regardless of load fluctuations or commercial AC power supply (AC input voltage) level fluctuations. As the side rectification operation, a continuous mode in which a period in which the secondary side rectification current is discontinuous does not occur is always set. When the secondary side rectification operation is in the continuous mode, the ripple of the commercial AC power cycle superimposed on the primary side series resonant circuit is reduced when the power factor is improved by the power regeneration method. The ripple voltage of the commercial AC power supply period superimposed on the secondary side DC output voltage is suppressed.

このようにして本発明によっては、電流共振形スイッチングコンバータを基として電力回生方式により力率改善を図るスイッチング電源回路として、交流入力電圧(商用交流電源)レベルの変動と負荷変動とに対する力率の低下の問題と、二次側直流出力電圧に商用交流電源周期のリップルが重畳することの問題の両者を解決しているものである。
このような効果を得るのにあたっては、電力回生方式による力率改善の構成としては、高周波インダクタンスと力率改善用スイッチング素子の接続点に対して一次側直列共振回路の端部を直接的に接続するという最も簡略な構成を採ることができる。そのうえで、制御トランス及び制御電流生成回路を追加し、絶縁コンバータトランスについては、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の連続モードが維持されるようにして、所要以下の磁束密度となるようにしている。つまり、追加部品などとしては、制御トランス及び制御電流生成回路に対応する部位のみであり、絶縁コンバータトランスについては、磁束密度設定のための変更でよく、回路規模の拡大とコストアップは最小限で収まっているということがいえる。
As described above, according to the present invention, as a switching power supply circuit for improving the power factor by the power regeneration method based on the current resonance type switching converter, the power factor for the fluctuation of the AC input voltage (commercial AC power supply) level and the load fluctuation is changed. This solves both the problem of reduction and the problem of the ripple of the commercial AC power supply period being superimposed on the secondary side DC output voltage.
In order to obtain such an effect, the power regeneration improvement configuration by the power regeneration method is to directly connect the end of the primary side series resonance circuit to the connection point of the high frequency inductance and the switching element for power factor improvement. The simplest configuration is possible. In addition, a control transformer and a control current generation circuit are added, and for the isolation converter transformer, the continuous mode of the secondary side rectification operation is maintained regardless of the fluctuation of the secondary side DC output voltage, and the magnetic flux below the required level is maintained. It tries to be density. In other words, the additional parts are only parts corresponding to the control transformer and the control current generation circuit, and the insulation converter transformer can be changed for setting the magnetic flux density, and the circuit scale and cost increase are minimized. It can be said that it is in place.

また、本発明のように商用交流電源(交流入力電圧)のレベルに応じて高周波インダクタ(被制御巻線)のインダクタンスを可変制御するように構成することによっては、一次側直列共振電流のレベルを交流入力電圧の変動に対して一定となるように制御することができ、これによってワイドレンジ対応の構成を実現できる。   Further, by configuring so that the inductance of the high-frequency inductor (controlled winding) is variably controlled according to the level of the commercial AC power supply (AC input voltage) as in the present invention, the level of the primary side series resonance current is reduced. It can be controlled to be constant with respect to fluctuations in the AC input voltage, thereby realizing a configuration compatible with a wide range.

図1は、本発明を実施するための最良の形態(以下、実施の形態ともいう)として、第1の実施の形態のスイッチング電源回路の構成例を示した回路図である。この図に示す電源回路は、一次側の基本構成として、ハーフブリッジ結合方式による他励式の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。
また、この図1に示される第1の実施の形態の電源回路としては、AC100V系とAC200V系の双方の入力に対応して動作可能な、いわゆるワイドレンジ対応の構成を採るものとされる。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration example of a switching power supply circuit according to a first embodiment as the best mode for carrying out the present invention (hereinafter also referred to as an embodiment). The power supply circuit shown in this figure employs a configuration in which a partial voltage resonance circuit is combined with a separately excited current resonance converter using a half-bridge coupling method as a basic configuration on the primary side.
In addition, the power supply circuit of the first embodiment shown in FIG. 1 has a so-called wide-range configuration that can operate in response to both AC100V and AC200V inputs.

この図1に示す電源回路においては、先ず、商用交流電源ACに対し、フィルタコンデンサCL、CL、及びコモンモードチョークコイルCMCによるコモンモードノイズフィルタが形成されている。
そして、上記ノイズフィルタの後段となる商用交流電源ACに対しては、ブリッジ整流回路Di(整流回路部)及び1本の平滑コンデンサCiから成る全波整流平滑回路が接続される。この全波整流回路は、ブリッジ整流回路Diの正極入力端子に対して商用交流電源ACの正極ラインを接続し、ブリッジ整流回路Diの負極入力端子に対して商用交流電源ACの負極ラインを接続している。また、ブリッジ整流回路の正極出力端子は、力率改善回路10におけるスイッチングダイオードD1−被制御巻線(高周波インダクタ)NRの直列接続を介するようにして平滑コンデンサCiの正極端子と接続される。
なお、力率改善回路10の構成及びその動作については後述する。
In the power supply circuit shown in FIG. 1, first, a common mode noise filter including filter capacitors CL and CL and a common mode choke coil CMC is formed for a commercial AC power supply AC.
A full-wave rectifying / smoothing circuit including a bridge rectifier circuit Di (rectifier circuit unit) and a single smoothing capacitor Ci is connected to the commercial AC power supply AC that is the subsequent stage of the noise filter. This full-wave rectifier circuit connects the positive line of the commercial AC power supply AC to the positive input terminal of the bridge rectifier circuit Di, and connects the negative line of the commercial AC power supply AC to the negative input terminal of the bridge rectifier circuit Di. ing. The positive output terminal of the bridge rectifier circuit is connected to the positive terminal of the smoothing capacitor Ci through a series connection of the switching diode D1 and the controlled winding (high frequency inductor) NR in the power factor correction circuit 10.
The configuration and operation of the power factor correction circuit 10 will be described later.

この全波整流平滑回路が商用交流電源ACを入力して全波整流動作を行うことによって、平滑コンデンサCiの両端にはブリッジ整流回路Diの整流出力を平滑化した整流平滑電圧Ei(直流入力電圧)が得られる。この場合の整流平滑電圧Eiは、交流入力電圧VACの等倍に対応したレベルとなる。また、この場合においては、ブリッジ整流回路Diを形成する4本の整流ダイオードには、低速リカバリ型を選定している。   The full-wave rectifying / smoothing circuit receives the commercial AC power supply AC and performs full-wave rectifying operation, so that the rectified and smoothed voltage Ei (DC input voltage) obtained by smoothing the rectified output of the bridge rectifying circuit Di is applied to both ends of the smoothing capacitor Ci. ) Is obtained. In this case, the rectified and smoothed voltage Ei is at a level corresponding to an equal magnification of the AC input voltage VAC. In this case, a low speed recovery type is selected for the four rectifier diodes forming the bridge rectifier circuit Di.

上記直流入力電圧を入力してスイッチング(断続)する電流共振形コンバータとしては、図示するようにして、MOS−FETによる2本のスイッチング素子Q1,Q2をハーフブリッジ結合により接続したスイッチング回路を備える。スイッチング素子Q1,Q2の各ドレイン−ソース間に対しては、ダンパーダイオードDD1,DD2が並列に接続される。ダンパーダイオードDD1のアノード、カソードは、それぞれスイッチング素子Q1のソース、ドレインと接続される。同様にして、ダンパーダイオードDD2のアノード、カソードは、それぞれスイッチング素子Q2のソース、ドレインと接続される。ダンパーダイオードDD1,DD2は、それぞれスイッチング素子Q1,Q2が備えるボディダイオードとされる。   As shown in the figure, the current resonance type converter for switching (intermittently) by inputting the DC input voltage includes a switching circuit in which two switching elements Q1, Q2 by MOS-FETs are connected by half bridge coupling. Damper diodes DD1 and DD2 are connected in parallel between the drains and sources of the switching elements Q1 and Q2. The anode and cathode of the damper diode DD1 are connected to the source and drain of the switching element Q1, respectively. Similarly, the anode and cathode of the damper diode DD2 are connected to the source and drain of the switching element Q2, respectively. The damper diodes DD1 and DD2 are body diodes provided in the switching elements Q1 and Q2, respectively.

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

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

絶縁コンバータトランスPITは、スイッチング素子Q1 、Q2のスイッチング出力を二次側に伝送するために設けられる。
この絶縁トランスPITの一次巻線N1の一方の端部は、一次側直列共振コンデンサC1の直列接続を介して、力率改善回路10における被制御巻線NR(高周波インダクタ)と、高速型(高速リカバリ型)のスイッチングダイオードD1のアノードとの接続点に対して接続される。また、一次巻線N1の他方の端部は、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。
The insulating converter transformer PIT is provided to transmit the switching outputs of the switching elements Q1 and Q2 to the secondary side.
One end of the primary winding N1 of the insulation transformer PIT is connected to a controlled winding NR (high frequency inductor) in the power factor correction circuit 10 via a series connection of a primary side series resonant capacitor C1, and a high speed type (high speed). A recovery type switching diode D1 is connected to the connection point with the anode. The other end of the primary winding N1 is connected to a connection point (switching output point) between the source of the switching element Q1 and the drain of the switching element Q2, so that the switching output is transmitted. Yes.

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.

また、絶縁コンバータトランスPITの一次側に対して、低圧巻線N4を巻装している。この低圧巻線N4には、一次巻線N1により誘起された交番電圧が生じる。
低圧巻線N4に対しては、ダイオードD4、コンデンサC4から成る半波整流回路が接続されており、この半波整流回路が整流平滑動作を行うことでコンデンサC4の両端電圧として低圧直流電圧E4を生成する。
発振・ドライブ回路2に対しては、抵抗R4により低圧直流電圧E4を所定レベルに設定して得られる動作電源を供給するようにしている。この抵抗R4と発振・ドライブ回路2の電源入力端子との間と、一次側アースとの間に挿入されるツェナーダイオードZD4は、発振・ドライブ回路2に供給される動作電源の電圧が一定レベル以上を越えないようにするための保護回路を形成する。
A low voltage winding N4 is wound around the primary side of the insulating converter transformer PIT. An alternating voltage induced by the primary winding N1 is generated in the low voltage winding N4.
A half-wave rectifier circuit composed of a diode D4 and a capacitor C4 is connected to the low-voltage winding N4. This half-wave rectifier circuit performs a rectifying / smoothing operation to generate a low-voltage DC voltage E4 as a voltage across the capacitor C4. Generate.
The oscillation / drive circuit 2 is supplied with operating power obtained by setting the low-voltage DC voltage E4 to a predetermined level by the resistor R4. The Zener diode ZD4 inserted between the resistor R4 and the power input terminal of the oscillation / drive circuit 2 and the primary side ground has a voltage of the operating power supplied to the oscillation / drive circuit 2 above a certain level. A protection circuit is formed so as not to exceed.

絶縁コンバータトランスPITの二次巻線N2には一次巻線N1に伝達されたスイッチング出力に応じた交番電圧が励起される。
この場合、絶縁コンバータトランスPITの二次巻線N2としては、図のようにセンタータップを設けることで、このセンタータップを境界に、二次巻線N2Aと二次巻線N2Bとに分割される。これら二次巻線N2A、二次巻線N2Bとしては、それぞれ同じ所定のターン数を巻装するものとしている。
An alternating voltage corresponding to the switching output transmitted to the primary winding N1 is excited in the secondary winding N2 of the insulating converter transformer PIT.
In this case, the secondary winding N2 of the insulating converter transformer PIT is divided into the secondary winding N2A and the secondary winding N2B with the center tap as a boundary by providing a center tap as shown in the figure. . These secondary winding N2A and secondary winding N2B are wound with the same predetermined number of turns.

上記二次巻線N2のセンタータップは、二次側アースに接続される。
そして、二次巻線N2に対しては、図示する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。ここでは、二次巻線N2A側の端部に整流ダイオードDo1のアノードを接続し、二次巻線N2B側の端部に整流ダイオードDo2のアノードを接続している。そして、これら整流ダイオードDo1、Do2の各カソードを平滑コンデンサCoの正極端子に接続し、この平滑コンデンサCoの負極端子側を二次側アースに接地している。なお、整流ダイオードDo1,Do2はスイッチング周期の交番電圧を整流するのに応じて、この場合には、高速型としてショットキーダイオードが選定される。
このようにして形成される二次側の両波整流回路により、平滑コンデンサCoの両端電圧として二次側直流出力電圧Eoが得られる。この二次側直流出力電圧Eoは、図示しない負荷側に供給されるとともに、次に説明する制御回路1のための検出電圧としても分岐して入力される。
The center tap of the secondary winding N2 is connected to the secondary side ground.
The secondary winding N2 is connected to a double-wave rectifier circuit comprising rectifier diodes Do1 and Do2 and a smoothing capacitor Co as shown in the figure. Here, the anode of the rectifier diode Do1 is connected to the end of the secondary winding N2A, and the anode of the rectifier diode Do2 is connected to the end of the secondary winding N2B. The cathodes of the rectifier diodes Do1 and Do2 are connected to the positive terminal of the smoothing capacitor Co, and the negative terminal side of the smoothing capacitor Co is grounded to the secondary side ground. The rectifier diodes Do1 and Do2 are selected as high-speed Schottky diodes according to the rectification of the alternating voltage of the switching period.
A secondary side DC output voltage Eo is obtained as a voltage across the smoothing capacitor Co by the secondary-side double-wave rectifier circuit thus formed. 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 control circuit 1 described below.

制御回路1は、二次側直流出力電圧Eoのレベル変化に応じた検出出力を発振・ドライブ回路2に供給する。発振・ドライブ回路2では、入力された制御回路1の検出出力に応じてスイッチング周波数が可変されるようにして、スイッチング素子Q1,Q2を駆動する。スイッチング素子Q1,Q2のスイッチング周波数が可変されることで、一次側直列共振回路の共振インピーダンスが変化し、絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1から二次巻線N2(N2A,N2B)側に伝送される電力量も変化するが、これにより二次側直流出力電圧Eoのレベルを安定化させるように動作する。
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. By changing the switching frequency of the switching elements Q1 and Q2, the resonance impedance of the primary side series resonance circuit is changed and transmitted from the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT to the secondary winding N2 (N2A, N2B) side. Although the amount of electric power to be changed also changes, this operates so as to stabilize the level of the secondary side DC output voltage Eo.
For example, when the secondary-side DC output voltage Eo decreases due to a heavy load tendency, the switching frequency is controlled to be lowered. However, this reduces the resonant impedance. The secondary side DC output voltage Eo is raised. On the other hand, when the secondary side DC output voltage Eo rises due to a light load tendency, the resonance impedance is increased by controlling the switching frequency to be increased, and the secondary side The DC output voltage Eo is reduced.

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

力率改善回路10においては、ブリッジ整流回路Diの正極出力端子に対して、高速リカバリ型であるスイッチングダイオード(力率改善用スイッチング素子)D1のアノードが接続される。スイッチングダイオードD1のアノードは、制御トランスPRTの被制御巻線NR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。つまり、この場合には、整流平滑電圧Eiを生成する整流電流経路において、ブリッジ整流回路Diの正極出力端子と平滑コンデンサCiの正極端子との間のラインに対して、スイッチングダイオードD1−被制御巻線NRの直列接続回路を挿入していることになる。ここで、被制御巻線NRは、電力回生方式による力率改善回路において、電力回生された一次側直列共振電流の帰還を受ける高周波インダクタとしての機能を有する。   In the power factor correction circuit 10, the anode of a fast recovery type switching diode (power factor correction switching element) D1 is connected to the positive output terminal of the bridge rectifier circuit Di. The anode of the switching diode D1 is connected to the positive terminal of the smoothing capacitor Ci via a series connection of the controlled winding NR of the control transformer PRT. In other words, in this case, in the rectified current path for generating the rectified and smoothed voltage Ei, the switching diode D1−the controlled winding is applied to the line between the positive output terminal of the bridge rectifier circuit Di and the positive terminal of the smoothing capacitor Ci. A series connection circuit of the line NR is inserted. Here, the controlled winding NR has a function as a high-frequency inductor that receives feedback of the primary-side series resonance current that has been regenerated in the power factor correction circuit using the power regenerative method.

力率改善回路10内に備えられる制御トランスPRTは、上記被制御巻線NRを巻装すると共に、この被制御巻線NRに対して、例えばその巻方向が直交するようにして制御巻線Ncを巻装して構成することで可飽和リアクタとして機能し、これにより、制御巻線Ncに流れる直流電流(制御電流Ic)のレベルに応じて、自身におけるリーケージインダクタンスを可変する。   The control transformer PRT provided in the power factor correction circuit 10 winds the controlled winding NR, and the control winding Nc so that the winding direction is orthogonal to the controlled winding NR, for example. Is configured to function as a saturable reactor, whereby the leakage inductance in itself is varied according to the level of the direct current (control current Ic) flowing through the control winding Nc.

このような制御トランスPRTにおいて、上記制御巻線Ncに流れる直流電流のレベルは、図示するトランジスタQ12、Q13、及び抵抗R13〜R18から成るようにされた、第1の増幅回路の増幅出力に応じて可変される。
この第1の増幅回路において、先ず抵抗R17と抵抗R18とは分割抵抗であり、これら抵抗R17−R18の直列接続回路は、平滑コンデンサCiの正極端子とスイッチング素子Q1のドレインとの接続点と、一次側アースの間に直列に挿入される。
そして、抵抗R17と抵抗R18との接続点には、トランジスタQ13のベースが接続される。このトランジスタQ13のエミッタは、抵抗R16を介して一次側アースに接続される。また、トランジスタQ13のコレクタは、図示するように抵抗R13と抵抗R5との直列接続を介して、先に説明した低圧直流電圧E4と接続される。なお、これら抵抗R13と抵抗R5の接続点と、一次側アースとの間に挿入されるツェナーダイオードZD5は、制御電流Icが許容以上のレベルとならないように保護するために設けられる。
In such a control transformer PRT, the level of the direct current flowing through the control winding Nc depends on the amplified output of the first amplifier circuit, which is composed of the transistors Q12 and Q13 and resistors R13 to R18 shown in the figure. Variable.
In this first amplifier circuit, first, the resistor R17 and the resistor R18 are divided resistors, and the series connection circuit of these resistors R17-R18 has a connection point between the positive terminal of the smoothing capacitor Ci and the drain of the switching element Q1. It is inserted in series between the primary side ground.
The base of the transistor Q13 is connected to the connection point between the resistor R17 and the resistor R18. The emitter of the transistor Q13 is connected to the primary side ground via a resistor R16. The collector of the transistor Q13 is connected to the low-voltage DC voltage E4 described above via a series connection of a resistor R13 and a resistor R5 as shown. Note that a Zener diode ZD5 inserted between the connection point of the resistors R13 and R5 and the primary side ground is provided to protect the control current Ic from an unacceptable level.

そして、上記トランジスタQ13のコレクタには、一次側アースとの間に、図示するようにして抵抗R14と抵抗R15による直列接続回路が挿入され、さらに、これら抵抗R14と抵抗R15との接続点にはトランジスタQ12のベースが接続されている。
このトランジスタQ12のエミッタとしても一次側アースに接続される。そして、トランジスタQ12のコレクタは、制御巻線Ncと上記した抵抗R5の直列接続を介して、低圧直流電圧E4と接続される。
A series connection circuit consisting of a resistor R14 and a resistor R15 is inserted between the collector of the transistor Q13 and the primary side ground as shown in the figure. Further, a connection point between these resistors R14 and R15 is connected to the collector of the transistor Q13. The base of the transistor Q12 is connected.
The emitter of this transistor Q12 is also connected to the primary side ground. The collector of the transistor Q12 is connected to the low-voltage DC voltage E4 through the series connection of the control winding Nc and the resistor R5.

このような構成による第1の増幅回路では、上記した抵抗R17−R18によって整流平滑電圧(直流入力電圧)Eiのレベルに応じた直流電流が得られる。そして、このように得られる直流電流に応じたトランジスタQ13、Q12による増幅動作が行われ、その増幅出力としてのトランジスタQ12のコレクタ電流が、低圧直流電圧E4から抵抗R5、制御巻線Ncを介するようにして流れるものとなる。つまり、この第1の増幅回路では、直流入力電圧Eiのレベルに応じたレベルの制御電流Icを、制御巻線Ncに流すように動作する。   In the first amplifier circuit having such a configuration, a direct current corresponding to the level of the rectified and smoothed voltage (DC input voltage) Ei is obtained by the resistors R17 to R18. An amplification operation is performed by the transistors Q13 and Q12 according to the DC current obtained in this way, and the collector current of the transistor Q12 as the amplification output is passed from the low-voltage DC voltage E4 through the resistor R5 and the control winding Nc. It will flow. In other words, the first amplifier circuit operates so that a control current Ic having a level corresponding to the level of the DC input voltage Ei flows through the control winding Nc.

また、この場合の制御トランスPRTの制御巻線Ncに流れる制御電流Icのレベルは、この制御トランスPRTに巻装された、図示する検出巻線NDに得られる交番電圧レベルに応じても可変される。
この検出巻線NDとしては、上記した被制御巻線NRと同じとされる巻回方向により、この被制御巻線NRに対して密結合となるようにして制御トランスPRTに巻装される。
In this case, the level of the control current Ic flowing through the control winding Nc of the control transformer PRT is also variable according to the alternating voltage level obtained in the illustrated detection winding ND wound around the control transformer PRT. The
The detection winding ND is wound around the control transformer PRT so as to be tightly coupled to the controlled winding NR in the same winding direction as the controlled winding NR.

この検出巻線NDの一端は一次側アースに接続され、他端は、整流用のダイオードD5のアノードと接続される。ダイオードD5のカソードはコンデンサC5の正極端子と接続されており、コンデンサC5の負極端子は一次側アースと接続される。つまり、ダイオードD5とコンデンサC5によっては半波整流回路が形成される。この半波整流回路によっては、検出巻線NDに得られた交番電圧VDを整流平滑化して直流化した電圧VD1を、コンデンサC5の両端電圧として得る。   One end of the detection winding ND is connected to the primary side ground, and the other end is connected to the anode of the rectifying diode D5. The cathode of the diode D5 is connected to the positive terminal of the capacitor C5, and the negative terminal of the capacitor C5 is connected to the primary side ground. That is, a half-wave rectifier circuit is formed by the diode D5 and the capacitor C5. Depending on the half-wave rectifier circuit, a voltage VD1 obtained by rectifying and smoothing the alternating voltage VD obtained in the detection winding ND and converting it to a direct current is obtained as a voltage across the capacitor C5.

そして、この電圧VD1が、図示するトランジスタQ11、抵抗R10、抵抗R11、抵抗R12から成るようにされた、第2の増幅回路に入力される。
この第2の増幅回路において、抵抗R10はベース抵抗であって、コンデンサC5の正極端子とトランジスタQ10のベースとの間に対して挿入される。抵抗R11は、ベースバイアス抵抗であり、トランジスタQ11のベースと一次側アース間に接続される。トランジスタQ11のコレクタは、制御トランスPRTの制御巻線Nc−抵抗R5の直列接続を介して低圧直流電圧E4と接続される。これにより、第2の増幅回路の出力であるこのトランジスタQ11のコレクタ電流は、低圧直流電圧E4から抵抗R5、制御巻線Ncを介して流れるものとなる。
つまり、このような構成により第2の増幅回路では、検出巻線NDに誘起される交番電圧レベルに応じたレベルの直流電流としての制御電流Icを制御巻線Ncに流すようにされる。
なお、これら第1及び第2の増幅回路による制御電流Icのレベル制御に伴う動作については後述する。
Then, this voltage VD1 is input to a second amplifier circuit made up of a transistor Q11, a resistor R10, a resistor R11, and a resistor R12 as shown.
In the second amplifier circuit, the resistor R10 is a base resistor and is inserted between the positive terminal of the capacitor C5 and the base of the transistor Q10. The resistor R11 is a base bias resistor and is connected between the base of the transistor Q11 and the primary side ground. The collector of the transistor Q11 is connected to the low-voltage DC voltage E4 via a series connection of the control winding Nc of the control transformer PRT and the resistor R5. As a result, the collector current of the transistor Q11, which is the output of the second amplifier circuit, flows from the low-voltage DC voltage E4 through the resistor R5 and the control winding Nc.
That is, with this configuration, in the second amplifier circuit, the control current Ic as a direct current of a level corresponding to the alternating voltage level induced in the detection winding ND is passed through the control winding Nc.
The operation accompanying the level control of the control current Ic by the first and second amplifier circuits will be described later.

力率改善回路10内において、上記したスイッチングダイオードD1と被制御巻線NRとの接続点に対しては、先にも述べたように一次巻線N1の一端が接続される。つまり、一次側直列共振回路(C1−N1(L1))の端部が接続されていることになる。   In the power factor correction circuit 10, one end of the primary winding N1 is connected to the connection point between the switching diode D1 and the controlled winding NR as described above. That is, the end of the primary side series resonance circuit (C1-N1 (L1)) is connected.

フィルタコンデンサCNは、スイッチングダイオードD1のスイッチング動作により生じるスイッチング周期の交番成分を吸収することでノーマルモードノイズを抑制するために設けられるもので、この場合には、スイッチングダイオードD1−被制御巻線NRの直列接続回路に対して並列に接続される。   The filter capacitor CN is provided to suppress the normal mode noise by absorbing the alternating component of the switching period generated by the switching operation of the switching diode D1, and in this case, the switching diode D1-controlled winding N R. Are connected in parallel to the series connection circuit.

このような力率改善回路10の回路構成では、一次側直列共振回路(C1−N1(L1))に得られるスイッチング出力が、力率改善回路10において高周波インダクタとして機能する被制御巻線NRに対して直接的に伝達されるようになっている。これにより、力率改善回路10においては、一次側直列共振回路(C1−N1(L1))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、高周波インダクタである被制御巻線NRによる磁気結合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ているということがいえる。   In such a circuit configuration of the power factor correction circuit 10, the switching output obtained in the primary side series resonance circuit (C 1 -N 1 (L 1)) is applied to the controlled winding NR that functions as a high frequency inductor in the power factor correction circuit 10. In contrast, it is communicated directly. Thereby, in the power factor correction circuit 10, the switching output (primary side series resonance current) obtained in the primary side series resonance circuit (C1-N1 (L1)) is regenerated as electric power, and the controlled winding which is a high frequency inductor. It can be said that the operation of returning to the smoothing capacitor Ci through the magnetic coupling by the line NR is obtained.

図2及び図3は、力率改善回路10の力率改善動作に対応する波形図である。ここで、図1に示す電源回路は、後に詳述もするように商用交流電源ACの100V系と200V系との入力に対応するワイドレンジ対応の構成を採るものであり、図2では、交流入力電圧VAC=100V時の動作波形を示し、図3では交流入力電圧VAC=230V時の動作波形を示している。
なお、これらの図に示す動作波形は、負荷電力Po=100Wで一定の条件とした場合の結果を示すものである。
2 and 3 are waveform diagrams corresponding to the power factor correction operation of the power factor correction circuit 10. Here, as will be described in detail later, the power supply circuit shown in FIG. 1 adopts a configuration corresponding to the wide range corresponding to the input of the commercial AC power supply AC of 100V system and 200V system. FIG. 3 shows an operation waveform when the input voltage VAC = 100V, and FIG. 3 shows an operation waveform when the AC input voltage VAC = 230V.
Note that the operation waveforms shown in these figures show the results when the load power Po = 100 W and the conditions are constant.

ここで、図2及び図3に示すようにして、交流入力電圧VACが入力される状態のもとでスイッチング素子Q1,Q2がスイッチングを行っているものとする。これに応じて、上記したように力率改善回路10側に対して一次側直列共振回路から電力回生が行われることになる。
これに伴い、力率改善回路10におけるスイッチングダイオードD1と被制御巻線NRの接続点と一次側アース間の電位となる電圧V1は、図2及び図3に示すようにして、例えば整流平滑電圧Eiに対して高周波インダクタである被制御巻線NRに得られる交番電圧成分が重畳して得られる波形となる。また、交流入力電流IACが導通してブリッジ整流回路Diの整流ダイオードにより整流が行われるとされる期間においては、電圧V1は、整流出力電圧分によるレベルの低下を生じる。
Here, as shown in FIGS. 2 and 3, it is assumed that the switching elements Q1 and Q2 perform switching under a state where the AC input voltage VAC is input. Accordingly, as described above, power regeneration is performed from the primary side series resonance circuit to the power factor correction circuit 10 side.
Accordingly, the voltage V1 that is the potential between the connection point of the switching diode D1 and the controlled winding NR and the primary side ground in the power factor correction circuit 10 is, for example, a rectified smoothing voltage as shown in FIGS. A waveform obtained by superimposing an alternating voltage component obtained on the controlled winding NR, which is a high-frequency inductor, on Ei is obtained. Further, during the period in which the AC input current IAC is conducted and rectification is performed by the rectifier diode of the bridge rectifier circuit Di, the level of the voltage V1 decreases due to the rectified output voltage.

そして、高速リカバリ型のスイッチングダイオードD1に対して上記した波形による電圧V1が印加されることで、スイッチングダイオードD1がオン/オフ(スイッチング)動作するようにされる。スイッチングダイオードD1は、整流電流経路に挿入されていることから、例えば交流入力電圧VACの正/負の絶対値のピーク値が約1/2以上のときにも、このスイッチングダイオードD1によりブリッジ整流回路Diの正極出力端子から流れてくるとされる整流電流を断続して流す動作が得られる。   The voltage V1 having the above waveform is applied to the fast recovery type switching diode D1, so that the switching diode D1 is turned on / off (switching). Since the switching diode D1 is inserted in the rectification current path, for example, even when the peak value of the positive / negative absolute value of the AC input voltage VAC is about ½ or more, the switching diode D1 causes the bridge rectifier circuit. An operation of intermittently flowing a rectified current that flows from the positive output terminal of Di is obtained.

上記のようにしてスイッチングダイオードD1がスイッチング動作を行うことで得られる整流電流の導通期間は、ブリッジ整流回路Diから出力される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よりも長いものとなっており、図2及び図3に示す交流入力電流IACの導通期間も、この整流出力電流の導通期間にほぼ一致したものとなる。つまり、交流入力電流IACの導通角は、力率改善回路を備えない場合よりも拡大されているものであり、交流入力電流IACの波形としては、交流入力電圧VACの波形に近付くものとなっている。つまり、力率改善が図られることとなる。   The conduction period of the rectified current obtained by the switching diode D1 performing the switching operation as described above is a period in which the rectified output voltage level output from the bridge rectifier circuit Di is lower than the voltage across the smoothing capacitor Ci. The conduction period of the AC input current IAC shown in FIG. 2 and FIG. 3 is also substantially coincident with the conduction period of the rectified output current. That is, the conduction angle of the AC input current IAC is larger than that without the power factor correction circuit, and the waveform of the AC input current IAC approaches the waveform of the AC input voltage VAC. Yes. That is, power factor improvement is achieved.

ここで、この場合の力率改善回路10においては、先に説明した制御トランスPRT、及び第1の増幅回路を備えることで、上記のような動作によって改善される力率値を、交流入力電圧VACの変動に対してほぼ一定とするように制御が行われる。以下、この点について説明する。
先ず、上述もしたように第1の増幅回路においては、抵抗R17、R18を介して、直流入力電圧Eiのレベルに応じた直流電流が入力される。そして、この直流電流に応じたコレクタ電流がトランジスタQ13に流れることになる。
この際、トランジスタQ13のコレクタは、先の説明によれば抵抗R14−R15の接続点を介してトランジスタQ12のベースに対しても接続されていることから、トランジスタQ13のコレクタ電流のレベルの上昇に伴っては、トランジスタQ12のベース電流レベルは低下し、よってこのトランジスタQ12のコレクタ電流としてもそのレベルが低下するようにされる。また、トランジスタQ13のコレクタ電流レベルの低下に伴っては、トランジスタQ12のベース電流レベルは上昇し、これによってQ12のコレクタ電流のレベルは上昇する傾向となる。
つまりこの場合、直流入力電圧Eiのレベルが上昇しトランジスタQ13のコレクタ電流が上昇する場合には、トランジスタQ12のベース電流が低下し、第1の増幅回路の出力となるトランジスタQ12のコレクタ電流は低下するようにされる。また、直流入力電圧Eiのレベルが低下してトランジスタQ13のコレクタ電流も低下する場合には、トランジスタQ12のベース電流が上昇してトランジスタQ12のコレクタ電流も上昇するようにされる。
Here, the power factor correction circuit 10 in this case includes the control transformer PRT and the first amplifier circuit described above, and converts the power factor value improved by the operation as described above into the AC input voltage. Control is performed so as to be substantially constant with respect to the fluctuation of VAC. Hereinafter, this point will be described.
First, as described above, in the first amplifier circuit, a DC current corresponding to the level of the DC input voltage Ei is input via the resistors R17 and R18. Then, a collector current corresponding to the direct current flows through the transistor Q13.
At this time, since the collector of the transistor Q13 is also connected to the base of the transistor Q12 via the connection point of the resistors R14-R15 according to the above description, the collector current level of the transistor Q13 is increased. Along with this, the base current level of the transistor Q12 decreases, so that the level of the collector current of the transistor Q12 also decreases. Further, as the collector current level of the transistor Q13 decreases, the base current level of the transistor Q12 increases, and as a result, the collector current level of Q12 tends to increase.
That is, in this case, when the level of the DC input voltage Ei increases and the collector current of the transistor Q13 increases, the base current of the transistor Q12 decreases and the collector current of the transistor Q12 that is the output of the first amplifier circuit decreases. To be done. Further, when the level of the DC input voltage Ei decreases and the collector current of the transistor Q13 also decreases, the base current of the transistor Q12 increases and the collector current of the transistor Q12 also increases.

この結果、第1の増幅回路としては、直流入力電圧Eiのレベルの上昇に応じては制御電流Icのレベルを低下させるように動作し、直流入力電圧Eiのレベルの低下に応じては制御電流Icのレベルを上昇させるように動作するものとなる。
この際、直流入力電圧Eiのレベルは、交流入力電圧VAC(つまり商用交流電源AC)のレベルに応じて変動することになるから、この場合は、交流入力電圧VACの上昇に応じては制御電流Icのレベルが低下し、交流入力電圧VACの低下に応じては制御電流Icのレベルを上昇させるように動作が行われていることになる。
As a result, the first amplifying circuit operates so as to decrease the level of the control current Ic according to the increase in the level of the DC input voltage Ei, and the control current according to the decrease in the level of the DC input voltage Ei. It operates to increase the level of Ic.
At this time, the level of the DC input voltage Ei varies according to the level of the AC input voltage VAC (that is, the commercial AC power supply AC). In this case, the control current is increased according to the increase of the AC input voltage VAC. The operation is performed to increase the level of the control current Ic in response to the decrease in the level of Ic and the decrease in the AC input voltage VAC.

可飽和リアクタである制御トランスPRTにおいては、制御巻線Ncに流れる制御電流Icのレベルの低下に応じて、被制御巻線NRのインダクタンスを増加させるように動作する。
これによれば、上記のようにして交流入力電圧VAC(直流入力電圧Ei)のレベル上昇に応じて制御電流Icのレベルが低下されるということは、交流入力電圧VACの上昇に応じて、被制御巻線NRのインダクタンスが増加するように制御が行われることになる。
The control transformer PRT, which is a saturable reactor, operates so as to increase the inductance of the controlled winding NR in accordance with a decrease in the level of the control current Ic flowing through the control winding Nc.
According to this, the fact that the level of the control current Ic is decreased in accordance with the increase in the level of the AC input voltage VAC (DC input voltage Ei) as described above is that Control is performed so that the inductance of the control winding NR increases.

力率改善回路10内において高周波インダクタとして機能する被制御巻線NRのインダクタンスが増加するということは、その分、一次側直列共振回路から帰還される或る一定量の電力に応じて被制御巻線NRとしてのインダクタに蓄積されるエネルギーも増加するもことになる。つまり、上記のようにして交流入力電圧VACの上昇に応じて被制御巻線NRのインダクタンスが上昇されるということは、交流入力電圧VACの上昇に応じて力率改善のための電力帰還量が増加するように制御が行われることになる。
このような制御が行われることによって、交流入力電圧VACの上昇に伴っては力率が低下する傾向とされていたものが、上記のような電力帰還量の増加によってこれを改善する傾向とすることができ、この結果、交流入力電圧VACの変動に対して力率がほぼ一定となるように制御することが可能となる。
The increase in the inductance of the controlled winding NR that functions as a high-frequency inductor in the power factor correction circuit 10 means that the controlled winding is controlled according to a certain amount of power fed back from the primary side series resonant circuit. The energy stored in the inductor as the line NR also increases. That is, the inductance of the controlled winding NR is increased in accordance with the increase in the AC input voltage VAC as described above, which means that the amount of power feedback for power factor improvement is increased in accordance with the increase in the AC input voltage VAC. Control is performed so as to increase.
As a result of such control, the power factor tends to decrease as the AC input voltage VAC increases, but this tends to improve as the power feedback amount increases. As a result, the power factor can be controlled to be substantially constant with respect to the fluctuation of the AC input voltage VAC.

ところで、上記のようにしてインダクタンス制御が行われる被制御巻線NRに対しては、先にも説明したように絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1と一次側直列共振コンデンサC1とによる一次側直列共振回路が接続されている。そして、これによって一次側直列共振回路に流れる一次側直列共振電流を、この被制御巻線NRを介して平滑コンデンサCiに流すように構成している。
このような接続形態によると、この場合の一次側直列共振回路としては、スイッチング素子Q1、Q2のスイッチング出力点から、平滑コンデンサCiの正極端子にわたって形成されているとみることができる。そして、このようにして一次側直列共振回路が形成されているとみた場合には、被制御巻線NRは、一次側直列共振回路において上記一次巻線N1に対して直列に挿入されていることになり、従って一次側直列共振回路のインダクタンス成分を形成するものとみることができる。
By the way, for the controlled winding NR in which the inductance control is performed as described above, as described above, the primary side series N1 of the insulating converter transformer PIT and the primary side series resonance capacitor C1 are connected. A resonant circuit is connected. As a result, the primary side series resonance current flowing in the primary side series resonance circuit is caused to flow to the smoothing capacitor Ci via the controlled winding NR.
According to such a connection form, it can be considered that the primary side series resonance circuit in this case is formed from the switching output point of the switching elements Q1, Q2 to the positive terminal of the smoothing capacitor Ci. When the primary side series resonance circuit is thus formed, the controlled winding NR is inserted in series with the primary winding N1 in the primary side series resonance circuit. Therefore, it can be considered that the inductance component of the primary side series resonance circuit is formed.

このことを踏まえると、上記のようにして直流入力電圧Ei(つまり交流入力電圧VAC)のレベルの上昇に伴って被制御巻線NRのインダクタンスが上昇するということは、交流入力電圧VACの上昇に伴い、一次側直列共振回路のインダクタンスの値も上昇させるように制御が行われていることになる。
そして、このように一次側直列共振回路のインダクタンスが上昇することによっては、一次側直列共振回路の共振周波数としても変化するようにされ、これによって一次側直列共振回路を流れる一次側直列共振電流のレベルにも変化が生じることになる。
In view of this, the fact that the inductance of the controlled winding NR increases as the level of the DC input voltage Ei (that is, the AC input voltage VAC) increases as described above means that the AC input voltage VAC increases. Accordingly, the control is performed so as to increase the inductance value of the primary side series resonance circuit.
As the inductance of the primary side series resonant circuit is increased in this way, the resonance frequency of the primary side series resonant circuit is also changed, whereby the primary side series resonant current flowing through the primary side series resonant circuit is changed. The level will also change.

実施の形態では、このような被制御巻線NRのインダクタンスの可変制御に伴う一次側直列共振電流レベルの制御によって、ワイドレンジ対応の構成を実現している。
つまり、先に説明した交流入力電圧VACのレベル変動に対する力率一定化制御のための被制御巻線NRのインダクタンス可変制御動作を利用して、同時にワイドレンジ対応化の動作も実現するようにしているものである。
In the embodiment, the configuration corresponding to the wide range is realized by controlling the primary side series resonance current level accompanying the variable control of the inductance of the controlled winding NR.
That is, by using the variable inductance control operation of the controlled winding NR for the power factor stabilization control with respect to the level fluctuation of the AC input voltage VAC described above, the operation corresponding to the wide range is realized at the same time. It is what.

図4、図5は、このような被制御巻線NRのインダクタンス可変制御を利用したワイドレンジ対応化の動作について説明するための動作波形図である。
これらの図では、図1に示したスイッチング素子Q2の両端に生じる電圧VQ2と、同じくスイッチング素子Q2のスイッチング電流IQ2の波形をそれぞれ示し、図4では交流入力電圧VAC=100V時の各波形を、また図5では交流入力電圧VAC=230V時の各波形を示している。なお、これらの図においても、負荷電力はPo=100Wで一定とした。
FIG. 4 and FIG. 5 are operation waveform diagrams for explaining the wide range compatible operation using such variable inductance control of the controlled winding NR.
In these figures, the voltage VQ2 generated at both ends of the switching element Q2 shown in FIG. 1 and the waveform of the switching current IQ2 of the switching element Q2 are shown, respectively. In FIG. FIG. 5 shows each waveform when the AC input voltage VAC = 230V. In these figures, the load power is constant at Po = 100W.

先ず、各図に示される電圧VQ2の波形によっては、スイッチング素子Q2のスイッチング周期が表されている。すなわち、電圧VQ2が0レベルとなる期間はスイッチング素子Q2がオンとなり、またピークレベルとなる期間はスイッチング素子Q2がオフとなる期間を表している。そして、この場合は、先にも述べたようにスイッチング素子Q2とスイッチングQ1とは交互にオン/オフされることから、スイッチング素子Q1側に生じる電圧VQ1(図示せず)としては、この電圧VQ2と正負が反転された波形として得られることになる。
なお、これら図4、図5に示される交流入力電圧VAC=100時、VAC=230V時においては、スイッチング素子Q1、Q2のスイッチング周期はほぼ同等とされているものとする。
First, the switching period of the switching element Q2 is represented by the waveform of the voltage VQ2 shown in each figure. That is, the period during which the voltage VQ2 is at the 0 level represents the period during which the switching element Q2 is on, and the period during which the peak level is at the switching element Q2 is off. In this case, since the switching element Q2 and the switching Q1 are alternately turned on / off as described above, the voltage VQ1 (not shown) generated on the switching element Q1 side is the voltage VQ2 Thus, the waveform is obtained by reversing the positive and negative signs.
It is assumed that the switching periods of the switching elements Q1 and Q2 are substantially equal when the AC input voltage VAC = 100 and VAC = 230V shown in FIGS.

また、図示するスイッチング電流IQ2は、スイッチング素子Q2によるスイッチング出力を示す波形となる。そして、一方のスイッチング素子Q1のスイッチング出力をスイッチング電流IQ1(図示せず)とすると、このスイッチング電流IQ1の波形としては、スイッチング電流IQ2の波形に対して位相が180°ずれた上で、正負が反転された波形として得られることになる。
このことから、これらスイッチング電流IQ1とスイッチング電流IQ2との合成成分である一次側直列共振電流Ioとしては、図示するピークレベルPQ2(絶対値としての)を正/負のピークレベルとする正弦波状の波形として得られるものとなる。換言すれば、図示するスイッチング電流IQ2の波形は、このような一次側直列共振電流Ioの半波の期間の波形を示すものである。
Further, the illustrated switching current IQ2 has a waveform indicating a switching output by the switching element Q2. If the switching output of one switching element Q1 is a switching current IQ1 (not shown), the waveform of the switching current IQ1 is 180 ° out of phase with respect to the waveform of the switching current IQ2, and is positive or negative. It will be obtained as an inverted waveform.
From this, the primary side series resonance current Io, which is a composite component of the switching current IQ1 and the switching current IQ2, is a sinusoidal waveform having a peak level PQ2 (as an absolute value) shown as a positive / negative peak level. It will be obtained as a waveform. In other words, the waveform of the switching current IQ2 shown in the drawing shows the waveform of such a half-wave period of the primary side series resonance current Io.

そして、図4に示されるスイッチング電流IQ2、及び電圧VQ2の波形を参照してわかるように、交流入力電圧VAC=100V時における一次側直列共振電流Ioは、スイッチング電流IQ2としてのその半波の波形が、スイッチング素子Q2がオンとなる期間内にほぼ収まるようにされている。このことら、この場合の電源回路においては、AC100V系時に対応して、スイッチング周期と一次側直列共振回路の共振周波数がほぼ一致するように一次側直列共振回路の定数(L1、C1、及び被制御巻線NRのインダクタンス)が設定されていることが理解できる。   As can be seen with reference to the waveforms of the switching current IQ2 and the voltage VQ2 shown in FIG. 4, the primary side series resonance current Io at the AC input voltage VAC = 100 V is a half-wave waveform as the switching current IQ2. However, it is made to fall within the period when the switching element Q2 is turned on. For this reason, in the power supply circuit in this case, corresponding to the AC 100 V system, the constants of the primary side series resonance circuit (L1, C1, and the circuit to be covered are set so that the switching period and the resonance frequency of the primary side series resonance circuit substantially coincide. It can be understood that the inductance of the control winding NR is set.

このようにして、AC100V系時においてスイッチング周期と一次側直列共振回路の共振周波数がほぼ一致するようにされている条件の下で、交流入力電圧VAC=230Vの入力が行われたとする。
先ず、このようなAC200V系に対応した入力による交流入力電圧VACの上昇に伴っては、上記もしたように一次側直列共振回路を形成するインダクタンスが増加するように制御が行われる。
ここで、一次側直列共振回路のインダクタンスの上昇に伴っては、一次側直列共振回路の共振周波数としては低下する傾向となる。つまり、交流入力電圧VACの上昇に伴っては、一次側直列共振回路の共振周波数が低下するように制御が行われることになる。
そして、このように共振周波数が低下することによっては、一次側直列共振回路に得られる共振波形(つまり、一次側直列共振電流Ioの波形の基となる波形)としては、AC100V系時よりもその周期がより大きくなるようにされる。
また、上記のような交流入力電圧VACレベルの上昇に伴っては、一次側直列共振電流Ioのピークレベルとしても上昇傾向となるべきものとなる。
In this way, it is assumed that the AC input voltage VAC = 230 V is input under the condition that the switching cycle and the resonance frequency of the primary side series resonance circuit are substantially matched in the AC 100 V system.
First, as described above, control is performed so that the inductance forming the primary side series resonance circuit increases as the AC input voltage VAC increases due to the input corresponding to the AC 200V system.
Here, as the inductance of the primary side series resonance circuit increases, the resonance frequency of the primary side series resonance circuit tends to decrease. That is, as the AC input voltage VAC increases, control is performed so that the resonance frequency of the primary side series resonance circuit decreases.
As the resonance frequency is reduced in this way, the resonance waveform obtained in the primary side series resonance circuit (that is, the waveform that forms the basis of the waveform of the primary side series resonance current Io) is higher than that in the AC100V system. The period is made larger.
As the AC input voltage VAC increases as described above, the peak level of the primary side series resonance current Io should also increase.

しかしながら、この際、上述したようにしてAC100V系時と200V系時とでスイッチング周波数がほぼ同等とされた場合を想定してみると、これに対応してAC200V系時において実際に得られる一次側直列共振電流Ioの波形としては、図5に示されるスイッチング電流IQ2の波形を参照してわかるように、共振波形としての正弦波の半波部分がスイッチング素子がオンとなる期間に収まらずに、その半波のピークレベルに到達する前に0レベルに立ち下がるような略鋸歯状の波形として得られることになる。
このようにして、共振波形に基づく正弦波のピークレベル到達前に0レベルに立ち下がるような鋸歯状波形とされることで、この場合のスイッチング電流IQ2のピークレベルPQ2(つまり一次側直列共振電流Ioのピークレベル)としては、本来得られるべきレベルよりも低下するようにされる。つまりこの場合、交流入力電圧VACの上昇に対応しては、一次側直列共振電流Ioのピークレベルの上昇が抑制されるように制御が行われていることになる。
そして、このように交流入力電圧VACの上昇に応じて一次側直列共振電流Ioのピークレベルの上昇が抑制されれば、交流入力電圧VACのレベル変動に対しても、一次側直列共振電流Ioのレベルがほぼ一定となるように制御することができる。
However, in this case, assuming that the switching frequency is substantially equal between the AC 100V system and the 200V system as described above, the primary side actually obtained in the AC 200V system is corresponding to this case. As can be seen from the waveform of the series resonance current Io with reference to the waveform of the switching current IQ2 shown in FIG. 5, the half wave portion of the sine wave as the resonance waveform does not fall within the period when the switching element is turned on. It is obtained as a substantially sawtooth waveform that falls to 0 level before reaching the peak level of the half wave.
In this way, a sawtooth waveform that falls to 0 level before reaching the peak level of the sine wave based on the resonance waveform is used, so that the peak level PQ2 of the switching current IQ2 in this case (that is, the primary side series resonance current The peak level of Io is set lower than the level that should be originally obtained. That is, in this case, in response to the increase in the AC input voltage VAC, the control is performed such that the increase in the peak level of the primary side series resonance current Io is suppressed.
If the increase of the peak level of the primary side series resonance current Io is suppressed in accordance with the increase of the AC input voltage VAC in this way, the primary side series resonance current Io can be reduced even when the level of the AC input voltage VAC varies. The level can be controlled to be substantially constant.

このようにして、交流入力電圧VACのレベル変動によらず一次側直列共振電流Ioのレベルがほぼ一定となるようにすることができれば、この一次側直列共振電流Ioに応じて二次側に励起される電力レベルとしても、交流入力電圧VACのレベル変動によらずほぼ一定となるようにすることができる。
つまりこれにより、結果的にAC100V系時とAC200V系時とで二次側に励起される電力レベルを同等とすることができ、AC100V系とAC200V系の入力に対応して動作可能なワイドレンジ対応の構成が実現される。
Thus, if the level of the primary side series resonance current Io can be made substantially constant regardless of the level fluctuation of the AC input voltage VAC, the secondary side is excited according to the primary side series resonance current Io. The power level to be applied can be made substantially constant irrespective of the level fluctuation of the AC input voltage VAC.
In other words, as a result, the power level excited to the secondary side can be made equal between the AC100V system and the AC200V system, and it can operate corresponding to the input of the AC100V system and the AC200V system. Is realized.

なお、これまでの説明からも理解されるように、この場合力率一定化のためには、交流入力電圧VACの上昇に対して力率が低下する傾向に対し、交流入力電圧VACの上昇に応じて被制御巻線NRのインダクタンスを増加させるように制御が行われる。
そして、ワイドレンジ対応化の場合においても、交流入力電圧VACの上昇に応じて一次側直列共振電流レベルが増加する傾向に対し、交流入力電圧VACの上昇に対して被制御巻線NRのインダクタンスを増加させる制御が行われるべきものとなる。
このようにして、両者の実現のために行われるべき制御が同じ傾向となることから、この場合はそれぞれの制御を被制御巻線NRのインダクタンスについての可変を行う共通の制御系により行うことが可能となる。つまり、換言すれば、力率の一定化とワイドレンジ対応化の両者を、交流入力電圧VACに応じた被制御巻線NRのインダクタンス可変を行う1つの制御系のみを構成することによって実現することができるものである。
As can be understood from the above description, in this case, in order to make the power factor constant, the power factor decreases with respect to the increase of the AC input voltage VAC, whereas the AC input voltage VAC increases. Accordingly, control is performed so as to increase the inductance of the controlled winding NR.
Even in the case of wide range compatibility, the inductance of the controlled winding NR is increased with respect to the increase of the AC input voltage VAC, whereas the primary side series resonance current level tends to increase as the AC input voltage VAC increases. Increased control should be performed.
In this way, since the control to be performed for the realization of both has the same tendency, in this case, each control can be performed by a common control system that varies the inductance of the controlled winding NR. It becomes possible. That is, in other words, both the constant power factor and the wide range are realized by configuring only one control system that varies the inductance of the controlled winding NR in accordance with the AC input voltage VAC. It is something that can be done.

また、図1に示される力率改善回路10においては、上記のような交流入力電圧VACの変動に応じた制御に加えて、第2の増幅回路と制御トランスPRTとによる動作に伴って負荷変動に応じても力率をほぼ一定とするように制御が行われる。このことについて説明する。
先ず、先にも説明したように、制御トランスPRTにおいては、被制御巻線NRに対して密結合となるようにして検出巻線NDが巻装されているので、検出巻線NDには、被制御巻線NRに生じる交番電圧に応じたレベルの交番電圧VDが誘起されることになる。上記もしたように被制御巻線NRは、一次巻線N1と平滑コンデンサCiとの間にて挿入されているインダクタとなるので、一次側直列共振電流に応じたレベルの電流が流れ、従って被制御巻線NRの両端には一次側直列共振電流に応じたレベルの電圧が得られる。
そして、一次側直列共振電流のレベルは、二次側直流出力電圧Eoに接続される負荷に流れる負荷電流レベルに応じて変化する。つまり、これによって検出巻線NDに誘起される電圧VDのレベルは、負荷電流レベルを示していることになる。本実施の形態においては、二次側直流出力電圧Eoは安定化されるので、負荷電流レベルがそのまま負荷電力値として得られることになる。つまり、検出巻線NDによっては、負荷電力を検出しているということがいえる。なお、以降において、検出巻線NDの両端電圧VDについては検出電圧VDともいうことにする。
Further, in the power factor correction circuit 10 shown in FIG. 1, in addition to the control according to the fluctuation of the AC input voltage VAC as described above, the load fluctuation is caused by the operation of the second amplifier circuit and the control transformer PRT. Control is performed so as to make the power factor substantially constant even in response to. This will be described.
First, as described above, in the control transformer PRT, the detection winding ND is wound so as to be tightly coupled to the controlled winding NR. An alternating voltage VD of a level corresponding to the alternating voltage generated in the controlled winding NR is induced. As described above, the controlled winding NR is an inductor inserted between the primary winding N1 and the smoothing capacitor Ci, so that a current of a level corresponding to the primary side series resonance current flows, and therefore the controlled winding NR. A voltage having a level corresponding to the primary side series resonance current is obtained at both ends of the control winding NR.
The level of the primary side series resonance current changes according to the load current level flowing through the load connected to the secondary side DC output voltage Eo. In other words, the level of the voltage VD induced in the detection winding ND thereby indicates the load current level. In the present embodiment, since the secondary side DC output voltage Eo is stabilized, the load current level is obtained as it is as the load power value. That is, it can be said that the load power is detected depending on the detection winding ND. Hereinafter, the voltage VD across the detection winding ND is also referred to as a detection voltage VD.

検出電圧VDは、前述もしたように半波整流回路(D5、C5)により直流化されてトランジスタQ11を備えて成る第2の増幅回路に入力される。第2の増幅回路は、増幅出力としての直流電流を制御電流Icとして制御巻線Ncに流すようにされる。   As described above, the detection voltage VD is converted into a direct current by the half-wave rectifier circuit (D5, C5) and input to the second amplifier circuit including the transistor Q11. The second amplifier circuit is configured to flow a direct current as an amplified output through the control winding Nc as a control current Ic.

負荷電力が小さく(軽く)なるほど負荷電流レベルは減少する。従って、負荷電流に対応するレベル変化を示す一次側直列共振電流としても負荷電力が小さく成るのに応じてそのレベルが減少するから、検出巻線NDにより得られる検出電圧VDのレベルも、負荷電力が小さくなるのに応じて低下する。このことから、制御巻線Ncに流れる直流電流である制御電流Icのレベルも、負荷電力が小さくなるのに応じて低下していく傾向となる。   The load current level decreases as the load power decreases (lightens). Accordingly, the level of the detection voltage VD obtained by the detection winding ND is also reduced because the level of the primary side series resonance current indicating the level change corresponding to the load current decreases as the load power decreases. As the value decreases, it decreases. For this reason, the level of the control current Ic, which is a direct current flowing through the control winding Nc, also tends to decrease as the load power decreases.

制御巻線Ncに流れる制御電流Icのレベルが低下すれば、可飽和リアクタである制御トランスPRTは、被制御巻線NRのインダクタンスを増加させるように動作する。つまりこの場合、負荷電力の低下に伴っては、被制御巻線NRのインダクタンスが増加するように制御が行われるものである。
上述もしたように、被制御巻線NRのインダクタンスが増加することによっては、その分一次側直列共振回路から帰還される電力の帰還量が増加する傾向となるから、負荷電力の低下に応じては、力率が改善傾向となるように制御が行われる。
つまり、これにより負荷電力が軽負荷となるのに従って力率が低下する傾向とされていたものが、これを改善する傾向に制御が行われるものとなり、これによって負荷電力変動にかかわらず力率が一定となるように制御することができる。
If the level of the control current Ic flowing through the control winding Nc decreases, the control transformer PRT that is a saturable reactor operates so as to increase the inductance of the controlled winding NR. That is, in this case, the control is performed so that the inductance of the controlled winding NR increases as the load power decreases.
As described above, when the inductance of the controlled winding NR increases, the feedback amount of the power fed back from the primary side series resonance circuit tends to increase accordingly, so that the load power decreases. Is controlled so that the power factor tends to improve.
In other words, the power factor tends to decrease as the load power becomes lighter due to this, and the control is performed so as to improve the power factor. It can be controlled to be constant.

このようにして、負荷変動に対する力率の一定化制御としても、力率改善回路10内に設けられた被制御巻線NRのインダクタンスの可変制御によって行われているものである。
このようなことから、実施の形態の電源回路の構成によれば、先に説明した交流入力電圧VACの変動に対する力率一定化制御、交流入力電圧VACの変動に対する一次側直列共振電流の一定化制御(つまりワイドレンジ対応化)と、この負荷電力の変動に対する力率一定化制御の計3つの制御について、それぞれの実現のために必要となるインダクタンス可変素子を被制御巻線NRの1つに共通化できることが理解される。
このような共通化を実現できるのは、力率改善回路として一次側直列共振電流を直接的に帰還するように構成し、この帰還を受ける高周波インダクタを被制御巻線NRとして巻装した制御トランスPRTを設けた構成としたことによる。
Thus, the power factor stabilization control with respect to the load fluctuation is also performed by variable control of the inductance of the controlled winding NR provided in the power factor correction circuit 10.
For this reason, according to the configuration of the power supply circuit of the embodiment, the power factor stabilization control with respect to the fluctuation of the AC input voltage VAC described above, and the primary side series resonance current with respect to the fluctuation of the AC input voltage VAC are stabilized. For the control (that is, wide range compatible) and the power factor stabilization control with respect to the fluctuation of the load power, a variable inductance element required for realizing each of them is set as one of the controlled windings NR. It is understood that they can be shared.
Such commonization can be realized by a control transformer in which a primary side series resonance current is directly fed back as a power factor correction circuit, and a high frequency inductor receiving the feedback is wound as a controlled winding NR. This is because the PRT is provided.

図6、図7は、図1に示す電源回路の特性として、制御電流Icと力率の変化特性を示している。図6では、交流入力電圧VAC=85V〜288Vの変動に対する各特性について示し、図7では、負荷電力Po=100W〜0Wの変動に対する各特性について示している。そして、図6においては、負荷電力Po=100W時の特性を実線により示し、負荷電力Po=25W時の特性を破線により示している。さらに図7では、交流入力電圧VAC=100V時の特性を実線、交流入力電圧VAC=230V時の特性を破線によりそれぞれ示している。   6 and 7 show control current Ic and power factor change characteristics as characteristics of the power supply circuit shown in FIG. FIG. 6 shows each characteristic with respect to fluctuations in the AC input voltage VAC = 85V to 288V, and FIG. 7 shows each characteristic with respect to fluctuations in the load power Po = 100 W to 0 W. In FIG. 6, the characteristic when the load power Po = 100 W is indicated by a solid line, and the characteristic when the load power Po = 25 W is indicated by a broken line. Further, in FIG. 7, the characteristics when the AC input voltage VAC = 100 V are indicated by solid lines, and the characteristics when the AC input voltage VAC = 230 V are indicated by broken lines.

先ず、図6によると、交流入力電圧VACの上昇に伴っては、負荷電力Po=100W時、Po=25W時で共に制御電流ICのレベルは低下するようにされている。そして、このような制御電流レベルの低下に伴って、被制御巻線NRのインダクタンスが増加する結果、力率が一定となるように制御されていることが示されている。
このことから、交流入力電圧VACの変動については、先に説明した第1の増幅回路を含む制御系の動作によって力率PFが一定に制御されていることが理解される。
なお、図中矢印により示すC2は、交流入力電圧VACを同じ値としたときの、負荷電力Po=100W時、Po=25W時にそれぞれ得られる制御電流Icのレベルの差を示している。交流入力電圧VACが同じ値であれば第1の増幅回路を含む制御系により制御電流Icレベル(制御電流IC1)は変化されないから、このC2は、Po=100W〜25Wの範囲での制御電流Icレベル(制御電流IC2)の可変幅を示すものとなる。
First, according to FIG. 6, as the AC input voltage VAC increases, the level of the control current IC decreases both when the load power Po = 100 W and when Po = 25 W. It is shown that the power factor is controlled to be constant as a result of an increase in the inductance of the controlled winding NR as the control current level decreases.
From this, it is understood that the fluctuation of the AC input voltage VAC is such that the power factor PF is controlled to be constant by the operation of the control system including the first amplifier circuit described above.
Note that C2 indicated by an arrow in the figure indicates the difference in level of the control current Ic obtained when the load power Po = 100 W and Po = 25 W, respectively, when the AC input voltage VAC is the same value. Since the control current Ic level (control current IC1) is not changed by the control system including the first amplifier circuit if the AC input voltage VAC is the same value, this C2 is the control current Ic in the range of Po = 100 W to 25 W. This indicates the variable width of the level (control current IC2).

また、図7によると、交流入力電圧VAC=100V時及びVAC=230V時では、制御電流Icのレベルは、負荷電力Po=100Wから負荷電力Po=0W(無負荷)の変動に対して直線的に低下していることがわかる。そして、このようにして負荷電力Poの低下に伴って制御電流Icレベルを低下させる第2の増幅回路を含む制御系の動作が行われることで、被制御巻線NRのインダクタンスが増加することにより、力率PFとしては、図示するように負荷変動に対しても一定となるようにされる。
そして、実験によれば、この場合の力率PFとしては、交流入力電圧VAC=100V時に、負荷電力Po=100W〜10Wの範囲で力率PF=0.83で一定となる結果が得られた。また、交流入力電圧VAC=230V時には、負荷電力Po=100W〜25Wの範囲で同じく力率PF=0.83で一定となる結果が得られた。
このような特性であれば、最大から最小とされる負荷電力の変動範囲に対しても充分な力率が得られるものとなり、例えば電源高調波歪規制値も充分なマージンを持ってクリアすることができる。
Further, according to FIG. 7, when the AC input voltage VAC = 100V and VAC = 230V, the level of the control current Ic is linear with respect to the fluctuation of the load power Po = 100W to the load power Po = 0W (no load). It can be seen that it has dropped. As a result of the operation of the control system including the second amplifier circuit that reduces the control current Ic level as the load power Po decreases in this way, the inductance of the controlled winding NR increases. The power factor PF is made constant with respect to load fluctuations as shown in the figure.
According to the experiment, the power factor PF in this case was constant at a power factor PF = 0.83 in the range of the load power Po = 100 W to 10 W when the AC input voltage VAC = 100 V. . Further, when the AC input voltage VAC = 230 V, the power factor PF = 0.83 was also constant in the range of the load power Po = 100 W to 25 W.
With such a characteristic, a sufficient power factor can be obtained even from the maximum to the minimum load power fluctuation range. For example, the power supply harmonic distortion regulation value must be cleared with a sufficient margin. Can do.

なお、この場合の図中矢印により示すC1は、負荷電力Poを同じ値としたときの交流入力電圧VAC=100V時、VAC=230V時にそれぞれ得られる制御電流Icのレベルの差を示すものとなる。つまり、このC1としては、交流入力電圧VAC=100V〜230Vの範囲での制御電流Icレベル(制御電流IC1)の可変幅を示すものである。
そして、この場合における制御電流Ic自体の可変幅としては、図示するようにして0〜160mAとされている。
In this case, C1 indicated by an arrow in the figure indicates a difference in level of the control current Ic obtained when the load power Po is the same value when the AC input voltage VAC = 100V and VAC = 230V. . That is, as C1, the variable width of the control current Ic level (control current IC1) in the range of AC input voltage VAC = 100V to 230V is shown.
In this case, the variable width of the control current Ic itself is 0 to 160 mA as shown in the figure.

ここで、参考として、これまでに説明してきた力率改善回路10に備えられる制御トランスPRTの構造例について、次の図8〜図10を参照して説明する。
先ず、図8に示される絶縁コンバータトランスPITとしては、4本の磁脚を有する2つのダブルコの字型コアCR1、CR2を備える。そして、これらダブルコの字型コアCR11、CR12の互いの磁脚の端部を接合するようにして、立体型コアを形成する。なお、この場合において、ダブルコの字型コアCR11、CR12は、互いに同一サイズ形状のものを用いることができる。
このようにして立体型コアを形成した場合には、上記4本の磁脚の磁脚ごとに対応して、ダブルコの字型コアCR11、CR12の接合部は4つ在ることとなるが、この場合、これら4つの接合部において隣り合う2つの接合部については所定長のギャップG,Gをそれぞれ形成し、残る2つの接合部についてはギャップを形成しないようにされる。
Here, as a reference, an example of the structure of the control transformer PRT provided in the power factor correction circuit 10 described so far will be described with reference to FIGS.
First, the insulating converter transformer PIT shown in FIG. 8 includes two double U-shaped cores CR1 and CR2 each having four magnetic legs. A solid core is formed by joining the ends of the magnetic legs of the double U-shaped cores CR11 and CR12. In this case, the double U-shaped cores CR11 and CR12 having the same size can be used.
When the three-dimensional core is formed in this way, there are four joint portions of the double U-shaped cores CR11 and CR12 corresponding to each of the four magnetic legs. In this case, gaps G and G having a predetermined length are formed for two adjacent joints in these four joints, and no gap is formed for the remaining two joints.

そして、このようにして形成される立体型コアにおいて、先ず、例えばダブルコの字型コアCR11側のギャップGを形成していない2本の磁脚に巻き付けるようにして、被制御巻線NRを所定ターン数(巻数)巻装する。また、この場合には、被制御巻線NRと密結合となるようにして、検出巻線NDも所定ターン数により巻装するようにされる。
制御巻線Ncは、図示するようにして、ダブルコの字型コアCR12側において、ギャップGが形成される磁脚部分と、この磁脚と隣り合うギャップGが形成されていない磁脚部分とに巻き付けるようにして、所定ターン数を巻装するようにされる。
In the three-dimensional core formed in this way, first, the controlled winding NR is set in a predetermined manner so as to be wound around, for example, two magnetic legs that do not form the gap G on the side of the double U-shaped core CR11. Wind the number of turns. In this case, the detection winding ND is also wound with a predetermined number of turns so as to be tightly coupled to the controlled winding NR.
As shown in the figure, the control winding Nc is divided into a magnetic leg portion in which the gap G is formed and a magnetic leg portion in which the gap G adjacent to the magnetic leg is not formed on the double U-shaped core CR12 side. A predetermined number of turns are wound so as to be wound.

上記のようにして被制御巻NR(検出巻線ND)、及び制御巻線Ncを巻装することで、被制御巻線NR(検出巻線ND)の巻回方向は、制御巻線Ncの巻回方向に対して直交することになる。つまり、いわゆる直交型トランスとしての構造が得られる。
このような直交型トランスの構造とされることで、制御トランスPRTは、制御巻線Ncに流れる直流電流(制御電流Ic)の増加により磁気飽和状態となる、可飽和リアクタとして構成される。そして、可飽和リアクタとされることで、制御巻線Ncに流れる制御電流Icのレベルに応じて、被制御巻線NRのインダクタンスが変化するようにされる。
By winding the controlled winding NR (detection winding ND) and the control winding Nc as described above, the winding direction of the controlled winding NR (detection winding ND) is the same as that of the control winding Nc. It will be orthogonal to the winding direction. That is, a structure as a so-called orthogonal transformer is obtained.
With such an orthogonal transformer structure, the control transformer PRT is configured as a saturable reactor that is in a magnetic saturation state due to an increase in the direct current (control current Ic) flowing through the control winding Nc. Then, by using the saturable reactor, the inductance of the controlled winding NR changes according to the level of the control current Ic flowing through the control winding Nc.

また、制御トランスPRTの他の構造としては、図9に示すようにして、立体型コアについて、一方のコアは4本の磁脚を有するダブルコの字型コアCR12のままとするが、他方のコアは、ダブルコの字型コアCR11に代えて、任意の断面がコ字状となるシングルコの字型コアCR13として組み合わせて形成することもできる。なお、このコア構造においても、図8の制御トランスPRTと同様の位置関係により2つのギャップG,Gを形成するようにされる。
このコア構造に対して、被制御巻線NR(及び検出巻線ND)については、シングルコの字型コアCR13におけるギャップが形成されていない側の磁脚に対して巻装することとし、一次巻線N1は、シングルコの字型コアCR3においてギャップが形成されていない側の磁脚に対して巻き付けるようにして巻装するようにされる。
制御巻線Ncについては、図示するようにして、ダブルコの字型コアCR12の磁脚端部側の位置にて、ギャップGが形成される磁脚部分と、この磁脚と隣り合うギャップGが形成されていない磁脚部分とに巻き付けるようにして巻装するようにされる。
この場合にも、制御巻線Ncと、被制御巻線NR(及び検出巻線ND)の組とが、互いの巻き方向が直交するようにされ、直交型トランスとしての構成が得られる。
In addition, as another structure of the control transformer PRT, as shown in FIG. 9, with respect to the three-dimensional core, one core remains a double U-shaped core CR12 having four magnetic legs. The core may be formed in combination as a single U-shaped core CR13 having an arbitrary U-shaped cross section instead of the double U-shaped core CR11. Also in this core structure, two gaps G and G are formed by the same positional relationship as the control transformer PRT of FIG.
In contrast to this core structure, the controlled winding NR (and the detection winding ND) is wound around the magnetic leg on the side where the gap is not formed in the single U-shaped core CR13. The winding N1 is wound around the magnetic leg on the side where no gap is formed in the single U-shaped core CR3.
For the control winding Nc, as shown in the drawing, a magnetic leg portion where a gap G is formed at a position on the magnetic leg end side of the double U-shaped core CR12 and a gap G adjacent to the magnetic leg are It winds so that it may wind around the magnetic leg part which is not formed.
Also in this case, the control winding Nc and the set of the controlled winding NR (and the detection winding ND) are set so that their winding directions are orthogonal to each other, and a configuration as an orthogonal transformer is obtained.

また、制御トランスPRTは、上記したダブルコの字型コア、若しくはシングルコの字型コアを用いる他に、図10に示す形状のコアを用いた構造としてもよい。
先ず、図10に示す制御トランスPRTでは、2つの半目字型コアCR21,CR22を用意し、これらのコアの互いの磁脚が対向するようにして組み合わせることで1つの平面型の目字型コアを形成する。また、目字型コアにおいては、外側2本と内側2本の計4本の磁脚が対向することになるが、このうち、内側2本の磁脚が対向する各面について、所定長のギャップG,Gを形成する。
そして、被制御巻線NR(及び検出巻線ND)は、一方の半目字型コアCR21における2本の内側磁脚に跨るようにして所定ターン数を巻装する。
制御巻線Ncは、は、他方の半目字型コアCR22における1本の外側磁脚と、この外側磁脚と隣り合う1本の内側磁脚とに跨るようにして、所定ターン数を巻装する。
Further, the control transformer PRT may have a structure using a core having the shape shown in FIG. 10 in addition to using the above-described double U-shaped core or single U-shaped core.
First, in the control transformer PRT shown in FIG. 10, two half-eye-shaped cores CR21 and CR22 are prepared and combined so that the magnetic legs of these cores face each other, so that one planar-type core-shaped core is obtained. Form. In addition, in the square core, a total of four magnetic legs, two outside and two inside, face each other. Of these, each surface facing the two inside magnetic legs has a predetermined length. Gaps G and G are formed.
The controlled winding NR (and the detection winding ND) is wound a predetermined number of turns so as to straddle the two inner magnetic legs in one half-eye-shaped core CR21.
The control winding Nc is wound with a predetermined number of turns so as to straddle one outer magnetic leg in the other half eye-shaped core CR22 and one inner magnetic leg adjacent to the outer magnetic leg. To do.

このような制御トランスPRTの構造では、被制御巻線NR(及び検出巻線ND)が巻回される外側磁脚と、制御巻線Ncが巻回される外側磁脚とが互いに異なるようにされているが、この関係としては、図8及び図9に示したように巻回方向を直交させたのと等価となる。従って、この図10に示す構造によっても、制御トランスPRTは、可飽和リアクタとして機能することになる。   In such a structure of the control transformer PRT, the outer magnetic leg around which the controlled winding NR (and the detection winding ND) is wound is different from the outer magnetic leg around which the control winding Nc is wound. However, this relationship is equivalent to making the winding directions orthogonal as shown in FIGS. Therefore, even with the structure shown in FIG. 10, the control transformer PRT functions as a saturable reactor.

ここで、図8に示した制御トランスPRTを例とした場合には、制御トランスPRTについては、具体的に次のようにして各部を選定して構成するようにされる。
先ず、コアサイズとしては、図8に示すa×b×cのサイズについて、16mm×16mm×23mmとする。このように制御トランスPRTのサイズとしては相当に小型となる。そして、ギャップG=25μm、被制御巻線NR=25T、検出巻線ND=1T、制御巻線Nc=1000Tを選定するようにされる。先の図6、図7に示した特性は、絶縁コンバータトランスPITの構成部品の定数について、後述するようにして選定したうえで、制御トランスPRTについては、上記した各部の選定値とした場合に得られたものである。
Here, when the control transformer PRT shown in FIG. 8 is taken as an example, the control transformer PRT is configured by selecting each part specifically as follows.
First, as the core size, the size of a × b × c shown in FIG. 8 is 16 mm × 16 mm × 23 mm. Thus, the size of the control transformer PRT is considerably reduced. Then, the gap G = 25 μm, the controlled winding NR = 25T, the detection winding ND = 1T, and the control winding Nc = 1000T are selected. The characteristics shown in FIG. 6 and FIG. 7 are obtained when the constants of the component parts of the insulating converter transformer PIT are selected as described later, and the control transformer PRT is set to the above-described selected values of each part. It is obtained.

ところで、上記図1に示す電源回路の力率改善回路10の基本構成としては、磁気結合型による電力回生方式として、先に図22(及び図23)に示した力率改善回路20(20A)と同様の構造を採る。つまり、一次側直列共振回路(C1−N1(L1))の端部を、高周波インダクタである被制御巻線NRの端部に直接的に接続することで磁気結合型としての形式を成して力率改善を図る構成となっている。このような構成では、先に述べたようにして、一次側直列共振電流に対して商用交流電源周期のリップルが重畳する結果、二次側直流出力電圧Eoに重畳する商用交流電源周期のリップルが大きくなる。本実施の形態では、この点につき、下記のようにして対策することとしている。   By the way, as a basic configuration of the power factor improvement circuit 10 of the power supply circuit shown in FIG. 1, a power regeneration system based on a magnetic coupling type is used, and the power factor improvement circuit 20 (20A) previously shown in FIG. 22 (and FIG. 23) is used. The same structure is adopted. In other words, the end of the primary side series resonant circuit (C1-N1 (L1)) is directly connected to the end of the controlled winding NR that is a high-frequency inductor to form a magnetic coupling type. It is designed to improve power factor. In such a configuration, as described above, the ripple of the commercial AC power supply period superimposed on the primary side series resonance current results in the ripple of the commercial AC power supply period superimposed on the secondary side DC output voltage Eo. growing. In the present embodiment, this point is dealt with as follows.

先に、先行技術として示した図22〜図27の電源回路では、絶縁コンバータトランスPITにおける一次側と二次側との結合係数kについてk=0.85となるように設定している。この結合係数は、密結合ではないものの比較的高い結合度を有しているということがいえる。また、図22〜図27の電源回路では、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、重負荷の傾向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。
In the power supply circuits of FIGS. 22 to 27 shown as the prior art, the coupling coefficient k between the primary side and the secondary side in the insulating converter transformer PIT is set to be k = 0.85. It can be said that this coupling coefficient has a relatively high degree of coupling although it is not tightly coupled. Further, in the power supply circuits of FIGS. 22 to 27, 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 decreases due to a heavy load tendency, the secondary side smoothing capacitor will The so-called discontinuous mode is entered, in which the secondary side rectified current stops flowing continuously and a current discontinuous 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.

図22(及び図23)に示す電源回路において二次側整流平滑電圧Eoに重畳するリップルが増加するのは、上記のようにして、絶縁コンバータトランスPITについて比較的高い結合係数を設定していることで、二次側直流出力電圧の変動に応じて二次側整流動作が不連続モードとなる環境となっていることがその原因の根本となっている。この環境の下で、力率改善回路20,20Aのように、一次側直列共振回路の端部を直接的に高周波インダクタと接続する形式をとっていることで、上記リップルの増加が無視できない程度に大きなものとなる。
このことは、換言すれば、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にすれば、その原因が無くなるのであるから、上記した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増加を有効に抑制できるということを意味する。
In the power supply circuit shown in FIG. 22 (and FIG. 23), the ripple superimposed on the secondary side rectified and smoothed voltage Eo is increased because a relatively high coupling coefficient is set for the insulating converter transformer PIT as described above. Thus, the root cause is the environment where the secondary side rectification operation becomes a discontinuous mode according to the fluctuation of the secondary side DC output voltage. Under this environment, the increase in the ripple is not negligible because the end of the primary side series resonance circuit is directly connected to the high frequency inductor as in the power factor correction circuits 20 and 20A. It will be big.
In other words, the cause is eliminated if the continuous mode is maintained as the secondary side rectification operation regardless of the load fluctuation and the fluctuation of the AC input voltage VAC. This means that an increase in the ripple voltage of the commercial AC power supply cycle superimposed on the side DC output voltage can be effectively suppressed.

そこで本実施の形態としては、図1に示す電源回路において次のような構成を採ることとしている。
図11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(及び低圧巻線N4)を巻装する。また、他方の巻装部に対して二次巻線N2(N2A,N2B)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。
Therefore, in this embodiment, the power supply circuit shown in FIG. 1 has the following configuration.
FIG. 11 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 (and the low-voltage winding N4) is wound around one winding portion of the bobbin B. Further, the secondary winding N2 (N2A, N2B) 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.

そのうえで、EE型コアの中央磁脚に対しては、図のようにして、例えばギャップ長1.6mm程度のギャップGを形成する。これによって、結合係数kとしては、例えばk=0.8以下による疎結合の状態を得るようにしている。なお、実際の結合係数kとしては、k=0.75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 1.6 mm is formed on the central magnetic leg of the EE type core as shown in the figure. Thereby, as the coupling coefficient k, for example, a loosely coupled state with k = 0.8 or less is obtained. Note that k = 0.75 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、図22〜図27に示した電源回路よりも低くなるように、一次巻線N1と二次巻線N2A,N2Bの巻線数(ターン数)を設定する。例えば、一次巻線N1=45T、二次巻線N2A=N2B=10T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。
また、この場合における絶縁コンバータトランスPITのEE型コアには、EER−35型を選定するとともに、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と一次側直列共振回路を形成する一次側直列共振コンデンサC1については、0.027μFを選定することとしている。
Further, the induced voltage level per 1T (turn) of the secondary winding is also lower than that of the power supply circuit shown in FIGS. Set the number of windings (turns). For example, by setting the primary winding N1 = 45T and the secondary winding N2A = N2B = 10T, the induced voltage level per 1T (turn) of the secondary winding is 2.5 V / T or less.
In this case, as the EE type core of the insulating converter transformer PIT, the EER-35 type is selected, and the leakage inductance of the insulating converter transformer PIT and the primary side series resonance capacitor C1 forming the primary side series resonance circuit are as follows. 0.027 μF is selected.

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(N2A,N2B)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のコアにおける磁束密度は低下して、図22〜図27に示した電源回路の絶縁コンバータトランスPITにおけるリーケージインダクタンスは増加する。   By setting the structure of the insulating converter transformer PIT and the number of windings of the primary winding N1 and the secondary winding (N2A, N2B), the magnetic flux density in the core of the insulating converter transformer PIT in this case decreases. As a result, the leakage inductance in the insulating converter transformer PIT of the power supply circuit shown in FIGS.

ちなみに、図22〜図27に示した先行技術としての電源回路の絶縁コンバータトランスPITとしてはEE型コアのギャップについては1mm以下とされ、二次側巻線の1T(ターン)あたりの誘起電圧レベルとしては、5Vとなるようにして一次巻線N1と二次巻線N2との巻数の設定が行われていたものであり、これにより、結合係数k=0.85程度の結合度を得ていたものである。   Incidentally, the insulation converter transformer PIT of the power supply circuit as the prior art shown in FIGS. 22 to 27 has an EE core gap of 1 mm or less, and an induced voltage level per 1 T (turn) of the secondary winding. The number of turns of the primary winding N1 and the secondary winding N2 has been set so as to be 5V, thereby obtaining a degree of coupling of a coupling coefficient k = 0.85. It is a thing.

上記図11に示した構成による絶縁コンバータトランスPITを備えた、図1に示す回路の動作について、図12の波形図により説明する。
図12の波形図は、一次側スイッチングコンバータにおけるスイッチング素子Q2の両端電圧VQ2と、二次側両波整流回路において、平滑コンデンサCoに流入するとされる整流電流Isを示している。この整流電流Isが示されるラインは、両波整流回路を成す二次側整流ダイオードDo1,Do2の各カソードの接続点と、平滑コンデンサCoの正極端子の間のラインであり、従って、二次側整流電流経路において、二次巻線N2に励起される交番電圧が正極/負極の両期間において整流電流が流れるラインとなる。
The operation of the circuit shown in FIG. 1 provided with the insulating converter transformer PIT having the configuration shown in FIG. 11 will be described with reference to the waveform diagram of FIG.
The waveform diagram of FIG. 12 shows the voltage VQ2 across the switching element Q2 in the primary side switching converter and the rectified current Is that flows into the smoothing capacitor Co in the secondary side double wave rectifier circuit. The line on which the rectified current Is is shown is a line between the connection point of each cathode of the secondary side rectifier diodes Do1 and Do2 forming the double-wave rectifier circuit and the positive terminal of the smoothing capacitor Co. Therefore, the secondary side In the rectified current path, the alternating voltage excited by the secondary winding N2 becomes a line through which the rectified current flows in both the positive and negative periods.

前述もしたように、図1に示す電源回路ではスイッチング周波数制御方式により安定化を図るが、重負荷の条件となって二次側直流出力電圧Eoが低下するのに応じて、スイッチング周波数を低くするように制御する。図12の波形図としては、負荷状態として、ほぼ最大負荷電力の状態の動作に対応するものとされる。つまり、スイッチング周波数としては、制御範囲においてほぼ最低となっているものである。
図12に示す電圧VQ2は鋸歯状波とされているが、この鋸歯状波形の周期が先にも説明したようにスイッチング素子Q2のオン/オフタイミングに対応している。つまり、スイッチング素子Q2のオン期間は鋸歯状波が0レベルとなる期間であり、一方の所定レベルでクランプされている期間がスイッチング素子Q2がオフとなるオフ期間である。また、スイッチング素子Q1は、スイッチング素子Q2に対して交互となるタイミングでオン/オフされ、その両端電圧はこの電圧VQ2を180°移相させたものとなる。
As described above, the power supply circuit shown in FIG. 1 is stabilized by the switching frequency control method. However, as the secondary side DC output voltage Eo decreases under heavy load conditions, the switching frequency is lowered. Control to do. In the waveform diagram of FIG. 12, the load state corresponds to the operation in the state of the maximum load power. That is, the switching frequency is almost the lowest in the control range.
The voltage VQ2 shown in FIG. 12 is a sawtooth waveform, and the period of the sawtooth waveform corresponds to the on / off timing of the switching element Q2 as described above. In other words, the ON period of the switching element Q2 is a period in which the sawtooth wave is 0 level, and the period clamped at one predetermined level is the OFF period in which the switching element Q2 is OFF. Further, the switching element Q1 is turned on / off at an alternate timing with respect to the switching element Q2, and the voltage between both ends thereof is obtained by shifting the voltage VQ2 by 180 °.

また、二次側の整流電流Isの波形は、上記したスイッチング素子Q2の両端電圧VQ2の周期タイミングに応じて、正極性側の半波の正弦波が続く波形となっている。このような波形は、例えば二次巻線N2に励起される交番電圧の一方の半周期で、整流ダイオードDo1により整流された整流電流が正極性で流れ、他方の半周期で整流ダイオードDo2により整流された整流電流が正極性で流れる、という動作が繰り返されることで得られる。
そして、この場合において、上記のようにして流れる整流電流Isとしては、隣り合う半波の正弦波の間に、0レベルが継続する電流不連続期間を生じていないことが分かる。つまり、整流電流Isは連続的に流れている状態となっている。
このようにして、本実施の形態としては、例えば重負荷、もしくは交流入力電圧VACの低下に応じて二次側直流出力電圧Eoが低下したことで、スイッチング周波数が低くなるようにして制御されているときにも、二次側整流電流としては連続モードが得られていることになる。
The waveform of the secondary side rectified current Is is a waveform in which a half-wave sine wave on the positive polarity side continues in accordance with the cycle timing of the voltage VQ2 across the switching element Q2. Such a waveform is obtained, for example, in one half cycle of the alternating voltage excited in the secondary winding N2, in which the rectified current rectified by the rectifier diode Do1 flows in a positive polarity, and rectified by the rectifier diode Do2 in the other half cycle. It is obtained by repeating the operation that the rectified current flows in a positive polarity.
In this case, as the rectified current Is flowing as described above, it can be seen that there is no current discontinuous period in which the zero level continues between the adjacent half-wave sine waves. That is, the rectified current Is is continuously flowing.
In this way, in this embodiment, for example, the secondary side DC output voltage Eo is lowered in response to a heavy load or a drop in the AC input voltage VAC, so that the switching frequency is controlled to be lowered. The continuous mode is obtained as the secondary side rectified current even when the

上記のようにして重負荷(及び低交流入力電圧)の条件でも連続モードが得られているのは、これまでの説明から理解されるように、ギャップ長の設定により絶縁コンバータトランスPITの結合係数を所要値にまで低下させてより疎結合の状態とし、また、例えば二次巻線の1ターンあたりの誘起電圧レベルも所要以下となるようにして一次巻線N1と二次巻線N2A,N2Bの巻数(ターン数)設定を行い、これにより、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たことにより得られるものである。   As described above, the continuous mode is obtained even under heavy load (and low AC input voltage) conditions, as can be understood from the above description, the coupling coefficient of the insulating converter transformer PIT is determined by setting the gap length. Is reduced to a required value to achieve a more loosely coupled state, and the primary winding N1 and the secondary windings N2A, N2B are set so that, for example, the induced voltage level per turn of the secondary winding is also lower than the required level. The number of turns (number of turns) is set, and thereby the magnetic flux density generated in the core of the insulating converter transformer PIT is reduced to a required level or less.

そして、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として、一次側直列共振回路のスイッチング出力が、高周波インダクタ(被制御巻線NR)に対して直接的に供給されるような帰還経路とする構成を採った場合においても、一次側直列共振電流に重畳される商用交流電源周期のリップルの増加は、大幅に抑制されることになる。
これは、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が主たる要因である。また、これと共に、先の図11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(結合係数)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、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成分についての、二次側への伝送強度が少なくなることにもよる。
In this way, the continuous mode is obtained even in the state of a heavy load and a low AC input voltage, regardless of the fluctuation of the secondary side DC output voltage Eo due to load fluctuation, AC input voltage fluctuation or the like. This means that the secondary side rectification operation is always performed in the continuous mode.
As a result, as in this embodiment, the switching output of the primary side series resonance circuit is directly supplied to the high-frequency inductor (controlled winding NR) as a power factor correction circuit using a power regeneration system. Even in the case of adopting such a feedback path configuration, an increase in the ripple of the commercial AC power source period superimposed on the primary side series resonance current is greatly suppressed.
This is mainly due to the suppression of the peak level of the secondary side rectification current by the secondary side rectification operation being in the continuous mode. In addition, as described above with reference to FIG. 11, since the magnetic flux density (coupling coefficient) of the insulating converter transformer PIT is set below the required value, a change occurs in the power transmission from the primary side to the secondary side, Accordingly, the transmission intensity to the secondary side of the ripple component of the commercial AC power supply period generated in the primary side series resonance current is also reduced.

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従来と同等にまで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。例えば図22及び図23に示す電源回路では、力率改善回路を備えない場合と比較して、上記リップル電圧は、5倍〜6倍の増加となっていたが、本実施の形態では2倍未満にまで抑えられる。リップルがこの程度にまで抑制されれば実用上は何ら問題はなくなる。
具体的には、図1に示す電源回路を基として力率改善回路10を省略した構成では、上記リップル電圧は15mVが計測されたのに対して、図1に示すままの力率改善回路10を備える構成の電源回路では20mVが計測された。
本実施の形態では、このようなリップルの抑制を、例えば絶縁コンバータトランスPITに三次巻線N3を巻装したり、あるいは、力率改善用トランスVFTを設けることなく、絶縁コンバータトランスPITそのものの構造により実現しているということがいえる。つまり、回路部品の追加がないものであり、特に回路の拡大やコストアップすることなくリップルの抑制効果が得られているといえる。
As a result, the level of the ripple voltage of the commercial AC power supply cycle superimposed on the secondary side DC output voltage is also reduced, and it is not necessary to increase the capacitance of the secondary side smoothing capacitor to the same level as in the prior art. That is, the practical use of the switching power supply circuit including the power factor correction circuit based on the power regeneration method can be easily realized. For example, in the power supply circuit shown in FIG. 22 and FIG. 23, the ripple voltage has increased 5 to 6 times compared to the case where the power factor correction circuit is not provided. It can be suppressed to less than. If the ripple is suppressed to this level, there will be no problem in practical use.
Specifically, in the configuration in which the power factor correction circuit 10 is omitted based on the power supply circuit shown in FIG. 1, the ripple voltage was measured as 15 mV, whereas the power factor improvement circuit 10 as shown in FIG. 20 mV was measured in a power supply circuit having a configuration including:
In this embodiment, such a ripple is suppressed by, for example, the structure of the insulating converter transformer PIT itself without winding the tertiary winding N3 around the insulating converter transformer PIT or providing the power factor improving transformer VFT. It can be said that this is realized. That is, no circuit parts are added, and it can be said that the ripple suppressing effect is obtained without particularly expanding the circuit and increasing the cost.

また、回路の図示は省略するが、上記のようにして、負荷変動、交流入力電圧VACのレベル変動にかかわらず二次側の両波整流動作を連続モードとしたことで、二次側の整流回路としては、低オン抵抗のMOS−FETを整流素子として用いた巻線電圧検出方式の同期整流回路を備えることで、二次側における電力損失を有効に低減することが可能になる。この点について説明する。   Although illustration of the circuit is omitted, as described above, the secondary-side rectification operation is set to the continuous mode regardless of load fluctuations and AC input voltage VAC level fluctuations. As a circuit, it is possible to effectively reduce power loss on the secondary side by providing a winding voltage detection type synchronous rectifier circuit using a low on-resistance MOS-FET as a rectifier. This point will be described.

前述もしたように、スイッチング周波数制御方式を採る電源回路として、絶縁コンバータトランスPITとして従来通りの結合係数k=0.85程度による結合度を設定した場合には、例えば重負荷の傾向となったり、あるいは、交流入力電圧VACが低下傾向にあるときに、二次側の両波整流回路に流れる二次側整流電流が連続して流れない不連続モードとなる。
このような不連続モードの状態は、二次側整流電流が、一次側直列共振電流の流れる期間よりも短い期間で流れるような状態であるといえる。そして、このように整流電流が短期間で流れることで、このときの整流電流のピークレベルは比較的高いものとなり、これに伴って二次側の各整流ダイオードの導通損が比較的大きなものとなってしまう。
スイッチング周波数制御方式を採ったうえで、二次側整流回路として例えばショットキーダイオードなどの高速型の整流ダイオード素子を備える通常の両波整流回路とした構成では、このような不連続モードとされることによる整流ダイオードの導通損により、二次側においても相応の電力損失が生じていたものである。
As described above, when a power supply circuit adopting the switching frequency control system is set to a conventional degree of coupling with a coupling coefficient k = 0.85 as an insulating converter transformer PIT, for example, a tendency of heavy load may occur. Alternatively, when the AC input voltage VAC tends to decrease, a discontinuous mode in which the secondary rectified current flowing in the secondary-side double-wave rectifier circuit does not continuously flow is set.
Such a discontinuous mode state can be said to be a state in which the secondary side rectified current flows in a period shorter than the period in which the primary side series resonance current flows. And since the rectified current flows in a short period in this way, the peak level of the rectified current at this time becomes relatively high, and accordingly, the conduction loss of each rectifier diode on the secondary side is relatively large. turn into.
Such a discontinuous mode is adopted in a configuration in which a normal double-wave rectifier circuit including a high-speed rectifier diode element such as a Schottky diode is used as the secondary rectifier circuit after adopting the switching frequency control method. Due to the continuity loss of the rectifier diode, a corresponding power loss has occurred on the secondary side.

そこで、このような整流ダイオードの導通損による二次側の電力損失を低減するための技術の1つとして、二次側両波整流回路について、低オン抵抗のMOS−FETを整流素子とする同期整流回路とすることが知られている。例えば、ショットキーダイオードなどと比較すれば、トレンチ構造によるMOS−FETなどのほうが、オン抵抗ははるかに小さい。従って、二次側整流回路を同期整流回路とすることで、整流素子における導通損を低減し、二次側の電力損失を低減することが可能となる。   Therefore, as one of the techniques for reducing the secondary-side power loss due to the conduction loss of such a rectifier diode, a synchronous circuit using a low-on-resistance MOS-FET as a rectifier for the secondary-side double-wave rectifier circuit. It is known as a rectifier circuit. For example, compared to a Schottky diode or the like, the on-resistance is much smaller in a MOS-FET or the like having a trench structure. Therefore, by making the secondary side rectifier circuit a synchronous rectifier circuit, it is possible to reduce conduction loss in the rectifier element and reduce power loss on the secondary side.

このような同期整流回路としては、例えば絶縁コンバータトランスPITの二次巻線N2(二次巻線N2A、N2B)に得られる交番電圧を検出する抵抗素子等を設け、その検出電圧により整流素子としてのMOS−FETをオン/オフ駆動するようにされる。これは、巻線電圧検出方式ともいわれる。この巻線電圧検出方式は、駆動回路としては、基本的には、二次巻線に流れる電流を検出する抵抗素子を備えればよいために、回路構成が簡略になるという利点がある。   As such a synchronous rectifier circuit, for example, a resistance element for detecting an alternating voltage obtained at the secondary winding N2 (secondary winding N2A, N2B) of the insulating converter transformer PIT is provided, and the detected voltage serves as a rectifier element. The MOS-FET is turned on / off. This is also called a winding voltage detection method. This winding voltage detection system has an advantage that the circuit configuration is simplified because the drive circuit basically includes a resistance element that detects the current flowing through the secondary winding.

しかしながら、不連続モードの状態では、平滑コンデンサに対する充電電流が0レベルとなった以降も、その不連続期間で一次巻線N1に同極性による一次側直列共振電流が流れていることから、二次巻線N2の誘起電圧としてもその極性が反転することはなく、この期間ではMOS−FETは完全にオフにならずにオン状態を維持する。
そして、このように平滑コンデンサに対する充電電流が0レベルとなった以降もMOS−FETがオン状態とされることにより、この期間では整流電流として逆方向の電流が流れて、この逆方向電流による無効電力が生じてしまう。
このことから、巻線電圧検出方式を採る同期整流回路の場合、整流素子における導通損は低減されるものの、上記のような逆方向電流による無効電力の発生によって、全体として電力変換効率の有効な向上を図ることは難しい。
However, in the discontinuous mode state, even after the charging current to the smoothing capacitor becomes 0 level, the primary side series resonance current having the same polarity flows in the primary winding N1 during the discontinuous period. The polarity of the induced voltage of the winding N2 is not reversed, and during this period, the MOS-FET is not turned off and is kept on.
Since the MOS-FET is turned on even after the charging current to the smoothing capacitor becomes 0 level in this way, a reverse current flows as a rectified current during this period, and the invalidity due to the reverse current is lost. Electricity is generated.
From this, in the case of the synchronous rectifier circuit employing the winding voltage detection method, although the conduction loss in the rectifier element is reduced, the generation of reactive power due to the reverse current as described above is effective for the overall power conversion efficiency. It is difficult to improve.

そこで、上記したような逆方向の整流電流による無効電力の発生の問題を解消する技術としては、整流電流検出方式による同期整流回路が知られている。この整流電流検出方式は、二次側の平滑コンデンサCoに充電される整流電流が0レベルになる前にMOS−FETをオフさせる技術である。   Therefore, as a technique for solving the problem of generation of reactive power due to the reverse rectified current as described above, a synchronous rectifier circuit based on a rectified current detection method is known. This rectified current detection method is a technique for turning off the MOS-FET before the rectified current charged in the secondary-side smoothing capacitor Co becomes 0 level.

このための回路構成としては、例えば二次巻線N2に流れる電流(整流電流)をカレントトランスなどにより検出するようにされる。カレントトランスにより検出された電流は、電圧(検出電圧)として出力されるが、この検出電圧を、コンパレータにより所定の基準電圧と比較するようにされる。
ここで、平滑コンデンサCoへ充電するようにして整流電流が流れ始めると、この整流電流がカレントトランスにより検出されて、この整流電流レベルに応じた検出電圧がコンパレータに入力される。コンパレータでは、基準電圧と検出電圧とを比較して、例えば検出電圧が基準電圧を越えるとHレベルを出力する。このHレベルの出力がバッファからオン電圧として、整流素子であるMOS−FETのゲートに対して印加され、MOS−FETをオンさせる。これにより、整流電流がMOS−FETのソース→ドレイン方向により流れることになる。
そして時間経過に応じて整流電流のレベルが低下し、これに応じて、カレントトランスの出力である検出電圧が基準電圧よりも低くなると、コンパレータは出力を反転させる。この反転出力がバッファを介して出力されることで、整流素子であるMOS−FETのゲート容量を放電させて、そのMOS−FETをオフとする。
As a circuit configuration for this purpose, for example, a current (rectified current) flowing through the secondary winding N2 is detected by a current transformer or the like. The current detected by the current transformer is output as a voltage (detection voltage), and this detection voltage is compared with a predetermined reference voltage by a comparator.
Here, when the rectified current starts flowing so as to charge the smoothing capacitor Co, the rectified current is detected by the current transformer, and a detection voltage corresponding to the rectified current level is input to the comparator. The comparator compares the reference voltage with the detection voltage, and outputs an H level when the detection voltage exceeds the reference voltage, for example. This H level output is applied as an on-voltage from the buffer to the gate of the MOS-FET, which is a rectifying element, to turn on the MOS-FET. As a result, the rectified current flows in the source-to-drain direction of the MOS-FET.
Then, the level of the rectified current decreases with time, and the comparator inverts the output when the detection voltage, which is the output of the current transformer, becomes lower than the reference voltage. By outputting this inverted output through the buffer, the gate capacitance of the MOS-FET which is a rectifying element is discharged, and the MOS-FET is turned off.

このような動作とされることで、整流素子であるMOS−FETは、整流電流が0レベルとなる前のタイミングでオフされることになる。これにより、巻線電圧検出方式による同期整流回路のようにして、整流電流が不連続となる期間において、MOS−FETに逆方向電流が流れることが無くなって無効電力が生じなくなり、その分の電力変換効率は高くなる。   With such an operation, the MOS-FET which is a rectifying element is turned off at a timing before the rectified current becomes 0 level. As a result, like the synchronous rectification circuit using the winding voltage detection method, the reverse current does not flow through the MOS-FET in the period in which the rectification current is discontinuous, and no reactive power is generated. Conversion efficiency is increased.

しかし、上記した整流電流検出方式の同期整流回路では、上記説明からも分かるように、1つのMOS−FETに対応して、少なくとも1組のカレントトランスと、このカレントトランスの出力によりMOS−FETを駆動するための比較的複雑な駆動回路系が必要となる。これにより、回路構成が複雑になり、これが製造能率の低下、コストアップ、回路基板サイズの拡大などにつながるという不都合が生じる。
特に、例えば図1に示した電源回路のように、電流共振形のスイッチングコンバータの構成を基本としている場合、同期整流回路としても両波整流回路とする必要がある。従って、上記したカレントトランス及び駆動回路系は、半波の期間ごとに対応して2組必要とされることになり、上記した問題がさらに大きくなる。
However, in the synchronous rectification circuit of the above-described rectification current detection system, as can be seen from the above description, at least one set of current transformers and one MOS-FET are output by the output of the current transformer, corresponding to one MOS-FET. A relatively complicated drive circuit system for driving is required. As a result, the circuit configuration becomes complicated, resulting in inconveniences such as reduced manufacturing efficiency, increased costs, and increased circuit board size.
In particular, when the configuration of a current resonance type switching converter is basically used like the power supply circuit shown in FIG. Therefore, two sets of the above-described current transformer and driving circuit system are required corresponding to each half-wave period, and the above-described problem is further increased.

このようにして、二次側整流動作として不連続モードとなる状態があることを前提として、同期整流回路を採用することを考えると、巻線電圧検出方式と整流電流検出方式とでは、そのメリットがトレードオフの関係にならざるを得ない。つまり、巻線電圧検出方式のほうが、電力変換効率の面で不利ではあるが、回路構成は簡略となる。これに対して、整流電流検出方式のほうは、無効電力が生じないので電力変換効率の面では有利であるが、回路構成が複雑になる。換言すれば、二次側整流動作として不連続モードとなる条件が存在する以上、例えば電力変換効率のことを考慮して同期整流回路を採用しようとしても、整流電流検出方式を採らざるを得ないために、回路構成が複雑化するという問題を抱えることになってしまう。   Considering the adoption of a synchronous rectifier circuit on the premise that there is a state of discontinuous mode as the secondary side rectification operation in this way, the merits of the winding voltage detection method and the rectification current detection method are Must be in a trade-off relationship. That is, the winding voltage detection method is disadvantageous in terms of power conversion efficiency, but the circuit configuration is simplified. In contrast, the rectified current detection method is advantageous in terms of power conversion efficiency because reactive power is not generated, but the circuit configuration is complicated. In other words, as long as there is a condition for the discontinuous mode as the secondary side rectification operation, for example, even if an attempt is made to adopt a synchronous rectification circuit in consideration of power conversion efficiency, a rectification current detection method must be adopted. As a result, the circuit configuration becomes complicated.

しかしながら、本実施の形態としては、先に説明した絶縁コンバータトランスPITの構成とすることで、負荷変動及び交流入力電圧の変動等にかかわらず、二次側の両波整流動作を連続モードとしている。
そこで、図1に示す電源回路の二次側整流回路として、巻線電圧検出方式による同期整流回路を備えたとしても、上記のようにして常に連続モードが得られていることで、電流不連続期間の無効電力が生じることはないということになる。
つまり、図1に示す電源回路の場合には、二次側整流回路について巻線電圧検出方式の同期整流回路を備えることとすれば、簡単な回路構成として回路規模の拡大を抑制し、さらにコストアップを避けるようにしていながら、なおかつ、電流不連続期間の無効電力に起因する電力変換効率の低下の問題が有効に解消されることになる。
However, in this embodiment, the configuration of the insulating converter transformer PIT described above makes the secondary-side double-wave rectification operation a continuous mode regardless of load fluctuations and AC input voltage fluctuations. .
Therefore, even if a synchronous rectifier circuit based on a winding voltage detection system is provided as a secondary side rectifier circuit of the power supply circuit shown in FIG. 1, a continuous mode is always obtained as described above, so that a current discontinuity is obtained. This means that no reactive power will be generated for the period.
That is, in the case of the power supply circuit shown in FIG. 1, if the secondary side rectifier circuit is provided with a synchronous rectifier circuit of the winding voltage detection system, the circuit scale can be suppressed as a simple circuit configuration, and the cost can be further reduced. While avoiding the increase, the problem of a decrease in power conversion efficiency due to the reactive power in the current discontinuous period is effectively solved.

続いて、図13には、本発明の第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。
この図に示す電源回路は、先の第1の実施の形態の電源回路に備えられる力率改善回路10の形式を、整流平滑電圧Eiを生成する整流平滑回路が倍電圧整流回路である場合に適用した構成とされる。なお、この図において図1と同一部分については同一符号を付して説明を省略する。
Next, FIG. 13 shows a configuration example of a switching power supply circuit as a second embodiment of the present invention.
The power supply circuit shown in this figure is the same as the power factor correction circuit 10 provided in the power supply circuit of the first embodiment when the rectifying and smoothing circuit for generating the rectified and smoothed voltage Ei is a voltage doubler rectifying circuit. It is the applied configuration. In this figure, the same parts as those in FIG.

この図に示す力率改善回路11においては、倍電圧整流回路を形成するものとして、整流ダイオードD11,D12(第1の整流素子,第2の整流素子)、及び平滑コンデンサCi1,Ci2(第1の平滑コンデンサ,第2の平滑コンデンサ)を備える。
また、力率改善のためには、制御トランスPRT、フィルタコンデンサCNを備える。また、整流平滑電圧Ei(交流入力電圧VAC)のレベルに応じた制御電流Ic(制御電流Ic1)を得るための第1の増幅回路(Q12、Q13、R13〜R18、R5,ZD5)、検出巻線NDの両端電圧(検出電圧VD)に応じた制御電流Icを得るための半波整流回路(D5,C5)、第2の増幅回路(Q11,R10〜R12)を備える。また、力率改善用のスイッチング素子としては、上記整流ダイオードD11,D12を備える。つまり、この場合における整流ダイオードD11,D12は、倍電圧整流回路において整流出力を得るための整流ダイオードとしての機能と、整流電流をスイッチングする力率改善用スイッチング素子としての機能を兼ねる。整流ダイオードD11,D12は、整流電流をスイッチング素子Q1,Q2のスイッチング周期でスイッチングするので、高速型のダイオード素子として、高速リカバリ型を選定するようにされる。
また、制御トランスPRTは、第1の実施の形態と同様のコア及び巻線の巻回構造(図3〜図5参照)により、制御巻線NR、検出巻線ND、及び制御巻線Ncが巻装された可飽和リアクタとして構成される。この場合にも、制御巻線NRと検出巻線NDは密結合とされる。
In the power factor correction circuit 11 shown in this figure, rectifier diodes D11 and D12 (first rectifier and second rectifier) and smoothing capacitors Ci1 and Ci2 (first) are used to form a voltage doubler rectifier circuit. Smoothing capacitor, second smoothing capacitor).
In order to improve the power factor, a control transformer PRT and a filter capacitor CN are provided. Further, a first amplifier circuit (Q12, Q13, R13 to R18, R5, ZD5) for obtaining a control current Ic (control current Ic1) corresponding to the level of the rectified smoothing voltage Ei (AC input voltage VAC), detection winding A half-wave rectifier circuit (D5, C5) and a second amplifier circuit (Q11, R10 to R12) for obtaining a control current Ic corresponding to the voltage across the line ND (detection voltage VD) are provided. The power factor improving switching element includes the rectifier diodes D11 and D12. That is, the rectifier diodes D11 and D12 in this case serve both as a rectifier diode for obtaining a rectified output in the voltage doubler rectifier circuit and as a power factor improving switching element for switching the rectified current. Since the rectifier diodes D11 and D12 switch the rectified current in the switching cycle of the switching elements Q1 and Q2, the high-speed recovery type is selected as the high-speed type diode element.
The control transformer PRT has the same core and winding structure (see FIGS. 3 to 5) as in the first embodiment, so that the control winding NR, the detection winding ND, and the control winding Nc Configured as a wound saturable reactor. Also in this case, the control winding NR and the detection winding ND are tightly coupled.

なお、第2の実施の形態の電源回路としては、このように倍電圧整流回路の構成を前提とするものであり、従って第1の実施の形態の場合のようなワイドレンジ対応の構成は採らないようにされているものとして以下の説明を続ける。   Note that the power supply circuit of the second embodiment is based on the configuration of the voltage doubler rectifier circuit as described above, and therefore a configuration corresponding to the wide range as in the case of the first embodiment is adopted. The following explanation will be continued as if it were not.

この場合、商用交流電源ACに対して設けられるコモンモードノイズフィルタとしては、各1組のコモンモードチョークコイルCMC、及びフィルタコンデンサCLから成るものとされて図示するようにして商用交流電源ACのラインに対して接続される。   In this case, the common mode noise filter provided for the commercial AC power supply AC is composed of a set of each of the common mode choke coil CMC and the filter capacitor CL. Connected to.

この力率改善回路11において、制御トランスPRTの被制御巻線NRは、所定の巻線位置に対してタップが設けられることで、巻線部NR1(第1インダクタ部:第1巻線部),NR2(第2インダクタ部:第2巻線部)の2つの巻線部に分割することとしている。
被制御巻線NRの巻線部NR1側の端部は、上記コモンモードノイズフィルタの後段となる商用交流電源ACの一方のラインに対して接続される。被制御巻線NRのタップ(巻線部NR1,NR2との接続点となる)は、整流ダイオードD11のアノードと整流ダイオードD12のカソードの接続点に対して接続される。
整流ダイオードD11のカソードは平滑コンデンサCi1の正極端子に接続され、整流ダイオードD12のアノードは、一次側アースと接続される。
In the power factor correction circuit 11, the controlled winding N R of the control transformer PRT is provided with a tap at a predetermined winding position, so that the winding N R1 (first inductor: first winding) , N R2 (second inductor portion: second winding portion).
The end of the controlled winding NR on the winding portion NR1 side is connected to one line of the commercial AC power supply AC that is the subsequent stage of the common mode noise filter. The tap of the controlled winding NR (which becomes a connection point between the winding portions NR1 and NR2) is connected to the connection point between the anode of the rectifier diode D11 and the cathode of the rectifier diode D12.
The cathode of the rectifier diode D11 is connected to the positive terminal of the smoothing capacitor Ci1, and the anode of the rectifier diode D12 is connected to the primary side ground.

2組の平滑コンデンサCi1,Ci2は直列接続される。そのうえで、平滑コンデンサCi1の正極端子は、上記もしているように整流ダイオードD11のカソードと接続され、また、スイッチング素子Q1のドレイン側とも接続される。平滑コンデンサCi2の負極端子は一次側アースと接続される。平滑コンデンサCi1の負極端子と平滑コンデンサCi2の正極端子との接続点は、コモンモードノイズフィルタの後段となる商用交流電源ACのもう一方のラインに対して接続される。
フィルタコンデンサCNは、被制御巻線NRにおける巻線部NR1側の端部と商用交流電源ACとのラインとの接続点と、平滑コンデンサCi1−平滑コンデンサCi2の接続点との間に挿入される。
そして、一次側直列共振回路(C1−N1(L1))の端部は、巻線部NR2を介して整流ダイオードD11のアノードと整流ダイオードD12のカソードとの接続点に対して接続される。
Two sets of smoothing capacitors Ci1 and Ci2 are connected in series. In addition, the positive terminal of the smoothing capacitor Ci1 is connected to the cathode of the rectifier diode D11 as described above, and is also connected to the drain side of the switching element Q1. The negative terminal of the smoothing capacitor Ci2 is connected to the primary side ground. A connection point between the negative electrode terminal of the smoothing capacitor Ci1 and the positive electrode terminal of the smoothing capacitor Ci2 is connected to the other line of the commercial AC power supply AC, which is a subsequent stage of the common mode noise filter.
The filter capacitor CN is inserted between the connection point between the end of the controlled winding NR on the winding part NR1 side and the line of the commercial AC power supply AC and the connection point between the smoothing capacitor Ci1 and the smoothing capacitor Ci2. .
The end of the primary side series resonance circuit (C1-N1 (L1)) is connected to the connection point between the anode of the rectifier diode D11 and the cathode of the rectifier diode D12 via the winding part NR2.

上記した接続形態により構成される力率改善回路11内において形成される倍電圧整流回路は、商用交流電源AC(交流入力電圧VAC)が一方の半周期となる期間においては、商用交流電源AC→(CMCの巻線)→巻線部NR1→整流ダイオードD11→平滑コンデンサCi1→(CMCの巻線)→商用交流電源ACの経路で整流電流が流れる。つまり、整流ダイオードD11が商用交流電源ACを整流し、平滑コンデンサCi1がその整流出力を平滑化することで、平滑コンデンサCi1の両端電圧として、商用交流電源ACの等倍に対応する整流平滑電圧を生成する。
同様に、商用交流電源AC(交流入力電圧VAC)が他方の半周期となる期間においては、商用交流電源AC→(CMCの巻線)→平滑コンデンサCi2→整流ダイオードD12→巻線部NR1→(CMCの巻線)→商用交流電源ACの経路で整流電流が流れる。つまり、整流ダイオードD12が商用交流電源ACを整流し、平滑コンデンサCi2がその整流出力を平滑化することで、平滑コンデンサCi2の両端電圧として、商用交流電源ACの等倍に対応する整流平滑電圧を生成する。
The voltage doubler rectifier circuit formed in the power factor correction circuit 11 constituted by the above-described connection form is connected to the commercial AC power supply AC → during a period in which the commercial AC power supply AC (AC input voltage VAC) is in one half cycle. (CMC winding) → winding portion NR1 → rectifier diode D11 → smoothing capacitor Ci1 → (CMC winding) → commutation current flows through the path of commercial AC power supply AC. In other words, the rectifier diode D11 rectifies the commercial AC power supply AC, and the smoothing capacitor Ci1 smoothes the rectified output, so that the rectified and smoothed voltage corresponding to the same size as the commercial AC power supply AC is obtained as the voltage across the smoothing capacitor Ci1. Generate.
Similarly, during a period in which the commercial AC power supply AC (AC input voltage VAC) is in the other half cycle, the commercial AC power supply AC → (winding of CMC) → smoothing capacitor Ci2 → rectifier diode D12 → winding portion N R1 → ( CMC winding) → Rectified current flows through the path of commercial AC power supply AC. That is, the rectifier diode D12 rectifies the commercial AC power supply AC, and the smoothing capacitor Ci2 smoothes the rectified output, so that the rectified and smoothed voltage corresponding to the same size as the commercial AC power supply AC is obtained as the voltage across the smoothing capacitor Ci2. Generate.

これにより平滑コンデンサCi1−Ci2の直列接続回路の両端電圧としては、商用交流電源ACのレベルの2倍に対応するレベルの整流平滑電圧Eiが得られる。この整流平滑電圧Eiが直流入力電圧として後段のスイッチングコンバータに供給される。
また、上記説明に依れば、巻線部NR1としては、商用交流電源AC(交流入力電圧VAC)の半周期ごとに形成される整流電流経路において、共通となるラインに挿入されているものとなる。
As a result, a rectified and smoothed voltage Ei having a level corresponding to twice the level of the commercial AC power supply AC is obtained as the voltage across the series connection circuit of the smoothing capacitors Ci1 to Ci2. The rectified and smoothed voltage Ei is supplied as a DC input voltage to the subsequent switching converter.
Further, according to the above description, the winding part NR1 is inserted in a common line in the rectification current path formed every half cycle of the commercial AC power supply AC (AC input voltage VAC). Become.

そして、力率改善回路11においては、整流ダイオードD11のアノードと整流ダイオードD12のカソードとの接続点に対して、巻線部NR2を介して一次側直列共振回路(C1−N1(L1))の端部が接続されている。これにより、力率改善回路11としても、一次側直列共振回路(C1−N1(L1))に流れる一次側直列共振電流を電力として回生し、高周波インダクタである被制御巻線NR(NR1)の磁気結合を介して、さらに整流ダイオードD11または整流ダイオードD12の整流電流経路を経て平滑コンデンサCiに帰還するという動作が得られるものとなる。
つまり、この力率改善回路11としても磁気結合形の電力回生方式による力率改善の動作が得られているものである。
In the power factor correction circuit 11, the primary series resonant circuit (C1-N1 (L1)) is connected to the connection point between the anode of the rectifier diode D11 and the cathode of the rectifier diode D12 via the winding NR2. The ends are connected. As a result, the power factor correction circuit 11 also regenerates the primary side series resonance current flowing in the primary side series resonance circuit (C1-N1 (L1)) as electric power, and the controlled winding NR (NR1) that is a high frequency inductor. The operation of returning to the smoothing capacitor Ci via the rectification current path of the rectifier diode D11 or the rectifier diode D12 via the magnetic coupling is obtained.
In other words, the power factor improving circuit 11 also obtains the power factor improving operation by the magnetic coupling type power regeneration system.

また、力率改善回路11においても、先の図1の回路の場合と同様の第1の増幅回路、第2の増幅回路、及び検出巻線NDが巻装された制御トランスPRTから成る制御系を備えることで、力率改善回路10の場合と同様に交流入力電圧VACと負荷電力との双方の変動に対して力率が一定となるように制御される。   Also in the power factor correction circuit 11, a control system comprising a first transformer, a second amplifier, and a control transformer PRT around which a detection winding ND is wound, as in the case of the circuit of FIG. As in the case of the power factor correction circuit 10, the power factor is controlled to be constant with respect to fluctuations in both the AC input voltage VAC and the load power.

さらに、図13に示す力率改善回路11の構成によると、被制御巻線NRにおいては、巻線部NR2側にて、一次側直列共振回路のスイッチング出力が入力される動作と、巻線部NR1側にて、電力回生されたスイッチング出力に商用交流電源が重畳される動作とが複合的に得られることになる。巻線部NR1,NR2は、本来は1つの部品素子として構成されるインダクタの巻線にタップを形成することで分割されたものであるから、巻線部NR1,NR2は直列接続の関係にあって、相互に密結合である。従って、上記した巻線部NR1,NR2の動作は、これら巻線部NR1,NR2が密結合となっている状態下で行われるものとなる。   Further, according to the configuration of the power factor correction circuit 11 shown in FIG. 13, in the controlled winding NR, the operation of inputting the switching output of the primary side series resonance circuit on the winding portion NR2 side, and the winding portion On the NR1 side, an operation in which a commercial AC power supply is superimposed on the switching output generated by power regeneration is obtained in a composite manner. Since the winding portions NR1 and NR2 are divided by forming taps on the windings of the inductor that is originally configured as one component element, the winding portions NR1 and NR2 are in a serial connection relationship. Are tightly coupled to each other. Therefore, the operations of the winding portions NR1 and NR2 described above are performed in a state where the winding portions NR1 and NR2 are tightly coupled.

このような動作が得られる結果として、被制御巻線NRを含む力率改善回路11にて流れるとされる整流電流は、より完全な正弦波形状に近づくことが実験で確認された。そして、このようにして整流電流が正弦波状となるのに応じて、交流入力電流IACとしても、同様にしてほぼ完全な正弦波状に近づくこととなる。これによっては、交流入力電流IACの波形において発生しているとされる、9次、11次、13次などの、高次、かつ、奇数次の歪みレベルが低減されることになる。
例えば上記したような高奇数次の歪みは、電源高調波歪み規制が規定する規制値に対するマージンを小さくしてしまうという不都合を生じる可能性があるが、このような力率改善回路11としての構成を採れば、交流入力電流IACの波形がより完全な正弦波状となるために、上記しているような電源高調波歪規制が規定する規制値に対するマージンを充分に得ることが可能となる。そして、このような効果を得るのにあたっては、力率改善のための構成として特に部品素子を追加することなく、制御トランスPRTの被制御巻線NRとしてのインダクタについてタップを設けたうえで、図13に示されるように、力率改善回路11内において接続を行えばよい。
As a result of obtaining such an operation, it has been experimentally confirmed that the rectified current that flows in the power factor correction circuit 11 including the controlled winding NR approaches a more perfect sine wave shape. As the rectified current becomes sinusoidal in this way, the AC input current IAC also approaches an almost perfect sinusoidal shape in the same manner. Depending on this, higher order and odd order distortion levels such as 9th order, 11th order, 13th order, etc., which are assumed to be generated in the waveform of the AC input current IAC, are reduced.
For example, high odd-order distortion as described above may cause a disadvantage that the margin for the regulation value defined by the power supply harmonic distortion regulation is reduced. Since the waveform of the AC input current IAC becomes a more complete sine wave, it is possible to obtain a sufficient margin for the regulation value defined by the power supply harmonic distortion regulation as described above. In order to obtain such an effect, a tap is provided for the inductor as the controlled winding NR of the control transformer PRT without adding a component element as a configuration for improving the power factor. As shown in FIG. 13, connection may be made in the power factor correction circuit 11.

上記説明による力率改善回路11の力率改善動作に対応する波形図を、図14及び図15に示す。
この場合、図13に示す電源回路は、図1に示した電源回路と異なり交流入力電圧VAC=85V〜144V、負荷電力Po=0W〜150Wの条件に対応するものする。そのうえで、図14では、最大負荷電力Po=150W時の動作を示し、図15は負荷電力Po=25W時の比較的軽負荷とされる条件での動作を示している。
ここでも、図14及び図15に示すようにして交流入力電圧VACが入力される状態のもとでスイッチング素子Q1,Q2がスイッチングを行っているものとする。これに応じて、一次側直列共振回路から力率改善回路11に対してスイッチング出力を電力回生して帰還する動作が得られることになる。
これに応じて、整流ダイオードD12の両端電圧V1は、図14及び図15に示すようにして、整流ダイオードD12が非導通とされる期間(スイッチング停止期間)ではスイッチング周期の交番電圧が重畳し、整流ダイオードD12の導通期間(整流電流をスイッチングする期間)では、所定レベルでクランプされる波形となる。なお、整流ダイオードD11の両端電圧は、整流ダイオードD12の両端電圧V1に対してほぼ相似形で、180°移相されるような波形となる。
Waveform diagrams corresponding to the power factor correction operation of the power factor correction circuit 11 according to the above description are shown in FIGS.
In this case, unlike the power supply circuit shown in FIG. 1, the power supply circuit shown in FIG. 13 corresponds to the condition of AC input voltage VAC = 85 V to 144 V and load power Po = 0 W to 150 W. In addition, FIG. 14 shows an operation when the maximum load power Po = 150 W, and FIG. 15 shows an operation under a relatively light load condition when the load power Po = 25 W.
Here again, it is assumed that the switching elements Q1 and Q2 perform switching under the state in which the AC input voltage VAC is input as shown in FIGS. Accordingly, an operation of regenerating and returning the switching output from the primary side series resonance circuit to the power factor correction circuit 11 is obtained.
Accordingly, as shown in FIGS. 14 and 15, the voltage V1 across the rectifier diode D12 is superimposed with the alternating voltage of the switching period during the period when the rectifier diode D12 is non-conductive (switching stop period). In the conduction period of the rectifier diode D12 (period in which the rectified current is switched), the waveform is clamped at a predetermined level. Note that the voltage across the rectifier diode D11 is substantially similar to the voltage V1 across the rectifier diode D12 and has a waveform that is shifted by 180 °.

そして、交流入力電流IACとしては、整流ダイオードD11,D12がそれぞれ整流電流についてスイッチングを行なう期間に対応して流れるものとなるが、これまでの説明からも理解されるように、この交流入力電流IACの導通角としては、力率改善回路を備えない場合よりも拡大されたものとなっており、力率改善が図られていることになる。
さらに、前述もしたように、実際の詳細な交流入力電流IACの波形としては、力率改善回路について被制御巻線NRを分割しないで完全に整流電流経路に挿入する構成とした場合と比較して、奇数次高調波成分の振幅が抑制され、より半波の正弦波に近い波形形状が得られているものである。
なお、力率改善回路11において被制御巻線NRを分割しない回路形態を得るには、整流ダイオードD11のカソードと,整流ダイオードD12のアノードとの接続点を、被制御巻線NRのタップではなく、直列共振コンデンサC1と接続するようにすればよい。
As the AC input current IAC, the rectifier diodes D11 and D12 flow in accordance with the switching period of the rectified current. As understood from the above description, the AC input current IAC The conduction angle is enlarged compared to the case where the power factor correction circuit is not provided, and the power factor is improved.
Furthermore, as described above, the actual detailed waveform of the AC input current IAC is compared with the case where the controlled winding NR is not divided into the power factor correction circuit and is completely inserted into the rectified current path. Thus, the amplitude of the odd harmonic component is suppressed, and a waveform shape closer to a half-wave sine wave is obtained.
In order to obtain a circuit configuration in which the controlled winding NR is not divided in the power factor correction circuit 11, the connection point between the cathode of the rectifier diode D11 and the anode of the rectifier diode D12 is not a tap of the controlled winding NR. What is necessary is just to connect with the series resonance capacitor C1.

また、図16及び図17に、力率改善回路11における力率PFの安定化特性を示す。図16は、交流入力電圧VACの変動(負荷電力Poは固定)に対する力率PF、制御電流Icの変化特性を示す。図17は、負荷電力変動(交流入力電圧VAC=100Vで固定)に対する力率PF、制御電流Icの変化特性を示す。また、図16において、各特性は実線が負荷電力Po=150Wで一定とした場合の、また破線が負荷電力Po=25Wで一定とした場合の結果を示している。
先ず、図16に示されるようにして、交流入力電圧VAC=85V〜144Vの変動に対して、制御電流Icのレベルは、この場合も負荷電力Po=150W時及びPo=25W時で共に直線的に低下している。そして、このようにして制御電流Icが可変制御されるのに応じて被制御巻線NRのインダクタンスが変化する結果、この場合も力率PFは交流入力電圧VACの変動によらず一定となるように制御されることがわかる。
そして、このような交流入力電圧VACの変動に対しては、負荷電力Po=150W時、Po=25W時で共にVAC=85〜144Vの範囲で力率PF=0.80という実用上充分な力率で一定とすることができる結果が得られた。
16 and 17 show the stabilization characteristics of the power factor PF in the power factor correction circuit 11. FIG. 16 shows change characteristics of the power factor PF and the control current Ic with respect to fluctuations in the AC input voltage VAC (the load power Po is fixed). FIG. 17 shows change characteristics of the power factor PF and the control current Ic with respect to load power fluctuation (fixed at AC input voltage VAC = 100 V). In FIG. 16, each characteristic shows the result when the solid line is constant at a load power Po = 150 W, and the broken line is the result when the load power Po = 25 W is constant.
First, as shown in FIG. 16, the level of the control current Ic is linear at both load power Po = 150 W and Po = 25 W with respect to the fluctuation of the AC input voltage VAC = 85V to 144V. It has dropped to. As a result of the control current Ic being variably controlled in this way, the inductance of the controlled winding NR changes. As a result, the power factor PF also becomes constant regardless of the fluctuation of the AC input voltage VAC. It can be seen that
For such fluctuations in the AC input voltage VAC, a practically sufficient power factor PF = 0.80 in the range of VAC = 85 to 144 V at both load power Po = 150 W and Po = 25 W. Results were obtained that could be constant in rate.

また、図17における交流入力電圧VAC=100V時、最大負荷電力Po=150Wから最小負荷電力Po=0W(無負荷)の変動に対しては、制御電流Icのレベルはこの場合も直線的に低下する。このような制御電流Icの可変制御に応じて、力率PFは負荷変動に対しても一定となるように制御され、この場合は負荷電力Po=150W〜25Wの範囲で、同様にPF=0.80で一定となる結果が得られている。
なお、この場合の制御電流Icレベルの可変範囲としては、5mA〜75mAとされている。
In addition, when the AC input voltage VAC = 100 V in FIG. 17, the level of the control current Ic decreases linearly in this case with respect to the fluctuation from the maximum load power Po = 150 W to the minimum load power Po = 0 W (no load). To do. In accordance with such variable control of the control current Ic, the power factor PF is controlled so as to be constant with respect to the load fluctuation. In this case, the load power Po = 150 W to 25 W, and similarly PF = 0. A constant result is obtained at .80.
In this case, the variable range of the control current Ic level is 5 mA to 75 mA.

このような結果から、第2の実施の形態の電源回路では、交流入力電圧VAC=85〜144Vの範囲と、負荷電力Po=150W〜25Wの範囲との比較的広範囲の変動に対して、力率を実用上充分とされるレベルで一定となるように制御できることがわかる。   From such a result, in the power supply circuit of the second embodiment, the power supply circuit is effective against a relatively wide range of fluctuation between the range of the AC input voltage VAC = 85 to 144 V and the range of the load power Po = 150 W to 25 W. It can be seen that the rate can be controlled to be constant at a practically sufficient level.

また、図13に示す電源回路においても、先の図11により説明した構成による絶縁コンバータトランスPITを備えることで、二次側直流出力電圧Eo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にしているもので、これにより、二次側直流出力電圧Eoに重畳するリップルが2倍未満に低減される。なお、図13に示す回路を基として力率改善回路11を省略した電源回路では上記リップルは15mVが計測されたのに対して、図13に示すままの力率改善回路11を備える電源回路では20mVが計測された。
また、二次側直流出力電圧Eo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にしていることで、巻線電圧検出方式による同期整流回路を備えれば、簡略とされる回路構成でありながら、二次側における電力損失を有効に低減することが可能とされる。
In addition, the power supply circuit shown in FIG. 13 also includes the insulating converter transformer PIT having the configuration described with reference to FIG. As a result, the ripple superimposed on the secondary side DC output voltage Eo is reduced to less than twice. In the power supply circuit in which the power factor correction circuit 11 is omitted based on the circuit shown in FIG. 20 mV was measured.
In addition, since the continuous mode is maintained as the secondary side rectification operation regardless of the fluctuation of the secondary side DC output voltage Eo, it is simplified if a synchronous rectification circuit using a winding voltage detection system is provided. It is possible to effectively reduce the power loss on the secondary side.

図13に示す電源回路としては、要部については例えば下記のようにして定数を設定するようにされる。先の図14〜図17に示される結果は、下記の定数を設定して実験して得たものとされる。
絶縁コンバータトランスPITは、コアについてEER−40を選定し、ギャップGについては1.6mmとした。また、一次巻線N1=60T、二次巻線N2A=N2B=10Tとした。これにより、結合係数k=0.75が得られる。
また、一次側直列共振コンデンサC1には0.018μFを選定した。
制御トランスPRTとして図8の構成を採用することとした場合には、コアサイズとしては、図8に示したa×b×cのサイズについて、第1の実施の形態と同様に16mm×16mm×20mm、ギャップG=25μm、検出巻線ND=1T、制御巻線Nc=1000Tを選定することができる。そのうえで、被制御巻線NRについては、巻線部NR1=13T、巻線部NR2=5Tとなるようにして分割している。
In the power supply circuit shown in FIG. 13, for example, constants are set for the main parts as follows. The results shown in FIGS. 14 to 17 are obtained by experimenting with the following constants set.
For the insulating converter transformer PIT, EER-40 was selected for the core, and the gap G was 1.6 mm. The primary winding N1 = 60T and the secondary winding N2A = N2B = 10T. Thereby, the coupling coefficient k = 0.75 is obtained.
In addition, 0.018 μF was selected for the primary side series resonant capacitor C1.
When the configuration of FIG. 8 is adopted as the control transformer PRT, the size of a × b × c shown in FIG. It is possible to select 20 mm, gap G = 25 μm, detection winding ND = 1T, and control winding Nc = 1000T. In addition, the controlled winding NR is divided so that the winding portion NR1 = 13T and the winding portion NR2 = 5T.

ところで、図13に示す力率改善回路11の変形例として、図示による説明は省略するが、被制御巻線NRを分割するのに代えて、一次巻線N1を分割することで、上記と同様にして、交流入力電流IACの波形を依り完全な正弦波に近づけてより良好な力率改善結果を得るようにすることも可能である。
このような構成においては、先ず、一次巻線N1の所定の巻線位置にタップを施して一次巻線部N1A,N1Bに分割する。この場合、被制御巻線NRは分割されない。そして、上記タップを、整流ダイオードD11のアノードと整流ダイオードD12のカソードの接続点に対して接続する。また、一次巻線N1の一次巻線部N1B側の端部を被制御巻線NRと接続する。これにより、倍電圧整流回路の整流電流経路において、交流入力電圧VACの一方の半周期では、整流ダイオードD11−一次巻線部N1B−被制御巻線NRの直列接続回路が挿入され、交流入力電圧VACの他方の半周期では、整流ダイオードD12−一次巻線部N1B−被制御巻線NRの直列接続回路が挿入されるようにする。つまり、一次巻線部N1B−被制御巻線NRの直列接続回路を、商用交流電源AC(交流入力電圧VAC)の半周期ごとに形成される整流電流経路において共通となるラインに挿入する。
また、この場合、一次側直列共振回路としては、整流ダイオードD11のアノードと整流ダイオードD12のカソードの接続点に対して一次巻線部N1Aの端部が接続されることになるので、一次側直列共振コンデンサC1は、一次巻線N1の一次巻線部N1Aの端部と、スイッチング出力点との間に挿入するようにされる。
By the way, as a modification of the power factor correction circuit 11 shown in FIG. 13, description by illustration is omitted. However, instead of dividing the controlled winding N R, the primary winding N 1 is divided and the same as described above. Thus, it is possible to obtain a better power factor improvement result by making the waveform of the AC input current IAC closer to a perfect sine wave.
In such a configuration, first, a predetermined winding position of the primary winding N1 is tapped to be divided into primary winding portions N1A and N1B. In this case, the controlled winding NR is not divided. The tap is connected to a connection point between the anode of the rectifier diode D11 and the cathode of the rectifier diode D12. Further, the end of the primary winding N1 on the primary winding portion N1B side is connected to the controlled winding NR. Thus, in one half cycle of the AC input voltage VAC in the rectified current path of the voltage doubler rectifier circuit, a series connection circuit of the rectifier diode D11-primary winding portion N1B-controlled winding NR is inserted, and the AC input voltage In the other half cycle of VAC, a series connection circuit of rectifier diode D12-primary winding portion N1B-controlled winding NR is inserted. That is, the series connection circuit of the primary winding N1B and the controlled winding NR is inserted into a common line in the rectified current path formed every half cycle of the commercial AC power supply AC (AC input voltage VAC).
In this case, as the primary side series resonance circuit, the end of the primary winding N1A is connected to the connection point between the anode of the rectifier diode D11 and the cathode of the rectifier diode D12. The resonant capacitor C1 is inserted between the end of the primary winding N1A of the primary winding N1 and the switching output point.

図13に示す力率改善回路11の場合、被制御巻線NRにタップを施して形成される巻線部NR1(第1インダクタ部),NR2(第2インダクタ部)のうち、巻線部NR2は整流電流経路内には挿入されてはいないものの、一次巻線N1と直列共振コンデンサC1を介して直列接続される関係にある。従って、一次側直列共振回路を形成するインダクタンス成分として機能するものとされていた。そして、巻線部NR2は、密結合の関係にあるとされる巻線部NR1に対して、一次側直列共振回路のスイッチング出力を伝達するようにしており、これにより、力率改善回路11内で、スイッチング出力に商用交流電源を重畳させる電力回生動作を得ていたものである。   In the case of the power factor correction circuit 11 shown in FIG. 13, of the winding portions NR1 (first inductor portion) and NR2 (second inductor portion) formed by tapping the controlled winding NR, the winding portion NR2 Is not inserted in the rectified current path, but is connected in series with the primary winding N1 via the series resonant capacitor C1. Therefore, it functions as an inductance component forming the primary side series resonance circuit. The winding portion NR2 transmits the switching output of the primary side series resonance circuit to the winding portion NR1 which is assumed to be in a tightly coupled relationship. Thus, the power regeneration operation in which the commercial AC power is superimposed on the switching output is obtained.

これに対し、力率改善回路11の構成として上記のように一次巻線N1を分割して一次巻線部N1A,N1Bを形成した場合においても、一次巻線部N1Bは、一次側直列共振回路を形成するインダクタンス成分を有するものであり、高周波インダクタである被制御巻線NRと直列接続されていることで、被制御巻線NRに対してほぼ密結合とすることができる。なお、このことは、一次巻線部N1Bのインダクタンスが、力率改善のための高周波インダクタを成すインダクタンス成分の一部であるとみてよいことを意味する。そして、このような関係が得られているもとで、一次巻線部N1Bから被制御巻線NRに対してスイッチング出力を伝達することで、図13に示すままの力率改善回路11と同様の電力回生動作が得られることになる。
このような動作からすれば、図13に示すままの力率改善回路11における巻線部NR1と巻線部NR2との関係は、一次巻線N1を分割した場合の被制御巻線NR(第1インダクタ部)と一次巻線部N1B(第2インダクタ部)の関係と等価であるということがいえる。
On the other hand, even when the primary winding N1 is divided and the primary windings N1A and N1B are formed as described above as the configuration of the power factor correction circuit 11, the primary winding N1B is the primary side series resonance circuit. Is connected in series with the controlled winding NR, which is a high-frequency inductor, so that it can be almost tightly coupled to the controlled winding NR. This means that the inductance of the primary winding N1B may be regarded as a part of the inductance component that forms a high-frequency inductor for power factor improvement. Then, with such a relationship being obtained, the switching output is transmitted from the primary winding portion N1B to the controlled winding NR, which is similar to the power factor correction circuit 11 as shown in FIG. Power regeneration operation can be obtained.
From such an operation, the relationship between the winding part NR1 and the winding part NR2 in the power factor correction circuit 11 as shown in FIG. 13 is that the controlled winding NR (first stage) when the primary winding N1 is divided. It can be said that this is equivalent to the relationship between the first inductor portion) and the primary winding portion N1B (second inductor portion).

先に説明したように、力率改善回路11における巻線部NR1、巻線部NR2の動作によって、整流電流はより完全な正弦波形に近づくものであり、これに応じて交流入力電流IACも完全な正弦波形に近づく。一次巻線N1を分割した構成においても、このような動作が被制御巻線NRと一次巻線部N1Bにより得られるものであり、従って、奇数高調波の歪みがレベルが抑制されることとなって、より完全な正弦波に近づくことになる。
なお、このような被制御巻線NRを分割した力率改善回路の構成、あるいは一次巻線N1を分割して得られる巻線部を利用した力率改善回路の構成は、図1に示した第1の実施の形態の電源回路にも適用できるものである。
As described above, the rectified current approaches a more complete sine waveform by the operation of the winding part NR1 and the winding part NR2 in the power factor correction circuit 11, and accordingly, the AC input current IAC is also complete. It approaches a sine waveform. Even in the configuration in which the primary winding N1 is divided, such an operation can be obtained by the controlled winding NR and the primary winding portion N1B. Therefore, the level of distortion of odd harmonics is suppressed. Will approach a more complete sine wave.
The configuration of the power factor correction circuit that divides the controlled winding NR or the configuration of the power factor improvement circuit that uses the winding obtained by dividing the primary winding N1 is shown in FIG. The present invention can also be applied to the power supply circuit of the first embodiment.

図18は、本発明の第3の実施の形態のスイッチング電源回路の構成を示した回路図である。
第3の実施の形態の電源回路は、先の図1の回路と同様に商用交流電源ACについての整流平滑回路を全波整流回路とする。その上で、図示する力率改善回路12として、図1の回路の力率改善回路10ではスイッチングダイオードD1−制御トランスPRTの被制御巻線NRの直列接続回路において、被制御巻線NRの一端を平滑コンデンサCiの正極端子と接続していたものを、図示するようにスイッチングダイオードD1のカソードを平滑コンデンサCiの正極端子と接続するようにしたものである。
このような接続形態によれば、一次側直列共振電流Ioを帰還する経路としては、スイッチングダイオードD1を介して平滑コンデンサCiに流入する経路と、被制御巻線NR→フィルタコンデンサCnを介して平滑コンデンサCiに流入する経路との、2つの経路が形成されるものとなる。
この場合の電力回生は、ダイオードを介しても行われるものであり、ここではそのような構成をダイオード結合方式と呼ぶこととする。
なお、この図18では、図1に示した抵抗R17−R18に得られる整流平滑電圧Eiのレベルに応じて制御電流Icレベルを制御する第1の増幅回路系と、検出巻線NDの検出電圧レベルに応じて制御電流Icレベルを制御する第2の増幅回路系とを、力率制御回路13として示している。
また、図18の回路における他の部分については、図1の場合と同様とされることから、ここでは同一の符号を付して説明を省略する。
FIG. 18 is a circuit diagram showing a configuration of a switching power supply circuit according to the third embodiment of the present invention.
In the power supply circuit according to the third embodiment, the rectifying / smoothing circuit for the commercial AC power supply AC is a full-wave rectifier circuit as in the circuit of FIG. Then, as the power factor improving circuit 12 shown in the figure, in the power factor improving circuit 10 of the circuit of FIG. 1, in the series connection circuit of the controlled winding N R of the switching diode D 1 and the control transformer PRT, one end of the controlled winding N R Is connected to the positive terminal of the smoothing capacitor Ci, as shown in the figure, the cathode of the switching diode D1 is connected to the positive terminal of the smoothing capacitor Ci.
According to such a connection form, as a path for feeding back the primary side series resonance current Io, a path flowing into the smoothing capacitor Ci through the switching diode D1, and a smoothing through the controlled winding NR → filter capacitor Cn. Two paths are formed, the path flowing into the capacitor Ci.
The power regeneration in this case is also performed via a diode, and here, such a configuration is referred to as a diode coupling method.
In FIG. 18, the first amplifier circuit system for controlling the control current Ic level according to the level of the rectified and smoothed voltage Ei obtained in the resistors R17 to R18 shown in FIG. 1, and the detection voltage of the detection winding ND. A second amplifier circuit system that controls the control current Ic level according to the level is shown as a power factor control circuit 13.
Further, other parts in the circuit of FIG. 18 are the same as those of FIG. 1, and therefore, the same reference numerals are given here and description thereof is omitted.

この場合の力率改善回路12による力率改善動作に対応する波形図を、図19に示す。
なお、この図に示す結果を得るにあたっては、図18の回路の各部を以下のように選定した。
・絶縁コンバータトランスPIT・・・EER−35型コア、ギャップG=1.6mm、結合係数k=0.75
一次巻線N1=45T、二次巻線N2A=N2B=10T
・一次側直列共振コンデンサC1=0.027μF
・制御トランスPRT・・・図8に示したa×b×cのサイズについて16mm×16mm×23mm、ギャップG=25μm、制御巻線Nc=1000T、被制御巻線NR=18T
A waveform diagram corresponding to the power factor correction operation by the power factor correction circuit 12 in this case is shown in FIG.
In order to obtain the results shown in this figure, each part of the circuit of FIG. 18 was selected as follows.
Insulating converter transformer PIT: EER-35 type core, gap G = 1.6 mm, coupling coefficient k = 0.75
Primary winding N1 = 45T, secondary winding N2A = N2B = 10T
・ Primary side series resonant capacitor C1 = 0.027μF
Control transformer PRT: 16 mm × 16 mm × 23 mm for a × b × c size shown in FIG. 8, gap G = 25 μm, control winding Nc = 1000T, controlled winding N R = 18T

図19において、ここでも、図示するようにして交流入力電圧VACが入力される状態のもとでスイッチング素子Q1,Q2がスイッチングを行っている。これに応じて、一次側直列共振回路から力率改善回路12に対してスイッチング出力を電力回生して帰還する動作が得られる。
そして、被制御巻線NRとスイッチングダイオードD1のアノードの接続点と一次側アースの間に得られる電圧V1としては、ブリッジ整流回路Diによる整流出力電圧成分に対して、スイッチング出力に応じた交番電圧が重畳されたような波形が得られる。この場合の電圧V1のピークレベルは、図示するようにして整流平滑電圧Eiのレベルでクランプされている。
In FIG. 19, the switching elements Q1 and Q2 are also switched under the condition where the AC input voltage VAC is input as shown in FIG. In response to this, an operation of regenerating and returning the switching output from the primary side series resonance circuit to the power factor correction circuit 12 is obtained.
The voltage V1 obtained between the connection point of the controlled winding NR and the anode of the switching diode D1 and the primary side ground is an alternating voltage corresponding to the switching output with respect to the rectified output voltage component by the bridge rectifier circuit Di. A waveform in which is superimposed is obtained. The peak level of the voltage V1 in this case is clamped at the level of the rectified and smoothed voltage Ei as shown.

このような電圧V1の印加により、この場合もスイッチングダイオードD1が整流電流を断続するようにしてスイッチング動作を行うようにされる。これによりスイッチングダイオードD1には、図示する波形による電流I1が流れるものとなる。   By applying such a voltage V1, in this case as well, the switching diode D1 performs the switching operation such that the rectified current is interrupted. As a result, the current I1 having the waveform shown in the figure flows through the switching diode D1.

また、この図では、被制御巻線NRに流れる電流IRの波形も示されている。
ここで、この場合は、先にも説明したように一次側直列共振電流Ioを帰還する経路として、スイッチングダイオードD1を介した経路と、この被制御巻線NRを介した経路との2つの経路が形成される。
これによると、スイッチングダイオードD1のスイッチング動作が行われずに上記した電流I1が流れない期間には、図示するように電流IRにはスイッチング周期による交番波形が得られ、この期間には被制御巻線NRを介する経路にのみ一次側直列共振電流Ioが流れることになる。そして、スイッチングダイオードD1がスイッチング動作を開始すると、電流I1と電流IRとを比較してわかるように、一次側直列共振電流Ioは徐々にスイッチングダイオードD1側にも分流していくことがわかる。
このようにして、この場合の一次側直列共振電流Ioは、スイッチングダイオードD1がスイッチング動作を行う期間に応じて、スイッチングダイオードD1側の経路と被制御巻線NR側の経路とに分流して流れるものとなっている。
なおこの場合、図示する電流I1のピークレベル(Ap)と電流IRの正負のピークレベル間のレベル(Ap-p)とは、同じ14Aが得られている。このようなことからも、電流I1と電流IRとは、同じ一次側直列共振電流Ioが分流して得られるものであることが理解できる。
In this figure, the waveform of the current IR flowing through the controlled winding NR is also shown.
Here, in this case, as described above, as a path for feeding back the primary side series resonance current Io, there are two paths: a path via the switching diode D1 and a path via the controlled winding NR. Is formed.
According to this, during the period in which the switching operation of the switching diode D1 is not performed and the current I1 does not flow, an alternating waveform according to the switching period is obtained in the current IR as shown in the figure. The primary side series resonance current Io flows only through the path via N R. When the switching diode D1 starts the switching operation, it can be seen that the primary side series resonance current Io gradually diverts to the switching diode D1 side as can be seen by comparing the currents I1 and IR.
In this way, the primary side series resonance current Io in this case flows in a divided manner between the path on the switching diode D1 side and the path on the controlled winding NR side according to the period during which the switching diode D1 performs the switching operation. It has become a thing.
In this case, the same 14A is obtained as the peak level (Ap) of the current I1 and the level (Ap-p) between the positive and negative peak levels of the current IR shown in the figure. From this, it can be understood that the current I1 and the current IR are obtained by diverting the same primary side series resonance current Io.

そして、上記のようにして得られる電流IRの波形おいて、交番波形により示す一次側直列共振電流Ioの成分は、フィルタコンデンサCnを介して流れることで平滑コンデンサCiに流入する。従ってこの場合、ブリッジ整流回路Diを介して流れる整流電流としては、この電流IRから交番波形を取り除いて得られる波形にほぼ対応したものが得られることになる。
このような整流電流の波形が得られることに応じて、交流入力電流IACとしても図示するような波形により流れるものとなる。つまり、交流入力電流IACの導通期間は、電流IRから交番波形を除いた部分の導通期間とほぼ一致した期間が得られるものである。
なお、図示するようにこの場合の交流入力電流IACのピークレベルは9Apが得られる。
In the waveform of the current IR obtained as described above, the component of the primary side series resonance current Io indicated by the alternating waveform flows into the smoothing capacitor Ci by flowing through the filter capacitor Cn. Therefore, in this case, as the rectified current flowing through the bridge rectifier circuit Di, a waveform substantially corresponding to the waveform obtained by removing the alternating waveform from the current IR is obtained.
When such a rectified current waveform is obtained, the AC input current IAC also flows with a waveform as shown in the figure. In other words, the conduction period of the AC input current IAC is a period that substantially matches the conduction period of the portion obtained by removing the alternating waveform from the current IR.
As shown in the figure, the peak level of the AC input current IAC in this case is 9 Ap.

そして、この場合もスイッチングダイオードD1は、交流入力電圧VACのレベルがそのピークレベルの1/2以上となる期間にスイッチング動作を行って整流電流を流すようにされており、この場合の整流電流の導通角は力率改善回路を備えない場合よりも拡大されたものとなる。このように整流電流の導通角が拡大されたものとなれば、交流入力電流IACの導通角としても拡大され、これによって図18の回路としても力率の改善が図られる。   In this case as well, the switching diode D1 performs a switching operation during a period in which the level of the AC input voltage VAC is equal to or higher than ½ of the peak level, so that the rectified current flows. The conduction angle is expanded as compared with the case where the power factor correction circuit is not provided. If the conduction angle of the rectified current is increased in this way, the conduction angle of the AC input current IAC is also increased, thereby improving the power factor in the circuit of FIG.

なお、図19にも示したように、ダイオード結合形の構成を採る第3の実施の形態の場合では、スイッチングダイオードD1に印加される電圧V1は、ブリッジ整流回路Diの整流出力電圧にスイッチング出力に応じた交番電圧が重畳された波形となるので、そのピークレベルは整流平滑電圧Eiのレベルでクランプされるものとなる。
これに対し、図1に示した磁気結合形の場合では、スイッチングダイオードD1に印加される電圧V1は、先の図2、図3においても説明したように整流平滑電圧Eiに対してスイッチング出力に応じた交番電圧成分が重畳されたものとなることから、そのピークレベルは整流平滑電圧Eiのレベルを超えるものとなる。
図18の回路の場合の電圧V1は、図19の波形を参照してわかるように、ブリッジ整流回路Diによる整流出力電圧のピークレベルは整流平滑電圧Eiのレベルを超えることはない。そして、この整流出力電圧に重畳される交番電圧成分としても、スイッチング素子Q1、Q2によるスイッチング出力としてはそのピークレベルが整流平滑電圧Eiのレベルでクランプされることから、整流平滑電圧Eiのレベルを超えることはない。このため図18の回路の場合では、電圧V1のピークレベルは整流平滑電圧Eiのレベルを超えるものとはならない。
As shown in FIG. 19, in the case of the third embodiment adopting a diode-coupled configuration, the voltage V1 applied to the switching diode D1 is switched to the rectified output voltage of the bridge rectifier circuit Di. Therefore, the peak level is clamped at the level of the rectified and smoothed voltage Ei.
On the other hand, in the case of the magnetic coupling type shown in FIG. 1, the voltage V1 applied to the switching diode D1 is a switching output with respect to the rectified and smoothed voltage Ei as described in FIGS. Since the corresponding alternating voltage component is superimposed, the peak level exceeds the level of the rectified and smoothed voltage Ei.
The voltage V1 in the case of the circuit of FIG. 18 can be understood with reference to the waveform of FIG. As the alternating voltage component superimposed on the rectified output voltage, the peak level of the switching output by the switching elements Q1 and Q2 is clamped at the level of the rectified and smoothed voltage Ei. Never exceed. Therefore, in the case of the circuit of FIG. 18, the peak level of the voltage V1 does not exceed the level of the rectified and smoothed voltage Ei.

このようなことから、図18に示すダイオード結合形の構成を採るものとすれば、スイッチングダイオードD1に印加される電圧V1のレベルを、図1に示した磁気結合形の構成とする場合よりも低下させることができる。
そして、これによれば、スイッチングダイオードD1として図1の回路の場合よりも低耐圧品を選定することができ、その分回路製造コストとしても削減を図ることができる。具体的には、図1の回路の場合では600Vの耐圧品を用いていたものが、図18の回路の場合では400Vの耐圧品を選定することができるようになる。
Therefore, if the diode-coupled configuration shown in FIG. 18 is adopted, the level of the voltage V1 applied to the switching diode D1 is set to be higher than that in the magnetic-coupled configuration shown in FIG. Can be reduced.
According to this, a low breakdown voltage product can be selected as the switching diode D1 as compared with the case of the circuit of FIG. 1, and the circuit manufacturing cost can be reduced accordingly. Specifically, in the case of the circuit of FIG. 1, a 600V withstand voltage product is used, but in the case of the circuit of FIG. 18, a 400V withstand voltage product can be selected.

図20、図21は、図18に示す電源回路の力率改善特性として、整流平滑電圧Ei、制御電流Ic、力率の変化特性を示している。
図18の回路としても、図1の回路の場合と同様に交流入力電圧VAC=85V〜288Vの変動と、負荷電力Po=100W〜0Wの変動に対応する構成とされる。図20では、負荷電力Po=100W時における交流入力電圧VAC=85V〜288Vの変動に対する各特性について示している。また図21では、負荷電力Po=100W〜0Wの変動に対する各特性について示し、交流入力電圧VAC=100V時の特性を実線、交流入力電圧VAC=230V時の特性を破線によりそれぞれ示している。
なお、これらの図に示される実験結果としても、図18の回路の各部を先の図19にて説明したものと同様に選定して得られたものである。
20 and 21 show rectified smoothing voltage Ei, control current Ic, and power factor variation characteristics as power factor improvement characteristics of the power supply circuit shown in FIG.
As in the case of the circuit of FIG. 1, the circuit of FIG. 18 has a configuration corresponding to fluctuations in the AC input voltage VAC = 85 V to 288 V and fluctuations in the load power Po = 100 W to 0 W. In FIG. 20, each characteristic with respect to the fluctuation | variation of alternating current input voltage VAC = 85V-288V at the time of load electric power Po = 100W is shown. FIG. 21 shows characteristics with respect to fluctuations in the load power Po = 100 W to 0 W. The characteristics when the AC input voltage VAC is 100 V are indicated by solid lines, and the characteristics when the AC input voltage VAC is 230 V are indicated by broken lines.
The experimental results shown in these figures are also obtained by selecting each part of the circuit in FIG. 18 in the same manner as described in FIG.

先ず、図20において、この場合も交流入力電圧VACの上昇に伴って、制御電流Icのレベルは低下するようにされる。そして、このような制御電流レベルの低下に伴って、被制御巻線NRのインダクタンスが増加する結果、力率PFが一定となるように制御されていることが示されている。つまり、交流入力電圧VACの上昇に伴う整流平滑電圧Eiのレベル上昇に応じ、制御電流Icレベルが低下されるように制御が行われていることで、力率が一定となるように制御が行われているものである。   First, in FIG. 20, in this case as well, the level of the control current Ic decreases as the AC input voltage VAC increases. It is shown that the power factor PF is controlled to be constant as a result of an increase in the inductance of the controlled winding NR as the control current level decreases. In other words, the control is performed so that the control current Ic level is decreased in accordance with the level increase of the rectified smoothing voltage Ei accompanying the increase of the AC input voltage VAC. It is what has been broken.

また、図21によると、この場合も交流入力電圧VAC=100V時及びVAC=230V時において、制御電流Icのレベルは負荷電力Po=100Wから負荷電力Po=0W(無負荷)の変動に対しても低下する。そして、このような負荷電力Poの低下に伴った制御電流Icレベルの低下に応じ、力率PFが一定となるようにされていることがわかる。なお、この場合の制御電流Icの制御範囲は70mA〜0Aとなる。
そして実験によれば、この場合の力率PFは、交流入力電圧VAC=100V時に、負荷電力Po=100W〜5Wの範囲で力率PF=0.80で一定となる結果が得られた。また、交流入力電圧VAC=230V時には、負荷電力Po=100W〜20Wの範囲で同じく力率PF=0.80で一定となる結果が得られた。
このような特性であれば、最大から最小とされる負荷電力の変動範囲に対しても充分な力率が得られるものとなり、例えば電源高調波歪規制値も充分なマージンを持ってクリアすることができる。
なお、図21において、整流平滑電圧Eiとしては、Po=25W付近から無負荷までの低下に対しては若干上昇する傾向が得られ、100Wまでの上昇に対してはほぼ一定となる。
Further, according to FIG. 21, also in this case, when the AC input voltage VAC = 100V and VAC = 230V, the level of the control current Ic is varied from the load power Po = 100W to the load power Po = 0W (no load). Also decreases. And it turns out that the power factor PF is made constant according to the fall of the control current Ic level accompanying the fall of such load electric power Po. In this case, the control range of the control current Ic is 70 mA to 0 A.
According to the experiment, the power factor PF in this case was constant at the power factor PF = 0.80 in the range of the load power Po = 100 W to 5 W when the AC input voltage VAC = 100V. Further, when the AC input voltage VAC = 230 V, the power factor PF = 0.80 was also constant in the range of the load power Po = 100 W to 20 W.
With such a characteristic, a sufficient power factor can be obtained even from the maximum to the minimum load power fluctuation range. For example, the power supply harmonic distortion regulation value must be cleared with a sufficient margin. Can do.
In FIG. 21, the rectified and smoothed voltage Ei has a tendency to slightly increase with respect to a decrease from around Po = 25 W to no load, and is almost constant with respect to an increase to 100 W.

また、図示による説明は省略したが、実験によれば、ダイオード結合形の構成を採る図18の回路では、磁気結合形による図1の回路の場合よりもAC→DC電力変換効率が0.4%程度向上する結果得られている。
これは、ダイオード結合形の場合では、上記もしたように一次側直列共振電流Ioを分岐して流すことができるため、その分効率よく平滑コンデンサCiに対して電力回生を行うことができることによると考えられる。ちなみに、図18の回路のAC→DC電力変換効率は、負荷電力Po=100W時、交流入力電圧VAC=100VではηAC→DC=90.0%、交流入力電圧VAC=230ではηAC→DC=86.8%が得られた。
Further, although explanation by illustration is omitted, according to experiments, the circuit of FIG. 18 adopting the diode coupling type has an AC → DC power conversion efficiency of 0.4 than the case of the magnetic coupling type circuit of FIG. As a result, it is improved by about%.
This is because, in the case of the diode coupled type, the primary-side series resonance current Io can be branched and flowed as described above, and accordingly, power regeneration can be efficiently performed on the smoothing capacitor Ci. Conceivable. Incidentally, the AC → DC power conversion efficiency of the circuit of FIG. 18 is ηAC → DC = 90.0% when the load power Po = 100 W and the AC input voltage VAC = 100 V, and ηAC → DC = 86 when the AC input voltage VAC = 230. .8% was obtained.

なお、本発明はこれまで説明した実施の形態に限定されるべきものではない。
例えば、絶縁コンバータトランスPITについてであるが、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。
また、例えば、上記各実施の形態としてのスイッチングコンバータは、他励式による電流共振形コンバータをその基礎としているが、自励式による電流共振形コンバータを備えて構成することも可能とされる。この場合には、スイッチング素子として例えばバイポーラトランジスタを選定することができる。さらには、4石のスイッチング素子をフルブリッジ結合した電流共振形コンバータにも適用できる。また、例えばスイッチングコンバータの一次側のスイッチング素子(Q1,Q2)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。
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)方式による回路形態を基とした構成を採用することも可能である。
The present invention should not be limited to the embodiments described so far.
For example, as for the insulating converter transformer PIT, the structure thereof including the core type may be appropriately changed as long as the magnetic flux density is less than the required one.
In addition, for example, the switching converter according to each of the above embodiments is based on a separately excited current resonance converter, but may be configured to include a self-excited current resonance converter. In this case, for example, a bipolar transistor can be selected as the switching element. Furthermore, the present invention can also be applied to a current resonance type converter in which four stone switching elements are full-bridge coupled. For example, as the primary side switching elements (Q1, Q2) of the switching converter, an element other than a MOS-FET may be employed as long as it is an element that can be used by another excitation type, such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). Absent. Also, the constants of the component elements described above may be changed according to actual conditions.
Furthermore, the power factor correction circuit is not limited to the one shown in the embodiment, and is based on circuit forms based on various power regeneration (feedback) systems that the applicant has proposed so far. It is also possible to adopt.

本発明の第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を示す回路図である。1 is a circuit diagram illustrating a configuration example of a switching power supply circuit according to a first embodiment of the present invention. 第1の実施の形態の電源回路における要部の動作波形として、交流入力電圧VAC=100V時の動作波形を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the operation waveform at the time of alternating input voltage VAC = 100V as an operation waveform of the principal part in the power supply circuit of 1st Embodiment. 第1の実施の形態の電源回路における要部の動作波形として、交流入力電圧VAC=230V時の動作波形を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the operation waveform at the time of alternating input voltage VAC = 230V as an operation waveform of the principal part in the power supply circuit of 1st Embodiment. 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力率の変動特性と、制御巻線に流れる制御電流レベルの変動特性とを示した特性図である。FIG. 3 is a characteristic diagram illustrating a power factor variation characteristic with respect to a variation in AC input voltage of the power supply circuit according to the first embodiment and a variation characteristic of a control current level flowing in a control winding. 第1の実施の形態の電源回路の負荷変動に対する力率、制御電流の各変動特性について示した特性図である。It is the characteristic view shown about each variation characteristic of the power factor with respect to the load variation of the power supply circuit of 1st Embodiment, and a control current. 第1の実施の形態の電源回路において得られるワイドレンジ対応化の動作について説明するための波形図として、交流入力電圧VAC=100V時の動作波形を示す波形図である。FIG. 4 is a waveform diagram showing an operation waveform at the time of an AC input voltage VAC = 100 V as a waveform diagram for explaining an operation corresponding to a wide range obtained in the power supply circuit of the first embodiment. 第1の実施の形態の電源回路において得られるワイドレンジ対応化の動作について説明するための波形図として、交流入力電圧VAC=230V時の動作波形を示す波形図である。FIG. 4 is a waveform diagram showing an operation waveform at the time of an AC input voltage VAC = 230 V as a waveform diagram for explaining an operation corresponding to a wide range obtained in the power supply circuit according to the first embodiment. 実施の形態の電源回路に備えられる制御トランスの構造例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the control transformer with which the power supply circuit of embodiment is equipped. 実施の形態の電源回路に備えられる制御トランスの構造例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the control transformer with which the power supply circuit of embodiment is equipped. 実施の形態の電源回路に備えられる制御トランスの構造例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the control transformer with which the power supply circuit of embodiment is equipped. 実施の形態の電源回路に備えられる絶縁コンバータトランスの構造例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the insulation converter transformer with which the power supply circuit of embodiment is equipped. 実施の形態の電源回路における、重負荷時の二次側両波整流回路の整流動作を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the rectification operation | movement of the secondary side double wave rectifier circuit at the time of heavy load in the power supply circuit of embodiment. 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回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the switching power supply circuit as 2nd Embodiment. 第2の実施の形態の電源回路の力率改善動作(最大負荷電力時)に対応する要部の動作を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows operation | movement of the principal part corresponding to the power factor improvement operation | movement (at the time of maximum load electric power) of the power supply circuit of 2nd Embodiment. 第2の実施の形態の電源回路の力率改善動作(軽負荷時)に対応する要部の動作を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows operation | movement of the principal part corresponding to the power factor improvement operation | movement (at the time of light load) of the power supply circuit of 2nd Embodiment. 第2の実施の形態の電源回路についての力率の安定化特性として、交流入力電圧変動に対する制御電流及び力率の特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the control current and power factor with respect to alternating current input voltage fluctuation | variation as a power factor stabilization characteristic about the power supply circuit of 2nd Embodiment. 第2の実施の形態の電源回路についての力率の安定化特性として、負荷電力変動に対する制御電流及び力率の特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the control current and power factor with respect to load electric power fluctuation | variation as a power factor stabilization characteristic about the power supply circuit of 2nd Embodiment. 第3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回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the switching power supply circuit as 3rd Embodiment. 第3の実施の形態の電源回路の力率改善動作に対応する要部の動作を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows operation | movement of the principal part corresponding to the power factor improvement operation | movement of the power supply circuit of 3rd Embodiment. 第3の実施の形態の電源回路についての特性図として、交流入力電圧変動に対する整流平滑電圧、制御電流、力率の特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the rectification | straightening voltage, control current, and power factor with respect to alternating current input voltage fluctuation | variation as a characteristic view about the power supply circuit of 3rd Embodiment. 第3の実施の形態の電源回路についての特性図として、負荷電力変動に対する整流平滑電圧、制御電流、力率の特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the rectification | straightening voltage, control current, and power factor with respect to load electric power fluctuation | variation as a characteristic view about the power supply circuit of 3rd Embodiment. 先行技術としてのスイッチング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 switching power supply circuit as a prior art. 先行技術としてのスイッチング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 switching power supply circuit as a prior art. 先行技術としてのスイッチング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 switching power supply circuit as a prior art. 先行技術としてのスイッチング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 switching power supply circuit as a prior art. 先行技術としてのスイッチング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 switching power supply circuit as a prior art. 先行技術としてのスイッチング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 switching power supply circuit 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、10,11,12 力率改善回路、13 力率制御回路、Di ブリッジ整流回路、D11,D12 整流ダイオード(高速リカバリ型)、Ci,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(N2A,N2B) 二次巻線、CN フィルタコンデンサ、D1 スイッチングダイオード、PRT 制御トランス、NR 被制御巻線(高周波インダクタ)、NR1,NR2 巻線部、ND 検出巻線、制御巻線 Nc、Q11、Q12、Q13 トランジスタ   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Control circuit, 2 Oscillation drive circuit 10, 11, 12 Power factor improvement circuit, 13 Power factor control circuit, Di bridge rectifier circuit, D11, D12 rectifier diode (fast recovery type), Ci, 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 (N2A, N2B) secondary winding, CN filter capacitor, D1 switching diode, PRT control transformer , NR controlled winding (high frequency inductor), NR1, NR2 winding, ND detection winding, control winding Nc, Q11, Q12, Q13 transistor

Claims (7)

商用交流電源を入力して整流平滑電圧を生成する整流平滑手段と、
上記整流平滑電圧を直流入力電圧として入力してスイッチングを行うスイッチング素子を備えて形成したスイッチング手段と、
上記スイッチング素子をスイッチング駆動するスイッチング駆動手段と、
少なくとも、上記スイッチング手段のスイッチング動作により得られるスイッチング出力が供給される一次巻線と、該一次巻線に得られたスイッチング出力により交番電圧が励起される二次巻線とを巻装して形成される絶縁コンバータトランスと、
少なくとも、上記絶縁コンバータトランスの一次巻線の漏洩インダクタンス成分と、上記一次巻線に直列接続された一次側直列共振コンデンサのキャパシタンスとによって形成され、上記スイッチング手段の動作を電流共振形とする一次側直列共振回路と、
上記絶縁コンバータトランスの二次巻線に励起される交番電圧を入力して整流動作を行って、二次側直流出力電圧を生成するように構成された二次側直流出力電圧生成手段と、
上記二次側直流出力電圧のレベルに応じて上記スイッチング駆動手段を制御して、上記スイッチング手段のスイッチング周波数を可変することで、二次側直流出力電圧に対する定電圧制御を行うように構成された定電圧制御手段と、
力率改善手段とを備え、
上記力率改善手段は、
力率改善用スイッチング素子と高周波インダクタから成る直列接続回路であって、上記整流平滑手段が形成する整流電流経路に対して直列に挿入される力率改善用直列接続回路と、
上記高周波インダクタを被制御巻線として、この被制御巻線に対して密結合の状態で巻装される検出巻線と、制御巻線とが巻装される可飽和リアクタであって、上記制御巻線に流す直流電流である制御電流のレベルに応じて上記被制御巻線のインダクタンスを可変するように動作する制御トランスと、
上記商用交流電源のレベルに応じたレベルの上記制御電流を流すように動作する第1の制御電流生成回路と、
上記被制御巻線から上記検出巻線に誘起される電圧レベルに応じたレベルの上記制御電流を流すように動作する第2の制御電流生成回路とを備えると共に、
上記力率改善用スイッチング素子と高周波インダクタの接続点に対して上記一次側直列共振回路の端部を接続して形成し、
上記絶縁コンバータトランスは、
上記二次側直流出力電圧の変動にかかわらず、二次側整流電流が連続モードとなるようにして、磁束密度を所定以下となるように設定する、
ことを特徴とするスイッチング電源回路。
Rectifying and smoothing means for inputting a commercial AC power source and generating a rectified and smoothed voltage;
Switching means formed by including a switching element that performs switching by inputting the rectified and smoothed voltage as a DC input voltage;
Switching driving means for switching and driving the switching element;
At least a primary winding to which a switching output obtained by the switching operation of the switching means is supplied and a secondary winding in which an alternating voltage is excited by the switching output obtained by the primary winding are wound. An isolated converter transformer,
The primary side which is formed by at least the leakage inductance component of the primary winding of the insulating converter transformer and the capacitance of the primary side series resonant 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;
Power factor improvement means,
The power factor improving means is
A series connection circuit comprising a power factor improving switching element and a high frequency inductor, the power factor improving series connection circuit inserted in series with respect to the rectified current path formed by the rectifying and smoothing means;
A saturable reactor in which the high-frequency inductor is a controlled winding, a detection winding wound in a tightly coupled state with respect to the controlled winding, and a control winding. A control transformer that operates so as to vary the inductance of the controlled winding according to the level of the control current that is a direct current flowing in the winding;
A first control current generating circuit that operates to flow the control current at a level corresponding to the level of the commercial AC power supply;
A second control current generation circuit that operates to flow the control current at a level corresponding to a voltage level induced in the detection winding from the controlled winding;
An end of the primary side series resonance circuit is connected to a connection point between the power factor improving switching element and the high frequency inductor,
The insulation converter transformer is
Regardless of the fluctuation of the secondary side DC output voltage, the secondary side rectified current is set to the continuous mode, and the magnetic flux density is set to be a predetermined value or less.
A switching power supply circuit.
上記力率改善用直列接続回路は、上記被制御巻線としての上記高周波インダクタの一端が、上記整流平滑手段が備える平滑コンデンサの正極端子に対して接続されている、
ことを特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源回路。
In the series connection circuit for power factor improvement, one end of the high-frequency inductor as the controlled winding is connected to a positive terminal of a smoothing capacitor provided in the rectifying and smoothing means.
The switching power supply circuit according to claim 1.
上記力率改善用直列接続回路は、上記力率改善用スイッチング素子として高速型のダイオード素子を備え、このダイオード素子のカソードが上記整流平滑手段が備える平滑コンデンサの正極端子に対して接続されている、
ことを特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源回路。
The power factor improving series connection circuit includes a high-speed diode element as the power factor improving switching element, and a cathode of the diode element is connected to a positive terminal of a smoothing capacitor included in the rectifying and smoothing means. ,
The switching power supply circuit according to claim 1.
上記整流平滑手段は、
上記商用交流電源の一方の半周期に対応して商用交流電源を整流する第1の整流素子と、この第1の整流素子の整流出力を平滑化して直流電圧を生成する第1の平滑コンデンサと、上記商用交流電源の他方の半周期に対応して商用交流電源を整流する第2の整流素子と、この第2の整流素子の整流出力を平滑化して直流電圧を生成する第2の平滑コンデンサとを備えて、
上記第1の平滑コンデンサと上記第2の平滑コンデンサの直列接続の両端電圧を上記整流平滑電圧として生成するようにされた倍電圧整流回路とされ、
上記力率改善手段は、
上記力率改善用スイッチング素子として、高速型のダイオード素子による上記第1の整流素子及び第2の整流素子を備え、
上記高周波インダクタは、上記商用交流電源の一方の半周期に対応して形成される上記整流平滑手段の整流電流経路と、上記商用交流電源の他方の半周期に対応して形成される上記整流平滑手段の整流電流経路とにおいて、共通となるラインに対して挿入する、
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
A first rectifying element that rectifies the commercial AC power supply corresponding to one half cycle of the commercial AC power supply, and a first smoothing capacitor that generates a DC voltage by smoothing the rectified output of the first rectifying element; A second rectifying element for rectifying the commercial AC power supply corresponding to the other half cycle of the commercial AC power supply, and a second smoothing capacitor for smoothing the rectified output of the second rectifying element to generate a DC voltage And with
A voltage doubler rectifier circuit configured to generate a voltage across the series connection of the first smoothing capacitor and the second smoothing capacitor as the rectified smoothing voltage;
The power factor improving means is
The power factor improving switching element includes the first rectifying element and the second rectifying element by a high-speed diode element,
The high-frequency inductor includes a rectifying current path of the rectifying / smoothing means formed corresponding to one half cycle of the commercial AC power source and the rectifying / smoothing formed corresponding to the other half cycle of the commercial AC power source. Inserted into a common line in the rectified current path of the means,
The switching power supply circuit according to claim 1.
上記力率改善手段は、
上記高周波インダクタのインダクタンス成分として、
上記力率改善用スイッチング素子と直列接続回路を形成するようにして備えられる第1インダクタ部と、この第1インダクタ部とは直列に接続される接続関係を有すると共に、上記一次側直列共振回路を形成するためのインダクタンス成分に含まれるようにして挿入される第2インダクタ部とを備える、
ことを特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源回路。
The power factor improving means is
As an inductance component of the high frequency inductor,
The first inductor portion provided so as to form a series connection circuit with the power factor improving switching element, and the first inductor portion have a connection relationship connected in series, and the primary side series resonance circuit is A second inductor portion inserted so as to be included in an inductance component for forming,
The switching power supply circuit according to claim 1.
上記第1インダクタ部及び上記第2インダクタ部は、それぞれ、1つの高周波インダクタの巻線についてタップを設けたことで、このタップにより上記高周波インダクタの巻線を分割するようにして形成される第1巻線部と第2巻線部である、
ことを特徴とする請求項5に記載のスイッチング電源回路。
The first inductor portion and the second inductor portion are each formed by providing a tap for one high-frequency inductor winding so that the winding of the high-frequency inductor is divided by the tap. A winding part and a second winding part,
The switching power supply circuit according to claim 5.
上記第1インダクタ部は、1つのインダクタ素子として備えられると共に、
上記第2インダクタ部は、上記絶縁コンバータトランスの一次巻線についてタップを設けたことで、このタップにより上記一次巻線を分割するようにして形成される巻線部の1つである、
ことを特徴とする請求項5に記載のスイッチング電源回路。
The first inductor portion is provided as one inductor element,
The second inductor portion is one of winding portions formed so as to divide the primary winding by the tap by providing a tap for the primary winding of the insulating converter transformer.
The switching power supply circuit according to claim 5.
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