JP2007259651A - Switching dc power supply and its power supply synchronizing method - Google Patents

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雄次 大竹
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積 新竹
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a switching DC power supply capable of essentially evading influence of switching noises, in equipment for which high stability is required, and its power source synchronizing method. <P>SOLUTION: The switching DC power supply is equipped with a power supply synchronizing circuit 10 actuating a switching circuit 3 in synchronization with a particular phase of a commercial AC power supply 1. The power supply synchronizing circuit 10 includes a high frequency oscillator 12 oscillating a stable clock signal of 1 MHz or more, a phase detection circuit 14 detecting the particular phase (for example, a zero cross point) of the commercial AC voltage, a dividing circuit 16 counting the clock signal and forming a switching clock of 1 to 100 kHz, and an enable circuit 18 outputting an approval signal approving counting of the dividing circuit in synchronization of the particular phase. The dividing circuit 16 counts the clock signal corresponding to the approval signal to output the switching clock to the switching circuit 3. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、商用交流電源からスイッチング方式で直流電源を形成するスイッチング直流電源とその電源同期方法に関する。   The present invention relates to a switching DC power source that forms a DC power source from a commercial AC power source by a switching method, and a power source synchronization method thereof.

スイッチング直流電源は、一般的に交流電源を整流して直流電源とし、この直流電源の出力を一旦インバータスイッチ等で交流電圧に変換し、この交流電圧をトランスによって変圧し、この出力を整流回路によって再度直流電圧に変換するものである。
かかるスイッチング直流電源は、特許文献1、非特許文献1、等に開示されている。
A switching DC power supply generally rectifies an AC power supply to obtain a DC power supply. The output of the DC power supply is temporarily converted into an AC voltage by an inverter switch or the like, and the AC voltage is transformed by a transformer. The output is converted by a rectifier circuit. It is converted again to a DC voltage.
Such a switching DC power supply is disclosed in Patent Document 1, Non-Patent Document 1, and the like.

図4は、従来のスイッチング直流電源の具体例である。この図において、商用交流電源1の交流電圧は、第1整流回路2内のダイオードの全波整流および抵抗、コンデンサによるフィルターで平滑され直流電圧となる。この直流電圧は、トランジスタなどのスイッチング回路3で1kHz以上のスイッチングパルスに変換される。スイッチング回路3は、電源制御回路4で制御される。
スイッチングパルス電圧は、トランス5により降圧(又は昇圧)される。トランスで降圧(又は昇圧)されたスイッチングパルスは第2整流回路6により全波整流され、さらに直流平滑回路7内の抵抗とコンデンサのフィルター、トランジスタと基準電源ICによる安定化電圧回路により直流電圧に変換される。
FIG. 4 is a specific example of a conventional switching DC power supply. In this figure, the AC voltage of the commercial AC power supply 1 is smoothed by a full-wave rectification of a diode in the first rectifier circuit 2 and a filter by a resistor and a capacitor to become a DC voltage. This DC voltage is converted into a switching pulse of 1 kHz or more by a switching circuit 3 such as a transistor. The switching circuit 3 is controlled by the power supply control circuit 4.
The switching pulse voltage is stepped down (or stepped up) by the transformer 5. The switching pulse stepped down (or stepped up) by the transformer is full-wave rectified by the second rectifier circuit 6 and further converted into a DC voltage by a resistor and capacitor filter in the DC smoothing circuit 7, a stabilized voltage circuit by a transistor and a reference power supply IC. Converted.

また、偏差検出アンプ8により直流平滑回路7の電圧と基準電圧9との偏差から、スイッチング回路3を制御して、出力の電圧または電流安定化を図る方式もある。この方式は高い周波数の信号のトランス結合を行うので、小さなトランスを使用できるので電源の軽量化に役立つ。     There is also a method of stabilizing the output voltage or current by controlling the switching circuit 3 from the deviation between the voltage of the DC smoothing circuit 7 and the reference voltage 9 by the deviation detection amplifier 8. Since this system performs transformer coupling of high frequency signals, a small transformer can be used, which helps to reduce the weight of the power supply.

電源制御回路4には、例えばパルス幅変調素子(PWM:Pulse Width Modulation)が用いられる。また、スイッチング回路3には、トランジスタやIGBT(絶縁ゲートバイポーラモードトランジスタ)などが用いられる。   For the power supply control circuit 4, for example, a pulse width modulation element (PWM) is used. For the switching circuit 3, a transistor, an IGBT (insulated gate bipolar mode transistor), or the like is used.

また伝統的なチョッパ型のスイッチングレギュレータでも、スイッチング素子の直後に接続された整流用のインダクタLとコンデンサCのタイムコンスタントおよびスイッチング周波数の関係で、ある程度は出力の直流電圧が変更できる。     Even in a traditional chopper type switching regulator, the DC voltage of the output can be changed to some extent due to the time constant of the rectifying inductor L and the capacitor C connected immediately after the switching element and the switching frequency.

特開平6−78535号、「直流電源装置」Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-78535, “DC Power Supply Device” 東芝ホームページ、インターネット<URL:www.semicon.toshiba.co.jp/prd/pdf_presen/tr_PWMOSFET4_200502.pdf>Toshiba website, Internet <URL: www. semicon. toshiba. co. jp / prd / pdf_presen / tr_PWMOSFET4_200502. pdf>

上述した従来のスイッチング直流電源は、入力の商用交流電源とは非同期にスイッチングして電力制御を行うため、このスイッチング回路による電力制御時に生じる急峻なパルスの変化(立ち上がりと立ち下り)により、スイッチングノイズが発生していた。
この結果、この直流電源では、入力の商用交流電源の周波数とは非同期に入力側にスイッチングノイズが生じ、また空間的にもノイズを電磁波として放射していた。
Since the conventional switching DC power supply described above performs power control by switching asynchronously with the input commercial AC power supply, switching noise is caused by a sharp pulse change (rising and falling) that occurs during power control by this switching circuit. Had occurred.
As a result, in this DC power supply, switching noise is generated on the input side asynchronously with the frequency of the input commercial AC power supply, and noise is radiated spatially as electromagnetic waves.

上述したスイッチングノイズは、スイッチングパルスに相当する数kHzから数MHzの周波数であり、フィルターにより一般的な機器には影響が及ばない程度まで除去することができる。     The switching noise described above has a frequency of several kHz to several MHz corresponding to a switching pulse, and can be removed to such an extent that a general device is not affected by the filter.

しかし、高い安定度が要求される機器、たとえばX線自由電子レーザー用加速器の構成機器の電源や高感度地震計の電源などでは、フィルターによる除去のみでは不十分であり、スイッチングノイズの悪影響を受けるおそれがあった。
またフィルターでは、電源の外部機器に対するこのスイッチングノイズの影響を少なくできる可能性はあるが、完全な除去はできなかった。
However, for devices that require high stability, such as power supplies for accelerators for X-ray free electron lasers and power supplies for high-sensitivity seismometers, removal with a filter is not sufficient, and switching noise is adversely affected. There was a fear.
In addition, the filter may reduce the influence of this switching noise on the external device of the power supply, but it cannot be completely removed.

本発明は、かかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、高い安定度が要求される機器において、スイッチングノイズの影響を本質的に回避できるスイッチング直流電源とその電源同期方法を提供することにある。   The present invention has been developed to solve such problems. That is, an object of the present invention is to provide a switching DC power supply and a power supply synchronization method thereof that can essentially avoid the influence of switching noise in a device that requires high stability.

本発明によれば、商用交流電圧を第1直流電圧に整流する第1整流回路と、前記第1直流電圧のスイッチング制御によりスイッチングパルスを発生させるスイッチング回路と、前記スイッチングパルスの電圧を変換するトランスと、該トランスで電圧変換されたスイッチングパルスを第2直流電圧に整流する第2整流回路とを有するスイッチング直流電源であって、
商用交流電源の特定の位相に同期してスイッチング回路を作動させる電源同期回路を備える、ことを特徴とするスイッチング直流電源が提供される。
According to the present invention, a first rectifier circuit that rectifies a commercial AC voltage into a first DC voltage, a switching circuit that generates a switching pulse by switching control of the first DC voltage, and a transformer that converts the voltage of the switching pulse. And a switching DC power supply having a second rectifier circuit that rectifies the switching pulse voltage-converted by the transformer into a second DC voltage,
There is provided a switching DC power supply comprising a power supply synchronization circuit that operates a switching circuit in synchronization with a specific phase of a commercial AC power supply.

本発明の好ましい実施形態によれば、前記電源同期回路は、1MHz以上の安定なクロック信号を発振する高周波発振器と、
商用交流電圧の特定の位相を検出する位相検出回路と、
前記クロック信号をカウントして1kHz以上、100kHz未満のスイッチング・クロックを形成する分周回路と、
前記特定の位相に同期して分周回路のカウントを許可する許可信号を出力するエネーブル回路と、を有し、
前記分周回路は、前記許可信号に応じて前記クロック信号をカウントしてスイッチング・クロックを前記スイッチング回路に出力する。
According to a preferred embodiment of the present invention, the power supply synchronization circuit includes a high-frequency oscillator that oscillates a stable clock signal of 1 MHz or more;
A phase detection circuit for detecting a specific phase of the commercial AC voltage;
A frequency divider that counts the clock signal to form a switching clock of 1 kHz or more and less than 100 kHz;
An enable circuit that outputs a permission signal that permits counting of the frequency divider circuit in synchronization with the specific phase, and
The frequency divider circuit counts the clock signal according to the permission signal and outputs a switching clock to the switching circuit.

前記商用交流電圧の特定の位相は、ゼロクロス点であり、
さらに、ゼロクロス点とクロック信号の立ち上がり点が一致しないようにずらす移相設定回路を有する、ことが好ましい。
The specific phase of the commercial AC voltage is a zero cross point,
Furthermore, it is preferable to have a phase shift setting circuit that shifts the zero cross point and the rising point of the clock signal so as not to coincide with each other.

また本発明によれば、商用交流電圧を第1直流電圧に整流する第1整流回路と、前記第1直流電圧から1kHz以上、100kHz未満の高周波パルスを発生させるスイッチング回路と、前記高周波パルスの電圧を変換するトランスと、該トランスで電圧変換された高周波パルスを第2直流電圧に整流する第2整流回路とを有するスイッチング直流電源の電源同期方法であって、
スイッチング回路で発生するスイッチングパルスを商用交流電源の周波数に同期させる、ことを特徴とするスイッチング直流電源の電源同期方法が提供される。
Further, according to the present invention, a first rectifier circuit that rectifies a commercial AC voltage to a first DC voltage, a switching circuit that generates a high-frequency pulse of 1 kHz or more and less than 100 kHz from the first DC voltage, and a voltage of the high-frequency pulse A power source synchronization method for a switching DC power source, comprising: a transformer that converts the voltage; and a second rectifier circuit that rectifies the high-frequency pulse voltage-converted by the transformer into a second DC voltage,
There is provided a power supply synchronization method for a switching DC power supply, characterized in that a switching pulse generated in the switching circuit is synchronized with a frequency of a commercial AC power supply.

本発明の好ましい実施形態によれば、1MHz以上の安定なクロック信号を発振させる高周波発振ステップと、
商用交流電圧の特定の位相を検出する位相検出ステップと、
前記特定の位相に同期して許可信号を出力するカウント許可ステップと、
前記許可信号に応じて前記クロック信号をカウントして1kHz以上、100kHz未満のスイッチング・クロックを形成する分周ステップと、を有し、
該スイッチング・クロックを前記スイッチング回路に出力して前記スイッチング回路を作動させる。
According to a preferred embodiment of the present invention, a high frequency oscillation step for oscillating a stable clock signal of 1 MHz or higher,
A phase detection step for detecting a specific phase of the commercial AC voltage;
A count permission step for outputting a permission signal in synchronization with the specific phase;
A frequency dividing step of counting the clock signal according to the permission signal to form a switching clock of 1 kHz or more and less than 100 kHz,
The switching clock is output to the switching circuit to operate the switching circuit.

前記商用交流電圧の特定の位相は、ゼロクロス点であり、
さらに、ゼロクロス点とクロック信号の立ち上がり点が一致しないようにずらす、ことが好ましい。
The specific phase of the commercial AC voltage is a zero cross point,
Further, it is preferable to shift the zero cross point and the rising point of the clock signal so as not to coincide with each other.

上記本発明の装置及び方法によれば、電源同期回路により、商用交流電源の特定の位相に同期してスイッチング回路を作動させるので、スイッチング直流電源の外部機器へのスイッチングノイズの影響を時間的に一定にできる。
このことは、外部機器へのスイッチングノイズの影響を大きく低減できることを意味する。すなわちノイズの発生タイミングが既知なので、そのタイミングを避けてコンピュータにアナログデータをディジタルに変換して取り込むことが可能となる。
従って結果的に、本発明の電源とそれで駆動される回路が組み込まれた検出装置や機器の、検出感度や安定度の向上につなげることができる。
According to the apparatus and method of the present invention, since the switching circuit is operated in synchronization with a specific phase of the commercial AC power supply by the power supply synchronization circuit, the influence of the switching noise on the external device of the switching DC power supply is temporally affected. Can be constant.
This means that the influence of switching noise on the external device can be greatly reduced. In other words, since the noise generation timing is known, analog data can be converted into digital data and imported into the computer while avoiding the timing.
Therefore, as a result, it is possible to improve the detection sensitivity and stability of the detection apparatus or device in which the power supply of the present invention and a circuit driven by the power supply are incorporated.

上述したように、フィルターによるスイッチングノイズの完全除去は不可能である。また、一般的な電子機器では問題の無い状況にあるが、非常に高い安定性や低ノイズを要求される高精度機器では、スイッチングノイズに対するさらなる対処が必要である。
高精度の実験等の機器において、スイッチング直流電源によるパルス性ノイズの影響を少なくするためには、ノイズの発生を時間的・空間的に一定にすれば外部機器でのノイズ対策がやりやすい。
具体的には、ノイズの発生を一定にすれば外部機器に対する影響がほぼ既知なので、その機器内にフィルターを追加したり、影響のないタイミングで機器を動作させることが可能となる。それは、電源出力の一定のタイミングで機器を動作させれば、ノイズの影響の無い、出力変動が常に一定であるタイミングで機器を動作でき(実効的に常に一定の電源出力になる)、機器の動作安定度を実効的に上げること意味する。
As described above, it is impossible to completely eliminate the switching noise by the filter. Moreover, although there is no problem in a general electronic device, a high-precision device that requires extremely high stability and low noise requires further measures against switching noise.
In high-precision experimental equipment, in order to reduce the influence of pulse noise from the switching DC power supply, it is easy to take measures against noise in external equipment by making the noise generation constant in time and space.
Specifically, if the generation of noise is made constant, the influence on the external device is almost known, so that it becomes possible to add a filter in the device or to operate the device at a timing with no influence. If the device is operated at a constant power output timing, the device can be operated at a time when the output fluctuations are always constant without any influence of noise (effectively always a constant power output). It means to increase the operational stability effectively.

以上の観点に立ち、本発明の手段では、電源回路の入力商用電力の電圧ゼロクロス点を検出して、その検出タイミングにより水晶発振子からの1MHz以上の安定な信号のカウントを、エネーブル回路でスタートさせる。これにより、直流電源のスイッチングタイミング(位相)を商用電力の位相に合わせる(同期させる)ことができる。
加えて、このカウンタで発振子の信号は分周され、kHzオーダーの電源用スイッチング・クロックが作られる。ここでゼロクロス点を検出する代わりに商用交流電源の位相を正確に検出しても良い。
なお水晶発振のような高い周波数の信号で商用交流電源のゼロクロスタイミングまたは位相を検出するのは、検出・位相設定の時間精度(位相検出・設定精度)を上げるためである。
From the above viewpoint, the means of the present invention detects the voltage zero-cross point of the input commercial power of the power supply circuit, and starts counting of a stable signal of 1 MHz or more from the crystal oscillator by the detection timing by the enable circuit. Let As a result, the switching timing (phase) of the DC power supply can be matched (synchronized) with the phase of the commercial power.
In addition, the counter signal is frequency-divided by this counter, and a power supply switching clock in the order of kHz is generated. Here, instead of detecting the zero cross point, the phase of the commercial AC power supply may be detected accurately.
The reason why the zero cross timing or phase of the commercial AC power supply is detected with a high frequency signal such as crystal oscillation is to increase the time accuracy of detection / phase setting (phase detection / setting accuracy).

以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明によるスイッチング直流電源の構成図である。
この図に示すように、本発明によるスイッチング直流電源は、第1整流回路2、スイッチング回路3、トランス5、及び第2整流回路6を有する。
第1整流回路2は、図示しないダイオード、抵抗、及びコンデンサを備え、例えば60Hz又は50Hzの商用交流電源1の交流電圧を第1直流電圧に整流する。
スイッチング回路3は、例えばトタンジスタであり、第1直流電圧のスイッチング制御によりスイッチングパルスを発生させる。
トランス5は、スイッチングパルスの電圧を変換する。この電圧変換は、降圧又は昇圧のいずれであってもよい。
第2整流回路6は、トランス5で電圧変換されたスイッチングパルスを第2直流電圧に整流する。
FIG. 1 is a block diagram of a switching DC power supply according to the present invention.
As shown in this figure, the switching DC power supply according to the present invention includes a first rectifier circuit 2, a switching circuit 3, a transformer 5, and a second rectifier circuit 6.
The first rectifier circuit 2 includes a diode, a resistor, and a capacitor (not shown), and rectifies the AC voltage of the commercial AC power source 1 of, for example, 60 Hz or 50 Hz into the first DC voltage.
The switching circuit 3 is a transistor, for example, and generates a switching pulse by switching control of the first DC voltage.
The transformer 5 converts the voltage of the switching pulse. This voltage conversion may be either step-down or step-up.
The second rectifier circuit 6 rectifies the switching pulse voltage-converted by the transformer 5 into a second DC voltage.

図1において、本発明のスイッチング直流電源は、さらに、直流平滑回路7及び偏差検出アンプ8を備える。直流平滑回路7は、抵抗とコンデンサからなるフィルターであり、第2直流電圧を更に平滑化する。
また偏差検出アンプ8は、直流平滑回路7の電圧と基準電圧9との偏差から、スイッチング回路3を制御して、出力の電圧または電流の安定化をはかるようになっている。
In FIG. 1, the switching DC power supply of the present invention further includes a DC smoothing circuit 7 and a deviation detection amplifier 8. The DC smoothing circuit 7 is a filter composed of a resistor and a capacitor, and further smoothes the second DC voltage.
The deviation detecting amplifier 8 controls the switching circuit 3 based on the deviation between the voltage of the DC smoothing circuit 7 and the reference voltage 9 to stabilize the output voltage or current.

図1において、本発明のスイッチング直流電源は、さらに、電源同期回路10を備える。この電源同期回路10は、商用交流電源1の特定の位相に同期してスイッチング回路3を作動させる機能を有する。     In FIG. 1, the switching DC power supply of the present invention further includes a power supply synchronization circuit 10. The power supply synchronization circuit 10 has a function of operating the switching circuit 3 in synchronization with a specific phase of the commercial AC power supply 1.

図2は、図1の電源同期回路の構成図である。この図において、電源同期回路10は、高周波発振器12、位相検出回路14、分周回路16、及びエネーブル回路18を有する。
高周波発振器12は、例えば水晶発振器であり、1MHz以上(この例では12.8MHz)の安定なクロック信号を発振する。
位相検出回路14は、例えばコンパレータであり、商用交流電圧の特定の位相(例えばゼロクロス点)を検出する。
分周回路16は、例えば複数(この例では2つ)のカウンタ又はシフトレジスタであり、高周波発振器12のクロック信号(1MHz以上)をカウントして、これを例えば1/10〜1/1000に分周して、1kHz以上、100kHz未満のスイッチング・クロックを形成する。
またこの分周回路16は、エネーブル回路18が出力する許可信号に応じてクロック信号をカウントして上述のスイッチング・クロックを形成し、このスイッチング・クロックをスイッチング回路3に出力するようになっている。
エネーブル回路18は、位相検出回路14で検出した特定の位相(例えばゼロクロス点)に同期して分周回路16のカウントを許可する許可信号を出力する。
FIG. 2 is a configuration diagram of the power supply synchronization circuit of FIG. In this figure, the power supply synchronization circuit 10 includes a high-frequency oscillator 12, a phase detection circuit 14, a frequency divider circuit 16, and an enable circuit 18.
The high-frequency oscillator 12 is a crystal oscillator, for example, and oscillates a stable clock signal of 1 MHz or higher (12.8 MHz in this example).
The phase detection circuit 14 is a comparator, for example, and detects a specific phase (for example, a zero cross point) of the commercial AC voltage.
The frequency dividing circuit 16 is, for example, a plurality (two in this example) of counters or shift registers, and counts the clock signal (1 MHz or more) of the high-frequency oscillator 12 and divides this into, for example, 1/10 to 1/1000. Rotate to form a switching clock of 1 kHz or more and less than 100 kHz.
The frequency dividing circuit 16 counts the clock signal according to the permission signal output from the enable circuit 18 to form the above-described switching clock, and outputs the switching clock to the switching circuit 3. .
The enable circuit 18 outputs a permission signal that permits the frequency dividing circuit 16 to count in synchronization with a specific phase (for example, zero cross point) detected by the phase detection circuit 14.

商用交流電圧の特定の位相は、好ましくは、ゼロクロス点である。またこの場合、電源同期回路10は、さらに、移相設定回路17を有し、ゼロクロス点とクロック信号の立ち上がり点が一致しないようにずらすようになっている。   The specific phase of the commercial AC voltage is preferably the zero cross point. Further, in this case, the power supply synchronization circuit 10 further includes a phase shift setting circuit 17, which is shifted so that the zero cross point and the rising point of the clock signal do not coincide with each other.

また、この図で13は波形整形器であり、高周波発振器12のクロック信号の波形をパルス状に整形する。また、11は、トランスであり、商用交流電圧を位相検出回路14に適した電圧(例えば10V)に変圧するようになっている。     In this figure, reference numeral 13 denotes a waveform shaper, which shapes the waveform of the clock signal of the high-frequency oscillator 12 into a pulse shape. Reference numeral 11 denotes a transformer that transforms the commercial AC voltage to a voltage suitable for the phase detection circuit 14 (for example, 10 V).

図2において、高周波発振器12は、例えば水晶発振器であり、1MHz以上(この例では12.8MHz)のサイン波を発生する。水晶発振器の信号は、波形整形器13で波形が整形されパルス状になる。分周回路16は、そのパルスをカウントダウンしてスイッチング回路3用のスイッチング・クロックを生成する。この過程でパルスは、分周回路16のカウンタで1MHz以上から1kHz以上、100kHz未満の周波数へ変換される。     In FIG. 2, a high-frequency oscillator 12 is a crystal oscillator, for example, and generates a sine wave of 1 MHz or more (12.8 MHz in this example). The signal of the crystal oscillator is shaped into a pulse by the waveform shaper 13 shaping the waveform. The frequency divider circuit 16 counts down the pulses to generate a switching clock for the switching circuit 3. In this process, the pulse is converted by the counter of the frequency dividing circuit 16 to a frequency of 1 MHz or more to 1 kHz or more and less than 100 kHz.

位相検出回路14(コンパレータ)は、スイッチング直流電源へ入力される商用交流電源1の電圧ゼロクロスタイミング(ゼロクロス点)を検出する。エネーブル回路18は、この検出タイミングで許可信号を生成して、分周回路16に入力し、分周回路16はこのタイミングでカウントを開始する。     The phase detection circuit 14 (comparator) detects the voltage zero cross timing (zero cross point) of the commercial AC power supply 1 input to the switching DC power supply. The enable circuit 18 generates a permission signal at this detection timing and inputs it to the frequency dividing circuit 16, and the frequency dividing circuit 16 starts counting at this timing.

上述した構成により、位相検出回路14で商用交流電源1の各周期の正確な位相検出を行うことで、分周回路16におけるカウンタ動作の商用交流電源1に対する正確な同期性を確保することができる。
生成されたスイッチングパルスは、図1の第1整流回路2を通してトランス5の前(上流側)に設置されたスイッチング回路3(トランジスタやIGBTなどのスイッチング素子)に加えられる。
スイッチング回路3でパルス化された電力は、トランス5により電圧調整されて、第2整流回路6および直流平滑回路7などにより整流され安定な直流電力になる。
With the above-described configuration, the phase detection circuit 14 performs accurate phase detection of each cycle of the commercial AC power supply 1, thereby ensuring accurate synchronization of the counter operation in the frequency divider circuit 16 with respect to the commercial AC power supply 1. .
The generated switching pulse is applied to the switching circuit 3 (switching element such as a transistor or IGBT) installed in front of the transformer 5 (upstream side) through the first rectifier circuit 2 of FIG.
The electric power pulsed by the switching circuit 3 is adjusted in voltage by the transformer 5 and rectified by the second rectifier circuit 6 and the DC smoothing circuit 7 to become stable DC power.

本発明のスイッチング直流電源の電源同期方法は、上述したスイッチング回路3で発生するスイッチングパルスを商用交流電源1の周波数に同期させることを特徴とする。     The power supply synchronization method for a switching DC power supply according to the present invention is characterized in that the switching pulse generated in the switching circuit 3 described above is synchronized with the frequency of the commercial AC power supply 1.

すなわち、本発明のスイッチング直流電源の電源同期方法は、高周波発振ステップ、位相検出ステップ、カウント許可ステップ、及び分周ステップを有し、
高周波発振ステップで、1MHz以上の安定なクロック信号を発振させ、
位相検出ステップで、商用交流電圧の特定の位相を検出し、
カウント許可ステップで、前記特定の位相に同期して許可信号を出力し、
分周ステップで、前記許可信号に応じて前記クロック信号をカウントして1kHz以上、100kHz未満のスイッチング・クロックを形成する。
このスイッチング・クロックをスイッチング回路3に出力してスイッチング回路3を作動させることで、スイッチング回路3で発生するスイッチングパルスを商用交流電源1の周波数に同期させる。
That is, the power supply synchronization method of the switching DC power supply of the present invention has a high frequency oscillation step, a phase detection step, a count permission step, and a frequency division step,
In a high-frequency oscillation step, oscillate a stable clock signal of 1 MHz or more,
In the phase detection step, a specific phase of commercial AC voltage is detected,
In the count permission step, a permission signal is output in synchronization with the specific phase,
In the frequency dividing step, the clock signal is counted according to the permission signal to form a switching clock of 1 kHz or more and less than 100 kHz.
By outputting this switching clock to the switching circuit 3 and operating the switching circuit 3, the switching pulse generated in the switching circuit 3 is synchronized with the frequency of the commercial AC power supply 1.

特に、商用交流電圧の特定の位相は、ゼロクロス点であり、さらに、ゼロクロス点とクロック信号の立ち上がり点が一致しないようにずらすのがよい。     In particular, the specific phase of the commercial AC voltage is a zero cross point, and it is preferable to shift the zero cross point and the rising point of the clock signal so as not to coincide with each other.

図3は、本発明のスイッチング直流電源の作動説明図である。この図は、具体的なスイッチングパルス生成のタイムチャートを示している。
この図において、(A)が商用交流電源1の交流電圧信号であり、(B)はその1周期の拡大図である。また(C)は、分周回路16の出力信号、すなわち1kHz以上、100kHz未満のスイッチングパルスである。
さらに(D)は、本発明によるスイッチングパルスの拡大模式図であり、本発明では、商用交流電源の0Vに同期して交流電圧のゼロクロス点のタイミングにて高周波発振器12(水晶)で作られた信号(1MHz以上)をカウントし始める。そして、分周回路16のカウンタによる分周でスイッチングパルスを形成する。
従って、本発明によるスイッチング直流電源の外部機器へのスイッチングノイズは、(D)に縦の細線で示すように、ゼロクロス点から固定されたタイミングで発生する。これにより、スイッチングノイズの影響を時間的に一定にできる。
なお、ゼロクロスタイミングのカウント許可信号と水晶の信号の立ち上がりタイミングが一致すると不安定になることがある。そのために、図2の移相設定回路17で両者のタイミングが一致しないようにずらしている。
FIG. 3 is an operation explanatory diagram of the switching DC power supply according to the present invention. This figure shows a time chart of specific switching pulse generation.
In this figure, (A) is an AC voltage signal of the commercial AC power supply 1, and (B) is an enlarged view of one cycle. (C) is an output signal of the frequency dividing circuit 16, that is, a switching pulse of 1 kHz or more and less than 100 kHz.
Further, (D) is an enlarged schematic diagram of the switching pulse according to the present invention. In the present invention, the switching pulse is generated by the high-frequency oscillator 12 (crystal) at the timing of the zero cross point of the AC voltage in synchronization with 0 V of the commercial AC power supply. Start counting signals (1MHz and above). Then, a switching pulse is formed by frequency division by the counter of the frequency divider circuit 16.
Therefore, the switching noise to the external device of the switching DC power supply according to the present invention is generated at a fixed timing from the zero cross point as indicated by a vertical thin line in (D). Thereby, the influence of switching noise can be made constant over time.
Note that if the count permission signal of the zero cross timing matches the rising timing of the crystal signal, it may become unstable. Therefore, the phase shift setting circuit 17 in FIG. 2 is shifted so that the timings of the two do not match.

図3の(E)(F)は、電源同期がない、非同期の場合を示している。これらの場合には、細線で示すスイッチングノイズの発生タイミングが、ゼロクロス点に同期せず、ランダムに発生する。これにより、スイッチングノイズの影響を時間的に一定にできず、前述したように悪影響を及ぼすことがある。   (E) and (F) in FIG. 3 show an asynchronous case where there is no power supply synchronization. In these cases, the generation timing of the switching noise indicated by the thin line is generated randomly without being synchronized with the zero cross point. As a result, the influence of the switching noise cannot be made constant over time, and may have an adverse effect as described above.

上述した本発明のスイッチング直流電源は、ノイズを嫌う科学的な実験を含めた全て分野に利用が可能であり、加速器科学、地球科学、工学などへの広い適用範囲がある。特に、高い安定性が必要な実験機器、たとえばX線自由電子レーザー用加速器の構成機器の電源などに使用可能である。加えてノイズを嫌う高感度の地震計や高感度ひずみ計などの測地分野、高感度に位置を測定する電子顕微鏡や半導体製造用リソグラフィー分野の、ステージなどの機器にも使用できる。   The switching DC power supply of the present invention described above can be used in all fields including scientific experiments that dislike noise, and has a wide range of application to accelerator science, earth science, engineering, and the like. In particular, it can be used as a power source for experimental equipment that requires high stability, for example, an X-ray free electron laser accelerator component equipment. In addition, it can also be used in equipment such as stages in geodetic fields such as high-sensitivity seismometers and high-sensitivity strain gauges that dislike noise, and electron microscopes that measure positions with high sensitivity and lithography fields for semiconductor manufacturing.

なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。   In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, Of course, it can change variously in the range which does not deviate from the summary of this invention.

本発明によるスイッチング直流電源の構成図である。It is a block diagram of the switching DC power supply by this invention. 図1の電源同期回路の構成図である。It is a block diagram of the power supply synchronizing circuit of FIG. 本発明のスイッチング直流電源の作動説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of the switching DC power supply of this invention. 従来のスイッチング直流電源の構成図である。It is a block diagram of the conventional switching DC power supply.

符号の説明Explanation of symbols

1 商用交流電源、2 第1整流回路、3 スイッチング回路、
4 電源制御回路、5 トランス、6 第2整流回路、
7 直流平滑回路、8 偏差検出アンプ、9 基準電圧、
10 電源同期回路、11 トランス、12 高周波発振器、
13 波形整形器、14 位相検出回路、16 分周回路、
17 移相設定回路、18 エネーブル回路
1 commercial AC power supply, 2 first rectifier circuit, 3 switching circuit,
4 power control circuit, 5 transformer, 6 second rectifier circuit,
7 DC smoothing circuit, 8 deviation detection amplifier, 9 reference voltage,
10 power supply synchronization circuit, 11 transformer, 12 high frequency oscillator,
13 waveform shaper, 14 phase detection circuit, 16 frequency divider,
17 Phase shift setting circuit, 18 Enable circuit

Claims (6)

商用交流電圧を第1直流電圧に整流する第1整流回路と、前記第1直流電圧のスイッチング制御によりスイッチングパルスを発生させるスイッチング回路と、前記スイッチングパルスの電圧を変換するトランスと、該トランスで電圧変換されたスイッチングパルスを第2直流電圧に整流する第2整流回路とを有するスイッチング直流電源であって、
商用交流電源の特定の位相に同期してスイッチング回路を作動させる電源同期回路を備える、ことを特徴とするスイッチング直流電源。
A first rectifier circuit that rectifies a commercial AC voltage into a first DC voltage; a switching circuit that generates a switching pulse by switching control of the first DC voltage; a transformer that converts the voltage of the switching pulse; A switching DC power supply having a second rectification circuit for rectifying the converted switching pulse into a second DC voltage,
A switching DC power supply comprising a power supply synchronization circuit that operates a switching circuit in synchronization with a specific phase of a commercial AC power supply.
前記電源同期回路は、1MHz以上の安定なクロック信号を発振する高周波発振器と、
商用交流電圧の特定の位相を検出する位相検出回路と、
前記クロック信号をカウントして1kHz以上、100kHz未満のスイッチング・クロックを形成する分周回路と、
前記特定の位相に同期して分周回路のカウントを許可する許可信号を出力するエネーブル回路と、を有し、
前記分周回路は、前記許可信号に応じて前記クロック信号をカウントしてスイッチング・クロックを前記スイッチング回路に出力する、ことを特徴とする請求項1に記載のスイッチング直流電源。
The power supply synchronization circuit includes a high-frequency oscillator that oscillates a stable clock signal of 1 MHz or higher;
A phase detection circuit for detecting a specific phase of the commercial AC voltage;
A frequency divider that counts the clock signal to form a switching clock of 1 kHz or more and less than 100 kHz;
An enable circuit that outputs a permission signal that permits counting of the frequency divider circuit in synchronization with the specific phase, and
2. The switching DC power supply according to claim 1, wherein the frequency dividing circuit counts the clock signal according to the permission signal and outputs a switching clock to the switching circuit.
前記商用交流電圧の特定の位相は、ゼロクロス点であり、
さらに、ゼロクロス点とクロック信号の立ち上がり点が一致しないようにずらす移相設定回路を有する、ことを特徴とする請求項2に記載のスイッチング直流電源。
The specific phase of the commercial AC voltage is a zero cross point,
3. The switching DC power supply according to claim 2, further comprising a phase shift setting circuit that shifts the zero cross point and the rising point of the clock signal so as not to coincide with each other.
商用交流電圧を第1直流電圧に整流する第1整流回路と、前記第1直流電圧から1kHz以上、100kHz未満の高周波パルスを発生させるスイッチング回路と、前記高周波パルスの電圧を変換するトランスと、該トランスで電圧変換された高周波パルスを第2直流電圧に整流する第2整流回路とを有するスイッチング直流電源の電源同期方法であって、
スイッチング回路で発生するスイッチングパルスを商用交流電源の周波数に同期させる、ことを特徴とするスイッチング直流電源の電源同期方法。
A first rectifier circuit that rectifies a commercial AC voltage to a first DC voltage, a switching circuit that generates a high-frequency pulse of 1 kHz or more and less than 100 kHz from the first DC voltage, a transformer that converts the voltage of the high-frequency pulse, A power supply synchronization method for a switching DC power supply comprising a second rectifier circuit that rectifies a high-frequency pulse voltage-converted by a transformer into a second DC voltage,
A power supply synchronization method for a switching DC power supply, wherein a switching pulse generated in the switching circuit is synchronized with a frequency of a commercial AC power supply.
1MHz以上の安定なクロック信号を発振させる高周波発振ステップと、
商用交流電圧の特定の位相を検出する位相検出ステップと、
前記特定の位相に同期して許可信号を出力するカウント許可ステップと、
前記許可信号に応じて前記クロック信号をカウントして1kHz以上、100kHz未満のスイッチング・クロックを形成する分周ステップと、を有し、
該スイッチング・クロックを前記スイッチング回路に出力して前記スイッチング回路を作動させる、ことを特徴とする請求項4に記載のスイッチング直流電源の電源同期方法。
A high-frequency oscillation step for oscillating a stable clock signal of 1 MHz or higher;
A phase detection step for detecting a specific phase of the commercial AC voltage;
A count permission step for outputting a permission signal in synchronization with the specific phase;
A frequency dividing step of counting the clock signal according to the permission signal to form a switching clock of 1 kHz or more and less than 100 kHz,
5. The switching DC power supply synchronization method according to claim 4, wherein the switching clock is output to the switching circuit to operate the switching circuit.
前記商用交流電圧の特定の位相は、ゼロクロス点であり、
さらに、ゼロクロス点とクロック信号の立ち上がり点が一致しないようにずらす、ことを特徴とする請求項5に記載のスイッチング直流電源の電源同期方法。
The specific phase of the commercial AC voltage is a zero cross point,
6. The method according to claim 5, further comprising shifting the zero cross point and the rising point of the clock signal so as not to coincide with each other.
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