JP2007318931A - Switching power supply circuit and its control method - Google Patents

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智次 荒井
Masahiko Takahashi
正彦 高橋
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a switching power supply suppressing, with a simple structure, a harmonic current which flows at the AC power supply side and, having small external size, and improved transient response characteristics, and to provide its control method. <P>SOLUTION: This switching power supply circuit is provided with a first rectifier circuit 22, a switching circuit 24, a transformer 25, a second rectifier circuit 26, a secondary smoothing capacitor 27, and a control circuit 28. This control circuit 28 is provided with an insulation 28b that outputs a signal S2 of a result of comparing an output DC voltage with a reference voltage, a multiplier 28c that outputs a signal S4 obtained by multiplying the signal S2 by a signal S3 proportional to a first pulsating voltage, a comparator 28d that compares the signal S4 with a signal S5 proportional to a current value flowing in the switching circuit 24 to output a resultant signal S6, a current detection circuit that detects a current (O) of the transformer 5 to output a signal S7, and a flip-flop circuit 28e that turns on and off the switching circuit 24 using the signals S6 and S7 as reset and set signals, respectively. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

この発明は、商用電源等の交流電源に用いられるスイッチング電源回路に係り、特に高調波電流を抑制すると共に外形を小型化したスイッチング電源回路及びその制御方法に関する。   The present invention relates to a switching power supply circuit used for an AC power supply such as a commercial power supply, and more particularly to a switching power supply circuit that suppresses a harmonic current and has a reduced outer shape and a control method thereof.

商用電源等の交流電源から直流を生成するスイッチング電源において、現在、主流の回路方式はコンデンサ・インプット型のスイッチング電源である。コンデンサ・インプット型のスイッチング電源は、商用電源等の交流電源の出力である交流電圧を整流してコンデンサで平滑化した後、DC−DCコンバータによって所要の直流電圧に変換し、交流入力電圧や出力負荷の変動に対して負帰還制御によって出力電圧を一定に保持するものである。   In a switching power supply that generates direct current from an alternating current power supply such as a commercial power supply, the mainstream circuit system is currently a capacitor input type switching power supply. Capacitor-input type switching power supplies rectify and smooth the AC voltage, which is the output of an AC power supply such as a commercial power supply, and convert it to the required DC voltage with a DC-DC converter. The output voltage is held constant by negative feedback control with respect to load fluctuations.

このような従来のスイッチング電源回路の回路構成の一例を図2に示す。図2において、交流電源の入力側から順に、ノイズフィルタ1、第1の整流回路2、1次側平滑コンデンサ3、スイッチング回路4、トランス5、第2の整流回路6、2次側平滑コンデンサ7、及び制御回路8が備えられている。第1の整流回路2は、商用電源等の交流電圧を全波整流して第1の脈動電圧を出力するものである。1次側平滑コンデンサ3は、通常はアルミ電解コンデンサで構成され、第1の脈動電圧を平滑化して直流電圧V2を出力するものである。スイッチング回路4は、与えられた制御信号に基づいて所定の周波数(例えば、20kHz〜500kHz)で直流電圧V2をオン/オフ制御してトランス5の2次側に高周波交流電圧V4を発生させる。第2の整流回路6は、交流電圧V4を全波整流して第2の脈動電圧V5を出力し、脈動電圧V5は2次側平滑コンデンサ7により平滑化され直流電圧V6が得られ出力の負荷に印加される。直流電圧V6は制御回路8において基準電圧と比較され、その結果はスイッチング回路4の制御電圧にフィードバックされて出力が安定化される。   An example of the circuit configuration of such a conventional switching power supply circuit is shown in FIG. In FIG. 2, the noise filter 1, the first rectifier circuit 2, the primary side smoothing capacitor 3, the switching circuit 4, the transformer 5, the second rectifier circuit 6, and the secondary side smoothing capacitor 7 in order from the input side of the AC power supply. And a control circuit 8 are provided. The first rectifier circuit 2 outputs a first pulsation voltage by full-wave rectifying an AC voltage of a commercial power source or the like. The primary side smoothing capacitor 3 is usually composed of an aluminum electrolytic capacitor, and smoothes the first pulsating voltage to output a DC voltage V2. The switching circuit 4 performs on / off control of the DC voltage V2 at a predetermined frequency (for example, 20 kHz to 500 kHz) based on a given control signal, and generates a high frequency AC voltage V4 on the secondary side of the transformer 5. The second rectifier circuit 6 full-wave rectifies the AC voltage V4 and outputs a second pulsating voltage V5. The pulsating voltage V5 is smoothed by the secondary side smoothing capacitor 7 to obtain a DC voltage V6, and an output load To be applied. The DC voltage V6 is compared with the reference voltage in the control circuit 8, and the result is fed back to the control voltage of the switching circuit 4 to stabilize the output.

しかし、このようなコンデンサ・インプット型のスイッチング電源回路では、第1の脈動電圧が1次側平滑コンデンサ3の端子電圧を超えたときのみ充電電流が流れるため入力の交流電圧波形(正弦波)のピーク付近で瞬間的にパルス状の大電流が流れ、この電流には入力交流電圧波形の高調波成分が含まれる。この高調波電流の交流電源への影響を除くためノイズフィルタ1が設けられているが、通常これだけでは十分に除去できず交流電源が汚染され、この交流電源に接続されている他の電子機器に障害が発生したり、送電損失が大きくなったりするという問題点が生ずる。また、このスイッチング電源回路は、1次側平滑コンデンサ3、2次側平滑コンデンサ7が比較的形状の大きいアルミ電解コンデンサで構成されているので、スイッチング電源回路自身を小型にすることができないという問題もある。   However, in such a capacitor-input type switching power supply circuit, the charging current flows only when the first pulsation voltage exceeds the terminal voltage of the primary side smoothing capacitor 3, so that the input AC voltage waveform (sine wave) A large pulse current flows instantaneously near the peak, and this current includes harmonic components of the input AC voltage waveform. The noise filter 1 is provided in order to remove the influence of the harmonic current on the AC power supply. However, the noise filter 1 is normally not sufficiently removed by itself, and the AC power supply is contaminated, and other electronic devices connected to the AC power supply are used. There arises a problem that a failure occurs and transmission loss increases. Further, in this switching power supply circuit, since the primary side smoothing capacitor 3 and the secondary side smoothing capacitor 7 are composed of relatively large aluminum electrolytic capacitors, there is a problem that the switching power supply circuit itself cannot be reduced in size. There is also.

このようなコンデンサ・インプット型のスイッチング電源回路の問題点を解決するために、独自の回路構成によって高調波対策が行われたスイッチング電源回路が提案されている。このようなスイッチング電源回路の一例として、例えば、特許文献1に示されている回路構成を図3に示す。このスイッチング電源回路には、同図に示すように、ノイズフィルタ31、第1の整流回路32、スイッチング回路34、トランス35、第2の整流回路36、2次側平滑コンデンサ37、及び制御回路38が備えられている。ノイズフィルタ31、第1の整流回路32などの個々の構成要素は図2の従来のスイッチング電源回路の構成要素であるノイズフィルタ1、第1の整流回路2などと構成および機能はすべて同じである。但し、図3の回路においては1次側平滑コンデンサは設置されていない。   In order to solve such problems of the capacitor input type switching power supply circuit, a switching power supply circuit is proposed in which a harmonic countermeasure is taken with a unique circuit configuration. As an example of such a switching power supply circuit, for example, a circuit configuration shown in Patent Document 1 is shown in FIG. The switching power supply circuit includes a noise filter 31, a first rectifier circuit 32, a switching circuit 34, a transformer 35, a second rectifier circuit 36, a secondary smoothing capacitor 37, and a control circuit 38, as shown in FIG. Is provided. The individual components such as the noise filter 31 and the first rectifier circuit 32 are all the same in configuration and function as the noise filter 1 and the first rectifier circuit 2 which are components of the conventional switching power supply circuit of FIG. . However, the primary side smoothing capacitor is not installed in the circuit of FIG.

そこで、このスイッチング電源回路では、第1の整流回路32の後段に平滑コンデンサがないことにより、スイッチング回路34への入力電流波形は全波整流された正弦波波形となり、図2の回路で生ずるようなパルス状の電流は発生しない。そのため、交流電源側には影響を与えるような高調波電流が流れない。また、1次側平滑コンデンサは不要であり、2次側平滑コンデンサ37はアルミ電解コンデンサよりも単位静電容量あたりの体積の小さい電気二重層コンデンサ等を用いることができるためスイッチング電源回路自体を小型にできるメリットがある。   Therefore, in this switching power supply circuit, since there is no smoothing capacitor in the subsequent stage of the first rectifier circuit 32, the input current waveform to the switching circuit 34 becomes a full-wave rectified sine wave waveform, which appears in the circuit of FIG. No pulsating current is generated. Therefore, no harmonic current that affects the AC power supply side flows. Further, the primary side smoothing capacitor is unnecessary, and the secondary side smoothing capacitor 37 can use an electric double layer capacitor having a smaller volume per unit capacitance than the aluminum electrolytic capacitor, so that the switching power supply circuit itself can be made compact. There is a merit that can be.

制御回路38は、出力直流電圧のレベルに基づき、スイッチング回路34の制御電圧のパルス幅を負帰還制御するための制御信号を生成するものである。基準電圧比較部38a、絶縁部38b、及びLPF38cが備えられている。基準電圧比較部38aは、出力直流電圧とその設定値に対応した基準電圧とを比較して比較結果の信号を出力し、絶縁部38bは、例えばホトカプラで構成され、上記比較結果の信号を電気的に絶縁した状態で伝達するものである。低域通過周波数フィルタであるLPF38cは上記比較結果の信号から出力直流電圧に含まれるリプルの周波数よりも低い周波数成分のみを通過させて出力するものである。例えば、交流電源の周波数が50Hzで第1の整流回路32が全波整流回路である場合、出力直流電圧に含まれるリップルの周波数は100Hzになるので、LPF38cの遮断周波数は、100Hzよりも低い周波数(例えば、10Hz程度)に設定されている。   The control circuit 38 generates a control signal for performing negative feedback control of the pulse width of the control voltage of the switching circuit 34 based on the level of the output DC voltage. A reference voltage comparison unit 38a, an insulation unit 38b, and an LPF 38c are provided. The reference voltage comparison unit 38a compares the output DC voltage with a reference voltage corresponding to the set value, and outputs a comparison result signal. The insulation unit 38b is configured by, for example, a photocoupler, and the comparison result signal is electrically converted. Is transmitted in an electrically insulated state. The LPF 38c, which is a low-pass frequency filter, passes and outputs only the frequency component lower than the ripple frequency included in the output DC voltage from the signal of the comparison result. For example, when the frequency of the AC power supply is 50 Hz and the first rectifier circuit 32 is a full-wave rectifier circuit, the frequency of the ripple included in the output DC voltage is 100 Hz, so the cutoff frequency of the LPF 38c is a frequency lower than 100 Hz. (For example, about 10 Hz).

特許第3506649号Japanese Patent No. 3506649

上述のように図3のスイッチング電源回路はパルス状の電流は発生しなく、スイッチング電源回路自体を小型にできるメリットがある。しかし、制御回路38にはLPF38cを必要とするために過渡応答性が悪く、負荷の急峻な変動に対して追従しにくく、出力電圧の安定化が十分ではないという問題点がある。そこで、本発明の課題は、簡単な回路構成で交流電源側に流れる高調波電流を抑制できると共に外形を小型化でき、さらに過渡応答特性を改善したスイッチング電源回路およびその制御方法を提供することにある。   As described above, the switching power supply circuit of FIG. 3 does not generate a pulsed current and has an advantage that the switching power supply circuit itself can be downsized. However, since the control circuit 38 requires the LPF 38c, the transient response is poor, it is difficult to follow a steep fluctuation of the load, and the output voltage is not sufficiently stabilized. Accordingly, an object of the present invention is to provide a switching power supply circuit that can suppress harmonic current flowing to the AC power supply side with a simple circuit configuration, can be reduced in size, and has improved transient response characteristics, and a control method therefor. is there.

上記課題を解決するため、本発明のスイッチング電源回路は、入力された第1の交流電圧を全波整流して第1の脈動電圧を生成する第1の整流回路と、前記交流電圧の周波数よりも高い周波数で前記第1の脈動電圧をオン/オフ制御することにより第1の高周波交流電圧を発生させるスイッチング回路と、前記スイッチング回路に直列に1次巻線が接続されたトランスと、該トランスの2次巻線側に発生した第2の高周波交流電圧を整流して第2の脈動電圧を生成する第2の整流回路と、前記第2の脈動電圧を平滑化して直流電圧を生成する平滑回路と、前記直流電圧と予め設定した基準電圧との差を検出して前記スイッチング回路を制御するための制御回路とを備えるスイッチング電源回路であって、前記制御回路は前記直流電圧と前記基準電圧とを比較して第1の比較結果の信号を出力する基準電圧比較部と、前記第1の比較結果の信号を電気的に絶縁した状態で伝達して第2の比較結果の信号を出力する絶縁部と、前記第2の比較結果の信号と前記第1の脈動電圧に比例した信号とを乗算し出力する乗算器と、該乗算器からの出力信号と前記スイッチング回路に流れる電流値に比例した信号とを比較しその結果を出力する比較器と、前記トランスの2次巻線の電流が0になったときに信号を出力する電流検出回路と、前記比較器のからの出力信号をリセット信号とし前記電流検出回路の出力をセット信号として前記スイッチング回路をオン/オフするフリップフロップ回路とを備えている。   In order to solve the above-described problem, a switching power supply circuit according to the present invention includes a first rectifier circuit that generates a first pulsation voltage by full-wave rectifying an input first AC voltage, and a frequency of the AC voltage. A switching circuit for generating a first high-frequency AC voltage by controlling on / off of the first pulsating voltage at a high frequency, a transformer having a primary winding connected in series to the switching circuit, and the transformer A second rectifying circuit for generating a second pulsating voltage by rectifying a second high-frequency AC voltage generated on the secondary winding side of the first winding, and a smoothing for smoothing the second pulsating voltage to generate a DC voltage A switching power supply circuit comprising: a circuit; and a control circuit for detecting the difference between the DC voltage and a preset reference voltage to control the switching circuit, the control circuit including the DC voltage and the base A reference voltage comparison unit that compares the voltage and outputs a signal of the first comparison result, and transmits the signal of the first comparison result in an electrically insulated state and outputs a signal of the second comparison result An insulating section that performs multiplication, a signal that is multiplied by the signal of the second comparison result and a signal that is proportional to the first pulsation voltage, an output signal from the multiplier, and a current value that flows through the switching circuit A comparator that compares the proportional signal and outputs the result, a current detection circuit that outputs a signal when the current of the secondary winding of the transformer becomes zero, and an output signal from the comparator And a flip-flop circuit that turns on and off the switching circuit using the output of the current detection circuit as a reset signal and a set signal.

また、前記平滑回路はアルミ電解コンデンサよりも単位体積あたりの静電容量が大きなコンデンサで構成されていることが望ましい。   The smoothing circuit is preferably composed of a capacitor having a larger capacitance per unit volume than an aluminum electrolytic capacitor.

このため、前記平滑回路はアルミ電解コンデンサよりも単位体積あたりの静電容量が大きいタンタルコンデンサまたはニオブコンデンサまたは電気二重層コンデンサまたはそれらを複合したコンデンサで構成されていてもよい。   For this reason, the smoothing circuit may be composed of a tantalum capacitor, a niobium capacitor, an electric double layer capacitor, or a capacitor that combines them, which has a larger capacitance per unit volume than an aluminum electrolytic capacitor.

また、本発明によるスイッチング電源回路の制御方法は、入力された交流電圧を全波整流して第1の脈動電圧を生成する第1の整流回路と、前記交流電圧の周波数よりも高い周波数で前記第1の脈動電圧をオン/オフ制御することにより第1の高周波交流電圧を発生させるスイッチング回路と、前記スイッチング回路に直列に1次巻線が接続されたトランスと、該トランスの2次巻線側に発生した第2の高周波交流電圧を整流して第2の脈動電圧を生成する第2の整流回路と、前記第2の脈動電圧を平滑化して直流電圧を生成する平滑回路と、前記直流電圧と予め設定した基準電圧との差を検出して前記スイッチング回路を制御するための制御回路とを備えるスイッチング電源回路の制御方法であって、前記直流電圧と前記基準電圧とを比較して第1の比較結果の信号を出力し、前記第1の比較結果の信号を電気的に絶縁した状態で伝達して第2の比較結果の信号を出力し、前記第2の比較結果の信号と前記第1の脈動電圧に比例した信号とを乗算してその乗算結果を出力し、該乗算結果信号と前記スイッチング回路に流れる電流値に比例した信号とを比較しその比較結果を出力し、前記トランスの2次巻線の電流が0になったときに信号を出力し、前記比較結果の信号をリセット信号とし前記2次巻線の電流が0になったときの信号をセット信号として前記スイッチング回路をオン/オフするフリップフロップ処理を行う。   The switching power supply circuit control method according to the present invention includes a first rectifier circuit that generates a first pulsation voltage by full-wave rectification of an input AC voltage, and a frequency higher than the frequency of the AC voltage. A switching circuit that generates a first high-frequency AC voltage by controlling on / off of the first pulsation voltage, a transformer having a primary winding connected in series to the switching circuit, and a secondary winding of the transformer A second rectifier circuit for generating a second pulsating voltage by rectifying a second high-frequency AC voltage generated on the side, a smoothing circuit for generating a DC voltage by smoothing the second pulsating voltage, and the DC A control method of a switching power supply circuit comprising a control circuit for detecting a difference between a voltage and a preset reference voltage and controlling the switching circuit, and comparing the DC voltage with the reference voltage The first comparison result signal is output, the first comparison result signal is transmitted in an electrically insulated state, the second comparison result signal is output, and the second comparison result signal is output. And the signal proportional to the first pulsation voltage are multiplied to output the multiplication result, the multiplication result signal is compared with the signal proportional to the current value flowing through the switching circuit, and the comparison result is output. A signal is output when the current of the secondary winding of the transformer becomes 0, the signal of the comparison result is a reset signal, and the signal when the current of the secondary winding is 0 is a set signal. A flip-flop process for turning on / off the switching circuit is performed.

本発明は力率改善回路(PFC)などに用いられる制御方式を図3に示すようなフライバック型のスイッチング電源回路の制御に応用することによりその欠点を改善するものである。上記のスイッチング電源回路構成およびその制御方法により、図3のスイッチング電源回路と同様に、簡単な回路構成で交流電源側に流れる高調波電流を抑制できると共に外形を小型化でき、さらに図3のスイッチング電源回路の欠点であった過渡応答特性を改善することができる。   The present invention improves the drawbacks by applying a control method used in a power factor correction circuit (PFC) or the like to the control of a flyback type switching power supply circuit as shown in FIG. With the above switching power supply circuit configuration and its control method, the harmonic current flowing to the AC power supply side can be suppressed with a simple circuit configuration, and the outer shape can be reduced with the simple circuit configuration, and the switching of FIG. It is possible to improve the transient response characteristic that was a drawback of the power supply circuit.

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、本発明の一実施の形態のスイッチング電源回路の説明図であり、図1(a)は、本実施の形態の全体構成を示すブロック図であり、図1(b)は制御回路の内部ブロック図である。図1(c)、図1(d)は、上記スイッチング電源回路の各構成要素から生成され上記制御回路に使用される信号の関係の一例を示す図である。   FIG. 1 is an explanatory diagram of a switching power supply circuit according to an embodiment of the present invention, FIG. 1 (a) is a block diagram showing the overall configuration of the present embodiment, and FIG. 1 (b) is a control circuit. FIG. FIG. 1C and FIG. 1D are diagrams illustrating an example of a relationship between signals generated from each component of the switching power supply circuit and used in the control circuit.

本発明の実施の形態のスイッチング電源回路は、図1(a)に示すように、入力された交流電圧inを全波整流して第1の脈動電圧を生成する第1の整流回路22と、交流電圧inの周波数よりも高い周波数で前記第1の脈動電圧をオン/オフ制御することにより第1の高周波交流電圧を発生させるスイッチング回路24と、スイッチング回路24に直列に1次巻線が接続されたトランス25と、トランス25の2次巻線側に発生した第2の高周波交流電圧を整流して第2の脈動電圧を生成する第2の整流回路26と、前記第2の脈動電圧を平滑化して出力直流電圧を生成する平滑回路である2次側平滑コンデンサ27と、出力直流電圧と予め設定した基準電圧との差を検出してスイッチング回路24を制御するための制御回路28とを備える。また、本実施の形態では、第1の整流回路22の入力側にノイズフィルタ21が挿入されている。   The switching power supply circuit according to the embodiment of the present invention includes a first rectifier circuit 22 that generates a first pulsation voltage by full-wave rectifying an input AC voltage in, as shown in FIG. A switching circuit 24 that generates a first high-frequency AC voltage by ON / OFF control of the first pulsation voltage at a frequency higher than the frequency of the AC voltage in, and a primary winding connected in series to the switching circuit 24 The transformer 25, the second rectification circuit 26 that rectifies the second high-frequency AC voltage generated on the secondary winding side of the transformer 25 to generate the second pulsation voltage, and the second pulsation voltage. A secondary-side smoothing capacitor 27 that is a smoothing circuit that generates an output DC voltage by smoothing, and a control circuit 28 that controls the switching circuit 24 by detecting a difference between the output DC voltage and a preset reference voltage. Preparation . In the present embodiment, the noise filter 21 is inserted on the input side of the first rectifier circuit 22.

ここで、ノイズフィルタ21は、チョークコイルやコンデンサ等で構成されたLCフィルタであり、スイッチング回路24において発生するスイッチングノイズを抑制するものである。また、スイッチング回路24は例えばMOSFETなどのスイッチング素子で構成され、制御回路28の制御により前記第1の脈動電圧を所定の周波数(例えば、20kHz〜500kHz)でオン/オフし第1の高周波交流電圧に変換するものである。トランス25は、第1の高周波交流電圧を変圧して所定の第2の高周波交流電圧を生成するものである。2次側平滑コンデンサ27は、所定の容量値を有し、アルミ電解コンデンサよりも単位容量当りの体積の小さい電気二重層コンデンサ等で構成され、第2の脈動電圧を平滑化して出力直流電圧を図示しない負荷に供給するものである。この電気二重層コンデンサは、100Hz又は120Hzの周波数において第2の脈動電圧を十分に平滑化できる特性とする。例えば、16V、2.5Aを出力するスイッチング電源の場合、出力直流電圧に含まれるリプル成分をその10%以内に抑える場合、この平滑コンデンサの静電容量は5000μF以上必要である。   Here, the noise filter 21 is an LC filter composed of a choke coil, a capacitor, and the like, and suppresses switching noise generated in the switching circuit 24. The switching circuit 24 is configured by a switching element such as a MOSFET, and the first pulsating voltage is turned on / off at a predetermined frequency (for example, 20 kHz to 500 kHz) under the control of the control circuit 28, so that the first high frequency AC voltage is supplied. It is to convert to. The transformer 25 transforms the first high-frequency AC voltage to generate a predetermined second high-frequency AC voltage. The secondary-side smoothing capacitor 27 is composed of an electric double layer capacitor having a predetermined capacitance value and a volume per unit capacity smaller than that of an aluminum electrolytic capacitor, and smoothes the second pulsating voltage to generate an output DC voltage. It supplies to the load which is not illustrated. This electric double layer capacitor has a characteristic capable of sufficiently smoothing the second pulsation voltage at a frequency of 100 Hz or 120 Hz. For example, in the case of a switching power supply that outputs 16 V and 2.5 A, when the ripple component included in the output DC voltage is suppressed to within 10%, the capacitance of the smoothing capacitor needs to be 5000 μF or more.

図1(b)は、図1(a)の制御回路28の内部ブロック図である。制御回路28は出力直流電圧S1と基準電圧とを比較して第1の比較結果の信号を出力する基準電圧比較部28aと、前記第1の比較結果の信号を電気的に絶縁した状態で伝達して第2の比較結果の信号S2を出力する絶縁部28bと、前記第2の比較結果の信号S2と前記第1の脈動電圧に比例した信号S3とを乗算し出力する乗算器28cと、乗算器28cから出力される信号S4とスイッチング回路24に流れる電流値に比例した信号S5とを比較しその結果を出力する比較器28dと、トランス5の2次巻線の電流が0になったときに信号S7を出力する図示されていない電流検出回路と、比較器28dから出力される信号S6をリセット信号とし前記電流検出回路から出力される信号S7をセット信号として前記スイッチング回路をオン/オフするフリップフロップ回路28eとを備えている。ここで上記電流検出回路はトランス25の一部に設けた補助巻線からの出力を検出している。   FIG. 1B is an internal block diagram of the control circuit 28 of FIG. The control circuit 28 compares the output DC voltage S1 with the reference voltage and outputs a first comparison result signal, and transmits the first comparison result signal in an electrically insulated state. And an insulator 28b for outputting the second comparison result signal S2, and a multiplier 28c for multiplying and outputting the second comparison result signal S2 and the signal S3 proportional to the first pulsation voltage; The comparator 28d that compares the signal S4 output from the multiplier 28c with the signal S5 proportional to the current value flowing through the switching circuit 24 and outputs the result, and the current of the secondary winding of the transformer 5 becomes zero. A current detection circuit (not shown) that sometimes outputs the signal S7, and the switching circuit using the signal S6 output from the comparator 28d as a reset signal and the signal S7 output from the current detection circuit as a set signal. And a flip-flop circuit 28e for turning on / off. Here, the current detection circuit detects an output from the auxiliary winding provided in a part of the transformer 25.

ここで、基準電圧比較部28aは出力直流電圧S1と予め設定した出力直流電圧の基準値とを比較してそれらの差異に応じた比較結果の信号を出力する。絶縁部28bは例えばフォトカプラ等で構成され、上記比較結果の信号を電気的に絶縁された信号S2として出力し、乗算器28c側に伝達する。乗算器28cでは第1の整流回路22の出力、すなわち第1の脈動電圧に比例した信号S3と信号S2を乗算して信号S4を出力する。ここで、信号S4の波形は比較結果による信号S2がほぼ一定値であるので第1の脈動電圧の波形に相似した波形となる。比較器28dではこの信号S4とスイッチング回路24に流れる電流値に比例した信号S5を比較し結果を信号S6としてフリップフロップ28eのリセット入力(R)に入力する。また、フリップフロップ28eはトランス25の電流が0になったことを検出する信号S7をセット入力(S)に入力しその出力の信号S8によりスイッチング回路24のオン/オフを制御する。上記の信号S2、S3、S4の関係の一例を図1(c)に、信号S4、S5の関係の一例を図1(d)に示す。   Here, the reference voltage comparison unit 28a compares the output DC voltage S1 with a preset reference value of the output DC voltage, and outputs a comparison result signal corresponding to the difference between them. The insulating unit 28b is composed of, for example, a photocoupler, and outputs the comparison result signal as an electrically insulated signal S2 and transmits it to the multiplier 28c side. The multiplier 28c multiplies the output of the first rectifier circuit 22, that is, the signal S3 proportional to the first pulsation voltage and the signal S2, and outputs a signal S4. Here, the waveform of the signal S4 is similar to the waveform of the first pulsating voltage because the signal S2 from the comparison result has a substantially constant value. The comparator 28d compares this signal S4 with a signal S5 proportional to the current value flowing through the switching circuit 24, and inputs the result as a signal S6 to the reset input (R) of the flip-flop 28e. Further, the flip-flop 28e inputs a signal S7 for detecting that the current of the transformer 25 has become 0 to the set input (S), and controls on / off of the switching circuit 24 by the output signal S8. An example of the relationship between the signals S2, S3, and S4 is shown in FIG. 1C, and an example of the relationship between the signals S4 and S5 is shown in FIG.

次に本実施の形態によるスイッチング電源回路および制御回路28の動作について説明する。本制御方法は力率改善回路(PFC)などに用いられる制御方法を基本として応用したものであり、そのスイッチング動作は以下のとおりである。
(1)スイッチング回路24がONするとスイッチング回路24に流れる電流(トランス25の一次巻線の電流と同じでありS5に対応)が上昇する。
(2)この電流値に対応する信号S5は比較器28dの入力となり、図1(d)に示すように乗算器28cの出力の信号S4で決定される基準値に達すると比較器28dから出力される信号S6はフリップフロップ28eをリセットさせるリセット信号(R)となり、スイッチング回路24はOFFする。ここで、図1(c)に示すように、乗算器28cの出力の信号S4は、出力直流電圧S1とその基準電圧との差異信号S2と第1の脈動電圧に比例した信号S3との積であるので、第1の脈動電圧に比例した電流値となる。
(3)スイッチング回路24がOFFするとトランス25の2次側巻線から電流が放出され、同時にトランス25の一部に設けた補助巻線からなる電流検出回路にプラスの電圧が発生する。
(4)トランス25の2次巻線からの電流の放出が終わるとトランス25の補助巻線の電圧も低下する。
(5)トランス25の補助巻線の電圧が0になると電流検出回路はそれを検出してその出力の信号S7は、フリップフロップ28eをセットさせるセット信号(S)となり入力される。これにより再びスイッチング回路24がONして次のサイクルに移行する。
Next, operations of the switching power supply circuit and the control circuit 28 according to the present embodiment will be described. This control method is based on a control method used in a power factor correction circuit (PFC) or the like, and its switching operation is as follows.
(1) When the switching circuit 24 is turned on, the current flowing through the switching circuit 24 (same as the current of the primary winding of the transformer 25 and corresponding to S5) increases.
(2) The signal S5 corresponding to this current value is input to the comparator 28d. When the reference value determined by the signal S4 output from the multiplier 28c reaches the reference value as shown in FIG. The signal S6 is a reset signal (R) for resetting the flip-flop 28e, and the switching circuit 24 is turned OFF. Here, as shown in FIG. 1C, the signal S4 output from the multiplier 28c is the product of a difference signal S2 between the output DC voltage S1 and its reference voltage and a signal S3 proportional to the first pulsation voltage. Therefore, the current value is proportional to the first pulsation voltage.
(3) When the switching circuit 24 is turned off, a current is discharged from the secondary side winding of the transformer 25, and at the same time, a positive voltage is generated in a current detection circuit including an auxiliary winding provided in a part of the transformer 25.
(4) When the discharge of current from the secondary winding of the transformer 25 is finished, the voltage of the auxiliary winding of the transformer 25 also decreases.
(5) When the voltage of the auxiliary winding of the transformer 25 becomes 0, the current detection circuit detects it, and the output signal S7 is input as a set signal (S) for setting the flip-flop 28e. As a result, the switching circuit 24 is turned ON again and the next cycle is started.

図1(d)に示されるように、このようなスイッチング制御を行うことにより、トランス25の一次巻線を流れる電流は信号S5のようなこぎり波状になり、そのピーク値は信号S4に対応した第1の脈動電圧に相似したものになる。従ってその平均値も第1の脈動電圧に比例した電流値となり、入力交流電源からの出力電流の平均値も入力交流電圧に比例することになり高調波電流が抑制できる。   As shown in FIG. 1D, by performing such switching control, the current flowing through the primary winding of the transformer 25 becomes a sawtooth waveform like the signal S5, and its peak value corresponds to the signal S4. It is similar to the first pulsation voltage. Therefore, the average value is also a current value proportional to the first pulsating voltage, and the average value of the output current from the input AC power supply is also proportional to the input AC voltage, thereby suppressing the harmonic current.

このように、本実施の形態では、簡単な回路構成で交流電源側に流れる高調波電流が抑制されるため、このスイッチング電源回路が接続されている交流電源に映像機器や音声機器が共通に接続されている場合、これらの映像機器の画質や音声機器の音質の劣化が回避される。また、1次側平滑コンデンサを使用しないことと、2次側平滑コンデンサ27がアルミ電解コンデンサに比較して体積あたりの形状の小さい電気二重層コンデンサ等で構成されているので、スイッチング電源回路の外形が小型化される。さらに、図3のスイッチング電源のように制御回路に低域周波数通過フィルタ(LPF)が含まれないため過渡応答特性も改善される。   Thus, in this embodiment, since the harmonic current flowing to the AC power supply side is suppressed with a simple circuit configuration, video equipment and audio equipment are commonly connected to the AC power supply to which this switching power supply circuit is connected. In this case, the deterioration of the image quality of these video devices and the sound quality of the audio devices is avoided. In addition, since the primary side smoothing capacitor is not used and the secondary side smoothing capacitor 27 is composed of an electric double layer capacitor having a smaller shape per volume than the aluminum electrolytic capacitor, the outer shape of the switching power supply circuit Is miniaturized. Further, since the control circuit does not include a low-frequency pass filter (LPF) like the switching power supply of FIG. 3, the transient response characteristic is also improved.

以上、この発明の一実施の形態を詳述したが、本発明を実現する上での具体的な構成は上述の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。例えば、交流電源は、商用電源に限らず、例えば自家発電機から出力される交流電源でもよい。2次側平滑コンデンサ27は、電気二重層コンデンサ等に限らず、アルミ電解コンデンサよりも単位容量当りの体積の小さいものが開発されたときには、これに置き換えてもよい。また、図1において、ノイズフィルタ21は第1の整流回路22の後にあってもよいし、第1の整流回路22の前後両方にあっても良い。   Although one embodiment of the present invention has been described in detail above, the specific configuration for realizing the present invention is not limited to the above-described embodiment, and the design does not depart from the gist of the present invention. This change is included in the present invention. For example, the AC power source is not limited to a commercial power source, and may be an AC power source output from a private power generator, for example. The secondary side smoothing capacitor 27 is not limited to an electric double layer capacitor or the like, but may be replaced when a capacitor having a smaller volume per unit capacity than an aluminum electrolytic capacitor is developed. In FIG. 1, the noise filter 21 may be provided after the first rectifier circuit 22 or may be provided both before and after the first rectifier circuit 22.

本発明の一実施の形態のスイッチング電源回路の説明図、図1(a)は、全体構成を示すブロック図、図1(b)は制御回路の内部ブロック図、図1(c)、図1(d)は、制御回路に使用される信号の関係の一例を示す図。1 is an explanatory diagram of a switching power supply circuit according to an embodiment of the present invention, FIG. 1A is a block diagram showing an overall configuration, FIG. 1B is an internal block diagram of a control circuit, FIG. (D) is a figure which shows an example of the relationship of the signal used for a control circuit. 従来のスイッチング電源回路の回路構成の一例を示す図。The figure which shows an example of the circuit structure of the conventional switching power supply circuit. 従来の高調波対策が行われたスイッチング電源回路の一例の回路構成を示す図。The figure which shows the circuit structure of an example of the switching power supply circuit by which the conventional harmonic measure was taken.

符号の説明Explanation of symbols

1,21,31 ノイズフィルタ
2,22,32 第1の整流回路
3 1次側平滑コンデンサ
4,24,34 スイッチング回路
5,25,35 トランス
6,26,36 第2の整流回路
7,27,37 2次側平滑コンデンサ
8,28,38 制御回路
28a,38a 基準電圧比較部
28b,38b 絶縁部
28c 乗算器
28d 比較器
28e フリップフロップ回路
38c LPF
S1 出力直流電圧
S2,S3,S4,S5,S6,S7,S8 信号
1, 21, 31 Noise filters 2, 22, 32 First rectifier circuit 3 Primary smoothing capacitors 4, 24, 34 Switching circuits 5, 25, 35 Transformers 6, 26, 36 Second rectifier circuits 7, 27, 37 Secondary-side smoothing capacitors 8, 28, 38 Control circuits 28a, 38a Reference voltage comparison units 28b, 38b Insulation unit 28c Multiplier 28d Comparator 28e Flip-flop circuit 38c LPF
S1 output DC voltage S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8 signal

Claims (4)

入力された交流電圧を全波整流して第1の脈動電圧を生成する第1の整流回路と、前記交流電圧の周波数よりも高い周波数で前記第1の脈動電圧をオン/オフ制御することにより第1の高周波交流電圧を発生させるスイッチング回路と、前記スイッチング回路に直列に1次巻線が接続されたトランスと、該トランスの2次巻線側に発生した第2の高周波交流電圧を整流して第2の脈動電圧を生成する第2の整流回路と、前記第2の脈動電圧を平滑化して直流電圧を生成する平滑回路と、前記直流電圧と予め設定した基準電圧との差を検出して前記スイッチング回路を制御するための制御回路とを備えるスイッチング電源回路であって、前記制御回路は前記直流電圧と前記基準電圧とを比較して第1の比較結果の信号を出力する基準電圧比較部と、前記第1の比較結果の信号を電気的に絶縁した状態で伝達して第2の比較結果の信号を出力する絶縁部と、前記第2の比較結果の信号と前記第1の脈動電圧に比例した信号とを乗算し出力する乗算器と、該乗算器からの出力信号と前記スイッチング回路に流れる電流値に比例した信号とを比較しその結果を出力する比較器と、前記トランスの2次巻線の電流が0になったときに信号を出力する電流検出回路と、前記比較器のからの出力信号をリセット信号とし前記電流検出回路の出力をセット信号として前記スイッチング回路をオン/オフするフリップフロップ回路とを備えていることを特徴とするスイッチング電源回路。   A first rectifier circuit that generates a first pulsation voltage by full-wave rectification of the input AC voltage, and ON / OFF control of the first pulsation voltage at a frequency higher than the frequency of the AC voltage. A switching circuit for generating a first high-frequency AC voltage, a transformer having a primary winding connected in series to the switching circuit, and a second high-frequency AC voltage generated on the secondary winding side of the transformer A second rectifier circuit that generates a second pulsating voltage, a smoothing circuit that smoothes the second pulsating voltage to generate a DC voltage, and a difference between the DC voltage and a preset reference voltage is detected. A control circuit for controlling the switching circuit, wherein the control circuit compares the DC voltage with the reference voltage and outputs a first comparison result signal. Part The first comparison result signal is transmitted in an electrically insulated state and outputs a second comparison result signal; the second comparison result signal and the first pulsation voltage; A multiplier that multiplies and outputs a proportional signal, a comparator that compares the output signal from the multiplier with a signal that is proportional to a current value flowing through the switching circuit, and outputs the result; and a secondary of the transformer A current detection circuit that outputs a signal when the winding current becomes zero, and the switching circuit is turned on / off using the output signal from the comparator as a reset signal and the output of the current detection circuit as a set signal A switching power supply circuit comprising a flip-flop circuit. 前記平滑回路はアルミ電解コンデンサよりも単位体積あたりの静電容量が大きなコンデンサで構成されていることを特徴とする請求項1記載のスイッチング電源回路。   2. The switching power supply circuit according to claim 1, wherein the smoothing circuit comprises a capacitor having a larger capacitance per unit volume than an aluminum electrolytic capacitor. 前記平滑回路はアルミ電解コンデンサよりも単位体積あたりの静電容量が大きいタンタルコンデンサまたはニオブコンデンサまたは電気二重層コンデンサまたはそれらを複合したコンデンサで構成されていることを特徴とする請求項2記載のスイッチング電源回路。   3. The switching according to claim 2, wherein the smoothing circuit is composed of a tantalum capacitor, a niobium capacitor, an electric double layer capacitor, or a capacitor that combines them, which has a larger capacitance per unit volume than an aluminum electrolytic capacitor. Power supply circuit. 入力された交流電圧を全波整流して第1の脈動電圧を生成する第1の整流回路と、前記交流電圧の周波数よりも高い周波数で前記第1の脈動電圧をオン/オフ制御することにより第1の高周波交流電圧を発生させるスイッチング回路と、前記スイッチング回路に直列に1次巻線が接続されたトランスと、該トランスの2次巻線側に発生した第2の高周波交流電圧を整流して第2の脈動電圧を生成する第2の整流回路と、前記第2の脈動電圧を平滑化して直流電圧を生成する平滑回路と、前記直流電圧と予め設定した基準電圧との差を検出して前記スイッチング回路を制御するための制御回路とを備えるスイッチング電源回路の制御方法であって、
前記直流電圧と前記基準電圧とを比較して第1の比較結果の信号を出力し、前記第1の比較結果の信号を電気的に絶縁した状態で伝達して第2の比較結果の信号を出力し、前記第2の比較結果の信号と前記第1の脈動電圧に比例した信号とを乗算してその乗算結果を出力し、該乗算結果信号と前記スイッチング回路に流れる電流値に比例した信号とを比較しその比較結果を出力し、前記トランスの2次巻線の電流が0になったときに信号を出力し、前記比較結果の信号をリセット信号とし前記2次巻線の電流が0になったときの信号をセット信号として前記スイッチング回路をオン/オフするフリップフロップ処理を行うことを特徴とするスイッチング電源回路の制御方法。
A first rectifier circuit that generates a first pulsation voltage by full-wave rectification of the input AC voltage, and ON / OFF control of the first pulsation voltage at a frequency higher than the frequency of the AC voltage. A switching circuit for generating a first high-frequency AC voltage, a transformer having a primary winding connected in series to the switching circuit, and a second high-frequency AC voltage generated on the secondary winding side of the transformer A second rectifier circuit that generates a second pulsating voltage, a smoothing circuit that smoothes the second pulsating voltage to generate a DC voltage, and a difference between the DC voltage and a preset reference voltage is detected. A control method for a switching power supply circuit comprising a control circuit for controlling the switching circuit,
The DC voltage and the reference voltage are compared to output a first comparison result signal, the first comparison result signal is transmitted in an electrically insulated state, and a second comparison result signal is output. Output, multiply the signal of the second comparison result and the signal proportional to the first pulsation voltage, and output the multiplication result, and the signal proportional to the current value flowing through the multiplication result signal and the switching circuit And the comparison result is output, and a signal is output when the current of the secondary winding of the transformer becomes 0. The signal of the comparison result is used as a reset signal and the current of the secondary winding is 0. A control method for a switching power supply circuit, wherein flip-flop processing for turning on / off the switching circuit is performed using a signal at the time of becoming a set signal as a set signal.
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