JP2016144339A - Power supply device and ac adapter - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power supply device capable of improving conversion efficiency, and an AC adapter.SOLUTION: The power supply device comprises an H bridge, a first inductor, a second inductor, a first capacitor, a transformer, a rectifier and a control part. The H bridge is connected in parallel with first and second switches that are connected in series, third and fourth switches that are connected in series, and two bridge capacitors that are connected in series. The first inductor is connected in series between a connection point of the first and second switches and an AC power source. One terminal of the second inductor is connected to a connection point of the third and fourth switches. One terminal of the first capacitor is connected to a neutral point of the two bridge capacitors. The transformer includes: a primary coil that is connected in series between the other terminal of the second inductor and the other terminal of the first capacitor; and a secondary coil that is coupled to the primary coil in an electromagnetic manner. The rectifier is connected to the secondary coil of the transformer. The control part controls switching signals to be given to the switches.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明の実施形態は、電源装置およびACアダプタに関する。   Embodiments described herein relate generally to a power supply device and an AC adapter.

デジタル家電やOA機器等の機器には、商用交流電源から直流電力を得るための電源装置が搭載されている。交流電源から直流電力を得る電源装置としては、ダイオード整流回路、力率改善回路(PFC)、DC/DC変換器の3つの回路を有するものが知られている。例えば、図11は、従来の電源装置の回路構成を示す。ダイオード整流回路は、交流電圧を整流し直流電圧へ変換する。ダイオード整流器で整流した電圧は、交流電圧同様に振幅が大きく変動するため、平滑コンデンサを接続し電圧を平滑する。平滑コンデンサを接続すると、整流器は平滑コンデンサよりも交流電圧が大きい場合にのみダイオードが導通する動作となる。このため、交流電源から整流器に流れ込む電流は交流電圧ピーク付近のみ振幅を持った力率の悪い波形となる。PFC回路は、ダイオード整流回路と平滑コンデンサの間に接続し、力率改善を行う。DC/DC変換器は、整流回路とPFC回路で得られた直流電圧を所望の電圧に変換する。   Devices such as digital home appliances and OA devices are equipped with a power supply device for obtaining DC power from a commercial AC power supply. As a power supply device for obtaining DC power from an AC power supply, one having three circuits of a diode rectifier circuit, a power factor correction circuit (PFC), and a DC / DC converter is known. For example, FIG. 11 shows a circuit configuration of a conventional power supply device. The diode rectifier circuit rectifies the AC voltage and converts it into a DC voltage. Since the voltage rectified by the diode rectifier fluctuates greatly like the AC voltage, a smoothing capacitor is connected to smooth the voltage. When a smoothing capacitor is connected, the rectifier operates so that the diode conducts only when the AC voltage is higher than that of the smoothing capacitor. For this reason, the current flowing into the rectifier from the AC power source has a waveform with a poor power factor having an amplitude only near the AC voltage peak. The PFC circuit is connected between the diode rectifier circuit and the smoothing capacitor to improve the power factor. The DC / DC converter converts the DC voltage obtained by the rectifier circuit and the PFC circuit into a desired voltage.

Jun-Ho Kim et al, “Analysis and Design of Boost-LLC Converter for High Power Density AC-DC Adapter”, ECCE Asia 2013, pp6-11Jun-Ho Kim et al, “Analysis and Design of Boost-LLC Converter for High Power Density AC-DC Adapter”, ECCE Asia 2013, pp6-11

しかしながら、多段構成の回路では、回路全体の損失がそれぞれの回路で生じる損失の和となる。このため、多段構成の回路を適用した電源装置は、各々の回路の効率が良くても、電源装置全体としての効率向上には限界がある。
本発明は、交流電源から直流電源を得るための変換効率を向上できる電源装置およびACアダプタを提供することを目的とする。
However, in a multi-stage circuit, the loss of the entire circuit is the sum of the losses generated in each circuit. For this reason, a power supply device to which a multi-stage circuit is applied has a limit in improving the efficiency of the power supply device as a whole even if the efficiency of each circuit is good.
An object of this invention is to provide the power supply device and AC adapter which can improve the conversion efficiency for obtaining DC power supply from AC power supply.

実施形態によれば、電源装置は、Hブリッジと、第1インダクタと、第2インダクタと、第1キャパシタと、トランスと、整流器と、制御部とを有する。Hブリッジは、直列接続した第1及び第2スイッチと、直列接続した第3及び第4スイッチと、直列接続した2つのブリッジキャパシタとが並列に接続される。第1インダクタは、第1及び第2スイッチの接続点と交流電源との間に直列に接続される。第2インダクタは、第3及び第4スイッチの接続点に一端が接続される。第1キャパシタは、2つのブリッジキャパシタの中性点に一端が接続される。トランスは、第2インダクタの他端と第1キャパシタの他端との間に直列接続された1次巻線と、1次巻線に電磁的に結合した2次巻線とを有する。整流器は、トランスの2次巻線に接続される。制御部は、各スイッチに与えるスイッチング信号を制御する。   According to the embodiment, the power supply device includes an H bridge, a first inductor, a second inductor, a first capacitor, a transformer, a rectifier, and a control unit. In the H-bridge, first and second switches connected in series, third and fourth switches connected in series, and two bridge capacitors connected in series are connected in parallel. The first inductor is connected in series between the connection point of the first and second switches and the AC power supply. One end of the second inductor is connected to the connection point of the third and fourth switches. One end of the first capacitor is connected to the neutral point of the two bridge capacitors. The transformer has a primary winding connected in series between the other end of the second inductor and the other end of the first capacitor, and a secondary winding electromagnetically coupled to the primary winding. The rectifier is connected to the secondary winding of the transformer. A control part controls the switching signal given to each switch.

図1は、第1の実施形態に係る電源装置の構成例を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a power supply device according to the first embodiment. 図2は、第1の実施形態に係る電源装置における制御装置の構成例を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of a control device in the power supply device according to the first embodiment. 図3は、第1の実施形態に係る電源装置の電源回路の各部における電圧波形を説明するための模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram for explaining voltage waveforms in each part of the power supply circuit of the power supply device according to the first embodiment. 図4(a)は、第1の実施形態に係る電源装置の電源回路における電圧Vab、電圧Vbn、電流Iall、電流It、電流Iacを示す。図4(b)は、電圧Vabの波形を示す。図4(c)は、電圧Vbnの波形を示す。図4(d)は、電流Iallの波形を示す。図4(e)は、電流Itの波形を示す。図4(f)は、電流Iacの波形を示す。FIG. 4A shows the voltage Vab, the voltage Vbn, the current Iall, the current It, and the current Iac in the power supply circuit of the power supply device according to the first embodiment. FIG. 4B shows a waveform of the voltage Vab. FIG. 4C shows a waveform of the voltage Vbn. FIG. 4D shows a waveform of the current Iall. FIG. 4E shows a waveform of the current It. FIG. 4F shows the waveform of the current Iac. 図5は、AB間電圧変調率に対するA変調率およびB変調率の第1の例を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a first example of the A modulation rate and the B modulation rate with respect to the AB voltage modulation rate. 図6は、AB間電圧変調率に対するA変調率およびB変調率の第2の例を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a second example of the A modulation rate and the B modulation rate with respect to the AB voltage modulation rate. 図7は、スイッチング周波数に対する電圧のゲイン特性を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating the gain characteristics of the voltage with respect to the switching frequency. 図8は、第2の実施形態に係る電源装置の構成例を示す図である。FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration example of the power supply device according to the second embodiment. 図9は、第3の実施形態に係る電源装置の構成例を示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration example of the power supply device according to the third embodiment. 図10は、第3の実施形態に係る電源装置の変形例を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a modification of the power supply device according to the third embodiment. 図11は、従来の電源装置の回路構成例を示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating a circuit configuration example of a conventional power supply device.

以下、実施の形態について図面を参照して説明する。
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係る電源装置1の構成例を示す図である。
電源装置1は、電源回路11と制御装置(制御部)12とを備える。電源装置1は、制御装置12が電源回路11を制御することにより交流電源2からの交流電力を負荷3に供給する直流電力に変換する。また、電源装置1は、交流電源2に接続するプラグおよび負荷3に接続するプラグを設けることによりACアダプタとして実現できる。
Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a power supply device 1 according to the first embodiment.
The power supply device 1 includes a power supply circuit 11 and a control device (control unit) 12. In the power supply device 1, the control device 12 controls the power supply circuit 11 to convert AC power from the AC power supply 2 into DC power supplied to the load 3. The power supply device 1 can be realized as an AC adapter by providing a plug connected to the AC power supply 2 and a plug connected to the load 3.

電源回路11は、第1インダクタL1、Hブリッジ21、第2インダクタL2、トランスT、第1キャパシタC1、整流器22、入力電圧検出部(第1の電圧検出手段)23、電源電流検出部(電流検出手段)24、キャパシタ電圧検出部(第2の電圧検出手段)25、及び、出力電圧検出部(第3の電圧検出手段)26を備える。
また、Hブリッジ21は、スイッチング素子(スイッチ)S1P、S1N、S2P、S2N、ダイオードD1P、D1N、D2P、D2N、及び、ブリッジキャパシタCdc1、Cdc2を備える。
The power supply circuit 11 includes a first inductor L1, an H bridge 21, a second inductor L2, a transformer T, a first capacitor C1, a rectifier 22, an input voltage detection unit (first voltage detection means) 23, and a power supply current detection unit (current). A detection unit) 24, a capacitor voltage detection unit (second voltage detection unit) 25, and an output voltage detection unit (third voltage detection unit) 26.
The H bridge 21 includes switching elements (switches) S1P, S1N, S2P, S2N, diodes D1P, D1N, D2P, D2N, and bridge capacitors Cdc1, Cdc2.

Hブリッジ21は、直列に接続された第1及び第2スイッチング素子S1P、S1Nと、直列に接続された第3及び第4スイッチング素子S2P、S2Nと、直列に接続された第1及び第2のブリッジキャパシタCdc1、Cdc2と、が互いに並列に接続されている。以下の説明では、図1に示すように、Hブリッジ21において、直列接続される第1スイッチング素子S1Pと第2スイッチング素子S1Nとの接続点をA点とし、直列接続される第3スイッチング素子S2Pと第4スイッチング素子S2Nとの接続点をB点とし、直列接続される第1のブリッジキャパシタCdc1と第2のブリッジキャパシタCdc2との接続点(中性点)をN点とする。   The H bridge 21 includes first and second switching elements S1P and S1N connected in series, third and fourth switching elements S2P and S2N connected in series, and first and second switching elements connected in series. Bridge capacitors Cdc1 and Cdc2 are connected in parallel to each other. In the following description, as shown in FIG. 1, in the H bridge 21, a connection point between the first switching element S1P and the second switching element S1N connected in series is a point A, and a third switching element S2P connected in series is used. A connection point between the first switching capacitor S2N and the fourth switching element S2N is a point B, and a connection point (neutral point) between the first bridge capacitor Cdc1 and the second bridge capacitor Cdc2 connected in series is an N point.

すなわち、第1スイッチング素子S1Pのソース端子は、A点を介して第2スイッチング素子S1Nのドレイン端子に接続される。第3スイッチング素子S2Pのソース端子は、B点を介して第4スイッチング素子S2Nのドレイン端子に接続される。第1スイッチング素子S1Pのドレイン端子は、第3スイッチング素子S2Pのドレイン端子に接続される。第2スイッチング素子S1Nのソース端子は、第4スイッチング素子S2Nのソース端子に接続される。   That is, the source terminal of the first switching element S1P is connected to the drain terminal of the second switching element S1N via the point A. The source terminal of the third switching element S2P is connected to the drain terminal of the fourth switching element S2N via point B. The drain terminal of the first switching element S1P is connected to the drain terminal of the third switching element S2P. The source terminal of the second switching element S1N is connected to the source terminal of the fourth switching element S2N.

また、直列接続された第1及び第2のブリッジキャパシタCdc1、Cdc2の一端は、第1スイッチング素子S1Pのドレイン端子と第3スイッチング素子S2Pのドレイン端子とに接続される。直列接続された第1及び第2のブリッジキャパシタCdc1、Cdc2の他端は、第2スイッチング素子S1Nのソース端子と第4スイッチング素子S2Nのソース端子とに接続される。   One end of the first and second bridge capacitors Cdc1 and Cdc2 connected in series is connected to the drain terminal of the first switching element S1P and the drain terminal of the third switching element S2P. The other ends of the first and second bridge capacitors Cdc1 and Cdc2 connected in series are connected to the source terminal of the second switching element S1N and the source terminal of the fourth switching element S2N.

各スイッチング素子S1P、S1N、S2P、S2Nには、それぞれダイオードD1P、D1N、D2P、D2Nが並列に接続される。スイッチング素子S1P、S1N、S2P、S2Nは、自己消弧型の素子でMOSFET等を用いることができる。例えば、スイッチング素子S1P、S1N、S2P、S2Nは、N型電界効果トランジスタ(MOSFET)を用いることができる。ダイオードD1P、D1N、D2P、D2Nは、MOSFET等のボディーダイオードで代用しても良い。各スイッチング素子S1P、S1N、S2P、S2Nのゲート端子は、制御装置12に接続される。各スイッチング素子S1P、S1N、S2P、S2Nは、制御装置12がゲート端子に与えるスイッチング信号によりオンオフする。   Diodes D1P, D1N, D2P, and D2N are connected in parallel to the switching elements S1P, S1N, S2P, and S2N, respectively. The switching elements S1P, S1N, S2P, and S2N are self-extinguishing elements and can be MOSFETs or the like. For example, N-type field effect transistors (MOSFETs) can be used for the switching elements S1P, S1N, S2P, and S2N. The diodes D1P, D1N, D2P, and D2N may be replaced with body diodes such as MOSFETs. The gate terminals of the switching elements S1P, S1N, S2P, and S2N are connected to the control device 12. Each of the switching elements S1P, S1N, S2P, and S2N is turned on / off by a switching signal that the control device 12 gives to the gate terminal.

第1インダクタL1は、交流電源2とHブリッジ21のA点との間に直列に接続される。第2インダクタL2、トランスTの1次巻線T1および第1キャパシタC1は、Hブリッジ21におけるB点とN点(第1のブリッジキャパシタCdc1と第2のブリッジキャパシタCdc2との中点)との間に、直列に接続される。   The first inductor L <b> 1 is connected in series between the AC power supply 2 and the point A of the H bridge 21. The second inductor L2, the primary winding T1 of the transformer T, and the first capacitor C1 are defined by the points B and N in the H bridge 21 (the midpoint between the first bridge capacitor Cdc1 and the second bridge capacitor Cdc2). In between, they are connected in series.

また、トランスTの2次巻線T2には、整流器22を接続する。整流器22は、ダイオードやMOSFET等のスイッチング素子で構成される。図1に示す構成例において、整流器22は、第5ダイオードD5および第6ダイオードD6を備える。第5ダイオードD5及び第6ダイオードD6の各アノード端子は、それぞれトランスTの2次巻線T2の両端に接続される。第5ダイオードD5及び第6ダイオードD6の各カソード端子は互いに接続される。第5ダイオードD5及び第6ダイオードD6の各カソード端子の接続点とトランスTの2次巻線T2の中点との間には、キャパシタCoutが接続される。ダイオードD5、D6及びキャパシタCoutは、整流平滑回路を構成する。キャパシタCoutには、負荷3が並列に接続される。   A rectifier 22 is connected to the secondary winding T2 of the transformer T. The rectifier 22 is composed of a switching element such as a diode or a MOSFET. In the configuration example illustrated in FIG. 1, the rectifier 22 includes a fifth diode D5 and a sixth diode D6. The anode terminals of the fifth diode D5 and the sixth diode D6 are connected to both ends of the secondary winding T2 of the transformer T, respectively. The cathode terminals of the fifth diode D5 and the sixth diode D6 are connected to each other. A capacitor Cout is connected between the connection point of each cathode terminal of the fifth diode D5 and the sixth diode D6 and the middle point of the secondary winding T2 of the transformer T. The diodes D5 and D6 and the capacitor Cout constitute a rectifying / smoothing circuit. A load 3 is connected in parallel to the capacitor Cout.

入力電圧検出部23は、交流電源2から電源回路11に入力される交流電源電圧Vacを検出する。入力電圧検出部23は、交流電源2の両端に並列接続される。入力電圧検出部23は、電源電圧Vacの瞬時値を示す検出値を制御装置12に出力する。
電源電流(インダクタ電流)検出部24は、交流電源2に流す交流の電源電流(インダクタ電流)Iacを検出する。電源電流検出部24は、例えば、交流電源2と第1インダクタL1との間に直列接続される。電源電流検出部24は、電源電流Iacの瞬時値を示す検出値を制御装置12へ出力する。
The input voltage detector 23 detects the AC power supply voltage Vac input from the AC power supply 2 to the power supply circuit 11. The input voltage detection unit 23 is connected in parallel to both ends of the AC power supply 2. The input voltage detection unit 23 outputs a detection value indicating an instantaneous value of the power supply voltage Vac to the control device 12.
The power source current (inductor current) detection unit 24 detects an AC power source current (inductor current) Iac that flows to the AC power source 2. The power supply current detection unit 24 is connected in series between the AC power supply 2 and the first inductor L1, for example. The power supply current detector 24 outputs a detection value indicating an instantaneous value of the power supply current Iac to the control device 12.

キャパシタ電圧検出部25は、Hブリッジ21において直列接続された第1及び第2のブリッジキャパシタCdc1及びCdc2にかかる電圧(キャパシタ電圧)Vdcを検出する。キャパシタ電圧検出部25は、直列接続された第1及び第2のブリッジキャパシタCdc1及びCdc2の両端に並列接続される。キャパシタ電圧検出部25は、キャパシタ電圧Vdcの瞬時値を示す検出値を制御装置12へ出力する。   The capacitor voltage detector 25 detects the voltage (capacitor voltage) Vdc applied to the first and second bridge capacitors Cdc1 and Cdc2 connected in series in the H bridge 21. The capacitor voltage detection unit 25 is connected in parallel to both ends of the first and second bridge capacitors Cdc1 and Cdc2 connected in series. Capacitor voltage detection unit 25 outputs a detection value indicating an instantaneous value of capacitor voltage Vdc to control device 12.

出力電圧検出部26は、第2キャパシタCoutの出力電圧Voutを検出する。出力電圧検出部26は、負荷3側の第2キャパシタCoutの両端に並列接続される。また、第2キャパシタCoutは負荷3に並列接続されるものであるから、出力電圧検出部26が検出する出力電圧Voutは負荷3に出力する出力電圧である。出力電圧検出部26は、出力電圧Voutの瞬時値を示す検出値を制御装置12へ出力する。   The output voltage detection unit 26 detects the output voltage Vout of the second capacitor Cout. The output voltage detection unit 26 is connected in parallel to both ends of the second capacitor Cout on the load 3 side. Since the second capacitor Cout is connected in parallel to the load 3, the output voltage Vout detected by the output voltage detection unit 26 is an output voltage output to the load 3. The output voltage detection unit 26 outputs a detection value indicating an instantaneous value of the output voltage Vout to the control device 12.

次に、制御装置12の構成例について説明する。
制御装置12は、電源回路11の各部で検出される電流及び電圧情報からHブリッジ21の4つのスイッチング素子をそれぞれオンオフする。制御装置12は、4つのスイッチング素子をオンオフすることにより、電源回路11における力率の制御とともに出力電圧の制御を行う。
Next, a configuration example of the control device 12 will be described.
The control device 12 turns on and off the four switching elements of the H bridge 21 from current and voltage information detected by each part of the power supply circuit 11. The control device 12 controls the output voltage as well as the power factor in the power supply circuit 11 by turning on and off the four switching elements.

制御装置12は、力率の制御として、交流電源電圧Vac、交流電源電流Iac、キャパシタ電圧Vdcに基づいて交流電源電圧Vacと同位相の電源電流Iacを流すように4つのスイッチング素子のオンオフを制御する。また、制御装置12は、出力電圧の制御として、出力電圧Voutの検出値に基づいて、出力電圧Voutに対する出力電圧指令値(出力電圧の設定値)との偏差を解消するように、4つのスイッチング素子のオンオフを制御する。   The control device 12 controls on / off of the four switching elements so that the power supply current Iac having the same phase as the AC power supply voltage Vac flows based on the AC power supply voltage Vac, the AC power supply current Iac, and the capacitor voltage Vdc as power factor control. To do. Further, the control device 12 controls the four switching operations so as to eliminate the deviation from the output voltage command value (set value of the output voltage) with respect to the output voltage Vout based on the detected value of the output voltage Vout. Controls on / off of the element.

図2は、制御装置12の構成例を示すブロック図である。
図2に示すように、制御装置12は、力率制御部12Aと出力電圧制御部12Bとに大別される。
まず、力率制御部12Aの構成について説明する。
力率制御部12Aは、キャパシタ電圧設定部31、減算部32、電圧制御器(AVR)33、PLL(phase-locked loop)34、正弦波生成部35、乗算部36、減算部37、電流制御器(ACR)38、除算部39、2倍処理部40、減算部41、リミット処理部42、減算部43、及び、スイッチング信号生成部51により構成される。
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of the control device 12.
As shown in FIG. 2, the control device 12 is roughly divided into a power factor control unit 12A and an output voltage control unit 12B.
First, the configuration of the power factor control unit 12A will be described.
The power factor control unit 12A includes a capacitor voltage setting unit 31, a subtraction unit 32, a voltage controller (AVR) 33, a PLL (phase-locked loop) 34, a sine wave generation unit 35, a multiplication unit 36, a subtraction unit 37, and current control. An ACR 38, a division unit 39, a double processing unit 40, a subtraction unit 41, a limit processing unit 42, a subtraction unit 43, and a switching signal generation unit 51.

キャパシタ電圧設定部31は、キャパシタ電圧Vdcに対する電圧指令値Vdc_refを設定する。キャパシタ電圧設定部31は、予め設定される電圧指令値Vdc_refを減算部32に出力する。
減算部32は、キャパシタ電圧検出部25が検知したキャパシタ電圧Vdcからキャパシタ電圧設定部31が設定する電圧指令値Vdc_refを減算することにより偏差vdc_difを算出する。減算部32は、算出した偏差Vdc_dif(=Vdc−Vdc_ref)を電圧制御器(AVR)33へ出力する。
電圧制御器(AVR)33は、減算部32が算出した偏差Vdc_difに基づくPI演算により、交流電源電流(インダクタ電流)Iacに対する振幅指令値Iac_amp_Refを生成する。電圧制御器33は、生成した振幅指令値Iac_amp_refを乗算部36に出力する。
Capacitor voltage setting unit 31 sets a voltage command value Vdc_ref for capacitor voltage Vdc. Capacitor voltage setting unit 31 outputs a preset voltage command value Vdc_ref to subtraction unit 32.
Subtraction unit 32 calculates deviation vdc_dif by subtracting voltage command value Vdc_ref set by capacitor voltage setting unit 31 from capacitor voltage Vdc detected by capacitor voltage detection unit 25. The subtraction unit 32 outputs the calculated deviation Vdc_dif (= Vdc−Vdc_ref) to the voltage controller (AVR) 33.
The voltage controller (AVR) 33 generates an amplitude command value Iac_amp_Ref for the AC power supply current (inductor current) Iac by a PI calculation based on the deviation Vdc_dif calculated by the subtractor 32. The voltage controller 33 outputs the generated amplitude command value Iac_amp_ref to the multiplication unit 36.

PLL34は、電源電圧検出部23が検出する電源電圧Vacの位相ωtを検出する。PLL34は、検出した電源電圧の位相ωtを正弦波生成部35へ出力する。
正弦波生成部35は、PLL34が検出した電源電圧位相ωtと同位相の正弦波sin ωtを生成する。正弦波生成部35は、生成した正弦波sin・ωtを乗算部36へ出力する。
The PLL 34 detects the phase ωt of the power supply voltage Vac detected by the power supply voltage detection unit 23. The PLL 34 outputs the detected phase ωt of the power supply voltage to the sine wave generation unit 35.
The sine wave generation unit 35 generates a sine wave sin ωt having the same phase as the power supply voltage phase ωt detected by the PLL 34. The sine wave generation unit 35 outputs the generated sine wave sin · ωt to the multiplication unit 36.

乗算部36は、振幅指令値Iac_amp_refと正弦波sin ωtとを乗じる。乗算部36は、振幅指令値Iac_amp_refと正弦波sin ωtとを乗じることにより、電源電圧Vacと同位相の電流指令値Iac_refを計算する。乗算部36は、計算した電流指令値Iac_refを減算部37へ出力する。
減算部37は、乗算部36が計算した電流指令値Iac_refから、電源電流検出部24が検出した電源電流(インダクタ電流)Iacの値を減算する。減算部37は、算出した偏差Iac_dif(=Iac_ref−Iac)を電流制御器(ACR)38へ出力する。
The multiplier 36 multiplies the amplitude command value Iac_amp_ref and the sine wave sin ωt. Multiplier 36 calculates current command value Iac_ref having the same phase as power supply voltage Vac by multiplying amplitude command value Iac_amp_ref and sine wave sin ωt. Multiplication unit 36 outputs the calculated current command value Iac_ref to subtraction unit 37.
The subtractor 37 subtracts the value of the power supply current (inductor current) Iac detected by the power supply current detector 24 from the current command value Iac_ref calculated by the multiplier 36. The subtraction unit 37 outputs the calculated deviation Iac_dif (= Iac_ref−Iac) to the current controller (ACR) 38.

電流制御器(ACR)38は、減算部37が計算した偏差Iac_difに基づくPI演算により、Hブリッジ21におけるAB間の出力電圧Vabに対する出力電圧指令値Vab_refを生成する。電流制御部38は、生成した出力電圧指令値Vab_refを除算部39へ出力する。
除算部39は、電流制御器(ACR)38から取得する出力電圧指令値Vab_refをキャパシタ電圧検出部25が検出したキャパシタ電圧Vdcの値で除算する。除算部39は、算出した出力電圧指令値Vab_refとキャパシタ電圧Vdcとの比を変調率指令値D(=Vab_ref/Vdc)として2倍処理部40へ出力する。
The current controller (ACR) 38 generates an output voltage command value Vab_ref for the output voltage Vab between AB in the H bridge 21 by PI calculation based on the deviation Iac_dif calculated by the subtractor 37. The current control unit 38 outputs the generated output voltage command value Vab_ref to the division unit 39.
The divider 39 divides the output voltage command value Vab_ref acquired from the current controller (ACR) 38 by the value of the capacitor voltage Vdc detected by the capacitor voltage detector 25. The division unit 39 outputs the ratio of the calculated output voltage command value Vab_ref and the capacitor voltage Vdc to the double processing unit 40 as a modulation factor command value D (= Vab_ref / Vdc).

2倍処理部40は、除算部39から供給される変調率指令値Dを2倍処理する。2倍処理部40は、2倍した変調率指令値を減算部41へ出力する。減算部41は、2倍処理部40が2倍処理した変調率指令値から変調率1を差し引く。減算部41は、減算処理した値をリミット処理部42へ出力する。
リミット処理部42は、減算部41から与えられた値を制限する。変調率範囲は±1を超えられないためである。リミット処理部42は、リミット処理した値を変調率指令値Daとして、スイッチング信号生成部51と減算部43とへ出力する。
The double processing unit 40 doubles the modulation factor command value D supplied from the division unit 39. The double processing unit 40 outputs the doubled modulation factor command value to the subtraction unit 41. The subtracting unit 41 subtracts the modulation factor 1 from the modulation factor command value that has been doubled by the double processing unit 40. The subtraction unit 41 outputs the subtracted value to the limit processing unit 42.
The limit processing unit 42 limits the value given from the subtracting unit 41. This is because the modulation rate range cannot exceed ± 1. The limit processing unit 42 outputs the value subjected to the limit processing as the modulation factor command value Da to the switching signal generation unit 51 and the subtraction unit 43.

減算部43は、2倍処理部40が算出する2倍した変調率指令値から変調率指令値Daを減算することにより変調率指令値Dbを生成する。減算部43は、生成した変調率指令値Dbをスイッチング信号生成部51へ出力する。   The subtracting unit 43 generates the modulation rate command value Db by subtracting the modulation rate command value Da from the doubled modulation rate command value calculated by the double processing unit 40. The subtractor 43 outputs the generated modulation factor command value Db to the switching signal generator 51.

スイッチング信号生成部51は、変調率指令値Daと変調率指令値Dbとを取得する。スイッチング信号生成部51は、力率制御部12Aが生成する変調率指令値Da、Dbと後述する出力電圧制御部12Bから与えられる三角波キャリアのキャリア信号Scとに基づいて、電源回路11の各スイッチング素子へ供給するスイッチング信号を生成する。スイッチング信号生成部51の構成例については後述する。   The switching signal generation unit 51 acquires the modulation rate command value Da and the modulation rate command value Db. The switching signal generation unit 51 performs each switching of the power supply circuit 11 based on the modulation rate command values Da and Db generated by the power factor control unit 12A and a carrier signal Sc of a triangular wave carrier provided from an output voltage control unit 12B described later. A switching signal to be supplied to the element is generated. A configuration example of the switching signal generation unit 51 will be described later.

次に、出力電圧制御部12Bの構成について説明する。
図2に示す構成例において、出力電圧制御部12Bは、出力電圧設定部61、減算部62、電圧制御器(AVR)63、キャリア生成部64、および、スイッチング信号生成部51により構成される。
Next, the configuration of the output voltage control unit 12B will be described.
In the configuration example illustrated in FIG. 2, the output voltage control unit 12B includes an output voltage setting unit 61, a subtraction unit 62, a voltage controller (AVR) 63, a carrier generation unit 64, and a switching signal generation unit 51.

出力電圧設定部61は、出力電圧Voutに対する出力電圧指令値Vout_refを設定する。出力電圧設定部61は、予め設定された出力電圧Voutに対する出力電圧指令値Vout_refを減算部62に出力する。
減算部62は、出力電圧検出部26が検出した出力電圧Voutから出力電圧設定部61が設定する出力電圧指令値Vout_refを減算することにより偏差Vout_difを算出する。減算部62は、算出した偏差Vout_dif(=Vout−Vout_ref)を電圧制御器(AVR)63へ出力する。
The output voltage setting unit 61 sets an output voltage command value Vout_ref for the output voltage Vout. The output voltage setting unit 61 outputs the output voltage command value Vout_ref for the preset output voltage Vout to the subtraction unit 62.
The subtractor 62 calculates the deviation Vout_dif by subtracting the output voltage command value Vout_ref set by the output voltage setting unit 61 from the output voltage Vout detected by the output voltage detector 26. The subtraction unit 62 outputs the calculated deviation Vout_dif (= Vout−Vout_ref) to the voltage controller (AVR) 63.

電圧制御器(AVR)63は、減算部62から取得する偏差Vout_difに基づくPI演算により、キャリア周波数fcを生成する。電圧制御器63は、生成したキャリア周波数fcをキャリア生成部64へ出力する。
キャリア生成部64は、電圧制御器(AVR)63から受けたキャリア周波数fcをもつ三角波キャリアのキャリア信号Scを生成する。キャリア生成部64は、生成したキャリア信号Scをスイッチング信号生成部51へ出力する。
The voltage controller (AVR) 63 generates the carrier frequency fc by PI calculation based on the deviation Vout_dif acquired from the subtracting unit 62. The voltage controller 63 outputs the generated carrier frequency fc to the carrier generation unit 64.
The carrier generation unit 64 generates a carrier signal Sc of a triangular wave carrier having a carrier frequency fc received from the voltage controller (AVR) 63. The carrier generation unit 64 outputs the generated carrier signal Sc to the switching signal generation unit 51.

次に、スイッチング信号生成部51の構成について説明する。
スイッチング信号生成部51は、コンパレータ71、72、NOT回路73、74を備える。スイッチング信号生成部51には、力率制御部12Aから変調率指令値Da、Dbが入力され、出力電圧制御部12Bからキャリア信号Scが入力される。
Next, the configuration of the switching signal generation unit 51 will be described.
The switching signal generation unit 51 includes comparators 71 and 72 and NOT circuits 73 and 74. Modulation rate command values Da and Db are input from the power factor control unit 12A to the switching signal generation unit 51, and the carrier signal Sc is input from the output voltage control unit 12B.

コンパレータ71の非反転入力端子には変調率指令値Daが入力される。コンパレータ71の反転入力端子にはキャリア生成部64が生成したキャリア信号Scが入力される。コンパレータ71は、変調率指令値Daとキャリア信号Scとを比較し、「1」又は「0」の値をもつスイッチング信号S1P_PWMを出力する。例えば、コンパレータ71は、Sc<Daの場合には「1」のスイッチング信号S1P_PWMを出力し、Sc≧Daの場合には「0」のスイッチング信号S1P_PWMを出力する。   The modulation factor command value Da is input to the non-inverting input terminal of the comparator 71. The carrier signal Sc generated by the carrier generation unit 64 is input to the inverting input terminal of the comparator 71. The comparator 71 compares the modulation factor command value Da with the carrier signal Sc and outputs a switching signal S1P_PWM having a value of “1” or “0”. For example, the comparator 71 outputs a switching signal S1P_PWM of “1” when Sc <Da, and outputs a switching signal S1P_PWM of “0” when Sc ≧ Da.

コンパレータ71は、生成したスイッチング信号S1P_PWMを第1スイッチング素子S1Pのゲート端子へ出力するとともに、スイッチング信号S1P_PWMをNOT回路73へ出力する。
NOT回路73は、コンパレータ71から供給されるスイッチング信号S1P_PWMを反転させることにより、第2のスイッチング信号S1N_PWMを生成する。NOT回路73は、生成した第2のスイッチング信号S1N_PWMを第2スイッチング素子S1Nのゲート端子へ出力する。
The comparator 71 outputs the generated switching signal S1P_PWM to the gate terminal of the first switching element S1P, and outputs the switching signal S1P_PWM to the NOT circuit 73.
The NOT circuit 73 generates the second switching signal S1N_PWM by inverting the switching signal S1P_PWM supplied from the comparator 71. The NOT circuit 73 outputs the generated second switching signal S1N_PWM to the gate terminal of the second switching element S1N.

また、コンパレータ72の非反転入力端子には変調率指令値Dbが入力される。コンパレータ72の反転入力端子にはキャリア生成部64が生成した三角波キャリアのキャリア信号Scが入力される。コンパレータ72は、変調率指令値Dbとキャリア信号Scとを比較し、「1」又は「0」の値をもつスイッチング信号S2P_PWMを出力する。例えば、コンパレータ72は、Sc<Dbの場合には「1」のスイッチング信号S2P_PWMを出力し、Sc≧Dbの場合には「0」のスイッチング信号S2P_PWMを出力する。   Further, the modulation factor command value Db is input to the non-inverting input terminal of the comparator 72. A carrier signal Sc of a triangular wave carrier generated by the carrier generator 64 is input to the inverting input terminal of the comparator 72. The comparator 72 compares the modulation factor command value Db with the carrier signal Sc and outputs a switching signal S2P_PWM having a value of “1” or “0”. For example, the comparator 72 outputs a switching signal S2P_PWM of “1” when Sc <Db, and outputs a switching signal S2P_PWM of “0” when Sc ≧ Db.

コンパレータ72は、生成したスイッチング信号S2P_PWMを第3スイッチング素子S2Pのゲート端子へ出力するとともに、スイッチング信号S2_PWMをNOT回路74へ出力する。
NOT回路74は、コンパレータ72から受けたスイッチング信号S2P_PWMを反転させることにより、第4のスイッチング信号S2N_PWMを生成する。NOT回路74は、生成した第2のスイッチング信号S2N_PWMを第4スイッチング素子S1Nのゲート端子へ出力する。
以上の構成により、制御装置12は、電源回路11のHブリッジ21における4つのスイッチング素子のオンオフを制御する。
The comparator 72 outputs the generated switching signal S2P_PWM to the gate terminal of the third switching element S2P and outputs the switching signal S2_PWM to the NOT circuit 74.
The NOT circuit 74 generates the fourth switching signal S2N_PWM by inverting the switching signal S2P_PWM received from the comparator 72. The NOT circuit 74 outputs the generated second switching signal S2N_PWM to the gate terminal of the fourth switching element S1N.
With the above configuration, the control device 12 controls the on / off of the four switching elements in the H bridge 21 of the power supply circuit 11.

次に、上記のように構成される電源装置1の動作原理を説明する。
電源装置1は、Hブリッジ21を含む電源回路11と制御装置12とを有する。Hブリッジ21は、4つのスイッチング素子とブリッジキャパシタCdc1、Cdc2とを有する。制御装置12は、第1及び第2のブリッジキャパシタCdc1及びCdc2に充電されている電圧(キャパシタ電圧)Vdcを元に生成した各スイッチング素子に対するスイッチング信号を出力する。このような制御装置12の制御により、電源回路11は、出力電圧としてブリッジキャパシタCdc1、Cdc2の電圧を上限とする任意の電圧を出力することができる。
Next, the operation principle of the power supply device 1 configured as described above will be described.
The power supply device 1 includes a power supply circuit 11 including an H bridge 21 and a control device 12. The H bridge 21 includes four switching elements and bridge capacitors Cdc1 and Cdc2. The control device 12 outputs a switching signal for each switching element generated based on the voltage (capacitor voltage) Vdc charged in the first and second bridge capacitors Cdc1 and Cdc2. By such control of the control device 12, the power supply circuit 11 can output an arbitrary voltage whose upper limit is the voltage of the bridge capacitors Cdc1 and Cdc2 as an output voltage.

スイッチングにより電圧を出力する方法としては、PWM(Pulse Width Modulation)やPDM(Pulse Density Modulation)等を用いる。また、PWM、PDMの生成法は、キャリア比較やヒステリシスコンパレータ等、種々の公知のものが適用できる。なお、Hブリッジ21のキャパシタへの充電方法および、その電圧制御方法については、交流電源電圧を利用して実現可能である。   As a method for outputting a voltage by switching, PWM (Pulse Width Modulation), PDM (Pulse Density Modulation), or the like is used. Various known methods such as carrier comparison and hysteresis comparator can be applied to the PWM and PDM generation methods. Note that the method of charging the capacitor of the H-bridge 21 and the voltage control method thereof can be realized using an AC power supply voltage.

図3は、電源回路11の各部における電圧波形を説明するための模式図である。また、図4は、電源回路11の各部における電圧と電流との関係を示す図である。図4(a)は、電源回路11における電圧Vab、電圧Vbn、電流Iall、電流It、電流Iacを示す。図4(b)は、線間電圧(AB間)電圧Vabの電圧波形を示す。図4(c)は、BN間の電圧Vabの電圧波形を示す。図4(d)は、電流Iallの波形を示す。図4(e)は、電流Itの波形を示す。図4(f)は、電流Iacの波形を示す。   FIG. 3 is a schematic diagram for explaining voltage waveforms in each part of the power supply circuit 11. FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the voltage and current in each part of the power supply circuit 11. FIG. 4A shows the voltage Vab, voltage Vbn, current Iall, current It, and current Iac in the power supply circuit 11. FIG. 4B shows a voltage waveform of the line voltage (between AB) voltage Vab. FIG. 4C shows a voltage waveform of the voltage Vab between BN. FIG. 4D shows a waveform of the current Iall. FIG. 4E shows a waveform of the current It. FIG. 4F shows the waveform of the current Iac.

Hブリッジ21のA点と交流電源2との間に直列接続される第1インダクタL1には、Hブリッジ21におけるAB間の出力電圧Vabと交流電源2の電源電圧Vacの差分電圧が印加される。ここで、Hブリッジ21から交流電源電圧Vacを打ち消す方向に交流電源電圧相当の電圧を出力する場合を考える。   A differential voltage between the output voltage Vab between AB in the H bridge 21 and the power supply voltage Vac of the AC power supply 2 is applied to the first inductor L1 connected in series between the point A of the H bridge 21 and the AC power supply 2. . Here, a case is considered in which a voltage corresponding to the AC power supply voltage is output from the H bridge 21 in a direction to cancel the AC power supply voltage Vac.

Hブリッジ21におけるAB間の出力電圧Vabには、図3に示すように、スイッチングによる高調波成分と出力する電圧の50Hzや60Hzの低周波成分とが含まれる。出力する交流電圧は、交流電源と同一な50Hzや60Hzの出力である。これに対して、制御装置12が制御する各スイッチング素子のスイッチング周波数は、それよりも十分高い数十〜数百キロHzの周波数を用いる。   As shown in FIG. 3, the output voltage Vab between AB in the H bridge 21 includes a harmonic component due to switching and a low frequency component of 50 Hz or 60 Hz of the output voltage. The AC voltage to be output is the same 50 Hz or 60 Hz output as the AC power supply. On the other hand, the switching frequency of each switching element controlled by the control device 12 uses a frequency of several tens to several hundreds of kilohertz which is sufficiently higher than that.

Hブリッジ21は、数十〜数百キロHzのPWMにより50ないし60Hzの正弦波電圧を出力する。これは、Hブリッジ21におけるAB間の出力電圧Vabである。Hブリッジ21にて上述のような正弦波電圧を生成する場合、第1及び第2スイッチング素子S1P及びS1Nのブリッジと第3及び第4スイッチング素子S2P及びS2Nのブリッジとが発生する電圧は対称な場合が多いが、電源回路11においては、正弦波の大部分を第1及び第2スイッチング素子S1P及びS1Nのブリッジが出力し、第3及び第4スイッチング素子S2P及びS2Nのブリッジはオン比率が50%程度を維持するように制御される。   The H bridge 21 outputs a sine wave voltage of 50 to 60 Hz by PWM of several tens to several hundreds of kiloHz. This is the output voltage Vab between AB in the H-bridge 21. When the sine wave voltage as described above is generated by the H-bridge 21, the voltages generated by the bridges of the first and second switching elements S1P and S1N and the bridges of the third and fourth switching elements S2P and S2N are symmetric. In many cases, in the power supply circuit 11, the bridge of the first and second switching elements S1P and S1N outputs most of the sine wave, and the ON ratio of the bridge of the third and fourth switching elements S2P and S2N is 50. It is controlled to maintain about%.

第1インダクタL1には、交流電源電圧VacとHブリッジ21の出力電圧Vabとの差分が印加される。Hブリッジ21に直列接続される第1インダクタL1のインダクタンスが大きいため、Hブリッジ21のAB間の出力電圧Vabの高周波成分は減衰し、Hブリッジ21の出力電圧Vabに含まれる50Hzや60Hzの低周波成分と電源電圧Vacの差分が印加される。   A difference between the AC power supply voltage Vac and the output voltage Vab of the H bridge 21 is applied to the first inductor L1. Since the inductance of the first inductor L1 connected in series to the H bridge 21 is large, the high frequency component of the output voltage Vab between AB of the H bridge 21 is attenuated, and the low frequency of 50 Hz or 60 Hz included in the output voltage Vab of the H bridge 21 is reduced. The difference between the frequency component and the power supply voltage Vac is applied.

一方、第2インダクタL2、トランスTの1次巻線T1、および、第1キャパシタC1に印加される電圧(BN間電圧)Vbnは、Hブリッジ21における第3及び第4スイッチング素子S2P及びS2Nの接続点となるB点の出力電圧と、第1及び第2のブリッジキャパシタCdc1及びCdc2の中間(N点)電位との差電圧となる。また、Hブリッジ21における第3及び第4スイッチング素子S2P及びS2Nのブリッジは、前述のようにオン比率が50%程度になるように制御される。   On the other hand, the voltage (voltage between BN) Vbn applied to the second inductor L2, the primary winding T1 of the transformer T, and the first capacitor C1 is equal to the third and fourth switching elements S2P and S2N in the H bridge 21. This is the difference voltage between the output voltage at point B, which is the connection point, and the intermediate (point N) potential between the first and second bridge capacitors Cdc1 and Cdc2. The bridge of the third and fourth switching elements S2P and S2N in the H bridge 21 is controlled so that the ON ratio is about 50% as described above.

このため、Hブリッジ21におけるBN間の電圧Vbnは、図4(c)に示すように、第1及び第2のブリッジキャパシタCdc1及びCdc2の中間電位(=1/2Vdc)に対して「+1/2Vdc」又は「−1/2Vdc」を50%程度の比率で出力する。この結果、第2インダクタL2とトランスTの1次巻線T1のそれぞれには、ほぼスイッチングによる高周波成分のみが印加されることとなる。   For this reason, as shown in FIG. 4C, the voltage Vbn between BN in the H-bridge 21 is “+1/1/2” with respect to the intermediate potential (= ½ Vdc) of the first and second bridge capacitors Cdc1 and Cdc2. 2Vdc "or" -1 / 2Vdc "is output at a ratio of about 50%. As a result, only the high frequency component due to switching is applied to the second inductor L2 and the primary winding T1 of the transformer T.

すなわち、第1インダクタL1に印加されるHブリッジ21の出力電圧Vabの低周波成分と交流電源電圧Vacとの差分の大きさは、Hブリッジ21の出力電圧Vabを制御することで任意に調整可能である。このため、第1インダクタL1に流れる電流、すなわち交流電源2から電源装置1に流入する電流の大きさは、Hブリッジ21の出力電圧Vabの低周波成分を制御することで調整可能となる。この特性を利用して、電源装置1は、Hブリッジ21における各スイッチング素子のスイッチングを制御することにより、整流器およびPFCとして動作する。   That is, the magnitude of the difference between the low frequency component of the output voltage Vab of the H bridge 21 applied to the first inductor L1 and the AC power supply voltage Vac can be arbitrarily adjusted by controlling the output voltage Vab of the H bridge 21. It is. Therefore, the magnitude of the current flowing through the first inductor L1, that is, the magnitude of the current flowing from the AC power supply 2 into the power supply device 1 can be adjusted by controlling the low frequency component of the output voltage Vab of the H bridge 21. Using this characteristic, the power supply device 1 operates as a rectifier and a PFC by controlling the switching of each switching element in the H bridge 21.

また、第2インダクタL2とトランスTの1次巻線T1には高周波電圧が印加される。トランスTの1次巻線T1に印加される高周波電圧は、トランスTの2次巻線T2に励起される。トランスTの2次巻線T2で励起された電圧は、整流器22によって整流し、キャパシタCoutで平滑することにより、直流電圧となり負荷3に供給される。これにより、電源装置1は、交流直流変換の電源として動作する。   A high frequency voltage is applied to the second inductor L2 and the primary winding T1 of the transformer T. The high frequency voltage applied to the primary winding T1 of the transformer T is excited by the secondary winding T2 of the transformer T. The voltage excited by the secondary winding T2 of the transformer T is rectified by the rectifier 22 and smoothed by the capacitor Cout, thereby becoming a DC voltage and supplied to the load 3. Thereby, the power supply device 1 operates as a power source for AC / DC conversion.

トランスTの1次巻線T1に印加される高周波電圧の大きさによって、トランスTの2次巻線T2に接続される負荷電圧が決まる。Hブリッジ21のBN間から得られる高周波電圧は、トランスTの1次巻線T1と第2インダクタL2のそれぞれに印加される。このため、トランスTの1次巻線T1に印加される高調波電圧は、第2インダクタL2により分圧された電圧となる。   The load voltage connected to the secondary winding T2 of the transformer T is determined by the magnitude of the high-frequency voltage applied to the primary winding T1 of the transformer T. A high-frequency voltage obtained from the BN of the H bridge 21 is applied to each of the primary winding T1 and the second inductor L2 of the transformer T. For this reason, the harmonic voltage applied to the primary winding T1 of the transformer T is a voltage divided by the second inductor L2.

第2インダクタL2およびトランスTの1次巻線T1に印加される電圧は、Hブリッジ21のスイッチングにより生じる高周波電圧である。この高周波電圧の周波数は、スイッチング素子のスイッチング周波数によって変化する。第2インダクタL2は一定のインダクタを有しているため周波数によってインピーダンスが変化する。この特性を利用して、BN間の電圧Vbnを制御することにより第2インダクタL2に印加される電圧を加減してトランスTに印加される電圧を調整し、負荷電圧(出力電圧)を制御できる。つまり、電源装置1は、Hブリッジ21における第3及び第4スイッチング素子S2P及びS2Nのスイッチングを制御することにより、DC/DC変換器としての動作を行う。   The voltage applied to the second inductor L2 and the primary winding T1 of the transformer T is a high-frequency voltage generated by switching of the H bridge 21. The frequency of the high-frequency voltage varies depending on the switching frequency of the switching element. Since the second inductor L2 has a constant inductor, the impedance changes depending on the frequency. By utilizing this characteristic, the voltage Vbn between BN is controlled to adjust the voltage applied to the transformer T by adjusting the voltage applied to the second inductor L2, thereby controlling the load voltage (output voltage). . That is, the power supply device 1 operates as a DC / DC converter by controlling the switching of the third and fourth switching elements S2P and S2N in the H bridge 21.

次に、Hブリッジ21における第1及び第2のブリッジキャパシタCdc1、Cdc2への充電およびその電圧制御方法について説明する。
まず、起動時において、第1及び第2のブリッジキャパシタCdc1、Cdc2は、全く充電されていない状態である。この状態において、電源装置1に交流電源2を接続すると、第1インダクタL1等を介してHブリッジ21のAB間に交流電源2からの電源電圧Vacが印加される。キャパシタが全く充電されていない状態であれば、印加される交流電圧Vacにより各スイッチング素子に並列に接続されるダイオードが点弧し、第1及び第2のブリッジキャパシタCdc1、Cdc2に対して各ダイオードは全波整流回路として動作する。
Next, charging of the first and second bridge capacitors Cdc1 and Cdc2 in the H bridge 21 and a voltage control method thereof will be described.
First, at start-up, the first and second bridge capacitors Cdc1 and Cdc2 are not charged at all. In this state, when the AC power supply 2 is connected to the power supply device 1, the power supply voltage Vac from the AC power supply 2 is applied between AB of the H bridge 21 via the first inductor L 1 and the like. If the capacitor is not charged at all, a diode connected in parallel to each switching element is ignited by the applied AC voltage Vac, and each diode is connected to the first and second bridge capacitors Cdc1 and Cdc2. Operates as a full-wave rectifier circuit.

第1及び第2のブリッジキャパシタCdc1、Cdc2は、交流電源電圧Vacのピーク値程度まで充電される。ここで、第1及び第2のブリッジキャパシタCdc1、Cdc2が交流電源の電源電圧Vacまで充電されると、Hブリッジ21は、交流電源電圧の電源電圧相当の電圧を出力することが可能となる。上述したように、第1インダクタL1を流れるインダクタ電流(電源電流)は、Hブリッジ21の出力電圧Vabを制御することにより制御することが可能となる。制御装置12は、交流電源電圧と同相の電流となるように第1インダクタL1を流れるインダクタ電流(電源電流)を制御することにより、電源回路11に対して有効電力を供給することができる。   The first and second bridge capacitors Cdc1 and Cdc2 are charged to about the peak value of the AC power supply voltage Vac. Here, when the first and second bridge capacitors Cdc1 and Cdc2 are charged up to the power supply voltage Vac of the AC power supply, the H bridge 21 can output a voltage corresponding to the power supply voltage of the AC power supply voltage. As described above, the inductor current (power supply current) flowing through the first inductor L1 can be controlled by controlling the output voltage Vab of the H bridge 21. The control device 12 can supply active power to the power supply circuit 11 by controlling the inductor current (power supply current) flowing through the first inductor L1 so as to have a current in phase with the AC power supply voltage.

ここで、第1インダクタL1は電源装置1の定格容量に対して数%のインピーダンスしか持たないものとする。このため、電流制御を行うために第1インダクタL1に印加する電圧は交流電源電圧の数%程度である。すなわち、Hブリッジ21の出力電圧Vabには交流電源電圧Vacを打ち消す成分と第1インダクタL1の電流を制御するための電圧とが含まれるが、電流を制御するための電圧は数%である。このため、Hブリッジ21の出力電圧Vabの大部分は、交流電源電圧Vacと近似の正弦波電圧となる。   Here, it is assumed that the first inductor L1 has an impedance of only several percent with respect to the rated capacity of the power supply device 1. For this reason, the voltage applied to the first inductor L1 for current control is about several percent of the AC power supply voltage. That is, the output voltage Vab of the H bridge 21 includes a component for canceling the AC power supply voltage Vac and a voltage for controlling the current of the first inductor L1, but the voltage for controlling the current is several percent. For this reason, most of the output voltage Vab of the H bridge 21 is a sinusoidal voltage approximate to the AC power supply voltage Vac.

従って、交流電源2と同位相の電源電流(インダクタ電流)を電源回路11に流し込むように制御して得られる有効電力の大部分は、Hブリッジ21へ供給される。交流電源2からHブリッジ21へ電力を与える方向に電流を流した場合、Hブリッジ21におけるキャパシタ電圧Vdcは上昇する。一方、Hブリッジ21から交流電源2へ電力を与える方向に電流を流せば、Hブリッジ21のキャパシタ電圧Vdcは下降する。従って、電源装置1は、制御装置12が交流電源電圧と同位相の電源電流成分を制御することによりHブリッジ21におけるキャパシタ電圧を制御できる。   Therefore, most of the effective power obtained by controlling the power supply current (inductor current) in phase with the AC power supply 2 to flow into the power supply circuit 11 is supplied to the H bridge 21. When a current is supplied from the AC power supply 2 to the H bridge 21 in the direction of supplying power, the capacitor voltage Vdc in the H bridge 21 increases. On the other hand, if a current is supplied in a direction in which power is supplied from the H bridge 21 to the AC power supply 2, the capacitor voltage Vdc of the H bridge 21 decreases. Therefore, the power supply device 1 can control the capacitor voltage in the H bridge 21 by the control device 12 controlling the power supply current component in phase with the AC power supply voltage.

次に、Hブリッジ21の出力電圧VabからトランスTを介して2次側へ電力を供給する動作(出力電圧制御)について説明する。
上述したように、Hブリッジ21の出力電圧Vab(すなわち、図1で示すA点とB点間の差電圧)により、交流電源2から第1及び第2のブリッジキャパシタCdc1及びCdc2の充電と力率の制御とを行う。AB間電圧Vabは、正弦波状の電圧である必要があるが、A点、B点のそれぞれの電圧は必ずしも正弦波状のPWMである必要はない。
Next, an operation (output voltage control) for supplying power from the output voltage Vab of the H bridge 21 to the secondary side via the transformer T will be described.
As described above, the charging and power of the first and second bridge capacitors Cdc1 and Cdc2 from the AC power source 2 by the output voltage Vab of the H bridge 21 (that is, the difference voltage between the points A and B shown in FIG. 1). With rate control. The AB voltage Vab needs to be a sinusoidal voltage, but the voltages at points A and B need not necessarily be sinusoidal PWM.

図5及び図6は、A点電圧に対する変調率指令値(A変調率)Da、B点電圧に対する変調率指令値(B変調率)Db、および、AB間(線間)電圧に対する変調率指令値(AB間電圧変調率)Dの例を示す。
図5は、Vac=100[Vrms]、Vdc=300[v]、Vab=120[Vpeak]である場合に、AB間電圧変調率Dが0.4程度となるときのA変調率DaとB変調率Dbとを示す。
図5に示す例では、AB間電圧変調率Dが0.4程度であれば、B変調率Dbがゼロである。B変調率Dbがゼロである場合、B点電圧は、50%付近のオン比率で第1及び第2のブリッジキャパシタCdc1及びCdc2の中間電位(=1/2Vdc)を出力する。これに対して、A点電圧は、変調率が最大0.8の正弦波を出力する。
5 and 6 show a modulation rate command value (A modulation rate) Da for point A voltage, a modulation rate command value (B modulation rate) Db for point B voltage, and a modulation rate command for voltage between AB (line-to-line). An example of a value (inter-AB voltage modulation factor) D is shown.
FIG. 5 shows that when Vac = 100 [Vrms], Vdc = 300 [v], and Vab = 120 [Vpeak], the A modulation rate Da and B when the AB voltage modulation rate D is about 0.4. The modulation rate Db is shown.
In the example shown in FIG. 5, if the AB voltage modulation rate D is about 0.4, the B modulation rate Db is zero. When the B modulation rate Db is zero, the B point voltage outputs an intermediate potential (= 1/2 Vdc) between the first and second bridge capacitors Cdc1 and Cdc2 with an ON ratio of around 50%. On the other hand, the point A voltage outputs a sine wave having a maximum modulation rate of 0.8.

図6は、Vac=100[Vrms]、Vdc=300[v]、Vab=120[Vpeak]である場合に、線間電圧変調率Dが0.8程度となるときのA変調率DaとB変調率Dbとを示す。A変調率Daは±1.0が限界である。線間電圧変調率Dが0.8のとき、A変調率Daは1.0を超える。このため、A変調率Daは、図6に示すように、ピークボトムが潰れた波形となる。A変調率Daのピークボトムが潰れた分は、B変調率Dbを増加させて補う。   FIG. 6 shows A modulation rates Da and B when the line voltage modulation rate D is about 0.8 when Vac = 100 [Vrms], Vdc = 300 [v], and Vab = 120 [Vpeak]. The modulation rate Db is shown. The A modulation factor Da is limited to ± 1.0. When the line voltage modulation factor D is 0.8, the A modulation factor Da exceeds 1.0. For this reason, the A modulation factor Da has a waveform in which the peak bottom is crushed as shown in FIG. The amount of collapse of the peak bottom of the A modulation factor Da is compensated by increasing the B modulation factor Db.

すなわち、電源装置1の制御装置12は、B点電圧が50%付近のPWMを維持するように、可能な限りA変調率で線間電圧を制御する。このため、A変調率Daが±1.0を超える場合、電源装置1の制御装置12は、A変調率Daが±1.0以内の範囲ではB変調率Dbをゼロとして線間電圧を制御し、A変調率Daが±1.0を超える分はB変調率Dbを増加させて補う。   That is, the control device 12 of the power supply device 1 controls the line voltage with the A modulation factor as much as possible so that the B point voltage maintains a PWM of around 50%. For this reason, when the A modulation rate Da exceeds ± 1.0, the control device 12 of the power supply device 1 controls the line voltage with the B modulation rate Db being zero in the range where the A modulation rate Da is within ± 1.0. The amount of A modulation factor Da exceeding ± 1.0 is compensated by increasing the B modulation rate Db.

第2インダクタL2、トランスT及び第1キャパシタC1間に印加される電圧Vbnは、B点電圧と第1及び第2のブリッジキャパシタCdc1及びCdc2の中点電圧との差電圧となる。このため、電圧Vbnは、第3及び第4スイッチング素子S2P及びS2Nが50%付近のオン比率で動作する場合、公知のLLCコンバータと同様の電圧となる。電圧Vbnが50%付近のオン比率であれば、入力フィルターの点数削減や小型に貢献でき、BN間に駆動回路無しでインバータ回路を接続することも可能となる。   The voltage Vbn applied between the second inductor L2, the transformer T, and the first capacitor C1 is a difference voltage between the B point voltage and the midpoint voltage of the first and second bridge capacitors Cdc1 and Cdc2. For this reason, when the third and fourth switching elements S2P and S2N operate at an ON ratio of about 50%, the voltage Vbn is the same voltage as that of a known LLC converter. When the voltage Vbn is an ON ratio in the vicinity of 50%, it is possible to contribute to a reduction in the number of input filters and a reduction in size, and an inverter circuit can be connected between BN without a drive circuit.

図7は、第3及び第4スイッチング素子S2P及びS2Nに対するスイッチング周波数fcに対するトランスTの2次側に伝達される電圧のゲイン特性を示す図である。また、図7は、第3及び第4スイッチング素子S2P及びS2Nが50%付近のオン比率で動作する場合におけるゲイン特性を示している。
第2インダクタL2と第1キャパシタC1の共振周波数よりも高周波側では、第3及び第4スイッチング素子S2P及びS2Nのスイッチング周波数を高くすることでゲインを下げる。ゲインを下げることにより出力を下げることができる。逆に、第3及び第4スイッチング素子S2P及びS2Nのスイッチング周波数を低くすることでゲインを上げて、出力を上げることができる。
FIG. 7 is a diagram illustrating a gain characteristic of a voltage transmitted to the secondary side of the transformer T with respect to the switching frequency fc for the third and fourth switching elements S2P and S2N. FIG. 7 shows gain characteristics when the third and fourth switching elements S2P and S2N operate at an ON ratio of around 50%.
On the higher frequency side than the resonance frequency of the second inductor L2 and the first capacitor C1, the gain is lowered by increasing the switching frequency of the third and fourth switching elements S2P and S2N. The output can be lowered by lowering the gain. Conversely, by lowering the switching frequency of the third and fourth switching elements S2P and S2N, the gain can be increased and the output can be increased.

上記のように、第1の実施形態に係る電源装置1は、電源回路11のHブリッジ21全体で系統電圧からのブリッジキャパシタCdc1、Cdc2の充電と交流電流の力率の制御とを行うとともに、HブリッジのB側の半分でトランスTの2次側への電力伝達(出力電圧制御)を制御する。また、上述の電源回路11においては、第3及び第4スイッチング素子S2P及びS2Nが2つの電力変換動作を兼ねる。この結果として、電源回路11は、例えば、図11に示す従来の電源装置の回路に比べて回路段数が減ることとなり、部品点数の削減でき、損失を抑えることができる。   As described above, the power supply device 1 according to the first embodiment performs charging of the bridge capacitors Cdc1 and Cdc2 from the system voltage and control of the power factor of the alternating current in the entire H bridge 21 of the power supply circuit 11, and The power transmission (output voltage control) to the secondary side of the transformer T is controlled by the half of the B side of the H bridge. In the above-described power supply circuit 11, the third and fourth switching elements S2P and S2N also serve as two power conversion operations. As a result, the power supply circuit 11 has a reduced number of circuit stages as compared with the circuit of the conventional power supply device shown in FIG. 11, for example, and the number of parts can be reduced and loss can be suppressed.

すなわち、第1の実施形態に係る電源装置は、Hブリッジの出力電圧の低周波成分を調整することにより、入力電流を制御するPFC動作とHブリッジのコンデンサ電圧を制御する整流器動作とを実現できると共に、Hブリッジのうちトランスに接続された側のハーフブリッジを構成するスイッチング素子(第3及び第4スイッチング素子)のスイッチング周波数を可変することにより、負荷電圧を制御するDC/DC変換器動作を実現できる。従って、第1の実施形態に係る電源装置は、図11に示す従来の電源回路における整流器、PFCおよびDC/DC変換器の3つの回路機能を1つのHブリッジを含む電源回路で実現でき、低損失、部品点数の低減を可能とする。   That is, the power supply device according to the first embodiment can realize a PFC operation for controlling the input current and a rectifier operation for controlling the capacitor voltage of the H bridge by adjusting the low frequency component of the output voltage of the H bridge. In addition, by changing the switching frequency of the switching elements (third and fourth switching elements) constituting the half bridge of the H bridge connected to the transformer, the DC / DC converter operation for controlling the load voltage is performed. realizable. Therefore, the power supply device according to the first embodiment can realize the three circuit functions of the rectifier, the PFC, and the DC / DC converter in the conventional power supply circuit shown in FIG. Loss and number of parts can be reduced.

(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態について説明する。
図8は、第2の実施形態に係る電源装置101の構成例を示す図である。
図8に示すように、第2の実施形態に係る電源装置101は、電源回路111と制御装置112とを備える。制御装置112は、第1の実施形態で説明した図2に示す制御装置12と同様な構成で実現できる。なお、図8に示す構成において、図1に示す第1の実施形態で説明した構成と同一の構成要素により実現できるものついては同一符号を付して詳細な説明を省略するものとする。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described.
FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration example of the power supply device 101 according to the second embodiment.
As illustrated in FIG. 8, the power supply device 101 according to the second embodiment includes a power supply circuit 111 and a control device 112. The control device 112 can be realized with the same configuration as the control device 12 shown in FIG. 2 described in the first embodiment. In the configuration shown in FIG. 8, components that can be realized by the same components as those described in the first embodiment shown in FIG.

図8に示す電源回路111は、第1及び第2のブリッジキャパシタCdc1及びCdc2をブリッジキャパシタCdcに置き換えた点と、Hブリッジ21のB点とブリッジキャパシタの一端(Hブリッジ負極側又はHブリッジの正極側)との間に第2インダクタL2、トランスTの1次巻線T1及び第1キャパシタC1を直列接続する点とが、第1の実施形態で説明した図1に示す電源回路11と異なる。   The power supply circuit 111 shown in FIG. 8 includes a point where the first and second bridge capacitors Cdc1 and Cdc2 are replaced with a bridge capacitor Cdc, a point B of the H bridge 21 and one end of the bridge capacitor (the H bridge negative side or the H bridge side). The second inductor L2, the primary winding T1 of the transformer T, and the first capacitor C1 are connected in series to the positive electrode side), and is different from the power supply circuit 11 shown in FIG. 1 described in the first embodiment. .

すなわち、第2の実施形態に係る電源装置101は、Hブリッジ21における第1及び第2スイッチング素子S1P及びS1N側および第3及び第4スイッチング素子S2P及びS2N側のPWM制御を第1実施形態と同様な制御で実現できる。ただし、第2の実施形態に係る電源装置101の電源回路111は、第1キャパシタC1が共振コンバータの特性と直流カットオフとの両機能を兼ねる。このため、電源回路111は、第1実施形態で説明した電源回路11とは定数の選定に若干の違いがある。   That is, the power supply apparatus 101 according to the second embodiment performs PWM control on the first and second switching elements S1P and S1N side and the third and fourth switching elements S2P and S2N side in the H bridge 21 with the first embodiment. It can be realized by similar control. However, in the power supply circuit 111 of the power supply device 101 according to the second embodiment, the first capacitor C1 has both functions of a resonance converter and a DC cut-off. For this reason, the power supply circuit 111 is slightly different from the power supply circuit 11 described in the first embodiment in the selection of constants.

また、電源装置101において、第2インダクタL2、トランスTの1次巻線T1、および、第1キャパシタC1に印加される電圧Vbn´は、Hブリッジ21における第3及び第4スイッチング素子S2P及びS2Nの接続点となるB点の出力電圧と、1つのブリッジキャパシタCdcの一端の電位との差電圧となる。   In the power supply device 101, the voltage Vbn ′ applied to the second inductor L2, the primary winding T1 of the transformer T, and the first capacitor C1 is the third and fourth switching elements S2P and S2N in the H bridge 21. Is the difference voltage between the output voltage at point B, which is the connection point, and the potential at one end of one bridge capacitor Cdc.

第2の実施形態に係る電源装置101においても、Hブリッジ21における第3及び第4スイッチング素子S2P及びS2Nのブリッジは、オン比率が50%程度になるように制御される。電源回路111のHブリッジ21における電圧Vbn´は、1つのブリッジキャパシタCdcの電位(=Vdc)に対して「+Vdc」又は「−Vdc」を50%程度の比率で出力する。この場合も、第2インダクタL2とトランスTの1次巻線T1のそれぞれには、ほぼスイッチングによる高周波成分のみが印加される。   Also in the power supply device 101 according to the second embodiment, the bridge of the third and fourth switching elements S2P and S2N in the H bridge 21 is controlled so that the ON ratio is about 50%. The voltage Vbn ′ in the H bridge 21 of the power supply circuit 111 outputs “+ Vdc” or “−Vdc” at a ratio of about 50% with respect to the potential (= Vdc) of one bridge capacitor Cdc. Also in this case, only the high-frequency component due to switching is applied to each of the second inductor L2 and the primary winding T1 of the transformer T.

従って、第2の実施形態に係る電源装置101においても、第1インダクタL1に印加されるHブリッジ21の出力電圧Vabの低周波成分と交流電源電圧Vacとの差分の大きさは、Hブリッジ21の出力電圧Vabを制御することで任意に調整可能である。つまり、第1インダクタL1に流れるインダクタ電流(電源電流)の大きさは、Hブリッジ21の出力電圧Vabの低周波成分を制御することで調整可能となる。この特性によって、電源装置101は、Hブリッジ21の各スイッチング素子のスイッチングを制御することにより整流器およびPFCとしての動作を行う。   Therefore, also in the power supply device 101 according to the second embodiment, the magnitude of the difference between the low frequency component of the output voltage Vab of the H bridge 21 applied to the first inductor L1 and the AC power supply voltage Vac is as follows. Can be arbitrarily adjusted by controlling the output voltage Vab. That is, the magnitude of the inductor current (power supply current) flowing through the first inductor L1 can be adjusted by controlling the low frequency component of the output voltage Vab of the H bridge 21. With this characteristic, the power supply device 101 operates as a rectifier and a PFC by controlling switching of each switching element of the H bridge 21.

また、第2インダクタL2およびトランスTの1次巻線T1に印加される電圧は、Hブリッジ21のスイッチングにより生じる高周波電圧である。この高周波電圧の周波数は、第3及び第4スイッチング素子のスイッチング周波数によって変化する。第2インダクタL2は一定のインダクタを有しているため周波数によってインピーダンスが変化する。この特性を利用して、電圧Vbn´を制御することにより第2インダクタL2に印加される電圧を加減してトランスTに印加される電圧を調整し、負荷電圧(出力電圧)を制御できる。つまり、電源装置101は、Hブリッジ21における第3及び第4スイッチング素子S2P及びS2Nのスイッチングを制御することにより、DC/DC変換器として動作する。   The voltage applied to the second inductor L2 and the primary winding T1 of the transformer T is a high-frequency voltage generated by switching of the H bridge 21. The frequency of the high-frequency voltage varies depending on the switching frequency of the third and fourth switching elements. Since the second inductor L2 has a constant inductor, the impedance changes depending on the frequency. Using this characteristic, the voltage applied to the second inductor L2 can be adjusted by controlling the voltage Vbn ′ to adjust the voltage applied to the transformer T, thereby controlling the load voltage (output voltage). That is, the power supply device 101 operates as a DC / DC converter by controlling the switching of the third and fourth switching elements S2P and S2N in the H bridge 21.

以上のように、第2の実施形態に係る電源装置は、入力電流を制御するPFC動作とHブリッジのコンデンサ電圧を制御する整流器動作とを実現できると共に、Hブリッジのハーフブリッジのスイッチング周波数を可変することにより、負荷電圧を制御するDC/DC変換器動作を実現できる。従って、第2の実施形態によれば、回路を構成する部品点数を低減でき、低損失の変換効率良い電源装置を実現できる。   As described above, the power supply apparatus according to the second embodiment can realize the PFC operation for controlling the input current and the rectifier operation for controlling the capacitor voltage of the H bridge, and can change the switching frequency of the half bridge of the H bridge. By doing so, it is possible to realize a DC / DC converter operation for controlling the load voltage. Therefore, according to the second embodiment, the number of parts constituting the circuit can be reduced, and a power supply apparatus with low loss and high conversion efficiency can be realized.

(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態について説明する。
この第3の実施形態では、前述の第1の実施形態とは異なる点のみを説明する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described.
In the third embodiment, only differences from the first embodiment will be described.

図9は、第3の実施形態に係る電源装置201の構成を示す図である。
電源装置201は、電源回路211と制御装置212とを備える。電源回路211は、負荷3に係る出力電圧Voutを検出する代わりに、トランスTに電圧検出用の3次巻線T3を用いて電圧Vout´を検出する。制御装置212は、電圧検出用の3次巻線T3を用いて検出する電圧Vout´に基づいて第3及び第4スイッチング素子S2P及びS2Nのスイッチング周波数を可変することにより、負荷3へ出力する負荷電圧Voutを制御する。
FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of a power supply device 201 according to the third embodiment.
The power supply device 201 includes a power supply circuit 211 and a control device 212. Instead of detecting the output voltage Vout related to the load 3, the power supply circuit 211 detects the voltage Vout ′ using the voltage detection tertiary winding T <b> 3 in the transformer T. The control device 212 varies the switching frequency of the third and fourth switching elements S2P and S2N based on the voltage Vout ′ detected using the voltage detection tertiary winding T3, thereby outputting the load to the load 3 The voltage Vout is controlled.

すなわち、電源回路211は、図1に示す出力電圧検出部26に代えて、負荷電圧検出部226を備える。負荷電圧検出部226は、トランスTの3次巻線T3と、整流回路と、電圧検出部とを有する。トランスTの3次巻線T3は、1次巻線T1に電磁的に結合する。トランスTの3次巻線T3は、トランスTに現れる電圧を検出する。整流回路は、3次巻線T3が検出する電圧を整流する。例えば、整流回路は、2つのダイオードおよびキャパシタなどにより構成する。電圧検出部は、整流回路が整流した電圧Vout´を検出する。   That is, the power supply circuit 211 includes a load voltage detection unit 226 instead of the output voltage detection unit 26 shown in FIG. The load voltage detection unit 226 includes a tertiary winding T3 of the transformer T, a rectifier circuit, and a voltage detection unit. The tertiary winding T3 of the transformer T is electromagnetically coupled to the primary winding T1. The tertiary winding T3 of the transformer T detects a voltage appearing at the transformer T. The rectifier circuit rectifies the voltage detected by the tertiary winding T3. For example, the rectifier circuit includes two diodes and a capacitor. The voltage detector detects the voltage Vout ′ rectified by the rectifier circuit.

トランスTの2次巻線T2および3次巻線T3に現れる電圧は、トランスTの1次巻線T1に印加される電圧によって決まる。トランスTの2次巻線T2に現れる電圧と3次巻線T3に現れる電圧は、同様の挙動を示す。このため、トランスTの2次巻線T2に接続された負荷3にかかる出力電圧Voutを直接的に検出しなくとも、3次巻線を追加し、その3次巻線を用いて検出する電圧に基づいて制御することで、トランスTの2次側における負荷電圧Voutを制御することが可能となる。   The voltage appearing at the secondary winding T2 and the tertiary winding T3 of the transformer T is determined by the voltage applied to the primary winding T1 of the transformer T. The voltage appearing in the secondary winding T2 of the transformer T and the voltage appearing in the tertiary winding T3 exhibit the same behavior. Therefore, even if the output voltage Vout applied to the load 3 connected to the secondary winding T2 of the transformer T is not directly detected, a tertiary winding is added and the voltage detected using the tertiary winding. By controlling based on this, it becomes possible to control the load voltage Vout on the secondary side of the transformer T.

制御装置212は、1次側の電位を基準として構成されることが多い。このため、2次側の電圧を検出するには絶縁アンプ等の部品が必要となる。これに対して、トランスTに3次巻線T3を追加して検出する電圧Vout´によりスイッチング周波数を制御することにより、絶縁アンプ等の追加の部品なしで制御を実現できる。   The control device 212 is often configured with reference to the primary side potential. For this reason, components such as an insulation amplifier are required to detect the secondary side voltage. In contrast, by controlling the switching frequency by the voltage Vout ′ detected by adding the tertiary winding T3 to the transformer T, the control can be realized without additional components such as an insulation amplifier.

また、上述の第3の実施形態は、第1の実施形態で説明した電源回路11を変形した電源回路211として説明したが、第3の実施形態は、第2の実施形態で説明した電源回路111に適用しても良い。
図10は、第3の実施形態に係る電源装置の変形例を示す図である。
電源装置301は、第2の実施形態で説明した電源回路111の出力電圧検出部26に代えて、トランスの3次巻線を含む負荷電圧検出部326を追加した電源回路311を備える。
Moreover, although the above-mentioned 3rd Embodiment was demonstrated as the power supply circuit 211 which deform | transformed the power supply circuit 11 demonstrated in 1st Embodiment, 3rd Embodiment is the power supply circuit demonstrated in 2nd Embodiment. 111 may be applied.
FIG. 10 is a diagram illustrating a modification of the power supply device according to the third embodiment.
The power supply device 301 includes a power supply circuit 311 in which a load voltage detection unit 326 including a tertiary winding of a transformer is added instead of the output voltage detection unit 26 of the power supply circuit 111 described in the second embodiment.

すなわち、図10に示す電源回路311の負荷電圧検出部326は、図9に示す負荷電圧検出部226と同様な構成により実現できる。すなわち、電源装置301は、電源回路311の負荷電圧検出部326がトランスTに電圧検出用の3次巻線T3を用いて電圧Vout´を検出する。電源装置301の制御装置312は、負荷電圧検出部326が検出する電圧Vout´に基づいて第3及び第4スイッチング素子S2P及びS2Nのスイッチング周波数を可変することにより、負荷3へ出力する負荷電圧Voutを制御する。   That is, the load voltage detection unit 326 of the power supply circuit 311 shown in FIG. 10 can be realized by the same configuration as the load voltage detection unit 226 shown in FIG. That is, in the power supply device 301, the load voltage detection unit 326 of the power supply circuit 311 detects the voltage Vout ′ using the voltage detection tertiary winding T <b> 3 in the transformer T. The control device 312 of the power supply device 301 varies the switching frequency of the third and fourth switching elements S2P and S2N based on the voltage Vout ′ detected by the load voltage detection unit 326, thereby outputting the load voltage Vout output to the load 3. To control.

上記のような第3の実施形態によれば、整流器、PFCおよびDC/DC変換器の3つの回路機能を1つのHブリッジを含む電源回路で実現できるとともに、絶縁アンプ等の追加の部品なしで電源装置を実現できる。この結果、第3の実施形態に係る電源装置は、部品点数の削減、よび低損失を実現できる。   According to the third embodiment as described above, the three circuit functions of the rectifier, the PFC, and the DC / DC converter can be realized by a power supply circuit including one H bridge, and without additional components such as an insulation amplifier. A power supply device can be realized. As a result, the power supply device according to the third embodiment can realize a reduction in the number of components and a low loss.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

1、101、201、301…電源装置、11、111、211、311…電源回路、12、112、212、312…制御装置(制御部)、12A…力率制御部、12B…出力電圧制御部、21…Hブリッジ、22…整流器、23…入力電圧検出部(第1の電圧検出手段)、24…電源電流検出部(電流検出手段)、25…キャパシタ電圧検出部(第2の電圧検出手段)、26…出力電圧検出部(第3の電圧検出手段)、226、326…負荷電圧検出部、C1…第1キャパシタ、Cdc1…第1のブリッジキャパシタ、Cdc2…第2のブリッジキャパシタ、Cdc…ブリッジキャパシタ、L1…第1インダクタ、L2…第2インダクタ、S1N…第2スイッチング素子(スイッチ)、S1P…第1スイッチング素子(スイッチ)、S2N…第4スイッチング素子(スイッチ)、S2P…第3スイッチング素子(スイッチ)、T…トランス、T1…1次巻線、T2…2次巻線、T3…3次巻線。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 101, 201, 301 ... Power supply device 11, 111, 211, 311 ... Power supply circuit 12, 112, 212, 312 ... Control device (control part), 12A ... Power factor control part, 12B ... Output voltage control part , 21 ... H bridge, 22 ... rectifier, 23 ... input voltage detector (first voltage detector), 24 ... power supply current detector (current detector), 25 ... capacitor voltage detector (second voltage detector) ), 26... Output voltage detector (third voltage detector), 226, 326... Load voltage detector, C1... First capacitor, Cdc1... First bridge capacitor, Cdc2. Bridge capacitor, L1 ... first inductor, L2 ... second inductor, S1N ... second switching element (switch), S1P ... first switching element (switch), S2 ... fourth switching element (switch), S2P ... third switching element (switch), T ... transformer, T1 ... 1 winding, T2 ... 2 windings, T3 ... 3 winding.

Claims (7)

直列接続した第1及び第2スイッチと、直列接続した第3及び第4スイッチと、直列接続した2つのブリッジキャパシタと、が並列接続されるHブリッジと、
前記第1及び第2スイッチの接続点と交流電源との間に直列に接続される第1インダクタと、
前記第3及び第4スイッチの接続点に一端が接続される第2インダクタと、
前記2つのブリッジキャパシタの中性点に一端が接続される第1キャパシタと、
前記第2インダクタの他端と前記第1キャパシタの他端との間に直列接続される1次巻線と、前記1次巻線に電磁的に結合する2次巻線とを有するトランスと、
前記トランスの2次巻線に接続される整流器と、
前記各スイッチに与えるスイッチング信号を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする電源装置。
An H-bridge in which a first and a second switch connected in series, a third and a fourth switch connected in series, and two bridge capacitors connected in series are connected in parallel;
A first inductor connected in series between a connection point of the first and second switches and an AC power source;
A second inductor having one end connected to a connection point of the third and fourth switches;
A first capacitor having one end connected to a neutral point of the two bridge capacitors;
A transformer having a primary winding connected in series between the other end of the second inductor and the other end of the first capacitor, and a secondary winding electromagnetically coupled to the primary winding;
A rectifier connected to the secondary winding of the transformer;
A control unit for controlling a switching signal given to each switch;
A power supply apparatus comprising:
直列接続した第1及び第2スイッチと、直列接続する第3及び第4スイッチと、ブリッジキャパシタと、が並列接続されるHブリッジと、
前記第1及び第2スイッチの接続点と交流電源との間に直列に接続される第1インダクタと、
前記第3及び第4スイッチの接続点に一端が接続される第2インダクタと、
前記ブリッジキャパシタの一端に一端が接続される第1キャパシタと、
前記第2インダクタの他端と前記第1キャパシタの他端との間に直列接続される1次巻線と前記1次巻線に電磁的に結合する2次巻線とを有するトランスと、
前記トランスの2次巻線に接続される整流器と、
前記各スイッチに与えるスイッチング信号を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする電源装置。
An H bridge in which a first and a second switch connected in series, a third and a fourth switch connected in series, and a bridge capacitor are connected in parallel;
A first inductor connected in series between a connection point of the first and second switches and an AC power source;
A second inductor having one end connected to a connection point of the third and fourth switches;
A first capacitor having one end connected to one end of the bridge capacitor;
A transformer having a primary winding connected in series between the other end of the second inductor and the other end of the first capacitor and a secondary winding electromagnetically coupled to the primary winding;
A rectifier connected to the secondary winding of the transformer;
A control unit for controlling a switching signal given to each switch;
A power supply apparatus comprising:
前記交流電源の電源電圧を検出する第1の電圧検出手段と、
前記第1インダクタを流れる電源電流を検出する電流検出手段と、
前記Hブリッジのキャパシタ電圧を検出する第2の電圧検出手段と、
前記整流器が出力する負荷電圧を検出する第3の電圧検出手段と、をさらに備え、
前記制御部は、前記電源電圧、前記電源電流、前記キャパシタ電圧および前記負荷電圧を用いて、前記Hブリッジの各スイッチを駆動する信号を生成する、
ことを特徴とする前記請求項1又は2の何れかに記載の電源装置。
First voltage detection means for detecting a power supply voltage of the AC power supply;
Current detection means for detecting a power supply current flowing through the first inductor;
Second voltage detecting means for detecting a capacitor voltage of the H bridge;
A third voltage detecting means for detecting a load voltage output from the rectifier,
The control unit generates a signal for driving each switch of the H bridge using the power supply voltage, the power supply current, the capacitor voltage, and the load voltage.
The power supply device according to claim 1, wherein the power supply device is a power supply device.
前記トランスに3次巻線を設け、
前記第3の電圧検出手段は、前記トランスに設けた3次巻線により前記負荷電圧を検出する、
ことを特徴とする前記請求項3に記載の電源装置。
A tertiary winding is provided on the transformer,
The third voltage detecting means detects the load voltage by a tertiary winding provided in the transformer;
The power supply device according to claim 3, wherein:
前記制御部は、前記各スイッチに与えるスイッチング信号を制御することにより前記第1インダクタを流れる電源電流を前記交流電源の電源電圧と同位相にして前記Hブリッジのキャパシタ電圧を制御する、
ことを特徴とする前記請求項1乃至4の何れか1項に記載の電源装置。
The control unit controls a capacitor voltage of the H bridge by controlling a switching signal given to each switch so that a power supply current flowing through the first inductor is in phase with a power supply voltage of the AC power supply.
The power supply device according to any one of claims 1 to 4, wherein the power supply device is provided.
前記制御部は、前記第3及び第4スイッチへ与えるスイッチング信号の周波数を制御することにより前記整流器が出力する負荷電圧を制御する、
ことを特徴とする前記請求項1乃至5の何れか1項に記載の電源装置。
The control unit controls a load voltage output from the rectifier by controlling a frequency of a switching signal applied to the third and fourth switches;
The power supply device according to any one of claims 1 to 5, wherein the power supply device is any one of the above.
前記請求項1乃至6の何れか1項に記載に電源装置を有するACアダプタ。   The AC adapter which has a power supply device in any one of the said Claims 1 thru | or 6.
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