JP2646824B2 - Power supply - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔概要〕 商用電源を直接受電し、電子計算機等の電子機器のた
めに安定化した直流出力を供給する電源装置に関し、 力率を改善しつつ小型・軽量化が可能であり、またDC
−DCコンバータを付加せずとも入力電圧より低い電圧を
得ることができ、さらに、一次回路から絶縁された安全
な出力を得ることができる電源装置を提供することを目
的とし、 交流電源から供給される交流を整流する整流器と、該
整流器の出力を所定周波数でスイッチングさせるスイッ
チ手段と、該スイッチ手段でスイッチングされる前記整
流器の出力を一次側に入力し、所定の変換を行って二次
側に出力するトランスと、該トランスの二次側出力を平
滑する平滑手段と、該平滑手段を流れる電流を検出する
検出手段と、該検出手段で検出した電流と前記交流電源
の周波数とに応じて、前記スイッチ手段を所定周波数で
スイッチングさせる信号を生成する制御手段とにより構
成される。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Summary] A power supply unit that receives commercial power directly and supplies a stabilized DC output for electronic devices such as electronic computers. It is possible to reduce the size and weight while improving the power factor. And also DC
−The purpose of the present invention is to provide a power supply device that can obtain a voltage lower than the input voltage without adding a DC converter and that can obtain a safe output isolated from the primary circuit. A rectifier for rectifying the alternating current, switch means for switching the output of the rectifier at a predetermined frequency, and inputting the output of the rectifier switched by the switch means to the primary side, performing predetermined conversion, and performing secondary conversion on the secondary side. A transformer for outputting, a smoothing means for smoothing the secondary output of the transformer, a detecting means for detecting a current flowing through the smoothing means, and a current detected by the detecting means and a frequency of the AC power supply, Control means for generating a signal for switching the switch means at a predetermined frequency.
本発明は、商用電源(通常、100VAC)を直接受電し、
電子計算機等の電子機器のために安定化した直流出力を
供給する電源装置に関し、特に近年主流となったスイッ
チング電源装置の力率改善に関する。The present invention directly receives commercial power (usually 100 VAC),
The present invention relates to a power supply device for supplying a stabilized DC output for an electronic device such as an electronic computer, and more particularly to improvement of a power factor of a switching power supply device which has recently become mainstream.
近年、電子計算機等の電子機器に使用される電源装置
は、効率が良く小型・軽量化が可能なスイッチング電源
装置が主流となっている。2. Description of the Related Art In recent years, switching power supplies that are efficient and can be reduced in size and weight have become mainstream as power supplies used for electronic devices such as electronic computers.
このようなスイッチング電源装置としては、100VACを
直接整流して約140VDC程度の直流とし、数100KHz以上の
高周波で電力変換を行うライン・オペレート型が多く採
用されている。As such a switching power supply, a line-operated type that directly rectifies 100 VAC to a DC of about 140 VDC and performs power conversion at a high frequency of several hundred KHz or more is often used.
一方、電子機器の高性能、省電力、小型・軽量化等が
望まれている昨今、電源装置もその例外ではない。On the other hand, in recent years, where high performance, power saving, miniaturization, and weight reduction of electronic devices are desired, power supply devices are no exception.
従来、ライン・オペレート型のスイッチング電源装置
の多くは、ブリッジ整流器を用いたコンデンサインプッ
ト型整流方式が採用されており、第5図はその代表的な
構成例である。Conventionally, most of the line-operated switching power supply devices employ a capacitor input type rectification method using a bridge rectifier, and FIG. 5 shows a typical configuration example.
ブリッジ整流は全波整流方式であるので、商用電源10
から供給される電力を、ダイオードD1,D2,D3,D4で構成
されるブリッジ整流器11で整流した電圧波形は、第6図
に点線で示すように、電源周波数(50Hz又は60Hz)の2
倍の周波数の脈流W1となる。Since bridge rectification is a full-wave rectification method,
The voltage waveform obtained by rectifying the power supplied from the rectifier by the bridge rectifier 11 composed of the diodes D1, D2, D3, and D4 has a power source frequency (50 Hz or 60 Hz) as shown by the dotted line in FIG.
The pulsating current W1 has twice the frequency.
この脈流W1をコンデンサC1で平滑して直流の平滑電圧
W2を得る。そして、平滑された電圧は、制御回路12から
の制御信号により所定周波数でオン/オフを繰り返すト
ランジスタTrでパルス状にチョップされ、トランスTを
介して二次側へ伝達され、ダイオードD5,D6、チョーク
コイルL2及びコンデンサC2で構成され整流回路で直流に
変換されて直流出力電圧VOが得られるようになってい
る。This pulsating current W1 is smoothed by the capacitor C1 to obtain a DC smoothing voltage.
Get W2. Then, the smoothed voltage is chopped in a pulse shape by a transistor Tr that repeats on / off at a predetermined frequency according to a control signal from the control circuit 12 and transmitted to the secondary side via a transformer T, where the diodes D5, D6, The rectifier circuit is configured by a choke coil L2 and a capacitor C2, and is converted into DC to obtain a DC output voltage V O.
しかしながら、上記コンデンサC1を充電する充電電流
は、第6図の波形W3に示すように、交流サイクルの全期
間は流れずパルス状に流れるために、電源装置の見掛け
上の力率を低下させている。However, the charging current for charging the capacitor C1, as shown by the waveform W3 in FIG. 6, does not flow during the entire period of the AC cycle but flows in a pulse shape, so that the apparent power factor of the power supply device is reduced. I have.
ここで力率とは、電気回路理論では、電流と電圧の位
相差φの余弦COSφとして定義されているが、これは正
弦波交流電源の負荷が純抵抗の時にのみ成り立つ式であ
る。しかし、一般に、整流回路でいう見掛け上の力率と
は、この位相差φの余弦ではなく、実効電力Wと皮相電
力V・Aの比率をいう。そして、普通のコンデンサイン
プット型整流方式では、充電電流W3がパルス状に流れて
導通角tlが狭いので、充電電流W3のピーク値が高くな
り、皮相電力が大きくなる。Here, the power factor is defined as the cosine COSφ of the phase difference φ between the current and the voltage in the electric circuit theory, and is a formula that is satisfied only when the load of the sine wave AC power supply is a pure resistance. However, in general, the apparent power factor in the rectifier circuit is not the cosine of the phase difference φ but the ratio of the effective power W to the apparent power VA. Then, in the ordinary capacitor input type rectification method, the charging current W3 flows in a pulse shape and the conduction angle tl is narrow, so that the peak value of the charging current W3 increases, and the apparent power increases.
したがって、力率は、 W/(V・A)≒0.6 …(1) 程度であり、かなり悪い数値となる。 Therefore, the power factor is about W / (VA) ≒ 0.6 (1), which is a considerably bad value.
このように力率が悪くなると、以下の弊害が生じる。 When the power factor is deteriorated, the following adverse effects occur.
即ち、 平滑コンデンサC1のリップル電流が増加し、内部損失
による温度上昇によって寿命が短くなり、信頼性が低下
する。In other words, the ripple current of the smoothing capacitor C1 increases, the service life is shortened by the temperature rise due to the internal loss, and the reliability decreases.
皮相電力が大きくなり、一般の商用電源のコンセント
(15A定格)から取れる電力が見掛け上小さくなるた
め、電子計算機等の電子機器の装置構成上制約がでる。Since the apparent power becomes large and the power obtained from the outlet of a general commercial power supply (rated at 15 A) becomes apparently small, there is a restriction on the device configuration of electronic devices such as a computer.
例えば、力率COSφ=0.6 効率η=0.7と仮定する
と、装置入力電流Iは、 I=W/(η×V×COSφ) =2.4×W/V …(2) となるが、力率をほぼ「1」に近づけることにより入力
電流Iの値は I=W/(η×V×COSφ) =1.4×W/V …(3) となり、力率を改善しない場合、同一の出力電力、入力
電圧においても入力電流の値が1.7倍となってしまう。
そのため装置内の構成品(例えばディスク装置やフロッ
ピー装置、増設メモリーなど)を制限しなければなら
ず、力率を改善した装置より性能・機能が劣ることにな
る。For example, assuming that the power factor COSφ = 0.6 and the efficiency η = 0.7, the device input current I becomes I = W / (η × V × COSφ) = 2.4 × W / V (2) By approaching “1”, the value of the input current I becomes I = W / (η × V × COSφ) = 1.4 × W / V (3) If the power factor is not improved, the same output power and input voltage In this case, the value of the input current also becomes 1.7 times.
Therefore, the components (for example, a disk device, a floppy device, an additional memory, and the like) in the device must be limited, and the performance and function are inferior to those of the device with improved power factor.
そこで、力率を改善することが求められ、これに対応
するべく種々の方策が採られている。Therefore, it is required to improve the power factor, and various measures have been taken to cope with this.
従来、力率を改善するための方式としては、チョーク
インプット型整流方式、アクティブ平滑フィルタ方式が
ある。Conventionally, there are a choke input type rectification method and an active smoothing filter method as methods for improving the power factor.
(1)チョークインプット型整流方式 コンデンサインプット型整流方式の入力電流波形を改
善し力率を上げるための最も簡単な方法は、第7図に原
理図を示すように、チョークインプット型整流方式であ
る。(1) Choke input type rectification method The simplest method for improving the input current waveform and increasing the power factor of the capacitor input type rectification method is the choke input type rectification method as shown in the principle diagram in FIG. .
これは、ブリッジ整流器11と平滑コンデンサC1の間に
チョークコイルL1を接続するもので、かかる構成とする
ことによりチョークコイルL1のインピーダンス分でコン
デンサC1への充電電流が制限されて導通角t1が広がり、
力率が改善される。In this configuration, the choke coil L1 is connected between the bridge rectifier 11 and the smoothing capacitor C1.With this configuration, the charging current to the capacitor C1 is limited by the impedance of the choke coil L1 and the conduction angle t1 is increased. ,
Power factor is improved.
しかし、この方式の場合、出力電流が小さいときはチ
ョークコイルL1のインピーダンスが効き難くなりコンデ
ンサインプット整流方式の場合と同様の動作になるため
チョークコイルL1のインダクタンスと相当大きなものが
必要となり、形状も大きく、重量も重くなるので大型の
装置を除いてはほとんど使用されていない。However, in the case of this method, when the output current is small, the impedance of the choke coil L1 is hardly effective, and the operation is the same as in the case of the capacitor input rectification method. Because they are large and heavy, they are rarely used except for large equipment.
(2)アクティブ平滑フィルタ方式 そこで、小型化を可能にしながら力率を改善する手法
としてアクティブ平滑フィルタ方式が考え出された。(2) Active Smoothing Filter Method Therefore, an active smoothing filter method has been devised as a method for improving the power factor while enabling downsizing.
アクティブ平滑フィルタ方式は、入力電流波形を正弦
波状に制御することで力率を向上させるものである。The active smoothing filter system improves a power factor by controlling an input current waveform in a sine wave shape.
第8図にその原理図を示す。アクティブ平滑フィルタ
方式の回路構成は、昇圧チョッパー20とその制御回路30
からなる。FIG. 8 shows the principle diagram. The circuit configuration of the active smoothing filter system includes a boost chopper 20 and its control circuit 30.
Consists of
昇圧チョッパー20は入力電圧より出力電圧を高くする
非絶縁型のスイッチングレギュレータの一方式であり周
知である。The step-up chopper 20 is a type of a non-insulated switching regulator that raises the output voltage higher than the input voltage and is well known.
制御回路30は商用電源の正弦波電圧VINをトランスT1
を介して入力するとともに、カレントトランスCTにより
電流ICINを入力する。そして、上記正弦波電圧は、電流
を正弦波状に制御する際の基準正弦波として用いられ、
カレントトランスCTから得られる電流ICINは、現在の入
力電流値を認識するために用いられる。The control circuit 30 converts the sine wave voltage V IN of the commercial power supply into a transformer T 1
And the current I CIN is input by the current transformer CT. The sine wave voltage is used as a reference sine wave when controlling the current in a sine wave shape.
Current I CIN obtained from the current transformer CT is used to recognize the current input current value.
制御回路30は、上記基準正弦波と入力電流をモニター
し、入力電流が正弦波状となるように、昇圧チョッパー
20のメイントランジスタTrのオン/オフ制御を行う。The control circuit 30 monitors the reference sine wave and the input current, and controls the step-up chopper so that the input current becomes a sine wave.
On / off control of the 20 main transistors Tr is performed.
アクティブ平滑フィルタ方式では、第9図に示すよう
に、ブリッジ整流器11でブリッジ整流された脈流波形W7
を、数10KHz以上の周波数でスイッチングする。入力電
流IINの波形W6は,各スイッチング電流波形W5の平均値
となるのでマクロ的には正弦波状となる。In the active smoothing filter system, as shown in FIG.
At a frequency of several tens KHz or more. Waveform W6 of the input current I IN is a sinusoidal in macroscopically since the average value of the switching current waveform W5.
したがって、原理的には力率は「1」となる。また、
平滑コンデンサC3には、スイッチングの1サイクル毎に
電流を流せば良く、平均して正弦波状のリップル電流と
なるのでコンデンサインプット整流方式にくらべリップ
ル電流が軽減され小型のコンデンサで高い信頼度を得る
ことができる。Therefore, in principle, the power factor is “1”. Also,
It is sufficient to supply a current to the smoothing capacitor C3 every switching cycle, and the average is a sinusoidal ripple current, so the ripple current is reduced compared to the capacitor input rectification method, and high reliability can be obtained with a small capacitor. Can be.
しかし、この方式の場合、昇圧チョッパー20を使用す
るため、出力電圧は必ず入力電圧よりも高くなければな
らない。そのため入力電圧よりも低い出力電圧が必要な
場合は、アクティブ平滑フィルタの後段にDC−DCコンバ
ータを使用し電圧を下げなければならず、効率が悪い。However, in the case of this method, since the boost chopper 20 is used, the output voltage must be always higher than the input voltage. Therefore, if an output voltage lower than the input voltage is required, the voltage must be reduced by using a DC-DC converter after the active smoothing filter, which is inefficient.
さらに、アクティブ平滑フィルタの出力は1次回路と
絶縁されていないので、一般のロジック回路などには安
全上使用できない。Further, since the output of the active smoothing filter is not insulated from the primary circuit, it cannot be used safely for general logic circuits and the like.
この発明は、上述したように、ライン・オペレート型
のスイッチング電源装置でコンデンサインプット整流方
式を採用するものは、平滑コンデンサを充電する電流が
尖塔状になるため力率が低く、この力率を改善するため
のチョークインプット整流方式を採用するものは、チョ
ークコイルのインダクタンスは大きなものが必要である
ので、形状も大きく、重量も重くなってしまい、さら
に、上記力率を改善するためにアクティブ平滑フィルタ
方式を採用するものは、昇圧チョッパーを使用するた
め、出力電圧は入力電圧よりも高くなり、入力電圧より
も低い出力電圧が必要な場合は、アクティブ平滑フィル
タの後段にDC−DCコンバータを使用して電圧を下げなけ
ればなないので効率が悪く、また、アクティブ平滑フィ
ルタの出力は1次回路と絶縁されていないので、一般の
ロジック回路などには安全上使用できないというそれぞ
れの欠点を解消するためになされたもので、力率を改善
しつつ小型・軽量化が可能であり、またDC−DCコンバー
タを付加せずとも入力電圧より低い電圧を得ることがで
き、さらに、一次回路から絶縁された安全な出力を得る
ことができる電源装置を提供することを目的とする。As described above, in the present invention, a line-operated switching power supply device employing a capacitor input rectification method has a low power factor because a current for charging a smoothing capacitor has a spire shape, and this power factor is improved. In order to improve the power factor, those using the choke input rectification method require a large choke coil inductance, so that the shape becomes large and the weight becomes heavy. Since the output voltage is higher than the input voltage because the method that uses the method uses a boost chopper, if an output voltage lower than the input voltage is required, use a DC-DC converter after the active smoothing filter. The voltage must be lowered to reduce efficiency, and the output of the active smoothing filter is insulated from the primary circuit. Since it is not connected, it is made to solve each disadvantage that it can not be used safely for general logic circuits etc.It is possible to reduce the size and weight while improving the power factor, and also DC-DC It is an object of the present invention to provide a power supply device that can obtain a voltage lower than an input voltage without adding a converter and that can obtain a safe output insulated from a primary circuit.
第1図は本発明を原理的に説明するための図である。
即ち、本発明の電源装置は、上記目的を達成するため
に、交流電源10から供給される交流を整流する整流器11
と、該整流器11の出力を所定周波数でスイッチングさせ
るスイッチ手段2と、該スイッチ手段2でスイッチング
される前記整流器11の出力を一次側に入力し、所定の変
換を行って二次側に出力するトランス3と、該トランス
3の二次側出力を平滑する平滑手段4と、該平滑手段4
を流れる電流を検出する検出手段5と、該検出手段5で
検出した電流と前記交流電源10の周波数とに応じて、前
記スイッチ手段2を所定周波数でスイッチングさせる信
号を生成する制御手段1とを具備したことを特徴とす
る。FIG. 1 is a diagram for explaining the present invention in principle.
That is, in order to achieve the above object, the power supply device of the present invention includes a rectifier 11 for rectifying an AC supplied from an AC power supply 10.
A switching means 2 for switching the output of the rectifier 11 at a predetermined frequency, and an output of the rectifier 11 switched by the switching means 2 to a primary side, performing a predetermined conversion and outputting to a secondary side. Transformer 3, smoothing means 4 for smoothing the secondary output of transformer 3, and smoothing means 4
Detecting means 5 for detecting a current flowing through the power supply, and control means 1 for generating a signal for switching the switching means 2 at a predetermined frequency in accordance with the current detected by the detecting means 5 and the frequency of the AC power supply 10. It is characterized by having.
従来のアクティブ平滑フィルタ方式では入力電流を正
弦波状に制御することにより力率を改善したが、本発明
では入力電流を矩形波状に制御することで力率を改善す
るものである。In the conventional active smoothing filter system, the power factor is improved by controlling the input current in a sinusoidal waveform, but in the present invention, the power factor is improved by controlling the input current in a rectangular waveform.
本発明による力率改善は、昇圧チョッパーを使用せ
ず、一般的なフォワードコンバータとその制御部で構成
される回路により行う。ただし、整流器11としてのブリ
ッジ整流器の後段には平滑回路は存在しない。The power factor improvement according to the present invention is performed by a circuit including a general forward converter and its control unit without using a boost chopper. However, there is no smoothing circuit after the bridge rectifier as the rectifier 11.
制御手段2は、商用電源10の正弦波電圧と,二次側の
出力コンデンサCの充電電流を検出手段5でモニタし、
該充電電流が正弦波状となるよう、フォワードコンバー
タの一次側にあるスイッチ手段2のオン/オフ制御を行
う。The control means 2 monitors the sine wave voltage of the commercial power supply 10 and the charging current of the output capacitor C on the secondary side by the detection means 5,
On / off control of the switch means 2 on the primary side of the forward converter is performed so that the charging current has a sine wave shape.
ここで、フォワードコンバータとは、スイッチ手段2
がオンしている期間に二次側にエネルギーを伝達するよ
うな絶縁型のスイッチングレギュレータの一方式であ
る。Here, the forward converter means the switch means 2
Is an insulation type switching regulator that transmits energy to the secondary side while the switch is on.
本発明では、第1図の原理説明図及び第2図の波形図
に示すように、二次側の出力コンデンサCに流れ込む充
電電流ICINを、スイッチ手段2より、例えば数10KHz以
上の周波数でスイッチングせしめ、平均値が正弦波状に
なるように制御する(第2図(c)参照)。このコンデ
ンサCを充電するために必要な電力WCINは、 WCIN=ICIN×VO …(1) であり、出力電圧VOは一定(一定になるように制御され
る)であるから(第2図(b)参照)、上記電流ICINが
正弦波状であるということは、電力WCINが正弦波状とな
るように制御されていることになる(第2図(d)参
照)。In the present invention, as shown in the principle explanatory diagram of FIG. 1 and the waveform diagram of FIG. 2, the charging current I CIN flowing into the output capacitor C on the secondary side is changed by the switch means 2 at a frequency of, for example, several tens KHz or more. Switching is performed such that the average value becomes a sine wave (see FIG. 2 (c)). The power W CIN required to charge this capacitor C is: W CIN = I CIN × V O (1) Since the output voltage V O is constant (controlled to be constant) ( 2 (b)), that the current I CIN is sinusoidal means that the power W CIN is controlled to be sinusoidal (see FIG. 2 (d)).
ここで、本発明では、第1図に示すように、整流器11
の後段に平滑回路がないため、入力電力を出力電力に変
換する途中に、一切電気エネルギーを蓄える場所がな
い。したがって、電力WCINが正弦波状であるということ
は、入力電力WINも正弦波状であるということである
(第2図(e)参照)。入力電力WINは、 WIN=IIN×VIN であり、入力電圧VINは正弦波状であるから(第2図
(d)参照)、電力WINが正弦波状であるということは
入力電流IINが矩形波状であるということである(第2
図(f)参照)。Here, in the present invention, as shown in FIG.
Since there is no smoothing circuit in the subsequent stage, there is no place to store electric energy at all during the conversion of input power to output power. Therefore, the fact that the power W CIN is sinusoidal means that the input power W IN is also sinusoidal (see FIG. 2 (e)). Since the input power W IN is W IN = I IN × V IN and the input voltage V IN is sinusoidal (see FIG. 2 (d)), the fact that the power W IN is sinusoidal means that the input current is This means that I IN is a square wave (second
FIG. (F)).
これにより、入力電流の導通角が広がり力率をほぼ
「1」に近づけることができるものとなっている。Thereby, the conduction angle of the input current is widened, and the power factor can be approximated to “1”.
しかも、チョークインプット方式のような大きなチョ
ークコイルは不要なため、小型化・軽量化が可能である
とともに、アクティブ平滑フィルタ方式のような昇圧チ
ョッパーを使用しないので出力電圧VOを、入力電圧VIN
より低くすることも可能となる。Moreover, the choke for large choke coil, such as input system is required, along with it can be reduced in size and weight, the output voltage V O does not use step-up chopper as active smoothing filter method, the input voltage V IN
It is also possible to make it lower.
また、フォワードコンバータ方式により一次側より絶
縁された出力を得ることができるので安全性も確保する
ことができる。Further, safety can be ensured because an output insulated from the primary side can be obtained by the forward converter system.
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説
明する。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
第3図は、本発明の実施例の構成を示すブロック図で
ある。図中、第1図に示したものと同一又は相当部分に
は同一符号を付して説明する。FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the embodiment of the present invention. In the figure, the same or corresponding parts as those shown in FIG.
図において、1は制御手段としての制御回路であり、
この詳細については後述する。In the figure, 1 is a control circuit as control means,
The details will be described later.
2はスイッチ手段としてのメイントランジスタであ
り、例えばMOS−FETが採用される。このメイントランジ
スタ2は、制御回路1からのドライブ信号S1によりオン
/オフが制御されるようになっている。なお、このメイ
ントランジスタとしてはMOS−FETである必要はなく、通
常のトランジスタ、その他のスイッチング素子で構成し
ても良い。Reference numeral 2 denotes a main transistor as switching means, for example, a MOS-FET is employed. The on / off state of the main transistor 2 is controlled by a drive signal S1 from the control circuit 1. The main transistor does not need to be a MOS-FET, but may be an ordinary transistor or another switching element.
3はトランスであり、ブリッジ整流器11で整流した脈
流を、上記メイントランジスタ2でスイッチングした信
号を一次側に入力し、所定の変圧を行って二次側に出力
するものである。Reference numeral 3 denotes a transformer which inputs a pulsating current rectified by the bridge rectifier 11 into a signal switched by the main transistor 2 on the primary side, performs a predetermined voltage transformation, and outputs it to the secondary side.
4は平滑回路であり、ダイオードD5,D6、コイルL及
びコンデンサCにより構成されている。この平滑回路4
の出力が本電源装置の出力直流電圧VOとして外部に出力
されるようになっている。また、この平滑回路4の出力
は、出力電圧検出信号S2として制御回路1に供給される
ようになっている。Reference numeral 4 denotes a smoothing circuit, which includes diodes D5 and D6, a coil L and a capacitor C. This smoothing circuit 4
Is output to the outside as an output DC voltage V O of the power supply device. The output of the smoothing circuit 4 is supplied to the control circuit 1 as an output voltage detection signal S2.
5は検出手段としての電流検出抵抗であり、非常に小
さい抵抗値を有するものである。この電流検出抵抗5
に、上記コンデンサCを充電する充電電流ICINが流れる
ことにより所定の電圧降下を発生し、これが電流検出信
号S3として制御回路1に供給されるようになっている。
制御回路1は、この電流検出信号S3によりコンデンサC
への流入電流を検出するようになっている。なお、電流
を検出する手段としてカレントトランスを用いても良
い。Reference numeral 5 denotes a current detecting resistor as a detecting means, which has a very small resistance value. This current detection resistor 5
Then, a predetermined voltage drop occurs due to the flow of the charging current ICIN for charging the capacitor C, and this is supplied to the control circuit 1 as a current detection signal S3.
The control circuit 1 uses the current detection signal S3 to output the capacitor C
The inflow current into the device is detected. Note that a current transformer may be used as a means for detecting a current.
10は交流電源であり、100VACの商用電力を供給するも
のである。Reference numeral 10 denotes an AC power supply for supplying 100 VAC commercial power.
11は整流器としてのブリッジ整流器であり、4個のダ
イオードD1〜D4がブリッジ接続されてなるものである。Reference numeral 11 denotes a bridge rectifier as a rectifier, which is formed by connecting four diodes D1 to D4 in a bridge.
T1はトランスであり、交流電源10からの信号を一旦絶
縁し、基準正弦波信号S4として制御回路1に供給するも
のである。T 1 is a trans, once insulate the signal from the AC power source 10 and supplies to the control circuit 1 as a reference sine wave signal S4.
次に、制御回路1について説明する。51はオペアンプ
であり、電流検出抵抗5の両端の信号S3の差をとり、コ
ンデンサCへの流入電流ICINの検出信号S5として出力す
るようになっている。この信号S5は入力電流制御部56の
オペアンプ57に供給されるようになっている。Next, the control circuit 1 will be described. An operational amplifier 51 calculates the difference between the signals S3 at both ends of the current detection resistor 5 and outputs the difference as a detection signal S5 of the current ICIN flowing into the capacitor C. This signal S5 is supplied to the operational amplifier 57 of the input current control unit 56.
52は出力電圧制御部であり、オペアンプ53と、基準電
圧Vrefを発生する図示しない基準電圧発生回路とにより
構成されている。オペアンプ53は、上記出力電圧検出信
号S2と基準電圧Vrefとを比較し、その差(直流)を出力
電圧制御信号S6として出力するものである。この出力電
圧制御信号S6は、出力電圧VOが高くなると低い電圧とな
る信号である。この信号S6は乗算器55に供給されるよう
になっている。An output voltage control unit 52 includes an operational amplifier 53 and a reference voltage generation circuit (not shown) that generates a reference voltage Vref . The operational amplifier 53 compares the output voltage detection signal S2 with the reference voltage Vref, and outputs the difference (DC) as an output voltage control signal S6. The output voltage control signal S6 is an output voltage V O becomes higher becomes the low voltage signal. This signal S6 is supplied to the multiplier 55.
54はブリッジ整流器であり、トランスT1を介して得ら
れる基準正弦波信号S4を整流して基準正弦全波信号S7を
生成するものである。この信号S7も乗算器55に供給され
るようになっている。54 is a bridge rectifier, and generates a reference sine wave signal S7 by rectifying the reference sine wave signal S4 obtained through the transformer T 1. This signal S7 is also supplied to the multiplier 55.
乗算器55は、上記出力電圧制御信号S6と基準正弦全波
信号S7とを乗算し、電流指令信号S8として出力するもの
である。この信号S8は、入力電流制御部56のオペアンプ
57に供給されるようになっている。The multiplier 55 multiplies the output voltage control signal S6 by the reference sine full-wave signal S7 and outputs the result as a current command signal S8. This signal S8 is used as the operational amplifier of the input current control unit 56.
It is supplied to 57.
56は入力電流制御部であり、オペアンプ57,59及びの
こぎり波発生器58により構成されている。Reference numeral 56 denotes an input current control unit, which includes operational amplifiers 57 and 59 and a sawtooth wave generator 58.
オペアンプ57は、上記電流指令信号S8と上記検出信号
S5とを演算し、オペアンプ59に供給するものである。の
こぎり波発生器58はのこぎり波を発生する周知のもので
ある。オペアンプ59は、上記オペアンプ57の出力信号と
のこぎり波発生器58の出力信号との比較を行ってパルス
状のドライブ信号S1を生成するものである。The operational amplifier 57 receives the current command signal S8 and the detection signal
S5 is calculated and supplied to the operational amplifier 59. The sawtooth wave generator 58 is a well-known sawtooth wave generator. The operational amplifier 59 compares the output signal of the operational amplifier 57 with the output signal of the saw-tooth wave generator 58 to generate a pulse-shaped drive signal S1.
上記乗算器55をさらに詳細に説明する。乗算器55は、
第4図に示すように、オペアンプ61、スイッチ62、ロー
パスフィルタ63及び図示しないのこぎり波発生器により
構成されている。The multiplier 55 will be described in more detail. The multiplier 55 is
As shown in FIG. 4, the circuit comprises an operational amplifier 61, a switch 62, a low-pass filter 63, and a sawtooth wave generator (not shown).
オペアンプ61には、上記出力電圧制御信号S6と、図示
しないのこぎり波発生器から発生されるのこぎり波信号
が供給されるようになっている。The operational amplifier 61 is supplied with the output voltage control signal S6 and a sawtooth wave signal generated from a sawtooth wave generator (not shown).
このオペアンプ61は、PWM比較器として機能するもの
であり、出力電圧制御信号S6のレベルに比例したデュー
ティを有する矩形波パルスを出力する。The operational amplifier 61 functions as a PWM comparator, and outputs a rectangular wave pulse having a duty proportional to the level of the output voltage control signal S6.
即ち、出力電圧VOが高くなると、出力電圧制御信号S6
のレベルが低くなり、のこぎり波信号が低いレベルでス
ライスされるので、広い有意幅の矩形パルスを発生し、
出力電圧VOが低くなると、出力電圧制御信号S6のレベル
が高くなり、のこぎり波信号が高いレベルでスライスさ
れるので、狭い有意幅の矩形パルスを発生する。このオ
ペアンプ61が出力する矩形波パルス信号は、スイッチ62
に供給され、その開閉時間を制御するために使用され
る。That is, when the output voltage V O increases, the output voltage control signal S6
Is reduced, and the sawtooth signal is sliced at a lower level, so that a rectangular pulse having a wide significant width is generated,
When the output voltage V O decreases, the level of the output voltage control signal S6 increases, and the sawtooth signal is sliced at a high level, so that a rectangular pulse having a narrow significant width is generated. The square-wave pulse signal output from the operational amplifier 61 is
And used to control its opening and closing time.
スイッチ62は、例えば半導体スイッチング素子で構成
されるものであり、このスイッチ62の一旦側には、上記
基準正弦全波信号S7が供給されるようになっている。そ
して、この基準正弦全波信号S7をオペアンプ61から供給
される矩形波パルスに応じて開閉するスイッチ62を通過
させ、又は通過を阻止することにより、出力電圧VOを反
映してスイッチングされる基準正弦全波を作成し、これ
をローパスフィルタ63を通過させることにより基本波成
分のみを取り出し、電流指令信号S8として出力する。The switch 62 is formed of, for example, a semiconductor switching element, and the reference sine full-wave signal S7 is supplied to a side of the switch 62 once. The reference the reference sine wave signal S7 is passed through a switch 62 to open and close in response to the rectangular wave pulses supplied from the operational amplifier 61, or by blocking the passage, which is switched to reflect the output voltage V O By generating a full sine wave and passing it through a low-pass filter 63, only the fundamental wave component is extracted and output as a current command signal S8.
次に、上記構成において動作を説明する。 Next, the operation of the above configuration will be described.
この実施例では、コンデンサCへの流入電流ICINを正
弦波状とするために制御回路1に2つの帰還ループを有
している。In this embodiment, the control circuit 1 has two feedback loops to make the inflow current I CIN into the capacitor C sinusoidal.
第1のループは出力電圧VOが一定となるように電流I
CINの平均値をゆっくり制御するメインループ(アナロ
グ制御ループ)であり、平滑回路4(出力電圧VO)→出
力電圧制御部52→乗算器55→入力電流制御部56→メイン
トランジスタ2といったループである。第2のループは
この平均値制御された入力電流の波形を正弦波化するた
めに基準正弦波(交流入力電圧)に瞬時に追従させるマ
イナーループ(瞬時制御ループ)であり、電流検出抵抗
5→オペアンプ51→入力電流制御部56→メイントランジ
スタ2といったループである。In the first loop, the current I is adjusted so that the output voltage V O is constant.
This is a main loop (analog control loop) for slowly controlling the average value of CIN , and includes a smoothing circuit 4 (output voltage V O ) → an output voltage control section 52 → a multiplier 55 → an input current control section 56 → a main transistor 2 loop. is there. The second loop is a minor loop (instantaneous control loop) that instantaneously follows a reference sine wave (AC input voltage) in order to convert the waveform of the average-controlled input current into a sine wave. The loop includes the operational amplifier 51, the input current controller 56, and the main transistor 2.
それぞれのループから得られた制御信号でメイントラ
ンジスタ2のオン/オフ動作を制御する。The on / off operation of the main transistor 2 is controlled by control signals obtained from each loop.
即ち、先ず、出力電圧VOを安定化するために、出力電
圧制御部52において、出力電圧VOと所望の出力電圧VOを
得るための基準となる基準電圧Vrefとの誤差を増幅し、
出力電圧制御信号S6を作り出す。That is, first, in order to stabilize the output voltage V O, the output voltage control unit 52, amplifies the difference between the output voltage V O to a reference voltage V ref as a reference for obtaining a desired output voltage V O ,
Generate the output voltage control signal S6.
この出力電圧制御信号S6は、上述したように、出力電
圧VOが上がると下がり、出力電圧VOが下がると上がるよ
うな直流信号である。The output voltage control signal S6, as described above, decreases the output voltage V O increases, a DC signal, such as up the output voltage V O decreases.
次に、乗算器55により、電流ICINの波形の雛形となる
交流入力電圧波形の全波整流波形である基準正弦全波信
号S7と出力電圧制御部52の出力である出力電圧制御信号
S6とを掛け合わせ電流指令信号S8を作る。Next, a multiplier 55 generates a reference sine full-wave signal S7, which is a full-wave rectified waveform of an AC input voltage waveform serving as a template of a waveform of the current ICIN , and an output voltage control signal, which is an output of the output voltage control unit 52.
The current command signal S8 is generated by multiplying the current command signal with S6.
この乗算器55の動作をさらに詳細に説明すると、第4
図に示すように、PWM比較器としてのオペアンプ61にて
出力電圧制御信号S6とのこぎり波信号のレベルを比較し
出力電圧制御信号S6の大小に比例したデューティを持つ
矩形波パルス列を得る。The operation of the multiplier 55 will be described in more detail.
As shown in the drawing, the level of the output voltage control signal S6 and the level of the sawtooth wave signal are compared by the operational amplifier 61 as a PWM comparator, and a rectangular wave pulse train having a duty proportional to the magnitude of the output voltage control signal S6 is obtained.
次に、この矩形波パルス列と基準正弦全波信号S7とを
合成する。即ち、矩形波パルス列が「Hレベル」の時は
スイッチ62を閉じることにより基準正弦全波信号S7をそ
のまま出力し、「Lレベル」の時はゼロの値を持つ振幅
変調されたパルス列を作る。Next, the rectangular wave pulse train and the reference sine full wave signal S7 are synthesized. That is, when the rectangular wave pulse train is "H level", the switch 62 is closed to output the reference sine full-wave signal S7 as it is, and when it is "L level", an amplitude-modulated pulse train having a value of zero is created.
この振幅変調されたパルス列からローパスフィルタ63
にて基本成分を取り出すと基準正弦全波信号S7と出力電
圧制御信号S6との乗算信号である電流指令信号S8が得ら
れる。この電流指令信号S8を基準値として電流ICINをこ
れに追従させるために、オペアンプ57にて電流指令信号
S8と電流ICINとの誤差を増幅し、さらにオペアンプ59に
てのこぎり波と比較することでPWM変換することにより
メイントランジスタ2のドライブ信号S1を得る。From this amplitude-modulated pulse train, a low-pass filter 63
When the basic component is extracted at, a current command signal S8, which is a product signal of the reference sine full-wave signal S7 and the output voltage control signal S6, is obtained. In order for the current I CIN to follow the current command signal S8 as a reference value, the operational
The drive signal S1 of the main transistor 2 is obtained by amplifying the error between S8 and the current ICIN and comparing the amplified signal with the sawtooth wave by the operational amplifier 59 to perform PWM conversion.
これにより出力電圧VOを一定にするとともに、電流I
CINを交流入力電圧に同期した正弦全波とすることがで
きる。This keeps the output voltage V O constant and the current I
CIN can be a full sine wave synchronized with the AC input voltage.
以上により、導通角が広がり、力率を「1」に近い値
とすることができるものとなっている。As described above, the conduction angle is widened, and the power factor can be set to a value close to “1”.
以上詳述したように、この発明によれば力率を改善し
つつ小型・軽量化が可能であり、またDC−DCコンバータ
を付加せずとも入力電圧より低い電圧を得ることがで
き、さらに、一次回路から絶縁された安全な出力を得る
ことができる電源装置を提供することができる。As described in detail above, according to the present invention, it is possible to reduce the size and weight while improving the power factor, and to obtain a voltage lower than the input voltage without adding a DC-DC converter. A power supply device capable of obtaining a safe output insulated from a primary circuit can be provided.
第1図は本発明の原理説明図、 第2図は本発明の動作を説明するための波形図、 第3図は本発明の実施例の構成図、 第4図は第3図に示す乗算器の一例を示す回路図、 第5図は従来のコンデンサインプット整流回路の一例を
示す図、 第6図は第5図の動作を説明するための波形図、 第7図は従来のチョークインプット整流回路の一例を示
す図、 第8図は従来のアクティブ平滑フィルタ方式を説明する
ための図、 第9図は第8図の動作を説明するための波形図である。 図において、 1……制御手段(制御回路)、2……スイッチ手段(メ
イントランジスタ)、3……トランス、4……平滑手段
(平滑回路)、5……検出手段(電流検出抵抗)、10…
…交流電源、11……整流器(ブリッジ整流器)、C……
コンデンサ。 図中、同一符号は同一又は相当部を示す。1 is a diagram for explaining the principle of the present invention, FIG. 2 is a waveform diagram for explaining the operation of the present invention, FIG. 3 is a block diagram of an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a multiplication shown in FIG. 5 is a diagram showing an example of a conventional capacitor input rectifier circuit, FIG. 6 is a waveform diagram for explaining the operation of FIG. 5, and FIG. 7 is a conventional choke input rectifier. FIG. 8 is a diagram showing an example of a circuit, FIG. 8 is a diagram for explaining a conventional active smoothing filter system, and FIG. 9 is a waveform diagram for explaining the operation of FIG. In the drawing, 1 ... control means (control circuit), 2 ... switch means (main transistor), 3 ... transformer, 4 ... smoothing means (smoothing circuit), 5 ... detection means (current detection resistor), 10 …
... AC power supply, 11 ... Rectifier (bridge rectifier), C ...
Capacitors. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
Claims (5)
する整流器(11)と、 該整流器(11)の出力を所定周波数でスイッチングさせ
るスイッチ手段(2)と、 該スイッチ手段(2)でスイッチングされる前記整流器
(11)の出力を一次側に入力し、所定の変換を行って二
次側に出力するトランス(3)と、 該トランス(3)の二次側出力を平滑する平滑手段
(4)と、 該平滑手段(4)を流れる電流を検出する検出手段
(5)と、 該検出手段(5)で検出した電流と前記交流電源(10)
の周波数とに応じて、前記スイッチ手段(2)を所定周
波数でスイッチングさせる信号を生成する制御手段
(1)と を具備したことを特徴とする電源装置。1. A rectifier (11) for rectifying an alternating current supplied from an AC power supply (10), a switch means (2) for switching the output of the rectifier (11) at a predetermined frequency, and the switch means (2). A transformer (3) for inputting the output of the rectifier (11) switched in step (1) to the primary side, performing a predetermined conversion and outputting the output to the secondary side, and smoothing the secondary side output of the transformer (3). Means (4); detecting means (5) for detecting a current flowing through the smoothing means (4); current detected by the detecting means (5) and the AC power supply (10).
And a control means (1) for generating a signal for switching the switch means (2) at a predetermined frequency according to the frequency of the power supply.
イッチ手段(2)は、半導体スイッチング素子で構成さ
れることを特徴とする電源装置。2. The power supply device according to claim 1, wherein said switch means (2) comprises a semiconductor switching element.
出手段(5)は、前記平滑手段(4)を構成するコンデ
ンサ(C)を充電する充電電流を検出することを特徴と
する電源装置。3. The power supply device according to claim 1, wherein said detection means (5) detects a charging current for charging a capacitor (C) constituting said smoothing means (4). .
御手段(1)は、前記検出手段(5)で検出した電流に
応じて前記スイッチング手段(2)を制御し、前記コン
デンサ(C)の充電電流が正弦波状となるように制御す
ることを特徴とする電源装置。4. The power supply device according to claim 3, wherein said control means (1) controls said switching means (2) in accordance with a current detected by said detection means (5), and said capacitor (C). A power supply device, wherein the charging current of the power supply is controlled to have a sine wave shape.
御手段(1)は、前記交流電源(10)の波形を基準正弦
波とし、該基準正弦波に追随させるように前記コンデン
サ(C)の充電電流を制御することを特徴とする電源装
置。5. The power supply device according to claim 3, wherein the control means (1) sets a waveform of the AC power supply (10) to a reference sine wave, and controls the capacitor (C) so as to follow the reference sine wave. A power supply device for controlling a charging current of the power supply.
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