JP2774886B2 - Switching regulator - Google Patents

Switching regulator

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JP2774886B2
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文昭 中尾
利廣 清水
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、交流電源を全波整流
した脈流入力を高周波でスイッチングして安定化した直
流出力を得るチョッパ回路方式のスイッチングレギュレ
ータに関し、特に、入力電流波形が入力電圧波形に追従
するようにチョッパ回路のスイッチング動作を制御する
力率改善方式のスイッチングレギュレータの改良に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a switching regulator of a chopper circuit type which obtains a stabilized DC output by switching a pulsating current input obtained by full-wave rectification of an AC power supply at a high frequency. The present invention relates to an improvement of a switching regulator of a power factor improvement system that controls a switching operation of a chopper circuit so as to follow a waveform.

【0002】[0002]

【従来の技術】力率改善方式のスイッチングレギュレー
タの従来の代表的な構成を図2に示している。これは、
交流電源を全波整流する整流回路10の出力を昇圧型チ
ョッパ回路に加えて安定な直流出力を得るものである。
チョッパ回路はよく知られた構成で、以下のように交流
入力電源より充分に高い周波数でオン・オフ駆動される
スイッチング素子Q1と、このスイッチング素子Q1と
ともに整流回路10の出力間に直列接続されたインダク
タL1と、スイッチング素子Q1のオフ時にインダクタ
L1を通して電流が流れるようにスイッチング素子Q1
の両端に直列接続されたダイオードD1とコンデンサC
1とからなる。コンデンサC1は相当大きな容量があ
り、これの両端から平滑化され電圧安定化された直流出
力が取り出される。なお、入力側のコンデンサ18は高
周波リップルを吸収するための小容量のコンデンサで本
装置に必須のものではない。
2. Description of the Related Art FIG. 2 shows a conventional typical configuration of a switching regulator of a power factor improving system. this is,
The output of the rectifier circuit 10 for full-wave rectifying the AC power is added to a boost chopper circuit to obtain a stable DC output.
The chopper circuit has a well-known configuration, and is connected in series between a switching element Q1 that is turned on and off at a frequency sufficiently higher than an AC input power supply and an output of the rectifier circuit 10 together with the switching element Q1 as described below. The switching element Q1 is connected to the inductor L1 such that a current flows through the inductor L1 when the switching element Q1 is turned off.
Diode D1 and capacitor C connected in series at both ends of
It consists of 1. The capacitor C1 has a considerably large capacity, and a smoothed and voltage-stabilized DC output is taken out from both ends of the capacitor C1. The input-side capacitor 18 is a small-capacity capacitor for absorbing high-frequency ripple, and is not essential for the present apparatus.

【0003】チョッパ回路の出力電圧V2の基準電圧V
sに対する誤差が誤差増幅器11で検出され、誤差信号
ΔVが乗算器12の一方の入力となる。また乗算器12
にはチョッパ回路の入力電圧V1(交流入力の全波整流
波形)が入力され、乗算器12からはチョッパ回路の入
力電圧V1と同位相の全波整流波形で、かつチョッパ回
路の出力電圧V2の誤差分ΔVに対応した振幅の閾値信
号(電流基準値)Vaが出力される。
The reference voltage V of the output voltage V2 of the chopper circuit
An error with respect to s is detected by the error amplifier 11, and the error signal ΔV becomes one input of the multiplier 12. The multiplier 12
The input voltage V1 (full-wave rectified waveform of AC input) of the chopper circuit is input to the input terminal. The multiplier 12 outputs a full-wave rectified waveform having the same phase as the input voltage V1 of the chopper circuit and the output voltage V2 of the chopper circuit. A threshold signal (current reference value) Va having an amplitude corresponding to the error ΔV is output.

【0004】チョッパ回路のスイッチング素子Q1を流
れる電流の瞬時値は電流検出用抵抗R1でもって検出さ
れ、この抵抗R1の端子電圧が抵抗R2とコンデンサC
2からなるハイカットフィルタ回路を介して、電流検出
信号Vbとして電流比較器13に入力される。この比較
器13では、電流検出信号Vbと前記乗算器12からの
閾値信号Vaとが比較される。
The instantaneous value of the current flowing through the switching element Q1 of the chopper circuit is detected by a current detecting resistor R1, and the terminal voltage of the resistor R1 is changed to a resistor R2 and a capacitor C2.
The current detection signal Vb is input to the current comparator 13 via a high cut filter circuit composed of two. The comparator 13 compares the current detection signal Vb with the threshold signal Va from the multiplier 12.

【0005】スイッチング素子Q1をオン・オフ駆動す
るスイッチング制御回路14は、発振器15からの交流
入力より充分高い周波数のパルス信号に応答してスイッ
チング素子Q1をオンに反転させ、電流比較器13から
の出力に応答してスイッチング素子Q1をオフに反転さ
せるようになっている。スイッチング素子Q1がオンす
るとインダクタL1を通してスイッチング素子Q1に流
れる電流が徐々に増加するが、電流検出信号Vbが閾値
信号Vaのレベルに達したとき電流比較器13の出力が
Hレベルに反転し、この信号によってスイッチング制御
回路14のフリップフロップがリセットされ、スイッチ
ング素子Q1がオフとなる。この動作を発振器15から
の高周波パルスに同期して繰り返す。
A switching control circuit 14 for driving the switching element Q 1 on and off inverts the switching element Q 1 to on in response to a pulse signal having a frequency sufficiently higher than the AC input from the oscillator 15, and outputs a signal from the current comparator 13. The switching element Q1 is turned off in response to the output. When the switching element Q1 is turned on, the current flowing to the switching element Q1 through the inductor L1 gradually increases. However, when the current detection signal Vb reaches the level of the threshold signal Va, the output of the current comparator 13 is inverted to the H level. The signal resets the flip-flop of the switching control circuit 14, and the switching element Q1 is turned off. This operation is repeated in synchronization with the high frequency pulse from the oscillator 15.

【0006】その結果、スイッチング素子Q1が交流電
源より充分高い周波数でオン・オフ駆動され、インダク
タL1を流れる電流の包絡線波形が閾値信号Va(交流
入力の全波整流波形)に一致するように制御がなされ
る。
As a result, the switching element Q1 is turned on and off at a frequency sufficiently higher than the AC power supply, so that the envelope waveform of the current flowing through the inductor L1 matches the threshold signal Va (AC input full-wave rectified waveform). Control is exercised.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】図2の回路構成におい
て、抵抗R1の端子電圧(電流検出信号)を電流比較器
13に入力する系に挿入された抵抗R2とコンデンサC
2からなるハイカットフィルタ回路は、電流比較器13
に各種のノイズが入力されるのを阻止するための回路で
ある。電流検出信号Vbの入力ラインにパルス性のノイ
ズが重畳すると、電流比較器13がノイズにより誤動作
し、スイッチング素子1が正しいタイミングより早くオ
フされてしまう。この誤動作をできるだけ防止するため
に、抵抗R2とコンデンサC2からなるハイカットフィ
ルタ回路を挿入している。従って、抵抗R1の端子電圧
波形はフィルタ回路R2とC2によって濾波され、図3
に示すように、電流検出信号Vbは抵抗R1の端子電圧
波形を包絡線検波した波形となる。
In the circuit configuration shown in FIG. 2, a resistor R2 and a capacitor C are inserted in a system for inputting the terminal voltage (current detection signal) of the resistor R1 to the current comparator 13.
The high cut filter circuit composed of two current comparators 13
This is a circuit for preventing various types of noise from being input to the circuit. When pulse noise is superimposed on the input line of the current detection signal Vb, the current comparator 13 malfunctions due to the noise, and the switching element 1 is turned off earlier than the correct timing. In order to prevent this malfunction as much as possible, a high-cut filter circuit including a resistor R2 and a capacitor C2 is inserted. Therefore, the terminal voltage waveform of the resistor R1 is filtered by the filter circuits R2 and C2,
As shown in (2), the current detection signal Vb has a waveform obtained by performing envelope detection on the terminal voltage waveform of the resistor R1.

【0008】ここで問題となるのは、スイッチング素子
Q1を流れる電流がゼロになれば抵抗R1の端子電圧も
ゼロになるのであるが、フィルタ回路R2とC2を介し
て得られる電流検出信号Vbは、図3に示すようにC2
とR2の時定数のために完全にゼロにならないことであ
る。スイッチングレギュレータの制御系の消費電力をで
きるだけ小さくするために、抵抗R1の端子電圧を高イ
ンピーダンス回路で受けなければならず、従って抵抗R
2の抵抗値が相当大きくなるので、抵抗R1の端子電圧
がゼロになってもコンデンサC2の端子電圧Vb(電流
検出電圧)の残留電圧が比較的大きくなる。
The problem here is that if the current flowing through the switching element Q1 becomes zero, the terminal voltage of the resistor R1 also becomes zero, but the current detection signal Vb obtained through the filter circuits R2 and C2 becomes , As shown in FIG.
And it is not completely zero due to the time constant of R2 and R2. In order to minimize the power consumption of the control system of the switching regulator, the terminal voltage of the resistor R1 must be received by a high impedance circuit.
2, the residual voltage of the terminal voltage Vb (current detection voltage) of the capacitor C2 becomes relatively large even when the terminal voltage of the resistor R1 becomes zero.

【0009】このように電流比較器13に入力される電
流検出信号Vbが完全にゼロボルトラインまで降下せず
に残留電圧分だけ浮いた波形になると、その誤った電流
検出信号Vbに基づいてスイッチング素子Q1のスイッ
チング動作が制御されるので(Vbが完全にゼロになっ
ていれば発振器15の出力に応答してスイッチング素子
Q1がオンになるが、Vbがゼロにならないとスイッチ
ング素子Q1がオンしない)、図4に示すように、交流
入力の電流波形(高周波リップルを除いた波形)が実線
のような完全な正弦波にならず、ゼロクロス点の前後で
電流が過小となる歪みを生じる。つまり入力電流波形が
入力電圧波形(正弦波)に正しく追従せず、本方式によ
る力率改善効果が期待どうりに実現されない。このよう
に交流入力のゼロクロス付近で電流が過小となる歪みを
生じると、特に本装置を三相四線式の電源に適用した場
合、比較的大きなニュートラル電流が流れるという顕著
な問題につながる。
When the current detection signal Vb input to the current comparator 13 has a waveform floating by the residual voltage without completely dropping to the zero volt line, the switching element is determined based on the erroneous current detection signal Vb. The switching operation of Q1 is controlled (switching element Q1 turns on in response to the output of oscillator 15 if Vb is completely zero, but switching element Q1 does not turn on if Vb is not zero). As shown in FIG. 4, the current waveform of the AC input (waveform excluding high-frequency ripple) does not become a complete sine wave as shown by the solid line, and a distortion occurs in which the current becomes too small before and after the zero-cross point. That is, the input current waveform does not correctly follow the input voltage waveform (sine wave), and the power factor improvement effect of this method cannot be realized as expected. If distortion occurs in which the current becomes too small in the vicinity of the zero crossing of the AC input, a relatively large neutral current flows, particularly when the present apparatus is applied to a three-phase four-wire power supply.

【0010】この発明は前述した従来の問題点に鑑みな
されたもので、チョッパ回路のスイッチング素子を流れ
る電流を検出して制御系に入力する部分に改良を加え、
交流入力のゼロクロス付近で電流が過小になる歪みの発
生を防止することにある。
The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and has been improved in a portion for detecting a current flowing through a switching element of a chopper circuit and inputting the detected current to a control system.
An object of the present invention is to prevent the occurrence of distortion in which the current becomes too small near the zero cross of the AC input.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】そこでこの発明では、前
記スイッチング動作を制御する回路系に対して前記入力
電流波形信号を与える電流検出回路系として、前記チョ
ッパ回路のスイッチング素子と直列に接続された電流検
出用抵抗と、この抵抗の端子電圧を入力とするハイカッ
トフィルタ回路と、このフィルタ回路の出力に所定の直
流を付加するクランプ回路とを設けた。
Therefore, according to the present invention, a current detecting circuit system for supplying the input current waveform signal to a circuit system for controlling the switching operation is connected in series with a switching element of the chopper circuit. A current detection resistor, a high cut filter circuit that receives a terminal voltage of the resistor as an input, and a clamp circuit that applies a predetermined direct current to an output of the filter circuit are provided.

【0012】[0012]

【作用】前記電流検出用抵抗の端子電圧が前記ハイカッ
トフィルタ回路で濾波されるため、このフィルタ回路の
出力が完全にゼロにならずに残留電圧を生じてしまう
が、前記クランプ回路はその残留電圧をゼロレベルに揃
えるように機能し、スイッチング動作を制御する回路系
に対して交流入力のゼロクロス点で正しくゼロレベルに
なる入力電流波形信号を与えることができる。
Since the terminal voltage of the current detecting resistor is filtered by the high cut filter circuit, the output of the filter circuit does not become completely zero and a residual voltage is generated. Can be supplied to a circuit system that controls the switching operation by inputting an input current waveform signal that correctly becomes zero level at the zero-cross point of the AC input.

【0013】[0013]

【実施例】すでに詳しく説明した図2の従来のスイッチ
ングレギュレータに対して本発明による改良を加えたも
のを図1に示している。本発明による改良点は、電流比
較器13に電流検出信号Vbを与えるコンデンサC2と
並列に、抵抗R3と定電圧源E1の直列回路からなるク
ランプ回路を接続した構成である。つまり、抵抗R2と
コンデンサC2からなるハイカットフィルタ回路の出力
端に定電圧源E1によって適宜に設定された負電圧を抵
抗R3を介して付加し、これにより図3に示したコンデ
ンサC2の残留電圧を打ち消し、交流入力のゼロクロス
点で電流検出信号Vbがゼロボルトになるように補正し
ている。
FIG. 1 shows the conventional switching regulator of FIG. 2 which has already been described in detail and is improved by the present invention. An improvement according to the present invention is a configuration in which a clamp circuit including a series circuit of a resistor R3 and a constant voltage source E1 is connected in parallel with a capacitor C2 that supplies a current detection signal Vb to a current comparator 13. That is, a negative voltage appropriately set by the constant voltage source E1 is added to the output terminal of the high cut filter circuit including the resistor R2 and the capacitor C2 via the resistor R3, thereby reducing the residual voltage of the capacitor C2 shown in FIG. Correction is made so that the current detection signal Vb becomes zero volt at the zero cross point of the AC input.

【0014】なお図1および図2の構成では発振器15
の出力に応答してスイッチング素子Q1をオンさせてい
るが、スイッチング素子Q1を他の方式でオンに反転さ
せるスイッチングレギュレータも各種知られており、そ
れらの他の方式のスイッチングレギュレータにも本発明
を適用することができる。
1 and 2, the oscillator 15
The switching element Q1 is turned on in response to the output of the switching element Q. However, various types of switching regulators for inverting the switching element Q1 to be turned on by other methods are also known, and the present invention is applied to those other types of switching regulators. Can be applied.

【0015】[0015]

【発明の効果】以上詳細に説明したように、この発明に
よれば、スイッチング動作を制御する回路系に対して入
力電流波形信号を与える電流検出系の残留電圧がなくな
り、交流入力のゼロクロス点で入力電流波形信号もゼロ
になる状態でチョッパ回路のスイッチング動作が制御さ
れる。その結果、交流入力の電流波形が交流入力の電圧
波形に非常に高い精度で追従し、高精度で力率改善効果
が大きなスイッチングレギュレータとなる。
As described above in detail, according to the present invention, there is no residual voltage in the current detection system for providing the input current waveform signal to the circuit system for controlling the switching operation, and the zero-cross point of the AC input is eliminated. The switching operation of the chopper circuit is controlled with the input current waveform signal also being zero. As a result, the current waveform of the AC input follows the voltage waveform of the AC input with very high accuracy, and the switching regulator is highly accurate and has a large power factor improvement effect.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の一実施例によるスイッチングレギュ
レータの回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram of a switching regulator according to an embodiment of the present invention.

【図2】従来のスイッチングレギュレータの回路図であ
る。
FIG. 2 is a circuit diagram of a conventional switching regulator.

【図3】従来のスイッチングレギュレータの問題点を示
す波形図である。
FIG. 3 is a waveform diagram showing a problem of a conventional switching regulator.

【図4】従来のスイッチングレギュレータの入力電流波
形の歪みを示す波形図である。
FIG. 4 is a waveform diagram showing distortion of an input current waveform of a conventional switching regulator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 整流回路 11 誤差増幅器 12 乗算器 13 電流比較器 Q1 スイッチング素子 R1 電流検出用抵抗 R2、C2 ハイカットフィルタ回路 R3、E1 クランプ回路 Reference Signs List 10 Rectifier circuit 11 Error amplifier 12 Multiplier 13 Current comparator Q1 Switching element R1 Current detection resistor R2, C2 High cut filter circuit R3, E1 Clamp circuit

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 交流電流を全波整流した脈流入力を高周
波でスイッチングして安定化した直流出力を得るチョッ
パ回路方式のスイッチングレギュレータで、かつ、入力
電流波形が入力電圧波形に追従するようにチョッパ回路
のスイッチング動作を制御する力率改善方式のスイッチ
ングレギュレータにおいて、 前記スイッチング動作を制御する回路系に対して前記入
力電流波形信号を与える電流検出回路系として、前記チ
ョッパ回路のスイッチング素子と直列に接続された電流
検出用抵抗と、この抵抗の端子電圧を入力とするハイカ
ットフィルタ回路と、このフィルタ回路の出力に所定の
直流を付加するクランプ回路とを備えたことを特徴とす
るスイッチングレギュレータ。
A chopper circuit type switching regulator for obtaining a stabilized DC output by switching a pulsating current input obtained by rectifying an alternating current in a full-wave manner at a high frequency, so that an input current waveform follows an input voltage waveform. In a switching regulator of a power factor improvement system for controlling a switching operation of a chopper circuit, as a current detection circuit system for providing the input current waveform signal to a circuit system for controlling the switching operation, a switching element of the chopper circuit is connected in series. A switching regulator comprising: a connected current detection resistor; a high-cut filter circuit that receives a terminal voltage of the resistor as an input; and a clamp circuit that applies a predetermined direct current to an output of the filter circuit.
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