JP2867069B2 - Switching power supply - Google Patents

Switching power supply

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は商用交流電源を入力とし、直流電圧を出力す
るスイッチング電源の効率の改善に関するものである。
このようなスイッチング電源の例として従来、第1図に
示すような回路が提案されている。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an improvement in efficiency of a switching power supply that inputs a commercial AC power supply and outputs a DC voltage.
Conventionally, a circuit as shown in FIG. 1 has been proposed as an example of such a switching power supply.

第1図において、商用交流電源1に接続された全波整
流器2の出力にコンデンサ3を接続し、前記コンデンサ
3の両端にトランス4の1次巻線5とオン・オフ動作を
行うスイッチング素子10を直列に接続し、トランス4の
2次巻線6の両端にダイオード7とコンデンサ8を直列
に接続して、前記コンデンサ8の両端には電気的負荷9
を接続して直流電圧を供給する。
In FIG. 1, a capacitor 3 is connected to the output of a full-wave rectifier 2 connected to a commercial AC power supply 1, and a switching element 10 for performing on / off operation with a primary winding 5 of a transformer 4 is provided at both ends of the capacitor 3. Are connected in series, a diode 7 and a capacitor 8 are connected in series to both ends of a secondary winding 6 of the transformer 4, and an electric load 9 is connected to both ends of the capacitor 8.
To supply a DC voltage.

誤差増幅器12はコンデンサ8の両端の直流電圧を一方
の入力とし、予め定められた基準電圧13を他方の入力と
して、それらの差電圧を増幅し、その出力はパルス発生
器11に接続されている。パルス発生器11は、誤差増幅器
12の出力信号を入力とし、直流電圧が基準電圧13より大
きくなった時には、スイッチング素子10のオン時間を短
くし、反対に直流電圧が基準電圧13より小さくなった時
にはスイッチング素子10のオン時間を長くするようなパ
ルスを発生して直流電圧を安定化するように動作する。
The error amplifier 12 amplifies the difference voltage between the DC voltage at both ends of the capacitor 8 as one input and a predetermined reference voltage 13 as the other input, and the output thereof is connected to the pulse generator 11. . The pulse generator 11 is an error amplifier
When the DC signal is higher than the reference voltage 13, the ON time of the switching element 10 is shortened.When the DC voltage is lower than the reference voltage 13, the ON time of the switching element 10 is reduced. It operates so as to stabilize the DC voltage by generating a long pulse.

駆動回路11は、パルス発生器11の出力を増幅し、スイ
ッチング素子10を駆動する。
The drive circuit 11 amplifies the output of the pulse generator 11 and drives the switching element 10.

しかし、上記従来例のようなスイッチング電源におい
ては、等価的に全波整流器を構成するダイオードが2個
直列に接続された回路を入力電流が流れることになるの
で、1次側の整流に伴いダイオード2個分の損失を生じ
る結果、効率が悪い欠点があった。
However, in a switching power supply such as the above-described conventional example, since an input current flows through a circuit in which two diodes constituting an equivalent full-wave rectifier are connected in series, a diode is generated along with rectification on the primary side. As a result of the loss of two pieces, there was a disadvantage that the efficiency was poor.

本考案の目的は、かかる欠点を改善するための回路を
提供することにある。
An object of the present invention is to provide a circuit for improving such a disadvantage.

第1の実施案 第2図は、本発明の第1の実施例を示す。First Embodiment FIG. 2 shows a first embodiment of the present invention.

第2図の回路の構成と動作について、第3図の動作波
形図を用いて説明する。
The configuration and operation of the circuit of FIG. 2 will be described with reference to the operation waveform diagram of FIG.

第2図において、第1図で説明したものと同じもの
は、同じ符号を付けている。第2図において、商用交流
電源1にコンデンサ3を接続し、前記コンデンサ3の両
端に、反対の極性になるように直列に接続したダイオー
ド16と17とトランス4の1次巻線5を直列に接続し、ダ
イオード16と17にそれぞれ並列にスイッチング素子18と
19を接続し、トランス4の2次巻線6の両端にダイオー
ド7とコンデンサ8を直列に接続し、トランス4の3次
巻線14の両端にダイオード7とコンデンサ8を直列に接
続し、コンデンサ8の両端には電気的負荷9を接続して
直流電圧を供給する。ここで上記トランス4の巻線は図
2において、それぞれ黒丸を付した側を同一の極性と
し、トランス4の2次巻線6と3次巻線14の巻数は同じ
ものとする。
In FIG. 2, the same components as those described in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. In FIG. 2, a capacitor 3 is connected to a commercial AC power supply 1, and diodes 16 and 17 and a primary winding 5 of a transformer 4 are connected in series at both ends of the capacitor 3 so as to have opposite polarities. Connected to the switching element 18 in parallel with the diodes 16 and 17, respectively.
19, the diode 7 and the capacitor 8 are connected in series to both ends of the secondary winding 6 of the transformer 4, and the diode 7 and the capacitor 8 are connected in series to both ends of the tertiary winding 14 of the transformer 4. An electric load 9 is connected to both ends of 8 to supply a DC voltage. Here, the windings of the transformer 4 have the same polarity on the sides marked with black circles in FIG. 2, respectively, and the secondary winding 6 and the tertiary winding 14 of the transformer 4 have the same number of turns.

誤差増幅器12は、前記コンデンサ8の両端の直流電圧
を一方の入力とし、予め定められた基準電圧13を他方の
入力として、それらの差電圧を増幅し、その出力はパル
ス発生器11に接続されている。パルス発生器11は、誤差
増幅器12の出力信号を入力とし、直流電圧が基準電圧13
より大きくなった時には、スイッチング素子18と19のオ
ン時間を短くし、反対に、直流電圧が基準電圧13より小
さくなった時には、スイッチング素子18と19のオン時間
を長くするようなパルスを発生して、直流電圧を安定化
するように動作する。駆動回路20と21は、パルス発生器
11の出力を増幅し、スイッチング素子18と19を駆動す
る。コンデンサ3は、入力電流から上記スイッチングに
よって発生する高周波成分を除去する。
An error amplifier 12 amplifies the difference voltage between the DC voltage at both ends of the capacitor 8 as one input and a predetermined reference voltage 13 as the other input, and an output thereof is connected to the pulse generator 11. ing. The pulse generator 11 receives the output signal of the error amplifier 12 as an input,
When the voltage becomes larger, the on-time of the switching elements 18 and 19 is shortened, and when the DC voltage becomes smaller than the reference voltage 13, a pulse is generated which lengthens the on-time of the switching elements 18 and 19. Thus, the operation is performed to stabilize the DC voltage. Drive circuits 20 and 21 are pulse generators
The output of 11 is amplified and the switching elements 18 and 19 are driven. The capacitor 3 removes a high-frequency component generated by the switching from the input current.

以上の回路構成において、定状状態の動作について、
第3図の動作波形図を用いて説明する。
In the above circuit configuration, regarding the operation in the steady state,
The operation will be described with reference to the operation waveform diagram of FIG.

商用周波数の半サイクルにおいて、商用交流電圧(図
3のA)の極性がダイオード17が順方向にバイアスされ
る向きである時(図3のB)、ダイオード17の両端の電
圧(図3のC)は、順方向の電圧降下分であり、一方、
この時ダイオード16は逆方向にバイアスされて、その両
端の電圧は、スイッチング素子のオン・オフによって発
生するスッチング波形(図3のD)となる。
In the half cycle of the commercial frequency, when the polarity of the commercial AC voltage (A in FIG. 3) is in the direction in which the diode 17 is forward biased (B in FIG. 3), the voltage across the diode 17 (C in FIG. 3) ) Is the forward voltage drop, while
At this time, the diode 16 is reversely biased, and the voltage across the diode 16 becomes a switching waveform (D in FIG. 3) generated by turning on / off the switching element.

1次回路を流れる電流は、スイッチングに伴い、交流
電源1からトランス4の1次巻線5、スイッチング素子
18、ダイオード17を通り交流電源1に戻る。商用周波数
の次の半サイクルでは、反対に、交流電源1からスイッ
チング素子19、ダイオード16、トランス4の1次巻線5
を通り交流電源1に戻る。
The current flowing through the primary circuit is switched from the AC power supply 1 to the primary winding 5 of the transformer 4 and the switching element due to switching.
18. Return to the AC power supply 1 through the diode 17. On the other hand, in the next half cycle of the commercial frequency, the switching element 19, the diode 16, and the primary winding 5
And return to AC power supply 1.

この結果、トランス4の1次巻線5の電圧は、図3の
Eに示す波形のようになり、トランス4の3次巻線14に
はこれと同じ極性の電圧、トランス4の2次巻線6に
は、反対の極性の電圧を発生する。(図3のF)。
As a result, the voltage of the primary winding 5 of the transformer 4 has the waveform shown in FIG. 3E, and the voltage of the same polarity is applied to the tertiary winding 14 of the transformer 4 and the secondary winding of the transformer 4 On line 6, a voltage of the opposite polarity is generated. (FIG. 3F).

トランス4の2次巻線6の電圧とトランス4の3次巻
線14の電圧は、それぞれダイオード7とダイオード15で
整流されて、突合わせられ、コンデンサ8により平滑さ
れて直流電圧になり負荷9に供給される。
The voltage of the secondary winding 6 of the transformer 4 and the voltage of the tertiary winding 14 of the transformer 4 are rectified by a diode 7 and a diode 15, respectively, butted and smoothed by a capacitor 8 to become a DC voltage. Supplied to

以上のように、図2に示す構成例のようなスイッチン
グ電源においては、等価的に1次側の整流に伴う損失を
ダイオード1個分の損失とすることができる結果、従来
例に比べて効率を改善することができる。
As described above, in the switching power supply such as the configuration example shown in FIG. 2, the loss associated with rectification on the primary side can be equivalently equivalent to the loss of one diode, and as a result, the efficiency is higher than that of the conventional example. Can be improved.

ここで、スイッチング素子にMOSFETを使用した場合に
は、ダイオード16とダイオード17の代わりに、素子に内
蔵された寄生のダイオードを使用することができるの
で、回路構成をより簡単にできる利点がある。
Here, when a MOSFET is used for the switching element, a parasitic diode built in the element can be used instead of the diode 16 and the diode 17, so that there is an advantage that the circuit configuration can be simplified.

第2の実施例 第4図は、本発明の第2の実施例を示す。Second Embodiment FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention.

第4図の回路の構成と動作について、第3図の動作波
形図を用いて説明する。第4図において、第2図で説明
したものと同じものは同じ符号を付けている。第4図に
おいて、振り分け回路24は、商用交流電源を検出して、
第3図のFに示すように、商用交流電源の半サイクル毎
に反転する信号を出力し、その出力は、それぞれ、論理
和回路22、23の一方の端子に接続される。論理和回路2
2、23の他方の端子には、前記パルス発生器11の出力が
接続される。
The configuration and operation of the circuit of FIG. 4 will be described with reference to the operation waveform diagram of FIG. In FIG. 4, the same components as those described in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals. In FIG. 4, the distribution circuit 24 detects a commercial AC power supply,
As shown in FIG. 3F, a signal that is inverted every half cycle of the commercial AC power supply is output, and the output is connected to one terminal of the OR circuits 22 and 23, respectively. OR circuit 2
The output of the pulse generator 11 is connected to the other terminals of 2 and 23.

振り分け回路24の出力は、商用交流電源の半サイクル
毎に、順方向バイアスされるような極性のダイオード側
に並列に接続されたスイッチング素子を商用周波数の半
サイクルの期間オンする。この期間、他方のスイッチン
グ素子は、第1の実施例の場合と同様にパルス発生器11
の出力信号によって、商用周波数より高い周波数でオン
・オフされる。この結果、オンした時の電圧降下がダイ
オード順方向の電圧降下より小さくなるようなスイッチ
ング素子を用いれば、第1の実施例の場合よりも整流に
伴う損失を減らせるので、効率をより改善することがで
きる。
The output of the distribution circuit 24 turns on a switching element connected in parallel to the diode having a polarity such that it is forward biased for a half cycle of the commercial frequency every half cycle of the commercial AC power supply. During this period, the other switching element is connected to the pulse generator 11 as in the first embodiment.
Is turned on / off at a frequency higher than the commercial frequency. As a result, if a switching element whose voltage drop when turned on is smaller than the voltage drop in the diode forward direction is used, the loss due to rectification can be reduced more than in the first embodiment, so that the efficiency is further improved. be able to.

第3の実施例 第5図は、本発明の第3の実施例を示す。Third Embodiment FIG. 5 shows a third embodiment of the present invention.

第5図の回路の構成と動作について説明する。第5図
において第2図で説明したものと同じものは、同じ符号
を付けている。第5図において、パルス発生器26は、誤
差増幅器12の出力を第1の入力とし、入力電流検出回路
25の出力を第2の入力として、直流電圧が基準電圧13よ
り大きくなった時には、スイッチング素子18と19のオン
時間を短くし、直流電圧が基準電圧13より小さくなった
時には、スイッチング素子18と19のオン時間を長くする
ようなパルスを発生して、直流電圧を安定化するように
動作すると共に、入力電流の波形が入力電圧に相似する
ように、スイッチング素子のオン・オフ時間を制御す
る。
The configuration and operation of the circuit of FIG. 5 will be described. In FIG. 5, the same components as those described in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals. In FIG. 5, a pulse generator 26 has an output of the error amplifier 12 as a first input, and an input current detection circuit.
When the DC voltage is higher than the reference voltage 13, the on-time of the switching elements 18 and 19 is shortened. When the DC voltage is lower than the reference voltage 13, the switching element 18 is connected to the second input. Generates a pulse that increases the on-time of 19, operates to stabilize the DC voltage, and controls the on / off time of the switching element so that the waveform of the input current is similar to the input voltage. .

このように動作するスイッチング電源は、力率を高く
できることが知られているので、図5のような回路構成
とすることで、前述のように、1次側の整流に伴う損失
減らすことができる結果、従来の高力率型のスイッチン
グ電源よりも効率を改善することが出来る。
It is known that the switching power supply that operates in this manner can increase the power factor. Therefore, by using a circuit configuration as shown in FIG. 5, it is possible to reduce the loss associated with rectification on the primary side as described above. As a result, the efficiency can be improved as compared with the conventional high power factor type switching power supply.

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

第1図は、従来のスイッチング電源の基本回路図、第2
図、第4図、第5図は、本発明の実施例を示す回路接続
図、第3図のA、B、C、D、E、F、Gは本発明の動
作を説明するための動作波形図。 1……商用交流電源 2……全波整流器 3……高周波成分除去用コンデンサ 4……トランス 7、15……整流用ダイオード 8……平滑用コンデンサ 9……電気的負荷 10、18、19……スイッチング素子 11、26……パルス発生器 12……誤差増幅器 13……基準電圧 16、17……ダイオード 20、21……駆動回路 22、23……論理和回路 24……振り分け回路 25……電流検出回路
FIG. 1 is a basic circuit diagram of a conventional switching power supply, and FIG.
FIGS. 4 and 5 are circuit connection diagrams showing an embodiment of the present invention, and A, B, C, D, E, F and G in FIG. 3 are operations for explaining the operation of the present invention. Waveform diagram. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Commercial AC power supply 2 ... Full wave rectifier 3 ... High frequency component removal capacitor 4 ... Transformer 7, 15 ... Rectifying diode 8 ... Smoothing capacitor 9 ... Electric load 10, 18, 19 ... ... Switching elements 11, 26 ... Pulse generator 12 ... Error amplifier 13 ... Reference voltages 16, 17 ... Diodes 20, 21 ... Driving circuits 22, 23 ... OR circuit 24 ... Distributing circuit 25 ... Current detection circuit

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】商用交流電源を入力とし、前記商用交流電
源に並列にコンデンサを接続し、前記コンデンサの両端
にトランスの1枚巻線とおよび第1のダイオードと第2
のダイオードを反対の極性になるように直列に接続し、
前記第1のダイオードと並列に第1のスイッチング素
子、前記第2のダイオードと並列に第2のスイッチング
素子をそれぞれ接続し、前記トランスの2次巻線の両端
に第3のダイオードと第2のコンデンサを直列に接続
し、前記トランスの3次巻線の両端に第4のダイオード
と前記第2のコンデンサを直列に接続し、前記第2のコ
ンデンサの両端から直流電圧を出力し負荷に供給するよ
うに構成されたスイッチング電源において、前記第1と
第2のスイッチング素子は、商用周波数より高い周波数
で前記直流電圧が安定化するようにオン・オフ制御され
ることを特徴とするスイッチング電源。
1. A commercial AC power supply is input, a capacitor is connected in parallel with the commercial AC power supply, and one end of a transformer, a first diode, and a second diode are connected to both ends of the capacitor.
Are connected in series so that they have opposite polarities,
A first switching element is connected in parallel with the first diode, and a second switching element is connected in parallel with the second diode. A third diode and a second switching element are connected to both ends of a secondary winding of the transformer. A capacitor is connected in series, a fourth diode and the second capacitor are connected in series to both ends of a tertiary winding of the transformer, and a DC voltage is output from both ends of the second capacitor and supplied to a load. In the switching power supply configured as described above, the first and second switching elements are controlled to be turned on and off so that the DC voltage is stabilized at a frequency higher than a commercial frequency.
【請求項2】前記第1と第2のスイッチング素子は、商
用周波数より高い周波数で前記直流電圧が安定化するよ
うに、オン・オフ制御されると共に商用交流電源の半サ
イクル毎に交互にオンされることを特徴とする特許請求
範囲第1項記載のスイッチング電源。
2. The first and second switching elements are controlled to be on and off so that the DC voltage is stabilized at a frequency higher than the commercial frequency, and are alternately turned on every half cycle of the commercial AC power supply. The switching power supply according to claim 1, wherein the switching power supply is operated.
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