JP3096229B2 - Switching power supply - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【本発明の属する分野】本発明は、交流を入力とするス
イッチング式直流安定化電源の力率改善に関するもので
ある。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to improvement of a power factor of a stabilized switching type DC power supply having AC input.
【０００２】[0002]
【従来の技術】図１は特開平７−１５９６７号公報にお
いて提案されている従来の回路例である。2. Description of the Related Art FIG. 1 shows a conventional circuit example proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-15967.
【０００３】その構成は、交流電源２０に接続された全
波整流器２１の出力端子間に平滑コンデンサ３２を接続
し、該平滑コンデンサ３２の端子間に主トランス２７の
１次 （２） 巻線２８とスイッチ素子３４の直列回路を接続し、該ト
ランス２７の２次巻線２９に整流平滑回路４５を接続
し、該整流平滑回路４５の出力端子に接続された負荷４
０に電力を供給する。The arrangement is such that a smoothing capacitor 32 is connected between the output terminals of a full-wave rectifier 21 connected to an AC power supply 20, and a primary (2) winding 28 of a main transformer 27 is connected between the terminals of the smoothing capacitor 32. And a series circuit of a switch element 34, a rectifying / smoothing circuit 45 connected to the secondary winding 29 of the transformer 27, and a load 4 connected to an output terminal of the rectifying / smoothing circuit 45.
Power 0.
【０００４】この様なスイッチング電源において該全波
整流器２１と、該平滑コンデンサ３２の間にインダクタ
２６と、該トランスの制御巻線３１を直列に接続する。In such a switching power supply, an inductor 26 and a control winding 31 of the transformer are connected in series between the full-wave rectifier 21 and the smoothing capacitor 32.
【０００５】その動作は、スイッチ素子３４が、入力商
用交流周波数より高い周波数でオン、オフし、オン時に
インダクタ２６に電流を蓄え、オフ時にこれを放出する
動作を繰り返すことによって、入力電流Ｉin(1)の波形
を電圧波形の正弦波に近似させる。従って、力率の高い
電源を構成できる。The operation is such that the switching element 34 repeats the operation of turning on and off at a frequency higher than the input commercial AC frequency, storing the current in the inductor 26 at the time of turning on, and discharging the current at the time of turning off the input current Iin ( The waveform of 1) is approximated to the sine wave of the voltage waveform. Therefore, a power supply having a high power factor can be configured.
【０００６】また、平滑コンデンサ３２で、リップルの
少ない直流に平滑した後、スイッチ素子３４がオン、オ
フすることによって、主トランス２７の１次巻線２８に
交流電圧が与えられ、その出力は、主トランス２７の２
次巻線２９から整流平滑回路に与えられて整流平滑し、
直流の出力電圧として負荷４０に与える。[0006] After smoothing to a DC having a small ripple by a smoothing capacitor 32, an AC voltage is applied to the primary winding 28 of the main transformer 27 by turning on and off the switch element 34, and the output thereof is Main transformer 27-2
The rectifying and smoothing circuit is provided from the next winding 29 to perform rectifying and smoothing.
It is given to the load 40 as a DC output voltage.
【０００７】ここで、制御回路４１は、該整流平滑回路
４５の出力電圧を検出して、それが既定の電圧となるよ
うに、スイッチ素子３４をオン、オフする。Here, the control circuit 41 detects the output voltage of the rectifying / smoothing circuit 45 and turns on and off the switch element 34 so that the output voltage becomes a predetermined voltage.
【０００８】以上のように、本構成は、高力率を得なが
ら、商用交流電源２０の入力を安定な直流電圧に交換
し、出力する機能を持っている。As described above, this configuration has a function of exchanging the input of the commercial AC power supply 20 with a stable DC voltage and outputting it while obtaining a high power factor.
【０００９】[0009]
【従来技術の問題点】しかし従来技術には次の様な問題
点がある。 １．一つのトランスに一次巻線２８、制御巻線（キャン
セル巻線）３１、二次巻線２９を巻き込むことにより成
立するので、トランスのパラ化が容易にできず、容量ア
ップが困難であった。 （３）However, the prior art has the following problems. 1. Since this is achieved by winding the primary winding 28, the control winding (cancel winding) 31, and the secondary winding 29 in one transformer, it is not easy to parametrize the transformer and it is difficult to increase the capacity. (3)
【００１０】２．スイッチ素子３４がＯＮすると、素子
３４に流れる電流は、 （ａ）入力電流の波形を電圧波形の正弦波に近似させる
為、商用入力２０からの電流Ｉ1 （ｂ）二次側へのフライバック出力として、コンデンサ
３２からの電流Ｉ2 を合成したものとなるため、一次巻線２８は通常のＲＣ
Ｃに比べ太い線を使用する必要がある。このため、トラ
ンス２７から得られる容量は、低減されたものとなる。[0010] 2. When the switch element 34 is turned on, the current flowing through the element 34 is: (a) a current I1 from the commercial input 20 to approximate the input current waveform to a sine wave of a voltage waveform; and (b) a flyback output to the secondary side. And the current I2 from the capacitor 32 is synthesized.
It is necessary to use a line thicker than C. For this reason, the capacity obtained from the transformer 27 is reduced.
【００１１】[0011]
【発明の目的】本発明は上記の点を鑑みなされたもの
で、インダクタンス２６と一緒になって力率改善を行う
トランス２７と、二次側へ負荷電力を供給するトランス
を分ける事が出来、容量をアップした交流入力スイッチ
ング電源を提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above points, and can be divided into a transformer 27 for improving the power factor together with the inductance 26 and a transformer for supplying load power to the secondary side. It is an object to provide an AC input switching power supply having an increased capacity.
【００１２】[0012]
【実施例】図２は本発明の一実施例である。容量アップ
の必要状況により、トランスＡに対してトランスＢ、Ｃ
・・・・と追加が可能である。FIG. 2 shows an embodiment of the present invention. Depending on the necessity of capacity increase, transformer B, C
... can be added.
【００１３】この動作は次のようになる。力率改善用ト
ランス２７′の各巻線の巻数を、それぞれ１次巻線２８
がＮ１、制御巻線３１がＮ２とし、図２の図中でａ点、
ｂ点、ｃ点の電位をそれぞれＶａ、Ｖｂ、Ｖｃとする。This operation is as follows. The number of turns of each winding of the power factor improving transformer 27 'is
Is N1, the control winding 31 is N2, and a point a in FIG.
Let the potentials at points b and c be Va, Vb and Vc, respectively.
【００１４】ここでＮ１＝Ｎ２に設定すると、スイッチ
素子３４がオンの時、力率改善用トランス２７′の１次
巻線２８には、平滑コンデンサ３２の電圧、即ち、Ｖｂ
が印加される。 （４） この時、Ｎ１＝Ｎ２と設定しておいたので、トランス２
７の制御巻線３１はほぼＶｂに等しくなる。When N1 = N2 is set, the voltage of the smoothing capacitor 32, that is, Vb, is applied to the primary winding 28 of the power factor improving transformer 27 'when the switch element 34 is on.
Is applied. (4) At this time, since N1 = N2, the transformer 2
7 is substantially equal to Vb.
【００１５】そこで、ａ点の電圧Ｖａは、平滑コンデン
サ３２の電圧Ｖｂから、力率改善用トランス２７′の制
御巻線３１の発生電圧Ｖｂを差し引くと零ボルトにな
る。即ちスイッチ素子３４がオンの時にａ点の電位は零
ボルトになる。Therefore, the voltage Va at the point a becomes zero volts when the voltage Vb generated in the control winding 31 of the power factor improving transformer 27 'is subtracted from the voltage Vb of the smoothing capacitor 32. That is, when the switch element 34 is on, the potential at the point a becomes zero volt.
【００１６】また、スイッチ素子３４がオンの時にはａ
点の電圧Ｖａは零ボルトになるので、インダクタ２６
に、入力電圧Ｖin(2)が印加され、インダクタ２６のイ
ンダクタンスをＬ２６、インダクタ２６を流れる電流を
ＩL(on)、スイッチ素子３４をオンしてからの時間をｔ
とすると ＩL(on)＝Ｖin(2)／Ｌ26・ｔ・・・・・・（１） で決定される電流がインダクタ２６を流れる。When the switch element 34 is on, a
Since the voltage Va at the point becomes zero volt, the inductor 26
, The input voltage Vin (2) is applied, the inductance of the inductor 26 is L26, the current flowing through the inductor 26 is IL (on), and the time from when the switch element 34 is turned on is t.
Then, a current determined by IL (on) = Vin (2) /L26.t (1) flows through the inductor 26.
【００１７】この電流は、まず、力率改善用トランス２
７′の制御巻線３１を流れ、その結果として、力率改善
用トランス２７′の１次巻線２８を流れ、スイッチ素子
３４を流れていく。このような電流の流れによって、商
用交流電源２０のエネルギ−がインダクタ２６に蓄えら
れる。この電流をＩ1とする。This current is first supplied to the power factor improving transformer 2.
7 'flows through the control winding 31, and as a result, flows through the primary winding 28 of the power factor improving transformer 27' and then flows through the switch element 34. Due to such a current flow, the energy of the commercial AC power supply 20 is stored in the inductor 26. This current is defined as I1.
【００１８】さらに、スイッチ素子３４がオンの時に
は、平滑コンデンサ３２からの電流が主トランスＡの１
次巻線Ａ１を通り、Ａ１にエネルギ−を蓄えて、スイッ
チ素子３４を流れていく。この電流をＩ2とする。Further, when the switching element 34 is on, the current from the smoothing capacitor 32
After passing through the next winding A1, the energy is stored in A1 and flows through the switch element 34. This current is defined as I2.
【００１９】スイッチ素子３４がＯＦＦの期間には、主
トランスＡに蓄えられたエネルギ−が、整流平滑回路４
５を介して負荷に送られると同時に、インダクタ２６の
電流は、力率改善用トランス２７′の制御巻線３１を介
して平滑コンデンサ３２に流れ込む。 （５）When the switch element 34 is OFF, the energy stored in the main transformer A is transferred to the rectifying / smoothing circuit 4.
5, and at the same time, the current of the inductor 26 flows into the smoothing capacitor 32 via the control winding 31 of the power factor improving transformer 27 '. (5)
【００２０】以上のような動作と同時に制御回路４１は
整流平滑回路４５の出力電圧が限定の電圧になるよう
に、スイッチ素子３４のオン、オフの期間を変えて制御
している。At the same time as the above operation, the control circuit 41 controls the on / off period of the switch element 34 so that the output voltage of the rectifying / smoothing circuit 45 becomes a limited voltage.
【００２１】図４は本発明の実施例（図２）の各部動作
波形図で、前述のように、インダクタ２６の端子間には
スイッチ素子３４がオンの期間には、入力電圧Ｖin(2)
が印加される。FIG. 4 is an operation waveform diagram of each part of the embodiment of the present invention (FIG. 2). As described above, the input voltage Vin (2) is connected between the terminals of the inductor 26 while the switch element 34 is on.
Is applied.
【００２２】ここでＶin(2)は商用入力電圧で、Ｌ26は
インダクタ２６のインダクタンスであり、ｔはスイッチ
素子３４がオンしてからの時間であり、またスイッチ素
子３４がオンする直前にインダクタ２６の電流は零アン
ペアになるように設定してある。Where Vin (2) is the commercial input voltage, L26 is the inductance of the inductor 26, t is the time since the switch element 34 was turned on, and the inductor 26 was turned on immediately before the switch element 34 was turned on. Is set to be zero amperes.
【００２３】そこで、本発明回路のスイッチング電源が
定常動作をしている時は、スイッチ素子３４のオン幅ｔ
ｏｎは、商用交流サイクルで、ほぼ一定とみなされるの
で、スイッチ素子３４が高周波でオン、オフする１周期
中のインダクタ２６の電流のピ−ク値をＩL(P)とする
と、 ＩL(P)＝Ｖin(2)／Ｌ26・ｔｏｎ・・・・・（２） となる。Therefore, when the switching power supply of the circuit of the present invention is operating normally, the ON width t of the switch element 34 is
Since on is regarded as substantially constant in a commercial AC cycle, if the peak value of the current of the inductor 26 during one cycle in which the switch element 34 is turned on and off at a high frequency is represented by IL (P), then IL (P) = Vin (2) / L26 · ton (2)
【００２４】そこでＶin(2)は正弦波であり、上式より
インダクタ２６の電流のピ−ク値ＩL(P)の包絡線も正弦
波になることがわかる。Therefore, Vin (2) is a sine wave, and it can be seen from the above equation that the envelope of the peak value IL (P) of the current of the inductor 26 is also a sine wave.
【００２５】図３は本発明の他の実施例回路図で、この
実施例では図２に比し、コンデンサ５０をスイッチ素子
３４の端子間に接続したことである。この動作はスイッ
チ素子３４がオフの期間に力率改善用トランス２７及び
主トランスＡ、Ｂ、Ｃの励磁電流が零アンペアにリセッ
トされた後に、力率改善用トランス２７′及び主トラ （６） ンスのＡ、Ｂ、Ｃの励磁インダクタンスと、コンデンサ
５０が共振して、スイッチ素子３４がオンする前に、ス
イッチ素子３４の端子間電圧を零ボルト近辺まで、下げ
てくれるのでスイッチ素子のタ−ン・オン時のスイッチ
ング損失を減少させることができることである。FIG. 3 is a circuit diagram of another embodiment of the present invention. In this embodiment, a capacitor 50 is connected between the terminals of the switch element 34 as compared with FIG. This operation is performed after the exciting current of the power factor improving transformer 27 and the main transformers A, B, and C is reset to zero ampere while the switch element 34 is off, and then the power factor improving transformer 27 'and the main transformer (6) Before the switching element 34 is turned on, the voltage between the terminals of the switching element 34 is reduced to near zero volts before the excitation inductance of the capacitors A, B, and C and the capacitor 50 resonate. That is, it is possible to reduce the switching loss at the time of turning on.
【００２６】[0026]
【発明の効果】従来のスイッチング電源（図１）では、
入力力率を改善させるための電流Ｉ1と、負荷へ電力を
供給する電流Ｉ2が同時に一次巻線２８を流れていたた
め、太い線を使用する必要があり容量アップが困難であ
った。しかしながら、本発明の電源（図２、図３）では
Ｉ1とＩ2を完全に分割することができるため高容量化も
簡単である。According to the conventional switching power supply (FIG. 1),
Since the current I1 for improving the input power factor and the current I2 for supplying power to the load are flowing through the primary winding 28 at the same time, it is necessary to use a thick wire and it is difficult to increase the capacity. However, in the power supply of the present invention (FIGS. 2 and 3), since I1 and I2 can be completely divided, it is easy to increase the capacity.
【００２７】また、従来の電源（図１）におけるトラン
ス２７の設計は、力率改善と通常のフライバックを兼ね
たものであるため、わずらわしい計算が必要であった。
しかし、今回発明の電源（図２、図３）における主トラ
ンスＡ、Ｂ、Ｃ・・・は通常のフライバックトランスの
設計と全く同じにすることができ、力率改善用のトラン
ス２７′は一次巻線２８と制御巻線３１の巻数のみに注
目することにより、平易に設計ができるようになった。
又、必要により主トランスを追加することにより、容易
に容量アップする事も出来る。Further, since the design of the transformer 27 in the conventional power supply (FIG. 1) combines power factor improvement and normal flyback, it requires cumbersome calculations.
However, the main transformers A, B, C... In the power supply of the present invention (FIGS. 2 and 3) can be exactly the same as a normal flyback transformer design. By paying attention only to the number of turns of the primary winding 28 and the control winding 31, the design can be simplified.
The capacity can be easily increased by adding a main transformer if necessary.
【図１】従来の力率改善型スイッチング電源FIG. 1 shows a conventional power factor improving switching power supply.
【図２】本発明の力率改善型スイッチング電源の一実施
例FIG. 2 shows an embodiment of a power factor improving type switching power supply according to the present invention.
【図３】本発明の力率改善型スイッチング電源の他の実
施例FIG. 3 shows another embodiment of the power factor improving type switching power supply of the present invention.
【図４】 （７） 本発明のスイッチング電源の各部波形FIG. 4 (7) Waveforms of various parts of the switching power supply of the present invention.
２０ 交流電源 ２１ 全波整流器 ２２〜２５ ダイオ−ド ２６ インダクタンス ２７ 主トランス ２８ 一次巻線 ２９ 二次巻線 ３１ 制御巻線 ３２ コンデンサ ３４ スイッチ素子 ４０ 負荷 ４１ 制御回路 ４５ 整流平滑回路 ４６ ダイオ−ド ４７ コンデンサ ２７′本発明の力率改善用トランス Ａ、Ｂ、Ｃ 主トランス ５０ コンデンサ Reference Signs List 20 AC power supply 21 Full-wave rectifier 22 to 25 Diode 26 Inductance 27 Main transformer 28 Primary winding 29 Secondary winding 31 Control winding 32 Capacitor 34 Switching element 40 Load 41 Control circuit 45 Rectifying smoothing circuit 46 Diode 47 Capacitor 27 'Power factor improving transformer A, B, C of the present invention Main transformer 50 Capacitor
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02M 3/28 H02M 7/06 H02M 7/219 Continuation of the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H02M 3/28 H02M 7/06 H02M 7/219
Claims (2)
端子間に平滑コンデンサを接続し、該平滑コンデンサの
端子間に主トランスの１次巻線とスイッチ素子の直列回
路を接続し、該主トランスの２次巻線に整流平滑回路を
接続し、該整流平滑回路の出力端子間に接続された負荷
に電力を供給すると同時に、該整流平滑回路の出力電圧
を検出して、既定の電圧になるように、該スイッチ素子
を制御する制御回路を備えたスイッチング電源に於い
て、前記全波整流器と前記平滑コンデンサとの間に、イ
ンダクタンスと力率改善用トランスの制御巻線を直列に
接続し、該力率改善用トランスの１次巻線を前記主トラ
ンスの１次巻線と並列に接続した事を特徴とするスイッ
チング電源。1. A smoothing capacitor is connected between output terminals of a full-wave rectifier connected to an AC power supply, and a series circuit of a primary winding of a main transformer and a switch element is connected between terminals of the smoothing capacitor. A rectifying / smoothing circuit is connected to the secondary winding of the main transformer, and power is supplied to a load connected between output terminals of the rectifying / smoothing circuit. In a switching power supply including a control circuit for controlling the switch element, an inductance and a control winding of a power factor improving transformer are connected in series between the full-wave rectifier and the smoothing capacitor. A switching power supply, wherein a primary winding of the power factor improving transformer is connected in parallel with a primary winding of the main transformer.
１次巻線の各々を並列接続し、該主トランスの各々の２
次巻線毎に整流平滑回路を接続し、該各整流回路の出力
端子間毎に、負荷に電力を供給する様に構成した事を特
徴とする請求項１記載のスイッチング電源。2. The method according to claim 1, wherein N main transformers are provided, and primary windings of the main transformers are connected in parallel.
2. The switching power supply according to claim 1, wherein a rectifying / smoothing circuit is connected to each of the next windings, and power is supplied to a load between output terminals of the rectifying circuits.
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