JP3402031B2 - DC power supply - Google Patents

DC power supply

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JP3402031B2
JP3402031B2 JP32531495A JP32531495A JP3402031B2 JP 3402031 B2 JP3402031 B2 JP 3402031B2 JP 32531495 A JP32531495 A JP 32531495A JP 32531495 A JP32531495 A JP 32531495A JP 3402031 B2 JP3402031 B2 JP 3402031B2
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理夫 菊地
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Fujifilm Business Innovation Corp
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【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、交流電源から直流
負荷に電力を供給する直流電源装置に関するものであ
る。 【0002】 【従来の技術】近年、電源において発生する高調波電流
が問題になっている。その対策法として、大別して、能
動素子を用いて入力電流を正弦波に近づけるものと、受
動素子を用いて入力電流波形を整形し、力率を上げるも
のがある。このうち前者の方がより高調波を抑制でき
る。しかし、コンバータを2つ必要とし、コストがかか
り、また、大きなサイズとなるなど欠点か多く、出力の
大きな電源以外は後者の受動素子で対応するのが有利で
ある。 【0003】従来、受動素子を用いて高調波対応する技
術としては、古くから用いられているチョークインプッ
ト方式と、例えば、特開昭54−158644号公報な
どに代表される部分平滑方式等がある。 【0004】図8は、従来のチョークインプット方式の
電源回路の一例を示す回路図である。図中、1は交流電
源、2は整流回路、3は負荷、7,8は出力端子、21
はコンデンサ、22はチョークコイルである。ここでチ
ョークコイル22がないものがいわゆるコンデンサイン
プット型の電源であり、整流回路2の入力端子に交流電
源1が接続され、出力端子7,8の両端にコンデンサ2
1および負荷3が接続されている。このコンデンサ21
によって整流回路2から出力される全波整流電圧を平滑
化して負荷3に供給する。チョークインプット方式で
は、正極側の出力端子7のコンデンサ21の前段にチョ
ークコイル22を挿入する。このチョークコイル22に
よって、入力電流波形をなまらせることにより力率を改
善することができる。しかし、このチョークインプット
方式では力率約70%程度であり、例えば約85%程度
の高い力率は望めない。また、コンデンサ21の充電時
にはチョークコイル22に大きな入力電流が流れるた
め、チョークコイル22が非常に大きくそして重くなる
という欠点がある。 【0005】一方、部分平滑方式とは、平滑コンデンサ
の両端の電圧を従来のコンデンサインプット型電源より
も低くすることによって、全波整流電圧の方が平滑コン
デンサの両端の電圧よりも高くなる期間を長くして入力
電流の導通角を広げ、力率を改善するというものであ
る。 【0006】図9は、従来の部分平滑方式の電源回路の
一例を示す回路図である。図中、図8と同様の部分には
同じ符号を付してある。5,6はコンデンサ、9〜11
はダイオードである。図9に示した例は、特開昭54−
158644号公報に第7図として掲載されている回路
である。整流回路2の出力端子7,8に、コンデンサ5
および6をダイオード9を挟んで直列に接続するととも
に、ダイオード10をダイオード9およびコンデンサ6
と並列に接続し、また、ダイオード11をコンデンサ5
およびダイオード9と並列に接続している。この回路で
は、充電時にはダイオード9を介して2個の平滑コンデ
ンサ5,6が直列関係となって充電される。また、放電
時はコンデンサ5とダイオード10、ダイオード11と
コンデンサ6が並列関係となって放電される。このと
き、コンデンサ5,6の両端の電圧は、従来のコンデン
サインプット型の電源の場合の半分となる。そのため、
整流回路2から出力される全波整流電圧が1/2となる
まで入力電流が流れ、導通角を広げることができる。 【0007】図10は、従来の部分平滑方式の電源回路
の別の例を示す回路図である。図中、図8、図9と同様
の部分には同じ符号を付してある。31は変圧器、32
は第2の整流回路、33はダイオードである。図10に
示した回路は部分平滑方式の類似回路であり、特開昭5
9−81899号公報の第6図に記載されているもので
ある。この回路では、整流回路2の出力端子7,8の両
端にダイオード33およびコンデンサ21を接続してい
る。また、変圧器31で電圧を降下させて第2の請求回
路32で全波整流し、コンデンサ21の両端に与えてい
る。このような回路によれば、コンデンサ21の充電は
変圧器31で降圧し整流回路32で整流した全波整流電
圧によって行なわれ、放電は、整流回路2の全波整流電
圧が整流回路32のピーク電圧を下回った後にダイオー
ド33を介して行なわれる。そのため、整流回路2から
出力される全波整流電圧が、整流回路32のピーク電圧
を下回るまで入力電流が流れるため、入力電流の導通角
を広げることができる。この回路では、変圧器31によ
って、コンデンサ21の電位を任意に設定することがで
きる。 【0008】このような従来の部分平滑方式では、チョ
ークインプット方式より導通角を広げることができる。
しかし、この部分平滑方式でも、コンデンサ5,6の充
電時にはコンデンサインプット型の電源と同様な電流波
形が観測される。そのため、コンデンサの充電電流が多
くの高調波成分を含んでおり、力率は期待するほどには
向上しない。また、これらの部分平滑方式の電源回路
は、この高調波成分のために、例えば、国際規格である
IEC1000−3−2やヨーロッパ規格であるEN1
000−3−2といった高調波規制に対応できないとい
った問題もある。 【0009】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した事
情に鑑みてなされたもので、平滑用のコンデンサの充電
電流の高調波成分を減じて力率を改善し、例えば、上述
の国際規格やヨーロッパ規格等における高調波規制にも
対応できる直流電源装置を提供することを目的とするも
のである。 【0010】 【課題を解決するための手段】本発明は、交流電源から
入力される交流入力電圧を整流して整流電圧を出力する
整流回路と、この整流回路の整流電圧を平滑して負荷に
出力する平滑回路を備えた直流電源装置において、前記
平滑回路は、第1の平滑コンデンサと充電用回路と第2
の平滑コンデンサをこの順に直列接続した回路を前記整
流回路の出力端子間に接続するとともに、前記充電用回
路と前記第2の平滑コンデンサに並列に接続され前記第
1の平滑コンデンサを放電するための第1の放電用ダイ
オードと、前記第1の平滑コンデンサと前記充電用回路
に並列に接続され前記第2の平滑コンデンサを放電する
ための第2の放電用ダイオードを有し、前記充電用回路
は、前記整流回路からの整流電圧により第1の平滑コン
デンサおよび第2の平滑コンデンサを直列関係で充電す
るための充電用ダイオードと、充電電流の最大値を抑え
るインピーダンス回路を備えているとともに、前記負荷
に流れる負荷電流を検出する負荷電流検出回路が設けら
れ、かつ、前記インピーダンス回路は前記付加電流検出
回路で検出された負荷電流に応じて、負荷電流が大きい
とき、インピーダンスを低下させて電源における変換効
率を向上させ、負荷電流が小さいとき、インピーダンス
を大きくして力率を向上させるように制御されるもので
あることを特徴とするものである。 【0011】 【0012】 【0013】 【発明の実施の形態】図1は、本発明の直流電源装置の
基本的構成を説明するための回路構成図である。図中、
1は交流電源、2は整流回路、3は負荷、4は平滑回
路、5,6はコンデンサ、7,8は出力端子、9〜11
はダイオード、12は充電用回路、13は抵抗である。
整流回路2は、交流電源1から入力される交流入力電圧
を全波整流して全波整流電圧VINを出力する。平滑回路
4は、整流回路2から出力される全波整流電圧VINを平
滑して負荷3に出力電圧VDCを出力する。 【0014】平滑回路4は、平滑用のコンデンサ5,6
と、充電用回路12と、ダイオード10,11により構
成されている。コンデンサ5、充電用回路12、コンデ
ンサ6はこの順で直列に接続され、整流回路2の出力端
子7,8に接続されている。ダイオード10は充電用回
路12およびコンデンサ6と並列に接続されており、コ
ンデンサ5の放電時に導通する。また、ダイオード11
はコンデンサ5および充電用回路12と並列に接続され
ており、コンデンサ6の放電時に導通する。充電用回路
12は、ダイオード9と、インピーダンス回路として抵
抗13が直列に接続されている。ダイオード9は、コン
デンサ5,6の充電時に導通する。なお、抵抗13はダ
イオード9のどちら側に配置してもよい。 【0015】また、抵抗13は、充電時の電流を抑制す
るように作用するため、AC投入時の突入電流を抑える
効果も有している。このことにより、一般的にコンデン
サインプット型の電源に見られるトライアックを用いた
突入電流制限回路は不要になり、これに伴いトライアッ
ク導通時のいわゆる二次突入電流もなくなる。 【0016】次に、図1で説明した直流電源装置の動作
の一例を説明する。図2は、充電電流の説明図、図3
は、放電電流の説明図、図4は、各部の電圧および入力
電流の波形図である。図4において、(a)は全波整流
電圧VINの電圧波形、(b)はコンデンサ5,6の端子
間電圧波形、(c)はコンデンサ5,6の端子間電圧の
和の波形、(d)は出力電圧VDCVの電圧波形、(e)
は入力電流波形をそれぞれ示している。また、Aはコン
デンサ5,6の放電期間を、Bは平滑回路4が機能しな
い期間を、Cはコンデンサ5,6の充電期間を示してい
る。 【0017】まず、コンデンサ5,6の充電時には、図
2に矢印で示すように、コンデンサ5、抵抗13、ダイ
オード9、コンデンサ6の直列回路によって充電が行な
われる。そのため、各コンデンサ5,6は、従来のコン
デンサインプット型の電源の場合のコンデンサの充電電
圧の半分の電圧で充電される。このコンデンサ5,6の
端子間電圧を図4(b)に示している。破線で示した図
4(c)はコンデンサ5,6の端子間電圧の和であり、
従来のコンデンサインプット型電源で平滑コンデンサに
充電される電圧に相当する。 【0018】コンデンサ5,6は充電時には直列関係に
あるので、全波整流電圧VINがコンデンサ5,6の端子
間電圧の和を上回る間、充電が行なわれる。図4ではこ
の期間を期間Cとして示している。充電とともに各コン
デンサ5,6の端子間電圧は上昇し、コンデンサ5,6
の端子間電圧の和は全波整流電圧VINとなる。この期間
Cの出力電圧VDCも全波整流電圧VINである。 【0019】この期間Cにおいては、コンデンサ5,6
の充電のために大きな入力電流が流れ、図4(e)の期
間Cに示すような波形となる。しかし、充電電流の最大
値は抵抗13によって抑えられるので、従来のように急
峻な大電流が流れることはなく、高周波の発生を抑制す
ることができる。なお、この充電電流のピーク値は抵抗
13の定数によって制御することができる。 【0020】さて、時間が経過して全波整流電圧VIN
コンデンサ5,6の端子間電圧の和よりも低くなると、
当然コンデンサ5,6には充電されなくなる。このと
き、従来のコンデンサインプット型の電源では、コンデ
ンサから負荷3にエネルギーを供給するが、本発明では
図3に示すようにコンデンサ5およびダイオード10の
直列回路と、ダイオード11とコンデンサ6の直列回路
が並列に接続された回路で放電が行なわれる。そのた
め、図4(b)に示すコンデンサ5,6の端子間電圧よ
りも全波整流電圧VINが高い期間は、入力電流によって
負荷3にエネルギーが供給される。この期間が図4に示
す期間Bである。この区間Bにおける出力電圧VDCは全
波整流電圧VINである。また、入力電流の波形は負荷の
状態によって異なるが、定電力負荷の場合は出力電圧V
DCとの積が一定になるから、図4(e)に示すような波
形になる。 【0021】さらに全波整流電圧VINが低下してコンデ
ンサ5,6の端子間電圧よりも低くなると、コンデンサ
5,6が放電を開始し、負荷3にエネルギーを供給す
る。上述のように、図3に示すようなコンデンサ5,6
の並列関係によって放電が行なわれる。このときは、抵
抗13を介さずに放電が行なわれるので、放電時の損失
は少ない。このコンデンサ5,6が放電を行なう期間が
図4に示した期間Aである。この期間Aの出力電圧VDC
はコンデンサ5,6の端子間電圧となる。また、当然こ
の期間Aにおける入力電流は0Aである。コンデンサ
5,6の放電は、全波整流電圧VINが各コンデンサ5,
6の端子間電圧を上回るまで行なわれる。 【0022】以上のように、出力電圧VDCの波形は、図
4(d)に示すように、図4(a)に示した全波整流電
圧VINと図4(b)に示したコンデンサ5,6の端子間
電圧の高い方をトレースしたものとなる。また、入力電
流の波形は、負荷3が定電力負荷の場合は図4(e)に
示した入力電流波形となる。従来のコンデンサインプッ
ト型の電源では、入力電源は図4(e)における期間C
しか流れないから、それと比べれば入力電流の導通角は
広がっており、なおかつ期間Cでの入力電流のピークも
抵抗13が抑えるため、高周波成分が減少し、力率が格
段に改善されることがわかる。 【0023】図5は、図1で説明した直流電源装置にお
いて抵抗13の定数を変化させたときの力率の負荷特性
を示すグラフてある。図5に示したグラフの測定に用い
た直流電源装置は、フォワードタイプで出力24.5V
である。図5において、○は抵抗13が0Ωの時のグラ
フを示し、□は抵抗13が22Ω、△は抵抗13が33
Ωのときのグラフを示している。図5からわかるよう
に、抵抗13が0Ω、すなわち抵抗13のない従来の電
源回路に比べ、抵抗13を挿入した直流電源装置の方
が、力率が格段によくなっている。図5に示した抵抗1
3が22Ω、33Ωの例では、出力電流が1〜1.5A
以上で85%以上の力率が得られている。 【0024】図6は、本発明の直流電源装置の第1の実
施の形態を示す回路構成図である。図中、図1と同様の
部分には同じ符号を付して説明を省略する。14はチョ
ークコイルである。この第1の実施の形態では、充電用
回路12内にチョークコイル14を直列に挿入してい
る。このチョークコイル14によって、コンデンサ5,
6の充電時、すなわち図2における期間Cにおいて、コ
ンデンサ5,6の充電電流波形をならませて充電電流の
導通角を広げている。従来のチョークインプット型の電
源と異なり、入力電流全てがインダクタンス素子に流れ
るわけではなく、コンデンサ5,6の充電電流しか流れ
ないため、従来のチョークインプット方式で用いていた
チョークよりも巻線径を小さくすることができ、チョー
クの小型化あるいは同一形状で高いリアクタンスを期待
できる。なお、充電用回路12内のダイオード9、抵抗
13、チョークコイル14の並び順は任意である。 【0025】図7は、本発明の直流電源装置の第2の実
施の形態を示す回路構成図である。図中、図1と同様の
部分には同じ符号を付して説明を省略する。15は可変
インピーダンス回路、16は負荷電流検出回路である。
図1で説明した直流電源装置においては、図5に示すよ
うに、負荷が大きくなり出力電流が大きくなるにつれて
力率がよくなっていることがわかる。一方、直流電源装
置の変換効率は、負荷が大きくなるにつれてコンデンサ
5,6の充電時における抵抗13での消費電力が増える
から低下する。そこで、この第2の実施の形態では、力
率と効率のバランスをとるために、充電用回路12内に
可変インピーダンス回路15を設けた例を示している。
この可変インピーダンス回路15は、負荷電流検出回路
16による負荷電流の検出結果に基づき、インピーダン
スを変化させる。例えば、負荷電流が大きいとき、イン
ピーダンスを低下させて電源における変換効率を向上さ
せ、負荷電流が小さいとき、インピーダンスを大きくし
て力率を向上させるように制御することができる。 【0026】負荷電流検出回路16における負荷電流の
検出方法は問わないが、例えば、スイッチングを行なっ
ているFETの電流検出抵抗の両端の電圧などから簡単
に検出できる。もちろん可変インピーダンス回路15の
インピーダンスの制御は、負荷3側の要求に応じて細か
くも粗くもできる。 【0027】本発明は、上述の各実施の形態に示した抵
抗やチョークコイル、可変インピーダンス回路、あるい
はこれらの組み合わせの他、充電用回路12内のインピ
ーダンス回路にどのようなインピーダンス素子を適用し
てもよい。例えば、負荷側の要求に合えば、サーミスタ
などを用いるなどして、負荷電流を検出することなしに
インピーダンスをコントロールできる場合もある。 【0028】また、上述の各実施の形態では整流回路と
してブリッジ型の全波整流回路を示したが、本発明はこ
れに限らず、中間タップ型の全波整流回路や、半波整流
回路など、種々の整流回路について適用することが可能
である。 【0029】 【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、平滑コンデンサの充電時にのみ作用するイン
ピーダンス回路を設けることにより、充電時の入力電流
のピークを抑え、高調波電流を減じて、例えば、国際規
格であるIEC1000−3−2やヨーロッパ規格であ
るEN1000−3−2等による高調波規制に対応可能
な直流電源装置を構成できる。また、充電用回路内のイ
ンピーダンスによってAC投入時の突入電流が抑えられ
ているので、従来の整流回路の前段に設けられていた突
入電流抑制用の回路などを省略することができ、低コス
トの直流電源装置を実現することができる。さらに、平
滑コンデンサの放電を並列関係で行なうことにより、入
力電流の導通角を広げることができるなど、種々の効果
がある。 【0030】インピーダンス回路としては、抵抗の他、
請求項2に記載の発明のようなインダクタンス素子を用
いることができる。このインダクタンス素子により、2
個の平滑コンデンサの充電電流の導通角を広げることが
でき、また、より高調波電流を減じることができる。こ
こで、このインダクタンス素子には2個の平滑コンデン
サの充電電流しか流れないため、従来のチョークインプ
ット方式で用いていたチョークよりも小型のものでよ
く、あるいは同一形状で高いリアクタンスを期待でき
る。 【0031】請求項3に記載の直流電源装置によれば、
負荷の状態を検知する回路を設けて、負荷に応じてイン
ピーダンス回路のインピーダンスを変化させることによ
って、力率と変換効率を両立させた直流電源装置を得る
ことができるという効果がある。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a DC power supply for supplying power from an AC power supply to a DC load. [0002] In recent years, harmonic currents generated in power supplies have become a problem. As a countermeasure, there are roughly two types: a method using an active element to make the input current close to a sine wave; and a method using a passive element to shape the input current waveform to increase the power factor. Among them, the former can suppress the higher harmonics more. However, it requires two converters, is costly, and has many disadvantages such as a large size, and it is advantageous to use a passive element of the latter type except for a power supply having a large output. Conventionally, techniques for dealing with harmonics using passive elements include a choke input method which has been used for a long time, and a partial smoothing method represented by, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 54-158644. . FIG. 8 is a circuit diagram showing an example of a conventional choke input type power supply circuit. In the figure, 1 is an AC power supply, 2 is a rectifier circuit, 3 is a load, 7, 8 are output terminals, 21
Is a capacitor, and 22 is a choke coil. Here, the one without the choke coil 22 is a so-called capacitor input type power supply. The AC power supply 1 is connected to the input terminal of the rectifier circuit 2, and the capacitor 2 is connected to both ends of the output terminals 7 and 8.
1 and a load 3 are connected. This capacitor 21
The smoothed full-wave rectified voltage output from the rectifier circuit 2 is supplied to the load 3. In the choke input method, a choke coil 22 is inserted before the capacitor 21 of the output terminal 7 on the positive electrode side. With this choke coil 22, the power factor can be improved by blunting the input current waveform. However, in this choke input method, the power factor is about 70%, and for example, a high power factor of about 85% cannot be expected. In addition, since a large input current flows through the choke coil 22 when charging the capacitor 21, there is a disadvantage that the choke coil 22 becomes very large and heavy. On the other hand, in the partial smoothing method, the voltage at both ends of the smoothing capacitor is made lower than that of the conventional capacitor input type power supply, so that the period in which the full-wave rectified voltage is higher than the voltage at both ends of the smoothing capacitor. By increasing the length, the conduction angle of the input current is widened and the power factor is improved. FIG. 9 is a circuit diagram showing an example of a power supply circuit of a conventional partial smoothing system. In the figure, the same parts as those in FIG. 8 are denoted by the same reference numerals. 5 and 6 are capacitors, 9 to 11
Is a diode. The example shown in FIG.
This is a circuit described in FIG. 7 in 158644. A capacitor 5 is connected to the output terminals 7 and 8 of the rectifier circuit 2.
And 6 are connected in series with the diode 9 interposed therebetween, and the diode 10 is connected to the diode 9 and the capacitor 6.
And the diode 11 is connected in parallel with the capacitor 5
And the diode 9 are connected in parallel. In this circuit, at the time of charging, two smoothing capacitors 5 and 6 are charged in a series relationship via a diode 9. During discharging, the capacitor 5 and the diode 10 and the diode 11 and the capacitor 6 are discharged in a parallel relationship. At this time, the voltage between both ends of the capacitors 5 and 6 is half that of the conventional capacitor input type power supply. for that reason,
The input current flows until the full-wave rectified voltage output from the rectifier circuit 2 becomes 1 /, and the conduction angle can be increased. FIG. 10 is a circuit diagram showing another example of a conventional power supply circuit of the partial smoothing system. In the figure, the same parts as those in FIGS. 8 and 9 are denoted by the same reference numerals. 31 is a transformer, 32
Is a second rectifier circuit, and 33 is a diode. The circuit shown in FIG. 10 is a similar circuit of the partial smoothing method.
FIG. 6 of JP-A-9-81899. In this circuit, a diode 33 and a capacitor 21 are connected to both ends of output terminals 7 and 8 of the rectifier circuit 2. Further, the voltage is dropped by the transformer 31, full-wave rectified by the second claim circuit 32, and applied to both ends of the capacitor 21. According to such a circuit, charging of the capacitor 21 is performed by the full-wave rectified voltage stepped down by the transformer 31 and rectified by the rectifier circuit 32, and discharging is performed by the full-wave rectified voltage of the rectifier circuit 2. This is done via the diode 33 after the voltage has dropped. Therefore, since the input current flows until the full-wave rectified voltage output from the rectifier circuit 2 falls below the peak voltage of the rectifier circuit 32, the conduction angle of the input current can be widened. In this circuit, the potential of the capacitor 21 can be arbitrarily set by the transformer 31. In such a conventional partial smoothing method, the conduction angle can be wider than in the choke input method.
However, even in this partial smoothing method, when the capacitors 5 and 6 are charged, a current waveform similar to that of the capacitor input type power supply is observed. Therefore, the charging current of the capacitor contains many harmonic components, and the power factor does not improve as expected. In addition, these partial smoothing type power supply circuits use, for example, IEC1000-3-2 which is an international standard and EN1 which is a European standard, due to the harmonic components.
There is also a problem that harmonic regulation such as 000-3-2 cannot be handled. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and has been made to improve the power factor by reducing harmonic components of the charging current of a smoothing capacitor. It is an object of the present invention to provide a DC power supply that can cope with harmonic regulations in international standards and European standards. [0010] The present invention provides a rectifier circuit for rectifying an AC input voltage input from an AC power supply and outputting a rectified voltage, and smoothing the rectified voltage of the rectifier circuit to a load. In a DC power supply device having a smoothing circuit for outputting, the smoothing circuit includes a first smoothing capacitor, a charging circuit, and a second smoothing capacitor.
A smoothing capacitor connected in series in this order between the output terminals of the rectifier circuit, and connected in parallel to the charging circuit and the second smoothing capacitor to discharge the first smoothing capacitor. A first discharging diode, a second discharging diode connected in parallel to the first smoothing capacitor and the charging circuit for discharging the second smoothing capacitor, the charging circuit comprising: A charging diode for charging the first smoothing capacitor and the second smoothing capacitor in series with a rectified voltage from the rectifier circuit, and an impedance circuit for suppressing a maximum value of a charging current. A load current detection circuit for detecting a load current flowing through the circuit, and the impedance circuit is detected by the additional current detection circuit. In accordance with the load current, when the load current is large, the impedance is reduced to improve the conversion efficiency in the power supply, and when the load current is small, the impedance is increased and the power factor is controlled to improve the power factor. It is characterized by the following. FIG. 1 is a circuit configuration diagram for explaining a basic configuration of a DC power supply device according to the present invention. In the figure,
1 is an AC power supply, 2 is a rectifier circuit, 3 is a load, 4 is a smoothing circuit, 5 and 6 are capacitors, 7, 8 are output terminals, 9 to 11
Is a diode, 12 is a charging circuit, and 13 is a resistor.
The rectifier circuit 2 performs full-wave rectification on the AC input voltage input from the AC power supply 1 and outputs a full-wave rectified voltage VIN . The smoothing circuit 4 smoothes the full-wave rectified voltage V IN output from the rectifier circuit 2 and outputs an output voltage VDC to the load 3. The smoothing circuit 4 includes smoothing capacitors 5 and 6
, A charging circuit 12 and diodes 10 and 11. The capacitor 5, the charging circuit 12, and the capacitor 6 are connected in series in this order, and are connected to the output terminals 7, 8 of the rectifier circuit 2. The diode 10 is connected in parallel with the charging circuit 12 and the capacitor 6, and conducts when the capacitor 5 is discharged. Also, the diode 11
Is connected in parallel with the capacitor 5 and the charging circuit 12, and becomes conductive when the capacitor 6 discharges. The charging circuit 12 includes a diode 9 and a resistor 13 connected in series as an impedance circuit. Diode 9 conducts when capacitors 5 and 6 are charged. Note that the resistor 13 may be arranged on either side of the diode 9. Since the resistor 13 acts to suppress the current during charging, it also has the effect of suppressing the inrush current when AC is applied. This eliminates the need for a rush current limiting circuit using a triac, which is generally found in a capacitor input type power supply, and also eliminates the so-called secondary rush current when the triac is conducting. Next, an example of the operation of the DC power supply device described with reference to FIG. 1 will be described. FIG. 2 is an explanatory diagram of a charging current, and FIG.
Is an explanatory diagram of a discharge current, and FIG. 4 is a waveform diagram of a voltage and an input current of each unit. In FIG. 4, (a) is the voltage waveform of the full-wave rectified voltage V IN , (b) is the voltage waveform between the terminals of the capacitors 5 and 6, (c) is the waveform of the sum of the voltages between the terminals of the capacitors 5 and 6, ( d) is the voltage waveform of the output voltage VD CV , (e)
Indicates the input current waveform. A indicates the discharging period of the capacitors 5 and 6, B indicates the period during which the smoothing circuit 4 does not function, and C indicates the charging period of the capacitors 5 and 6. First, at the time of charging the capacitors 5 and 6, the charging is performed by a series circuit of the capacitor 5, the resistor 13, the diode 9, and the capacitor 6, as indicated by an arrow in FIG. Therefore, each of the capacitors 5 and 6 is charged with half the voltage of the capacitor in the case of a conventional capacitor input type power supply. FIG. 4B shows the voltage between the terminals of the capacitors 5 and 6. FIG. 4C indicated by a broken line shows the sum of the voltages between the terminals of the capacitors 5 and 6.
It corresponds to the voltage charged to the smoothing capacitor by the conventional capacitor input type power supply. Since the capacitors 5 and 6 are in a serial relationship at the time of charging, the charging is performed while the full-wave rectified voltage V IN exceeds the sum of the voltages between the terminals of the capacitors 5 and 6. This period is shown as period C in FIG. As the battery is charged, the voltage between the terminals of the capacitors 5 and 6 rises.
Is the full-wave rectified voltage V IN . The output voltage VDC during this period C is also the full-wave rectified voltage V IN . In this period C, capacitors 5 and 6
, A large input current flows, and the waveform becomes as shown in a period C in FIG. However, since the maximum value of the charging current is suppressed by the resistor 13, a steep large current does not flow as in the related art, and generation of a high frequency can be suppressed. The peak value of the charging current can be controlled by the constant of the resistor 13. Now, after a lapse of time, when the full-wave rectified voltage V IN becomes lower than the sum of the voltages between the terminals of the capacitors 5 and 6,
Naturally, the capacitors 5 and 6 are not charged. At this time, in the conventional capacitor input type power supply, energy is supplied from the capacitor to the load 3, but in the present invention, a series circuit of the capacitor 5 and the diode 10 and a series circuit of the diode 11 and the capacitor 6 as shown in FIG. Are discharged in a circuit connected in parallel. Therefore, during a period in which the full-wave rectified voltage V IN is higher than the voltage between the terminals of the capacitors 5 and 6 shown in FIG. 4B, energy is supplied to the load 3 by the input current. This period is period B shown in FIG. The output voltage VDC in this section B is the full-wave rectified voltage V IN . Also, the waveform of the input current differs depending on the state of the load.
Since the product with DC becomes constant, the waveform becomes as shown in FIG. Further, when the full-wave rectified voltage V IN decreases and becomes lower than the voltage between the terminals of the capacitors 5 and 6, the capacitors 5 and 6 start discharging and supply energy to the load 3. As described above, capacitors 5 and 6 as shown in FIG.
Discharge is performed by the parallel relationship of. At this time, since the discharge is performed without passing through the resistor 13, the loss at the time of the discharge is small. The period during which the capacitors 5 and 6 discharge is the period A shown in FIG. The output voltage V DC during this period A
Is the voltage between the terminals of the capacitors 5 and 6. Also, the input current in this period A is 0 A naturally. The discharge of the capacitors 5 and 6 is performed when the full-wave rectified voltage V IN
6 until the voltage exceeds the inter-terminal voltage. As described above, the waveform of the output voltage VDC is, as shown in FIG. 4D, the full-wave rectified voltage V IN shown in FIG. 4A and the capacitor shown in FIG. The trace of the higher voltage between the terminals 5 and 6 is obtained. When the load 3 is a constant power load, the input current waveform is the input current waveform shown in FIG. In the conventional capacitor input type power supply, the input power supply is in a period C in FIG.
Therefore, the conduction angle of the input current is widened, and the peak of the input current in the period C is also suppressed by the resistor 13, so that the high-frequency component is reduced and the power factor is significantly improved. Understand. FIG. 5 is a graph showing the load characteristics of the power factor when the constant of the resistor 13 is changed in the DC power supply device described with reference to FIG. The DC power supply used for the measurement of the graph shown in FIG.
It is. In FIG. 5, ○ indicates a graph when the resistance 13 is 0Ω, □ indicates a resistance of 22Ω, and Δ indicates a resistance of 33
The graph at the time of Ω is shown. As can be seen from FIG. 5, the power factor of the DC power supply device in which the resistor 13 is inserted is much better than that of a conventional power supply circuit in which the resistor 13 is 0Ω, that is, the conventional power supply circuit without the resistor 13. The resistor 1 shown in FIG.
3 is 22Ω and 33Ω, the output current is 1 to 1.5A
Thus, a power factor of 85% or more is obtained. FIG. 6 is a circuit diagram showing a first embodiment of the DC power supply according to the present invention. In the figure, the same parts as those in FIG. 14 is a choke coil. In the first embodiment, the choke coil 14 is inserted in the charging circuit 12 in series. With the choke coil 14, the capacitors 5,
At the time of charging of the capacitor 6, that is, during the period C in FIG. 2, the charging current waveforms of the capacitors 5 and 6 are smoothed to increase the conduction angle of the charging current. Unlike the conventional choke input type power supply, not all the input current flows through the inductance element, but only the charging current of the capacitors 5 and 6, so the winding diameter is smaller than that of the choke used in the conventional choke input method. It is possible to reduce the size of the choke and expect high reactance with the same shape. The order of arrangement of the diode 9, the resistor 13, and the choke coil 14 in the charging circuit 12 is arbitrary. FIG. 7 is a circuit diagram showing a second embodiment of the DC power supply according to the present invention. In the figure, the same parts as those in FIG. Reference numeral 15 denotes a variable impedance circuit, and reference numeral 16 denotes a load current detection circuit.
In the DC power supply device described with reference to FIG. 1, as shown in FIG. 5, it can be seen that the power factor increases as the load increases and the output current increases. On the other hand, the conversion efficiency of the DC power supply device decreases because the power consumption of the resistor 13 during charging of the capacitors 5 and 6 increases as the load increases. Therefore, the second embodiment shows an example in which the variable impedance circuit 15 is provided in the charging circuit 12 in order to balance the power factor and the efficiency.
The variable impedance circuit 15 changes the impedance based on the detection result of the load current by the load current detection circuit 16. For example, when the load current is large, the impedance can be reduced to improve the conversion efficiency of the power supply, and when the load current is small, the impedance can be increased to improve the power factor. The method of detecting the load current in the load current detection circuit 16 is not limited. For example, the load current can be easily detected from the voltage across the current detection resistor of the switching FET. Of course, the control of the impedance of the variable impedance circuit 15 can be fine or coarse depending on the requirements of the load 3. According to the present invention, in addition to the resistors, choke coils, variable impedance circuits, or combinations thereof described in the above-described embodiments, any impedance element is applied to the impedance circuit in the charging circuit 12. Is also good. For example, in some cases, the impedance can be controlled without detecting the load current by using a thermistor or the like, if required by the load side. In each of the above embodiments, a bridge type full-wave rectifier circuit is shown as a rectifier circuit. However, the present invention is not limited to this. And various rectifier circuits. As is apparent from the above description, according to the present invention, by providing the impedance circuit which operates only when charging the smoothing capacitor, the peak of the input current during charging is suppressed, By reducing the current, it is possible to configure a DC power supply device capable of complying with, for example, harmonic regulation according to the international standard IEC1000-3-2 or the European standard EN1000-3-2. In addition, since the inrush current at the time of AC input is suppressed by the impedance in the charging circuit, the inrush current suppression circuit and the like provided in the previous stage of the conventional rectifier circuit can be omitted, and the cost can be reduced. A DC power supply can be realized. Furthermore, by performing the discharging of the smoothing capacitor in parallel, there are various effects such as the conduction angle of the input current can be widened. As the impedance circuit, in addition to the resistor,
An inductance element as described in the second aspect can be used. With this inductance element, 2
The conduction angle of the charging current of the individual smoothing capacitors can be widened, and the harmonic current can be further reduced. Here, since only the charging current of the two smoothing capacitors flows through this inductance element, it may be smaller than the choke used in the conventional choke input method, or high reactance can be expected with the same shape. According to the DC power supply device of the third aspect,
By providing a circuit for detecting the state of the load and changing the impedance of the impedance circuit according to the load, there is an effect that a DC power supply device having both a power factor and a conversion efficiency can be obtained.

【図面の簡単な説明】 【図1】 本発明の直流電源装置の基本的構成を説明す
るための回路構成図である。 【図2】 図1の直流電源装置における充電電流の説明
図である。 【図3】 図1の直流電源装置における放電電流の説明
図である。 【図4】 図1の直流電源装置における各部の電圧およ
び入力電流の波形図である。 【図5】 図1の直流電源装置において抵抗13の定数
を変化させたときの力率の負荷特性を示すグラフてあ
る。 【図6】 本発明の直流電源装置の第1の実施の形態を
示す回路構成図である。 【図7】 本発明の直流電源装置の第2の実施の形態を
示す回路構成図である。 【図8】 従来のチョークインプット方式の電源回路の
一例を示す回路図である。 【図9】 従来の部分平滑方式の電源回路の一例を示す
回路図である。 【図10】 従来の部分平滑方式の電源回路の別の例を
示す回路図である。 【符号の説明】 1…交流電源、2…整流回路、3…負荷、4…平滑回
路、5,6…コンデンサ、7,8…出力端子、9〜11
…ダイオード、12…充電用回路、13…抵抗、14…
チョークコイル、15…可変インピーダンス回路、16
…負荷電流検出回路。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a circuit configuration diagram for explaining a basic configuration of a DC power supply device of the present invention. FIG. 2 is an explanatory diagram of a charging current in the DC power supply device of FIG. FIG. 3 is an explanatory diagram of a discharge current in the DC power supply device of FIG. FIG. 4 is a waveform diagram of voltages and input currents of respective units in the DC power supply device of FIG. FIG. 5 is a graph showing load characteristics of a power factor when the constant of the resistor 13 is changed in the DC power supply device of FIG. FIG. 6 is a circuit configuration diagram showing a first embodiment of the DC power supply device of the present invention. FIG. 7 is a circuit configuration diagram showing a second embodiment of the DC power supply device of the present invention. FIG. 8 is a circuit diagram illustrating an example of a conventional choke input type power supply circuit. FIG. 9 is a circuit diagram showing an example of a conventional power supply circuit of a partial smoothing system. FIG. 10 is a circuit diagram showing another example of a power supply circuit of a conventional partial smoothing system. [Description of Signs] 1 ... AC power supply, 2 ... Rectifier circuit, 3 ... Load, 4 ... Smoothing circuit, 5,6 ... Capacitor, 7,8 ... Output terminal, 9-11
... Diode, 12 ... Charging circuit, 13 ... Resistance, 14 ...
Choke coil, 15 ... variable impedance circuit, 16
... Load current detection circuit.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 交流電源から入力される交流入力電圧を
整流して整流電圧を出力する整流回路と、この整流回路
の整流電圧を平滑して負荷に出力する平滑回路を備えた
直流電源装置において、前記平滑回路は、第1の平滑コ
ンデンサと充電用回路と第2の平滑コンデンサをこの順
に直列接続した回路を前記整流回路の出力端子間に接続
するとともに、前記充電用回路と前記第2の平滑コンデ
ンサに並列に接続され前記第1の平滑コンデンサを放電
するための第1の放電用ダイオードと、前記第1の平滑
コンデンサと前記充電用回路に並列に接続され前記第2
の平滑コンデンサを放電するための第2の放電用ダイオ
ードを有し、前記充電用回路は、前記整流回路からの整
流電圧により第1の平滑コンデンサおよび第2の平滑コ
ンデンサを直列関係で充電するための充電用ダイオード
と、充電電流の最大値を抑えるインピーダンス回路を備
えているとともに、前記負荷に流れる負荷電流を検出す
る負荷電流検出回路が設けられ、かつ、前記インピーダ
ンス回路は前記付加電流検出回路で検出された負荷電流
に応じて、負荷電流が大きいとき、インピーダンスを低
下させて電源における変換効率を向上させ、負荷電流が
小さいとき、インピーダンスを大きくして力率を向上さ
せるように制御されるものであることを特徴とする直流
電源装置。
(57) [Claim 1] A rectifier circuit for rectifying an AC input voltage input from an AC power supply and outputting a rectified voltage, and smoothing the rectified voltage of the rectifier circuit and outputting the rectified voltage to a load. In a DC power supply device provided with a smoothing circuit, the smoothing circuit connects a circuit in which a first smoothing capacitor, a charging circuit, and a second smoothing capacitor are connected in series in this order, between output terminals of the rectifier circuit, A first discharging diode connected in parallel to the charging circuit and the second smoothing capacitor for discharging the first smoothing capacitor, and connected in parallel to the first smoothing capacitor and the charging circuit; The second
A second discharging diode for discharging the smoothing capacitor, and the charging circuit charges the first smoothing capacitor and the second smoothing capacitor in series with a rectified voltage from the rectifier circuit. A charging diode, and an impedance circuit that suppresses the maximum value of the charging current, and a load current detection circuit that detects a load current flowing through the load is provided, and the impedance circuit is an additional current detection circuit. According to the detected load current, when the load current is large, the impedance is reduced to improve the conversion efficiency in the power supply, and when the load current is small, the impedance is increased and the power factor is controlled to improve the power factor. A DC power supply device, characterized in that:
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