JP3479870B2 - 力率改善回路 - Google Patents

力率改善回路

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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、交流電源からスイ
ッチング電源に流入する電流の高調波成分を抑制して力
率を改善する力率改善回路に関する。交流電源に整流回
路を介してスイッチング電源に直流を供給する構成に於
いては、整流回路からスイッチング電源に流れる電流は
直流ではなく、パルス電流に近い波形を有する電流とな
る。従って、高調波成分を多く含むものであるから、交
流電源の力率が低下する問題があり、その為に、整流回
路とスイッチング電源との間に力率改善回路を設けるこ
とになる。この力率改善回路の特性を向上させることが
要望されている。 【0002】 【従来の技術】スイッチング電源としての例えばフライ
バック・コンバータと、交流電圧を整流する為の全波整
流回路との間に、ブースト・コンバータ構成の力率改善
回路を設けて、フライバック・コンバータに流入する電
流に含まれる高調波成分を低減するようにスイッチング
制御する構成が知られている。このようなブースト・コ
ンバータと、1石式コンバータ、例えばフライバック・
コンバータとに於けるスイッチング・トランジスタを共
用化することにより、経済化を図った構成も知られてい
る。 【0003】図5は従来例の説明図であり、D1〜D7
はダイオード、L1はチョークコイル、T1はトラン
ス、Q1はスイッチング・トランジスタ、C1,C2は
コンデンサ、PWMはパルス幅変調制御回路、RLは負
荷を示す。スイッチング・トランジスタQ1は、前述の
力率改善用のブースト・コンバータに於けるスイッチン
グ・トランジスタと、1石式コンバータのフライバック
・コンバータに於けるスイッチング・トランジスタとを
共用化した場合のものである。 【0004】即ち、ダイオードD1〜D4による全波整
流回路により交流電圧を全波整流し、スイッチング・ト
ランジスタQ1をオンとした時に、ダイオードD6を介
してチョークコイルL1に電流が流れてエネルギーが蓄
積され、スイッチング・トランジスタQ1がオフの時
に、チョークコイルL1の蓄積エネルギーによる電流が
コンデンサC1に流れて充電される。従って、スイッチ
ング・トランジスタQ1のオン,オフを繰り返すことに
より、コンデンサC1の端子電圧は全波整流出力電圧を
昇圧したものとなる。即ち、ブースト・コンバータとし
て動作する。又その時のスイッチング制御によって、交
流電源から流入する電流のピークを低減して、力率を改
善することができる。 【0005】又スイッチング・トランジスタQ1がオン
の時、コンデンサC1の端子電圧がトランスT1の一次
巻線に印加される。即ち、ブースト・コンバータを構成
するコンデンサC1の端子電圧を直流電源として、トラ
ンスT1の一次巻線に、スイッチング・トランジスタQ
1のオン,オフに従って電流を流すことができる。それ
により、トランスT1の二次巻線に電圧が誘起し、ダイ
オードD1とコンデンサC2とを含む整流平滑回路によ
って直流電圧とし、負荷RLにその直流電圧を供給する
ことができる。 【0006】又負荷RLに供給する直流電圧をパルス幅
変調制御回路PWMにより検出し、設定値と比較して、
誤差分が零となるように、スイッチング・トランジスタ
Q1のオン期間を制御する。即ち、安定化直流電圧を負
荷RLに供給するフライバック・コンバータとして動作
することになる。 【0007】 【発明が解決しようとする課題】前述のように、ブース
ト・コンバータのスイッチング・トランジスタと、フラ
イバック・コンバータのスイッチング・トランジスタと
を共用化することにより経済化を図ることができる。し
かし、力率改善と出力電圧安定化とを完全に達成するこ
とは容易でなく、且つ全体の効率は、ブースト・コンバ
ータの効率と、フライバック・コンバータの効率との積
に比例したものとなる。例えば、何れも効率が90%で
あるとすると、全体で0.81%の効率となる。本発明
は、全体の効率を向上させることを目的とする。 【0008】 【課題を解決するための手段】本発明の力率改善回路
は、(1)交流電圧を整流回路(D1〜D4)を介して
印加するチョークコイルとコンデンサC1とを含むブー
スト・コンバータのスイッチング・トランジスタと、1
石式コンバータのメイントランスT1の一次巻線の電流
をオン,オフ制御するスイッチング・トランジスタとを
共用化し、このスイッチング・トランジスタQ1のオ
ン,オフ制御により力率改善を行うと共に、出力直流電
圧の安定化を行う力率改善回路に於いて、ブースト・コ
ンバータのチョークコイルを一次巻線とした補助トラン
スT2を設け、この補助トランスT2の二次巻線の誘起
電圧を整流した電圧と、メイントランスT1の二次巻線
の誘起電圧を整流した電圧とを、直列又は並列に負荷R
Lに供給する構成としている。 【0009】 【発明の実施の形態】図1は本発明の第1の実施の形態
の説明図であり、D1〜D8はダイオード、1はスイッ
チング・トランジスタ、C1,C2はコンデンサ、T
1,T2はトランス、PWMはパルス幅変調制御回路、
RLは負荷を示す。 【0010】補助トランスT1の一次巻線と、ダイオー
ドD5,D6と、コンデンサC1と、スイッチング・ト
ランジスタQ1とにより、ブースト・コンバータを構成
し、メイントランスT1とスイッチング・トランジスタ
Q1と、ダイオードD7と、コンデンサC2とを含め
て、1石式のコンバータとしてのフライバック・コンバ
ータを構成し、スイッチング・トランジスタQ1を共用
化している。 【0011】そして、ブースト・コンバータのチョーク
コイルを補助トランスT2の一次巻線により構成し、そ
の二次巻線の誘起電圧をダイオードD8により整流し、
メイントランスT1の二次巻線の誘起電圧をダイオード
D7により整流した電圧と共に、負荷RLに供給する。
又パルス幅変調制御回路PWMによりスイッチング・ト
ランジスタQ1のオン,オフを制御して、力率改善と出
力電圧安定化とを図るものである。 【0012】従って、ブースト・コンバータのチョーク
コイルとして動作する補助トランスT2の二次巻線の誘
起電圧を、ダイオードD8により整流して負荷RLに供
給するものであるから、チョークコイルの蓄積エネルギ
ーの一部を有効に負荷RLに供給することになり、全体
の効率を向上することができる。 【0013】図2は本発明の第2の実施の形態の説明図
であり、図1と同一符号は同一部分を示し、T3は補助
トランス、D9はダイオード、L2はチョークコイルを
示す。この実施の形態は、補助トランスT3の一次巻線
を、ブースト・コンバータのチョークコイルとし、二次
巻線にダイオードD8,D9とチョークコイルL2とを
接続し、フォワード・コンバータ構成を付加した場合を
示す。 【0014】ブースト・コンバータと、フライバック・
コンバータとの動作については前述の実施の形態と同様
であるから、重複した説明は省略する。この実施の形態
に於いては、補助トランスT3と、ダイオードD8,D
9と、チョークコイルL2とにより、フォワード・コン
バータを構成した場合であり、その整流出力を負荷RL
に供給する。 【0015】従って、前述の実施の形態と同様に、ブー
スト・コンバータのチョークコイルとして動作する補助
トランスT3の二次巻線の誘起電圧を整流して負荷RL
に供給するものであるから、チョークコイルの蓄積エネ
ルギーの一部を有効に負荷RLに供給することになり、
全体の効率を向上することができる。 【0016】図3は本発明の第3の実施の形態の説明図
であり、図2と同一符号は同一部分を示し、T4は補助
トランスである。この補助トランスT4の一次巻線を、
ブースト・コンバータのチョークコイルとして作用さ
せ、二次巻線の巻方向を、図2の場合と反対にした場合
を示す。他の部分の動作は、前述の図2に示す実施の形
態と同様であるから、重複した説明は省略する。 【0017】図4は本発明の第4の実施の形態の説明図
であり、図1と同一符号は同一部分を示す。この実施の
形態は、補助トランスT2の二次巻線の誘起電圧を、メ
イントランスT1の二次巻線の誘起電圧に加算するよう
に直列的に接続した場合を示す。この場合、補助トラン
スT2の二次巻線の誘起電圧の位相と、メイントランス
T1の二次巻線の誘起電圧との位相とが同一の場合は、
ダイオードD7,D8を1個のダイオードとすることが
できる。 【0018】本発明は、前述の実施の形態のみに限定さ
れるものではなく、種々付加変更することができるもの
である。例えば、図2及び図3に示す実施の形態に於い
ても、図4に示す実施の形態と同様に、補助トランスの
二次巻線とメイントランスT1の二次巻線とを直列的に
接続して、整流出力電圧を負荷RLに加算した状態とし
て供給するように構成することもできる。又メイントラ
ンスT1を含む1石式コンバータとして、フライバック
・コンバータの場合を示しているが、他の形式のコンバ
ータとすることも可能である。又補助トランスの一次巻
線と二次巻線との巻数比は、メイントランスT1の二次
巻線の誘起電圧との関係により選択することができる。
なお、図4に示す直列的に負荷RLに供給する場合は、
任意の電圧値に選定することができる。又二次巻線の巻
方向については、リップル位相等を考慮して選択するこ
とができる。 【0019】 【発明の効果】以上説明したように、本発明は、ブース
ト・コンバータを含む力率改善回路に於いて、ブースト
・コンバータのチョークコイルを補助トランスの一次巻
線とし、その二次巻線に誘起する電圧を整流して負荷R
Lに供給するものであり、交流電圧を整流して、負荷R
Lに直流電圧を供給する為に、ブースト・コンバータと
1石式コンバータとの2段構成でエネルギー変換を行う
ものに対して、チョークコイルの蓄積エネルギーの一部
を負荷RLに補助トランスを介して供給するから、恰も
1段構成でエネルギー変換を行う場合に相当し、且つチ
ョークコイルの蓄積エネルギーを有効に利用できるか
ら、全体の効率を向上することができる。更に、メイン
トランスT1の二次巻線を整流して出力する場合のリッ
プルと逆位相のリップルとなるように、補助トランスの
二次巻線の整流出力の位相関係を選定することにより、
リップルを抑圧できる利点もある。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の第1の実施の形態の説明図である。 【図2】本発明の第2の実施の形態の説明図である。 【図3】本発明の第3の実施の形態の説明図である。 【図4】本発明の第4の実施の形態の説明図である。 【図5】従来例の説明図である。 【符号の説明】 D1〜D8 ダイオード Q1 スイッチング・トランジスタ T1 メイントランス T2 補助トランス C1,C2 コンデンサ PWM パルス幅変調制御回路 RL 負荷
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平8−116672(JP,A) 特開 平7−250477(JP,A) 特開 平8−317657(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02M 3/28 H02M 7/217

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 交流電圧を整流回路により整流して印加
    するチョークコイルとコンデンサとを含むブースト・コ
    ンバータのスイッチング・トランジスタと、1石式コン
    バータのメイントランスの一次巻線の電流をオン,オフ
    制御するスイッチング・トランジスタとを共用化し、該
    スイッチング・トランジスタのオン,オフ制御により力
    率改善を行うと共に、出力直流電圧の安定化を行う力率
    改善回路に於いて、一次巻線と二次巻線とを有する補助トランスを設け、該
    補助トランスの前記一次巻線を前記チョークコイルと
    し、該補助トランスの二次巻線の誘起電圧を整流した電
    圧と、前記メイントランスの二次巻線の誘起電圧を整流
    した電圧とを、直列又は並列に負荷に供給する構成を備
    えた ことを特徴とする力率改善回路。
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