JP3568666B2 - DC power supply - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、OA機器等に用いられる直流電源装置に関し、特に交流電源から入力する交流を全波整流する整流回路と、スイッチング素子を有するDC/DCコンバータとからなる直流電源装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、地球環境問題の対策の一つとして、省エネルギーが提唱されており、電子機器の直流電源装置として幅広く普及しているスイッチング電源に対しても高効率化が要求されている。その要求に対処するには、負荷への出力電力の広い範囲で高効率化して省エネルギーを達成する方法と、電子機器本体のスタンバイ時に高効率化して省エネルギーを達成する方法とがある。
このようなスイッチング電源の高効率化のために、従来から種々の回路方式が提案されているが、交流電源から入力する交流を全波整流する整流回路と1出力のフォワード方式のDC/DCコンバータとで構成された直流電源装置を例にとって説明する。
【0003】
図8は、従来の直流電源装置の一例を示す回路図である。この直流電源装置は、整流平滑回路2とフォワード方式のDC/DCコンバータ3とから構成されている。整流平滑回路2は、ダイオードD1〜D4からなる全波整流回路であるダイオードブリッジ20とその出力端子a,b間に接続された平滑用のコンデンサC1とからなり、入力端子21,22間に交流電源1が接続される。
この整流平滑回路2の出力が、DC/DCコンバータ3の入力となる。ダイオードブリッジ20の出力端子a,b間には起動抵抗である抵抗R2と抵抗R3の直列回路が接続されている。
【0004】
ダイオードブリッジ20の正側出力端子aとDC/DCコンバータ3のトランスT1の一次巻線L1の一端gとをライン16で接続し、その一次巻線L1の他端hにダイオードD5のアノードを接続し、そのカソードに抵抗R1とコンデンサC2の並列回路の一端を接続し、その並列回路の他端をライン16に接続してスナバ回路を形成している。
一次巻線L1の他端hとダイオードブリッジ20の負側出力端子b側との間にスイッチング素子Q1を接続し、そのスイッチング素子Q1のゲートを制御回路4の制御出力端子に接続している。
【0005】
さらに、トランスT1の駆動電源用巻線L2の一端iにダイオードD6のアノードを接続し、そのカソードにインダクタL4の一端を接続し、そのダイオードD6とインダクタL4との接続点にダイオードD7のカソードを接続し、そのアノードを駆動電源用巻線L2の他端jに接続する。そして、この他端jとダイオードブリッジ20の負側出力端子bとをライン17で接続し、インダクタL4の他端をコンデンサC3を介してライン17に接続すると共に、抵抗R2とR3による分圧点dに直接接続して駆動電源を形成し、この駆動電源のd点の電圧をスイッチング素子Q1のオン/オフを制御する制御回路4に印加する。
【0006】
トランスT1の二次巻線L3の一端kにダイオードD8のアノードを接続し、そのカソードにはインダクタL5の一端を接続し、インダクタL5の他端に平滑用のコンデンサC4の一端を接続し、ダイオードD8とインダクタL5との接続点にダイオードD9のカソードを接続し、ダイオードD9のアノードとコンデンサC4の他端とを二次巻線L3の他端mに接続して整流平滑回路を形成する。
【0007】
コンデンサC4の両端をDC/DCコンバータ3の出力端子6,7に接続する。その出力端子6,7間には、DC/DCコンバータ3の出力電圧を検出する電圧検出回路5を接続し、その電圧検出回路5の検出出力を制御回路4にフィードバックする。
なお、交流電源1と整流回路2との間には、一般的によく知られたノイズフィルタを介挿してもよい。
【0008】
この回路の動作を説明すると、交流電源1から交流が入力されると、整流平滑回路2において全波整流されて平滑され、略直流電圧が得られる。この略直流電圧は、起動抵抗R2およびR3に印加され、抵抗分圧されたd点の電圧によって駆動電源用の平滑コンデンサC3が充電され、この充電電圧がある値以上になるとDC/DCコンバータ3の制御回路4が動作を開始し、スイッチング素子Q1をオン/オフするパルスを出力してスイッチング素子Q1を駆動する。
【0009】
このスイッチング素子Q1がオン/オフすることによりトランスT1の一次巻線L1に断続的に電流が流れその二次巻線L3には交流高電圧が誘起され、それがダイオードD8およびD9,インダクタL5,および平滑コンデンサC4によって整流平滑されて直流電圧が出力端子6,7間に出力される。
電圧検出回路5によってその出力電圧が検出されて、制御回路4にフィードバックされ、その出力電圧が所定の電圧になるように、制御回路4がスイッチング素子Q1を駆動するパルス幅を適切に制御する。
【0010】
また、このときトランスT1の駆動電源用巻線L2にも交流電圧が誘起され、それがダイオードD6およびD7,インダクタL4,および、コンデンサC3によって整流平滑され、その直流電圧が制御回路4の駆動電源となり、DC/DCコンバータ3は連続動作状態になる。この状態では、起動抵抗R2とR3との分圧点dの電圧がコンデンサC3の両側端子間の電圧と略等しくなり、起動抵抗R2,R3には電流が殆ど流れないようにその抵抗値が設定されている。
【0011】
図9は従来の直流電源装置の他の例を示すものであり、交流電源からの交流を全波整流する整流回路であるダイオードブリッジ20と、昇圧チョッパ方式のアクティブフィルタ13と、1出力のフォワード方式のDC/DCコンバータ3とからなる。この図9において図8と同一の部分には同一の符号を付してあり、それらの説明は省略する。
【0012】
ここで、図8に示した直流電源装置と異なるのは、図8の整流平滑回路2に代えて、全波整流回路であるダイオードブリッジ20のみとし、そのダイオードブリッジ20とDC/DCコンバータ3との間に、入力電流波形を正弦波になるように制御して力率を改善すると共に、入力電流の高調波成分を低減する力率改善回路として昇圧チョッパ方式のアクティブフィルタ13を介挿している点である。
【0013】
この、アクティブフィルタ13は、ダイオードブリッジ20とDC/DCコンバータ3とを結ぶ正側ライン16に直列に介挿したインダクタL6とダイオードD10,負側ライン17に介挿された電流検出用の抵抗R4、正側ライン16のダイオード10のカソード側と負側ライン17の抵抗R4の出力側との間に接続したコンデンサC5と、インダクタL6とダイオードD10のアノードとの接続点と負側ライン17の抵抗R4の出力側との間に接続したスイッチング素子Q3を接続、及びそのスイッチング素子Q3をオン・オフ制御する制御回路14によって構成されている。
【0014】
この図9に示す直流電源装置によれば、交流電源1からダイオードブリッジ20に交流が入力すると、全波整流されて脈流となる。その脈流は起動抵抗R2とR3の直列回路に印加され、抵抗分圧されたd点の電圧が駆動電源用の平滑コンデンサC3を充電し、この充電電圧が所定の値以上になるとアクティブフィルタ13の制御回路14とDC/DCコンバータ3の制御回路4が動作を開始し、それぞれのスイッチング素子Q1およびQ3をオン/オフ駆動するパルスを出力する。
【0015】
アクティブフィルタ13は、スイッチング素子Q3のオン/オフにより、入力電流波形が入力電圧波形と相似になるように近似し、且つダイオードD10と平滑コンデンサC5とにより整流平滑した出力電圧が所定の電圧になるように制御する。そして、DC/DCコンバータ3が連続動作状態になると、アクティブフィルタ13の制御回路14にもコンデンサC3から駆動電圧が供給され、アクティブフィルタ13も連続動作状態になる。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
図8に示した直流電源装置によれば、交流電源1から入力端子21,22間に入力する交流電力が、出力端子6,7間より直流電力として取り出されるが、このときの変換効率は、通常、75〜85%程度である。入力電力の15〜25%はこの直流電源装置の回路内部における損失となる。
【0017】
その主な損失箇所は、入力ノイズフィルタ(図示せず)、整流平滑回路2のダイオードブリッジ20及びコンデンサC1、DC/CDコンバータ3のトランスT1,スイッチング素子Q1,制御回路4,電圧検出回路5,2次整流平滑回路等および出力ノイズフィルタ(図示せず)などである。図8に示したようなフォワード方式のDC/DCコンバータ3の場合、スイッチング素子Q1の損失が全損失に占める割合は、通常20〜30%になり、かなり大きい。
【0018】
このようなスイッチング素子の損失を低減するための一つの方法は、スイッチングスピードを上げればよい。しかし、主にスイッチング周波数,入力電圧,および最大出力電力などによってその定格が選択され、数10kHz〜数100kHzのDC/DCコンバータ用のスイッチング素子として多用されているFETトランジスタは、一般的に出力電力が大きくなればなるほどターンオン時間およびターンオフ時間が長くなり、スイッチングスピードが低下してくる。
【0019】
このことは、最大出力電力よりも小さな出力電力で動作している場合には、その小さな出力電力のスイッチが可能なスイッチング素子に比べてスイッチングスピードが遅いスイッチング素子によって動作しているのと同じことになり、全損失に対するスイッチング素子の損失が占める割合が大きくなるため、効率の低下を招くことになる。その結果として、数10〜数100Wの出力電力の効率は、最大出力電力では75〜85%程度になるものの、出力電力が小さくなるにしたがって効率が低下し、最大出力電力の10%以下の出力になると40〜50%程度になるという欠点がある。
【0020】
また、図9に示した直流電源装置においても、図8に示した直流電源装置について説明したのと同様に電力損失が発生する箇所があり、さらに、昇圧チョッパ方式のアクティブフィルタ13を構成するインダクタL6,ダイオードD10,平滑コンデンサC5,スイッチング素子Q3,抵抗R4および制御回路14における損失が加わる。すなわち、図9におけるスイッチング素子Q3の出力電力に対する損失は、図8において説明したスイッチング素子Q1での損失と同様であり、図9に示した直流電源装置においては、出力電力の低下に伴う効率の低下は、図8に示した直流電源装置と比較してさらに顕著なものとなる。
【0021】
すなわち、OA機器等に用いられる整流回路とDC/DCコンバータで構成されるか、またはその間にアクティブフィルタを設けた直流電源装置において、そのDC/DCコンバータおよびアクティブフィルタに使用されるスイッチング素子は、予想される最大電力において動作可能なものが使用されるので、負荷が軽くなればなるほど出力電力に対する損失の割合が増加し、効率が低下する。
【0022】
この発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、スイッチング素子を用いた直流電源装置において、定格電力よりも相当に低い出力電力で動作しているときでもスイッチング素子による電力損失を低減し、直流電源装置の効率を改善することを目的とする。
【0023】
【課題を解決するための手段】
この発明は、交流電源から入力する交流を全波整流する整流回路と、整流回路の出力が入力されるトランスの一次巻線と直列に接続したスイッチング素子をオン/オフすることによってトランスの二次巻線に誘起される電圧を整流平滑して出力するDC/DCコンバータとからなる直流電源装置において、上記の目的を達成するために、DC/DCコンバータのスイッチング素子を並列に複数設けると共に、DC/DCコンバータの出力電流またはその出力電流に比例する電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段によって検出された電流値が予め設定した値より小さいときに、上記複数のスイッチング素子のうち1つを除く他のスイッチング素子をオフのままの非動作状態にする第1の非動作制御手段とを設ける。
さらに、整流回路とDC/DCコンバータとの間にスイッチング素子をオン/オフすることによって力率を改善するアクティブフィルタを設け、そのアクティブフィルタのスイッチング素子も並列に複数設けると共に、上記電流検出手段によって検出された電流値が予め設定した値より小さいときに、上記アクティブフィルタの複数のスイッチング素子のうち1つを除いて他のスイッチング素子をオフのまま非動作状態にする第2の非動作制御手段を設ける。
【0024】
あるいは、電流検出手段によらずに、外部から入力される信号によってDC/DCコンバータの複数のスイッチング素子のうち1つを除く他のスイッチング素子をオフのままの非動作状態にする第1の非動作制御手段と、同じく外部から入力される信号によってアクティブフィルタの複数のスイッチング素子のうち1つを除く他のスイッチング素子をオフのままの非動作状態にする第2の非動作制御手段とを備えてもよい。
【0025】
【0026】
【0027】
この発明によれば、整流回路とアクティブフィルタとDC/DCコンバータとで構成される直流電源装置において、DC/DCコンバータとアクティブフィルタのスイッチング素子をそれぞれ複数ずつにし、DC/DCコンバータの出力電流が小さい(軽負荷)時に、それらのスイッチング素子のそれぞれ1つを残してその他のスイッチング素子オフのままの非動作状態にすることにより、スイッチング素子による電力損失を低減し、効率を改善することができる。
【0028】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の基礎となる参考例及びこの発明の実施の形態を図面に基づいて具体的に説明する。
図1及び図3と図4は、それぞれこの発明の基礎となる参考例を示す直流電源装置の回路図であり、図5〜図7は、それぞれこの発明による第1〜第3の実施形態を示す直流電源装置の回路図であって、既に説明した図8および図9に示した従来例の回路図と対応する部分には同一の符号を付しており、それらの説明は省略する。
【0029】
〔第1の参考例
まず、図1に示す第1の参考例について説明する。
図1に示す直流電源装置の回路構成は、図8に示した従来の直流電源装置の回路構成に類似しているが、次の点で相違している。
DC/DCコンバータ3において、スイッチング素子Q1に並列にもうひとつのスイッチング素子Q2を接続し、制御回路4からの駆動パルスによってスイッチング素子Q1とスイッチング素子Q2を駆動する。但し、制御回路4の駆動パルス出力端子とスイッチング素子Q2のゲートとの間にオン/オフ回路10を介挿し、制御回路4からの駆動パルスをこのオン/オフ回路10通してスイッチング素子Q2のゲートに印加するように構成している。
【0030】
さらに、DC/DCコンバータ3の出力電流を検出する電流検出手段である電流検出回路8を、トランスT1の二次巻線L3のm側に介挿している。そして、この電流検出回路8が検出する電流値を基準値と比較する比較回路9を設け、その比較結果に応じてオン/オフ回路10が、スイッチング素子Q2をオフのままの非動作状態、あるいは制御回路4からの駆動パルスでオン/オフを繰り返す動作状態のいずれかにする。この比較回路9とオン/オフ回路10が非動作制御手段を構成している。
【0031】
この直流電源装置の動作を説明する。交流電源1からの交流が、整流平滑回路2によって整流および平滑される。その出力電圧が、DC/DCコンバータ3に入力されるとともに、起動抵抗R2とR3の直列回路に印加され、抵抗分圧されたd点の電圧によって駆動電源用のコンデンサC3が充電される。この充電電圧が所定の値以上になると制御回路4が動作を開始し、スイッチング素子Q1とオン/オフ回路10を介してスイッチング素子Q2とに駆動パルスを出力する。
【0032】
それによって、スイッチング素子Q1とスイッチング素子Q2とが並列してオン/オフすることにより、トランスT1の一次巻線L1に流れる電流が断続され、二次巻線L3に交流高電圧が誘起される。その交流が、ダイオードD8,D9,インダクタL5,およびコンデンサC4によって整流平滑され、出力端子6,7間に直流電圧が出力される。電圧検出回路5がその直流電圧を検出し、それを制御回路4にフィードバックすることにより、制御回路4がその出力電圧を所定の電圧にするように、スイッチング素子Q1,Q2のオン/オフを制御する。
【0033】
DC/DCコンバータ3の出力端子6,7間には図示しない負荷が接続されるが、この負荷に流れる電流の値を電流検出回路8によって検出する。この電流検出回路によって検出された電流値(電圧に変換した値)が比較回路9に入力し、比較回路9はそれを予め設定された基準値と比較し、その比較結果の信号をオン/オフ回路10に出力する。そして、検出された電流値が基準値より小さいときには、オン/オフ回路10が制御回路4からの駆動パルスをスイッチング素子Q2のゲートに印加させず、スイッチング素子Q2を強制的にオフのままの非動作状態にする。
【0034】
このときは、スイッチング素子Q1のみが単独でトランスT1の一次電流のスイッチング動作を行なうことになり、スイッチング素子Q2のスイッチング損失とドライブ損失をなくすことができ、直流電源装置の効率を向上させることができる。
なお、このスイッチンク素子Q1,Q2は定格電流が、図8に示した従来の直流電源装置のスイッチング素子Q1の1/2でよく、2個並列にして従来と同等になる。
【0035】
電流検出回路8としては、図1に示す位置に介挿して交流電流を検出する場合、カレントトランスあるいは電流検出用の抵抗値の小さい抵抗を用いることができるが、出力端子6,7間の電流を抵抗で検出してもよい。あるいは、トランスT1の一次側の電流、整流平滑回路2の出力電流又は入力電流など、DC/DCコンバータ4の出力電流に比例する電流の値を検出できる箇所であれば、どこに電流検出回路8を介挿してもよい。
【0036】
また、この第1の参考例においては、2個のスイッチング素子Q1およびQ2を並列に接続して使用しているが、3個以上のスイッチング素子を並列に接続して使用し、出力電流が予め設定した値より小さくなったときには、それらの複数のスイッチング素子のうちの1つを除く他のスイッチング素子をオフのままの非動作状態にするようにしてもよい。
【0037】
図2は、電流検出回路8,比較回路9,およびオン/オフ回路10の具体的な回路例を示す。
これを簡単に説明すると、図2において、電流検出回路8では、交流電流を検出するためにカレントトランスCTを用いている。そして、図1に示したDC/DCコンバータ3のトランスT1の二次巻線側のm側とダイオードD9のアノード側との間に、カレントトランスCTの一次巻線を直列に接続する。
【0038】
それによって、このカレントトランスCTの一次巻線に流れる電流に対して巻数比に逆比例した電流が二次巻線に流れる。その電流を抵抗R5で電圧に変換し、この検出電圧Vd、すなわちDC/DCコンバータ3の出力電流に比例する値の電圧を、比較回路9のコンパレータ30の−側入力端子に入力させ、5Vの電源電圧を抵抗R6,R7によって分圧して所定の基準電圧Vrをその+側入力端子に比較電圧として入力させる。
【0039】
そして、DC/DCコンバータ3の出力電流が小さくなり、検出電圧Vdが基準電圧Vrより小さくなると、コンパレータ30は+側飽和出力電圧(ハイレベルの出力)をダイオードD10を介してオン/オフ回路10に出力する。その出力電圧により、オン/オフ回路10のトランジスタTR1にベース電流が流れ、そのトランジスタTR1がオンになる。それによって、DC/DCコンバータ3のスイッチング素子Q2のゲートをアースして、強制的にオフのままの非動作状態にする。
【0040】
逆に、DC/DCコンバータ3の出力電流が大きくなり、検出電圧Vdが基準電圧Vrより大きくなると、コンパレータ30の出力はローレベル(0V)となり、オン/オフ回路10のトランジスタTR1をオフにするので、スイッチング素子Q2はゲートに制御回路4からの駆動パルスが印加されてオン/オフ動作を開始する。オン/オフ回路10のコンデンサC6は、トランジスタTR1のオン・オフに多少の遅れ(時定数)を持たせるために設けている。
【0041】
なお、図3のカレントトランスCTおよび電流−電圧変換回路に換えて、トランスT1の二次巻線側のm側とダイオードD9のアノード側との間に電流検出用の抵抗を直列に接続し、その抵抗の両端子間に発生する電圧によってDC/DCコンバータ3の出力電流に比例する電圧値を検出するようにしてもよい。
【0042】
〔第2の参考例
次に、この発明の基礎となる第2の参考例を図3によって説明する。
この図3に示す直流電源装置は、電流検出手段として整流平滑回路2におけるダイオードブリッジ20の負側の出力端子bに接続される出力ラインに抵抗R4を介挿し、その抵抗R4の両端間に発生する電圧を電流検出回路11で検出することによって、この直流電源装置の出力電流に比例する電流値を検出し、その検出値を比較回路9に入力させるようにした点だけが、前述の図1に示した直流電源装置と異なる。
【0043】
この図3に示す直流電源装置において、電流検出手段である抵抗R4と入力電流検出回路11が、常時出力端子6,7間の出力電流に比例する入力電流を検出し、比較回路9が、その検出された電流の値と予め設定された基準値とを比較し、基準信号より小さいときにオン/オフ回路10がスイッチング素子Q2を強制的に非動作状態にする。その結果、スイッチング素子Q1の単独動作になり、スイッチング素子Q2におけるスイッチング損失とドライブ損失をなくすことができ、この直流電源装置の効率を向上させることができる。
【0044】
ここでは、電流検出手段は、電流の検出を抵抗R4を用いて行なっているが、抵抗R4の代りにカレントトランスを用いてもよく、また、トランスT1の一次巻線L1に流れる一次電流を検出するようにしてもよい。
【0045】
〔第3の参考例
次に、この発明の基礎となる第3の参考例を図4によって説明する。
この図4に示す直流電源装置は、外部信号入力端子12を設けており、その外部信号入力端子12から入力される外部信号がオン/オフ回路10に入力して、スイッチング素子Q2を強制的にオフのままの非動作状態にするように構成した点のみが、図1に示した第1の参考例と異なる。
【0046】
例えば、この直流電源装置の図示しない操作パネル上のスイッチング停止ボタンを押すことによって発生する信号、又はこの直流電源装置を搭載している電子機器を制御している回路の信号を、外部信号入力端子12からオン/オフ回路10に入力させる。この場合オン/オフ回路10はスイッチング素子Q2を無条件で非動作状態にし、スイッチング素子Q1のみの単独動作にする。それによって、スイッチング素子Q2のスイッチング損失とドライブ損失をなくすことができ、効率を向上させることができる。
【0047】
第1の実施形態〕
次に、この発明による第1の実施形態を図5によって説明する。
この図5に示す直流電源装置は、図9に示した従来の直流電源装置と同様に、ダイオードブリッジ20とDC/DCコンバータ3との間に、力率改善回路として昇圧チョッパ方式のアクティブフィルタ13を設けている。
そして、DC/DCコンバータ3内の構成は図1に示した第1の参考例と同じである。
【0048】
アクティブフィルタ13は、ライン16,17間に2個のスイッチング素子Q3,Q4を並列に接続して、いずれも制御回路14からの駆動パルスによって駆動するようにしている。その制御回路14の出力端子とスイッチング素子Q4のゲートとの間にオン/オフ回路15を介挿し、DC/DCコンバータ3内の比較回路9の出力信号をオン/オフ回路15にも入力させている。
なお、このスイッチング素子Q3,Q4の定格電流は、図9に示した従来例におけるスイッチング素子Q3の1/2でよい。
【0049】
この図5の直流電源装置は、図1に示した直流電源装置と同様に、電流検出回路8が、常時DC/DCコンバータ3の出力電流を検出し、比較回路9がその検出された電流値を予め設定された基準値と比較するが、その比較した結果に応じた信号をオン/オフ回路10とオン/オフ回路15との両方に出力する。
【0050】
ここで、比較回路9とオン/オフ回路10が第1の第1の非動作制御手段を構成し、比較回路9とオン/オフ回路15が第2の非動作制御手段を構成しており、電流検出回路8による検出電流値が基準値より小さいときには、比較回路9の出力信号によってオン/オフ回路10がスイッチング素子Q2を強制的にオフのままの非動作状態にするとともに、オン/オフ回路15がスイッチング素子Q4を強制的にオフのままの非動作状態にする。
【0051】
その結果、DC/DCコンバータ3側ではスイッチング素子Q1のみの単独動作になり、アクティブフィルタ13側ではスイッチング素子Q3のみの単独動作になる。これにより、DC/DCコンバータ3のスイッチング素子Q2と昇圧チョッパ方式のアクティブフィルタ13のスイッチング素子Q4による、各スイッチング損失とドライブ損失とをなくすことができ、直流電源装置の効率を向上させることができる。
【0052】
第2の実施形態〕
次に、この発明による第2の実施形態を図6によって説明する。
この図6に示す直流電源装置は、上述の第1の実施形態と同様なアクティブフィルタ13を備えた直流電源装置において、電流検出手段を図3に示したものと同様にし、アクティブフィルタ13の制御回路14に入力電流値を知らせるためにライン17に介挿した抵抗R4を兼用して、その抵抗R4とその両端子間に発生する電圧によって電流値を検出する電流検出回路11とによって電流検出手段を構成している。
【0053】
この図6に示す直流電源装置おいて、電流検出手段である抵抗R4と電流検出回路11が、常時入力電流を検出し、その検出電流値が基準値より小さいときに、比較回路9がその出力信号によりオン/オフ回路10,15をそれぞれ制御し、スイッチング素子Q2を強制的に非動作状態にするとともに、スイッチング素子Q4も強制的に非動作状態にする。したがって、この実施形態においても、比較回路9とオン/オフ回路10が第1の非動 作制御手段を構成し、比較回路9とオン/オフ回路15が第2の非動作制御手段を構成している。
【0054】
それによって、電流検出回路11による検出電流値が基準値より小さいときには、DC/DCコンバータ3ではスイッチング素子Q1のみの単独動作になり、アクティブフィルタ13ではスイッチング素子Q3のみの単独動作になる。その結果、スイッチング素子Q2,Q4のスイッチング損失とドライブ損失をなくすことができ、この直流電源装置の効率を向上させることができる。
【0055】
第3の実施形態〕
次に、この発明による第3の実施形態を図7によって説明する。
この図7に示す直流電源装置は、図6に示した上述の直流電源装置における電流検出回路11及び比較回路9に代えて、図4に示した第3の参考例と同様に、外部信号入力端子12を設け、そこから入力する外部信号をそれぞれオン/オフ回路10および15に入力させるようにしたものである。
【0056】
例えば、この直流電源装置の図示しない操作パネル上のスイッチング停止ボタンを押すことによって発生する信号、又はこの直流電源装置を搭載している電子機器を制御している回路の信号を、外部入力端子12からオン/オフ回路10とオン/オフ回路15にそれぞれ入力させる。このような外部信号の入力によって、DC/DCコンバータ3は、オン/オフ回路10がスイッチング素子Q2を無条件にオフのままの非動作状態にして、スイッチング素子Q1のみの単独動作になる。また、アクティブフィルタ13でも、オン/オフ回路15がスイッチング素子Q4を無条件にオフのままの非動作状態にして、スイッチング素子Q3のみの単独動作にする。
【0057】
その結果、DC/DCコンバータ3のスイッチング素子Q2と、アクティブフィルタ13のスイッチング素子Q4とによるスイッチング損失とドライブ損失をなくすことができ、直流電源装置の効率を向上させることができる。
スイッチング素子Q2,Q4の動作を停止させる方法は、オン/オフ回路10として制御用ICを使用しそのオン/オフ機能によるか、その制御用ICの駆動電源を遮断するか、スイッチング素子の駆動信号を遮断するかのいずれの方法でも可能である。
【0058】
図5〜図7に示した各実施形態では、DC/DCコンバータ3および昇圧チョッパ方式アクティブフィルタ13のスイッチング素子を2個並列に設けているが、3個以上並列に設けてもよい。また、DC/DCコンバータはフォワード方式、アクティブフィルタは昇圧チョッパ方式で説明したが、他の方式、例えばDC/DCコンバータフライバック方式やハーフブリッジ方式でも、アクティブフィルタは降圧チョッパ方式など、そのいずれの組み合わせの場合でも同様の効果が得られる。
【0059】
また、DC/DCコンバータが多出力の場合にもこの発明を適用することができ、その場合には2出力以上の出力電流を検出して、その各電流検出回路による検出信号をOR回路または加算回路に入力し、その演算出力によってスイッチング素子の動作状態/非動作状態を決定するようにしてもよい。
【0060】
【発明の効果】
この発明によれば、交流電源を全波整流する整流回路と単数又は複数の直流出力を得るDC/DCコンバータと、その整流回路とDC/DCコンバータとの間に設けた力率改善用のアクティブフィルタとによって構成された直流電源装置において、DC/DCコンバータのスイッチング素子およびアクティブフィルタのスイッチング素子をそれぞれ複数個並列に設けて、軽負荷時すなわち出力電力が小さい時に、DC/DCコンバータおよび
アクティブフィルタにそれぞれ設けた複数のスイッチング素子のうちの各々1つだけを動作状態にし、他のスイッチング素子は非動作状態にするので、DC/DCコンバータおよびアクティブフィルタにおけるスイッチング素子のスイッチング損失とドライブ損失を低減でき、直流電源装置の効率を向上させることができる。
【0061】
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の基礎となる第1の参考例を示す直流電源装置の回路図である。
【図2】図1における電流検出回路8,比較回路9,およびオン/オフ回路10の具体例を示す
回路図である。
【図3】この発明の基礎となる第2の参考例を示す直流電源装置の回路図である。
【図4】この発明の基礎となる第3の参考例を示す直流電源装置の回路図である。
【図5】この発明による第1の実施形態の直流電源装置の回路図である。
【図6】この発明による第2の実施形態の直流電源装置の回路図である。
【図7】この発明による第3の実施形態の直流電源装置の回路図である。
【図8】従来の直流電源装置の一例を示す回路図である。
【図9】従来のアクティブフィルタを備えた直流電源装置の例を示す回路図である。
【符号の説明】
1:交流電源 2:整流平滑回路
3:DC/DCコンバータ
4:DC/DCコンバータの制御回路
5:電圧検出回路
6,7:DC/DCコンバータの出力端子
8:電流検出回路 9:比較回路
10,15:オン/オフ回路
12:外部信号入力端子
13:アクティブフィルタ
14:アクティブフィルタの制御回路
20:ダイオードブリッジ(全波整流回路)
Q1〜Q4:スイッチング素子
T1:トランス
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a DC power supply device used for OA equipment and the like, and more particularly to a DC power supply device including a rectifier circuit for full-wave rectification of an AC input from an AC power supply and a DC / DC converter having a switching element.
[0002]
[Prior art]
In recent years, energy saving has been proposed as one of the countermeasures against global environmental problems, and high efficiency is also required for switching power supplies that are widely used as DC power supply devices for electronic devices. In order to meet the demand, there are a method of achieving energy saving by increasing efficiency in a wide range of output power to the load, and a method of achieving energy saving by increasing efficiency during standby of the electronic device body.
In order to increase the efficiency of such switching power supplies, various circuit schemes have been conventionally proposed. However, a rectifier circuit for full-wave rectification of alternating current input from an AC power supply and a one-output forward type DC / DC converter are provided. A description will be given of an example of a DC power supply device configured as follows.
[0003]
FIG. 8 is a circuit diagram showing an example of a conventional DC power supply device. This DC power supply device includes a rectifying and smoothing circuit 2 and a forward type DC / DC converter 3. The rectifying and smoothing circuit 2 includes a diode bridge 20, which is a full-wave rectifying circuit including diodes D1 to D4, and a smoothing capacitor C1 connected between its output terminals a and b. Power supply 1 is connected.
The output of the rectifying and smoothing circuit 2 becomes the input of the DC / DC converter 3. Between the output terminals a and b of the diode bridge 20, a series circuit of a resistor R2 and a resistor R3, which are starting resistors, is connected.
[0004]
The positive output terminal a of the diode bridge 20 and one end g of the primary winding L1 of the transformer T1 of the DC / DC converter 3 are connected by a line 16, and the other end h of the primary winding L1 is connected to the anode of a diode D5. One end of a parallel circuit of a resistor R1 and a capacitor C2 is connected to the cathode, and the other end of the parallel circuit is connected to a line 16 to form a snubber circuit.
The switching element Q1 is connected between the other end h of the primary winding L1 and the negative output terminal b of the diode bridge 20, and the gate of the switching element Q1 is connected to the control output terminal of the control circuit 4.
[0005]
Further, an anode of a diode D6 is connected to one end i of a drive power supply winding L2 of the transformer T1, an end of an inductor L4 is connected to its cathode, and a cathode of a diode D7 is connected to a connection point between the diode D6 and the inductor L4. And the anode is connected to the other end j of the drive power supply winding L2. The other end j and the negative output terminal b of the diode bridge 20 are connected by a line 17, the other end of the inductor L4 is connected to the line 17 via a capacitor C3, and a voltage dividing point by resistors R2 and R3. A drive power supply is formed by directly connecting to the drive circuit d, and the voltage at the point d of the drive power supply is applied to the control circuit 4 for controlling ON / OFF of the switching element Q1.
[0006]
An anode of a diode D8 is connected to one end k of a secondary winding L3 of the transformer T1, one end of an inductor L5 is connected to its cathode, and one end of a smoothing capacitor C4 is connected to the other end of the inductor L5. The cathode of diode D9 is connected to the connection point between D8 and inductor L5, and the anode of diode D9 and the other end of capacitor C4 are connected to the other end m of secondary winding L3 to form a rectifying and smoothing circuit.
[0007]
Both ends of the capacitor C4 are connected to output terminals 6 and 7 of the DC / DC converter 3. A voltage detection circuit 5 for detecting the output voltage of the DC / DC converter 3 is connected between the output terminals 6 and 7, and the detection output of the voltage detection circuit 5 is fed back to the control circuit 4.
Note that a generally well-known noise filter may be interposed between the AC power supply 1 and the rectifier circuit 2.
[0008]
The operation of this circuit will be described. When AC is input from the AC power supply 1, full-wave rectification and smoothing are performed in the rectifying and smoothing circuit 2, and a substantially DC voltage is obtained. The substantially DC voltage is applied to the starting resistors R2 and R3, and the smoothing capacitor C3 for the driving power supply is charged by the divided voltage at the point d. When the charged voltage exceeds a certain value, the DC / DC converter 3 Control circuit 4 starts operating, outputs a pulse for turning on / off switching element Q1, and drives switching element Q1.
[0009]
When the switching element Q1 is turned on / off, a current flows intermittently in the primary winding L1 of the transformer T1, and an alternating high voltage is induced in the secondary winding L3, which is caused by the diodes D8 and D9, the inductor L5 and the inductor L5. DC voltage is output between the output terminals 6 and 7 after being rectified and smoothed by the smoothing capacitor C4.
The output voltage is detected by the voltage detection circuit 5 and fed back to the control circuit 4, and the control circuit 4 appropriately controls the pulse width for driving the switching element Q1 so that the output voltage becomes a predetermined voltage.
[0010]
At this time, an AC voltage is also induced in the driving power supply winding L2 of the transformer T1, and is rectified and smoothed by the diodes D6 and D7, the inductor L4, and the capacitor C3. , And the DC / DC converter 3 enters a continuous operation state. In this state, the voltage at the voltage dividing point d between the starting resistors R2 and R3 becomes substantially equal to the voltage between both terminals of the capacitor C3, and the resistance value is set so that almost no current flows through the starting resistors R2 and R3. Have been.
[0011]
FIG. 9 shows another example of a conventional DC power supply device, which includes a diode bridge 20 which is a rectifier circuit for performing full-wave rectification of AC from an AC power supply, a step-up chopper type active filter 13, and a one-output forward filter. And a DC / DC converter 3 of the system. In FIG. 9, the same portions as those in FIG. 8 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
[0012]
Here, the difference from the DC power supply device shown in FIG. 8 is that only the diode bridge 20 which is a full-wave rectification circuit is used instead of the rectification and smoothing circuit 2 in FIG. 8, and the diode bridge 20 and the DC / DC converter 3 During this time, the input current waveform is controlled to be a sine wave to improve the power factor, and a boost chopper type active filter 13 is interposed as a power factor improving circuit for reducing harmonic components of the input current. Is a point.
[0013]
The active filter 13 includes an inductor L6 and a diode D10 inserted in series with a positive line 16 connecting the diode bridge 20 and the DC / DC converter 3, and a current detecting resistor R4 inserted through a negative line 17. A capacitor C5 connected between the cathode side of the diode 10 of the positive line 16 and the output side of the resistor R4 of the negative line 17, a connection point between the inductor L6 and the anode of the diode D10, and a resistance of the negative line 17; The switching element Q3 is connected to the output side of R4, and the control circuit 14 controls the switching element Q3 to turn on and off.
[0014]
According to the DC power supply device shown in FIG. 9, when AC is input from the AC power supply 1 to the diode bridge 20, full-wave rectification is performed to form a pulsating flow. The pulsating current is applied to the series circuit of the starting resistors R2 and R3, and the voltage of the divided point d charges the smoothing capacitor C3 for the driving power supply. When the charged voltage exceeds a predetermined value, the active filter 13 is turned on. Of the control circuit 14 and the control circuit 4 of the DC / DC converter 3 start operating, and output pulses for driving the respective switching elements Q1 and Q3 on / off.
[0015]
The active filter 13 approximates the input current waveform to be similar to the input voltage waveform by turning on / off the switching element Q3, and the output voltage rectified and smoothed by the diode D10 and the smoothing capacitor C5 becomes a predetermined voltage. Control. When the DC / DC converter 3 enters the continuous operation state, the drive voltage is also supplied from the capacitor C3 to the control circuit 14 of the active filter 13, and the active filter 13 also enters the continuous operation state.
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
According to the DC power supply device shown in FIG. 8, AC power input from the AC power supply 1 between the input terminals 21 and 22 is extracted as DC power from between the output terminals 6 and 7. The conversion efficiency at this time is as follows. Usually, it is about 75 to 85%. 15 to 25% of the input power is a loss inside the circuit of the DC power supply.
[0017]
The main loss points are an input noise filter (not shown), a diode bridge 20 and a capacitor C1 of the rectifying / smoothing circuit 2, a transformer T1 of the DC / CD converter 3, a switching element Q1, a control circuit 4, a voltage detection circuit 5, A secondary rectifying / smoothing circuit and an output noise filter (not shown). In the case of the forward type DC / DC converter 3 as shown in FIG. 8, the ratio of the loss of the switching element Q1 to the total loss is usually 20 to 30%, which is considerably large.
[0018]
One method for reducing the loss of the switching element is to increase the switching speed. However, the rating is selected mainly according to the switching frequency, the input voltage, the maximum output power, and the like. An FET transistor which is frequently used as a switching element for a DC / DC converter of several tens kHz to several hundreds kHz generally has an output power of As the value becomes larger, the turn-on time and the turn-off time become longer, and the switching speed decreases.
[0019]
This is the same as operating with a switching element that has a lower switching speed when operating at an output power smaller than the maximum output power compared to a switching element that can switch at the lower output power. As a result, the ratio of the loss of the switching element to the total loss increases, which leads to a decrease in efficiency. As a result, the efficiency of the output power of several tens to several hundreds of watts is about 75 to 85% at the maximum output power, but the efficiency decreases as the output power decreases, and the output power is 10% or less of the maximum output power. Has a drawback of about 40 to 50%.
[0020]
Also, in the DC power supply device shown in FIG. 9, there is a place where power loss occurs in the same manner as described in the DC power supply device shown in FIG. L6, a diode D10, a smoothing capacitor C5, a switching element Q3, a resistor R4, and a loss in the control circuit 14 are added. That is, the loss with respect to the output power of switching element Q3 in FIG. 9 is similar to the loss in switching element Q1 described in FIG. 8, and in the DC power supply device shown in FIG. The decrease is even more remarkable as compared with the DC power supply shown in FIG.
[0021]
That is, in a DC power supply device configured with a rectifier circuit and a DC / DC converter used for OA equipment or the like, or provided with an active filter therebetween, a switching element used for the DC / DC converter and the active filter is: Since the one that can operate at the expected maximum power is used, the lighter the load, the higher the ratio of the loss to the output power, and the lower the efficiency.
[0022]
The present invention has been made in view of the above points, and in a DC power supply device using a switching element, reduces power loss due to the switching element even when operating at an output power considerably lower than the rated power, An object of the present invention is to improve the efficiency of a DC power supply.
[0023]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a secondary transformer of a transformer by turning on / off a rectifier circuit for full-wave rectifying an alternating current input from an AC power supply and a switching element connected in series with a primary winding of the transformer to which an output of the rectifier circuit is input. In order to achieve the above object, in a DC power supply device comprising a DC / DC converter for rectifying and smoothing a voltage induced in a winding and outputting the same, a plurality of switching elements of the DC / DC converter are provided in parallel, Current detecting means for detecting an output current of the / DC converter or a current proportional to the output current; and one of the plurality of switching elements when a current value detected by the current detecting means is smaller than a preset value. Leaving all other switching elements inactive except forFirstNon-operation control means andIs provided.
Further, an active filter for improving a power factor is provided between the rectifier circuit and the DC / DC converter by turning on / off a switching element. A plurality of switching elements of the active filter are provided in parallel. A second non-operation control unit that, when the detected current value is smaller than a predetermined value, turns off the other switching elements except for one of the plurality of switching elements of the active filter and keeps the other switching elements in an inactive state; Is provided.
[0024]
Alternatively, the switching elements other than one of the plurality of switching elements of the DC / DC converter are set to the non-operation state in which the switching elements are kept off by a signal input from the outside without using the current detection unit.FirstNon-operation control means;Second non-operation control means for setting other switching elements except one of the plurality of switching elements of the active filter to an inoperative state in which the switching elements remain off by a signal also input from the outside;May be provided.
[0025]
[0026]
[0027]
According to the invention, Rectifier circuitDC power supply device composed of a DC / DC converter and an active filter, DC/ DC converter and active filter switching elementRespectivelyMultipleEachWhen the output current of the DC / DC converter is small (light load), each of the other switching elements is left except for one of the switching elements.ToBy setting the device to a non-operating state in which the switching device remains off, power loss due to the switching element can be reduced and efficiency can be improved.
[0028]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present inventionReference Example andEmbodiments will be specifically described with reference to the drawings.
FIG. 1 and3 and 4 are circuit diagrams of a DC power supply device showing a reference example on which the present invention is based, respectively.FIG. 7 to FIG.ThirdFIG.TherePortions corresponding to the circuit diagrams of the conventional example shown in FIGS. 8 and 9 described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
[0029]
[FirstReference example]
First, the first type shown in FIG.Reference exampleWill be described.
The circuit configuration of the DC power supply shown in FIG. 1 is similar to the circuit configuration of the conventional DC power supply shown in FIG. 8, but differs in the following points.
In the DC / DC converter 3, another switching element Q2 is connected in parallel with the switching element Q1, and the switching element Q1 and the switching element Q2 are driven by a drive pulse from the control circuit 4. However, an on / off circuit 10 is interposed between the drive pulse output terminal of the control circuit 4 and the gate of the switching element Q2, and the drive pulse from the control circuit 4 is supplied to the on / off circuit 10.ToThrough the gate of the switching element Q2.
[0030]
Further, a current detection circuit 8 as current detection means for detecting an output current of the DC / DC converter 3 is inserted on the m side of the secondary winding L3 of the transformer T1. Then, a comparison circuit 9 for comparing the current value detected by the current detection circuit 8 with a reference value is provided. According to the comparison result, the on / off circuit 10 is in a non-operating state in which the switching element Q2 remains off, or The operation state is set to one of the operation states in which on / off is repeated by the drive pulse from the control circuit 4. The comparison circuit 9 and the ON / OFF circuit 10 constitute non-operation control means.
[0031]
The operation of this DC power supply will be described. The AC from the AC power supply 1 is rectified and smoothed by the rectifying and smoothing circuit 2. The output voltage is input to the DC / DC converter 3 and applied to the series circuit of the starting resistors R2 and R3, and the driving power supply capacitor C3 is charged by the divided voltage at the point d. When the charging voltage becomes equal to or higher than a predetermined value, the control circuit 4 starts operating, and outputs a driving pulse to the switching element Q1 and the switching element Q2 via the on / off circuit 10.
[0032]
As a result, the switching element Q1 and the switching element Q2 are turned on / off in parallel, so that the current flowing through the primary winding L1 of the transformer T1 is interrupted, and an AC high voltage is induced in the secondary winding L3. The alternating current is rectified and smoothed by diodes D8 and D9, inductor L5 and capacitor C4, and a DC voltage is output between output terminals 6 and 7. The voltage detection circuit 5 detects the DC voltage and feeds it back to the control circuit 4, so that the control circuit 4 controls ON / OFF of the switching elements Q1 and Q2 so that the output voltage becomes a predetermined voltage. I do.
[0033]
A load (not shown) is connected between the output terminals 6 and 7 of the DC / DC converter 3, and the value of a current flowing through the load is detected by a current detection circuit 8. A current value (a value converted into a voltage) detected by the current detection circuit is input to a comparison circuit 9, which compares the current value with a preset reference value, and turns on / off a signal of the comparison result. Output to the circuit 10. When the detected current value is smaller than the reference value, the ON / OFF circuit 10 does not apply the drive pulse from the control circuit 4 to the gate of the switching element Q2, and the switching element Q2 is forcibly kept off. Set to operation state.
[0034]
In this case, only the switching element Q1 performs the switching operation of the primary current of the transformer T1 alone, so that the switching loss and the drive loss of the switching element Q2 can be eliminated, and the efficiency of the DC power supply device can be improved. it can.
Note that the switching elements Q1 and Q2 have a rated current that is 1 / of that of the switching element Q1 of the conventional DC power supply device shown in FIG.
[0035]
When detecting the AC current by inserting the current detection circuit 8 at the position shown in FIG. 1, a current transformer or a resistor having a small resistance value for current detection can be used. May be detected by a resistor. Alternatively, the current detection circuit 8 may be located anywhere where a current value proportional to the output current of the DC / DC converter 4, such as the current on the primary side of the transformer T1, the output current or the input current of the rectifying / smoothing circuit 2, can be detected. It may be interposed.
[0036]
Also, this firstReference exampleIn the above, two switching elements Q1 and Q2 are connected in parallel and used. However, when three or more switching elements are connected in parallel and the output current becomes smaller than a preset value, Alternatively, the other switching elements except one of the plurality of switching elements may be set to the non-operating state in which the switching elements remain off.
[0037]
FIG. 2 shows a specific circuit example of the current detection circuit 8, the comparison circuit 9, and the on / off circuit 10.
Briefly describing this, in FIG. 2, the current detection circuit 8 uses a current transformer CT to detect an alternating current. Then, the primary winding of the current transformer CT is connected in series between the m-side on the secondary winding side of the transformer T1 of the DC / DC converter 3 shown in FIG. 1 and the anode side of the diode D9.
[0038]
As a result, a current that is inversely proportional to the turns ratio with respect to the current flowing through the primary winding of the current transformer CT flows through the secondary winding. The current is converted into a voltage by the resistor R5, and the detected voltage Vd, that is, a voltage having a value proportional to the output current of the DC / DC converter 3 is input to the negative input terminal of the comparator 30 of the comparison circuit 9, and the 5 V The power supply voltage is divided by the resistors R6 and R7, and a predetermined reference voltage Vr is input to its + input terminal as a comparison voltage.
[0039]
When the output current of the DC / DC converter 3 decreases and the detection voltage Vd becomes lower than the reference voltage Vr, the comparator 30 outputs the + side saturation output voltage (high-level output) to the on / off circuit 10 via the diode D10. Output to Due to the output voltage, a base current flows through the transistor TR1 of the on / off circuit 10, and the transistor TR1 is turned on. As a result, the gate of the switching element Q2 of the DC / DC converter 3 is grounded, forcing the switching element Q2 into the non-operating state.
[0040]
Conversely, when the output current of the DC / DC converter 3 increases and the detection voltage Vd becomes higher than the reference voltage Vr, the output of the comparator 30 becomes low level (0 V) and the transistor TR1 of the on / off circuit 10 is turned off. Therefore, the drive pulse from the control circuit 4 is applied to the gate of the switching element Q2 to start the on / off operation. The capacitor C6 of the on / off circuit 10 is provided for giving a slight delay (time constant) to the on / off of the transistor TR1.
[0041]
Note that instead of the current transformer CT and the current-voltage conversion circuit of FIG. 3, a current detection resistor is connected in series between the m-side of the secondary winding of the transformer T1 and the anode of the diode D9, A voltage value proportional to the output current of the DC / DC converter 3 may be detected based on a voltage generated between both terminals of the resistor.
[0042]
[SecondReference example]
Next, the inventionThe basis ofSecondReference exampleWill be described with reference to FIG.
In the DC power supply device shown in FIG. 3, a resistor R4 is inserted into an output line connected to the negative output terminal b of the diode bridge 20 in the rectifying and smoothing circuit 2 as a current detecting means, and a voltage is generated between both ends of the resistor R4. The detected voltage is detected by the current detection circuit 11 to detect a current value proportional to the output current of the DC power supply device, and the detected value is input to the comparison circuit 9 only.But,This is different from the DC power supply device shown in FIG.
[0043]
In the DC power supply device shown in FIG. 3, a resistor R4 as a current detecting means and an input current detecting circuit 11 constantly detect an input current proportional to an output current between output terminals 6 and 7, and a comparing circuit 9 detects the input current. The detected current value is compared with a preset reference value, and when it is smaller than the reference signal, the on / off circuit 10 forcibly puts the switching element Q2 into a non-operation state. As a result, the switching element Q1 operates alone, switching loss and drive loss in the switching element Q2 can be eliminated, and the efficiency of the DC power supply can be improved.
[0044]
Here, the current detecting means detects the current using the resistor R4.InsteadAlternatively, a current transformer may be used, or a primary current flowing through the primary winding L1 of the transformer T1 may be detected.
[0045]
[ThirdReference example]
Next, the inventionThe basis ofThirdReference exampleWill be described with reference to FIG.
The DC power supply device shown in FIG. 4 is provided with an external signal input terminal 12, and an external signal input from the external signal input terminal 12 is input to the on / off circuit 10 to forcibly switch the switching element Q2. The only point that the device is configured to be in the non-operating state while being turned off is the first device shown in FIG.Reference exampleAnd different.
[0046]
For example, a signal generated by pressing a switching stop button on an operation panel (not shown) of the DC power supply, or a signal of a circuit controlling an electronic device equipped with the DC power supply is supplied to an external signal input terminal. 12 to the on / off circuit 10. In this case, the ON / OFF circuit 10 unconditionally puts the switching element Q2 into a non-operating state, and makes only the switching element Q1 operate alone. Thereby, the switching loss and the drive loss of the switching element Q2 can be eliminated, and the efficiency can be improved.
[0047]
[FirstEmbodiment]
Next, according to the inventionFirstThe embodiment will be described with reference to FIG.
The DC power supply device shown in FIG. 5 has a boost chopper type active filter 13 as a power factor improving circuit between a diode bridge 20 and a DC / DC converter 3 like the conventional DC power supply device shown in FIG. Is provided.
The configuration inside the DC / DC converter 3 is the first configuration shown in FIG.Reference exampleIs the same as
[0048]
The active filter 13 has two switching elements Q3 and Q4 connected in parallel between lines 16 and 17, and both are driven by a drive pulse from the control circuit 14. An on / off circuit 15 is interposed between the output terminal of the control circuit 14 and the gate of the switching element Q4, and the output signal of the comparison circuit 9 in the DC / DC converter 3 is also input to the on / off circuit 15. I have.
Note that the rated current of the switching elements Q3 and Q4 may be 1 / of the switching element Q3 in the conventional example shown in FIG.
[0049]
In the DC power supply device shown in FIG. 5, similarly to the DC power supply device shown in FIG. 1, the current detection circuit 8 always detects the output current of the DC / DC converter 3, and the comparison circuit 9 outputs the detected current value. Is compared with a preset reference value, and a signal corresponding to the comparison result is output to both the ON / OFF circuit 10 and the ON / OFF circuit 15.
[0050]
here,The comparison circuit 9 and the on / off circuit 10 constitute first non-operation control means;The comparison circuit 9 and the on / off circuit 15 constitute second non-operation control means. When the current value detected by the current detection circuit 8 is smaller than the reference value, the on / off circuit 10 Causes the switching element Q2 to forcibly turn off and the non-operating state, and the on / off circuit 15 forcibly turns the switching element Q4 to the non-operating state while remaining off.
[0051]
As a result, only the switching element Q1 is operated on the DC / DC converter 3 side, and only the switching element Q3 is operated on the active filter 13 side. Thereby, each switching loss and drive loss due to the switching element Q2 of the DC / DC converter 3 and the switching element Q4 of the boost chopper type active filter 13 can be eliminated, and the efficiency of the DC power supply device can be improved. .
[0052]
[SecondEmbodiment]
Next, according to the inventionSecondThe embodiment will be described with reference to FIG.
The DC power supply device shown in FIG.FirstIn a DC power supply device having an active filter 13 similar to that of the embodiment, the current detecting means is the same as that shown in FIG. 3 and is inserted into a line 17 in order to inform the control circuit 14 of the active filter 13 of the input current value. The current detecting means is constituted by the resistor R4 and the current detecting circuit 11 for detecting a current value by a voltage generated between both terminals.
[0053]
In the DC power supply device shown in FIG. 6, the resistor R4 as current detecting means and the current detecting circuit 11 always detect the input current, and when the detected current value is smaller than the reference value, the comparing circuit 9 outputs the output current. The on / off circuits 10 and 15 are respectively controlled by signals to force the switching element Q2 into the non-operation state and also force the switching element Q4 into the non-operation state.Therefore, also in this embodiment, the comparison circuit 9 and the ON / OFF circuit 10 are in the first non-operating state. The comparison circuit 9 and the ON / OFF circuit 15 constitute second non-operation control means.
[0054]
Thereby,When the current value detected by the current detection circuit 11 is smaller than the reference value,In the DC / DC converter 3, only the switching element Q1 operates alone, and in the active filter 13, only the switching element Q3 operates alone. As a result, switching loss and drive loss of switching elements Q2 and Q4 can be eliminated, and the efficiency of the DC power supply can be improved.
[0055]
[ThirdEmbodiment]
Next, according to the inventionThirdThe embodiment will be described with reference to FIG.
thisThe DC power supply shown in FIG. 7 replaces the current detection circuit 11 and the comparison circuit 9 in the DC power supply shown in FIG.Reference exampleSimilarly to the above, an external signal input terminal 12 is provided, and external signals input therefrom are input to the on / off circuits 10 and 15, respectively.
[0056]
For example, a signal generated by pressing a switching stop button on an operation panel (not shown) of the DC power supply, or a signal of a circuit controlling an electronic device equipped with the DC power supply is supplied to the external input terminal 12. To the ON / OFF circuit 10 and the ON / OFF circuit 15, respectively. For input of such external signalsThereforeIn the DC / DC converter 3, the ON / OFF circuit 10 unconditionally sets the switching element Q2 to the non-operating state in which the switching element Q2 remains OFF, and the switching element Q1 alone operates. Also in the active filter 13, the on / off circuit 15 unconditionally sets the switching element Q4 to the non-operating state in which the switching element Q4 remains off, so that only the switching element Q3 operates alone.
[0057]
As a result, switching loss and drive loss due to the switching element Q2 of the DC / DC converter 3 and the switching element Q4 of the active filter 13 can be eliminated, and the efficiency of the DC power supply can be improved.
The method for stopping the operations of the switching elements Q2 and Q4 is to use a control IC as the on / off circuit 10 and to use the on / off function, to cut off the drive power supply for the control IC, or to use a drive signal for the switching element. It is possible to shut off any of the above methods.
[0058]
FIG.In each of the embodiments shown in FIG. 7 to FIG. 7, two switching elements of the DC / DC converter 3 and the boost chopper type active filter 13 are provided in parallel, but three or more switching elements may be provided in parallel. Also, the DC / DC converter has been described as a forward type and the active filter has been described as a boost chopper type.ButIn the flyback method and the half-bridge method, the same effect can be obtained regardless of the combination of the active filter and the step-down chopper method.
[0059]
The present invention can also be applied to a case where the DC / DC converter has multiple outputs. In this case, the output current of two or more outputs is detected, and the detection signal of each current detection circuit is ORed or added. The operating state / non-operating state of the switching element may be determined by inputting to a circuit and calculating the result.
[0060]
【The invention's effect】
According to the present invention, a rectifier circuit for full-wave rectifying an AC power supply is provided.,A DC / DC converter for obtaining one or more DC outputs;,ThatBetween rectifier circuit and DC / DC converterEstablishedActive filter for power factor improvementAnd byA switching element of a DC / DC converter in a configured DC power supply deviceAnd the switching element of the active filterProvided in parallel, when light load, that is, when the output power is small,DC / DC converter and
Active filter provided separatelyOf multiple switching elementsEachSince only one is active and the other switching elements are inactive,DC / DC converter and active filterThe switching loss and drive loss of the switching element can be reduced, and the efficiency of the DC power supply can be improved.
[0061]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is the present invention.Shows the first reference example that is the basis ofIt is a circuit diagram of a DC power supply device.
FIG. 2 shows a specific example of a current detection circuit 8, a comparison circuit 9, and an on / off circuit 10 in FIG.
It is a circuit diagram.
FIG. 3 is a schematic diagram of the present invention;Shows a second reference example that is the basis ofIt is a circuit diagram of a DC power supply device.
FIG. 4 is the present invention.Shows a third reference example that is the basis ofIt is a circuit diagram of a DC power supply device.
FIG. 5 according to the inventionFirstIt is a circuit diagram of the DC power supply device of the embodiment.
FIG. 6 according to the inventionSecondIt is a circuit diagram of the DC power supply device of the embodiment.
FIG. 7 according to the inventionThirdIt is a circuit diagram of the DC power supply device of the embodiment.
FIG. 8 is a circuit diagram showing an example of a conventional DC power supply device.
FIG. 9 is a circuit diagram showing an example of a DC power supply device provided with a conventional active filter.
[Explanation of symbols]
1: AC power supply 2: Rectifying smoothing circuit
3: DC / DC converter
4: DC / DC converter control circuit
5: Voltage detection circuit
6, 7: DC / DC converter output terminal
8: Current detection circuit 9: Comparison circuit
10, 15: ON / OFF circuit
12: External signal input terminal
13: Active filter
14: Active filter control circuit
20: Diode bridge (full-wave rectifier circuit)
Q1-Q4: Switching element
T1: Transformer

Claims (2)

交流電源から入力する交流を全波整流する整流回路と、該整流回路の出力が入力されるトランスの一次巻線と直列に接続したスイッチング素子をオン/オフすることによって前記トランスの二次巻線に誘起される電圧を整流平滑して出力するDC/DCコンバータとからなる直流電源装置において、
前記DC/DCコンバータのスイッチング素子を並列に複数設けると共に、
前記DC/DCコンバータの出力電流または該電流に比例する電流を検出する電流検出手段と、
該電流検出手段によって検出された電流値が予め設定した値より小さいときに、前記複数のスイッチング素子のうち1つを除く他のスイッチング素子をオフのままの非動作状態にする第1の非動作制御手段とを設け
さらに、前記整流回路と前記DC/DCコンバータとの間にスイッチング素子をオン/オフすることによって力率を改善するアクティブフィルタを設け、該アクティブフィルタのスイッチング素子を並列に複数設けると共に、
前記電流検出手段によって検出された電流値が予め設定した値より小さいときに、前記アクティブフィルタの複数のスイッチング素子のうち1つを除いて他のスイッチング素子をオフのまま非動作状態にする第2の非動作制御手段を設けた
ことを特徴とする直流電源装置。
A rectifier circuit for full-wave rectification of an alternating current input from an AC power supply, and a secondary winding of the transformer by turning on / off a switching element connected in series with a primary winding of the transformer to which an output of the rectifier circuit is input. DC / DC converter for rectifying and smoothing the voltage induced in the DC / DC converter and outputting the rectified and smoothed voltage,
A plurality of switching elements of the DC / DC converter are provided in parallel,
Current detection means for detecting an output current of the DC / DC converter or a current proportional to the current;
When the current value detected by said current detecting means is less than a preset value, the first non-operation of the non-operating state remains off the other switching elements but one of the plurality of switching elements Control means ,
Further, an active filter is provided between the rectifier circuit and the DC / DC converter to improve a power factor by turning on / off a switching element, and a plurality of switching elements of the active filter are provided in parallel.
When the current value detected by the current detecting means is smaller than a preset value, a second operation is performed in which the other switching elements of the active filter are turned off except for one of the plurality of switching elements and remain in the inactive state. A direct current power supply device comprising the non-operation control means .
交流電源から入力する交流を全波整流する整流回路と、該整流回路の出力が入力されるトランスの一次巻線と直列に接続したスイッチング素子をオン/オフすることによって前記トランスの二次巻線に誘起される電圧を整流平滑して出力するDC/DCコンバータとからなる直流電源装置において、
前記DC/DCコンバータのスイッチング素子を並列に複数設けると共に、
外部信号入力端子と、該入力端子から入力される外部信号によって前記複数のスイッチング素子のうち1つを除いて他のスイッチング素子をオフのままの非動作状態にする第1の非動作制御手段とを設け、
さらに、前記整流回路と前記DC/DCコンバータとの間にスイッチング素子をオン/オフすることによって力率を改善するアクティブフィルタを設け、該アクティブフィルタのスイッチング素子を並列に複数設けると共に、
前記外部信号入力端子から入力される外部信号によって前記アクティブフィルタの複数のスイッチング素子のうち1つを除く他のスイッチング素子をオフのままの非動作状態にする第2の非動作制御手段を設けた
ことを特徴とする直流電源装置。
A rectifier circuit for full-wave rectification of an alternating current input from an AC power supply, and a secondary winding of the transformer by turning on / off a switching element connected in series with a primary winding of the transformer to which an output of the rectifier circuit is input. DC / DC converter for rectifying and smoothing the voltage induced in the DC / DC converter and outputting the rectified and smoothed voltage,
A plurality of switching elements of the DC / DC converter are provided in parallel,
An external signal input terminal, and first non-operation control means for setting the other switching elements to an inactive state in which one of the plurality of switching elements is kept off by an external signal input from the input terminal; And
Further, an active filter is provided between the rectifier circuit and the DC / DC converter to improve a power factor by turning on / off a switching element, and a plurality of switching elements of the active filter are provided in parallel.
A second non-operation control means for setting other switching elements except one of the plurality of switching elements of the active filter to an inactive state in which the switching elements are kept off by an external signal input from the external signal input terminal; A DC power supply device characterized by the above-mentioned.
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