JP3590160B2

JP3590160B2 - DC power supply

Info

Publication number: JP3590160B2
Application number: JP25327995A
Authority: JP
Inventors: 久浩鎌田; 恵一菅井
Original assignee: Tohoku Ricoh Co Ltd
Current assignee: Tohoku Ricoh Co Ltd
Priority date: 1995-09-29
Filing date: 1995-09-29
Publication date: 2004-11-17
Anticipated expiration: 2015-09-29
Also published as: JPH0998576A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
この発明は、各種電子機器の直流電源として用いられる直流電源装置に関し、より詳細には、その起動時の動作を改善するための回路を備えた直流電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の直流電源としてスイッチングレギュレータのような直流電源装置が多用されるようになってきた。
一般に、このような直流電源装置では、交流電源から入力する交流は、ダイオードブリッジにより全波整流され、平滑コンデンサにより平滑化される。ここで、ダイオードブリッジの整流出力のリップル成分を除去するために、平滑コンデンサとしては大容量の電解コンデンサが使用される。
【０００３】
そのために、平滑コンデンサに流入する電流のピーク値が大きくなり、無効電力が流れて力率が低下するとともに、平滑コンデンサの充放電電流による内部損失によってコンデンサが発熱して、その寿命を低下させる原因となっていた。
さらに、入力電力が大きいため、スイッチング周波数およびその高調波の発生によるノイズが大きくなり、そのことが、その直流電源装置ばかりでなく交流電源を共用する他の機器にも悪影響を及ぼすという問題があった。そのため、大容量のノイズフィルタ回路を付加するなどの対策が必要であった。
【０００４】
そこで、このような問題に対処するために、従来から負荷における電力の一部をその入力側に帰還させて蓄積するようにした電力帰還型の直流電源装置が使用されている。
そのような電力帰還型の直流電源装置としては、例えば、特開平４−２９５６６号公報、特開平５−１６８２４０号公報、特開昭５９−１４８５７７号公報、および特公昭５８−３６５８８号公報等に見られるようなものがある。
【０００５】
図９は、特公昭５８−３６５８８号公報に開示されている電力帰還型の直流電源装置の回路図である。この図において、交流電源１からの交流が整流回路であるダイオードブリッジ２の入力端子間に入力され、その出力端子ａ，ｂ間に整流された脈流が出力され、その直流電圧を負荷１０に供給する。
【０００６】
その負荷１０の入力側に、ダイオードブリッジ２の正側出力端子ａにカソードが接続されたダイオードＤ１と、そのダイオードＤ１のアノードに一端が接続され、ダイオードブリッジ２の負側出力端子ｂに他端が接続されたコンデンサ（電解コンデンサ）Ｃ１とからなる電力蓄積回路を接続している。
この電力蓄積回路は、負荷１０から電力を帰還して蓄積し、負荷１０の入力端子間の電圧がその蓄積電圧以下に低下したときに、負荷１０の入力側に電力を供給するために設けた回路である。
【０００７】
負荷１０はチョークトランス１１とＤＣ−ＤＣコンバータからなり、そのチョークトランス１１の一次巻線の一端が負荷１０の正側入力端子ｃとなり、ダイオードブリッジ２の正側出力端子ａと接続され、その他端はＤＣ−ＤＣコンバータを構成する高周波トランス１２の一次巻線の一端に接続されている。その一次巻線の他端は、スイッチングトランジスタ１３を介して、ダイオードブリッジ２の負側出力端子ｂが接続される負荷１０の負側入力端子ｄに接続される。
【０００８】
そして、スイッチングトランジスタ１３のオン・オフによってトランス１２の二次巻線に誘起される電圧をダイオードＤ１２で整流し、コンデンサＣ１２で平滑して、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力端子ｇ，ｈ間に出力する。
その出力電圧を制御回路１４で検出し、その検出値に応じてスイッチングトランジスタ１３のオン・オフ時間比（デューティ）を制御して、出力端子ｇ，ｈ間に所定の出力電圧が得られるように制御する。
【０００９】
さらに、チョークトランス１１の二次巻線の一端を、電力蓄積回路のコンデンサＣ１とダイオードＤ１との接続点に導通する帰還端子ｆに接続し、他端をダイオードＤ１１のカソードに接続しており、そのダイオードＤ１１のアノードを負荷１０の負側入力端子ｄに接続して、コンデンサＣ１への電力帰還回路を形成している。
【００１０】
この構成において、スイッチングトランジスタ１３がオンのときにチョークトランス１１に蓄えられたエネルギーにより、スイッチングトランジスタ１３がオフの時にダイオードＤ１１を介してコンデンサＣ１に充電電流を流し、電力を帰還する。そして、ダイオードブリッジ２の出力電圧すなわち負荷１０の入力端子ｃ，ｄ間の電圧がコンデンサＣ１の蓄積電圧（充電電圧）以下になると、ダイオードＤ１が導通して、その蓄積電力を負荷１０に供給する。
【００１１】
このような電力帰還型の直流電源装置は、一般に図１０に示すように簡略化して表わすことができる。負荷１０はＤＣ−ＤＣコンバータに限らず、ドロッパ型のレギュレータ回路やチョッパ回路、あるいは単なる抵抗負荷などでもよい。
そして、電力蓄積回路を構成するコンデンサＣ１の両端子に導通する電力帰還端子ｆ−ｆ′間に負荷１０から電力の一部を帰還して蓄積し、負荷１０の入力側の電圧がその蓄積電圧より低くなったときに、ダイオードＤ１が導通して蓄積した電力を放出して負荷１０に供給することにより、ダイオードブリッジ２により全波整流された電流波形の谷間を浅くして平滑化し、力率の低下と高調波の発生とを防止することができる。
【００１２】
また、この電力蓄積回路は、ダイオードブリッジ２の出力電圧によって直接コンデンサＣ１に充電電流が流れない向きにダイオードＤ１が介挿されているので、交流電源１による電力印加開始時（図示しない電源スイッチのオン時）の突入電流を抑えることができ、ノイズの発生を防ぐことができる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の電力帰還型の直流電源装置では、電源スイッチ投入後、まず負荷に存在する素子に電力を供給して立ち上げた後、その電力の一部を電力帰還回路のコンデンサにも供給してその帰還回路を立ち上げることになる。そのため、交流電源１から交流電力を投入して直流電源装置を起動したとき、電力蓄積回路が電力を蓄積して電源装置が安定状態になるまでに時間を要するという問題があった。
【００１４】
図１１の（ａ）は、図１０に示した電力帰還型の直流電源装置の起動時の負荷１０の出力側での電圧波形を示し、同図の（ｂ）は交流入力電流波形を示す。
この実験での出力電力は１２０Ｗであり、立ち上がりまでの所要時間は、約３．３秒であった。
また、（ａ）に見られるように、この電源装置が立ち上がるまでの３．３秒の期間に、出力電圧波形にサージ電圧が頻発しており、負荷側に接続される機器に悪影響を与える可能性がある。
【００１５】
この発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、電力帰還型の直流電源装置において、交流電源を投入してから負荷に安定した電力を供給できるようになる（定常状態に立ち上がる）までに要する時間、すなわち起動時間を短縮することを目的とする。
また、その立ち上がりまでの期間に、出力電圧波形にサージ電圧が発生しないようにすることも目的とする。
さらに、電力帰還型の直流電源装置の利点である力率の向上と高調波の発生防止効果等を損なうことなく、電源装置の小型化及び低価格化を図ることも目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
この発明は上記の目的を達成するため、図１に示すように、交流電源１から入力する交流を整流して直流に変換し、負荷１０に供給する整流回路２と、負荷１０の入力側に接続され、負荷１０の入力端子間の電圧が蓄積電圧以下になったときに負荷１０の入力側に電力を供給する電力蓄積回路３と、負荷１０から電力蓄積回路３に電力を帰還する電力帰還回路５と、起動時に交流電源１または整流回路２から電力蓄積回路３に電力を供給する電力供給回路４とによって、直流電源装置６を構成するものである。
【００１７】
このように構成した直流電源装置６は、交流電源１の投入による起動時には、交流電源１または整流回路２から電力蓄積回路３に電力を供給してその電力蓄積用のコンデンサを充電させるので、電力蓄積回路３を速やかに立ち上げて、短時間で負荷１０に安定した電力を供給できるようになり、サージ電圧の発生もなくなる。
【００１８】
この直流電源装置６を構成する各回路１〜５は、それぞれ図２乃至図６に示すように構成することができるが、それらについては次の発明の実施の形態の項で詳述する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて具体的に説明する。
図２乃至図６は、それぞれこの発明の第１乃至第５の実施形態（それぞれ請求項２乃至６に対応する）を示す直流電源装置の回路図であり、図９及び図１０と対応する部分には同一の符号を付してある。
【００２０】
〔第１の実施形態〕
先ず、図２に示す第１の実施形態について、図１と対応させて説明する。
この直流電源装置では、交流電源１から入力する交流を全波整流するダイオードブリッジ（整流回路と同じ符号２を付す）が、図１における整流回路２を構成している。この点は以下に説明する全ての実施形態に共通である。
【００２１】
そして、そのダイオードブリッジ２の正側出力端子ａにカソードが接続された第１のダイオードＤ１と、その第１のダイオードＤ１のアノードに一端が接続され、ダイオードブリッジ２の負側出力端子ｂに他端が接続されたコンデンサ（電解コンデンサ）Ｃ１とによって、図１における電力蓄積回路３を構成している。
【００２２】
電力帰還回路５は、負荷１０からコンデンサＣ１の両端子にそれぞれ導通する電力帰還端子ｆ−ｆ′間に電力を帰還する回路であり、負荷１０との接続部の図示を省略しているが、負荷１０としては前述のように供給された電力の一部を帰還できるものであれば種々の回路を接続でき、図９に示したようなＤＣ−ＤＣコンバータと電力帰還用のチョークトランスとからなる回路を用いることができる。
【００２３】
さらに、ダイオードブリッジ２の正側出力端子ａと第１のダイオードＤ１とコンデンサＣ１との接続点ｅとの間に、正側出力端子ａから接続点ｅに電流を流す向きに接続した第２のダイオードＤ２と抵抗Ｒ１との直列回路によって、図１における電力供給回路４を構成している。この第２のダイオードＤ２と抵抗１の位置を入れ換えても差し支えない。
【００２４】
次に、図７及び図８も用いて、この図２に示した第１の実施の形態の作用について説明する。
図７は、この直流電源装置の安定状態での各部の電流または電圧の波形を示し、（ａ）は交流電源１の出力電圧波形、（ｂ）はダイオードブリッジ２の出力電圧波形、（ｃ）は負荷１０の入力電圧波形、（ｄ）は交流電源１の出力電流波形をそれぞれ示す。
【００２５】
安定状態において、負荷１０から電力帰還端子ｆ−ｆ′間に電力が帰還されて生じるコンデンサＣ１の蓄積電圧が、図７の（ｂ）および（ｃ）に示すＶ１の値であるとする。しかし、起動時においてはこの電力帰還端子ｆ−ｆ′間への電力の帰還はまだ不十分であり、コンデンサＣ１の蓄積電圧はＶ１よりはるかに小さい値である。このときに、電圧Ｖ１よりわずかに小さい値である電圧Ｖ２を、ダイオードブリッジ２から第２のダイオードＤ２と抵抗Ｒ１の直列回路を介して電力帰還端子ｆ−ｆ′間に印加することによって、短時間でそのコンデンサＣ１を充電するようにしている。
【００２６】
すなわち、交流電源１を投入したとき、負荷１０から電力帰還端子ｆ−ｆ′間には電力帰還がまだなされておらず、コンデンサＣ１は充電されていない。そして、ダイオードブリッジ２によって全波整流された出力端子ａ−ｂ間の図７の（ｂ）に示す電圧が、第２のダイオードＤ２および抵抗Ｒ１を介して電力帰還端子ｆ−ｆ′間に印加され、コンデンサＣ１を充電する。
【００２７】
このときの充電電圧の値が図７の（ｂ）及び（ｃ）に示すＶ２になるように、抵抗Ｒ１の抵抗値を予め設定する。また、第１のダイオードＤ１はコンデンサＣ１の充電を阻止する向きに接続されているので、このときダイオードブリッジ２の出力電圧により第１のダイオードＤ１を介してコンデンサＣ１が充電されることはない。
【００２８】
そして、ダイオードブリッジ２の出力電圧がピーク値を過ぎてその電圧がＶ２以下になってくると、コンデンサＣ１から第１のダイオードＤ１を介して負荷１０の入力端子に放電電流が流れる。
このことは、定常状態において負荷１０の入力端子に第１のダイオードＤ１を介して蓄積電力を供給することと同様のことであり、交流電源１の投入と同時にあたかも定常状態での電力帰還が作用しているような状態となる。それによって、電源装置の起動時間を短縮することになる。
【００２９】
そして、負荷１０が安定状態になってしまえば、コンデンサＣ１は負荷１０から電力帰還端子ｆ−ｆ′への帰還電力によって、電圧がＶ２より高い電圧Ｖ１に充電されるので、第２のダイオードＤ２を介しての充電電流は流れなくなる。したがって抵抗Ｒ１による電力の損失も生じない。
また、図７の（ｄ）に示すように、交流電源１の出力電流波形のピーク値も低く、ダイオードブリッジ２からの出力電流の力率に影響を与えることもない。
【００３０】
図８の（ａ）は、この第１の実施の形態における電源起動時の負荷１０の出力電圧波形を示し、（ｂ）は交流入力電流波形を示す。
この実験によれば、図１１に示した従来例の場合と比較して、立ち上がりまでの所要時間は０．６秒に短縮され、またその間にサージ電圧の発生はみられなかった。
【００３１】
〔第２の実施形態〕
次に、この発明の第２の実施形態を図３によって説明する。
この図３に示す実施形態において、図２に示した第１の実施形態と相違するのは、図１における電力供給回路４として、ダイオードブリッジ２の出力端子ａ，ｂ間に入力端子が接続され、出力電圧を電力蓄積回路のコンデンサＣ１の端子間（電力帰還端子はｆ−ｆ′間）に印加するシリーズレギュレータ７に代えた点のみである。
【００３２】
この実施形態によっても、前述した第１の実施形態による直流電源装置と同様に動作し、起動時にダイオードブリッジ２の出力電圧をシリーズレギュレータ７で調整した電圧Ｖ２によってコンデンサＣ１を充電することができ、起動時間を短縮することができる。そして、負荷１０が安定状態になってしまえば、コンデンサＣ１は負荷１０から電力帰還端子ｆ−ｆ′に帰還される電力によって電圧Ｖ２より高い電圧Ｖ１に充電されるので、シリーズレギュレータ７の出力電流は流れなくなり、制御トランジスタなどによる電力損失は生じない。
【００３３】
〔第３の実施形態〕
次に、この発明の第３の実施形態を図４によって説明する。
この図４に示す実施形態において、図２に示した第１の実施形態と相違するのは、図１における電力供給回路４として、第２のダイオードＤ２と抵抗Ｒ１との直列回路を、ダイオードブリッジ２の一方の入力端子ｇと第１のダイオードＤ１とコンデンサＣ１との接続点ｅとの間に、第２のダイオードＤ２を一方の入力端子ｇから接続点ｅに電流を流す向きにして接続した点のみである。
この場合も、抵抗Ｒ１と第２のダイオードＤ２との位置を入れ換えても差し支えない。
【００３４】
図２に示した第１の実施形態では、起動時にダイオードブリッジ２の出力端子ａ，ｂ間の全波整流された電圧によって、第２のダイオードＤ２と抵抗Ｒ１との直列回路を介してコンデンサＣ１を充電するものであった。
図４に示すこの第３の実施形態では、交流電源１の一方の端子とダイオードブリッジ２の一方の負側出力端子ｂとの間に得られる半波整流された電圧によって、起動時に第２のダイオードＤ２と抵抗Ｒ１の直列回路を介して蓄積回路のコンデンサＣ１を充電しようとするものである。
【００３５】
交流電源１を投入したとき、電力帰還端子ｆ−ｆ′には負荷１０による電力帰還がまだなされず、コンデンサＣ１は充電されていない。そして、交流電源１からの電圧がダイオードブリッジ２の一辺で半波整流されて、第２のダイオードＤ２と抵抗Ｒ１の直列回路を介してコンデンサＣ１を充電する。
【００３６】
このときの充電電圧の値が図７の（ｂ），（ｃ）に示したＶ２になるように、抵抗Ｒ１の抵抗値を予め設定しておく。そして、ダイオードブリッジ２からの出力電圧がその谷間にさしかかって負荷１０への供給電圧がＶ２以下になると、コンデンサＣ１から第１のダイオードＤ１を介して負荷１０の入力端子に放電電流が流れる。すなわち、蓄積電力を負荷１０に供給する。
【００３７】
そして、負荷１０が安定状態になってしまえば、コンデンサＣ１は負荷１０から電力帰還端子ｆ−ｆ′に帰還される電力によって、電圧Ｖ２より高い電圧Ｖ１に充電されるので、第２のダイオードＤ２は非導通状態になり、抵抗Ｒ１を介してコンデンサＣ１に充電電流は流れなくなり、抵抗Ｒ１による電力の損失は発生せず、ダイオードブリッジ２からの出力電流の力率に影響を与えることもない。
【００３８】
〔第４の実施形態〕
次に、この発明の第４の実施形態を図５によって説明する。
この図５に示す実施形態においては、これまでに説明した各実施形態の電力蓄積回路３に対して、その第１のダイオードＤ１とコンデンサＣ１の位置を入れ換え、それに伴って図２において電力供給回路４を構成した第２のダイオードＤ２と抵抗Ｒ１の接続位置を変更したものであり、その他の構成及び作用・効果は上述の各実施形態と同様である。
【００３９】
すなわち、この図５に示す直流電源装置では、ダイオードブリッジ２の負側出力端子ｂにアノードが接続された第１のダイオードＤ１と、その第１のダイオードＤ１のカソードに一端が接続され、ダイオードブリッジ２の正側出力端子ａに他端が接続されたコンデンサＣ１とによって図１における電力蓄積回路３を構成し、そのコンデンサＣ１の両端子にそれぞれ導通する帰還端子ｆ，ｆ′を設けている。
【００４０】
そして、第１のダイオードＤ１とコンデンサＣ１との接続点ｅ′とダイオードブリッジ２の負側出力端子ｂとの間に、接続点ｅ′から負側出力端子ｂに電流を流す向きに接続した第２のダイオードＤ２と抵抗Ｒ１との直列回路によって、図１における電力供給回路４を構成している。この第２のダイオードＤ２と抵抗Ｒ１の位置を入れ替えても差し支えない。
【００４１】
〔第５の実施形態〕
次に、この発明の第５の実施形態を図６によって説明する。
この図６に示す実施形態において、上述の第４の実施形態と相違するのは、電力供給回路４として、第２のダイオードＤ２と抵抗Ｒ１との直列回路に代えて、図３に示した第２の実施形態と同様に、ダイオードブリッジ２の出力端子ａ，ｂ間に入力端子を接続し、出力電圧をコンデンサＣ１の端子間（帰還端子ｆ−ｆ′間）に印加するシリーズレギュレータ７を設けた点のみである。
この構成によっても、前述した第２の実施形態による直流電源装置と同じ作用・効果を得ることができる。
【００４２】
なお、図２，図４，および図５に示した実施形態において、電力供給回路の抵抗Ｒ１を定電圧ダイオードまたはバリスタの抵抗とし、それによって起動時の充電電圧Ｖ２を設定するようにしてもよい。
また、図１における整流回路２は、上述した各実施形態におけるダイオードブリッジに限るものではなく、半波整流回路や倍電圧整流回路等を用いることもできる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明してきたように、この発明によれば、電力帰還型の直流電源装置としての入力電流の導通角及び力率の改善並びに高調波の発生を防ぐ効果に影響を与えることなく、起動時間を大幅に短縮することができ、且つその立ち上がりまでの期間中にサージ電圧が発生することもなくなる。
したがって、起動時間が短く高性能な直流電源装置の小型化及び低価格化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による直流電源装置の基本構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の第１の実施形態を示す直流電源装置の回路図である。
【図３】この発明の第２の実施形態を示す直流電源装置の回路図である。
【図４】この発明の第３の実施形態を示す直流電源装置の回路図である。
【図５】この発明の第４の実施形態を示す直流電源装置の回路図である。
【図６】この発明の第５の実施形態を示す直流電源装置の回路図である。
【図７】この発明による直流電源装置の各部の電圧および電流波形を示す波形図である。
【図８】同じくその直流電源装置の起動時の負荷の出力電圧と交流入力電流の波形図である。
【図９】従来の電力帰還型の直流電源装置の一例を示す回路図である。
【図１０】同じくそれを簡略化して示す回路図である。
【図１１】同じくその直流電源装置の起動時の負荷の出力電圧と交流入力電流の波形図である。
【符号の説明】
１：交流電源２：整流回路，ダイオードブリッジ
３：電力蓄積回路４：電力供給回路
５：電力帰還回路６：直流電源装置
７：シリーズレギュレータ
１０：負荷１１：チョークトランス
１２：高周波トランス
１３：スイッチングトランジスタ
１４：制御回路Ｄ１：第１のダイオード
Ｄ２：第２のダイオード
Ｃ１：電力蓄積用のコンデンサＲ１：抵抗
ｆ，ｆ′：電力帰還端子[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a DC power supply used as a DC power supply for various electronic devices, and more particularly, to a DC power supply provided with a circuit for improving the operation at the time of startup.
[0002]
[Prior art]
In recent years, DC power supplies such as switching regulators have been frequently used as DC power supplies for electronic devices.
Generally, in such a DC power supply device, an alternating current input from an AC power supply is full-wave rectified by a diode bridge and smoothed by a smoothing capacitor. Here, in order to remove the ripple component of the rectified output of the diode bridge, a large-capacity electrolytic capacitor is used as the smoothing capacitor.
[0003]
For this reason, the peak value of the current flowing into the smoothing capacitor increases, the reactive power flows, the power factor decreases, and the capacitor loses heat due to internal loss due to the charging and discharging current of the smoothing capacitor, which causes its life to be shortened. It was.
Furthermore, since the input power is large, the noise due to the generation of the switching frequency and its harmonics increases, which adversely affects not only the DC power supply device but also other devices that share the AC power supply. Was. Therefore, measures such as adding a large-capacity noise filter circuit have been required.
[0004]
Therefore, in order to cope with such a problem, a power feedback type DC power supply device in which a part of power in a load is fed back to its input side and accumulated is conventionally used.
Examples of such a power feedback type DC power supply device are disclosed in JP-A-4-29566, JP-A-5-168240, JP-A-59-148577, and JP-B-58-36588. Something you can see.
[0005]
FIG. 9 is a circuit diagram of a power feedback type DC power supply device disclosed in Japanese Patent Publication No. 58-36588. In this figure, an AC from an AC power supply 1 is input between input terminals of a diode bridge 2 which is a rectifier circuit, a rectified pulsating current is output between output terminals a and b, and the DC voltage is applied to a load 10. Supply.
[0006]
A diode D1 whose cathode is connected to the positive output terminal a of the diode bridge 2 is connected to the input side of the load 10, one end is connected to the anode of the diode D1, and the other end is connected to the negative output terminal b of the diode bridge 2. And a capacitor (electrolytic capacitor) C1 to which a power storage circuit is connected.
The power storage circuit is provided to feed back power from the load 10 and store the power, and to supply power to the input side of the load 10 when the voltage between the input terminals of the load 10 falls below the stored voltage. Circuit.
[0007]
The load 10 includes a choke transformer 11 and a DC-DC converter. One end of a primary winding of the choke transformer 11 serves as a positive input terminal c of the load 10 and is connected to a positive output terminal a of the diode bridge 2. Is connected to one end of a primary winding of a high-frequency transformer 12 constituting a DC-DC converter. The other end of the primary winding is connected via a switching transistor 13 to a negative input terminal d of a load 10 to which a negative output terminal b of the diode bridge 2 is connected.
[0008]
Then, the voltage induced in the secondary winding of the transformer 12 by turning on / off the switching transistor 13 is rectified by the diode D12, smoothed by the capacitor C12, and output between the output terminals g and h of the DC-DC converter. .
The output voltage is detected by the control circuit 14, and the on / off time ratio (duty) of the switching transistor 13 is controlled according to the detected value so that a predetermined output voltage can be obtained between the output terminals g and h. Control.
[0009]
Further, one end of a secondary winding of the choke transformer 11 is connected to a feedback terminal f which is conducted to a connection point between the capacitor C1 and the diode D1 of the power storage circuit, and the other end is connected to a cathode of the diode D11. The anode of the diode D11 is connected to the negative input terminal d of the load 10 to form a power feedback circuit to the capacitor C1.
[0010]
In this configuration, when the switching transistor 13 is turned on, the charging current flows to the capacitor C1 via the diode D11 by the energy stored in the choke transformer 11, and the power is fed back when the switching transistor 13 is turned off. When the output voltage of the diode bridge 2, that is, the voltage between the input terminals c and d of the load 10 becomes lower than the storage voltage (charging voltage) of the capacitor C1, the diode D1 conducts and supplies the stored power to the load 10. .
[0011]
Such a power feedback type DC power supply device can be generally simplified as shown in FIG. The load 10 is not limited to a DC-DC converter, but may be a dropper type regulator circuit, a chopper circuit, or a simple resistive load.
Then, a part of the power is fed back from the load 10 between the power feedback terminals ff and f ', which conduct to both terminals of the capacitor C1 constituting the power storage circuit, and is stored. The voltage on the input side of the load 10 is the stored voltage. When the voltage becomes lower, the diode D1 conducts and releases the accumulated power to supply the load 10 to the load 10, so that the valley of the current waveform rectified by the diode bridge 2 is made shallow and smooth, and the power factor is reduced. And generation of harmonics can be prevented.
[0012]
Further, in this power storage circuit, since the diode D1 is inserted so that the charging current does not flow directly to the capacitor C1 due to the output voltage of the diode bridge 2, the power supply is started by the AC power supply 1 (the power supply switch (not shown)). Inrush current at the time of ON) can be suppressed, and generation of noise can be prevented.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a conventional power feedback type DC power supply, after the power switch is turned on, power is first supplied to the elements present in the load, and then the power is turned on, and a part of the power is supplied to the capacitor of the power feedback circuit. Is supplied to start up the feedback circuit. Therefore, when AC power is supplied from the AC power supply 1 and the DC power supply is started, there is a problem that it takes time until the power storage circuit stores power and the power supply becomes stable.
[0014]
FIG. 11A shows a voltage waveform on the output side of the load 10 when the power feedback type DC power supply device shown in FIG. 10 is started, and FIG. 11B shows an AC input current waveform.
The output power in this experiment was 120 W, and the time required for the rise was about 3.3 seconds.
Further, as shown in FIG. 3A, a surge voltage frequently occurs in the output voltage waveform during a period of 3.3 seconds before the power supply device starts up, which may adversely affect devices connected to the load side. There is.
[0015]
The present invention has been made in view of the above points, and in a power feedback type DC power supply, from when an AC power supply is turned on to when stable power can be supplied to a load (starts up in a steady state). The purpose is to reduce the time required, that is, the startup time.
It is another object of the present invention to prevent a surge voltage from being generated in the output voltage waveform during the period up to the rise.
It is still another object of the present invention to reduce the size and cost of the power supply device without deteriorating the advantages of the power feedback type DC power supply device such as the improvement of the power factor and the effect of preventing generation of harmonics.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, as shown in FIG. 1, the present invention rectifies an alternating current input from an alternating current power supply 1 and converts it into a direct current, and supplies the rectified circuit 2 to a load 10; A power storage circuit 3 that is connected and supplies power to the input side of the load 10 when the voltage between the input terminals of the load 10 becomes equal to or lower than the storage voltage, and a power feedback that feeds back power from the load 10 to the power storage circuit 3 The circuit 5 and the power supply circuit 4 that supplies power from the AC power supply 1 or the rectifier circuit 2 to the power storage circuit 3 at the time of startup constitute a DC power supply device 6.
[0017]
The DC power supply device 6 configured as described above supplies power from the AC power supply 1 or the rectifier circuit 2 to the power storage circuit 3 and charges the power storage capacitor when the AC power supply 1 is started up. The storage circuit 3 is quickly started up, and stable power can be supplied to the load 10 in a short time, and generation of a surge voltage is also eliminated.
[0018]
Each of the circuits 1 to 5 constituting the DC power supply 6 can be configured as shown in FIGS. 2 to 6, respectively, and these will be described in detail in the following embodiments of the invention.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings.
FIGS. 2 to 6 are circuit diagrams of DC power supply devices showing first to fifth embodiments of the present invention (corresponding to claims 2 to 6, respectively). Portions corresponding to FIGS. 9 and 10 are shown. Are denoted by the same reference numerals.
[0020]
[First Embodiment]
First, a first embodiment shown in FIG. 2 will be described with reference to FIG.
In this DC power supply device, a diode bridge (with the same reference numeral 2 as that of the rectifier circuit) that performs full-wave rectification of AC input from the AC power supply 1 constitutes the rectifier circuit 2 in FIG. This point is common to all embodiments described below.
[0021]
A first diode D1 whose cathode is connected to the positive output terminal a of the diode bridge 2, one end is connected to the anode of the first diode D1, and another end is connected to the negative output terminal b of the diode bridge 2. The power storage circuit 3 in FIG. 1 is constituted by the capacitor (electrolytic capacitor) C1 whose end is connected.
[0022]
The power feedback circuit 5 is a circuit that feeds back power between the power feedback terminals ff ′ that are conducted from the load 10 to both terminals of the capacitor C1, respectively, and illustration of a connection portion with the load 10 is omitted. The load 10 can be connected to various circuits as long as it can return a part of the supplied power as described above, and includes a DC-DC converter and a choke transformer for power feedback as shown in FIG. A circuit can be used.
[0023]
Further, a second terminal connected between the positive output terminal a of the diode bridge 2 and a connection point e between the first diode D1 and the capacitor C1 in a direction in which current flows from the positive output terminal a to the connection point e. The power supply circuit 4 in FIG. 1 is configured by a series circuit of the diode D2 and the resistor R1. The positions of the second diode D2 and the resistor 1 may be interchanged.
[0024]
Next, the operation of the first embodiment shown in FIG. 2 will be described with reference to FIGS.
FIGS. 7A and 7B show current or voltage waveforms at various parts of the DC power supply device in a stable state. FIG. 7A shows an output voltage waveform of the AC power supply 1, FIG. 7B shows an output voltage waveform of the diode bridge 2, and FIG. Shows the input voltage waveform of the load 10, and (d) shows the output current waveform of the AC power supply 1, respectively.
[0025]
In the stable state, it is assumed that the accumulated voltage of the capacitor C1 generated by the power being fed back from the load 10 to the power feedback terminal ff ′ has the value of V1 shown in FIGS. 7B and 7C. However, at the time of startup, the feedback of power between the power feedback terminals ff 'is still insufficient, and the accumulated voltage of the capacitor C1 is much smaller than V1. At this time, the voltage V2, which is slightly smaller than the voltage V1, is applied between the power feedback terminals ff 'from the diode bridge 2 through the series circuit of the second diode D2 and the resistor R1. The capacitor C1 is charged in time.
[0026]
That is, when the AC power supply 1 is turned on, power has not yet been fed back from the load 10 to the power feedback terminals ff ', and the capacitor C1 has not been charged. Then, the voltage shown in FIG. 7B between the output terminals a and b, which has been full-wave rectified by the diode bridge 2, is applied between the power feedback terminals ff 'via the second diode D2 and the resistor R1. Then, the capacitor C1 is charged.
[0027]
The resistance value of the resistor R1 is set in advance so that the value of the charging voltage at this time becomes V2 shown in FIGS. 7B and 7C. Also, since the first diode D1 is connected in a direction to prevent charging of the capacitor C1, the capacitor C1 is not charged by the output voltage of the diode bridge 2 via the first diode D1 at this time.
[0028]
Then, when the output voltage of the diode bridge 2 exceeds the peak value and becomes lower than V2, a discharge current flows from the capacitor C1 to the input terminal of the load 10 via the first diode D1.
This is the same as supplying the stored power to the input terminal of the load 10 via the first diode D1 in the steady state, and the power feedback in the steady state works as soon as the AC power supply 1 is turned on. You will be in a state like you are doing. Thereby, the startup time of the power supply device is reduced.
[0029]
When the load 10 is in a stable state, the voltage of the capacitor C1 is charged to the voltage V1 higher than V2 by the feedback power from the load 10 to the power feedback terminal ff ′, so that the second diode D2 No charging current flows through. Therefore, power loss due to the resistor R1 does not occur.
Further, as shown in FIG. 7D, the peak value of the output current waveform of the AC power supply 1 is low, and the power factor of the output current from the diode bridge 2 is not affected.
[0030]
FIG. 8A shows an output voltage waveform of the load 10 at the time of starting the power supply in the first embodiment, and FIG. 8B shows an AC input current waveform.
According to this experiment, the time required for rising was reduced to 0.6 seconds as compared with the case of the conventional example shown in FIG. 11, and no surge voltage was generated during that time.
[0031]
[Second embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The embodiment shown in FIG. 3 differs from the first embodiment shown in FIG. 2 in that an input terminal is connected between output terminals a and b of a diode bridge 2 as a power supply circuit 4 in FIG. And a series regulator 7 for applying the output voltage between the terminals of the capacitor C1 of the power storage circuit (the power feedback terminal is between ff ').
[0032]
According to this embodiment as well, it operates similarly to the DC power supply according to the above-described first embodiment, and can charge the capacitor C1 with the voltage V2 obtained by adjusting the output voltage of the diode bridge 2 by the series regulator 7 at the time of startup. The startup time can be reduced. When the load 10 is in a stable state, the capacitor C1 is charged to the voltage V1 higher than the voltage V2 by the power fed back from the load 10 to the power feedback terminal ff '. Does not flow, and no power loss occurs due to the control transistor and the like.
[0033]
[Third embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The embodiment shown in FIG. 4 differs from the first embodiment shown in FIG. 2 in that a series circuit of a second diode D2 and a resistor R1 is replaced by a diode bridge as the power supply circuit 4 in FIG. The second diode D2 is connected between the one input terminal g of the second and the connection point e of the first diode D1 and the capacitor C1 so that the current flows from the one input terminal g to the connection point e. Only points.
Also in this case, the positions of the resistor R1 and the second diode D2 may be interchanged.
[0034]
In the first embodiment shown in FIG. 2, the capacitor C1 is connected via the series circuit of the second diode D2 and the resistor R1 by the full-wave rectified voltage between the output terminals a and b of the diode bridge 2 at startup. Was to charge.
In the third embodiment shown in FIG. 4, the half-wave rectified voltage obtained between one terminal of the AC power supply 1 and one negative output terminal b of the diode bridge 2 causes the second It is intended to charge a capacitor C1 of a storage circuit through a series circuit of a diode D2 and a resistor R1.
[0035]
When the AC power supply 1 is turned on, the power feedback from the load 10 has not yet been made to the power feedback terminal ff ', and the capacitor C1 has not been charged. Then, the voltage from the AC power supply 1 is half-wave rectified on one side of the diode bridge 2, and charges the capacitor C1 via the series circuit of the second diode D2 and the resistor R1.
[0036]
The resistance value of the resistor R1 is set in advance so that the value of the charging voltage at this time becomes V2 shown in FIGS. 7B and 7C. When the output voltage from the diode bridge 2 approaches the valley and the supply voltage to the load 10 becomes V2 or less, a discharge current flows from the capacitor C1 to the input terminal of the load 10 via the first diode D1. That is, the stored power is supplied to the load 10.
[0037]
When the load 10 is in a stable state, the capacitor C1 is charged to a voltage V1 higher than the voltage V2 by the power fed back from the load 10 to the power feedback terminal ff ′, so that the second diode D2 Becomes non-conductive, the charging current stops flowing to the capacitor C1 via the resistor R1, no power is lost by the resistor R1, and the power factor of the output current from the diode bridge 2 is not affected.
[0038]
[Fourth embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the embodiment shown in FIG. 5, the positions of the first diode D1 and the capacitor C1 are exchanged with respect to the power storage circuit 3 of each embodiment described so far, and the power supply circuit shown in FIG. The fourth embodiment differs from the first embodiment in that the connection position between the second diode D2 and the resistor R1 is changed, and the other configurations, operations, and effects are the same as those in the above-described embodiments.
[0039]
That is, in the DC power supply device shown in FIG. 5, a first diode D1 having an anode connected to the negative output terminal b of the diode bridge 2 and one end connected to a cathode of the first diode D1 are provided. The power storage circuit 3 shown in FIG. 1 is constituted by the capacitor C1 having the other end connected to the positive output terminal a of the power supply circuit 2 and feedback terminals f and f ', which are conductive, are provided at both terminals of the capacitor C1.
[0040]
Then, between the connection point e 'between the first diode D1 and the capacitor C1 and the negative output terminal b of the diode bridge 2, a connection is made in the direction in which current flows from the connection point e' to the negative output terminal b. The power supply circuit 4 in FIG. 1 is configured by a series circuit of the two diodes D2 and the resistor R1. The positions of the second diode D2 and the resistor R1 may be interchanged.
[0041]
[Fifth Embodiment]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The embodiment shown in FIG. 6 is different from the above-described fourth embodiment in that the power supply circuit 4 is replaced with a series circuit of a second diode D2 and a resistor R1 instead of the power supply circuit 4 shown in FIG. As in the second embodiment, a series regulator 7 is provided in which an input terminal is connected between output terminals a and b of the diode bridge 2 and an output voltage is applied between terminals of the capacitor C1 (between feedback terminals ff '). It is only a point.
With this configuration, the same operation and effect as those of the DC power supply device according to the above-described second embodiment can be obtained.
[0042]
In the embodiments shown in FIGS. 2, 4, and 5, the resistor R1 of the power supply circuit may be a constant voltage diode or a resistor of a varistor, thereby setting the charging voltage V2 at the time of startup. .
Further, the rectifier circuit 2 in FIG. 1 is not limited to the diode bridge in each of the above-described embodiments, and may use a half-wave rectifier circuit, a voltage doubler rectifier circuit, or the like.
[0043]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the startup time can be reduced without affecting the effect of improving the conduction angle and power factor of the input current and preventing the generation of harmonics as a power feedback type DC power supply device. It can be greatly reduced, and no surge voltage occurs during the period up to the rise.
Therefore, it is possible to reduce the size and cost of a high-performance DC power supply device having a short startup time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a basic configuration of a DC power supply device according to the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram of a DC power supply device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a circuit diagram of a DC power supply device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a circuit diagram of a DC power supply device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a circuit diagram of a DC power supply device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a circuit diagram of a DC power supply device according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a waveform diagram showing voltage and current waveforms at various parts of the DC power supply device according to the present invention.
FIG. 8 is a waveform diagram of an output voltage of a load and an AC input current when the DC power supply device is started.
FIG. 9 is a circuit diagram showing an example of a conventional power feedback type DC power supply device.
FIG. 10 is a simplified circuit diagram showing the same.
FIG. 11 is a waveform diagram of an output voltage of a load and an AC input current when the DC power supply is started.
[Explanation of symbols]
1: AC power supply 2: Rectifier circuit, diode bridge 3: Power storage circuit 4: Power supply circuit 5: Power feedback circuit 6: DC power supply 7: Series regulator 10: Load 11: Choke transformer 12: High frequency transformer 13: Switching transistor 14: Control circuit D1: First diode D2: Second diode C1: Power storage capacitor R1: Resistance f, f ': Power feedback terminal

Claims

A rectifier circuit (2) for rectifying an AC input from an AC power supply (1), converting the AC into DC, and supplying the DC to a load (10);
A power storage circuit (3) connected to the input side of the load (10) and supplying power to the input side of the load (10) when the voltage between the input terminals of the load (10) becomes lower than the storage voltage. )When,
A power feedback circuit (5) for returning power from the load (10) to the power storage circuit (3);
A power supply circuit (4) for supplying power from the AC power supply (1) or the rectifier circuit (2) to the power storage circuit (3) at startup;
A DC power supply device comprising:

The DC power supply according to claim 1,
The rectifier circuit (2) is a diode bridge (2) that performs full-wave rectification on alternating current input from the alternating current power supply (1),
The power storage circuit (3) includes a first diode (D1) having a cathode connected to a positive terminal (a) of the diode bridge (2), and one end connected to an anode of the first diode (D1). A capacitor (C1) connected to the negative terminal (b) of the diode bridge (2) at the other end thereof;
The power feedback circuit (5) is a circuit that feeds back power from the load (10) to a terminal of the capacitor (C1),
The power supply circuit (4) is connected between a positive terminal (a) of the diode bridge (2) and a connection point between the first diode (D1) and the capacitor (C1). (A) is a series circuit of a second diode (D2) and a resistor (R1) connected in a direction in which a current flows from the connection point to the connection point;
A DC power supply device, characterized in that:

The DC power supply according to claim 1,
The rectifier circuit (2) is a diode bridge (2) that performs full-wave rectification on alternating current input from the alternating current power supply (1),
The power storage circuit (3) includes a first diode (D1) having a cathode connected to a positive terminal (a) of the diode bridge (2), and one end connected to an anode of the first diode (D1). A capacitor (C1) connected to the negative terminal (b) of the diode bridge (2) at the other end thereof;
The power feedback circuit (5) is a circuit that feeds back power from the load (10) to a terminal of the capacitor (C1),
A series regulator (7), wherein the power supply circuit (4) has an input terminal connected between output terminals (a, b) of the diode bridge (2) and applies an output voltage between terminals of the capacitor (C1); Is,
A DC power supply device, characterized in that:

The DC power supply according to claim 1,
The rectifier circuit (2) is a diode bridge (2) that performs full-wave rectification on alternating current input from the alternating current power supply (1),
The power storage circuit (3) includes a first diode (D1) having a cathode connected to a positive terminal (a) of the diode bridge (2), and one end connected to an anode of the first diode (D1). A capacitor (C1) connected to the negative terminal (b) of the diode bridge (2) at the other end thereof;
The power feedback circuit (5) is a circuit that feeds back power from the load (10) to a terminal of the capacitor (C1),
The power supply circuit (4) is connected between one input terminal of the diode bridge (2) and a connection point between the first diode (D1) and the capacitor (C1) from the one input terminal. A series circuit of a second diode (D2) and a resistor (R1) connected in a direction in which current flows in the connection point;
A DC power supply device, characterized in that:

The DC power supply according to claim 1,
The rectifier circuit (2) is a diode bridge (2) that performs full-wave rectification on alternating current input from the alternating current power supply (1),
The power storage circuit (3) includes a first diode (D1) having an anode connected to the negative terminal (b) of the diode bridge (2), and one end connected to a cathode of the first diode (D1). A capacitor (C1) connected to the positive terminal (a) of the diode bridge (2) at the other end.
The power feedback circuit (5) is a circuit that feeds back power from the load (10) to a terminal of the capacitor (C1),
The power supply circuit (4) is connected between a connection point between the first diode (D1) and the capacitor (C1) and a negative terminal (b) of the diode bridge (2) from the connection point. A series circuit of a second diode (D2) and a resistor (R1) connected in a direction in which a current flows in the negative terminal (b);
A DC power supply device, characterized in that:

The DC power supply according to claim 1,
The rectifier circuit (2) is a diode bridge (2) that performs full-wave rectification on alternating current input from the alternating current power supply (1),
The power storage circuit (3) includes a first diode (D1) having an anode connected to the negative terminal (b) of the diode bridge (2), and one end connected to a cathode of the first diode (D1). A capacitor (C1) connected to the positive terminal (a) of the diode bridge (2) at the other end.
The power feedback circuit (5) is a circuit that feeds back power from the load (10) to a terminal of the capacitor (C1),
A series regulator (7), wherein the power supply circuit (4) has an input terminal connected between output terminals (a, b) of the diode bridge (2) and applies an output voltage between terminals of the capacitor (C1); Is,
A DC power supply device, characterized in that:

The DC power supply according to claim 2, wherein the resistor (R1) is a constant voltage diode or a varistor.