JP4111326B2

JP4111326B2 - Switching power supply

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Publication number: JP4111326B2
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Inventors: 聖二原田
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Filing date: 2003-05-20
Publication date: 2008-07-02
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、力率改善機能を有する昇圧型のスイッチング電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スイッチング電源装置は、一般に交流電源を入力整流平滑回路によって整流・平滑して直流電圧に変換し、この直流電圧をスイッチング素子によって断続し、断続して得られたスイッチング出力を出力整流平滑回路に供給し、整流・平滑して任意の直流出力電圧を得るようになっている。このようなスイッチング電源装置において、入力側の平滑回路がコンデンサインプット型であると、入力電流が流れるのは、整流電圧が入力平滑コンデンサの充電電圧より高い期間のみとなり、力率を低下させるという問題があった。この問題を解決するため、従来から、力率改善機能を有する昇圧型のスイッチング電源装置や、その後段に降圧型スイッチング電源装置を接続して所望の出力を得る方式が採用されている。
【０００３】
力率改善機能を有する昇圧型のスイッチング電源装置は、一般に、インダクタと、スイッチング素子と、整流平滑回路と、制御回路とを含んでいる。インダクタには交流電源を整流した電圧が供給される。スイッチング素子は、インダクタを通して供給される整流電圧を交流電源の周波数より高い周波数でスイッチングし、昇圧して出力する。整流平滑回路は、スイッチングされた出力を整流・平滑し、入力の整流電圧より高い直流電圧に変換して出力する。スイッチング素子は、入力の整流電圧を交流電源の周波数より高い周波数でスイッチングし、昇圧して出力するから、交流一周期の全期間を通じて入力電流を分散して流すことができる。制御回路は、インダクタに流れる電流が、前記交流電源の電圧波形に比例するようにスイッチング素子のスイッチングを制御することで、スイッチング電源装置の力率を改善することができる。
【０００４】
制御回路の方式は、臨界値モードや、平均値モード等種々の方式が提案され、実用に供されている。本発明は、臨界値モードで動作するスイッチング電源装置に関する。臨界値モードで動作するスイッチング電源装置は、インダクタに流れる電流を検出し、インダクタに流れる電流が零に減少したらスイッチング素子をオン制御し、インダクタに流れる電流を不連続モードで動作させる。
【０００５】
臨界値モードで制御するスイッチング電源装置の一例として、特許文献１がある。特許文献１に開示された電源装置は、スイッチング電源と、その制御手段IC1を備える。スイッチング電源は、整流器の出力側に接続され、インダクタと、スイッチング素子と、ダイオードと、平滑コンデンサとから構成される。制御手段IC1を動作させるにはIC動作用電源が必要となる。特許文献１では、IC動作用電源をスイッチング素子に接続されたスナバコンデンサを利用して構成している。IC動作用電源は、インダクタに設けた補助巻線から得ることもできる。
【０００６】
非特許文献１には、力率改善機能を有する昇圧型スイッチング電源装置が開示されている。非特許文献１に開示されたスイッチング電源装置は、臨界値モードで動作し、その基本構成は特許文献１に開示された電源装置と同様であるが、インダクタの補助巻線を利用してIC動作用電源回路を構成する点で異なる。IC動作用電源回路を、インダクタに設けた補助巻線を利用して構成すれば、IC動作用電源回路が簡素化できる利点はあるが、補助巻線は、零電流検出回路にも用いられるため、設計の自由度が阻害される。以下、図６を参照してこの点について説明する。
【０００７】
図６は非特許文献１に開示されたスイッチング電源装置の補助巻線Ｌｓを含む零電流検出回路およびIC動作用電源回路を説明するための回路図である。図において、説明のために、非特許文献１に示された回路構成に若干の変更を加え、必要な回路部分をのみを示してある。
【０００８】
インダクタＬは、主巻線Lpと補助巻線Lsとを含む。主巻線Lpと補助巻線Lsとは互いに磁気的に結合しており、その巻数比はNs/Npである。補助巻線Lsは、その一端が接地される。補助巻線Lsの他端は、スイッチング素子のオン期間に負電位となり、オフ期間に正電位となる。補助巻線Lsの他端は、直流阻止コンデンサC3の一端ａに接続され、直流阻止コンデンサC3と、ダイオードD2と、平滑コンデンサC2との直列回路を介して接地される。
【０００９】
ダイオードD2と、平滑コンデンサC2との直列回路は、IC動作用電源回路を構成する。ダイオードD2は、スイッチング素子のオフ期間に補助巻線Lsに誘起する電圧を整流し、平滑コンデンサC2を充電するよう方向付けられている。平滑コンデンサC2の充電電圧は、IC動作用電源電圧Vccとして利用される。
【００１０】
直流阻止コンデンサC3の一端ａは、電流制限抵抗R1が接続され、一端ａから、電流制限抵抗R1を介して、零電流検出信号Zcdを出力する。直流阻止コンデンサC3の他端ｂは、レベルシフトダイオードD3を介して接地される。レベルシフトダイオードD3は、スイッチング素子のオン期間に補助巻線Lsに誘起する電圧で直流阻止コンデンサC3を充電するよう方向付けられている。
【００１１】
このように構成された非特許文献１に開示されたスイッチング電源装置は、スイッチング素子のオン期間に、インダクタＬの主巻線Lpに入力電圧Vinが印加され、補助巻線Lsにその巻数比Ns/Npに比例した電圧Vin×Ns/Npが誘起する。この電圧は、補助巻線Lsの他端側を負電位とした電圧であり、レベルシフトダイオードD3を介して直流阻止コンデンサC3を充電する。直流阻止コンデンサC3は、直流阻止コンデンサC3の他端ｂをグランド電位として、一端aが、インダクタＬの巻数比Ns/Npに比例した電圧(−Vin×Ns/Np) に充電される。
【００１２】
スイッチング素子のオフ期間には、インダクタＬの主巻線Lpに出力電圧Vout−入力電圧Vinの電圧が誘起し、補助巻線Lsにその巻数比Ns/Npに比例した電圧(Vout−Vin)×Ns/Npが誘起する。この電圧は、補助巻線Lsの他端側を正電位とした電圧であり、直流阻止コンデンサC3およびダイオードD2と平滑コンデンサC2との直列回路に印加される。したがって、直流阻止コンデンサC3は、その一端aが
（Vout−Vin)×Ns/Np
の電位となる。この電圧は、電流制限抵抗R1を介して、零電流検出信号Zcdとして出力される。また、このとき、直流阻止コンデンサC3は、その一端aを負電位、他端ｂを正電位としてVin×Ns/Npの電圧が充電されている。このため、平滑コンデンサC2には、直流阻止コンデンサC3の充電電圧Vin×Ns/Npが加算されて印加され、平滑コンデンサC2はVout×Ns/Npの電圧で充電される。この電圧はIC動作用電源電圧Vccとして利用される。
【００１３】
結局、零電流検出信号ZcdおよびIC動作用電源電圧Vccは、非特許文献１に開示されるように、それぞれ下記式で与えられることになる。
Zcd＝（Vout−Vin）×Ns／Np （Zcd＞１．８７V）・・・（１）
Vcc＝Vout×Ns／Np （１２V＜Vcc＜３０V）・・・・・・（２）
但し、Vinは整流入力電圧の瞬時値
非特許文献１に開示されたスイッチング電源装置において、補助巻線Lsには、零電流検出信号Zcdを供給する機能およびIC動作用電源電圧Vccを供給する機能の二つがある。
【００１４】
上記二つの機能を満足させ、スイッチング電源装置を安定して動作させるためには、零電流検出信号ZcdおよびIC動作用電源電圧Vccは、適切名値に設定されなければならない。非特許文献１で挙げられた例では、IC動作用電源電圧Vccを１２V〜３０Vの範囲に設定し、零電流検出信号Zcdを１．８７Vより高く（Zcd＞１．８７V）設定する必要がある。また、零電流検出信号Zcdが１．８７V未満であると電流の発振が起こる。IC動作用電源電圧Vccは、１２V未満であるとICが動作せず、３０Vを超えるとICの破損にいたるから、１２V＜Vcc＜３０Vを満たす必要がある。
【００１５】
部品のディレーティングや温度上昇等を考慮すると、出力電圧は低い方が良いが、上記の式から判るように、出力電圧Voutを低下させて入力電圧Vinに近づけると、上記の式を満足することが困難になる。さらに、入力電圧Vinは、入力交流電圧の波高値にしたがい変動する。したがって、特に入力電圧Vinが最大値のときに（１）式を満足することが困難になる。
【００１６】
この種の制限はその他の同様のICであっても、数値は異なるものの、同様に存在する。
【００１７】
このように、この種のICを用いてスイッチング電源装置を構成する場合、同一のインダクタを用いて二つの式を満足する必要があり、設計の自由度が阻害されるという問題がある。これを回避するには、インダクタの補助巻線をIC動作用電源電圧用と零電流検出信号用にそれぞれ独立して設ける方法や、零電流検出信号Zcdを優先して設定し、IC動作用電源電圧Vccが上記の条件を超えた場合は、ツェナーダイオードを用いて、IC動作用電源電圧Vccを制限する等の方法がある。しかしながら、何れの方法も、回路構成が複雑となる問題を有している。
【００１８】
【特許文献１】
特開２００１−２８６１３１号公報（第２−３頁、第１図）
【非特許文献１】
富士電機発行 FA5500AP/AN,FA550１AP/ANアプリケーションマニュアル、Ｐ１３−Ｐ２６
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、上記の条件式を満足しなくとも安定して動作し、設計の自由度が広い力率改善機能を有する昇圧型のスイッチング電源装置を提供することである。
【００２０】
本発明のもう一つ課題は、スイッチング素子のディレーティングを改善し、信頼性の向上を図った力率改善機能を有する昇圧型のスイッチング電源装置を提供することである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するため、本発明に係るスイッチング電源装置はインダクタと、スイッチング回路と、出力整流平滑回路と、制御回路とを含む。
前記インダクタは、主巻線と、補助巻線とを含む。前記主巻線は、交流電源を整流した電圧が供給される。
前記スイッチング回路は、スイッチング素子を含み、前記主巻線を通して供給される整流電圧を、前記交流電源の周波数より高い周波数でスイッチングし、そのオフ期間に、昇圧されたスイッチング出力を前記出力整流平滑回路に供給する。
前記出力整流平滑回路は、供給されたスイッチング出力を整流・平滑し、昇圧された直流電圧に変換して出力する。
【００２２】
前記制御回路は、制御用ICと、IC動作用電源回路と、零電流検出回路とを含む。
前記制御用ICは、IC動作用電源端子と、零電流検出端子とを含み、前記IC動作用電源端子に動作用電力が供給されて動作し、前記零電流検出端子に零電流信号が入力されると、前記スイッチング素子をオン制御する。
前記IC動作用電源回路は、ダイオードと平滑コンデンサとの直列回路を含み、前記インダクタの前記補助巻線に接続され、前記スイッチング素子のオフ期間に前記補助巻線に誘起した電圧を、前記ダイオードを介してコンデンサに供給し、整流・平滑出力を前記IC動作用電源端子に供給する。
【００２３】
前記零電流検出回路は、コンデンサと、抵抗と、ダイオードと、インピーダンス回路とを含む。
前記零電流検出回路のコンデンサは、前記補助巻線と前記IC動作用電源回路間に接続される。
前記抵抗は、前記コンデンサの前記補助巻線側の一端と前記零電流検出端子間に接続される。
【００２４】
前記ダイオードは、前記コンデンサの他端に接続され、前記スイッチング素子のオン期間に誘起した電圧で前記コンデンサを充電し、前記コンデンサの充電電圧を、前記スイッチング素子のオフ期間に、前記IC動作用電源回路のダイオードとコンデンサとに加算するよう方向付けられている。
【００２５】
前記インピーダンス回路は、前記零電流検出回路のコンデンサの他端と前記零電流検出端子間に接続されている。
【００２６】
上述したスイッチング電源装置において、前記スイッチング回路は、スイッチング素子を含み、前記主巻線を通して供給される整流電圧を、前記交流電源の周波数より高い周波数でスイッチングし、そのオフ期間に、昇圧されたスイッチング出力を前記出力整流平滑回路に供給する。前記出力整流平滑回路は、供給されたスイッチング出力を整流・平滑し、昇圧された直流電圧に変換して出力するから、前記スイッチング素子は、交流一周期の全期間を通じて入力電流を断続し、入力電流を分散して流すことができる。
【００２７】
前記制御回路は、制御用ICと、IC動作用電源回路と、零電流検出回路とを含む。前記制御用ICは、IC動作用電源端子と、零電流検出端子とを含み、前記IC動作用電源端子に動作用電力が供給されて動作し、前記零電流検出端子に零電流信号が入力されると、前記スイッチング素子をオン制御するから、スイッチング素子に流れる電流を、前記交流電源波形のピーク値に比例するようにオフ制御すれば、臨界値モードで力率を改善することができる。
【００２８】
前記IC動作用電源回路は、ダイオードと平滑コンデンサとの直列回路を含み、前記インダクタの前記補助巻線に接続され、前記スイッチング素子のオフ期間に前記補助巻線に誘起した電圧を、前記ダイオードを介して前記平滑コンデンサに供給し、整流・平滑出力を前記IC動作用電源端子に供給するから、前記補助巻線を共用した簡素化されたIC動作用電源回路を構成できる。
【００２９】
前記零電流検出回路は、直流阻止コンデンサと、電流制限抵抗と、レベルシフトダイオードと、インピーダンス回路とを含む。
前記直流阻止コンデンサは、前記補助巻線と前記IC動作用電源回路間に接続される。
前記電流制限抵抗は、前記直流阻止コンデンサの前記補助巻線側の一端と前記零電流検出端子間に接続される。
【００３０】
前記レベルシフトダイオードは、前記直流阻止コンデンサの他端とグランドラインとの間に接続され、前記スイッチング素子のオン期間に誘起した電圧で前記直流阻止コンデンサを充電し、前記直流阻止コンデンサの充電電圧を、前記スイッチング素子のオフ期間に、前記平滑コンデンサに加算するよう方向付けられているから、前記電流制限抵抗を介して前記直流阻止コンデンサの一端から前記零電流検出端子に零電流検出信号を供給できる。
【００３１】
前記インピーダンス回路は、前記直流阻止コンデンサの他端と前記零電流検出端子間に接続されているから、前記直流阻止コンデンサの他端から零電流検出端子に微小バイアスを加える。零電流検出端子の電位は、スイッチング素子のオン期間における、直流阻止コンデンサの一端の電位に微小バイアスが加算された電位となり、その加算量は、入力電圧Vinの波高値が高いときに多くなる。このため、直流阻止コンデンサの一端の電位を低く設定することが可能になる。
【００３２】
したがって、従来技術で示した条件式の許容範囲が広がり、設計の自由度が広い力率改善機能を有する昇圧型のスイッチング電源装置を提供することが可能になる。
【００３３】
この結果、スイッチング電源の出力電圧をより低く設定できるので、スイッチング素子のディレーティングを改善し、信頼性の向上を図った力率改善機能を有する昇圧型のスイッチング電源装置を提供することができる。
【００３４】
従来、入力電圧の波高値と出力電圧との最小電位差は３０V程度必要であったが、これを２５V程度まで近づけることができる。
【００３５】
前記インピーダンス回路は、抵抗や抵抗とコンデンサとの直列回路あるいは抵抗とダイオードとの直列回路等で構成できる。
【００３６】
本発明の他の目的、構成及び利点については、添付図面を参照して更に詳しく説明する。但し、添付図面は単なる例示に過ぎない。
【００３７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係るスイッチング電源装置の一実施例を示す電気回路図である。図示されたスイッチング電源装置は、入力整流回路１と、インダクタＬと、スイッチング回路と２、出力整流平滑回路３と、制御回路４とを含んでいる。
【００３８】
入力整流回路１は、その入力側が商用交流電源ACに接続され、商用交流電源ACを全波整流し、整流電圧を出力する。入力整流回路１は、本発明の内部要素であっても、外部要素であってもよく、また、交流電源ACは商用交流以外のその他の交流電源であってもよい。
【００３９】
インダクタＬは、主巻線Lpと、補助巻線Lsとを含む。主巻線Lpと、補助巻線Lsとはそれぞれ磁気的に結合している。主巻線Lpは、その一端が入力整流回路１の一方の出力端に接続される。
【００４０】
スイッチング回路２は、スイッチング素子Ｑを含んで構成される。スイッチング素子Ｑは、その主電極の一端がインダクタＬの主巻線Lpの他端に接続され、主電極の他端がグランドラインＧに接続されて、入力整流回路１の他方の出力端に接続される。スイッチング素子ＱはインダクタＬの主巻線Lpを通して供給される整流電圧を、交流電源の周波数より高い周波数でスイッチングする。スイッチング素子Ｑは、供給された整流電圧を交流電源ＡＣより高い周波数でスイッチングできればよく、典型的には、バイポーラトランジスタや電界効果トランジスタ等の、制御電極を有する半導体素子が用いられる。本実施例は電界効果トランジスタを用いている。
【００４１】
出力整流平滑回路３は、ダイオードD1と、平滑コンデンサC1とを含んで構成される。平滑コンデンサC1は、その正側がダイオードD1を介してインダクタＬの主巻線Lpの他端に接続され、負側がグランドラインＧに接続される。平滑コンデンサC1の両端はそれぞれスイッチング電源装置の出力端子に接続される。
【００４２】
制御回路４は、制御用IC４１と、IC動作用電源回路４２と、零電流検出回路４３と、インダクタ電流検出回路４４とを含んで構成される。制御用IC４１は、IC動作用電源端子T2と、零電流検出端子T1と、インダクタ電流検出端子Isと、制御信号出力端子Contとを含む。
【００４３】
IC動作用電源端子T2は、IC動作用電源回路４２に接続され、IC動作用電源回路４２から動作電力が供給されて動作を開始する。
【００４４】
零電流検出端子T1は、零電流検出回路４３に接続され、零電流検出回路４３から零電流検出信号が供給されてスイッチング素子Ｑのオンタイミングを制御する。
【００４５】
インダクタ電流検出端子Isは、インダクタ電流検出回路４４に接続され、インダクタ電流検出回路４４からドレイン電流すなわち、スイッチング素子Ｑのオン期間におけるインダクタ電流検出信号が供給されて、インダクタ電流が交流電源波形のピーク値に比例するようにスイッチング素子Ｑのオフタイミングを制御する。
【００４６】
制御信号出力端子Contは、スイッチング素子Ｑのゲートに接続され、スイッチング素子Ｑのオン・オフ制御信号をスイッチング素子Ｑのゲートに供給する。
【００４７】
IC動作用電源回路４２および零電流検出回路４３は、何れもインダクタＬの補助巻線Lsを利用している。インダクタＬの主巻線Lpおよび補助巻線Lsは、磁気的に結合しており、それぞれの一端は極性マークで示すように同一極性である。補助巻線Lsは、その一端がグランドラインＧに接続され、他端が零電流検出回路４３の直流阻止コンデンサC3の一端ａに接続され、直流阻止コンデンサC3を介してIC動作用電源回路４２に接続される。
【００４８】
IC動作用電源回路４２は、ダイオードD2と、平滑コンデンサC2とを含む。ダイオードD2と平滑コンデンサC2とは直列回路を構成する。平滑コンデンサC2は、その負側がグランドラインＧに接続され、正側がダイオードD2を介して直流阻止コンデンサC3の他端ｂに接続され、直流阻止コンデンサC3を介して補助巻線Lsの他端に接続される。ダイオードD2は、スイッチング素子Ｑのオフ期間に補助巻線Lsに誘起した電圧を平滑コンデンサC2に供給するよう方向付けられている。平滑コンデンサC2の正側はIC動作用電源端子T2に接続される。
【００４９】
零電流検出回路４３は、直流阻止コンデンサC3と、レベルシフトダイオードD3と、電流制限抵抗R1と、インピーダンス回路４５とを含む。直流阻止コンデンサC3はIC動作用電源回路４２と補助巻線Lsの他端との間に接続される。電流制限抵抗R1は、直流阻止コンデンサC3の一端ａと零電流検出端子T1との間に接続される。レベルシフトダイオードD3は直流阻止コンデンサC3の他端ｂとグランドラインＧとの間に接続され、スイッチング素子Ｑのオン期間に補助巻線Lsに誘起した電圧を、電流検出コンデンサC3の他端ｂ側を正電位として充電するよう方向付けられている。
【００５０】
インピーダンス回路４５は直流阻止コンデンサC3の他端ｂと零電流検出端子T1との間に接続される。本実施例では、インピーダンス回路４５は抵抗R2で構成される。
【００５１】
上述のごとく構成された本実施例のスイッチング電源装置において、スイッチング素子Ｑがオンすると、インダクタＬの主巻線Lpに交流電源を整流した電圧が供給される。インダクタＬに流れる電流は零から次第に上昇して行き、スイッチング素子Ｑのドレインを介して流れ、インダクタ電流検出回路４４で検出される。スイッチング素子Ｑは、インダクタＬを流れる電流が交流電源波形のピーク値に比例した所定の電流値まで上昇すると、オフ制御される。スイッチング素子Ｑがオフとなると、インダクタＬの主巻線Lpには、スイッチング素子Ｑのオン期間とは逆方向の電圧が発生し、この電圧が入力電圧に重畳されて出力整流平滑回路３に供給され平滑コンデンサC1を充電する。この間、インダクタＬに流れる電流は下降し続け零に至る。インダクタＬに流れる電流が零まで低下すると、直流阻止コンデンサC3の一端aの電位が低下し、零電流検出回路４３から零電流検出信号Zcdが出力されて、スイッチング素子Ｑは再びオンとなる。
【００５２】
本実施例のスイッチング電源装置は、以上のサイクルを繰り返し、出力整流平滑回路３を介して昇圧された直流電圧を出力する。
【００５３】
また、本実施例のスイッチング電源装置において、スイッチング素子Ｑは、交流一周期の全期間を通じて入力電流を断続するから、入力電流を分散して流すことができる。制御回路４は、インダクタＬに流れる電流が零まで低下すると前記スイッチング素子Ｑにオン信号を出力し、インダクタＬに流れる電流を、前記交流電源波形のピーク値に比例するようにオフ制御するので、臨界値モードで力率を改善することができる。
【００５４】
次に、図２および図３を参照しながら、IC動作用電源回路４２および零電流検出回路４３の動作を説明する。図２は、補助巻線Lsの誘起電圧に追従して充放電される直流阻止コンデンサC3の一端aの電位、および、零電流検出端子T1の電位を、グランドラインＧを零電位として示すグラフである。図３は、電流検出コンデンサC3の他端に設定された他端ｂの電位を、グランドラインＧを零電位として示すグラフである。
本実施例のスイッチング電源装置は、スイッチング素子Ｑのオン期間に、インダクタＬの主巻線Lpに入力電圧Vinが印加され、補助巻線Lsにその巻数比Ns/Npに比例した電圧Vin×Ns/Npが誘起する。この電圧は、補助巻線Lsの他端側を負電位とした電圧であり、レベルシフトダイオードD3を介して直流阻止コンデンサC3を充電する。直流阻止コンデンサC3は、一端aが図２の負側に示される−Vin×Ns/Npの電位に充電される。入力電圧Vinは、整流入力電圧の瞬時値である。したがって、直流阻止コンデンサC3の一端aの電位（−Vin×Ns/Np）は、整流入力電圧Vinの波高値が最大となったとき最も低い電位
（√2×Vac×Ns／Np）
となる。Vacは整流入力電圧Vinの実効値である。
【００５５】
スイッチング素子Ｑのオフ期間には、インダクタＬの主巻線Lpに（Vout−Vin）の電圧が誘起し、補助巻線Lsにその巻数比Ns/Npに比例した電圧
（Vout−Vin)×Ns／Np
が誘起する。この電圧は、補助巻線Lsの他端側を正電位とした電圧であり、直流阻止コンデンサC3およびダイオードD2と、平滑コンデンサC2との直列回路に印加される。したがって、直流阻止コンデンサC3は、その一端aが、図２の正側に示される（Vout−Vin)×Ns/Npの電位となり、整流入力電圧Vinの波高値が最大となったとき最も低い電位
（Vout−√2×Vac）×Ns／Np
となる。また、このとき、直流阻止コンデンサC3は、一端aを負電位、他端ｂを正電位としてVin×Ns/Npの電圧によって充電されている。このため、平滑コンデンサC2には、直流阻止コンデンサC3の充電電圧Vin×Ns/Npが加算されて印加されるので、平滑コンデンサC2は（Vout×Ns/Np）の電圧で充電される。（Vout×Ns/Np）の充電電圧はIC動作用電源電圧端子に供給される。
【００５６】
本実施例においては、インピーダンス回路４５として抵抗R2が直流阻止コンデンサC3の他端ｂと零電流検出端子T1との間に接続されている。
【００５７】
直流阻止コンデンサC3の他端ｂの電位は、図３に示すごとく、スイッチング素子Ｑのオン期間において、レベルシフトダイオードD3の順方向降下電圧Vfが負電位となった略グランド電位となり、スイッチング素子Ｑのオフ期間において、平滑コンデンサC2の充電電位（Vout×Ns/Np）となる。この電圧は、インピーダンス回路４５を介して零電流検出端子T1に印加され、電流制限抵抗R1を介して、直流阻止コンデンサの一端aの電位に微小バイアスを与える。
【００５８】
このため、零電流検出端子T1の電位は、図２に示すように、スイッチング素子Ｑのオン期間における、直流阻止コンデンサC3の一端aの電位に微小バイアスが加算された電位となり、その加算量は、入力電圧Vinの波高値が大きいときに多くなる。
【００５９】
このように、本実施例では、抵抗R2で構成したインピーダンス回路４５を直流阻止コンデンサC3の他端ｂと零電流検出端子T1との間に接続したので、零電流検出端子T1に印加される電圧が高くなり、その分、直流阻止コンデンサC3の一端aの電位を低く設定することが可能になる。
【００６０】
したがって、従来技術で示した条件式の許容範囲が広がり、設計の自由度が広い力率改善機能を有する昇圧型のスイッチング電源装置を提供することが可能になる。
【００６１】
この結果、スイッチング電源の出力電圧をより低く設定できることになるので、スイッチング素子Ｑのディレーティングを改善し、信頼性の向上を図った力率改善機能を有する昇圧型のスイッチング電源装置を提供することができる。
【００６２】
図４は、本発明に係るスイッチング電源装置の別の一実施例を示す電気回路図である。図示されたスイッチング電源装置において、図１乃至図３に現れた構成部分と同一の構成部分には同一の参照符号を付し、重複説明は省略する。
【００６３】
図４に示したスイッチング電源装置は、インピーダンス回路４５の構成が、図１に図示した実施例と異なっている。本実施例において、インピーダンス回路４５は、抵抗R3とコンデンサC4との直列回路で構成している。インピーダンス回路４５にコンデンサC4を用いることにより、抵抗R3に抵抗値の低いものを用いることができる。
【００６４】
図５は、本発明に係るスイッチング電源装置の更に別の一実施例を示す電気回路図である。図示されたスイッチング電源装置において、図１乃至図４に現れた構成部分と同一の構成部分には同一の参照符号を付し、重複説明は省略する。
【００６５】
図５に示したスイッチング電源装置は、インピーダンス回路４５の構成が、図１、図４に図示した実施例と異なっている。インピーダンス回路４５は、抵抗R4とダイオードD4との直列回路で構成している。
【００６６】
図４および図５に図示したスイッチング電源装置のインピーダンス回路４５の機能は、基本的に図１に図示したスイッチング電源装置と同様である。
【００６７】
以上、好ましい実施例を参照して本発明を詳細に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、当業者であれば、その基本的技術思想および教示に基づき、種々の変形例を想到できることは自明である。
【００６８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば次のような効果を得ることができる。
（Ａ）設計の自由度が広い力率改善機能を有する昇圧型のスイッチング電源装置を提供することができる。
（Ｂ）スイッチング素子のディレーティングを改善し、信頼性の向上を図った力率改善機能を有する昇圧型のスイッチング電源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスイッチング電源装置の一実施例を示す電気回路図である。
【図２】図１に図示したスイッチング電源装置に備えられた直流阻止コンデンサの一端における一端aの電位、および零電流検出端子の電位を示すグラフである。
【図３】図１に図示したスイッチング電源装置に備えられた電流検出コンデンサの他端における他端ｂの電位を示すグラフである。
【図４】本発明に係るスイッチング電源装置の別の実施例を示す電気回路図である。
【図５】本発明に係るスイッチング電源装置の更に別の実施例を示す電気回路図である。
【図６】従来のスイッチング電源装置の補助巻線を含む零電流検出回路およびIC動作用電源回路を説明するための回路図である。
【符号の説明】
２スイッチング回路
３出力整流平滑回路
４制御回路
４１制御用IC
４２ IC動作用電源回路
４３零電流検出回路
４５インピーダンス回路
Ｌインダクタ
Lp 主巻線
Ls 補助巻線
Ｑスイッチング素子
C2，C3 コンデンサ
D2，D3 ダイオード
R1，R2 抵抗
T1 IC動作用電源端子
T2 零電流検出端子[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a step-up switching power supply device having a power factor correction function.
[0002]
[Prior art]
A switching power supply generally rectifies and smoothes an AC power supply by an input rectifying and smoothing circuit and converts it to a DC voltage. The DC voltage is intermittently switched by a switching element, and the switching output obtained by the intermittent is supplied to an output rectifying and smoothing circuit. Then, an arbitrary DC output voltage is obtained by rectification and smoothing. In such a switching power supply device, when the smoothing circuit on the input side is a capacitor input type, the input current flows only during a period in which the rectified voltage is higher than the charging voltage of the input smoothing capacitor, which reduces the power factor. was there. In order to solve this problem, conventionally, a step-up switching power supply device having a power factor improving function and a method of obtaining a desired output by connecting a step-down switching power supply device in the subsequent stage are employed.
[0003]
A step-up switching power supply device having a power factor correction function generally includes an inductor, a switching element, a rectifying / smoothing circuit, and a control circuit. A voltage obtained by rectifying an AC power supply is supplied to the inductor. The switching element switches the rectified voltage supplied through the inductor at a frequency higher than the frequency of the AC power supply, boosts and outputs the rectified voltage. The rectifying and smoothing circuit rectifies and smoothes the switched output, converts the output to a DC voltage higher than the input rectified voltage, and outputs the DC voltage. Since the switching element switches the input rectified voltage at a frequency higher than the frequency of the AC power supply, boosts and outputs the voltage, the input current can be distributed and flowed over the entire period of one AC cycle. The control circuit can improve the power factor of the switching power supply device by controlling the switching of the switching element so that the current flowing through the inductor is proportional to the voltage waveform of the AC power supply.
[0004]
Various methods such as a critical value mode and an average value mode have been proposed as a method of the control circuit and are put into practical use. The present invention relates to a switching power supply device that operates in a critical value mode. The switching power supply device operating in the critical value mode detects the current flowing through the inductor, and when the current flowing through the inductor decreases to zero, the switching element is turned on to operate the current flowing through the inductor in the discontinuous mode.
[0005]
There is patent document 1 as an example of the switching power supply device controlled in a critical value mode. The power supply device disclosed in Patent Document 1 includes a switching power supply and its control means IC1. The switching power supply is connected to the output side of the rectifier and includes an inductor, a switching element, a diode, and a smoothing capacitor. In order to operate the control means IC1, an IC operating power source is required. In Patent Document 1, a power supply for IC operation is configured using a snubber capacitor connected to a switching element. The power source for operating the IC can also be obtained from an auxiliary winding provided in the inductor.
[0006]
Non-Patent Document 1 discloses a step-up switching power supply device having a power factor improving function. The switching power supply device disclosed in Non-Patent Document 1 operates in a critical value mode, and its basic configuration is the same as that of the power supply device disclosed in Patent Document 1, but it operates using an auxiliary winding of an inductor. The difference is that the power supply circuit is configured. If the power circuit for IC operation is configured using the auxiliary winding provided in the inductor, there is an advantage that the power circuit for IC operation can be simplified, but the auxiliary winding is also used for the zero current detection circuit. , Design freedom is hindered. Hereinafter, this point will be described with reference to FIG.
[0007]
FIG. 6 is a circuit diagram for explaining a zero current detection circuit including an auxiliary winding Ls of the switching power supply device disclosed in Non-Patent Document 1 and an IC operation power supply circuit. In the figure, for the sake of explanation, the circuit configuration shown in Non-Patent Document 1 is slightly changed and only necessary circuit portions are shown.
[0008]
The inductor L includes a main winding Lp and an auxiliary winding Ls. The main winding Lp and the auxiliary winding Ls are magnetically coupled to each other, and the turns ratio is Ns / Np. One end of the auxiliary winding Ls is grounded. The other end of the auxiliary winding Ls has a negative potential during the on period of the switching element and a positive potential during the off period. The other end of the auxiliary winding Ls is connected to one end a of the DC blocking capacitor C3, and is grounded via a series circuit of the DC blocking capacitor C3, the diode D2, and the smoothing capacitor C2.
[0009]
A series circuit of the diode D2 and the smoothing capacitor C2 constitutes a power supply circuit for IC operation. The diode D2 is directed to rectify the voltage induced in the auxiliary winding Ls during the off period of the switching element and charge the smoothing capacitor C2. The charging voltage of the smoothing capacitor C2 is used as the IC operating power supply voltage Vcc.
[0010]
A current limiting resistor R1 is connected to one end a of the DC blocking capacitor C3, and a zero current detection signal Zcd is output from the one end a via the current limiting resistor R1. The other end b of the DC blocking capacitor C3 is grounded via the level shift diode D3. The level shift diode D3 is directed to charge the DC blocking capacitor C3 with a voltage induced in the auxiliary winding Ls during the ON period of the switching element.
[0011]
In the switching power supply device disclosed in Non-Patent Document 1 configured as described above, the input voltage Vin is applied to the main winding Lp of the inductor L during the ON period of the switching element, and the turns ratio Ns is applied to the auxiliary winding Ls. A voltage Vin × Ns / Np proportional to / Np is induced. This voltage is a voltage having a negative potential at the other end of the auxiliary winding Ls, and charges the DC blocking capacitor C3 via the level shift diode D3. The DC blocking capacitor C3 is charged with a voltage (−Vin × Ns / Np) proportional to the winding ratio Ns / Np of the inductor L, with the other end b of the DC blocking capacitor C3 being the ground potential.
[0012]
During the OFF period of the switching element, a voltage of the output voltage Vout−the input voltage Vin is induced in the main winding Lp of the inductor L, and a voltage (Vout−Vin) proportional to the turn ratio Ns / Np in the auxiliary winding Ls × Ns / Np induces. This voltage is a voltage in which the other end side of the auxiliary winding Ls is set to a positive potential, and is applied to the DC blocking capacitor C3, the series circuit of the diode D2 and the smoothing capacitor C2. Therefore, the DC blocking capacitor C3 has one end a
(Vout−Vin) × Ns / Np
Potential. This voltage is output as a zero current detection signal Zcd through the current limiting resistor R1. At this time, the DC blocking capacitor C3 is charged with a voltage of Vin × Ns / Np with one end a being a negative potential and the other end b being a positive potential. For this reason, the charging voltage Vin × Ns / Np of the DC blocking capacitor C3 is added and applied to the smoothing capacitor C2, and the smoothing capacitor C2 is charged with a voltage of Vout × Ns / Np. This voltage is used as the IC operating power supply voltage Vcc.
[0013]
Eventually, as disclosed in Non-Patent Document 1, the zero current detection signal Zcd and the IC operation power supply voltage Vcc are respectively given by the following equations.
Zcd = (Vout−Vin) × Ns / Np (Zcd> 1.87 V) (1)
Vcc = Vout × Ns / Np (12V <Vcc <30V) (2)
Where Vin is the instantaneous value of the rectified input voltage
In the switching power supply disclosed in Non-Patent Document 1, the auxiliary winding Ls has two functions: a function of supplying a zero current detection signal Zcd and a function of supplying a power supply voltage Vcc for IC operation.
[0014]
In order to satisfy the above two functions and stably operate the switching power supply device, the zero current detection signal Zcd and the IC operating power supply voltage Vcc must be set to appropriate nominal values. In the example given in Non-Patent Document 1, it is necessary to set the power supply voltage Vcc for IC operation within the range of 12V to 30V and set the zero current detection signal Zcd higher than 1.87V (Zcd> 1.87V). . When the zero current detection signal Zcd is less than 1.87 V, current oscillation occurs. If the power supply voltage Vcc for IC operation is less than 12V, the IC does not operate, and if it exceeds 30V, the IC is damaged. Therefore, it is necessary to satisfy 12V <Vcc <30V.
[0015]
Considering component derating and temperature rise, the lower the output voltage, the better. However, as you can see from the above equation, if you lower the output voltage Vout and bring it closer to the input voltage Vin, the above equation should be satisfied. Becomes difficult. Further, the input voltage Vin varies according to the peak value of the input AC voltage. Therefore, it is difficult to satisfy the expression (1) particularly when the input voltage Vin is the maximum value.
[0016]
This type of restriction exists for other similar ICs as well, although the numbers are different.
[0017]
As described above, when a switching power supply device is configured using this type of IC, it is necessary to satisfy the two expressions using the same inductor, and there is a problem that the degree of freedom in design is hindered. In order to avoid this, the auxiliary winding of the inductor is provided independently for the IC operation power supply voltage and the zero current detection signal, or the zero current detection signal Zcd is prioritized to set the IC operation power supply. When the voltage Vcc exceeds the above condition, there is a method of limiting the power supply voltage Vcc for IC operation using a Zener diode. However, each method has a problem that the circuit configuration becomes complicated.
[0018]
[Patent Document 1]
JP 2001-286131 A (page 2-3, FIG. 1)
[Non-Patent Document 1]
FA5500AP / AN, FA5501AP / AN application manual issued by Fuji Electric, P13-P26
[0019]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a step-up type switching power supply device that operates stably without satisfying the above conditional expression and has a power factor improving function with a wide degree of design freedom.
[0020]
Another object of the present invention is to provide a step-up switching power supply device having a power factor improving function that improves derating of switching elements and improves reliability.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, a switching power supply device according to the present invention includes an inductor, a switching circuit, an output rectifying / smoothing circuit, and a control circuit.
The inductor includes a main winding and an auxiliary winding. A voltage obtained by rectifying an AC power supply is supplied to the main winding.
The switching circuit includes a switching element, switches a rectified voltage supplied through the main winding at a frequency higher than the frequency of the AC power supply, and outputs a boosted switching output during the off-period. To supply.
The output rectifying / smoothing circuit rectifies and smoothes the supplied switching output, converts it into a boosted DC voltage, and outputs it.
[0022]
The control circuit includes a control IC, an IC operation power supply circuit, and a zero current detection circuit.
The control IC includes an IC operation power supply terminal and a zero current detection terminal. The control IC operates by supplying operation power to the IC operation power supply terminal, and a zero current signal is input to the zero current detection terminal. Then, the switching element is turned on.
The power supply circuit for IC operation includes a series circuit of a diode and a smoothing capacitor, and is connected to the auxiliary winding of the inductor, and the voltage induced in the auxiliary winding during the off period of the switching element The rectified and smoothed output is supplied to the IC operating power supply terminal.
[0023]
The zero current detection circuit includes a capacitor, a resistor, a diode, and an impedance circuit.
The capacitor of the zero current detection circuit is connected between the auxiliary winding and the power supply circuit for IC operation.
The resistor is connected between one end of the capacitor on the auxiliary winding side and the zero current detection terminal.
[0024]
The diode is connected to the other end of the capacitor, charges the capacitor with a voltage induced during the ON period of the switching element, and supplies the charging voltage of the capacitor to the IC operation power source during the OFF period of the switching element. Directed to add to the diodes and capacitors of the circuit.
[0025]
The impedance circuit is connected between the other end of the capacitor of the zero current detection circuit and the zero current detection terminal.
[0026]
In the switching power supply device described above, the switching circuit includes a switching element, switches the rectified voltage supplied through the main winding at a frequency higher than the frequency of the AC power supply, and boosts switching during the off period. The output is supplied to the output rectifying / smoothing circuit. The output rectifying / smoothing circuit rectifies and smoothes the supplied switching output, converts it into a boosted DC voltage, and outputs it, so that the switching element interrupts the input current throughout the entire period of the AC cycle, Current can be distributed and flowed.
[0027]
The control circuit includes a control IC, an IC operation power supply circuit, and a zero current detection circuit. The control IC includes an IC operation power supply terminal and a zero current detection terminal. The control IC operates by supplying operation power to the IC operation power supply terminal, and a zero current signal is input to the zero current detection terminal. Then, since the switching element is turned on, the power factor can be improved in the critical value mode by controlling the current flowing through the switching element to be proportional to the peak value of the AC power supply waveform.
[0028]
The power supply circuit for IC operation includes a series circuit of a diode and a smoothing capacitor, and is connected to the auxiliary winding of the inductor, and the voltage induced in the auxiliary winding during the off period of the switching element Therefore, the rectified / smoothed output is supplied to the IC operation power supply terminal, so that a simplified IC operation power supply circuit sharing the auxiliary winding can be configured.
[0029]
The zero current detection circuit includes a DC blocking capacitor, a current limiting resistor, a level shift diode, and an impedance circuit.
The DC blocking capacitor is connected between the auxiliary winding and the IC operating power supply circuit.
The current limiting resistor is connected between one end of the DC blocking capacitor on the auxiliary winding side and the zero current detection terminal.
[0030]
The level shift diode is connected between the other end of the DC blocking capacitor and a ground line, charges the DC blocking capacitor with a voltage induced during an ON period of the switching element, and sets a charging voltage of the DC blocking capacitor. Since the switching element is directed to be added to the smoothing capacitor during the OFF period, a zero current detection signal can be supplied from one end of the DC blocking capacitor to the zero current detection terminal via the current limiting resistor. .
[0031]
Since the impedance circuit is connected between the other end of the DC blocking capacitor and the zero current detection terminal, a minute bias is applied from the other end of the DC blocking capacitor to the zero current detection terminal. The potential of the zero current detection terminal is a potential obtained by adding a minute bias to the potential of one end of the DC blocking capacitor during the ON period of the switching element, and the amount of addition increases when the peak value of the input voltage Vin is high. For this reason, the potential at one end of the DC blocking capacitor can be set low.
[0032]
Therefore, it is possible to provide a step-up switching power supply device having a power factor improving function with a wide allowable range of conditional expressions shown in the prior art and a wide design freedom.
[0033]
As a result, since the output voltage of the switching power supply can be set lower, it is possible to provide a step-up switching power supply apparatus having a power factor improving function that improves derating of the switching element and improves reliability.
[0034]
Conventionally, the minimum potential difference between the peak value of the input voltage and the output voltage has been required to be about 30 V, but this can be brought close to about 25 V.
[0035]
The impedance circuit can be composed of a resistor, a series circuit of a resistor and a capacitor, a series circuit of a resistor and a diode, or the like.
[0036]
Other objects, configurations and advantages of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. However, the attached drawings are merely examples.
[0037]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is an electric circuit diagram showing an embodiment of a switching power supply device according to the present invention. The illustrated switching power supply device includes an input rectifier circuit 1, an inductor L, a switching circuit 2, an output rectifier smoothing circuit 3, and a control circuit 4.
[0038]
The input rectifier circuit 1 is connected at its input side to a commercial AC power source AC, and full-wave rectifies the commercial AC power source AC to output a rectified voltage. The input rectifier circuit 1 may be an internal element or an external element of the present invention, and the AC power supply AC may be another AC power supply other than commercial AC.
[0039]
The inductor L includes a main winding Lp and an auxiliary winding Ls. The main winding Lp and the auxiliary winding Ls are magnetically coupled to each other. One end of the main winding Lp is connected to one output end of the input rectifier circuit 1.
[0040]
The switching circuit 2 includes a switching element Q. The switching element Q has one end of the main electrode connected to the other end of the main winding Lp of the inductor L, the other end of the main electrode connected to the ground line G, and the other output end of the input rectifier circuit 1. Is done. The switching element Q switches the rectified voltage supplied through the main winding Lp of the inductor L at a frequency higher than the frequency of the AC power supply. The switching element Q only needs to be able to switch the supplied rectified voltage at a frequency higher than that of the AC power supply AC. Typically, a semiconductor element having a control electrode such as a bipolar transistor or a field effect transistor is used. In this embodiment, a field effect transistor is used.
[0041]
The output rectifying / smoothing circuit 3 includes a diode D1 and a smoothing capacitor C1. The smoothing capacitor C1 has a positive side connected to the other end of the main winding Lp of the inductor L via the diode D1, and a negative side connected to the ground line G. Both ends of the smoothing capacitor C1 are connected to output terminals of the switching power supply device, respectively.
[0042]
The control circuit 4 includes a control IC 41, an IC operation power supply circuit 42, a zero current detection circuit 43, and an inductor current detection circuit 44. The control IC 41 includes an IC operation power supply terminal T2, a zero current detection terminal T1, an inductor current detection terminal Is, and a control signal output terminal Cont.
[0043]
The IC operation power supply terminal T2 is connected to the IC operation power supply circuit 42, and the operation power is supplied from the IC operation power supply circuit 42 to start the operation.
[0044]
The zero current detection terminal T1 is connected to the zero current detection circuit 43, and a zero current detection signal is supplied from the zero current detection circuit 43 to control the on timing of the switching element Q.
[0045]
The inductor current detection terminal Is is connected to the inductor current detection circuit 44, and the inductor current detection circuit 44 is supplied with a drain current, that is, an inductor current detection signal in the ON period of the switching element Q, so that the inductor current becomes the peak of the AC power supply waveform. The OFF timing of the switching element Q is controlled so as to be proportional to the value.
[0046]
The control signal output terminal Cont is connected to the gate of the switching element Q, and supplies an on / off control signal for the switching element Q to the gate of the switching element Q.
[0047]
Each of the IC operation power supply circuit 42 and the zero current detection circuit 43 uses the auxiliary winding Ls of the inductor L. The main winding Lp and the auxiliary winding Ls of the inductor L are magnetically coupled, and one end of each is the same polarity as indicated by a polarity mark. One end of the auxiliary winding Ls is connected to the ground line G, the other end is connected to one end a of the DC blocking capacitor C3 of the zero current detection circuit 43, and the IC winding power supply circuit 42 is connected to the auxiliary winding Ls via the DC blocking capacitor C3. Connected.
[0048]
The IC operation power supply circuit 42 includes a diode D2 and a smoothing capacitor C2. The diode D2 and the smoothing capacitor C2 constitute a series circuit. The smoothing capacitor C2 has its negative side connected to the ground line G, its positive side connected to the other end b of the DC blocking capacitor C3 via the diode D2, and connected to the other end of the auxiliary winding Ls via the DC blocking capacitor C3. Is done. The diode D2 is oriented to supply the voltage induced in the auxiliary winding Ls to the smoothing capacitor C2 during the OFF period of the switching element Q. The positive side of the smoothing capacitor C2 is connected to the IC operation power supply terminal T2.
[0049]
The zero current detection circuit 43 includes a DC blocking capacitor C3, a level shift diode D3, a current limiting resistor R1, and an impedance circuit 45. The DC blocking capacitor C3 is connected between the IC operating power supply circuit 42 and the other end of the auxiliary winding Ls. The current limiting resistor R1 is connected between one end a of the DC blocking capacitor C3 and the zero current detection terminal T1. The level shift diode D3 is connected between the other end b of the DC blocking capacitor C3 and the ground line G, and the voltage induced in the auxiliary winding Ls during the ON period of the switching element Q is applied to the other end b side of the current detection capacitor C3. Is charged as a positive potential.
[0050]
The impedance circuit 45 is connected between the other end b of the DC blocking capacitor C3 and the zero current detection terminal T1. In this embodiment, the impedance circuit 45 is composed of a resistor R2.
[0051]
In the switching power supply apparatus of the present embodiment configured as described above, when the switching element Q is turned on, a voltage obtained by rectifying the AC power supply is supplied to the main winding Lp of the inductor L. The current flowing through the inductor L gradually increases from zero, flows through the drain of the switching element Q, and is detected by the inductor current detection circuit 44. The switching element Q is turned off when the current flowing through the inductor L rises to a predetermined current value proportional to the peak value of the AC power supply waveform. When the switching element Q is turned off, a voltage in the opposite direction to the on period of the switching element Q is generated in the main winding Lp of the inductor L, and this voltage is superimposed on the input voltage and supplied to the output rectifying and smoothing circuit 3. And charge the smoothing capacitor C1. During this time, the current flowing through the inductor L continues to decrease and reaches zero. When the current flowing through the inductor L decreases to zero, the potential at one end a of the DC blocking capacitor C3 decreases, the zero current detection signal Zcd is output from the zero current detection circuit 43, and the switching element Q is turned on again.
[0052]
The switching power supply according to the present embodiment repeats the above cycle and outputs a boosted DC voltage via the output rectifying and smoothing circuit 3.
[0053]
Moreover, in the switching power supply device of the present embodiment, the switching element Q can intermittently flow the input current because it interrupts the input current throughout the entire period of one AC cycle. When the current flowing through the inductor L drops to zero, the control circuit 4 outputs an ON signal to the switching element Q, and controls the current flowing through the inductor L to be off in proportion to the peak value of the AC power supply waveform. Power factor can be improved in critical value mode.
[0054]
Next, the operations of the IC operation power supply circuit 42 and the zero current detection circuit 43 will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a graph showing the potential of one end a of the DC blocking capacitor C3 that is charged and discharged following the induced voltage of the auxiliary winding Ls and the potential of the zero current detection terminal T1, with the ground line G as a zero potential. is there. FIG. 3 is a graph showing the potential of the other end b set at the other end of the current detection capacitor C3 with the ground line G set to zero potential.
In the switching power supply device of this embodiment, the input voltage Vin is applied to the main winding Lp of the inductor L during the ON period of the switching element Q, and the voltage Vin × Ns proportional to the turns ratio Ns / Np is applied to the auxiliary winding Ls. / Np induces. This voltage is a voltage having a negative potential at the other end of the auxiliary winding Ls, and charges the DC blocking capacitor C3 via the level shift diode D3. One end a of the DC blocking capacitor C3 is charged to a potential of −Vin × Ns / Np shown on the negative side of FIG. The input voltage Vin is an instantaneous value of the rectified input voltage. Therefore, the potential (−Vin × Ns / Np) at one end a of the DC blocking capacitor C3 is the lowest potential when the peak value of the rectified input voltage Vin becomes maximum.
(√2 × Vac × Ns / Np)
It becomes. Vac is an effective value of the rectified input voltage Vin.
[0055]
During the OFF period of the switching element Q, a voltage of (Vout−Vin) is induced in the main winding Lp of the inductor L, and a voltage proportional to the turn ratio Ns / Np is induced in the auxiliary winding Ls.
(Vout−Vin) × Ns / Np
Induces. This voltage is a voltage in which the other end side of the auxiliary winding Ls is set to a positive potential, and is applied to a series circuit of the DC blocking capacitor C3 and the diode D2 and the smoothing capacitor C2. Therefore, the DC blocking capacitor C3 has one end a having a potential of (Vout−Vin) × Ns / Np shown on the positive side of FIG. 2 and the lowest potential when the peak value of the rectified input voltage Vin is maximum.
(Vout−√2 × Vac) × Ns / Np
It becomes. At this time, the DC blocking capacitor C3 is charged with a voltage of Vin × Ns / Np with one end a being a negative potential and the other end b being a positive potential. For this reason, since the charging voltage Vin × Ns / Np of the DC blocking capacitor C3 is added to the smoothing capacitor C2 and applied, the smoothing capacitor C2 is charged with a voltage of (Vout × Ns / Np). The charging voltage of (Vout × Ns / Np) is supplied to the power supply voltage terminal for IC operation.
[0056]
In this embodiment, a resistor R2 is connected as the impedance circuit 45 between the other end b of the DC blocking capacitor C3 and the zero current detection terminal T1.
[0057]
As shown in FIG. 3, the potential of the other end b of the DC blocking capacitor C3 becomes a substantially ground potential in which the forward drop voltage Vf of the level shift diode D3 becomes a negative potential during the ON period of the switching element Q. In the OFF period, the charging potential of the smoothing capacitor C2 (Vout × Ns / Np) is obtained. This voltage is applied to the zero current detection terminal T1 via the impedance circuit 45, and a minute bias is applied to the potential at one end a of the DC blocking capacitor via the current limiting resistor R1.
[0058]
For this reason, as shown in FIG. 2, the potential of the zero current detection terminal T1 is a potential obtained by adding a minute bias to the potential of one end a of the DC blocking capacitor C3 during the ON period of the switching element Q. It increases when the peak value of the input voltage Vin is large.
[0059]
Thus, in this embodiment, since the impedance circuit 45 constituted by the resistor R2 is connected between the other end b of the DC blocking capacitor C3 and the zero current detection terminal T1, the voltage applied to the zero current detection terminal T1. Accordingly, the potential of one end a of the DC blocking capacitor C3 can be set low.
[0060]
Therefore, it is possible to provide a step-up switching power supply device having a power factor improving function with a wide allowable range of conditional expressions shown in the prior art and a wide design freedom.
[0061]
As a result, since the output voltage of the switching power supply can be set lower, it is possible to provide a step-up type switching power supply device having a power factor improving function that improves derating of the switching element Q and improves reliability. Can do.
[0062]
FIG. 4 is an electric circuit diagram showing another embodiment of the switching power supply device according to the present invention. In the illustrated switching power supply device, the same components as those shown in FIGS. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
[0063]
The switching power supply device shown in FIG. 4 differs from the embodiment shown in FIG. 1 in the configuration of the impedance circuit 45. In this embodiment, the impedance circuit 45 is constituted by a series circuit of a resistor R3 and a capacitor C4. By using the capacitor C4 for the impedance circuit 45, a resistor R3 having a low resistance value can be used.
[0064]
FIG. 5 is an electric circuit diagram showing still another embodiment of the switching power supply device according to the present invention. In the illustrated switching power supply apparatus, the same components as those shown in FIGS. 1 to 4 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
[0065]
The switching power supply device shown in FIG. 5 differs from the embodiment shown in FIGS. 1 and 4 in the configuration of the impedance circuit 45. The impedance circuit 45 is configured by a series circuit of a resistor R4 and a diode D4.
[0066]
The function of the impedance circuit 45 of the switching power supply shown in FIGS. 4 and 5 is basically the same as that of the switching power supply shown in FIG.
[0067]
The present invention has been described in detail with reference to the preferred embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications can be made by those skilled in the art based on the basic technical idea and teachings. It is self-evident that
[0068]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained.
(A) It is possible to provide a step-up switching power supply device having a power factor improving function with a wide design freedom.
(B) It is possible to provide a step-up type switching power supply device having a power factor improving function that improves derating of switching elements and improves reliability.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an electric circuit diagram showing an embodiment of a switching power supply device according to the present invention.
2 is a graph showing the potential of one end a at one end of the DC blocking capacitor provided in the switching power supply device shown in FIG. 1 and the potential of a zero current detection terminal.
3 is a graph showing the potential of the other end b at the other end of the current detection capacitor provided in the switching power supply device shown in FIG. 1;
FIG. 4 is an electric circuit diagram showing another embodiment of the switching power supply device according to the present invention.
FIG. 5 is an electric circuit diagram showing still another embodiment of the switching power supply device according to the present invention.
FIG. 6 is a circuit diagram for explaining a zero current detection circuit including an auxiliary winding of a conventional switching power supply device and a power supply circuit for IC operation.
[Explanation of symbols]
2 Switching circuit
3 Output rectification smoothing circuit
4 Control circuit
41 Control IC
42 Power supply circuit for IC operation
43 Zero current detection circuit
45 Impedance circuit
L inductor
Lp main winding
Ls Auxiliary winding
Q switching element
C2, C3 capacitors
D2, D3 diode
R1, R2 resistance
T1 Power supply pin for IC operation
T2 Zero current detection pin

Claims

A switching power supply device including an inductor, a switching circuit, an output rectifying and smoothing circuit, and a control circuit,
The inductor includes a main winding and an auxiliary winding, and the main winding is supplied with a voltage obtained by rectifying an AC power source,
The switching circuit includes a switching element, switches a rectified voltage supplied through the main winding at a frequency higher than the frequency of the AC power supply, and outputs a boosted switching output during the off period to the output rectifying and smoothing circuit To supply
The output rectifying / smoothing circuit rectifies and smoothes the supplied switching output, converts it into a boosted DC voltage, and outputs it.
The control circuit includes a control IC, an IC operation power supply circuit, and a zero current detection circuit,
The control IC includes an IC operation power supply terminal and a zero current detection terminal. The control IC operates with power supplied to the IC operation power supply terminal, and a zero current signal is input to the zero current detection terminal. Then, the switching element is turned on,
The power supply circuit for IC operation includes a series circuit of a diode and a smoothing capacitor, is connected to the auxiliary winding of the inductor, and generates a voltage induced in the auxiliary winding during an off period of the switching element. To supply the smoothing capacitor via the rectified and smoothed output to the IC operation power supply terminal,
The zero current detection circuit includes a DC blocking capacitor, a current limiting resistor, a level shift diode, and an impedance circuit,
The DC blocking capacitor is connected between the auxiliary winding and the power supply circuit for IC operation,
The current limiting resistor is connected between one end of the auxiliary winding side of the DC blocking capacitor and the zero current detection terminal,
The level shift diode is connected between the other end of the DC blocking capacitor and a ground line, charges the DC blocking capacitor with a voltage induced during an ON period of the switching element, and sets a charging voltage of the DC blocking capacitor. , Directed to add to the smoothing capacitor during the off period of the switching element,
The impedance circuit is connected between the other end of the DC blocking capacitor and the zero current detection terminal.
Switching power supply.

The switching power supply device according to claim 1, wherein the impedance circuit is a resistor.

The switching power supply device according to claim 1, wherein the impedance circuit is a series circuit of a resistor and a capacitor.

The switching power supply device according to claim 1, wherein the impedance circuit is a series circuit of a resistor and a diode.

5. The switching power supply device according to claim 1, wherein a minimum potential difference between a peak value of a voltage obtained by rectifying the AC power supply and the boosted DC voltage is 25 V or less. .