JP4644950B2 - Switching power supply - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はスイッチング電源装置に関し、より具体的には入力電流と出力電流に含まれるリップル成分を軽減する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、スイッチング電源の入力電流と出力電流のリップル成分を軽減する手段としてハーフブリッジやフルブリッジという方式が用いられていた。
【0003】
図5はハーフブリッジの原理図を示しているが、2つのスイッチ素子13aと13bは交互にオン・オフを繰り返しており、2つが同時にオン状態になることはない。スイッチ素子13aがオンのときは直流電源21から供給される電流は第1のトランス12の1次巻線12aとコンデンサ20bを通る。このとき電流は1次巻線を図の上の方から下の方に向かって流れる。スイッチ素子13bがオンのときは電流は1次巻線12aとコンデンサ20aを流れるが、1次巻線には図の下の方から上の方に向かって流れる。
【0004】
スイッチ素子13aと13bのオン期間は周期の50%を越えることはないが、直流電源の電流は図6に示したように導通角を100%近くまで広げることができる。その結果直流電源21の電流に含まれるリップル成分が小さくなる。トランスの2次巻線12bと12dから第2の平滑コンデンサ16に流れる電流のリップル成分も小さくなる。
【0005】
リップル成分が小さくなることによって、直流電源21の直流抵抗成分によって生じる電力損失が小さくなるというメリットがある。直流電源がコンデンサとインダクタからなるフィルタ回路を有しているとき、コンデンサを流れるリップル電流も小さくなるので、コンデンサの等価直列抵抗による電力損失も小さくなる。このことは2次側の出力電流に関しても同様である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来方式はスイッチ素子13aと13bを駆動する回路が複雑になるという短所がある。
【0007】
そこで、本発明はより簡単な回路で入力電流のリップル成分を軽減する回路を提供するものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明においては図1に示すように、1台目のフライバックコンバータの第1の平滑コンデンサ11と2次側の第2の平滑コンデンサ16を各々共通にする2台目のフライバックコンバータを並列に接続し、かつ、2台目のフライバックコンバータの第2のスイッチ素子2を1台目のフライバックコンバータの第1のトランス12の3次巻線12cに生じる交流信号をもとに、適当な時定数をもっているコンデンサ5と抵抗6からなる回路と、第3のスイッチ素子4によって作り出されるパルスでオン・オフさせる。
【0009】
【発明の実施の形態】
1台目のフライバックコンバータのスイッチ素子である第1のスイッチ素子13と2台目のフライバックコンバータのスイッチ素子である第2のスイッチ素子2のオン期間は図3に示したように、交互になるように、3次巻線12cの極性が選ばれており、また、第2のスイッチ素子2のオン期間が第1のスイッチ素子13のオン期間と重なることがないようにコンデンサ5と抵抗6が選ばれている。
【0010】
コンデンサ5の電圧は図4に示したように、3次巻線12cに生じる電圧に対して指数関数的な変化を示す。そして、第2のスイッチ素子2のオン期間は図中のt2で与えられる。すなわち、コンデンサ5の電圧が第3のスイッチ素子4の制御電極のしきい値に達すると第3のスイッチ素子4がオン状態になり、第2のスイッチ素子2がターン・オフするので、第3の巻数12cの電圧とコンデンサ5及び抵抗6の値を適当に選ぶことにより、第1のスイッチ素子13がターン・オンする前に第2のスイッチ素子2をターン・オフさせることができる。
【0011】
【実施例】
図1は請求項1記載の発明の実施例を示す回路である。
【0012】
図1において、第1のスイッチ素子13は発振制御回路14が出力するパルスによってオン・オフを繰り返し、第1のトランス12を介して負荷17に一定の直流電圧を供給している。
【0013】
第2のスイッチ素子2は第1のトランス12に巻かれた3次巻線12cに生じるパルスでオン・オフを繰り返すが、第1のスイッチ素子13のオン・オフと位相が反転している。また、第2のスイッチ素子2のオン期間は第3のスイッチ素子4とコンデンサ5及び抵抗6によって制限され、第1のスイッチ素子2がターン・オンする前にターン・オフする。
【0014】
第1のスイッチ素子13と第2のスイッチ素子2を流れる電流は位相が反転して互いに重なることがないので入力電流の導通角が広がり、リップル成分が小さくなる。また2次側においても第1のダイオード15と第2のダイオード7に交互に電流が流れるので導通角が広がり、リップル成分が小さくなる。
【0015】
図1において、インピーダンス素子3は抵抗でも良いが、抵抗の他にコンデンサやインダクタを組み合わせた回路でも良い。
【0016】
図1において、第1のスイッチ素子13と第2のスイッチ素子2にMOSFETを選び、第3のスイッチ素子4にバイポーラトランジスタを選んでいるが、これらはそれぞれ別のタイプのスイッチ素子で置き換えることが可能である。
【0017】
図1において、発振制御回路14は周波数固定であっても、自励発振であっても良い。
【0018】
図2は請求項2記載の発明の実施例を示す回路図である。
【0019】
図2において、第2のトランス1と第2のスイッチ素子2からなる回路をセンタータップダイオード9を介して交流電源8に接続した。これにより交流電流の位相の360°の角度にわたって電流が流れるので力率が改善される。
【0020】
【発明の効果】
従来フライバックコンバータを応用できる電力の範囲がコストの制限から200Wと考えられてきたが、本発明によって入力電流に含まれるリップル成分が大幅に削減されるので、1次側と2次側の両方の電解コンデンサの負担が減り、ハーフブリッジやフルブリッジと同じコストで200W以上の電源に応用できるようになった。また、2次側の電圧が24Vを越える場合は2次側のダイオードの耐圧の制限からむしろフライバック方式の方が好まれることがあるので、24Vを越える出力電圧の電源においてハーフブリッジやフルブリッジに代わる方式として期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 請求項1記載の発明の実施例を示す回路図である。
【図2】 請求項2記載の発明の実施例を示す回路図である。
【図3】 図1の波形図である。
【図4】 図1の波形図である。
【図5】 従来方式の1例を示す回路図である。
【図6】 図5の波形図である。
【符号の説明】
1 第2のトランス
1a 1次巻線
1b 2次巻線
2 第2のスイッチ素子
3 インピーダンス素子
4 第3のスイッチ素子
5 コンデンサ
6 抵抗
7 第2のダイオード
8 交流電源
9 センタータップダイオード
10 全波整流器
11 第1の平滑コンデンサ
12 第1のトランス
12a 1次巻線
12b 2次巻線
12c 3次巻線
12d 2次巻線
13 第1のスイッチ素子
13a スイッチ素子
13b スイッチ素子
14 発振制御回路
15 第1のダイオード
16 第2の平滑コンデンサ
17 負荷
18 リアクトル
19 ダイオード
20a コンデンサ
20b コンデンサ
21 直流電源[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a switching power supply device, and more specifically to a technique for reducing a ripple component included in an input current and an output current.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, methods such as a half bridge and a full bridge have been used as means for reducing the ripple component of the input current and output current of the switching power supply.
[0003]
FIG. 5 shows the principle diagram of the half bridge, but the two switch elements 13a and 13b are alternately turned on and off alternately, and the two are not turned on at the same time. When the switch element 13a is on, the current supplied from the
[0004]
Although the ON period of the switch elements 13a and 13b does not exceed 50% of the period, the current of the DC power supply can widen the conduction angle to nearly 100% as shown in FIG. As a result, the ripple component included in the current of the
[0005]
By reducing the ripple component, there is an advantage that the power loss caused by the DC resistance component of the
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional method has a disadvantage that a circuit for driving the switch elements 13a and 13b becomes complicated.
[0007]
Therefore, the present invention provides a circuit that reduces the ripple component of the input current with a simpler circuit.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, as shown in FIG. 1, a second flyback converter in which the first smoothing capacitor 11 of the first flyback converter and the
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The ON period of the first switch element 13 that is the switch element of the first flyback converter and the second switch element 2 that is the switch element of the second flyback converter are alternately shown in FIG. The polarity of the tertiary winding 12c is selected so that the ON period of the second switch element 2 does not overlap with the ON period of the first switch element 13. 6 is selected.
[0010]
The voltage of the capacitor 5 changes exponentially with respect to the voltage generated in the tertiary winding 12c as shown in FIG. The ON period of the second switch element 2 is given by t2 in the figure. That is, when the voltage of the capacitor 5 reaches the threshold value of the control electrode of the third switch element 4, the third switch element 4 is turned on and the second switch element 2 is turned off. By appropriately selecting the voltage of the number of turns 12c and the values of the capacitor 5 and the resistor 6, the second switch element 2 can be turned off before the first switch element 13 is turned on.
[0011]
【Example】
FIG. 1 is a circuit showing an embodiment of the first aspect of the present invention.
[0012]
In FIG. 1, the first switch element 13 is repeatedly turned on and off by pulses output from the
[0013]
The second switch element 2 is repeatedly turned on / off by a pulse generated in the tertiary winding 12c wound around the
[0014]
The currents flowing through the first switch element 13 and the second switch element 2 are out of phase and do not overlap each other, so that the conduction angle of the input current is widened and the ripple component is reduced. Also, on the secondary side, current flows alternately through the
[0015]
In FIG. 1, the impedance element 3 may be a resistor, but may be a circuit in which a capacitor and an inductor are combined in addition to the resistor.
[0016]
In FIG. 1, MOSFETs are selected for the first switch element 13 and the second switch element 2, and bipolar transistors are selected for the third switch element 4. However, these may be replaced with different types of switch elements. Is possible.
[0017]
In FIG. 1, the
[0018]
FIG. 2 is a circuit diagram showing an embodiment of the second aspect of the present invention.
[0019]
In FIG. 2, a circuit composed of the
[0020]
【The invention's effect】
Conventionally, the power range in which the flyback converter can be applied has been considered to be 200 W due to cost limitations. However, since the ripple component included in the input current is greatly reduced by the present invention, both the primary side and the secondary side are included. The load on the electrolytic capacitor is reduced, and it can be applied to a power supply of 200 W or more at the same cost as a half bridge or a full bridge. In addition, when the secondary voltage exceeds 24V, the flyback method may be preferred rather than the limitation of the withstand voltage of the secondary diode. It can be expected as an alternative method.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of the invention as set forth in
FIG. 2 is a circuit diagram showing an embodiment of the invention as set forth in claim 2;
FIG. 3 is a waveform diagram of FIG. 1;
4 is a waveform diagram of FIG. 1. FIG.
FIG. 5 is a circuit diagram showing an example of a conventional method.
6 is a waveform diagram of FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (2)
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