JP6335826B2 - One-converter switching power supply - Google Patents
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Description
本発明は、力率改善回路とコンバータとを一体化してなるワンコンバータ方式のスイッチング電源装置に関する。 The present invention relates to a one-converter type switching power supply device in which a power factor correction circuit and a converter are integrated.
従来のワンコンバータ方式のスイッチング電源装置としては、例えば、特許文献1に記載のものが知られている。図11に示すように、この従来のスイッチング電源装置10は、第1スイッチング素子Q1および第2スイッチング素子Q2を中点P10を介して直列接続してなる回路と、これに並列接続された、第3スイッチング素子Q3および第4スイッチング素子Q4を中点P11を介して直列接続してなる回路と、これらに並列接続された、第1ダイオードD6および第2ダイオードD7を中点P12を介して直列接続してなる回路と、これらに並列接続されたコンデンサC4と、スイッチング素子Q1〜Q4を制御する制御部11とを備えている。
As a conventional one-converter type switching power supply, for example, the one described in
また、スイッチング電源装置10は、中点P10および中点P11の間に接続された、コンデンサC5、インダクタL4およびトランスTの一次巻線T1を直列接続してなる回路と、中点P12に接続されたインダクタL3とを備えている。インダクタL3および中点P10の間には、当該スイッチング電源装置10に入力電圧を供給する交流電源Eが接続される。また、コンデンサC5およびインダクタL4は、共振回路を構成する。
Further, the switching
スイッチング電源装置10は、さらに、トランスTの二次巻線T2a,T2bに誘起される電圧を整流および平滑することにより、負荷20に供給すべき直流の出力電圧を生成する二次側回路(ダイオードD8a,D8b、インダクタL5、コンデンサC6)も備えている。
The
制御部11は、PFC電圧および出力電圧に基づいて、スイッチング素子Q1〜Q4のスイッチング(オンからオフへの切り替え、およびオフからオンへの切り替え)を制御する。
The
しかしながら、上記従来のスイッチング電源装置10は、交流電流を帰還させるための第1ダイオードD6および第2ダイオードD7において損失が発生し、効率が低下することが問題となっていた。また、スイッチング電源装置10は、部品点数が多いために小型化が困難であることも問題となっていた。
However, the conventional switching
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、従来よりも高効率で、かつ部品点数が少ないスイッチング電源装置を提供することにある。 This invention is made | formed in view of the said situation, The place made into the subject is providing the switching power supply device which is highly efficient rather than before, and there are few number of parts.
上記課題を解決するために、本発明に係るスイッチング電源装置は、第1スイッチング素子および第2スイッチング素子を第1中点を介して直列接続してなる第1直列接続体と、第1直列接続体に並列接続された、第3スイッチング素子および第4スイッチング素子を第2中点を介して直列接続してなる第2直列接続体と、第1および第2直列接続体に並列接続された力率改善用コンデンサと、第1および第2中点の間に一次巻線が接続されたトランスと、トランスの二次巻線に誘起される電圧を整流および平滑する二次側回路と、第1中点に一端が接続されたインダクタと、インダクタの他端に一端が接続されたコンデンサと、第1、第2、第3および第4スイッチング素子を制御する制御部とを備え、コンデンサの他端および第2中点の間に交流電源が接続され得るようになっており、制御部は、a)第2および第3スイッチング素子をオフ、第4スイッチング素子をオンさせつつ第1スイッチング素子をオン/オフさせる第1制御と、b)第1および第4スイッチング素子をオフ、第2スイッチング素子をオンさせつつ第3スイッチング素子をオン/オフさせる第2制御と、c)第1および第3スイッチング素子をオフ、第2および第4スイッチング素子をオンさせる第3制御とを繰り返し実行することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a switching power supply according to the present invention includes a first series connection body in which a first switching element and a second switching element are connected in series via a first middle point, and a first series connection. A second series connection body connected in parallel to the body, the third switching element and the fourth switching element connected in series via the second midpoint, and a force connected in parallel to the first and second series connection bodies A rate improving capacitor, a transformer having a primary winding connected between the first and second midpoints, a secondary circuit for rectifying and smoothing a voltage induced in the secondary winding of the transformer, and a first An inductor having one end connected to the midpoint; a capacitor having one end connected to the other end of the inductor; and a control unit that controls the first, second, third, and fourth switching elements, and the other end of the capacitor And the second midpoint An AC power source can be connected to the control unit; a) a first control for turning on / off the first switching element while turning off the second and third switching elements and turning on the fourth switching element; B) second control for turning off the first switching element and the fourth switching element, and turning on / off the third switching element while turning on the second switching element; c) turning off the first and third switching elements; The third control for turning on the fourth switching element is repeatedly executed.
この構成によれば、一次側に電流帰還用のダイオードを設ける必要がないので、従来のスイッチング電源装置よりも損失を低減し、高効率化を図ることができる。また、この構成によれば、交流電源と制御部を除いた一次側の部品点数が7点で済むので、従来のスイッチング電源装置(部品点数は10点)よりも小型化を図ることができる。 According to this configuration, since there is no need to provide a current feedback diode on the primary side, loss can be reduced and higher efficiency can be achieved than in a conventional switching power supply device. Further, according to this configuration, since the number of parts on the primary side excluding the AC power supply and the control unit is only 7, the size can be reduced as compared with the conventional switching power supply device (number of parts is 10).
なお、上記第1、第2、第3および第4スイッチング素子としては、例えば、ボディダイオードを内包したMOSFETを使用することができる。 As the first, second, third and fourth switching elements, for example, a MOSFET including a body diode can be used.
本発明によれば、従来よりも高効率で、かつ部品点数が少ないスイッチング電源装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a switching power supply apparatus that is more efficient than the prior art and has a reduced number of parts.
以下、添付図面を参照しつつ、本発明に係るワンコンバータ方式のスイッチング電源装置の実施例について説明する。 Embodiments of a one-converter switching power supply device according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図1に、本発明の実施例に係るワンコンバータ方式のスイッチング電源装置1を示す。スイッチング電源装置1は、商用系統等の交流電源Eから供給される入力電圧Vinから直流の出力電圧Voutを生成して負荷20に供給するものである。
FIG. 1 shows a one-converter type switching
図1に示すように、本実施例に係るスイッチング電源装置1は、第1スイッチング素子Q1および第2スイッチング素子Q2を中点P1を介して直列接続してなる第1直列接続体2と、これに並列接続された、第3スイッチング素子Q3および第4スイッチング素子Q4を中点P2を介して直列接続してなる第2直列接続体3とからなるフルブリッジ回路4を備えている。
As shown in FIG. 1, the switching
本実施例では、各スイッチング素子Q1〜Q4としてMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)を使用している。各スイッチング素子Q1〜Q4は、それぞれボディダイオード(寄生ダイオード)D1〜D4を内包している。ボディダイオードD1のカソードは、第1スイッチング素子Q1のドレインに接続されている。また、ボディダイオードD1のアノードは、第1スイッチング素子Q1のソースに接続されている。スイッチング素子Q2〜Q4およびボディダイオードD2〜D4についても同様である。 In this embodiment, MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors) are used as the switching elements Q1 to Q4. Each of the switching elements Q1 to Q4 includes body diodes (parasitic diodes) D1 to D4, respectively. The cathode of the body diode D1 is connected to the drain of the first switching element Q1. The anode of the body diode D1 is connected to the source of the first switching element Q1. The same applies to switching elements Q2 to Q4 and body diodes D2 to D4.
スイッチング電源装置1は、力率改善用のコンデンサC3をさらに備えている。コンデンサC3は、フルブリッジ回路4(第1直列接続体2,第2直列接続体3)に並列接続されている。より詳しくは、コンデンサC3の一端は、スイッチング素子Q1,Q3のドレインに接続され、コンデンサC3の他端は、スイッチング素子Q2,Q4のソースに接続されている。
The switching
スイッチング電源装置1は、インダクタL1と、これに直列接続されたコンデンサC1とをさらに備えている。インダクタL1は、一端が中点P1に接続されるとともに、他端がコンデンサC1の一端に接続されている。
The switching
スイッチング電源装置1に入力電圧Vinを供給する交流電源Eは、コンデンサC1の他端と中点P2の間に接続される。なお、本明細書では、コンデンサC1の他端の電位が中点P2の電位よりも高い場合の入力電圧Vinの極性を“正”、コンデンサC1の他端の電位が中点P2の電位よりも低い場合の入力電圧Vinの極性を“負”とする。
The AC power supply E that supplies the input voltage Vin to the switching
スイッチング電源装置1は、トランスTをさらに備えている。トランスTは、一次巻線T1および2つの二次巻線T2a,T2bを含んでいる。一次巻線T1は、一端(図1において、●が付けられた端部)が中点P1に接続され、他端が中点P2に接続されている。また、二次巻線T2aは、他端(●が付けられていない端部)が二次巻線T2bの一端(●が付けられた端部))に接続されている。
The switching
スイッチング電源装置1は、トランスTの二次巻線T2a,T2bに誘起される電圧を整流および平滑することにより負荷20に供給すべき直流の出力電圧Voutを生成する二次側回路5をさらに備えている。二次側回路5は、アノードが二次巻線T2aの一端に接続されたダイオードD5aと、アノードが二次巻線T2bの他端に接続されたダイオードD5bと、一端がダイオードD5a,D5bのカソードに接続されたインダクタL2と、一端がインダクタL2の他端に接続されるとともに他端が二次巻線T2aの他端(二次巻線T2bの一端)に接続されたコンデンサC2とを含んでいる。コンデンサC2の両端に発生する電圧が、出力電圧Voutとして負荷20に供給される。
The switching
スイッチング電源装置1は、マイコン等からなる制御部6をさらに備えている。制御部6は、入力電圧Vin、出力電圧VoutおよびコンデンサC3の一端の電圧(以下、直流リンク電圧という)に基づいて各スイッチング素子Q1〜Q4のスイッチングを制御する。
The switching
続いて、本実施例に係るスイッチング電源装置1における、制御部6による各スイッチング素子Q1〜Q4の制御について説明する。
Next, the control of the switching elements Q1 to Q4 by the
制御部6は、入力電圧Vinの極性が正である正半期および入力電圧Vinの極性が負である負半期のいずれにおいても、a)第2スイッチング素子Q2および第3スイッチング素子Q3をオフ、第4スイッチング素子Q4をオンさせつつ第1スイッチング素子Q1をオン/オフさせる第1制御と、b)第1スイッチング素子Q1および第4スイッチング素子Q4をオフ、第2スイッチング素子Q2をオンさせつつ第3スイッチング素子Q3をオン/オフさせる第2制御と、c)第1スイッチング素子Q1および第3スイッチング素子Q3をオフ、第2スイッチング素子Q2および第4スイッチング素子Q4をオンさせる第3制御とを繰り返し実行する。これにより、正半期においては表1に示す状態P1〜P7が作られ、負半期においては表2に示す状態N1〜N7が作られる(図2,図3,図7参照)。
なお、各スイッチング素子Q1〜Q4のデューティ比は、直流リンク電圧および入力電圧Vinの電圧値に応じて変化するが(図2参照)、図3および図7ではこのデューティ比の変化が省略されている。また、各スイッチング素子Q1〜Q4を流れる電流およびインダクタL1を流れる電流は正弦波状に変化するが(図2参照)、図3および図7ではこの正弦波状の変化も省略されている。 The duty ratios of the switching elements Q1 to Q4 vary according to the DC link voltage and the voltage value of the input voltage Vin (see FIG. 2). However, in FIG. 3 and FIG. Yes. Further, the current flowing through each of the switching elements Q1 to Q4 and the current flowing through the inductor L1 change in a sine wave shape (see FIG. 2), but this sine wave shape change is also omitted in FIGS.
正半期の状態P1では、第1スイッチング素子Q1がオフ、第2スイッチング素子Q2がオフ、第3スイッチング素子Q3がオフ、第4スイッチング素子Q4がオンとなっている。状態P1における電流経路を図4(A)に示す。同図に示すように、状態P1では、交流電源Eから供給された電流がコンデンサC1→インダクタL1→第1スイッチング素子Q1のボディダイオードD1→コンデンサC3の経路を流れ、これによりコンデンサC3が充電される。 In the half-period state P1, the first switching element Q1 is off, the second switching element Q2 is off, the third switching element Q3 is off, and the fourth switching element Q4 is on. The current path in the state P1 is shown in FIG. As shown in the figure, in the state P1, the current supplied from the AC power source E flows through the path of the capacitor C1, the inductor L1, the body diode D1 of the first switching element Q1, and the capacitor C3, thereby charging the capacitor C3. The
状態P1の次に作られる状態P2では、第1スイッチング素子Q1がオン、第2スイッチング素子Q2がオフ、第3スイッチング素子Q3がオフ、第4スイッチング素子Q4がオンとなっている。状態P2における電流経路を図4(B)に示す。同図に示すように、状態P2では、コンデンサC3の放電電流が第1スイッチング素子Q1→トランスTの一次巻線T1→第4スイッチング素子Q4の経路を流れ、これにより、トランスTの二次巻線T2a,T2bに電圧が誘起される。二次側回路5は、この誘起電圧を整流および平滑することにより出力電圧Voutを生成する。
In the state P2 created next to the state P1, the first switching element Q1 is on, the second switching element Q2 is off, the third switching element Q3 is off, and the fourth switching element Q4 is on. The current path in the state P2 is shown in FIG. As shown in the figure, in the state P2, the discharge current of the capacitor C3 flows through the path of the first switching element Q1 → the primary winding T1 of the transformer T → the fourth switching element Q4, and thereby the secondary winding of the transformer T. A voltage is induced on the lines T2a and T2b. The
状態P2の次に作られる状態P3では、第1スイッチング素子Q1がオフ、第2スイッチング素子Q2がオフ、第3スイッチング素子Q3がオフ、第4スイッチング素子Q4がオンとなっている。状態P3における電流経路を図4(C)に示す。同図に示すように、状態P3では、状態P2と同一の方向に電流を流し続けようとする一次巻線T1の作用により、一次巻線T1→第4スイッチング素子Q4→第2スイッチング素子Q2のボディダイオードD2の経路で電流が流れ、これにより、引き続きトランスTの二次巻線T2a,T2bに電圧が誘起される。 In the state P3 created next to the state P2, the first switching element Q1 is off, the second switching element Q2 is off, the third switching element Q3 is off, and the fourth switching element Q4 is on. A current path in the state P3 is shown in FIG. As shown in the figure, in the state P3, the primary winding T1 → the fourth switching element Q4 → the second switching element Q2 is caused by the action of the primary winding T1 that keeps the current flowing in the same direction as the state P2. A current flows through the path of the body diode D2, and thereby a voltage is continuously induced in the secondary windings T2a and T2b of the transformer T.
状態P3の次に作られる状態P4では、第1スイッチング素子Q1がオフ、第2スイッチング素子Q2がオン、第3スイッチング素子Q3がオフ、第4スイッチング素子Q4がオフとなっている。状態P4における電流経路を図5(A)に示す。同図に示すように、状態P4では、交流電源Eから供給された電流がコンデンサC1→インダクタL1→第2スイッチング素子Q2→第4スイッチング素子Q4のボディダイオードD4の経路を流れる。 In the state P4 created next to the state P3, the first switching element Q1 is off, the second switching element Q2 is on, the third switching element Q3 is off, and the fourth switching element Q4 is off. A current path in the state P4 is shown in FIG. As shown in the figure, in the state P4, the current supplied from the AC power source E flows through the path of the body diode D4 of the capacitor C1, the inductor L1, the second switching element Q2, and the fourth switching element Q4.
状態P4の次に作られる状態P5では、第1スイッチング素子Q1がオフ、第2スイッチング素子Q2がオン、第3スイッチング素子Q3がオン、第4スイッチング素子Q4がオフとなっている。状態P5における電流経路を図5(B)に示す。同図に示すように、状態P5では、コンデンサC3の放電電流が第3スイッチング素子Q3→トランスTの一次巻線T1→第2スイッチング素子Q2の経路を流れ、これにより、トランスTの二次巻線T2a,T2bに状態P2,P3とは逆極性の電圧が誘起される。 In the state P5 created next to the state P4, the first switching element Q1 is off, the second switching element Q2 is on, the third switching element Q3 is on, and the fourth switching element Q4 is off. A current path in the state P5 is shown in FIG. As shown in the figure, in the state P5, the discharge current of the capacitor C3 flows through the path of the third switching element Q3 → the primary winding T1 of the transformer T → the second switching element Q2, and thereby the secondary winding of the transformer T. A voltage having a polarity opposite to that of the states P2 and P3 is induced in the lines T2a and T2b.
状態P5の次に作られる状態P6では、第1スイッチング素子Q1がオフ、第2スイッチング素子Q2がオン、第3スイッチング素子Q3がオフ、第4スイッチング素子Q4がオフとなっている。状態P6における電流経路を図5(C)に示す。同図に示すように、状態P6では、状態P5と同一の方向に電流を流し続けようとする一次巻線T1の作用により、一次巻線T1→第2スイッチング素子Q2→第4スイッチング素子Q4のボディダイオードD4の経路で電流が流れ、これにより、引き続きトランスTの二次巻線T2a,T2bに電圧が誘起される。 In the state P6 created next to the state P5, the first switching element Q1 is off, the second switching element Q2 is on, the third switching element Q3 is off, and the fourth switching element Q4 is off. A current path in the state P6 is shown in FIG. As shown in the figure, in the state P6, the primary winding T1 → second switching element Q2 → fourth switching element Q4 is affected by the action of the primary winding T1 that keeps the current flowing in the same direction as the state P5. A current flows through the path of the body diode D4, and thereby a voltage is continuously induced in the secondary windings T2a and T2b of the transformer T.
状態P6の次に作られる状態P7では、第1スイッチング素子Q1がオフ、第2スイッチング素子Q2がオン、第3スイッチング素子Q3がオフ、第4スイッチング素子Q4がオンとなっている。状態P7における電流経路を図6に示す。同図に示すように、状態P7では、状態P6と同様、一次巻線T1→第2スイッチング素子Q2→第4スイッチング素子Q4(ボディダイオードD4)の経路で電流が流れ、これにより、引き続きトランスTの二次巻線T2a,T2bに電圧が誘起される。また、第4スイッチング素子Q4がオンすることで、第4スイッチング素子Q4のボディダイオードD4の損失がなくなる。 In the state P7 created next to the state P6, the first switching element Q1 is off, the second switching element Q2 is on, the third switching element Q3 is off, and the fourth switching element Q4 is on. The current path in the state P7 is shown in FIG. As shown in the figure, in the state P7, as in the state P6, a current flows through the path of the primary winding T1 → the second switching element Q2 → the fourth switching element Q4 (body diode D4). Voltage is induced in the secondary windings T2a and T2b. Further, when the fourth switching element Q4 is turned on, the loss of the body diode D4 of the fourth switching element Q4 is eliminated.
状態P7の後には、再び状態P1が作られる。 After the state P7, the state P1 is created again.
負半期の状態N1では、正半期の状態P4と同様、第1スイッチング素子Q1がオフ、第2スイッチング素子Q2がオン、第3スイッチング素子Q3がオフ、第4スイッチング素子Q4がオフとなっている。状態N1における電流経路を図8(A)に示す。同図に示すように、状態N1では、交流電源Eから供給された電流が第3スイッチング素子Q3のボディダイオードD3→コンデンサC3の経路を流れ、これによりコンデンサC3が充電される。 In the negative half-period state N1, as in the positive half-period state P4, the first switching element Q1 is off, the second switching element Q2 is on, the third switching element Q3 is off, and the fourth switching element Q4 is off. . A current path in the state N1 is illustrated in FIG. As shown in the figure, in the state N1, the current supplied from the AC power source E flows through the path of the body diode D3 → the capacitor C3 of the third switching element Q3, thereby charging the capacitor C3.
状態N1の次に作られる状態N2では、正半期の状態P5と同様、第1スイッチング素子Q1がオフ、第2スイッチング素子Q2がオン、第3スイッチング素子Q3がオン、第4スイッチング素子Q4がオフとなっている。状態N2における電流経路を図8(B)に示す。同図に示すように、状態N2では、コンデンサC3の放電電流が第3スイッチング素子Q3→トランスTの一次巻線T1→第2スイッチング素子Q2の経路を流れ、これにより、トランスTの二次巻線T2a,T2bに電圧が誘起される。二次側回路5は、この誘起電圧を整流および平滑することにより出力電圧Voutを生成する。
In the state N2 created next to the state N1, the first switching element Q1 is turned off, the second switching element Q2 is turned on, the third switching element Q3 is turned on, and the fourth switching element Q4 is turned off as in the half-period state P5. It has become. FIG. 8B shows a current path in the state N2. As shown in the figure, in the state N2, the discharge current of the capacitor C3 flows through the path of the third switching element Q3 → the primary winding T1 of the transformer T → the second switching element Q2, and thereby the secondary winding of the transformer T. A voltage is induced on the lines T2a and T2b. The
状態N2の次に作られる状態N3では、正半期の状態P6と同様、第1スイッチング素子Q1がオフ、第2スイッチング素子Q2がオン、第3スイッチング素子Q3がオフ、第4スイッチング素子Q4がオフとなっている。状態N3における電流経路を図8(C)に示す。同図に示すように、状態N3では、状態N2と同一の方向に電流を流し続けようとする一次巻線T1の作用により、一次巻線T1→第2スイッチング素子Q2→第4スイッチング素子Q4のボディダイオードD4の経路で電流が流れ、これにより、引き続きトランスTの二次巻線T2a,T2bに電圧が誘起される。 In the state N3 created next to the state N2, the first switching element Q1 is turned off, the second switching element Q2 is turned on, the third switching element Q3 is turned off, and the fourth switching element Q4 is turned off as in the half-period state P6. It has become. A current path in the state N3 is shown in FIG. As shown in the figure, in the state N3, the primary winding T1 → second switching element Q2 → fourth switching element Q4 is affected by the action of the primary winding T1 that keeps the current flowing in the same direction as the state N2. A current flows through the path of the body diode D4, and thereby a voltage is continuously induced in the secondary windings T2a and T2b of the transformer T.
状態N3の次に作られる状態N4では、正半期の状態P7と同様、第1スイッチング素子Q1がオフ、第2スイッチング素子Q2がオン、第3スイッチング素子Q3がオフ、第4スイッチング素子Q4がオンとなっている。状態N4における電流経路を図9(A)に示す。同図に示すように、状態N4では、状態N3と同様、一次巻線T1→第2スイッチング素子Q2→第4スイッチング素子Q4(ボディダイオードD4)の経路で電流が流れ、これにより、引き続きトランスTの二次巻線T2a,T2bに電圧が誘起される。また、第4スイッチング素子Q4がオンすることで、第4スイッチング素子Q4のボディダイオードD4の損失がなくなるとともに、交流電源Eから第4スイッチング素子Q4→第2スイッチング素子Q2→インダクタL1→コンデンサC1の経路で電流が流れ、インダクタL1にエネルギーが蓄えられる。 In the state N4 created next to the state N3, the first switching element Q1 is turned off, the second switching element Q2 is turned on, the third switching element Q3 is turned off, and the fourth switching element Q4 is turned on, as in the half-period state P7. It has become. FIG. 9A shows a current path in the state N4. As shown in the figure, in the state N4, similarly to the state N3, a current flows through the path of the primary winding T1 → the second switching element Q2 → the fourth switching element Q4 (body diode D4). Voltage is induced in the secondary windings T2a and T2b. Further, when the fourth switching element Q4 is turned on, the loss of the body diode D4 of the fourth switching element Q4 is eliminated, and the fourth switching element Q4 → second switching element Q2 → inductor L1 → capacitor C1 from the AC power source E. A current flows through the path, and energy is stored in the inductor L1.
状態N4の次に作られる状態N5では、正半期の状態P1と同様、第1スイッチング素子Q1がオフ、第2スイッチング素子Q2がオフ、第3スイッチング素子Q3がオフ、第4スイッチング素子Q4がオンとなっている。状態N5における電流経路を図9(B)に示す。同図に示すように、状態N5では、交流電源Eから供給された電流が第4スイッチング素子Q4→第2スイッチング素子Q2のボディダイオードD2→インダクタL1→コンデンサC1の経路を流れる。 In the state N5 created next to the state N4, the first switching element Q1 is turned off, the second switching element Q2 is turned off, the third switching element Q3 is turned off, and the fourth switching element Q4 is turned on, as in the half-period state P1. It has become. FIG. 9B shows a current path in the state N5. As shown in the figure, in the state N5, the current supplied from the AC power source E flows through the path of the fourth switching element Q4 → the body diode D2 of the second switching element Q2 → the inductor L1 → the capacitor C1.
状態N5の次に作られる状態N6では、正半期の状態P2と同様、第1スイッチング素子Q1がオン、第2スイッチング素子Q2がオフ、第3スイッチング素子Q3がオフ、第4スイッチング素子Q4がオンとなっている。状態N6における電流経路を図9(C)に示す。同図に示すように、状態N6では、コンデンサC3の放電電流が第1スイッチング素子Q1→トランスTの一次巻線T1→第4スイッチング素子Q4の経路を流れ、これにより、トランスTの二次巻線T2a,T2bに状態N2,N3,N4とは逆極性の電圧が誘起される。 In the state N6 created next to the state N5, the first switching element Q1 is turned on, the second switching element Q2 is turned off, the third switching element Q3 is turned off, and the fourth switching element Q4 is turned on, as in the half-period state P2. It has become. FIG. 9C shows a current path in the state N6. As shown in the figure, in the state N6, the discharge current of the capacitor C3 flows through the path of the first switching element Q1 → the primary winding T1 of the transformer T → the fourth switching element Q4, and thereby the secondary winding of the transformer T. A voltage having a polarity opposite to that of the states N2, N3, and N4 is induced in the lines T2a and T2b.
状態N6の次に作られる状態N7では、正半期の状態P3と同様、第1スイッチング素子Q1がオフ、第2スイッチング素子Q2がオフ、第3スイッチング素子Q3がオフ、第4スイッチング素子Q4がオンとなっている。状態N7における電流経路を図10に示す。同図に示すように、状態N7では、状態N6と同一の方向に電流を流し続けようとする一次巻線T1の作用により、一次巻線T1→第4スイッチング素子Q4→第2スイッチング素子Q2のボディダイオードD2の経路で電流が流れ、これにより、引き続きトランスTの二次巻線T2a,T2bに電圧が誘起される。 In the state N7 created next to the state N6, the first switching element Q1 is turned off, the second switching element Q2 is turned off, the third switching element Q3 is turned off, and the fourth switching element Q4 is turned on, as in the half-period state P3. It has become. A current path in the state N7 is shown in FIG. As shown in the figure, in the state N7, the primary winding T1 → the fourth switching element Q4 → the second switching element Q2 is affected by the action of the primary winding T1 that keeps the current flowing in the same direction as the state N6. A current flows through the path of the body diode D2, and thereby a voltage is continuously induced in the secondary windings T2a and T2b of the transformer T.
状態N7の後には、再び状態N1が作られる。 After state N7, state N1 is created again.
このように、スイッチング電源装置1は、正半期および負半期のいずれにおいても、力率改善回路としての動作とコンバータとしての動作とを行う。
As described above, the switching
本実施例に係るスイッチング電源装置1によれば、一次側に電流帰還用のダイオードを設ける必要がないので、従来のスイッチング電源装置よりも損失を低減し、高効率化を図ることができる。また、スイッチング電源装置1によれば、交流電源Eと制御部6とを除いた一次側の部品点数が7点(Q1,Q2,Q3,Q4,C1,C3,L1)で済むので、従来のスイッチング電源装置(部品点数は10点)よりも小型化を図ることができる。
According to the switching
以上、本発明に係るスイッチング電源装置1の実施例について説明してきたが、本発明の構成は実施例の構成に限定されるものではない。例えば、二次側回路5は、トランスTの二次巻線(二次巻線の数は2つに限定されない)に誘起される電圧を整流および平滑して出力電圧Voutを生成することができる限りにおいて、任意の回路構成に変更することができる。このような二次側回路5としては、例えば、全波整流型の二次側回路や同期整流型の二次側回路がある。
Although the embodiment of the switching
1 スイッチング電源装置
2 第1直列接続体
3 第2直列接続体
4 フルブリッジ回路
5 二次側回路
6 制御部
20 負荷
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記第1直列接続体に並列接続された、第3スイッチング素子および第4スイッチング素子を第2中点を介して直列接続してなる第2直列接続体と、
前記第1および第2直列接続体に並列接続された力率改善用コンデンサと、
前記第1および第2中点の間に一次巻線が接続されたトランスと、
前記トランスの二次巻線に誘起される電圧を整流および平滑する二次側回路と、
前記第1中点に一端が接続されたインダクタと、
前記インダクタの他端に一端が接続されたコンデンサと、
前記第1、第2、第3および第4スイッチング素子を制御する制御部と、
を備え、
前記コンデンサの他端および前記第2中点の間に交流電源が接続され得るようになっており、
前記制御部は、
a)前記第2および第3スイッチング素子をオフ、前記第4スイッチング素子をオンさせつつ前記第1スイッチング素子をオン/オフさせる第1制御と、
b)前記第1および第4スイッチング素子をオフ、前記第2スイッチング素子をオンさせつつ前記第3スイッチング素子をオン/オフさせる第2制御と、
c)前記第1および第3スイッチング素子をオフ、前記第2および第4スイッチング素子をオンさせる第3制御と、
を繰り返し実行する
ことを特徴とするスイッチング電源装置。 A first series connection body formed by connecting the first switching element and the second switching element in series via a first midpoint;
A second series connection body formed by connecting a third switching element and a fourth switching element in series via a second middle point, connected in parallel to the first series connection body;
A power factor improving capacitor connected in parallel to the first and second series-connected bodies;
A transformer having a primary winding connected between the first and second midpoints;
A secondary side circuit for rectifying and smoothing a voltage induced in the secondary winding of the transformer;
An inductor having one end connected to the first midpoint;
A capacitor having one end connected to the other end of the inductor;
A controller for controlling the first, second, third and fourth switching elements;
With
An AC power supply can be connected between the other end of the capacitor and the second middle point,
The controller is
a) a first control for turning on / off the first switching element while turning off the second and third switching elements and turning on the fourth switching element;
b) a second control for turning on / off the third switching element while turning off the first and fourth switching elements and turning on the second switching element;
c) third control for turning off the first and third switching elements and turning on the second and fourth switching elements;
The switching power supply device is characterized in that it is repeatedly executed.
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