JPH04331462A - Switching power supply - Google Patents

Switching power supply

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JPH04331462A
JPH04331462A JP3126477A JP12647791A JPH04331462A JP H04331462 A JPH04331462 A JP H04331462A JP 3126477 A JP3126477 A JP 3126477A JP 12647791 A JP12647791 A JP 12647791A JP H04331462 A JPH04331462 A JP H04331462A
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JP
Japan
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circuit
rectifying
smoothing
power supply
switching
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Application number
JP3126477A
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Japanese (ja)
Inventor
Masayuki Yasumura
昌之 安村
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/30Reactive power compensation

Abstract

PURPOSE:To suppress higher harmonic distortion of commercial power supply by constituting an active smoothing filter of a rectifying/smoothing circuit comprising a low capacity capacitor and a switching frequency control resonant converter circuit. CONSTITUTION:Since a smoothing capacitor 3 connected with a full-wave rectifying circuit 2 has low capacity, DC output contains ripple of double frequency that of commercial power supply. The DC output is then inverted through a switching power supply system comprising a switching frequency control current resonant converter 4 to produce an AC output which is fed through an insulating converter transformer 7 to a rectifying/smoothing circuit 8. A control circuit 9 controls the control current of the control winding of a DC/AC power supply regulation transformer 5 so that the average value of the DC output from the rectifying/smoothing circuit 8 containing the double frequency component will be constant.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、交流電源の高調波歪を
抑制することのできるスイッチング電源装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a switching power supply device capable of suppressing harmonic distortion of an AC power supply.

【0002】0002

【従来の技術】従来、商用交流入力電源の高調波歪を低
減する対策としては、「電気協同研究」第46巻第2号
に解説されているように、交流リアクトル挿入方式、ア
クティブ平滑フィルタ方式、トランス方式が検討されて
いる。
[Prior Art] Conventionally, as a measure to reduce harmonic distortion of a commercial AC input power source, as explained in "Electric Kyodo Research" Vol. 46, No. 2, AC reactor insertion method, active smoothing filter method, etc. , a transformer system is being considered.

【0003】上記交流リアクトル挿入方式とは、家電汎
用品の基本的な代表例である全波整流・コンデンサ平滑
回路の交流入力側に交流リアクトルを挿入したもので、
交流リアクトルのインピーダンス分でコンデンサへの充
電電流が制限されて、導通角が広がり、高調波成分を減
らすことができるものである。
The above-mentioned AC reactor insertion method is a method in which an AC reactor is inserted on the AC input side of a full-wave rectifier/capacitor smoothing circuit, which is a basic representative example of general-purpose home appliances.
The charging current to the capacitor is limited by the impedance of the AC reactor, widening the conduction angle and reducing harmonic components.

【0004】上記アクティブ平滑フィルタ方式とは、構
成する回路的には上記全波整流・コンデンサ平滑回路の
代わりに、入力電圧よりも出力電圧を高くした非絶縁型
のスイッチングレギュレータである昇圧型チョッパ・コ
ンバータを付加したものである。動作としては、以下の
通りである。ブリッジ整流器で両波整流された脈波形を
、数十kHz以上の周波数で全周期にわたりスイッチす
る。このため入力電流波形はスイッチング電流の周期ご
との平均値となり、負荷に大きなコンデンサがあったと
しても、あたかも純抵抗負荷と等価となり、入力のスイ
ッチング電流はマクロ的には正弦波状で流れ、高調波の
低減が可能となる。
[0004] The active smoothing filter method is a step-up chopper, which is a non-isolated switching regulator with an output voltage higher than the input voltage, instead of the full-wave rectifier/capacitor smoothing circuit. It has a converter added. The operation is as follows. The pulse waveform, which has been double-wave rectified by the bridge rectifier, is switched over the entire cycle at a frequency of several tens of kHz or more. Therefore, the input current waveform will be the average value for each period of the switching current, and even if there is a large capacitor in the load, it will be equivalent to a pure resistive load, and the input switching current will flow in a sine wave shape from a macroscopic perspective, causing harmonics. It is possible to reduce the

【0005】上記トランス方式とは、トランスのチョー
ク効果と2次側低電圧化による電流導通角の拡大により
、高調波の低減ができるものである。
The above transformer system is capable of reducing harmonics by expanding the current conduction angle due to the choke effect of the transformer and lowering the voltage on the secondary side.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記交流リ
アクトル挿入方式、上記アクティブ平滑フィルタ方式、
上記トランス方式にはそれぞれ以下のような欠点がある
[Problems to be Solved by the Invention] By the way, the above-mentioned AC reactor insertion method, the above-mentioned active smoothing filter method,
Each of the above transformer systems has the following drawbacks.

【0007】上記交流リアクトル挿入方式では、装置の
重量、大きさが大であり高コストである。特に、交流リ
アクトルは、他の部品と比べても高価である。また、交
流平滑直流電圧が低下するため、後段のスイッチレギュ
レータの再設計が必要となり、効率が低下する。さらに
、装置の漏洩磁束による電子機器への影響もある。
[0007] In the above AC reactor insertion method, the weight and size of the device are large and the cost is high. In particular, AC reactors are expensive compared to other parts. Furthermore, since the AC smoothed DC voltage decreases, it is necessary to redesign the switch regulator at the subsequent stage, resulting in a decrease in efficiency. Furthermore, there is also an effect on electronic equipment due to magnetic flux leakage from the device.

【0008】上記アクティブ平滑フィルタ方式では、ス
イッチング半導体から発生する電磁妨害(EMI)の発
生によるノイズレベルが増大する。また、スイッチング
電源の機能の他に入力電圧と入力電流が比例するように
するスイッチング制御の手段と、起動回路やソフト機能
等のため回路が複雑となり構成部品点数が増大し、高コ
ストとなる。さらに、非絶縁システムのため後段のスイ
ッチングレギュレータで絶縁しなければならない。
In the active smoothing filter method described above, the noise level increases due to electromagnetic interference (EMI) generated from the switching semiconductor. Furthermore, in addition to the function of a switching power supply, a switching control means for making input voltage and input current proportional, a starting circuit, software functions, etc. make the circuit complex, increasing the number of component parts, and increasing cost. Furthermore, since it is a non-isolated system, it must be isolated with a switching regulator in the subsequent stage.

【0009】上記トランス方式では、小容量(30W以
下)の電子機器に限定されるが商品化するには機器が大
型化する。
[0009] The transformer method described above is limited to small capacity (30W or less) electronic equipment, but the equipment becomes large in size for commercialization.

【0010】以上の3方式の欠点を検討すると装置の大
型化という問題から上記交流リアクトル挿入方式と上記
トランス方式は現状の技術では商品性において充分では
ない。上記アクティブ平滑フィルタ方式ではアクティブ
平滑フィルタ部とスイッチングトランジスタを含めた集
積化を解決すれば実用化可能である。
Considering the disadvantages of the above three systems, the AC reactor insertion system and the transformer system are not sufficiently marketable with the current technology due to the problem of increasing the size of the equipment. The active smoothing filter method described above can be put to practical use if integration including the active smoothing filter section and the switching transistor is solved.

【0011】上記アクティブ平滑フィルタ方式を用いた
アクティブフィルタ回路の、回路方式は「電子技術」1
990年3月特別増大号に解説されているように、非絶
縁形昇圧チョッパー回路が、スイッチング周波数固定の
PWM(パルス幅変調)方式かスイッチング周波数可変
のRCC(リンギングチョークコンバータ)方式による
。問題点としては、台形波あるいは三角波でスイッチン
グ半導体がON−OFFのスイッチング動作を繰り返す
ため、半導体から発生する電磁波妨害レベルが大きいこ
と。また、絶縁形の場合フライバックコンバータとなり
電力損失の増加とさらにノイズレベルが増大すること。 さらに、スイッチング電源の機能の他に入力電圧と入力
電流を検出し、入力電圧に入力電流が比例するようにす
る手段と、起動回路やソフト機能のため回路が複雑とな
り構成部品点数が増大し高コストとなる。
The circuit system of the active filter circuit using the active smoothing filter system is "electronic technology" 1.
As explained in the March 1990 Special Issue, the non-isolated boost chopper circuit uses either the PWM (Pulse Width Modulation) method with a fixed switching frequency or the RCC (Ringing Choke Converter) method with a variable switching frequency. The problem is that the level of electromagnetic interference generated by the semiconductor is high because the switching semiconductor repeats ON-OFF switching operations using trapezoidal or triangular waves. In addition, in the case of an isolated type, it becomes a flyback converter, which increases power loss and further increases the noise level. Furthermore, in addition to the functions of a switching power supply, there is also a means to detect the input voltage and input current so that the input current is proportional to the input voltage, as well as a startup circuit and software functions, making the circuit complex, increasing the number of components, and increasing the cost. It becomes a cost.

【0012】また、従来の交流入力電圧の変化と負荷変
動に対して、交流リップル電圧を50mV以下に抑制し
て、直流出力電圧を一定に保持するスイッチング電源方
式では、交流入力整流平滑用コンデンサとして大静電容
量の電解コンデンサが用いられ、例えば負荷電力が15
0Wで上記交流入力整流用コンデンサを820μFとし
た時には、図2に示すようにコンデンサを充電する多く
の高調波成分を含んだ交流ライン電流が流れ正弦波の商
用交流電圧の波形歪が生じ、力率は0.5〜0.7であ
る。
In addition, in the conventional switching power supply system that suppresses the AC ripple voltage to 50 mV or less and maintains the DC output voltage constant against changes in the AC input voltage and load fluctuations, the AC input rectifying and smoothing capacitor is used as an AC input rectifying and smoothing capacitor. An electrolytic capacitor with a large capacitance is used, for example, when the load power is 15
When the AC input rectifying capacitor is set to 820μF at 0W, as shown in Figure 2, an AC line current containing many harmonic components flows to charge the capacitor, causing waveform distortion of the sine wave commercial AC voltage, causing power The ratio is between 0.5 and 0.7.

【0013】そこで、本発明は、上述のような実情に鑑
みて提案されたものであり、スイッチング周波数制御方
式共振コンバータ回路によるスイッチング電源システム
によってアクティブフィルタ回路を構成し、力率を改善
することを目的としたものである。
[0013] The present invention was proposed in view of the above-mentioned circumstances, and it is an object of the present invention to improve the power factor by configuring an active filter circuit using a switching power supply system using a switching frequency control type resonant converter circuit. This is the purpose.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上述の問題点を解決する
ために、本発明に係るスイッチング電源装置は、商用交
流入力電源を整流平滑する回路として小容量コンデンサ
を用いた整流平滑回路と、上記整流平滑回路からの出力
をスイッチング制御するスイッチング周波数が制御され
たスイッチング周波数制御方式共振コンバータ回路と、
上記スイッチング周波数制御方式共振コンバータ回路か
らの出力が供給される1次巻線と、この1次巻線に対し
て絶縁された2次巻線と、それぞれの巻線の巻線方向が
互いに直交する被制御巻線及び制御巻線とを有するトラ
ンス回路部と、上記トランス回路部からの直流出力電圧
の平均値を一定とする向きに上記スイッチング周波数を
制御する制御回路と、上記トランス回路部からの直流出
力電圧のリップル電圧を負荷電力と共に決定する整流平
滑コンデンサを含む整流平滑回路を有して構成している
[Means for Solving the Problems] In order to solve the above-mentioned problems, a switching power supply device according to the present invention includes a rectifying and smoothing circuit using a small capacitor as a circuit for rectifying and smoothing a commercial AC input power supply, and the above-mentioned rectifying and smoothing circuit. a switching frequency control type resonant converter circuit in which the switching frequency is controlled to switch and control the output from the rectifying and smoothing circuit;
A primary winding to which the output from the switching frequency control resonant converter circuit is supplied, and a secondary winding insulated from the primary winding, the winding directions of each winding being orthogonal to each other. a transformer circuit section having a controlled winding and a control winding; a control circuit that controls the switching frequency in a direction that keeps the average value of the DC output voltage from the transformer circuit section constant; It is configured with a rectifying and smoothing circuit including a rectifying and smoothing capacitor that determines the ripple voltage of the DC output voltage together with the load power.

【0015】[0015]

【作用】小容量コンデンサを用いた整流平滑回路とスイ
ッチング周波数制御方式共振コンバータ回路によって構
成されたアクティブ平滑フィルタにより商用電源の高調
波電流を低減させる力率の改善が達成できる。
[Operation] An active smoothing filter composed of a rectifying and smoothing circuit using a small capacitance capacitor and a switching frequency control type resonant converter circuit can improve the power factor by reducing the harmonic current of the commercial power supply.

【0016】[0016]

【実施例】以下、本発明に係るスイッチング電源装置の
実施例について図面を参照しながら説明する。図1は本
発明の実施例となる力率改善用スイッチング電源装置を
示す回路図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a switching power supply device according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram showing a switching power supply device for power factor correction according to an embodiment of the present invention.

【0017】図1の力率改善用スイッチング電源装置の
実施例の構成は次の通りである。直流入力電源としては
、例えば商用交流入力電源1をダイオードブリッジ形の
全波整流器2及び小容量コンデンサ3にて整流し平滑す
ることにより得ている。
The configuration of the embodiment of the switching power supply device for power factor improvement shown in FIG. 1 is as follows. The DC input power source is obtained, for example, by rectifying and smoothing a commercial AC input power source 1 using a diode bridge type full-wave rectifier 2 and a small capacitance capacitor 3.

【0018】この直流入力電源は、電源レギュレーショ
ントランス5の1次巻線Na を介し、コンデンサ6と
絶縁トランス7の1次巻線N1 の漏洩インダクタンス
とよりなる直列共振回路に供給されている。電源レギュ
レーショントランス5は、1次巻線Na 、2つの2次
巻線NB1、NB2を有し、図5、図6に示すように、
上記巻線NB1、NB2の巻回方向に対して直交する方
向に上記制御巻線NC を巻回している。
This DC input power is supplied via the primary winding Na of the power regulation transformer 5 to a series resonant circuit consisting of the capacitor 6 and the leakage inductance of the primary winding N1 of the isolation transformer 7. The power regulation transformer 5 has a primary winding Na and two secondary windings NB1 and NB2, and as shown in FIGS. 5 and 6,
The control winding NC is wound in a direction perpendicular to the winding directions of the windings NB1 and NB2.

【0019】電源レギュレーショントランス5の2次巻
線NB1、NB2に関連して、上記直流入力電源の電流
をオン、オフスイッチング制御するための共振コンバー
タ回路4が設けられている。この共振コンバータ回路4
は、エミッタ・ベース間にダイオードDB1が接続され
たスイッチングトランジスタQ1 及び、ベース・接地
間にダイオードDB2が接続されたスイッチングトラン
ジスタQ2 とが直列に接続され、トランジスタQ1 
は上記直流入力電源と電源レギュレーショントランス5
の1次巻線Na との間に挿入接続され、トランジスタ
Q2 は電源レギュレーショントランス5の1次巻線N
a と接地との間に挿入されている。トランジスタQ1
 のエミッタ・ベース間には、ダイオードDB1と並列
に、電源レギュレーショントランス5の2次巻線NB1
と抵抗RB1とコンデンサCB1との直列共振回路が接
続され、トランジスタQ2 のエミッタ・ベース間には
、ダイオードDB2と並列に、電源レギュレーショント
ランス5の2次巻線NB2と抵抗RB1とコンデンサC
B1との直列共振回路が接続されている。さらに、上記
直流入力電源とスイッチングトランジスタQ1 のベー
スとの間には、起動用の抵抗RS1が挿入接続され、ス
イッチングトランジスタQ2 のコレクタ・ベース間に
は起動用の抵抗RS2が挿入接続されている。
In connection with the secondary windings NB1 and NB2 of the power regulation transformer 5, a resonant converter circuit 4 is provided for controlling on/off switching of the current of the DC input power supply. This resonant converter circuit 4
, a switching transistor Q1 with a diode DB1 connected between the emitter and the base, and a switching transistor Q2 with a diode DB2 connected between the base and ground are connected in series, and the transistor Q1
is the above DC input power supply and power regulation transformer 5
The transistor Q2 is inserted and connected between the primary winding Na of the power regulation transformer 5.
It is inserted between a and ground. Transistor Q1
The secondary winding NB1 of the power regulation transformer 5 is connected between the emitter and base of the power supply regulation transformer 5 in parallel with the diode DB1.
A series resonant circuit consisting of a resistor RB1, a capacitor CB1, and a secondary winding NB2 of a power regulation transformer 5, a resistor RB1, and a capacitor C are connected between the emitter and base of the transistor Q2 in parallel with the diode DB2.
A series resonant circuit with B1 is connected. Furthermore, a starting resistor RS1 is inserted and connected between the DC input power source and the base of the switching transistor Q1, and a starting resistor RS2 is inserted and connected between the collector and base of the switching transistor Q2.

【0020】次に、絶縁トランス7は絶縁された1次巻
線N1 と2次巻線N2 を有し、絶縁トランス7の2
次巻線N2 にはダイオードD1 、D2 、D3 と
平滑コンデンサC0 、C0 ′を有する整流平滑回路
8が接続されており、この整流平滑回路8からの直流出
力電圧は、制御回路9により制御電流IC に変換され
て電源レギュレーショントランス5の制御巻線NC に
送られている。
Next, the isolation transformer 7 has an insulated primary winding N1 and a secondary winding N2.
A rectifying and smoothing circuit 8 having diodes D1, D2, D3 and smoothing capacitors C0, C0' is connected to the next winding N2. and is sent to the control winding NC of the power regulation transformer 5.

【0021】上記制御回路9は、上記直流出力電圧が分
圧抵抗R1 、R2 を介してベースに供給されるトラ
ンジスタQ3 と、このトランジスタQ3 のエミッタ
に抵抗R4 と共に接続された基準電圧用のツェナーダ
イオードDK と、このトランジスタQ3 のコレクタ
・ベース間に挿入接続された帰還コンデンサCf と、
このトランジスタQ3 のコレクタに抵抗R3 と共に
、ベースが接続されたトランジスタQ4 とを有してい
る。
The control circuit 9 includes a transistor Q3 whose base is supplied with the DC output voltage via voltage dividing resistors R1 and R2, and a reference voltage Zener diode connected to the emitter of the transistor Q3 together with a resistor R4. DK and a feedback capacitor Cf inserted between the collector and base of this transistor Q3,
The transistor Q3 has a collector connected to a resistor R3 and a transistor Q4 whose base is connected.

【0022】次に、以上のような構成を有するスイッチ
ング電源装置の概略的な動作を説明する。例えば100
Vの商用交流電源1からの交流出力を、ダイオードブリ
ッジ型の全波整流器2および小容量コンデンサ3にて整
流平滑する。ここで、上記小容量コンデンサ3の値を0
.1〜0.22μFとすると直流入力電圧Ei は図3
に示すように正弦波の脈流電圧を得て、共振コンバータ
回路4と、図5、図6に示される電源レギュレーション
トランス5を介して絶縁トランス7に供給される。制御
回路9は、上記絶縁トランス7の2次巻線N2に得られ
る直流出力電圧の平均値を検出して、平均値が一定とな
るように上記電源レギュレーショントランス5の制御巻
線Nc に流れる直流制御電流Ic を制御している。
Next, the general operation of the switching power supply device having the above configuration will be explained. For example 100
AC output from a commercial AC power supply 1 of V is rectified and smoothed by a diode bridge type full-wave rectifier 2 and a small capacitor 3. Here, set the value of the small capacitor 3 above to 0.
.. If it is 1 to 0.22 μF, the DC input voltage Ei is as shown in Figure 3.
A sine wave pulsating current voltage is obtained as shown in FIG. 2 and is supplied to the isolation transformer 7 via the resonant converter circuit 4 and the power regulation transformer 5 shown in FIGS. 5 and 6. The control circuit 9 detects the average value of the DC output voltage obtained at the secondary winding N2 of the isolation transformer 7, and controls the DC output voltage flowing through the control winding Nc of the power regulation transformer 5 so that the average value is constant. Control current Ic is controlled.

【0023】上記直流出力電圧のリップル電圧は負荷電
力と整流平滑回路8の整流平滑コンデンサC0 の静電
容量で決定され交流入力電流が入力電圧とほぼ相似であ
る波形になるように制御されるため、図3のように交流
入力電源周波数の2倍の正弦波形の直流出力電圧E0 
となる。
The ripple voltage of the DC output voltage is determined by the load power and the capacitance of the rectifying and smoothing capacitor C0 of the rectifying and smoothing circuit 8, and is controlled so that the AC input current has a waveform that is almost similar to the input voltage. , as shown in Figure 3, the DC output voltage E0 has a sinusoidal waveform that is twice the AC input power supply frequency.
becomes.

【0024】スイッチングトランジスタQ1 、Q2 
で構成される共振コンバータ回路4では、スイッチング
周波数が、自励発振回路を構成する電源レギュレーショ
ントランス5の2次巻線NB1と抵抗RB1とコンデン
サCB1及び上記電源レギュレーショントランス5の2
次巻線NB2と抵抗RB2とコンデンサCB2とによっ
て決定される。そのため、上記電源レギュレーショント
ランス5の2次巻線NB1、NB2のインダクタンスを
上記電源レギュレーショントランス5の制御巻線NC 
に流れる制御電流IC を制御することによって、スイ
ッチング周波数は制御される。したがって、直列共振コ
ンデンサ6と絶縁トランス7の1次巻線N1 の漏洩イ
ンダクタンスによって構成される共振周波数固定の直列
共振回路で得られえる高周波の正弦波電流I1 は、ス
イッチングトランジスタQ1 、Q2 にそれぞれ図4
に示すように電流ICP1 、ICP2 として流れる
Switching transistors Q1, Q2
In the resonant converter circuit 4, the switching frequency is determined by the secondary winding NB1, the resistor RB1, the capacitor CB1, and the secondary winding of the power regulation transformer 5, which constitute the self-excited oscillation circuit.
It is determined by the next winding NB2, resistor RB2 and capacitor CB2. Therefore, the inductance of the secondary windings NB1 and NB2 of the power regulation transformer 5 is changed to the control winding NC of the power regulation transformer 5.
The switching frequency is controlled by controlling the control current IC flowing through the circuit. Therefore, the high-frequency sinusoidal current I1 that can be obtained in a series resonant circuit with a fixed resonance frequency formed by the series resonant capacitor 6 and the leakage inductance of the primary winding N1 of the isolation transformer 7 is applied to the switching transistors Q1 and Q2, respectively. 4
The currents ICP1 and ICP2 flow as shown in FIG.

【0025】入力電圧Ei が10V以下では上記高周
波の正弦波電流I1 は流れず、図3で示す交流入力電
流IACのデッドタイムtd が生じ、交流入力電流I
ACは連続しないが、負荷電力がゼロクロス付近の入力
電力に対してあまり影響しないために力率の低下はほと
んど影響しない。
When the input voltage Ei is 10V or less, the high frequency sinusoidal current I1 does not flow, and a dead time td of the AC input current IAC as shown in FIG. 3 occurs, and the AC input current I
Although AC is not continuous, a decrease in power factor has little effect because the load power does not have much effect on the input power near the zero cross.

【0026】実験によれば、図1に示す本実施例におい
て、負荷電力を150W、スイッチング周波数範囲50
kHz〜100kHzのスイッチング電源において、小
容量コンデンサCi は0.22μF/200V、整流
平滑用回路8の整流平滑用電解コンデンサC0 は10
0μF/160V、同じく上記整流平滑用回路8の整流
平滑用電解コンデンサC0 ′は1000μF/25V
、及び制御回路9の帰還コンデンサCf を47μF/
6.3Vとした時の動作波形は図3に示すようになり、
力率は0.96となった。上記交流入力電流IACの高
調波歪が低減して、交流入力電圧VACは正弦波形に改
善されている。
According to experiments, in this embodiment shown in FIG. 1, the load power was 150 W and the switching frequency range was 50
In a switching power supply of kHz to 100kHz, the small capacity capacitor Ci is 0.22μF/200V, and the rectification and smoothing electrolytic capacitor C0 of the rectification and smoothing circuit 8 is 10
Similarly, the rectifying and smoothing electrolytic capacitor C0' of the rectifying and smoothing circuit 8 is 1000 μF/25V.
, and the feedback capacitor Cf of the control circuit 9 to 47μF/
The operating waveform when set to 6.3V is shown in Figure 3,
The power factor was 0.96. The harmonic distortion of the AC input current IAC is reduced, and the AC input voltage VAC is improved to have a sinusoidal waveform.

【0027】直流出力電圧の平均値を一定に制御するた
めの帰還コンデンサCf は静電容量が大きい程、直流
入力電源の電流I1 のエンペローブは台形状となるが
、検出抵抗R1 と該帰還コンデンサCfによる時定数
で負荷の急変による過度応答特性が決定されるため、上
記帰還コンデンサCf はあまり大きく選定すると高速
追従時間が長くなる。
The larger the capacitance of the feedback capacitor Cf for controlling the average value of the DC output voltage to be constant, the more trapezoidal the envelope of the current I1 of the DC input power supply becomes. Since the transient response characteristics due to sudden changes in load are determined by the time constant, if the feedback capacitor Cf is selected to be too large, the high-speed tracking time will become longer.

【0028】図7はメイン負荷電流IL と交流入力電
圧変化に対する該電源レギュレーショントラン5の制御
電流IC の制御特性を示している。横軸にメイン負荷
電流IL を、縦軸に電源レギュレーショントランス5
の制御電流IC をとる。メイン負荷電流IL を一定
にし交流入力電圧の変化に対する電源レギュレーション
トランス5の制御電流IC を比較すると交流入力電圧
が大きくなる程、制御電流IC は大きくなる。
FIG. 7 shows the control characteristics of the control current IC of the power regulation transformer 5 with respect to changes in the main load current IL and AC input voltage. The horizontal axis shows the main load current IL, and the vertical axis shows the power regulation transformer 5.
Take the control current IC. When the main load current IL is kept constant and the control current IC of the power regulation transformer 5 is compared with respect to changes in the AC input voltage, the control current IC increases as the AC input voltage increases.

【0029】本発明の他の実施例を図8と図9に示す。 図8はパワーチョークコイルを付加して、電源レギュレ
ーショントランスの1次巻線N1 と2次巻線N2 の
インダクタンスを制御することによって力率改善を計っ
たスイッチング周波数固定インダクタンス制御方式電流
共振形コンバータによる力率改善用スイッチング電源回
路である。図9は小容量負荷時のスイッチング周波数固
定インダクタンス制御方式電圧共振形コンバータによる
力率改善用スイッチング電源回路が示されている。
Another embodiment of the invention is shown in FIGS. 8 and 9. Figure 8 shows a switching frequency fixed inductance control current resonant converter that improves the power factor by adding a power choke coil and controlling the inductance of the primary winding N1 and secondary winding N2 of the power regulation transformer. This is a switching power supply circuit for power factor improvement. FIG. 9 shows a switching power supply circuit for power factor correction using a switching frequency fixed inductance control type voltage resonant converter when a small capacity load is applied.

【0030】すなわち、他の実施例を含む本発明は、従
来の電解コンデンサインプット整流平滑回路の大容量電
解コンデンサを小容量コンデンサに置き換え、2倍の商
用周波数の正弦波リップル直流電圧を得、スイッチング
周波数制御方式電流共振コンバータ回路によるスイッチ
ング電源システムで高周波の正弦波形動作で絶縁コンバ
ータトランスの絶縁された1次巻線、2次巻線を介して
、2次側電解コンデンサによる整流平滑回路によって、
2倍の商用周波数を含んだ直流出力電圧の平均値が一定
となるように直交電源レギュレーショントランスの制御
巻線の制御電流を制御して共振形コンバータ回路のスイ
ッチング周波数をコントロールして、力率の改善を計っ
たものである。
That is, the present invention including other embodiments replaces the large capacity electrolytic capacitor of the conventional electrolytic capacitor input rectifying and smoothing circuit with a small capacity capacitor, obtains a sine wave ripple DC voltage of twice the commercial frequency, and performs switching. In a switching power supply system using a frequency-controlled current resonant converter circuit, high-frequency sinusoidal waveform operation is performed via the isolated primary and secondary windings of the isolated converter transformer, and by the rectifying and smoothing circuit using the secondary electrolytic capacitor.
The control current of the control winding of the DC power regulation transformer is controlled so that the average value of the DC output voltage including twice the commercial frequency remains constant, and the switching frequency of the resonant converter circuit is controlled, thereby reducing the power factor. This is a measure of improvement.

【0031】[0031]

【発明の効果】本発明に係るスイッチング電源装置では
、小容量コンデンサを用いた整流平滑回路とスイッチン
グ周波数制御方式共振コンバータ回路によって構成され
たアクティブ平滑フィルタにより力率が改善され、商用
電源の高調波歪を低減できる。またスイッチング半導体
から発生する電磁妨害が従来のRCC(リンギングチョ
ークコンバーター)形やあるいはPWM(パルス幅変調
)形コンバータ回路と比較して、小レベルであるし、電
源レギュレーショントランスの制御巻線の微少な制御電
流を簡単な自励発振方式の制御回路で構成するため、低
コストである。さらに、絶縁トランスで1次巻線と2次
巻線との絶縁が可能であり、後段のレギュレータは非絶
縁が可能であり、小型化と高効率化が可能となる。そし
て、絶縁トランスの2次側の直流出力電圧は絶縁トラン
スの巻数比によって直流入力電圧の平均値に対して高、
低任意に選定可能であり、設計の自由度がある。
Effects of the Invention In the switching power supply device according to the present invention, the power factor is improved by the active smoothing filter configured by the rectifier smoothing circuit using a small capacity capacitor and the switching frequency control type resonant converter circuit, and the harmonics of the commercial power supply are reduced. Distortion can be reduced. Furthermore, the level of electromagnetic interference generated by switching semiconductors is small compared to conventional RCC (ringing choke converter) or PWM (pulse width modulation) converter circuits, and the electromagnetic interference generated by switching semiconductors is small compared to conventional RCC (ringing choke converter) or PWM (pulse width modulation) converter circuits. Since the control current is configured with a simple self-oscillation type control circuit, the cost is low. Furthermore, the primary winding and the secondary winding can be insulated by the isolation transformer, and the regulator at the subsequent stage can be non-insulated, allowing for miniaturization and high efficiency. The DC output voltage on the secondary side of the isolation transformer is higher than the average value of the DC input voltage due to the turns ratio of the isolation transformer.
It can be selected arbitrarily and has a degree of freedom in design.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】本発明の実施例としての力率改善用スイッチン
グ電源装置を示す回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a switching power supply device for power factor correction as an embodiment of the present invention.

【図2】従来のスイッチング電源装置の交流入力整流平
滑用コンデンサとして大静電容量の電解コンデンサを用
いた時の交流ライン電流と商用交流電圧の波形を示す波
形図である。
FIG. 2 is a waveform diagram showing the waveforms of an AC line current and a commercial AC voltage when a large capacitance electrolytic capacitor is used as an AC input rectifying and smoothing capacitor in a conventional switching power supply device.

【図3】図1の装置における各部電流及び各部電圧を示
す波形図である。
FIG. 3 is a waveform diagram showing currents and voltages at various parts in the device of FIG. 1;

【図4】図3で示した高周波正弦波電流I1 の拡大図
とスイッチングトランジスタに流れる電流を示す波形図
である。
4 is an enlarged view of the high frequency sine wave current I1 shown in FIG. 3 and a waveform diagram showing the current flowing through the switching transistor.

【図5】本発明実施例及び他の実施例に用いられる電源
レギュレーショントランスの構造を示す斜視図である。
FIG. 5 is a perspective view showing the structure of a power regulation transformer used in the embodiment and other embodiments of the present invention.

【図6】本発明実施例及び他の実施例に用いられる電源
レギュレーショントランスの構造を示す斜視図である。
FIG. 6 is a perspective view showing the structure of a power regulation transformer used in the embodiment and other embodiments of the present invention.

【図7】メイン負荷電流と交流入力電圧変化に対する電
源レギュレーショントランスの制御電流の制御特性を示
す特性図である。
FIG. 7 is a characteristic diagram showing control characteristics of the control current of the power regulation transformer with respect to changes in main load current and AC input voltage.

【図8】本発明の他の実施例を示す回路図である。FIG. 8 is a circuit diagram showing another embodiment of the present invention.

【図9】本発明の他の実施例を示す回路図である。FIG. 9 is a circuit diagram showing another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2・・・・・全波整流器 3・・・・・平滑用小容量コンデンサ 4・・・・・共振コンバータ回路 5・・・・・電源レギュレーショントランス7・・・・
・絶縁トランス 8・・・・・整流平滑回路 9・・・・・制御回路
2...Full wave rectifier 3...Smoothing small capacity capacitor 4...Resonant converter circuit 5...Power regulation transformer 7...
・Isolation transformer 8... Rectifier smoothing circuit 9... Control circuit

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  商用交流入力電源を整流平滑する回路
として小容量コンデンサを用いた整流平滑回路と、上記
整流平滑回路からの出力をスイッチング制御するスイッ
チング周波数が制御されたスイッチング周波数制御方式
共振コンバータ回路と、上記スイッチング周波数制御方
式共振コンバータ回路からの出力が供給される1次巻線
と、この1次巻線に対して絶縁された2次巻線と、それ
ぞれの巻線の巻線方向が互いに直交する被制御巻線及び
制御巻線とを有するトランス回路部と、上記トランス回
路部からの直流出力電圧の平均値を一定とする向きに上
記スイッチング周波数を制御する制御回路と、上記トラ
ンス回路部からの直流出力電圧のリップル電圧を負荷電
力とともに決定する整流平滑コンデンサを含む整流平滑
回路とを有するスイッチング電源装置。
1. A rectifying and smoothing circuit using a small capacity capacitor as a circuit for rectifying and smoothing a commercial AC input power supply, and a switching frequency control type resonant converter circuit in which the switching frequency is controlled for switching the output from the rectifying and smoothing circuit. , a primary winding to which the output from the switching frequency control type resonant converter circuit is supplied, a secondary winding insulated from this primary winding, and the winding directions of the respective windings are mutually aligned. a transformer circuit section having a controlled winding and a control winding that are orthogonal to each other; a control circuit that controls the switching frequency in a direction that keeps the average value of the DC output voltage from the transformer circuit section constant; and the transformer circuit section. A switching power supply device having a rectifying and smoothing circuit including a rectifying and smoothing capacitor that determines the ripple voltage of the DC output voltage from the DC output voltage along with the load power.
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