JPH09149648A - スイッチング電源 - Google Patents

スイッチング電源

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JPH09149648A
JPH09149648A JP32655295A JP32655295A JPH09149648A JP H09149648 A JPH09149648 A JP H09149648A JP 32655295 A JP32655295 A JP 32655295A JP 32655295 A JP32655295 A JP 32655295A JP H09149648 A JPH09149648 A JP H09149648A
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switching
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half cycle
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Yoshiaki Matsuda
善秋 松田
Shigehiko Yamashita
繁彦 山下
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 商用を入力とするスイッチング電源は、整流
回路及び平滑回路を経て直流入力としたいた為、ダイオ
−ドドロップによる効率低下及び入力平滑コンデンサに
よる力率低下をまねいていた。本発明は、商用入力で動
作するスイッチング電源を提案して、効率及び力率改善
を図る事を目的とするものである。 【解決手段】 正の半サイクルに同期してスイッチング
動作する第1のスイッチング素子と、負の半サイクルに
同期してスイッチング動作する第2のスイッチンク素子
の組合わせにより、交流入力で動作するスイッチング回
路を構成し、入力の整流用ダイオ−ドを不要とし、又入
力側の平滑コンデンサも不要にする事により力率改善を
図る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はスイッチング電源の
力率改善に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より図1に示す様な力率改善用スイ
ッチング電源が提案されている。図1に於いて商用電源
1に接続された全波整流器2の出力にコンデンサ3を接
続し、前記コンデンサ3の両端にリアクトル4とオン、
オフ動作を行うスイッチング素子5の直列回路を接続
し、前記スイッチング素子5と並列にダイオ−ド6とコ
ンデンサ7を直列に接続し、前記のコンデンサ7の両端
に負荷0を接続して直流電圧を供給する。
【0003】誤差増巾器9は、前記コンデンサ7の両端
の直流電圧の一方を入力とし、予め定められた基準電圧
8を他方の入力として、これらの誤差電圧を増巾し、そ
の出 (3) 力はパルス発生器10に接続されている。
【0004】前記パルス発生器10は、誤差増巾器9を
入力とし、直流電圧が前記基準電圧8より大きくなった
時には、スイッチング素子5のオン時間を短くし、反対
に直流電圧が基準電圧8より小さくなった時には、スイ
ッチング素子5のオン時間を長くする様なパルスを発生
して、直流電圧を安定化する様に動作すると共に、前記
商用電源1から供給される入力電流は、前記商用電源1
の入力電圧とほぼ同じ波形になり力率も改善される。駆
動回路11は、前記パルス発生器10の出力を増巾し、
スイッチング素子5を駆動する。
【0005】しかし、上記従来例の様な力率改善用スイ
ッチング電源に於いては、全波整流器を構成するダイオ
−ドが2個直列に接続され入力電流が流れることになる
ので、前記商用電源1の整流に伴いダイオ−ド2個分の
損失を生じる結果、効率の悪い欠点がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記問題を解決する為
に、本発明は力率改善用スイッチング電源の入力側を交
流電源とし、入力整流回路クロスを低減した、高効率で
かつ力率改善を図った力率改善用コンバ−タを提供する
事を目的とする。
【0007】
【発明の実施の形態】図2は、本発明の第1の実施例を
示す。図2の回路の構成と動作について図3の動作波形
を用いて説明する。尚図2に於いて、図1で説明したも
のと同じ部品は同じ符号を付けてある。
【0008】図2に於いて商用電源1にコンデンサ3を
並列接続し、前記コンデンサ3の両端にリアクトル4
と、正サイクルの半波に順方向に接続された第1のスイ
ッチング素子12(例えばFET1)と、負サイクルの
半波に順方向に接続された第2 (4) のスイッチング素子13(例えばFET2)を直列に接
続し、前記第1のスイッチング素子12と第2のスイッ
チング素子13のドレイン側に、それぞれダイオ−ド1
4、15のアノ−ド側を接続し、前記ダイオ−ド14、
15のカソ−ド側を共通にし、負荷0の一端に接続す
る。又コンデンサ7は、前記ダイオ−ド14、15の共
通のカソ−ド側に接続され、コンデンサ7の他端は負荷
0の他端と共に、前記第1のスイッチング素子12、第
2のスイッチング素子の共通のソ−ス側に接続されてい
る。
【0009】誤差増巾器9は、前記コンデンサ7の両端
の直流出力電圧を一方の入力とし、予め定められた基準
電圧8を他方入力として、それらの誤差電圧を増巾し、
その出力はパルス発生器10に接続されている。
【0010】パルス発生器10は誤差増巾器9の出力信
号を入力とし、前記コンデンサ7の両端電圧(出力電
圧)が基準電圧8より大きくなった時には、第1及び第
2のスイッチング素子12、13のオン時間を短くし、
反対に出力電圧が基準電圧8より小さくなった時には、
第1及び第2のスイッチング素子12、13のオン時間
を長くするようにパルス制御して出力電圧を安定化する
様に動作を行う。
【0011】駆動回路11はパルス発生器10の出力を
増巾し、第1及び第2のスイッチング素子12、13を
それぞれ駆動する。コンデンサ3は各スイッチング素子
のON、OFF動作による高調波成分を除去するために
設けたものである。
【0012】以上の回路構成に於いて、定常動作を図3
の動作波形を用いて説明する。商用電源電圧(A)が正
の半サイクル時、第1、第2のスイッチング素子12、
13に図3(B)の様な駆動信号が与えられると、動作
電流経路を図2を用いて説明すると、商用電源1及びコ
ンデンサ3→リアクトル4→第1のスイッチング素子1
2→第2のスイッチング素子13のソ−スからドレイン
と寄生ダイオ−ド13′→商用電源1及びコンデンサ3
となり、この期間にリアクトル4にエネル (5) ギ−が蓄積される。
【0013】次に第1及び第2のスイッチング素子1
2、13の駆動信号がタ−ンオフすると、リアクトル4
に蓄積されていたエネルギ−が、リアクトル4→ダイオ
−ド14→コンデンサ7→第2のスイッチング素子13
の寄生ダイオ−ド13′→コンデンサ3→リアクトル4
の経路にて放電され、コンデンサ7の両端に充電され、
誤差増巾器9、基準電圧8、パルス発生器10の閉ル−
プ動作に依り、負荷0に安定した直流電圧を供給する。
【0014】次に図3の商用電源電圧(A)が負の半サ
イクル期間に於いても、同様な動作をくり返す。すなわ
ち第1、第2のスイッチング素子12、13に駆動信号
が与えられると、商用電源1及びコンデンサ3→第2の
スイッチング素子13→第1のスイッチング素子12の
ソ−ス・ドレイン間と寄生ダイオ−ド12′→リアクト
ル4→商用電源1及びコンデンサ3の経路でリアクトル
4にエネルギ−が蓄積される。
【0015】次に、第1及び第2のスイッチング素子1
2、13に与えられていた駆動信号がタ−ンオフすると
リアクトル4に蓄積されていたエネルギ−が放電を行
う。放電経路はリアクトル4→コンデンサ3→ダイオ−
ド15→コンデンサ7→第1のスイッチング素子12の
寄生ダイオ−ド12′→リアクトル4となりコンデンサ
7には閉ル−プ動作により安定した直流電圧が発生し負
荷0に供給される。
【0016】この結果リアクトル4には図3の(C)の
様な電流が流れ、商用電源に於ける入力電流は点線で示
した波形の様になり、力率も大巾に改善される。
【0017】以上の様に図2に示す構成例の様なスイッ
チング電源に於いては、等価的に商用電源の整流に伴う
損失を第1、又は第2のスイッチング素子12、13の
ソ−ス、ドレイン間電圧に依る損失と、前記第1又は第
2スイッチング素子12、1 (6) 3の寄生ダイオ−ド12′、13′に依る損失の並列動
作に依るため、図1で示した従来回路の整流ダイオ−ド
2個分に依る損失に比較すれば、かなりの損失低減を図
る事が出来、効率を大巾に改善する事ができる。
【0018】図4は、フォワ−ド型コンバ−タに本発明
を適用した時の第2の実施例を示す。図4の回路の構成
と動作について図5の動作波形を用いて説明する。図4
において図2で説明したものと同じものは同じ符号を付
けている。
【0019】図4において、トランス16は1次側と2
次側を絶縁し、1次巻線17、2次巻線18、3次巻線
19から構成され1次と2次又は3次巻線の巻数比は
N:1:1となっているものとする。前記2次及び3次
巻線には整流ダイオ−ド20、21、及びフリ−ホイ−
ルダイオ−ド22が接続されている。
【0020】従って動作は次の様になる。すなわち商用
電源1が図5の(A)の様に正の半サイクル時に、第1
及び第2のスイッチング素子12、13のゲ−トに駆動
信号が与えられると、トランス16の1次側は商用電源
1及びコンデンサ3→トランス16の1次巻線17→第
1のスイッチング素子12→第2のスイッチング素子1
3のソ−スからドレインと寄生ダイオ−ド13′→商用
電源1及びコンデンサ3に電流が流れる。
【0021】この時トランス16の1次巻線17には・
印をプラスに入力商用電源1のVinが印加され、トラン
ス16の2次巻線18の・印側にVin/N電圧が発生す
る。Vin/Nの電圧が、コンデンサ24の両端電圧、す
なわち出力電圧V0よりも大きくなると、トランス16
の2次巻線18→ダイオ−ド20→リアクトル23→コ
ンデンサ24→トランス16の2次巻線18の経路で電
流が流れ、又リアクトル23にはエネルギ−が蓄積され
る。
【0022】 (7) 前記、第1及び第2のスイッチング素子12、13のゲ
−トに与えられていた駆動信号がタ−ンオフすると、前
記リアクトル23に蓄積されていたエネルギ−が、リア
クトル23→コンデンサ24→ダイオ−ド22を通して
放電されるため、コンデンサ24の両端には直流電圧が
発生し、負荷0には直流電圧が供給される。
【0023】出力電圧V0は、図2、図4で述べたと同
様に、誤差増巾器9、基準電圧8、パルス発生器10で
一連の閉ル−プ動作を行うため、出力電圧は安定化され
ている。
【0024】又、リアクトル23に流れる電流は、図5
の(C)の様になり、図5の(A)の入力商用電源Vin
がトランス16の巻数比Nと出力電圧V0の関係がVi
n》NV0になって、始めて電流が流れるため商用の入力
電流Iinは図5(C)の点線の様になる。
【0025】次に、図5(A)の様に入力商用電源が負
の半サイクル時にも前述した通りと同じ動作を行うため
ここでは省略する。但し図4のトランス16の2次側に
於いては、3次巻線19と、ダイオ−ド21で前述正の
半サイクルと同様な動作を行う。
【0026】この様に動作するスイッチング電源は、ト
ランス16の2次及び3次巻線の巻数比を上げる事で、
力率を高く出来る事が知られている。
【0027】図4の回路構成をすることで、前述のよう
に1次側整流に伴う損失を減らす事が出来る結果、高力
率で高効率のスイッチング電源提供する事ができる。
【0028】図6、図7は本発明の第3、及び第4の実
施例であって、前記図2及び図4の回路動作のリアクト
ル4又は23の電流波形が不連続波形に対し、連続波形
で動 (8) 作する様な回路構成にした時の制御方法を表したもので
ある。
【0029】すなわち、パルス発生器26は誤差増巾器
9の出力を第1入力とし、入力電流検出回路25の出力
を第2の入力として、直流出力電圧が基準電圧8よりも
大きくなった時には、第1及び第2のスイッチング素子
12、13のオン時間を短くし、又直流出力電圧が基準
電圧8よりも小さくなった時に、第1及び第2のスイッ
チング素子12、13のオン時間を長くする様なパルス
を発生して、直流出力電圧を安定化する様に動作すると
共に、入力電流の波形が入力電圧波形に相似する様にス
イッチング素子のオン、オフ時間を制御する。この結
果、力率及び効率の改善をする事が出来る。
【0030】
【発明の効果】本発明によりスイッチング回路を交流電
源で動作させる事が出来、入力側の整流回路や直流平滑
コンデンサが不要となり、力率及び効率アップを図った
スイッチング電源を提供出来るものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のスイッチング電源基本回路図
【図2】本発明のスイッチング電源第1の実施例
【図3】本発明のスイッチング電源第1の実施例の各部
の動作波形
【図4】本発明のスイッチング電源第2の実施例
【図5】本発明のスイッチング電源第2の実施例の各部
の動作波形
【図6】本発明のスイッチング電源第3の実施例 (9)
【図7】本発明のスイッチング電源第4の実施例
【符号の説明】
1 商用電源 2 全波整流器 3、7、24 コンデンサ 4、23 リアクトル 5、12、13 スイッチング素子 12′、13′ スイッチング素子の寄生ダイオ−ド 6、14、15、20、21、22 ダイオ−ド 8 基準電圧 9 誤差増巾器 10、26 パルス発生器 11 駆動回路 16 トランス 25 入力電流検器回路 0 負荷

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 商用電源と並列に第1のコンデンサを接
    続し、前記第1のコンデンサと並列に、リアクトルと第
    1及び第2のスイッチング素子の直列回路を接続し、前
    記第1のスイッチング素子は前記商用電源の正の半サイ
    クル時にスイッチング動作を行い、前記第2のスイッチ
    ング素子は前記商用電源の負の半サイクル時にスイッチ
    ング動作を行い、かつ前記第1のスイッチング素子と並
    列に、負の半サイクルで順方向となる第1のダイオ−ド
    を接続し、前記第2のスイッチング素子と並列に、正の
    半サイクルで順方向となる第2のダイオ−ドを接続し、
    前記第1及び第2のスイッチング素子の両端より、それ
    ぞれ負荷に順方向となる第3及び第4のダイオ−ドを接
    続し、該第3及び第4のダイオ−ドの出力端をコモン接
    続して、第2のコンデンサ及び負荷の一端に接続し、前
    記第1及び第2のスイッチング素子のコモン点より前記
    第2のコンデンサの他端及び前記負荷の他端に接続した
    事を特徴とするスイッチング電源。
  2. 【請求項2】 商用電源と並列に第1のコンデンサを接
    続し、前記第1のコンデンサと並列に、トランスの1次
    巻線と第1及び第2のスイッチング素子の直列回路を接
    続し、前記第1のスイッチング素子は前記商用電源の正
    の半サイクル時にスイッチング動作を行い、前記第2の
    スイッチング素子は前記商用電源の負の半サイクル時に
    スイッチング動作を行い、かつ、前記第1のスイッチン
    グ素子と並列に、負の半サイクルで順方向となる第1の
    ダイオ−ドを接続し、前記第2のスイッチング素子と並
    列に正の半サイクルで順方向となる第2のダイオ−ドを
    接続し、前記トランスの2次巻線及び必要により3次以
    上の巻線より、整流回路及び平滑回路を通して負荷に接
    続した事を特徴とするスイッチング電源。
  3. 【請求項3】 前記第1及び第2のスイッチング素子が
    FETである事を特徴とする請求項1及び2記載のスイ
    ッチング電源。
  4. 【請求項4】 前記第1及び第2のスイッチング素子の
    スイッチング周波数は、商用電源周波数より高い事を特
    徴とする請求項1及び2及び3記載のスイッ (2) チング電源。
  5. 【請求項5】 スイッチング電源の入力電流波形平均値
    が、入力電圧波形と相似形になる様に、前記第1及び第
    2のスイッチング素子をオン、オフ制御する事を特徴と
    する請求項1及び2及び3及び4記載のスイッチング電
    源。
  6. 【請求項6】 前記第1のスイッチング素子の制御信号
    が、前記商用電源の正の半サイクルと同期し、前記第2
    のスイッチング素子の制御信号が、前記商用電源の半サ
    イクルと同期して、オン、オフ制御される事を特徴とす
    る、請求項1及び2及び3及び4及び5記載のスイッチ
    ング電源。
  7. 【請求項7】 前記リアクトルに流れる電流波形が連続
    的に流れるスイッチング電源に於いて、前記入力電流を
    検出し前記スイッチング電源の入力電流の平均値が入力
    電圧波形と相似形になる様に、前記第1及び第2のスイ
    ッチング素子をオン、オフ制御する事を特徴とする請求
    項第1、及び第2及び第3及び第4及び第5及び第6記
    載のスイッチング電源。
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US8279629B2 (en) 2009-07-29 2012-10-02 Tdk Corporation Switching power supply

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8193785B2 (en) 2005-12-30 2012-06-05 Microgen Engine Corporation Holding B.V. Power supply
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