JPH10337020A - 力率改善機能付きスイッチング電源装置 - Google Patents

力率改善機能付きスイッチング電源装置

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JPH10337020A
JPH10337020A JP18168097A JP18168097A JPH10337020A JP H10337020 A JPH10337020 A JP H10337020A JP 18168097 A JP18168097 A JP 18168097A JP 18168097 A JP18168097 A JP 18168097A JP H10337020 A JPH10337020 A JP H10337020A
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capacitor
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Morio Sato
守男 佐藤
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Ohira Electronics Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 力率改善機能付きスイッチング電源の回路を
簡索化し、かつ、スイッチ素子に加わる電圧が軽負荷時
に上昇する現象を改善する。 【構成】 スイッチ素子13のオフ期間にスイッチ素子
13に加わる電圧を充電するダイオード2とコンデンサ
1を付加し、更にトランスに補助巻線4を追加して、コ
ンデンサ1に充電された電荷がスイッチ素子13のオン
期間にこの補助巻線4を通して放電するように構成し、
かつ、スイッチ素子13のオフ期間に補助巻線4にフラ
イバック電流が流れるのを阻止するダイオード3を付加
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はスイッチング電源装置に
関し、特に力率改善機能を有するスイッチング電源装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】交流を直流に変換し、その直流をスイッ
チングすることによって安定な直流出力電圧を得るスイ
ッチング電源回路において、交流を直流に変換する回路
にコンデンサインプット型整流回路を用いると、正弦波
の交流入力電圧に対して、波高値の高いパルス状の交流
入力電流が流れ、入力電流波形の導通角が狭くなり、力
率が低下する。この力率の低下を防ぐ方法としてコンデ
ンサの前にチョークコイルを挿入するチョークインプッ
ト型整流回路が知られているが、商用電源の交流周波数
が低いために、チョークコイルのインダクタンスが大き
くなければならないという欠点がある。そこで、リアク
トルとスイッチ素子の組み合わせによって、アクティブ
フィルタと呼ばれる回路が実用化されている。アクティ
ブフィルタの中で従来用いられている回路例の原理図を
図6に示す。この図の回路の動作のポイントは、コンデ
ンサインプット型整流回路では非導通角となっていた低
い入力電圧の区間においても、強制的に電流を流す点に
ある。図において、コンデンサ102は比較的大きな容
量で、ブリッジ整流器118の出力電圧が正弦波の半周
期の波形を繰り返しているのに対して、ほぼ一定の直流
電圧で充電されているとみなすことができる。そこで、
ブリッジ整流器118の出力電圧がコンデンサ102の
充電々圧より低いときは、トランス111の1次巻線1
11Bとスイッチ素子113に流れるスイッチング電流
はコンデンサ102に充電されている電荷によってまか
なわれる。コンデンサ102の電荷の放電する回路には
トランス112の巻線112Bが含まれており、これに
もスイッチング電流が流れるため、スイッチ素子113
がオフしたとき、トランス112に蓄積されたエネルギ
ーは巻線112Aに電磁誘導されて流れる。そのため、
ブリッジ整流器118の出力電圧がコンデンサ102の
充電々圧より低い区間でも交流入力電流が流れ、これに
よってコンデンサインプット型整流回路では非導通角で
あった区間でも電流が流れることになって、その結果、
力率が改善される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】図6に示した回路にお
いて、トランス112にはもう1つのトランス111に
流れる電流と部分的に共通した電流が流れるのに、各々
別々のコアに巻かれていて、1つの電源であるのに2つ
のトランスが必要である。また、図6に示した回路にお
いて、コンデンサ102に充電される電圧は、軽負荷時
に上昇することがあり得るが、これは、トランス112
の巻線112Aに生ずる電圧が無制御になっているため
である。コンデンサ102の電圧が高くなることによっ
てスイッチ素子113のオフ期間にスイッチ素子に加わ
る電圧も上昇する。
【0004】そこで本発明は、2つのトランスを1つの
トランスにまとめることによって部品コストの削減をは
かり、かつ、コンデンサに充電される電圧が軽負荷時に
上昇することを防ぐ回路を提供することを目的としてい
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、スイッチ素子のオフ期間に、1次巻線のスイ
ッチ素子側の端子に生じる電圧を充電する第1のダイオ
ードとコンデンサを付加し、トランスに補助巻線を追加
しコンデンサに充電された電荷がスイッチ素子のオン期
間にこの補助巻線を通りスイッチ素子を流れて放電する
ように構成し、そして、スイッチ素子のオフ期間に補助
巻線にフライバック電流が流れないように、この方向の
電流を阻止する第2ダイオードを付加したことを特徴と
している。
【0006】
【作用】本発明において、コンデンサはある程度大きな
容量が選ばれ、電源が起動してしばらくたった後は商用
電源の周期で変化する入力電圧に対しても、その両端の
電圧が安定している。
【0007】このコンデンサに充電されている電圧に対
して、入力電圧が十分低い場合はスイッチ素子に流れる
電流はコンデンサに充電されている電荷によってまかな
われるが、第1のダイオードによって直接スイッチ素子
に流れるのを阻止されているので、補助巻線を通りトラ
ンスを励磁する。
【0008】スイッチ素子がターンオフすると各巻線に
巻数に比例したフライバック電圧が発生するが、補助巻
線は第2のダイオードによってフライバック電流が阻止
されているので、1次巻線と2次巻線によってエネルギ
ーが放出される。そのため、1次巻線には入力電圧がコ
ンデンサの入力電圧より低いときでもフライバック電流
が流れる。すなわち、コンデンサインプット型整流回路
では非導通角となっていた区間でも入力電流が流れ、力
率が改善される。
【0009】コンデンサに充電される電圧は、入力電圧
の波高値に1次巻線のフライバック電圧を加算した値に
なるが、1次巻線のフライバック電圧はスイッチ素子の
オンデューティ比と巻数比によって求まる値であり、無
制御状態になって上昇するということはなく、従ってス
イッチ素子のオフ期間にスイッチ素子に加わる電圧が軽
負荷で上昇するということもない。
【0010】請求項2記載の発明において、スイッチ素
子のオフ期間に1次巻線のスイッチ素子側に生じる電圧
を取り出して充電する回路は昇圧チョッパ型スイッチン
グ電源の出力電圧を得る整流平滑回路そのものであるこ
とから、スイッチ素子のオン期間に補助巻線に流れる電
流は整流平滑回路のコンデンサから供給される。この点
を除けば、請求項1の発明における作用と同じ。
【0011】
【実施例】図1は請求項1記載の発明の実施例に係る力
率改善機能付きスイッチング電源装置を示す回路図であ
る。図2は図1の回路図の主要部の電圧電流波形を示し
た波形図である。図3と図4は図2の波形図の時間軸を
拡大した図である。
【0012】図1の回路において、ブリッジ整流器18
の出力電圧は図2(a)に示したように正弦波の半周期
分を繰り返した波形をしている。ブリッジ整流器18の
出力電流は図2(b)に示したように、パルス状となり
電圧の低いところから電流が流れ始め、電圧の上昇と共
にパルスの波高値が大きくなっている。また、この電流
はコンデンサ19とチョークコイル20からなるローパ
スフィルタを通すと、図2(c)のような高周波リップ
ルが除去されたより正弦波に近い波形となる。
【0013】図2(a)のブリッジ整流器18の出力電
圧の低い区間におけるブリッジ整流器18を流れる電流
とスイッチ素子13を流れる電流と2次側ダイオード1
4を流れる電流の波形を時間軸を拡大して図3(a)と
図3(b)と図3(c)に各々示す。図3(a)に示し
たように、ブリッジ整流器18の電流はスイッチ素子1
3に電流が流れている間は流れず、スイッチ素子13が
ターンオフしたときから流れ始める。また、ブリッジ整
流器18を流れる電流は、トランス11に蓄積される励
磁エネルギーの放出を2次側ダイオード14の電流と分
け合う形で得られるが、ブリッジ整流器18の出力電圧
の上昇と共に、図3(a)に示したように、パルス幅が
広がっていく。一方、スイッチ素子13の電流と2次側
ダイオード14の電流のパルス幅は、図3(b)と図3
(c)に示したようにほぼ一定している。ブリッジ整流
器18の出力電流のパルス幅が2次側ダイオード14の
電流のパルス幅より広くなると波形は図3(a)に示し
たように折れ線になる。
【0014】図2(a)のブリッジ整流器18の出力電
圧が高いところにおけるブリッジ整流器18を流れる電
流とスイッチ素子13を流れる電流と2次側ダイオード
14を流れる電流の波形を時間軸を拡大して図4(a)
と図4(b)と図4(c)に各々示す。図4(a)に示
したように、ブリッジ整流器18には連続的な電流が流
れる。このとき、スイッチ素子13のオン期間には1次
巻線11Aと補助巻線4の両方に電流が流れている。補
助巻線4を通る電流はコンデンサ2の放電によるが、1
次巻線11Aを通る電流は、スイッチ素子のオフ期間に
1次巻線11Aを流れるフライバック電流がオフ期間の
間にゼロまで達しないためにスイッチ素子13がターン
オンしたとき、その残った電流が流れ続けるために生じ
る電流である。従って、スイッチ素子13に流れる電流
は、図4(b)に示したように、その残っていた電流値
から立ち上がるが、パルス幅はブリッジ整流器18の出
力電圧が低いときと大きな違いはない。
【0015】ブリッジ整流器18の出力電圧が低いとこ
ろでは、スイッチ素子13を流れる電流はコンデンサ2
の放電によってまかなわれており、コンデンサ2の電圧
の変化が小さいので、パルス幅の変化も小さい。また、
ブリッジ整流器18の出力電圧が大きいところでは、ス
イッチ素子を流れる電流はコンデンサ2の放電の他に、
上で説明した1次巻線11Aのフライバック電流の残り
の電流が加わるが、オン期間のパルス幅の変化は小さ
い。従って、スイッチ素子13はコンデンサインプット
型整流方式のスイッチング電源回路のそれと同じように
働く。そのため、スイッチ素子13のオン・オフを制御
する発振制御回路にコンデンサインプット整流型スイッ
チング電源に用いてきた従来の方式がそのまま使える。
【0016】請求項1記載の発明の実施例として図1に
示した回路図と図2と図3と図4に各々示した波形図は
固定周波数で制御されるフライバックコンバータを土台
にしたものであるが、発振方式が他励式であっても自励
式であっても本発明の応用は可能である。また、回路構
成としてフォワードコンバータに応用することも可能で
ある。
【0017】図5は請求項2記載の発明の実施例に係る
力率改善機能付き昇圧チョッパ型スイッチング電源装置
を示す回路図である。図5の回路図内のブリッジ整流器
18の出力電圧と出力電流の波形は図1の回路図のそれ
らと基本的に変わらない。
【0018】1つの巻線を用いた従来の昇圧チョッパ型
力率改善回路においては、スイッチ素子の発振制御回路
にランプ補償回路という特別な回路を付加して、交流入
力電流を交流入力電圧に近似させている。そのため、制
御回路が複雑になるが、図5に示した実施例ではコンデ
ンサインプット型整流方式のスイッチング電源回路に用
いる発振制御回路をそのまま使うことができる。
【0019】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、従来か
ら用いられてきたコンデンサインプット型整流方式の部
品を大幅に変更せずに力率を改善する回路を構成するこ
とができた。また、力率を改善する従来例に対してロー
コスト化ができ、スイッチ素子に加わる電圧が軽負荷時
に上昇するという問題も解決できた。
【図面の簡単な説明】
【図1】請求項1記載の発明の実施例に係る力率改善機
能付きスイッチング電源装置を示す回路図である。
【図2】図1の回路図の主要部の電圧と電流の波形を示
す波形図である。
【図3】図2の波形図の時間軸を拡大した波形図であ
る。
【図4】図2の波形図の時間軸を拡大した波形図であ
る。
【図5】請求項2記載の発明の実施例に係る力率改善機
能付き昇圧チョッパ型スイッチング電源装置を示す回路
図である。
【図6】従来方式の例を示す回路図である。
【符号の説明】
1 コンデンサ 2 ダイオード 3 ダイオード 4 補助巻線 11、111 トランス 13、113 スイッチ素子 14、114 ダイオード 15、115 コンデンサ 16、116 負荷 17、117 発振制御回路 18、118 ブリッジ整流器 19、119 コンデンサ 20、120 チョークコイル 21、121 交流電源 11A、111A 1次巻線 11B、111B 2次巻線 112 トランス 112A 巻線 112B 巻線

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 1次巻線と2次巻線を有するトランス
    と、前記トランスの1次巻線に直列に接続されたスイッ
    チ素子と、前記トランスの2次巻線に接続された整流平
    滑回路と、前記整流平滑回路の直流出力電圧を検出し前
    記スイッチ素子の発振を制御する発振制御回路を備えた
    スイッチング電源回路において、前記スイッチ素子のオ
    フ期間に前記トランスの1次巻線の前記スイッチ素子側
    の端子に生じる電圧を充電するコンデンサを接続し、前
    記コンデンサに充電された電荷が前記スイッチ素子のオ
    ン期間に前記スイッチ素子を直接通って放電することを
    阻止するために前記トランスの1次巻線と前記コンデン
    サの間に第1のダイオードを直列に挿入し、前記トラン
    スの1次巻線と前記スイッチ素子の間に第2のダイオー
    ドを直列に挿入し、前記トランスに補助巻線を巻いてそ
    の一方の端子を前記第1のダイオードと前記コンデンサ
    の接続点に接続しその別の一方の端子を前記第2のダイ
    オードと前記スイッチ素子の接続点に接続したことを特
    徴とする力率改善機能付きスイッチング電源装置。
  2. 【請求項2】 1次巻線と、前記1次巻線に直列に接続
    されたスイッチ素子と、前記スイッチ素子のオフ期間に
    前記1次巻線の前記スイッチ素子側の端子に生じる電圧
    を直流電圧として取り出す整流平滑回路と、前記整流平
    滑回路の直流出力電圧を検出し前記スイッチ素子の発振
    を制御する発振制御回路を備えた昇圧チョッパ型スイッ
    チング電源装置において、前記1次巻線と前記スイッチ
    素子の問にダイオードを直列に挿入し、前記1次巻線が
    巻かれたコアに補助巻線を巻いて、その一方の端子を前
    記整流平滑回路の出力端子に接続しその別の一方の端子
    を前記ダイオードと前記スイッチ素子の接続点に接続し
    たことを特徴とする力率改善機能付き昇圧チョッパ型ス
    イッチング電源装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015056400A1 (ja) * 2013-10-16 2015-04-23 ダイキン工業株式会社 電力変換装置及び空気調和装置
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