JPH1155947A - Power unit and air conditioner using the same - Google Patents

Power unit and air conditioner using the same

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Publication number
JPH1155947A
JPH1155947A JP9210718A JP21071897A JPH1155947A JP H1155947 A JPH1155947 A JP H1155947A JP 9210718 A JP9210718 A JP 9210718A JP 21071897 A JP21071897 A JP 21071897A JP H1155947 A JPH1155947 A JP H1155947A
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JP
Japan
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load
switching element
voltage
power supply
switching
Prior art date
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Pending
Application number
JP9210718A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Koji Kato
浩二 加藤
Hiroyuki Shono
浩之 庄野
Atsushi Okuyama
奥山  敦
Makoto Ishii
誠 石井
Koichi Yajima
幸一 矢島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Publication of JPH1155947A publication Critical patent/JPH1155947A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To materialize the security in voltage regulation with light load and the reduction of loss in a switching element, while maintaining the control effect on switching noise. SOLUTION: A switching element 5 is turned on and turned off by a predriver 17, and the instant of the OFF of the switching element 5, the power of the quantity corresponding to the load is transmitted from a main winding 2 to secondary windings 4a-4g with a transformer 1. After ON of the switching element 5, a feedback circuit 11 monitors the secondary voltage VR, and sets the OFF timing of the switching element 5. That is, at the time of heavy load, a microcomputer 19 selects the voltage VB of the base winding 3 and detects the timing of the secondary current IR becoming zero, and turns on the switching element 5. Moreover, at the time of light load, it selects the output of an off time fixing circuit 18, and turns on the switching circuit 5 after a certain time since the switching element 5 is turned off.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、スイッチング素子
を備えた電源装置とこれを用いた空気調和機に係り、特
に、該スイッチングを素子を制御して電源電圧の安定化
を図った電源装置とこれを用いた空気調和機に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power supply device provided with a switching element and an air conditioner using the same, and more particularly to a power supply device which controls the switching element to stabilize a power supply voltage. The present invention relates to an air conditioner using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】交流電源電圧を整流平滑して直流電圧を
得、これから安定した電源電圧を得るために、従来、ス
イッチング素子を用いた電源装置が知られている。これ
は、生成出力する電源電圧を監視し、この電源電圧が安
定化するように、スイッチング素子のオン,オフを制御
するものである。かかる電源装置を、例えば、空気調和
機などの可変負荷の機器に用いる場合、負荷が変動して
も、スイッチング素子のオン,オフを制御することによ
り、かかる機器の電源電圧を安定化することができる。
2. Description of the Related Art In order to obtain a DC voltage by rectifying and smoothing an AC power supply voltage, and to obtain a stable power supply voltage, a power supply device using a switching element has been conventionally known. This is to monitor a power supply voltage to be generated and output, and to control ON / OFF of a switching element so that the power supply voltage is stabilized. For example, when such a power supply device is used for a variable load device such as an air conditioner, even if the load fluctuates, the power supply voltage of the device can be stabilized by controlling the ON / OFF of the switching element. it can.

【0003】図11は従来の電源装置の一例を示す回路
図であって、1はスイッチングトランス、2はメイン巻
線、3’はベース巻線、4a〜4eは二次巻線、5はス
イッチング素子、6はコンデンサ、7は抵抗、8はコン
デンサ、9は抵抗、10はダイオード、11はフィード
バック回路、12はプリドライバ、13a,13bは端
子である。
FIG. 11 is a circuit diagram showing an example of a conventional power supply device, wherein 1 is a switching transformer, 2 is a main winding, 3 'is a base winding, 4a to 4e are secondary windings, and 5 is a switching winding. An element, 6 is a capacitor, 7 is a resistor, 8 is a capacitor, 9 is a resistor, 10 is a diode, 11 is a feedback circuit, 12 is a pre-driver, and 13a and 13b are terminals.

【0004】同図において、端子13a,13b間にス
イッチングトランス1のメイン巻線2とスイッチング素
子5とが直列に接続されており、このスイッチング素子
5のコレクタ,エミッタ間に(即ち、スイッチング素子
5に並列に)、抵抗7とコンデンサ6とからなるノイズ
抑制用のダンパ回路が接続され、また、メイン巻線2に
並列に、ダイオード10とコンデンサ8と抵抗9とから
なるノイズ抑制用のクランプ回路が接続されている。こ
れらダンパ回路とクランプ回路とは、スイッチング素子
5のオン,オフに伴う電圧波形のスイッチングノイズを
抑制するものであって、ダンパ回路は電圧波形の跳上り
に丸みを付け、また、クランプ回路はこの跳上りをカッ
トする作用をなすものである。
In FIG. 1, a main winding 2 of a switching transformer 1 and a switching element 5 are connected in series between terminals 13a and 13b, and between a collector and an emitter of the switching element 5 (ie, the switching element 5). ), A noise suppression damper circuit comprising a resistor 7 and a capacitor 6 is connected thereto, and a noise suppression clamp circuit comprising a diode 10, a capacitor 8 and a resistor 9 in parallel with the main winding 2. Is connected. The damper circuit and the clamp circuit suppress the switching noise of the voltage waveform accompanying the turning on and off of the switching element 5. The damper circuit rounds the jump of the voltage waveform. It functions to cut the jump.

【0005】一方、スイッチングトランス1には、各電
源電圧を出力するための二次巻線とともに、ベース巻線
3’が設けられており、このベース巻線3’の一端がダ
イオードと抵抗とを介してスイッチング素子5のベース
に接続され、また、他端がスイッチング素子5のエミッ
タに接続されている。そして、このスイッチング素子5
のベース,エミッタ間にトランジスタからなるプリドラ
イバ12が設けられ、このプリドライバ12のオン,オ
フがフィードバック回路11によって制御される。
On the other hand, the switching transformer 1 is provided with a base winding 3 'together with a secondary winding for outputting each power supply voltage. One end of the base winding 3' has a diode and a resistor. The other end is connected to the base of the switching element 5 and the other end is connected to the emitter of the switching element 5. And this switching element 5
A pre-driver 12 composed of a transistor is provided between the base and the emitter of the driver, and the on / off of the pre-driver 12 is controlled by a feedback circuit 11.

【0006】図12は図11の各部の電流,電圧波形と
損失を示す図であって、同図(a)はスイッチング素子
5のコレクタ電流ICを、同図(b)はスイッチング素
子5のコレクタ,エミッタ間電圧VCEを、同図(c)は
スイッチング素子5で発生する損失Pを、同図(d)は
ベース巻線3’で発生する電圧VBを、同図(e)はス
イッチングトランス1の二次巻線4eに発生する二次電
流IRを夫々示している。
FIGS. 12A and 12B are diagrams showing current, voltage waveforms and losses at various parts in FIG. 11, wherein FIG. 12A shows the collector current I C of the switching element 5 and FIG. FIG. 5C shows the voltage V CE between the collector and the emitter, FIG. 5C shows the loss P generated in the switching element 5, FIG. 5D shows the voltage V B generated in the base winding 3 ′, and FIG. The secondary current I R generated in the secondary winding 4e of the switching transformer 1 is shown.

【0007】次に、図12を用いてこの従来例の動作に
ついて説明する。
Next, the operation of this conventional example will be described with reference to FIG.

【0008】端子13a,13b間には、入力直流電圧
Vdが印加されており、スイッチング素子5がオフして
いるときには、スイッチング素子5のコレクタ,エミッ
タ間に電圧VCEがかかってコレクタ電流ICは0である
が、スイッチングトランス1のベース巻線3'の誘起電
圧VBが所定値以上となると、スイッチング素子5がオ
ンしてコレクタ,エミッタ間電圧VCEが0となり、コレ
クタ電流IC が流れる。
An input DC voltage Vd is applied between the terminals 13a and 13b, and when the switching element 5 is off, a voltage V CE is applied between the collector and the emitter of the switching element 5 and the collector current I C Is zero, but when the induced voltage V B of the base winding 3 ′ of the switching transformer 1 becomes a predetermined value or more, the switching element 5 is turned on, the collector-emitter voltage V CE becomes zero, and the collector current I C becomes lower. Flows.

【0009】ここで、図12での期間t1はこのスイッ
チング素子5のオンの瞬間を拡大して示すものであり、
この期間t1では、スイッチング素子5のオフ期間にダ
ンパ回路のコンデンサ6(スナバコンデンサともいう)
に蓄積されていた電荷がスイッチング素子5を介して瞬
時に放電され、また、クランプ回路のダイオード10
(クランプダイオード)の容量を通して電流が流れ、こ
れら電流がスイッチングトランス1のメイン巻線2を介
して流れる電流(破線で示している)に加わってスイッ
チング素子5に流れるため、このスイッチング素子5の
コレクタ電流ICが、図示するように、非常に大きくな
る。コンデンサ6と抵抗7とからなるダンパ回路は、ス
イッチング素子5でのスイッチングノイズを抑圧するた
めには必要なものであるが、また、これがあるが故に、
スイッチング素子5のオンの瞬間に、このような大きな
コレクタ電流ICが流れることになる。
Here, a period t 1 in FIG. 12 is an enlarged view of the moment when the switching element 5 is turned on.
In this period t 1 , the capacitor 6 of the damper circuit (also referred to as a snubber capacitor) during the off period of the switching element 5.
Is discharged instantaneously via the switching element 5 and the diode 10 of the clamp circuit is discharged.
Current flows through the capacitance of the (clamp diode), and the current flows through the switching element 5 in addition to the current (indicated by a broken line) flowing through the main winding 2 of the switching transformer 1. The current I C becomes very large as shown. The damper circuit composed of the capacitor 6 and the resistor 7 is necessary for suppressing the switching noise in the switching element 5, and because of this, the damper circuit has
Such a large collector current I C flows at the moment when the switching element 5 is turned on.

【0010】その後、スイッチング素子5のオン期間t
2でコレクタ電流ICはほぼ直線状に増加していくが、フ
ィードバック回路11がプリドライバ12をオンする
と、スイッチング素子5はオフする。図12での期間t
3はこのスイッチング素子5がオフする瞬時の期間を拡
大して示すものであって、この期間t3でスイッチング
素子5のコレクタ電流IC、従って、スイッチングトラ
ンス1のメイン巻線2に流れる電流が0に急変する。こ
れにより、ベース巻線3’も含めたスイッチングトラン
ス1の二次巻線に電圧が誘起され、次の期間t4でこれ
ら二次巻線から二次電流が流れることにより、二次側に
電力が供給されることになる。この二次電流は、負荷へ
の供給とともに減少していく。二次巻線側では、この二
次電流が整流平滑されて必要な電源電圧が生成される。
図12(e)は、一例として、二次巻線4e側の二次電
流IR を示している。
After that, the ON period t of the switching element 5
2 increases the collector current I C is substantially straight in, but the feedback circuit 11 is turned on to pre-driver 12, the switching element 5 is turned off. Period t in FIG.
3, there is shown an enlarged period of the instantaneous turning off the switching element 5, the collector current I C of the switching element 5 at the time t 3, therefore, the current flowing through the main winding 2 of the switching transformer 1 It suddenly changes to 0. Thus, a voltage is induced in the secondary winding of the base winding 3 'also switching transformer 1, including, by flowing the secondary current from these secondary windings in the next period t 4, the power to the secondary side Will be supplied. This secondary current decreases with supply to the load. On the secondary winding side, the secondary current is rectified and smoothed to generate a required power supply voltage.
FIG. 12E shows, as an example, the secondary current I R on the secondary winding 4e side.

【0011】ここで、この電源装置を空気調和機に使用
する場合、二次巻線4a側では室内機の、例えば、室内
ファンなどの電源電圧が生成され、二次巻線4b〜4d
では室外機でのインバータ用電源電圧が生成され、二次
巻線4e側では室外機の制御用の電源電圧が生成される
ものとすると、この制御用の電源電圧が、例えば、12
Vに安定化するように、フィードバック回路11でスイ
ッチングトランス1の一次側にフィードバックをかける
ものである。
When this power supply device is used in an air conditioner, a power supply voltage for an indoor unit, for example, an indoor fan, is generated on the secondary winding 4a side, and the secondary windings 4b to 4d are generated.
Assuming that the power supply voltage for the inverter in the outdoor unit is generated and the power supply voltage for controlling the outdoor unit is generated on the secondary winding 4e side, the power supply voltage for control is, for example, 12
The feedback circuit 11 applies feedback to the primary side of the switching transformer 1 so as to be stabilized at V.

【0012】スイッチング素子5がオフすると、スイッ
チングトランス1では、そのときのメイン巻線2に流れ
る電流(スイッチング素子5のコレクタ電流ICにほと
んど等しい)とこのメイン巻線2に印加している電圧で
決まる電力がメイン巻線2から各二次巻線4a〜4dに
分配供給される。この分配は、夫々の二次巻線4a〜4
dに接続される負荷の大きさに応じて決まる。また、二
次巻線4a〜4dに接続される負荷の変動は、それらの
値の差はあっても、ほぼ同様の傾向をもっている。
[0012] When the switching element 5 is turned off, the switching transformer 1, the voltage applied to the current flowing in the main winding 2 at that time (approximately equal to the collector current I C of the switching element 5) in the main winding 2 Is distributed and supplied from the main winding 2 to each of the secondary windings 4a to 4d. This distribution is based on the respective secondary windings 4a-4
It is determined according to the magnitude of the load connected to d. Variations in the loads connected to the secondary windings 4a to 4d have almost the same tendency even though there is a difference between these values.

【0013】ところで、室内機の電源電圧を生成する二
次巻線4aに接続される負荷は、全負荷の大きな部分を
占めており、従って、この負荷変動は、他の負荷に比べ
て大きい。そこで、この二次巻線4a側と電源電圧VR
を一定とする二次巻線4d側とをみると、この二次巻線
4a側の負荷が大きくなると(即ち、負荷が重くなる
と)、メイン巻線2からの電力は二次巻線4a側により
多く分配され、その分相対的に二次巻線4d側に分配さ
れる電力が少なくなる。このために、二次巻線4d側に
誘起される巻線電圧が降下し、これを整流平滑して得ら
れる制御電圧VRが低下してくる。
By the way, the load connected to the secondary winding 4a for generating the power supply voltage of the indoor unit occupies a large part of the total load, and therefore, this load fluctuation is larger than other loads. Therefore, the secondary winding 4a and the power supply voltage V R
When the load on the secondary winding 4a side becomes large (that is, when the load becomes heavy), the electric power from the main winding 2 is supplied to the secondary winding 4a side. And more power is relatively distributed to the secondary winding 4d. For this reason, the winding voltage induced on the secondary winding 4d side drops, and the control voltage V R obtained by rectifying and smoothing the winding voltage drops.

【0014】そこで、フィードバック回路11は、この
制御電圧VRの低下傾向を検出し、プリドライバ12を
オンするタイミング、従って、スイッチング素子5をオ
フにするタイミングを遅くする。これにより、図12に
おける期間t2が長くなり、スイッチング素子5がオフ
するときにメイン巻線2に流れる電流を大きくしてメイ
ン巻線2から二次巻線4a〜4eに供給する電力量を増
加させる。
Therefore, the feedback circuit 11 detects the tendency of the control voltage V R to decrease, and delays the timing of turning on the pre-driver 12 and thus the timing of turning off the switching element 5. Thus, a longer period t 2 in FIG. 12, the amount of power supplied from the main winding 2 the secondary winding 4a~4e by increasing the current flowing through the main winding 2 when the switching element 5 is turned off increase.

【0015】逆に、二次巻線4a側の負荷が小さくなっ
たときには(即ち、負荷が軽くなると)、相対的に二次
巻線4e側に分配される電力が多くなり、二次巻線4d
側に誘起される巻線電圧が大きくなって、これを整流平
滑して得られる制御電圧Vが上昇する。フィードバッ
ク回路11は、この制御電圧Vの上昇傾向を検出し、
スイッチング素子5をオフにするタイミングを進める。
これにより、図12における期間t2が短くなり、スイ
ッチング素子5がオフするときにメイン巻線2に流れる
電流を小さくしてメイン巻線2から二次巻線4a〜4e
に供給する電力量を減少させる。
Conversely, when the load on the secondary winding 4a side is reduced (ie, when the load is reduced), the power distributed to the secondary winding 4e side relatively increases, and the secondary winding 4e increases. 4d
Winding voltage induced in the side is increased, the control voltage V R obtained this by rectifying and smoothing rises. Feedback circuit 11 detects the rise of the control voltage V R,
The timing of turning off the switching element 5 is advanced.
Thus, the shorter the period t 2 in FIG. 12, 4 a to 4 e secondary winding from the main winding 2 by reducing the current flowing through the main winding 2 when the switching element 5 is turned off
Reduce the amount of power supplied to the

【0016】一方、スッチングトランス1のベース巻線
3’の電圧VBは、プリドライバ12がオンする(このと
き、スイッチング素子5がオフする)とともに、極性を
負に反転し(その後、プリドライバ12がオフしても、
極性は再度反転することがない)、スイッチング素子5
がオフした瞬間(期間t3)にメイン巻線2から電力が
供給されることにより、負の方向に反転するが、負荷電
流の減少とともに、上昇し始める。そして、電圧VB
二次電流IRが0となるときの所定の正レベルになる
と、スイッチング素子5にベースバイアスがかかってオ
ンすることになる。このスイッチング素子5がオンして
からのオフタイミングを、二次巻線4側の負荷に応じ
て、フィードバック回路11が制御するのである。
On the other hand, the voltage V B of the base winding 3 ′ of the switching transformer 1 turns on the pre-driver 12 (at this time, the switching element 5 turns off) and inverts the polarity to negative (then, the pre-driver 12 turns off). Even if the driver 12 is turned off,
The polarity does not reverse again), the switching element 5
When the power is supplied from the main winding 2 at the moment when the power supply is turned off (period t3), the power supply reverses in the negative direction, but starts to increase as the load current decreases. Then, when the voltage V B reaches a predetermined positive level when the the secondary current I R is zero, will be turned on takes base bias to the switching element 5. The feedback circuit 11 controls the off timing after the switching element 5 is turned on in accordance with the load on the secondary winding 4 side.

【0017】そこで、図12における期間t1,t2,t3,
4の合計の期間T0 = (t1+t2+t3+t4)を1周
期とし、スイッチング素子5のスイッチング動作がこの
周期を繰り返すのであるが、これら期間t2,t4は二次
巻線4a側の負荷(以下、単に負荷という)に応じて変
化するから、この周期T0、従って、スイッチング素子
5のスイッチング周波数f0(=1/T0)も変化する。
即ち、負荷が大きい場合には、このスイッチング周波数
0は低くなり、負荷が小さくなると、スイッチング周
波数f0 は高くなる。
Therefore, the periods t 1 , t 2 , t 3 ,
The total period of t 4 T 0 = a (t 1 + t 2 + t 3 + t 4) as one cycle, the switching operation of the switching element 5 is to repeat this cycle, these periods t 2, t 4 the secondary winding Since the period changes according to the load on the line 4a (hereinafter simply referred to as a load), the period T 0 , and therefore the switching frequency f 0 (= 1 / T 0 ) of the switching element 5 also changes.
That is, when the load is large, the switching frequency f 0 is low, and when the load is small, the switching frequency f 0 is high.

【0018】なお、図12(a),(e)において、期
間t2での破線で示すコレクタ電流ICの波形IC'と破線
で示す二次電流IRの波形IR’は、実線で示すときの負
荷に対し、負荷が軽いときのものである。
In FIGS. 12A and 12E, the waveform I C ′ of the collector current I C shown by the broken line and the waveform I R ′ of the secondary current I R shown by the broken line in the period t 2 are shown by solid lines. This is when the load is lighter than the load indicated by.

【0019】一方、スイッチング素子5がオフする直前
のメイン巻線2に流れる電流Iは、メイン巻線2のイン
ダクタンスをLとすると、この電流の勾配がVd/Lで
あるから、 I=(Vd/L)×t2 となる。負荷を一定としてメイン巻線2に同じ電流Iを
流すものとすると、入力直流電圧Vdが低いときには、
期間t2が長くなり、入力直流電圧Vdが高いときに
は、期間t3が短くなる。ここで、期間t2と期間t4
はほぼ比例関係にあるから、入力直流電圧Vdが低いと
きには、スイッチング素子5のスイッチング周波数f0
が低くなり、入力直流電圧Vdが高いときには、スイッ
チング素子5のスイッチング周波数f0 が高くなる。
On the other hand, assuming that the inductance of the main winding 2 is L, the current I flowing through the main winding 2 immediately before the switching element 5 is turned off has a gradient of Vd / L, so that I = (Vd / L) × t 2 . Assuming that the same current I flows through the main winding 2 with a constant load, when the input DC voltage Vd is low,
Period t 2 is longer, when a high input DC voltage Vd, the period t 3 becomes short. Here, since the period t 2 and the period t 4 are in a substantially proportional relationship, when the input DC voltage Vd is low, the switching frequency f 0 of the switching element 5
Becomes lower and the input DC voltage Vd is higher, the switching frequency f 0 of the switching element 5 becomes higher.

【0020】以上のことからして、負荷の変動範囲が広
いほど、また、入力直流電圧Vdの変動範囲が広いほ
ど、スイッチング素子5の周波数の変化範囲が広くな
る。
As described above, the wider the fluctuation range of the load and the wider the fluctuation range of the input DC voltage Vd, the wider the fluctuation range of the frequency of the switching element 5.

【0021】通常、入力直流電圧Vdが最小で負荷が最
大のとき、スイッチング素子5のスイッチング周波数f
0が最小となる。このときのパワーは非常に大きいの
で、例えば、スイッチングトランス1の巻線が振動する
などしてハイパワーのノイズが生ずることになり、この
ために、この最小スイッチング周波数f0minが人間の可
聴周波数限界である20kHzを下回らないように設定
することが必要である。また、スイッチング素子5の最
大スイッチング周波数f0maxは、極論した場合、期間t
2,t4をほとんど0として(極端な軽負荷状態)、周期
0=t1+t3で決まる。
Normally, when the input DC voltage Vd is minimum and the load is maximum, the switching frequency f
0 is the minimum. Since the power at this time is very large, high-power noise is generated due to, for example, the windings of the switching transformer 1 oscillating. For this reason, the minimum switching frequency f 0min is limited to the human audible frequency limit. It is necessary to set so as not to fall below 20 kHz. Also, the maximum switching frequency f 0max of the switching element 5 is, during extreme discussion , the period t
Assuming that 2 and t 4 are almost 0 (extremely light load state), the period is determined by T 0 = t 1 + t 3 .

【0022】以上のように、入力直流電圧Vdの変動範
囲と負荷の変動範囲から必要な最大スイッチング周波数
0maxが決まり、それに見合った期間t1,t3を設計し
なければならない。
As described above, the required maximum switching frequency f 0max is determined from the fluctuation range of the input DC voltage Vd and the fluctuation range of the load, and the periods t 1 and t 3 must be designed accordingly.

【0023】[0023]

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
技術では、負荷の変動率が大きいと、軽負荷のとき、ス
イッチング周波数が高くなるが、高いスイッチング周波
数で動作させると、次のような問題が生ずる。
As described above, in the prior art, when the rate of change of the load is large, the switching frequency becomes high at a light load, but when operating at a high switching frequency, the following occurs. Problems arise.

【0024】まず、第1の問題として、負荷があまり軽
くなると、実現可能な最高のスイッチング周波数よりも
高いスイッチング周波数で駆動しなければならない場合
もある。このような場合には、当然スイッチング周波数
がこの負荷に必要とする周波数まで上昇することができ
ず、この負荷に過剰な電力が供給されることになる。こ
のため、この供給された電力に対し、負荷としては、そ
れに見合ったわずかの負荷電流しか取り込むことができ
ず、その分制御電圧が上昇してレギュレーションを確保
することができなくなる。
First, as a first problem, if the load becomes too light, it may be necessary to drive at a switching frequency higher than the highest achievable switching frequency. In such a case, the switching frequency cannot be naturally increased to the frequency required for the load, and excessive power is supplied to the load. For this reason, the load can take in only a small load current corresponding to the supplied power, and the control voltage rises by that amount, making it impossible to secure regulation.

【0025】図13(a)は負荷電流に対するスイッチ
ング周波数f0の変化を示すものであって、上記のよう
に、負荷が軽くなるほど、スイッチング周波数f0が上
昇していくことを示している。ここで、設定される最大
負荷のとき、スイッチング周波数f0を上記の20kH
z程度になるようにすると、最小負荷(例えば、負荷=
0)のときの最大スイッチング周波数f0maxが決まる。
そして、上記のように、負荷が軽くなると、スイッチン
グ周波数f0がそれに追従することができないので、こ
の負荷に対応するスイッチング周波数よりも低い周波数
でスイッチング素子5(図11)が動作することになり
(即ち、図12での周期T0(=t1+t2+t3+t4)が
所望よりも長くなる)、負荷に対して過剰な電力が供給
されることになる。図13では、かかる負荷領域を含む
負荷変動範囲を「軽負荷」と表現し、これよりも重い負
荷領域を「重負荷」と表現している。
FIG. 13A shows a change in the switching frequency f 0 with respect to the load current. As described above, the switching frequency f 0 increases as the load decreases. Here, at the set maximum load, the switching frequency f 0 is set to the above 20 kHz.
z, the minimum load (for example, load =
0), the maximum switching frequency f 0max is determined.
As described above, when the load becomes lighter, the switching frequency f 0 cannot follow the switching load, and the switching element 5 (FIG. 11) operates at a frequency lower than the switching frequency corresponding to the load. (That is, the period T 0 (= t 1 + t 2 + t 3 + t 4 ) in FIG. 12 becomes longer than desired), and excessive power is supplied to the load. In FIG. 13, a load variation range including such a load region is expressed as “light load”, and a load region heavier than this is expressed as “heavy load”.

【0026】図13(b)は、図13に示したスイッチ
ング周波数f0に対する電圧レギュレーション(即ち、
二次側の出力電圧であって、図11の場合、例えば、二
次巻線4a側の制御電圧)を示すものであり、重負荷時
では、過剰電力がないので、電圧レギュレーションを確
保することができるが、供給電力が過剰となる軽負荷の
場合、電圧レギュレーションが上昇していることを示し
ている。
FIG. 13B shows the voltage regulation (ie, the switching frequency f 0 ) shown in FIG.
In the case of FIG. 11, the output voltage on the secondary side indicates, for example, the control voltage on the side of the secondary winding 4a), and when there is a heavy load, there is no excess power. However, in the case of a light load in which the supply power is excessive, it indicates that the voltage regulation is increasing.

【0027】このように、図11に示す従来の電源装置
では、軽負荷では、レギュレーションを確保することが
困難となる。特に、家庭用の空気調和機では、室外機の
電気品の電気品の電源装置は多出力が必要であるから、
これに図11に示す従来の電源装置を使用した場合、軽
負荷時では、フィードバックをかけない制御電圧が概ね
上昇してしまい、また、フィードバックがかけられたと
しても、間欠発振などの不具合が発生する可能性があ
る。
As described above, in the conventional power supply device shown in FIG. 11, it is difficult to ensure the regulation under a light load. In particular, in a home air conditioner, since the power supply of the electric equipment of the outdoor unit needs multiple outputs,
When the conventional power supply shown in FIG. 11 is used, the control voltage without feedback generally increases at light load, and even if feedback is applied, problems such as intermittent oscillation occur. there's a possibility that.

【0028】第2の問題は、スイッチング損失が増大化
することである。
The second problem is that the switching loss increases.

【0029】図11におけるスイッチング素子5でのス
イッチング損失は、図12(c)に示すように、スイッ
チング素子5がオンする瞬間の期間t1での過渡的に変
化するコレクタ電流ICとコレクタ・エミッタ間電圧V
CEとの積によって発生するオン損失Ponと、スイッチン
グ素子5がオンしている期間t2での従事増加するコレ
クタ電流ICとわずかに生じているコレクタ・エミッタ
間電圧VCEとの積によって発生するサチュレーション損
失Psatと、スイッチング素子5がオフする瞬間の期間
3での過渡的に変化するコレクタ電流ICとコレクタ・
エミッタ間電圧VCEとの積によって発生するオフ損失P
off とがある。
The switching loss in the switching element 5 in FIG. 11 is, as shown in FIG. 12C, the transiently changing collector current I C and the collector current IC during the period t 1 when the switching element 5 is turned on. Emitter voltage V
The on-loss P on generated by the product of CE and the product of the collector current I C increasing and the collector-emitter voltage V CE slightly generated during the period t 2 during which the switching element 5 is on. The generated saturation loss P sat , the transiently changing collector current I C and the collector current IC during the period t 3 at the moment when the switching element 5 is turned off.
Off loss P generated by the product of emitter voltage V CE
There is off .

【0030】ところで、軽負荷時では、図12(a)に
破線で示したように、スイッチング素子5のオン期間t
2が短くなるために、その期間でのコレクタ電流ICが少
なくなり、また、スイッチング素子5のオフの瞬間での
コレクタ電流の値も小さくなるので、サチュレーション
損失Psatやオフ損失Poffは少なくなる。
By the way, at the time of light load, as shown by the broken line in FIG.
2 is shorter, the collector current I C during that period is smaller, and the value of the collector current at the moment when the switching element 5 is turned off is also smaller. Therefore, the saturation loss P sat and the off loss P off are smaller. Become.

【0031】これに対し、スイッチング素子5のオンの
瞬間の期間t1では、スイッチング素子5のコレクタ電
流ICなどがスイッチングトランス1のメイン巻線2か
らの電流にコンデンサ6からの放電電流が加わったもの
であって、このコレクタ電流ICと過渡的に変化するコ
レクタ・エミッタ電圧VCEとの積によるオン損失Pon
スイッチング素子5に生ずるが、この場合、スイッチン
グ素子5がオフのときにこのコンデンサ6に蓄えられる
電荷量Qは、スイッチング素子5がオフのときのコンデ
ンサ6に印加される電圧をVとし、このコンデンサ6の
容量をCとすると、Q=CVと表わされる。ここで、電
圧Vは入力直流電圧Vdに比例しているから、コンデン
サ6からこの電荷量Qを放電するときの放電電流は、負
荷にかかわらず、ほぼ一定となる。従って、期間t1
のスイッチング素子5のオン損失Ponは、負荷にかかわ
らず、ほぼ一定である。勿論、入力直流電圧Vdが高け
れば、コンデンサ6の放電電流も大きくなって、オン損
失Ponも大きくなる。
On the other hand, in the period t 1 at the moment when the switching element 5 is turned on, the discharge current from the capacitor 6 is added to the current from the main winding 2 of the switching transformer 1 due to the collector current I C and the like of the switching element 5. be those with, this collector current I C and the on loss P on by the product of the transient changing the collector-emitter voltage V CE is generated in the switching element 5, in this case, when the switching element 5 is turned off The charge amount Q stored in the capacitor 6 is expressed as Q = CV, where V is the voltage applied to the capacitor 6 when the switching element 5 is off, and C is the capacitance of the capacitor 6. Here, since the voltage V is proportional to the input DC voltage Vd, the discharge current when discharging the charge amount Q from the capacitor 6 is substantially constant regardless of the load. Accordingly, the ON loss P on of the switching element 5 during the period t 1 is substantially constant regardless of the load. Of course, if the input DC voltage Vd is high, the discharge current of the capacitor 6 also increases, and the on-loss Pon also increases.

【0032】このようにして、スイッチング素子5で
は、そのスイッチング動作により、そのオンする瞬間の
期間t1にほぼ一定のオン損失Ponが生ずることになる
が、軽負荷となってスイッチング周波数f0が高くなる
と、このオン損失Ponが効いてくる。そして、軽負荷と
なっても、このオン損失Ponは変わりないので、入力さ
れる電力に対するこのオン損失Ponの割合が大きくな
る。
[0032] In this manner, the switching element 5, the switching operation thereof, but becomes substantially the constant on loss P on occurs in the period t 1 of the moment to its on, the switching frequency f 0 becomes light load Becomes higher, the on-loss Pon becomes effective. Then, even when the load becomes light, the on-loss P on does not change, so that the ratio of the on-loss P on to the input electric power increases.

【0033】また、自励式のスイッチング電源装置で
は、入力電圧が上昇すると、スイッチング素子のオン期
間(電流に比例する)を短くするので、自然にスイッチ
ング周波数が高くなり、さらに損失が増加する。
In the self-excited switching power supply, when the input voltage increases, the on-period of the switching element (which is proportional to the current) is shortened, so that the switching frequency naturally increases and the loss further increases.

【0034】以上のような問題を解消するために、従
来、次のような方法が採られていた。
In order to solve the above problems, the following method has conventionally been adopted.

【0035】その1つの方法として、各出力にダミー抵
抗を挿入し、最小負荷時にはこのダミー抵抗で電力を消
費させ、見掛け上、負荷の変動の比率を抑える方法があ
る。この方法によると、レギュレーションを確保するこ
とは可能であるが、最小負荷であっても、機能上不必要
な電力がダミー抵抗で消費され続けることになる。
As one of the methods, there is a method in which a dummy resistor is inserted into each output, power is consumed by the dummy resistor at the time of the minimum load, and an apparent rate of load fluctuation is suppressed. According to this method, it is possible to ensure regulation, but even with a minimum load, unnecessary power in function continues to be consumed by the dummy resistor.

【0036】また、他の方法としては、図12における
期間t1,t2を極小とすることにより、最大スイッチン
グ周波数を高くできるようにするものである。これによ
ると、その高めた分をレギュレーション変動のフィード
バックに活用することができ、負荷変動範囲が大きい場
合でも、二次側の電圧の過上昇を抑制できる。
As another method, the maximum switching frequency can be increased by minimizing the periods t 1 and t 2 in FIG. According to this, the increased amount can be used for feedback of the regulation fluctuation, and even when the load fluctuation range is large, the excessive rise of the voltage on the secondary side can be suppressed.

【0037】しかし、この方法によると、期間t1,t3
が極小となるため、スイッチングノイズの原因となるd
V/dt,dI/dtが大きくなり、高周波ノイズが増
大化する。また、スイッチング周波数f0を高い周波数
まで許容することにより、そのn倍の高い周波数の高調
波ノイズ成分が発生する。具体的には、dV/dt,d
I/dtが大きくなることによる高周波ノイズはTV帯
域やFM帯域で発生し、スイッチング周波数f0のn倍
の高調波ノイズ成分はAM帯域で発生することになる。
そこで、これを防止するためには、ノイズフィルタなど
の対策部品が必要となり、部品点数の増加,コストアッ
プ,部品スペースの増大化などの問題が生ずる。
However, according to this method, the periods t 1 and t 3
Is minimized, and d causes switching noise.
V / dt and dI / dt increase, and high-frequency noise increases. Further, by allowing the switching frequency f 0 to a higher frequency, a harmonic noise component having a frequency n times higher than that is generated. Specifically, dV / dt, d
High-frequency noise due to the I / dt becomes large occurs in TV band and the FM band, the harmonic noise component n times the switching frequency f 0 will be generated in the AM band.
Therefore, in order to prevent this, countermeasures such as a noise filter are required, which causes problems such as an increase in the number of components, an increase in cost, and an increase in component space.

【0038】さらに、他の方法としては、スナバコンデ
ンサ6の容量を低減するなどの方法が考えられる。しか
し、このスナバコンデンサ6はノイズを抑圧するために
設けられたものであって、その容量を小さくすると、こ
のノイズ抑圧効果が低減することになる。即ち、スナバ
コンデンサ6については、スイッチング素子5のオン損
失Ponを低減することとノイズ抑制とはトレードオフの
関係にあり、このオン損失Ponを低減するためといって
その容量を小さくすることはできない。
Further, as another method, a method of reducing the capacity of the snubber capacitor 6 can be considered. However, the snubber capacitor 6 is provided to suppress noise. If the capacitance is reduced, the noise suppressing effect is reduced. That is, in the snubber capacitor 6, there is a trade-off relationship between the reduction of the on-loss P on of the switching element 5 and the suppression of noise, and it is necessary to reduce the capacitance just to reduce the on-loss P on. Can not.

【0039】本発明の目的は、かかる問題を解消し、軽
負荷時のレギュレーションを確保し、かつスイッチング
素子での損失を効果的に低減可能とした電源装置及びこ
れを用いた空気調和機を提供することにある。
An object of the present invention is to solve the above problem, to provide a power supply device capable of ensuring regulation at a light load and effectively reducing losses in a switching element, and an air conditioner using the same. Is to do.

【0040】[0040]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、軽負荷時と重負荷時とを判定する第1の
手段と、該第1の手段の判定に基づいて、コンバータ回
路の出力電圧をオン,オフするスイッチング素子のオフ
期間を、軽負荷時、固定する第2の手段とを備える。
In order to achieve the above object, the present invention provides a first means for judging a light load and a heavy load, and a converter based on the judgment of the first means. Second means for fixing the off period of the switching element for turning on and off the output voltage of the circuit at a light load.

【0041】これによると、軽負荷時においても、該ス
イッチング素子の動作周期が長くなってスイッチング周
波数が低くなり、該スイッチング素子の単位時間当りの
オン回数が少なくなり、平均的に該スイッチング素子の
オン損失が低減する。
According to this, even under a light load, the operation cycle of the switching element becomes longer, the switching frequency becomes lower, and the number of ON times per unit time of the switching element becomes smaller. ON loss is reduced.

【0042】また、本発明は、コンバータ回路が全波整
流動作と倍電圧整流動作とに切り換え可能であって、軽
負荷時と重負荷時とを判定する第1の手段と、該第1の
手段の判定に基づいて、該コンバータ回路を、軽負荷
時、全波整流動作させ、重負荷時、倍電圧整流動作させ
る第2の手段とを備え、コンバータ回路の出力電圧をス
イッチング素子によりオン,オフして負荷に電源電圧を
供給するようにする。
Further, according to the present invention, the converter circuit is switchable between a full-wave rectification operation and a voltage doubler rectification operation, and a first means for judging a light load state and a heavy load state; A second means for performing full-wave rectification operation of the converter circuit under light load and performing double voltage rectification operation under heavy load based on the determination of the means, wherein the output voltage of the converter circuit is turned on and off by a switching element. Turn off to supply the power supply voltage to the load.

【0043】これによると、軽負荷時には、コンバータ
回路が全波整流動作を行ない、その出力電圧が、重負荷
時のコンバータ回路が倍電圧整流動作を行なう場合より
も、ダンパ回路のコンデンサに印加される電圧が低くな
り、スイッチング素子がオンする瞬間でのコンデンサの
放電電流が小さくなり、従って、その瞬間での該スイッ
チング素子のコレクタ電流が小さくなって、該スイッチ
ング素子でのオン損失が低減する。また、コンバータ回
路の出力電圧が低くなると、スイッチング素子のコレク
タ電流が負荷に対応する値になるまでの時間が長くな
り、この結果、スイッチング素子のスイッチング周波数
も低くなって、平均的に該スイッチング素子のオン損失
が低減する。
According to this, when the load is light, the converter circuit performs the full-wave rectification operation, and the output voltage is applied to the capacitor of the damper circuit more than when the converter circuit performs the double voltage rectification operation under the heavy load. Voltage, the discharge current of the capacitor at the moment when the switching element is turned on becomes small, so that the collector current of the switching element at that moment becomes small, and the on-loss at the switching element is reduced. Also, when the output voltage of the converter circuit decreases, the time required for the collector current of the switching element to reach a value corresponding to the load increases, and as a result, the switching frequency of the switching element also decreases, and on average, the switching element On-loss is reduced.

【0044】さらに、本発明は、上記を組み合わせ、負
荷に応じてコンバータ回路を全波整流動作と倍電圧整流
動作とに切り換えるようにするとともに、コンバータの
出力電圧をオン,オフするスイッチング素子のオフ期間
を、軽負荷時、固定する。
Furthermore, the present invention combines the above, switches the converter circuit between full-wave rectification operation and voltage doubler rectification operation according to the load, and turns off the switching element for turning on and off the output voltage of the converter. The period is fixed at light load.

【0045】[0045]

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施形態を図面に
より説明する。図1は本発明による電源装置とそれを用
いた空気調和機の第1の実施形態を示す回路図であっ
て、14は交流電源、15はコンバータ回路、16はス
イッチング電源回路、17はプリドライバ、18はオフ
時間固定回路、19はマイクロコンピュータ(以下、マ
イコンという)であり、図11に対応する部分には同一
符号を付けて重複する説明を省略する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of a power supply device according to the present invention and an air conditioner using the same, wherein 14 is an AC power supply, 15 is a converter circuit, 16 is a switching power supply circuit, and 17 is a pre-driver. , 18 are off-time fixing circuits, and 19 is a microcomputer (hereinafter referred to as a microcomputer). The same reference numerals are given to portions corresponding to those in FIG.

【0046】同図において、スイッチング電源回路16
が図11に示した部分に相当し、これに、交流電源14
の交流出力から入力直流電圧Vdを生成するコンバータ
回路15が接続されて図示されている。コンバータ回路
15は、ここでは、倍電圧整流回路として構成されてお
り、交流電源14の交流出力が、例えば、実効値100
Vとすると、280Vの直流電圧Vdを出力する。
Referring to FIG.
Correspond to the parts shown in FIG.
And a converter circuit 15 for generating an input DC voltage Vd from the AC output of FIG. Here, the converter circuit 15 is configured as a voltage doubler rectifier circuit.
Assuming V, a DC voltage Vd of 280 V is output.

【0047】スイッチング電源回路16が図11に示し
た回路構成と最も異なる点は、オフ時間固定回路18を
設け、スイッチング素子5のオンタイミングを、スイッ
チングトランス1の二次側の負荷状態に応じて、ベース
巻線3の出力電圧VBとオフ時間固定回路18の出力と
で切り替えるようにしたものである。かかる負荷状態は
マイコン19で判定され、この判定により、プリドライ
バ17は、重負荷時、ベース巻線3の出力電圧VBに応
じて設定し、また、軽負荷時では、オフ時間固定回路1
8の出力に応じて設定する。スイッチング素子5のオフ
タイミングは、図11に示した従来技術と同様に、二次
巻線4e側の出力電圧VRの固定症とする規定電圧値か
ら上昇する傾向にあるときにフィードバック回路11か
ら出力される信号に応じて設定される。
The most different point of the switching power supply circuit 16 from the circuit configuration shown in FIG. 11 is that an off time fixing circuit 18 is provided, and the on timing of the switching element 5 is changed according to the load state on the secondary side of the switching transformer 1. , in which to switch between the output of the output voltage V B and the off-time fixing circuit 18 of the base winding 3. Such load condition is determined by the microcomputer 19, this determination, the pre-driver 17, the heavy load, and set in accordance with the output voltage V B of the base winding 3, also in the light load, off-time fixing circuit 1
8 is set according to the output. Off timing of the switching element 5, the feedback circuit 11 when as in the prior art shown in FIG. 11, tends to increase from the specified voltage to the secondary winding 4e side of the output voltage V R of the fixed Diseases It is set according to the output signal.

【0048】プリドライバ17はスイッチング素子5の
オンタイミングを示す情報をオフ時間固定回路18に送
り、このオフ時間固定回路18はこの情報を受けてから
一定の時間後に信号を出力してプリドライバ17に送
る。プリドライバ17はこのオフ時間固定回路18から
の信号を受けると、スイッチング素子5をオンさせる。
The pre-driver 17 sends information indicating the on-timing of the switching element 5 to the off-time fixing circuit 18, and the off-time fixing circuit 18 outputs a signal after a certain period of time after receiving this information, and outputs a signal. Send to When receiving the signal from the off-time fixing circuit 18, the pre-driver 17 turns on the switching element 5.

【0049】また、図11では、スイッチング素子5と
して、バイポーラトランジスタとして図示しているが、
この実施形態では、FETとして図示している。しか
し、いずれでもよいことは明らかである。
In FIG. 11, the switching element 5 is shown as a bipolar transistor.
In this embodiment, it is illustrated as an FET. However, it is clear that either may be used.

【0050】さらに、この実施形態では、ベース巻線3
の巻き方向が図11で示した従来例でのベース巻き線
3'とは逆方向となっている。このため、このベス巻き
線3で得られる電圧VBは図12(d)で示されるもの
とは極性反転した波形となる。但し、その場合には、レ
ベルが全体として持ち上がったものとなり、むしろ図1
2(b)で示すコレクタ・エミッタ間電圧VCEと近似し
た波形となる。この電圧VBは、二次側電流IRが0にな
ると、減少傾向が増加し、そのときのレベルを検出する
ことにより、二次側電流IRが0になった時点を検出す
ることができる。プリドライバ17は、このようにし
て、ベース巻き線3の電圧VBから二次電流IR が0に
なるタイミングを検出する。
Further, in this embodiment, the base winding 3
Is opposite to the direction of the base winding 3 'in the conventional example shown in FIG. Therefore, the voltage V B obtained by the Beth winding 3 has a waveform whose polarity is inverted from that of the voltage shown in FIG. However, in that case, the level is raised as a whole, and
The waveform is similar to the collector-emitter voltage V CE shown in FIG. When the secondary current I R becomes zero, the voltage V B increases in a decreasing tendency, and by detecting the level at that time, it is possible to detect the time when the secondary current I R becomes zero. it can. The pre-driver 17 detects the timing at which the secondary current I R becomes 0 from the voltage V B of the base winding 3 in this way.

【0051】さらに、ノイズ抑制用として、ここでは、
スイッチング素子5に並列に設けたスナバコンデンサ6
のみを示しているが、図11に示した回路構成と同様、
抵抗7やコンデンサ8,抵抗9,ダイオード10を設け
るようにしてもよい。
Further, for noise suppression,
Snubber capacitor 6 provided in parallel with switching element 5
FIG. 11 shows only the circuit configuration similar to the circuit configuration shown in FIG.
A resistor 7, a capacitor 8, a resistor 9, and a diode 10 may be provided.

【0052】さらに、この第1の実施形態を空気調和機
の電源装置として使用する場合には、スイッチングトラ
ンス1の二次巻線4a〜4e側では、図11に示した従
来技術と同様の電源電圧を生成するものとする。また、
二次巻線4fは、インバータの電源電圧を可変とするた
めの別のコンバータの電源電圧を生成するものとし、二
次巻線4gは、二次巻線4b〜4dと同様に、インバー
タの電源電圧(即ち、上アームの電源電圧や下アームの
電源電圧)を生成するためのものである。
Further, when the first embodiment is used as a power supply for an air conditioner, the secondary windings 4a to 4e of the switching transformer 1 have the same power supply as that of the prior art shown in FIG. It is assumed that a voltage is generated. Also,
The secondary winding 4f generates a power supply voltage of another converter for making the power supply voltage of the inverter variable, and the secondary winding 4g is connected to the power supply of the inverter similarly to the secondary windings 4b to 4d. This is for generating a voltage (that is, a power supply voltage of the upper arm and a power supply voltage of the lower arm).

【0053】さらに、マイコン19は、図示しない圧縮
機や室外,室内ファンなどの起動,停止、駆動制御を行
なうものであり、これにより、負荷状態(即ち、重負荷
状態か、軽負荷状態か)の判定をすることができる。
Further, the microcomputer 19 controls the start, stop, and drive of a compressor (not shown), an outdoor fan, an indoor fan, and the like, thereby controlling a load state (ie, a heavy load state or a light load state). Can be determined.

【0054】次に、この実施形態を空気調和機の電源装
置として使用した場合のこの実施形態の制御動作を、図
2に示すフローチャートを用いて説明する。
Next, a control operation of this embodiment when this embodiment is used as a power supply device of an air conditioner will be described with reference to a flowchart shown in FIG.

【0055】電源オンによって交流電源14から交流出
力が供給されると、マイコン19は、室内ファンがオン
したかどうか判定する(ステップ100)。このオンは、
ユーザの運転指示により、マイコン19自体が行なわせ
るものであるが、そのオン制御を行なったとき、マイコ
ン19は室内ファンがオンしているものと判定する。
When the AC output is supplied from the AC power supply 14 when the power is turned on, the microcomputer 19 determines whether or not the indoor fan is turned on (step 100). This on
The microcomputer 19 itself performs the operation in response to a user's operation instruction. When the microcomputer 19 performs the ON control, the microcomputer 19 determines that the indoor fan is ON.

【0056】室内ファンがオンしていれば、マイコン1
9は重負荷状態と判定し(ステップ103)、この判定
結果をプリドライバ17に知らせる。プリドライバ17
は、この判定結果に基づいて、スイッチングトランス1
のベース巻き線3の電圧VBを選択する状態に設定され
る(ステップ105)。また、マイコン19が室内ファ
ンがオンでないと判定すると(ステップ100)、次
に、圧縮機がオンであるかどうか判定する(ステップ1
01)。この場合、圧縮機がオンしているときには、マ
イコン19は重負荷状態と判定し(ステップ103)、
上記と同様に、プリドライバ17は、ベース巻き線3の
電圧VBを選択する状態に設定される(ステップ10
5)。このように、ベース巻き線3の電圧VBを選択す
る状態に設定されたときには、プリドライバ17は、こ
の電圧VBから、上記のようにして、二次電流IR が0
となるタイミングを検出し、この検出タイミングでスイ
ッチング素子5をオンする(ステップ106)。
If the indoor fan is on, the microcomputer 1
9 determines a heavy load state (step 103), and notifies the pre-driver 17 of this determination result. Pre-driver 17
Is based on the result of this determination.
It is set to select the voltage V B of the base winding 3 (step 105). When the microcomputer 19 determines that the indoor fan is not on (step 100), it then determines whether the compressor is on (step 1).
01). In this case, when the compressor is on, the microcomputer 19 determines that the load is heavy (step 103).
Similar to the above, the pre-driver 17 is set to select the voltage V B of the base winding 3 (Step 10
5). As described above, when the voltage V B of the base winding 3 is set to be selected, the pre-driver 17 outputs the secondary current I R from this voltage V B as described above.
The switching element 5 is turned on at this detection timing (step 106).

【0057】なお、ここで、まず、ステップ100で室
内ファンがオンしているかどうかを検出するのは、室内
ファンのみを動作させて送風運転を行なう場合も、重負
荷状態とするためである。また、室内ファンを停止させ
て圧縮機を運転状態とするのは、例えば、除霜運転など
がある。
It is to be noted that the detection of whether or not the indoor fan is turned on in step 100 is performed in order to maintain a heavy load even when the indoor fan is operated to perform the blowing operation. Stopping the indoor fan to bring the compressor into the operating state includes, for example, a defrosting operation.

【0058】室内ファンも、圧縮機も停止状態にあると
きには(ステップ100,101)、マイコン19は軽負
荷状態と判定し(ステップ104)、この判定結果をプリ
ドライバ17に知らせる。プリドライバ17は、この判
定結果に基づいて、オフ時間固定回路18の検出出力を
選択する状態に設定され(ステップ105)、この検出
出力のタイミングでスイッチング素子5をオンする(ス
テップ106)。
When both the indoor fan and the compressor are stopped (steps 100 and 101), the microcomputer 19 determines that the load is light (step 104), and notifies the pre-driver 17 of the determination result. The pre-driver 17 is set to select the detection output of the off-time fixing circuit 18 based on the determination result (step 105), and turns on the switching element 5 at the timing of the detection output (step 106).

【0059】図3(a)はこの実施形態での重負荷時の
スイッチング素子5のコレクタ電流ICと二次電流IR
を示す波形図である。
FIG. 3A is a waveform diagram showing the collector current I C and the secondary current I R of the switching element 5 under heavy load in this embodiment.

【0060】重負荷時でのこの実施形態の動作は、ベー
ス巻き線3の電圧VBからスイッチング素子5のオンタ
イミングを設定するものであることから、二次電流IR
が0となるタイミングでスイッチング素子5がオンし、
図3(a)に示すように、図11で示した従来例と同様
のコレクタ電流ICと二次電流IRが発生する。
The operation of this embodiment under a heavy load is to set the ON timing of the switching element 5 based on the voltage V B of the base winding 3, so that the secondary current I R
Becomes 0, the switching element 5 is turned on,
As shown in FIG. 3A, the same collector current I C and secondary current I R as in the conventional example shown in FIG. 11 are generated.

【0061】図3(b)はこの実施形態での軽負荷時の
スイッチング素子5のコレクタ電流ICと二次電流IR
を示す波形図である。
FIG. 3B is a waveform diagram showing the collector current I C and the secondary current I R of the switching element 5 at light load in this embodiment.

【0062】図3(b)において、スイッチング素子5
がオンして(期間t1)、コレクタ電流ICが負荷に応じ
た短い期間t2だけ流れてスイッチング素子5がオフす
ると(期間t3)、二次電流IRが流れる(期間t4)。
図11に示した従来例では、この二次電流IRが0にな
ると、スイッチング素子5がオンし、この結果、破線で
示すタイミングで次のコレクタ電流ICが流れる。
In FIG. 3B, the switching element 5
There turned on (period t 1), when the switching element 5 to flow only a short period of time t 2 when the collector current I C is corresponding to the load is turned off (period t 3), flows the secondary current I R (period t 4) .
In the conventional example shown in FIG. 11, when the secondary current I R becomes 0, the switching element 5 is turned on. As a result, the next collector current I C flows at the timing shown by the broken line.

【0063】ところで、この実施形態では、マイコン1
9により、スイッチング素子5のオンタイミングがオフ
時間固定回路18の出力によって設定されるように選択
されている。このオフ時間固定回路18は、プリドライ
バ17がスイッチング素子5をオフすると、これから一
定時間T2後に信号を出力し、この信号のタイミングで
プリドライバ17がスイッチング素子2をオンする。こ
の時間T2は、同じ軽負荷時にプリドライバ17がオン
タイミング検出回路23側を選択したときのスイッチン
グ素子5がオフしてから次にオンするまでの時間T1
りも長い時間に設定されており、例えば、スイッチング
素子5のスイッチング周波数f0がほぼ人間の可聴周波
数限界20kHz程度となる時間とする。
In this embodiment, the microcomputer 1
9, the on-timing of the switching element 5 is selected so as to be set by the output of the off-time fixing circuit 18. The off-time fixing circuit 18, the pre-driver 17 turns off the switching element 5, and outputs therefrom signal after a predetermined time T 2, the pre-driver 17 at the timing of this signal turns on the switching element 2. The time T 2 are, are set to the same light load predriver 17 on timing detection circuit longer than the time T 1 of the 23-side switching element 5 when selecting until then switched from off to For example, it is assumed that the switching frequency f 0 of the switching element 5 is approximately equal to the human audible frequency limit of about 20 kHz.

【0064】図4はこの実施形態での負荷に対するスイ
ッチング素子5のスイッチング周波数f0の変化を示す
特性図である。ここで、通常モードとは、プリドライバ
17がベース巻線3の電圧VBでスイッチング素子5を
オンするモードであり、オフ時間固定モードとは、オフ
時間固定回路18の出力でスイッチング素子5をオンす
るモードである。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a change in the switching frequency f 0 of the switching element 5 with respect to the load in this embodiment. Here, the normal mode is a mode in which the pre-driver 17 turns on the switching element 5 at a voltage V B of the base winding 3, the off-time fixed mode, the switching element 5 at the output of the off-time fixed circuit 18 This is the mode to turn on.

【0065】重負荷状態においては、図4で通常モード
の特性として示すように、負荷が小さくなるとともに、
図13(a)で示した従来例の場合と同様に、スイッチ
ング周波数f0が高くなっていく。そして、軽負荷に切
り替わった場合には、従来例では、一点鎖線で示すよう
に、さらにスイッチング周波数f0が上昇していくが、
この実施形態では、図4でオフ時間固定モードの特性と
して示すように、スイッチング周波数f0が高い周波数
から比較的低い周波数の20kHz近傍に切り換わり、
負荷の減少とともに、わずかに上昇していく。
In the heavy load state, as shown in FIG. 4 as the characteristics of the normal mode, the load decreases and
As in the case of the conventional example shown in FIG. 13A, the switching frequency f 0 increases. Then, when the load is switched to a light load, in the conventional example, the switching frequency f 0 further increases as shown by a dashed line,
In this embodiment, the switching frequency f 0 switches from a high frequency to a relatively low frequency of around 20 kHz, as shown as the characteristic of the off-time fixed mode in FIG.
As the load decreases, it rises slightly.

【0066】このように、軽負荷時でのスイッチング周
波数f0を低く抑えると、図1において、スイッチング
トランス1のメイン巻線2から二次巻線4a〜4gに伝
達される電力が低減され、二次側の負荷には、それに見
合った電力が供給されるようになって電力の過剰供給が
なくなる。
As described above, when the switching frequency f 0 at the time of light load is kept low, the power transmitted from the main winding 2 of the switching transformer 1 to the secondary windings 4a to 4g in FIG. The load on the secondary side is supplied with the power corresponding to the load, and the excess supply of the power is eliminated.

【0067】なお、図4においては、オフ時間固定モー
ドの特性曲線を重負荷の領域まで延長して示している。
この延長部分は、プリドライバ17がオフ時間固定回路
18の出力信号を選択した状態で負荷を重負荷の領域ま
で増加させた場合のものである。
In FIG. 4, the characteristic curve of the fixed off-time mode is extended to a heavy load region.
This extension is for the case where the load is increased to a heavy load region with the pre-driver 17 selecting the output signal of the off-time fixing circuit 18.

【0068】図5はこの実施形態での負荷に対する電圧
レギュレーション(二次側電圧)の変化を示す特性図で
ある。
FIG. 5 is a characteristic diagram showing a change in voltage regulation (secondary voltage) with respect to a load in this embodiment.

【0069】上記のように、軽負荷時に、スイッチング
トランス1の二次側への負荷に見合った適正な電力供給
が行なわれると、負荷にそれに見合った負荷電流を供給
できてこの負荷に対する電源電圧(二次電圧)を一定に
保持することができるようになり、図5に示すように、
軽負荷時においても、電圧レギュレーションの確保が可
能となる。
As described above, when an appropriate power supply corresponding to the load on the secondary side of the switching transformer 1 is performed at a light load, the load current corresponding to the load can be supplied to the load, and the power supply voltage for this load can be supplied. (Secondary voltage) can be kept constant, and as shown in FIG.
Voltage regulation can be ensured even at light load.

【0070】なお、図5においては、オフ時間固定モー
ドの特性曲線を重負荷の領域まで延長して示している。
この延長部分は、図4でのオフ時間固定モードの重負荷
領域での延長部分に対応するものである。
In FIG. 5, the characteristic curve of the fixed off-time mode is extended to a heavy load region.
This extension corresponds to the extension in the heavy load region in the fixed off-time mode in FIG.

【0071】図4,図5でのオフ時間固定モードの特性
曲線を重負荷の領域までの延長部分の特性から明らかな
ように、重負荷領域になると、スイッチング周波数f0
が急激に減少して電圧レギュレーションも確保できなく
なり、遂には、動作不能な状態に陥る。従って、オフ時
間固定モードと通常モードとの切替え点(軽負荷の領域
と重負荷の領域との境界)を適正に設定することが重要
である。この境界が適正の境界よりも軽い負荷側に片寄
ると、重負荷領域での負荷が小さい部分で過剰電力の供
給が生ずると、重い負荷側に片寄ると、軽負荷領域での
負荷が大きい部分で、スイッチング周波数f0が充分と
はならず、電圧レギュレーションを確保できなくなる。
発明者等の実験によると、重負荷時での最大スイッチン
グ周波数f0を上記の20kHzとし、このときの負荷
電流を1.2Aとしたとき、上記の境界を0.3〜0.4
Aとすることが最適であることがわかった。
[0071] Figure 4, as apparent the characteristic curve of the off-time fixed mode in FIG. 5 from the characteristics of the extension part up region of the heavy load, at a heavy load region, the switching frequency f 0
Suddenly decreases, voltage regulation cannot be ensured, and finally, the operation becomes inoperable. Therefore, it is important to appropriately set the switching point between the fixed off-time mode and the normal mode (the boundary between the light load region and the heavy load region). If this boundary shifts to the lighter load side than the proper boundary, excess power supply occurs in the portion where the load in the heavy load region is small, and if it shifts to the heavy load side, the portion in the light load region where the load is large In addition, the switching frequency f 0 is not sufficient, and the voltage regulation cannot be ensured.
According to experiments by the inventors, the maximum switching frequency f 0 at the time of heavy load and 20kHz above, when the load current at this time was set to 1.2A, the boundary 0.3-0.4
A was found to be optimal.

【0072】なお、図5では、通常モードの特性曲線と
オフ時間固定モードの特性曲線とは離して図示している
が、これはこれら特性曲線を明確に示すためであり、実
際には、軽負荷領域と重負荷領域との境界でこれらの特
性曲線は連続している。
In FIG. 5, the characteristic curve in the normal mode and the characteristic curve in the fixed off-time mode are shown separately, but this is because these characteristic curves are clearly shown. These characteristic curves are continuous at the boundary between the load region and the heavy load region.

【0073】また、この実施形態では、軽負荷時、オフ
時間固定回路18の出力信号のタイミングでスイッチン
グ素子5をオンさせて、上記のように、スイッチング周
波数f0が低くなるようにしたことにより、スイッチン
グ素子5の単位時間当りのオン動作の回数が、図2に示
した従来例に比べて、大幅に低減することになるから、
このスイッチング素子5がオンする瞬間(期間t1)に生
ずるオン損失Ponが大幅に低減することになり、従っ
て、軽負荷状態となっても、これに相応して、スイッチ
ング素子5での損失を低減することができる。
In this embodiment, when the load is light, the switching element 5 is turned on at the timing of the output signal of the off-time fixing circuit 18, so that the switching frequency f 0 is reduced as described above. The number of ON operations per unit time of the switching element 5 is greatly reduced as compared with the conventional example shown in FIG.
The on-loss P on occurring at the moment when the switching element 5 is turned on (period t 1 ) is greatly reduced. Therefore, even when the load becomes light, the loss in the switching element 5 is correspondingly reduced. Can be reduced.

【0074】この実施形態を空気調和機の電源装置とし
て使用して図2に示した動作を行なわせる場合、空気調
和機を運転しない待期状態を軽負荷状態とするときに
は、この待期状態での電力低減が可能となる。
When this embodiment is used as a power supply device of an air conditioner to perform the operation shown in FIG. 2, when the standby state in which the air conditioner is not operated is set to a light load state, this standby state is used. Power can be reduced.

【0075】また、かかる空気調和機においては、電源
装置としてのこの実施形態は室外機側に設置されてお
り、スイッチング素子5で発生する熱は、このスイッチ
ング素子5にフィンを備えた放熱機構を設け、この放熱
機構への室外ファンによる通風によって放熱する構成が
採られる。ところで、かかる空気調和機が待期状態にあ
るときには、室外ファンも回転しておらず、自然対流に
よって放熱機構から放熱し、スイッチング素子5を冷却
するようにしている。従来では、上記のように、待期状
態においても、オン損失Ponが大きいため、スイッチン
グ素子5での発熱量も大きい。このため、スイッチング
素子5の放熱機構も大規模なものとなっていた。
In this air conditioner, this embodiment as a power supply device is installed on the outdoor unit side, and the heat generated by the switching element 5 is dissipated by a radiating mechanism provided with fins on the switching element 5. A configuration is adopted in which the heat is dissipated by ventilation of the outdoor fan to the heat radiation mechanism. By the way, when the air conditioner is in the waiting state, the outdoor fan is not rotating, and heat is radiated from the heat radiating mechanism by natural convection to cool the switching element 5. Conventionally, as described above, even in the standby state, the amount of heat generated by the switching element 5 is large because the ON loss P on is large. For this reason, the heat radiation mechanism of the switching element 5 is also large-scale.

【0076】これに対し、この実施形態では、オン損失
onを低減できるから、空気調和機の待期状態でのスイ
ッチング素子5の発熱量を低減することができ、従っ
て、スイッチング素子5の放熱機構としては、フィンの
枚数を減らしたり、フィンを小型化したりして、放熱機
構の構成の簡略化,小規模化が可能となり、コストの低
減や部品スペースの縮小化が達成できる。
On the other hand, in this embodiment, since the ON loss P on can be reduced, the amount of heat generated by the switching element 5 in the standby state of the air conditioner can be reduced. As the mechanism, the number of fins is reduced or the fins are downsized, so that the structure of the heat radiating mechanism can be simplified and downsized, and the cost and the component space can be reduced.

【0077】さらに、スイッチング素子5のオン損失P
onを低減すると、スイッチング素子5がオン,オフする
期間t1,t3を大きめに設定することができる。そし
て、このようにすると、ノイズ減となるスイッチング時
のdV/dt,dI/dtを小さくすることができ、ノイ
ズを低減することができる。これにより、余分なノイズ
対策部品を削減できて、コストの低減がはかれる。
Further, the ON loss P of the switching element 5
When on is reduced, the periods t 1 and t 3 during which the switching element 5 is turned on and off can be set larger. In this manner, dV / dt and dI / dt at the time of switching that reduce noise can be reduced, and noise can be reduced. As a result, unnecessary noise countermeasure parts can be reduced, and the cost can be reduced.

【0078】図6は本発明による電源装置の第2の実施
形態を示す回路図であって、16’はスイッチング電源
回路、20は整流回路、21は切替リレー、22はコン
バータ回路であり、図1に対応する部分には同一符号を
付けて重複する説明を省略する。
FIG. 6 is a circuit diagram showing a second embodiment of the power supply device according to the present invention, wherein 16 'is a switching power supply circuit, 20 is a rectifier circuit, 21 is a switching relay, and 22 is a converter circuit. The same reference numerals are given to the portions corresponding to 1 and the overlapping description will be omitted.

【0079】同図において、整流回路20と切替リレー
21とはコンバータ回路22を構成しており、交流電源
14からの交流出力を整流平滑し、入力直流電圧Vdと
してスイッチング電源16’に供給する。このコンバー
タ回路22では、切替リレー21がマイコン19によっ
てオン,オフ制御され、重負荷時では、切替リレー21
がオンして倍電圧整流動作し、軽負荷時では、切替リレ
ー21がオフして全波整流動作する。
In the figure, a rectifier circuit 20 and a switching relay 21 constitute a converter circuit 22, which rectifies and smoothes an AC output from an AC power supply 14 and supplies it to a switching power supply 16 'as an input DC voltage Vd. In this converter circuit 22, the switching relay 21 is controlled to be turned on and off by the microcomputer 19.
Turns on to perform voltage doubler rectification operation, and at light load, the switching relay 21 turns off to perform full-wave rectification operation.

【0080】また、スイッチング電源回路16’は、図
1に示したスイッチング電源回路16でオフ時間固定回
路18が除かれ、プリドライバ17が常時スイッチング
トランスのベース巻き線3の電圧VBからスイッチング
素子5のオンタイミングを検出する構成をなしている。
それ以外の構成は、図1に示したスイッチング電源回路
16と同様である。
In the switching power supply circuit 16 ', the off-time fixing circuit 18 is removed from the switching power supply circuit 16 shown in FIG. 1, and the pre-driver 17 constantly switches the switching element from the voltage V B of the base winding 3 of the switching transformer. 5 is configured to detect the ON timing.
Other configurations are the same as those of the switching power supply circuit 16 shown in FIG.

【0081】次に、空気調和機の電源装置として使用し
た場合のこの第2の実施形態の制御動作を、図7に示す
フローチャートを用いて説明する。
Next, a control operation of the second embodiment when used as a power supply device of an air conditioner will be described with reference to a flowchart shown in FIG.

【0082】電源オンによって交流電源14から交流出
力が供給されると、マイコン19は、室内ファンがオン
したかどうか判定する(ステップ200)。このオン
は、ユーザの運転指示により、マイコン19自体が行な
わせるものであるが、そのオン制御を行なったとき、マ
イコン19は室内ファンがオンしているものと判定す
る。
When the AC output is supplied from the AC power supply 14 when the power is turned on, the microcomputer 19 determines whether or not the indoor fan is turned on (step 200). This ON is performed by the microcomputer 19 itself according to a user's operation instruction. When the ON control is performed, the microcomputer 19 determines that the indoor fan is ON.

【0083】室内ファンがオンしていれば、マイコン1
9は重負荷状態と判定し(ステップ203)、切替リレ
ー21をオンする(ステップ205)。また、マイコン
19が室内ファンがオンでないと判定すると(ステップ
200)、次に、圧縮機がオンであるかどうか判定する
(ステップ201)。この場合、圧縮機がオンしている
ときには、マイコン19は重負荷状態と判定し(ステッ
プ203)、切替リレー21をオンする(ステップ20
5)。このようにして、切替リレー21がオンすると、
コンバータ回路22は交流電源14の交流出力を倍電圧
整流し、これによって得られる直流電圧を入力直流電圧
Vdとしてスイッチング電源回路16’に供給する。
If the indoor fan is on, the microcomputer 1
9 determines a heavy load state (step 203) and turns on the switching relay 21 (step 205). If the microcomputer 19 determines that the indoor fan is not on (step 200), it then determines whether the compressor is on (step 201). In this case, when the compressor is on, the microcomputer 19 determines that the load is heavy (step 203), and turns on the switching relay 21 (step 20).
5). Thus, when the switching relay 21 is turned on,
The converter circuit 22 performs double voltage rectification on the AC output of the AC power supply 14, and supplies the resulting DC voltage as an input DC voltage Vd to the switching power supply circuit 16 '.

【0084】なお、室内ファンのオン,オフ判定や圧縮
機のオン,オフ判定は、上記第1の実施形態と同様の理
由によるものである。
The determination of the ON / OFF state of the indoor fan and the determination of the ON / OFF state of the compressor are based on the same reason as in the first embodiment.

【0085】室内ファンも、圧縮機も停止状態にあると
きには(ステップ200,101)、マイコン19は軽負
荷状態と判定し(ステップ204)、切替リレー21がオ
フする(ステップ204)。これにより、コンバータ回
路22は交流電源14の交流出力を全波整流し、これに
よって得られる直流電圧を入力直流電圧Vdとしてスイ
ッチング電源回路16’に供給する。
When both the indoor fan and the compressor are stopped (steps 200 and 101), the microcomputer 19 determines that the load is light (step 204), and the switching relay 21 is turned off (step 204). As a result, the converter circuit 22 performs full-wave rectification on the AC output of the AC power supply 14, and supplies the resulting DC voltage to the switching power supply circuit 16 'as the input DC voltage Vd.

【0086】ここで、交流電源14の交流出力が実効値
で100Vとすると、コンバータ回路が倍電圧整流動作
する場合、入力直流電圧Vdは280Vであり、全波整
流するときには、入力直流電圧Vdは140Vである。
従って、スイッチング電源回路16'には、軽負荷時の
入力直流電圧Vdは重負荷時の1/2である。
Here, assuming that the AC output of the AC power supply 14 is 100 V as an effective value, the input DC voltage Vd is 280 V when the converter circuit performs the voltage doubler rectification operation. 140V.
Therefore, in the switching power supply circuit 16 ', the input DC voltage Vd at the time of light load is 1/2 that at the time of heavy load.

【0087】図8(a)はこの第2の実施形態での重負
荷時のスイッチング素子5のコレクタ電流ICと二次電
流IRとを示す波形図であり、第1の実施形態について
図3(a)に示した波形と同様である。
FIG. 8A is a waveform diagram showing the collector current I C and the secondary current I R of the switching element 5 under heavy load in the second embodiment, and shows the first embodiment. This is the same as the waveform shown in FIG.

【0088】図8(b)はこの第2の実施形態での軽負
荷時のスイッチング素子5のコレクタ電流ICと二次電
流IRとを示す波形図である。
FIG. 8B is a waveform diagram showing the collector current I C and the secondary current I R of the switching element 5 at the time of light load in the second embodiment.

【0089】図8(b)において、スイッチング素子5
がオンする瞬間の期間t1では、コレクタ電流ICが急増
するが、ダンパ回路のスナバコンデンサ6の充電電圧
は、入力直流電圧Vdが重負荷時の1/2であるから、
重負荷時の1/2である。従って、スイッチング素子5
がオンする瞬間の期間t1でのスナバコンデンサ6の放
電電流が重負荷時のほぼ1/2となり、この期間t1に流
れるコレクタ電流ICは重負荷時よりも大幅に低減され
る。また、スイッチング素子5のコレクタ・エミッタ間
電圧VCEも、重負荷時に対して入力直流電圧Vdが半減
することから、ほぼ半減する。
In FIG. 8B, the switching element 5
In There time instant to turn on t 1, but the collector current I C is rapidly increased, because the charging voltage of the snubber capacitor 6 of the damper circuit, the input DC voltage Vd is 1/2 of the heavy load,
It is 1/2 that of a heavy load. Therefore, the switching element 5
The discharge current of the snubber capacitor 6 during the period t 1 at the moment when the power supply is turned on becomes almost の of that at the time of heavy load, and the collector current I C flowing during this period t 1 is significantly reduced as compared with the case of heavy load. Further, the collector-emitter voltage V CE of the switching element 5 is also substantially reduced by half because the input DC voltage Vd is reduced by half with respect to the heavy load.

【0090】以上のことから、軽負荷時での期間t1
のコレクタ電流ICとコレクタ・エミッタ間電圧VCE
の積で表わされるスイッチング素子5のオン損失P
onは、重負荷時に比べて、大幅に低減される。
As described above, the ON loss P of the switching element 5 represented by the product of the collector current I C and the collector-emitter voltage V CE during the period t 1 under light load is obtained.
On is greatly reduced as compared with a heavy load.

【0091】また、図8(b)において、軽負荷時の入
力直流電圧Vdを重負荷時と等しくし、かつ負荷が等し
い場合のコレクタ電流ICを破線で示しているが、これ
と上記の実線で示したコレクタ電流ICとを比較して明
らかなように、負荷が等しければ、スイッチング素子5
をオフする瞬間のコレクタ電流ICが等しいから、入力
直流電圧Vdを重負荷時の1/2とすることにより、ス
イッチング素子5のオン期間t2がほぼ2倍に伸長され
ることになる。
[0091] Further, in FIG. 8 (b), the input DC voltage Vd at light load equal to the time of heavy load, and it shows a collector current I C when the load is equal in broken lines, which the above As is clear from comparison with the collector current I C shown by the solid line, if the loads are equal, the switching element 5
Since the collector current I C at the moment of turning off is the same, the on-period t 2 of the switching element 5 is almost doubled by setting the input DC voltage Vd to の of that at the time of heavy load.

【0092】このことは、このオン期間t2が充分にと
れてスイッチング素子5がオフする瞬間に要する時間の
比率が充分小さくなり、レギュレーションに与える影響
がなくなる。従って、軽負荷時での負荷に応じた適正な
量の電力をスイッチングトランスのフィードバックをか
けていない二次側にも伝達することができるようにな
る。この結果、この二次側において、負荷に必要な分だ
けの電流を供給することができるとともに、その電源電
圧を一定に保持することができて、図9に示すように、
電圧レギュレーションを確保することができる。
This means that the ratio of the time required at the moment when the switching element 5 is turned off by taking the ON period t 2 sufficiently is sufficiently reduced, and the influence on the regulation is eliminated. Therefore, it becomes possible to transmit an appropriate amount of power according to the load at the time of light load to the secondary side of the switching transformer that is not fed back. As a result, on the secondary side, it is possible to supply only a necessary amount of current to the load, and it is possible to keep the power supply voltage constant, as shown in FIG.
Voltage regulation can be ensured.

【0093】なお、図9において、倍電圧整流モードと
は、図6におけるコンバータ回路22を倍電圧整流動作
させるモードをいい、軽負荷時にこの倍電圧整流モード
にすると、スイッチングトランスのフィードバックをか
けていない二次側で過剰電力が供給されることになり、
図9で倍電圧整流モードの特性曲線の軽負荷領域での延
長部分のように、レギュレーションを確保できなくな
る。また、図9において、全波整流モードとは、図6に
おけるコンバータ回路22を全波整流させるモードをい
い、重負荷時にこの全波整流モードにすると、負荷を大
きくしたとき、入力直流電圧Vdが充分でなく、負荷に
見合った電力を供給できなくなり、この負荷に対する電
源電圧が大幅に低下することになる。
In FIG. 9, the voltage doubler rectification mode refers to a mode in which the converter circuit 22 shown in FIG. 6 performs voltage doubler rectification operation. When the voltage doubler rectification mode is set at a light load, feedback of the switching transformer is applied. No excess power will be supplied on the secondary side,
As shown in FIG. 9, the regulation cannot be ensured like the extended portion in the light load region of the characteristic curve of the voltage doubler rectification mode. In FIG. 9, the full-wave rectification mode refers to a mode in which the converter circuit 22 in FIG. 6 performs full-wave rectification. When the full-wave rectification mode is set under heavy load, when the load is increased, the input DC voltage Vd is reduced. Insufficient power cannot be supplied to the load, and the power supply voltage for the load is greatly reduced.

【0094】ここで、図9では、倍電圧整流モードの特
性曲線と全波整流モードの特性曲線とは離して図示して
いるが、これはこれら特性曲線を明確に示すためであ
り、実際には、軽負荷領域と重負荷領域との境界でこれ
ら特性曲線は連続している。
Here, in FIG. 9, the characteristic curve in the voltage doubler rectification mode and the characteristic curve in the full-wave rectification mode are shown separately, but this is to clearly show these characteristic curves. These characteristic curves are continuous at the boundary between the light load region and the heavy load region.

【0095】ところで、この第2の実施形態では、軽負
荷時、全波整流モードにあると、スイッチング素子5の
スイッチング周波数f0は倍電圧整流モードにあるとき
よりも低くなる。この場合、軽負荷時では、スイッチン
グ素子5がオフする瞬間の期間t3とスイッチング素子
5のオフ期間t4とは充分短くなるから、このスイッチ
ング周波数f0はほとんど期間t2で支配されることにな
る。従って、図10に示すように、軽負荷時では、スイ
ッチング周波数f0が倍電圧整流モードにある場合(即
ち、倍電圧整流モードの特性曲線を軽負荷領域まで延長
した破線で示すスイッチング周波数f0)よりも、スイ
ッチング周波数f0がほぼ半減する。
In the second embodiment, the switching frequency f 0 of the switching element 5 is lower in the full-wave rectification mode at light load than in the double voltage rectification mode. In this case, at light load, the period t 3 at the moment when the switching element 5 is turned off and the off-period t 4 of the switching element 5 are sufficiently short, so that the switching frequency f 0 is almost dominated by the period t 2. become. Therefore, as shown in FIG. 10, when the load is light, the switching frequency f 0 is in the voltage doubler rectification mode (that is, the switching frequency f 0 shown by a broken line obtained by extending the characteristic curve of the voltage doubler rectification mode to the light load region). ), The switching frequency f 0 is almost halved.

【0096】このようにスイッチング周波数f0が半減
すると、スイッチング素子5の単位時間当りのオン回数
も少なくなり、これによってもスイッチング素子5のオ
ン損失Ponが低減することになる。
When the switching frequency f 0 is halved in this way, the number of times that the switching element 5 is turned on per unit time is also reduced, which also reduces the on-loss P on of the switching element 5.

【0097】以上のようにして、この第2の実施形態に
おいても、スナバコンデンサ6の容量を所定に保持して
ノイズ抑制効果を維持しつつ、軽負荷での電圧レギュレ
ーションを確保でき、かつスイッチング素子でのオン損
失Ponを大幅に低減することができる。
As described above, also in the second embodiment, the voltage regulation under a light load can be secured while the noise suppressing effect is maintained by holding the capacitance of the snubber capacitor 6 at a predetermined value, and the switching element , The ON loss P on can be greatly reduced.

【0098】なお、上記の第1,第2の実施形態を組み
合わせることにより、重負荷時には、コンバータ回路2
2を倍電圧整流モードとするとともに、スイッチング素
子5のオンタイミングを二次電流が0となるタイミング
とし、軽負荷時では、コンバータ回路22を全波整流モ
ードとするとともに、スイッチング素子5のオンタイミ
ングをオフ時間固定回路18の出力タイミングとするよ
うにしてもよい。
By combining the first and second embodiments described above, the converter circuit 2 can be operated under heavy load.
2 is the double voltage rectification mode, and the on timing of the switching element 5 is the timing at which the secondary current becomes 0. At light load, the converter circuit 22 is set to the full-wave rectification mode, and the on timing of the switching element 5 is set. May be set as the output timing of the off-time fixing circuit 18.

【0099】また、上記各実施形態については、具体的
な数値をもって説明したが、これら数値は一例に過ぎ
ず、本発明はかかる数値によって限定されるものではな
い。
Although the above embodiments have been described using specific numerical values, these numerical values are merely examples, and the present invention is not limited to these numerical values.

【0100】[0100]

【発明の効果】以上説明したように、本発明による電源
装置によれば、簡単な回路を負荷するだけで、ノイズ抑
制とのトレードオフを解消して、軽負荷時での過剰電力
を回避することができ、電圧レギュレーションを確保す
ることができるし、また、スイッチング素子の軽負荷時
での損失も大幅に低減することができる。
As described above, according to the power supply device of the present invention, the trade-off with noise suppression is eliminated by simply loading a simple circuit, and excessive power at light load is avoided. Voltage regulation can be ensured, and the loss of the switching element at light load can be significantly reduced.

【0101】また、本発明による電源装置によれば、ノ
イズ減となるスイッチング素子のスイッチング時のdV
/dt,dI/dtを小さくしても、該スイッチング素子
の損失を低減することができる。
Further, according to the power supply device of the present invention, the dV at the time of switching of the switching element which reduces noise is obtained.
Even if / dt and dI / dt are reduced, the loss of the switching element can be reduced.

【0102】さらに、かかる電源装置を用いた本発明に
よる空気調和機によれば、待期時においても、上記スイ
ッチング素子での消費電力が低減できて発熱量を低減で
きるから、該スイッチング素子の放熱機構をより簡単な
かつ小型の構成とすることができて、コストの低減を図
ることができるし、部品スペースの縮小化も実現可能と
なる。かかる電源装置を用いた本発明による空気調和機
によれば、上記のように、スイッチング素子の損失を低
減しつつ、該スイッチング素子のオン,オフ動作によっ
て発生するノイズを低減できるから、余分なノイズ対策
部品を削減できて、装置の小型化,コストの低減が図れ
る。
Furthermore, according to the air conditioner of the present invention using such a power supply device, the power consumption of the switching element can be reduced and the amount of heat generated can be reduced even during a waiting period, so that the heat dissipation of the switching element can be reduced. The mechanism can be made simpler and smaller, so that the cost can be reduced and the space for parts can be reduced. According to the air conditioner of the present invention using such a power supply device, as described above, it is possible to reduce the noise generated by the on / off operation of the switching element while reducing the loss of the switching element. The number of countermeasures parts can be reduced, and the size and cost of the device can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による電源装置とそれを用いた空気調和
機の第1の実施形態を示す回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of a power supply device according to the present invention and an air conditioner using the same.

【図2】図1に示した実施形態の制御動作を示すフロー
チャートである。
FIG. 2 is a flowchart showing a control operation of the embodiment shown in FIG.

【図3】図1に示した実施形態の重負荷時と軽負荷時と
でのスイッチング素子のコレクタ電流と負荷電流とを示
す波形図である。
FIG. 3 is a waveform diagram showing a collector current and a load current of the switching element under heavy load and light load in the embodiment shown in FIG. 1;

【図4】図1に示した実施形態での負荷に対するスイッ
チング周波数を示す特性図である。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a switching frequency with respect to a load in the embodiment shown in FIG.

【図5】図1に示した実施形態での負荷に対する電圧レ
ギュレーションを示す特性図である。
FIG. 5 is a characteristic diagram showing voltage regulation with respect to a load in the embodiment shown in FIG. 1;

【図6】本発明による電源装置とそれを用いた空気調和
機の第2の実施形態を示す回路図である。
FIG. 6 is a circuit diagram showing a power supply device according to a second embodiment of the present invention and an air conditioner using the same.

【図7】図6に示した実施形態の制御動作を示すフロー
チャートである。
7 is a flowchart showing a control operation of the embodiment shown in FIG.

【図8】図6に示した実施形態の重負荷時と軽負荷時と
でのスイッチング素子のコレクタ電流と負荷電流とを示
す波形図である。
FIG. 8 is a waveform diagram showing a collector current and a load current of the switching element under heavy load and light load in the embodiment shown in FIG. 6;

【図9】図6に示した実施形態での負荷に対する電圧レ
ギュレーションを示す特性図である。
FIG. 9 is a characteristic diagram showing voltage regulation with respect to a load in the embodiment shown in FIG. 6;

【図10】図6に示した実施形態での負荷に対するスイ
ッチング周波数を示す特性図である。
10 is a characteristic diagram showing a switching frequency with respect to a load in the embodiment shown in FIG.

【図11】従来の電源装置とそれを用いた空気調和機の
一例を示す回路図である。
FIG. 11 is a circuit diagram showing an example of a conventional power supply device and an air conditioner using the same.

【図12】図11における各部の電流,電圧波形及びス
イッチング素子での損失を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing current and voltage waveforms of respective parts in FIG. 11 and losses in switching elements.

【図13】図11に示した従来例での負荷に対するスイ
ッチング周波数,電圧レギュレーションを示す特性図で
ある。
FIG. 13 is a characteristic diagram showing switching frequency and voltage regulation with respect to a load in the conventional example shown in FIG. 11;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 スイッチングトランス 2 メイン巻線 3 ベース巻線 4a〜4g 二次巻線 5 スイッチング素子 6 ノイズ除去用のコンデンサ 11 フィードバック回路 14 交流電源 15 コンバータ回路 16,16’ スイッチング電源回路 17 プリドライバ 18 オフ時間固定回路 19 マイコン 20 整流回路 21 切替リレー 22 コンバータ回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Switching transformer 2 Main winding 3 Base winding 4a-4g Secondary winding 5 Switching element 6 Noise removal capacitor 11 Feedback circuit 14 AC power supply 15 Converter circuit 16, 16 'Switching power supply circuit 17 Pre-driver 18 Off-time fixed Circuit 19 Microcomputer 20 Rectifier circuit 21 Switching relay 22 Converter circuit

フロントページの続き (72)発明者 石井 誠 栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地 株式会社日立製作所冷熱事業部内 (72)発明者 矢島 幸一 栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地 株式会社日立製作所冷熱事業部内Continuing on the front page (72) Inventor Makoto Ishii 800 Tomita, Ohira-machi, Ohira-machi, Shimotsuga-gun, Tochigi Prefecture Inside the Cooling Division, Hitachi, Ltd. Within the business division

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 コンバータ回路の出力電圧をスイッチン
グ素子によりオン,オフし、負荷に供給する電源電圧を
生成する電源装置において、 軽負荷時と重負荷時とを判定する第1の手段と、 該第1の手段の判定に基づいて、軽負荷時、該スイッチ
ング素子のオフ期間を固定する第2の手段とを備えたこ
とを特徴とする電源装置。
1. A power supply device for turning on and off an output voltage of a converter circuit by a switching element to generate a power supply voltage to be supplied to a load, comprising: first means for judging between a light load state and a heavy load state; A second means for fixing an off period of the switching element at a light load based on the determination of the first means.
【請求項2】 コンバータ回路の出力電圧をスイッチン
グ素子によりオン,オフし、負荷に供給する電源電圧を
生成する電源装置において、 該コンバータ回路は、全波整流動作と倍電圧整流動作と
を切り換え可能であって、 軽負荷時と重負荷時とを判定する第1の手段と、 該第1の手段の判定に基づいて、該コンバータ回路を、
軽負荷時、全波整流動作させ、重負荷時、倍電圧整流動
作させる第2の手段とを備えたことを特徴とする電源装
置。
2. A power supply device for turning on and off an output voltage of a converter circuit by a switching element to generate a power supply voltage to be supplied to a load, wherein the converter circuit can switch between a full-wave rectification operation and a voltage doubler rectification operation. A first means for determining a light load time and a heavy load time; and, based on the determination by the first means,
A second means for performing full-wave rectification operation under light load and performing voltage doubler rectification operation under heavy load.
【請求項3】 コンバータ回路の出力電圧をスイッチン
グ素子によりオン,オフし、負荷に供給する電源電圧を
生成する電源装置において、 該コンバータ回路は、全波整流動作と倍電圧整流動作と
を切り換え可能であって、 軽負荷時と重負荷時とを判定する第1の手段と、 該第1の手段の判定に基づいて、軽負荷時、該スイッチ
ング素子のオフ期間を固定する第2の手段と該第1の手
段の判定に基づいて、該コンバータ回路を、軽負荷時、
全波整流動作させ、重負荷時、倍電圧整流動作させる第
3の手段とを備えたことを特徴とする電源装置。
3. A power supply device that turns on and off an output voltage of a converter circuit by a switching element to generate a power supply voltage to be supplied to a load, wherein the converter circuit can switch between a full-wave rectification operation and a voltage doubler rectification operation. A first means for determining between a light load and a heavy load, and a second means for fixing the off period of the switching element at a light load based on the determination of the first means. On the basis of the determination of the first means, the converter circuit is operated under a light load.
A power supply device comprising: a third means for performing full-wave rectification operation and performing voltage doubler rectification operation under heavy load.
【請求項4】 請求項1,2または3に記載の電源装置
から前記電源電圧が供給され、冷凍サイクルを備えて各
種運転を行なう空気調和機であって、 前記第1の手段は、該冷凍サイクルを構成する少なくと
も圧縮機と室内ファンのいずれかが運転中のとき重負荷
時と判定し、該圧縮機と該室内ファンとが運転停止中の
とき軽負荷と判定することを特徴とする空気調和機。
4. An air conditioner to which the power supply voltage is supplied from the power supply device according to claim 1, 2, or 3 and which performs various operations with a refrigeration cycle, wherein the first means includes a refrigeration unit. An air characterized in that it is determined that a heavy load is present when at least one of the compressor and the indoor fan constituting the cycle is operating, and a light load is determined when the compressor and the indoor fan are stopped. Harmony machine.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000315117A (en) * 1999-03-26 2000-11-14 Sarnoff Corp Method for operation power supply controller and power factor correction controller for voltage adjustment
US7091630B2 (en) 2002-03-05 2006-08-15 Fujitsu Limited Device and method for inhibiting power fluctuation
JP2013150456A (en) * 2012-01-19 2013-08-01 Rohm Co Ltd Dc/dc converter and control circuit for the same, and power supply device, power supply adapter, and electronic equipment using the dc/dc converter
JP2014027819A (en) * 2012-07-27 2014-02-06 Rohm Co Ltd Dc/dc converter, circuit for controlling the same, and power supply device, power adapter and electronic apparatus using the same

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