KR101183493B1 - Dc power supply apparatus - Google Patents

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KR101183493B1
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사치요 아라이
유지 사야마
히로아키 기우치
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산켄덴키 가부시키가이샤
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Abstract

(과제)
종래의 직류전원장치에서는 LED 부하를 저압에서 구동하기 위하여 승압형 PFC 회로의 후단에 강압형 DC-DC 컨버터를 설치하고 있었지만, LED를 부하로 하는 조명용의 직류전원장치에서는 PFC 회로를 승압형으로 할 필요성이 없다.
(해결수단)
정류기(DB)의 출력에 스위칭 소자(Q1)와 리액터(L1)가 직렬로 접속된 강압형 컨버터와, 입력교류전압(AC1)의 전압주기보다 긴 시정수에 의하여 리액터의 전류를 검출하는 전류검출수단(R1)과, 리액터에 흐르는 회생전류가 0이 된 타이밍을 검출하는 임계전류 검출수단(CP2)과, 회생전류가 0이 되었을 때에 소정의 경사로 상승시키고, 리액터에 흐르는 회생전류가 0이 되었을 때에 리셋하는 삼각파 발생수단(CC1, Ct, 3)과, 회생전류가 0이 되었을 때에 스위칭 소자를 ON 시키고, 삼각파 발생수단에 의하여 생성된 전압신호(Vct)가 전류검출신호(Vcfb)를 넘었을 때에 스위칭 소자를 OFF 한다.
(assignment)
In the conventional DC power supply, a step-down DC-DC converter is installed at the rear end of the step-up PFC circuit to drive the LED load at low voltage. However, in a DC power supply for LED-loaded lighting, the PFC circuit can be boosted. There is no need.
(Solution)
Step-down converter, in which switching element Q1 and reactor L1 are connected in series with the output of rectifier DB, and current detection for detecting the current of the reactor by a time constant longer than the voltage period of the input alternating voltage AC1. The means R1, the threshold current detecting means CP2 for detecting the timing at which the regenerative current flowing through the reactor became zero, and the regenerative current flowing to the reactor when the regenerative current became 0 were raised to a predetermined inclination. When the triangular wave generating means (CC1, Ct, 3) resets and the regenerative current becomes zero, the switching element is turned on, and the voltage signal Vct generated by the triangular wave generating means has exceeded the current detection signal Vcfb. Turn off the switching element.

Description

직류전원장치{DC POWER SUPPLY APPARATUS}DC POWER SUPPLY APPARATUS}

본 발명은 직류전원장치(直流電源裝置)에 관한 것으로서, 특히 역률개선회로(力率改善回路)(이하, PFC 회로라고 한다)를 강압형(降壓型)으로 한 직류전원장치에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a direct current power supply device, and more particularly to a direct current power supply device having a power factor improving circuit (hereinafter referred to as a PFC circuit) as a step-down type.

상용교류전원(商用交流電源)의 교류전압을 정류평활회로(整流平滑回路)에 의하여 정류하여 직류전압으로 변환하고 또한 이 직류전압을 DC/DC 컨버터에 의하여 원하는 직류전압으로 변환하여 출력하는 직류전원장치가 종래부터 사용되고 있다. 상용교류전원으로부터 정류평활회로에 의하여 정류된 직류전원을 얻을 때에, 정현파 교류전압의 피크(peak) 부근에 있어서만 평활용 콘덴서(平滑用 condensor)에 전류가 흐르기 때문에, 역률이 악화되거나 고조파(高調波)를 발생시켜서 주변에 악영향을 끼친다. 이것을 해결하기 위하여 PFC(Power Factor Correction : 역률개선) 회로를 설치하는 경우가 있다.DC power supply which rectifies AC voltage of commercial AC power by rectification smoothing circuit and converts it into DC voltage and converts this DC voltage to DC voltage desired by DC / DC converter and outputs it. The apparatus is conventionally used. When obtaining a DC power rectified by a rectified smoothing circuit from a commercial AC power supply, current flows to the smoothing condensor only near the peak of the sinusoidal AC voltage, so that the power factor deteriorates or harmonics It generates waves and adversely affects the surroundings. In order to solve this problem, a PFC (Power Factor Correction) circuit may be provided.

이 PFC 회로는, 일반적으로 강압형(降壓型) PFC 회로보다 승압형(昇壓型) PFC 회로가 많이 사용된다. 그리고 승압형 PFC 회로의 후단에 강압형의 DC-DC 컨버터를 접속하여 원하는 저압의 직류출력전압을 얻고 있다.Generally, this PFC circuit uses more boost type PFC circuits than step-down PFC circuits. A step-down DC-DC converter is connected to the rear end of the step-up PFC circuit to obtain a desired low voltage DC output voltage.

PFC 회로를 사용한 종래기술로서, 예를 들면 일본국 공개특허 특개2002-262563호 공보(특허문헌1), 일본국 공개특허 특개2010-40878호 공보(특허문헌2) 등을 들 수 있다. 특허문헌1에 개시된 역률개선 컨버터에는 PFC 회로로서 승압형의 역률개선 컨버터가 사용되고 있다. 또한 특허문헌2에 개시된 발광다이오드 점등장치에는 승압동작과 역률개선동작을 하는 승압 초퍼(昇壓 chopper)(BUC)가 사용되고 있다.
As a prior art using a PFC circuit, Unexamined-Japanese-Patent No. 2002-262563 (patent document 1), Unexamined-Japanese-Patent No. 2010-40878 (patent document 2), etc. are mentioned, for example. In the power factor improving converter disclosed in Patent Document 1, a step-up power factor improving converter is used as a PFC circuit. In addition, a booster chopper (BUC) that performs a boosting operation and a power factor improving operation is used for the light emitting diode lighting device disclosed in Patent Document 2.

일본국 공개특허 특개2002-262563호 공보Japanese Patent Laid-Open No. 2002-262563 일본국 공개특허 특개2010-40878호 공보Japanese Patent Laid-Open No. 2010-40878

상기 종래기술에서는, 입력된 교류전압으로부터 원하는 저압의 직류전압을 출력하기 위하여 전단에 승압형의 PFC 회로를 설치하고, 후단에 강압형의 DC-DC 컨버터를 설치하고 있었다. 이와 같이 상기 종래기술의 직류전원장치가, 전단에 PFC 회로로서 승압형의 역률개선 컨버터나 승압형의 초퍼를 사용하고, 후단에 강압형의 DC-DC 컨버터를 접속하여 사용한 것은 다음과 같은 이유에 의한다.In the above prior art, a step-up PFC circuit is provided at the front end and a step-down DC-DC converter is provided at the front end to output a desired low voltage DC voltage from the input AC voltage. The DC power supply of the prior art uses a step-up power factor improving converter or a step-up chopper as a PFC circuit at the front end and a step-down DC-DC converter connected to the rear end for the following reasons. By.

(1)전단의 PFC 회로를 승압형 PFC 회로로 하면 효율을 향상시킬 수 있다. 전단의 PFC 회로에는 교류전원의 교류전압을 전파정류(全波整流)한 직류전압이 입력되기 때문에, PFC 회로를 승압형으로 하더라도 강압형으로 하더라도 스위칭 소자(switching 素子)로서 동일한 내압(耐壓)이 요구되고, 바꾸어 말하면 스위칭 소자의 사양으로서 온 저항(on 抵抗)이 작은 것으로 치환할 수 없다. 이 때문에 스위칭 소자의 온 저항의 사양은 승압형에서도 강압형에서도 동일하게 된다. 취급하는 전력이 동일하면, PFC 회로를 강압형으로 하여 전압을 내리면 그 대신에 전류가 증가한다. 따라서 강압형 PFC 회로에서는 승압형 PFC 회로에 대하여 큰 전류가 흐르기 때문에, 스위칭 소자의 온 저항에 의한 손실이 증가하여 효율이 저하된다. 이 때문에 승압형 PFC 회로 쪽이 일반적으로 효율이 좋다.(1) Efficiency can be improved by using the PFC circuit of the stage as a boost type PFC circuit. Since the DC voltage obtained by full-wave rectification of the AC voltage of the AC power source is input to the PFC circuit in the preceding stage, the same breakdown voltage is used as the switching element even when the PFC circuit is boosted or stepped. This is required, in other words, it cannot be replaced with a small on resistance as a specification of the switching element. For this reason, the specifications of the on resistance of the switching element are the same in both the boost type and the step-down type. If the power to be handled is the same, when the voltage is reduced by making the PFC circuit step-down, the current increases instead. Therefore, in the step-down PFC circuit, a large current flows through the step-up PFC circuit, so that the loss due to the on resistance of the switching element increases and the efficiency decreases. For this reason, boost type PFC circuits generally have better efficiency.

(2)또한 전단을 강압형 PFC 회로로 하면, 승압형 PFC 회로로 하였을 때보다 큰 전류가 후단의 DC-DC 컨버터에 입력되고, 이에 따라 DC-DC 컨버터의 스위칭 전류도 커지게 된다. 따라서 DC-DC 컨버터의 효율도 저하되어 전원 시스템 전체의 효율이 저하된다. 이 때문에 승압형 PFC 회로를 사용한 쪽이 전원 시스템 전체의 효율을 향상시키기 위하여 유리하다.(2) In addition, when the front end is a step-down PFC circuit, a larger current is input to the later stage DC-DC converter than when the step-up PFC circuit is used, so that the switching current of the DC-DC converter is also increased. As a result, the efficiency of the DC-DC converter is also lowered, thereby reducing the efficiency of the entire power supply system. For this reason, it is advantageous to use a boosted PFC circuit in order to improve the efficiency of the entire power supply system.

(3)승압형 PFC 회로로 승압전압을 얻음으로써 순시정전(瞬時停電) 등의 장해가 있더라도 1~2사이클분의 전력을 유지하는 것이 용이하게 되어, 전원의 부하인 장치가 정지하는 것을 회피하여 시스템으로서의 신뢰성을 얻을 수 있다.(3) By obtaining a boosted voltage using a boosted PFC circuit, it is easy to maintain power for 1 to 2 cycles even in the case of an interruption such as instantaneous power interruption. The reliability as a system can be obtained.

상기 종래기술은, PFC 회로를 승압형으로 함으로써 효율을 향상시켜서 순시정전에 대한 시스템의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 등의 이점은 있지만, 발광다이오드(이하, LED라고 한다)를 부하로 하는 조명용(照明用)의 직류전원장치에서는, LED 부하를 저압에서 구동하기 위하여 저압의 직류출력전압을 얻을 필요가 있어, 승압형 PFC 회로의 후단에 강압형 DC-DC 컨버터를 설치하여야만 한다. 이 때문에 직류전원장치를 구성하는 부품수가 증가하여, 장치의 소형화를 도모함에 있어서 장해가 되고 또한 신뢰성(MTBF)도 저하되는 등 문제가 있다. 또한 비용상승을 초래하는 원인으로 되어 있었다. 또한 LED를 부하로 하는 조명용의 직류전원장치에서는, 순시정전에 대한 시스템의 신뢰성은 요구되어 있지 않다. 따라서 LED를 부하로 하는 조명용의 직류전원장치에서는, PFC 회로를 승압형으로 할 필요성이 없다.The conventional technique has advantages such as improving the efficiency of the system by boosting the PFC circuit to improve the reliability of the system against instantaneous power failure. However, a light emitting diode (hereinafter referred to as LED) is used as a load for lighting. In order to drive the LED load at low voltage, it is necessary to obtain a low voltage DC output voltage, and a step-down DC-DC converter must be installed at the rear of the boost type PFC circuit. For this reason, the number of components constituting the DC power supply increases, which causes a problem in reducing the size of the device, and lowers the reliability (MTBF). It was also a cause of cost increase. In addition, in the DC power supply for lighting using LEDs, the reliability of the system against instantaneous power failure is not required. Therefore, in the DC power supply for lighting which uses LED as a load, it is not necessary to make a PFC circuit a boost type.

본 발명의 목적은, 상기 문제점을 고려하여 종래기술의 상기 문제를 해결한 직류전원장치를 제공하는 것에 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a direct current power supply device that solves the problems of the prior art in view of the above problems.

본 발명의 직류전원장치는, 교류전원(交流電源)으로부터 얻은 에너지를 직류의 에너지로 변환하여 출력하는 직류전원장치(直流電源裝置)에 있어서, 상기 교류전원의 교류전압을 전파정류(全波整流)하여 직류전압으로 변환하는 정류기(整流器)와, 상기 정류기의 출력에 스위칭 소자(switching 素子)와 리액터(reactor)가 직렬로 접속되고, 상기 스위칭 소자를 ON/OFF 제어함으로써 강압(降壓)된 직류전압을 부하에 공급하는 강압형 컨버터(降壓型 converter)와, 상기 리액터에 흐르는 전류를 검출하는 전류검출수단(電流檢出手段)과, 상기 리액터에 흐르는 회생전류(回生電流)가 0이 된 타이밍을 검출하는 임계전류 검출수단(臨界電流 檢出手段)과, 상기 임계전류 검출수단이 상기 리액터에 흐르는 회생전류가 0이 된 것을 검출한 타이밍을 기점으로 하여 소정의 경사(傾斜)로 상승하는 전압신호를 생성하고, 상기 임계전류 검출수단이 상기 리액터에 흐르는 회생전류가 0이 된 타이밍에서 상기 전압신호를 0으로 리셋(reset)하는 삼각파 발생수단(三角波 發生手段)과, 상기 임계전류 검출수단이 상기 리액터에 흐르는 회생전류가 0이 된 타이밍을 검출하였을 때에 상기 스위칭 소자를 ON 시키는 게이트 신호를 출력하고, 상기 삼각파 발생수단에서 생성된 전압신호가 상기 전류검출수단에서 검출된 전류검출신호를 넘었을 때에 상기 게이트 신호를 OFF 하는 게이트 신호 출력수단(gate 信號 出力手段)을 구비하는 것을 특징으로 한다.The direct current power supply device of the present invention is a direct current power supply device that converts and outputs energy obtained from an alternating current power source into direct current energy, and converts the AC voltage of the alternating current power source into full-wave rectification. A rectifier for converting the current into a DC voltage, and a switching element and a reactor are connected in series to the output of the rectifier, and the voltage is reduced by ON / OFF control of the switching element. A step-down converter for supplying a DC voltage to the load, a current detecting means for detecting a current flowing through the reactor, and a regenerative current flowing through the reactor are zero. The threshold current detection means for detecting the timing at which the timing has been reached, and the regenerative current flowing through the reactor by the threshold current detection means has become zero. A voltage signal rising at a predetermined inclination is generated starting from the detected timing, and the threshold current detecting means resets the voltage signal to zero at a timing when the regenerative current flowing through the reactor becomes zero. A triangular wave generating means and a gate signal for turning on the switching element when the threshold current detecting means detects a timing at which the regenerative current flowing to the reactor becomes zero, and generates the triangular wave generating means. And a gate signal output means for turning off the gate signal when the voltage signal exceeded the current detection signal detected by the current detection means.

또한 본 발명의 직류전원장치는, 상기 전류검출수단은, 상기 리액터에 흐르는 전류검출신호를 상기 교류전원의 교류전압의 반주기(半周期)보다 긴 시정수(時定數)를 구비하는 필터(filter)를 통하여 출력하여도 좋다.In addition, in the DC power supply device of the present invention, the current detection means includes a filter having a time constant longer than a half period of the AC voltage of the AC power supply for the current detection signal flowing through the reactor. May be output through

또한 상기 전류검출수단의 신호를 일정한 신호가 되도록 제어함으로써 정전류 제어(定電流制御)하여도 좋다.Further, constant current control may be performed by controlling the signal of the current detecting means to be a constant signal.

또한 본 발명의 직류전원장치가, 상기 임계전류 검출수단이, 상기 리액터에 흐르는 회생전류가 0이 되어 자유진동(自由振動)이 시작되었을 때에 발생하는 전압이 미리 정해진 제1소정전압을 넘은 것을 검출하여도 좋다.In addition, the DC power supply of the present invention, the threshold current detection means detects that the voltage generated when the regenerative current flowing through the reactor becomes 0 and the free vibration starts to exceed the first predetermined predetermined voltage. You may also do it.

또한 본 발명의 직류전원장치는, 상기 전류검출수단, 삼각파 발생수단 및 게이트 신호 출력수단의 제2기준전위는, 상기 정류기의 정류출력 정극단자(整流出力 正極端子)측의 제1기준전위에 대하여 플로팅(floating)이더라도 좋다.In the DC power supply apparatus of the present invention, the second reference potential of the current detecting means, the triangular wave generating means, and the gate signal output means is equal to the first reference potential on the rectifier output positive electrode side of the rectifier. It may be floating.

또한 본 발명의 직류전원장치는, 상기 전류검출수단은, 직렬로 접속된 상기 스위칭 소자와 상기 리액터의 사이에 설치된 전류검출저항에 의하여 상기 리액터에 흐르는 전류를 검출하여도 좋다.In the DC power supply device of the present invention, the current detecting means may detect a current flowing through the reactor by a current detecting resistor provided between the switching element and the reactor connected in series.

또한 본 발명의 직류전원장치는, 상기 임계전류 검출수단을, 상기 리액터와 출력단자 사이의 전압을 다이오드를 통하여 비교기(comparator)의 반전입력단자에 입력하고, 상기 비교기의 비반전입력단자에 상기 소정전압을 입력하고, 상기 비교기에 의하여 상기 리액터와 출력단자 사이의 전압을 상기 제1소정전압과 비교함으로써 검출하는 수단으로 하여도 좋다.In addition, the DC power supply of the present invention, the threshold current detection means, the voltage between the reactor and the output terminal is input to the inverting input terminal of the comparator through a diode, and the predetermined inverting input terminal of the comparator A means for detecting the voltage by inputting the voltage and comparing the voltage between the reactor and the output terminal with the first predetermined voltage by the comparator may be used.

또한 본 발명의 직류전원장치는, 상기 부하가 LED 부하이더라도 좋다.
In the DC power supply device of the present invention, the load may be an LED load.

본 발명에 의하면, LED 조명장치 등을 부하로 하는 전원장치를, 정전류 제어방식의 DC-DC 컨버터 단체(單體)에 의하여 역률개선 기능을 구비한 강압형 전원장치로서 제공할 수 있다. 따라서 종래기술과 같이 역률개선회로와 DC-DC 컨버터를 조합시키지 않고 또는 역률개선회로의 제어부에 승산기를 사용하지 않고 DC-DC 컨버터 단체에 의하여 역률개선이 가능하게 되기 때문에, 부품수를 대폭적으로 삭감, 소형?저렴하게 종합효율을 향상시켜서 신뢰성이 높은 전원장치를 제공할 수 있다. 또한 강압형 DC-DC 컨버터로 구성하기 때문에, 평활콘덴서로의 돌입전류 방지회로(突入電流 防止回路) 등이 불필요하게 되어 소형?저렴한 전원장치를 제공할 수 있다.
According to the present invention, a power supply device using a LED lighting device or the like as a load can be provided as a step-down power supply device having a power factor improving function by a DC-DC converter unit of a constant current control method. Therefore, since the power factor improvement can be performed by the DC-DC converter alone without combining the power factor improvement circuit and the DC-DC converter or using a multiplier in the control unit of the power factor improvement circuit as in the prior art, the number of parts is greatly reduced. It is possible to provide a reliable power supply device by improving overall efficiency in a small size and low cost. Moreover, since it consists of a step-down DC-DC converter, the inrush current prevention circuit to a smoothing capacitor, etc. are unnecessary, and a compact and inexpensive power supply device can be provided.

도1은 본 발명에 의한 실시형태의 직류전원장치(1)의 회로구성을 나타내는 도면이다.
도2는 본 발명에 의한 실시형태의 직류전원장치(1)의, 교류입력전압이 피크값의 1/2 시점에 있어서의 회로동작파형을 나타내는 도면이다.
도3은 본 발명에 의한 실시형태의 직류전원장치(1)의, 교류입력전압이 피크값 시점에 있어서의 회로동작파형을 나타내는 도면이다.
도4는 본 발명에 의한 실시형태의 직류전원장치(1)의 역률개선동작을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도5는 본 발명에 의한 실시형태의 직류전원장치(1)에 있어서의 입력전압파형과 입력전류파형을 시뮬레이션에 의하여 나타내는 도면이다.
도6은 본 발명에 의한 실시형태의 직류전원장치(1)에 있어서의 입력전압과 입력전류의 실측파형도이다.
도7은 본 발명에 의한 실시형태의 직류전원장치(1)에 있어서의 입력전압에 대한 역률을 실측한 특성도이다.
도8은 종래기술에 의한 직류전원장치에 있어서의 입력전압과 입력전류의 실측파형도이다.
1 is a diagram showing a circuit configuration of a DC power supply device 1 according to an embodiment of the present invention.
Fig. 2 is a diagram showing a circuit operating waveform when the AC input voltage of the DC power supply device 1 according to the embodiment of the present invention is 1/2 of the peak value.
Fig. 3 is a diagram showing a circuit operation waveform when the AC input voltage of the DC power supply device 1 according to the embodiment of the present invention is at the peak value time point.
4 is a diagram schematically showing a power factor improvement operation of the DC power supply device 1 according to the embodiment of the present invention.
Fig. 5 is a diagram showing simulations of input voltage waveforms and input current waveforms in the DC power supply device 1 according to the embodiment of the present invention.
Fig. 6 is a measured waveform diagram of input voltage and input current in the DC power supply 1 of the embodiment according to the present invention.
Fig. 7 is a characteristic diagram in which the power factor with respect to the input voltage in the DC power supply device 1 according to the embodiment of the present invention is measured.
8 is a measured waveform diagram of an input voltage and an input current in a DC power supply according to the prior art.

특허문헌1에 기재된 종래기술에서는, 역률개선(力率改善)을 하기 위하여 슬로프 신호생성부(slope 信號生成部(승산회로(乘算回路))가 필요하다. 이에 대하여 본 발명에서는, 리액터(L1)의 전류 검출만으로 역률개선을 하도록 하여 슬로프 신호를 사용하지 않도록 되어 있다. 이에 따라 슬로프 신호생성부가 필요 없게 되어, 회로구성을 간단하게 할 수 있으므로 간이하게 역률개선을 하는 것이 가능하다. 또한 리액터(L1)의 전류를 평균화한 신호를 피드백(feedback) 하고 있기 때문에, 특허문헌1에 기재된 종래기술과 같이 교류입력전압의 저전압으로부터 피크전압에 이르는 변화에 대응한 드레인 전류의 검출은 필요로 하지 않는다. 이 특허문헌1에 기재된 종래기술과 같은 신호의 검출폭에서도 스위칭의 ON 펄스 변화폭을 크게 잡는 것이 가능하기 때문에, 승산기를 사용한 역률개선회로와 비교하더라도 동등한 역률값을 얻는 것이 가능하다.In the prior art described in Patent Literature 1, a slope signal generation unit is required in order to improve the power factor. The power factor is improved only by detecting the current, so that the slope signal is not used, which eliminates the need for the slope signal generation portion, simplifying the circuit configuration, and simplifying the power factor improvement. Since the signal obtained by averaging the current of L1) is fed back, detection of the drain current corresponding to the change from the low voltage of the AC input voltage to the peak voltage is not required as in the prior art described in Patent Document 1. Switching ON even in the detection range of the signal as in the prior art described in Patent Document 1 Since the pulse change width can be large, it is possible to obtain an equivalent power factor even when compared with a power factor improvement circuit using a multiplier.

(실시형태)(Embodiments)

도1에 본 발명에 의한 실시형태의 직류전원장치(直流電源裝置)(1)의 회로구성을 나타내었다.1 shows a circuit configuration of a direct current power supply device 1 according to the embodiment of the present invention.

도1에 나타나 있는 바와 같이 직류전원장치(1)는, 상용교류전원(商用交流電源)(AC1)의 교류전압을 정류회로(整流回路)(DB)에 의하여 전파정류(全波整流)한 맥류전압(脈流電壓)을 스위칭 소자(Q1)로 스위칭하여, 강압(降壓)함으로써 출력전압을 얻고 있다.As shown in FIG. 1, the DC power supply 1 has a full-wave rectification of the AC voltage of the commercial AC power supply AC1 by the rectifier circuit DB. The output voltage is obtained by switching the voltage with the switching element Q1 and stepping down.

출력의 제어는, 리액터(L1)에 흐르는 전류(IL1)의 신호를 검출하여 평균화하고, 이 검출신호에 의거하여 정전류 제어(定電流制御)가 되도록 한다. 리액터(L1)에 흐르는 전류(IL1)는, 리액터(L1)에 직렬로 접속된 전류검출저항(R1)에 발생하는 전압강하에 의하여 검출하고, 이 신호를 리액터(L1)에 흐르는 전류(IL1)의 신호로서 제어회로(制御回路)(2)의 피드백 단자에 입력한다. 여기에서 리액터(L1)에 흐르는 전류(IL1)의 신호는 저항(R2)과 콘덴서(C2) 및 저항(R3)과 콘덴서(C3)의 시정수(時定數)에 의하여 평균화되어 있다. 이 평균화된 리액터(L1)에 흐르는 전류(IL1)의 신호는, 정전류 제어 신호전압이 된다.The control of the output detects and averages the signal of the current IL1 flowing through the reactor L1, and makes constant current control based on this detection signal. The current IL1 flowing through the reactor L1 is detected by the voltage drop generated in the current detection resistor R1 connected in series with the reactor L1, and the signal IL1 flowing through the reactor L1 is detected. The signal is input to the feedback terminal of the control circuit 2 as a signal of. Here, the signal of the current IL1 flowing through the reactor L1 is averaged by the time constants of the resistor R2, the capacitor C2, and the resistor R3, and the capacitor C3. The signal of the current IL1 flowing through the averaged reactor L1 becomes a constant current control signal voltage.

한편 다이오드(D2)를 통하여 입력된 전압으로부터 리액터(L1)에 흐르는 전류(IL1)의 임계전류(臨界電流)의 타이밍(회생전류(回生電流)가 0A가 되는 타이밍)을 검출하여, 스위칭 소자(Q1)의 게이트 신호의 ON 신호시작점을 정하는 펄스를 생성한다. 이 펄스를 기점으로 하여 정전류원(定電流源)(CC1)의 일정전류에 의하여 콘덴서(Ct)를 충전하여 삼각파를 생성하고, 이 삼각파의 전압이 상기 정전류 제어 신호전압에 도달하는 기간까지 스위칭 소자(Q1)를 ON 하고, 삼각파의 전압이 상기 정전류 제어 신호전압에 도달한 시점에서 스위칭 소자(Q1)를 OFF 하고, 다음의 임계전류의 펄스 발생 타이밍에서 삼각파를 리셋한다.On the other hand, the timing (the timing at which the regenerative current becomes 0 A) of the threshold current of the current IL1 flowing through the reactor L1 is detected from the voltage input through the diode D2, and the switching element ( The pulse which determines the ON signal start point of the gate signal of Q1) is generated. Starting from this pulse, the capacitor Ct is charged by a constant current of the constant current source CC1 to generate a triangular wave, and the switching element is supplied until the voltage reaches the constant current control signal voltage. When Q1 is turned on, the switching element Q1 is turned off when the voltage of the triangle wave reaches the constant current control signal voltage, and the triangle wave is reset at the timing of generating the pulse of the next threshold current.

이와 같이 스위칭 소자(Q1)를 ON/OFF 하여 출력전류를 제어하면, 스위칭 소자(Q1)를 ON 하는 펄스폭은 정전류 제어 신호전압에 따른 일정한 펄스폭이 되고 또한 임계동작에 의하여 스위칭시킬 수 있다. 이에 따라 입력전류파형이 정현파 모양에 근사되어, 후술하는 도4와 같이 역률개선을 하는 것이 가능하게 된다.When the output current is controlled by turning on / off the switching element Q1 in this manner, the pulse width for turning on the switching element Q1 becomes a constant pulse width in accordance with the constant current control signal voltage and can be switched by the threshold operation. As a result, the input current waveform is approximated to the sine wave shape, and power factor improvement can be performed as shown in FIG.

다음에 직류전원장치(1)의 회로구성 및 그 회로동작에 대하여 더 상세하게 설명한다.Next, the circuit configuration of the DC power supply 1 and its circuit operation will be described in more detail.

도1을 참조하여 직류전원장치(1)의 회로구성을 설명한다.The circuit configuration of the DC power supply 1 will be described with reference to FIG.

직류전원장치(1)의 입력단자인 ACin1과 ACin2에는 상용교류전원(AC1)이 접속된다. 이 입력단자(ACin1과 ACin2)는, 다이오드가 브리지 구성된 정류회로(DB)의 교류입력단자에 접속되어 있어, 상용교류전원(AC1)으로부터 입력된 교류전압이 전파정류되어 출력된다. 정류회로(DB)의 정류출력 정극단자(整流出力 正極端子)(전압(Vin))에는 스위칭 소자(Q1)의 드레인 단자가 접속되어 있고, 스위칭 소자(Q1)의 소스 단자에는 전류검출저항(R1)의 일방(一方)의 단자가 접속되어 있다. 또한 전류검출저항(R1)의 타방(他方)의 단자는 리액터(L1)의 일방의 단자에 접속되어 있고, 리액터(L1)의 타방의 단자는 직류전원장치(1)의 정측 출력단자(正側 出力端子)(Pout1)에 접속되어 있다. 한편 정류회로(DB)의 정류출력 부극단자(整流出力 負極端子)는 직류전원장치(1)의 부측 출력단자(負側 出力端子)(Pout2(GND1))에 접속되어 있다. 스위칭 소자(Q1)의 소스 단자와 전류검출저항(R1)의 일방의 단자가 접속된 접속점에는 다이오드(D1)의 캐소드 단자가 접속되어 있고, 다이오드(D1)의 애노드 단자는 정류회로(DB)의 정류출력 부극단자와 부측 출력단자(Pout2)가 접속된 GND1 라인에 접속되어 있다. 또한 정측 출력단자(Pout1)와 부측 출력단자(Pout2)의 사이에는 평활콘덴서(C1)가 접속되어 있다.A commercial AC power supply AC1 is connected to ACin1 and ACin2, which are input terminals of the DC power supply 1. The input terminals ACin1 and ACin2 are connected to an AC input terminal of a rectifying circuit DB in which a diode is bridged, and the AC voltage input from the commercial AC power supply AC1 is full-wave rectified and output. A drain terminal of the switching element Q1 is connected to the rectifying output positive terminal (voltage Vin) of the rectifying circuit DB, and a current detection resistor R1 is connected to the source terminal of the switching element Q1. One terminal of) is connected. The other terminal of the current detection resistor R1 is connected to one terminal of the reactor L1, and the other terminal of the reactor L1 is the positive output terminal of the DC power supply 1. It is connected to Pout1. On the other hand, the rectifying output negative terminal of the rectifying circuit DB is connected to the negative output terminal Pout2 (GND1) of the DC power supply 1. The cathode terminal of the diode D1 is connected to the connection point where the source terminal of the switching element Q1 and one terminal of the current detection resistor R1 are connected, and the anode terminal of the diode D1 is connected to the rectifier circuit DB. The rectified output negative electrode terminal and negative output terminal Pout2 are connected to the connected GND1 line. The smoothing capacitor C1 is connected between the positive output terminal Pout1 and the negative output terminal Pout2.

점선 프레임의 2로 나타나 있는 부분은, 직류전원장치(1)를 제어하는 제어회로(制御回路)를 나타내고 있다. 제어회로(2)에는, 정류회로(DB)의 정류출력 정극단자의 전압(Vin)이 입력되고 또한 다이오드(D2)를 통하여 정측 출력단자(Pout1)의 전압이 입력되고 또한 전류검출저항(R1)의 양단전압이 저항(R2, R3), 콘덴서(C2, C3)에 의하여 평활되어 입력되고 있다. 또한 제어회로(2)로부터 스위칭 소자(Q1)의 게이트 단자에 ON/OFF 신호가 출력되고 있다.The part shown by 2 of a dotted line frame shows the control circuit which controls the DC power supply device 1. As shown in FIG. In the control circuit 2, the voltage Vin of the rectifying output positive terminal of the rectifying circuit DB is input, and the voltage of the positive output terminal Pout1 is input via the diode D2, and the current detection resistor R1 is input. The voltages at both ends of are smoothed and input by the resistors R2 and R3 and the capacitors C2 and C3. In addition, the ON / OFF signal is output from the control circuit 2 to the gate terminal of the switching element Q1.

제어회로(2)는, 원숏(ONE SHOT)회로(3), 기동회로(起動回路)(4), 비교기(comparator)(CP1, CP2), 연산증폭기(OP1), 트랜스컨덕턴스 앰프(Operational Transconductance Amplifier)(OTA1), 전류원 회로(電流源 回路)(CC1), 버퍼회로(buffer 回路)(BF), 콘덴서(Ct, Cfb), 저항(R4, R5), 기준전압(基準電壓)(Vref1, Vref2, Vref3) 등으로 되어 있다.The control circuit 2 includes a one shot circuit 3, a start circuit 4, a comparator CP1 and CP2, an operational amplifier OP1, and an operational transconductance amplifier. (OTA1), current source circuit (CC1), buffer circuit (BF), capacitors (Ct, Cfb), resistors (R4, R5), reference voltages (Vref1, Vref2) , Vref3) and the like.

정류회로(DB)의 정류출력 정극단자(전압(Vin))는 제어회로(2)의 기동회로(4)에 접속되어 있고, 기동회로(4)는 직류전원장치(1)에 상용교류전원(AC1)이 접속된 초기에 제어회로(2)를 기동하도록 되어 있다.The rectifying output positive terminal (voltage Vin) of the rectifying circuit DB is connected to the starting circuit 4 of the control circuit 2, and the starting circuit 4 is connected to the DC power supply 1 with a commercial AC power supply ( The control circuit 2 is activated at the initial stage when AC1) is connected.

비교기(CP2)의 반전입력단자는 다이오드(D2)의 캐소드 단자에 접속되어 있고, 다이오드(D2)의 애노드 단자는 정측 출력단자(Pout1)에 접속되어 있다. 또한 비교기(CP2)의 비반전입력단자는 기준전압(Vref3)의 정극단자에 접속되어 있다.The inverting input terminal of the comparator CP2 is connected to the cathode terminal of the diode D2, and the anode terminal of the diode D2 is connected to the positive output terminal Pout1. The non-inverting input terminal of the comparator CP2 is connected to the positive terminal of the reference voltage Vref3.

또한 비교기(CP2)의 출력단자는 원숏회로(3)의 입력단자에 접속되어 있다. 원숏회로(3)의 출력단자는, 비교기(CP1)의 반전입력단자, 콘덴서(Ct)의 일방의 단자 및 전류원 회로(CC1)의 일방의 단자인 전류출력단자가 접속된 접속점에 접속되어 있다. 전류원 회로(CC1)의 타방의 단자는 제어회로(2)의 제어전원회로인 내부 레귤레이터(Reg)(도면에 나타내지 않는다)의 출력단자에 접속되어 있다.The output terminal of the comparator CP2 is connected to the input terminal of the one-shot circuit 3. The output terminal of the one-shot circuit 3 is connected to the connection point to which the inverting input terminal of the comparator CP1, one terminal of the capacitor Ct, and the current output terminal which is one terminal of the current source circuit CC1 are connected. The other terminal of the current source circuit CC1 is connected to the output terminal of the internal regulator Reg (not shown) which is the control power supply circuit of the control circuit 2.

전류검출저항(R1)의 타방의 단자와 리액터(L1)의 일방의 단자가 접속된 접속점에는 저항(R2)의 일방의 단자가 접속되어 있고, 저항(R2)의 타방의 단자에는 저항(R3)의 일방의 단자가 접속되어 있다. 전류검출저항(R1)의 일방의 단자와 스위칭 소자(Q1)의 소스 단자와 다이오드(D1)의 캐소드 단자가 접속된 접속점에는, 콘덴서(C2)의 일방의 단자와 콘덴서(C3)의 일방의 단자가 접속되어 있고, 콘덴서(C2)의 타방의 단자는 저항(R2)의 타방의 단자와 저항(R3)의 일방의 단자가 접속된 접속점에 접속되어 있고, 콘덴서(C3)의 타방의 단자는 저항(R3)의 타방의 단자에 접속되어 있다. 저항(R2, R3), 콘덴서(C2, C3)는, 전류검출저항(R1)의 양단에 발생한 전압을 평활하여 제어회로(2)에 출력하는 필터회로(filter回路)를 구성하고 있다.One terminal of the resistor R2 is connected to a connection point where the other terminal of the current detection resistor R1 and one terminal of the reactor L1 are connected, and the resistor R3 is connected to the other terminal of the resistor R2. One terminal of is connected. One terminal of the capacitor C2 and one terminal of the capacitor C3 are connected to a connection point where one terminal of the current detection resistor R1, the source terminal of the switching element Q1, and the cathode terminal of the diode D1 are connected. Is connected, the other terminal of the capacitor C2 is connected to a connection point to which the other terminal of the resistor R2 and one terminal of the resistor R3 are connected, and the other terminal of the capacitor C3 is connected to the resistor. It is connected to the other terminal of (R3). The resistors R2 and R3 and the capacitors C2 and C3 constitute a filter circuit for smoothing the voltage generated at both ends of the current detection resistor R1 and outputting the same to the control circuit 2.

전류검출저항(R1)의 일방의 단자, 콘덴서(C2)의 일방의 단자 및 콘덴서(C3)의 일방의 단자가 접속된 접속점은, 기준전압(Vref1, Vref2, Vref3)의 부극단자와 접속되어 제어회로(2)의 기준전위(GND2)로 되어 있다. 이 기준전위(GND2)의 전위는 스위칭 소자(Q1)의 소스 단자와 전류검출저항(R1)의 일방의 단자가 접속된 접속점의 전위이며, 정류회로(DB)의 정류출력 부극단자와 부측 출력단자(Pout2)가 접속된 GND1 라인에 대하여 전위가 플로팅(floating)으로 되어 있다. 기준전위(GND2)에는 저항(R5)의 타방의 단자, 콘덴서(Ct)의 타방의 단자, 콘덴서(Cfb)의 타방의 단자도 접속되어 있다.The connection point to which one terminal of the current detection resistor R1, one terminal of the capacitor C2 and one terminal of the capacitor C3 are connected is connected to and controlled with the negative terminals of the reference voltages Vref1, Vref2, and Vref3. The reference potential GND2 of the circuit 2 is set. The potential of the reference potential GND2 is the potential of the connection point where the source terminal of the switching element Q1 and one terminal of the current detection resistor R1 are connected, and the rectifier output negative electrode terminal and the negative side output terminal of the rectifier circuit DB. The potential is floating with respect to the GND1 line to which (Pout2) is connected. The other terminal of the resistor R5, the other terminal of the capacitor Ct, and the other terminal of the capacitor Cfb are also connected to the reference potential GND2.

또한 내부 레귤레이터(Reg)의 출력단자에는 저항(R4)의 일방의 단자가 접속되어 있고, 저항(R4)의 타방의 단자는 저항(R5)의 일방의 단자에 접속되어 있고, 저항(R5)의 타방의 단자는 기준전위(GND2)에 접속되어 있다. 저항(R4)의 타방의 단자와 저항(R5)의 일방의 단자가 접속된 접속점에는, 저항(R3)의 타방의 단자와 콘덴서(C3)의 타방의 단자가 접속된 접속점 및 연산증폭기(OP1)의 반전입력단자가 접속되어 있다.In addition, one terminal of the resistor R4 is connected to the output terminal of the internal regulator Reg, and the other terminal of the resistor R4 is connected to one terminal of the resistor R5, The other terminal is connected to the reference potential GND2. A connection point to which the other terminal of the resistor R3 is connected to the other terminal of the resistor R3 and the operational amplifier OP1 are connected to a connection point to which the other terminal of the resistor R4 and one terminal of the resistor R5 are connected. The inverting input terminal of is connected.

연산증폭기(OP1)의 비반전입력단자는 기준전압(Vref2)의 정극단자에 접속되어 있고, 기준전압(Vref2)의 부극단자는 기준전위(GND2)에 접속되어 있다. 연산증폭기(OP1)의 출력단자는 트랜스컨덕턴스 앰프(OTA1)의 반전입력단자에 접속되어 있고, 트랜스컨덕턴스 앰프(OTA1)의 비반전입력단자는 기준전압(Vref1)의 정극단자에 접속되어 있고, 기준전압(Vref1)의 부극단자는 기준전위(GND2)에 접속되어 있다.The non-inverting input terminal of the operational amplifier OP1 is connected to the positive terminal of the reference voltage Vref2, and the negative terminal of the reference voltage Vref2 is connected to the reference potential GND2. The output terminal of the operational amplifier OP1 is connected to the inverting input terminal of the transconductance amplifier OTA1, and the non-inverting input terminal of the transconductance amplifier OTA1 is connected to the positive terminal of the reference voltage Vref1. The negative terminal of (Vref1) is connected to the reference potential GND2.

트랜스컨덕턴스 앰프(OTA1)의 출력단자는 콘덴서(Cfb)의 일방의 단자에 접속되어 있고, 콘덴서(Cfb)의 타방의 단자는 기준전위(GND2)에 접속되어 있다. 트랜스컨덕턴스 앰프(OTA1)는 비반전입력단자에 입력된 기준전압(Vref1)과 반전입력단자에 입력된 연산증폭기(OP1)의 출력단자로부터의 전압과의 차이전압을 전류로 변환하여 증폭하여 출력한다. 따라서 콘덴서(Cfb)는 트랜스컨덕턴스 앰프(OTA1)로부터의 출력전류에 의하여 충방전(充放電)된다.The output terminal of the transconductance amplifier OTA1 is connected to one terminal of the capacitor Cfb, and the other terminal of the capacitor Cfb is connected to the reference potential GND2. The transconductance amplifier OTA1 converts the difference voltage between the reference voltage Vref1 input to the non-inverting input terminal and the voltage from the output terminal of the operational amplifier OP1 input to the inverting input terminal into current and amplifies and outputs it. . Therefore, the capacitor Cfb is charged and discharged by the output current from the transconductance amplifier OTA1.

트랜스컨덕턴스 앰프(OTA1)의 출력단자와 콘덴서(Cfb)의 일방의 단자가 접속된 접속점은, 비교기(CP1)의 비반전입력단자에 접속되어 있다. 비교기(CP1)의 출력단자는 버퍼회로(BF)의 입력단자에 접속되어 있고, 버퍼회로(BF)의 출력단자는 스위칭 소자(Q1)의 게이트 단자에 접속되어 있다.The connection point where the output terminal of the transconductance amplifier OTA1 and one terminal of the capacitor Cfb are connected is connected to the non-inverting input terminal of the comparator CP1. The output terminal of the comparator CP1 is connected to the input terminal of the buffer circuit BF, and the output terminal of the buffer circuit BF is connected to the gate terminal of the switching element Q1.

다음에 직류전원장치(1)의 회로동작을 도2, 도3도 참조하여 설명한다. 도2는, 정류회로(DB)의 정류출력 정극단자로부터 출력되는 정현파 맥동전압(전압(Vin))의 피크값의 1/2 값의 점에 있어서의 동작파형을 나타내고 있다. 또한 도3은, 정류회로(DB)의 정류출력 정극단자로부터 출력되는 정현파 맥동전압(전압(Vin))의 피크값 점에 있어서의 동작파형을 나타내고 있다.Next, the circuit operation of the DC power supply 1 will be described with reference to Figs. Fig. 2 shows the operating waveform at the point of 1/2 of the peak value of the sine wave pulsating voltage (voltage Vin) output from the rectifying output positive terminal of the rectifying circuit DB. 3 shows the operating waveform at the peak value point of the sine wave pulsating voltage (voltage Vin) output from the rectifying output positive terminal of the rectifying circuit DB.

도2, 도3에 있어서의 각 파형은, 상측으로부터 리액터(L1)에 흐르는 전류파형(IL1), 전류검출저항(R1)에 발생하는 전압파형(VR1), 콘덴서(C2)의 전압파형(Vc2), 콘덴서(C3)의 전압파형(Vc3), 콘덴서(Ct)의 전압파형(Vct), 콘덴서(Cfb)의 전압파형(Vcfb), 원숏회로(3)의 출력파형, 버퍼회로(BF)의 출력파형을 나타내고 있다.Each of the waveforms in FIGS. 2 and 3 is a current waveform IL1 flowing from the upper side to the reactor L1, a voltage waveform VR1 generated in the current detection resistor R1, and a voltage waveform Vc2 of the capacitor C2. ), The voltage waveform Vc3 of the capacitor C3, the voltage waveform Vct of the capacitor Ct, the voltage waveform Vcfb of the capacitor Cfb, the output waveform of the one-shot circuit 3, and the buffer circuit BF. The output waveform is shown.

리액터(L1)에 흐르는 전류(IL1)는, 스위칭 소자(Q1)가 ON(버퍼회로(BF)의 출력이 H)일 때에 리액터(L1)에 정류회로(DB)의 정현파 맥동전압의 순시값과 출력전압의 차이전압이 인가되기 때문에, 그 전압에 대략 비례한 경사에 의하여 증가한다(ON 전류라고 한다). 또한 스위칭 소자가 OFF 되면 리액터(L1)에 축적된 에너지는, 리액터(L1)~평활콘덴서(C1)~다이오드(D1)~리액터(L1)의 폐회로에서 방전되기 때문에, 평활콘덴서(C1)는 충전되어 리액터(L1)에 흐르는 전류(IL1)를 감소시킨다(회생전류(回生電流)라고 한다). 따라서 리액터(L1)에 흐르는 전류(IL1)는, 도2, 도3에 나타나 있는 바와 같이 삼각파 모양의 전류가 흐른다. 시간(t1, t3, …… , t11, t21, t23, …… , t25)으로 나타나 있는 각 타이밍은, 회생전류가 0A가 되어 자유진동(自由振動)이 시작하는 타이밍이다(임계전류(臨界電流)라고 한다). 후술하는 바와 같이 시간(t1, t3, …… , t11, t21, t23, …… , t25)의 각 타이밍에서는 임계전류에 의하여 자유진동이 시작하고, 이 때의 자유진동에 의한 기준전압(Vref3)을 넘는 전압을 검출하여, 내부에서 생성되고 있는 삼각파(콘덴서(Ct)의 전압(VCt))를 리셋한다. 이 리셋 주기가 스위칭 소자(Q1)의 ON/OFF 주기가 된다.The current IL1 flowing through the reactor L1 is equal to the instantaneous value of the sine wave pulsating voltage of the rectifier circuit DB to the reactor L1 when the switching element Q1 is ON (the output of the buffer circuit BF is H). Since the difference voltage of the output voltage is applied, it increases by the inclination which is approximately proportional to the voltage (referred to as ON current). When the switching element is turned off, the energy accumulated in the reactor L1 is discharged in the closed circuits of the reactors L1 to smoothing capacitors C1 to diodes D1 to Reactor L1, so that the smoothing capacitor C1 is charged. As a result, the current IL1 flowing through the reactor L1 is reduced (referred to as a regenerative current). Therefore, as illustrated in FIGS. 2 and 3, the current IL1 flowing through the reactor L1 flows in a triangular wave current. Each timing indicated by the times t1, t3, ..., t11, t21, t23, ..., t25 is the timing at which the regenerative current becomes 0A and the free vibration starts (critical current )). As will be described later, at each timing t1, t3, ..., t11, t21, t23, ..., t25, free vibration starts by the threshold current, and the reference voltage Vref3 by the free vibration at this time. The voltage exceeding is detected and the triangle wave (voltage VCt of capacitor Ct) generated inside is reset. This reset cycle becomes the ON / OFF cycle of the switching element Q1.

리액터(L1)에 흐르는 전류(IL1)는 전류검출저항(R1)에 의하여 검출된다. 이 검출전압(VR1)은 전류가 저항(R1)으로부터 리액터(L1)의 방향으로 흐를 때에, 스위칭 소자(Q1)의 소스 단자측에서 리액터(L1)의 일방의 단자측쪽이 저전압이 되기 때문에 도2, 도3에 나타나 있는 바와 같이 부(負)의 전압으로서 검출된다.The current IL1 flowing through the reactor L1 is detected by the current detection resistor R1. This detection voltage VR1 has a low voltage at one terminal side of the reactor L1 at the source terminal side of the switching element Q1 when the current flows from the resistor R1 in the direction of the reactor L1. 3, it is detected as a negative voltage.

전류검출저항(R1)에 의하여 검출된 전압(VR1)은, 저항(R2)과 콘덴서(C2) 및 저항(R3), 콘덴서(C3)에 의하여 적분된다. 여기에서 이 적분승수(積分乘數)의 시정수는, 상용교류전원(AC1)의 주파수의 반주기 이상의 시정수로 설정된다. 저항(R2)과 콘덴서(C2)로 구성되는 제1단 필터회로의 출력전압은, 도2, 도3의 Vc2로 나타나 있는 콘덴서(C2)의 전압이며, 약간 맥동성분이 포함되어 있다. 저항(R3)과 콘덴서(C3)로 구성되는 제2단 필터회로의 출력전압은, 도2, 도3의 Vc3으로 나타나 있는 콘덴서(C3)의 전압(VC3)이며, Vc2에 비하면 맥동성분이 적어져서 대략 일정한 전압으로 되어 있다.The voltage VR1 detected by the current detection resistor R1 is integrated by the resistor R2, the capacitor C2, the resistor R3, and the capacitor C3. Here, the time constant of the integral multiplier is set to a time constant equal to or greater than half the frequency of the commercial AC power supply AC1. The output voltage of the first stage filter circuit composed of the resistor R2 and the capacitor C2 is the voltage of the capacitor C2 shown by Vc2 in Figs. 2 and 3, and contains a slightly pulsating component. The output voltage of the second stage filter circuit composed of the resistor R3 and the capacitor C3 is the voltage VC3 of the capacitor C3 shown by Vc3 of Figs. 2 and 3, and the pulsation component is less than that of Vc2. The voltage is approximately constant.

저항(R3)과 콘덴서(C3)의 시정수 회로로 구성되는 제2단 필터회로의 출력전압은, 연산증폭기(OP1)의 반전입력단자에 접속된다. 여기에서 전류검출저항(R1)의 타방의 단자 전위가 전류검출저항(R1)의 일방의 단자 전위(기준전위(GND2))에 대하여 부전위(負電位)가 되기 때문에, 필터회로의 저항(R3)과 콘덴서(C3)의 접속점으로부터 입력되는 전압을, 내부 레귤레이터(Reg)의 출력전압을 저항(R4)과 저항(R5)으로 분압(分壓)한 점에 접속하여, 정전위(正電位)에 바이어스 하여 연산증폭기(OP1)의 반전입력단자에 입력되고 있다. 도2, 도3에 나타나 있는 Vc3은 정전위에 바이어스 되어 있는 상태를 나타내고 있다.The output voltage of the second stage filter circuit composed of the time constant circuit of the resistor R3 and the capacitor C3 is connected to the inverting input terminal of the operational amplifier OP1. Here, since the other terminal potential of the current detection resistor R1 becomes a negative potential with respect to one terminal potential (reference potential GND2) of the current detection resistor R1, the resistance of the filter circuit R3. ) And the voltage input from the connection point of the capacitor C3 to the point where the output voltage of the internal regulator Reg is divided by the resistor R4 and the resistor R5. Biased to the inverting input terminal of the operational amplifier OP1. Vc3 shown in Figs. 2 and 3 shows a state in which the potential is biased.

또한 연산증폭기(OP1)의 비반전입력단자에는, 기준전압(Vref2)이 접속되어 있다. 연산증폭기(OP1)의 반전입력단자에 입력된 상기 필터회로의 바이어스 된 전압과 비반전입력단자에 입력된 기준전압(Vref2)이 비교되고, 연산증폭기(OP1)는 이들의 차이를 증폭하여 트랜스컨덕턴스 앰프(OTA1)의 반전입력단자로 출력한다.The reference voltage Vref2 is connected to the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP1. The biased voltage of the filter circuit inputted to the inverting input terminal of the operational amplifier OP1 and the reference voltage Vref2 inputted to the non-inverting input terminal are compared, and the operational amplifier OP1 amplifies these differences to transconductance. Output to the inverting input terminal of the amplifier OTA1.

트랜스컨덕턴스 앰프(OTA1)의 비반전입력단자에는, 기준전압(Vref1)이 접속되고, 비반전입력단자의 입력전압과 기준전압(Vref1)을 비교하여 그 전압의 차이를 증폭하고 또한 전압신호로부터 전류신호로 변환하여 출력한다. 여기에서 트랜스컨덕턴스 앰프(OTA1)의 출력단자에는 콘덴서(Cfb)와 비교기(CP1)의 비반전입력단자가 접속되고, 트랜스컨덕턴스 앰프(OTA1)의 출력전류는 콘덴서(Cfb)의 전하를 충방전한다. 이에 따라 트랜스컨덕턴스 앰프(OTA1)의 출력으로부터 비교기(CP1)의 비반전입력단자로 입력되는 신호는 전압신호로 치환할 수 있다.A reference voltage Vref1 is connected to the non-inverting input terminal of the transconductance amplifier OTA1, compares the input voltage and the reference voltage Vref1 of the non-inverting input terminal, amplifies the difference between the voltages and the current from the voltage signal. Convert it to a signal and output it. Here, the output terminal of the transconductance amplifier OTA1 is connected to the non-inverting input terminal of the capacitor Cfb and the comparator CP1, and the output current of the transconductance amplifier OTA1 charges and discharges the charge of the capacitor Cfb. . Accordingly, the signal input from the output of the transconductance amplifier OTA1 to the non-inverting input terminal of the comparator CP1 can be replaced with a voltage signal.

비교기(CP1)의 반전입력단자는, 정전류회로(CC1)의 출력단자와 콘덴서(Ct)의 일방의 단자와 원숏회로(3)의 출력단자가 접속된 접속점에 접속되어 있다. 여기에서 정전류회로(CC1)와 콘덴서(Ct)와 원숏회로(3)는 삼각파 발진기(三角波 發振器)를 구성하고 있다. 즉 정전류회로(CC1)에 의하여 콘덴서(Ct)를 일정전류로 충전함으로써 삼각파 파형의 경사를 결정하고, 원숏회로(3)는 삼각파 발진의 리셋 타이밍을 결정하는 펄스신호를 출력한다. 정전류회로(CC1)와 콘덴서(Ct)와 원숏회로(3)로 구성되는 삼각파 발진의 출력파형은, 도2, 도3에 콘덴서(Ct)의 전압(Vct)으로서 나타나 있다.The inverting input terminal of the comparator CP1 is connected to a connection point to which the output terminal of the constant current circuit CC1, one terminal of the capacitor Ct, and the output terminal of the one-shot circuit 3 are connected. Here, the constant current circuit CC1, the capacitor Ct, and the one-shot circuit 3 constitute a triangular wave oscillator. That is, the inclination of the triangular wave waveform is determined by charging the capacitor Ct with a constant current by the constant current circuit CC1, and the one-shot circuit 3 outputs a pulse signal for determining the reset timing of the triangular wave oscillation. The output waveform of the triangular wave oscillation composed of the constant current circuit CC1, the capacitor Ct, and the one-shot circuit 3 is shown in Figs. 2 and 3 as the voltage Vct of the capacitor Ct.

리액터(L1)와 평활콘덴서(C1)가 접속된 접속점의 전압이 다이오드(D2)를 통하여 비교기(CP2)의 반전입력단자에 입력되고 있고, 기준전위(Vref3)의 전압이 비교기(CP2)의 비반전입력단자에 입력되고 있다. 스위칭 소자(Q1)가 OFF 된 후의 리액터(L1)의 전류(IL1)의 회생이 종료한 임계전류 시점에서 자유진동이 시작되고, 이 자유진동에 의한 제어회로(2)의 기준전위(GND2)에 대하여 기준전압(Vref3)을 넘는 정극성(正極性)의 전압이 발생한다. 이 자유진동의 전압이 기준전위(Vref3)를 넘으면, 비교기(CP2)의 출력은 H 레벨신호를 원숏회로(3)로 출력한다. 원숏회로(3)는, 비교기(CP2)로부터 이 H 레벨신호가 입력되었을 때에 펄스신호를 출력한다(도2, 도3의 원숏회로(3)의 출력신호 참조). 이 펄스신호에 의하여 콘덴서(Ct)의 전하는 급속하게 방전된다. 즉 원숏회로(3)는, 리액터(L1)에 흐르는 전류(IL1)의 임계전류의 타이밍(t1, t3, …… , t11, t21, t23, t25)의 각 타이밍에서 펄스신호를 출력한다. 이 펄스신호는 스위칭 소자(Q1)의 ON/OFF 주기에 있어서의 주기시작 타이밍을 결정한다.The voltage at the connection point to which the reactor L1 and the smoothing capacitor C1 are connected is input to the inverting input terminal of the comparator CP2 through the diode D2, and the voltage of the reference potential Vref3 is the ratio of the comparator CP2. It is being input to the inverting input terminal. After the switching element Q1 is turned off, the free vibration starts at the point of time at which the regeneration of the current IL1 of the reactor L1 has finished, and the free potential is applied to the reference potential GND2 of the control circuit 2. A positive voltage exceeding the reference voltage Vref3 is generated. When the voltage of this free vibration exceeds the reference potential Vref3, the output of the comparator CP2 outputs the H level signal to the one-shot circuit 3. The one-shot circuit 3 outputs a pulse signal when this H level signal is input from the comparator CP2 (see the output signal of the one-shot circuit 3 in Figs. 2 and 3). The charge of the capacitor Ct is rapidly discharged by this pulse signal. That is, the one-shot circuit 3 outputs a pulse signal at each timing of the timings t1, t3, ..., t11, t21, t23, t25 of the critical current of the current IL1 flowing through the reactor L1. This pulse signal determines the cycle start timing in the ON / OFF cycle of the switching element Q1.

버퍼회로(BF)의 출력, 바꾸어 말하면 스위칭 소자(Q1)의 ON 펄스신호는 비교기(CP1)에 의하여 결정된다. 도2, 도3에 나타나 있는 바와 같이 비교기(CP1)는 반전입력단자의 삼각파 신호(Vct)와 비반전입력단자의 Vcfb 단자전압을 비교하고, Vcfb 단자전압보다 삼각파 신호(Vct)가 낮은 기간(예를 들면 도2, 도3에 나타나 있는 t1~t2, t21~t22 등의 Ton 기간)에 ON 펄스신호를 버퍼(BF)로부터 출력한다. 또한 OFF 기간은, 상기한 바와 같이 리액터(L1)의 전류(IL1)의 회생이 종료한 시점까지가 되고, 도2, 도3에 나타나 있는 바와 같이 콘덴서(Ct)의 삼각파 신호의 피크전압은 고정되지 않고, 다음의 원숏회로(3)로부터의 펄스신호까지 상승하게 된다. 도2, 도3을 비교하면, 버퍼회로(BF)의 Toff 기간이 도2에 대하여 도3에서 길게 되어 있다. 이와 같이 삼각파 발진의 주파수는 고정되지 않고, 상용교류전원(AC1)으로부터 입력된 교류전압을 전파정류한 맥동전압에 의하여 변화된다.The output of the buffer circuit BF, in other words, the ON pulse signal of the switching element Q1 is determined by the comparator CP1. As shown in FIGS. 2 and 3, the comparator CP1 compares the triangular wave signal Vct of the inverting input terminal with the Vcfb terminal voltage of the non-inverting input terminal, and the period when the triangular wave signal Vct is lower than the Vcfb terminal voltage. For example, the ON pulse signal is output from the buffer BF in the ton periods t1 to t2 and t21 to t22 shown in Figs. As described above, the OFF period is until the regeneration of the current IL1 of the reactor L1 ends, and the peak voltage of the triangular wave signal of the capacitor Ct is fixed as shown in FIGS. 2 and 3. Instead, the signal is raised to the pulse signal from the next one short circuit 3. 2 and 3, the Toff period of the buffer circuit BF is longer than that in FIG. In this way, the frequency of the triangular wave oscillation is not fixed, but is changed by the pulsation voltage obtained by full-wave rectifying the AC voltage input from the commercial AC power supply AC1.

다만 버퍼회로(BF)의 Ton 기간은, 상기의 맥동전압에 좌우되지 않고 대략 동일한 펄스폭으로 되어 있다. 이것은, 리액터(L1)에 흐르는 전류(IL1)의 전류검출저항(R1)의 신호(VR1)가 저항(R2)과 콘덴서(C2) 및 저항(R3)과 콘덴서(C3)에 의하여 적분되고, 이 적분승수의 시정수는 상용교류전원(AC1)의 반주기 이상의 시정수로 설정되기 때문에 연산증폭기(OP1)의 비반전입력단자의 입력전압의 변화가 적은 것에 의한다. 입력전압의 순시값이 맥동전압 피크값의 1/2인 경우를 나타내는 도2의 Vc3과, 입력전압의 순시값이 맥동전압 피크값인 경우를 나타내는 도3의 Vc3의 전압은, 대략 동일한 전압이다. 이에 따라 도2, 도3에 나타나 있는 바와 같이 상용교류전원(AC1)의 주파수의 반주기의 기간에 있어서의 ON 펄스폭은 위상이 다른 점이더라도 대략 일정하게 되어, 입력전압파형에 근사한 입력전류가 흐르게 된다.However, the Ton period of the buffer circuit BF is approximately the same pulse width regardless of the above pulsating voltage. The signal VR1 of the current detection resistor R1 of the current IL1 flowing through the reactor L1 is integrated by the resistor R2, the capacitor C2, the resistor R3, and the capacitor C3. Since the time constant of the integral multiplier is set to a time constant equal to or greater than half the period of the commercial AC power supply AC1, the change in the input voltage of the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP1 is small. The voltage of Vc3 of FIG. 2 showing the case where the instantaneous value of the input voltage is 1/2 of the pulsating voltage peak value and the voltage of Vc3 of FIG. 3 showing the case of the instantaneous value of the input voltage of the pulsating voltage peak value are approximately the same voltage. . Accordingly, as shown in Figs. 2 and 3, the ON pulse width in the half cycle period of the frequency of the commercial AC power supply AC1 becomes substantially constant even if the phases are different, so that an input current close to the input voltage waveform flows. do.

도4에 있어서 상측의 도면은, 상용교류전원(AC1)의 주파수의 반주기 기간에 있어서의 동작을, 실제의 스위칭 회수(예를 들면 20kHz)보다 극단적으로 적게 하여(도4에서는 Vin의 반주기에서 9회의 스위칭 회수), 모식적으로 알기 쉽게 나타낸 것이다. 상용교류전원(AC1)으로부터 입력된 교류전압을 전파정류한 맥동전압이 Vin으로서 나타나 있다. 또한 맥동전압(Vin)의 내측에 삼각파가 나타나 있는 것은 리액터(L1)의 전류를 나타내고 있다. 삼각파의 Ton으로서 검은색으로 빈틈없이 칠한 부분은 ON 전류이고, 이 후에 계속되는 Toff로서 나타나 있는 부분은 회생전류를 나타내고 있다. 도4에 있어서 하측의 도면은, 상측의 도면의 일부를 확대하여 나타내는 도면이다. 회생전류로 나타나 있는 리액터(L1)의 전류(IL1)가 0A에 도달한 임계전류 직후에는 자유진동 전류가 발생한다.4 shows that the operation in the half cycle period of the frequency of the commercial AC power supply AC1 is extremely less than the actual number of switching (for example, 20 kHz) (in the half cycle of Vin in FIG. 4). Number of switching times), which is typically shown clearly. The pulsation voltage obtained by full-wave rectifying the AC voltage input from the commercial AC power supply AC1 is shown as Vin. The triangular wave inside the pulsating voltage Vin indicates the current of the reactor L1. The ton of the triangle wave, painted in black, is the ON current, and the portion shown as Toff following the regenerative current. In FIG. 4, the lower figure is the figure which expands and shows a part of upper figure. A free vibration current is generated immediately after the threshold current at which the current IL1 of the reactor L1 represented by the regenerative current reaches 0A.

임계전류를 기점으로 하여 스위칭 소자(Q1)가 ON 되어 리액터(L1)에 맥동전압(Vin)과 평활콘덴서(C1)의 전압(출력전압(Vo))의 차이전압이 인가되면, 리액터(L1)의 전류는 (Vin-Vo) / L의 경사이고 (Vin-Vo)?Ton / L의 값까지 증가한다(L은 리액터(L1)의 인덕턴스 값). 이 때에 리액터(L1)의 인덕턴스 값(L)은 일정한 값이고 또 기간(Ton)이 일정하기 때문에, ON 전류에 있어서의 전류의 피크값은 그 시점의 맥동전압(Vin)의 순시값과 출력전압(Vo)과의 차이전압에 비례하게 된다. 또한 회생전류에서는, 스위칭 소자(Q1)가 OFF 되는 대신에 다이오드(D1)가 ON 되어 리액터(L1)에 유도기전력에 의한 전류가 흐른다. 이 때에 리액터(L1)에는 평활콘덴서(C1)의 전압(출력전압(Vo))이 인가된다. 따라서 리액터(L1)의 전류는 Vo/L의 경사이고 0A(임계전류)까지 감소한다(Toff의 기간). 이 때에 임계전류를 검출하고, 이 시점을 기점으로 다시 스위칭 소자(Q1)를 ON 하는 것을 반복하면, 리액터(L1)에 흐르는 전류의 피크값이 맥동전압(Vin)의 순시값에 추종하여 변화시킬 수 있게 되어, 역률개선을 할 수 있다.When the switching element Q1 is turned on with the threshold current as a starting point, and the pulsating voltage Vin is applied to the reactor L1 and the difference voltage between the voltage (output voltage Vo) of the smoothing capacitor C1 is applied, the reactor L1. The current of is the slope of (Vin-Vo) / L and increases to the value of (Vin-Vo)-Ton / L (L is the inductance value of reactor L1). At this time, since the inductance value L of the reactor L1 is constant and the period Ton is constant, the peak value of the current in the ON current is the instantaneous value of the pulsating voltage Vin at that time and the output voltage. It is proportional to the difference voltage from (Vo). In the regenerative current, instead of the switching element Q1 being turned off, the diode D1 is turned on so that a current caused by induced electromotive force flows in the reactor L1. At this time, the voltage of the smoothing capacitor C1 (output voltage Vo) is applied to the reactor L1. Therefore, the current of reactor L1 is the slope of Vo / L and decreases to 0A (threshold current) (period of Toff). At this time, if the threshold current is detected and the switching element Q1 is turned on again from this point of time, the peak value of the current flowing through the reactor L1 is changed to follow the instantaneous value of the pulsating voltage Vin. It is possible to improve the power factor.

도5는, 본 실시형태의 직류전원장치(1)의 입력전압과 입력전류의 파형을 시뮬레이션에 의하여 얻은 파형을 나타내고 있다. 시뮬레이션 조건은, 스위칭 소자(Q1)의 ON 시간(Ton)을 일정하게 하고, 임계전류를 기점으로 스위칭 소자(Q1)의 ON/OFF를 반복하는 것으로 하고 있다. 따라서 온?오프 전류에는 다음의 관계식이 성립한다.Fig. 5 shows waveforms obtained by simulation of waveforms of the input voltage and the input current of the DC power supply 1 of this embodiment. The simulation condition is to make ON time Ton of switching element Q1 constant, and to turn ON / OFF of switching element Q1 starting from a threshold current. Therefore, the following relation holds for the on / off current.

(Vin-Vo)?Ton / L = Vo?Toff / L(Vin-Vo)? Ton / L = Vo? Toff / L

이 시뮬레이션 결과를 보면, 직류전원장치의 입력측의 전압과 전류는 정현파 모양으로 되어 있다. 즉 정측 출력단자(Pout1)와 부측 출력단자(Pout2)의 사이에 접속된 평활콘덴서(C1)를 충방전하는 전류는 정현파가 된다. 그리고 직류전원장치의 출력전류는 일정한 정전류 파형이 된다. 즉 전류검출저항(R1)에 의하여 검출된 리액터(L1)의 전류(IL1)의 신호를 저항(R2, R3), 콘덴서(C2, C3)의 RC 회로에서 시정수를 가지고 정전류 제어하는 것은, 일정한 부하 저항에 있어서의 출력측의 평활콘덴서(C1)의 전압을 검출하고 있는 것과 등가(等價)로 되어 있는 것을 의미하고 있다.The simulation results show that the voltage and current at the input side of the DC power supply are sinusoidal. That is, the current which charges / discharges the smoothing capacitor C1 connected between the positive output terminal Pout1 and the negative output terminal Pout2 becomes a sine wave. The output current of the DC power supply becomes a constant constant current waveform. That is, constant current control of the signals of the current IL1 of the reactor L1 detected by the current detection resistor R1 with the time constant in the RC circuits of the resistors R2 and R3 and the capacitors C2 and C3 is constant. This means that it is equivalent to detecting the voltage of the smoothing capacitor C1 on the output side in the load resistance.

도6은 직류전원장치(1)에 접속된 교류전원(AC1)의 교류전압과 교류전류의 실측파형이다. 또한 도7은 입력전압을 80V부터 240V까지 변화시켰을 때의 역률의 실측값을 나타내고 있다. 실측된 역률은 0.98에 도달하고 있다. 이것은 JISC61000-3-2의 조명기구(照明器具)에 관한 규격인 클래스C를 만족하고 있다.6 is a measured waveform of an AC voltage and an AC current of an AC power source AC1 connected to the DC power supply 1. 7 shows the actual value of the power factor when the input voltage is changed from 80V to 240V. The measured power factor is reaching 0.98. This satisfies Class C, which is a standard for lighting fixtures of JIS C 61000-3-2.

도8은 콘덴서 인풋형의 종래기술에 의한 직류전원장치의 입력전압과 입력전류의 파형을 참고로 나타낸 것으로서, 역률은 약 0.6이다. 종래기술에서는 정현파 교류전압의 피크 부근에서만 평활용 콘덴서에 전류가 흐르기 때문에, 고조파(高調波)가 많이 포함되어 역률이 악화되거나 또는 고조파에 의하여 주변에 악영향을 끼친다. 이에 대하여 본 발명에 의한 실시형태의 직류전원장치(1)에 의하면, 도6에 나타나 있는 바와 같이 입력전류가 위상이 넓은 범위에서 흘러서, 역률이 개선되어 있는 것을 알 수 있다.8 shows the waveforms of the input voltage and the input current of the DC power supply according to the prior art of the condenser input type, and the power factor is about 0.6. In the prior art, since a current flows in the smoothing capacitor only near the peak of the sinusoidal alternating voltage, a large amount of harmonics is included, and the power factor deteriorates or adversely affects the surroundings due to harmonics. On the other hand, according to the DC power supply 1 of embodiment which concerns on this invention, as shown in FIG. 6, it turns out that an input current flows in the wide range, and the power factor is improved.

본 발명의 상기 실시형태에서는, 직류전원장치(1)를 1개의 컨버터만으로 구성함으로써 상용교류전원(AC1)으로부터 정류회로(DB), 스위칭 소자(Q1), 리액터(L1)를 통하여 평활콘덴서(C1)에 접속하고 있다. 이 때문에 스위칭 소자(Q1)가 평활콘덴서(C1)에 직렬로 접속됨으로써 평활콘덴서(C1)로의 전원 투입 시의 ON/OFF 스위치가 되어, 평활콘덴서(C1)로의 돌입전류(突入電流)가 흐르지 않는다는 이점이 생긴다. 즉 스위칭 소자(Q1)의 스위칭 ON/OFF 동작에 의하여 평활콘덴서(C1)의 접속이 시작되기 때문에, 돌입전류 방지회로가 불필요가 되어, 종래의 방식에 비하여 부품을 줄일 수 있다는 이점이 있다.In the above embodiment of the present invention, the DC power supply 1 is constituted by only one converter so that the smoothing capacitor C1 is provided from the commercial AC power supply AC1 through the rectifier circuit DB, the switching element Q1, and the reactor L1. ). For this reason, the switching element Q1 is connected in series with the smoothing capacitor C1, and becomes an ON / OFF switch when the power supply to the smoothing capacitor C1 is turned on, so that no inrush current flows into the smoothing capacitor C1. There is an advantage. That is, since the connection of the smoothing capacitor C1 is started by the switching ON / OFF operation of the switching element Q1, the inrush current prevention circuit is unnecessary, and there is an advantage that the parts can be reduced as compared with the conventional method.

또한 본 실시형태에 의한 직류전원장치(1)에서는, 강압 초퍼(降壓 chopper)의 전류검출회로의 시정수(저항(R2)과 콘덴서(C2) 및 저항(R3)과 콘덴서(C3)에 의하여 결정되는 시정수)가 상용교류전원(AC1)의 반주기 이상의 큰 시정수로 설정되고, 전류 검출값은 그 시정수 정도의 시간 이상이고 대략 일정한 전류값이 되도록 제어된다. 따라서 상용교류전원(AC1)의 주기보다 짧은 시간에 포착하면 정현파 모양의 전류가 되어, 일정한 전류로는 되지 않지만, 상용교류전원(AC1)의 주기보다 긴 시간에 포착하면, 강압 초퍼 출력전류의 평균값은 설정한 정전류값을 출력하게 된다. 여기에서 평활콘덴서(C1)의 정전용량을 적절하게 선정함으로써 상용주파수의 리플 성분이 적은 정전류를 얻을 수 있다.In the DC power supply 1 according to the present embodiment, the time constant (resistance R2, capacitor C2, resistor R3, and capacitor C3) of the current detection circuit of the step-down chopper is used. The time constant determined) is set to a large time constant equal to or greater than half the period of the commercial AC power supply AC1, and the current detection value is controlled to be equal to or more than the time constant of the time constant and become a substantially constant current value. Therefore, if it is captured in a shorter time than the period of the commercial AC power supply AC1, it becomes a sine wave-shaped current and does not become a constant current. Outputs the set constant current value. Here, by appropriately selecting the capacitance of the smoothing capacitor C1, a constant current with less ripple component of commercial frequency can be obtained.

이상, 종래의 콘덴서 인풋형의 강압 초퍼가 역률이 0.5~0.6인 것에 대하여, 본 실시형태의 직류전원장치(1)에 의하면, 승산기가 없는 간단한 회로구성에 의하여 0.9 이상의 역률을 달성할 수 있다.As described above, the power factor of the conventional step-down chopper of the condenser input type is 0.5 to 0.6. According to the DC power supply 1 of the present embodiment, a power factor of 0.9 or more can be achieved by a simple circuit configuration without a multiplier.

또한 리액터(L1)에 흐르는 전류를 검출하고, 이 검출전류에 의거하여 제어하기 때문에, 직류전원장치(1)의 출력은 정전류 제어가 된다. 이 정전류 제어에 의하여 부하전류를 일정하게 제어할 수 있기 때문에, LED 부하에도 대응할 수 있다.In addition, since the current flowing through the reactor L1 is detected and controlled based on the detected current, the output of the DC power supply 1 becomes constant current control. Since the load current can be controlled constantly by this constant current control, it is also possible to cope with the LED load.

또한 본 실시형태의 직류전원장치(1)에서는, 제어회로(2)의 기준전위(GND2)는 스위칭 소자(Q1)의 소스 단자측에 설정되어 있다. 제어회로(2)의 기준전위(GND2)를 플로팅으로 함으로써, 상용전원으로부터의 강압형 역률개선회로를 구성하는 것에 있어서 스위칭 소자(Q1)를 강압측에 접속하더라도, 스위칭 소자(Q1)의 제어단자를 구동하기 위한 게이트 드라이브 회로를 레벨 시프트(level shift) 하지 않고 구동할 수 있어, 일반적인 제어회로를 저압측에 접속한 구동회로에 비하여 레벨 시프트 회로를 설치하지 않고 간단하게 구성할 수 있다.In the DC power supply 1 of the present embodiment, the reference potential GND2 of the control circuit 2 is set on the source terminal side of the switching element Q1. By floating the reference potential GND2 of the control circuit 2 to form a step-down power factor improvement circuit from a commercial power source, even when the switching element Q1 is connected to the step-down side, the control terminal of the switching element Q1 is controlled. The gate drive circuit for driving can be driven without level shifting, so that a general control circuit can be easily configured without providing a level shift circuit as compared with the driving circuit connected to the low voltage side.

또한 상용전원으로부터의 강압형 역률개선회로를 1개의 컨버터로 구성함으로써 부품수를 대폭적으로 삭감하여 가격을 억제할 수 있다.In addition, since the step-down power factor improving circuit from the commercial power supply is constituted by one converter, the number of parts can be drastically reduced and the price can be held down.

또한 상용전원으로부터의 강압형 역률개선회로를 1개의 컨버터로 구성함으로써 돌입전류를 방지할 수 있다.In addition, the inrush current can be prevented by configuring the step-down power factor improving circuit from the commercial power supply with one converter.

이상, 본 발명을 구체적인 실시형태에 의하여 설명하였지만, 상기 실시형태는 일례이며, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 변경하여 실시할 수 있다는 것은 말할 필요도 없다.
As mentioned above, although this invention was demonstrated by the specific embodiment, it cannot be overemphasized that the said embodiment is an example and can be changed and implemented in the range which does not deviate from the meaning of this invention.

1 : 직류전원장치
2 : 제어회로
3 : 원숏회로
4 : 기동회로
Q1 : 스위칭 소자
R1 : 전류검출저항
R2~R5 : 저항
C1 : 평활콘덴서
C2~C3, Ct, Cfb : 콘덴서
D1, D2 : 다이오드
L1 : 리액터
DB : 정류회로
Vin : RC1의 정극측 출력전압
AC1 : 상용교류전원
Vo : 직류전원장치(1)의 출력전압
ACin1, ACin2 : 입력단자
Vin : 정류회로(DB)의 정류회로 정극단자의 전압
Pout1 : 정측 출력단자
Pout2 : 부측 출력단자
OP1, OP2 : 연산증폭기
CP1, CP2 : 비교기
OTA1 : 트랜스컨덕턴스 앰프
CC1 : 전류원 회로
1: DC power supply
2: control circuit
3: One short circuit
4: starting circuit
Q1: switching element
R1: current detection resistor
R2 ~ R5: resistance
C1: smoothing capacitor
C2 ~ C3, Ct, Cfb: Capacitor
D1, D2: Diode
L1: Reactor
DB: Rectifier Circuit
Vin: Output voltage of positive side of RC1
AC1: Commercial AC Power
Vo: Output voltage of DC power supply 1
ACin1, ACin2: Input Terminal
Vin: Voltage of rectifier circuit positive terminal of rectifier circuit (DB)
Pout1: Positive Output Terminal
Pout2: Negative output terminal
OP1, OP2: Operational Amplifier
CP1, CP2: Comparator
OTA1: Transconductance Amplifier
CC1: current source circuit

Claims (6)

교류전원(交流電源)으로부터 얻은 에너지를 직류의 에너지로 변환하여 출력하는 직류전원장치(直流電源裝置)에 있어서,
상기 교류전원의 교류전압을 전파정류(全波整流)하여 직류전압으로 변환하는 정류기(整流器)와,
상기 정류기의 출력에 스위칭 소자(switching 素子)와 리액터(reactor)가 직렬로 접속되고, 상기 스위칭 소자를 ON/OFF 제어함으로써 강압(降壓)된 직류전압을 부하에 공급하는 강압형 컨버터(降壓型 converter)와,
상기 리액터에 흐르는 전류를 검출하는 전류검출수단(電流檢出手段)과,
상기 리액터에 흐르는 회생전류(回生電流)가 0이 된 타이밍을 검출하는 임계전류 검출수단(臨界電流 檢出手段)과,
상기 임계전류 검출수단이 상기 리액터에 흐르는 회생전류가 0이 된 것을 검출한 타이밍을 기점으로 하여 소정의 경사(傾斜)로 상승하는 전압신호를 생성하고, 상기 임계전류 검출수단이 상기 리액터에 흐르는 회생전류가 0이 된 타이밍에서 상기 전압신호를 0으로 리셋(reset)하는 삼각파 발생수단(三角波 發生手段)과,
상기 임계전류 검출수단이 상기 리액터에 흐르는 회생전류가 0이 된 타이밍을 검출하였을 때에 상기 스위칭 소자를 ON 시키는 게이트 신호를 출력하고, 상기 삼각파 발생수단에서 생성된 전압신호가 상기 전류검출수단에서 검출된 전류검출신호를 넘었을 때에 상기 게이트 신호를 OFF 하는 게이트 신호 출력수단(gate 信號 出力手段)을
구비하고,
상기 전류검출수단은, 상기 리액터에 흐르는 전류검출신호를 상기 교류전원의 교류전압의 반주기(半周期)보다 긴 시정수(時定數)를 구비하는 필터(filter)를 통하여 출력하는 것을 특징으로 하는 직류전원장치.
In a direct current power supply device that converts and outputs energy obtained from an AC power source into direct current energy,
A rectifier for full-wave rectifying the AC voltage of the AC power source and converting the AC voltage into a DC voltage;
A switching element and a reactor are connected in series with the output of the rectifier, and a step-down converter for supplying a step-down DC voltage to the load by controlling the switching element ON / OFF. Type converter),
A current detecting means for detecting a current flowing through the reactor,
Threshold current detecting means for detecting a timing at which a regenerative current flowing through the reactor becomes zero;
The threshold current detection means generates a voltage signal which rises by a predetermined inclination starting from the timing when the regenerative current flowing through the reactor becomes zero, and the threshold current detection means flows through the reactor. Triangular wave generating means for resetting the voltage signal to zero at a timing when the current becomes zero;
When the threshold current detecting means detects a timing when the regenerative current flowing through the reactor becomes zero, a gate signal for turning on the switching element is output, and the voltage signal generated by the triangular wave generating means is detected by the current detecting means. A gate signal output means for turning off the gate signal when the current detection signal is crossed;
Equipped ,
The current detecting means outputs a current detecting signal flowing through the reactor through a filter having a time constant longer than a half period of the AC voltage of the AC power supply. DC power supply.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 전류검출수단의 신호를 일정한 신호가 되도록 제어함으로써 정전류 제어(定電流制御)하는 것을 특징으로 하는 직류전원장치.
The method of claim 1 ,
And a constant current control by controlling the signal of the current detecting means to be a constant signal.
제1항에 있어서,
상기 임계전류 검출수단은, 상기 리액터에 흐르는 회생전류가 0이 되어 자유진동(自由振動)이 시작되었을 때에 발생하는 전압이 미리 정해진 제1소정전압을 넘은 것을 검출하는 것을 특징으로 하는 직류전원장치.
The method of claim 1 ,
And the threshold current detecting means detects that a voltage generated when a regenerative current flowing through the reactor becomes zero and free vibration starts has exceeded a first predetermined predetermined voltage.
제1항에 있어서,
상기 전류검출수단, 삼각파 발생수단 및 게이트 신호 출력수단의 제2기준전위는, 상기 정류기의 정류출력 정극단자(整流出力 正極端子)측의 제1기준전위에 대하여 플로팅(floating)인 것을 특징으로 하는 직류전원장치.
The method of claim 1 ,
The second reference potential of the current detecting means, the triangular wave generating means, and the gate signal output means is floating with respect to the first reference potential on the side of the rectifying output positive terminal of the rectifier. DC power supply.
제1항에 있어서,
상기 전류검출수단은, 직렬로 접속된 상기 스위칭 소자와 상기 리액터의 사이에 설치된 전류검출저항에 의하여 상기 리액터에 흐르는 전류를 검출하는 것을 특징으로 하는 직류전원장치.
The method of claim 1 ,
And the current detecting means detects a current flowing through the reactor by a current detecting resistor provided between the switching element and the reactor connected in series.
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