TWI269516B - Power supply circuit and electronic apparatus - Google Patents

Description

1269516 (1) ， 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關作成能供給比較大電力之電源電路以及 使用比較大電力之電子機器。 【先前技術】 以往，作爲作成能供給比較大電力例如1 00 W之開關 方式電源電路，有如第9圖所示者被提出（參照專利文獻 1 )。此第9圖之電源電路係對應於高調波限制而被附加 功率改善電路（PFC電路）者。 在第9圖，1係表示例如100V、50Hz之商用電源， 將此商用電源1之一端及另一端接續在二極體（diode) 之橋式（bridge)構成之整流電路3之輸入側之一端及另

JLIU —m ° 在此整流電路3之輸出側之正極端及負極端，可得到 對應於商用電源1之頻率之正向脈流。將此整流電路3之 輸出側之正極端中藉著構成功率改善電路4之扼流線圏 (choke coil ) 4a及二極體4b之串聯電路而接續在轉換變 壓器（converter transformer) 5 之 1 次線圈 5a 之一端， 將此1次線圈5 a之另一端接續在構成開關（s w i t c h i n g ) 元件之場效電晶體6之汲極’此場效電晶體6之源極則接 續在整流電路3之輸出側之負極端。 將此扼流線圈a及二極體4b之接續中點接續在構成 功率改善電路4之場效電晶體4c之汲極，此場效電晶體 -4- 1269516 (2) 4c之源極則接續在整流電路3之負極端，對此場 體4c之閘極供給來自控制電路4d之開關訊號。此 二極體4b及1次線圈5 a —端之接續中點中藉著構 改善電路4之電容（condenser) 4e而接續在整流 之負極端。 此功率改善電路4係將在整流電路3之輸出側 之脈流作成正弦（sine )波狀，並供給到此轉換變 之1次線圈5 a。 此外，將與轉換變壓器5之1次線圈5 a逆相 回之2次線圈5b之一端中藉著構成整流電路7之 7 a接續在一方之直流電壓輸出端子8 a，將此二極骨 一方之直流電壓輸出端子8 a之接續中點中藉著構 流電路7之平滑用電容7 b接續在此2次線圈5 b 端，此2次線圈5 b之另一端則接續在另一方之直 輸出端子8b。 將此一方之直流電壓輸出端子8 a接續在由半 體電路所構成之脈衝幅調變控制電路9之輸入側， 脈衝幅調變控制電路9之輸出側可得到之脈衝幅調 之開關訊號供給到場效電晶體6之閘極，依此脈衝 訊號之開關訊號進行開關此場效電晶體6，在此一 一方之直流電壓輸出端子8 a及8 b得到一定之直 V〇 〇 在如第9圖所示之電源電路，係利用功率改善 行將來自整流電路3之輸入脈流電流作成正弦波狀 效電晶 外，將 成功率 電路3 可得到 壓器5 地被卷 二極體 ! 7a及 成此整 之另一 流電壓 導體積 將在此 變訊號 幅調變 方及另 流電壓 電路進 之控制 -5- 1269516 (3) * 並改善功率。 此場合之功率，在將輸入電力設爲I w I 、輸入電流 設爲I A I 、輸入電壓設爲I V I時’功率cos p係 cos φ = |W| / ( I A I χ I V I ) 如第9圖所示在已設置功率改善電路4時，功率 c 〇 s p係能改善到0.8〜0 · 9 9，輸入電流波形係近似於輸入 電壓波形。 〔專利文獻1〕日本專利特開平1 1 - 1 6 4 5 5 5號公報 【發明內容】 發明所欲解決之課題 然而’在以往之開關方式電源電路設置該功率改善電 路4時，該功率改善電路4之效率會乘算在該電源電路之 效午’ fra使該效率降低。例如，以往之開關方式電源電路 之效伞爲9 0 % ’即使該功率改善電路4之變換效率設爲 90% ’全體之效率還是成爲81%。 匕外’因爲該功率改善電路4係利用場效電晶體4 c 以開關大電流’會有成爲雜訊發生源之不欲見到之情況。 再考’因爲設置該功率改善電路4，所以該功率改善 电路4之部分’使電路複雜化並且需要配置該功率改善電 路4之空間’僅這些就有提高成本之不欲見到之情況。 本發明之目的，係有鑑於此點特別地不設置功率改善 -6- 1269516 (4) 電路，而能以簡單之構成改善功率並且形成高效率。 用以解決課題之手段 本發明電源電路係作成：將可得到脈流之直流電源之 一端中藉著扼流線圈（choke coil)以及二極體（diode) 之串聯電路接續在同相地卷裝之轉換變壓器（converter transformer)之1次線圈之一端以及輔助線圈之另一端的 接續中點，將前述轉換變壓器之輔助線圈之一端中藉著電 容（condenser)接續在前述直流電源之另一端，並且將 前述1次線圈之另一端中藉著開關（switching )元件接續 在前述直流電源之另一端，將與前述轉換變壓器之前述1 次線圏逆相地卷裝之2次線圈中藉著整流電路接續在直流 電壓輸出端子，將該直流電壓輸出端子接續在脈衝幅調變 控制電路之輸入側，將該脈衝幅調變電路之輸出端子接續 在前述開關元件之控制電極。 根據本發明，對應於輸入電壓之脈流變動，輸入電流 也會流動，輸入電流波形成爲近似於輸入電壓，以高頻被 進行開關之電流之包絡（envelope )則成爲與輸入電壓之 脈流電壓相似之波形，使功率提升。 此外，根據本發明，因爲並無使效率降低之構成，所 以能得到高效率之開關方式電源電路。 發明之效果 根據本發明，因爲功率提升而且特別地並未設置功率 1269516 (5) 改善電路，所以能不使效率降低而得到高效率且小型之電 源電路。 此外，在採用根據本發明之電源電路之電子機器，因 爲該電源電路爲高效率且小型’所以能謀求該電子機器之 省電力化且小型化。 【實施方式】 參照以下圖面，說明關於用以實施本發明電源電路之 最佳型態之例。 第1圖係顯示根據本例之電源電路。在此第1圖，1 〇 係表示例如100V、50Hz之商用電源’將此商用電源1〇 之一端及另一端接續在二極體之橋式構成之整流電路1 2 之輸入側之一端及另一端。 在該整流電路1 2之輸出側之正極端及負極端間，可 得到對應於商用電源1 0之頻率之正向之正弦波狀脈流。 將此整流電路1 2之輸出側之正極端中藉著高頻阻止用之 扼流線圈1 3接續在二極體14之陽極（an〇de ),該二極 體1 4之陰極（c a t h 〇 d e )則接續在同相地卷裝之轉換變壓 器1 5之1次線圈1 5 a之一端及輔助線圈1 5 c之另一端之 接續中點。 將此輔助線圈1 5 c之一端中藉著電容1 6接續在整流 電路12之負極端。此外，將1次線圈〗5 a之另一端接續 在構成開關兀件之場效電晶體1 7之汲極，該場效電晶 1 7之源極則接續在整流電路1 2之負極端。 -8- (6) ， 1269516 此外，將轉換變壓器1 5之與1次線圏1 5 a逆相地被 卷裝之2次線圈1 5 b之一端接Is在構成整流電路1 8之一 極體18a之陽極，將此二極體18a之陰極接續在一方之直 流電壓輸出端子19a’將此一極體18a及一方之直流電壓 輸出端子1 9 a之接繪中點中藉者構成δ亥整流電路1 8之平 滑用電容1 8 b而接續在該2次線圈1 5 b之另一端，將該2 次線圈1 5 b之另一端接續在另一方之直流電壓輸出端子 1 9 b 〇 將該一方之直流輸出端子1 9a接續在由半導體積體電 路所構成之脈衝幅調變電路20之輸入側，將在此脈衝幅 調變電路20之輸出側可得到之對應於輸出直流電壓V〇之 脈衝幅調變訊號之開關訊號供給到場效電晶體1 7之閘 極，形成該場效電晶體1 7依照該脈衝幅調變訊號之開關 訊號進行開關，並使該一方及另一方之直流電壓輸出端子 1 9 a及1 9 b間得到一定之直流電壓V 〇。 該場合，該開關訊號之頻率係遠比商用電源之頻率爲 局。 在該第1圖所示之電源電路，將場效電晶體1 7爲開 啓（ON )時之扼流線圈1 3、轉換變壓器1 5之1次線圈 1 5 a、2次線圈1 5 b及輔助線圏丨5 c之各起電力之極性與 電流之流動顯示在第2圖。 說明第2圖’整流電路丨2輸出之輸入電壓VlN係將 商用電源之正弦波進行全波整流後之脈流電壓。 因此，在場效電晶體1 7爲開啓時， -9- (7) 1269516 輸入電壓VIN +輔助線圈1 5c起電力VN2 > 電位 vci...... (1) 之期間’電流13之流動方向爲：整流電路1 2 ‘ 扼流線圈13—二極體14—輔助線圈15c-電笔 電路1 2之負極端。 此外，與前述（1 )式相反關係之

Vin + Vn2< Vci 之期間中，來自電容1 6之放電電流12之流動： 容16—輔助線圈15c— 1次線圈15a-場效電晶 容1 6。 此外，場效電晶體17從打開（turn on)走 之流動方向爲：整流電路1 2之正極端-> 扼流線 極體14— 1次線圈15a—場效電晶體17—整流 負極端。 該場效電晶體1 7爲開啓時，轉換變壓器1 之整流用之二極體1 8a係在關閉（OFF )狀態 換變壓器15之1次側之電流l+h以在轉換變 積能量。 在該第1圖之電源電路，場效電晶體 (OFF )時之扼流線圈1 3、轉換變壓器1 5之 電容1 6之 正極端— 1 6 —整流 疗向爲：電 i體1 7—電 5，電流 11 :圏 1 3-> 二 電路1 2之 5之2次側 ，利用該轉 壓器15蓄 1 7爲關閉 1次線圈 -10- (8) 1269516 1 5 a、2次線圈1 5 b及輔助線圈丨5 c之各起 電流之流動顯不在第3圖。 說明第2圖，在場效電晶體1 7爲關閉_ VIN +扼流線圈1 3之逆起電力vL1 > VC1 之期間中，對電容1 6供給能量之電流ι4之 整流電路1 2之正極端^扼流線圈1 3 —二極彳 圈15c—電容16—整流電路12之負極端。 該場合，場效電晶體1 7之開關頻率係 脈流電壓VIN之商用電源之頻率例如50Hz， 給能量之電流之導通角，係能根據扼流線圈 定與轉換變壓器1 5之1次線圈1 5 a、2次線 線圈1 5 c之卷數設定而形成寬廣之導通角。 此外，在電容1 6進行充電之期間，場交 打開時，是在輸入電壓之脈流電壓V 1N重疊 之起電力VN2時，場效電晶體1 7爲關閉時 壓之脈流電壓VIN重疊扼流線圈1 3之逆起電 因此，對應於輸入電壓VIN之脈流變動 會流動，輸入電流波形成爲近似於輸入電壓 因此以高頻率被進行開關之電流之包絡，則 入電壓之脈流電壓 V1N之波形，功率cos 中，該功率c 〇 s p係0.8 7〜0.9 5左右。 如以上所述，根據本例電源電路，能如 電力之極性與 ......(2 ) 流動方向爲： 1 14—輔助線 遠高於輸入之 對電容1 6供 1 3之函數設 圈1 5 b、輔助 之電晶體1 7爲 輔助線圈1 5 c ，是在輸入電 力VL1時。 使輸入電流也 V1N之波形。 成爲相似於輸 P提升。本例 此般控制得到 -11 - (9) ^ 1269516 一定之輸出直流電壓v〇，也自動地進行功率的提升。 此外，根據本例，因爲跟以往比起來並未特別設置功 率改善電路，所以能不使效率降低而得到高效率之電源電 路且能謀求省電力化。 因而，將作爲本例之商用電源10，對90V〜264V、 5 0Hz之輸入電壓之效率與功率（PF )之關係之實驗資料 例顯示在第7圖以及第8圖。第7圖係輸出電壓20V、電 流5 A ( 1 0 0 W )時之對輸入電壓之效率之資料，第8圖係 輸出電壓20V、電流5A ( 100W)時之對輸入電壓之功率 (PF )之資料。 第4圖係顯示本發明之實施型態之其他例。第4圖例 係顯示謀求將第1圖例更爲高效率化之例。爲了加以說明 關於第4圖例，在第4圖，在對應於第1圖之部分附上相 同符號來表示，並省略其重複說明。 在第4圖例，將轉換變壓器1 5之1次線圈1 5 a及場 效電晶體1 7之汲極之接續中點中藉著電容21接續在二極 體22之陽極，而該二極體22之陰極則接續在電容1 6及 輔助線圈1 5 c之接續中點。 此外，將整流電路I 2之負極端接續在二極體2 3之陽 極，將該二極體2 3之陰極中藉著在扼流線圈1 3同相地被 卷裝之結合線圈1 3 a而接續在電容2 1及二極體2 2之接續 中點。其他則與第1圖相同地構成。 在該第4圖所示之電源電路，將場效電晶體〗7爲關 閉時之在追加於第1圖之元件流動之電流15顯示在第5 -12- (10) ， 1269516 圖。在第5圖，係將場效電晶體1 7爲關閉時之在轉換變 懕器15所發生之逆程（flyback)電壓藉電容21以進行 吸收，此時，利用電流込之流動方向：1次線圈1 5 a—電 容2 1—二極體22—電容16—整流電路12之負極端，進 行電容2 1之充電。 該場合，場效電晶體1 7關閉時之電壓升起之傾斜變 得和緩，減輕電流與電壓之重疊部分之開關損失，而且能 將轉換變壓器1 5之逆程電壓之能量之一部分在電容1 6回 生。 此外，在第4圖所示之電源電路，將場效電晶體17 開啓時之在追加於第1圖之元件流動之電流16顯示在第6 圖。在第6圖，場效電晶體1 7爲開啓時，對電容21進行 充電之電荷，電流16之流動方向爲：電容21—場效電晶 體17—二極體23—扼流線圈13之結合線圈13a—電容 2 1，將該電容2 1進行逆偏壓化。以此作法，使下一次場 效電晶體1 7關閉時會成爲與初期相同之狀態。 在第4圖例，能減輕場效電晶體1 7關閉時之開關損 失，而且能將轉換變壓器1 5之逆程電壓之能量在電容1 6 回生。 能容易理解在此般之第4圖例也可得到與第1圖例相 同之作用效果。 此外，在本例，係將第1圖以及第4圖所示之電源電 路使用在使用比較大電力例如1 0 0 W左右或其以上之電子 機器。該場合，因爲該電源電路之效率良好，所以能謀求 -13- (11) 1269516 該電子機器之省電力化。 又，本發明並不限於上述實施例，在不逸脫本發明之 要旨，當然得以採用其他種種之構成。 【圖式簡單說明】 _ 第1圖係顯示本發明電源電路之實施型態例之構成 < 圖。 第2圖係提供第1圖之說明之線圖。 第3圖係提供第1圖之說明之線圖。 第4圖係顯示本發明之實施型態之其他例之構成圖。 第5圖係提供第4圖之說明之線圖。 第6圖係提供第4圖之說明之線圖。 第7圖係提供本發明之說明之線圖。 第8圖係提供本發明之說明之線圖。 第9圖係顯示以往之電源電路例之構成圖。 【主要元件符號說明】 1 〇商用電源 1 2，1 8整流電路 . 1 3扼流線圈 1 3 a結合線圈 14,2 2,2 3 二極體 1 5轉換變壓器 1 5 a 1次線圈 -14- (12) (12)1269516 1 5 b 2次線圈 1 5 c輔助線圈 1 6，2 1電容 1 7場效電晶體 19a，19b直流輸出端子 20脈衝幅調變電路

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Claims (1)

1. (1) '' 1269516 十、申請專利範圍 1.一種電源電路，其特徵係作成： 將可得到脈流之直流電源之一端，藉著扼流線圈 (choke coil)以及第1二極體（diode)之串聯電路，接 續在同相地卷裝之轉換變壓器（converter transformer) 之1次線圈之一端以及輔助線圈之另一端的接續中點； 將前述轉換變壓器之輔助線圈之一端，藉著第1電容 (condenser )接續在前述直流電源之另一端，並且將前 述1次線圈之另一端，藉著開關（s w i t c h i n g )元件接續在 前述直流電源之另一端，將與前述轉換變壓器之前述1次 線圈逆相地卷裝之2次線圈，藉著整流電路接續在直流電 壓輸出端子，將該直流電壓輸出端子接續在脈衝幅調變控 制電路之輸入側，將該脈衝幅調變電路之輸出端子接續在 前述開關元件之控制電極。 2 .如申請專利範圍第1項之電源電路，其中： 將前述1次線圏以及開關元件之接續中點，藉著第2 電容以及第2二極體之串聯電路，接續在前述轉換變壓器 之輔助線圏之一端，並且將前述直流電源之另一端，藉著 同相地被卷裝在第3二極體以及前述扼流線圏之結合線圈 之串聯電路而接續在前述第2電容以及前述第2二極體之 接續中點。 3 · —種電子機器，作成使用比較大電力，其特徵係： 設置申請專利範圍第1或2項之電源電路。