JP2013251963A - Dc stabilized power supply - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、安定化した直流電圧を出力する直流安定化電源に関し、詳しくは、バックアップ機能を持つ直流安定化電源に関する。 The present invention relates to a stabilized DC power supply that outputs a stabilized DC voltage, and more particularly to a stabilized DC power supply having a backup function.
バックアップ機能により停電対策が施されている無停電直流安定化電源(例えば、特許文献1参照。)は、情報機器用など各種の機器に用いられている。無停電直流安定化電源の一例を図7に示す。この無停電直流安定化電源100は、交流電源201および蓄電池202の電圧から、安定化した直流電圧を直流電源として出力する。交流電源201の交流電圧は、全波整流器101で全波整流され、昇圧型力率改善回路102で直流の電圧に変換される。この後、昇圧型力率改善回路102からの電圧は、絶縁型DC/DCコンバータ103に入力される。また、蓄電池202からの直流電圧も絶縁型DC/DCコンバータ103に入力される。 An uninterruptible direct current stabilized power supply (for example, see Patent Document 1) in which a power failure countermeasure is provided by a backup function is used in various devices such as information devices. An example of the uninterruptible DC stabilized power supply is shown in FIG. The uninterruptible direct current stabilized power supply 100 outputs a stabilized direct current voltage as a direct current power source from the voltages of the alternating current power source 201 and the storage battery 202. The AC voltage of the AC power supply 201 is full-wave rectified by the full-wave rectifier 101 and converted into a DC voltage by the boost type power factor correction circuit 102. Thereafter, the voltage from the boost type power factor correction circuit 102 is input to the insulation type DC / DC converter 103. In addition, a DC voltage from the storage battery 202 is also input to the isolated DC / DC converter 103.
絶縁型DC/DCコンバータ103では、インバータ103Aが昇圧型力率改善回路102からの直流電圧を交流電圧に変換して、高周波トランス103Cに出力する。同じように、絶縁型DC/DCコンバータ103のインバータ103Bが蓄電池202からの直流電圧を交流電圧に変換して、高周波トランス103Cに出力する。高周波トランス103Cは、インバータ103Aやインバータ103Bからの交流電圧のレベルを変換し、変換した交流電圧をコンバータ103Dに出力する。また、高周波トランス103Cは、絶縁トランスであり、無停電直流安定化電源100の入力側と出力側との間、および交流電源201と蓄電池202との間を絶縁する。コンバータ103Dは、高周波トランス103Cからの交流電圧を所定の直流電圧に変換し、この直流電圧を電源として出力する。 In insulated DC / DC converter 103, inverter 103A converts the DC voltage from step-up power factor correction circuit 102 into an AC voltage and outputs the AC voltage to high-frequency transformer 103C. Similarly, the inverter 103B of the insulation type DC / DC converter 103 converts the DC voltage from the storage battery 202 into an AC voltage and outputs the AC voltage to the high-frequency transformer 103C. High-frequency transformer 103C converts the level of AC voltage from inverter 103A or inverter 103B, and outputs the converted AC voltage to converter 103D. The high-frequency transformer 103C is an insulating transformer, and insulates the input side and the output side of the uninterruptible DC stabilized power supply 100 and the AC power supply 201 and the storage battery 202. Converter 103D converts the AC voltage from high-frequency transformer 103C into a predetermined DC voltage, and outputs this DC voltage as a power source.
こうした無停電直流安定化電源100では、絶縁型DC/DCコンバータ103の高周波トランス103Cに対して、インバータ103Bを介して蓄電池202を接続する。このために、高周波トランス103Cには3次巻線が設けられている。そして、停電時に、蓄電池202からの電源供給により、出力できるようにしたものが実用に供されている。 In such an uninterruptible direct current stabilized power supply 100, a storage battery 202 is connected to a high-frequency transformer 103C of an insulated DC / DC converter 103 via an inverter 103B. For this purpose, the high-frequency transformer 103C is provided with a tertiary winding. And what can be output by the power supply from the storage battery 202 at the time of a power failure is provided for practical use.
ところで、一般的な情報機器用電源として要求される出力電力は、典型的には400W以下である。このために、無停電直流安定化電源100の高周波トランス103Cに3次巻線を設けても、高周波トランス103Cの巻線断面積を圧迫せず、実用上は十分である。 Incidentally, the output power required as a general power source for information equipment is typically 400 W or less. For this reason, even if a tertiary winding is provided in the high-frequency transformer 103C of the uninterruptible direct current stabilized power supply 100, the winding cross-sectional area of the high-frequency transformer 103C is not compressed and is sufficient in practical use.
しかし、先に述べた無停電直流安定化電源100には次の課題がある。無停電直流安定化電源100には、出力電力が400Wを超える場合がある。例えば、1kWの出力が必要で、かつ入力電圧が蓄電池202の典型的な定格電圧24Vしか得られない場合、停電時の直流入力電流は極めて大きくなり、典型的には50Aを超える。その電流を流すため、絶縁型DC/DCコンバータ103の高周波トランス103Cの3次巻線であって、インバータ103Bが接続されている3次巻線の巻線断面積が大きくなる。このため、高周波トランス103Cが大型化し、通常運転時に重要な、1次−2次巻線間の磁気結合を低下させる弊害を引き起こす。この結果、高性能なバックアップ機能付き直流安定化電源を実現できないという欠点があった。 However, the uninterruptible direct current stabilized power supply 100 described above has the following problems. The uninterruptible direct current stabilized power supply 100 may have an output power exceeding 400W. For example, if an output of 1 kW is required and an input voltage of only a typical rated voltage of 24 V of the storage battery 202 can be obtained, the DC input current at the time of a power failure becomes extremely large, typically exceeding 50A. Since the current flows, the winding sectional area of the tertiary winding of the high-frequency transformer 103C of the insulated DC / DC converter 103, to which the inverter 103B is connected, is increased. This increases the size of the high-frequency transformer 103C, which causes an adverse effect of reducing the magnetic coupling between the primary and secondary windings, which is important during normal operation. As a result, there has been a drawback that a high-performance DC stabilized power supply with a backup function cannot be realized.
この改善策として、大出力の一般的な無停電電源装置では、商用交流入力を直流に変換するコンバータの出力に、充電器を介して専用の高電圧の蓄電池を接続する。そして、停電時には、その蓄電池からエネルギーを供給する構成をとる。こうした方式によれば、蓄電池の充電電圧が高電圧なため、大出力でも蓄電池の充放電電流は小さくなり、効果的である。 As an improvement measure, in a general high-power uninterruptible power supply, a dedicated high-voltage storage battery is connected to the output of a converter that converts commercial AC input into DC, via a charger. And at the time of a power failure, the structure which supplies energy from the storage battery is taken. According to such a system, since the charging voltage of the storage battery is high, the charging / discharging current of the storage battery is reduced even at a large output, which is effective.
しかし、この方式は、充電電圧が高電圧な蓄電池を、その無停電電源装置で占有できる場合に限られている。蓄電池の出力を他の機器と共有しなければならないような場合、例えば船舶用の無停電電源装置である場合、汎用的な24Vといった低電圧しか得られないのが一般であり、かつ、安全のために蓄電池の出力は商用交流入力から絶縁されている必要がある。このため、この方式を採用するのは一般的に困難である。 However, this method is limited to a case where a storage battery having a high charging voltage can be occupied by the uninterruptible power supply. When the output of the storage battery must be shared with other devices, for example, in the case of an uninterruptible power supply for ships, it is generally possible to obtain only a low voltage such as general-purpose 24V, and safety Therefore, the output of the storage battery needs to be insulated from the commercial AC input. For this reason, it is generally difficult to adopt this method.
この発明の目的は、前記の課題を解決し、蓄電池を商用交流入力から絶縁し、かつ大電力を出力する高効率なバックアップ機能付きの直流安定化電源を提供することにある。 An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and provide a DC stabilized power supply with a high-efficiency backup function that insulates a storage battery from a commercial AC input and outputs a large amount of power.
前記の課題を解決するために、請求項1の発明は、交流電源と蓄電池とから、安定化された所望の安定化直流電圧を出力する直流安定化電源であって、前記交流電源からの交流電圧を整流する整流器と、前記蓄電池からの直流電圧を昇圧して非安定化電圧として出力すると共に、前記蓄電池側と前記整流器側とを絶縁する非安定化絶縁型DC/DCコンバータと、前記整流器からの整流された電圧または前記非安定化絶縁型DC/DCコンバータからの非安定化電圧を入力電圧とし、この入力電圧と入力電流との力率改善をすると共にこの入力電圧を安定化して所定の一定電圧を出力する力率改善回路と、前記力率改善回路からの所定の一定電圧の大きさを変換して、所望の安定化直流電圧を出力電圧とすると共に、前記力率改善回路と出力側とを絶縁する絶縁型DC/DCコンバータと、を備え、前記交流電源の電圧が所定のレベルより下がると、前記非安定化絶縁型DC/DCコンバータを起動する、ことを特徴とする直流安定化電源である。 In order to solve the above-mentioned problem, the invention of claim 1 is a DC stabilized power supply that outputs a desired stabilized DC voltage from an AC power supply and a storage battery, and the AC power supply from the AC power supply A rectifier that rectifies the voltage, a DC voltage from the storage battery that is boosted and output as an unstabilized voltage, and an unstabilized insulation type DC / DC converter that insulates the storage battery side from the rectifier side, and the rectifier The input voltage is the rectified voltage from the above or the unstabilized voltage from the unstabilized isolated DC / DC converter, and the power factor between the input voltage and the input current is improved and the input voltage is stabilized to a predetermined value. A power factor improvement circuit that outputs a constant voltage of the power factor, a predetermined constant voltage from the power factor improvement circuit is converted into a desired stabilized DC voltage as an output voltage, and the power factor improvement circuit output And a DC stabilized DC / DC converter, wherein the non-stabilized insulated DC / DC converter is activated when the voltage of the AC power supply drops below a predetermined level. It is a power supply.
請求項1の発明では、整流器と非安定化絶縁型DC/DCコンバータと力率改善回路と絶縁型DC/DCコンバータとを、直流安定化電源が備えている。そして、交流電源の電圧が所定のレベルより下がると、直流安定化電源は、非安定化絶縁型DC/DCコンバータを起動して、蓄電池から安定化された所望の安定化直流電圧を出力する。こうした直流安定化電源では、整流器が交流電源からの交流電圧を整流し、非安定化絶縁型DC/DCコンバータが蓄電池からの直流電圧を昇圧して非安定化電圧として出力する。同時に、非安定化絶縁型DC/DCコンバータが蓄電池側と整流器側とを絶縁する。力率改善回路は、整流器からの整流された電圧、または非安定化絶縁型DC/DCコンバータからの非安定化電圧を入力電圧とし、この入力電圧と入力電流との力率改善をすると共にこの入力電圧を安定化して所定の一定電圧を出力する。絶縁型DC/DCコンバータは、力率改善回路からの所定の一定電圧の大きさを変換して、所望の安定化直流電圧を出力電圧とする。同時に、絶縁型DC/DCコンバータは、力率改善回路と出力側とを絶縁する。 According to the first aspect of the present invention, the direct current stabilized power source includes the rectifier, the non-stabilized insulated DC / DC converter, the power factor correction circuit, and the insulated DC / DC converter. When the voltage of the AC power supply falls below a predetermined level, the DC stabilized power supply activates the unstabilized insulated DC / DC converter and outputs a desired stabilized DC voltage stabilized from the storage battery. In such a DC stabilized power supply, the rectifier rectifies the AC voltage from the AC power supply, and the non-stabilized insulation type DC / DC converter boosts the DC voltage from the storage battery and outputs it as an unstabilized voltage. At the same time, the unstabilized insulated DC / DC converter insulates the storage battery side and the rectifier side. The power factor correction circuit uses the rectified voltage from the rectifier or the unregulated voltage from the unregulated isolated DC / DC converter as the input voltage, and improves the power factor between the input voltage and the input current. The input voltage is stabilized and a predetermined constant voltage is output. The isolated DC / DC converter converts the magnitude of a predetermined constant voltage from the power factor correction circuit, and uses a desired stabilized DC voltage as an output voltage. At the same time, the isolated DC / DC converter insulates the power factor correction circuit from the output side.
請求項2の発明は、請求項1に記載の直流安定化電源において、前記力率改善回路は、昇圧用のコイルと前記コイルの電流を断続するスイッチ素子とを備え、前記入力電圧を分圧した入力分圧電圧と、前記出力電圧を分圧した出力分圧電圧と、前記コイルの電流、またはそれに相当する電流とを基に前記スイッチ素子の断続を制御して力率改善と安定化とを行う、ことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the direct current stabilized power source according to the first aspect, the power factor correction circuit includes a boosting coil and a switching element that interrupts the current of the coil, and divides the input voltage. Power factor improvement and stabilization by controlling the switching of the switching element based on the input divided voltage, the output divided voltage obtained by dividing the output voltage, and the current of the coil or a current corresponding thereto. It is characterized by performing.
請求項3の発明は、請求項2に記載の直流安定化電源において、前記力率改善回路は、前記非安定化絶縁型DC/DCコンバータが起動したときに、前記入力電圧を分圧するための分圧比を切り替えて、入力分圧電圧を上げる、ことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the DC stabilized power supply according to the second aspect, the power factor correction circuit is configured to divide the input voltage when the non-stabilized insulated DC / DC converter is started. The input voltage is increased by switching the voltage dividing ratio.
請求項4の発明は、請求項2に記載の直流安定化電源において、前記力率改善回路は、前記入力電圧を分圧した入力分圧電圧と、前記出力電圧を分圧した出力分圧電圧と、前記入力電圧の実効値の二乗に比例するよう制御されると共に力率改善に係る係数とを乗算し、乗算結果を電流出力とする乗算器を備え、前記乗算器からの前記電流出力を変換した電圧と、前記コイルの電流、またはそれに相当する電流とを基に力率改善と安定化とを行い、前記非安定化絶縁型DC/DCコンバータが起動したときに、前記乗算器からの前記電流出力を電圧に変換する比率を切り替えて、この電圧を上げる、ことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the DC stabilized power supply according to the second aspect, the power factor correction circuit includes an input divided voltage obtained by dividing the input voltage and an output divided voltage obtained by dividing the output voltage. And a multiplier which is controlled to be proportional to the square of the effective value of the input voltage and is multiplied by a coefficient for power factor improvement, and the multiplication result is a current output, and the current output from the multiplier is The power factor is improved and stabilized based on the converted voltage and the current of the coil or the current corresponding thereto, and when the unstabilized insulated DC / DC converter is started, The ratio of converting the current output into voltage is switched to increase the voltage.
請求項5の発明は、請求項2に記載の直流安定化電源において、前記力率改善回路は、前記入力電圧を分圧した第1の入力分圧電圧に逆比例する演算を行う演算部と、前記演算部の演算結果と、前記入力電圧を分圧した第2の入力分圧電圧と、前記出力電圧を分圧した出力分圧電圧とを乗算し、乗算結果を電流出力とする乗算器と、を備え、前記乗算器からの前記電流出力を変換した電圧と、前記コイルの電流、またはそれに相当する電流とを基に力率改善と安定化とを行い、前記非安定化絶縁型DC/DCコンバータが起動したときに、前記第1の入力電圧を分圧するための分圧比を切り替えて、前記第1の入力分圧電圧を下げる、ことを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the stabilized DC power supply according to the second aspect, the power factor correction circuit performs an operation that is inversely proportional to the first divided input voltage obtained by dividing the input voltage. A multiplier that multiplies the calculation result of the calculation unit, the second input divided voltage obtained by dividing the input voltage, and the output divided voltage obtained by dividing the output voltage, and uses the multiplication result as a current output. And performing power factor improvement and stabilization based on a voltage obtained by converting the current output from the multiplier and a current of the coil or a current corresponding thereto, and the unstabilized insulation type DC When the DC / DC converter is activated, the voltage dividing ratio for dividing the first input voltage is switched to lower the first input divided voltage.
請求項1の発明によれば、蓄電池用に非安定化絶縁型DC/DCコンバータを設けたので、低圧で高電流である蓄電池の出力を高圧の出力に変換し、かつ、蓄電池を交流電源から絶縁することができる。また、請求項1の発明によれば、昇圧型力率改善回路と絶縁型DC/DCコンバータとを設けたので、非安定化絶縁型DC/DCコンバータまたは整流器が出力する非安定化電圧から、高い出力電力で効率的な安定化直流電圧を得ることができる。 According to the first aspect of the present invention, since the non-stabilized insulation type DC / DC converter is provided for the storage battery, the output of the storage battery having a low voltage and a high current is converted into a high voltage output, and the storage battery is converted from the AC power source. Can be insulated. According to the invention of claim 1, since the step-up type power factor correction circuit and the isolated DC / DC converter are provided, from the unstabilized voltage output from the unstabilized isolated DC / DC converter or the rectifier, An efficient stabilized DC voltage can be obtained with high output power.
請求項2の発明によれば、入力分圧電圧と出力分圧電圧と電流とを基に力率改善と安定化とを行うので、所望の安定化直流電圧を得ることができる。 According to the invention of claim 2, since the power factor is improved and stabilized based on the input divided voltage, the output divided voltage, and the current, a desired stabilized DC voltage can be obtained.
請求項3の発明によれば、非安定化絶縁型DC/DCコンバータが起動して力率改善回路に対する入力電圧が低下したときに、入力電圧を分圧するための分圧比を切り替えて、入力分圧電圧を上げる。これにより、非安定化絶縁型DC/DCコンバータの出力電圧が低下しても、非安定化絶縁型DC/DCコンバータの後段である力率改善回路では、入力分圧電圧が上昇するので、非安定化絶縁型DC/DCコンバータの動作以前と同様の高い出力電力で効率的な安定化直流電圧を得ることを可能にする。 According to the invention of claim 3, when the non-stabilized insulated DC / DC converter is activated and the input voltage to the power factor correction circuit is reduced, the voltage dividing ratio for dividing the input voltage is switched to Increase the voltage. As a result, even if the output voltage of the non-stabilized insulation type DC / DC converter decreases, the input voltage division voltage rises in the power factor correction circuit that is the latter stage of the non-stabilization insulation type DC / DC converter. It is possible to obtain an efficient stabilized DC voltage with the same high output power as before the operation of the stabilized insulation type DC / DC converter.
請求項4の発明によれば、非安定化絶縁型DC/DCコンバータが起動して力率改善回路に対する入力電圧が低下したときに、乗算器からの電流出力を電圧に変換する比率を切り替える。これにより、非安定化絶縁型DC/DCコンバータの出力電圧が低下しても、非安定化絶縁型DC/DCコンバータの後段である力率改善回路では、乗算器からの電流出力が変換された電圧が上がるので、非安定化絶縁型DC/DCコンバータの動作以前と同様の高い出力電力で効率的な安定化直流電圧を得ることを可能にする。 According to the fourth aspect of the present invention, when the unstabilized insulation type DC / DC converter is activated and the input voltage to the power factor correction circuit is lowered, the ratio of converting the current output from the multiplier into a voltage is switched. As a result, even if the output voltage of the non-stabilized insulated DC / DC converter decreases, the power output from the multiplier is converted in the power factor correction circuit that is the subsequent stage of the non-stabilized insulated DC / DC converter. Since the voltage increases, an efficient stabilized DC voltage can be obtained with the same high output power as that before the operation of the non-stabilized insulated DC / DC converter.
請求項5の発明によれば、非安定化絶縁型DC/DCコンバータが起動して力率改善回路に対する入力電圧が低下したときに、第1の入力電圧を分圧するための分圧比を切り替える。これにより、非安定化絶縁型DC/DCコンバータの出力電圧が低下しても、非安定化絶縁型DC/DCコンバータの後段である力率改善回路では、第1の入力分圧電圧が下がり、乗算器からの電流出力が変換された電圧が上がるので、非安定化絶縁型DC/DCコンバータの動作以前と同様の高い出力電力で効率的な安定化直流電圧を得ることを可能にする。 According to the invention of claim 5, when the unstabilized insulation type DC / DC converter is activated and the input voltage to the power factor correction circuit is lowered, the voltage dividing ratio for dividing the first input voltage is switched. As a result, even if the output voltage of the non-stabilized insulation type DC / DC converter is lowered, the first input divided voltage is lowered in the power factor correction circuit that is the latter stage of the non-stabilization insulation type DC / DC converter, Since the voltage obtained by converting the current output from the multiplier is increased, it is possible to obtain an efficient stabilized DC voltage with the same high output power as before the operation of the unstabilized insulated DC / DC converter.
次に、この発明の各実施の形態について、図面を用いて詳しく説明する。
(実施の形態1)
この実施の形態による直流安定化電源を図1に示す。なお、この実施の形態では、先に説明した図7と同一もしくは同一と見なされる構成要素には、それと同じ参照符号を付けて、その説明を省略する。この実施の形態による直流安定化電源1は、交流電源201および蓄電池202から、安定化した所望の安定化直流電圧を直流電源として出力する。このために、直流安定化電源1は、非安定化絶縁型DC/DCコンバータ10と、全波整流器20と、昇圧型力率改善回路30と、絶縁型DC/DCコンバータ40とを備えている。直流安定化電源1は、交流電源201の入力電圧が所定のレベルより下がれば、非安定化絶縁型DC/DCコンバータ10を起動する。
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a DC stabilized power supply according to this embodiment. In this embodiment, components that are the same as or the same as those in FIG. 7 described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. The stabilized DC power source 1 according to this embodiment outputs a desired stabilized stabilized DC voltage from the AC power source 201 and the storage battery 202 as a DC power source. For this purpose, the DC stabilized power supply 1 includes an unstabilized insulated DC / DC converter 10, a full-wave rectifier 20, a boost power factor correction circuit 30, and an insulated DC / DC converter 40. . The stabilized direct current power supply 1 activates the unstabilized insulated DC / DC converter 10 when the input voltage of the alternating current power supply 201 falls below a predetermined level.
非安定化絶縁型DC/DCコンバータ10は、交流電源201が所定の電圧を下回った場合に起動される。つまり、非安定化絶縁型DC/DCコンバータ10は、交流電源201が異常になった場合に動作する。そして、非安定化絶縁型DC/DCコンバータ10は、蓄電池202の直流電圧を昇圧し、この昇圧した直流電圧を出力する。このために、非安定化絶縁型DC/DCコンバータ10は、インバータ11と、高周波トランス12と、コンバータ13とを備えている。インバータ11は、DC/ACインバータであり、蓄電池202の直流電圧を交流電圧に変換する。高周波トランス12は、昇圧型の絶縁トランスであり、高周波トランス12の2次側が1次側から絶縁されている。そして、高周波トランス12は、インバータ11からの1次側の交流電圧を昇圧して、2次側から出力する。コンバータ13は、AC/DCコンバータであり、高周波トランス12の2次側からの交流電圧を直流電圧に変換する。 The unstabilized insulation type DC / DC converter 10 is activated when the AC power supply 201 falls below a predetermined voltage. That is, the non-stabilized insulated DC / DC converter 10 operates when the AC power supply 201 becomes abnormal. The non-stabilized insulation type DC / DC converter 10 boosts the DC voltage of the storage battery 202 and outputs the boosted DC voltage. For this purpose, the unstabilized insulated DC / DC converter 10 includes an inverter 11, a high-frequency transformer 12, and a converter 13. The inverter 11 is a DC / AC inverter and converts the direct current voltage of the storage battery 202 into an alternating voltage. The high-frequency transformer 12 is a step-up type insulating transformer, and the secondary side of the high-frequency transformer 12 is insulated from the primary side. The high-frequency transformer 12 boosts the primary side AC voltage from the inverter 11 and outputs the boosted voltage from the secondary side. The converter 13 is an AC / DC converter and converts an AC voltage from the secondary side of the high-frequency transformer 12 into a DC voltage.
こうした非安定化絶縁型DC/DCコンバータ10の具体例を図2に示す。非安定化絶縁型DC/DCコンバータ10の入力端子10a、10bには蓄電池202の直流電圧が加えられている。また、非安定化絶縁型DC/DCコンバータ10は、電圧レベルを変換した直流電圧を出力端子10c、10dから出力する。 A specific example of such an unstabilized insulated DC / DC converter 10 is shown in FIG. The DC voltage of the storage battery 202 is applied to the input terminals 10 a and 10 b of the unstabilized insulated DC / DC converter 10. Further, the unstabilized insulation type DC / DC converter 10 outputs a DC voltage obtained by converting the voltage level from the output terminals 10c and 10d.
非安定化絶縁型DC/DCコンバータ10のインバータ11は、スイッチング素子11a〜11dと、増幅器11e〜11hと、パルス発生器11iと、コンデンサ11jとを備えている。 The inverter 11 of the non-stabilized insulated DC / DC converter 10 includes switching elements 11a to 11d, amplifiers 11e to 11h, a pulse generator 11i, and a capacitor 11j.
パルス発生器11iは、一定の時比率のパルス信号、典型的には時比率50%のパルス信号11ia、11ibを、スイッチング素子11a〜11dに出力している。パルス発生器11iが出力するパルス信号11ia、11ibの位相は180°ずれている。 The pulse generator 11i outputs a pulse signal having a constant time ratio, typically, pulse signals 11ia and 11ib having a time ratio of 50% to the switching elements 11a to 11d. The phases of the pulse signals 11ia and 11ib output from the pulse generator 11i are shifted by 180 °.
増幅器11e、11hは、パルス発生器11iからのパルス信号11ibを増幅して、スイッチング素子11a、11dに出力する。同じように、増幅器11f、11gは、パルス発生器11iからのパルス信号11iaを増幅して、スイッチング素子11b、11cに出力する。 The amplifiers 11e and 11h amplify the pulse signal 11ib from the pulse generator 11i and output the amplified signal to the switching elements 11a and 11d. Similarly, the amplifiers 11f and 11g amplify the pulse signal 11ia from the pulse generator 11i and output the amplified signal to the switching elements 11b and 11c.
スイッチング素子11a、11dは、増幅器11e、11hを経た、パルス発生器11iからのパルス信号11ibでオン・オフする。同じように、スイッチング素子11b、11cは、増幅器11f、11gを経た、パルス発生器11iからのパルス信号11iaでオン・オフする。スイッチング素子11a、11cが直列に接続された直列回路が入力端子10a、10b間に接続されている。同じように、スイッチング素子11b、11dが直列に接続された直列回路が入力端子10a、10b間に接続されている。さらに、スイッチング素子11a、11cの接続点が高周波トランス12の1次側巻線12aの一端に接続され、スイッチング素子11b、11dの接続点が高周波トランス12の1次側巻線12aの他端に接続されている。なお、入力端子10a、10b間には、雑音除去等のためにコンデンサ11jが接続されている。 The switching elements 11a and 11d are turned on / off by a pulse signal 11ib from the pulse generator 11i that has passed through the amplifiers 11e and 11h. Similarly, the switching elements 11b and 11c are turned on / off by the pulse signal 11ia from the pulse generator 11i that has passed through the amplifiers 11f and 11g. A series circuit in which the switching elements 11a and 11c are connected in series is connected between the input terminals 10a and 10b. Similarly, a series circuit in which the switching elements 11b and 11d are connected in series is connected between the input terminals 10a and 10b. Furthermore, the connection point of the switching elements 11a and 11c is connected to one end of the primary side winding 12a of the high frequency transformer 12, and the connection point of the switching elements 11b and 11d is connected to the other end of the primary side winding 12a of the high frequency transformer 12. It is connected. A capacitor 11j is connected between the input terminals 10a and 10b for noise removal and the like.
こうした非安定化絶縁型DC/DCコンバータ10では、パルス発生器11iが一定の時比率のパルス信号、典型的には時比率50%のパルス信号11ia、11ibを出力しており、その位相は180°ずれている。パルス発生器11iは、パルス信号11ia、11ibにより、スイッチング素子11a、11dとスイッチング素子11b、11cとを交互にスイッチングしている。蓄電池202からの直流電圧は、スイッチング素子11a〜11dにより、時比率50%の方形波に変換され、高周波トランス12の1次側巻線12aに印加される。 In such an unstabilized insulation type DC / DC converter 10, the pulse generator 11 i outputs a pulse signal having a constant time ratio, typically 50% pulse signals 11 ia and 11 ib, and its phase is 180 ° Deviation. The pulse generator 11i switches the switching elements 11a and 11d and the switching elements 11b and 11c alternately by pulse signals 11ia and 11ib. The DC voltage from the storage battery 202 is converted into a square wave with a time ratio of 50% by the switching elements 11 a to 11 d and applied to the primary winding 12 a of the high-frequency transformer 12.
高周波トランス12は、先に述べたように、昇圧型の絶縁トランスである。高周波トランス12の1次側巻線12aに、交流電圧が加えられると、高周波トランス12は、1次側巻線12aと2次側巻線12bとの巻線比、つまり、高周波トランス5の巻線比に応じた方形波を2次側巻線12bに発生する。 As described above, the high-frequency transformer 12 is a step-up type insulating transformer. When an AC voltage is applied to the primary side winding 12a of the high-frequency transformer 12, the high-frequency transformer 12 has a winding ratio between the primary-side winding 12a and the secondary-side winding 12b, that is, the winding of the high-frequency transformer 5. A square wave corresponding to the line ratio is generated in the secondary winding 12b.
コンバータ13は、先に述べたように、AC/DCコンバータであり、高周波トランス12の2次側巻線12bからの交流電圧を直流電圧に変換する。このために、コンバータ13は、整流ダイオード13a、13bと、コイル13cと、コンデンサ13dとを備えている。整流ダイオード13a、13bは、高周波トランス12の2次側巻線12bからの交流電圧を全波整流する整流器を形成する。コイル13cとコンデンサ13dとは、平滑用のフィルタ回路を形成している。そして、コイル13cに加えられた全波整流波形の電圧を直流電圧に変換し、変換した直流電圧を出力端子10c、10dに送る。 As described above, the converter 13 is an AC / DC converter, and converts the AC voltage from the secondary winding 12b of the high-frequency transformer 12 into a DC voltage. For this purpose, the converter 13 includes rectifier diodes 13a and 13b, a coil 13c, and a capacitor 13d. The rectifier diodes 13a and 13b form a rectifier that full-wave rectifies the AC voltage from the secondary winding 12b of the high-frequency transformer 12. The coil 13c and the capacitor 13d form a smoothing filter circuit. Then, the voltage of the full-wave rectified waveform applied to the coil 13c is converted into a DC voltage, and the converted DC voltage is sent to the output terminals 10c and 10d.
このように、非安定化絶縁型DC/DCコンバータ10は、高周波トランス12の1次側巻線12aに、パルス幅一定の高周波パルス電圧を発生させるインバータ11と、高周波トランス12の2次側巻線12bの高周波パルス電圧を直流に変換するコンバータ13とを備えている構成である。こうした構成の非安定化絶縁型DC/DCコンバータ10は、フィードバックを行わないので、入力端子10a、10bに加えられた直流電圧を昇圧した直流電圧、つまり安定化されていない非安定化電圧を、出力端子10c、10dから昇圧型力率改善回路30に出力する。 As described above, the non-stabilized insulated DC / DC converter 10 includes the inverter 11 that generates a high-frequency pulse voltage having a constant pulse width in the primary-side winding 12 a of the high-frequency transformer 12 and the secondary-side winding of the high-frequency transformer 12. And a converter 13 that converts the high-frequency pulse voltage of the line 12b into a direct current. Since the unstabilized insulation type DC / DC converter 10 having such a configuration does not perform feedback, a DC voltage obtained by boosting a DC voltage applied to the input terminals 10a and 10b, that is, an unstabilized unstabilized voltage, Output from the output terminals 10 c and 10 d to the boost type power factor correction circuit 30.
全波整流器20は、交流電源201からの交流電圧を全波整流する。全波整流器20は、全波整流した電圧を昇圧型力率改善回路30に出力する。 The full wave rectifier 20 performs full wave rectification on the AC voltage from the AC power supply 201. The full wave rectifier 20 outputs the full wave rectified voltage to the boost type power factor correction circuit 30.
昇圧型力率改善回路30は、入力電流を入力電圧に比例させる制御つまり入力電力の力率改善を行い、かつ、出力電圧の安定化を行う。つまり、昇圧型力率改善回路30は、全波整流器20からの整流電圧または非安定化絶縁型DC/DCコンバータ10からの非安定化電圧から、安定化した直流電圧つまり所定の一定電圧を、高い電力で常に出力する。こうした昇圧型力率改善回路30の基本的な構成を図3に示す。図3の昇圧型力率改善回路30は、分圧器31、38と、コンデンサ32、37と、コイル33と、電流検出器34と、スイッチ素子35と、ダイオード36と、制御部39とを備えている。 The step-up type power factor correction circuit 30 performs control to make the input current proportional to the input voltage, that is, improves the power factor of the input power, and stabilizes the output voltage. That is, the step-up type power factor correction circuit 30 generates a stabilized DC voltage, that is, a predetermined constant voltage from the rectified voltage from the full-wave rectifier 20 or the unstabilized voltage from the unstabilized insulated DC / DC converter 10. Always output with high power. A basic configuration of such a boost type power factor correction circuit 30 is shown in FIG. 3 includes voltage dividers 31 and 38, capacitors 32 and 37, a coil 33, a current detector 34, a switch element 35, a diode 36, and a control unit 39. ing.
昇圧型力率改善回路30のコンデンサ32は、スイッチ素子35のオン・オフによって発生した高周波電流を平滑する。コイル33は、スイッチ素子35と共に入力電圧を昇圧する昇圧用のコイルである。コイル33の一端には、入力電圧のプラス側が加えられている。スイッチ素子35は、コイル33に流れる電流(以下、「コイル電流」という)をスイッチング(断続)するためのスイッチング動作を行う電界効果トランジスタであり、ローレベルのゲート電圧つまり制御電圧でオフになり、ハイレベルの制御電圧でオンになる。スイッチ素子35は、オンになると、コイル33の他端を、入力電圧のマイナス側に接続する。これにより、スイッチ素子35は、入力電圧による電気的なエネルギーをコイル33に蓄積させる。つまり、スイッチ素子35は、オンである時間が長くなると、多くの電気的なエネルギーをコイル33に蓄積させる。この後、スイッチ素子35は、ローレベルの制御電圧でオフになると、コイル33に蓄積されている電気的なエネルギーを、ダイオード36を経てコンデンサ37に蓄える。このとき、コンデンサ37に蓄えられた電気的なエネルギーによる電圧は、入力電圧に対して、コイル33に蓄えられた電気的なエネルギーによる電圧を加えた値となる。なお、ダイオード36は、スイッチ素子35がオンになったときに、コンデンサ37に蓄えられた電気的なエネルギーがマイナス側に逆流することを防いでいる。コンデンサ37は、蓄えた電気的なエネルギーによる電圧を、出力電圧として出力する。 The capacitor 32 of the boost type power factor correction circuit 30 smoothes the high-frequency current generated by turning on / off the switch element 35. The coil 33 is a boosting coil that boosts the input voltage together with the switch element 35. The positive side of the input voltage is added to one end of the coil 33. The switch element 35 is a field effect transistor that performs a switching operation to switch (intermittently) a current flowing in the coil 33 (hereinafter referred to as “coil current”), and is turned off by a low-level gate voltage, that is, a control voltage. Turns on at high level control voltage. When the switch element 35 is turned on, the other end of the coil 33 is connected to the negative side of the input voltage. As a result, the switch element 35 causes the coil 33 to accumulate electrical energy based on the input voltage. That is, the switch element 35 accumulates a large amount of electrical energy in the coil 33 when the time during which the switch element 35 is on becomes long. Thereafter, when the switch element 35 is turned off with a low-level control voltage, the electrical energy stored in the coil 33 is stored in the capacitor 37 via the diode 36. At this time, the voltage based on the electrical energy stored in the capacitor 37 is a value obtained by adding the voltage based on the electrical energy stored in the coil 33 to the input voltage. The diode 36 prevents the electrical energy stored in the capacitor 37 from flowing backward to the negative side when the switch element 35 is turned on. The capacitor 37 outputs a voltage based on the stored electrical energy as an output voltage.
分圧器31は、全波整流器20または非安定化絶縁型DC/DCコンバータ10からの入力電圧を分圧し、入力分圧電圧として制御部39に送る。このとき、分圧器31は、非安定化絶縁型DC/DCコンバータ10が起動されて、蓄電池202からの電圧が加えられているときには、交流電源201からの電圧が加えられているときの入力分圧電圧に比べて高い値の入力分圧電圧を生成し、この入力分圧電圧を制御部39に送る。電流検出器34は、コイル33のマイナス側の電流、つまりコイル電流に相当する電流を検出し、電流対応電圧として制御部39に送る。分圧器38は、コンデンサ37による出力電圧を分圧し、出力分圧電圧として制御部39に送る。 The voltage divider 31 divides the input voltage from the full-wave rectifier 20 or the non-stabilized insulated DC / DC converter 10 and sends the divided voltage to the control unit 39 as an input divided voltage. At this time, when the unstabilized insulation type DC / DC converter 10 is activated and the voltage from the storage battery 202 is applied, the voltage divider 31 receives the input voltage when the voltage from the AC power supply 201 is applied. An input divided voltage having a value higher than the divided voltage is generated, and this input divided voltage is sent to the control unit 39. The current detector 34 detects a negative current of the coil 33, that is, a current corresponding to the coil current, and sends it to the control unit 39 as a current corresponding voltage. The voltage divider 38 divides the output voltage from the capacitor 37 and sends it to the control unit 39 as an output divided voltage.
制御部39は、スイッチ素子35のオン・オフのタイミングを制御するものである。つまり、制御部39は、分圧器31からの入力分圧電圧と、電流検出器34からの電流対応電圧と、分圧器38からの出力分圧電圧とにより、出力電圧を所定値に保ち、かつ入力電流が入力電圧に比例するための制御電圧を生成する。具体的には、制御部39は、制御電圧をパルス信号で生成し、出力電圧を一定に、かつ入力電流が入力電圧に比例するように、パルス信号の時比率を変えて、スイッチ素子35のオン時間を制御している。 The control unit 39 controls the on / off timing of the switch element 35. That is, the control unit 39 maintains the output voltage at a predetermined value by the input divided voltage from the voltage divider 31, the current corresponding voltage from the current detector 34, and the output divided voltage from the voltage divider 38, and A control voltage is generated so that the input current is proportional to the input voltage. Specifically, the control unit 39 generates a control voltage with a pulse signal, changes the time ratio of the pulse signal so that the output voltage is constant and the input current is proportional to the input voltage, and the switch element 35 The on-time is controlled.
こうした構成の昇圧型力率改善回路30の具体例を図4に示す。図4の昇圧型力率改善回路30では、抵抗31a、31b、31dとスイッチ31cとで分圧器31を形成し、抵抗34aで電流検出器34を形成し、抵抗38a、38bで分圧器38を形成している。また、基準電圧発生器39aと、誤差増幅器39b、39fと、乗算器39cと、抵抗39dと、増幅器39e、39iと、発振器39gと、比較器39hとで制御部39を形成している。 A specific example of the boost type power factor correction circuit 30 having such a configuration is shown in FIG. In the boost type power factor correction circuit 30 of FIG. 4, the resistors 31a, 31b and 31d and the switch 31c form the voltage divider 31, the resistor 34a forms the current detector 34, and the resistors 38a and 38b form the voltage divider 38. Forming. The reference voltage generator 39a, error amplifiers 39b and 39f, multiplier 39c, resistor 39d, amplifiers 39e and 39i, oscillator 39g, and comparator 39h form a control unit 39.
分圧器31の抵抗31a、31bは、入力電圧を分圧し、分圧した入力電圧を入力分圧電圧として制御部39に送る。分圧器31のスイッチ31cは、抵抗31bに対して抵抗31dを並列に接続するかどうかを切り替える。つまり、非安定化絶縁型DC/DCコンバータ10が起動されていないときには、スイッチ31cはオンになり、抵抗31a、31bによる分圧比を大きくする。これにより、交流電源201の使用時の入力分圧電圧を生成する。また、非安定化絶縁型DC/DCコンバータ10が起動されたときには、スイッチ31cはオフになり、抵抗31a、31bによる分圧比を小さくする。これにより、交流電源201の使用時に比べて値の大きな入力分圧電圧を生成する。つまり、分圧器31は、直流安定化電源1に入力される交流電源201や蓄電池202に応じて、分圧比を切り替えて入力分圧電圧を生成する。 The resistors 31a and 31b of the voltage divider 31 divide the input voltage and send the divided input voltage to the control unit 39 as the input divided voltage. The switch 31c of the voltage divider 31 switches whether the resistor 31d is connected in parallel to the resistor 31b. That is, when the non-stabilized insulation type DC / DC converter 10 is not activated, the switch 31c is turned on to increase the voltage dividing ratio by the resistors 31a and 31b. As a result, an input divided voltage when the AC power supply 201 is used is generated. When the non-stabilized insulated DC / DC converter 10 is activated, the switch 31c is turned off, and the voltage dividing ratio by the resistors 31a and 31b is reduced. Thereby, an input divided voltage having a larger value than that when the AC power supply 201 is used is generated. That is, the voltage divider 31 switches the voltage dividing ratio according to the AC power supply 201 or the storage battery 202 input to the DC stabilized power supply 1 and generates an input divided voltage.
電流検出器34の抵抗34aは、コイル電流に相当する電流、つまりコイル電流に比例する電圧を発生し、発生した電圧を電流対応電圧として制御部39に送る。つまり、電流検出器34は、コイル電流のフィードフォワードを行う。なお、この実施の形態では、抵抗34aでコイル電流を検出しているが、この他にも、コイル電流が戻るルートに電流検出抵抗を入れて測定する方法や、スイッチ素子35の電流を測定し、その信号を合成してコイル電流を得る方法など、各種の検出方法がある。 The resistor 34a of the current detector 34 generates a current corresponding to the coil current, that is, a voltage proportional to the coil current, and sends the generated voltage to the control unit 39 as a current corresponding voltage. That is, the current detector 34 feeds the coil current. In this embodiment, the coil current is detected by the resistor 34a. However, in addition to this, a method of measuring by inserting a current detection resistor in the route where the coil current returns, and the current of the switch element 35 are measured. There are various detection methods such as a method of obtaining the coil current by synthesizing the signals.
分圧器38の抵抗38a、38bは、出力電圧を分圧し、分圧した出力電圧を出力分圧電圧として制御部39に送る。つまり、分圧器38は、分圧した出力電圧のフィードバックを行う。 The resistors 38a and 38b of the voltage divider 38 divide the output voltage and send the divided output voltage to the control unit 39 as an output divided voltage. That is, the voltage divider 38 performs feedback of the divided output voltage.
制御部39の基準電圧発生器39aは、出力電圧を決定するための基準となる基準電圧Vrefを発生する。 The reference voltage generator 39a of the control unit 39 generates a reference voltage Vref serving as a reference for determining the output voltage.
誤差増幅器39bは、分圧器38の出力分圧電圧と、基準電圧発生器39aの基準電圧Vrefとを比較し、比較結果に応じた誤差電圧を出力する。出力分圧電圧と基準電圧Vrefとの差が無い場合、つまり、出力電圧が所望の安定化直流電圧である場合には、誤差増幅器39bはゼロ電圧の誤差電圧を出力し、例えば所望の安定化直流電圧に比べて出力電圧が下がった場合には、プラスの誤差電圧を出力する。 The error amplifier 39b compares the output divided voltage of the voltage divider 38 with the reference voltage Vref of the reference voltage generator 39a, and outputs an error voltage according to the comparison result. When there is no difference between the output divided voltage and the reference voltage Vref, that is, when the output voltage is a desired stabilized DC voltage, the error amplifier 39b outputs an error voltage of zero voltage, for example, a desired stabilization. When the output voltage is lower than the DC voltage, a positive error voltage is output.
乗算器39cは、X端子とY端子を持ち、分圧器31からの入力分圧電圧をX端子への入力とし、誤差増幅器39bからの誤差電圧をY端子への入力とする。乗算器39cは、X端子の入力分圧電圧を値Xとし、Y端子の出力分圧電圧を値Yとする。また、乗算器39cは、力率改善に係る係数kvffを使用する。係数kvffは、一般的に、入力電圧の実効値の二乗に比例するよう制御されるが、その値は力率改善をするために最適化されている。そして、乗算器39cは、次の乗算を行う。 The multiplier 39c has an X terminal and a Y terminal. The input divided voltage from the voltage divider 31 is input to the X terminal, and the error voltage from the error amplifier 39b is input to the Y terminal. The multiplier 39c sets the input divided voltage at the X terminal as a value X and sets the output divided voltage at the Y terminal as a value Y. The multiplier 39c uses a coefficient kvff related to power factor improvement. The coefficient kvff is generally controlled to be proportional to the square of the effective value of the input voltage, but the value is optimized in order to improve the power factor. Then, the multiplier 39c performs the following multiplication.
XY(1/kvff)
この後、乗算器39cは、乗算結果に対応する大きさの電流を流す。出力電圧が所望の安定化直流電圧である場合には、乗算器39cは、所定の大きさの電流(所定電流)を流し、例えば所望の安定化直流電圧に比べて出力電圧が下がった場合には、所定電流に比べて大きな電流を流す。また、非安定化絶縁型DC/DCコンバータ10が起動された場合には、入力分圧電圧による値Xが大きくなり、乗算器39cは所定電流に比べて大きな電流を流す。
XY (1 / kvff)
Thereafter, the multiplier 39c passes a current having a magnitude corresponding to the multiplication result. When the output voltage is a desired stabilized DC voltage, the multiplier 39c passes a predetermined amount of current (predetermined current). For example, when the output voltage is lower than the desired stabilized DC voltage. Causes a larger current to flow than a predetermined current. When the non-stabilized insulated DC / DC converter 10 is activated, the value X due to the input divided voltage increases, and the multiplier 39c passes a larger current than the predetermined current.
抵抗39dは、乗算器39cからの電流に応じた電圧を発生する。出力電圧が所望の安定化直流電圧である場合には、抵抗39dは、所定電流による所定電圧を発生し、例えば所望の安定化直流電圧に比べて出力電圧が下がった場合には、所定電圧に比べて大きな電圧を発生する。また、非安定化絶縁型DC/DCコンバータ10が起動された場合には、抵抗39dは、所定電圧に比べて大きな電圧を発生する。 The resistor 39d generates a voltage corresponding to the current from the multiplier 39c. When the output voltage is a desired stabilized DC voltage, the resistor 39d generates a predetermined voltage with a predetermined current. For example, when the output voltage is lower than the desired stabilized DC voltage, the resistor 39d has the predetermined voltage. A larger voltage is generated. In addition, when the non-stabilized insulation type DC / DC converter 10 is activated, the resistor 39d generates a voltage larger than the predetermined voltage.
増幅器39eは、抵抗34aが発生した電流対応電圧を増幅して増幅器39eに送る。 The amplifier 39e amplifies the voltage corresponding to the current generated by the resistor 34a and sends it to the amplifier 39e.
誤差増幅器39fは、抵抗39dに発生した電圧を基準として、増幅器39eの出力、つまり電流対応電圧に応じたレベル電圧を生成する。出力電圧が所望の安定化直流電圧である場合には、誤差増幅器39fは、所定レベルの電圧を発生し、例えば所望の安定化直流電圧に比べて出力電圧が下がった場合には、抵抗39dによる基準電圧が上昇するので、所定レベルの電圧に比べて大きな電圧を発生する。また、非安定化絶縁型DC/DCコンバータ10が起動された場合には、抵抗39dによる電圧が上昇するので、誤差増幅器39fは、所定レベルの電圧に比べて大きな電圧を発生する。さらに、コイル電流が増加すると、増幅器39eからの電流対応電圧が増加するので、所定レベルの電圧に比べて小さな電圧を発生する。 The error amplifier 39f generates a level voltage corresponding to the output of the amplifier 39e, that is, the current-corresponding voltage with reference to the voltage generated in the resistor 39d. When the output voltage is a desired stabilized DC voltage, the error amplifier 39f generates a voltage of a predetermined level. For example, when the output voltage is lower than the desired stabilized DC voltage, the error amplifier 39f is caused by the resistor 39d. Since the reference voltage rises, a voltage larger than a predetermined level voltage is generated. Further, when the non-stabilized insulated DC / DC converter 10 is started, the voltage by the resistor 39d increases, so that the error amplifier 39f generates a voltage that is larger than a predetermined level voltage. Further, when the coil current increases, the voltage corresponding to the current from the amplifier 39e increases, so that a voltage smaller than a predetermined level voltage is generated.
発振器39gは鋸歯状の電圧を発振し、発振した鋸歯状波電圧を比較器39hに送る。 The oscillator 39g oscillates a sawtooth voltage and sends the oscillated sawtooth voltage to the comparator 39h.
比較器39hは、X端子とY端子とを持ち、誤差増幅器39fからの電圧をX端子への入力とし、発振器39gからの鋸歯状波電圧をY端子への入力とする。比較器39hは、X端子の入力分圧電圧を値Xとし、Y端子の鋸歯状波電圧の大きさを値Yとする。そして、比較器39hは、 The comparator 39h has an X terminal and a Y terminal. The voltage from the error amplifier 39f is input to the X terminal, and the sawtooth voltage from the oscillator 39g is input to the Y terminal. The comparator 39h sets the input divided voltage at the X terminal to the value X and sets the magnitude of the sawtooth voltage at the Y terminal to the value Y. And the comparator 39h is
X>Y
である場合に、ハイレベルの制御電圧を生成する。出力電圧が所望の安定化直流電圧である場合には、比較器39hは、所定時間、ハイレベルである制御電圧を生成し、例えば所望の安定化直流電圧に比べて出力電圧が下がった場合には、誤差増幅器39fが所定レベルの電圧に比べて大きな電圧を発生するので、所定時間より長い間、ハイレベルが続く制御電圧を生成する。また、非安定化絶縁型DC/DCコンバータ10が起動された場合には、誤差増幅器39fが所定レベルの電圧に比べて大きな電圧を発生するので、所定時間より長い間、ハイレベルが続く制御電圧を生成する。さらに、コイル電流が増加すると、誤差増幅器39fが所定レベルの電圧に比べて小さな電圧を発生するので、所定時間より短い間、ハイレベルが続く制御電圧を生成する。
X> Y
If so, a high-level control voltage is generated. When the output voltage is a desired stabilized DC voltage, the comparator 39h generates a control voltage that is at a high level for a predetermined time. For example, when the output voltage decreases compared to the desired stabilized DC voltage. Since the error amplifier 39f generates a voltage larger than the voltage at a predetermined level, a control voltage that continues at a high level for a longer time than the predetermined time is generated. Further, when the non-stabilized insulation type DC / DC converter 10 is activated, the error amplifier 39f generates a voltage larger than the voltage at a predetermined level, so that the control voltage that continues to be at a high level for a longer time than the predetermined time. Is generated. Further, when the coil current increases, the error amplifier 39f generates a voltage smaller than a predetermined level voltage, and thus generates a control voltage that continues at a high level for a period shorter than a predetermined time.
増幅器39iは、比較器39hが出力する制御電圧を増幅してスイッチ素子35のゲートに出力する。 The amplifier 39 i amplifies the control voltage output from the comparator 39 h and outputs the amplified control voltage to the gate of the switch element 35.
このように、昇圧型力率改善回路30は、入力電圧を分圧した信号と、出力電圧の誤差増幅器39bの出力と係数を乗算し、乗算結果を電流で出力する乗算器39cと、電流出力を電圧に変換する比率を切り替える機能を備えている構成である。こうした構成の昇圧型力率改善回路30は、全波整流器20または非安定化絶縁型DC/DCコンバータ10からの直流電圧から、パルス幅制御によるスイッチ素子35のオン・オフを制御することにより、所定の一定電圧を出力する。 As described above, the boost type power factor correction circuit 30 multiplies the signal obtained by dividing the input voltage, the output of the error amplifier 39b of the output voltage, and the coefficient, and outputs the multiplication result as a current, and the current output. It is the structure provided with the function which switches the ratio which converts into voltage. The step-up type power factor correction circuit 30 having such a configuration controls on / off of the switch element 35 by pulse width control from the direct current voltage from the full-wave rectifier 20 or the unstabilized insulation type DC / DC converter 10. A predetermined constant voltage is output.
絶縁型DC/DCコンバータ40は、昇圧型力率改善回路30から出力される所定の一定電圧のレベルを変換し、所望の安定化直流電圧を出力する。このために、絶縁型DC/DCコンバータ40は、インバータ41と、高周波トランス42と、コンバータ43とを備えている。インバータ41は、DC/ACインバータであり、昇圧型力率改善回路30からの所定の一定電圧を交流電圧に変換する。高周波トランス42は絶縁トランスであり、高周波トランス42の2次側が1次側から絶縁されている。そして、高周波トランス42は、インバータ41からの1次側の交流電圧を変圧して、2次側から出力する。コンバータ43は、AC/DCコンバータであり、高周波トランス42の2次側からの交流電圧を直流電圧に変換する。そして、コンバータ43は、変換した直流電圧を、所望の安定化直流電圧として出力する。 The insulation type DC / DC converter 40 converts a predetermined constant voltage level output from the step-up type power factor correction circuit 30 and outputs a desired stabilized DC voltage. For this purpose, the insulated DC / DC converter 40 includes an inverter 41, a high-frequency transformer 42, and a converter 43. The inverter 41 is a DC / AC inverter, and converts a predetermined constant voltage from the boost type power factor correction circuit 30 into an AC voltage. The high frequency transformer 42 is an insulating transformer, and the secondary side of the high frequency transformer 42 is insulated from the primary side. The high-frequency transformer 42 transforms the primary side AC voltage from the inverter 41 and outputs it from the secondary side. The converter 43 is an AC / DC converter, and converts an AC voltage from the secondary side of the high-frequency transformer 42 into a DC voltage. Converter 43 then outputs the converted DC voltage as a desired stabilized DC voltage.
次に、この実施の形態による直流安定化電源の作用について説明する。直流安定化電源1の通常運転時は、交流電源201の正弦波入力電圧を、全波整流器20で全波整流し、昇圧型力率改善回路30で、入力電力の力率を改善しつつ、典型的にはDC380Vに昇圧安定化する。交流電源の入力電圧がAC220Vであり、絶縁型DC/DCコンバータ40の出力が1kWである場合、昇圧型力率改善回路30の入力電流は、典型的には5Armsである。その昇圧型力率改善回路30の出力を入力として、絶縁型DC/DCコンバータ40で、所望の安定化直流電圧を得る。 Next, the operation of the DC stabilized power supply according to this embodiment will be described. During normal operation of the DC stabilized power supply 1, the sine wave input voltage of the AC power supply 201 is full-wave rectified by the full-wave rectifier 20, and the boost power factor improvement circuit 30 improves the power factor of the input power. Typically, step-up stabilization is performed to DC 380V. When the input voltage of the AC power supply is AC 220 V and the output of the isolated DC / DC converter 40 is 1 kW, the input current of the boost type power factor correction circuit 30 is typically 5 Arms. Using the output of the boost type power factor correction circuit 30 as an input, a desired stabilized DC voltage is obtained by the isolated DC / DC converter 40.
交流電源201が所定の電圧を下回った場合、直流安定化電源1は非安定化絶縁型DC/DCコンバータ10を起動する。非安定化絶縁型DC/DCコンバータ10は、蓄電池202の直流電圧、典型的にはDC24VをDC192Vに絶縁昇圧する。非安定化絶縁型DC/DCコンバータ10の出力が1kWである場合、典型的には52Aの入力電流が非安定化絶縁型DC/DCコンバータ10に流れ込む。 When the AC power supply 201 falls below a predetermined voltage, the DC stabilized power supply 1 activates the non-stabilized insulated DC / DC converter 10. The unstabilized insulation type DC / DC converter 10 insulates and boosts the DC voltage of the storage battery 202, typically DC 24V, to DC 192V. When the output of the non-stabilized insulation type DC / DC converter 10 is 1 kW, typically, an input current of 52 A flows into the non-stabilization insulation type DC / DC converter 10.
非安定化絶縁型DC/DCコンバータ10のパルス発生器11iは、一定の時比率のパルス信号、典型的には時比率50%のパルス信号11ia、11ibを出力しており、その位相は180度ずれている。蓄電池202からの直流電圧は、パルス信号11ia、11ibにより交互にスイッチングしているスイッチング素子11a〜11dにより、時比率50%の方形波に変換され、高周波トランス12の1次側巻線12aに印加される。高周波トランス12の2次側巻線12bには、高周波トランス12の巻線比に応じた方形波が出力され、整流ダイオード13a、13bにより直流に整流される。蓄電池202の入力電圧によらずパルス信号11ia、11ibの時比率は一定のため、非安定化絶縁型DC/DCコンバータ10の出力は、蓄電池202の直流電圧が変化すると、その電圧にほぼ比例して変化する。入力電圧が低く、入力電流が大きいために、高周波トランス12で生じる損失は鉄損より銅損が支配的になるが、蓄電池202の専用としたために、導体断面積を十分に確保することが可能なこと、巻線間結合を良好に保つことができることから、高周波トランス12、および非安定化絶縁型DC/DCコンバータ10で生じる損失を最小にできる。なお、非安定化絶縁型DC/DCコンバータ10の具体的な例として、フルブリッジ方式で示したが、電圧を絶縁昇圧することができるのであれば、他の方式でもよく、例えばハーフブリッジ方式、フォワード方式、フライバック方式とすることができる。 The pulse generator 11i of the non-stabilized insulated DC / DC converter 10 outputs a pulse signal having a constant time ratio, typically, pulse signals 11ia and 11ib having a time ratio of 50%, and its phase is 180 degrees. It's off. The DC voltage from the storage battery 202 is converted into a square wave with a time ratio of 50% by the switching elements 11a to 11d that are alternately switched by the pulse signals 11ia and 11ib, and is applied to the primary winding 12a of the high-frequency transformer 12. Is done. A square wave corresponding to the winding ratio of the high-frequency transformer 12 is output to the secondary winding 12b of the high-frequency transformer 12, and is rectified to direct current by the rectifier diodes 13a and 13b. Since the time ratio of the pulse signals 11ia and 11ib is constant regardless of the input voltage of the storage battery 202, the output of the unstabilized insulation type DC / DC converter 10 is almost proportional to the voltage when the DC voltage of the storage battery 202 changes. Change. Since the input voltage is low and the input current is large, copper loss is more dominant than iron loss in the high-frequency transformer 12, but since the battery 202 is exclusively used, a sufficient conductor cross-sectional area can be secured. In addition, since the inter-winding coupling can be kept good, the loss generated in the high-frequency transformer 12 and the unstabilized insulated DC / DC converter 10 can be minimized. In addition, as a specific example of the unstabilized insulation type DC / DC converter 10, the full bridge method is shown, but other methods may be used as long as the voltage can be boosted by insulation, for example, a half bridge method, A forward method or a flyback method can be used.
このような方式としたため、蓄電池202の電圧が24Vと低く、52Aの大電流入力であっても、非安定化絶縁型DC/DCコンバータ10が蓄電池202の出力を交流電源系から絶縁しつつ、かつ大電力を供給することが可能となる。 Because of such a system, even when the voltage of the storage battery 202 is as low as 24 V and a large current input of 52 A, the unstabilized insulation type DC / DC converter 10 isolates the output of the storage battery 202 from the AC power supply system, In addition, large power can be supplied.
こうして、非安定化絶縁型DC/DCコンバータ10により絶縁昇圧され、出力DC192V、電流5.8Aが昇圧型力率改善回路30に入力される。昇圧型力率改善回路30は、その回路構成がDC380Vを安定化出力する昇圧チョッパーなので、非安定化絶縁型DC/DCコンバータ10の出力を、DC380V、2.8Aに安定化することができる。 Thus, the non-stabilized insulation type DC / DC converter 10 performs insulation boosting, and the output DC 192 V and the current 5.8 A are input to the boosting power factor correction circuit 30. Since the step-up power factor correction circuit 30 is a step-up chopper whose circuit configuration stabilizes and outputs DC 380 V, the output of the unstabilized insulated DC / DC converter 10 can be stabilized to DC 380 V and 2.8 A.
つまり、昇圧型力率改善回路30では、入力電流を入力電圧に比例させると共に、その出力電圧を安定化するために、内部に乗算器39cを備えている。乗算器39cでは、出力電圧の誤差増幅器39bの出力と、入力電圧の振幅信号を表す分圧器31の出力と、係数1/kvffとを乗算する。係数kvffは、一般的に、入力電圧の実効値の二乗に比例するよう制御され、その値は力率改善をするために最適化されている。しかし、非安定化絶縁型DC/DCコンバータ10の出力を昇圧する場合には、係数kvffが最適であるとは限らない。 In other words, the boost type power factor correction circuit 30 includes a multiplier 39c in order to make the input current proportional to the input voltage and to stabilize the output voltage. The multiplier 39c multiplies the output of the error amplifier 39b of the output voltage, the output of the voltage divider 31 representing the amplitude signal of the input voltage, and the coefficient 1 / kvff. The coefficient kvff is generally controlled to be proportional to the square of the effective value of the input voltage, and the value is optimized to improve the power factor. However, when boosting the output of the unstabilized insulated DC / DC converter 10, the coefficient kvff is not always optimal.
具体的には、非安定化絶縁型DC/DCコンバータ10の出力電圧が低い場合、乗算器39cのX端子の入力電圧となる分圧器31の出力が小さくなるために、乗算器39cの出力が小さくなる。この結果、誤差増幅器39fの基準が小さいために、所望の出力(所望の安定化直流電圧)が得られない場合がある。これに対処するため、非安定化絶縁型DC/DCコンバータ10の出力電圧を昇圧する時は、スイッチ31cを開いて分圧器31の分圧比を切り替え、分圧器31の出力を大きくするのが好適である。本質的には、直流電圧昇圧時に分圧器31の出力を大きくするように分圧比を切り替える方法なので、その切り替え方法は本実施例で示した方法以外でも可能であることは言うまでもない。 Specifically, when the output voltage of the non-stabilized insulation type DC / DC converter 10 is low, the output of the voltage divider 31 that becomes the input voltage of the X terminal of the multiplier 39c becomes small, so the output of the multiplier 39c is Get smaller. As a result, since the reference of the error amplifier 39f is small, a desired output (a desired stabilized DC voltage) may not be obtained. In order to cope with this, when boosting the output voltage of the unstabilized insulation type DC / DC converter 10, it is preferable to open the switch 31c and switch the voltage dividing ratio of the voltage divider 31 to increase the output of the voltage divider 31. It is. Essentially, since the voltage dividing ratio is switched so as to increase the output of the voltage divider 31 when the DC voltage is boosted, it is needless to say that the switching method can be other than the method shown in this embodiment.
こうした昇圧型力率改善回路30の出力を入力として、絶縁型DC/DCコンバータ40で、所望の安定化直流電圧を得る。この時、絶縁型DC/DCコンバータ40の高周波トランス42には、蓄電池202による入力電流を流すための3次巻線を設ける必要がないため、本来の出力を得るのに必要なトランスの大きさとすることができ、小型化できる。 With the output of the boost type power factor correction circuit 30 as an input, the insulation type DC / DC converter 40 obtains a desired stabilized DC voltage. At this time, the high-frequency transformer 42 of the insulation type DC / DC converter 40 does not need to be provided with a tertiary winding for allowing the input current from the storage battery 202 to flow. Can be reduced in size.
こうして、この実施の形態によれば、非安定化絶縁型DC/DCコンバータ10の高周波トランス12に大電流を流す3次巻線を設ける必要がなくなり、その出力を得るのに好適な、より小型の高周波トランスを使用することができる。また蓄電池202の電源入力を絶縁昇圧するのに、固定時比率の非安定化絶縁型DC/DCコンバータ10と昇圧型力率改善回路30を組み合わせたため、蓄電池202の出力電圧が低く、他の機器が蓄電池202の出力を使用している場合でも、安全でかつ高効率なバックアップ機能付き直流安定化電源を実現できる。 Thus, according to this embodiment, there is no need to provide a tertiary winding for flowing a large current to the high-frequency transformer 12 of the non-stabilized insulation type DC / DC converter 10, and a smaller size suitable for obtaining the output. High frequency transformer can be used. Further, in order to insulate and boost the power input of the storage battery 202, the unstabilized insulation type DC / DC converter 10 having a fixed duty ratio and the boost type power factor correction circuit 30 are combined, so that the output voltage of the storage battery 202 is low and other devices However, even when the output of the storage battery 202 is used, a safe and highly efficient DC stabilized power supply with a backup function can be realized.
また、この実施の形態によれば、昇圧型力率改善回路30と絶縁型DC/DCコンバータ40とを用い、かつ、蓄電池202を用いるときには、昇圧型力率改善回路30のスイッチ31cを開いて、分圧器31の分圧比を切り替えることにより、乗算器39cに入力される信号レベルを上げて、十分な電力を出すことができる。つまり、蓄電池202の使用により、非安定化絶縁型DC/DCコンバータ10の出力が低くても、乗算器39cの出力電流で抵抗39dに発生する電圧を上げて、大きな電力を出すことにより、昇圧型力率改善回路30が正常に動作する。この結果、蓄電池202を使用しても、非安定化絶縁型DC/DCコンバータ10からの出力を安定化し、所望の安定化直流電圧を得ることができる。
(実施の形態2)
この実施の形態による直流安定化電源では、昇圧型力率改善回路30の分圧器31と制御部39とを次のようにしている。なお、この実施の形態では、先に説明した実施の形態1の直流安定化電源1と同一もしくは同一と見なされる構成要素には、それと同じ参照符号を付けて、その説明を省略する。図5に示すように、この実施の形態による昇圧型力率改善回路30の分圧器31では、実施の形態1で設けられていたスイッチ31cと抵抗31dとが省略されている。
Further, according to this embodiment, when using the boost type power factor correction circuit 30 and the insulated DC / DC converter 40 and using the storage battery 202, the switch 31c of the boost type power factor improvement circuit 30 is opened. By switching the voltage dividing ratio of the voltage divider 31, the signal level input to the multiplier 39c can be increased, and sufficient power can be output. That is, by using the storage battery 202, even if the output of the non-stabilized insulation type DC / DC converter 10 is low, the voltage generated in the resistor 39d is increased by the output current of the multiplier 39c, and a large amount of electric power is output. The mold power factor correction circuit 30 operates normally. As a result, even if the storage battery 202 is used, the output from the non-stabilized insulated DC / DC converter 10 can be stabilized and a desired stabilized DC voltage can be obtained.
(Embodiment 2)
In the DC stabilized power supply according to this embodiment, the voltage divider 31 and the control unit 39 of the boost type power factor correction circuit 30 are as follows. In this embodiment, components that are the same as or the same as those of the DC stabilized power supply 1 of the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. As shown in FIG. 5, in the voltage divider 31 of the boost type power factor correction circuit 30 according to this embodiment, the switch 31c and the resistor 31d provided in the first embodiment are omitted.
また、この実施の形態による制御部39では、スイッチ39jと抵抗39kとが設けられている。スイッチ39jと抵抗39kとは直列に接続され、スイッチ39jと抵抗39kとの直列回路が抵抗39dに対して並列に接続されている。スイッチ39jは、抵抗31dに対して抵抗39kを並列に接続するかどうかを切り替える。つまり、交流電源201が正常であるときには、スイッチ31cはオンになり、抵抗31dと抵抗39kによる合成抵抗で、誤差増幅器39fが用いる基準電圧を生成する。また、非安定化絶縁型DC/DCコンバータ10が起動されたときには、スイッチ31cはオフになり、抵抗31dと抵抗39kによる合成抵抗に比べて高い値の抵抗39dにより、大きな値の基準電圧を生成する。つまり、直流安定化電源1で使用される交流電源201や蓄電池202に応じて、誤差増幅器39fに用いられる基準電圧を生成する。 In the control unit 39 according to this embodiment, a switch 39j and a resistor 39k are provided. The switch 39j and the resistor 39k are connected in series, and a series circuit of the switch 39j and the resistor 39k is connected in parallel to the resistor 39d. The switch 39j switches whether the resistor 39k is connected in parallel to the resistor 31d. That is, when the AC power supply 201 is normal, the switch 31c is turned on, and the reference voltage used by the error amplifier 39f is generated by the combined resistance of the resistor 31d and the resistor 39k. When the non-stabilized insulated DC / DC converter 10 is activated, the switch 31c is turned off, and a reference voltage having a large value is generated by the resistor 39d having a higher value than the combined resistance of the resistor 31d and the resistor 39k. To do. That is, the reference voltage used for the error amplifier 39f is generated according to the AC power supply 201 and the storage battery 202 used in the DC stabilized power supply 1.
次に、この実施の形態による直流安定化電源の作用について説明する。先の実施の形態で述べたように、昇圧型力率改善回路30は、入力電流を入力電圧に比例させると共に、その出力電圧を安定化するために、内部に乗算器39cを備えている。乗算器39cでは、出力電圧の誤差増幅器39bの出力と、入力電圧の振幅信号を表す分圧器31の出力、および係数1/kvffを乗算する。また、乗算器39cは電流出力が一般であり、抵抗39dにより乗算器39cの出力の振幅を変えることが可能となっている。係数kvffは、一般的に入力電圧の実効値の二乗に比例するよう制御され、その値は力率改善をするために最適化されている。しかし、非安定化絶縁型DC/DCコンバータ10の出力を昇圧する場合、係数1/kvffが最適であるとは限らない。 Next, the operation of the DC stabilized power supply according to this embodiment will be described. As described in the previous embodiment, the step-up type power factor correction circuit 30 includes a multiplier 39c in order to make the input current proportional to the input voltage and stabilize the output voltage. The multiplier 39c multiplies the output of the error amplifier 39b of the output voltage, the output of the voltage divider 31 representing the amplitude signal of the input voltage, and the coefficient 1 / kvff. The multiplier 39c generally has a current output, and the resistor 39d can change the output amplitude of the multiplier 39c. The coefficient kvff is generally controlled to be proportional to the square of the effective value of the input voltage, and the value is optimized to improve the power factor. However, when boosting the output of the unstabilized insulated DC / DC converter 10, the coefficient 1 / kvff is not always optimal.
具体的には、昇圧型力率改善回路30への入力電圧が低い場合、乗算器39cのX端子の入力電圧となる分圧器31の出力が小さくなるために、誤差増幅器39fの基準となる乗算器39cの出力が小さくなって、所望の安定化直流電圧が得られない場合がある。これに対処するため、非安定化絶縁型DC/DCコンバータ10の出力電圧を昇圧する時は、スイッチ39jを開いて、抵抗39dの抵抗値を大きくする。これにより、乗算器39cの出力を大きくして、誤差増幅器39fの基準信号の振幅を大きくするのが好適である。本質的には、直流電圧昇圧時に誤差増幅器39fの基準値を大きくする方法なので、その方法は本実施例で示した方法以外でも可能であることは言うまでもない。 Specifically, when the input voltage to the boost type power factor correction circuit 30 is low, the output of the voltage divider 31 that becomes the input voltage of the X terminal of the multiplier 39c becomes small, so that the multiplication that becomes the reference of the error amplifier 39f In some cases, the output of the device 39c becomes small and a desired stabilized DC voltage cannot be obtained. To cope with this, when boosting the output voltage of the unstabilized insulated DC / DC converter 10, the switch 39j is opened to increase the resistance value of the resistor 39d. Thus, it is preferable to increase the output of the multiplier 39c and increase the amplitude of the reference signal of the error amplifier 39f. In essence, since the reference value of the error amplifier 39f is increased at the time of DC voltage boosting, it is needless to say that the method is possible other than the method shown in this embodiment.
この実施の形態によれば、入力電圧を分圧した信号と、出力電圧の誤差増幅器出力と係数を乗算し、乗算結果を電流で出力する乗算器39cと、電流出力とを電圧に変換する比率を切り替える機能とを備えることにより、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
(実施の形態3)
この実施の形態による直流安定化電源では、昇圧型力率改善回路30の分圧器31と制御部39とを次のようにし、昇圧型力率改善回路30に分圧器31Aを新たに設けている。なお、この実施の形態では、先に説明した実施の形態1の直流安定化電源1と同一もしくは同一と見なされる構成要素には、それと同じ参照符号を付けて、その説明を省略する。図6に示すように、この実施の形態による昇圧型力率改善回路30の分圧器31では、実施の形態1で設けられていたスイッチ31cと抵抗31dとが省略されている。また、この実施の形態による制御部39では、フィルタ39mと演算器39nとを新たに設け、乗算器39cの代わりに乗算器39pを用いている。
According to this embodiment, the signal obtained by dividing the input voltage, the error amplifier output of the output voltage is multiplied by a coefficient, the multiplier 39c that outputs the multiplication result as a current, and the ratio for converting the current output into a voltage By providing the function of switching between, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
(Embodiment 3)
In the DC stabilized power supply according to this embodiment, the voltage divider 31 and the control unit 39 of the boost type power factor correction circuit 30 are as follows, and the voltage divider 31A is newly provided in the boost type power factor improvement circuit 30. . In this embodiment, components that are the same as or the same as those of the DC stabilized power supply 1 of the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. As shown in FIG. 6, in the voltage divider 31 of the boost type power factor correction circuit 30 according to this embodiment, the switch 31c and the resistor 31d provided in the first embodiment are omitted. In the control unit 39 according to this embodiment, a filter 39m and a calculator 39n are newly provided, and a multiplier 39p is used instead of the multiplier 39c.
分圧器31Aでは、抵抗31Aaと抵抗31Abとが直列に接続されて直列回路が形成され、この直列回路が電圧を分圧するために入力側に接続されている。抵抗31Abに対しては、抵抗31Acとスイッチ31Adとが直列に接続された直列回路が並列に接続されている。スイッチ31Adは、抵抗31Abに対して抵抗31Acを並列に接続するかどうかを切り替える。つまり、交流電源201が正常であるときには、スイッチ31cはオフになり、分圧器31Aは、抵抗31Aaと抵抗31Abとにより入力電圧が分圧された電圧を生成する。また、非安定化絶縁型DC/DCコンバータ10が起動されたときには、スイッチ31cはオンになり、抵抗31Abと抵抗31Acとの合成抵抗が形成される。これにより、抵抗31Aaと抵抗31Abとで分圧された電圧に比べて、低い値の電圧を生成する。つまり、分圧器31Aは、直流安定化電源1で使用される交流電源201や蓄電池202に応じて入力電圧を分圧した入力分圧電圧(第1の入力分圧電圧)を生成する。 In the voltage divider 31A, the resistor 31Aa and the resistor 31Ab are connected in series to form a series circuit, and this series circuit is connected to the input side to divide the voltage. A series circuit in which a resistor 31Ac and a switch 31Ad are connected in series is connected in parallel to the resistor 31Ab. The switch 31Ad switches whether the resistor 31Ac is connected in parallel to the resistor 31Ab. That is, when the AC power supply 201 is normal, the switch 31c is turned off, and the voltage divider 31A generates a voltage obtained by dividing the input voltage by the resistor 31Aa and the resistor 31Ab. When the non-stabilized insulated DC / DC converter 10 is activated, the switch 31c is turned on, and a combined resistance of the resistor 31Ab and the resistor 31Ac is formed. As a result, a voltage having a lower value than the voltage divided by the resistor 31Aa and the resistor 31Ab is generated. That is, the voltage divider 31 </ b> A generates an input divided voltage (first input divided voltage) obtained by dividing the input voltage according to the AC power supply 201 or the storage battery 202 used in the DC stabilized power supply 1.
フィルタ39mは、分圧器31Aが生成した入力分圧電圧の低周波成分を通過させる。 The filter 39m passes the low frequency component of the input divided voltage generated by the voltage divider 31A.
演算器39nは、X端子を持ち、フィルタ39mからの入力分圧電圧をX端子への入力とし、入力に逆比例するような、次の演算を行う。 The arithmetic unit 39n has an X terminal, uses the input divided voltage from the filter 39m as an input to the X terminal, and performs the following calculation that is inversely proportional to the input.
1/X2
この後、演算器39nは、演算結果を表す電圧を出力する。非安定化絶縁型DC/DCコンバータ10が起動された場合には、入力分圧電圧による値Xが小さくなり、交流電源201が正常である時に比べて、演算器39nは大きな値(1/X2)に対応する電圧を出力する。
1 / X 2
Thereafter, the calculator 39n outputs a voltage representing the calculation result. When the unstabilized insulation type DC / DC converter 10 is activated, the value X due to the input divided voltage becomes small, and the arithmetic unit 39n has a large value (1 / X compared to when the AC power supply 201 is normal). 2 ) Output the voltage corresponding to.
乗算器39pは、X端子、Y端子、Z端子を持つ。乗算器39pのX端子とY端子とが、先の実施の形態と同様に、分圧器31からの入力分圧電圧(第2の入力分圧電圧)と、誤差増幅器39bからの誤差電圧とを入力とする。また、乗算器39pのZ端子には、演算器39nからの電圧を入力とする。そして、乗算器39pは、これらの入力された電圧により、次の乗算を行う。 The multiplier 39p has an X terminal, a Y terminal, and a Z terminal. Similarly to the previous embodiment, the X terminal and the Y terminal of the multiplier 39p obtain the input divided voltage (second input divided voltage) from the voltage divider 31 and the error voltage from the error amplifier 39b. As input. The voltage from the arithmetic unit 39n is input to the Z terminal of the multiplier 39p. Then, the multiplier 39p performs the next multiplication using these input voltages.
XYZ
この後、乗算器39pは、乗算結果に対応する電流を流す。このとき、非安定化絶縁型DC/DCコンバータ10が起動された場合には、演算器39nが大きな電圧を出力するので、値Zが大きくなり、乗算器39pは所定電流に比べて大きな電流を流す。
XYZ
Thereafter, the multiplier 39p passes a current corresponding to the multiplication result. At this time, when the non-stabilized insulation type DC / DC converter 10 is activated, the calculator 39n outputs a large voltage, so that the value Z increases and the multiplier 39p generates a large current compared to the predetermined current. Shed.
次に、この実施の形態による直流安定化電源の作用について説明する。先の実施の形態で述べたように、入力電流を入力電圧に比例させると共に、その出力電圧を安定化するために、内部に乗算器39pを備えている。乗算器39pでは、出力電圧の誤差増幅器39bの出力と、入力電圧の振幅信号、および演算器39nの出力を乗算する。演算器39nの値は、力率改善をするために最適化されているが、非安定化絶縁型DC/DCコンバータ10の出力を昇圧する場合、最適であるとは限らない。 Next, the operation of the DC stabilized power supply according to this embodiment will be described. As described in the previous embodiment, the multiplier 39p is provided internally in order to make the input current proportional to the input voltage and stabilize the output voltage. The multiplier 39p multiplies the output of the error amplifier 39b of the output voltage, the amplitude signal of the input voltage, and the output of the calculator 39n. The value of the arithmetic unit 39n is optimized to improve the power factor, but is not necessarily optimal when boosting the output of the unstabilized insulated DC / DC converter 10.
具体的には、昇圧型力率改善回路30への入力電圧が低い場合、乗算器39pのX端子の入力電圧となる分圧器31の出力が小さくなるために、誤差増幅器39fの基準となる乗算器39pの出力が小さくなって、所望の安定化直流電圧が得られない場合がある。これに対処するため、非安定化絶縁型DC/DCコンバータ10の出力電圧を昇圧する時は、分圧器31Aのスイッチ31Adを閉じて、演算器39nの出力を大きくする。これにより、乗算器39pの出力を大きくして、誤差増幅器39fの基準信号の振幅を大きくするのが好適である。本質は、直流電圧昇圧時に演算器39nの出力信号を大きくする方法なので、その方法は本実施例で示した方法以外でも可能であることは言うまでもない。 Specifically, when the input voltage to the boost type power factor correction circuit 30 is low, the output of the voltage divider 31 that becomes the input voltage of the X terminal of the multiplier 39p becomes small, so that the multiplication that becomes the reference of the error amplifier 39f In some cases, the output of the device 39p becomes small and the desired stabilized DC voltage cannot be obtained. To cope with this, when boosting the output voltage of the unstabilized insulation type DC / DC converter 10, the switch 31Ad of the voltage divider 31A is closed to increase the output of the calculator 39n. Thus, it is preferable to increase the output of the multiplier 39p and increase the amplitude of the reference signal of the error amplifier 39f. Since the essence is a method of increasing the output signal of the arithmetic unit 39n at the time of DC voltage boosting, it is needless to say that the method is possible other than the method shown in this embodiment.
この実施の形態によれば、入力電圧を分圧した信号と、出力電圧の誤差増幅器39bの出力と係数を乗算する乗算器39pについて、この係数を切り替える機能を備えることにより、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。 According to this embodiment, the multiplier 39p that multiplies the signal obtained by dividing the input voltage by the output of the error amplifier 39b of the output voltage and the coefficient has a function of switching the coefficient, thereby providing the first embodiment and the first embodiment. Similar effects can be obtained.
1 直流安定化電源
10 非安定化絶縁型DC/DCコンバータ
11 インバータ
12 高周波トランス
13 コンバータ
20 全波整流器
30 昇圧型力率改善回路
31、38 分圧器
31a、31b、31d 抵抗
31c スイッチ
32、37 コンデンサ
33 コイル
34 電流検出器
35 スイッチ素子
36 ダイオード
39 制御部
39a 基準電圧発生器
39b、39f 誤差増幅器
39c 乗算器
39d、39k 抵抗
39e、39i 増幅器
39g 発振器
39h 比較器
39j スイッチ
分圧器31A
31Aa〜31Ac 抵抗
31Ad スイッチ
39m フィルタ(演算部)
39n 演算器(演算部)
39p 乗算器
40 絶縁型DC/DCコンバータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 DC stabilized power supply 10 Unstabilized insulation type DC / DC converter 11 Inverter 12 High frequency transformer 13 Converter 20 Full wave rectifier 30 Boost type power factor improvement circuit 31, 38 Voltage divider 31a, 31b, 31d Resistance 31c Switch 32, 37 Capacitor 33 Coil 34 Current detector 35 Switch element 36 Diode 39 Control unit 39a Reference voltage generator 39b, 39f Error amplifier 39c Multiplier 39d, 39k Resistor 39e, 39i Amplifier 39g Oscillator 39h Comparator 39j Switch voltage divider 31A
31Aa to 31Ac Resistor 31Ad Switch 39m Filter (Calculation unit)
39n arithmetic unit (arithmetic unit)
39p Multiplier 40 Isolated DC / DC Converter
Claims (5)
前記交流電源からの交流電圧を整流する整流器と、
前記蓄電池からの直流電圧を昇圧して非安定化電圧として出力すると共に、前記蓄電池側と前記整流器側とを絶縁する非安定化絶縁型DC/DCコンバータと、
前記整流器からの整流された電圧または前記非安定化絶縁型DC/DCコンバータからの非安定化電圧を入力電圧とし、この入力電圧と入力電流との力率改善をすると共にこの入力電圧を安定化して所定の一定電圧を出力する力率改善回路と、
前記力率改善回路からの所定の一定電圧の大きさを変換して、所望の安定化直流電圧を出力電圧とすると共に、前記力率改善回路と出力側とを絶縁する絶縁型DC/DCコンバータと、
を備え、
前記交流電源の電圧が所定のレベルより下がると、前記非安定化絶縁型DC/DCコンバータを起動する、
ことを特徴とする直流安定化電源。 A DC stabilized power supply that outputs a desired stabilized DC voltage from an AC power supply and a storage battery,
A rectifier for rectifying an AC voltage from the AC power source;
An unstabilized insulation type DC / DC converter that boosts a DC voltage from the storage battery and outputs it as an unstabilized voltage, and insulates the storage battery side from the rectifier side;
The rectified voltage from the rectifier or the unstabilized voltage from the unstabilized isolated DC / DC converter is used as an input voltage, and the power factor of the input voltage and the input current is improved and the input voltage is stabilized. A power factor correction circuit that outputs a predetermined constant voltage,
An isolated DC / DC converter that converts a predetermined constant voltage from the power factor correction circuit to obtain a desired stabilized DC voltage as an output voltage and insulates the power factor improvement circuit from the output side. When,
With
When the voltage of the AC power supply falls below a predetermined level, the unstabilized insulated DC / DC converter is activated.
DC stabilized power supply characterized by that.
ことを特徴とする請求項1に記載の直流安定化電源。 The power factor correction circuit includes a boosting coil and a switching element that interrupts the current of the coil, an input divided voltage obtained by dividing the input voltage, and an output divided voltage obtained by dividing the output voltage. The power factor is improved and stabilized by controlling the switching of the switching element based on the current of the coil or the current corresponding thereto.
The DC stabilized power supply according to claim 1.
ことを特徴とする請求項2に記載の直流安定化電源。 The power factor correction circuit increases the input divided voltage by switching a voltage dividing ratio for dividing the input voltage when the non-stabilized insulated DC / DC converter is activated.
The stabilized DC power supply according to claim 2.
前記入力電圧を分圧した入力分圧電圧と、前記出力電圧を分圧した出力分圧電圧と、前記入力電圧の実効値の二乗に比例するよう制御されると共に力率改善に係る係数とを乗算し、乗算結果を電流出力とする乗算器を備え、
前記乗算器からの前記電流出力を変換した電圧と、前記コイルの電流、またはそれに相当する電流とを基に力率改善と安定化とを行い、前記非安定化絶縁型DC/DCコンバータが起動したときに、前記乗算器からの前記電流出力を電圧に変換する比率を切り替えて、この電圧を上げる、
ことを特徴とする請求項2に記載の直流安定化電源。 The power factor correction circuit is:
An input divided voltage obtained by dividing the input voltage, an output divided voltage obtained by dividing the output voltage, and a coefficient that is controlled to be proportional to the square of the effective value of the input voltage and that is related to power factor improvement. Multiplier and a multiplier that outputs the multiplication result as a current output
Based on the voltage converted from the current output from the multiplier and the current of the coil or the current corresponding thereto, the power factor is improved and stabilized, and the unstabilized insulated DC / DC converter is activated. When switching the ratio of converting the current output from the multiplier to a voltage, this voltage is increased.
The stabilized DC power supply according to claim 2.
前記入力電圧を分圧した第1の入力分圧電圧に逆比例する演算を行う演算部と、
前記演算部の演算結果と、前記入力電圧を分圧した第2の入力分圧電圧と、前記出力電圧を分圧した出力分圧電圧とを乗算し、乗算結果を電流出力とする乗算器と、
を備え、
前記乗算器からの前記電流出力を変換した電圧と、前記コイルの電流、またはそれに相当する電流とを基に力率改善と安定化とを行い、前記非安定化絶縁型DC/DCコンバータが起動したときに、前記第1の入力電圧を分圧するための分圧比を切り替えて、前記第1の入力分圧電圧を下げる、
ことを特徴とする請求項2に記載の直流安定化電源。 The power factor correction circuit is:
A calculation unit that performs a calculation inversely proportional to the first input divided voltage obtained by dividing the input voltage;
A multiplier that multiplies a calculation result of the calculation unit, a second input divided voltage obtained by dividing the input voltage, and an output divided voltage obtained by dividing the output voltage, and uses the multiplication result as a current output; ,
With
Based on the voltage converted from the current output from the multiplier and the current of the coil or the current corresponding thereto, the power factor is improved and stabilized, and the unstabilized insulated DC / DC converter is activated. And switching the voltage dividing ratio for dividing the first input voltage to lower the first input divided voltage.
The stabilized DC power supply according to claim 2.
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