JP3583208B2 - Switching power supply - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流を入力とするスイッチング式直流安定化電源装置の力率改善に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図1は、特開平7−15967で開示されている力率改善型スイッチング電源の基本回路図である。
この技術は1組のスイッチング素子と制御回路からなる簡単な構成で高力率、高効率な交流入力スイッチング電源を提供することを目的とするものである。
【0003】
構成は交流電源1に接続された全波整流器2、3、4、5の直流出力に平滑コンデンサ8を接続し、該平滑コンデンサ8の端子間にトランス7の1次巻線N1 とスイッチ素子9の直列回路を接続し、該トランス7の2次巻線N2に、ダイオ −ド10、11、リアクトル12及びコンデンサ13から成る整流平滑回路を接続して出力側の負荷に電力を供給するスイッチング電源に於いて、全波整流器2、3、4、5の直流出力側の一端に、インダクタ6とトランス7の制御巻線N3 の直列回路を接続して、平滑コンデンサ8の一端に接続する様に構成されている。
【0004】
その動作は、スイッチ素子9がオン期間に、平滑コンデンサ8のエネルギ−はトランス7に蓄えられ、スイッチ素子7がオフの期間にトランス7に蓄えられたエネルギ−が、トランス7の2次側N2より整流平滑回路を介して負荷に送られ る。
これと同時にインダクタ6の電流はトランス7の制御巻線N3を介して平滑コン デンサ8に流れ込み、同時に、トランス7の制御巻線N3に電流が流れた結果、 トランス7の1次巻線N1と制御巻線N3との巻数比に対応する電流が、トランス7の2次巻線N2より整流平滑回路を通して出力平滑コンデンサ13に流れる。
【0005】
即ち、スイッチ素子9がオフの期間には、インダクタ6に蓄えられていたエネルギ−が入力平滑コンデンサ8と整流平滑回路のコンデンサ13に送られる。
【0006】
この結果、インダクタ6に流れる電流波形ピ−ク値のエンベロ−プ(包絡線)が正弦波状をえがく為、インダクタンス6とトランス7の制御巻線N3を加えるだけで力率 を改善する事が出来る。
【0007】
さらに、スイッチ素子9がオフの期間にインダクタ6に印加される電圧は、従来の交流入力スイッチング電圧の場合は、平滑コンデンサ8の電圧と入力電圧との差電圧であるのに対し、図1の回路では平滑コンデンサ8の電圧とトランス7の制御巻線N3に発生している電圧の和から入力電圧を差し引いた値なので、イ ンダクタ6の電流をリセットするのに必要な平滑コンデンサ8の電圧は、従来の交流入力スイッチング電源に対し、トランス7の制御巻線N3に発生する電圧分 だけ低くすることが出来る。
即ち、スイッチ素子として低耐圧で、オン抵抗の小さいものを使用する事が出来るので、スイッチング電源の高効率化を図ることが出来る。
【0008】
図2は倍電圧整流回路を使用した力率改善型スイッチング電源の一実施例である。
図1で示したスイッチング電源に対して、第2のインダクタ6′とトランス7の第2の制御巻線N4の直列回路を設けて第2の平滑コンデンサ8′の一端に接続 し、平滑コンデンサ8及び8′のコモン点より、交流電源の電圧が低い場合オンさせる第2のスイッチ素子14を設けて、倍電圧入力回路を構成している。
【0009】
交流電源1の電圧が低い場合は第2のスイッチ素子14をオンさせる。
これにより、正の半サイクルでは、交流電源1→ダイオ−ド2→インダクタ6→制御巻線N3→平滑コンデンサ8→第2のスイッチ素子14→ダイオ−ド5→交 流電源1のル−トで電流が流れ、負の半サイクルでは、交流電源1→第2のスイッチ素子14→第2の平滑コンデンサ8′→第2の制御巻線N4→第2のインダ クタ6′→ダイオ−ド4→交流電源1のル−トで電流が流れる。
【0010】
これによって平滑コンデンサ8及び8′はそれぞれ交流入力電圧のピ−ク値で充電される為、全波整流した場合の二倍の入力電圧を得ることが出来る。
【0011】
尚交流電源1の電圧が高い場合は、第2のスイッチ素子14をオフさせれば単なる全波整流回路となる。
【0012】
力率改善に関するインダクタ及び制御巻線の動作は前述の図1の場合とほぼ同様であるので説明は省略する。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
これまで述べた従来技術は、入力側整流回路にインダクタとトランス制御巻線の直列回路を設けるだけで力率改善及び高効率化が実現出来る点では非常に有効な回路である。
【0014】
しかし、交流入力電圧が、例えば変動許容範囲内で急激に上昇した場合、力率改善用に設けたインダクタ及びトランスの制御巻線が逆に弊害となってしまう。すなわち、入力電圧急変により、図1の入力整流後の電圧(A点)と平滑コンデンサ8の電圧(B点)との間に電位差が発生し、インダクタ6とトランスの制御巻線N3の直列インピ−ダンスで除した過大な電流が流れる。
【0015】
この電流はトランス7の制御巻線N3から1次巻線N1に、巻数比に応じて誘起され、その結果スイッチ素子9に過大な電流が流れ、素子を破損させるおそれがある。
【0016】
又、スイッチ素子9と直列に電流検出回路が設けてある場合は、通常動作状態であるにも拘らず、過電流として検出して垂下状態となり、出力電圧を大幅に低下させてしまうおそれがある。
これらの要因によって、電源システムの信頼性を低下させてしまう原因ともなる。
【0017】
従って本発明は、かかる欠点を解決する為に、入力電圧の急激な上昇に対し、入力側回路に過大な電流が流れる事を抑制し、スイッチ素子の破壊や出力電圧の低下を防止する技術を提案するものである。
【0018】
図2の倍電圧回路の場合についても、前述と全く同様な問題点がある。
【0019】
【課題を解決するための手段】
従って本発明は、力率改善用に設けたインダクタとトランス制御巻線の直列回路と並列にダイオ−ドを設け、入力電圧が急上昇した時に生じようとする差電圧を、入力平滑コンデンサ電圧にクランプさせる様に回路構成した事を特徴とするスイッチング電源である。
【0020】
【実施例】
図3は、図1の従来技術に本発明の技術を適用したスイッチング電源の一実施例である。
図1と同一符号は同一名称であるので説明を省略する。
図3に於いて、インダクタ6とトランス7の制御巻線N3の直列回路と並列に、 平滑コンデンサ8Nの充電方向にダイオ−ド14を設けてある。
【0021】
これによって、交流電源1の電圧が入力電圧変動範囲内で急激に上昇した場合、入力整流後の電圧(A点)と平滑コンデンサ8の電圧(B点)との間に電位差が発生するが、ダイオ−ド14により入力整流後の電圧(A点)と平滑コンデンサ8の電圧(B点)との間を短絡する事により、発生しようとする電位差を速やかに低下させる。
【0022】
この結果、インダクタ6と制御巻線N3の直列インピ−ダンスで除いた電流は ほぼ零となり、従って制御巻線N3から1次巻線N1に巻線比に応じて誘起される電流も零となる。
その結果スイッチ素子9には過大電流が流れることなく、スイッチ素子9を破損させたり、過電流検出による出力電圧低下といった不具合が生ずることはなくなる。
【0023】
図4は、図1の従来技術に本発明の技術を適用したスイッチング電源の他の実施例である。図1と同一符号は同一名称であり、交流電源1の両極から各々ダイオ−ド15、16を通して平滑コンデンサ8への充電ル−トを設ける事により、入力電圧急上昇時にインダクタ6及び制御巻線N3に電位差が発生しない様にし ている。
動作の説明は図2の場合とほぼ同様であるので省略する。
【0024】
図5は、図2の倍電圧入力スイッチング電源に本発明の技術を適用した第1の実施例である。図2と同一符号は同一名称であり説明は省略する。
【0025】
インダクタ6及び制御巻線N3の直列回路に並列に、平滑コンデンサ8を充電 する方向にダイオ−ド17を設けると共に、第2のインダクタ6′及び第2の制御巻線N′の直列回路と並列に、第2の平滑コンデンサ8′を放電する方向にダイオ−ド18が設けてある。
入力電圧急上昇時、インダクタ及び制御巻線に発生しようとする電位差をダイオ−ドによって短絡する原理については前述と同じであるので説明は省略する。
【0026】
図6は、図2の倍電圧入力のスイッチング電源に於ける本発明の他の実施例である。この場合も図2と同一符号のものは省略するが、本発明では交流入力1の両極よりダイオ−ド19、20を通して、平滑コンデンサ8への充電ル−トを設けると共に、平滑コンデンサ8′からの放電ル−トをダイオ−ド21、22を通して交流電源1の両極にそれぞれ帰還するル−トを設けている。これにより入力電圧が急上昇した時にインダクタ6及び制御巻線N3、第2のインダクタ6′及 び第2の制御巻線N4に電位差が発生しない様にしている。
【0027】
【発明の効果】
本発明によれば、入力電圧が急激に上昇した時、スイッチ素子を破損させる事もなく、又出力電圧の低下を抑制出来る為、信頼性の高い力率改善型スイッチング電源を提供し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の力率改善型スイッチング電源の一実施例
【図2】倍電圧整流回路を使用した従来の力率改善型スイッチング電源の一実施例
【図3】図1の従来型スイッチング電源に本発明技術を適用したスイッチング電源の一実施例
【図4】図1の従来型スイッチング電源に本発明技術を適用したスイッチング電源の他の実施例
【図5】図2の倍電圧入力型スイッチング電源に本発明技術を適用したスイッチング電源の一実施例
【図6】図2の倍電圧入力型スイッチング電源に本発明技術を適用したスイッチング電源の他の実施例
【符号の説明】
1 交流電源
2〜5 全波整流器
6 インダクタ
6′ 第2のインダクタ
7 トランス
8 平滑コンデンサ
8′ 第2の平滑コンデンサ
9 スイッチ素子
10、11 ダイオ−ド
12 リアクトル
13 コンデンサ
14 第2のスイッチ素子
15〜22 ダイオ−ド
N1 トランス7の1次巻線
N2 トランス7の2次巻線
N3 トランス7の制御巻線
N4 トランス7の第2の制御巻線[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to improvement of a power factor of a switching type stabilized DC power supply device having an AC input.
[0002]
[Prior art]
FIG. 1 is a basic circuit diagram of a power factor correction type switching power supply disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-15967.
The purpose of this technique is to provide a high power factor and high efficiency AC input switching power supply with a simple configuration comprising a set of switching elements and a control circuit.
[0003]
The
[0004]
The operation is such that the energy of the
At the same time, the current of the
[0005]
That is, while the
[0006]
As a result, the envelope (envelope) of the current waveform peak value flowing through the
[0007]
Further, the voltage applied to the
That is, since a switch element having a low withstand voltage and a small on-resistance can be used as the switch element, the efficiency of the switching power supply can be increased.
[0008]
FIG. 2 shows an embodiment of a power factor improving type switching power supply using a voltage doubler rectifier circuit.
For the switching power supply shown in FIG. 1, a series circuit of a second inductor 6 'and a second control winding N4 of a
[0009]
When the voltage of the
Thus, in the positive half cycle,
[0010]
As a result, the
[0011]
When the voltage of the
[0012]
The operations of the inductor and the control winding relating to the power factor improvement are substantially the same as those in FIG.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
The prior art described so far is a very effective circuit in that power factor improvement and high efficiency can be realized only by providing a series circuit of an inductor and a transformer control winding in an input-side rectifier circuit.
[0014]
However, if the AC input voltage rises rapidly within, for example, an allowable fluctuation range, the control windings of the inductor and the transformer provided for improving the power factor adversely affect the operation. That is, the sudden change in the input voltage causes a potential difference between the voltage (point A) after the input rectification shown in FIG. 1 and the voltage (point B) of the
[0015]
This current is induced from the control winding N3 of the
[0016]
Further, when a current detection circuit is provided in series with the
These factors also cause a reduction in the reliability of the power supply system.
[0017]
Therefore, the present invention solves such a drawback by suppressing an excessive current from flowing to the input side circuit in response to a sudden rise in the input voltage, and a technique for preventing the destruction of the switch element and the decrease in the output voltage. It is a suggestion.
[0018]
The case of the voltage doubler circuit of FIG. 2 also has exactly the same problems as described above.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, according to the present invention, a diode is provided in parallel with the series circuit of the inductor and the transformer control winding provided for improving the power factor, and a difference voltage which is likely to be generated when the input voltage rises sharply is clamped to the input smoothing capacitor voltage. This is a switching power supply characterized by having a circuit configuration for causing the switching power supply.
[0020]
【Example】
FIG. 3 shows an embodiment of a switching power supply in which the technology of the present invention is applied to the conventional technology of FIG.
1 have the same names as in FIG.
In FIG. 3, a
[0021]
As a result, when the voltage of the
[0022]
As a result, the current removed by the series impedance of the
As a result, an excessive current does not flow through the
[0023]
FIG. 4 shows another embodiment of the switching power supply in which the technology of the present invention is applied to the conventional technology of FIG. The same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same names. Charging routes from both poles of the
The description of the operation is substantially the same as that of FIG.
[0024]
FIG. 5 shows a first embodiment in which the technique of the present invention is applied to the double voltage input switching power supply of FIG. 2 have the same names as in FIG.
[0025]
A
The principle of short-circuiting the potential difference between the inductor and the control winding due to the diode when the input voltage sharply rises is the same as that described above, and a description thereof will be omitted.
[0026]
FIG. 6 shows another embodiment of the present invention in the switching power supply of the double voltage input of FIG. Also in this case, the same reference numerals as those in FIG. 2 are omitted, but in the present invention, a charging route to the smoothing
[0027]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when an input voltage rises sharply, since a switch element is not damaged and a fall of an output voltage can be suppressed, a highly reliable power factor improvement type switching power supply can be provided. is there.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an example of a conventional power factor improving switching power supply. FIG. 2 is an example of a conventional power factor improving switching power supply using a voltage doubler rectifier circuit. FIG. 3 is a conventional switching power supply of FIG. FIG. 4 shows another embodiment of a switching power supply in which the present invention is applied to the conventional switching power supply of FIG. 1. FIG. 5 shows a double voltage input type switching of FIG. Embodiment of a switching power supply in which the present invention is applied to a power supply [FIG. 6] Another embodiment of a switching power supply in which the present invention is applied to a double voltage input type switching power supply of FIG.
1 AC power supply 2-5 Full-
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