JP6288454B2

JP6288454B2 - Power supply

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Publication number: JP6288454B2
Application number: JP2014183775A
Authority: JP
Inventors: 徳和八木
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2014-09-10
Filing date: 2014-09-10
Publication date: 2018-03-07
Anticipated expiration: 2034-09-10
Also published as: JP2016059169A

Description

本発明は電源装置に関し、詳しくは、力率改善回路を搭載した電源装置に関する。 The present invention relates to a power supply device, and more particularly to a power supply device equipped with a power factor correction circuit.

コンデンサ・インプット型整流方式を採用した電源装置は、平滑用コンデンサの端子間の電圧よりも交流入力電圧が小さい場合は電流が流れず、入力電圧のピーク値付近でのみ電流が流れる。このため、電圧波形が正弦波であっても電流波形がパルス波形となり、力率の悪化を招くとともに、電流には多くの高調波成分が含まれるためノイズ障害を発生させたり、機器の電力損失を増加させたりするおそれがある。 In the power supply device adopting the capacitor input type rectification method, no current flows when the AC input voltage is smaller than the voltage between the terminals of the smoothing capacitor, and the current flows only near the peak value of the input voltage. For this reason, even if the voltage waveform is a sine wave, the current waveform becomes a pulse waveform, which causes a deterioration of the power factor, and since the current contains many harmonic components, it may cause noise disturbances and power loss of equipment. May increase.

このため、力率改善（ＰＦＣ：Power Factor Correction）回路を搭載することにより、変換効率が改善された電源装置が様々な分野で用いられている。力率改善回路には、全波整流回路の後段にチョッパ回路を接続したものが一般的に利用されている。この力率改善回路は、全波整流回路の出力電圧とチョッパ回路の出力電圧（平滑用コンデンサの両端電圧）に基づいて、スイッチングトランジスタのオン時間とオフ時間を決定し、入力電流が正弦波状に近づくようにしている。 For this reason, power supply devices with improved conversion efficiency by mounting a power factor correction (PFC) circuit are used in various fields. As the power factor correction circuit, a circuit in which a chopper circuit is connected to the subsequent stage of the full-wave rectifier circuit is generally used. This power factor correction circuit determines the on and off times of the switching transistor based on the output voltage of the full-wave rectifier circuit and the output voltage of the chopper circuit (the voltage across the smoothing capacitor), and the input current is sinusoidal. I try to get closer.

図６は、従来の力率改善回路を搭載した電源装置の構成を示す図であり、従来の電源装置は、商用交流電源１０１と、ダイオードブリッジ回路からなる全波整流回路１０２と、力率改善回路１３０、および、制御回路１４０を備えている。 FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a power supply device equipped with a conventional power factor correction circuit. The conventional power supply device includes a commercial AC power supply 101, a full-wave rectifier circuit 102 including a diode bridge circuit, and a power factor improvement. A circuit 130 and a control circuit 140 are provided.

力率改善回路１３０は、コンデンサ１０３、昇圧チョークコイル１０４、昇圧チョークコイルに設けた補助コイル１０５、スイッチング素子１０６、抵抗１０７、ダイオード１０８、および、平滑用コンデンサ１０９を備えている。平滑用コンデンサ１０９には電源装置の負荷１１０が接続される。 The power factor correction circuit 130 includes a capacitor 103, a boost choke coil 104, an auxiliary coil 105 provided in the boost choke coil, a switching element 106, a resistor 107, a diode 108, and a smoothing capacitor 109. The smoothing capacitor 109 is connected to a load 110 of the power supply device.

スイッチング素子１０６がオンされた場合、昇圧チョークコイル１０４、スイッチング素子１０６、および、抵抗１０７のパスが生じ、昇圧チョークコイル１０４に電流が流れエネルギーが蓄えられる。一方、スイッチング素子１０６がオフされた場合、昇圧コイル１０４、ダイオード１０８、および、平滑用コンデンサ１０９のパスが生じ、昇圧チョークコイル１０４に蓄えられたエネルギーは、ダイオード１０８を介して平滑用コンデンサ１０９に放出され、平滑用コンデンサ１０９を充電する。 When the switching element 106 is turned on, a path for the boost choke coil 104, the switching element 106, and the resistor 107 is generated, and a current flows through the boost choke coil 104 to store energy. On the other hand, when the switching element 106 is turned off, a path of the booster coil 104, the diode 108, and the smoothing capacitor 109 is generated, and the energy stored in the booster choke coil 104 is transferred to the smoothing capacitor 109 via the diode 108. Released and charges the smoothing capacitor 109.

昇圧チョークコイル１０４のエネルギーの放出によって、昇圧チョークコイル１０４を流れる電流が減少してゼロに近づく。昇圧チョークコイル１０４の電流変化は補助コイル１０５に誘起される２次電圧として検出することができ、補助コイル１０５の２次電圧を検出することによって、昇圧チョークコイル１０４の電流がゼロになったことが検出できる。 By releasing the energy of the boost choke coil 104, the current flowing through the boost choke coil 104 decreases and approaches zero. The change in the current of the boost choke coil 104 can be detected as a secondary voltage induced in the auxiliary coil 105. By detecting the secondary voltage of the auxiliary coil 105, the current of the boost choke coil 104 becomes zero. Can be detected.

制御回路１４０は、コンパレータ１２１を有し、コンパレータ１２１のプラス端子には補助コイル１０５の一方の端子が抵抗１２０を介して接続され、コンパレータ１２１のマイナス端子には一定の参照電圧１２２が閾値電圧Ｖthとして入力される。そして、補助コイル１０５に誘起される２次電圧が閾値電圧と比較され、コンパレータ１２１は、２次電圧が閾値電圧より大きい場合にハイレベルの信号を出力し、その他の場合にローレベルの信号を出力する。コンパレータ１２１の出力信号は、セット信号としてＲＳフリップ・フロップ回路１２３に出力される。ＲＳフリップ・フロップ回路１２３は、コンパレータ１２１の出力信号がローレベルになった際、ハイレベルの信号をスイッチング素子１０６のゲートに出力し、スイッチング素子１０６をオンさせる。 The control circuit 140 includes a comparator 121, one terminal of the auxiliary coil 105 is connected to the plus terminal of the comparator 121 via the resistor 120, and a constant reference voltage 122 is connected to the threshold voltage Vth to the minus terminal of the comparator 121. Is entered as Then, the secondary voltage induced in the auxiliary coil 105 is compared with the threshold voltage, and the comparator 121 outputs a high level signal when the secondary voltage is larger than the threshold voltage, and outputs a low level signal in the other cases. Output. The output signal of the comparator 121 is output to the RS flip-flop circuit 123 as a set signal. When the output signal of the comparator 121 becomes low level, the RS flip-flop circuit 123 outputs a high level signal to the gate of the switching element 106 to turn on the switching element 106.

平滑用コンデンサ１０９の端子電圧（出力側電圧に相当）は、２つの分圧抵抗１１１、１１２によって分圧され、分圧された電圧は誤差増幅器１１４の反転入力端子に入力される。誤差増幅器１１４の非反転入力端子には参照電圧１１３が入力され、誤差増幅器１１４の出力信号は参照電圧１１３と分圧された電圧との差電圧となり、次段のコンデンサ１１５によって平滑化される。 The terminal voltage (corresponding to the output side voltage) of the smoothing capacitor 109 is divided by the two voltage dividing resistors 111 and 112, and the divided voltage is input to the inverting input terminal of the error amplifier 114. The reference voltage 113 is input to the non-inverting input terminal of the error amplifier 114, and the output signal of the error amplifier 114 becomes a difference voltage between the reference voltage 113 and the divided voltage, and is smoothed by the capacitor 115 at the next stage.

全波整流回路１０２の出力信号（入力側電圧に相当）が、２つの分圧抵抗１１６、１１７によって分圧され、この分圧された全波整流器１０２の出力信号と誤差増幅器１１４の出力信号とが乗算器１１８によって乗算される。乗算された信号はコンパレータ１１９のマイナス端子に出力される。一方、コンパレータ１１９のプラス端子には、スイッチング素子１０６のソース電流を抵抗１０７によって電圧に変換した信号が入力される。 The output signal of the full-wave rectifier circuit 102 (corresponding to the input side voltage) is divided by two voltage dividing resistors 116 and 117, and the divided output signal of the full-wave rectifier 102 and the output signal of the error amplifier 114 Is multiplied by a multiplier 118. The multiplied signal is output to the minus terminal of the comparator 119. On the other hand, a signal obtained by converting the source current of the switching element 106 into a voltage by the resistor 107 is input to the plus terminal of the comparator 119.

コンパレータ１１９の出力信号は、リセット信号としてＲＳフリップ・フロップ回路１２３に出力される。ＲＳフリップ・フロップ回路１２３は、リセット信号が入力された場合、ローレベルの信号をスイッチング素子１０６のゲートに出力し、スイッチング素子１０６をオフさせる。このような構成の電源装置は、昇圧チョークコイル１０４に流れる電流に基づいてスイッチング素子１０６のオン・オフのタイミングを制御することで、電流及び電圧の位相を合わせて力率を向上させている。 The output signal of the comparator 119 is output to the RS flip-flop circuit 123 as a reset signal. When a reset signal is input, the RS flip-flop circuit 123 outputs a low level signal to the gate of the switching element 106 to turn off the switching element 106. The power supply device having such a configuration improves the power factor by matching the phases of the current and voltage by controlling the on / off timing of the switching element 106 based on the current flowing through the boost choke coil 104.

上述した電源装置では、補助コイル１０５の電圧を検出することによって、昇圧チョークコイル１０４の電流を検出している。しかしながら、補助コイル１０４の電位は全波整流回路１０２の出力信号である入力側電圧によって変化し、入力側電圧と平滑用コンデンサ１０９の端子電圧である出力側電圧との電圧差が小さいときには、補助コイル１０５の電位が小さくなって閾値電圧以上の電圧にならない場合が生じ、その場合には、スイッチング素子１０６がオフ状態を維持することになるため、スイッチング動作が不安定になるという問題があった。 In the power supply device described above, the current of the boost choke coil 104 is detected by detecting the voltage of the auxiliary coil 105. However, the potential of the auxiliary coil 104 changes depending on the input side voltage that is the output signal of the full-wave rectifier circuit 102, and when the voltage difference between the input side voltage and the output side voltage that is the terminal voltage of the smoothing capacitor 109 is small, There is a case where the potential of the coil 105 becomes small and does not become a voltage equal to or higher than the threshold voltage. In this case, the switching element 106 is maintained in an off state, which causes a problem that the switching operation becomes unstable. .

図７は、従来の力率改善回路を搭載した電源装置において設定される閾値電圧を説明するための図であり、図７（Ａ）に示すように、昇圧チョークコイル１０４の巻数をＮ１、補助コイル１０５の巻数をＮ２とし、全波整流器１０２の瞬時出力電圧（入力側電圧）をＶ１、平滑用コンデンサ１０９の端子電圧（出力側電圧）をＶ２とした場合、閾値電圧Ｖthが、（Ｖ２−√２×Ｖ１）×Ｎ２／Ｎ１より小さいときは、補助コイル１０５の全ての電圧振動の上限値が閾値電圧Ｖthを超えるため、全ての電圧振動ＶＳ１，ＶＳ２，…，ＶＳ１４においてスイッチング動作が行なわれる。 FIG. 7 is a diagram for explaining a threshold voltage set in a power supply device equipped with a conventional power factor correction circuit. As shown in FIG. 7A, the number of turns of boosting choke coil 104 is N1, and auxiliary voltage is set. When the number of turns of the coil 105 is N2, the instantaneous output voltage (input side voltage) of the full-wave rectifier 102 is V1, and the terminal voltage (output side voltage) of the smoothing capacitor 109 is V2, the threshold voltage Vth is (V2− When smaller than √2 × V1) × N2 / N1, since the upper limit value of all voltage oscillations of the auxiliary coil 105 exceeds the threshold voltage Vth, switching operation is performed in all the voltage oscillations VS1, VS2,. .

しかしながら、図７（Ｂ）に示すように、入力側電圧Ｖ１が高くなって、√２×Ｖ１≒Ｖ２となった場合のように、閾値電圧Ｖthが、（Ｖ２−√２×Ｖ１）×Ｎ２／Ｎ１より大きくなった場合は、電圧振動の上限値が閾値電圧Ｖthよりも小さくなる電圧振動ＶＳ６，ＶＳ７，…，ＶＳ９においてはスイッチング動作が行なわれないため、スイッチング動作が不安定になる。 However, as shown in FIG. 7B, the threshold voltage Vth becomes (V2−√2 × V1) × N2 as in the case where the input side voltage V1 is increased and becomes √2 × V1≈V2. When it exceeds / N1, the switching operation is unstable because the switching operation is not performed in the voltage oscillations VS6, VS7,..., VS9 in which the upper limit value of the voltage oscillation is smaller than the threshold voltage Vth.

この現象は、例えば、入力側電圧Ｖ１が１００Ｖであるときには、スイッチング動作が安定しているが、入力側電圧Ｖ１が２４０Ｖとなったときには、不安定なスイッチング動作として現れる。そして、日本国内（１００Ｖ系）では不具合が発生することはないが、日本国外（２４０Ｖ系）においては電源装置の動作が不安定になるため、国内用の電源装置を国外用に適用することが困難であり、国外用に新たに電源装置の設計を行なう必要があった。 For example, this phenomenon is stable when the input side voltage V1 is 100V, but appears as an unstable switching operation when the input side voltage V1 becomes 240V. In Japan (100V system), there will be no problems, but outside of Japan (240V system), the operation of the power supply device becomes unstable. Therefore, it is possible to apply domestic power supply devices for overseas use. It was difficult, and it was necessary to design a new power supply for overseas use.

このため、特許文献１に記載された電源装置では、全波整流回路の瞬時出力電圧を検出し、検出した瞬時出力電圧に応じて閾値電圧を変動させることにより変動する閾値電圧を設定し、すべての電圧振動においてスイッチング動作を確実行うようにしている。具体的には、図８に示すように、閾値電圧Ｖthを一定値ではなく、瞬時出力電圧Ｖ１および平滑用コンデンサ３７の端子電圧Ｖ２に応じて、（１／２（Ｖ２−２√２×Ｖ１）×Ｎ２／Ｎ１）となるように閾値電圧Ｖthを設定している。これにより、電圧振動の上限値及び下限値の中点が閾値電圧として設定されることになる。このため、電圧振動に対するマージンが広くなるたえ、入力側電圧が高くなって、入力側電圧及び出力側電圧の電圧差が小さくなった場合であっても、すべての電圧振動においてスイッチング動作が確実に行えるようになっている。 For this reason, in the power supply device described in Patent Document 1, the instantaneous output voltage of the full-wave rectifier circuit is detected, and the threshold voltage that varies by varying the threshold voltage according to the detected instantaneous output voltage is set. The switching operation is reliably performed in the voltage oscillation. Specifically, as shown in FIG. 8, the threshold voltage Vth is not a constant value, but is (1/2 (V2-2√2 × V1) according to the instantaneous output voltage V1 and the terminal voltage V2 of the smoothing capacitor 37. ) × N2 / N1), the threshold voltage Vth is set. Thereby, the midpoint of the upper limit value and the lower limit value of the voltage oscillation is set as the threshold voltage. For this reason, the margin for voltage oscillation is widened, and even when the input side voltage is increased and the voltage difference between the input side voltage and the output side voltage is reduced, the switching operation is ensured in all voltage oscillations. Can be done.

特開２００７−７４８１３号公報JP 2007-74813 A

しかしながら、特許文献１に開示された電源装置では、補助コイル電圧の検出閾値電圧Ｖthを入力側電圧によって可変となるように設定しているため、閾値電圧Ｖthをマイナス電圧にする必要が生じ、回路の構成が複雑となっていた。このため、閾値電圧Ｖthの設定手段として、例えばマイコンが用いられていた。 However, in the power supply device disclosed in Patent Document 1, since the detection threshold voltage Vth of the auxiliary coil voltage is set to be variable depending on the input side voltage, the threshold voltage Vth needs to be a negative voltage. The configuration of was complicated. For this reason, for example, a microcomputer is used as means for setting the threshold voltage Vth.

本発明は、これらの実情に鑑みてなされたものであり、入力側電圧と出力側電圧の電位差が小さい場合でも、安定した動作をすることができ、回路構成が簡略化できる電源装置を提供することをその目的とする。 The present invention has been made in view of these circumstances, and provides a power supply device that can operate stably even when the potential difference between the input side voltage and the output side voltage is small and can simplify the circuit configuration. That is the purpose.

上記課題を解決するために、本発明の第１の技術手段は、交流電圧を整流する整流回路と、該整流回路に接続されたチョークコイルと、該チョークコイルおよびダイオードを介して前記整流回路からの電流によって充電されるコンデンサと、該コンデンサおよび前記ダイオードに並列接続され前記整流回路から前記コンデンサへの電流をオン・オフ制御するスイッチング素子とを備える電源装置において、前記チョークコイルに電磁結合された補助コイルに生じる２次電圧と前記整流回路の瞬時出力電圧に応じて変動する電圧とを加算した電圧を判定電圧として出力する判定電圧出力回路と、前記判定電圧と所定の閾値電圧とを比較し、前記判定電圧が前記閾値電圧よりも低い場合に前記スイッチング素子をオンさせるスイッチング回路を備えたことを特徴としたものである。 In order to solve the above problems, a first technical means of the present invention includes a rectifier circuit that rectifies an AC voltage, a choke coil connected to the rectifier circuit, and the rectifier circuit via the choke coil and a diode. And a switching element that is connected in parallel to the capacitor and the diode to control on / off of the current from the rectifier circuit to the capacitor, and is electromagnetically coupled to the choke coil A determination voltage output circuit that outputs a voltage obtained by adding a secondary voltage generated in the auxiliary coil and a voltage that fluctuates according to the instantaneous output voltage of the rectifier circuit as a determination voltage, and compares the determination voltage with a predetermined threshold voltage A switching circuit for turning on the switching element when the determination voltage is lower than the threshold voltage. Is obtained is characterized by the.

第２の技術手段は、交流電圧を整流する整流回路と、該整流回路に接続されたチョークコイルと、該チョークコイルおよびダイオードを介して前記整流回路からの電流によって充電されるコンデンサと、該コンデンサおよび前記ダイオードに並列接続され前記整流回路から前記コンデンサへの電流をオン・オフ制御するスイッチング素子とを備える電源装置において、前記整流回路の瞬時出力電圧を検出する出力電圧検出回路と、前記出力電圧検出回路で検出した瞬時出力電圧から前記整流回路の実効出力電圧を算出する実効出力電圧算出回路と、前記コンデンサの端子電圧を検出する端子電圧検出回路と、前記コンデンサの端子電圧と前記実効出力電圧の電圧差を算出する電圧差算出回路と、前記電圧差を所定値と比較し、前記電圧差が所定値より高いか否かを判別する判別回路と、前記電圧差が前記所定値以下の場合に、前記チョークコイルに電磁結合された補助コイルに生じる２次電圧に前記整流回路の瞬時出力電圧に応じて変動する電圧を加算した電圧を判定電圧として出力し、前記電圧差が前記所定値より高い場合に、前記補助コイルに生じる２次電圧を判定電圧として出力する判定電圧出力回路と、前記判定電圧と所定の閾値電圧とを比較し、前記判定電圧が前記閾値電圧よりも低い場合に前記スイッチング素子をオンさせるスイッチング回路を備えたことを特徴としたものである。 The second technical means includes a rectifier circuit for rectifying an alternating voltage, a choke coil connected to the rectifier circuit, a capacitor charged by a current from the rectifier circuit via the choke coil and a diode, and the capacitor And a switching element that is connected in parallel to the diode and controls on / off of the current from the rectifier circuit to the capacitor, an output voltage detection circuit that detects an instantaneous output voltage of the rectifier circuit, and the output voltage An effective output voltage calculation circuit that calculates an effective output voltage of the rectifier circuit from an instantaneous output voltage detected by the detection circuit, a terminal voltage detection circuit that detects a terminal voltage of the capacitor, a terminal voltage of the capacitor, and the effective output voltage A voltage difference calculation circuit for calculating a voltage difference between the voltage difference and the voltage difference with a predetermined value. A discriminating circuit for discriminating whether the voltage is higher than a value; and a secondary voltage generated in an auxiliary coil electromagnetically coupled to the choke coil in response to an instantaneous output voltage of the rectifier circuit when the voltage difference is equal to or smaller than the predetermined value. A determination voltage output circuit that outputs, as a determination voltage, a voltage obtained by adding a voltage that fluctuates in response, and the voltage difference is higher than the predetermined value; And a predetermined threshold voltage, and a switching circuit that turns on the switching element when the determination voltage is lower than the threshold voltage is provided.

第３の技術手段は、交流電圧を整流する整流回路と、該整流回路に接続されたチョークコイルと、該チョークコイルおよびダイオードを介して前記整流回路からの電流によって充電されるコンデンサと、該コンデンサおよび前記ダイオードに並列接続され前記整流回路から前記コンデンサへの電流をオン・オフ制御するスイッチング素子とを備える電源装置において、前記交流電圧の電圧値が所定値より高いか否かを判別する判別回路と、前記交流電圧の電圧値が前記所定値より高い場合に、前記チョークコイルに電磁結合された補助コイルに生じる２次電圧に前記整流回路の瞬時出力電圧に応じて変動する電圧を加算した電圧を判定電圧として出力し、前記交流電圧の電圧値が前記所定値以下の場合に、前記補助コイルに生じる２次電圧を判定電圧として出力する判定電圧出力回路と、前記判定電圧と所定の閾値電圧とを比較し、前記判定電圧が前記閾値電圧よりも低い場合に前記スイッチング素子をオンさせるスイッチング回路を備えたことを特徴としたものである。 A third technical means includes a rectifier circuit for rectifying an alternating voltage, a choke coil connected to the rectifier circuit, a capacitor charged by a current from the rectifier circuit via the choke coil and a diode, and the capacitor And a switching device that is connected in parallel to the diode and controls on / off of the current from the rectifier circuit to the capacitor, and a determination circuit that determines whether the voltage value of the AC voltage is higher than a predetermined value And a voltage obtained by adding a voltage that varies according to the instantaneous output voltage of the rectifier circuit to the secondary voltage generated in the auxiliary coil electromagnetically coupled to the choke coil when the voltage value of the AC voltage is higher than the predetermined value. Is output as a determination voltage, and when the voltage value of the AC voltage is equal to or less than the predetermined value, a secondary voltage generated in the auxiliary coil is A determination voltage output circuit that outputs a constant voltage, and a switching circuit that compares the determination voltage with a predetermined threshold voltage and turns on the switching element when the determination voltage is lower than the threshold voltage. It is what.

第４の技術手段は、１から３のいずれか１の技術手段において、前記整流回路の瞬時出力電圧を分圧するための分圧抵抗を備え、該分圧抵抗の接続点の電圧を前記整流回路の瞬時出力電圧に応じて変動する電圧として検出することを特徴としたものである。 A fourth technical means includes the voltage dividing resistor for dividing the instantaneous output voltage of the rectifier circuit in any one of the technical means 1 to 3, and the voltage at the connection point of the voltage dividing resistor is the rectifier circuit. The voltage is detected as a voltage that fluctuates according to the instantaneous output voltage.

本発明によれば、力率改善回路の入力側電圧と出力側電圧の電位差が小さい場合でも、全ての電圧振動においてスイッチングが行われるため、力率改善回路が安定した動作をすることができる。また、閾値電圧をマイナスの値にする必要がないため、スイッチング素子のスイッチング回路を簡略化できる。さらに、電源装置の不安定な動作時に発生する昇圧チョークコイルからの騒音を低減することができる。 According to the present invention, even when the potential difference between the input side voltage and the output side voltage of the power factor correction circuit is small, switching is performed in all voltage oscillations, so that the power factor improvement circuit can operate stably. In addition, since the threshold voltage does not need to be a negative value, the switching circuit of the switching element can be simplified. Furthermore, it is possible to reduce noise from the boost choke coil that is generated during unstable operation of the power supply device.

本発明の実施形態に係る電源装置の一構成例を示す図である。It is a figure which shows one structural example of the power supply device which concerns on embodiment of this invention. 図１に示す電源装置の各部の波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of each part of the power supply device shown in FIG. 図１に示す電源装置の補助コイルに生じた判定電圧を出力する方法を模式的に説明するための図である。It is a figure for demonstrating typically the method to output the determination voltage which arose in the auxiliary coil of the power supply device shown in FIG. 本発明の実施形態に係る電源装置の他の構成例を示す図である。It is a figure which shows the other structural example of the power supply device which concerns on embodiment of this invention. 図４に示す電源装置に用いられる判定電圧出力回路を説明するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining a determination voltage output circuit used in the power supply device shown in FIG. 4. 従来の力率改善回路を搭載した電源装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the power supply device carrying the conventional power factor improvement circuit. 従来の力率改善回路を搭載した電源装置において設定される閾値電圧を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the threshold voltage set in the power supply device carrying the conventional power factor improvement circuit. 従来の力率改善回路を搭載した電源装置において設定される改良した閾値電圧を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the improved threshold voltage set in the power supply device carrying the conventional power factor improvement circuit.

以下、図面を参照しながら、本発明の電源装置に係る好適な実施の形態について説明する。以下の説明において、異なる図面においても同じ符号を付した構成は同様のものであるとして、その説明を省略する場合がある。 Hereinafter, preferred embodiments according to a power supply device of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the configurations denoted by the same reference numerals in different drawings are the same, and the description thereof may be omitted.

（第１の実施形態）
図１は本発明の実施形態に係る電源装置の一構成例を示す図、図２は図１に示す電源装置の各部の波形を示す図である。
電源装置は、商用交流電源１と、全波整流回路２と、力率改善回路３０、および、制御回路４０を備えている。制御回路４０の１点鎖線で囲んだ構成をＩＣ（集積回路）で構成することも可能である。 (First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a power supply device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing waveforms of respective parts of the power supply device shown in FIG.
The power supply device includes a commercial AC power supply 1, a full-wave rectifier circuit 2, a power factor correction circuit 30, and a control circuit 40. The configuration surrounded by the one-dot chain line of the control circuit 40 may be configured by an IC (integrated circuit).

全波整流回路２は、ブリッジ接続されたダイオード回路からなり、入力端ａ、ｂから入力された商用交流電源１からの単相の電圧を全波整流して出力端ｃ、ｄから出力する。全波整流回路２の出力端ｄは接地されている。力率改善回路３０は、全波整流回路２の出力端ｃ、ｄに接続されたコンデンサ３と、コンデンサ３の一方の直流ラインに接続された昇圧チョークコイル４と、昇圧チョークコイル４に電磁結合する補助コイル５と、昇圧チョークコイル４の後段に設けたスイッチング素子６と、電流検出用の抵抗７と、スイッチング素子６の後段に設けた逆流防止用のダイオード８と、平滑用コンデンサ９とを備えている。平滑用コンデンサ９の両端が電源装置の出力端子に相当し、負荷１０が接続される。 The full-wave rectifier circuit 2 is composed of a bridge-connected diode circuit, and full-wave rectifies the single-phase voltage from the commercial AC power source 1 input from the input terminals a and b and outputs the voltage from the output terminals c and d. The output terminal d of the full wave rectifier circuit 2 is grounded. The power factor correction circuit 30 is electromagnetically coupled to the capacitor 3 connected to the output terminals c and d of the full-wave rectifier circuit 2, the boost choke coil 4 connected to one DC line of the capacitor 3, and the boost choke coil 4. An auxiliary coil 5, a switching element 6 provided downstream of the boost choke coil 4, a current detection resistor 7, a backflow prevention diode 8 provided downstream of the switching element 6, and a smoothing capacitor 9. I have. Both ends of the smoothing capacitor 9 correspond to output terminals of the power supply device, and a load 10 is connected.

昇圧チョークコイル４は、整流回路２から供給された脈流電圧にしたがって流れる電流をエネルギーとして蓄え、起電力を発生させるためのインダクタンス要素である。補助コイル５は、昇圧チョークコイル４を流れる電流を検出するためのものである。スイッチング素子６は、例えばＮチャンネルの電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）で構成され、ゲートにハイレベルの信号が供給されてオンし、ゲートにローレベルの信号が供給されてオフする。そして、スイッチング素子６のゲートには、制御回路４０のＲＳフリップ・フロップ回路２３からの出力信号が供給されている。 The step-up choke coil 4 is an inductance element for storing an electric current flowing according to the pulsating voltage supplied from the rectifier circuit 2 as energy and generating an electromotive force. The auxiliary coil 5 is for detecting the current flowing through the boost choke coil 4. The switching element 6 is composed of, for example, an N-channel field effect transistor (FET), and is turned on when a high level signal is supplied to the gate, and is turned off when a low level signal is supplied to the gate. An output signal from the RS flip-flop circuit 23 of the control circuit 40 is supplied to the gate of the switching element 6.

制御回路４０は、全波整流回路２の瞬時出力電圧（入力側電圧）Ｖ１と平滑用コンデンサ９の端子電圧（出力側電圧）Ｖ２、および、スイッチング素子６を流れる電流に応じて、スイッチング素子６のオフタイミングを制御している。本実施形態では、平滑用コンデンサ９の端子電圧Ｖ２は、２つの分圧抵抗１１、１２によって分圧され、分圧された電圧ＶＲ２は誤差増幅器１４の反転入力端子に入力される。誤差増幅器１４の非反転入力端子には参照電圧１３が入力され、参照電圧１３と分圧された電圧との差電圧が誤差増幅器１４の出力信号として出力される。誤差増幅器１４の出力信号はコンデンサ１５によって平滑化され、加算器１８に入力される。
なお、分圧抵抗１１、１２は、平滑用コンデンサ９の端子電圧Ｖ２を検出するためのものであり、本発明の端子電圧検出回路に相当する。 The control circuit 40 switches the switching element 6 according to the instantaneous output voltage (input side voltage) V1 of the full-wave rectifier circuit 2, the terminal voltage (output side voltage) V2 of the smoothing capacitor 9, and the current flowing through the switching element 6. The off timing is controlled. In this embodiment, the terminal voltage V 2 of the smoothing capacitor 9 is divided by the two voltage dividing resistors 11 and 12, and the divided voltage VR 2 is input to the inverting input terminal of the error amplifier 14. A reference voltage 13 is input to the non-inverting input terminal of the error amplifier 14, and a difference voltage between the reference voltage 13 and the divided voltage is output as an output signal of the error amplifier 14. The output signal of the error amplifier 14 is smoothed by the capacitor 15 and input to the adder 18.
The voltage dividing resistors 11 and 12 are for detecting the terminal voltage V2 of the smoothing capacitor 9, and correspond to the terminal voltage detection circuit of the present invention.

一方、全波整流回路２の瞬時出力電圧Ｖ１は、２つの分圧抵抗１６、１７によって分圧され、この分圧された電圧ＶＲ１が乗算器１８に入力される。このように、入力側電圧Ｖ１および出力側電圧Ｖ２は一般に高電圧であることから、抵抗分圧によって電圧レベルを下げて処理を低電圧化して行なうことが好ましい。分圧抵抗１６、１７は、全波整流回路２の瞬時出力電圧Ｖ１を検出するためのものであり、本発明の出力電圧検出回路に相当する。 On the other hand, the instantaneous output voltage V 1 of the full-wave rectifier circuit 2 is divided by two voltage dividing resistors 16 and 17, and the divided voltage VR 1 is input to the multiplier 18. Thus, since the input side voltage V1 and the output side voltage V2 are generally high voltages, it is preferable to perform the processing by lowering the voltage level by resistance voltage division to reduce the voltage. The voltage dividing resistors 16 and 17 are for detecting the instantaneous output voltage V1 of the full-wave rectifier circuit 2, and correspond to the output voltage detection circuit of the present invention.

乗算器１８は、入力側電圧Ｖ１と出力側電圧Ｖ２の昇圧量（実効値）とに基づいて、スイッチング素子６を流れる電流の目標レベルを設定するためのものであり、乗算器１８の出力は、誤差増幅器１４の出力信号を正弦波の脈流の電圧ＶＲ１の振幅で増幅した信号となる。乗算器１８からの信号は、コンパレータ１９のマイナス端子に出力される。一方、コンパレータ１９のプラス端子には、スイッチング素子６のソース電流を抵抗７によって電圧に変換した信号が入力される。 The multiplier 18 is for setting the target level of the current flowing through the switching element 6 based on the boost amount (effective value) of the input side voltage V1 and the output side voltage V2, and the output of the multiplier 18 is The signal output from the error amplifier 14 is amplified by the amplitude of the sinusoidal pulsating voltage VR1. The signal from the multiplier 18 is output to the negative terminal of the comparator 19. On the other hand, a signal obtained by converting the source current of the switching element 6 into a voltage by the resistor 7 is input to the plus terminal of the comparator 19.

コンパレータ１９の出力信号は、リセット信号としてＲＳフリップ・フロップ回路２３に出力される。ＲＳフリップ・フロップ回路２３は、リセット信号が入力された場合、ローレベルの信号をスイッチング素子６のゲートに出力し、スイッチング素子６をオフさせる。 The output signal of the comparator 19 is output to the RS flip-flop circuit 23 as a reset signal. When the reset signal is input, the RS flip-flop circuit 23 outputs a low level signal to the gate of the switching element 6 to turn off the switching element 6.

制御回路４０は、補助コイル５の検出電圧と入力側電圧Ｖ１に基づいてスイッチング素子６のオンタイミングを制御している。本実施形態では、全波整流回路２の瞬時出力電圧Ｖ１を、２つの分圧抵抗２４，２５によって分圧し、この分圧した電圧ＶＲ３を誤差増幅器２６のプラス端子に入力している。誤差増幅器２６はボルテージフォロワとして用いられており、誤差増幅器２６の出力側には補助コイル６の一方の端子に接続され、補助コイル５の他方の端子は抵抗２０を介してコンパレータ２１のプラス端子に接続される。 The control circuit 40 controls the ON timing of the switching element 6 based on the detection voltage of the auxiliary coil 5 and the input side voltage V1. In the present embodiment, the instantaneous output voltage V1 of the full-wave rectifier circuit 2 is divided by the two voltage dividing resistors 24 and 25, and the divided voltage VR3 is input to the plus terminal of the error amplifier 26. The error amplifier 26 is used as a voltage follower. The output side of the error amplifier 26 is connected to one terminal of the auxiliary coil 6, and the other terminal of the auxiliary coil 5 is connected to the plus terminal of the comparator 21 via the resistor 20. Connected.

ここで、分圧抵抗２４，２５は、全波整流回路２の瞬時出力電圧Ｖ１に応じて変動する電圧ＶＲ３を求めるためのものである。なお、本実施形態では、処理の低電圧化のために、全波整流回路２の瞬時出力電圧Ｖ１を分圧抵抗２４，２５で分圧した電圧ＶＲ３を求めているが、電圧ＶＲ３の代わりに、全波整流回路２の瞬時出力電圧Ｖ１を分圧抵抗１６，１７で分圧した電圧ＶＲ１を用いてもよい。この場合、回路構成はより簡単化できる。 Here, the voltage dividing resistors 24 and 25 are for obtaining a voltage VR3 that varies according to the instantaneous output voltage V1 of the full-wave rectifier circuit 2. In this embodiment, the voltage VR3 obtained by dividing the instantaneous output voltage V1 of the full-wave rectifier circuit 2 by the voltage dividing resistors 24 and 25 is obtained in order to reduce the processing voltage, but instead of the voltage VR3. Alternatively, a voltage VR1 obtained by dividing the instantaneous output voltage V1 of the full-wave rectifier circuit 2 by the voltage dividing resistors 16 and 17 may be used. In this case, the circuit configuration can be further simplified.

一方、コンパレータ２１のマイナス端子には一定の参照電圧２２が閾値電圧Ｖthとして入力される。そして、全波整流回路２の瞬時出力電圧Ｖ１に応じて変動する電圧ＶＲ３と補助コイル５に誘起される２次電圧Ｖｃとを加算した判定電圧Ｖｓが閾値電圧Ｖthと比較され、コンパレータ２１は、判定電圧Ｖｓが閾値電圧Ｖthより大きくなった場合にハイレベルの信号を出力し、その他の場合にローレベルの信号を出力する。コンパレータ２１の出力信号は、セット信号としてＲＳフリップ・フロップ回路２３に出力される。ＲＳフリップ・フロップ回路２３は、コンパレータ２１の出力信号がローレベルになった際、ハイレベルの出力信号をスイッチング素子６のゲートに出力し、スイッチング素子６をオンさせる。なお、本実施形態では、分圧抵抗２４，２５、誤差増幅器２６、補助コイル５、および、抵抗２０によって判定電圧出力回路が構成されている。 On the other hand, a constant reference voltage 22 is input as a threshold voltage Vth to the negative terminal of the comparator 21. Then, the determination voltage Vs obtained by adding the voltage VR3 that fluctuates according to the instantaneous output voltage V1 of the full-wave rectifier circuit 2 and the secondary voltage Vc induced in the auxiliary coil 5 is compared with the threshold voltage Vth. When the determination voltage Vs becomes greater than the threshold voltage Vth, a high level signal is output, and in other cases, a low level signal is output. The output signal of the comparator 21 is output to the RS flip-flop circuit 23 as a set signal. When the output signal of the comparator 21 becomes low level, the RS flip-flop circuit 23 outputs a high level output signal to the gate of the switching element 6 to turn on the switching element 6. In this embodiment, the voltage dividing resistors 24 and 25, the error amplifier 26, the auxiliary coil 5, and the resistor 20 constitute a determination voltage output circuit.

次に、電源装置の各部の動作について図２を参照して説明する。図２では、ＲＳフリップ・フロップの出力Ｑ，セット信号Ｓ、リセット信号Ｒ，および、図１に示す各部の電流波形を記載しているが、セット信号Ｓとリセット信号Ｒとは、そのタイミングのみを示している。まず、図２の時刻t１においてスイッチング素子６がオンされた場合、全波整流回路２の出力端ｃ、昇圧チョークコイル４、スイッチング素子６、および、抵抗７のパスが生じる。このため、全波整流回路２の脈流電圧が昇圧チョークコイル４、スイッチング素子６、および、抵抗７に印加され、インダクタンス素子としての昇圧チョークコイル４の電流ＩＬが増加する。同様に、スイッチング素子６には電流ＩＳＷが流れる。電流ＩＬと電流ＩＳＷとは同じ大きさである。昇圧チョークコイル４の電流ＩＬの増加とともに、昇圧チョークコイル４に蓄えられるエネルギーは増加する。 Next, the operation of each part of the power supply device will be described with reference to FIG. In FIG. 2, the output Q of the RS flip-flop, the set signal S, the reset signal R, and the current waveform of each part shown in FIG. 1 are shown, but the set signal S and the reset signal R are only the timing. Is shown. First, when the switching element 6 is turned on at time t1 in FIG. 2, a path of the output terminal c of the full-wave rectifier circuit 2, the boost choke coil 4, the switching element 6, and the resistor 7 is generated. For this reason, the pulsating voltage of the full-wave rectifier circuit 2 is applied to the boost choke coil 4, the switching element 6, and the resistor 7, and the current IL of the boost choke coil 4 as an inductance element increases. Similarly, a current ISW flows through the switching element 6. The current IL and the current ISW have the same magnitude. As the current IL of the boost choke coil 4 increases, the energy stored in the boost choke coil 4 increases.

スイッチング素子６を流れる電流ＩＳＷは抵抗７によって電圧に変換され、コンパレータ１９のプラス端子に入力される。このため、電流ＩＳＷが増加していき、時刻ｔ２において、乗算器１８によって設定されたスイッチング素子６を流れる電流の目標レベルよりも大きくなった際に、コンパレータ１９からはハイレベルの出力信号が出される。この出力信号によってＲＳフリップ・フロップ２３がリセットされる。ＲＳフリップ・フロップ２３がリセットすることによって、ローレベルの出力信号がスイッチング素子６のゲートに加わり、スイッチング素子６がオフする。 The current ISW flowing through the switching element 6 is converted into a voltage by the resistor 7 and input to the plus terminal of the comparator 19. For this reason, when the current ISW increases and becomes higher than the target level of the current flowing through the switching element 6 set by the multiplier 18 at time t2, a high level output signal is output from the comparator 19. It is. The RS flip-flop 23 is reset by this output signal. When the RS flip-flop 23 is reset, a low-level output signal is applied to the gate of the switching element 6, and the switching element 6 is turned off.

スイッチング素子６がオフすると、負荷１０を考慮しない場合、全波整流回路２の出力端ｃ、昇圧チョークコイル４、ダイオード８、および、平滑用コンデンサ９のパスが生じる。そして、昇圧チョークコイル４に蓄積されていたエネルギーに全波整流回路２からの電圧Ｖ１を加算した電圧がダイオード８を介して平滑用コンデンサ９に印加される。このため、平滑用コンデンサ９は、商用交流電源１で供給される電圧よりも高い電圧で充電される。昇圧チョークコイル４を流れていた電流ＩＬは、ダイオード８を介して平滑用コンデンサ９に流れる。スイッチング素子６がオフした後は、昇圧チョークコイル４の電流ＩＬはダイオード８を流れる電流ＩＤとして供給されるため、時間とともに平滑用コンデンサ９に充電されて減少していく。 When the switching element 6 is turned off, the path of the output terminal c of the full-wave rectifier circuit 2, the boost choke coil 4, the diode 8, and the smoothing capacitor 9 occurs when the load 10 is not taken into consideration. A voltage obtained by adding the voltage V 1 from the full-wave rectifier circuit 2 to the energy accumulated in the boost choke coil 4 is applied to the smoothing capacitor 9 via the diode 8. For this reason, the smoothing capacitor 9 is charged with a voltage higher than the voltage supplied by the commercial AC power supply 1. The current IL flowing through the boost choke coil 4 flows to the smoothing capacitor 9 via the diode 8. After the switching element 6 is turned off, the current IL of the step-up choke coil 4 is supplied as the current ID flowing through the diode 8, so that the smoothing capacitor 9 is charged and decreases with time.

図３は図１に示す電源装置の補助コイルに生じた判定電圧を出力する方法を模式的に説明するための図である。昇圧チョークコイル４に電磁結合している補助コイル５の両端には、昇圧チョークコイル４を流れる電流ＩＬの増減に伴って起電力が生じ、正負の電圧Ｖｃが発生する。この補助コイル５の電圧Ｖｃには、全波整流回路２の瞬時出力電圧Ｖ１を２つの分圧抵抗２４，２５によって分圧した電圧ＶＲ３が加算され、コンパレータ２１のプラス端子には、加算された電圧が判定電圧Ｖｓとして入力される。 FIG. 3 is a diagram for schematically explaining a method of outputting the determination voltage generated in the auxiliary coil of the power supply device shown in FIG. An electromotive force is generated at both ends of the auxiliary coil 5 electromagnetically coupled to the boost choke coil 4 as the current IL flowing through the boost choke coil 4 increases and decreases, and a positive and negative voltage Vc is generated. The voltage VR3 obtained by dividing the instantaneous output voltage V1 of the full-wave rectifier circuit 2 by the two voltage dividing resistors 24 and 25 is added to the voltage Vc of the auxiliary coil 5, and is added to the plus terminal of the comparator 21. The voltage is input as the determination voltage Vs.

図２に戻り、時刻ｔ２からの昇圧チョークコイル４を流れる電流ＩＬの減少によって、補助コイル５に発生する電圧Ｖｃは正電圧となる。そして、時刻ｔ３で昇圧チョークコイル４を流れる電流ＩＬが減少してほぼ零となった時には、補助コイル５には電圧が発生せず、電圧Ｖｃはゼロとなる。したがって、補助コイル５の電圧Ｖｃは、昇圧チョークコイル４を流れる電流ＩＬが減少して零になった時刻ｔ３の時点で、正電圧からゼロ電圧まで下降変化する。コンパレータ２１のプラス端子には補助コイル５の電圧に電圧ＶＲ３が加算された電圧が判定電圧Ｖｓとして入力されているが、判定電圧Ｖｓも時刻ｔ３で下降する。 Returning to FIG. 2, the voltage Vc generated in the auxiliary coil 5 becomes a positive voltage due to the decrease in the current IL flowing through the boost choke coil 4 from time t2. At time t3, when the current IL flowing through the boost choke coil 4 decreases and becomes almost zero, no voltage is generated in the auxiliary coil 5, and the voltage Vc becomes zero. Therefore, the voltage Vc of the auxiliary coil 5 changes from the positive voltage to the zero voltage at the time t3 when the current IL flowing through the boost choke coil 4 decreases to zero. A voltage obtained by adding the voltage VR3 to the voltage of the auxiliary coil 5 is input to the plus terminal of the comparator 21 as the determination voltage Vs. The determination voltage Vs also decreases at time t3.

判定電圧Ｖｓはコンパレータ２１によって参照電圧２２の閾値電圧Ｖthと比較されるが、閾値電圧Ｖthは、昇圧チョークコイル４を流れる電流ＩＬがゼロとなる時刻ｔ３で、判定電圧Ｖｓより大きくなるように設定される。このため、時刻t３でコンパレータ２１の出力はローレベルとなり、ＲＳフリップ・フロップ２３をセットする。ＲＳフリップ・フロップ２３がセットされることによって、スイッチング素子６のゲートにハイレベルの信号が入力され、スイッチング素子６が時刻ｔ３でオンされる。スイッチング素子６のオンによって、全波整流回路２の出力端ｃ、昇圧チョークコイル４、スイッチング素子６、および、抵抗７のパスが生じ、先述したように、昇圧チョークコイル４の電流ＩＬが再び増加し始めることになる。以降、スイッチング素子６は同様にしてオン・オフ制御される。 The determination voltage Vs is compared with the threshold voltage Vth of the reference voltage 22 by the comparator 21, and the threshold voltage Vth is set to be larger than the determination voltage Vs at time t3 when the current IL flowing through the boost choke coil 4 becomes zero. Is done. For this reason, the output of the comparator 21 becomes low level at time t3, and the RS flip-flop 23 is set. By setting the RS flip-flop 23, a high level signal is input to the gate of the switching element 6, and the switching element 6 is turned on at time t3. When the switching element 6 is turned on, a path of the output terminal c of the full-wave rectifier circuit 2, the boost choke coil 4, the switching element 6 and the resistor 7 is generated, and the current IL of the boost choke coil 4 increases again as described above. Will begin to do. Thereafter, the switching element 6 is similarly turned on / off.

なお、昇圧チョークコイル４の電流ＩＬの増加に伴って、補助コイル５には正の電圧Ｖｃが励起されるが、この電圧変化によってコンパレータ２１の出力が変化することはない。このように、コンパレータ１９と２１とによって、昇圧チョークコイル４の電流ＩＬは三角波状のパルス波形となる。そして、各パルス波形の頂点を結んだ包絡線の形状が交流電源１の電圧の２分の１周期の波状の脈流となるため、力率を改善することができる。 As the current IL of the boost choke coil 4 increases, a positive voltage Vc is excited in the auxiliary coil 5, but the output of the comparator 21 does not change due to this voltage change. In this manner, the comparator 19 and the comparator 21 cause the current IL of the boost choke coil 4 to have a triangular waveform. And since the shape of the envelope which connected the vertex of each pulse waveform turns into a wave-like pulsating current of the 1/2 cycle of the voltage of AC power supply 1, a power factor can be improved.

本実施形態では、補助コイル５の電圧Ｖｃに整流回路の瞬時出力電圧に応じて変動する電圧ＶＲ３を加算して得られた電圧を判定電圧Ｖｓとしているため、昇圧チョークコイル４の電流ＩＬがゼロとなる時点で常に判定電圧Ｖｓを閾値電圧Ｖthよりも小さくすることができる。このため、安定した力率改善回路の動作が可能である。なお、先述したように、補助コイル５の電圧Ｖｃに加算する電圧としては、整流回路の瞬時出力電圧Ｖ１に応じて変動する電圧であればよく、分圧抵抗１６，１７によって得られる電圧ＶＲ１を用いてもよい。 In this embodiment, since the voltage Vc obtained by adding the voltage VR3 that varies according to the instantaneous output voltage of the rectifier circuit to the voltage Vc of the auxiliary coil 5 is used as the determination voltage Vs, the current IL of the boost choke coil 4 is zero. The determination voltage Vs can always be made smaller than the threshold voltage Vth. For this reason, the operation | movement of the stable power factor improvement circuit is possible. As described above, the voltage to be added to the voltage Vc of the auxiliary coil 5 may be a voltage that varies according to the instantaneous output voltage V1 of the rectifier circuit, and the voltage VR1 obtained by the voltage dividing resistors 16 and 17 is used. It may be used.

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、常に補助コイル５の電圧Ｖｃに整流回路の瞬時出力電圧に応じて変動する電圧を加算して得られた電圧を判定電圧Ｖｓとし、閾値電圧Ｖthとの比較を行ってスイッチング素子６をオンさせている。しかしながら、スイッチング動作にマージンがある場合、すなわち、入力側電圧と出力側電圧との差が大きい場合は、補助コイル５の電圧Ｖｃに整流回路の瞬時出力電圧を加算せずに、図６に示す従来技術と同様に、補助コイル５の電圧と閾値電圧Ｖthとの比較を行って、スイッチング素子６をオンさせてもよい。 (Second Embodiment)
In the first embodiment, the voltage obtained by always adding the voltage varying according to the instantaneous output voltage of the rectifier circuit to the voltage Vc of the auxiliary coil 5 is used as the determination voltage Vs and compared with the threshold voltage Vth. The switching element 6 is turned on. However, when there is a margin in the switching operation, that is, when the difference between the input side voltage and the output side voltage is large, the instantaneous output voltage of the rectifier circuit is not added to the voltage Vc of the auxiliary coil 5 as shown in FIG. As in the prior art, the switching element 6 may be turned on by comparing the voltage of the auxiliary coil 5 with the threshold voltage Vth.

図４は、本発明の実施形態に係る電源装置の他の構成例として第２の実施形態に係る構成を示す図である。第２の実施形態では、入力側電圧と出力側電圧との差が大きい場合は、補助コイルの電圧を閾値電圧と比較し、入力側電圧と出力側電圧との差が小さい場合は、補助コイルの電圧に整流回路の瞬時出力電圧に応じて変動する電圧を加算して得られた電圧を閾値電圧と比較するようにしている。 FIG. 4 is a diagram showing a configuration according to the second embodiment as another configuration example of the power supply device according to the embodiment of the present invention. In the second embodiment, when the difference between the input side voltage and the output side voltage is large, the voltage of the auxiliary coil is compared with the threshold voltage, and when the difference between the input side voltage and the output side voltage is small, the auxiliary coil The voltage obtained by adding the voltage that fluctuates according to the instantaneous output voltage of the rectifier circuit to this voltage is compared with the threshold voltage.

図４に示す電源装置は、昇圧チョークコイル４に電磁結合された補助コイル５の一端がスイッチＳ１に接続されており、他端が抵抗２０を介してコンパレータ２１のプラス端子に接続されている。図４に示す電源装置は、このスイッチＳ１を後述する方法で切換える点が、図１に示す電源装置の構成と異なっている。なお、図４に示す電源装置と図１に示す電源装置では、他の構成部分については同じであり、同じ構成部分についてはその説明を省略する。 In the power supply device shown in FIG. 4, one end of the auxiliary coil 5 electromagnetically coupled to the boost choke coil 4 is connected to the switch S <b> 1, and the other end is connected to the plus terminal of the comparator 21 through the resistor 20. The power supply device shown in FIG. 4 is different from the power supply device shown in FIG. 1 in that the switch S1 is switched by a method described later. The power supply device shown in FIG. 4 and the power supply device shown in FIG. 1 are the same for the other components, and the description of the same components is omitted.

図４に示すスイッチＳ１は、入力側電圧Ｖ１と出力側電圧Ｖ２との差が小さい場合は、接点ｅ側に接続される。これにより、補助コイル５の電圧Ｖｃに整流回路の瞬時出力電圧に応じて変動する電圧ＶＲ３を加算して得られた電圧が判定電圧Ｖｓとして閾値電圧Ｖthと比較される。また、入力側電圧Ｖ１と出力側電圧Ｖ２との差が大きい場合は、スイッチＳ１は、接点ｆ側に接続される。これにより、補助コイル５の電圧Ｖｃが判定電圧Ｖｓとして閾値電圧Ｖthと比較される。 The switch S1 shown in FIG. 4 is connected to the contact e side when the difference between the input side voltage V1 and the output side voltage V2 is small. Thereby, the voltage obtained by adding the voltage VR3 which fluctuates according to the instantaneous output voltage of the rectifier circuit to the voltage Vc of the auxiliary coil 5 is compared with the threshold voltage Vth as the determination voltage Vs. When the difference between the input side voltage V1 and the output side voltage V2 is large, the switch S1 is connected to the contact f side. Thereby, the voltage Vc of the auxiliary coil 5 is compared with the threshold voltage Vth as the determination voltage Vs.

図５は図４に示す電源装置に用いられるスイッチ切替回路を説明するための図である。図５に示すスイッチ切替回路５０は、ＣＰＵ５１、入力側電圧入力部５２、出力側電圧入力部５３、入力側実効電圧算出部５４、電圧差算出部５５、電圧差比較値設定部５６、判定部５７、および、スイッチ信号出力部５８を有している。また、スイッチ切替回路５０は図示しないメモリを有しており、予めメモリに記憶されたプログラムをＣＰＵ５１が実行することによって種々の機能を実現している。なお、スイッチ切替回路５０は、コンパレータ２６、スイッチＳ１、補助コイル５、抵抗２０とともに本実施形態における判定電圧出力回路を構成している。 FIG. 5 is a diagram for explaining a switch switching circuit used in the power supply device shown in FIG. The switch switching circuit 50 shown in FIG. 5 includes a CPU 51, an input side voltage input unit 52, an output side voltage input unit 53, an input side effective voltage calculation unit 54, a voltage difference calculation unit 55, a voltage difference comparison value setting unit 56, and a determination unit. 57, and a switch signal output unit 58. The switch switching circuit 50 has a memory (not shown), and various functions are realized by the CPU 51 executing a program stored in the memory in advance. The switch switching circuit 50 constitutes a determination voltage output circuit in the present embodiment together with the comparator 26, the switch S1, the auxiliary coil 5, and the resistor 20.

入力側電圧入力部５２には、抵抗１６，１７によって入力側電圧Ｖ１が分圧された電圧ＶＲ１が入力され、出力側電圧入力部５３には、抵抗１１，１２によって出力側電圧Ｖ２が分圧された分圧された電圧ＶＲ２が入力される。抵抗１６，１７，１１，１２の各抵抗値Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４は、予めメモリに記憶されており、ＣＰＵ５１は、Ｖ１＝（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ２×ＶＲ１から入力側電圧Ｖ１を算出し、Ｖ２＝（Ｒ３＋Ｒ４）／Ｒ４×ＶＲ２から出力側電圧Ｖ２を算出する。なお、入力側電圧入力部５２に、抵抗２４，２５によって入力側電圧Ｖ１が分圧された電圧ＶＲ３を入力するようにしてもよい。その際は、抵抗２４，２５の抵抗値を用いて入力側電圧Ｖ１を算出すればよい。 A voltage VR1 obtained by dividing the input side voltage V1 by the resistors 16 and 17 is input to the input side voltage input unit 52, and an output side voltage V2 is divided by the resistors 11 and 12 to the output side voltage input unit 53. The divided voltage VR2 is input. The resistance values R1, R2, R3, and R4 of the resistors 16, 17, 11, and 12 are stored in advance in the memory, and the CPU 51 calculates the input side voltage V1 from V1 = (R1 + R2) / R2 × VR1, The output side voltage V2 is calculated from V2 = (R3 + R4) / R4 × VR2. Note that a voltage VR3 obtained by dividing the input side voltage V1 by the resistors 24 and 25 may be input to the input side voltage input unit 52. In that case, the input side voltage V <b> 1 may be calculated using the resistance values of the resistors 24 and 25.

入力側実効電圧算出部５４は、入力側電圧Ｖ１から入力側の実効電圧を算出する機能を有しており、例えば、入力側電圧Ｖ１をメモリしておき、そのうちの最大の入力側電圧から入力側の実効電圧を算出する。電圧差算出部５５は、出力側電圧Ｖ２と、入力側実効電圧算出部５４にて算出された入力側の実効電圧との電圧差を算出する。 The input-side effective voltage calculation unit 54 has a function of calculating the input-side effective voltage from the input-side voltage V1. For example, the input-side voltage V1 is stored in memory, and the input-side effective voltage is input from the maximum input-side voltage. Side effective voltage is calculated. The voltage difference calculation unit 55 calculates a voltage difference between the output side voltage V2 and the input side effective voltage calculated by the input side effective voltage calculation unit 54.

電圧差比較値設定部５６は、電圧差算出部５５で算出した電圧差と比較するための所定値（比較値）を設定・記憶するための機能を有している。そして、判定部５７は、電圧差算出部５５にて算出した電圧差を電圧差比較値設定部５６で設定された所定値と比較し、電圧差が所定値より高いか否かを判定する。所定値とは、閾値Ｖthを固定した場合にスイッチング動作が不安定になる電圧差のことであり、入力側の実効電圧及び出力側電圧Ｖ２によって決定付けられるものである。 The voltage difference comparison value setting unit 56 has a function for setting and storing a predetermined value (comparison value) for comparison with the voltage difference calculated by the voltage difference calculation unit 55. Then, the determination unit 57 compares the voltage difference calculated by the voltage difference calculation unit 55 with a predetermined value set by the voltage difference comparison value setting unit 56, and determines whether or not the voltage difference is higher than the predetermined value. The predetermined value is a voltage difference at which the switching operation becomes unstable when the threshold value Vth is fixed, and is determined by the effective voltage on the input side and the output side voltage V2.

スイッチ信号出力部５８は、判定部５７にて電圧差が所定値より大きいと判定された場合、スイッチＳ１を接点ｆ側に接続する信号を出力し、電圧差が所定値以下であると判定された場合、スイッチＳ１を接点ｅ側に接続する信号を出力する。このように、入力側電圧Ｖ１と出力側電圧Ｖ２との差が大きい場合は、補助コイル５の電圧Ｖｃを閾値電圧Ｖthと比較することによりスイッチン素子６を制御するようにしてもスイッチング動作は不安定とならない。 When the determination unit 57 determines that the voltage difference is larger than the predetermined value, the switch signal output unit 58 outputs a signal for connecting the switch S1 to the contact f side, and it is determined that the voltage difference is equal to or less than the predetermined value. In the case, the signal for connecting the switch S1 to the contact e side is output. As described above, when the difference between the input side voltage V1 and the output side voltage V2 is large, the switching operation can be performed even if the switching element 6 is controlled by comparing the voltage Vc of the auxiliary coil 5 with the threshold voltage Vth. Does not become unstable.

なお、第２の実施形態で説明した入力側実行電圧算出部５４、電圧差算出部５５、および、判定部５６が、それぞれ本発明の実行出力電圧算出回路、電圧差算出回路、および、判別回路に相当する。また、本実施形態では、分圧抵抗２４，２５、差動増幅器２６、スイッチＳ１，補助コイル５、抵抗２０、および、スイッチ切替回路５０によって判定電圧出力回路が構成されている。 Note that the input side execution voltage calculation unit 54, the voltage difference calculation unit 55, and the determination unit 56 described in the second embodiment are the execution output voltage calculation circuit, the voltage difference calculation circuit, and the determination circuit of the present invention, respectively. It corresponds to. In the present embodiment, the voltage dividing resistors 24 and 25, the differential amplifier 26, the switch S1, the auxiliary coil 5, the resistor 20, and the switch switching circuit 50 constitute a determination voltage output circuit.

（第３の実施形態）
第２の実施形態では、入力側電圧と出力側電圧（実効値）との差が所定値よりも大きい場合に、補助コイル５の電圧と閾値電圧Ｖthとの比較を行って、スイッチング素子６をオンさせるようにしたが、電源装置では接続した商用交流電源の電圧に係わらず、出力側電圧は所望の電圧を得られるようにスイッチング素子をオン・オフ制御するようになっている。このため、入力側電圧の大きさのみを判別することによって、補助コイル５の電圧Ｖｃに整流回路の瞬時出力電圧に応じて変動する電圧を加算するかどうかを選択するようにしてもよい。 (Third embodiment)
In the second embodiment, when the difference between the input side voltage and the output side voltage (effective value) is larger than a predetermined value, the voltage of the auxiliary coil 5 is compared with the threshold voltage Vth, and the switching element 6 is Although the power supply device is turned on, the switching element is controlled to be turned on / off so that a desired voltage can be obtained as the output side voltage regardless of the voltage of the connected commercial AC power supply. Therefore, by determining only the magnitude of the input side voltage, it may be selected whether or not to add a voltage that varies according to the instantaneous output voltage of the rectifier circuit to the voltage Vc of the auxiliary coil 5.

第３の実施形態では、図４に示した電源回路において、商用交流電源１の電源電圧値（波高値あるいは実効値）を検出し、電源電圧値が所定値以下の場合は、スイッチＳ１を接点ｆ側に接続するようにし、補助コイル５の電圧Ｖｃを判定電圧Ｖｓとして閾値電圧Ｖthと比較するようにしている。また、電源電圧値が所定より大きい場合は、スイッチＳ１を接点ｅ側に接続することにより、補助コイル５の電圧Ｖｃに整流回路の瞬時出力電圧Ｖ１に応じて変動する電圧ＶＲ３を加算して得られた電圧を判定電圧Ｖｓとし、この判定電圧Ｖｓを閾値電圧Ｖthと比較するようにしている。なお、商用交流電源１の電源電圧値の代わりに整流回路１の出力電圧Ｖ１の波高値あるいは実効値を所定値と比較するようにしてもよい。これにより、第３の実施形態では、第２の実施形態よりも回路構成を簡単にすることができる。 In the third embodiment, in the power supply circuit shown in FIG. 4, the power supply voltage value (crest value or effective value) of the commercial AC power supply 1 is detected, and when the power supply voltage value is a predetermined value or less, the switch S1 is connected to the contact point. The voltage Vc of the auxiliary coil 5 is compared with the threshold voltage Vth as the determination voltage Vs. Further, when the power supply voltage value is larger than a predetermined value, the voltage VR3 that varies according to the instantaneous output voltage V1 of the rectifier circuit is added to the voltage Vc of the auxiliary coil 5 by connecting the switch S1 to the contact e side. The determined voltage is set as the determination voltage Vs, and the determination voltage Vs is compared with the threshold voltage Vth. Note that, instead of the power supply voltage value of the commercial AC power supply 1, the peak value or effective value of the output voltage V1 of the rectifier circuit 1 may be compared with a predetermined value. Thereby, in 3rd Embodiment, a circuit structure can be simplified rather than 2nd Embodiment.

１，１０１…商用交流電源、２，１０２…全波整流回路、３，１５，１０３，１１５…コンデンサ、４，１０４…昇圧チョークコイル、５，１０５…補助コイル、６，１０６…スイッチング素子、７，１１，１２，１６，１７，２０，２４，２５，１０７，１１１，１１２，１１６，１１７，１２０…抵抗、８，１０８…ダイオード、９，１０９…平滑用コンデンサ、１０，１１０…負荷、１３，２２，１１３，１２２…参照電圧、１４，１１４…誤差増幅器、１８，１１８…乗算器、１９，２１，１１９，１２１…コンパレータ、２３，１２３…ＲＳフリップ・フロップ、２６…差動増幅器、３０，１３０…力率改善回路、４０，１４０…制御回路、５０…スイッチ切替回路、５１…ＣＰＵ、５２…入力側電圧入力部、５３…出力側電圧入力部、５４…入力側実行電圧算出部、５５…電圧差算出部、５６…電圧差比較値設定部、５７…判定部、５８…スイッチ信号出力部。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101 ... Commercial alternating current power supply, 2,102 ... Full wave rectifier circuit, 3, 15, 103, 115 ... Capacitor, 4,104 ... Boost choke coil, 5,105 ... Auxiliary coil, 6,106 ... Switching element, 7 , 11, 12, 16, 17, 20, 24, 25, 107, 111, 112, 116, 117, 120 ... resistors, 8,108 ... diodes, 9,109 ... smoothing capacitors, 10,110 ... loads, 13 , 22, 113, 122 ... reference voltage, 14, 114 ... error amplifier, 18, 118 ... multiplier, 19, 21, 119, 121 ... comparator, 23, 123 ... RS flip-flop, 26 ... differential amplifier, 30 , 130 ... Power factor correction circuit, 40, 140 ... Control circuit, 50 ... Switch switching circuit, 51 ... CPU, 52 ... Input side voltage input unit, 53 ... Output side voltage input Parts, 54 ... input-side execution voltage calculating unit, 55 ... voltage difference calculation unit, 56 ... voltage difference comparison value setting unit, 57 ... judging unit, 58 ... switch signal output unit.

Claims

A rectifier circuit for rectifying an AC voltage, a choke coil connected to the rectifier circuit, a capacitor charged by a current from the rectifier circuit via the choke coil and a diode, and connected in parallel to the capacitor and the diode In a power supply device comprising a switching element that controls on / off of a current from the rectifier circuit to the capacitor,
A determination voltage output circuit that outputs, as a determination voltage, a voltage obtained by adding a secondary voltage generated in an auxiliary coil electromagnetically coupled to the choke coil and a voltage that varies according to an instantaneous output voltage of the rectifier circuit; A power supply apparatus comprising a switching circuit that compares a predetermined threshold voltage and turns on the switching element when the determination voltage is lower than the threshold voltage.

A rectifier circuit for rectifying an AC voltage, a choke coil connected to the rectifier circuit, a capacitor charged by a current from the rectifier circuit via the choke coil and a diode, and connected in parallel to the capacitor and the diode In a power supply device comprising a switching element that controls on / off of a current from the rectifier circuit to the capacitor,
An output voltage detection circuit for detecting an instantaneous output voltage of the rectifier circuit;
An effective output voltage calculation circuit for calculating an effective output voltage of the rectifier circuit from an instantaneous output voltage detected by the output voltage detection circuit;
A terminal voltage detection circuit for detecting a terminal voltage of the capacitor;
A voltage difference calculation circuit for calculating a voltage difference between the terminal voltage of the capacitor and the effective output voltage;
A determination circuit that compares the voltage difference with a predetermined value and determines whether the voltage difference is higher than a predetermined value;
When the voltage difference is less than or equal to the predetermined value, a voltage obtained by adding a voltage that varies according to the instantaneous output voltage of the rectifier circuit to a secondary voltage generated in the auxiliary coil electromagnetically coupled to the choke coil is output as a determination voltage A determination voltage output circuit that outputs a secondary voltage generated in the auxiliary coil as a determination voltage when the voltage difference is higher than the predetermined value;
A power supply apparatus comprising: a switching circuit that compares the determination voltage with a predetermined threshold voltage and turns on the switching element when the determination voltage is lower than the threshold voltage.

A rectifier circuit for rectifying an AC voltage, a choke coil connected to the rectifier circuit, a capacitor charged by a current from the rectifier circuit via the choke coil and a diode, and connected in parallel to the capacitor and the diode In a power supply device comprising a switching element that controls on / off of a current from the rectifier circuit to the capacitor,
A determination circuit for determining whether or not the voltage value of the AC voltage is higher than a predetermined value;
When a voltage value of the AC voltage is higher than the predetermined value, a voltage obtained by adding a voltage that fluctuates according to an instantaneous output voltage of the rectifier circuit to a secondary voltage generated in an auxiliary coil electromagnetically coupled to the choke coil is determined. A determination voltage output circuit that outputs a secondary voltage generated in the auxiliary coil as a determination voltage when the voltage value of the alternating voltage is less than or equal to the predetermined value,
A power supply apparatus comprising: a switching circuit that compares the determination voltage with a predetermined threshold voltage and turns on the switching element when the determination voltage is lower than the threshold voltage.

A voltage dividing resistor for dividing the instantaneous output voltage of the rectifier circuit is provided, and a voltage at a connection point of the voltage dividing resistor is detected as a voltage that varies according to the instantaneous output voltage of the rectifier circuit. Item 4. The power supply device according to any one of Items 1 to 3.