JP2003116268A - Capacitor coupling power source - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、コンデンサ結合電
源装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a capacitor coupling power supply device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】電源装置には、所望の大きさの電圧を得
るために、変圧器が用いられることがあるが、この変圧
器は、一次側と二次側とを絶縁するという役目も果たし
ている。一方、小型化軽量化の目的のために、変圧器を
用いないで済む電源装置が求められることがある。2. Description of the Related Art In a power supply device, a transformer is sometimes used in order to obtain a desired voltage, and the transformer also serves to insulate the primary side and the secondary side from each other. There is. On the other hand, for the purpose of size reduction and weight reduction, a power supply device that does not use a transformer may be required.
【０００３】この、変圧器のない電源装置は、変圧器を
用いた電源装置と違って、電源側と負荷側との絶縁を保
つことが一般に困難である。従来では、この絶縁を保つ
ため、電源側と負荷側との間でコンデンサを直列に結合
させたタイプの電源装置が提案されている（特開平9-74
741号公報参照）。Unlike a power supply device using a transformer, it is generally difficult for this power supply device without a transformer to maintain insulation between the power supply side and the load side. Conventionally, in order to maintain this insulation, there has been proposed a power supply device of a type in which a capacitor is coupled in series between a power supply side and a load side (JP-A-9-74).
741 publication).
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかし、このタイプの
電源装置は、直流に対する絶縁はできても、交流に対す
る十分な絶縁が確保されていないのが実状である。そこ
で、本発明は、直流に対する絶縁のみならず、交流に対
する絶縁も十分に確保することができる電源装置を実現
することを目的とする。However, in the power supply device of this type, although it is possible to insulate against direct current, it is the actual situation that sufficient insulation against alternating current is not ensured. Therefore, an object of the present invention is to realize a power supply device capable of sufficiently securing not only insulation against direct current but also insulation against alternating current.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】本発明の電源装置は、交
流電源から整流回路を通して供給された直流、又は直流
電源から直接供給された直流を導く線路の正側と負側に
それぞれインダクタを直列に挿入し、前記各インダクタ
にスイッチング素子を並列接続し、前記正側のインダク
タと負荷との間、及び前記負側のインダクタと負荷との
間にそれぞれコンデンサを直列に挿入したものである。According to the power supply device of the present invention, an inductor is connected in series to the positive side and the negative side of a line for introducing a direct current supplied from an alternating current power supply through a rectifier circuit or a direct current supplied directly from the direct current power supply. A switching element is connected in parallel to each inductor, and capacitors are respectively inserted in series between the positive inductor and the load and between the negative inductor and the load.
【０００６】前記の構成によれば、直流を導く線路の正
側と負側の両方にそれぞれインダクタを直列に挿入して
いることが特徴となる。この特徴により，電源と負荷と
の間の絶縁が、直流に対しても、交流に対しても達成さ
れる。前記正側のインダクタと負側のインダクタとの容
量比は、前記正側のインダクタに直列に接続されたコン
デンサと前記負側のインダクタに直列に接続されたコン
デンサとの容量比の逆数となっていることが好ましい
（請求項２）。According to the above construction, the inductors are inserted in series on both the positive side and the negative side of the line for guiding the direct current. With this feature, insulation between the power supply and the load is achieved for both direct and alternating current. The capacitance ratio between the positive inductor and the negative inductor is the reciprocal of the capacitance ratio between the capacitor connected in series with the positive inductor and the capacitor connected in series with the negative inductor. Preferably (claim 2).
【０００７】この関係を満たすことにより，電源と負荷
との間の絶縁が、完全に達成される。なお、この関係を
満たさない場合でも、電源と負荷との間の絶縁は、実用
上十分なレベルで達成される。前記正側のインダクタの
容量と負側のインダクタとの容量とは互いに等しく、前
記正側のインダクタに直列に接続されたコンデンサの容
量と前記負側のインダクタに直列に接続されたコンデン
サの容量とが互いに等しいものであってもよい（請求項
３）。これは、前記容量比が１の場合に該当する。By satisfying this relationship, the insulation between the power supply and the load is completely achieved. Even if this relationship is not satisfied, the insulation between the power supply and the load is achieved at a practically sufficient level. The capacity of the positive inductor and the capacity of the negative inductor are equal to each other, and the capacity of the capacitor connected in series to the positive inductor and the capacity of the capacitor connected in series to the negative inductor. May be the same as each other (claim 3). This corresponds to the case where the capacity ratio is 1.
【０００８】前記コンデンサの出力端に整流回路と平滑
回路が接続されている構成であってもよい（請求項
４）。この構成により、直流電圧を供給する電源を構成
することができるし、絶縁レベルがさらに改善される。
前記整流回路の正側の経路と負側の経路に、それぞれ平
滑用インダクタが挿入されているものであってもよい。
このインダクタと前記入力端のインダクタを適度に結合
させれば、脈流のない、平滑な直流を得ることができ
る。A rectifying circuit and a smoothing circuit may be connected to the output terminal of the capacitor (claim 4). With this configuration, a power supply that supplies a DC voltage can be configured, and the insulation level is further improved.
A smoothing inductor may be inserted in each of the positive side path and the negative side path of the rectifier circuit.
By properly coupling this inductor and the inductor at the input end, a smooth direct current without pulsating current can be obtained.
【０００９】[0009]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、添
付図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明
のコンデンサ結合直流電源装置の動作を説明するための
概略回路図である。商用交流電源１の交流電圧は、第一
の整流回路２により直流（脈流）電圧に変換される。変
換後の直流の正側及び負側に、それぞれインダクタＬ
１，Ｌ２が挿入され、インダクタＬ１，Ｌ２の出力側に
は高周波スイッチＳが並列に接続されている。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic circuit diagram for explaining the operation of the capacitor-coupled DC power supply device of the present invention. The AC voltage of the commercial AC power supply 1 is converted into a DC (pulsating) voltage by the first rectifier circuit 2. An inductor L is provided on each of the positive and negative sides of the converted direct current.
1, L2 are inserted, and a high frequency switch S is connected in parallel to the output side of the inductors L1, L2.
【００１０】前記各インダクタＬ１，Ｌ２には、さらに
コンデンサＣ１，Ｃ２が接続され、これらのコンデンサ
Ｃ１，Ｃ２の出力側に、第ニの整流回路を構成するダイ
オードＤが接続されている。ダイオードＤの出力側に
は、平滑回路３を構成するインダクタＬ３とコンデンサ
Ｃ３が接続されている。前記インダクタＬ１，Ｌ２の容
量とコンデンサＣ１，Ｃ２の容量との関係は、次の式
(1)に従っている。Capacitors C1 and C2 are further connected to the inductors L1 and L2, and a diode D forming a second rectifier circuit is connected to the output side of the capacitors C1 and C2. An inductor L3 and a capacitor C3 that form the smoothing circuit 3 are connected to the output side of the diode D. The relationship between the capacitances of the inductors L1 and L2 and the capacitances of the capacitors C1 and C2 is expressed by the following equation.
Follows (1).
【００１１】Ｌ１／Ｌ２＝Ｃ２／Ｃ１ (1)
この関係の特殊な場合として、Ｌ１＝Ｌ２，Ｃ１＝Ｃ２
の関係が含まれる。図２は，従来の回路図であり、変換
後の直流の正側のみにインダクタが挿入されており、負
側にはインダクタが挿入されていない。他の回路素子の
構成は、図１と同様である。図１に示すように、本発明
では、直流の正側にインダクタＬ１を備え、負側にイン
ダクタＬ２を備え、インダクタＬ１，Ｌ２の容量とコン
デンサＣ１，Ｃ２の容量とが前記(1)式を満足すること
によって、電源と、平滑回路３の出力との間で、直流絶
縁、及び交流絶縁が達成される。L1 / L2 = C2 / C1 (1) As a special case of this relationship, L1 = L2, C1 = C2
The relationship is included. FIG. 2 is a conventional circuit diagram, in which the inductor is inserted only on the positive side of the converted direct current, and the inductor is not inserted on the negative side. The configuration of other circuit elements is similar to that of FIG. As shown in FIG. 1, according to the present invention, an inductor L1 is provided on the positive side of DC and an inductor L2 is provided on the negative side, and the capacitances of the inductors L1 and L2 and the capacitances of the capacitors C1 and C2 are expressed by the formula (1). By satisfying, DC insulation and AC insulation are achieved between the power supply and the output of the smoothing circuit 3.
【００１２】このことは、後に示すように、電源と、平
滑回路３の出力との間に抵抗を接続しても、この抵抗に
直流電流も交流電流も流れないことを確認することによ
って、証明できる。以上で、本発明の実施の形態を説明
したが、本発明の実施は、前記の形態に限定されるもの
ではない。例えば、図１において交流電源１、第一の整
流回路２がなく、直流入力形の電源装置にも本発明は適
用可能である。または第一の整流回路２がなく、直接、
交流電源１につながった交流入力形の電源装置にも本発
明は適用可能である。また、ダイオードＤ、平滑回路３
を省略して、交流出力形の電源装置としても本発明は適
用可能である。その他、本発明の範囲内において種々の
変更を施すことが可能である。This is proved by confirming that, even if a resistor is connected between the power source and the output of the smoothing circuit 3, neither DC current nor AC current flows through this resistor, as will be shown later. it can. Although the embodiment of the invention has been described above, the embodiment of the invention is not limited to the above embodiment. For example, the present invention can be applied to a DC input type power supply device without the AC power supply 1 and the first rectifier circuit 2 in FIG. Or directly without the first rectifier circuit 2,
The present invention is also applicable to an AC input type power supply device connected to the AC power supply 1. Also, the diode D and the smoothing circuit 3
The present invention can be applied to an AC output type power supply device by omitting. Besides, various changes can be made within the scope of the present invention.
【００１３】[0013]
【実施例】＜実施例１＞図３は、本発明の効果を検証す
るために使用した回路図である。この回路構成、回路定
数をコンピュータに入力し、回路解析ソフトを用いて、
各部の電圧・電流波形を予測した。この回路は、直流入
力―直流出力の形になっていて、図１の交流電源と、第
一の整流回路２とは省略されている。インダクタＬ１，
Ｌ２に相当するものとして、それぞれ１５μＨのコイル
が使用されている。コンデンサＣ１，Ｃ２に相当するも
のとして、それぞれ0.01μＦのコンデンサが使用されて
いる。したがって、この回路は、Ｌ１＝Ｌ２，Ｃ１＝Ｃ
２の関係を満たしていることになる。チョッピング周波
数は、200kHzである。[Embodiment 1] FIG. 3 is a circuit diagram used to verify the effect of the present invention. Input this circuit configuration and circuit constants into the computer, and use the circuit analysis software to
The voltage / current waveform of each part was predicted. This circuit is in the form of DC input-DC output, and the AC power supply of FIG. 1 and the first rectifier circuit 2 are omitted. Inductor L1,
A coil of 15 μH is used as one corresponding to L2. Capacitors of 0.01 μF are used as the capacitors corresponding to the capacitors C1 and C2. Therefore, this circuit is L1 = L2, C1 = C
The relationship of 2 is satisfied. The chopping frequency is 200 kHz.
【００１４】負荷ＲLとして２０Ωの抵抗を接続してい
る。この負荷ＲLの一端に、絶縁を調べるための抵抗Ｒi
が接続されている。直流入力オン後の、負荷抵抗ＲLの
両端の負荷電圧ＶLと、抵抗Ｒiの両端電圧Ｖiの電圧波
形を時間経過とともにグラフにしたものが、図４であ
る。図４の縦軸電圧ＶL，Ｖiの単位はボルト、横軸時間
の単位はμsecである。図４のグラフによれば、立ち上
がり後、負荷電圧ＶLは速やかに立ち上がっていくが、
電圧Ｖiのほとんど０のままである。A resistor of 20Ω is connected as the load RL. At one end of this load RL, a resistor Ri for checking insulation is provided.
Are connected. FIG. 4 is a graph showing the voltage waveforms of the load voltage VL across the load resistor RL and the voltage Vi across the resistor Ri after the DC input is turned on, with the passage of time. The unit of the vertical axis voltages VL and Vi in FIG. 4 is volt, and the unit of the horizontal axis time is μsec. According to the graph of FIG. 4, the load voltage VL rises quickly after the rise,
The voltage Vi remains almost 0.
【００１５】＜実施例２＞図５は、本発明の効果を検証
するための他の回路図を示す。この回路では、インダク
タＬ１，Ｌ２に相当するものとして、それぞれ１０μ
Ｈ，２０μＨのコイルが使用されている。コンデンサＣ
１，Ｃ２に相当するものとして、それぞれ0.014μＦ，
0.007μＦのコンデンサが使用されている。したがっ
て、
Ｌ１／Ｌ２＝Ｃ２／Ｃ１＝０．５
の関係をみたす。<Embodiment 2> FIG. 5 shows another circuit diagram for verifying the effect of the present invention. In this circuit, assuming that the inductors L1 and L2 correspond,
A coil of H, 20 μH is used. Capacitor C
1 and C2 are equivalent to 0.014μF,
A 0.007μF capacitor is used. Therefore, the relationship of L1 / L2 = C2 / C1 = 0.5 is satisfied.
【００１６】図６は、直流入力オン後の、負荷電圧ＶL
と、抵抗Ｒiの両端電圧Ｖiの電圧波形の時間経過を示す
グラフである。この図６のグラフによれば、図４と同
様、立ち上がり後、負荷電圧ＶLは速やかに立ち上がっ
ていくが、電圧Ｖiのほとんど０のままである。
＜比較例＞図７は、従来技術に係る回路を示す。直流電
源の正側のみに、３０μＨのコイルが挿入されている。
コンデンサは、実施例１と同様，それぞれ0.01μＦの容
量のものが使われている。FIG. 6 shows the load voltage VL after the DC input is turned on.
3 is a graph showing the voltage waveform of the voltage Vi across the resistor Ri over time. According to the graph of FIG. 6, similarly to FIG. 4, the load voltage VL rises quickly after the rise, but the voltage Vi remains almost zero. <Comparative Example> FIG. 7 shows a circuit according to the related art. A coil of 30 μH is inserted only on the positive side of the DC power source.
As in the first embodiment, capacitors having a capacitance of 0.01 μF are used.
【００１７】この回路における、直流入力オン後の、負
荷電圧ＶLと、抵抗Ｒiの両端電圧Ｖiの電圧波形の時間
経過を、図８に示す。このグラフによれば、抵抗Ｒiの
両端電圧Ｖiに、周波数200kHzの大きな高周波電圧が乗
っていることが分かる。したがって、交流に対する絶縁
が十分でなく、抵抗Ｒiが人体であるとすると、人体に
高周波電流が流れて感電することが分かる。FIG. 8 shows the time course of the voltage waveforms of the load voltage VL and the voltage Vi across the resistor Ri after the DC input is turned on in this circuit. According to this graph, it can be seen that a large high frequency voltage having a frequency of 200 kHz is applied to the voltage Vi across the resistor Ri. Therefore, if the insulation against AC is not sufficient and the resistance Ri is the human body, it is understood that a high-frequency current flows in the human body and an electric shock occurs.
【００１８】[0018]
【発明の効果】以上のように本発明のコンデンサ結合電
源装置によれば、変圧器を用いないで、電源側と負荷側
との間に、抵抗を介しても直流電流、交流電流が流れな
いという、入出力間の絶縁を保つことができる。したが
って、コンピュータ、各種通信機器などに最適な電源装
置を提供することができる。また、このコンデンサ結合
電源装置によれば、送電配電側に与える高調波歪が少な
い。また、インダクタとコンデンサによって共振条件を
満たすことが簡単にでき、ノイズを吸収することができ
るので、ノイズの出ない電源装置を提供することができ
る。As described above, according to the capacitor-coupled power supply device of the present invention, a DC current or an AC current does not flow between the power supply side and the load side through a resistor without using a transformer. That is, the insulation between the input and the output can be maintained. Therefore, it is possible to provide an optimal power supply device for computers, various communication devices, and the like. Further, according to this capacitor-coupled power supply device, harmonic distortion applied to the power transmission and distribution side is small. Further, since the resonance condition can be easily satisfied by the inductor and the capacitor and the noise can be absorbed, it is possible to provide the power supply device in which the noise is not generated.
【図１】本発明のコンデンサ結合直流電源装置の動作を
説明するための概略回路図である。FIG. 1 is a schematic circuit diagram for explaining the operation of a capacitor-coupled DC power supply device of the present invention.
【図２】変換後の直流の正側のみに、インダクタが挿入
されている従来のコンデンサ結合電源装置の回路図であ
る。FIG. 2 is a circuit diagram of a conventional capacitor-coupled power supply device in which an inductor is inserted only on the positive side of converted DC.
【図３】本発明の効果を検証するために使用した回路図
である。FIG. 3 is a circuit diagram used to verify the effect of the present invention.
【図４】図３の回路における、直流入力オン後の、負荷
抵抗ＲLの両端の負荷電圧ＶLと、抵抗Ｒiの両端電圧Ｖi
の電圧波形を時間経過とともに示すグラフである。FIG. 4 is a circuit diagram of FIG. 3 showing a load voltage VL across a load resistor RL and a voltage Vi across a resistor Ri after a DC input is turned on.
3 is a graph showing the voltage waveform of the above with time.
【図５】本発明の効果を検証するための他の回路図であ
る。FIG. 5 is another circuit diagram for verifying the effect of the present invention.
【図６】図５の回路における、直流入力オン後の、負荷
抵抗ＲLの両端の負荷電圧ＶLと、抵抗Ｒiの両端電圧Ｖi
の電圧波形を時間経過とともに示すグラフである。6 is a diagram illustrating a load voltage VL across a load resistor RL and a voltage Vi across a resistor Ri after a DC input is turned on in the circuit of FIG. 5;
3 is a graph showing the voltage waveform of the above with time.
【図７】従来技術に係る回路図である。FIG. 7 is a circuit diagram according to a conventional technique.
【図８】図７の回路における、直流入力オン後の、負荷
抵抗ＲLの両端の負荷電圧ＶLと、抵抗Ｒiの両端電圧Ｖi
の電圧波形を時間経過とともに示すグラフである。8 is a circuit diagram of FIG. 7, after the DC input is turned on, the load voltage VL across the load resistor RL and the voltage Vi across the resistor Ri.
3 is a graph showing the voltage waveform of the above with time.
１ 商用交流電源 ２ 第一の整流回路 ３ 平滑回路 Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３ インダクタ Ｓ 高周波スイッチ Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３ コンデンサ Ｄ 第ニの整流回路を構成するダイオード 1 Commercial AC power supply 2 First rectifier circuit 3 smoothing circuit L1, L2, L3 inductor S high frequency switch C1, C2, C3 capacitors D Diode constituting the second rectifier circuit
Claims (5)
直流、又は直流電源から直接供給された直流を導く線路
の正側と負側にそれぞれインダクタを直列に挿入し、前
記各インダクタにスイッチング素子を並列接続し、前記
正側のインダクタと負荷との間、及び前記負側のインダ
クタと負荷との間にそれぞれコンデンサを直列に挿入し
たことを特徴とするコンデンサ結合電源装置。1. An inductor is serially inserted in each of a positive side and a negative side of a line for guiding a direct current supplied from an alternating current power supply through a rectifying circuit or a direct current supplied from a direct current power supply, and a switching element is connected to each inductor. A capacitor-coupled power supply device, which is connected in parallel, wherein capacitors are respectively inserted in series between the positive side inductor and the load and between the negative side inductor and the load.
との容量比は、前記正側のインダクタに直列に接続され
たコンデンサと前記負側のインダクタに直列に接続され
たコンデンサとの容量比の逆数となっていることを特徴
とする請求項１記載のコンデンサ結合電源装置。2. The capacitance ratio between the positive inductor and the negative inductor is a capacitance ratio between a capacitor connected in series with the positive inductor and a capacitor connected in series with the negative inductor. 2. The capacitor-coupled power supply device according to claim 1, wherein the capacitor-coupled power supply device is a reciprocal of.
ダクタとの容量とは互いに等しく、前記正側のインダク
タに直列に接続されたコンデンサの容量と前記負側のイ
ンダクタに直列に接続されたコンデンサの容量とが互い
に等しいことを特徴とする請求項２記載のコンデンサ結
合電源装置。3. The capacitance of the positive side inductor and the capacitance of the negative side inductor are equal to each other, and the capacitance of the capacitor connected in series to the positive side inductor and the capacitance of the negative side inductor are connected in series. 3. The capacitor-coupled power supply device according to claim 2, wherein the capacitors have the same capacitance.
回路が接続されていることを特徴とする請求項１記載の
コンデンサ結合電源装置。4. The capacitor-coupled power supply device according to claim 1, wherein a rectifying circuit and a smoothing circuit are connected to the output end of the capacitor.
に、それぞれ平滑用インダクタが挿入されていることを
特徴とする請求項４記載のコンデンサ結合電源装置。5. The capacitor-coupled power supply device according to claim 4, wherein smoothing inductors are respectively inserted in the positive side path and the negative side path of the rectifier circuit.
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|---|---|---|---|---|
| WO2005062452A1 (en) | 2003-12-18 | 2005-07-07 | Nitta Corporation | Capacitor insulating power supply |
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- 2001-10-04 JP JP2001308622A patent/JP3562804B2/en not_active Expired - Fee Related
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