JP2005224067A - Switching power supply - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、交流出力を整流して定電力出力を給電するスイッチング電源装置に関するものである。 The present invention relates to a switching power supply device that rectifies an AC output and supplies a constant power output.
従来の交流出力を整流して定電力出力を給電するスイッチング電源装置の一例を図10に示す(特許文献1参照)。このスイッチング電源装置は、交流出力を有するコンバータ1−1,1−2にトランスT1,T2の一次巻線Np1,Np11を接続し、これらトランスT1,T2の二次巻線Ns1,Ns11間にトランスT1,T2の交流出力を整流する整流回路2を接続してある。
An example of a switching power supply device that rectifies a conventional AC output and supplies a constant power output is shown in FIG. 10 (see Patent Document 1). In this switching power supply, primary windings Np1 and Np11 of transformers T1 and T2 are connected to converters 1-1 and 1-2 having AC outputs, and a transformer is connected between secondary windings Ns1 and Ns11 of these transformers T1 and T2. A
整流回路2は出力チョークLoと平滑コンデンサCoを設けてあるとともに、H型のブロック回路を形成し、四方に同じ向きのダイオードD1,D2,D3,D4,D11,D12,D13,D14を設け、ダイオードD1,D3,D11,D13のアノードとダイオードD2,D4,D12,D14のカソードとの間に、トランスT1,T2の二次巻線Ns1,Ns11とを接続してある。また、この二次巻線Ns1,Ns11は直列に接続してある。第一のコンバータ1−1の主スイッチのオン・オフ比並びに位相を固定し、図11に示すような動作波形を有し、第二のコンバータ1−2の主スイッチのオン・オフ比とをほぼ同じにして、位相制御することで出力の安定化を図っていた。
また、図12に示すように、トランスT1,T2,T3を3つ以上設けて、定電力出力を給電するスイッチング電源装置を構成することができる。このスイッチング電源装置は、トランスT1の二次巻線の個数と同様に、交流出力を有するコンバータ1−1,1−2,1−3を3つ設け、これらコンバータ1−1,1−2,1−3にそれぞれトランスT1,T2,T3の一次巻線Np1,Np11,Np21を接続し、これらトランスT1,T2,T3の二次巻線Ns1,Ns11,Ns21間にトランスT1,T2,T3の交流出力を整流する整流回路2を接続してある。
In addition, as shown in FIG. 12, a switching power supply device that supplies three constant powers by providing three or more transformers T1, T2, and T3 can be configured. This switching power supply device is provided with three converters 1-1, 1-2, and 1-3 having AC outputs, as in the number of secondary windings of the transformer T1, and these converters 1-1, 1-2, and 1-3 are connected to primary windings Np1, Np11, Np21 of transformers T1, T2, T3, respectively, and the transformers T1, T2, T3 are connected between the secondary windings Ns1, Ns11, Ns21 of the transformers T1, T2, T3. A
整流回路2は出力チョークLoと平滑コンデンサCoを設けてあるとともに、H型のブロック回路を形成し、四方に同じ向きのダイオードD1,D2,D3,D4,D11,D12,D13,D14,D21,D22,D23,D24を設け、ダイオードD1,D3,D11,D13,D21,D23のアノードとダイオードD2,D4,D12,D14,D22,D24のカソードとの間に、トランスT1,T2,T3の二次巻線Ns1,Ns11,Ns21を接続してある。また、この二次巻線Ns1,Ns11,Ns21は直列に接続してある。第一のコンバータ1−1の主スイッチのオン・オフ比並びに位相を固定し、第二のコンバータ1−2及び第三のコンバータ1−3の主スイッチのオン・オフ比とをほぼ同じにして、位相制御することで出力の安定化を図っていた。
The
しかし、いずれのスイッチング電源装置においても、トランスT1,T2,…の二次巻線の数だけコンバータ1−1,1−2,…が必要になるため、小型化が困難であるとともに、低コスト化が困難である。 However, in any switching power supply apparatus, converters 1-1, 1-2,... Are required as many as the number of secondary windings of transformers T1, T2,. Is difficult.
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、小型化及び低コスト化を可能にした新規の定電力出力を給電するスイッチング直流電源装置を提供する。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a switching DC power supply device that feeds a new constant power output that enables miniaturization and cost reduction.
上記課題を解決するために、本発明スイッチング電源装置は、交流出力を有するコンバータにトランスの一次巻線を接続し、このトランスの二次巻線に該トランスの交流出力を整流する整流回路を接続してあるスイッチング電源装置において、前記トランスの二次巻線を複数設けて、これらを直列に接続し、隣り合う二次巻線間に交流スイッチを接続して、前記コンバータのスイッチと同期をとって、PWM制御するように構成してある。 In order to solve the above problems, the switching power supply device of the present invention connects a primary winding of a transformer to a converter having an AC output, and connects a rectifier circuit that rectifies the AC output of the transformer to the secondary winding of the transformer. In the switching power supply device, a plurality of secondary windings of the transformer are provided, these are connected in series, and an AC switch is connected between adjacent secondary windings to synchronize with the switch of the converter. Thus, the PWM control is performed.
前記コンバータに接続したトランスの一次巻線を複数設け、これらに対応する前記トランスの二次巻線を前記一次巻線と同数又はそれ以上設け、前記一次巻線を並列又は直列に接続し、それぞれの一次巻線が対応する前記二次巻線にそれぞれ電力供給するように構成してあることを特徴とする。 A plurality of primary windings of the transformer connected to the converter are provided, and the secondary windings of the corresponding transformers are provided in the same number or more as the primary windings, and the primary windings are connected in parallel or in series, respectively. The primary winding is configured to supply power to the corresponding secondary winding.
前記コンバータを複数設け、それぞれのコンバータにトランスの一次巻線を接続し、これらに対応する前記トランスの二次巻線を前記一次巻線と同数又はそれ以上設け、前記一次巻線を並列又は直列に接続し、それぞれの一次巻線が対応する前記二次巻線にそれぞれ電力供給するように構成してあることを特徴とする。 A plurality of the converters are provided, a primary winding of the transformer is connected to each converter, the secondary windings of the transformer corresponding thereto are provided in the same number or more as the primary windings, and the primary windings are arranged in parallel or in series. And each of the primary windings supplies power to the corresponding secondary winding.
前記トランスの二次巻線を複数設け、これらを直列に接続し、隣り合う二次巻線間に交流スイッチを接続し、前記トランスの二次巻線に該トランスの交流出力を整流する整流回路を接続した回路を構成し、この回路を複数設けて、並列に接続してあるとともに、これら回路に設けたトランスの一次巻線を並列又は直列に接続してあることを特徴とする。 A rectifier circuit that provides a plurality of secondary windings of the transformer, connects them in series, connects an AC switch between adjacent secondary windings, and rectifies the AC output of the transformer to the secondary winding of the transformer A plurality of such circuits are provided and connected in parallel, and a primary winding of a transformer provided in these circuits is connected in parallel or in series.
本発明によれば、定電力出力等において、コンバータの一次スイッチのパルス幅は固定のままで出きるため、実効値電流の増加を防ぐことができる効果がある。更に本方式はコンバータを1つ備えてあれば、交流スイッチのPWM制御ができることから、スイッチング電源装置の小型化及び低コスト化を図ることができる効果もある。 According to the present invention, in the constant power output or the like, the pulse width of the primary switch of the converter can be output while being fixed, so that an increase in effective current can be prevented. Furthermore, if this system is provided with one converter, the PWM control of the AC switch can be performed, so that the switching power supply device can be reduced in size and cost.
以下、添付図面を用いて本発明スイッチング電源装置に係る実施例を説明する。図1は本発明に係るスイッチング電源装置の一実施例を示す。Dはダイオード、SW1は交流スイッチ、T1はトランス、1はコンバータ、2は整流回路、3は制御回路である。 Embodiments according to the present invention will now be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 shows an embodiment of a switching power supply device according to the present invention. D is a diode, SW1 is an AC switch, T1 is a transformer, 1 is a converter, 2 is a rectifier circuit, and 3 is a control circuit.
本実施例に係るスイッチング電源装置は、交流出力を有するコンバータ1を設けてあり、このコンバータ1にトランスT1の一次巻線Np1を接続してある。また、このトランスT1は二次巻線Ns1,Ns2を2つ有し、これら二次巻線Ns1,Ns2はトランスT1の交流出力を整流する整流回路2に接続してある。
The switching power supply according to the present embodiment is provided with a
整流回路2は出力チョークLoと平滑コンデンサCoを設けてあるとともに、H型のブロック回路を形成してある。具体的には、四方に同じ向きのダイオードD1,D2,D3,D4を設け、ダイオードD1,D3のアノードとダイオードD2,D4のカソードとの間に、トランスT1の二次巻線Ns1を接続して、H型のブロック回路を構成してある。同様に、四方に同じ向きのダイオードD11,D12,D13,D14を設け、ダイオードD11,D13のアノードとダイオードD12,D14のカソードとの間に、トランスT1の二次巻線Ns2を接続してある。二次巻線Ns1と二次巻線Ns2は直列に接続してあり、隣り合う二次巻線Ns1,Ns2間に交流スイッチSW1を接続してある。コンバータ1並びに交流スイッチSW1は制御回路3に接続してあり、コンバータ1のスイッチと同期をとって、交流スイッチSW1でPWM制御するように構成してある。
The
以上のように構成してあるスイッチング電源装置は以下のような作用をする。なお、図2は動作波形図を、図3は図1図示A点での出力特性図を、図4は図3図示出力特性における図1図示A点の出力波形を示してある。 The switching power supply device configured as described above operates as follows. 2 is an operation waveform diagram, FIG. 3 is an output characteristic diagram at point A in FIG. 1, and FIG. 4 is an output waveform at point A in FIG.
先ず、交流スイッチSW1がオンしている場合について説明する。交流スイッチSW1がオンすると、交流スイッチSW1によるPWM制御が行われる。交流スイッチSW1によりオンするモードは、図3における(1)から(3)の状態をいう。先ず、交流スイッチSW1によるPWM制御が開始されると、図3における(1)の状態に入る。この状態においては、コンバータ1はオン状態となり、交流スイッチSW1のオン幅は最大になる。図1図示A点には第一の二次巻線Ns1かかる電圧と第二の二次巻線Ns2にかかる電圧が合成され、図4に示すように、最大電圧となる。
First, a case where the AC switch SW1 is turned on will be described. When the AC switch SW1 is turned on, PWM control is performed by the AC switch SW1. The mode that is turned on by the AC switch SW1 refers to states (1) to (3) in FIG. First, when the PWM control by the AC switch SW1 is started, the state (1) in FIG. 3 is entered. In this state,
一周期Tにおける平均電圧は下記(A)式で示される。
Vo=2Es・(t1/T)+Es・(t2/T)…(A)
T=t1+t2+t3
最大電圧でPWM制御している場合、t1=T−t3,t2=0となるため、平均電圧は下記の通りになる。なお、Dはデューティである。
Vo=2Es・{(T−t3)/T}=2Es・D
The average voltage in one period T is expressed by the following equation (A).
Vo = 2Es · (t1 / T) + Es · (t2 / T) (A)
T = t1 + t2 + t3
When PWM control is performed with the maximum voltage, since t1 = T−t3 and t2 = 0, the average voltage is as follows. D is a duty.
Vo = 2Es · {(T−t3) / T} = 2Es · D
以上のような状態は、A点の出力電流がI1になるまで、即ち、図3に示す(2)の状態になるまで続く。A点の出力電流がI1になると、出力電力一定動作が開始される。このとき、図4に示す出力波形は上から2番目に示す波形になる。このとき交流スイッチSW1は図2に示す通り、一周期Tにおけるオン幅はt1であり、A点では交流スイッチSW1がオンしている際は2Esとなり、交流スイッチSW1がオフしている際はEsとなり平均電圧は上記(A)式となる。 Above-described conditions, the output current at the point A until the I 1, i.e., until a state is shown in FIG. 3 (2). When the output current at the point A becomes I 1, the output power constant operation is started. At this time, the output waveform shown in FIG. 4 is the second waveform from the top. At this time, as shown in FIG. 2, the AC switch SW1 has an on width t1 in one cycle T, and at point A, it becomes 2Es when the AC switch SW1 is on, and Es when the AC switch SW1 is off. The average voltage is expressed by the above equation (A).
出力電力一定動作になり、図3図示の(3)に近づくと、交流スイッチSW1はオン幅が最小になり、図4に示すような最小電圧となる。最小電圧でPWM制御している場合、t1=0,t2=T−t3となるため、平均電圧は下記の通りになる。
Vo=Es・{(T−t3)/T}=Es・D
即ち、最小電圧は最大電圧の1/2になる。
When the operation becomes constant and the output power approaches (3) shown in FIG. 3, the ON width of the AC switch SW1 becomes minimum, and the minimum voltage as shown in FIG. 4 is obtained. When PWM control is performed with the minimum voltage, since t1 = 0 and t2 = T−t3, the average voltage is as follows.
Vo = Es · {(T−t3) / T} = Es · D
That is, the minimum voltage is ½ of the maximum voltage.
最小電圧になると交流スイッチSW1がオフし、定電流モードになる。なお、定電流モードは図3における(3)から(4)の状態をいう。定電流モードに入ると、交流スイッチSW1はオフし、図4の定電流モードの波形図で示すように、コンバータ1でPWM制御をする。以上の作用を繰り返すことにより、安定した出力を供給することができる。
When the minimum voltage is reached, the AC switch SW1 is turned off and the constant current mode is set. The constant current mode refers to states (3) to (4) in FIG. When the constant current mode is entered, the AC switch SW1 is turned off, and PWM control is performed by the
実施例1を図5に示す。この実施例に係るスイッチング電源装置は、図1図示実施例同様に、交流出力を有するコンバータ1を設けてあり、このコンバータ1にトランスT1の一次巻線Np1を接続してある。また本実施例では、このトランスT1に二次巻線Ns1,Ns2,Ns3を3つ有し、これら二次巻線Ns1,Ns2,Ns3はトランスT1の交流出力を整流する整流回路2に接続してある。
Example 1 is shown in FIG. As in the embodiment shown in FIG. 1, the switching power supply according to this embodiment is provided with a
整流回路2は出力チョークLoと平滑コンデンサCoを設けてあるとともに、H型のブロック回路を形成してある。具体的には、図1図示実施例と同様に、ダイオードD1,D2,D3,D4とトランスT1の二次巻線Ns1、並びにダイオードD11,D12,D13,D14とトランスT1の二次巻線Ns2でH型のブロック回路を形成してあるとともに、四方に同じ向きのダイオードD21,D22,D23,D24を設け、ダイオードD21,D23のアノードとダイオードD22,D24のカソードとの間に、トランスT1の二次巻線Ns1を接続して、H型のブロック回路を構成してある。二次巻線Ns1と二次巻線Ns2、並びに二次巻線Ns2と二次巻線Ns3は直列に接続してあり、隣り合う二次巻線Ns1,Ns2間並びにNs2,Ns3間に交流スイッチSW1,SW2を接続してある。コンバータ1並びに交流スイッチSW1,SW2は制御回路3に接続してあり、コンバータ1のスイッチと交流スイッチSW1,SW2並びに交流スイッチSW1,SW2間で同期をとって、交流スイッチSW1,SW2でPWM制御するように構成してある。
The
以上のように構成してあるスイッチング電源装置は以下のような作用をする。先ず、交流スイッチSW1,SW2がオンしている場合について説明する。交流スイッチSW1,SW2がオンすると、交流スイッチSW1,SW2によるPWM制御が行われる。 The switching power supply device configured as described above operates as follows. First, a case where the AC switches SW1 and SW2 are turned on will be described. When AC switches SW1 and SW2 are turned on, PWM control is performed by AC switches SW1 and SW2.
先ず、交流スイッチSW1,SW2によるPWM制御が開始されると、コンバータ1はオン状態となり、交流スイッチSW1のオン幅は最大になる。図5図示B点には第一の二次巻線Ns1かかる電圧、第二の二次巻線Ns2並びに第三の二次巻線Ns3にかかる電圧が合成され、最大電圧となる。一周期Tにおける平均電圧は下記(B)式で示される。
Vo=3Es・(t1/T)+Es・(t2/T)…(B)
T=t1+t2+t3
最大電圧でPWM制御している場合、t1=T−t3,t2=0となるため、平均電圧は下記の通りになる。なお、Dはデューティである。
Vo=3Es・{(T−t3)/T}=3Es・D
First, when PWM control by the AC switches SW1 and SW2 is started, the
Vo = 3Es · (t1 / T) + Es · (t2 / T) (B)
T = t1 + t2 + t3
When PWM control is performed with the maximum voltage, since t1 = T−t3 and t2 = 0, the average voltage is as follows. D is a duty.
Vo = 3Es · {(T−t3) / T} = 3Es · D
以上のような状態は、B点の出力電流がI1になるまで続く。B点の出力電流がI1になると、出力電力一定動作が開始される。このとき交流スイッチSW1,SW2の一周期Tにおけるオン幅はt1であり、B点では交流スイッチSW1,SW2がオンしている際は3Esとなり、交流スイッチSW1,SW2がオフしている際はEsとなり、平均電圧は上記(B)式となる。 The above state continues until the output current at point B becomes I 1 . When the output current at point B becomes I 1 , the output power constant operation is started. At this time, the ON width in one cycle T of the AC switches SW1 and SW2 is t1, and at the point B, when the AC switches SW1 and SW2 are ON, it becomes 3Es, and when the AC switches SW1 and SW2 are OFF, Es Thus, the average voltage is the above equation (B).
出力電力一定動作になり、図3図示の(3)に近づくと、交流スイッチSW1,SW2はオン幅が最小になり最小電圧となる。最小電圧でPWM制御している場合、t1=0,t2=T−t3となるため、平均電圧は下記の通りになる。
Vo=Es・{(T−t3)/T}=Es・D
即ち、最小電圧は最大電圧の1/3になる。
When the output power becomes constant and approaches (3) in FIG. 3, the AC switches SW1 and SW2 have the minimum ON width and the minimum voltage. When PWM control is performed with the minimum voltage, since t1 = 0 and t2 = T−t3, the average voltage is as follows.
Vo = Es · {(T−t3) / T} = Es · D
That is, the minimum voltage is 1/3 of the maximum voltage.
最小電圧になると交流スイッチSW1がオフし、定電流モードになり、コンバータ1でPWM制御をする。以上の作用を繰り返すことにより、定電力出力を供給することができる。
When the minimum voltage is reached, the AC switch SW1 is turned off to enter the constant current mode, and the
なお、本実施例ではトランスT1の二次巻線Ns1,Ns2,Ns3を3つ設け、交流スイッチSW1,SW2を2つ設けたが、トランスT1の二次巻線Nsを4つ以上、隣り合う二次巻線Ns間に交流スイッチSWを接続して、コンバータ1のスイッチと同期をとって、PWM制御するように構成することは可能であり、この際、二次巻線Nsがn個に対して、交流スイッチSWは(n−1)個になり、交流スイッチSWがオンした状態で、最大電圧と最小電圧との差がn倍になる。
In this embodiment, three secondary windings Ns1, Ns2, and Ns3 of the transformer T1 are provided and two AC switches SW1 and SW2 are provided. Four or more secondary windings Ns of the transformer T1 are adjacent to each other. It is possible to connect the AC switch SW between the secondary windings Ns and perform PWM control in synchronism with the switch of the
実施例2を図6に示す。この実施例に係るスイッチング電源装置は、交流出力を有するコンバータ1を設けてあり、このコンバータ1にトランスT1,T2の一次巻線Np1,Np2を並列に接続してある。また、これらトランスT1,T2の二次巻線Ns1,Ns2は、一次巻線Np1,Np2と同様2つ有し、それぞれの一次巻線Np1,Np2が対応する二次巻線Ns1,Ns2にそれぞれ電力供給するように構成してある。これら二次巻線Ns1,Ns2はトランスT1,T2の交流出力を整流する整流回路2に接続してある。二次側については、図1図示実施例とほぼ同様であるため、説明を省略する。また、作用についても図1図示実施例とほぼ同様である。
Example 2 is shown in FIG. The switching power supply according to this embodiment is provided with a
なお、本実施例ではトランスT1の一次巻線Np1,Np2及び二次巻線Ns1,Ns2を2つ設け、交流スイッチSW1を1つ設けたが、トランスの一次巻線Np及び二次巻線Nsを3つ以上、隣り合う二次巻線Ns間に交流スイッチSWを接続して、コンバータ1のスイッチと同期をとって、PWM制御するように構成することは可能である。この際、二次巻線Nsがn個に対して、交流スイッチSWは(n−1)個になり、交流スイッチSWがオンした状態で、最大電圧と最小電圧との差がn倍になる。また、本実施例と図1図示実施例とを組み合わせることも可能である。
In this embodiment, two primary windings Np1, Np2 and secondary windings Ns1, Ns2 and one AC switch SW1 are provided for the transformer T1, but the primary winding Np and the secondary winding Ns for the transformer are provided. It is possible to connect the AC switch SW between two or more adjacent secondary windings Ns and perform PWM control in synchronization with the switch of the
実施例3を図7に示す。この実施例に係るスイッチング電源装置は、交流出力を有するコンバータ1を設けてあり、このコンバータ1にトランスT1,T2の一次巻線Np1,Np2を直列に接続してある。また、これらトランスT1,T2の二次巻線Ns1,Ns2は、一次巻線Np1,Np2と同様2つ有し、それぞれの一次巻線Np1,Np2が対応する二次巻線Ns1,Ns2にそれぞれ電力供給するように構成してある。これら二次巻線Ns1,Ns2はトランスT1,T2の交流出力を整流する整流回路2に接続してある。二次側については、図1図示実施例並びに実施例2とほぼ同様であるため、説明を省略する。なお、作用についても図1図示実施例並びに実施例2とほぼ同様である。
Example 3 is shown in FIG. The switching power supply according to this embodiment is provided with a
なお、本実施例ではトランスT1の一次巻線Np1,Np2及び二次巻線Ns1,Ns2を2つ設け、交流スイッチSW1を1つ設けたが、トランスの一次巻線Np及び二次巻線Nsを3つ以上、隣り合う二次巻線Ns間に交流スイッチSWを接続して、コンバータ1のスイッチと同期をとって、PWM制御するように構成することは可能である。この際、二次巻線Nsがn個に対して、交流スイッチSWは(n−1)個になり、交流スイッチSWがオンした状態で、最大電圧と最小電圧との差がn倍になる。また、本実施例と図1図示実施例とを組み合わせることも可能である。
In this embodiment, two primary windings Np1, Np2 and secondary windings Ns1, Ns2 and one AC switch SW1 are provided for the transformer T1, but the primary winding Np and the secondary winding Ns for the transformer are provided. It is possible to connect the AC switch SW between two or more adjacent secondary windings Ns and perform PWM control in synchronization with the switch of the
実施例4を図8に示す。この実施例に係るスイッチング電源装置は、交流出力を有するコンバータ1−1,及びコンバータ1−2がそれぞれ同期を取って動作する場合に有効な回路手段である。これらコンバータ1−1,1−2にそれぞれトランスT1,T2の一次巻線Np1,Np2を接続してある。また、これらトランスT1,T2の二次巻線Ns1,Ns2は、一次巻線Np1,Np2と同様2つ有し、それぞれの一次巻線Np1,Np2が対応する二次巻線Ns1,Ns2にそれぞれ電力供給するように構成してある。これら二次巻線Ns1,Ns2はトランスT1,T2の交流出力を整流する整流回路2に接続してある。二次側については、図1図示実施例、実施例2並びに実施例3とほぼ同様であるため、説明を省略する。なお、作用についても図1図示実施例、実施例2並びに実施例3とほぼ同様である。
Example 4 is shown in FIG. The switching power supply apparatus according to this embodiment is an effective circuit means when converters 1-1 and 1-2 having an AC output operate in synchronization with each other. Primary converters Np1 and Np2 of transformers T1 and T2 are connected to these converters 1-1 and 1-2, respectively. Further, the secondary windings Ns1 and Ns2 of the transformers T1 and T2 have the same two as the primary windings Np1 and Np2, and the primary windings Np1 and Np2 respectively correspond to the corresponding secondary windings Ns1 and Ns2. It is configured to supply power. These secondary windings Ns1, Ns2 are connected to a
なお、本実施例ではトランスT1の一次巻線Np1,Np2及び二次巻線Ns1,Ns2を2つ設け、交流スイッチSW1を1つ設けたが、トランスの一次巻線Np及び二次巻線Nsを3つ以上、隣り合う二次巻線Ns間に交流スイッチSWを接続して、コンバータ1のスイッチと同期をとって、PWM制御するように構成することは可能である。この際、二次巻線Nsがn個に対して、交流スイッチSWは(n−1)個になり、交流スイッチSWがオンした状態で、最大電圧と最小電圧との差がn倍になる。また、本実施例と図1図示実施例とを組み合わせることも可能である。
In this embodiment, two primary windings Np1, Np2 and secondary windings Ns1, Ns2 and one AC switch SW1 are provided for the transformer T1, but the primary winding Np and the secondary winding Ns for the transformer are provided. It is possible to connect the AC switch SW between two or more adjacent secondary windings Ns and perform PWM control in synchronization with the switch of the
実施例5を図9に示す。この実施例に係るスイッチング電源装置は、交流出力を有するコンバータ1を設けてあり、このコンバータ1にトランスT1の一次巻線Np1を接続してある。また本実施例では、このトランスT1に二次巻線Ns1,Ns2を2つ有し、これら二次巻線Ns1,Ns2はトランスT1の交流出力を整流する整流回路2に接続してある。
Example 5 is shown in FIG. The switching power supply according to this embodiment is provided with a
整流回路2は出力チョークLoと平滑コンデンサCoを設けてあるとともに、H型のブロック回路を形成し、具体的には、図1図示実施例と同様に、ダイオードD1,D2,D3,D4とトランスT1の二次巻線Ns1、並びにダイオードD11,D12,D13,D14とトランスT1の二次巻線Ns2でH型のブロック回路を形成してある。
The
この実施例では、第二のトランスT11の一次巻線Np11を第一のトランスT1の一次巻線Np1と並列に接続してある。第二のトランスT11の第一の二次巻線Np11は、第一のトランスT1の第一の二次巻線Np1に接続するダイオードD2,D4のアノードに接続してある。また、この第二巻線Np11を中心にH型のブロック回路を形成し、ダイオードD2,D4のアノードとダイオードD5,D6のカソードを接続してある。 In this embodiment, the primary winding Np11 of the second transformer T11 is connected in parallel with the primary winding Np1 of the first transformer T1. The first secondary winding Np11 of the second transformer T11 is connected to the anodes of the diodes D2 and D4 connected to the first secondary winding Np1 of the first transformer T1. An H-type block circuit is formed around the second winding Np11, and the anodes of the diodes D2 and D4 and the cathodes of the diodes D5 and D6 are connected.
これと同様に、第二のトランスT11の第二の二次巻線Np12は、第一のトランスT1の第二の二次巻線Np2に接続するダイオードD12,D14のアノードに接続してある。また、この第二巻線Np12を中心にH型のブロック回路を形成し、ダイオードD12,D14のアノードとダイオードD15,D16のカソードとを接続してある。第二のトランスT11の二次巻線Ns11,Ns12は直列に接続してあり、隣り合う二次巻線Ns11,Ns12間に交流スイッチSW11を接続してある。コンバータ1並びに交流スイッチSW11は制御回路3に接続してあり、コンバータ1のスイッチと同期をとって、交流スイッチSW11でPWM制御するように構成してある。また、この交流スイッチSW11は交流スイッチSW1とも同期するようにしてある。
Similarly, the second secondary winding Np12 of the second transformer T11 is connected to the anodes of the diodes D12 and D14 connected to the second secondary winding Np2 of the first transformer T1. An H-type block circuit is formed around the second winding Np12, and the anodes of the diodes D12 and D14 and the cathodes of the diodes D15 and D16 are connected. The secondary windings Ns11 and Ns12 of the second transformer T11 are connected in series, and an AC switch SW11 is connected between the adjacent secondary windings Ns11 and Ns12. The
以上のように構成してあるスイッチング電源装置は以下のような作用をする。なお、このスイッチング電源装置は、第二のトランスT11の二次巻線Ns11,Ns12の巻き方により作用が異なる。先ず、第一のトランスT1の二次巻線Ns1,Ns2と第二のトランスT11の二次巻線Ns11,Ns12とが直列になるように接続してある場合、図8における、第二のトランスT11の二次巻線Ns11,Ns12に実線矢印で示すように電圧がかかる場合について接続する。 The switching power supply device configured as described above operates as follows. The operation of this switching power supply device differs depending on how the secondary windings Ns11 and Ns12 of the second transformer T11 are wound. First, when the secondary windings Ns1, Ns2 of the first transformer T1 and the secondary windings Ns11, Ns12 of the second transformer T11 are connected in series, the second transformer in FIG. Connection is made when a voltage is applied to the secondary windings Ns11 and Ns12 of T11 as indicated by solid arrows.
先ず、交流スイッチSW1,SW11がオンすると、交流スイッチSW1,SW2によるPWM制御が行われる。交流スイッチSW1,SW11によるPWM制御が開始されると、コンバータ1はオン状態となり、交流スイッチSW1のオン幅は最大になる。図8図示C点にはトランスT1の二次巻線Ns1,Ns2のそれぞれにかかる電圧、並びにトランスT11の二次巻線Ns11,Ns12にかかる電圧が合成され、最大電圧となる。一周期Tにおける平均電圧は下記(C−1)式で示される。
Vo=2・{2Es・(t1/T)+Es・(t2/T)}…(C−1)
T=t1+t2+t3
最大電圧でPWM制御している場合、t1=T−t3,t2=0となるため、平均電圧は下記の通りになる。なお、Dはデューティである。
Vo=2・2Es・{(T−t3)/T}=4Es・D
First, when the AC switches SW1 and SW11 are turned on, PWM control is performed by the AC switches SW1 and SW2. When PWM control by the AC switches SW1 and SW11 is started, the
Vo = 2 · {2Es · (t1 / T) + Es · (t2 / T)} (C-1)
T = t1 + t2 + t3
When PWM control is performed with the maximum voltage, since t1 = T−t3 and t2 = 0, the average voltage is as follows. D is a duty.
Vo = 2 · 2Es · {(T−t3) / T} = 4Es · D
以上のような状態は、C点の出力電流がI1になるまで、即ち、図3に示す(2)の状態になるまで続く。C点の出力電流がI1になると、出力電力一定動作が開始される。このとき交流スイッチSW1,SW11は、一周期Tにおけるオン幅はt1であり、C点では交流スイッチSW1,SW11がオンしている際は4Esとなり、交流スイッチSW1,SW11がオフしている際は2Esとなり、平均電圧は上記(C−1)式となる。 Above-described conditions, until the output current of the point C is I 1, i.e., until a state is shown in FIG. 3 (2). When the output current of the point C is I 1, the output power constant operation is started. At this time, the ON width of the AC switches SW1 and SW11 is t1 in one cycle T. At the point C, the AC switches SW1 and SW11 are 4Es when the AC switches SW1 and SW11 are ON, and when the AC switches SW1 and SW11 are OFF. 2Es, and the average voltage is the above equation (C-1).
出力電力一定動作になり、図3図示の(3)に近づくと、交流スイッチSW1,SW11はオン幅が最小になり、最小電圧となる。最小電圧でPWM制御している場合、t1=0,t2=T−t3となるため、平均電圧は下記の通りになる。
Vo=2・Es・{(T−t3)/T}=2Es・D
即ち、最小電圧は最大電圧の1/2になる。
When the output power becomes constant and approaches (3) in FIG. 3, the AC switches SW1 and SW11 have the minimum ON width and the minimum voltage. When PWM control is performed with the minimum voltage, since t1 = 0 and t2 = T−t3, the average voltage is as follows.
Vo = 2 · Es · {(T−t3) / T} = 2Es · D
That is, the minimum voltage is ½ of the maximum voltage.
最小電圧になると交流スイッチSW1,SW11がオフし、定電流モードになる。定電流モードに入ると、交流スイッチSW1,SW11はオフし、コンバータ1でPWM制御をする。以上の作用を繰り返すことにより、定電力出力を供給することができる。
When the minimum voltage is reached, the AC switches SW1 and SW11 are turned off and the constant current mode is set. When the constant current mode is entered, the AC switches SW1 and SW11 are turned off, and the
続いて、第一のトランスT1の二次巻線Ns1,Ns2と第二のトランスT11の二次巻線Ns11,Ns12とが並列になるように接続してある場合、図9における、第二のトランスT11の二次巻線Ns11,Ns12の向きを変えて接続し、点線矢印で示すように電圧がかかるようにした場合について接続する。 Subsequently, when the secondary windings Ns1 and Ns2 of the first transformer T1 and the secondary windings Ns11 and Ns12 of the second transformer T11 are connected in parallel, the second winding in FIG. The secondary windings Ns11 and Ns12 of the transformer T11 are connected by changing the direction, and the voltage is applied as shown by the dotted arrows.
先ず、交流スイッチSW1,SW11がオンすると、交流スイッチSW1,SW11によるPWM制御が行われる。交流スイッチSW1,SW11によるPWM制御が開始されると、コンバータ1はオン状態となり、交流スイッチSW1のオン幅は最大になる。図9図示C点にはトランスT1の二次巻線Ns1,Ns2間、並びにトランスT11の二次巻線Ns11,Ns12間にかかる電圧が合成され、最大電圧となる。一周期Tにおける平均電圧は下記(C−2)式で示される。
Vo=2Es・(t1/T)+Es・(t2/T)…(C−2)
T=t1+t2+t3
最大電圧でPWM制御している場合、t1=T−t3,t2=0となるため、平均電圧は下記の通りになる。なお、Dはデューティである。
Vo=2Es・{(T−t3)/T}=2Es・D
First, when the AC switches SW1 and SW11 are turned on, PWM control is performed by the AC switches SW1 and SW11. When PWM control by the AC switches SW1 and SW11 is started, the
Vo = 2Es · (t1 / T) + Es · (t2 / T) (C-2)
T = t1 + t2 + t3
When PWM control is performed with the maximum voltage, since t1 = T−t3 and t2 = 0, the average voltage is as follows. D is a duty.
Vo = 2Es · {(T−t3) / T} = 2Es · D
一方、出力電流は、トランスT1の二次巻線Ns1,Ns2間にかかる電圧と、トランスT11の二次巻線Ns11,Ns12間にかかる電圧とが同方向にかかるため、第一のトランスT1の二次巻線Ns1,Ns2と第二のトランスT11の二次巻線Ns11,Ns12とが直列になるように接続した場合と比べて2倍になる。よって、以上のような状態は、C点の出力電流がI1=2Iになるまで続く。 On the other hand, since the voltage applied between the secondary windings Ns1, Ns2 of the transformer T1 and the voltage applied between the secondary windings Ns11, Ns12 of the transformer T11 are applied in the same direction, the output current of the first transformer T1 The secondary windings Ns1 and Ns2 and the secondary windings Ns11 and Ns12 of the second transformer T11 are doubled as compared with the case where they are connected in series. Therefore, the above state continues until the output current at point C reaches I 1 = 2I.
C点の出力電流が2Iになると、出力電力一定動作が開始される。このとき交流スイッチSW1,SW11は、一周期Tにおけるオン幅はt1であり、C点では交流スイッチSW1がオンしている際は2Esとなり、交流スイッチSW1,SW11がオフしている際、しばらくの間第一のトランスT1の二次巻線Ns1,Ns2、及び第二のトランスT11の二次巻線Ns11,Ns12に電流が流れ、その間C点の電圧はEsとなり、交流スイッチSW1,SW11がオフし、第一のトランスT1の二次巻線Ns1,Ns2並びに第二のトランスT11の二次巻線Ns11,Ns12に電流が流れなくなるとC点での電圧は0となる。なお、平均電圧は上記(C−2)式となる。 When the output current at point C reaches 2I, the output power constant operation is started. At this time, the AC switches SW1 and SW11 have an ON width of t1 in one cycle T. At the point C, the AC switch SW1 and SW11 are 2Es when the AC switch SW1 is ON, and when the AC switches SW1 and SW11 are OFF, During this period, current flows through the secondary windings Ns1 and Ns2 of the first transformer T1 and the secondary windings Ns11 and Ns12 of the second transformer T11. During that time, the voltage at the point C becomes Es, and the AC switches SW1 and SW11 are turned off. When no current flows through the secondary windings Ns1 and Ns2 of the first transformer T1 and the secondary windings Ns11 and Ns12 of the second transformer T11, the voltage at the point C becomes zero. In addition, an average voltage becomes said Formula (C-2).
出力電力一定動作になり、図3図示の(3)に近づくと、交流スイッチSW1,SW11はオン幅が最小になり、最小電圧となる。最小電圧でPWM制御している場合、t1=0,t2=T−t3となるため、平均電圧は下記の通りになる。
Vo=Es・{(T−t3)/T}=Es・D
即ち、最小電圧は最大電圧の1/2になる。
When the output power becomes constant and approaches (3) in FIG. 3, the AC switches SW1 and SW11 have the minimum ON width and the minimum voltage. When PWM control is performed with the minimum voltage, since t1 = 0 and t2 = T−t3, the average voltage is as follows.
Vo = Es · {(T−t3) / T} = Es · D
That is, the minimum voltage is ½ of the maximum voltage.
最小電圧になると交流スイッチSW1,SW11がオフし、定電流モードになる。定電流モードに入ると、交流スイッチSW1,SW11はオフし、コンバータ1でPWM制御をする。以上の作用を繰り返すことにより、定電力出力を供給することができる。
When the minimum voltage is reached, the AC switches SW1 and SW11 are turned off and the constant current mode is set. When the constant current mode is entered, the AC switches SW1 and SW11 are turned off, and the
なお、本実施例ではトランスT1,T11を2つ並列に接続して設け、交流スイッチSW1,SW11も同様に並列に接続して2つ設けたが、トランスTを3つ以上並列に接続して、コンバータ1のスイッチと同期をとって、PWM制御するように構成することは可能であり、この際、トランスTがn個に対して、交流スイッチSWはn個になり、交流スイッチSWがオンした状態で、最大電圧と最小電圧との差がn倍になる。
In this embodiment, two transformers T1 and T11 are connected in parallel and two AC switches SW1 and SW11 are connected in parallel, but three or more transformers T are connected in parallel. The PWM control can be performed in synchronization with the switch of the
n個のトランスTの二次巻線Nsを直列巻きにすると出力電流はトランスTが1個の場合と同じであるが、出力電圧はトランスが1個の場合のn倍になる。また、n個のトランスTの二次巻線Nsを並列巻きにすると出力電圧はトランスTが1個の場合と同じであるが、出力電流はトランスが1個の場合のn倍になる。 When the secondary windings Ns of n transformers T are connected in series, the output current is the same as when one transformer T is used, but the output voltage is n times that when one transformer is used. Further, when the secondary windings Ns of n transformers T are arranged in parallel, the output voltage is the same as when one transformer T is used, but the output current is n times that when one transformer is used.
さらに、この実施例4と実施例1とを組み合わせることが可能であり、各トランスTの二次巻線Nsを4つ以上、隣り合う二次巻線Ns間に交流スイッチSWを接続するとともに、トランスTを3つ以上並列に接続して、コンバータ1のスイッチと同期をとって、PWM制御するように構成することは可能であり、この際、二次巻線Nsがn個、トランスTがm個に対して、交流スイッチSWは(n−1)・m個になり、交流スイッチSWがオンした状態で、最大電圧と最小電圧との差がn・m倍になる。
Further, it is possible to combine the fourth embodiment and the first embodiment, and connecting four or more secondary windings Ns of each transformer T, and connecting an AC switch SW between adjacent secondary windings Ns, It is possible to connect three or more transformers T in parallel and perform PWM control in synchronism with the switch of the
また、この実施例5は実施例2乃至実施例4と組み合わせることも可能である。 Further, the fifth embodiment can be combined with the second to fourth embodiments.
本発明のスイッチング電源装置は、定電力出力等において、コンバータの一次スイッチのパルス幅は固定のままで出きるため、実効値電流の増加を防ぐことができる効果がある。更に本方式はコンバータを1つ備えてあれば、交流スイッチのPWM制御ができることから、スイッチング電源装置の小型化及び低コスト化を図ることができる。 The switching power supply device of the present invention has an effect of preventing an increase in the effective value current because the pulse width of the primary switch of the converter can be kept fixed at constant power output or the like. Furthermore, if this system is provided with one converter, PWM control of the AC switch can be performed, so that the switching power supply device can be reduced in size and cost.
D1,D2,D3,D4,D5,D6 ダイオード
D11,D12,D13,D14,D15,D16 ダイオード
D21,D22,D23,D24 ダイオード
SW1,SW2,SW11 交流スイッチ
T1,T2,T3,T11 トランス
1,1−1,1−2,1−3 コンバータ
2 整流回路
3 制御回路
D1, D2, D3, D4, D5, D6 Diodes D11, D12, D13, D14, D15, D16 Diodes D21, D22, D23, D24 Diodes SW1, SW2, SW11 AC switches T1, T2, T3,
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