JP2011147202A - Switching power unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電流連続モードで動作する力率改善回路の電流検出に関し、特にダイオードブリッジの存在しないブリッジレスの力率改善回路を備えたスイッチング電源装置に関する。 The present invention relates to current detection of a power factor correction circuit that operates in a continuous current mode, and more particularly to a switching power supply device including a bridgeless power factor correction circuit without a diode bridge.
電流連続モードの力率改善回路は、電圧ループと電流ループによる帰還回路によって制御が行なわれる。電圧制御は、力率改善回路の出力電圧を検出し、この出力電圧がほぼ一定となるように、力率改善回路を構成するスイッチング素子のスイッチング動作を制御する。電流制御は、力率改善回路を構成するチョークコイルに流れる電流を検出し、入力電流波形を入力電圧波形に近づけるように制御する。このような電流制御により、力率を改善することができる。 The power factor correction circuit in the continuous current mode is controlled by a feedback circuit using a voltage loop and a current loop. The voltage control detects the output voltage of the power factor correction circuit and controls the switching operation of the switching elements constituting the power factor correction circuit so that the output voltage becomes substantially constant. The current control detects the current flowing through the choke coil that constitutes the power factor correction circuit, and controls the input current waveform to approach the input voltage waveform. By such current control, the power factor can be improved.
従来のダイオードブリッジにより交流入力電圧を整流し、その整流電圧を力率改善回路の入力とした回路構成では、前記チョークコイルを流れる電流が一方向であるのに対し、ダイオードブリッジを用いない力率改善回路（ブリッジレスＰＦＣ）では、チョークコイルを流れる電流が一方向ではない。ブリッジレスＰＦＣの制御に関しては、例えば特許文献１などに示す方法を行なう必要がある。ここでの方法とは、ブリッジレスＰＦＣを構成する２つのスイッチング素子に流れる電流を各々検出し、それらの検出した信号を加算器によって加算した後、電流検出アンプに供給して、電流制御のための電流ループを形成している。 In a circuit configuration in which an AC input voltage is rectified by a conventional diode bridge and the rectified voltage is input to a power factor correction circuit, the current flowing through the choke coil is unidirectional, whereas a power factor not using a diode bridge is used. In the improvement circuit (bridgeless PFC), the current flowing through the choke coil is not unidirectional. Regarding the control of the bridgeless PFC, for example, it is necessary to perform the method shown in Patent Document 1. In this method, currents flowing through two switching elements constituting a bridgeless PFC are detected, and the detected signals are added by an adder and then supplied to a current detection amplifier for current control. The current loop is formed.
上述したブリッジレスＰＦＣを備えたスイッチング電源装置では、２つのスイッチング素子に流れる各電流を第１の電流検出器と第２の電流検出器でそれぞれ検出し、チョークコイルを流れる電流の方向に応じて、第１の電流検出器からの電流検出信号と第２の電流検出器からの電流検出信号のいずれか一方を選択的に供給する第１の選択素子と第２の選択素子が必要となる。しかし、これらの選択素子を介して電流検出信号を供給するときに、選択素子の特性によりチョークコイル１０に流れる電流を忠実に再現することができなくなると、出力電圧の安定度が失われて、力率および効率が低下する問題を生じていた。
In the switching power supply device having the bridgeless PFC described above, the currents flowing through the two switching elements are detected by the first current detector and the second current detector, respectively, and according to the direction of the current flowing through the choke coil. The first selection element and the second selection element that selectively supply either the current detection signal from the first current detector or the current detection signal from the second current detector are required. However, when the current detection signal is supplied through these selection elements, if the current flowing through the
本発明は上記問題点に着目してなされたもので、出力電圧の安定度を保って、力率および効率を改善することが可能なスイッチング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 paying attention to the above problems, and an object thereof is to provide a switching power supply device capable of improving the power factor and efficiency while maintaining the stability of the output voltage.
本発明のスイッチング電源装置は、上記目的を達成するために、交流電源に直列接続するチョークコイルと、スイッチング動作する第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子と、第１の整流器および第２の整流器と、前記チョークコイルに流れる電流を検出する第１の電流検出器および第２の電流検出器と、前記第１のスイッチング素子および前記第２のスイッチング素子にパルス駆動信号を供給する制御部とを備え、前記第１のスイッチング素子または前記第２のスイッチング素子の何れかがオンのときに、前記交流電源から前記チョークコイルに電流を流し、当該チョークコイルにエネルギーを蓄え、前記第１のスイッチング素子または前記第２のスイッチング素子の何れかがオフのときに、前記チョークコイルに蓄えたエネルギーを第１の整流器または第２の整流器を介して放出すると共に、前記第１および第２の電流検出器は、それぞれに流れる電流を電圧に変換する機能を有し、前記第１の電流検出器の電流検出信号を前記制御部に選択的に供給する第１の選択素子と、前記第２の電流検出器の電流検出信号を前記制御部に選択的に供給する第２の選択素子とを備え、前記第１の選択素子または前記第２の選択素子からの電流検出信号に基づいて、前記制御部が前記パルス駆動信号を生成するスイッチング電源装置において、前記第１の選択素子は、前記第１の電流検出器に流れる電流と、前記電流検出信号が線形性を持つような第１の能動スイッチ素子で構成され、前記第２の選択素子は、前記第２の電流検出器に流れる電流と、前記電流検出信号が線形性を持つような第２の能動スイッチ素子で構成されることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a switching power supply device of the present invention includes a choke coil connected in series to an AC power supply, a first switching element and a second switching element that perform switching operation, a first rectifier, and a second A rectifier, a first current detector and a second current detector for detecting a current flowing through the choke coil, and a controller for supplying a pulse drive signal to the first switching element and the second switching element; When either the first switching element or the second switching element is on, a current is passed from the AC power source to the choke coil, energy is stored in the choke coil, and the first switching element is Stored in the choke coil when either the element or the second switching element is off. And the first and second current detectors have a function of converting currents flowing through the first rectifier and the second rectifier into voltages, respectively, and the first current detection A first selection element that selectively supplies a current detection signal of the detector to the control unit, and a second selection element that selectively supplies a current detection signal of the second current detector to the control unit. And the control unit generates the pulse drive signal based on a current detection signal from the first selection element or the second selection element, wherein the first selection element is the first selection element A current flowing through the first current detector, and a first active switch element in which the current detection signal has linearity, and the second selection element includes a current flowing through the second current detector; The current detection signal is linear Characterized in that it is constituted by a second active switch devices, such as with.
この場合、前記交流電源からの交流入力電圧の極性に応じて、前記第１の能動スイッチ素子および前記第２の能動スイッチ素子のオン・オフを切り替える駆動部をさらに備えてもよい。 In this case, a drive unit that switches on and off of the first active switch element and the second active switch element according to the polarity of the AC input voltage from the AC power supply may be further provided.
本発明のスイッチング電源装置によれば、第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子によるスイッチング動作に伴い、交流電源からチョークコイルに双方向の電流を流すことができるが、チョークコイルに一方向の電流が流れるときに、第１の電流検出器に流れる一方向の電流に比例した電圧の電流検出信号が、選択的に第１の能動スイッチ素子から制御部に供給され、チョークコイルに他方向の電流が流れるときに、第２の電流検出器に流れる一方向の電流に比例した電圧の電流検出信号が、選択的に第２の能動スイッチ素子から制御部に供給される。したがって、出力電流の少ない軽負荷時において、チョークコイルを流れる電流が線形性を持って電流検出信号の電圧として忠実に再現され、出力電圧の安定度を保って、力率および効率を改善することが可能になる。 According to the switching power supply device of the present invention, a bidirectional current can flow from the AC power supply to the choke coil in accordance with the switching operation by the first switching element and the second switching element. When the current flows, a current detection signal having a voltage proportional to the current in one direction flowing in the first current detector is selectively supplied from the first active switch element to the control unit, and the choke coil is supplied in the other direction. When a current flows, a current detection signal having a voltage proportional to a one-way current flowing through the second current detector is selectively supplied from the second active switch element to the control unit. Therefore, at light loads with low output current, the current flowing through the choke coil is faithfully reproduced as the voltage of the current detection signal with linearity, maintaining the output voltage stability and improving the power factor and efficiency. Is possible.
また本発明では、第１のスイッチング素子や第２のスイッチング素子のスイッチング周波数に依存することなく、交流電源からの交流入力電圧の極性に応じて、第１の能動スイッチ素子および第２の能動スイッチ素子のオン・オフをそれぞれ適切に切り替えることが可能になる。 Further, in the present invention, the first active switch element and the second active switch are not dependent on the switching frequency of the first switching element or the second switching element, depending on the polarity of the AC input voltage from the AC power supply. It becomes possible to appropriately switch on and off the elements.
以下、添付図面を参照しながら、本発明におけるスイッチング電源装置の実施例を説明する。 Embodiments of a switching power supply apparatus according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
先ず、スイッチング電源装置としての基本構成を図１に基づき説明する。これは上記特許文献１において、各々のスイッチング素子に流れる電流の検出信号の何れか一方を選択する手段として、ダイオードを用いた回路例である。そのような回路例と各部の波形を、図１と図２にそれぞれ示す。 First, a basic configuration as a switching power supply device will be described with reference to FIG. This is a circuit example in which a diode is used as means for selecting any one of detection signals of currents flowing through the respective switching elements in Patent Document 1. Such a circuit example and the waveform of each part are shown in FIGS. 1 and 2, respectively.
図１において、１００は入力端子Ｖin1，Ｖin2と出力端子＋Ｖout，ＧＮＤを有するスイッチング電源装置であり、このスイッチング電源装置１００は、チョークコイル１０，第１のダイオード１２，第２のダイオード１４，第１のスイッチング素子１６，第２のスイッチング素子１８からなる昇圧チョッパ形の力率改善回路２０を備えている。スイッチング素子１６，１８は、何れもＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（電界効果トランジスタ）からなり、ソース−ドレイン間には内蔵のダイオード１６Ａ，１８Ａが等価的に接続される。なお、スイッチング素子１６，１８として、他の制御端子付き半導体素子を用いてもよく、ダイオード１６Ａ，１８Ａを外付けのものとしてもよい。
In FIG. 1,
力率改善回路２０は、一方の入力端子Ｖin1にチョークコイル１０の一端を接続し、チョークコイル１０の他端を、ダイオード１２のアノードとスイッチング素子１６のドレインとの接続点に接続し、他方の入力端子Ｖin2を、ダイオード１４のアノードとスイッチング素子１８のドレインとの接続点に接続し、ダイオード１２，１４のカソードを出力端子＋Ｖoutに接続する。ここでは、交流電源Ｅからの交流入力電圧が、入力端子Ｖin1，Ｖin2からダイオードブリッジなどの整流器を介さずに直接力率改善回路２０に印加される。
The power
また、スイッチング素子１６とダイオード１６Ａを流れる電流を検出するために、当該スイッチング素子１６と直列に第２の電流検出器としての抵抗２２が接続される。同様に、スイッチング素子１８とダイオード１８Ａを流れる電流を検出するために、当該スイッチング素子１８と直列に第１の電流検出器としての抵抗２４が接続される。さらに、２６は力率改善回路２０の出力側において、出力端子＋Ｖout，ＧＮＤ間に接続する出力コンデンサである。
Further, in order to detect the current flowing through the
３０は、前記抵抗２２，２４により得られる２つの電流検出信号の何れかを選択して、チョークコイル１０を流れる電流に相当する電流検出信号だけを後述する制御用ＩＣ４０に供給するための信号選択回路である。信号選択回路３０は、抵抗２２の一端にカソードを接続するダイオード３２と、抵抗２４の一端にカソードを接続するダイオード３４とにより構成され、これらのダイオード３２，３４のアノードが、制御用ＩＣ４０の電流検出信号入力端子に共通して接続される。制御用ＩＣ４０は、出力端子＋Ｖout，ＧＮＤ間の出力電圧を検出して、この出力電圧の安定化を図りつつ、信号選択回路３０によって選択された一方の電流検出信号に基づき、前記交流電源Ｅの入力電圧波形に入力電流波形が近似するような導通幅を有するパルス駆動信号を、各スイッチング素子１６，１８の制御端子であるゲートに供給する。
A
図２は、各部の波形を示したものである。同図において、上段は交流電源Ｅの入力電圧であり、以下、スイッチング素子１６への駆動信号と、スイッチング素子１８への駆動信号をそれぞれ示している。
FIG. 2 shows the waveform of each part. In the same figure, the upper stage is the input voltage of the AC power supply E, and hereinafter, the drive signal to the
図２に示すように、交流電源Ｅの極性に拘らず、各スイッチング素子１６，１８には、信号選択回路３０からの電流検出信号に依存した導通幅を有するパルス駆動信号が同じタイミングで与えられ、スイッチング素子１６，１８は共にオンまたはオフの状態にスイッチング動作する。
As shown in FIG. 2, regardless of the polarity of the AC power supply E, each
ここで交流電源Ｅからの入力電圧が正極性の期間、すなわち入力端子Ｖin1に正極性の電圧が発生する期間は、スイッチング素子１６，１８がオンすると、交流電源Ｅ，チョークコイル１０，第１のスイッチング素子１６，抵抗２２，抵抗２４，第２のスイッチング素子１８，交流電源Ｅの経路で電流が流れて、チョークコイル１０にエネルギーが蓄積されると共に、出力コンデンサ２６に蓄積する電荷によって、出力端子＋Ｖout，ＧＮＤ間に接続する負荷（図示せず）に電力供給が行なわれる。
Here, during a period in which the input voltage from the AC power source E is positive, that is, a period in which a positive voltage is generated at the input terminal Vin1, when the
また、抵抗２２にはスイッチング素子１６からＧＮＤに向かう電流が流れ、抵抗２４にはＧＮＤからスイッチング素子１８に向かう電流が流れることから、抵抗２２に接続するダイオード３２はオフする一方で、抵抗２４に接続するダイオード３４はオンし、ダイオード３４を通して抵抗２４で検出される電流検出信号だけが制御用ＩＣ４０に選択的に供給される。
In addition, since a current from the
その後、スイッチング素子１６，１８がオフすると、交流電源Ｅ，チョークコイル１０，第１のダイオード１２，出力コンデンサ２６（および負荷），抵抗２４，ダイオード１８Ａ，交流電源Ｅの経路で電流が流れ、交流電源Ｅからチョークコイル１０を通して、出力コンデンサ２６および負荷に電力が供給される。出力端子＋Ｖout，ＧＮＤ間に発生する力率改善回路２０の出力電圧は、交流電源Ｅの電圧にチョークコイル１０の電圧が重畳される関係で、交流電源Ｅの入力電圧よりも高いものとなる。
Thereafter, when the
また、抵抗２２には電流が流れず、抵抗２４にはＧＮＤからスイッチング素子１８に向かう電流が流れることから、引き続きダイオード３２はオフする一方で、ダイオード３４はオンし、ダイオード３４を通して抵抗２４で検出される電流検出信号だけが制御用ＩＣ４０に選択的に供給される。
In addition, since no current flows through the
一方、交流電源Ｅからの入力電圧が負極性の期間、すなわち入力端子Ｖin1に負極性の電圧が発生している期間では、スイッチング素子１６，１８がオンすると、交流電源Ｅ，第２のスイッチング素子１８，抵抗２４，抵抗２２，第１のスイッチング素子１６，チョークコイル１０，交流電源Ｅの経路で、前記交流電源Ｅに正極性の電圧が発生する期間とは逆向きの電流が流れて、チョークコイル１０にエネルギーが蓄積されると共に、出力コンデンサ２６に蓄積する電荷によって負荷に電力供給が行なわれる。
On the other hand, when the switching
また、抵抗２２にはＧＮＤからスイッチング素子１６に向かう電流が流れ、抵抗２４にはスイッチング素子１８からＧＮＤに向かう電流が流れることから、抵抗２２に接続するダイオード３２はオンする一方で、抵抗２４に接続するダイオード３４はオフし、ダイオード３２を通して抵抗２２で検出される電流検出信号だけが制御用ＩＣ４０に選択的に供給される。
Further, since a current from GND to the switching
その後、スイッチング素子１６，１８がオフすると、交流電源Ｅ，第２のダイオード１４，出力コンデンサ２６（および負荷），抵抗２２，ダイオード１６Ａ，チョークコイル１０，交流電源Ｅの経路で電流が流れ、チョークコイル１０から交流電源Ｅを通して、出力コンデンサ２６および負荷に電力が供給される。この場合も、出力端子＋Ｖout，ＧＮＤ間に発生する力率改善回路２０の出力電圧は、交流電源Ｅの電圧にチョークコイル１０の電圧が重畳される関係で、交流電源Ｅの入力電圧よりも高いものとなる。
Thereafter, when the switching
また、抵抗２４には電流が流れず、抵抗２２にはＧＮＤからスイッチング素子１６に向かう電流が流れることから、引き続きダイオード３２はオンする一方で、ダイオード３４はオフし、ダイオード３２を通して抵抗２２で検出される電流検出信号だけが制御用ＩＣ４０に選択的に供給される。
Further, since no current flows through the
図３は、上記一連の動作において、出力電流に対する抵抗２２，２４の両端間に発生する電圧の特性Ｘ１と、出力電流に対するダイオード３２またはダイオード３４を通した電流検出信号の電圧の特性Ｘ２と、出力電流に対する出力電圧の特性Ｘ３を示している。
FIG. 3 shows a characteristic X1 of the voltage generated across the
この場合、ダイオード３２，３４は、順方向に電流を流すのに必要な電圧Ｖｆ（順方向電圧降下）があるため、チョークコイル１０ひいてはスイッチング素子１６，１８に電流が流れていても、抵抗２２，２４の両端間に発生する電圧が、ダイオード３２，３４の順方向電圧降下Ｖｆに達するまでは、電流検出信号として電流が何も発生せず、図３に示す電流未検出の状態となる。そのため、特に出力電流の少ない軽負荷時において、制御用ＩＣ４０はスイッチング素子１６，１８に供給するパルス駆動信号の導通幅を広げようとし、負荷への出力電圧が本来よりも高いものとなってしまう。
In this case, since the
このように、ダイオード３２，３４による信号選択回路３０では、チョークコイル１０を流れる電流の方向を直接監視せずに、必要な電流検出信号を抵抗２２，２４の何れか一方から制御用ＩＣ４０に選択的に供給することができるが、軽負荷時における電流検出信号がチョークコイル１０に流れる電流を忠実に再現することができず、出力電圧の安定度が失われて、力率および効率が低下するおそれがある。
As described above, the
このような懸念を解消するのに提案されたのが、図４に示すスイッチング電源装置１である。なおここでは、上記図１と同一の構成には同一の符号を付している。図１との構成上の相違点は、以下の通りである。 A switching power supply device 1 shown in FIG. 4 has been proposed to eliminate such concerns. Here, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. The structural differences from FIG. 1 are as follows.
前記ダイオード３２，３４に代わって、ここでは流れ込む電流と電圧とに線形性を持った能動スイッチ素子が設けられる。図４の信号選択回路５０は、例えばＮチャネルのＭＯＳＦＥＴ５２，５４を、各々能動スイッチ素子として備えている。能動スイッチ素子は流れる電流と電圧とに線形性を持った素子ならばどのようなものでも構わない。ここでの信号選択回路５０は、ＦＥＴ５２のドレインが抵抗２２の一端に接続され、ＦＥＴ５４のドレインが抵抗２４の一端に接続され、これらのＦＥＴ５２，５４のソースが、制御用ＩＣ４０の電流検出信号入力端子に共通して接続される。
Instead of the
さらに図４では、ＦＥＴ５２，５４をオンまたはオフにするための駆動回路６０が付加される。駆動回路６０は、交流電源Ｅからの交流入力電圧を監視し、入力端子Ｖin1に発生する負電圧と基準電圧との比較により、スイッチ素子５２のオンタイミングを決定する駆動信号を生成して、そのスイッチ素子５２のゲートに供給し、入力端子Ｖin1に発生する正電圧と基準電圧との比較により、スイッチ素子５４のオンタイミングを決定する駆動信号を生成して、そのスイッチ素子５４のゲートに供給するものである。
Further, in FIG. 4, a
その他、力率改善回路２０や制御用ＩＣ４０を含めたスイッチング電源装置１の構成は、図１のスイッチング電源装置１００と共通している。
In addition, the configuration of the switching power supply 1 including the power
次に、本実施例におけるスイッチング電源装置１の作用について説明する。 Next, the operation of the switching power supply device 1 in this embodiment will be described.
力率改善回路２０としての動作は、図１の例で説明したとおりで、各部の波形も図２に示したものと共通している。すなわち、交流電源Ｅの極性に拘らず、各スイッチング素子１６，１８には、信号選択回路５０からの電流検出信号に依存した導通幅を有するパルス駆動信号が、制御用ＩＣ４０から同じタイミングで与えられ、スイッチング素子１６，１８は共にオンまたはオフの状態にスイッチング動作する。
The operation as the power
ここで、交流電源Ｅからの入力電圧が正極性の期間、すなわち入力端子Ｖin1に正極性の電圧が発生する期間は、スイッチング素子１６，１８がオンすると、交流電源Ｅ，チョークコイル１０，第１のスイッチング素子１６，抵抗２２，抵抗２４，第２のスイッチング素子１８，交流電源Ｅの経路で電流が流れて、チョークコイル１０にエネルギーが蓄積されると共に、出力コンデンサ２６に蓄積する電荷によって、出力端子＋Ｖout，ＧＮＤ間に接続する負荷に電力供給が行なわれる。
Here, during a period in which the input voltage from the AC power source E is positive, that is, a period in which a positive voltage is generated at the input terminal Vin1, when the switching
その後、スイッチング素子１６，１８がオフすると、交流電源Ｅ，チョークコイル１０，第１のダイオード１２，出力コンデンサ２６（および負荷），抵抗２４，ダイオード１８Ａ，交流電源Ｅの経路で電流が流れ、交流電源Ｅからチョークコイル１０を通して、出力コンデンサ２６および負荷に電力が供給される。出力端子＋Ｖout，ＧＮＤ間に発生する力率改善回路２０の出力電圧は、交流電源Ｅの電圧にチョークコイル１０の電圧が重畳される関係で、交流電源Ｅの入力電圧よりも高いものとなる。
Thereafter, when the switching
一方、交流電源Ｅからの入力電圧が負極性の期間、すなわち入力端子Ｖin1に負極性の電圧が発生している期間では、スイッチング素子１６，１８がオンすると、交流電源Ｅ，第２のスイッチング素子１８，抵抗２４，抵抗２２，第１のスイッチング素子１６，チョークコイル１０，交流電源Ｅの経路で、前記交流電源Ｅに正極性の電圧が発生する期間とは逆向きの電流が流れて、チョークコイル１０にエネルギーが蓄積されると共に、出力コンデンサ２６に蓄積する電荷によって負荷に電力供給が行なわれる。
On the other hand, when the switching
その後、スイッチング素子１６，１８がオフすると、交流電源Ｅ，第２のダイオード１４，出力コンデンサ２６（および負荷），抵抗２２，ダイオード１６Ａ，チョークコイル１０，交流電源Ｅの経路で電流が流れ、チョークコイル１０から交流電源Ｅを通して、出力コンデンサ２６および負荷に電力が供給される。この場合も、出力端子＋Ｖout，ＧＮＤ間に発生する力率改善回路２０の出力電圧は、交流電源Ｅの電圧にチョークコイル１０の電圧が重畳される関係で、交流電源Ｅの入力電圧よりも高いものとなる。
Thereafter, when the switching
なお、上記力率改善回路２０の動作として、交流電源Ｅからの入力電圧が正極性の期間では、少なくともスイッチング素子１６だけがスイッチング動作していれば、別なスイッチング素子１８はオン状態またはオフ状態のままであってもよい。これは、スイッチング素子１８にダイオード１８Ａが内蔵されているからである。同様に、交流電源Ｅからの入力電圧が負極性の期間では、少なくともスイッチング素子１８だけがスイッチング動作していれば、ダイオード１６Ａを内蔵したスイッチング素子１６はオン状態またはオフ状態のままであってもよい。
As an operation of the power
次に、信号選択回路５０と駆動回路６０の動作について説明すると、駆動回路６０は、ＦＥＴ５２，５４のオン・オフするタイミングを、交流電源Ｅからの交流入力電圧を利用して決めている。本実施例において、ＦＥＴ５２のオンタイミングを決定する駆動信号は、交流電源Ｅからの入力電圧が負極性になったときの電圧と、内蔵する基準電圧との比較に基づき生成し、ＦＥＴ５４のオンタイミングを決定する駆動信号は、交流電源Ｅからの入力電圧が正極性になったときの電圧と、内蔵する基準電圧との比較に基づき生成する。これにより、少なくとも交流電源Ｅからの入力電圧が負極性の間は、ＦＥＴ５２がオンする一方でＦＥＴ５４はオフし、少なくとも交流電源Ｅからの入力電圧が正極性の間は、ＦＥＴ５２がオフする一方でＦＥＴ５４はオンする。
Next, the operation of the
そして、交流電源Ｅからの入力電圧が正極性の期間に、スイッチング素子１６，１８がオンすると、抵抗２２にはスイッチング素子１６からＧＮＤに向かう電流が流れると共に、抵抗２４にはＧＮＤからスイッチング素子１８に向かう電流が流れ、スイッチング素子１６，１８がオフすると、抵抗２２には電流が流れず、抵抗２４にはＧＮＤからスイッチング素子１８に向かう電流が流れて、結局はチョークコイル１０の一方向に流れる電流が、抵抗２４の一方向に流れる電流として検出される。この期間中は、ＦＥＴ５４がオンしているので、信号選択回路５０は抵抗２４の一方向に流れる電流に比例した電圧を有する電流検出信号を、制御用ＩＣ４０に供給することができる。
When the switching
一方、交流電源Ｅからの入力電圧が負極性の期間に、スイッチング素子１６，１８がオンすると、抵抗２２にはＧＮＤからスイッチング素子１６に向かう電流が流れると共に、抵抗２４にはスイッチング素子１８からＧＮＤに向かう電流が流れ、スイッチング素子１６，１８がオフすると、抵抗２４には電流が流れず、抵抗２２にはＧＮＤからスイッチング素子１６に向かう電流が流れて、結局はチョークコイル１０の他方向に流れる電流が、抵抗２２の一方向に流れる電流として検出される。この期間中は、ＦＥＴ５２がオンしているので、信号選択回路５０は抵抗２２の一方向に流れる電流に比例した電圧を有する電流検出信号を、制御用ＩＣ４０に供給することができる。
On the other hand, when the switching
こうして、出力電流の少ない軽負荷から、出力電流の多い重負荷に至るまで、チョークコイル１０を双方向に流れる電流に比例した電圧で、ＦＥＴ５２，５４の一方から制御用ＩＣ４０に電流検出信号を選択的に供給するので、力率改善回路２０として負荷への出力電圧の安定度が保たれ、力率および効率が改善される。
In this way, the current detection signal is selected from one of the
図５は、上記一連の動作において、出力電流に対する抵抗２２，２４の両端間に発生する電圧の特性Ｘ１と、出力電流に対する出力電圧の特性Ｘ３’と、出力電流に対するＦＥＴ５２またはＦＥＴ５４を通した電流検出信号の電圧の特性Ｘ４を示している。
FIG. 5 shows a voltage characteristic X1 generated across the
本実施例の場合、ＦＥＴ５２，５４がオン状態の場合の電流−電圧特性は、当該ＦＥＴ５２，５４のオン抵抗に依存するため、ＦＥＴ５２，５４に流れ込む電流の大小に拘らず、その電流と電圧は線形性が保たれる。そのため、出力電流の少ない軽負荷時においても、チョークコイル１０を流れる電流に比例した電圧の電流検出信号が制御用ＩＣ４０に供給され、その電流検出信号に基づき、スイッチング素子１６，１８に供給するパルス駆動信号の導通幅を決定するので、負荷への出力電圧は本来の適正な値となり、負荷への出力電圧の安定度が保たれ、力率および効率を改善できる。この結果からも明らかなように、本発明は損失低減を目的としてダイオード３２，３４をＦＥＴ５２，５４に置き換えるものではなく、電流検出器（抵抗２２，２４）の流れる電流と電流検出信号に線形性を持たせる力率改善回路２０を提供することを目的としている。
In the case of this embodiment, the current-voltage characteristics when the
以上のように本実施例は、交流電源Ｅに直列接続するチョークコイル１０と、スイッチング動作する第１のスイッチング素子１６および第２のスイッチング素子１８と、第１の整流器であるダイオード１２および第２の整流器であるダイオード１４と、チョークコイル１０に流れる電流を検出する第１の電流検出器としての抵抗２４および第２の電流検出器としての抵抗２２と、スイッチング素子１６，１８にパルス駆動信号を供給する制御部としての制御用ＩＣ４０を備え、スイッチング素子１６，１８の何れかがオンのときに、交流電源Ｅからチョークコイル１０に電流を流し、当該チョークコイル１０にエネルギーを蓄え、スイッチング素子１６，１８の何れかがオフのときに、チョークコイル１０に蓄えたエネルギーを第１のダイオード１２または第２のダイオード１４を介して放出すると共に、第１および第２の電流検出器である抵抗２２，２４は、この抵抗２２，２４にそれぞれ流れる電流を電圧に変換する機能を有し、前記抵抗２４の電流検出信号を制御用ＩＣ４０に選択的に供給する第１の選択素子と、前記抵抗２２の電流検出信号を制御用ＩＣ４０に選択的に供給する第２の選択素子とを備え、第１の選択素子または第２の選択素子からの電流検出信号に基づいて、制御用ＩＣ４０が前記パルス駆動信号を生成するスイッチング電源装置において、前記第１の選択素子は、抵抗２４に流れる電流と、前記電流検出信号が線形性を持つような第１の能動スイッチ素子としてのＦＥＴ５４で構成され、前記第２の選択素子は、抵抗２２に流れる電流と、前記電流検出信号が線形性を持つような第２の能動スイッチ素子としてのＦＥＴ５２で構成される。
As described above, in this embodiment, the
この場合、スイッチング素子１６，１８によるスイッチング動作に伴い、交流電源Ｅからチョークコイル１０に双方向の電流を流すことができるが、チョークコイル１０に一方向の電流が流れるときに、抵抗２４に流れる一方向の電流に比例した電圧の電流検出信号が、選択的にＦＥＴ５４から制御用ＩＣ４０に供給され、チョークコイル１０に他方向の電流が流れるときに、抵抗２２に流れる一方向の電流に比例した電圧の電流検出信号が、選択的にＦＥＴ５２から制御用ＩＣ４０に供給される。したがって、出力電流の少ない軽負荷時において、チョークコイル１０を流れる電流が線形性を持って電流検出信号の電圧として忠実に再現され、出力電圧の安定度を保って、力率および効率を改善することが可能になる。
In this case, a bidirectional current can flow from the AC power source E to the
また本実施例では、交流電源Ｅからの交流入力電圧の極性に応じて、ＦＥＴ５２，５４のオン・オフを切り替える駆動部としての駆動回路６０をさらに備えている。
In the present embodiment, a
このようにすると、スイッチング素子１６，１８のスイッチング周波数に依存することなく、交流電源Ｅからの交流入力電圧の極性に応じて、ＦＥＴ５２，５４のオン・オフをそれぞれ適切に切り替えることが可能になる。
In this way, the
なお、上記回路例においては、交流電源Ｅからの交流入力電圧の極性に拘らず、スイッチング素子１６，１８を同じタイミングでオン・オフさせていたが、ダイオード１６Ａ，１８Ａを通して電流が流れることによる損失の増加を極力避けるために、図６に示すようなスイッチング素子１６，１８の駆動方法を採用してもよい。
In the above circuit example, the switching
同図において、ここでは交流電源Ｅからの入力電圧が正極性の期間に、電流検出信号に依存した導通幅を有するパルス駆動信号がスイッチング素子１６に与えられるのに対して、スイッチング素子１８には連続したオン駆動信号が与えられる。したがって、スイッチング素子１６のオフ期間には、ダイオード１８Ａではなくスイッチング素子１８を通して電流が流れることになり、力率改善回路２０としての損失が低減する。
In the figure, a pulse drive signal having a conduction width depending on the current detection signal is given to the switching
また、交流電源Ｅからの入力電圧が負極性の期間は、電流検出信号に依存した導通幅を有するパルス駆動信号がスイッチング素子１８に与えられるのに対して、スイッチング素子１６には連続したオン駆動信号が与えられる。この場合も、スイッチング素子１８のオフ期間には、ダイオード１６Ａではなくスイッチング素子１６を通して電流が流れることになり、やはり力率改善回路２０としての損失が低減する。
Further, during a period when the input voltage from the AC power supply E is negative, a pulse drive signal having a conduction width depending on the current detection signal is supplied to the switching
なお本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、本実施例では交流電源Ｅの一端にのみチョークコイル１０を接続しているが、交流電源Ｅの一端および／または他端にチョークコイル１０を接続したブリッジレスの力率改善回路にも適用可能である。また、第１の整流器であるダイオード１２や第２の整流器であるダイオード１４を、より損失の少ないＦＥＴなどに代えてもよい。
The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present invention. For example, in the present embodiment, the
１０ チョークコイル
１２ ダイオード（第１の整流器）
１４ ダイオード（第２の整流器）
１６ 第１のスイッチング素子
１８ 第２のスイッチング素子
２２ 抵抗（第２の電流検出器）
２４ 抵抗（第１の電流検出器）
４０ 制御用ＩＣ（制御部）
５２ ＦＥＴ（第２の選択素子，第２の能動スイッチ素子）
５４ ＦＥＴ（第１の選択素子，第１の能動スイッチ素子）
６０ 駆動回路（駆動部）
10
14 Diode (second rectifier)
16
24 Resistance (first current detector)
40 Control IC (control unit)
52 FET (second selection element, second active switching element)
54 FET (first selection element, first active switch element)
60 Drive circuit (drive unit)
Claims (2)
前記第１のスイッチング素子または前記第２のスイッチング素子の何れかがオンのときに、前記交流電源から前記チョークコイルに電流を流し、当該チョークコイルにエネルギーを蓄え、
前記第１のスイッチング素子または前記第２のスイッチング素子の何れかがオフのときに、前記チョークコイルに蓄えたエネルギーを第１の整流器または第２の整流器を介して放出すると共に、
前記第１および第２の電流検出器は、それぞれに流れる電流を電圧に変換する機能を有し、
前記第１の電流検出器の電流検出信号を前記制御部に選択的に供給する第１の選択素子と、前記第２の電流検出器の電流検出信号を前記制御部に選択的に供給する第２の選択素子とを備え、
前記第１の選択素子または前記第２の選択素子からの電流検出信号に基づいて、前記制御部が前記パルス駆動信号を生成するスイッチング電源装置において、
前記第１の選択素子は、前記第１の電流検出器に流れる電流と、前記電流検出信号が線形性を持つような第１の能動スイッチ素子で構成され、
前記第２の選択素子は、前記第２の電流検出器に流れる電流と、前記電流検出信号が線形性を持つような第２の能動スイッチ素子で構成されることを特徴とするスイッチング電源装置。 A choke coil connected in series to an AC power source, a first switching element and a second switching element that perform switching operation, a first rectifier and a second rectifier, and a first current that detects a current flowing through the choke coil A detector and a second current detector; and a controller that supplies a pulse drive signal to the first switching element and the second switching element,
When either the first switching element or the second switching element is on, a current is passed from the AC power source to the choke coil, and energy is stored in the choke coil,
When either the first switching element or the second switching element is off, the energy stored in the choke coil is released through the first rectifier or the second rectifier, and
The first and second current detectors have a function of converting a current flowing therethrough into a voltage,
A first selection element that selectively supplies a current detection signal of the first current detector to the control unit; and a first selection element that selectively supplies a current detection signal of the second current detector to the control unit. 2 selection elements,
In the switching power supply in which the control unit generates the pulse drive signal based on a current detection signal from the first selection element or the second selection element.
The first selection element is composed of a first active switch element in which the current flowing through the first current detector and the current detection signal have linearity,
The switching power supply device, wherein the second selection element includes a current flowing through the second current detector and a second active switch element in which the current detection signal has linearity.
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014103772A (en) * | 2012-11-20 | 2014-06-05 | Minebea Co Ltd | Power-supply device |
| KR20160120133A (en) * | 2015-04-07 | 2016-10-17 | (주) 오토이노텍 | DUAL DATA TRANSMISSION CiRCUIT OF MULTI-DROP TYPE |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0191654A (en) * | 1987-10-02 | 1989-04-11 | Hitachi Ltd | Redundant controller |
| JPH03125344U (en) * | 1990-03-30 | 1991-12-18 | ||
| JP2003333855A (en) * | 2002-05-10 | 2003-11-21 | Shindengen Electric Mfg Co Ltd | Current detection circuit |
| JP2003348849A (en) * | 2002-05-24 | 2003-12-05 | Fuji Electric Co Ltd | Current detector for rectifier circuit |
| JP2007527687A (en) * | 2003-10-01 | 2007-09-27 | インターナショナル・レクティファイヤ・コーポレーション | Bridgeless boost (BLB) power factor correction topology controlled by one-cycle control |
| JP2008109853A (en) * | 2007-11-05 | 2008-05-08 | Hitachi Ltd | Semiconductor device |
-
2010
- 2010-01-12 JP JP2010003694A patent/JP5084846B2/en active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0191654A (en) * | 1987-10-02 | 1989-04-11 | Hitachi Ltd | Redundant controller |
| JPH03125344U (en) * | 1990-03-30 | 1991-12-18 | ||
| JP2003333855A (en) * | 2002-05-10 | 2003-11-21 | Shindengen Electric Mfg Co Ltd | Current detection circuit |
| JP2003348849A (en) * | 2002-05-24 | 2003-12-05 | Fuji Electric Co Ltd | Current detector for rectifier circuit |
| JP2007527687A (en) * | 2003-10-01 | 2007-09-27 | インターナショナル・レクティファイヤ・コーポレーション | Bridgeless boost (BLB) power factor correction topology controlled by one-cycle control |
| JP2008109853A (en) * | 2007-11-05 | 2008-05-08 | Hitachi Ltd | Semiconductor device |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014103772A (en) * | 2012-11-20 | 2014-06-05 | Minebea Co Ltd | Power-supply device |
| KR20160120133A (en) * | 2015-04-07 | 2016-10-17 | (주) 오토이노텍 | DUAL DATA TRANSMISSION CiRCUIT OF MULTI-DROP TYPE |
| KR101701233B1 (en) * | 2015-04-07 | 2017-02-02 | (주) 오토이노텍 | DUAL DATA TRANSMISSION CiRCUIT OF MULTI-DROP TYPE |
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| Publication number | Publication date |
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