JP2011239585A - Switching power supply device and method of starting the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はアクティブフィルタを備えたスイッチング電源装置およびその起動方法に関し、特に、補助巻線の誘起電圧に基づいて、アクティブフィルタの制御回路とスイッチング制御回路の電源電圧となる直流の補助電圧を生成するスイッチング電源装置およびその起動方法に関する。 The present invention relates to a switching power supply apparatus including an active filter and a starting method thereof, and in particular, generates a DC auxiliary voltage serving as a power supply voltage for an active filter control circuit and a switching control circuit based on an induced voltage of an auxiliary winding. The present invention relates to a switching power supply device and a starting method thereof.
商用交流電圧を整流した整流後の電圧をアクティブフィルタに供給して力率を改善するとともに、世界各国の各種商用交流電圧においても使用できるよう構成したワールドワイドなスイッチング電源装置として、例えば、図3に示すスイッチング電源装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。 As a worldwide switching power supply configured to supply a rectified voltage obtained by rectifying a commercial AC voltage to an active filter to improve the power factor and to be used in various commercial AC voltages around the world, for example, FIG. (See, for example, Patent Document 1).
図3に示すように、このスイッチング電源装置10は、100[V]/200[V]系の商用交流電源から供給された商用交流電圧VACIN(85〜132[V]/187〜264[V])を整流する整流手段(ダイオードブリッジ回路D1)を備え、その出力電圧(以下、「一次側直流電圧」という)はアクティブフィルタ2に供給されている。
As shown in FIG. 3, the
アクティブフィルタ2は、チョーク等のリアクトルを介してダイオードブリッジ回路D1の出力端子間に接続されたスイッチング素子を有し、このスイッチング素子のスイッチング動作はアクティブフィルタ制御回路4からの制御信号によって制御される。アクティブフィルタ2によれば、一次側直流電圧を整形して正弦波状とすることにより、力率を改善することができる。
The
アクティブフィルタ2の出力端子間には、コンデンサC1と、トランスTの一次巻線T1および電力用FETQ1(スイッチング手段)のドレイン・ソース導電路とからなる直列回路が接続されている。電力用FETQ1のゲートにはスイッチング制御回路3からの制御信号が入力される。これにより、電力用FETQ1の導通期間が制御され、一次巻線T1にスイッチング電圧が供給される。
Between the output terminal of the
トランスTの二次巻線T2の一端には整流手段をなすダイオードD2のアノードが接続されている。また、ダイオードD2のカソードは平滑手段をなす平滑用コンデンサC2の一端に接続され、平滑用コンデンサC2の他端は二次巻線T2の他端に接続されている。平滑用コンデンサC2の両端からは、不図示の負荷に供給するための直流の二次側出力電圧VDCOUTが出力される。 One end of the secondary winding T 2 of the transformer T is connected to the anode of a diode D 2 that forms a rectifying means. The cathode of the diode D 2 is connected to one end of a smoothing capacitor C 2 that forms a smoothing means, and the other end of the smoothing capacitor C 2 is connected to the other end of the secondary winding T 2 . From both ends of the smoothing capacitor C 2 , a DC secondary output voltage V DCOUT to be supplied to a load (not shown ) is output.
平滑用コンデンサC2には、抵抗R2と抵抗R3を直列に接続してなる電圧検知手段5が並列に接続されている。抵抗R2と抵抗R3の接続点に接続されたフィードバック回路6は、二次側出力電圧VDCOUTの多寡に関する信号をスイッチング制御回路3に出力する。スイッチング制御回路3は、この信号を参照して、二次側出力電圧VDCOUTが一定となるように電力用FETQ1の導通期間を制御する。
The smoothing capacitor C 2 is connected in parallel with voltage detecting means 5 formed by connecting a resistor R 2 and a resistor R 3 in series. The
図3に示すように、トランスTは、一次巻線T1、二次巻線T2の他に2つの補助巻線T3、T4を有している。補助巻線T3、T4は、トランスTのコアに一次巻線T1と同一の極性で巻回されており、直列に接続されている。また、補助巻線T3の一端は電力用FETQ1のソースに接続されている。なお、以下の説明では、補助巻線T3の2つの端部のうち、電力用FETQ1のソースに接続されている側の端部を「相互接続端」と呼び、その反対側の端部を「非相互接続端」(図3において、●が付されている側の端部)と呼ぶこととする。また、補助巻線T4の2つの端部のうち、補助巻線T3に接続されている側の端部を「相互接続端」と呼び、その反対側の端部を「非相互接続端」(●が付されている側の端部)と呼ぶこととする。 As shown in FIG. 3, the transformer T has two auxiliary windings T 3 and T 4 in addition to the primary winding T 1 and the secondary winding T 2 . The auxiliary windings T 3 and T 4 are wound around the core of the transformer T with the same polarity as the primary winding T 1 and are connected in series. One end of the auxiliary winding T 3 is connected to the source of the power FET Q 1 . In the following description, of the two ends of the auxiliary winding T 3 , the end connected to the source of the power FET Q 1 is referred to as an “interconnect end” and the opposite end Is referred to as a “non-interconnect end” (the end on the side marked with ● in FIG. 3). Of the two ends of the auxiliary winding T 4 , the end connected to the auxiliary winding T 3 is called an “interconnection end”, and the opposite end is referred to as a “non-interconnection end”. "(The end on the side marked with ●).
補助巻線T3、T4の誘起電圧に基づいて、スイッチング制御回路3およびアクティブフィルタ制御回路4の電源電圧となる補助電圧を生成する補助電源部7’には、例えば、非特許文献1に記載の定電圧回路8’と、ダイオードD3、D4と、平滑用コンデンサC3、C4が備えられている。
For example, Non-Patent Document 1 discloses an auxiliary power supply unit 7 ′ that generates an auxiliary voltage serving as a power supply voltage for the
補助電源部7’において、ダイオードD4のアノードは補助巻線T4の非相互接続端に接続され、ダイオードD4のカソードは定電圧回路8’を構成するNPN型トランジスタQ2のコレクタに接続されている。トランジスタQ2のベースは、ツェナーダイオードZDのカソードに接続され、ツェナーダイオードZDのアノードは補助巻線T3の相互接続端に接続されている。トランジスタQ2のコレクタとベースとの間には抵抗R4が接続され、エミッタは順方向に接続されたダイオードD6を介して平滑用コンデンサC3の一端に接続されている。補助巻線T3の非相互接続端も、順方向に接続されたダイオードD3を介して平滑用コンデンサC3の一端に接続され、平滑用コンデンサC3の他端は補助巻線T3の相互接続端に接続されている。また、補助巻線T3の相互接続端とダイオードD4のカソードとの間には平滑用コンデンサC4が接続されている。
In the auxiliary power supply section 7 ′, the anode of the diode D 4 is connected to the non-interconnection end of the auxiliary winding T 4 and the cathode of the diode D 4 is connected to the collector of the NPN transistor Q 2 constituting the
平滑用コンデンサC3の両端からは、スイッチング制御回路3およびアクティブフィルタ制御回路4の電源電圧となる補助電圧が出力される。補助電圧は、ダイオードD7を介してスイッチング制御回路3およびアクティブフィルタ制御回路4の電源ラインPに供給される。電源ラインPとダイオードブリッジ回路D1の出力端子との間には、起動抵抗R1が接続されている。また、電源ラインPと補助巻線T3の相互接続端との間にはコンデンサC5が接続されている。
An auxiliary voltage serving as a power supply voltage for the
このスイッチング電源装置10では、商用交流電圧VACINの入力が開始されると一次側直流電圧が上昇し、起動抵抗R1を介してコンデンサC5が充電される。そして、電源ラインPの電圧がスイッチング制御回路3およびアクティブフィルタ制御回路4の各起動電圧まで上昇すると、両制御回路はそれぞれ動作を開始し、アクティブフィルタ2および電力用FETQ1を制御し始める。
In this switching
アクティブフィルタ制御回路4の制御下でアクティブフィルタ2の出力電圧VC1が上昇すると、それに伴って補助巻線T3の誘起電圧をダイオードD3で直流化した電圧と、補助巻線T3および補助巻線T4の誘起電圧の和電圧をダイオードD4で直流化した電圧VC4(=定電圧回路8’の入力電圧)も上昇する。当然ながら、補助巻線T3の誘起電圧をダイオードD3で直流化した電圧は電圧VC4よりも上昇速度が遅いので、起動当初は定電圧回路8’の出力電圧によって平滑用コンデンサC3が充電される。なお、定電圧回路8’の出力電圧は、ツェナーダイオードZDが導通状態となると、それ以上上昇することなく一定電圧に維持される。
When the output voltage V C1 of the
その後、アクティブフィルタ2の出力電圧VC1がさらに上昇して、補助巻線T3の誘起電圧をダイオードD3で直流化した電圧が定電圧回路8’の出力電圧よりも高くなると、平滑用コンデンサC3はダイオードD3を通じて充電されるようになる。このとき、定電圧回路8’のトランジスタQ2は、ベース−エミッタ間に十分な順方向電圧が印加されなくなるため、オフ状態となる。
Thereafter, when the output voltage V C1 of the
つまり、このスイッチング電源装置10のスイッチング制御回路3およびアクティブフィルタ制御回路4は、起動当初は起動抵抗R1および定電圧回路8’を介して必要な電力が供給されるが、アクティブフィルタ2の出力電圧VC1が十分上昇した後(定常時)は、補助巻線T3の誘起電圧から生成された電圧により電力が供給される。したがって、スイッチング電源装置10によれば、起動抵抗R1および定電圧回路8’による定常時の電力損失を削減することができる。
That is, the
しかしながら、この従来のスイッチング電源装置10では、定常時となってトランジスタQ2がオフ状態となった後も、抵抗R4とツェナーダイオードZDの直列回路に、ツェナーダイオードZDを導通状態とするのに十分な電圧VC4が印加され続けている。このため、定電圧回路8’は定常時においても部分的に動作を続け、抵抗R4とツェナーダイオードZDとによる電力損失が発生し続けているという問題があった。
However, in this conventional switching
本発明は上記事情を鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、定常時の電力損失、特に定電圧回路の電力損失を従来よりもさらに低減可能なスイッチング電源装置およびその起動方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and the problem is that a switching power supply device that can further reduce power loss during normal operation, particularly power loss of a constant voltage circuit, as compared with the conventional power supply device and a starting method thereof. Is to provide.
上記課題を解決するために、本発明に係るスイッチング電源装置は、
(a)外部から入力された交流電圧を整流および平滑して得た一次側直流電圧が供給されるアクティブフィルタと、(b)アクティブフィルタを制御するアクティブフィルタ制御回路と、(c)アクティブフィルタの出力電圧をスイッチングしてスイッチング電圧を生成するスイッチング手段と、(d)スイッチング手段を制御するスイッチング制御回路と、(e)スイッチング電圧が供給される一次巻線と、二次巻線と、該一次巻線と同一極性に巻回された第1および第2補助巻線とを有するトランスと、(f)トランスの二次巻線の誘起電圧を整流および平滑して直流の二次側出力電圧を生成する出力電圧生成手段と、(g)第1および第2補助巻線の誘起電圧に基づいて直流の補助電圧を生成し、該補助電圧を電源電圧としてスイッチング制御回路およびアクティブフィルタ制御回路に供給する補助電源部とを備えたスイッチング電源装置であって、
上記補助電源部は、(i)第1補助巻線の誘起電圧を整流および平滑して第1直流化電圧を生成する第1直流化手段と、(ii)第1および第2補助巻線の誘起電圧の和電圧を整流および平滑して第2直流化電圧を生成する第2直流化手段と、(iii)第2直流化手段の出力側に設けられ、第2直流化電圧を制限して定電圧化することで第3直流化電圧を生成する定電圧化手段と、(iv)第1直流化手段の出力側に設けられ、第1直流化電圧が第3直流化電圧よりも高い所定の閾値電圧を超えると定電圧化手段に流れる電流を停止させる停止手段とを有し、第1直流化電圧および第3直流化電圧の大きい方が補助電圧としてスイッチング制御回路およびアクティブフィルタ制御回路に供給されることを特徴とする。
In order to solve the above problems, a switching power supply device according to the present invention provides:
(A) an active filter to which a primary side DC voltage obtained by rectifying and smoothing an AC voltage input from the outside is supplied, (b) an active filter control circuit for controlling the active filter, and (c) an active filter Switching means for generating a switching voltage by switching the output voltage, (d) a switching control circuit for controlling the switching means, (e) a primary winding to which the switching voltage is supplied, a secondary winding, and the primary A transformer having first and second auxiliary windings wound in the same polarity as the winding; and (f) rectifying and smoothing the induced voltage of the secondary winding of the transformer to obtain a DC secondary output voltage. And (g) generating a DC auxiliary voltage based on the induced voltage of the first and second auxiliary windings, and switching the auxiliary voltage as a power supply voltage. A switching power supply device and a supplying auxiliary power unit to the grayed control circuit and an active filter control circuit,
The auxiliary power supply unit includes: (i) first DC conversion means that rectifies and smoothes the induced voltage of the first auxiliary winding to generate a first DC voltage; and (ii) the first and second auxiliary windings. A second direct current means for rectifying and smoothing the sum of the induced voltages to generate a second direct current voltage; and (iii) provided on the output side of the second direct current means for limiting the second direct current voltage. A constant voltage generating means for generating a third DC voltage by generating a constant voltage; and (iv) a predetermined voltage provided on the output side of the first DC voltage means, wherein the first DC voltage is higher than the third DC voltage. And a stopping means for stopping the current flowing through the constant voltage converting means when the threshold voltage exceeds the threshold voltage of the switching control circuit and the active filter control circuit. It is characterized by being supplied.
また、上記課題を解決するために、本発明に係るスイッチング電源装置の起動方法は、
(a)外部から入力された交流電圧を整流および平滑して得た一次側直流電圧が供給されるアクティブフィルタと、(b)アクティブフィルタを制御するアクティブフィルタ制御回路と、(c)アクティブフィルタの出力電圧をスイッチングしてスイッチング電圧を生成するスイッチング手段と、(d)スイッチング手段を制御するスイッチング制御回路と、(e)スイッチング電圧が供給される一次巻線と、二次巻線と、該一次巻線と同一極性に巻回された第1および第2補助巻線とを有するトランスと、(f)トランスの二次巻線の誘起電圧を整流および平滑して直流の二次側出力電圧を生成する出力電圧生成手段と、(g)第1および第2補助巻線の誘起電圧に基づいて直流の補助電圧を生成し、該補助電圧を電源電圧としてスイッチング制御回路およびアクティブフィルタ制御回路に供給する補助電源部とを備えたスイッチング電源装置の起動方法であって、
上記補助電源部が、(i)第1補助巻線の誘起電圧を整流および平滑して第1直流化電圧を生成する第1直流化手段と、(ii)第1および第2補助巻線の誘起電圧の和電圧を整流および平滑して第2直流化電圧を生成する第2直流化手段と、(iii)第2直流化手段の出力側に設けられ、第2直流化電圧を制限して定電圧化することで第3直流化電圧を生成する定電圧化手段と、(iv)第1直流化手段の出力側に設けられ、第1直流化電圧が第3直流化電圧よりも高い所定の閾値電圧を超えると定電圧化手段に流れる電流を停止させる停止手段とから構成され、
起動時に、第1直流化電圧が上昇して第3直流化電圧を超えると、補助電源部が第3直流化電圧に代えて第1直流化電圧を補助電圧とし、その後、第1直流化電圧がさらに上昇して所定の閾値電圧を超えると、停止手段が定電圧化手段に流れる電流を停止させることを特徴とする。
In addition, in order to solve the above-described problem, a switching power supply startup method according to the present invention includes:
(A) an active filter to which a primary side DC voltage obtained by rectifying and smoothing an AC voltage input from the outside is supplied, (b) an active filter control circuit for controlling the active filter, and (c) an active filter Switching means for generating a switching voltage by switching the output voltage, (d) a switching control circuit for controlling the switching means, (e) a primary winding to which the switching voltage is supplied, a secondary winding, and the primary A transformer having first and second auxiliary windings wound in the same polarity as the winding; and (f) rectifying and smoothing the induced voltage of the secondary winding of the transformer to obtain a DC secondary output voltage. And (g) generating a DC auxiliary voltage based on the induced voltage of the first and second auxiliary windings, and switching the auxiliary voltage as a power supply voltage. A grayed control circuit and starting the switching power supply and an auxiliary power supply section for supplying the active filter control circuit,
The auxiliary power supply unit includes: (i) first DC conversion means for generating a first DC voltage by rectifying and smoothing the induced voltage of the first auxiliary winding; and (ii) the first and second auxiliary windings. A second direct current means for rectifying and smoothing the sum of the induced voltages to generate a second direct current voltage; and (iii) provided on the output side of the second direct current means for limiting the second direct current voltage. A constant voltage generating means for generating a third DC voltage by generating a constant voltage; and (iv) a predetermined voltage provided on the output side of the first DC voltage means, wherein the first DC voltage is higher than the third DC voltage. And a stopping means for stopping the current flowing through the constant voltage means when the threshold voltage is exceeded,
When the first DC voltage rises and exceeds the third DC voltage at startup, the auxiliary power supply unit uses the first DC voltage as the auxiliary voltage instead of the third DC voltage, and then the first DC voltage. When the voltage further rises and exceeds a predetermined threshold voltage, the stopping means stops the current flowing through the constant voltage converting means.
この構成(スイッチング電源装置およびその起動方法)では、起動当初は、第1直流化電圧よりも高く、確実にスイッチング制御回路およびアクティブフィルタ制御回路を動作させることができる第3直流化電圧が補助電圧として両制御回路に供給される。その後、第1直流化電圧が上昇して第3直流化電圧を超えると、第3直流化電圧に代えて第1直流化電圧が補助電圧として両制御回路に供給される。そして、さらに第1直流化電圧が上昇して所定の閾値電圧を超えると、停止手段が、もはや第3直流電圧を生成する必要のない定電圧化手段に流れる電流を停止させる。つまり、この構成によれば、第1直流化電圧が補助電圧として両制御回路に供給される状況において、定電圧化手段で電力損失が発生するのを防ぐことができる。 In this configuration (switching power supply device and its starting method), the third DC voltage that is higher than the first DC voltage and can reliably operate the switching control circuit and the active filter control circuit at the start is the auxiliary voltage. Are supplied to both control circuits. Thereafter, when the first DC voltage rises and exceeds the third DC voltage, the first DC voltage is supplied as an auxiliary voltage to both control circuits instead of the third DC voltage. When the first DC voltage further rises and exceeds a predetermined threshold voltage, the stopping unit stops the current flowing through the constant voltage unit that no longer needs to generate the third DC voltage. That is, according to this configuration, it is possible to prevent power loss from occurring in the constant voltage unit in a situation where the first DC voltage is supplied as an auxiliary voltage to both control circuits.
上記構成における第3直流化電圧は、定電圧化手段が有する第1ツェナーダイオードの降伏電圧によって第2直流化電圧を制限して定電圧化することにより簡易に生成することができる。また、この場合は、定電圧化手段がさらに有するスイッチ素子を停止手段によってオン/オフ制御することで、比較的簡単な構成で第2直流化手段の出力と第1ツェナーダイオードとを導通させたり、該出力と第1ツェナーダイオードとの導通を遮断させたりすることができる。 The third DC voltage in the above configuration can be easily generated by limiting the second DC voltage to the constant voltage by the breakdown voltage of the first Zener diode included in the voltage regulator. In this case, the switching element further included in the constant voltage means is turned on / off by the stop means, so that the output of the second direct current means and the first Zener diode can be made conductive with a relatively simple configuration. The conduction between the output and the first Zener diode can be cut off.
上記構成における所定の閾値電圧は、停止手段が有する第2ツェナーダイオードの降伏電圧によって簡易に定めることができる。また、この場合は、第2ツェナーダイオードが降伏することで定電圧化手段のスイッチ素子を比較的簡単な構成でオフさせることができる。 The predetermined threshold voltage in the above configuration can be easily determined by the breakdown voltage of the second Zener diode included in the stopping means. In this case, the second Zener diode breaks down, so that the switch element of the constant voltage converting means can be turned off with a relatively simple configuration.
本発明によれば、定常時の電力損失を従来よりもさらに低減可能なスイッチング電源装置およびその起動方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the switching power supply device which can further reduce the power loss at the time of a steady state than before, and its starting method can be provided.
以下、添付図面を参照しつつ、本発明に係るスイッチング電源装置およびその起動方法の好ましい実施形態について説明する。なお、図1に示されている各構成要素のうち、図3と同一の符号を付した構成要素については従来技術で説明したものと同様なので、ここでは説明を一部省略する。また、以下の説明中の符号VC1、VC3、VC4、VC5は、それぞれ平滑用コンデンサC1、C3、C4、C5の両端の電圧を意味する。また、説明の簡単のために、オン状態となっているバイポーラトランジスタのベース−エミッタ間電圧は1[V]とし、順方向に導通状態となっているダイオードの電圧降下はないものとする。 Hereinafter, preferred embodiments of a switching power supply device and a startup method thereof according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Note that, among the components shown in FIG. 1, the components given the same reference numerals as those in FIG. 3 are the same as those described in the related art, and thus the description thereof is partially omitted here. In the following description, symbols V C1 , V C3 , V C4 , and V C5 mean voltages across the smoothing capacitors C 1 , C 3 , C 4 , and C 5 , respectively. For simplicity of explanation, it is assumed that the base-emitter voltage of the bipolar transistor in the on state is 1 [V], and there is no voltage drop of the diode in the forward conduction state.
[スイッチング電源装置の構成]
図1に示すように、本発明に係るスイッチング電源装置1において、トランスTは、一次巻線T1、二次巻線T2の他に第1および第2補助巻線T3、T4を有している。第1および第2補助巻線T3、T4は、トランスTのコアに一次巻線T1と同一の極性で巻回されており、直列に接続されている。また、第1補助巻線T3の一端(相互接続端)は電力用FETQ1のソースに接続されている。
[Configuration of switching power supply unit]
As shown in FIG. 1, in the switching power supply device 1 according to the present invention, the transformer T includes first and second auxiliary windings T 3 and T 4 in addition to the primary winding T 1 and the secondary winding T 2. Have. The first and second auxiliary windings T 3 and T 4 are wound around the core of the transformer T with the same polarity as the primary winding T 1 and are connected in series. One end (interconnection end) of the first auxiliary winding T 3 is connected to the source of the power FET Q 1 .
第1および第2補助巻線T3、T4の誘起電圧に基づいて、スイッチング制御回路3およびアクティブフィルタ制御回路4の電源電圧となる補助電圧を生成する補助電源部7には、定電圧回路8と、停止回路9と、ダイオードD3、D4と、平滑用コンデンサC3、C4とが備えられている。
A constant voltage circuit is provided in the auxiliary power supply unit 7 that generates an auxiliary voltage to be a power supply voltage for the switching
このうち、ダイオードD3および平滑用コンデンサC3は本発明の「第1直流化手段」を構成し、第1補助巻線T3の誘起電圧を整流および平滑して「第1直流化電圧」(=VC3)を生成する。また、ダイオードD4および平滑用コンデンサC4は本発明の「第2直流化手段」を構成し、第1および第2補助巻線T3、T4の誘起電圧の和電圧を整流および平滑して「第2直流化電圧」(=VC4)を生成する。 Among them, the diode D 3 and the smoothing capacitor C 3 constitute the “first direct current means” of the present invention, and rectify and smooth the induced voltage of the first auxiliary winding T 3 to obtain the “first direct current voltage”. (= V C3 ) is generated. The diode D 4 and the smoothing capacitor C 4 constitute the “second direct current means” of the present invention, and rectify and smooth the sum voltage of the induced voltages of the first and second auxiliary windings T 3 and T 4. To generate a “second DC voltage” (= V C4 ).
第2直流化手段の出力側に設けられた定電圧回路8は本発明の「定電圧化手段」を構成し、予め設定された既定電圧を超えないように第2直流化電圧VC4を制限して定電圧化することで「第3直流化電圧」を生成する。また、第1直流化手段の出力側に設けられた停止回路9は本発明の「停止手段」を構成し、第1直流化電圧VC3が所定の閾値電圧を超えると、定電圧回路8に流れる電流を遮断し、定電圧回路8を完全に停止させる。
The
補助電源部7において、第2直流化手段を構成するダイオードD4のアノードは第2補助巻線T4の非相互接続端に接続され、ダイオードD4のカソードは定電圧回路8を構成するNPN型トランジスタQ2のコレクタに接続されている。トランジスタQ2のベースは、第1ツェナーダイオードZD1のカソードに接続され、第1ツェナーダイオードZD1のアノードは第1補助巻線T3の相互接続端に接続されている。トランジスタQ2のコレクタとベースとの間には、本発明の「スイッチ素子」に相当するPNP型トランジスタQ3と抵抗R4が接続され、エミッタは順方向に接続されたダイオードD6を介して電源ラインP(スイッチング制御回路3およびアクティブフィルタ制御回路4の電源端子に繋がるライン)に接続されている。
In the auxiliary power supply unit 7, the anode of the diode D 4 constituting the second direct current means is connected to the non-interconnecting end of the second auxiliary winding T 4 , and the cathode of the diode D 4 is the NPN constituting the
第1直流化手段を構成するダイオードD3のアノードは第1補助巻線T3の非相互接続端に接続され、ダイオードD3のカソードは順方向に接続されたダイオードD5を介して電源ラインPに接続されている。また、ダイオードD3のカソードと第1補助巻線T3の相互接続端の間には、第1直流化手段を構成する平滑用コンデンサC3が接続され、ダイオードD4のカソードと第1補助巻線T3の相互接続端の間には、第2直流化手段を構成する平滑用コンデンサC4が接続されている。 The anode of the diode D 3 constituting the first DC means is connected to the non-interconnecting end of the first auxiliary winding T 3 , and the cathode of the diode D 3 is connected to the power line via the diode D 5 connected in the forward direction. Connected to P. Further, between the cathode and the interconnect ends of the first auxiliary winding T 3 of the diode D 3, a smoothing capacitor C 3 which constitutes the first direct-current means is connected to the cathode of the diode D 4 and a first auxiliary Between the interconnection ends of the winding T 3 , a smoothing capacitor C 4 that constitutes the second direct current means is connected.
停止回路9を構成する第2ツェナーダイオードZD2のカソードはダイオードD3のカソードが接続され、第2ツェナーダイオードZD2のアノードはNPN型トランジスタQ4のベースに接続されている。トランジスタQ4は、エミッタが第1補助巻線T3の非相互接続端に接続され、コレクタが抵抗R5を介してダイオードD3のカソードに接続されるとともにNPN型トランジスタQ5のベースに接続されている。トランジスタQ5は、エミッタが第1補助巻線T3の非相互接続端に接続され、コレクタが定電圧回路8を構成するトランジスタQ3のベースに接続されている。
The cathode of the second Zener diode ZD 2 constituting the
スイッチング制御回路3およびアクティブフィルタ制御回路4の電源ラインPとダイオードブリッジ回路D1の出力端子との間には、起動抵抗R1が接続されている。また、電源ラインPと第1補助巻線T3の相互接続端(両制御回路の基準電位ラインでもある)との間には、コンデンサC5が接続されている。このコンデンサC5は、起動当初は、起動抵抗R1を介して入力される一次側直流電圧、およびダイオードD6を介して入力される第3直流化電圧によって充電され、その後、第1直流化電圧VC3が第3直流化電圧よりも高くなると、ダイオードD5を介して入力される第1直流化電圧VC3によって充電される。
A starting resistor R 1 is connected between the power supply line P of the switching
本実施形態に係るスイッチング電源装置1では、第3直流化電圧を第1ツェナーダイオードZD1の降伏電圧により任意の電圧値に設定することができる。例えば、第3直流化電圧を14[V]に設定する場合は、トランジスタQ2のベース−エミッタ間電圧を考慮して、降伏電圧15[V]の第1ツェナーダイオードZD1を使用すればよい。 In the switching power supply apparatus 1 according to this embodiment can be set to any voltage value by a third direct current voltage first breakdown voltage of the Zener diode ZD 1. For example, when setting the third direct current voltage to 14 [V], the base of the transistor Q 2 - in view of the emitter voltage, may be used to first zener diode ZD 1 breakdown voltage 15 [V] .
また、本実施形態に係るスイッチング電源装置1では、停止回路9が定電圧回路8に流れる電流を停止させる所定の閾値電圧を第2ツェナーダイオードZD2の降伏電圧により任意の電圧値に設定することができる。例えば、閾値電圧を18[V]に設定する場合は、トランジスタQ4のベース−エミッタ間電圧VBE4を考慮して、降伏電圧17[V]の第2ツェナーダイオードZD2を使用すればよい。ただし、定電圧回路8から出力される第3直流化電圧が補助電圧として両制御回路に供給されている最中に定電圧回路8を停止させると、両制御回路の動作に支障をきたすので、閾値電圧は第3直流化電圧よりも高めに設定しなければならない。
Further, in the switching power supply device 1 according to the present embodiment, the predetermined threshold voltage at which the
[スイッチング電源装置の起動時の動作]
次に、図1および図2を参照して、本発明に係るスイッチング電源装置1の起動時の動作について具体的に説明する。なお、図2は、下記条件の下でスイッチング電源装置1を起動させた場合の各部電圧波形の一例であって、条件が異なれば異なった電圧波形となることは言うまでもない。
・商用交流電圧VACIN=AC90[V]
・トランスTの巻数比T1:T3:T4=44:2:7
・スイッチング制御回路3の起動電圧=16[V]
・アクティブフィルタ制御回路4の起動電圧=13[V]
・第1ツェナーダイオードZD1の降伏電圧=15[V]
・第2ツェナーダイオードZD2の降伏電圧=17[V]
・アクティブフィルタ2の設定電圧=370[V](≒264[V]×√2)
[Operation at startup of switching power supply unit]
Next, with reference to FIG. 1 and FIG. 2, the operation | movement at the time of starting of the switching power supply device 1 which concerns on this invention is demonstrated concretely. FIG. 2 is an example of the voltage waveform of each part when the switching power supply device 1 is activated under the following conditions, and it goes without saying that the voltage waveforms differ depending on the conditions.
・ Commercial AC voltage V ACIN = AC90 [V]
-Turn ratio of transformer T T 1 : T 3 : T 4 = 44: 2: 7
・ Starting voltage of switching
・ Startup voltage of the active
· First zener diode ZD 1 breakdown voltage = 15 [V]
・ The breakdown voltage of the second Zener diode ZD 2 = 17 [V]
・ Set voltage of
図2に示すように、時間t0において商用交流電圧VACINの入力が開始され、一次側直流電圧が上昇すると、起動抵抗R1を通ってダイオードブリッジ回路D1の出力端子から電源ラインPに電流が流れる。そして、この電流によってコンデンサC5が充電され、電源ラインPの電圧が上昇し、アクティブフィルタ制御回路4およびスイッチング制御回路3が順次起動する。
As shown in FIG. 2, when the input of the commercial AC voltage V ACIN is started at time t 0 and the primary side DC voltage rises, it passes from the output terminal of the diode bridge circuit D 1 to the power line P through the starting resistor R 1. Current flows. The capacitor C 5 is charged by this current, the voltage of the power supply line P rises, and the active
スイッチング制御回路3が起動し、スイッチング制御回路3による電力用FETQ1の制御が始まると、第1および第2補助巻線T3、T4に誘起電圧が発生して第2直流化電圧VC4が上昇し、トランジスタQ2がオン状態となる。そして、第2直流化電圧VC4がさらに上昇し、時間t1において15[V]になると、図2(D)に示すように、第3直流化電圧はそれ以上上昇することなく14[V]で一定となる。
When the switching
時間t1以降も、第1直流化電圧VC3は上昇を続ける。そして、時間t2を過ぎて、第1直流化電圧VC3が第3直流化電圧(=14[V])を超えると、補助電源部7は、第3直流化電圧に代えて第1直流化電圧VC3を補助電圧として出力するようになる。すなわち、定電圧回路8から出力される第3直流化電圧は使用されなくなる。
The first DC voltage V C3 continues to increase after time t 1 . When the first DC voltage V C3 exceeds the third DC voltage (= 14 [V]) after the time t 2 , the auxiliary power supply unit 7 replaces the third DC voltage with the first DC voltage. The output voltage V C3 is output as an auxiliary voltage. That is, the third DC voltage output from the
なお、時間t2を過ぎると、トランジスタQ2のベースとダイオードD6のカソードとの間には、トランジスタQ2およびダイオードD6をオン状態(導通状態)とするための十分な順方向電圧が印加されないので、トランジスタQ2およびダイオードD6は、その一方または双方がオフ状態(非導通状態)となる。一方、抵抗R4と第1ツェナーダイオードZD1の直列回路には、トランジスタQ3を介して第2直流化電圧VC4が印加され続けているので、時間t2を過ぎた後も定電圧回路8に部分的に電流が流れ続ける。 Incidentally, past the time t 2, between the cathode base and the diode D 6 of the transistor Q 2 are sufficient forward voltage for the transistor Q 2 and the diode D 6 to the ON state (conductive state) Since no voltage is applied, one or both of the transistor Q 2 and the diode D 6 are turned off (non-conductive state). On the other hand, since the second DC voltage V C4 is continuously applied to the series circuit of the resistor R 4 and the first Zener diode ZD 1 via the transistor Q 3 , the constant voltage circuit after the time t 2 has passed. A current continues to partially flow through 8.
その後、時間t3となり、第1直流化電圧VC3が18[V]になると、第2ツェナーダイオードZD2が導通状態となるとともに、トランジスタQ4のベース−エミッタ間電圧VBE4が1[V]となり、トランジスタQ4がオン状態となる(図2(F)参照)。そして、これをきっかけとして、トランジスタQ5がオフ状態となり、トランジスタQ3がオフ状態となる。トランジスタQ3がオフ状態となると、抵抗R4と第1ツェナーダイオードZD1の直列回路に第2直流化電圧VC4が印加されなくなり、定電圧回路8は完全に停止する。したがって、時間t3を過ぎた後(定常時)に、抵抗R4および第1ツェナーダイオードZD1により電力損失が発生することはない。
Thereafter, at time t 3 and when the first DC voltage V C3 becomes 18 [V], the second Zener diode ZD 2 becomes conductive and the base-emitter voltage V BE4 of the transistor Q 4 becomes 1 [V]. The transistor Q 4 is turned on (see FIG. 2F). Then, as a trigger, the transistor Q 5 is turned off and the transistor Q 3 is turned off. When the transistor Q 3 is turned off, the second DC voltage V C4 is not applied to the series circuit of the resistor R 4 and the first Zener diode ZD 1 , and the
なお、本実施形態では、定常時においても、新たに設けた第2ツェナーダイオードZD2に電流が流れ続けることになる。しかしながら、第2ツェナーダイオードZD2に流れるのはトランジスタQ4のベース電流であり、図3に示す従来回路においてツェナーダイオードZDに流れる電流に比べて非常に小さい。したがって、第2ツェナーダイオードZD2による電力損失を考慮したとしても、本実施形態に係るスイッチング電源装置1によれば、従来のスイッチング電源装置10に比べて、定常時の電力損失を低減することができる。
In the present embodiment, a current continues to flow through the newly provided second Zener diode ZD 2 even in a steady state. However, it is the base current of the transistor Q 4 that flows through the second Zener diode ZD 2 , which is much smaller than the current that flows through the Zener diode ZD in the conventional circuit shown in FIG. Therefore, even if the power loss due to the second Zener diode ZD 2 is taken into consideration, the switching power supply device 1 according to the present embodiment can reduce the power loss in the steady state as compared with the conventional switching
以上、本発明に係るスイッチング電源装置の好ましい実施形態について説明してきたが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。 The preferred embodiment of the switching power supply device according to the present invention has been described above, but the present invention is not limited to this embodiment.
例えば、定電圧回路8は、以下の条件を満たす他の定電圧回路に置き換えることができる。
条件1:入力電圧が既定電圧(例えば、第1ツェナーダイオードZD1の降伏電圧)を超えるまでは、入力電圧にほぼ等しい出力電圧を出力する。
条件2:入力電圧が既定電圧を超えると、入力電圧の如何に拘わらず、既定電圧にほぼ等しい出力電圧を出力する。
For example, the
Condition 1: An output voltage substantially equal to the input voltage is output until the input voltage exceeds a predetermined voltage (for example, the breakdown voltage of the first Zener diode ZD 1 ).
Condition 2: When the input voltage exceeds the predetermined voltage, an output voltage substantially equal to the predetermined voltage is output regardless of the input voltage.
また、停止回路9は、第1直流化電圧VC3が所定の閾値電圧を超えているか否かを判定するとともに、その判定結果に応じて、定電圧回路8を動作させたり、停止させたりできる他の回路に置き換えることができる。
The
1 スイッチング電源装置
2 アクティブフィルタ
3 スイッチング制御回路
4 アクティブフィルタ制御回路
5 電圧検知手段
6 フィードバック回路
7 補助電源部
8 定電圧回路(定電圧化手段)
9 停止回路(停止手段)
D1 ダイオードブリッジ回路
Q1 電力用FET(スイッチング手段)
R1 起動抵抗
T トランス
T1 一次巻線
T2 二次巻線
T3 第1補助巻線
T4 第2補助巻線
ZD1 第1ツェナーダイオード
ZD2 第2ツェナーダイオード
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Switching
9 Stop circuit (stop means)
D 1 Diode bridge circuit Q 1 Power FET (switching means)
R 1 starting resistor T transformer T 1 primary winding T 2 secondary winding T 3 first auxiliary winding T 4 second auxiliary winding ZD 1 first Zener diode ZD 2 second Zener diode
Claims (4)
前記補助電源部は、
前記第1補助巻線の誘起電圧を整流および平滑して第1直流化電圧を生成する第1直流化手段と、
前記第1および第2補助巻線の誘起電圧の和電圧を整流および平滑して第2直流化電圧を生成する第2直流化手段と、
前記第2直流化手段の出力側に設けられ、前記第2直流化電圧を制限して定電圧化することで第3直流化電圧を生成する定電圧化手段と、
前記第1直流化手段の出力側に設けられ、前記第1直流化電圧が前記第3直流化電圧よりも高い所定の閾値電圧を超えると前記定電圧化手段に流れる電流を停止させる停止手段と、
を有し、
前記第1直流化電圧および前記第3直流化電圧の大きい方が前記補助電圧として前記スイッチング制御回路および前記アクティブフィルタ制御回路に供給されることを特徴とするスイッチング電源装置。 An active filter to which a primary side DC voltage obtained by rectifying and smoothing an AC voltage input from the outside is supplied, an active filter control circuit for controlling the active filter, and switching by switching an output voltage of the active filter Switching means for generating a voltage, a switching control circuit for controlling the switching means, a primary winding to which the switching voltage is supplied, a secondary winding, and a first winding wound in the same polarity as the primary winding. A transformer having first and second auxiliary windings; output voltage generating means for rectifying and smoothing an induced voltage of a secondary winding of the transformer to generate a DC secondary output voltage; and the first and second auxiliary windings. (2) A DC auxiliary voltage is generated based on the induced voltage of the auxiliary winding, and the switching control circuit uses the auxiliary voltage as a power supply voltage. A switching power supply device and a supplying auxiliary power unit to the reserve the active filter control circuit,
The auxiliary power unit is
A first DCing means for generating a first DC voltage by rectifying and smoothing the induced voltage of the first auxiliary winding;
A second DCing means for generating a second DC voltage by rectifying and smoothing a sum voltage of the induced voltages of the first and second auxiliary windings;
A constant voltage conversion unit that is provided on the output side of the second DC conversion unit and generates a third DC conversion voltage by limiting the second DC conversion voltage to a constant voltage;
A stop unit provided on the output side of the first DC unit, and stops a current flowing through the constant voltage unit when the first DC voltage exceeds a predetermined threshold voltage higher than the third DC voltage; ,
Have
The switching power supply device characterized in that the larger one of the first DC voltage and the third DC voltage is supplied as the auxiliary voltage to the switching control circuit and the active filter control circuit.
前記定電圧手段は、前記停止手段によりオン/オフ制御されるスイッチ素子をさらに有し、
前記スイッチ素子がオンされることで前記第2直流化手段の出力と前記第1ツェナーダイオードとを導通させる一方、前記スイッチ素子がオフされることで前記第2直流化手段の出力と前記第1ツェナーダイオードとの導通を遮断することを特徴とするスイッチング電源装置。 2. The switching according to claim 1, wherein the constant voltage conversion unit includes a first Zener diode, and generates the third DC voltage by converting the second DC voltage into a constant voltage according to a breakdown voltage of the first Zener diode. A power supply unit,
The constant voltage means further includes a switch element that is on / off controlled by the stop means,
When the switch element is turned on, the output of the second DC circuit and the first Zener diode are made conductive, and when the switch element is turned off, the output of the second DC circuit and the first A switching power supply device, wherein conduction with a Zener diode is cut off.
前記第2ツェナーダイオードが降伏することで前記スイッチ素子をオフさせることを特徴とする請求項2に記載のスイッチング電源装置。 The stopping means includes a second Zener diode, and the predetermined threshold voltage is determined by a breakdown voltage of the second Zener diode,
3. The switching power supply device according to claim 2, wherein the switching element is turned off when the second Zener diode breaks down.
前記補助電源部が、
前記第1補助巻線の誘起電圧を整流および平滑して第1直流化電圧を生成する第1直流化手段と、
前記第1および第2補助巻線の誘起電圧の和電圧を整流および平滑して第2直流化電圧を生成する第2直流化手段と、
前記第2直流化手段の出力側に設けられ、前記第2直流化電圧を制限して定電圧化することで第3直流化電圧を生成する定電圧化手段と、
前記第1直流化手段の出力側に設けられ、前記第1直流化電圧が前記第3直流化電圧よりも高い所定の閾値電圧を超えると前記定電圧化手段に流れる電流を停止させる停止手段と、
から構成され、
起動時に、前記第1直流化電圧が上昇して前記第3直流化電圧を超えると、前記補助電源部が、前記第3直流化電圧に代えて前記第1直流化電圧を前記補助電圧とし、その後、前記第1直流化電圧がさらに上昇して前記所定の閾値電圧を超えると、前記停止手段が、前記定電圧化手段に流れる電流を停止させることを特徴とするスイッチング電源装置の起動方法。 An active filter to which a primary side DC voltage obtained by rectifying and smoothing an AC voltage input from the outside is supplied, an active filter control circuit for controlling the active filter, and switching by switching an output voltage of the active filter Switching means for generating a voltage, a switching control circuit for controlling the switching means, a primary winding to which the switching voltage is supplied, a secondary winding, and a first winding wound in the same polarity as the primary winding. A transformer having first and second auxiliary windings; output voltage generating means for rectifying and smoothing an induced voltage of a secondary winding of the transformer to generate a DC secondary output voltage; and the first and second auxiliary windings. (2) A DC auxiliary voltage is generated based on the induced voltage of the auxiliary winding, and the switching control circuit uses the auxiliary voltage as a power supply voltage. Preliminary wherein a method of starting the switching power supply device including an auxiliary power supply unit for supplying the active filter control circuit,
The auxiliary power unit is
A first DCing means for generating a first DC voltage by rectifying and smoothing the induced voltage of the first auxiliary winding;
A second DCing means for generating a second DC voltage by rectifying and smoothing a sum voltage of the induced voltages of the first and second auxiliary windings;
A constant voltage conversion unit that is provided on the output side of the second DC conversion unit and generates a third DC conversion voltage by limiting the second DC conversion voltage to a constant voltage;
A stop unit provided on the output side of the first DC unit, and stops a current flowing through the constant voltage unit when the first DC voltage exceeds a predetermined threshold voltage higher than the third DC voltage; ,
Consisting of
At startup, when the first DC voltage rises and exceeds the third DC voltage, the auxiliary power supply unit uses the first DC voltage as the auxiliary voltage instead of the third DC voltage, Thereafter, when the first direct current voltage further rises and exceeds the predetermined threshold voltage, the stop means stops the current flowing through the constant voltage means.
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