JP2918435B2 - Switching power supply - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は交流電源を入力源とする
スイッチング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 switching power supply using an AC power supply as an input source.

【０００２】[0002]

【従来の技術】近年、スイッチング電源装置はその高効
率な変換特性から各種電子機器の電源として多用されて
いるが、そのほとんどが入力回路としてコンデンサイン
プット方式を採用しているため、力率の悪さと入力電流
に含まれる高調波成分が問題視されてきている。このよ
うな入力高調波成分を低減する手段として、例えば図６
に示すようなスイッチング電源装置がある。2. Description of the Related Art In recent years, switching power supplies have been frequently used as power supplies for various electronic devices due to their high efficiency conversion characteristics. However, most of them employ a capacitor input method as an input circuit, and thus have a poor power factor. And harmonic components included in the input current have been regarded as a problem. As means for reducing such input harmonic components, for example, FIG.
There is a switching power supply as shown in FIG.

【０００３】図６において、１は入力交流電源、２は入
力フィルタ、３は全波整流回路、４はチョークコイル、
５は第１のダイオード、６は第２のダイオード、７はコ
ンデンサ、８はスイッチング素子、９はリセットダイオ
ード、１０はトランスであり、一次巻線１１と二次巻線
１２とリセット巻線１３を有する。１４，１５はダイオ
ード、１６は平滑チョーク、１７は出力コンデンサであ
り、ダイオード１４，１５、平滑チョーク１６、出力コ
ンデンサ１７で整流平滑回路を構成し、負荷１８へ出力
直流電圧を供給する。１９は制御回路であり、出力直流
電圧を検出し、安定化すべくスイッチング素子８を所定
のオンオフ比で駆動する。In FIG. 6, 1 is an input AC power supply, 2 is an input filter, 3 is a full-wave rectifier circuit, 4 is a choke coil,
5 is a first diode, 6 is a second diode, 7 is a capacitor, 8 is a switching element, 9 is a reset diode, and 10 is a transformer. The primary winding 11, the secondary winding 12, and the reset winding 13 are connected. Have. Reference numerals 14 and 15 denote diodes, reference numeral 16 denotes a smoothing choke, and reference numeral 17 denotes an output capacitor. The diodes 14 and 15, the smoothing choke 16, and the output capacitor 17 constitute a rectifying and smoothing circuit, and supply an output DC voltage to a load 18. A control circuit 19 detects the output DC voltage and drives the switching element 8 at a predetermined on / off ratio in order to stabilize the output DC voltage.

【０００４】入力交流電源１の交流電圧は入力フィルタ
２を介し全波整流回路３により整流される。まず、スイ
ッチング素子８がオンの時、チョークコイル４には整流
電圧が印加され、第２のダイオード６を介してチョーク
電流が流れる。同時にトランス１０の一次巻線１１には
コンデンサ７の電圧が印加されて、二次巻線１２には電
圧が誘起され、この二次側電圧はダイオード１４と平滑
チョーク１６を介して出力コンデンサ１７で平滑されて
負荷１８へ供給される。次に、スイッチング素子８がオ
フすると、チョークコイル４に蓄えられた励磁エネルギ
ーは第１のダイオード５を介してコンデンサ７を充電す
るチョーク電流Ｉ１として放出される。同時にトランス
１０に蓄えられた励磁エネルギーはリセット巻線１３お
よびリセットダイオード９を介してコンデンサ７を充電
するように放出される。さらに平滑チョーク１６に蓄え
られた励磁エネルギーはダイオード１５を介して出力コ
ンデンサ１７へ放出され、負荷１８へ供給される。An AC voltage of an input AC power supply 1 is rectified by a full-wave rectifier circuit 3 via an input filter 2. First, when the switching element 8 is on, a rectified voltage is applied to the choke coil 4 and a choke current flows through the second diode 6. At the same time, the voltage of the capacitor 7 is applied to the primary winding 11 of the transformer 10, and a voltage is induced in the secondary winding 12. This secondary voltage is output by the output capacitor 17 via the diode 14 and the smoothing choke 16. It is smoothed and supplied to the load 18. Next, when the switching element 8 is turned off, the excitation energy stored in the choke coil 4 is released as the choke current I1 for charging the capacitor 7 via the first diode 5. At the same time, the excitation energy stored in the transformer 10 is discharged through the reset winding 13 and the reset diode 9 so as to charge the capacitor 7. Further, the excitation energy stored in the smoothing choke 16 is released to the output capacitor 17 via the diode 15 and supplied to the load 18.

【０００５】すなわち、チョークコイル４、第１，第２
のダイオード５，６、スイッチング素子８，コンデンサ
７は、整流電圧を入力としてコンデンサ７へ出力する昇
圧型コンバータを構成し、コンデンサ７、スイッチング
素子８、リセットダイオード９、トランス１０、ダイオ
ード１４，１５、平滑チョーク１６と出力コンデンサ１
７は、コンデンサ７を入力源とするフィードフォワード
コンバータを構成している。That is, the choke coil 4, the first and the second
, The switching element 8 and the capacitor 7 constitute a boost converter that receives a rectified voltage as an input and outputs the rectified voltage to the capacitor 7. The capacitor 7, the switching element 8, the reset diode 9, the transformer 10, the diodes 14 and 15, Smoothing choke 16 and output capacitor 1
Reference numeral 7 denotes a feedforward converter having the capacitor 7 as an input source.

【０００６】出力直流電圧は、制御回路１９がスイッチ
ング素子８のオンオフ期間を調整することで制御され
る。一方、コンデンサ７は十分大きな静電容量を有して
おり、等価的に直流電圧を有する電圧源とみなせるもの
とすると、定常状態においてはオンオフ期間はほぼ一定
となる。スイッチング素子８のスイッチング周波数は入
力交流電圧の周波数より充分大きく、スイッチング１周
期間には整流電圧の変化は無視できるので、チョーク電
流Ｉ１は、整流電圧に比例したピーク値を持つ三角波電
流となる。このチョーク電流が入力フィルタ２によって
平滑化されたものが入力電流となるので、入力交流電圧
に略比例した正弦波状の電流となり、入力力率が１に近
く高調波成分のほとんどないものが得られる。[0006] The output DC voltage is controlled by the control circuit 19 adjusting the on / off period of the switching element 8. On the other hand, when the capacitor 7 has a sufficiently large capacitance and can be regarded as a voltage source having a DC voltage equivalently, the on / off period is almost constant in a steady state. Since the switching frequency of the switching element 8 is sufficiently higher than the frequency of the input AC voltage, and the change in the rectified voltage can be ignored during one switching cycle, the choke current I1 becomes a triangular wave current having a peak value proportional to the rectified voltage. Since this choke current is smoothed by the input filter 2 to become an input current, a sine-wave current substantially proportional to the input AC voltage is obtained, and an input power factor close to 1 and having almost no harmonic components is obtained. .

【０００７】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来の構成では、整流電圧を入力としコンデンサ７へ出力
する昇圧コンバータの構成であるため、コンデンサ７の
電圧は通常のコンデンサインプット方式で得られる入力
直流電圧（整流電圧のピーク値）に比べて高電圧とな
る。特に、軽い負荷時や高入力電圧時の電圧上昇は大き
く、このため、コンデンサ７やスイッチング素子８には
高耐圧な特性が要求され、設計の困難さと効率劣化とい
う問題点を有していた。However, in the above-described conventional configuration, since the configuration is a boost converter that inputs a rectified voltage and outputs the rectified voltage to the capacitor 7, the voltage of the capacitor 7 is equal to the input DC voltage obtained by the ordinary capacitor input method. The voltage becomes higher than the voltage (peak value of the rectified voltage). In particular, the voltage rise at a light load or at a high input voltage is large. Therefore, the capacitor 7 and the switching element 8 are required to have a high withstand voltage characteristic, and have a problem that designing is difficult and efficiency is deteriorated.

【０００８】本発明は僅かの部品の付加によりコンデン
サ電圧の上昇を抑制し、従来部品の使用を容易にし、効
率劣化を防ぐことの可能なスイッチング電源装置を提供
することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a switching power supply capable of suppressing an increase in capacitor voltage by adding a small number of components, facilitating the use of conventional components, and preventing deterioration in efficiency.

【０００９】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明のスイッチング電
源装置は、整流回路を介して入力された入力交流電圧
が、チョークコイルとスイッチング素子とダイオードと
からなる昇圧コンバータに印加され、昇圧コンバータの
出力の直流電圧をコンデンサに出力するとともに、前記
コンデンサの直流電圧を入力とし、トランスとスイッチ
ング素子と出力整流平滑回路を有するスイッチング式Ｄ
Ｃ−ＤＣコンバータを構成し、前記昇圧コンバータと前
記スイッチング式ＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング
素子を兼用し、前記スイッチング式ＤＣ−ＤＣコンバー
タの出力電圧を安定化するよう前記スイッチング素子を
駆動する第１の制御回路とを有するスイッチング電源装
置において、前記スイッチング素子がオンの時に前記チ
ョークコイルの電流が流れる経路に直列に接続された可
飽和リアクトルを設け、前記コンデンサの直流電圧を検
出するとともにこれを調整するよう前記可飽和リアクト
ルを磁化する第２の制御回路を設けたことを特徴とす
る。According to a switching power supply of the present invention, an input AC voltage input through a rectifier circuit is applied to a boost converter comprising a choke coil, a switching element, and a diode, and the output of the boost converter is output. To a capacitor, the DC voltage of the capacitor being input, and a switching type D having a transformer, a switching element, and an output rectifying and smoothing circuit.
A first device that constitutes a C-DC converter and that doubles as a switching element of the boost converter and the switching DC-DC converter and drives the switching element so as to stabilize an output voltage of the switching DC-DC converter; A switching power supply device having a control circuit, wherein a saturable reactor connected in series to a path through which the current of the choke coil flows when the switching element is on is provided, and a DC voltage of the capacitor is detected and adjusted. A second control circuit for magnetizing the saturable reactor is provided.

【００１０】[0010]

【作用】この構成によると、可飽和リアクトルがスイッ
チング素子のオン期間内にチョークコイルを介して流れ
る入力電流の導通期間を調整し、コンデンサへの充電電
流を制限することにより、コンデンサ電圧の調整ができ
る。According to this structure, the saturable reactor adjusts the conduction period of the input current flowing through the choke coil during the on-period of the switching element, and limits the charging current to the capacitor, thereby adjusting the capacitor voltage. it can.

【００１１】[0011]

【実施例】以下、本発明の実施例を図１〜図５に基づい
て説明する。図１〜図４は第１の実施例を示す。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 4 show a first embodiment.

【００１２】図１において、１は入力交流電源、２は入
力フィルタ、３は全波整流回路、４はチョークコイル、
５は第１のダイオード、６は第２のダイオード、７はコ
ンデンサ、８はスイッチング素子、９はリセットダイオ
ード、１０はトランスであり、一次巻線１１と二次巻線
１２とリセット巻線１３を有する。１４，１５はダイオ
ード、１６は平滑チョーク、１７は出力コンデンサであ
り、ダイオード１４，１５、平滑チョーク１６、出力コ
ンデンサ１７で整流平滑回路を構成し、負荷１８へ出力
直流電圧を供給する。１９は第１の制御回路であり、出
力直流電圧を検出し、安定化すべくスイッチング素子８
を所定のオンオフ比で駆動する。２０はチョークコイル
４と直列に接続された可飽和リアクトル、２１は可飽和
リアクトル２０に設けられた制御巻線、２２は第２の制
御回路で、コンデンサ７の電圧を検出して制御巻線２１
へ流す電流を調節する。In FIG. 1, 1 is an input AC power supply, 2 is an input filter, 3 is a full-wave rectifier circuit, 4 is a choke coil,
5 is a first diode, 6 is a second diode, 7 is a capacitor, 8 is a switching element, 9 is a reset diode, and 10 is a transformer. The primary winding 11, the secondary winding 12, and the reset winding 13 are connected. Have. Reference numerals 14 and 15 denote diodes, reference numeral 16 denotes a smoothing choke, and reference numeral 17 denotes an output capacitor. The diodes 14 and 15, the smoothing choke 16, and the output capacitor 17 constitute a rectifying and smoothing circuit, and supply an output DC voltage to a load 18. Reference numeral 19 denotes a first control circuit, which detects the output DC voltage and stabilizes the switching element 8 to stabilize it.
Are driven at a predetermined on / off ratio. Reference numeral 20 denotes a saturable reactor connected in series with the choke coil 4, reference numeral 21 denotes a control winding provided in the saturable reactor 20, and reference numeral 22 denotes a second control circuit which detects the voltage of the capacitor 7 and detects the control winding 21.
Adjust the current flowing to the

【００１３】入力交流電源１の交流電圧は入力フィルタ
２を介し全波整流回路３により整流される。まず、スイ
ッチング素子８がオンの時〔図２の（ａ）の区間Ａ〕、
チョークコイル４と可飽和リアクトル２０の直列回路に
は整流電圧が印加され、可飽和リアクトル２０が飽和
後、第２のダイオード６を介してチョーク電流が流れる
（以下、スイッチング素子８がオンしてから可飽和リア
クトル２０が飽和してチョーク電流が流れ出すまでの期
間を阻止期間Ｂと呼ぶことにする。図２の（ａ）参
照）。同時に図２の（ｂ）に示すように、トランス１０
の一次巻線１１にはコンデンサ７の電圧が印加され、二
次巻線１２に電圧が誘起され、ダイオード１４と平滑チ
ョーク１６を介して出力コンデンサ１７で平滑されて負
荷１８には図２の（ｃ）に示す電流が流れる。次に、ス
イッチング素子８がオフすると〔図２の（ａ）の区間
Ｃ〕、チョークコイル４に蓄えられた励磁エネルギーは
第１のダイオード５を介してコンデンサ７を充電するチ
ョーク電流として放出される〔図２の（ａ）〕。同時に
トランス１０に蓄えられた励磁エネルギーはリセット巻
線１３およびリセットダイオード９を介して図２の
（ｄ）に示すようにコンデンサ７を充電するように放出
される。さらに平滑チョーク１６に蓄えられた励磁エネ
ルギーはダイオード１５を介して出力コンデンサ１７へ
放出され負荷１８へ供給される。The AC voltage of the input AC power supply 1 is rectified by a full-wave rectifier circuit 3 via an input filter 2. First, when the switching element 8 is on (section A in FIG. 2A),
A rectified voltage is applied to a series circuit of the choke coil 4 and the saturable reactor 20, and after the saturable reactor 20 is saturated, a choke current flows through the second diode 6 (hereinafter, after the switching element 8 is turned on). The period from the time when the saturable reactor 20 is saturated to the time when the choke current starts flowing is referred to as a blocking period B. See FIG. At the same time, as shown in FIG.
The voltage of the capacitor 7 is applied to the primary winding 11, a voltage is induced in the secondary winding 12, the voltage is smoothed by the output capacitor 17 via the diode 14 and the smoothing choke 16, and the load 18 shown in FIG. The current shown in c) flows. Next, when the switching element 8 is turned off (section C in FIG. 2A), the excitation energy stored in the choke coil 4 is released as a choke current for charging the capacitor 7 via the first diode 5. [(A) of FIG. 2]. At the same time, the excitation energy stored in the transformer 10 is discharged through the reset winding 13 and the reset diode 9 to charge the capacitor 7 as shown in FIG. Further, the excitation energy stored in the smoothing choke 16 is released to the output capacitor 17 via the diode 15 and supplied to the load 18.

【００１４】チョークコイル４に蓄えられた励磁エネル
ギーの放出が終了すると、第２の制御回路２２から制御
巻線２１への制御電流により、可飽和リアクトル２０は
チョーク電流を阻止する方向に磁化される。すなわち、
チョークコイル４、第１，第２のダイオード５，６、ス
イッチング素子８、可飽和リアクトル２０とコンデンサ
７は、整流電圧を入力とし、コンデンサ７へ出力する昇
圧コンバータを構成する。第２の制御回路２２から制御
巻線２１への制御電流による可飽和リアクトル２０のチ
ョーク電流（コンデンサ７への充電電流）制御機能によ
り、コンデンサ７の電圧を調整できる。コンデンサ７、
スイッチング素子８、リセットダイオード９、トランス
１０、ダイオード１４，１５、平滑チョーク１６と出力
コンデンサ１７は、コンデンサ７を入力源とするフィー
ドフォワードコンバータを構成している。出力コンデン
サ１７の電圧（出力直流電圧）は第１の制御回路１９に
よるスイッチング素子８のオンオフ比の制御機能により
安定化できる。When the release of the excitation energy stored in the choke coil 4 ends, the control current from the second control circuit 22 to the control winding 21 magnetizes the saturable reactor 20 in a direction to block the choke current. . That is,
The choke coil 4, the first and second diodes 5 and 6, the switching element 8, the saturable reactor 20, and the capacitor 7 constitute a boost converter that receives a rectified voltage and outputs the rectified voltage to the capacitor 7. The voltage of the capacitor 7 can be adjusted by the choke current (charging current to the capacitor 7) control function of the saturable reactor 20 by the control current from the second control circuit 22 to the control winding 21. Capacitor 7,
The switching element 8, the reset diode 9, the transformer 10, the diodes 14, 15, the smoothing choke 16, and the output capacitor 17 constitute a feedforward converter using the capacitor 7 as an input source. The voltage (output DC voltage) of the output capacitor 17 can be stabilized by the control function of the ON / OFF ratio of the switching element 8 by the first control circuit 19.

【００１５】ここで、コンデンサ７は十分大きな静電容
量を有しており、等価的に直流電圧Ｅｃを有する電圧源
とみなせるものとすると、定常状態においてはオンオフ
期間はほぼ一定となる。スイッチング素子８のスイッチ
ング周波数は入力交流電圧の周波数より充分大きく、ス
イッチング１周期間には整流電圧の変化は無視できる。
第２の制御回路２２はコンデンサ７の電圧Ｅｃが所定値
より低いときは制御電流を流さないので、阻止期間Ｂは
可飽和リアクトル２０の固有の最小値に固定され、チョ
ーク電流Ｉ１は、整流電圧に略比例したピーク値を持つ
三角波電流となる。このチョーク電流が入力フィルタ２
によって平滑化されたものが入力電流となるので、入力
交流電圧に略比例した正弦波状の電流となり、入力力率
が１に近く高調波成分のほとんどないものが得られる。
しかし入力交流電圧が高く、または軽い負荷の場合、コ
ンデンサ７の電圧Ｅｃは規定値以上になろうとするの
で、第２の制御回路２２から制御巻線２１への制御電流
により阻止期間Ｂが延び、チョーク電流Ｉ１は制限され
るので、入力交流電流波形は正弦波状から歪みはする
が、コンデンサ７の電圧Ｅｃの上昇は抑制される。この
様子を図３に示す。Here, if the capacitor 7 has a sufficiently large capacitance and can be regarded as a voltage source having a DC voltage Ec equivalently, the on / off period is almost constant in a steady state. The switching frequency of the switching element 8 is sufficiently higher than the frequency of the input AC voltage, and a change in the rectified voltage can be ignored during one switching cycle.
Since the second control circuit 22 does not supply the control current when the voltage Ec of the capacitor 7 is lower than the predetermined value, the blocking period B is fixed to the minimum value inherent to the saturable reactor 20, and the choke current I1 is set to the rectified voltage. Becomes a triangular wave current having a peak value substantially proportional to. This choke current is input filter 2
The input current is a sine-wave current substantially proportional to the input AC voltage, and the input power factor is close to 1 and has almost no harmonic components.
However, when the input AC voltage is high or the load is light, the voltage Ec of the capacitor 7 tends to exceed the specified value, so that the control current from the second control circuit 22 to the control winding 21 extends the blocking period B. Since the choke current I1 is limited, the input AC current waveform is distorted from a sine wave shape, but the rise of the voltage Ec of the capacitor 7 is suppressed. This is shown in FIG.

【００１６】図３は横軸に負荷電流、縦軸にコンデンサ
７の電圧Ｅｃを表している。図中の実線Ｄは本実施例の
場合のもので、破線Ｆは従来例のものである。このよう
に本実施例によれば、スイッチング素子８がオンの時に
チョークコイル４の電流が流れる経路に直列に接続され
た可飽和リアクトル２０と、コンデンサ７の直流電圧を
検出するとともに、これを調整するよう可飽和リアクト
ル２０を所定量だけ磁化する第２の制御回路２２を設け
ることにより、高入力または軽い負荷時にコンデンサ７
の電圧が規定値以上に上昇しないようにチョーク電流を
制限することができ、コンデンサ７やスイッチング素子
８には特に高耐圧な特性の部品を使用する必要がなくな
る。FIG. 3 shows the load current on the horizontal axis and the voltage Ec of the capacitor 7 on the vertical axis. The solid line D in the figure is for the present embodiment, and the broken line F is for the conventional example. As described above, according to the present embodiment, the DC voltage of the capacitor 7 and the saturable reactor 20 connected in series to the path through which the current of the choke coil 4 flows when the switching element 8 is turned on are detected and adjusted. By providing the second control circuit 22 for magnetizing the saturable reactor 20 by a predetermined amount so that the capacitor 7 can be operated at a high input or a light load.
Can be limited so that the voltage does not rise above a specified value, and it is not necessary to use components having particularly high withstand voltage characteristics for the capacitor 7 and the switching element 8.

【００１７】なお、本実施例では可飽和リアクトル２０
をチョークコイル４と直列に接続したが、第２のダイオ
ード６と直列に接続してもよいことは言うまでもない。
図４は第２の実施例を示す。図４において、１は入力直
流電源、２は入力フィルタ、３は全波整流回路、４はチ
ョークコイル、７はコンデンサ、８はスイッチング素
子、９はリセットダイオード、１０はトランスであり、
一次巻線１１、二次巻線１２、リセット巻線１３を有す
る。１４，１５はダイオード、１６は平滑チョーク、１
７は出力コンデンサ、１８は負荷、１９は第１の制御回
路、２０は過飽和リアクトル、２１は過飽和リアクトル
２０に設けられた制御巻線、２２は第２の制御回路であ
る。以上は図１に示した第１の実施例と同様なものであ
る。図１の構成と異なるのは、チョークコイル４と過飽
和リアクトル２０の直列回路が全波整流回路３の出力端
からスイッチング素子８の活電部へ直接に接続されてお
り、図１における第１，第２のダイオード５，６がない
点である。In this embodiment, the saturable reactor 20 is used.
Is connected in series with the choke coil 4, but it is needless to say that it may be connected in series with the second diode 6.
FIG. 4 shows a second embodiment. In FIG. 4, 1 is an input DC power supply, 2 is an input filter, 3 is a full-wave rectifier circuit, 4 is a choke coil, 7 is a capacitor, 8 is a switching element, 9 is a reset diode, and 10 is a transformer.
It has a primary winding 11, a secondary winding 12, and a reset winding 13. 14 and 15 are diodes, 16 is a smoothing choke, 1
7 is an output capacitor, 18 is a load, 19 is a first control circuit, 20 is a supersaturated reactor, 21 is a control winding provided in the supersaturated reactor 20, and 22 is a second control circuit. The above is the same as in the first embodiment shown in FIG. The difference from the configuration of FIG. 1 is that a series circuit of the choke coil 4 and the saturable reactor 20 is directly connected from the output terminal of the full-wave rectifier circuit 3 to the live part of the switching element 8. This is the point that the second diodes 5 and 6 are not provided.

【００１８】このように構成されたスイッチング電源装
置では、入力交流電源１の交流電圧は入力フィルタ２を
介し全波整流回路３により整流される。まず、スイッチ
ング素子８がオンの時、チョークコイル４と可飽和リア
クトル２０の直列回路には整流電圧が印加され、可飽和
リアクトル２０が飽和後、チョーク電流が流れる。同時
にトランス１０の一次巻線１１にはコンデンサ７の電圧
が印加され、二次巻線１２に電圧が誘起され、ダイオー
ド１４と平滑チョーク１６を介して出力コンデンサ１７
で平滑されて負荷１８へ供給される。次に、スイッチン
グ素子８がオフすると、チョークコイル４に蓄えられた
励磁エネルギーは一次巻線１１を介してコンデンサ７を
充電するチョーク電流として放出される。同時にトラン
ス１０に蓄えられた励磁エネルギーはリセット巻線１３
およびリセットダイオード９を介してコンデンサ７を充
電するように放出される。さらに平滑チョーク１６に蓄
えられた励磁エネルギーはダイオード１５を介して出力
コンデンサ１７へ放出され、負荷１８へ供給される。チ
ョークコイル４に蓄えられた励磁エネルギーの放出が終
了すると、第２の制御回路２２から制御巻線２１への制
御電流により、可飽和リアクトル２０はチョーク電流を
阻止する方向に磁化される。すなわち、コンデンサ７の
電圧は、第２の制御回路２２から制御巻線２１への制御
電流による可飽和リアクトル２０のチョーク電流（コン
デンサ７への充電電流）制御機能により、調整すること
ができる。コンデンサ７，スイッチング素子８，リセッ
トダイオード９，トランス１０，ダイオード１４，１
５、平滑チョーク１６と出力コンデンサ１７は、コンデ
ンサ７を入力源とするフィードフォワードコンバータを
構成している。出力コンデンサ１７の電圧（出力直流電
圧）は第１の制御回路１９によるスイッチング素子８の
オンオフ比の制御機能により安定化できる。In the switching power supply configured as described above, the AC voltage of the input AC power supply 1 is rectified by the full-wave rectifier circuit 3 via the input filter 2. First, when the switching element 8 is on, a rectified voltage is applied to the series circuit of the choke coil 4 and the saturable reactor 20, and after the saturable reactor 20 is saturated, a choke current flows. At the same time, the voltage of the capacitor 7 is applied to the primary winding 11 of the transformer 10, a voltage is induced in the secondary winding 12, and the output capacitor 17 is output via the diode 14 and the smoothing choke 16.
And supplied to the load 18. Next, when the switching element 8 is turned off, the excitation energy stored in the choke coil 4 is discharged as a choke current for charging the capacitor 7 via the primary winding 11. At the same time, the excitation energy stored in the transformer 10 is
And, it is discharged so as to charge the capacitor 7 via the reset diode 9. Further, the excitation energy stored in the smoothing choke 16 is released to the output capacitor 17 via the diode 15 and supplied to the load 18. When the release of the excitation energy stored in the choke coil 4 ends, the control current from the second control circuit 22 to the control winding 21 magnetizes the saturable reactor 20 in a direction that blocks the choke current. That is, the voltage of the capacitor 7 can be adjusted by the choke current (charging current to the capacitor 7) of the saturable reactor 20 by the control current from the second control circuit 22 to the control winding 21. Capacitor 7, Switching element 8, Reset diode 9, Transformer 10, Diode 14, 1
5, the smoothing choke 16 and the output capacitor 17 constitute a feedforward converter using the capacitor 7 as an input source. The voltage (output DC voltage) of the output capacitor 17 can be stabilized by the control function of the ON / OFF ratio of the switching element 8 by the first control circuit 19.

【００１９】ここで、コンデンサ７は十分大きな静電容
量を有しており、等価的に直流電圧Ｅｃを有する電圧源
とみなせるものとすると、定常状態においてはオンオフ
期間はほぼ一定となる。スイッチング素子８のスイッチ
ング周波数は入力交流電圧の周波数より充分大きく、ス
イッチング１周期間には整流電圧の変化は無視できる。
第２の制御回路２２はコンデンサ７の電圧Ｅｃが所定値
より低いときは制御電流を流さないので、阻止期間は可
飽和リアクトル２０の固有の最小値に固定され、チョー
ク電流は整流電圧に略比例したピーク値を持つ三角波電
流となる。このチョーク電流が入力フィルタによって平
滑化されたものが入力電流となるので、入力交流電圧に
略比例した正弦波状の電流となり、入力力率が１に近く
高調波成分のほとんどないものが得られる。しかし入力
交流電圧が高く、または軽負荷の場合、コンデンサ７の
電圧Ｅｃは所定値以上になろうとするので、第２の制御
回路２２から制御巻線２１への制御電流により阻止期間
が延び、チョーク電流は制限されるので、入力交流電流
波形は正弦波状から歪みはするが、コンデンサ７の電圧
Ｅｃの上昇は抑制される。Here, the capacitor 7 has a sufficiently large capacitance, and assuming that it can be regarded as a voltage source having a DC voltage Ec equivalently, the on / off period is almost constant in a steady state. The switching frequency of the switching element 8 is sufficiently higher than the frequency of the input AC voltage, and a change in the rectified voltage can be ignored during one switching cycle.
Since the second control circuit 22 does not supply the control current when the voltage Ec of the capacitor 7 is lower than the predetermined value, the blocking period is fixed to the inherent minimum value of the saturable reactor 20, and the choke current is substantially proportional to the rectified voltage. It becomes a triangular wave current having the peak value obtained. Since this choke current is smoothed by the input filter to become the input current, the current becomes a sine-wave current substantially proportional to the input AC voltage, and the input power factor is close to 1 and almost no harmonic components are obtained. However, when the input AC voltage is high or the load is light, the voltage Ec of the capacitor 7 tends to exceed a predetermined value, so that the control current from the second control circuit 22 to the control winding 21 extends the blocking period, and the choke period increases. Since the current is limited, the input AC current waveform is distorted from a sinusoidal shape, but the rise of the voltage Ec of the capacitor 7 is suppressed.

【００２０】このように第２の実施例によれば、入力交
流電源１からの交流電圧を受電する全波整流回路３と、
全波整流回路３の正負出力端に接続されるチョークコイ
ル４と可飽和リアクトル２０とスイッチング素子８との
直列回路と、スイッチング素子８の両端に接続されるコ
ンデンサ７とトランス１０の一次巻線１１との直列回路
と、トランス１０の二次巻線１２に接続され負荷に出力
直流電圧を供給するダイオード１４，１５と平滑チョー
ク１６と出力コンデンサ７とからなる出力整流平滑回路
と、出力直流電圧を検出するとともにこれを安定化すべ
くスイッチング素子８を所定のオンオフ比で駆動する機
能を有する第１の制御回路１９と、コンデンサ７の電圧
を検出するとともにこれを調整すべく可飽和リアクトル
２０を所定量だけ磁化する第２の制御回路２２を設ける
ことにより、高入力または軽負荷時にコンデンサ７の電
圧が所定値以上に上昇しないようにチョーク電流を制限
することができ、コンデンサ７やスイッチング素子８に
は特に高耐圧な特性の部品を使用する必要がなくなる。As described above, according to the second embodiment, the full-wave rectifier circuit 3 receiving the AC voltage from the input AC power supply 1;
A series circuit of a choke coil 4, a saturable reactor 20, and a switching element 8 connected to the positive and negative output terminals of the full-wave rectifier circuit 3, a capacitor 7 connected to both ends of the switching element 8, and a primary winding 11 of a transformer 10. And an output rectifying / smoothing circuit including diodes 14 and 15 connected to the secondary winding 12 of the transformer 10 and supplying an output DC voltage to the load, a smoothing choke 16 and the output capacitor 7. A first control circuit 19 having a function of detecting and driving the switching element 8 at a predetermined on / off ratio in order to stabilize it, and a predetermined amount of the saturable reactor 20 for detecting and adjusting the voltage of the capacitor 7. By providing the second control circuit 22 that magnetizes only the voltage, the voltage of the capacitor 7 becomes higher than a predetermined value at the time of high input or light load. Temperature was not so can limit the choke current, it is not necessary to particularly use a high withstand voltage characteristic components of the capacitor 7 and the switching element 8.

【００２１】なお、第１の実施例，第２の実施例におけ
る第２の制御回路２２は次のように構成されている。こ
こでは第１の実施例における第２の制御回路２２を図５
に基づいて説明する。The second control circuit 22 in the first and second embodiments is configured as follows. Here, the second control circuit 22 in the first embodiment is replaced with the one shown in FIG.
It will be described based on.

【００２２】図５において、２２０は第２の制御回路２
２のバイアス電源であり、トランス１０に設けた別巻線
から整流平滑するなどして得、第１の制御回路１９の１
次側バイアス電源と兼用できる。２２１，２２２はコン
デンサ７の電圧を検出する検出抵抗、２２３は第１のト
ランジスタで、検出抵抗２２１，２２２の検出電圧を受
電する。２２４はツェナーダイオード、２２５は抵抗、
２２６は第２のトランジスタ、２２７はダイオード、２
２８は抵抗である。In FIG. 5, reference numeral 220 denotes a second control circuit 2.
And a rectifying and smoothing operation from another winding provided in the transformer 10.
Can also be used as a secondary bias power supply. Reference numerals 221 and 222 denote detection resistors for detecting the voltage of the capacitor 7, and reference numeral 223 denotes a first transistor, which receives the detection voltage of the detection resistors 221 and 222. 224 is a Zener diode, 225 is a resistor,
226 is a second transistor, 227 is a diode, 2
28 is a resistor.

【００２３】まず、検出抵抗２２１の抵抗値をＲ１、検
出抵抗２２２の抵抗値をＲ２、第１のトランジスタ２２
３が能動時のベース−エミッタ電圧をＶｂ１、ツェナー
ダイオード２２４のツェナー電圧をＶｚ、第２のトラン
ジスタ２２６が能動時のベース−エミッタ電圧をＶｂ２
とすると、コンデンサ７の電圧の規定値“ Ｅｃｔｈ”
は次式で表される。First, the resistance of the detection resistor 221 is R1, the resistance of the detection resistor 222 is R2,
3, the base-emitter voltage Vb1 when active, the zener voltage of the zener diode 224 Vz, and the base-emitter voltage Vb2 when the second transistor 226 is active.
Then, the specified value “Ecth” of the voltage of the capacitor 7 is obtained.
Is represented by the following equation.

【００２４】 Ｅｃｔｈ ＝ （Ｖｂ１＋Ｖｚ＋Ｖｂ２）（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ２ コンデンサ７の電圧が所定値Ｅｃｔｈを越えようとする
と、第１，第２のトランジスタ２２３，２２６が能動状
態となり、バイアス電源２２０からダイオード２２７と
抵抗２２８を介して、可飽和リアクトル２０に設けられ
た制御巻線２１に制御電流を流す。制御電流が流れるこ
とにより、可飽和リアクトル２０による阻止期間が延び
コンデンサ７の電圧上昇が抑制されるのは既に実施例で
説明した通りである。コンデンサ７の電圧が所定値Ｅｃ
ｔｈ以下の場合には、第１，第２のトランジスタ２２
３、２２６が遮断状態となり、制御電流は流れない。制
御電流が流れないと、可飽和リアクトル２０による阻止
期間が固有の最小値に固定されるのは既に実施例で説明
した通りである。Ecth = (Vb1 + Vz + Vb2) (R1 + R2) / R2 When the voltage of the capacitor 7 exceeds the predetermined value Eth, the first and second transistors 223 and 226 become active, and the diode 227 and the resistor A control current is passed through 228 to the control winding 21 provided in the saturable reactor 20. The flow of the control current extends the blocking period of the saturable reactor 20 and suppresses the voltage rise of the capacitor 7 as described in the embodiment. When the voltage of the capacitor 7 reaches a predetermined value Ec
th, the first and second transistors 22
3, 226 are cut off, and no control current flows. If the control current does not flow, the blocking period by the saturable reactor 20 is fixed to an inherent minimum value, as described in the embodiment.

【００２５】以上のように、第２の制御回路２２はコン
デンサ７の電圧の上昇を抑制するという動作に限定すれ
ば、少ない部品で簡易な回路で構成できる。なお、上記
の各実施例において、スイッチング式ＤＣ−ＤＣコンバ
ータとしてフィードフォワードコンバータを用いて説明
してきたが、他のスイッチング式ＤＣ−ＤＣコンバータ
であってもよいことは言うまでもない。As described above, if the second control circuit 22 is limited to the operation of suppressing an increase in the voltage of the capacitor 7, the second control circuit 22 can be constituted by a simple circuit with a small number of components. In each of the above embodiments, the description has been made using the feedforward converter as the switching DC-DC converter. However, it is needless to say that another switching DC-DC converter may be used.

【００２６】[0026]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、入力交流
電源からの交流電圧を整流回路を介して入力される昇圧
コンバータと、その直流電圧を出力されるコンデンサ
と、前記コンデンサの電圧を入力されるスイッチング式
ＤＣ−ＤＣコンバータとのスイッチング素子を兼用し、
前記スイッチング式ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を
安定化するよう所定のオンオフ比で前記スイッチング素
子を駆動する第１の制御回路を有するスイッチング電源
装置において、可飽和リアクトルと第２の制御回路を設
けたため、可飽和リアクトルがスイッチング素子のオン
期間内にチョークコイルを介して流れる入力電流の導通
期間を調整し、コンデンサへの充電電流を制限すること
によりコンデンサ電圧を調整することができ、力率を向
上し入力交流電流の高調波成分を低減しながらも、高入
力や軽負荷時のコンデンサの電圧の上昇を抑制すること
ができる優れたスイッチング電源装置を実現できるもの
である。As described above, according to the present invention, a boost converter that receives an AC voltage from an input AC power supply via a rectifier circuit, a capacitor that outputs the DC voltage, Also serves as a switching element with the input switching DC-DC converter,
In a switching power supply having a first control circuit for driving the switching element at a predetermined ON / OFF ratio so as to stabilize an output voltage of the switching DC-DC converter, a saturable reactor and a second control circuit are provided. The saturable reactor adjusts the conduction period of the input current flowing through the choke coil during the ON period of the switching element, and the capacitor voltage can be adjusted by limiting the charging current to the capacitor, improving the power factor. In addition, it is possible to realize an excellent switching power supply device capable of suppressing a rise in the voltage of the capacitor at a high input or a light load while reducing the harmonic component of the input AC current.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明のスイッチング電源装置の第１の実施例
の構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a first embodiment of a switching power supply device of the present invention.

【図２】同実施例の要部の波形図である。FIG. 2 is a waveform diagram of a main part of the embodiment.

【図３】同実施例のコンデンサ７の電圧の変化を示す特
性図である。FIG. 3 is a characteristic diagram showing a change in voltage of a capacitor 7 of the embodiment.

【図４】第２の実施例の構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram of a second embodiment.

【図５】第１の実施例の第２の制御回路の具体的な構成
図である。FIG. 5 is a specific configuration diagram of a second control circuit of the first embodiment.

【図６】従来のスイッチング電源装置の構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram of a conventional switching power supply device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ 入力交流電源 ２ 入力フィルタ ３ 全波整流回路 ４ チョークコイル ５ 第１のダイオード ６ 第２のダイオード ７ コンデンサ ８ スイッチング素子 ９ リセットダイオード １０ トランス １４ ダイオード １５ ダイオード １６ 平滑チョーク １７ 出力コンデンサ １８ 負荷 １９ 第１の制御回路 ２０ 可飽和リアクトル ２１ 制御巻線 ２２ 第２の制御回路 Reference Signs List 1 input AC power supply 2 input filter 3 full-wave rectifier circuit 4 choke coil 5 first diode 6 second diode 7 capacitor 8 switching element 9 reset diode 10 transformer 14 diode 15 diode 16 smoothing choke 17 output capacitor 18 load 19 first Control circuit 20 saturable reactor 21 control winding 22 second control circuit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 義則 埼玉県飯能市南町10番13号 新電元工業 株式会社工場内 (72)発明者 関根 豊 埼玉県飯能市南町10番13号 新電元工業 株式会社工場内 (56)参考文献 特開 平２−237465（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−286770（ＪＰ，Ａ) 特公 昭42−16384（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H02M 7/00 - 7/40 H02M 3/00 - 3/44 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (72) Inventor Yoshinori Kobayashi 10-13 Minamicho, Hanno City, Saitama Prefecture Inside Shindengen Industry Co., Ltd. (72) Inventor Yutaka Sekine 10-13 Minamimachi, Hanno City, Saitama Prefecture Shindengen (56) References JP-A-2-237465 (JP, A) JP-A-1-286770 (JP, A) JP-B-42-16384 (JP, B1) (58) Fields surveyed ( Int.Cl. ⁶ , DB name) H02M 7/00-7/40 H02M 3/00-3/44

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】 整流回路を介して入力された入力交流電
圧が、チョークコイルとスイッチング素子とダイオード
とからなる昇圧コンバータに印加され、昇圧コンバータ
の出力の直流電圧をコンデンサに出力するとともに、前
記コンデンサの直流電圧を入力とし、トランスとスイッ
チング素子と出力整流平滑回路を有するスイッチング式
ＤＣ−ＤＣコンバータを構成し、前記昇圧コンバータと
前記スイッチング式ＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチン
グ素子を兼用し、スイッチング式ＤＣ−ＤＣコンバータ
の出力電圧を安定化するよう前記スイッチング素子を駆
動する第１の制御回路とを有するスイッチング電源装置
において、前記スイッチング素子がオンの時に前記チョ
ークコイルの電流が流れる経路に直列に接続された可飽
和リアクトルを設け、前記コンデンサの直流電圧を検出
するとともにこれを調整するよう前記可飽和リアクトル
を磁化する第２の制御回路を設けたスイッチング電源装
置。1. An input AC voltage input through a rectifier circuit is applied to a boost converter including a choke coil, a switching element, and a diode, and outputs a DC voltage of an output of the boost converter to a capacitor. And a switching DC-DC converter having a transformer, a switching element, and an output rectifying / smoothing circuit. The switching DC-DC converter is used as both the boost converter and the switching DC-DC converter. A first control circuit for driving the switching element so as to stabilize the output voltage of the DC converter, wherein the switching element is connected in series to a path through which a current of the choke coil flows when the switching element is on. Install saturable reactor A switching power supply device provided with a second control circuit for detecting and adjusting the DC voltage of the capacitor and magnetizing the saturable reactor. 【請求項２】 入力交流電源からの交流電圧を受電する
整流回路の正負出力端に、チョークコイルと可飽和リア
クトルとスイッチング素子との直列回路を接続し、前記
スイッチング素子の両端に、コンデンサとトランスの一
次巻線との直列回路を接続し、前記トランスの二次巻線
に、負荷に出力直流電圧を供給する出力整流平滑回路を
接続するとともに、出力整流平滑回路の出力直流電圧に
応じて前記スイッチング素子を駆動する第１の制御回路
を設け、前記コンデンサの電圧に応じて前記可飽和リア
クトルを磁化する第２の制御回路とからなるスイッチン
グ電源装置。2. A series circuit of a choke coil, a saturable reactor and a switching element is connected to positive and negative output terminals of a rectifier circuit for receiving an AC voltage from an input AC power supply, and a capacitor and a transformer are provided at both ends of the switching element. A series circuit with a primary winding is connected, and an output rectifying / smoothing circuit for supplying an output DC voltage to a load is connected to a secondary winding of the transformer, and the output rectifying / smoothing circuit is connected to the output rectifying / smoothing circuit in accordance with the output DC voltage. A switching power supply device comprising: a first control circuit that drives a switching element; and a second control circuit that magnetizes the saturable reactor according to a voltage of the capacitor. 【請求項３】 第２の制御回路は、コンデンサの電圧が
規定電圧以上になると可飽和リアクトルが飽和しにくい
方向に可飽和リアクトルの制御巻線に電流を流すように
構成したことを特徴とする請求項１または請求項２記載
のスイッチング電源装置。3. The control circuit according to claim 1, wherein the second control circuit is configured to supply a current to a control winding of the saturable reactor in a direction in which the saturable reactor is less likely to be saturated when the voltage of the capacitor becomes equal to or higher than a specified voltage. The switching power supply device according to claim 1.