JPS62173980A - Power unit - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明はスイッチングレギュレータ、ＤＣ／ＤＣコンバ
ータ等のスイッチング回路を用いた電源装置に係り、特
に出力電圧の安定化手段に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a power supply device using a switching circuit such as a switching regulator or a DC/DC converter, and particularly to a means for stabilizing an output voltage.
一般に、スイッチング回路を用いた電源装置は入力直流
電圧をスイッチング回路により高周波に変換してからト
ランスを介して取出し、さらに整流平滑を行なって負荷
へ伝達するものであり、非安定な電源から安定化された
出力電圧を発生するスイッチングレギュレータや、直流
電圧を昇圧または降圧するＤＣ／ＤＣコンバータとして
実用化されている。In general, a power supply device using a switching circuit converts the input DC voltage into a high frequency signal using a switching circuit, takes it out via a transformer, and then rectifies and smooths it before transmitting it to the load, which stabilizes an unstable power source. It has been put to practical use as a switching regulator that generates a controlled output voltage, and as a DC/DC converter that steps up or steps down a DC voltage.
このような電源装置においては、負荷特性（出力電流対
出力電圧特性）の安定化、すなわち負荷の変動に対して
出力電圧を安定化することが重要である。この出力電圧
安定化手段として、従来より大別して次の３つの方式が
知られている。In such a power supply device, it is important to stabilize the load characteristics (output current versus output voltage characteristics), that is, to stabilize the output voltage against fluctuations in the load. As this output voltage stabilization means, the following three methods are conventionally known.
（１）゛出力電圧と基準電圧との差を誤差電圧として検
出し、それをトランスの一次側のスイッチング回路に帰
還してその導通パルス幅を制御することにより出力電圧
を安定化する方式（以下、ＰＷＭ式と呼ぶ）。(1) A method of stabilizing the output voltage by detecting the difference between the output voltage and the reference voltage as an error voltage, feeding it back to the switching circuit on the primary side of the transformer, and controlling its conduction pulse width (hereinafter referred to as , called the PWM method).
（２）誤差電圧をトランス二次側に設けられた磁気増幅
器に帰還し、磁気増幅器のリセット磁束を制御して出力
電圧を安定化する方式（以下、磁気増幅器方式と呼ぶ）
。(2) A method in which the error voltage is returned to the magnetic amplifier installed on the secondary side of the transformer, and the reset magnetic flux of the magnetic amplifier is controlled to stabilize the output voltage (hereinafter referred to as the magnetic amplifier method)
.
（３）トランスの二次側に鉄共振回路を配置して出力電
圧を安定化する方式（以下、高周波鉄共振式と呼ぶ）。(3) A method in which an iron resonant circuit is placed on the secondary side of the transformer to stabilize the output voltage (hereinafter referred to as the high frequency iron resonance method).
しかしながら、これらの方式はそれぞれ以下の欠点を宵
する。まず、ＰＷＭ式では誤差電圧をパルス幅に変換す
るために、誤差電圧検出回路、帰還制御回路およびトラ
ンスの一次側・二次側間の絶縁手段等に、通常２０索子
以上のディスクリート電子部品が用いられ、回路が非常
に複雑であるため、信頼性が低下し易く、また価格も高
くなる。However, each of these methods suffers from the following drawbacks. First, in the PWM method, in order to convert the error voltage into a pulse width, discrete electronic components of 20 or more wires are usually used in the error voltage detection circuit, feedback control circuit, and insulation means between the primary and secondary sides of the transformer. Since the circuit used is very complex, reliability tends to decrease and the cost is high.
磁気増幅器式は二次側のみでの制御で安定化を行なうも
のであるため絶縁手段は不要となり、帰還制御回路もＰ
ＷＭ式よりも簡単になるものの、やはり通常１０索子以
上の電子部品を必要とし、回路も１夏雑であるため、価
格面でも好ましくない。Since the magnetic amplifier type stabilizes by controlling only the secondary side, there is no need for insulation means, and the feedback control circuit is also P
Although it is simpler than the WM type, it still requires more than 10 electronic components and the circuit is complicated, so it is not preferable in terms of price.
さらに、高周波鉄心式は誤差検出回路、帰還制御回路お
よび絶縁手段が不要であるため回路は簡単となるが、高
周波電力を可飽和インダクタとコンデンサからなる共振
回路に蓄えるために、コンデンサとして高周波損失が少
なく、且つ大電流に耐えるものが必要となることから、
装置が極めて大型で高価なものとなってしまい、現実に
は実用化には至っていない。Furthermore, the high-frequency iron core type does not require an error detection circuit, feedback control circuit, or insulation means, so the circuit is simple. Because we need something that is small and can withstand large currents,
The device is extremely large and expensive, and has not been put into practical use.
本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたもの
で、回路的に簡単で、且つ装置の大型化を伴わずに出力
電圧を安定化することができる電源装置を提供すること
を目的とする。The present invention has been made in view of these conventional problems, and an object of the present invention is to provide a power supply device that has a simple circuit and is capable of stabilizing the output voltage without increasing the size of the device. shall be.
本発明はこの目的を達成するため、入力直流電源に接続
されたスイッチング回路と、このスイッチング回路に一
次巻線が接続されたトランスと、このトランスの二次巻
線の出力を整流平滑して負荷に供給する整流平滑回路と
を備えた電源装置において、前記トランスの二次巻線と
前記整流回路との間に帰還制御回路が形成されていない
可飽和インダクタを挿入することによって、出力電圧を
安定化することを特徴とする。In order to achieve this object, the present invention includes a switching circuit connected to an input DC power supply, a transformer having a primary winding connected to this switching circuit, and a load by rectifying and smoothing the output of the secondary winding of this transformer. In a power supply device equipped with a rectifier and smoothing circuit that supplies power to the transformer, the output voltage is stabilized by inserting a saturable inductor in which a feedback control circuit is not formed between the secondary winding of the transformer and the rectifier circuit. It is characterized by becoming
本発明においては、可飽和インダクタの出力電流対イン
ピーダンス特性の非線形性によって出力電圧の安定化が
なされる。従って、可飽和インダクタとしては、角形特
性の良好なコア、特にスイッチング回路のスイッチング
周波数における角形比が０．９０以上のコアを用いたも
のであることが望ましい。また、本発明における可飽和
インダクタはトランスの二次巻線と整流平滑回路との間
の高周波回路に挿入される関係で、コア損失が大きいと
発熱が激しく実用上問題となるため、上記のような大き
い角形比を満足し得るコア材料のなかでも、特にコア損
失の小さいＣｏ基アモルファス合金が適している。In the present invention, the output voltage is stabilized by the nonlinearity of the output current versus impedance characteristic of the saturable inductor. Therefore, it is desirable for the saturable inductor to use a core with good squareness characteristics, particularly a core with a squareness ratio of 0.90 or more at the switching frequency of the switching circuit. In addition, the saturable inductor of the present invention is inserted into a high frequency circuit between the secondary winding of the transformer and the rectifying and smoothing circuit, so if the core loss is large, heat will be generated and it will be a practical problem. Among core materials that can satisfy a large squareness ratio, a Co-based amorphous alloy with a small core loss is particularly suitable.
以下、本発明の詳細な説明する。第１図は本発明の一実
施例に係る電源装置の構成を示す回路図である。The present invention will be explained in detail below. FIG. 1 is a circuit diagram showing the configuration of a power supply device according to an embodiment of the present invention.
第１図において、入力直流電源１にはスイッチング回路
２が接続されている。このスイッチング回路２はこの例
ではスイッチ素子としてのバイポーラトランジスタ３と
、このトランジスタ３をスイッチング制御する図示しな
い制御回路からなる井モ＝中フォワードコンバータ回路
であり、その出力端はトランス４の一次巻線５に接続さ
れている。In FIG. 1, a switching circuit 2 is connected to an input DC power source 1. As shown in FIG. In this example, this switching circuit 2 is a forward converter circuit consisting of a bipolar transistor 3 as a switching element and a control circuit (not shown) that controls switching of this transistor 3, and its output terminal is connected to the primary winding of a transformer 4. 5.
トランス４の二次巻線６には、本発明に基づく出力電圧
安定化のための可飽和インダクタ７を介して整流平滑回
路８が接続されている。整流平滑回路８は整流用ダイオ
ード９ａ、９ｂと、チョークコイル１０と、平滑用コン
デンサ１１および抵抗１２により構成され、その出力が
負荷１３に供給される。A rectifying and smoothing circuit 8 is connected to the secondary winding 6 of the transformer 4 via a saturable inductor 7 for stabilizing the output voltage according to the present invention. The rectifying and smoothing circuit 8 includes rectifying diodes 9a and 9b, a choke coil 10, a smoothing capacitor 11, and a resistor 12, and its output is supplied to a load 13.
ここで、可飽和インダクタ７に対しては帰還制御は施さ
れておらず、この点で前述した磁気増幅器式とは異なる
。可飽和インダクタ７は磁束が飽和するまでは高インピ
ーダンスを呈し、磁束が飽和するとインピーダンスが急
激に低下する特性を宵したものである。本発明によれば
可飽和インダクタ７としてコアの磁気特性、特に角形比
の良好なものを選ぶことによって、このような可飽和イ
ンダクタフの作用のみで、負荷１３の変動に伴なう整４
平滑回路８″出力電流０変イヒ（゛文ｔ して出力
化電圧が効果的に安定化される。Here, feedback control is not performed on the saturable inductor 7, and in this point it differs from the magnetic amplifier type described above. The saturable inductor 7 exhibits a high impedance until the magnetic flux is saturated, and once the magnetic flux is saturated, the impedance decreases rapidly. According to the present invention, by selecting as the saturable inductor 7 a core with good magnetic properties, especially squareness ratio, the inductor 7 is able to maintain the constant voltage due to fluctuations in the load 13 only by the action of the saturable inductor.
Smoothing circuit 8'' Output current changes to 0
voltage is effectively stabilized.
本発明者らは、第１図に示す構成においてスイッチング
回路２のスイッチング周波数が５０ 丘ｋＨ２，
整流平滑回路８の定格出力電圧１５Ｖ。The present inventors have discovered that in the configuration shown in FIG. 1, the switching frequency of the switching circuit 2 is 50 kH2,
The rated output voltage of the rectifier and smoothing circuit 8 is 15V.
定格出力電流２Ａ、出力電流の定格範囲内で出力電圧の
変動許容幅が±１０％の規格を持つ電源装置を試作した
。そして、可飽和インダクタ７として、下記の第１表に
示す各種の材料からなる磁気特性の異なる種々のコアを
用いたものを用意した。We prototyped a power supply device with a rated output current of 2A and an output voltage variation tolerance of ±10% within the rated output current range. The saturable inductor 7 was prepared using various cores made of various materials and having different magnetic properties as shown in Table 1 below.
なお、コアの寸法は外径７ｍｍ、内径６ｍｍ、高さ４．
５ｍｍのトロイダルコアであり、絶縁ケースに入れた上
で０．６φの銅線を４回巻いて可飽和インダクタとした
。The dimensions of the core are outer diameter 7mm, inner diameter 6mm, and height 4.
A 5 mm toroidal core was placed in an insulating case, and a 0.6φ copper wire was wound four times to form a saturable inductor.
この−ような種々の材料のコアを用いた可飽和インダク
タを第１図のように接続して出力電流対出力電圧特性を
ｆｌｌｌｌ定した結果を、可飽和インダクタを用いない
場合の特性と併せて第２図に示す。この結果から明らか
なように、角形比の小さいフェライトやＦｅ基アモルフ
ァス合金をコア材料とする可飽和インダクタを用いた場
合は、出力電流対出力電圧特性が可飽和インダクタを用
いない場合と大差なく、出力電圧の安定化効果が充分で
ない。The results of determining the output current vs. output voltage characteristics by connecting saturable inductors with cores made of various materials as shown in Figure 1 are shown below, along with the characteristics when no saturable inductor is used. Shown in Figure 2. As is clear from this result, when using a saturable inductor whose core material is ferrite or Fe-based amorphous alloy with a small squareness ratio, the output current vs. output voltage characteristics are not much different from those when no saturable inductor is used. The output voltage stabilization effect is not sufficient.
これに対し、角形比が０．９以上と大きいパーマロイや
ＣＯ基アモルファス合金を°コア材料とした可飽和イン
ダクタを用いた場合は、出力電圧の安定化効果が顕著で
ある。On the other hand, when a saturable inductor whose core material is made of permalloy or a CO-based amorphous alloy with a large squareness ratio of 0.9 or more is used, the effect of stabilizing the output voltage is remarkable.
このように出力電圧の安定化効果を考えると、可飽和イ
ンダクタのコア材料としてはパーマロイおよびＣｏ基ア
モルファス合金が最適であるが、さらに発熱の問題も考
慮すると特にコア損失の小さいＣｏ基アモルファス合金
がより望ましい。すなわち、第１表に示したようにＣＯ
基アモルファスコアのコア損失は、パーマロイコアのそ
れに比べて非常に小さく、従って温度上昇も伜かである
。Considering the effect of stabilizing the output voltage in this way, permalloy and Co-based amorphous alloys are optimal as core materials for saturable inductors, but when considering the issue of heat generation, Co-based amorphous alloys with particularly low core loss are recommended. More desirable. That is, as shown in Table 1, CO
The core loss of the base amorphous core is much smaller than that of the permalloy core, and therefore the temperature rise is also higher.
従って、本発明における可飽和インダクタに使用するコ
ア材料としては、ＣＯ基アモルファス合金が最も適して
いることがわかる。Therefore, it can be seen that the CO-based amorphous alloy is most suitable as the core material for use in the saturable inductor of the present invention.
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば帰還制御が施され
ていない可飽和インダクタをトランスの二次巻線と整流
平滑回路との間に挿入するという簡単な構成により、出
力電圧を安定化することが可能であり、同時に小型、低
価格、高信頼性という電源装置一般に対する要求にも充
分応えることができる。[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, a simple configuration in which a saturable inductor that is not subjected to feedback control is inserted between the secondary winding of the transformer and the rectifying and smoothing circuit can improve the output. It is possible to stabilize the voltage, and at the same time, it can fully meet the demands for general power supply devices such as small size, low cost, and high reliability.
第１図は本発明の一実施例に係る電源装置の回路図、第
２図は本発明による出力電圧安定化効果を説明するため
のコア材料の種々異なる可飽和インダクタを用いた場合
および可飽和インダクタを用いない場合の出力電流対出
力電圧特性を示す図である。
】・・・入力直流電源、２・・・スイッチング回路、３
・・・スイッチ素子、４・・・トランス、５・・・−次
巻線、６・・・二次巻線、７・・・可飽和インダクタ、
８・・・整流平滑回路、１３・・・負荷。FIG. 1 is a circuit diagram of a power supply device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram illustrating the output voltage stabilization effect of the present invention using saturable inductors with various core materials. FIG. 7 is a diagram showing output current versus output voltage characteristics when no inductor is used. ]...Input DC power supply, 2...Switching circuit, 3
... switch element, 4 ... transformer, 5 ... -order winding, 6 ... secondary winding, 7 ... saturable inductor,
8... Rectifier smoothing circuit, 13... Load.
Claims (3)
このスイッチング回路に一次巻線が接続されたトランス
と、このトランスの二次巻線の出力を整流平滑して負荷
に供給する整流平滑回路と、この整流平滑回路と前記ト
ランスの二次巻線との間に挿入され、帰還制御回路が形
成されていない可飽和インダクタとを備えたことを特徴
とする電源装置。(1) A switching circuit connected to an input DC power supply,
A transformer having a primary winding connected to this switching circuit, a rectifying and smoothing circuit that rectifies and smoothes the output of the secondary winding of this transformer and supplies it to a load, and a rectifying and smoothing circuit that rectifies and smoothes the output of the secondary winding of this transformer and supplies it to a load; 1. A power supply device comprising: a saturable inductor which is inserted between the inductor and the saturable inductor having no feedback control circuit formed therein.
スイッチング周波数における角形比が０．９以上のコア
を用いたものであることを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の電源装置。(2) The power supply device according to claim 1, wherein the saturable inductor uses a core having a squareness ratio of 0.9 or more at the switching frequency of the switching circuit.
ス合金からなるものであることを特徴とする特許請求の
範囲第２項記載の電源装置。(3) The power supply device according to claim 2, wherein the core of the saturable inductor is made of a Co-based amorphous alloy.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61014657A JPS62173980A (en) | 1986-01-28 | 1986-01-28 | Power unit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61014657A JPS62173980A (en) | 1986-01-28 | 1986-01-28 | Power unit |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62173980A true JPS62173980A (en) | 1987-07-30 |
Family
ID=11867281
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61014657A Pending JPS62173980A (en) | 1986-01-28 | 1986-01-28 | Power unit |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62173980A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6359600A (en) * | 1986-08-29 | 1988-03-15 | 株式会社寿 | Switchgear for lead cartridge |
| JPS63194587U (en) * | 1987-06-01 | 1988-12-14 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS59139866A (en) * | 1983-01-29 | 1984-08-10 | Hitachi Metals Ltd | Self-excited multioutput switching regulator |
| JPS6018686B2 (en) * | 1974-02-15 | 1985-05-11 | モンテヂソン・エス・ピイ・エイ | Method for producing copolymer of propylene and ethylene |
-
1986
- 1986-01-28 JP JP61014657A patent/JPS62173980A/en active Pending
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| JPS6359600A (en) * | 1986-08-29 | 1988-03-15 | 株式会社寿 | Switchgear for lead cartridge |
| JPH062438B2 (en) * | 1986-08-29 | 1994-01-12 | 株式会社寿 | Opening / closing device for core cartridge |
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