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JP2009290950A - Power system - Google Patents

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JP2009290950A
JP2009290950A JP2008138886A JP2008138886A JP2009290950A JP 2009290950 A JP2009290950 A JP 2009290950A JP 2008138886 A JP2008138886 A JP 2008138886A JP 2008138886 A JP2008138886 A JP 2008138886A JP 2009290950 A JP2009290950 A JP 2009290950A
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JP
Japan
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voltage
power
circuit
power supply
transistor
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Pending
Application number
JP2008138886A
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Japanese (ja)
Inventor
Seiichiro Uchio
誠一郎 内尾
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Kaga Electronics Co Ltd
Original Assignee
Kaga Electronics Co Ltd
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Publication date
Application filed by Kaga Electronics Co Ltd filed Critical Kaga Electronics Co Ltd
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Priority to CNA2008101794347A priority patent/CN101594055A/en
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
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Abstract

【課題】 従来よりも力率および電力損失を改善し、トランスの小型化を図ることができる電源システムを提供することを目的とする。
【解決手段】 電源システム100は、AC100VをAC24Vに変換する電源トランス110と、電源トランス110に接続された複数の電源ユニット200−1〜200−nとを有する。電源ユニット200−1は、AC24Vを同期整流型ブリッジにより整流する整流回路210と、整流された電圧の力率を改善する力率改善回路220と、直流電圧を出力する出力回路230とを有する。力率改善回路220は、インダクタLと、FET1と、FET2と、FET1およびFET2のスイッチングを制御する制御回路222とを含み、制御回路222は、FET1とFET2のデューテイ比を調整し、所望の直流電圧を出力回路230から出力させる。
【選択図】 図4
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power supply system capable of improving the power factor and power loss as compared with the conventional one and reducing the size of the transformer.
A power supply system 100 includes a power transformer 110 that converts AC 100V into AC 24V, and a plurality of power units 200-1 to 200-n connected to the power transformer 110. The power supply unit 200-1 includes a rectifier circuit 210 that rectifies AC 24V by a synchronous rectifier bridge, a power factor improvement circuit 220 that improves the power factor of the rectified voltage, and an output circuit 230 that outputs a DC voltage. The power factor correction circuit 220 includes an inductor L, FET1, FET2, and a control circuit 222 that controls switching of the FET1 and FET2. The control circuit 222 adjusts the duty ratio of the FET1 and FET2 to obtain a desired direct current. The voltage is output from the output circuit 230.
[Selection] Figure 4

Description

本発明は、1つの交流電源から複数の電源ユニットに交流電力を供給する電源システムに関し、特に、電源ユニットにおける電力損失および力率の改善に関する。   The present invention relates to a power supply system that supplies AC power from a single AC power supply to a plurality of power supply units, and more particularly to improvement of power loss and power factor in the power supply unit.

半導体装置や電子機器の小型化、複合化に伴い、それらの装置や機器に用いられる内部電源の駆動電圧が多様化している。例えば、CPUやメモリ等の半導体装置では、高密度集積化を図るために回路線幅が微細化し、それに伴い駆動電圧が5Vから3.3V、1.8Vへ低下している。また、携帯電話、コンピュータ、OA機器、車載用電子装置、遊技機等の電子機器では、液晶ディスプレイ、オーディオ装置、記録メディア、半導体装置等を駆動する駆動電圧がそれぞれ異なることがあり、内部電源として、例えば、24V、12V、5V、3.3V、1.8Vの駆動電圧を必要とする。   As semiconductor devices and electronic devices are miniaturized and combined, driving voltages of internal power supplies used in those devices and devices are diversified. For example, in a semiconductor device such as a CPU or a memory, the circuit line width is reduced in order to achieve high density integration, and accordingly, the drive voltage is decreased from 5V to 3.3V and 1.8V. In addition, driving voltages for driving liquid crystal displays, audio devices, recording media, semiconductor devices, and the like may be different in electronic devices such as mobile phones, computers, OA equipment, in-vehicle electronic devices, and gaming machines. For example, drive voltages of 24V, 12V, 5V, 3.3V, and 1.8V are required.

こうした背景から、電源装置には、多様な駆動電圧を供給することが要求される。商業用交流電圧または直流電圧から所望の直流電圧を生成する場合、スイッチング電源が広く利用されている。スイッチング電源は、入力された直流電圧をトランジスタのオン・オフのスイッチングのデューテイ比を調整するとで電力変換された直流電圧を生成するものである。   Against this background, the power supply device is required to supply various drive voltages. When a desired DC voltage is generated from a commercial AC voltage or a DC voltage, a switching power supply is widely used. The switching power supply generates a DC voltage obtained by converting the input DC voltage by adjusting the duty ratio of the on / off switching of the transistor.

図1は、従来の降圧型のスイッチング電源装置の一例を示す回路図である。トランスTの1次側にトランジスタTrが接続され、トランジスタTrのゲートにPWM駆動回路からの駆動信号Sが接続される。トランスTの2次側には、整流用および環流用ダイオードD1、D2、インダクタL、およびコンデンサCが接続されている。入力された直流電圧Vinは、トランジスタTrのオン/オフのデューティ比を調整することで、所望の直流電圧Voutに変換される。   FIG. 1 is a circuit diagram showing an example of a conventional step-down switching power supply device. The transistor Tr is connected to the primary side of the transformer T, and the drive signal S from the PWM drive circuit is connected to the gate of the transistor Tr. On the secondary side of the transformer T, rectifying and circulating diodes D1 and D2, an inductor L, and a capacitor C are connected. The input DC voltage Vin is converted into a desired DC voltage Vout by adjusting the ON / OFF duty ratio of the transistor Tr.

図1に示すようなスイッチング電源装置において、ダイオードD1、D2の順方向の電圧降下による電力損失を抑制するため、ダイオードD1、D2をスイッチング素子に置き換えた同期整流型電源が特許文献1に提案されている。これによれば、図2に示すように、変換トランスT1の2次側に設けた補助巻線4と、該補助巻線4の出力を受けて、前記変換トランス2次巻線間に配置された整流用FET2及び転流用FET3のゲートをオン/オフする信号を発生するFETゲート電圧保持回路3を含むフォワード型DC/DCコンバータが開示されている。さらに特許文献2には、同期整流方式DC−DCコンバータ電源装置において、1つの入力から異なる電圧、例えば3.3Vと1.8Vの出力を得る技術が開示されている。   In the switching power supply device shown in FIG. 1, a synchronous rectification type power supply in which the diodes D1 and D2 are replaced with switching elements is proposed in Patent Document 1 in order to suppress power loss due to a forward voltage drop of the diodes D1 and D2. ing. According to this, as shown in FIG. 2, the auxiliary winding 4 provided on the secondary side of the conversion transformer T1 and the output of the auxiliary winding 4 are received and arranged between the conversion transformer secondary windings. A forward type DC / DC converter including an FET gate voltage holding circuit 3 for generating a signal for turning on / off the gates of the rectifying FET 2 and the commutating FET 3 is disclosed. Further, Patent Document 2 discloses a technique for obtaining different voltages, for example, 3.3 V and 1.8 V outputs from one input in a synchronous rectification DC-DC converter power supply device.

特開2004−180386号JP 2004-180386 A 特開2004−208490号JP 2004-208490 A

上記したように、従来のスイッチング電源装置は、特許文献1や特許文献2に示すように、同期整流回路により電力損失を低減するものであるが、力率(PFC:Power Factor Correction)の改善を十分に図るものではなかった。力率改善に同期整流が用いられなかった理由は、通常、AC100V(国内)、またはAC220V(欧州)が入力された場合、入力電圧は、波高値(入力電圧の約1.4倍)まで昇圧されるため、電流はさほど問題とならなかったためである。   As described above, the conventional switching power supply device, as shown in Patent Document 1 and Patent Document 2, reduces power loss by a synchronous rectifier circuit, but improves power factor correction (PFC). It wasn't enough. The reason why synchronous rectification was not used for power factor improvement is that when AC100V (domestic) or AC220V (Europe) is input, the input voltage is boosted to a peak value (approximately 1.4 times the input voltage). This is because the current was not a problem.

しかしながら、交流電源を降圧した電源に接続された、電源ユニットは入力電流(トランスTの2次側)が大きい電源装置または電源システムになり、力率の低下による皮相電力を無視することができなくなる。例えば、図3に示すように、AC100Vの交流電源をAC24ボルトの交流電源に変換するトランス10と、トランス10により生成されたAC24Vの交流電源を入力する複数の電源ユニット20〜26を備える電源システムでは、各電源ユニット20〜26へ供給される電流Ibは、AC100V電源のときに流れる電流Iaと比較して約4倍(Ib=4×Ia)となり、力率が低ければ、有効に利用されない皮相電力の割合が高くなる。   However, the power supply unit connected to the power supply obtained by stepping down the AC power supply becomes a power supply device or power supply system with a large input current (secondary side of the transformer T), and apparent power due to a decrease in power factor cannot be ignored. . For example, as shown in FIG. 3, a power supply system including a transformer 10 that converts an AC power supply of AC 100 V into an AC power supply of AC 24 volts, and a plurality of power supply units 20 to 26 that input the AC 24 V AC power supply generated by the transformer 10. Then, the current Ib supplied to each of the power supply units 20 to 26 is approximately four times (Ib = 4 × Ia) as compared to the current Ia flowing when the AC power supply is 100 V, and if the power factor is low, it is not used effectively. The ratio of apparent power increases.

整流回路における力率は、有効電力Wと皮相電力VAの比、すなわち、W/VAで表される。力率が低ければ、皮相電力VAは、有効に利用されない無効電力を多く含むことになる。通常のコンデンサ・インプット型の整流では、力率は、約0.6である。このため、例えば、図3に示すような電源システムにおいて、効率を0.85、力率を0.6、出力側の負荷の消費電力を12V×5Aとすると、トランス10の皮相電力VAは、式(1)に示すように、約117VAとなる。   The power factor in the rectifier circuit is expressed by the ratio of the active power W and the apparent power VA, that is, W / VA. If the power factor is low, the apparent power VA includes a lot of reactive power that is not effectively used. In normal capacitor input type rectification, the power factor is about 0.6. For this reason, for example, in the power supply system as shown in FIG. 3, assuming that the efficiency is 0.85, the power factor is 0.6, and the power consumption of the load on the output side is 12 V × 5 A, the apparent power VA of the transformer 10 is As shown in Formula (1), it is about 117 VA.

その結果、トランス10の入力電流は、式(2)に示すように4.875Aとなる。式(2)から明らかなように、力率が高くなればなるほど、トランス10からの入力電流(トランス10の2次側の電流)を小さくすることができる。   As a result, the input current of the transformer 10 is 4.875 A as shown in Equation (2). As is clear from the equation (2), the higher the power factor, the smaller the input current from the transformer 10 (current on the secondary side of the transformer 10).

図3に示すような電源システムでは、トランス10に複数の電源ユニットが接続されているため、トランス10の入力電流は、電源ユニットの数だけ大きくなり、その結果、トランス10の小型化を図ることが困難となり、コストが高くなってしまう。   In the power supply system as shown in FIG. 3, since a plurality of power supply units are connected to the transformer 10, the input current of the transformer 10 is increased by the number of power supply units. As a result, the transformer 10 can be reduced in size. Becomes difficult and the cost becomes high.

一方、各電源ユニット20〜26の整流に用いられるダイオードDは、順方向の電圧降下を生じさせる。仮に、その電圧降下が約0.9Vであるならば、0.9V×4Iaの電力が損失することになる。上記したように、力率改善がされていなければ、1つの電源ユニットにおいて、4.875A×0.9V≒4.4Wの電力が損失することになり、全体の電源ユニットの電力損失もかなり大きくなってしまう。特に、入力される交流電源の電圧または電流が大きくなれば、それに応じて大きな電力が損失されてしまい、これを到底無視することはできなくなる。   On the other hand, the diode D used for rectification of the power supply units 20 to 26 causes a voltage drop in the forward direction. If the voltage drop is about 0.9V, 0.9V × 4Ia of power is lost. As described above, if the power factor is not improved, the power of 4.875A × 0.9V≈4.4W will be lost in one power supply unit, and the power loss of the entire power supply unit is also considerably large. turn into. In particular, if the voltage or current of the input AC power supply increases, a large amount of power is lost accordingly, which cannot be ignored at all.

本発明は、上記した従来の課題を解決するためになされたものであり、従来よりも力率を改善し、電源トランスの小型化、低コスト化を図ることができる電源システムを提供することを目的とする。
さらに本発明は、従来よりも電力損失を低減することができる電源システムを提供することを目的とする。
The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and provides a power supply system capable of improving the power factor as compared with the conventional technique and reducing the size and cost of the power transformer. Objective.
Furthermore, an object of this invention is to provide the power supply system which can reduce a power loss conventionally.

本発明に係る電源システムは、第1の電圧を有する第1の交流電源を、第1の電圧よりも低い第2の電圧を有する第2の交流電源に変換するトランスと、トランスに接続され、トランスの第2の交流電源を入力する複数の電源ユニットとを含む。各電源ユニットは、トランスから供給された第2の交流電源の第2の交流電圧を整流し、整流された電圧を出力する整流回路と、整流回路に接続され、整流された電力の力率を改善する力率改善回路と、力率改善回路に接続され、直流電圧を出力する出力回路とを有し、前記力率改善回路は、整流回路の第1の電圧ラインに直列に接続されたインダクタと、インダクタに直列に接続された第1のトランジスタと、インダクタと第1のトランジスタとを接続するノードと整流回路の第2の電圧ラインとの間に接続された第2のトランジスタと、第1および第2のトランジスタのスイッチングを制御する制御回路とを含み、当該制御回路は、第2のトランジスタをオンさせるとき、第1のトランジスタをオフさせ、第2のトランジスタをオフさせるとき、第1のトランジスタをオンさせ、 前記整流回路は、電流に応答して動作する複数のMOSトランジスタのブリッジから構成される。   A power supply system according to the present invention is connected to a transformer for converting a first AC power supply having a first voltage into a second AC power supply having a second voltage lower than the first voltage, And a plurality of power supply units for inputting a second AC power supply of the transformer. Each power supply unit rectifies the second AC voltage of the second AC power source supplied from the transformer and outputs the rectified voltage, and the power factor of the rectified power connected to the rectifier circuit A power factor correction circuit for improving and an output circuit connected to the power factor correction circuit and outputting a DC voltage, the power factor correction circuit being an inductor connected in series to the first voltage line of the rectifier circuit A first transistor connected in series with the inductor, a second transistor connected between a node connecting the inductor and the first transistor, and a second voltage line of the rectifier circuit; And a control circuit that controls switching of the second transistor, and when the second transistor is turned on, the control circuit turns off the first transistor and turns off the second transistor. When the first transistor is turned on, the rectifying circuit comprises a bridge of a plurality of MOS transistors operating in response to the current.

好ましくは第1および第2のトランジスタはMOSFETであり、第1のトランジスタのドレインがインダクタに接続され、第1のトランジスタのソースが出力回路に接続され、第2のトランジスタのドレインが第1のトランジスタのドレインに接続され、第2のトランジスタのソースが第2の電圧ラインに接続され、第1および第2のトランジスタの各ゲートが制御回路に接続され、前記出力回路からは、第2の電圧より昇圧された直流電圧が出力される。   Preferably, the first and second transistors are MOSFETs, the drain of the first transistor is connected to the inductor, the source of the first transistor is connected to the output circuit, and the drain of the second transistor is the first transistor. The drain of the second transistor, the source of the second transistor is connected to the second voltage line, the gates of the first and second transistors are connected to the control circuit, and from the output circuit, the second voltage A boosted DC voltage is output.

好ましくは前記整流回路は、第1の電位の直流出力と第2の電位の直流出力との間に直列に接続された第1、第2のMOSトランジスタと、前記第1および第2の電位の直流出力との間に直列に接続された第3、第4のMOSトランジスタと、前記直流出力に流れる電流に応答して第1、第2、第3、および第4のMOSトランジスタの各ゲートにゲート信号を出力する駆動手段とを有し、
交流電圧の一方の入力は、第1、第2のMOSトランジスタを接続する第1の接続ノードに接続され、交流電圧の他方の入力は、第3、第4のMOSトランジスタを接続する第2の接続ノードに接続され、入力される交流電圧に応答して、第1の半波期間のとき、第1、第4のMOSトランジスタに電流が流れ、第2の半波期間のとき、第2、第3のMOSトランジスタに電流が流れる。
Preferably, the rectifier circuit includes first and second MOS transistors connected in series between a direct current output of a first potential and a direct current output of a second potential, and the first and second potentials. Third and fourth MOS transistors connected in series with the DC output, and gates of the first, second, third, and fourth MOS transistors in response to the current flowing through the DC output Driving means for outputting a gate signal;
One input of the AC voltage is connected to a first connection node that connects the first and second MOS transistors, and the other input of the AC voltage is a second that connects the third and fourth MOS transistors. In response to the input AC voltage connected to the connection node, current flows through the first and fourth MOS transistors during the first half-wave period, and during the second half-wave period, the second, A current flows through the third MOS transistor.

好ましくは第1のトランジスタ、第2のトランジスタ、制御回路、および整流回路は、1つのパッケージ内に収容されている。この場合、前記パッケージは6つの外部リード端子を含み、第1、第2の外部端子は、交流電源を入力し、第3、第4の外部端子は、インダクタに接続され、第5の外部端子は、接地電位に接続され、第6の外部端子は、出力に接続される。   Preferably, the first transistor, the second transistor, the control circuit, and the rectifier circuit are housed in one package. In this case, the package includes six external lead terminals, the first and second external terminals receive AC power, the third and fourth external terminals are connected to the inductor, and the fifth external terminal. Are connected to the ground potential, and the sixth external terminal is connected to the output.

さらに好ましくは、第1の交流電源の第1の電圧は100ボルトであり、第2の交流電源の第2の交流電圧は24ボルトであり、出力回路は、スイッチング回路により降圧された直流電圧を生成するDC−DCコンバータを含むことができる。   More preferably, the first voltage of the first AC power supply is 100 volts, the second AC voltage of the second AC power supply is 24 volts, and the output circuit outputs the DC voltage stepped down by the switching circuit. A DC-DC converter can be included.

本発明によれば、力率改善回路において、スイッチング制御が可能な第1、第2のトランジスタを用いて第2の交流電源を直流電源に変換するようにしたので、力率を改善することができる。このため、トランスの入力電流を、従来と比較して小さくすることができ、その結果、トランスの小型化、低コスト化を図ることができる。さらに、電源ユニットにおけるトランジスタの電力消費をダイオードのそれと比較して低減させることで、電力システムの全体の電力損失を低減することができる。さらに、力率改善回路の第1および第2のトランジスタと、制御回路をパッケージ化したデバイスとすることにより、当該デバイスを、種々の電源ユニットに容易に適合させることができる。   According to the present invention, in the power factor correction circuit, the first and second transistors capable of switching control are used to convert the second AC power source to the DC power source, so that the power factor can be improved. it can. For this reason, the input current of the transformer can be reduced as compared with the conventional one. As a result, the transformer can be reduced in size and cost. Furthermore, the overall power loss of the power system can be reduced by reducing the power consumption of the transistor in the power supply unit compared to that of the diode. Furthermore, by using a device in which the first and second transistors of the power factor correction circuit and the control circuit are packaged, the device can be easily adapted to various power supply units.

さらに本発明によれば、第1ないし第4のトランジスタ(MOSFET)を用いて交流電圧を直流電圧に変換するようにしたので、従来のダイオードブリッジによる整流と比較して、電力損失を大幅に低減することができる。特に、負荷電流が大きくなるような場合には、電力損失の低減の効果が大きい。   Furthermore, according to the present invention, the AC voltage is converted into the DC voltage using the first to fourth transistors (MOSFETs), so that the power loss is greatly reduced compared with the rectification by the conventional diode bridge. can do. In particular, when the load current increases, the effect of reducing power loss is great.

本発明の最良の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。   The best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図4は、本発明の実施例に係る電源システムの構成を示す図である。電源システム100は、絶縁型の電源トランス110と、電源トランス110に接続された複数の電源ユニット200−1〜200−n(nは自然数)とを備えている。絶縁型の電源トランス110は、好ましくは、商業用AC100Vの交流電源を1次側に入力し、AC24Vの交流電源を2次側に出力する。電源トランス110の2次側には、n個の電源ユニット200−1〜200−nが接続され、各電源ユニット200−1〜200−nには、それぞれAC24Vの交流電源が供給される。このような電源システムは、例えば、パチンコ遊技場において使用され、各遊戯台が1つの電源ユニットを備えている。   FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the power supply system according to the embodiment of the present invention. The power supply system 100 includes an insulating power transformer 110 and a plurality of power supply units 200-1 to 200-n (n is a natural number) connected to the power transformer 110. The insulated power transformer 110 preferably inputs commercial AC 100V AC power to the primary side and outputs AC 24V AC power to the secondary side. On the secondary side of the power transformer 110, n power units 200-1 to 200-n are connected, and AC power of 24V AC is supplied to each of the power units 200-1 to 200-n. Such a power supply system is used, for example, in a pachinko game hall, and each play stand has one power supply unit.

複数の電源ユニット200−1〜200−nの内部構成は、それぞれ実質的に同一であるため、ここでは電源ユニット200−1について説明する。電源ユニット200−1は、AC24Vの電源を整流する整流回路210と、整流回路210に接続された力率改善回路220と、力率改善回路220に接続された出力回路230とを含んで構成される。   Since the internal configurations of the plurality of power supply units 200-1 to 200-n are substantially the same, the power supply unit 200-1 will be described here. The power supply unit 200-1 includes a rectifier circuit 210 that rectifies the AC 24 V power supply, a power factor correction circuit 220 connected to the rectifier circuit 210, and an output circuit 230 connected to the power factor improvement circuit 220. The

整流回路210は、同期整流型ブリッジ212を含み、AC24Vの交流電圧を整流する。力率改善回路220は、インダクタL、FET1、FET2、および制御回路222を有する。インダクタLは、同期整流型ブリッジ212の正側の電源ラインに直列に接続される。FET1のドレインは、インダクタLとノードN1で接続され、FET1のソースは出力回路230とノードN3で接続される。FET2のドレインは、ノードN1に接続され、FET2のソースは、グランドラインのノードN2に接続される。FET1およびFET2のゲートには、制御回路222から出力される制御信号S1、S2が接続される。制御回路222は、好ましくは適切な周波数およびデューテイ比でFET1およびFET2のスイッチングを制御し、力率を1.0に近づける。   The rectification circuit 210 includes a synchronous rectification type bridge 212 and rectifies an AC voltage of 24 V AC. The power factor correction circuit 220 includes an inductor L, FET1, FET2, and a control circuit 222. The inductor L is connected in series to the positive power supply line of the synchronous rectification bridge 212. The drain of FET1 is connected to inductor L at node N1, and the source of FET1 is connected to output circuit 230 at node N3. The drain of the FET2 is connected to the node N1, and the source of the FET2 is connected to the node N2 of the ground line. Control signals S1 and S2 output from the control circuit 222 are connected to the gates of the FET1 and FET2. The control circuit 222 preferably controls the switching of FET1 and FET2 at an appropriate frequency and duty ratio to bring the power factor close to 1.0.

出力回路230は、ノードN3とグランドライン間に接続された電界コンデンサCと、直流電圧を出力する出力端子Voutとを含む。制御回路222のスイッチング制御により、出力端子Voutからは約34Vに昇圧された直流電圧が出力される。必要に応じて、出力回路230は、Voutの直流電圧を降圧するDC/DCコンバータ232、234を含むことができ、コンバータ232、234により、出力電圧は、例えば12V、5Vの直流電圧に変換される。   The output circuit 230 includes an electric field capacitor C connected between the node N3 and the ground line, and an output terminal Vout that outputs a DC voltage. By the switching control of the control circuit 222, a DC voltage boosted to about 34V is output from the output terminal Vout. If necessary, the output circuit 230 can include DC / DC converters 232 and 234 that step down the DC voltage of Vout. The converters 232 and 234 convert the output voltage into, for example, a DC voltage of 12V and 5V. The

図5は、図4に示す同期整流型ブリッジの好ましい構成を示す図である。同期整流型ブリッジ212は、交流電圧を入力する交流入力ACIN、プラス側の直流電圧を出力する直流出力+DC、マイナス側の直流電圧を出力する直流出力−DC、整流素子としてのNチャンネル型のFETQ1、FETQ2、FETQ3、FETQ4、FETQ1、Q2を駆動する第1の駆動回路250、FETQ3、Q4を駆動する第2の駆動回路260、交流電圧の半波に同期して電流を検出する比較回路(コンパレータ)270とを含んで構成される。図中、R1〜R4、R14、R15は抵抗、C1〜C3はコンデンサ、D1〜D4はダイオード、D1p〜D4pはFETQ1、Q2、Q3、Q4の寄生ダイオードである。第1および第2の駆動回路250、260は、好ましくは半導体集積回路によって構成される。   FIG. 5 is a diagram showing a preferred configuration of the synchronous rectification bridge shown in FIG. The synchronous rectification type bridge 212 includes an AC input ACIN for inputting an AC voltage, a DC output + DC for outputting a positive DC voltage, a DC output -DC for outputting a negative DC voltage, and an N-channel FET Q1 as a rectifying element. , FETQ2, FETQ3, FETQ4, FETQ1, Q2, a first driving circuit 250 for driving FETQ3, Q4, a second driving circuit 260 for driving FETQ3, Q4, and a comparison circuit (comparator for detecting current in synchronization with a half wave of AC voltage) ) 270. In the figure, R1 to R4, R14 and R15 are resistors, C1 to C3 are capacitors, D1 to D4 are diodes, and D1p to D4p are parasitic diodes of FETs Q1, Q2, Q3 and Q4. The first and second drive circuits 250 and 260 are preferably constituted by semiconductor integrated circuits.

同期整流コンバータ212の直流出力+DCは、インダクタLの一端に接続され、−DCは、ノードN2に接続される。直流出力+DCと直流出力−DCの間に、FETQ1およびFETQ2と、FETQ3およびFETQ4とがそれぞれ直列に接続されている。FETQ1がFETQ2に接続される接続ノードN10には、交流電圧の一方の交流入力ACINが接続される。FETQ1のゲートには、第1の駆動回路250から出力される駆動信号G1が接続され、FETQ1のゲート−ソース間には、抵抗R1が接続されている。直流出力DC+と接続ノードN10の間には、FETQ1と並列に寄生ダイオードD1pが接続されている。   The DC output + DC of the synchronous rectifier converter 212 is connected to one end of the inductor L, and -DC is connected to the node N2. An FET Q1 and an FET Q2, and an FET Q3 and an FET Q4 are connected in series between the direct current output + DC and the direct current output -DC. One AC input ACIN of the AC voltage is connected to the connection node N10 where the FET Q1 is connected to the FET Q2. A drive signal G1 output from the first drive circuit 250 is connected to the gate of the FET Q1, and a resistor R1 is connected between the gate and source of the FET Q1. A parasitic diode D1p is connected in parallel with the FET Q1 between the DC output DC + and the connection node N10.

FETQ2のゲートには、第1の駆動回路250から出力される駆動信号G2が接続され、FETQ2のゲート−ソース間には、抵抗R2が接続されている。直流出力DC−と接続ノードN10の間には、FETQ2と並列に寄生ダイオードD2pが接続されている。   A drive signal G2 output from the first drive circuit 250 is connected to the gate of the FET Q2, and a resistor R2 is connected between the gate and source of the FET Q2. A parasitic diode D2p is connected in parallel with the FET Q2 between the DC output DC− and the connection node N10.

また、FETQ3がFETQ4に接続される接続ノードN20には、交流電圧の他方の交流入力ACINが接続される。FETQ3のゲートは、第2の駆動回路260から出力される駆動信号G3が接続され、FETQ3のゲート−ソース間には、抵抗R3が接続されている。直流出力DC+とノードN20の間には、FETQ3と並列に寄生ダイオードD3pが接続されている。   The other AC input ACIN of the AC voltage is connected to the connection node N20 where the FET Q3 is connected to the FET Q4. A drive signal G3 output from the second drive circuit 260 is connected to the gate of the FET Q3, and a resistor R3 is connected between the gate and source of the FET Q3. Between the DC output DC + and the node N20, a parasitic diode D3p is connected in parallel with the FET Q3.

FETQ4のゲートには、第2の駆動回路260から出力される駆動信号G4が接続され、FETQ4のゲート−ソース間には、抵抗R4が接続されている。直流出力DC−とノードN20の間には、FETQ4と並列に寄生ダイオードD4pが接続されている。   A drive signal G4 output from the second drive circuit 260 is connected to the gate of the FET Q4, and a resistor R4 is connected between the gate and source of the FET Q4. A parasitic diode D4p is connected between the DC output DC− and the node N20 in parallel with the FET Q4.

直流出力DC−には、抵抗R14、R15が接続され、抵抗R15は、比較回路270の一方の入力に接続されている。抵抗R14は、ノードN30に接続され、ノードN30と抵抗R15の間にはコンデンサC3が接続されている。ノードN30は、比較回路270の他方の入力に接続されている。   Resistors R 14 and R 15 are connected to the DC output DC−, and the resistor R 15 is connected to one input of the comparison circuit 270. The resistor R14 is connected to the node N30, and a capacitor C3 is connected between the node N30 and the resistor R15. The node N30 is connected to the other input of the comparison circuit 270.

比較回路270は、入力される交流電圧に同期し、すなわち平滑コンデンサが充電されるときまたは放電されるときに流れる電流に応答してハイレベル(正の電圧)またはローレベル(負の電圧)の電圧の信号を出力する。この出力は、ダイオードD3のカソードに接続され、ダイオードD3のアノードはノードN40に接続される。ノードN40は、第1の駆動回路250の第1の入力と第2の駆動回路260の第2の入力にそれぞれ接続される。   The comparison circuit 270 is synchronized with an input AC voltage, that is, a high level (positive voltage) or a low level (negative voltage) in response to a current flowing when the smoothing capacitor is charged or discharged. Outputs a voltage signal. This output is connected to the cathode of the diode D3, and the anode of the diode D3 is connected to the node N40. The node N40 is connected to the first input of the first drive circuit 250 and the second input of the second drive circuit 260, respectively.

比較回路270の出力はさらに、ダイオードD4のカソードに接続され、ダイオードD4のアノードは、ノードN50に接続される。ノードN50は、第1の駆動回路250の第2の入力と第2の駆動回路260の第1のINにそれぞれ接続される。   The output of comparison circuit 270 is further connected to the cathode of diode D4, and the anode of diode D4 is connected to node N50. The node N50 is connected to the second input of the first drive circuit 250 and the first IN of the second drive circuit 260, respectively.

次に、電源システムの動作について説明する。電源トランス110によって変換された24Vの交流電源が各電源ユニット200−1〜200−nに供給される。24Vの交流電圧は、整流回路210によって整流され、整流された電力が力率改善回路220に入力される。   Next, the operation of the power supply system will be described. The 24V AC power converted by the power transformer 110 is supplied to each of the power supply units 200-1 to 200-n. The 24V AC voltage is rectified by the rectifier circuit 210, and the rectified power is input to the power factor correction circuit 220.

同期整流型ブリッジ212において、比較回路270は、平滑コンデンサCの充電または放電時に流れる電流を検知し、電流を検知すると、ハイレベルの電圧を出力する。比較回路270の出力がハイレベルのとき、ダイオードD3、D4は、非道通となり、ノードN40、N50には、一定の高電圧が保持される。他方、比較回路270によって電流が検出されないとき、比較回路270の出力は、ローレベルの電圧となり、ダイオードD3、D4が導通するため、ノードN40、N50は、低電圧となる。   In the synchronous rectification type bridge 212, the comparison circuit 270 detects a current flowing when the smoothing capacitor C is charged or discharged, and outputs a high level voltage when the current is detected. When the output of the comparison circuit 270 is at a high level, the diodes D3 and D4 are disabled, and a constant high voltage is held at the nodes N40 and N50. On the other hand, when no current is detected by the comparison circuit 270, the output of the comparison circuit 270 is a low level voltage, and the diodes D3 and D4 are turned on, so that the nodes N40 and N50 are at a low voltage.

ノードN40、N50が高電圧であるとき、第1および第2の駆動回路250、260の第1および第2の入力には、高電圧の信号が入力され、対応する駆動信号G1、G2、G3、G4はハイレベルとなり、FETQ1、Q2、Q3、Q4がオン状態にされる。言い換えれば、比較回路270によって一定の電流が検出されている期間、FETQ1、FETQ2、FETQ3、FETQ4には、ハイレベルのゲート信号が供給され、FETQ1、FETQ2、FETQ3、FETQ4は動作可能なオン状態に置かれる。   When the nodes N40 and N50 are at a high voltage, high voltage signals are input to the first and second inputs of the first and second drive circuits 250 and 260, and the corresponding drive signals G1, G2, and G3. , G4 becomes high level, and FETs Q1, Q2, Q3, Q4 are turned on. In other words, a high-level gate signal is supplied to the FET Q1, FET Q2, FET Q3, and FET Q4 while the constant current is detected by the comparison circuit 270, and the FET Q1, FET Q2, FET Q3, and FET Q4 are in an operable on state. Placed.

他方、ノードN40、N50が低電圧であるとき、第1、第2の駆動回路250、260の第1および第2の入力はローレベルとなり、対応する駆動信号G1、G2、G3、G4はローレベルとなり、FETQ1、Q2、Q3、Q4はオフ状態となる。すなわち、FETQ1、FETQ2、FETQ3、FETQ4は、比較回路270によって電流が検出されない期間、オフ状態に置かれる。   On the other hand, when the nodes N40 and N50 are at a low voltage, the first and second inputs of the first and second drive circuits 250 and 260 are at low level, and the corresponding drive signals G1, G2, G3, and G4 are at low level. The FETs Q1, Q2, Q3, and Q4 are turned off. That is, FETQ1, FETQ2, FETQ3, and FETQ4 are placed in an off state during a period when no current is detected by the comparison circuit 270.

比較回路270の出力がハイレベルを出力している期間、交流入力ACINに正側の交流電圧が印加されると、交流電流は、ノードN10から、ダイオード接続されたFETQ1、直流出力+DC、平滑コンデンサ、直流出力−DC、ダイオード接続されたFETQ4、ノードN20の経路を流れる。また、負側の交流電圧が印加されると、交流電流は、ノードN20、ダイオード接続されたFETQ3、直流出力+DC、平滑コンデンサ、直流出力−DC、ダイオード接続されたFETQ2、ノードN10の経路を流れる。こうして、交流電圧が半波毎に整流される。   When a positive AC voltage is applied to the AC input ACIN while the output of the comparison circuit 270 is at a high level, the AC current is applied from the node N10 to the diode-connected FET Q1, DC output + DC, smoothing capacitor , DC output-DC, diode-connected FET Q4, and the path of node N20. When a negative AC voltage is applied, the AC current flows through the path of node N20, diode-connected FET Q3, DC output + DC, smoothing capacitor, DC output -DC, diode-connected FET Q2, and node N10. . Thus, the AC voltage is rectified every half wave.

この同期整流型ブリッジでは、電流が流れる期間、FETQ1〜Q4を動作状態にするため、安全にかつ効率良く交流電圧を整流することができる。   In this synchronous rectification type bridge, the FETs Q1 to Q4 are kept in an operating state during a current flow, so that the AC voltage can be rectified safely and efficiently.

制御回路222は、制御信号S1、S2によりFET1、FET2のデューテイ比を調整し、インダクタLに電気エネルギーを蓄積させ、蓄積されたエネルギーをコンデンサCに供給する。すなわち、制御回路222は、FET2をオンするとき、FET1をオフさせ、インダクタLにエネルギーを蓄積する。次に、FET2をオフするとき、FET1をオンさせ、インダクタLに蓄積されたエネルギーをコンデンサCに出力する。これにより、出力端子Voutからは約32Vの直流電圧が出力される。   The control circuit 222 adjusts the duty ratio of the FET1 and FET2 by the control signals S1 and S2, accumulates electric energy in the inductor L, and supplies the accumulated energy to the capacitor C. That is, when the control circuit 222 turns on the FET 2, the control circuit 222 turns off the FET 1 and accumulates energy in the inductor L. Next, when the FET 2 is turned off, the FET 1 is turned on, and the energy accumulated in the inductor L is output to the capacitor C. As a result, a DC voltage of about 32 V is output from the output terminal Vout.

本実施例では、電源ユニット内に力率改善回路220を設け、力率を1.0に近づけることで、従来の式(1)で示した皮相電力VAと比較すると、本実施例の皮相電力VAは、式(3)に示すように、70.5VAとなる。そして、トランス110からの入力電流(2次側の電流)は、式(4)に示すように、2.937Aとなる。   In this embodiment, the power factor improvement circuit 220 is provided in the power supply unit, and the power factor is brought close to 1.0, so that the apparent power of this embodiment is compared with the apparent power VA shown in the conventional formula (1). VA is 70.5 VA as shown in Equation (3). The input current (secondary side current) from the transformer 110 is 2.937 A, as shown in Expression (4).

このように、力率改善回路220の挿入により、幾分、効率は低下するが、その反面、トランス110の入力電流を約半分に減らすことができ、トランス110の小型化、低コスト化を図ることができる。   As described above, although the efficiency is somewhat reduced by inserting the power factor correction circuit 220, on the other hand, the input current of the transformer 110 can be reduced to about half, and the transformer 110 can be reduced in size and cost. be able to.

また、従来の整流用ダイオードに代えて整流用トランジスタを用いることで、ダイオードによる電力損失(電圧降下が0,9V、電流が5Aとしたとき、電力損失=0.9V×5A=4.5W)に対して、トランジスタによる電力損失(オン抵抗が0.005Ω、電流が5Aとしたとき、電力損失=0.005Ω×5A×5A=1.25W)を低減させることができる。なお、FETのソース・ドレイン間耐圧が小さいほど、オン抵抗が小さくなる傾向があるため、本実施例のように、その耐圧が約34ボルト程度であれば、よりオン抵抗の小さなFETを用いることができる。   Further, by using a rectifying transistor instead of a conventional rectifying diode, power loss due to the diode (power loss = 0.9V × 5A = 4.5 W when the voltage drop is 0.9 V and the current is 5 A) On the other hand, the power loss due to the transistor (power loss = 0.005Ω × 5A × 5A = 1.25 W when the on-resistance is 0.005Ω and the current is 5 A) can be reduced. Since the on-resistance tends to be smaller as the source-drain breakdown voltage of the FET is smaller, if the breakdown voltage is about 34 volts as in this embodiment, an FET with a lower on-resistance should be used. Can do.

なお、力率改善回路220に含まれる制御回路222は、公知のPWM制御回路を用いることができ、例えば、FETのスイッチング電流、出力電圧、出力電流等を監視することで、FET1、FET2の周波数およびデューテイ比を調整することができる。   The control circuit 222 included in the power factor correction circuit 220 can use a known PWM control circuit. For example, by monitoring the switching current, output voltage, output current, etc. of the FET, the frequency of the FET1, FET2 is monitored. And the duty ratio can be adjusted.

次に、本実施例の電源システムの力率改善回路の実測波形を図7に示す。図6Aは、力率改善回路をオフしたときの波形、図6Bは、力率改善回路を動作させたときの波形を示している。縦軸は、10A/Div、横軸は、5mS/Div(1つの区分)である。図6Aにおいて、力率改善回路がオフしているときの入力電流は15.43Aであるのに対し、図6Bにおいて、力率改善回路がオンしているときの入力電流は11.5Aであり、入力電流が約4A程度小さくすることができる。   Next, an actual measurement waveform of the power factor correction circuit of the power supply system of the present embodiment is shown in FIG. 6A shows a waveform when the power factor correction circuit is turned off, and FIG. 6B shows a waveform when the power factor correction circuit is operated. The vertical axis is 10 A / Div, and the horizontal axis is 5 mS / Div (one division). 6A, the input current when the power factor correction circuit is off is 15.43 A, whereas in FIG. 6B, the input current when the power factor correction circuit is on is 11.5 A. The input current can be reduced by about 4A.

また図7(a)は、従来のダイオードブリッジによる整流回路示し、図7(b)は、本実施例の同期整流型ブリッジを示している。ここで、図7(a)のダイオードブリッジに入力される交流電圧を24V、出力を300Wと想定する。入力電流は、300/24=12.5A、ショットキーダイオードの順方向電圧降下は約0.6Vであるため、ダイオードブリッジによる損失は、0.6×2×12.5=15Wとなる。   FIG. 7A shows a rectifier circuit using a conventional diode bridge, and FIG. 7B shows a synchronous rectifier bridge according to this embodiment. Here, it is assumed that the AC voltage input to the diode bridge in FIG. 7A is 24 V and the output is 300 W. Since the input current is 300/24 = 12.5 A and the forward voltage drop of the Schottky diode is about 0.6 V, the loss due to the diode bridge is 0.6 × 2 × 12.5 = 15 W.

他方、図7(b)の同期整流型ブリッジに入力される交流電圧を24V、出力を300Wと想定する。入力電流は、300/24=12.5A、MOSFETのオン抵抗は3mΩ×2(直列接続分)となる。従って、この同期整流型ブリッジによる損失は、12.5×0.006=0.9375Wとなる。このように、本実施例の同期整流型ブリッジは、従来のダイオードブリッジによる整流回路よりも大幅に電力損失を小さくすることができる。これらの対比は一例であるが、入力される交流電圧が100Vであっても、同様に電力損失を小さくすることができるのは言うまでもない。また、同期整流型ブリッジに用いられるMOSFETそのものが、従来のMOEFETと比較して、そのオン抵抗を非常に小さくすることが可能(約1/10)になったため、本実施例のような同期整流型ブリッジの効能が著しく改善される。 On the other hand, it is assumed that the AC voltage input to the synchronous rectification bridge in FIG. 7B is 24 V and the output is 300 W. The input current is 300/24 = 12.5 A, and the on-resistance of the MOSFET is 3 mΩ × 2 (for series connection). Therefore, loss due to the synchronous rectification bridge becomes 12.5 2 × 0.006 = 0.9375W. As described above, the synchronous rectification type bridge according to this embodiment can significantly reduce the power loss as compared with the conventional rectifier circuit using the diode bridge. These comparisons are examples, but it goes without saying that even if the input AC voltage is 100 V, the power loss can be similarly reduced. Further, since the MOSFET itself used for the synchronous rectification type bridge can be made to have a very small on-resistance (about 1/10) as compared with the conventional MOEFET, the synchronous rectification as in this embodiment is performed. The effectiveness of the type bridge is significantly improved.

次に、本発明の第2の実施例について説明する。第2の実施例は、図4に示す同期整流型ブリッジ212と力率改善回路220をパッケージ化またはモジュール化する。図8(a)は、インダクタを外付けにした半導体装置、図8(b)は、インダクタを内蔵する半導体装置の斜視図、図8(c)はその平面図を示している。   Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the second embodiment, the synchronous rectification bridge 212 and the power factor correction circuit 220 shown in FIG. 4 are packaged or modularized. 8A shows a semiconductor device with an inductor externally attached, FIG. 8B shows a perspective view of the semiconductor device incorporating the inductor, and FIG. 8C shows a plan view thereof.

図8(a)に示す半導体装置300は、同期整流型ブリッジ212および力率改善回路220を樹脂等により封止した直方体状のパッケージ本体310と、パッケージ本体310の底面から突出する6本の外部リード端子320、322、324、326、328、330とを有している。外部リード端子320〜330は、パッケージ本体310内の回路に電気的に接続される。例えば、外部端子320、322には、交流電源のACINが接続され、外部リード端子324には、インダクタLの一方の端子が接続され、外部リード端子326には、GND(ノードN2)が接続され、外部リード端子328には、インダクタLの他方の端子が接続され、外部リード端子328には、外部リード端子330には、出力Vout(ノードN3)が接続される。   A semiconductor device 300 shown in FIG. 8A includes a rectangular parallelepiped package body 310 in which the synchronous rectification bridge 212 and the power factor correction circuit 220 are sealed with resin, and six externals protruding from the bottom surface of the package body 310. Lead terminals 320, 322, 324, 326, 328, 330 are provided. The external lead terminals 320 to 330 are electrically connected to a circuit in the package main body 310. For example, ACIN of an AC power supply is connected to the external terminals 320 and 322, one terminal of the inductor L is connected to the external lead terminal 324, and GND (node N2) is connected to the external lead terminal 326. The other terminal of the inductor L is connected to the external lead terminal 328, and the output Vout (node N3) is connected to the external lead terminal 330 and the external lead terminal 330.

インダクタLを内蔵する場合には、図8(b)に示すように、半導体装置300Aは、直方体状のパッケージ本体310と、パッケージ本体310に取り付けられたヒートシンク340と、パッケージ本体310の一面に取り付けられた4つの外部リード端子350、352、354、356とを有する。ヒートシンクの中央部分には、インダクタ(コイル)Lが取り付けられる。ヒートシンク340は、パッケージ本体310内のリードフレームと接続される構成であってもよい。また、例えば、外部リード端子350、352には、交流電源のACINが接続され、外部リード端子354には、GND(ノードN2)が接続され、外部リード端子356には、出力Vout(ノードN3)が接続される。   When the inductor L is built-in, as shown in FIG. 8B, the semiconductor device 300A is attached to a rectangular parallelepiped package body 310, a heat sink 340 attached to the package body 310, and one surface of the package body 310. And four external lead terminals 350, 352, 354, and 356. An inductor (coil) L is attached to the central portion of the heat sink. The heat sink 340 may be configured to be connected to a lead frame in the package main body 310. Further, for example, ACIN of an AC power source is connected to the external lead terminals 350 and 352, GND (node N2) is connected to the external lead terminal 354, and output Vout (node N3) is connected to the external lead terminal 356. Is connected.

次に、本発明の第3の実施例について説明する。図4に示す電源ユニットは、AC24Vの好ましい例を示したが、第3の実施例は、AC100Vの電源ユニットにおいて用いられる好ましい同期整流型ブリッジの例を図9(a)に示している。図4と同一構成には、同一参照番号を付し、重複した説明を省略する。第3の実施例に係る同期整流型ブリッジ102は、ダイオードブリッジによる整流回路212aを用いている。また、インダクタLには磁気結合されたインダクタL1が設けられ、インダクタL1の一端は、GNDに接続され、他端はダイオードD1を介して制御回路222の電源供給に接続されている。インダクタLの巻数に対するインダクタL1の巻数を適宜選択することで、制御回路222へ供給する電源電圧を所望の値に設定することができる。これにより、AC電圧が100Vもしくはこれよりも高い場合であっても、制御回路222への電源電圧を簡単に得ることが可能となる。また、同期整流型ブリッジ102は、図9(b)に示すように、スイッチングするトランジスタのFET1に代えて、ダイオードD2に置換して構成されてもよい。   Next, a third embodiment of the present invention will be described. The power supply unit shown in FIG. 4 shows a preferable example of AC24V, but the third embodiment shows an example of a preferable synchronous rectification bridge used in a power supply unit of AC100V in FIG. 9 (a). The same components as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. The synchronous rectifier bridge 102 according to the third embodiment uses a rectifier circuit 212a using a diode bridge. The inductor L is provided with a magnetically coupled inductor L1. One end of the inductor L1 is connected to GND, and the other end is connected to the power supply of the control circuit 222 via the diode D1. By appropriately selecting the number of turns of the inductor L1 relative to the number of turns of the inductor L, the power supply voltage supplied to the control circuit 222 can be set to a desired value. Thereby, even when the AC voltage is 100 V or higher, the power supply voltage to the control circuit 222 can be easily obtained. Further, as shown in FIG. 9B, the synchronous rectification bridge 102 may be configured by replacing the FET 1 of the transistor to be switched with a diode D2.

図10は、第3の実施例に係る同期整流型ブリッジを一体化したPFC一体型モジュール(半導体装置)の例を示し、図10(a)は、インダクタを外付けにしたモジュール、図10(b)は、インダクタを内蔵するモジュールの斜視図、図10(c)はその透視図を示している。   FIG. 10 shows an example of a PFC integrated module (semiconductor device) in which the synchronous rectification bridge according to the third embodiment is integrated. FIG. 10A shows a module with an external inductor, FIG. b) is a perspective view of a module incorporating the inductor, and FIG. 10C is a perspective view thereof.

図10(a)に示すPFC一体型モジュール400は、パッケージ本体410を含み、パッケージ本体410には、6本の外部リード端子420、422、424、426、428、430が設けられている。外部リード端子420、422には、電源入力が接続され、外部リード端子424には、インダクタLの一方の端子が接続され、外部リード端子426には、GNDが接続され、外部リード端子428には、インダクタ(コイル)Lの他方の端子が接続され、外部リード端子430には、インダクタ(コイル)L1の一方の端子が接続される。インダクタL2の他方の端子は、外部リード端426のGNDに共通接続される。   A PFC integrated module 400 shown in FIG. 10A includes a package main body 410, and the package main body 410 is provided with six external lead terminals 420, 422, 424, 426, 428 and 430. A power input is connected to the external lead terminals 420 and 422, one terminal of the inductor L is connected to the external lead terminal 424, GND is connected to the external lead terminal 426, and the external lead terminal 428 is connected to the external lead terminal 428. The other terminal of the inductor (coil) L is connected, and one terminal of the inductor (coil) L1 is connected to the external lead terminal 430. The other terminal of the inductor L2 is commonly connected to the GND of the external lead end 426.

インダクタL、L1を内蔵する場合には、図10(b)に示すように、PFC一体型モジュール400Aは、直方体状のパッケージ本体410と、パッケージ本体410に取り付けられたヒートシンク440と、パッケージ本体410の一面に取り付けられた4つの外部リード端子とを有する。ヒートシンクの中央部分には、インダクタ(コイル)L、L1が取り付けられる。ヒートシンク440は、パッケージ本体310内のリードフレームと接続される構成であってもよい。   When the inductors L and L1 are built in, as shown in FIG. 10B, the PFC integrated module 400A includes a rectangular parallelepiped package body 410, a heat sink 440 attached to the package body 410, and a package body 410. And four external lead terminals attached to one surface. Inductors (coils) L and L1 are attached to the central portion of the heat sink. The heat sink 440 may be configured to be connected to a lead frame in the package main body 310.

2つの外部リード端子には、交流電源のACINが接続され、1つの外部リード端子には、GND(グランド)が接続され、1つ外部リード端子には、出力が接続される。そして、図10(c)に示すように、パッケージ本体310内の内部電極450は、整流回路212aの出力をインダクタ(コイル)Lの一端に接続する。内部電極452、454は、GNDに接続された外部リード端子に接続され、内部電極452は、インダクタL2に接続され、内部電極454は整流回路212aの出力をGNDに接続する。そして、内部電極456は、出力Voutを外部リード端子に接続する。   The ACIN of the AC power source is connected to the two external lead terminals, the GND (ground) is connected to one external lead terminal, and the output is connected to one external lead terminal. And as shown in FIG.10 (c), the internal electrode 450 in the package main body 310 connects the output of the rectifier circuit 212a to the end of the inductor (coil) L. As shown in FIG. The internal electrodes 452 and 454 are connected to an external lead terminal connected to GND, the internal electrode 452 is connected to the inductor L2, and the internal electrode 454 connects the output of the rectifier circuit 212a to GND. The internal electrode 456 connects the output Vout to the external lead terminal.

本発明に係る電源システムは、力率を改善した同期整流型電源装置において利用することができる。   The power supply system according to the present invention can be used in a synchronous rectification type power supply device with improved power factor.

従来のスイッチング電源装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the conventional switching power supply device. 従来の同期整流型のスイッチング電源装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the conventional synchronous rectification type switching power supply device. 従来のスイッチング電源装置の課題を説明する図である。It is a figure explaining the subject of the conventional switching power supply device. 本発明の実施例に係る同期整流型電源システムの概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the synchronous rectification type | mold power supply system which concerns on the Example of this invention. 図4に示す同期整流型ブリッジの好ましい構成例を示す図である。It is a figure which shows the preferable structural example of the synchronous rectification type bridge | bridging shown in FIG. 力率改善回路がオフのときの実測波形を示す図である。It is a figure which shows the measured waveform when a power factor improvement circuit is OFF. 力率改善回路をオンさせたときの実測波形を示す図である。It is a figure which shows the measured waveform when a power factor improvement circuit is turned ON. ダイオードブリッジと同期整流型ブリッジとの損失比較を説明する図である。It is a figure explaining the loss comparison of a diode bridge and a synchronous rectification type bridge. 本発明の第2の実施例に係る電源ユニットをパッケージ化した半導体装置の構成例を示す図であり、図8(a)は、インダクタを外付けにした半導体装置、図8(b)は、インダクタを内蔵する半導体装置の斜視図、図8(c)はその斜視図である。FIG. 8A is a diagram illustrating a configuration example of a semiconductor device in which a power supply unit according to a second embodiment of the present invention is packaged. FIG. 8A illustrates a semiconductor device with an inductor externally attached, and FIG. FIG. 8C is a perspective view of a semiconductor device incorporating an inductor, and FIG. 本発明の第3の実施例に係る同期整流型ブリッジの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the synchronous rectification type bridge | bridging concerning the 3rd Example of this invention. 図9に示す同期整流型ブリッジを一体化したモジュールを示す図である。It is a figure which shows the module which integrated the synchronous rectification type bridge | bridging shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

100:電源システム
110:電源トランス
200−1〜200−n:電源ユニット
210:整流回路
212:同期整流型ブリッジ
220:力率改善回路
222:制御回路
230:出力回路
300、300A:半導体装置
310:パッケージ本体
320、322、324、326、328、330:外部リード端子
340:ヒートシンク
350、352、354、356:外部リード端子
400、400A:PFC一体型モジュール
420、422、424、426、428、430:外部リード端子
440:ヒートシンク
450、452、454、456:内部電極
100: power supply system 110: power supply transformer 200-1 to 200-n: power supply unit 210: rectifier circuit 212: synchronous rectifier bridge 220: power factor correction circuit 222: control circuit 230: output circuit 300, 300A: semiconductor device 310: Package body 320, 322, 324, 326, 328, 330: External lead terminal 340: Heat sink 350, 352, 354, 356: External lead terminal 400, 400A: PFC integrated module 420, 422, 424, 426, 428, 430 : External lead terminal 440: Heat sink 450, 452, 454, 456: Internal electrode

Claims (6)

第1の電圧を有する第1の交流電源を、第1の電圧よりも低い第2の電圧を有する第2の交流電源に変換するトランスと、トランスに接続され、トランスの第2の交流電源を入力する複数の電源ユニットとを含み、
各電源ユニットは、トランスから供給された第2の交流電源の第2の交流電圧を整流し、整流された電圧を出力する整流回路と、
整流回路に接続され、整流された電力の力率を改善する力率改善回路と、
力率改善回路に接続され、直流電圧を出力する出力回路とを有し、
前記力率改善回路は、整流回路の第1の電圧ラインに直列に接続されたインダクタと、インダクタに直列に接続された第1のトランジスタと、インダクタと第1のトランジスタとを接続するノードと整流回路の第2の電圧ラインとの間に接続された第2のトランジスタと、第1および第2のトランジスタのスイッチングを制御する制御回路とを含み、当該制御回路は、第2のトランジスタをオンさせるとき、第1のトランジスタをオフさせ、第2のトランジスタをオフさせるとき、第1のトランジスタをオンさせ、
前記整流回路は、電流に応答して動作する複数のMOSトランジスタのブリッジから構成される、
電源システム。
A transformer for converting a first AC power source having a first voltage into a second AC power source having a second voltage lower than the first voltage, and a second AC power source connected to the transformer, Including a plurality of power supply units to input,
Each power supply unit rectifies the second AC voltage of the second AC power supplied from the transformer, and outputs a rectified voltage;
A power factor correction circuit connected to the rectifier circuit to improve the power factor of the rectified power;
An output circuit connected to the power factor correction circuit and outputting a DC voltage;
The power factor correction circuit includes an inductor connected in series to the first voltage line of the rectifier circuit, a first transistor connected in series to the inductor, a node connecting the inductor and the first transistor, and rectification A second transistor connected between a second voltage line of the circuit and a control circuit for controlling switching of the first and second transistors, the control circuit turning on the second transistor; When turning off the first transistor and turning off the second transistor, turn on the first transistor,
The rectifier circuit is composed of a bridge of a plurality of MOS transistors that operate in response to a current.
Power system.
第1および第2のトランジスタはMOSFETであり、第1のトランジスタのドレインがインダクタに接続され、第1のトランジスタのソースが出力回路に接続され、第2のトランジスタのドレインが第1のトランジスタのドレインに接続され、第2のトランジスタのソースが第2の電圧ラインに接続され、第1および第2のトランジスタの各ゲートが制御回路に接続され、前記出力回路からは、第2の電圧より昇圧された直流電圧が出力される、請求項1に記載の電源システム。 The first and second transistors are MOSFETs, the drain of the first transistor is connected to the inductor, the source of the first transistor is connected to the output circuit, and the drain of the second transistor is the drain of the first transistor. , The source of the second transistor is connected to the second voltage line, the gates of the first and second transistors are connected to the control circuit, and the output circuit boosts the voltage from the second voltage. The power supply system according to claim 1, wherein a direct current voltage is output. 前記整流回路は、第1の電位の直流出力と第2の電位の直流出力との間に直列に接続された第1、第2のMOSトランジスタと、
前記第1および第2の電位の直流出力との間に直列に接続された第3、第4のMOSトランジスタと、
前記直流出力に流れる電流に応答して第1、第2、第3、および第4のMOSトランジスタの各ゲートにゲート信号を出力する駆動手段とを有し、
交流電圧の一方の入力は、第1、第2のMOSトランジスタを接続する第1の接続ノードに接続され、交流電圧の他方の入力は、第3、第4のMOSトランジスタを接続する第2の接続ノードに接続され、
入力される交流電圧に応答して、第1の半波期間のとき、第1、第4のMOSトランジスタに電流が流れ、第2の半波期間のとき、第2、第3のMOSトランジスタに電流が流れる、請求項1に記載の電源システム。
The rectifier circuit includes first and second MOS transistors connected in series between a direct current output having a first potential and a direct current output having a second potential.
Third and fourth MOS transistors connected in series between the first and second potential DC outputs;
Driving means for outputting a gate signal to each gate of the first, second, third, and fourth MOS transistors in response to a current flowing through the DC output;
One input of the AC voltage is connected to a first connection node that connects the first and second MOS transistors, and the other input of the AC voltage is a second that connects the third and fourth MOS transistors. Connected to the connection node,
In response to the input AC voltage, current flows in the first and fourth MOS transistors during the first half-wave period, and in the second and third MOS transistors during the second half-wave period. The power supply system according to claim 1, wherein a current flows.
第1のトランジスタ、第2のトランジスタ、制御回路、および整流回路は、1つのパッケージ内に収容されている、請求項1ないし3いずれか1つに記載の電源システム。 4. The power supply system according to claim 1, wherein the first transistor, the second transistor, the control circuit, and the rectifier circuit are accommodated in one package. 5. 前記パッケージは6つの外部リード端子を含み、第1、第2の外部端子は、交流電源を入力し、第3、第4の外部端子は、インダクタに接続され、第5の外部端子は、接地電位に接続され、第6の外部端子は、出力に接続される、請求項1ないし4いずれか1つに記載の電源システム。 The package includes six external lead terminals, the first and second external terminals input AC power, the third and fourth external terminals are connected to the inductor, and the fifth external terminal is grounded. The power supply system according to any one of claims 1 to 4, wherein the power supply system is connected to a potential and the sixth external terminal is connected to an output. 前記出力回路は、スイッチング回路により降圧された直流電圧を生成するDC−DCコンバータを含む、請求項1ないし5いずれか1つに記載の電源システム。 The power supply system according to claim 1, wherein the output circuit includes a DC-DC converter that generates a direct-current voltage stepped down by a switching circuit.
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