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JP7546616B2 - Power Factor Corrected Power Supply - Google Patents

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JP7546616B2
JP7546616B2 JP2022001398A JP2022001398A JP7546616B2 JP 7546616 B2 JP7546616 B2 JP 7546616B2 JP 2022001398 A JP2022001398 A JP 2022001398A JP 2022001398 A JP2022001398 A JP 2022001398A JP 7546616 B2 JP7546616 B2 JP 7546616B2
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貴史 前田
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Description

本願は、力率補償電源装置に関するものである。 This application relates to a power factor compensated power supply device.

従来の力率補償電源装置には、リアクトル(インダクタ)およびスイッチング素子を含むコンバータと全波整流回路とを有し、スイッチング素子のオン時間を入力交流電圧の1周期中に概ね一定とすることにより、交流電力を直流電力に変換する動作と力率改善(PFC:Power Factor Correction)動作とを同時に実現するものがある。このような力率補償電源装置において、リアクトル(インダクタ)とスイッチング素子との間で生じる共振を検出し、共振においてスイッチング素子の両端電圧がボトムとなるボトムタイミングでスイッチング素子をターンオンすることにより、スイッチング損失の低減を図るものがある。また、上記共振を検出する共振信号をマスクする固定周期パルスを設け、固定周期パルスがLになった後のボトムタイミングでスイッチング素子をターンオンさせることが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Some conventional power factor compensation power supplies have a converter including a reactor (inductor) and a switching element, and a full-wave rectifier circuit, and by making the on-time of the switching element roughly constant during one cycle of the input AC voltage, they simultaneously realize the operation of converting AC power to DC power and the operation of power factor correction (PFC). In such power factor compensation power supplies, some aim to reduce switching loss by detecting resonance that occurs between the reactor (inductor) and the switching element, and turning on the switching element at the bottom timing when the voltage across the switching element reaches the bottom during resonance. It has also been proposed to provide a fixed-period pulse that masks the resonance signal that detects the resonance, and to turn on the switching element at the bottom timing after the fixed-period pulse becomes L (see, for example, Patent Document 1).

特許第6890080号公報Patent No. 6890080

特許文献1に記載の技術によれば、スイッチング素子をターンオンするタイミングは固定周期パルスがLになるタイミングよりも遅くなるように制限されているため、固定周期パルスにより決まる周波数よりもスイッチング周波数を低くすることができ、特定の周波数でスイッチング動作が行われることを防止できる。一方で、上記のように固定周期パルスによりスイッチング周波数を制限する場合、固定周期パルスにより決まる周波数よりも少し低い周波数帯にスイッチング周波数が集中し、スイッチング周波数が集中する周波数帯において大きなEMIノイズ(電磁妨害ノイズ:Electro-Magnetic Interference noise)が発生してしまう虞があるという問題点がある。
本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、特定の周波数帯にスイッチング周波数が集中することを防ぐことができる力率補償電源装置を提供することを目的とする。
According to the technology described in Patent Document 1, the timing at which the switching element is turned on is restricted to be later than the timing at which the fixed-cycle pulse becomes L, so that the switching frequency can be made lower than the frequency determined by the fixed-cycle pulse, and it is possible to prevent switching operations from being performed at a specific frequency. On the other hand, when the switching frequency is restricted by the fixed-cycle pulse as described above, there is a problem in that the switching frequencies are concentrated in a frequency band slightly lower than the frequency determined by the fixed-cycle pulse, and there is a risk of large EMI noise (Electro-Magnetic Interference noise) being generated in the frequency band where the switching frequencies are concentrated.
The present application discloses technology for solving the above-mentioned problems, and aims to provide a power factor compensated power supply device that can prevent the concentration of switching frequencies in a specific frequency band.

本願に開示される力率補償電源装置は、スイッチング素子とインダクタを有し、交流電源から供給される交流電圧を直流電圧に変換して負荷に出力するコンバータと、スイッチング素子のオンオフを制御するスイッチング制御部と、スイッチング素子のオンオフのタイミングを調整することにより、スイッチング素子のスイッチング周波数を調整するタイミング調整部とを備え、タイミング調整部は、変動するスイッチング周波数が予め定められた回避周波数帯に近づいたときに、スイッチング周波数の変動の大きさを増加させて、スイッチング周波数を回避周波数帯よりも大きい周波数から回避周波数帯よりも小さい周波数に低下させる、あるいは、スイッチング周波数を回避周波数帯よりも小さい周波数から回避周波数帯よりも大きい周波数に上昇させるものである。 The power factor compensation power supply device disclosed in the present application includes a converter having a switching element and an inductor, which converts the AC voltage supplied from an AC power source into a DC voltage and outputs it to a load, a switching control unit which controls the on/off of the switching element, and a timing adjustment unit which adjusts the switching frequency of the switching element by adjusting the on/off timing of the switching element, and when the fluctuating switching frequency approaches a predetermined avoidance frequency band, the timing adjustment unit increases the magnitude of the fluctuation in the switching frequency to lower the switching frequency from a frequency higher than the avoidance frequency band to a frequency lower than the avoidance frequency band, or raises the switching frequency from a frequency lower than the avoidance frequency band to a frequency higher than the avoidance frequency band.

本願に開示される力率補償電源装置によれば、特定の周波数帯にスイッチング周波数が集中することを防ぐことができる。 The power factor compensated power supply device disclosed in this application can prevent the switching frequency from concentrating in a specific frequency band.

実施の形態1における力率補償電源装置の構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a configuration of a power factor compensated power supply device according to a first embodiment; 実施の形態1に係る電源主回路部の動作およびZCDカウント制御を説明する図である。4A to 4C are diagrams illustrating the operation of a power supply main circuit unit and ZCD count control according to the first embodiment. 実施の形態1における、電源電圧、スイッチング周波数、および許可カウント数の関係の一例を示す図である。4 is a diagram illustrating an example of a relationship between a power supply voltage, a switching frequency, and an allowed count number in the first embodiment. FIG. 実施の形態1における、電源電圧、スイッチング周波数、および許可カウント数の関係の他の例を示す図である。13 is a diagram showing another example of the relationship between the power supply voltage, the switching frequency, and the permitted count number in the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係る電源制御部の各機能部を実現するハードウェア構成の例を示す図である。2 is a diagram illustrating an example of a hardware configuration for implementing each functional unit of a power supply control unit according to the first embodiment; 実施の形態1の変形例における力率補償電源装置の構成を示すブロック図である。FIG. 13 is a block diagram showing a configuration of a power factor compensated power supply device in a modified example of the first embodiment. 実施の形態2における力率補償電源装置の構成を示すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of a power factor compensated power supply device in a second embodiment. 実施の形態3に係る電源主回路部の動作を示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating the operation of a power supply main circuit unit according to the third embodiment. 実施の形態4における力率補償電源装置を示すブロック図である。FIG. 13 is a block diagram showing a power factor compensated power supply device according to a fourth embodiment. 実施の形態5における力率補償電源装置の構成を示すブロック図である。FIG. 13 is a block diagram showing a configuration of a power factor compensated power supply device in a fifth embodiment. 実施の形態6における力率補償電源装置を示すブロック図である。FIG. 13 is a block diagram showing a power factor compensated power supply device according to a sixth embodiment. 実施の形態6の変形例における力率補償電源装置を示すブロック図である。FIG. 23 is a block diagram showing a power factor compensated power supply device in a modified example of the sixth embodiment.

実施の形態1.
以下に、実施の形態1を図1から図5に基づいて説明する。図1は、実施の形態1における力率補償電源装置の構成を示すブロック図である。力率補償電源装置100は、交流電源91から供給される交流電力を直流電力に変換して負荷92に供給するものであり、交流電源91と負荷92との間に接続され、内部にコンバータ140を有する電源主回路部110と、コンバータ140を制御する電源制御部120とを備える。交流電源91は、交流の電源電圧vac、すなわち交流電圧を電源主回路部110に供給する。交流電源91から電源主回路部110へは交流電流iacが流れる。
Embodiment 1.
A first embodiment will be described below with reference to Fig. 1 to Fig. 5. Fig. 1 is a block diagram showing the configuration of a power factor compensated power supply device in the first embodiment. A power factor compensated power supply device 100 converts AC power supplied from an AC power supply 91 into DC power and supplies it to a load 92, and is provided with a power supply main circuit section 110 connected between the AC power supply 91 and the load 92 and having a converter 140 therein, and a power supply control section 120 that controls the converter 140. The AC power supply 91 supplies an AC power supply voltage VAC, i.e., an AC voltage, to the power supply main circuit section 110. An AC current IAC flows from the AC power supply 91 to the power supply main circuit section 110.

電源主回路部110は、入力フィルタ111、すなわちフィルタ部と、全波整流回路112と、コンバータ140とを主体に構成されている。また電源主回路部110は、コンバータ140の出力電圧voを検出する出力電圧検出部113を備える。 The power supply main circuit section 110 is mainly composed of an input filter 111, i.e., a filter section, a full-wave rectifier circuit 112, and a converter 140. The power supply main circuit section 110 also includes an output voltage detection section 113 that detects the output voltage vo of the converter 140.

入力フィルタ111は、コンバータ140のスイッチング素子142がスイッチング動作することにより発生するEMIノイズが交流電源91に伝導することを抑制する。入力フィルタ111は、例えば、ハイブリッドチョークコイル、コモンモードチョークコイルまたはノーマルモードチョークコイルであるチョークコイル(図示省略)を有し、コンバータ140から流入する伝導EMIノイズの大きさを低減する。 The input filter 111 suppresses the conduction of EMI noise generated by the switching operation of the switching element 142 of the converter 140 to the AC power supply 91. The input filter 111 has a choke coil (not shown), which is, for example, a hybrid choke coil, a common mode choke coil, or a normal mode choke coil, and reduces the magnitude of the conducted EMI noise flowing in from the converter 140.

全波整流回路112は、交流電源91から供給される電源電圧vacを全波整流し、得られる全波整流電圧をコンバータ140に出力するものである。全波整流回路112は、ダイオードブリッジ(図示省略)で構成されている。なお、実施の形態1では整流回路として全波整流回路を用いるが、半波整流回路に置き換えてもよい。 The full-wave rectifier circuit 112 performs full-wave rectification on the power supply voltage vac supplied from the AC power supply 91, and outputs the resulting full-wave rectified voltage to the converter 140. The full-wave rectifier circuit 112 is configured with a diode bridge (not shown). Note that, although a full-wave rectifier circuit is used as the rectifier circuit in the first embodiment, it may be replaced with a half-wave rectifier circuit.

コンバータ140は、全波整流回路112から出力された全波整流電圧を直流化する。またコンバータ140は、その出力電圧voの大きさが予め定められた目標となるように調整し、調整された出力電圧voを負荷92に出力する。 The converter 140 converts the full-wave rectified voltage output from the full-wave rectifier circuit 112 into DC. The converter 140 also adjusts the magnitude of the output voltage vo to a predetermined target, and outputs the adjusted output voltage vo to the load 92.

コンバータ140は、図1に示すように、例えば昇圧チョッパ回路により構成される。より具体的には、コンバータ140は、全波整流回路112の出力側において一端が高圧側の電路に接続され、他端が低圧側の電路に接続された入力コンデンサ144と、入力コンデンサ144の一端と高圧側の電路との接続点に一端が接続されたリアクトル141、すなわちインダクタと、リアクトル141の他端にアノードが接続されたダイオード143と、ダイオード143のカソードに一端が接続され、低圧側の電路に他端が接続された出力コンデンサ145と、リアクトル141の他端とダイオード143のアノードとの接続点に一端が接続され、他端が低圧側の電路に接続されたスイッチング素子142とを備える。入力コンデンサ144の他端、スイッチング素子142の他端、および出力コンデンサ145の他端は、低圧側の電路を介して負荷92の他端に接続されている。なお、リアクトル141に示した黒丸(●)は、極性を表している。 1, the converter 140 is configured, for example, by a boost chopper circuit. More specifically, the converter 140 includes an input capacitor 144 having one end connected to a high-voltage side electric circuit and the other end connected to a low-voltage side electric circuit on the output side of the full-wave rectifier circuit 112, a reactor 141 (i.e., an inductor) having one end connected to a connection point between one end of the input capacitor 144 and the high-voltage side electric circuit, a diode 143 having an anode connected to the other end of the reactor 141, an output capacitor 145 having one end connected to the cathode of the diode 143 and the other end connected to the low-voltage side electric circuit, and a switching element 142 having one end connected to a connection point between the other end of the reactor 141 and the anode of the diode 143 and the other end connected to the low-voltage side electric circuit. The other end of the input capacitor 144, the other end of the switching element 142, and the other end of the output capacitor 145 are connected to the other end of the load 92 via the low-voltage side electric circuit. The black circle (●) shown on reactor 141 indicates polarity.

スイッチング素子142は、PWM(Pulse Width Modulation)制御により電源制御部120に生成されたゲート信号(以下、PWM信号Vg)により駆動されるFET(Field Effect Transistor)素子、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)素子などの半導体スイッチング素子が適用される。スイッチング素子142がFETである場合、上記したスイッチング素子142の一端および他端は、FET素子のドレイン端子およびソース端子となる。スイッチング素子142がIGBT素子である場合、上記したスイッチング素子142の一端および他端は、IGBT素子のコレクタ端子およびエミッタ端子となる。 The switching element 142 is a semiconductor switching element such as a FET (Field Effect Transistor) element or an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) element that is driven by a gate signal (hereinafter, PWM signal Vg) generated in the power supply control unit 120 by PWM (Pulse Width Modulation) control. When the switching element 142 is a FET, one end and the other end of the switching element 142 described above become the drain terminal and source terminal of the FET element. When the switching element 142 is an IGBT element, one end and the other end of the switching element 142 described above become the collector terminal and emitter terminal of the IGBT element.

なお、実施の形態1におけるダイオード143をFET素子、IGBT素子などのスイッチング素子149(図示なし)に置き換え、スイッチング素子142、149のオンオフを逆論理で動作させる同期整流方式とすることもできる。 In addition, the diode 143 in the first embodiment can be replaced with a switching element 149 (not shown) such as an FET element or an IGBT element, and a synchronous rectification method can be used in which the on/off of the switching elements 142 and 149 is operated using reverse logic.

電源主回路部110は、出力電圧検出部113と、零電流検出部114、すなわち極小値検出部とを備える。出力電圧検出部113は、直流化された出力電圧voの大きさを出力電圧検出値vosenとして検出するものであり、例えば直列に接続された2つ以上の分圧抵抗で構成される。零電流検出部114は、リアクトル141に流れる電流の零点を検出するためのものであり、例えば図1に示すように、リアクトル141に対して補助巻線を設けることで実現することができる。上記補助巻線の両端には、リアクトル141を流れるリアクトル電流iLに応じた電位差が発生し、この電位差は、零電流検出部114により検出される。零電流検出部114は、検出した電圧に応じてハイ(High、以下では「H」と記す)またはロー(Low、以下では「L」と記す)となる零電流信号ZCD、を出力する。零電流信号ZCDのL信号は、極小値信号に相当する。 The power supply main circuit 110 includes an output voltage detection unit 113 and a zero current detection unit 114, i.e., a minimum value detection unit. The output voltage detection unit 113 detects the magnitude of the DC output voltage vo as an output voltage detection value vosen, and is composed of, for example, two or more voltage dividing resistors connected in series. The zero current detection unit 114 detects the zero point of the current flowing through the reactor 141, and can be realized by providing an auxiliary winding for the reactor 141, as shown in FIG. 1. A potential difference corresponding to the reactor current iL flowing through the reactor 141 occurs between both ends of the auxiliary winding, and this potential difference is detected by the zero current detection unit 114. The zero current detection unit 114 outputs a zero current signal ZCD that becomes high (High, hereinafter referred to as "H") or low (Low, hereinafter referred to as "L") depending on the detected voltage. The L signal of the zero current signal ZCD corresponds to a minimum value signal.

なお、零電流検出部114は、リアクトル電流iLの零点を検出できる構成であれば、補助巻線を用いる方法でなくてもよく、例えば、リアクトル141のローサイドに電流検出抵抗を設置し、電流検出抵抗の両端に発生する電圧からリアクトル141の電流の零点を検出する方法でもよいし、電流検出抵抗をリアクトルに直列に接続して高電位側から検出する方法を採用してもよい。 The zero current detection unit 114 does not have to use an auxiliary winding as long as it is configured to detect the zero point of the reactor current iL. For example, a current detection resistor may be placed on the low side of the reactor 141 and the zero point of the current of the reactor 141 may be detected from the voltage generated across the current detection resistor, or a current detection resistor may be connected in series with the reactor and detected from the high potential side.

次に、電源制御部120について説明する。電源制御部120は、スイッチング素子142のオンオフを制御するスイッチング制御部121と、出力電圧制御部122と、スイッチング素子142のスイッチング周波数fswを調整するタイミング調整部123とを備える。出力電圧制御部122は、出力電圧検出値vosenおよび目標電圧値vorefに基づいて、PWM信号VgをHに維持する時間、すなわちスイッチング素子142のオン時間tonを導出する。実施の形態1におけるタイミング調整部123は、スイッチング制御部121から入力されるPWM信号Vgに基づいて、許可カウント数Cnを決定する。「許可カウント数」は、スイッチング素子142をオフからオンに変化させるタイミングを決める値である。スイッチング制御部121は、出力電圧制御部122で導出したオン時間ton、タイミング調整部123で決定した許可カウント数Cn、および零電流検出部114から送られてくる零電流信号ZCD基づいて、後述する「ZCDカウント制御」を行い、PWM信号Vgを生成してスイッチング素子142を駆動する。また、実施の形態1では、スイッチング制御部121はPWM信号Vgをタイミング調整部123にも出力する。 Next, the power supply control unit 120 will be described. The power supply control unit 120 includes a switching control unit 121 that controls the on/off of the switching element 142, an output voltage control unit 122, and a timing adjustment unit 123 that adjusts the switching frequency fsw of the switching element 142. The output voltage control unit 122 derives the time for which the PWM signal Vg is maintained at H, i.e., the on time ton of the switching element 142, based on the output voltage detection value vosen and the target voltage value voref. The timing adjustment unit 123 in the first embodiment determines the permitted count number Cn based on the PWM signal Vg input from the switching control unit 121. The "permitted count number" is a value that determines the timing for changing the switching element 142 from off to on. The switching control unit 121 performs "ZCD count control" (described later) based on the on-time ton derived by the output voltage control unit 122, the permitted count number Cn determined by the timing adjustment unit 123, and the zero current signal ZCD sent from the zero current detection unit 114, and generates a PWM signal Vg to drive the switching element 142. In the first embodiment, the switching control unit 121 also outputs the PWM signal Vg to the timing adjustment unit 123.

次に、力率補償電源装置100の主回路動作、すなわち、電源主回路部110の動作と、ZCDカウント制御について説明する。図2は、実施の形態1に係る電源主回路部の動作およびZCDカウント制御を説明する図であり、図中のそれぞれのグラフの横軸を時間として、スイッチング制御部121が出力するPWM信号Vg、リアクトル141に流れるリアクトル電流iL、スイッチング素子142の両端にかかる電圧Vds、および零電流検出部114が出力する零電流信号ZCDの関係を示している。 Next, the main circuit operation of the power factor compensated power supply device 100, i.e., the operation of the power supply main circuit unit 110 and the ZCD count control will be described. FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the power supply main circuit unit and the ZCD count control according to the first embodiment, and shows the relationship between the PWM signal Vg output by the switching control unit 121, the reactor current iL flowing through the reactor 141, the voltage Vds across the switching element 142, and the zero current signal ZCD output by the zero current detection unit 114, with the horizontal axis of each graph in the diagram representing time.

PWM信号VgがHとなりスイッチング素子142がオンになると、図1に示した回路において、交流電源91、スイッチング素子142、リアクトル141、負荷92、交流電源91の順に電流が流れ、リアクトル電流iLは増加する。リアクトル電流iLが増加する期間は、零電流信号ZCDはLとなる。 When the PWM signal Vg becomes H and the switching element 142 turns on, in the circuit shown in FIG. 1, current flows through the AC power supply 91, the switching element 142, the reactor 141, the load 92, and the AC power supply 91 in that order, and the reactor current iL increases. During the period in which the reactor current iL increases, the zero current signal ZCD becomes L.

PWM信号VgがLとなりスイッチング素子142がオフになると、リアクトル141、負荷92、ダイオード143、リアクトル141の順に電流が流れ、リアクトル電流iLは零まで減少する。リアクトル電流iLが零まで減少する期間は零電流信号ZCDがHとなる。 When the PWM signal Vg becomes L and the switching element 142 turns off, current flows through the reactor 141, the load 92, the diode 143, and the reactor 141 in that order, and the reactor current iL decreases to zero. During the period in which the reactor current iL decreases to zero, the zero current signal ZCD becomes H.

リアクトル電流iLが零まで減少すると、リアクトル141のインダクタンス成分とスイッチング素子142の寄生容量とによりLC共振が発生し、このLC共振による共振電流がリアクトル141に流れるとともに、両端電圧Vdsが振動する。この共振電流により、リアクトル141に共振電流が流れる期間において、リアクトル電流iLが零となりかつ上昇するタイミング(リアクトル電流iLが負から正に切り替わるタイミング)で、零電流信号ZCDはLとなる。図2から分かるように、リアクトル電流iLが負から正に切り替わるタイミングは、スイッチング素子の両端電圧Vdsが極小となるボトムタイミングでもあるので、零電流信号ZCDがHからLに切り替わるタイミングでPWM信号VgをHとすることで、スイッチング素子142のスイッチングで発生するスイッチング損失を低減することができる。 When the reactor current iL decreases to zero, LC resonance occurs due to the inductance component of the reactor 141 and the parasitic capacitance of the switching element 142, and the resonant current due to this LC resonance flows through the reactor 141, and the voltage Vds across both ends oscillates. Due to this resonant current, during the period in which the resonant current flows through the reactor 141, the zero current signal ZCD becomes L at the timing when the reactor current iL becomes zero and then rises (the timing when the reactor current iL switches from negative to positive). As can be seen from FIG. 2, the timing when the reactor current iL switches from negative to positive is also the bottom timing when the voltage Vds across the switching element becomes minimal, so by setting the PWM signal Vg to H at the timing when the zero current signal ZCD switches from H to L, the switching loss generated by the switching of the switching element 142 can be reduced.

実施の形態1のZCDカウント制御では、PWM信号VgがLとなった後、零電流信号ZCDがHからLに切り替わるタイミングに基づいてPWM信号VgをHに切り替えるが、その際、タイミング調整部123によるスイッチング素子142のオンオフのタイミングの調整に従う。すなわち、スイッチング制御部121は、PWM信号VgがLとなった後、リアクトル141に上記共振電流が流れている期間において、零電流信号ZCDがHからLに切り替わる回数のカウントを行い、上記カウントの回数がタイミング調整部123で決定される許可カウント数Cnに達したタイミングに基づいて、PWM信号VgをHとする。なお、上記カウントを行うカウント部をスイッチング制御部121とは別に設けてもよい。この場合、上記カウントの回数が許可カウント数Cnに達したとき、上記カウント部は許可カウント数到達信号をスイッチング制御部121に送信し、スイッチング制御部121は、許可カウント数到達信号の受信したタイミングに基づいてPWM信号VgをHとする。 In the ZCD count control of the first embodiment, after the PWM signal Vg becomes L, the PWM signal Vg is switched to H based on the timing at which the zero current signal ZCD switches from H to L, but at that time, the timing adjustment unit 123 adjusts the on/off timing of the switching element 142. That is, after the PWM signal Vg becomes L, the switching control unit 121 counts the number of times that the zero current signal ZCD switches from H to L during the period in which the resonant current flows through the reactor 141, and sets the PWM signal Vg to H based on the timing at which the count reaches the permitted count number Cn determined by the timing adjustment unit 123. Note that a count unit that performs the count may be provided separately from the switching control unit 121. In this case, when the count number reaches the permitted count number Cn, the count unit transmits a permitted count number reaching signal to the switching control unit 121, and the switching control unit 121 sets the PWM signal Vg to H based on the timing at which the permitted count number reaching signal is received.

電源制御部120の詳細について説明する。電源制御部120は、IC(Interted Circuit)を用いない一般のデジタル制御回路(デジタル制御回路と同機能をもつソフトウェアによる回路も含まれる)で全て構成してもよく、一部のみデジタル制御回路で構成してもよい。また、デジタル制御回路を用いずに、アナログ制御回路で全て構成してもよい。実施の形態1では、例えばマイコンを用いるデジタル制御回路とした構成について説明する。 The power supply control unit 120 will now be described in detail. The power supply control unit 120 may be entirely composed of a general digital control circuit (including a software circuit having the same functions as a digital control circuit) that does not use an IC (Interted Circuit), or may be composed only partially of a digital control circuit. It may also be entirely composed of an analog control circuit without using a digital control circuit. In the first embodiment, a configuration in which a digital control circuit is used, for example, using a microcomputer, will be described.

出力電圧制御部122は、出力電圧検出値vosenと目標電圧値vorefの差分を演算し、その差分が零になるようにスイッチング素子142のオン時間tonを演算する。オン時間tonの演算は、PI制御(比例積分制御)、PID制御(比例微分積分制御)等の古典制御、あるいはH∞(H-infinity)制御等の現代制御など、出力電圧検出値vosenと目標電圧値vorefの差分を零とするように制御する方法であればどんな制御を用いてもよい。出力電圧制御部122によるオン時間tonの演算により、出力電圧voを任意の目標電圧値vorefに調整することができる。 The output voltage control unit 122 calculates the difference between the output voltage detection value vosen and the target voltage value voref, and calculates the on-time ton of the switching element 142 so that this difference becomes zero. The on-time ton can be calculated using any control method that controls so that the difference between the output voltage detection value vosen and the target voltage value voref becomes zero, such as classical control such as PI control (proportional integral control) and PID control (proportional differential integral control), or modern control such as H∞ (H-infinity) control. The output voltage vo can be adjusted to any target voltage value voref by calculating the on-time ton by the output voltage control unit 122.

なお、PFC動作を実現するため、出力電圧制御部122により演算されるオン時間tonは、全波整流電圧の周期(電源電圧vacの半分の周期)の間において概ね一定となるように設定する。ただし、全波整流電圧の周期ごとに一度だけオン時間tonを更新するようにしてPFC動作を実現してもよいし、制御の応答性を小さく設定することでPFC動作を実現しても構わない。 In order to achieve PFC operation, the on-time ton calculated by the output voltage control unit 122 is set to be approximately constant during the period of the full-wave rectified voltage (half the period of the power supply voltage vac). However, PFC operation may be achieved by updating the on-time ton only once per period of the full-wave rectified voltage, or by setting the control responsiveness to be small.

タイミング調整部123は、スイッチング制御部121から送られるPWM信号VgがLからHに切り替わるタイミングを検出し、切り替わりタイミングから次の切り替わりタイミングまでの時間を測定することでスイッチング素子142のスイッチング周波数fswを算出する。タイミング調整部123は、算出したスイッチング周波数fswを基に、スイッチング周波数fswが特定の周波数帯に入らないように、すなわち、スイッチング素子142が上記特定の周波数帯でスイッチング動作をしないように許可カウント数Cnを決定し、スイッチング制御部121に出力する。なお、以降では動作しないように設定する特定の周波数帯を「回避周波数帯」と記載する。 The timing adjustment unit 123 detects the timing at which the PWM signal Vg sent from the switching control unit 121 switches from L to H, and calculates the switching frequency fsw of the switching element 142 by measuring the time from one switching timing to the next switching timing. Based on the calculated switching frequency fsw, the timing adjustment unit 123 determines an allowed count number Cn so that the switching frequency fsw does not fall within a specific frequency band, i.e., so that the switching element 142 does not perform switching operation in the specific frequency band, and outputs the determined count number Cn to the switching control unit 121. Note that hereinafter, the specific frequency band that is set not to operate is referred to as the "avoidance frequency band."

なお、回避周波数帯は、一定の範囲を持つ周波数帯に限らず、特定の周波数のみを含むように設定してもよい。この場合、当該特定の周波数を「回避周波数」とし、以後の説明における「回避周波数帯」を「回避周波数」に読み替えればよい。また、「回避周波数」は概念的に「回避周波数帯」に含められる。 The avoidance frequency band is not limited to a frequency band with a certain range, and may be set to include only specific frequencies. In this case, the specific frequency is referred to as the "avoidance frequency," and the "avoidance frequency band" in the following explanation may be read as the "avoidance frequency." Furthermore, the "avoidance frequency" is conceptually included in the "avoidance frequency band."

スイッチング制御部121は、スイッチング素子142がオフとなった後、PWM信号VgがLとして維持される期間において、零電流検出部114が出力する零電流信号ZCDがHからLに切り替わる回数をカウントし、上記回数がタイミング調整部123で決定した許可カウント数Cnに達したタイミングに基づいて、PWM信号VgをLからHに変化させる。PWM信号VgをLからHに変化させるタイミングは、上記回数が許可カウント数Cnに達したタイミングと同じであってもよいし、予め定められた時間だけ遅らせてもよい。PWM信号VgをLからHに変化させた後、スイッチング制御部121は、出力電圧制御部122が導出したオン時間tonの経過後にPWM信号VgをHからLに切り替える。またスイッチング制御部121は、PWM信号Vgをスイッチング素子142とタイミング調整部123に送信する。スイッチング制御部121は、上記のようにZCDカウント制御を行いながら、スイッチング素子142を駆動する。 After the switching element 142 is turned off, the switching control unit 121 counts the number of times that the zero current signal ZCD output by the zero current detection unit 114 switches from H to L during the period in which the PWM signal Vg is maintained at L, and changes the PWM signal Vg from L to H based on the timing at which the number of times reaches the permitted count number Cn determined by the timing adjustment unit 123. The timing at which the PWM signal Vg is changed from L to H may be the same as the timing at which the number of times reaches the permitted count number Cn, or may be delayed by a predetermined time. After changing the PWM signal Vg from L to H, the switching control unit 121 switches the PWM signal Vg from H to L after the on-time ton derived by the output voltage control unit 122 has elapsed. The switching control unit 121 also transmits the PWM signal Vg to the switching element 142 and the timing adjustment unit 123. The switching control unit 121 drives the switching element 142 while performing the ZCD count control as described above.

図2より、PWM信号VgをLからHに変化させるタイミングは、許可カウント数Cnが大きいほど遅くなることが分かる。このことから、許可カウント数Cnが大きいほどスイッチング素子142のスイッチング周期は長くなり、スイッチング周波数fswは低下することが分かる。また、許可カウント数Cnが小さいほどスイッチング周波数fswが上昇することも分かる。 From FIG. 2, it can be seen that the timing for changing the PWM signal Vg from L to H becomes later as the permitted count number Cn increases. From this, it can be seen that the larger the permitted count number Cn, the longer the switching period of the switching element 142 becomes, and the lower the switching frequency fsw becomes. It can also be seen that the smaller the permitted count number Cn, the higher the switching frequency fsw becomes.

次に、図3を用いて力率補償電源装置100の動作についてさらに説明する。図3は、実施の形態1における、電源電圧、スイッチング周波数、および許可カウント数の関係の一例を示す図である。図3中の各グラフの横軸は時間であり、縦軸は、図中上側のグラフから順に、電源電圧vac、スイッチング周波数fsw、許可カウント数Cnを表している。オン時間tonが全波整流電圧の周期(電源電圧vacの半分の周期)の間において概ね一定となるようにして制御を行う場合、電源電圧vacの大きさによりスイッチング周波数fswは変動する。すなわち、電源電圧vacの絶対値が減少するほどスイッチング周波数fswは上昇し、電源電圧vacの絶対値が増加するほどスイッチング周波数fswは低下する。なお、1周期中の電源電圧vacの大きさは電源電圧vacの位相により決まるので、スイッチング周波数fswは、電源電圧vacの位相により変動する。 Next, the operation of the power factor compensation power supply device 100 will be further described with reference to FIG. 3. FIG. 3 is a diagram showing an example of the relationship between the power supply voltage, the switching frequency, and the permitted count number in the first embodiment. The horizontal axis of each graph in FIG. 3 is time, and the vertical axis represents the power supply voltage vac, the switching frequency fsw, and the permitted count number Cn, starting from the graph at the top of the figure. When the on-time ton is controlled to be approximately constant during the period of the full-wave rectified voltage (half the period of the power supply voltage vac), the switching frequency fsw varies depending on the magnitude of the power supply voltage vac. That is, the switching frequency fsw increases as the absolute value of the power supply voltage vac decreases, and the switching frequency fsw decreases as the absolute value of the power supply voltage vac increases. Note that the magnitude of the power supply voltage vac during one period is determined by the phase of the power supply voltage vac, so the switching frequency fsw varies depending on the phase of the power supply voltage vac.

実施の形態1では、スイッチング周波数fswが低下しながら回避周波数帯に近づいてきたことをタイミング調整部123が検知すると、許可カウント数Cnを大きな値に変更する。図3に示す例では、許可カウント数Cnを2から3に変更している。許可カウント数Cnが大きくなると、電源電圧vacの増加によるスイッチング周波数fswの低下に許可カウント数Cnの増加によるスイッチング周波数fswの低下が加わることとなり、スイッチング周波数fswは急激に低下する。これにより、回避周波数帯を避けた動作が実現される。より具体的には、回避周波数帯よりも大きな周波数から回避周波数帯よりも小さな周波数に、スイッチング周波数fswが不連続に変化する。反対に、スイッチング周波数fswが上昇しながら回避周波数帯に近づいてきたことをタイミング調整部123が検知すると、許可カウント数を小さな値に変更する。図3に示す例では、許可カウント数Cnを3から2に変更している。許可カウント数Cnを小さくすることによりスイッチング周波数fswを急激に上昇させて、回避周波数帯を避けた動作が実現される。より具体的には、回避周波数帯よりも小さな周波数から回避周波数帯よりも大きな周波数に、スイッチング周波数fswが不連続に変化する。 In the first embodiment, when the timing adjustment unit 123 detects that the switching frequency fsw is approaching the avoidance frequency band while decreasing, the permitted count number Cn is changed to a large value. In the example shown in FIG. 3, the permitted count number Cn is changed from 2 to 3. When the permitted count number Cn increases, the decrease in the switching frequency fsw due to the increase in the power supply voltage vac is added to the decrease in the switching frequency fsw due to the increase in the permitted count number Cn, and the switching frequency fsw drops sharply. This realizes operation that avoids the avoidance frequency band. More specifically, the switching frequency fsw changes discontinuously from a frequency higher than the avoidance frequency band to a frequency lower than the avoidance frequency band. Conversely, when the timing adjustment unit 123 detects that the switching frequency fsw is approaching the avoidance frequency band while increasing, the permitted count number is changed to a small value. In the example shown in FIG. 3, the permitted count number Cn is changed from 3 to 2. By reducing the permitted count number Cn, the switching frequency fsw is suddenly increased, and operation that avoids the avoidance frequency band is realized. More specifically, the switching frequency fsw changes discontinuously from a frequency lower than the avoidance frequency band to a frequency higher than the avoidance frequency band.

上記のようにスイッチング周波数fswを変動させることで、スイッチング周波数fswが回避周波数帯に入ることが防がれる。また、スイッチング素子142が、回避周波数帯内の周波数でスイッチング動作することが防がれる。なお、スイッチング周波数fswが回避周波数帯に近づくことの検知は、例えば上限値、下限値、中心値など、回避周波数帯内の任意の周波数と、現在のスイッチング周波数fswとの差に基づいて検知すればよい。この差の大きさが減少していき、予め定められた値よりも小さくなったことにより、回避周波数帯へのスイッチング周波数fswの接近を検知する。 By varying the switching frequency fsw as described above, the switching frequency fsw is prevented from entering the avoidance frequency band. In addition, the switching element 142 is prevented from performing switching operation at a frequency within the avoidance frequency band. Note that the approach of the switching frequency fsw to the avoidance frequency band can be detected based on the difference between the current switching frequency fsw and any frequency within the avoidance frequency band, such as the upper limit, lower limit, or center value. When the magnitude of this difference decreases and becomes smaller than a predetermined value, the approach of the switching frequency fsw to the avoidance frequency band is detected.

上記のように、実施の形態1ではスイッチング周波数fswが上昇している時にはスイッチング周波数fswをさらに上昇させ、スイッチング周波数fswが低下している時にはスイッチング周波数fswをさらに低下させるという動作を行う。このような動作を行うことで、回避周波数帯を避けた動作を実現することができる。さらに、上記の動作を行うことでスイッチング周波数fswが1つ周波数に集中することを防止することができる。このことは、図3において電源電圧vacの1/4周期でスイッチング周波数fswを分散できていることから確認できる。スイッチング周波数fswを分散させることにより、スイッチング動作により発生するEMIノイズの周波数を複数の周波数に分散させることができる。このようにEMIノイズの周波数を複数の周波数に分散させると、スペクトラム拡散の効果により、一つの周波数にEMIノイズが集中する場合と比べて、発生するEMIノイズの最大値を低減することができる。 As described above, in the first embodiment, when the switching frequency fsw is rising, the switching frequency fsw is further increased, and when the switching frequency fsw is falling, the switching frequency fsw is further decreased. By performing such an operation, it is possible to realize an operation that avoids the avoidance frequency band. Furthermore, by performing the above operation, it is possible to prevent the switching frequency fsw from concentrating at one frequency. This can be confirmed from the fact that the switching frequency fsw can be distributed at 1/4 cycle of the power supply voltage vac in FIG. 3. By distributing the switching frequency fsw, it is possible to distribute the frequency of the EMI noise generated by the switching operation to multiple frequencies. By distributing the frequency of the EMI noise to multiple frequencies in this way, the maximum value of the generated EMI noise can be reduced compared to the case where the EMI noise is concentrated at one frequency due to the effect of spectrum spreading.

また、実施の形態1においてスイッチング周波数fswが上昇しているとき、回避周波数帯を回避するときには回避周波数帯よりも高周波にスイッチング周波数fswを上昇させる。入力フィルタ111のカットオフ周波数が回避周波数帯に含まれる場合、タイミング調整部123は、回避周波数帯よりも大きく、かつ、入力フィルタ111のカットオフ周波数よりも大きい周波数にスイッチング周波数fswを上昇させることになる。スイッチング周波数fswが高周波である(この場合、スイッチング動作により発生するEMIノイズの周波数も高周波である)ほど、入力フィルタ111によるEMIノイズの減衰効果が大きくなるので、スイッチング周波数fswを高周波化させることで入力フィルタ111の減衰効果を大きくし、交流電源91へのEMIノイズの伝導量をより効果的に抑制することができる。 In addition, in the first embodiment, when the switching frequency fsw is increasing, when the avoidance frequency band is avoided, the switching frequency fsw is increased to a frequency higher than the avoidance frequency band. When the cutoff frequency of the input filter 111 is included in the avoidance frequency band, the timing adjustment unit 123 increases the switching frequency fsw to a frequency higher than the avoidance frequency band and higher than the cutoff frequency of the input filter 111. The higher the switching frequency fsw (in this case, the higher the frequency of the EMI noise generated by the switching operation), the greater the EMI noise attenuation effect of the input filter 111. Therefore, by increasing the switching frequency fsw to a higher frequency, the attenuation effect of the input filter 111 can be increased and the amount of EMI noise conducted to the AC power supply 91 can be more effectively suppressed.

なお、PWM信号VgがHへ切り替わるタイミングに基づいてスイッチング周波数fswを算出し許可カウント数Cnを決定する場合、許可カウント数Cnを変更してから実際にスイッチング周波数fswが変化するまでに遅延が発生するため、この遅延を考慮して許可カウント数Cnの変更のタイミングを決定することが望ましい。 When calculating the switching frequency fsw and determining the permitted count number Cn based on the timing at which the PWM signal Vg switches to H, a delay occurs between when the permitted count number Cn is changed and when the switching frequency fsw actually changes, so it is desirable to determine the timing of changing the permitted count number Cn taking this delay into account.

図3に示した例では、回避周波数帯は1つだけとしたが、回避周波数帯を複数設けてもよい。図4に示す例では、第1の回避周波数帯および第2の回避周波数帯の2つの回避周波数帯を設けている。第1の回避周波数帯は、第2の回避周波数帯よりも高い周波数帯である。このような2つの回避周波数帯を回避するため、第1の回避周波数帯を回避するためには、許可カウント数Cnを1から2(スイッチング周波数fswが低下している場合)あるいは2から1(スイッチング周波数fswが上昇している場合)に変更する。第2の回避周波数帯を回避するためには、許可カウント数Cnを2から3(スイッチング周波数fswが低下している場合)あるいは3から2(スイッチング周波数fswが上昇している場合)に変更する。なお、図3、図4に示した例では許可カウント数Cnは1ずつ変化させているが、一度の変更で許可カウント数Cnを2以上変化させても構わない。 3, only one avoidance frequency band is provided, but multiple avoidance frequency bands may be provided. In the example shown in FIG. 4, two avoidance frequency bands, a first avoidance frequency band and a second avoidance frequency band, are provided. The first avoidance frequency band is a higher frequency band than the second avoidance frequency band. In order to avoid these two avoidance frequency bands, the permitted count number Cn is changed from 1 to 2 (when the switching frequency fsw is decreasing) or from 2 to 1 (when the switching frequency fsw is increasing) to avoid the first avoidance frequency band. In order to avoid the second avoidance frequency band, the permitted count number Cn is changed from 2 to 3 (when the switching frequency fsw is decreasing) or from 3 to 2 (when the switching frequency fsw is increasing). In the examples shown in FIG. 3 and FIG. 4, the permitted count number Cn is changed by 1 at a time, but the permitted count number Cn may be changed by 2 or more at a time.

次に、力率補償電源装置100、特に、電源制御部120の各機能部を実現するハードウェア構成について説明する。図5は、実施の形態1に係る電源制御部の各機能部を実現するハードウェア構成の例を示す図である。上述したように、電源制御部120はマイコンを用いるデジタル制御回路により構成するが、上記マイコンのより具体的なハードウェア構成の一例は図5に示すようになる。すなわち、電源制御部120は、主に、プロセッサ71と、主記憶装置としてのメモリ72および補助記憶装置73から構成される。プロセッサ71は、例えばCPU(Central Processing Unit)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、DSP(Digital Signal Processor)、FPGA(Field Programmable Gate Array)などで構成される。 Next, the hardware configuration for implementing each functional unit of the power factor compensation power supply device 100, particularly the power supply control unit 120, will be described. FIG. 5 is a diagram showing an example of a hardware configuration for implementing each functional unit of the power supply control unit according to the first embodiment. As described above, the power supply control unit 120 is configured by a digital control circuit using a microcomputer, and an example of a more specific hardware configuration of the microcomputer is shown in FIG. 5. That is, the power supply control unit 120 is mainly configured by a processor 71, a memory 72 as a main storage device, and an auxiliary storage device 73. The processor 71 is configured by, for example, a CPU (Central Processing Unit), an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), a DSP (Digital Signal Processor), an FPGA (Field Programmable Gate Array), etc.

メモリ72はランダムアクセスメモリ等の揮発性記憶装置で構成され、補助記憶装置73はフラッシュメモリ等の不揮発性記憶装置またはハードディスクなどで構成される。補助記憶装置73には、プロセッサ71により実行される所定のプログラムが記憶されており、プロセッサ71は、このプログラムを適宜読み出して実行し、各種演算処理を行う。この際、補助記憶装置73からメモリ72に上記所定のプログラムが一時的に保存され、プロセッサ71はメモリ72からプログラムを読み出す。実施の形態1に係る制御系の各種演算処理は、上記のようにプロセッサ71が所定のプログラムを実行することで実現される。プロセッサ71による演算処理の結果は、一旦メモリ72に記憶され、実行された演算処理の目的に応じて補助記憶装置73に記憶される。 The memory 72 is composed of a volatile storage device such as a random access memory, and the auxiliary storage device 73 is composed of a non-volatile storage device such as a flash memory or a hard disk. A predetermined program executed by the processor 71 is stored in the auxiliary storage device 73, and the processor 71 reads and executes this program as appropriate to perform various arithmetic processing. At this time, the predetermined program is temporarily saved from the auxiliary storage device 73 to the memory 72, and the processor 71 reads the program from the memory 72. The various arithmetic processing of the control system according to the first embodiment is realized by the processor 71 executing the predetermined program as described above. The results of the arithmetic processing by the processor 71 are temporarily stored in the memory 72, and are then stored in the auxiliary storage device 73 according to the purpose of the executed arithmetic processing.

また、電源制御部120は、電源主回路部110などから信号またはデータを受信する受信器74と、電源主回路部110などに信号またはデータを送信する送信器75とを備えている。 The power supply control unit 120 also includes a receiver 74 that receives signals or data from the power supply main circuit unit 110 and the like, and a transmitter 75 that transmits signals or data to the power supply main circuit unit 110 and the like.

以上のように、PWM信号Vgからスイッチング周波数fswを算出し、スイッチング周波数fswが上昇しながら回避周波数帯に近づく場合は許可カウント数Cnを減少させてスイッチング周波数fswを不連続に上昇させる。スイッチング周波数fswが低下しながら回避周波数帯に近づく場合は許可カウント数Cnを増加させることでスイッチング周波数fswを不連続に低下させる。このような制御を行うことにより、回避周波数帯を避けたスイッチング動作を実現できる。また、スイッチング動作の周波数が特定の周波数に集中することも防止されるので、スイッチング周波数fswの分散を実現できる。 As described above, the switching frequency fsw is calculated from the PWM signal Vg, and if the switching frequency fsw approaches the avoidance frequency band while increasing, the permitted count number Cn is decreased to discontinuously increase the switching frequency fsw. If the switching frequency fsw approaches the avoidance frequency band while decreasing, the permitted count number Cn is increased to discontinuously decrease the switching frequency fsw. By performing such control, it is possible to realize switching operation that avoids the avoidance frequency band. In addition, since the frequency of the switching operation is prevented from concentrating at a specific frequency, it is possible to realize dispersion of the switching frequency fsw.

また、実施の形態1では上記のZCDカウント制御により、リアクトル電流iLが零になるとともにスイッチング素子の両端電圧が極小値となるタイミングにスイッチング素子をターンオンするので、スイッチング損失を低減することができる。 In addition, in the first embodiment, the above-mentioned ZCD count control turns on the switching element at the timing when the reactor current iL becomes zero and the voltage across the switching element becomes a minimum value, thereby reducing switching losses.

なお、何らかの要因によりスイッチング周波数fswの変化が不連続にならない場合もありうる。この場合、一時的にスイッチング周波数fswが回避周波数帯に入ることになるが、スイッチング周波数fswの変動を急激にして回避周波数帯を短時間で通過させることになるので、回避周波数帯にスイッチング周波数fswが集中することはない。 Note that, for some reason, there may be cases where the change in the switching frequency fsw does not become discontinuous. In this case, the switching frequency fsw will temporarily enter the avoidance frequency band, but the fluctuation of the switching frequency fsw will be abrupt so that it passes through the avoidance frequency band in a short time, and therefore the switching frequency fsw will not concentrate in the avoidance frequency band.

実施の形態1によれば、特定の周波数帯にスイッチング周波数が集中することを防ぐことができる。より具体的には、コンバータのスイッチング素子の両端電圧が振動して極小となった回数をカウントし、この回数が許可カウント数に達したタイミングに基づいて、スイッチング素子をオンにするスイッチング制御部と、スイッチング周波数が回避周波数帯に近づいたときに、許可カウント数を変更させてスイッチング周波数が回避周波数帯に入ることを回避させるタイミング調整部とを備える。特定の周波数帯を含むように回避周波数帯を設定し、それに応じて許可カウント数を決定することが可能であるので、スイッチング周波数が周期的に変動する中で、スイッチング周波数が特定の周波数帯に集中することを防ぐことができる。 According to the first embodiment, it is possible to prevent the switching frequency from concentrating in a specific frequency band. More specifically, the converter includes a switching control unit that counts the number of times that the voltage across the switching element of the converter oscillates to a minimum and turns on the switching element based on the timing at which this number reaches an allowed count number, and a timing adjustment unit that changes the allowed count number when the switching frequency approaches the avoidance frequency band to prevent the switching frequency from entering the avoidance frequency band. It is possible to set the avoidance frequency band to include a specific frequency band and determine the allowed count number accordingly, so that it is possible to prevent the switching frequency from concentrating in a specific frequency band as the switching frequency fluctuates periodically.

また実施の形態1では回避周波数帯のスイッチング周波数でスイッチング動作が行われることを防ぐので、特定の周波数でスイッチング動作が行われることも防止できる。 In addition, in embodiment 1, switching operations are prevented from occurring at switching frequencies in the avoidance frequency band, so switching operations can also be prevented from occurring at specific frequencies.

次に、実施の形態1の変形例について説明する。図6は、実施の形態1の変形例における力率補償電源装置の構成を示すブロック図である。図6において、実施の形態1と同一もしくは対応する構成部分には同一の符号を付している。力率補償電源装置101は、電力変換器93を介して負荷92に接続されている点が力率補償電源装置100と異なる。力率補償電源装置101の動作は上述した力率補償電源装置100の動作と同様である。図6に示すようにコンバータ140と負荷92との間にコンバータ140とは別の電力変換器93が接続された場合は、電力変換器93の動作周波数を含むように回避周波数帯を設定してもよい。また、図示は省略するが、別の電力変換器93が力率補償電源装置100と並列に接続される場合も考えられる。このような場合でも、電力変換器93の動作周波数を回避周波数帯に設定してよい。このように回避周波数帯を設定することにより、2つ以上の電力変換器(コンバータ140も含む)から発生するEMIノイズの周波数が一つの周波数に集中することを防止することができる。これにより、入力フィルタ111に必要な容量を低減でき、入力フィルタ111の小型化および低コスト化を実現することができる。 Next, a modified example of the first embodiment will be described. FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of a power factor compensated power supply device in a modified example of the first embodiment. In FIG. 6, the same or corresponding components as those in the first embodiment are given the same reference numerals. The power factor compensated power supply device 101 differs from the power factor compensated power supply device 100 in that it is connected to the load 92 via the power converter 93. The operation of the power factor compensated power supply device 101 is similar to that of the power factor compensated power supply device 100 described above. When a power converter 93 other than the converter 140 is connected between the converter 140 and the load 92 as shown in FIG. 6, the avoidance frequency band may be set to include the operating frequency of the power converter 93. In addition, although not shown, it is also possible that another power converter 93 is connected in parallel with the power factor compensated power supply device 100. Even in such a case, the operating frequency of the power converter 93 may be set to the avoidance frequency band. By setting the avoidance frequency band in this way, it is possible to prevent the frequencies of EMI noise generated from two or more power converters (including the converter 140) from concentrating on one frequency. This reduces the capacitance required for the input filter 111, making it possible to reduce the size and cost of the input filter 111.

なお、図示は省略するが、電力変換器93の動作周波数がタイミング調整部123に入力される構成とし、電力変換器93の動作周波数を含むようにタイミング調整部123が回避周波数帯を設定する構成としてもよい。 Although not shown in the figure, the operating frequency of the power converter 93 may be input to the timing adjustment unit 123, and the timing adjustment unit 123 may set the avoidance frequency band to include the operating frequency of the power converter 93.

また、例えば150kHzまたは526kHzといったように、準拠すべきノイズの規格値を基に回避周波数帯を定めてもよい。例えば、AM周波数帯の526kHz以上のノイズはAMラジオの雑音の原因となるためノイズ規格により厳しく制限されている。このように、ノイズ規格により厳しく制限されている周波数帯を回避周波数帯に定めることにより、ノイズ規格の準拠を容易にするとともに、入力フィルタ111の小型化および低コスト化を実現することができる。また、入力フィルタ111の小型化および低コスト化は、力率補償電源装置全体の小型化および低コスト化につながる。 The avoided frequency band may also be determined based on the standard value of the noise to be complied with, such as 150 kHz or 526 kHz. For example, noise above 526 kHz in the AM frequency band is severely restricted by the noise standard because it causes noise in AM radio. In this way, by determining a frequency band severely restricted by the noise standard as the avoided frequency band, it is possible to facilitate compliance with the noise standard and achieve a smaller, more cost-effective input filter 111. Furthermore, the smaller, more cost-effective input filter 111 leads to a smaller, more cost-effective power factor compensated power supply device as a whole.

上記に限らず、回避周波数帯は設計者の意図に応じて任意に設定できるので、任意の固定値を回避周波数帯と定めてもよい。 In addition to the above, the avoidance frequency band can be set arbitrarily according to the designer's intention, so any fixed value may be defined as the avoidance frequency band.

なお、リアクトル電流iLが零かつ上昇するタイミング、および、スイッチング素子142の両端電圧Vdsが極小値となるタイミングの少なくとも一方のタイミングでスイッチング動作をさせつつ、スイッチング周波数fswが上昇しながら回避周波数帯に近づく場合はスイッチング周波数fswをさらに上昇させ、スイッチング周波数fswが低下しながら回避周波数帯に近づく場合はスイッチング周波数fswをさらに低下させる動作が実現できれば、適宜構成を変更してもよい。 The configuration may be modified as appropriate as long as it is possible to perform switching operations at least when the reactor current iL is zero and rising, and when the voltage Vds across the switching element 142 is at a minimum value, and if it is possible to further increase the switching frequency fsw when the switching frequency fsw is rising and approaching the avoidance frequency band, and further decrease the switching frequency fsw when the switching frequency fsw is decreasing and approaching the avoidance frequency band.

実施の形態2.
次に、実施の形態2を図7に基づいて説明する。図7は、実施の形態2における力率補償電源装置の構成を示すブロック図である。図7において、実施の形態1と同一もしくは対応する構成部分には同一の符号を付している。力率補償電源装置102の電源主回路部1101は、全波整流電圧vin、すなわち入力電圧を検出し、全波整流電圧検出値vinsenとしてタイミング調整部1231に出力する全波整流電圧検出部115、すなわち入力電圧検出部と、負荷92を流れる出力電流ioを検出し、出力電流検出値iosenとしてタイミング調整部1231に出力する出力電流検出部116を備える。
Embodiment 2.
Next, a second embodiment will be described with reference to Fig. 7. Fig. 7 is a block diagram showing the configuration of a power factor compensated power supply device in the second embodiment. In Fig. 7, the same reference numerals are used for components that are the same as or correspond to those in the first embodiment. The power supply main circuit section 1101 of the power factor compensated power supply device 102 includes a full-wave rectified voltage detection section 115, i.e., an input voltage detection section, which detects a full-wave rectified voltage vin, i.e., an input voltage, and outputs the full-wave rectified voltage detection value vinsen to a timing adjustment section 1231, and an output current detection section 116, which detects an output current io flowing through a load 92, and outputs the output current detection value iosen to the timing adjustment section 1231.

タイミング調整部1231は、予め定められた閾値thと全波整流電圧検出値vinsenとを比較し、許可カウント数Cnを決定する。予め定められた閾値thは、全波整流電圧vinが増加してスイッチング周波数fswが低下している時に用いるものと、全波整流電圧がvin減少してスイッチング周波数が上昇している時に用いるものとの2つを用意し、回避周波数帯を回避するタイミングで許可カウント数を変更できるように事前に値を設定しておく。 The timing adjustment unit 1231 compares a predetermined threshold th with the full-wave rectified voltage detection value vinsen to determine the permitted count number Cn. Two predetermined thresholds th are prepared: one for use when the full-wave rectified voltage vin increases and the switching frequency fsw decreases, and one for use when the full-wave rectified voltage vin decreases and the switching frequency increases. The values are set in advance so that the permitted count number can be changed at the timing to avoid the avoidance frequency band.

図3に示したようにスイッチング周波数fswは電源電圧vacの絶対値、すなわち全波整流電圧vinの大きさに依存して決まるため、閾値thを回避周波数帯に対応する値とすれば、上記のように閾値thと全波整流電圧検出値vinsenとを比較することにより、現在のスイッチング周波数fswと回避周波数帯の関係を把握することができる。また、閾値thと全波整流電圧検出値vinsenとの比較結果の時間変化から、スイッチング周波数fswが回避周波数帯に近づいているか否かを把握することができる。また、全波整流電圧検出値vinsenの時間変化からスイッチング周波数fswが上昇しているか低下しているかも把握できるため、回避周波数帯を回避するための許可カウント数Cnを決定することができる。このように、実施の形態2によれば、実施の形態1およびその変形例のようにPWM信号Vgを用いることなく、許可カウント数Cnを決定することができる。このため、スイッチング制御部1211は、PWM信号Vgをタイミング調整部1231に出力しなくともよい。 As shown in FIG. 3, the switching frequency fsw is determined depending on the absolute value of the power supply voltage vac, that is, the magnitude of the full-wave rectified voltage vin. Therefore, if the threshold th is set to a value corresponding to the avoidance frequency band, the relationship between the current switching frequency fsw and the avoidance frequency band can be grasped by comparing the threshold th with the full-wave rectified voltage detection value vinsen as described above. In addition, it is possible to grasp whether the switching frequency fsw is approaching the avoidance frequency band from the time change of the comparison result between the threshold th and the full-wave rectified voltage detection value vinsen. In addition, since it is possible to grasp whether the switching frequency fsw is increasing or decreasing from the time change of the full-wave rectified voltage detection value vinsen, it is possible to determine the permitted count number Cn for avoiding the avoidance frequency band. In this way, according to the second embodiment, it is possible to determine the permitted count number Cn without using the PWM signal Vg as in the first embodiment and its modified example. For this reason, the switching control unit 1211 does not need to output the PWM signal Vg to the timing adjustment unit 1231.

なお、負荷92の大きさが変動するシステムであれば、負荷92の大きさに応じて閾値thを補正する構成も考えられる。ここで、負荷92の大きさは、出力電圧検出値vosenと出力電流検出値iosenとで計算される。力率補償電源装置102においては、出力電流検出値iosenと出力電圧検出値vosenがタイミング調整部1231に入力され、タイミング調整部1231は、出力電圧検出値vosenと出力電流検出値iosenから負荷92の大きさを推定する。タイミング調整部1231は、推定した負荷92の大きさにより閾値thを補正する。例えば、負荷92が小さい場合はスイッチング周波数fswが上昇しやすくなるため、回避周波数帯が同じであっても閾値thを増加させる。 Note that, in a system in which the size of the load 92 varies, a configuration in which the threshold value th is corrected according to the size of the load 92 can be considered. Here, the size of the load 92 is calculated from the output voltage detection value vosen and the output current detection value iosen. In the power factor compensated power supply device 102, the output current detection value iosen and the output voltage detection value vosen are input to the timing adjustment unit 1231, which estimates the size of the load 92 from the output voltage detection value vosen and the output current detection value iosen. The timing adjustment unit 1231 corrects the threshold value th according to the estimated size of the load 92. For example, when the load 92 is small, the switching frequency fsw is more likely to increase, so the threshold value th is increased even if the avoidance frequency band is the same.

実施の形態3.
次に、実施の形態3を図8に基づいて説明する。図8は、実施の形態3に係る電源主回路部の動作を示す図であり、図中のそれぞれのグラフの横軸を時間として、スイッチング制御部121が出力するPWM信号Vg、リアクトル141に流れるリアクトル電流iL、スイッチング素子142の両端にかかる両端電圧Vds、零電流検出部114が出力する零電流信号ZCD、および遅延時間信号Tdの関係を示している。
Embodiment 3.
Next, a third embodiment will be described with reference to Fig. 8. Fig. 8 is a diagram showing the operation of the power supply main circuit section according to the third embodiment, and shows the relationship between the PWM signal Vg output by the switching control section 121, the reactor current iL flowing through the reactor 141, the voltage Vds across both ends of the switching element 142, the zero current signal ZCD output by the zero current detection section 114, and the delay time signal Td, with the horizontal axis of each graph in the diagram representing time.

実施の形態3においては、スイッチング素子142の両端電圧Vdsを検出する両端電圧検出部(図示せず)を設け、スイッチング素子142の両端電圧Vdsを検出することによりZCDカウント制御を実現する。上記両端電圧検出部は、極小値検出部に相当する。図2に示したとおり、零電流信号ZCDがLに立ち下がるタイミングとスイッチング素子142の両端電圧Vdsのボトムタイミングは一致しているため、零電流検出部114に代えてスイッチング素子142の両端電圧検出部を設ける構成においても、実施の形態1と同様にZCDカウント制御を実現することができる。すなわち、実施の形態3によれば、零電流検出部114を用いることなくZCDカウント制御を実現することができる。 In the third embodiment, a voltage detection unit (not shown) is provided that detects the voltage Vds across the switching element 142, and ZCD count control is realized by detecting the voltage Vds across the switching element 142. The voltage detection unit corresponds to a minimum value detection unit. As shown in FIG. 2, the timing at which the zero current signal ZCD falls to L coincides with the bottom timing of the voltage Vds across the switching element 142, so that ZCD count control can be realized in the same manner as in the first embodiment, even in a configuration in which a voltage detection unit across the switching element 142 is provided instead of the zero current detection unit 114. That is, according to the third embodiment, ZCD count control can be realized without using the zero current detection unit 114.

また、実施の形態3では、遅延時間信号Tdを用いてZCDカウント制御を行う。図8に示すように、PWM信号VgがHからLになり零電流信号ZCDがHからLになるまでは、実施の形態1(図2)と同様の動作をする。零電流信号ZCDがHからLに切り替わると、これに基づいて遅延時間信号TdがHとなり、遅延時間信号がLに切り替わったことに基づいて、PWM信号VgがHに切り替わる。遅延時間信号TdがHを維持する時間は、リアクトル141のインダクタンス成分とスイッチング素子142の寄生容量とによるLC共振の共振周期の整数倍に設定しておけばよい。遅延時間信号Tdが上記共振周期の整数倍の時間の間Hを維持することにより、実施の形態1のZCDカウント制御と同様の動作が実現される。例えば、図8は遅延時間を共振周期の1倍に設定した場合の例であり、実施の形態1のZCDカウント制御で許可カウント数Cnを2と設定した場合と同様の動作が実現されている。 In addition, in the third embodiment, the ZCD count control is performed using the delay time signal Td. As shown in FIG. 8, the operation is the same as that of the first embodiment (FIG. 2) until the PWM signal Vg changes from H to L and the zero current signal ZCD changes from H to L. When the zero current signal ZCD switches from H to L, the delay time signal Td becomes H based on this, and the PWM signal Vg switches to H based on the delay time signal switching to L. The time during which the delay time signal Td maintains H may be set to an integer multiple of the resonance period of the LC resonance caused by the inductance component of the reactor 141 and the parasitic capacitance of the switching element 142. By maintaining the delay time signal Td at H for a time that is an integer multiple of the above-mentioned resonance period, the same operation as the ZCD count control of the first embodiment is realized. For example, FIG. 8 shows an example in which the delay time is set to 1 time the resonance period, and the same operation as when the permitted count number Cn is set to 2 in the ZCD count control of the first embodiment is realized.

なお、上記のように遅延時間信号Tdを用いてZCDカウント制御を行う構成は、許可カウント数Cnを遅延時間に置き換えるものであるから、零電流検出部114を用いることを妨げない。遅延時間信号Tdを用いた制御を行う場合、タイミング調整部123は、許可カウント数Cnではなく遅延時間の長さ(遅延時間信号TdがHを維持する時間の長さ)を決定し、スイッチング制御部121に遅延時間信号Tdを出力する。これにより、スイッチング制御部121には、タイミング調整部123から遅延時間が入力されることになる。スイッチング制御部121では、出力電圧制御部122から送られてくるオン時間ton、零電流検出部114からの零電流信号ZCDまたはスイッチング素子142の両端電圧検出部からの信号(両端電圧Vdsのボトムタイミングを検出する極小値信号)、およびタイミング調整部123から送られてくる遅延時間信号Tdに基づいて、PWM信号Vgを生成し、スイッチング素子142を制御する。スイッチング制御部121は、遅延時間信号TdがHとなっている間はPWM信号VgをHにしない(Lに維持する)。上記のようにすることで、実施の形態1のZCDカウント制御と同様の動作を、遅延時間信号Tdにより実現できる。 Note that the configuration for performing ZCD count control using the delay time signal Td as described above replaces the permitted count number Cn with a delay time, so it does not prevent the use of the zero current detection unit 114. When performing control using the delay time signal Td, the timing adjustment unit 123 determines the length of the delay time (the length of time the delay time signal Td maintains H) instead of the permitted count number Cn, and outputs the delay time signal Td to the switching control unit 121. As a result, the delay time is input from the timing adjustment unit 123 to the switching control unit 121. The switching control unit 121 generates a PWM signal Vg based on the on-time ton sent from the output voltage control unit 122, the zero current signal ZCD from the zero current detection unit 114 or a signal from the both-end voltage detection unit of the switching element 142 (a minimum value signal that detects the bottom timing of the both-end voltage Vds), and the delay time signal Td sent from the timing adjustment unit 123, and controls the switching element 142. The switching control unit 121 does not set the PWM signal Vg to H (keeps it at L) while the delay time signal Td is H. By doing so, the same operation as the ZCD count control of the first embodiment can be realized by the delay time signal Td.

さらに、零電流検出部114およびスイッチング素子142の両端電圧の検出部の両方を省略しても、計算により実施の形態1の動作を実現する構成としてもよい。スイッチング素子142のオン時間tonは、上記したように出力電圧制御部122が演算する。スイッチング素子142のオフ時間は、上記オフ時間をリアクトル電流iLがゼロに達するまでの時間とLC共振が起こる時間とに分け、以下のようにして求められる。すなわち、リアクトル電流iLがゼロに達するまでの時間は、オン時間tonと、全波整流電圧検出値vinsenと、出力電圧検出値vosenと、リアクトル141のリアクタンス値から求めることができる。LC共振が起こる時間は、リアクトル141のリアクタンス値およびスイッチング素子142の寄生成分から算出される共振周期により算出することができる。以上より、1回のスイッチング周期の時間をすべて計算することができるので、計算した各種時間よりスイッチング周波数fswを算出することができる。このため、零電流検出部114およびスイッチング素子142の両端電圧の検出部の両方を省略しても、実施の形態1と同様の動作を実現することができる。 Furthermore, even if both the zero current detection unit 114 and the detection unit for the voltage across the switching element 142 are omitted, the configuration may be such that the operation of embodiment 1 is realized by calculation. The on-time ton of the switching element 142 is calculated by the output voltage control unit 122 as described above. The off-time of the switching element 142 is calculated as follows by dividing the off-time into the time until the reactor current iL reaches zero and the time when LC resonance occurs. That is, the time until the reactor current iL reaches zero can be calculated from the on-time ton, the full-wave rectified voltage detection value vinsen, the output voltage detection value vosen, and the reactance value of the reactor 141. The time when LC resonance occurs can be calculated from the resonance period calculated from the reactance value of the reactor 141 and the parasitic component of the switching element 142. From the above, the time of one switching period can be calculated, and the switching frequency fsw can be calculated from the various calculated times. Therefore, even if both the zero current detection unit 114 and the unit for detecting the voltage across the switching element 142 are omitted, the same operation as in embodiment 1 can be achieved.

実施の形態4.
次に、実施の形態4を図9に基づいて説明する。図9は、実施の形態4における力率補償電源装置を示すブロック図である。図9において、実施の形態1と同一もしくは対応する構成部分には同一の符号を付している。力率補償電源装置103の電源主回路部1102は、降圧チョッパで構成されたコンバータ1401を備える。すなわち、コンバータ1401は、全波整流回路112の出力側において一端が高圧側の電路に接続され、他端が低圧側の電路に接続された入力コンデンサ144と、入力コンデンサ144の一端と高圧側の電路との接続点に一端が接続されたスイッチング素子1421と、スイッチング素子1421の他端に一端が接続されたリアクトル1411と、リアクトル1411の他端に一端が接続され、低圧側の電路に他端が接続された出力コンデンサ145と、スイッチング素子1421の他端とリアクトル1411の一端との接続点にカソードが接続され、アノードが低圧側の電路に接続されたダイオード1431とを備える。入力コンデンサ144の他端、ダイオード1431のアノード、および出力コンデンサ145の他端は、低圧側の電路を介して負荷92の他端に接続されている。力率補償電源装置103のその他の構成は、力率補償電源装置100と同様である。力率補償電源装置103においても、図2および図3で示した各種の信号の波形は同様の関係を持つので、上記した実施の形態1の制御(ZCD制御)を実現することができる。
Embodiment 4.
Next, a fourth embodiment will be described with reference to Fig. 9. Fig. 9 is a block diagram showing a power factor compensated power supply device according to the fourth embodiment. In Fig. 9, components that are the same as or correspond to those in the first embodiment are given the same reference numerals. A power supply main circuit section 1102 of a power factor compensated power supply device 103 includes a converter 1401 formed of a step-down chopper. That is, the converter 1401 includes an input capacitor 144 having one end connected to a high-voltage side electric circuit and the other end connected to a low-voltage side electric circuit on the output side of the full-wave rectifier circuit 112, a switching element 1421 having one end connected to a connection point between one end of the input capacitor 144 and the high-voltage side electric circuit, a reactor 1411 having one end connected to the other end of the switching element 1421, an output capacitor 145 having one end connected to the other end of the reactor 1411 and the other end connected to the low-voltage side electric circuit, and a diode 1431 having a cathode connected to the connection point between the other end of the switching element 1421 and one end of the reactor 1411 and an anode connected to the low-voltage side electric circuit. The other end of the input capacitor 144, the anode of the diode 1431, and the other end of the output capacitor 145 are connected to the other end of the load 92 via the low-voltage side electric circuit. Other configurations of the power factor compensated power supply device 103 are similar to those of the power factor compensated power supply device 100. In the power factor compensated power supply device 103, the waveforms of the various signals shown in Figures 2 and 3 have similar relationships, so that the control (ZCD control) of the above-mentioned first embodiment can be realized.

上記のように、コンバータ140の構成を昇圧チョッパから降圧チョッパに置き換えても、実施の形態1と同様の制御が実現される。コンバータ140の構成は、リアクトルとスイッチング素子を備えた回路トポロジーであればよく、上記した昇圧チョッパおよび降圧チョッパ以外の構成、例えば、フライバックコンバータ、フォワードコンバータなどであってもよい。 As described above, even if the configuration of converter 140 is replaced from a boost chopper to a step-down chopper, the same control as in embodiment 1 is realized. The configuration of converter 140 may be any circuit topology including a reactor and a switching element, and may be a configuration other than the boost chopper and step-down chopper described above, such as a flyback converter or a forward converter.

実施の形態5.
次に、実施の形態5を図10に基づいて説明する。図10は、実施の形態5における力率補償電源装置の構成を示すブロック図である。図10において、実施の形態1と同一もしくは対応する構成部分には同一の符号を付している。実施の形態2は、実施の形態1における負荷92をLED(Light Emitting Diode)モジュール921としたものである。LEDモジュール921には、例えばLEDチップを全て直列に接続した構成を採用してもよいし、直列接続した場合に限らず並列接続または直並列接続としてもよく、1個のLEDであっても良い。さらに、ここでは負荷としてLEDを接続しているが、LEDでなく、有機エレクトロルミネッセンス(有機EL)、レーザーダイオード等に変更しても良い。
Embodiment 5.
Next, a fifth embodiment will be described with reference to FIG. 10. FIG. 10 is a block diagram showing the configuration of a power factor compensated power supply device according to the fifth embodiment. In FIG. 10, the same or corresponding components as those in the first embodiment are given the same reference numerals. In the second embodiment, the load 92 in the first embodiment is replaced with an LED (Light Emitting Diode) module 921. The LED module 921 may adopt a configuration in which, for example, LED chips are all connected in series, or may be connected in parallel or in series-parallel, or may be one LED. Furthermore, although an LED is connected as a load here, it may be changed to an organic electroluminescence (organic EL), a laser diode, or the like, instead of an LED.

LEDは特性上、電流制御を用いることが望ましいため、力率補償電源装置200は、LEDモジュール921を流れる出力電流ioを検出し、出力電流検出値iosenとして出力する出力電流検出部116を備えるとともに、電源制御部220の構成が実施の形態1と異なっている。電源制御部220においては、実施の形態1の出力電圧制御部122に代えて、出力電流制御部222が設けられる。出力電流制御部222には、出力電流検出部116によって検出される出力電流検出値iosenが入力される。また、力率補償電源装置200は、LEDに流す出力電流ioの指令信号である調光信号Sdを出力する調光器250が設けられる。調光器250が出力する調光信号Sdは、出力電流制御部222に入力され、出力電流制御部222は、調光信号Sdと出力電流検出値iosenからスイッチング素子142のオン時間tonを導出する。このように電源制御部220を構成にすることにより、実施の形態1と同様の制御を行い、LEDモジュール921に流れる電流の制御を行うことができる。 Because it is desirable to use current control for LEDs due to their characteristics, the power factor compensated power supply device 200 includes an output current detection unit 116 that detects the output current io flowing through the LED module 921 and outputs it as an output current detection value iosen, and the configuration of the power supply control unit 220 is different from that of the first embodiment. In the power supply control unit 220, an output current control unit 222 is provided instead of the output voltage control unit 122 of the first embodiment. The output current detection value iosen detected by the output current detection unit 116 is input to the output current control unit 222. In addition, the power factor compensated power supply device 200 is provided with a dimmer 250 that outputs a dimming signal Sd, which is a command signal for the output current io to be passed through the LED. The dimming signal Sd output by the dimmer 250 is input to the output current control unit 222, and the output current control unit 222 derives the on-time ton of the switching element 142 from the dimming signal Sd and the output current detection value iosen. By configuring the power supply control unit 220 in this manner, it is possible to perform the same control as in embodiment 1 and control the current flowing through the LED module 921.

このように、実施の形態5では、実施の形態2の負荷92としてLEDモジュール921を設けた場合、出力電流検出部116で検出された出力電流検出値iosenを出力電流制御部222にフィードバックし、出力電流ioが目標出力電流となるように、出力電流制御部222にて制御する。そして、実施の形態1と同様に、タイミング調整部123で許可カウント数Cnを決定し、スイッチング制御部121でスイッチング素子142の制御を行う。負荷92をLEDモジュール921とした場合においても、実施の形態1と同様に、リアクトル電流iLが零となりかつ上昇するタイミング(リアクトル電流iLが負から正に切り替わるタイミング)であり、スイッチング素子の両端電圧Vdsが極小となるボトムタイミングでスイッチング動作をすることにより、スイッチング損失の低減を図ることができる。また、許可カウント数Cnの変更により、スイッチング周波数fswが上昇するときはさらにスイッチング周波数fswを上昇させ、スイッチング周波数が低下するときはさらにスイッチング周波数を低下させることにより、回避周波数帯を避けたスイッチング動作およびスイッチング周波数fswの分散動作を実現することができる。 Thus, in the fifth embodiment, when an LED module 921 is provided as the load 92 of the second embodiment, the output current detection value iosen detected by the output current detection unit 116 is fed back to the output current control unit 222, and the output current io is controlled by the output current control unit 222 so that it becomes the target output current. Then, as in the first embodiment, the timing adjustment unit 123 determines the permitted count number Cn, and the switching control unit 121 controls the switching element 142. Even when the load 92 is the LED module 921, as in the first embodiment, the switching loss can be reduced by performing switching operation at the bottom timing when the reactor current iL becomes zero and rises (the timing when the reactor current iL switches from negative to positive) and when the voltage Vds across the switching element is minimum. In addition, by changing the permitted count number Cn, when the switching frequency fsw increases, the switching frequency fsw is further increased, and when the switching frequency decreases, the switching frequency is further decreased, thereby realizing switching operation that avoids the avoidance frequency band and distributed operation of the switching frequency fsw.

なお、実施の形態5では、出力電流指令値に相当する調光信号Sdを調光器250から取得する構成としたが、例えば電源制御部220の内部に出力電流指令値を保持する記憶部を設ける構成にするなど、自由に変更を加えても構わない。 In the fifth embodiment, the dimming signal Sd corresponding to the output current command value is obtained from the dimmer 250. However, any modification may be made, for example, a memory unit that holds the output current command value may be provided inside the power supply control unit 220.

実施の形態6.
次に、実施の形態6を図11に基づいて説明する。図11は、実施の形態6における力率補償電源装置を示すブロック図である。図11において、図10と同一もしくは対応する構成部分には同一の符号を付している。力率補償電源装置201は、実施の形態2における負荷92をLEDモジュール921としたものである。このため、電源制御部の構成が実施の形態5と異なる。また、調光器2501は、電源制御部2201の出力電流制御部222およびタイミング調整部223に調光信号Sdを出力する。実施の形態2における力率補償電源装置102では、全波整流電圧検出値vinsen、出力電圧検出値vosen、および出力電流検出値iosenをタイミング調整部1231に入力して、全波整流電圧検出値vinsenと閾値thとの比較により許可カウント数Cnを決定した。また、出力電圧検出値vosenと出力電流検出値iosenとで計算される負荷92の大きさに応じて閾値thを補正するという方法を説明した。実施の形態6のように負荷92をLEDモジュール921とする場合においては、図11に示すように、全波整流電圧検出値vinsenと調光信号Sdをタイミング調整部223に入力して、調光信号Sdに応じて閾値thを補正すればよい。
Embodiment 6.
Next, the sixth embodiment will be described based on FIG. 11. FIG. 11 is a block diagram showing a power factor compensated power supply device according to the sixth embodiment. In FIG. 11, the same or corresponding components as those in FIG. 10 are given the same reference numerals. The power factor compensated power supply device 201 is a device in which the load 92 in the second embodiment is replaced with an LED module 921. Therefore, the configuration of the power supply control unit is different from that in the fifth embodiment. In addition, the dimmer 2501 outputs a dimming signal Sd to the output current control unit 222 and the timing adjustment unit 223 of the power supply control unit 2201. In the power factor compensated power supply device 102 in the second embodiment, the full-wave rectified voltage detection value vinsen, the output voltage detection value vosen, and the output current detection value iosen are input to the timing adjustment unit 1231, and the permitted count number Cn is determined by comparing the full-wave rectified voltage detection value vinsen with the threshold value th. In addition, a method of correcting the threshold value th according to the size of the load 92 calculated from the output voltage detection value vosen and the output current detection value iosen has been described. In the case where the load 92 is an LED module 921 as in embodiment 6, as shown in FIG. 11, the full-wave rectified voltage detection value vinsen and the dimming signal Sd are input to the timing adjustment unit 223, and the threshold value th is corrected according to the dimming signal Sd.

これは、LEDモジュール921を負荷とした場合、調光機能によりLEDモジュール921に流れる出力電流ioを変化させた場合でも出力電圧voは変化しないため、出力電流ioの情報を示す調光信号Sdの情報があればLEDモジュール921で消費する電力を推定できるためである。 This is because when the LED module 921 is used as a load, the output voltage vo does not change even if the output current io flowing through the LED module 921 is changed by the dimming function, and therefore the power consumed by the LED module 921 can be estimated if there is information on the dimming signal Sd that indicates information on the output current io.

なお、タイミング調整部223は、PWM信号Vgを用いることなく許可カウント数Cnを決定できるので、スイッチング制御部1211は、PWM信号Vgをタイミング調整部223に出力しなくともよい。 Note that since the timing adjustment unit 223 can determine the permitted count number Cn without using the PWM signal Vg, the switching control unit 1211 does not need to output the PWM signal Vg to the timing adjustment unit 223.

次に、実施の形態6の変形例について説明する。図12は、実施の形態6の変形例における力率補償電源装置の構成を示すブロック図である。図12において、実施の形態6と同一もしくは対応する構成部分には同一の符号を付している。力率補償電源装置202は、電流調整回路931を介して負荷92に接続されている点が力率補償電源装置201と異なる。このような回路構成であっても、図2および図3で示した各種の信号の波形は同様の関係を持つので、実施の形態6で説明したものと同様の効果を実現することができる。 Next, a modified example of the sixth embodiment will be described. FIG. 12 is a block diagram showing the configuration of a power factor compensated power supply device in a modified example of the sixth embodiment. In FIG. 12, components that are the same as or correspond to those in the sixth embodiment are given the same reference numerals. The power factor compensated power supply device 202 differs from the power factor compensated power supply device 201 in that it is connected to the load 92 via a current adjustment circuit 931. Even with this circuit configuration, the waveforms of the various signals shown in FIGS. 2 and 3 have the same relationship, so that the same effect as that described in the sixth embodiment can be achieved.

本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、1つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
Although the present application describes various exemplary embodiments and examples, the various features, aspects, and functions described in one or more embodiments are not limited to application to a particular embodiment, but may be applied to the embodiments alone or in various combinations.
Therefore, countless modifications not exemplified are assumed within the scope of the technology disclosed in the present application, including, for example, modifying, adding, or omitting at least one component, and further, extracting at least one component and combining it with a component of another embodiment.

100、101、102、103、200、201、202 力率補償電源装置、111 入力フィルタ、112 全波整流回路、113 出力電圧検出部、114 零電流検出部、115 全波整流電圧検出部、116 出力電流検出部、121、1211 スイッチング制御部、122 出力電圧制御部、123、1231、223 タイミング調整部、222 出力電流制御部、140、1401 コンバータ、141、1411 リアクトル、142、1421 スイッチング素子、250、2501 調光器、91 交流電源、92 負荷、93 電力変換器、931 電流調整回路、iL リアクトル電流、io 出力電流、Sd 調光信号、ton オン時間、vac 電源電圧、vin 全波整流電圧、vo 出力電圧、voref 目標電圧値、ZCD 零電流信号 100, 101, 102, 103, 200, 201, 202 Power factor compensated power supply device, 111 Input filter, 112 Full-wave rectifier circuit, 113 Output voltage detection unit, 114 Zero current detection unit, 115 Full-wave rectifier voltage detection unit, 116 Output current detection unit, 121, 1211 Switching control unit, 122 Output voltage control unit, 123, 1231, 223 Timing adjustment unit, 222 Output current control unit, 140, 1401 Converter, 141, 1411 Reactor, 142, 1421 Switching element, 250, 2501 Dimmer, 91 AC power supply, 92 Load, 93 Power converter, 931 Current adjustment circuit, iL Reactor current, io Output current, Sd Dimming signal, ton On time, vac Power supply voltage, vin Full-wave rectified voltage, vo output voltage, voref target voltage value, ZCD zero current signal

Claims (18)

スイッチング素子とインダクタを有し、交流電源から供給される交流電圧を直流電圧に変換して負荷に出力するコンバータと、
前記スイッチング素子のオンオフを制御するスイッチング制御部と、
前記スイッチング素子のオンオフのタイミングを調整することにより、前記スイッチング素子のスイッチング周波数を調整するタイミング調整部とを備え、
前記タイミング調整部は、変動する前記スイッチング周波数が予め定められた回避周波数帯に近づいたときに、前記スイッチング周波数の変動の大きさを増加させて、前記スイッチング周波数を前記回避周波数帯よりも大きい周波数から前記回避周波数帯よりも小さい周波数に低下させる、あるいは、前記スイッチング周波数を前記回避周波数帯よりも小さい周波数から前記回避周波数帯よりも大きい周波数に上昇させることを特徴とする力率補償電源装置。
a converter having a switching element and an inductor, which converts an AC voltage supplied from an AC power source into a DC voltage and outputs the DC voltage to a load;
A switching control unit that controls on/off of the switching element;
a timing adjustment unit that adjusts a switching frequency of the switching element by adjusting an on/off timing of the switching element,
the timing adjustment unit, when the fluctuating switching frequency approaches a predetermined avoidance frequency band, increases a magnitude of fluctuation of the switching frequency to reduce the switching frequency from a frequency higher than the avoidance frequency band to a frequency lower than the avoidance frequency band, or increases the switching frequency from a frequency lower than the avoidance frequency band to a frequency higher than the avoidance frequency band.
前記タイミング調整部は、前記スイッチング周波数が上昇しながら前記回避周波数帯に近づいたとき、前記スイッチング素子のオフ時間を減少させて前記スイッチング周波数をさらに上昇させ、前記スイッチング周波数が低下しながら前記回避周波数帯に近づいたとき、前記スイッチング素子のオフ時間を増加させて前記スイッチング周波数をさらに低下させる請求項1に記載の力率補償電源装置。 The power factor compensated power supply device according to claim 1, wherein the timing adjustment unit, when the switching frequency approaches the avoidance frequency band while increasing, reduces the off-time of the switching element to further increase the switching frequency, and, when the switching frequency approaches the avoidance frequency band while decreasing, increases the off-time of the switching element to further decrease the switching frequency. 前記スイッチング素子がオフのときに、前記スイッチング素子の両端電圧が振動して極小となったこと、または、前記スイッチング素子がオフのときに、前記インダクタに流れる電流が負から正になることの検出をし、該検出があったときに極小値信号を前記スイッチング制御部に出力する極小値検出部をさらに備え、
前記スイッチング制御部は、前記タイミング調整部による前記スイッチング素子のオンオフのタイミングの調整に従いつつ、前記極小値信号が入力されたタイミングに基づいて、前記スイッチング素子をオンにする請求項1または2に記載の力率補償電源装置。
a minimum value detection unit that detects when the voltage across the switching element oscillates to a minimum when the switching element is off, or when the current flowing through the inductor becomes positive from negative when the switching element is off, and outputs a minimum value signal to the switching control unit when such detection is detected;
3. The power factor compensated power supply device according to claim 1, wherein the switching control unit turns on the switching element based on the timing at which the minimum value signal is input, while following the adjustment of the on/off timing of the switching element by the timing adjustment unit.
前記スイッチング制御部は、前記極小値信号が入力された回数をカウントし、前記回数が前記タイミング調整部から入力される許可カウント数に達したタイミングに基づいて前記スイッチング素子をオンにし、
前記タイミング調整部は、前記スイッチング周波数が前記回避周波数帯に近づいたときに、前記許可カウント数を変更し、前記スイッチング周波数を前記回避周波数帯よりも大きい周波数から前記回避周波数帯よりも小さい周波数に低下させる、あるいは、前記スイッチング周波数を前記回避周波数帯よりも小さい周波数から前記回避周波数帯よりも大きい周波数に上昇させる請求項3に記載の力率補償電源装置。
the switching control unit counts the number of times the minimum value signal is input, and turns on the switching element based on the timing at which the number of times reaches an allowed count number input from the timing adjustment unit;
4. The power factor compensated power supply device according to claim 3, wherein the timing adjustment unit changes the permitted count number when the switching frequency approaches the avoidance frequency band, and reduces the switching frequency from a frequency higher than the avoidance frequency band to a frequency lower than the avoidance frequency band, or increases the switching frequency from a frequency lower than the avoidance frequency band to a frequency higher than the avoidance frequency band.
前記タイミング調整部は、前記スイッチング周波数が上昇しながら前記回避周波数帯に近づいたとき、前記許可カウント数を減少させて前記スイッチング周波数をさらに上昇させ、前記スイッチング周波数が低下しながら前記回避周波数帯に近づいたとき、前記許可カウント数を増加させて前記スイッチング周波数をさらに低下させる請求項4に記載の力率補償電源装置。 The power factor compensated power supply device according to claim 4, wherein the timing adjustment unit, when the switching frequency approaches the avoidance frequency band while increasing, decreases the permitted count number to further increase the switching frequency, and, when the switching frequency approaches the avoidance frequency band while decreasing, increases the permitted count number to further decrease the switching frequency. 前記コンバータに入力される入力電圧を検出する入力電圧検出部をさらに備え、前記タイミング調整部は、前記入力電圧に基づいて前記許可カウント数を決定する請求項4または5に記載の力率補償電源装置。 The power factor compensated power supply device according to claim 4 or 5, further comprising an input voltage detection unit that detects an input voltage input to the converter, and the timing adjustment unit determines the permitted count number based on the input voltage. 前記スイッチング制御部は、前記極小値信号が入力されてから、前記タイミング調整部から入力される遅延時間を経過したタイミングに基づいて前記スイッチング素子をオンにし、
前記タイミング調整部は、前記スイッチング周波数が前記回避周波数帯に近づいたときに、前記遅延時間を変更し、前記スイッチング周波数を前記回避周波数帯よりも大きい周波数から前記回避周波数帯よりも小さい周波数に低下させる、あるいは、前記スイッチング周波数を前記回避周波数帯よりも小さい周波数から前記回避周波数帯よりも大きい周波数に上昇させる請求項3に記載の力率補償電源装置。
the switching control unit turns on the switching element based on a timing when a delay time input from the timing adjustment unit has elapsed since the minimum value signal was input;
4. The power factor compensated power supply device according to claim 3, wherein the timing adjustment unit changes the delay time when the switching frequency approaches the avoidance frequency band, and reduces the switching frequency from a frequency higher than the avoidance frequency band to a frequency lower than the avoidance frequency band, or increases the switching frequency from a frequency lower than the avoidance frequency band to a frequency higher than the avoidance frequency band.
前記タイミング調整部は、前記スイッチング周波数が上昇しながら前記回避周波数帯に近づいたとき、前記遅延時間を減少させて前記スイッチング周波数をさらに上昇させ、前記スイッチング周波数が低下しながら前記回避周波数帯に近づいたとき、前記遅延時間を増加させて前記スイッチング周波数をさらに低下させる請求項7に記載の力率補償電源装置。 The power factor compensated power supply device according to claim 7, wherein the timing adjustment unit, when the switching frequency approaches the avoidance frequency band while increasing, decreases the delay time to further increase the switching frequency, and when the switching frequency approaches the avoidance frequency band while decreasing, increases the delay time to further decrease the switching frequency. 前記コンバータに入力される入力電圧を検出する入力電圧検出部をさらに備え、前記タイミング調整部は、前記入力電圧に基づいて前記遅延時間を決定する請求項7または8に記載の力率補償電源装置。 The power factor compensated power supply device according to claim 7 or 8, further comprising an input voltage detection unit that detects an input voltage input to the converter, and the timing adjustment unit determines the delay time based on the input voltage. 前記コンバータは、昇圧チョッパまたは降圧チョッパを含んで構成される請求項1から9のいずれか1項に記載の力率補償電源装置。 The power factor compensated power supply device according to any one of claims 1 to 9, wherein the converter includes a step-up chopper or a step-down chopper. 前記コンバータは、前記交流電圧を整流する整流回路を介して前記交流電源と接続されている請求項1から10のいずれか1項に記載の力率補償電源装置。 The power factor compensated power supply device according to any one of claims 1 to 10, wherein the converter is connected to the AC power supply via a rectifier circuit that rectifies the AC voltage. 前記コンバータは、前記コンバータから前記交流電源へノイズが伝導することを抑制するフィルタ部を介して前記交流電源と接続されている請求項1から11のいずれか1項に記載の力率補償電源装置。 The power factor compensated power supply device according to any one of claims 1 to 11, wherein the converter is connected to the AC power supply via a filter unit that suppresses the conduction of noise from the converter to the AC power supply. 前記タイミング調整部は、前記スイッチング周波数が上昇しながら前記回避周波数帯に近づいたとき、前記回避周波数帯よりも大きく、かつ、前記フィルタ部のカットオフ周波数よりも大きい周波数に前記スイッチング周波数を上昇させる請求項12に記載の力率補償電源装置。 The power factor compensated power supply device according to claim 12, wherein the timing adjustment unit increases the switching frequency to a frequency higher than the avoidance frequency band and higher than the cutoff frequency of the filter unit when the switching frequency increases and approaches the avoidance frequency band. 前記負荷に出力される出力電圧を検出する出力電圧検出部と、前記スイッチング素子のオン時間を演算して前記スイッチング制御部に出力する出力電圧制御部とをさらに備え、前記出力電圧制御部は、前記出力電圧の電圧値を目標の電圧値とする前記オン時間を演算する請求項1から13のいずれか1項に記載の力率補償電源装置。 The power factor compensated power supply device according to any one of claims 1 to 13, further comprising an output voltage detection unit that detects the output voltage output to the load, and an output voltage control unit that calculates the on-time of the switching element and outputs the calculated on-time to the switching control unit, and the output voltage control unit calculates the on-time so that the voltage value of the output voltage becomes a target voltage value. 前記回避周波数帯は、前記交流電源と前記負荷との間で前記力率補償電源装置と並列または直列に接続される電力変換器の動作周波数、もしくは、前記力率補償電源装置が準拠すべきノイズ規格に基づいて定められる請求項1から14のいずれか1項に記載の力率補償電源装置。 The power factor compensated power supply device according to any one of claims 1 to 14, wherein the avoidance frequency band is determined based on the operating frequency of a power converter connected in parallel or series with the power factor compensated power supply device between the AC power source and the load, or based on a noise standard with which the power factor compensated power supply device must comply. 前記負荷はLEDモジュールであり、
前記LEDモジュールに流れる出力電流を検出する出力電流検出部と、前記スイッチング素子のオン時間を演算して前記スイッチング制御部に出力する出力電流制御部と、出力電流制御部に調光信号を出力する調光器とをさらに備え、前記出力電流制御部は、前記出力電流の電流値を目標の電流値とする前記オン時間を演算し、前記目標の電流値は、前記調光信号に基づいて決定される請求項1から13のいずれか1項に記載の力率補償電源装置。
the load is an LED module;
14. The power factor compensated power supply device according to claim 1, further comprising an output current detection unit that detects an output current flowing to the LED module, an output current control unit that calculates an on-time of the switching element and outputs the on-time to the switching control unit, and a dimmer that outputs a dimming signal to the output current control unit, wherein the output current control unit calculates the on-time to set a current value of the output current to a target current value, and the target current value is determined based on the dimming signal.
前記スイッチング素子がオフのときに、前記スイッチング素子の両端電圧が振動して極小となったこと、または、前記スイッチング素子がオフのときに、前記インダクタに流れる電流が負から正になることの検出をし、該検出があったときに極小値信号を前記スイッチング制御部に出力する極小値検出部と、
前記コンバータに入力される入力電圧を検出する入力電圧検出部とをさらに備え、
前記調光器は、前記調光信号を前記タイミング調整部に出力し、
前記スイッチング制御部は、前記極小値信号が入力される回数をカウントし、前記回数が前記タイミング調整部から入力される許可カウント数に達したタイミングに基づいて前記スイッチング素子をオンにし、
前記タイミング調整部は、前記スイッチング周波数が前記回避周波数帯に近づいたときに、前記許可カウント数を変更し、前記スイッチング周波数を前記回避周波数帯よりも大きい周波数から前記回避周波数帯よりも小さい周波数に低下させる、あるいは、前記スイッチング周波数を前記回避周波数帯よりも小さい周波数から前記回避周波数帯よりも大きい周波数に上昇させるとともに、前記入力電圧および前記調光信号に基づいて前記許可カウント数を決定する請求項16に記載の力率補償電源装置。
a minimum value detection unit that detects when the voltage across the switching element oscillates to a minimum when the switching element is off, or when the current flowing through the inductor becomes positive from negative when the switching element is off, and outputs a minimum value signal to the switching control unit when such detection is detected;
An input voltage detection unit that detects an input voltage input to the converter,
The dimmer outputs the dimming signal to the timing adjustment unit,
the switching control unit counts the number of times the minimum value signal is input, and turns on the switching element based on the timing at which the number of times reaches an allowed count number input from the timing adjustment unit;
17. The power factor compensated power supply device of claim 16, wherein the timing adjustment unit changes the permitted count number when the switching frequency approaches the avoidance frequency band, and reduces the switching frequency from a frequency higher than the avoidance frequency band to a frequency lower than the avoidance frequency band, or increases the switching frequency from a frequency lower than the avoidance frequency band to a frequency higher than the avoidance frequency band, and determines the permitted count number based on the input voltage and the dimming signal.
前記スイッチング素子がオフのときに、前記スイッチング素子の両端電圧が振動して極小となったこと、または、前記スイッチング素子がオフのときに、前記インダクタに流れる電流が負から正になることの検出をし、該検出があったときに極小値信号を前記スイッチング制御部に出力する極小値検出部と、
前記コンバータに入力される入力電圧を検出する入力電圧検出部とをさらに備え、
前記調光器は、前記調光信号を前記タイミング調整部に出力し、
前記スイッチング制御部は、前記極小値信号が入力されてから、前記タイミング調整部から入力される遅延時間を経過したタイミングに基づいて前記スイッチング素子をオンにし、
前記タイミング調整部は、前記スイッチング周波数が前記回避周波数帯に近づいたときに、前記遅延時間を変更し、前記スイッチング周波数を前記回避周波数帯よりも大きい周波数から前記回避周波数帯よりも小さい周波数に低下させる、あるいは、前記スイッチング周波数を前記回避周波数帯よりも小さい周波数から前記回避周波数帯よりも大きい周波数に上昇させるとともに、前記入力電圧および前記調光信号に基づいて前記遅延時間を決定する請求項16に記載の力率補償電源装置。
a minimum value detection unit that detects when the voltage across the switching element oscillates to a minimum when the switching element is off, or when the current flowing through the inductor becomes positive from negative when the switching element is off, and outputs a minimum value signal to the switching control unit when such detection is detected;
An input voltage detection unit that detects an input voltage input to the converter,
The dimmer outputs the dimming signal to the timing adjustment unit,
the switching control unit turns on the switching element based on a timing when a delay time input from the timing adjustment unit has elapsed since the minimum value signal was input;
17. The power factor compensated power supply device of claim 16, wherein the timing adjustment unit changes the delay time when the switching frequency approaches the avoidance frequency band, and reduces the switching frequency from a frequency higher than the avoidance frequency band to a frequency lower than the avoidance frequency band, or increases the switching frequency from a frequency lower than the avoidance frequency band to a frequency higher than the avoidance frequency band, and determines the delay time based on the input voltage and the dimming signal.
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