JPH05260750A - Ac/dc converter - Google Patents
Ac/dc converterInfo
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- JPH05260750A JPH05260750A JP8625792A JP8625792A JPH05260750A JP H05260750 A JPH05260750 A JP H05260750A JP 8625792 A JP8625792 A JP 8625792A JP 8625792 A JP8625792 A JP 8625792A JP H05260750 A JPH05260750 A JP H05260750A
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- capacitor
- circuit
- diode
- pair
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- Y02B70/126—
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- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
Description
【産業上の利用分野】本発明は,商用交流入力電源電圧
を,安定な直流出力電圧に変換するAC/DCコンバー
タ,特に高力率のAC/DCコンバータに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an AC / DC converter for converting a commercial AC input power supply voltage into a stable DC output voltage, and more particularly to a high power factor AC / DC converter.
【従来技術】商用交流電源を受けて直流電圧に変換する
AC/DCコンバータとしては,従来は例えば図5に示
すようなものがあった。同図において,交流入力電圧Ei
を全波整流する入力整流回路RC1,平滑用コンデンサC1,
スイッチング素子たる電界効果トランジスタQ1,トラン
スTr1,トランスリセット用ダイオードD4, 出力整流ダイ
オードD2, フライホイールダイオードD3, 出力平滑用チ
ョークコイルL2および出力平滑用コンデンサC2からなる
AC/DCコンバータにより交流入力電圧Eiを安定な直
流出力電圧Eoに変換している。しかしながら,このよう
な従来のAC/DCコンバータにあっては,出力直流電
圧については望ましい特性を有するが,入力電流の波形
が図6に示すように入力交流電圧のピーク値付近に対応
してしか流れないため,力率が低く,0.5 乃至0.7 程度
になる。この力率改善のため整流回路に十分大きなチョ
ークコイルを挿入接続する方法があるが,大型重量とな
る欠点がある。また近年では力率改善用の前置コンバー
タを設けて電子的に力率を改善する方法が一部に用いら
れているが,構成部品点数の増大,大型化,高価格,ス
イッチング素子の相互干渉を招来するという問題点があ
った。2. Description of the Related Art Conventionally, as an AC / DC converter which receives a commercial AC power source and converts it into a DC voltage, for example, there is one shown in FIG. In the figure, the AC input voltage Ei
Input rectifier circuit RC1 for full-wave rectification, smoothing capacitor C1,
AC input voltage Ei by AC / DC converter composed of field effect transistor Q1, which is a switching element, transformer Tr1, transformer reset diode D4, output rectifying diode D2, flywheel diode D3, output smoothing choke coil L2, and output smoothing capacitor C2 Is converted to a stable DC output voltage Eo. However, in such a conventional AC / DC converter, although the output DC voltage has a desirable characteristic, the waveform of the input current corresponds only to the peak value of the input AC voltage as shown in FIG. Since it does not flow, the power factor is low, around 0.5 to 0.7. There is a method of inserting and connecting a sufficiently large choke coil in the rectifier circuit to improve the power factor, but it has the drawback of large size and weight. In recent years, a method of electronically improving the power factor by providing a front converter for power factor improvement has been partially used. However, the number of components is increased, the size is increased, the price is high, and the mutual interference of switching elements is large. There was a problem of inviting.
【発明が解決しようとする課題】本発明は,簡素な回路
構成で,小型軽量,経済的な高力率AC/DCコンバー
タ回路を得ることを課題とする。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to obtain a compact, lightweight and economical high power factor AC / DC converter circuit with a simple circuit configuration.
【課題を解決するための手段】本発明はこの課題を解決
するために,交流入力電圧を整流・平滑し,この整流電
圧を半導体スイッチング素子により,高周波でオン・オ
フして変圧器の1次巻線に印加し,2次巻線に高周波交
流電圧を得て,この高周波交流電圧を整流・平滑して所
定の電圧を得るようにしたコンバータ回路において,入
力整流回路と入力平滑用コンデンサとの間に,昇圧用チ
ョークコイルとダイオードを挿入し,この昇圧用チョー
クコイルとダイオードの接続点とトランスとスイッチン
グ素子の接続点に共振用コンデンサを接続すると共に,
さらに別のチョークコイルとコンデンサとの並列共振回
路を設けることを第1の手段とする。そして半導体スイ
ッチング素子のオン・オフ駆動周波数については,平滑
用コンデンサの端子電圧の上昇に応じて高まるような周
波数で駆動することを第2の手段とする。このような特
徴を有する高力率AC/DCコンバータを提案するもの
である。In order to solve this problem, the present invention rectifies / smooths an AC input voltage and turns on / off this rectified voltage at a high frequency by means of a semiconductor switching element so that the primary voltage of a transformer is changed. In a converter circuit that is applied to the winding to obtain a high-frequency AC voltage in the secondary winding and rectifies and smoothes this high-frequency AC voltage to obtain a predetermined voltage, the input rectifier circuit and the input smoothing capacitor A choke coil for boosting and a diode are inserted between them, and a resonance capacitor is connected to the connection point of this boosting choke coil and diode and the connection point of the transformer and switching element.
The first means is to provide another parallel resonant circuit of a choke coil and a capacitor. The second means is to drive the semiconductor switching element at an ON / OFF drive frequency that increases in accordance with an increase in the terminal voltage of the smoothing capacitor. The present invention proposes a high power factor AC / DC converter having such characteristics.
【作用】この構成のAC/DCコンバータは,一つのス
イッチング素子で,前段はいわゆるチョッパー回路構成
し,このチョッパー回路の出力コンデンサを受けて高周
波でスイッチングするコンバータとを形成するものであ
る。前段のチョッパー回路の入力電流波形は正弦波たる
入力電圧に近い波形で動作する。そして上記の第1の手
段によれば,伝達エネルギーの大きいときは並列共振回
路はほとんど容量性となり,等価的にはチョッパー回路
への充電エネルギーの制限はなく,反対に伝達エネルギ
ーの小さいときは並列共振回路のインピーダンスは大き
くなり等価的にはチョッパー回路への充電エネルギーの
制限をする。そして第2の手段によれば,平滑用コンデ
ンサの電圧の上昇に応じて周波数が高まり,その短いオ
ン周期でチョッパーの導通が切れるため入力電流も対応
して制限される。いずれの手段によっても平滑用コンデ
ンサの充電エネルギーの過不足をさらに補正するよう作
用し,したがって入力交流電流の歪みを少なくするよう
働く。The AC / DC converter of this construction is one switching element, and the former stage is a so-called chopper circuit, which forms a converter which receives the output capacitor of this chopper circuit and switches at a high frequency. The input current waveform of the chopper circuit in the previous stage operates with a waveform close to the input voltage which is a sine wave. According to the above-mentioned first means, the parallel resonant circuit becomes almost capacitive when the transfer energy is large, and equivalently, there is no limitation on the charging energy to the chopper circuit, and conversely when the transfer energy is small, the parallel resonant circuit is parallel. The impedance of the resonance circuit becomes large and equivalently limits the charging energy to the chopper circuit. According to the second means, the frequency rises as the voltage of the smoothing capacitor rises, and the conduction of the chopper is cut off in the short ON period, so that the input current is correspondingly limited. Either means acts to further correct the excess or deficiency of the charging energy of the smoothing capacitor, thus reducing the distortion of the input AC current.
【実施例】図1により,本発明にかかるAC/DCコン
バータを説明する。構成は図1に示すように,商用交流
電源Eiを入力端子X1,X2 を介してブリッジ型の整流回路
RC1 に接続する。整流回路RC1 の直流出力端子はチョー
クコイルL1とダイオードD1とを介して平滑用のコンデン
サC1に供給される。そしてチョークコイルL1とダイオー
ドD1との接続点にはコンデンサC3と,チョークコイルL3
とコンデンサC4との並列回路とを介して電界効果トラン
ジスタQ1のドレイン電極が接続され,そのエミッタはコ
ンデンサC1のマイナス電極に接続される。電界効果トラ
ンジスタQ1のゲート端子はスイッチングレギュレータ用
の制御回路U1によって100kHz乃至200kHzの高周波でオン
オフ駆動される。ここでコンデンサC1の端子電圧は検出
・比較回路DET2の入力端子に接続されて,その中ではコ
ンデンサC1の端子電圧を基準電圧と比較してその誤差電
圧が増幅して出力される。この検出・比較回路DET2の出
力電圧は抵抗器R1を介して制御回路U1の端子6に接続さ
れる。ここで制御回路U1は普及しているスイッチング電
源用集積回路であるテキサスインストルメント社のTL49
4 または相当品に出力電流増幅回路と若干の補助部品を
追加して構成される一般的な回路である。制御回路U1の
端子6は内部の弛張発振回路の充電率を設定する端子で
あり,この端子に注入される電圧が高くなると充電周期
が長くなり,発振周波数は100kHzに低下し,逆に注入さ
れる電圧が低くなると発振周波数は200kHz程度まで高く
なるように設定してある。これらの部分は整流チョッパ
回路である。すなわち入力の商用交流電源Ei(100V 50H
z)を整流回路RC1 で整流してチョークコイルL1とコンデ
ンサC3及びチョークコイルL3とコンデンサC4との並列回
路とを経由して100kHz乃至200kHzの高周波で電界効果ト
ランジスタQ1はオンオフを繰り返す。尚,チョークコイ
ルL3とコンデンサC4との並列回路についての作用は後述
するので,ここでは短絡して考える。ここでチョークコ
イルL1は約500 μH,コンデンサC3は0.02μF,コンデンサ
C1は200 μF に選んである。まず電界効果トランジスタ
Q1がオンしているときはチョークコイルL1からコンデン
サC3を充電する電流が流れる。この電流はコンデンサC3
の電圧がコンデンサC1の電圧に達するまでの期間流れ
て,これらチョークコイルL1とコンデンサC3にはエネル
ギーが蓄積される。つぎに電界効果トランジスタQ1がオ
フしたときにはチョークコイルL1に蓄えられた電流エネ
ルギーはダイオードD1をとおしてコンデンサC1を充電す
る。コンデンサC1の静電容量は十分大きい値であるで,
定常状態ではほぼ一定の直流電圧Ebを保つ。入力交流電
流は必ずチョークコイルL1を経由するので,電流は連続
する。つぎにコンデンサC1のプラス端子は変圧器Tr1 の
1次巻線n1を介して電界効果トランジスタQ1のドレイン
に接続される。変圧器Tr1 の2次巻線n2は整流用のダイ
オードD2と平滑用のチョークコイルL2とを介して平滑用
のコンデンサC2に接続されるとともに直流出力端子Y1,Y
2 にも接続される。この直流出力端子Y1,Y2 には検出・
比較回路DET1が接続され,その出力はフォトカプラQ2を
介して制御回路U1の検出入力端子に接続される。ここで
検出・比較回路DET1は抵抗分圧器と定電圧ダイオードで
構成される。そしてフォトカプラQ2は商用交流電源Eiを
絶縁するに充分な耐圧を選定する。そして変圧器Tr1 の
2次巻線n2の他方の端子と,ダイオードD2とチョークコ
イルL2との接続点との間にはフライホイル作用をするダ
イオードD3が接続される。この部分はいわゆるフォワー
ド型コンバータといわれる機能と,コンデンサC3と変圧
器Tr1 の1次巻線n1との固有振動による変圧器Tr1 のリ
セット機能がある。電界効果トランジスタQ1がオンして
いるときはコンデンサC1の蓄積電荷が変圧器Tr1 の1次
巻線n1とそれ以降の回路とを通して出力端子に電力を供
給し, 電界効果トランジスタQ1がオフしているときは変
圧器Tr1 の1次巻線n1に流れていた電流のエネルギーは
コンデンサC3とダイオードD1の経路で流れて変圧器Tr1
のリセットを行うと共にコンデンサC3の電圧を反転させ
る。つぎに動作を詳細に説明する。まず制御回路U1の内
部発振周波数が一定とし,チョークコイルL3とコンデン
サC4との並列回路については除いて説明する。入力交流
電源の周波数に対して電界効果トランジスタQ1のスイッ
チング周波数は十分高いものと仮定する。従って,スイ
ッチングの1サイクル期間中は入力電圧は一定とみなさ
れ,また,チョークコイルL1はスイッチング周波数に対
して十分大きいため,ほぼ定電流と見なすことができ
る。従って,スイッチング1サイクルにおける入力電流
の積分量は,交流入力電圧の影響を受けるものの,交流
周波数の一周期についてシミュレーションを行えば正弦
波に直流分が重畳された如き波形となる。その波形は力
率0.98程度で,入力電流の歪率は20%に対応する。フォ
ワード結合コンバータの出力電圧は,フィルタ用チョー
クコイルL2の電流がカット・オフしない範囲では,変圧
器Tr1 の1次巻線n1に印加される電圧とその時比率で決
定される。従って出力電圧を負荷変動に対して一定電圧
に保つように,制御回路U1によりコンバータ回路の電圧
変動を補償する時比率制御を行う。本コンバータ回路に
おいてはスイッチング素子たる電界効果トランジスタQ1
一個のみで出力電圧を一定にするよう時比率制御を行っ
ている。一方交流入力電圧の変動に対して電界効果トラ
ンジスタQ1はチョッパ回路のスイッチング素子として
も,同じ時比率で制御がなされるが結果的には安定な直
流出力電圧を保つよう内部回路相互で制御される。しか
るに,平滑用コンデンサC1の充電電圧は負荷が軽い場合
に上昇する傾向がある。平滑用コンデンサC1の電圧が軽
負荷時に上昇する原因は,コンデンサC3が負荷電力に関
係なく,電界効果トランジスタQ1の毎サイクル,コンデ
ンサC1の電圧まで充電されることにより,チョークコイ
ルL1に蓄積するエネルギー量があまり変わらないためで
ある。したがって,コンデンサC3の充電量を制御できれ
ばコンデンサC1の電圧を制御できる。この状態を図2に
より説明すると,コンデンサC3の充電量は,電界効果ト
ランジスタQ1のオン時における整流回路の負出力端子と
b点との電位差で決定される。したがって,b点を基準
としてa点とb点との電位差が大きいほど少なくなるの
で,この電位差を制御することによりコンデンサーC1の
電圧を制御することができる。電界効果トランジスタQ1
のスイッチオン時のa点とb点との電位差を制御する手
段として二つの手段がある。まず第1の手段としてはコ
ンデンサC4とチョーク・コイルL3との自由振動を利用す
る。コンデンサC1の電圧に応じて,コンデンサC4とチョ
ーク・コイルL3の自由振動中における電界効果トランジ
スタQ1のオン位相を制御することにより,コンデンサC3
の充電量を制御する。例えば,負荷が軽くなりC1の電圧
が高くなると,電界効果トランジスタQ1のオン位相をコ
ンデンサC4とチョーク・コイルL3の電圧がb点を基準と
して高くなるほうに移動させること,つまりオン・ポイ
ントを遅らせることにより,a点とb点との電位差が減
少し,コンデンサC3の充電量が減少する。すると,チョ
ーク・コイルL1に蓄えられるエネルギー量が減少しコン
デンサC1の電圧の上昇を抑える。ここで,チョークコイ
ルL3とコンデンサC4との並列回路の作用についてさらに
詳しく説明する。一般にインダクタンスとコンデンサと
の並列共振回路の周波数特性は,その固有周波数fnにお
いては,インピーダンス極大となり,固有周波数fnより
高い周波数においては容量性となり,固有周波数fnより
低い周波数においては誘導性となる。そしてこの特性を
利用して,伝達エネルギーの大小関係と連動させてい
る。つまりコンバータの動作周波数foは上記の固有周波
数fnより高い範囲で動作させる。そして並列共振回路の
インピーダンス特性を利用して,伝達エネルギーの大き
いときは並列共振回路はほとんど容量性となり,等価的
にはチョッパー回路への充電エネルギーの制限はなく,
反対に伝達エネルギーの小さいときは並列共振回路のイ
ンピーダンスは大きくなり等価的にはチョッパー回路へ
の充電エネルギーの制限をする。このようにして伝達エ
ネルギーに対応して自動的に平滑用コンデンサC1の充電
量を制御する。次に電界効果トランジスタQ1のスイッチ
オン時のa点とb点との電位差を制御する第2の手段と
しては,図2に示す位相φ1と位相φ2とに対応するa
点とb点との電位差Vabの変化を利用する手段がある。
位相を変化させるためには,スイッチング素子たるQ1の
駆動周波数を変化させる。そのための構成として,平滑
用のコンデンサC1の端子電圧が検出・比較回路DET2の入
力端子に接続されて,その中ではコンデンサC1の端子電
圧を基準電圧と比較してその誤差電圧が増幅して出力さ
れ,これが抵抗器R1を介して制御回路U1の端子6に送ら
れ,制御回路U1の内部発振周波数が変化する。この第2
の手段によれば,平滑用コンデンサC1の電圧の上昇に応
じて制御回路U1の内部発振周波数が高まり,その短いオ
ン周期でチョッパーの導通が切れるため入力電流も対応
して制限される。尚,周波数を変化させる場合に,オン
・オフ比率を一定に保ちながら制御することにより,こ
のコンバータの出力端子Y1,Y2 の電圧は一定に保たれ
る。いずれの手段によっても平滑用コンデンサの充電エ
ネルギーの過不足をさらに補正するよう作用し,したが
って入力交流電流の歪みを少なくするよう働く。この実
施例においては,これら第1の手段と第2の手段の両方
を備えているが,どちらか一方の手段でも当然作用する
ものである。検出・比較回路DET1の接続場所は必ずしも
出力端子に限らず,遠隔地の負荷の両端に直接接続する
方法がある。あるいは変圧器Tr1 に電圧検出用の巻線を
設けて出力電圧を検出することができる。また変圧器Tr
1 に複数の2次巻線を設けてそれぞれに整流・平滑回路
と出力端子を設けることもできる。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An AC / DC converter according to the present invention will be described with reference to FIG. As shown in Fig. 1, the commercial AC power supply Ei is connected to the input terminals X1 and X2 in a bridge type rectifier circuit.
Connect to RC1. The DC output terminal of the rectifier circuit RC1 is supplied to the smoothing capacitor C1 via the choke coil L1 and the diode D1. At the connection point between choke coil L1 and diode D1, capacitor C3 and choke coil L3 are connected.
The drain electrode of the field effect transistor Q1 is connected through a parallel circuit of the capacitor C4 and the capacitor C4, and its emitter is connected to the negative electrode of the capacitor C1. The gate terminal of the field effect transistor Q1 is turned on / off at a high frequency of 100 kHz to 200 kHz by the control circuit U1 for the switching regulator. Here, the terminal voltage of the capacitor C1 is connected to the input terminal of the detection / comparison circuit DET2, in which the terminal voltage of the capacitor C1 is compared with the reference voltage and the error voltage is amplified and output. The output voltage of the detection / comparison circuit DET2 is connected to the terminal 6 of the control circuit U1 via the resistor R1. Here, the control circuit U1 is a TL49 from Texas Instruments, which is an integrated circuit for switching power supplies that is widely used.
This is a general circuit configured by adding an output current amplifier circuit and some auxiliary components to 4 or equivalent. The terminal 6 of the control circuit U1 is a terminal for setting the charging rate of the internal relaxation oscillation circuit. When the voltage injected to this terminal becomes high, the charging cycle becomes long, the oscillation frequency drops to 100kHz, and vice versa. The oscillating frequency is set to increase up to about 200kHz when the voltage is low. These parts are rectifier chopper circuits. That is, input commercial AC power supply Ei (100V 50H
The field effect transistor Q1 is repeatedly turned on and off at a high frequency of 100 kHz to 200 kHz via the choke coil L1 and the capacitor C3 and the parallel circuit of the choke coil L3 and the capacitor C4 by rectifying z) by the rectifier circuit RC1. The operation of the parallel circuit of the choke coil L3 and the capacitor C4 will be described later, so short circuit will be considered here. Here, the choke coil L1 is about 500 μH, the capacitor C3 is 0.02 μF,
C1 was chosen to be 200 μF. First, field effect transistors
When Q1 is on, current that charges capacitor C3 flows from choke coil L1. This current is the capacitor C3
The voltage flows to the voltage of capacitor C1 until it reaches the voltage of capacitor C1, and energy is stored in these choke coil L1 and capacitor C3. Next, when the field effect transistor Q1 is turned off, the current energy stored in the choke coil L1 charges the capacitor C1 through the diode D1. The capacitance of the capacitor C1 is large enough,
In the steady state, the DC voltage Eb is kept almost constant. Since the input AC current always passes through the choke coil L1, the current is continuous. The positive terminal of the capacitor C1 is then connected to the drain of the field effect transistor Q1 via the primary winding n1 of the transformer Tr1. The secondary winding n2 of the transformer Tr1 is connected to the smoothing capacitor C2 via the rectifying diode D2 and the smoothing choke coil L2, and the DC output terminals Y1, Y
Also connected to 2. These DC output terminals Y1 and Y2 are
The comparison circuit DET1 is connected, and its output is connected to the detection input terminal of the control circuit U1 via the photocoupler Q2. Here, the detection / comparison circuit DET1 is composed of a resistance voltage divider and a constant voltage diode. The photocoupler Q2 selects a withstand voltage sufficient to insulate the commercial AC power supply Ei. A diode D3 acting as a flywheel is connected between the other terminal of the secondary winding n2 of the transformer Tr1 and the connection point between the diode D2 and the choke coil L2. This part has a so-called forward converter function and a reset function for the transformer Tr1 due to the natural vibration of the capacitor C3 and the primary winding n1 of the transformer Tr1. When the field effect transistor Q1 is on, the accumulated charge in the capacitor C1 supplies power to the output terminal through the primary winding n1 of the transformer Tr1 and the subsequent circuits, and the field effect transistor Q1 is off. At this time, the energy of the current flowing through the primary winding n1 of the transformer Tr1 flows through the path of the capacitor C3 and the diode D1 and the transformer Tr1
And the voltage of the capacitor C3 is inverted. Next, the operation will be described in detail. First, the internal oscillation frequency of the control circuit U1 is fixed, and the parallel circuit of the choke coil L3 and the capacitor C4 is omitted. It is assumed that the switching frequency of the field effect transistor Q1 is sufficiently higher than the frequency of the input AC power supply. Therefore, the input voltage is considered to be constant during one cycle of switching, and since the choke coil L1 is sufficiently large with respect to the switching frequency, it can be considered to be almost constant current. Therefore, although the integrated amount of the input current in one switching cycle is affected by the AC input voltage, if a simulation is performed for one cycle of the AC frequency, a waveform like a DC component superimposed on a sine wave is obtained. The waveform has a power factor of about 0.98, and the distortion factor of the input current corresponds to 20%. The output voltage of the forward coupling converter is determined by the voltage applied to the primary winding n1 of the transformer Tr1 and its duty ratio in the range where the current of the filter choke coil L2 is not cut off. Therefore, the control circuit U1 performs duty ratio control to compensate the voltage fluctuation of the converter circuit so that the output voltage is kept constant with respect to the load fluctuation. In this converter circuit, field effect transistor Q1 which is a switching element
The duty ratio control is performed so that the output voltage is constant with only one. On the other hand, the field-effect transistor Q1 is controlled by the same duty ratio as the switching element of the chopper circuit against the fluctuation of the AC input voltage, but as a result, the internal circuits are mutually controlled so as to maintain a stable DC output voltage. .. However, the charging voltage of the smoothing capacitor C1 tends to rise when the load is light. The reason why the voltage of the smoothing capacitor C1 rises when the load is light is that the energy stored in the choke coil L1 is charged to the voltage of the capacitor C1 every cycle of the field effect transistor Q1 regardless of the load power. This is because the amount does not change much. Therefore, if the charge amount of the capacitor C3 can be controlled, the voltage of the capacitor C1 can be controlled. This state will be described with reference to FIG. 2. The charge amount of the capacitor C3 is determined by the potential difference between the negative output terminal of the rectifier circuit and the point b when the field effect transistor Q1 is on. Therefore, the larger the potential difference between the points a and b with reference to the point b, the smaller the potential difference. Therefore, the voltage of the capacitor C1 can be controlled by controlling this potential difference. Field effect transistor Q1
There are two means for controlling the potential difference between the points a and b when the switch is turned on. First, the free vibration of the capacitor C4 and the choke coil L3 is used as the first means. By controlling the on-phase of field effect transistor Q1 during free oscillation of capacitor C4 and choke coil L3 according to the voltage of capacitor C1, capacitor C3
Control the amount of charge. For example, when the load becomes lighter and the voltage of C1 becomes higher, the ON phase of the field effect transistor Q1 is moved to the one where the voltage of the capacitor C4 and the choke coil L3 becomes higher with reference to the point b, that is, the ON point is delayed. As a result, the potential difference between the points a and b is reduced, and the charge amount of the capacitor C3 is reduced. Then, the amount of energy stored in the choke coil L1 is reduced and the voltage rise of the capacitor C1 is suppressed. Here, the operation of the parallel circuit of the choke coil L3 and the capacitor C4 will be described in more detail. Generally, the frequency characteristic of a parallel resonant circuit of an inductance and a capacitor has an impedance maximum at its natural frequency fn, is capacitive at frequencies higher than the natural frequency fn, and is inductive at frequencies lower than the natural frequency fn. And by utilizing this characteristic, it is linked with the magnitude relation of the transmitted energy. That is, the operating frequency fo of the converter is operated in a range higher than the natural frequency fn. Using the impedance characteristics of the parallel resonant circuit, the parallel resonant circuit becomes almost capacitive when the transfer energy is large, and equivalently, there is no limit on the charging energy to the chopper circuit.
On the contrary, when the transfer energy is small, the impedance of the parallel resonant circuit becomes large and equivalently limits the charging energy to the chopper circuit. In this way, the charging amount of the smoothing capacitor C1 is automatically controlled according to the transmitted energy. Next, as a second means for controlling the potential difference between the points a and b when the field effect transistor Q1 is switched on, a means corresponding to the phase φ1 and the phase φ2 shown in FIG.
There is a means for utilizing the change in the potential difference Vab between the point and the point b.
In order to change the phase, the drive frequency of the switching element Q1 is changed. As a configuration for this, the terminal voltage of the smoothing capacitor C1 is connected to the input terminal of the detection / comparison circuit DET2, in which the terminal voltage of the capacitor C1 is compared with the reference voltage and its error voltage is amplified and output. This is sent to the terminal 6 of the control circuit U1 via the resistor R1, and the internal oscillation frequency of the control circuit U1 changes. This second
According to this means, the internal oscillating frequency of the control circuit U1 increases in accordance with the increase in the voltage of the smoothing capacitor C1, and the conduction of the chopper is cut off in the short ON period, so that the input current is correspondingly limited. When the frequency is changed, the voltage at the output terminals Y1 and Y2 of this converter is kept constant by controlling while keeping the on / off ratio constant. Either means acts to further correct the excess or deficiency of the charging energy of the smoothing capacitor, thus reducing the distortion of the input AC current. In this embodiment, both the first means and the second means are provided, but either one means naturally works. The connection location of the detection / comparison circuit DET1 is not limited to the output terminal but may be directly connected to both ends of a remote load. Alternatively, the transformer Tr1 may be provided with a winding for voltage detection to detect the output voltage. Also transformer Tr
It is also possible to provide a plurality of secondary windings in 1 and to provide a rectifying / smoothing circuit and an output terminal for each.
【第2の実施例】図4は本発明の第2の実施例を示す。
この実施例は図1に示す実施例と同様の構成であるが,
構成上の相違点としては,変圧器Tr1 の接続極性が図1
の場合と逆極性になる点,2次側の整流回路がダイオー
ドD2とコンデンサC2のみからなる半波整流回路である
点,および変圧器Tr1 の1次巻線n1に直列にダイオード
D4が図示の極性で設けられている点である。そしてこの
構成上の相違点は,動作としては,コンバータ動作の部
分がいわゆるフォワード型からフライバック型に置き換
えられて対応する。それ以外の本発明の目的とする高力
率を得る点については共通である。この第2の実施例に
おけるダイオードD4は必須の構成要素ではないので省く
こともできるが,好ましい動作をさせるためにはダイオ
ードD4は有効である。一方,第1の実施例にはおいては
ダイオードD4に相当する部品はないが,これに相当する
構成要素を含んでも基本的動作には変化ない。[Second Embodiment] FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention.
This embodiment has the same structure as the embodiment shown in FIG.
The difference in configuration is that the connection polarity of the transformer Tr1 is
The reverse polarity of the case, the secondary side rectifier circuit is a half-wave rectifier circuit consisting only of the diode D2 and the capacitor C2, and the diode is connected in series with the primary winding n1 of the transformer Tr1.
The point is that D4 is provided with the polarity shown. This difference in structure corresponds to the operation in that the converter operation part is replaced with the so-called forward type from the flyback type. Other than that, it is common to obtain the high power factor targeted by the present invention. The diode D4 in the second embodiment can be omitted because it is not an essential component, but the diode D4 is effective for the desired operation. On the other hand, in the first embodiment, there is no part corresponding to the diode D4, but the basic operation does not change even if a component corresponding to this is included.
【発明の効果】本発明は以上述べたような特徴を有し,
一つのスイッチング素子で出力電圧の安定化制御を行う
と同時に,交流入力電流の波形の改善ができ,力率は0.
996 程度まで向上させることができる。またスイッチン
グ素子が一つであるので,従来の前置コンバータを設け
た場合の如き相互干渉は存在しない。さらにまたコンバ
ータの共振作用により,スイッチング素子はゼロボルト
スイッチングとなり,その共振用コンデンサはロスレス
スナバの役割を果たし,スイッチング素子のスナバ回路
は不要となる。さらにコンバータの共振作用はトランス
のリセット回路の役割をもはたしており,コンバータ変
圧器はリセット巻線およびリセットダイオードが不要と
なる。以上述べたように本発明に係るAC/DCコンバ
ータは簡素な構成であって,小型軽量,高力率,高効率
の効果を有するものである。The present invention has the features described above,
The output voltage is stabilized and controlled by one switching element, and at the same time, the waveform of the AC input current can be improved and the power factor is zero.
It can be improved to about 996. Moreover, since there is only one switching element, there is no mutual interference as in the case where the conventional pre-converter is provided. Furthermore, due to the resonance action of the converter, the switching element becomes zero-volt switching, the resonance capacitor plays the role of a lossless snubber, and the snubber circuit of the switching element becomes unnecessary. Furthermore, the resonance action of the converter also plays the role of the reset circuit of the transformer, and the converter transformer does not require the reset winding and reset diode. As described above, the AC / DC converter according to the present invention has a simple structure and has effects of small size, light weight, high power factor, and high efficiency.
【図1】本発明にかかるAC/DCコンバータの第1の
実施例の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a first embodiment of an AC / DC converter according to the present invention.
【図2】本発明にかかるAC/DCコンバータの動作を
説明するための波形図である。FIG. 2 is a waveform diagram for explaining the operation of the AC / DC converter according to the present invention.
【図3】本発明にかかるAC/DCコンバータの動作周
波数と伝達エネルギーとの関係を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a relationship between an operating frequency and transfer energy of the AC / DC converter according to the present invention.
【図4】本発明にかかるAC/DCコンバータの第2の
実施例の構成を示す部分図である。FIG. 4 is a partial view showing a configuration of a second embodiment of an AC / DC converter according to the present invention.
【図5】従来のAC/DCコンバータの構成の一例を示
す図である。FIG. 5 is a diagram showing an example of a configuration of a conventional AC / DC converter.
【図6】従来のAC/DCコンバータの交流入力電流波
形図である。FIG. 6 is an AC input current waveform diagram of a conventional AC / DC converter.
Co,C1,C2,C3,C4 …コンデンサ D1,D2,D3,D4 …ダイオード DET1,DET2 …比較検出回路 Ei…商用交流電源 L1,L2,L3 …チョークコイル Q1…電界効果トランジスタ Q2…フォトカプラ Ro,R1 …抵抗器 RC1,RC2 …整流回路 Tr1 …変圧器 U1…制御回路 X1,X2 …入力端子 Y1,Y2 …出力端子 Co, C1, C2, C3, C4… Capacitor D1, D2, D3, D4… Diode DET1, DET2… Comparison detection circuit Ei… Commercial AC power supply L1, L2, L3… Choke coil Q1… Field effect transistor Q2… Photocoupler Ro , R1… Resistor RC1, RC2… Rectifier circuit Tr1… Transformer U1… Control circuit X1, X2… Input terminal Y1, Y2… Output terminal
Claims (6)
端子と, 一対の交流入力端子と一対の直流出力端子とを備えたブ
リッジ型の整流回路であって,その整流回路の交流入力
端子が前記一対の入力端子に接続されるブリッジ型の整
流回路と, このブリッジ型の整流回路の出力端子に接続される,互
いに直列接続されたチョークコイルとダイオードとコン
デンサと, 前記商用交流電源の周波数に比較して十分高い周波数で
あって,前記コンデンサの端子電圧の上昇に応じて高ま
る周波数のオンオフ駆動信号を発生する制御回路と, 一対の主電極と制御端子とを備えたスイッチング素子で
あって,その制御端子が前記制御回路によってオンオフ
駆動されるとともに,その主電極の一端は前記チョーク
コイルと前記ダイオードとの接続点に第2のコンデンサ
を介して接続され,主電極の他の一端は前記コンデンサ
の一端に接続されるスイッチング素子と, 少なくとも1次巻線と2次巻線とを備えた変圧器であっ
て,その1次巻線が前記コンデンサと前記ダイオードと
の接続点と前記スイッチング素子の主電極との間に接続
される変圧器と, この変圧器の2次巻線に接続された整流手段と, この整流手段に接続された出力端子とからなるAC/D
Cコンバータ。1. A bridge-type rectifier circuit comprising a pair of input terminals to be connected to a commercial AC power source, a pair of AC input terminals and a pair of DC output terminals, the AC input terminals of the rectifier circuit. A bridge-type rectifier circuit connected to the pair of input terminals, a choke coil, a diode, and a capacitor connected in series with each other, which are connected to the output terminals of the bridge-type rectifier circuit, and the frequency of the commercial AC power supply. And a switching circuit having a pair of main electrodes and a control terminal, the control circuit generating an on / off drive signal having a frequency sufficiently higher than that of the above-mentioned capacitor and increasing with the rise of the terminal voltage of the capacitor. , Its control terminal is driven on and off by the control circuit, and one end of its main electrode is at a second point at a connection point between the choke coil and the diode. A transformer comprising a switching element connected through a capacitor and the other end of the main electrode connected to one end of the capacitor, and a primary winding and a secondary winding. A transformer having a wire connected between the connection point of the capacitor and the diode and the main electrode of the switching element; rectifying means connected to the secondary winding of the transformer; and connecting to the rectifying means AC / D consisting of a connected output terminal
C converter.
端子と, 一対の交流入力端子と一対の直流出力端子とを備えたブ
リッジ型の整流回路であって,その整流回路の交流入力
端子が前記一対の入力端子に接続されるブリッジ型の整
流回路と, このブリッジ型の整流回路の出力端子に接続される,互
いに直列接続されたチョークコイルとダイオードとコン
デンサと, 前記商用交流電源の周波数に比較して十分高い周波数の
オンオフ駆動信号を発生する制御回路と, 一対の主電極と制御端子とを備えたスイッチング素子で
あって,その制御端子が前記制御回路によってオンオフ
駆動されるとともに,その主電極の一端は前記チョーク
コイルと前記ダイオードとの接続点に第2のコンデンサ
と,第2のチョークコイルと第3のコンデンサとからな
る並列回路との直列回路を介して接続され,主電極の他
の一端は前記コンデンサの一端に接続されるスイッチン
グ素子と, 少なくとも1次巻線と2次巻線とを備えた変圧器であっ
て,その1次巻線が前記コンデンサと前記ダイオードと
の接続点と前記スイッチング素子の主電極との間に接続
される変圧器と, この変圧器の2次巻線に接続された整流手段と, この整流手段に接続された出力端子とからなるAC/D
Cコンバータ。2. A bridge-type rectifier circuit having a pair of input terminals to be connected to a commercial AC power source, a pair of AC input terminals and a pair of DC output terminals, the AC input terminals of the rectifier circuit. A bridge-type rectifier circuit connected to the pair of input terminals, a choke coil, a diode, and a capacitor connected in series with each other, which are connected to the output terminals of the bridge-type rectifier circuit, and the frequency of the commercial AC power supply. A switching element having a control circuit for generating an on / off drive signal of a sufficiently high frequency as compared with the above, and a pair of main electrodes and a control terminal, the control terminal being driven on / off by the control circuit, One end of the main electrode is composed of a second capacitor, a second choke coil and a third capacitor at the connection point between the choke coil and the diode. Is a transformer having at least a primary winding and a secondary winding, which are connected through a series circuit with a parallel circuit, and the other end of the main electrode is connected to one end of the capacitor. And a transformer whose primary winding is connected between the connection point between the capacitor and the diode and the main electrode of the switching element, and a rectifying means connected to the secondary winding of the transformer. , AC / D consisting of an output terminal connected to this rectifying means
C converter.
端子と, 一対の交流入力端子と一対の直流出力端子とを備えたブ
リッジ型の整流回路であって,その整流回路の交流入力
端子が前記一対の入力端子に接続されるブリッジ型の整
流回路と, このブリッジ型の整流回路の出力端子に接続される,互
いに直列接続されたチョークコイルとダイオードとコン
デンサと, 前記商用交流電源の周波数に比較して十分高い周波数で
あって,前記コンデンサの端子電圧の上昇に応じて高ま
る周波数のオンオフ駆動信号を発生する制御回路と, 一対の主電極と制御端子とを備えたスイッチング素子で
あって,その制御端子が前記制御回路によってオンオフ
駆動されるとともに,その主電極の一端は前記チョーク
コイルと前記ダイオードとの接続点に第2のコンデンサ
と,第2のチョークコイルと第3のコンデンサとからな
る並列回路との直列回路を介して接続され,主電極の他
の一端は前記コンデンサの一端に接続されるスイッチン
グ素子と, 少なくとも1次巻線と2次巻線とを備えた変圧器であっ
て,その1次巻線が前記コンデンサと前記ダイオードと
の接続点と前記スイッチング素子の主電極との間に接続
される変圧器と, この変圧器の2次巻線に接続された整流手段と, この整流手段に接続された出力端子とからなるAC/D
Cコンバータ。3. A bridge-type rectifier circuit comprising a pair of input terminals to be connected to a commercial AC power supply, a pair of AC input terminals and a pair of DC output terminals, the AC input terminals of the rectifier circuit. A bridge-type rectifier circuit connected to the pair of input terminals, a choke coil, a diode, and a capacitor connected in series with each other, which are connected to the output terminals of the bridge-type rectifier circuit, and the frequency of the commercial AC power supply. And a switching circuit having a pair of main electrodes and a control terminal, the control circuit generating an on / off drive signal having a frequency sufficiently higher than that of the above-mentioned capacitor and increasing with the rise of the terminal voltage of the capacitor. , Its control terminal is driven on and off by the control circuit, and one end of its main electrode is at a second point at a connection point between the choke coil and the diode. A switching element connected through a series circuit of a capacitor and a parallel circuit including a second choke coil and a third capacitor, and the other end of the main electrode connected to one end of the capacitor; A transformer comprising a winding and a secondary winding, the primary winding of which is connected between the connection point of the capacitor and the diode and the main electrode of the switching element, AC / D composed of a rectifying means connected to the secondary winding of the transformer and an output terminal connected to the rectifying means.
C converter.
段が,前記スイッチング素子のオン時に対応してエネル
ギー伝達することを特徴とする請求項1または請求項2
または請求項3記載のAC/DCコンバータ。4. The rectifying means connected to the secondary winding of the transformer transfers energy corresponding to when the switching element is turned on.
Alternatively, the AC / DC converter according to claim 3.
段が,前記スイッチング素子のオフ時に対応してエネル
ギー伝達することを特徴とする請求項1または請求項2
または請求項3記載のAC/DCコンバータ。5. The rectifying means connected to the secondary winding of the transformer transfers energy corresponding to the time when the switching element is off.
Alternatively, the AC / DC converter according to claim 3.
が接続されることを特徴とする請求項1または請求項2
または請求項3または請求項4または請求項5記載のA
C/DCコンバータ。6. The diode according to claim 1, wherein a diode is connected in series with the primary winding of the transformer.
Or A according to claim 3 or claim 4 or claim 5.
C / DC converter.
Priority Applications (4)
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---|---|---|---|
JP8625792A JP3082877B2 (en) | 1992-03-10 | 1992-03-10 | AC / DC converter |
US07/951,962 US5301095A (en) | 1991-10-01 | 1992-09-28 | High power factor AC/DC converter |
CA002079554A CA2079554C (en) | 1991-10-01 | 1992-09-30 | High power factor ac/dc converter |
GB9220686A GB2261331B (en) | 1991-10-01 | 1992-10-01 | High power factor AC/DC converter |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8625792A JP3082877B2 (en) | 1992-03-10 | 1992-03-10 | AC / DC converter |
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JPH05260750A true JPH05260750A (en) | 1993-10-08 |
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Family
ID=13881772
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP8625792A Expired - Lifetime JP3082877B2 (en) | 1991-10-01 | 1992-03-10 | AC / DC converter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3082877B2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7362601B2 (en) | 2005-02-28 | 2008-04-22 | Tdk Corporation | Power supply device |
US7405952B2 (en) | 2005-02-22 | 2008-07-29 | Tdk Corporation | Power supply device |
-
1992
- 1992-03-10 JP JP8625792A patent/JP3082877B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US7405952B2 (en) | 2005-02-22 | 2008-07-29 | Tdk Corporation | Power supply device |
US7362601B2 (en) | 2005-02-28 | 2008-04-22 | Tdk Corporation | Power supply device |
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JP3082877B2 (en) | 2000-08-28 |
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