JP3759296B2 - Switching power supply - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スイッチング電源に関し、更に詳しくは、バッテリー等の蓄電素子によってバックアップする機能を有するスイッチング電源に係る。
【0002】
【従来の技術】
この種のスイッチング電源としては、従来より種々のタイプのものが知られている。例えば、特開平9ー56085号公報は、電力変換回路に備えられた変換トランスの二次側にバッテリーでなるバックアップ素子を有する充放電回路を接続しておき、変換トランスの二次巻線に生じる誘起電圧を利用してバックアップ素子を充電し、交流電源電圧の供給が停止したときは、バックアップ素子に蓄積されたエネルギを、変換トランスを介することなく、充電回路に備えられた第1のコンバータ回路によって変換し、変換された電力を負荷に供給する電源装置を開示している。
【0003】
特開平8ー275521号公報は、電力変換回路を構成する変換トランスの二次巻線に定電流回路を接続し、定電流回路によりバッテリを充電し、停電時にはバッテリの充電電圧を、インバータに供給し、インバータから負荷に電力を供給する電源装置を開示している。
【0004】
特開昭64ー8836号公報は、交流電源を整流する整流回路の出力側に、蓄電池を接続し、停電時に蓄電池を電力供給源として用いる無停電電源装置を開示している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上述した先行技術文献に見られるように、従来のこの種のスイッチング電源は、交流電源電圧を入力として動作するメインのコンバータとは別に、バックアップバッテリの電力を変換するコンバータを備え、両コンバータの切替により、交流電源の停電に対応する構成である。切替に当たっては、メインのコンバータの動作を停止させ、それに代わって、それまで停止状態にあったバックアップ用コンバータの動作を開始させる。
【0006】
ところが、それまで停止状態にあったバックアップ用コンバータが、負荷に対して、それまで供給されていた電圧を供給できる動作状態まで立ち上がるには、ある立ち上がり時間が必要である。このバックアップ用コンバータの立ち上がり特性のために、切替時に、負荷に供給される直流電圧が低下してしまう。
【0007】
本発明の課題は、メインのコンバータと、コンバータとの間の切替時に負荷に供給される直流出力電圧が低下しないスイッチング電源を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上述した課題解決のため、本発明に係るスイッチング電源は、第1のコンバータと、第2のコンバータと、制御回路とを含む。
【0009】
前記第1のコンバータは、交流電圧から変換された直流電圧をスイッチングし、スイッチング出力を直流電圧に変換して、負荷に直流出力電圧を供給する。
【0010】
前記第2のコンバータは、蓄電素子から供給された直流電圧をスイッチングし、スイッチング出力を直流電圧に変換して、負荷に直流出力電圧を供給する。
【0011】
前記制御回路は、前記交流電圧の停電または復電に応じて、前記第1のコンバータ及び前記第2のコンバータの間の切替を行ない、切替時に前記第1のコンバータ及び前記第2のコンバータが同時に動作する期間を設定する。
【0012】
第1のコンバータは、交流電圧から変換された直流電圧をスイッチングし、スイッチング出力を直流電圧に変換して、負荷のための直流出力電圧を供給するから、交流電圧が正常に供給されている間は、第1のコンバータから負荷に対して、直流出力電圧を供給することができる。
【0013】
交流電源が停電したときは、第1のコンバータから第2のコンバータへの切替を行なう。これにより、第1のコンバータに代わって、第2のコンバータが動作を開始する。第2のコンバータは、蓄電素子から供給された直流をスイッチングし、スイッチング出力を直流電圧に変換して、負荷に直流出力電圧を供給する。これにより、第1のコンバータに代わって、負荷に直流出力電圧を供給することができる。
【0014】
第1のコンバータから第2のコンバータへの切替に当たって、制御回路は、第1のコンバータ及び第2のコンバータが同時に動作する期間を設定する。従って、第1のコンバータが動作している間に第2のコンバータが動作を開始する。第1のコンバータが動作を停止した時点では、第2のコンバータを、負荷に所定の直流電圧が供給できる状態まで、立ち上がらせることができる。このため、第2のコンバータの立ち上がり特性に起因する直流出力電圧の低下を回避することができる。
【0015】
交流電源が復電したときは、第2のコンバータから、第1のコンバータへの切替が行なわれる。この場合も、制御回路は、第1のコンバータ及び第2のコンバータが同時に動作する期間を設定する。従って、第2のコンバータが動作している間に第1のコンバータが動作を開始し、第2のコンバータが動作を停止した時点では、第1のコンバータを、負荷に所定の直流電圧が供給できる状態まで、立ち上がらせることができる。このため、第1のコンバータの立ち上がり特性に起因する直流出力電圧の低下を回避することができる。
【0016】
第2のコンバータから出力される直流電圧は、第1のコンバータから出力される直流電圧よりも低く設定されていることが望ましい。この構成は、交流電源の停電または復電に伴う切替時に、直流出力電圧に過渡的な落ち込みが発生するのを阻止する手段として、きわめて有効である。
【0017】
第1のコンバータと、第2のコンバータとを同時に動作させる期間を設定する手段として、制御回路はそのような期間を設定するタイマを有することができる。
【0018】
別の同時動作期間設定手段として、前記制御回路は、前記交流電圧の停電時には前記第1のコンバータをそのスイッチングパルス幅が最大デューティに達するまで動作させ、復電時には前記第1のコンバータのスイッチングパルス幅が前記最大デューティよりも小さくなってから、前記第2のコンバータを停止させる機能を有することもできる。
【0019】
この場合、最大デューティを判定する手段として、前記制御回路は、基準値に対する前記直流出力電圧の誤差を増幅して得られた電圧信号と、最大デューティを設定する電圧信号とを比較して、最大デューテイを判定する機能を有することができる。
【0020】
本発明は、更に、この種のスイッチング電源の小型化、特に、複数出力を有する場合に、その小型化にきわめて有効な具体的手段を開示する。
【0021】
本発明の他の目的、構成及び利点については、添付図面を参照し、更に詳しく説明する。図面は単に実施例を示すものに過ぎない。
【0022】
【発明の実施の形態】
図1は本発明に係るスイッチング電源の電気回路図である。図示するように、本発明に係るスイッチング電源は、第1のコンバータ1と、第2のコンバータ2と、制御回路31、32とを含む。
【0023】
第1のコンバータ1は、交流電圧から変換された直流電圧をスイッチングし、スイッチング出力を直流電圧V21に変換して、負荷Lに直流出力電圧Voを供給する。第1のコンバータ1の出力は出力端子71、72に接続されている。第1のコンバータ1の入力側には、入力回路4が備えられている。入力回路4は、交流電源eから供給される交流電圧Einを整流平滑して、第1のコンバータ1に対して、直流電圧V11を供給する。
【0024】
第2のコンバータ2は、蓄電素子20から供給された直流電圧V12をスイッチングし、スイッチング出力を直流電圧V22に変換して、負荷Lのための直流出力電圧Voを供給する。そして、第1のコンバータ1に対する交流電圧Einの供給が停止したとき、第1のコンバータ1に代わって、負荷Lに直流出力電圧Voを供給する。蓄電素子20はバッテリまたは電気二重層コンデンサ等でなる。第2のコンバータ2の出力は出力端子71、72に接続されている。
【0025】
制御回路31、32は、切換回路5から制御信号S3、S4に供給を受ける。切換回路5は停電検出機能を有しており、交流電圧Einに応じて、制御回路31、32に制御信号S3、S4を供給して、第1のコンバータ1及び第2のコンバータ2の動作の切替を行ない、切替時に第1のコンバータ1及び第2のコンバータ2が同時に動作する期間を設定する。図示では、制御回路31、32は独立したブロックとして表現されているが、1ブロックとして統合されていてもよい。制御信号S1、S2は、第1のコンバータ1及び第2のコンバータ2のパルス幅変調(以下PWMと称する)制御信号である。切換回路5は、制御回路31、32と一体化されていてもよい。
【0026】
次に、図2のタイムチャートを参照して、図1に示されたスイッチング電源の動作を説明する。
【0027】
交流電源eから、交流電圧Einが正常に供給されている間(図2(a)参照)は、第1のコンバータ1は、交流電圧Einから変換された直流電圧V11(図2(b)参照)をスイッチング(図2(c)参照)し、スイッチング出力を直流電圧V21に変換して、負荷Lに直流出力電圧Voを供給する。図2(c)において、論理値1は第1のコンバータ1が動作している状態に対応し、論理値0は第1のコンバータ1が動作を停止している状態に対応する。
【0028】
次に、t0時に交流電源eが停電したときは、切換回路5は、直流電圧V11に応じて、制御回路31、32に制御信号S3、S4を供給する。そして、制御回路31、32から第1のコンバータ1及び第2のコンバータ2に供給される制御信号S1、S2によって、第1のコンバータ1及び第2のコンバータ2の切替を行なう。これにより、第1のコンバータ1に代わって、第2のコンバータ2が動作を開始する。第2のコンバータ2は、蓄電素子20から供給された直流電圧V12をスイッチングし、スイッチング出力を直流電圧V22に変換して、負荷Lに直流出力電圧Voを供給する。
【0029】
第1のコンバータ1から第2のコンバータ2への切替に当たって、制御回路31、32は、第1のコンバータ1及び第2のコンバータ2が同時に動作する期間を設定する。図2において、t0時からt1時までの期間△T1が、この同時に動作する期間である。従って、第1のコンバータ1が動作している間に第2のコンバータ2が動作を開始(図2(c)及び(e)参照)する。これにより、第1のコンバータ1が動作を停止するt1時までに、第2のコンバータ2を、負荷Lに所定の直流電圧が供給できる状態まで、立ち上がらせることができる(図2(e)参照)。このため、第2のコンバータ2の立ち上がり特性に起因する直流出力電圧V21の低下を回避することができる。これを仮に、第1のコンバータ1と第2のコンバータ2とを、t1時に同時に切り替えた(図2(e)の点線表示参照)とすれば、直流出力電圧V21に過渡的な落ち込みVd1が生じる(図2(g)参照)。
【0030】
次に、交流電源eがt2時に復電したときは、第2のコンバータ2から、第1のコンバータ1への切替が行なわれる。この場合も、制御回路31、32は、第1のコンバータ1及び第2のコンバータ2が同時に動作する期間を設定する。図2において、t3時からt4時までの期間△T2が、この同時動作期間に相当する。従って、第2のコンバータ2が動作している間に第1のコンバータ1が動作を開始し、第2のコンバータ2が動作を停止するt4時では、第1のコンバータ1を、負荷Lに所定の直流出力電圧V21が供給できる状態まで、立ち上がらせることができる。
【0031】
図3は本発明に係るスイッチング電源の更に具体的な実施例を示す図である。図において、図1に図示された構成部分と同一の構成部分には、同一の参照符号を付してある。
【0032】
入力回路4は、交流入力端子61、62に供給される交流電圧Einを直流電圧V11に変換して出力する。図示された入力回路4はダイオードブリッジ等でなる整流回路41と平滑コンデンサ42とを備えている。
【0033】
第1のコンバータ1は、電力変換回路11と、出力回路12とを含む。電力変換回路11は、変換トランス13と、スイッチ素子14と含んでいる。変換トランス13は、第1の巻線131及び第2の巻線132を含み、第1の巻線131は入力回路4から直流電圧V11の供給を受ける。
【0034】
スイッチ素子14は、第1の巻線131を通して供給される直流電圧V11をスイッチングする。スイッチ素子14は代表的には電界効果トランジスタ(FET)で構成されるが、バイポーラトランジスタ等、他の三端子スイッチ素子であってもよい。スイッチ素子14の主電極回路は、変換トランス13の第1の巻線131に直列に接続されている。
【0035】
出力回路12は、第2の巻線132に接続され、第2の巻線132に現れるスイッチ出力を直流電圧V21に変換して、負荷Lに直流出力電圧Voを供給する。図示された出力回路12は、いわゆるフォワード第1のコンバータ回路を構成しており、スイッチ素子14がオンしているときに導通するダイオード121と、スイッチ素子14がオフしている期間に、チョークコイル123に蓄積されたエネルギを放出するダイオード122とでなる整流回路と、出力平滑用コンデンサ124とを備える。但し、このような回路構成に限定するものではないことはいうまでもない。
【0036】
第2のコンバータ2は、電力変換回路21と、出力回路22とを含む。電力変換回路21は、変換トランス23と、スイッチ素子24と含んでいる。変換トランス23は、第1の巻線231及び第2の巻線232を含み、第1の巻線231は蓄電素子20から直流電圧V12の供給を受ける。
【0037】
スイッチ素子24は、第1の巻線231を通して供給される直流電圧V12をスイッチングする。スイッチ素子24は代表的には電界効果トランジスタ(FET)で構成されるが、バイポーラトランジスタ等、他の三端子スイッチ素子であってもよい。スイッチ素子24の主電極回路は、変換トランス23の第1の巻線231に直列に接続されている。
【0038】
出力回路22は、第2の巻線232に接続され、第2の巻線232に現れるスイッチ出力を直流電圧V21に変換して、負荷Lに直流出力電圧Voを供給する。図示された出力回路22は、フォワード第1のコンバータ回路を構成しており、スイッチ素子24がオンしているときに導通するダイオード221と、スイッチ素子24がオフしている期間に、チョークコイル223に蓄積されたエネルギを放出するダイオード222とでなる整流回路とを備える。但し、このような回路構成に限定するものではないことはいうまでもない。
【0039】
次に、再び図2のタイムチャートを参照して、図3に示されたスイッチング電源の動作を説明する。
【0040】
交流電源eから、交流電圧Einが正常に供給されている間(図2(a)参照)は、入力回路4により、交流電圧Einを直流電圧V11に変換する(図2(b)参照)。入力回路4から変換トランス13の第1の巻線131を通して供給される直流電圧V11は、スイッチ素子14でスイッチングされる(図2(c)参照)。変換トランス13の第2の巻線132には出力回路12が接続されているので、第2の巻線132に現れたスイッチ出力は、出力回路12によって、直流電圧V21に変換される。この直流電圧V21が、直流出力電圧Voとして、負荷Lに供給され(図2(g)参照)、負荷電流Io1が流れる(図2(d)参照)。
【0041】
次に、t0時に交流電源eが停電したときは、制御回路31、32は、直流電圧V11に応じて、第1のコンバータ1及び第2のコンバータ2の切替を行なう。これにより、第1のコンバータ1に代わって、第2のコンバータ2が動作を開始する。第2のコンバータ2において、蓄電素子20から変換トランス23の第1の巻線231を通して供給される直流電圧V12は、スイッチ素子24でスイッチングされる。変換トランス23の第2の巻線232には出力回路22が接続されているので、第2の巻線232に現れたスイッチ出力は、出力回路22によって、直流電圧V22に変換される。この直流電圧V22が、直流出力電圧Voとして、負荷Lに供給され(図2(g)参照)、負荷電流Io2が流れる(図2(f)参照)。
【0042】
第1のコンバータ1から第2のコンバータ2への切替に当たって、制御回路31、32は、第1のコンバータ1及び第2のコンバータ2が同時に動作する期間を設定する。この点については、図1及び図2を参照して既に説明した通りである。
【0043】
即ち、第1のコンバータ1及び第2のコンバータ2は、t0時からt1時までの期間△T1に同時に動作する。このため、第2のコンバータ2の立ち上がり特性に起因する直流出力電圧V0の低下を回避することができる。
【0044】
また、交流電源eがt2時に復電したときは、t3時からt4時までの期間△T2において、第1のコンバータ1及び第2のコンバータ2が同時に動作する。
【0045】
第2のコンバータ2から出力される直流電圧V22は、第1のコンバータ1から出力される直流電圧V21よりも低く設定されていることが望ましい。この構成によれば、交流電圧Einの停電時に、平滑コンデンサ42の蓄積電荷を利用して、第1のコンバータ1により、負荷Lへ電流Io1を供給し続けることができる。そして、平滑コンデンサ42の端子電圧で与えられる直流電圧V11が低下する(図2(b)参照)に従い、第1のコンバータ1から負荷Lへの電流Io1の供給が次第に低下して行く(図2(d)参照)。
【0046】
一方、これとは逆に、第2のコンバータ2から負荷Lへ供給される電流Io2が次第に増加(図2(f)参照)して行き、最終的には第2のコンバータ2が負荷Lへの電力供給の全てを負担することになる。この時点t1で第1のコンバータ1を停止させる。従って、切替時に、直流出力電圧Voに過渡的な落ち込みVd1(図2(g)参照)を、平滑コンデンサ42の蓄積電荷を利用して確実に阻止することができる。
【0047】
復電時には、上述した動作と逆の動作により、第2の第2のコンバータ2から第1の第1のコンバータ1への切替が行なわれる。
【0048】
第1のコンバータ1と、第2のコンバータ2とを同時に動作させる期間を設定する手段として、制御回路31、32または切替回路5はそのような期間を設定するタイマを有することができる。
【0049】
別の同時動作期間設定手段として、制御回路31、32は、交流電圧Einの停電時には、第1のコンバータ1をそのスイッチングパルス幅が最大デューティに達するまで動作させ、復電時には第1のコンバータ1のスイッチングパルス幅が最大デューティよりも小さくなってから、第2のコンバータ2を停止させる機能を有することもできる。
【0050】
スイッチング電源の分野では、直流出力電圧Voの安定化のために、制御回路31、32により、スイッチ素子14、24にPWM制御を加えるのが普通である。スイッチング電源におけるPWM制御は、直流出力電圧Voが低下した場合に、スイッチ素子14、24のオン期間(以下デューティと称する)を広げ、直流出力電圧Voが上昇した場合はデューティが小さくなるような制御方式である。この場合、スイッチング電源の適正動作及び保護のために、最大デューティが設定され、スイッチ素子14、24は最大デューティの範囲内で動作する。最大デューティは第1のコンバータ1及び第2のコンバータ2の出力安定化のための極限動作状態に対応する。
【0051】
本発明の好ましい態様においては、交流電圧Einの停電時には、制御回路31は、第1のコンバータ1をそのスイッチングパルス幅が最大デューティに達するまで動作させる。このことは、停電時には、第1のコンバータ1を、その出力安定化能力を極限まで発揮させた後に、第2のコンバータ2に切り替えることを意味する。
【0052】
復電時には、第1のコンバータ1のスイッチングパルス幅が最大デューティよりも小さくなってから、第2のコンバータ2を停止させる機能を有することもできる。このことは、第1のコンバータ1が出力安定化動作可能領域に入った後に、第2のコンバータ2から第1のコンバータ1への切替を行なうことを意味する。これを仮に、第2のコンバータ2から出力される直流電圧V22が第1のコンバータ1から出力される直流電圧V21よりも高い値に設定された場合は、交流電源eが復電したにもかかわらず、第2のコンバータ2が依然として動作を継続する結果を招く。
【0053】
この場合、最大デューティを判定する手段として、制御回路31、32は、基準値に対する直流出力電圧Voの誤差を増幅して得られた電圧信号と、最大デューティを設定する電圧信号とを比較して、最大デューテイを判定する機能を有することができる。
【0054】
図4はその具体的な実施例を示している。図4に図示された制御回路31は、誤差増幅器301と、基準電圧源302と、比較器303と、最大デューティ設定電圧源304と、三角波発振器305と、比較器306を含んでいる。
【0055】
誤差増幅器301は、基準電圧源302から供給される基準電圧源Vr1に対する直流出力電圧Voの誤差を増幅し、その誤差増幅信号S5を比較器303に供給する。
【0056】
比較器303は、誤差増幅器301から供給される誤差増幅信号S5と、三角波発振器305から供給される三角波とを比較し、直流出力電圧Voを安定化するようなPWM信号を、スイッチ素子14に供給する。比較器303には最大デューティ設定電圧源304から基準電圧Vr2が供給されている。この基準電圧Vr2と三角波発振器305から供給される三角波とを比較して得られたパルス幅が最大デューティを定める。
【0057】
比較器306は、誤差増幅器301から供給される誤差増幅信号S5と、最大デューティ設定電圧源304から供給される基準電圧Vr2とを比較し、誤差増幅信号S5が最大デューティに到達したか、または、最大デューティより小さいかを判定する。
【0058】
交流電圧Einの停電時には、制御回路31は、第1のコンバータ1をそのスイッチングパルス幅が最大デューティに達するまで動作させるから、誤差増幅信号S5が最大デューティに到達したかどうかを検出する。そして最大デューティに到達したと判定されたときに、制御回路31により第1のコンバータ1の動作を停止させる。
【0059】
図5は本発明に係るスイッチング電源の別の実施例を示す電気回路図である。図において、図1及び図3と同一の構成部分には、同一の参照符号を付してある。この実施例では、第1のコンバータ1を構成する変換トランス13及び出力回路12が、第1のコンバータ1及び第2のコンバータ2によって共用されている。変換トランス13は第3の巻線133を有する。
【0060】
第2のコンバータ2は、切替回路25と、第3の巻線133と、蓄電素子20とを含んでいる。切替回路25は、第2のコンバータ2が充電回路CHとなり、または放電回路DHとなるような切替を行なう。第2のコンバータ2は、充電回路CHに切り替えられたときは、第3の巻線133から供給される電力によって蓄電素子20を充電する。放電回路DHに切り替えられたときは、蓄電素子20から供給されるエネルギをスイッチングして第3の巻線133に供給する。
【0061】
図示された切替回路25は、ダイオード26と三端子素子でなるスイッチ素子24との並列回路で構成されており、ダイオード26は、充電回路CHを構成し、スイッチ素子24が放電回路DHを構成する。より具体的には、ダイオード26は、メインのスイッチ素子14がオンになったときに、図示極性(図中黒丸表示)の第3の巻線133に現れる誘起電圧に対して、順方向となるように方向付けられている。
【0062】
また、スイッチ素子24は、三端子素子で構成され、主電極回路が第3の巻線133及び蓄電素子20を含む放電回路DHに対して直列に入るように接続されている。スイッチ素子24に適した三端子素子はFETである。スイッチ素子24がFETでなる場合、FETのソース.ドレイン間ダイオードをダイオード26として利用できるので、切替回路25の回路構成を、より簡素化できる。蓄電素子20は、代表的には、二次電池であるバッテリで構成される。または、コンデンサで構成してもよい。
【0063】
第1のコンバータ1が動作しているときは、第2のコンバータ2は、切替回路25により、充電回路CHとなるように切り替えられる。充電回路CHに切り替えられたときは、変換トランス13の第3の巻線133から供給される電力によって蓄電素子20が充電される。従って、電力変換回路11のスイッチング動作によって、変換トランス13の第3の巻線133に誘起する電圧により、蓄電素子20が充電される。実施例に示す回路構成においては、ダイオード26は、メインのスイッチ素子14がオンになったときに、図示極性(図中黒丸表示)の第3の巻線133に現れる誘起電圧に対して、順方向となるように方向付けられているから、ダイオード26を通した蓄電素子20に対する充電は、メインのスイッチ素子14のオン期間に行なわれる。
【0064】
次に、交流電源eの停電時には、第2のコンバータ2が放電回路DHに切り替えられる。放電モードに切り替えられると、蓄電素子20が電力供給源となる。第2のコンバータ2は、蓄電素子20から供給されるエネルギをスイッチングして第3の巻線133に供給する。第3の巻線133は、変換トランス13の巻線であり、変換トランス13の第2の巻線132と誘導結合されているから、蓄電素子20から供給されるエネルギをスイッチングして得られた電流によって、第3の巻線133の巻線が励磁された場合、そのエネルギは第3の巻線133から第2の巻線132に伝送される。変換トランス13の第2の巻線132には出力回路12が接続されているから、第2の巻線132に現れる第2のコンバータ2のスイッチング出力が出力回路12によって直流電圧V21に変換され、負荷Lに直流出力電圧Voが供給される。
【0065】
上記説明から明らかなように、図5に示した実施例では、第2のコンバータ2は、その大部分を、本来、スイッチング電源に備えられるべき各構成部分、すなわち、変換トランス13及び出力回路12を、第1のコンバータ1との間で共用して、蓄電素子20のエネルギを負荷Lに供給するようになっているから、部品点数を減少させ、小型化を達成することができる。
【0066】
しかも、第2のコンバータ2によるバックアップ動作は、切替回路25を構成するスイッチ素子24及びメインのスイッチ素子14の選択によって、容易に実現することができる。
【0067】
図5に示した実施例の場合も、切換回路5は、交流電圧Einに応じて、第1のコンバータ1及び第2のコンバータ2の動作の切替を行ない、切替時に第1のコンバータ1及び第2のコンバータ2が同時に動作する期間を設定する。
【0068】
図6は本発明に係るスイッチング電源の別の実施例を示す電気回路図である。この実施例は、図5に示されたスイッチング電源を、多出力タイプのスイッチング電源に本発明を適用した例を示している。第2の巻線132は複数n個備えられ、第2の巻線132のそれぞれに、出力回路91〜9nが個別的に備えられている。図示された多出力タイプスイッチング電源において、蓄電素子20に対する充電は、図5の実施例の場合と全く同様に行なわれる。
【0069】
次に、切替回路25により、第2のコンバータ2が放電回路DHに切り替えられたときは、第2のコンバータ2は、蓄電素子20から供給されるエネルギをスイッチングして第3の巻線133に供給する。第3の巻線133は、変換トランス13の第2の巻線132と誘導結合されているから、蓄電素子20から供給されるエネルギをスイッチングして得られた電流によって、第3の巻線133の巻線が励磁された場合、そのエネルギは第3の巻線133から、n個備えられた第2の巻線132のそれぞれに伝送される。n個の第2の巻線132のそれぞれには、それと同数nの出力回路91〜9nが接続されているから、n個の第2の巻線132のそれぞれに現れる第2のコンバータ2のスイッチング出力が、出力回路91〜9nによって、それぞれ直流出力電圧Vo1〜Vonに変換され、負荷Lに供給される。
【0070】
上記説明から明らかであるように、多出力タイプのスイッチング電源においても、一個の第2のコンバータ2を備えるだけでよい。このため、多出力とした場合にも、部品点数を増大させる必要のない小型のバックアップ型スイッチング電源が得られる。図6に示した実施例の場合も、切換回路5は、交流電圧Einに応じて、第1のコンバータ1及び第2のコンバータ2の動作の切替を行ない、切替時に第1のコンバータ1及び第2のコンバータ2が同時に動作する期間を設定する。
【0071】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、メインの第1のコンバータと、第2のコンバータとの間の切替時に負荷に供給される直流出力電圧が低下しないスイッチング電源を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るスイッチング電源の実施例を示すブロック図である。
【図2】本発明に係るスイッチング電源の動作を説明するタイムチャートである。
【図3】本発明に係るスイッチング電源の実施例を示す電気回路図である。
【図4】本発明に係るスイッチング電源に用いられる制御回路の電気回路図である。
【図5】本発明に係るスイッチング電源の別の実施例を示す電気回路図である。
【図6】本発明に係るスイッチング電源の更に別の実施例を示す電気回路図である。
【符号の説明】
1 第1のコンバータ
2 第1のコンバータ
20 蓄電素子
31、32 制御回路
4 入力回路
5 切換回路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a switching power supply, and more particularly to a switching power supply having a function of backing up by a storage element such as a battery.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, various types of switching power supplies are known. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 9-56085 discloses that a charge / discharge circuit having a backup element made of a battery is connected to the secondary side of the conversion transformer provided in the power conversion circuit, and is generated in the secondary winding of the conversion transformer. When the backup element is charged using the induced voltage and the supply of the AC power supply voltage is stopped, the energy stored in the backup element is not passed through the conversion transformer, and the first converter circuit provided in the charging circuit And a power supply apparatus that supplies the converted electric power to a load.
[0003]
Japanese Patent Laid-Open No. 8-275521 discloses that a constant current circuit is connected to the secondary winding of a conversion transformer that constitutes a power conversion circuit, the battery is charged by the constant current circuit, and the charging voltage of the battery is supplied to the inverter during a power failure. And the power supply device which supplies electric power to a load from an inverter is disclosed.
[0004]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-8836 discloses an uninterruptible power supply apparatus in which a storage battery is connected to the output side of a rectifier circuit that rectifies an AC power supply, and the storage battery is used as a power supply source in the event of a power failure.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
As can be seen from the above-mentioned prior art documents, this type of conventional switching power supply is provided with a converter that converts the power of the backup battery separately from the main converter that operates with the AC power supply voltage as an input, and switching between the two converters is possible. Thus, the configuration corresponds to a power failure of the AC power supply. In switching, the operation of the main converter is stopped, and instead, the operation of the backup converter that has been in a stopped state is started.
[0006]
However, a certain rise time is required for the backup converter that has been in a stopped state until it rises to an operating state in which the voltage that has been supplied can be supplied to the load. Due to the rising characteristics of the backup converter, the DC voltage supplied to the load is reduced during switching.
[0007]
An object of the present invention is to provide a switching power supply in which a DC output voltage supplied to a load at the time of switching between a main converter and a converter does not decrease.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, a switching power supply according to the present invention includes a first converter, a second converter, and a control circuit.
[0009]
The first converter switches a DC voltage converted from an AC voltage, converts a switching output into a DC voltage, and supplies the DC output voltage to a load.
[0010]
The second converter switches the DC voltage supplied from the storage element, converts the switching output to a DC voltage, and supplies the DC output voltage to the load.
[0011]
The control circuit performs switching between the first converter and the second converter in response to a power failure or power recovery of the AC voltage, and the first converter and the second converter are simultaneously switched at the time of switching. Set the operating period.
[0012]
Since the first converter switches the DC voltage converted from the AC voltage, converts the switching output to the DC voltage, and supplies the DC output voltage for the load, the AC voltage is normally supplied. Can supply a DC output voltage to the load from the first converter.
[0013]
When the AC power supply fails, switching from the first converter to the second converter is performed. Thereby, instead of the first converter, the second converter starts operation. The second converter switches the direct current supplied from the storage element, converts the switching output into a direct current voltage, and supplies the direct current output voltage to the load. Thereby, a DC output voltage can be supplied to the load instead of the first converter.
[0014]
In switching from the first converter to the second converter, the control circuit sets a period in which the first converter and the second converter operate simultaneously. Therefore, the second converter starts operating while the first converter is operating. When the first converter stops operating, the second converter can be raised to a state where a predetermined DC voltage can be supplied to the load. For this reason, it is possible to avoid a decrease in the DC output voltage due to the rising characteristics of the second converter.
[0015]
When the AC power supply recovers, switching from the second converter to the first converter is performed. Also in this case, the control circuit sets a period in which the first converter and the second converter operate simultaneously. Therefore, when the first converter starts operating and the second converter stops operating while the second converter is operating, the first converter can supply a predetermined DC voltage to the load. You can stand up to the state. For this reason, it is possible to avoid a decrease in the DC output voltage due to the rising characteristics of the first converter.
[0016]
The DC voltage output from the second converter is desirably set lower than the DC voltage output from the first converter. This configuration is extremely effective as a means for preventing a transient drop in the DC output voltage when the AC power supply is switched due to a power failure or power recovery.
[0017]
As a means for setting a period for operating the first converter and the second converter at the same time, the control circuit can have a timer for setting such a period.
[0018]
As another simultaneous operation period setting means, the control circuit operates the first converter until the switching pulse width reaches a maximum duty at the time of the AC voltage interruption, and at the time of power recovery, the control circuit switches the switching pulse of the first converter. It can also have a function of stopping the second converter after the width becomes smaller than the maximum duty.
[0019]
In this case, as a means for determining the maximum duty, the control circuit compares the voltage signal obtained by amplifying the error of the DC output voltage with respect to a reference value with a voltage signal for setting the maximum duty, It can have a function of determining the duty.
[0020]
The present invention further discloses specific means that is extremely effective for downsizing this type of switching power supply, particularly when it has a plurality of outputs.
[0021]
Other objects, configurations and advantages of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. The drawings are merely illustrative.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is an electric circuit diagram of a switching power supply according to the present invention. As shown, the switching power supply according to the present invention includes a
[0023]
The
[0024]
[0025]
The
[0026]
Next, the operation of the switching power supply shown in FIG. 1 will be described with reference to the time chart of FIG.
[0027]
While the AC voltage Ein is normally supplied from the AC power source e (see FIG. 2A), the
[0028]
Next, when the AC power source e fails at t0, the switching
[0029]
In switching from the
[0030]
Next, when the AC power source e recovers at t2, the switching from the
[0031]
FIG. 3 is a diagram showing a more specific embodiment of the switching power supply according to the present invention. In the figure, the same components as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
[0032]
The
[0033]
[0034]
The
[0035]
The
[0036]
[0037]
The
[0038]
The
[0039]
Next, the operation of the switching power supply shown in FIG. 3 will be described with reference to the time chart of FIG. 2 again.
[0040]
While the AC voltage Ein is normally supplied from the AC power source e (see FIG. 2A), the AC voltage Ein is converted into the DC voltage V11 by the input circuit 4 (see FIG. 2B). The DC voltage V11 supplied from the
[0041]
Next, when the AC power source e fails at t0, the
[0042]
In switching from the
[0043]
That is, the
[0044]
Further, when the AC power source e is restored at time t2, the
[0045]
The DC voltage V22 output from the
[0046]
On the other hand, the current Io2 supplied from the
[0047]
When power is restored, switching from the second
[0048]
As means for setting a period during which the
[0049]
As another simultaneous operation period setting means, the
[0050]
In the field of switching power supplies, it is common to apply PWM control to the
[0051]
In a preferred aspect of the present invention, at the time of a power failure of the AC voltage Ein, the
[0052]
When power is restored, the
[0053]
In this case, as means for determining the maximum duty, the
[0054]
FIG. 4 shows a specific example thereof. The
[0055]
The
[0056]
The
[0057]
The
[0058]
At the time of a power failure of the AC voltage Ein, the
[0059]
FIG. 5 is an electric circuit diagram showing another embodiment of the switching power supply according to the present invention. In the figure, the same components as those in FIGS. 1 and 3 are denoted by the same reference numerals. In this embodiment, the
[0060]
[0061]
The illustrated
[0062]
The
[0063]
When the
[0064]
Next, at the time of a power failure of the AC power source e, the
[0065]
As is apparent from the above description, in the embodiment shown in FIG. 5, the
[0066]
In addition, the backup operation by the
[0067]
Also in the embodiment shown in FIG. 5, the switching
[0068]
FIG. 6 is an electric circuit diagram showing another embodiment of the switching power supply according to the present invention. In this embodiment, the switching power supply shown in FIG. 5 is applied to a multi-output type switching power supply. A plurality of n
[0069]
Next, when the
[0070]
As is apparent from the above description, even in a multi-output type switching power supply, only one
[0071]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a switching power supply in which the DC output voltage supplied to the load does not decrease when switching between the main first converter and the second converter.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a switching power supply according to the present invention.
FIG. 2 is a time chart for explaining the operation of the switching power supply according to the present invention.
FIG. 3 is an electric circuit diagram showing an embodiment of a switching power supply according to the present invention.
FIG. 4 is an electric circuit diagram of a control circuit used in the switching power supply according to the present invention.
FIG. 5 is an electric circuit diagram showing another embodiment of the switching power supply according to the present invention.
FIG. 6 is an electric circuit diagram showing still another embodiment of the switching power supply according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1 First converter
2 First converter
20 Power storage element
31, 32 Control circuit
4 Input circuit
5 Switching circuit
Claims (5)
前記第1のコンバータは、交流電圧から変換された直流電圧をスイッチングし、スイッチング出力を直流電圧に変換して、負荷に直流出力電圧を供給し、
前記第2のコンバータは、蓄電素子から供給された直流電圧をスイッチングし、スイッチング出力を直流電圧に変換して、前記負荷に直流出力電圧を供給し、
前記制御回路は、前記交流電圧の停電または復電に応じて、前記第1のコンバータ及び前記第2のコンバータの間の切替を行ない、切替時に前記第1のコンバータ及び前記第2のコンバータが同時に動作する期間を設定するものであって、前記交流電圧の停電時には前記第1のコンバータを、そのスイッチングパルス幅が最大デューティに達するまで動作させ、前記交流電圧の復電時には前記第1のコンバータのスイッチングパルス幅が前記最大デューティよりも小さくなってから、前記第2のコンバータを停止させる、
スイッチング電源。A switching power supply including a first converter, a second converter, and a control circuit,
The first converter switches a DC voltage converted from an AC voltage, converts a switching output to a DC voltage, and supplies a DC output voltage to a load.
The second converter switches the DC voltage supplied from the storage element, converts the switching output to a DC voltage, and supplies the DC output voltage to the load.
The control circuit performs switching between the first converter and the second converter in response to a power failure or power recovery of the AC voltage, and the first converter and the second converter are simultaneously performed at the time of switching. An operation period is set, and the first converter is operated until the switching pulse width reaches a maximum duty when the AC voltage is interrupted, and when the AC voltage is restored, the first converter is operated. Stopping the second converter after a switching pulse width becomes smaller than the maximum duty;
Switching power supply.
前記第2のコンバータから出力される前記直流電圧は、第1のコンバータから出力される前記直流電圧よりも低く設定されている、スイッチング電源。A switching power supply according to claim 1,
The switching power supply, wherein the DC voltage output from the second converter is set lower than the DC voltage output from the first converter.
前記制御は、タイマを有し、前記タイマが前記第1のコンバータ及び前記第2のコンバータを同時に動作させる期間を設定する、スイッチング電源。A switching power supply according to claim 1 or 2,
The control includes a timer, and the switching power supply sets a period during which the timer operates the first converter and the second converter simultaneously.
前記制御回路は、基準値に対する前記直流出力電圧の誤差を増幅して得られた電圧信号と、最大デューティを設定する電圧信号とを比較して、前記最大デューテイを判定する、スイッチング電源。A switching power supply according to claim 1,
The switching power supply, wherein the control circuit determines a maximum duty by comparing a voltage signal obtained by amplifying an error of the DC output voltage with respect to a reference value and a voltage signal for setting a maximum duty.
前記スイッチング出力を前記負荷側に伝送する変換トランスを含み、
前記変換トランスは、前記第1のコンバータ及び前記第2のコンバータにおいて共用されている、スイッチング電源。A switching power supply according to any one of claims 1, 2, 3 or 4,
Including a conversion transformer for transmitting the switching output to the load side,
The conversion transformer is a switching power supply shared by the first converter and the second converter.
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