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JP4389596B2 - DC power supply - Google Patents
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Description

本発明は、簡単で安価な力率改善可能な直流電源装置に関する。   The present invention relates to a simple and inexpensive DC power supply device capable of improving power factor.

力率を改善した従来の直流電源装置を図9に示す(特許文献1)。図9において、交流電源Vac1の両端には全波整流回路B1が接続され、全波整流回路B1の正極側出力端P1と負極側出力端P2との間には、リアクトルL1とコンデンサC2とFETからなる主スイッチQ1との直列回路が接続されている。コンデンサC2と主スイッチQ1との接続点と全波整流回路B1の負極側出力端P2との間には、トランスTの1次巻線5a(巻数n1)とトランスTの3次巻線5c(巻数n3)と電源用コンデンサC1(以下、コンデンサC1と略称する。)との直列回路が接続されている。リアクトルL1とコンデンサC2との接続点とトランスTの1次巻線5aと3次巻線5cとの接続点との間には、ダイオードD1が接続されている。主スイッチQ1には並列にダイオードDq1が接続されている。   A conventional DC power supply device with improved power factor is shown in FIG. 9 (Patent Document 1). In FIG. 9, a full-wave rectifier circuit B1 is connected to both ends of the AC power supply Vac1, and a reactor L1, a capacitor C2, and an FET are disposed between the positive-side output terminal P1 and the negative-side output terminal P2 of the full-wave rectifier circuit B1. A series circuit with a main switch Q1 is connected. Between the connection point of the capacitor C2 and the main switch Q1 and the negative output terminal P2 of the full-wave rectifier circuit B1, the primary winding 5a (number of turns n1) of the transformer T and the tertiary winding 5c ( A series circuit of a winding number n3) and a power supply capacitor C1 (hereinafter abbreviated as capacitor C1) is connected. A diode D1 is connected between a connection point between the reactor L1 and the capacitor C2 and a connection point between the primary winding 5a and the tertiary winding 5c of the transformer T. A diode Dq1 is connected to the main switch Q1 in parallel.

なお、トランスTの1次巻線5aと3次巻線5cとを別々に設ける代わりに、トランスTの1次巻線(巻数(n1+n3))の中間タップn1:n3の位置にダイオードD1のカソードを接続し、ダイオードD1のアノードをコンデンサC2及びリアクトルL1に接続しても良い。   Instead of providing the primary winding 5a and the tertiary winding 5c of the transformer T separately, the cathode of the diode D1 is positioned at the intermediate tap n1: n3 of the primary winding (number of turns (n1 + n3)) of the transformer T. And the anode of the diode D1 may be connected to the capacitor C2 and the reactor L1.

トランスTの2次巻線5bとダイオードDoとの直列回路の両端には平滑コンデンサCoが接続されている。平滑コンデンサCoの両端の電圧を出力電圧として取り出し、制御回路100は出力電圧が所定電圧となるように主スイッチQ11をオン/オフ制御するようになっている。   Smoothing capacitors Co are connected to both ends of a series circuit of the secondary winding 5b of the transformer T and the diode Do. The voltage across the smoothing capacitor Co is taken out as an output voltage, and the control circuit 100 performs on / off control of the main switch Q11 so that the output voltage becomes a predetermined voltage.

次に図9に示す従来の直流電源装置の動作を図10のタイミングチャートを参照しながら説明する。図10において、Vq1は主スイッチQ1のドレイン−ソース間の電圧、Iq1は主スイッチQ1に流れる電流を示している。   Next, the operation of the conventional DC power supply device shown in FIG. 9 will be described with reference to the timing chart of FIG. In FIG. 10, Vq1 indicates the voltage between the drain and source of the main switch Q1, and Iq1 indicates the current flowing through the main switch Q1.

まず、時刻tにおいて、主スイッチQ1がオンすると、C1→5c→5a→Q1→C1と電流が流れる。また、1次巻線5aと3次巻線5cとの巻線比(n1:n3)分だけダイオードD1のアノード電圧が低下し、低下したダイオードD1のアノード電圧が入力電圧より低い場合には、B1→L1→D1→5a→Q1→B1と電流Iq1が流れる。即ち、リアクトルL1を介して電流が流れ込むため、リアクトルL1にエネルギーが蓄えられる。リアクトルL1に流れる電流は、傾斜を有して増大し、このピーク値は、全波整流回路B1の整流電圧(入力電圧Viに対応)の振幅に応じて変化する。 First, at time t 2, the the main switch Q1 is turned on, C1 → 5c → 5a → Q1 → C1 and a current flows. Further, when the anode voltage of the diode D1 is reduced by the winding ratio (n1: n3) between the primary winding 5a and the tertiary winding 5c, and the reduced anode voltage of the diode D1 is lower than the input voltage, B1 → L1 → D1 → 5a → Q1 → B1 and current Iq1 flow. That is, since the current flows through the reactor L1, energy is stored in the reactor L1. The current flowing through the reactor L1 increases with a slope, and this peak value changes according to the amplitude of the rectified voltage (corresponding to the input voltage Vi) of the full-wave rectifier circuit B1.

また、トランスTにもエネルギーが蓄えられる。なお、2次巻線5bには下向きの電圧が発生するので、ダイオードDoには電流が流れない。また、これと同時にB1→L1→D1→5c→C1→B1と電流が流れる。即ち、コンデンサC1が充電される。   Also, energy is stored in the transformer T. Since a downward voltage is generated in the secondary winding 5b, no current flows through the diode Do. At the same time, current flows in the order of B1, L1, D1, 5c, C1, and B1. That is, the capacitor C1 is charged.

次に、時刻tにおいて、主スイッチQ1がオフすると、コンデンサC2が放電してダイオードDoがオンとなり、トランスTに蓄えられたエネルギーは、ダイオードDoを介して負荷Roに供給される。また、リアクトルL1に蓄えられたエネルギーは、コンデンサC1とダイオードD1を介して放出されトランスTの2次側の負荷Roにエネルギーを供給すると共に、コンデンサC1を充電する。 Then, at time t 3, when the main switch Q1 is turned off, the diode Do is turned on capacitor C2 discharges, the energy stored in the transformer T is supplied to the load Ro through the diode Do. Further, the energy stored in the reactor L1 is discharged through the capacitor C1 and the diode D1, supplies energy to the load Ro on the secondary side of the transformer T, and charges the capacitor C1.

従って、主スイッチQ1がオフするときには、即ち、主スイッチQ1の電圧Vq1が上昇して、コンデンサC2を充電している時には、主スイッチQ1は、ソフトスイッチング動作し、主スイッチQ1の電圧Vq1は、コンデンサC2の大きさで電圧の傾きが決められる。なお、コンデンサC2としては、1000pF〜数1000pFのコンデンサが使用されている。
特許第3127979号公報(図5)
Accordingly, when the main switch Q1 is turned off, that is, when the voltage Vq1 of the main switch Q1 rises and the capacitor C2 is charged, the main switch Q1 performs a soft switching operation, and the voltage Vq1 of the main switch Q1 is The slope of the voltage is determined by the size of the capacitor C2. Note that a capacitor of 1000 pF to several 1000 pF is used as the capacitor C2.
Japanese Patent No. 3127979 (FIG. 5)

しかしながら、実際の回路では、トランスTの1次巻線5aと3次巻線5cとのタップに電流を流し込むとき、トランスTのタップに漏洩インダクタンスがあると、この漏洩インダクタンスにより振動してしまう。この振動により主スイッチQ1にサージ電圧が発生するため、主スイッチQ1の電圧Vq1が減衰振動する。このため、主スイッチQ1にロスやノイズが発生するため、効率が低下する。従って、漏洩インダクタンスをできるだけ小さくしたいが、実際のトランスではなかなか小さくできなかった。   However, in an actual circuit, when a current flows into the taps of the primary winding 5a and the tertiary winding 5c of the transformer T, if there is a leakage inductance in the tap of the transformer T, the leakage inductance vibrates. Due to this vibration, a surge voltage is generated in the main switch Q1, so that the voltage Vq1 of the main switch Q1 dampens. For this reason, since loss and noise occur in the main switch Q1, the efficiency decreases. Therefore, although it is desired to reduce the leakage inductance as much as possible, it has been difficult to reduce it with an actual transformer.

本発明は、主スイッチのサージ電圧を減少することにより低ノイズ及び高効率を図ることができる直流電源装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a DC power supply device that can achieve low noise and high efficiency by reducing a surge voltage of a main switch.

本発明は前記課題を解決するために以下の構成とした。請求項1の発明は、交流を入力し、力率を改善させるとともに直流を出力する直流電源装置であって、交流電源に接続して交流電圧を整流する整流回路と、前記整流回路の負極側出力端に一端が接続された主スイッチとトランスの1次巻線とが直列に接続された第1直列回路と、前記整流回路の負極側出力端に一端が接続され、前記第1直列回路に並列に接続された電源用コンデンサと、前記整流回路の正極側出力端と前記電源用コンデンサの他端との間に接続され、第1リアクトルと前記トランスの3次巻線とダイオードとが直列に接続された第2直列回路と、前記主スイッチと前記トランスの1次巻線との接続点と前記トランスの3次巻線と前記ダイオードとの接続点との間に接続されたコンデンサと、前記トランスの2次巻線に接続され、整流素子及び平滑素子を有する整流平滑回路と、前記主スイッチをオン/オフ制御することにより前記整流平滑回路からの出力電圧を所定電圧に制御する制御回路とを有することを特徴とする。   The present invention has the following configuration in order to solve the above problems. The invention of claim 1 is a DC power supply device that inputs AC, improves the power factor and outputs DC, and is connected to the AC power source to rectify the AC voltage, and the negative side of the rectifier circuit A main switch having one end connected to the output end and a first series circuit in which the primary winding of the transformer is connected in series, and one end connected to the negative output side of the rectifier circuit, A power supply capacitor connected in parallel, and connected between a positive output side of the rectifier circuit and the other end of the power supply capacitor, a first reactor, a tertiary winding of the transformer and a diode are connected in series. A second series circuit connected; a capacitor connected between a connection point between the main switch and the primary winding of the transformer; and a connection point between the tertiary winding of the transformer and the diode; Connected to the secondary winding of the transformer Characterized a rectifying smoothing circuit including a rectifying element and a smoothing element, that a control circuit for controlling the output voltage from the rectifying smoothing circuit to a predetermined voltage by turning on / off control of the main switch.

請求項2の発明は、請求項1記載の直流電源装置において、前記トランスは4次巻線をさらに備え、前記主スイッチに並列に接続され、前記トランスの4次巻線と第2リアクトルと逆流防止ダイオードと補助スイッチとが直列に接続された第3直列回路と、前記主スイッチに並列に接続された共振用コンデンサ及び共振用ダイオードとを有し、前記制御回路は、前記主スイッチのターンオン時及びターンオフ時に前記主スイッチをゼロ電圧スイッチングさせることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the DC power supply device according to the first aspect, the transformer further includes a quaternary winding and is connected in parallel to the main switch, and the quaternary winding of the transformer, the second reactor, and the backflow A third series circuit in which a prevention diode and an auxiliary switch are connected in series; a resonance capacitor and a resonance diode connected in parallel to the main switch; and the control circuit is configured to turn on the main switch. The main switch is zero-voltage switched at turn-off.

請求項3の発明は、請求項2記載の直流電源装置において、前記制御回路は、前記主スイッチをオンさせる前に前記補助スイッチをオンさせることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the DC power supply device according to the second aspect, the control circuit turns on the auxiliary switch before turning on the main switch.

請求項4の発明は、請求項1又は請求項2記載の直流電源装置において、前記第2リアクトルは、前記トランスのリーケージインダクタンスからなることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the DC power supply device according to the first or second aspect, the second reactor includes a leakage inductance of the transformer.

請求項5の発明は、請求項1乃至請求項4のいずれか1項記載の直流電源装置において、前記整流回路と前記電源用コンデンサとの間に接続され、前記交流電源がオンされたときに該電源用コンデンサの突入電流を軽減する突入電流制限抵抗を有し、前記主スイッチは、ノーマリオンタイプのスイッチからなり、前記制御回路は、前記交流電源がオンされたときに前記突入電流制限抵抗に発生した電圧により前記主スイッチをオフさせ、前記電源用コンデンサが充電された後、前記主スイッチをオン/オフさせるスイッチング動作を開始させることを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the DC power supply device according to any one of the first to fourth aspects, when the AC power supply is turned on and connected between the rectifier circuit and the power supply capacitor. An inrush current limiting resistor for reducing an inrush current of the power supply capacitor; the main switch is a normally-on type switch; and the control circuit is configured to detect the inrush current limiting resistor when the AC power source is turned on. The main switch is turned off by the voltage generated at the time, and after the power supply capacitor is charged, a switching operation for turning on / off the main switch is started.

請求項6の発明は、請求項5記載の直流電源装置において、前記トランスは補助巻線をさらに備え、該トランスの補助巻線に発生する電圧を前記制御回路に供給する通常動作電源部を有することを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, in the DC power supply device according to the fifth aspect, the transformer further includes an auxiliary winding, and a normal operation power supply unit that supplies a voltage generated in the auxiliary winding of the transformer to the control circuit. It is characterized by that.

請求項7の発明は、請求項5又は請求項6記載の直流電源装置において、前記突入電流制限抵抗に並列に接続された半導体スイッチを有し、前記制御回路は、前記主スイッチのスイッチング動作を開始させた後、前記半導体スイッチをオンさせることを特徴とする。   A seventh aspect of the present invention is the DC power supply device according to the fifth or sixth aspect, further comprising a semiconductor switch connected in parallel to the inrush current limiting resistor, wherein the control circuit performs a switching operation of the main switch. After the start, the semiconductor switch is turned on.

本発明によれば、トランスの1次巻線に対して、トランスの3次巻線を直列に接続せずに分離独立した巻線としたので、主スイッチがオフした時のサージ電流は、3次巻線を介することなく、コンデンサとダイオードと電源用コンデンサを介して放電する。このため、トランスの漏洩インダクタンスに影響されないので、主スイッチのサージ電圧を減少することにより低ノイズ及び高効率を図ることができる。   According to the present invention, since the third winding of the transformer is separated and independent from the primary winding of the transformer without being connected in series, the surge current when the main switch is turned off is 3 It discharges through a capacitor, a diode, and a power supply capacitor without passing through the next winding. For this reason, since it is not affected by the leakage inductance of the transformer, low noise and high efficiency can be achieved by reducing the surge voltage of the main switch.

以下、本発明に係る直流電源装置の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。   Embodiments of a DC power supply apparatus according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

実施の形態に係る直流電源装置は、トランスのタップを使用せずに漏洩インダクタンスが影響しない回路を考案したものである。即ち、同一のトランスTの上に別の3次巻線5cを使用し分離して巻回することにより、見かけ上のトランスの漏洩インダクタンスと関係ない回路にしたものである。   The DC power supply device according to the embodiment is a circuit in which a leakage inductance is not affected without using a transformer tap. That is, by using another tertiary winding 5c on the same transformer T and winding it separately, a circuit unrelated to the apparent leakage inductance of the transformer is obtained.

図1は実施例1の直流電源装置の回路構成図である。図1において、交流電源Vac1に接続して交流電圧を整流する全波整流回路B1が設けられている。全波整流回路B1の負極側出力端P2に一端が接続されたFETからなる主スイッチQ1とトランスTaの1次巻線5a(巻数n1)との直列回路が設けられている。主スイッチQ1には並列にダイオードDq1が接続されている。このダイオードDq1は、主スイッチQ1の寄生容量であっても良い。コンデンサC1は、全波整流回路B1の負極側出力端P2に一端が接続され、前記直列回路に並列に接続されている。   FIG. 1 is a circuit configuration diagram of the DC power supply device according to the first embodiment. In FIG. 1, a full-wave rectification circuit B1 is provided which is connected to an AC power supply Vac1 and rectifies an AC voltage. A series circuit of a main switch Q1 composed of an FET having one end connected to the negative output terminal P2 of the full-wave rectifier circuit B1 and a primary winding 5a (number of turns n1) of a transformer Ta is provided. A diode Dq1 is connected to the main switch Q1 in parallel. This diode Dq1 may be a parasitic capacitance of the main switch Q1. One end of the capacitor C1 is connected to the negative output terminal P2 of the full-wave rectifier circuit B1, and is connected in parallel to the series circuit.

全波整流回路B1の正極側出力端P1とコンデンサC1の他端との間には、第1リアクトルL1とトランスTaの3次巻線5cとダイオードD1とが直列に接続されている。主スイッチQ1とトランスTaの1次巻線5aとの接続点とトランスTaの3次巻線5cとダイオードD1との接続点との間には、コンデンサC2が接続されている。   A first reactor L1, a tertiary winding 5c of a transformer Ta, and a diode D1 are connected in series between the positive output terminal P1 of the full-wave rectifier circuit B1 and the other end of the capacitor C1. A capacitor C2 is connected between a connection point between the main switch Q1 and the primary winding 5a of the transformer Ta and a connection point between the tertiary winding 5c of the transformer Ta and the diode D1.

トランスTaの2次巻線5bとダイオードDoとの直列回路の両端には平滑コンデンサCoが接続されている。平滑コンデンサCoの両端の電圧を出力電圧として取り出し、制御回路10は出力電圧が所定電圧となるように主スイッチQ1をオン/オフ制御するようになっている。   Smoothing capacitors Co are connected to both ends of the series circuit of the secondary winding 5b of the transformer Ta and the diode Do. The voltage across the smoothing capacitor Co is taken out as an output voltage, and the control circuit 10 performs on / off control of the main switch Q1 so that the output voltage becomes a predetermined voltage.

次に図1に示す実施例1の直流電源装置の動作を図2のタイミングチャートを参照しながら説明する。図2において、Vq1は主スイッチQ1のドレイン−ソース間の電圧、Iq1は主スイッチQ1に流れる電流、IdoはダイオードDoに流れる電流、IL1はリアクトルL1に流れる電流、IC2はコンデンサC2に流れる電流を示している。 Next, the operation of the DC power supply device according to the first embodiment shown in FIG. 1 will be described with reference to the timing chart of FIG. In FIG. 2, Vq1 is a drain-source voltage of the main switch Q1, Iq1 is a current flowing through the main switch Q1, Ido is a current flowing through the diode Do, I L1 is a current flowing through the reactor L1, and I C2 flows through the capacitor C2. Current is shown.

まず、期間T4において、主スイッチQ1がオンすると、C1→5a→Q1→C1と主スイッチQ1に電流Iq1が流れる。このため、エネルギーがトランスTaに蓄えられる。また、ダイオードD1がオフし、B1→L1→5c→C2→Q1→B1と電流IL1が流れ込み、リアクトルL1にエネルギーが蓄えられるとともに、コンデンサC2に電流IC2が流れる。コンデンサC2は、放電後、ダイオードD1のアノードへの接続端側を正極とするように充電される。 First, in the period T4, when the main switch Q1 is turned on, a current Iq1 flows through the main switch Q1 as C1 → 5a → Q1 → C1. For this reason, energy is stored in the transformer Ta. Further, the diode D1 is turned off, and the current IL1 flows from B1 → L1 → 5c → C2 → Q1 → B1, the energy is stored in the reactor L1, and the current IC2 flows in the capacitor C2. After discharging, the capacitor C2 is charged such that the end of the diode D1 connected to the anode has a positive electrode.

次に、期間T1において、主スイッチQ1がオン状態にあるとき、コンデンサC2が充電を終了し、ダイオードD1がオンする。すると、B1→L1→5c→D1→5a→Q1→B1と電流Iq1及び電流IL1が流れて増加していく。リアクトルL1に流れる電流は、傾斜を有して増大し、このピーク値は、全波整流回路B1の整流電圧(入力電圧Viに対応)の振幅に応じて変化する。このため、図3に示すように、商用交流電源の入力電流Iiは商用交流電源の入力電圧Viに応じて変化するので、力率が改善される。入力電圧Viに対しては、トランスTaの3次巻線5cの電圧分だけ引き算した電圧が、入力電圧Viよりも低い時、リアクトルL1を介して流れ込む。 Next, during the period T1, when the main switch Q1 is in the on state, the capacitor C2 finishes charging and the diode D1 is turned on. Then, B1, L1, 5c, D1, 5a, Q1, B1, current Iq1, and current IL1 flow and increase. The current flowing through the reactor L1 increases with a slope, and this peak value changes according to the amplitude of the rectified voltage (corresponding to the input voltage Vi) of the full-wave rectifier circuit B1. For this reason, as shown in FIG. 3, since the input current Ii of the commercial AC power supply changes according to the input voltage Vi of the commercial AC power supply, the power factor is improved. With respect to the input voltage Vi, when the voltage subtracted by the voltage of the tertiary winding 5c of the transformer Ta is lower than the input voltage Vi, it flows through the reactor L1.

次に、期間T2において、主スイッチQ1がオフすると、コンデンサC2は放電後、トランスTaのエネルギーにより主スイッチQ1への接続端側を正極とするように充電されるので、主スイッチQ1の電圧Vq1が上昇していく。   Next, when the main switch Q1 is turned off in the period T2, the capacitor C2 is discharged and charged with the energy of the transformer Ta so that the connection end side to the main switch Q1 becomes a positive electrode, so the voltage Vq1 of the main switch Q1 Will rise.

次に、期間T3において、コンデンサC2の充電が終了すると、トランスTaとリアクトルL1のエネルギーがダイオードD1とコンデンサC1を通して放出される。このため、電流IL1が減少していく。また、2次巻線5bには上向きの電圧が発生するので、ダイオードDoがオンして、電流Idoが流れて、負荷Roに電力が供給される。 Next, when charging of the capacitor C2 is completed in the period T3, the energy of the transformer Ta and the reactor L1 is released through the diode D1 and the capacitor C1. For this reason, the current IL1 decreases. Further, since an upward voltage is generated in the secondary winding 5b, the diode Do is turned on, the current Ido flows, and power is supplied to the load Ro.

図9に示す従来の直流電源装置では、主スイッチQ1がオフするときのサージ電流は、C2→D1→5c→C1→Dq1→C2の経路で放電していた。   In the conventional DC power supply device shown in FIG. 9, the surge current when the main switch Q1 is turned off is discharged through the path C2-> D1-> 5c-> C1-> Dq1-> C2.

これに対して、実施例1の直流電源装置では、主スイッチQ1がオフするときのサージ電流は、トランスTaの3次巻線5cを介することなく、C2→D1→C1→Dq1→C2の経路で放電する。このため、トランスTaの漏洩インダクタンスに影響されないので、主スイッチQ1のサージ電圧を確実に吸収することができる。従って、主スイッチQ1のサージ電圧を減少することにより低ノイズ及び高効率を図ることができる。   On the other hand, in the DC power supply device of the first embodiment, the surge current when the main switch Q1 is turned off is a path C2-> D1-> C1-> Dq1-> C2 without passing through the tertiary winding 5c of the transformer Ta. Discharge at. For this reason, since it is not influenced by the leakage inductance of the transformer Ta, the surge voltage of the main switch Q1 can be reliably absorbed. Therefore, low noise and high efficiency can be achieved by reducing the surge voltage of the main switch Q1.

従来の直流電源装置では、図10に示すように、トランスTの漏洩インダクタンスによって主スイッチQ1がオフした時に、主スイッチQ1の電圧Vq1にサージ電圧(減衰振動電圧)が発生しているが、実施例1の直流電源装置では、図2に示すように、主スイッチQ1の電圧Vq1は、サージ電圧が十分に抑えられている。   In the conventional DC power supply device, as shown in FIG. 10, when the main switch Q1 is turned off due to the leakage inductance of the transformer T, a surge voltage (damped oscillation voltage) is generated in the voltage Vq1 of the main switch Q1. In the DC power supply device of Example 1, as shown in FIG. 2, the surge voltage of the voltage Vq1 of the main switch Q1 is sufficiently suppressed.

次に実施例2に係る直流電源装置を説明する。図4は実施例2に係る直流電源装置を示す回路構成図である。図4に示す実施例2に係る直流電源装置は、図1に示す実施例1に係る直流電源装置の構成を有すると共に、さらに、主スイッチQ1のターンオン及びターンオフをゼロ電圧スイッチング(ZVS)動作させることにより、主スイッチQ1のスイッチングロス及びスイッチングノイズを低減させることを特徴とする。   Next, a DC power supply device according to Embodiment 2 will be described. FIG. 4 is a circuit configuration diagram illustrating the DC power supply device according to the second embodiment. The DC power supply device according to the second embodiment shown in FIG. 4 has the configuration of the DC power supply device according to the first embodiment shown in FIG. 1, and further performs zero voltage switching (ZVS) operation for turning on and turning off the main switch Q1. Thus, the switching loss and switching noise of the main switch Q1 are reduced.

なお、図4の構成部分において、図1に示す構成部分と同一のものは同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。ここでは、新たに追加された構成部分についてのみ説明する。   4 that are the same as those shown in FIG. 1 are given the same reference numerals, and detailed descriptions thereof are omitted. Only the newly added components will be described here.

図4において、トランスTbは、1次巻線5a、2次巻線5b、3次巻線5c、4次巻線5d(巻数n4)を備えている。主スイッチQ1には並列に、トランスTbの4次巻線5dと第2リアクトルL2と逆流防止ダイオードD2と補助スイッチQ2との直列回路が接続されている。第2リアクトルL2は、トランスTbのリーケージインダクタンスであってもよく、あるいはリーケージインダクタンスとは別のインダクタンスであってもよい。   In FIG. 4, the transformer Tb includes a primary winding 5a, a secondary winding 5b, a tertiary winding 5c, and a quaternary winding 5d (number of turns n4). A series circuit of a quaternary winding 5d of the transformer Tb, a second reactor L2, a backflow prevention diode D2, and an auxiliary switch Q2 is connected in parallel to the main switch Q1. The second reactor L2 may be a leakage inductance of the transformer Tb, or may be an inductance different from the leakage inductance.

主スイッチQ1には並列に、共振用コンデンサCq1及び共振用ダイオードDq1が接続されている。共振用コンデンサCq1及び共振用ダイオードDq1は、主スイッチQ1の寄生容量及び寄生ダイオードであっても良い。   A resonance capacitor Cq1 and a resonance diode Dq1 are connected in parallel to the main switch Q1. The resonance capacitor Cq1 and the resonance diode Dq1 may be a parasitic capacitance and a parasitic diode of the main switch Q1.

主スイッチQ1、補助スイッチQ2は、バイポーラトランジスタ、FET、IGBTのいずれかを用いることができる。   As the main switch Q1 and the auxiliary switch Q2, any of bipolar transistors, FETs, and IGBTs can be used.

制御回路10aは、主スイッチQ1をオンさせる前に補助スイッチQ2をオンさせる。制御回路10aは、主スイッチQ1のターンオン時及びターンオフ時に主スイッチQ1をゼロ電圧スイッチングさせるとともに、平滑コンデンサCoからの出力電圧を所定の電圧に制御して安定化させるようになっている。   The control circuit 10a turns on the auxiliary switch Q2 before turning on the main switch Q1. The control circuit 10a performs zero voltage switching of the main switch Q1 when the main switch Q1 is turned on and off, and stabilizes the output voltage from the smoothing capacitor Co to a predetermined voltage.

次にこのように構成された実施例2に係る直流電源装置の動作を図5のタイミングチャートを参照しながら説明する。図5において、Vg1は制御回路10aから主スイッチQ1の制御端子(例えばFETのゲート)に印加されて主スイッチQ1をオン/オフ制御するQ1制御信号、Vg2は制御回路10aから補助スイッチQ2の制御端子(例えばFETのゲート)に印加されて補助スイッチQ2をオン/オフ制御するQ2制御信号、Vq1は主スイッチQ1のドレイン−ソース間の電圧、Iq1は主スイッチQ1に流れる電流、Vq2は補助スイッチQ2のドレイン−ソース間の電圧、Iq2は補助スイッチQ2に流れる電流、ItはトランスTbに流れる電流、IL1はリアクトルL1に流れる電流、IdoはダイオードDoに流れる電流を示している。 Next, the operation of the DC power supply device according to the second embodiment configured as described above will be described with reference to the timing chart of FIG. In FIG. 5, Vg1 is applied from the control circuit 10a to the control terminal of the main switch Q1 (for example, the gate of the FET) to turn on / off the main switch Q1, and Vg2 controls the auxiliary switch Q2 from the control circuit 10a. A Q2 control signal applied to a terminal (for example, the gate of the FET) to turn on / off the auxiliary switch Q2, Vq1 is a voltage between the drain and source of the main switch Q1, Iq1 is a current flowing through the main switch Q1, and Vq2 is an auxiliary switch The drain-source voltage of Q2, Iq2 is a current flowing through the auxiliary switch Q2, It is a current flowing through the transformer Tb, IL1 is a current flowing through the reactor L1, and Ido is a current flowing through the diode Do.

まず、期間T1において、主スイッチQ1及び補助スイッチQ2がオン状態にあるとき、コンデンサC2が充電を終了し、ダイオードD1がオンする。すると、B1→L1→5c→D1→5a→Q1→B1と電流Iq1及び電流IL1と流れて増加していく。このため、トランスTbにエネルギーが蓄えられると共に、交流電源Vac1から流れ込む電流により、リアクトルL1にエネルギーが蓄えられる。 First, during the period T1, when the main switch Q1 and the auxiliary switch Q2 are in the on state, the capacitor C2 finishes charging and the diode D1 is turned on. Then, B1 → L1 → 5c → D1 → 5a → Q1 → B1 and current Iq1 and current IL1 flow and increase. For this reason, energy is stored in the transformer Tb, and energy is stored in the reactor L1 by the current flowing from the AC power supply Vac1.

次に、期間T2において、主スイッチQ1及び補助スイッチQ2がオフすると、トランスTbとリアクトルL1のエネルギーにより、共振用コンデンサCq1とコンデンサC2が充電されながら、主スイッチQ1の電圧Vq1が上昇していく。   Next, when the main switch Q1 and the auxiliary switch Q2 are turned off in the period T2, the voltage Vq1 of the main switch Q1 increases while the resonance capacitor Cq1 and the capacitor C2 are charged by the energy of the transformer Tb and the reactor L1. .

期間T3において、コンデンサC2及び共振用コンデンサCq1の充電が終了すると、トランスTbとリアクトルL1のエネルギーがダイオードD1とコンデンサC1を通して放出される。このため、電流IL1が減少していく。また、2次巻線5bには上向きの電圧が発生するので、ダイオードDoがオンして、電流Idoが流れて、負荷Roに電力が供給される。期間T4において、先にリアクトルL1の電流IL1が無くなり、ダイオードDoの電流Idoだけになる。 When charging of the capacitor C2 and the resonance capacitor Cq1 is completed in the period T3, the energy of the transformer Tb and the reactor L1 is released through the diode D1 and the capacitor C1. For this reason, the current IL1 decreases. Further, since an upward voltage is generated in the secondary winding 5b, the diode Do is turned on, the current Ido flows, and power is supplied to the load Ro. In period T4, the previously eliminated current I L1 of the reactor L1, becomes only the current Ido of the diode Do.

期間T5において、補助スイッチQ2がオンすると、トランスTbの4次巻線5dとリアクトルL2とダイオードD2を通って電流Iq2が流れて、主スイッチQ1の電圧Vq1が零まで下がる。   In period T5, when auxiliary switch Q2 is turned on, current Iq2 flows through quaternary winding 5d of transformer Tb, reactor L2, and diode D2, and voltage Vq1 of main switch Q1 drops to zero.

期間T6において、主スイッチQ1の電圧Vq1が零になり、主スイッチQ1をオンすると、主スイッチQ1をZVS動作させることができる。そして、補助スイッチQ2の電流Iq2が減少して零まで下がり、コンデンサC2は、放電後、ダイオードD1のアノードへの接続端側を正極とするように充電される。主スイッチQ1の電流Iq1は、マイナスの方向からプラスの方向に電流が流れる。次の期間T1において、コンデンサC2は充電を終え電流も零になり、主スイッチQ1はオンになり、元の状態に戻る。   In the period T6, when the voltage Vq1 of the main switch Q1 becomes zero and the main switch Q1 is turned on, the main switch Q1 can be operated in ZVS. Then, the current Iq2 of the auxiliary switch Q2 decreases and falls to zero, and the capacitor C2 is charged so that the end of the diode D1 connected to the anode is positive after discharging. The current Iq1 of the main switch Q1 flows from a negative direction to a positive direction. In the next period T1, the capacitor C2 finishes charging and the current becomes zero, the main switch Q1 is turned on, and returns to the original state.

このように実施例2によれば、実施例1の効果が得られるとともに、主スイッチQ1がオンするときもオフするときでもZVS動作でオン/オフすることができるので、低ノイズで高効率の直流電源装置を提供することができる。   As described above, according to the second embodiment, the effects of the first embodiment can be obtained, and the ZVS operation can be turned on / off regardless of whether the main switch Q1 is turned on or off. A DC power supply device can be provided.

次に実施例3に係る直流電源装置を説明する。実施例1及び実施例2に係る直流電源装置では、スイッチとして、ノーマリオフタイプのFET等を用いた。このノーマリオフタイプのスイッチは、電源がオフ時にオフ状態となるスイッチである。   Next, a DC power supply device according to Embodiment 3 will be described. In the DC power supply devices according to Example 1 and Example 2, a normally-off type FET or the like was used as a switch. This normally-off type switch is a switch that is turned off when the power is turned off.

一方、SIT(static induction transistor、静電誘導トランジスタ)等のノーマリオンタイプのスイッチは、電源がオフ時にオン状態となるスイッチである。このノーマリオンタイプのスイッチは、スイッチングスピードが速く、オン抵抗も低くスイッチング電源等の電力変換装置に使用した場合、理想的な素子であり、スイッチング損失を減少させ高効率が期待できる。   On the other hand, normally-on type switches such as SIT (static induction transistor) are switches that are turned on when the power is turned off. This normally-on type switch has a high switching speed, a low on-resistance, and is an ideal element when used in a power conversion device such as a switching power supply, and can be expected to reduce switching loss and achieve high efficiency.

しかし、ノーマリオンタイプのスイッチング素子にあっては、電源をオンすると、スイッチがオン状態であるため、スイッチが短絡する。このため、ノーマリオンタイプのスイッチを起動できず、特殊な用途以外には使用できない。   However, in the normally-on type switching element, when the power is turned on, the switch is in an on state, so that the switch is short-circuited. For this reason, normally-on type switches cannot be activated and cannot be used for anything other than special purposes.

そこで、実施例3に係る直流電源装置は、実施例1に係る直流電源装置の構成を有すると共に、主スイッチQ1にノーマリオンタイプのスイッチを使用するために、交流電源オン時に、コンデンサの突入電流を軽減する目的で挿入されている突入電流制限抵抗の電圧降下による電圧を、ノーマリオンタイプのスイッチの逆バイアス電圧に使用し、電源オン時の問題をなくす構成を追加したことを特徴とする。   Therefore, the direct current power supply device according to the third embodiment has the configuration of the direct current power supply device according to the first embodiment and uses a normally-on type switch for the main switch Q1. The voltage due to the voltage drop of the inrush current limiting resistor inserted for the purpose of reducing the voltage is used as the reverse bias voltage of the normally-on type switch, and a configuration for eliminating the problem at the time of power-on is added.

図6は実施例3に係る直流電源装置を示す回路構成図である。図6に示す直流電源装置は、図1に示す実施例1に係る直流電源装置の構成を有すると共に、主スイッチQ1nをSIT等のノーマリオンタイプのスイッチとし、この主スイッチQ1nをオン/オフ制御するノーマリオン回路を有していることを特徴とする。   FIG. 6 is a circuit configuration diagram illustrating a DC power supply device according to a third embodiment. The DC power supply device shown in FIG. 6 has the configuration of the DC power supply device according to the first embodiment shown in FIG. 1, and the main switch Q1n is a normally-on type switch such as SIT, and the main switch Q1n is on / off controlled. And a normally-on circuit.

このノーマリオン回路は以下のように構成される。全波整流回路B1の負極側出力端P2と、主スイッチQ1nとコンデンサC1との接続点との間には、突入電流制限抵抗R1が接続されている。主スイッチQ1nは、SIT等のノーマリオンタイプのスイッチであり、制御回路11のPWM制御によりオン/オフする。   This normally-on circuit is configured as follows. An inrush current limiting resistor R1 is connected between the negative output terminal P2 of the full-wave rectifier circuit B1 and the connection point between the main switch Q1n and the capacitor C1. The main switch Q1n is a normally-on type switch such as SIT, and is turned on / off by PWM control of the control circuit 11.

また、突入電流制限抵抗R1の両端にはスイッチS1が接続されている。このスイッチS1は、例えばノーマリオフタイプのFET,BJT(バイポーラ接合トランジスタ)等の半導体スイッチであり、制御回路11からの短絡信号によりオン制御される。   A switch S1 is connected to both ends of the inrush current limiting resistor R1. The switch S1 is a semiconductor switch such as a normally-off type FET or BJT (bipolar junction transistor), and is ON-controlled by a short circuit signal from the control circuit 11.

突入電流制限抵抗R1の両端には、コンデンサC12と抵抗R2とダイオードD12とからなる起動電源部12が接続されている。この起動電源部12は、突入電流制限抵抗R1の両端に発生する電圧を取り出し、コンデンサC12の両端電圧を主スイッチQ1nのゲートへの逆バイアス電圧として使用するために、制御回路11に出力する。また、コンデンサC1に充電された充電電圧を制御回路11に供給する。   A starting power supply unit 12 including a capacitor C12, a resistor R2, and a diode D12 is connected to both ends of the inrush current limiting resistor R1. This starting power supply unit 12 takes out the voltage generated at both ends of the inrush current limiting resistor R1, and outputs the voltage across the capacitor C12 to the control circuit 11 in order to use it as a reverse bias voltage to the gate of the main switch Q1n. Further, the charging voltage charged in the capacitor C <b> 1 is supplied to the control circuit 11.

制御回路11は、交流電源Vac1をオンしたときに、コンデンサC12から供給された電圧により起動し、制御信号として端子bから主スイッチQ1nのゲートに逆バイアス電圧を出力し、主スイッチQ1nをオフさせる。この制御信号は、例えば、−15Vと0Vとのパルス信号からなり、−15Vの電圧により主スイッチQ1nがオフし、0Vの電圧により主スイッチQ1nがオンする。   When the AC power supply Vac1 is turned on, the control circuit 11 is activated by the voltage supplied from the capacitor C12, outputs a reverse bias voltage from the terminal b to the gate of the main switch Q1n as a control signal, and turns off the main switch Q1n. . This control signal is composed of, for example, a pulse signal of −15V and 0V, the main switch Q1n is turned off by a voltage of −15V, and the main switch Q1n is turned on by a voltage of 0V.

制御回路11は、コンデンサC1の充電が完了した後、端子bから制御信号として0Vと−15Vとのパルス信号を主スイッチQ1nのゲートに出力し、主スイッチQ1nをスイッチング動作させる。制御回路11は、主スイッチQ1nをスイッチング動作させた後、所定時間経過後にスイッチS1のゲートに短絡信号を出力し、スイッチS1をオンさせる。   After the charging of the capacitor C1 is completed, the control circuit 11 outputs a pulse signal of 0V and −15V as a control signal from the terminal b to the gate of the main switch Q1n, and switches the main switch Q1n. The control circuit 11 causes the main switch Q1n to perform a switching operation, and then outputs a short circuit signal to the gate of the switch S1 after a predetermined time has elapsed, thereby turning on the switch S1.

また、トランスTcに設けられた補助巻線5e(巻数n5)の一端は、主スイッチQ1nの一端とコンデンサC13の一端と制御回路11とに接続され、補助巻線5eの他端は、ダイオードD13のカソードに接続され、ダイオードD13のアノードはコンデンサC13の他端及び制御回路11の端子cに接続されている。補助巻線5eとダイオードD13とコンデンサC13とは通常動作電源部13を構成し、この通常動作電源部13は、補助巻線5eで発生した電圧をダイオードD13及びコンデンサC13を介して制御回路11に供給する。   One end of the auxiliary winding 5e (number of turns n5) provided in the transformer Tc is connected to one end of the main switch Q1n, one end of the capacitor C13, and the control circuit 11, and the other end of the auxiliary winding 5e is a diode D13. The anode of the diode D13 is connected to the other end of the capacitor C13 and the terminal c of the control circuit 11. The auxiliary winding 5e, the diode D13, and the capacitor C13 constitute a normal operation power supply unit 13. The normal operation power supply unit 13 transfers the voltage generated in the auxiliary winding 5e to the control circuit 11 via the diode D13 and the capacitor C13. Supply.

次にこのように構成された実施例3に係る直流電源装置の動作を図6乃至図8を参照しながら説明する。   Next, the operation of the DC power supply device according to the third embodiment configured as described above will be described with reference to FIGS.

なお、図8において、Vac1は、交流電源Vac1の交流電圧を示し、入力電流は、交流電源Vac1に流れる電流を示し、R1電圧は、突入電流制限抵抗R1に発生する電圧を示し、C1電圧は、コンデンサC1の電圧を示し、C12電圧は、コンデンサC12の電圧を示し、出力電圧は、コンデンサCoの電圧を示し、制御信号は、制御回路11の端子bから主スイッチQ1nのゲートへ出力される信号を示す。   In FIG. 8, Vac1 indicates the AC voltage of the AC power supply Vac1, the input current indicates the current flowing through the AC power supply Vac1, the R1 voltage indicates the voltage generated in the inrush current limiting resistor R1, and the C1 voltage is , The voltage of the capacitor C1, the voltage C12 indicates the voltage of the capacitor C12, the output voltage indicates the voltage of the capacitor Co, and the control signal is output from the terminal b of the control circuit 11 to the gate of the main switch Q1n. Signals are shown.

まず、時刻tにおいて、交流電源Vac1を印加(オン)すると、交流電源Vac1の交流電圧は全波整流回路B1で全波整流される。このとき、ノーマリオンタイプの主スイッチQ1nは、オン状態であり、スイッチS1は、オフ状態である。このため、全波整流回路B1からの電圧は、コンデンサC1を介して突入電流制限抵抗R1に印加される(図7中の(1))。 First, at time t 0, applying the AC power Vac1 (ON), the AC voltage of the AC power source Vac1 is full-wave rectified by the full-wave rectifier circuit B1. At this time, the normally-on type main switch Q1n is in the on state, and the switch S1 is in the off state. For this reason, the voltage from the full-wave rectifier circuit B1 is applied to the inrush current limiting resistor R1 via the capacitor C1 ((1) in FIG. 7).

この突入電流制限抵抗R1に発生した電圧は、ダイオードD12、抵抗R2を介してコンデンサC12に蓄えられる(図7中の(2))。ここで、コンデンサC12の端子f側が例えばゼロ電位となり、コンデンサC12の端子g側が例えば負電位となる。このため、コンデンサC12の電圧は、図8に示すように、負電圧(逆バイアス電圧)となる。このコンデンサC12の負電圧が端子aを介して制御回路11に供給される。   The voltage generated in the inrush current limiting resistor R1 is stored in the capacitor C12 via the diode D12 and the resistor R2 ((2) in FIG. 7). Here, the terminal f side of the capacitor C12 is, for example, zero potential, and the terminal g side of the capacitor C12 is, for example, negative potential. For this reason, the voltage of the capacitor C12 becomes a negative voltage (reverse bias voltage) as shown in FIG. The negative voltage of the capacitor C12 is supplied to the control circuit 11 via the terminal a.

そして、コンデンサC12の電圧が、主スイッチQ1nのスレッシホールド電圧THLになった時点(図8の時刻t)で、制御回路11は、端子bから−15Vの制御信号を主スイッチQ1nのゲートに出力する(図7中の(3))。このため、主スイッチQ1nは、オフ状態となる。 When the voltage of the capacitor C12 reaches the threshold voltage THL of the main switch Q1n (time t 1 in FIG. 8), the control circuit 11 sends a control signal of −15V from the terminal b to the gate of the main switch Q1n. ((3) in FIG. 7). For this reason, the main switch Q1n is turned off.

すると、全波整流回路B1からの電圧により、コンデンサC1は、充電されて(図7中の(4))、コンデンサC1の電圧が上昇していき、コンデンサC1の充電が完了する。   Then, the capacitor C1 is charged by the voltage from the full-wave rectifier circuit B1 ((4) in FIG. 7), the voltage of the capacitor C1 rises, and the charging of the capacitor C1 is completed.

次に、時刻tにおいて、制御回路11は、スイッチング動作を開始させる。始めに、端子bから0Vの制御信号を主スイッチQ1nのゲートに出力する(図7中の(5))。このため、主スイッチQ1nは、オン状態となるため、C1→5a→Q1n→C1と電流が流れる(図7中の(6))。このため、トランスTcの1次巻線5aにエネルギーが蓄えられる。 Then, at time t 2, the control circuit 11 starts the switching operation. First, a control signal of 0V is output from the terminal b to the gate of the main switch Q1n ((5) in FIG. 7). Therefore, since the main switch Q1n is turned on, a current flows through C1 → 5a → Q1n → C1 ((6) in FIG. 7). For this reason, energy is stored in the primary winding 5a of the transformer Tc.

また、トランスTcの1次巻線5aと電磁結合している補助巻線5eにも電圧が発生し、発生した電圧は、ダイオードD13及びコンデンサC13を介して制御回路11に供給される(図7中の(7))。このため、制御回路11が動作を継続することができるので、主スイッチQ1nのスイッチング動作を継続して行うことができる。   A voltage is also generated in the auxiliary winding 5e electromagnetically coupled to the primary winding 5a of the transformer Tc, and the generated voltage is supplied to the control circuit 11 via the diode D13 and the capacitor C13 (FIG. 7). (7) in the middle. For this reason, since the control circuit 11 can continue the operation, the switching operation of the main switch Q1n can be continued.

次に、時刻tにおいて、端子bから−15Vの制御信号を主スイッチQ1nのゲートに出力する。このため、時刻tに主スイッチQ1nがオフして、1次巻線5aに発生した逆起電力により、2次巻線5bからダイオードDoを介して負荷Ro及びコンデンサCoに電流が流れて、負荷Roに出力電圧が発生する。また、時刻tに制御回路11から短絡信号をスイッチS1に出力すると、スイッチS1がオンして(図7中の(8))、突入電流制限抵抗R1の両端が短絡される。このため、突入電流制限抵抗R1の損失を減ずることができる。 Then, at time t 3, and outputs from the terminal b of the control signal of -15V to the gate of the main switch Q1n. Therefore, the main switch Q1n is turned off at time t 3, and the counter electromotive force generated in the primary winding 5a, a current to the load Ro and the capacitor Co via the secondary winding 5b diode Do flow, An output voltage is generated at the load Ro. Further, when the output from the control circuit 11 at time t 3 the short signal to the switch S1, the switch S1 is turned on (in FIG. 7 (8)), both ends of the inrush current limiting resistor R1 is short-circuited. For this reason, the loss of the inrush current limiting resistor R1 can be reduced.

なお、時刻tは、交流電源Vac1をオンしたとき(時刻t)からの経過時間として設定され、例えばコンデンサC1と突入電流制限抵抗R1との時定数(τ=C1・R1)の約5倍以上の時間に設定される。以後、主スイッチQ1nはオン/オフによるスイッチング動作を繰り返す。主スイッチQ1nがスイッチング動作を開始した後には、主スイッチQ1nは、図1に示す実施例1に係る直流電源装置のスイッチQ1の動作、即ち、図2に示すタイミングチャートに従った動作と同様に動作する。 The time t 3 is about when the turning on the AC power Vac1 is set as the elapsed time from (time t 0), for example, the time constant of the capacitor C1 and the inrush current limiting resistor R1 (τ = C1 · R1) 5 It is set to a time more than double. Thereafter, the main switch Q1n repeats the switching operation by on / off. After the main switch Q1n starts the switching operation, the main switch Q1n is similar to the operation of the switch Q1 of the DC power supply device according to the first embodiment shown in FIG. 1, that is, the operation according to the timing chart shown in FIG. Operate.

このように実施例3に係る直流電源装置によれば、制御回路11は、交流電源Vac1がオンされたときに突入電流制限抵抗R1に発生した電圧により主スイッチQ1nをオフさせ、コンデンサC1が充電された後、主スイッチQ1nをオン/オフさせるスイッチング動作を開始させるので、電源オン時における問題もなくなる。従って、ノーマリオンタイプの半導体スイッチが使用可能となり、損失の少ない、即ち、高効率な直流電源装置を提供することができる。また、実施例1の効果が得られる。   Thus, according to the DC power supply device according to the third embodiment, the control circuit 11 turns off the main switch Q1n by the voltage generated in the inrush current limiting resistor R1 when the AC power supply Vac1 is turned on, and the capacitor C1 is charged. After that, since the switching operation for turning on / off the main switch Q1n is started, there is no problem when the power is turned on. Therefore, a normally-on type semiconductor switch can be used, and a low-loss, that is, high-efficiency DC power supply device can be provided. Moreover, the effect of Example 1 is acquired.

なお、本発明は、実施例1乃至実施例3に限定されるものではない。例えば、図4に示す実施例2に係る直流電源装置に、図6に示す実施例3に係る直流電源装置に設けられたノーマリオン回路を追加するように構成してよい。ノーマリオン回路は、突入電流制限抵抗R1とスイッチS1と起動電源部12と制御回路11と通常動作電源部13とを含み、ノーマリオンタイプの主スイッチQ1nを用いる。   The present invention is not limited to the first to third embodiments. For example, a normally-on circuit provided in the DC power supply device according to the third embodiment shown in FIG. 6 may be added to the DC power supply device according to the second embodiment shown in FIG. The normally-on circuit includes an inrush current limiting resistor R1, a switch S1, a startup power supply unit 12, a control circuit 11, and a normal operation power supply unit 13, and uses a normally-on type main switch Q1n.

本発明の直流電源装置は、AC−DC変換型の電源回路に適用可能である。   The DC power supply device of the present invention can be applied to an AC-DC conversion type power supply circuit.

実施例1に係る直流電源装置を示す回路構成図である。1 is a circuit configuration diagram illustrating a DC power supply device according to Embodiment 1. FIG. 実施例1に係る直流電源装置の各部における信号のタイミングチャートである。3 is a signal timing chart in each part of the DC power supply device according to the first embodiment. 実施例1に係る直流電源装置の入力電圧及び入力電流の波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of the input voltage and input current of the DC power supply device which concern on Example 1. FIG. 実施例2に係る直流電源装置を示す回路構成図である。6 is a circuit configuration diagram showing a DC power supply device according to Embodiment 2. FIG. 実施例2に係る直流電源装置の各部における信号のタイミングチャートである。6 is a signal timing chart in each part of the DC power supply device according to the second embodiment. 実施例3に係る直流電源装置を示す回路構成図である。FIG. 6 is a circuit configuration diagram illustrating a DC power supply device according to a third embodiment. 実施例3に係る直流電源装置の動作を説明するための図である。FIG. 10 is a diagram for explaining an operation of the DC power supply device according to the third embodiment. 実施例3に係る直流電源装置の各部における信号のタイミングチャートである。10 is a signal timing chart in each part of the DC power supply device according to the third embodiment. 従来の直流電源装置を示す回路構成図である。It is a circuit block diagram which shows the conventional DC power supply device. 従来の直流電源装置の各部における信号のタイミングチャートである。It is a timing chart of the signal in each part of the conventional direct-current power supply device.

符号の説明Explanation of symbols

Vac1 交流電源
B1 全波整流回路
10,10a,11,100 制御回路
Q1,Q1n 主スイッチ
Q2 補助スイッチ
Ro 負荷
R1,R2 抵抗
L1,L2 リアクトル
Co,C1,C2,C12,C13 コンデンサ
S1 スイッチ
T,Ta,Tb,Tc トランス
5a 1次巻線(n1)
5b 2次巻線(n2)
5c 3次巻線(n3)
5d 4次巻線(n4)
5e 補助巻線(n5)
12 起動電源部
13 通常動作電源部
Do,D1,D2,Dq1,D12,D13 ダイオード
Vac1 AC power supply B1 Full-wave rectifier circuit 10, 10a, 11, 100 Control circuit Q1, Q1n Main switch Q2 Auxiliary switch Ro Load
R1, R2 Resistors L1, L2 Reactor Co, C1, C2, C12, C13 Capacitor S1 Switch T, Ta, Tb, Tc Transformer 5a Primary winding (n1)
5b Secondary winding (n2)
5c Tertiary winding (n3)
5d quaternary winding (n4)
5e Auxiliary winding (n5)
12 Start-up power supply unit 13 Normal operation power supply unit Do, D1, D2, Dq1, D12, D13 Diode

Claims (7)

交流を入力し、力率を改善させるとともに直流を出力する直流電源装置であって、
交流電源に接続して交流電圧を整流する整流回路と、
前記整流回路の負極側出力端に一端が接続された主スイッチとトランスの1次巻線とが直列に接続された第1直列回路と、
前記整流回路の負極側出力端に一端が接続され、前記第1直列回路に並列に接続された電源用コンデンサと、
前記整流回路の正極側出力端と前記電源用コンデンサの他端との間に接続され、第1リアクトルと前記トランスの3次巻線とダイオードとが直列に接続された第2直列回路と、
前記主スイッチと前記トランスの1次巻線との接続点と前記トランスの3次巻線と前記ダイオードとの接続点との間に接続されたコンデンサと、
前記トランスの2次巻線に接続され、整流素子及び平滑素子を有する整流平滑回路と、
前記主スイッチをオン/オフ制御することにより前記整流平滑回路からの出力電圧を所定電圧に制御する制御回路と、
を有することを特徴とする直流電源装置。
A DC power supply that inputs AC, improves the power factor and outputs DC,
A rectifier circuit that rectifies the AC voltage by connecting to an AC power source;
A first series circuit in which a main switch having one end connected to the negative output side of the rectifier circuit and a primary winding of a transformer are connected in series;
One end is connected to the negative output side of the rectifier circuit, and the power supply capacitor is connected in parallel to the first series circuit;
A second series circuit connected between a positive output terminal of the rectifier circuit and the other end of the power supply capacitor, and a first reactor, a tertiary winding of the transformer and a diode connected in series;
A capacitor connected between a connection point between the main switch and the primary winding of the transformer and a connection point between the tertiary winding of the transformer and the diode;
A rectifying / smoothing circuit connected to the secondary winding of the transformer and having a rectifying element and a smoothing element;
A control circuit for controlling the output voltage from the rectifying / smoothing circuit to a predetermined voltage by controlling on / off of the main switch;
A direct current power supply device comprising:
前記トランスは4次巻線をさらに備え、
前記主スイッチに並列に接続され、前記トランスの4次巻線と第2リアクトルと逆流防止ダイオードと補助スイッチとが直列に接続された第3直列回路と、
前記主スイッチに並列に接続された共振用コンデンサ及び共振用ダイオードとを有し、
前記制御回路は、前記主スイッチのターンオン時及びターンオフ時に前記主スイッチをゼロ電圧スイッチングさせることを特徴とする請求項1記載の直流電源装置。
The transformer further includes a quaternary winding,
A third series circuit connected in parallel to the main switch, in which a quaternary winding of the transformer, a second reactor, a backflow prevention diode, and an auxiliary switch are connected in series;
A resonance capacitor and a resonance diode connected in parallel to the main switch;
2. The DC power supply device according to claim 1, wherein the control circuit performs zero voltage switching of the main switch when the main switch is turned on and off.
前記制御回路は、前記主スイッチをオンさせる前に前記補助スイッチをオンさせることを特徴とする請求項2記載の直流電源装置。   3. The DC power supply device according to claim 2, wherein the control circuit turns on the auxiliary switch before turning on the main switch. 前記第2リアクトルは、前記トランスのリーケージインダクタンスからなることを特徴とする請求項2又は請求項3記載の直流電源装置。 4. The DC power supply device according to claim 2, wherein the second reactor includes a leakage inductance of the transformer. 5. 前記整流回路と前記電源用コンデンサとの間に接続され、前記交流電源がオンされたときに該電源用コンデンサの突入電流を軽減する突入電流制限抵抗を有し、
前記主スイッチは、ノーマリオンタイプのスイッチからなり、
前記制御回路は、前記交流電源がオンされたときに前記突入電流制限抵抗に発生した電圧により前記主スイッチをオフさせ、前記電源用コンデンサが充電された後、前記主スイッチをオン/オフさせるスイッチング動作を開始させることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項記載の直流電源装置。
An inrush current limiting resistor connected between the rectifier circuit and the power supply capacitor to reduce the inrush current of the power supply capacitor when the AC power supply is turned on;
The main switch is a normally-on type switch,
The control circuit switches off the main switch by a voltage generated in the inrush current limiting resistor when the AC power source is turned on, and turns on / off the main switch after the power supply capacitor is charged. The DC power supply device according to any one of claims 1 to 4, wherein an operation is started.
前記トランスは補助巻線をさらに備え、該トランスの補助巻線に発生する電圧を前記制御回路に供給する通常動作電源部を有することを特徴とする請求項5記載の直流電源装置。 6. The DC power supply device according to claim 5, wherein the transformer further includes an auxiliary winding, and further includes a normal operation power supply unit that supplies a voltage generated in the auxiliary winding of the transformer to the control circuit. 前記突入電流制限抵抗に並列に接続された半導体スイッチを有し、
前記制御回路は、前記主スイッチのスイッチング動作を開始させた後、前記半導体スイッチをオンさせることを特徴とする請求項5又は請求項6記載の直流電源装置。
Having a semiconductor switch connected in parallel to the inrush current limiting resistor;
The DC power supply device according to claim 5 or 6, wherein the control circuit turns on the semiconductor switch after starting the switching operation of the main switch.
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