JP4398680B2 - Power-saving power supply - Google Patents
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Description
本発明は、テレビジョン受像機、映像機器、音響機器など遠隔操作が行えるように構成された電気機器、サブスイッチを設けて待機モードと動作モードを切り替え動作するように構成された電気機器、電話機、ファクシミリ装置、パーソナルコンピュータなど、使用しないときは常時待機モードにしておく必要のある電気機器、またはモデム、プリンタなどのACアダプターを用いて駆動電力を得るように構成されている電気機器またはこれらの電源装置に好適に使用できる技術に関する。 The present invention relates to an electric device configured to be able to be remotely operated such as a television receiver, a video device, an audio device, etc., an electric device configured to provide a sub switch and switch between a standby mode and an operation mode, and a telephone , Facsimile devices, personal computers, etc., electrical devices that need to be always in standby mode when not in use, or electrical devices configured to obtain drive power using an AC adapter such as a modem, a printer, or the like The present invention relates to a technique that can be suitably used for a power supply device.
同類の技術としては本発明者による特許第3196157、あるいは別な特開2001−78446、さらに特開2001−352501がある。いずれも商用の周波数で動作するトランスを間欠的な動作または場合に応じて連続的な動作をさせることで、待機電力を削減している。 As a similar technique, there is Japanese Patent No. 3196157 by the present inventor, another Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-78446, and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-352501. In either case, standby power is reduced by causing a transformer operating at a commercial frequency to operate intermittently or continuously according to circumstances.
以上に共通しているのは制御回路の駆動にコンデンサを流れる無効電流を利用することによって、待機電力を削減していた。効率を重視した特開2001−78446では積極的に90度の位相でオン/オフさせている。また、特許第3196157ではノイズを嫌い、電圧0の点でオン、電流ゼロの点でオフといったように積極的に電圧ゼロ点もしくは電流ゼロ点で動作させていた。
しかしその後の研究によれば、無負荷時の消費電力については従来の特許第3196157でも、ほぼ良かった。しかし、問題は中間電流値を負荷に流した場合に効率が低下し、この原因としてトランスに流れる電流の位相タイミングを検討した結果、ゼロクロスではなく、少し遅れてオン、オフさせた方が中間の電流においての効率は向上することが分かった。すなわち、切り替えのタイミングによるノイズ発生はゼロクロス点が好ましいが中間電流値における、効率は90度付近が好ましい。ノイズと効率の妥協点である45度付近が現実においては最も好ましいバランス点であった。以上のように妥協点として好ましい45度付近でオン/オフを管理しようとした場合に弊害となるのが、前記3つの出願に共通した構成要素であるリアクタンスドロッパとしてのコンデンサである。コンデンサの弊害として位相遅れが生じ、オンしている位相が360度よりも長くなりやすくなる。これがトランスに残留磁気を残しやすくもなりトランスが持っている性質により、次のタイミングでオンした場合の突入電流を多くして効率の低下を招きやすくなる為、この効率の低下を防ぐ手段が必要となる。 However, according to subsequent studies, the power consumption at no load is almost good even in the conventional patent No. 3196157. However, the problem is that the efficiency decreases when an intermediate current value is passed through the load.As a result of examining the phase timing of the current flowing through the transformer as a cause of this, it is not the zero cross but it is more It has been found that the efficiency in current is improved. That is, the zero cross point is preferable for noise generation due to switching timing, but the efficiency at the intermediate current value is preferably around 90 degrees. Nearly 45 degrees, which is a compromise between noise and efficiency, was the most preferable balance point in reality. As described above, a capacitor acting as a reactance dropper, which is a component common to the three applications, is an adverse effect when trying to manage on / off at around 45 degrees, which is preferable as a compromise. As a harmful effect of the capacitor, a phase delay occurs, and the on-phase tends to be longer than 360 degrees. This makes it easy to leave residual magnetism in the transformer, and due to the nature of the transformer, it increases the inrush current when it is turned on at the next timing and tends to cause a decrease in efficiency, so a means to prevent this decrease in efficiency is necessary. It becomes.
上記目的を達成すべく請求項1記載の省電力電源装置は、商用電源と、少なくとも1次巻線および2次巻線を有するトランスと、当該トランスの2次巻線の出力を整流する第1の整流回路と、前記商用電源から前記トランスの1次巻線へ流れる電流を開閉する双方向性の開閉回路と、前記開閉回路のオン時間が前記商用電源の電圧波形の一周期またはその整数倍であり、前記開閉回路のオン/オフともに前記商用電源の電圧波形に対して略等しい位相差のタイミングで制御する制御回路とを備え、前記商用電源からインピーダンス回路を経由して配置された第2の整流回路が前記制御回路に電源を供給する省電力電源装置において、前記インピーダンス回路が前記商用電源の周波数において実質的に抵抗であることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a power-saving power supply device according to
上記目的を達成すべく請求項2記載の省電力電源装置は、商用電源と、少なくとも1次巻線および2次巻線を有するトランスと、当該トランスの2次巻線の出力を整流する第1の整流回路と、前記商用電源から前記トランスの1次巻線へ流れる電流を開閉する双方向性の開閉回路と、前記開閉回路のオン時間が前記商用電源の電圧波形の一周期またはその整数倍であり、前記開閉回路のオン/オフともに前記商用電源の電圧波形に対して略等しい位相差のタイミングで制御する制御回路とを備え、前記商用電源から第1のインピーダンス回路と、第2のインピーダンス回路とを経由し、かつ、前記第1および第2のインピーダンス回路の間に配置された第2の整流回路の出力が前記制御回路に電源を供給する省電力電源装置において、前記第1のインピーダンス回路と前記第2のインピーダンス回路の双方が前記商用電源の周波数において実質的に抵抗である、または、一方が前記商用電源の周波数において実質的に抵抗であり、他方がリアクタンス回路であることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a power-saving power supply device according to claim 2 is a first power source for rectifying a commercial power supply, a transformer having at least a primary winding and a secondary winding, and an output of the secondary winding of the transformer. A bidirectional switching circuit that opens and closes a current flowing from the commercial power source to the primary winding of the transformer, and an on time of the switching circuit is one cycle of the voltage waveform of the commercial power source or an integral multiple thereof. And a control circuit that controls the on / off of the switching circuit at a timing with substantially the same phase difference with respect to the voltage waveform of the commercial power supply, and includes a first impedance circuit and a second impedance from the commercial power supply. A power-saving power supply apparatus that supplies power to the control circuit via an output of a second rectifier circuit that is disposed between the first and second impedance circuits. Both the impedance circuit and the second impedance circuit are substantially resistors at the frequency of the commercial power supply, or one is substantially resistive at the frequency of the commercial power supply and the other is a reactance circuit. It is characterized by.
上記目的を達成すべく請求項3記載の省電力電源装置は、請求項1または2記載の省電力電源装置において、前記制御回路の位相制御はDタイプFFを使用して行う。
In order to achieve the above object, the power saving power supply device according to claim 3 is the power saving power supply device according to
上記目的を達成すべく請求項4記載の省電力電源装置は、請求項1から3記載の省電力電源装置において、前記位相差が−20度から+80度の範囲で任意に設定可能であることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the power saving power supply device according to
上記目的を達成すべく請求項5記載の省電力電源装置は、請求項1から4記載の省電力電源装置において、前記トランス2次側の負荷電流および/または負荷電圧の状態を絶縁素子を介してトランスの1次側に配置された前記制御回路に伝達して、前記開閉回路の間欠または連続動作を制御する。
In order to achieve the above object, a power saving power supply device according to claim 5 is the power saving power supply device according to
上記目的を達成すべく請求項6記載の省電力電源装置は、請求項1から5記載の省電力電源装置において、前記負荷電流が所定値より大きい場合に前記絶縁素子を構成するLEDに流れる電流をバイパスまたは遮断させることで前記開閉回路を連続動作させ、前記負荷電流が前記所定値以下の場合は前記開閉回路を間欠動作をさせる
In order to achieve the above object, the power saving power supply device according to claim 6 is the power saving power supply device according to
上記目的を達成すべく請求項7記載の省電力電源装置は、商用電源と、少なくとも1次巻線、2次巻線および3次巻線を有するトランスと、当該トランスの2次巻線の出力を整流する第1の整流回路と、前記商用電源から前記トランスの1次巻線への電流を開閉する双方向性の開閉回路と、前記開閉回路のオン時間が前記商用電源の電圧波形の一周期またはその整数倍であり、前記開閉回路のオン/オフともに前記商用電源の電圧波形に対して略等しい位相差のタイミングで制御する制御回路とを備えた省電力電源装置において、前記トランスの3次巻線から第3の整流回路で整流し、前記制御回路に電源を供給する。
In order to achieve the above object, a power-saving power supply device according to
上記目的を達成すべく請求項8記載の省電力電源装置は、請求項7記載の省電力電源装置において、前記位相差の制御はDタイプFFを使用して行う。
To achieve the above object, the power saving power supply device according to claim 8 is the power saving power supply device according to
上記目的を達成すべく請求項9記載の省電力電源装置は、請求項7または8記載の省電力電源装置において、前記位相差が−20度から+80度の範囲で任意に設定可能であることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the power saving power supply device according to claim 9 is the power saving power supply device according to
上記目的を達成すべく請求項10記載の省電力電源装置は、請求項7から9記載の省電力電源装置において、前記トランス2次側の負荷電流および/または負荷電圧の状態を絶縁素子を介してトランスの1次側に配置された前記制御回路に伝達して、前記開閉回路の間欠または連続動作を制御する。
In order to achieve the above object, the power saving power supply device according to
上記目的を達成すべく請求項11記載の省電力電源装置は、請求項7から10記載の省電力電源装置において、前記負荷電流が所定値より大きい場合に前記絶縁素子を構成するLEDに流れる電流をバイパスまたは遮断させることで前記開閉回路を連続動作させ、前記負荷電流が前記所定値以下の場合は前記開閉回路を間欠動作させる
In order to achieve the above object, the power saving power supply device according to
上記目的を達成すべく請求項12記載の省電力電源装置は、商用電源と、少なくとも1次巻線および2次巻線を有する第1のトランスと、前記商用電源から前記第1のトランスの1次巻線へ流れる電流を開閉する双方向性の開閉回路を備えた省電力電源装置において、前記第1のトランスの2次巻線出力を整流する第1の整流回路と、前記商用電源を整流する第2の整流回路と、少なくとも1次巻線および2次巻線を有する第2のトランスと、前記第2の整流回路の出力から前記第2のトランスの1次巻線へ流れる電流をスイッチングするスイッチング手段と、前記第2のトランスの2次巻線に流れる電流を整流する第3の整流回路とを備え、前記第1の整流回路および第3の整流回路の出力は合成され、当該合成電流を検出する検出手段からの検出信号、および/または、負荷側から得た動作状態信号を、第1の絶縁素子を介して前記第1のトランスの1次側に配置された前記双方向性の開閉回路に伝達して、前記開閉回路をオンさせることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a power-saving power supply device according to
上記目的を達成すべく請求項13記載の省電力電源装置は、請求項12記載の省電力電源装置において、前記第1の整流回路の出力電圧が前記第3の整流回路の出力電圧より高めに設定されていることを特徴とする。
To achieve the above object, the power-saving power supply device according to
上記目的を達成すべく請求項14記載の省電力電源装置は、請求項12記載の省電力電源装置において、前記第3の整流回路の出力電圧を検出する検出回路を設けることで、検出回路から出力される検出信号を第2の絶縁素子(図示せず)を介して、前記スイッチング手段を制御し、前記第3の整流回路の出力電圧を制御する電源が、前記第1の整流回路の出力で前記第2の絶縁素子を構成するLEDを点灯することを特徴とする。
In order to achieve the above object, a power saving power supply device according to
上記目的を達成すべく請求項15記載の省電力電源装置は、請求項12記載の省電力電源装置において、前記スイッチング手段が間欠発振制御であることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a power saving power supply device according to
本発明はリアクタンスドロッパとしてのコンデンサを抵抗に置き変えることで、位相の管理が非常にしやすく、オンしている区間が正確な360度、又はその整数倍となって、中間電流における効率の低下が起きにくくなる。ノイズと効率の妥協点である45度付近にすれば、反面としてゼロクロス点から外れるのでノイズは原理的には増えるが、もともと本技術はノイズに対しては大きなマージンがあるので特に問題とはならない。また、コンデンサから抵抗に変えることで、このドロッパ部分の消費電力は増大するが、トランスの動作点が改善されるので、全体として待機電力はあまり変わらないか、むしろ改良されてもいる。また、コンデンサから抵抗に変更することでコストダウンにも寄与する。 In the present invention, by replacing the capacitor as the reactance dropper with the resistor, it is very easy to manage the phase, and the ON section becomes an accurate 360 degrees, or an integral multiple thereof, and the efficiency in the intermediate current is reduced. It becomes difficult to get up. If it is around 45 degrees, which is a compromise between noise and efficiency, the noise will increase in principle because it will deviate from the zero-cross point, but this technology is not a problem because it has a large margin for noise. . Further, the power consumption of the dropper portion is increased by changing from the capacitor to the resistor, but the operating point of the transformer is improved, so that the standby power as a whole does not change so much or rather is improved. Also, changing from a capacitor to a resistor contributes to cost reduction.
なお特開2001−78446、特開2001−352501においてコンデンサは必須であるが、これに直列に接続されている抵抗は主にコンデンサをショートした場合の安全確保用である。 In Japanese Patent Laid-Open No. 2001-78446 and Japanese Patent Laid-Open No. 2001-352501, a capacitor is essential, but a resistor connected in series is mainly for ensuring safety when the capacitor is short-circuited.
つまり、オンとオフのタイミングが効率とノイズの妥協点である45度付近の位相に設定し、しかもオン時間を360度の正確な整数倍とすることで、中間電流での効率低下を少なくした。このためにはリアクタンスドロッパつまり、コンデンサを排除し、抵抗に置き換えることが重要となる。 In other words, the ON / OFF timing is set to a phase around 45 degrees, which is a compromise between efficiency and noise, and the ON time is set to an exact integer multiple of 360 degrees, thereby reducing the efficiency drop at intermediate currents. . For this purpose, it is important to eliminate the reactance dropper, that is, the capacitor and replace it with a resistor.
コンデンサの排除とは、第1のインピーダンス回路と第2のインピーダンス回路のうち、少なくとも一方のインピーダンスが純粋な抵抗か、入力の商用周波数において実質的に抵抗と見なせるような状態も含まれる。 The exclusion of the capacitor includes a state in which at least one of the first impedance circuit and the second impedance circuit has a pure resistance or can be regarded as a substantial resistance at an input commercial frequency.
請求項1または2の発明により、コンデンサを抵抗に置き変えることで、位相の管理が非常にしやすく、オンしている区間が正確な360度、又はその整数倍となって、中間電流における効率の低下が起きにくくなる。 According to the first or second aspect of the invention, by replacing the capacitor with a resistor, the phase can be easily managed, and the ON section becomes an accurate 360 degrees or an integral multiple thereof, so that the efficiency at the intermediate current can be improved. The decrease is less likely to occur.
請求項3の発明の制御回路の位相制御はDタイプFFを使用して行うことにより、回路の簡素化、コストの低減が図れる。 The phase control of the control circuit according to the third aspect of the invention is performed using a D-type FF, whereby the circuit can be simplified and the cost can be reduced.
請求項4の発明の位相差が−20度から+80度の範囲で任意に設定可能であることにより、製品の目的に応じた効率およびノイズの設定が可能となる。
Since the phase difference of the invention of
請求項5のトランス2次側の負荷電流および/または負荷電圧の状態を絶縁素子を介してトランスの1次側に配置された制御回路に伝達して、開閉回路の間欠または連続動作を制御することにより、2次側の出力電圧をある範囲に保つことができる。 The state of the load current and / or the load voltage on the transformer secondary side according to claim 5 is transmitted to the control circuit arranged on the primary side of the transformer via the insulating element to control the intermittent or continuous operation of the switching circuit. Thus, the output voltage on the secondary side can be kept within a certain range.
請求項6の負荷電流が所定値より大きい場合に絶縁素子を構成するLEDに流れる電流をバイパスまたは遮断させることで開閉回路を連続動作させ、負荷電流が所定値以下の場合は開閉回路をスイッチング動作をさせることで、入力電圧の高低を問わず、所定の電流で間欠動作と連続動作の臨界点を定めることができる。 When the load current of claim 6 is larger than a predetermined value, the switching circuit is continuously operated by bypassing or interrupting the current flowing through the LED constituting the insulating element, and when the load current is less than the predetermined value, the switching circuit is switched. As a result, the critical point between the intermittent operation and the continuous operation can be determined with a predetermined current regardless of the level of the input voltage.
請求項7の発明により、コンデンサを抵抗に置き変えることで、位相の管理が非常にしやすく、オンしている区間が正確な360度、又はその整数倍となって、中間電流における効率の低下が起きにくくなるとともに、トランスの3次巻線から制御回路に電流を供給することが可能になる。
According to the invention of
請求項8の発明の制御回路の位相制御はDタイプFFを使用して行うことにより、回路の簡素化、コストの低減が図れる。 The phase control of the control circuit according to the eighth aspect of the invention is performed using a D-type FF, whereby the circuit can be simplified and the cost can be reduced.
請求項9の位相差が−20度から+80度の範囲で任意に設定可能であることにより、製品の目的に応じた効率およびノイズの設定が可能となる。 Since the phase difference of claim 9 can be arbitrarily set within the range of -20 degrees to +80 degrees, the efficiency and noise can be set according to the purpose of the product.
請求項10のトランス2次側の負荷電流および/または負荷電圧の状態を絶縁素子を介してトランスの1次側に配置された制御回路に伝達して、開閉回路の間欠または連続動作制御することにより、2次側の出力電圧をある範囲に保つことができる。
The state of the load current and / or the load voltage on the transformer secondary side according to
請求項11の負荷電流が所定値より大きい場合に絶縁素子を構成するLEDに流れる電流をバイパスまたは遮断させることで開閉回路を連続動作させ、負荷電流が所定値以下の場合は開閉回路をスイッチング動作をさせることで、入力電圧の高低を問わず、所定の電流で間欠動作と連続動作の臨界点を定めることができる。
When the load current of
請求項12の発明により、軽負荷時には待機時消費電力の少ないスイッチング電源を働かせ、通常動作時は、EMIノイズの少ない電源を構成することが出来る。 According to the twelfth aspect of the present invention, it is possible to operate a switching power supply that consumes less power during standby at light loads, and to configure a power supply with less EMI noise during normal operation.
請求項13の発明により、第1の整流回路の出力電圧が第3の整流回路の出力電圧より高めに設定されているため、負荷電流に応じて確実に動作を切り替えることが出来る。 According to the thirteenth aspect of the invention, since the output voltage of the first rectifier circuit is set higher than the output voltage of the third rectifier circuit, the operation can be switched reliably according to the load current.
請求項14の発明により、第3の整流回路の出力電圧を制御する制御信号を伝達する第2の絶縁素子を構成するLEDを点灯するために、第1の整流回路の出力を用いることで、商用電源で動作するトランス114側の電源と高周波で動作するトランス214側の電源の切り替えを円滑に行うことが出来る。(図3)
According to the invention of
請求項15の発明により、スイッチング手段が間欠発振制御であることで、効率の良い動作が可能となる。 According to the fifteenth aspect of the invention, since the switching means is intermittent oscillation control, an efficient operation is possible.
図1は本発明の第1の実施形態である。商用電源100は112と112bで構成される交流スイッチを経由してトランス114の1次巻線114aに印加される。一方、制御用の電源は商用電源100から第1のインピーダンス回路101Rを経由し、雷サージなどの過電圧保護を兼ねたツェナーダイオード103とダイオード104とで整流され、第2のインピーダンス回路102Rを経由し商用電源100に戻る。ダイオード104の出力はコンデンサ109で平滑され、コンデンサ109の+側は制御IC140のVccに、−側はVssに接続され、制御用ICであるDタイプフリップフロップを動作させる電源となる。
FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention. The
ツェナーダイオード103とダイオード104の交点はほぼ方形波であるが、高周波ノイズフィルターと波形の遅延を兼ねた抵抗107とコンデンサ108によるRCフィルターを経由し、DタイプフリップフロップのCLOCK入力に入る。DATA端子はVccから抵抗110を経由し接続されるとともに、フォトカプラ150のトランジスタ111のコレクタにも接続され、このトランジスタ111のエミッタはVssに接続されている。Q端子は112と112bによる交流スイッチを駆動し、Q端子がハイレベルの時、交流スイッチはオンになる。
The intersection of the Zener diode 103 and the
トランス114の2次巻線114bは整流回路115aで整流し、コンデンサ117で平滑し、さらに電流検出抵抗120を通ったものが出力となる。軽負荷時に出力電圧が上昇し、ツェナーダイオード130で設定された電圧以上になれば、LED119が光って1次側のトランジスタ111は、オンし、DATA端子をローレベルにし、Q端子もローレベルとなって開閉回路はオフになる。なお、抵抗118は電流制限用である。出力電圧が低下すると、LEDが暗くなって1次側のトランジスタ111が、オフし、DATA端子をハイレベルにし、Q端子もハイレベルになって開閉回路はオンとなり、再び、出力電圧は上昇する。この動作を繰り返すことで、出力電圧はある範囲を保つことになる。
The secondary winding 114b of the
入力電圧がAC90VでもAC110Vでも連続モードと間欠モードの切り替え点(臨界電流)を安定にするため、電流検出抵抗120が設けられている。臨界電流以上になると、トランジスタ128はオンし、LED119の電流をバイパスするので、強制的に連続モードとなる。別なトランジスタ127は温度補償用で抵抗125と126はバイアス用である。
In order to stabilize the switching point (critical current) between the continuous mode and the intermittent mode regardless of whether the input voltage is AC90V or AC110V, a
ここで使われている電流検出回路は一般的な定格電流をオーバーした場合に働く過電流保護回路ではなく、間欠動作と連続動作の臨界点を検出している臨界電流検出回路である。この回路を設けることにより、入力電圧が高い場合でも、低い場合でも安定して所定の電流でもって間欠動作と連続動作の臨界点を定めることが出来る。この動作は、臨界電流以上になると、フォトカプラ150のLED119をショートすることにより、強制的に連続動作にするものである。
The current detection circuit used here is not an overcurrent protection circuit that works when a general rated current is exceeded, but a critical current detection circuit that detects a critical point between intermittent operation and continuous operation. By providing this circuit, the critical point between the intermittent operation and the continuous operation can be determined stably with a predetermined current even when the input voltage is high or low. In this operation, when the current exceeds the critical current, the
トランスに巻いた3次巻線114dとダイオード141は、制御回路用の電流が不足する場合に補助的に電流を供給するためのもので、必ずしも必要な訳ではない。 The tertiary winding 114d and the diode 141 wound around the transformer are for supplying supplementary current when the current for the control circuit is insufficient, and are not necessarily required.
本発明は1つの装置内で構成しても良いし、2つ以上の別々の装置内に分割して構成しても良い。例として本発明のトランスおよびトランス1次側の回路をACアダプタとして構成し、整流回路115aを含むトランス2次側の回路を、ACアダプタの出力を電源として用いる機器内に配置する構成などが考えられる。
The present invention may be configured in one device or may be divided into two or more separate devices. As an example, a configuration in which the transformer and the primary side circuit of the present invention are configured as an AC adapter, and the secondary side circuit of the transformer including the
図2は第2の実施の形態である。以下、変更点のみを説明する。第2のインピーダンス回路102Rに流れる電流もダイオード105と106で整流しているので、図1に比べて約半分の電流でこと足りるので、このインピーダンス回路の抵抗による消費電力を半減している。
交流スイッチはFET112と113の2個を直列にしているが、動作は同じである。なお、ダイオード112aと113aはFETのボディーダイオードである。
FIG. 2 shows a second embodiment. Only the changes will be described below. Since the current flowing through the second impedance circuit 102R is also rectified by the
The AC switch has two
2次側には過電流の制限回路が追加されているが、共通の電流検出抵抗120を利用する工夫がなされていて、そのため、臨界電流以上でトランジスタ131でもってLED119に流れる電流を切り離すように構成されている。過電流以上になるとトランジスタ124による別ルートで再びLED119に電流が流れるようになって過電流を制限する。なお、図1と図2ではインピーダンス回路が、第1と第2の2つに分かれているが、交流スイッチが絶縁されている素子の場合、たとえばフォトボルやフォトMOSのような素子であるなら、インピーダンス回路は1個でも良い(102Rをショートした状態)。図1や図2に使用しているMOSFETではソースを制御回路から絶縁できないため、インピーダンス回路を2つに分けることで、擬似的な絶縁を作り出している。
An overcurrent limiting circuit has been added on the secondary side, but a device that uses a common
このようにインピーダンス回路を2つに分ける場合、回路によっては、片方のインピーダンス回路のみを抵抗にするだけでも、本発明の目的を達成できる。たとえば図1の場合、交流スイッチが配置されている102R側さえ抵抗であれば、101R側はコンデンサであっても必要な効果を得ることが出来る。 In this way, when the impedance circuit is divided into two, depending on the circuit, the object of the present invention can be achieved even if only one impedance circuit is used as a resistor. For example, in the case of FIG. 1, if only the 102R side on which the AC switch is arranged is a resistor, the required effect can be obtained even if the 101R side is a capacitor.
図3は第3の実施の形態である。商用周波数で動作するトランス114側の電源と、高周波で動作するスイッチングトランス214側で動作するスイッチング電源とが並列に接続されていて、負荷電流が少ない場合にはスイッチング電源側が動作し、負荷電流が多い場合にはトランス114側が支配的な動作をするように構成されている。商用周波数で動作するトランス114側の詳細な説明は省略する。
FIG. 3 shows a third embodiment. When the power source on the
突入電流防止用の抵抗201を通った電流はブリッジダイオード202で整流され、さらに平滑コンデンサ203と204で平滑される。インダクタ205はスイッチングノイズの対策用である。
The current passing through the inrush
ここでの制御IC211はパワーインテグレーションズ社のリンクスイッチと呼ばれているものを例にしている。なお、間欠発振動作するスイッチング電源用の制御ICで構成すれば、より良い効果を得ることができる。コンデンサ209、210、抵抗206、208、ダイオード207はこのICを動作させるための外付け部品であり、これらとあいまって、スイッチングトランス214の1次巻線214aに流れる電流をスイッチングしている。2次巻線214bはダイオード214で整流され、トランス114側の電源出力と並列になっている。ちなみに制御IC211は1次巻線214aに発生する電圧から2次側の出力電圧を推察し、制御する機能を有しているので、2次側からのフィードバック回路が省略できる。
The control IC 211 here is an example of what is called a link switch of Power Integrations. It should be noted that a better effect can be obtained by configuring the control IC for a switching power supply that operates intermittently. Capacitors 209 and 210,
負荷電流が少ない場合にはこのスイッチング電源のみが働いている。負荷電流が増えると、抵抗120に発生する電圧によって、トランジスタ128がオンし、フォトボルと呼ばれるフォトカプラ150のLED119を点灯する。トランジスタ127は温度補償用で抵抗125、126はバイアス用で、抵抗118は電流制限用である。フォトカプラ150の受光側のフォトダイオード212に電流が流れFET112をオンさせてトランス114側の電源を動作させることになる。トランス114側電源の出力電圧はスイッチング電源側よりも少し高めに設定している。このため、トランス114側が動作すると、スイッチング電源側は出力電流を絞ることになって、トランス114側が支配的な動作となる。このように構成させることで、軽負荷時には待機時消費電力の少ないスイッチング電源を働かせ、通常動作時は、EMIノイズの少ない電源を構成することが出来る。なお、213はフォトダイオード212がオフになった場合にFET112のゲート電荷を放電するためにある。
When the load current is small, only this switching power supply works. When the load current increases, the voltage generated in the
なお、一般的なスイッチング電源では、2次側電圧の制御用として、たとえばTL431のような基準電圧素子(図示せず)とフォトカプラ(図示せず)をよく用いる。このような場合、トランス114側の電源が動作した場合に、たとえば、この基準電圧素子の検出端子に高い電圧を加える構成とすることで、スイッチング電源側を停止することが出来る。あるいは基準電圧素子が駆動するフォトカプラのLEDをトランス114側の電源が動作した場合に、直接に点灯するような構成にしてもかまわない。ようするにトランス114側の電源が働いた場合にスイッチング電源側を2次側からフォトカプラのLEDを介して停止させるようにさえ構成すれば良い。
In general switching power supplies, for example, a reference voltage element (not shown) such as TL431 and a photocoupler (not shown) are often used for controlling the secondary side voltage. In such a case, when the power supply on the
負荷側で動作していることを知らせる制御信号がある場合、負荷が動作していることを負荷電流の検出抵抗120を用いて検出することなく、この制御信号を用いて負荷が動作している時にフォトカプラ150のLED119を直接に点灯させる構成してもかまわない。
When there is a control signal that informs that it is operating on the load side, the load is operating using this control signal without detecting that the load is operating using the load
図4の従来回路は第1のインピーダンス回路101Cも第2のインピーダンス回路102Cもコンデンサである。オンの位相は0度、オフの位相は30度遅れとなって1サイクル導通の場合は、現実には390度の動作をしている。このため次のサイクルでの突入電流のピーク電流は680mAとなる(図7)。しかし、図1のように第1のインピーダンス回路も第2のインピーダンス回路も抵抗101Rと102Rに変えた場合は、オンの位相は45度、オフの位相も45度遅れで、導通している角度は360度となって対称性が向上し、残留磁束の発生が少なく、ピーク電流は204mAと激減した(図7)。 In the conventional circuit of FIG. 4, both the first impedance circuit 101C and the second impedance circuit 102C are capacitors. When the ON phase is 0 degrees and the OFF phase is delayed by 30 degrees and one cycle is conducted, the operation is actually 390 degrees. Therefore, the peak current of the inrush current in the next cycle is 680 mA (FIG. 7). However, when both the first impedance circuit and the second impedance circuit are changed to the resistors 101R and 102R as shown in FIG. 1, the on-phase is 45 degrees and the off-phase is 45 degrees behind, and the conduction angle 360 degrees, the symmetry was improved, the generation of residual magnetic flux was small, and the peak current was drastically reduced to 204 mA (FIG. 7).
このように、コンデンサを抵抗に変更するのは、回路的には僅かな変更のように思えるかもしれないが、中間電流における効率低下の原因がトランスの動作に起因していることをつきとめ、この対策を精査した結果生まれた発明である。しかも、この効果は図5、図6のデータグラフから分かるように見事に改善されているし、また、ゼロクロス点からずれたことによるノイズの増加は認められるものの、それでも十分に規格内に入っている。無効電流しか流れないコンデンサから、有効電力を消費する抵抗に変更すれば、消費電力が増すことが考えられるが、トランスの突入電流が低下するので、総合的な効率はむしろ向上している。コンデンサから抵抗に変更することで発明を簡単にするという安易なことにも使えるが、より高度なことにも使える。 In this way, changing the capacitor to a resistor may seem like a slight change in the circuit, but I found out that the cause of the efficiency drop at the intermediate current is due to the operation of the transformer. It is an invention born as a result of careful examination of countermeasures. Moreover, this effect has been improved brilliantly as can be seen from the data graphs of FIGS. 5 and 6, and although an increase in noise due to deviation from the zero cross point is recognized, it still falls within the standard. Yes. If a capacitor that only allows reactive current to flow is changed to a resistor that consumes active power, the power consumption can be increased. However, since the inrush current of the transformer is reduced, the overall efficiency is rather improved. Changing from a capacitor to a resistor can be used to simplify the invention, but it can also be used for more advanced things.
100 商用電源
101 第1のインピーダンス回路
102 第2のインピーダンス回路
103 ダイオード
104 ダイオード
105 ダイオード
106 ダイオード
107 抵抗
108 コンデンサ
109 コンデンサ
110 抵抗
111 トランジスタ
112 交流スイッチ
113 交流スイッチ
114 トランス
115 整流回路
116 整流回路
117 コンデンサ
118 抵抗
119 LED
120 抵抗
121 抵抗
122 抵抗
123 トランジスタ
124 トランジスタ
125 抵抗
126 抵抗
127 トランジスタ
128 トランジスタ
129 抵抗
130 ダイオード
131 トランジスタ
150 絶縁素子
214 トランス
215 ダイオード
DESCRIPTION OF
120 Resistor 121 Resistor 122 Resistor 123 Transistor 124
Claims (15)
前記インピーダンス回路が前記商用電源の周波数において実質的に抵抗であることを特徴とする省電力電源装置。 A commercial power source, a transformer having at least a primary winding and a secondary winding, a first rectifier circuit that rectifies the output of the secondary winding of the transformer, and the commercial power source to the primary winding of the transformer A bidirectional switching circuit that opens and closes a flowing current, and the on-time of the switching circuit is one cycle or an integral multiple of the voltage waveform of the commercial power supply. And a control circuit that controls the phase difference at substantially the same phase difference, and a second rectifier circuit disposed from the commercial power source via an impedance circuit supplies power to the control circuit. ,
The power-saving power supply device, wherein the impedance circuit is substantially a resistor at a frequency of the commercial power supply.
前記第1のインピーダンス回路と前記第2のインピーダンス回路の双方が前記商用電源の周波数において実質的に抵抗である、または、一方が前記商用電源の周波数において実質的に抵抗であり、他方がリアクタンス回路であることを特徴とする省電力電源装置。 A commercial power source, a transformer having at least a primary winding and a secondary winding, a first rectifier circuit that rectifies the output of the secondary winding of the transformer, and the commercial power source to the primary winding of the transformer A bidirectional switching circuit that opens and closes a flowing current, and the on-time of the switching circuit is one cycle or an integral multiple of the voltage waveform of the commercial power supply. And a control circuit for controlling at a timing of substantially the same phase difference from the commercial power source via the first impedance circuit and the second impedance circuit, and the first and second impedance circuits In the power-saving power supply device in which the output of the second rectifier circuit arranged between the two supplies power to the control circuit,
Both the first impedance circuit and the second impedance circuit are substantially resistive at the frequency of the commercial power source, or one is substantially resistive at the frequency of the commercial power source and the other is a reactance circuit A power-saving power supply device.
前記トランスの3次巻線から第3の整流回路で整流し、前記制御回路に電源を供給することを特徴とする省電力電源装置。 A commercial power source, a transformer having at least a primary winding, a secondary winding, and a tertiary winding; a first rectifier circuit that rectifies the output of the secondary winding of the transformer; A bidirectional switching circuit that opens and closes a current to the primary winding; and an on-time of the switching circuit is one cycle of the voltage waveform of the commercial power source or an integral multiple thereof. In a power-saving power supply device comprising a control circuit that controls at a timing of substantially the same phase difference with respect to the voltage waveform of the commercial power supply,
A power-saving power supply device that rectifies the tertiary winding of the transformer by a third rectifier circuit and supplies power to the control circuit.
前記第1のトランスの2次巻線出力を整流する第1の整流回路と、前記商用電源を整流する第2の整流回路と、少なくとも1次巻線および2次巻線を有する第2のトランスと、前記第2の整流回路の出力から前記第2のトランスの1次巻線へ流れる電流をスイッチングするスイッチング手段と、前記第2のトランスの2次巻線に流れる電流を整流する第3の整流回路とを備え、
前記第1の整流回路および第3の整流回路の出力は合成され、当該合成電流を検出する検出手段からの検出信号、および/または、負荷側から得た動作状態信号を、第1の絶縁素子を介して前記第1のトランスの1次側に配置された前記双方向性の開閉回路に伝達して、前記開閉回路をオンさせることを特徴とする省電力電源装置。 A commercial power source, a first transformer having at least a primary winding and a secondary winding, and a bidirectional switching circuit for switching current flowing from the commercial power source to the primary winding of the first transformer. In power saving power supply
A first rectifier circuit for rectifying the secondary winding output of the first transformer; a second rectifier circuit for rectifying the commercial power supply; and a second transformer having at least a primary winding and a secondary winding. Switching means for switching the current flowing from the output of the second rectifier circuit to the primary winding of the second transformer, and third means for rectifying the current flowing in the secondary winding of the second transformer A rectifier circuit,
The outputs of the first rectifier circuit and the third rectifier circuit are combined, and the detection signal from the detection means for detecting the combined current and / or the operation state signal obtained from the load side are used as the first insulating element. A power-saving power supply device, wherein the switching circuit is turned on by transmitting to the bidirectional switching circuit disposed on the primary side of the first transformer via the switch.
13. The power saving power supply device according to claim 12, wherein the switching means is intermittent oscillation control.
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