JP5919804B2 - Switching power supply circuit - Google Patents
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Description
本発明はインダクタに関し、特にインターリーブで動作する一対の力率改善回路として採用できるスイッチング電源回路に関する。 The present invention relates to an inductor, and more particularly to a switching power supply circuit that can be employed as a pair of power factor correction circuits operating in an interleaved manner.
非特許文献1には、臨界モードかつインターリーブで動作する一対の力率改善回路(以下、単に「インターリーブ型力率改善回路」と称す)が開示されている。インターリーブ型力率改善回路では、昇圧型のチョッパ回路の一対が並列接続されており、リアクトル、ダイオード、スイッチング素子を有している。
Non-Patent
非特許文献2には、インターリーブ型力率改善回路において、一対のリアクトルが誘導結合する場合について説明されている。
Non-Patent
インターリーブ型力率改善回路に入力する直流電流のリップル改善は、リアクトル損失の低減を招来する。非特許文献2では、インターリーブ型力率改善回路において、一対のリアクトルが同極性で誘導結合する場合の入力電流のリップル改善について示されているが、まだリップル改善の余地がある。
Improving the ripple of the direct current input to the interleave type power factor correction circuit leads to a reduction in reactor loss. Non-Patent
そこで、本願発明は、インターリーブ型力率改善回路を小型化しつつ、これに入力する直流電流のリップルを改善し、以てリアクトル損失を低減することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to reduce the reactor loss by reducing the ripple of the direct current input to the interleaved power factor correction circuit while reducing the size of the interleave type power factor correction circuit.
この発明にかかるスイッチング電源回路(3)は、低電源線(LL)と、高電源線(LH)と、第1リアクトル(L3)と、第2リアクトル(L1)と、第3リアクトル(L2)と、第1ダイオード(D1)と、第2ダイオード(D2)と、第1のスイッチング素子(S1)と、第2のスイッチング素子(S2)と、第1コンデンサ(C)と、第2コンデンサ(Cf)とを備える。 The switching power supply circuit (3) according to the present invention includes a low power supply line (LL), a high power supply line (LH), a first reactor (L3), a second reactor (L1), and a third reactor (L2). A first diode (D1), a second diode (D2), a first switching element (S1), a second switching element (S2), a first capacitor (C), and a second capacitor ( Cf).
前記高電源線は、前記低電源線よりも高い電位が印加される。 The high power line is applied with a higher potential than the low power line.
前記第1リアクトルは、前記高電源線に接続された一端と、他端とを有する。前記第2リアクトルは、前記第1リアクトルの前記他端に接続された一端と、他端とを有する。前記第3リアクトルは、前記第1リアクトルの前記他端に接続された一端と、他端とを有する。 The first reactor has one end connected to the high power line and the other end. The second reactor has one end connected to the other end of the first reactor and the other end. The third reactor has one end connected to the other end of the first reactor and the other end.
前記第1ダイオードは、カソードと、前記第2リアクトルの前記他端に接続されたアノードとを有する。前記第2ダイオードは、カソードと、前記第3リアクトルの前記他端に接続されたアノードとを有する。 The first diode has a cathode and an anode connected to the other end of the second reactor. The second diode has a cathode and an anode connected to the other end of the third reactor.
前記第1のスイッチング素子は、前記第2リアクトルの前記他端及び前記第1ダイオードの前記アノードと、前記低電源線との間に設けられる。前記第2のスイッチング素子は、前記第3リアクトルの前記他端及び前記第2ダイオードの前記アノードと、前記低電源線との間に設けられる。 The first switching element is provided between the other end of the second reactor, the anode of the first diode, and the low power supply line. The second switching element is provided between the other end of the third reactor, the anode of the second diode, and the low power supply line.
前記第1コンデンサは、前記第1ダイオードの前記カソードと前記第2ダイオードの前記カソードとに接続される一端と、前記低電源線とに接続される他端とを有する。前記第2コンデンサは、前記第1リアクトルの前記他端に接続される一端と、前記低電源線に接続される他端とを有する。 The first capacitor has one end connected to the cathode of the first diode and the cathode of the second diode, and the other end connected to the low power line. The second capacitor has one end connected to the other end of the first reactor and the other end connected to the low power line.
前記第2リアクトルのインダクタンス値(L)と、前記第3リアクトルのインダクタンス値(L)とは等しい。前記第1リアクトルと第2リアクトルと前記第3リアクトルとは前記高電源線から見て同極性で誘導結合する。前記第1リアクトルと前記第2リアクトルとの間の相互インダクタンスは、前記第1リアクトルと前記第3リアクトルとの間の相互インダクタンスに等しい。 The inductance value (L) of the second reactor is equal to the inductance value (L) of the third reactor. The first reactor, the second reactor, and the third reactor are inductively coupled with the same polarity when viewed from the high power line. A mutual inductance between the first reactor and the second reactor is equal to a mutual inductance between the first reactor and the third reactor.
望ましくは、前記第1リアクトルと前記第2リアクトルと前記第3リアクトルとは同じコアにおいて形成される。 Preferably, the first reactor, the second reactor, and the third reactor are formed in the same core.
この発明にかかるスイッチング電源回路によれば、第1リアクトルと第2コンデンサが、第2リアクトルと第3リアクトルに流れる高調波についてのバイパスを形成するので、高電源線と低電源線との間に供給される直流電流のリップルを削減し、かつ第1乃至第3のリアクトルにおけるリアクトルの損失を低減することができる。 According to the switching power supply circuit of the present invention, the first reactor and the second capacitor form a bypass for the harmonics flowing through the second reactor and the third reactor, and therefore, between the high power line and the low power line. The ripple of the direct current supplied can be reduced, and the loss of the reactor in the first to third reactors can be reduced.
また、スイッチング電源回路が小型化される。 In addition, the switching power supply circuit is reduced in size.
図3に示されるインターリーブ型力率改善回路5は、スイッチング素子S1,S2、ダイオードD1,D2、インダクタ9及びコンデンサCを有している。コンデンサCには並列に負荷4が接続されている。
The interleaved power factor correction circuit 5 shown in FIG. 3 includes switching elements S1 and S2, diodes D1 and D2, an
整流回路2には交流電源1から交流の入力電流Iinが入力する。整流回路2は入力電流Iinを例えば全波整流してインダクタ9へと直流電流Idを供給する。
The
インダクタ9はリアクトルL1,L2を有している。リアクトルL1,L2はいずれも、高電源線LHに接続された一端と、他端とを有する。
The
ダイオードD1のアノードはリアクトルL1の他端に接続され、ダイオードD2のアノードはリアクトルL2の他端に接続される。 The anode of diode D1 is connected to the other end of reactor L1, and the anode of diode D2 is connected to the other end of reactor L2.
スイッチング素子S1はリアクトルL1の他端及びダイオードD1のアノードと、低電源線LLとの間に設けられる。スイッチング素子S2はリアクトルL2の他端及びダイオードD2のアノードと、低電源線LLとの間に設けられる。 The switching element S1 is provided between the other end of the reactor L1, the anode of the diode D1, and the low power supply line LL. The switching element S2 is provided between the other end of the reactor L2, the anode of the diode D2, and the low power line LL.
コンデンサCは、ダイオードD1、D2の両方のカソードに接続される一端と、低電源線LLに接続される他端とを有する。 Capacitor C has one end connected to the cathodes of both diodes D1 and D2, and the other end connected to low power supply line LL.
インダクタ9において、黒丸はリアクトルL1,L2同士の誘導結合の極性を示す。リアクトルL1,L2同士は高電源線LHから見て同極性で誘導結合する。リアクトルL1の黒丸とリアクトルL2の黒丸とは隣接して示されている。
In the
リアクトルL1,L2の自己インダクタンス値はいずれも値Lであり、相互インダクタンス値Mで誘導結合する。 Reactors L1 and L2 each have a self-inductance value L and are inductively coupled with each other with a mutual inductance value M.
上述のように構成されたインターリーブ型力率改善回路3を臨界モード型のインターリーブ方式で駆動させるため、スイッチング素子S1,S2にはそれぞれ信号G1、G2が供給され、それぞれの導通/非導通が制御される。 In order to drive the interleave type power factor correction circuit 3 configured as described above by the critical mode type interleave method, signals G1 and G2 are supplied to the switching elements S1 and S2, respectively, and conduction / non-conduction is controlled. Is done.
具体的にはリアクトルL1,L2にそれぞれ流れる電流I1,I2を検出し、公知技術によってそれぞれが最小値を採るタイミングを検出する。コンデンサCの両端電圧Vdc及びその指令値Vdc*と上記の当該タイミングに基づいて制御部6がスイッチング信号G1,G2を生成すればよい。スイッチング信号G1,G2を生成し、当該信号G1、G2に基づいてインターリーブ型力率改善回路5を臨界モード型のインターリーブ方式で駆動させる技術は公知技術であるので、ここでは詳細な説明を割愛する。 Specifically, currents I1 and I2 flowing through reactors L1 and L2 are detected, and a timing at which each takes a minimum value is detected by a known technique. The control unit 6 may generate the switching signals G1 and G2 based on the voltage Vdc across the capacitor C and its command value Vdc * and the above timing. Since a technique for generating the switching signals G1 and G2 and driving the interleave type power factor correction circuit 5 by the critical mode type interleaving method based on the signals G1 and G2 is a known technique, a detailed description is omitted here. .
図2(a)は、図3の回路に流れる直流電流Id及び電流I1,I2の波形を示すグラフである。一対のリアクトルL1,L2が、直流電流Idを供給する整流回路2側からみて同極性で誘導結合する場合には、電流I1,I2の波形が下降する領域では、その傾斜が緩和される部分がある。これにより直流電流Idのリップルは低減する。
FIG. 2A is a graph showing the waveforms of the direct current Id and the currents I1 and I2 flowing through the circuit of FIG. When the pair of reactors L1 and L2 are inductively coupled with the same polarity as viewed from the
図4に示される回路では、図3に示された回路において、入力電流Iinの経路、即ち整流回路2と交流電源1との間にリアクトルL0が追加された構成を有している。かかるリアクトルL0には整流回路2を介して直流電流Idの変化を抑制する作用がある。しかしながら、インダクタ9が整流回路2よりもコンデンサC側にあるのに対して、リアクトルL0は整流回路2よりも交流電源1側にあるので、交流電源1側において別途に設ける必要があり、工程数の増加や回路全体の大型化を招いてしまう。
The circuit shown in FIG. 4 has a configuration in which a reactor L0 is added between the path of the input current Iin, that is, between the
図1に示されるインターリーブ型力率改善回路3は、図3に示されたインターリーブ型力率改善回路5のインダクタ9をインダクタ10に置換し、かつコンデンサCfを追加した構成を有する。
The interleave type power factor correction circuit 3 shown in FIG. 1 has a configuration in which the
具体的には、インダクタ10はリアクトルL1,L2,L3を有している。リアクトルL3の一端は高電源線LHに接続される。リアクトルL1の一端及びリアクトルL2の一端は、いずれもリアクトルL3の他端に接続される。
Specifically, the
ダイオードD1のアノードはリアクトルL1の他端に接続され、ダイオードD2のアノードはリアクトルL2の他端に接続される。 The anode of diode D1 is connected to the other end of reactor L1, and the anode of diode D2 is connected to the other end of reactor L2.
スイッチング素子S1は、リアクトルL1の他端及びダイオードD1のアノードと、低電源線LLとの間に設けられる。スイッチング素子S2は、リアクトルL2の他端及びダイオードD2のアノードと、低電源線LLとの間に設けられる。 The switching element S1 is provided between the other end of the reactor L1, the anode of the diode D1, and the low power supply line LL. The switching element S2 is provided between the other end of the reactor L2, the anode of the diode D2, and the low power line LL.
コンデンサCは、ダイオードD1のカソード及びダイオードのカソードと、低電源線LLとの間に接続される。 The capacitor C is connected between the cathode of the diode D1, the cathode of the diode, and the low power supply line LL.
コンデンサCfは、リアクトルL3の他端と、低電源線LLとの間に接続される。 Capacitor Cf is connected between the other end of reactor L3 and low power supply line LL.
ここでリアクトルL1のインダクタンス値Lと、リアクトルL2のインダクタンス値Lとは等しい。そしてリアクトルL1,L2,L3は高電源線LHから見て同極性で誘導結合する。リアクトルL1,L3の相互インダクタンスと、リアクトルL2,L3の相互インダクタンスとは等しい。リアクトルL1,L2,L3は、同一のコアに巻回されるコイルで形成することができる。 Here, the inductance value L of the reactor L1 is equal to the inductance value L of the reactor L2. Reactors L1, L2, and L3 are inductively coupled with the same polarity as viewed from high power line LH. The mutual inductance of reactors L1 and L3 is equal to the mutual inductance of reactors L2 and L3. Reactors L1, L2, and L3 can be formed of coils wound around the same core.
スイッチング信号G1,G2を生成し、当該信号G1、G2に基づいてインターリーブ型力率改善回路3を臨界モード型のインターリーブ方式で駆動させる技術は公知技術であるので、ここでは詳細な説明を割愛する。 Since a technique for generating the switching signals G1 and G2 and driving the interleave type power factor correction circuit 3 by the critical mode type interleaving method based on the signals G1 and G2 is a known technique, a detailed description is omitted here. .
図2(b)は図1の回路に流れる直流電流Id及び電流I1,I2の波形を示すグラフである。リアクトルL3とコンデンサCfとが、高電源線LHと低電源線LLとの間に供給される直流電流Idの高調波についてのバイパスを形成するので、直流電流Idのリップルが削減される。これにより第1乃至第3リアクトルにおけるリアクトル損失を低減することができる。 FIG. 2B is a graph showing the waveforms of the direct current Id and the currents I1 and I2 flowing through the circuit of FIG. Reactor L3 and capacitor Cf form a bypass for the harmonics of direct current Id supplied between high power line LH and low power line LL, so that ripple of direct current Id is reduced. Thereby, the reactor loss in a 1st thru | or 3rd reactor can be reduced.
しかも、第1乃至第3リアクトルを一つのコアにおいて実現することができるので、インダクタ10は、インダクタ9とリアクトルL0とを別個に設ける場合よりも小型化される。
In addition, since the first to third reactors can be realized in one core, the
図2(c)は図2(a)における直流電流Idを電流Id1として、図2(b)における直流電流Idを電流Id2として、それぞれの波形を示すグラフである。当該グラフにおいて電流Id1よりも電流Id2の方がリップルが低減されていることが理解される。 FIG. 2C is a graph showing the waveforms of the direct current Id in FIG. 2A as the current Id1 and the direct current Id in FIG. 2B as the current Id2. In the graph, it is understood that the ripple is reduced in the current Id2 than in the current Id1.
以上のように、非特許文献2等で示された一対のリアクトル同士が誘導結合している場合に比べて直流電流Idのリップルが低減される。しかも単に交流電源1側にリアクトルL0を用いる場合と比較して小型化できる。そしてリアクトルL1,L2,L3を同じコアにおいて形成すれば、より小型化できる。
As described above, the ripple of the direct current Id is reduced as compared with the case where the pair of reactors shown in
LL 低電源線
LH 高電源線
L1,L2,L3 リアクトル
D1,D2 ダイオード
S1,S2 スイッチング素子
C,Cf コンデンサ
LL Low power line LH High power line L1, L2, L3 Reactor D1, D2 Diode S1, S2 Switching element C, Cf Capacitor
Claims (2)
前記低電源線よりも高い電位が印加される高電源線(LH)と、
前記高電源線に接続された一端と、他端とを有する第1リアクトル(L3)と、
前記第1リアクトルの前記他端に接続された一端と、他端とを有する第2リアクトル(L1)と、
前記第1リアクトルの前記他端に接続された一端と、他端とを有する第3リアクトル(L2)と、
カソードと、前記第2リアクトルの前記他端に接続されたアノードとを有する第1ダイオード(D1)と、
カソードと、前記第3リアクトルの前記他端に接続されたアノードとを有する第2ダイオード(D2)と、
前記第2リアクトルの前記他端及び前記第1ダイオードの前記アノードと、前記低電源線との間に設けられる第1のスイッチング素子(S1)と、
前記第3リアクトルの前記他端及び前記第2ダイオードの前記アノードと、前記低電源線との間に設けられる第2のスイッチング素子(S2)と、
前記第1ダイオードの前記カソードと前記第2ダイオードの前記カソードとに接続される一端と、前記低電源線とに接続される他端とを有する第1コンデンサ(C)と、
前記第1リアクトルの前記他端に接続される一端と、前記低電源線に接続される他端とを有する第2コンデンサ(Cf)と、
を備え、
前記第2リアクトルのインダクタンス値(L)と、前記第3リアクトルのインダクタンス値(L)とは等しく、
前記第1リアクトルと第2リアクトルと前記第3リアクトルとは前記高電源線から見て同極性で誘導結合し、
前記第1リアクトルと前記第2リアクトルとの間の相互インダクタンスは、前記第1リアクトルと前記第3リアクトルとの間の相互インダクタンスに等しい、スイッチング電源回路(3)。 A low power line (LL);
A high power line (LH) to which a higher potential is applied than the low power line;
A first reactor (L3) having one end connected to the high power line and the other end;
A second reactor (L1) having one end connected to the other end of the first reactor and the other end;
A third reactor (L2) having one end connected to the other end of the first reactor and the other end;
A first diode (D1) having a cathode and an anode connected to the other end of the second reactor;
A second diode (D2) having a cathode and an anode connected to the other end of the third reactor;
A first switching element (S1) provided between the other end of the second reactor and the anode of the first diode and the low power line;
A second switching element (S2) provided between the other end of the third reactor and the anode of the second diode and the low power line;
A first capacitor (C) having one end connected to the cathode of the first diode and the cathode of the second diode and the other end connected to the low power line;
A second capacitor (Cf) having one end connected to the other end of the first reactor and the other end connected to the low power line;
With
The inductance value (L) of the second reactor is equal to the inductance value (L) of the third reactor,
The first reactor, the second reactor, and the third reactor are inductively coupled with the same polarity as viewed from the high power line,
A switching power supply circuit (3), wherein a mutual inductance between the first reactor and the second reactor is equal to a mutual inductance between the first reactor and the third reactor.
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