JP2781977B2 - Switching power supply - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、整流平滑回路とDC/DCコンバータとの間に
バイパス・ダイオードとステップアップ・コンバータ
（昇圧型チョッパー回路）とを配置したスイッチング電
源に関するものである。交流入力の正常時はバイパス・
タイオードを通ってDC/DCコンバータに電力が供給され
るが、平滑コンデンサの端子電圧がある電圧以下に降下
した場合にはステップアップ・コンバータによって昇圧
し、平滑コンデンサの蓄積エネルギーをDC/DCコンバー
タに供給する。これによってスイッチング電源としての
出力保持時間が長くなり、平滑コンデンサの放電時間は
短縮する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a switching power supply in which a bypass diode and a step-up converter (step-up chopper circuit) are arranged between a rectifying and smoothing circuit and a DC / DC converter. It is about. When the AC input is normal, bypass
Power is supplied to the DC / DC converter through the diode, but when the terminal voltage of the smoothing capacitor drops below a certain voltage, the voltage is boosted by the step-up converter and the stored energy of the smoothing capacitor is supplied to the DC / DC converter. Supply. As a result, the output holding time as the switching power supply is lengthened, and the discharging time of the smoothing capacitor is shortened.
［従来の技術］ 従来のスイッチング電源は、第３図に示すように、交
流入力ACを整流する整流ダイオード10及びその出力側に
設けた平滑コンデンサＣとからなる整流平滑回路と、ス
イッチング電源の本体となるDC/DCコンバータ12とを組
み合わせた構成が一般的である。交流入力がある間、整
流ダイオード10による整流出力が平滑コンデンサＣによ
って平滑化される。そしてDC/DCコンバータ12によって
所望の直流電圧に安定化制御され負荷に供給される。[Prior Art] As shown in FIG. 3, a conventional switching power supply includes a rectifying / smoothing circuit including a rectifying diode 10 for rectifying an AC input AC and a smoothing capacitor C provided on an output side thereof; In general, a configuration in which the DC / DC converter 12 is combined is used. While there is an AC input, the rectified output of the rectifier diode 10 is smoothed by the smoothing capacitor C. Then, the DC / DC converter 12 stabilizes and controls the DC voltage to a desired DC voltage and supplies the DC voltage to the load.
第４図に示すように交流入力が遮断すると、平滑コン
デンサＣの端子電圧Vcは徐々に低下する。そしてある電
圧V1に達するとDC/DCコンバータ12は発振を停止し、そ
の出力電圧V0は急激に低下する。交流入力が遮断（停電
を含む）してからDC/DCコンバータ12の出力電圧V0がほ
ぼ100％保っている時間THを出力保持時間という。コン
ピュータ等の情報処理機器では、この時間に処理途中の
データの退避やバックアップ電源の立ち上げ等の操作を
行うから、スイッチング電源の仕様によって出力保持時
間が定められている。When the AC input as shown in FIG. 4 is cut off, the terminal voltage V c of the smoothing capacitor C is gradually reduced. When reached, the DC / DC converter 12 to a certain voltages V 1 stops oscillating, the output voltage V 0 decreases rapidly. AC input is blocked (including a power failure) to the DC / DC converter 12 output voltage V 0 is approximately 100% keeping time T H are output holding time of from. In an information processing device such as a computer, operations such as saving data in process and starting up a backup power supply are performed at this time, so the output holding time is determined by the specifications of the switching power supply.
［発明が解決しようとする課題］ スイッチング電源の出力保持時間を長くするには平滑
コンデンサＣの容量を大きくすればよいが、それでは安
全規格上の問題が生じる。つまり海外の安全規格等では
交流入力が遮断された後にある一定時間以内にこの平滑
コンデンサの電圧をある値以下にするように規定されて
いる。しかしDC/DCコンバータ12が発振を停止すると平
滑コンデンサＣに蓄えられていた電荷はなかなか放電し
ない。[Problems to be Solved by the Invention] To increase the output holding time of the switching power supply, the capacity of the smoothing capacitor C may be increased. However, a problem in safety standards arises. In other words, overseas safety standards and the like stipulate that the voltage of the smoothing capacitor be reduced to a certain value or less within a certain time after the AC input is cut off. However, when the DC / DC converter 12 stops oscillating, the electric charge stored in the smoothing capacitor C does not easily discharge.
そのため従来技術では平滑コンデンサＣに並列に放電
抵抗Ｒを接続している。ところがこの放電抵抗Ｒには通
常動作中にも電流が流れるため、それによる電力損失が
大きい欠点がある。平滑コンデンサの容量を大きくして
も、交流入力遮断後に速やかにその荷電を放電させるた
めには、放電抵抗Ｒを小さな値にせざるを得ず、電力損
失は益々大きくなるし、出力保持時間は長くならない。Therefore, in the prior art, a discharge resistor R is connected in parallel with the smoothing capacitor C. However, since a current flows through the discharge resistor R even during normal operation, there is a disadvantage that a large power loss is caused. Even if the capacity of the smoothing capacitor is increased, in order to discharge the charge promptly after the AC input is cut off, the discharge resistor R must be reduced to a small value, the power loss becomes larger, and the output holding time becomes longer. No.
本発明の目的は、上記のような従来技術の欠点を解消
し、出力保持時間を長くできると共に通常動作時におけ
る電力損失を少なくでき、且つ交流入力遮断後は平滑コ
ンデンサの端子電圧が速やかに低下するようにしたスイ
ッチング電源を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned drawbacks of the prior art, extend the output holding time, reduce power loss during normal operation, and rapidly reduce the terminal voltage of the smoothing capacitor after AC input is cut off. It is another object of the present invention to provide a switching power supply.
［課題を解決するための手段］ 上記のような目的を達成できる本発明は、DC/DCコン
バータの入力回路にステップアップ・コンバータ（昇圧
型チョッパー回路）を組み込んだスイッチング電源であ
る。つまり交流入力を整流する整流ダイオードの出力側
に平滑コンデンサを設け、その平滑コンデンサとDC/DC
コンバータとの間にステップアップ・コンバータを設け
ると共に、それをバイパスするようにバイパス・ダイオ
ードを接続した構成になっている。ステップアップ・コ
ンバータは交流入力の遮断時にのみ平滑コンデンサの蓄
積エネルギーで動作し、昇圧して電力をDC/DCコンバー
タに供給する。[Means for Solving the Problems] The present invention, which can achieve the above object, is a switching power supply in which a step-up converter (step-up chopper circuit) is incorporated in an input circuit of a DC / DC converter. In other words, a smoothing capacitor is provided on the output side of the rectifier diode that rectifies the AC input, and the smoothing capacitor and DC / DC
A step-up converter is provided between the converter and a converter, and a bypass diode is connected to bypass the step-up converter. The step-up converter operates with the stored energy of the smoothing capacitor only when the AC input is cut off, boosts the power and supplies power to the DC / DC converter.
［作用］ 通常状態においては交流入力は整流ダイオードによっ
て整流され平滑コンデンサで平滑されて、バイパス・ダ
イオードを通ってDC/DCコンバータに供給される。そこ
で所定の電圧に定電圧制御し負荷を駆動する。[Operation] In a normal state, an AC input is rectified by a rectifier diode, smoothed by a smoothing capacitor, and supplied to a DC / DC converter through a bypass diode. Therefore, constant voltage control is performed to a predetermined voltage to drive the load.
交流入力が遮断すると平滑コンデンサの端子電圧は徐
々に低下する。それがある一定の値以下に下がるとDC/D
Cコンバータは発振を停止してしまう。しかし本発明で
はそれよりやや高い電圧でステップアップ・コンバータ
が動作を開始する。従ってステップアップ・コンバータ
によって昇圧した出力がDC/DCコンバータに供給され
る。この動作は平滑コンデンサの蓄積エネルギーが無く
なるまで続く。そのためDC/DCコンバータは発振動作を
続け、スイッチング電源としての出力保持期間は長くな
る。When the AC input is cut off, the terminal voltage of the smoothing capacitor gradually decreases. DC / D when it falls below a certain value
The C converter stops oscillating. However, in the present invention, the step-up converter starts operating at a slightly higher voltage. Therefore, the output boosted by the step-up converter is supplied to the DC / DC converter. This operation continues until the stored energy in the smoothing capacitor is exhausted. Therefore, the DC / DC converter continues the oscillating operation, and the output holding period as the switching power supply becomes longer.
また平滑コンデンサの蓄積エネルギーはステップアッ
プ・コンバータ、DC−DCコンバータ及び負荷によって消
費されるため速く無くなる。つまり特に放電抵抗を挿入
しなくても、平滑コンデンサの端子電圧は十分小さくな
り、海外規格を満たすことができ安全性は高まる。Also, the energy stored in the smoothing capacitor is quickly lost because it is consumed by the step-up converter, the DC-DC converter and the load. In other words, even without inserting a discharge resistor, the terminal voltage of the smoothing capacitor can be sufficiently reduced, and can meet overseas standards, thereby enhancing safety.
［実施例］ 第１図は本発明に係るスイッチング電源の一実施例を
示す回路図である。DC/DCコンバータ12はスイッチング
の電源の本体であり、それに入力する直流電圧を所望の
直流電圧に変換し安定化して出力する作用を果たす。本
発明では、このDC/DCコンバータ12は従来公知の任意の
回路構成であってよい。DC/DCコンバータ12の入力側は
交流入力を整流する整流ダイオード10とその出力側に設
けた平滑コンデンサC1を有する。ここでは整流ダイオー
ド10はダイオードブリッジで構成してある。Embodiment FIG. 1 is a circuit diagram showing one embodiment of a switching power supply according to the present invention. The DC / DC converter 12 is a main body of a switching power supply, and has a function of converting a DC voltage input thereto into a desired DC voltage, stabilizing and outputting the DC voltage. In the present invention, the DC / DC converter 12 may have any conventionally known circuit configuration. Input side of the DC / DC converter 12 has a smoothing capacitor C 1 provided on the output side of the rectifier diode 10 for rectifying an AC input. Here, the rectifier diode 10 is configured by a diode bridge.
さて本発明が従来技術と顕著に相違する点は、平滑コ
ンデンサC1とDC/DCコンバータ12の間にステップアップ
・コンバータ14を設けると共に、それをバイパスするバ
イパス・ダイオードD1を設けた点である。ステップアッ
プ・コンバータ14は昇圧型にチョッパー回路であり、バ
イパス・ダイオードD1は整流ダイオードの出力をDC/DC
コンバータ12に供給できるような向きに接続されてい
る。Now that the present invention differs significantly and the prior art, a step-up converter 14 is provided between the smoothing capacitor C 1 and the DC / DC converter 12, in that a bypass diode D 1 to bypass it is there. Step-up converter 14 is a chopper circuit to boost the bypass diode D 1 is output of the DC / DC rectifier diode
They are connected in such a way that they can be supplied to the converter 12.
ステップアップ・コンバータ14は従来公知のものをそ
のまま利用できる。この実施例ではチョークコイルＬと
ダイオードD2を直列に接続して平滑コンデンサC1の一端
とDC/DCコンバータ12の一端との間に設け、チョークコ
イルＬとダイオードD2のアノードとの接続点とDC/DCコ
ンバータ12の他端との間にスイッチングトランジスタＱ
を設け、またダイオードD2のカソードとDC/DCコンバー
タ12の他端との間にコンデンサC2を接続している。そし
て出力電圧を検出しそれに応じてスイッチングトランジ
スタＱを制御する制御回路16を設けている。A conventionally known step-up converter 14 can be used as it is. Connection point of the choke coil L and the diode D 2 connected in series provided between the one ends of the DC / DC converter 12 of the smoothing capacitor C 1, an anode of the choke coil L and the diode D 2 in this embodiment Between the other end of the DC / DC converter 12 and the switching transistor Q
And a capacitor C 2 is connected between the cathode of the diode D 2 and the other end of the DC / DC converter 12. A control circuit 16 for detecting the output voltage and controlling the switching transistor Q accordingly is provided.
このステップアップ・コンバータ14は、スイッチング
トランジスタＱの導通時にインダクタンスＬに磁気的な
エネルギーを蓄積させておき、スイッチングトランジス
タＱが非導通となる期間に入力側及びインダクタンスＬ
のエネルギーうをダイオードD2を通してDC/DCコンバー
タ側に供給するものである。スイッチングトランジスタ
Ｑを導通させる時比率を変えることによってインダクタ
ンスＬに蓄えられるエネルギーが変わり、出力電圧を可
変できる。その調整を制御回路16によって行っている。
このステップアップ・コンバータ14は交流入力が供給さ
れている間は停止していて、平滑コンデンサC1の端子電
圧がある値まで低下したとき動作を開始する。The step-up converter 14 stores magnetic energy in the inductance L when the switching transistor Q is turned on, and stores the input side and inductance L during the period when the switching transistor Q is turned off.
The sales of energy and supplies through the diode D 2 to the DC / DC converter side. By changing the duty ratio when the switching transistor Q is turned on, the energy stored in the inductance L changes, and the output voltage can be varied. The adjustment is performed by the control circuit 16.
The step-up converter 14 is stopped while being supplied with an AC input, it starts the operation when lowered to a certain value the terminal voltage of the smoothing capacitor C 1.
さて交流入力が正常に供給されている間は、整流ダイ
オード10によって整流が行われ平滑コンデンサC1で平滑
化される。その電力はバイパス・ダイオードD1を通して
DC/DCコンバータ12に供給され、所定の出力電圧に安定
化制御されて負荷を駆動することになる。Now while the AC input is supplied normally, rectified by the rectifying diode 10 is smoothed by the conducted smoothing capacitor C 1. Its power through the bypass diode D 1
The load is supplied to the DC / DC converter 12, and is controlled to a predetermined output voltage to drive the load.
交流入力が遮断した場合には第２図に示すように平滑
コンデンサC1の端子電圧Vc1は徐々に低下する。それが
ある電圧V2になるとステップアップ・コンバータ14が動
作する。これは制御回路16によってコンデンサC2の端子
電圧Vc2を監視することによってなされる。この電圧V2
はDC/DCコンバータ12がその発振動作を停止する電圧V1
よりも若干高く設定される（即ちV2＞V1）。ステップア
ップ・コンバータ14は平滑コンデンサC1に蓄積されてい
るエネルギーによって動作する。そのため平滑コンデン
サC1の端子電圧VC1は更に低下し続ける。しかしステッ
プアップ・コンバータ14によってその出力電圧VC2はV1
より高いある一定の電圧V2に保たれる。この動作は平滑
コンデンサC1に蓄積されているエネルギーがなくなるま
で続く。このため、その間、DC/DCコンバータ12は発振
動作を続け、その出力電圧V0は通常時と同じ値を維持す
る。なおバイパス・ダイオードD1はステップアップ・コ
ンバータ14の出力が入力側に逆流するのを防止する機能
を果たす。If the AC input is interrupted is smoothed terminal voltage V c1 of the capacitor C 1 as shown in Figure 2 gradually decreases. It is the step-up converter 14 is operated becomes a voltage V 2 in. This is done by monitoring the terminal voltage V c2 of the capacitor C 2 by the control circuit 16. This voltage V 2
Is the voltage V 1 at which the DC / DC converter 12 stops its oscillation operation
(That is, V 2 > V 1 ). Step-up converter 14 is operated by the energy stored in the smoothing capacitor C 1. Therefore, the terminal voltage V C1 of the smoothing capacitor C 1 continues to decrease. However, its output voltage V C2 is set to V 1 by the step-up converter 14.
Is kept at a constant voltage V 2 is higher. This operation continues until no energy stored in the smoothing capacitor C 1. Therefore, during, DC / DC converter 12 continues the oscillation operation, the output voltage V 0 is maintained at the same value as the normal. Note the bypass diode D 1 is the output of step-up converter 14 functions to prevent backflow to the input side.
蓄積されていたエネルギーが無くなるとステップアッ
プ・コンバータ14は発振動作を停止し、その出力電圧V
C2は急激に低下する。出力電圧VC2がV1以下になるとDC/
DCコンバータ12はもはや発振動作を維持することができ
ず、その出力電圧V0も急激に低下することになる。When the stored energy is exhausted, the step-up converter 14 stops oscillating, and the output voltage V
C2 drops sharply. When the output voltage V C2 becomes V 1 below DC /
DC converter 12 can no longer maintain the oscillation operation, the output voltage V 0 also decreases rapidly.
このようにして従来無駄になっていた平滑コンデンサ
C2のV1以下のエネルギーがステップアップ・コンバータ
14によりDC/DCコンバータ12の動作時間を長くするのに
利用され、全体としてスイッチング電源の出力保持時間
TH1が長くなる。また平滑コンデンサC1の蓄積エネルギ
ーが使用されるため、その端子電圧はすみやかに十分低
い状態になる。In this way, the conventionally wasted smoothing capacitor
V 1 the following energy C 2 is step-up converter
14 is used to extend the operation time of the DC / DC converter 12, and as a whole, the output holding time of the switching power supply
T H1 becomes longer. Further, since the stored energy of the smoothing capacitor C 1 is used, the terminal voltage becomes quickly enough low.
［発明の効果］ 本発明は上記のようにスイッチング電源の整流平滑回
路とスイッチング電源本体であるDC/DCコンバータとの
間にステップアップ・コンバータを設けたから、交流入
力の遮断時にステップアップ・コンバータが動作してDC
/DCコンバータに適正な電圧の電力を一定時間供給する
ことができ、それによってスイッチング電源としての出
力保持時間を長くできる。[Effects of the Invention] In the present invention, as described above, the step-up converter is provided between the rectifying and smoothing circuit of the switching power supply and the DC / DC converter that is the switching power supply main body. Working DC
The power of an appropriate voltage can be supplied to the / DC converter for a certain period of time, so that the output holding time as a switching power supply can be extended.
また本発明では交流入力の遮断時に平滑コンデンサに
蓄積されているエネルギーはステップアップ・コンバー
タを介してDC/DCコンバータに供給されるため、従来技
術のような放電抵抗を設ける必要がなく、平滑コンデン
サの蓄積エネルギーを各種安全規格で定められている期
間内に十分放電させることができる。更に放電抵抗を必
要とせず、通常動作時にはステップアップ・コンバータ
は動作せずバイパス・ダイオードを通してエネルギーが
供給されるため電力損失の問題も解決できる。Further, in the present invention, the energy stored in the smoothing capacitor when the AC input is cut off is supplied to the DC / DC converter via the step-up converter. The stored energy can be sufficiently discharged within a period defined by various safety standards. Furthermore, since no discharge resistor is required and the step-up converter does not operate during normal operation and energy is supplied through the bypass diode, the problem of power loss can be solved.
第１図は本発明に係るスイッチング電源の一実施例を示
す回路図、第２図はその動作説明図、第３図は従来技術
の一例を示す回路図、第４図はその動作説明図である。 10……整流ダイオード、12……DC/DCコンバータ、14…
…ステップアップ・コンバータ、16……整流回路、C1…
…平滑コンデンサ、D1……バイパス・ダイオード。FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of the switching power supply according to the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram of the operation, FIG. 3 is a circuit diagram showing an example of the prior art, and FIG. is there. 10 …… Rectifier diode, 12 …… DC / DC converter, 14…
… Step-up converter, 16 …… rectifier circuit, C 1 …
… Smoothing capacitor, D 1 … bypass diode.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭50−135518（ＪＰ，Ａ) 実開 昭51−124415（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−33688（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H02M 3/00 - 3/44──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-50-135518 (JP, A) JP-A 51-124415 (JP, U) JP-A 62-33688 (JP, U) (58) Field (Int.Cl. 6 , DB name) H02M 3/00-3/44
Claims (1)
の出力側に設けた平滑コンデンサと、該平滑コンデンサ
に接続したステップアップ・コンバータと、該ステップ
アップ・コンバータの出力側に設けたDC/DCコンバータ
と、ステップアップ・コンバータをバイパスするように
平滑コンデンサとDC/DCコンバータとの間に接続したバ
イパス・ダイオードとを具備し、前記ステップアップ・
コンバータはその出力電圧を検出してそれに応じてスイ
ッチングトランジスタを制御する方式であって、通常時
にはバイパス・ダイオードが導通してDC/DCコンバータ
に電力を供給し、交流入力の遮断時のみ平滑コンデンサ
の蓄積エネルギーによってその蓄積エネルギーが無くな
るまで前記ステップアップ・コンバータが動作してDC/D
Cコンバータに電力を供給しその分だけ出力保持時間を
延長するスイッチング電源。A rectifier diode for rectifying an AC input, a smoothing capacitor provided on an output side thereof, a step-up converter connected to the smoothing capacitor, and a DC / DC provided on an output side of the step-up converter. A converter and a bypass diode connected between the smoothing capacitor and the DC / DC converter so as to bypass the step-up converter.
The converter detects the output voltage of the converter and controls the switching transistor accordingly.At normal times, the bypass diode conducts and supplies power to the DC / DC converter, and only when the AC input is cut off does the smoothing capacitor The step-up converter operates until the stored energy is exhausted by the stored energy, and the DC / D
A switching power supply that supplies power to the C converter and extends the output holding time accordingly.
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