JP4674122B2 - Power supply - Google Patents
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Description
本発明は電源装置に関し、特に高調波ノイズを低減する技術に関する。 The present invention relates to a power supply apparatus, and more particularly to a technique for reducing harmonic noise.
近年、電源装置から出る高調波ノイズの規制が厳しくなっており、従来のAC/DCアダプタには、電源回路において、有効電力と皮相電力の比である力率を改善する(1に近づける)PFC(力率改善回路,Power Factor improvement Circuit)を搭載し、そのDC出力のノイズを相当程度減ずることを可能にしたものもある。 In recent years, the regulation of harmonic noise emitted from power supply devices has become stricter, and in conventional AC / DC adapters, the power factor, which is the ratio of active power to apparent power, is improved (closer to 1) in the power supply circuit. Some have a (power factor improvement circuit) that can reduce the noise of the DC output to a considerable extent.
なお、特許文献1には、PFCのひとつの例であるアクティブPFCに関する技術が記載されている。
ところで、近年では高調波ノイズの規制が一層厳しくなり、上記従来のAC/DCアダプタで実現できるノイズの低減効果よりもさらに高調波ノイズを減ずることが求められる場合がある。このような場合、従来のAC/DCアダプタのPFCをさらに強化することも考えられるが、部品点数が多くなってしまうという問題があった。 By the way, in recent years, the regulation of harmonic noise has become stricter, and there is a case where it is required to further reduce the harmonic noise than the noise reduction effect that can be realized by the conventional AC / DC adapter. In such a case, it may be possible to further strengthen the PFC of the conventional AC / DC adapter, but there is a problem that the number of parts increases.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、その目的の一つは、AC/DCアダプタのDC出力に発生する高調波ノイズを低減でき、しかもできるだけ部品点数を抑えて実現可能な電源装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and one of its purposes is a power supply apparatus that can reduce harmonic noise generated in the DC output of the AC / DC adapter and can be realized with as few parts as possible. Is to provide.
上記課題を解決するための本発明に係る電源装置は、AC/DCアダプタからのDC出力の極性反転を制限する整流素子と、所定の制御に応じてスイッチングすることにより、前記整流素子から出力されるDC出力の電圧を変換する第1のスイッチ素子と、前記整流素子と前記第1のスイッチ素子との間に分岐して配設され、前記第1のスイッチ素子のスイッチングによって発生する入力帰還雑音を低減する容量素子と、を含む電源装置において、前記AC/DCアダプタと前記整流素子との間に、インダクタ素子を挿入した、ことを特徴とする。 A power supply device according to the present invention for solving the above-described problems is output from the rectifying element by switching according to a predetermined control with a rectifying element that limits polarity inversion of the DC output from the AC / DC adapter. Input feedback noise generated by switching of the first switch element, the first switch element for converting the voltage of the DC output, and being branched between the rectifier element and the first switch element. In the power supply device including the capacitor element for reducing the impedance, an inductor element is inserted between the AC / DC adapter and the rectifier element.
電源装置には、所定の制御によってAC/DCアダプタから出力された電圧をさらに変換し、任意のDC出力電圧を得ることができるスイッチングDC/DCコンバータを備えているものがある。このスイッチングDC/DCコンバータは、上記制御に応じてスイッチングするスイッチ素子(トランジスタやMOSFETなど)を備えている。通常のDC/DCコンバータでは、抵抗を挿入することによって電圧を低下させるのに対し、スイッチングDC/DCコンバータでは、スイッチ素子のオン・オフを周期的に繰り返すことによって電圧出力のある期間とない期間とを設け、実質的に電圧を低下させる。 Some power supply apparatuses include a switching DC / DC converter that can further convert a voltage output from an AC / DC adapter by predetermined control to obtain an arbitrary DC output voltage. This switching DC / DC converter includes a switching element (such as a transistor or a MOSFET) that switches in accordance with the above control. In a normal DC / DC converter, the voltage is reduced by inserting a resistor, whereas in a switching DC / DC converter, the switching element is periodically turned on and off to periodically turn on and off the voltage output period. To substantially reduce the voltage.
ただし、このスイッチ素子がスイッチングする際、入力帰還雑音と呼ばれる雑音が発生する。スイッチングDC/DCコンバータは、この入力帰還雑音を吸収するための容量素子も備えている。この容量素子はスイッチ素子の前段(入力側)に設けられる。 However, when this switch element switches, noise called input feedback noise is generated. The switching DC / DC converter also includes a capacitive element for absorbing this input feedback noise. This capacitive element is provided in front of the switch element (input side).
また、AC/DCアダプタからのDC出力は極性が反転してしまうことがあるが、電源装置には、該極性反転を防止するためのダイオード(整流素子)が備えられる。 Moreover, although the polarity of the DC output from the AC / DC adapter may be inverted, the power supply device is provided with a diode (rectifier element) for preventing the polarity inversion.
上記の構成によれば、電源装置に備えられる上記整流素子及び入力容量素子をパッシブPFCの整流素子及び容量素子と兼用することにより、インダクタ素子の挿入のみによってパッシブPFCを実現している。パッシブPFCは、受動素子のみからなるPFCである。このため、AC/DCアダプタの出力に発生する高調波ノイズをさらに低減することができるとともに、パッシブPFCを挿入することによる部品点数の増加を抑えることが可能になる。 According to the above configuration, the passive rectifier and the input capacitor provided in the power supply device are also used as the passive rectifier and capacitor of the passive PFC, thereby realizing the passive PFC only by inserting the inductor element. A passive PFC is a PFC consisting only of passive elements. For this reason, it is possible to further reduce harmonic noise generated at the output of the AC / DC adapter, and to suppress an increase in the number of parts due to insertion of a passive PFC.
また、上記電源装置において、前記AC/DCアダプタは、電圧を変換するための第2のスイッチ素子を含み、前記容量素子のコンデンサ容量及び前記インダクタ素子のインダクタンス容量のうちの少なくとも一方は、前記第2のスイッチ素子の制御周期に基づいて決定されている、こととしてもよい。 In the power supply apparatus, the AC / DC adapter includes a second switch element for converting a voltage, and at least one of a capacitor capacity of the capacitor element and an inductance capacity of the inductor element is the first switch element. It is good also as having been determined based on the control period of 2 switch elements.
本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施の形態に係る電源装置1の回路構成図である。同図に示すように、電源装置1は、ACメイン5、AC/DCアダプタ10、フィルタ6、パッシブPFC20、DC−DCコンバータ30を含んで構成される。
FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a power supply device 1 according to an embodiment of the present invention. As shown in the figure, the power supply apparatus 1 includes an AC main 5, an AC /
電源装置1は、例えば各種の情報処理装置の電源として利用される。具体的には、電源装置1が出力する直流の電気信号が情報処理装置に入力され、該情報処理装置は、入力された電気信号を電源として駆動する。なお、情報処理装置が駆動電源とするこの電気信号について、情報処理装置が必要とする電圧は情報処理装置ごとに異なっている。これに対応し、電源装置1では、DC−DCコンバータ30において情報処理装置ごとの出力電圧制御を実施している。詳細は後述する。
The power supply apparatus 1 is used as a power supply for various information processing apparatuses, for example. Specifically, a DC electrical signal output from the power supply device 1 is input to the information processing device, and the information processing device is driven using the input electrical signal as a power source. Note that the voltage required by the information processing device for this electrical signal that is used as a drive power source by the information processing device differs for each information processing device. In response to this, in the power supply device 1, the output voltage control for each information processing device is performed in the DC-
ACメイン5は、いわゆる商用の交流電源であり、交流の電気信号をAC/DCアダプタ10に出力する。このとき出力される交流の電気信号の周波数は、理想的には定格周波数(例えば50Hz)となるが、現実には周波数の変動成分やノイズ成分が含まれる。
The AC main 5 is a so-called commercial AC power supply, and outputs an AC electrical signal to the AC /
AC/DCアダプタ10は、フィルタ11、整流器12、フィルタ13、アクティブPFC(A−PFC)14、DC−DCコンバータ(DCDC−C)15を含んで構成され、ACメイン5から入力される交流の電気信号を、直流の電気信号に変換し、DC出力として出力する。
The AC /
フィルタ11はACメイン5と接続されており、ACメイン5から上記電気信号の入力を受ける。フィルタ11は、例えばバンドパスフィルタであり、入力された電気信号に含まれる設定周波数(例えば50Hzの交流であれば、設定周波数を50Hzとする)以外の周波数成分を遮断し、設定周波数成分のみを取り出して整流器12に出力する。
The
整流器12は、例えばダイオードブリッジであり、フィルタ11から入力される交流の電気信号を、全波整流により直流の電気信号に変換してフィルタ13に出力する。ただし、このとき出力される直流の電気信号には交流のノイズ成分が含まれる。
The rectifier 12 is, for example, a diode bridge, and converts the AC electrical signal input from the
フィルタ13は、例えばローパスフィルタである。このフィルタ13は、整流器12から入力される直流の電気信号に含まれる交流のノイズ成分を遮断することによりノイズ成分を減じ、低ノイズの直流の電気信号を取得する。フィルタ13は、取得した直流の電気信号をA−PFC14に出力する。
The
アクティブPFC14は、入力された直流の電気信号の力率(有効電力と皮相電力の比)を改善する(1に近づける)。皮相電力は電線路に流れる電力であり、有効電力は負荷において実際に消費される電力である。このため、有効電力が皮相電力に近いほど、電気の利用効率がよいこととなる。また、力率が低いと回路の電流波形がパルス状となる。これは高調波ノイズの発生を意味する。そこでAC/DCアダプタ10では、アクティブPFC14により力率を改善することで、高調波ノイズを低減している。アクティブPFC14は、このようにして高調波ノイズを低減した直流の電気信号をDC−DCコンバータ15に出力する。
The
DC−DCコンバータ15は、アクティブPFC14から出力される直流の電気信号の電圧を所定の電圧に変換する。この所定の電圧は、AC/DCアダプタ10の出力電圧として定められている電圧である。DC−DCコンバータ15の出力が、AC/DCアダプタ10のDC出力となり、フィルタ6に出力される。このとき出力される直流の電気信号は、アクティブPFC14により相当低減されてはいるものの、近年の規制においては無視できない高調波ノイズ成分を含む交流ノイズ成分が含まれる。また、DC−DCコンバータ15には後述するDC−DCコンバータ30と同様スイッチ素子が含まれる場合もあり、この場合、このスイッチ素子のスイッチング周期に応じた高調波ノイズ(より具体的には、このスイッチ素子のスイッチング周期に等しい周期の高調波ノイズ)も発生する。
The DC-
なお、このスイッチング周期が、周波数で記述して概ね50kHz〜520kHzのDC−DCコンバータ30が一般的に使用されている。ACメイン5の周波数は東日本では50Hzであるので、DC−DCコンバータ15に含まれるスイッチ素子のスイッチング周期は、ACメイン5と比して、概ね1/1000〜1/10000となる。このため、ACメイン5の周期と比して1/1000〜1/10000の周期の高調波ノイズが発生する。
Note that a DC-
フィルタ6は、例えばローパスフィルタである。このフィルタ6は、AC/DCアダプタ10から入力される直流の電気信号に含まれる交流のノイズ成分を遮断することによりノイズ成分を減じ、低ノイズの直流の電気信号を取得する。フィルタ6は、取得した直流の電気信号をパッシブPFC20に出力する。
The filter 6 is a low-pass filter, for example. This filter 6 reduces the noise component by blocking the AC noise component contained in the DC electric signal input from the AC /
パッシブPFC20は、インダクタ素子21、整流素子22、容量素子31を含んで構成されるPFCである。なお、インダクタ素子21、整流素子22、容量素子31は全て受動素子であり、パッシブPFC20は受動素子のみから構成されるPFCである。
The
インダクタ素子21は、例えば鉄芯入りインダクタである。また、整流素子22は、例えばダイオードであり、電気信号の極性反転を制限する。容量素子31は、例えばキャパシタであり、整流素子22の後段に分岐して配設される。
The
パッシブPFC20は、これら3つの素子により、入力される電気信号の力率を改善する。この点ではアクティブPFC14と同様であるが、パッシブPFC20は受動素子のみで構成されているため、部品点数が少ないという点がアクティブPFC14と異なっている。
The
パッシブPFC20は入力される電気信号の力率を改善することにより、結果としてAC/DCアダプタ10から入力される直流の電気信号に含まれる高調波ノイズ成分をさらに低減する。そして、パッシブPFC20は、高調波ノイズ成分が低減された直流の電気信号をDC−DCコンバータ30に出力する。
The
なお、上述のようにDC−DCコンバータ15にスイッチ素子が含まれる場合、容量素子31のコンデンサ容量及びインダクタ素子21のインダクタンス容量は、このスイッチ素子の制御周期に基づいて決定される。すなわち、AC/DCアダプタ10から出力される高調波ノイズ成分は、DC−DCコンバータ15に含まれるスイッチ素子の制御周期に応じてその周期が決定される。そこで、このスイッチ素子の制御周期に基づいて容量素子31のコンデンサ容量及びインダクタ素子21のインダクタンス容量を決定しておくことにより、効果的にAC/DCアダプタ10から出力される高調波ノイズ成分を低減することができるようになる。なお、コンデンサ容量とインダクタンス容量のいずれか一方のみを、スイッチ素子の制御周期に基づいて設定するように構成してもよい。
When the DC-
より具体的には、DC−DCコンバータ15に含まれるスイッチ素子の制御周期に比例して、各容量が決定されるようにすることが好適である。例えば、DC−DCコンバータ15に含まれるスイッチ素子の制御周期が1/1000になれば、容量素子31のコンデンサ容量及びインダクタ素子21のインダクタンス容量も1/1000に設定することが好適である。つまり、容量素子31のコンデンサ容量及びインダクタ素子21のインダクタンス容量は、AC/DCアダプタ10の動作周波数(=DC−DCコンバータ15に含まれるスイッチ素子の制御周期の逆数)に反比例するので、この動作周波数が大きいほど、各容量を小さい値に設定することができるようになる。小さい値に設定できるということは、各素子を小型にできるということを意味し、パッシブPFC20をコンパクトに構成できるようになる。
More specifically, it is preferable that each capacitance is determined in proportion to the control cycle of the switch element included in the DC-
DC−DCコンバータ30は、容量素子31をパッシブPFC20と兼用し、さらにスイッチ32、制御部33、整流素子34、インダクタ素子35、容量素子36を含んで構成される。
The DC-
DC−DCコンバータ30は、スイッチ32のスイッチングにより、パッシブPFC20に含まれる整流素子22から出力される直流の電気信号(DC出力)の電圧を変換する。スイッチ32は、例えばトランジスタやMOS−FETである。
The DC-
制御部33は、図示しない情報処理装置からの指示に応じて、トランジスタやMOS−FETであるスイッチ32のオン・オフを制御する。なお、電源装置1の出力信号の電圧は、情報処理装置に含まれる負荷に応じて変動する。そこで、電源装置1の出力信号の電圧を監視することにより、制御部33が自律的にスイッチ32のオン・オフを制御することとしてもよい。
The
制御部33は、周期的にこのようなスイッチ32のオン・オフを行うことによって、電圧出力のある期間とない期間とを設け、実質的に電圧を低下させている。電源装置1では、このようにして制御部33がスイッチ32を制御することにより、情報処理装置ごとの出力電圧制御を実現している。
The
容量素子31は、スイッチ32がスイッチングする際に発生する入力帰還雑音を吸収する。容量素子31はこのようにスイッチ32の入力帰還雑音を吸収するためのものであるので、スイッチ32の前段に設けられる。
The
整流素子34、インダクタ素子35、容量素子36は、それぞれ例えばダイオード、鉄心入りインダクタ、キャパシタであり、スイッチ32から出力される電気信号を平滑化する。すなわち、スイッチ32から出力される電気信号は上述のようにスイッチ32のオン・オフによって作られた断続的な信号である。整流素子34、インダクタ素子35、容量素子36は、この断続的な信号を平滑化し、一定の電圧を有する直流の電気信号として出力する。このようにして出力される直流の電気信号が、電源装置1のDC出力となり、図示しない後段の情報処理装置の駆動電源となる。
The rectifying
以上説明した電源装置1では、従来から電源装置1に備えられている整流素子22及び容量素子31を利用してパッシブPFC20を構成している。すなわち、従来の電源装置1にインダクタ素子21を挿入するだけで、AC/DCアダプタから出力される電気信号に含まれる高調波ノイズ成分を低減することを実現している。換言すれば、電源装置1ではAC/DCアダプタ10の出力に発生する高調波ノイズをさらに低減することができるようになるとともに、パッシブPFC20を挿入することによる部品点数の増加を抑えることが可能になっている。さらに、パッシブPFC20を構成する容量素子31やインダクタ素子21を小型化することも可能になっている。
In the power supply device 1 described above, the
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、入力帰還雑音を吸収するための容量素子を備えているDC−DCコンバータであれば、上記DC−DCコンバータ30に代えて使用することができる。
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, a DC-DC converter including a capacitive element for absorbing input feedback noise can be used in place of the DC-
また、パッシブPFC20にさらに制御回路等を挿入することにより、アクティブPFCを備えることとしてもよい。この場合にも、整流素子22及び容量素子31を兼用できるので、アクティブPFCの部品点数を減らすことができるようになる。
Further, an active PFC may be provided by inserting a control circuit or the like into the
1 電源装置、5 ACメイン、6,11,13 フィルタ、10 AC/DCアダプタ、12 整流器、14 アクティブPFC、15,30 DC−DCコンバータ、20 パッシブPFC、21,35 インダクタ素子、22,34 整流素子、31,36 容量素子、32 スイッチ、33 制御部。 1 power supply, 5 AC main, 6, 11, 13 filter, 10 AC / DC adapter, 12 rectifier, 14 active PFC, 15, 30 DC-DC converter, 20 passive PFC, 21, 35 inductor element, 22, 34 rectification Element, 31, 36 Capacitance element, 32 Switch, 33 Control unit.
Claims (2)
第1のスイッチ素子と、前記整流素子と前記第1のスイッチ素子との間に分岐して配設される容量素子と、を含み、該第1のスイッチ素子を所定の周期でスイッチングすることにより、前記整流素子から出力されるDC出力の電圧を所定のDC出力電圧に変換するDC−DCコンバータと、
を含む電源装置において、
前記AC/DCアダプタと前記整流素子との間に、インダクタ素子を挿入し、
前記インダクタ素子と、前記整流素子と、前記DC−DCコンバータに含まれる前記容量素子と、によりパッシブPFCを構成した、
ことを特徴とする電源装置。 A rectifying element that limits polarity inversion of the DC output from the AC / DC adapter ;
A first switch element, before Symbol comprises, a capacitor element that will be disposed in the branch between the rectifying element and the first switching element, switching the first switching element in a predetermined period A DC-DC converter that converts a DC output voltage output from the rectifying device into a predetermined DC output voltage;
In the power supply including
An inductor element is inserted between the AC / DC adapter and the rectifying element ,
A passive PFC is configured by the inductor element, the rectifying element, and the capacitive element included in the DC-DC converter .
A power supply device characterized by that.
前記AC/DCアダプタは、電圧を変換するための第2のスイッチ素子を含み、
前記容量素子のコンデンサ容量及び前記インダクタ素子のインダクタンス容量のうちの少なくとも一方は、前記第2のスイッチ素子の制御周期に基づいて決定されている、
ことを特徴とする電源装置。 The power supply device according to claim 1,
The AC / DC adapter includes a second switch element for converting a voltage,
At least one of the capacitor capacity of the capacitive element and the inductance capacity of the inductor element is determined based on a control cycle of the second switch element,
A power supply device characterized by that.
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