JP6033092B2 - Power supply device, LED lighting device, and battery charging device - Google Patents

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Description

この発明は、電源電圧を昇降圧する電源装置、ならびに当電源装置を用いたLED点灯装置およびバッテリ充電装置に関するものである。   The present invention relates to a power supply device that raises and lowers a power supply voltage, and an LED lighting device and a battery charging device using the power supply device.

昨今の地球温暖化を助長する二酸化炭素の排出量を削減する風潮の中で、車載のテールランプおよびポジションランプ、さらには室内照明灯等の光源として、従来のタングステンフィラメントの電球に代替して、低電力のLED(発光ダイオード、半導体光源)が普及してきた。当LEDは、長寿命であり、また一定の電流を供給する簡単な制御によって安定した明るさの光を発することができるため、一般照明用は言うに及ばず、車載用灯具の光源としても好適である。   In the current trend of reducing carbon dioxide emissions that contribute to global warming, it is an alternative to conventional tungsten filament bulbs as light sources for in-vehicle tail lamps, position lamps, and indoor lighting. Power LEDs (light emitting diodes, semiconductor light sources) have become widespread. Since this LED has a long life and can emit light with stable brightness by simple control that supplies a constant current, it is suitable not only for general lighting but also as a light source for in-vehicle lamps. It is.

他方、当二酸化炭素排出量が少ない電気自動車の需要が増加し、普及が加速している。当電気自動車には動力用バッテリを充電する充電装置が搭載される。   On the other hand, the demand for electric vehicles with low carbon dioxide emissions is increasing, and the spread is accelerating. The electric vehicle is equipped with a charging device for charging a power battery.

上記のような、LEDを点灯する点灯装置およびバッテリを充電する充電装置には、電力容量は異なるものの出力電力を任意に操作する電源装置が使用される。
一般的な電源装置には、コイルあるいはコンデンサとスイッチング素子とを使用するスイッチング電源が用いられる。コイルとスイッチング素子を使用するスイッチング電源の代表的な方式としては、出力電圧が電源電圧以上になるステップアップ電源(ブーストコンバータ、昇圧コンバータ)と、出力電圧が電源電圧以下になるステップダウン電源(バックコンバータ、降圧コンバータ)がある。同様に、コンデンサとスイッチング素子を使用するスイッチング電源の代表的な方式としては、出力電圧が電源電圧以上になるチャージポンプ式ステップアップ電源と、出力電圧が電源電圧以下になるステップダウン電源がある。
As the lighting device for lighting the LED and the charging device for charging the battery as described above, a power supply device that arbitrarily operates the output power is used although the power capacity is different.
A general power supply device uses a switching power supply that uses a coil or a capacitor and a switching element. Typical methods for switching power supplies that use coils and switching elements include step-up power supplies (boost converters and boost converters) in which the output voltage is higher than the power supply voltage, and step-down power supplies (buck) in which the output voltage is lower than the power supply voltage. Converter, step-down converter). Similarly, as a typical method of a switching power supply using a capacitor and a switching element, there are a charge pump type step-up power supply in which the output voltage is equal to or higher than the power supply voltage, and a step-down power supply in which the output voltage is equal to or lower than the power supply voltage.

以下に、電源装置の構成を記載した特許文献1〜3を示す。
特許文献1に係る直並列接続切替型コンデンサ電力貯蔵装置は、ステップアップ電源とステップダウン電源を組み合わせた構成例である。なお、特許文献1に係る発明の本来の目的は、コンデンサに貯えた電力を効率よく放出するために、並列にして充電したコンデンサを、電力の放電によって電圧が低下したときには直列に切り替えて出力電圧を確保し、電力を効率よく放出するというものである。
Below, the patent documents 1-3 which described the structure of the power supply device are shown.
The series-parallel connection switching type capacitor power storage device according to Patent Document 1 is a configuration example in which a step-up power source and a step-down power source are combined. The original object of the invention according to Patent Document 1 is to switch capacitors connected in parallel in series in order to efficiently discharge the power stored in the capacitors, when the voltage drops due to power discharge, and to switch the output voltage. Is ensured, and electric power is efficiently discharged.

また、特許文献2に係るチャージポンプ回路は、コンデンサを使用したチャージポンプ式のステップアップ電源の構成例である。   Further, the charge pump circuit according to Patent Document 2 is a configuration example of a charge pump type step-up power supply using a capacitor.

また、特許文献3に係る電源装置は、コンデンサを2個使用して、両コンデンサを直列に接続して充電し、並列にして放電する回路構成によって、電源電圧の1/2の電圧を出力する電源装置の構成例である。   Further, the power supply device according to Patent Document 3 uses two capacitors, and connects both capacitors in series for charging, and outputs a voltage that is ½ of the power supply voltage by discharging in parallel. It is a structural example of a power supply device.

特開平10−174284号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-174284 特開2004−248453号公報JP 2004-248453 A 特開2002−325431号公報JP 2002-325431 A

上述したようなコイルあるいはコンデンサとスイッチング素子とを使用するスイッチング電源は、いずれも、出力する電圧が電源電圧より高いか低いかによって回路構成がまったく異なる。そのため、例えば8Vから16Vまで変動する車載用バッテリを電源として、12VのLED点灯用の電圧を出力するLED点灯装置においては、異なる回路構成を組み合わせた昇降圧コンバータを使用する必要がある。例えば、コイルとスイッチング素子を使用する上記特許文献1の電源装置は、電源電圧より低い電圧および電源電圧より高い電圧を出力するために、コイルを降圧チョッパ回路と昇圧チョッパ回路で共用することとし、降圧チョッパ回路用のスイッチング素子とその制御回路、および昇圧チョッパ回路用のスイッチング素子とその制御回路を備える構成にしていた。   Any switching power supply using a coil or capacitor and a switching element as described above has a completely different circuit configuration depending on whether the output voltage is higher or lower than the power supply voltage. Therefore, for example, in an LED lighting device that outputs a 12V LED lighting voltage using a vehicle-mounted battery that varies from 8V to 16V as a power source, it is necessary to use a step-up / down converter that combines different circuit configurations. For example, in the power supply device of Patent Document 1 using a coil and a switching element, in order to output a voltage lower than the power supply voltage and a voltage higher than the power supply voltage, the coil is shared by the step-down chopper circuit and the step-up chopper circuit, The switching element for the step-down chopper circuit and its control circuit, and the switching element for the step-up chopper circuit and its control circuit are provided.

また、例えば100Vrmsあるいは200Vrmsの交流電源を電源として、充電完了時には400V程度ながら、放電後には200V程度に低下する電気自動車の動力用バッテリを充電するバッテリ充電装置においても、上記と同様に電源電圧より低い電圧(電源200Vrmsのときに出力200V)から、電源電圧より高い電圧(電源100Vrmsのときに出力400V)を出力する回路構成が必要であった。   Further, for example, in a battery charger for charging a power battery of an electric vehicle that is about 400 V when charging is completed and is reduced to about 200 V after discharging, using an AC power source of 100 Vrms or 200 Vrms as a power source, similarly to the above, A circuit configuration that outputs a voltage higher than the power supply voltage (output 400 V when the power supply is 100 Vrms) from a low voltage (output 200 V when the power supply is 200 Vrms) is required.

このように昇圧と降圧の構成を組み合わせることは、それぞれに対応する部品を同時に搭載することであり、自ずと電源装置が大型化し、費用が増大するという課題があった。   Combining the boosting and bucking configurations in this way is to simultaneously mount components corresponding to each of them, and there is a problem that the power supply device naturally becomes large and costs increase.

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、電源電圧より低い電圧から電源電圧より高い電圧に至る広範囲の電圧を出力できる、簡素な構成の電源装置、ならびに当電源装置を用いたLED点灯装置およびバッテリ充電装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and has a simple configuration that can output a wide range of voltages from a voltage lower than the power supply voltage to a voltage higher than the power supply voltage, and the power supply apparatus. An object of the present invention is to provide an LED lighting device and a battery charging device using the battery.

この発明に係る電源装置は、スイッチング素子と、一方の端子を電源側に接続し、他方の端子をスイッチング素子に接続するコイルと、出力電流を生成する複数の整流ダイオードと、コイルとスイッチング素子の接続点に一方の端子を接続し、他方の端子を整流ダイオード側に接続するコンデンサと、スイッチング素子を操作する制御部とを備え、整流ダイオードは、スイッチング素子がオンするときとオフするときの双方で、コンデンサから出力電流を流すものであって、コイルの端子に発生する電源電圧より高い電圧をコンデンサで分圧し、コンデンサに流通する電流を整流ダイオードによって整流して出力するものである。 A power supply device according to the present invention includes a switching element, a coil having one terminal connected to the power supply side, and the other terminal connected to the switching element, a plurality of rectifier diodes that generate an output current, a coil and the switching element It has a capacitor that connects one terminal to the connection point and connects the other terminal to the rectifier diode side, and a control unit that operates the switching element. The rectifier diode is both when the switching element is turned on and when it is turned off. in, it is one that an output current from the capacitor, a voltage higher than the power supply voltage generated at the terminals of the coil divided by a capacitor, and outputs rectifies that current to flow to the capacitor by the rectifier diode.

この発明に係るLED点灯装置は、上述の電源装置を使用してLEDを点灯するものである。   The LED lighting device according to the present invention lights an LED using the power supply device described above.

この発明に係るバッテリ充電装置は、上述の電源装置を使用してバッテリを充電するものである。   The battery charging device according to the present invention charges a battery using the above-described power supply device.

この発明によれば、コイルとスイッチング素子からなるステップアップ電源によって電源電圧を昇圧し、当昇圧した電圧をコンデンサと負荷とで2分することで、負荷に印加される出力電圧を当昇圧した電圧の略1/2に降下させるようにしたので、降圧用のスイッチング素子とその制御回路を追加することなく、電源電圧より低い電圧から電源電圧より高い電圧に至る広範囲の電圧を出力することができる電源装置を提供することができる。   According to the present invention, the power supply voltage is boosted by the step-up power supply composed of the coil and the switching element, and the boosted voltage is divided into two by the capacitor and the load, so that the output voltage applied to the load is boosted. Therefore, it is possible to output a wide range of voltages from a voltage lower than the power supply voltage to a voltage higher than the power supply voltage without adding a step-down switching element and its control circuit. A power supply device can be provided.

この発明によれば、電源電圧より低い電圧から電源電圧より高い電圧に至る広範囲の電圧を出力することができる電源装置を使用するようにしたので、LEDの順方向電圧が、電源電圧より低い電圧から電源電圧より高い電圧に至る広範囲の電圧であっても点灯可能なLED点灯装置を、簡素な構成で実現することができる。   According to the present invention, since the power supply device capable of outputting a wide range of voltages from a voltage lower than the power supply voltage to a voltage higher than the power supply voltage is used, the forward voltage of the LED is a voltage lower than the power supply voltage. Thus, an LED lighting device that can be lit even in a wide range of voltages from a power supply voltage to a voltage higher than the power supply voltage can be realized with a simple configuration.

この発明によれば、電源電圧より低い電圧から電源電圧より高い電圧に至る広範囲の電圧を出力することができる電源装置を使用するようにしたので、バッテリ電圧が、電源電圧より低い電圧から電源電圧より高い電圧に至る広範囲の電圧であっても充電可能なバッテリ充電装置を、簡素な構成で実現することができる。   According to the present invention, since the power supply device capable of outputting a wide range of voltages from a voltage lower than the power supply voltage to a voltage higher than the power supply voltage is used, the battery voltage is changed from the voltage lower than the power supply voltage to the power supply voltage. A battery charger capable of charging even a wide range of voltages up to a higher voltage can be realized with a simple configuration.

この発明の実施の形態1に係る電源装置の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the power supply device which concerns on Embodiment 1 of this invention. 実施の形態1に係る電源装置の動作波形を示すグラフである。3 is a graph showing operation waveforms of the power supply device according to the first embodiment. 実施の形態1に係る電源装置をLED点灯装置に応用した構成例を示す回路図であり、出力側の整流ダイオードを備える場合を示す。It is a circuit diagram which shows the structural example which applied the power supply device which concerns on Embodiment 1 to the LED lighting device, and shows the case where the output side rectifier diode is provided. 図3に示す電源装置のLED端子電圧および流通電流の波形を示すグラフである。It is a graph which shows the waveform of the LED terminal voltage and distribution | circulation current of the power supply device shown in FIG. 実施の形態1に係る電源装置をLED点灯装置に応用した構成例を示す回路図であり、LEDが整流作用を兼ねる場合を示す。It is a circuit diagram which shows the structural example which applied the power supply device which concerns on Embodiment 1 to the LED lighting device, and shows the case where LED serves as a rectification | straightening effect | action. 実施の形態1に係る電源装置をLED点灯装置に応用した構成例を示す回路図であり、電流制限用コイルを備える場合を示す。It is a circuit diagram which shows the structural example which applied the power supply device which concerns on Embodiment 1 to the LED lighting device, and shows the case where the coil for current limiting is provided. 図6に示す電源装置のコンデンサ端子間電圧および流通電流の波形を示すグラフである。It is a graph which shows the waveform of the voltage between capacitor | condenser terminals of the power supply device shown in FIG. 6, and a flowing current. この発明の実施の形態2に係る電源装置をLED点灯装置に応用した構成例を示す回路図であり、絶縁式トランスを備える場合を示す。It is a circuit diagram which shows the structural example which applied the power supply device which concerns on Embodiment 2 of this invention to the LED lighting device, and shows the case where an insulation type transformer is provided. 実施の形態2に係る電源装置をバッテリ充電装置に応用した構成例を示す回路図であり、単巻式トランスを備える場合を示す。It is a circuit diagram which shows the structural example which applied the power supply device which concerns on Embodiment 2 to the battery charging device, and shows the case where a single volume transformer is provided. 実施の形態2に係る電源装置をバッテリ充電装置に応用した構成例を示す回路図であり、電流制限用コイルを備える場合を示す。It is a circuit diagram which shows the structural example which applied the power supply device which concerns on Embodiment 2 to the battery charging device, and shows the case where the coil for current limiting is provided. この発明の実施の形態3に係る電源装置をLED点灯装置に応用した構成例を示す回路図であり、交流電源に接続する場合を示す。It is a circuit diagram which shows the structural example which applied the power supply device which concerns on Embodiment 3 of this invention to the LED lighting device, and shows the case where it connects to AC power supply. 実施の形態3に係る電源装置をLED点灯装置に応用した構成例を示す回路図であり、交流電源に接続する場合を示す。It is a circuit diagram which shows the structural example which applied the power supply device which concerns on Embodiment 3 to an LED lighting device, and shows the case where it connects to AC power supply. 実施の形態3に係る電源装置をバッテリ充電装置に応用した構成例を示す回路図であり、交流電源に接続する場合を示す。It is a circuit diagram which shows the structural example which applied the power supply device which concerns on Embodiment 3 to a battery charging device, and shows the case where it connects to AC power supply. この発明の実施の形態4に係る電源装置をLED点灯装置に応用した構成例を示す回路図であり、双方向スイッチング素子を使用する場合を示す。It is a circuit diagram which shows the structural example which applied the power supply device which concerns on Embodiment 4 of this invention to LED lighting device, and shows the case where a bidirectional | two-way switching element is used. 実施の形態4に係る電源装置をLED点灯装置に応用した構成例を示す回路図であり、双方向スイッチング素子を使用する場合を示す。It is a circuit diagram which shows the structural example which applied the power supply device which concerns on Embodiment 4 to the LED lighting device, and shows the case where a bidirectional | two-way switching element is used. 実施の形態4に係る電源装置の信号伝達回路の一例を示す回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram illustrating an example of a signal transmission circuit of a power supply device according to a fourth embodiment. 実施の形態4に係る電源装置の信号伝達回路の別の例を示す回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram showing another example of a signal transmission circuit of a power supply device according to Embodiment 4. 実施の形態4に係る電源装置の信号伝達回路の別の例を示す回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram showing another example of a signal transmission circuit of a power supply device according to Embodiment 4. 実施の形態4に係る電源装置の信号伝達回路の別の例を示す回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram showing another example of a signal transmission circuit of a power supply device according to Embodiment 4. 実施の形態5に係る電源装置をバッテリ充電装置に応用した構成例を示す回路図であり、トランスの1次巻線の巻線比を切換える場合を示す。FIG. 10 is a circuit diagram illustrating a configuration example in which a power supply device according to a fifth embodiment is applied to a battery charging device, and illustrates a case where a winding ratio of a primary winding of a transformer is switched.

実施の形態1.
図1に示す電源装置10は、コイルL1とスイッチング素子SW1を使用するスイッチング式のステップアップ電源(ブーストコンバータ、昇圧コンバータ)を備え、コイルL1で昇圧したステップアップ電圧をコンデンサC1で分圧して降圧することによって、直流電源1の電源電圧を所定の電圧に変換するものである。
Embodiment 1 FIG.
The power supply device 10 shown in FIG. 1 includes a switching type step-up power supply (boost converter, boost converter) that uses a coil L1 and a switching element SW1, and steps down the voltage by stepping up the step-up voltage boosted by the coil L1 by the capacitor C1. By doing so, the power supply voltage of the DC power supply 1 is converted into a predetermined voltage.

コイルL1の一方の端子は直流電源1に接続され、もう一方の端子はスイッチング素子SW1に接続されている。コイルL1とスイッチング素子SW1の接続点にはコンデンサC1の一方の端子が接続され、コンデンサC1のもう一方の端子は負荷2に接続されている。制御部11は、電源電圧とシャント抵抗R1によって測定される電源電流とに基づいて、スイッチング素子SW1のオンオフ動作を制御する駆動信号を出力する。   One terminal of the coil L1 is connected to the DC power source 1, and the other terminal is connected to the switching element SW1. One terminal of the capacitor C1 is connected to the connection point between the coil L1 and the switching element SW1, and the other terminal of the capacitor C1 is connected to the load 2. The control unit 11 outputs a drive signal for controlling the on / off operation of the switching element SW1 based on the power supply voltage and the power supply current measured by the shunt resistor R1.

この電源装置10は、直流電源1の電源電圧を高めるコイルL1の出力端子に直列に接続したコンデンサC1を備え、本来電源電圧以上となるステップアップ電圧を、当コンデンサC1と接続する負荷2とで2分することで、負荷2に印加される電圧、つまり出力電圧をステップアップ電圧の1/2以下に降下させる。   This power supply device 10 includes a capacitor C1 connected in series with an output terminal of a coil L1 that raises the power supply voltage of the DC power supply 1, and a step-up voltage that is higher than the power supply voltage by a load 2 connected to the capacitor C1. By dividing into two, the voltage applied to the load 2, that is, the output voltage is lowered to ½ or less of the step-up voltage.

図2に、本実施の形態1に係る電源装置10の動作波形を示す。図2(a)はスイッチング素子SW1のオンオフ動作、図2(b)はコイルL1に流れる電流、図2(c)はスイッチング素子SW1のドレイン電流とドレイン端子電圧、図2(d)はコンデンサC1に流れる電流と端子間電圧、図2(e)は負荷2に流れる電流と端子電圧、図2(f)はシャント抵抗R1に流れる電流(電源電流)の波形であり、各図とも横軸が時間を示す。   FIG. 2 shows operation waveforms of the power supply device 10 according to the first embodiment. 2A shows the on / off operation of the switching element SW1, FIG. 2B shows the current flowing through the coil L1, FIG. 2C shows the drain current and drain terminal voltage of the switching element SW1, and FIG. 2D shows the capacitor C1. 2 (e) shows the current and terminal voltage flowing through the load 2, and FIG. 2 (f) shows the waveform of the current (power supply current) flowing through the shunt resistor R1. Show time.

制御部11から出力する駆動信号により、スイッチング素子SW1をオンしてコイルL1に電流を通電し(図1の破線矢印)、磁気エネルギを貯え、スイッチング素子SW1をオフして、貯えた磁気エネルギを放出する。このスイッチング素子SW1をオフしたときに、コイルL1には昇圧された電圧が発生し、コイルL1と直列に接続されたコンデンサC1に電荷を貯えながら、負荷2に正極性の電流を通電する(図1の一点鎖線矢印)。再びスイッチング素子SW1をオンしたときには、コイルL1に電流を通電し、磁気エネルギを貯えながら、同時にコンデンサC1に貯えた電荷を放出して、負荷2に負極性の電流を通電する(図1の二点鎖線矢印)。従って、負荷2へ出力する電流は極性が異なるものの、スイッチング素子SW1をオンするときとオフするときの双方において、負荷2に電力を出力できる。   In accordance with the drive signal output from the control unit 11, the switching element SW1 is turned on to energize the coil L1 (broken arrow in FIG. 1), the magnetic energy is stored, the switching element SW1 is turned off, and the stored magnetic energy is stored. discharge. When the switching element SW1 is turned off, a boosted voltage is generated in the coil L1, and a positive current is passed through the load 2 while storing a charge in the capacitor C1 connected in series with the coil L1 (FIG. 1 dash-dot arrow). When the switching element SW1 is turned on again, a current is supplied to the coil L1, and while storing magnetic energy, the charge stored in the capacitor C1 is simultaneously discharged, and a negative current is supplied to the load 2 (see FIG. 1). Dotted line arrow). Therefore, although the current output to the load 2 has a different polarity, power can be output to the load 2 both when the switching element SW1 is turned on and when it is turned off.

なお、スイッチング素子SW1がオフするときに負荷2に印加される電圧(極性は正)は、スイッチング素子SW1のドレイン端子に発生する電圧からコンデンサC1の端子間電圧を差し引いた電圧である。スイッチング素子SW1がオンしたときに負荷2に印加される電圧(極性は負)は、コンデンサC1の端子間電圧である。
このとき、図2(e)の負荷2の端子電圧の絶対値は、図2(c)のスイッチング素子SW1のドレイン端子電圧の約1/2となる。つまり、コイルL1とスイッチング素子SW1とからなるステップアップ電源が出力するステップアップ電圧は、本来、直流電源1の電源電圧以上となるが、このステップアップ電圧をコンデンサC1と負荷2とによって2分することで、負荷2に印加される出力電圧をステップアップ電圧の1/2に降下させるので、直流電源1が出力電圧より低くなった場合だけでなく直流電源1が出力電圧より高くなった場合でも容易に任意の電圧値を出力することができる。このように、ステップアップ電源で昇圧した電圧を1/2にする構成によって、例えば、8Vから16Vまで変動する車載用バッテリを直流電源1として使用した場合、いずれの電源電圧においても12Vを出力することができる。
Note that the voltage (polarity is positive) applied to the load 2 when the switching element SW1 is turned off is a voltage obtained by subtracting the inter-terminal voltage of the capacitor C1 from the voltage generated at the drain terminal of the switching element SW1. A voltage (polarity is negative) applied to the load 2 when the switching element SW1 is turned on is a voltage between terminals of the capacitor C1.
At this time, the absolute value of the terminal voltage of the load 2 in FIG. 2E is about ½ of the drain terminal voltage of the switching element SW1 in FIG. That is, the step-up voltage output from the step-up power source composed of the coil L1 and the switching element SW1 is essentially equal to or higher than the power source voltage of the DC power source 1, but the step-up voltage is divided into two by the capacitor C1 and the load 2. As a result, the output voltage applied to the load 2 is reduced to ½ of the step-up voltage. Therefore, not only when the DC power supply 1 becomes lower than the output voltage but also when the DC power supply 1 becomes higher than the output voltage. Any voltage value can be easily output. Thus, by using a configuration in which the voltage boosted by the step-up power supply is halved, for example, when an in-vehicle battery that varies from 8V to 16V is used as the DC power supply 1, 12V is output at any power supply voltage. be able to.

図3は、負荷2としてLED2aを使用する場合の電源装置10の構成例を示す回路図である。図3の構成例では、コンデンサC1とLED2aの間に4個の整流ダイオードD1〜D4を接続して、コンデンサC1からLED2aに対して流れる正極性と負極性の電流を全波整流(あるいは両波整流)して直流にする。
このとき、図4に示すように、LED2aの端子電圧は、図2(c)に示したスイッチング素子SW1のドレイン端子電圧の約1/2となる。つまり、電源電圧より高い電圧しか出力できないステップアップ電源を、電源電圧より低い電圧、もしくは、電源電圧と同レベルの電圧が出力できる電源にすることができる。
FIG. 3 is a circuit diagram illustrating a configuration example of the power supply device 10 when the LED 2 a is used as the load 2. In the configuration example of FIG. 3, four rectifier diodes D1 to D4 are connected between the capacitor C1 and the LED 2a, and the positive and negative currents flowing from the capacitor C1 to the LED 2a are full-wave rectified (or both waves). Rectified) to direct current.
At this time, as shown in FIG. 4, the terminal voltage of the LED 2a is about ½ of the drain terminal voltage of the switching element SW1 shown in FIG. That is, a step-up power supply that can output only a voltage higher than the power supply voltage can be a power supply that can output a voltage lower than the power supply voltage or a voltage at the same level as the power supply voltage.

また、コイルL1に流れる電流が臨界モードあるいは連続モード(図2(b))になるように、制御部11がスイッチング素子SW1をオンオフ動作させ、複数の整流ダイオードD1〜D4を使用してスイッチング素子SW1がオンするときとオフするときの双方でコンデンサC1から出力電流を流すため、入力電流および出力電流が概ね連続的に流れるようになる。従って、図4に示すような、リプルの少ない出力電圧あるいは出力電流が得られる。さらに、リプルが減少するので、電源と出力をフィルタするコンデンサ(不図示)の容量を低減でき、電源装置10の小型化と低廉化が可能となる。   Further, the control unit 11 turns on and off the switching element SW1 so that the current flowing through the coil L1 is in a critical mode or a continuous mode (FIG. 2B), and the switching element is used by using a plurality of rectifier diodes D1 to D4. Since the output current flows from the capacitor C1 both when the SW1 is turned on and when the SW1 is turned off, the input current and the output current flow almost continuously. Therefore, an output voltage or output current with less ripple as shown in FIG. 4 can be obtained. Furthermore, since ripples are reduced, the capacity of a capacitor (not shown) that filters the power supply and the output can be reduced, and the power supply device 10 can be reduced in size and cost.

図5は、負荷2としてLED2a,2bを使用する場合の電源装置10の構成例を示す回路図である。LEDがダイオード特性を備えるため、図4に示した整流ダイオードD1〜D4を使用しない構成も可能である。そこで、図5の構成例では、LED2aのアノード端子をコンデンサC1の出力端子に接続して正極性の電流を通電させ、反対に、LED2bのカソード端子をコンデンサC1の出力端子に接続して負極性の電流を通電させる。これにより出力電流を整流する整流ダイオードD1〜D4を省略でき、電源装置10を簡素な構成にできる。   FIG. 5 is a circuit diagram illustrating a configuration example of the power supply device 10 when the LEDs 2 a and 2 b are used as the load 2. Since the LED has diode characteristics, a configuration in which the rectifier diodes D1 to D4 shown in FIG. 4 are not used is also possible. Therefore, in the configuration example of FIG. 5, the anode terminal of the LED 2a is connected to the output terminal of the capacitor C1, and a positive current is applied. On the contrary, the cathode terminal of the LED 2b is connected to the output terminal of the capacitor C1 and has a negative polarity. Energize the current. Thereby, the rectifier diodes D1 to D4 that rectify the output current can be omitted, and the power supply device 10 can be configured simply.

なお、LED2a,2bの一方、例えばLED2aに電流が通電しているときは、当LED2aの端子間電圧は順方向電圧となっており、当順方向電圧が他方のLED2bの逆方向耐電圧以下であれば、問題ない。一般的に、逆方向耐電圧(例えば、5〜6V)は、順方向電圧(例えば、2〜3V)より高い。   Note that when a current is applied to one of the LEDs 2a and 2b, for example, the LED 2a, the voltage between the terminals of the LED 2a is a forward voltage, and the forward voltage is less than or equal to the reverse withstand voltage of the other LED 2b. If there is, there is no problem. Generally, the reverse withstand voltage (for example, 5 to 6 V) is higher than the forward voltage (for example, 2 to 3 V).

ちなみに、LED2aおよびLED2bそれぞれには、コンデンサC1に流れる正負いずれかの極性の電流が通電されるため、LED2aとLED2bが交互に点灯する。つまり、LED2a,2bが点滅することになる。しかしながら、一般的に、点滅周波数が200Hz以上であれば、視覚的にちらつきとして認識されないため、点滅点灯は実用上問題ない。また、LED2aおよびLED2bそれぞれに通電される時間が概ね1/2となるため、通電電流を2倍にしても損失(発熱量)は同等である。従って、上記点滅点灯による発光量の低下を、通電電流の増加によって回避することができる。   Incidentally, each of the LED 2a and the LED 2b is energized with a current of either positive or negative polarity flowing through the capacitor C1, so that the LED 2a and the LED 2b are alternately lit. That is, the LEDs 2a and 2b blink. However, in general, if the blinking frequency is 200 Hz or more, it is not visually recognized as flickering, so blinking lighting has no practical problem. In addition, since the time during which each of the LEDs 2a and 2b is energized is approximately halved, the loss (heat generation amount) is the same even if the energization current is doubled. Therefore, a decrease in the amount of light emission due to the blinking lighting can be avoided by increasing the energization current.

図6は、コンデンサC1の電荷を放出する放電経路(二点鎖線で示す)に、電流制限用コイルL2を挿入した場合の電源装置10の構成例を示す回路図である。また、図7に、電流制限用コイルL2を使用しない場合のコンデンサC1に流れる電流(実線)と端子間電圧(破線)、電流制限用コイルL2を使用した場合のコンデンサC1に流れる電流(一点鎖線)と端子間電圧(二点鎖線)の波形を示す。図7に示すように、電流制限用コイルL2を挿入することにより、突入(サージ)電流が軽減できるため、スイッチング素子SW1に過剰な負担をかけることが無く、ノイズの発生も抑制される。
ちなみに、コンデンサC1に電荷を貯える充電経路(一点鎖線で示す)には、ステップアップ用のコイルL1が挿入されているために、突入電流が流れることは無い。
FIG. 6 is a circuit diagram illustrating a configuration example of the power supply device 10 when the current limiting coil L2 is inserted into a discharge path (indicated by a two-dot chain line) for discharging the charge of the capacitor C1. FIG. 7 shows a current (solid line) and a terminal voltage (broken line) that flow in the capacitor C1 when the current limiting coil L2 is not used, and a current that flows through the capacitor C1 when the current limiting coil L2 is used (dashed line). ) And the voltage between terminals (two-dot chain line). As shown in FIG. 7, since the rush current (surge) can be reduced by inserting the current limiting coil L2, an excessive load is not applied to the switching element SW1, and the generation of noise is also suppressed.
Incidentally, since the step-up coil L1 is inserted in the charging path (indicated by the alternate long and short dash line) for storing charges in the capacitor C1, no inrush current flows.

以上のように、電源装置10は、コイルL1とスイッチング素子SW1によってステップアップされた電圧を、コンデンサC1とLED2a(またはLED2a,2b)とによって2分する一方で、当コンデンサC1の出力端子から出力される正負両極性に変化する略矩形波状の交流波形を、複数の整流ダイオードD1〜D4(またはLED2a,2b)によって正負共に一方向に揃え、直流電流として出力する。つまり、コイルL1とスイッチング素子SW1で昇圧された電圧を1/2にして、スイッチング素子SW1で分断された電流を補間して連続的な電流を出力する。
ステップアップ電源にコンデンサC1と複数の整流ダイオードD1〜D4を追加する構成に関しては、先立って説明した特許文献1〜3のいずれにも記載されていない。
As described above, the power supply device 10 divides the voltage stepped up by the coil L1 and the switching element SW1 into two by the capacitor C1 and the LED 2a (or LEDs 2a and 2b), and outputs from the output terminal of the capacitor C1. A substantially rectangular wave-shaped AC waveform that changes to both positive and negative polarities is aligned in one direction in both positive and negative directions by a plurality of rectifier diodes D1 to D4 (or LEDs 2a and 2b) and output as a direct current. That is, the voltage boosted by the coil L1 and the switching element SW1 is halved, and the current divided by the switching element SW1 is interpolated to output a continuous current.
The configuration in which the capacitor C1 and the plurality of rectifier diodes D1 to D4 are added to the step-up power supply is not described in any of Patent Documents 1 to 3 described above.

次に、制御部11を説明する。
制御部11は、スイッチング素子SW1のオンオフ動作の周期を一定にしてオンオフ時間の比率(Duty)を変化させるPWM(Pulse Width Modulation)制御、オンまたはオフ時間を一定にしてオンオフ動作の周期を変化させるPFM(Pulse Frequency Modulation)制御、あるいは周期とDutyの双方を変化させる制御等を行うことにより、負荷2に出力する電流あるいは電圧を、任意の電流値あるいは電圧値にする。
Next, the control unit 11 will be described.
The control unit 11 performs PWM (Pulse Width Modulation) control for changing the ON / OFF time ratio (Duty) with a constant ON / OFF operation cycle of the switching element SW1, and changes the ON / OFF operation cycle with a constant ON or OFF time. By performing PFM (Pulse Frequency Modulation) control or control for changing both the cycle and the duty, the current or voltage output to the load 2 is set to an arbitrary current value or voltage value.

なお、図1の構成において、出力電流の絶対値の平均値が、シャント抵抗R1によって測定される電源電流と同等であることに着目すれば、この電源装置10を、例えば、定電流でLEDを点灯するLED点灯装置に応用することができる。つまり、制御部11において、電源電圧とシャント抵抗R1に流れる電源電流とから、LED2aまたはLED2bに流れる電流が推定できるため、LED点灯装置用の定電流電源として使用する電源装置10においては、シャント抵抗R1によって検出される電流が所定の定電流となるように、制御部11がスイッチング素子SW1のオンオフ動作を制御すれば充分であり、直流電源1のような安定した電圧の電源を使用する場合は、LED2a,2bに流れる電流をあえて制御部11にフィードバックする必要はない。
即ち、LED2a,2bの点灯電位が、直流電源1の接地電位に対して、矩形波状に変動することが問題にならないため、簡素な構成のLED点灯装置を構成できる。
In the configuration of FIG. 1, if attention is paid to the fact that the average value of the absolute value of the output current is equal to the power supply current measured by the shunt resistor R1, the power supply device 10 is connected to the LED with a constant current, for example. The present invention can be applied to an LED lighting device that lights up. That is, since the controller 11 can estimate the current flowing through the LED 2a or LED 2b from the power supply voltage and the power supply current flowing through the shunt resistor R1, the shunt resistor is used in the power supply device 10 used as a constant current power supply for the LED lighting device. It is sufficient for the control unit 11 to control the on / off operation of the switching element SW1 so that the current detected by R1 becomes a predetermined constant current, and when a stable voltage power source such as the DC power source 1 is used. The current flowing through the LEDs 2a and 2b does not need to be fed back to the control unit 11.
That is, it is not a problem that the lighting potentials of the LEDs 2a and 2b fluctuate in a rectangular wave shape with respect to the ground potential of the DC power supply 1, so that an LED lighting device having a simple configuration can be configured.

もちろん、LED2a,2bに流れる電流を制御部11にフィードバックしてスイッチング素子SW1を操作してもよい。
また、LED2a,2bは、発光ダイオードに限定されるものではなく、半導体による光源を総称するものであって、レーザダイオード、有機発光ダイオード(OLED)等を含む。
また、図示例ではスイッチング素子SW1にFET(電界効果トランジスタ)を使用しているが、トランジスタおよびIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)等を使用してもよい。
Of course, the current flowing through the LEDs 2a and 2b may be fed back to the control unit 11 to operate the switching element SW1.
Moreover, LED2a, 2b is not limited to a light emitting diode, It is a general term for the light source by a semiconductor, Comprising: A laser diode, an organic light emitting diode (OLED), etc. are included.
In the illustrated example, an FET (field effect transistor) is used as the switching element SW1, but a transistor, an IGBT (insulated gate bipolar transistor), or the like may be used.

以上より、実施の形態1によれば、電源装置10は、コイルL1と当コイルL1に電流を流すスイッチング素子SW1とを使用するステップアップ電源と、出力電流を生成する複数の整流ダイオードD1〜D4と、コイルL1とスイッチング素子SW1の接続点に一方の端子を接続し、他方の端子を整流ダイオードD1〜D4側に接続するコンデンサC1と、スイッチング素子SW1を操作する制御部11とを備え、コイルL1の端子に発生する電圧をコンデンサC1で分圧し、コンデンサC1に流通する正負両極性の電流を整流ダイオードD1〜D4で整流して出力するように構成した。このため、ステップアップ電源に対して降圧用のスイッチング素子とその制御回路を追加することなく、電源電圧より低い電圧から電源電圧より高い電圧に至る広範囲の電圧を出力することができる電源装置10を提供することができる。また、電源用および出力用のフィルタコンデンサの容量を減らしても、出力電流、出力電圧、および電源電流に重畳するリプルを抑制することができる。従って、簡素な構成の電源装置10が実現できる。   As described above, according to the first embodiment, the power supply device 10 includes the step-up power supply that uses the coil L1 and the switching element SW1 that causes a current to flow through the coil L1, and the plurality of rectifier diodes D1 to D4 that generate the output current. A capacitor C1 having one terminal connected to a connection point between the coil L1 and the switching element SW1, and the other terminal connected to the rectifier diodes D1 to D4, and a control unit 11 for operating the switching element SW1. The voltage generated at the terminal of L1 is divided by the capacitor C1, and positive and negative currents flowing through the capacitor C1 are rectified by the rectifier diodes D1 to D4 and output. Therefore, the power supply device 10 capable of outputting a wide range of voltages from a voltage lower than the power supply voltage to a voltage higher than the power supply voltage without adding a step-down switching element and its control circuit to the step-up power supply. Can be provided. Further, even if the capacitances of the power supply and output filter capacitors are reduced, ripples superimposed on the output current, the output voltage, and the power supply current can be suppressed. Therefore, the power supply apparatus 10 having a simple configuration can be realized.

また、実施の形態1によれば、電源装置10を使用してLED2aを点灯するLED点灯装置を構成するようにしたので、LED2aの順方向電圧が電源電圧より低い電圧から電源電圧より高い電圧に至る広範囲の電圧であっても点灯が可能なLED点灯装置を、簡素な構成で実現できる。   Further, according to the first embodiment, since the LED lighting device is configured to light the LED 2a using the power supply device 10, the forward voltage of the LED 2a is changed from a voltage lower than the power supply voltage to a voltage higher than the power supply voltage. An LED lighting device capable of lighting even with a wide range of voltages can be realized with a simple configuration.

また、実施の形態1によれば、負荷であるLED2a,2bが、電源装置10の整流ダイオードD1〜D4を兼用する構成にしたので、出力電流整流用のダイオードを使用しない、簡素な構成のLED点灯装置が実現できる。   In addition, according to the first embodiment, the LEDs 2a and 2b that are loads are configured to also use the rectifier diodes D1 to D4 of the power supply device 10, and therefore, an LED with a simple configuration that does not use a diode for output current rectification. A lighting device can be realized.

なお、上記実施の形態1では電源装置10の負荷としてLEDを接続する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、電源装置10の負荷としてバッテリを接続し、当バッテリを充電するバッテリ充電装置を構成してもよい。   In the first embodiment, the case where the LED is connected as the load of the power supply apparatus 10 has been described as an example. However, the present invention is not limited to this. For example, a battery is connected as the load of the power supply apparatus 10 and the battery is connected. You may comprise the battery charger which charges.

実施の形態2.
本実施の形態2は、トランスを設けて、任意の電圧を出力する構成にするもので、図8は、絶縁式トランスを使用した場合の電源装置10の構成例を示す回路図である。なお、図8において図1〜図7と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。また、この例では、電源装置10の出力側に負荷となるLED2a,2bを接続して、電源装置10をLED点灯装置として使用している。
Embodiment 2. FIG.
In the second embodiment, a transformer is provided to output an arbitrary voltage, and FIG. 8 is a circuit diagram showing a configuration example of the power supply apparatus 10 when an insulating transformer is used. 8 that are the same as or equivalent to those in FIG. 1 to FIG. In this example, the LEDs 2a and 2b serving as loads are connected to the output side of the power supply device 10, and the power supply device 10 is used as an LED lighting device.

図8においては、コンデンサC1の出力側に絶縁式トランス21を設けて、任意の電圧を出力する構成にする。この絶縁式トランス21の1次巻線にコンデンサC1の出力端子を接続し、2次巻線に整流作用を兼ねたLED2a,2bを接続している。コイルL1の端子に発生するステップアップ電圧がコンデンサC1と絶縁式トランス21の1次巻線とによって分圧される。   In FIG. 8, an insulating transformer 21 is provided on the output side of the capacitor C1 to output an arbitrary voltage. The output terminal of the capacitor C1 is connected to the primary winding of the insulating transformer 21, and the LEDs 2a and 2b that also function as a rectifier are connected to the secondary winding. The step-up voltage generated at the terminal of the coil L1 is divided by the capacitor C1 and the primary winding of the insulating transformer 21.

この絶縁式トランス21は、1次巻線と2次巻線の巻数比によって、出力電圧を調整するために使用する。つまり、巻数比が下式(1)となる絶縁式トランス21を使用すれば、負荷であるLED2a,2bに供給する出力電圧を任意に設定することができる。
〔出力電圧(即ち、2次巻線電圧)×巻数比〕≧〔(電源電圧)/2〕 (1)
The insulating transformer 21 is used to adjust the output voltage according to the turn ratio of the primary winding and the secondary winding. That is, if the insulated transformer 21 in which the turn ratio is expressed by the following equation (1) is used, the output voltage supplied to the LEDs 2a and 2b as loads can be arbitrarily set.
[Output voltage (ie, secondary winding voltage) × turn ratio] ≧ [(power supply voltage) / 2] (1)

なお、当絶縁式トランス21は、単純に電圧変換を行うもので、コアに磁気エネルギを貯える必要が無く、コンデンサC1の挿入によって直流電流が重畳されることも無いため、適切な電流容量の巻線が巻回できるサイズであれば充分である。従って小型のコアが使用でき、電源装置10の小型化が可能である。   The insulated transformer 21 simply performs voltage conversion, does not require magnetic energy to be stored in the core, and does not cause a direct current to be superimposed upon insertion of the capacitor C1, and therefore has an appropriate current capacity. It is enough if the wire can be wound. Therefore, a small core can be used, and the power supply device 10 can be downsized.

また、絶縁式トランス21を使用した場合、1次巻線と2次巻線が独立しているので、2次側の電位を任意に設定することができ、制御部11において出力電流あるいは出力電圧のフィードバック制御もしくは他の機器への連係が容易になる。また、1次側と2次側を絶縁することで、感電し難い電源装置10を実現できる。   Further, when the insulating transformer 21 is used, since the primary winding and the secondary winding are independent, the potential on the secondary side can be arbitrarily set, and the control unit 11 can output current or output voltage. Feedback control or linkage to other devices becomes easier. Further, by insulating the primary side and the secondary side, it is possible to realize the power supply device 10 that is difficult to receive an electric shock.

なお、図8において、接続するLEDをLED2aだけにして、図3に示したような複数の整流ダイオードD1〜D4を使用して絶縁式トランス21の出力を整流した電流を通電してもよい。また、図6のように当整流ダイオードD1〜D4に加えて、電流制限用コイルL2を付加してもよい。   In FIG. 8, only the LED 2a may be connected, and a current obtained by rectifying the output of the insulating transformer 21 using a plurality of rectifier diodes D1 to D4 as shown in FIG. In addition to the rectifier diodes D1 to D4, a current limiting coil L2 may be added as shown in FIG.

また、絶縁式トランス21に代えて、例えば単巻式トランス22を使用してもよい。
図9に、1次巻線と2次巻線の一部を共用した単巻式トランス22を使用した場合の電源装置10の構成例を示す。当構成例においてはコンデンサC1に接続される端子から接地側端子に巻回される1次巻線と、接地側端子から整流ダイオードD5およびD6に接続される端子に巻回される2巻の2次巻線を備える単巻式トランス22を使用する。当単巻式トランス22の接地側端子から整流ダイオードD5に接続される端子に巻回される2次巻線は1次巻線の一部を共用するものであり、絶縁式トランス21を使用する場合に比べてトランスの構成を簡素にすることができる。また、1次側と2次側の電位を共通にすることで、制御部11において出力電流あるいは出力電圧のフィードバック制御が容易になる。当フィードバック制御により、任意の電圧を出力する電源装置10を容易に実現できる。
Further, for example, a single-winding transformer 22 may be used instead of the insulating transformer 21.
FIG. 9 shows a configuration example of the power supply device 10 when a single-winding transformer 22 sharing a part of the primary winding and the secondary winding is used. In this configuration example, a primary winding wound from the terminal connected to the capacitor C1 to the ground side terminal, and two windings 2 wound from the ground side terminal to the terminals connected to the rectifier diodes D5 and D6. A single-winding transformer 22 having a secondary winding is used. The secondary winding wound from the ground-side terminal of the single-winding transformer 22 to the terminal connected to the rectifier diode D5 shares a part of the primary winding, and the insulating transformer 21 is used. Compared to the case, the configuration of the transformer can be simplified. In addition, by making the primary side and secondary side potentials common, the control unit 11 can easily perform feedback control of the output current or output voltage. By this feedback control, the power supply device 10 that outputs an arbitrary voltage can be easily realized.

図9の構成例では、負荷としてバッテリ2cを接続し、単巻式トランス22の2巻の2次巻線の出力を整流ダイオードD5,D6でそれぞれ整流し、平滑用コンデンサC2で平滑した後、バッテリ2cへ供給している。平滑用コンデンサC2を挿入することにより、出力電流および出力電圧に重畳するリプルを抑制できる。   In the configuration example of FIG. 9, the battery 2c is connected as a load, the outputs of the two secondary windings of the single-winding transformer 22 are rectified by rectifier diodes D5 and D6, respectively, and smoothed by the smoothing capacitor C2. It supplies to the battery 2c. By inserting the smoothing capacitor C2, ripples superimposed on the output current and the output voltage can be suppressed.

図10は、コンデンサC1の放電経路に相当する経路に電流制限用コイルL2を挿入した場合の電源装置10の構成例を示す回路図である。単巻式トランス22(あるいは絶縁式トランス21)を使用した電源装置10においても、電流制限用コイルL2を挿入することにより、突入電流が軽減でき、ノイズの発生を抑制できる。   FIG. 10 is a circuit diagram illustrating a configuration example of the power supply device 10 when the current limiting coil L2 is inserted in a path corresponding to the discharge path of the capacitor C1. Even in the power supply device 10 using the single-winding transformer 22 (or the insulating transformer 21), the inrush current can be reduced and the generation of noise can be suppressed by inserting the current limiting coil L2.

以上より、実施の形態2によれば、電源装置10は、コンデンサC1の出力端子に1次巻線を接続し、整流ダイオード(例えば、図9のD5,D6、図10のD1,D2、および図15のD1〜D4)に2次巻線を接続するトランス(例えば、絶縁式トランス21、単巻式トランス22)を備え、コイルL1の端子に発生する電圧をコンデンサC1で分圧してトランスの1次巻線に印加し、当トランスを介してコンデンサC1に流通する正負両極性の電流を整流ダイオード(例えば、図9のD5,D6、図10のD1,D2、および図15のD1〜D4)で整流して出力するように構成した。このため、トランスを使用することで、任意の電圧が出力できる電源装置10を実現できる。   As described above, according to the second embodiment, the power supply device 10 connects the primary winding to the output terminal of the capacitor C1, and rectifies diodes (for example, D5 and D6 in FIG. 9, D1 and D2 in FIG. 10, and 15 (D1 to D4) in FIG. 15 includes a transformer (for example, an insulating transformer 21 and a single-winding transformer 22) for connecting a secondary winding, and a voltage generated at a terminal of the coil L1 is divided by a capacitor C1 to A positive and negative polarity current that is applied to the primary winding and flows to the capacitor C1 through the transformer is converted into rectifier diodes (for example, D5 and D6 in FIG. 9, D1 and D2 in FIG. 10, and D1 to D4 in FIG. 15). ) Rectified and output. For this reason, the power supply device 10 which can output arbitrary voltages is realizable by using a transformer.

また、実施の形態2によれば、1次巻線と2次巻線が独立している絶縁式トランス21を使用した場合には、2次側の電位を任意に設定することができ、フィードバック制御もしくは他の機器への連係が容易になる。また、トランスの1次側と2次側を絶縁することで、感電し難い電源装置10を実現できる。   Further, according to the second embodiment, when the insulating transformer 21 in which the primary winding and the secondary winding are independent is used, the potential on the secondary side can be arbitrarily set, and the feedback Easy to control or link to other devices. Further, by insulating the primary side and the secondary side of the transformer, it is possible to realize the power supply device 10 that is difficult to receive an electric shock.

また、実施の形態2によれば、1次巻線と2次巻線の一部が共用されている単巻式トランス22を使用した場合には、簡易な構成のトランスを使用して電源装置10を実現できる。また、トランスの1次側と2次側の電位を共通にすることで、フィードバック制御が容易になる。   Further, according to the second embodiment, when the single-winding transformer 22 in which a part of the primary winding and the secondary winding is shared is used, a power supply device using a transformer with a simple configuration is used. 10 can be realized. Also, feedback control is facilitated by making the primary and secondary potentials of the transformer common.

また、実施の形態2によれば、電源装置10を使用してバッテリ2cを充電するバッテリ充電装置を構成するようにしたので、バッテリ電圧が電源電圧より低い電圧から電源電圧より高い電圧に至る広範囲の電圧であっても充電が可能なバッテリ充電装置を、簡素な構成で実現できる。
あるいは、実施の形態2の電源装置10を使用してLED2a,2bを点灯するLED点灯装置を構成してもよく、この場合には、LED2aの順方向電圧が電源電圧より低い電圧から電源電圧より高い電圧に至る広範囲の電圧であっても点灯が可能なLED点灯装置を、簡素な構成で実現できる。
Further, according to the second embodiment, since the battery charging device is configured to charge the battery 2c using the power supply device 10, the battery voltage ranges from a voltage lower than the power supply voltage to a voltage higher than the power supply voltage. A battery charging device that can be charged even at a voltage of 1 can be realized with a simple configuration.
Or you may comprise the LED lighting device which lights LED2a, 2b using the power supply device 10 of Embodiment 2, and in this case, the forward voltage of LED2a is lower than a power supply voltage from a power supply voltage. An LED lighting device capable of lighting even a wide range of voltages up to a high voltage can be realized with a simple configuration.

実施の形態3.
図11は、本実施の形態3に係る電源装置10の構成を示す回路図である。なお、図11において図1〜図10と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。また、この例では、電源装置10の出力側に負荷となるLED2aを接続して、電源装置10をLED点灯装置として使用している。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 11 is a circuit diagram showing a configuration of power supply device 10 according to the third embodiment. In FIG. 11, the same or corresponding parts as those in FIGS. 1 to 10 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. Moreover, in this example, LED2a used as load is connected to the output side of the power supply device 10, and the power supply device 10 is used as an LED lighting device.

本実施の形態3では、電源装置10の電源として交流電源1aを使用するために、この交流電源1aとコイルL1の間に、交流の電源電流を整流して直流にする整流ダイオードD7〜D10を挿入している。この構成において、コイルL1とスイッチング素子SW1とからなるステップアップ電源はPFC(Power Factor Correction)(力率改善回路)としても作用する。   In the third embodiment, in order to use the AC power source 1a as the power source of the power source device 10, rectifier diodes D7 to D10 that rectify the AC power source current to become DC between the AC power source 1a and the coil L1. Inserting. In this configuration, the step-up power source composed of the coil L1 and the switching element SW1 also functions as a PFC (Power Factor Correction) (power factor correction circuit).

また、図12および図13に示すように、交流電源1aを使用する電源装置10において、上記実施の形態2と同様にコンデンサC1の出力側に絶縁式トランス21(あるいは単巻式トランス22)を設けて、任意の電圧を出力する構成にすることも可能である。図13の構成例では、整流ダイオードD5,D6とバッテリ2cとの間に平滑用コンデンサC2を挿入して、出力電流および出力電圧に重畳するリプルを抑制している。   Further, as shown in FIGS. 12 and 13, in the power supply apparatus 10 using the AC power supply 1a, the insulating transformer 21 (or the single-winding transformer 22) is provided on the output side of the capacitor C1 as in the second embodiment. It is also possible to provide a configuration that outputs an arbitrary voltage. In the configuration example of FIG. 13, a smoothing capacitor C2 is inserted between the rectifier diodes D5 and D6 and the battery 2c to suppress ripples superimposed on the output current and output voltage.

以上より、実施の形態3によれば、電源装置10は、交流電源1aとコイルL1の間に挿入され、交流電源1aからの電流を整流してコイルL1へ出力する整流回路(例えば、整流ダイオードD7〜D10)を備えるように構成した。このため、コイルL1とスイッチング素子SW1とからなるステップアップ電源に対して、降圧用のスイッチング素子とその制御回路を追加することなく、交流電源電圧より低い電圧から交流電源電圧より高い電圧に至る広範囲の電圧を出力することができる電源装置10を提供することができる。また、交流電源1aを使用する場合でも、上記実施の形態1の直流電源1を使用する場合と同様、電源および出力をフィルタするコンデンサ(平滑用コンデンサC2)の容量を減らしても、出力電流、出力電圧、および電源電流に重畳するリプルを抑制することができる。従って、簡素な構成で、力率が高い、交流を電源とする電源装置10が実現できる。
さらに、この電源装置10を使用して、交流を電源とするLED点灯装置およびバッテリ充電装置を実現できる。
As described above, according to the third embodiment, the power supply device 10 is inserted between the AC power supply 1a and the coil L1, and rectifies the current from the AC power supply 1a and outputs it to the coil L1 (for example, a rectifier diode). D7 to D10). Therefore, a wide range from a voltage lower than the AC power supply voltage to a voltage higher than the AC power supply voltage is added to the step-up power supply composed of the coil L1 and the switching element SW1 without adding a step-down switching element and its control circuit. Thus, it is possible to provide the power supply device 10 that can output the above voltage. Even when the AC power source 1a is used, the output current, even if the capacity of the capacitor (smoothing capacitor C2) for filtering the power source and the output is reduced, as in the case of using the DC power source 1 of the first embodiment. The ripple superimposed on the output voltage and the power supply current can be suppressed. Therefore, it is possible to realize the power supply apparatus 10 having a simple configuration, a high power factor, and using AC as a power source.
Furthermore, this power supply device 10 can be used to realize an LED lighting device and a battery charging device that use AC as a power source.

実施の形態4.
図14は、本実施の形態4に係る電源装置10の構成を示す回路図である。なお、図14において図1〜図13と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。また、この例では、電源装置10の出力側に負荷となるLED2aを接続して、電源装置10をLED点灯装置として使用している。
Embodiment 4 FIG.
FIG. 14 is a circuit diagram showing a configuration of power supply device 10 according to the fourth embodiment. In FIG. 14, the same or corresponding parts as in FIGS. Moreover, in this example, LED2a used as load is connected to the output side of the power supply device 10, and the power supply device 10 is used as an LED lighting device.

本実施の形態4では、電源装置10の電源として交流電源1aを使用するために、コイルL1に電流を流すスイッチング素子SW1として双方向スイッチング素子を用いている。双方向スイッチング素子は、例えば図16〜図19のスイッチング素子SW1のように直列に接続した2個のスイッチング素子SW11,SW12によって構成される双方向対応のスイッチング素子で、制御部11の出力する駆動信号に従って同時にオンオフ動作する。スイッチング素子SW11,SW12によって構成される一式の双方向スイッチング素子を使用することにより、正逆双方向ともに電流を流し、また止めることができる。従って、上記実施の形態2の図11〜図13に示した電源用の整流ダイオードD7〜D10を使用せずに、交流電源1aを電源とする電源装置10を構成可能となる。   In the fourth embodiment, in order to use the AC power supply 1a as the power supply of the power supply device 10, a bidirectional switching element is used as the switching element SW1 that causes a current to flow through the coil L1. The bidirectional switching element is a bidirectional switching element configured by two switching elements SW11 and SW12 connected in series, such as the switching element SW1 of FIGS. It is turned on and off simultaneously according to the signal. By using a set of bidirectional switching elements constituted by the switching elements SW11 and SW12, current can be passed and stopped in both forward and reverse directions. Therefore, the power supply apparatus 10 using the AC power supply 1a as a power supply can be configured without using the power supply rectifier diodes D7 to D10 shown in FIGS. 11 to 13 of the second embodiment.

また、図15に示すように、交流電源1aを使用する電源装置10において、上記実施の形態3と同様にコンデンサC1の出力側に絶縁式トランス21(あるいは単巻式トランス22)を設けた場合でも、スイッチング素子SW11,SW12によって構成される一式の双方向スイッチング素子を使用することにより、電源側の整流ダイオードD7〜D10を削減可能である。   Further, as shown in FIG. 15, in the power supply device 10 using the AC power supply 1a, the insulation transformer 21 (or the single-winding transformer 22) is provided on the output side of the capacitor C1 as in the third embodiment. However, by using a set of bidirectional switching elements constituted by the switching elements SW11 and SW12, the rectifier diodes D7 to D10 on the power supply side can be reduced.

なお、制御部11が、絶縁した信号伝達回路を経由して、スイッチング素子SW11,SW12を駆動する構成にすることが好都合であり、以下に図16〜図19に、本実施の形態4に係る電源装置10の信号伝達回路の構成例を示す。なお、制御部11は駆動信号の伝達に関わる部分のみを図示している。   In addition, it is convenient for the control unit 11 to drive the switching elements SW11 and SW12 via an insulated signal transmission circuit, and FIGS. 16 to 19 illustrate the fourth embodiment. 2 shows a configuration example of a signal transmission circuit of the power supply device 10. In addition, the control part 11 has shown only the part in connection with transmission of a drive signal.

図16に示す制御部11において、パルストランス31の1次側には当パルストランス31を制御するスイッチング素子SW2が接続されている。また、パルストランス31の2次巻線の高電位側にスイッチング素子SW11,SW12の各ゲート端子が接続され、低電位側にスイッチング素子SW11,SW12の各ソース端子が接続されている。   In the control unit 11 shown in FIG. 16, a switching element SW <b> 2 that controls the pulse transformer 31 is connected to the primary side of the pulse transformer 31. The gate terminals of the switching elements SW11 and SW12 are connected to the high potential side of the secondary winding of the pulse transformer 31, and the source terminals of the switching elements SW11 and SW12 are connected to the low potential side.

図16の制御部11において、スイッチング素子SW11,SW12を駆動する駆動信号(オンオフ信号)がスイッチング素子SW2に入力され、パルストランス31を介してスイッチング素子SW11,SW12それぞれに絶縁された状態で伝達され、スイッチング素子SW11,SW12が同じタイミングでオンオフ動作を行う。   In the control unit 11 of FIG. 16, a drive signal (on / off signal) for driving the switching elements SW11 and SW12 is input to the switching element SW2, and is transmitted to the switching elements SW11 and SW12 through the pulse transformer 31 in an insulated state. The switching elements SW11 and SW12 perform an on / off operation at the same timing.

図17に示す制御部11において、フォトカプラ32の発光側には当フォトカプラ32を制御するスイッチング素子SW2が接続されている。フォトカプラ32の受光側には、ゲート駆動部33を介してスイッチング素子SW11,SW12の各ゲート端子が接続されている。スイッチング素子SW11,SW12の各ソース端子は、絶縁電源34の低電位側に接続されている。絶縁電源34は、トランス35、整流ダイオードD11および平滑用コンデンサC33から構成され、スイッチング素子SW3の制御に応じて、スイッチング素子SW11,SW12の駆動電源を生成してゲート駆動部33へ供給する。   In the control unit 11 shown in FIG. 17, a switching element SW <b> 2 that controls the photocoupler 32 is connected to the light emitting side of the photocoupler 32. The gate terminals of the switching elements SW11 and SW12 are connected to the light receiving side of the photocoupler 32 through a gate driving unit 33. The source terminals of the switching elements SW11 and SW12 are connected to the low potential side of the insulated power supply 34. The insulated power supply 34 includes a transformer 35, a rectifier diode D11, and a smoothing capacitor C33. The drive power supply for the switching elements SW11 and SW12 is generated and supplied to the gate drive unit 33 in accordance with the control of the switching element SW3.

図17の制御部11において、電源用矩形波信号により駆動するスイッチング素子SW3が絶縁電源34を制御して、スイッチング素子SW11,SW12の駆動電源をゲート駆動部33へ供給する。また、スイッチング素子SW11,SW12の動作を制御する駆動信号(オンオフ信号)がスイッチング素子SW2に入力され、フォトカプラ32およびゲート駆動部33を介してスイッチング素子SW11,SW12それぞれに絶縁された状態で伝達され、スイッチング素子SW11,SW12が同じタイミングでオンオフ動作を行う。
なお、上記においては、1個の双方向スイッチング素子を動作させることを前提にしているため、当1個の双方向スイッチング素子を構成するスイッチング素子SW11,SW12を同じタイミングで動作する方式を記載したが、電源電流の通電動作と遮断動作ができる構成であれば、必ずしも両者が同じタイミングで動作する必要は無く、例えば電流が内部の寄生ダイオードに流れる側のスイッチング素子を連続的にオンし、他方をオンオフ動作させても全体的には同様な動作となり、同様な効果が得られる。
In the control unit 11 of FIG. 17, the switching element SW <b> 3 driven by the power source rectangular wave signal controls the insulated power supply 34 and supplies the drive power for the switching elements SW <b> 11 and SW <b> 12 to the gate drive unit 33. In addition, a drive signal (on / off signal) for controlling the operation of the switching elements SW11 and SW12 is input to the switching element SW2, and is transmitted to the switching elements SW11 and SW12 through the photocoupler 32 and the gate drive unit 33 in an insulated state. Then, the switching elements SW11 and SW12 perform the on / off operation at the same timing.
In the above, since it is assumed that one bidirectional switching element is operated, a method of operating the switching elements SW11 and SW12 constituting the one bidirectional switching element at the same timing is described. However, if the power supply current can be energized and cut off, both do not necessarily operate at the same timing. For example, the switching element on the side where the current flows through the internal parasitic diode is continuously turned on, Even if the on / off operation is performed, the same operation is performed as a whole, and the same effect can be obtained.

図16および図17では、一式の双方向スイッチング素子を構成するスイッチング素子SW11,SW12の互いのソース端子を接続したが、これに限定されるものではなく、図18および図19に示すように、スイッチング素子SW11,SW12の互いのドレイン端子を接続してもよい。なお、図18および図19のように互いのドレイン端子を接続した場合、スイッチング素子SW11,SW12の各ゲート端子に電位の異なる駆動信号を入力する必要があるため、パルストランス31に2次巻線を2個設けたり(図18)、あるいは絶縁電源34を2個にしてそれぞれの電源でフォトカプラ32が動作するようにしている(図19)。   16 and 17, the source terminals of the switching elements SW11 and SW12 constituting the set of bidirectional switching elements are connected to each other. However, the present invention is not limited to this, and as shown in FIGS. The drain terminals of the switching elements SW11 and SW12 may be connected. When the drain terminals are connected as shown in FIGS. 18 and 19, it is necessary to input drive signals having different potentials to the gate terminals of the switching elements SW11 and SW12. Are provided (FIG. 18), or two insulated power supplies 34 are provided so that the photocoupler 32 operates with the respective power supplies (FIG. 19).

なお、パルストランス31およびフォトカプラ32の他にも、例えば磁気結合による信号伝達手段(磁気アイソレータ)等を使用して絶縁された信号伝達回路を構成してもよい。
また、図16〜図19ではスイッチング素子SW11,SW12,SW2,SW3にFETを使用しているが、トランジスタおよびIGBT等を使用してもよく、さらに、個々ばらばらの素子でも、複数個をまとめた素子でも構わない。
In addition to the pulse transformer 31 and the photocoupler 32, an insulated signal transmission circuit may be configured using, for example, a signal transmission means (magnetic isolator) by magnetic coupling.
Further, in FIGS. 16 to 19, FETs are used for the switching elements SW11, SW12, SW2, and SW3. However, transistors and IGBTs may be used, and a plurality of discrete elements are combined. An element may be used.

以上より、実施の形態4によれば、コイルL1に電流を流すスイッチング素子SW1として、双方向スイッチング素子(例えば、スイッチング素子SW11,SW12によって構成される一式の双方向対応のスイッチング素子)を使用する構成にしたので、電源側の整流ダイオードD7〜D10を使用しないため、さらに簡素な構成の、交流を電源とする電源装置10が実現できる。   As described above, according to the fourth embodiment, a bidirectional switching element (for example, a set of bidirectional-compatible switching elements configured by the switching elements SW11 and SW12) is used as the switching element SW1 that allows current to flow through the coil L1. Since the configuration is adopted, the power supply side rectifier diodes D7 to D10 are not used, so that the power supply device 10 having a simpler configuration and using AC as a power source can be realized.

実施の形態5.
図20は、本実施の形態5に係る電源装置10の構成を示す回路図である。なお、図20において図1〜図19と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。また、この構成例では、電源装置10の出力側に負荷となるバッテリ2cを接続して、電源装置10をバッテリ充電装置として使用している。
Embodiment 5. FIG.
FIG. 20 is a circuit diagram showing a configuration of power supply device 10 according to the fifth embodiment. In FIG. 20, the same or corresponding parts as those in FIGS. 1 to 19 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. Further, in this configuration example, a battery 2c serving as a load is connected to the output side of the power supply device 10, and the power supply device 10 is used as a battery charging device.

本実施の形態5では、絶縁式トランス21の1次巻線を複数の巻線によって構成し、それぞれの巻線を選択的にコンデンサC1と接続する複数の切換え用スイッチング素子SW21,SW22,SW31,SW32を設ける。直列に接続された切換え用スイッチング素子SW21,SW22が一式の双方向スイッチング素子を構成し、同様に、直列に接続された切換え用スイッチング素子SW31,SW32が一式の双方向スイッチング素子を構成する。   In the fifth embodiment, the primary winding of the insulating transformer 21 is constituted by a plurality of windings, and a plurality of switching elements SW21, SW22, SW31, which selectively connect each winding to the capacitor C1. SW32 is provided. The switching elements SW21 and SW22 for switching connected in series constitute a set of bidirectional switching elements, and similarly, the switching elements for switching SW31 and SW32 connected in series constitute a set of bidirectional switching elements.

本実施の形態5の制御部11は、切換え用スイッチング素子SW21,SW22,SW31,SW32をオンオフ動作させる切換信号を出力する機能を備える。この制御部11は、切換信号によって切換え用スイッチング素子SW21,SW22をオン、切換え用スイッチング素子SW31,SW32をオフに操作して、巻線端子a−c間にコンデンサC1の電圧を印加する。また、切換信号によって切換え用スイッチング素子SW21,SW22をオフ、切換え用スイッチング素子SW31,SW32をオンに操作して、巻線端子b−c間にコンデンサC1に電圧を印加する。このとき、印加される電圧が上式(1)の関係に近い巻数比となるように、1次巻線の巻線端子aあるいはbを選択してコンデンサC1に接続する。図20の構成例では、1次巻線として、電源電圧が高いときは巻線端子a−c間を使用し、電源電圧が低いときは巻線端子b−c間を使用する。   The control unit 11 of the fifth embodiment has a function of outputting a switching signal for turning on / off the switching elements SW21, SW22, SW31, and SW32 for switching. The control unit 11 operates the switching elements SW21 and SW22 to be turned on and the switching elements SW31 and SW32 to be turned off by the switching signal, and applies the voltage of the capacitor C1 between the winding terminals a and c. Further, the switching signals SW21 and SW22 are turned off and the switching elements SW31 and SW32 are turned on by the switching signal to apply a voltage to the capacitor C1 between the winding terminals bc. At this time, the winding terminal a or b of the primary winding is selected and connected to the capacitor C1 so that the applied voltage has a turns ratio close to the relationship of the above formula (1). In the configuration example of FIG. 20, as the primary winding, between the winding terminals a-c is used when the power supply voltage is high, and between the winding terminals b-c when the power supply voltage is low.

なお、本実施の形態5において、効率がもっとも高いのは、コンデンサC1の端子間電圧が電源電圧の1/2のときであり、高効率な電源装置10を実現するためには、1次巻線に印加される電圧が常に電源電圧の1/2に近い電圧となる巻数比の巻線端子に切換えることが好ましい。   In the fifth embodiment, the efficiency is highest when the voltage between the terminals of the capacitor C1 is ½ of the power supply voltage. In order to realize the highly efficient power supply device 10, the primary winding is used. It is preferable to switch to a winding terminal having a turn ratio in which the voltage applied to the line is always close to ½ of the power supply voltage.

例えば、電源装置10を図20のようなバッテリ充電装置に応用したときに、制御部11は、実効値が異なる交流電源1a(例えば、100Vrmsあるいは200Vrms)の電源電圧に対応して巻数比を切換えたり、正弦波状に刻々と変化する交流の電源電圧に対応して巻数比を切換えたり、さらには、図20ではフィードバック経路を図示していないが、コンデンサC1の充電と放電によって変化する出力電圧に対応して巻線比を切換えてもよい。なお、1次巻線を構成する巻線の数は、図20の例に限定されるものではなく、さらに多くの巻線を使用して1次巻線を構成し、各巻線端子間の接続を多数のスイッチング素子により切換えることによって、出力電圧を細かく制御してもよい。   For example, when the power supply apparatus 10 is applied to a battery charging apparatus as shown in FIG. 20, the control unit 11 switches the turns ratio corresponding to the power supply voltage of the AC power supply 1a (for example, 100 Vrms or 200 Vrms) having a different effective value. Or the turn ratio is changed in response to an alternating power supply voltage that changes in a sinusoidal manner. Furthermore, although the feedback path is not shown in FIG. 20, the output voltage changes depending on the charging and discharging of the capacitor C1. Correspondingly, the winding ratio may be switched. Note that the number of windings constituting the primary winding is not limited to the example of FIG. 20, and the primary winding is constituted by using more windings and the connection between the winding terminals. The output voltage may be finely controlled by switching with a large number of switching elements.

また例えば、図8または図9に示したような直流電源1を接続する電源装置10において、絶縁式トランス21または単巻式トランス22の1次巻線を複数の巻線によって構成すると共に、巻線比を切換えるスイッチング素子を追加してもよい。この場合にも、制御部11が異なる電源電圧の直流電源1に対応して巻線比を切換えることにより、高効率な電源装置10を実現することができる。   Further, for example, in the power supply device 10 to which the DC power source 1 as shown in FIG. 8 or FIG. 9 is connected, the primary winding of the insulating transformer 21 or the single-winding transformer 22 is constituted by a plurality of windings, and the winding A switching element for switching the line ratio may be added. Also in this case, the control unit 11 can realize the highly efficient power supply device 10 by switching the winding ratio corresponding to the DC power supply 1 having different power supply voltages.

なお、図20では、交流電源1aに対応するために、コイルL1およびコンデンサC1に電流を流す双方向対応のスイッチング素子としてスイッチング素子SW11,SW12を使用する構成を示したが、当双方向対応のスイッチング素子を使用せずに、電源用の整流回路(例えば、図11に示す整流ダイオードD7〜D10)と単一方向のスイッチング素子(例えば、図11に示すスイッチング素子SW1)を備える構成にしても構わない。   FIG. 20 shows a configuration in which the switching elements SW11 and SW12 are used as bidirectional switching elements that allow current to flow through the coil L1 and the capacitor C1 in order to correspond to the AC power supply 1a. Instead of using a switching element, a power supply rectifier circuit (for example, rectifier diodes D7 to D10 shown in FIG. 11) and a unidirectional switching element (for example, switching element SW1 shown in FIG. 11) are provided. I do not care.

以上より、実施の形態5によれば、トランス(例えば、絶縁式トランス21、単巻式トランス22)は、1次巻線が複数の巻線から構成されるものであって、電源装置10は、当該複数の1次巻線を選択的にコンデンサC1に接続する切換え用スイッチング素子(SW21,SW22およびSW31,SW32によって構成される双方向スイッチング素子)を備えるように構成した。このため、電源電圧および出力電圧に対応して、絶縁式トランス21または単巻式トランス22の巻線比を切換えることができ、広範囲の電源電圧から、広範囲の出力電圧を高効率で出力できる電源装置10を実現できる。   As described above, according to the fifth embodiment, the transformer (for example, the insulating transformer 21 and the single-winding transformer 22) is configured such that the primary winding includes a plurality of windings. The switching elements (bidirectional switching elements constituted by SW21, SW22 and SW31, SW32) for selectively connecting the plurality of primary windings to the capacitor C1 are provided. For this reason, the winding ratio of the insulating transformer 21 or the single-winding transformer 22 can be switched in accordance with the power supply voltage and the output voltage, and a power supply capable of outputting a wide range of output voltage with high efficiency from a wide range of power supply voltage. The device 10 can be realized.

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。   In the present invention, within the scope of the invention, any combination of the embodiments, or any modification of any component in each embodiment, or omission of any component in each embodiment is possible. .

1 直流電源、1a 交流電源、2 負荷、2a,2b LED、2c バッテリ、10 電源装置、10a LED点灯装置、10b バッテリ充電装置、11 制御部、21 絶縁式トランス、22 単巻式トランス、31 パルストランス、32 フォトカプラ、33 ゲート駆動部、34 絶縁電源、35 トランス、C1 コンデンサ、C2,C3 平滑用コンデンサ、D1〜D11 整流ダイオード、L1 コイル、L2 電流制限用コイル、R1 シャント抵抗、SW1,SW2,SW3 スイッチング素子、SW11,SW12,SW21,SW22,SW31,SW32 双方向スイッチング素子を構成するスイッチング素子。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 DC power supply, 1a AC power supply, 2 load, 2a, 2b LED, 2c battery, 10 power supply device, 10a LED lighting device, 10b battery charging device, 11 control part, 21 insulation type transformer, 22 single winding type transformer, 31 pulses Transformer, 32 Photocoupler, 33 Gate drive, 34 Insulated power supply, 35 Transformer, C1 capacitor, C2, C3 Smoothing capacitor, D1 to D11 Rectifier diode, L1 coil, L2 Current limiting coil, R1 Shunt resistor, SW1, SW2 , SW3 switching element, SW11, SW12, SW21, SW22, SW31, SW32 Switching element constituting a bidirectional switching element.

Claims (10)

コイルと当コイルに電流を流すスイッチング素子とを使用するスイッチング式の電源装置であって、
前記スイッチング素子と、
一方の端子を電源側に接続し、他方の端子を前記スイッチング素子に接続する前記コイルと、
出力電流を生成する複数の整流ダイオードと、
前記コイルと前記スイッチング素子の接続点に一方の端子を接続し、他方の端子を前記整流ダイオード側に接続するコンデンサと、
前記スイッチング素子を操作する制御部とを備え、
前記整流ダイオードは、
前記スイッチング素子がオンするときとオフするときの双方で、前記コンデンサから出力電流を流すものであって、
前記コイルの端子に発生する電源電圧より高い電圧を前記コンデンサで分圧し、前記コンデンサに流通する電流を前記整流ダイオードによって整流して出力することを特徴とする電源装置。
A switching type power supply device using a coil and a switching element for passing a current through the coil,
The switching element;
The coil connecting one terminal to the power supply side and connecting the other terminal to the switching element;
A plurality of rectifier diodes for generating an output current;
A capacitor connecting one terminal to a connection point of the coil and the switching element, and connecting the other terminal to the rectifier diode side;
A control unit for operating the switching element,
The rectifier diode is
An output current flows from the capacitor both when the switching element is turned on and when the switching element is turned off.
Power supply, characterized in that said higher voltage than the power supply voltage generated at the terminals of the coil divided by the capacitor, and outputs a current you flow to the condenser was rectified by the rectifier diode.
前記コンデンサの出力側端子に1次巻線を接続し、前記整流ダイオードに2次巻線を接続するトランスを備え、
前記コイルの端子に発生する電圧を前記コンデンサで分圧して前記トランスの1次巻線に印加し、前記トランスを介して前記コンデンサに流通する電流を前記整流ダイオードによって整流して出力することを特徴とする請求項1記載の電源装置。
A transformer that connects a primary winding to the output side terminal of the capacitor and a secondary winding to the rectifier diode;
The voltage generated at the terminals of the coil divided by the capacitor is applied to the primary winding of the transformer, the you flow in the capacitor current through the transformer to output the rectified by the rectifier diode The power supply device according to claim 1.
前記トランスは、前記1次巻線と前記2次巻線が独立している絶縁トランスであることを特徴とする請求項2記載の電源装置。   3. The power supply device according to claim 2, wherein the transformer is an insulating transformer in which the primary winding and the secondary winding are independent. 前記トランスは、前記1次巻線と前記2次巻線の一部が共用されている単巻トランスであることを特徴とする請求項2記載の電源装置。   3. The power supply device according to claim 2, wherein the transformer is a single-winding transformer in which a part of the primary winding and the secondary winding are shared. 前記電源と前記コイルの間に挿入され、前記電源からの電流を整流して前記コイルへ出力する整流回路を備えることを特徴とする請求項1から請求項4のうちのいずれか1項記載の電源装置。   5. The rectifier circuit according to claim 1, further comprising a rectifier circuit that is inserted between the power source and the coil and rectifies a current from the power source and outputs the rectified current to the coil. Power supply. 前記スイッチング素子は、双方向スイッチング素子、あるいは双方向対応のスイッチング素子であることを特徴とする請求項1から請求項5のうちのいずれか1項記載の電源装置。   The power supply apparatus according to claim 1, wherein the switching element is a bidirectional switching element or a bidirectional switching element. 前記トランスは、前記1次巻線が複数の巻線から構成されるものであって、
前記複数の1次巻線を選択的に前記コンデンサに接続する複数のスイッチング素子を備えることを特徴とする請求項2から請求項4のうちのいずれか1項記載の電源装置。
In the transformer, the primary winding is composed of a plurality of windings,
The power supply device according to any one of claims 2 to 4, further comprising a plurality of switching elements that selectively connect the plurality of primary windings to the capacitor.
請求項1から請求項7のうちのいずれか1項記載の電源装置を使用してLED(発光ダイオード)を点灯するLED点灯装置。   The LED lighting device which lights LED (light emitting diode) using the power supply device in any one of Claims 1-7. 前記電源装置の出力電流を生成する複数の整流ダイオードは、前記LEDが兼用することを特徴とする請求項8記載のLED点灯装置。   The LED lighting device according to claim 8, wherein the LED is also used as a plurality of rectifier diodes that generate an output current of the power supply device. 請求項1から請求項7のうちのいずれか1項記載の電源装置を使用してバッテリを充電するバッテリ充電装置。   A battery charging device for charging a battery using the power supply device according to claim 1.
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US4184197A (en) * 1977-09-28 1980-01-15 California Institute Of Technology DC-to-DC switching converter
FR2634957B1 (en) * 1988-07-29 1993-03-26 Thomson Csf CONTINUOUS / CONTINUOUS VOLTAGE CONVERTER TYPE CUK, AND DIRECT CONVERSION POWER SUPPLY MADE FROM SUCH A CONVERTER
JP3143847B2 (en) * 1994-11-02 2001-03-07 日本光電工業株式会社 DC-DC converter
GB2335317A (en) * 1998-03-11 1999-09-15 Simon Richard Greenwood Bi-directional voltage converter
JP2007005743A (en) * 2005-06-24 2007-01-11 Core Technology:Kk Led lighting power supply device
JP4719567B2 (en) * 2005-12-21 2011-07-06 日立オートモティブシステムズ株式会社 Bidirectional DC-DC converter and control method thereof
JP4769694B2 (en) * 2006-11-20 2011-09-07 富士通テン株式会社 Voltage output circuit, integrated circuit, and electronic equipment
JP2009050067A (en) * 2007-08-17 2009-03-05 Stanley Electric Co Ltd Power supply device
JP5501857B2 (en) * 2010-05-18 2014-05-28 コーセル株式会社 Switching power supply

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