JP2000224852A

JP2000224852A - スイッチング電源装置

Info

Publication number: JP2000224852A
Application number: JP11024571A
Authority: JP
Inventors: Akira Matsumoto; 晃松本
Original assignee: Japan Radio Co Ltd; Nagano Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd; Nagano Japan Radio Co Ltd
Priority date: 1999-02-02
Filing date: 1999-02-02
Publication date: 2000-08-11
Anticipated expiration: 2019-02-02
Also published as: JP3294211B2

Abstract

(57)【要約】【課題】小形低価格化および高効率化を図り、しか
も、確実な安定化動作および十分な力率改善効果を保証
し得るスイッチング電源装置を提供する。【解決手段】入力電圧をスイッチングすることにより
出力電圧を生成するためのスイッチング部１４ａと、出
力電圧を検出すると共にその検出電圧に応じてスイッチ
ング部１４ａのスイッチングを制御するフィードバック
制御部２９ａとを備えているスイッチング電源装置１に
おいて、フィードバック制御部２９ａは、スイッチング
部１４ａに対する制御応答速度を出力電圧の電圧値に応
じて可変可能に構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、交流から直流、ま
たは直流から直流に電力変換するスイッチング電源装置
に関し、詳しくは、高効率かつ高力率で電力変換可能な
スイッチング電源装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種のスイッチング電源装置として、
図４に示す、いわゆる２コンバータ方式で力率改善対応
型のスイッチング電源装置４１（以下、「電源装置４
１」という）が従来から知られている。この電源装置４
１は、例えば、フォワード型ＤＣ／ＤＣコンバータであ
って、トランス１１を備えている。また、電源装置４１
は、トランス１１の一次巻線１１ａ側の一次回路に、入
力フィルタおよび例えばダイオードブリッジなどの整流
回路を有する入力回路１２と、力率改善用のアクティブ
フィルタ回路で構成され出力側に平滑コンデンサを有す
る昇圧コンバータ１３と、例えばＦＥＴなどのスイッチ
ング素子を用いたＤＣ／ＤＣコンバータで構成された一
次スイッチング回路１４ａと、スイッチング制御回路１
５，１６と、一次回路および二次回路を互いに絶縁する
と共にフィードバック信号を二次回路側から一次回路側
に伝達する絶縁回路１７とを備え、トランス１１の二次
巻線１１ｂ側の二次回路に、二次整流平滑回路２１と、
出力電圧検出回路２７とを備えている。

【０００３】この電源装置４１では、図外の電源スイッ
チが投入されると、入力回路１２が、交流電源２から入
力した入力交流ＶINを全波整流することにより生成した
脈流ＶR を昇圧コンバータ１３に出力すると共に、入力
フィルタによって交流電源２側へのスイッチングノイズ
の漏洩を防止する。次いで、昇圧コンバータ１３が、脈
流ＶR を昇圧させて所定電圧に安定化した昇圧直流電圧
ＶUDC を生成する。この際に、スイッチング制御回路１
５が、昇圧コンバータ１３に出力するスイッチング信号
ＳS1の周波数またはデューティー比を制御することによ
り、昇圧直流電圧ＶUDC が所定電圧に安定化され、かつ
交流電源２から流れ込む入力電流ＩINの電流波形が正弦
波に近似するように、昇圧コンバータ１３のスイッチン
グを制御する。また、スイッチング制御回路１５は、昇
圧直流電圧ＶUDC の電圧変化に応じて昇圧コンバータ１
３のスイッチングを制御する際の制御応答速度がある程
度遅い速度（例えば数百ｍＳ、制御応答周波数としては
例えば数Ｈｚ）に規定されている。このため、昇圧コン
バータ１３が昇圧直流電圧ＶUDC に重畳されているリッ
プル電圧に追従することなくスイッチング制御される結
果、十分な力率改善効果を得ることができる。なお、ス
イッチング制御回路１５の制御応答速度が数百μＳと速
い場合には、リップル電圧の瞬時値に即応してスイッチ
ング制御が行われるため、入力電流ＩINの電流波形に多
くの高調波成分が含まれることになる結果、十分な力率
改善効果を得ることができなくなる。

【０００４】次いで、一次スイッチング回路１４ａが、
スイッチング制御回路１６から出力されるスイッチング
信号ＳS2に従い、トランス１１の一次巻線１１ａを介し
て昇圧直流電圧ＶUDC をスイッチングする。これによ
り、トランス１１の二次巻線１１ｂに電圧が誘起する。
この際に、二次整流平滑回路２１が、誘起電圧を整流平
滑することにより、出力電圧ＶO を生成して装置外部の
負荷回路に出力する。

【０００５】また、出力電圧検出回路２７が、出力電圧
ＶO を検出し、その出力電圧ＶO の電圧値に基づいてフ
ィードバック信号ＳFSを絶縁回路１７に出力する。次い
で、絶縁回路１７が、フィードバック信号ＳFSに基づい
て生成したフィードバック信号ＳFPをスイッチング制御
回路１６に出力する。この際に、スイッチング制御回路
１６は、フィードバック信号ＳFPに基づいてスイッチン
グ信号ＳS2の周波数またはデューティー比を制御するこ
とにより、出力電圧ＶO を定格電圧に安定化する。この
場合、スイッチング制御回路１６は、電源投入時や負荷
急変時のような過渡的状態であっても出力電圧ＶO の電
圧変化に追従して定格電圧に安定化できるように、出力
電圧ＶO の電圧変化に応じて一次スイッチング回路１４
ａのスイッチングを制御する際の制御応答速度がある程
度速い速度（例えば数百μＳ、制御応答周波数としては
例えば数ＫＨｚ）に規定されている。このため、重畳さ
れるリップル成分が圧縮されつつ出力電圧ＶO が定格電
圧に安定化される。このように、この電源装置４１によ
れば、昇圧コンバータ１３および一次スイッチング回路
１４ａの両スイッチング動作を制御することにより、力
率を改善でき、かつ過渡的状態時においても出力電圧Ｖ
O の安定化を図ることができる。

【０００６】ところが、この電源装置４１では、昇圧コ
ンバータ１３および一次スイッチング回路１４ａをスイ
ッチング制御回路１５およびスイッチング制御回路１６
がそれぞれ制御しているため、複雑な回路構成となるば
かりでなく、部品点数の増加に起因して、製造コストの
上昇や装置の大型化を招いているという問題点がある。
また、昇圧コンバータ１３および一次スイッチング回路
１４ａが独立してスイッチングを行っているため、その
スイッチング周波数によって相互干渉を引き起こすおそ
れがあるという問題点もある。さらに、昇圧コンバータ
１３および一次スイッチング回路１４ａの両者を例えば
９０％という高変換効率で作動させることができたとし
ても、両者全体としての変換効率が８１％に低下してし
まうため、装置の変換効率の低下を招いているという問
題点もある。このため、図５，６にそれぞれ示す電源装
置５１，６１が従来から採用されている。なお、本明細
書では、同一の構成要素については同一の符号を付して
重複した説明を省略するものとする。

【０００７】電源装置５１は、図５に示すように、電源
装置４１における一次スイッチング回路１４ａに代え
て、例えば電流共振回路方式によってスイッチングを行
う降圧コンバータである一次スイッチング回路１４ｂが
配設されている。この電源装置５１では、一次スイッチ
ング回路１４ｂが、昇圧コンバータ１３によって生成さ
れた昇圧直流電圧ＶUDC をＦＥＴなどでスイッチングす
ることにより、昇圧直流電圧ＶUDC に対して所定の比率
で比例する出力電圧ＶO を生成する。この場合、電流共
振回路方式は、デューティ比を変化させるＰＷＭコント
ロールが原理上困難であるため、スイッチング制御回路
１５が、出力電圧検出回路２７および絶縁回路１７を介
して入力したフィードバック信号ＳFPに基づいてスイッ
チング信号ＳS1の周波数またはデューティー比を制御す
ることにより、昇圧コンバータ１３によって生成される
昇圧直流電圧ＶUDC の電圧値を制御し、これにより、出
力電圧ＶO の安定化が図られている。

【０００８】このように、この電源装置５１によれば、
一次スイッチング回路１４ｂが電流共振回路方式でスイ
ッチングを行うことにより、スイッチングノイズが小さ
くなるため、入力回路１２における内蔵の入力フィルタ
を簡易に構成できるという利点がある。また、スイッチ
ング制御回路１５が昇圧コンバータ１３に対してスイッ
チング制御するだけでよいため、簡易に構成することが
できる結果、装置の製造コストを低減できると共に装置
の小形化を図ることができる。加えて、電流共振回路方
式は一般的に高効率のため、装置全体としての変換効率
を電源装置４１と比較して向上することもできる。

【０００９】一方、図６に示す電源装置６１は、１コン
バータ方式で構成されており、電源装置４１における昇
圧コンバータ１３およびスイッチング制御回路１５を採
用することなく構成されている。また、電源装置６１で
は、力率改善を図るために、入力回路１２が、その出力
側に平滑用コンデンサが配設されたコンデンサインプッ
ト方式とは異なり、平滑用コンデンサを用いないで構成
されている。したがって、一次スイッチング回路１４ｂ
は、脈流ＶR を直接スイッチングすることにより、トラ
ンス１１の二次巻線１１ｂに電圧を誘起させる。

【００１０】この電源装置６１によれば、１コンバータ
方式のため、スイッチング周波数による相互干渉を防止
することができ、また、簡易に構成できるため、装置の
製造コストの低減、装置の小形化、および装置全体とし
ての変換効率を向上させることができる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この従来の
電源装置５１，６１には、以下の問題点がある。すなわ
ち、電源装置５１では、スイッチング制御回路１５によ
って昇圧コンバータ１３が制御されることによって、出
力電圧ＶO の安定化が図られている。このため、図７
（ａ）に示すように、入力交流ＶINの電圧が急上昇した
ときには、同図（ｂ）に示すように、入力交流ＶINの実
効電圧ＶINrms も急上昇する。また、同図（ｃ）に示す
ように、負荷に接続不良などが発生したときには、負荷
電流ＩO が急激に低下する。これらの場合、この電源装
置５１では、出力電圧ＶO の電圧変化に対するスイッチ
ング制御回路１５のスイッチング制御が、力率改善効果
を得るために数百ｍＳの制御応答速度に規定されてい
る。したがって、電源装置５１では、出力電圧ＶO の電
圧変化に瞬時に追従して安定化することができないた
め、同図（ｄ）に示すように、装置の定格電圧Ｖａに対
して許容範囲の上限値である上限電圧ＶU を大幅に超え
るオーバーシュート波形や、定格電圧Ｖａに対して許容
範囲の下限値である下限電圧ＶL を大幅に低下するアン
ダーシュート波形が出力電圧ＶO に出現する。この結
果、負荷回路に損害を与えることがあるという問題点が
ある。

【００１２】一方、従来の電源装置６１では、脈流ＶR
のピーク電圧近傍など、瞬時値が大きい電圧範囲のとき
には、出力電圧ＶO を十分に安定化することができるも
のの、入力回路１２に平滑用コンデンサが配設されてい
ないため、入力交流ＶINの電圧低下時（つまり、脈流Ｖ
R の谷間付近の時）には、エネルギーが不十分となる。
この結果、電源装置６１には、出力電圧ＶO を十分に安
定化するのが困難であるという問題点がある。この場
合、入力交流ＶINの瞬時値が大きいときにコンデンサな
どにエネルギーを蓄積させ、脈流ＶR の谷間付近のとき
に、そのコンデンサからエネルギーを放出させるという
エネルギー回生方式を採用することは可能ではある。し
かし、かかる場合には、装置の構成が複雑になるという
問題が生じる。

【００１３】また、仮に、エネルギー回生方式によって
出力電圧ＶO を安定化できた場合であっても、下記の問
題点が生じる。すなわち、一次スイッチング回路１４ａ
の制御応答速度が数百μＳと速いため、図７（ｅ）に示
すように、出力電圧ＶO にリップル電圧が重畳されてい
るときには、そのリップル電圧に素速く追従する。この
ため、入力電流ＩINの電流波形が、同図（ｆ）に示すよ
うに大きく歪んでしまう結果、力率が０．８５程度に悪
化する。この場合、一次スイッチング回路１４ａのスイ
ッチング制御の制御応答速度を数十ｍＳとやや速い速度
に規定することも考えられる。しかし、かかる場合であ
っても、同図（ｇ）に示すように歪んでしまう結果、力
率が０．９程度に悪化する。このため、従来の電源装置
６１には、十分な力率改善効果を期待することができな
いという問題点がある。

【００１４】本発明は、かかる問題点を解決すべくなさ
れたものであり、小形低価格化および高効率化を図り、
しかも、確実な安定化動作および十分な力率改善効果を
保証し得るスイッチング電源装置を提供することを目的
とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく請
求項１記載のスイッチング電源装置は、入力電圧をスイ
ッチングすることにより出力電圧を生成するためのスイ
ッチング部と、出力電圧を検出すると共にその検出電圧
に応じてスイッチング部のスイッチングを制御するフィ
ードバック制御部とを備えているスイッチング電源装置
において、フィードバック制御部は、スイッチング部に
対する制御応答速度を出力電圧の電圧値に応じて可変可
能に構成されていることを特徴とする。

【００１６】請求項２記載のスイッチング電源装置は、
請求項１記載のスイッチング電源装置において、フィー
ドバック制御部は、出力電圧の電圧値に応じた検出速度
で出力電圧を検出する検出部と、検出部によって検出さ
れた検出電圧に基づいてスイッチング部のスイッチング
を制御するスイッチング制御回路とを備えて構成されて
いることを特徴とする。

【００１７】請求項３記載のスイッチング電源装置は、
請求項２記載のスイッチング電源装置において、検出部
は、少なくとも上限電圧および下限電圧を検出し、スイ
ッチング制御回路は、スイッチング部のスイッチングを
制御することにより、検出された上限電圧から下限電圧
までの電圧範囲内に出力電圧を制限することを特徴とす
る。

【００１８】請求項４記載のスイッチング電源装置は、
請求項３記載のスイッチング電源装置において、フィー
ドバック制御部は、出力電圧が上限電圧から下限電圧ま
での電圧範囲を外れようとする際に、スイッチング部の
スイッチングを最速の制御応答速度で制御することを特
徴とする。

【００１９】請求項５記載のスイッチング電源装置は、
請求項２から４のいずれかに記載のスイッチング電源装
置において、フィードバック制御部は、出力電圧が装置
の定格電圧に対して所定電圧範囲内のときにはスイッチ
ング部のスイッチングを最も遅い制御応答速度で制御す
ることを特徴とする。

【００２０】請求項６記載のスイッチング電源装置は、
請求項１から５のいずれかに記載のスイッチング電源装
置において、フィードバック制御部は、定格電圧に対す
る出力電圧の電圧差が大きいときほど速い制御応答速度
でスイッチング部のスイッチングを制御することを特徴
とする。

【００２１】請求項７記載のスイッチング電源装置は、
請求項３から６のいずれかに記載のスイッチング電源装
置において、検出部は、上限電圧を検出する上限電圧検
出回路と、下限電圧を検出する下限電圧検出回路とを備
えていることを特徴とする。

【００２２】請求項８記載のスイッチング電源装置は、
請求項７記載のスイッチング電源装置において、検出部
は、出力電圧を定格電圧に対して所定電圧範囲内に安定
化するために所定電圧範囲の上限電圧および下限電圧を
検出する出力電圧検出回路をさらに備え、スイッチング
制御回路は、上限電圧検出回路、下限電圧検出回路およ
び出力電圧検出回路によってそれぞれ検出された各検出
電圧に基づいてスイッチング部のスイッチングを制御す
ることを特徴とする。

【００２３】請求項９記載のスイッチング電源装置は、
請求項３から８のいずれかに記載のスイッチング電源装
置において、上限電圧および下限電圧は、装置の定格電
圧に対して相対的に可変可能に規定されていることを特
徴とする。

【００２４】請求項１０記載のスイッチング電源装置
は、請求項１から９のいずれかに記載のスイッチング電
源装置において、スイッチング部は、１コンバータ回路
方式で構成されていることを特徴とする。

【００２５】請求項１１記載のスイッチング電源装置
は、請求項１から９のいずれかに記載のスイッチング電
源装置において、スイッチング部は、力率改善用昇圧コ
ンバータと、力率改善用昇圧コンバータの出力電圧を所
定電圧に降圧する降圧コンバータとを備えた２コンバー
タ回路方式で構成されていることを特徴とする。

【００２６】請求項１２記載のスイッチング電源装置
は、請求項１から１１のいずれかに記載のスイッチング
電源装置において、制御応答速度は、可変可能に規定さ
れていることを特徴とする。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明に係るスイッチング電源装置（以下、「電源装置」と
いう）の好適な実施の形態について説明する。なお、従
来の電源装置４１，５１，６１と同一の構成について
は、同一の符号を付して重複した説明を省略する。

【００２８】図１に示すように、電源装置１は、例え
ば、フォワード型ＤＣ／ＤＣコンバータで構成されてお
り、トランス１１の一次巻線１１ａ側の一次回路に、入
力回路１２、一次スイッチング回路１４ａ、スイッチン
グ制御回路１６および絶縁回路１７を備え、トランス１
１の二次巻線１１ｂ側の二次回路に、二次整流平滑回路
２１、電圧検出用の抵抗２２〜２５、上限電圧検出回路
２６、出力電圧検出回路２７および下限電圧検出回路２
８を備えている。なお、各電圧検出回路２６〜２８によ
って本発明における検出部が構成され、スイッチング制
御回路１６、絶縁回路１７、抵抗２２〜２５および各電
圧検出回路２６〜２８によってフィードバック制御部２
９ａが形成される。

【００２９】上記の構成において、抵抗２２〜２５は、
出力電圧ＶO を分圧するためのものであって、各抵抗値
は、抵抗２３，２４の接続点における分圧電圧Ｖ1 に対
する抵抗２２，２３の接続点における分圧電圧Ｖ2 が所
定の比率（例えば１．１倍）で、かつ分圧電圧Ｖ1 に対
する抵抗２４，２５の接続点における分圧電圧Ｖ3 が所
定の比率（例えば０．９倍）となるように予め規定され
ている。

【００３０】一方、各電圧検出回路２６〜２８は、例え
ば、演算増幅回路でそれぞれ構成されており、各演算増
幅回路は、演算増幅器の一方の入力部に分圧電圧が入力
されると共に、所定の時定数回路で形成される帰還系が
出力部と他方の入力部との間に接続されて構成されてい
る。この場合、各電圧検出回路の帰還系における時定数
は、コンデンサなどの容量性素子、および抵抗を用いる
ことにより固定時間に規定することができる。また、帰
還系としての容量素子に例えばバリキャップダイオード
などを用いることによって、その時定数を外部から容易
に可変することもできる。以下、時定数を固定にした例
について説明する。

【００３１】出力電圧検出回路２７の帰還系における時
定数、つまり出力電圧検出回路２７の検出応答速度は、
例えば２００ｍＳ（検出応答周波数としては５Ｈｚ）に
規定されている。したがって、出力電圧検出回路２７
は、商用交流を全波整流した脈流ＶR に重畳されるリッ
プル電圧に対しては応答せず、出力電圧ＶO の緩やかな
変動に対してのみ応答し、その際には、分圧電圧Ｖ1 を
増幅することによって生成したフィードバック信号ＳFS
1 を出力する。また、上限電圧検出回路２６の帰還系に
おける時定数、つまり上限電圧検出回路２６の検出応答
速度は、例えば１ｍＳ（検出応答周波数としては１ＫＨ
ｚ）に規定されている。したがって、上限電圧検出回路
２６は、出力電圧ＶO に重畳されるリップル電圧や、急
激な出力電圧ＶO の変動に対して即応し、その際には、
分圧電圧Ｖ2 を増幅することによって生成したフィード
バック信号ＳFS2 を出力する。さらに、下限電圧検出回
路２８の帰還系における時定数、つまり下限電圧検出回
路２８の検出応答速度は、例えば１ｍＳ（検出応答周波
数としては１ＫＨｚ）に規定されている。したがって、
この下限電圧検出回路２８でも、リップル電圧や、急激
な出力電圧ＶO の変動に対して即応し、その際には、分
圧電圧Ｖ3 を増幅することによって生成したフィードバ
ック信号ＳFS3 を出力する。なお、上限電圧検出回路２
６および下限電圧検出回路２８の検出応答速度を互いに
異なる速度に規定してもよい。

【００３２】絶縁回路１７は、例えば、フォトカップラ
や信号伝達用のトランスで構成されており、二次回路と
一次回路とを互いに絶縁状態に維持しつつ、フィードバ
ック信号ＳFS1 〜ＳFS3 を新たなフィードバック信号Ｓ
FPに変換してスイッチング制御回路１６に出力する。

【００３３】この電源装置１では、図外の電源スイッチ
が投入されると、入力回路１２が、交流電源２から出力
された図３（ａ）に示す入力交流ＶINを全波整流するこ
とにより、同図（ｂ）に示す脈流ＶR を生成し、その脈
流ＶR を一次スイッチング回路１４ａに出力する。同時
に、入力回路１２は、入力フィルタによって交流電源２
側へのスイッチングノイズの漏洩を防止する。次いで、
一次スイッチング回路１４ａが、スイッチング制御回路
１６から出力されるスイッチング信号ＳS2に従い、トラ
ンス１１の一次巻線１１ａを介して脈流ＶR をスイッチ
ングする。これにより、トランス１１の二次巻線１１ｂ
に電圧が誘起する。この際に、二次整流平滑回路２１
が、誘起電圧を整流平滑することにより、出力電圧ＶO
を生成して装置外部の負荷回路に出力する。

【００３４】一方、出力電圧検出回路２７は、入力した
分圧電圧Ｖ1 に基づいて生成したフィードバック信号Ｓ
FS1 を絶縁回路１７に出力する。次いで、絶縁回路１７
が、フィードバック信号ＳFS1 に基づいて生成したフィ
ードバック信号ＳFPをスイッチング制御回路１６に出力
する。この際に、スイッチング制御回路１６は、フィー
ドバック信号ＳFPに基づいてスイッチング信号ＳS2の周
波数またはデューティー比をリアルタイムで即応制御す
ることにより、出力電圧ＶO を定格電圧に安定化する。
この場合、入力交流ＶINが定格電圧に対して例えば±１
０％程度の範囲内のときには、出力電圧検出回路２７の
検出応答速度が遅い速度に規定されているため、出力電
圧ＶO に重畳しているリップル電圧に即応しない結果、
図３（ｃ）に示すように、入力回路１２に入力される入
力電流ＩINの電流波形はほぼ正弦波に保たれる。したが
って、力率もほぼ値１に維持されるため、非常に良好な
力率改善効果を得ることができる。

【００３５】一方、図３（ｄ）に示すように、入力交流
ＶINの実効電圧ＶINrms が急上昇したときや、同図
（ｅ）に示すように、負荷急変によって負荷電流ＩO が
急激に低下したときには、出力電圧ＶO の電圧も急上昇
しようとする。この際に、同図（ｆ）に示すように、出
力電圧ＶO が上限制御電圧ＶUCに達したときには、上限
電圧検出回路２６が、入力した分圧電圧Ｖ2 に基づいて
生成したフィードバック信号ＳFS2 を絶縁回路１７に瞬
時に出力する。次いで、絶縁回路１７が、フィードバッ
ク信号ＳFS2 に基づいて生成したフィードバック信号Ｓ
FPをスイッチング制御回路１６に出力する。この際に、
スイッチング制御回路１６は、フィードバック信号ＳFP
に基づいてスイッチング信号ＳS2の周波数またはデュー
ティー比をリアルタイムで即応制御して一次スイッチン
グ回路１４ａのスイッチング動作を制御する。この場
合、上限電圧検出回路２６の検出応答速度が速い速度に
規定されているため、出力電圧ＶO は、同図（ｆ）に示
すように、装置の上限電圧ＶU を大幅に超えるオーバー
シュートを生じさせることなく、上限制御電圧ＶUCに制
限される。

【００３６】逆に、入力交流ＶINの電圧が急激に低下し
たときや、負荷急変によって負荷電流ＩO が急増したと
きには、出力電圧ＶO の電圧も急激に低下しようとす
る。この際に、図３（ｆ）に示すように、出力電圧ＶO
が下限制御電圧ＶLCに達したときには、下限電圧検出回
路２８が、入力した分圧電圧Ｖ3 に基づいて生成したフ
ィードバック信号ＳFS3 を絶縁回路１７に瞬時に出力す
る。次いで、絶縁回路１７が、フィードバック信号ＳFS
3 に基づいて生成したフィードバック信号ＳFPをスイッ
チング制御回路１６に出力する。この際にも、スイッチ
ング制御回路１６は、フィードバック信号ＳFPに基づい
てスイッチング信号ＳS2の周波数またはデューティー比
をリアルタイムで即応制御する。この場合にも、下限電
圧検出回路２８の検出応答速度が速い速度に規定されて
いるため、出力電圧ＶO は、同図（ｆ）に示すように、
装置の下限電圧ＶL よりも大幅に低下するアンダーシュ
ートを生じさせることなく、下限制御電圧ＶLCに制限さ
れる。

【００３７】このように、この電源装置１によれば、１
コンバータ回路方式で構成したことにより、装置の小形
化、低価格化および高効率化を図ることができ、しか
も、通常時における出力電圧ＶO に対する制御応答速度
を遅い速度に規定したことにより、入力電流ＩINの電流
波形を正弦波に保つことができる結果、十分な力率改善
効果を得ることができる。また、この電源装置１によれ
ば、出力電圧ＶO が下限制御電圧ＶLCから上限制御電圧
ＶUCまでの電圧範囲を外れようとするする際には、上限
電圧検出回路２６または下限電圧検出回路２８が、フィ
ードバック信号ＳFS2 またはフィードバック信号ＳFS3
を瞬時に出力することにより、出力電圧ＶO を上限制御
電圧ＶUCから下限制御電圧ＶLCまでの電圧範囲内に安定
化することができる。

【００３８】次に、図２を参照して、他の実施の形態に
係る電源装置３１について説明する。なお、基本的な動
作は電源装置１とほぼ同一のため、主として、相違する
構成および動作について説明する。

【００３９】同図に示すように、電源装置３１は、電源
装置１とは異なり、一次スイッチング回路１４ａに代え
て降圧コンバータである一次スイッチング回路１４ｂを
備えると共に、入力回路１２および一次スイッチング回
路１４ｂ間に昇圧コンバータ１３を接続し、かつスイッ
チング制御回路１５がフィードバック信号ＳFPを入力し
て昇圧コンバータ１３のスイッチング動作を制御するよ
うに構成されている。なお、スイッチング制御回路１
５、絶縁回路１７、抵抗２２〜２５および各電圧検出回
路２６〜２８によってフィードバック制御部２９ｂが形
成される。

【００４０】この電源装置３１では、入力交流ＶINの電
圧が急上昇または急激に低下しようとするときには、上
限電圧検出回路２６（または下限電圧検出回路２８）
が、分圧電圧Ｖ2 （またはＶ3 ）に基づいて生成したフ
ィードバック信号ＳFS2 （またはＳFS3 ）を絶縁回路１
７に瞬時に出力する。次いで、絶縁回路１７が、フィー
ドバック信号ＳFPをスイッチング制御回路１５に出力す
る。この際に、スイッチング制御回路１５は、フィード
バック信号ＳFPに基づいてスイッチング信号ＳS1の周波
数またはデューティー比をリアルタイムで即応制御す
る。これにより、昇圧コンバータ１３のスイッチング動
作が制御される結果、出力電圧ＶO が上限制御電圧ＶUC
（または下限制御電圧ＶLC）に制限される。この場合に
も、上限電圧検出回路２６（または下限電圧検出回路２
８）の検出応答速度が速い速度に規定されているため、
出力電圧ＶO は、装置の上限電圧ＶU を大幅に超えての
オーバーシュートや、装置の下限電圧ＶL を大幅に低下
してのアンダーシュートを生じることなく、限制御電圧
ＶUCから下限制御電圧ＶLCまでの電圧範囲内に安定化さ
れる。

【００４１】なお、本発明は、上記した実施の形態に示
した構成に限定されることなく、適宜変更が可能であ
る。例えば、本発明の実施の形態では、出力電圧ＶO が
装置の定格電圧に対して所定電圧幅に予め固定されてい
る電源装置１，３１を例に挙げて説明したが、出力電圧
ＶO に対するリモートコントロールや出力定電流動作な
どを実行可能にすべく出力電圧可変型の電源装置にも適
用が可能である。この場合、定格電圧に対する上限制御
電圧ＶUCおよび下限制御電圧ＶLCの比率を電源装置１と
同一に維持するときには、抵抗２２〜２５の抵抗値を変
更することなく、同一抵抗値で構成することができる。
逆に、定格電圧に対する上限制御電圧ＶUCおよび下限制
御電圧ＶLCの比率を変更するときには、抵抗２２〜２５
の抵抗値を適宜変更すればよい。さらに、本発明の実施
の形態では、上限制御電圧ＶUCおよび下限制御電圧ＶLC
が定格電圧に対して所定の比率の電圧値となるように構
成したが、定格電圧に対して所定の電圧値を加減算し
て、上限制御電圧ＶUCおよび下限制御電圧ＶLCをそれぞ
れ規定することもできる。また、電圧検出回路を４つ以
上配設し、各電圧検出回路毎に検出応答速度を規定する
こともできる。

【００４２】また、本発明における制御応答速度は、本
発明の実施の形態に示した速度に限定されず、適宜変更
が可能である。さらに、制御応答速度は、電源装置１，
３１において２段階で制御する例を説明したが、これに
限らず、多段階、または出力電圧ＶO の電圧値に応じて
線形的かつ無段階で可変させることもできる。この場
合、装置の定格電圧に対する出力電圧ＶO の電圧差が大
きいときほど速い制御応答速度で一次スイッチング回路
１４ａ（または昇圧コンバータ１３）のスイッチングを
制御することが好ましい。かかる構成の場合、電圧差が
最大のときの最速の制御応答速度として、出力電圧ＶO
の急峻な変化やリップル電圧の周波数に十分に追従し得
る速度に規定し、ほぼ定格電圧に安定化されているとき
の最も遅い制御応答速度として、リップル電圧の周波数
に追従しない速度に規定すればよい。

【００４３】また、本発明の実施の形態では、各回路内
の具体的な構成については詳細説明を省略したが、当業
者が通常設計し得る各種の回路構成を採用することがで
きるのは勿論である。さらに、上記実施例ではフォワー
ド型のスイッチング電源装置の構成を説明したが、これ
に限らず、フライバック形スイッチング電源装置にも適
用可能であり、昇圧コンバータ１３や一次スイッチング
回路１４ａ，１４ｂ内のスイッチング素子としてＦＥＴ
やトランジスタなどの各種スイッチング素子を採用する
こともできる。

【００４４】

【発明の効果】以上のように、請求項１記載のスイッチ
ング電源装置によれば、スイッチング部に対する制御応
答速度を出力電圧の電圧値に応じて可変可能にフィード
バック制御部を構成したことにより、小形低価格化およ
び高効率化を達成しつつ、安定化動作の確実化を図るこ
とができると共に十分な力率改善効果を得ることができ
る。

【００４５】また、請求項２記載のスイッチング電源装
置によれば、出力電圧の電圧値に応じた検出速度で出力
電圧を検出する検出部と、検出部によって検出された検
出電圧に基づいてスイッチング部のスイッチングを制御
するスイッチング制御回路とを備えてフィードバック制
御部を構成したことにより、検出部によって検出される
検出電圧の検出速度を規定することでフィードバック制
御部の制御応答速度を確実かつ容易に規定することがで
きる。

【００４６】さらに、請求項３記載のスイッチング電源
装置によれば、スイッチング制御回路が、検出部によっ
て検出された上限電圧から下限電圧までの電圧範囲内に
出力電圧を制限することにより、装置の出力電圧を確実
に上限電圧から下限電圧までの電圧範囲内に安定化する
ことができる。

【００４７】また、請求項４記載のスイッチング電源装
置によれば、出力電圧が上限電圧から下限電圧までの電
圧範囲を外れようとする際に、フィードバック制御部が
スイッチング部のスイッチングを最速の制御応答速度で
制御することにより、出力電圧の急峻な変化やリップル
電圧の周波数に十分に追従して、その出力電圧を確実に
所定電圧に安定化することができる。

【００４８】また、請求項５記載のスイッチング電源装
置によれば、出力電圧が装置の定格電圧に対して所定電
圧範囲内のときにはフィードバック制御部がスイッチン
グ部のスイッチングを最も遅い制御応答速度で制御する
ことにより、通常時において十分な力率改善効果を得る
ことができる。

【００４９】また、請求項６記載のスイッチング電源装
置によれば、定格電圧に対する出力電圧の電圧差が大き
いときほど速い制御応答速度でフィードバック制御部が
スイッチング部のスイッチングを制御することにより、
一般的には相反する力率改善効果および確実な安定化動
作の双方の利点を有するスイッチング電源装置を提供す
ることができる。

【００５０】さらに、請求項７記載のスイッチング電源
装置によれば、上限電圧を検出する上限電圧検出回路
と、下限電圧を検出する下限電圧検出回路とを備えて検
出部を構成したことにより、必要最小限の構成でスイッ
チング電源装置を簡易かつ安価に構成することができ
る。

【００５１】また、請求項８記載のスイッチング電源装
置によれば、スイッチング制御回路が、上限電圧検出回
路、下限電圧検出回路および出力電圧検出回路によって
それぞれ検出された各検出電圧に基づいてスイッチング
部のスイッチングを制御することにより、簡易な構成で
ありながら、安定化動作の確実化を図ることができると
共に十分な力率改善効果を得ることができる。

【００５２】また、請求項９記載のスイッチング電源装
置によれば、上限電圧および下限電圧を装置の定格電圧
に対して相対的に可変可能に規定することにより、定格
電圧を任意に変更することができると共に、その際にも
確実な安定化動作を保証することができる。

【００５３】また、請求項１０記載のスイッチング電源
装置によれば、スイッチング部を１コンバータ回路方式
で構成したことにより、より確実に装置の変換効率を向
上させることができる。

【００５４】さらに、請求項１１記載のスイッチング電
源装置によれば、スイッチング部を２コンバータ回路方
式で構成したことにより、入力電圧の低下時であっても
出力電圧を確実に定格電圧に安定化することができる。

【００５５】また、請求項１２記載のスイッチング電源
装置によれば、制御応答速度を可変可能に規定したこと
により、スイッチング電源装置における力率改善や確実
な安定化動作などの目的に合致するように構成すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る電源装置１のブロッ
ク図である。

【図２】本発明の他の実施の形態に係る電源装置３１の
ブロック図である。

【図３】本発明の実施の形態に係る電源装置１の動作を
説明するための信号波形図であって、（ａ）は入力交流
ＶINの電圧波形図、（ｂ）は脈流ＶR の電圧波形図、
（ｃ）は入力電流ＩINの電流波形図、（ｄ）は入力交流
ＶINの実効電圧ＶINrms の電圧波形図、（ｅ）は負荷電
流ＩO の電流波形図、（ｆ）は出力電圧ＶO の電圧波形
図である。

【図４】従来の電源装置４１のブロック図である。

【図５】従来の電源装置５１のブロック図である。

【図６】従来の電源装置６１のブロック図である。

【図７】従来の電源装置５１，６１の動作を説明するた
めの信号波形図であって、（ａ）は入力交流ＶINの電圧
波形図、（ｂ）は入力交流ＶINの実効電圧ＶINrms の電
圧波形図、（ｃ）は負荷電流ＩO の電流波形図、（ｄ）
は出力電圧ＶO の電圧波形図、（ｅ）は出力電圧ＶO の
電圧波形図、（ｆ）は入力電流ＩINの電流波形図、
（ｇ）は入力電流ＩINの他の電流波形図である。

【符号の説明】

１電源装置１３昇圧コンバータ１４ａ一次スイッチング回路１４ｂ一次スイッチング回路１５スイッチング制御回路１６スイッチング制御回路１７絶縁回路２２〜２５抵抗２６上限電圧検出回路２７出力電圧検出回路２８下限電圧検出回路２９ａフィードバック制御部２９ｂフィードバック制御部３１電源装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力電圧をスイッチングすることにより
出力電圧を生成するためのスイッチング部と、前記出力
電圧を検出すると共にその検出電圧に応じて前記スイッ
チング部のスイッチングを制御するフィードバック制御
部とを備えているスイッチング電源装置において、前記フィードバック制御部は、前記スイッチング部に対
する制御応答速度を前記出力電圧の電圧値に応じて可変
可能に構成されていることを特徴とするスイッチング電
源装置。
【請求項２】前記フィードバック制御部は、前記出力
電圧の電圧値に応じた検出速度で当該出力電圧を検出す
る検出部と、前記検出部によって検出された検出電圧に
基づいて前記スイッチング部のスイッチングを制御する
スイッチング制御回路とを備えて構成されていることを
特徴とする請求項１記載のスイッチング電源装置。
【請求項３】前記検出部は、少なくとも上限電圧およ
び下限電圧を検出し、前記スイッチング制御回路は、前
記スイッチング部のスイッチングを制御することによ
り、前記検出された前記上限電圧から前記下限電圧まで
の電圧範囲内に前記出力電圧を制限することを特徴とす
る請求項２記載のスイッチング電源装置。
【請求項４】前記フィードバック制御部は、前記出力
電圧が前記上限電圧から前記下限電圧までの電圧範囲を
外れようとする際に、前記スイッチング部のスイッチン
グを最速の制御応答速度で制御することを特徴とする請
求項３記載のスイッチング電源装置。
【請求項５】前記フィードバック制御部は、前記出力
電圧が装置の定格電圧に対して所定電圧範囲内のときに
は前記スイッチング部のスイッチングを最も遅い制御応
答速度で制御することを特徴とする請求項２から４のい
ずれかに記載のスイッチング電源装置。
【請求項６】前記フィードバック制御部は、前記定格
電圧に対する前記出力電圧の電圧差が大きいときほど速
い制御応答速度で前記スイッチング部のスイッチングを
制御することを特徴とする請求項１から５のいずれかに
記載のスイッチング電源装置。
【請求項７】前記検出部は、前記上限電圧を検出する
上限電圧検出回路と、前記下限電圧を検出する下限電圧
検出回路とを備えていることを特徴とする請求項３から
６のいずれかに記載のスイッチング電源装置。
【請求項８】前記検出部は、前記出力電圧を前記定格
電圧に対して前記所定電圧範囲内に安定化するために当
該所定電圧範囲の上限電圧および下限電圧を検出する出
力電圧検出回路をさらに備え、前記スイッチング制御回
路は、前記上限電圧検出回路、前記下限電圧検出回路お
よび前記出力電圧検出回路によってそれぞれ検出された
各検出電圧に基づいて前記スイッチング部のスイッチン
グを制御することを特徴とする請求項７記載のスイッチ
ング電源装置。
【請求項９】前記上限電圧および前記下限電圧は、装
置の定格電圧に対して相対的に可変可能に規定されてい
ることを特徴とする請求項３から８のいずれかに記載の
スイッチング電源装置。
【請求項１０】前記スイッチング部は、１コンバータ
回路方式で構成されていることを特徴とする請求項１か
ら９のいずれかに記載のスイッチング電源装置。
【請求項１１】前記スイッチング部は、力率改善用昇
圧コンバータと、前記力率改善用昇圧コンバータの出力
電圧を所定電圧に降圧する降圧コンバータとを備えた２
コンバータ回路方式で構成されていることを特徴とする
請求項１から９のいずれかに記載のスイッチング電源装
置。
【請求項１２】前記制御応答速度は、可変可能に規定
されていることを特徴とする請求項１から１１のいずれ
かに記載のスイッチング電源装置。