JP2009095183A - スイッチング電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチング電源装置において、スイッチングによる雑音を低減する。
【解決手段】交流入力端子２１、２２は、コモンモードチョークコイル３０とコンデンサ３５、３６との第１のフィルタ回路を経て、整流回路４０で整流された後、第２のコモンモードチョークコイル３９とコンデンサ３７、３８との第２のフィルタ回路を経て、さらに、チョークコイル５１とコンデンサ５２、５３とによって構成されるπ形フィルタ５０を経て、力率改善回路６０によって直流電圧になる。この直流電圧は、コンバータ７０と、変圧器７１と、整流回路８０とによって、目的の電圧の値の直流電圧となって、出力端子２５、２６間から出力される。
このπ形フィルタ５０において、コンデンサ５２、５３の相互接続点に連なる線路５５を、コモン線路として、以降の回路である力率改善回路６０とコンバータ７０との各コモン線路に接続される。
【選択図】図1

Description

本発明は、商用交流電源を入力とするスイッチング電源装置に関するものであり、特にスイッチング素子のスイッチングによる放射雑音や電源線路への導電性雑音を抑制したスイッチング電源装置に関する。

スイッチング電源においては、スイッチング素子の高速度で大電流のスイッチングにより、放射雑音や電源線への導電性雑音が発生して、他の電子機器や通信機器への障害となるので、なるべく、それら雑音は低いレベルに抑制されることが望ましい。

スイッチング電源装置における雑音抑制についての先行する発明としては、例えば、特開平５−１９１９７６号公報に開示されている発明がある。その発明は、力率改善回路より発生するノーマルモードノイズの低減を図ることを目的とし、その構成は、チョークコイルの二つのコイル部を半数ずつの巻数に２分割し、互いに逆極性となるように同一のコアに巻回して整流回路の出力ライン両端にそれぞれ挿入接続する。整流回路の電圧供給側ラインと接地端子との間及び、整流回路のマイナス側ラインと接地端子との間のコモンモードノイズとは互いに逆位相となって現われ、整流回路の電圧供給側ラインとマイナス側ラインとの間に生じるノーマルモードノイズは打消し合うとしている。

また、特開平６−３１１７４９号公報に開示される発明は、整流平滑回路とその交流入力端子との間に接続されたノイズフィルタとを備えたものにおいて、特性が互いにほぼ等しい一対のコモンモ−ドチョ−クコイルの従属接続体をノイズフィルタとして備えている。

また、特開２００１−１９６９４９号公報に開示される発明は、スイッチング電源の入力端子側に接続された第１のコモンモードフィルタと、スイッチング電源の出力端子と受信部の入力端子との間に接続された第２のコモンモードフィルタと、第１のコモンモードフィルタの入力端子と受信部の入力端子とを高周波数的に接続する高周波接続部とを備えて、第１、第２のコモンモードフィルタが、受信部の受信周波数帯域と同じ周波数成分の雑音を抑制する減衰特性を夫々に有している。

また、特開２００２−３５４７９８号公報に開示される発明は、スイッチング電源装置において、主制御回路に関連して、スイッチング周波数をメモリに格納された値の第１のスイッチング周波数から第２のスイッチング周波数までの範囲で規定の周期で連続的に変化させるスイッチング周波数可変回路を設けている。
特開平５−１９１９７６号公報 特開平６−３１１７４９号公報 特開２００１−１９６９４９号公報 特開２００２−３５４７９８号公報

以上の先行する発明の構成は、構成部品数が多いもの、あるいは定数選定の条件がクリティカルなものである。本発明は、スイッチング電源装置において、比較的少ない構成部品数の簡素な回路構成で、定数選定の条件が緩やかで、安定して確実に雑音を減少させることを目的とする。

この課題を解決するため、本発明は、以下の第１の手段を提案する。すなわち、
交流電源に接続される一対の交流入力端子と、
該交流入力端子に順次接続された第１のコモンモードチョークコイルと、
整流回路と、第２のコモンモードチョークコイルと、力率改善回路と、コンバータと、変圧器と、第２の整流回路とからなり、第２の整流回路に接続された出力端子から所定の電圧値の直流出力電圧を発生するスイッチング電源装置において、
前記第１のコモンモードチョークコイルの出力側に、直列接続された第１の直列コンデンサ列と、
前記第２のコモンモードチョークコイルの入力側に、直列接続された第２の直列コンデンサ列とを備え、
第１の直列コンデンサ列の相互接続点と第２の直列コンデンサ列の相互接続点とを共にフレームグランド端子に接続するとともに、
前記第２のコモンモードチョークコイルと前記力率改善回路との間に接続された、チョークコイルとコンデンサ二つとからなるπ形フィルタ回路を備えることを特徴とする、スイッチング電源装置を提案する。
なお、π形フィルタ回路は、一つあるいは従属接続して複数とすることができる。効果とコストなどを勘案してその数は選定できる。

また、第２の手段として、
交流電源に接続される一対の交流入力端子と、
該交流入力端子に順次接続された第１のコモンモードチョークコイルと、
整流回路と、第２のコモンモードチョークコイルと、力率改善回路と、コンバータと、変圧器と、第２の整流回路とからなり、第２の整流回路に接続された出力端子から所定の電圧値の直流出力電圧を発生するスイッチング電源装置において、
前記第１のコモンモードチョークコイルの出力側に、直列接続された第１の直列コンデンサ列と、
前記第２のコモンモードチョークコイルの入力側に、直列接続された第２の直列コンデンサ列とを備え、
第１の直列コンデンサ列の相互接続点と第２の直列コンデンサ列の相互接続点とを共にチョークコイルを介してフレームグランド端子に接続するとともに、
前記第２のコモンモードチョークコイルと前記力率改善回路との間に接続された、チョークコイルとコンデンサ二つとからなるπ形フィルタ回路を備えることを特徴とする、スイッチング電源装置を提案する。
なお、π形フィルタ回路は、一つあるいは従属接続して複数とすることができる。効果とコストなどを勘案してその数は選定できる。

また、第３の手段として、
前記の第１の手段又は第２の手段において
前記π形フィルタ回路の二つのコンデンサの相互接続点が、前記力率改善回路のコモン線と前記コンバータのコモン線とに接続されることを提案する。

第１の手段において、二つのコモンモードチョークコイルによるコモンモードのフィルタ作用と、π形フィルタ回路によるノーマルモードノイズに対するフィルタ作用との相乗作用により、雑音が大きく減少する。
第２の手段については、第１の手段に加えて、第１の直列コンデンサ列の相互接続点と第２の直列コンデンサ列の相互接続点とを直接フレームグランド端子に接続する構成と、第１の直列コンデンサ列の相互接続点と第２の直列コンデンサ列の相互接続点とをチョークコイルを介してフレームグランド端子に接続する構成は、個別の回路と運転状況に応じて、より効果的に雑音を減少させることができる。
第３の手段については、第１又は第２の手段に加えて、π形フィルタ回路の二つのコンデンサの相互接続点が、力率改善回路のコモン線とコンバータのコモン線とに接続されることは、個別の回路と運転状況に応じて、より効果的い雑音を減少させることができる。

図１は、本発明に係るスイッチング電源装置の一実施例の概略図であり、以下、図１に基づき、その構成と動作を説明する。

スイッチング電源装置１は、入力端子２１、２２、コモンモードチョークコイル３０、整流回路４０、第２のコモンモードチョークコイル３９、π形フィルタ５０、昇圧チョッパ回路を含む力率改善回路６０、コンバータ７０、変圧器７１、整流回路８０、出力端子２５、２６から構成される。
スイッチング電源装置１の入力端子２１、２２は、外部の商用交流電源に接続され、これら入力端子２１、２２間の交流電圧は、コモンモードチョークコイル３０を経て、整流回路４０で整流された後、第２のコモンモードチョークコイル３９とπ形フィルタ５０を経て、これをコモン線路５５と整流電圧線路５６を介して昇圧チョッパ回路を含む力率改善回路６０によって直流電圧になる。この直流電圧は、電力スイッチング素子とその制御回路とを含むコンバータ７０と、変圧器７１と、整流回路８０とによって、目的の電圧の値の直流電圧となって、出力端子２５、２６間から出力される。

コモンモードチョークコイル３０の入力側の一対の端子には、抵抗器３２とコンデンサ３３とが接続される。また、コモンモードチョークコイル３０の出力側の一対の端子には、ほぼ等しい静電容量のコンデンサ３５、３６が直列接続された状態で接続される。コモンモードチョークコイル３９の入力側の一対の端子にも同様に、ほぼ等しい静電容量のコンデンサ３７、３８が直列接続された状態で接続される。これらコンデンサ３５、３６の相互接続点とコンデンサ３７、３８の相互接続点とは、共にチョークコイル３４を介して、接地用端子２３に接続される。π形フィルタ５０は、チョークコイル５１とコンデンサ５２、５３とによって構成される。このπ形フィルタ５０において、コンデンサ５２、５３の相互接続点に連なる線路５５を、コモン線路として、以降の回路である力率改善回路６０とコンバータ７０との各コモン線路に接続される。

このように構成されたスイッチング電源装置１において、昇圧チョッパ回路を含む力率改善回路６０は、入力電圧が交流１００Ｖの場合と交流２００Ｖとの場合とを何らの切替なしで定常状態で動作するように構成されている。すなわち、力率改善回路６０の中の昇圧チョッパ回路の導通期間の可変幅や繰り返し周期などの動作条件によって、常に定常状態で動作するように構成されている。この力率改善回路６０の中の昇圧チョッパ回路のスイッチングによる雑音の発生と、コンバータ７０の中のスイッチング素子による雑音の発生とは、別々の周波数であり、また、スイッチング電源装置１の入力条件、負荷条件などの運転状況によって、雑音の発生に係るスペクトラムは、さまざまに変化する。

図２〜５に、スイッチング電源装置の実際の運転状況における伝導雑音の測定結果について、本発明を適用した場合と適用しない場合の比較を示すものであり、それら測定条件の共通事項として、測定機器は、ＢＢＳ３００−２４、測定バンドは４バンド、検波モードはピーク、ラインモードはＶＡである。
図２には、本発明を適用したスイッチング電源装置１の実際の運転状態における伝導雑音の測定結果の一例を示す。入力が、交流１００Ｖのときの測定結果であり、１５０ｋＨｚ〜３０ＭＨｚの範囲の周波数において、３０ｄＢμＶないし６０ｄＢμＶにある。一方、ＥＮ５５０２２、ＣＬＡＳＳ Ａ規格の限界線が７０ｄＢμＶないし８０ｄＢμＶの線にある。したがって、この限界線よりも１０ｄＢ〜３０ｄＢの余裕がある。

この図２に示す測定条件に対して、π形フィルタ５０を用いない条件、すなわち、π形フィルタ５０の中のチョークコイル５１を短絡した状態での測定結果を図３に示す。この測定結果では、周波数の全範囲において、３０ｄＢμＶないし６５ｄＢμＶであり、限界線に対して余裕がほとんどなく、運転状況の変化によっては、規格を逸脱するおそれがある。

本発明に係る実施例のスイッチング電源１の実際の運転状態における伝導雑音の測定結果の一例を図４に示す。入力が、交流２００Ｖのときの測定結果であり、１５０ｋＨｚ〜３０ＭＨｚの範囲の周波数において、３０ｄＢμＶないし６０ｄＢμＶにある。一方、ＥＮ５５０２２、ＣＬＡＳＳ Ａ規格の限界線が７０ｄＢμＶないし８０ｄＢμＶの線にある。したがって、この限界線よりも１０ｄＢ〜３０ｄＢの余裕がある。

この図４に示す測定条件に対して、π形フィルタ５０を用いない条件、すなわち、π形フィルタ５０の中のチョークコイル５１を短絡した状態での測定結果を図５に示す。この測定結果では、周波数の全範囲において、３０ｄＢμＶないし７５ｄＢμＶであり、限界線に対して余裕がほとんどなく、運転状況の変化によっては、規格を逸脱するおそれがある。

本発明に係るスイッチング電源装置の一実施例の概略図 本発明に係るスイッチング電源装置の伝導雑音測定結果の一例 比較用の伝導雑音測定結果の例 本発明に係るスイッチング電源装置の伝導雑音測定結果の他の一例 比較用の伝導雑音測定結果の例

符号の説明

１ スイッチング電源装置
２１、２２ 入力端子
２３ 接地用端子
２５、２６ 出力端子
３０ コモンモードチョークコイル
３２ 抵抗器
３３ コンデンサ
３４ チョークコイル
３５、３６、３７、３８ コンデンサ
３９ コモンモードチョークコイル
４０ 整流回路
５０ π形フィルタ
５１ チョークコイル
５２、５３ コンデンサ
５５ コモン線路
５６ 整流電圧線路
６０ 力率改善回路
７０ コンバータ
７１ 変圧器
８０ 整流回路

Claims (3)

1. 交流電源に接続される一対の交流入力端子と、
   該交流入力端子に順次接続された第１のコモンモードチョークコイルと、
   整流回路と、第２のコモンモードチョークコイルと、力率改善回路と、コンバータと、変圧器と、第２の整流回路とからなり、第２の整流回路に接続された出力端子から所定の電圧値の直流出力電圧を発生するスイッチング電源装置において、
   前記第１のコモンモードチョークコイルの出力側に、直列接続された第１の直列コンデンサ列と、
   前記第２のコモンモードチョークコイルの入力側に、直列接続された第２の直列コンデンサ列とを備え、
   第１の直列コンデンサ列の相互接続点と第２の直列コンデンサ列の相互接続点とを共にフレームグランド端子に接続するとともに、
   前記第２のコモンモードチョークコイルと前記力率改善回路との間に接続された、チョークコイルとコンデンサ二つとからなるπ形フィルタ回路を備えることを特徴とする、スイッチング電源装置。
2. 交流電源に接続される一対の交流入力端子と、
   該交流入力端子に順次接続された第１のコモンモードチョークコイルと、
   整流回路と、第２のコモンモードチョークコイルと、力率改善回路と、コンバータと、変圧器と、第２の整流回路とからなり、第２の整流回路に接続された出力端子から所定の電圧値の直流出力電圧を発生するスイッチング電源装置において、
   前記第１のコモンモードチョークコイルの出力側に、直列接続された第１の直列コンデンサ列と、
   前記第２のコモンモードチョークコイルの入力側に、直列接続された第２の直列コンデンサ列とを備え、
   第１の直列コンデンサ列の相互接続点と第２の直列コンデンサ列の相互接続点とを共にチョークコイルを介してフレームグランド端子に接続するとともに、
   前記第２のコモンモードチョークコイルと前記力率改善回路との間に接続された、チョークコイルとコンデンサ二つとからなるπ形フィルタ回路を備えることを特徴とする、スイッチング電源装置。
3. 前記π形フィルタ回路の二つのコンデンサの相互接続点が、前記力率改善回路のコモン線と前記コンバータのコモン線とに接続されることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載のスイッチング電源装置。

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