JPH01298953A

JPH01298953A - 電源装置

Info

Publication number: JPH01298953A
Application number: JP63129656A
Authority: JP
Inventors: Masami Wada; 正己和田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1988-05-26
Filing date: 1988-05-26
Publication date: 1989-12-01

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、主にホームオートメーションなどに使用され
る小型の直流電源装置に間するものである。

従来の技術この種の電源装置として、従来は、第３図に示すような
チョッパ型のスイッチング電源装置が多く用いられてい
た。以下、その動作について説明する。第３図において
、スイッチ駆動手段１は発振器として動作し、スイッチ
手段２をオンオフ制御する。

スイッチ手段２がオンのとき、電圧源３の電圧Ｅがコイ
ル４に印加され、コイル電流Ｉしが増加しつつ流れ、コ
イル４に磁気エネルギーを蓄積し、コンデンサ５を充電
するとともに負荷６に電力を供給する。

次に、スイッチ手段２がオフすると、コイル電流Ｉｔ、
はその慣性により流れつづけようとするために、ダイオ
ード７が導通する。したがって、コイル４の蓄積磁気エ
ネルギーを放出することにより、コイル電流■、を供給
するので、コイル電流■Ｌは減少する。

ここで、電源装置８の供給電力と負荷６の消費電力とが
バランスしているものとして、第３図の各要部の動作波
形を第４図に示して説明する。。

第４図（ａ）は、コイル４の印加電圧波形ｖ８を示し、
スイッチ手段２がオンのときには電圧Ｅが印加され、ス
イッチ手段２がオフのときにはダイオード７が導通して
いるので、Ｏｖとなる。

第４図［ｂ）は、コイル電流■、を示し、スイッチ手段
２がオンのとき、コイル電流Ｉｔが増加し、スイッチ手
段２がオフのとき、減少している。破線Ａは負荷電流で
あり、これはコイルな流ＩＬの平均値に等しい。

第４図（Ｃ）は、出力端子電圧ｖ０を示し、コイル電流
ＩＬが負荷電流を上廻っている間は上昇し、負荷電流を
下廻ると下降している。

一般に、電源装置８の供給可能電力は負荷６の消費電力
に比べて充分に大きいので、第３図に示すように、電圧
比較手段９により、出力端子電圧■。が基準電圧■１．
．より高くなシとスイッチ手段２をオフ状態に保つよう
に、スイッチ駆動手段１を制御し、これにより、出力端
子電圧Ｖｏを一定値に保つようにしている。

発明が解決しようとする課題上記のような従来の構成では、電源装置８にはコイル４
が使用されており、電圧源３からの供給エネルギーを磁
気エネルギーに変換して蓄え、再び電気エネルギーとし
て放出することにより電圧を徐々に降下させているなめ
、コイル４の漏洩磁束による輻射雑音が多く、また、コ
イル巻線の銅損や鉄芯の鉄損などにより低効率であり、
さらに、鉄芯の磁気飽和を防ぐためコイル全体が大型化
することにより電源装置８が大型化、大重量化してしま
うという問題を有していた。

また、従来の電源装置８では、回路構成上、万一、スイ
ッチ手段２がオン状態のままで故障すると、出力端子電
圧ｖ０が電圧源３の電圧Ｅに等しくなるまで上昇してし
まうという危険性があるという問題を有していた。

本発明は、上記問題を解決するもので、コイルを使用す
ることなく、しかもスイッチ手段がオン状態で故障して
も出力端子電圧が電源電圧にまで上昇することのない安
全な電源装置を提供することを目的とするものである。

課題を解決するための手段上記課題を解決するために本発明の電源装置は、二個の
入力端と一個の出力端を有し、スイッチ駆動手段により
前記二個の入力端が交互に出力端に接続されるように切
換わり作動するスイッチ手段の一方の入力端に電圧源の
出力端を接続し、前記スイッチ手段の出力端に第１のコ
ンデンサの一端を接続し、前記第１のコンデンサの他端
に第１のダイオードのアノードと第２のダイオードのカ
ソードを接続し、前記第１のダイオードのカソードに前
記スイッチ手段の他方の入力端と第２のコンデンサの一
端とを接続して電源出力端子とし、前記電圧源のコモン
端に前記第２のダイオードのアノードと前記第２のコン
デンサの他端とを接続して電源コモン端子とするもので
ある。

作用上記構成により、電圧源の出力端に接続されるスイッチ
手段の入力端がスイッチ手段の出力端に接続されると、
電圧源から供給される電流がスイッチ手段、第１のコン
デンサ、および第１のダイオードの順に流れ、第２のコ
ンデンサを充電するとともに電源出力端子を介して負荷
に電流を供給し、次に、スイッチ駆動手段によりスイッ
チ手段が切換わり、他方の入力端がスイッチ手段の出力
端に接続されると、第１のコンデンサの電荷が、スイッ
チ手段を介して第２のコンデンサを充電し、電源出力端
子から負荷に電流を供給するとともに、電源コモン端子
、第２のダイオードの順に流れて放電する。続いて、ス
イッチ駆動手段によりスイッチ手段が切換わり最初の動
作に戻って、これをくり返すことにより第１のコンデン
サからの充放電流が常に負荷に流れることになる。そし
て、スイッチ駆動手段が動作を禁止されてスイッチ手段
を停止した場合、スイッチ手段がどちらの接点にあって
も、充放電流は短時間でゼロになり、それ以上継続して
流れることはないので、出力電圧は必ず下降することに
なる。したがって、スイッチ手段がどのような状態で故
障しても出力電圧Ｖ０は上昇せず、電源装置の安全は保
障される。

実施例以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら説
明する。

第１図は本発明の一実施例を示す電源装置の回路図であ
る。

第１図において、１１は電源装置であり、その電源入力
端子１２に電圧源１３のΦ側が接続され、その電源コモ
ン端子１４に電圧源１３のコモン端子としてのθ側が接
続されている。１５はスイッチ手段であり、二個の接点
１６．１７と一個のコモン接点１８とを有し、スイッチ
駆動手段１９により二個の接点１６゜１７が交互にコモ
ン接点１８に接続されるように切換わり作動する。コモ
ン接点１８は第１のコンデンサ２０の一端に接続され、
その＠端は第１のダイオード２１のアノードと第２のダ
イオード２２のカソードに接続されている。また、一方
の接点１６は電源入力端子１２に接続され、他方の接点
１７は第１のダイオード２１のカソードに接続され、第
１のダイオード２１のカソードはさらに第２のコンデン
サ２３の一端と電源出力端子２４に接続されている。ま
た電源コモン端子１４は第２のダイオード２２のアノー
ドと第２のコンデンサ２３の他端に接続されている。２
５は負荷であり、電源装置１１の電源出力端子２４と電
源コモン端子１４の間に接続されている。２６は、電圧
比較手段であり、電源出力端子２４の出力電圧■。と基
準電圧Ｖ　ｒ　＊　ｆが入力されて比較され、スイッチ
駆動手段１９へ出力してスイッチ手段１５を切換え作動
させる。

上記構成により、以下、その動作を説明する。

第１図において、スイッチ手段１５がスイッチ駆動手段
１９により接点１６に接続されると、電流が電源入力端
子１２、スイッチ手段１５、第１のコンデンサ２０、第
１のダイオード２１の順で流れ、第２のコンデンサ２３
を充電するとともに、電源出力端子２４を介して負荷２
５に電流を供給する。

次に、スイッチ駆動手段１９により、スイッチ手段１５
が接点１７に接続されると、第１のコンデンサ２０の電
荷が、スイッチ手段１５を介して、第２のコンデンサ２
３および電源出力端子２４、負荷２５、電源コモン端子
１４、第２のダイオード２２へと流れ、第１のコンデン
サ２０が放電するとともに、第２のコンデンサ２３を充
電し、負荷２５に電流を供給する。

続いて、スイッチ駆動手段１９により、スイッチ手段１
５が接点１６に接続されて最初の動作に戻る。

このように、以上の動作を繰り返すことにより第１のコ
ンデンサ２０からの充放電流が常に負荷２５に流れるよ
うにしている。

今、電源装置１１の供給電力と負荷２５の消費電力とが
バランスし、かつ、各ダイオード２１．２２の電圧降下
を無視するものとすると、このときの各要部の電圧波形
は、第２図に示すように、スイッチ手段１５が接点１６
にあるとき、すなわち、スイッチ駆動手段１９の駆動信
号出力■６が第２図（ａ）に示すように、Ｈレベルのと
き、第１のコンデンサ２０の一端の電位Ｖ８は第２図（
ｂ）に示すように充電される結果、上昇し、他端には第
２図（Ｃ）に示すような出力電圧ｖｃが現れ、この値が
そのまま第２図（ｄ）に示すような出力電圧Ｖ０として
出力される。

次に、スイッチ手段１５が接点１７にあるとき、すなわ
ち、スイッチ駆動手段１９の出力ＶＡが第２図（ａ）に
示すようにＬレベルのとき、第１のコンデンサ２０の放
電により第２のダイオード２２が導通するため、第２図
（Ｃ）に示されるように出力電圧ＶＣがゼロとなる結果
、第１のコンデンサ２０の一端の電圧Ｖｅは電圧Ｖｏ分
急降下してから、さらに第１のコンデンサ２０による放
電にともなう電圧低下を起こすが、第２のコンデンサ２
３の充電によりこの間も出力電圧■。は維持される。

そして、再びスイッチ手段１５が接点１°６に接続され
ると、第２のダイオード２２は遮断となり、第１のダイ
オード２１が導通して、第１のコンデンサ２０の出力電
圧■。が■。に引き上げられる結果、第２図（ｂ）に示
すように第１のコンデンサ２０の一端の電圧Ｖ、が電圧
７０分急上昇して、はじめの動作に戻る。

このようにして、電源装置１１の出力電圧Ｖ。は、第２
図（ｄ）に示すようにリップルを含む電圧波形となるが
、その平均電圧は次式（１）で表わされる。

ＶＯ＝Ｅ　Ｘ　Ｚ　Ｌ　／　ＺＣＡ　　・＝−（１）た
だし、Ｅは電圧源１３の電圧、ＺＬ、は負荷２５のイン
ピーダンス、ＺＣＡは、スイッチ手段１５の切換え周波
数に対する第１のコンデンサ２０のインピーダンスであ
る。

以上、電源装置１１の供給電力と負荷２５の消Ｙｔｔ力
とが相等しいことを前提として説明してきたが、実際の
ものは、供給電力の方が大きいのが一般的である。そこ
で、第１図に示すように、電圧比較手段２６を電源装置
１１に付加し、電源装置１１の出力電圧■。と基準電圧
ｖ１．．とを常に比較してスイッチ駆動手段１９の動作
を制御している。ずなわち、Ｖ　ｏ　＜　Ｖ　、　、　
ｔのときには、スイッチ駆動手段１９の動作を許可して
スイッチ手段１５を切換駆動させることにより、出力電
圧■。の上昇を図り、また、Ｖ　ｏ　＞　Ｖ　、　、ｔ
となると、スイッチ駆動手段１９の動作を禁止してスイ
ッチ手段１５を停止させることにより、出力電圧■。の
下降を図るものである。出力電圧■。の下降を図るとき
、スイッチ手Ｖｉ１５は１６または１７のどちらの接点
にあっても良い。なぜならば第１のコンデンサ２０の充
電あるいは放電の電流は短時間でゼロになり、それ以上
＠１続して流れることはないので、出力電圧ＶＯは必ず
下降するのである。このことは、スイッチ手段１５がど
のような状態で故障しても、出力電圧Ｖ。は上昇せず、
電源装置１１の安全性が保障されることを意味する。

また、電源装置１１は第１のコンデンサ２０の充放電に
より、電圧源１３の電圧Ｅを降下させて、出力電圧■。

を得るものであり、従来例のようにスイッチ手段と負荷
の間にコイルを使用しないので、磁気エネルギーへの変
換過程がないために、漏洩磁束による輻射雑音は無く、
しかも、損失も少なく、小型軽量で簡単に作れるコンデ
ンサを使用しているので、高効率であり、小型、軽量の
電源装置を実現できる。

発明の効果以上のように本発明によれば、第１のコンデンサの充放
電の電流は短時間でゼロになり、それ以上継続して流れ
ることはないので、スイッチ手段がどのような状態で故
障しても出力電圧は下降し、電源装＝の安全性が保障さ
れる。また、回路にコイルを使用しないので、漏洩磁束
による輻射雑音はなく、しかも、損失も少ない、さらに
、コンデンサを使用することで、高効率で、小型、軽量
の電源装置を実現することができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す電源装置の回路図、第
２図は同電源装置の各要部の電圧波形図、第３図は従来
の電源装置の回路図、第４図は従来の電源装置の各要部
の動作波形図である。１１・・・電源装置、１２・・・電源入力端子、１３・
・・電圧源、１４・・・電源コモン端子、１５・・・ス
イッチ手段、１６．１７・・・接点（入力端）、１８・
・・コモン接点（出力端）、１９・・・スイッチ駆動手
段、２０・・・第１のコンデンサ、２１・・・第１のダ
イオード、２２・・・第２のダイオード、２３・・・第
２のコンデンサ、２４・・・電源出力端子。代理人　　　森　　本　　義　　弘第２区第）図

Claims

【特許請求の範囲】

１、二個の入力端と一個の出力端を有し、スイッチ駆動
手段により前記二個の入力端が交互に出力端に接続され
るように切換わり作動するスイッチ手段の一方の入力端
に電圧源の出力端を接続し、前記スイッチ手段の出力端
に第１のコンデンサの一端を接続し、前記第１のコンデ
ンサの他端に第１のダイオードのアノードと第２のダイ
オードのカソードとを接続し、前記第１のダイオードの
カソードに前記スイッチ手段の他方の入力端と第２のコ
ンデンサの一端とを接続して電源出力端子とし、前記電
圧源のコモン端に前記第２のダイオードのアノードと前
記第２のコンデンサの他端とを接続して電源コモン端子
とした電源装置。