JPH02280669A - 電源装置 - Google Patents

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） この発明は、交流電源から安定な直流電源をつくるスイ
ッチング方式の電源装置（ＡＣ／ＤＣコンバータ）に関
する。

（従来の技術） 最近、第２図に示すような力率改善方式のＡＣ／ＤＣコ
ンバータが開発された。第２図において、正弦波の交流
入力はダイオードブリッジからなる整流回路１０で全波
整流され、以下に詳述する昇圧型のチョッパ回路２０に
入力される。チョッパ回路２０は、ＰＷＭ　（パルス幅
制御）回路３１によって交流電源より充分に高い周波数
でオン／オフ駆動されるスイッチング素子Ｑ１と、スイ
ッチング素子Ｑ１とともに整流回路１ｏの出力間に直列
接続されたインダクタＬ１と、スイッチング素子Ｑ１の
オフ時にインダクタＬ１を通して電流が流れるようにス
イッチング素子Ｑ１の両端に直列接続されたダイオード
Ｄ１とコンデンサｃ１とを有する。コンデンサＣ１は相
当大きな容量があり、これの両端から平滑化され電圧安
定化（後述）された直流出力が取り出される。なお、コ
ンデンサＣ２は高周波リップルを吸収するための小容量
のコンデンサで、本装置に必須のものではない。

整流回路１０の全波整流の出力電圧ｖ１の信号はＶＣＡ
　（電圧制御型可変利得増幅器）３２を経て差動増幅器
３３に入力される。チョッパ回路２０のインダクタＬ１
を流れる電流１１が変流器３４で検出され、その低周波
成分の信号が差動増幅器３３に入力される。ＰＷＭ回路
３１は、この差動増幅器３３の差動出力に従って動作し
、差動出力が最小になるようにスイッチング素子Ｑ１の
駆動パルス幅（オン時間）を変化させる。また、チョッ
パ回路２０の出力電圧Ｖ２の基準電圧Ｖｓに対する誤差
が誤差増幅器３５で検出され、この出力がＶＣＡ３２の
制御電圧となる。

以上の構成において、差動増幅器３３では、チョッパ回
路２０の入力ｖ１の波形と、インダクタＬ１を流れる電
流１１の波形とが比較され、電流波形が電圧波形に追従
して変化するように、ＰＷＭ回路３１によってスイッチ
ング素子Ｑ１のオン時間が変えられる。

スイッチング素子Ｑ１がオンのとき、整流回路１０から
スイッチング素子Ｑ１を通してインダクタＬ１に電流が
流れ、インダクタＬ１にエネルギーが蓄積される。この
オン期間の電流増加値は、入力電圧ｖ１に比例するとと
もにオン時間に比例する。スイッチング素子Ｑ１がオフ
すると、これに蓄積されたエネルギーの放出による電流
が整流回路１０の出力に重畳されてコンデンサＣ１側に
供給される。

入力端子波形とインダクタＬ１の電流波形との比較によ
るパルス幅制御は、結果として、入力電圧Ｖ１が大きい
ほどスイッチング素子Ｑ１のオン時間を短くするように
作用する。この制御によって電流波形の変化が、入力電
圧の全波整流波形にほぼ等しくなる。つまり、交流入力
側がら見ると、入力電圧と入力電流とがほぼ同じ波形で
位相差もなくなり、あたかも負荷が抵抗である場合とほ
ぼ同じ状態になる。以上が第１の制御手段の作用である
。

また、第２の制御手段は次のように作用する。

出力電圧Ｖ２が基準電圧ＶＳより大きいほどｖｃＡ３２
のゲインが小さくなり、ｖ２がＶｓより小さいほどＶＣ
Ａ３２のゲインが大きくなる。このＶＣＡ３２は第１の
制御手段における入力電圧の波形信号が通る回路であり
、これのゲインは第１の制御手段の基底的なパラメータ
となる。つまり、出力電圧■２が高すぎるとスイッチン
グ素子。１のオン時間が短縮され、反対に低すぎるとオ
ン時間が伸長され、出力電圧ｖ２を基準電圧ＶＳに近ず
けるように作用する。

以上詳細に説明したように、この方式の電源装置では、
入力電流が交流入力電圧にほぼ追従して変化し、位相差
のないほぼ正弦波状になり、交流電源側から見た電圧と
電流の関係が抵抗負荷の場合とほぼ同様になる（力率が
改善される）。従って、従来のコンデンサ・インプット
型整流回路のように短時間に集中的に大きなパルス電流
が流れることがなく、回路素子の耐電流特性の面の制約
が緩和されるとともに、交流電源ラインに様々な悪影響
を及ぼすノイズを低減することができる。

また、前記チョッパ回路の昇圧作用と、第２の制御手段
による出力電圧のフィードバック制御作用とによって、
交流入力の電圧が変動したり、あるいは電圧ランクを変
更した場合でも、出力電圧を一定に保つことができる。

その結果、まったく切り換えを必要とせず、例えば交流
１００ｖ電源から交流２００ｖ電源まで適合する電源装
置が容易に構成できるようになる。

（発明が解決しようとする課題） 前記の構成の電源装置によれば、交流入力電源の広い電
圧範囲にわたって無調整で対応することができる。しか
しチョッパ回路２０は昇圧型なので、交流電源の電圧ピ
ーク値が出力電圧Ｖ２以上になると、スイッチング素子
Ｑ１のオン／オフ駆動は停止し、スイッチング素子Ｑ１
はオフのままになり、整流回路１０からインダクタＬ１
、ダイオードＤ１を通して出力コンデンサＣ１に間欠的
に電流が流れる状態となる。これは従来のコンデンサ・
インプット型整流回路と同じ動作であり、出力電圧ｖ２
がほぼ目標電圧に等しくても、本装置による力率改善効
果はなく、入力電流は交流電源に同期したパルス電流と
なる。このような状態は本装置の正しい使用状態ではな
い。

また、スイッチング素子Ｑ１のスイッチングが停止する
もう一つの原因にＰＷＭ回路３１などのスイッチング制
御系の故障がある。この制御系が故障した場合、交流電
源の電圧の如何に係わらずスイッチング素子Ｑ１がスイ
ッチングを停止する。

この場合出力電圧は交流電源の電圧によって決まり、場
合によっては出力電圧■２が目標電圧範囲に収まってい
ることもある得る。

従来の電源装置は前述のような異常に関する対策は施さ
れておらず、出力電圧が目標範囲に収まっていると異常
があってもそれに気がつかず、装置本来の力率改善効果
を奏しえない異常状態で使用し続けることがあった。

この発明は前記の問題点に鑑みなされたもので、その目
的は、チョッパ回路のスイッチング素子と出力電圧に係
わる異常を分析的に検出できるようにした電源装置を提
供することにある。

（課題を解決するための手段） そこでこの発明では、前述した構成の電源装置において
、前記スイッチング素子がオン／オフ駆動されなくなっ
たことを検出するスイッチング停止検出手段と、前記チ
ョッパ回路の出力電圧が設定電圧以上になったことを検
出する出力電圧チェック手段とを付加した。

（作　用） 交流電源の電圧が出力電圧より高くなって、前記スイッ
チング素子がオフに固定されると、前記スイッチング停
止検出手段から検出検出信号が発生するとともに、前記
出力電圧チェック手段からも検出信号が出力される。ま
た交流電源の電圧は正常範囲内であり、スイッチング制
御系の故障によってつスイッチングが停止した場合、前
記スイッチング停止検出手段他の検出信号は発生するが
、前記出力電圧チェック手段の検出信号は発生しない。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例を示すもので、第２図と全（
同じ電源装置にスイッチング停止検出回路５０と、出力
電圧チェック手段としてのコンパレータ４０とを付加し
たものである。電源装置それ自体の構成と動作について
は既に詳しく説明したので、以下新しく付加した構成と
その動作を説明する。

第１図の実施例におけるスイッチング停止検出回路５０
は、チョッパ回路２０におけるインダクタＬ１に付設さ
れた補助二次巻線Ｌ２と、この二次巻線Ｌ２に誘起され
た高周波信号をろ波するろ波回路５１と、ろ波回路５１
の出力レベルが所定の閾値を越えた時に報知信号を発生
する二値化回路５２とからなる。二値化回路５２の出力
側には、前記報知信号を受けて点灯する発光ダイオード
ランプや他の外部回路に対して異常を通知する回路など
が接続される。

この構成において、ＰＷＭ回路３１によってスイッチン
グ素子Ｑ１がオン／オフ駆動されていると、インダクタ
Ｌ１およびスイッチング素子Ｑ１にスイッチングによる
高周波成分を伴った電流が流れ、補助二次巻線Ｌ２に高
周波信号が誘起される。この高周波信号がろ波回路５１
を経て二値化回路５２に人力され、スイッチング素子Ｑ
１がスイッチング動作しているときには二値化回路５２
に人力は閾値を越え、報知信号は出力されない。

スイッチング素子Ｑ１のスイッチングが停止してオフに
固定されると、補助二次巻線Ｌ２に高周波信号が誘起さ
れな（なり、二値化回路５２の入力が閾値を下回り、こ
のとき報知信号が出力される。

コンパレータ４０はチョッパ回路２０の出力電圧Ｖ２と
設定電圧（Ｖｓ＋、ｄ）とを比較し、出力電圧Ｖ２が設
定電圧以上になったときに検出信号を発生する。交流電
源の電圧が出力電圧■２の目標値を上回ると、前述した
ようにスイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作が停止
し、スイッチング停止検出回路５０から検出信号が生じ
る。同時に出力電圧Ｖ２が過大な入力端子の影響で目標
値を上回り、コンパレータ４０の設定電圧（Ｖｓ＋ｊ）
以上になり、コンパレータ４０からも検出信号が生じる
。そこで、スイッチング停止検出回路５０の検出回路と
コンパレータ４０の検出信号とをアンドゲートに入力す
れば、前記の入力電圧異常のときにアンドゲートから異
常を知らせる報知信号が出力される。

出力電圧の目標値と交流電源の電圧との組合せによって
は、ＰＷＭ回路３１等が故障してスイッチング素子Ｑ１
がオフに固定されても、出力電圧■２が目標電圧範囲に
収まっている場合がある。

この場合にはコンパレータ４０からは検出信号が生じな
いが、スイッチング停止検出回路５０から検出信号が生
じ、スイッチング制御系の異常であることがわかる。こ
の異常を検出するようにスイッチング停止検出回路５０
とコンパレータ４０の出力を入力とする論理ゲートを設
けてもよい。

なお、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング停止検出す
る具体的な回路手段は種々あり、いずれの手段であって
も本発明を実施することができる。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、この発明によれば、力率改
善方式の電源装置において、チョッパ回路のスイッチン
グ停止と出力電圧の異常上昇とを分析的に検出すること
ができるので、交流電源の電圧が目標電圧に対して高す
ぎる異常や１．スイッチング制御系の故障などを分析的
に検出することができ、出力電圧が目標範囲に収まって
いても装置本来の力率改善効果を奏しえないような異常
な使用状態を速やかに検出でき、この種の装置使用上の
フェイルセーフ性が大幅に向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による電源装置の構成図、第
２図は従来の電源装置の構成図である。 １０・・・整流回路 ２０・・・チョッパ回路 ４０・・コンパレータ（出力電圧チェック手段）５０・
・スイッチング停止検出回路 へｎ 第１　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　交流電源を全波整流して脈流出力を得る整流回路と； 前記交流電源より充分に高い周波数でオン／オフ駆動さ
   れるスイッチング素子と、このスイッチング素子ととも
   に上記整流回路の出力間に直列接続されたインダクタと
   、前記スイッチング素子のオフ時に前記インダクタを通
   して電流が流れるように前記スイッチング素子の両端に
   直列接続されたダイオードとコンデンサを含み、このコ
   ンデンサの両端から平滑された直流出力を得るチョッパ
   回路と； 前記インダクタまたは前記スイッチング素子を流れる電
   流の低周波成分の波形が上記整流回路の出力電圧の波形
   に追従して変化するように前記スイッチング素子の駆動
   パルス幅を制御する第１の制御手段と； 前記チョッパ回路の出力電圧と基準電圧との誤差を小さ
   くするように前記スイッチング素子の駆動パルス幅を制
   御する第２の制御手段と； 前記スイッチング素子がオン／オフ駆動されなくなった
   ことを検出するスイッチング停止検出手段と； 前記チョッパ回路の出力電圧が設定電圧以上になったこ
   とを検出する出力電圧チェック手段と；を備えたことを
   特徴とする電源装置。