JPH03215167A - スイッチング電源装置 - 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 本発明は商用交流電源から産業用や民生用の各種電子機
器に直流安定化電圧を供給するスイッチング電源装置に
関するものである。

従来の技術 近年、スイッチング電源装置はその高効率なエネルギー
変換特性から、産業用や民生用の各種電子機器への直流
安定化電源として多用されているが、さらなる高効率化
や小型化が望まれている一方、入力電源の瞬時停電等の
トラブルから負荷となる電子機器を保護するための出力
保持時間の設定が必要とされることが多い。

従来、この種のスイッチング電源装置は第５図に示すよ
うなものであった。第５図において、１−１’は入力端
子であり商用交流電圧を受電する。２は全波整流回路で
あり前記交流電圧を整流する。３はコンデンサであり前
記整流電圧を平滑し直流電圧Ｅｉを供給する。４はスイ
ッチング素子であり、直流電圧Ｅｉを高周波スイッチン
グにより交流電圧に変換する。５はトランスであり１次
巻線５１と２次巻線５２を有し、１次巻線５１で前記高
周波交流電圧を受電して２次巻線５２ヘエネルギーを放
出する。８はダイオード、９はコンデンサであり２次巻
線５２に発生する高周波交流電圧のフライバック電圧を
整流平滑し直流出力電圧Ｅｏを供給する。１０−１０’
は出力端子であり直流出力電圧Ｅｏを負荷へ供給する。

１２は制御駆動回路であり直流出力電圧Ｅｏを検知しこ
れを安定化すべく所定のオンオフ比の駆動パルスをスイ
ッチング素子４へ出力する。１３は抵抗、１４はコンデ
ンサ、１５はダイオードであり、１３〜１５の部品でス
ナバ回路を構成している。第６図は第５図のスイッチン
グ電源装置の各部動作波形図であり、ｖｌは１次巻線５
１の両端電圧、Ｉ１は１次巻線５１に流れる電流、Ｉ２
は２次巻線５２に流れる電流を示す。以下に第６図を参
照しながら第５図に示したスイッチング電源装置の動作
を説明する。

直流電圧Ｅｉは入力端子１−１′で受電した商用交流電
圧を全波整流回路２及びコンデンサ３で整流平滑して得
られる。スイッチング素子４がオンの時１次巻線５１に
はＥｉが印加され、１次電流ＩＩ　は直線的に増加しト
ランス５に励磁エネルギーを蓄える。スイッチング素子
４がオフの時トランス５の各巻線にはフライバック電圧
が発生し、蓄えられた励磁エネルギーは２次巻線５２か
ら直線的に減少する２次電流Ｉ２として放出される。２
次巻線５２に発生するフライバック電圧はＥＯでありト
ランス５の巻数比をｎとすると、１次巻線５１に発生す
るフライバック電圧はｎＥｏとなる。スイッチング素子
４のオン期間をＴｏｎ，オフ期間をＴｏｆｆとすると次
式が成り立つ。

Ｅ　ｉ　ＸＴｏｎ＝ｎＥｏＸＴｏ　ｆ　ｆ即ちスイッチ
ング素子４のオンオフ比を調整することで直流出力電圧
Ｅｏを安定化することができるのである。

一方抵抗１３とコンデンサ１４とダイオード１５からな
るスナバ回路はスイッチング素子４がターンオフする際
にトランス５の漏れインダクタンスのために発生するサ
ージ電圧をクランブし、スイッチング素子４を保護する
役割を果たしている。

発明が解決しようとする課題 しかしながら上記の従来の構成では、出力保持時間の設
定をコンデンサ３の静電容量に大きく依存しているので
、コンデンサ３の静電容量はスイッチング電源の電力容
量と出力保持時間で決まり、リップル耐量に充分余裕が
あっても大きなものを使用しなければならない場合があ
る上、定常動作時においては商用交流電源，からの入力
電流の導通期間が短くなり、入力電流波形のピーク値が
大きくなるので力率及び効率の低下を招くという問題点
を有していた。

本発明は上記問題点を解決するもので、入力交流電圧の
整流平滑に用いるコンデンサの静電容量を、出力保持時
間を短縮することなく低減させ、入力電流の導通期間を
広げたスイッチング電源装置を提供することを目的とす
る。

課題を解決するための手段 この課題を解決するために本発明のスイッチング電源装
置は、交流電圧を受電し整流する少なくとも１つ以上の
整流素子により構成される整流回路と、整流後平滑する
第１のコンデンサと、前記第１のコンデンサの両端に直
列に接続される第１のスイッチング手段とトランスの１
次巻線と、前記トランスの１次巻線の両端に直列に接続
される第２のスイッチング手段と第２のコンデンサと、
前記トランスの２次巻線に発生するフライパック電圧を
整流平滑し負荷へ直流出力電圧を供給する整流平滑回路
と、前記直流出力電圧を検出すると共に安定化すべく前
記第１及び第２のスイッチング手段を交互に所定のオン
オフ期間で駆動する制御回路とからなる構成を有してい
る。

作用 この構成によって、第１のコンデンサの両端電圧、即ち
、入力交流電圧を整流平滑した直流入力電圧が制御回路
の安定化下限電圧を下回っても、第１及び第２のスイッ
チング手段を駆動し続けている期間は、第２のコンデン
サに蓄えられたエネルギーが、第２のスイッチング手段
のオン期間にトランスを介して２次巻線から放出される
ため、従来構成に比べ出力保持時間を長くすることがで
きる。

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図は本発明の実施例におけるスイッチング電源装置
の回路構成図である。第１図において、１−１′は入力
端子であり商用交流電圧を受電する。２は全波整流回路
であり前記交流電圧を整流する。３は第１のコンデンサ
であり前記整流電圧を平滑し直流入力電圧Ｅｉを供給す
る。４は第１のスイッチング素子であり、直流入力電圧
Ｅｉを高周波スイッチングにより高周波交流電圧に変換
する。５はトランスであり１次巻線５１と２次巻線５２
を有し、１次巻線５１で前記高周波交流電圧を受電して
２次巻線５２ヘエネルギーを放出する。６は第２のスイ
ッチング素子、７は第２のコンデンサである。８はダイ
オード、９はコンデンサであり２次巻線５２に発生する
高周波交流電圧のフライバック電圧を整流平滑し直流出
力電圧Ｅｏを供給する。１０−１０’は出力端子であり
直流出力電圧ＥＯを負荷へ供給する。１１は制御駆動回
路であり直流出力電圧Ｅｏを検知しこれを安定化スべく
所定のオンオフ比の駆動パルスを第１のスイッチング素
子４及び第２のスイッチング素子６へ出力し交互にオン
オフする。第２図は第１図のスイッチング電源装置の各
部動作波形図であり、ｖ１は１次巻線５１の両端電圧、
Ｉ１は１次巻線５１に流れる電流、Ｉ２は２次巻線５２
に流れる電流を示す。以下に第２図を参照しながら第１
図に示したスイッチング電源装置の動作を説明する。

入力直流電圧Ｅｉは入力端子１−１′で受電した商用交
流電圧を全波整流回路２及び第１のコンデンサ３で整流
平滑して得られる。第１のスイッチング素子４がオンの
時第２のスイッチング素子６はオフであり、１次巻線５
１にはＥｉが印加され、１次電流Ｉ１は直線的に増加し
トランス５に励磁エネルギーを蓄える。第１のスイッチ
ング素子４がオフの時第２のスイッチング素子６はオン
となリ、トランス５に蓄えられた励磁エネルギーは、１
次巻線５１から第２のスイッチング素子６を介して第２
のコンデンサ７へ放出されるとともに、２次巻線５２か
らは直流出力電圧Ｅｏとして、ダイオード８及びコンデ
ンサ９を介して負荷へ放出される。この時１次巻線■１
は第１のスイッチング素子４のターンオフ直前の電流値
を初期値としてほぼ直線的に減少し、２次巻線電流■２
は濡れインダクタンスのため徐々に流れだし増加する。

第２のコンデンサ７の静電容量が充分大きければ、その
電圧は１次巻線５１のフライバック電圧をｎＥｏにクラ
ンプし、サージ電圧の発生はほとんどなくなる。１次巻
線電流Ｉ１はやがてゼロを下回り、逆方向すなわち第２
のコンデンサ７から１次巻線５１へ放電する方向に流れ
る。定常動作においては、第２のコンデンサ７の両端電
圧は安定であるから、その充放電電流の平均値はゼロと
なる。第２のスイッチング素子６がターンオフすると、
トランス５の巻線電圧は反転し、２次巻線電流１。はゼ
ロとなり、第１のスイッチング素子４がターンオンする
。第１のスイッチング素子４のオン期間（第２のスイッ
チング素子６のオフ期間）をＴｏｎ，オフ期間（第２の
スイッチング素子６のオン期間）をＴｏｆｆとすると次
式が成り立つ。

Ｅ　ｉ　ＸＴｏｎ＝ｎＥｏＸＴｏ　ｆ　ｆ即ち第１のス
イッチング素子４（又は第２のスイッチング素子６）の
オンオフ比を調整することで直流出力電圧Ｅｏを安定化
することができるのである。

さて、このスイッチング電源装置の出力保持時間が従来
のスイッチング電源の出力保持時間より長くなる様子を
第３図を参照しながら説明する。

直流出力電圧の設定値をＥｏ１、許容下限値をＥ０２と
し、定常動作時の直流入力電圧をＥｉｌ，制御回路１１
（従来例を示す第５図における制御回路１２）からの駆
動パルスが最大オンオフ比となる直流入力電圧の安定化
下限値をＥｉ２、制御回路１１が停止する直流入力電圧
の停止電圧をＥｉ３とする。出力保持時間は商用交流電
源からのエネルギー供給が断たれてから直流出力電圧Ｅ
Ｏが許容下限値Ｅｏ２を下回るまでの時間である。

尚、第３図のグラフにおいては、第１図における第１の
コンデンサ３と第５図におけるコンデンサ３の静電容量
は等しいものとする。

入力遮断後、直流入力電圧はＥｉｌから低下していくが
、安定化下限値Ｅｉ２までは直流出力電圧は設定値Ｅｏ
ｌを維持し、この期間に本実施例と従来例には差はない
。直流入力電圧が安定化下限値Ｅｉ２を下回ると、制御
回路１１（第５図における制御回路１２）からの駆動パ
ルスは最大オンオフ比に固定され、直流入力電圧の低下
とともに直流出力電圧は設定値Ｅｏｌから低下していく
。従来のスイッチング電源ならば、コンデンサ３に蓄え
られていたエネルギーからのみ出力へ供給されるが、本
発明の実施例の場合、第１のスイッチング素子４のオフ
期間中に第２のコンデンサ７からもエネルギー供給され
るので、直流入力電圧および直流出力電圧の低下してい
く速度が従来のものに比べ遅くなる。第３図における■
は本発明の実施例の場合を示し、■は従来の場合を示す
。この状態は直流入力電圧が停止電圧Ｅｉ３を下回って
動作を停止するまで続き、この間に直流出力電圧は許容
下限値Ｅｏ２を下回る。このように本発明による実施例
では、従来よりも出力保持時間が長くなる。

従って本実施例で従来例と同じ出力保持時間を確保する
なら第１のコンデンサ３の静電容量を減らすことができ
る。第４図は第１のコンデンサ３の静電容量が小さい場
合（■）と大きい場合（■）の直流入力電圧Ｅｉと入力
電流Ｉｉの波形図である。第４図からも明らかなように
、第１のコンデンサ３即ち商用交流電源を整流後平滑す
るコンデンサの静電容量を小さくできれば、入力電流１
ｉの導通期間を広くでき、力率改善ができるとともに、
入力電流■１のピーク値を抑えることにより効率改善に
もなる。

発明の効果 以上のように本発明は交流電圧を受電し整流する少なく
とも１つ以上の整流素子により構成される整流回路と、
整流後平滑する第１のコンデンサと、前記第１のコンデ
ンサの両端に直列に接続される第１のスイッチング手段
とトランスの１次巻線と、前記トランスの１次巻線の両
端に直列に接続される第２のスイッチング手段と第２の
コンデンサと、前記トランスの２次巻線に発生するフラ
イバック電圧を整流平滑し負荷へ直流出力電圧を供給す
る整流平滑回路と、前記直流出力電圧を検出すると共に
安定化すべく前記第１及び第２のスイッチング手段を交
互に所定のオンオフ期間で駆動する制御回路とからなる
構成を有することにより、出力保持時間に対する第１の
コンデンサの静電容量への依存度が軽減され、この静電
容量を軽減することが可能となり、商用交流電源からの
入力電流の導通期間を広げ、またそのピーク値を抑える
ことができ、力率及び効率の改善されたすぐれたスイッ
チング電源装置を実現できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例におけるスイッチング電源装置
の回路構成図、第２図は第１図に示した実施例の各部動
作波形図、第３図は入力遼断後の入出力電圧の様子を示
す動作図、第４図は入力電圧電流波形図、第５図は従来
のスイッチング電源装置の回路構成図、第６図は第５図
に示した従来例の各部動作波形図である。 １．１′・・・・・・入力端子、２・・・・・・全波整
流回路、３・・・・・・第１のコンデンサ、４・・・・
・・第１のスイッチング素子、５・・・・・・トランス
、６・・・・・・第２のスイッチング素子、７・・・・
・・第２のコンデンサ、８・・・・・・ダイオード、９
・・・・・・出力コンデンサ、１０．１０’・・・・・
・出力端子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　交流電圧を受電し整流する少なくとも１つ以上の整流
   素子により構成される整流回路と、整流後平滑する第１
   のコンデンサと、前記第１のコンデンサの両端に直列に
   接続される第１のスイッチング手段とトランスの１次巻
   線と、前記トランスの１次巻線の両端に直列に接続され
   る第２のスイッチング手段と第２のコンデンサと、前記
   トランスの２次巻線に発生するフライバック電圧を整流
   平滑し負荷へ直流出力電圧を供給する整流平滑回路と、
   前記直流出力電圧を検出すると共に安定化すべく前記第
   １及び第２のスイッチング手段を交互に所定のオンオフ
   期間で駆動する制御回路からなるスイッチング電源装置
   。