JPH0710173B2 - 電源装置 - Google Patents

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10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の両端の直列
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L1を流れ
る電流I1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V_S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は、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I1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。

入力電圧波形とインダクタ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、交流入力側から
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V_Sより大きいほどVCA32のゲインが小さく
なり、V2がV_Sより小さいほどVCA32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V2が
高すぎるとスイッチング素子Q1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V_S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
電流の関係が抵抗付加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V2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と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、前記スイッチング停
止検出手段と前記出力電圧チェック手段の両方の検出信
号があることに応動して入力電圧異常を報知する第１の
論理ゲートと、前記スイッチング停止検出手段の検出信
号があり、かつ前記出力電圧チェック手段の検出信号が
ないことに応動して正常出力下のスイッチング停止異常
を報知する第２の論理ゲートとを付加した。

《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。この状
態になると第１の論理ゲートが応動してその出力信号が
変化し、入力電圧異常を報知する。

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。この状態になると第２の論理ゲートが応動してその
出力信号が変化し、正常出力下のスイッチング停止異常
を報知する。

《実施例》 第１図は本発明の一実施例を示すもので、第２図と全く
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に入力される。スイッチング素子Q1がスイッチング
動作しているときには二値化回路52の入力は閾値を越
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くなり、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（V_S＋Δ）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V2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が過大な入力電圧の影響で目標値を上回り、コンパレ
ータ40の設定電圧（V_S＋Δ）以上になり、コンパレータ
40からも検出信号が生じる。そこで第３図に示すよう
に、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G1（第１の論理ゲー
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G1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V2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。そこで第３図に示すように、スイッチング停
止検出回路50の出力とコンパレータ40の反転出力を入力
とするアンドゲートG2（第２の論理ゲート）を設け、こ
のタイプのスイッチング制御系の異常をアンドゲートG2
の出力から知ることができる。

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、スイッチング制御系の故障などの分析的に
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、第３図は本発明の実施
例装置における異常検出信号の処理回路のブロック図で
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 G1……第１の論理ゲート G2……第２の論理ゲート

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】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、前記スイッチング停止検
   出手段と前記出力電圧チェック手段の両方の検出信号が
   あることに応動して入力電圧異常を報知する第１の論理
   ゲートと、前記スイッチング停止検出手段の検出信号が
   あり、かつ前記出力電圧チェック手段の検出信号がない
   ことに応動して正常出力下のスイッチング停止異常を報
   知する第２の論理ゲートとを備えたことを特徴とする電
   源装置。