JPH08126331A

JPH08126331A - 直流安定化電源回路

Info

Publication number: JPH08126331A
Application number: JP28889994A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Ueno; 哲也上野
Original assignee: Mita Industrial Co Ltd
Current assignee: Kyocera Mita Industrial Co Ltd
Priority date: 1994-10-28
Filing date: 1994-10-28
Publication date: 1996-05-17

Abstract

(57)【要約】【目的】コイルやトランスなどの磁性部品の構成が簡
単になり、かつ、部品点数が減少して電源回路自体が小
型化すると共に、大容量の電源回路であっても安価に作
成できる突入電流防止回路を有する電源回路を提供す
る。【構成】整流回路３に接続され、少なくとも入力コン
デンサ４４を有する力率改善回路４を備えた電源回路１
において、前記整流回路３と前記力率改善回路４との間
に抵抗８０を設けるとともに、この抵抗８０と並列にサ
イリスタ８１を取付けて、前記力率改善回路４内の入力
コンデンサ４４の端子間電圧が設定値に達したときに前
記サイリスタ８１をトリガする突入電流防止回路を有す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、力率改善回路を備えた
直流安定化電源回路の改良技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３は、一般的な直流安定化電源回路の
一例を示す回路図である。この図において、１は直流安
定化電源回路（以下、電源回路という）、２は交流電
源、２０はこの交流電源２に接続されてノイズをカット
する入力フィルタ回路、３は交流を直流に変換する例え
ば全波整流ブリッジからなる整流回路、４は力率改善回
路である。

【０００３】前記力率改善回路４は、例えば昇圧型コン
バータを応用した回路であって、コイル４１、電界効果
トランジスタなどの半導体スイッチ４２、ダイオード４
３、負荷の大きさ、及び、入力瞬断保護の時間に応じて
容量を定めている大容量の入力コンデンサ４４および前
記半導体スイッチ４２を制御する力率改善制御回路４０
から成っている。そして、この力率改善回路４によって
入力電流の高調波成分および実効値を軽減し、全体とし
て電源回路１の力率を改善するように構成されている。

【０００４】４５はパルス幅制御回路、５は一次側にパ
ルス幅制御回路４５を接続した絶縁トランス、６はダイ
オード６０，６１とチョークコイル６２と出力コンデン
サ６３とから成り絶縁トランス５の二次側に出力される
パルスを整流して直流に平滑出力する出力整流回路であ
る。

【０００５】上記のように構成された電源回路１におい
て、始動時において交流入力を印加した瞬間に、入力コ
ンデンサ４４に充電電流が流れるのであるが、この入力
コンデンサ４４に電荷が蓄えられていない状態にあると
きに、この大容量の入力コンデンサ４４に高電圧を印加
すると、一般に突入電流と呼ばれる瞬間的に大きな電流
が流れることになる。また、この突入電流は負荷が大き
くなるに伴って入力コンデンサ４４の容量を大きくすれ
ばするほど、また、入力電圧が高くなればなるほど大き
くなる。

【０００６】そして、前記突入電流は同一の交流電源２
に接続される他の回路に大きな影響を与えるだけでな
く、電源回路１の整流ブリッジ３や電源入力ヒューズ
（図示せず）にストレスを与えて寿命を短くしたり、時
には破損することがある。したがって、従来よりこの突
入電流を抑えるためのさまざまな手段が講じられてい
る。

【０００７】まず、図４は、前記突入電流を抑えるため
の最も簡単な保護回路を用いた電源回路１の要部を示す
回路図であり、この図においては、交流電源２と入力フ
ィルタ２０との間に突入電流防止抵抗７０を挿入してい
る。

【０００８】そして、図５は、前記突入電流を抑えるた
めの次に簡単な保護回路を用いた電源回路１の要部を示
す回路図である。この例では、図４に示す電源回路１の
突入電流防止抵抗７０の代わりにパワー・サーミスタ７
０’を挿入している。

【０００９】前記パワー・サーミスタ７０’は、温度が
上昇すると抵抗値が小さくなる性質をもっている。この
ため、交流入力を印加した瞬間には比較的抵抗値が高い
ために突入電流を防ぎ、数１０ミリ秒後には発熱によっ
て抵抗値が下がり、損失を小さくすることができる。

【００１０】また、図６に示す電源回路１では前記整流
ブリッジ３と力率改善回路４との間に突入電流防止抵抗
７０を挿入しており、この突入電流防止抵抗７０と並列
にサイリスタ７１を設けている。一方、前記力率改善回
路４を構成するコイルをチョークコイル４１ａにして、
これに２次コイル４１ｂを設け、この２次コイル４１ｂ
から電力を取出し、これをダイオード７２と保護抵抗７
３とを介してサイリスタ７１のトリガ端子に入力してい
る。

【００１１】したがって、図６に示す電源回路１に交流
入力を印加した瞬間は、電流が突入電流防止抵抗７０を
介して入力コンデンサ４４に流れ込むことにより突入電
流を防ぐことができる。そして、その後、２次側のコイ
ル４１ｂにより供給される電力によってサイリスタ７１
がトリガされ、以後電流はこのサイリスタ７１を介して
供給されるために、突入電流防止抵抗７０による損失を
なくすことができる。

【００１２】さらにまた、図７に示す電源回路１ではサ
イリスタ７１のトリガ入力を与える電力をパルス幅制御
回路４５の出力に接続される絶縁トランス５に設けた巻
線５０から取り出して、図６と同様にサイリスタ７１の
トリガ端子に入力している。

【００１３】したがって、図７に示す電源回路１は、図
６に示す電源回路１と同様に、交流入力を印加した瞬間
は、電流が突入電流防止抵抗７０を介して入力コンデン
サ４４に流れ込むことにより突入電流を防ぐことができ
る。そして、その後入力コンデンサ４４の端子間電圧が
一定以上になるとパルス幅制御回路が動作して巻線５０
に電力が供給され、これによってサイリスタ７１がトリ
ガされるので、以後電流はこのサイリスタ７１を介して
供給されて、突入電流防止抵抗７０による損失をなくす
ことができる。

【００１４】また、上記した突入電流の防止方法に加え
て、図示は省略するが、電源回路１に市販の突入電流防
止回路内蔵のハイブリッドＩＣを用いる方法もある。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
電源回路は、以下のような欠点があった。まず図４に示
す電源回路は、突入電流防止抵抗７０に常時電流が流れ
るために、常に大きな電力損失が生じる。そして、この
突入電流防止抵抗７０に大電流が流れるので突入電流防
止抵抗７０自体が大きくなり、この放熱をも考慮して突
入電流防止抵抗７０を挿入する電源回路１が極めて大型
化するという欠点がある。

【００１６】そして、図５に示す電源回路は、前記電力
損失を図４の電源回路に比較すると小さくできるが、こ
の電力損失をなくすことができず、電源回路１が大型化
するという欠点がある。また、これに加えて、パワー・
サーミスタ７０’が放熱するための時間があるために電
源回路１に対する交流入力を切った瞬間にはもとの高抵
抗に戻らず、短い間隔でオン／オフする場合には電流制
限能力を失ってしまうという欠点がある。

【００１７】さらに、図６に示す電源回路では、サイリ
スタ７１をトリガする電力を力率改善回路４のチョーク
コイル４１ａ，４１ｂよりとるためにチョークコイル４
１ａ，４１ｂが大型化するようになり、チョークコイル
４１ａ，４１ｂの製造時の作業性が悪くなり、手間がか
かるために高価になるという欠点がある。

【００１８】そして、図７に示す電源回路では、絶縁ト
ランス５が複雑化し、大型になると共に、製作に手間が
かかり製作コストを引き上げるという欠点があり、絶縁
トランス５の大型化に伴って電源回路１自体も大型化す
るという欠点がある。

【００１９】また、市販の突入電流防止回路内蔵のハイ
ブリッドＩＣは小容量の電源回路用のものしか存在せ
ず、大容量の電源には不向きである。そして、このハイ
ブリッドＩＣの内部には供給される交流電力を直流に整
流する整流器が内蔵されているために、ハイブリッドＩ
Ｃ自体が大型化する。しかも、このような特殊なハイブ
リッドＩＣは高価であるために、製造コストを引き上げ
てしまうという欠点がある。

【００２０】本発明は上記の点を考慮にいれてなされた
ものであって、コイルやトランスなどの磁性部品の構成
が簡単になり、かつ、部品点数が減少して電源回路自体
が小型化すると共に、大容量の電源回路であっても安価
に作成できる突入電流防止回路を有する電源回路を提供
することを目的としている。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明では、整流回路に
接続され、少なくともコンデンサを有する力率改善回路
を備えた電源回路において、前記整流回路と前記力率改
善回路との間に限流素子を設けると共に、この限流素子
と並列にスイッチング素子を設けて、前記力率改善回路
内のコンデンサの端子間電圧が設定値に達したときに前
記スイッチング素子を導通させるようにした突入電流防
止回路を有することを特徴としている。

【００２２】また、前記スイッチング素子を、前記力率
改善回路のコンデンサの端子間電圧を抵抗分圧した電圧
によって導通させるようにしてもよい。

【００２３】あるいは、前記力率改善回路内のコンデン
サと前記スイッチング素子のトリガ入力との間にツェナ
ーダイオードを接続して、このコンデンサの端子間電圧
によってスイッチング素子を導通させるようにしてもよ
い。

【００２４】

【作用】上記発明において、前記整流回路と前記力率改
善回路との間に限流素子を設けると共に、この限流素子
と並列にスイッチング素子を設けて、前記力率改善回路
内のコンデンサの端子間電圧が設定値に達したときに前
記スイッチング素子を導通させるようにしたことによ
り、この電源回路に交流電力を印加し始めた初期段階に
おいてコンデンサに十分の電荷がないときには、限流素
子を介して電流が流れるために、突入電流が効果的に防
止できると共に、コンデンサに電荷が蓄えられてその端
子間電圧が一定値以上になったときにスイッチング素子
がトリガされるので、以後は限流素子をバイパスするよ
うにスイッチング素子に電流が流れるから、このスイッ
チング素子を通して電流が流れ、限流素子には殆ど電流
が流れないので、限流素子による損失が生ずることがな
い。

【００２５】加えて、このスイッチング素子を導通させ
るための電力を、力率改善回路のコイルや絶縁トランス
などから取り出す必要がなく、コイルやトランスなどの
磁性部品の構成が簡単になるので小型化できると共に安
価に形成できる。

【００２６】また、前記スイッチング素子を、前記力率
改善回路のコンデンサの端子間電圧を抵抗分圧した電圧
によって導通させる場合には、スイッチング素子を導通
させるため基準となるコンデンサの端子間電圧を明確に
定めることができ、確実に安定した動作ができる。

【００２７】さらに、前記力率改善回路内のコンデンサ
と前記スイッチング素子のトリガ入力との間にツェナー
ダイオードを接続して、このコンデンサの端子間電圧に
よってスイッチング素子を導通させる場合には、スイッ
チング素子を導通させるため基準となるコンデンサの端
子間電圧を明確に定めることができ、確実に安定した動
作ができると共に、回路をより簡素にできる。

【００２８】

【実施例】以下本発明の実施例について説明する。尚、
以下の説明において、図３と同一の符号が付された部材
は、同一または同等の部材であるので、その詳細な説明
を省略する。

【００２９】図１は、本発明の第一実施例を示す電源回
路１の要部を示す回路図である。同図に示される突入電
流防止回路は、図３に示した電源回路１の基本回路に設
けられるものである。

【００３０】図１において、８０は整流回路３と力率改
善回路４の間に設けられる限流素子であり、ここでは抵
抗である。８１はこの抵抗８０に並列に設けたスイッチ
ング素子としてのサイリスタである。８２，８３は入力
コンデンサ４４の端子間電圧を分圧するために直列に設
けられた分圧抵抗であり、この両分圧抵抗８２，８３の
中間点Ｐが逆電流防止用のダイオード８６および保護抵
抗８４を介してサイリスタ８１のトリガ端子に接続され
ている。

【００３１】上述のように構成された電源回路１におい
ては、交流電源２からの電圧を印加し始めた初期段階で
は、入力コンデンサ４４に電荷が蓄えられていないの
で、入力コンデンサ４４の端子間には電位差はなく、サ
イリスタ８１はオフ状態（非導通状態）のままである。
この状態では、電流は入力フィルタ２０、整流回路３、
チョークコイル４１、ダイオード４３を通り入力コンデ
ンサに４４に流れ込み、抵抗８０を通して限流されて整
流回路３に戻る。

【００３２】このため、入力コンデンサに４４に流れ込
む突入電流Ｉ_Pは抵抗８０によって制限される。なお、
この突入電流Ｉ_Pは前記交流電源２からの入力電圧をＶ
_INとし、前記抵抗８０の大きさをＲ₈₀とすると、下記
（１）式に示すように表わされる。Ｉ_P＝√２×Ｖ_IN／Ｒ₈₀ ……（１）

【００３３】したがって、この抵抗８０の抵抗値Ｒ₈₀を
大きくすればするほど突入電流Ｉ_Pを小さくすることが
できる。

【００３４】そして、力率改善回路４が動作し、入力コ
ンデンサ４４の端子間電圧が大きくなると、前記分圧抵
抗８２，８３の中間点Ｐの電圧も高くなり、これが保護
抵抗８４を通してサイリスタ８１をトリガする。

【００３５】そして、サイリスタ８１がトリガされてオ
ン状態（導通状態）になると、それまで抵抗８０を通っ
ていた電流は、以後サイリスタ８１を介して流れるよう
になり、この抵抗８０による電力損失をなくすことがで
きる。

【００３６】この実施例においては、入力コンデンサ４
４の端子間電圧を用いてサイリスタ８１へトリガ信号を
供給するために、分圧抵抗８２，８３を設けてそれらの
中間点Ｐの電位を用いているので、回路の構成が簡単に
なる。

【００３７】また、この実施例においては突入電流Ｉ_P
の発生原因となっている入力コンデンサ４４の端子間電
圧を分圧抵抗８２，８３によって分圧して、これをサイ
リスタ８１のトリガに用いているので、入力コンデンサ
４４の充電状態に合わせて最適な時点でサイリスタ８１
をトリガすることができ、極めて正確かつ確実な制御を
行える。

【００３８】図２は本発明の第二実施例を示す電源回路
１の要部を示す回路図である。同図において、図１に示
す符号と同一の符号が付された部材は同一または同等の
部材であるので、その詳細な説明を省略する。

【００３９】図２において、８５はツェナーダイオード
であり、入力コンデンサ４４とサイリスタ８１のトリガ
端子との間に挿入されている。この場合、例えば電源回
路１の駆動時に入力コンデンサ４４の端子間に例えば２
００Ｖ程度の電圧が出力される電源回路である場合、ツ
ェナーダイオード８５による電圧降下を１２０Ｖに設定
することによりサイリスタ８１のトリガを得るようにし
ている。

【００４０】したがって、この電源回路１に電圧を印加
し始めた初期段階においては、第一実施例と同様に、入
力コンデンサ４４に電荷が蓄えられていないので、入力
コンデンサ４４の端子間には電位差はなく、サイリスタ
８１はオフ状態である。そして、抵抗８０を通して入力
コンデンサ４４に電荷が蓄えられ、突入電流Ｉ_Pは抵抗
８０によって制限されることになる。

【００４１】やがて、力率改善回路４が動作し、入力コ
ンデンサ４４の端子間電圧が大きくなると、ツェナーダ
イオード８５および保護抵抗８４を通して接続されるサ
イリスタ８１のトリガ入力も徐々に増加する。そして、
ツェナーダイオード８５によって予め設定しているよう
に前記入力コンデンサ４４の端子間電圧が所定電圧以上
になったときにサイリスタ８１がトリガされてオン状態
になる。

【００４２】そして、それまで抵抗８０を通っていた電
流は、以後サイリスタ８１を介して流れるようになり、
この抵抗８０による電力損失をなくすことができる。

【００４３】上記第二実施例においては、サイリスタ７
１のトリガ信号を供給するために、入力コンデンサ４４
の端子電圧をツェナーダイオード８５によって電圧降下
してサイリスタ８１のトリガ端子に接続するという極め
て簡単な回路によって構成されている。したがって、電
源回路１の製作コストを最小限に抑えることができると
共に、回路の実装面積を可及的に小さくできる。

【００４４】また、第二実施例においては突入電流の発
生原因となっている入力コンデンサ４４の端子電圧を電
圧降下して、これをサイリスタ８１のトリガに用いてい
るので、入力コンデンサ４４の充電状態に合わせて最適
な時点でサイリスタ８１をトリガすることができ、極め
て正確かつ確実な制御を行える。

【００４５】上記各実施例では、いずれも入力コンデン
サ４４の端子間電圧を用いてスイッチング素子８１のト
リガを行っている。したがって、スイッチング素子８１
のトリガのために、チョークコイル４１や絶縁トランス
５などの磁性部品から電力を取り出す必要がなく、比較
的大きくならざるをえない磁性部品は、最も基本的な構
成でよいので電源回路１を可及的に小型化することがで
きる。

【００４６】また、本発明は、市販の突入電流防止回路
内蔵のハイブリッドＩＣのように、電源回路１の容量に
制限がないので、整流回路３、入力コンデンサ４４、絶
縁トランス５などの容量に合わせて、分圧抵抗８２，８
３の大きさやツェナーダイオード８５の電圧やスイッチ
ング素子８１の許容電流などの大きさを適宜変更するこ
とで任意の容量の電源回路１に適用できる。

【００４７】なお、上記各実施例では、スイッチング素
子８１としてサイリスタを用いているが、本発明はこれ
に限られるものではなく、たとえば、トライアック、Ｇ
ＴＯサイリスタ、ＦＥＴトランジスタなどのスイッチン
グ素子を用いてもよい。

【００４８】そして、上記各実施例には入力コンデンサ
４４の端子間電圧を用いてスイッチング素子８１を導通
させる具体的な例を明示しているが、本発明はこれに限
られるものではない。例えば、抵抗分圧に代えて、直列
に接続されたコンデンサによって分圧をするなど、適宜
の方法を用いてもよい。

【００４９】また、本発明の電源回路は上述した構成の
力率改善回路４だけに適用されるものではなく、入力コ
ンデンサ４４を有する力率改善回路４であればよい。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、前記整流回路と前記力率改善回路との間に限流素子
を設けると共に、この限流素子と並列にスイッチング素
子を設けて、前記力率改善回路内のコンデンサの端子間
電圧が設定値に達したときに前記スイッチング素子を導
通させるように構成することにより、この電源回路に交
流電力を印加し始めた初期段階においてコンデンサに十
分の電荷がないときには、限流素子を介して電流が流れ
るために、突入電流が効果的に防止できると共に、コン
デンサに電荷が蓄えられてその端子間電圧が一定値以上
になったときにスイッチング素子が導通するので、以後
はこのスイッチング素子を通して電流が流れるので、限
流素子による損失が生じることがない。

【００５１】加えて、このスイッチング素子を導通させ
るための電力を、力率改善回路のコイルや絶縁トランス
などから取り出す必要がなく、コイルやトランスなどの
磁性部品の構成が簡単になるので小型化できると共に安
価に形成できる。

【００５２】また、前記スイッチング素子を、前記力率
改善回路のコンデンサの端子間電圧を抵抗分圧した電圧
によって導通させる場合には、スイッチング素子を導通
させるため基準となるコンデンサの端子間電圧を明確に
定めることができ、確実に安定した動作ができる。

【００５３】さらに、前記力率改善回路内のコンデンサ
と前記スイッチング素子のトリガ入力との間にツェナー
ダイオードを接続して、このコンデンサの端子間電圧に
よってスイッチング素子を導通させる場合には、スイッ
チング素子を導通させるため基準となるコンデンサの端
子間電圧を明確に定めることができ、確実に安定した動
作ができると共に、回路をより簡素に構成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例の電源回路の要部を示す回
路図である。

【図２】本発明の第二実施例の電源回路の要部を示す回
路図である。

【図３】従来の一般的な電源回路の構成を示す回路図で
ある。

【図４】従来の突入電流防止回路を用いた電源回路の要
部を示す回路図である。

【図５】従来の別の突入電流防止回路を用いた電源回路
の要部を示す回路図である。

【図６】従来の別の突入電流防止回路を用いた電源回路
の要部を示す回路図である。

【図７】従来の別の突入電流防止回路を用いた電源回路
の要部を示す回路図である。

【符号の説明】

１…直流安定化電源回路、３…整流回路、４…力率改善
回路、８０…限流素子、８１…スイッチング素子、４４
…コンデンサ、８５…ツェナーダイオード。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】整流回路に接続され、少なくともコンデ
ンサを有する力率改善回路を備えた直流安定化電源回路
において、前記整流回路と前記力率改善回路との間に限
流素子を設けると共に、この限流素子と並列にスイッチ
ング素子を設けて、前記力率改善回路内のコンデンサの
端子間電圧が設定値に達したときに前記スイッチング素
子を導通させるようにした突入電流防止回路を有するこ
とを特徴とする直流安定化電源回路。
【請求項２】前記スイッチング素子を、前記力率改善
回路のコンデンサの端子間電圧を抵抗分圧した電圧によ
って導通させるようにした請求項１に記載の直流安定化
電源回路。
【請求項３】前記力率改善回路内のコンデンサと前記
スイッチング素子の導通信号入力との間にツェナーダイ
オードを接続して、このコンデンサの端子間電圧によっ
てスイッチング素子を導通させるようにした請求項１に
記載の直流安定化電源回路。