JPH09215327A - スイッチング電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電源変換効率や装置の小型／軽量化を損なう
ことなく力率を改善する。 【解決手段】 電界効果トランジスタ４、５がオフ、オ
ンの時、トランス６の１次側にトランジスタ５を通して
共振電流Ｉｒが流れると共に整流ダイオード２からコン
デンサ１５、インダクタ１６、ダイオード１９を通して
トランジスタ５に電流Ｉｂｒが流れる。これにより、共
振電流Ｉｒに含まれる高周波成分が抑制されて、入力力
率が改善される。電界効果トランジスタ４、５がオン、
オフの時、共振電流Ｉｒが電界効果トランジスタ４、ト
ランス６の一次側、ダイオード１８を介して流れコンデ
ンサ１５を充電し、又インダクタ１６からダイオード１
７を介してコンデンサ１５へ充電電流が流れる。コンデ
ンサ１５、インダクタ１６、ダイオード１７、１８、１
９から成る小型の力率改善回路は整流ラインに並列に入
っているため、電源変換効率や装置の小型／軽量化を損
なうことはない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は交流電源電圧を直流
電圧に変換するスイッチング電源装置の入力力率の改善
に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は従来のスイッチング電源装置の構
成例を示した回路図である。商用電源１より供給される
交流電流は整流ダイオードブリッジ回路２に入力されて
整流される。整流された電流はコンデンサ３により平滑
されて電界効果トランジスタ４、５によってスイッチン
グされるため、変圧トランス６の一次側巻線にスイッチ
ング電流が流れる。これにより、変圧トランス６の２次
側巻線に巻線比に対応した電圧の交流電流が発生し、こ
れが転流ダイオード７、８とコンデンサ９により倍電圧
整流され、直流の出力電圧Ｖ０として出力される。

【０００３】一方、検出回路１０は出力電圧Ｖ０を検出
して目標電圧と比較し、その比較結果をフォトカプラ１
１を介して制御回路１２にフィードバックする。これに
より、制御回路１２は電界効果トランジスタ４、５のス
イッチング制御信号のデューティなどを変えて、前記出
力電圧Ｖ０を目標電圧に保持するように電界効果トラン
ジスタ４、５のスイッチング動作を制御する。

【０００４】ところで、上記のような平滑方式は整流回
路の出力側に直接コンデンサ３を接続する、所謂、コン
デンサインプット型が主流であった。このコンデンサ３
には、商用電源周波数と同期して図７に示すように入力
電流にピーク電流Ｐが流入するため、装置の入力力率が
悪化するという不具合があった。

【０００５】そこで、上記力率改善策の一例としては、
図５に示すように、整流ダイオードブリッジ２の出力側
にインダクタ（又は抵抗）１３を挿入して、整流ダイオ
ードブリッジ２の導通角を広げることにより、力率の改
善を図ることが行われている。しかし、このような改善
策では、整流ラインに挿入したインダクタ（又は抵抗）
１３の抵抗損などに起因した発熱量の増大を招いて、電
源変換効率を著しく損なうという不具合があった。

【０００６】又、別の力率改善策として、図６に示すよ
うな構成のスイッチング電源装置が開発されている。図
に示すようにインダクタ２１、電界効果トランジスタ２
２及びダイオード２３から成るアクテイブフィルタと呼
ばれる一種のチョッパ回路を整流ダイオードブリッジ２
と主コンバータ回路（ＤＣ−ＤＣ）２５の間に挿入し
て、前記入力力率の改善を図っている。

【０００７】このアクティブフィルタの挿入は上記した
装置の入力力率の改善には確かに寄与するが、主コンバ
ータ回路２５とは別に制御回路を含むコンバータが更に
一式必要となり（２コンバータ）、更に、通常、主コン
バータ回路２５とアクティブフィルタは異なった周波数
で動作するため、両周波数の相違によるビート等が発生
し、ノイズフィルタの選定が重要なウェイトを占めて設
計を難しくするという不具合があった。更に、アクティ
ブフィルタを挿入した分、装置が大型化してスイッチン
グ電源装置の小型／軽量であるという特徴を損ない、し
かも、アクティブフィルタのコストは安くはないので、
装置のコストが上昇するという不具合があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記のように従来のス
イッチング電源装置の力率改善策は、装置の小型／軽量
化や電源変換効率を減殺するのみで、余り実効性がない
という問題点があった。

【０００９】そこで本発明は上記のような課題を解決す
るためになされたもので、電源変換効率を悪化させるこ
となく、且つ装置の小型／軽量化を損なうことなく、入
力力率を改善することができるスイッチング電源装置を
提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、 交
流電流を整流する１次側整流回路と、この１次側整流回
路から出力される整流電流をスイッチングする第１、第
２のスイッチング素子の直列接続回路から成るスイッチ
ング回路と、このスイッチング回路より出力されるスイ
ッチング電流を１次側巻線に流し、２次側巻線に変圧さ
れた交流電流を発生するトランスと、このトランスの２
次側巻線から出力される交流電流を整流する２次側整流
平滑回路と、この２次側整流平滑回路の出力電圧が目標
電圧になるように前記第１、第２のスイッチング素子の
スイッチング動作を制御するフィードバック制御系とを
有するスイッチング電源装置において、前記１次側整流
回路の正極側に一端が接続されたコンデンサと、同１次
側整流回路の正極出力側で且つ前記スイッチング回路の
正極電圧印加側にカソードが接続された第１のダイオー
ドと、前記コンデンサの他端にカソードが接続され、前
記１次側整流回路の負極出力側で且つ前記スイッチング
回路の負極電圧印加側にアノードが接続された第２のダ
イオードと、この第２のダイオードのカソードと前記コ
ンデンサの接続点に一端が接続され、他端が前記第１の
ダイオードのアノードに接続されたインダクタと、この
インダクタと前記第１のダイオードのアノードとの接続
点にアノードが接続され、前記第１のスイッチング素子
と前記第２のスイッチング素子との接続点にカソードが
接続された第３のダイオードとを具備した構成を備えて
いる。

【００１１】請求項２の発明は、前記第１、第２のスイ
ッチング素子は電界効果トランジスタで、第１の電界効
果トランジスタのドレインが前記スイッチング回路の正
極電圧印加側に当たり、第２の電界効果トランジスタの
ソースが前記スイッチング回路の負極電圧印加側に当た
る構成を備えている。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は本発明のスイッチング電源
装置の一実施の形態の構成を示した回路図である。１は
交流電力を供給する商用電源、２は交流電流を直流電流
に変換する整流ダイオードブリッジ（１次側整流回
路）、４、５は整流ダイオードブリッジ２等から供給さ
れる直流電流をスイッチングする電界効果トランジスタ
（スイッチング回路）、６は１次側巻線に印加されるス
イッチング電圧を変圧して２次側巻線から出力するトラ
ンス、７、８はトランス６の２次側巻線から出力される
電流を整流する整流ダイオード、９は整流ダイオード
７、８により整流された２次側出力電流を平滑するため
のコンデンサ、３０はこれらダイオード７，８及びコン
デンサ９による２次側整流平滑回路、１０はトランス６
の２次側出力電圧Ｖ０を検出して目標電圧との差分を出
力する検出回路、１１は検出回路１１の出力を制御回路
１２の入力側に伝達すると共に、検出回路１０と制御回
路１２の間を電気的に絶縁するフォトカプラ、１２は電
界効果トランジスタ４、５のスイッチングを制御する制
御回路、１５は電界効果トランジスタ４がオンで電界効
果トランジスタ５がオフの間、電流を蓄えるコンデン
サ、１６はコンデンサ１５と共に共振回路を形成するイ
ンダクタ、１７、１８、１９は電流を所定方向に流すた
めの経路を形成する第１のダイオード、第２のダイオー
ド、第３のダイオードである。尚、コンデンサ１５、イ
ンダクタ１６、ダイオード１７、１８、１９は本例の力
率改善回路を構成している。

【００１３】次に本実施の形態の動作について説明す
る。整流ダイオードブリッジ２から出力された整流電流
は電界効果トランジスタ４、５のスイッチングにより、
スイッチング電流となってトランス６の１次側巻線を流
れる。これにより、トランス６の２次側巻線に変圧され
た交流電流が発生し、これがダイオード７、８により倍
電圧整流され、更にコンデンサ９により平滑され、直流
電圧Ｖ０となって出力される。この出力電圧Ｖ０は検出
回路１２、フォトカプラ１１を介して制御回路１２にフ
ィードバックされることにより、目標電圧に保持され
る。

【００１４】ここで、電界効果トランジスタ４がオフ
で、電界効果トランジスタ５がオンの期間における上記
した力率改善回路の動作について説明する。通常、この
期間には、トランス６の１次側巻線のインダクタンスと
コンデンサ２０による共振電流Ｉｒが電界効果トランジ
スタ５に流れる。これと同期間に、この回路では整流ダ
イオードブリッジ２の正極出力側から供給される電流と
コンデンサ１５の前サイクルの蓄積電流が電流Ｉｂｒと
なって、コンデンサ１５、インダクタ１６、ダイオード
１９を通して電界効果トランジスタ５に流れ、しかも、
この電流Ｉｂｒは商用電源１の周波数と関係がなく、数
十ＫＨｚのスイッチング周波数で動作するため、トラン
ス６の１次側への入力電流に含まれる商用電源１の高調
波電流を抑制する。

【００１５】次に電界効果トランジスタ５がオフで、電
界効果トランジスタ４がオンの期間における上記した力
率改善回路の動作について図２を参照して説明する。こ
の期間では、前期間（電界効果トランジスタ５がオン
で、電界効果トランジスタ４がオフの期間）にインダク
タ１６に蓄えられた電気エネルギーがダイオード１７を
介してコンデンサ１５に流れ込み、コンデンサ１５を充
電する。また同時に、トランス６の１次巻線のインダク
タンスとコンデンサ２０による共振電流Ｉｒが電界効果
トランジスタ４、トランス６の１次巻線、ダイオード１
８を流れて、コンデンサ１５を充電する。

【００１６】本例の力率改善回路は電界効果トランジス
タ４、５がスイッチングしている際に、上記のような動
作を行うため、商用電源１からの電流供給をスイッチン
グ周波数でトランス６の１次巻線に流すことにより、図
３に示した入力電圧、入力電流特性にみられるように入
力電圧、電流から高調波成分が取り除かれており、入力
力率の改善が行われている。

【００１７】本実施の形態によれば、コンデンサ１５、
インダクタ１６、ダイオード１７、１８、１９から成る
力率改善回路により、電界効果トランジスタ４、５のス
イッチング動作時に、電界効果トランジスタ４がオフ
で、電界効果トランジスタ５がオンの期間、整流ダイオ
ードブリッジ２からコンデンサ１５から電界効果トラン
ジスタ５を通して電流Ｉｂｒを流すことにより、トラン
ス６の１次巻線に入力される入力電圧・入力電流に含ま
れる商用電源１の高調波成分を抑制することができるた
め、装置の入力力率を改善することができる。

【００１８】しかも、上記した力率改善回路は整流ダイ
オード２と電界効果トランジスタ４、５を接続する整流
ラインに並列に挿入されているため、無駄な発熱などに
よる電源変換効率を損なう要因がないと共に、トランス
６の１次側への電流供給をスイッチング周波数で行うた
め、電源変換効率を著しく向上させて高効率とすること
ができる。又、本例の力率改善回路はアクティブフィル
タなどに比べて回路規模が小さく且、安価なため、装置
の小形化を損なうことなく、しかも、装置のコストを上
昇させる要因にもならない。

【００１９】

【発明の効果】以上記述した如く本発明のスイッチング
電源装置によれば、電源変換効率を悪化させることな
く、且つ装置の小型／軽量化を損なうことなく、力率を
改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスイッチング電源装置の一実施の形態
を示した回路図。

【図２】図１に示したスイッチング電源装置の他の状態
を説明する回路図。

【図３】図１、２に示したスイッチング電源装置への入
力電圧、入力電流波形例を示した波形図。

【図４】従来のスイッチング電源装置の構成例を示した
回路図。

【図５】従来のスイッチング電源装置の他の構成例を示
した回路図。

【図６】従来のスイッチング電源装置の更に他の構成例
を示した回路図。

【図７】図４に示したスイッチング電源装置への入力電
流波形例を示した波形図。

【符号の説明】

１…商用電源 ２…整流ダイオードブリッジ（１次側整流回路） ４、５…電界効果トランジスタ（スイッチング回路） ６…トランス ７、８…整流ダイオード、 ９、１５、２０…コンデンサ １０…検出回路 １１…フォトカプラ １２…制御回路 １６ インダクタ １７ 第１のダイオード １８ 第２のダイオード １９ 第３のダイオード ３０ ２次側整流平滑回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電流を整流する１次側整流回路と、 この１次側整流回路から出力される整流電流をスイッチ
   ングする第１、第２のスイッチング素子の直列接続回路
   から成るスイッチング回路と、 このスイッチング回路より出力されるスイッチング電流
   を１次側巻線に流し、２次側巻線に変圧された交流電流
   を発生するトランスと、 このトランスの２次側巻線から出力される交流電流を整
   流する２次側整流平滑回路と、 この２次側整流平滑回路の出力電圧が目標電圧になるよ
   うに前記第１、第２のスイッチング素子のスイッチング
   動作を制御するフィードバック制御系とを有するスイッ
   チング電源装置において、 前記１次側整流回路の正極側に一端が接続されたコンデ
   ンサと、 同１次側整流回路の正極出力側で且つ前記スイッチング
   回路の正極電圧印加側にカソードが接続された第１のダ
   イオードと、 前記コンデンサの他端にカソードが接続され、前記１次
   側整流回路の負極出力側で且つ前記スイッチング回路の
   負極電圧印加側にアノードが接続された第２のダイオー
   ドと、 この第２のダイオードのカソードと前記コンデンサの接
   続点に一端が接続され、他端が前記第１のダイオードの
   アノードに接続されたインダクタと、 このインダクタと前記第１のダイオードのアノードとの
   接続点にアノードが接続され、前記第１のスイッチング
   素子と前記第２のスイッチング素子との接続点にカソー
   ドが接続された第３のダイオードとを具備したことを特
   徴とするスイッチング電源装置。
2. 【請求項２】 前記第１、第２のスイッチング素子は電
   界効果トランジスタで、第１の電界効果トランジスタの
   ドレインが前記スイッチング回路の正極電圧印加側に当
   たり、第２の電界効果トランジスタのソースが前記スイ
   ッチング回路の負極電圧印加側に当たることを特徴とす
   る請求項２記載のスイッチング電源装置。