JPS62144568A - 電源回路の起動方法 - 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、電源回路の起動時にスイッチング素子を流れ
る電流を抑制し得る′電源回路の起動方法に関する。

〔従来の技術〕

先ずオフ図及びオ８図により従来の′電源回路の起動方
法の一例として帰ｉ１１回路をもたないチョッパ回路の
起動方法について説明する０オフ図において、１．１′
は直流入力端子、２はその直流入力をオン、オフするト
ランジスタのようなスイッチング菓子、６は平滑用イン
タ“フタ、４は平滑用インダクタ６に蓄積されたエネル
ギを循環させるための７リーホイーリングダイオード、
５は平滑用コンデンサ、６は負荷、及び７はスイッチン
グ索子２の制御１８１１端子にオ８図（４）に示すよう
な駆動信−ｑＳｄを供給する制＠Ｊ回路で必るー 今、オ８図（Ｄ、ｌに示すように時刻１＝１．で直流入
力端子１，１′間に直流′電圧ｖ１　　が印加されると
、制御回路７は予め定められたオンーオフ比？有すると
共にスイッチング素子２を飽和状態でスイッチング動作
させ得る程度の信号値金石する駆動信号Ｓｄ　ｋスイッ
チング素子２の制御端子に供給する。スイッチング素子
２は制御信号Ｓｄに従ってオン、オフを行うが、起動時
には平滑用コンデンサ５が全く充′屯されていないもの
とすれば、オ８図（Ｃ）に示すようにかなり大きな充電
々流が平滑用コンデンサ５に流れようとし、同図（Ｂ）
に示すようにスイッチング素子２にも直流出力′底流Ｉ
。に比べて過大な′成流工１　　が流れる０従って従来
方法では、定格電流に比べてかなり電流耐量の大きいス
イッチング索子２、サージ耐量の十分大きいダイオード
４などを用いたり、インダクタ６の飽和電流を太きくＬ
ｆｃシせねばならず、電源装置を低コスト化及び小型化
する上で問題となっていた０またオ９図はトランス８、
整流用ダイオード９、負荷６間に接続された出力電圧検
出回路１０、及び平滑用コンデンサ５と負荷６間に設け
られた出力′区流検田回路１１などからなるＤＣ−ＤＣ
コンバータの一例を示す。こ１７）ＤＣ−Ｌ）Ｃコンパ
ータハ、スイッチングＸ子２がオンのときトランス８に
エネルギを蓄え、オフの区間でそのエネルギをダイオー
ド９及び平滑用コンデンサ５を介して整流し平滑して直
流出力を負荷６に供給する。このとき出力゛屯田検出回
路１０及び出力電流検出回路１１はそれぞれ出力電圧、
出力電流を検出し、制御回路７はこれら検出信号によっ
て、駆動信号のオン−オフ比全制御することによりスイ
ッチング索子２のオン区間′！ｉ：制御して出力電圧、
出力′底流を安定化させている。

ところが起動時においては、平ＰｔＪ用コンデンサ５の
光電々圧が零とすれば、前述したように平滑用コンデン
サ５にか々シ大きな充電々流が流れようとするが、出力
′電流検出回路１１は平滑用コンデンサ５ｔ−流れる′
底流を検出できないから、制御回路７は駆動信号のパル
ス幅全制限しない。従って起動時スイッチング素子２は
一定パルス幅の駆動信号で駆動さ！Ｌろので、スイッチ
ング素子２には過大な電流が流れてしまい、前述列の場
合と全く同様な問題が生ずる。

この様な１流検出の問題を解決するものとして第１〇四
に示すようなりＣ−ＤＣコンバータも提案されている。

このＤＣ。（）Ｃコンバータでは、′這流検出回路１１
′はトランス８とスイッチング菓子２とに直列に設けら
れており、スイッチング素子２を通流する電流のピーク
値を検出する。従って起動時、Ｓド滑用コンデンサ５０
充′ル々圧が零であれば、大きな充゛成々流がスイッチ
ング素子２を介して流れるので、ＩＩＩ　Ｎ回路７は電
流検出回路１１′からの検出信号に相応してパルス幅を
制限した駆動信号をスイッチング素子２に与えることに
より、スイッチング素子２を流れる直流のピーク値を抑
制するよう動作するが、制御回路７の遅れによシビーク
値が増大するという欠点がある。特に高周波で動作させ
る場合にはスイッチング素子２の蓄積時間などの影曽も
あってこの欠点が顕著になる。

ここでスイッチング素子２を通流する祇流全ＩＩ　、入
力電圧をＶｌ、出力′電流をＶ。、スイッチング素子２
のオン期間をＴ。Ｎ、周期をＴとすると、 Ｉ、ＸＶ１ＸＴｏＮ／Ｔ：：Ｖ。×工。・・・・・・・
・・・・・・・・・・・（１ンの関係が成υ立ち、（１
）式より、 ■ｏ。（１×（Ｖ１／Ｖｏ）×（ＴｏＮ／Ｔ）・・・・
・・・・・・・・０となる。２式から仮に入力直流を一
定になるよ５［１１ｔＦ１しても、負荷インピーダンス
が低下すれば出力電流■。が大幅に増大するので、負荷
乙の過厄流保設には適さない。またスイッチング索子２
が一周彼でスイッチング動作を行う場合には、高速のス
イッチング電流を検出する文め回路がｆ雑、高価になる
という問題がある、更に、ま′ｆｃ―掠回路自回路自身
時にこのような問題を呈するコンデンサをもっていなく
とも、負荷が容量性の場合には前述と全く同様な問題点
が起ることもある□ 〔発明が解決しようとする問題点３ 以上述べた様に、従来の起動方法によれば電源回路のス
イッチング素子よりも負荷側にコンデンサが設けられて
いる場合、或いは負荷が容量性の場合には、起動時にス
イッチング素子を過大な電流が流れるので、スイッチン
グ素子などの主回路部分の電流容量を大きくせねばなら
ず、電の装置の低コスト化、小型化にとって不ツタにな
っていた０また起動時にスイッチング素子金泥れる′電
流を制限し得る従来の起動方法にあっては、過祇流保換
に適さないなどの欠点があった。　　〜 〔問題点を解決するための手段〕 スイッチング素子の始動から直流出力電流又は直流出力
電流が予め決められた値まで上昇するまでの期間は、信
号値（振幅）が徐々に大きくなる駆動信号でスイッチン
グ素子を起動する。

〔作　用〕

この様にスイッチング素子が駆動されている期間では、
スイッチング素子が能動領域で動作し、そのオフ時の＾
インピーダンス状態から徐々にインピーダンス？低下さ
せることにより、連流する電流全制限した状態で徐々に
増えるようにしているので、起動時に流れる過大な突入
ｔこ流上十分に防ぐことが出来るＣ１ 〔ちに６施１′Ｉリ　〕 先ず第１図及び第２図により本発明に係る′１源装置の
起動方法の一実施例について説明する。

これら図において、オフ図乃至第１０図に示した記号と
同じ記号のものは同一１・圭あるものとし、第２図にお
いて１２は起動回路である。

第１区（Ｄ）に示すように時間１＝１１で入力端子１．
１′間に貝流紙圧Ｖ、が印加さｆＬると、制御回路７は
予め定められたオン−オフ比を有する制御信号全起動回
路１２に供給する。起動回路１２は同図（Ａ、ｌに示す
ように、その制御信号のオン−オフ比を変えることなく
信号値（振幅）が徐々に増大する駆動信号Ｓｄ　　ｔｌ
−スイッチング素子２の制御端子に与えてこれを起動す
る。この区間における駆動信号Ｓｄは、スイッチング素
子２を能動領域で動作させる大きさの信号値を有する。

従って、スイッチング素子２全通流する主電流１１は、
駆動信号Ｓｄの信号値に依存するスイッチング索子２の
インピーダンスにより制限された状態で同図ＣＢ）に示
すように徐々に増える。この様な主に流工１はインダク
タ６を介して平滑用コンデンサ５及び負荷乙に電流を流
す。スイッチング素子２がオフの期間、つまり主電流１
１が遮断されている期間は、主電流■１によυインダク
タ６に蓄えられたエネルギがコンデンサ５及び負荷６に
′電流を流す。従って起動時コンデンサ５０光亀々圧を
苓とすると、同図（、Ｃ）に示すようにコンデンサ５の
屯田は出力４圧Ｖ。と間係な曲線で零から上昇し、その
充電々流工。は前述のようにスイッチング素子２ｆｘト
のインピーダンスによＦ）　ｌ！ｉ１１限された主電流
■１の大きさに依存する緩やかな傾斜で増える。

そしてコンデンサ５がはぼ充電完了さ才する時点では、
スイッチング素子２を介して流れるコンデンサ５の充電
々流は十分に小さくなり、また徐々に増大してきた駆動
信号の信号値はスイッチング系子を胞和状態でオンさせ
得る程度のレベルになる。

次に第６図は本発明に係る成像回路の起動方法を実施す
るための回路を示し、起動回路１２は入力端子１．１′
間に互いに直列になるよう接続された抵抗１５とコンデ
ンサ１６、このコンデンサ１６と並列に接続されたツェ
ナーダイオード１７、及びコンデンサ１６間に互いに直
列になるよう接続されたツェナータイオード１８と駆ｍ
部１９からなる。また、この駆動部１９は、例えば第４
図（Ａ）、又は（Ｂ）に示される様なｔ４成のものであ
る。

次にこの回路の動作を説明しなから一実施例を説明する
と、入力端子１，１′に直流入力が供給されるに伴い起
動回路１２のコンデンサ１６は抵抗１５を介して充電さ
れ、コンデンサ１６の充電々圧は所定の時定数で上昇す
る。これに伴い制御回路７の電源電圧も上昇するが、制
御回路７はその電源′電圧がツェナーダイオード１８よ
り低い値でも安定に動作して、従来のものと同じよう例
制御信号を生ずる。コンデンサ１６の充電々圧がツェナ
ーダイオード１８のツェナー電圧を超えると、駆動部１
９は制御回路７からの制御信号を端子４に受けることに
よりコンデンサ１６０充電々圧に依存する信号値を有す
る駆動信号Ｓｄヲ端子６からスイッチング素子２に与え
る。

この点について第４図（Ａ）、　ＣＢ）に夫々示す回路
を駆動部１９に適用して説明する。先ずスイッチング系
子２のオン動作について述べる。

コンデンサ１６の充電々圧がツェナーダイオード１８の
ツェナー１圧を超えている状態で、かつ−〇御回路７か
ら制御信号が端子４に供給されない区間では、トランジ
スタ２１がオフであり、従ってコンデンサ１６はツェナ
ーダイオード１Ｂ、抵抗２０及び端子３ｔ−介してスイ
ッチング素子２の制御端子に駆動電流を流してこれをオ
ンさせる。この駆動電流の振幅はコンデンサ１６の充電
々圧に依存する。次にスイッチング素子２のオフ動作に
ついて述べると、駆動部１９の端子４に制御回路７から
制御信号が印加されることによりトランジスタ２１がタ
ーンオンし、端子６は低レベルとなる。従って制御回路
７が？ＩｆｉＩ（ｆｉｌ＋信号を起＠回路１２に供給し
ている期間では、スイッチング素子２がオフの状態にあ
る。このようにして起動時スイッチング素子２は前述の
ように徐々に信号値が高くなる駆動信号でもって駆動さ
れ、能動領域で動作する。

また駆動部１９が第４図（Ｂ）に示すような回路からな
る場合には、端子４に正の制御パルスが印加される毎に
トランジスタ２１がオン、トランジスタ２２がオフする
ことによシ、コンデンサ１６０光也々圧に依存する信号
値を有する゛電流駆ｌＩＪ信号をスイッチング素子２０
制御端子に与える。またその駆動信号のオン−オフ比は
、出力醒圧検出回路１０及び出力或流検出回路１１が夫
々検出する出力直圧検出信号、出力′シ流検出１ｇ号が
任意の予め定めた設定値に到達した時点から、制御回路
７が有する制御機能、例えばパルス幅制御機能または周
波数制御機能によジ制御される。従って前記設定値全所
望の７ベルに設定することにより、オン−オフ比を起動
時からほぼ定常状態に至る期間のいずれの時点からでも
制御することができる。

次に第５図に示すＤＣ−ＤＣコンバータは本発明に係る
他の一実施例ｆｃ実施するための−し１１であり、スイ
ッチング素子２として電界効果型トランジスタ（Ｆ’　
Ｅ　’Ｌ’　）を用い、起動回路１２を簡略化したもの
である。

通常、ＦＥＴは第６図に示すように１月値、ｉ圧が４Ｖ
程度であり、主Ｉル流（ドレイン；に流）はゲート−ソ
ース間電圧に依存する。制（財）回路７はコンデンサ１
６の充電々圧がスイッチング素子２の閾値低圧以下でも
安定に動作して一定のオン−オフ比の信号を出力するが
、この信号の信号値はスイッチング素子２のＩＡ値電圧
よりも低いのでスイッチング素子２は起動されない。

コンデンサ１６の充電々圧がスイッチング素子２の閾値
１圧を超えると、制御回路７は、スイッチング素子のＩ
Ａ値電圧以上でかつ第６図で説明したようにコンデンサ
１６の充電々圧に依存して徐々に大きくなる信号値を有
する駆動信号を出力する。そして以後の動作については
前記実施例と同様であるので省略するが、コンデンサ１
６の充電はその光電がほぼ完了するまでスイッチング素
子２全通流する主電流が予め定められた電流値を超える
ことがないよう徐々に行われる。

そして前記いずれの実施例の場合も、定常動作状態では
スイッチング素子２′ｊｒ、飽和状態でオン動作式せる
に十分な信号値の駆動信号をスイッチング素子に供給し
、このときスイッチング素子２を流れる主電流は駆動信
号のオン−オフ比と負荷例依存″′ｒる。また起動時に
おける出動信号は、スイッチング素子、整流用ダイオー
ド、平滑用インダクタ及び主トランスなどの主回路部品
が許容し得る最大電流値以下の主電流で平滑用コンデン
サを光電するような信号値の増加特性を有し、その平滑
用コンデンサはスイッチング素子が起動時に能動領域で
動作しているときにスイッチング素子に生ずる″−力損
失がその許容損失より小さくなるような容量を有してい
る０ 尚、信号値が徐々に増加する駆動パルスは起動時のある
時点までは一定パルス幅で、その後オン−オフ比が制御
されても良く、またその逆でもよい。

〔効　果〕

以上述べたように本発明によれば、スイッチング素子の
起動から一出力電圧又は出力電流が予め定めた値に達す
るまでのルｊ間は、信号値が徐々に大きくなる駆動信号
をスイッチング素子に与えて、スイッチング素子のオン
期間にこれを２ＩＩｌ流する主１流が駆動信号の信号値
に依存する能動領域でスイッチング素子を起動している
ので、主回路に別途突入電流防止用回路を設けることな
く起動時に流れる主電流を設定値以下に抑制でき、従っ
て電源装置の小型化、低コスト化は勿論のこと信頼性を
向上できる。また起動時に制御回路用電源電圧が未だ低
い状態で誤動作をしたとしても、スイッチング素子は能
動領域で動作するので異常に過大な電流が流れることは
ない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る電源装置の起動方法の一実施例を
説明する几めの動作波形図、第２図、第６図及び第５図
は夫々本発明の実施例を実施するための電源装置の回路
例、第４図は第６図に示す電源装置における駆動部の具
体例を示す図、第６図はＦＥＴ６Ｄ砿圧−４流特性を示
す図、オフ図乃至第１０図は従来の電源装置の起動刃１
．１′・・・入力端子　　　２・・・ス・イツチング素
子６・・・平滑用インダクタ ４・・・フリーホイーリングダイオード５・・・平滑用
コンデンサ　６・・・負荷７・・・？ｌｌ１ｊ御回路　
　　　　１２・・・起動回路１９・・・駆動部 オリジン屯気株式会社

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）駆動信号によりオン、オフして直流入力を交流に
   変換するスイッチング素子と、その交流を直流に変換す
   る整流回路と、前記スイッチング素子のオン、オフを制
   御する制御回路と、該制御回路の出力と前記スイッチン
   グ素子との間に設けられた起動回路とを備えて直流電力
   を負荷に供給する電源回路において、前記スイッチング
   素子の起動から出力電圧又は出力電流が予め定めた値に
   達するまでの期間は、信号値が徐々に大きくなる駆動信
   号を前記スイッチング素子に与えて、該スイッチング素
   子のオン期間にこれを通流する主電流が前記駆動信号の
   信号値に依存する能動領域で前記スイッチング素子を動
   作させることを特徴とする電源回路の起動方法。
2. （２）起動時に制御回路電源電圧が前記制御回路を安定
   に動作させ得る値以上に上昇するとき、前記起動回路は
   信号値が徐々に増大する駆動信号を前記スイッチング素
   子に供給することを特徴とする特許請求の範囲（１）項
   に記載の電源回路の起動方法。
3. （３）前記直流入力間に結合された抵抗とこれに直列に
   接続された第２のコンデンサの充電特性により、前記駆
   動信号の信号値を徐々に増大させることを特徴とする特
   許請求の範囲（１）項に記載の電源回路の起動方法。
4. （４）前記制御回路は前記スイッチング素子として用い
   られるＦＥＴのゲート−ソース間スレッシュホールド電
   圧以下で起動時から安定に動作して、徐々に増大する信
   号値の駆動信号を前記ＦＥＴに供給することを特徴とす
   る特許請求の範囲（１）項に記載の電源回路の起動方法
   。
5. （５）信号値が徐々に大きくなる前記駆動信号が一定の
   パルス幅を有することを特徴とする特許請求の範囲（１
   ）項に記載した電源回路の起動方法。
6. （６）信号値が徐々に大きくなる前記駆動信号がパルス
   幅制御されることを特徴とする特許請求の範囲（１）項
   に記載した電源回路の起動方法。
7. （７）信号値が徐々に大きくなる前記駆動信号が周波数
   制御されることを特徴とする特許請求の範囲（１）項に
   記載した電源回路の起動方法。
8. （８）信号値が徐々に大きくなる前記駆動信号が一定パ
   ルス幅と可変パルス幅とを有することを特徴とする電源
   回路の起動方法。