JPS63262058A - 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】 本発明は、電流を断続することによシ安定な直流電圧を
得る方式の電源装置、いわゆるスイッチング　レギュレ
ータに関するものである。

この方式の電源装置には数多くの形式があるが、いずれ
もチロークやトフンスなどのインダクタンスに電流を断
続的に流し、その周期や断続比を制御することにより安
定した直流電圧を得ている。そして電流を高速で断続す
る必要性から、電流を断続する手段（以下スイッチング
素子と呼ぶ）として各種半導体素子例えばサイリスタ、
トランジスタ或いはＦ’ＥＴなどが使われているが、こ
れらスイッチング素子は完全なオン状態か完全なオフ状
態かのどちらかの状態をとるような動作条件即ちスイッ
チング動作条件で使われており、従って過渡的な状態を
除けばスイッチング素子において消費される電力は非常
に小さく、断続周期を早くすることとあいまって、小容
量のスイッチング素子を用い、高効率で小形軽量の電源
装置が得られるものである。

しかし半導体のスイッチング素子はリレー等の機械的な
スイッチング素子に比べて過電流耐量が小さいため、出
力側の整流平滑部や負荷が未充電状態にある電源投入時
や入力側や出力側での異常発生時などに過電流が流れな
いよう保護する必要があり、又、この種電源装置の負荷
として接続される装置は半導体を主とした構成要素とす
るものが多いため、電源装置の出力電圧が何らかの原因
で高くな）過ぎだ場合には負荷に異常が発生するおそれ
が多分にありこれ又何らかの保護が必要である。

このように、この種電源装置には各種保護部が必要不可
欠であるが、従来の設計思想は所要の入出力特性を得る
ことに主眼をおき、それが達成されてから付帯的に各種
保護部を追加していた。従って回路構成が冗漫複雑にな
り部品点数が増加するきらいがあった。

本発明はこうした現状に濫み、従来の設計思想とは逆な
設計思想の下に為されたもので、まず保護部の主体であ
る電圧と電流の制限手段を調え、ついでその制限手段の
下で所要の出力特性を得ようとするものである。従って
従来付属的とされた各種保護部が構成の主体となり、装
置の安全性や信頼性が高まると共に全体の構成が極めて
簡単となる特長を有する。

以下、本発明を図面により説明する。

第１図は本発明による電源装置の主要部のブロック図で
あって、商用′１ｒｉ源１から与えられる電力は整流平
滑部２によって直流に変換されてヌイ。

チング素子３に与えられる。スイッチング素子３は電流
検出部４及びインダクタンス５と直列接続されており、
その制御は制御部９によりオンオフ的に行なわれる。ス
イッチング素子３により断続された電流工は前記直列回
路を流れ、負荷８に所要の直流電圧Ｅが与えられるよう
、インダクタンス５及び整流平滑部うで変換される。直
流出力電圧Ｅは電圧検出部７により監視されている。尚
便宜上、インダクタンス５から商用電源１側を入力側、
インダクタンス５から負荷８側を出力側と呼ぶことにす
る。電流検出部４ばこれに流れる電流工の瞬時値を常に
監視しており、その値があらかじめ定められた電流値シ
よυ大か小によりｌ又は０の論理出力Ａを出力する。電
圧検出部７は出力電圧Ｅを常に監視しており、その値が
あらかじめ定められた電圧１ｉ１！シより大か小によυ
１又はＯの論理出力Ｂを出力する。制御部９は内部に論
理部９３、限時部９２及び出力部９］を備えており、論
理部９３は電流検出部４からの論理出力Ａと、電圧検出
部７からの論理出力Ｂとを入力として論理和Ｃ＝Ａ＋Ｂ
なる論理演算を行ない、論理出力Ｃを出力する。限時部
９２は論理出力Ｃを受けて論理出力りを出力する否定形
限時素子であって、論理出力りは、論理出力Ｃが０のと
きは１、論理出力Ｃが１になった時から一定の限時時間
Ｔの間だけＯを示す。出力部９１は、論理出力りを受け
てスイッチング素子３を制御できる出力に変換するもの
で、論理出力りが１のときスイッチング素子３をオン状
態に、論理出力りがＯのときスイッチング素子３をオフ
状態にする。

言うまでもなく実際の構成では、主に検出回路の動作安
定のため各部にヒステリシス特性がもたされるが、説明
が煩雑になるため省略する。又、各部の動作要素は具体
的には大部分集積回路で実現されるため、これを個々の
単一動作を行なう部品で示すことは無意味と思われるが
、強いてその一部を個々の部品で示すと、例えば電流検
出部４は、電流工を流す抵抗体とその両端の電圧を増幅
して論理出力の形にするトランジスタ回路或いは電流工
をカーレントトランス−次側に流しその二次側出力をト
ランジスタ回路で論理出力の形に変換する等の方法で実
施できる。

以上のように構成すれば、商用電源１が印加されると所
要の出力電圧が負荷８に与えられるが、これを第２図に
より説明する。

第２図は時刻ｔに対応する各部の動作波形を模式的に示
したものであって、時刻ｔｏにおいて商用電源１が印加
されると、整流平滑部２はこれを直流に変換してスイッ
チング素子３以下に供給するが、その時点では整流平滑
部６及び負荷８が未充電であるため出力電圧Ｅは低い。

又、電流工が流れはじめたとしてもインダクタンス５が
あるためその値は小さい。従って論理出力Ａ、Ｂは共に
Ｏでちり、当然Ａ＋Ｂなる論理出力Ｃも０である。

このため論理出力りは１で、出力部９１はスイッチング
素子３をオン側に制御する。その結果電流工は増加しは
じめるがインダクタンス５があるため急には立上らず、
インダクタンス５が線形を示す範囲では直線状に増加す
る。時刻ｔ１になって電流下が設定値ｋに達すると、論
理出力Ａが１となり当然論理出力Ｃもｌとなって論理出
力りは０になる。従ってスイッチング素子３はオフ状態
になって論理出力Ａ及びＣは共に０になるが、限時部９
２の論理出力りは限時時間Ｔの間○を保持する。この間
、出力電圧Ｅば、時刻ｔにはある値まで高まるが、整流
平滑部６の充電や負荷８で消費されるため、限時時間Ｔ
後の時刻なにはある程度低下する。時刻物になると論理
出力りは１となり、電流下が再び流れ出す。以後この動
作を操シ返して出力電圧Ｅはだんだん高くなる。

時刻ｔｎになって出力電圧Ｅが設定値Ｅｃに達すると、
電流下が設定値ＩＣに達しなくても、電圧検出部７の論
理出力Ｂが１従って論理出力Ｃが１となって論理出力り
が０となり、スイッチング素子３はオフ状態になって電
流下は断たれる。その結果出力電圧Ｅが設定値Ｅｃよシ
低下すると、その低下分を補う分だけスイッチング素子
３はオン状態になって電流下が流れる。以後これを操シ
返して出力電圧Ｅは、はぼ一定電圧＆に保たれる。

時刻ｔｙｕ４から時刻ｔｎｒ３の間に示すように、負荷
量の急変などがあって限時時間Ｔの間に出力電圧Ｅが設
定値Ｅｅより低下した場合、スイッチング素子３は直ち
にオン状態にはならず、時刻ｔｗｏ←から限時時間Ｔを
経過してはじめてスイッチング素子３はオン状態になる
。その際出力電圧Ｅは定常な場合の値より若干余分に低
下するが、その分は次のスイッチング素子３のオン状態
時に補なわれ、出力電圧Ｅは設定値ｋにほぼ保たれる。

尚前述したように、各部にはヒステリシスがあるため、
出力電圧Ｅは設定値Ｅｃ付近で若干上下してリップル部
分が発生するが、これはオンオフ制御により定電圧を得
る方式のこの種電源装置いわゆるスイッチング　レギュ
レータにおいては不可避の現象である。

以上の説明でわかるように本発明による電源装置におい
ては、入力電圧の上昇や負荷の短絡などいかなる要因が
加わってもスイッチング素子３及びこれと直列に接続さ
れているインダクタンス５には設定値ＩＣ以上の電流は
流れない。又出力電圧が設定値＆以上になると、電力変
換の根本であるスイッチング素子３をオフ状態にしてし
まうため、出力電圧Ｅが過昇することも絶無になる。更
にインダクタンス５に流れる最大電流は設定値下Ｃで、
電流のしゃ断されている時間は限時部９２の限時時間Ｔ
でそれぞれ任意に設定でき又それが動作の基本となって
いるため、スイッチング　レギュレータでしばしば問題
となるインダクタンスの過飽和現象やリセット不足現象
を完全に防止することができる。尚これら電流の設定値
下Ｃ１限時時間Ｔの値は、電源装置の出力容量、スイッ
チング素子の定格、インダクタンスの必要リセット時間
等を考慮して定められるのは周知の通りである。又イン
ダクタンス５に流れる最大電流と、その電流が断たれて
いる時間とが確定されているということは、負荷８に供
給される最大電力が確定されるということであり、出力
電流がある値より増加すると出力電圧Ｅが低くなるいわ
ゆる垂下特性を示すということである。従って、負荷側
での事故時の安全性が高まると共に、電源装置の並列運
転も極めて容易となる。一方垂下特性の部分を積極的に
利用すれば、負特性の負荷例えば放電燈の電源として安
定器を省略できるというような新規な用途も開発できる
。

以上説明したように本発明によれば、入力側においてス
イッチング素子３とこれに流れる電流下が設定値により
大又は小に従って論理出力１又はＯを出力する電流検出
部４とインダクタンス５とをそれぞれ直列に接続し、出
力側に出力電圧Ｅが設定値Ｅｃよね大又は小に従って論
理出力１又は０を出力する電圧検出部７をもうけ、内部
に論理和演算を行なう論理部９３その論理出力を受けて
限時動作を行ない且つ入力に対して否定形の論理出力を
出力する限時部更にその論理出力を受ける出力部９１を
備えた制御部９をもうけ、前記電流検出部４と電圧検出
部７の論理出力を入力として論理部９３に与えるよう接
続し、出力部９１の論理出力が１又は０に従ってスイッ
チング素子３をオン又はオフ状態に制御するよう接続す
るという極めて単純な回路構成で、安全性及び信頼性の
高い電源装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電源装置の主要部のブロック図、
第２図は第１図に示した電源装置各部の動作波形を模式
的に示したものである。 １−一商用電源。２．６一−整流平滑部。３−−スイッ
チング素子。４−一電流検出部。５−−インダクタンス
。７一−電圧検出部。８−一負荷。 ９−一制御部。９１−一出力部。９２−一限時部。９３
−一輪理部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 入力側においてスイッチング素子３と電流検出部４とイ
   ンダクタンス５とを直列に接続し、出力側に電圧検出部
   ７を配置し、内部に論理和演算を行なう論理部９３とそ
   の論理出力を受けて限時動作を行なう限時部９２と更に
   その論理出力を受けてスイッチング素子３を制御する出
   力部９１とを備えた制御部９を設うけ、電流検出部４と
   電圧検出部７のそれぞれの論理出力を制御部９内部の論
   理部９３に与えるよう構成した電源装置。