JPH11266580A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】過電圧検出用の抵抗にかかる電圧を低くして、
この抵抗の電触による抵抗切れを未然に防止できると共
に、安価で且つ安全性の高い構成で過電圧を検出して、
過電圧による電子部品の破損等を防止するためにスイッ
チング素子をＯＦＦさせることができる電源装置を提供
すること。 【解決手段】高周波でＯＮ・ＯＦＦを繰り返えすスイッ
チング素子２９により、整流回路２１からの出力をイン
ダクタ２２，整流素子２５及び平滑コンデンサ３０を介
して平滑し出力する電源装置において、インダクタは主
巻線２３と補助巻線２４を備え、倍電圧整流回路を用い
た出力電圧検出回路３２及びこの出力電圧検出回路３２
の検出電圧を受けて作動する過電圧保護回路３３を設け
た電源装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、高周波でＯＮ・ＯＦ
Ｆを繰り返すスイッチング回路によって力率の改善を行
わせると共に、出力の過電圧保護回路を設けた電源装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の電源装置としては、例えば図３
に示したような力率改善コンバータとして用いられる昇
圧チョッパ回路が考えられている。この図３において、
１は交流入力端子ａ，ｂ及びプラス側の出力端子ｃ，マ
イナス側の端子ｄを有する整流回路、２は交流入力端子
に接続された商用電源である。この出力端子ｃには巻線
３，整流素子４を介して出力端子５が接続され、端子ｄ
にはマイナス側配線６を介して端子７が接続されてい
る。この整流素子４は出力端子５側に導通可能となって
いる。

【０００３】また、巻線３と整流素子４との間にはスイ
ッチング素子８の一端が接続され、整流素子４と出力端
子５との間には平滑コンデンサ９の一端が接続され、整
流素子４と平滑コンデンサ９との間には抵抗Ｒ１の一端
が接続され、平滑コンデンサ９と出力端子５との間には
過電圧検出用の抵抗Ｒ３の一端が接続されている。そし
て、スイッチング素子８の他端及び平滑コンデンサ９の
他端はマイナス側配線６に接続され、抵抗Ｒ１他端は分
圧用の抵抗Ｒ２を介してマイナス側配線６に接続されて
いると共に、過電圧検出用の抵抗Ｒ３他端は過電圧検出
用の抵抗Ｒ４を介してマイナス側配線６に接続されてい
る。

【０００４】このスイッチング素子８は、抵抗Ｒ１，Ｒ
２間からの電圧を受けて作動制御される制御回路１０に
よって、高周波でＯＮ・ＯＦＦを繰り返えすように制御
される様になっている。また、この制御回路１０は、抵
抗Ｒ３，Ｒ４間からの分圧電圧から過電圧を検出して動
作する過電圧保護回路１１により発振を停止されるよう
になっている。

【０００５】このような構成においては、商用電源２か
ら交流入力端子ａ，ｂに交流が入力されると、この入力
された交流は整流回路１により直流に変換されて、変換
された直流電圧が出力端子ｃから出力される。この出力
された電圧がスイッチング素子８がＯＮしている間イン
ダクタ３に印加され、励磁エネルギーが蓄えられ、蓄え
られた励磁エネルギーはスイッチング素子８がＯＦＦす
ると整流素子４を介して平滑コンデンサ９に蓄える昇圧
動作が行われる。制御回路１０は、抵抗Ｒ１，Ｒ２から
の分圧電圧を受けて作動制御すると共に、交流入力端子
から流入する電流と交流電圧の位相を合わせるように制
御することで力率改善を行っている。

【０００６】この様な制御に際して、抵抗Ｒ３，Ｒ４間
の電圧が過電圧保護回路１１に入力され、この電圧が所
定値以上であるか否かが過電圧保護回路１１内で比較さ
れ、所定値以上である場合に過電圧保護回路１１は制御
回路１０に過電圧検出信号を送り、スイッチング素子８
をＯＦＦさせ、出力５への過電圧の発生を押さえる様に
なっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、昇圧チョッ
パ回路の出力電圧を検出して出力５への過電圧の発生を
防止する方法としては、上述のように抵抗Ｒ３，Ｒ４で
分圧される電圧を過電圧保護回路１１内で所定値以上か
否かを比較させて過電圧保護回路１１による制御動作を
させる方法と、抵抗Ｒ３，Ｒ４間から過電圧保護回路１
１への配線途中に波線で示したようなツェナーダイオー
ド１２を介装して、抵抗Ｒ３，Ｒ４間からの電圧が所定
値以上になったときに、ツェナーダイオード１２を介し
て過電圧保護回路１１に通電して制御動作をさせる方法
が考えられる。

【０００８】一方、上述の昇圧チョッパ回路（力率改善
コンバータ）では、商用入力電圧を昇圧しているため、
出力電圧が高くなっている。この出力電圧を検出抵抗す
なわち抵抗Ｒ３，Ｒ４で損失を極力抑えながら検出する
には、抵抗Ｒ３，Ｒ４に高抵抗値のものを用いる必要が
ある。

【０００９】また、上述の昇圧チョッパ回路（力率改善
コンバータ）を入力電源のＯＮ・ＯＦＦ回数が多い条件
で且つ高湿度状態で使用する場合においては、上述のよ
うに高抵抗値の抵抗Ｒ３，Ｒ４に高電圧が印加される
と、電触作用による抵抗切れが生ずる可能性がある。こ
の為、安全性確保のためには、安価なカーボン系の抵抗
を用いることができず、耐電触性の良い高価な抵抗を用
いる必要があり、コストアップの要因となっていた。

【００１０】そこで、この発明は、過電圧検出用の抵抗
にかかる電圧を低くして、この抵抗の電触による抵抗切
れを未然に防止できると共に、安価で且つ安全性の高い
構成で過電圧を検出して、過電圧による電子部品の破損
等を防止するためにスイッチング素子をＯＦＦさせるこ
とができる電源装置を提供することを目的とするもので
ある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、この発明は、交流を入力する交流入力端子と、前記
交流入力端子に入力される交流を整流する整流回路と、
高周波でＯＮ・ＯＦＦを繰り返えすスイッチング素子
と、前記スイッチング素子がＯＮした時に前記整流回路
からの出力によって励磁エネルギーを蓄えるインダクタ
と、前記スイッチング素子がＯＦＦした時に前記インダ
クタに蓄えられた励磁エネルギーを出力側に伝達する整
流素子と、前記整流素子より伝達されたエネルギーを蓄
えておく平滑コンデンサを備えた電源装置において、前
記インダクタは前記整流回路からの出力が入力される主
巻線と前記主巻線の励磁エネルギーの変化に応じた励磁
エネルギーを蓄える補助巻線を備えると共に、前記補助
巻線の一端に第１の整流素子の入力側と第２の整流素子
の出力側が接続され、前記第１の整流素子の出力側と前
記第２の整流素子の入力側との間に第１，第２のコンデ
ンサがこの順に直列に接続され、前記補助巻線の他端が
前記第１，第２のコンデンサ間に接続され、前記第１，
第２のコンデンサの直列回路の両端間の所定値以上の電
圧を検出して前記スイッチング素子をＯＦＦさせる過電
圧保護回路を設けた電源装置としたことを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
１，図２を用いて説明する。

【００１３】＜第１実施例＞図１は、この発明の電源装
置（力率改善コンバータ即ち昇圧チョッパ回路）の第１
実施例を示したものである。この図１において、２０は
商用電源、２１は交流入力端子ａ，ｂ及びプラス側の出
力端子ｃ，マイナス側の端子ｄを有する整流回路であ
る。そして、商用電源２０には整流回路２１の入力端子
ａ，ｂが接続され、出力端子ｃには昇圧用のインダクタ
２２の主巻線２３の一端が接続されている。また、この
インダクタ２２は、補助電源を得るための補助巻線２４
を有する。この補助巻線２４は、主巻線２３の励磁エネ
ルギーの変化に応じた励磁エネルギーを蓄える。

【００１４】この主巻線２３の他端には整流素子２５を
介して出力端子２６が接続され、端子ｄにはマイナス側
配線２７を介して端子２８が接続されている。この整流
素子２５は出力端子２６側に導通可能となっている。

【００１５】また、主巻線２３と整流素子２５の間には
スイッチング素子２９の一端が接続され、整流素子２５
と出力端子２６との間には平滑コンデンサ３０の一端が
接続されている。そして、スイッチング素子２９の他端
及び平滑コンデンサ３０の他端はマイナス側配線２７に
接続されている。また、端子２６，２８間には平滑コン
デンサ３０と並列に抵抗Ｒ１，Ｒ２が直列に接続されて
いる。しかも、スイッチング素子２９は、抵抗Ｒ１，Ｒ
２間からの電圧を受けて作動制御される制御回路３１に
よって、高周波でＯＮ・ＯＦＦを繰り返えすように制御
される様になっている。

【００１６】この制御回路３１は、倍電圧整流回路を構
成する出力電圧検出回路３２及び過電圧保護回路３３に
より発振が停止されるようになっている。尚、過電圧保
護回路３３は制御回路３１と同一ＩＣ内部に構成され、
発振停止できるように構成されている。

【００１７】この出力電圧検出回路３２は、入力側が補
助巻線２４の一端に接続された第１の整流素子（第１の
整流ダイオード）Ｄ１と、出力側が補助巻線２４の一端
に接続された第２の整流素子（第２の整流ダイオード）
Ｄ２と、第１の整流素子Ｄ１の出力側と第２の整流素子
Ｄ２の入力側との間に直列に接続された第１，第２のコ
ンデンサＣ１，Ｃ２を有する。そして、直列のコンデン
サＣ１，Ｃ２に並列に抵抗Ｒ５，Ｒ６が接続され、この
抵抗Ｒ５，Ｒ６間からの検出電圧が過電圧保護回路３３
に入力されるようになっている。尚、補助巻線２４の他
方の端子が第１，第２コンデンサＣ１，Ｃ２の接続点に
接続されている。

【００１８】次に、このような構成の電源装置の作用を
説明する。

【００１９】このような構成においては、商用電源２０
から交流入力端子ａ，ｂに交流が入力されると、この入
力された交流は整流回路２１により直流に変換されて、
変換された直流電圧が出力端子ｃから出力される。この
出力された電圧は、主巻線２３及び整流素子２５を介し
て平滑コンデンサ３０及び抵抗Ｒ１，Ｒ２間に印加され
る。これにより、制御回路３１は、抵抗Ｒ１，Ｒ２間か
らの分圧電圧を受けて動作して、スイッチング素子２９
を高周波でＯＮ・ＯＦＦ制御する。

【００２０】この制御により、主巻線２３の出力はスイ
ッチング素子２９により高周波で断続されて平滑コンデ
ンサ３０に昇圧された出力電圧が印加される。尚、スイ
ッチング素子２９がＯＮすると、整流回路２１からの出
力によって励磁エネルギーがインダクタ２２の主巻線２
３に蓄えられ、スイッチング素子２９がＯＦＦすると、
インダクタ２２の主巻線２３に蓄えられた励磁エネルギ
ーが整流素子２５を介して平滑コンデンサ３０に印加さ
れて平滑された後、出力端子２６から出力される。この
時スイッチング素子２９のＯＮ・ＯＦＦタイミングによ
り出力電圧の安定と入力力率の改善が図られている。

【００２１】しかも、スイッチング素子２９のＯＮ時に
は、主巻線２３に蓄えられる励磁エネルギーに応じて補
助巻線２４に励磁エネルギーが蓄えられる。これに伴
い、補助巻線２４に補助電源電圧が生じる。この補助巻
線２４からの電圧は第１の整流素子Ｄ１を介して第１の
コンデンサＣ１に印加され、第１のコンデンサＣ１には
補助巻線２４から印加される電圧が充電される。一方、
スイッチング素子２９のＯＦＦ時には、補助巻線２４に
蓄えられた励磁エネルギーにより逆起電圧が生じ、この
逆起電圧により第２の整流素子Ｄ２を介して第２のコン
デンサＣ２に出力電圧に比例した電圧が充電される。

【００２２】このような整流素子Ｄ１，Ｄ２及びコンデ
ンサＣ１，Ｃ２を備える出力電圧検出回路３２は倍電圧
整流回路を構成する。この出力電圧検出回路３２の出力
電圧、即ち倍電圧整流回路出力電圧をＶ_A-Bとすると、
抵抗Ｒ５，Ｒ６間の分圧電圧を過電圧保護回路３３に入
力することにより、出力電圧Ｖ_A-Bを等価的な出力電圧
として過電圧検出が行える。この出力電圧Ｖ_A-Bが過電
圧保護回路３３内の図示しない比較回路で比較されて所
定値を越えると、過電圧保護回路３３は制御回路３１の
発振を停止させて、スイッチング素子２９をＯＦＦさ
せ、出力端子２６に異常電圧が発生し、電源装置及び負
荷が破損することから保護する。

【００２３】このような方法では、インダクタ２２の補
助巻線２４に発生する補助電圧を１０〜３０Ｖに抑える
ようにできるため、過電圧保護回路３３や制御回路３１
の駆動電圧に使用することもできる。しかも、過電圧検
出用の抵抗Ｒ５，Ｒ６への高電圧の印加がないため、エ
ネルギー損失低減のために抵抗Ｒ５，Ｒ６に高抵抗値の
ものを用いる必要がなく、簡単に過電圧保護回路３３を
構成できると共に、過電圧検出のための抵抗Ｒ５，Ｒ６
が電触により抵抗切れするような心配もなくなる。

【００２４】尚、本願発明の様に力率改善コンバータの
インダクタに補助巻線を設けると共に、スイッチング素
子２９がＯＦＦしたときに補助巻線からの出力電圧に比
例した電圧を得る様にした方式のものも考えられてい
る。しかし、この方式では、上述のように過電圧検出回
路３２が倍電圧整流回路を構成するものではなく、入力
電圧の上昇，出力負荷の減少によりインダクタの電流が
不連続となりやすく、不連続期間が発生すると、補助巻
線に生ずる電圧は出力電圧に比例しなくなる傾向にあ
る。これに対して、本願発明のように、過電圧検出用の
出力電圧検出回路３２に倍電圧整流回路を用いること
で、入力電圧が上昇し、出力負荷が軽くなり、インダク
タ電流が不連続となりやすい状況でも、入力電圧による
補正がかかって、出力電圧Ｖ_A-Bの電圧変動が小さくな
る特徴を有する。この為、入力電圧、出力負荷条件が変
化しても過電圧検出電圧Ｖ_A-Bを等価的出力電圧として
過電圧保護を行っても、過電圧保護が動作する出力電圧
のバラツキを比較的小さく抑えることができる。

【００２５】＜第２実施例＞図２は、この発明の第２実
施例を示したものである。本実施例は、過電圧保護機能
として発振停止機能を有しない制御ＩＣの使用におい
て、第１実施例と同様に発振を停止させるために制御Ｉ
Ｃの電源を短絡して、スイッチング素子２９をＯＦＦす
る過電圧保護回路４０を制御ＩＣ外部に付けた例を示し
たものである。

【００２６】この過電圧保護回路４０は、抵抗Ｒ５，Ｒ
６を有すると共に、一端が第１の整流素子Ｄ１の出力側
に接続された抵抗Ｒ７を有する。また、過電圧保護回路
４０は、カソードが抵抗Ｒ５に接続され且つアノードが
抵抗Ｒ６に接続されたツェナーダイオード４１と、アノ
ードが抵抗Ｒ７の他端に接続され且つカソードがマイナ
ス側配線２７に接続されたサイリスタＣＲと、サイリス
タＣＲと並列に抵抗Ｒ７とマイナス側配線２７との間に
介装された平滑コンデンサＣ３と、一端がツェナーダイ
オード４１のアノード及びサイリスタＣＲのゲートに接
続され且つ他端がマイナス側配線２７に接続されたコン
デンサＣ４を有する。また、制御回路３１は、平滑コン
デンサＣ３と並列に抵抗Ｒ７の他端とマイナス側配線２
７との間に接続されている。

【００２７】このような構成においては、第１実施例と
同様にして、補助巻線２４に励磁エネルギーが蓄えられ
ると共に、コンデンサＣ１，Ｃ２に充電される。この充
電電圧は、抵抗Ｒ５，Ｒ６間に直流電圧として印加され
ると共に、抵抗Ｒ７及び平滑コンデンサＣ３を介して平
滑されて制御回路３１に印加される。この印加される電
圧で制御回路３１は駆動（作動）させられる。一方、制
御回路３１は、抵抗Ｒ１，Ｒ２間の分圧電圧により出力
電圧を制御するようになっている。

【００２８】そして、倍電圧整流回路３２の出力電圧Ｖ
_A-Bがツェナーダイオード４１のツェナー電圧を超える
と、ツェナーダイオード４１が導通し、サイリスタＣＲ
のゲート電圧が上昇し、サイリスタＣＲが導通する。こ
れにより、過電圧保護回路４０のサイリスタＣＲが短絡
して、制御回路３１に印加される補助巻線２４からの直
流、つまり、制御回路３１の駆動電源が無くなり、制御
回路３１によるスイッチング素子２９のＯＮ・ＯＦＦ制
御が停止される。これにより、出力２６に異常電圧（過
電圧）が発生すること、及び、過電圧による電子部品の
破損が防止されることになる。

【００２９】

【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成し
たので、過電圧検出用の抵抗にかかる電圧を低くして、
この抵抗の電触による抵抗切れを未然に防止できる。し
かも、安価で且つ安全性の高い構成で過電圧を検出し
て、過電圧による電子部品の破損等を防止するためにス
イッチング素子をＯＦＦさせることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明にかかる電源装置の第１実施例を示す
回路図である。

【図２】この発明にかかる電源装置の第２実施例を示す
回路図である。

【図３】従来の電源装置の一例を示す回路図である。

【符号の説明】

２１・・・整流回路 ２２・・・インダクタ ２３・・・主巻線 ２４・・・補助巻線 ２５・・・整流素子 ２９・・・スイッチング素子 ３０・・・平滑コンデンサ ３２・・・出力電圧検出回路 ３３，４０・・・過電圧保護回路 ａ，ｂ・・・交流入力端子 Ｄ１・・・第１の整流素子 Ｄ２・・・第２の整流素子 Ｃ１・・・第１のコンデンサ Ｃ２・・・第２のコンデンサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流を入力する交流入力端子と、前記交
   流入力端子に入力される交流を整流する整流回路と、高
   周波でＯＮ・ＯＦＦを繰り返えすスイッチング素子と、
   前記スイッチング素子がＯＮした時に前記整流回路から
   の出力によって励磁エネルギーを蓄えるインダクタと、
   前記スイッチング素子がＯＦＦした時に前記インダクタ
   に蓄えられた励磁エネルギーを出力側に伝達する整流素
   子と、前記整流素子より伝達されたエネルギーを蓄えて
   おく平滑コンデンサを備えた電源装置において、 前記インダクタは前記整流回路からの出力が入力される
   主巻線と前記主巻線の励磁エネルギーの変化に応じた励
   磁エネルギーを蓄える補助巻線を備えると共に、 前記補助巻線の一端に第１の整流素子の入力側と第２の
   整流素子の出力側が接続され、前記第１の整流素子の出
   力側と前記第２の整流素子の入力側との間に第１，第２
   のコンデンサがこの順に直列に接続され、前記補助巻線
   の他端が前記第１，第２のコンデンサ間に接続され、前
   記第１，第２のコンデンサの直列回路の両端間の所定値
   以上の電圧を検出して前記スイッチング素子をＯＦＦさ
   せる過電圧保護回路を設けたことを特徴とする電源装
   置。