JP3081417B2 - スイッチング電源 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する分野の説明】本発明は、交流を入力とす
るスイッチング式直流安定化電源装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来技術】図７は、従来の交流入力のスイッチング電
源の構成を示す。従来の交流入力のスイッチング電源の
構成は、商用交流電源１、全波整流器２と、それを構成
するダイオ−ド３、４、５、６、平滑コンデンサ７、ト
ランス８と、その１次巻線９、２次巻線１０、スイッチ
素子１１、整流平滑回路１２、負荷１３、制御回路１４
よりなる。この従来の交流入力のスイッチング電源の動
作は商用交流電源１の入力を全波整流器２で整流し、平
滑コンデンサ７で、リプルの少ない直流に平滑した後、
スイッチ素子１１を入力商用交流周波数よ （２） り高い周波数で、オン、オフすることによって、トラン
ス８の１次巻線９に交流電圧が与えられ、その出力は、
トランス８の２次巻線１０から整流平滑回路に与えられ
て整流平滑し、直流の出力電圧として負荷１３に与えら
れる。ここで、制御回路１４は、該、整流平滑回路１２
の出力電圧を検出して、それが既定の電圧となるよう
に、スイッチ素子１１をオン、オフする。以上のように
この構成は、商用交流電源１の入力を安定な直流電圧に
交換し、出力する機能を持っている。

【０００３】図８は、従来の交流入力スイッチング電源
の他の構成を示す。同図中、図７と同一構成部分には、
同一符号を付し、その説明を省略する。図１の構成と異
なる部分は、トランス８の３次巻線１５、整流回路１６
とそれを構成している第１のダイオ−ド１７、と第２の
ダイオ−ド１８である。この動作は、スイッチ素子１１
が入力商用交流周波数より高い周波数で、オン、オフ
し、オフの期間に、トランス８の励磁エネルギ−を該ト
ランス８の３次巻線１５から整流回路１６を介して、平
滑コンデンサ７に蓄えておき、該平滑コンデンサ７の電
圧Ｖaをスイッチング電源の定電圧動作をするための最
低動作電圧よりも高く設定しておくと、入力電圧Ｖin
(2)が該平滑コンデンサ７の電圧Ｖaよりも高い期間に
は、全波整流器２を介して、入力電流がトランス８の１
次巻線９に流れ、また、この期間には、ダイオ−ド１８
はオフしている。次に入力電圧Ｖin(2)が該平滑コンデ
ンサ７の電圧Ｖaよりも低くなると、全波整流器がオフ
して、代わりに該平滑コンデンサ７からダイオ−ド１８
を介して、トランス８に電力を送り出す。このようにし
て、商用サイクルの全周期に渡って、定電圧動作が可能
になる。ここで、この従来の構成では、全波整流器２の
出力端子に平滑コンデンサ７は、直接、接続されていな
いので突入電流は無く、さらに、交流入力電圧Ｖin(2)
が平滑コンデンサ７の電圧Ｖaよりも高い期間に、既定
の入力電流が流れ、力率が高くなる。

【０００４】 （３）

【従来技術の問題点】しかしながら、従来の２つの構成
には、以下のような問題点がある。図１０は、従来の交
流入力スイッチング電源の構成（図７）の動作波形を示
す。同図（ａ）のＶin(1)は、商用交流電源の電圧に対
する全波整流器２の出力電圧を示し、図（ｂ）Ｉin(1)
は商用交流電源１からの入力電流の波形を示す。同図か
らわかるように、入力電流がサ−ジ状になり、力率が極
めて低いという問題がある。図１１は、従来の交流入力
スイッチング電源の他の構成（図８）の動作波形を示
す。同図（ａ）中、Ｖin(2)は商用交流電源１の電圧に
対する全波整流器２の出力電圧を示し、図（ｂ）Ｉin
(2)は、商用交流電源１からの入力電流の波形を示す。
またＶaは、平滑コンデンサ７の電圧であり、図（ｃ）
Ｉaは平滑コンデンサ７からダイオ−ド１８を通ってト
ランス８に流れる電流波形である。同図からわかるよう
に、入力電流波形の外形は、ほゞ矩形波となっているの
で、全波整流器２の直前か直後に高周波リプル除去用の
ロ−パスフィルタを使用すれば、入力電流波形を概ね矩
形波にすることができ、従来の第１の構成に比べ、格段
に力率を高くすることができる。しかし、図１１が示す
ように力率を高くするためには入力電流Ｉin(2)が流れ
る期間を長くする必要があり、このためには、平滑コン
デンサ７の電圧Ｖaを入力電圧Ｖin(2)のピ−ク値より
も、かなり低く設定する必要がある。そこで、該平滑コ
ンデンサ７の電圧が低いため、瞬断保持時間が短いとい
う問題がある。

【０００５】

【発明の目的】本発明は、上記の点を鑑みなされたもの
で、１組のスイッチ素子と制御回路からなる簡単な構成
で、高力率で、瞬断保持時間の長い交流入力スイッチン
グ電源を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための本発明の手段】交流電源に接続
された全波整流器の出力端子間にトランスの１次巻線と
スイ （４） ッチ素子の直列回路を接続し、該トランスの２次巻線に
整流平滑回路を介して負荷を接続し、また、その出力電
圧を検出して既定の電圧になるようにスイッチ素子を制
御する制御回路を有するスイッチング電源において、該
トランスの３次巻線を整流回路を介して平滑コンデンサ
に接続し、該平滑コンデンサの一方の端子をダイオ−ド
を介して該トランスの４次巻線の一方の端子に接続し、
該平滑コンデンサの他方の端子は該全波整流器の出力端
子のマイナス側に接続し、該トランスの４次巻線の他方
の端子は、該全波整流器の出力端子のプラス側に接続す
る。

【０００７】

【実施例】図１は、本発明の第１の実施例の構成図であ
る。本発明の構成は、商用交流電源１９、全波整流器２
０、全波整流器２０を構成している第１のダイオ−ド２
１、第２のダイオ−ド２２、第３のダイオ−ド２３、第
４のダイオ−ド２４、整流回路２５と、それを構成して
いる第５のダイオ−ド２６、平滑コンデンサ２７、第６
のダイオ−ド２８、トランス２９とその１次巻線３０、
２次巻線３１、３次巻線３２、４次巻線３３、スイッチ
素子３４、整流平滑回路３５と、それを構成している第
７のダイオ−ド３６、第８のダイオ−ド３７、インダク
タ３８、コンデンサ３９、負荷４０、制御回路４１より
なる。

【０００８】また、図９は、本発明の第１の実施例の動
作波形図であり、トランス２９の各巻線の巻線を、それ
ぞれ１次巻線３０が、Ｎ1、２次巻線３１がＮ2、３次巻
線３２がＮ3、４次巻線３３がＮ4とし全波整流器２０の
出力側の電圧をＶin(3)、全波整流器２０を介して流れ
る入力電流をＩin(3)、ｂ点の電圧、即ち、平滑コンデ
ンサ２７の電圧をＶb、平滑コンデンサ２７からダイオ
−ド２８を介して流れる電流をＩbとする。またＶcはＶ
c＝Ｖb×Ｎ1／Ｎ1＋Ｎ4で等出される電圧である。動作
は、スイッチ素子３４が入力商用交流周波数より高い周
波数で、オン、オフし、オフの期間にトランス２９の励
磁エネルギ−を該トランス２９の３ （５） 次巻線３２から整流回路２５を介して平滑コンデンサ２
７に蓄えておき、該平滑コンデンサ２７の電圧Ｖbを、
スイッチング電源の定電圧制御をするための最低動作電
圧よりも高く設定しておくと、入力電圧Ｖin(3)が、該
平滑コンデンサ２７の電圧Ｖbと、トランス２９の１次
巻線３０の巻数Ｎ1と、４次巻線３３の巻数Ｎ4とから算
出されるＶc＝Ｖb×Ｎ1／Ｎ1＋Ｎ4の電圧よりも高くな
ると全波整流器２０を介して既定の入力電流Ｉin(3)が
トランス29に流れ、また、この期間にはダイオ−ド２８
は、オフしている。次に、入力電圧Ｖin(3)が前記Ｖcの
電圧よりも低くなると、全波整流器２０がオフして代わ
りに該平滑コンデンサ２７からダイオ−ド２８を介して
該トランス２９の４次巻線３３に電流Ｉbが流れる。こ
のようにして商用サイクルの全周期に渡って定電圧動作
が可能となる。

【０００９】以上のように本発明の実施例では、全波整
流器２０の出力端子に、平滑コンデンサ２７は、直接、
接続されていないので、突入電流は無く、さらに、交流
入力電圧Ｖin(3)が、前記の平滑コンデンサ２７の電圧
Ｖbと、トランス２９の巻数から算出される電圧Ｖcより
も高い期間に、既定の電流が流れ、この電流波形の外形
は図９（ｂ）のＩin(3)に示すように、ほゞ矩形波とな
っているので、全波整流器２０の直前か直後に高周波リ
プル除去用のロ−パスフィルタを使用すれば、入力電流
波形を概ね矩形波にすることができ力率を高くすること
ができる。ここで、本発明の実施例では力率を高くする
ためには従来の交流入力スイッチング電源の平滑コンデ
ンサ７の電圧Ｖaと同様に前記、算出電圧Ｖcを入力電圧
Ｖin(3)のピ−ク値よりも、かなり低くする必要があ
る。しかし、この実施例では、該Ｖcを低く設定しても
トランス２９の１次巻線３０の巻数Ｎ1と、４次巻線３
３の巻数Ｎ4の巻数比を変えることによって、平滑コン
デンサ２７の電圧Ｖbは、任意に設定することが可能で
あり、該Ｖbを高く設定しておけば瞬断保持時間を充分
長くすることができる。

【００１０】 （６） 図２は、本発明の他の実施例の構成図である。同図中、
図１と同一構成部分には、同一符号を付し、その説明を
省略する。図１の構成と異なる部分は、平滑コンデンサ
２７とダイオ−ド２８の位置が逆になっており、それと
同時に整流回路２５の出力端子が平滑コンデンサ２７の
端子間に接続するようにしたものである。

【００１１】図３は本発明の他の実施例回路図で、整流
回路４２をダイオ−ド４３、４４及びインダクタ４５で
構成した例を示すもので、この動作はスイッチ素子３４
がオンの期間にトランス２９からのエネルギ−をインダ
クタ４５に蓄え、スイッチ素子３４がオフの期間に該イ
ンダクタ４５のエネルギ−を平滑コンデンサ２７に送る
ようにしたものである。

【００１２】図４は本発明の他の実施例回路図で図３に
比し、平滑コンデンサ２７とダイオ−ド２８の位置が逆
になっており、それと同時に整流回路器４２の出力端子
が平滑コンデンサ２７の端子間に接続するように構成し
たものである。

【００１３】図５は本発明の他の実施例回路図で、整流
回路４６をインダクタ４７とダイオ−ド４８、４９によ
り構成した例を示すもので、スイッチ素子３４がオンの
期間に、トランス２９からのエネルギ−をインダクタ４
７に蓄え、スイッチ素子３４がオフの期間に該インダク
タ４７のエネルギ−を平滑コンデンサ２７に送ってい
る。

【００１４】図６は本発明の他の実施例回路である図５
に比し、平滑コンデンサ２７とダイオ−ド２８の位置が
逆になっており、それと同時に整流回路４６の出力端子
が平滑コンデンサ２つの端子間に接続するようにしたも
のである。動作と効果は他の実施例と同等であるので省
略する。

【００１５】

【発明の効果】

（７） 以上のように本発明によれば、従来の交流入力スイッチ
ング電源に対し、簡単な構成で、力率を高くすることが
でき、さらに従来の交流入力スイッチング電源に比べる
と、力率を高くすると同時に平滑コンデンサ２７の電圧
を任意に高く設定することが可能なので、瞬断保持時間
を長くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例回路図

【図２】本発明の他の実施例回路図

【図３】本発明の他の実施例回路図

【図４】本発明の他の実施例回路図

【図５】本発明の他の実施例回路図

【図６】本発明の他の実施例回路図

【図７】従来回路図

【図８】従来回路図

【図９】本発明（図１）の各部動作波形図

【図１０】従来回路（図７）の各部動作波形図

【図１１】従来回路（図８）の各部動作波形図

【符号の説明】

（８） ２、２０ 全波整流器 １６、２５、４２、４６ 整流回路 ７、２７ 平滑コンデンサ ８、２９ トランス ３０ １次巻線 ３１ ２次巻線 ３２ ３次巻線 ３３ ４次巻線 １１、３４ スイッチ素子 １２、３５ 整流平滑回路 １４、４１ 制御回路 ３８、４５、４７ インダクタ

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】交流電源に接続された全波整流器の出力端
   子間にトランスの１次巻線とスイッチ素子の直列回路を
   接続し、該トランスの２次巻線に整流平滑回路を接続
   し、該整流平滑回路の出力端子間に接続された負荷に電
   力を供給すると同時に、該整流平滑回路の出力電圧を検
   出して既定の電圧になるように該スイッチ素子を制御す
   る制御回路を有するスイッチング電源において該トラン
   スの３次巻線を整流回路を介して平滑コンデンサを接続
   し、該平滑コンデンサの一方の端子を、ダイオードを介
   して、該トランスの４次巻線の一方の端子に接続し、該
   平滑コンデンサの他方の端子は、該全波整流器の出力端
   子のマイナス側に接続し、該トランスの４次巻線の他方
   の端子は、該全波整流器の出力端子のプラス側に接続す
   ることを特徴とするスイッチング電源。
2. 【請求項２】交流電源に接続された全波整流器の出力端
   子間にトランスの１次巻線とスイッチ素子の直列回路を
   接続し、該トランスの２次巻線に整流平滑回路を接続
   し、該整流平滑回路の出力端子間に接続された負荷に電
   力を供給すると同時に該整流平滑回路の出力電圧を検出
   して既定の電圧になるように該スイッチ素子を制御する
   制御回路を有するスイッチング電源において該トランス
   の３次巻線を整流回路を介して平滑コンデンサを接続
   し、該平滑コンデンサの一方の端子を、該トランスの４
   次巻線の一方の端子に接続し、該平滑コンデンサの他方
   の端子は、ダイオードを介して該全波整流器の出力端子
   のマイナス側に接続し、該トランスの４次巻線の他方の
   端子は、該全波整流器２０の出力端子のプラス側に接続
   することを特徴とするスイッチング電源。