JP2000232789A

JP2000232789A - 電源装置

Info

Publication number: JP2000232789A
Application number: JP3081299A
Authority: JP
Inventors: Katsuichi Nakagawa; 勝一中川
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Medical Systems Engineering Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Medical Systems Corp
Priority date: 1999-02-09
Filing date: 1999-02-09
Publication date: 2000-08-22

Abstract

(57)【要約】【課題】総合効率を向上した電源装置を提供するこ
と。【解決手段】平均電流型力率改善回路あるいはアクテ
ィブフィルタ方式スイッチング電源装置などとして知ら
れている、従来の電源装置の平均電流検出用の抵抗器８
に代えて、カレントトランス１１をインダクタ３側の高
周波回路部分に設け、カレントトランスとその二次巻線
側に接続した平滑回路１２の回路定数を整流回路２に帰
還する平均電流に相当する電圧となるように設定した。
これにより、力率は若干低下するものの、効率が向上
し、総合効率を飛躍的に向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電源装置に係り、
特に総合効率を改善するようにした電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図２は、平均電流型力率改善回路あるい
はアクティブフィルタ方式スイッチング電源装置などと
して知られている、従来の電源装置を示した回路図であ
る。この電源装置は、商用交流電源１を全波整流するダ
イオードブリッジで構成される整流回路２と、この整流
回路２の正の出力端側に直列に接続されたインダクタ３
と、このインダクタ３と出力端子４との間に順方向に直
列接続されたダイオード５と、このダイオード５の出力
側と接地ラインＥとの間に接続されたコンデンサ６と、
前記インダクタ３と前記ダイオード５との接続中間部と
接地ラインＥとの間に接続されたＦＥＴなどによるスイ
ッチング素子７と、前記整流回路２の負の出力端と接地
ラインＥとの間に接続された電流検出用の抵抗器８と、
この抵抗器８によって検出された電圧波形と前記整流回
路２の出力電圧波形との位相が同じになり、かつ前記コ
ンデンサ６の充電電圧が一定値となるように、前記スイ
ッチング素子７のスイッチング動作を制御する制御回路
９とから構成されている。

【０００３】このように構成された従来の電源装置にお
いて、商用電源１は、ダイオードブリッジで構成された
整流回路２によって、全波整流された直流に変換され
る。次いで、制御回路９がスイッチング素子７をオンさ
せると、直流に基づくエネルギがインダクタ３に一旦蓄
積され、次に、制御回路９によってスイッチング素子７
をオフさせると、インダクタ３に蓄積されていたエネル
ギがダイオード５を介してコンデンサ６へ供給され、コ
ンデンサ６を充電する。このとき、制御回路９は、コン
デンサ６の充電電圧に応じてスイッチング信号のパルス
幅を変化させることにより、コンデンサ６の充電電圧が
一定値となるようにするとともに、抵抗器８に流れる直
流の電流波形と、整流回路２の出力電圧波形との位相が
同じ（ただし、極性は反対）になるように、スイッチン
グ素子７のスイッチング動作を制御する。

【０００４】すなわち、図２に示した電源装置は、平均
電流型力率改善回路あるいはアクティブフィルタ方式ス
イッチング電源装置などとして知られており、基本的に
は力率１００％を目指したものであり、整流回路２に流
入する電流Ｉｉｎが入力電圧Ｖｉｎに比例するように、
スイッチング素子７のスイッチング動作を、制御回路９
で制御するものであり、これにより、図３（ａ）に示す
ように、高周波スイッチングされた入力電流Ｉｒの平均
値１０が、整流電圧Ｖｉに比例するようにしている。な
お、制御回路９によるスイッチング周波数は、数１０Ｋ
Ｈｚ以上に選定されるのが一般的である。また、図３
（ｂ）は、整流回路２へ帰還する電流により抵抗器８に
生じた電圧Ｖｒの波形を示したものである。

【０００５】なお、整流回路２に商用電源１を供給する
に際して、電源装置側で発生した高周波電流などのノイ
ズが商用電源１側へ漏洩するのを阻止するために、コン
デンサとライントランスとから成るラインフィルタを、
整流回路２の入力側に設置する場合もある。さらに、出
力端子４側には、コンデンサ６に蓄積されているエネル
ギーに基づいて、所定の電圧に安定化された電流を負荷
へ供給するために、ＤＣ−ＤＣコンバータが接続される
こともある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで上記の従来の
電源装置は、力率はほぼ１００％とすることができるも
のの、スイッチング素子７のスイッチング動作を制御す
るために、制御回路９にて参照している電圧波形を、整
流回路２の負の出力端と接地ラインＥとの間に接続され
た帰還電流を検出するための抵抗器８で得ているため、
抵抗器８での発熱量が大きく、消費電力が増加する。そ
のため、上記従来の電源装置の性能は、実測値によれ
ば、力率９９．９％、効率９２．７％、総合効率（＝力
率×効率）９２．６％であった。本発明は、消費電力を
軽減することにより、総合効率をより向上させた電源装
置を提供することを目的としてなされたものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、請求項１に記載の発明は、交流を全波整流する整流
回路と、この整流回路の正の出力端側に直列に接続され
たインダクタと、このインダクタと出力端子との間に順
方向に直列接続されたダイオードと、このダイオードの
出力側と接地ラインとの間に接続されたコンデンサと、
前記インダクタと前記ダイオードとの接続中間部と接地
ラインとの間に直列に接続されたカレントトランスおよ
びスイッチング素子と、前記カレントトランスの二次巻
線側に接続された平滑回路と、この平滑回路の出力電圧
と前記整流回路の出力電圧および前記コンデンサの充電
電圧とを参照することにより前記スイッチング素子のス
イッチング動作を制御する制御回路とを具備することを
特徴とするものである。

【０００８】これにより、カレントトランスによる波形
歪みの影響により力率は若干下がるものの、抵抗器を使
用しないので電力損失が軽減されて効率を向上させるこ
とができるので、電源装置全体としての総合効率を従来
よりも飛躍的に向上させることができる。また、カレン
トトランスをインダクタ側の高周波回路部分に設けたの
で、カレントトランス自体を小形化することができる。

【０００９】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載の電源装置において、前記平滑回路の出力電圧
が、前記整流回路に帰還する平均電流に相当する電圧と
なるように、前記カレントトランスおよび前記平滑回路
の回路定数を設定したことを特徴とするものである。

【００１０】これにより、平均電流に相当する電圧波形
を制御回路で参照してスイッチング素子のスイッチング
動作を制御することができ、平均電流型力率改善回路と
同様の機能を奏することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図１を参照して本発明に係
る電源装置の一実施の形態について説明する。なお、図
１において、図２と同一部分には同一符号を付して示し
てある。図１は、本発明に係る電源装置の一実施の形態
を示した回路図であり、商用交流電源１を全波整流する
ダイオードブリッジで構成される整流回路２と、この整
流回路２の正の出力端側に直列に接続されたインダクタ
３と、このインダクタ３と出力端子４との間に順方向に
直列接続されたダイオード５と、このダイオード５の出
力側と接地ラインＥとの間に接続されたコンデンサ６
と、インダクタ３とダイオード５との接続中間部に１次
巻線の一端が接続され、他端がスイッチング素子７を介
して接地ラインＥに接続されたカレントトランス１１
（すなわち、カレントトランス１１とスイッチング素子
７とは、インダクタ３とダイオード５との接続中間部と
接地ラインＥとの間に直列に接続されている）と、カレ
ントトランス１１の二次巻線側に接続された平滑回路１
２と、この平滑回路１２の出力電圧と整流回路２の出力
電圧および前記コンデンサ６の充電電圧とから前記スイ
ッチング素子７のスイッチング動作を制御する制御回路
９とから構成されている。そして、カレントトランス１
１および平滑回路１２の回路定数を、平滑回路１２の出
力電圧が、従来の抵抗器８で検出していた整流回路２に
帰還する平均電流に相当する電圧となるように設定す
る。

【００１２】本発明の電源装置は、上記のように構成さ
れており、商用電源１は、ダイオードブリッジで構成さ
れた整流回路２によって、全波整流された直流に変換さ
れる。次いで、制御回路９がスイッチング素子７をオン
させると、直流に基づくエネルギがインダクタ３に一旦
蓄積され、次に、制御回路９によってスイッチング素子
７をオフさせると、インダクタ３に蓄積されていたエネ
ルギがダイオード５を介してコンデンサ６へ供給され、
コンデンサ６を充電する。このとき制御回路９は、カレ
ントトランス１１に流れる電流の波形（平滑回路１２に
よって検出された電圧波形）と、整流回路２の出力電圧
波形との位相が同じ（ただし、極性は反対）になり、か
つコンデンサ６の充電電圧が一定値となるように、スイ
ッチング素子７のスイッチング動作を制御する。

【００１３】すなわち、整流回路２に流入する電流Ｉｉ
ｎが入力電圧Ｖｉｎに比例するように、スイッチング素
子７のスイッチング動作を、制御回路９で制御するもの
であり、これにより、図３（ａ）に示したように、高周
波スイッチングされた入力電流Ｉｒの平均値１０が、整
流電圧Ｖｉに比例するようになる。なお、本発明におい
ても、制御回路９によるスイッチング周波数は、数１０
ＫＨｚ以上に選定される。また、カレントトランス１１
および平滑回路１２の回路定数を、平滑回路１２の出力
電圧が、従来の抵抗器８で検出していた整流回路２に帰
還する平均電流に相当する電圧となるように設定するの
で、平滑回路１２の出力電圧波形は、図３（ｂ）に示し
たものと同様になる。

【００１４】このように本発明の電源装置は、制御回路
９で参照する電圧波形を、従来、整流回路２へ帰還する
平均電流にもとづき抵抗器８で検出していたものを、イ
ンダクタ３側の高周波回路部分にカレントトランス１１
設け、その二次側の平滑回路１２の出力として検出する
ようにしたものである。よって、抵抗器８による電力損
失がなくなり、電源装置の性能を実測すると、カレント
トランス１１の特性により参照電圧波形が歪むため、力
率は９９．３％と従来よりも若干低下するものの、効率
は９４．６％に向上し、結果として総合効率（＝力率×
効率）は９３．９％と飛躍的に向上した。電源装置にお
いて、総合効率が９０％以上の場合にそれを１％改善す
るということは、極めて大きな改善を意味するものであ
る。

【００１５】また、カレントトランス１１を従来の抵抗
器８を設けていた位置に設置することも考えられるが、
その場所は低周波回路部分（商用電源周波数の２倍の周
波数の電流が流れている部分）のためカレントトランス
が大形化することになる。そこで本発明では、カレント
トランス１１をインダクタ３側の高周波回路部分（スイ
ッチング素子７にスイッチング周波数による電流が流れ
ている部分）に設けることにより、カレントトランス１
１自体の小形化を図り、電源装置全体を小形化すること
ができる。

【００１６】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、力率は若干低下するものの効率を向上させること
ができるので、電源装置全体としての総合効率を従来よ
りも飛躍的に向上させることのできる電源装置が提供さ
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電源装置の一実施の形態を示した
回路図である。

【図２】従来の電源装置を示した回路図である。

【図３】制御装置の作用を説明するために示した電源装
置の要部の波形図である。

【符号の説明】

１商用交流電源２整流回路３インダクタ４出力端子５ダイオード６コンデンサ７スイッチング素子９制御回路１１カレントトランス１２平滑回路

フロントページの続きＦターム(参考） 5H006 AA02 CA02 CA13 CB01 CC02 CC08 DA02 DA04 DB01 DB05 DC02 DC05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】交流を全波整流する整流回路と、この整
流回路の正の出力端側に直列に接続されたインダクタ
と、このインダクタと出力端子との間に順方向に直列接
続されたダイオードと、このダイオードの出力側と接地
ラインとの間に接続されたコンデンサと、前記インダク
タと前記ダイオードとの接続中間部と接地ラインとの間
に直列に接続されたカレントトランスおよびスイッチン
グ素子と、前記カレントトランスの二次巻線側に接続さ
れた平滑回路と、この平滑回路の出力電圧と前記整流回
路の出力電圧および前記コンデンサの充電電圧とを参照
することにより前記スイッチング素子のスイッチング動
作を制御する制御回路とを具備することを特徴とする電
源装置。
【請求項２】前記平滑回路の出力電圧が、前記整流回
路に帰還する平均電流に相当する電圧となるように、前
記カレントトランスおよび前記平滑回路の回路定数を設
定したことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。