JP2001095236A

JP2001095236A - スイッチング電源装置

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Publication number: JP2001095236A
Application number: JP27094599A
Authority: JP
Inventors: Saburo Kitano; 三郎北野
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Priority date: 1999-09-24
Filing date: 1999-09-24
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Abstract

(57)【要約】【課題】力率改善の必要性のない小電力消費状態にお
いて、電力損失を低く抑えることができるスイッチング
電源装置を提供する。【解決手段】出力電力量検出回路２２は、出力電力量
が上記閾値より小さい場合、昇圧チョッパ回路５の力率
改善機能を機能させないための制御信号を、或いは、出
力電力量が上記閾値より大きい場合、昇圧チョッパ回路
５の力率改善機能を機能させるための制御信号を出力す
る。昇圧チョッパ回路５は、力率改善機能を機能させな
いための上記制御信号を出力電力量検出回路２２から受
けると、この制御信号に基づいて昇圧機能を停止させ
る。この結果、ブリッジ整流器２の出力電圧はスルーで
平滑コンデンサ７に出力される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、単相交流電源を入
力とする高力率タイプのスイッチング電源装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、スイッチング電源装置において、
交流入力電流の導通角を広げ、力率を改善するため、図
５に示すように、ブリッジ整流器２と電圧変換回路１７
との間に昇圧チョッパ形式の力率改善回路５が設けられ
ている。

【０００３】図５において、ＡＣ入力電源１から供給さ
れる電流はブリッジ整流器２により整流され、入力ＡＣ
電源整流回路の正出力ライン３と負出力ライン４との間
の電圧波形は、図６（ａ）に示す全波整流電圧波形とな
る。昇圧チョッパ回路５の制御回路６は、図６（ａ）の
全波整流電圧波形と、図６（ａ）に直線で示す平滑コン
デンサ７の充電電圧の電圧レベルを取り込み、これらを
演算処理し、チョークコイル８内に図６（ｂ）の実線で
示す波形の電流を流す。なお、図６（ａ）に示す両電圧
波形は、共通のグランドレベルを基準としており、両電
圧波形のレベル差は、昇圧チョッパ回路５による電圧昇
圧分（ΔＶ）に相当する。

【０００４】昇圧チョッパ回路５において、抵抗９およ
び抵抗１０からなる直列回路は、入力ＡＣ電源整流回路
の正出力ライン３と負出力ライン４の間の電圧を抵抗分
割によって降圧し、制御回路６の入力端子１１に入力す
る。また、抵抗１２および抵抗１３からなる直列回路
は、平滑コンデンサ７の充電電圧を抵抗分割により降圧
し、制御回路６の入力端子１４に入力する。

【０００５】制御回路６は、スイッチングトランジスタ
１５の駆動信号を出力端子１６から送出してスイッチン
グトランジスタ１５をオン又はオフ制御し、前述のよう
にチョークコイル８内に図６（ｂ）の実線で示す波形の
電流を流し、この電流波形がフィルタ回路２１により平
均化され、ＡＣ入力電源１内に流れる。換言すると、制
御回路６は、上記ＡＣ入力電源１内を流れる電流波形が
ＡＣ入力電源１の電圧波形に近似波形となるようにスイ
ッチングトランジスタ１５のオン又はオフ制御を行う。

【０００６】昇圧のメカニズムは、通常、一般の昇圧チ
ョッパ回路と同じであり、スイッチングトランジスタ１
５のオン期間中に入力ＡＣ電源整流回路の正出力ライン
３からチョークコイル８を通してスイッチングトランジ
スタ１５に電流が流れてチョークコイル８内に励磁エネ
ルギが蓄積され、スイッチングトランジスタ１５がオフ
すると、該励磁エネルギにより、昇圧電流が入力ＡＣ電
源整流回路の正出力ライン３からチョークコイル８およ
びダイオード２０を通して平滑コンデンサ７に流入す
る。

【０００７】制御回路６は、前述のように、入力端子１
４にて平滑コンデンサ７の充電電圧レベルを監視し、該
電圧レベルが所定電圧より大きい場合、平滑コンデンサ
７を流れる電流波形の波高値（図６（ｂ）参照）が全体
に低くなるようにスイッチングトランジスタ１５をオン
またはオフ制御し、逆に、上記電圧レベルが所定電圧よ
り小さい場合、平滑コンデンサ７を流れる電流波形（図
６（ｂ）参照）の波高値が全体的に高くなるようにスイ
ッチングトランジスタ１５をオンまたはオフ制御するこ
とによって、上記電圧レベルが常に所定の一定電圧値に
なるように制御している。電圧変換回路１７は、平滑コ
ンデンサ１７の充電電圧をスイッチング動作によって所
望の電圧値に変換し、出力端子１８及び１９から出力す
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の技術は、次のような問題点を有している。

【０００９】即ち、力率改善機能を有するスイッチング
電源装置は、力率改善機能のないスイッチング電源装置
と比較して、昇圧チョッパ回路５の力率改善に伴って電
力損失が生じ、その分だけ、電力変換効率が劣化する
が、例えば、機器の待機時のような、特に力率改善の必
要性のない小電力消費状態においても、力率改善機能を
動作させ無駄な電力を浪費している。

【００１０】また、スイッチング電源装置が本体機器に
組み込まれている場合は、リモコン受信機からの送信信
号、または本体機器から送信されてくる動作状態を知ら
せる信号を容易にスイッチング電源装置に取り込むこと
ができる。しかし、例えば、ＡＣアダプタのように本体
機器から機構的に切り離されたものに適用する場合、動
作状態を指令する特別の配線を本体機器との間で設ける
必要が生じる。この場合、ＡＣアダプタを上記本体機器
の専用電源に指定せざるを得ず、汎用性に乏しいものと
なってしまう。

【００１１】これは、ＡＣアダプタと本体機器との間
は、電源供給線のみにて接続され、出力電圧仕様および
出力電力仕様が合致する範囲において、あらゆる機器に
共通に使用する、という理想からはほど遠い。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明に係るスイッチン
グ電源装置は、上記課題を解決するために、力率改善機
能を有する昇圧チョッパ回路を備え、該昇圧チョッパ回
路の出力を電圧変換して、所望の電圧を負荷に供給する
スイッチング電源装置において、以下の措置を講じたこ
とを特徴としている。

【００１３】即ち、上記スイッチング電源装置は、上記
負荷に供給されている出力電力量を検出する出力電力量
検出手段と、検出された上記出力電力量が所定量以上か
否かを判断する判断手段と、検出された出力電力量が所
定量以上であることが上記判断手段によって判断された
場合に上記昇圧チョッパ回路の力率改善機能を機能させ
る一方、所定量未満の軽負荷動作状態であることが判断
された場合に該力率改善機能を機能させない力率改善機
能制御手段とを備えていることを特徴としている。

【００１４】上記構成によれば、負荷の状態に基づい
て、昇圧チョッパ回路における力率改善機能が制御さ
れ、該昇圧チョッパ回路の出力が所望の電圧に変換され
て負荷に供給される。

【００１５】この際、従来においては、負荷の軽重に関
係なく、昇圧チョッパ回路において力率改善が行われて
いた。その結果、軽負荷動作状態において、力率改善の
必要性がないにもかかわらず、昇圧チョッパ回路におい
て力率改善が行われ、その分だけ、電力損失が生じ、電
力変換効率が劣化していた。

【００１６】そこで、本スイッチング電源装置によれ
ば、負荷の軽重に基づいて、昇圧チョッパ回路の力率改
善機能を機能させるか否かが次のようにして制御され
る。すなわち、負荷に供給されている出力電力量は、出
力電力量検出手段によって検出され、判断手段によっ
て、所定量以上か、或いは所定量未満の軽負荷動作状態
であるかが判断される。

【００１７】上記判断の結果、検出された出力電力量が
所定量以上である場合、力率改善機能制御手段は、上記
昇圧チョッパ回路を制御し、力率改善機能を機能させ、
これにより力率改善が行われる。これに対して、判断手
段による上記判断の結果、検出された出力電力量が所定
量未満の軽負荷動作状態である場合、力率改善機能制御
手段は、上記昇圧チョッパ回路を制御し、力率改善機能
を機能させず、したがって、この場合には力率改善が行
われない。

【００１８】以上のように、軽負荷状態にて動作してい
る期間、昇圧チョッパ回路において力率改善機能が機能
しなくなるので、力率改善に伴う電力損失が回避され、
その分、省エネルギ化が図れると共に電力変換効率が向
上する。

【００１９】しかも、上記負荷の軽重の判断は、スイッ
チング電源装置内の判断手段によって行われるので、該
スイッチング電源装置により電力供給を受ける機器が該
スイッチング電源装置と機構的に切り離されている場合
（例えば、ＡＣアダプタのような場合）でも、両者間の
配線は、電源供給線のみとなり、出力電圧仕様および出
力電力仕様が合致する範囲において、あらゆる機器に共
通に使用でき、汎用性に優れ、且つ、低製造コスト化が
可能なスイッチング電源装置を提供できる。

【００２０】上記力率改善機能制御手段は、閉または開
により上記昇圧チョッパ回路に対する動作電源の供給ま
たは遮断を行う開閉手段を有し、上記昇圧チョッパ回路
の力率改善機能を機能させない場合に該スイッチング手
段が上記動作電源を上記昇圧チョッパ回路に供給しない
ことが好ましい。

【００２１】この場合、出力電力量が所定量以上である
ことが判断手段によって判断されると、開閉手段が閉状
態となって動作電源が昇圧チョッパ回路に供給される。
これにより、力率改善が昇圧チョッパ回路において行わ
れる。

【００２２】これに対して、軽負荷状態にて動作してい
る期間、開閉手段は開状態となるので、昇圧チョッパ回
路に対して動作電源の供給が遮断される。これにより、
昇圧チョッパ回路は動作せず、力率改善が行われなくな
る。このように、軽負荷状態にて動作中は、昇圧チョッ
パ回路に対して動作電源が供給されなくなるので、昇圧
チョッパ回路において電力損失がなくなり、その分、確
実に電力変換効率が向上し、更なる省エネルギ化が図れ
る。

【００２３】上記出力電力量検出手段は、出力電力量に
応じた直流電流を充電抵抗を介してコンデンサに充電す
るものであり、上記判断手段は、上記コンデンサの両端
の電圧値が基準電圧値未満の場合に検出された上記出力
電力量が所定量未満であると判断することが好ましい。

【００２４】この場合、出力電力量に応じた直流電流を
充電抵抗を介してコンデンサに充電するという簡単な構
成で出力電力量検出手段を実現することができる。この
際、上記充電抵抗を高抵抗で構成すると、消費電力を僅
少にすることができると共に、低コストで出力電力量検
出手段を実現できる。

【００２５】また、上記開閉手段が閉状態のときに、上
記動作電源から整流器、抵抗を介して上記コンデンサを
更に充電することが好ましい。この場合、コンデンサの
両端の電圧は、この更なる充電に応じて引き上げられて
安定する。これにより、上記直流電流によるコンデンサ
の充電電圧が上記基準電圧値付近で変動している（リッ
プル変動している）場合でも、コンデンサの両端の電圧
が上記のように引き上げられるので、上記開閉手段の開
閉がチャタリングすることを回避でき、昇圧チョッパ回
路において力率改善機能が機能したり機能しなくなった
りすることによってトグルすることがなくなる。これに
より、昇圧チョッパ回路において、より正確に力率改善
機能の制御を行うことが可能となる。

【００２６】上記開閉手段はトランジスタであり、上記
動作電源は該トランジスタを介して上記昇圧チョッパ回
路に供給され、上記判断手段は、ツェナ電圧が上記基準
電圧値に対応するツェナダイオードであり、上記コンデ
ンサの両端の電圧が上記ツェナ電圧よりも大きい場合に
上記トランジスタが導通することが好ましい。

【００２７】軽負荷動作状態の場合、コンデンサの両端
の電圧はツェナダイオードのアノードからカソードに電
流を流すにいたらないので、トランジスタは駆動されず
非導通の状態になる。動作電源が昇圧チョッパ回路に供
給されないので、力率改善は行われない。これに対し
て、軽負荷動作状態を脱すると、コンデンサの両端の電
圧はツェナダイオードのアノードからカソードに電流を
流し、トランジスタは駆動されて導通の状態になる。こ
れにより、動作電源が昇圧チョッパ回路に供給されるの
で、力率改善が行われる。

【００２８】以上のように、開閉手段をトランジスタで
構成すると共に、判断手段をツェナダイオードで構成す
るという簡単な構成によって、力率改善機能の制御を確
実に行える。

【００２９】

【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態について図
１乃至図４、及び図６に基づいて説明すれば、以下のと
おりである。なお、図５で示す従来のスイッチング電源
装置と同じ機能を有する部材については同じ符号を付記
し、詳細な説明を省略する。

【００３０】本実施の形態に係るスイッチング電源装置
においては、図１に示すように、図５で示した電圧変換
回路１７に、負荷（図示しない）に対して供給されてい
る出力電力量を検出する出力電力量検出回路２２が追加
されている。この出力電力量検出回路２２は、スイッチ
ング電源装置の出力端子１８及び１９から上記負荷に対
して供給されている電力量を検出し、この検出量と内部
設定された閾値とを比較する。この出力電力量検出回路
２２は、出力電力量が上記閾値より小さい場合、昇圧チ
ョッパ回路５の力率改善機能を機能させない（停止させ
る）ための制御信号を、或いは、出力電力量が上記閾値
より大きい場合、昇圧チョッパ回路５の力率改善機能を
機能させる（動作させる）ための制御信号を昇圧チョッ
パ回路５に出力する。

【００３１】上記昇圧チョッパ回路５は、力率改善機能
を機能させないための上記制御信号を出力電力量検出回
路２２から受けると、この制御信号に基づいて昇圧機能
を停止させる。この結果、ブリッジ整流器２の出力電圧
はスルーで（そのまま）平滑コンデンサ７に出力され
る。この場合。力率及び電力損失等の特性は、力率改善
機能を有しない（昇圧チョッパ回路５が設けられていな
い）スイッチング電源装置と同じである。

【００３２】また、昇圧チョッパ回路５は、力率改善機
能を機能させるための上記制御信号を出力電力量検出回
路２２から受けると、この制御信号に基づいて昇圧機能
を動作させ、前述の従来技術において説明したように、
ブリッジ整流器２の出力電圧を昇圧する。この結果、平
滑コンデンサ７が充電される。この場合、力率が改善さ
れ、電力損失が力率改善機能を停止した場合と比較して
増加する。

【００３３】図２は、図１のスイッチング電源装置の具
体例を示す回路図である。すなわち、図２のスイッチン
グ電源装置において、昇圧チョッパ回路５の動作電源
は、電圧変換回路１７から昇圧チョッパ回路５の動作電
源供給ライン２４を介して供給される。この動作電源供
給ライン２４上に昇圧チョッパ回路５の機能の動作また
は停止を制御するチョッパ制御回路２３（力率改善機能
制御手段）が設けられている。このチョッパ制御回路２
３は、スイッチＳＷを有しその開閉動作によって、上述
の出力電力量検出回路２２の制御信号が昇圧チョッパ回
路５の力率改善を機能させるように指示している場合、
上記動作電源供給ライン２４を昇圧チョッパ回路５に接
続する一方、上記出力電力量検出回路２２の制御信号
が、昇圧チョッパ回路５の力率改善を機能させないよう
に指示している場合、上記動作電源供給ライン２４を遮
断する。

【００３４】なお、昇圧チョッパ回路５の動作電源は、
必ずしも電圧変換回路１７から供給される必要はなく、
昇圧チョッパ回路５内で自給自足したり、正出力ライン
３から供給されたりする構成であってもよい。

【００３５】図３は、図２のスイッチング電源装置の具
体例を示し、ＰＷＭ制御方式のフライバックコンバータ
回路を採用したものである。なお、図２と同じ機能を有
する部材には同じ参照番号を付記し、詳細な説明を省略
する。

【００３６】本スイッチング電源装置にＡＣ入力電源１
が接続されると、フィルタ回路２１を経由してブリッジ
整流器２から整流電圧が出力される。この時点では、未
だ、昇圧チョッパ回路５が動作していないので、上記整
流電圧はスルー（そのまま）で平滑コンデンサ７に出力
される。

【００３７】図示しない起動用電源は、コンデンサ３０
を充電し、該充電電圧が所定の電圧値以上に達すると、
ＰＷＭ制御回路２６は動作を開始する。ＦＥＴ２７は、
ＰＷＭ制御回路２６により駆動され、変圧器２５の一次
巻線２５ａに流れる電流をオンまたはオフ制御する。Ｆ
ＥＴ２７のオフ期間に変圧器２５の二次巻線２５ｂから
ダイオード３８、出力端子１８を介して負荷（図示しな
い）に電流（電力）が供給される。このとき、コンデン
サ３７は、出力端子１８及び１９間の電圧を平滑化す
る。

【００３８】図示しない出力電圧検出回路は、出力端子
１８及び１９間の電圧を検出し、この情報を図示しない
フォトカプラを介してＰＷＭ制御回路２６に伝達し、Ｐ
ＷＭ制御回路２６は、この情報に基づいてＦＥＴ２７の
オン期間を制御し、結果として、出力電圧を所定の値に
制御する。このコンバータが起動を開始すると、以後、
変圧器２５の補助巻線２５ｃからダイオード２８を介し
て供給される電流により、ＰＷＭ制御回路２６及びその
他の補助回路（図示しない）が駆動され、図示しない起
動用電源の動作は停止する。

【００３９】出力電力量検出回路２２は、変圧器２５の
補助巻線２５ｃに誘起される正電圧をダイオード２９、
抵抗３２を介してコンデンサ３１に導き入れ、該コンデ
ンサ３１を充電する回路により構成されている。コンデ
ンサ３１の両端には、抵抗３３が並列に接続され、抵抗
３２と抵抗３３とによってコンデンサ３１の充電電圧の
最大値が決まる。

【００４０】出力電力量検出回路２２において、上記抵
抗３２と抵抗３３は、高い抵抗値のものでよく、したが
って僅少の消費電力で、所定の出力電力検出機能を果た
すことができ、しかも、簡単な構成のため、低コストに
て実現が可能である。

【００４１】抵抗３２は、コンデンサ３１の充電電流を
制限するように作用し、この作用により、該コンデンサ
３１の充電電圧が、スイッチング電源装置の出力電力量
に比例して変化する。このことは、スイッチング電源装
置の出力電力量が大きくなるにしたがって、補助巻線２
５ｃに正極性誘起電圧の発生している期間が長くなり、
その分、多くの電流がコンデンサ３１に流入することか
ら説明できる。なお、抵抗３２は、インダクタに置き換
えることも可能であり、充電電流を量的に抑制するよう
な素子であればよい。

【００４２】また、コンデンサ３１の充電電圧は、次段
の比較回路３６（判断手段）に伝達される。該比較回路
３６は、コンデンサ３１の充電電圧と比較回路３６内に
設けられた図示しない内部基準電圧（基準電圧値）とを
比較し、コンデンサ３１の充電電圧の方が大きい場合、
昇圧チョッパ回路５の動作電源供給ライン２４上に設け
られたチョッパ制御回路２３のスイッチＳＷをオンす
る。

【００４３】この場合、動作電源供給ライン２４から昇
圧チョッパ回路５に動作電源が供給され、昇圧チョッパ
回路５は動作し、これにより、力率が改善される。ま
た、昇圧チョッパ回路５の機能の動作または停止を制御
するチョッパ制御回路２３のスイッチＳＷがオンする
と、動作電源供給ライン２４から、スイッチＳＷ、ダイ
オード３５、抵抗３４を介してコンデンサ３１に更なる
充電電流が供給されるため、コンデンサ３１の両端の電
圧は多少引き上げられて安定する。これにより、例え
ば、コンデンサ３１の充電電圧が内部基準電圧と同じレ
ベル付近で、多少上下に変動している（リップル変動し
ている）ような場合、昇圧チョッパ回路５の動作状態と
停止状態との間をトグルすることが防止される。

【００４４】また、上記比較回路３６は、コンデンサ３
１の充電電圧と、比較回路３６内に設けられた内部基準
電圧とを比較し、コンデンサ３１の充電電圧の方が低い
場合、昇圧チョッパ回路５の動作電源供給ライン２４上
に設けられたチョッパ制御回路２３のスイッチＳＷをオ
フする。したがって、動作電源供給ライン２４から昇圧
チョッパ回路５への動作電源の供給が停止され、力率改
善機能が機能しなくなり、その分、電力損失は減少す
る。

【００４５】図４は、上記スイッチング電源装置の更な
る具体例を示している。この例における力率改善動作に
ついて図４を参照しながら以下に説明する。なお、図３
と同じ機能を有する部材には同じ参照番号を付記し、詳
細な説明を省略する。

【００４６】ＡＣ入力電源１からフィルタ回路２１を介
して供給される電流は、ブリッジ整流器２により整流さ
れ、入力ＡＣ電源整流回路の正出力ライン３と負出力ラ
イン４との間の電圧波形は、図６（ａ）に示す全波整流
電圧波形となる。制御回路６（例えば、モトローラ社製
のＭＣ３４２６２、ＭＣ３３２６２等の力率改善制御Ｉ
Ｃ）は、何れも図６（ａ）に示す、全波整流電圧波形と
平滑コンデンサ７の充電電圧の電圧レベルとを取り込
み、これらを演算処理し、チョークコイル８内に図６
（ｂ）の実線にて示した電流を流す。なお、図６の両電
圧波形は、共通のグランドレベルを基準としており、両
電圧波形のレベル差は、昇圧チョッパ回路５による電圧
昇圧分（ΔＶ）に相当する。

【００４７】抵抗９、及び抵抗１０からなる直列回路
は、入力ＡＣ電源整流回路の正出力ライン３と負出力ラ
イン４との間の電圧を抵抗分割により降圧し、制御回路
６の入力端子１１に入力する。また、抵抗１２及び抵抗
１３からなる直列回路は、平滑コンデンサ７の充電電圧
を抵抗分割により降圧し、制御回路６の入力端子１４に
入力する。

【００４８】制御回路６は、スイッチングトランジスタ
１５の駆動信号を出力端子１６から送出してスイッチン
グトランジスタ１５をオンまたはオフ制御し、前述のよ
うにチョークコイル８内に図６（ｂ）の実線で示す電流
を流し、この電流波形がフィルタ回路２１により平均化
され、ＡＣ入力電源１内を流れる。換言すると、制御回
路６は、ＡＣ入力電源１内を流れる電流波形がＡＣ入力
電源１の電圧波形に近似波形となるようにスイッチング
トランジスタ１５をオンまたはオフ制御している。

【００４９】昇圧のメカニズムは、通常、一般の昇圧チ
ョッパ回路と同じであり、スイッチングトランジスタ１
５のオン期間中に入力ＡＣ電源整流回路の正出力ライン
３からチョークコイル８を介してスイッチングトランジ
スタ１５に電流が流れてチョークコイル８内に励磁エネ
ルギが蓄積され、スイッチングトランジスタ１５がオフ
すると励磁エネルギにより、昇圧電流が入力ＡＣ電源整
流回路の正出力ライン３からチョークコイル８及びダイ
オード２０を介して平滑コンデンサ７に流入する。

【００５０】制御回路６は、前述のように、入力端子１
４にて平滑コンデンサ７の充電電圧レベルを監視し、該
充電電圧レベルが所定の電圧より大きい場合、チョーク
コイル８内を流れる電流波形（図６（ｂ）参照）の波高
値が全体に低くなるように、スイッチングトランジスタ
１５をオンまたはオフ制御し、逆に、上記充電電圧レベ
ルが所定の電圧より小さい場合、チョークコイル８内を
流れる電流波形（図６（ｂ）参照）の波高値が全体に高
くなるようにスイッチングトランジスタ１５をオンまた
はオフ制御することによって、該電圧レベルが常に所定
の一定電圧値になるように制御される。

【００５１】また、図３で示した上記比較回路３６は、
抵抗３２とコンデンサ３１の接続点にツェナダイオード
４７のカソードが、更に該ツェナダイオード４７のアノ
ードにＮＰＮトランジスタ４８のベースが抵抗４６を介
して接続され、更にまた、コンデンサ３１のもう一方の
端子に上記ＮＰＮトランジスタ４８のエミッタが接続さ
れる構成である。

【００５２】コンデンサ３１の充電電圧がツェナダイオ
ード４７のツェナ電圧よりも大きい場合、カソードから
アノードに向かって電流が流れて上記ＮＰＮトランジス
タ４８がオンし、該ＮＰＮトランジスタ４８のコレクタ
がローレベルの電圧レベルになる。また、コンデンサ３
１の充電電圧がツェナダイオード４７のツェナ電圧より
も小さい場合、カソードからアノードに向かって電流が
流れないので、ＮＰＮトランジスタ４８がオフし、該Ｎ
ＰＮトランジスタ４８のコレクタはハイレベルの電圧レ
ベルになる。

【００５３】上記チョッパ制御回路２３は、ＰＮＰトラ
ンジスタ４９からなり、エミッタがコンデンサ３０（昇
圧チョッパ回路５用の電流供給源に相当）に接続される
と共に、コレクタが制御回路６の動作用電源受信端子６
ａに接続され、且つ、ベースがベース電流制限抵抗１０
０を介して上記ＮＰＮトランジスタ４８のコレクタに接
続されている。上記のように、コンデンサ３１の充電電
圧がツェナダイオード４７のツェナ電圧よりも大きい場
合、上記ＮＰＮトランジスタ４８がオンしてＰＮＰトラ
ンジスタ４９のベースの電圧レベルがローレベルに引き
下げられると、上記ＮＰＮトランジスタ４９がオンする
ので、動作電源供給ライン２４から動作電源が供給され
て制御回路６が動作する。逆に、コンデンサ３１の充電
電圧がツェナダイオード４７のツェナ電圧よりも小さい
場合、ＮＰＮトランジスタ４８がオフしてＰＮＰトラン
ジスタ４９のベースの電圧レベルがハイレベルに引き上
げられると、上記ＮＰＮトランジスタ４９がオフするの
で、動作電源供給ライン２４から動作電源が供給されな
くなり、制御回路６の動作が停止する。

【００５４】本発明に係るスイッチング電源装置は、以
上のように、交流電圧を整流後、昇圧チョッパ回路（ア
クティブフィルタ）に通して作成した直流電源を次段の
電圧変換回路に通し、所望の電圧に変換する方式の力率
改善機能付のスイッチング電源装置において、電圧変換
回路に出力電力量を検出する手段を備え、該検出手段が
出力電力量と所定の閾値を比較し、出力電力量が所定の
閾値より小さい場合は、昇圧チョッパ回路の機能を停
止、或いは、出力電力量が所定の閾値より大きい場合
は、昇圧チョッパ回路の機能を動作させる手段を備えた
ことを特徴としている。

【００５５】従来のスイッチング電源装置は、軽負荷動
作状態において法的規制上及び実用上、力率改善の必要
性がないにもかかわらず、負荷の軽重に関係なく力率改
善回路を動作させていた。これに対して、上記スイッチ
ング電源装置によれば、負荷の軽重を内部で自己判定
し、軽負荷状態にて動作している期間、力率改善機能を
停止し、電力損失を、力率改善回路の電力損失分だけ軽
減する。また、負荷の軽重を自己判定するので、本スイ
ッチング電源装置から電力の供給を受けている機器か
ら、軽負荷動作中であることを知らせる信号を受信する
ことが不要となり、その分、該機器との間に設けるべき
送信線の数を減少できる。これにより、省エネルギ、及
び製造コストの両面において社会貢献することが可能と
なる。

【００５６】上記昇圧チョッパ回路の機能の動作または
停止を制御する手段は、昇圧チョッパ回路の動作電源を
オン、オフすることにより、所定の機能を果たすことを
特徴としている。

【００５７】この場合、力率改善機能を停止する手段と
して、省エネルギの点で最も有効な手段を提供できる。
例えば、力率改善機能を停止させる手段として、他に
も、上述の制御回路６の信号入力端子１１や出力端子１
６の接続を遮断することが挙げられる。この場合、それ
なりに電力損失を軽減するが、何れも制御電流が制御回
路６の出力端子１６から供給されるため、この電力消費
分、本手段と比較して省エネルギ効果が劣る。

【００５８】上記出力電力量検出手段は、上記電圧変換
回路の変圧器に備えられた補助巻線に誘起される電圧を
ダイオードにより整流後、該整流後の電圧により、抵抗
またはインダクタを通して、コンデンサを充電する回路
と、該コンデンサの充電電圧と基準電圧を比較する回路
により構成され、この比較結果を昇圧チョッパ回路の機
能の停止または動作を制御する手段に伝達することを特
徴としている。

【００５９】この場合、出力電力量検出手段として、簡
単な構成で、電力消費が少なく、しかも確実に所定の機
能を達成する構成を提供することができる。例えば、出
力電力量検出手段として、他にも、上記ＦＥＴ２７のド
レインに検出抵抗を直列接続し、該検出抵抗の両端の電
圧を検出する構成、及び上記出力端子１９と変圧器の上
記巻線２５ｂ間に検出抵抗を接続し、該検出抵抗の両端
の電圧を検出する構成が考えられる。しかし、何れも、
検出抵抗に大きな電流が流れ、該検出回路の損失が上記
構成よりも大きくなってしまう。

【００６０】コンデンサの充電電圧と基準電圧を比較す
る上記回路は、コンデンサの正極方向に充電される一方
の端子に定電圧ダイオード（ツェナダイオード）のカソ
ードが、更に、該定電圧ダイオードのアノードにＮＰＮ
トランジスタのベースが、更にまた、コンデンサの他方
の端子に該ＮＰＮトランジスタのエミッタが接続され、
比較結果を該ＮＰＮトランジスタのコレクタから出力
し、昇圧チョッパ回路の機能の停止または動作を制御す
る手段に伝達することを特徴としている。

【００６１】この場合、コンデンサの充電電圧と基準電
圧とを比較する回路を簡単な構成で、しかも確実に所定
機能を達成する構成を提供できる。例えば、同等機能を
果たす構成として、コンパレータを使用し、該コンパレ
ータの正入力端子にコンデンサの充電電圧を、負入力端
子に基準電圧を入力する構成が考えられるが、本構成の
方が低コストで実現可能である。

【００６２】昇圧チョッパ回路の機能の停止または動作
を制御する手段は、昇圧チョッパ回路用電流供給源にＰ
ＮＰトランジスタのエミッタが、昇圧チョッパ回路の動
作用電源受信端子に該ＰＮＰトランジスタのコレクタが
接続され、該ＰＮＰトランジスタのベースに出力電力量
検出手段の比較結果が出力されることを特徴としてい
る。

【００６３】この場合、昇圧チョッパ回路の機能の停止
または動作を制御する手段は、上記力率改善制御ＩＣ用
の動作電源断続手段と、上記コンデンサの充電電圧と基
準電圧とを比較する回路との整合性を図り、確実な動作
を実現できる。

【００６４】

【発明の効果】本発明に係るスイッチング電源装置は、
以上のように、上記負荷に供給されている出力電力量を
検出する出力電力量検出手段と、検出された上記出力電
力量が所定量以上か否かを判断する判断手段と、検出さ
れた出力電力量が所定量以上であることが上記判断手段
によって判断された場合に上記昇圧チョッパ回路の力率
改善機能を機能させる一方、所定量未満の軽負荷動作状
態であることが判断された場合に該力率改善機能を機能
させない力率改善機能制御手段とを備えていることを特
徴としている。

【００６５】それゆえ、次のような効果を併せて奏す
る。即ち、負荷に供給されている出力電力量は、出力電
力量検出手段によって検出され、判断手段によって、所
定量以上か、或いは所定量未満の軽負荷動作状態である
かが判断される。この判断の結果、検出された出力電力
量が所定量以上である場合、力率改善機能制御手段は、
上記昇圧チョッパ回路を制御し、力率改善機能を機能さ
せ、これにより力率改善が行われる。これに対して、判
断手段による上記判断の結果、検出された出力電力量が
所定量未満の軽負荷動作状態である場合、力率改善機能
制御手段は、上記昇圧チョッパ回路を制御し、力率改善
機能を機能させず、したがって、この場合には力率改善
が行われない。

【００６６】以上のように、軽負荷状態にて動作してい
る期間、昇圧チョッパ回路において力率改善機能が機能
しなくなるので、力率改善に伴う電力損失が回避され、
その分、省エネルギ化が図れると共に電力変換効率を向
上できる。

【００６７】しかも、上記負荷の軽重の判断は、スイッ
チング電源装置内の判断手段によって行われるので、該
スイッチング電源装置により電力供給を受ける機器が該
スイッチング電源装置と機構的に切り離されている場合
（例えば、ＡＣアダプタのような場合）でも、両者間の
配線は、電源供給線のみとなり、出力電圧仕様および出
力電力仕様が合致する範囲において、あらゆる機器に共
通に使用でき、汎用性に優れ、且つ、低製造コスト化が
可能なスイッチング電源装置を提供できる。

【００６８】上記力率改善機能制御手段は、閉または開
により上記昇圧チョッパ回路に対する動作電源の供給ま
たは遮断を行う開閉手段を有し、上記昇圧チョッパ回路
の力率改善機能を機能させない場合に該スイッチング手
段が上記動作電源を上記昇圧チョッパ回路に供給しない
ことが好ましい。

【００６９】この場合、出力電力量が所定量以上である
ことが判断手段によって判断されると、開閉手段が閉状
態となって動作電源が昇圧チョッパ回路に供給され、力
率改善が昇圧チョッパ回路において行われる。

【００７０】これに対して、軽負荷状態にて動作してい
る期間、開閉手段は開状態となるので、昇圧チョッパ回
路に対して動作電源の供給が遮断される。これにより、
昇圧チョッパ回路は動作せず、力率改善が行われなくな
る。このように、軽負荷状態にて動作中は、昇圧チョッ
パ回路に対して動作電源が供給されなくなるので、昇圧
チョッパ回路において電力損失がなくなり、その分、確
実に電力変換効率が向上し、更なる省エネルギ化が図れ
るという効果を併せて奏する。

【００７１】上記出力電力量検出手段は、出力電力量に
応じた直流電流を充電抵抗を介してコンデンサに充電す
るものであり、上記判断手段は、上記コンデンサの両端
の電圧値が基準電圧値未満の場合に検出された上記出力
電力量が所定量未満であると判断することが好ましい。

【００７２】この場合、出力電力量に応じた直流電流を
充電抵抗を介してコンデンサに充電するという簡単な構
成で出力電力量検出手段を実現することができる。この
際、上記充電抵抗を高抵抗で構成すると、消費電力を僅
少にすることができると共に、低コストで出力電力量検
出手段を実現できるという効果を併せて奏する。

【００７３】また、上記開閉手段が閉状態のときに、上
記動作電源から整流器、抵抗を介して上記コンデンサを
更に充電することが好ましい。この場合、コンデンサの
両端の電圧は、この更なる充電に応じて引き上げられて
安定する。これにより、上記直流電流によるコンデンサ
の充電電圧が上記基準電圧値付近で変動している（リッ
プル変動している）場合でも、コンデンサの両端の電圧
が上記のように引き上げられるので、上記開閉手段の開
閉がチャタリングすることを回避でき、昇圧チョッパ回
路において力率改善機能が機能したり機能しなくなった
りすることによってトグルすることがなくなる。それゆ
え、昇圧チョッパ回路において、より正確に力率改善機
能の制御を行うことが可能となるという効果を併せて奏
する。

【００７４】上記開閉手段はトランジスタであり、上記
動作電源は該トランジスタを介して上記昇圧チョッパ回
路に供給され、上記判断手段は、ツェナ電圧が上記基準
電圧値に対応するツェナダイオードであり、上記コンデ
ンサの両端の電圧が上記ツェナ電圧よりも大きい場合に
上記トランジスタが導通することが好ましい。

【００７５】軽負荷動作状態の場合、コンデンサの両端
の電圧はツェナダイオードのアノードからカソードに電
流を流すにいたらないので、トランジスタは駆動されず
非導通の状態になる。動作電源が昇圧チョッパ回路に供
給されないので、力率改善は行われない。これに対し
て、軽負荷動作状態を脱すると、コンデンサの両端の電
圧はツェナダイオードのアノードからカソードに電流を
流し、トランジスタは駆動されて導通の状態になる。こ
れにより、動作電源が昇圧チョッパ回路に供給されるの
で、力率改善が行われる。

【００７６】以上のように、開閉手段をトランジスタで
構成すると共に、判断手段をツェナダイオードで構成す
るという簡単な構成によって、力率改善機能の制御を確
実に行えるという効果を併せて奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るスイッチング電源装置の構成例を
示す回路図である。

【図２】図１のスイッチング電源装置の力率改善機能の
制御を示す回路図である。

【図３】図２のスイッチング電源装置の具体的構成例を
示す回路図である。

【図４】図３の比較回路の具体的構成例を示す回路図で
ある。

【図５】従来のスイッチング電源装置の構成例を示す回
路図である。

【図６】（ａ）（ｂ）は従来技術と本発明との両方を説
明するものであり、スイッチング電源装置の要部の電圧
波形図である。

【符号の説明】

１ＡＣ入力電源２ブリッジ整流器５昇圧チョッパ回路６制御回路７平滑コンデンサ８チョークコイル２２出力電力量検出回路（出力電力量検出手段）２３チョッパ制御回路（力率改善機能制御手段）３６比較回路（判断手段）４７ツェナダイオード（判断手段）

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１２年６月２日（２０００．６．２）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】明細書

【発明の名称】スイッチング電源装置

【特許請求の範囲】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【０００２】

【０００８】

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明に係るスイッチン
グ電源装置は、上記課題を解決するために、力率改善機
能を有する昇圧チョッパ回路を備え、該昇圧チョッパ回
路の出力を１次側に補助巻線を有する変圧器で電圧変換
して、所望の電圧を負荷に供給するスイッチング電源装
置において、以下の措置を講じたことを特徴としてい
る。

【００１３】即ち、上記スイッチング電源装置は、上記
補助巻線に誘起される正電圧をダイオードと充電電流を
量的に抑制する素子とを介してコンデンサに導き入れて
上記コンデンサを充電することにより、上記負荷に供給
されている出力電力量を検出する出力電力量検出手段
と、上記コンデンサの充電電圧値と基準電圧値とを比較
し、上記充電電圧値が上記基準電圧値未満の場合に、検
出された上記出力電力量が所定量未満の軽負荷動作状態
であると判断し、上記充電電圧値が上記基準電圧値以上
の場合に、検出された上記出力電力量が所定量以上であ
ると判断する判断手段と、検出された上記出力電力量が
所定量以上であると上記判断手段によって判断された場
合に上記昇圧チョッパ回路の力率改善機能を機能させる
一方、所定量未満の軽負荷動作状態であると判断された
場合に該力率改善機能を機能させない力率改善機能制御
手段とを備えていることを特徴としている。

【００１６】そこで、本スイッチング電源装置によれ
ば、負荷の軽重に基づいて、昇圧チョッパ回路の力率改
善機能を機能させるか否かが次のようにして制御され
る。すなわち、出力電力量検出手段によって、負荷に供
給されている出力電力量を、補助巻線に誘起される正電
圧をダイオードと充電電流を量的に抑制する素子とを介
してコンデンサに導き入れてコンデンサを充電すること
により検出する。上記素子がコンデンサの充電電流を量
的に抑制するように作用することにより、コンデンサの
充電電圧はスイッチング電源装置の出力電力量に比例し
て変化し、上記素子が高い抵抗値の抵抗である場合のよ
うに僅少の消費電力で所定の出力電力検出機能を果たす
ことができる。そして判断手段によって、コンデンサの
充電電圧値と基準電圧値とを比較し、充電電圧値が基準
電圧値未満の場合に、検出された出力電力量が所定量未
満の軽負荷動作状態であると判断し、充電電圧値が基準
電圧値以上の場合に、検出された出力電力量が所定量以
上であると判断する。

【００２０】また、上記素子を抵抗またはインダクタと
してコンデンサへの充電電流を量的に抑制すると、簡単
な構成で、コンデンサの充電電圧がスイッチング電源装
置の出力電力量に比例して変化し、上記素子が高い抵抗
値の抵抗である場合のように僅少の消費電力で所定の出
力電力検出機能を果たすことができる。

【００２１】上記力率改善機能制御手段は、閉または開
により上記昇圧チョッパ回路に対する動作電源の供給ま
たは遮断を行う開閉手段を有し、上記昇圧チョッパ回路
の力率改善機能を機能させない場合に上記開閉手段が開
状態となって上記動作電源を上記昇圧チョッパ回路に供
給せず、上記昇圧チョッパ回路の力率改善機能を機能さ
せる場合に上記開閉手段が閉状態となって上記動作電源
を上記昇圧チョッパ回路に供給することが好ましい。

【００２２】この場合、出力電力量が所定量以上である
ことが判断手段によって判断されると、開閉手段が閉状
態となって動作電源が昇圧チョッパ回路に供給される。
これにより、力率改善が昇圧チョッパ回路において行わ
れる。

【００２３】これに対して、軽負荷状態にて動作してい
る期間、開閉手段は開状態となるので、昇圧チョッパ回
路に対して動作電源の供給が遮断される。これにより、
昇圧チョッパ回路は動作せず、力率改善が行われなくな
る。このように、軽負荷状態にて動作中は、昇圧チョッ
パ回路に対して動作電源が供給されなくなるので、昇圧
チョッパ回路において電力損失がなくなり、その分、確
実に電力変換効率が向上し、更なる省エネルギ化が図れ
る。

【００２４】また、上記開閉手段が閉状態のときに、上
記動作電源から整流器、抵抗を介して上記コンデンサを
更に充電することが好ましい。この場合、コンデンサの
両端の電圧は、この更なる充電に応じて引き上げられて
安定する。これにより、上記直流電流によるコンデンサ
の充電電圧が上記基準電圧値付近で変動している（リッ
プル変動している）場合でも、コンデンサの両端の電圧
が上記のように引き上げられるので、上記開閉手段の開
閉がチャタリングすることを回避でき、昇圧チョッパ回
路において力率改善機能が機能したり機能しなくなった
りすることによってトグルすることがなくなる。これに
より、昇圧チョッパ回路において、より正確に力率改善
機能の制御を行うことが可能となる。

【００２５】上記開閉手段はトランジスタであり、上記
動作電源は該トランジスタを介して上記昇圧チョッパ回
路に供給され、上記判断手段は、ツェナ電圧が上記基準
電圧値に対応するツェナダイオードであり、上記コンデ
ンサの両端の電圧が上記ツェナ電圧よりも大きい場合に
上記トランジスタが導通することが好ましい。

【００２６】軽負荷動作状態の場合、コンデンサの両端
の電圧はツェナダイオードのアノードからカソードに電
流を流すにいたらないので、トランジスタは駆動されず
非導通の状態になる。動作電源が昇圧チョッパ回路に供
給されないので、力率改善は行われない。これに対し
て、軽負荷動作状態を脱すると、コンデンサの両端の電
圧はツェナダイオードのアノードからカソードに電流を
流し、トランジスタは駆動されて導通の状態になる。こ
れにより、動作電源が昇圧チョッパ回路に供給されるの
で、力率改善が行われる。

【００２７】以上のように、開閉手段をトランジスタで
構成すると共に、判断手段をツェナダイオードで構成す
るという簡単な構成によって、力率改善機能の制御を確
実に行える。

【００２８】

【００２９】本実施の形態に係るスイッチング電源装置
においては、図１に示すように、図５で示した電圧変換
回路１７に、負荷（図示しない）に対して供給されてい
る出力電力量を検出する出力電力量検出回路２２が追加
されている。この出力電力量検出回路２２は、スイッチ
ング電源装置の出力端子１８及び１９から上記負荷に対
して供給されている電力量を検出し、この検出量と内部
設定された閾値とを比較する。この出力電力量検出回路
２２は、出力電力量が上記閾値より小さい場合、昇圧チ
ョッパ回路５の力率改善機能を機能させない（停止させ
る）ための制御信号を、或いは、出力電力量が上記閾値
より大きい場合、昇圧チョッパ回路５の力率改善機能を
機能させる（動作させる）ための制御信号を昇圧チョッ
パ回路５に出力する。

【００３０】上記昇圧チョッパ回路５は、力率改善機能
を機能させないための上記制御信号を出力電力量検出回
路２２から受けると、この制御信号に基づいて昇圧機能
を停止させる。この結果、ブリッジ整流器２の出力電圧
はスルーで（そのまま）平滑コンデンサ７に出力され
る。この場合、力率及び電力損失等の特性は、力率改善
機能を有しない（昇圧チョッパ回路５が設けられていな
い）スイッチング電源装置と同じである。

【００３１】また、昇圧チョッパ回路５は、力率改善機
能を機能させるための上記制御信号を出力電力量検出回
路２２から受けると、この制御信号に基づいて昇圧機能
を動作させ、前述の従来技術において説明したように、
ブリッジ整流器２の出力電圧を昇圧する。この結果、平
滑コンデンサ７が充電される。この場合、力率が改善さ
れ、電力損失が力率改善機能を停止した場合と比較して
増加する。

【００３２】図２は、図１のスイッチング電源装置の具
体例を示す回路図である。すなわち、図２のスイッチン
グ電源装置において、昇圧チョッパ回路５の動作電源
は、電圧変換回路１７から昇圧チョッパ回路５の動作電
源供給ライン２４を介して供給される。この動作電源供
給ライン２４上に昇圧チョッパ回路５の機能の動作また
は停止を制御するチョッパ制御回路２３（力率改善機能
制御手段）が設けられている。このチョッパ制御回路２
３は、スイッチＳＷを有しその開閉動作によって、上述
の出力電力量検出回路２２の制御信号が昇圧チョッパ回
路５の力率改善を機能させるように指示している場合、
上記動作電源供給ライン２４を昇圧チョッパ回路５に接
続する一方、上記出力電力量検出回路２２の制御信号
が、昇圧チョッパ回路５の力率改善を機能させないよう
に指示している場合、上記動作電源供給ライン２４を遮
断する。

【００３３】なお、昇圧チョッパ回路５の動作電源は、
必ずしも電圧変換回路１７から供給される必要はなく、
昇圧チョッパ回路５内で自給自足したり、正出力ライン
３から供給されたりする構成であってもよい。

【００３４】図３は、図２のスイッチング電源装置の具
体例を示し、ＰＷＭ制御方式のフライバックコンバータ
回路を採用したものである。なお、図２と同じ機能を有
する部材には同じ参照番号を付記し、詳細な説明を省略
する。

【００３５】本スイッチング電源装置にＡＣ入力電源１
が接続されると、フィルタ回路２１を経由してブリッジ
整流器２から整流電圧が出力される。この時点では、未
だ、昇圧チョッパ回路５が動作していないので、上記整
流電圧はスルー（そのまま）で平滑コンデンサ７に出力
される。

【００３６】図示しない起動用電源は、コンデンサ３０
を充電し、該充電電圧が所定の電圧値以上に達すると、
ＰＷＭ制御回路２６は動作を開始する。ＦＥＴ２７は、
ＰＷＭ制御回路２６により駆動され、変圧器２５の一次
巻線２５ａに流れる電流をオンまたはオフ制御する。Ｆ
ＥＴ２７のオフ期間に変圧器２５の二次巻線２５ｂから
ダイオード３８、出力端子１８を介して負荷（図示しな
い）に電流（電力）が供給される。このとき、コンデン
サ３７は、出力端子１８及び１９間の電圧を平滑化す
る。

【００３７】図示しない出力電圧検出回路は、出力端子
１８及び１９間の電圧を検出し、この情報を図示しない
フォトカプラを介してＰＷＭ制御回路２６に伝達し、Ｐ
ＷＭ制御回路２６は、この情報に基づいてＦＥＴ２７の
オン期間を制御し、結果として、出力電圧を所定の値に
制御する。このコンバータが起動を開始すると、以後、
変圧器２５の補助巻線２５ｃからダイオード２８を介し
て供給される電流により、ＰＷＭ制御回路２６及びその
他の補助回路（図示しない）が駆動され、図示しない起
動用電源の動作は停止する。

【００３８】出力電力量検出回路２２は、変圧器２５の
補助巻線２５ｃに誘起される正電圧をダイオード２９、
抵抗３２を介してコンデンサ３１に導き入れ、該コンデ
ンサ３１を充電する回路により構成されている。コンデ
ンサ３１の両端には、抵抗３３が並列に接続され、抵抗
３２と抵抗３３とによってコンデンサ３１の充電電圧の
最大値が決まる。

【００３９】出力電力量検出回路２２において、上記抵
抗３２と抵抗３３は、高い抵抗値のものでよく、したが
って僅少の消費電力で、所定の出力電力検出機能を果た
すことができ、しかも、簡単な構成のため、低コストに
て実現が可能である。

【００４０】抵抗３２は、コンデンサ３１の充電電流を
制限するように作用し、この作用により、該コンデンサ
３１の充電電圧が、スイッチング電源装置の出力電力量
に比例して変化する。このことは、スイッチング電源装
置の出力電力量が大きくなるにしたがって、補助巻線２
５ｃに正極性誘起電圧の発生している期間が長くなり、
その分、多くの電流がコンデンサ３１に流入することか
ら説明できる。なお、抵抗３２は、インダクタに置き換
えることも可能であり、充電電流を量的に抑制するよう
な素子であればよい。

【００４１】また、コンデンサ３１の充電電圧は、次段
の比較回路３６（判断手段）に伝達される。該比較回路
３６は、コンデンサ３１の充電電圧と比較回路３６内に
設けられた図示しない内部基準電圧（基準電圧値）とを
比較し、コンデンサ３１の充電電圧の方が大きい場合、
昇圧チョッパ回路５の動作電源供給ライン２４上に設け
られたチョッパ制御回路２３のスイッチＳＷをオンす
る。

【００４２】この場合、動作電源供給ライン２４から昇
圧チョッパ回路５に動作電源が供給され、昇圧チョッパ
回路５は動作し、これにより、力率が改善される。ま
た、昇圧チョッパ回路５の機能の動作または停止を制御
するチョッパ制御回路２３のスイッチＳＷがオンする
と、動作電源供給ライン２４から、スイッチＳＷ、ダイ
オード３５、抵抗３４を介してコンデンサ３１に更なる
充電電流が供給されるため、コンデンサ３１の両端の電
圧は多少引き上げられて安定する。これにより、例え
ば、コンデンサ３１の充電電圧が内部基準電圧と同じレ
ベル付近で、多少上下に変動している（リップル変動し
ている）ような場合、昇圧チョッパ回路５の動作状態と
停止状態との間をトグルすることが防止される。

【００４３】また、上記比較回路３６は、コンデンサ３
１の充電電圧と、比較回路３６内に設けられた内部基準
電圧とを比較し、コンデンサ３１の充電電圧の方が低い
場合、昇圧チョッパ回路５の動作電源供給ライン２４上
に設けられたチョッパ制御回路２３のスイッチＳＷをオ
フする。したがって、動作電源供給ライン２４から昇圧
チョッパ回路５への動作電源の供給が停止され、力率改
善機能が機能しなくなり、その分、電力損失は減少す
る。

【００４４】図４は、上記スイッチング電源装置の更な
る具体例を示している。この例における力率改善動作に
ついて図４を参照しながら以下に説明する。なお、図３
と同じ機能を有する部材には同じ参照番号を付記し、詳
細な説明を省略する。

【００４５】ＡＣ入力電源１からフィルタ回路２１を介
して供給される電流は、ブリッジ整流器２により整流さ
れ、入力ＡＣ電源整流回路の正出力ライン３と負出力ラ
イン４との間の電圧波形は、図６（ａ）に示す全波整流
電圧波形となる。制御回路６（例えば、モトローラ社製
のＭＣ３４２６２、ＭＣ３３２６２等の力率改善制御Ｉ
Ｃ）は、何れも図６（ａ）に示す、全波整流電圧波形と
平滑コンデンサ７の充電電圧の電圧レベルとを取り込
み、これらを演算処理し、チョークコイル８内に図６
（ｂ）の実線にて示した電流を流す。なお、図６の両電
圧波形は、共通のグランドレベルを基準としており、両
電圧波形のレベル差は、昇圧チョッパ回路５による電圧
昇圧分（ΔＶ）に相当する。

【００４６】抵抗９、及び抵抗１０からなる直列回路
は、入力ＡＣ電源整流回路の正出力ライン３と負出力ラ
イン４との間の電圧を抵抗分割により降圧し、制御回路
６の入力端子１１に入力する。また、抵抗１２及び抵抗
１３からなる直列回路は、平滑コンデンサ７の充電電圧
を抵抗分割により降圧し、制御回路６の入力端子１４に
入力する。

【００４７】制御回路６は、スイッチングトランジスタ
１５の駆動信号を出力端子１６から送出してスイッチン
グトランジスタ１５をオンまたはオフ制御し、前述のよ
うにチョークコイル８内に図６（ｂ）の実線で示す電流
を流し、この電流波形がフィルタ回路２１により平均化
され、ＡＣ入力電源１内を流れる。換言すると、制御回
路６は、ＡＣ入力電源１内を流れる電流波形がＡＣ入力
電源１の電圧波形に近似波形となるようにスイッチング
トランジスタ１５をオンまたはオフ制御している。

【００４８】昇圧のメカニズムは、通常、一般の昇圧チ
ョッパ回路と同じであり、スイッチングトランジスタ１
５のオン期間中に入力ＡＣ電源整流回路の正出力ライン
３からチョークコイル８を介してスイッチングトランジ
スタ１５に電流が流れてチョークコイル８内に励磁エネ
ルギが蓄積され、スイッチングトランジスタ１５がオフ
すると励磁エネルギにより、昇圧電流が入力ＡＣ電源整
流回路の正出力ライン３からチョークコイル８及びダイ
オード２０を介して平滑コンデンサ７に流入する。

【００４９】制御回路６は、前述のように、入力端子１
４にて平滑コンデンサ７の充電電圧レベルを監視し、該
充電電圧レベルが所定の電圧より大きい場合、チョーク
コイル８内を流れる電流波形（図６（ｂ）参照）の波高
値が全体に低くなるように、スイッチングトランジスタ
１５をオンまたはオフ制御し、逆に、上記充電電圧レベ
ルが所定の電圧より小さい場合、チョークコイル８内を
流れる電流波形（図６（ｂ）参照）の波高値が全体に高
くなるようにスイッチングトランジスタ１５をオンまた
はオフ制御することによって、該電圧レベルが常に所定
の一定電圧値になるように制御される。

【００５０】また、図３で示した上記比較回路３６は、
抵抗３２とコンデンサ３１の接続点にツェナダイオード
４７のカソードが、更に該ツェナダイオード４７のアノ
ードにＮＰＮトランジスタ４８のベースが抵抗４６を介
して接続され、更にまた、コンデンサ３１のもう一方の
端子に上記ＮＰＮトランジスタ４８のエミッタが接続さ
れる構成である。

【００５１】コンデンサ３１の充電電圧がツェナダイオ
ード４７のツェナ電圧よりも大きい場合、カソードから
アノードに向かって電流が流れて上記ＮＰＮトランジス
タ４８がオンし、該ＮＰＮトランジスタ４８のコレクタ
がローレベルの電圧レベルになる。また、コンデンサ３
１の充電電圧がツェナダイオード４７のツェナ電圧より
も小さい場合、カソードからアノードに向かって電流が
流れないので、ＮＰＮトランジスタ４８がオフし、該Ｎ
ＰＮトランジスタ４８のコレクタはハイレベルの電圧レ
ベルになる。

【００５２】上記チョッパ制御回路２３は、ＰＮＰトラ
ンジスタ４９からなり、エミッタがコンデンサ３０（昇
圧チョッパ回路５用の電流供給源に相当）に接続される
と共に、コレクタが制御回路６の動作用電源受信端子６
ａに接続され、且つ、ベースがベース電流制限抵抗１０
０を介して上記ＮＰＮトランジスタ４８のコレクタに接
続されている。上記のように、コンデンサ３１の充電電
圧がツェナダイオード４７のツェナ電圧よりも大きい場
合、上記ＮＰＮトランジスタ４８がオンしてＰＮＰトラ
ンジスタ４９のベースの電圧レベルがローレベルに引き
下げられると、上記ＰＮＰトランジスタ４９がオンする
ので、動作電源供給ライン２４から動作電源が供給され
て制御回路６が動作する。逆に、コンデンサ３１の充電
電圧がツェナダイオード４７のツェナ電圧よりも小さい
場合、ＮＰＮトランジスタ４８がオフしてＰＮＰトラン
ジスタ４９のベースの電圧レベルがハイレベルに引き上
げられると、上記ＰＮＰトランジスタ４９がオフするの
で、動作電源供給ライン２４から動作電源が供給されな
くなり、制御回路６の動作が停止する。

【００５３】本発明に係るスイッチング電源装置は、以
上のように、交流電圧を整流後、昇圧チョッパ回路（ア
クティブフィルタ）に通して作成した直流電源を次段の
電圧変換回路に通し、所望の電圧に変換する方式の力率
改善機能付のスイッチング電源装置において、電圧変換
回路に出力電力量を検出する手段を備え、該検出手段が
出力電力量と所定の閾値を比較し、出力電力量が所定の
閾値より小さい場合は、昇圧チョッパ回路の機能を停
止、或いは、出力電力量が所定の閾値より大きい場合
は、昇圧チョッパ回路の機能を動作させる手段を備えた
ことを特徴としている。

【００５４】従来のスイッチング電源装置は、軽負荷動
作状態において法的規制上及び実用上、力率改善の必要
性がないにもかかわらず、負荷の軽重に関係なく力率改
善回路を動作させていた。これに対して、上記スイッチ
ング電源装置によれば、負荷の軽重を内部で自己判定
し、軽負荷状態にて動作している期間、力率改善機能を
停止し、電力損失を、力率改善回路の電力損失分だけ軽
減する。また、負荷の軽重を自己判定するので、本スイ
ッチング電源装置から電力の供給を受けている機器か
ら、軽負荷動作中であることを知らせる信号を受信する
ことが不要となり、その分、該機器との間に設けるべき
送信線の数を減少できる。これにより、省エネルギ、及
び製造コストの両面において社会貢献することが可能と
なる。

【００５５】上記昇圧チョッパ回路の機能の動作または
停止を制御する手段は、昇圧チョッパ回路の動作電源を
オン、オフすることにより、所定の機能を果たすことを
特徴としている。

【００５６】この場合、力率改善機能を停止する手段と
して、省エネルギの点で最も有効な手段を提供できる。
例えば、力率改善機能を停止させる手段として、他に
も、上述の制御回路６の信号入力端子１１や出力端子１
６の接続を遮断することが挙げられる。この場合、それ
なりに電力損失を軽減するが、何れも制御電流が制御回
路６の出力端子１６から供給されるため、この電力消費
分、本手段と比較して省エネルギ効果が劣る。

【００５７】上記出力電力量検出手段は、上記電圧変換
回路の変圧器に備えられた補助巻線に誘起される電圧を
ダイオードにより整流後、該整流後の電圧により、抵抗
またはインダクタを通して、コンデンサを充電する回路
と、該コンデンサの充電電圧と基準電圧を比較する回路
により構成され、この比較結果を昇圧チョッパ回路の機
能の停止または動作を制御する手段に伝達することを特
徴としている。

【００５８】この場合、出力電力量検出手段として、簡
単な構成で、電力消費が少なく、しかも確実に所定の機
能を達成する構成を提供することができる。例えば、出
力電力量検出手段として、他にも、上記ＦＥＴ２７のド
レインに検出抵抗を直列接続し、該検出抵抗の両端の電
圧を検出する構成、及び上記出力端子１９と変圧器の上
記巻線２５ｂ間に検出抵抗を接続し、該検出抵抗の両端
の電圧を検出する構成が考えられる。しかし、何れも、
検出抵抗に大きな電流が流れ、該検出回路の損失が上記
構成よりも大きくなってしまう。

【００５９】コンデンサの充電電圧と基準電圧を比較す
る上記回路は、コンデンサの正極方向に充電される一方
の端子に定電圧ダイオード（ツェナダイオード）のカソ
ードが、更に、該定電圧ダイオードのアノードにＮＰＮ
トランジスタのベースが、更にまた、コンデンサの他方
の端子に該ＮＰＮトランジスタのエミッタが接続され、
比較結果を該ＮＰＮトランジスタのコレクタから出力
し、昇圧チョッパ回路の機能の停止または動作を制御す
る手段に伝達することを特徴としている。

【００６０】この場合、コンデンサの充電電圧と基準電
圧とを比較する回路を簡単な構成で、しかも確実に所定
機能を達成する構成を提供できる。例えば、同等機能を
果たす構成として、コンパレータを使用し、該コンパレ
ータの正入力端子にコンデンサの充電電圧を、負入力端
子に基準電圧を入力する構成が考えられるが、本構成の
方が低コストで実現可能である。

【００６１】昇圧チョッパ回路の機能の停止または動作
を制御する手段は、昇圧チョッパ回路用電流供給源にＰ
ＮＰトランジスタのエミッタが、昇圧チョッパ回路の動
作用電源受信端子に該ＰＮＰトランジスタのコレクタが
接続され、該ＰＮＰトランジスタのベースに出力電力量
検出手段の比較結果が出力されることを特徴としてい
る。

【００６２】この場合、昇圧チョッパ回路の機能の停止
または動作を制御する手段は、上記力率改善制御ＩＣ用
の動作電源断続手段と、上記コンデンサの充電電圧と基
準電圧とを比較する回路との整合性を図り、確実な動作
を実現できる。

【００６３】

【発明の効果】本発明に係るスイッチング電源装置は、
以上のように、上記補助巻線に誘起される正電圧をダイ
オードと充電電流を量的に抑制する素子とを介してコン
デンサに導き入れて上記コンデンサを充電することによ
り、上記負荷に供給されている出力電力量を検出する出
力電力量検出手段と、上記コンデンサの充電電圧値と基
準電圧値とを比較し、上記充電電圧値が上記基準電圧値
未満の場合に、検出された上記出力電力量が所定量未満
の軽負荷動作状態であると判断し、上記充電電圧値が上
記基準電圧値以上の場合に、検出された上記出力電力量
が所定量以上であると判断する判断手段と、検出された
上記出力電力量が所定量以上であると上記判断手段によ
って判断された場合に上記昇圧チョッパ回路の力率改善
機能を機能させる一方、所定量未満の軽負荷動作状態で
あると判断された場合に該力率改善機能を機能させない
力率改善機能制御手段とを備えていることを特徴として
いる。

【００６４】それゆえ、次のような効果を併せて奏す
る。即ち、負荷に供給されている出力電力量は、出力電
力量検出手段によってコンデンサに充電することにより
検出される。コンデンサの充電電流を量的に抑制する素
子の作用により、コンデンサの充電電圧はスイッチング
電源装置の出力電力量に比例して変化し、僅少の消費電
力で所定の出力電力検出機能を果たすことができる。そ
して、判断手段によって充電電圧値と基準電圧値とが比
較され、出力電力量が所定量以上か、或いは所定量未満
の軽負荷動作状態であるかが判断される。この判断の結
果、検出された出力電力量が所定量以上である場合、力
率改善機能制御手段は、上記昇圧チョッパ回路を制御
し、力率改善機能を機能させ、これにより力率改善が行
われる。これに対して、判断手段による上記判断の結
果、検出された出力電力量が所定量未満の軽負荷動作状
態である場合、力率改善機能制御手段は、上記昇圧チョ
ッパ回路を制御し、力率改善機能を機能させず、したが
って、この場合には力率改善が行われない。

【００６５】以上のように、軽負荷状態にて動作してい
る期間、昇圧チョッパ回路において力率改善機能が機能
しなくなるので、力率改善に伴う電力損失が回避され、
その分、省エネルギ化が図れると共に電力変換効率を向
上できる。

【００６６】しかも、上記負荷の軽重の判断は、スイッ
チング電源装置内の判断手段によって行われるので、該
スイッチング電源装置により電力供給を受ける機器が該
スイッチング電源装置と機構的に切り離されている場合
（例えば、ＡＣアダプタのような場合）でも、両者間の
配線は、電源供給線のみとなり、出力電圧仕様および出
力電力仕様が合致する範囲において、あらゆる機器に共
通に使用でき、汎用性に優れ、且つ、低製造コスト化が
可能なスイッチング電源装置を提供できる。

【００６７】また、上記素子を抵抗またはインダクタと
してコンデンサへの充電電流を量的に抑制すると、簡単
な構成で、コンデンサの充電電圧がスイッチング電源装
置の出力電力量に比例して変化し、上記素子が高い抵抗
値の抵抗である場合のように僅少の消費電力で所定の出
力電力検出機能を果たすことができる。

【００６８】上記力率改善機能制御手段は、閉または開
により上記昇圧チョッパ回路に対する動作電源の供給ま
たは遮断を行う開閉手段を有し、上記昇圧チョッパ回路
の力率改善機能を機能させない場合に上記開閉手段が開
状態となって上記動作電源を上記昇圧チョッパ回路に供
給せず、上記昇圧チョッパ回路の力率改善機能を機能さ
せる場合に上記開閉手段が閉状態となって上記動作電源
を上記昇圧チョッパ回路に供給することが好ましい。

【００７１】また、上記開閉手段が閉状態のときに、上
記動作電源から整流器、抵抗を介して上記コンデンサを
更に充電することが好ましい。この場合、コンデンサの
両端の電圧は、この更なる充電に応じて引き上げられて
安定する。これにより、上記直流電流によるコンデンサ
の充電電圧が上記基準電圧値付近で変動している（リッ
プル変動している）場合でも、コンデンサの両端の電圧
が上記のように引き上げられるので、上記開閉手段の開
閉がチャタリングすることを回避でき、昇圧チョッパ回
路において力率改善機能が機能したり機能しなくなった
りすることによってトグルすることがなくなる。それゆ
え、昇圧チョッパ回路において、より正確に力率改善機
能の制御を行うことが可能となるという効果を併せて奏
する。

【００７２】上記開閉手段はトランジスタであり、上記
動作電源は該トランジスタを介して上記昇圧チョッパ回
路に供給され、上記判断手段は、ツェナ電圧が上記基準
電圧値に対応するツェナダイオードであり、上記コンデ
ンサの両端の電圧が上記ツェナ電圧よりも大きい場合に
上記トランジスタが導通することが好ましい。

【００７３】軽負荷動作状態の場合、コンデンサの両端
の電圧はツェナダイオードのアノードからカソードに電
流を流すにいたらないので、トランジスタは駆動されず
非導通の状態になる。動作電源が昇圧チョッパ回路に供
給されないので、力率改善は行われない。これに対し
て、軽負荷動作状態を脱すると、コンデンサの両端の電
圧はツェナダイオードのアノードからカソードに電流を
流し、トランジスタは駆動されて導通の状態になる。こ
れにより、動作電源が昇圧チョッパ回路に供給されるの
で、力率改善が行われる。

【００７４】以上のように、開閉手段をトランジスタで
構成すると共に、判断手段をツェナダイオードで構成す
るという簡単な構成によって、力率改善機能の制御を確
実に行えるという効果を併せて奏する。

【図面の簡単な説明】

【符号の説明】１ＡＣ入力電源２ブリッジ整流器５昇圧チョッパ回路６制御回路７平滑コンデンサ８チョークコイル２２出力電力量検出回路（出力電力量検出手段）２３チョッパ制御回路（力率改善機能制御手段）３６比較回路（判断手段）４７ツェナダイオード（判断手段）

【手続補正書】

【提出日】平成１２年８月２９日（２０００．８．２
９）

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】力率改善機能を有する昇圧チョッパ回路を
備え、該昇圧チョッパ回路の出力を電圧変換して、所望
の電圧を負荷に供給するスイッチング電源装置であっ
て、上記負荷に供給されている出力電力量を検出する出力電
力量検出手段と、検出された上記出力電力量が所定量以上か否かを判断す
る判断手段と、検出された出力電力量が所定量以上であると上記判断手
段によって判断された場合に上記昇圧チョッパ回路の力
率改善機能を機能させる一方、所定量未満の軽負荷動作
状態であると判断された場合に該力率改善機能を機能さ
せない力率改善機能制御手段とを備えていることを特徴
とするスイッチング電源装置。
【請求項２】上記力率改善機能制御手段は、閉または開
により上記昇圧チョッパ回路に対する動作電源の供給ま
たは遮断を行う開閉手段を有し、上記昇圧チョッパ回路
の力率改善機能を機能させない場合に該スイッチング手
段が上記動作電源を上記昇圧チョッパ回路に供給しない
ことを特徴とする請求項１に記載のスイッチング電源装
置。
【請求項３】上記出力電力量検出手段は、出力電力量に
応じた直流電流を充電抵抗を介してコンデンサに充電す
るものであり、上記判断手段は、上記コンデンサの両端の電圧値が基準
電圧値未満の場合に検出された上記出力電力量が所定量
未満であると判断することを特徴とする請求項１又は２
に記載のスイッチング電源装置。
【請求項４】上記出力電力量検出手段は、出力電力量に
応じた直流電流を充電抵抗を介してコンデンサに充電す
るものであり、上記判断手段は、上記コンデンサの両端の電圧値が基準
電圧値以上の場合に検出された上記出力電力量が所定量
以上であると判断し、上記開閉手段が閉状態のときに、上記動作電源から整流
器、抵抗を介して上記コンデンサを更に充電することを
特徴とする請求項２に記載のスイッチング電源装置。
【請求項５】上記開閉手段はトランジスタであり、上記
動作電源は該トランジスタを介して上記昇圧チョッパ回
路に供給され、上記判断手段は、ツェナ電圧が上記基準電圧値に対応す
るツェナダイオードであり、上記コンデンサの両端の電
圧が上記ツェナ電圧よりも大きい場合に上記トランジス
タが導通することを特徴とする請求項３又は４に記載の
スイッチング電源装置。