JP2001157450A - 直流電源装置 - Google Patents

直流電源装置

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浩 臼井
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 軽負荷のときでも電力損失を生じることな
く、効率の高い直流電源装置を得る。 【解決手段】 DC−DCコンバータ11の平均値信号
形成回路25は、第2制御回路13から出力される制御
信号を平均値化し、それを平均値信号として力率改善回
路24の第1制御回路25に出力し、力率改善回路24
の第1制御回路26は、コンデンサ22、ダイオード2
1の直流電圧を電源とし、所定時間経過後に第1スイッ
チング手段8をオン・オフ制御し、平均値信号のレベル
が予め設定された基準値以下になったときは第1スイッ
チング手段8の制御を停止する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、力率改善回路を備
えた直流電源装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図3は従来の直流電源装置の構成を示す
回路図である。図3に示す直流電源装置は、交流電源と
接続するための入力端子1a、1bに、高調波などのノ
イズを除去するフィルタ回路2を接続し、整流回路3で
整流する。この整流回路3には力率改善回路4が接続さ
れている。また、力率改善回路4にはDC−DCコンバ
ータ11が接続されている。
【0003】前述した力率改善回路4は、整流回路3に
並列に接続された起動抵抗5及び第1制御回路6と、整
流回路3の一方の線路上に挿入された昇圧用のリアクト
ル7と、起動抵抗5に直列接続され、かつ第1制御回路
6に並列に接続された第1スイッチング手段8と、リア
クトル7に直列に接続されたダイオード9と、第1スイ
ッチング手段8にダイオード9を介して並列に接続され
た平滑コンデンサ10とから構成されている。
【0004】また、DC−DCコンバータ11は、平滑
コンデンサ10に並列に接続された起動抵抗12及び第
2制御回路13と、一端が平滑コンデンサ10の正極側
に接続された1次巻線15、2次巻線16及び一端が平
滑コンデンサ10の負極側に接続された3次巻線17を
有するトランス14とを備えている。
【0005】また、1次巻線15の他端及び平滑コンデ
ンサ10の負極側の間に挿入された第2スイッチング手
段18と、2次巻線16の一端に接続されたダイオード
19と、2次巻線16にダイオード19を介して並列に
接続された平滑コンデンサ20と、平滑コンデンサ20
の出力側に設けられた出力端子23と、第2制御回路1
3と3次巻線17の他端との間に挿入されたダイオード
21と、3次巻線17に並列に接続された平滑コンデン
サ22とで構成されている。
【0006】次に、前記のように構成された従来の直流
電源装置の動作を説明する。
【0007】入力端子1に交流電圧が印加されると、フ
ィルタ回路2がノイズを除去し、整流回路3が交流電圧
を整流して力率改善回路4に出力する。
【0008】力率改善回路4は、第1制御回路6に起動
抵抗5を介して電力が供給されるに伴って起動する。そ
の場合、第1制御回路6は、所定の周波数で第1スイッ
チング手段8をオン・オフし、整流回路3の出力を昇圧
し、直流に変換する。即ち、第1スイッチング手段8の
オン期間にリアクトル7に電流を流し込み、第1スイッ
チング手段8のオフ期間にリアクトル7に蓄えられたエ
ネルギーをダイオード9を介して平滑コンデンサ10に
充電する。
【0009】この場合、第1スイッチング手段8に流れ
る電流が、交流電圧の正弦波と位相が同相になるよう
に、また、平滑コンデンサ10の両端電圧が一定電圧に
なるように第1スイッチング手段8をオンオフする。起
動後はリアクトルの2次巻線27からダイオード28と
コンデンサ29を介して第1の制御回路に電力が供給さ
れる。
【0010】DC−DCコンバータ11は、力率改善回
路4から得られる一定の電圧に基いて起動抵抗12を介
して第2制御回路13に電力が供給されて起動する。こ
の場合、第2制御回路13は、第2スイッチング手段1
8をオンオフ制御してトランス14の1次巻線15、2
次巻線16及び3次巻線17に交流電圧を発生させる。
【0011】2次巻線16に発生した交流電圧はダイオ
ード19によって整流され、平滑コンデンサ20によっ
て直流電圧に変換され、出力端子23から出力される。
【0012】一方、3次巻線17に発生した交流電圧は
ダイオード21と平滑コンデンサ22によって直流電圧
Vccに変換され、起動後は3次巻線17からダイオー
ド21とコンデンサ22を通して、第2制御回路13に
電力が供給されていた。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の直流電源装置は、力率改善の必要のない軽
負荷のときでも、整流回路3からの直流電力が起動抵抗
を介して第1制御回路に入力し、かつ力率改善回路は常
に動作していた。
【0014】つまり、軽負荷時であって力率改善の必要
性がないときにおいても、第1スイッチング手段を動作
させていることになるから電力損失が生じて効率が低下
するという課題があった。
【0015】本発明は、上記の課題を鑑みてなされたも
ので、軽負荷のときでも電力損失を生じることなく、効
率の高い直流電源装置を提供することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1に係る
直流電源装置は、交流電圧を整流する整流回路と、該整
流回路に接続された力率改善回路と、該力率改善回路に
接続されたDC−DCコンバータとを備えた直流電源装
置において、前記DC−DCコンバータで得られた出力
電圧又は他のDC−DCコンバータで得られた出力電圧
を前記力率改善回路の制御回路の電源とし、前記DC−
DCコンバータの制御回路の共通電源とし、前記DC−
DCコンバータに接続された負荷が軽負荷状態となった
ときに前記力率改善回路の動作を停止させることを要旨
とする。
【0017】請求項2は、請求項1の力率改善回路は、
前記軽負荷状態は、前記DC−DCコンバータの制御回
路から直流レベル変換用のスイッチング手段に付与する
制御信号に基いて検知することを要旨とする。
【0018】また、請求項3は、DC−DCコンバータ
におけるスイッチング手段へのパルス信号を平均化した
平均値信号を送出する平均値信号形成回路と、平均値信
号を入力し、該平均値信号の値が軽負荷を示していると
き、力率改善回路におけるスイッチング手段へのパルス
信号の送出を停止して動作停止させる力率改善回路の制
御回路とを備えたことを要旨とする。
【0019】請求項4は、力率改善回路の制御回路は、
直流レベルの電圧が印加されると、所定時間経過後に、
力率改善回路のスイッチング手段をオン・オフ制御する
ことを要旨とする。
【0020】
【発明の実施の形態】図1は本発明の実施の形態に係る
直流電源装置の構成を示す回路図であり、図2で説明し
た従来例と同一又は相当部分には同じ符号を付し説明を
省略する。
【0021】図1に示すように、本実施の形態の直流電
源装置の力率改善回路24には、図3とは異なる第1制
御回路25を備えている。
【0022】この第1の制御回路25は、DC−DCコ
ンバータ11の第2制御回路13に並列接続され、この
第2制御回路13と共に3次巻線17、コンデンサ2
2、ダイオード21によって生成された直流レベルの電
圧Vccが印加されると所定時間経過後に第1スイッチ
ング手段8をオン・オフし、後述する平均値信号形成回
路26からの平均値信号のレベルが予め設定された基準
値以下のときは第1スイッチング手段8のオン・オフ制
御を停止する。
【0023】平均値信号形成回路26は、第2制御回路
13から第2スイッチング手段18に出力されるパルス
信号を平均値化した直流レベルの平均値信号を力率改善
回路24の第1制御回路25に出力する。
【0024】なお、DC−DCコンバータ11の第2制
御回路13は、第2スイッチング手段18を駆動するパ
ルス信号のパルス幅を出力電圧が一定になるように制御
し、負荷が軽負荷になるに連れそのパルス幅を狭くする
ように構成されている。
【0025】前記のように構成された本実施の形態の直
流電源装置の動作を波形図を用いて以下に説明する。
【0026】入力端子1に交流電圧が印可されると、前
述したようにフィルタ回路2でノイズが除去され、整流
回路3で交流電圧は整流される。整流された電圧はDC
−DCコンバータ11の入力電源となり、起動抵抗12
を介して第2制御回路13に電力が供給される。これに
よって、第2制御回路13は起動し、第2のスイッチン
グ手段18をオンオフして、2次巻線16より負荷に電
力を供給する。同時に、3次巻線17にも電圧が誘起
し、ダイオード21とコンデンサ22とで整流平滑さ
れ、平滑された直流電圧は起動後の第1及び第2制御回
路25,13の電源となる。つまり、起動時は抵抗12
からDC−DCコンバータ11の第2制御回路13に電
力が供給されるが、第2制御回路13の起動後は3次巻
線17から得られる直流電圧Vccによって、力率改善
回路24の第1制御回路25とDC−DCコンバータ1
1の第2制御回路13とに電力が供給される。
【0027】なお、平均値信号形成回路26は、第2制
御回路13から第2スイッチング手段18に出力される
パルス信号を平均値化し、それを平均値信号として力率
改善回路24の第1制御回路25に出力する。
【0028】電圧Vccが印加された力率改善回路24
の第1制御回路25は、所定時間経過後に起動して第1
スイッチング手段8をオン・オフし、入力された平均値
信号のレベルと基準値とを比較する。その平均値信号の
レベルが基準値を越えているときは第1スイッチング手
段8のオン・オフ制御を継続し、平均値信号のレベルが
基準値以下になったときは軽負荷になったと判断して第
1スイッチング手段8のオン・オフを停止する。
【0029】すなわち、平均値信号形成回路26は第2
制御回路13がスイッチング手段18をオンオフするパ
ルス信号を図2の(b)に示すように平均化する。
【0030】この第2の制御回路13は、一次巻線15
によって誘導された3次巻線17の出力をコンデンサ2
2、ダイオード21で整流した電圧Vccを電源とする
ので、図2の(a)に示すように、重負荷時にはパルス
信号のオン幅を拡大し、基準値近傍となる軽負荷時には
パルス信号のオン幅を狭める。
【0031】このため、平均値信号形成回路26からの
平均値信号は、図2の(b)に示すように、軽負荷時に
は図2の(b)に示すように、重負荷時に比べてレベル
が下がる。
【0032】従って、力率改善回路24の第1制御回路
25は、図2の(c)に示すように重負荷時にはスイッ
チング手段8をオンオフ制御するパルス信号を送出して
力率改善回路24を動作させ、軽負荷時にはスイッチン
グ手段8にパルス信号の送出を停止して力率改善回路2
4を停止させる。
【0033】本発明は本実施の形態に限らず、更に変形
が可能である。例えば、軽負荷状態の検出にあたり、パ
ルス信号の平均値と基準値との比較の際にヒステリシス
特性を有する比較器を使用してもよい。また、パルス信
号は平均値以外の他の値に変換してもよく、オン幅をデ
ジタル的にカウントするようにしてもよい。また、制御
方式が周波数制御の場合は、周波数の大きさから軽負荷
状態を検知することができる。更に、DC−DCコンバ
ータ11はフライパック型、フォワード型、共振型いず
れの他にも適用可能である。また、力率改善回路24及
びDC−DCコンバータ11にそれぞれ設けられた第1
及び第2スイッチング手段8,18には、バイポーラト
ランジスタ、電界効果トランジスタ又は絶縁ゲートトラ
ンジスタのいずれを用いてもよい。
【0034】また、力率改善回路の制御電源は他のDC
−DCコンバータで得られた出力電源としてもよい。
【0035】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、力率改善
回路の制御回路用電源をDC−DCコンバータの制御回
路用電源から導くようにしたので、力率改善回路の制御
回路の起動抵抗が省略でき、効率がよくなる効果があ
る。
【0036】また、DC−DCコンバータの変換用スイ
ッチング手段を制御するパルス信号に基いて軽負荷状態
を検知しているので、負荷状態検出のための損失が少な
くなり、更に効率を向上させることができる。
【0037】また、軽負荷時には力率改善回路の動作を
停止させているので、軽負荷時における効率が更に向上
する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る直流電源装置の構成
を示す回路図である。
【図2】本発明の実施の形態に係る直流電源装置の動作
を説明する波形図である。
【図3】従来の直流電源装置の構成を示す回路図であ
る。
【符号の説明】
1a、1b 入力端子 2 フィルタ回路 3 整流回路 8 第1スイッチング手段 11 DC−DCコンバータ 12 起動抵抗 13 第2制御回路 14 トランス 18 第2スイッチング手段 23 出力端子 24 力率改善回路 25 第1制御回路 26 平均値信号形成回路

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 交流電圧を整流する整流回路と、該整流
    回路に接続された力率改善回路と、該力率改善回路に接
    続されたDC−DCコンバータとを備えた直流電源装置
    において、 前記DC−DCコンバータで得られた出力電圧又は他の
    DC−DCコンバータで得られた出力電圧を前記力率改
    善回路の制御回路の電源とし、前記DC−DCコンバー
    タに接続された負荷が軽負荷状態となったときに前記力
    率改善回路の動作を停止させることを特徴とする直流電
    源装置。
  2. 【請求項2】 前記軽負荷状態は、前記DC−DCコン
    バータの制御回路から直流レベル変換用のスイッチング
    手段に付与する制御信号に基いて検知する請求項1に記
    載の直流電源装置。
  3. 【請求項3】 前記DC−DCコンバータにおけるスイ
    ッチング手段へのパルス信号を平均化した平均値信号を
    送出する平均値信号形成回路と、 前記平均値信号を入力し、該平均値信号の値が軽負荷を
    示しているとき、前記力率改善回路におけるスイッチン
    グ手段へのパルス信号の送出を停止して動作停止させる
    力率改善回路の制御回路とを有することを特徴とする請
    求項1または2記載の直流電源装置。
  4. 【請求項4】 前記力率改善回路の制御回路は、前記出
    力電圧が印加された後に、前記力率改善回路のスイッチ
    ング手段をオン・オフ制御することを特徴とする請求項
    3記載の直流電源装置。
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