JP2001218467A - 高調波抑制スイッチング電源装置 - Google Patents

高調波抑制スイッチング電源装置

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JP2001218467A
JP2001218467A JP2000024631A JP2000024631A JP2001218467A JP 2001218467 A JP2001218467 A JP 2001218467A JP 2000024631 A JP2000024631 A JP 2000024631A JP 2000024631 A JP2000024631 A JP 2000024631A JP 2001218467 A JP2001218467 A JP 2001218467A
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power
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higher harmonic
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Katsutoshi Miyazaki
勝俊 宮崎
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PFU Ltd
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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    • Y02P80/10Efficient use of energy, e.g. using compressed air or pressurized fluid as energy carrier

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 スイッチング電源装置においては、海外(欧
州)に高調波抑制に関する国際基準規格IEC1000
−3−2があり、その対策の1つであるアクティブフィ
ルタ方式を使用した高周波抑制スイッチング電源装置が
ある。このアクティブフィルタ方式は、高調波抑制とと
もに力率を改善するために力率改善制御回路を動作させ
ている。しかしながら、従来装置では最小負荷から最大
負荷までのあらゆる負荷に対して、力率改善制御回路を
動作させており、入力電力が高周波抑制規制外である場
合においても、力率改善制御回路における電力損失が発
生していた。このため、電源変換効率を低下させている
という問題点があった。 【解決手段】 高調波抑制スイッチング電源装置におい
て、入力電力が高調波抑制規制外である場合に力率改善
制御回路の動作を停止させる手段を設け、力率改善制御
回路における電力損失を押さえて総合的な電源変換効率
を向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、高調波抑制スイ
ッチング電源装置に関するものであり、特に、入力電力
が高調波抑制規制値以下である場合(現行、50W以
下)に限定し、力率改善制御回路分の電力損失を押さえ
て電源変換効率を向上させる。
【0002】
【従来の技術】海外(欧州)においては高調波抑制に関
する国際基準規格IEC1000−3−2があり、その
対策の1つに電源変換効率の点では従来のスイッチング
電源より劣るアクティブフィルタ方式の高調波抑制スイ
ッチング電源装置がある。このアクティブフィルタ方式
は、高調波抑制とともに力率を改善するために力率改善
制御回路を動作させている。
【0003】図7に、従来の高調波抑制スイッチング電
源装置の構成例図を示す。アクティブフィルタ部は、A
C入力を整流する整流器70、チョークコイル72、ス
イッチング素子であるFET75、抵抗76、ダイオー
ド73、平滑コンデンサ71、74、そして力率改善制
御部77で構成され、力率改善制御部77により入力電
流波形が正弦波に近づくように、FET75をオンオフ
するパルス信号のデューティを制御している。
【0004】トランス80には、1次巻線81と電源V
aa用の2次巻線82が巻かれており、アクティブフィ
ルタの出力がトランス80の入力となる。トランス80
の1次巻線81にはスイッチング素子であるFET78
が接続され、そのFET78にはFET78をオンオフ
するパルス信号のデューティを制御する定電圧制御部7
9が接続されている。また、定電圧制御部79は電源V
aaの出力電圧をフィードバックした信号のレベルが一
定に保たれるようにFET78を制御するもので、これ
により電源Vaaの出力が定電圧に制御される。
【0005】そして、トランス80の2次巻線82の出
力側には整流ダイオード90、転流ダイオード91、チ
ョークコイル92、コンデンサ93で構成されるフォワ
ード方式のコンバータを介して電源Vaa用の出力端子
が接続されている。
【0006】図8に、従来の高調波抑制スイッチング電
源装置の負荷電流と入力電力損失との関係図を示す。入
力電力損失は、力率改善制御部や定抵抗などの負荷電流
に依存しない固定損失(少なくとも定電圧制御部、力率
改善制御部を構成する抵抗、ツェナーダイオードは一定
の電力を消費する特性により)と、トランス、パター
ン、整流ダイオードなど負荷電流に依存する損失(少な
くとも負荷電流の変化に伴ない電力も消費するトラン
ス、パターン、整流ダイオードの部品特性により)とで
構成されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図7に
示す従来技術では、最小負荷から最大負荷までのあらゆ
る負荷に対して、力率改善制御部を動作させており、入
力電力が高調波抑制規制値以下である場合(現行、50
W以下)においても力率改善制御部における電力損失が
発生している。このため、電源変換効率を低下させてい
るという問題点があった。
【0008】
【課題を解決するための手段】この発明は上記のような
問題点を考慮してなされたもので、高調波抑制スイッチ
ング電源装置において、入力電力が高調波抑制規制値以
下である場合に力率改善制御部の動作を停止させること
により、力率改善制御部における電力損失を押さえて総
合的な電源変換効率を向上させる。
【0009】
【発明の実施の形態】(1)高調波抑制スイッチング電
源装置において、入力側の電力が高調波抑制規制値以下
の状態であることを検出する入力電力検出部と、入力電
力検出部が高調波抑制規制値以下の状態を検出している
とき、力率改善制御部の動作を停止させるスイッチ部と
を設けることにより、力率改善制御部における電力損失
を押さえることができ、総合的な電源変換効率を向上さ
せることができる。
【0010】(2)(1)記載の高調波抑制スイッチン
グ電源装置において、入力電力検出部を電源回路の1次
側回路に設けることにより、正確な入力電力を検出する
ことができる。
【0011】(3)(1)記載の高調波抑制スイッチン
グ電源装置において、入力電力検出部を電源回路の2次
側回路に設けることにより、電源装置の回路を簡単に構
成することができる。
【0012】(4)(2)または(3)記載の高調波抑
制スイッチング電源装置において、入力電力検出部を固
定抵抗とコンパレータとで構成することにより、正確な
入力電力を検出することができる。
【0013】(5)(2)または(3)記載の高調波抑
制スイッチング電源装置において、入力電力検出部をカ
レントトランスとコンパレータとで構成することによ
り、正確な入力電力を検出することができる。
【0014】
【実施例】図1に、本発明の高調波抑制スイッチング電
源装置の構成例図を示す。アクティブフィルタ部は、A
C入力を整流する整流器10、チョークコイル12、ス
イッチング素子であるFET15、抵抗16、ダイオー
ド13、平滑コンデンサ11、14、そして力率改善制
御部17で構成され、力率改善制御部17により入力電
流波形が正弦波に近づくように、FET15をオンオフ
するパルス信号のデューティを制御している。
【0015】また、アクティブフィルタ部の一部に結合
され、入力側の電力が高調波抑制規制値以下の状態であ
ることを検出する入力電力検出部35と、入力電力検出
部35が高調波抑制規制値以下の状態を検出していると
き、力率改善制御部17の動作を停止させるスイッチ部
36とが設けられている。
【0016】そしてトランス20は、1次巻線21と電
源Vaa用の2次巻線22とが設けられており、アクテ
ィブフィルタ部の出力はトランス20の入力となる。ト
ランス20の1次巻線21にはスイッチング素子である
FET18が接続され、そのFET18にはFET18
をオンオフするパルス信号のデューティを制御する定電
圧制御部19が接続されている。定電圧制御部19は電
源Vaaの出力電圧をフィードバックした信号のレベル
が一定に保たれるようにFET18を制御するもので、
これにより電源Vaaの出力が定電圧に制御される。
【0017】また、トランス20の2次巻線22の出力
側には整流ダイオード30、転流ダイオード31、チョ
ークコイル32、コンデンサ33で構成されるフォワー
ド方式のコンバータを介して電源Vaa用の出力端子が
接続されている。
【0018】図2に、本発明の高調波抑制スイッチング
電源装置の一実施例の構成図(1)を示す。なお、図2
は図1の入力電力検出部35、スイッチ部36の詳細構
成と、その詳細構成に関わる力率改善制御部17と定電
圧制御部19の電源供給部の詳細構成を示したものであ
り、図2の10〜22、30〜33は図1の10〜2
2、30〜33と同じである。
【0019】トランス20には、定電圧制御部19の電
源Vcc用の1次巻線23と、力率改善制御部17の電
源Vcc用の1次巻線24とが設けられ、1次巻線23
は整流ダイオード41と平滑コンデンザ42とで構成さ
れたコンバータを介して定電圧制御部19のVcc端子
に接続されている。
【0020】また、1次巻線24は整流ダイオード4
3、抵抗44、45、トランジスタ46、ツェナーダイ
オード47、コンデンサ48で構成されたコンバータを
介して力率改善制御部17のVcc端子に接続されてい
る。
【0021】そして、スイッチ部36はフォトカプラ3
61で構成され、力率改善制御部17の電源用コンバー
タを構成しているトランジスタ46のコレクタとベース
間に設けられた抵抗44を接続または切離しすることに
より、力率改善制御部17に対して電源の供給または電
源の供給停止を行うようにしている。
【0022】また、入力電力検出部35は抵抗351と
コンパレータ352とで構成され、コンパレータに抵抗
351の電圧と、入力電力が高調波抑制規制値の最大電
力(現行、50W)に相当する電圧を基準値電圧として
入力し、抵抗351の電圧が基準値電圧より高い時にフ
ォトカプラ361をオンし、抵抗351の電圧が基準値
電圧より低い時にフォトカプラ361をオフにしてい
る。
【0023】このように高調波抑制スイッチング電源装
置を構成することにより、入力電力が高調波抑制規制値
以下である場合に力率改善制御部17の動作を停止さ
せ、力率改善制御部17における電力損失を押さえて総
合的な電源変換効率を向上させることが可能となる。
【0024】図3に、本発明の高調波抑制スイッチング
電源装置の一実施例の構成図(2)を示す。なお、図3
は図2において入力電力検出部35を構成する抵抗35
1の変わりにカレントトランス353を用いたものであ
る。また、カレントトランス353はチョークコイル1
2と共用し、かつ2次側には検出する電圧を安定させる
ためのコンデンサ354と抵抗355とが並列に接続さ
れている。
【0025】図4に、本発明の高調波抑制スイッチング
電源装置の一実施例の構成図(3)を示す。なお、図4
は図2において入力電力検出部35を構成する抵抗35
1をトランス20の出力側に設けたものである。このよ
うに構成することにより、電源装置の回路(配線)を簡
単にすることが可能となる。
【0026】図5に、本発明の高調波抑制スイッチング
電源装置の負荷電流と入力電力損失との関係例図を示
す。入力電力損失は、力率改善制御部や定抵抗などの負
荷電流に依存しない固定損失と、トランス、パターン、
整流ダイオードなど負荷電流に依存する損失とで構成さ
れているが、図8の従来の高調波抑制スイッチング電源
装置の関係図と比較すると入力電力50W以下の負荷電
流では固定損失分が大幅に低減していることがわかる。
この低減された電力損失が力率改善制御部の電力損失分
である。
【0027】図6に、本発明の高調波抑制スイッチング
電源装置の電源変換効率例図を示す。なお、実線が本発
明の装置における電源変換効率であり、破線が従来の装
置における電源変換効率である。入力電力50W以下の
負荷電流では電源変換効率が大幅に向上でき、したがっ
て総合的な電源変換効率も大幅に向上させることが可能
となる。
【0028】
【発明の効果】この発明は、上記に説明したような形態
で実施され、以下の効果がある。
【0029】入力電力が高調波抑制規制値以下である
(現行、50W以下)とき、力率改善制御回路の動作を
停止させて高調波抑制を行わないようにすることによ
り、総合的な電源変換効率を向上させることが可能とな
る。
【0030】また、電気料金の低減や地球環境への影響
が少ないというセールスポイントを持った高調波抑制ス
イッチング電源装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の高調波抑制スイッチング電源装置の
構成例図である。
【図2】 本発明の高調波抑制スイッチング電源装置の
一実施例の構成図(1)である。
【図3】 本発明の高調波抑制スイッチング電源装置の
一実施例の構成図(2)である。
【図4】 本発明の高調波抑制スイッチング電源装置の
一実施例の構成図(3)である。
【図5】 本発明の高調波抑制スイッチング電源装置の
負荷電流と入力電力損失との関係例図である。
【図6】 本発明の高調波抑制スイッチング電源装置の
電源変換効率例図である。
【図7】 従来の高調波抑制スイッチング電源装置の構
成例図である。
【図8】 従来の高調波抑制スイッチング電源装置の負
荷電流と入力電力損失との関係図である。
【符号の説明】
10 整流器 11、14、33 コンデンサ 12、32 チョークコイル 13、30、31 ダイオード 15、18 FET 16 抵抗 17 力率改善制御部 19 定電圧制御部 20 トランス 35 入力電力検出部 36 スイッチ部

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力側の電力が高調波抑制規制値以下の
    状態であることを検出する入力電力検出部(35)と、
    入力電力検出部(35)が高調波抑制規制値以下の状態
    を検出しているとき、力率改善制御部の動作を停止させ
    るスイッチ部(36)とを設けることを特徴とする高調
    波抑制スイッチング電源装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の高調波抑制スイッチング
    電源装置において、 入力電力検出部(35)を電源回路の1次側回路に設け
    ることを特徴とする高調波抑制スイッチング電源装置。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の高調波抑制スイッチング
    電源装置において、 入力電力検出部(35)を電源回路の2次側回路に設け
    ることを特徴とする高調波抑制スイッチング電源装置。
  4. 【請求項4】 請求項2または3記載の高調波抑制スイ
    ッチング電源装置において、 入力電力検出部(35)を固定抵抗とコンパレータとで
    構成することを特徴とする高調波抑制スイッチング電源
    装置。
  5. 【請求項5】 請求項2または3記載の高調波抑制スイ
    ッチング電源装置において、 入力電力検出部(35)をカレントトランスとコンパレ
    ータとで構成することを特徴とする高調波抑制スイッチ
    ング電源装置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005013469A1 (ja) * 2003-08-01 2005-02-10 Fujitsu Access Limited 直流電源装置
KR20050059842A (ko) * 2003-12-15 2005-06-21 주식회사 대우일렉트로닉스 스위칭 모드 전원공급장치
CN101295923B (zh) * 2007-04-26 2012-07-11 三星电子株式会社 防止饱和的功率因数提高方法和设备
US10734886B2 (en) 2018-09-27 2020-08-04 Tdk Corporation Switching power supply device

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