JP2001275353A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】瞬停に対する耐性の向上や小型化が可能な電源
装置を提供する。 【解決手段】トランス１３をスイッチング駆動して、ト
ランス１３の入力電圧よりも電圧レベルの高い出力電圧
をコンデンサ１７に印加する。トランス３３をスイッチ
ング駆動して、トランス１３からの出力電圧を所望の電
圧レベルに変換して負荷６０に対する電力供給を行う。
交流電源５０から電力が供給されないときには、コンデ
ンサ１７に蓄積されているエネルギーを用いて、負荷６
０への電力供給を引き続き行う。コンデンサ１７に印加
される電圧が入力電圧よりも高い電圧とされるので、蓄
積されているエネルギーを等しくしたときにはコンデン
サを小型化できる。また、静電容量を等しくしたときに
は蓄積されているエネルギーを大きくできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は電源装置に関す
る。詳しくは、入力電圧を第１の電圧安定化回路で安定
した第１の電圧に変換すると共に、この第１の電圧を第
２の電圧安定化回路で所望の安定した第２の電圧に変換
して負荷に電力を供給するものとし、第１の電圧を入力
電圧よりも高電圧として第１の電圧安定化回路の出力側
に設けたコンデンサにエネルギーを蓄積するものとし、
第１の電圧安定化回路への電力供給が停止されたときに
は、コンデンサに蓄積されたエネルギーを用いて第２の
電圧安定化回路から負荷に対しての電力供給を行うもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来の電源装置、例えば図３に示すフラ
イバックコンバータ方式のスイッチング電源装置では、
ダイオードブリッジ１０１の交流電源端子１０１a，１
０１bに交流電源１２０が接続されると共に、ダイオー
ドブリッジ１０１の正極側端子１０１cにはコンデンサ
１０２の一方の端子とトランス１０３の一次巻線の端子
１０３p1が接続される。またダイオードブリッジ１０１
の負極側端子１０１dは接地されている。

【０００３】コンデンサ１０２の他方の端子は接地され
ると共に、トランス１０３の一次巻線の端子１０３p2は
電界効果トランジスタ１０４のドレインと接続される。
また、電界効果トランジスタ１０４のソースは抵抗器１
０５を介して接地されている。

【０００４】トランス１０３の二次巻線の端子１０３s1
は、ダイオード１０６のアノードと接続されると共に、
二次巻線の他方の端子１０３s2は接地される。ダイオー
ド１０６のカソードはコンデンサ１０７及びチョークコ
イル１０８の一方の端子と接続される。コンデンサ１０
７の他方の端子は接地されると共に、チョークコイル１
０８の他方の端子には、コンデンサ１０９の一方の端子
及び負荷１３０が接続される。また、コンデンサ１０９
の他方の端子は接地される。

【０００５】ダイオード１０６のカソードには誤差検出
部１１０が接続されており、この誤差検出部１１０で
は、カソード側の電圧レベルと所定の基準電圧Ｖrfが比
較されて、電圧差に応じた誤差信号ＥＲを生成する。こ
の誤差信号ＥＲは、スイッチング駆動部１１１に供給さ
れる。

【０００６】スイッチング駆動部１１１では、駆動パル
ス信号ＤＲを生成して電界効果トランジスタ１０４のゲ
ートに供給すると共に、誤差検出部１１０からの誤差信
号ＥＲに基づいて駆動パルス信号ＤＲのデューティ比を
可変する。

【０００７】このように構成されたスイッチング電源装
置は、電界効果トランジスタ１０４がオン状態とされて
いるときに、トランス１０３にエネルギーが蓄えられ
る。また、電界効果トランジスタ１０４がオフ状態とさ
れたときには、トランス１０３に蓄えられたエネルギー
が二次側に放出されて、負荷１３０に対する電力の供給
が行われる。

【０００８】また、負荷１３０に供給される電力の電圧
レベルが所定の電圧レベルとなるように電界効果トラン
ジスタ１０４を駆動する駆動パルス信号ＤＲのデューテ
ィ比が可変される。

【０００９】さらに、スイッチング電源装置では、交流
電源１２０から電力の供給が行われなくなったときに
は、コンデンサ１０２に蓄えられたエネルギーが放出さ
れて、引き続き負荷１３０に対して電力の供給が行われ
る。このため、交流電源１２０から電力の供給されない
期間が短期間であるとき、いわゆる瞬停時に負荷１３０
への電力の供給が停止されてしまうことを防止できる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、コンデンサ
１０２に蓄えられるエネルギーは、入力電圧Ｖin（ダイ
オードブリッジ１０１の端子１０１c側の電圧）に依存
し、コンデンサ１０２の静電容量が同じである場合、入
力電圧Ｖinが高い電圧であるときにはコンデンサ１０２
に蓄えられるエネルギーが多くなり、入力電圧Ｖinが低
い電圧であるときにはコンデンサ１０２に蓄えられるエ
ネルギーが少なくなる。

【００１１】ここで、交流電源１２０から供給される電
力の電圧レベルが１００Ｖ〜２４０Ｖの範囲で可変され
るとき、交流電源１２０から電力の供給が所定期間「Ｔ
a」行われなくとも、負荷１３０に電力の供給を引き続
き行うためには、交流電源１２０の電圧レベルが１００
Ｖであるとき、コンデンサ１０２に蓄えられたエネルギ
ーを用いて、引き続き負荷１３０に対して電力の供給を
行うことができるように、コンデンサ１０２の静電容量
が設定される。また、交流電源１２０の電圧レベルが低
いことから、コンデンサ１０２の静電容量を大きくしな
ければならず、コンデンサ１０２の形状も大きくなって
しまい、電源装置を小型化することができない。さら
に、交流電源１２０から供給される電力の供給停止期間
が長くなっても負荷１３０に対して電力の供給を行うた
めには、コンデンサ１０２の静電容量を更に大きくした
り、複数のコンデンサを設けて静電容量を大きくしなけ
ればならない。

【００１２】そこで、この発明では、瞬停に対する耐性
の向上や小型化が可能な電源装置を提供するものであ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明に係る電源装置
は、入力電圧を安定した第１の電圧に変換する第１の電
圧安定化回路と、第１の電圧安定化回路で得られた第１
の電圧を、所望の安定した第２の電圧に変換して負荷に
電力を供給する第２の電圧安定化回路とを有し、第１の
電圧安定化回路の出力側にコンデンサを設けるものと
し、第１の電圧安定化回路に対しての電力供給が停止さ
れたときに、第１の電圧安定化回路の出力側に設けたコ
ンデンサに蓄積されているエネルギーを用いて第２の電
圧安定化回路から負荷に対して電力の供給を行うと共
に、第１の電圧を入力電圧よりも高電圧とするものであ
る。

【００１４】この発明においては、入力電圧が例えば第
１のスイッチング電源回路で入力電圧よりも高電圧の第
１の電圧に変換されると共に、この第１の電圧がコンデ
ンサに印加されて、コンデンサにエネルギーが蓄積され
る。第１のスイッチング電源回路の出力側には第２のス
イッチング電源回路が接続されて、第１の電圧が所望の
第２の電圧に変換されて負荷に電力が供給されると共
に、第１の電圧安定化回路への電力供給が停止されたと
きには、コンデンサに蓄積されたエネルギーを用いて第
２の電圧安定化回路から負荷に対しての電力供給が行わ
れる。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の一形態につ
いて、図を参照して詳細に説明する。図１は電源装置、
例えばフライバックコンバータ方式のスイッチング電源
回路を用いた電源装置を示している。

【００１６】ダイオードブリッジ１１の交流電源端子１
１a，１１bには交流電源５０が接続されると共に、ダイ
オードブリッジ１１の正極側端子１１cにはコンデンサ
１２の一方の端子とトランス１３の一次巻線の端子１３
p1が接続される。またダイオードブリッジ１１の負極側
端子１１dは接地される。

【００１７】コンデンサ１２の他方の端子は接地される
と共に、トランス１３の一次巻線の端子１３p2は電界効
果トランジスタ１４のドレインと接続される。また、電
界効果トランジスタ１４のソースは抵抗器１５を介して
接地される。

【００１８】トランス１３の二次巻線の端子１３s1は、
ダイオード１６のアノードと接続されると共に、二次巻
線の他方の端子１３s2は接地される。ダイオード１６の
カソードはコンデンサ１７及びトランス３３の一次巻線
の端子３３p1と接続される。コンデンサ１７の他方の端
子は接地されると共に、ダイオード１６のカソードには
誤差検出部２０が接続されており、この誤差検出部２０
では、カソード側の電圧レベルと基準電圧Ｖrfaが比較
されて、電圧差に応じた誤差信号ＥＲaを生成する。こ
の誤差信号ＥＲaは、スイッチング駆動部２１に供給さ
れる。

【００１９】スイッチング駆動部２１では、駆動パルス
信号ＤＲaを生成して電界効果トランジスタ１４のゲー
トに供給すると共に、誤差検出部２０からの誤差信号Ｅ
Ｒaに基づいて駆動パルス信号ＤＲaのデューティ比を可
変する。

【００２０】トランス３３の一次巻線の端子３３p2は電
界効果トランジスタ３４のドレインと接続される。ま
た、電界効果トランジスタ３４のソースは抵抗器３５を
介して接地される。

【００２１】トランス３３の二次巻線の一方の端子３３
s1は、ダイオード３６のアノードと接続されると共に、
二次巻線の他方の端子３３s2は接地される。ダイオード
３６のカソードはコンデンサ３７及びチョークコイル３
８の一方の端子と接続される。コンデンサ３７の他方の
端子は接地されると共に、チョークコイル３８の他方の
端子には、コンデンサ３９の一方の端子及び負荷６０が
接続される。また、コンデンサ３９の他方の端子は接地
される。

【００２２】ダイオード３６のカソードには誤差検出部
４０が接続されており、この誤差検出部４０では、カソ
ード側の電圧レベルと所定の基準電圧Ｖrfbが比較され
て、電圧差に応じた誤差信号ＥＲbを生成する。この誤
差信号ＥＲbは、スイッチング駆動部４１に供給され
る。

【００２３】スイッチング駆動部４１では、駆動パルス
信号ＤＲbを生成して電界効果トランジスタ３４のゲー
トに供給すると共に、誤差検出部４０からの誤差信号Ｅ
Ｒbに基づいて駆動パルス信号ＤＲbのデューティ比を可
変する。

【００２４】このように構成されたスイッチング電源装
置は、電界効果トランジスタ１４がオン状態とされてい
るときに、トランス１３にエネルギーが蓄えられると共
に、電界効果トランジスタ１４がオフ状態とされたとき
には、蓄えられたエネルギーが二次側に放出されて、ト
ランス３３側への電力供給が行われる。また、電界効果
トランジスタ１４を駆動する駆動パルス信号ＤＲaのデ
ューティ比が誤差信号ＥＲaに基づいて可変されて、交
流電源５０の電圧レベルが例えば１００Ｖであっても２
４０Ｖであっても、コンデンサ１７に一定の高電圧が印
加されてエネルギーが蓄えられると共に、トランス３３
側への電力の供給が行われる。

【００２５】同様に、電界効果トランジスタ３４がオン
状態とされているときには、トランス３３にエネルギー
が蓄えられると共に、電界効果トランジスタ３４がオフ
状態とされたときには、蓄えられたエネルギーが二次側
に放出されて負荷６０に対して電力の供給が行われる。
また、誤差検出部４０での基準電圧Ｖrfbを、負荷６０
に供給される電力の電圧レベルに合わせて所定のレベル
に設定することにより、電界効果トランジスタ３４を駆
動する駆動パルス信号ＤＲbのデューティ比が誤差信号
ＥＲbに基づいて可変されて、負荷６０に供給される電
力を所望の電圧レベルとすることができる。さらに、交
流電源５０から電力の供給が行われないときには、コン
デンサ１７に蓄えられたエネルギーが放出されて、負荷
６０に対して引き続き電力の供給が行われる。

【００２６】ここで、誤差検出部２０での基準電圧Ｖrf
aは、コンデンサ１７に印加される電圧が入力電圧より
も高い電圧レベルとなるように設定する。この場合、交
流電源５０から電力供給が行われないときでも負荷６０
に対して所定期間引き続き電力の供給を可能とするよう
にコンデンサ１７にエネルギーを蓄えるものとしたとき
には、コンデンサ１７に高い電圧を印加することでコン
デンサ１７の静電容量が少なくとも入力電圧の電圧レベ
ルに係らず所望のエネルギーを蓄えることができる。ま
た、コンデンサ１７に印加される電圧を高くすること
で、図２に示すようにトランス３３の一次側に流れる平
均電流は小さくなる。例えば図２Ａに示すように、コン
デンサ１７の印加電圧が「Ｖ1」のときに、電界効果ト
ランジスタ３４のオン期間が周期「Ｔ」に対して「Ｔon
1」とされて、負荷６０に対して所定の電力の供給が行
われているものとした場合、図２Ｂに示すように、コン
デンサ１７の印加電圧が「２（Ｖ1）」とされたときに
は、トランス３３の一次側に流れる電流の傾きが「Ｖ1
／Ｌ」から「２（Ｖ1）／Ｌ」へと２倍になると共に電
界効果トランジスタ３４のオン期間が「（Ｔon1）／
２」とされて、負荷６０に対して所定の電力の供給が行
われる。なお、「Ｌ」はトランス３３の一次巻線のイン
ダクタンスを示している。このため、コンデンサ１７の
印加電圧を高い電圧とすることによりトランス３３の一
次側に流れる平均電流は小さくなる。

【００２７】このように、トランス１３や電界効果トラ
ンジスタ１４等を用いて構成した第１の電圧安定化回路
を設けて、入力電圧よりも高い電圧をコンデンサ１７に
印加してエネルギーを蓄積させることにより、従来の電
源装置のように入力電圧をコンデンサに印加してエネル
ギーを蓄積させる場合に比べて、静電容量を少なくして
も同等のエネルギーを蓄積することができることから、
形状の小さなコンデンサを用いることが可能となる。

【００２８】また、入力電圧の変動に係らずコンデンサ
１７に所望のエネルギーを蓄積させることができるの
で、コンデンサの静電容量を設定する際に従来の電源装
置のように入力電圧の電圧レベルを考慮する必要がな
く、簡単にコンデンサの静電容量を決定できる。

【００２９】さらに、静電容量の等しいコンデンサを用
いるものとすれば、蓄積されるエネルギーが大きくなる
ことから、第１の電圧安定化回路に対して電力供給が停
止される期間が長くなっても負荷６０に対して電力供給
を行うことが可能となり、瞬停に対する耐性を向上させ
ることもできる。

【００３０】また、コンデンサ１７に印加される電圧を
高くすることでトランスに流れる平均電流が小さくな
り、トランスの抵抗分によって生ずる発熱量を少なくで
きる。さらに、例えばスイッチング制御回路や整流素子
であるダイオード及びスイッチング素子である電界効果
トランジスタを集積回路化すると共に、半導体基板上に
平面状のコイルを作り込んで薄膜インダクタを形成して
トランスとして用いることにより電源装置を構成した場
合、トランスの抵抗分によって生ずる発熱量を少なくで
きるので、電源装置の信頼性を向上させることが可能と
なる。また、集積回路化が困難なコンデンサの静電容量
を少なくして小型化ができるので、薄膜インダクタを用
いて電源装置を構成する場合に電源装置を容易に小型軽
量化することができる。

【００３１】なお、上述の実施の形態では、フライバッ
クコンバータ方式のスイッチング電源回路を使用した電
源装置について説明したが、電源装置はフォワードコン
バータ方式のスイッチング電源回路等のように方式の異
なる電源回路を使用したものであっても良い。また電源
装置は、交流電源からの電力を用いて負荷を駆動するも
のに限られるものではなくＤＣ−ＤＣコンバータ等であ
っても良いことは勿論である。

【００３２】

【発明の効果】この発明によれば、第１の電圧安定化回
路に対しての電力供給が停止されたときに、第１の電圧
安定化回路の出力側に設けたコンデンサに蓄積されてい
るエネルギーを用いて第２の電圧安定化回路から負荷に
対して電力の供給を行うと共に、第１の電圧は入力電圧
よりも高電圧とされる。このため、入力電圧をコンデン
サに印加してエネルギーを蓄積させると共に、このコン
デンサに蓄積されているエネルギーを用いて負荷に対し
ての電力供給を行う場合に比べて、静電容量の少ない小
型のコンデンサを用いることができる。また、静電容量
の等しいコンデンサを用いるときには、蓄積されるエネ
ルギーが大きくなるので、瞬停に対する耐性を向上させ
ることができる。また、入力電圧に依らず所定の電圧が
コンデンサに印加されてエネルギーが蓄積されるので、
簡単にコンデンサの静電容量を決定できる。さらに、第
１の電圧は入力電圧よりも高電圧であることから、第２
の電圧安定化回路の一次電流が少ないものとなり発熱量
を減少させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る電源装置の構成を示す図であ
る。

【図２】トランスの入力電圧と一次電流の関係を示す図
である。

【図３】従来の電源装置の構成を示す図である。

【符号の説明】

１１，１０１ ダイオードブリッジ １３，３３，１０３ トランス １４，３４，１０４ 電界効果トランジスタ ２０，４０，１１０ 誤差検出部 ２１，４１，１１１ スイッチング駆動部 ５０，１２０ 交流電源 ６０，１３０ 負荷

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 洋二 東京都台東区池之端１丁目２番11号 アイ ワ株式会社内 Ｆターム(参考） 5H730 AA00 AA15 AS01 BB43 BB57 BB86 DD04 EE02 EE07 FD01 FG01 XX14

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力電圧を安定した第１の電圧に変換す
   る第１の電圧安定化回路と、前記第１の電圧安定化回路
   で得られた第１の電圧を、所望の安定した第２の電圧に
   変換して負荷に電力を供給する第２の電圧安定化回路と
   を有し、 前記第１の電圧安定化回路の出力側にコンデンサを設け
   るものとし、 前記第１の電圧安定化回路に対しての電力供給が停止さ
   れたときに、前記第１の電圧安定化回路の出力側に設け
   たコンデンサに蓄積されているエネルギーを用いて前記
   第２の電圧安定化回路から前記負荷に対して電力の供給
   を行うと共に、前記第１の電圧を前記入力電圧よりも高
   電圧とすることを特徴とする電源装置。