JP2001275358A - スイッチング電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 全波整流回路中のダイオードおよびスイッチ
ング回路から発生するノイズを低減し、大型化とコスト
増加を抑えたスイッチング電源装置を提供する。 【解決手段】 脈流出力における高電位側が出力される
配線４７にカソードが接続されたダイオード４７１、４
７２については逆回復時間が１μｓ以下のダイオードを
用いて脈流を出力する全波整流回路４と、全波整流回路
４からの脈流入力を平滑化して直流出力する平滑コンデ
ンサ５と、全波整流回路４と平滑コンデンサ５の間に配
置されて後段の回路にて発生して交流入力電源側に伝わ
るノイズを低減させるノイズフィルタ回路３と、平滑コ
ンデンサ５からの直流入力を負荷の電力要求に応じて断
続させて出力することにより、負荷に必要とされる電力
を供給するスイッチング回路６とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、商用電源から供給
される交流電力を直流に変換し、その直流をスイッチン
グ素子にて断続することにより、負荷の要求する電力を
供給するスイッチング電源装置に関し、特に、スイッチ
ング電源内部で発生したノイズが交流入力電源側に伝わ
ることを防止するノイズフィルタを備えるスイッチング
電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】スイッチング電源装置は、電源トランス
を用いる電源装置と比較して、小型軽量であることか
ら、近年における多数の家庭用電気機器（家電機器）あ
るいは情報処理機器に電力を供給するため使用されてい
る。また、家電機器や情報機器に使用されるスイッチン
グ電源装置は、一般的に、１００Ｖ／２００Ｖ、５０／
６０Ｈｚ等の単相の商用電源用、あるいは、２００Ｖ等
の三相の商用電源用が用いられている。

【０００３】以下に、商用電源から電力が供給される従
来のスイッチング電源装置の回路例を示す。

【０００４】図１１は、三相の商用電源から電源を得る
場合の従来のスイッチング電源装置を示す回路図であ
る。

【０００５】図１１において、１は三相の商用電源であ
り、スイッチング電源装置１０は、その入力端子２によ
り商用電源１に接続されている。また、スイッチング電
源装置１０の出力端子７には、負荷８が接続されてい
る。

【０００６】スイッチング電源装置１０内には、スイッ
チング電源装置１０内で発生したノイズが商用電源側に
伝わらないように設けられたノイズフィルタ回路３と、
ノイズフィルタ回路３の出力側に接続されて商用電源か
ら入力した交流を全波整流して脈流出力する全波整流回
路４と、全波整流回路４の出力側に接続されて全波整流
回路４からの脈流入力を平滑して直流出力にする平滑コ
ンデンサ５と、平滑コンデンサ５の出力側に接続されて
平滑コンデンサ５からの直流入力を負荷の要求に応じて
高速に断続出力させることにより負荷に必要とされる電
力を供給するスイッチング回路６とを有している。

【０００７】また、全波整流回路４内には、入力する商
用電源の５０Ｈｚ／６０Ｈｚの三相交流電圧を全波整流
するために、三相の各入力線と高電位側出力配線および
低電位側出力配線との間に各々設けられるダイオード４
１〜４６を有している。このダイオード４１〜４６に
は、５０Ｈｚ／６０Ｈｚの比較的低周波数の交流電流を
切り替えるため、順方向電流のオン／オフ切替えの速度
が比較的低速（逆回復時間が比較的長い）であるダイオ
ードが用いられている。

【０００８】次に、スイッチング電源装置１０内のノイ
ズフィルタ回路３について説明する。

【０００９】図１２は、三相交流電圧の商用電源に接続
されるスイッチング電源装置１０用のノイズフィルタ回
路３を示す回路図である。

【００１０】図１２において、３１は、三相交流の各配
線間をバイパスするインピーダンスとなる線間用コンデ
ンサであり、３２は、三相交流の各配線と接地間とをバ
イパスするインピーダンスとなる接地用コンデンサであ
り、３３は、所定の自己インダクタンスを有するコイル
である。

【００１１】ノイズフィルタ回路は、一般的には、商用
電源側で発生するノーマルモードノイズ及びコモンモー
ドノイズがスイッチング電源回路内に流入することを低
減させるために設置される場合が多いが、本従来例のノ
イズフィルタ回路３は、主にスイッチング電源装置１０
内で発生するノイズが商用電源側に流出することを低減
させるために設置されることとする。

【００１２】スイッチング電源装置１０内で発生するノ
イズは、主にスイッチング回路６にて直流入力を高速に
断続出力させる際のスイッチングノイズと、全波整流回
路４内のダイオード４１〜４６におけるオン／オフのス
イッチングが低速であることから、逆回復時間中にダイ
オード４１〜４６と平滑コンデンサ５との閉ループを流
れる短絡電流によりダイオード自身やプリント基板の配
線から発生するノイズである。

【００１３】従来のノイズフィルタ回路３は、図１１に
示したように、スイッチング電源装置１０内の入力端子
２と全波整流回路４との間に設置されることにより、上
記のスイッチング電源装置１０内で発生して商用電源に
流出するノイズを低減させている。

【００１４】なお、上記従来例では、スイッチング電源
装置１０に入力する商用電源が三相交流である場合につ
いて説明したが、商用電源を単相交流としても、ノイズ
フィルタ回路３がノイズを低減させる点については同様
である。

【００１５】また、上記のように、単相及び三相入力の
ノイズフィルタ回路３の内部に実装されたコイル３３や
コンデンサ３１および３２等の部品の定格については、
スイッチング電源装置１０に入力する入力電流の大きさ
や、ノイズフィルタ回路３により低減を希望するノイズ
の周波数帯域や強度によって適切な値が選択される。

【００１６】一般的に、コイルのインダクタンス及びコ
ンデンサの静電容量等を使用したノイズフィルタのよう
な並列の共振回路では、回路のインピーダンス｜Ｚ｜及
び共振周波数ｆについて、共振周波数ｆの点でノイズフ
ィルタ回路のインピーダンス｜Ｚ｜が最大となるように
インダクタンスと静電容量を決定する。

【００１７】従って、ノイズフィルタ回路３の内部で使
用する各部品の定格について、上記したように内部で発
生するノイズの周波数帯域におけるノイズフィルタ回路
３のインピーダンスが高インピーダンスになるように設
定することにより、発生したノイズが外部に流出するこ
とを効果的に低減させることができる。

【００１８】ところで、例えば、スイッチング周波数が
数１０ｋＨｚ程度のスイッチング回路から発生するノイ
ズを周波数成分に分解して解析すると、１ＭＨｚ以下の
低域のノイズ成分が非常に大きいことが知られている。

【００１９】上記した低域のノイズ成分を、ノイズフィ
ルタ回路３内のコイル３３のインダクタンスＬ及びコン
デンサ３１および３２の静電容量Ｃを設定することによ
り低減しようとする場合、コイルのインダクタンスＬの
値を数１００μＨ〜数１０ｍＨ、コンデンサの静電容量
Ｃの値を数１０００ｐＦ程度に大きくする必要がある。
その場合、コイル３３やコンデンサ３１および３２の外
形は非常に大きくなる。特に、商用電源からの入力が三
相交流であるスイッチング電源装置１０においては、図
１２に示したようにノイズフィルタ回路３内の部品点数
が単相交流の場合よりも多いことから、大型の部品の増
加によりノイズフィルタ回路３がスイッチング電源装置
１０内に占める容積が非常に増大し、スイッチング電源
装置１０の外形を大型化する。また、入力が三相交流で
ある場合の部品点数の増加により、ノイズフィルタ回路
３のコストが増大するが、さらに、大きなインダクタン
ス値のコイルや大きな静電容量値のコンデンサは小さい
値のコイルやコンデンサよりも高価であることからコス
トはいっそう増大する。

【００２０】そこで、例えば、特開平１−２８６７７１
号公報には、全波整流回路の後段に高周波用チョークコ
イルを挿入し、全波整流回路を構成しているダイオード
の接合容量とチョークコイルのインダクタンスによりノ
イズフィルタを構成することにより、後段で発生するノ
イズ成分を低減すると共に、大型化やコスト高を避ける
方法が示されている。

【００２１】この方法によれば、ダイオードの接合容量
を利用してノイズフィルタを構成するためノイズフィル
タ回路を比較的小型化できる。特に、上記したように電
源として三相交流を使用する場合には部品点数が多いこ
とから小型化できる効果が大きくなる。

【００２２】また、例えば、特開平６−３０３７７５号
公報には、全波整流回路に高速のダイオードを用いて、
ダイオードの逆回復時間を短くすることにより、短絡電
流を小さく抑えて、全波整流回路から発生するノイズを
低減させる方法が示されている。

【００２３】この方法によれば、全波整流回路のダイオ
ードとして、高速の（逆回復時間が短い）ダイオードを
使用し、ダイオードの逆回復時間に発生する短絡電流を
小さく抑えることができるので、全波整流回路から発生
するノイズを低減させることができる。

【００２４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
１−２８６７７１号公報に示された方法では、スイッチ
ング電源装置が大型化することを避けることはできる
が、全波整流回路を構成するダイオードが低速、すなわ
ち逆回復時間が長くなっていることから、ダイオードを
流れる短絡電流が大きくなり、ダイオード自身の順降下
電圧やプリント基板上の配線のインピーダンス分などに
よりノイズが発生することについては改善されていな
い。従って、全波整流回路のダイオード等から発生する
ノイズを十分に低減することができないという問題があ
る。

【００２５】また、特開平６−３０３７７５号公報に示
された方法では、全波整流回路から発生するノイズ等は
低減させることができるが、ノイズフィルタ回路を有し
ていないため、全波整流回路より後段のスイッチング回
路から発生するノイズ等については低減できない。ま
た、高速のダイオードは、一般の整流ダイオードよりも
コストが高く、特に、三相の全波整流回路では、６個の
高速な整流ダイオードが必要となるので、コストがより
増大するという問題がある。

【００２６】本発明は上記問題を解決するためになされ
たもので、全波整流回路中のダイオード自身により発生
するノイズを低減すると共に、全波整流回路より後段の
スイッチング回路から発生するノイズも低減し、且つ、
部品点数や回路の増加を最小限度にして大型化とコスト
増加を抑えたスイッチング電源装置を提供することを目
的としている。

【００２７】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、請求項１に記載した本発明のスイッチング電源
装置は、交流入力を全波整流して脈流出力する全波整流
回路と、前記全波整流回路からの脈流入力を平滑化して
直流出力する平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサか
らの直流入力を負荷の電力要求に応じて断続させて出力
することにより、負荷に必要とされる電力を供給するス
イッチング回路とを有するスイッチング電源装置におい
て、前記全波整流回路中のダイオードのうち、前記脈流
出力における高電位側が出力される配線にカソードが接
続されたダイオードについては逆回復時間が１μｓ以下
のダイオードを用いると共に、後段の回路にて発生して
交流入力電源側に伝わるノイズを低減させるノイズフィ
ルタ回路を、前記全波整流回路と前記平滑コンデンサの
間に配置することを特徴とする。

【００２８】請求項２の本発明は、請求項１に記載のス
イッチング電源装置において、前記全波整流回路は、三
相交流を全波整流することを特徴とする。

【００２９】請求項３に記載した本発明のスイッチング
電源装置は、交流入力を全波整流して脈流出力する全波
整流回路と、前記全波整流回路からの脈流入力を平滑化
して直流出力する平滑コンデンサと、前記平滑コンデン
サからの直流入力を負荷の電力要求に応じて断続させて
出力することにより負荷に必要とされる電力を供給する
スイッチング回路とを有するスイッチング電源装置にお
いて、前記全波整流回路と前記平滑コンデンサとの間に
逆回復時間が１μｓ以下のダイオードを順電流を流す方
向に直列に挿入し、後段の回路にて発生して交流入力電
源側に伝わるノイズを低減させるノイズフィルタ回路
を、前記全波整流回路と前記ダイオードとの間に配置す
ることを特徴とする。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示した実施の形
態に基づいて説明する。

【００３１】実施の形態１．図１は、本発明の実施の形
態１のスイッチング電源装置の構成を示すブロック図で
ある。尚、図１において、図１１に示した従来のスイッ
チング電源装置と同じ機能の部分については同じ符号を
付し、重複する説明を省略する。

【００３２】図１に示した本実施の形態１と図１１に示
した従来のスイッチング電源装置との相違点としては、
まず、図１のスイッチング電源装置１１は、図１１のス
イッチング電源装置１０と異なり、単相交流の商用電源
１に接続されている点が挙げられる。そのため、電源入
力線が３本から２本に減ることから、全波整流回路４内
のダイオードの数が６個でなく４個に減っている。

【００３３】また、全波整流回路４内のダイオードの種
類についても、全波整流回路４の脈流出力における高電
位側が出力される配線４７にカソードが接続されたダイ
オード４７１および４７２については、逆回復時間が１
μｓ以下の高速なダイオードを用い、全波整流回路４の
脈流出力における低電位側が出力される配線４８にアノ
ードが接続されたダイオード４８１および４８２につい
ては、従来通り低速なダイオードを用いている。

【００３４】また、本実施の形態１では、ノイズフィル
タ回路３の配置を、全波整流回路４と平滑コンデンサ５
との間に配置するようにした。従って、本実施の形態１
のノイズフィルタ回路３は、従来のように商用電源から
直接入力する交流電流に重畳されることにより商用電源
側に伝わろうとするノイズを低減させるわけではなく、
全波整流回路４により脈流になった電流に重畳されて商
用電源側に伝わろうとするノイズを低減させている。

【００３５】他の構成については、図１に示した本実施
の形態１と図１１に示した従来のスイッチング電源装置
とは同様である。

【００３６】ここで、本実施の形態１では、ダイオード
４７１および４７２についてのみ、逆回復時間が１μｓ
以下の高速なダイオードを用いる理由について説明す
る。

【００３７】上記した本実施の形態１のノイズフィルタ
回路３は、その配置から、後段のスイッチング回路６か
ら発生するスイッチングノイズについては抑制できる
が、例えば、図１１に示した従来の全波整流回路４を構
成するダイオード４１〜４６から発生するノイズが商用
電源側に流出することを低減することはできない。

【００３８】そこで、本実施の形態１では、全波整流回
路４を構成するダイオードのうち、全波整流回路４の脈
流出力における高電位側が出力される配線４７にカソー
ドが接続されたダイオード４７１および４７２のみにつ
いて、逆回復時間が１μｓ以下の高速な整流ダイオード
を使用するようにした。その理由としては、全波整流回
路４のダイオードにおける逆回復時間に流れる短絡電流
は平滑コンデンサ５から供給されるため、高電位側が出
力される配線４７にカソードが接続されたダイオード４
７１および４７２のみに高速なダイオードを使用するだ
けで、低電位側が出力される配線４８にアノードが接続
されたダイオード４８１および４８２に流入する短絡電
流も抑制され、短絡電流により全てのダイオード４７
１、４７２、４８１および４８２から発生するノイズが
低減されるためである。

【００３９】次に、図１のスイッチング電源装置１０に
用いられるノイズフィルタ回路３について説明する。

【００４０】図２〜図４は、各々、図１のスイッチング
電源装置１０に用いられるノイズフィルタ回路３の一例
を示す回路図である。ノイズフィルタ回路３は、図１の
全波整流回路４の出力線中の高電位側が出力される配線
４７と低電位側が出力される配線４８とに接続されて入
力する脈流中の雑音成分を低減させ、高電位側が出力さ
れる配線４７ａと低電位側が出力される配線４８ａとに
より出力する。

【００４１】図２に示されたノイズフィルタは、コンデ
ンサ３１および３２とコイル３３とからなり、コイル３
３が相互インダクタンス結合されていることと、２個の
コンデンサ３２間が接地されていることから、コモンモ
ードノイズ成分を低減させることができるノイズフィル
タである。

【００４２】図３に示されたノイズフィルタは、コンデ
ンサ３１とコイル３４とからなり、コイル３４が相互イ
ンダクタンス結合されていないことと、接地されていな
いことから、ノーマルモードノイズ成分を低減させるこ
とができるノイズフィルタである。

【００４３】図４に示されたノイズフィルタは、図２に
示されたノイズフィルタと図３に示されたノイズフィル
タを直列に接続した多段構成とすることにより、コモン
モードノイズ成分およびノーマルモードノイズ成分の双
方を低減させることができるようにしたノイズフィルタ
である。

【００４４】なお、上記図２〜図４に示したノイズフィ
ルタ回路３の構成は一例であり、スイッチング回路６等
にて発生するノイズを低減できる他の回路を用いてノイ
ズフィルタ回路３を構成しても良く、他の回路同士ある
いは他の回路と上記ノイズフィルタ回路とを組み合わせ
ても良い。また、ノイズフィルタ回路３を構成するコン
デンサ３１や３２、あるいは、コイル３３や３４等の部
品の定格および定数は、ノイズフィルタ回路３により低
減を希望するノイズの周波数帯域や強度によって適切な
値が選択される。

【００４５】次に、本実施の形態１のスイッチング電源
装置１１に用いられるスイッチング回路６について一例
を挙げて説明する。

【００４６】図５は、図１のスイッチング電源装置１１
に用いられるスイッチング回路６の一例を示す回路図で
ある。

【００４７】図５において、図１のノイズフィルタ回路
３からの高電位側が出力される配線４７ａは、スイッチ
ング回路６内に設けられたスイッチングトランス６１の
１次側である１次巻線Ｎ_Pの一端（高電位側）に接続さ
れる。１次巻線Ｎ_Pの他端（低電位側）には、スイッチ
ング素子６２の一端子が接続される。このスイッチング
素子６２の一端子としては、例えば、スイッチング素子
６２がＦＥＴであって、ソース接地であるならば、１次
巻線Ｎ_Pの他端はドレインに接続され、スイッチング素
子６２がバイポーラトランジスタであって、エミッタ接
地であるならば、１次巻線Ｎ_Pの他端はコレクタに接続
される。

【００４８】また、スイッチングトランス６１には、制
御巻線Ｎ_Cが設けられており、制御巻線Ｎ_Cの一端（高電
位側）は、直列に接続されたダイオード６３を介して制
御回路６５に接続され、他端（低電位側）は直接に制御
回路６５に接続されている。また、制御巻線Ｎ_Cの両端
間には、並列にコンデンサ６４が接続され、さらに並列
に分圧抵抗６６および６７が接続されている。分圧抵抗
６６および６７は直列に接続された２個の抵抗であり、
その中点電圧（分圧信号）は、制御回路６５に入力され
る。制御回路６５は、分圧抵抗６６および６７の中点か
ら入力される分圧信号に基づいて、スイッチング素子６
２の閉時間（ＯＮ時間）および開閉の繰り返し間隔（ス
イッチング周波数）が適切になるように制御を実施す
る。

【００４９】一方、このスイッチング回路６の２次側に
は、ダイオード６８およびコンデンサ６９からなる整流
回路が設けられており、スイッチングトランス６１の２
次巻線Ｎ_Sの両端は、ダイオード６８及びコンデンサ６
９に接続されている。このようにしてスイッチングトラ
ンス６１の２次側の出力端子７から負荷８に対して、制
御された直流電力が供給される。

【００５０】また、特に図示していないが、スイッチン
グ回路６の２次側の出力電圧をより安定化するために、
例えば、負荷８からスイッチングトランス６１の１次側
に設けられた制御回路６５へ、２次側の電圧変動信号を
伝達するフィードバック回路を設けても良い。

【００５１】次に、図１に示したスイッチング電源装置
１１の動作を説明する。単相交流の商用電源１は、全波
整流回路４により脈流電流に変換され、高電位側が出力
される配線４７と低電位側が出力される配線４８から出
力される。変換された脈流電流は、ノイズフィルタ回路
３に入力してノイズ成分（高周波数成分）が除去され
て、高電位側が出力される配線４７ａと低電位側が出力
される配線４８ａから出力される。ノイズフィルタ回路
３の出力は、平滑コンデンサ５により平滑された直流電
流になり、高電位側が出力される配線４７ａと低電位側
が出力される配線４８ａからスイッチング回路６に入力
される。

【００５２】スイッチング回路６に入力した直流電流
は、スイッチング素子６２がＯＮである期間中、スイッ
チングトランス６１の１次巻線Ｎ_Pに供給される。この
時、スイッチングトランス６１の２次巻線Ｎ_Sは逆極性
であることから、２次巻線Ｎ_Sには、逆電圧が発生す
る。２次巻線Ｎ_Sに発生する電圧が逆電圧である場合に
は、２次側の整流回路を構成するダイオード６８はＯＦ
Ｆするので、１次巻線Ｎ_Pに供給されたエネルギーは、
２次側には流れないで、磁気エネルギーとしてスイッチ
ングトランス６１内に蓄えられる。その後、スイッチン
グ素子６２がＯＦＦした場合、１次巻線Ｎ_Pへの電流供
給は停止するが、今度は２次巻線Ｎ_Sに逆起電力が発生
する。この逆起電力は、２次巻線Ｎ_Sに発生する電圧と
しては順電圧であることから、２次側の整流回路内のダ
イオード６８がＯＮして、スイッチングトランス６１内
に蓄えられていたエネルギーが負荷８側へ放出される。
そして、２次巻線Ｎ_Sからスイッチングトランス６１内
に蓄えられていたエネルギーの放出が完了した時点で、
次のスイッチング周期が始まる。

【００５３】次に、スイッチングトランス６１の２次側
から出力される電圧を定電圧化する方法について説明す
る。

【００５４】例えば、２次側出力の負荷８に流れる電流
が急激に小さくなって出力電圧が上昇する場合には、ス
イッチングトランス６１内の制御巻線Ｎ_Cの電圧も上昇
する。逆に、２次側の負荷電流が急激に大きくなって出
力電圧が低くなった場合には、制御巻線Ｎ_Cの電圧も低
下する。つまり、出力電圧と制御巻線Ｎ_Cの電圧とは連
動して上昇したり低下したりする。そこで、この制御巻
線Ｎ_Cの出力電圧の分圧を制御回路６５（ＳＥＮ端子）
で監視することで、制御巻線Ｎ_Cの電圧が設定した電圧
より高い時は、出力電圧も高いことから、スイッチング
素子６２がＯＮする時間を短くして２次側へ供給するエ
ネルギーを抑制し、逆に、制御巻線Ｎ_Cの電圧が低い時
は、出力電圧も低いことから、スイッチング素子６２が
ＯＮする時間を長くして２次側へ供給するエネルギーを
増加させる。このようにして、スイッチング回路６は２
次側の出力電圧を定電圧化することができる。

【００５５】次に、スイッチングトランス６１内でノイ
ズが発生する理由について説明する。上記のようなスイ
ッチング電源回路１１においては、数１００Ｖの高電圧
をスイッチング素子でＯＮ／ＯＦＦするため、急激な電
圧や電流の変化が生ずることで非常に大きなノイズが発
生する。発生するノイズ電圧Ｖｎは、次の式（１）に示
すように、スイッチングトランスのインダクタンス成分
Ｌｐにより発生する逆起電圧であり、電流の変化する速
度に比例して大きくなる電圧である。

【００５６】

【数１】

【００５７】特に、スイッチング時の電力損失低減や使
用部品の小型化のために、スイッチング速度を高速度に
していく場合、電流の変化する速度が大きくなることか
ら、式（１）より発生するノイズ電圧Ｖｎがさらに大き
くなる。

【００５８】また、スイッチング素子６２をＯＮ／ＯＦ
Ｆする時の電圧波形は、方形波に近い形状となっている
ため、高調波成分が非常に大きくなっている。

【００５９】次に、全波整流回路４内でノイズが発生す
る理由について説明する。

【００６０】図６は、図１のスイッチング電源装置にお
ける全波整流回路中に用いるダイオードの電流特性を示
した図である。

【００６１】図６に示すように全波整流回路４に用いら
れているダイオードは、ＯＮ状態からＯＦＦ状態になる
際に、一時的に逆方向に電流を流す逆方向電流特性を有
している。図６中、縦軸が電流値であり、横軸が時間、
Ａの特性曲線が本実施の形態１におけるダイオード４８
１あるいは４８２のような低速のダイオードの逆方向電
流特性を示し、Ｂの特性曲線が本実施の形態１における
ダイオード４７１あるいは４７２のような高速のダイオ
ードの逆方向電流特性を示し、Ｉ_RP１が低速のダイオー
ドの短絡電流であり、Ｔ_rr１が低速のダイオードにおけ
る完全にＯＦＦするまでの逆回復時間、Ｉ_RP２が高速の
ダイオードの短絡電流であり、Ｔ_rr２が高速のダイオー
ドにおける完全にＯＦＦするまでの逆回復時間である。
本実施の形態では、逆回復時間Ｔ_rr２が１μｓ以下の高
速なダイオードを用いた。

【００６２】また、図７は、図１のスイッチング電源装
置における全波整流回路中のダイオードに発生する短絡
電流を示した図であり、図６に示した短絡電流Ｉ_RP１お
よびＩ_RP２が流れる方向を示している。

【００６３】図６および図７に示したように、全波整流
回路４における整流ダイオード４７１および４７２は、
単体で用いられる場合には逆回復時間ｔ_rr２の間に逆方
向電流として短絡電流Ｉ_RP２が流れ、整流ダイオード４
８１および４８２は、単体で用いられる場合には逆回復
時間ｔ_rr１の間に逆方向電流として短絡電流Ｉ_RP１が流
れる。例えば、５０／６０Ｈｚの商用電源１を整流する
ための低速のダイオード４８１、４８２等のみを用いて
構成した全波整流回路、例えば、図１１に示した従来の
全波整流回路４では、ダイオード４１〜４６が完全にＯ
ＦＦするまでの間（ｔ_rr１）に、平滑コンデンサ５など
の電流供給源とダイオード４１〜４６により閉回路が生
じて、非常に大きな短絡電流（Ｉ_RP１）が流れる。この
短絡電流が原因となり、従来の全波整流回路４では、ダ
イオード自身の順降下電圧やプリント基板上の配線のイ
ンピーダンス分などによりノイズ電圧が発生する。これ
らのノイズ電圧が、商用電源の入力ラインから商用電源
側へ流出し、同じ商用電源（入力ライン）を使用してい
る他の機器へ混入して、様々な障害を発生させていた。
そのため、図１１に示した従来のスイッチング電源装置
１０においては、ノイズフィルタ回路３をその内部に搭
載していた。しかし、本実施の形態では、逆回復時間Ｔ
_rr２が１μｓ以下の高速なダイオードである整流ダイオ
ード４７１、４７２に用いることにより、短絡電流をＩ
_RP２として、全波整流回路４からのノイズの発生を抑制
した。

【００６４】図８は、図１のスイッチング電源装置内部
で発生するノイズ成分が商用電源入力端子に表れた雑音
端子電圧を説明する図である。

【００６５】図８に示すように、スイッチング電源装置
１１の内部で発生するノイズ電圧をＶｎとし、商用電源
（入力ライン）のラインインピーダンスをＺａとし、ス
イッチング電源装置１１の内部インピーダンスをＺｂと
すると、スイッチング電源１１の入力端子２に、ノイズ
電圧Ｖｎによって生じる雑音端子電圧Ｖｐが発生する。
この雑音端子電圧Ｖｐは、以下の式（２）のように表さ
れる。すなわち、雑音端子電圧Ｖｐは、スイッチング電
源装置１１内部で発生したノイズ電圧Ｖｎが、スイッチ
ング電源１１の入口部（入力端子２）に表れる大きさを
示している。

【００６６】

【数２】

【００６７】この式（２）より、スイッチング電源装置
１１の内部インピーダンスＺｂを高くしておけば、雑音
端子電圧Ｖｐを低減できることがわかる。ここで、本実
施の形態１のノイズフィルタ回路３は、図２〜図４に示
したように内部にインダクタンス分を持ったコイル３３
あるいは３４が接続されていることから、ノイズフィル
タ回路３を有していない場合に比べて内部インピーダン
スＺｂが高くなり、雑音端子電圧Ｖｐが低減できること
がわかる。

【００６８】このように、本実施の形態１のスイッチン
グ電源装置１１によれば、ノイズフィルタ回路３を全波
整流回路４の後段に設けることにより、ノイズフィルタ
回路３の後段に位置するスイッチング回路６から発生す
るノイズを抑制し、さらに、全波整流回路４を構成する
ダイオードとして、逆回復時間が１μｓ以下である高速
なダイオードを、全波整流回路４からの脈流出力におけ
る高電位側が出力される配線４７にカソードが接続され
たダイオード４７１および４７２にのみ使用するように
したので、従来のように全波整流回路４内の全てのダイ
オードに高速のダイオードを使用する場合に比べ、ノイ
ズを低減しつつコスト上昇を抑制することができる。

【００６９】実施の形態２．図９は、本発明の実施の形
態２のスイッチング電源装置の構成を示すブロック図で
ある。

【００７０】図９に示した本実施の形態２と図１に示し
た実施の形態１のスイッチング電源装置１１との相違点
としては、図９のスイッチング電源装置１２は、図１の
スイッチング電源装置１１と異なり、三相交流の商用電
源１に接続されている点が挙げられる。そのため、電源
入力線が２本から３本に増えることから、全波整流回路
４内のダイオードの数が４個から６個に増加している。

【００７１】また、全波整流回路４内のダイオードの種
類については、全波整流回路４の脈流出力における高電
位側が出力される配線４７にカソードが接続される高速
なダイオードが、４７１、４７２に加えて４７３の３個
となり、全波整流回路４の脈流出力における低電位側が
出力される配線４８にアノードが接続される低速なダイ
オードが、４８１、４８２に加えて４８３の３個とな
る。

【００７２】また、商用電源が単相であろうと三相であ
ろうと既に脈流（直流）に変換されている電流のノイズ
を低減させるため、ノイズフィルタ回路３としては図２
〜図４で示した簡単な構成のノイズフィルタ回路を用い
てスイッチング電源装置１２を構成することができる。

【００７３】他の構成については、図９に示した本実施
の形態２と図１に示した実施の形態１のスイッチング電
源装置１１とは同様である。

【００７４】ここで、本実施の形態２のように、スイッ
チング電源装置が接続される商用電源が単相でなく三相
交流になった場合の本実施の形態２に特有の効果につい
て説明する。

【００７５】前記したように、一般的にコイルのインダ
クタンス及びコンデンサの静電容量等を使用した並列の
共振回路では、回路のインピーダンス｜Ｚ｜及び共振周
波数ｆについて、共振周波数ｆの点でノイズフィルタ回
路のインピーダンス｜Ｚ｜が最大となるようにインダク
タンスと静電容量を決定しており、回路のインピーダン
ス｜Ｚ｜及び共振周波数ｆは以下の式（３）により表さ
れる。

【００７６】

【数３】

【００７７】この式（３）から、共振周波数ｆの点でノ
イズフィルタ回路３のインピーダンス｜Ｚ｜が最大とな
る、つまり、発生したノイズの周波数帯域でノイズフィ
ルタ回路３が高いインピーダンスを有するように部品の
定格を設定することができるので、ノイズの周波数帯域
を低減することができる。

【００７８】また、式（３）によると、コイルのインダ
クタンスＬとコンデンサの静電容量Ｃの積を大きくする
ほど、低域の周波数帯域のノイズを抑制できることがわ
かる。前記したように、スイッチング周波数が数１０ｋ
Ｈｚ程度のスイッチング回路では、１ＭＨｚ以下の低域
のノイズ成分が非常に大きく、低域のノイズ成分を低減
するためには、外形の大きなコイルやコンデンサが必要
になる。このノイズフィルタ回路３が、従来のように商
用電源からの入力端子２の直後の段に設けられ、三相交
流が入力される場合には、ノイズフィルタ回路３の部品
点数が多くなるため、ノイズフィルタ回路の占める面
積、容積が非常に大きくなり、コストも高くなる。

【００７９】実施の形態２のスイッチング電源装置１２
によれば、上記した実施の形態１に記載したスイッチン
グ電源装置１１と同様の簡易な構成のノイズフィルタ回
路を使用するので、従来の三相交流が入力される場合に
比べて、部品点数や回路の容積を大きく低減し、ノイズ
フィルタ回路の後段に位置するスイッチング回路から発
生するノイズを抑制でき、ノイズを低減しつつスイッチ
ング電源を小型化することができる。

【００８０】実施の形態３．図１０（ａ）は、本発明の
実施の形態３のスイッチング電源装置の構成を示すブロ
ック図である。

【００８１】図１０（ａ）に示した本実施の形態３と図
２に示した実施の形態２のスイッチング電源装置１２と
の相違点としては、図１０（ａ）のスイッチング電源装
置１３は、図９のスイッチング電源装置１２と異なり、
全波整流回路４と平滑コンデンサ５の間に直列にダイオ
ード９を挿入している。挿入するダイオード９は、逆回
復時間が１μｓ以下の高速のダイオードである。

【００８２】また、全波整流回路４内のダイオードの種
類については、全てのダイオードが低速なダイオードと
なる。

【００８３】他の構成については、図１０（ａ）に示し
た本実施の形態３と図９に示した実施の形態２のスイッ
チング電源装置１２とは同様である。

【００８４】尚、本実施の形態３においても、商用電源
が単相であろうと三相であろうと既に脈流（直流）に変
換されている電流のノイズを低減させるため、ノイズフ
ィルタ回路３としては図２〜図４で示した簡単な構成の
ノイズフィルタ回路を用いてスイッチング電源装置１２
を構成することができる。

【００８５】以下に、本実施の形態３において、全波整
流回路４と平滑コンデンサ５の間に直列にダイオード９
を挿入する理由を説明する。

【００８６】実施の形態１および２と同様に、本実施の
形態３においても、ノイズフィルタ回路３だけではスイ
ッチング回路６から発生するスイッチングノイズは抑制
できるものの、全波整流回路４を構成するダイオードか
ら発生するノイズは低減できない。そこで、実施の形態
１および２では、全波整流回路４中のダイオード４７１
〜４７３に高速なダイオードを用いるようにしたが、本
実施の形態３では、全波整流回路４と平滑コンデンサ５
の間に直列にダイオード９を挿入するようにした。従っ
て、挿入するダイオード９は、逆回復時間が１μｓ以下
の高速のダイオードである。なお、図１０（ａ）ではダ
イオード９を高電位側配線中に挿入しているが、図１０
（ｂ）に示したように低電位側配線へダイオード９を挿
入しても良い。但し、低電位側配線へ挿入する場合のダ
イオード９の向きは、図１０（ｂ）に示すように高電位
側配線中に挿入する場合と逆方向にする必要がある。

【００８７】ダイオード９を挿入する目的は、本実施の
形態３における全波整流回路４中の低速なダイオード４
１〜４６の逆回復時間に流れる短絡電流を抑制すること
にある。仮に、スイッチング電源装置１３中にダイオー
ド９が無い場合を考えると、全波整流回路４中のダイオ
ード４１〜４６は低速なダイオードであるため、平滑コ
ンデンサ５から供給される短絡電流としては、図６に示
した逆回復時間ｔ_rr１だけ短絡電流Ｉ_RP１が流れること
になる。ところが、スイッチング電源装置１３中の全波
整流回路４と平滑コンデンサ５の間に直列にダイオード
９を挿入することにより、短絡電流はＩ_RP２になるの
で、上記した実施の形態１および２と同様に全波整流回
路４を構成する低速なダイオード４１〜４６へ流入する
短絡電流を高速なダイオード９により抑制することがで
きる。従って、短絡電流により発生するノイズも抑制で
きることになる。なお、ノイズフィルタ回路３の回路構
成及び部品の定格などについては、実施の形態１と同様
に、ノイズフィルタ回路３により低減を希望するノイズ
の周波数帯域や強度によって適切な値が選択される。

【００８８】このように、本実施の形態３のスイッチン
グ電源装置１３によれば、上記した実施の形態２と同様
に、ノイズフィルタ回路３を全波整流回路４の後段に設
け、さらに、全波整流回路４と平滑コンデンサ５の間に
逆回復時間が１μｓ以下の高速のダイオード９を1本だ
け直列に挿入するようにして短絡電流を抑制するように
したので、入力電源が商用電源の単相であろうと三相で
あろうと、同一な構成の簡素なノイズフィルタ回路を用
いてノイズを抑制でき、追加される高速ダイオードが1
本のみであることから、実施の形態1に記載したスイッ
チング電源装置１１よりもさらにコスト上昇を抑制する
ことができる。

【００８９】なお、上記各実施の形態中に示したノイズ
フィルタ回路３およびスイッチング回路６は一例として
示したものであり、他の構成を有するノイズフィルタ回
路あるいはスイッチング回路を用いて上記各実施の形態
のスイッチング電源回路を構成しても良い。

【００９０】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下のような効果を奏する。

【００９１】請求項１に記載のスイッチング電源装置に
よれば、ノイズフィルタ回路を全波整流回路の後段に設
けることにより、ノイズフィルタ回路の後段に位置する
スイッチング回路から発生するノイズを抑制し、さら
に、全波整流回路を構成するダイオードとして、逆回復
時間が１μｓ以下である高速なダイオードを、全波整流
回路からの脈流出力における高電位側が出力される配線
にカソードが接続されたダイオードにのみ使用するよう
にしたので、全波整流回路内の全てのダイオードに高速
のダイオードを使用する場合に比べ、ノイズを低減しつ
つコスト上昇を抑制することができる。

【００９２】請求項２に記載のスイッチング電源装置に
よれば、上記した請求項１の効果に加えて、ノイズフィ
ルタ回路を全波整流回路の後段に設けたので、入力する
商用電源が単相であろうと三相であろうと、同一な構成
の簡素なノイズフィルタ回路を用いて、ノイズフィルタ
回路の後段に位置するスイッチング回路から発生するノ
イズを抑制でき、特に、入力する商用電源が三相の場合
に、従来に比べて、部品点数や回路の容積を大きく低減
し、ノイズを低減しつつスイッチング電源を小型化する
ことができる。

【００９３】請求項３に記載のスイッチング電源装置に
よれば、上記した請求項２と同様に、ノイズフィルタ回
路を全波整流回路の後段に設け、さらに、全波整流回路
と平滑コンデンサの間に逆回復時間が１μｓ以下の高速
のダイオードを1本だけ直列に挿入するようにして短絡
電流を抑制するようにしたので、入力電源が商用電源の
単相であろうと三相であろうと、同一な構成の簡素なノ
イズフィルタ回路を用いてノイズを抑制でき、追加され
る高速ダイオードが1本のみであることから、請求項1よ
りもさらにコスト上昇を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１のスイッチング電源装
置を示す回路図である。

【図２】 図１のスイッチング電源装置におけるノイズ
フィルタ回路の一例を示す回路図である。

【図３】 図１のスイッチング電源装置におけるノイズ
フィルタ回路の一例を示す回路図である。

【図４】 図１のスイッチング電源装置におけるノイズ
フィルタ回路の一例を示す回路図である。

【図５】 図１のスイッチング電源装置におけるスイッ
チング回路を示す回路図である。

【図６】 図１のスイッチング電源装置における全波整
流回路中に用いるダイオードの電流特性を示した図であ
る。

【図７】 図１のスイッチング電源装置における全波整
流回路中のダイオードに発生する短絡電流を示した図で
ある。

【図８】 図１のスイッチング電源装置内部で発生する
ノイズ成分が商用電源入力端子に表れる雑音端子電圧を
説明する図である。

【図９】 本発明の実施の形態２のスイッチング電源装
置を示す回路図である。

【図１０】 （ａ）、（ｂ）は本発明の実施の形態３の
スイッチング電源装置を示す回路図である。

【図１１】 従来のスイッチング電源回路を示す回路図
である。

【図１２】 図１１のスイッチング電源装置におけるノ
イズフィルタ回路を示す回路図である。

【符号の説明】

１ 入力電源（商用電源）、 ２ 入力端子、 ３ ノ
イズフィルタ回路、４ 全波整流回路、 ５ 平滑コン
デンサ、 ６ スイッチング回路、 ７ 出力端子、
８ 負荷、 ９、４７１〜４７３ 高速ダイオード、
１０ スイッチング電源装置、 ３１、３２、６４、６
９ コンデンサ、 ３３、３４ コイル、 ４１〜４
６、４８１〜４８３ 低速ダイオード、 ４７ 脈流出
力における高電位側が出力される配線、 ４８ 脈流出
力における低電位側が出力される配線、 ６１ スイッ
チングトランス、 ６２ スイッチング素子、 ６３、
６８ ダイオード、 ６５ 制御回路、 ６６、６７
抵抗、 Ｎ_P １次巻線、Ｎ_S ２次巻線、 Ｎ_C 制御
巻線。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H006 AA01 AA07 CA02 CA07 CB01 CB08 CC08 5H740 BA12 BA18 BB05 BB07 NN02 NN06

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流入力を全波整流して脈流出力する全
   波整流回路と、前記全波整流回路からの脈流入力を平滑
   化して直流出力する平滑コンデンサと、前記平滑コンデ
   ンサからの直流入力を負荷の電力要求に応じて断続させ
   て出力することにより、負荷に必要とされる電力を供給
   するスイッチング回路とを有するスイッチング電源装置
   において、 前記全波整流回路中のダイオードのうち、前記脈流出力
   における高電位側が出力される配線にカソードが接続さ
   れたダイオードについては逆回復時間が１μｓ以下のダ
   イオードを用いると共に、 後段の回路にて発生して交流入力電源側に伝わるノイズ
   を低減させるノイズフィルタ回路を、前記全波整流回路
   と前記平滑コンデンサの間に配置することを特徴とする
   スイッチング電源装置。
2. 【請求項２】 前記全波整流回路は、三相交流を全波整
   流する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。
3. 【請求項３】 交流入力を全波整流して脈流出力する全
   波整流回路と、前記全波整流回路からの脈流入力を平滑
   化して直流出力する平滑コンデンサと、前記平滑コンデ
   ンサからの直流入力を負荷の電力要求に応じて断続させ
   て出力することにより負荷に必要とされる電力を供給す
   るスイッチング回路とを有するスイッチング電源装置に
   おいて、 前記全波整流回路と前記平滑コンデンサとの間に逆回復
   時間が１μｓ以下のダイオードを順電流を流す方向に直
   列に挿入し、 後段の回路にて発生して交流入力電源側に伝わるノイズ
   を低減させるノイズフィルタ回路を、前記全波整流回路
   と前記ダイオードとの間に配置することを特徴とするス
   イッチング電源装置。