JP2002125367A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 定常時の力率改善機能を維持しつつ、負荷急
増時、入力電源切断時に安定出力を可能とした電源装置
を提供する。 【解決手段】 入力交流電源側に入力電圧を蓄積するコ
ンデンサと、コンデンサの蓄積エネルギー出力を制御す
るスイッチ手段を設け、出力側の負荷変動に伴う出力電
圧変化を検出し、検出に応じてスイッチを動作させてコ
ンデンサの蓄積エネルギーを出力する。さらに、入力電
圧の停電を検出する入力電圧検出手段の停電検出に基づ
いてスイッチ手段を制御してコンデンサの蓄積エネルギ
ーを出力する。本構成により、負荷急増時、入力電源切
断時に安定出力を行なう。コンデンサには直列に抵抗が
接続され、コンデンサに対する突入電流が防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電源装置に係り、
特に商用交流電源の高調波歪の低減に使用される力率改
善機能を備えた電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から力率改善機能を備えたＣレスフ
ライバックコンバータとして、図１０に示すような電源
装置の構成が知られている。

【０００３】図１０に示す電源装置構成について説明す
る。電源装置は、商用交流電源１と、この両端に接続さ
れたノイズフィルタ２と、ノイズフィルタ２を介して接
続された１対の入力端子間に全波整流器３と、この全波
整流器３の１対の出力端子間に接続されたコンデンサ４
と、１次巻線３３と２次巻線３４とから成るトランス３
５と、１次巻線３３を介して接続された変換用スイッチ
ング素子１８と、２次巻線３４の一方に接続されたダイ
オード２０とそのダイオードのカソード側が平滑用コン
デンサ２１から成る整流平滑回路と、出力の電圧を検出
する誤差増幅器３１と、誤差増幅器３１により検出され
た信号を、一次側に伝達する絶縁伝達手段３０と、スイ
ッチング素子１８をＰＷＭ制御する制御ＩＣ１７とから
成る。但し、コンデンサ４は容量が非常に小さく、必要
に応じて接続または未接続を決定すればよい。

【０００４】図１０の電源装置の動作について説明す
る。交流電源電圧１を、ノイズフィルタ２を介して全波
整流器３により得られた全波整流電圧（脈流電圧）が、
トランス３５の一次巻線３３に印加される。コンデンサ
４は小容量のコンデンサであるため、全波整流電圧は、
非平滑電圧（脈流電圧）となる。スイッチング素子１８
を固定周波数でオンさせ、オン期間にトランス３５の一
次巻線３３にエネルギーを蓄える。そして、スイッチン
グ素子１８がオフしたとき、二次巻線３４からダイオー
ド２０を介してコンデンサ２１にエネルギを蓄積し、こ
のコンデンサ２１から直流電力を取り出す。出力電圧に
変動があったときは、負帰還回路３１、絶縁伝達手段３
０を介して制御ＩＣ１７に信号を送り、パルス幅制御を
して安定した電圧を得る。ここで誤差増幅器３１の応答
速度は、全波整流電圧の基本周波数に対してゲインを低
くして応答しないようにしている。

【０００５】このように力率改善機能を備えた低速応答
型Ｃレスフライバックコンバータは、入力電圧として、
平滑を行わない整流電圧（脈流電圧）を印加し、誤差増
幅器の応答速度を遅くすることにより５０、６０Ｈｚの
半周期の間は、ほぼ一定のオン期間を維持させることが
できる。このときの入力電流のピーク値ipは電流不連続
モードであれば次式で表せる。

【０００６】

【数１】

【０００７】なお、上記式において、Vin:入力電圧実効
値、L:一次巻線インダクタンス、Ton:オン期間、であ
り、Tonが交流電源周波数の半周期の間一定であれば、
電流のピーク値は入力電圧に比例して変化する。

【０００８】またスイッチング周波数の一周期Tの平均
値ｉ_avは、次式で表せる。

【０００９】

【数２】

【００１０】以上のことからTonが交流電源周波数の半
周期以上の間一定であれば電流の平均値は、入力電圧に
比例して変化することになり、力率を改善できる。

【００１１】図１０の回路は、交流電源周波数の半周期
以上、負荷変動に対する遅れを持っている。入力側の全
波整流器３に接続されたコンデンサ４は、小容量のもの
であるため、負荷急増に対する瞬時対応エネルギー供給
ができない。などの欠点があり、負荷急増時に二次側電
圧が低下する、という問題がある。

【００１２】また、特許第２８２６３６１号は、スイッ
チング素子のオフ時に負荷に対するエネルギをコンデン
サから放出する構成において、トランスの1次巻線電流
のスイッチング毎の電流積分値がコンバータ出力電圧と
基準電圧との誤差電圧に全波整流電圧の比例値を乗算し
て得られた値に比例するように制御する構成を開示して
いる。しかし、本構成では、出力電圧の検出回路の応答
を早くすると力率が低下する。また、過渡応答をよくす
るため入力コンデンサの容量を大きくすれば力率が低下
するという問題が発生する。一方、応答を遅くして入力
コンデンサ容量を小さくすれば力率の改善は可能となる
が、負荷急変時に出力電圧の低下という問題が避けられ
なくなる。

【００１３】この問題を解決する手段として、特開平０
４-３５９６７５によれば、動作目的別に３個の誤差増
幅器を設けた構成を開示している。しかし、この方法で
は出力急変を行った場合、入力側にエネルギーバンクが
無いのでデューティ（Ｄｕｔｙ）を変えても過渡応答に
対する改善効果が少なく、後述する式（２）から理解さ
れるように入力電圧を変えない限り出力電圧を安定化す
ることは困難である。

【００１４】また、図１０の回路において、入力側の全
波整流器３に接続されたコンデンサ４は、小容量のもの
であるため、入力電圧停電時に、出力保持時間が短いと
いう問題もあった。さらに、負荷急増に対する瞬時対応
エネルギー供給ができないため負荷急増時に二次側電圧
が低下するという欠点があり、これらの欠点を解決する
ため一次側に容量エネルギー蓄積手段を設ける必要があ
る。

【００１５】しかし、容量エネルギー蓄積手段は、通常
のフライバックコンバータと同様に大容量のコンデンサ
を使用するため電源投入時に、突入電流が発生する。こ
の突入電流防止のための構成が必要となる。

【００１６】突入電流防止構成を開示した従来技術とし
て、例えば特開平６−１５３５０９号、特開平８−９８
５３１号がある。特開平６−１５３５０９号、および特
開平８−９８５３１号には、平滑コンデンサの入力ライ
ンに電流制限用抵抗を接続し、さらに電流制限用抵抗に
並列にバイパス用スイッチング素子を設けてスイッチン
グ素子のオンオフにより、突入電流を防止する構成を開
示している。

【００１７】このように、突入電流防止のための構成電
流制限用抵抗の他にスイッチ素子、トリガ回路、トラン
スの巻線が必要となりコストアップ、機器の大型化にな
る等の問題があった。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の問題点に鑑みてなされたものであり、定常時におけ
る高い力率と負荷急増時における二次側電圧低下の低減
を改善すること、例えば停電時における出力保持時間を
確保すること、さらに、エネルギー蓄積手段を設けたコ
ンバータにおいて、突入電流制限用の部品の低減と、交
流電源を短時間だけオフして再びオンにした場合、例え
ば瞬時停電などにおいても確実に突入電流を防止するこ
とができるスイッチング電源装置を提供することを目的
とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明の第1の側面は、
トランスに対する供給電源のスイッチング制御により入
力交流電源から出力直流電圧を得る電源装置において、
入力電圧を蓄積するエネルギー蓄積手段と、前記エネル
ギー蓄積手段の蓄積エネルギーの出力を制御するスイッ
チ手段と、出力側の負荷変動に伴う出力電圧変化を検出
する電圧検出手段と、前記電圧検出手段の検出結果に基
づいて前記スイッチ手段を制御して前記エネルギー蓄積
手段の蓄積エネルギーを出力するスイッチ制御手段とを
有することを特徴とする電源装置にある。本構成の電源
装置によれば、出力側の負荷変動時の出力低下がエネル
ギー蓄積手段の蓄積エネルギーの出力により防止可能と
なる。

【００２０】さらに、本発明の電源装置の一実施態様に
おいて、前記電圧検出手段は、出力側電圧を積分した基
準電圧と、出力電圧とを比較する手段を有することを特
徴とする。本構成の電源装置によれば、出力リップルの
低減された基準電圧との比較処理が可能となり、出力変
動を正確に検出できる。

【００２１】さらに、本発明の電源装置の一実施態様に
おいて、前記エネルギー蓄積手段は、前記入力交流電源
の入力ライン間に設置され、電源投入時にのみ電荷が蓄
積されるコンデンサであり、前記コンデンサを接続した
入力ライン間には前記コンデンサに直列接続した抵抗を
有することを特徴とする。本構成の電源装置によれば、
コンデンサに直列接続された抵抗により、コンデンサに
対する突入電流が防止される。

【００２２】さらに、本発明の電源装置の一実施態様に
おいて、前記スイッチ制御手段は、前記電圧検出手段の
検出結果に基づいて発光する発光ダイオードと、該発光
ダイオードの発光を検出するフォトトランジスタとから
なる絶縁伝達手段と、前記絶縁伝達手段の信号に基づい
てオンオフするスイッチ駆動手段とを有することを特徴
とする。本構成の電源装置によれば、出力側の変動を入
力側のスイッチ駆動手段に対して、出力側、入力側の双
方に影響を及ぼすことなく伝達可能となる。

【００２３】さらに、本発明の第２の側面は、トランス
に対する供給電源のスイッチング制御により、入力交流
電源から出力直流電圧を得る電源装置において、入力電
圧を蓄積するエネルギー蓄積手段と、前記エネルギー蓄
積手段の蓄積エネルギーの出力を制御するスイッチ手段
と、前記入力電圧の低下を検出する入力電圧検出手段
と、前記入力電圧検出手段の電圧低下検出に基づいて前
記スイッチ手段を制御して前記エネルギー蓄積手段の蓄
積エネルギーを出力するスイッチ制御手段とを有するこ
とを特徴とする電源装置にある。本構成の電源装置によ
れば、停電時等、入力側の電圧低下時に、エネルギー蓄
積手段の蓄積エネルギーを出力することにより、出力電
圧を長期的に保持することが可能となる。

【００２４】さらに、本発明の電源装置の一実施態様に
おいて、前記スイッチ制御手段は、入力交流電源を定電
圧ダイオードで安定化した電圧を供給したＦＥＴを含
み、前記スイッチ手段は、前記ＦＥＴに接続されたトラ
ンジスタによって構成され、前記入力電圧の低下に伴う
ＦＥＴの動作に伴い、前記スイッチ手段としてのトラン
ジスタを制御することを特徴とする。本構成の電源装置
によれば、入力交流電源を定電圧ダイオードで安定化し
た電圧を検出する構成としたので、入力側電圧の微細な
変動には動作せず、停電等の急変時にのみスイッチを動
作させることが可能となる。

【００２５】さらに、本発明の電源装置の一実施態様に
おいて、前記エネルギー蓄積手段は、前記入力交流電源
の入力ライン間に設置され、電源投入時にのみ電荷が蓄
積されるコンデンサであり、前記コンデンサを接続した
入力ライン間には前記コンデンサに直列接続した抵抗を
有することを特徴とする。本構成の電源装置によれば、
コンデンサに直列接続された抵抗により、コンデンサに
対する突入電流が防止される。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の電源装置の詳細に
ついて図面を参照しながら説明する。

【００２７】

【実施例】［実施例１］本発明の電源装置の実施例１の
回路構成を図１に示す。図１に示す電源装置は、前述し
た従来の構成（図１０）、すなわち、商用交流電源１
と、この両端に接続されたノイズフィルタ２と、ノイズ
フィルタ２を介して接続された１対の入力端子間に全波
整流器３と、この全波整流器３の１対の出力端子間に接
続されたコンデンサ４と、１次巻線３３と２次巻線３４
とから成るトランス３５と、１次巻線３３を介して接続
された変換用スイッチング素子１８と、２次巻線３４の
一方に接続されたダイオード２０とそのダイオードのカ
ソード側が平滑用コンデンサ２１から成る整流平滑回路
と、出力の電圧を検出する誤差増幅器３１と、誤差増幅
器３１により検出された信号を、一次側に伝達する絶縁
伝達手段３０と、スイッチング素子１８をＰＷＭ制御す
る制御ＩＣ１７とを有する。

【００２８】さらに、二次側電圧を抵抗で分圧した検出
電圧と、二次側電圧を抵抗で分圧して、コンデンサで積
分した基準電圧と、検出電圧と基準電圧とを比較する比
較器２７と、比較器２７の出力信号を一次側へ伝達する
絶縁伝達手段４３と、絶縁伝達手段４３の信号に基づい
てオンオフするスイッチ駆動手段４２と、スイッチ駆動
手段４２の信号に基づいてオンオフするスイッチ手段４
１と、交流電源投入時に蓄えられたエネルギーを、スイ
ッチ手段により放出する、エネルギー蓄積手段としての
コンデンサ１６を具備した電源装置である。コンデンサ
１６は、入力交流電源の入力ライン間に設置され、電源
投入時にのみ電荷が蓄積される。また、スイッチ手段４
１、コンデンサ１６に対する電流方向は、ダイオード
５，６により制限される。

【００２９】図１の電源装置の動作について、説明す
る。定常時、エネルギー蓄積手段であるコンデンサ１６
には、交流電源１からの電圧を全波整流器３で整流した
電圧により次式で表すエネルギーＰ（Ｗ）が蓄積されて
いる。

【００３０】

【数３】

【００３１】なお、上記式において、Ｃ:コンデンサの
容量、Ｖ:全波整流電圧の平均値、Ｔ:全波整流電圧の周
期である。また、フライバックコンバータの出力電圧Ｖ
o（Ｖ）は次式で表すことができる。

【００３２】

【数４】

【００３３】なお、上記式において、Ｖ:全波整流電圧
の平均値、Ｔon:スイッチング周波数のオン時間、Ｔ:ス
イッチング周波数の周期、Ｉ:出力電流、Ｌ:一次巻線イ
ンダクタンス、である。ここで、Ｔon、Ｌ、Ｔは、固定
値とすれば、Ｉが増加した時、Ｖoを低下させないため
には、全波整流電圧の平均値：Ｖを上昇させればよく、
これによりＶoの低下を防ぐことができる。

【００３４】定常時、二次側電圧は誤差増幅器３１、絶
縁伝達手段３０を介して制御ＩＣ１７に信号を送りパル
ス制御により安定した電圧を得ている。抵抗２５の両端
の電圧を検出電圧、抵抗２６の両端の電圧を基準電圧と
する。基準電圧を検出電圧よりやや低い電圧に設定す
る。このとき比較器２７はスイッチ手段４１をオフさせ
る信号を出力している。コンデンサＣ１６には、電源投
入時にしか電流は流れないため、図１の電源装置は高力
率のコンバータとして動作している。誤差増幅器３１は
図１０の回路と同様に全波整流電圧の基本周波数に対し
て減衰量を低くしている。そのために、負荷急増時に出
力電圧は低下する。検出電圧も同様に低下するが、基準
電圧はコンデンサ２８により保持されるため、ゆるやか
に低下する。したがって、検出電圧は、負荷急増時の僅
かな時間（１０ｍＳ以下）のみ基準電圧より低くなり比
較器２７の出力は、Ｈレベル、またはＬレベルとなりそ
の信号が、絶縁伝達手段４３を介してスイッチ駆動手段
４２に信号を送りスイッチ手段４１をオンさせコンデン
サ１６に蓄積されたエネルギーを放出して、全波整流電
圧を上昇させることになる。このため出力電圧の低下を
防ぐことができる。

【００３５】出力電圧低下時、スイッチング素子１８の
オン期間Ｔonは全波整流の基本周波数に対してゲインを
低く設定しているため、すぐにオン期間は増加しない
が、前述のようにコンデンサ１６に蓄積されたエネルギ
ーを放出するため、出力電圧は低下しない。スイッチ手
段４１は検出電圧が基準電圧より低下したときのみオン
となる。

【００３６】基準電圧は出力電圧を分圧しているため、
出力電圧の負荷変動、入力変動に追従する。出力電圧が
高いときは高くなり、低いときは低くなる。基準電圧は
出力電圧を積分しているため、出力リップルが低減さ
れ、さらに、負荷急増時の出力電圧低下時に電圧が保持
されるため、比較器が応答しやすくなり、正確な検出が
できる。

【００３７】このようにしてスイッチ手段４１を負荷急
変時に導通させる。コンデンサ１６はピーク充電されて
いるので、スイッチ手段４１の負荷急変時の導通によ
り、式（２）の出力電圧Ｖｏがコンデンサ１６の放電に
より低下が防止される。ただし、Ｔｏｎが負荷急変に対
し遅れる場合は、Ｖｉｎで対応する。この構成により、
出力電圧Ｖｏの低下を抑制することが可能となる。

【００３８】次に図２を用いて、本実施形態に係る具体
的な電源回路構成について説明する。図１の本発明構成
図と同じ構成要素は同一の符号で示し、絶縁伝達手段４
３、スイッチ駆動手段４２、スイッチ手段４１について
は、具体的素子で示した。絶縁伝達手段には発光ダイオ
ード１５ｂに光結合されたフォトトランジスタ１５ａか
らなるフォトカプラを使う。比較器２７の非反転端子に
検出電圧を反転端子に基準電圧を、出力に発光ダイオー
ド１５ｂのカソード端子を接続する。

【００３９】定常時、検出電圧Ｖａは基準電圧Ｖｂより
高いため、比較器２７の出力は、Ｈレベル、発光ダイオ
ード１５ｂは消光状態、フォトトランジスタ１５ａはオ
フとなる。

【００４０】コンデンサ１６には、交流電源１からの電
圧を全波整流器３で整流した電圧がピーク充電されてい
る。スイッチ駆動素子であるＦＥＴ１０のゲート−ソー
ス間には、コンデンサ１６の電圧を抵抗１２、１３で分
圧し交流電源１の入力変動を受けないように定電圧ダイ
オード１４で安定化された電圧が供給されている。

【００４１】抵抗１２、１３、定電圧ダイオード１４の
値をＦＥＴ１０がオンするように選べば、スイッチ手段
であるトランジスタ９はベース電流が供給されないため
オフとなる。

【００４２】次に負荷が急増したとき、前記に述べたよ
うに検出電圧が基準電圧より低くなるため、比較器２７
の出力は 、Ｌレベル、発光ダイオード１５ｂは発光状
態、フォトトランジスタ１５ａはオンとなる。ＦＥＴ１
０のゲート−ソース間電圧は、しきい値電圧より低くな
るためオフとなり、スイッチ手段であるトランジスタ９
は抵抗１１によりバイアスされオンとなりコンデンサ１
６に蓄積されたエネルギーを放出して全波整流電圧を上
昇させて、出力電圧の低下を防ぐ。

【００４３】従来の装置の場合と本発明の構成を持つ電
源装置における負荷急増時の実測波形を図３に示す。図
３に示す実測波形の計測条件は以下の通りである。 入力電圧：ＡＣ２２０Ｖ 出力電圧設定値：２４Ｖ 定格出力電流値：４Ａ

【００４４】図３に示す実測波形は、上記条件におい
て、出力電流値を２Ａ→４Ａに変化させたときの、下記
に示す各部の波形である。 Ａ：従来技術の出力電圧波形 Ｂ：本発明による出力電圧波形 Ｃ：従来技術の全波整流電圧 Ｄ：本発明による全波整流電圧

【００４５】図３から理解されるように、従来、負荷が
急増したとき、図３Ａに示すように、出力電圧は８００
ｍＶ低下後、２００ｍＶ上昇している。このとき整流電
圧は図３Ｃに示すよう付加電流の増加にかかわらず不変
である。一方、図３Ｂに示すように本発明の電源回路構
成では、負荷が急増したとき、急激な電圧低下、上昇と
も解消されている。このとき整流電圧は図３Ｄに示すよ
うに、コンデンサから電力が供給されている。なお、本
発明は、フライバックコンバータに限らず、非絶縁の昇
圧チョッパにも適応可能である。

【００４６】以上説明したように、実施例１の構成を持
つ電源装置によれば、Ｃレスコンバータの入力段（整流
後）にエネルギーバンク（蓄積）用コンデンサからエネ
ルギーの供給ができるので、コンバータの印加電圧は低
下することなく供給することが可能となる。したがっ
て、負荷急変時の出力低下を抑制することができる。

【００４７】［実施例２］次に、従来の電源装置（図１
０）において、入力側の全波整流器３に接続されたコン
デンサ４の容量の小ささに起因する欠点としての入力電
圧停電時の出力保持時間の短さというう問題を解決する
電源装置の構成例について実施例２として説明する。

【００４８】実施例２の電源装置の回路構成を図４に示
す。従来の構成（図１０参照）に、入力電圧の低下また
は停電を検出する停電検出手段３２と停電検出手段の信
号に基づいてオンオフするスイッチ駆動手段１７と、ス
イッチ駆動手段の信号に基づいてオンオフするスイッチ
手段４１と、交流電源投入時に蓄えられたエネルギー
を、スイッチ手段により放出する、エネルギー蓄積手段
１６とを具備した電源装置である。

【００４９】次に図４の動作を説明する。定常時、エネ
ルギー蓄積手段であるコンデンサ１６には、交流電源１
からの電圧を全波整流器３で整流した電圧により前述し
た式（１）で表すエネルギーＰが蓄積されている。ま
た、フライバックコンバータの出力電圧Ｖoは前述した
式（２）で示したものとなる。

【００５０】前述したように、式（２）において、Ｔo
n、Ｌ、Ｔを固定値とすれば、Ｉが増加した時、Ｖoを低
下させないためには、Ｖを上昇させれば、Ｖoの低下を
防ぐことができる。

【００５１】定常時、二次側電圧は誤差増幅器３１、絶
縁伝達手段３０を介して制御ＩＣ１７に信号を送りパル
ス制御により安定した電圧を得ている。停電検出手段３
２の出力はスイッチ手段４１をオフさせる信号を出力し
ている。コンデンサＣ１６には、電源投入時にしか電流
は流れないため、図４の電源装置は高力率のコンバータ
として動作している。交流電源１が切断された場合、停
電検出手段３２により、スイッチ駆動手段４２はスイッ
チ手段４１をオンさせる信号を出力する。スイッチ手段
４１はその信号を受けオン状態となり、コンデンサ１６
に蓄積されたエネルギーを放出して、トランス３５に電
力を供給して保持時間を延長する。交流電源１が接続さ
れれば、停電検出手段３２は、前述と逆の信号を出力し
て、スイッチ駆動手段４２オフ→スイッチ手段４１オフ
となり、コンデンサ１６からの放電を停止させる。スイ
ッチ手段４１は、交流入力電源が切断された場合のみオ
ンすることになる。

【００５２】次に、実施例２に係る電源装置の具体的回
路構成と動作について図５を用いて説明する。図５で
は、図４の構成中の停電検出手段３２、スイッチ駆動手
段４２、スイッチ手段４１については、具体的素子で示
した２つの構成例（ａ）、（ｂ）を示す。図５において
図４の本発明構成図と同じ構成要素は同一の符号で示し
ている。

【００５３】図５（ａ）の構成から説明する。定常時、
ＦＥＴ１０のゲート−ソース間には、交流電源１をダイ
オード３６、３７で整流し、抵抗１２、１３で分圧した
電圧をコンデンサ３２で平滑し、交流電源１の入力変動
を受けないように、定電圧ダイオード１４で安定化され
た電圧が供給されている。ＦＥＴ１０は、入力交流電源
を定電圧ダイオード１４で安定化した電圧を検出するの
で、入力側電圧の微細な変動には動作せず、停電等の急
変時にのみスイッチとしてのトランジスタ９を動作させ
ることが可能となる。

【００５４】抵抗１２、１３定電圧ダイオード１４の値
をＦＥＴ１０がオンする値に選べば、スイッチ手段であ
るトランジスタ９は、ベース電流が供給されないためオ
フとなる。このとき、コンデンサ１６には、交流電源１
からの電圧を全波整流器３で整流した電圧がピーク充電
されている。

【００５５】次に交流電源１が切断された場合、電力の
供給がなくなり、ＦＥＴ１０のゲート−ソース間電圧
は、しきい値電圧より低くなるためＦＥＴ１０はオフと
なりスイッチ手段であるトランジスタ９は抵抗２２によ
りバイアスされオンとなりコンデンサ１６に蓄積された
エネルギーを放出して全波整流電圧を上昇させるため、
出力保持時間を延長する。

【００５６】さらに、実施例２の変形例として図５
（ｂ）の実施形態に係る電源装置について説明する。図
５（ａ）の実施形態と同じ構成要素は同一の符号で示
し、異なる点はスイッチ手段であるトランジスタ９をサ
イリスタ１５に変更して、サイリスタ１５をオンさせる
ためのトランジスタ１９を付加した点である。

【００５７】定常時の動作は、前述の説明と同様にＦＥ
Ｔ１０がオン状態となっていてトランジスタ１９は、ベ
ース電流が供給されないためオフとなり、サイリスタ１
５のゲートにトリガ信号が付与されないので、スイッチ
手段であるサイリスタ１５はオフとなっている。このと
き、コンデンサ１６には、交流電源１からの電圧を全波
整流器３で整流した電圧がピーク充電されている。

【００５８】次に交流電源１が切断された場合、前述の
説明と同様にＦＥＴ１０はオフ→トランジスタ１９オン
となりスイッチ手段であるサイリスタ１５のゲートにト
リガ信号が付与されることによりサイリスタ１５がター
ンオンする。そして、コンデンサ１６に蓄積されたエネ
ルギーを放出して全波整流電圧を上昇させるため、出力
保持時間を延長する。

【００５９】従来の場合と本発明による場合の交流電源
切断時の実測波形を図６に示す。図６に示す実測波形の
計測条件は以下の通りである。 入力電圧：ＡＣ２２０Ｖ 出力電圧設定値：２４Ｖ 定格出力電流値：４Ａ

【００６０】図６に示す実測波形は、上記条件におい
て、交流電源を２２０Ｖ→０Ｖにしたときの各部の波形
である。各波形は、それぞれ、 Ａ：従来技術の整流電圧波形 Ｂ：本発明による整流電圧波形 Ｃ：従来技術の出力電圧波形 Ｄ：本発明による出力電圧波形 である。

【００６１】入力電源切断時、従来技術においては、図
６Ａ、図６Ｃに示すように整流電圧は０Ｖで、そのとき
の出力電圧保持時間は１０ｍＳである。本発明の停電検
出手段の信号に基づいてオンオフするスイッチ手段と、
交流電源投入時に蓄えられたエネルギーを、スイッチ手
段により放出する、エネルギー蓄積手段とを具備した電
源装置においては、図６Ｂ、図６Ｄに示すようにエネル
ギー蓄積手段としてのコンデンサに蓄えられたエネルギ
ーが停電時に放出され、出力電圧保持時間８０ｍｓまで
延長され、停電時の電圧低下が改善されている。図６Ｂ
の整流電圧の傾斜部がエネルギー蓄積手段としてのコン
デンサに蓄えられたエネルギーの放出期間である。な
お、本発明は、フライバックコンバータに限らず、非絶
縁の昇圧チョッパにも適応可能である。

【００６２】以上説明したように、実施例２の構成によ
れば、入力電源切断時に、Ｃレスコンバータの入力段
（整流後）にエネルギーバンク用コンデンサからエネル
ギーの供給ができるので、定常時に力率改善機能を維持
しつつ、入力電源切断時にスイッチ手段をオンさせコン
デンサに蓄積された電力を放出して出力保持時間を延長
することができる。

【００６３】［実施例３］次に、負荷急増時における二
次側電圧の低下を解決するため一次側に容量エネルギー
蓄積手段を設けたＣレスコンバータにおける突入電流防
止構成における電流制限用の素子、例えば抵抗、スイッ
チ素子、トリガ回路、トランスの巻線等によるコストア
ップ、機器の大型化を解決する構成について実施例３と
して説明する。実施例３は、突入電流制限用の部品の低
減と、交流電源を短時間だけオフして再びオンにした場
合においても確実に突入電流を防止することができるス
イッチング電源構成である。

【００６４】従来の電源装置回路である図１０の構成に
おいて、入力側の全波整流器３に接続されたコンデンサ
４は小容量のものであるため、停電や瞬停時の保持時間
が短く、負荷急増に対する瞬時対応エネルギー供給がで
きず、負荷急増時に二次側電圧が低下するという欠点が
あり、これらの欠点を解決するため、上述したように、
一次側に容量エネルギー蓄積手段が設けられる。

【００６５】容量エネルギー蓄積手段は、通常のフライ
バックコンバータと同様に大容量のコンデンサを使用す
るため電源投入時に、突入電流が発生する。容量エネル
ギー蓄積手段と従来の突入電流防止手段とを設けた回路
を図７に示す。図１０の従来例と同じ構成要素は同一の
符号で示し、保持延長回路として、停電を検出する停電
検出手段１９と停電検出手段の信号に基づいてオンオフ
するスイッチ駆動手段２１と、スイッチ駆動手段の信号
に基づいてオンオフするスイッチ手段２０と、交流電源
投入時に蓄えられたエネルギーを、スイッチ手段により
放出するエネルギー蓄積手段１１と逆流防止ダイオード
５、６とを具備し、さらに突入防止手段として、突入電
流を制限する電流制限抵抗１０と、電源の起動時にトラ
ンス１６の補助巻線２２に発生する電圧によりオン状態
となり電流制限抵抗１０を短絡するスイッチ素子８とを
有する。また、トランス１６とスイッチ素子８のゲート
端子との間にはダイオード７と抵抗９が接続されてい
る。なお、保持延長回路の具体的動作に関しては、前述
の実施例２で述べた通りである。

【００６６】図７の電源の動作は以下の通りである。交
流電源１の投入時は、スイッチング素子１３がまだオン
オフ動作を開始せず、トランス１６の補助巻線２２には
電圧が発生しないので、スイッチ素子８はオフ状態のま
まである。したがってこのときに全波整流器３の出力側
に流れる突入電流は電流制限抵抗１０を通してコンデン
サ１１に流れるから、突入電流を制限することができ
る。交流電源１投入後、コンデンサ１１の充電電圧が高
くなって制御ＩＣ１２が動作を始めスイッチング素子１
３がオンオフを開始するとトランス１６の巻線１４に交
流電圧が発生して補助巻線に電圧が誘起され、その信号
がダイオード７と抵抗９を介してスイッチ素子８のゲー
ト端子に印加され、スイッチ素子８がターンオンする。
これにより電流制限抵抗１０が短絡されて、以降の定常
動作時は，全波整流器３の出力電圧はスイッチ素子８を
介してトランス１６の巻線１４に印加される。なお、停
電検出手段１９によるスイッチ手段２０の動作は交流電
源１投入時にオフ、切断時にオンになるため、電源は定
常時においてコンデンサ１１の影響を受けず高力率のコ
ンバータとして動作することになる。

【００６７】しかしながら、従来の回路では、電流制限
用抵抗の他にスイッチ素子、トリガ回路、トランスの巻
線が必要となりコストアップ、機器の大型化になる。交
流電源１を切断して、制御ＩＣ１２がまだ動作をしてい
るときに再投入した場合、トランス１６の補助巻線２２
には電圧が誘起されていて、スイッチ素子８がオン状態
のままであるからコンデンサ１１に突入電流が流れる。
などの問題があった。

【００６８】本実施例の目的は、エネルギー蓄積手段を
設けたＣレスコンバータにおいて、上記課題を解決し、
突入電流制限用の部品の低減と、交流電源を短時間だけ
オフして再びオンにした場合においても確実に突入電流
を防止することができるスイッチング電源を提供するこ
とである。問題を解決する手段として、突入電流制限抵
抗をダイオード５の次段に設けて突入電流を防止する。

【００６９】実施例３の電源回路構成を図８に示す。図
７の実施例と同じ構成要素は同一の符号で示し、突入電
流制限抵抗１０の挿入位置をダイオード５の次段に変更
し、スイッチ素子８と、抵抗９と、ダイオード７と、巻
線２２とを削除した電源装置である。

【００７０】図８における電源の突入防止手段の動作は
以下の通りである。交流電源１の投入時、全波整流器３
の出力側に流れる突入電流は逆流防止ダイオード５を介
して電流制限抵抗１０を通りコンデンサ１１に流れるこ
とになり、コンデンサ１１に対する突入電流を制限する
ことができる。

【００７１】次に交流電源を切断して、制御ＩＣ１２が
まだ動作をしているときに再投入した場合でも突入電流
は電流制限抵抗１０を通してコンデンサ１１に流れるか
ら、コンデンサ１１に対する突入電流を制限することが
できる。

【００７２】本実施例の構成のように、エネルギー蓄積
手段としてコンデンサを接続し、コンデンサを接続した
ラインに直列に抵抗を接続した構成における突入電流の
計測結果を示す電流波形を図９に示す。図９に示す突入
電流の計測は、入力ＡＣを２２０Ｖ、出力ＤＣを２４
Ｖ，４Ａとした条件で実施したものである。図９の上段
が突入抵抗を持たない構成であり、入力ＯＮ時に大きな
突入電流が発生している。一方、本実施例のように、コ
ンデンサを接続したラインに直列に抵抗１０を接続した
構成においては、図９下段に示すように、入力ＯＮ時に
大きな突入電流が発生しない。

【００７３】このように、本実施例では、コンデンサに
直列に抵抗を接続する簡単な構成で突入電流を防止して
おり、従来用いていた突入電流防止構成としてのスイッ
チ素子、トリガ回路、トランスの巻線等を不要とし、各
種素子によるコストアップ、機器の大型化という問題を
解決した。本実施例の構成においては、交流電源を短時
間だけオフして再びオンにした場合においても確実に突
入電流を防止することができる。なお、本発明は、フラ
イバックコンバータに限らず、非絶縁の昇圧チョッパに
も適応可能である。

【００７４】以上説明したように、本実施例によれば、
力率改善機能とエネルギー蓄積手段を備えたＣレスフラ
イバックコンバータに於いてサイリスタ又は、トライア
ック等の部品を使わず突入電流を制限できるので部品数
を低減してコストを下げることができる。交流電源を切
断して、短時間で再投入した場合でも突入電流を確実に
制限できる。という効果がある

【００７５】以上、特定の実施例を参照しながら、本発
明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨
を逸脱しない範囲で当業者が該実施例の修正や代用を成
し得ることは自明である。すなわち、例示という形態で
本発明を開示してきたのであり、限定的に解釈されるべ
きではない。本発明の要旨を判断するためには、冒頭に
記載した特許請求の範囲の欄を参酌すべきである。

【００７６】

【発明の効果】以上、説明したように本発明の電源装置
によれば、Ｃレスコンバータの入力段（整流後）にエネ
ルギーバンク用コンデンサからエネルギーの供給ができ
るので、コンバータの印加電圧を低下させることなく出
力を供給することが可能となる。したがって、負荷急変
時の出力低下を抑制することができる。

【００７７】さらに、本発明の電源装置によれば、入力
電源切断時に、Ｃレスコンバータの入力段（整流後）に
エネルギーバンク用コンデンサからエネルギーの供給が
できるので、定常時の力率改善機能を維持しつつ、入力
電源切断時にスイッチ手段をオンさせコンデンサに蓄積
された電力を放出することが可能となるので、出力保持
時間を延長することができる。

【００７８】さらに、本発明の電源装置によれば、力率
改善機能とエネルギー蓄積手段を備えたＣレスフライバ
ックコンバータに於いてサイリスタ又は、トライアック
等の部品を使わず突入電流を制限できるので部品数を低
減してコストを下げることができる。また、交流電源を
切断して、短時間で再投入した場合でも突入電流を確実
に制限できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の電源装置の実施例１に係る構成を示
す図である。

【図２】 本発明の電源装置の実施例１に係る具体的な
回路構成例を示す図である。

【図３】 本発明の電源装置の実施例１に係る構成の効
果について説明する図である。

【図４】 本発明の電源装置の実施例２に係る構成を示
す図である。

【図５】 本発明の電源装置の実施例２に係る具体的な
回路構成例を示す図である。

【図６】 本発明の電源装置の実施例２に係る構成の効
果について説明する図である。

【図７】 本発明の電源装置の実施例３に係る構成を示
す図である。

【図８】 本発明の電源装置の実施例３に係る具体的な
回路構成例を示す図である。

【図９】 本発明の電源装置の実施例３に係る構成の効
果について説明する図である。

【図１０】 従来の電源装置の構成を示す図である。

【符号の説明】

１ 商用交流電源、２ ノイズフィルタ、３ 全波整流
器、４ コンデンサ４、５，６，７，８ ダイオード、
１０ ＦＥＴ、１１ コンデンサ、 １２，１３ 抵
抗、１４ ダイオード、１５ａ フォトトランジスタ、
１５ｂ 発光ダイオード、１６ コンデンサ、１７ 制
御ＩＣ、１８ スイッチング素子、１９ トランジス
タ、 ２１ 平滑用コンデンサ、２３，２４，２５，２
６ 抵抗２７ 比較器、２８ コンデンサ、３０ 絶縁
伝達手段、３１ 誤差増幅器、３３ １次巻線、３４
２次巻線３５ トランス、３６，３７ ダイオード、４
１ スイッチ手段、４２ スイッチ駆動手段、４３ 絶
縁伝達手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H006 AA02 CA02 CB01 CB08 DA04 5H730 AA07 AA18 AS01 BB43 BB57 CC05 DD04 EE02 EE07 EE57 EE59 FD01 FD11 FF19 FG05 XC09

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】トランスに対する供給電源のスイッチング
   制御により入力交流電源から出力直流電圧を得る電源装
   置において、 入力電圧を蓄積するエネルギー蓄積手段と、 前記エネルギー蓄積手段の蓄積エネルギーの出力を制御
   するスイッチ手段と、 出力側の負荷変動に伴う出力電圧変化を検出する電圧検
   出手段と、 前記電圧検出手段の検出結果に基づいて前記スイッチ手
   段を制御して前記エネルギー蓄積手段の蓄積エネルギー
   を出力するスイッチ制御手段と、 を有することを特徴とする電源装置。
2. 【請求項２】前記電圧検出手段は、 出力側電圧を積分した基準電圧と、出力電圧とを比較す
   る手段を有することを特徴とする請求項１に記載の電源
   装置。
3. 【請求項３】前記エネルギー蓄積手段は、前記入力交流
   電源の入力ライン間に設置され、電源投入時にのみ電荷
   が蓄積されるコンデンサであり、 前記コンデンサを接続した入力ライン間には前記コンデ
   ンサに直列接続した抵抗を有することを特徴とする請求
   項１に記載の電源装置。
4. 【請求項４】前記スイッチ制御手段は、 前記電圧検出手段の検出結果に基づいて発光する発光ダ
   イオードと、該発光ダイオードの発光を検出するフォト
   トランジスタとからなる絶縁伝達手段と、 前記絶縁伝達手段の信号に基づいてオンオフするスイッ
   チ駆動手段と、 を有することを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
5. 【請求項５】トランスに対する供給電源のスイッチング
   制御により、入力交流電源から出力直流電圧を得る電源
   装置において、 入力電圧を蓄積するエネルギー蓄積手段と、 前記エネルギー蓄積手段の蓄積エネルギーの出力を制御
   するスイッチ手段と、 前記入力電圧の低下を検出する入力電圧検出手段と、 前記入力電圧検出手段の電圧低下検出に基づいて前記ス
   イッチ手段を制御して前記エネルギー蓄積手段の蓄積エ
   ネルギーを出力するスイッチ制御手段と、 を有することを特徴とする電源装置。
6. 【請求項６】前記スイッチ制御手段は、 入力交流電源を定電圧ダイオードで安定化した電圧を供
   給したＦＥＴを含み、 前記スイッチ手段は、前記ＦＥＴに接続されたトランジ
   スタによって構成され、 前記入力電圧の低下に伴うＦＥＴの動作に伴い、前記ス
   イッチ手段としてのトランジスタを制御することを特徴
   とする請求項５に記載の電源装置。
7. 【請求項７】前記エネルギー蓄積手段は、前記入力交流
   電源の入力ライン間に設置され、電源投入時にのみ電荷
   が蓄積されるコンデンサであり、 前記コンデンサを接続した入力ライン間には前記コンデ
   ンサに直列接続した抵抗を有することを特徴とする請求
   項５に記載の電源装置。