JP2003319655A - 電源回路 - Google Patents
電源回路Info
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Abstract
て起動/停止していたことによる弊害を防止し、各コン
バータの安全な動作制御を実現する。 【解決手段】 第一のコンバータ(力率改善コンバータ
(PFC))10の起動にともなって発生した昇圧チョ
ークコイル用補助巻線13における交流電圧が、動作検
出回路70で検出され整流される。この整流された直流
電流(検出信号)が連動制御回路80の抵抗81及び8
2で検出されると、トランジスタ84がONとなり、ト
ランジスタ85がOFFとなる。そして、トランジスタ
21がONとなって、第二のコンバータ(DC−DCコ
ンバータ)20が起動する。
Description
特に、入力段に力率改善コンバータを搭載し、その後段
にDC−DCコンバータを縦列に接続して、必要な直流
出力電圧を得るツーコンバータ方式の電源回路に関す
る。
ように、入力段に第一のコンバータ(力率改善コンバー
タ(PFC:Power Factor Contro
ller))10を搭載し、その後段に第二のコンバー
タ(DC−DCコンバータ)20を縦列に接続する構成
によって必要な直流出力電圧を得るツーコンバータ方式
の力率改善型電源回路(力率改善型AC−DC電源回
路)を採用したものがある。
バータ(PFC))10は、非絶縁型の昇圧チョッパ
(図示せず)を用いて力率を改善しつつ、入力電圧を最
大波高値より高い電圧に昇圧して、直流出力電圧を生成
する。この生成される直流出力電圧の電圧値は、PFC
制御IC15において設定されており、このPFC制御
IC15は、交流入力電圧及び負荷電流に左右されず
に、直流出力電圧を設定電圧まで昇圧する制御を行って
いる。なお、PFC回路を有する電源装置の例として
は、特開昭53−5755号公報に電源回路として開示
されている。
バータ)20は、スイッチング素子(トランジスタ21
及び23)でスイッチングされた直流出力電圧をトラン
ス28の一次側へ供給し、このトランス28の二次側出
力を整流平滑回路(平滑用コンデンサ30)で再び直流
に変換して、負荷60に供給する。この第二のコンバー
タ(DC−DCコンバータ)20には、RCC方式が採
用されることが多い。これらのような構成により、力率
改善型電源回路は、一定値を示す安定した直流出力電圧
を、負荷に供給することができる。
ツーコンバータ方式の電源回路においては、それら第一
及び第二のコンバータが、それぞれ独立して起動/停止
を行なっていた。このため、たとえば、第一のコンバー
タ(力率改善コンバータ(PFC))が何らかの原因で
停止した場合は、この第一のコンバータの出力が、コン
デンサインプットによる平滑された電圧となり、第二の
コンバータ(DC−DCコンバータ)の入力電圧にもな
っていた。つまり、第一のコンバータでは力率改善が行
われないものの、第二のコンバータでは、第一のコンバ
ータからの電圧を受けながら動作し続けていた。
いては、入力電流が高調波電流となるため、無効電力が
増加して、入力コンデンサへの負担が増大するといった
事態が起こり、その結果、入力コンデンサの破損や、入
力電源線の焼損等が起こる可能性があった。また、同じ
AC入力源に接続されている他の機器に対しては、電圧
変動を生じさせるなどの悪影響を及ぼすこともあった。
ける入力電圧は、通常時の第一のコンバータで昇圧され
る電圧よりも低くなるため、第二のコンバータを設計す
るにあたっては、低入力電圧でも動作可能なワイドレン
ジの設計が必要となっていた。このことは、第二のコン
バータひいては電源回路の小型化や低コスト化の妨げと
もなっていた。
コンバータの場合は、入力電圧の低下にともなって発振
周波数も低下するため、トランスの飽和を招き、電源の
破損する危険性が高まることから、注意を要していた。
また、力率改善型電源回路の起動時において、第二のコ
ンバータが第一のコンバータより先に起動した場合や、
第一のコンバータ出力が安定出力になる前に第二のコン
バータが起動した場合についても、上記と同様の障害が
発生する可能性があった。
える高調波電流の規制が強まってきている。そして、力
率改善型電源回路においては、無効電力の低減による省
電力化が求められてきている。こうした中、従来の力率
改善型電源回路に用いられる各コンバータを、それぞれ
独立させる場合は、起動及び停止方法に充分に考慮して
設計しなければならなかった。
ものであり、第一及び第二のコンバータがそれぞれ独立
して起動/停止していたことによる弊害を防止し、安全
に各コンバータの起動/停止ができるような回路動作制
御を、簡易かつシンプルな構成で可能とする電源回路の
提供を目的とする。
め、本発明の請求項1記載の電源回路は、第一及び第二
のコンバータを有した電源回路であって、第一のコンバ
ータが動作していることを検出する動作検出回路と、こ
の動作検出回路からの検出信号にもとづいて、第二のコ
ンバータを起動又は停止させる連動制御回路とを有した
構成としてある。
のコンバータの起動又は停止にもとづいて、第二のコン
バータを起動又は停止することができるため、それら第
一及び第二のコンバータが、それぞれ独立して起動/停
止を行うときに生じていた弊害を防止できる。たとえ
ば、第一のコンバータが何らかの原因で動作停止した場
合に、この第一のコンバータでコンデンサインプットに
より平滑された電圧が、第二のコンバータで入力される
ことで、第一のコンバータにおける力率改善がなされな
いまま、第二のコンバータが動作するという弊害を防止
できる。
る第二のコンバータの入力電流が高調波電流となること
で、無効電力が増加し、入力コンデンサへの負担が増大
するといった欠点を解消できる。そして、その結果、入
力コンデンサの破損、入力電源線の焼損等の発生を回避
できる。また、同じ入力源に接続されている機器の電圧
変動を防止して、悪影響をなくすことができる。
二のコンバータも停止するため、この第二のコンバータ
の入力電圧が第一のコンバータで昇圧される電圧よりも
低くなることを考慮して、第二のコンバータをワイドレ
ンジの設計にする必要がなくなる。したがって、第二の
コンバータひいては電源回路の小型化・低コストが可能
となる。さらに、第二のコンバータの入力電圧及び発振
周波数の低下が回避されるため、その第二のコンバータ
がRCC方式のコンバータの場合においても、トランス
の飽和が起きず、電源が破損する危険性を抑止すること
ができる。
と、第二のコンバータの起動又は停止との同期がとられ
るため、第二のコンバータが第一のコンバータより先に
起動した場合や、第一のコンバータ出力が安定出力にな
る前に第二のコンバータが起動した場合に生じる障害に
ついても、その発生をくい止めることができる。
波電流の規制に対処でき、また、無効電力の低減による
省電力化も実現できる。そして、電源回路に用いられる
各コンバータについては、それぞれ起動及び停止方法を
考慮して複雑化しなくても、簡易な回路構成で設計する
ことができる。
コンバータが、力率改善コンバータからなる構成として
ある。電源回路をこのような構成とすれば、第一のコン
バータが力率改善コンバータで構成されている場合であ
っても、この第一のコンバータが動作していることを検
出し、この検出にもとづいて、第二のコンバータを起動
/停止することができる。このため、第一及び第二のコ
ンバータがそれぞれ独立して起動/停止を行うことで生
じる弊害を防止できる。
コンバータが、昇圧チョークコイル用の補助巻線を有
し、動作検出回路が、補助巻線からの交流電圧を保持す
るコンデンサと、交流電圧を直流電圧に整流し、この直
流電圧を検出信号として出力するダイオードとを有した
構成としてある。電源回路をこのような構成とすると、
第一のコンバータが動作しているときに発生する、昇圧
チョークコイルの補助巻線からの交流電圧を、動作検出
回路において検出することができる。
イルの補助巻線からの交流電圧を検出することで、第一
のコンバータが動作していることを捉えることができ
る。このため、動作検出回路からの検出信号にもとづい
て、第二のコンバータを起動/停止することで、第一及
び第二のコンバータがそれぞれ独立して起動/停止を行
うことで生じる弊害を防止できる。
出回路が、ツェナーダイオードからなり、第一のコンバ
ータからの直流出力電圧がツェナーダイオードのツェナ
ー電圧を超過すると、ツェナーダイオードが、検出信号
を出力する構成としてある。電源回路をこのような構成
とすれば、動作検出回路として設けられたツェナーダイ
オードは、第一のコンバータからの直流出力電圧がツェ
ナー電圧よりも高い値を示すときに、出力電流を検出信
号として出力することができる。
る動作検出回路は、第一のコンバータから出力される直
流出力電圧を検出することで、第一のコンバータが動作
しているか否かを捉えることができる。そして、この動
作検出回路からの検出信号にもとづき、第二のコンバー
タの起動/停止を連動制御することで、第一及び第二の
コンバータがそれぞれ独立して起動/停止していたこと
による弊害を防止できる。
御回路が、動作検出回路からの検出信号にもとづいて、
第二のコンバータを起動又は停止させるスイッチング素
子を有した構成としてある。電源回路をこのような構成
とすると、連動制御回路にスイッチング素子が設けられ
るため、このスイッチング素子により、第一のコンバー
タの起動/停止と連動させて第二のコンバータを起動/
停止することができる。したがって、第一及び第二のコ
ンバータがそれぞれ独立して起動/停止していたことに
よる弊害を防止できる。
チング素子が、トランジスタからなる構成としてある。
電源回路をこのような構成とすれば、スイッチング素子
として設けられたトランジスタにより、第二のコンバー
タを起動/停止することができる。したがって、この場
合においても、第一及び第二のコンバータがそれぞれ独
立して起動/停止していたことによる弊害を防止でき
る。
て、図面を参照して説明する。 [第一実施形態]まず、本発明の電源回路の第一の実施
形態について、図1を参照して説明する。同図は、本実
施形態の電源回路の構成を示す回路構成図である。
コンバータ(力率改善コンバータ(PFC))10と、
第二のコンバータ(DC−DCコンバータ)20と、A
C入力源40と、ブリッジ整流ダイオード50と、負荷
60と、動作検出回路70と、連動制御回路80とを有
している。ここで、第一のコンバータ(力率改善コンバ
ータ(PFC))10(以下、単に、第一のコンバータ
10という)は、ブリッジ整流ダイオード50からの直
流入力電圧を昇圧し、直流出力電圧として第二のコンバ
ータ(DC−DCコンバータ)20(以下、単に、第二
のコンバータ20という)へ送る。
サ11と、昇圧チョークコイル12と、昇圧チョークコ
イル用補助巻線13と、抵抗14と、PFC制御IC1
5と、トランジスタ16と、ダイオード17と、平滑用
コンデンサ18とを有している。さらに、第一のコンバ
ータ10は、非絶縁型の昇圧チョッパ(図示せず)を用
いて力率の改善を図っている。
らの交流入力電圧を、この交流入力電圧の最大波高値よ
り高い電圧(設定電圧)まで昇圧して、直流出力電圧を
生成する制御を行う。また、PFC制御IC15は、ゼ
ロ電流検出回路(図示せず)を有している。
ル用補助巻線13からの交流電圧にもとづいて、昇圧チ
ョークコイル12の電流がゼロになったことを検出する
回路をいう。このゼロ電流検出回路は、第一のコンバー
タ10が、自励発振を応用した臨界モードでスイッチン
グ動作を行っていることから必要とされる。
1と、抵抗(起動抵抗)22と、トランジスタ23と、
コンデンサ24と、抵抗25と、コンデンサ26と、抵
抗27と、トランス28と、トランジスタ29と、平滑
用コンデンサ30とを有している。この第二のコンバー
タ20は、第一のコンバータ10からの直流出力電圧を
必要な電圧に変換して、負荷60に供給する。この第二
のコンバータ20には、RCC方式を採用することがで
きる。
のコンバータ10の平滑用であり、生成された直流出力
電圧は、第二のコンバータ20の入力源となる。したが
って、第二のコンバータ20の入力平滑用コンデンサで
もある。また、平滑用コンデンサ30は、トランス28
の二次側電圧を平滑化し、直流出力電圧として負荷60
へ供給する。
18,30の容量による放電時間及び、出力負荷電流に
大きく左右される。この出力保持時間は、一般的に、平
滑用コンデンサ30の放電時間よりは、負荷60に印加
される出力電圧に比べ数倍に昇圧した高い電圧を平滑し
ている平滑用コンデンサ18の放電時間が支配的で、こ
のコンデンサの容量で必要な出力保持時間が確保される
ように設定される。通常、要求される規格として定格負
荷状態で20ms以上であるが、要求を満足するために
平滑用コンデンサ18の容量は、充分に大きな値とな
る。
平滑用コンデンサ18に充電された電荷の放電が緩やか
なため、AC入力源40をOFFにしても、第二のコン
バータ20が長い間動作し続け、出力電圧が保持された
状態が長く続き、コンデンサ容量によっては数十秒とな
ることがある。
力電圧が長い間発生するため、安全性の面から取扱いに
注意が必要となる。そこで、動作検出回路70及び連動
制御回路80を設けることにより、これら回路で使用し
ているコンデンサ71及びコンデンサ83の容量で、第
一のコンバータ10及び第二のコンバータ20の起動時
間及び停止時間を任意に設定できる。すなわち、出力保
持時間の調整が可能かつ容易となる。したがって、軽負
荷においても任意の時間に第二のコンバータ20を停止
させることが可能となり、取扱いの安全性を高めること
ができる。
いることができる。ブリッジ整流ダイオード50は、A
C入力源40からの交流電圧を整流して、第一のコンバ
ータ10へ供給する。なお、本発明において整流とは、
交流を直流に変換することをいい、これら交流及び直流
には、電流及び電圧が含まれるものとする。
整流用ダイオード72とを有している。コンデンサ71
は、昇圧チョークコイル12の補助巻線13で発生した
交流電圧を保持する。整流用ダイオード72は、補助巻
線13に発生した交流電圧を整流する。この整流により
得られた直流電圧は、連動制御回路80で検出される。
と、コンデンサ83と、トランジスタ84及び85と、
抵抗86及び87とを有している。抵抗(動作検出回路
接続抵抗)81は、動作検出回路70と接続されてお
り、抵抗81及び82は、動作検出回路70の整流用ダ
イオード72で整流された電圧(直流電圧)を検出す
る。コンデンサ83は、抵抗81及び82で検出された
直流電圧を保持する。
直流電圧が検出されるとONとなり、検出されないとO
FFとなる。このトランジスタ84がON/OFF動作
することで、第二のコンバータ20は、第一のコンバー
タ10の動作に同期して起動及び停止することが可能と
なる。
ONになるとOFFとなる。このとき、トランジスタ2
1のゲートには、起動抵抗22を介して起動電圧が発生
するため、第二のコンバータ20は、スイッチング動作
を開始する。一方、トランジスタ85は、トランジスタ
84がOFFになるとONとなる。このとき、トランジ
スタ21のゲートには、起動電圧が発生しないため、第
二のコンバータ20は、スイッチング動作を停止する。
昇圧チョークコイルの補助巻線における交流電圧の発生
/停止にもとづいて、第二のコンバータを起動/停止さ
せることができる。。つまり、本実施形態によれば、第
一及び第二のコンバータにおける起動/停止をそれぞれ
連動させて動作させることができるため、負荷への直流
出力電圧を、簡易な回路構成で、安全に供給することが
できる。
て、図1及び図2を参照して説明する。図2は、本実施
形態の電源回路の昇圧チョークコイル用補助巻線で発生
する交流電圧の変化を示すグラフである。
合、昇圧チョークコイル12の補助巻線13において
は、図2(a)に示すような交流電圧が発生する。この
交流電圧が動作検出回路70で検出され、整流用ダイオ
ード72で整流され、この得られた直流電圧が、連動制
御回路80の抵抗81と抵抗82で検出される。
にもとづいて、トランジスタ84がONになって、トラ
ンジスタ85がOFFとなる。そうすると、トランジス
タ21のゲートには、起動抵抗22を介して起動電圧が
発生し、第二のコンバータ20は、スイッチング動作を
開始して起動する。
合、補助巻線13においては、図2(b)に示すよう
に、交流電圧が発生しない。このため、動作検出回路7
0では、補助巻線13における交流電圧を検出すること
ができないため、検出信号は出力されない。
82においても、検出信号が検出されないことから、ト
ランジスタ84はOFFとなって、トランジスタ21が
ONとなる。すると、トランジスタ21はOFFとなっ
て、第二のコンバータ20は、スイッチング動作を停止
する。
間に設けられた時定数用のコンデンサ83及びコンデン
サ71の容量を変えることにより、起動時間及び停止時
間を任意に設定できる。すなわち、出力保持時間の調整
が可能かつ容易となる。
の第二の実施形態について、図3を参照して説明する。
同図は、本実施形態の電源回路の構成を示す回路構成図
である。本実施形態は、第一実施形態と比較して、動作
検出回路の構成及び検出対象が相違する。すなわち、第
一実施形態では、動作検出回路に整流用ダイオード及び
コンデンサを用い、補助巻線で発生した交流電圧を検出
対象としたのに対し、本実施形態では、動作検出回路に
ツェナーダイオードを用い、第一のコンバータからの直
流出力電圧を検出対象とする点で異なる。他の構成要素
は第一実施形態と同様である。したがって、図3におい
て、図1と同様の構成部分については同一の符号を付し
て、その詳細な説明を省略する。
コンバータ10と、第二のコンバータ20と、AC入力
源40と、ブリッジ整流ダイオード50と、負荷60
と、動作検出回路70と、連動制御回路80とを有して
いる。ここで、動作検出回路70は、ツェナーダイオー
ド73を有している。ツェナーダイオード73は、第一
のコンバータ10からの直流出力電圧がツェナー電圧を
超過したときに、直流電流(検出信号)を出力する。ま
た、ツェナーダイオード73は、第一のコンバータ10
からの直流出力電圧がツェナー電圧を超過していないと
きは、直流電流(検出信号)を出力しない。
と、コンデンサ83と、トランジスタ84及び85と、
抵抗86及び87とを有している。抵抗(動作検出回路
接続抵抗)81は、ツェナーダイオード73と接続され
ており、この抵抗81には、動作検出回路70(ツェナ
ーダイオード73)からの検出信号(直流電流)が流れ
る。
が流れる(検出信号が検出される)ことにより、ONと
なる。また、トランジスタ84は、抵抗81に直流電流
が流れていない(検出信号が検出されていない)ときに
は、OFFとなる。
ONになると、OFFとなる。このとき、トランジスタ
21のゲートには、起動抵抗22を介して起動電圧が発
生するため、第二のコンバータ20は、スイッチング動
作を開始する。一方、トランジスタ85は、トランジス
タ84がOFFになると、ONとなる。このとき、トラ
ンジスタ21のゲートには、起動電圧が発生しないた
め、第二のコンバータ20は、スイッチング動作を停止
する。
第一実施形態における電源回路に比べ、より簡易な回路
構成で、第一及び第二のコンバータのそれぞれの起動/
停止動作を連動させることができる。また、本実施形態
の構成は、昇圧コイルの補助巻線を必要としないため、
連続モードで動作するPFC回路など、あらゆるPFC
回路においても応用可能である。
回路構成で、第一のコンデンサ(力率改善コンバータ
(PFC))と、第二のコンバータ(DC−DCコンバ
ータ)との起動/停止を同期させることができる。この
ため、第一及び第二のコンバータがそれぞれ独立して起
動/停止を行うことで生じていた弊害を防止することが
できる。さらに、直流出力電圧を、安全に負荷へ供給す
ることができる。
成を示す回路構成図である。
電圧の変化を示すグラフである。
成を示す回路構成図である。
る。
C)) 11 コンデンサ 12 昇圧チョークコイル 13 昇圧チョークコイル用補助巻線 14 抵抗 15 PFC制御IC 16 トランジスタ 17 ダイオード 18 平滑用コンデンサ 20 第二のコンバータ(DC−DCコンバータ) 21 トランジスタ 22 抵抗(起動抵抗) 23 トランジスタ 24 コンデンサ 25 抵抗 26 コンデンサ 27 抵抗 28 トランス 29 トランジスタ 30 平滑用コンデンサ 40 AC入力源 50 ブリッジ整流ダイオード 60 負荷 70 動作検出回路 71 コンデンサ 72 整流用ダイオード 73 ツェナーダイオード 80 連動制御回路 81 抵抗(動作検出回路接続抵抗) 82 抵抗 83 コンデンサ 84 トランジスタ 85 トランジスタ 86 抵抗 87 抵抗
Claims (6)
- 【請求項1】 第一及び第二のコンバータを有した電源
回路であって、 前記第一のコンバータが動作していることを検出する動
作検出回路と、 この動作検出回路からの検出信号にもとづいて、前記第
二のコンバータを起動又は停止させる連動制御回路とを
有したことを特徴とする電源回路。 - 【請求項2】 前記第一のコンバータが、力率改善コン
バータからなることを特徴とする請求項1記載の電源回
路。 - 【請求項3】 前記第一のコンバータが、昇圧チョーク
コイル用の補助巻線を有し、 前記動作検出回路が、 前記補助巻線からの交流電圧を保持するコンデンサと、 前記交流電圧を直流電圧に整流し、この直流電圧を前記
検出信号として出力するダイオードとを有したことを特
徴とする請求項1又は2記載の電源回路。 - 【請求項4】 前記動作検出回路が、ツェナーダイオー
ドからなり、 前記第一のコンバータからの直流出力電圧が前記ツェナ
ーダイオードのツェナー電圧を超過すると、前記ツェナ
ーダイオードが、前記検出信号を出力することを特徴と
する請求項1又は2記載の電源回路。 - 【請求項5】 前記連動制御回路が、 前記動作検出回路からの前記検出信号にもとづいて、前
記第二のコンバータを起動又は停止させるスイッチング
素子を有したことを特徴とする請求項1,2,3又は4
記載の電源回路。 - 【請求項6】 前記スイッチング素子が、トランジスタ
からなることを特徴とする請求項5記載の電源回路。
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