JP2005057871A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】入力電圧、入力電流に基づいて出力電流の制限値を変える。
【解決手段】整流ダイオード２で整流された直流電圧は、力率改善回路３にて所定の直流電圧へ変換される。トランス１１の一次巻き線には、スイッチング回路４によって所定の電流が供給され、その二次巻き線には、一次巻き線に供給された電流に応じた誘起電圧が発生する。整流回路１２にて整流平滑された誘起電圧は、電流検出回路１３、電流制限回路１４を介して出力される。出力電力制限回路７では、ＡＣ入力平均化回路６からの交流電圧源の平均値と、電流検出回路５、１３からの電流とに基づいた制御信号が電流制限回路８、１４へ供給される。電流制限回路８、１４では、出力電力制限回路７からの制御信号に応じて電流の制限値が設定される。コントロール回路９では、電流制限回路８からの入力電流の制限値と、出力電圧とに基づいてスイッチング回路４のオン／オフのデューティ比が制御される。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば１００Ｖから２００Ｖまでの商用交流電源が入力可能な電源装置に関する。

通常、定格入力電圧がＡＣ（Alternating Current）１００Ｖと規定されている電子機器には、ＡＣ８５Ｖ〜ＡＣ１３２Ｖの範囲内で供給される商用電源が変動しても対応できる電源装置が設けられている。また、定格入力電圧がＡＣ２００Ｖと規定されている電子機器には、ＡＣ１７０Ｖ〜ＡＣ２６４Ｖの範囲内で供給される商用電源が変動しても対応できる電源装置が設けられている。なお、この入力電圧は、電子機器が使用される地域によって決められている。

現在、電子機器には、ＡＣ１００ＶおよびＡＣ２００Ｖの何れの入力電圧であっても対応することができるように、切り替えることなく使用できる力率改善回路が設けられている。この電源装置から出力される電力は、ＡＣ１００ＶおよびＡＣ２００Ｖの何れの入力電圧であっても同じである。そのため、出力電力が例えば２００Ｗの電源装置では、入力電圧がＡＣ１００Ｖのときに、入力電流は２Ａとなり、入力電圧がＡＣ２００Ｖのときに、入力電流は１Ａとなる。

従って、入力電圧がＡＣ１００ＶのときよりＡＣ２００Ｖのときの方が入力電流が低いため力率改善回路に余裕があり、入力電圧がＡＣ１００ＶのときよりＡＣ２００Ｖのときの方が出力電力を多く取ることができる。

なお、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流レベルを検知し、検知したレベルが低レベルであるとアクティブフィルタ回路を動作させずに倍電圧整流回路の出力電圧をＤＣ／ＤＣコンバータに印加し、検知したレベルが高レベルであるとアクティブフィルタ回路を動作させてブリッジ整流回路の出力電圧をＤＣ／ＤＣコンバータに印加するようにスイッチ回路を切り替えることによって、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流レベルが高レベルのときの略２倍の電圧が低レベル時にＤＣ／ＤＣコンバータに供給されることによって高効率および低ノイズとなるようにしているものもある（例えば、特許文献１参照。）。
特開平９−１６３７４６号公報

しかしながら、入力電圧がＡＣ１００Ｖのとき、入力電流が制限されていたため、入力電圧がＡＣ１００ＶおよびＡＣ２００Ｖの何れであっても、ＡＣ１００Ｖのときの出力電力が電源装置の出力電力とされていた。

そこで、この発明の目的は、入力電圧および入力電流に基づいて出力電流の制限値を変えることによって、入力電圧が高い場合より大きい電力を出力することができる電源装置を提供することにある。

上述した課題を達成するために請求項１の発明は、スイッチング手段、トランスの一次巻き線、および第１の電流検出手段に入力電圧を供給し、トランスの二次巻き線から整流手段および第２の電流検出手段を介して直流電圧を得るようにした電源装置であって、トランスの一次巻き線に供給する電流の制限値を設定する電流制限手段と、入力電圧に基づいて制限値を制御し、トランスの一次巻き線に供給される電流が制限値となるようにスイッチング手段を制御する制御手段とを有することを特徴とする電源装置である。

スイッチング手段、トランスの一次巻き線、および第１の電流検出手段に入力電圧を供給し、トランスの二次巻き線から整流手段および第２の電流検出手段を介して直流電圧を得るようにした電源装置であって、トランスの二次巻き線から出力する電流の制限値を設定する電流制限手段と、入力電圧に基づいて制限値を制御し、トランスの二次巻き線から出力される電流が制限値となるようにスイッチング手段を制御する制御手段とを有することを特徴とする電源装置である。

このように、入力電圧に基づいて電流の制限値を制御することができるので、入力電圧に基づいた出力とすることができる。

この発明に依れば、ＡＣ入力電圧に基づいて入力電流の制限値および出力電流の制限値を決めることができるので、より高出力な負荷に対応することができる。

以下、この発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図１は、この発明が適用された一実施形態の全体的構成を示す。参照符号１で示す商用電源から出力される交流電圧源は、整流ダイオード２およびＡＣ入力平均化回路６へ供給される。

ＡＣ入力平均化回路６では、商用電源１から出力される交流電圧源の平均値、すなわち入力電圧および入力電流の平均値を算出し、その実効値が求められる。求められた実効値は、出力電力制限回路７へ供給される。

整流ダイオード２では、供給された交流電圧源が整流され直流電圧が出力される。整流された直流電圧は、整流ダイオード２から力率改善回路３へ供給される。力率改善回路３では、供給された直流電圧が所定の直流電圧へ変換される。変換された直流電圧は、力率改善回路３からスイッチング回路４へ供給される。

スイッチング回路４は、直列に接続されたトランス１１の一次巻き線および電流検出回路５と接続され、コントロール回路９によってそのデューティ比が制御される。デューティ比に応じた電流がトランス１１の一次巻き線に供給される。その電流は、電流検出回路５によって検出される。検出された電流は、電流検出回路５から出力電力制限回路７へ供給される。

トランス１１の二次巻き線側には、一次巻き線に供給された電流に応じた誘起電圧が発生する。すなわち、デューティ比に基づいた誘起電圧がトランス１１の二次巻き線に発生する。そのトランス１１の二次巻き線は整流回路１２と接続される。

整流回路１２と出力端子１５との間に、電流検出回路１３および電流制限回路１４が接続される。出力端子１５は、コントロール回路９と接続される。すなわち、出力される電圧がコントロール回路９へ供給される。また接地される出力端子１６は、整流回路１２と接続される。

整流回路１２では、トランス１１の二次巻き線から供給される電圧が整流平滑され、電流検出回路１３および電流制限回路１４を介して出力端子１５および１６から出力される。電流検出回路１３では、整流回路１２から供給される電流が検出される。検出された電流は、電流検出回路１３から出力電力制限回路７へ供給される。

出力電力制限回路７では、ＡＣ入力平均化回路６からの実効値と、電流検出回路５からの電流と、電流検出回路１３からの電流とに基づいた制限信号が電流制限回路８および１４へ供給される。

電流制限回路８では、出力電力制限回路７からの制限信号に応じて入力電流の制限値が設定され、電流検出回路５および１３で検出される電流が設定された制限値となるように、制御信号がコントロール回路９へ供給される。

コントロール回路９では、電流制限回路８からの制御信号と、出力電力とに基づいてスイッチング回路４のデューティ比が設定され、設定されたデューティ比に応じてスイッチング回路４は制御される。

電流制限回路１４では、出力電力制限回路７からの制限信号に応じて出力端子１５および１６から出力される出力電流の制限値が設定される。

ここで、この一実施形態の出力電圧制御の一例を説明する。入力電圧がＡＣ１００Ｖのときに入力電流の制限を１０Ａとした場合、入力電力は１ｋＷになる。このときスイッチング電源の効率を８０％とした場合、出力電力は８００Ｗとなり、出力電圧を１０Ｖとしたとき、８０Ａの出力直流電流が得られる。

このスイッチング電源を、出力電力制限回路７を使用せずにＡＣ２００Ｖの入力電圧が供給された場合、入力電流は５Ａとなり、入力電力は１ｋＷになる。この場合の出力電力は、上述と同様に８００Ｗとなる。

これに対して、スイッチング電源を、出力電力制限回路７を使用してＡＣ２００Ｖの入力電圧が供給された場合、入力電流を１０Ａまで加えることが可能となる。そのため、入力電力は２ｋＷまで扱うことが可能となる。また、出力電力は、効率が８０％とした場合、入力電力が２ｋＷなので、１６００Ｗを得ることが可能となる。

図２を参照して、ＡＣ入力電圧と出力電力との関係について説明する。図２Ａ、図２Ｂ、および図２Ｃに示すように、変化するＡＣ入力電圧から所定値が検出されたときに、電流の制限値を切り替えて出力電力を制御することができる。

まず、この一実施形態の出力電力の制御の第１の例として、図２Ａに示すように、２段階のステップ状に電流の制限値を切り替えて出力電力を制御する。例えば、変化するＡＣ入力電圧から１３２Ｖが検出されると、より多くの出力電力を出力するように電流制限回路８および１４の電流の制限値が切り替えられる。さらに、変化するＡＣ入力電圧から１７０Ｖが検出されると、さらにより多くの出力電力を出力するように電流制限回路８および１４の電流の制限値が切り替える。

次に、この一実施形態の出力電力の制御の第２の例として、図２Ｂに示すように、変化するＡＣ入力電圧に比例して電流の制限値を所定の傾きで変化させてリニアに出力電力を制御する。すなわち、変化するＡＣ入力電圧に比例して出力電力がリニアになるように、電流制限回路８および１４の電流の制限値を無制限に切り替える。

また、この一実施形態の出力電力の制御の第３の例として、図２Ｃに示すように、変化するＡＣ入力電圧の履歴に伴って電流の制限値を変化させて出力電力を制御する。すなわち、ヒステリシスとなるように出力電力を制御したものである。例えば、ＡＣ入力電圧が低い電圧から高い電圧に変化したとき、ＡＣ入力電圧から１７０Ｖが検出されると、低い出力電力から高い出力電力へ切り替えるように電流制限回路８および１４の電流の制限値が切り替えられる。そして、ＡＣ入力電圧が高い電圧から低い電圧に変化したとき、ＡＣ入力電圧から１３２Ｖが検出されると、高い出力電力から低い出力電力へ切り替えるように電流制限回路８および１４の電流の制限値が切り替えられる。

このように、ＡＣ入力電圧に基づいて入力電流の制限値および出力電流の制限値を決めることができるので、より高出力な負荷に対応することができる。

また、ＡＣ入力電圧がＡＣ１００ＶまたはＡＣ２００Ｖに応じて、すなわち１段階で電流の制限値を切り替えて出力電力を制御するようにしても良い。

ここで、図３を参照して、トランス１１の一次巻き線側の一例について説明する。この図３では、整流ダイオード２の一例としてダイオードブリッジが用いられている。

整流ダイオード２の出力端の一方と、ＰチャンネルのＭＯＳＦＥＴ２２のドレインとの間に、チョークコイル２１が設けられる。ＭＯＳＦＥＴ２２のソースは、整流ダイオード２の出力端の他方と接続され、そのゲートは制御回路２６と接続される。ＭＯＳＦＥＴ２２と並列になるように、コンデンサ２３が設けられる。このチョークコイル２１、ＭＯＳＦＥＴ２２、コンデンサ２３、および制御回路２６から力率改善回路３が構成される。なお、制御回路２６は、コントロール回路９に含まれるようにしても良い。

ＰチャンネルのＭＯＳＦＥＴ２４のドレインはＭＯＳＦＥＴ２２のドレインと接続され、そのソースはＰチャンネルのＭＯＳＦＥＴ２５のドレインと接続され、そのゲートはコントロール回路９と接続される。ＰチャンネルのＭＯＳＦＥＴ２５のソースはＭＯＳＦＥＴ２２のソースと接続され、そのゲートはコントロール回路９と接続される。直列に接続されるトランス１１の一次巻き線側および電流検出回路５は、ＭＯＳＦＥＴ２５のドレイン・ソース間に設けられる。このＭＯＳＦＥＴ２４および２５からスイッチング回路４が構成される。

この発明は、上述したこの発明の一実施形態等に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。

この発明が適用される一実施形態について説明するための回路図である。 この発明が適用される一実施形態のＡＣ入力電圧と出力電力との関係について説明するための特性図である。 この発明が適用されるトランスの一次巻き線側の一例について説明するための回路図である。

符号の説明

１ 商用電源
２ 整流ダイオード
３ 力率改善回路
４ スイッチング回路
５、１３ 電流検出回路
６ ＡＣ入力平均化回路
７ 出力電力制限回路
８、１４ 電流制限回路
９ コントロール回路
１１ トランス
１２ 整流回路
１５、１６ 出力端子

Claims (5)

1. スイッチング手段、トランスの一次巻き線、および第１の電流検出手段に入力電圧を供給し、トランスの二次巻き線から整流手段および第２の電流検出手段を介して直流電圧を得るようにした電源装置であって、
   トランスの一次巻き線に供給する電流の制限値を設定する電流制限手段と、
   上記入力電圧に基づいて上記制限値を制御し、上記トランスの一次巻き線に供給される電流が上記制限値となるように上記スイッチング手段を制御する制御手段と
   を有することを特徴とする電源装置。
2. スイッチング手段、トランスの一次巻き線、および第１の電流検出手段に入力電圧を供給し、トランスの二次巻き線から整流手段および第２の電流検出手段を介して直流電圧を得るようにした電源装置であって、
   トランスの二次巻き線から出力する電流の制限値を設定する電流制限手段と、
   上記入力電圧に基づいて上記制限値を制御し、上記トランスの二次巻き線から出力される電流が上記制限値となるように上記スイッチング手段を制御する制御手段と
   を有することを特徴とする電源装置。
3. 上記電流制限手段では、
   上記入力電圧および入力電流の平均値が算出され、上記算出された平均値に応じて少なくとも２段階以上のステップとなるように上記制限値を設定するようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電源装置。
4. 上記電流制限手段では、
   上記入力電圧および入力電流の平均値が算出され、上記算出された平均値に対して所定の傾きを持たせてリニアに上記制限値を設定するようにしたことを特徴とする請求項１および請求項２に記載の電源装置。
5. 上記電流制限手段では、
   上記入力電圧および入力電流の平均値が算出され、上記算出された平均値の履歴に対して上記制限値を設定するようにしたことを特徴とする請求項１および請求項２に記載の電源装置。

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