JP2005065395A

JP2005065395A - 電源装置

Info

Publication number: JP2005065395A
Application number: JP2003291025A
Authority: JP
Inventors: Mitsunori Hatakeyama; 光則畠山
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2003-08-11
Filing date: 2003-08-11
Publication date: 2005-03-10

Abstract

【課題】接続される負荷の大小にかかわらず、効率を最大にする。
【解決手段】ダイオードブリッジ４の出力端の一方と、ＦＥＴ６のドレインとの間に、チョークコイル５が設けられる。ＦＥＴ６のソースは、ダイオードブリッジ４の出力端の他方と接続され、そのゲートは制御回路１３と接続される。ＦＥＴ６と並列になるように、コンデンサ７が設けられる。直列に接続されたＦＥＴ８、９は、ＦＥＴ６のドレイン・ソース間に接続される。直列に接続されたチョークコイル１０、コンデンサ１１は、ＦＥＴ９と並列になるように設けられる。コンデンサ１２は、コンデンサ１１と並列になるように設けられる。トランス２１の一次巻き線側は、チョークコイル１０と並列になるように設けられる。入力電圧検出回路１４は、入力端子２と接続され、入力電圧を検出する。トランス２１の二次巻き線側には、ダイオード２２、２３が設けられる。
【選択図】図１

Description

この発明は、入力電圧および負荷が変動しても、高効率となるように共振条件を変化させることができる電流共振型スイッチングコンバータから構成される電源装置に関する。

従来の電流共振型スイッチングコンバータでは、共振ポイントが固定されている。そのため、最大負荷時に効率が最大となるように共振条件が決められていた。

なお、ＡＣ（Alternating Current）１００Ｖ（ＡＣ８５Ｖ乃至ＡＣ１３２Ｖ）およびＡＣ２００Ｖ（ＡＣ１７０Ｖ乃至ＡＣ２６４Ｖ）の入力に対応した、いわゆるワイド入力対応の場合であっても、スイッチング素子のオン抵抗による損失を低減し、交流入力電圧のピーク値より高い直流電圧を高い効率で出力でき、しかも実用的な負荷を接続することができ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９−１０３０７６号公報

また、電流共振型コンバータと整流電流経路にスイッチング出力を帰還する方式の力率改善回路を備えた電源回路として、できるだけ低コスト化と小型／軽量化を図った上で、負荷連動に対する力率の安定化を実現しているものもある（例えば、特許文献２参照。）。
特開平９−１４０１３９号公報

しかしながら、最大負荷時に効率が最大となるように共振条件が決められていたため、軽負荷時などでは、共振ポイントからずれた周波数で動作することになるため、効率が悪化するという問題があった。さらに、待機電力を小さくすることが困難である。

また、装置に電源を搭載して実際に使用する負荷は、マージンを考慮して最大負荷より小さく設定される。これによって実使用時は、最大の効率で動作していないという問題も生じる。

従って、この発明の目的は、入力電圧や接続される負荷の大小にかかわらず、効率を最大と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、力率改善コンバータの後段に共振型コンバータが接続される電源装置において、商用電源を整流した第１の電圧から第２の電圧を出力する力率改善コンバータと、少なくともコイルおよびコンデンサを備え、出力された第２の電圧から所定の電圧となる出力電圧を得る共振型コンバータと、第２の電圧の値、コイルのインダクタンス、およびコンデンサのキャパシタンスの少なくとも１つ以上を可変させることによって、共振条件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、第２の電圧の値、コイルのインダクタンス、およびコンデンサのキャパシタンスの少なくとも１つ以上を可変させることによって、共振条件を制御し、高効率で動作させることができる。

この発明に依れば、大電力および高効率化を図ることができ、さらに装置の小型化も図ることができる。また、待機電力を低く抑えることができ、広い電流範囲で高効率動作させることができる。

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で示す商用電源は、一例としてＡＣ９５Ｖ〜ＡＣ２６４Ｖの電圧である。ダイオードブリッジ４の入力端の一方から導出される入力端子２と、その他方から導出される入力端子３とを介して商用電源１が供給される。

ダイオードブリッジ４の出力端の一方と、ＰチャンネルのＭＯＳＦＥＴ６のドレインとの間に、チョークコイル５が設けられる。ＭＯＳＦＥＴ６のソースは、ダイオードブリッジ４の出力端の他方と接続され、そのゲートは制御回路１３と接続される。ＭＯＳＦＥＴ６と並列になるように、コンデンサ７が設けられる。このチョークコイル５、ＭＯＳＦＥＴ６、およびコンデンサ７から力率改善コンバータ（ＰＦＣ）回路が構成される。

ＰチャンネルのＭＯＳＦＥＴ８のドレインはＭＯＳＦＥＴ６のドレインと接続され、そのソースはＰチャンネルのＭＯＳＦＥＴ９のドレインと接続され、そのゲートは制御回路１３と接続される。ＰチャンネルのＭＯＳＦＥＴ９のソースはＭＯＳＦＥＴ６のソースと接続され、そのゲートは制御回路１３と接続される。

直列に接続されたチョークコイル１０およびコンデンサ１１は、ＭＯＳＦＥＴ９と並列になるように設けられる。このチョークコイル１０は、制御回路１３によってそのインダクタンスを任意に可変することができる。コンデンサ１２は、コンデンサ１１と並列になるように設けられる。このコンデンサ１２は、制御回路１３によってそのキャパシタンスを任意に可変することができる。

トランス２１の一次巻き線側は、チョークコイル１０と並列になるように設けられる。入力電圧検出回路１４は、入力端子２と接続され、商用電源１が供給される入力電圧を検出する。検出された入力電圧は、制御回路１３へ供給される。

トランス２１の二次巻き線側の一方は、ダイオード２２のアノードと接続され、その他方は、ダイオード２３のアノードと接続される。トランス２１の二次巻き線に設けられるセンタタップは、抵抗２７を介して出力端子３０と接続される。ダイオード２２のカソードと、ダイオード２３のカソードとは接続され、その接続点と出力端子２９との間にチョークコイル２４が設けられる。コンデンサ２５は、出力端子２９とトランス２１の二次巻き線側のセンタタップとの間に設けられる。出力端子２９および３０との間に、負荷３１が設けられる。

電圧検出回路２６は、出力端子２９と接続され、出力端子２９および３０から出力される電圧が検出される。検出された電圧は、制御回路１３へ供給される。抵抗２７の両端と接続される電流検出回路２８では、負荷３１に流れる電流が検出される。検出された電流は、制御回路１３へ供給される。

制御回路１３では、入力電圧検出回路１４からの入力電圧、電圧検出回路２６からの電圧、および電流検出回路２８からの電流に応じて、ＭＯＳＦＥＴ６、８、および９のオン／オフが制御され、さらにチョークコイル１０のインダクタンスおよびコンデンサ１２のキャパシタンスが制御される。

このように、力率改善コンバータ回路および電流共振型スイッチングコンバータ回路によって構成される。力率改善コンバータ回路から出力される電圧を動作条件によって可変させる制御が制御回路１３によって行われる。また、チョークコイル１０およびコンデンサ１２のインダクタンスおよびキャパシタンスを可変させる制御がが制御回路１３によって行われる。これら３つの要素を制御することによって、常に効率の高い共振条件で動作させることができる。

この図１に示す回路図の動作について説明する。商用電源１から供給されるＡＣ入力がダイオードブリッジ４で整流される。整流されたダイオードブリッジ４の出力は、力率改善コンバータ回路で力率の改善と同時に昇圧が行われる。一例として、昇圧後の電圧（以下、「＋Ｂ電圧」と称する）は、ＤＣ（Direct Current）２５０Ｖ〜ＤＣ３８０Ｖとする。この＋Ｂ電圧を後段の電流共振型スイッチングコンバータ回路で必要な電圧、例えば１２Ｖに安定化して負荷３１に電力が供給される。

従来の回路であれば、力率改善コンバータ回路で昇圧された電圧は定電圧であり、例えば３８０Ｖなどに安定化して次段の電流共振型スイッチングコンバータ回路の入力電圧とするが、この一実施形態では、ＡＣ入力電圧と、出力の負荷電流を検出して、＋Ｂ電圧を可変し、最も高効率で動作できる電圧に制御するようにしたものである。

また、図２には、電流共振型スイッチングコンバータの出力電力曲線の一例を示す。動作周波数点を参照符号４１で示し、動作最低周波数を参照符号４２で示す。

従来の回路であれば、電流共振型スイッチングコンバータの動作周波数は、出力電力に応じて変動し、図２中に示すように、負荷が大きくなると、動作周波数を低くして出力電圧を一定に保ち、反対に負荷が小さくなると、動作周波数を高くして出力電圧を一定に保つように制御がなされる。

電流共振型スイッチングコンバータの動作周波数は、入力電圧、すなわち＋Ｂ電圧によっても変動し、＋Ｂ電圧が低いときは動作周波数を低くし、＋Ｂ電圧が高いときは動作周波数を高くして出力電圧を一定に保つ。

このように電流共振型スイッチングコンバータの動作周波数は、負荷によって変動し、出力電圧を一定に保つ場合、負荷が軽くなるほど動作周波数が高くなる。電流共振型スイッチングコンバータの効率は、出力電力が最大となるポイントで最も高効率になるように設計されているため、軽負荷時の効率を高くすることが困難である。

これを改善するために、この一実施形態では、軽負荷時には、＋Ｂ電圧を下げることによって、常に動作周波数点が出力最大のポイント付近となるように制御される。この制御によって、全負荷領域において高効率な周波数で電流共振型スイッチングコンバータを動作させることができる。

また、軽負荷時に＋Ｂ電圧を下げることによって、力率改善コンバータ回路から出力される昇圧された電圧が低くなるため、力率改善コンバータ回路の効率も上がり電源装置全体として高効率になる。

制御回路１３によって制御されるチョークコイル１０およびコンデンサ１２は、共振周波数（図２の出力電力が最大になる周波数）を変化させるために、＋Ｂ電圧の制御の補助的に追加されたものであり、ＡＣ入力電圧が高いときなど、＋Ｂ電圧を下げる制御ができない領域で、周波数を変化させず、出力電力特性の曲線のピーク位置を変化させて効率低下を防ぐものである。

この一実施形態により、広い負荷領域、広い入力電圧の動作条件で電流共振回路の高能率化を実現できる。

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について説明するための特性図である。

符号の説明

１商用電源
２、３入力端子
４ダイオードブリッジ
５、１０、２４チョークコイル
６、８、９ＭＯＳＦＥＴ
７、１１、１２、２５コンデンサ
１３制御回路
１４入力電圧検出回路
２１トランス
２２、２３ダイオード
２６電圧検出回路
２７抵抗
２８電流検出回路
２９、３０出力端子
３１負荷

Claims

力率改善コンバータの後段に共振型コンバータが接続される電源装置において、
商用電源を整流した第１の電圧から第２の電圧を出力する力率改善コンバータと、
少なくともコイルおよびコンデンサを備え、上記出力された第２の電圧から所定の電圧となる出力電圧を得る共振型コンバータと、
上記第２の電圧の値、上記コイルのインダクタンス、および上記コンデンサのキャパシタンスの少なくとも１つ以上を可変させることによって、共振条件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。
上記制御手段は、
接続される負荷の値が変動しても、上記高効率となる上記共振型コンバータの共振ポイントで動作させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。