JP2006238659A

JP2006238659A - 電源装置

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Publication number: JP2006238659A
Application number: JP2005052547A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Uematsu; 武上松
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Current assignee: TDK Corp
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Filing date: 2005-02-28
Publication date: 2006-09-07
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Abstract

【課題】瞬低後に所定の保持時間継続して出力が可能で、小型かつ低コストの電源装置を提供する。
【解決手段】電源装置１において、交流電源３からの交流を入力端子７、９に入力する。入力端子７に、変圧器１１の１次巻線Ｌ１の一端を接続する。１次巻線Ｌ１の他端と入力端子９との間にスイッチング回路１３を接続する。スイッチング回路１３はスイッチＳ１〜Ｓ４と、コンデンサＣ１を有している。スイッチＳ１とスイッチＳ２、スイッチＳ３とスイッチＳ４が補完的にスイッチング動作する。定常動作時においては、交流電源３から１次巻線Ｌ１に電力を供給し、２次巻線Ｌ２を介して電力を出力すると共にコンデンサＣ１を充電する。瞬低時には、コンデンサＣ１に蓄えた電気エネルギを１次巻線Ｌ１に供給して、所定の保持時間以上継続して所定電圧を出力させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電源からの入力電圧の所定値以下への低下時にも電力供給が可能な電源装置に関する。

電子機器の電源として用いられる電源回路には、入力電圧の低下および瞬時の入力停止時にも一定時間以上電力の供給が可能であることが要求される。そのような入力電圧の所定値以下への低下時（以下、瞬低時という）に一定時間以上電力の供給が可能であれば、電子機器の動作が停止して誤動作または故障の原因になること等を防止することができる。よって、瞬低時に対する対策として補助電源を設けることは、不可欠となっている。

例えば、補助電源を付加した電源装置としては、特許文献１に示すように、スイッチング電源装置の主電源において、昇圧チョッパのアクティブフィルタの一部を構成するリアクトルに第２巻線を付加し、第２巻線から高周波交流電圧を取り出して補助電源の入力とするものが提案されている。このスイッチング電源装置では、補助電源を設けたことによりスイッチング電源装置自体の電源の起動及び停止等を外部から制御可能としている（例えば、特許文献１参照）。

また、変圧器を介して電源装置自体の電源と出力とを絶縁する絶縁型の電源装置において、変圧器の２次側の回路に、瞬低時に電力供給が可能な時間、すなわち保持時間を確保するための電気エネルギ蓄積用コンデンサを設けることがある。
特開平８−２９８７６９

しかしながら、特許文献１記載の電源装置は、補助電源を備えており電源装置自体の電源の起動及び停止等を外部から制御可能であるが、瞬低時、電源装置の出力が停止しないで保持される保持時間を十分に確保するための対策がなされておらず、電源装置の出力が停止してしまう危険性がある。

内部に変圧器を含む絶縁型の電源装置において、変圧器の２次側の回路に、保持時間を確保するための電気エネルギ蓄積用コンデンサを設ける場合には、次のような欠点がある。すなわち、電子機器等の電源装置に用いられる変圧器の２次側は、通常１次側よりも低い電圧に変換されている。一方、コンデンサに蓄えられるエネルギは、ＣＶ^２／２（Ｃはコンデンサの容量、Ｖはコンデンサの電圧）で表され、コンデンサの充電電圧の２乗に比例する。よって、２次側では電圧が低いために、コンデンサにエネルギを蓄積して所望の保持時間を確保するためには大きなコンデンサ容量が必要となり、装置が大型化してしまうという問題がある。

上記課題を解決するためになされた本発明の電源装置は、交流が入力される第１端子及び第２端子と、１次巻線と２次巻線とを備え、１次巻線の一端が第１端子に接続された変圧器と、１次巻線の他端と第２端子との間に接続されたスイッチング回路とを有している。スイッチング回路は、少なくとも１つの補助電源用コンデンサを有する。そして、定常動作時には変圧器の１次巻線を介して得られるエネルギを補助電源用コンデンサに蓄積させ、交流の入力電圧が所定値以下に低下した時、補助電源用コンデンサに蓄積されたエネルギを第１の端子と第２の端子との間に形成された電流路を介して変圧器に供給し、変圧器の２次巻線への電力供給を継続する。

上記構成によれば、定常動作時には、入力された交流をスイッチング回路でスイッチングして変圧器の１次巻線に供給し、２次巻線を介して電力を出力すると共に、補助電源用コンデンサに電気エネルギを蓄積する。入力電圧が所定値以下に低下する瞬低時には補助電源用コンデンサから変圧器の１次巻線にエネルギを供給し、２次巻線に電力を誘起して出力を継続する。

よって、瞬低後に電源装置からの出力が保持される保持時間を十分確保することができ、電源装置に接続される電子機器の誤動作や故障を防止することが可能になる。またこのとき、電気エネルギを蓄積する補助電源用コンデンサは変圧器の１次側に設けられている。よって２次側に設けられる場合に比べてコンデンサに印加される電圧が高いので、所望の保持時間を確保するためのエネルギを蓄積するのに必要な容量が少なくてよい。これにより、装置の小型化およびコストの削減が可能である。また、変圧器の２次側にのみ整流回路を設けたので、２次巻線に供給する電力の効率を高くすることができる。

好ましくは、スイッチング回路は、第１〜第４スイッチ素子をさらに有することができる。このとき第１スイッチ素子および第２スイッチ素子は、各々の一端が１次巻線の他端に接続される。第３スイッチ素子は、第１スイッチ素子の他端と第２端子との間に接続される。第４スイッチ素子は、第２スイッチ素子の他端と第２端子との間に接続される。補助電源用コンデンサは、第１スイッチ素子と第３スイッチ素子との接続点と、第２スイッチ素子と第４スイッチ素子との接続点との間に接続される。

このような構成によれば、定常動作時には、入力された交流を第１から第４のスイッチング素子によりスイッチングして１次巻線に電気エネルギを供給し、２次巻線を介して電力を出力すると共に、補助電源用コンデンサに電気エネルギを蓄積する。瞬低時には、補助電源用コンデンサに蓄積されたエネルギを１次巻線に供給し、２次巻線に電力を誘起して出力を継続する。なお、第１から第４のスイッチング素子のスイッチングの開閉比率を変化させて、１次巻線に供給する電気エネルギを変化させ、出力を調整することができる。

また、スイッチング回路は、第１及び第２スイッチ素子を有し、補助電源用コンデンサとして第１及び第２コンデンサを有するようにしてもよい。このとき第１スイッチ素子及び第２スイッチ素子の各々の一端は、１次巻線の他端に接続される。第１コンデンサは、第１スイッチ素子の他端と第２端子との間に接続される。第２コンデンサは、第１コンデンサと、第２スイッチ素子の他端と第２端子との間に接続される。

このような構成によれば、定常動作時には、入力された交流を第１および第２のスイッチング素子によりスイッチングして１次巻線に電気エネルギを供給し、２次巻線を介して電力を出力すると共に、第１及び第２コンデンサに電気エネルギを蓄積する。瞬低時には、第１及び第２コンデンサに蓄積されたエネルギを１次巻線に供給し、２次巻線に電力を誘起して出力を継続する。

上記構成においては、第１および第２のスイッチング素子のスイッチング開閉比率を変化させて、１次巻線に供給する電気エネルギを変化させ、出力を調整することができる。また、スイッチが２個でよいので、スイッチの制御を簡単にすることができる。さらに、スイッチ２個とコンデンサ２個とでスイッチング回路を構成するので、スイッチング回路自体の構成も簡単であり、部品点数の低減、装置の小型化、およびコストの削減が可能である。

また、電流路は、電流路形成用コンデンサを第１端子と第２端子との間に挿入して形成することができる。このような構成によれば、瞬低時に補助電源用コンデンサのエネルギを変圧器に供給することができる。さらに、コンデンサは制御装置などにより制御する必要がないので、回路構成を簡略化することができると共に、コストの低減も可能である。

また、第１端子と第２端子との間に第３のスイッチ素子を挿入して電流路を形成するようにしてもよい。このような構成において、瞬低時に第３のスイッチ素子は閉じて、補助電源用コンデンサのエネルギを変圧器に供給し、２次巻線を介して電力の出力を継続することができる。

本発明によれば、入力電圧の所定電圧値以下への低下時における電力供給可能な保持時間が十分確保された、小型で低コストかつ電力効率のよい電源装置が提供される。

以下、本発明の一実施の形態を添付図面を参照して説明する。図１は、第１の実施の形態による電源装置１を示す回路図である。図１に示すように電源装置１は、交流電源３、１次巻線Ｌ１と２次巻線Ｌ２とを備えた変圧器１１、スイッチング回路１３、整流回路１９、インダクタＬ３、コンデンサＣ２、出力端子２１、２３を備えている。ここで、入力端子７、９間の電圧Ｖ_ｉは、入力端子９を基準にして入力端子７側を正とする。接続端子１５、１７間の電圧Ｖ_Ｂは、接続端子１７を基準にして接続端子１５側を正とする。コンデンサＣ１の電圧Ｖ_ｄは、スイッチＳ２とスイッチＳ４との接続点側を基準にしてスイッチＳ１とスイッチＳ３との接続点側を正にとる。出力端子２１、２３間の電圧Ｖ_ｏｕｔは、出力端子２３を基準にして出力端子２１側を正とする。

以下、電源装置１の構成について詳細に説明する。
交流電源３は商用電源であり、両端が入力端子７、９と接続している。入力端子７、９は、第１及び第２の端子である。入力端子７は、変圧器１１の１次巻線Ｌ１の一端と接続している。入力端子９は、接続端子１７と接続している。入力端子７、９間には、電流路形成用コンデンサとして、コンデンサＣ３が接続されている。

変圧器１１は、例えば巻線比がｎ：１の１次巻線Ｌ１と２次巻線Ｌ２とを備えている。１次巻線Ｌ１の一端は入力端子７と接続し、他端は接続端子１５と接続している。２次巻線Ｌ２は、１次巻線Ｌ１と同極性の巻線であり、その両端は整流回路１９の入力側と接続している。

１次巻線の他端と入力端子９との間には、接続端子１５、１７を介してスイッチング回路１３が接続されている。スイッチング回路１３は、第１から第４のスイッチング素子としてスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、及び補助電源用コンデンサとしてコンデンサＣ１を有している。スイッチＳ１〜Ｓ４は、例えば電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴという）からなるスイッチング素子である。コンデンサＣ１は、例えば容量が３００μＦである。

スイッチング回路１３において、スイッチＳ１及びスイッチＳ２の一端は、接続端子１５に接続している。スイッチＳ３は、スイッチＳ１の他端と接続端子１７との間に接続されている。スイッチＳ４は、スイッチＳ２の他端と接続端子１７との間に接続されている。コンデンサＣ１は、スイッチＳ１とスイッチＳ３との接続点と、スイッチＳ２とスイッチＳ４との接続点との間に、補助電源用コンデンサとして接続されている。また、スイッチＳ１〜Ｓ４は、制御回路１０に接続され、スイッチング動作を制御されている。

整流回路１９は、例えばダイオードブリッジからなる全波整流回路であり、入力側が２次巻線Ｌ２の両端と接続している。インダクタＬ３とコンデンサＣ２とは、互いに直列に接続され、整流回路１９の出力側と接続している。出力端子２１、２３は、コンデンサＣ２の両端に設けられ、例えば液晶表示装置などの電子機器２５が負荷として接続される。

次に、図１及び図２を参照しながら、本実施の形態による電源装置の動作について説明する。図２は、瞬低前後の入力電圧Ｖ_ｉ、スイッチＳ１〜Ｓ４のスイッチング動作、接続端子１５、１７間の電圧Ｖ_Ｂ、出力端子２１、２３間の電圧Ｖ_ｏｕｔの概形を示している。図２において、横軸は時間、縦軸は電圧である。また、時刻ｔ_１〜ｔ_５は、スイッチＳ１〜Ｓ４のスイッチングのタイミングを示している。ここで時刻ｔ_１から時刻ｔ_５までの時間は、スイッチＳ１〜Ｓ４のスイッチング動作の周期である。

時刻ｔ_６は瞬低が起こった時刻とし、時刻ｔ_６以前、電源装置１は定常動作を行うとする。時刻ｔ_６から時刻ｔ_７までの時間は、瞬低後出力端子２１、２３間に出力が継続される保持時間である。なお、図２における波形は理解を助けるための概念図である。

交流電源３は、入力端子７、９間に例えば５０ヘルツの交流の入力電圧Ｖ_ｉを出力する。スイッチＳ１〜Ｓ４は、図２に示したように制御回路１０により制御されてスイッチング動作する。ここでは、スイッチＳ１とスイッチＳ２、スイッチＳ３とスイッチＳ４が夫々互いに補完的にスイッチングしている。

すなわち、スイッチＳ１は、時刻ｔ_１から時刻ｔ_４までオンし、時刻ｔ_４から時刻ｔ_５までオフする。スイッチＳ１は、時刻ｔ_５以降、同様の動作を繰り返す。スイッチＳ２は、時刻ｔ_１から時刻ｔ_４までオフし、時刻ｔ_４から時刻ｔ_５までオンする。スイッチＳ２は、時刻ｔ_５以降、同様の動作を繰り返す。スイッチＳ３は、時刻ｔ_２から時刻ｔ_３でオン、時刻ｔ_１から時刻ｔ_２及び時刻ｔ_３から時刻ｔ_５はオフする。スイッチＳ３は、時刻ｔ_５以降、同様の動作を繰り返す。スイッチＳ４は、時刻ｔ_２から時刻ｔ_３でオフ、時刻ｔ_１から時刻ｔ_２及び時刻ｔ_３から時刻ｔ_５はオンする。スイッチＳ４は、時刻ｔ_５以降、同様の動作を繰り返す。

上記のようにスイッチＳ１〜Ｓ４がスイッチング動作を行う際の、定常動作時について説明する。時刻ｔ_１から時刻ｔ_２では、スイッチＳ１、Ｓ４がオン、スイッチＳ２、Ｓ３がオフである。よって、接続端子１５から、スイッチＳ１、コンデンサＣ１、スイッチＳ４を経て接続端子１７に至る経路が形成され、交流電源３から１次巻線Ｌ１を介してコンデンサＣ１が充電される。このとき、接続端子１５、１７間の電圧Ｖ_Ｂは、コンデンサＣ１の両端電圧Ｖ_ｄに等しくなる。

時刻ｔ_２から時刻ｔ_３では、スイッチＳ１、Ｓ３がオン、スイッチＳ２、Ｓ４がオフであり、接続端子１５から、スイッチＳ１、スイッチＳ３を経て接続端子１７に至る経路が形成される。このとき、接続端子１５、１７間は短絡され、電圧Ｖ_Ｂはゼロとなる。

時刻ｔ_３から時刻ｔ_４では、スイッチＳ１、Ｓ４がオン、スイッチＳ２、Ｓ３がオフである。よって時刻ｔ_１から時刻ｔ_２と同様、接続端子１５から、スイッチＳ１、コンデンサＣ１、スイッチＳ４を経て接続端子１７に至る経路が形成され、交流電源３から１次巻線Ｌ１を介してコンデンサＣ１が充電される。このとき、接続端子１５、１７間の電圧Ｖ_Ｂは、コンデンサＣ１の両端電圧Ｖ_ｄに等しくなる。

時刻ｔ_４から時刻ｔ_５では、スイッチＳ１、Ｓ３がオフ、スイッチＳ２、Ｓ４がオンであり、接続端子１５から、スイッチＳ２、スイッチＳ４を経て接続端子１７に至る経路が形成される。このとき、接続端子１５、１７間は短絡され、電圧Ｖ_Ｂはゼロとなる。スイッチＳ１〜Ｓ４は上記動作を繰り返し、交流電源３から変圧器１１の１次巻線Ｌ１に電流を供給すると共に、コンデンサＣ１に電気エネルギを蓄積する。

一方、２次巻線Ｌ２には、１次巻線Ｌ１との巻線比及び１次巻線Ｌ１に流れる電流の変化に応じた電圧が誘起される。この電圧は整流回路１９で整流され、インダクタＬ３およびコンデンサＣ２で平滑されて、出力端子２１、２３に出力電圧Ｖ_ｏｕｔとして出力される。定常動作時において、図２に示すように、出力電圧Ｖ_ｏｕｔは、例えば電圧Ｖ_ｏの直流電圧となる。このとき、出力電圧Ｖ_ｏｕｔは、１次側とは絶縁されている。

また制御回路１０の制御により、スイッチＳ１〜Ｓ４の制御信号の開閉比率を調整することができる。これにより１次巻線Ｌ１に流れる電流波形を調整し、２次巻線Ｌ２側からの出力電圧Ｖ_ｏを調整している。

次に、瞬低後の動作について説明する。時刻ｔ_６で瞬低が起き、電圧Ｖ_ｉはゼロとなるとする。スイッチＳ１〜Ｓ４は定常動作時と同じスイッチング動作を継続する。ここで、スイッチＳ１、Ｓ４がオン、スイッチＳ２、Ｓ３がオフである期間は、接続端子１５から、スイッチＳ１、コンデンサＣ１、スイッチＳ４を経て接続端子１７に至る経路が形成される。

ここで、入力端子７、９間には、電流路形成用のコンデンサＣ３が接続されている。瞬低後は入力電圧Ｖ_ｉが低下しており、入力端子７、９間に接続されたコンデンサＣ３の容量は、コンデンサＣ１の容量に比べて十分小さいので、入力端子７、９間にコンデンサＣ１、スイッチＳ１、１次巻線Ｌ１、コンデンサＣ３、スイッチＳ４という電流路が形成される。このとき、コンデンサＣ１に蓄積されたエネルギが電流路を介して１次巻線Ｌ１に供給される。

スイッチＳ１、Ｓ３がオン、スイッチＳ２、Ｓ４がオフである期間、およびスイッチＳ１、Ｓ３がオフ、スイッチＳ２、Ｓ４がオンである期間において、接続端子１５、１７間は短絡され、電圧Ｖ_Ｂはゼロとなる。

上記動作により、コンデンサＣ１に蓄積された電気エネルギが１次巻線Ｌ１に電流として供給され、２次巻線Ｌ２に電圧が誘起される。誘起された電圧は整流回路１９で整流され、インダクタＬ３およびコンデンサＣ２で平滑されて、出力電圧Ｖ_ｏｕｔが引き続いて出力される。

なお、図２に示したように、電圧Ｖ_Ｂの絶対値は、１次巻線Ｌ１及び２次巻線Ｌ２を介してコンデンサＣ１のエネルギが消費されるため、徐々に低下する。このため、出力電圧Ｖ_ｏｕｔも、瞬低後、時間経過と共に減少し、時刻ｔ_７ではＶ_ｏ−ΔＶとなる。この電圧値Ｖ_ｏ−ΔＶを、出力端子２１、２３の両端に接続される電子機器の最低駆動電圧とすれば、ｔ＝ｔ_７−ｔ_６が瞬低時の保持時間となる。

一例として、５０ヘルツの交流電源３を使用してコンデンサＣ１の両端に４００ボルトの電圧がかかる場合、１．５サイクル＝３０ｍｓの保持時間を確保しようとすると、容量３００μＦのコンデンサＣ１を用いることになる。

以上説明したように、本実施の形態による電源装置１によれば、定常動作時にはスイッチＳ１〜Ｓ４のスイッチングにより１次巻線Ｌ１に電気エネルギを供給し、２次巻線Ｌ２を介して出力端子２１、２３間に電力を出力すると共にコンデンサＣ１を充電する。瞬低時には、スイッチＳ１〜Ｓ４のスイッチングにより入力端子７、９間に電流路を形成して、コンデンサＣ１に蓄積された電気エネルギを１次巻線Ｌ１に供給する。これにより２次巻線Ｌ２は瞬低後も電圧が誘起され、出力端子２１、２３間に出力電圧Ｖ_ｏｕｔを継続して出力できる。

このとき、コンデンサＣ１の容量を調整すると、瞬低後所定電圧以上の出力電圧Ｖ_ｏｕｔの出力が可能な保持時間を調整することができる。このように所望の保持時間を確保することができるので、電源装置１から電力を供給される電子機器の誤動作や動作停止等を防止することができる。

また、電源装置１において、瞬低時に電気エネルギを供給するコンデンサＣ１が変圧器１１の１次側に設けられている。出力電圧は４０ボルト程度に設定されることが多いが、変圧器１１の１次側の構成は昇圧回路となっており、コンデンサＣ１には２次側よりも高い、例えば４００ボルトの電圧が印加される。よって、２次側にコンデンサを設ける場合に比べて小容量のコンデンサＣ１で、必要なエネルギを蓄積して所望の保持時間を確保することができる。よって、素子が小型でよく、部品点数の削減が可能であり、コストも低減できる。

さらに電源装置１において、２次側にのみ整流回路を設けたので、回路構成が簡単であり、部品点数およびコストの低減が可能である。また、２次側に出力される電力の効率を高めることができる。

なお、本実施の形態による電源装置１はスイッチＳ１〜Ｓ４をスイッチング動作させて変圧器１１の１次側の電流路を切り換えているため、力率改善型の回路となっている。

次に、図３、図４を参照しながら、第２の実施の形態によるスイッチング回路について説明する。図３は、第１の実施の形態による電源装置１のスイッチング回路１３に替えて用いる、スイッチング回路３０の構成を示す図である。

図３に示すように、スイッチング回路３０は、第１及び第２のスイッチ素子としてスイッチＳ５、Ｓ６、及び第１及び第２のコンデンサとしてコンデンサＣ４、Ｃ５を有している。コンデンサＣ４、Ｃ５は、補助電源用コンデンサである。コンデンサＣ４及びコンデンサＣ５の両端電圧Ｖ_ｄ４、Ｖ_ｄ５は、接続端子１７を基準にして夫々スイッチＳ５、スイッチＳ６の他端側を正にとる。

スイッチＳ５、Ｓ６は共に、例えばＦＥＴ等のスイッチング素子である。スイッチＳ５、Ｓ６の各々の一端は、接続端子１５と接続している。コンデンサＣ４は、スイッチＳ５の他端と接続端子１７との間に接続されている。コンデンサＣ５は、スイッチＳ６の他端と接続端子１７との間に接続されている。スイッチＳ５、Ｓ６は、制御回路１０に接続され、スイッチング動作を制御されている。

次に、図３、図４を参照しながらスイッチング回路３０の動作について説明する。図４に示すように、スイッチＳ５、Ｓ６のスイッチング動作は、第１の実施の形態によるスイッチＳ１、Ｓ２の動作と同一であり、互いに補完的にスイッチング動作する。時刻ｔ_１１から時刻ｔ_１３までの時間は、スイッチＳ５、Ｓ６のスイッチング動作の周期である。

上記のようにスイッチＳ５、Ｓ６がスイッチング動作を行う際の、まず、定常動作時について説明する。時刻ｔ_１１から時刻ｔ_１２では、スイッチＳ５がオフ、スイッチＳ６がオンである。よって、接続端子１５から、スイッチＳ６、コンデンサＣ５を経て接続端子１７に至る経路が形成され、交流電源３から１次巻線Ｌ１を介してコンデンサＣ５が充電される。このとき、接続端子１５、１７間の電圧Ｖ_Ｂは、コンデンサＣ５の両端電圧Ｖ_ｄ５に等しくなる。

時刻ｔ_１２から時刻ｔ_１３では、スイッチＳ５がオン、スイッチＳ６がオフであり、接続端子１５から、スイッチＳ５、コンデンサＣ４を経て接続端子１７に至る経路が形成され、交流電源３から１次巻線Ｌ１を介してコンデンサＣ４が充電される。このとき、接続端子１５、１７間の電圧Ｖ_Ｂは、コンデンサＣ４の両端電圧Ｖ_ｄ４に等しくなる。スイッチＳ５、Ｓ６は上記動作を繰り返し、交流電源３から変圧器１１の１次巻線Ｌ１に電流を供給すると共に、コンデンサＣ４、Ｃ５に電気エネルギを蓄積する。

また制御回路１０の制御により、スイッチＳ５、Ｓ６の制御信号の開閉比率を調整することができる。これにより１次巻線Ｌ１に流れる電流波形を調整し、２次巻線Ｌ２側からの出力電圧Ｖ_ｏを調整している。なお、スイッチＳ１〜Ｓ４のスイッチング動作は一定周波数で行われなくてもよい。

次に、瞬低後の動作について説明する。時刻ｔ_１４で瞬低が起き、電圧Ｖ_ｉはゼロとなるとする。スイッチＳ５、Ｓ６は定常動作時と同じスイッチング動作を継続する。ここで、スイッチＳ５がオン、スイッチＳ６がオフである期間は、接続端子１５から、スイッチＳ５、コンデンサＣ４を経て接続端子１７に至る経路が形成される。しかし、瞬低後は入力電圧Ｖ_ｉが低下しており、入力端子７、９間に接続されたコンデンサＣ３の容量は、コンデンサＣ４の容量に比べて十分小さいので、入力端子７、９間にコンデンサＣ４、スイッチＳ５、１次巻線Ｌ１、コンデンサＣ３という電流路が形成される。このとき、コンデンサＣ４に蓄積された電気エネルギが、電流路を介して１次巻線Ｌ１に供給される。

スイッチＳ５がオフ、スイッチＳ６がオンである期間は、接続端子１５から、スイッチＳ６、コンデンサＣ５を経て接続端子１７に至る経路が形成される。しかし、瞬低後は入力電圧Ｖ_ｉが低下しており、入力端子７、９間に接続されたコンデンサＣ３の容量は、コンデンサＣ５の容量に比べて十分小さいので、入力端子７、９間にコンデンサＣ５、スイッチＳ６、１次巻線Ｌ１、コンデンサＣ３という電流路が形成される。このとき、コンデンサＣ５に蓄積された電気エネルギが、電流路を介して１次巻線Ｌ１に供給される。

これにより、コンデンサＣ４、Ｃ５に蓄積された電気エネルギが１次巻線Ｌ１に電流として供給され、２次巻線Ｌ２に電圧が誘起される。誘起された電圧は整流回路１９で整流され、インダクタＬ３およびコンデンサＣ２で平滑されて、出力電圧Ｖ_ｏｕｔが引き続いて出力される。

なお、図４に示したように、電圧Ｖ_Ｂの絶対値は、１次巻線Ｌ１及び２次巻線Ｌ２を介してコンデンサＣ１のエネルギが消費されるため、徐々に低下する。このため、出力電圧Ｖ_ｏｕｔも、瞬低後、時間経過と共に減少し、時刻ｔ_７ではＶ_ｏ−ΔＶとなる。この電圧値Ｖ_ｏ−ΔＶを、出力端子２１、２３の両端に接続される電子機器の最低駆動電圧とすれば、ｔ＝ｔ_７−ｔ_６が瞬低時の保持時間となる。

以上説明したように、本実施の形態によるスイッチ回路３０を備えた電源装置によれば、定常動作時にはスイッチＳ５、Ｓ６のスイッチングにより交流電源３から１次巻線Ｌ１に電気エネルギを供給すると共にコンデンサＣ４、Ｃ５を充電する。瞬低時には、スイッチＳ５、Ｓ６のスイッチングにより入力端子７、９間に電流路を形成して、コンデンサＣ４、Ｃ５に蓄積された電気エネルギを１次巻線Ｌ１に供給する。これにより２次巻線Ｌ２は瞬低時も電圧が誘起され、出力端子２１、２３間に出力電圧Ｖ_ｏｕｔを継続して出力できる。

このとき、コンデンサＣ４、Ｃ５の容量を調整すると、瞬低後所定電圧以上の出力電圧Ｖ_ｏｕｔの出力が可能な保持時間を調整することができる。このように所望の保持時間を確保することができるので、電源装置から電力を供給される電子機器の誤動作や動作停止等を防止することができる。

また、第２の実施の形態によるスイッチング回路３０を備えた電源装置において、瞬低時に電気エネルギを供給するコンデンサＣ４、Ｃ５が変圧器１１の１次側に設けられている。出力電圧は４０ボルト程度に設定されることが多いが、変圧器１１の１次側の構成は昇圧回路となっており、コンデンサＣ４、Ｃ５には２次側よりも高い、例えば４００ボルトの電圧が印加される。よって、２次側にコンデンサを設ける場合に比べて小容量のコンデンサＣ４、Ｃ５で、必要なエネルギを蓄積して所望の保持時間を確保することができる。よって、素子が小型でよく、部品点数の削減が可能であり、コストも低減できる。

さらに第２の実施の形態によるスイッチング回路３０を備えた電源装置において、２次側にのみ整流回路を設けたので、回路構成が簡単であり、部品点数およびコストの低減が可能である。また、２次側に出力される電力の効率を高めることができる。

なお、本実施の形態によるスイッチング回路３０を備えた電源装置１はスイッチＳ５、Ｓ６をスイッチング動作させて変圧器１１の１次側の電流路を切り換えているため、力率改善型の回路となっている。

尚、本発明の電源装置は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

例えば、補助電源回路の構成は、スイッチング回路１３、３０に限定されず、同様の作用効果を得られるものであれば別の構成でもよい。また、スイッチＳ１〜Ｓ６のスイッチング動作は上記例に限定されず、別のタイミングでスイッチング動作を行うようにしてもよい。

電源装置１において、瞬低時、入力端子７、９間に電流路を形成するために、コンデンサＣ３に替えてＦＥＴ等のスイッチを接続するようにしてもよい。このとき、スイッチは、瞬低時に閉じて、入力端子７、９間に電流路を形成するように制御する。

その他の電源装置１における回路構成も上記に限定されず、同様の動作が可能であれば他の素子を用いるようにしてもよい。

本発明の電源装置は、例えば、液晶表示装置のバックライト用電源、パーソナルコンピュータ等の電子機器の電源として用いることが可能である。

第１の実施の形態による電源装置１の回路図である。入力電圧Ｖ_ｉ、スイッチＳ１〜Ｓ４の動作、接続端子１５、１７間の電圧Ｖ_Ｂ、出力電圧Ｖ_ｏｕｔの概形を示す図である。第２の実施の形態によるスイッチング回路３０の回路図である。入力電圧Ｖ_ｉ、スイッチＳ５、Ｓ６の動作、接続端子１５、１７間の電圧Ｖ_Ｂ、出力電圧Ｖ_ｏｕｔの概形を示す図である。

符号の説明

１電源装置
３交流電源
１１変圧器
１３スイッチング回路
２１、２３出力端子
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４スイッチ
Ｃ１コンデンサ

Claims

交流が入力される第１端子及び第２端子と、
１次巻線と２次巻線とを備え、前記１次巻線の一端が前記第１端子に接続された変圧器と、
前記１次巻線の他端と前記第２端子との間に接続されたスイッチング回路と、
を有し、
前記スイッチング回路は、
少なくとも１つの補助電源用コンデンサ、
を有し、
定常動作時には前記変圧器の１次巻線を介して得られるエネルギを前記補助電源用コンデンサに蓄積させ、
前記交流の入力電圧が所定値以下に低下した時、前記補助電源用コンデンサに蓄積されたエネルギを前記第１の端子と前記第２の端子との間に形成された電流路を介して前記変圧器に供給し、前記変圧器の２次巻線への電力供給を継続することを特徴とする電源装置。
前記スイッチング回路は、
各々の一端が前記１次巻線の他端に接続された第１スイッチ素子及び第２スイッチ素子と、
前記第１スイッチ素子の他端と前記第２端子との間に接続された第３スイッチ素子と、
前記第２スイッチ素子の他端と前記第２端子との間に接続された第４スイッチ素子と、
をさらに有し、
前記補助電源用コンデンサは、前記第１スイッチ素子と前記第３スイッチ素子との接続点と、前記第２スイッチ素子と前記第４スイッチ素子との接続点との間に接続されることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
前記スイッチング回路は、
各々の一端が前記１次巻線の他端に接続された第１スイッチ素子及び第２スイッチ素子をさらに有し、
前記補助電源用コンデンサは、
前記第１スイッチ素子の他端と前記第２端子との間に接続された第１コンデンサと、
前記第２スイッチ素子の他端と前記第２端子との間に接続された第２コンデンサと、
を有することを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
前記第１端子と前記第２端子との間にさらに電流路形成用コンデンサを挿入して前記電流路を形成することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電源装置。
前記第１端子と前記第２端子との間にさらにスイッチ素子を挿入して前記電流路を形成することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電源装置。