JP2007295645A - スイッチング電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ハムノイズおよび微弱な感電を低減することができるスイッチング電源装置を提供する。
【解決手段】入力部２には、ライブＬとニュートラルＮとからなる交流供給線により１００Ｖの商用交流電力が入力される。ライブＬとニュートラルＮとには、ラインバイパスコンデンサＣ１およびＣ２の一端がそれぞれ接続され、これらのコンデンサの他端は、互いに接続されて、その接続点は、２次側回路のグランド線に接続されている。これらのコンデンサは、高周波ノイズを低減させるとともに、商用電源の周波数（例えば、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）により起因するハムノイズの発生を低減することができる。また、これらのコンデンサを２次側回路のグランド線に接続することにより、２次側に接続される機器のグランド線に接続されている筐体を触ることによる微弱な感電を防止または低減することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、スッチング電源装置に関し、特に電源が供給される機器において発生されるハムノイズを低減することができるスイッチング電源装置に関するものである。

スイッチング電源装置は、近年制御系の電子化が進み、軽量、小型化され、電子・電気機器の電源として広く用いられている。これらのスイッチング電源装置では、ＥＭＩノイズを抑制するために種々の改良が行われている。

特開２００４−２３６０５９号公報（特許文献１）には、スイッチング電源用のノイズフィルタ回路が開示されている。

図２は、従来のスイッチング電源装置１０の回路構成を示すブロック図である。スイッチング電源装置１０は、入力部１１、ノイズフィルタ部１２、整流平滑部１３およびコンバータ部１４から構成されている。入力部１１に入力された交流電圧は、ノイズフィルタ部１２により、入力側から侵入する外来ノイズが除去され、整流平滑部１３によって整流および平滑された後、コンバータ部１４で所定の直流電圧に変換されて出力される。

入力部１１には、商用交流電源から、例えば、１００Ｖの商用交流電力が供給され、ライブＬとニュートラルＮとからなる交流供給線により入力され、ライブＬに過電流保護用のヒューズＦ１１が接続されている。

ノイズフィルタ部１２では、ライブＬとニュートラルＮとの間に、高周波ノイズを低減させるためのコンデンサＣ１１が接続されている。その後段には、ライブＬとフレームグランドＦＧとの間に、高周波ノイズを低減させるためのラインバイパスコンデンサＣ１３が接続されているとともにニュートラルＮとフレームグランドＦＧとの間に、高周波ノイズを低減させるためのラインバイパスコンデンサＣ１４が接続されている。

その後段に、ライブＬとニュートラルＮとの間に、同相成分のノイズを除去するためのチョークコイルＬ１１が接続されている。チョークコイルＬ１１の後段においても、ヒューズＦ１１の後のライブＬとニュートラルＮとの間に、コンデンサＣ１２が接続されている。そして、その後段に、ライブＬとフレームグランドＦＧとの間に、ラインバイパスコンデンサＣ１５が接続されているとともにニュートラルＮとフレームグランドＦＧとの間にラインバイパスコンデンサＣ１６が接続されている。

ノイズフィルタ部１２内のラインバイパスコンデンサＣ１３、Ｃ１４、Ｃ１５、Ｃ１６は、ＤＣ−ＤＣコンバータ内のスイッチング素子のコレクタあるいはソースとフレームグランドＦＧ間の寄生キャパシタを通して流れる電流によって発生するコモンモードノイズを除去するものである。

ノイズフィルタ部１２を通過した交流入力は、整流平滑部１３内のダイオードブリッジＤ１１によって整流された後、整流平滑部１３内のコンデンサＣ１７によって平滑化されて、非安定直流電圧となる。この非安定直流電圧は、コンバータ部１４内のＤＣ−ＤＣコンバータによって安定化されて所定の直流電圧なって出力される。

なお、この図２では、説明を簡単にするためにコンバータ部１４内の、発振起動回路、発振回路、保護回路などの詳細は、省略している。
特開２００４−２３６０５９号公報。

上記した従来のスイッチング電源装置では、一定のラインノイズを除去することができるが、商用交流電源に起因するハムノイズが発生し、この電源が供給される音響機器などでは、スピーカなどから出力される音にハムノイズが混入することがあるという問題点があった。また、これらのスイッチング電源から電力が供給される音響機器では、２次回路のグランドが金属製のパネルなどに接続され、安全規格で要求される漏洩電流規制値よりも下回る微少感電電流により、パネルに触れると、ピリピリあるいはチクチクといった違和感を与える微弱な感電を起こすことがあった。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、電源が供給される機器において発生されるハムノイズや微弱な感電を低減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している。

この目的を達成するために、請求項１記載のスイッチング電源装置は、交流供給線により供給される交流を整流する整流素子と、その整流素子により整流された入力電圧をスイッチングするスイッチイング素子と、所定の周波数で発振し、その発振により前記スイッチング素子を駆動する発振回路と、前記スイッチング素子によりスイッチングされた電圧を１次コイルに入力し、２次コイルにより電源出力を得るトランスとを備えたものであり、前記交流供給線のライブに一端を接続する第１のコンデンサと、ニュートラルに一端を接続する第２のコンデンサとを備え、前記第１のコンデンサの他端と第２コンデンサの他端とを互いに接続すると共に、その接続点を前記２次コイルに接続される２次側のグランド線に接続する。

請求項２記載のスイッチング電源装置は、請求項１記載のスイッチング電源において、前記第１のコンデンサと第２のコンデンサとの容量は、ほぼ同一である。

請求項３記載のスイッチング電源装置は、請求項１または２記載のスイッチング電源において、前記トランスの１次側のグランド線と２次側のグランド線とを接続する第３のコンデンサを備えている。

なお、本明細書では、回路における動作基準電位を有する線をグランド線と称するものとし、大地に接地されている接地線とは区別するものとする。

請求項１記載のスイッチング電源装置によれば、交流供給線のライブに一端を接続する第１のコンデンサと、ニュートラルに一端を接続する第２のコンデンサとを備え、第１のコンデンサの他端と第２コンデンサの他端とを互いに接続すると共に、その接続点を２次コイルに接続される２次側のグランド線に接続するので、電源が供給される機器において発生するハムノイズを低減、または防止することができると共に、その機器のパネルなどに触れた場合の微弱な感電をより低減することができるという効果がある。２次側のグランドは、２次側に接続される外部機器のグランドに接続されているため、第１および第２のコンデンサを２次側のグランドに接続することにより外部機器のインピーダンスを下げる。よって、ハムノイズを低減するとともにスイッチングノイズによる漏洩電流も低減することができる。

請求項２記載のスイッチング電源装置によれば、請求項１記載のスイッチング電源の奏する効果に加え、第１のコンデンサと第２のコンデンサとの容量は、ほぼ同一であるので、より良くコモンモードノイズを低減することができるという効果がある。第１のコンデンサと第２のコンデンサとの容量を同一にすることで、第１のコンデンサと第２のコンデンサとの接続点に仮想的な中点電位が形成され、その接続点を２次側のグランド線に接続することにより２次側のグランドのインピーダンスを下げることができる。

請求項３記載のスイッチング電源装置によれば、請求項１または２記載のスイッチング電源の奏する効果に加え、トランスの１次側のグランド線と２次側のグランド線とを接続する第３のコンデンサを備えているので１次側で発生するスイッチングノイズを低減することができるという効果がある。

以下、本発明の好ましい実施形態について、添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態であるスイッチング電源装置１の電気的構成を示したブロック図である。図１に示すように、スイッチング電源装置１は、入力部２と、ノイズフィルタ部３と、整流平滑部４と、スイッチング部５と発振起動部６と、発振部７と、トランスＰ１と、２次側整流部８とを主に備えている。

入力部２に入力された交流電圧は、ノイズフィルタ部３により、入力側から侵入する外来ノイズおよびスイッチング部４により発生したノイズがラインに出力されることを防止し、整流平滑部４によって整流および平滑された後、スイッチング部５によりスイッチングされ、トランスＰ１により２次側に電圧変換が行われる。発振起動部６は、スイッチング電源装置１に電源が投入された際に、発振部７による発振を起動するように電力を供給する回路であり、発振部７は、発振を開始するとスイッチング部５を駆動する。

スイッチング部５は、整流平滑部４から供給される電圧をスイッチングし、トランスＰ１の１次側に高周波の交流電圧が供給される。トランスＰ１の１次側に交流が供給されると、２次側に交流が発生するとともに、発振部７にも電圧が発生し、発振を継続する。トランスＰ１の２次側では、発生された電圧を整流、平滑して機器に供給する。

入力部２には、例えば１００Ｖの商用交流電力が、ライブＬとニュートラルＮとからなる交流供給線により入力される。ライブＬとニュートラルＮとには、ラインバイパスコンデンサＣ１およびＣ２の一端がそれぞれ接続され、これらのコンデンサの他端は、互いに接続されて、その接続点は、２次側回路のグランド線に接続されている。

これらのコンデンサは、高周波ノイズを低減させるとともに、商用電源の周波数（例えば、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）により起因するハムノイズの発生を低減することができる。また、これらのコンデンサを２次側回路のグランド線に接続することにより、コンデンサＣ３の容量を小さくすることができ、２次側においてグランド線に接続されている機器のパネルに接触した場合の微弱な感電を防止または軽減することができる。

これらのラインバイパスコンデンサＣ１、Ｃ２の後段には、ヒューズＦ１が接続されている。これらのコンデンサＣ１、Ｃ２の容量は、略同一の値のものとし、その値は４７０ｐＦから１００ｐＦが用いられる。

ノイズフィルタ部３では、ライブＬとニュートラルＮとの間に、高周波ノイズを低減させるためのコンデンサや抵抗が接続され、その後段には、チョークコイルＣＨ１が接続され、同相成分のノイズが除去される。チョークコイルＣＨ１の後段にもライブＬとニュートラルＮとの間にコンデンサが接続され、次に、整流平滑部４に接続される。

整流平滑部４では、４つのダイオードによりブリッジが形成され、整流された正極は発振起動部６に接続されると共に、スイッチングトランスＰ１の１次側巻線の一端と電解コンデンサＣ４の正極に接続され、電解コンデンサＣ４の負極は、１次側のグランド線に接続されている。また、ブリッジの負極は、サーミスタＴ１を介して１次側のグランド線に接続されている。このサーミスタは、温度が上昇すると抵抗値も高くなるものであって、スイッチング素子に備え付けられるヒートシンクなどに貼付される。従って、短絡や部品の故障などによって異常となり、スイッチング素子の温度が上昇した場合に、抵抗値が高くなって、電流が流れるのを阻止する。

発振起動部６は、スイッチング電源装置１の電源が投入された際に、発振部７による発振を起動するように電力を供給する回路であり、発振部７は、高周波で発振する発振回路であり、その発振出力がスイッチング素子である電界効果トランジスタＱ１のゲート電極に接続され、電界効果トランジスタをオンオフ駆動する。

電界効果トランジスタＱ１のドレイン電極は、スイッチングトランスＰ１の１次側巻線の他端に接続され、電界効果トランジスタＱ１のソース電極は、１次側のグランド線に接続されている。電界効果トランジスタＱ１がオンオフされると、スイッチングトランスＰ１の１次側に交流が流れ、スイッチングトランスＰ１の２次側に所定の電圧の交流が発生されるとともに、発振部７に電力が供給され、発振部７は、安定した発振を継続する。

２次側では、発生された所定の電圧の交流を整流するダイオードＤ２と、平滑を行うコンデンサＣ５とを備え、接続される機器に所定の電圧の電力を供給する。ダイオードＤ２には、並列にコンデンサＣ６が、接続され、平滑を行うとともに、高周波ノイズを削減する。このスイッチング電源は、いわゆるＡＣアダプタとしてあらゆる機器に電力を供給することが可能であり、外部機器と接続するためのソケットＳ１が備えられている。

１次側のグランド線と２次側のグランド線との間には、コンデンサＣ３が接続される。このコンデンサＣ３は、スイッチング動作に伴うノイズを逃がすもので、ＥＭＩ（電磁波障害）を軽減するために有効である。

上述のとおり、本発明によるスイッチング電源装置１では、ライブＬとニュートラルＮとには、ラインバイパスコンデンサＣ１およびＣ２の一端がそれぞれ接続され、他端は、互いに接続されて、その接続点が２次側回路のグランド線に接続されているので、スイッチング動作に伴うノイズも低減され、その結果コンデンサＣ３の容量を小さくすることができる。

以上、実施形態に基づいて説明したように、本発明によるスイッチング電源装置１は、商用電源から供給されるライブＬとニュートラルＮとに、ラインバイパスコンデンサＣ１およびＣ２の一端がそれぞれ接続され、これらのコンデンサの他端は、互いに接続されて、２次側回路のグランド線に接続されている。この回路構成により、電源の周波数に起因するハムノイズを低減するとともに、コンデンサＣ３の容量を小さくすることにより２次側においてグランド線に接続されている機器のパネルに接触した場合の感電を低減することができる。

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。

本発明のスイッチング電源装置の電気的構成を示すブロック図である。 従来技術におけるスイッチング電源装置の電気的構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ スイッチング電源装置
２ 入力部
３ ノイズフィルタ部
４ 整流平滑部
５ スイッチング部
６ 発振起動部
７ 発振部
８ ２次側整流部
１０ スイッチング電源装置
Ｃ１ コンデンサ（第１のコンデンサ）
Ｃ２ コンデンサ（第２のコンデンサ）
Ｃ３ コンデンサ（第３のコンデンサ）
Ｐ１ スイッチングトランス
Ｑ１ 電界効果トランジスタ（スイッチング素子）

Claims (3)

1. 交流供給線により供給される交流を整流する整流素子と、その整流素子により整流された入力電圧をスイッチングするスイッチイング素子と、所定の周波数で発振し、その発振により前記スイッチング素子を駆動する発振回路と、前記スイッチング素子によりスイッチングされた電圧を１次コイルに入力し、２次コイルにより電源出力を得るトランスとを備えたスイッチング電源装置において、
   前記交流供給線のライブに一端を接続する第１のコンデンサと、ニュートラルに一端を接続する第２のコンデンサとを備え、
   前記第１のコンデンサの他端と第２コンデンサの他端とを互いに接続すると共に、その接続点を前記２次コイルに接続される２次側のグランド線に接続することを特徴とするスイッチング電源装置。
2. 前記第１のコンデンサと第２のコンデンサとの容量は、ほぼ同一であることを特徴とする請求項１記載のスイッチング電源装置。
3. 前記トランスの１次側のグランド線と２次側のグランド線とを接続する第３のコンデンサを備えていることを特徴とする請求項１または２記載のスイッチング電源装置。

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