JP2008236988A

JP2008236988A - 電源装置

Info

Publication number: JP2008236988A
Application number: JP2007076962A
Authority: JP
Inventors: Morio Miura; 盛雄三浦
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2007-03-23
Filing date: 2007-03-23
Publication date: 2008-10-02

Abstract

【課題】共通の整流平滑部を複数の回路で共用しているスイッチング電源におけるスイッチング素子の高周波ノイズの抑制を図る。
【解決手段】交流電圧を整流平滑部１２で直流電圧に変換し、それぞれのスイッチング電源１３，１４のスイッチング素子Ｑで交流電圧に生成する。さらにスイッチング電源１３，１４では、トランスＴＲで所定の交流電圧に変換するとともにダイオードＤ２，Ｄ３、電解コンデンサＣ３で直流電圧に変換し、出力端子１５，１６から一定の直流電圧に生成する。スイッチング電源１３，１４の出力電圧の状態は、出力電圧検出部１５で検出し、検出結果をスイッチング素子Ｑに帰還させることで出力の定電圧化を図っている。スイッチング電源１３，１４の各スイッチング素子Ｑは絶縁シート２６を介して共通の放熱板２７に固着し、放熱板２７をノイズ除去用のコンデンサＣ４を介して整流平滑部１１の基準電位点Ｒｐに接続している。
【選択図】図２

Description

この発明は、共通の整流平滑部を複数の出力回路で共用しているスイッチング電源におけるスイッチング素子の高周波ノイズ制御対策を図った電源装置に関する。

従来のスイッチング素子用のトランジスタがオンしている間に、絶縁トランスを通して電力を出力側へと供給する、いわゆるフォワード型のスイッチング電源が知られている。このスイッチング電源では、スイッチング素子のノイズが放熱板に誘導して放射されることを防止している。（例えば、特許文献１）
特開平５―３２８７１０号公報

電力変換効率に優れているが高域のスイッチングノイズ発生量が多いという難点がある。上記した特許文献１の技術では、このスイッチングノイズを除去するために、放熱板とスイッチング素子の接地側にコンデンサを接続するとしているが、接地側とは基準電位点のいわゆる仮想接地なのかグランドなのか不明であり、仮にグランドであった場合は、スイッチング電源の出力側のグランドとスイッチング素子のグランドが同電位になることになる。また、複数のスイッチング電源に対する対応についての記載がなく、仮にそれぞれのスイッチング電源に対してノイズ対策を講じるとなればコスト上の問題も発生することになる。

この発明の目的は、共通の整流平滑部を複数の回路で共用しているスイッチング電源におけるスイッチング素子の高周波ノイズの抑制した電源装置を提供することにある。

上記した課題を解決するために、この発明の電源装置は、交流電圧を直流電圧に変換する整流平滑部と、前記整流平滑部より出力される直流電圧を、それぞれのスイッチング素子でスイッチングして交流電圧を生成し、該交流電圧を所定の交流電圧に変換するとともに直流電圧に変換し、一定の直流電圧に生成し、それぞれの負荷に供給する第１および第２スイッチング電源部と、を具備し、前記第１および第２スイッチング電源部のそれぞれのスイッチング素子は、絶縁シートを介して共通の放熱板に固着するとともに、該放熱板はコンデンサを介して前記整流平滑部の基準電位点と同電位に接続したことを特徴とする。

この発明によれば、共通の整流平滑部を複数の回路で共用しているスイッチング電源におけるスイッチング素子を電位的に浮かせてある共通の放熱板に絶縁シートを介して固定させ、その放熱板をコンデンサを介して整流平滑部の基準電位点に接続することで、同一放熱板に固定しているスイッチング素子同士の干渉を減らしたことで高周波ノイズの抑えることが可能となる。

以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１はこの発明の電源装置に関する第１の実施形態について説明するためのもの概念的な構成図である。

図１において、１１は例えば１００Ｖの交流電源であり、この電源１１は整流平滑部１２に供給し、ここで全波整流を行い、直流電圧を生成し、スイッチング電源部１３，１４に供給する。スイッチング電源部１３，１４では、スイッチング素子がオンしている間に、絶縁トランスを通して直流電力を出力側へと供給し、出力側の電圧をスイッチング素子にフィードバックさせてＰＷＭ制御を行うことで、出力端子１５，１６に一定の例えば２４Ｖの直流電圧を得ている。１７，１８は、スイッチング電源部１３，１４をそれぞれ制御し出力端子１５，１６から出力電圧を出力させたり停止させたりするための制御信号を供給する制御端子である。

図２は、図１の整流平滑部１２とスイッチング電源部１４について詳しく説明するための回路構成図、図３〜図８とともにさらに詳しく説明する。図３は図２の要部について説明するための正面図、図４は図３の上面図、図５は図４のｘ−ｘ’側断面図、図６〜図８はそれぞれ図２におけるこの発明と従来との比較結果について説明するための説明図である。

先ず図２において、交流電源１１は整流回路２１とリップル除去用の電解コンデンサＣ１から構成される整流平滑部１２の整流回路２１に供給する。整流平滑部１２の出力は、スイッチング素子用のトランジスタがオンしている間に、絶縁トランスを通して電力を出力側へと供給するフォワード型のスイッチング電源部１３，１４にそれぞれ供給する。

以下では、スイッチング電源部１４の構成について詳しく説明するが、スイッチング電源部１３についても同様の構成であり、ここでの説明はブロックで示しその説明は省略する。スイッチング電源部１４はスイッチ回路２２と平滑回路２３から構成される。

スイッチ回路２２について説明する。整流回路２１の出力は、トランスＴＲの１次コイルＬ１の一端に接続するとともに、並列接続のコンデンサＣ２、抵抗Ｒ１を介してダイオードＤ１のカソードに接続する。ダイオードＤ１のアノードは、１次コイルＬ１の他端に接続するとともに、ソースが基準電位点Ｒｐに接続されたＭＯＳ型ＦＥＴで構成されるスイッチング素子Ｑのドレインに接続する。コンデンサＣ２、抵抗Ｒ１を介してダイオードＤ１はスナバ回路を構成するものであり、トランスＴＲで発生するサージ電圧を吸収してスイッチング素子Ｑにサージ電圧がかからないようにする。

スイッチング素子Ｑのゲートには、制御部２４から供給されるスイッチング素子Ｑをオンオフ制御させるための駆動信号が供給される。この駆動信号のデューティは、制御部２４に供給される制御信号に基づき決定される。また、制御部２４には制御端子１８からスイッチング素子Ｑの出力を始動あるいは停止させる制御信号が供給される。

整流回路２１について説明する。トランスＴＲの一端が接地された２次コイルＬ２の他端は、ダイオードＤ２のアノードに接続する。ダイオードＤ２のカソードは、チョークコイルＬ３の一端に接続するとともに、アノードが接地されたダイオードＤ３のカソードに接続する。チョークコイルＬ３の他端は、出力端子１６の一端に接続するとともに、平滑用の電解コンデンサＣ３を介して接地する。

出力端子１６と接地間には、出力端子１６に出力される直流電圧を検出するための出力電圧検出部２５が接続され、出力電圧検出部２５の検出情報は、スイッチ回路２２の制御部２４に供給される。

図３〜図５にも示すように、プリント基板３１に接続されたスイッチング素子Ｑは、絶縁シート２６を介して放熱板２７に取り付けられる。放熱板２７は、整流平滑部１２の基準電位点ＲｐにコンデンサＣ４を介して接続する。さらに、放熱板２７はスイッチング電源部１３側と共通とする。

次に、図２の動作について、図２の各部の特性を示した図６〜図８を参照しながら説明する。

先ず、電源１１の交流電圧が供給される整流平滑部１２からは、全波整流された出力が出力される。この出力にはリップルが含まれており、電解コンデンサＣ１を介して平滑された直流電圧を生成する。

この直流電圧は、例えばマイコン等で構成される制御部２４から出力される駆動信号によりスイッチング素子Ｑをオンオフ制御させることで、トランスＴＲの１次コイルＬ１に交流電圧に変換する。この交流電圧は２次コイルＬ２側に、１次コイルＬ１との巻線比に応じた交流電圧として出力する。２次コイルＬ２に発生した交流電圧は、ダイオードＤ２，Ｄ３で整流するとともに、チョークコイルＬ３で高周波成分をカットする。さらに、電解コンデンサＣ３で平滑を行い、出力端子１６に直流電圧を生成する。ここで、２次コイルＬ２の巻線比は、整流後において例えば直流電圧２４Ｖが得られる関係にしてある。

出力端子１６と接地間に接続された出力電圧検出部２５は、出力電圧情報を制御部２４にフィードバックさせる。制御部２４では、出力電圧情報に基づきスイッチング素子Ｑに供給させる駆動信号のデューティを制御することで、出力端子１６に一定の２４Ｖの直流電圧を得ることができる。

ところで、放熱板２７に伝導されたスイッチングノイズは、コンデンサＣ４を介して基準電位点Ｒｐにパスされることから、他の回路であるスイッチング電源１３からの干渉を減らせることになる。

図６は、スイッチング素子Ｑのゲートに制御部２４から駆動信号を供給させたときの、スイッチング素子Ｑのドレイン・ソース間の電圧波形を示している。図６から明らかなように、破線で示す従来に比べて、実線で示すこの発明ではスイッチングノイズ波形が安定していることがわかる。

図７は、制御端子１８からスイッチング素子Ｑの駆動信号の発生を停止させる制御信号を制御部２４に供給されたときの従来とこの発明との電圧変動について比較したものである。

すなわち、スイッチング素子Ｑのドレイン・ソース間は、図７の破線であらわす従来の場合には制御部２４がスイッチング素子を駆動していない状態にも拘わらず他の回路からの影響による電圧が変動している。これに対し、実線であらわすこの発明の場合は他の回路であるスイッチング電源１３からの影響による電圧変動が少ない。

図８は、非動作状態にある図７に示すスイッチング素子Ｑの電圧変動に基づく従来とこの発明のスイッチング電源部１４の出力電圧波形を示している。図８に示す破線の従来の場合は、図７の破線のスイッチング素子Ｑのドレイン・ソース間の電圧変動がスイッチング電源部１４の出力に３Ｖ程度の電圧を発生させている。この電圧は、制御部２４を停止させているにも拘わらず３Ｖもの電圧が発生していることは、スイッチング電源部１４の出力に接続される機器に対し誤動作などの不具合を引き起こす原因になり得る。

これに対し、この発明の場合は、図７の実線で示すように電圧変動が少ないことから、図８の実線で示すようにスイッチング電源１４の出力には０．９Ｖ程度の電圧しか発生させていない。このため、非動作状態にあるスイッチング電源部の省電力化に加え、非動作状態にあるスイッチング電源部に起因する誤動作などの弊害も防止可能となる。

このように、スイッチング素子Ｑの波形が安定していることから、トランスＴＲの２次側へのノイズの伝達が減り、非動作状態にあるスイッチング電源の出力電圧の上昇を抑制することができる。コンデンサＣ４は回路の一次側での使用となることから、コンデンサＣ４が１次側と２次側間や１次側とグランド間に跨ることがなく、安全規格上の認定コンデンサを必要としない。

図９は、この発明の第２の実施形態について説明するための回路構成図であり、図２と同一の構成部分には同一の符号を付し、ここでの説明は省略する。

この実施形態は、整流平滑部１２の放熱板２７と基準電位点Ｒｐ間に接続されたコンデンサＣ４と直列にビーズインダクタＬ４を接続したものである。ビーズインダクタＬ４は、スイッチング素子Ｑが発生し、放熱板２７に伝導した急峻なノイズを熱損失に変化させてノイズ除去を行っている。

この実施形態の場合、コンデンサＣ４によるノイズ除去に加え、急峻なノイズに対する抑制も可能となる。

図１０は、この発明の第３の実施形態について説明するための回路構成図であり、図２と同一の構成部分には同一に符号を付し、ここでの説明は省略する。

この実施形態は、整流平滑部１２の放熱板２７と基準電位点Ｒｐ間に接続されたコンデンサＣ４と直列に抵抗Ｒ２を接続したものである。抵抗Ｒ２は、スイッチング素子Ｑが発生し、放熱板２７に伝導した急峻なノイズを熱損失に変化させてノイズ除去を行っている。

この実施形態の場合も、コンデンサＣ４によるノイズ除去に加え、急峻なノイズに対する抑制も可能となる。

この発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、例えば、整流平滑部１２は、アクティブフィルタ回路であってもよい。また、ノイズ除去用のコンデンサＣ４は、多くてもスイッチング素子数未満でよい。この場合、コンデンサＣ４の数がスイッチング素子よりも少なくできることからコスト低減に寄与する。

この発明の第１の実施形態について説明するための回路構成図。図１の要部について詳しく説明するための回路構成図。図３は図２の要部について説明するための正面図。図３の上面図。図４のｘ−ｘ’側断面図。図２におけるスイッチングノイズについてこの発明と従来を比較して説明するための説明図。図２における非動作時のこの発明のスイッチング素子の電圧変動についてこの発明と従来を比較して説明するための説明図。図２における非動作時のスイッチング素子の電圧変動に基づく出力電圧波形についてこの発明と従来を比較して説明するための説明図。この発明の第２の実施形態について説明するための回路構成図。この発明の第３の実施形態について説明するための回路構成図。

符号の説明

１１交流電源
１２整流平滑部
１３，１４スイッチング電源部
１５，１６出力端子
１７，１８制御端子
２１整流回路
２２スイッチ回路
２３平滑回路
２４制御部
２５出力電圧検出部
２６絶縁シート
２７放熱板
Ｒｐ基準電位点
Ｃ４コンデンサ
Ｌ４ビースインダクタ
Ｒ２抵抗

Claims

交流電圧を直流電圧に変換する整流平滑部と、
前記整流平滑部より出力される直流電圧を、それぞれのスイッチング素子でスイッチングして交流電圧を生成し、該交流電圧を所定の交流電圧に変換するとともに直流電圧に変換し、一定の直流電圧に生成し、それぞれの負荷に供給する第１および第２スイッチング電源部と、を具備し、
前記第１および第２スイッチング電源部のそれぞれのスイッチング素子は、絶縁シートを介して共通の放熱板に固着するとともに、該放熱板はコンデンサを介して前記整流平滑部の基準電位点と同電位に接続したことを特徴とする電源回路。
前記コンデンサにビーズインダクタを直列接続したことを特徴とする請求項１記載の電源回路。
前記コンデンサに抵抗を直列接続したことを特徴とする請求項１記載の電源回路。