JP2008295151A - スイッチング電源回路 - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチング電源回路の起動時における突入電流を、簡単な構成で制御することを可能とする。
【解決手段】交流電源１１の交流電圧を整流平滑回路１３で直流に変換する。整流平滑回路１３から出力される直流電圧は、トランスＴの１次コイルＬ１に供給し、１次コイルＬ１に直列に接続されたスイッチングトランジスタＱをオン、オフさせることで、トランスＴの２次コイルＬ２に交流に変換された電圧を取り出す。制御部１６では、整流平滑回路１３の直流電圧Ｖｃｃとして供給し、トランジスタＱに直流電圧Ｖｃｃに基づくスイッチング信号を供給する。起動時の制御部１６を動作させる直流電圧が１２Ｖの場合は、突入電流を抑制する抵抗Ｒ１を介して整流平滑回路１３に供給し、制御部１６を動作させる直流電圧が１８Ｖとなった場合は、抵抗Ｒ１をパスするようにして突入電流を抑制するようにした。
【選択図】図１

Description

この発明は、ＦＡＸ，プリンタ、複写機等のＯＡ機器に搭載されるスイッチング電源回路に関する。

従来のスイッチング電源回路における突入電流の防止は、トランスの１次コイルに接続されたトランジスタのオン、オフ制御を、制御部からのスイッチング信号で行い、１次コイルに流れる電流を抵抗やカレントトランスにより検出した電流検出値と基準電位点とをオペアンプにより比較し、電流検出値が基準電位を超えたときに過電流検出信号を、制御部に入力し過電流を保護するようにしている。（例えば、特許文献１）
特開２００２−１３６１１４公報

上記した特許文献１の技術は、負荷量を自動的に検出し、重負荷時には突入電流抑制用部品に負荷をかけないようにしているものの、負荷情報に基づきスイッチングトランジスタのオン期間を短縮させた制御するものである。この制御のために２段の比較器を必要としたり、時間の経過に基づき次第に突入電流抑制用部品に突入電流をかけないように制御したりしている。このため構成が複雑化するとともに、突入電流抑制用部品に突入電流の影響を受けないまでに時間を要する、という問題があった。

この発明の目的は、負荷量を自動的に検出し、重負荷時には突入電流抑制用部品に負荷を強制的にかけないようにしたスイッチング電源回路を提供することにある。

上記した課題を解決するために、この発明のスイッチング電源回路は、交流電圧を直流に変換する整流平滑部と、前記整流平滑部から出力される直流電圧をトランスの１次コイルに供給し、該１次コイルに直列接続されたスイッチングトランジスタのオン、オフ制御を行い、前記トランスの２次コイルに交流変換された電圧を取り出す直流／交流変換手段と、前記直流電圧を供給し、前記トランジスタに前記直流電圧に基づくスイッチング信号を供給する制御部と、起動時の前記直流電圧が前記制御部を動作させる第１の電圧値の場合は、突入電流を抑制する電子部品を介して前記直流／交流変換手段に供給し、前記第１の電圧値よりも高い第２の電圧値の場合は、前記電子部品をパスして前記直流／交流変換手段に供給する突入電流抑制手段と、を具備したことを特徴とする。

この発明によれば、負荷量を自動的に検出し、軽負荷時には突入電流抑制用電子部品で突入電流を抑制し、重負荷時には突入電流抑制用部品に負荷がかからないようにさせることができる。

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、この発明のスイッチング電源回路に関する一実施形態について説明するための回路構成図である。
図１において、電圧が１００Ｖ〜２４０Ｖの交流電源１１を、ノイズフィルタ１２に供給する。ノイズフィルタ１２は、商用交流電源をスイッチング動作させた場合のスイッチング動作時のエネルギーが大きく、スイッチング動作に伴い発生する強いスイッチングノイズの発生を防止するもので、具体的なノイズフィルタとしてはスナバ回路やタンク回路などが考えられる。

ノイズフィルタ１２のホットラインは、抵抗Ｒ１を介して整流平滑部１３に供給する。整流平滑部１３は、交流電源１１の交流電圧を直流電圧に変換するものである。整流平滑部１３で直流に変換された電圧は、ＰＦＣ（Power Factor Correction）回路１４に供給する。抵抗Ｒ１にはリレーＲＬが並列接続され、リレーＲＬの動作時は抵抗Ｒ１をパスするようにしてある。ＰＦＣ回路１４は、平滑コンデンサＣ１の電圧を監視し、これに応じてスイッチングトランジスタＱのオン／オフを制御する。すなわち、入力交流電源１１内の電流の位相および波形が電圧波形と一致もしくは相似させ力率が改善されるように、トランジスタＱのオン／オフを制御させるものである。これにより、高調波を抑制させることができる。

ＰＦＣ回路１４の出力は、フライバックコンバータ回路１５に供給する。フライバックコンバータ回路１５は、制御部１６、抵抗Ｒ２〜Ｒ４，トランスＴ１、コンデンサＣ１〜Ｃ３、ダイオードＤ１，Ｄ２、チョークコイルＬ、トランジスタＱから構成される。フライバックコンバータ回路１５は、トランジスタＱがオンしている期間に、トランスＴの１次コイルＬ１に電力を蓄え、トランジスタＱがオフしている期間に、１次コイルＬ１に蓄えた電力を負荷に供給する、直流／交流変換手段である。

すなわち、フライバックコンバータ回路１５は、コンデンサＣ１にて平滑された直流電圧を、制御部１６からのスイッチング信号に基づきトランスＴの１次コイルＬ１をトランジスタＱでスイッチングさせて交流電圧に変換し、トランスＴの２次コイルＬ２側に電力変換させた出力電圧を取り出す。電力変換された電圧は、ダイオードＤ１にて整流し、チョークコイルＬにて出力リップルを低減させて、コンデンサＣ２にて電圧平滑を行い、出力端子１７ａ，１７ｂに例えば２４Ｖの直流電圧を出力する。

コンデンサＣ２で平滑された直流電圧は、抵抗Ｒ３，Ｒ４で分圧することで検出し、出力端子１７ａ，１７ｂで出力電圧が一定になるように、制御部１６にフィードバックさせることで定電圧制御を行うことができる。

スイッチング電源が起動されたとき軽負荷の場合は、抵抗Ｒ１にて突入電流を抑制し、整流平滑部１３の半波電圧からの信号を、抵抗Ｒ２経由で制御部１６の電源Ｖｃｃに印加し、制御部１６が動作する。その後、トランスＴの補助コイルＬ３に発生する電圧をダイオードＤ２により整流し、コンデンサＣ３にて平滑を行い、制御部１６の電源Ｖｃｃとして供給する。

軽負荷時は、トランスＴの補助コイルＬ３からのエネルギーが少ないため、リレーＲＬはオフ状態にある。負荷が重くなると、トランスＴの補助コイルＬ３からのエネルギーが多くなり、リレーＲＬがオン状態となり、突入電流抑制させる抵抗Ｒ１には負荷がかからない状態となる。

このように、軽負荷時と重負荷時にリレーＲＬをオンオフ制御し、突入電流抑制用の電子部品である抵抗Ｒ１に負荷をかけるか、あるいはかけないかを制御することを、突入電流制御手段とする。

ここで、図２、図３を参照しながらリレーＲＬの動作による突入電流の抑制についてさらに詳しく説明する。制御部１６は電源Ｖｃｃの電圧が例えば１２Ｖ以上で動作し、リレーＲＬは例えば１２Ｖがリレーコイルに印加された場合に動作するものとする。

負荷が軽い状態の場合は、図２（ｂ）に示すように制御部１６には、１２Ｖの電源Ｖｃｃが印加され、制御部１６から出力されるスイッチング信号は図２（ａ）に示すように狭いパルス幅となる。このパルスに基づいてトランスＴの補助コイルＬ３に発生し、リレーＲＬのリレーコイルに印加される電圧Ｖｒは、図２（ｂ）に示すように例えば６Ｖ程度である。この電圧Ｖｒが印加されたリレーＲＬは駆動せず、ノイズフィルタ１２の出力は、抵抗Ｒ１を介して整流平滑部１３に供給される。これにより、突入電量は抵抗Ｒ１で抑制され、後段の整流平滑部１３に供給される。

負荷が重くなった場合は、過電流がトランスＴの１次コイルＬ１に流れ、補助コイルＬ３に発生する電圧も高くなる。この交流電圧をダイオードＤ３で整流した場合は、図３（ｂ）に示すように、電源Ｖｃｃの直流電圧も１８Ｖ（第２の電圧値）と高くなり、制御部１６から出力されるスイッチング信号のパルス幅は図３（ａ）に示すよにう広くなる。トランスＴの補助コイルＬ３に発生した交流電圧は、リレーＲＬのリレーコイル電圧Ｖｒとして印加される。この電圧Ｖｒは、図３（ｂ）に示すように例えば１２Ｖ程度である。この電圧Ｖｒが印加されたリレーＲＬはオンする。これにより、ノイズフィルタ１２の出力は、リレーＲＬを介して整流平滑部１３に直接供給されることになる。

このように、負荷量を自動的に検出し、負荷が軽いときは、リレーＲＬをオフして突入電流抑制用の電子部品である抵抗Ｒ１を介してＰＦＣ回路１４に供給するようにし、負荷が重くなると自動的にリレーＲＬをオンさせて、突入電流抑制用電子部品である抵抗Ｒ１をパスするようにした。これにより、負荷量を自動的に検出し、軽負荷時における突入電流抑制用電子部品に素早く負荷を強制的にかからないようにさせることが可能となる。

図４は、この発明のスイッチング電源に関する他の実施形態について説明するためのフローチャートである。この実施形態は、制御部１６をマイクロコンピュータプログラムの処理によって実現したものである。以下、図１〜図３を参照しながら図４について説明する。

整流平滑部１３から抵抗Ｒ２を介して生成された電源Ｖｃｃが制御部１６の動作電圧（１２Ｖ）以上かを判断する（Ｓ１）。動作電圧以上で、例えば図２（ｂ）に示すように１２Ｖあれば、スイッチングトランジスタＱを図２（ａ）に示す狭いパルスでオンオフさせて（Ｓ２）、補助コイルＬ３から図２（ｂ）で示す６Ｖの交流電圧Ｖｒを生成し、リレーＲＬのリレーコイルに印加する（Ｓ３）。ここで、リレーＲＬは１２Ｖがリレーコイルに印加された場合にオンするものを使用していることからオンしない。このため、スイッチング電源起動時にノイズフィルタ１２から出力される突入電流は、ノイズフィルタ１２と整流平滑部１３に接続された抵抗Ｒ１で抑制可能となる。

次に、電源Ｖｃｃが制御部１６の動作電圧（１２Ｖ）以上かを判断する（Ｓ４）。動作電圧以上で、例えば図３（ｂ）に示すように１８Ｖあれば、スイッチングトランジスタＱを図３（ａ）に示す幅広のパルスでオンオフさせて（Ｓ５）、補助コイルＬ３から図２（ｂ）で示す１２Ｖの交流電圧Ｖｒを生成し、リレーＲＬのリレーコイルに印加する（Ｓ６）。リレーコイルにかかる電圧が１２ＶであることらリレーＲＬはオンする。このため、リレーＲＬにより抵抗Ｒ１は、ノイズフィルタ１２と整流平滑部１３をパスする状態で接続されることになる。

この場合においても、スイッチング電源が起動した場合の軽負荷時には、抵抗Ｒ１を接続して突入電流を抑制し、起動後の負荷が重くなった場合には抵抗Ｒ１をパスする制御を行うことができる。

この発明のスイッチング電源回路に関する一実施形態について説明するための回路構成図。 図１の動作について説明するための説明図。 図１の動作について説明するための説明図。 この発明のスイッチング電源回路に関する他の実施形態について説明するためのフローチャート。

符号の説明

１１ 交流電源
１２ ノイズフィルタ
１３ 整流平滑部
１４ ＰＦＣ回路
１５ フライバックコンバータ回路
１６ 制御部
１７ａ，１７ｂ 出力端子
Ｔ トランス
Ｌ１ １次コイル
Ｌ２ ２次コイル
Ｌ３ 補助コイル
ＲＬ リレー
Ｒ１ 抵抗

Claims (2)

1. 交流電圧を直流に変換する整流平滑部と、
   前記整流平滑部から出力される直流電圧をトランスの１次コイルに供給し、該１次コイルに直列接続されたスイッチングトランジスタのオン、オフ制御を行い、前記トランスの２次コイルに交流変換された電圧を取り出す直流／交流変換手段と、
   前記直流電圧を供給し、前記トランジスタに前記直流電圧に基づくスイッチング信号を供給する制御部と、
   起動時の前記直流電圧が前記制御部を動作させる第１の電圧値の場合は、突入電流を抑制する電子部品を介して前記直流／交流変換手段に供給し、前記第１の電圧値よりも高い第２の電圧値の場合は、前記電子部品をパスして前記直流／交流変換手段に供給する突入電流抑制手段と、を具備したことを特徴とするスイッチング電源回路。
2. 前記突入電流を抑制する部品は、抵抗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回路。

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