JP2009225499A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】過電圧の検出の際の電力損失を低減した電源装置を提供する。
【解決手段】トランスＴ１の３次巻線Ｔ１Ｃから電圧を検出して第１の制御部３０の過電圧検出用電圧として供給する電圧検出回路を備える。第１のコンバータ２０の出力電圧より、電源回路の供給する電圧の方が低い。このため、電力損失を低減させることができる。また、トランスＴ１の４次巻線Ｔ１Ｄから電圧を検出して第１の制御部３０の過電圧検出用電圧として供給する電圧検出回路を備えるように構成することもできる。
【選択図】図１

Description

本発明は、アクティブフィルタの出力電圧を検出する際に、電力損失を低減した電源装置に関する。

アクティブフィルタはこのアクティブフィルタの出力電圧、あるいはこのアクティブフィルタの後段に設けられたコンバータの出力電圧をアクティブフィルタの制御部にフィードバックし、この制御部がパルス信号のデューティーを制御することによりアクティブフィルタに一定電圧を出力させる。

このようにアクティブフィルタは出力電圧をフィードバックしているため、出力側に過電圧が発生したときにアクティブフィルタを保護する保護回路を設ける必要がある。アクティブフィルタを有する電源装置に保護回路を設ける場合、過電圧を検出する回路が必要となる。

この点に関し、コンバータによって昇圧された電圧から抵抗を用いて過電圧を検出して制御部に入力する技術が提案されている（例えば、特許文献１、図８）。
特開平１１−１７８３４２号公報

しかし、特許文献１に記載の技術は抵抗において電力損失が発生し、電源装置全体における省電力の障害となるという問題点があった。

本発明は、出力電圧の過電圧を検出する際の電力損失を低減した電源装置を提供することを目的とする。

この目的を達成するために本発明は、入力された交流電圧をパルス信号に基づいて所望の電圧に変換する第１のコンバータと、過電圧を検出した場合第１のコンバータの動作を停止させるように制御する制御部と、を備えるアクティブフィルタと、第１のコンバータの出力電圧をスイッチィング素子により断続的にトランスの１次巻線に供給し、トランスの２次巻線から所望の電圧に変換する第２のコンバータと、トランスの３次巻線から得られる出力を制御部の動作電力として供給する電源回路と、トランスの３次巻線から電圧を検出して制御部に過電圧検出用電圧として供給する電圧検出回路と、を備えることを特徴とする電源装置を提供する。

本発明によれば、過電圧を第１のコンバータが昇圧した電圧から検出するよりも、３次巻線を有する電圧検出回路から検出する方が、電力損失が低減されるという効果がある。

以下、本発明による電源装置の一実施の形態を、図面を用いて詳細に説明する。なお、各図において同一箇所については同一の符号を付すとともに、重複した説明は省略する。

図１は本発明の第１の実施形態の電源装置の回路図である。図１に示すように、本実施形態の電源装置は、第１のコンバータ２０と第１の制御部３０とを有するアクティブフィルタ１０と、第２の制御部６０を有する第２のコンバータ４０と、を備える。

第１のコンバータ２０は、例えば入力された交流電圧を整流するダイオードブリッジを有する整流回路と、この整流回路から出力された直流電圧を入力し、第１の制御部３０から入力したＰＷＭ（パルス幅変調）制御されたパルス信号によってスイッチング素子Ｑ０を駆動させて所望の電圧に入力電圧を昇圧する昇圧チョッパー回路と、昇圧された交流電流を整流する整流ダイオード及び平滑コンデンサを有する整流回路とを備える。

第１の制御部３０は、フィードバック端子Ｆ／Ｂから入力した電圧が降下した場合には上昇するように、また、上昇した場合には降下するようにパルス信号をＰＷＭ制御して出力端子Ｖｏから出力する。また、第１の制御部３０は、過電圧検出端子ＯＶＰに入力した電圧が所定の閾値以上であった場合、第１のコンバータを停止させるように制御する。

第１のコンバータ２０はパルス信号のデューディーに基づいてスイッチング素子Ｑ０をＯＮ／ＯＦＦさせ、入力された交流電流を所望の電圧に変換する。

また、第１のコンバータ２０は第２の制御部６０に電力を供給する。また、第１のコンバータ２０の出力には第２のコンバータ４０の出力と並列にコンデンサＣ１が接続され、コンデンサＣ１はグランドに接続される。なお、このグランドは制御のための基準電位であり、いわゆる安全アースとは異なる。

第２のコンバータ４０おいて、第１のコンバータ２０の出力に抵抗器Ｒ１が接続され、この抵抗器Ｒ１に直列に抵抗器Ｒ２が接続される。抵抗器Ｒ１と抵抗器Ｒ２との接続点からの出力は第１の制御部３０にフィードバックのための電圧を供給する。第２の抵抗器Ｒ２の他端はグランドに接続される。

第１のコンバータ２０の出力にはトランスＴ１の１次巻線Ｔ１Ａが接続される。１次巻線Ｔ１Ａの出力側にはＦＥＴ（電界効果トランジスタ）などのスイッチング素子Ｑ１のドレインが接続される。スイッチング素子Ｑ１のソースには抵抗器Ｒ４が直列に接続され、抵抗器Ｒ４の他端はグランドに接続される。スイッチング素子Ｑ１のゲートには抵抗器Ｒ３が直列に接続され、抵抗器Ｒ３の他端は第２の制御部６０の出力端子に接続される。トランスＴ１の２次巻線Ｔ１Ｂは整流ダイオードと平滑コンデンサとを有する整流回路５０を介して出力端子に接続される。

第２のコンバータ４０は第１のコンバータ２０の出力電圧をスイッチィング素子Ｑ１により断続的にトランスＴ１の１次巻線Ｔ１Ａに供給し、トランスＴ１の２次巻線Ｔ１Ｂから所望の電圧に変換する。すなわち、第２の制御部からＯＮ信号がスイッチング素子Ｑ１に出力されると、１次巻線Ｔ１Ａに電圧が生じ、この電圧が磁気素子を介して２次巻線に電圧を生じさせる。

本実施形態の電源装置は、トランスＴ１の３次巻線Ｔ１Ｃから得られる出力を第１の制御部３０の動作電力として供給する電源回路を備える。

この電源回路において、３次巻線Ｔ１Ｃの一端には整流ダイオードＤ１及び整流ダイオードＤ２及び平滑コンデンサＣ３からなる整流回路が接続され、コンデンサＣ３の他端はグランドに接続される。２次巻線Ｔ１Ｂに生じた電圧と比例した電圧が３次巻線Ｔ１Ｃに生じ、この電圧が整流されて第１の制御部の電力供給端子Ｖｃｃに入力される。

また、ダイオードＤ１はコンデンサＣ３と並列に第１のコンバータ２０からの出力に接続され、第２の制御部６０の電力供給端子Ｖｃｃに接続される。

第２の制御部６０はディテクタＤＥＴから入力したフィードバック用の電圧に基づいて一定の電圧が出力されるようにＰＷＭ制御してパルス信号を出力端子Ｖｏから出力する。

本実施形態の電源装置は、トランスＴ１の３次巻線Ｔ１Ｃから電圧を検出して第１の制御部３０の過電圧検出用電圧として供給する電圧検出回路を備える。この電圧検出回路はダイオードＤ１に接続された抵抗器Ｒ５と抵抗器Ｒ６とを備える。抵抗器Ｒ５と抵抗器Ｒ６との接続点には第１の制御部３０の過電圧検出端子ＯＶＰが接続される。

抵抗器Ｒ５と抵抗器Ｒ６は過電圧検出用の抵抗器であり、これらを介して２次巻線Ｔ１Ｂに生じた過電圧が検出される。２次巻線Ｔ１Ｂに発生した過電圧は磁気素子を介して巻線Ｔ１Ｃに電圧の変化を生じさせる。この変化を電圧検出回路が検出し、第１の制御部３０の過電圧検出端子に出力する。第１のコンバータ２０の昇圧後の出力電圧より、電源回路の供給する電圧の方が低い。このため、電圧検出回路を用いることにより過電圧検出の際の電力損失を低減させることができる。

ダイオードＤ２には第１の制御部３０の電力供給端子ＶｃｃとコンデンサＣ２が接続され、コンデンサＣ２はグランドが接続される。コンデンサＣ３はグランドが接続される。

第２のコンバータ４０がフォワードコンバータの場合、巻線Ｔ１Ｃは２次巻線Ｔ１Ｂに対してフォワード巻線であることが、部品点数削減の点から望ましい。

以上述べたように、本実施形態の電源装置はトランスＴ１の３次巻線Ｔ１Ｃから電圧を検出して第１の制御部３０の過電圧検出用電圧として供給する電圧検出回路を備える。このため、過電圧を第１のコンバータ２０が昇圧した電圧から検出するよりも、この電圧検出回路から検出する方が、電力損失が低減されるという効果がある。

図２は第２の実施形態の電源装置の回路図である。図２に示すように、本実施形態の電源装置は、第１のコンバータ２０と第１の制御部３０とを有するアクティブフィルタ１０と、第２の制御部６０を有する第２のコンバータ４０と、を備える。

アクティブフィルタ１０と、第２のコンバータ４０の構成は第１の実施形態と同様である。

本実施形態の電源装置は、トランスＴ１の３次巻線Ｔ１Ｃから得られた出力を第１の制御部３０の動作電力として供給する電源回路を備える。

この電源回路において、３次巻線Ｔ１Ｃの一端には整流ダイオードＤ１及び整流ダイオードＤ２及び平滑コンデンサＣ３からなる整流回路が接続され、コンデンサＣ３の他端はグランドに接続される。２次巻線Ｔ１Ｂに生じた電圧と比例した電圧が磁気素子に一時的に蓄えられ、これが放電するときに３次巻線Ｔ１Ｃに２次巻線Ｔ１Ｂに生じた電圧と比例した電圧が生じ、この電圧が整流されて第１の制御部３０の電力供給端子Ｖｃｃに入力される。

ダイオードＤ２には第１の制御部３０の電力供給端子とコンデンサＣ２が接続され、コンデンサＣ２はグランドに接続される。コンデンサＣ３はグランドに接続される。

本実施形態の電源装置は、トランスＴ１の４次巻線Ｔ１Ｄから電圧を検出して第１の制御部３０の過電圧検出用電圧として供給する電圧検出回路を備える。

４次巻線Ｔ１Ｄの一端にはダイオードＤ３が直列に接続され、ダイオードＤ３の他端にはコンデンサＣ４を介してグランドが接続される。ダイオードＤ３の他端にはさらに、コンデンサＣ４と並列に抵抗器Ｒ６と抵抗器Ｒ５が直列に接続され、抵抗器Ｒ５の他端はグランドが接続される。抵抗器Ｒ５と抵抗器Ｒ６との接続点には第１の制御部３０の過電圧検出端子ＯＶＰが接続される。

抵抗器Ｒ５と抵抗器Ｒ６は過電圧検出用の抵抗器であり、これらを介して２次巻線Ｔ１Ｂに生じた過電圧が検出される。すなわち、２次巻線Ｔ１Ｂに発生した過電圧は磁気素子を介して４次巻線Ｔ１Ｄに電圧の変化を生じさせる。この変化を電圧検出回路が検出し、第１の制御部３０の過電圧検出端子に出力する。第１のコンバータ２０の出力電圧より、電源回路の供給する電圧の方が低い。このため、電力損失を低減させることができる。

第２のコンバータ４０がフライバックコンバータの場合、４次巻線Ｔ１Ｄは２次巻線Ｔ１Ｂに対してフォワード巻線であることが、部品点数削減の点から望ましい。

第２のコンバータ４０がフライバックコンバータの場合、３次巻線Ｔ１Ｃは部品点数削減のため、２次巻線Ｔ１Ｂに対してフォワード巻線となる。この場合、第１の巻線Ｔ１Ｃでは過電圧を検出できない。このため、４次巻線Ｔ１Ｄを設ける必要がある。

以上述べたように、本実施形態の電源装置はトランスＴ１の４次巻線Ｔ１Ｄから電圧を検出して第１の制御部３０の過電圧検出用電圧として供給する電圧検出回路を備える。このため、第２のコンバータ４０がフライバックコンバータである場合にも、過電圧を第１のコンバータ２０が昇圧した電圧から検出するよりも、この電圧検出回路から検出する方が、電力損失が低減されるという効果がある。

図３は第３の実施形態の電源装置の回路図である。図３に示すように、本実施形態の電源装置は、第１のコンバータ２０と第１の制御部３０とを有するアクティブフィルタ１０と、第２の制御部６０を有する第２のコンバータ４０と、を備える。

第１の制御部３０は、アクティブフィルタ１０によって変換された電圧をフィードバックすることにより第１のコンバータ２０にデューティーを制御した前記パルス信号を出力して所定の電圧を出力させる。

すなわち、第１の制御部３０は、フィードバック端子Ｆ／Ｂから入力した電圧が降下した場合には上昇するように、また、上昇した場合には降下するようにパルス信号をＰＷＭ制御して出力端子Ｖｏから出力する。また、第１の制御部３０は、フィードバック端子Ｆ／Ｂに入力した電圧が所定の閾値以上であった場合、第１のコンバータを停止させるように制御する。

第１のコンバータ２０は、例えば入力された交流電圧を整流するダイオードブリッジを有する整流回路と、この整流回路から出力された直流電圧を入力し、第１の制御部３０から入力したＰＷＭ（パルス幅変調）制御されたパルス信号によってスイッチング素子Ｑ０を駆動させて所望の電圧に入力電圧を昇圧する昇圧チョッパー回路と、昇圧された交流電流を整流するダイオード及びコンデンサを有する整流回路とを備える。

第１のコンバータ２０はパルス信号のデューディーに基づいてスイッチング素子Ｑ０をＯＮ／ＯＦＦさせ、入力された交流電流を所望の電圧に変換する。

第１のコンバータ２０は第２の制御部６０に電力を供給する。また、第１のコンバータ２０の出力には第２のコンバータ４０への出力と並列にコンデンサＣ１が接続され、コンデンサＣ１はグランドに接続される。なお、このグランドは制御のための基準電位であり、いわゆる安全アースとは異なる。

第１のコンバータ２０の出力にはトランスＴ１の１次巻線Ｔ１Ａが接続される。１次巻線Ｔ１Ａの出力側にはＦＥＴなどのスイッチング素子Ｑ１のドレインが接続される。スイッチング素子Ｑ１のソースには抵抗器Ｒ４が直列に接続され、抵抗器Ｒ４の他端はグランドに接続される。スイッチング素子Ｑ１のゲートには抵抗器Ｒ３が直列に接続され、抵抗器Ｒ３の他端は第２の制御部６０の出力端子に接続される。トランスＴ１の２次巻線Ｔ１Ｂは整流ダイオードと平滑コンデンサとを有する整流回路５０を介して出力端子に接続される。

第２のコンバータ４０は第１のコンバータ２０の出力電圧をスイッチィング素子Ｑ１により断続的にトランスＴ１の１次巻線Ｔ１Ａに供給し、トランスＴ１の２次巻線Ｔ１Ｂから所望の電圧に変換する。すなわち、第２の制御部からＯＮ信号がスイッチング素子Ｑ１に出力されると、１次巻線Ｔ１Ａに電圧が生じ、このエネルギーが１次的に磁気素子に蓄積される。第２の制御部からＯＦＦ信号がスイッチング素子Ｑ１に出力されると、蓄積されたエネルギーが放出され、２次巻線に電圧を生じさせる。

本実施形態の電源装置は、トランスＴ１の３次巻線Ｔ１Ｃから得られる出力を第１の制御部３０の動作電力として供給する電源回路を備える。

この電源回路において、３次巻線Ｔ１Ｃの一端には整流ダイオードＤ１及び整流ダイオードＤ２及び平滑コンデンサＣ３からなる整流回路が接続され、コンデンサＣ３の他端はグランドに接続される。２次巻線Ｔ１Ｂに生じた電圧と比例した電圧が３次巻線Ｔ１Ｃに生じ、この電圧が整流されて第１の制御部の電力供給端子Ｖｃｃに入力される。

第２の制御部６０はディテクタＤＥＴから入力したフィードバック用の電圧に基づいて一定の電圧が出力されるようにＰＷＭ制御してパルス信号を出力端子Ｖｏから出力する。

本実施形態の電源装置は、トランスＴ１の３次巻線Ｔ１Ｃから電圧を検出して第１の制御部３０の過電圧検出用電圧として供給する電圧検出回路を備える。この電圧検出回路はダイオードＤ１に接続された抵抗器Ｒ５と抵抗器Ｒ６とを備える。抵抗器Ｒ５と抵抗器Ｒ６との接続点には第１の制御部３０のフィードバック端子が接続される。

抵抗器Ｒ５と抵抗器Ｒ６は出力電圧フィードバック用の抵抗器であり、これらを介して２次巻線Ｔ１Ｂに生じた過電圧が検出される。すなわち、２次巻線Ｔ１Ｂに発生した過電圧は磁気素子を介して巻線Ｔ１Ｃに電圧の変化を生じさせる。この変化を電圧検出回路が検出し、第１の制御部のフィードバック端子に出力する。第１のコンバータ２０の昇圧後の出力電圧より、電源回路の供給する電圧の方が低い。このため、電圧検出回路を用いることにより過電圧検出の際の電力損失を低減させることができる。

ダイオードＤ２には第１の制御部３０の電力供給端子ＶｃｃとコンデンサＣ２が接続され、コンデンサＣ２はグランドに接続される。コンデンサＣ３にはグランドに接続される。

第２のコンバータ４０がフォワードコンバータの場合、巻線Ｔ１Ｃは２次巻線Ｔ１Ｂに対してフォワード巻線であることが、部品点数削減の点から望ましい。

以上述べたように、本実施形態の電源装置はトランスＴ１の３次巻線Ｔ１Ｃから電圧を検出して第１の制御部３０のフィードバック用と過電圧検出用とを兼ねる電圧として供給する電圧検出回路を備える。このため、部品点数をさらに削減しても電力損失が低減されるという効果がある。

図４は第４の実施形態の電源装置の回路図である。図４に示すように、本実施形態の電源装置は、第１のコンバータ２０と第１の制御部３０とを有するアクティブフィルタ１０と、第２の制御部６０を有する第２のコンバータ４０と、を備える。

アクティブフィルタ１０と、第２のコンバータ４０の構成は第３の実施形態と同様である。

本実施形態の電源装置は、トランスＴ１の３次巻線Ｔ１Ｃからの出力を第１の制御部３０の動作電力として供給する電源回路を備える。

この電源回路において、３次巻線Ｔ１Ｃの一端には整流ダイオードＤ１及び整流ダイオードＤ２及び平滑コンデンサＣ３からなる整流回路が接続され、コンデンサＣ３の他端はグランドに接続される。２次巻線Ｔ１Ｂに生じた電圧と比例した電圧が磁気素子に一時的に蓄えられ、これが放電するときに３次巻線Ｔ１Ｃに２次巻線Ｔ１Ｂに生じた電圧と比例した電圧が生じ、この電圧が整流されて第１の制御部３０の電力供給端子Ｖｃｃに入力される。

ダイオードＤ２には第１の制御部３０の電力供給端子とコンデンサＣ２が接続され、コンデンサＣ２はグランドに接続される。コンデンサＣ３はグランドに接続される。

本実施形態の電源装置は、トランスＴ１の４次巻線Ｔ１Ｄから電圧を検出して第１の制御部３０の過電圧検出用電圧として供給する電圧検出回路を備える。

４次巻線Ｔ１Ｄの一端にはダイオードＤ３が直列に接続され、ダイオードＤ３の他端にはコンデンサＣ４を介してグランドが接続される。ダイオードＤ３の他端にはさらに、コンデンサＣ４と並列に抵抗器Ｒ６と抵抗器Ｒ５が直列に接続され、抵抗器Ｒ５の他端はグランドが接続される。抵抗器Ｒ５と抵抗器Ｒ６との間には第１の制御部３０のフィードバック端子Ｆ／Ｂが接続される。

抵抗器Ｒ５と抵抗器Ｒ６は出力電圧フィードバック用の抵抗器であり、これらを介して２次巻線Ｔ１Ｂに生じた過電圧が検出される。すなわち、２次巻線Ｔ１Ｂに発生した過電圧は磁気素子を介して４次巻線Ｔ１Ｄに電圧の変化を生じさせる。この変化を電圧検出回路が検出し、第１の制御部３０のフィードバック端子に出力する。第１のコンバータ２０の出力電圧より、電源回路の供給する電圧の方が低い。このため、電力損失を低減させることができる。

第２のコンバータ４０がフライバックコンバータの場合、４次巻線Ｔ１Ｄは２次巻線Ｔ１Ｂに対してフォワード巻線であることが、部品点数削減の点から望ましい。

第２のコンバータ４０がフライバックコンバータの場合、３次巻線Ｔ１Ｃは部品点数削減のため、２次巻線Ｔ１Ｂに対してフォワード巻線となる。この場合、第１の巻線Ｔ１Ｃでは過電圧を検出できない。このため、４次巻線Ｔ１Ｄを設ける必要がある。

以上述べたように、本実施形態の電源装置はトランスＴ１の磁気素子に磁気結合された４次巻線Ｔ１Ｄから電圧を検出して第１の制御部３０のフィードバック用と過電圧検出用とを兼ねる電圧として供給する電圧検出回路を備える。このため、第２のコンバータ４０がフライバックコンバータである場合にも、部品点数をさらに削減しても電力損失が低減されるという効果がある。

本発明の第１の実施形態の電源装置の回路図である。 本発明の第２の実施形態の電源装置の回路図である。 本発明の第３の実施形態の電源装置の回路図である。 本発明の第４の実施形態の電源装置の回路図である。

符号の説明

１０：アクティブフィルタ、
２０：第１のコンバータ、
３０：第１の制御部
４０：第２のコンバータ、
５０：整流回路、
６０：第２の制御部。

Claims (4)

1. 入力された交流電圧をパルス信号に基づいて所望の電圧に変換する第１のコンバータと、過電圧を検出した場合前記第１のコンバータの動作を停止させるように制御する制御部と、を備えるアクティブフィルタと、
   前記第１のコンバータの出力電圧をスイッチィング素子により断続的にトランスの１次巻線に供給し、前記トランスの２次巻線から所望の電圧に変換する第２のコンバータと、
   前記トランスの３次巻線から得られる出力を前記制御部の動作電力として供給する電源回路と、
   前記トランスの３次巻線から電圧を検出して前記制御部に過電圧検出用電圧として供給する電圧検出回路と、
   を備えることを特徴とする電源装置。
2. 前記電源回路が前記トランスの３次巻線からの出力を前記制御部の動作電力として供給し、
   前記電圧検出回路が前記トランスの４次巻線から電圧を検出して前記制御部の過電圧検出用電圧として供給する、
   ことを特徴とする請求項１記載の電源装置。
3. 入力された交流電流をパルス信号に基づいて所望の電圧に変換する第１のコンバータと、変換後の電圧をフィードバックすることにより前記第１のコンバータにデューティーを制御した前記パルス信号を出力して所定の電圧を出力させる制御部と、を備えるアクティブフィルタと、
   前記第１のコンバータの出力電圧をスイッチィング素子により断続的にトランスの１次巻線に供給し、前記トランスの２次巻線から所望の電圧に変換する第２のコンバータと、
   前記トランスの３次巻線から得られる出力を前記制御部の動作電力として供給する電源回路と、
   前記トランスの３次巻線から電圧を検出して前記制御部のフィードバック用電圧として供給する電圧検出回路と、
   を備えることを特徴とする電源装置。
4. 前記電源回路が前記トランスの３次巻線からの出力を前記制御部の動作電力として供給し、
   前記電圧検出回路が前記トランスの４次巻線から電圧を検出して前記制御部のフィードバック用電圧として供給する
   ことを特徴とする請求項３記載の電源装置。

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