JP2019047716A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回路規模が小さく、低コストに実現できる高調波電流抑制機能付きの電源装置を提供する。【解決手段】この電源装置（１）は、交流電圧を整流する整流部（１１）と、第１コイル（Ｌ１）、第１還流ダイオード（Ｄ１）及びコンデンサ（Ｃ３）が整流部の出力側の両端子間に直列に接続された第１回路部（１２）と、第１コイルと共通のコアを持たない第２コイル（Ｌ２）と第２還流ダイオード（Ｄ１）とが出力端子（ＯＵＴ１、ＯＵＴ２）間に直列に接続された第２回路部（１３）と、オンのときに、コンデンサ及び第１還流ダイオードを介さずに整流部から第１コイルへ電流を流すと同時に、第２還流ダイオードを介さずにコンデンサから第２コイルへ電流を流すスイッチ（ＳＷ）とを備える【選択図】図２

Description

本発明は、高調波電流抑制機能を有する電源装置に関する。

交流電源から直流電圧又は直流電流を生成する電源装置は、交流電源の波形歪みを拡大しないよう、入力電流の高調波を抑制することが要求される。一般的な高調波電流抑制機能付き電源装置は、高調波抑制回路が入力段に設けられ、直流出力用のＤＣ−ＤＣコンバータが出力段に設けられる。高調波抑制回路には、スイッチング制御により入力電流波形を正弦波に近づけるアクティブ方式の回路と、チョークコイル等により高調波の電流成分を低減するパッシブ方式の回路とがある。

また、本発明に関連する従来技術として、特許文献１には、交流電源８１の電圧を入力して直流出力を行う高調波電流抑制機能付き電源装置が開示されている（図１を参照）。この電源装置は、昇圧コンバータとＤＣ−ＤＣコンバータとが１つのスイッチ８５で駆動される。昇圧コンバータは、ローパスフィルタ８２及び整流回路８３を介して入力された電圧により、スイッチ８５がオンのときに、チョークトランス８８の一次巻線８８ａに励磁電流を流し、チョークトランス８８にエネルギーが蓄積される。また、昇圧コンバータは、スイッチ８５がオフのとき、チョークトランス８８の一次巻線８８ａに誘起された逆電圧により還流ダイオードＤ１０を介して電流を流し、コンデンサ８６に電荷を蓄積して直流電圧を得る。ＤＣ−ＤＣコンバータは、スイッチ８５がオンのときに、コンデンサ８６の直流電圧によりトランス８４を介してチョークトランス８８の二次巻線８８ｂに励磁電流が流れ、これが、チョークトランス８８と平滑コンデンサ８９により平滑して直流出力を得る。また、ＤＣ−ＤＣコンバータは、スイッチ８５がオフのとき、チョークトランス８８の二次巻線８８ｂに誘起された逆電圧により還流ダイオードＤ７に電流を流し、これをチョークトランス８８と平滑コンデンサ８９とにより平滑して直流出力を得る。

特開平６−２１７５３７号公報

アクティブ方式の高調波抑制回路を備えた電源装置は、高調波抑制回路のスイッチを制御する制御回路と、ＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチを制御する制御回路とを持つため、回路面積が大きくなり、また、コストが高騰するという課題がある。

一方、チョークコイルにより入力電流の高調波成分を低減するパッシブ方式の高調波抑制回路では、交流電源の低い周波数に対応するために非常に大きなチョークコイル及び抵抗等を採用する必要があり、回路体積が非常に大きくなるという課題がある。

また、特許文献１の電源装置は、昇圧コンバータの電流とＤＣ−ＤＣコンバータの電流とがチョークトランス８８の一次巻線８８ａと二次巻線８８ｂとを介して相互に影響し合う。このため、直流出力に交流電源８１の電圧変動に起因するリップルが生じやすいという課題がある。また、昇圧コンバータで励磁電流が流れるコイル（一次巻線８８ａ）と、ＤＣ−ＤＣコンバータで励磁電流が流れるコイル（二次巻線８８ｂ）とを、磁気的に結合させるという特殊な構成を有しているため、回路レイアウト上の制約が増すという課題がある。

本発明は、回路規模が小さく、低コストに実現できる高調波電流抑制機能付きの電源装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、
交流電圧を整流する整流部と、
第１コイル、第１還流ダイオード及びコンデンサが前記整流部の出力側の両端子間に直列に接続された第１回路部と、
前記第１コイルと共通のコアを持たない第２コイルと第２還流ダイオードとが出力端子間に直列に接続された第２回路部と、
オンのときに、前記コンデンサ及び前記第１還流ダイオードを介さずに前記整流部から前記第１コイルへ電流を流すと同時に、前記第２還流ダイオードを介さずに前記コンデンサから前記第２コイルへ電流を流すスイッチと、
を備える電源装置とした。

この構成によれば、スイッチの切替制御により、整流部の出力により第１コイルに励磁電流を流し、この電流を第１回路部に還流させてコンデンサの両端間に直流電圧を生成することができる。さらに、コンデンサの電圧により第２コイルに励磁電流を流し、この電流を第２回路部に還流させて出力端子間に直流出力を得ることができる。さらに、高調波電流抑制用のスイッチング制御と直流出力用のスイッチング制御とが別々に行われないので、例えばスイッチを２つ設ける必要がなく、また、スイッチを制御する制御回路を２系統設ける必要がない。なお、スイッチは２つ設けてもよい。よって、回路面積を小さくすることができ、また、コストの低減を図れる。また、第１回路部の第１コイルはスイッチの制御で整流部から電流を入力するので、パッシブ方式の高調波抑制回路で必要な大型のチョークコイルと比べて小型のものを採用でき、回路体積は小さくなる。一方、スイッチは、第１回路部の動作と第２回路部の動作とを同時に切り替えるため、例えば第２回路部の直流出力が安定するようにスイッチが制御されると、整流部の入力電流波形を正弦波とするような高調波電流の抑制に理想的なスイッチの制御を適用できない。しかし、このような場合においても、整流部から入力される電流が、全位相角において急激に遮断されない動作が得られる。一般に、スイッチング電源装置において大きな高調波が生じるのは、特定の位相角で入力電流が急激に遮断されるような場合であり、このような遮断が生じないことで高調波の割合が格段に小さくなる。したがって、本発明の構成により、十分な高調波の抑制作用が得られる。

また、図１の従来例と比較すると、本発明に係る第１回路部の第１コイルと第２回路部の第２コイルとは共通のコアを待たないため、第１回路部に流れる電流が第２回路部に影響を及ぼし、直流出力に大きなリップルが加わると言った不都合が生じない。さらに、第１コイルと第２コイルとが共通のコアを持たなくてよいため、図１の従来例のように回路レイアウト上の制約が生じないという利点が得られる。

本発明に係る電源装置において、具体的には、前記スイッチは、前記第１コイル及び前記第２コイルの間の接続点と、前記整流部の出力側の端子及び前記コンデンサが共通に接続される電位点との間に設けられている構成を採用できる。

このような接続により、本発明に係るスイッチの作用を実現できる。

本発明に係る電源装置において、さらに望ましくは、１つの還流ダイオードが前記第１還流ダイオードと前記第２還流ダイオードとを兼ねていてもよい。

このような構成により、さらなる回路規模の縮小及びコストの低減を図ることができる。

ここで具体的には、前記還流ダイオードは、前記第１コイル、前記第２コイル及び前記スイッチの間の接続点と、前記コンデンサの一端との間に設けられている構成を採用できる。

このような構成により、１つの還流ダイオードで、第１回路部の還流電流の生成と、第２回路部の還流電流の生成とを実現できる。

望ましくは、本発明に係る電源装置は、
前記スイッチがオンのときに前記第２コイルに流れる電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部の検出信号に基づいて前記スイッチを制御する制御回路と、
を更に備えてもよい。

このような構成により、第２回路部の直流出力を安定させるスイッチの制御を実現できる。

さらに望ましくは、本発明に係る電源装置は、前記スイッチと前記第１コイルとの間、及び、前記スイッチと前記第２コイルとの間の一方又は両方に電流の逆流を防止する１つ又は複数のダイオードが設けられていてもよい。

この構成によれば、例えばスイッチの寄生容量と、第１コイルのインダクタンス又は第２コイルのインダクタンスとが共振回路を構成し、不要な共振動作が生じてしまうことを防止できる。

ここで、具体的には、前記１つ又は複数のダイオードは、前記第１コイル、前記第２コイル及び前記スイッチの間の接続点よりも、前記第１コイル側と前記第２コイル側との両方又は一方に設けられていてもよい。

この構成によれば、ダイオードにより第１コイルと第２コイルとを貫通するような電流を遮断して、不要な動作を防止できる。

さらに、本発明に係る電源装置は、前記スイッチが、前記第１コイルと前記第１還流ダイオードとの間の接続点と第１電位点との間に接続された第１スイッチと、前記第２コイルと前記第２還流ダイオードとの間の接続点と前記第１電位点との間に接続された第２スイッチとを含み、
前記電源装置は、
前記第１スイッチと前記第２スイッチとに共通の制御信号を出力する制御回路を更に含んでもよい。

このような構成によれば、高調波電流の抑制と安定的な出力電流の出力とが可能であり、かつ、制御回路及び制御信号の共通化によって、回路面積の低減及びコストの低減を図れる。

ここで、前記第２コイルに流れる電流を検出する電流検出抵抗を更に備え、前記制御回路は、前記電流検出抵抗により検出された電流値に基づき前記第１スイッチ及び前記第２スイッチを制御するように構成してもよい。

このような構成によれば、電流検出抵抗により、第２回路部に流れる電流のみを、低コストにかつ高精度に検出することができる。

さらに具体的には、前記出力端子間に照明用の発光ダイオード又は照明用の有機エレクトロルミネッセンス素子が接続される構成を採用してもよい。

このように、本発明に係る電源装置は、大きな負荷だけでなく、例えば５Ｗ〜２５Ｗ程度の小電力の照明用の負荷に対応して電力供給することができる。小電力の照明用の電源装置は、長時間継続的に交流電源に接続されることから、高調波電流の抑制を施したほうが好ましい一方、小電力であることから高調波電流の抑制の程度は厳しくなくても、照明装置の外部に悪影響を及ぼしにくい。さらに、発光ダイオード又は有機エレクトロルミネッセンス素子の照明では、発光素子が小型及び低廉である分、電源装置にも小型化及びコストダウンが要求される。上記構成の電源装置により、小電力の照明用の電源装置に要求されるような高調波電流の抑制と小型化及びコストダウンを実現できる。

本発明によれば、回路規模が小さくかつ低コストに実現できる高調波電流抑制機能付きの電源装置を提供できる。

従来例の高調波電流抑制機能付き電源装置を示す回路図である。 本発明の実施形態１に係る電源装置を示す回路図である。 図２の電源装置の動作を示す説明図であり、（ａ）はスイッチがオンのときの動作を示し、（ｂ）はスイッチがオフのときの動作を示す。 本発明の実施形態２に係る電源装置を示す回路図である。 図４の電源装置の動作を示す説明図であり、（ａ）はスイッチがオンのときの動作を示し、（ｂ）はスイッチがオフのときの動作を示す。 本発明の実施形態３に係る電源装置を示す回路図である。 本発明の実施形態４に係る電源装置を示す回路図である。 本発明の実施形態５に係る電源装置を示す回路図である。 本発明の実施形態６に係る電源装置を示す回路図である。 本発明の実施形態１〜６の電源装置の動作の一例を示す波形図である。 本発明の実施形態１〜６の電源装置の高調波電流抑制機能の効果を示す表である。 本発明の変形例の電源装置を示す回路図である。 本発明の実施形態７に係る電源装置を示す回路図である。 本発明の実施形態８に係る電源装置を示す回路図である。 本発明の実施形態９に係る電源装置を示す回路図である。 本発明の実施形態１０に係る電源装置を示す回路図である。

以下、本発明の各実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

（実施形態１）
図２は、本発明の実施形態１に係る電源装置を示す回路図である。図３は、実施形態１の電源装置の動作を示す説明図であり、（ａ）はスイッチがオンのときの動作を示し、（ｂ）はスイッチがオフのときの動作を示す。

実施形態１の電源装置１は、交流電源Ｖａｃから直流電流を生成して照明用ＬＥＤ（Light Emitting Diode）３１に供給する高調波電流抑制機能付きの電源装置である。電源装置１の出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２の間には、照明用ＬＥＤ３１が接続される。

実施形態１の電源装置１は、交流電源Ｖａｃから供給される交流電圧を整流（例えば全波整流）する整流部１１と、スイッチＳＷの切替えによりコイル１５に発生する高周波電流を平滑する電流平滑コンデンサＣ１とを備える。また、電源装置１は、整流部１１の出力側の両端子間に第１コイルＬ１、還流ダイオードＤ１及びコンデンサＣ３が直列に接続された第１回路部１２と、出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２間に第２コイルＬ２及び還流ダイオードＤ１が直列に接続された第２回路部１３とを備える。第１コイルＬ１と第２コイルＬ２とは共通のコアを持たず、磁気的に略結合していない。また、電源装置１は、第１回路部１２及び第２回路部１３の動作を切り替える共通のスイッチＳＷと、スイッチＳＷを動作させる制御回路２０と、出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２間の電圧を平滑する平滑コンデンサＣ２とを備える。還流ダイオードＤ１は、本発明に係る第１還流ダイオードと、本発明に係る第２還流ダイオードとを兼ねた構成例に相当する。還流ダイオードは、フライホイールダイオードと呼んでもよい。

電源装置１において、電流平滑コンデンサＣ１、第１回路部１２及びスイッチＳＷにより高調波抑制回路部が構成され、第２回路部１３、スイッチＳＷ及び平滑コンデンサＣ２によりＤＣ−ＤＣコンバータ部が構成される。高調波抑制回路部とＤＣ−ＤＣコンバータ部とにおいてスイッチＳＷが共通化されている。

第１回路部１２の第１コイルＬ１、還流ダイオードＤ１及びコンデンサＣ３は、整流部１１の出力側の陽極の端子からこの順で直列に接続されている。また、第２回路部１３の第２コイルＬ２と還流ダイオードＤ１とは、陰極の出力端子ＯＵＴ２からこの順で直列に接続されている。還流ダイオードＤ１は、これらの順に電流が流れる向きに接続されている。

還流ダイオードＤ１は第１回路部１２と第２回路部１３とで共通化されている。このため、第１回路部１２と第２回路部１３とには、第１コイルＬ１と還流ダイオードＤ１との間と、第２コイルＬ２と還流ダイオードＤ１との間に、共通の接続点Ｎ１が設けられる。また、第１回路部１２と第２回路部１３とには、コンデンサＣ３と還流ダイオードＤ１との間と、出力端子ＯＵＴ１と還流ダイオードＤ１との間に、共通の接続点Ｎ２が設けられる。

スイッチＳＷは、整流部１１の出力側の一端子とコンデンサＣ３の一端とが共通に接続される電位点（整流部１１の出力のローサイド）と、接続点Ｎ１との間に設けられる。スイッチＳＷとしては、例えばＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）などの半導体スイッチを適用できる。接続点Ｎ１は、本発明に係る第１コイルＬ１、第２コイルＬ２及びスイッチＳＷの間の接続点に相当する。

制御回路２０は、例えば１つの集積回路により構成される。制御回路２０は、例えば出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２の間に所望の出力電流が流れるように、例えばＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御によりスイッチＳＷを制御する。

＜動作説明＞
続いて、電源装置１の動作について説明する。第１回路部１２では、図３（ａ）に示すように、スイッチＳＷがオンのとき、整流部１１の出力電圧により、電流経路Ｉ１で第１コイルＬ１に励磁電流が流され、第１コイルＬ１にエネルギーが蓄積される。また、図３（ｂ）に示すように、スイッチＳＷがオフのとき、整流部１１の出力電圧と第１コイルＬ１の逆起電力とにより、第１コイルＬ１、還流ダイオードＤ１及びコンデンサＣ３を含んだ電流経路Ｉ２に電流が流れ、コンデンサＣ３に電荷が蓄積される。このような動作により、コンデンサＣ３の両端間に直流電圧が生成される。

第２回路部１３では、図３（ａ）に示すように、スイッチＳＷがオンのとき、コンデンサＣ３の電圧により、出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２間を介した電流経路Ｉ３で、第２コイルＬ２に励磁電流が流される。これにより、第２コイルＬ２にエネルギーが蓄積され、かつ、出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２間に直流出力が得られる。また、図３（ｂ）に示すように、スイッチＳＷがオフのとき、第２コイルＬ２の逆起電力により、還流ダイオードＤ１、出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２間及び第２コイルＬ２を含んだ電流経路Ｉ４で電流が流れ、出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２間に直流出力が得られる。

制御回路２０は、このようなスイッチＳＷの制御を繰り返し行うことで、上記のような整流部１１からの電圧の入力と、出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２からの直流出力とが継続される。また、制御回路２０は、例えば出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２間の電流に応じて、スイッチＳＷのオン期間又はそのデューティ比を調整することで、安定した直流出力が得られる。

（実施形態２）
図４は、本発明の実施形態２に係る電源装置を示す回路図である。図５は、実施形態２の電源装置の動作を示す説明図であり、（ａ）はスイッチがオンのときの動作を示し、（ｂ）はスイッチがオフのときの動作を示す。

実施形態２に係る電源装置１Ａは、実施形態１と極性を逆転させた例である。電源装置１Ａは、実施形態１と極性が逆転された第１回路部１２Ａ、第２回路部１３Ａ及びスイッチＳＷＡを有する。実施形態１と同様の構成については同一符号を付して詳細な説明を省略する。

電源装置１Ａにおいて、電流平滑コンデンサＣ１、第１回路部１２Ａ及びスイッチＳＷＡにより高調波抑制回路部が構成され、第２回路部１３Ａ、スイッチＳＷ及び平滑コンデンサＣ２によりＤＣ−ＤＣコンバータ部が構成される。高調波抑制回路部とＤＣ−ＤＣコンバータ部とにおいてスイッチＳＷＡが共通化されている。

実施形態２では、第１回路部１２Ａの第１コイルＬ１、還流ダイオードＤ１及びコンデンサＣ３は、整流部１１の出力側の陰極の端子からこの順で直列に接続されている。また、第２回路部１３Ａの第２コイルＬ２と還流ダイオードＤ１とは、陽極の出力端子ＯＵＴ１からこの順で直列に接続されている。還流ダイオードＤ１は、これらと反対の向きに電流が流れるように接続されている。

還流ダイオードＤ１は、第１回路部１２Ａと第２回路部１３Ａとで共通化されている。このため、第１回路部１２Ａと第２回路部１３Ａとには、第１コイルＬ１と還流ダイオードＤ１との間と、第２コイルＬ２と還流ダイオードＤ１との間に、共通の接続点Ｎ１が設けられている。また、第１回路部１２Ａと第２回路部１３Ａとには、コンデンサＣ３と還流ダイオードＤ１との間と、還流ダイオードＤ１と出力端子ＯＵＴ２との間に、共通の接続点Ｎ２が設けられている。

スイッチＳＷＡは、接続点Ｎ１と、整流部１１の出力側の一端子及びコンデンサＣ３の一端が共通に接続される電位点（整流部１１のハイサイドの出力電位点）との間に設けられている。

＜動作説明＞
このような構成によれば、図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、スイッチＳＷＡがオンとオフに切り替わることで、第１回路部１２Ａの電流の流れが電流経路Ｉ１と電流経路Ｉ２とに切り替えられる。また、第２回路部１３Ａの電流の流れが電流経路Ｉ３と電流経路Ｉ４とに切り替えられる。これらにより、実施形態１と同様に、コンデンサＣ３の両端間に直流電圧が生成され、出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２間に直流出力が得られる。

（実施形態３）
図６は、本発明の実施形態３に係る電源装置を示す回路図である。

実施形態３の電源装置１Ｂは、カレントトランスＴ１が追加されている点で異なる他は、実施形態１と同様である。同様の構成については実施形態１と同一符号を付して詳細な説明を省略する。カレントトランスＴ１は、本発明に係る電流検出部の一例に相当する。

カレントトランスＴ１は、電流検出用のトランスであり、一方の巻線に流れる電流の検出信号を他方の巻線に出力する。カレントトランスＴ１は、スイッチＳＷがオンのときに第２コイルＬ２に流れる電流を流して、その電流値を検出する。カレントトランスＴ１の一方の巻線は、接続点Ｎ１とスイッチＳＷとの間で、かつ、第１コイルＬ１とスイッチＳＷとの接続点Ｎ３よりも、第２コイルＬ２の側に接続される。

スイッチＳＷがオンのとき、スイッチＳＷには第２コイルＬ２の電流と第１コイルＬ１の電流とが流れるが、上記の接続により、カレントトランスＴ１の一方の巻線に、第１コイルＬ１の電流が流れず、第２コイルＬ２の電流を流すことができる。これにより、カレントトランスＴ１は、第２コイルＬ２に流れる電流値を検出できる。

カレントトランスＴ１の検出信号は、制御回路２０に入力されて、スイッチＳＷの切替制御に使用される。例えば、検出信号のピーク電圧が所定値になるよう、制御回路２０は、スイッチＳＷのオン期間又はそのデューティ比を制御する。

このような構成においても、実施形態１と同様の動作により、コンデンサＣ３の両端間に直流電圧が生成され、出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２間に直流出力が得られる。

なお、カレントトランスＴ１の代わりに電流検出抵抗を適用し、この両端間電圧を電流の検出信号としてもよい。

（実施形態４）
図７は、本発明の実施形態４に係る電源装置を示す回路図である。

実施形態４の電源装置１Ｃは、電流検出抵抗Ｒ１が追加されている点で異なる他は、実施形態２と同様である。同様に構成については、実施形態２と同一符号を付して、詳細な説明を省略する。電流検出抵抗Ｒ１は、本発明に係る電流検出部の一例に相当する。

電流検出抵抗Ｒ１は、接続点Ｎ１と第２コイルＬ２との間に設けられ、第２コイルＬ２に流れる電流（すなわち出力電流）を検出する。制御回路２０へは、電流検出抵抗Ｒ１の両端間電圧が検出信号として送られる。制御回路２０は、例えば、検出信号のピーク電圧が所定値になるように、スイッチＳＷのオン期間又はそのデューティ比を制御する。

このような構成においても、実施形態２と同様の動作により、コンデンサＣ３の両端間に直流電圧が生成され、出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２間に直流出力が得られる。

（実施形態５）
図８は、本発明の実施形態５に係る電源装置を示す回路図である。

実施形態５の電源装置１Ｄは、接続点Ｎ１と第１コイルＬ１との間、及び、接続点Ｎ１と第２コイルＬ２との間の両方に、電流の逆流防止用のダイオードＤ２、Ｄ３をそれぞれ設けたもので、他の要素は実施形態１と同様である。同様の要素については実施形態１と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

ダイオードＤ２は、接続点Ｎ１から第１コイルＬ１側へ流れる電流を遮断する向きに接続される。ダイオードＤ３は、接続点Ｎ１から第２コイルＬ２側へ流れる電流を遮断する向きに接続される。

このような構成においても、実施形態１と同様の動作により、コンデンサＣ３の両端間に直流電圧が生成され、出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２間に直流出力が得られる。

スイッチＳＷには、寄生容量が付随し、寄生容量と第１コイルＬ１とでＬＣ共振回路が構成され、そこに不要な共振動作が生じる恐れがある。また、寄生容量と第２コイルＬ２とでＬＣ共振回路が構成され、そこに不要な共振動作が生じる恐れがある。しかし、実施形態５の電源装置１Ｄによれば、ダイオードＤ２、Ｄ３が、寄生容量と第１コイルＬ１とに流れる電流、及び、寄生容量と第２コイルＬ２との流れる電流を一方向に制限して、不要な共振動作を防止できる。

また、ダイオードＤ２、Ｄ３は、接続点Ｎ１よりも第１コイルＬ１側と第２コイルＬ２側とに設けられている。これにより、接続点Ｎ１を介して第１コイルＬ１から第２コイルＬ２へ流れる電流、あるいは、第２コイルＬ２から第１コイルＬ１へ流れる電流を遮断することができる。これにより、第１回路部１２と第２回路部１３とが不要に干渉することを防止できる。

なお、スイッチＳＷの寄生容量と第１コイルＬ１又は第２コイルＬ２との共振動作を防止する機能は、２つのダイオードＤ２、Ｄ３の代わりに、接続点Ｎ１とスイッチＳＷとの間に１つのダイオードを設けて実現してもよい。また、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２の何れか一方と、スイッチＳＷの寄生容量との共振動作が生じる恐れがあるような場合には、２つのダイオードＤ２、Ｄ３のうち、一方のみを設けて共振動作を防止するようにしてもよい。

（実施形態６）
図９は、本発明の実施形態６に係る電源装置を示す回路図である。

実施形態６の電源装置１Ｅは、実施形態２の構成に電流の逆流防止用のダイオードＤ２Ｅ、Ｄ３Ｅを追加したもので、その他の要素は実施形態２と同様である。実施形態２と同様の構成については同一符号を付して詳細な説明を省略する。

ダイオードＤ２Ｅ、Ｄ３Ｅは、接続点Ｎ１と第１コイルＬ１との間、並びに、接続点Ｎ１と第２コイルＬ２との間に設けられている。ダイオードＤ２Ｅ、Ｄ３Ｅは、第１回路部１２と第２回路部１３との極性に対応させて、第１コイルＬ１から接続点Ｎ１へ流れる電流を遮断する向き、並びに、第２コイルＬ２から接続点Ｎ１へ流れる電流を遮断する向きに接続されている。

このような構成においても、実施形態２と同様の動作により、コンデンサＣ３の両端間に直流電圧が生成され、出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２間に直流出力が得られる。また、ダイオードＤ２Ｅ、Ｄ３Ｅにより、スイッチＳＷの寄生容量と第１コイルＬ１又は第２コイルＬ２とに生じる不要な共振動作を防止できる。また、接続点Ｎ１を介して第１コイルＬ１と第２コイルＬ２との間に流れる電流を防止して、両者が不要に干渉することを防止できる。

＜実施形態効果＞
図１０は、本発明の実施形態１〜６の電源装置の動作の一例を示す波形図である。図１１は、本発明の実施形態１〜６の電源装置による高調波電流の抑制効果を示す表である。

実施形態１〜６の電源装置１〜１Ｅによれば、１つのスイッチＳＷ、ＳＷＡが、第１回路部１２、１２Ａと、第２回路部１３、１３Ａとの動作を同時に切り替えて、高調波の抑制と、安定した直流出力を行うことができる。

実施形態１〜６の電源装置１〜１Ｅでは、例えば制御回路２０が、第２回路部１３、１３Ａの直流出力が安定するようにスイッチＳＷ、ＳＷＡを制御すると、整流部１１の入力電流波形を理想的な正弦波（図１０の実線の波形）とする制御ができない。しかし、このような場合でも、スイッチＳＷ、ＳＷＡによる第１回路部１２、１２Ａの制御により、整流部１１からの入力電流が、交流電源Ｖａｃの全位相角において急激に遮断されないように設定することは容易である。例えば、第２回路部１３、１３Ａの出力に対して、第１コイルＬ１のインダクタンス値として、あまり大きくならないよう、かつ、極端に小さくならないよう適切な値を選定すればよい。これにより、整流部１１の出力電圧が小さい期間でも、第１コイルＬ１の励磁電流により、スイッチＳＷ、ＳＷＡがオフのときでも整流部１１から電流が入力されるように動作させることができる。そして、このような動作により、図１０の一点鎖線で示すような入力電流波形が得られる。

一般に、スイッチング電源装置で大きな高調波が生じるのは、特定の位相角で入力電流が急激に遮断され、急峻な電流変化が生じるような場合であり、このような遮断が生じないことで高調波の割合は各段に小さくなる。実施形態１〜６の電源装置１〜１Ｅによれば、図１０の一点鎖線で示したような急峻な電流変化のない電流波形が得られ、十分な高調波の抑制効果が得られる。

図１１は、１００Ｖ５０Ｈｚの交流電源Ｖａｃを用いた場合と、１００Ｖ６０Ｈｚの交流電源Ｖａｃを用いた場合とにおいて、実施形態１の電源装置１について力率と高調波１次成分〜１１次成分の電流実効値の測定結果を示す。このような測定結果から、実施形態１の電源装置１によれば、高調波２次成分〜１１次成分が十分に小さくなり、かつ、高い力率が得られることが確認された。

以上のように、実施形態１〜６の電源装置１〜１Ｅによれば、高調波の抑制効果と、安定した直流出力とが、１つのスイッチＳＷ、ＳＷＡの制御で得られる。したがって、従来のアクティブ方式の高調波抑制回路を備える電源装置と比較して、制御回路２０を１系統に削減でき、回路面積の縮小及びコストの低減を図ることができる。また、スイッチＳＷ、ＳＷＡも１つに削減できることから、回路面積のさらなる縮小及びコストの低減を図ることができる。

さらに、実施形態１〜６の電源装置１〜１Ｅによれば、還流ダイオードＤ１が、第１回路部１２の還流ダイオードと第２回路部１３の還流ダイオードとを兼ねていることから、さらなる回路規模の縮小及びコストの低減を図ることができる。

また、実施形態３、４の電源装置１Ｂ、１Ｃによれば、制御回路２０が、スイッチＳＷ、ＳＷＡがオンのときに第２コイルＬ２を流れる電流に基づいてスイッチＳＷ、ＳＷＡを制御する。これにより、出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２から出力される直流電流を所望の値に制御することができる。電流の検出は、第１コイルＬ１の電流の干渉を受けずに、第２コイルＬ２の電流について行われるので、直流出力に含まれるリップル（交流電源Ｖａｃの電圧変動に起因するリップル）も低減できる。

また、実施形態５、６の電源装置１Ｄ、１Ｅによれば、共振防止用のダイオードＤ２、Ｄ３、Ｄ２Ｅ、Ｄ３Ｅにより、第１回路部１２、１２Ａと第２回路部１３、１３Ａに不要な共振動作が生じることを防止できる。これにより、より安定した動作が得られる。

また、実施形態１〜６の電源装置１〜１Ｅは、小電力照明装置の電源装置として適用されている。照明装置は、長時間継続的に交流電源Ｖａｃに接続されることが想定されるため、たとえ電力消費が小さくても高調波を抑制した方が、交流電源Ｖａｃに接続される他の機器への悪影響を低減できて好ましい。一方、小電力の照明装置は、大電力の電子機器と比較して、小電力であることから高調波電流の抑制の程度は厳しくなくても、交流電源Ｖａｃに接続される他の機器へ悪影響を及ぼしにくい。一方、ＬＥＤ又は有機エレクトロルミネッセンス素子を用いた照明では、発光素子が小型及び低コストである分、電源装置についても小型化及び低コスト化が図られると、全体的な均衡が得られる。実施形態１〜６の電源装置１〜１Ｅは、入力電流の波形が正弦波状となる電源装置と比較すれば、高調波電流の抑制の程度が比較的に厳しいものでないが、小電力の照明装置としては十分な高調波電流抑制機能が得られる。さらに、回路の実装面積の縮小及び低コストが図られており、小電力照明装置の電源装置として特に適した特性が得られる。

以上、本発明の実施形態１〜６について説明した。しかし、本発明は上記の実施形態に限られない。例えば、上記実施形態では、第１回路部の第１還流ダイオードと第２回路部の第２還流ダイオードとを、１つの還流ダイオードで兼用する構成を採用している。しかし、第１還流ダイオードと第２還流ダイオードとが別個に設けられていてもよい。図１２には変形例の電源装置の回路図を示す。図１２の電源装置１Ｆは、第１還流ダイオードＤ１と第２還流ダイオードＤ４とを別箇に設けた例であり、その他の構成は実施形態３のものと同様である。電源装置１Ｆにおいて、第１回路部１２Ｆは、整流部１１の出力側の両端子間に直列に接続された第１コイルＬ１、第１還流ダイオードＤ１及びコンデンサＣ３を備える。第２回路部１３Ｆは、出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２間に直列に接続された第２コイルＬ２及び第２還流ダイオードＤ４を備える。

また、上記実施形態では、共通の１つのスイッチにより第１回路部及び第２回路部の動作を切り替える構成を示したが、２つのスイッチを用いて第１回路部と第２回路部との動作を切り替えるようにしてもよい。この場合でも、１系統の制御回路から出力される共通の制御信号で２つのスイッチを切り替えることで、制御回路が１系統になり回路規模の縮小及びコストダウンを図ることができる。また、上記実施形態では、制御回路が出力電流の検知信号に基づきスイッチを制御する構成を示した。しかし、制御回路の制御方式としては、例えば、第１回路部の電流又は電圧に基づく制御と出力電流に基づく制御とを併用する方式など、様々な制御方式が適用されてもよい。

（実施形態７）
図１３は、本発明の実施形態７に係る電源装置を示す回路図である。

実施形態７の電源装置１Ｇは、主に、第１還流ダイオードＤ１と第２還流ダイオードＤ４とを別箇に設け、かつ、第１回路部１２Ｂを駆動する第１スイッチＳＷ１と、第２回路部１３Ｂを駆動する第２スイッチＳＷ２とを別箇に設けた点が、実施形態１と異なる。実施形態１と同様の構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

電源装置１Ｇは、整流部１１の出力側の両端子間に第１コイルＬ１、第１還流ダイオードＤ１及びコンデンサＣ３が直列に接続された第１回路部１２Ｂと、出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２間に第２コイルＬ２及び第２還流ダイオードＤ４が直列に接続された第２回路部１３Ｂとを備える。電源装置１Ｇは、更に、第１回路部１２Ｂの動作を切り替える第１スイッチＳＷ１と、第２回路部１３の動作を切り替える第２スイッチＳＷ２と、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２に共通の制御信号を出力する制御回路２０とを備える。電源装置１Ｇは、更に、第２コイルＬ２に流れる電流を検出する電流検出抵抗Ｒ１ｂを備える。

電源装置１Ｇにおいて、電流平滑コンデンサＣ１、第１回路部１２Ｂ及び第１スイッチＳＷ１により高調波抑制回路部が構成され、第２回路部１３Ｂ、第２スイッチＳＷ２及び平滑コンデンサＣ２によりＤＣ−ＤＣコンバータ部が構成される。高調波抑制回路部とＤＣ−ＤＣコンバータ部とにおいて、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２の制御信号が共通化されている。

第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２は、例えばＭＯＳＦＥＴなどの半導体スイッチである。第１スイッチＳＷ１は、第１コイルＬ１と第１還流ダイオードＤ１との接続点と、第１電位点（整流部１１の出力のローサイド）との間に接続されている。第２スイッチＳＷ２は、第２コイルＬ２と第２還流ダイオードＤ４との接続点と、第１電位点との間に接続されている。

電流検出抵抗Ｒ１ｂは、例えば、第２スイッチＳＷ２と第１電位点（整流部１１の出力のローサイド）との間に接続され、第２スイッチＳＷ２がオンのときに、第２コイルＬ２に流れる電流を検出する。この電流値は、出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２間に流れる電流に換算可能な値である。電流検出抵抗Ｒ１ｂにより検出された電流値の信号は制御回路２０へ出力される。制御回路２０は、例えば検出された電流値のピーク値又は平均値などの統計値に基づいて、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２を制御する。

＜動作説明＞
第１回路部１２Ｂでは、第１スイッチＳＷ１がオンのとき、整流部１１の出力電圧により、第１コイルＬ１に励磁電流が流され、第１コイルＬ１にエネルギーが蓄積される。そして、第１スイッチＳＷ１がオフのとき、整流部１１の出力電圧と第１コイルＬ１の逆起電力とにより、第１コイルＬ１、第１還流ダイオードＤ１及びコンデンサＣ３を含んだ電流経路に電流が流れ、コンデンサＣ３に電荷が蓄積される。このような動作により、コンデンサＣ３の両端子間に直流電圧が生成される。

第２回路部１３Ｂでは、第２スイッチＳＷ２がオンのとき、コンデンサＣ３の電圧により、出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２間を介した電流経路で、第２コイルＬ２に励磁電流が流される。これにより、第２コイルＬ２にエネルギーが蓄積され、かつ、出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２間に直流出力が得られる。また、第２スイッチＳＷ２がオフのとき、第２コイルＬ２の逆起電力により、第２還流ダイオードＤ４、出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２間及び第２コイルＬ２を含んだ電流経路で電流が流れ、出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２間に直流出力が得られる。

制御回路２０は、このような第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２の制御を繰り返し行うことで、整流部１１からの電圧の入力と、出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２からの直流出力とが継続される。加えて、制御回路２０は、電流検出抵抗Ｒ１ｂにより検出される電流値に応じて、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２のオン期間又はそのデューティ比を調整する。これにより、電源装置１Ｇから安定した直流出力が得られる。さらに、整流部１１から入力される電流が、全位相角においてなだらかに変化する電流となって、高調波電流を十分に抑制できる。

以上のように、実施形態７の電源装置１Ｇによれば、高調波電流を抑制し、かつ、安定した直流電流を出力できる。さらに、実施形態７の電源装置１Ｇによれば、制御回路２０は、共通の制御信号を用いて、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２のオンとオフとを切り替えるので、２系統の制御回路を設ける場合と比較して、電源装置１Ｇの製造コストを低減できる。

さらに、実施形態７の電源装置１Ｇによれば、第１スイッチＳＷ１と第２スイッチＳＷ２とを有することで、電流検出抵抗Ｒ１ｂを用いて第２回路部１３Ｂに流れる電流のみを容易に検出することができる。これにより、安定した出力電流を容易に得ることができる。

また、実施形態７の電源装置１Ｇによれば、電流検出抵抗Ｒ１ｂを用いてローサイドの電位（整流部１１の出力のローサイドの電位）を基準とする電圧によって、第２回路部１３Ｂに流れる電流値を検出できる。このため、制御回路２０、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２をローサイド側に接続することができ、調光器により交流電源Ｖａｃを位相カットする位相調光機能を付加する場合に、調光器と制御回路２０とを接続しやすいという効果が得られる。具体的には、整流部１１の出力のローサイドの電位と制御回路２０の第１電位点とが同一電位となるため、調光器により位相制御された交流電源Ｖａｃの位相を、制御回路２０（あるいは制御回路２０と基準電位が共通化された他の制御回路であってもよい）が検出しやすくなるという効果が得られる。ローサイドの電位を基準とする電圧によって、第２回路部１３Ｂに流れる電流値を検出する方法としては、次の実施形態８に示すように、カレントトランスＴ１を利用する方法もある。しかし、電流検出抵抗Ｒ１ｂを用いることで、低コストにかつ高精度に電流値の検出が可能となる。

さらに、実施形態７の電源装置１Ｇによれば、電流検出抵抗Ｒ１ｂを用いて電流を検出しているので、抵抗値の選定により、出力電流の大きさを適宜変更できるという効果が得られる。

なお、電流検出抵抗Ｒ１ｂの代わりに、第２スイッチＳＷ２のオン抵抗を、電流検出用の抵抗として適用してもよい。これにより、電流検出抵抗Ｒ１ｂを省略できる。

（実施形態８）
図１４は、本発明の実施形態８に係る電源装置を示す回路図である。

実施形態８の電源装置１Ｈは、第２回路部１３Ｂに流れる電流を検出する要素として、カレントトランスＴ１を用いた点が、実施形態７と異なる。実施形態７と同様の構成については同一符号を付して詳細な説明を省略する。

カレントトランスＴ１の一方の巻線は、例えば、第２コイルＬ２と第２還流ダイオードＤ４との間の接続点と、第２スイッチＳＷ２との間に接続される。カレントトランスＴ１は、一方の巻線に検出対象の電流を流し、他方の巻線に電流値を表す検出信号を生成する。

制御回路２０は、カレントトランスＴ１から検出信号を受け、この検出信号に基づいて、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２のオン期間又はそのデューティ比を調整する。

実施形態８の電源装置１Ｈによれば、実施形態７と同様に、高調波電流を抑制し、かつ、安定した直流電流を出力できる。実施形態８の電源装置１Ｈによれば、実施形態７と同様に、２系統の制御回路を設けた２コンバータ方式の場合と比較して、電源装置１Ｈの製造コストを低減できる。

（実施形態９）
図１５は、本発明の実施形態９に係る電源装置を示す回路図である。

実施形態９の電源装置１Ｉは、実施形態１（図２）の第２コイルＬ２の配置を、還流ダイオードＤ１のハイサイドの接続点と、平滑コンデンサＣ２のハイサイドの接続点との間に変更した例である。その他の構成は、図２の電源装置１と同様である。

実施形態９の電源装置１Ｉによれば、実施形態１と同様の動作により、高調波電流を抑制しかつ安定した直流電流を出力することができる。

（実施形態１０）
図１６は、本発明の実施形態１０に係る電源装置を示す回路図である。

実施形態１０に係る電源装置１Ｊは、実施形態４（図７）の第２コイルＬ２の配置を、還流ダイオードＤ１のローサイドの接続点と、平滑コンデンサＣ２のローサイドの接続点との間に変更した例である。その他の構成は、図７の実施形態４と同様である。

実施形態１０の電源装置１Ｊによれば、実施形態４と同様の動作により、高調波電流を抑制しかつ安定した直流電流を出力することができる。

以上、本発明の実施形態１〜１０について説明した。しかし、本発明は上記の実施形態に限られない。例えば、上記実施形態では、制御回路が、検出されたピーク電流が所定値になるようにスイッチング制御する例を示したが、電流平均値が所定値になるように制御してもよいなど、出力制御の方法は様々に変更できる。また、上記実施形態では、電源装置の負荷として照明用ＬＥＤ３１を適用した例を示したが、照明用ＬＥＤの代わりに照明用の有機エレクトロルミネッセンス素子が適用されてもよい。さらに、電源装置の負荷は特に制限されない。また、実施形態３の追加構成と、実施形態５の追加構成とは、併用されてもよい。同様に、実施形態４の追加構成と、実施形態６の追加構成とは、併用されてもよい。その他、実施形態で示した細部は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

Ｖａｃ・・・交流電源、１１・・・整流部、Ｃ１・・・電流平滑コンデンサ、Ｃ２・・・平滑コンデンサ、Ｌ１・・・第１コイル、Ｄ１・・・還流ダイオード（第１還流ダイオード、第２還流ダイオード）、Ｄ４・・・第２還流ダイオード、Ｃ３・・・コンデンサ、Ｌ２・・・第２コイル、１２、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｆ・・・第１回路部、１３、１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｆ・・・第２回路部、ＳＷ、ＳＷＡ・・・スイッチ、ＳＷ１・・・第１スイッチ、ＳＷ２・・・第２スイッチ、２０・・・制御回路、Ｔ１・・・カレントトランス、Ｒ１、Ｒ１ｂ・・・電流検出抵抗、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ２Ｅ、Ｄ３Ｅ・・・ダイオード、ＯＵＴ１、ＯＵＴ２・・・出力端子、Ｎ１、Ｎ２・・・接続点、３１・・・照明用ＬＥＤ

Claims (10)

1. 交流電圧を整流する整流部と、
   第１コイル、第１還流ダイオード及びコンデンサが前記整流部の出力側の両端子間に直列に接続された第１回路部と、
   前記第１コイルと共通のコアを持たない第２コイルと第２還流ダイオードとが出力端子間に直列に接続された第２回路部と、
   オンのときに、前記コンデンサ及び前記第１還流ダイオードを介さずに前記整流部から前記第１コイルへ電流を流すと同時に、前記第２還流ダイオードを介さずに前記コンデンサから前記第２コイルへ電流を流すスイッチと、
   を備えることを特徴とする電源装置。
2. 前記スイッチは、前記第１コイル及び前記第２コイルの間の接続点と、前記整流部の出力側の端子及び前記コンデンサが共通に接続される電位点との間に設けられていることを特徴とする請求項１記載の電源装置。
3. １つの還流ダイオードが前記第１還流ダイオードと前記第２還流ダイオードとを兼ねていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電源装置。
4. 前記還流ダイオードは、前記第１コイル、前記第２コイル及び前記スイッチの間の接続点と、前記コンデンサの一端との間に設けられていることを特徴とする請求項３記載の電源装置。
5. 前記スイッチがオンのときに前記第２コイルに流れる電流を検出する電流検出部と、
   前記電流検出部の検出信号に基づいて前記スイッチを制御する制御回路と、
   を更に備えることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の電源装置。
6. 前記スイッチと前記第１コイルとの間、及び、前記スイッチと前記第２コイルとの間の一方又は両方に電流の逆流を防止する１つ又は複数のダイオードが設けられていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の電源装置。
7. 前記１つ又は複数のダイオードは、前記第１コイル、前記第２コイル及び前記スイッチの間の接続点よりも、前記第１コイル側と前記第２コイル側の両方又は一方に設けられていることを特徴とする請求項６記載の電源装置。
8. 前記スイッチは、前記第１コイルと前記第１還流ダイオードとの間の接続点と第１電位点との間に接続された第１スイッチと、前記第２コイルと前記第２還流ダイオードとの間の接続点と前記第１電位点との間に接続された第２スイッチとを含み、
   前記電源装置は、
   前記第１スイッチと前記第２スイッチとに共通の制御信号を出力する制御回路を更に含むことを特徴とする請求項１記載の電源装置。
9. 前記第２コイルに流れる電流を検出する電流検出抵抗を更に備え、
   前記制御回路は、前記電流検出抵抗により検出された電流値に基づき前記第１スイッチ及び前記第２スイッチを制御することを特徴とする請求項８記載の電源装置。
10. 前記出力端子間に照明用の発光ダイオード又は照明用の有機エレクトロルミネッセンス素子が接続されることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の電源装置。