JP2808190B2 - 力率が改善された電源装置 - Google Patents

力率が改善された電源装置

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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、交流電力を入力として直流出力を形成する
ための直流電源装置に関する。詳細に述べると、本発明
は、交流入力を整流する整流回路と該整流回路からの入
力をスイッチング素子でオン・オフ制御して変圧手段で
昇圧又は降圧した後、再び直流に変換する整流回路から
なるスイッチング電源装置に関する。さらに、本発明
は、電源装置に使用して力率を改善することができる力
率改善制御装置に関する。
従来の技術 上述した形式のスイッチング電源装置は、入力側の整
流回路がブリッジ接続されたダイオードを有し、整流回
路の出力には平滑コンデンサが接続される。入力側の整
流回路の出力は、該出力を昇圧又は降圧するための変圧
器を有する出力側コンバータの一次巻線に接続される。
変圧器の一次側巻線に接続される入力側の整流回路の出
力をオン・オフ制御するために、スイッチング素子が設
けられる。出力側コンバータの変圧器の二次巻線は出力
側整流回路を介して負荷に接続される。
このような平滑コンデンサを備える回路では、平滑コ
ンデンサが充電される期間だけ入力電流が流れ、平滑コ
ンデンサの電圧より入力電圧が低い期間は電流が流れな
い。したがって、交流入力電圧が正弦波であっても、電
流波形は急峻な山形になり、力率が低下するとともに高
調波成分が発生する。
交流入力電源として商用電源を利用した場合、このス
イッチング電源に発生した高調波が商用電源ラインに流
れて商用電源を歪ませることが認識され、問題視されて
いる。このため、近年では、この傾向を考慮して、スイ
ッチング電源回路における高調波の発生を抑制すること
が課題となっている。
この問題を解決するものとして、交流入力を、スイッ
チング素子により、その周期より速い周期でオン・オフ
させる、いわゆるディザー方式と呼ばれる整流回路を使
用する電源装置が提案されている。このディザー方式の
整流回路を使用するスイッチング電源装置の代表的なも
のとして、日本工業技術センターが1992年11月26日と27
日に開催した「スイッチング電源の力率改善回路」と題
するセミナーのテキストに掲載された高橋勲の「ディザ
ー整流回路のスイッチング電源への応用」に昇圧タイプ
の回路例１として記載された回路がある。
この公知の回路では、交流電源を入力とする入力側整
流回路の出力の一方をインダクタとダイオードを介して
変圧手段の一次側巻線の一端に接続し、該一次側巻線の
他端を、スイッチング素子を介して入力側整流回路の出
力の他方に接続する。変圧手段の一次側巻線とスイッチ
ング素子とに並列にコンデンサを接続し、インダクタと
ダイオードとの間を変圧手段の一次側巻線とスイッチン
グ素子との間に第２のダイオードを介して接続する。ス
イッチング素子を制御回路により交流入力の周期より速
い周期でオン・オフさせることにより、該スイッチング
素子のオン期間には、その期間の入力電圧に比例した電
流がコンデンサに流れることになり、結果として力率が
改善され、高調波の発生が抑制される。
特開平３−207268号公報及び特開平４−127875号公報
にも、同様なディザー方式の整流回路を使用したスイッ
チング電源装置が開示されている。
上述のディザー方式の整流回路を使用したスイッチン
グ電源装置は、比較的簡単な回路構成で高い力率を達成
でき、高調波成分を抑制できる、という利点がある。し
かし、この方式の回路では、入力電圧や負荷の変動に伴
ってコンデンサの電圧が大きく変化する、という欠点が
ある。したがって、入力電圧の変動範囲や負荷の変動範
囲を広くするためには、スイッチング素子をオン・オフ
する制御回路の発振周波数を入力電圧と負荷の変動に応
じて変化させ、コンデンサの電圧変化幅を小さくするこ
とが必要であった。また、このように制御回路の発振周
波数を変化させると、変圧手段やインダクタ、入力側及
び出力側のフィルタが大きくなり、制御も困難になる、
という問題が生じる。
発明の開示 本発明は、簡単な回路構成で力率の改善を達成でき、
発振周波数を変化させることなくコンデンサの電圧変動
を抑制でき、入力電圧の変動範囲及び負荷の変動範囲を
大きくすることができるスイッチング電源装置を提供す
ることを目的とする。
また、本発明は、ユニットとして形成され、電源装置
の力率改善回路に接続することにより電源装置の力率を
改善することができる力率改善制御装置を提供すること
を他の目的とする。
上記目的を達成するため、本発明は、交流入力を全波
整流する入力側の整流回路と、一次側巻線と二次側巻線
とを備える変圧手段を有し、該一次側巻線が、入力側の
整流回路の対をなす出力に接続され、二次側巻線が出力
側の整流回路を介して負荷に接続され、制御回路により
オン・オフ作動して一次側巻線への電流をオン・オフ制
御する第１のスイッチング素子と、該第１のスイッチン
グ素子のオフ期間に充電され、オン期間に変圧手段の一
次側巻線を介して放電するように入力側の整流回路と変
圧手段の一次側巻線に接続されたコンデンサとを有する
出力側コンバータと、第２のスイッチング素子によって
制御されるように入力側の整流回路の対をなす出力に接
続されたエネルギ蓄積手段を有し、該エネルギ蓄積手段
に蓄積されたエネルギが第２のスイッチング素子の制御
のもとにコンデンサを充電するようになった力率改善回
路と、を備えるスイッチング電源装置に改良を加える。
この電源装置においては、制御回路が第１のスイッチン
グ素子を交流入力の周期より速い周期でオン・オフ制御
し、第２のスイッチング素子が該制御回路により、又は
他の発振器等の回路により、該第１のスイッチング素子
と同期してオン・オフ制御される。本発明の特徴とする
点は、第２のスイッチング素子を流れる電流が所定値を
越えたとき該第２のスイッチング素子の導通を断つ遮断
手段が設けられたことにある。
本発明の一態様によるスイッチング電源装置は、交流
入力を全波整流する入力側の整流回路と、一次側巻線と
二次側巻線とからなる変圧手段を有し、該二次側巻線が
出力側の整流回路を介して負荷に接続された出力側コン
バータとを備え、一次側巻線の一端が、入力側の整流回
路の対をなす出力の一方にインダクタ及び第一のダイオ
ードを介して接続され、一次側巻線の他端が制御回路に
よりオン・オフ作動して一次側巻線への電流をオン・オ
フ制御するスイッチング素子を介して入力側の整流回路
の他方の出力に接続され、コンデンサが、該スイッチン
グ素子のオン期間に変圧手段の一次側巻線を介して放電
するように、該一次側巻線とスイッチング素子とに並列
に接続され、制御回路がスイッチング素子を交流入力の
周期より速い周期でオン・オフ制御するようになった形
式である。
この装置には、インダクタと直列に入力側の整流回路
の対をなす出力に接続された第２のスイッチング素子が
設けられ、該第２のスイッチング素子を交流入力の周期
より速い周期でオン・オフ制御して、オフ期間にインダ
クタ及びダイオードを介してコンデンサを充電するオン
・オフ制御手段が設けられる。本発明の特徴として、こ
のスイッチング電源装置は、第２のスイッチング素子を
流れる電流が所定値を越えたとき、該第２のスイッチン
グ素子の導通を断つ遮断手段を備える。
本発明の装置においては、第１のスイッチング素子と
第２のスイッチング素子とを同期してオン・オフ制御す
ることが好ましく、第２のスイッチング素子を出力側コ
ンバータの制御手段により制御することがさらに好まし
い。また、本発明においては、上述のコンデンサの電圧
を検出して、このコンデンサ電圧に基づいて第２のスイ
ッチング素子の導通が断たれる前記所定値を変化させる
か、又は、このコンデンサ電圧に基づく制御の代わり
に、或いはこの制御に加えて、入力側の整流回路からの
入力電圧を検出して、この入力電圧に基づいて第２のス
イッチング素子の導通が断たれる前記所定値を変化させ
るようにする。
本発明の好ましい実施の形態においては、遮断手段
を、第２のスイッチング素子を流れる電流を検出する電
流検出手段と、該電流検出手段の検出出力を基準値と比
較する比較手段と、電流検出手段の検出出力が該基準値
を越えたとき、第２のスイッチング素子の導通を断つス
イッチとから構成する。この場合において、コンデンサ
電圧と入力側の整流回路からの入力電圧の一方又は両方
に基づいて比較手段の基準電圧又は電流検出手段の検出
出力を変化させることができる。
本発明のスイッチング電源装置では、第２スイッチン
グ素子がオンのとき、電源が短絡状態になり、この間に
第１スイッチング素子がオンであれば、コンデンサから
の放電により変圧手段の一次側巻線に電流が流れる。こ
の間に、インダクタにエネルギが蓄積される。第１、第
２スイッチング素子が共にオフになると、変圧手段の一
次側巻線の電流が断たれ、インダクタに蓄積されたエネ
ルギがダイオードを介してコンデンサを充電する。この
場合、コンデンサの充電電圧は、インダクタに蓄積され
るエネルギにより定まる。スイッチング素子を交流入力
電圧の周期より速い周期でオン・オフ制御することによ
り、スイッチング素子のオン期間におけるピーク値に近
い値までコンデンサの充電電流を高めることが可能にな
る。
本発明においては、第２スイッチング素子を流れる電
流を検出し、この電流が所定値を越えたとき、該第２ス
イッチング素子をオフにする。この制御により、インダ
クタに流れる電流が遮断されるため、インダクタには、
それ以上のエネルギが蓄積されなくなる。したがって、
次に第１のスイッチング素子がオフになる期間における
コンデンサの充電電圧が制限され、充電電圧が過大にな
るのを防止できる。
図面の簡単な説明 図１は、本発明の一実施例によるスイッチング電源装
置の全体を示す回路図である。
図２は、図１の実施例における入力電圧波形と種々の
電流波形に示すもので、（ａ）は入力電圧と入力電流
を、（ｂ）は入力電圧が高い場合に本発明により得られ
る入力電流の波形を、（ｃ）は第１スイッチング素子の
電流を、（ｄ）は第２スイッチング素子の電流を、それ
ぞれ示す。
図３は、図１の実施例において入力電圧検出器を設け
ることの効果を示すもので、（ａ）は入力電圧検出器を
備えない場合の入力電流波形を、（ｂ）は入力電圧検出
器を備える場合の入力電流波形を、それぞれ示す。
図４は本発明の他の実施例によるスイッチング電源装
置の一部を示す回路図である。
図５は、本発明の実施例と従来の装置における入力電
圧、入力コンデンサの電圧及び出力電力の関係を示す図
表である。
図６は、力率改善制御回路をユニット化した実施例を
示すもので、（ａ）は力率改善制御回路の部品を基板上
に装着した状態を示す斜視図、（ｂ）は部品を装着した
基板をケースに収めてユニットとした状態の斜視図、
（ｃ）はユニット化した力率改善回路を電源装置の主基
板上に装着した状態を示す斜視図である。
発明を実施するための最良の形態 以下、本発明の実施例を図について説明する。先ず、
図１を参照すると、この実施例における入力側整流回路
２は、図示しない電源スイッチを介して商用交流電源の
ような交流電源１に接続された交流フィルタ３と、該交
流フィルタ３に接続された整流器４、及び該整流器４の
対をなす出力に接続された平滑用コンデンサ５から構成
される。交流フィルタ３は、交流入力端子のそれぞれに
接続された一対のインダクタ６、７と該インダクタ間に
渡して接続されたコンデンサ８とからなる。整流器４
は、ブリッジ接続された４個のダイオード4a、4b、4c、
4dからなる。
出力側コンバータ10は、一次側巻線11aと二次側巻線1
1bとからなる変圧器11を備える。変圧器11の二次側巻線
11bは、両端部に接続された一対のダイオード12a、12b
と出力側インダクタ13、及びコンデンサ14からなる出力
側の整流回路15に接続されている。一次側巻線11aは、
一方の端子が入力側インダクタ16とダイオード17を介し
て入力側の整流回路２の対の出力の一方に接続され、他
方の端子がスイッチング素子18を介して入力側の整流回
路２の対の出力の他方に接続されている。変圧器11の一
次側巻線11aとスイッチング素子18とに並列に入力側コ
ンデンサ19が接続される。スイッチング素子18をオン・
オフ制御するために、制御回路20が駆動回路21を介して
該スイッチング素子18のゲートに接続されている。駆動
回路21は制御回路20からの信号を中継する作用を持てば
よく、最も簡単には抵抗器21aにより構成できる。
制御回路20は、交流入力電圧の周期より遠い周期でス
イッチング素子18をオン・オフさせるもので、スイッチ
ング素子18のオン期間中に変圧器11の一次側巻線11aに
パルス状に電流が流れる。このスイッチング素子18のオ
ン期間中には、インダクタ16に流れる電流により該イン
ダクタ16にエネルギが蓄積され、この蓄積されたエネル
ギがスイッチング素子18のオフ期間中にコンデンサ19に
流れる電流となって該コンデンサ19を充電する。スイッ
チング素子18のオン期間に、このコンデンサ19を放電し
て変圧器11の一次側巻線11aに電流を流す。
図１に示す本発明の実施例においては、入力側インダ
クタ16を短絡させるためのチョッパ回路30が設けられ
る。このチョッパ回路30はインダクタ16及びダイオード
17とともに本発明の力率改善回路を構成するもので、入
力側インダクタ16とダイオード17の間の点と入力側整流
回路２の他方の出力との間に接続された第２のスイッチ
ング素子31を備える。インダクタ16に代えて変圧器（図
示せず）を設けてもよい。
スイッチング素子31をオン・オフ制御するために、前
述の制御回路20が駆動回路33を介して第２のスイッチン
グ素子31のゲートに接続される。この接続により、第２
のスイッチング素子31は第１のスイッチング素子18と同
期してオン・オフ制御される。駆動回路21の場合と同様
に、駆動回路33も制御回路20からの駆動信号を中継する
だけでよく、最も簡単には、抵抗33aで構成できる。
スイッチング素子31を備えるチョッパ回路30と、イン
ダクタ16と、ダイオード17とからなる力率改善回路に
は、これに組み合わされる力率改善制御回路が設けられ
る。この力率改善制御回路は、スイッチング素子31を流
れる電流を検出する電流検出器32を備える。また、力率
改善制御回路を構成するため、第２のスイッチング素子
31のゲートには、該スイッチング素子31をオフにするた
めの通常状態で開のスイッチ34が接続される。スイッチ
34を制御するために比較器35が設けられる。この比較器
35の負端子には基準電圧回路36からの基準電圧が与えら
れ、正端子には電流検出器32からの電流信号が抵抗器38
を介して与えられる。比較器35は電流検出器32からの電
流信号電圧が基準電圧より高くなったとき、ハイ出力を
発生し、このハイ出力がスイッチ34をオン状態にする。
したがって、この実施例の回路においては、スイッチ
ング素子18、31が共にオンの状態にあり、インダクタ16
が第２のスイッチング素子31を介して短絡されていると
き、第２のスイッチング素子31を流れる電流が比較器35
の基準電圧で定まる所定値を越えるとスイッチ34がオン
になり、第２のスイッチング素子31をオフにする。その
結果、第１のスイッチング素子18のオン状態が続いて
も、第２のスイッチング素子31がオフになるため、イン
ダクタ16に蓄積されるエネルギが制限され、続く第１の
スイッチング素子18のオフ期間にコンデンサ19に充電さ
れるエネルギが制限されることになる。
比較器35には、出力端子と正側入力端子との間に正帰
還抵抗37が接続されており、出力端子にハイ信号が現れ
ると正側入力端子に正帰還がかかり、比較器35の出力が
ハイに保持される。比較器35の正側入力端子は、順方向
が制御回路20に向いたダイオード37aを介して制御回路2
0の出力端子に接続されている。したがって、制御回路2
0の出力が低レベルになると、比較器35の正側入力端子
の信号レベルがローになり、比較器35の出力はローにリ
セットされることになる。
図１に示す本発明の実施例は、スイッチ34がオンにな
るときの第２のスイッチング素子31の電流値、すなわち
前述の所定値をコンデンサ19の電圧に応じて変化させる
ための回路を備える。この回路は、コンデンサ19の電圧
信号をバイアス値として電流検出器32からの電流信号に
加えるもので、コンデンサ19の正側電極を抵抗器39を介
して比較器35の正端子に接続する回路として構成され
る。
以上述べたスイッチング電源装置の作動を図２の図表
を参照して以下に説明する。図２（ａ）の実線ａは、入
力交流電圧を半波分だけ示すもので、入力交流電圧は正
弦波状に変化する。制御回路20によりスイッチング素子
18、31が入力交流電圧の周期より速い周期でオン・オフ
制御されると、入力電流は図２（ａ）にて点線ｂで示す
ような連続する３角波となり、この３角波のピーク値は
入力交流電圧の正弦波状の変化に対応して変化する。こ
の３角波を交流フィルタ３と平滑コンデンサ５で平滑化
すると、入力交流電流は図２（ａ）に一点鎖線ｃで示す
ようにほぼ正弦波状になり、力率が大幅に向上する。
スイッチング素子18,31のオン期間にインダクタ16に
流れる電流により該インダクタ16にエネルギが蓄積され
る。続くスイッチング素子18、31のオフ期間には、イン
ダクタ16に蓄積されたエネルギがダイオード17を通る充
電回路を経て入力側コンデンサ19に流れ、該コンデンサ
19を充電する。この入力側コンデンサ19に充電されたエ
ネルギは、次のスイッチング素子18のオン期間に変圧器
11の一次側巻線11a及びスイッチング素子18を経て放電
される。図２（ｃ）にスイッチング素子18の電流波形を
示す。
前述のように、スイッチング素子31は、スイッチング
素子18と同期して、同一のタイミングでオン・オフ制御
される。スイッチング素子31のオン期間中は、該スイッ
チング素子31に流れる電流が電流検出器32により通常検
出される。この電流検出器32の検出値は比較器35の正側
端子に入力され、基準電圧回路36からの基準電圧と比較
される。たとえば入力電圧の上昇などの原因でスイッチ
ング素子31の電流が基準電圧回路36からの基準電圧によ
り定まる所定値を越えると、比較器35に出力が発生し、
スイッチ34がオンになり、スイッチング素子31をオフに
する。この回路では、正帰還抵抗37により制御回路20か
らスイッチング素子18、31をオンにする駆動信号が出力
されている間は比較器35の出力をハイに保つ。駆動信号
がなくなると、次の駆動信号までの間に比較器35の出力
がローにリセットされる。
スイッチング素子31がオフになると、インダクタ16の
短絡回路が遮断されるため、インダクタ16にはそれ以上
エネルギが蓄積されなくなる。その結果、入力電流波形
は図２（ｂ）に示すように頭が切れた形になる。
この点を図２（ｃ）（ｄ）について説明すると、図２
（ｃ）に示す波形は、スイッチング素子18のオン期間に
コンデンサ19の放電により生じる電流パルスを示すもの
で、スイッチング素子18のオンと同時に立ち上がり、オ
フで立ち下がる。図２（ｄ）はスイッチング素子31の電
流波形を示すもので、コンデンサ19の放電電流の立ち上
がりに同期して立ち上がるパルス状になる。
図２（ｄ）において、パルスP1からP4までは、パルス
幅がスイッチング素子18の電流パルスと同一である。パ
ルスP5は、スイッチング素子31の電流が所定値を越え始
めたときのもので、立ち上がりの時期はスイッチング素
子18の電流パルスと同期しているが、パルスの終期がタ
イミングT1だけスイッチング素子18の電流パルスより早
くなる。続くパルスP6は、スイッチング素子18の電流パ
ルスと同期したタイミングで立ち上がり、タイミングT1
より大きいタイミングT2だけスイッチング素子18の電流
パルスより早く終わる。同様に、タイミングT3、T4に示
すように、その後のパルスP7、P8と続くにつれて、スイ
ッチング素子31の電流パルスの終期はスイッチング素子
18の電流パルスより早くなる。その結果、スイッチング
素子31の電流パルスのピーク値は入力電圧の上昇にも拘
わらずほぼ一定に維持され、この電流パルスを平滑化し
た入力電流は、図２（ｂ）に示すような波形になる。し
たがって、インダクタ16に蓄積されるエネルギが制限さ
れ、コンデンサ19の過大な充電が防止される。
図１の実施例では、入力側コンデンサ19の充電電圧が
バイアス電圧としてスイッチング素子31の電流信号に加
えられる。この場合には、バイアス電圧の分だけ早いタ
イミングでスイッチ34がオンになる。したがって、この
バイアス電圧は、スイッチ34がオンになるときのスイッ
チング素子31の電流値についての前述した所定値を変更
する作用をもたらす。
なお、本発明においては、図１に点線で示すように、
入力側整流回路２の電圧を検出する電圧検出器40を設
け、この検出された電圧信号をバイアス値として比較器
35の正側端子に加えてもよい。この電圧検出器40からの
電圧信号は、コンデンサ19からの電圧信号に代えて、あ
るいは該電圧信号に加えて印加することができる。
電圧検出器40を設けない前述の実施例では、制御回路
の遅れがあると、入力電圧が高くなったとき、入力電流
波形が図３（ａ）に示すように中央部で突出した形にな
ることがある。図１に示す装置では、電圧検出器40を設
けて、入力電圧に応じたバイアスを比較器35に印加する
ことにより、入力電圧が高いほどスイッチング素子31が
オフになる電流値を小さくすることができ、整流回路２
からの入力電流を図３（ｂ）のように頂部が丸まった形
状にすることができる。
図４は本発明のさらに別の実施例を示すもので、対応
する部分は先の実施例におけると同一の符号を付して示
し、詳細な説明は省略する。先の実施例では、第２のス
イッチング素子31をオン・オフ制御する駆動信号をスイ
ッチング素子18と同じ制御回路20から得ていたが、本実
施例では、制御回路20とは別の発振器41が設けられ、該
発振器41の出力が駆動回路42を経てスイッチング素子31
をオン・オフ作動させる。発振器41と駆動回路42を含む
制御回路43として、電源装置に一般に使用されている制
御用IC、たとえば日本電気株式会社により製造販売され
ているμPC1094やユニトロード社により製造販売されて
いるUC3842などを使用することができる。
これらの制御用ICは、発振器41の出力パルスに基づき
駆動回路42で駆動信号を形成し、スイッチング素子31に
与える機能を持つ。制御回路43に適当な抵抗及びコンデ
ンサを外付けすることにより、発振周波数及び駆動信号
の持続時間を所望のように定めることができる。本実施
例の回路では、入力電圧が低いとき、この駆動回路42の
駆動信号によりスイッチング素子のオン時間を定めるこ
とができる。その他の作動は先の実施例におけると同様
である。
本発明のスイッチング電源装置における入力側コンデ
ンサの電圧変動を従来のディザー方式の電源装置のもの
と対比すると図５に示すようになる。図５において、実
線は、図１に示す装置の入力電圧検出器40を備えない例
について、入力電圧を80Vと264Vとして、入力側コンデ
ンサの電圧と出力電力との関係を求めたものである。ま
た、点線は、従来のディザー方式の装置において入力電
圧を80Vと135Vの場合について同様な関係を求めた結果
を示す。いずれの場合も、スイッチング素子のオン・オ
フ制御の周波数を120kHzとした。
図５から明らかなように、本発明の実施例では、入力
電圧が80Vから264Vまで変化しても入力側コンデンサの
電圧には問題となるような変動を生じないが、従来の装
置では、入力電圧80Vのみについても出力電力の変動に
伴って入力側コンデンサの電圧に大きな変動を生じるこ
とが認められる。そして、従来の装置では、入力電圧13
5Vの場合、出力電力の変動に伴う入力側コンデンサの電
圧変動が大き過ぎるため、出力電力が低い範囲では測定
が不能であった。
以上述べたように、本発明のスイッチング電源装置に
おいては、入力側の整流回路と出力側のコンバータとの
間に配置したインダクタを短絡する第２のスイッチング
素子を設け、このスイッチング素子の電流を検出して、
該電流が所定値を越えたとき、該第２のスイッチング素
子をオフにするので、インダクタに蓄積されるエネルギ
を制限することができ、入力側コンデンサの充電電圧が
高まり過ぎるのを防止することができる。したがって、
入力電圧の変動がある場合や負荷の変動がある場合に
も、支障なく使用することができる。
さらに、第２のスイッチング素子がオフにされるとき
の第２のスイッチング素子の電流の値、すなわち上述の
所定値を入力側コンデンサの電圧又は入力電圧に応じて
変化させることにより、一層確実な制御を達成すること
ができる。
以上の実施例において、第２のスイッチング素子31を
備えるチョッパ回路30と、インダクタ16と、ダイオード
17とからなる力率改善回路は、スイッチング電源装置の
定格電力により異なる定格の部品を使用することが必要
になる。また、この力率改善回路は、比較的大きい部品
を使用して形成される。したがって、力率改善回路は、
スイッチング電源装置に予め組み込んで形成しておくこ
とが便利である。
これに対して、力率改善制御回路は、電源装置の定格
に影響される割合が少なく、比較的小さい部品により形
成できる。したがって、力率改善制御回路を電源装置と
は別のユニットとして形成し、電源装置の力率改善回路
に接続するように構成することが好ましい。図６（ａ）
は、ユニットとして形成した力率改善制御回路の構造を
示すものである。この実施例では、図１に一点鎖線Ａで
囲って示す部分を力率改善制御回路として基板Ｓ上に装
着する。すなわち、第２のスイッチング素子31の電流を
検出する電流検出器32、比較器35、基準電圧回路36、ス
イッチ34及び電圧検出器40を設ける場合には該電圧検出
器40を、力率改善制御回路の構成部品として基板Ｓ上に
装着し、抵抗37、38、39等を使用して図１の接続を行な
う。外部との接続部は、複数の端子Ｔとして基板上に並
べて配置する。この場合、図示するように、端子Ｔは基
板Ｓの一つの縁に沿って列状に配置することが好まし
い。このように基板Ｓ上に形成した力率改善制御回路を
プラスチック等のケースに収めて図６（ｂ）のユニット
Ｕを形成する。
このユニットＵを、電源装置の他の部品を装着した主
基板Ｐ上に端子Ｔにより接続して力率が改善されたスイ
ッチング電源装置を得ることができる。ユニットＵが寸
法的に大きくなり過ぎる場合には、上述した力率改善制
御回路の構成部品の一部を基板Ｓではなく、主基板Ｐ上
に配置してもよい。たとえば、電流検出器32を主基板Ｐ
上に配置し、比較器35とスイッチ34を基板Ｓに配置して
ユニットＵとすることができる。また、他の構成とし
て、比較器35又はスイッチ34のいずれか、又は両方を主
基板Ｐ上に配置し、残りの構成部品を基板Ｓ上に配置し
てユニットＵを形成してもよい。したがって、図６に示
す本発明は、電流検出器32、比較器35又はスイッチ34の
いずれか一つ又は二つ、或いは全部を基板Ｓ上に配置し
てユニット化することが基本概念である。
以上、本発明を特定の実施例について図示し説明した
が、本発明は、図示した構造や配置の詳細に限定される
ものではなく、幾多の変更が可能である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 阿部 久彦 東京都中央区日本橋１丁目13番１号 テ ィーディーケイ株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−91731（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−254975（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H02M 7/00 - 7/40 H02M 3/00 - 3/44

Claims (13)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】（ａ）交流入力を全波整流する入力側の整
    流回路と、 （ｂ）一次側巻線と二次側巻線とを備える変圧手段を有
    し、前記一次側巻線が、前記入力側の整流回路の対をな
    す出力に接続され、前記二次側巻線が出力側の整流回路
    を介して負荷に接続され、制御回路によりオン・オフ作
    動して前記一次側巻線への電流をオン・オフ制御する第
    １のスイッチング素子と、前記第１のスイッチング素子
    のオフ期間に充電され、オン期間に前記変圧手段の一次
    側巻線を介して放電するように前記入力側の整流回路と
    前記変圧手段の一次側巻線に接続されたコンデンサとを
    有する出力側コンバータと、 （ｃ）第２のスイッチング素子によって制御されるよう
    に前記入力側の整流回路の対をなす出力に接続されたエ
    ネルギ蓄積手段を有し、該エネルギ蓄積手段に蓄積され
    たエネルギが前記第２のスイッチング素子の制御のもと
    に前記コンデンサを充電するようになった力率改善回路
    と、 を備え、 （ｄ）前記制御回路が前記第１のスイッチング素子を前
    記交流入力の周期より速い周期でオン・オフ制御するよ
    うになっており、 （ｅ）前記第２のスイッチング素子が前記第１のスイッ
    チング素子と同期してオン・オフ制御されるようになっ
    た、 スイッチング電源装置であって、 （ｆ）前記第２のスイッチング素子を流れる電流が所定
    値を越えたとき該第２のスイッチング素子の導通を断つ
    遮断手段、及び、 （ｇ）前記コンデンサの電圧及び前記入力側の整流回路
    からの入力電圧の少なくとも一方を検出して、該コンデ
    ンサ電圧又は前記入力電圧が高くなると前記所定値が低
    くなり、該コンデンサ電圧又は前記入力電圧が低くなる
    と前記所定値が高くなるように、前記第２のスイッチン
    グ素子の導通が断たれる前記所定値をコンデンサ電圧及
    び入力電圧の少なくとも一方に基づいて変化させる手
    段、が設けられたことを特徴とするスイッチング電源装
    置。
  2. 【請求項２】（ａ）交流入力を全波整流する入力側の整
    流回路と、 （ｂ）一次側巻線と二次側巻線とからなる変圧手段を有
    し、前記二次側巻線が出力側の整流回路を介して負荷に
    接続された出力側コンバータと、 を備え、 （ｃ）前記一次側巻線の一端が、前記入力側の整流回路
    の対をなす出力の一方にインダクタ及び第一のダイオー
    ドを介して接続され、 （ｄ）前記一次側巻線の他端が制御回路によりオン・オ
    フ作動して前記一次側巻線への電流をオン・オフ制御す
    るスイッチング素子を介して前記入力側の整流回路の他
    方の出力に接続され、 （ｅ）コンデンサが、前記スイッチング素子のオン期間
    に前記変圧手段の一次側巻線を介して放電するように、
    前記一次側巻線と前記スイッチング素子とに並列に接続
    され、 （ｆ）前記制御回路が前記スイッチング素子を前記交流
    入力の周期より速い周期でオン・オフ制御するようにな
    っており、 （ｇ）前記インダクタと直列に前記入力側の整流回路の
    対をなす出力に接続された第２のスイッチング素子と、 （ｈ）前記第２のスイッチング素子を前記交流入力の周
    期より速い周期でオン・オフ制御して、オフ期間に前記
    インダクタ及び前記ダイオードを介して前記コンデンサ
    を充電するオン・オフ制御手段と、 が設けられたスイッチング電源装置であって、 （ｉ）前記第２のスイッチング素子を流れる電流が所定
    値を越えたとき該第２のスイッチング素子の導通を断つ
    遮断手段、及び、 （ｇ）前記コンデンサの電圧及び前記入力側の整流回路
    からの入力電圧の少なくとも一方を検出して、該コンデ
    ンサ電圧又は前記入力電圧が高くなると前記所定値が低
    くなり、該コンデンサ電圧又は前記入力電圧が低くなる
    と前記所定値が高くなるように、前記第２のスイッチン
    グ素子の導通を断たれる前記所定値をコンデンサ電圧及
    び前記入力電圧の少なくとも一方に基づいて変化させる
    手段、 が設けられたことを特徴とするスイッチング電源装置。
  3. 【請求項３】請求の範囲第２項に記載したスイッチング
    電源装置であって、第１のスイッチング素子と第２のス
    イッチング素子とが同期してオン・オフ制御されるよう
    になったスイッチング電源装置。
  4. 【請求項４】請求の範囲第３項に記載したスイッチング
    電源装置であって、前記第２のスイッチング素子は前記
    出力側コンバータの前記制御手段により第１のスイッチ
    ング素子と同時にオン・オフ制御されるようになったス
    イッチング電源装置。
  5. 【請求項５】請求の範囲第２項に記載したスイッチング
    電源装置であって、前記第２スイッチング素子の前記オ
    ン・オフ制御手段は、前記交流入力の周期より速い周期
    で発振する発振回路と、該発振回路の出力により作動し
    て前記第２のスイッチング素子を駆動する駆動回路とか
    らなるスイッチング電源装置。
  6. 【請求項６】請求の範囲第５項に記載したスイッチング
    電源装置であって、前記駆動回路は、前記第２のスイッ
    チング素子が導通状態となる時間を所定時間より大きく
    しない手段を備えるスイッチング電源装置。
  7. 【請求項７】請求の範囲第１項ないし第６項のいずれか
    １項に記載したスイッチング電源装置であって、 前記遮断手段は、 前記第２のスイッチング素子を流れる電流を検出する電
    流検出手段と、 該電流検出手段の検出出力を基準値と比較する比較手段
    と、 前記電流検出手段の検出出力が前記基準値を越えたと
    き、前記第２のスイッチング素子の導通を断つスイッチ
    と、 からなるスイッチ電源装置。
  8. 【請求項８】請求の範囲第７項に記載したスイッチング
    電源装置であって、前記比較手段と前記スイッチとの間
    に前記オン・オフ制御手段から前記第２のスイッチング
    素子を導通させる駆動信号が出力されている間は前記ス
    イッチの導通状態を保持する回路が設けられたスイッチ
    ング電源装置。
  9. 【請求項９】（ａ）交流入力を全波整流する入力側の整
    流回路と、 （ｂ）一次側巻線と二次側巻線とを備える変圧手段を有
    し、前記一次側巻線が前記入力側の整流回路の対をなす
    出力に接続され、前記二次側巻線が出力側の整流回路を
    介して負荷に接続され、制御回路によりオン・オフ作動
    して前記一次側巻線への電流をオン・オフ制御する第１
    のスイッチング素子と、前記第１のスイッチング素子の
    オフ期間に充電され、オン期間に前記変圧手段の一次側
    巻線を介して放電するように前記入力側の整流回路と前
    記変圧手段の一次側巻線に接続されたコンデンサとを有
    する出力側コンバータと、 （ｃ）第２のスイッチング素子によって制御されるよう
    に前記入力側の整流回路の対をなす出力に接続されたエ
    ネルギ蓄積手段を有し、該エネルギ蓄積手段に蓄積され
    たエネルギが前記第２のスイッチング素子の制御のもと
    に前記コンデンサを充電するようになった力率改善回路
    と、 を備え、 （ｄ）前記制御回路が前記第１のスイッチング素子を前
    記交流入力の周期より遠い周期でオン・オフ制御するよ
    うになっており、 （ｅ）前記第２のスイッチング素子が前記第１のスイッ
    チング素子と同期してオン・オフ制御されるようになっ
    た、 力率改善回路を備えるスイッチング電源装置について使
    用するための力率改善制御装置であって、 （ｆ）前記第２のスイッチング素子を流れる電流を検出
    するための電流検出手段と、 （ｇ）該電流検出手段の検出出力を基準値と比較する比
    較手段と、 （ｈ）前記電流検出手段の検出出力が前記基準値を越え
    たとき、前記第２のスイッチング素子の導通を断つスイ
    ッチと、 （ｉ）前記コンデンサの電圧又は前記入力側の整流回路
    からの入力電圧の少なくとも一方を検出して、該コンデ
    ンサ電圧又は前記入力電圧が高くなると前記基準値が低
    くなり、該コンデンサ電圧又は前記入力電圧が低くなる
    と、前記基準値が高くなるように、前記第２のスイッチ
    ング素子の導通が断たれる前記基準値をコンデンサ電圧
    及び前記入力電圧の少なくとも一方に基づいて変化させ
    る手段、が単一の基板上に配置され、ユニットとして形
    成されたことを特徴とする力率改善制御装置。
  10. 【請求項１０】請求の範囲第９項に記載した力率改善制
    御装置であって、前記比較手段と前記スイッチとの間に
    前記第２のスイッチング素子を導通させる駆動信号が出
    力されている間は前記スイッチの導通状態を保持する回
    路が設けられた力率改善制御装置。
  11. 【請求項１１】請求の範囲第９項又は第10項のいずれか
    １項に記載した力率改善制御装置であって、前記スイッ
    チング電源装置と接続するための端子が前記基板の縁部
    に配列された力率改善制御装置。
  12. 【請求項１２】（ａ）交流入力を全波整流する入力側の
    整流回路と、 （ｂ）一次側巻線と二次側巻線とを備える変圧手段を有
    し、前記一次側巻線が前記入力側の整流回路の対をなす
    出力に接続され、前記二次側巻線が出力側の整流回路を
    介して負荷に接続され、制御回路によりオン・オフ作動
    して前記一次側巻線への電流をオン・オフ制御する第１
    のスイッチング素子と、前記第１のスイッチング素子の
    オフ期間に充電され、オン期間に前記変圧手段の一次側
    巻線を介して放電するように前記入力側の整流回路と前
    記変圧手段の一次側巻線に接続されたコンデンサとを有
    する出力側コンバータと、 （ｃ）第２のスイッチング素子によって制御されるよう
    に前記入力側の整流回路の対をなす出力に接続されたエ
    ネルギ蓄積手段を有し、該エネルギ蓄積手段に蓄積され
    たエネルギが前記第２のスイッチング素子の制御のもと
    に前記コンデンサを充電するようになった力率改善回路
    と、 を備え、 （ｄ）前記制御回路が前記第１のスイッチング素子を前
    記交流入力の周期より速い周期でオン・オフ制御するよ
    うになっており、 （ｅ）前記第２のスイッチング素子が前記第１のスイッ
    チング素子と同期してオン・オフ制御されるようになっ
    た、 力率改善回路を備えるスイッチング電源装置について使
    用するための力率改善制御装置であって、 （ｆ）前記第２のスイッチング素子を流れる電流を検出
    するための電流検出手段と、 （ｇ）該電流検出手段の検出出力を基準値と比較する比
    較手段と、 （ｈ）前記電流検出手段の検出出力が前記基準値を越え
    たとき、前記第２のスイッチング素子の導通を断つスイ
    ッチと、 （ｉ）前記コンデンサの電圧又は前記入力側の整流回路
    からの入力電圧の少なくとも一方を検出して、該コンデ
    ンサ電圧又は前記入力電圧が高くなると前記基準値が低
    くなり、該コンデンサ電圧又は前記入力電圧が低くなる
    と前記基準値が高くなるように、前記第２のスイッチン
    グ素子の導通が断たれる前記基準値をコンデンサ電圧又
    は入力電圧に基づいて変化させる手段、 のうちの少なくとも一つが単一の基板上に配置され、ユ
    ニットとして形成されたことを特徴とする力率改善制御
    ユニット。
  13. 【請求項１３】請求の範囲第12項に記載した力率改善制
    御ユニットであって、前記比較手段と前記第２のスイッ
    チング素子の導通を断つ前記スイッチが単一の基板に配
    置されたことを特徴とする力率改善制御ユニット。
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