JP3188414B2 - 電源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電源装置に関し、
詳しくは、スイッチング用のトランスの二次巻線側に配
設されたコンデンサの放電を制御可能に構成されている
電源装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の電源装置として、図３に示す電
源装置８１が従来から知られている。この電源装置８１
は、高電圧の直流電力を生成可能に構成されており、一
次巻線２ａ、二次巻線２ｂおよび補助巻線２ｃ，２ｄを
有するスイッチング用のトランス２を備えている。この
場合、一次巻線２ａ側には、直流電源Ｕから電源装置８
１に直流を入力するための電源スイッチ３と、入力され
た入力直流を平滑するコンデンサ４と、入力直流を一次
巻線２ａを介してスイッチングするＦＥＴ５と、ＦＥＴ
５のスイッチングを制御する制御ＩＣ８２と、補助巻線
２ｃの誘起電圧を整流平滑することによって制御ＩＣ８
２に直流電力を供給する補助電源部８３と、電源スイッ
チ３の投入初期時に入力直流を制御ＩＣ８２に供給する
ための起動抵抗６とが配設されている。

【０００３】一方、トランス２の二次巻線２ｂ側には、
二次巻線２ｂの誘起電圧を整流平滑するためのダイオー
ド３１，３２、チョークコイル３３、コンデンサ３４
と、パルス状の大電流を出力するための大容量の電解コ
ンデンサ３５と、電解コンデンサ３５を放電させるため
の放電回路３６と、放電回路３６による放電を制御する
放電制御回路３７と、電源投入時に放電回路３６の作動
を禁止させるためのタイマー回路３８と、補助巻線２ｄ
の誘起電圧を整流平滑することによってコンデンサ４の
端子間における電圧ＶINを検出する電圧検出回路３９と
が配設されている。この場合、放電回路３６は、抵抗５
１およびＦＥＴ５２を備えており、放電制御回路３７
は、抵抗５３，５４，５６，５９、トランジスタ５５、
ダイオード５７およびツェナーダイオード５８を備えて
いる。また、タイマー回路３８は、抵抗６１，６２、タ
イマーＩＣ６３およびダイオード６４を備えており、電
圧検出回路３９は、ダイオード６５およびコンデンサ６
６を備えている。

【０００４】この電源装置８１では、電源スイッチ３が
投入されると、直流電源Ｕからの入力直流によってコン
デンサ４が充電されると共に、起動抵抗６を介して供給
された入力直流によって制御ＩＣ８２が起動してＦＥＴ
５にスイッチング信号を出力する。これにより、ＦＥＴ
５がスイッチングを開始することにより、トランス２の
二次巻線２ｂにパルス電圧が誘起する。この状態では、
ダイオード３１，３２、チョークコイル３３およびコン
デンサ３２が、二次巻線２ｂの誘起電圧を整流平滑する
ことにより生成した直流によって電解コンデンサ３５を
充電する。この際に、電解コンデンサ３５の充電電圧が
所定電圧に達すると、タイマーＩＣ６３が作動し、トラ
ンジスタ５５にベース電流を供給することにより、ＦＥ
Ｔ５２を作動停止状態に維持する。次いで、補助巻線２
ｄの誘起電圧によってコンデンサ６６が所定電圧まで充
電されると、ツェナーダイオード５８が導通し、これに
より、トランジスタ５５にベース電流を供給する。この
後、タイマーＩＣ６３が作動を停止し、ツェナーダイオ
ード５８を介して供給されるベース電流によってトラン
ジスタ５５が作動状態を維持することにより、ＦＥＴ５
２が作動停止状態を継続させられる。この状態では、電
源装置８１は、安定化した直流電力を図外の負荷回路に
供給すると共に、電解コンデンサ３５に蓄積されている
エネルギーによって、直流電力の出力電圧ＶOUT を一定
値に維持しつつ、パルス状の大電流を負荷回路に供給す
ることが可能となる。

【０００５】一方、電源スイッチ３が遮断されると、入
力直流の供給が絶たれるため、コンデンサ４の端子間に
おける電圧ＶINが低下し始め、これにより、トランス２
の一次巻線２ａの電圧が徐々に低下する。このため、補
助巻線２ｄの誘起電圧が徐々に低下することにより、電
圧検出回路３９の出力電圧ＶA も低下する。次いで、出
力電圧ＶA の低下によってツェナーダイオード５８が非
導通状態になり、この状態では、ベース電流が供給され
なくなる結果、トランジスタ５５が作動を停止する。こ
れにより、抵抗５３，５４によって出力電圧ＶOUT を分
圧した電圧がＦＥＴ５２のゲートに印加されるため、Ｆ
ＥＴ５２が作動する。この結果、電解コンデンサ３５が
抵抗５１を介して放電させられることにより、その端子
間の電圧ＶOUT が低下する。このように、この電源装置
８１では、電源スイッチ３の遮断後において、電解コン
デンサ３５の両端に接続されている電源装置の出力端子
に誤って手を触れたりした場合であっても、感電等の事
故が起きないように考慮が払われている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この電源装
置８１には、以下の問題点がある。すなわち、電源スイ
ッチ３が遮断された後において、ＦＥＴ５２が放電制御
回路３７による放電制御に従って作動しているにも拘わ
らず、ＦＥＴ５は、コンデンサ４の充電電圧が所定電圧
に低下して制御ＩＣ８２が作動を完全に停止するまでの
間、継続してスイッチング動作を行っている。したがっ
て、ＦＥＴ５２および抵抗５１が、電解コンデンサ３５
に蓄積されたエネルギーのみならず、ＦＥＴ５のスイッ
チングによって生成される直流電力をも消費する。この
ため、ＦＥＴ５２および抵抗５１が発熱する結果、その
放熱対策のために、大型の放熱器を使用しなければなら
ない。また、ＦＥＴ５のスイッチングによって生成され
た二次巻線２ｂの誘起電圧が抵抗５１を介して短絡され
るため、ＦＥＴ５、ダイオード３１，３２およびチョー
クコイル３３に、定常動作時における電流値以上の大電
流が流れる。このため、電源装置の信頼性の低下を防止
するために、定常動作に必要とされる定格電流よりもさ
らに高定格電流タイプである高価な部品を使用し、か
つ、これらの部品についても大型の放熱器を使用しなけ
ればならない。このため、この電源装置８１には、装置
の大型化および高コスト化を招いているという問題点が
ある。

【０００７】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
ものであり、感電事故防止の確実化を図りつつ、装置の
小型化および製造コストの低減を図ることが可能な電源
装置を提供することを主目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく請
求項１記載の電源装置は、スイッチング用のトランスに
おける一次巻線を介して入力直流をスイッチングするた
めのスイッチング手段と、トランスにおける二次巻線の
誘起電圧によって充電させられるコンデンサと、コンデ
ンサを放電させる放電手段と、トランスにおける補助巻
線の誘起電圧を整流平滑することによって入力直流の電
圧を検出する電圧検出回路と、入力直流に対する供給お
よび遮断を行う電源スイッチと、電源スイッチが遮断操
作された後に電圧検出回路によって検出された入力直流
の電圧が予め規定された電圧に低下したときにスイッチ
ング手段の作動を停止させるスイッチング停止制御回路
と、スイッチング停止制御回路によってスイッチング手
段が作動停止された後に放電手段を作動させてコンデン
サを放電させる放電制御回路とを備えていることを特徴
とする。

【０００９】この電源装置では、電源スイッチが遮断操
作されることによって入力直流の供給が遮断されたとき
に、補助巻線の誘起電圧がトランスの一次巻線の電圧に
ほぼ 比例して低下するため、電圧検出回路の出力電圧も
一次巻線の電圧にほぼ比例して低下する。この際に、ス
イッチング停止制御回路は、電圧検出回路の出力電圧に
基づき、入力直流の電圧が予め規定された電圧に低下し
たときにスイッチング手段の作動を停止させる。また、
放電制御回路が、スイッチング停止制御回路によってス
イッチング手段が作動停止された後に放電手段を作動さ
せてコンデンサを放電させる。つまり、スイッチング停
止制御回路が、放電手段によるコンデンサの放電に先立
ってスイッチング手段の作動を停止させる。したがっ
て、入力直流の供給が遮断された後では、スイッチング
手段によってトランスの二次巻線側にエネルギーが出力
されない。このため、例えば抵抗およびスイッチ素子な
どによって構成される放電手段は、入力直流の供給が遮
断される直前にコンデンサに蓄えられたエネルギーのみ
を消費する。したがって、放電手段による消費電力を低
減することができ、その分、放熱器の小型化を図ること
が可能となる。また、放電手段によってコンデンサが放
電されているときには、スイッチング手段や二次巻線側
の整流素子などに大電流が流れないため、低電流タイプ
の部品を用いることができる。さらに、コンデンサに既
に蓄積されているエネルギーのみを放電すればよいた
め、放電時間が短縮化される結果、感電事故防止の確実
化を図ることができる。

【００１０】例えば、スイッチング停止制御回路として
は、２回路のスイッチ回路を有する電源スイッチと微小
電流用のリレーなどで構成することもできる。この場
合、電源スイッチが遮断されたときに、一方のスイッチ
回路によって入力直流の装置内への入力を遮断すると共
に、他方のスイッチ回路のスイッチ信号によってリレー
を作動させ、リレーの接点信号によってスイッチング手
段の作動を停止させればよい。しかし、かかる場合に
は、リレーの接点を保護するためのスナバ回路やリレー
を作動させるための安定化電源がさらに必要になること
もある。一方、補助巻線の誘起電圧は、入力直流の電圧
値とほぼ比例する関係にある。このため、この電源装置
では、補助巻線の誘起電圧に基づいて入力直流の供給の
遮断を検出し、この検出結果に応じてスイッチング手段
のスイッチング動作を制御する。これにより、上記した
電源スイッチやリレーを用いる場合とは異なり、スイッ
チング停止制御回路を簡易に構成することが可能とな
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明に係る電源装置の好適な実施の形態について説明す
る。なお、従来の電源装置８１と同一の構成について
は、同一の符号をを付して重複した説明を省略する。

【００１２】最初に電源装置１の構成について説明す
る。

【００１３】図１に示すように、電源装置１は、フォワ
ード型のＤＣ／ＤＣコンバータで構成されている。電源
装置１は、互いにそれぞれ同相に巻かれた一次巻線２
ａ、二次巻線２ｂおよび補助巻線２ｃ，２ｄを有するス
イッチング用のトランス２を備えている。このトランス
２の一次巻線２ａ側には、電源スイッチ３、平滑用のコ
ンデンサ４、本発明におけるスイッチング手段を構成す
るＦＥＴ５、二次巻線２ｂ側の出力電圧ＶOUT の電圧値
に基づいてＦＥＴ５のスイッチングを制御する制御ＩＣ
７、入力直流を制御ＩＣ７に供給するための起動抵抗
６、補助巻線２ｃに発生した交流を整流平滑することに
よって制御ＩＣ７に直流電力を供給する補助電源部８、
および電源投入初期時に制御ＩＣ７を作動させるための
タイマー回路９が配設されている。この場合、補助電源
部８は、ダイオード１１，１２、チョークコイル１３、
およびコンデンサ１４を備えて構成されている。タイマ
ー回路９は、入力電圧が所定値を超えたときにハイレベ
ルの電圧を所定時間出力するタイマーＩＣ２１と、入力
直流の電圧ＶINを分圧した分圧電圧をタイマーＩＣ２１
に出力するための抵抗２２，２３と、タイマーＩＣ２１
の出力信号のレベルを反転するトランジスタ２４と、抵
抗２５，２６とを備えて構成されている。

【００１４】一方、トランス２の二次巻線２ｂ側には、
ダイオード３１，３２、チョークコイル３３、コンデン
サ３４、電解コンデンサ３５、放電手段としての放電回
路３６、放電制御回路３７、タイマー回路３８、電圧検
出回路３９、およびスイッチング停止制御回路４０が配
設されている。この場合、スイッチング停止制御回路４
０は、抵抗７１、ツェナーダイオード７２、並びに、ホ
トダイオード７３ａおよびホトトランジスタ７３ｂを有
するホトカップラ７３を備えて構成されている。なお、
図１において、コンデンサ３４と電解コンデンサ３５と
が並列接続されているが、実際には、両コンデンサ３
４，３５の間には抵抗などの素子が接続されるため、電
解コンデンサ３５が本発明における二次巻線の誘起電圧
によって充電されるコンデンサを構成する。また、両コ
ンデンサ３４，３５間に抵抗などの素子が接続さされな
い場合には、両コンデンサ３４，３５が本発明における
コンデンサを構成する。

【００１５】次に、電源装置１の全体動作について、図
２を参照して説明する。

【００１６】同図（ａ）に示すように、電源スイッチ３
がオン状態に操作されると、直流電源Ｕから出力される
入力直流によってコンデンサ４の充電が開始される。こ
の場合、同図（ｂ）に示すように、コンデンサ４の端子
間における電圧ＶINが電圧値Ｖ11を超えると、同図
（ｃ）に示すように、タイマーＩＣ２１が起動し、タイ
マーＩＣ２１は、時間Ｔ１の間、ハイレベル電圧をトラ
ンジスタ２４のベースに出力する。これにより、トラン
ジスタ２４が、作動状態となり、オン／オフ入力端子の
電圧ＶC をロウレベル電圧に制御することにより制御Ｉ
Ｃ７を作動可能状態にする。次いで、起動抵抗６を介し
てコンデンサ１４が充電され、コンデンサ１４の電圧が
所定値を超えたときに、制御ＩＣ７が、同図（ｄ）に示
すように、作動を開始し、ＦＥＴ５にスイッチング信号
を出力する。この結果、ＦＥＴ５がスイッチングを開始
することにより、トランス２の二次巻線２ｂにパルス電
圧が誘起する。次いで、ダイオード３１，３２、チョー
クコイル３３およびコンデンサ３４が、二次巻線２ｂの
誘起電圧を整流平滑することにより直流電圧を生成す
る。

【００１７】この場合、電解コンデンサ３５が直流電圧
によって充電され、その充電電圧である出力電圧ＶOUT
が、同図（ｅ）に示すように、電圧値Ｖ01に達すると、
同図（ｆ）に示すように、タイマーＩＣ６３が、時間Ｔ
２の間、ダイオード６４を介してトランジスタ５５のベ
ースにハイレベル電圧を出力する。これにより、トラン
ジスタ５５は、時間Ｔ２の間、ＦＥＴ５２を作動停止状
態に維持する。

【００１８】次いで、補助巻線２ｄの誘起電圧によって
電圧検出回路３９の出力電圧ＶA が所定電圧まで上昇す
ると、ツェナーダイオード５８が導通し、これにより、
電圧検出回路３９からダイオード５７、ツェナーダイオ
ード５８および抵抗５９を介してトランジスタ５５にベ
ース電流が供給される。この後、タイマーＩＣ６３が作
動を停止し、ツェナーダイオード５８を介して供給され
るベース電流によってトランジスタ５５が作動状態を維
持することにより、ＦＥＴ５２が作動停止状態を継続さ
せられる。この状態では、電源装置１は、図外の負荷回
路に電圧値Ｖ02に安定化した直流電力を供給すると共
に、電解コンデンサ３５に蓄積されているエネルギーに
よって、出力電圧ＶOUT を一定値に維持しつつ、パルス
状の大電流を負荷回路に供給することが可能となる。

【００１９】次に、電圧検出回路３９の出力電圧ＶA が
さらに上昇すると、ツェナーダイオード７２が導通し
て、電圧検出回路３９から抵抗７１およびツェナーダイ
オード７２を介してホトダイオード７３ａに電流が供給
される。これにより、ホトトランジスタ７３ｂが導通
し、時間Ｔ１を経過してタイマーＩＣ２１の出力電圧が
ロウレベル電圧に低下しても、制御ＩＣ７のオン／オフ
入力端子の電圧ＶC がロウレベル電圧に維持される結
果、制御ＩＣ７は作動を継続する。

【００２０】次いで、同図（ａ）に示すように、電源ス
イッチ３が遮断されると、入力直流の供給が絶たれるた
め、コンデンサ４の電圧ＶINが、同図（ｂ）に示すよう
に、徐々に低下する。この場合、トランス２の一次巻線
２ａの電圧と補助巻線２ｄの誘起電圧がほぼ比例するた
め、電圧検出回路３９の出力電圧ＶA は、一次巻線２ａ
の電圧にほぼ比例して低下する。その後、コンデンサ４
の電圧ＶINが電圧値（本発明における「予め規定された
電圧」に相当する）Ｖ12に低下した時間ｔ１の時には、
電圧検出回路３９の出力電圧ＶA が低下することによ
り、ツェナーダイオード７２が非導通状態になる。この
場合、ツェナーダイオード７２は、ツェナーダイオード
５８が非導通状態になる前に非導通状態になるように、
そのツェナー電圧が予め規定されている。この状態で
は、ホトダイオード７３ａに流れていた電流が遮断され
るため、ホトトランジスタ７３ｂがオフ状態になる。こ
のため、同図（ｇ）に示すように、電圧ＶC がハイレベ
ル電圧に変化する結果、同図（ｄ）に示すように、制御
ＩＣ７が作動を停止する。これにより、二次巻線２ｂ側
への電力の供給が停止される結果、出力電圧ＶOUT は、
同図（ｂ）に示すように、定格の電圧値ＶO2から緩やか
に低下し始める。

【００２１】一方、時間ｔ１よりも若干遅れた時間ｔ２
の時には、制御ＩＣ７が作動を停止しているため、補助
巻線２ｄに電圧が誘起されない結果、電圧検出回路３９
の出力電圧ＶA は、０Ｖになっている。このため、ツェ
ナーダイオード５８が非導通状態になることにより、電
圧検出回路３９からトランジスタ５５に対してのベース
電流の供給が遮断される。この場合、タイマーＩＣ６３
の出力電圧が既にロウレベル電圧に維持されているた
め、トランジスタ５５は直ちにオフ状態になる。この結
果、ＦＥＴ５２のゲートには、同図（ｈ）に示すよう
に、時間ｔ２の時から正電圧が印加される。この場合、
抵抗５３，５４の抵抗値をそれぞれＲ53，Ｒ54とする
と、ゲートの電圧ＶG は、下記の式で表され、出力電圧
ＶOUT に比例する。ここで、同図（ｅ）に示すように、
出力電圧ＶOUT が定格の電圧値Ｖ02からそれほど低下し
ていないときには、ＦＥＴ５２のゲートにおける電圧Ｖ
G は、ゲート−ソース間のスレッシュホールド電圧ＶTH
よりも十分高い電圧値となる。このため、ＦＥＴ５２が
オン状態になる。この結果、電解コンデンサ３５が抵抗
５１で短絡されることにより、電解コンデンサ３５の放
電が開始される。 ＶG ＝ＶOUT ×（Ｒ54／（Ｒ53＋Ｒ54））

【００２２】この場合、ＦＥＴ５が既にスイッチングを
停止しているため、二次巻線２ｂ側には電力が供給され
ない。このため、放電回路３６は、時間ｔ２の時に電解
コンデンサ３５に既に蓄積されているエネルギーのみを
消費する。したがって、同図（ｅ）に示すように、出力
電圧ＶOUT が、時間ｔ２の時から急激に低下して、短時
間で放電が完了する結果、感電事故防止の確実化が図ら
れる。

【００２３】なお、本発明は、上記した実施の形態に限
定されず、その構成を適宜変更することができる。例え
ば、本発明の実施の形態では、本発明におけるコンデン
サに相当する電解コンデンサ３５が装置内部に配設され
ている例について説明したが、本発明は、これに限定さ
れず、電解コンデンサ３５が負荷回路側にあってもよい
し、電源装置１の出力端子に取り付けてあってもよい。
また、本発明の実施の形態では、トランス２およびホト
カップラ７３を用いて一次巻線２ａ側と二次巻線２ｂと
を互いに絶縁しているが、本発明は、これに限定され
ず、一次巻線２ａ側と二次巻線２ｂとが絶縁されていな
い電源装置に適用することもできる。

【００２４】さらに、本発明の実施の形態では、スイッ
チング停止制御回路４０が制御ＩＣ７のオン／オフ入力
端子を制御することによりＦＥＴ５のスイッチングを停
止させているが、本発明は、これに限定されず、制御Ｉ
Ｃ７を介さないでＦＥＴ５のスイッチングを直接停止さ
せることもできるし、スイッチング停止制御回路の構成
についても、適宜変更することができる。また、本発明
の実施の形態では、フォワード型の電源装置の例につい
て説明したが、本発明は、これに限定されず、フライバ
ック型の電源装置に適用することもできる。

【００２５】

【発明の効果】以上のように、請求項１記載の電源装置
によれば、電源スイッチが遮断操作されて入力直流の供
給が遮断されたときに、電圧検出回路によって検出され
た入力直流の電圧が予め規定された電圧に低下した時点
で、まずスイッチング停止制御回路がスイッチング手段
の作動を停止させることによってトランスの二次巻線お
よび補助巻線側へのエネルギーの出力を停止させ、その
後に、放電制御回路が放電手段を作動させてコンデンサ
を放電させるというように、スイッチング停止制御回路
が、放電手段によるコンデンサの放電に先立ってスイッ
チング手段の作動を停止させることにより、放電手段に
よる消費電力を低減することができ、その分、放熱器の
小型化を図ることができる。また、スイッチング手段や
二次巻線側の整流素子などに大電流が流れないため、低
電流タイプの部品を用いることができる結果、装置の製
造コストを低減することができる。さらに、コンデンサ
に既に蓄積されているエネルギーのみを放電すればよい
ため、放電時間の短縮化を図ることができ、これによ
り、感電事故を確実に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る電源装置の回路図で
ある。

【図２】本発明の実施の形態に係る電源装置の動作を説
明するための図であって、（ａ）は電源スイッチ３の作
動状態を示す作動状態図、（ｂ）はコンデンサ４の端子
間における電圧ＶINの電圧波形を示す電圧波形図、
（ｃ）はタイマーＩＣ２１の出力電圧の波形を示す電圧
波形図、（ｄ）は制御ＩＣ７の作動状態を示す作動状態
図、（ｅ）は出力電圧ＶOUT の波形を示す電圧波形図、
（ｆ）はタイマーＩＣ６３の出力電圧の波形を示す電圧
波形図、（ｇ）は制御ＩＣ７のオン／オフ入力端子にお
ける電圧ＶC の波形を示す電圧波形図、（ｈ）はＦＥＴ
５２のゲート電圧の波形を示す電圧波形図である。

【図３】従来の電源装置の回路図である。

【符号の説明】

１ 電源装置 ２ トランス ２ａ 一次巻線 ２ｂ 二次巻線 ２ｄ 補助巻線 ５ ＦＥＴ ７ 制御ＩＣ ３５ 電解コンデンサ ３６ 放電回路 ３７ 放電制御回路 ４０ スイッチング停止制御回路

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スイッチング用のトランスにおける一次
   巻線を介して入力直流をスイッチングするためのスイッ
   チング手段と、前記トランスにおける二次巻線の誘起電
   圧によって充電させられるコンデンサと、当該コンデン
   サを放電させる放電手段と、前記トランスにおける補助
   巻線の誘起電圧を整流平滑することによって前記入力直
   流の電圧を検出する電圧検出回路と、前記入力直流に対
   する供給および遮断を行う電源スイッチと、当該電源ス
   イッチが遮断操作された後に前記電圧検出回路によって
   検出された前記入力直流の電圧が予め規定された電圧に
   低下したときに前記スイッチング手段の作動を停止させ
   るスイッチング停止制御回路と、当該スイッチング停止
   制御回路によって前記スイッチング手段が作動停止され
   た後に前記放電手段を作動させて前記コンデンサを放電
   させる放電制御回路とを備えていることを特徴とする電
   源装置。