JP3278007B2 - スイッチング電源 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スイッチング電源に関
し、更に詳しくは、昇圧型の力率改善回路が働かなくな
り、入力電流が増大したときに回路の焼損を防止する技
術に係る。

【０００２】

【従来の技術】従来のスイッチング電源は、整流出力電
圧がコンデンサの充電電圧より高いときにのみコンデン
サを充電するので、短時間に大きな充電電流が流れ力率
が悪いという欠点があった。かかる欠点を防止するため
に、スイッチング素子とインダクタ素子を用いて昇圧す
る過程において、充電電流を分散して流し、入力交流電
圧波形と交流電流波形とを相似形にする、いわゆる昇圧
型の力率改善回路が特開平３ー７８４６９号公報等で開
示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
昇圧型力率改善回路を含むスイッチング電源は、以下の
ような問題点を有している。 （Ａ）昇圧型力率改善回路のスイッチング素子がオープ
ンモードで故障すると、昇圧作用がなくなって従来の力
率に戻り、整流回路、昇圧回路等に大きな入力電流が流
れる。例えば、力率改善前の力率が５０％であれば、入
力電流が２倍になる。このため、回路の焼損を招くこと
がある。 （Ｂ）焼損を生じないように回路部品の電流容量を設定
すると、稀に発生する故障のためにオーバースペックと
なり、高価となってしまう。

【０００４】本発明の第１の課題は、コンデンサへの充
電期間が制限されず、力率改善を達成し得るスイッチン
グ電源を提供することである。

【０００５】本発明の第２の課題は、平滑出力をスイッ
チングすることにより、目標の直流電圧または交流電圧
を供給し得るスイッチング電源を提供することである。

【０００６】本発明の第３の課題は、スイッチング素子
が故障して整流出力を昇圧できない場合を検出し得るス
イッチング電源を提供することである。

【０００７】本発明の第４の課題は、力率改善回路が働
かなくなり、入力電流が増大したときにも回路の焼損を
防止し得る安価なスイッチング電源を提供することであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述した課題解決のた
め、本発明は、力率改善回路と、スイッチング回路とを
含むスイッチング電源であって、前記力率改善回路は、
整流回路と、昇圧回路と、コンデンサと、制御回路と、
遮断回路とを含んでおり、前記整流回路は、交流入力を
整流し、整流出力を生ずるものであり、前記昇圧回路
は、第１のスイッチング素子と、インダクタ素子とを含
み、前記第１のスイッチング素子及び前記インダクタ素
子が直列に接続され、直列回路の両端が前記整流回路に
接続され、前記第１のスイッチング素子が前記整流出力
をスイッチングし、前記インダクタ素子を通して昇圧出
力を生じるものであり、前記コンデンサは、前記昇圧出
力を平滑し、平滑出力を生ずるものであり、前記制御回
路は、基準レベルを有し、前記平滑出力に基づく平滑出
力信号が入力され、前記平滑出力が目標の電圧となるよ
うなスイッチング信号を前記スイッチング素子に供給す
ると共に、前記平滑出力が前記基準レベルよりも低いと
きに遮断信号を出力するものであり、前記遮断回路は、
前記遮断信号が入力され、前記コンデンサへの充電また
は前記コンデンサからの放電を阻止するものであり、前
記スイッチング回路は、第２のスイッチング素子を含
み、前記第２のスイッチング素子が前記平滑出力をスイ
ッチングするものである。

【０００９】

【作用】整流回路は、交流入力を整流し、整流出力を生
ずるものであり、昇圧回路は、第１のスイッチング素子
及びインダクタ素子が直列に接続され、直列回路の両端
が整流回路に接続され、第１のスイッチング素子が整流
出力をスイッチングし、インダクタ素子を通して昇圧出
力を生じるものであり、コンデンサは、昇圧出力を平滑
し、平滑出力を生ずるものであり、制御回路は、平滑出
力に基づく平滑出力信号が入力され、平滑出力が目標の
電圧となるようなスイッチング信号を第１のスイッチン
グ素子に供給するするから、コンデンサへの充電期間が
従来のように制限されず、力率改善を達成し得るスイッ
チング電源が得られる。

【００１０】スイッチング回路は第２のスイッチング素
子が平滑出力をスイッチングするものであるから、目標
の直流電圧または交流電圧を供給し得るスイッチング電
源が得られる。

【００１１】制御回路は、平滑出力に基づく平滑出力信
号が入力され、平滑出力が基準レベルよりも低いときに
遮断信号を出力するものであるから、第１のスイッチン
グ素子が故障して整流出力を昇圧できない場合を検出で
きる。

【００１２】遮断回路は、遮断信号が入力され、コンデ
ンサへの充電またはコンデンサからの放電を阻止するも
のであるから、コンデンサの前段、例えば、整流回路と
昇圧回路との間に設けた場合は、昇圧回路を介してコン
デンサへの充電電流がなくなり、その結果、整流回路に
も電流が流れなくなり、整流回路等の焼損を防止でき
る。また、コンデンサの後段、例えば、コンデンサとス
イッチング回路との間に設けた場合は、コンデンサから
の放電電流がなくなるので、コンデンサが整流出力によ
り充電された後は充電電流がなくなり、整流回路等の焼
損を防止できる。更に、遮断信号により第２のスイッチ
ング素子のスイッチング動作を停止させた場合でも、コ
ンデンサの後段に設けた場合と同様に、コンデンサから
の放電電流がなくなるので、整流回路等の焼損を防止で
きる。

【００１３】これにより、力率改善回路が働かなくな
り、入力電流が増大したときにも回路の焼損を防止し得
るスイッチング電源が得られる。また、故障を想定して
回路部品の電流容量を設定する必要がなくなり、安価な
スイッチング電源が得られる。

【００１４】

【実施例】図１は本発明に係るスイッチング電源の第１
の実施例の回路図、図２は本発明に係るスイッチング電
源の第１の実施例における力率改善回路の動作を説明す
る図である。図において、１は力率改善回路、２はスイ
ッチング回路である。

【００１５】力率改善回路１は、整流回路１１と、昇圧
回路１２と、コンデンサ１３と、制御回路１４と、遮断
回路１５とを含んでいる。

【００１６】整流回路１１は、交流入力Ｅｉを整流し、
整流出力Ｅｒを生ずる。昇圧回路１２は、チョッパ型の
昇圧回路となっており、第１のスイッチング素子１２１
と、インダクタ素子１２２とを含んでいる。第１のスイ
ッチング素子１２１及びインダクタ素子１２２は直列に
接続され、直列回路の両端が整流回路１１に接続されて
いる。第１のスイッチング素子１２１は、電界効果形ト
ランジスタ等で構成され、数ｋＨｚ〜数百ｋＨｚの範囲
でオン／オフ駆動され、整流出力Ｅｒをスイッチングす
る。インダクタ素子１２２は、第１のスイッチング素子
１２１のオン時にエネルギーを蓄積し、オフ時に蓄積エ
ネルギーをフライバック電圧Ｖｆに変換する。これによ
り、昇圧回路１２は、整流出力Ｅｒにフライバック電圧
Ｖｆを加算して昇圧した昇圧出力Ｅｌを生ずる。コンデ
ンサ１３は、昇圧出力Ｅｌを平滑し、平滑出力Ｅｏを生
ずる。ダイオード１２３は、平滑出力Ｅｏの逆流を防止
する。

【００１７】制御回路１４は、基準レベルＶrefを有
し、平滑出力Ｅｏに基づく平滑出力信号Ｓ１が入力され
る。基準レベルＶrefは、整流出力Ｅｒの波高値よりも
高く目標の電圧Ｖｓよりも低く設定されている。制御回
路１４は、平滑出力Ｅｏが目標の電圧Ｖｓとなるような
スイッチング信号Ｓ２をスイッチング素子１２１に供給
すると共に、平滑出力Ｅｏが基準レベルＶrefよりも低
いときに遮断信号Ｓ３を出力する。交流入力がＡＣ２０
０Ｖに設定された一実施例では、目標の電圧Ｖｓは３８
０Ｖに、基準レベルＶrefは３５０Ｖに、それぞれ設定
される。

【００１８】遮断回路１５は、遮断信号Ｓ３が入力さ
れ、コンデンサ１３への充電またはコンデンサ１３から
の放電を阻止する。本実施例は、整流回路１１と昇圧回
路１２との間に設けられ、コンデンサ１３への充電経路
を遮断するようになっている。三端子スイッチ素子、リ
レー等で構成される。

【００１９】スイッチング回路２は、第２のスイッチン
グ素子２１を含み、第２のスイッチング素子２１が平滑
出力Ｅｏをスイッチングする。スイッチング回路２は、
直流入力をスイッチングするものであればよく、ＤＣー
ＤＣコンバータ、ＤＣーＡＣコンバータ等で構成され
る。実施例は、直流の定電圧出力Ｖｏを得る一般的なＤ
ＣーＤＣコンバータである。

【００２０】上述したように、整流回路１１は、交流入
力Ｅｉを整流し、整流出力Ｅｒを生ずるものであり、昇
圧回路１２は、第１のスイッチング素子１２１及びイン
ダクタ素子１２２が直列に接続され、直列回路の両端が
整流回路１１に接続され、第１のスイッチング素子１２
１が整流出力Ｅｒをスイッチングし、インダクタ素子１
２２を通して昇圧出力を生じるものであり、コンデンサ
１３は、昇圧出力Ｅｌを平滑し、平滑出力Ｅｏを生ずる
ものであり、制御回路１４は、平滑出力Ｅｏに基づく平
滑出力信号Ｓ１が入力され、平滑出力Ｅｏが目標の電圧
Ｖｓとなるようなスイッチング信号Ｓ２を第１のスイッ
チング素子１２１に供給するするから、コンデンサ１３
への充電期間が従来のように，整流出力Ｅｒがコンデン
サ１３の充電電圧よりも高い場合に制限されず、力率改
善を達成し得るスイッチング電源が得られる。

【００２１】スイッチング回路２は第２のスイッチング
素子２１が平滑出力Ｅｏをスイッチングするものである
から、目標の直流電圧または交流電圧を供給し得るスイ
ッチング電源が得られる。

【００２２】制御回路１４は、平滑出力Ｅｏに基づく平
滑出力信号Ｓ１が入力され、平滑出力Ｅｏが基準レベル
Ｖrefよりも低いときに遮断信号Ｓ３を出力するもので
あるから、第１のスイッチング素子１２１がオープンモ
ードで故障し、インダクタ素子１２２がフライバック電
圧Ｖｆを発生できなくなると、平滑出力Ｅｏが整流出力
Ｅｒを平滑した電圧に低下し、昇圧回路１２が整流出力
Ｅｒを昇圧できなくなっていることを検出する。即ち、
力率改善回路が働かなくなっていることを検出し、遮断
信号Ｓ３を出力する。

【００２３】遮断回路１５は、遮断信号Ｓ３が入力さ
れ、コンデンサ１３への充電またはコンデンサ１３から
の放電を阻止するものであるから、コンデンサ１３の前
段、例えば、整流回路１１と昇圧回路１２との間に設け
た場合は、昇圧回路１２を介してコンデンサ１３への充
電電流Ｉｃがなくなり、整流回路１１にも交流入力電流
Ｉｉが流れなくなるので、整流回路１１等の焼損を防止
できる。

【００２４】これにより、力率改善回路１が働かなくな
り、交流入力電流Ｉｉが増大したときにも回路の焼損を
防止し得るスイッチング電源が得られる。また、故障を
想定して回路部品の電流容量を設定する必要がなくな
り、安価なスイッチング電源が得られる。

【００２５】制御回路１４は、電源起動時のコンデンサ
１３への充電時間、ノイズ等を考慮し、一定時間平滑出
力Ｅｏが基準レベルＶrefよりも低くなった時に遮断信
号Ｓ３を出力する。

【００２６】図３は本発明に係るスイッチング電源の第
２の実施例における力率改善回路の動作を説明する図で
ある。図において、図２と同一参照符号は同一性ある構
成部分を示している。本実施例は、定格電圧の異なる複
数の交流入力、例えばＡＣ１００Ｖ、ＡＣ２００Ｖを共
用できるようにしたものである。回路構成は、図１に示
す第１の実施例と同様である。図１を参照しながら図３
を説明する。

【００２７】整流回路１１は、定格電圧の異なる複数の
交流入力、例えば、ＡＣ１００Ｖ、ＡＣ２００Ｖが入力
される。制御回路１４は、平滑出力ＥｏがＡＣ２００Ｖ
の交流入力に応じた目標の電圧Ｖｓとなるようなスイッ
チング信号Ｓ２を第１のスイッチング素子１２１に供給
する。基準レベルＶrefは、定格電圧の最も高い交流入
力（ＡＣ２００Ｖ）の整流出力Ｅｒ２の波高値よりも高
く目標の電圧Ｖｓよりも低く設定されている。

【００２８】ＡＣ２００Ｖの交流入力が入力されている
場合に、第１のスイッチング素子１２１がオープンモー
ドで故障し昇圧回路１２が働かなくなると、平滑出力Ｅ
ｏは参照符号ａで示す電圧レベルまで低下する。制御回
路１４は、平滑出力Ｅｏが基準レベルＶrefよりも低く
なるので、遮断信号Ｓ３を出力する。ＡＣ１００Ｖの交
流入力が入力されている場合も同様であり、平滑出力Ｅ
ｏは参照符号ｂで示す電圧レベルまで低下し、制御回路
１４は遮断信号Ｓ３を出力する。

【００２９】これにより、複数の交流入力を共用した場
合でも、力率改善回路の故障による回路の焼損を防止し
得る安価なスイッチング電源が得られる。

【００３０】図４は本発明に係るスイッチング電源の第
３の実施例における力率改善回路の動作を説明する図で
ある。図において、図２及び図３と同一参照符号は同一
性ある構成部分を示してある。本実施例は、定格電圧の
異なる複数の交流入力、例えば、ＡＣ１００Ｖ、ＡＣ２
００Ｖを共用すると共に、交流入力電流が許容電流内に
あるときはスイッチング電源として動作可能にしたもの
である。回路構成は、第１の実施例と同様である。図１
を参照しながら図４を説明する。

【００３１】整流回路１１は、定格電圧の異なる複数の
交流入力、例えば、ＡＣ１００Ｖ、ＡＣ２００Ｖが入力
される。制御回路１４は、平滑出力Ｅｏが交流入力ＡＣ
２００Ｖに応じた目標の電圧Ｖｓとなるようなスイッチ
ング信号Ｓ２を第１のスイッチング素子１２１に供給す
る。基準レベルＶrefは、最も高い交流入力ＡＣ２００
Ｖに応じた整流出力Ｅｒ２の波高値よりも低く、かつ、
最も低い交流入力ＡＣ１００Ｖに応じた整流出力Ｅｒ１
の波高値よりも高く設定されている。例えば、基準レベ
ルＶrefは１７０Ｖに設定される。

【００３２】図５は交流入力電流が力率と交流入力電圧
との関係によりどのように変化するかを示す図である。
図は交流入力がＡＣ１００Ｖ、力率が１００％であると
きの交流入力電流を１とした場合の比率を示してある。
例えば、交流入力がＡＣ１００Ｖのときに力率改善回路
１が故障し、力率が５０％に低下した場合は、交流入力
電流が２倍となる。交流入力がＡＣ２００Ｖの場合も同
様である。力率改善回路１が正常に動作し力率が１００
％であるときは、ＡＣ２００Ｖのときの交流入力電流は
ＡＣ１００Ｖのときの交流入力電流の０．５倍となる。

【００３３】入力ＡＣ２００Ｖが入力されている場合に
第１のスイッチング素子１２１がオープンモードで故障
し昇圧回路１２が働かなくなると、第２の実施例と同様
に、平滑出力Ｅｏは参照符号ａで示す電圧レベルまで低
下する。制御回路１４は、平滑出力Ｅｏが基準レベルＶ
refよりも高いので、遮断信号Ｓ３を出力しない。この
場合、交流入力電流Ｉｉが２倍になるが、交流入力がＡ
Ｃ１００Ｖ、力率が１００％の場合と同一の交流電流で
あり、回路の焼損を招くことはない。昇圧回路１２の故
障は平滑出力Ｅｏの低下で分かり、しかも昇圧回路１２
が故障しても即座にスイッチング電源が遮断されるわけ
でないので、当該スイッチング電源を使用した制御装置
に影響を与えることなく修理が可能となる。

【００３４】交流入力ＡＣ１００Ｖが入力されている場
合は、第１のスイッチング素子１２１がオープンモード
で故障し昇圧回路１２が働かなくなると、第２の実施例
と同様に、平滑出力Ｅｏは参照符号ｂで示す電圧レベル
まで低下する。制御回路１４は、平滑出力Ｅｏが基準レ
ベルＶrefよりも低くなるので、遮断信号Ｓ３を出力す
る。遮断回路１５は、遮断信号Ｓ３によりコンデンサ１
３への充電経路を遮断し、交流入力電流Ｉｉが２倍にな
ることを防止する。

【００３５】これにより、力率改善回路の故障による回
路の焼損を防止すると共に、不必要に電源を停止させる
ことのないスイッチング電源が得られる。

【００３６】図６は本発明に係るスイッチング電源の第
４の実施例の回路図である。図において、図１と同一参
照符号は同一性ある構成部分を示している。

【００３７】遮断回路１５は、コンデンサ１３とスイッ
チング回路２との間に設けられ、コンデンサ１３からの
放電経路を遮断する。この場合、コンデンサ１３からの
放電電流Ｉｄがなくなるので、コンデンサ１３が整流出
力Ｅｒにより充電された後は充電電流Ｉｃがなくなり、
整流回路１１等の焼損を防止できる。

【００３８】図７は本発明に係るスイッチング電源の第
５の実施例の回路図である。図において、図１と同一参
照符号は同一性ある構成部分を示している。

【００３９】スイッチング回路２は、一般的なフォワー
ド型のコンバータである。２２はトランス、２３は出力
回路、２４は出力制御回路である。第２のスイッチング
素子２１はトランス２２を介して平滑出力Ｅｏをスイッ
チングし、出力回路２３はスイッチング出力を整流・平
滑して直流の定電圧出力Ｖｏを得る。出力制御回路２４
は、定電圧出力Ｖｏに基づく平滑出力信号Ｓ２１が入力
され、目標の定電圧出力を得るスイッチング信号Ｓ２２
を第２のスイッチング素子２１に供給する。

【００４０】遮断回路１５は、第２のスイッチング素子
２１へのスイッチング信号Ｓ２２を遮断し、スイッチン
グ回路２のスイッチング動作を停止させ、コンデンサ１
３からの放電を阻止する。この場合も、第４の実施例と
同様に、コンデンサ１３からの放電電流Ｉｄがなくなる
ので、コンデンサ１３が整流出力Ｅｒにより充電された
後は充電電流Ｉｃがなくなり、整流回路１１等の焼損を
防止できる。

【００４１】図８は本発明に係るスイッチング電源の第
６の実施例の回路図である。図は、力率改善回路の部分
を示し、後段に接続されるスイッチング回路を省略して
ある。実際には、図１に示すスイッチング回路が接続さ
れる。図において、図１と同一参照符合は同一性ある構
成部分を示している。１４は制御回路である。

【００４２】制御回路１４は、目標設定回路１６と、誤
差検出回路１７と、電流検出回路１８と、差動増幅回路
１９１と、パルス幅制御回路１９２とを含んでいる。

【００４３】目標設定回路１６は、基準電圧信号発生部
１６０を含み、整流出力信号Ｓ４と、平滑出力信号Ｓ５
とが入力され、第１の出力信号Ｓ６と、第２の出力信号
Ｓ７とを出力する。基準電圧信号発生部１６０は基準電
圧信号Ｓ６０を発生させる。第１の出力信号Ｓ６は基準
電圧信号Ｓ６０から得られる。第２の出力信号Ｓ７は平
滑出力信号Ｓ５から得られる。第１の出力信号Ｓ６及び
第２の出力信号Ｓ７のいずれか一方は、整流出力Ｅｒの
全電圧範囲でその増減に追従して平滑出力Ｅｏが整流出
力Ｅｒよりも高くなるように変化する。図９は第１の出
力信号Ｓ６の一例を示す特性図である。第１の出力信号
Ｓ６は、整流出力信号Ｓ４に追従し、平滑出力Ｅｏが整
流出力Ｅｒよりも大きくなるように設定される。第２の
出力信号Ｓ７も同様である。

【００４４】誤差検出回路１７は、第１の出力信号Ｓ
６、第２の出力信号Ｓ７及び整流出力信号Ｓ４が入力さ
れ、第１の出力信号Ｓ６と第２の出力信号Ｓ７とを比較
して整流出力信号Ｓ４と相似波形となる誤差検出信号Ｓ
８を出力している。具体的には、誤差増幅回路１７２が
第１の出力信号Ｓ６と第２の出力信号Ｓ７とを比較して
誤差信号Ｓ９を出力し、乗算回路１７４が誤差信号Ｓ９
と整流出力信号Ｓ４とを乗算して誤差検出信号Ｓ８を得
ている。誤差増幅回路１７２、乗算回路１７４はオペア
ンプを用いた差動増幅回路、乗算回路等で構成できる。

【００４５】電流検出回路１８は、インダクタ素子１２
２に流れる電流を検出して電流検出信号Ｓ１０を出力す
る。

【００４６】差動増幅回路１９１は、誤差検出信号Ｓ８
及び電流検出信号Ｓ１０が入力され、両信号を比較し
て、電流検出信号Ｓ１０を誤差検出信号Ｓ８に追従させ
る差動信号Ｓ１１を出力する。

【００４７】パルス幅制御回路１９２は、差動信号Ｓ１
１が入力され、差動信号Ｓ１１を最小とするように第１
のスイッチング素子１２１を制御する制御信号Ｓ１２
を、第１のスイッチング素子１２１に供給している。

【００４８】上述したように、昇圧回路１２は、第１の
スイッチング素子１２１が交流入力Ｅｉの周波数ｆ１よ
りも高い周波数ｆ２でオン／オフ駆動され、インダクタ
素子１２２がスイッチング素子１２１と直列に接続さ
れ、その直列接続回路の両端が整流回路１１の出力端に
接続され、ダイオ−ド１２３のアノードが第１のスイッ
チング素子１２１及びインダクタ素子１２２の直列接続
点に接続され、カソードがコンデンサ１３に接続されて
いるから、第１のスイッチング素子１２１のオン時にイ
ンダクタ素子１２２に蓄積されたエネルギーが第１のス
イッチング素子１２１のオフ時にフライバック電圧Ｖｆ
となり、整流出力Ｅｒにフライバック電圧Ｖｆが重畳さ
れ、整流出力Ｅｒよりも高い昇圧出力Ｅｌがコンデンサ
２の両端に供給される。

【００４９】目標設定回路１６は、基準電圧信号Ｓ６０
を発生させる基準電圧信号発生部１６０を含み、整流出
力信号Ｓ４と、平滑出力信号Ｓ５とが入力され、第１の
出力信号Ｓ６と、第２の出力信号Ｓ７とを出力し、第１
の出力信号Ｓ６が基準電圧信号Ｓ６０から得られ、第２
の出力信号Ｓ７が平滑出力信号Ｓ５から得られ、第１の
出力信号Ｓ６及び第２の出力信号Ｓ７のいずれか一方
を、整流出力Ｅｒの全電圧範囲でその増減に追従し、平
滑出力Ｅｏが整流出力Ｅｒよりも高くなるように変化さ
せ、誤差検出回路１７は、第１の出力信号Ｓ６、第２の
出力信号Ｓ７及び整流出力信号Ｓ４が入力され、第１の
出力信号Ｓ６と第２の出力信号Ｓ７とを比較して整流出
力信号Ｓ４と相似波形となる誤差検出信号Ｓ８を出力す
るから、基準電圧信号Ｓ６０を変化させた場合は第２の
出力信号Ｓ７が第１の出力信号Ｓ６に追従して変化し、
平滑出力Ｅｏも同時に変化する。また、平滑出力信号Ｓ
５を変化させた場合は第２の出力信号Ｓ７が第１の出力
信号Ｓ６に一致するように制御され、一致させる過程で
平滑出力Ｅｏが変化する。これにより、力率改善の要件
である平滑出力Ｅｏが整流出力Ｅｒよりも高くなる要件
が満たされる。

【００５０】電流検出回路１８は、インダクタ素子１２
２に流れる電流を検出して電流検出信号Ｓ１０を出力
し、差動増幅回路１９１は、誤差検出信号Ｓ８及び電流
検出信号Ｓ１０を比較して、電流検出信号Ｓ１０を誤差
検出信号Ｓ８に追従させる差動信号Ｓ１１を出力し、パ
ルス幅制御回路１９２は、差動信号Ｓ１１を最小とする
ように第１のスイッチング素子１２１を制御する制御信
号Ｓ１２を第１のスイッチング素子１２１に供給するよ
うになっているから、平滑出力Ｅｏが第１の出力信号Ｓ
６に対応した電圧に調整されると共に、交流入力電流Ｉ
ｉが交流入力電圧Ｅｉに追従して変化し、交流電源から
みると抵抗負荷と同等になり、力率改善ができる。

【００５１】また、交流入力電圧Ｅｉが低下し整流出力
Ｅｒが低下したときは、平滑出力Ｅｏも低下するように
なるので、昇圧するために第１のスイッチング素子１２
１に流れる電流を小さくすることができ、第１のスイッ
チング素子１２１の電力損失を少なくすることができ
る。

【００５２】目標設定回路１６は、整流出力信号Ｓ４に
よって平滑出力信号Ｓ５を変化させるように構成するこ
とができる。図１０はその場合の目標設定回路の具体的
な一例を示す回路図である。図において、図８と同一参
照符号は同一性ある構成部分を示している。以下、図８
を参照しながら図１０を説明する。１６０は基準電圧信
号発生部、１６４は平滑出力調整部である。端子１６５
と端子１６６との間に整流出力Ｅｒが印加され、端子１
６７と端子１６６との間に平滑出力Ｅｏが印加される。

【００５３】基準電圧信号発生部１６０は、平滑出力Ｅ
ｏの増減の基準となる基準電圧Ｖｋを発生し、第１の出
力信号Ｓ６として出力する。基準電圧ＶｋはバッテリＢ
１により得ている。バッテリＢ１の正極は端子１６８に
接続されている。基準電圧Ｖｋは、直流定電圧回路を構
成し、直流定電圧を抵抗分圧回路で分圧して得てもよ
い。

【００５４】平滑出力調整部１６４は、整流出力信号Ｓ
４に応じて平滑出力Ｅｏを分圧する抵抗の分圧比を変化
させ、分圧電圧を第２の出力信号Ｓ７として出力する。
本実施例では、ダイオ−ドＤ１、コンデンサＣ１、抵抗
Ｒ１〜Ｒ６、オペアンプＩＣ１、バッテリＢ２とを有し
ている。ダイオ−ドＤ１とコンデンサＣ１とが直列に接
続され、直列接続された両端が端子１６５と端子１６６
とに接続されている。抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２とが直列に接
続され、直列接続された両端がコンデンサＣ１に接続さ
れている。抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続点はオペアンプ
ＩＣ１の負入力端子に接続され、整流出力Ｅｒを分圧し
た分圧電圧ＶinをオペアンプＩＣ１に供給している。バ
ッテリＢ２はオペアンプＩＣ１の正入力端子に接続さ
れ、基準電圧ＶｋをオペアンプＩＣ１に供給している。
抵抗Ｒ３はオペアンプＩＣ１の出力端子と負入力端子と
の間に接続されている。抵抗Ｒ４は一端がオペアンプＩ
Ｃ１の出力端に接続され、他端が抵抗Ｒ５と抵抗Ｒ６と
の接続点に接続されている。抵抗Ｒ５と抵抗Ｒ６とは直
列接続され、直列接続された両端が端子１６７及び端子
１６６に接続されている。抵抗Ｒ５と抵抗Ｒ６との接続
点は端子１６９に接続され、平滑出力Ｅｏを分圧した分
圧電圧ＶＲ６を第２の出力信号Ｓ７として供給してい
る。オペアンプＩＣ１は、反転増幅回路を構成し、図１
１に示すように、分圧電圧Ｖinの増加とともに出力電圧
Ｖoutが低下する。このため、抵抗Ｒ５の端子電圧ＶＲ
５は、整流出力Ｅｒが上昇、即ち出力電圧Ｖoutが低く
なると、抵抗Ｒ４に流れる電流の増加により上昇する。
また、抵抗Ｒ５の端子電圧ＶＲ５は、整流出力Ｅｒが低
下、即ち出力電圧Ｖoutが高くなると、抵抗Ｒ４に流れ
る電流の減少により低下する。従って、抵抗Ｒ６の分圧
電圧ＶＲ６は、平滑出力Ｅｏが一定であれば、端子電圧
ＶＲ５の上昇に伴なって低下し、端子電圧ＶＲ５の低下
に伴なって上昇する。

【００５５】後段に接続される誤差検出回路１７は、端
子１６９の分圧電圧ＶＲ６と端子１６８の基準電圧Ｖｋ
とを一致させるように動作するから、分圧電圧ＶＲ６の
変化が実質的な第１の出力信号Ｓ６の変化となり、最終
的に平滑出力Ｅｏが目標の電圧に調整される。即ち、整
流出力Ｅｒが上昇した場合、分圧電圧ＶＲ６が低下し、
分圧電圧ＶＲ６を基準電圧Ｖｋに等しくする過程で平滑
出力Ｅｏを上昇させ、整流出力Ｅｒが低下した場合、分
圧電圧ＶＲ６が上昇し、分圧電圧ＶＲ６を基準電圧Ｖｋ
に等しくする過程で平滑出力Ｅｏを低下させる。これに
より、平滑出力Ｅｏが整流出力Ｅｒよりも高くなるよう
に調整され、図８に示す実施例と同様の作用効果を得る
ことができる。

【００５６】目標設定回路１６は、整流出力信号Ｓ４に
よって基準電圧信号Ｓ６０を変化させるように構成する
こともできる。図１２はその目標出力電圧設定回路の具
体的な一例を示す回路図である。図において、図８、図
１０と同一参照符号は同一性ある構成部分を示す。以
下、図８、図１０及び図１２を参照しながら説明する。

【００５７】基準電圧信号発生部１６０は、整流出力信
号Ｓ４に応じて基準電圧Ｖｋを変化させ、第１の出力信
号Ｓ６を出力する。本実施例では、ダイオ−ドＤ１と、
コンデンサＣ１と、抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２と、抵抗Ｒ７
と、バッテリＢ３と、抵抗Ｒ５及び抵抗Ｒ６とを有して
いる。ダイオ−ドＤ１、抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２を直列に
接続し、直列接続回路の両端を端子１６５及び端子１６
６に接続してある。抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２の直列回路に
コンデンサＣ１を並列に接続してある。抵抗Ｒ２は、整
流出力Ｅｒを分圧した分圧電圧Ｖinを発生する。抵抗Ｒ
７及びバッテリＢ３を直列に接続し、直列接続された両
端を抵抗Ｒ２に接続してある。抵抗Ｒ７の一端は端子１
６８に接続され、端子１６８に基準電圧Ｖｋを供給して
いる。基準電圧Ｖｋは、分圧電圧ＶinとバッテリＢ３の
電圧Ｖｒとの関係から、図１３に示すような電圧とな
る。即ち、分圧電圧Ｖinが電圧Ｖｒよりも高い場合は、
抵抗Ｒ１からバッテリＢ３へ電流が流れ込み、電圧Ｖｒ
よりも高くなり、分圧電圧Ｖinが電圧Ｖｒよりも低い場
合は、バッテリＢ３から抵抗Ｒ２へ電流が流れ込み、電
圧Ｖｒよりも低くなる。

【００５８】平滑出力調整部１６４は、抵抗Ｒ５及び抵
抗Ｒ６を有し、平滑出力Ｅｏを抵抗分圧している。抵抗
Ｒ５及び抵抗Ｒ６の接続点は端子１６９に接続され、端
子１６９に分圧電圧ＶＲ６を第２の出力信号Ｓ７として
出力する。

【００５９】後段に接続される誤差検出回路１７は、第
１の出力信号Ｓ６と第２の出力信号Ｓ７とを一致させる
ように動作するので、第２の出力信号Ｓ７が第１の出力
信号Ｓ６に追従して変化し、最終的に平滑出力Ｅｏが目
標の電圧に調整される。これにより、図８の実施例と同
様の作用効果を得ることができる。

【００６０】制御回路１４は平滑出力信号Ｓ５が基準レ
ベルＶrefよりも低いときに遮断信号Ｓ３を出力する。
遮断回路１５は、遮断信号Ｓ３が入力され、コンデンサ
１３への充電経路を遮断する。

【００６１】これにより、昇圧時に第１のスイッチング
素子１２１に流れる電流を小さくし、第１のスイッチン
グ素子１２１の電力損失を少なくすると共に、力率改善
回路が働かなくなり入力電流が増大したときにも回路の
焼損を防止し得る安価なスイッチング電源が得られる。

【００６２】図１４は本発明に係るスイッチング電源の
第７の実施例の回路図である。図において、図１と同一
参照符号は同一性ある構成部分を示している。

【００６３】昇圧回路１２は、第１のスイッチング素子
１２１と、インダクタ素子１２２と、ダイオード１２
３，１２４と、抵抗１２５とを含んでいる。インダクタ
素子１２２は、フライバックトランスで構成されてい
る。第１のスイッチング素子１２１及びインダクタ素子
１２２の一次巻線は直列に接続され、直列回路の両端が
整流回路１１に接続されている。インダクタ素子１２２
の二次巻線は、ダイオード１２３を介してコンデンサ１
３に接続されている。第１のスイッチング素子１２１
は、電界効果形トランジスタ等で構成され、スイッチン
グ信号Ｓ１３が供給され、整流出力Ｅｒをスイッチング
する。インダクタ素子１２２は、第１のスイッチング素
子１２１のオン時にエネルギーを一次巻線に蓄積し、オ
フ時に蓄積エネルギーをフライバック電圧Ｖｆ１に変換
し、二次巻線からフライバック電圧Ｖｆ１を昇圧出力と
して出力する。フライバック電圧Ｖｆ１はダイオード１
２３を介してコンデンサ１３に供給される。コンデンサ
１３は、フライバック電圧Ｖｆ１を平滑し、平滑出力Ｅ
ｏを生ずる。フライバック電圧Ｖｆ１は、整流出力Ｅｒ
よりも高く設定されている。ダイオード１２３は、平滑
出力Ｅｏの逆流を防止する。ダイオード１２４及び抵抗
１２５は直列に接続され、整流回路１１からコンデンサ
１３への充電回路を構成している。充電回路は、スイッ
チング電源の起動時に昇圧回路１２とは別ルートでコン
デンサ１３を充電し、起動特性を向上させる。

【００６４】スイッチング回路２は、第２のスイッチン
グ素子２１、インダクタ素子２２と、ダイオ−ド２５
と、コンデンサ２６と、制御回路２７とを含んでいる。
インダクタ素子２２は、フライバックトランスで構成さ
れている。第２のスイッチング素子２１及びインダクタ
素子２２の一次巻線は直列に接続され、直列回路の両端
がコンデンサ１３に接続されている。インダクタ素子２
２の二次巻線は、ダイオード２５を介してコンデンサ２
６に接続されている。第２のスイッチング素子２１は、
スイッチング信号Ｓ１４が供給され、平滑出力Ｅｏをス
イッチングする。インダクタ素子２２は、第２のスイッ
チング素子２１のオン時にエネルギーを一次巻線に蓄積
し、オフ時に蓄積エネルギーをフライバック電圧Ｖｆ２
に変換し、二次巻線からフライバック電圧Ｖｆ２を出力
する。フライバック電圧Ｖｆ２はダイオード２５を介し
てコンデンサ２６に供給される。コンデンサ２６は、フ
ライバック電圧Ｖｆ２を平滑し、直流の定電圧出力Ｖｏ
を得る。

【００６５】制御回路２７は、定電圧出力Ｖｏに応じた
出力電圧信号Ｓ１５が入力され、定電圧出力Ｖｏを目標
の出力電圧とするようなスイッチング信号Ｓ１３、Ｓ１
４を出力する。スイッチング信号Ｓ１３、Ｓ１４は、同
期しており、周波数が数ｋＨｚ〜数百ｋＨｚに設定さ
れ、オン時のパルス幅が変化するようになっている。定
電圧出力Ｖｏが目標の出力電圧よりも低いときは、オン
時のパルス幅を広くするようになっている。

【００６６】第１のスイッチング素子１２１のオン時間
中にインダクタ素子１２２に蓄積されるエネルギーと、
第２のスイッチング素子２１のオン時間中にインダクタ
素子２２に蓄積されるエネルギーとが等しくなるように
設定されている。具体的には、整流出力Ｅｒの平均値を
Ｅａｖ、インダクタ素子１２２の一次巻線のインダクタ
ンスをＬ１、インダクタンス素子２２の一次巻線のイン
ダクタンスをＬ２、第１のスイッチング素子１２１及び
第２のスイッチング素子２１のオン時間をＴｏｎとした
場合に、 （Ｅav＊Ｔon）²／（２＊Ｌ1）≧（Ｅo＊Ｔon）²／（２＊Ｌ2）・・・（１） となるように設定される。不等号の範囲は、平滑出力Ｅ
ｏが過度に高くならないように設定される。これによ
り、インダクタンス素子１２２からコンデンサ１３に供
給されるエネルギーと、コンデンサ１３からインダクタ
素子２２に供給されるエネルギーとがバランスし、平滑
出力Ｅｏが一定化される。

【００６７】コンデンサ１３への充電は、整流出力Ｅｒ
が平滑出力Ｅｏよりも高い場合に制限されず、定電圧出
力Ｖｏの変動に応じて、交流入力電圧Ｅｉの全時間領域
にわたって分散して行なわれる。これにより、交流入力
電流Ｉｉの歪みが少なくなり、力率改善が達成される。

【００６８】制御回路２７は、平滑出力Ｅｏに基づく平
滑出力信号Ｓ１が入力され、平滑出力信号Ｓ１が基準レ
ベルＶrefよりも低いときに、昇圧回路１２が異常であ
ると判断し、スイッチング信号Ｓ１３、Ｓ１４を停止さ
せる。

【００６９】これにより、コンデンサ１３への充電量及
びコンデンサ１３からの放電量をバランスさせることに
より、第１のスイッチング素子１２１に流れる電流を必
要最小限に抑えて第１のスイッチング素子１２１の電力
損失を少なくすると共に、力率改善回路が働かなくなり
入力電流が増大したときにも回路の焼損を防止し得る安
価なスイッチング電源が得られる。

【００７０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、次
のような効果が得られる。 （ａ）コンデンサへの充電期間が制限されず、力率改善
を達成し得るスイッチング電源を提供できる。 （ｂ）平滑出力をスイッチングすることにより、目標の
直流電圧または交流電圧を供給し得るスイッチング電源
を提供できる。 （ｃ）スイッチング素子が故障して整流出力を昇圧でき
ない場合を検出し得るスイッチング電源を提供できる。 （ｄ）力率改善回路が働かなくなり、入力電流が増大し
たときにも回路の焼損を防止し得る安価なスイッチング
電源を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るスイッチング電源の第１の実施例
の回路図である。

【図２】本発明に係るスイッチング電源の第１の実施例
における力率改善回路の動作を説明する図である。

【図３】本発明に係るスイッチング電源の第２の実施例
における力率改善回路の動作を説明する図である。

【図４】本発明に係るスイッチング電源の第３の実施例
における力率改善回路の動作を説明する図である。

【図５】交流入力電流が力率と交流入力電圧との関係に
よりどのように変化するかを示す図である。

【図６】本発明に係るスイッチング電源の第４の実施例
の回路図である。

【図７】本発明に係るスイッチング電源の第５の実施例
の回路図である。

【図８】本発明に係るスイッチング電源の第６の実施例
の回路図である。

【図９】第１の出力信号の一例を示す特性図である。

【図１０】平滑出力電圧信号を変化させるように構成し
た目標設定回路の具体的な一例を示す回路図である。

【図１１】反転増幅回路の特性図である。

【図１２】基準電圧信号を変化させるように構成した目
標設定回路の具体的な一例を示す回路図である。

【図１３】基準電圧発生部の入出力特性図である。

【図１４】本発明に係るスイッチング電源の第７の実施
例の回路図である。

【符号の説明】

１ 力率改善回路 １１ 整流回路 １２ 昇圧回路 １２１ 第１のスイッチング素子 １２２ インダクタ素子 １３ コンデンサ １４ 制御回路 １５ 遮断回路 ２ スイッチング回路 ２１ 第２のスイッチング素子 Ｅｉ 交流入力 Ｅｒ 整流出力 Ｅｌ 昇圧出力 Ｅｏ 平滑出力 Ｓ１ 平滑出力信号 Ｓ２ スイッチング信号 Ｓ３ 遮断信号 Ｖref 基準レベル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｈ０２Ｍ 7/06 Ｈ０２Ｍ 7/06 Ａ (56)参考文献 特開 平４−368471（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−275068（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−12496（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−32356（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−27736（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02M 7/21 H02H 7/12 H02J 1/00 H02M 3/155 H02M 3/28 H02M 7/06

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 力率改善回路と、スイッチング回路とを
   含むスイッチング電源であって、 前記力率改善回路は、整流回路と、昇圧回路と、コンデ
   ンサと、制御回路と、 遮断回路とを含んでおり、 前記整流回路は、交流入力を整流し、整流出力を生ずる
   ものであり、 前記昇圧回路は、第１のスイッチング素子と、インダク
   タ素子とを含み、前記第１のスイッチング素子及び前記
   インダクタ素子が直列に接続され、直列回路の両端が前
   記整流回路に接続され、前記第１のスイッチング素子が
   前記整流出力をスイッチングし、前記インダクタ素子を
   通して昇圧出力を生じるものであり、 前記コンデンサは、前記昇圧出力を平滑し、平滑出力を
   生ずるものであり、 前記制御回路は、基準レベルを有し、前記平滑出力に基
   づく平滑出力信号が入力され、前記平滑出力が目標の電
   圧となるようなスイッチング信号を前記スイッチング素
   子に供給すると共に、前記昇圧回路が故障し前記平滑出
   力が前記基準レベルよりも低くなったとき、遮断信号を
   出力するものであり、 前記遮断回路は、前記遮断信号が入力されたとき、前記
   コンデンサへの充電または前記コンデンサからの放電を
   阻止するものであり、 前記スイッチング回路は、第２のスイッチング素子を含
   み、前記第２のスイッチング素子が前記平滑出力をスイ
   ッチングするものであるスイッチング電源。
2. 【請求項２】 前記基準レベルは、前記整流出力の波高
   値よりも高く前記目標の電圧よりも低く設定されている
   請求項１に記載のスイッチング電源。
3. 【請求項３】 前記整流回路は、定格電圧の異なる複数
   の交流入力が入力されるものであり、 前記制御回路は、前記平滑出力が定格電圧の最も高い前
   記交流入力に応じた前記目標の電圧となるように設定さ
   れた請求項２に記載のスイッチング電源。
4. 【請求項４】 前記整流回路は、定格電圧の異なる複数
   の交流入力が入力されるものであり、 前記制御回路は、前記平滑出力が定格電圧の最も高い前
   記交流入力に応じた前記目標の電圧に設定され、前記基
   準レベルが最も高い前記交流入力に応じた前記整流出力
   の波高値よりも低く、かつ、最も低い前記交流入力に応
   じた前記整流出力の波高値よりも高く設定された請求項
   １に記載のスイッチング電源。
5. 【請求項５】 前記遮断回路は、前記整流回路と前記昇
   圧回路との間に設けられ、前記コンデンサへの充電経路
   を遮断するものである請求項１、２、３または４に記載
   のスイッチング電源。
6. 【請求項６】 前記遮断回路は、前記コンデンサと前記
   スイッチング回路との間に設けられ、前記コンデンサか
   らの放電経路を遮断するものである請求項１、２、３ま
   たは４に記載のスイッチング電源。
7. 【請求項７】 前記遮断回路は、前記スイッチング回路
   のスイッチング動作を停止させ、前記コンデンサからの
   放電を阻止するものである請求項１、２、３または４に
   記載のスイッチング電源。