JP3508696B2 - DC power supply - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、商用電源と整流回
路との間に設けられた電源スイッチのオン時に流れる突
入電流のピーク値を抑制する機能を備えた直流電源装置
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図4は特開平12−014152に示す
従来の直流電源装置の回路図である。図において、1は
商用電源ACをオン/オフするための電源スイッチ、2
は商用電源ACの交流電圧を整流する整流回路、3は平
滑コンデンサC2を有し、整流回路2によって整流され
た電圧を直流電圧に変換する平滑回路、5は積分回路
で、整流回路2の両極間に設けられた直列接続の抵抗R
2、R3と、抵抗R3に並列に接続されたコンデンサC
3とで構成されている。Q1は整流回路2と平滑回路3
との間の負極ラインに挿入され、ゲートが抵抗R4を介
して積分回路5の出力側に接続されたMOS-FET であり、
抵抗R4は積分回路5からMOS-FET Q1のゲート・ソー
ス間に流れる電流を制限する。
【0003】次に、従来の直流電源装置の動作を図5の
波形図を参照しながら説明する。図5は従来例における
電源スイッチのオン時に流れる突入電流の波形図で、図
中(a)は商用電源の交流電圧波形図、(b)はゼロ電
圧位相でMOS-FET Q1がオンし始めたときの突入電流の
波形図、(c)はピーク電圧位相でMOS-FET Q1がオン
し始めたときの突入電流の波形図である。
【0004】電源スイッチ1のオンにより、整流回路2
に商用電源ACの交流電圧が印加されると、整流回路2
は、入力される交流電圧を整流し積分回路5に印加す
る。積分回路5は、整流回路2によって整流された電圧
を抵抗R2、R3で分圧して、コンデンサC3への充電
を開始し、コンデンサC3の両端に生じる電圧を抵抗R
4を介してMOS-FET Q1のゲート・ソース間に印加す
る。この時は、ゲート・ソース間の電圧が低いので、MO
S-FET Q1のドレイン・ソース間には電流が流れない
が、コンデンサC3への充電が進むにつれ、ゲート・ソ
ース間の電圧が徐々に高くなってオン電圧に達すると、
抵抗R4による電流制限によりMOS-FET Q1が徐々にオ
ンし始める(能動領域)。
【0005】この時、商用電源ACのゼロ電圧位相でM
OS−FET Q1がオンし始めた場合は、図5(b)
に示すように電源スイッチ1にピーク値IR11 の抑
えられた突入電流が流れ、その後、ピーク値がIR12
→IR13 と減少する。また、商用電源ACのピー
ク電圧位相でMOS−FET Q1がオンし始めた場合
は、図5(C)に示すような波形の突入電流IR21、
IR22、IR23、が電源スイッチ1に流れる。そし
て、コンデンサC3が満充電になり抵抗R4を介してM
OS−FET Q1に充分なゲート電流が流れると(飽
和領域)、電源スイッチ1に流れる電流のピーク値は
「I」、即ち、通常の電流波形となる。従って、電源ス
イッチ1に流れる突入電流のピーク値を抑えることが可
能となる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来の直流電源装置では、整流回路2によって整流さ
れた電圧を抵抗R2、R3で分圧して、コンデンサC3
への充電を開始し、コンデンサC3の両端に生じる電圧
を抵抗R4を介してMOS-FET Q1のゲート・ソース間に
印加するので、例えば商用電源ACが100Vの場合を
基準に考えると、200Vの場合は各々の素子には2倍
の電圧が印加されてしまう。そのため、直流電源装置の
商用電源ACのワイドレンジ対応化を図るためには高耐
圧の素子(特にコンデンサC3)が必要となり、素子の
大型化によるプリント基板上の実装スペースの制約が生
じたり、コスト高の要因となっていた。
【0007】本発明は、かかる課題を解決するためにな
されたもので、商用電源のワイドレンジ対応化を図って
も高耐圧の素子(特にコンデンサC3)が不要で、素子
も大型化することなく、プリント基板上の実装スペース
の制約が生じたり、コスト高となることのない直流電源
装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の直流電源装置
は、商用電源をオン/オフするための電源スイッチと、
商用電源の交流電圧を整流する整流回路と、大容量の平
滑コンデンサを有し、前記整流回路により整流される電
圧を直流電圧に変換する平滑回路と、前記整流回路と平
滑回路とを結ぶライン上に挿入されたMOS−FET
と、前記整流回路の出力電圧を分圧する分圧回路及び該
分圧回路の出力電圧を充電するコンデンサからなる積分
回路と、該積分回路と前記MOS−FETのゲートとの
間に挿入された抵抗と、前記コンデンサに並列接続され
たツェナーダイオードと、を備え、前記分圧回路の出力
電圧は、前記商用電源があらかじめ定められた電圧を超
えるときに、前記ツェナーダイオードのツェナー電圧に
クリップされるようにしたものである。
【0009】
【発明の実施の形態】図1は本発明の実施形態を示す直
流電源装置の回路図、図2は本実施形態の直流電源装置
の電源スイッチのオン時に積分回路のコンデンサC3の
両端に生じる電圧波形である。図において、1は商用電
源ACをオン/オフするための電源スイッチ、2は商用
電源ACの交流電圧を整流する整流回路、3は平滑コン
デンサC2を有し、整流回路2によって整流された電圧
を直流電圧に変換する平滑回路、5は積分回路で、整流
回路2の両極間に設けられた直列接続の抵抗R2、R3
と、抵抗R3に並列に接続されたコンデンサC3とで構
成されている。Q1は整流回路2と平滑回路3との間の
負極ラインに挿入され、ゲートが抵抗R4を介して積分
回路5の出力側に接続されたMOS-FET であり、抵抗R4
は積分回路5からMOS-FET Q1のゲート・ソース間に流
れる電流を制限する。ZD1はコンデンサC3に並列接
続されたツェナーダイオードである。
【0010】次に、本実施形態に係る直流電源装置の動
作を図2の波形図を参照しながら説明する、図中(a)
は商用電源ACが100Vの場合の波形図、(b)は商
用電源ACが200Vの場合の波形図である。
【0011】まず、商用電源AC100Vの交流電圧が
印加された場合には、積分回路の充電時定数によって
(a)のような曲線でコンデンサC3を充電する。次
に、商用電源AC200Vの交流電圧が印加された場合
には、積分回路の充電時定数によって(b)(c)のよ
うな曲線でコンデンサC3を充電しようとするが、ツェ
ナーダイオードZD1の作用によりツェナー電圧にクリ
ップされる(d)。
【0012】因みに、ツェナーダイオードZD1がない
場合には、AC200Vが印加された場合はAC100
Vが印加された場合に対して、コンデンサC3及びMOS-
FETQ1のゲート・ソース間に2倍の電圧が印加される
ので、コンデンサC3及びMOS-FET Q1のゲート・ソー
ス間の耐圧を大きくしなければならない。
【0013】図3は本発明の他の実施形態を示す直流電
源装置の回路図である。図1と比較すると、ツェナーダ
イオードZD1がMOS-FET Q1のゲート・ソース間に接
続されている点が異なっているが、コンデンサC3及び
MOS-FET Q1のゲート・ソース間に印加される電圧がツ
ェナーダイオードZD1によりツェナー電圧にクリップ
される作用は同じである。但し、図3の回路の場合はMO
S-FET Q1のゲート・ソース間の過電圧を積極的に保護
する目的がある。
【0014】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、商用電源
をオン/オフするための電源スイッチと、商用電源の交
流電圧を整流する整流回路と、大容量の平滑コンデンサ
を有し、前記整流回路により整流される電圧を直流電圧
に変換する平滑回路と、前記整流回路と平滑回路とを結
ぶライン上に挿入されたMOS−FETと、前記整流回
路の出力電圧を分圧する分圧回路及び該分圧回路の出力
電圧を充電するコンデンサからなる積分回路と、該積分
回路と前記MOS−FETのゲートとの間に挿入された
抵抗と、前記コンデンサに並列接続されたツェナーダイ
オードとを備え、前記分圧回路の出力電圧は、前記商用
電源があらかじめ定められた電圧を超えるときに、前記
ツェナーダイオードのツェナー電圧にクリップされるよ
うにしたことにより、商用電源ACのワイドレンジ対応
化を図っても部品を高耐圧にする必要がなく、素子も小
型品を選定することができるので、プリント基板の設計
がし易いという効果がある。また、部品コストを低く抑
えられるという効果もある。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention has a function of suppressing a peak value of an inrush current flowing when a power switch provided between a commercial power supply and a rectifier circuit is turned on. A DC power supply device. 2. Description of the Related Art FIG. 4 is a circuit diagram of a conventional DC power supply disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 12-014152. In the figure, 1 is a power switch for turning on / off a commercial power supply AC, 2
Is a rectifier circuit for rectifying the AC voltage of the commercial power supply AC, 3 is a smoothing circuit that has a smoothing capacitor C2, and converts the voltage rectified by the rectifier circuit 2 to a DC voltage, 5 is an integration circuit, and both electrodes of the rectifier circuit 2 Series-connected resistor R provided between
2, R3 and a capacitor C connected in parallel with the resistor R3.
3 is comprised. Q1 is a rectifier circuit 2 and a smoothing circuit 3
And the gate is connected to the output side of the integrating circuit 5 via the resistor R4,
The resistor R4 limits the current flowing from the integrating circuit 5 to the gate and source of the MOS-FET Q1. Next, the operation of the conventional DC power supply will be described with reference to the waveform diagram of FIG. 5A and 5B are waveform diagrams of a rush current flowing when a power switch is turned on in the conventional example. FIG. 5A shows a waveform diagram of an AC voltage of a commercial power supply, and FIG. 5B shows that a MOS-FET Q1 starts to turn on at zero voltage phase. FIG. 3C is a waveform diagram of the rush current when the MOS-FET Q1 starts to turn on at the peak voltage phase. When the power switch 1 is turned on, the rectifier circuit 2
When the AC voltage of the commercial power supply AC is applied to the rectifier circuit 2
Rectifies the input AC voltage and applies it to the integrating circuit 5. The integrating circuit 5 divides the voltage rectified by the rectifying circuit 2 by the resistors R2 and R3, starts charging the capacitor C3, and converts the voltage generated across the capacitor C3 into the resistor R
4 is applied between the gate and source of the MOS-FET Q1. At this time, since the gate-source voltage is low, MO
No current flows between the drain and source of the S-FET Q1, but as the charging of the capacitor C3 progresses, the voltage between the gate and source gradually increases to reach the ON voltage.
Due to the current limitation by the resistor R4, the MOS-FET Q1 starts to turn on gradually (active area). At this time, at the zero voltage phase of the commercial power supply AC, M
When the OS-FET Q1 starts to turn on, FIG.
As shown in the figure, a rush current with a suppressed peak value IR11 flows through the power switch 1 , and thereafter, the peak value becomes IR12.
→ It decreases to IR13. When the MOS-FET Q1 starts to turn on at the peak voltage phase of the commercial power supply AC, the inrush current IR21 having a waveform as shown in FIG.
IR22 and IR23 flow to the power switch 1. Then, the capacitor C3 is fully charged, and M
When a sufficient gate current flows through the OS-FET Q1 (saturation region), the peak value of the current flowing through the power switch 1 becomes "I", that is, a normal current waveform. Therefore, the peak value of the rush current flowing through the power switch 1 can be suppressed. However, in the above-described conventional DC power supply, the voltage rectified by the rectifier circuit 2 is divided by the resistors R2 and R3 to form a capacitor C3.
, And a voltage generated across the capacitor C3 is applied between the gate and source of the MOS-FET Q1 via the resistor R4. In this case, a double voltage is applied to each element. Therefore, in order to make the DC power supply apparatus compatible with the commercial power supply AC in a wide range, a high-withstand-voltage element (particularly, the capacitor C3) is required, and the increase in the size of the element limits the mounting space on the printed circuit board and reduces the cost. Had become a factor of high. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such a problem, and a high-voltage element (particularly, a capacitor C3) is not required even if a commercial power supply is made compatible with a wide range, and the element is not enlarged. It is another object of the present invention to provide a DC power supply device that does not limit the mounting space on a printed circuit board or increase the cost. A DC power supply according to the present invention includes a power switch for turning on / off a commercial power supply,
A rectifier circuit for rectifying an AC voltage of a commercial power supply, a smoothing circuit having a large-capacity smoothing capacitor, and converting a voltage rectified by the rectifier circuit into a DC voltage, and a line connecting the rectifier circuit and the smoothing circuit. MOS-FET inserted in
An integrating circuit comprising a voltage dividing circuit for dividing the output voltage of the rectifying circuit and a capacitor for charging the output voltage of the voltage dividing circuit; and a resistor inserted between the integrating circuit and the gate of the MOS-FET. And a Zener diode connected in parallel to the capacitor, wherein an output of the voltage dividing circuit is provided.
The voltage exceeds a predetermined voltage by the commercial power supply.
The Zener voltage of the Zener diode
It is designed to be clipped . FIG. 1 is a circuit diagram of a DC power supply according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a circuit diagram of a DC power supply according to the present embodiment. FIG. In the figure, 1 is a power switch for turning on / off the commercial power supply AC, 2 is a rectifier circuit for rectifying an AC voltage of the commercial power supply AC, 3 is a smoothing capacitor C2, and a voltage rectified by the rectifier circuit 2 is provided. A smoothing circuit for converting to a DC voltage and an integrating circuit 5 are series-connected resistors R2 and R3 provided between both poles of the rectifier circuit 2.
And a capacitor C3 connected in parallel with the resistor R3. Q1 is a MOS-FET which is inserted into a negative line between the rectifier circuit 2 and the smoothing circuit 3 and whose gate is connected to the output side of the integrating circuit 5 via a resistor R4.
Limits the current flowing from the integrating circuit 5 between the gate and source of the MOS-FET Q1. ZD1 is a Zener diode connected in parallel to the capacitor C3. Next, the operation of the DC power supply according to this embodiment will be described with reference to the waveform diagram of FIG.
7A is a waveform chart when the commercial power supply AC is 100 V, and FIG. 7B is a waveform chart when the commercial power supply AC is 200 V. First, when an AC voltage of the commercial power supply AC 100 V is applied, the capacitor C3 is charged according to the curve shown in FIG. Next, when the AC voltage of the commercial power supply AC200V is applied, the capacitor C3 is charged according to the curves (b) and (c) according to the charging time constant of the integrating circuit. Clipped to the Zener voltage (d). Incidentally, when there is no Zener diode ZD1, when AC200V is applied, AC100V is applied.
When V is applied, the capacitor C3 and the MOS-
Since twice the voltage is applied between the gate and the source of the FET Q1, the breakdown voltage between the capacitor C3 and the gate and the source of the MOS-FET Q1 must be increased. FIG. 3 is a circuit diagram of a DC power supply according to another embodiment of the present invention. Compared to FIG. 1, the difference is that the Zener diode ZD1 is connected between the gate and the source of the MOS-FET Q1.
The effect that the voltage applied between the gate and source of the MOS-FET Q1 is clipped to the Zener voltage by the Zener diode ZD1 is the same. However, in the case of the circuit of FIG.
The purpose is to actively protect the gate-source overvoltage of the S-FET Q1. As described above, according to the present invention, a power switch for turning on / off a commercial power supply, a rectifier circuit for rectifying an AC voltage of the commercial power supply, and a large-capacity smoothing capacitor are provided. A smoothing circuit for converting a voltage rectified by the rectifier circuit into a DC voltage, a MOS-FET inserted on a line connecting the rectifier circuit and the smoothing circuit, and a voltage divider for dividing an output voltage of the rectifier circuit. An integrating circuit comprising a voltage circuit and a capacitor for charging the output voltage of the voltage dividing circuit; a resistor inserted between the integrating circuit and the gate of the MOS-FET; and a Zener diode connected in parallel to the capacitor. Wherein the output voltage of the voltage dividing circuit is
When the power supply exceeds a predetermined voltage,
It will be clipped by the Zener voltage of the Zener diode
With this configuration, even if the commercial power supply AC is made to be compatible with a wide range, it is not necessary to make components have high withstand voltage, and a small-sized element can be selected, so that there is an effect that it is easy to design a printed circuit board. . Also, there is an effect that the cost of parts can be reduced.
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態を示す直流電源装置の回路
図である。
【図2】 本発明の実施形態における電源スイッチのオ
ン時にコンデンサC3に充電される電圧波形図である。
【図3】 本発明の他の実施形態を示す直流電源装置の
回路図である。
【図4】 従来の直流電源装置の回路図である。
【図5】 従来技術における電源スイッチのオン時に流
れる突入電流波形図である。
【符号の説明】
1 電源スイッチ、2 整流回路、3 平滑回路、5
積分回路、C3 コンデンサ、R2、R3、R4、抵
抗、Q1 MOS・FET、ZD1 ツェナーダイオー
ド。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a circuit diagram of a DC power supply according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a voltage waveform chart for charging a capacitor C3 when a power switch is turned on in the embodiment of the present invention. FIG. 3 is a circuit diagram of a DC power supply according to another embodiment of the present invention. FIG. 4 is a circuit diagram of a conventional DC power supply device. FIG. 5 is a waveform diagram of a rush current that flows when a power switch is turned on in the related art. [Description of Signs] 1 power switch, 2 rectifier circuit, 3 smoothing circuit, 5
Integrating circuit, C3 capacitor, R2, R3, R4, resistor, Q1 MOSFET, ZD1 Zener diode.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 徹也 神奈川県鎌倉市大船二丁目14番40号 三 菱電機照明株式会社内 (72)発明者 柴田 浩治 神奈川県鎌倉市大船二丁目14番40号 三 菱電機照明株式会社内 (72)発明者 濱崎 健治 神奈川県鎌倉市大船二丁目14番40号 三 菱電機照明株式会社内 (72)発明者 西川 弘明 神奈川県鎌倉市大船二丁目14番40号 三 菱電機照明株式会社内 (72)発明者 戸室 智史 神奈川県鎌倉市大船二丁目14番40号 三 菱電機照明株式会社内 (72)発明者 北村 尚起 神奈川県鎌倉市大船二丁目14番40号 三 菱電機照明株式会社内 (56)参考文献 特開2000−14152(JP,A) 特開 平10−174438(JP,A) 特開 平3−18269(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02M 7/06 H02J 1/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Tetsuya Kobayashi 2-14-40 Ofuna, Kamakura City, Kanagawa Prefecture Inside Mitsubishi Electric Lighting Co., Ltd. (72) Koji Shibata 2-14-40, Ofuna, Kamakura City, Kanagawa Prefecture Mitsui Electric Lighting Co., Ltd. (72) Inventor Kenji Hamasaki 2-14-40, Ofuna, Kamakura City, Kanagawa Prefecture Mitsui Electric Lighting Co., Ltd. (72) Inventor Hiroaki Nishikawa 2, 14-40 Ofuna, Kamakura City, Kanagawa Prefecture Mitsui Electric Lighting Co., Ltd. (72) Inventor Satoshi Tomuro 2--14-40, Ofuna, Kamakura City, Kanagawa Prefecture Mitsui Electric Lighting Co., Ltd. (72) Inventor Naoki Kitamura, 2-14-40 Ofuna, Kamakura City, Kanagawa Prefecture No. Mitsubishi Electric Lighting Co., Ltd. (56) References JP-A-2000-14152 (JP, A) JP-A-10-174438 (JP, A) JP-A-3-18269 (JP, A) (58) Field (Int .Cl. 7 , DB name) H02M 7/06 H02J 1/00
Claims (1)
イッチと、 商用電源の交流電圧を整流する整流回路と、 大容量の平滑コンデンサを有し、前記整流回路により整
流される電圧を直流電圧に変換する平滑回路と、 前記整流回路と平滑回路とを結ぶライン上に挿入された
MOS−FETと、 前記整流回路の出力電圧を分圧する分圧回路及び該分圧
回路の出力電圧を充電するコンデンサからなる積分回路
と、 該積分回路と前記MOS−FETのゲートとの間に挿入
された抵抗と、 前記コンデンサに並列接続されたツェナーダイオード
と、 を備え、前記分圧回路の出力電圧は、前記商用電源があらかじめ
定められた電圧を超えるときに、前記ツェナーダイオー
ドのツェナー電圧にクリップされるようにした ことを特
徴とする直流電源装置。(57) [Claim 1] A rectifier having a power switch for turning on / off a commercial power supply, a rectifier circuit for rectifying an AC voltage of the commercial power supply, and a large-capacity smoothing capacitor. A smoothing circuit for converting a voltage rectified by the circuit into a DC voltage; a MOS-FET inserted on a line connecting the rectifying circuit and the smoothing circuit; a voltage dividing circuit for dividing an output voltage of the rectifying circuit; An integrating circuit comprising a capacitor for charging an output voltage of the voltage dividing circuit; a resistor inserted between the integrating circuit and the gate of the MOS-FET; and a zener diode connected in parallel to the capacitor. The output voltage of the voltage dividing circuit is
When the specified voltage is exceeded, the Zener diode
A DC power supply characterized by being clipped to the Zener voltage of the power supply.
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