JP3567321B2 - 電源回路 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、力率改善回路などに利用される電源装置に関するものであり、特に、昇圧型チョッパー回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は例えば特開平７−６７３２６号公報などから想到される従来の電源装置の回路図、図５はこの回路の動作波形図を示すものである。図４において、１は商用電源、２は商用電源１を整流する整流回路、３はコイル、１３はコイル３に直列に接続されたスイッチング素子である電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴ１３と称す）であり、制御回路５により高周波でオン・オフされ、コイル３と共に昇圧回路、いわゆる昇圧チョッパ回路を構成する。６はコイル３とＦＥＴ１３の接続点に接続されたダイオード、７はダイオード６に直列に接続された平滑コンデンサ７、８は平滑コンデンサ７の両端に接続され、平滑コンデンサ７から直流電力が供給される負荷回路である。
【０００３】
次に動作について説明する。図５において、（ａ）は商用電源１の電圧波形、（ｂ）は整流回路２の出力電圧波形、（ｃ）は昇圧回路の電流波形、（ｄ）は平滑コンデンサ７の電圧波形、（ｅ）は制御回路５からＦＥＴ１３に出力される駆動信号波形、（ｆ）はコイル３に流れる電流波形をそれぞれ示す。なお、（ｅ）及び（ｆ）は図のｔ１時点を拡大した図となっている。図５の（ａ）に示す商用電源１の電圧は整流回路２により整流され、同図（ｂ）に示す直流電圧を出力する。ここでは、商用電源１が９０度（又は２７０度）、即ち瞬時電圧が最大値の時に商用電源１が投入された場合で、電源の投入されたタイミングを“Ｓ”で示している。商用電源１が投入された時点において、昇圧回路から流れる電流は、（ｃ）に示すよう半サイクルごとのパルス状となる。この電流は突入電流と称され、半サイクルごとにそのピーク電流値は減少するが大きな電流値となる。このパルス状の電流により平滑コンデンサ７は充電され、平滑コンデンサ７の電圧は（ｄ）に示すように階段状に電圧が上昇する。
【０００４】
制御回路５からは図５（ｅ）に示す駆動信号がＦＥＴ１３に出力され、駆動信号は“Ｈ”の時にＦＥＴ１３がオン、“Ｌ”の時にＦＥＴ１３がオフするよう動作する。ＦＥＴ１３がオンになれば、整流回路２からコイル３を介してＦＥＴ１３に電流が流れ、その後ＦＥＴ１３がオフとなればコイル３に逆起電力、即ち昇圧電圧が発生する。コイル３で発生する昇圧電圧はダイオード６を介して平滑コンデンサ７を充電する。この昇圧動作が高周波で繰り返される。従って、商用電源１から整流回路２を通りコイル３に流れる電流は図５（ｆ）に示すように三角波状となり、ＦＥＴ１３がオンの時に電流値が増加する期間“Ａ”、ＦＥＴ１３がオフの時に電流が減少する期間“Ｂ”、電流が流れない期間Ｃを順次繰り返す。この時、コイル３に流れるピーク電流値Ｉｐは商用電源１の電圧（瞬時電圧）に比例するため、ピーク電流値Ｉｐの包絡線は図５（ｃ）に示す期間Ｄの如く商用電源１の電圧波形に追従することになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の回路構成の電源装置では、電源投入時に大きな突入電流が流れるため、電源装置内の整流回路にサージ電流耐量の大きな整流素子が必要であったり、また、電源装置の入り切りに使われる外部のスイッチやリレーに大容量のものが必要となるという問題点があった。
【０００６】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、簡単な構成で突入電流の小さい電源装置を得ることを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わる電源装置は、商用電源を全波整流する整流回路と、この整流回路の出力に接続され、コイルと第１のスイッチング素子の直列回路からなる昇圧回路と、この昇圧回路の出力を平滑する平滑コンデンサと、前記昇圧回路と前記平滑コンデンサ間に接続され、前記昇圧回路と前記平滑コンデンサを分離するダイオードと、前記平滑コンデンサと直列に接続された第２のスイッチング素子と、前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子を交互に高周波でオン・オフする制御回路と、を備える。
【０００８】
また、制御回路は、前記第１のスイッチング素子に駆動信号を出力する発振回路と、この発振回路から出力された前記駆動信を反転させて前記第２のスイッチング素子に駆動信号を出力する反転回路と、を備えたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の実施の形態を示す電源装置の回路図、図２はこの回路内の制御回路を示すブロック図、図３はこの回路の動作波形図である。図１、２において、１は商用電源、２は商用電源１を整流する整流回路、３はコイル、４はコイル３に直列に接続された第１のスイッチング素子である電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴ４と称す）、６はコイル３とＦＥＴ４の接続点に接続されたダイオード、７はダイオード６に直列に接続された平滑コンデンサ７、８は平滑コンデンサ７の両端に接続され、平滑コンデンサ７から直流電力が供給される負荷回路、９は平滑コンデンサ７に直列接続された第２のスイッチング素子である電界効果トランジスタ・ＦＥＴ（以下、ＦＥＴ９と称す）、１０はＦＥＴ４とＦＥＴ５を交互にオン・オフする駆動信号を２つ出力する制御回路であり、発振回路１１と反転回路１２から構成される。ＦＥＴ４とコイル３は昇圧回路、いわゆる昇圧チョッパ回路を構成する。
【００１０】
次に図３の波形図を併用して動作について説明する。図３において、（ａ）は商用電源１の電圧波形、（ｂ）は整流回路２の出力電圧波形、（ｃ）は昇圧回路の電流波形、（ｄ）は平滑コンデンサ７の電圧波形、（ｅ）は制御回路１０からＦＥＴ４に出力される駆動信号波形、（ｆ）は制御回路５からＦＥＴ９に出力される駆動信号波形、（ｇ）はＦＥＴ４に流れる電流波形、（ｈ）はＦＥＴ９に流れる電流波形、（ｉ）はコイル３に流れる電流波形をそれぞれ示す。なお、（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）および（ｉ）は図のｔ１時点を拡大した図となっている。
【００１１】
商用電源１が、図３（ａ）のＳのタイミングで電源装置に電源が投入されると、従来と同様に整流回路２により（ｂ）に示す整流電圧を出力する。電源が投入されてあらかじめ定められたタイミングｔ１で発振回路１０内の発振回路１１は高い周波数で発振を開始する。発振回路１１の１つの出力は直接ＦＥＴ４に、他の１つは反転回路１２を介してＦＥＴ９に出力する。図３の（ｅ）で示すＦＥＴ４の駆動信号に対し、（ｆ）に示すように反転した駆動信号がＦＥＴ９に出力される。この２つの信号は従来と同様に“Ｈ”でＦＥＴがオン、“Ｌ”でＦＥＴがオフする。従って、ＦＥＴ４とＦＥＴ９は交互に高い周波数でオン・オフを繰り返す。
【００１２】
ＦＥＴ４がオンになると図３（ｇ）に示す電流が商用電源１、整流回路２及びコイル３を経由ＦＥＴ４に流れる。この電流波形は時間と共に増大する積分波形になる。このときの電流波形の傾斜はコイル３のインダクタンスの大きさに関連し、コイル３に印加される電圧、即ち商用電源１の瞬時電圧に比例する。インダクタンスの大きさは負荷電力で選定される。コイル３に電流が流れるとコイル３に磁気エネルギとして蓄積される。次にＦＥＴ４のオフに同期してＦＥＴ９がオンになれば、コイル３に蓄えられた磁気エネルギが再び電気エネルギに変換され逆起電力、即ち昇圧電圧が発生する。発生電圧の極性は逆となり、高電圧となる。この時ＦＥＴ９はオン状態のため、ダイオード６を介し平滑コンデンサ７に充電電流が流れる。図３（ｈ）にＦＥＴ９の電流、即ち平滑コンデンサ７の充電電流を示す。この充電電流はコイル３の蓄積エネルギが無くなるまで流れ続け、最終的に充電電流がゼロになる。充電電流ゼロは、再びＦＥＴ９がオンになるまで継続する。
【００１３】
図３（ｄ）は平滑コンデンサ７の電圧を示すもので、電源投入時から充電電圧がゼロである状態から、ＦＥＴ４，ＦＥＴ９が交互にオン・オフを開始すると急激に電圧が上昇する。コイル３に流れる電流は図３（ｉ）に示すように従来と同様な三角波となり、コイル３に流れるピーク電流値は商用電源１の電圧（瞬時電圧）に比例するため、ピーク電流値の包絡線は図３（ｃ）に示すように、商用電源１の電圧波形に追従して図３（ｃ）の期間Ｄに示す電圧波形と同様な電流波形となり、昇圧回路から高周波電流が流れることになる。この高周波電流が流れ始める以前は、商用電源１が電源装置に投入されても昇圧回路からは平滑コンデンサ７を充電する電流はゼロである。これはＦＥＴ９が制御回路１０によりオフ状態を継続しているために平滑コンデンサ７からは負荷回路８に電力が供給されるからである。
【００１４】
以上のように、電源投入時から昇圧回路が動作するまで平滑コンデンサ７は第２のスイッチング素子９により開放され、その後昇圧回路が動作すると、昇圧回路を構成する第１のスイッチング素子４のオフに同期して第２のスイッチング素子９がオンとなり、平滑コンデンサ７に充電電流を流すようにしているので、電源投入時に発生する突入電流を小さくすることができる。また、第１、第２のスイッチング素子４、９の駆動信号を発生する制御回路１０を、発振回路１１と反転回路１２の簡単な構成とすることができる。
【００１５】
間に発振すると説明したが、制御回路５内にタイマーを設け、電源投入から所定時間計数して発振を開始しても良い。また、制御回路は昇圧電圧を所定電圧に調整する機能があっても良い。
【００１６】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、商用電源を全波整流する整流回路と、この整流回路の出力に接続され、コイルと第１のスイッチング素子の直列回路からなる昇圧回路と、この昇圧回路の出力を平滑する平滑コンデンサと、前記昇圧回路と前記平滑コンデンサ間に接続され、前記昇圧回路と前記平滑コンデンサを分離するダイオードと、前記平滑コンデンサと直列に接続された第２のスイッチング素子と、前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子を交互に高周波でオン・オフする制御回路と、を備えたので、簡単な構成で突入電流を小さくすることができる。
【００１７】
また、制御回路は、前記第１のスイッチング素子に駆動信号を出力する発振回路と、この発振回路から出力された前記駆動信を反転させて前記第２のスイッチング素子に駆動信号を出力する反転回路と、を備えたので、簡単な構成で第１、第２のスイッチング素子を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態を示す電源装置の回路図である。
【図２】図１の電源装置の制御回路のブロック図である。
【図３】図１の電源装置の各部位における電圧、電流及び駆動信号を示す波形図である。
【図４】従来の電源装置の回路図である。
【図５】図４の電源装置における波形図である。
【符号の説明】
１ 商用電源、２ 整流回路、３ コイル、４ 第１のスイッチング素子、６ ダイオード、７ 平滑コンデンサ、８ 負荷回路、９ 第２のスイッチング素子、１０ 制御回路、１１ 発振回路、１２ 反転回路。

Claims (2)

1. 商用電源を全波整流する整流回路と、
   この整流回路の出力に接続され、コイルと第１のスイッチング素子の直列回路からなる昇圧回路と、
   この昇圧回路の出力を平滑する平滑コンデンサと、
   前記昇圧回路と前記平滑コンデンサ間に接続され、前記昇圧回路と前記平滑コンデンサを分離するダイオードと、
   前記平滑コンデンサと直列に接続された第２のスイッチング素子と、
   前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子を交互に高周波でオン・オフする制御回路と、
   を備え、
   前記平滑コンデンサは、前記昇圧回路が動作するまで前記第２のスイッチング素子により開放されることを特徴とする電源装置。
2. 制御回路は、
   前記第１のスイッチング素子に駆動信号を出力する発振回路と、
   この発振回路から出力された前記駆動信を反転させて前記第２のスイッチング素子に駆動信号を出力する反転回路と、
   を備えたことを特徴とする請求項１記載の電源装置。

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