JP3595521B2 - スイッチング電源装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、アクティブフィルタとＤＣ／ＤＣコンバータを内蔵し、ピーク電力の出力が可能なスイッチング電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、アクティブフィルタを内蔵したスイッチングレギュレータ電源装置において、一時的なピーク電力の出力を可能とした装置として、図５に示すものがある。このスイッチング電源装置１０は、交流電源１２の交流電力がアクティブフィルタ１４に入力し、アクティブフィルタ１４の出力は、アクティブフィルタ昇圧電圧平滑コンデンサＣ１に接続されていると共に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６に入力している。なお、コンデンサＣ１はアクティブフィルタ１４の一構成要素として含まれる場合もある。
【０００３】
そして、このスイッチング電源装置１０の出力であるＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力は、定格負荷Ｒ１と、スイッチ１８を介してピーク負荷Ｒ２とに接続されている。
【０００４】
このスイッチング電源装置１０は、アクティブフィルタ１４及びＤＣ／ＤＣコンバータ１６が、ピーク負荷Ｒ２の負荷時に対応して各々例えば１ｋＷの電力供給能力を備えた構成であった。従って、図６に示すように、ピーク負荷Ｒ２の負荷期間にも、コンデンサＣ１の両端電圧でありＤＣ／ＤＣコンバータ２６の入力電圧であるＶｃ１の電圧降下はほとんどなく、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の保持電圧ＶｈはＶｃ１よりわずかに低い値に設定してある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の技術の場合、図５、図６に示すように、一時的なピーク電力に対応可能な大きな能力を備えたアクティブフィルタ１４とＤＣ／ＤＣコンバータ１６により、スイッチング電源装置１０を構成している。従って、ピーク負荷時と比較して、定格負荷状態での負荷率が小さいために、スイッチング電源装置１０としての定格負荷期間における、入力電流高調波成分の抑制もしくは力率の改善効果が十分に得られないと言う問題があった。さらに、一時的な短時間しか対応する必要がないピーク電力時に対応して、大型のアクティブフィルタ１４やコンデンサＣ１が必要となり、スイッチング電源装置１０全体が大型・高コスト化するという問題があった。
【０００６】
この発明は、上記の従来の技術に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、入力電流高調波成分の抑制もしくは力率の改善効果が十分に得られ、小型・低コスト化にも寄与するスイッチング電源装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、交流電源に接続され力率改善や高調波電流抑制のために用いられるアクティブフィルタと、このアクティブフィルタに接続されたＤＣ／ＤＣコンバータとを備え、ピーク電力の出力が可能なスイッチング電源装置であって、ほぼ定格負荷に対応して設計された前記アクティブフィルタと、この定格負荷を越えるピーク負荷時の入力電圧低下に対応して、保持電圧を定格負荷時の入力電圧に対して大幅に低く設定した前記ＤＣ／ＤＣコンバータとを備え、前記アクティブフィルタの出力は、アクティブフィルタ昇圧電圧平滑用のコンデンサに接続されているとともに前記ＤＣ／ＤＣコンバータに入力し、前記アクティブフィルタは、前記定格負荷を越えるピーク負荷時の前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力よりも小さい定格出力電力であり、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力が定格負荷状態から、ピーク電力出力状態となると、電力の放出によって前記コンデンサの端子電圧が低下し前記アクティブフィルタは前記コンデンサの端子電圧を上昇させようとする制御を行い、前記コンデンサを充電する電流は、前記アクティブフィルタからの出力と前記交流電源からの入力電流によって充電されるようにしたスイッチング電源装置である。
【０００８】
また、ピーク電力の出力時に、前記アクティブフィルタが過電流動作により停止もしくは十分な昇圧動作を行えなくなった際に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、交流電源からの入力によりピーク電力の出力を可能とした回路構成を備えたスイッチング電源装置である。
【０００９】
この発明のスイッチング電源装置は、定格負荷で設計されたアクティブフィルタと、ピーク負荷に対応しかつ保持電圧を低く設計したＤＣ／ＤＣコンバータを組み合わせ、アクティブフィルタの昇圧電圧によって充電されたコンデンサの電荷と、アクティブフィルタを介して入力から供給される電流によって、ＤＣ／ＤＣコンバータによるピーク電力の出力を行うものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。図１は、この発明の一実施形態のアクティブフィルタとそれを用いたスイッチング電源装置を示すもので、このスイッチング電源装置２０は、交流電源１２の交流電力がアクティブフィルタ２４に入力し、アクティブフィルタ２４の出力は、アクティブフィルタ昇圧電圧平滑コンデンサＣ１に接続されていると共に、ＤＣ／ＤＣコンバータ２６に入力している。そして、このスイッチング電源装置２０の出力であるＤＣ／ＤＣコンバータ２６の出力は、定格負荷Ｒ１と、スイッチ１８を介してピーク負荷Ｒ２とに接続されている。ここで、コンデンサＣ１はアクティブフィルタ２４の一構成要素として含まれる場合もある。
【００１１】
このスイッチング電源装置２０のアクティブフィルタ２４は、ほぼ定格負荷に対応して設計され、例えば２００Ｗの電力を定格出力としている。これに対して、ＤＣ／ＤＣコンバータ２６は、ピーク負荷Ｒ２の負荷時に対応して、例えば１ｋＷの電力供給能力を備えている。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ２６は、図２に示すように、ピーク負荷Ｒ２の負荷期間には、定格負荷Ｒ１を越えるピーク負荷の入力電圧に対応して、保持電圧Ｖｈを定格負荷時の入力電圧であるＶｃ１に対して大幅に低く設定された回路構成となっている。
【００１２】
この実施形態のスイッチング電源装置２０の動作は、図２に示すように、その出力が定格負荷状態から、ピーク電力出力状態となると、電力の放出によって、コンデンサＣ１の端子電圧であるＶｃ１は低下し、アクティブフィルタ２４はコンデンサＣ１の端子電圧Ｖｃ１を上昇させようとする制御を行う。
【００１３】
このとき、コンデンサＣ１を充電する電流Ｉｉｎは、アクティブフィルタ２４の過電流動作点Ｉｈまでは、アクティブフィルタ２４からの出力と交流電源１２からの入力電流によって充電される。したがって、ピーク電力出力に応じて設計されたＤＣ／ＤＣコンバータ２６が電力を出力できる入力電圧範囲下限は、スイッチング電源装置２０としてのピーク電力出力が可能である入力電圧範囲下限の整流電圧である保持電圧Ｖｈに設定される。
【００１４】
この実施形態のスイッチング電源装置２０によれば、定格負荷状態で設計されたアクティブフィルタ２４と、ピーク電力出力に応じて設計されたＤＣ／ＤＣコンバータ２６により、定格負荷状態における入力電流高調波成分の抑制、もしくは力率の改善効果を向上させることが可能であり、装置全体の小型化と、コストの低減が可能である。
【００１５】
次にこの発明の第二実施形態について図３，図４を基にして説明する。ここで、上記実施形態と同様の部材は同一の符号を付して説明を省略する。この実施形態のスイッチング電源装置３０は、上記実施形態と同様の構成であって、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６の保持電圧Ｖｈを上記実施形態よりもさらに低く設定し、コンデンサＣ１の容量を下げたものである。
【００１６】
この場合、コンデンサＣ１を充電する電流Ｉｃ１は、アクティブフィルタ２４の過電流動作点Ｉｈまでは、アクティブフィルタ２４と、交流電源１２からの入力電流によってコンデンサＣ１を充電する。そして、電流Ｉｉｎがアクティブフィルタ２４の過電流動作点Ｉｈを超える点もしくはその近傍では、アクティブフィルタ２４は動作を停止もしくは十分な昇圧動作を行わず、交流電源１２からの電流のみによって電力供給が行われる。従ってこの場合も、ピーク電力出力に応じて設計されたＤＣ／ＤＣコンバータ２６が電力を出力できる入力電圧範囲下限は、スイッチング電源装置３０としてのピーク電力出力が可能である入力電圧範囲下限の整流電圧である保持電圧Ｖｈに設定される。
【００１７】
この実施形態のスイッチング電源装置３０によれば、上記実施形態の効果に加えてコンデンサＣ１をさらに小型化することができる。
【００１８】
なお、この発明のアクティブフィルタ及びスイッチング電源装置は、上記実施形態に限定されず、アクティブフィルタとＤＣ／ＤＣコンバータの組み合わせは適宜設定可能なものであり、ピーク電力出力に応じて設計されたＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、定格負荷に対応したアクティブフィルタが接続され、出力電力を出力できる入力電圧範囲下限を低く設定したものであればよい。
【００１９】
【発明の効果】
この発明のスイッチング電源装置は、アクティブフィルタを定格負荷電力で設計した上で、ピーク電力出力に対応可能であり、定格負荷状態における入力電流高調波成分の抑制、もしくは力率の改善効果を向上させることが可能であり、装置全体の小型化と、コストの低減が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第一実施形態のスイッチング電源装置の概略回路図である。
【図２】この実施形態のスイッチング電源装置の各部の動作を示したグラフである。
【図３】この発明の第二実施形態のスイッチング電源装置の概略回路図である。
【図４】この実施形態のスイッチング電源装置の各部の動作を示したグラフである。
【図５】従来のスイッチング電源装置の概略回路図である。
【図６】従来のスイッチング電源装置の各部の動作を示したグラフである。
【符号の説明】
１０，２０，３０ スイッチング電源装置
１２ 交流電源
１４，２４，３４ アクティブフィルタ
１６，２６，３６ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１８ スイッチ
Ｒ１ 定格負荷
Ｒ２ ピーク負荷

Claims (2)

1. 交流電源に接続されるアクティブフィルタと、このアクティブフィルタに接続されたＤＣ／ＤＣコンバータを備え、定格負荷を越えるピーク負荷によるピーク電力の出力が可能なスイッチング電源装置において、ほぼ定格負荷に対応して設計された前記アクティブフィルタと、この定格負荷を越えるピーク負荷時の入力電圧の低下に対応して保持電圧を定格負荷時の入力電圧に対して大幅に低く設定した前記ＤＣ／ＤＣコンバータとを備え、前記アクティブフィルタの出力は、アクティブフィルタ昇圧電圧平滑用のコンデンサに接続されているとともに前記ＤＣ／ＤＣコンバータに入力し、前記アクティブフィルタは、前記定格負荷を越えるピーク負荷時の前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力よりも小さい定格出力電力であり、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力が定格負荷状態から、ピーク電力出力状態となると、電力の放出によって前記コンデンサの端子電圧が低下し前記アクティブフィルタは前記コンデンサの端子電圧を上昇させようとする制御を行い、前記コンデンサを充電する電流は、前記アクティブフィルタからの出力と前記交流電源からの入力電流によって充電されることを特徴とするスイッチング電源装置。
2. ピーク電力出力時に、前記アクティブフィルタが過電流動作により、停止もしくは十分な昇圧動作を行えなくなった際に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記交流電源からの入力によりピーク電力の出力を行うことを特徴とする請求項１記載のスイッチング電源装置。

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