JP4143154B2 - Power supply device and electronic device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高調波成分の低減に効果のある降圧型整流平滑回路、降圧型整流回路の後段にDC/DCコンバータを接続して構成した電源装置、及びこの電源装置を搭載した複写機やプリンター等の電子機器に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、商用電源ラインの歪波形(電源高調波歪)による各種電子機器の誤動作等の問題が深刻化している。このような高調波歪の発生を抑制するために、電子機器に入力される入力電流の高調波成分を規制する法律が整備されつつある。
【0003】
一般に、電子機器の電源入力回路(スイッチング電源)には、図6に示すようにコンデンサ52をダイオードブリッジ51の出力側に設けたコンデンサインプット型整流回路が用いられている。
【0004】
従って、各商用電源の電圧ピーク付近の位相時のみに、電流が商用電源Vin(AC)からダイオードブリッジ51を通してコンデンサ52に流れ込み、それが原因で商用電源Vin(AC)より電子機器に流れ込む入力電流はピーク電流波形となり、多くの高調波成分を含んでしまう。
【0005】
従来、このような高調波成分を十分低減するために、▲1▼図7に示すように商用電源Vin(AC)とコンデンサインプット型整流回路のダイオードブリッジ51との間に1個のチョークコイル53を介装して、入力電流の導通角を大きくする、▲2▼図8に示すように、電源入力回路に昇圧型アクティブフィルタ回路を用いて、入力電圧波形と相似する入力電流波形を得る、といった手法が提案されている。
【0006】
なお、図8において、61はダイオードブリッジ、67はフライフォイールダイオード(以下、単にダイオードという)、64,65はチョークコイル、62,63,68はコンデンサ、66はFET、60a,60b,69a,69bは抵抗、71は電流検出回路、72は第1電圧検出回路、73は第2電圧検出回路、74は乗算器、75は誤差増幅回路、76はPWM(パルス幅変調)制御回路である。
【0007】
しかしながら、上記図7に示す上記▲1▼の手法によれば、チョークコイル53のインダクタンスは、〜10mH程度必要であり、これを実現するにはチョークコイル53が大型化し、回路の小型化および軽量化を図る事が困難になるという問題があった。この点について具体的に説明する。
【0008】
図9のS1〜S3は、図6〜図8に示した電源入力回路において、負荷電力Poが200Wの場合に得られる入力電圧Vin(AC)に対する出力電圧(整流後電圧)Vo(DC)の関係を示し、図10のS1〜S3は、上記電源入力回路にかかる入力電圧Vinが230Vである場合に得られる負荷電力Poに対する出力電圧Vo(DC)の関係を示している。
【0009】
両図において、S1は図6に示したコンデンサインプット型整流回路を用いた場合の特性を示し、S2は図7に示したコンデンサインプット型整流回路に1個のチョークコイル53を追加した場合の特性を示し、S3は、図8に示した昇圧型アクティブ回路を用いた場合の特性を示す。なお、S4は後述する。
【0010】
図9及び図10から明らかなように、チョークコイル53を追加した回路において、負荷電力Poが増加した場合、又は入力電圧Vinの低下により入力電流Iinが増加した場合は、チョークコイル53のインピーダンスにより出力電圧Voが著しく低下する。そのために、後段に接続されるDC/DCコンバータの動作範囲を低入力電圧まで広げたり、瞬時停電対策のためにコンデンサ52の容量を増加させる必要が生じ、コストアップを招くと共に、電源入力回路及び後段DC/DCコンバータの大型化を招くという問題点があった。
【0011】
また、上記図8に示す上記▲2▼の手法によれば、トランジスタ66がオン状態であるときにチョークコイル65を流れる電流ΔIは、トランジスタ66がオン状態の期間をTon、チョークコイル65のインダクタンスをL65とすると、次式(1)で表される。
【0012】
ΔI=Vin/L65*Ton …(1)
この(1)式から明らかなように、トランジスタ66の負担を小さくするためには、チョークコイル65のインダクタンスを大きくする必要がある(一般には数mH程度のチョークコイルが用いられている)。そのため、チョークコイル65のサイズまたはトランジスタ66の電流容量を大きくしなければならない。また、トランジスタ66がオン状態である時のみチョークコイル65にエネルギーが蓄えられるので、トランジスタ66を流れる電流のピーク値を大きくしなければならない。
【0013】
さらに、昇圧型アクティブ回路を実現するためには、図8に示したように複雑な制御回路が必要である。従って、上記▲2▼の手法を用いたとしても、電源入力回路の複雑化による効率の低下、電源入力回路の大型化、ノイズの増大及びコストの大幅アップを招くという問題点があった。
【0014】
これらの問題を解決すべく、図11に示すような降圧型アクティブフィルタ回路が提案されている。図11において、降圧型アクティブフィルタ回路は、ダイオードブリッジ110を有し、該ダイオードブリッジ110は商用電源Vinに接続されている。ダイオードブリッジ110の出力端子は、チョークコイル111a及びコンデンサ111b,111cから構成されるローパスフィルタ111と、FET等のスイッチング素子であるトランジスタ112a、フライホイールダイオード(以下、単にダイオードという)112b、平滑コンデンサ112c、及びチョークコイル112dから構成される降圧型チョッパ回路112とを介して、後段のDC/DCコンバータ等の回路(図示省略)に接続される。
【0015】
この降圧型アクティブフィルタ回路においては、チョークコイル112dのインダクタンス値は、最大負荷時にも当該チョークコイル112dが電流不連続モードで動作可能となるように設定される。
【0016】
また、降圧チョッパ回路112の出力端子は差動増幅回路114の入力端子に接続され、該差動増幅回路114の出力端子は、誤差増幅回路115の一方の接続端子に接続される。誤差増幅回路115の他方の入力端子は、基準電圧Vrefに接続されており、出力端子は、PWM(パルス幅変調)制御回路116に接続されている。
【0017】
降圧チョッパ回路112の出力電圧Voは、差動増幅回路114を介して誤差増幅回路115に入力され、基準電圧Vrefと比較される。そして、出力電圧Voと基準電圧Vrefとの差に応じた信号が、誤差増幅回路115からPWM制御回路116に入力される。PWM制御回路116は、誤差増幅回路115の出力信号に応じたオン/オフ比の矩形波信号を降圧チョッパ回路112のトランジスタ112aに入力する。これにより、出力電圧Voは、基準電圧Vrefに応じた一定の値をとるようにフィードバック制御される。
【0018】
上記構成において、商用電源Vinをダイオードブリッジ110で整流した後の電圧(以下、整流後電圧という)Vsはローパスフィルタ111に入力され、このローパスフィルタ111の出力は、降圧チョッパ回路112に入力される。降圧チョッパ回路112の出力電圧Voが所定の値をとるように、入力される商用電源Vinの周波数より十分に高い所定の周波数で且つ所定のオンデューティーで、トランジスタ112aは制御される。
【0019】
このような動作により、図12(a)に示すようにダイオードブリッジ110による整流後電圧Vsが徐々に上昇し、整流後電圧Vsが出力電圧Voより大きい期間、すなわち図12の時点t1から時点t2の間及び時点t3から時点t4の間に図12(b)に示す電流Isが流れる。つまり、入力電流の導通角は、Vs>Voである期間に対応するので、出力電圧Voを適当な値(例えば、入力230V系に対してVo<250V)に設定する事により、高調波電流を抑制することが可能となる。
【0020】
図9のS4は、上記図11に示した電源入力回路において、負荷電力Poが200Wの場合に得られる入力電圧Vin(AC)に対する出力電圧(整流後電圧)Vo(DC)の関係を示し、図10のS4は、入力電圧Vinが230Vである場合に得られる負荷電力Poに対する出力電圧Vo(DC)の関係を示している。
【0021】
両図から明らかなように、出力電圧Voは、負荷電力Poが変化しても一定の値をとるように制御されると共に、入力電圧Vinが所定値(図示例では、190V)より大きい時にも一定の値を取るように制御される。また、入力電圧Vinが所定値以下の時は、トランジスタ112aは、常時オン状態に制御されるので、従来のコンデンサインプット型整流回路と同様の特性を示す。
【0022】
以下、図11に示した電源入力回路の動作について、図13を参照して、説明する。なお、図13は、ダイオードブリッジ110の出力電流Is及びチョークコイル112dに流れる電流ILの変化を示す図である。
【0023】
図13のt1において、Vs>Voとなると、チョークコイル112dに電流ILが流れ始める。例えば、t2からt3までの期間Tonにトランジスタ112aがオン状態になると、チョークコイル112dに流れる電流ILは増加する。t3でトランジスタ112aをオフ状態にすると、チョークコイル112dを流れる電流ILは、徐々に減少し、t3からToff’経過したt4でゼロになる。またt3でトランジスタ112aをオフ状態にしてから期間Toff(Toff>Toff’)経過したt5において、トランジスタ112aは再びオン状態にされ、t2以降と同様の動作が繰り返される。
【0024】
このように変化するチョークコイル112dに流れる電流ILは、以下のように求められる。
【0025】
[Vs≦Voの期間]
トランジスタ112aがオン状態にある時、チョークコイル112d及びトランジスタ112aに流れる電流ILは、IL=0となる。トランジスタ112aがオフ状態にあるときも、電流IL=0となる。
【0026】
[Vs>Voの期間]
トランジスタ112aがオン状態にあるとき、チョークコイル112d及びトランジスタ112aに流れる電流ILは、
IL={(Vs−Vo)/Ld}*T
但し、Ld:チョークコイル112dのインダクタンス
で表され、時間Tと共に増加する。そのピーク値Ipは、
Ip={(Vs−Vo)/Ld}*Ton
である。
【0027】
一方、トランジスタ112aがオフ状態にある時、チョークコイル112d及びダイオード112bに流れる電流ILは、
IL=Ip−{Vo/Ld*T}
で表され、時間Tと共に減少する。したがって、電流ILの値が0になるまでの時間Toff’は、
Toff’={(Vs−Vo)/Vo}*Ton
で表される。
【0028】
降圧型アクティブフィルタ回路においては、図13に示したように、最大負荷時でも、Toff’<Toff(但し、Toffは、トランジスタ112aがオフにされる期間)、となるように、すなわち最大負荷時でもチョークコイル112dが電流不連続モードで動作可能となるように、チョークコイル112dのインダクタンス値を決定する。これにより、チョークコイル112dに蓄えられたエネルギーは、各周期毎にすべて放出される。
【0029】
入力電流Isの値は、トランジスタ112aに流れる電流をローパスフィルタ111でフィルタリングした値になるので、
【0030】
【数1】
Is=1/T*[(1/2)*Ton*Ip]
=Ton^2/(2*T*Ld)*(Vs−Vo)
で表される。
【0031】
入力電流波形は、入力電圧(整流後電圧)Vsと出力電圧Voとの差(Vs−Vo)に比例する。例えば、整流後電圧Vsが正弦波であるときは、出力電圧Voとして適切な値を設定することにより(Isは、正弦波の一部分を切取った波形になる)、入力電流の導通角は、任意の値に設定できる。
【0032】
なお、トランジスタ112aがオン状態となるデューティーは、上述したようにチョークコイル112dに蓄えられたエネルギーをすべて放出可能な程度に、十分に小さく設定されることが望ましく、また上記デューティーは、当該整流回路が適用される電源入力回路にかかる負荷電力に応じて、または整流回路への入力電流に応じて設定されることが好ましい。
【0033】
上記の降圧型アクティブフィルタ回路によれば、次のような優れた特長がある。
【0034】
(1)基準電圧Vrefを適当な値に設定するだけで(整流後電圧Voを適当な値に設定するだけで)、入力電流の導通角を設定することができるので、図8に示すものより簡単な構成で、高調波を抑制することができる。
【0035】
(2)図9に示したように、低入力電圧時には、コンデンサインプット型整流回路と同様の特性を示すので、単にチョークコイルを入力に追加しただけの図7に示す回路のように、負荷電力の増加に伴う出力電圧Voの低下(S2)を防止することができる。そのため、後段に接続されるDC/DCコンバータ等の入力電圧範囲を低電圧側に広げる必要がなくなり、さらには瞬時停電対策として平滑用コンデンサの容量を大きくする必要もなくなる。
【0036】
(3)出力電圧Voを入力電圧のピーク値より低くなるように制御するので、コンデンサインプット型整流回路に比較して、出力電圧Voの上限値を低く設定する事ができ、後段に接続されるDC/DCコンバータ等の入力電圧範囲を狭くすることができる。したがって、後段に接続されるDC/DCコンパータ等の素子として、低耐電圧の素子を用いる事ができ、該素子の小型化、低ノイズ化及びコストダウンが可能となる。
【0037】
(4)図8に示した昇圧型アクティブフィルタ回路を用いる場合に、チョークコイル65にかかる電圧は、Vsであるが、降圧型アクティブフィルタ回路によれば、チョークコイル112dにかかる電圧を(Vs−Vo)まで下げる事ができる。したがって、チョークコイル112dのインダクタンス値を小さくすることができるので、回路の小型化及び低コスト化を図ることができる。
【0038】
(5)昇圧型アクティブフィルタ回路と比較して、制御回路を単純化することが可能となる。
【0039】
(6)トランジスタ112aが整流回路の直列要素になっているために、整流回路をトランジスタ112aを用いた突入電流制限回路として使用することができる。従って、従来のコンデンサインプット型整流回路や昇圧型アクティブフィルタ回路を用いた電源入力回路に必要とされた突入電流制限回路として、トライアック、サイリスタなどのパワーデバイスを省略できる。
【0040】
(7)電源回路の構成が簡単になるので、ノイズを低減する事ができる。
【0041】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の降圧型アクティブフィルタ回路を用いた電源装置では、次のような問題点があった。
【0042】
一般には、交流商用電源230V入力時には、降圧型アクティブフィルタ回路の出力電圧が200V〜220V位になるように制御する。ところが、降圧型アクティブフィルタ回路では、例えば制御回路の故障やスイッチング素子の故障時にスイッチング素子がオンに固定されると、入力商用電源のピーク値(例えば、230V入力の場合は230*1.4=322V)に整流してしまう。そこで、後段のDC/DCコンバータに過電圧保護対策を講ずることが行われている。
【0043】
より具体的に説明する。例えば、降圧型アクティブフィルタ回路の出力電圧が200VになるようにPWM制御回路116を用いて制御して、後段のDC/DCコンバ一タ113をフォワード型で設計した場合を考えると、DC/DCコンバータのスイッチング素子には通常動作時において400V程度の電圧が印加されるため、当該スイッチング素子として450V乃至500V耐圧の素子を用いるのが一般的である。
【0044】
ところが、上記のように降圧型アクティブフィルタ回路の故障時には、322Vの入力電圧となり、DC/DCコンバータのスイッチング素子には644Vの電圧が加わり、500V耐圧の素子では破損する(一般にショートモード故障)。
【0045】
そこで、DC/DCコンバータのスイッチング素子として、耐電圧900Vの素子を用いる方法があるが、この方法によれば、スイッチング素子のオン抵抗が増加するので(一般にFETのオン抵抗は耐電圧の2乗に比例)、電力損失が増加して装置が大型化するだけでなく、コスト的にも不利となる。
【0046】
また、商用電源ラインと直列にトライアック等のスイッチング素子を追加して、過電圧時には、トライアックをオフする方法も考えられるが、通常動作時にこのトライアックのオン電圧(1.5V程度)に入力電流が流れて、かなりの電力損失が発生するし、コスト的にも不利である。
【0047】
さらに、上記従来の降圧型アクティブフィルタ回路においては、チョークコイルの設計が非常に難しい、といった問題もあった。すなわち、フェライトなどのコア材に巻き線を施してチョークコイルを作製する場合には、コア材の透磁率が大きいために最適のインダクタンスを得ようとすると巻き数が少なくなる。すると、スイッチング素子112aのオン時には、
(入力電圧−出力電圧)*(スイッチング素子112aのオン時間)
だけの磁束を、上記少ない巻き数のチョークコイルで受けとめる事になり、コア材の磁束密度が大きくなってコアでの鉄損がかなり増加し、チョークコイルの昇温が大きくなる。
【0048】
コア材として低損失、低透磁率の材料があれば、解決できるが適当なものが存在しない。また存在したとしても(空芯コイル、コアに大きなギャップを付ける方法も同じ)、磁界の漏れが大きくなってしまい、磁界中に電流を流すことになり過大な銅損を招いたり、回路(自他ともに)の誤動作を引き起こすなど、不適切なことが多い。
【0049】
複数のチョークコイルをN個並列接続して、比較的多くの巻き数で作製したチョークコイルのインダクタンスを1/Nにして用いることも考えられるが、その場合、チョークコイル間での電流バランスを確保することが難しいし、コスト、サイズの面でも不利である。
【0050】
本発明は上記従来の問題点に鑑み、降圧型整流回路とその後段のDC/DCコンバータの組み合わせにおいて、電力損失及びコストアップの少ない過電圧保護構成を可能にする電源装置を提供することを目的とする。また、この電源装置を搭載した電子機器を提供することを目的とする。
【0051】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第1の発明では、交流商用電源を整流する整流手段と、前記整流手段により整流された入力電圧を降圧する電圧降圧手段と、前記電圧降圧手段の出力電圧を前記入力電圧のピーク値より低い所定値に制御する出力電圧制御手段とを有する降圧型整流回路の後段に、DC/DCコンバータを接続して構成した電源装置において、前記電圧降圧手段は、前記整流手段の出力側に直列に接続されたチョークコイル及びスイッチング素子を有し、該チョークコイル及びスイッチング素子の動作に基づいて前記整流手段により整流された入力電圧を降圧する構成にすると共に、前記出力電圧制御手段は、入力商用電源の周波数より高い周波数で且つ前記チョークコイルに電流が不連続で流れる程度に前記スイッチング素子がオン状態となる期間を制御するスイッチング素子制御手段を含む構成とし、前記電圧降圧手段の前記スイッチング素子に流れる電流を監視する電流監視手段を設け、前記スイッチング素子に流れる電流がゼロになる期間または所定値より小さくなる期間がなくなった時、かつ前記降圧型整流回路の出力である前記電圧降圧手段の出力電圧が設定値より高くなったときに、前記DC/DCコンバータの動作を停止する構成にしたものである。
【0053】
第2の発明では、上記第1の発明において、前記DC/DCコンバータの動作の停止は、該DC/DCコンバータ中のスイッチング素子をオフに固定して行うものである。
【0054】
第3の発明では、交流商用電源を整流する整流手段、該整流手段により整流された入力電圧を降圧する電圧降圧手段、及び該電圧降圧手段の出力電圧を前記入力電圧のピーク値より低い所定値に制御する出力電圧制御手段を有する降圧型整流回路の後段にDC/DCコンバータを接続して構成した電源装置を備え、該電源装置を動作電圧として所定の動作を行う電子機器において、前記電源装置の前記電圧降圧手段は、前記整流手段の出力側に直列に接続されたチョークコイル及びスイッチング素子を有し、該チョークコイル及びスイッチング素子の動作に基づいて前記整流手段により整流された入力電圧を降圧する構成にすると共に、前記出力電圧制御手段は、入力商用電源の周波数より高い周波数で且つ前記チョークコイルに電流が不連続で流れる程度に前記スイッチング素子がオン状態となる期間を制御するスイッチング素子制御手段を含む構成とし、前記電圧降圧手段の前記スイッチング素子に流れる電流を監視する電流監視手段を設け、前記電源装置は、前記スイッチング素子に流れる電流がゼロになる期間または所定値より小さくなる期間がなくなった時、かつ前記降圧型整流回路の出力である前記電圧降圧手段の出力電圧が設定値より高くなったときに、前記DC/DCコンバータの動作を停止する構成にしたものである。
【0056】
第4の発明では、上記第3の発明において、前記DC/DCコンバータの動作の停止は、該DC/DCコンバータ中のスイッチング素子をオフに固定して行うものである。
【0061】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【0062】
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係る電源装置の概略構成を示すブロック図であり、図11と共通の要素には同一の符号が付されている。
【0063】
この電源装置は、図11に示した従来の降圧型アクティブフィルタ回路の後段にDC/DCコンバータ113を接続して構成され、さらに、該降圧型アクティブフィルタ回路の出力である降圧チョッパ回路112の出力電圧Voが設定値より高くなったことを検出して停止信号CSを出力する過電圧検出回路117を設け、DC/DCコンバータ113は、前記停止信号CSを受けたときにDC/DCコンバータ113中のスイッチング素子113aをオフに固定して動作を停止するようにしたものである。
【0064】
ここで、前記設定値は、降圧型アクティブフィルタ回路では230V入力時には200V〜220V位に制御されるのが一般的であるので、例えば225Vに設定するものとする。
【0065】
DC/DCコンバータ113は、スイッチング素子113a、トランス113b、ダイオード113c,113d、チョークコイル113e、平滑用コンデンサ113fを備え、さらに、前記スイッチング素子113aのスイッチング動作を制御する制御回路113gを備えている。そして、この制御回路113gが過電圧検出回路117からの停止信号CSを受けたときは、スイッチング素子113aをオフに固定するようになっている。
【0066】
降圧型アクティブフィルタ回路のスイッチング素子112aが故障時等により常時オン状態となり、降圧型アクティブフィルタ回路が出力過電圧を発生する場合について説明する。
【0067】
例えば、PWM制御回路116の故障等により、スイッチング素子112aのゲート信号が“H”レベルに固定されて、スイッチング素子112aがオン状態に固定された場合には、降圧型アクティブフィルタ回路は、全波整流回路と同一になり、入力商用電源Vin(AC)のピーク値に整流平滑動作を行う。すなわち、230V(AC)入力の場合には、降圧型アクティブフィルタ回路は322V(DC)の電圧を出力し、この電圧が後段のDC/DCコンバータ113の入力電圧として供給されることになる。
【0068】
このとき、過電圧検出回路117は、出力電圧Voが設定値よりも高くなったので停止信号CSを出力する。DC/DCコンバータ113の制御回路113gは、この停止信号CSを受けて、DC/DCコンバータ113内のスイッチング素子113aをオフに固定してスイッチ動作を停止させる。
【0069】
DC/DCコンバータ113のスイッチング素子113aがオフに固定された状態では、スイッチング素子113aにかかる電圧は、DC/DCコンバータ113の入力電圧322Vそのものになる。すなわち、商用230V(AC)入力では、降圧型アクティブフィルタ回路の故障などにより、スイッチング素子112aがオン状態に固定されたとしても、230*1.4=322V以上の電圧は、DC/DCコンバータ113のスイッチング素子113aには加わらない。
【0070】
従って、DC/DCコンバータ113のスイッチング素子113aとして、一般的な450Vないし500V耐圧の素子を用いることができる。すなわち、例えば、降圧型アクティブフィルタ回路の出力電圧Voが200VになるようにPWM制御回路116を用いて制御して、後段のDC/DCコンバ一タ113をフォワード型で設計した場合を考えると、DC/DCコンバータ113のスイッチング素子113aのドレインには、通常動作時(スイッチング素子113aがスイッチング動作をしている状態)において400V程度の電圧(入力電圧Vinの2倍+α)が印加されるため、スイッチング素子113aとして450V乃至500V耐圧の素子を用いるのが一般的である。スイッチング素子113aのドレイン電圧波形を図2に示す。
【0071】
また、降圧型アクティブフィルタ回路の平滑コンデンサ112cには、322V(DC)の電圧が印加されるが、ある種の250V耐圧電解コンデンサは、軽負荷であれば400V程度の電圧が加わっても故障しない事も知られている。この電解コンデンサを本実施形態の平滑コンデンサ112cとして用いる。
【0072】
このように、本実施形態の電源装置は、降圧型アクティブフィルタ回路の出力電圧の過電圧を検出したら、後段のDC/DCコンバータのスイッチング素子を停止するようにしたので、DC/DCコンバータのスイッチング素子や二次側整流ダイオード等の過電圧破壊を防止することができる。
【0073】
かかる本実施形態の電源装置を複写機などの電子機器に動作電圧として使用するに際し、上述のように、降圧型アクティブフィルタ回路の出力過電圧を検出したとき、DC/DCコンバータを停止させれば、機器の制御用5V電源が無くなりシステムはダウンする。そのとき、メインスイッチをオートオフさせることにより、降圧型アクティブフィルタ回路の故障が機器の他のブロックに波及することはなくなる。
【0074】
このような本実施形態の電源装置では、従来の電源装置のように、過電圧保護回路のために電力損失を生ずることがなく、しかもコストアップすることもほとんどない。
【0075】
(第2実施形態)
図3は、本発明の第2実施形態に係る電源装置の概略構成を示すブロック図であり、図1と共通の要素には同一の符号が付されている。
【0076】
上記図1の構成において、ゼロ電流検出回路118とANDゲート119を設けたものである。
【0077】
ゼロ電流検出回路118は、降圧型アクティブフィルタ回路のスイッチング素子112aに流れる電流を監視し(電流監視手段)、この電流がゼロになる期間または所定値よりも小さくなる期間がなくなったときに“L”レベルの信号CGを出力する。ANDゲート119は、ゼロ電流検出回路118からの“L”レベル信号CGと過電圧検出回路117からの“H”レベル信号(過電圧検出時)とを入力したとき、DC/DCコンバータ113の制御回路113gへ停止信号CSを出力する。これによって、DC/DCコンバータ113のスイッチング素子113aをオフに固定するものである。
【0078】
すなわち、降圧型アクティブフィルタ回路のスイッチング素子112aのドレイン電流をモニタして、その電流が連続になった時(つまりスイッチング素子112aがオンに固定された場合)且つ、降圧型アクティブフィルタ回路の出力電圧Voが所定の値以上になったときに、前記降圧型アクティブフィルタ回路の出力に異常電圧が発生した(たとえば、トランジスタ112aのオン状態固定)と判断(予測)して、後段のDC/DCコンバータ113のスイッチング素子をオフに固定する(スイッチング素子制御手段)。
【0079】
これにより、降圧型アクティブフィルタ回路の平滑コンデンサ112cの電圧が上昇するのを、迅速に且つ確実に検出する事ができるので、瞬時たりとも後段のDC/DCコンバータ113のスイッチング素子113aに過電圧をかける事なく異常を検出し停止する事ができる。また、検出回路117の誤動作を心配せずに、過電圧検出ポイントを定常動作時の降圧整流電圧の近傍(例えば、205V程度)に設定することができる。
【0080】
このように、本実施形態では、出力過電圧の検出手段として、降圧型アクティブフィルタ回路のスイッチング素子に流れる電流のゼロになる期間がなくなることを検出する方法と、降圧型アクティブフィルタ回路の出力電圧を直接検出する方法とを組み合わせるようにしたので、過電圧保護手段につき、その応答を迅速にし、かつ誤動作のないものにすることができる。
【0081】
(第3実施形態)
図4は、本発明の第3実施形態に係る電源装置の概略構成を示すブロック図であり、図11と共通の要素には同一の符号が付されている。
【0082】
本実施形態では、上記図11に示した降圧型アクティブフィルタ回路において、降圧チョッパ回路112のチョークコイルとして、同一のコアに2つの巻線を同一巻数で巻いたコモンモードチョークコイル121を用い、その2つの巻き線を、互いに生ずる磁束が打ち消し合うように直列に接続したものである。
【0083】
すなわち、このコモンモードチョークコイル121は、高透磁率コア材を用いたコモンモードチョークコイル(例えば電源ラインノイズ対策用)を用いている。インダクタンスは、漏れインダクタンスを利用し、漏れ磁界の量も空芯コイルに比べて小さくしてしまうものである。
【0084】
通常、コモンモードチョークコイルとは、同一のコアに2つ(単相系の場合2つ、3相交流系では3つ)の巻線を同一巻数だけ巻いたものである。一般的な用途としては、図4の120のように、商用電源ラインのL/N極にそれぞれの巻き線を直列に挿入し、ノルマルモードではインダクタンス値がほとんどゼロで、かつコモンモードでは、大きなインダクタンスがみえるような極性に接続して、ノイズフィルタとして用いられる。
【0085】
しかしながら、2つの巻き線は、コアを通して100%結合している訳ではなく、わずかにノルマルモード成分のインダクタンスが残る。これを漏れインダクタンスと呼ぶ。漏れインダクタンスは、上記フィルタの場合では商用電源周波数に対しては微々たるインピーダンスであるが、100KHz程度以上にて降圧型アクティブ整流回路で用いるには、充分なインダクタンスである。
【0086】
また、漏れインダクタンスの特徴として、(1)上記コモンモードチョークコイルからコアを取り除いた空芯インダクタンスよりも数倍大きくなり、(2)コアではノルマルモード分の磁束はキャンセルするので、鉄損はほとんどゼロである。(3)閉磁路であるので、漏れ磁界は、空芯コイルや大きなギャップ付きコアを用いたコイルより小さい。
【0087】
本実施形態では、このような特徴を持つコモンモードチョークコイルを、降圧型アクティブフィルタ回路においてチョークコイルとして用いたので、等価的に低損失(コアの鉄損が少ない)、低透磁率、且つ漏れ磁界の少ないチョークコイルとなり、理想的な特性を示す。さらに、高透機率のコア材を用いたコモンモードチョークコイルであれば、充分な漏れインダクタンスを得るのに、巻線の巻き数も少なくて済み、巻き線での銅損も減少する。
【0088】
(第4実施形態)
図5、本発明の第4実施形態に係る電源装置の概略構成を示すブロック図であり、図11と共通の要素には同一の符号が付されている。
【0089】
本実施形態では、上記図11に示した降圧型アクティブフィルタ回路において、降圧チョッパ回路112のチョークコイルとして、同一のコアに2つの巻線を同一巻数で巻いたコモンモードチョークコイル130を用いたものである。
【0090】
このコモンモードチョークコイル130は、2つの巻線である第1及び第2の巻き線を、第1の巻き線、平滑コンデンサ112c及び第2の巻き線のループで各々の第1及び第2の巻き線によって生ずる磁束が打ち消し合うような極性で、降圧チョッパ回路112のハイサイドとローサイドにそれぞれに接続したものである。
【0091】
上述のようなコモンモードチョークコイル130を挿入することにより、後段のDC/DCコンバータ等のコモンモードフィルタとしての効果が生じ、商用電源回路に挿入すべきノイズフィルタの量を減らすことができる。
【0092】
【発明の効果】
以上詳述したように、第1の発明である電源装置によれば、降圧型整流回路のスイッチング素子の故障時や出力電圧制御手段の誤動作時のための過電圧保護手段を低損失及び低コストで実現することが可能になる。
【0093】
また、第1及び第2の発明である電源装置によれば、過電圧を迅速に且つ確実に検出する事ができる。これにより、瞬時たりとも後段のDC/DCコンバータのスイッチング素子に過電圧をかける事なく異常を検出し停止する事が可能になる。
【0094】
第3及び第4の発明である電子機器によれば、降圧型アクティブフィルタ回路の故障が機器の他のブロックに波及することを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係る電源装置の概略構成を示すブロック図である。
【図2】DC/DCコンバ一タ内スイッチング素子のドレイン電圧波形図である。
【図3】本発明の第2実施形態に係る電源装置の概略構成を示すブロック図である。
【図4】本発明の第3実施形態に係る電源装置の概略構成を示すブロック図である。
【図5】本発明の第4実施形態に係る電源装置の概略構成を示すブロック図である。
【図6】従来の電源入力回路(コンデンサインプット型整流回路)を示す回路図である。
【図7】従来の電源入力回路を示す回路図である。
【図8】従来の電源入力回路(昇圧型アクティブフィルタ回路)を示す回路図である。
【図9】従来の電源入力回路の特性図である。
【図10】従来の電源入力回路の特性図である。
【図11】従来の降圧型アクティブフィルタ回路の回路図である。
【図12】図11の回路の動作を示す波形図である。
【図13】ダイオードブリッジの出力電流Is及びチョークコイルに流れる電流ILの変化をしめす図である。
【符号の説明】
110 ダイオードブリッジ
111 ローパスフィルタ
112a スイッチング素子
112d チョークコイル
112 降圧型チョッパ回路
113 DC/DCコンバータ
113a スイッチング素子
114 差動増幅回路
115 誤差増幅回路
116 PWM(パルス幅変調)制御回路
117 過電圧検出回路
118 ゼロ電流検出回路
121 コモンモードチョークコイル[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a step-down rectifying / smoothing circuit that is effective in reducing harmonic components, a power supply device configured by connecting a DC / DC converter at the subsequent stage of the step-down rectifying circuit, and a copier or printer equipped with the power supply device It is related with electronic equipment.
[0002]
[Prior art]
In recent years, problems such as malfunctions of various electronic devices due to distortion waveforms (power supply harmonic distortion) of commercial power supply lines have become serious. In order to suppress the occurrence of such harmonic distortion, laws that regulate harmonic components of input currents input to electronic devices are being developed.
[0003]
Generally, a capacitor input type rectifier circuit in which a
[0004]
Accordingly, only during the phase near the voltage peak of each commercial power supply, current flows from the commercial power supply Vin (AC) to the
[0005]
Conventionally, in order to sufficiently reduce such harmonic components, (1) one
[0006]
In FIG. 8, 61 is a diode bridge, 67 is a flywheel diode (hereinafter simply referred to as a diode), 64 and 65 are choke coils, 62, 63 and 68 are capacitors, 66 is an FET, 60a, 60b, 69a, 69b is a resistor, 71 is a current detection circuit, 72 is a first voltage detection circuit, 73 is a second voltage detection circuit, 74 is a multiplier, 75 is an error amplification circuit, and 76 is a PWM (pulse width modulation) control circuit.
[0007]
However, according to the method (1) shown in FIG. 7, the inductance of the
[0008]
S1 to S3 in FIG. 9 indicate output voltage (rectified voltage) Vo (DC) with respect to the input voltage Vin (AC) obtained when the load power Po is 200 W in the power input circuit shown in FIGS. FIG. 10 shows the relationship between the output voltage Vo (DC) and the load power Po obtained when the input voltage Vin applied to the power supply input circuit is 230V.
[0009]
In both figures, S1 shows the characteristics when the capacitor input type rectifier circuit shown in FIG. 6 is used, and S2 shows the characteristics when one
[0010]
As is apparent from FIGS. 9 and 10, in the circuit in which the
[0011]
Further, according to the above method (2) shown in FIG. 8, the current ΔI flowing through the
[0012]
ΔI = Vin / L65 * Ton (1)
As is clear from the equation (1), in order to reduce the burden on the
[0013]
Further, in order to realize a boost type active circuit, a complicated control circuit is required as shown in FIG. Therefore, even if the method (2) is used, there are problems that the efficiency is reduced due to the complexity of the power input circuit, the power input circuit is enlarged, the noise is increased, and the cost is greatly increased.
[0014]
In order to solve these problems, a step-down active filter circuit as shown in FIG. 11 has been proposed. In FIG. 11, the step-down active filter circuit has a
[0015]
In this step-down active filter circuit, the inductance value of the choke coil 112d is set so that the choke coil 112d can operate in the current discontinuous mode even at the maximum load.
[0016]
The output terminal of the step-
[0017]
The output voltage Vo of the step-
[0018]
In the above configuration, the voltage Vs after the commercial power supply Vin is rectified by the diode bridge 110 (hereinafter referred to as a rectified voltage) Vs is input to the low-
[0019]
By such an operation, the voltage Vs after rectification by the
[0020]
S4 in FIG. 9 shows the relationship of the output voltage (voltage after rectification) Vo (DC) to the input voltage Vin (AC) obtained when the load power Po is 200 W in the power supply input circuit shown in FIG. S4 in FIG. 10 shows the relationship of the output voltage Vo (DC) with respect to the load power Po obtained when the input voltage Vin is 230V.
[0021]
As is apparent from both figures, the output voltage Vo is controlled to take a constant value even when the load power Po changes, and also when the input voltage Vin is larger than a predetermined value (190 V in the illustrated example). It is controlled to take a constant value. Further, when the input voltage Vin is less than or equal to a predetermined value, the
[0022]
The operation of the power supply input circuit shown in FIG. 11 will be described below with reference to FIG. FIG. 13 is a diagram showing changes in the output current Is of the
[0023]
At t1 in FIG. 13, when Vs> Vo, the current IL starts to flow through the choke coil 112d. For example, when the
[0024]
The current IL flowing through the choke coil 112d changing in this way is obtained as follows.
[0025]
[Period of Vs ≦ Vo]
When the
[0026]
[Period of Vs> Vo]
When the
IL = {(Vs−Vo) / Ld} * T
Where Ld: inductance of choke coil 112d
And increases with time T. Its peak value Ip is
Ip = {(Vs−Vo) / Ld} * Ton
It is.
[0027]
On the other hand, when the
IL = Ip- {Vo / Ld * T}
And decreases with time T. Therefore, the time Toff ′ until the value of the current IL becomes 0 is
Toff ′ = {(Vs−Vo) / Vo} * Ton
It is represented by
[0028]
In the step-down active filter circuit, as shown in FIG. 13, Toff ′ <Toff (where Toff is a period during which the
[0029]
Since the value of the input current Is is a value obtained by filtering the current flowing through the
[0030]
[Expression 1]
Is = 1 / T * [(1/2) * Ton * Ip]
= Ton ^ 2 / (2 * T * Ld) * (Vs-Vo)
It is represented by
[0031]
The input current waveform is proportional to the difference (Vs−Vo) between the input voltage (voltage after rectification) Vs and the output voltage Vo. For example, when the rectified voltage Vs is a sine wave, by setting an appropriate value as the output voltage Vo (Is becomes a waveform obtained by cutting off a part of the sine wave), the conduction angle of the input current is Can be set to any value.
[0032]
It should be noted that the duty at which the
[0033]
The step-down active filter circuit has the following excellent features.
[0034]
(1) By simply setting the reference voltage Vref to an appropriate value (by simply setting the rectified voltage Vo to an appropriate value), the conduction angle of the input current can be set. Harmonics can be suppressed with a simple configuration.
[0035]
(2) As shown in FIG. 9, when the input voltage is low, the characteristics similar to those of the capacitor input type rectifier circuit are exhibited. Therefore, as in the circuit shown in FIG. 7 in which the choke coil is simply added to the input, the load power It is possible to prevent a decrease (S2) in the output voltage Vo due to the increase in. For this reason, it is not necessary to expand the input voltage range of a DC / DC converter or the like connected to the subsequent stage to the low voltage side, and further, it is not necessary to increase the capacity of the smoothing capacitor as a measure against instantaneous power failure.
[0036]
(3) Since the output voltage Vo is controlled to be lower than the peak value of the input voltage, the upper limit value of the output voltage Vo can be set lower than that of the capacitor input type rectifier circuit and is connected to the subsequent stage. The input voltage range of a DC / DC converter or the like can be narrowed. Therefore, an element having a low withstand voltage can be used as an element such as a DC / DC converter connected in the subsequent stage, and the element can be reduced in size, reduced in noise, and reduced in cost.
[0037]
(4) When the step-up active filter circuit shown in FIG. 8 is used, the voltage applied to the
[0038]
(5) The control circuit can be simplified as compared with the step-up active filter circuit.
[0039]
(6) Since the
[0040]
(7) Since the configuration of the power supply circuit is simplified, noise can be reduced.
[0041]
[Problems to be solved by the invention]
However, the power supply device using the conventional step-down active filter circuit has the following problems.
[0042]
In general,Alternating currentWhen the
[0043]
This will be described more specifically. For example, considering the case where control is performed using the
[0044]
However, when the step-down active filter circuit fails as described above, the input voltage is 322 V, a voltage of 644 V is applied to the switching element of the DC / DC converter, and an element with a withstand voltage of 500 V is damaged (generally a short mode failure).
[0045]
Therefore, there is a method using an element having a withstand voltage of 900 V as a switching element of the DC / DC converter. However, according to this method, the on-resistance of the switching element increases (in general, the on-resistance of the FET is the square of the withstand voltage). In addition to an increase in power loss and an increase in the size of the device, it is also disadvantageous in terms of cost.
[0046]
In addition, a switching device such as a triac can be added in series with the commercial power supply line to turn off the triac when overvoltage occurs. However, the input current flows to the on-voltage (about 1.5V) of this triac during normal operation. Therefore, considerable power loss occurs, and it is disadvantageous in terms of cost.
[0047]
Further, the conventional step-down active filter circuit has a problem that it is very difficult to design a choke coil. That is, when a choke coil is manufactured by winding a core material such as ferrite, the number of turns is reduced if an optimum inductance is to be obtained because the magnetic permeability of the core material is large. Then, when the
(Input voltage-output voltage) * (ON time of switching
Thus, only the magnetic flux is received by the choke coil having a small number of turns, the magnetic flux density of the core material is increased, the core loss in the core is considerably increased, and the temperature rise of the choke coil is increased.
[0048]
If there is a material with low loss and low magnetic permeability as the core material, it can be solved, but there is no suitable material. Even if it exists (the same applies to the air-core coil and the core having a large gap), the leakage of the magnetic field becomes large, causing current to flow in the magnetic field, leading to excessive copper loss and circuit (self- In many cases, it is inappropriate.
[0049]
It may be possible to connect N choke coils in parallel and use a relatively large number of turns to make the inductance of the
[0050]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a power supply device that enables an overvoltage protection configuration with low power loss and high cost in a combination of a step-down rectifier circuit and a subsequent DC / DC converter. To do. Moreover, it aims at providing the electronic device carrying this power supply device..
[0051]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the first invention, the rectifying means for rectifying an AC commercial power supply, the voltage step-down means for stepping down the input voltage rectified by the rectifying means, and the output voltage of the voltage step-down means are In a power supply device configured by connecting a DC / DC converter to a subsequent stage of a step-down rectifier circuit having output voltage control means for controlling to a predetermined value lower than the peak value of the input voltage,The voltage step-down means has a choke coil and a switching element connected in series to the output side of the rectifying means, and steps down the input voltage rectified by the rectifying means based on the operation of the choke coil and the switching element. The output voltage control means is a switching element control means for controlling a period during which the switching element is in an ON state at a frequency higher than the frequency of the input commercial power supply and to the extent that current flows discontinuously through the choke coil. A current monitoring means for monitoring the current flowing through the switching element of the voltage step-down means, and when there is no longer a period during which the current flowing through the switching element is zero or less than a predetermined value; andThe operation of the DC / DC converter is stopped when the output voltage of the voltage step-down means, which is the output of the step-down rectifier circuit, becomes higher than a set value.
[0053]
First2In the invention of the above,1'sIn the present invention, the operation of the DC / DC converter is stopped by fixing a switching element in the DC / DC converter off.
[0054]
First3In the invention, the rectifying means for rectifying the AC commercial power supply, the voltage step-down means for stepping down the input voltage rectified by the rectifying means, and the output voltage of the voltage step-down means are controlled to a predetermined value lower than the peak value of the input voltage. In an electronic device that includes a power supply device configured by connecting a DC / DC converter at a subsequent stage of a step-down rectifier circuit having an output voltage control means that performs a predetermined operation using the power supply device as an operating voltage.The voltage step-down means of the power supply device has a choke coil and a switching element connected in series on the output side of the rectifying means, and an input rectified by the rectifying means based on the operation of the choke coil and the switching element The output voltage control means controls a period during which the switching element is in an ON state at a frequency higher than the frequency of the input commercial power supply and to the extent that current flows discontinuously through the choke coil. A configuration including a switching element control means, provided with a current monitoring means for monitoring a current flowing through the switching element of the voltage step-down means;The power supply deviceWhen there is no period during which the current flowing through the switching element is zero or less than a predetermined value; andThe operation of the DC / DC converter is stopped when the output voltage of the voltage step-down means, which is the output of the step-down rectifier circuit, becomes higher than a set value.
[0056]
First4In the invention of the above,3In this invention, the operation of the DC / DC converter is stopped by fixing the switching element in the DC / DC converter to OFF.
[0061]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0062]
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of the power supply device according to the first embodiment of the present invention. Elements common to those in FIG. 11 are denoted by the same reference numerals.
[0063]
This power supply apparatus is configured by connecting a DC /
[0064]
Here, since the set value is generally controlled to about 200V to 220V at the time of 230V input in the step-down active filter circuit, it is set to 225V, for example.
[0065]
The DC /
[0066]
A case will be described in which the
[0067]
For example, when the gate signal of the
[0068]
At this time, the
[0069]
In a state where the
[0070]
Therefore, a general 450V to 500V withstand voltage element can be used as the
[0071]
In addition, a voltage of 322 V (DC) is applied to the smoothing
[0072]
As described above, the power supply device according to the present embodiment stops the switching element of the subsequent DC / DC converter when the overvoltage of the output voltage of the step-down active filter circuit is detected. Therefore, the switching element of the DC / DC converter is stopped. And overvoltage breakdown of the secondary side rectifier diode and the like can be prevented.
[0073]
The power supply device of this embodiment is used in an electronic device such as a copying machine.As operating voltageIn use, as described above, when the output overvoltage of the step-down active filter circuit is detected, if the DC / DC converter is stopped, the 5V power supply for controlling the device is lost, and the system goes down. At that time, by automatically turning off the main switch, the failure of the step-down active filter circuit does not spread to other blocks of the device.
[0074]
In such a power supply device of this embodiment, there is no power loss due to the overvoltage protection circuit unlike the conventional power supply device, and the cost is hardly increased.
[0075]
(Second Embodiment)
FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of a power supply device according to the second embodiment of the present invention. Elements common to those in FIG.
[0076]
In the configuration of FIG. 1, a zero current detection circuit 118 and an AND
[0077]
The zero current detection circuit 118 detects the current flowing through the
[0078]
That is, the drain current of the
[0079]
As a result, it is possible to quickly and reliably detect an increase in the voltage of the smoothing
[0080]
As described above, in the present embodiment, as a means for detecting the output overvoltage, a method for detecting that the period in which the current flowing through the switching element of the step-down active filter circuit is zero is eliminated, and the output voltage of the step-down active filter circuit is Since the direct detection method is combined, the response of the overvoltage protection means can be made quick and there is no malfunction.
[0081]
(Third embodiment)
FIG. 4 is a block diagram showing a schematic configuration of a power supply device according to the third embodiment of the present invention. Elements common to those in FIG. 11 are denoted by the same reference numerals.
[0082]
In the present embodiment, in the step-down active filter circuit shown in FIG. 11, as the choke coil of the step-down
[0083]
That is, the common
[0084]
Usually, the common mode choke coil is obtained by winding two windings (two in a single-phase system and three in a three-phase AC system) on the same core by the same number of turns. As a general application, as shown by 120 in FIG. 4, each winding is inserted in series with the L / N pole of the commercial power supply line, the inductance value is almost zero in the normal mode, and large in the common mode. It is used as a noise filter by connecting to a polarity where inductance can be seen.
[0085]
However, the two windings are not 100% coupled through the core, leaving a slight normal mode component inductance. This is called leakage inductance. In the case of the above filter, the leakage inductance is a slight impedance with respect to the commercial power supply frequency, but is sufficient for use in a step-down active rectifier circuit at about 100 KHz or higher.
[0086]
The leakage inductance is characterized by (1) several times larger than the air core inductance obtained by removing the core from the common mode choke coil. Zero. (3) Since the magnetic path is closed, the leakage magnetic field is smaller than that of an air core coil or a coil using a large gap core.
[0087]
In the present embodiment, the common mode choke coil having such characteristics is used as the choke coil in the step-down active filter circuit, so that it is equivalently low loss (low core iron loss), low permeability, and leakage. The choke coil has a small magnetic field and exhibits ideal characteristics. Furthermore, a common mode choke coil using a core material with a high permeability can obtain a sufficient leakage inductance, so that the number of turns of the winding is small and the copper loss in the winding is also reduced.
[0088]
(Fourth embodiment)
FIG. 5 is a block diagram showing a schematic configuration of a power supply device according to the fourth embodiment of the present invention, and the same reference numerals are given to elements common to FIG.
[0089]
In the present embodiment, in the step-down active filter circuit shown in FIG. 11, the common
[0090]
The common
[0091]
By inserting the common
[0092]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the power supply device of the first invention, the overvoltage protection means for the failure of the switching element of the step-down rectifier circuit or the malfunction of the output voltage control means can be provided with low loss and low cost. Can be realized.
[0093]
Also,First1And the second2According to the power supply device of the invention, overvoltage can be detected quickly and reliably. This makes it possible to detect and stop an abnormality without applying an overvoltage to the switching element of the subsequent DC / DC converter even instantaneously.
[0094]
First3 andFirst4According to the electronic device of the invention, it is possible to prevent the failure of the step-down active filter circuit from spreading to other blocks of the device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a power supply device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a drain voltage waveform diagram of a switching element in a DC / DC converter.
FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of a power supply device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a block diagram showing a schematic configuration of a power supply device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a block diagram showing a schematic configuration of a power supply device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a circuit diagram showing a conventional power input circuit (capacitor input type rectifier circuit).
FIG. 7 is a circuit diagram showing a conventional power input circuit.
FIG. 8 is a circuit diagram showing a conventional power input circuit (step-up active filter circuit).
FIG. 9 is a characteristic diagram of a conventional power input circuit.
FIG. 10 is a characteristic diagram of a conventional power input circuit.
FIG. 11 is a circuit diagram of a conventional step-down active filter circuit.
12 is a waveform diagram showing an operation of the circuit of FIG.
FIG. 13 is a diagram showing changes in the output current Is of the diode bridge and the current IL flowing through the choke coil.
[Explanation of symbols]
110 Diode bridge
111 Low-pass filter
112a switching element
112d choke coil
112 Step-down chopper circuit
113 DC / DC converter
113a Switching element
114 Differential amplifier circuit
115 Error amplification circuit
116 PWM (pulse width modulation) control circuit
117 Overvoltage detection circuit
118 Zero current detection circuit
121 Common mode choke coil
Claims (4)
前記電圧降圧手段は、前記整流手段の出力側に直列に接続されたチョークコイル及びスイッチング素子を有し、該チョークコイル及びスイッチング素子の動作に基づいて前記整流手段により整流された入力電圧を降圧する構成にすると共に、
前記出力電圧制御手段は、入力商用電源の周波数より高い周波数で且つ前記チョークコイルに電流が不連続で流れる程度に前記スイッチング素子がオン状態となる期間を制御するスイッチング素子制御手段を含む構成とし、
前記電圧降圧手段の前記スイッチング素子に流れる電流を監視する電流監視手段を設け、
前記スイッチング素子に流れる電流がゼロになる期間または所定値より小さくなる期間がなくなった時、かつ前記降圧型整流回路の出力である前記電圧降圧手段の出力電圧が設定値より高くなったときに、前記DC/DCコンバータの動作を停止する構成にしたことを特徴とする電源装置。Rectifying means for rectifying AC commercial power, voltage step-down means for stepping down the input voltage rectified by the rectifying means, and output voltage for controlling the output voltage of the voltage step-down means to a predetermined value lower than the peak value of the input voltage In a power supply device configured by connecting a DC / DC converter to a subsequent stage of a step-down rectifier circuit having a control means,
The voltage step-down means has a choke coil and a switching element connected in series to the output side of the rectifying means, and steps down the input voltage rectified by the rectifying means based on the operation of the choke coil and the switching element. With composition,
The output voltage control means includes a switching element control means for controlling a period during which the switching element is in an ON state at a frequency higher than the frequency of the input commercial power supply and to the extent that current flows discontinuously through the choke coil.
Providing a current monitoring means for monitoring a current flowing through the switching element of the voltage step-down means;
When the period when the current flowing through the switching element is zero or when there is no period smaller than a predetermined value, and when the output voltage of the voltage step-down means that is the output of the step-down rectifier circuit becomes higher than a set value, A power supply apparatus configured to stop the operation of the DC / DC converter.
前記電源装置の前記電圧降圧手段は、前記整流手段の出力側に直列に接続されたチョークコイル及びスイッチング素子を有し、該チョークコイル及びスイッチング素子の動作に基づいて前記整流手段により整流された入力電圧を降圧する構成にすると共に、
前記出力電圧制御手段は、入力商用電源の周波数より高い周波数で且つ前記チョークコイルに電流が不連続で流れる程度に前記スイッチング素子がオン状態となる期間を制御するスイッチング素子制御手段を含む構成とし、
前記電圧降圧手段の前記スイッチング素子に流れる電流を監視する電流監視手段を設け、
前記電源装置は、
前記スイッチング素子に流れる電流がゼロになる期間または所定値より小さくなる期間がなくなった時、かつ前記降圧型整流回路の出力である前記電圧降圧手段の出力電圧が設定値より高くなったときに、前記DC/DCコンバータの動作を停止する構成にしたことを特徴とする電子機器。Rectifying means for rectifying an AC commercial power supply, voltage step-down means for stepping down the input voltage rectified by the rectifying means, and output voltage control for controlling the output voltage of the voltage step-down means to a predetermined value lower than the peak value of the input voltage In an electronic device that includes a power supply device configured by connecting a DC / DC converter at a subsequent stage of a step-down rectifier circuit having a means, and that performs a predetermined operation using the power supply device as an operating voltage,
The voltage step-down means of the power supply device has a choke coil and a switching element connected in series on the output side of the rectifying means, and an input rectified by the rectifying means based on the operation of the choke coil and the switching element With a configuration that reduces the voltage,
The output voltage control means includes a switching element control means for controlling a period during which the switching element is in an ON state at a frequency higher than the frequency of the input commercial power supply and to the extent that current flows discontinuously through the choke coil.
Providing a current monitoring means for monitoring a current flowing through the switching element of the voltage step-down means;
The power supply device
When the period when the current flowing through the switching element is zero or when there is no period smaller than a predetermined value, and when the output voltage of the voltage step-down means that is the output of the step-down rectifier circuit becomes higher than a set value, An electronic apparatus characterized in that the operation of the DC / DC converter is stopped.
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