JP4252137B2

JP4252137B2 - 電源装置

Info

Publication number: JP4252137B2
Application number: JP31904498A
Authority: JP
Inventors: 久浩鎌田; 恵一菅井
Original assignee: Tohoku Ricoh Co Ltd
Current assignee: Tohoku Ricoh Co Ltd
Priority date: 1998-11-10
Filing date: 1998-11-10
Publication date: 2009-04-08
Anticipated expiration: 2018-11-10
Also published as: JP2000152630A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特にスイッチングレギュレータとして使用される電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
商用周波数の交流を全波整流してトランスに入力するスイッチングレギュレータにおいて、コンデンサインプット型の回路では、整流した直流電圧のリップルを小さくするために平滑用コンデンサの容量をかなり大きくする必要がある。そのため、平滑用コンデンサに流入する電流のピーク値が大きくなり、力率が低下するとともに、平滑用コンデンサの充放電電流によって該平滑用コンデンサが内部損失で発熱し、寿命が低下する。
【０００３】
また、上記のコンデンサインプット型の回路では、入力電力が大きく、入力電圧波形が歪む。同時に入力電流波形も歪むために、その電流の高調波が問題となっていた。そして、これらの悪影響が無視できないので、容量の大きなノイズフィルタ回路が必要となる。したがって、スイッチングレギュレータを使用する機器及び同じ入力電源を共用している機器の動作等に悪影響を与える。
【０００４】
そこで、上記の力率の改善等を行うためにチョークインプット型の回路が提案されている。図５はそのチョークインプット型の電波装置の概略構成を示す回路図である。
【０００５】
図５の回路において、商用周波数の交流電源１から出力された交流はインダクタンス素子であるチョークコイル２を介してダイオードブリッジ３に入力され、ここで全波整流されて直流に変換される。この直流は不図示の出力トランスの１次巻線に入力され、スイッチング素子によりオン（ＯＮ），オフ（ＯＦＦ）されることによって、出力トランスの２次巻線に交流が発生し、この交流が整流、平滑されて負荷に供給される。
【０００６】
ここで、上記の回路における電流の位相角φは、角周波数をω、またチョークコイル２の抵抗成分をＲ、インダクタンスをＬとすると、次式で表わされる。
【０００７】
【数１】

【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようなチョークインプット型回路構成の電源装置にあっては、商用周波数出力の平滑を行うために数ｍＨ以上のインダクタンスを必要とし、インダクタ（チョークコイル）の形状が極めて大きくなり、装置の大型化、高価格化を招いていた。したがって、この回路では入力電力が３００Ｗ程度のものが限界であった。
【０００９】
また、インダクタンスを単に上げるだけでは電流の位相が遅れるだけで力率の向上が図れない。これは、インダクタンスを上げることはコイルの巻数を多くすることであり、上述のインダクタの抵抗成分及びインダクタンス値が共に大きくなり、位相角はあまり変化しないためで、導通角（電流が流れている時間幅）が広がらす、力率が向上しないという問題点があった。
【００１０】
更に、全波整流出力電圧の範囲、つまり端子４−４′間の電圧範囲が負荷に大きく左右されるので、その電圧を入力する出力トランスでは使用磁束密度が大きく、鉄損が大きくなり、効率が低下するという問題点があった。
【００１１】
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたもので、装置の小型化及び低価格化を図ることができ、また簡易な構成で力率を向上させることができ、効率の良い電源装置を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、電源装置を次の（１）ないし（３）のように構成する。
（１）外部交流電源に、インダクタンスを介して整流回路を接続したチョークインプット型整流回路を備えた電源装置であって、
前記外部交流電源から前記整流回路への一方の導電線であるホットラインに、１次−２次絶縁型の第１の絶縁トランスの１次巻線を介装し、もう一方の導電線であるニュートラルラインに１次−２次絶縁型の第２の絶縁トランスの１次巻線を介装するとともに、前記第１の絶縁トランスの１次巻線と並列に前記第２の絶縁トランスの２次巻線を接続し、前記第２の絶縁トランスの１次巻線と並列に前記第１の絶縁トランスの２次巻線を接続し、各絶縁トランスの１次巻線と２次巻線は、前記ホットラインから前記ニュートラルラインに流れる電流により、各絶縁トランスの磁束が増加する極性で前記ホットラインと前記ニュートラルラインに接続されている電源装置。
（２）整流回路は交流入力を全波整流するダイオードブリッジ回路である前記（１）記載の電源装置。
（３）第１の絶縁トランス及び第２の絶縁トランスはそれぞれ１次巻線と２次巻線の巻数が同じである前記（１）または（２）記載の電源装置。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施例の構成を示す回路図であり、スイッチングレギュレータ装置の入力部の構成を示している。
【００１７】
本実施例においては、商用周波数の交流電源１と全波整流回路であるダイオードブリッジ３との間の一方の導電線であるホットラインに１次−２次絶縁型の第１のトランス２１の１次巻線が介装され、もう一方の導電線であるニュートラルラインに同絶縁型の第２のトランス２２の１次巻線が介装されている。また、上記第１のトランス２１の１次巻線と並列に第２のトランス２２の２次巻線が接続され、第２のトランス２２の１次巻線と並列に第１のトランス２１の２次巻線が接続されている。
【００１８】
なお、上記第１のトランス２１と第２のトランス２２のインダクタンスは同じでも相違していても良いが、各々のトランス２１，２２の１次巻線と２次巻線の巻数は同じにしてあり、磁気結合を高めて相互インダクタンスを大きくしている。
【００１９】
上記構成の回路において、交流電源１からの交流はトランス２１，２２の１次巻線及び２次巻線を通してダイオードブリッジ３に入力され、全波整流されて直流に変換される。そして、この直流は不図示の電力変換用の出力トランスの１次側に入力され、トランジスタ等のスイッチング素子によりオン，オフされる。これにより、出力トランスの２次側に交流が発生し、この交流が整流平滑されて負荷に供給される。
【００２０】
ここで、本実施例では、交流電源１からの入力電流が第１のトランス２１の１次巻線と第２のトランス２２の２次巻線に分割され、各々の巻線のインダクタンスは入力電流Ｉに対してＩ／２（Ａ）のときの値になるので、トランス２１，２２のインダクタンスＬは図２に示すように比較的大きく（Ｌ１−Ｌ２分）とれる。図２はトランス２１，２２の直流重畳特性を示す図であり、実線が本実施例、破線が従来例の場合をそれぞれ示している。
【００２１】
上記トランス２１，２２のインダクタンスＬが大きくとれるのは、各々のライン間にインダクタ（巻線）が入っていること、つまり１次巻線と２次巻線の相互インダクタンスも加算されることと、ギャップによるトランスの漏れ磁束が電流がＩ／２（Ａ）のときの値になっているので、インダクタンスの降下量が従来例のものより少ないことによるものである。仮に、コア断面積を２倍にして一つのトランスを用いた場合は巻数は１／２になるが、ギャップ長は同じであり、漏れ磁束はＩ（Ａ）のときの値となり、略本実施例の２倍の漏れ磁束となるため、インダクタンスの降下量は従来例より幾分良くなるだけである。
【００２２】
また、入力電流は商用周波数であり、鉄系のコア材を使用するので、重量は２倍と重く、大きくなって取り付け部に負担がかかるが、本実施例では二つのトランスに分散されているので、放熱性が良いとともに、分散して取り付けられることにより、トランス取り付け部の負担が軽くなる。
【００２３】
更に、上記のように漏れ磁束が少なく、Ｉ／２の電流で使用するので、トランスの抵抗成分Ｒは少なめになり、巻線用ボビンの窓枠面積が大きくとれるとともに、ダイオードブリッジ３の出力端子４−４′間の電圧降下量も図３に示すように従来より少ない。したがって、電流の位相がさほど遅れず、図４に示すように力率の変化も少ない。
【００２４】
図３は出力電圧特性を示したものであり、実線が本実施例、破線が従来例、また鎖線はトランスがない場合をそれぞれ示している。図示のように、本実施例では従来例に比べてＶ１−Ｖ２の分だけ上述の電圧降下量が少ない。
【００２５】
また、図４は力率の変化の様子を示す図であり、実線が本実施例、破線が従来例の場合をそれぞれ示している。なお、以上の図２〜図４に示すデータは、交流電源１がＡＣ１００Ｖ、５０Ｈｚで、入力が５００Ｗの場合のものである。
【００２６】
このように、本実施例では、小型のトランスを用いた簡易な構成で力率及び出力電圧が低下することなく、効率の良いスイッチングレギュレータ装置を実現することができ、装置の小型化、低価格化を図ることができる。したがって、従来のチョークインプット型では入力電力が３００Ｗ程度のものが限界であったが、本実施例では５００Ｗ程度においても力率及び出力電圧の降下が小さく、十分実用性のある装置が得られる。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、簡易な構成で力率の低下及び出力電圧の降下を抑制することができ、効率が良く、また装置の小型化及び低価格化を図ることができるという効果があり、したがって、大きな入力電力のものに対応することができるという効果がある。
【００２８】
また、トランスの１次巻線と２次巻線の巻数を同じにすることにより、磁気結合を高めて、相互インダクタンスを大きくすることができ、より性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の構成を示す回路図
【図２】トランスの直流重畳特性を示す図
【図３】出力電圧特性を示す図
【図４】力率の変化を示す図
【図５】従来例の構成をを示す回路図
【符号の説明】
１交流電源
３ダイオードブリッジ
２１第１のトランス
２２第２のトランス

Claims

外部交流電源に、インダクタンスを介して整流回路を接続したチョークインプット型整流回路を備えた電源装置であって、
前記外部交流電源から前記整流回路への一方の導電線であるホットラインに、１次−２次絶縁型の第１の絶縁トランスの１次巻線を介装し、もう一方の導電線であるニュートラルラインに１次−２次絶縁型の第２の絶縁トランスの１次巻線を介装するとともに、前記第１の絶縁トランスの１次巻線と並列に前記第２の絶縁トランスの２次巻線を接続し、前記第２の絶縁トランスの１次巻線と並列に前記第１の絶縁トランスの２次巻線を接続し、各絶縁トランスの１次巻線と２次巻線は、前記ホットラインから前記ニュートラルラインに流れる電流により、各絶縁トランスの磁束が増加する極性で前記ホットラインと前記ニュートラルラインに接続されていることを特徴とする電源装置。
整流回路は交流入力を全波整流するダイオードブリッジ回路であることを特徴とする請求項１記載の電源装置。
第１の絶縁トランス及び第２の絶縁トランスはそれぞれ１次巻線と２次巻線の巻数が同じであることを特徴とする請求項１または２記載の電源装置。