JP4422090B2 - 電源回路 - Google Patents

Description

本発明は、情報処理装置に用いられる電源回路に関する。

従来の電源装置では商用電源を半波整流に変換するための整流回路と、整流回路からの半波出力電圧を平滑化する平滑コンデンサと、商用電源の停止時に出力を保持するための瞬断保持コンデンサとを備えていた（例えば、特許文献１、２参照）。
しかし、上述した特許文献１、２に記載の技術では、平滑コンデンサと瞬断保持コンデンサとを共用していたために、コンデンサの容量が大きくなり、入力の商用電源が立ち上がった時に発生する突入電流が大きくなっていた。

このため、商用電源から電流が流れ込むコンデンサ（以下、入力コンデンサ）への突入電流を小さくするため、商用電源と入力コンデンサとの間に抵抗を設け、入力コンデンサの充電後に抵抗をショートするシーケンスを設けた突入制限回路方式を必要としていた（例えば、特許文献参照３）。
特開平１０−１０８３５８号公報 特開平１１−１６２６８４号公報 特開平１０−１４３２５９号公報

しかしながら、特許文献１、３には、入力の商用電源と入力コンデンサの間に抵抗を設け、入力コンデンサに充電後に抵抗をショートするシーケンスを設けた突入制限回路が使用されている。このような従来の技術の問題点は、平滑コンデンサと、商用電源の停止時に出力を保持するための瞬断保持コンデンサとを共用しているため、入力コンデンサの容量が大きく、突入電流が大きかったために、商用電源からＤＣ／ＤＣコンバータを使用して出力機器に電源を供給する回路に、突入電流を制限するという目的だけに、突入電流の制限回路を設ける必要がある。

また、上述した特許文献３に記載の技術では入力の商用が立ち上がった時の突入電流が平滑コンデンサ及び瞬断保持コンデンサの両方に流れる点、入力コンデンサの容量が大きい点に問題があった。
そこで、本発明の目的は、入力コンデンサへの突入電流が小さく、入力コンデンサの容量が小さい電源装置を提供することになる。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、商用電源を整流する整流回路と、該整流回路の出力電圧を平滑化する平滑回路と、該平滑回路の出力電圧を所定の直流電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータとを有する電源回路において、入力端が前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力端に接続された他のＤＣ／ＤＣコンバータと、一端が接地され他端が前記他のＤＣ／ＤＣコンバータの出力端に接続された瞬断保持コンデンサと、アノードが前記他のＤＣ／ＤＣコンバータの出力端に接続されカソードが前記ＤＣ／ＤＣコンバータの入力端に接続されたダイオードとを備えたことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、商用電源投入直後にはＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧が他のＤＣ／ＤＣコンバータで電圧変換され、瞬断保持コンデンサが充電される。このとき、ダイオードにより平滑コンデンサからの電流が瞬断保持コンデンサに流れるのが防止される。商用電源が瞬断すると、瞬断保持コンデンサから放電がなされダイオードを介してＤＣ／ＤＣコンバータに入力され、電圧変換された電圧が出力される。従って、入力コンデンサへの突入電流が小さく、入力コンデンサの容量が小さい電源回路の提供を実現することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記整流回路と前記平滑回路との間に突入制限回路を設けたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、整流回路と平滑回路との間に突入制限回路を設けたことにより、平滑回路の平滑コンデンサの容量が大きくても対応することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記突入制限回路は、前記整流回路と前記ＤＣ／ＤＣコンバータとの間に挿入されたスイッチ回路と、前記スイッチ回路の可動接点と固定接点との間に接続された抵抗と、前記商用電源の電源オン時には前記スイッチ回路がオフとなり、前記平滑コンデンサへの突入電流が所定値以下になったら前記スイッチ回路がオンとなるように制御する制御回路とを備えたことを特徴とする。

請求項３に記載の発明によれば、電源オン時にはスイッチ回路がオフとなることにより、整流回路からの突入電流が抵抗で減少し、平滑コンデンサへの突入電流が所定値以下になったらスイッチ回路がオンとなることにより、ＤＣ／ＤＣコンバータや瞬断保持コンデンサへの電流が所定値以下となるので、入力コンデンサへの突入電流が小さく、入力コンデンサの容量が小さくてよくなる。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の発明において、前記整流回路が半波整流回路であることを特徴とする。

請求項４に記載の発明によれば、整流回路が半波整流回路であることにより、回路がシンプルになる。

請求項５に記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の発明において、前記整流回路が全波整流回路であることを特徴とする。

請求項５に記載の発明によれば、整流回路が全波整流回路であることにより、商用電源の入力電圧を効率よく利用することができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の発明において、前記整流回路が倍電圧整流回路であることを特徴とする。

請求項６に記載の発明によれば、整流回路が倍電圧整流回路であることにより、高電圧回路にも対応することができる。

本発明によれば、商用電源投入直後にはＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧が他のＤＣ／ＤＣコンバータで電圧変換され、瞬断保持コンデンサが充電される。このとき、ダイオードにより平滑コンデンサからの電流が瞬断保持コンデンサに流れるのが防止される。商用電源が瞬断すると、瞬断保持コンデンサから放電がなされダイオードを介してＤＣ／ＤＣコンバータに入力され、電圧変換された電圧が出力される。従って、入力コンデンサへの突入電流が小さく、入力コンデンサの容量が小さい電源回路の提供を実現することができる。

〔発明の特徴〕
本実施形態は、電源回路に関し、特に情報処理装置に用いられる電源回路において、入力される商用電源を整流するための平滑コンデンサと、商用電源の停止時に出力を保持するための瞬断保持コンデンサを分割し、商用電源からの電流が瞬断保持コンデンサに流れ込まないようにすることで、商用電源が立ち上がった時に発生するコンデンサへの突入電流を少なくする事を特徴としている。

〔実施形態１〕
〔構 成〕
図１は本発明に係る電源回路の一実施形態を示すブロック図である。
同図に示す電源回路は、商用電源を整流する整流回路１と、整流回路１の出力電圧を平滑化する平滑回路２と、平滑回路２の出力電圧を所定の直流電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ３と、入力端がＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力端に接続された他のＤＣ／ＤＣコンバータ４と、一端が接地され他端が他のＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力端に接続された瞬断保持コンデンサ５と、アノードが他のＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力端に接続されカソードがＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力端に接続されたダイオード６とを備えたものである。

整流回路１としては、例えば、一つのシリコンダイオードからなる半波整流回路が用いられるが、本発明はこれに限定されるものではなく、全波整流回路、倍電圧整流回路を用いてもよい。

平滑回路２としては、陰極が接地され陽極が整流回路１の出力に接続される電解コンデンサ（アルミ電解コンデンサ、タンタル電解コンデンサ、有機半導体電解コンデンサ）が挙げられる。

瞬断保持コンデンサ５としては、平滑回路に用いられる電解コンデンサと同様のものが用いられる。

ＤＣ／ＤＣコンバータ３は降圧型が用いられ、ＤＣ／ＤＣコンバータ４は昇圧型が用いられる。降圧型のＤＣ／コンバータ３には同期整流型やチャージポンプ型が用いられ、昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ４にはフライバック型が用いられる。

〔動 作〕
次に図１を参照して動作を説明する。
同図において、商用電源から入力される交流電流は、整流回路１としてのダイオード と平滑コンデンサ２とにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ３に入力可能な半波整流電流Ｉ１に変換される。
この変換時に半波整流電流Ｉ１が、ＤＣ/ＤＣコンバータ４及び瞬断保持コンデンサ５ へ流れ込む事は、ダイオード６により防止されているため、商用電源が立ち上がった時に発生する突入電流は、平滑コンデンサ２への流れ込む電流だけである。

半波整流電流Ｉ１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３により出力機器に必要な出力電流Ｉ２に変換され、出力機器に給電される。これと同時に、出力電流Ｉ２はＤＣ／ＤＣコンバータ４にも接続しているので、ＤＣ/ＤＣコンバータ４にも給電される。

ＤＣ／ＤＣコンバータ４は、出力電圧（出力電流Ｉ２）を半波整流電圧（脈流電圧）の最低電圧よりも低い電圧で、ＤＣ／ＤＣコンバータ３に給電可能な最低電圧よりも高い電圧に変換し、充電電流Ｉ３を出力する。

充電電流Ｉ３は、瞬断保持コンデンサ５の充電を行い、瞬断保持コンデンサ５に充電された電流は、商用電源が停止した時に放電し、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力に半波整流電流Ｉ１として入力される。

これに対して、商用電源が停止している間は、平滑コンデンサ２と瞬断保持コンデンサ５とに充電されている電流が、半波整流電流Ｉ１としてＤＣ／ＤＣコンバータ３に入力され、ＤＣ／ＤＣコンバータ３により出力電流Ｉ２に変換され、出力機器に印加される。

このようにして、本実施形態では、入力の商用電源を整流するための平滑コンデンサと、入力の商用電源の停止時に出力を保持するための瞬断保持コンデンサとを分割し、商用電源の電流が瞬断保持コンデンサに流れ込まないようすることで、商用電源の停止時に出力を保持するためのコンデンサ容量を維持したまま、商用電源の立ち上がり時に発生する入力コンデンサへの突入電流を少なくすることができる。

ここで、ＤＣ／ＤＣコンバータ３、ダイオード６、及びＤＣ／ＤＣコンバータ４の間にループが形成されるが、実際にはＤＣ／ＤＣコンバータ３がオンしてからでないと、ＤＣ／ＤＣコンバータ４はオンしない（ＤＣ／ＤＣコンバータ４は入力が無いので出力電圧が発生しない）。このため、ＤＣ／ＤＣコンバータ３がオンした時には、既に瞬断保持コンデンサ５への突入は終了しているので、ＤＣ／ＤＣコンバータ４からＤＣ／ＤＣコンバータ３への過大な短絡電流は流れない（瞬断保持コンデンサ５への突入電流は商用電源がオンしてから平滑コンデンサ２がある程度充電されるまでの、最初の期間だけであり、通常動作している間の瞬断保持コンデンサ５への充電電流は含まれない。）。

〔効果の説明〕
以上説明したように、本実施形態においては、以下に記載するような効果を奏する。
(1)第１の効果は、平滑コンデンサと、入力の商用電源の停止時に出力を保持するための瞬断保持コンデンサを分割し、入力の商用電源と前記瞬断保持コンデンサの間に商用電源から電流が流れ込まない方向にダイオードを設けることで、入力の商用電源が立ち上がった時の突入電流を、平滑コンデンサへの突入電流だけに軽減できることである。

(2)第２の効果は 平滑コンデンサの容量は、DC/DCコンバータの瞬断保持時間を考慮する必要がなくなるため、DC/DCコンバータの動作に問題が発生しない容量まで小さくなることで、入力コンデンサ容量が小さくなると、入力コンデンサへの突入電流が小さくなるため、従来使用していた、入力商用電源がオンしたときの入力コンデンサへの突入電流を制限する回路を削除することが可能となることである。

(3)第３の効果は 入力の商用電源が立ち上がった時の突入電流は、平滑コンデンサに対してだけ発生するので、商用電源がオンしたときの突入電流を考慮することなく、商用電源の停止時に出力を保持するための瞬断保持コンデンサとの容量を大きくできることである。

〔実施形態２〕
〔構 成〕
図２（ａ）は本発明に係る電源回路の他の実施形態を示すブロック図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）に示した突入制限回路の一例であり、図２（ｃ）は図２（ａ）に示した突入制限回路の他の一例である。
図２（ａ）に示した電源回路の図１に示した電源回路との相違点は、整流回路と平滑回路との間に突入制限回路を設けた点である。
すなわち、図２（ａ）に示した電源回路は、商用電源を整流する整流回路１と、整流回路１の出力電圧を平滑化する平滑回路２と、整流回路１と平滑回路２との間に設けられた突入制限回路７と、整流回路平滑回路２の出力電圧を所定の直流電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ３と、入力端がＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力端に接続された他のＤＣ／ＤＣコンバータ４と、一端が接地され他端が他のＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力端に接続された瞬断保持コンデンサ５と、アノードが他のＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力端に接続されカソードがＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力端に接続されたダイオード６とを備えたものであり、この回路はＤＣ／ＤＣコンバータ３を問題なく動作させるために必要な平滑コンデンサ２の容量が大きく、突入電流が大きくなってしまった場合に、公知の突入制限回路６を設けた回路である。

突入制限回路７は、図２（ｂ）に示すように整流回路１とＤＣ／ＤＣコンバータ３との間に挿入されたスイッチ回路９と、スイッチ回路９の可動接点と固定接点との間に接続された抵抗８と、商用電源の電源オン時にはスイッチ回路９がオフとなり、平滑コンデンサ２への突入電流が所定値以下になったらスイッチ回路９がオンとなるように制御する制御回路としてのＳＷ制御回路１０とを備えたものである。
このような突入制限回路７を用いることにより、整流回路１から平滑コンデンサ２への過大な電流が突入するのが防止される。

尚、突入回路７は、図２（ａ）に示す回路に限定されず、図２（ｃ）に示すようにスイッチ回路９の代わりにトランジスタ（例えば、電界効果トランジスタ、若しくはバイポーラトランジスタ）１１を用いてもよい。
なお、上述した実施形態は、本発明の好適な実施形態であり、上記実施形態のみに本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更を施した形態での実施が可能である。

〔効果の説明〕
以上説明したように、本実施形態においては、以下に記載するような効果を奏する。
(1)この実施例では、平滑コンデンサと、入力の商用電源の停止時に出力を保持するための瞬断保持コンデンサを分割しているため、平滑コンデンサと前記瞬断保持コンデンサを共用した場合よりも、入力コンデンサの容量を軽減できるので、入力コンデンサへの充電時間が短縮でき、ＤＣ／ＤＣコンバータ３が立ち上がるまでの時間が短縮できるという、新たな効果を有する。

本発明は、情報機器の電源に利用することができる。

本発明に係る電源回路の一実施形態を示すブロック図である。 （ａ）は本発明に係る電源回路の他の実施形態を示すブロック図であり、（ｂ）は（ａ）に示した突入制限回路の一例であり、（ｃ）は（ａ）に示した突入制限回路の他の一例である。

符号の説明

１ 整流回路
２ 平滑コンデンサ
３、４ ＤＣ／ＤＣコンバータ
５ 瞬断保持コンデンサ
６ ダイオード
７ 突入制限回路
８ 抵抗
９ スイッチ回路
１０ ＳＷ（スイッチ）制御回路

Claims (6)

1. 商用電源を整流する整流回路と、該整流回路の出力電圧を平滑化する平滑回路と、該平滑回路の出力電圧を所定の直流電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータとを有する電源回路において、
   入力端が前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力端に接続された他のＤＣ／ＤＣコンバータと、
   一端が接地され他端が前記他のＤＣ／ＤＣコンバータの出力端に接続された瞬断保持コンデンサと、
   アノードが前記他のＤＣ／ＤＣコンバータの出力端に接続されカソードが前記ＤＣ／ＤＣコンバータの入力端に接続されたダイオードとを備えたことを特徴とする電源回路。
2. 前記整流回路と前記平滑回路との間に突入制限回路を設けたことを特徴とする請求項１に記載の電源回路。
3. 前記突入制限回路は、
   前記整流回路と前記ＤＣ／ＤＣコンバータとの間に挿入されたスイッチ回路と、
   前記スイッチ回路の可動接点と固定接点との間に接続された抵抗と、
   前記商用電源の電源オン時には前記スイッチ回路がオフとなり、前記平滑コンデンサへの突入電流が所定値以下になったら前記スイッチ回路がオンとなるように制御する制御回路とを備えたことを特徴とする請求項２に記載の電源回路。
4. 前記整流回路が半波整流回路であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電源回路。
5. 前記整流回路が全波整流回路であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電源回路。
6. 前記整流回路が倍電圧整流回路であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電源回路。

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