JP4665278B2 - スイッチング電源装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスイッチング電源装置に関し、特に力率改善回路を有するスイッチング電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２は従来方式の１例を示す回路図である。図２において、交流電源１１の交流電圧はブリッジ整流器１２によって全波整流され、リアクトル２４とダイオード２３を通り平滑コンデンサ１３に充電される。平滑コンデンサ１３の直流電圧は、スイッチ素子１５のオン・オフの繰り返しによって、トランス１４の１次巻線１４ａに断続して加わる。スイッチ素子１５のオン期間に１次巻線１４ａに流れる電流は２次側の負荷に電力を供給する負荷電流とトランス１４のコアを励磁する励磁電流からなっているが、励磁電流によってコアに蓄積された励磁エネルギはスイッチ素子１５がターンオフするときに１次巻線１４ａとコンデンサ１７とダイオード２３からなる環状回路を流れ、コンデンサ１７を充電し、電荷の形でエネルギを蓄積する。スイッチ素子１５がオフ期間からターンオンするときに、コンデンサ１７の電荷はスイッチ素子１５とブリッジ整流器１２と交流電源１１とリアクトル２４からなる環状回路を流れる。このとき交流電源１１の交流電圧の絶対値が平滑コンデンサ１３の電圧より低いときにも交流電流が流れる。一般的なコンデンサインプット型整流回路では平滑コンデンサの電圧に対し交流電圧の絶対値が低い区間では交流電流が流れることがなく、そのため交流電流の導通角が狭くなって力率が低下するが、図２の回路ではスイッチ素子１５がターンオンする度に交流電流が流れるので導通角が拡がり力率が改善される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
図２の回路において、ダイオード２３はスイッチ素子１５がターンオンしたときに、平滑コンデンサ１３の電荷がスナバコンデンサ１７を流れて放電するのを防いでいる。また、リアクトル２４は、スイッチ素子１５がターンオンしたときにスナバコンデンサ１７の電荷の流れがリアクトル２４とスナバコンデンサ１７からなる直列共振回路を流れる共振電流となって、オン期間に共振の半周期が終わるようにそのインダクタンスが選ばれている。リアクトル２４を流れる共振電流はブリッジ整流器１２によって一方向になり、共振の半周期がオン期間より短ければ共振電流はゼロから立ち上がりゼロに戻ったところで終わる。
【０００４】
リアクトル２４とダイオード２３には交流電流の導通角を拡げるための電流とは別に平滑コンデンサ１３を充電するための電流が流れている。リアクトル２４の巻線の線径は交流電流の実効値を許容する太さのものが必要になり、またダイオード２３は交流電流の実効値を許容するものが必要になる。そのため、リアクトル２４もダイオード２３もスイッチング電源装置の全体のコストにしめる割合が小さくない。またダイオード２３によるドロップ電圧は１ボルトから１．５ボルトになるが、このドロップ電圧による電力損失が生じる。そこで、本発明は、線径の細い巻線からなるリアクトルと、電流容量のより小さいダイオードが使え、かつ、ダイオードのドロップ電圧による影響がより少ない方式による力率改善回路を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、交流電源と、全波整流器と、平滑コンデンサと、トランスの１次巻線とスイッチ素子からなる直列回路と、このスイッチ素子の制御電極に接続された発振制御回路と、トランスの１次巻線に並列に接続されたスナバコンデンサを備えたスイッチング電源装置において、スナバコンデンサに第１のダイオードを直列に挿入し、互いに同じ電極どうしが向かい合わせに接続された第２のダイオードと第３のダイオードの直列回路を交流電源に並列に接続し、第２のダイオードと第３のダイオードの接続点とスナバコンデンサと第１のダイオードの接続点の間にリアクトルを接続した。
【０００６】
平滑コンデンサの直流電圧は、スイッチ素子のオン・オフの繰り返しによって、トランスの１次巻線に断続して加わる。スイッチ素子のオン期間にトランスの１次巻線に流れる電流がトランスの２次巻線を経て負荷に供給される負荷電流とトランスのコアを励磁する励磁電流からなるが、励磁電流によってコアに蓄積された励磁エネルギはスイッチ素子がターンオフするときにトランスの１次巻線とスナバコンデンサと第１のダイオードからなる環状回路を流れ、スナバコンデンサに電荷としてエネルギを再び蓄積する。
【０００７】
ターンオフしたスイッチ素子が次にターンオンするときにスナバコンデンサの電荷は、スイッチ素子と交流電源と第２のダイオードとリアクトルが作る環状回路か、または、スイッチ素子と交流電源と第３のダイオードとリアクトルが作る環状回路を流れて放電する。このときの放電電流は第２のダイオードと第３のダイオードによって半波電流共振になるが、リアクトルのインダクタンスを適当な値に選ぶことによって、スイッチ素子のオン期間の間にゼロで立ち上がりゼロで終わるようにすることができる。
【０００８】
半波電流共振によって電流はゼロから立ち上がり再びゼロに戻るが、スナバコンデンサには向きが反転した同じ値の電圧が充電される。このとき生じる電力損失は電流が流れる線路の抵抗による損失のみである。そして、この電流はスイッチ素子のターンオンの度に流れるので、交流電源の電圧の絶対値が平滑コンデンサの電圧より低いときにも流れ交流入力電流の導通角が拡がる。
【０００９】
更に、導通角を拡げる働きをする電流は、平滑コンデンサを充電する電流と分かれているため、第２のダイオードと第３のダイオードとリアクトルを流れるいずれの実効電流も小さく、従って、電流容量の小さいダイオード及び電流容量の小さいリアクトルを用いることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態を実施例を示す図１を参照して説明する。図１において、交流電源１１が供給する交流電圧はブリッジ整流器１２によって全波整流され、平滑コンデンサ１３に直流電圧が充電される。この直流電圧はスイッチ素子１５のオン・オフ動作によって断続してトランス１４の１次巻線１４ａに加わる。断続した電圧によってトランス１４に生じる磁束の変化を２次巻線１４ｂが断続した電圧として取り出し、ダイオード１８とダイオード１９及びリアクトル２０とコンデンサ２１によって整流平滑して直流電圧とし、これを負荷２２に供給している。この実施例で使用されているスイッチング回路はフォワードコンバータと呼ばれている。
【００１１】
図１において、スナバコンデンサ１７はスイッチ素子１５のターンオフとターンオンの度に充電と放電を繰り返している。スイッチ素子１５のターンオフのときにトランス１４のコアに蓄積される励磁エネルギが１次巻線１４ａとスナバコンデンサ１７と第１のダイオード１が作る環状回路を流れ、スナバコンデンサ１７を充電する。そして、スイッチ素子１５のターンオンのときにスイッチ素子１５と交流電源１１とブリッジ整流器１２と第２のダイオードか、または第３のダイオードが作る環状回路を流れて放電する。
【００１２】
第２のダイオードと第３のダイオードはＯＲダイオードを構成し、交流電圧の正負の変化に対してどちらか一方が導通する。第２のダイオードまたは第３のダイオードを流れる電流はブリッジ整流器１２を流れて平滑コンデンサ１３を充電する電流と関係なく、スイッチ素子１５がターンオンする度に流れるので、交流電源１１の交流電流の導通角は拡がる。
【００１３】
コンデンサインプット型整流回路の場合、交流電流の流れる位相は、０度から１８０度の半周期において、おおよそ６０度から１２０度の間に限られている。これが力率を悪くしているが、図１の回路においては、スイッチ素子１５がターンオンする度に、０度から１８０度のどの位相においても交流電流が流れるので力率が改善される。
【００１４】
【発明の効果】
力率を改善する効果をもたらす電流はスナバコンデンサ１７の放電電流であり、この電流はスイッチ素子がターンオンする度に生じるが、ブリッジ整流器１２を流れる電流に比べて小さい。従って、電流が流れる環状回路を構成するリアクトルも第２のダイオードと第３のダイオードも電流容量の小さいものを使うことができ、従来方式に比べてコストを大幅に削減でき、経済効果が期待される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係るスイッチング電源装置を示す回路図である。
【図２】従来方式の例を示す回路図である。
【符号の説明】
１ 第１のダイオード
２ 第２のダイオード
３ 第３のダイオード
４ リアクトル
１１ 交流電源
１２ ブリッジ整流器
１３ 平滑コンデンサ
１４ トランス
１５ スイッチ素子
１６ 発振制御回路
１７ スナバコンデンサ
１８、１９ ダイオード
２０ リアクトル
２１ コンデンサ
２２ 負荷
２３ ダイオード
２４ リアクトル
１４ａ １次巻線
１４ｂ ２次巻線

Claims (1)

1. 交流電源と、全波整流器と、平滑コンデンサと、トランスの１次巻線と、前記１次巻線に直列に接続されたスイッチ素子と、前記スイッチ素子の制御電極に接続された発振制御回路と、前記１次巻線に並列に接続されたスナバコンデンサを備えたスイッチング電源装置において、前記スナバコンデンサの前記１次巻線と前記スイッチ素子の接続点に接続されている端子の反対側の端子と前記１次巻線の前記スイッチ素子が接続されている端子の反対側の端子との間に第１のダイオードを挿入し、同じ電極どうしを向かい合わせて接続した第２のダイオードと第３のダイオードからなる直列回路を前記交流電源に並列に接続し、前記スナバコンデンサと前記第１のダイオードの接続点と前記第２のダイオードと前記第３のダイオードの接続点の間にリアクトルを接続し、これによって力率を改善することを特徴とするスイッチング電源装置。

Images