JP5164776B2

JP5164776B2 - 電源装置

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Publication number: JP5164776B2
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Inventors: 祐馬河合
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Publication date: 2013-03-21
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Description

本発明は、交流電源電圧を直流電圧に変換する電源装置に関し、特に、当該交流電源電圧が１００Ｖ系の低電圧態様であっても２００Ｖ系の高電圧態様であっても対応可能な、いわゆるワールドワイド入力対応型の電源装置に関する。

この種の電源装置として、従来、例えば特許文献１に開示されたものがある。この従来技術によれば、ダイオードブリッジ整流回路が設けられており、このダイオードブリッジ整流回路の入力端子に、交流電源電圧が入力される。そして、ダイオードブリッジ整流回路の出力端子間には、一対の平滑コンデンサが直列に接続されている。さらに、ダイオードブリッジ整流回路の一方の入力端子と当該一対の平滑コンデンサの相互接続点との間には、これら両者間をオン／オフするスイッチが設けられている。

ここで、例えば、交流電源電圧が１００Ｖ系であるとき、具体的には当該交流電源電圧の実効値が１００［Ｖ］〜１２０［Ｖ］であるとき、上述のスイッチはオンされる。すると、ダイオードブリッジ整流回路の一方の入力端子と一対の平滑コンデンサの相互接続点とが接続され、当該ダイオードブリッジ整流回路は倍電圧整流回路として機能する。即ち、交流電源電圧が正期間であるとき、一方の平滑コンデンサの両端子間に、最大値が約１４０［Ｖ］（＝１００［Ｖ］×２^１／２）〜約１７０［Ｖ］（＝１２０［Ｖ］×２^１／２）の半波整流された整流後電圧が印加される。そして、この一方の平滑コンデンサによる平滑作用によって、当該一方の平滑コンデンサの両端間に、１４０［Ｖ］弱〜１７０［Ｖ］弱の直流電圧が現れる。さらに、交流電源電圧が負期間であるとき、他方の平滑コンデンサの両端子間に、最大値が約１４０［Ｖ］〜約１７０［Ｖ］の半波整流された整流後電圧が印加される。そして、この他方の平滑コンデンサによる平滑作用によって、当該他方の平滑コンデンサの両端間に、１４０［Ｖ］弱〜１７０［Ｖ］弱の直流電圧が現れる。この結果、これら一対の平滑コンデンサから成る直列回路の両端間に、２８０［Ｖ］弱〜３４０［Ｖ］弱の直流電圧が現れる。

これに対して、交流電源電圧が２００Ｖ系であるとき、具体的には当該交流電源電圧の実効値が２００［Ｖ］〜２４０［Ｖ］であるとき、上述のスイッチはオフされる。すると、ダイオードブリッジ整流回路の一方の入力端子と一対の平滑コンデンサの相互接続点とが非接続となり、当該ダイオードブリッジ整流回路は全波整流回路として機能する。即ち、一対の平滑コンデンサから成る直列回路の両端間に、最大値が約２８０［Ｖ］（＝２００［Ｖ］×２^１／２）〜約３４０［Ｖ］（＝２４０［Ｖ］×２^１／２）の全波整流された整流後電圧が印加される。そして、これら一対の平滑コンデンサによる平滑作用によって、当該一対の平滑コンデンサから成る直列回路の両端間に、２８０［Ｖ］弱〜３４０［Ｖ］弱の直流電圧が現れる。

つまり、交流電源電圧が１００Ｖ系であっても２００Ｖ系であっても、当該交流電源電圧は２８０［Ｖ］弱〜３４０［Ｖ］弱という同じ大きさの直流電圧に変換される。なお、従来技術は、１００Ｖ系および２００Ｖ系のいずれにおいても、突入電流を十分に抑制することができ、併せて高い効率が得られるように、所定の工夫が成されたものである。

特開平１１−２８５２５３号公報

上述したように、従来技術では、交流電源電圧が１００Ｖ系であるときに、それぞれの平滑コンデンサの両端子間に最大値が約１４０［Ｖ］〜約１７０［Ｖ］の整流後電圧が印加される。また、交流電源電圧が２００Ｖ系であるときには、一対の平滑コンデンサから成る直列回路の両端間に最大値が約２８０［Ｖ］〜約３４０［Ｖ］の整流後電圧が印加されるので、それぞれの平滑コンデンサの両端子間にはその半分の最大約１４０［Ｖ］〜約１７０［Ｖ］の電圧が印加される。つまり、交流電源電圧が１００Ｖ系であっても２００Ｖ系であっても、それぞれの平滑コンデンサの両端子間には最大約１４０［Ｖ］〜約１７０［Ｖ］の電圧が印加される。従って、それぞれの平滑コンデンサの耐電圧値（定格電圧値）は、この最大約１４０［Ｖ］〜約１７０［Ｖ］という印加電圧値以上であればよく、例えば余裕を考慮して概ね２００［Ｖ］以上であればよい。ただし、この耐電圧値が大きいほど、平滑コンデンサの外形寸法は大きくなり、また、価格も上昇する。ゆえに、平滑コンデンサを含む電源装置全体の小型化および低価格化を図るべく、当該平滑コンデンサとしては、出来る限り耐電圧値が小さいもの、要するに２００［Ｖ］程度のものが、採用される。

ところが、この２００［Ｖ］程度という耐電圧値、言い換えれば交流電源電圧が２００Ｖ系であるときに一対の平滑コンデンサから成る直流回路の両端間に印加される電圧値（最大約２８０［Ｖ］〜約３４０［Ｖ］）よりも小さい耐電圧値、の平滑コンデンサが採用されると、特に当該交流電源電圧が２００Ｖ系であるときに、次のような問題がある。即ち、交流電源電圧が２００Ｖ系であるときに、一対の平滑コンデンサの一方に異常が生じて、例えば当該一方の平滑コンデンサが短絡状態になる、とする。すると、他方の平滑コンデンサの両端子間に最大約２８０［Ｖ］〜約３４０［Ｖ］の整流後電圧が印加されることになり、当該他方の平滑コンデンサがいわゆる耐圧オーバの状態となって、破損する。しかも、平滑コンデンサとしては、一般に、数十［μＦ］〜数千［μＦ］という比較的に大容量のアルミニウム電解コンデンサが採用されるので、このような大容量のアルミニウム電解コンデンサが耐圧オーバによって破損する際には、その本体の安全弁が外れて当該本体内から煙や電解液が噴出し、極めて危険かつ衝撃的である。

そこで、本発明は、特に交流電源電圧が２００Ｖ系であるときに、一対の平滑コンデンサの一方に異常が生じることによる他方の耐圧オーバによる破損を確実に防止することができる、ワールドワイド入力対応型の電源装置を提供することを、目的とする。

この目的を達成するために、本発明は、交流電源電圧が入力されるブリッジ整流回路と、このブリッジ整流回路の出力端子間に直列に接続された一対の平滑コンデンサと、を具備する。さらに、交流電源電圧が１００Ｖ系であるとき、ブリッジ整流回路の一方の入力端子と一対の平滑コンデンサの相互接続点とを接続することによって当該ブリッジ整流回路を倍電圧整流回路として機能させ、交流電源電圧が２００Ｖ系であるときには、ブリッジ整流回路の一方の入力端子と一対の平滑コンデンサの相互接続点とを非接続とすることによって当該ブリッジ整流回路を全波整流回路として機能させる整流機能切換手段を、具備する。ここで、一対の平滑コンデンサそれぞれの耐電圧値は、少なくとも交流電源電圧が２００Ｖ系であるときに当該一対の平滑コンデンサから成る直列回路の両端間に印加される電圧値よりも小さいことが、前提とされる。この前提の下、これら一対の平滑コンデンサそれぞれに異常が生じたときに当該異常を検出する検出手段と、この検出手段によって異常が検出されたときに交流電源電圧のブリッジ整流回路への入力を遮断する遮断手段と、をさらに具備する。

本発明において、例えば、交流電源電圧が１００Ｖ系であるとき、整流機能切換手段によって、ブリッジ整流回路の一方の入力端子と一対の平滑コンデンサの相互接続点とが接続される。これにより、ブリッジ整流回路は、倍電圧整流回路として機能する。これに対して、交流電源電圧が２００Ｖ系であるとき、整流機能切換手段によって、ブリッジ整流回路の一方の入力端子と一対の平滑コンデンサの相互接続点とが非接続とされる。これにより、ブリッジ整流回路は、全波整流回路として機能する。この構成では、交流電源電圧が１００Ｖ系であっても２００Ｖ系であっても、それぞれの平滑コンデンサの両端子間には、同じ大きさの電圧が印加される。従って、それぞれの平滑コンデンサの耐電圧値は、それぞれの平滑コンデンサの両端子間に印加される電圧値以上であればよく、本発明では、少なくともこの条件を満足しつつ、交流電源電圧が２００Ｖ系であるときに一対の平滑コンデンサから成る直列回路の両端間に印加される電圧値よりも小さい値に設定されている。

さらに、本発明では、それぞれの平滑コンデンサに異常が生じたときに当該異常を検出する検出手段と、この検出手段によって異常が検出されたときに交流電源電圧のブリッジ整流回路への入力を遮断する遮断手段とが、設けられている。ここで、例えば、交流電源電圧が２００Ｖ系であるときに、一方の平滑コンデンサに異常が生じる、特に当該一方の平滑コンデンサが短絡状態になる、とする。この場合、本来は一対の平滑コンデンサから成る直列回路全体の両端間に印加される電圧が、他方の平滑コンデンサの両端子間にのみ印加されるので、当該他方の平滑コンデンサが耐圧オーバとなる。しかしながら、本発明によれば、いずれかの平滑コンデンサに異常が生じたことが検出手段によって検出されると、交流電源電圧のブリッジ整流回路への入力が遮断手段によって遮断される。これにより、それぞれの平滑コンデンサに印加される電圧自体がなくなり、上述の耐圧オーバが阻止される。

なお、検出手段は、それぞれの平滑コンデンサの両端子間の電圧を監視することによって、当該それぞれの平滑コンデンサに異常が生じたことを検出するものであってもよい。

これに代えて、検出手段は、両方の平滑コンデンサが正常なときとそうでないときで異なる電圧態様となる部分の当該電圧を監視することによって、いずれかの平滑コンデンサに異常が生じたことを検出するものであってもよい。

さらに、本発明において、溶断特性を有する抵抗手段を含み、電源装置の起動時にのみ交流電源電圧が当該抵抗手段を介してブリッジ整流回路に入力され、電源装置の起動後は交流電源電圧が当該抵抗手段を回避して直接的にブリッジ整流回路に入力されるように、交流電源電圧のブリッジ整流回路への入力経路を制御する突入電流防止手段が、設けられている場合には、遮断手段は、次のように構成されてもよい。即ち、いずれかの平滑コンデンサに異常が生じると、ブリッジ整流回路に過電流が流れ込む。これを利用して、遮断手段は、検出手段によって当該異常が検出されたときに、突入電流防止手段を起動時と等価な状態、つまり交流電源電圧が抵抗手段を介してブリッジ整流回路に入力される状態に、強制的に遷移させる。すると、過電流が抵抗手段を介して流通するようになり、当該抵抗手段が溶断する。この結果、交流電源電圧のブリッジ整流回路への入力が遮断される。

このような本発明は、例えばスイッチング電源装置に適用することができる。

上述したように、本発明によれば、一対の平滑コンデンサのいずれかに異常が生じると、交流電源電圧のブリッジ整流回路への入力が遮断される。従って、特に交流電源電圧が２００Ｖ系であるときに、一対の平滑コンデンサの一方に異常が生じることによる他方の耐圧オーバによる破損を確実に防止することができる。

本発明の第１実施形態について、図１に示すハーフブリッジ方式のスイッチング電源装置１０を例に挙げて、説明する。

同図に示すように、このスイッチング電源装置１０は、入力端子１２に入力される交流電源電圧としての商用交流電圧Ｖｉを、所定の電圧値の直流電圧Ｖｏに変換して、出力端子１４から出力するものであり、特に、当該商用交流電圧Ｖｉとして、１００Ｖ系および２００Ｖ系の両方の入力に対応可能な、ワールドワイド入力対応型のものである。

具体的には、入力端子１２は、電源（Ｌ）側端子１２ａと接地（Ｎ）側端子１２ｂとから成り、このうちの電源側端子１２ａは、保護手段としてのヒューズ１６と抵抗手段としての突入電流制限用抵抗器１８とを介して、ダイオードブリッジ整流回路２０の一方入力端子２０ａに接続されている。そして、接地側端子１２ｂは、当該ダイオードブリッジ整流回路２０の一方入力端子２０ａと対を成す他方入力端子２０ｂに直接接続されている。さらに、突入電流制限用抵抗器１８と並列に、常開接点（ａ接点）形のリレー２２のスイッチ２２ａが接続されている。なお、突入電流制限用抵抗器１８は、セメント抵抗器１８ａと温度ヒューズ１８ｂとが直列に接続されたいわゆる温度ヒューズ付きセメント抵抗器と呼ばれるものであるが、これに限らず、例えば溶断特性を有する抵抗素子のみによって構成されたものでもよい。また、説明するまでもないが、ダイオードブリッジ整流回路２０は、４つのダイオード２０ｃ，２０ｄ，２０ｅおよび２０ｆによって構成されている。

ダイオードブリッジ整流回路２０の陽極（＋）側出力端子２０ｇは、陽極側の電源ライン２４に接続されており、陰極（−）側出力端子２０ｈは、陰極側の電源ライン、言わば基準ラインとしての接地ライン２６、に接続されている。そして、これら陽極側の電源ライン（以下、単に電源ラインと言う。）２４と接地ライン２６との間に、一対の平滑コンデンサとしての一対の電解コンデンサ２８および３０が、直列に接続されている。詳しくは、一方の電解コンデンサ２８の陽極端子が、電源ライン２４に接続されており、当該一方の電界コンデンサ２８の陰極端子は、他方の電界コンデンサ３０の陽極端子に接続されている。そして、他方の電界コンデンサ３０の陰極端子が、接地ライン２６に接続されている。なお、これら一対の電解コンデンサ２８および３０は、互いに同一規格のアルミニウム電解コンデンサであり、それぞれの耐電圧値は、例えば２００［Ｖ］であり、容量は、例えば１０００［μＦ］である。

さらに、一方の電解コンデンサ２８の両端子間に、言い換えれば当該一方の電解コンデンサ２８と並列に、抵抗器３２とフォトカプラ３４を構成する発光ダイオード３４ａとの直列回路が接続されている。詳しくは、抵抗器３２の一方端子が、電解コンデンサ２８の陽極端子に接続されており、当該抵抗器３２の他方端子は、発光ダイオード３４ａのカソード端子に接続されている。そして、この発光ダイオード３４ａのアノード端子が、電解コンデンサ２８の陰極端子に接続されている。これと同様に、他方の電解コンデンサ３０の両端子間にも、抵抗器３６とフォトカプラ３８を構成する発光ダイオード３８ａとの直列回路が接続されている。詳しくは、抵抗器３６の一方端子が、電解コンデンサ３０の陽極端子に接続されており、当該抵抗器３６の他方端子は、発光ダイオード３８ａのカソード端子に接続されている。そして、この発光ダイオード３８ａのアノード端子が、電解コンデンサ３０の陰極端子に接続されている。

また、これら一対の電解コンデンサ２８および３０の相互接続点Ｐと、ダイオードブリッジ整流回路２０の他方入力端子２０ｂと、の間に、これら両者間Ｐおよび２０ｂを接続しまたは非接続とする整流機能切換手段としての手動のスイッチ４０が、設けられている。なお、この手動スイッチ３０としては、例えばジャンパ線を採用するのが最も簡単かつ安価であるが、トグルスイッチやスライドスイッチ等の適宜のスイッチ部品を採用してもよい。

加えて、電源ライン２４と接地ライン２６との間には、スイッチング手段としての一対のＦＥＴ（Field Effect Transistor）４２および４４が直列に接続されている。詳しくは、一方のＦＥＴ４２のドレイン端子が、電源ライン２４に接続されており、当該一方のＦＥＴ４２のソース端子は、他方のＦＥＴ４４のドレイン端子に接続されている。そして、この他方のＦＥＴ４４のソース端子が、接地ライン２６に接続されている。これら一対のＦＥＴ４２および４４は、それぞれのゲート端子に後述するＦＥＴ駆動回路４６から個別に与えられるスイッチング制御信号ＳａおよびＳｂに従って、スイッチング動作する。

さらに、これら一対のＦＥＴ４２および４４の相互接続点、詳しくは一方のＦＥＴ４２のソース端子と他方のＦＥＴ４４のドレイン端子との相互接続点には、変圧手段としての高周波トランス４８の１次側巻線４８ａの一端が、接続されている。そして、この高周波トランス４８の１次側巻線４８ａの他端は、直流共振用のコンデンサ５０を介して、上述した一対の電界コンデンサ２８および３０の相互接続点Ｐに、接続されている。

高周波トランス４８は、２つの２次側巻線４８ｂおよび４８ｃを有している。このうち、第１の２次側巻線４８ｂは、出力側整流手段としての両波整流回路５２に接続されている。両波整流回路５２は、２つのダイオード５２ａおよび５２ｂを有しており、このうちの一方のダイオード５２ａのアノード端子に、第１の２次側巻線４８ｂの一端が接続されており、他方のダイオード５２ｂのアノード端子に、当該第１の２次側巻線４８ｂの他端が接続されている。そして、これら２つのダイオード５２ａおよび５２ｂのカソード端子は、相互に接続されており、この相互接続点は、上述した出力端子１４を構成する陽極（＋）側端子１４ａに接続されている。また、第１の２次側巻線４８ｂは、センタタップを有しており、このセンタタップは、出力端子１４を構成する陰極（−）側端子１４ｂに接続されている。さらに、出力端子１４の陽極側端子１４ａと陰極側端子１４ｂとの間には、出力側平滑手段としての電界コンデンサ５４が接続されている。詳しくは、陽極側端子１４ａに接続されている陽極ライン５６に、電界コンデンサ５４の陽極端子が接続されており、陰極側端子１４ｂに接続されている陰極ライン５８に、当該電界コンデンサ５４の陰極端子が接続されている。

そして、高周波トランス４８の第２の２次側巻線４８ｃは、サブ電源回路６０に接続されている。このサブ電源回路６０は、上述のＦＥＴ駆動回路４６を駆動するためのサブ電源電圧Ｖｓを生成するものであり、サブ電源用整流手段としての半波整流回路６２を備えている。

半波整流回路６２は、１つのダイオード６２ａを有しており、このダイオード６２ａのアノード端子に、第２の２次側巻線４８ｃの一端が接続されている。そして、当該ダイオード６２ａのカソード端子は、上述した電源ライン２４とは別のサブ電源ライン６４に接続されている。なお、第２の２次側巻線４８ｃの他端は、上述した接地ライン２６に接続されている。

これらサブ電源ライン６４と接地ライン２６との間には、サブ電源用平滑手段としての電界コンデンサ６６が接続されている。詳しくは、サブ電源ライン６４に、この電界コンデンサ６６の陽極端子が接続されており、接地ライン２６に、当該電界コンデンサ６６の陰極端子が接続されている。

また、サブ電源ライン６４には、上述したリレー２２の操作コイル２２ｂと抵抗器６８とを介して、ＮＰＮ型のトランジスタ７０のコレクタ端子が、接続されている。そして、このトランジスタ７０のエミッタ端子は、接地ライン２６に接続されており、当該トランジスタ７０のベース端子は、上述した２つのフォトカプラ３４および３８それぞれを構成する２つのフォトトランジスタ３４ｂおよび３８ｂと定電圧ダイオード７２と抵抗器７４とを介して、サブ電源ライン６４に接続されている。詳しくは、サブ電源ライン６４に、抵抗器７４の一方端子が接続されており、この抵抗器７４の他方端子は、定電圧ダイオード７２のカソード端子に接続されている。そして、定電圧ダイオード７２のアノード端子は、一方のフォトトランジスタ３４ｂのコレクタ端子に接続されており、この一方のフォトトランジスタ３４ｂのエミッタ端子は、他方のフォトトランジスタ３８ｂのコレクタ端子に接続されている。そして、この他方のフォトトランジスタ３８ｂのエミッタ端子が、トランジスタ７０のベース端子に接続されている。

さらに、抵抗器７４と定電圧ダイオード７２との相互接続点は、雑音除去（バイパス）用の電解コンデンサ７６を介して、接地ライン２６に接続されている。詳しくは、抵抗器７４と定電圧ダイオード７２との相互接続点に、電界コンデンサ７６の陽極端子が接続されており、接地ライン２６に、当該電界コンデンサ７６の陰極端子が接続されている。

そして、サブ電源ライン６４は、逆流防止用のダイオード７８を介して、上述したＦＥＴ駆動回路４６内の図示しない電源ラインに接続されている。詳しくは、サブ電源ライン６４側にアノード端子を向け、ＦＥＴ駆動回路４６内の電源ライン側にカソード端子を向けた状態で、当該ダイオード７８が設けられている。

また、ダイオード７８のカソード端子、言い換えればＦＥＴ駆動回路４６内の電源ラインは、雑音除去用の電解コンデンサ８０を介して、接地ライン２６に接続されている。詳しくは、ダイオード７８のカソード端子に、電解コンデンサ８０の陽極端子が接続されており、接地ライン２６に、当該電解コンデンサ８０の陰極端子が接続されている。

このように構成されたスイッチング電源装置１０は、次のように動作する。

例えば、今、商用交流電圧Ｖｉが１００Ｖ系である、具体的には当該商用交流電圧Ｖｉの実効値が１００［Ｖ］〜１２０［Ｖ］である、とする。この場合、図示しない主電源スイッチがオフされている状態、つまり商用交流電圧Ｖｉが入力端子１２（１２ａおよび１２ｂ）に入力されていない状態で、上述した手動スイッチ４０によって、ダイオードブリッジ整流回路２０の他方入力端子２０ｂと、一対の電解コンデンサ２８および３０の相互接続点Ｐとが、接続される。

そして、主電源スイッチがオンされると、商用交流電圧Ｖｉが入力端子１２に入力される。この言わば起動時においては、上述した常開接点形のリレー２２のスイッチ２２ａはオフの状態にあるので、当該商用交流電圧Ｖｉは、ヒューズ１６のみならず、突入電流制限用抵抗器１８をも介して、ダイオードブリッジ整流回路２０の入力端子２０ａおよび２０ｂに入力される。このように起動時に突入電流制限用抵抗器１８を介して商用交流電圧Ｖｉがダイオードブリッジ整流回路２０に入力されることで、当該起動時におけるダイオードブリッジ整流回路２０以降への突入電流の流入が防止される（厳密には突入電流の大きさ（ピーク）が抑制される）。

ここで、ダイオードブリッジ整流回路２０は、倍電圧整流回路として機能する。即ち、商用交流電圧Ｖｉが正期間であるとき、電源ライン２４側に接続されている一方の電解コンデンサ２８の両端子間に、当該一方の電解コンデンサ２８の陰極端子側を基準電位とする最大値が約１４０［Ｖ］〜約１７０［Ｖ］の半波整流された整流後電圧Ｖ１が印加される。そして、この一方の電解コンデンサ２８による平滑作用によって、当該一方の電解コンデンサ２８の両端子間に、１４０［Ｖ］弱〜１７０［Ｖ］弱の直流電圧が現れる。次いで、商用交流電圧Ｖｉが負期間であるとき、接地ライン２６側に接続されている他方の電解コンデンサ３０の両端子間に、当該他方の電解コンデンサ３０の陰極端子側を基準電位とする最大値が約１４０［Ｖ］〜約１７０［Ｖ］の半波整流された整流後電圧Ｖ２が印加される。そして、この他方の電解コンデンサ３０による平滑作用によって、当該他方の電解コンデンサ３０の両端子間に、１４０［Ｖ］弱〜１７０［Ｖ］弱の直流電圧が現れる。この結果、これら一対の電解コンデンサ２８および３０から成る直列回路の両端間、つまり電源ライン２４と接地ライン２６との間に、当該接地ライン２６側を基準電位とする２８０［Ｖ］弱の直流電圧が現れる。

また、上述の如く一方の電解コンデンサ２８の両端子間に１４０［Ｖ］弱の直流電圧が現れることで、当該一方の電解コンデンサ２８に並列に接続されている抵抗器３２と発光ダイオード３４ａとの直列回路の当該発光ダイオード３４ａが発光する。これに応答して、発光ダイオード３４ａと対を成すフォトトランジスタ３４ｂがオンする。同様に、他方の電解コンデンサ３０の両端子間にも１４０［Ｖ］弱の直流電圧が現れることで、当該他方の電解コンデンサ３０に並列に接続された抵抗器３６と発光ダイオード３８ａとの直列回路の当該発光ダイオード３８ａも発光する。これに応答して、発光ダイオード３８ａと対を成すフォトトランジスタ３８ｂがオンする。

そして、上述した一対のＦＥＴ４２および４４が、ＦＥＴ駆動回路４６から個別に与えられるスイッチング制御信号ＳａおよびＳｂに従って、スイッチング動作し、詳しくは交互にオン／オフする。すると、高周波トランス４８の１次側巻線４８ａに、これら一対のＦＥＴ４２および４４のスイッチング動作に応じた周波数、例えば１２０［ｋＨｚ］〜１３０［ｋＨｚ］という周波数、の高周波電圧が現れる。なお、起動時においては、ＦＥＴ駆動回路４６を駆動するための上述したサブ電源電圧Ｖｓが未だ生成されていない状態にあるので、当該ＦＥＴ駆動回路４６は、起動時にのみ、図示しない起動回路から与えられる電圧に基づいて駆動する。この起動回路については、本発明の主旨に直接関係しないので、これ以上の詳細な説明は省略する。

このように高周波トランス４８の１次側巻線４８ａに高周波電圧が現れると、高周波トランス４８の第１の２次側巻線４８ｂにも同じ周波数の高周波電圧が現れる。なお、この第１の２次側巻線４８ｂに現れる高周波電圧の大きさは、当該２次側巻線４８ｂの巻数（厳密には２次側巻線４８ｂの一端からセンタタップまでの巻数）Ｎ２と、１次側巻線４８ａの巻数Ｎ１と、の比率（Ｎ１：Ｎ２）によって決まる。本第１実施形態では、上述した直流電圧Ｖｏの大きさが、例えば２４［Ｖ］〜２８０［Ｖ］の任意値になるように、これら１次側巻線４８ａと２次側巻線４８ｂとの巻数比が決定される。

高周波トランス４８の第１の２次側巻線４８ｂに現れた高周波電圧は、両波整流回路５２によって全波整流（両波整流）され、さらに電界コンデンサ５４によって平滑される。これにより、出力端子１４（１４ａおよび１４ｂ）に上述した直流電圧Ｖｏが現れ、当該出力端子１４から出力される。

これと併せて、高周波トランス４８の第２の２次側巻線４８ｃにも、第１の２次側巻線４８ｂに現れるのと同じ周波数の高周波電圧が現れる。そして、この第２の２次側巻線４８ｃに現れる高周波電圧の大きさもまた、当該２次側巻線４８ｃの巻数Ｎ３と、１次側巻線４８ａの巻数Ｎ１と、の比率（Ｎ１：Ｎ３）によって決まり、例えば次に説明する電界コンデンサ６６の両端子間の電圧Ｖ３が最終的に約１０［Ｖ］になるように決定される。

この第２の２次側巻線４８ｂに現れた高周波電圧は、半波整流回路６２によって半波整流され、さらに電界コンデンサ６６によって平滑される。これにより、電界コンデンサ６６の両端子間、つまりサブ電源ライン６４と接地ライン２６との間に、接地ライン２６側を基準電位とする上述したＶ３という直流電圧が現れる。

このようにサブ電源ライン６４と接地ライン２６との間に直流電圧Ｖ３が現れることで、これらサブ電源ライン６４と接地ライン２６との間に介在する定電圧ダイオード７２に、逆バイアス電圧が印加される。また、この定電圧ダイオード７２は、互いに直列に接続された２つのフォトトランジスタ３４ｂおよび３８ｂを介して、トランジスタ７０のベース端子に接続されているが、これら２つのフォトトランジスタ３４ｂおよび３８ｂは、上述したようにいずれもオン状態にある。この結果、トランジスタ７０のベース端子に、当該トランジスタ７０をオンさせるのに必要な電圧が印加される。そして、このトランジスタ７０がオンすることによって、サブ電源ライン６４と接地ライン２６との間に、リレー２２の操作コイル２２ｂ，抵抗器６８および当該トランジスタ７０から成る直流回路が、形成される。すると、リレー２２の操作コイル２２ｂに電流が流れ、当該リレー２２の上述したスイッチ２２ａがオンされる。これにより、商用交流電圧Ｖｉが、突入電流制限用抵抗器１８を介さずに、リレー２２のスイッチ２２ａを介して言わば直接的に、ダイオードブリッジ整流回路２０に入力されるようになる。要するに、突入電流制限用抵抗器１８という起動時にのみ必要とされる抵抗成分、言い換えれば起動後は不要とされる抵抗成分、が回路構成から外される。

さらに、サブ電源ライン６４および接地ライン２６との間に現れる直流電圧Ｖ３は、ダイオード７８を介して、上述したサブ電源電圧Ｖｓとして、ＦＥＴ駆動回路４６に供給される。これ以降、ＦＥＴ駆動回路４６は、上述した図示しない起動回路から与えられる電圧に代えて、当該サブ電源電圧Ｖｓの供給を受けて、駆動する。つまり、ＦＥＴ駆動回路４６を含むスイッチング電源装置１０全体が、起動時から定常時へと移行する。

これに対して、商用交流電圧Ｖｉが２００Ｖ系であるとき、具体的には当該商用交流電圧Ｖｉの実効値が２００［Ｖ］〜２４０［Ｖ］であるときは、上述した主電源スイッチがオフされている状態において、手動スイッチ４０により、ダイオードブリッジ整流回路２０の他方入力端子２０ｂと、一対の電解コンデンサ２８および３０の相互接続点Ｐとが、非接続とされる。

そして、主電源スイッチがオンされると、商用交流電圧Ｖｉが入力端子１２に入力される。この商用交流電圧Ｖｉが２００Ｖ系であるときも、起動時においては、当該商用交流電圧Ｖｉは、ヒューズ１６および突入電流制限用抵抗器１８を介して、ダイオードブリッジ整流回路２０の入力端子２０ａおよび２０ｂに入力される。これにより、当該起動時におけるダイオードブリッジ整流回路２０以降への突入電流の流入が防止される。

ただし、商用交流電圧Ｖｉが２００Ｖ系であるときには、ダイオードブリッジ整流回路２０は、全波整流回路として機能する。即ち、ダイオードブリッジ整流回路２０の出力端子２０ｇおよび２０ｈ間に、陰極側の出力端子２０ｈ側を基準電位とする最大値が約２８０［Ｖ］〜約３４０［Ｖ］の全波整流された整流後電圧が現れる。そして、このダイオードブリッジ整流回路２０の出力端子２０ｇおよび２０ｈ間に直列に接続されている一対の電解コンデンサ２８および３０による平滑作用によって、これら一対の電解コンデンサ２８および３０から成る直列回路の両端間、つまり電源ライン２４と接地ライン２６との間に、当該接地ライン２６側を基準電位とする２８０［Ｖ］弱〜３４０［Ｖ］弱の直流電圧が現れる。これ以降は、商用交流電圧Ｖｉが１００Ｖ系であるときと同様である。

要するに、本第１実施形態によれば、商用交流電圧Ｖｉが１００Ｖ系であっても２００Ｖ系であっても、電源ライン２４と接地ライン２６との間には、２８０［Ｖ］弱〜３４０［Ｖ］弱という同じ大きさの直流電圧が現れる。つまり、１００Ｖ系および２００Ｖ系のいずれにも対応可能なワールドワイド入力対応型のスイッチング電源装置１０が実現される。

ところで、商用交流電圧Ｖｉが１００Ｖ系であるときには、上述したように一対の電解コンデンサ２８および３０それぞれの両端子間に、最大値が約１４０［Ｖ］〜約１７０［Ｖ］の整流後電圧Ｖ１およびＶ２が印加される。また、商用交流電圧Ｖｉが２００Ｖ系であるときには、一対の電解コンデンサ２８および３０から成る直列回路の両端間に、最大値が約２８０［Ｖ］〜約３４０［Ｖ］の整流後電圧が印加されるので、それぞれの電解コンデンサ２８および３０の両端子間に印加される電圧Ｖ１およびＶ２は、その半分の最大約１４０［Ｖ］〜約１７０［Ｖ］となる。つまり、商用交流電圧Ｖｉが１００Ｖ系であっても２００Ｖ系であっても、それぞれの電解コンデンサ２８および３０の両端子間に印加される電圧Ｖ１およびＶ２は、最大約１４０［Ｖ］〜約１７０［Ｖ］である。従って、それぞれの電解コンデンサ２８および３０の耐電圧値は、この最大約１４０［Ｖ］〜約１７０［Ｖ］という印加電圧値以上であればよく、例えば余裕を考慮して概ね２００［Ｖ］以上であればよい。ただし、この耐電圧値が大きいほど、電解コンデンサ２８および３０の外形寸法は大きくなり、価格も上昇する。ゆえに、この電解コンデンサ２８および３０を含むスイッチング電源装置１０全体の小型化および低価格化を図るためにも、本第１実施形態では、当該電解コンデンサ２８および３０として、上述したように耐電圧値が２００［Ｖ］のものが採用されている。

さらに、本第１実施形態では、２つのフォトカプラ３４および３８が設けられているが、これは、次のような理由による。

即ち、商用交流電圧Ｖｉが２００Ｖ系であるときに、一対の電解コンデンサ２８および３０の一方、例えば電源ライン２４側に接続されている電解コンデンサ２８、に異常が生じて、例えば当該電解コンデンサ２８が短絡状態になる、と仮定する。すると、他方の電解コンデンサ３０の両端子間に最大約２８０［Ｖ］〜約３４０［Ｖ］の全波整流された整流後電圧が印加されることになり、当該他方の電解コンデンサ３０が耐圧オーバの状態となる恐れがある。もし、この耐圧オーバの状態が続くと、他方の電解コンデンサ３０が破損して、その本体の安全弁が外れて当該本体内から煙や電解液が噴出し、極めて危険かつ衝撃的である。

しかしながら、一方の電解コンデンサ２８が上述の如く短絡状態になると、当該一方の電解コンデンサ２８の両端子間の電圧Ｖ１が略０［Ｖ］になる。そして、この電解コンデンサ２８に並列に接続されている発光ダイオード３４ａが発光しなくなり、これに応答して、当該発光ダイオードと対を成すフォトトランジスタ３４ｂがオフされる。すると、このフォトトランジスタ３４ｂを介して互いに接続されていた定電圧ダイオード７２とトランジスタ７０のベース端子との間が電気的に切断されて、当該トランジスタ７０がオフされる。これにより、このトランジスタ７０のコレクタ端子に抵抗器６８を介して接続されているリレー２２の操作コイル２２ｂに電流が流れなくなり、当該リレー２０のスイッチ２２ａがオフされる。つまり、起動時と等価な状態が強制的に形成される。

この起動時と等価な状態においては、上述したように商用交流電圧Ｖｉが突入電流制限用抵抗器１８を介してダイオードブリッジ整流回路２０に入力される。また、このとき、一方の電解コンデンサ２８が上述の如く短絡状態にあることで、ダイオードブリッジ整流回路２０に過電流が流れ込むが、この過電流は、突入電流制限用抵抗器１８を介して流通する。そして、この状態が続くと、突入電流制限用抵抗器１８（温度ヒューズ１８ｂ）が溶断して、商用交流電圧Ｖｉのダイオードブリッジ整流回路２０への入力が遮断される。これにより、それぞれの電解コンデンサ２８および３０に印加される電圧Ｖ１およびＶ２自体がなくなり、上述の耐圧オーバが阻止される。併せて、スイッチング電源装置１０を構成する他の要素も保護される。

なお、他方の電解コンデンサ３０が短絡状態になったときも、これと同様である。即ち、他方の電解コンデンサ３０が短絡状態になると、当該電解コンデンサ３０の両端子間の電圧Ｖ２が略０［Ｖ］になる。そして、この電解コンデンサ３０に並列に接続されている発光ダイオード３８ａが発光しなくなり、これに応答して、当該発光ダイオード３８ａと対を成すフォトトランジスタ３８ｂがオフされる。この結果、トランジスタ７０がオフされて、ひいてはリレー２０のスイッチ２２ａがオフされる。そして、最終的に、突入電流制限用抵抗器１８が溶断して、商用交流電圧Ｖｉのダイオードブリッジ整流回路２０への入力が遮断される。

このことは、両方の電解コンデンサ２８および３０が短絡状態になったときも、同様である。また、商用交流電圧Ｖｉが１００Ｖ系であるときにも、（耐圧オーバという現象は生じないが）同様である。

以上のように、本第１実施形態によれば、一対の電解コンデンサ２８および３０のいずれかに異常が生じると、商用交流電圧Ｖｉのダイオードブリッジ整流回路２０への入力が自動的に遮断される。従って、特に商用交流電圧Ｖｉが２００Ｖ系であるときに、一対の電解コンデンサ２８および３０の一方に異常が生じることによる他方の耐圧オーバによる破損を確実に防止することができる。

なお、上述した過電流が突入電流制限用抵抗器１８に流れるときは、当該過電流はヒューズ１６にも流れる。従って、これら突入電流制限用抵抗器１８とヒューズ１６とのそれぞれの溶断特性（定格容量）の兼ね合いによっては、突入電流制限用抵抗器１８が溶断する前に、ヒューズ１６が先に溶断する場合がある。ただし、常套的には、突入電流制限用抵抗器１８に比べてヒューズ１６の方が大きな定格容量とされるので、そうすると、当然に、突入電流制限用抵抗器１８が溶断して、ヒューズ１６が溶断することはない。特に、スイッチング電源装置１０の定格出力が大きいほど、定格容量の大きいヒューズ１６が採用されるので、この傾向は顕著になる。参考までに、本第１実施形態においては、スイッチング電源装置１０の負荷として、例えばＰＡ（Public Address）用のパワーアンプが想定されており、このＰＡ用パワーアンプを駆動するには、通常、数十［Ｗ］〜数百［Ｗ］という比較的に大きな定格出力が必要とされるので、やはり突入電流制限用抵抗器１８が溶断して、ヒューズ１６が溶断することはない。

また、本第１実施形態においては、整流機能切換手段として、手動スイッチ４０を採用したが、これに限らない。例えば、入力端子１２に入力される商用交流電圧Ｖｉが１００Ｖ系であるのか２００Ｖ系であるのかに応じて、ダイオードブリッジ整流回路２０の整流機能を自動的に切り換えるようにしてもよい。

さらに、一対の電解コンデンサ２８および３０のいずれかに異常が生じたときに、突入電流制限用抵抗器１８を故意に溶断させることで、当該一対の電解コンデンサ２８および３０を含むスイッチング電源装置１０の保護を図ったが、これに限らない。例えば、入力端子１２とダイオードブリッジ整流回路２０との間に、上述したのとは別の常開接点型のリレー（スイッチ）を介在させると共に、一対の電解コンデンサ２８および３０のいずれかに異常が生じたときに、当該リレーがオフするように、適宜の回路を構成してもよい。

また、一対の電解コンデンサ２８および３０それぞれの両端子間の電圧Ｖ１およびＶ２を言わば監視することで、これら一対の電解コンデンサ２８および３０に異常が生じていないかどうかを検出することとしたが、これに限らない。例えば、直流共振用のコンデンサ５０の両端子間電圧Ｖ４を監視することで、各電解コンデンサ２８および３０に異常が生じていないかどうかを検出するようにしてもよい。即ち、各コンデンサ２８および３０の両方が正常なときには、コンデンサ５０の両端子間電圧Ｖ４は直流的に略０［Ｖ］であり、つまりバランスしている。これに対して、各コンデンサ２８および３０のいずれかに異常（短絡）が生じると、コンデンサ５０の両端子間電圧Ｖ４はアンバランスとなり、詳しくは約１４０［Ｖ］〜約１７０［Ｖ］になる。従って、このコンデンサ５０の両端子間電圧Ｖ４を監視することによっても、各電解コンデンサ２８および３０に異常が生じていないかどうかを検出することができる。この場合、監視対象が１箇所であるため、当該監視のための構成が簡素化され、例えばフォトカプラは１つで足りる。ただし、コンデンサ５０の両端子間電圧Ｖ４は、それぞれの平滑コンデンサ２８および３０の両端子間の電圧Ｖ１およびＶ２とは反対の態様を呈するので、この電圧Ｖ４の態様に合わせて、トランジスタ７０をオン／オフさせる必要がある。つまり、当該コンデンサ５０の両端子間電圧Ｖ４が略０［Ｖ］であるときに、トランジスタ７０をオンさせ、そうでないときには、トランジスタ７０をオフさせる必要がある。

次に、本発明の第２実施形態について、図２を参照して、説明する。

この図２に示すように、本第２実施形態のスイッチング電源装置１００は、図１に示した第１実施形態のスイッチング電源装置１０の構成に対して、停止回路１０２を設けると共に、この停止回路１０２に、各フォトカプラ３４および３８のフォトトランジスタ３４ｂおよび３８ｂを付属させたものである。これ以外の構成については、図１と同様であり、これら同様な部分には、図１と同一符号を付して、それぞれの詳細な説明を省略する。

即ち、停止回路１０２は、各フォトトランジスタ３４ｂおよび３８ｂのいずれかがオフされると、言い換えれば一対の電解コンデンサ２８および３０のいずれかが短絡状態になると、ＦＥＴ駆動回路４６の動作を停止させるための停止信号Ｓｔを当該ＦＥＴ駆動回路４６に供給する。これを受けて、ＦＥＴ駆動回路４６は、その動作を停止し、つまり各ＦＥＴ４２および４４へのスイッチング制御信号ＳａおよびＳｂの供給を停止する。すると、当然に、各ＦＥＴ４２および４４のスイッチング動作が停止されるので、高周波トランス４８の１次側巻線４８ａに高周波電圧が現れなくなり、これに伴い、第１の２次側巻線４８ｂおよび第２の２次側巻線４８ｃのいずれにも高周波電圧が現れなくなる。そして、特に、第２の２次側巻線４８ｃに高周波電圧が現れなくなることによって、当該第２の２次側巻線４８ｃから高周波電圧を取り込むサブ電源回路６０が動作しなくなる。この結果、サブ電源回路６０に含まれるリレー２２の操作コイル２２ｂにも電流が流れなくなり、当該リレー２０のスイッチ２２ａがオフされる。そして、最終的に、電流制限用抵抗器１８が溶断して、商用交流電圧Ｖｉのダイオードブリッジ整流回路２０への入力が遮断される。

なお、本第２実施形態においても、第１実施形態と同様、様々なオプションを適用することができる。例えば、整流機能切換手段として、手動スイッチ４０以外のものを採用してもよい。また、突入電流制限用抵抗器１８を故意に溶断させるのではなく、これ以外の方法で、商用交流電圧Ｖｉのダイオードブリッジ整流回路２０への入力を遮断してもよい。さらに、直流共振用のコンデンサ５０の両端子間電圧Ｖ４を監視することで、一対の電解コンデンサ２８および３０のいずれかに異常が生じたことを検出してもよい。

また、上述の停止回路１０２からＦＥＴ駆動回路４６に停止信号Ｓｔを供給することによって、当該ＦＥＴ駆動回路４６の動作を停止させたが、これに限らない。例えば、サブ電源回路６０からＦＥＴ駆動回路４６へのサブ電源電圧Ｖｓの供給路を切断したり、或いは、第２の２次側巻線４８ｃとサブ電源回路６０とを非接続としたりすることによって、ＦＥＴ駆動回路４６の動作を停止してもよい。

本発明の第１実施形態に係るスイッチング電源装置の概略構成を示す電気回路図である。本発明の第２実施形態に係るスイッチング電源装置の概略構成を示す電気回路図である。

符号の説明

１０スイッチング電源装置
１８突入電流制限用抵抗器
２０ダイオードブリッジ整流回路
２２リレー
２８，３０電解コンデンサ
３４，３８フォトカプラ
７０トランジスタ

Claims

交流電源電圧が入力されるブリッジ整流回路と、
上記ブリッジ整流回路の出力端子間に直列に接続された一対の平滑コンデンサと、
上記交流電源電圧が低電圧態様であるとき上記ブリッジ整流回路の一方の入力端子と上記一対の平滑コンデンサの相互接続点とを接続することによって該ブリッジ整流回路を倍電圧整流回路として機能させ、該交流電源電圧が高電圧態様であるとき該ブリッジ整流回路の一方の入力端子と該一対の平滑コンデンサの相互接続点とを非接続とすることによって該ブリッジ整流回路を全波整流回路として機能させる整流機能切換手段と、
上記ブリッジ整流回路の出力端子間に直列に接続されており個別に与えられるスイッチング制御信号に従って交互にオン／オフする一対のスイッチング手段と、
２次側巻線が出力側整流手段に接続された高周波トランスの１次側巻線を介して上記一対のスイッチング手段の相互接続点と上記一対の平滑コンデンサの相互接続点との間に接続された直流共振用コンデンサと、
を具備する電源装置において、
上記一対の平滑コンデンサそれぞれの耐電圧値は少なくとも上記交流電源電圧が上記高電圧態様であるときに該一対の平滑コンデンサから成る直列回路の両端間に印加される電圧値よりも小さく、
上記一対の平滑コンデンサそれぞれに異常が生じたとき該異常を検出する検出手段と、
上記検出手段によって上記異常が検出されたとき上記交流電源電圧の上記ブリッジ整流回路への入力を遮断する遮断手段と、
をさらに具備し、
上記検出手段は上記直流共振用コンデンサの両端子間電圧を監視することによって上記異常を検出すること、
を特徴とする電源装置。
溶断特性を有する抵抗手段を含み、上記電源装置の起動時にのみ上記交流電源電圧が該抵抗手段を介して上記ブリッジ整流回路に入力され、該電源装置の起動後は該交流電源電圧が該抵抗手段を回避して直接的に該ブリッジ整流回路に入力されるように、該交流電源電圧の該ブリッジ整流回路への入力経路を制御する突入電流防止手段を、さらに備え、
上記遮断手段は上記検出手段によって上記異常が検出されたとき上記突入電流防止手段を強制的に上記起動時と等価な状態に遷移させることで上記交流電源電圧の上記ブリッジ整流回路への入力を遮断する、
請求項１に記載の電源装置。