JP5583616B2

JP5583616B2 - スイッチング電源装置

Info

Publication number: JP5583616B2
Application number: JP2011042652A
Authority: JP
Inventors: 祥橋本
Original assignee: Aiphone Co Ltd
Current assignee: Aiphone Co Ltd
Priority date: 2011-02-28
Filing date: 2011-02-28
Publication date: 2014-09-03
Anticipated expiration: 2031-02-28
Also published as: JP2012182877A

Description

本発明はスイッチング電源装置において、特定の周波数成分を持つノイズの入力に応じて当該スイッチング電源装置の入力インピーダンスを変化させることにより、電源装置の異常動作を防止する技術に関するものである。

従来のスイッチング電源装置の一例として、図３に示すような回路構成によるフライバックコンバータ方式のスイッチング電源装置がある。

図２において、スイッチング電源装置は、入力ラインフィルタ回路２１、電源回路３、電源回路保護用ヒューズＦＳ１より構成される。

入力ラインフィルタ回路２１は電源回路３および商用電源１から入ってくるコモンモードノイズを低減するためのコモンモードチョークコイルＣＦ１と、電源回路３および商用電源１から入ってくるノーマルモードノイズを低減するためのノイズ除去コンデンサＣ１１より構成される。

電源回路３は、交流電圧の整流をおこなうブリッジダイオードＤＢ１と、整流された電圧の平滑をおこなう１次側平滑コンデンサＣ３と、１次側の電力を２次側へ伝達するスイッチングトランスＴ１と、スイッチング動作をおこなうトランジスタＴＲ１と、スイッチング動作の制御をおこなう制御回路Ｍ１と、スイッチング電圧を整流するダイオードＤ１と、整流された電圧の平滑をおこなう２次側平滑コンデンサＣ４により構成される。

以下、スイッチング電源装置の基本動作及びノイズが入力されたときの動作について説明する。

規定の電圧および周波数が入力された場合は電源回路保護用ヒューズＦＳ１、コモンモードチョークＣＦ１を通り、電源回路３によって任意の直流電圧、電力に変換されて出力される。

コモンモードチョークＣＦ１は鉄心やフェライトなどのコアに二本の線を一緒に巻いてあり、コモンモードの信号に対してのみコイルとして働くという動作を行うため、コモンモードのノイズ信号が入力されると、コモンモードチョークにより除去され、電源回路３へ入力されることを防ぐ。

ノイズ除去コンデンサＣ１１はノーマルモードのノイズに対して入力側へ返す働きをするため、ノーマルモードノイズが電源回路３へ入力されることを防ぐ。

特開平９−２３６３８号公報

従来のスイッチング電源装置では、入力ラインフィルタ回路２１のコモンモードチョークＣＦ１がリアクタンス成分Ｌ１をもち、ノイズ除去コンデンサＣ１１が容量成分ＣＰ１１をもつため、以下の数式に示す共振周波数ｆ１を持つ。

共振周波数ｆ１では急激にインピーダンスが下がってしまうため、近隣のインバータエアコンやインバータ照明機器等の電気機器から、入力ラインフィルタ回路２１の共振周波数ｆ１と同じ周波数ｆ１を持つノイズが入力されると、商用電源１、コモンモードチョークＣＦ１、ノイズ除去コンデンサＣ１１、コモンモードチョークＣＦ１、を通って大電流が流れ、電源回路保護用ヒューズＦＳ１が溶断してしまうという問題がある。

本発明は、入力ラインフィルタ回路の共振周波数と同じ周波数のノイズが入力された場合においても、入力ラインフィルタ回路の共振周波数を変化させることで、電源回路保護用ヒューズＦＳ１が溶断することを防ぐことを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明のスイッチング電源装置は、ノイズ除去コンデンサを少なくとも２つ並列に備えるとともに、ノイズ除去コンデンサにそれぞれ直列接続する共振対策ヒューズを備え、特定の周波数のノイズによりノイズ除去コンデンサに過大な電流が流れたときに少なくとも１つが電源回路保護用ヒューズより小さい溶断電流で溶断することで、ノイズ除去コンデンサ及び１次側平滑コンデンサによる合成容量を変化させて共振点をずらすことにより、電源回路保護用ヒューズが溶断することを防いで電力供給を続けることができる。

請求項１の発明によれば、ノイズ除去コンデンサを複数並列に備えるとともに、電源回路保護用ヒューズよりも溶断電流が小さい共振対策ヒューズをそれぞれのノイズ除去コンデンサに直列に接続することにより、特定の周波数のノイズが入力されたときに共振対策ヒューズのすくなくとも１つを溶断させ、コンデンサの合成容量を変化させることで共振点をずらし、共振による電流を完全に遮断して電源回路保護用ヒューズが溶断することを防ぐことができる。

請求項２の発明によれば、請求項１の共振対策ヒューズに代えてポジスタ、サーミスタ、ポリスイッチ等の可逆的過電流保護部品を使用することにより、電源回路保護用ヒューズの作動電流を超えない範囲で共振による電流を流すことによって電源回路保護用ヒューズが溶断することを防ぐとともに、ノイズ周波数が変動した時も追随して作動することができる。

図１は本発明のスイッチング電源装置の回路図の一実施例である。図２は本発明のスイッチング電源装置の回路図の他の実施例である。図３は従来技術の本発明のスイッチング電源装置回路図である。

第１の実施例として、図１の装置をもとに説明する。図１は本発明のスイッチング電源装置の回路図を示したものであり、従来技術同様の動作を行なうものについては図３と同じ符号を附している。

図１において、１はノイズを含む商用電源、２ａは入力ラインフィルタ回路、３は電源回路であり、商用電源１と入力ラインフィルタ回路２の間には電源回路保護用ヒューズＦＳ１が接続され、電源回路３の出力端には負荷ＲＬが接続されている。

入力ラインフィルタ回路２は電源回路３および商用電源１から入ってくるコモンモードノイズを低減するためのコモンモードチョークコイルＣＦ１と、電源回路３および商用電源１から入ってくるノーマルモードノイズを低減するためのノイズ除去コンデンサＣ１と、ノイズ除去コンデンサＣ１に過電流が流れることにより溶断し、電源回路保護用ヒューズＦＳ１に比べて溶断電流が小さい特性を持つ共振対策ヒューズＦＳ２と、ノイズ除去コンデンサＣ１と並列に配置され、ノイズ除去コンデンサＣ１と容量値が異なるノイズ除去コンデンサＣ２と、ノイズ除去コンデンサＣ２に流れる電流により溶断する特性を持ち電源回路保護用ヒューズＦＳ１に比べて溶断電流が小さい共振対策ヒューズＦＳ３により構成される。

電源回路３は、交流電圧の整流をおこなうブリッジダイオードＤＢ１と、整流された電圧の平滑をおこなう１次側平滑コンデンサＣ３と１次側の電力を２次側へ伝達するスイッチングトランスＴ１と、スイッチング動作をおこなうトランジスタＴＲ１と、スイッチング動作の制御をおこなう制御回路Ｍ１と、スイッチング電圧を整流するダイオードＤ１と、整流された電圧の平滑をおこなう２次側平滑コンデンサＣ４により構成される。

以下、動作について図１をもとに説明する。ここでは、電源回路３によるスイッチング動作については説明を省略し、入力電流に重畳するノイズによる挙動について説明する。

コモンモードチョークＣＦ１は鉄心やフェライトなどのコアに二本の線を一緒に巻いてあり、コモンモードのノイズ信号に対してのみコイルとして働くという挙動をするため、コモンモードのノイズ信号が入力されても、コモンモードチョークＣＦ１により電源回路３へノイズ信号が入力されることを防ぐ。

ノーマルモードのノイズはノイズ除去コンデンサＣ１とノイズ除去コンデンサＣ２の合成容量ＣＰ３によりノイズを入力側へ返す働きをするため、ノーマルモードノイズが電源回路３へ入力されることを防ぐ。

本電源の入力ラインフィルタ回路２の共振周波数は、コモンモードチョークＣＦ１のリアクタンス成分Ｌ１と、ノイズ除去コンデンサＣ１とノイズ除去コンデンサＣ２の合成容量ＣＰ３をもつため、

の共振周波数を持つ。

商用電源１からｆ２に近い周波数のノイズが入力されると、商用電源１、電源回路保護用ヒューズＦＳ１、コモンモードチョークＣＦ１、共振対策ヒューズＦＳ２または共振対策ヒューズＦＳ３、ノイズ除去コンデンサＣ１またはノイズ除去コンデンサＣ２、コモンモードチョークＣＦ１、の経路で大電流が流れる。このとき、ノイズ除去コンデンサＣ１に大きな電流が流れると共振対策ヒューズＦＳ２が、あるいはノイズ除去コンデンサＣ２に大きな電流が流れると共振対策ヒューズＦＳ３が、それぞれ溶断する。なお、共振対策ヒューズＦＳ２及び共振対策ヒューズＦＳ３は電源回路保護用ヒューズＦＳ１よりも溶断電流が小さいため、この時点で電源回路保護用ヒューズＦＳ１が溶断することはない。

共振対策ヒューズＦＳ２または共振対策ヒューズＦＳ３が溶断すると、これまでノイズ除去コンデンサＣ１とノイズ除去コンデンサＣ２の合成容量であった容量成分ＣＰ３がノイズ除去コンデンサＣ１の容量成分ＣＰ１またはノイズ除去コンデンサＣ２の容量成分ＣＰ２へと変化し、共振周波数は

または

へと変化する。

共振周波数がｆ３またはｆ４に変化することにより、商用電源１からｆ２に近い周波数のノイズが入力されたとしても、入力ラインフィルタ回路２には大電流が流れることがなくなるため、電源回路保護用ヒューズＦＳ１の溶断を防ぐことができるとともに、共振対策ヒューズＦＳ２または共振対策ヒューズＦＳ３のうち少なくとも１つが溶断せずに残っているため、ノーマルモードノイズが電源回路３へ入力されることを防ぐ動作は継続される。

第２の実施例として、共振対策ヒューズＦＳ２及び共振対策ヒューズＦＳ３に代えて、サーミスタ、ポジスタ（登録商標）、ポリスイッチ（登録商標）等の可逆的過電流保護部品を使用した例を示す。本実施例では図２において、入力ラインフィルタ回路２ｂには図１の共振対策ヒューズＦＳ２に代えてサーミスタＰＨ１を、共振対策ヒューズＦＳ３に代えてサーミスタＰＨ２を備えている。その他の部品については第１の実施例と同等であるために図１と同じ符号を附す。

以下、動作について図２をもとに、入力電流に重畳するノイズによる挙動について、第１の実施例との差異点を中心に説明する。

本電源の入力ラインフィルタ回路２の共振周波数は、第１の実施例と同様にｆ２の共振周波数を持つ。

商用電源１からｆ２に近い周波数のノイズが入力されると、商用電源１、電源回路保護用ヒューズＦＳ１、コモンモードチョークＣＦ１、サーミスタＰＨ１またはサーミスタＰＨ２、ノイズ除去コンデンサＣ１またはノイズ除去コンデンサＣ２、コモンモードチョークＣＦ１、の経路で大電流が流れる。このとき、ノイズ除去コンデンサＣ１に大きな電流が流れるとサーミスタＰＨ１が、あるいはノイズ除去コンデンサＣ２に大きな電流が流れるとサーミスタＰＨ２が、それぞれの作動電流の値を超えることにより抵抗値が上昇する。抵抗値の上昇により、第１の実施例と同様に共振周波数がｆ１から変動するが、共振周波数がｆ１から大きく変動するとサーミスタＰＨ１またはサーミスタＰＨ２を流れる電流は減少して抵抗値が元の値に戻るため、当該経路にはサーミスタＰＨ１またはサーミスタＰＨ２の作動電流にほぼ等しい値の電流値が流れつづける。なお、サーミスタＰＨ１及びサーミスタＰＨ２の作動電流は電源回路保護用ヒューズＦＳ１の溶断電流よりも小さいため、この動作により電源回路保護用ヒューズＦＳ１が溶断することはない。

なお、第１及び第２の実施例では、ノイズ除去コンデンサは２つとなっているが、３つ以上備えられていても同様の効果を奏する。

１商用電源
２、２ｂ入力ラインフィルタ回路
３電源回路
Ｃ１、Ｃ２ノイズ除去コンデンサ
Ｃ３１次側平滑コンデンサ
ＣＦ１コモンモードチョークコイル
ＦＳ１電源回路保護用ヒューズ
ＦＳ２、ＦＳ３共振対策ヒューズ
ＰＨ１、ＰＨ２可逆的過電流保護部品（サーミスタ）

Claims

商用電源からの交流電圧を任意の直流電圧および電力に変換する機能を持ち、直流電圧平滑のための１次側平滑コンデンサ（Ｃ３）を有する電源回路（３）と、前記電源回路の前段において一定以上の電流が流れたときに溶断し前記電源回路を保護するための電源回路保護用ヒューズ（ＦＳ１）と、前記商用電源からのコモンモードノイズを低減するためのコモンモードチョークコイル（ＣＦ１）と、前記商用電源からのノーマルモードノイズを低減するためのノイズ除去コンデンサ（Ｃ１、Ｃ２）とを備えたスイッチング電源装置であって、
前記ノイズ除去コンデンサを少なくとも２つ並列に備えるとともに、
特定の周波数のノイズにより前記ノイズ除去コンデンサに過大な電流が流れたときに少なくとも１つが前記電源回路保護用ヒューズより小さい溶断電流で溶断することで前記ノイズ除去コンデンサ及び前記１次側平滑コンデンサによる合成容量を変化させて共振点をずらし、前記電源回路保護用ヒューズが溶断することを防いで電力供給を続けるために前記ノイズ除去コンデンサにそれぞれ直列接続する共振対策ヒューズ（ＦＳ２、ＦＳ３）を備えたことを特徴とするスイッチング電源装置。
請求項１のスイッチング電源装置において、前記共振対策ヒューズに代えて、前記電源回路保護用ヒューズの溶断電流よりも低い作動電流で作動することで前記電源回路保護用ヒューズが溶断することを防いで電力供給を続けるために前記ノイズ除去コンデンサにそれぞれ直列接続するサーミスタ、ポジスタ（登録商標）、ポリスイッチ（登録商標）等の可逆的過電流保護部品を備えることを特徴とする請求項１記載のスイッチング電源装置。