JP5664654B2 - 電源制御回路および電源制御方法 - Google Patents
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Description
商用電源のACライン101には、フィルタ回路102を介して整流回路103が接続される。フィルタ回路102は、コンデンサCx1,Cx2とインダクタLFで構成されている。フィルタ回路102の入力側には、ACライン101の異極間を短絡する放電用の抵抗Rxが設けられている。
特許文献1には、空気調和機の電子制御装置の発明が開示されている。図11は、特許文献1に開示されている従来のスイッチング電源装置を構成する電子制御装置を示す回路図である。
ここでは、入力交流電圧を整流回路301で整流した直流電圧を主スイッチング素子Qでスイッチングし、制御手段302が、トランスNの2次側からフィードバックされる出力電圧情報に応じてスイッチングを制御することで、出力電圧を所望とする値に安定化するようにしたスイッチング電源装置において、整流回路301の入力側に介在される複数の直列抵抗R11,R12と、直列抵抗R11,R12の接続点から制御手段302へ起動用の電流を供給する抵抗R2とを含むことを特徴とする。
つぎに、特許文献3はフィルタ回路のコンデンサを放電させるようにした直流電源装置の発明を示す。図13は、特許文献3に開示されている従来のスイッチング電源装置の構成例を示す回路図である。
交流電源のそれぞれの極に対して、交流電源の極につながる第1のコンデンサCy1,Cy2と、この第1のコンデンサCy1,Cy2の他端とアノードを接続した第1のダイオードDy3,Dy5と、この第1のダイオードDy3,Dy5のアノードにそれぞれカソードを接続する第2のダイオードDy2,Dy4とを具備している。
特許文献3の直流電源装置では、抵抗Ry1によって第2のコンデンサCy3の電荷が常に放電される状態となっており、これらの積(Cy3・Ry1)に規定される放電時定数はそれほど大きくとることができない。したがって、ここでも無駄な消費電流が発生するという問題があった。また、集積回路において容量素子を配置するためには大きな面積が必要であるが、図13に示す放電回路を集積回路内に設ける場合に、放電回路のために3つもコンデンサCy1,Cy2,Cy3を必要とすることは問題である。
この電源制御回路は、前記交流電源の遮断時に前記コンデンサに残留する蓄積電荷を放電させる放電用回路と、前記コンデンサの端子電圧に比例もしくは前記コンデンサの端子電圧の増減に応じて増減する信号を基準信号レベルと比較することによりリセット信号を生成するレベル比較手段と、前記レベル比較手段に接続され、前記リセット信号により計時動作がリセットされるとともに所定の計時時間が経過したことを計時すると前記放電用回路で前記蓄積電荷を放電させる計時手段と、前記交流電源のピーク電圧を表す電圧を保持するピークホールド回路と、を備え、前記ピークホールド回路は、保持したピーク電圧を基にして、前記レベル比較手段に前記基準信号レベルを供給することを特徴とする。
この電源制御方法では、前記コンデンサの端子電圧に比例もしくは前記コンデンサの端子電圧の増減に応じて増減する信号を前記コンデンサの端子電圧の増減に応じて増減する信号のピーク電圧値の検出値から生成した基準信号レベルと比較することによりリセット信号を生成し、前記交流電源の周期より長い所定の計時時間を設定して計時動作を行い、前記リセット信号により前記計時動作をリセットするとともに、前記計時動作により前記所定の計時時間が経過したことを検出すると、前記蓄積電荷を放電することを特徴とする。
また、本発明の電源制御回路の電源制御方法によれば、コンセントがACラインから抜かれたことを検出して、コンデンサに残留する蓄積電荷を確実に放電することができる。
(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施の形態のスイッチング電源装置の構成を示す図である。
同図(A)は、接続点Pa(図ではPa点と記している、以下同様。)での電圧信号の変化を示している。
タイマ回路10の一例として、コンデンサC8と抵抗R16を用いた回路構成を示している。すなわち、タイマ回路10の入力端子であるトランジスタスイッチQ7のベースにはコンパレータ8の出力信号(これもPcで表す)が接続され、タイマ回路10にコンパレータ8からのリセット信号が入力されるとトランジスタスイッチQ7がオンしてコンデンサC8の電荷が放電され、リセット信号が解除された瞬間から電源VccからコンデンサC8への充電が開始される。コンデンサC8と抵抗R16によって決まるセット時間が経過すると、充電電圧がコンパレータ11の基準電位Vref1を超えて、スイッチ素子Q6に入力されるタイマ回路10の出力端子Pdの電位をH(ハイ)にする。
図4は、第1の実施の形態の変形例の構成を示す回路図である。第1の実施の形態での回路構成と異なる点は、タイマ回路10の出力端子とスイッチ素子Q6との間に遅延回路20を設けたことである。
従来から交流電源を整流するスイッチング電源装置では、ダイオードD11,D12、抵抗R13,R14,R15、スイッチ素子Q6および接続点Pa,Pbに接続されている配線ラインにそれぞれ付随する寄生容量などの影響で、接続点Paの電圧が0Vまで低下しない場合がある。すなわち、接続点Pa,Pbの電圧が、入力回路のコンデンサの端子電圧の増減に応じて増減するものの、完全な比例関係ではなくなる場合がある。そのため、リセット信号を生成するレベル比較手段(コンパレータ8)では、その基準電源9の基準信号電圧(Vref2)を、図2に示す電圧Vrefと比較してより高く設定する必要がある。ところが、タイマ回路10を図3の構成とした場合には、接続点Pbでの電圧がVref2に達するとタイマ回路10がリセットされてその出力端子Pdの電圧がL(ロウ)になり、これによりスイッチ素子Q6がオフして放電が止まってしまう。Vref2はある程度高い電圧となるので、コンデンサCx1,Cx2の蓄積電荷が放電しきれないことになる。
図6は、第2の実施の形態のスイッチング電源装置の構成を示す図である。
このスイッチング電源装置では、制御用の回路(電源制御回路)30内にコンパレータ8およびタイマ回路10が組み込まれた構成となっている。回路30には、そのVH端子にダイオードD11,D12を介して交流電源の全波整流波形が供給されている。制御用の回路30内には、スイッチング素子6を制御するPWM制御回路31、電源スタート時に駆動電力を生成するスタート回路32、およびスタート制御回路33も構成されている。回路30の外部端子としては、DO端子が抵抗R17を介してスイッチング素子6のゲートに接続されている。また、VCC端子はコンデンサC8を介して接地されるとともに、ダイオードD13のカソードに接続されている。ダイオードD13のアノードは、トランス5の補助巻線5Cの一端に接続され、補助巻線5Cの他端は接地されている。
上述した第1、あるいは第2の実施の形態のスイッチング電源装置(図1、図6)では、いずれもコンパレータ8に入力するフィルタ回路の出力電圧が、商用周波数に応じたタイミングで確実に基準電圧Vrefあるいは基準信号電圧(Vref2)以下になる場合にのみ有効に動作する。しかしながら、さらに低い待機電力で電力変換動作を実現するには、直列抵抗回路を構成する抵抗R13,R14の抵抗値を大きくする必要がある。また、ACライン1から供給される商用交流電圧が220Vのように、その入力電圧が高いものであると、それが低位相角の領域に変化した場合でも、商用交流電圧が100Vの場合に設定されていた基準電圧Vrefあるいは基準信号電圧(Vref2)以下まで低下しなくなってしまう。これは、抵抗R13,R14の抵抗値が大きかったり、商用交流電圧の電圧が高かったりすると、接続点Pbに付随する寄生容量を抵抗R13,R14で放電しきれないからである。この場合、接続点Pbの電圧は、入力回路のコンデンサの端子電圧の増減に応じて増減するものの、完全な比例関係を保てなくなっている。
制御用の集積回路40は、ピークホールド回路40a、レベルダウン回路40b、タイマ/リセット回路40c、放電検出回路40dおよび放電制御回路40eによって放電用回路を構成している。ここでは、ダイオードD11,D12を介して交流電源の全波整流波形が抵抗R13,R14の直列抵抗回路に供給されている。ダイオードD11,D12の接続点Paは、さらに抵抗R15を介してスイッチ素子Q6を構成するN型MOSFETのドレイン端子に接続され、スイッチ素子Q6のソース端子は接地されている。
図9(A)には、接続点Pbに生じる交流電源の全波整流波形を分圧した電圧信号を示している。ここでは、接続点Pbに付随する寄生容量がスイッチング周期中に放電しきれず、接続点Pbの電位が低下しにくくなっている場合を示している。集積回路40には、そのVH端子にダイオードD11,D12を介して交流電源の全波整流波形が供給されている。ピークホールド回路40aでは、接続点Pbでの電圧信号が上昇すると、オペアンプ41の反転入力端子(−)の電圧が非反転入力端子(+)の電圧に追従するように(仮想短絡するように)、トランジスタQ8が導通して、コンデンサC9に電荷が注入される。商用電源の周波数(50Hz/60Hz)の1周期ごとに、交流入力電圧がそのピーク値を過ぎて低下し始めると、接続点Pbでの電圧信号も低下するが、コンデンサC9の放電経路がないため、図9(B)に示すように、P4a点の電圧信号はピーク値に維持される。
2 フィルタ回路
3 整流回路
4 入力コンデンサ
5 トランス
6 スイッチング素子
7 平滑回路
8,11,43,45 コンパレータ
8a,8b 直流端子
9,46 基準電源
10,44 タイマ回路
20 遅延回路
30 回路
40 集積回路
31 PWM制御回路
32 スタート回路
33 スタート制御回路
34 オア回路
40a ピークホールド回路
40b レベルダウン回路
40c タイマ/リセット回路
40d 放電検出回路
40e 放電制御回路
41,42 オペアンプ
47 アンドゲート
48 フリップフロップ回路
C 平滑コンデンサ
Cx1,Cx2,C8,C9 コンデンサ
D,D11,D12,D13 ダイオード
LF インダクタ
Q6 スイッチ素子
Q7,Q9 トランジスタスイッチ
Q8 トランジスタ
R13〜R19 抵抗
Claims (9)
- ACラインの異極間に接続されたコンデンサを有してノイズ除去フィルタを構成する入力回路を介して交流電源に接続される電源制御回路において、
前記交流電源の遮断時に前記コンデンサに残留する蓄積電荷を放電させる放電用回路と、
前記コンデンサの端子電圧に比例もしくは前記コンデンサの端子電圧の増減に応じて増減する信号を基準信号レベルと比較することによりリセット信号を生成するレベル比較手段と、
前記レベル比較手段に接続され、前記リセット信号により計時動作がリセットされるとともに所定の計時時間が経過したことを計時すると前記放電用回路で前記蓄積電荷を放電させる計時手段と、
前記交流電源のピーク電圧を表す電圧を保持するピークホールド回路と、
を備え、前記ピークホールド回路は、保持したピーク電圧を基にして、前記レベル比較手段に前記基準信号レベルを供給することを特徴とする電源制御回路。 - 前記ピークホールド回路と前記レベル比較手段との間には、前記ピークホールド回路で保持されたピーク電圧を基に前記基準信号レベルを生成するレベルダウン回路が設けられていることを特徴とする請求項1記載の電源制御回路。
- 前記所定の計時時間は、前記交流電源の周期より長いことを特徴とする請求項1記載の電源制御回路。
- 前記放電用回路は、前記コンデンサの両端を接地電位に接続して前記蓄積電荷を放電させるスイッチ素子を有していることを特徴とする請求項3記載の電源制御回路。
- 前記計時手段は、タイマ回路を有し、前記計時時間の経過後に前記タイマ回路から出力されるパルス信号によって前記スイッチ素子を導通するようにしたことを特徴とする請求項4記載の電源制御回路。
- 前記タイマ回路と前記スイッチ素子との間に遅延回路を設けたことを特徴とする請求項5記載の電源制御回路。
- 前記放電用回路は、前記コンデンサの両端を前記電源制御回路の電源端子に接続して前記蓄積電荷を放電させることを特徴とする請求項3記載の電源制御回路。
- 前記レベル比較手段は、前記コンデンサの両端にそれぞれアノードが接続され各カソードが互いに接続された一対のダイオード、前記一対のダイオードのカソードと接地電位の間に接続された抵抗回路、および前記抵抗回路で分圧された電圧を基準信号電圧と比較するコンパレータを有していることを特徴とする請求項1記載の電源制御回路。
- 交流電源に接続される入力回路にてACラインの異極間に接続されてノイズ除去フィルタを構成するコンデンサに残留する蓄積電荷を放電する電源制御方法において、
前記コンデンサの端子電圧に比例もしくは前記コンデンサの端子電圧の増減に応じて増減する信号を前記コンデンサの端子電圧の増減に応じて増減する信号のピーク電圧値の検出値から生成した基準信号レベルと比較することによりリセット信号を生成し、
前記交流電源の周期より長い所定の計時時間を設定して計時動作を行い、
前記リセット信号により前記計時動作をリセットするとともに、前記計時動作により前記所定の計時時間が経過したことを検出すると、前記蓄積電荷を放電することを特徴とする電源制御方法。
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