JP5832202B2 - スイッチング電源装置及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、スイッチング電源装置及びその制御方法に関し、詳しくは、装置に異常が発生したことを検出して保護動作を実行する機能を備えたスイッチング電源装置及びその制御方法に関する。

従来、入力交流電源の交流電圧を整流後、所望の交流または直流電圧に変換して負荷に供給するスイッチング電源装置が広く用いられている。このようなスイッチング電源装置には、その力率を改善し、また、装置から発生するＥＭＩノイズを低減するために、力率改善回路を設けることが要求される。そのため、スイッチング電源装置の一般的な構成では、その入力段に、ダイオードブリッジからなる整流回路と、昇圧コンバータ回路からなる力率改善回路が実装される。

一方、スイッチング電源装置において、昇圧動作による力率改善機能と整流機能を兼備することにより前段のダイオードブリッジを不要とした力率改善回路（以下、ブリッジレス力率改善回路ともいう）も提案されている（例えば、特許文献１参照）。このブリッジレス力率改善回路は、スイッチング電源装置の入力段を簡易な回路により構成し、かつ、ダイオードの導通損失を低減することが可能な点で、整流回路と力率改善回路とを個別に設けた構成よりも有利なものである。

また、このようなスイッチング電源装置を安全に使用するためには、通常のスイッチング動作制御に加えて、装置に何らかの異常が発生した時に、例えばスイッチング動作の停止等の保護動作を実行することが望ましい。一般に、従来のスイッチング電源装置では、この保護動作を実行するために、通常のスイッチング動作制御用の回路系とは別に、装置中の電圧または電流等を検出する検出回路及び／またはその検出値に応じて動作する保護回路が設けられている。

例えば、特許文献１に記載された力率改善回路の制御ＩＣは、通常のスイッチング動作制御用の出力電圧フィードバック端子（ＶＦＢ）とは別に、過電圧保護用の入力端子（ＯＶＰ)と、この入力端子に接続される過電圧保護比較器とを備えており、特許文献１には、この入力端子から入力される出力電圧が所定の閾値を上回った場合には、スイッチ素子のゲート駆動を停止することが記載されている。

特表２００７―５２７６８７号公報

しかしながら、一般に、保護動作を実行するための検出回路及び／または保護回路を、通常のスイッチング動作用の制御回路とは別に設けた構成（以下、二重系ともいう）では、スイッチング電源装置の制御回路が複雑化し、装置のコストが増大するという問題がある。

さらに、ブリッジレス力率改善回路では、装置に入力される交流電圧の極性の異なる半周期毎に、異なるスイッチ素子によってスイッチング動作を分担するという特有の構成上、次のように、制御を二重系とした構成が保護手段として十分に機能しない場合があるという問題も存在する。

すなわち、ブリッジレス力率改善回路では、過電圧（あるいは、電圧低下、過電流等のその他の検出対象）を検出することにより装置の異常を判別する保護手段を備えていても、例えば、何らかの要因によりいずれか一方のスイッチ素子のスイッチング動作が停止し、対応する半周期における出力制御が実行されない状況が生じた場合に、他方のスイッチ素子のスイッチング動作による対応する半周期の出力制御だけが実行されている状態で、異常と判定されるレベルの過電圧等が出力に生じないまま、装置の動作が継続してしまう可能性がある。

そして、このように片方のスイッチ素子のみにより出力制御されている状態が長期間継続すると、そのスイッチ素子及び対応する制御系に動作が集中することにより、装置が過熱状態となり、ひいては、回路素子の焼損等の重大な損傷が発生するおそれがある。したがって、ブリッジレス力率改善回路において、その保護手段は、片方のスイッチ素子のみにより出力制御されている状態を異常として検出して保護動作を実行し、上述したような重大な損傷の発生を未然に防止できることが望ましい。

また、これを実行するための一つの方法として、装置の過熱状態を検出する方法も考えられるが、この方法では、通常のスイッチング動作用の制御回路とは別に、温度センサやその検出信号に基づいて過熱状態を判別するための手段等を要するものとなり、上述したように二重系となることによって、制御回路が複雑化するという欠点を有している。

さらに、片方のスイッチ素子及びその制御系のみに動作が集中する現象は、実際に一方のスイッチ素子の動作が停止した場合の他にも、交流電圧の極性を判別する手段の異常または装置に入力される交流電圧波形自体の異常等の要因により、それぞれのスイッチ素子のスイッチング動作によって出力制御される期間の長さにアンバランスが生じた場合にも発生する可能性があり、ブリッジレス力率改善回路の保護手段は、このような現象も異常として検出し、適切な保護動作を実行可能であることが望ましい。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ブリッジレス力率改善回路を備えたスイッチング電源装置において、通常のスイッチング動作用の制御回路を二重系にすることなく、保護動作を実行可能なスイッチング電源装置及びその制御方法を提供することにある。

以下の発明の態様は、本発明の構成を例示するものであり、本発明の多様な構成の理解を容易にするために、項別けして説明するものである。各項は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、発明を実施するための最良の形態を参酌しつつ、各項の構成要素の一部を置換し、削除し、又は、さらに他の構成要素を付加したものについても、本願発明の技術的範囲に含まれ得るものである。

（１）第１のスイッチ素子（Ｑ１）及び第２のスイッチ素子（Ｑ２）を備える力率改善回路（２）と、交流電源（Ｖａｃ）の両端からの入力電流をそれぞれ検出する第１及び第２の入力電流検出回路（６，７)と、前記交流電源（Ｖａｃ）の両端の入力電圧をそれぞれ検出する入力電圧検出回路（８）と、前記力率改善回路（２）の出力電圧が所定の電圧となるように前記第１及び第２のスイッチ素子（Ｑ１，Ｑ２）を制御するスイッチング制御部（５）とを備え、前記力率改善回路（２）は、負荷回路（３）に並列に接続される平滑コンデンサ（Ｃ１）と、第１の整流素子（Ｄ１）と第１のスイッチ素子（Ｑ１）からなる第１の直列回路と、第２の整流素子（Ｄ２）と第２のスイッチ素子（Ｑ２）からなる第２の直列回路とを有し、前記第１の直列回路と前記第２の直列回路は、前記第１の整流素子（Ｄ１）側の一端と前記第２の整流素子（Ｄ２）側の一端、及び、前記第１のスイッチ素子（Ｑ１）側の一端と前記第２のスイッチ素子（Ｑ２）側の一端をそれぞれ接続して互いに並列に接続されるとともに、前記第１及び第２の整流素子（Ｄ１，Ｄ２）が前記平滑コンデンサ（Ｃ１）を充電する方向となるように、前記平滑コンデンサ（Ｃ１）と並列に接続されており、かつ、前記第１の整流素子（Ｄ１）と前記第１のスイッチ素子（Ｑ１）の接続部と交流電源（Ｖａｃ）の一端との間に接続された第１のリアクトル（Ｌ１）と、前記第２の整流素子（Ｄ２）と前記第２のスイッチ素子（Ｑ２）の接続部と前記交流電源（Ｖａｃ）の他端との間に接続された第２のリアクトル（Ｌ２）と、を有しており、前記スイッチング制御部（５）は、前記入力電圧検出回路（８）から出力される入力電圧検出信号に基づいて、前記第１及び第２のスイッチ素子（Ｑ１，Ｑ２）のそれぞれの駆動期間を決定するとともに、前記第１及び第２の入力電流検出回路（６，７)から出力される入力電流検出信号に基づいて、それぞれ前記第１及び第２のスイッチ素子（Ｑ１，Ｑ２）のスイッチング動作の周期を決定し、かつ、前記第１及び第２のスイッチ素子（Ｑ１，Ｑ２）のうちの一方の駆動期間中は、他方のスイッチ素子のスイッチング動作を停止するように構成されたスイッチング電源装置であって、前記スイッチング制御部（５）は、前記第１及び第２の入力電流検出回路（６，７）から出力される入力電流検出信号及び前記入力電圧検出回路（８）から出力される入力電圧検出信号のいずれか一方または両方に基づいて、前記スイッチング電源装置の異常の発生を判定し、前記異常が発生したと判定した場合、前記第１及び第２のスイッチ素子（Ｑ１，Ｑ２）のスイッチング動作を停止させることを特徴とするスイッチング電源装置（請求項１）。

（１）項に記載のスイッチング電源装置において、前記力率改善回路（２）は、さらに、前記第１のスイッチ素子（Ｑ１）と前記第２のスイッチ素子（Ｑ２）の接続部と前記交流電源（Ｖａｃ）の前記第１のリアクトル（Ｌ１）側の一端との間に接続された第３の整流素子（Ｄ３）と、前記第１スイッチ素子（Ｑ１）と前記第２のスイッチ素子（Ｑ２）の接続部と前記交流電源（Ｖａｃ）の前記第２のリアクトル（Ｌ２）側の一端との間に接続された第４の整流素子（Ｄ４）と、を有することを特徴とするスイッチング電源装置（請求項２）。

（３）（１）または（２）項に記載のスイッチング電源装置において、前記スイッチング制御部（５）は、前記第１の入力電流検出回路（６)から出力される入力電流検出信号から、前記第１のスイッチ素子（Ｑ１）のスイッチング動作の周期を決定する第１タイミング情報が検出されない状態、及び、前記第２の入力電流検出回路（６)から出力される入力電流検出信号から、前記第２のスイッチ素子（Ｑ２）のスイッチング動作の周期を決定する第１タイミング情報が検出されない状態の少なくともいずれか一方が、所定の第１の期間を超えて継続した場合に、前記スイッチング電源装置に異常が発生したと判定することを特徴とするスイッチング電源装置（請求項３）。

（４）（３）項に記載のスイッチング電源装置において、前記第１の期間は、前記交流電源（Ｖａｃ）の１周期よりも長い期間であることを特徴とするスイッチング電源装置（請求項４）。

（５）（１）から（４）のいずれか１項に記載のスイッチング電源装置において、前記スイッチング制御部（５）は、前記入力電圧検出回路（８）から出力される入力電圧検出信号から、前記第１のスイッチ素子（Ｑ１）の駆動期間と前記第２のスイッチ素子（Ｑ１）の駆動期間との切替え時点に対応する第２タイミング情報が検出されない状態が、所定の第２の期間を超えて継続した場合に、前記スイッチング電源装置に異常が発生したと判定することを特徴とするスイッチング電源装置（請求項５）。

（６）（５）項に記載のスイッチング電源装置において、前記第２の期間は、前記交流電源（Ｖａｃ）の半周期よりも長い期間であることを特徴とするスイッチング電源装置（請求項６）。

（７）第１のスイッチ素子（Ｑ１）及び第２のスイッチ素子（Ｑ２）を備える力率改善回路（２）と、交流電源（Ｖａｃ）の両端からの入力電流をそれぞれ検出する第１及び第２の入力電流検出回路（６，７)と、前記交流電源（Ｖａｃ）の両端の入力電圧をそれぞれ検出する入力電圧検出回路（８）と、前記力率改善回路（２）の出力電圧が所定の電圧となるように前記第１及び第２のスイッチ素子（Ｑ１，Ｑ２）を制御するスイッチング制御部（５）とを備え、前記力率改善回路（２）は、負荷回路（３）に並列に接続される平滑コンデンサ（Ｃ１）と、第１の整流素子（Ｄ１）と第１のスイッチ素子（Ｑ１）からなる第１の直列回路と、第２の整流素子（Ｄ２）と第２のスイッチ素子（Ｑ２）からなる第２の直列回路とを有し、前記第１の直列回路と前記第２の直列回路は、前記第１の整流素子（Ｄ１）側の一端と前記第２の整流素子（Ｄ２）側の一端、及び、前記第１のスイッチ素子（Ｑ１）側の一端と前記第２のスイッチ素子（Ｑ２）側の一端をそれぞれ接続して互いに並列に接続されるとともに、前記第１及び第２の整流素子（Ｄ１，Ｄ２）が前記平滑コンデンサ（Ｃ１）を充電する方向となるように、前記平滑コンデンサ（Ｃ１）と並列に接続されており、かつ、前記第１の整流素子（Ｄ１）と前記第１のスイッチ素子（Ｑ１）の接続部と交流電源（Ｖａｃ）の一端との間に接続された第１のリアクトル（Ｌ１）と、前記第２の整流素子（Ｄ２）と前記第２のスイッチ素子（Ｑ２）の接続部と前記交流電源（Ｖａｃ）の他端との間に接続された第２のリアクトル（Ｌ２）と、を有しており、前記スイッチング制御部（５）は、前記入力電圧検出回路（８）から出力される入力電圧検出信号に基づいて、前記第１及び第２のスイッチ素子（Ｑ１，Ｑ２）のそれぞれの駆動期間を決定するとともに、前記第１及び第２の入力電流検出回路（６，７)から出力される入力電流検出信号に基づいて、それぞれ前記第１及び第２のスイッチ素子（Ｑ１，Ｑ２）のスイッチング動作の周期を決定し、かつ、前記第１及び第２のスイッチ素子（Ｑ１，Ｑ２）のうちの一方の駆動期間中は、他方のスイッチ素子のスイッチング動作を停止するように構成されたスイッチング電源装置の制御方法であって、前記第１及び第２の入力電流検出回路（６，７）から出力される入力電流検出信号及び前記入力電圧検出回路（８）から出力される入力電圧検出信号のいずれか一方または両方に基づいて、前記スイッチング電源装置の異常の発生を判定するステップと、前記異常が発生したと判定した場合、前記第１及び第２のスイッチ素子（Ｑ１，Ｑ２）のスイッチング動作を停止させるステップとを含む、ことを特徴とするスイッチング電源装置の制御方法（請求項７）。

（８）（７）項に記載のスイッチング電源装置の制御方法であって、前記スイッチング電源装置の異常の発生を判定するステップは、前記第１の入力電流検出回路（６）から出力される入力電流検出信号から、前記第１のスイッチ素子（Ｑ１）のスイッチング動作の周期を決定するための第１タイミング情報が検出されない状態、及び、前記第２の入力電流検出回路（７）から出力される入力電流検出信号から、前記第２のスイッチ素子（Ｑ２）のスイッチング動作の周期を決定するための第１タイミング情報が検出されない状態の少なくともいずれか一方が、所定の第１の期間を超えて継続した場合に、前記スイッチング電源装置の異常が発生したと判定するステップを含むことを特徴とするスイッチング電源装置の制御方法（請求項８）。

（９）（７）または（８）項に記載のスイッチング電源装置の制御方法であって、前記スイッチング電源装置の異常の発生を判定するステップは、前記入力電圧検出回路（８）から出力される入力電圧検出信号から、前記第１のスイッチ素子（Ｑ１）の駆動期間と前記第２のスイッチ素子（Ｑ２）の駆動期間との切替え時点に対応する第２タイミング情報が検出されない状態が、所定の第２の期間を超えて継続した場合に、前記スイッチング電源装置に異常が発生したと判定するステップを含むことを特徴とするスイッチング電源装置の制御方法（請求項９）。

本発明に係るスイッチング電源装置及びその制御方法によれば、ブリッジレス力率改善回路を備えたスイッチング電源装置において、通常のスイッチング動作用の制御回路を二重系にすることなく、簡素な回路構成により異常発生時の保護動作を実行することが可能となる。
特に、本発明に係るスイッチング電源装置及びその制御方法では、ブリッジレス力率改善回路において、２つのスイッチ素子のうちの一方のスイッチ素子のスイッチング動作に出力制御が集中する状態を、異常として確実に検出して保護動作を実行することにより、そのような状態が継続することにより発生するおそれのある、回路要素の焼損等の重大な損傷を防止することが可能となる。

本発明の一実施形態におけるスイッチング電源装置の一例を示す回路構成図である。 図１に示すスイッチング電源装置において、スイッチング制御部の構成例を示す機能ブロック図である。 図１に示すスイッチング電源装置の正常動作時において、第１のスイッチ素子の駆動期間と第２のスイッチ素子の駆動期間を、交流電源波形とともに示す波形図である。 図１に示すスイッチング電源装置の正常動作時において、スイッチング制御部による第１及び第２のスイッチ素子のスイッチング周期の制御を示すタイミングチャートである。 図１に示すスイッチング電源装置の制御方法において、異常判定手順の一例を示すフローチャートである。 図１に示すスイッチング電源装置の制御方法において、異常判定手順の別の例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態におけるスイッチング電源装置１を示す回路構成図である。スイッチング電源装置１は、力率改善回路２を備えており、力率改善回路２には負荷回路３が接続されている。力率改善回路２は、第１の整流素子Ｄ１と第１のスイッチ素子Ｑ１からなる第１の直列回路と、第２の整流素子Ｄ２と第２のスイッチ素子Ｑ２からなる第２の直列回路とを有している。力率改善回路２では、第１、第２の整流素子Ｄ１、Ｄ２としてダイオードが用いられ、第１、第２のスイッチ素子Ｑ１、Ｑ２としてＭＯＳ−ＦＥＴが用いられており、第１の直列回路は、第１の整流素子Ｄ１のアノード端子と第１のスイッチ素子Ｑ１のドレイン端子とを接続してなり、第２の直列回路は、第２の整流素子Ｄ２のアノード端子と第２のスイッチ素子Ｑ２のドレイン端子とを接続してなる。

第１の直列回路と第２の直列回路は、第１、第２の整流素子Ｄ１、Ｄ２のカソード端子を接続し、第１、第２のスイッチ素子Ｑ１、Ｑ２のソース端子を接続して、互いに並列に接続されており、この第１の直列回路（及び第２の直列回路）と並列に平滑コンデンサＣ１が接続されている。
また、力率改善回路２は、第１のリアクトルＬ１と第２のリアクトルＬ２とを備えており、第１のリアクトルＬ１の一端は、第１の整流素子Ｄ１と第１のスイッチ素子Ｑ１の接続部に接続され、他端は、交流電源Ｖａｃの一端に接続される。第２のリアクトルＬ２の一端は、第２の整流素子Ｄ２と第２のスイッチ素子Ｑ２の接続部に接続され、他端は、交流電源Ｖａｃの他端に接続される。

すなわち、第１の直列回路と第２直列回路との並列回路において、第１の整流素子Ｄ１は、交流電源Ｖａｃから第１のリアクトルＬ１を介して平滑コンデンサＣ１を充電する方向、第２の整流素子Ｄ２は、交流電源Ｖａｃから第２のリアクトルＬ２を介して平滑コンデンサＣ１を充電する方向に、それぞれ接続されている。

さらに、力率改善回路２は、それぞれダイオードからなる第３〜第６の整流素子Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６を備えている。ここで、力率改善回路２における第３〜第６の整流素子Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６の接続態様を詳述すれば、次の通りである。

第３の整流素子Ｄ３のカソード端子は、交流電源Ｖａｃの第１のリアクトルＬ１側の一端に接続され、第４の整流素子Ｄ４のカソード端子は、交流電源Ｖａｃの第２のリアクトルＬ２側の一端に接続されており、第３及び第４の整流素子Ｄ３、Ｄ４のアノード端子は、第１のスイッチ素子Ｑ１と第２のスイッチ素子Ｑ２の接続部（すなわち、平滑コンデンサＣ１の一端）に接続される。

また、第５の整流素子Ｄ５のアノード端子は、交流電源Ｖａｃの第１のリアクトルＬ１側の一端に接続され、第６の整流素子Ｄ６のアノード端子は、交流電源Ｖａｃの第２のリアクトルＬ２側の一端に接続されており、第５及び第６の整流素子Ｄ５、Ｄ６のカソード端子は、第１の整流素子Ｄ１と第２の整流素子Ｄ２との接続部（すなわち、平滑コンデンサＣ１の他端）に接続される。

スイッチング電源装置１は、さらに、第１、第２のスイッチ素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチング動作を制御するスイッチング制御部５を備えており、スイッチング制御部５から出力される駆動パルス（ゲート駆動信号）に従って、第１、第２のスイッチ素子Ｑ１、Ｑ２をスイッチング動作させるものである。これによって、力率改善回路２は、ダイオードブリッジを設けることなく、交流電源Ｖａｃからの入力交流電圧を力率改善しつつ整流及び昇圧し、平滑コンデンサＣ１に並列に接続された負荷回路３に対して、平滑コンデンサＣ１の両端間の直流電圧（以下、ＰＦＣ電圧）を出力する。

そして、スイッチング電源装置１は、検出部４を備えており、この検出部４には、ＰＦＣ電圧を検出し、その検出値に応じた出力信号をスイッチング制御部５に出力するＰＦＣ電圧検出回路９と、交流電源Ｖａｃの一端から第１のリアクトルＬ１を通じて流れる入力電流を検出し、その検出値に応じた出力信号（入力電流検出信号）をスイッチング制御部５に出力するＬ１電流検出回路（第１の入力電流検出回路）６と、交流電源Ｖａｃの他端から第２のリアクトルＬ２を通じて流れる入力電流を検出し、その検出値に応じた出力信号（入力電流検出信号）をスイッチング制御部５に出力するＬ２電流検出回路（第２の入力電流検出回路）７と、交流電源Ｖａｃの両端の入力電圧を検出し、その検出値に応じた出力信号（入力電圧検出信号）をスイッチング制御部５に出力するＡＣ電圧検出回路（入力電圧検出回路）８とが含まれる。

スイッチング制御部５は、後述するように、検出部４から出力されるこれらの出力信号に基づいて、ＰＦＣ電圧が所定の電圧となるように、各スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２に対する駆動パルスの周期（周波数）及びオンデューティを設定し、第１及び第２のスイッチ素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチング動作を制御するものである。

尚、スイッチングング電源装置１において、負荷回路３は、典型的には、入力されたＰＦＣ電圧を変換して、所定の直流または交流電圧を出力するＤＣ−ＤＣコンバータまたはＤＣ−ＡＣコンバータ（インバータ）からなり、例えば、電流共振（ＬＬＣ）コンバータ回路を含むものである。但し、本発明に係るスイッチング電源装置１は、負荷回路３の構成によって限定されるものではなく、ＰＦＣ電圧を入力電圧として用いる任意の適切な負荷回路を適用することができる。

スイッチング制御部５は、図２に示すように、第１のスイッチ素子Ｑ１に対する駆動パルスを出力するドライブ回路１（２９）と、第２のスイッチ素子Ｑ２に対する駆動パルスを出力するドライブ回路２（３０）と、ドライブ回路１及び２（２９、３０）に対して所定の駆動パルスを出力させるための指令信号を出力するスイッチ素子制御回路１０とを備えている。

スイッチ素子制御回路１０は、その機能ブロックとして、ＡＣ電圧ＡＤ変換部２４、ＡＣ極性判定部２５、ＰＦＣ電圧ＡＤ変換部２１、デューティ演算部２２、デューティリミッタ部２３、比較器１（２６）、比較器２（２７）、及び、ＰＦＣ用ＰＷＭ出力制御部２８を備えている。また、図示は省略するが、スイッチ素子制御回路１０は、さらに、後述するＰＷＭタイマ及び異常判定タイマ１〜３として機能する計時手段を備えている。

ここで、スイッチ素子制御回路１０は、好ましくは、マイクロコンピュータ、ＤＳＰ、ＦＰＧＡ等のプログラマブルデバイスを用いてデジタル制御装置として構成される。但し、このようなスイッチ素子制御回路１０を構成する各機能ブロックは、以下に説明する制御手順を実行する限り、任意の適切なハードウェアまたはソフトウェア、あるいはそれらの組合せにより実装することができ、そのハードウェアには、アナログ回路が含まれるものであってもよい。

ここで、以下の説明では、交流電源Ｖａｃの極性について、第１のリアクトルＬ１側の一端が第２のリアクトルＬ２側の一端よりも高電圧となる極性を「正」、第２のリアクトルＬ２側の一端が第１のリアクトルＬ１側の一端よりも高電圧となる極性を「負」と定義し、交流電源Ｖａｃの電圧変動の１サイクルのうち、極性が正の期間を正の半サイクル期間、負の期間を負の半サイクル期間という。

但し、本発明に係るスイッチング電源装置１の制御方法には、後述するように、何らかの要因により交流電源Ｖａｃの波形に異常が生じた場合に、その異常を検出して適切な保護動作を実行することが含まれるため、本明細書において、「半周期」という用語は、交流電源Ｖａｃの正常な波形における１周期の１／２の期間をいうものとする。
したがって、スイッチング電源装置１において、交流電源Ｖａｃの波形に異常が生じた場合には、正の半サイクル期間と負の半サイクル期間の期間長は、必ずしも互いに同一ではなく、また、上記正及び負の半サイクル期間のいずれか一方または両方の期間長は、必ずしも交流電源Ｖａｃの半周期と同一ではない。

次に、図２とともに図３及び図４を参照して、力率改善回路２の通常動作について説明する。
スイッチ素子制御回路１０において、ＡＣ電圧検出回路８からの出力信号は、ＡＣ電圧ＡＤ変換部２４に入力されてＡ／Ｄ変換され、それによって得られた交流電源Ｖａｃの入力電圧に相当するデジタルデータがＡＣ極性判定部２５に出力される。ＡＣ極性判定部２５では、ＡＣ電圧ＡＤ変換部２４から入力されたデータに基づいて、現在の交流電源Ｖａｃの極性が判別され、その結果、正または負のいずれかの極性を指定する信号がＰＦＣ用ＰＷＭ出力制御部２８に出力される。

ＰＦＣ用ＰＷＭ出力制御部２８は、ＡＣ極性判定部２５から入力される信号に基づいて、第１のスイッチ素子Ｑ１のスイッチング動作により昇圧動作を実行する期間（第１のスイッチ素子Ｑ１の駆動期間）と、第２のスイッチ素子Ｑ２のスイッチング動作により昇圧動作を実行する期間（第２のスイッチ素子Ｑ２の駆動期間）とを決定し、対応する駆動パルスを出力させるための指令信号を、ドライブ回路１及び２（２９、３０）に対して出力する。

力率改善回路２では、図３に示すように、正の半サイクル期間が第１のスイッチ素子Ｑ１の駆動期間、負の半サイクル期間が第２のスイッチ素子Ｑ２の駆動期間である。すなわち、正の半サイクル期間では、ドライブ回路１（２９）から第１のスイッチ素子Ｑ１に対して、後述する所定のオン時間と周期に対応する駆動パルスが出力され、力率改善回路２は、第１のリアクトルＬ１、第１のスイッチ素子Ｑ１、及び第１の整流素子Ｄ１を動作ユニットとする昇圧回路として機能する。この間、ドライブ回路２（３０）からの駆動パルスの出力は停止され（Ｈｉｇｈレベルに固定され）、第２のスイッチ素子Ｑ２はオン状態に固定される。これによって、第２のスイッチ素子Ｑ２のソース−ドレイン間を介した電流のリターンパスが形成される。

また、負の半サイクル期間では、ドライブ回路２（３０）から第２のスイッチ素子Ｑ２に対して、後述する所定のオン時間と周期に対応する駆動パルスが出力され、力率改善回路２は、第２のリアクトルＬ２、第２のスイッチ素子Ｑ２、及び第２の整流素子Ｄ２を動作ユニット（以下、第２の動作ユニットという）とする昇圧回路として機能する。この間、ドライブ回路１（２９）からの駆動パルスの出力は停止され（Ｈｉｇｈレベルに固定され）、第１のスイッチ素子Ｑ１はオン状態に固定される。これによって、第１のスイッチ素子Ｑ１のソース−ドレイン間を介した電流のリターンパスが形成される。

ここで、スイッチ素子制御回路１０は、ドライブ回路１、２（２９、３０）から第１及び第２のスイッチ素子Ｑ１、Ｑ２に対して出力される駆動パルスに対応するスイッチング動作のオン時間及び周期（オン時間＋オフ時間）を、次のようにして制御するものである。

スイッチ素子制御回路１０において、ＰＦＣ電圧検出回路９からの出力信号は、ＰＦＣ電圧ＡＤ変換部２１に入力されてＡ／Ｄ変換され、それによって得られたＰＦＣ電圧に相当するデジタルデータがデューティ演算部２２に出力される。デューティ演算部２２では、ＰＦＣ電圧ＡＤ変換部２１から入力されたデータと予め設定された目標電圧に相当するデータとの誤差から、ＰＩＤ演算を用いることにより、１回のスイッチング動作におけるオン時間が導出され、導出されたオン時間を指定するデータがデューティリミッタ部２３に出力される。

デューティリミッタ部２３では、デューティ演算部２２で導出されたオン時間が、予め定められた範囲内にあるかどうかが判別され、範囲内にある場合には、デューティ演算部２２から入力されたオン時間を指定するデータが、そのままＰＦＣ用ＰＷＭ出力制御部２８に出力される。また、デューティ演算部２２で導出されたオン時間が上記範囲の上限値よりも大きい場合、及び、オン時間が上記範囲の下限値よりも小さい場合には、オン時間を指定するデータが、それぞれ上記上限値及び下限値に置き換えられ、置き換えられたデータが、ＰＦＣ用ＰＷＭ出力制御部２８に出力される。

さらに、スイッチ素子制御回路１０において、Ｌ１電流検出回路６からの出力信号は、比較器１（２６）に入力され、比較器１（２６）において、その値がゼロ電流に相当するものであるか否かが判別される。比較器１（２６）は、Ｌ１電流検出回路６からの出力信号が、ゼロ電流に相当するものであった場合、ゼロ電流を検出したことを示す信号（以下、ＯＮ信号ともいう）をＰＦＣ用ＰＷＭ出力制御部２８に出力する。すなわち、比較器１（２６）は、Ｌ１電流検出回路６の出力信号から、その値がゼロ電流に相当するという情報（第１タイミング情報）を検出するものであり、この情報は、後述するように、第１のスイッチ素子Ｑ１の周期を決定するために用いられる。

同様に、Ｌ２電流検出回路７からの出力信号は、比較器２（２７）に入力され、比較器２（２７）において、その値がゼロ電流に相当するものであるか否かが判別される。比較器２（２７）は、Ｌ２電流検出回路７からの出力信号が、ゼロ電流に相当するものであった場合、そのＯＮ信号をＰＦＣ用ＰＷＭ出力制御部２８に出力する。すなわち、比較器２（２７）は、Ｌ２電流検出回路７からの出力信号から、その値がゼロ電流に相当するという第１タイミング情報を検出するものである。

そして、ＰＦＣ用ＰＷＭ出力制御部２８による、第１のスイッチ素子Ｑ１の駆動期間におけるスイッチング動作の制御は、次の通りである。
ＰＦＣ用ＰＷＭ出力制御部２８は、デューティリミッタ部２３から入力されたオン時間を用いて、そのオン時間に対応する駆動パルスを指定する指令信号を生成し、ドライブ回路１（２９）に出力する。ドライブ回路１（２９）から対応する駆動パルスが出力され、第１のスイッチ素子Ｑ１がターンオンすると、交流電源Ｖａｃから第１のリアクトルＬ１を介して第１のスイッチ素子Ｑ１に電流が流れ初め、図４に示すように、Ｌ１電流検出回路６によって検出される電流値が増大する。

その後、上述したように決定されたオン時間Ｒｄｏｎの経過後、ドライブ回路１（２９）から出力される駆動パルスに従って第１のスイッチ素子Ｑ１がターンオフすると、交流電源Ｖａｃから第１のリアクトルＬ１及び第１の整流素子Ｄ１を経て平滑コンデンサＣ１を充電するように電流が流れ、第１のスイッチ素子Ｑ１のターンオン時に第１のリアクトルＬ１に蓄積されたエネルギ−が放電されるにつれて、Ｌ１電流検出回路６によって検出される電流値は減少し、放電の完了とともにゼロになる。

そして、ＰＦＣ用ＰＷＭ出力制御部２８は、比較器１（２６）からこのゼロ電流に対応するＯＮ信号が入力されると、その時点でデューティリミッタ部２３から入力されている最新のオン時間を使用して、次の駆動パルスに対応する指令信号をドライブ回路１（２９）に出力し、第１のスイッチ素子Ｑ１は、ドライブ回路１（２９）から出力される駆動パルスに従ってターンオンする。これによって、第１のスイッチ素子Ｑ１の直前のスイッチング動作におけるオフ時間(ひいては、そのスイッチング動作の周期ｔ）が決定され、以後、第１のスイッチ素子Ｑ１の駆動期間において、この制御が繰り返される。

尚、第１のスイッチ素子Ｑ１の駆動期間を通じて、ドライブ回路２（３０）に対しては、ＰＦＣ用ＰＷＭ出力制御部２８から、駆動パルスの出力を停止して第２のスイッチ素子Ｑ２をオン状態に固定するための指令信号が出力されている。

ここで、ＰＦＣ用ＰＷＭ出力制御部２８の、第２のスイッチ素子Ｑ２の駆動期間におけるスイッチング動作の制御については、上述した第１のスイッチ素子Ｑ１の駆動期間におけるスイッチング動作の制御と同様のものであり、上述の説明において、第１のスイッチ素子Ｑ１、第１のリアクトルＬ１、第１の整流素子Ｄ１、Ｌ１電流検出回路６、比較器１（２６）、ドライブ回路１（２９）、ドライブ回路２（３０）を、それぞれ第２のスイッチ素子Ｑ２、第２のリアクトルＬ２、第２の整流素子Ｄ２、Ｌ２電流検出回路７、比較器２（２７）、ドライブ回路２（３０）、及びドライブ回路１（２９）に読み替えることにより、その説明を省略する。

また、スイッチング電源装置１には、第１及び第２のスイッチ素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチング動作において許容される最大周期が予め設定されており、スイッチ素子制御回路１０は、その最大周期を計時するためのＰＷＭ用タイマを備えるものである。そして、ＰＦＣ用ＰＷＭ出力制御部２８は、１個の駆動パルスの出力時点から最大周期が経過するまでに、比較器１（２６）からゼロ電流に対応するＯＮ信号が入力されなかった場合には、最大周期に到達した時点で、デューティリミッタ部２３から入力されている最新のオン時間を使用して、次の駆動パルスに対応する指令信号をドライブ回路１（２９）に出力するものである。

例えば、ＰＷＭ用タイマは、スイッチ素子制御回路１０に入力されるクロック信号（図示は省略する）に従って、そのカウント値がカウントアップされる所謂フリーランカウンタによって構成されており、予め設定されたカウント値の最小値Ｃｍｉｎから最大値Ｃｍａｘまでカウントアップするために必要な時間により、上記最大周期が設定されるものであってもよい。

この場合、第１のスイッチ素子Ｑ１の駆動期間では、ＰＦＣ用ＰＷＭ出力制御部２８は、図４に示すように、比較器１（２６）からゼロ電流に対応するＯＮ信号が入力される度に、ＰＷＭ用タイマのカウント値を最小値Ｃｍｉｎにリセットし（タイマクリア）、その時点からカウントアップを開始する（タイマセット）という動作を実行する。そして、第１のスイッチ素子Ｑ１のいずれかのスイッチング動作において、比較器１（２６）からのＯＮ信号が入力されないまま、ＰＷＭ用タイマのカウント値が最大値Ｃｍａｘに到達した場合には、ＰＦＣ用ＰＷＭ出力制御部２８は、ＰＷＭ用タイマのクリア及びセットを実行するとともに、その時点で、次の駆動パルスに対応する指令信号をドライブ回路１（２９）に出力する。これによって、直前のスイッチング動作の周期は、強制的に最大周期ｔｍａｘに設定される。ＰＷＭ用タイマは、第２のスイッチ素子Ｑ２の駆動期間においても、同様に動作するものである。

尚、スイッチ素子制御回路１０は、比較器１（２６）におけるＯＮ信号の発生、及び、比較器２（２７）におけるＯＮ信号の発生により、ＰＦＣ用ＰＷＭ出力制御部２８で実行される制御手順に割り込みがかかるように構成されており、ＰＷＭ用タイマのクリア及びセット及び（必要な場合には）次の駆動パルス出力に移行するための手順は、それぞれの割り込みハンドラで処理されるものであってもよい。

このように、スイッチング制御部５は、第１及び第２のスイッチ素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチング動作におけるオン時間を、ＰＦＣ電圧の目標電圧と検出電圧との誤差に応じて決定することによって、ＰＦＣ電圧を所定の目標電圧とするように、力率改善回路２をＰＷＭ制御するものである。また、スイッチング制御部５は、第１及び第２のスイッチ素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチング動作を、そのターンオフ後、第１及び第２のリアクトルＬ１、Ｌ２に流れる入力電流がゼロになった後にターンオンするという、所謂臨界モードで制御するものであるため、個々のスイッチング動作のオフ時間は、ＰＦＣ電圧の目標電圧、入力される交流電源Ｖａｃ電圧の瞬時値、第１及び第２のリアクトルＬ１、Ｌ２のインダクタンス、負荷回路３に供給される電力等に応じて定まることとなり、スイッチング動作の周期（スイッチング周波数）についても、これらの条件に応じて変化するものである。

ここで、力率改善回路２において、第３〜第６の整流素子Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６の機能について説明すれば、次の通りである。力率改善回路２では、第３及び第４の整流素子Ｄ３、Ｄ４によって、力率改善回路の出力グランド(平滑コンデンサＣ１の第１、第２のスイッチ素子Ｑ１、Ｑ２と接続される側の一端）と交流電源Ｖａｃの両端が接続されており、交流電源Ｖａｃの両端が出力グランドからフローティングとならないため、絶縁手段等を要しない簡易な回路によりＡＣ電圧検出回路８を構成することができる。また、第５及び第６の整流素子Ｄ５、Ｄ６は、力率改善回路２の起動直後（第１及び第２のスイッチ素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチング動作が開始する前）に、交流電源Ｖａｃから平滑コンデンサＣ１が充電される経路を形成するものである。加えて、力率改善回路２が、第３〜第６の整流素子Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６を備えることによって、第１及び第２のリアクトルＬ１、Ｌ２に発生するリンギングを抑制し、それによって、ＥＭＩノイズを低減することが可能となる。

また、スイッチング電源装置１において、スイッチング制御部５のＰＦＣ用ＰＷＭ出力制御部２８は、第１及び第２のスイッチ素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチング動作の臨界モード制御において、オフ状態の第１のスイッチ素子Ｑ１（または、第２のスイッチ素子Ｑ２）を、比較器１（２６）（または、比較器２（２７））からゼロ電流に対応するＯＮ信号が入力された直後にターンオンさせるものであってもよく、あるいは、比較器１（２６）（または、比較器２（２７））からゼロ電流に対応ＯＮ信号が入力された後、第１のリアクトルＬ１と第１のスイッチ素子Ｑ１の寄生容量（または、第２のリアクトルＬ２と第２のスイッチ素子Ｑ２の寄生容量）との電圧共振によって、第１のスイッチ素子Ｑ１（または、第２のスイッチ素子Ｑ２）のドレイン−ソース間電圧が極小値まで低下するのを待ち、その時点で第１のスイッチ素子Ｑ１（第２のスイッチ素子Ｑ２）をターンオンさせる、所謂擬似共振制御を実行するものであってもよい。

さらに、スイッチング電源装置１は、Ｌ１電流検出回路６及びＬ２電流検出回路７の構成によって限定されるものではなく、交流電源Ｖａｃから第１のリアクトルＬ１及び第２リアクトルＬ２を通じて流れる入力電流がゼロ電流となった場合に、それに相当する信号を出力可能である限り、任意の適切な回路により構成することができる。例えば、Ｌ１電流検出回路６及びＬ２電流検出回路７は、カレントトランスを用いて構成するものであってもよく、または、第１のリアクトルＬ１及び第２のリアクトルＬ２のそれぞれと磁心を共有する二次巻線を用いて構成するものであってもよい。

次に、図５を参照して、本発明に係るスイッチング電源装置及びその制御方法の特徴である、スイッチング電源装置１における異常判定手順の一例について説明する。
この例の場合、スイッチ素子制御回路１０は、上述したＰＷＭ用タイマに加えて、異常判定タイマ１と異常判定タイマ２を備えており、これらの異常判定タイマ１及び異常判定タイマ２により、第１及び第２のスイッチ素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチング動作の周期に関連する異常判定のための第１の期間を計時することによって、スイッチング電源装置１に異常が発生したことを判定するものである。

ここで、異常判定タイマ１及び異常判定タイマ２は、ＰＷＭ用タイマと同様に、スイッチ素子制御回路１０に入力されるクロック信号（図示は省略する）に従って、そのカウント値がカウントアップされる所謂フリーランカウンタによって構成されており、予め設定されたカウント値の最小値から最大値までカウントアップするために必要な時間により、上記第１の期間が設定されるものであってもよい。

図５に示す異常判定手順では、まず、比較器１（２６）にＯＮ信号が発生したか否か（すなわち、Ｌ１電流検出回路６の出力信号から、ゼロ電流に相当する値が検出されたか否か）が判別される（ステップＳ１）。そして、発生したと判別された場合（Ｙｅｓ）には、ＰＦＣ用ＰＷＭ出力制御部２８は、異常判定タイマ１のカウント値を最小値にリセットし（タイマクリア）、その時点からカウントアップを開始し（タイマセット）、次いで、異常判定タイマ１が満了したか否か（カウント値が最大値に到達したか否か）を判別する（ステップＳ４）。一方、ステップＳ１において、比較器１（２６）にＯＮ信号が発生していないと判別された場合（Ｎｏ）には、制御は、直接ステップＳ４に移行する。

ステップＳ４において、異常判定タイマ１が満了してない（Ｎｏ）と判別された場合には、異常判定タイマ１のカウント値を保持して（すなわち、直前のタイマセットからの計時を持続した状態で）（ステップＳ５）、制御は、ステップＳ６に移行する。
ステップＳ６では、比較器２（２７）にＯＮ信号が発生したか否か（すなわち、Ｌ２電流検出回路７からの出力信号から、ゼロ電流に相当する値が検出されたか否か）が判別される。そして、発生した場合（Ｙｅｓ）には、ＰＦＣ用ＰＷＭ出力制御部２８は、異常判定タイマ２のカウント値を最小値にリセットし（タイマクリア）、その時点からカウントアップを開始して（タイマセット）、次いで、異常判定タイマ２が満了したか否か（カウント値が最大値に到達したか否か）が判別される（ステップＳ９）。一方、ステップＳ６において、比較器２（２７）にＯＮ信号が発生していないと判別された場合（Ｎｏ）には、制御は、直接ステップＳ９に移行する。

ステップＳ９において、異常判定タイマ２が満了してない（Ｎｏ）と判別された場合には、異常判定タイマ２のカウント値を保持して（すなわち、直前のタイマセットからの計時を持続した状態で）（ステップＳ１０）、制御は、ステップＳ１に復帰する。

また、ステップＳ４において、異常判定タイマ１が満了したと判別された場合（Ｙｅｓ）、及び、ステップＳ１０において、異常判定タイマ２が満了したと判別された場合（Ｙｅｓ）には、異常が発生したと判定され、ＰＦＣ用ＰＷＭ出力制御部２８は、ドライブ回路１(２９)及びドライブ回路２（３０）に対して第１、第２のスイッチ素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチング動作を（好ましくはオフ状態）で停止させるための指令信号を出力し、ドライブ回路１(２９)及びドライブ回路２（３０）は、この指令信号に従って駆動パルスの出力を停止する（言い換えれば、第１、第２のスイッチ素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチング動作を、好ましくはオフ状態で、停止させる）（ステップＳ１１）。

図５に示す異常判定手順によれば、ステップＳ１〜Ｓ１０の手順の繰り返しの間に、最後に異常判定タイマ１がセットされた後、比較器１（２６）のオン信号が発生しないまま異常判定タイマ１が満了する事象、または、最後に異常判定タイマ２がセットされた後、比較器２（２７）のオン信号が発生しないまま異常判定タイマ２が満了する事象のいずれか一方が発生した場合、異常が発生したと判定されて、第１、第２のスイッチ素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチング動作を停止するという保護動作が実行されることになる。

図５に示す異常判定手順は、このように異常判定タイマ１及び異常判定タイマ２を使用して、Ｌ１電流検出回路６の出力信号から、その値がゼロ電流に相当するものであるという情報が検出されない状態、及び、Ｌ２電流検出回路７の出力信号から、その値がゼロ電流に相当するものであるという情報が検出されない状態のいずれか一方が、第１の期間を超えて継続したことを検出するものである。

そして、Ｌ１電流検出回路６の出力信号から、その値がゼロ電流に相当するものであるという情報が検出されない状態が長期間継続することは、第１のリアクトルＬ１、第１のスイッチ素子Ｑ１、及び第１の整流素子Ｄ１からなる動作ユニット（並びにこの動作ユニットを動作させるための他の回路系）に何らかの異常（例えば、第１のスイッチ素子Ｑ１の動作停止）が発生した可能性が高いこと、及び、Ｌ２電流検出回路７の出力信号から、その値がゼロ電流に相当するものであるという情報が検出されない状態が長期間継続することは、第２のリアクトルＬ１、第２のスイッチ素子Ｑ２、及び第２の整流素子Ｄ２からなる動作ユニット（並びにこの動作ユニットを動作させるための他の回路系）に何らかの異常(例えば、第２のスイッチ素子Ｑ２の動作停止）が発生した可能性が高いことを意味する。

したがって、スイッチング電源装置１において、異常判定のための第１の期間は、このような異常の発生を通常動作と識別するために必要であって、かつ、装置の異常を可能な限り迅速に検出できる期間長とすることが好ましい。但し、力率改善回路２では、両方の動作ユニットが正常に動作している場合でも、通常、第１のスイッチ素子Ｑ１の駆動期間（正の半サイクル期間）中、Ｌ２電流検出回路７でゼロ電流は検出されず、また、第２のスイッチ素子Ｑ２の駆動期間（負の半サイクル期間）中、Ｌ１電流検出回路６でゼロ電流は検出されないため、異常判定のための第１の期間は、少なくとも交流電源Ｖａｃの正常動作の半周期よりも長い期間長を有するように設定する必要がある。
例えば、第１の期間を、「交流電源Ｖａｃの正常動作の半周期」＋「実質的な異常判定期間」と見なした場合、「実質的な異常判定期間」を、交流電源Ｖａｃの半周期よりも長い期間とし、第１の期間を、交流電源Ｖａｃの１周期よりも長い期間とするものであってもよい。

図５に示す異常判定手順が実装されたスイッチング電源装置１及びその制御方法によれば、上述した２つの動作ユニット（並びに動作ユニットを動作させるための他の回路系）のうちのいずれか一方のみに異常が発生してその動作が停止し、一方、他方の動作は継続されている状態を検出し、この段階で保護動作を実行することが可能となる。これによって、力率改善回路２の一方の動作ユニットのみに出力制御が集中する状態が長期間継続することによる装置の過熱、ひいては回路素子の焼損等の重大な損傷を装置が被ることを未然に防止して、装置を安全に停止させることが可能となる。

そして、上述した異常判定手順は、検出部４及びスイッチ素子制御回路１０を含むスイッチング制御部５のような、力率改善回路２を臨界モードＰＷＭ制御するための通常の回路系に対して、保護動作のための検出回路及び／または保護回路を別に設けることなく、スイッチ素子制御回路１０で実行される通常動作の制御手順を拡張することによって実行可能なものであるため、装置の複雑化やコストの増大をまねくことなく、スイッチング電源装置１の異常発生を検出するとともに適切な保護動作を実行し、装置の安全を確保することが可能となる。

また、図５に示す異常判定手順では、最後に異常判定タイマ１がセットされた後、比較器１（２６）のオン信号が発生しないまま異常判定タイマ１が満了する事象、及び、最後に異常判定タイマ２がセットされた後、比較器２（２７）のオン信号が発生しないまま異常判定タイマ２が満了する事象のいずれか一方が発生した場合に、異常が発生したと判定するものとしたが、図５に示す異常判定手順を、これらの事象の両方が発生した場合に異常が発生したと判定するように（例えば、ステップＳ４におけるＹｅｓの判別とステップＳ９におけるＹｅｓの判別のＡＮＤ条件でステップＳ１１を実行するように）変更することは容易である。

この場合でも、スイッチング電源装置１及びその制御方法は、少なくとも、力率改善回路２を臨界モードＰＷＭ制御するための通常の回路系を二重系にすることなく、スイッチング電源装置１の異常発生を検出するとともに適切な保護動作を実行し、装置の安全を確保することが可能である点で、有利なものである。

尚、図５に示す異常判定手順は、スイッチ素子制御回路１０で実行される制御手順の全体から、異常判定に関わる部分のみを抽出して記載したものであり、その異常判定手順は、制御手順の全体の中の任意の適切な時点で実行されるものである。また、その際、連続する手順として記載された任意の２つのステップの間（ステップＳ１０からＳ１への復帰の間を含む）に、通常動作のために必要な任意のステップが実行されるものであってもよい。

さらに、図５に示すフローチャートでは、異常判定手順を、ステップＳ１から順に実行される一連のステップとして示したが、スイッチ素子制御回路１０で実行される異常判定手順において、比較器１（２６）のＯＮ信号の発生、及び、比較器２（２７）のＯＮ信号の発生は、割り込みによってＰＦＣ用ＰＷＭ出力制御部２８に検出され、その後異常判定タイマ１のクリア並びにセット、及び、異常判定タイマ２のクリア並びにセットの手順は、ＰＷＭ用タイマのクリア並びにセット等と同様に、それぞれの割り込みハンドラで処理されるものであってもよい。

ここで、図５に示す異常判定手順は、力率改善回路２を構成する２つの動作ユニットのうちの片方が停止することによって、もう片方の動作ユニットに出力制御が集中した状態を効果的に検出するものであった。しかし、力率改善回路２において、片方の動作ユニットのみに出力制御が集中する状態は、入力される交流電源Ｖａｃの波形自体、及び、スイッチング電源装置１において交流電源Ｖａｃを検出し、その極性を判別し、第１の駆動期間と第２の駆動期間を設定するための制御系（例えば、ＡＣ電圧検出回路８、ＡＣ電圧変換部２４、ＡＣ極性判定部２５、ＰＦＣ用ＰＷＭ出力制御部２８）のいずれか一方または両方に異常が生じ、第１の駆動期間（実際の正の半サイクル期間または制御系によって正の半サイクル期間と設定された期間）と第２の駆動期間（実際の負の半サイクル期間または制御系によって負の半サイクル期間と設定された期間）の期間長の比が、５０％から著しくずれた場合にも生じ得る。

次に、図６を参照して、スイッチング電源装置１において、このような異常に対処するための異常判定手順の例について説明する。この場合、スイッチ素子制御回路１０は、異常判定タイマ３を備えており、この異常判定タイマ３により、交流電源Ｖａｃの極性反転に関連する異常判定のための第２の期間を計時することによって、スイッチング電源装置１に異常が発生したことを判定するものである。

異常判定タイマ３は、ＰＷＭ用タイマ、異常判定タイマ１、及び異常判定タイマ２と同様に、スイッチ素子制御回路１０に入力されるクロック信号（図示は省略する）に従って、そのカウント値がカウントアップされる所謂フリーランカウンタによって構成されており、予め設定されたカウント値の最小値から最大値までカウントアップするために必要な時間により、上記第２の期間が設定されるものであってもよい。

図６に示す異常判定手順において、ＰＦＣ用ＰＷＭ出力制御部２８は、まず、交流電源Ｖａｃの極性反転が発生したか否かを判別する（ステップＳ１０１）。この判別は、例えば、ＡＣ極性判定部２５から入力される信号に基づいて、交流電源Ｖａｃのその時点の極性と直前の極性とを比較して、正から負、または、負から正への変化があったか否かを判別することにより実行される。この場合、スイッチ素子制御回路１０は、ＡＣ電圧変換部２４及びＡＣ極性判定部２５を経て、ＰＦＣ用ＰＷＭ出力制御部２８によるこの判別によって、ＡＣ電圧検出回路８の出力信号から、交流電源Ｖａｃの極性が反転したという、第１のスイッチ素子Ｑ１の駆動期間と第２のスイッチ素子Ｑ２の駆動期間との切替え時点に対応する情報（第２タイミング情報）を検出するものである。

ステップＳ１０１において、極性反転が発生したと判別された場合（Ｙｅｓ）には、ＰＦＣ用ＰＷＭ出力制御部２８は、異常判定タイマ３のカウント値を最小値にリセットし（タイマクリア）、その時点からカウントアップを開始し（タイマセット）、次いで、異常判定タイマ３が満了したか否か（カウント値が最大値に到達したか否か）を判別する（ステップＳ１０４）。一方、ステップＳ１０１において、極性反転が発生していないと判別された場合（Ｎｏ）には、制御は、直接ステップＳ１０４に移行する。

ステップＳ１０４において、異常判定タイマ３が満了してない（Ｎｏ）と判別された場合には、異常判定タイマ３のカウント値を保持して（すなわち、直前のタイマセットからの計時を持続した状態で）（ステップＳ１０５）、制御は、ステップＳ１０１に復帰する。

そして、ステップＳ１０４において、異常判定タイマ３が満了したと判別された場合（Ｙｅｓ）には、異常が発生したと判定され、ＰＦＣ用ＰＷＭ出力制御部２８は、ドライブ回路１(２９)及びドライブ回路２（３０）に対して第１、第２のスイッチ素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチング動作を（好ましくはオフ状態）で停止させるための指令信号を出力し、ドライブ回路１(２９)及びドライブ回路２（３０）は、この指令信号に従って駆動パルスの出力を停止する（言い換えれば、第１、第２のスイッチ素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチング動作を、好ましくはオフ状態で、停止させる）（ステップＳ１０６）。

図６に示す異常判定手順によれば、ステップＳ１０１〜Ｓ１０５の手順の繰り返しの間に、最後に異常判定タイマ３がセットされた後、交流電源Ｖａｃの極性判定が発生しないまま異常判定タイマ３が満了する事象が発生した場合に、異常が発生したと判定されて、第１、第２のスイッチ素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチング動作を停止するという保護動作が実行されることになる。

図６に示す異常判定手順は、このように異常判定タイマ３を使用して、ＡＣ電圧検出回路８の出力信号から、交流電源Ｖａｃの極性反転が発生したという情報が検出されない状態が、第２の期間を超えて継続したことを検出するものである。

そして、この異常判定手順では、異常判定のための第２の期間を、交流電源Ｖａｃの正常動作の半周期（すなわち、交流電源Ｖａｃ及びスイッチング電源装置１の正常動作において、交流電源Ｖａｃの極性反転が発生し、かつ、その発生が検出される時間間隔）よりも長い期間に設定することによって、上述したような、入力される交流電源Ｖａｃの波形自体、及び、スイッチング電源装置１において交流電源Ｖａｃを検出し、その極性を判別し、第１の駆動期間と第２の駆動期間を設定するための制御系（例えば、ＡＣ電圧検出回路８、ＡＣ電圧変換部２４、ＡＣ極性判定部２５、ＰＦＣ用ＰＷＭ出力制御部２８）のいずれか一方または両方に異常が発生した場合に、その異常を検出することが可能となる。

したがって、図６に示す異常判定手順が実装されたスイッチング電源装置１及びその制御方法によれば、第１のスイッチ素子Ｑ１の駆動期間と第２のスイッチ素子Ｑ２の駆動期間のうちのいずれか一方の駆動期間が、他方の駆動期間よりも長い期間長を有するように設定されることにより、長い方の駆動期間を有するスイッチ素子（第１のスイッチ素子Ｑ１または第２のスイッチ素子Ｑ２）を含む動作ユニットに出力制御が集中する状態が長期間継続し、その結果、装置の過熱、ひいては回路素子の焼損等の重大な損傷を装置が被ることを、力率改善回路２を臨界モードＰＷＭ制御するための通常の回路系を二重系にすることなく未然に防止して、装置を安全に停止させることが可能となる。

尚、図６に示す異常判定手順も、図５に示す異常判定手順と同様に、スイッチ素子制御回路１０で実行される制御手順の全体から、異常判定に関わる部分のみを抽出して記載したものであり、その異常判定手順は、制御手順の全体の中の任意の適切な時点で実行されるものである。また、その際、連続する手順として記載された任意の２つのステップの間（ステップＳ１０５からＳ１０１への復帰の間を含む）に、通常動作のために必要な任意のステップが実行されるものであってもよい。

ここで、スイッチング電源装置１及びその制御方法には、図５に示す異常判定手順のみが実装されるものであってもよく、または、図６に示す異常判定手順のみが実装されるものであってもよく、あるいは、図５に示す異常判定手順と図６に示す異常判定手順の両方が実装されるものであってもよい。

以上、本発明の代表的な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態の回路構成のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上述した実施形態において、ＰＷＭ用タイマ及び異常判定タイマ１〜３は、スイッチ素子制御回路１０が備えるものとしたが、これらのタイマ類は、スイッチ素子制御回路１０の外部に備えられるものであってもよく、あるいは、スイッチ素子制御回路１０が備えるタイマと、スイッチ素子制御回路１０の外部に備えられたタイマとが混在するものであってもよい。

また、スイッチング電源装置１において、力率改善回路２は図１に示したものに限定されず、第１のスイッチ素子Ｑ１及び第２のスイッチ素子Ｑ２の２つのスイッチ素子を備え、入力電圧検出回路８から出力される入力電圧検出信号に基づいて、第１及び第２のスイッチ素子Ｑ１、Ｑ２のそれぞれの駆動期間が決定され、また、第１及び第２の入力電流検出回路６、７から出力される入力電流検出信号に基づいて、それぞれ第１及び第２のスイッチ素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチング動作の周期が決定されることにより、出力電圧が所定の電圧となるようにスイッチング制御がされる力率改善回路であれば、本発明技術は適用できる。

さらに、スイッチング電源装置１において、負荷回路３にスイッチング方式のＤＣ−ＤＣコンバータまたはＤＣ−ＡＣコンバータが含まれる場合には、スイッチング制御部５は、これらのコンバータに含まれるスイッチ素子のスイッチング動作の制御機能を有するものであってもよい。

１：スイッチング電源装置、２：力率改善回路、３：負荷回路、４：検出部、５：スイッチング制御部、６：Ｌ１電流検出回路（第１の入力電流検出回路）、７：Ｌ２電流検出回路（第２の入力電流検出回路）、８：ＡＣ電圧検出回路（入力電圧検出回路）、９：ＰＦＣ電圧検出回路、Ｃ１:平滑コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ６：第１〜第６の整流素子、Ｌ１：第１のリアクトル、Ｌ２：第２のリアクトル、Ｑ１:第１のスイッチ素子、Ｑ２:第２のスイッチ素子、Ｖａｃ：交流電源

Claims (9)

1. 第１のスイッチ素子（Ｑ１）及び第２のスイッチ素子（Ｑ２）を備える力率改善回路（２）と、交流電源（Ｖａｃ）の両端からの入力電流をそれぞれ検出する第１及び第２の入力電流検出回路（６，７)と、前記交流電源（Ｖａｃ）の両端の入力電圧をそれぞれ検出する入力電圧検出回路（８）と、前記力率改善回路（２）の出力電圧が所定の電圧となるように前記第１及び第２のスイッチ素子（Ｑ１，Ｑ２）を制御するスイッチング制御部（５）とを備え、
   前記力率改善回路（２）は、負荷回路（３）に並列に接続される平滑コンデンサ（Ｃ１）と、第１の整流素子（Ｄ１）と第１のスイッチ素子（Ｑ１）からなる第１の直列回路と、第２の整流素子（Ｄ２）と第２のスイッチ素子（Ｑ２）からなる第２の直列回路とを有し、前記第１の直列回路と前記第２の直列回路は、前記第１の整流素子（Ｄ１）側の一端と前記第２の整流素子（Ｄ２）側の一端、及び、前記第１のスイッチ素子（Ｑ１）側の一端と前記第２のスイッチ素子（Ｑ２）側の一端をそれぞれ接続して互いに並列に接続されるとともに、前記第１及び第２の整流素子（Ｄ１，Ｄ２）が前記平滑コンデンサ（Ｃ１）を充電する方向となるように、前記平滑コンデンサ（Ｃ１）と並列に接続されており、かつ、前記第１の整流素子（Ｄ１）と前記第１のスイッチ素子（Ｑ１）の接続部と交流電源（Ｖａｃ）の一端との間に接続された第１のリアクトル（Ｌ１）と、前記第２の整流素子（Ｄ２）と前記第２のスイッチ素子（Ｑ２）の接続部と前記交流電源（Ｖａｃ）の他端との間に接続された第２のリアクトル（Ｌ２）と、を有しており、
   前記スイッチング制御部（５）は、前記入力電圧検出回路（８）から出力される入力電圧検出信号に基づいて、前記第１及び第２のスイッチ素子（Ｑ１，Ｑ２）のそれぞれの駆動期間を決定するとともに、前記第１及び第２の入力電流検出回路（６，７)から出力される入力電流検出信号に基づいて、それぞれ前記第１及び第２のスイッチ素子（Ｑ１，Ｑ２）のスイッチング動作の周期を決定し、かつ、前記第１及び第２のスイッチ素子（Ｑ１，Ｑ２）のうちの一方の駆動期間中は、他方のスイッチ素子のスイッチング動作を停止するように構成されたスイッチング電源装置であって、
   前記スイッチング制御部（５）は、前記第１及び第２の入力電流検出回路（６，７）から出力される入力電流検出信号及び前記入力電圧検出回路（８）から出力される入力電圧検出信号のいずれか一方または両方に基づいて、前記スイッチング電源装置の異常の発生を判定し、前記異常が発生したと判定した場合、前記第１及び第２のスイッチ素子（Ｑ１，Ｑ２）のスイッチング動作を停止させることを特徴とするスイッチング電源装置。
2. 前記力率改善回路（２）は、さらに、前記第１のスイッチ素子（Ｑ１）と前記第２のスイッチ素子（Ｑ２）の接続部と前記交流電源（Ｖａｃ）の前記第１のリアクトル（Ｌ１）側の一端との間に接続された第３の整流素子（Ｄ３）と、前記第１スイッチ素子（Ｑ１）と前記第２のスイッチ素子（Ｑ２）の接続部と前記交流電源（Ｖａｃ）の前記第２のリアクトル（Ｌ２）側の一端との間に接続された第４の整流素子（Ｄ４）と、を有することを特徴とする請求項１に記載のスイッチング装置。
3. 前記スイッチング制御部（５）は、前記第１の入力電流検出回路（６）から出力される入力電流検出信号から、前記第１のスイッチ素子（Ｑ１）のスイッチング動作の周期を決定するための第１タイミング情報が検出されない状態、及び、前記第２の入力電流検出回路（７）から出力される入力電流検出信号から、前記第２のスイッチ素子（Ｑ２）のスイッチング動作の周期を決定するための第１タイミング情報検出されない状態の少なくともいずれか一方が、所定の第１の期間を超えて継続した場合に、前記スイッチング電源装置に異常が発生したと判定することを特徴とする請求項１または２に記載のスイッチング電源装置。
4. 前記第１の期間は、前記交流電源（Ｖａｃ）の１周期よりも長い期間であることを特徴とする請求項３に記載のスイッチング電源装置。
5. 前記スイッチング制御部（５）は、前記入力電圧検出回路（８）から出力される入力電圧検出信号から、前記第１のスイッチ素子（Ｑ１）の駆動期間と前記第２のスイッチ素子（Ｑ１）の駆動期間との切替え時点に対応する第２タイミング情報が検出されない状態が、所定の第２の期間を超えて継続した場合に、前記スイッチング電源装置に異常が発生したと判定することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のスイッチング電源装置。
6. 前記第２の期間は、前記交流電源（Ｖａｃ）の半周期よりも長い期間であることを特徴とする請求項５に記載のスイッチング電源装置。
7. 第１のスイッチ素子（Ｑ１）及び第２のスイッチ素子（Ｑ２）を備える力率改善回路（２）と、交流電源（Ｖａｃ）の両端からの入力電流をそれぞれ検出する第１及び第２の入力電流検出回路（６，７)と、前記交流電源（Ｖａｃ）の両端の入力電圧をそれぞれ検出する入力電圧検出回路（８）と、前記力率改善回路（２）の出力電圧が所定の電圧となるように前記第１及び第２のスイッチ素子（Ｑ１，Ｑ２）を制御するスイッチング制御部（５）とを備え、
   前記力率改善回路（２）は、負荷回路（３）に並列に接続される平滑コンデンサ（Ｃ１）と、第１の整流素子（Ｄ１）と第１のスイッチ素子（Ｑ１）からなる第１の直列回路と、第２の整流素子（Ｄ２）と第２のスイッチ素子（Ｑ２）からなる第２の直列回路とを有し、前記第１の直列回路と前記第２の直列回路は、前記第１の整流素子（Ｄ１）側の一端と前記第２の整流素子（Ｄ２）側の一端、及び、前記第１のスイッチ素子（Ｑ１）側の一端と前記第２のスイッチ素子（Ｑ２）側の一端をそれぞれ接続して互いに並列に接続されるとともに、前記第１及び第２の整流素子（Ｄ１，Ｄ２）が前記平滑コンデンサ（Ｃ１）を充電する方向となるように、前記平滑コンデンサ（Ｃ１）と並列に接続されており、かつ、前記第１の整流素子（Ｄ１）と前記第１のスイッチ素子（Ｑ１）の接続部と交流電源（Ｖａｃ）の一端との間に接続された第１のリアクトル（Ｌ１）と、前記第２の整流素子（Ｄ２）と前記第２のスイッチ素子（Ｑ２）の接続部と前記交流電源（Ｖａｃ）の他端との間に接続された第２のリアクトル（Ｌ２）と、を有しており、
   前記スイッチング制御部（５）は、前記入力電圧検出回路（８）から出力される入力電圧検出信号に基づいて、前記第１及び第２のスイッチ素子（Ｑ１，Ｑ２）のそれぞれの駆動期間を決定するとともに、前記第１及び第２の入力電流検出回路（６，７)から出力される入力電流検出信号に基づいて、それぞれ前記第１及び第２のスイッチ素子（Ｑ１，Ｑ２）のスイッチング動作の周期を決定し、かつ、前記第１及び第２のスイッチ素子（Ｑ１，Ｑ２）のうちの一方の駆動期間中は、他方のスイッチ素子のスイッチング動作を停止するように構成されたスイッチング電源装置の制御方法であって、
   前記第１及び第２の入力電流検出回路（６，７）から出力される入力電流検出信号及び前記入力電圧検出回路（８）から出力される入力電圧検出信号のいずれか一方または両方に基づいて、前記スイッチング電源装置の異常の発生を判定するステップと、前記異常が発生したと判定した場合、前記第１及び第２のスイッチ素子（Ｑ１，Ｑ２）のスイッチング動作を停止させるステップとを含む、ことを特徴とするスイッチング電源装置の制御方法。
8. 前記スイッチング電源装置の異常の発生を判定するステップは、前記第１の入力電流検出回路（６）から出力される入力電流検出信号から、前記第１のスイッチ素子（Ｑ１）のスイッチング動作の周期を決定するための第１タイミング情報が検出されない状態、及び、前記第２の入力電流検出回路（７）から出力される入力電流検出信号から、前記第２のスイッチ素子（Ｑ２）のスイッチング動作の周期を決定するための第１タイミング情報が検出されない状態の少なくともいずれか一方が、所定の第１の期間を超えて継続した場合に、前記スイッチング電源装置の異常が発生したと判定するステップを含むことを特徴とする請求項７に記載のスイッチング電源装置の制御方法。
9. 前記スイッチング電源装置の異常の発生を判定するステップは、前記入力電圧検出回路（８）から出力される入力電圧検出信号から、前記第１のスイッチ素子（Ｑ１）の駆動期間と前記第２のスイッチ素子（Ｑ２）の駆動期間との切替え時点に対応する第２タイミング情報が検出されない状態が、所定の第２の期間を超えて継続した場合に、前記スイッチング電源装置に異常が発生したと判定するステップを含むことを特徴とする請求項７または８に記載のスイッチング電源装置の制御方法。

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