JP5866657B2 - 電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、電源装置に関し、より特定的には、力率改善回路を備えた電源装置に関する。

従来の電源装置としては、例えば、図２に記載の電源装置が知られている。図２は、従来の電源装置５００の回路図である。

電源装置５００は、ブリッジ回路５０４、制御回路５１４、リアクトルＬ１１、コンデンサＣ１１、スイッチ素子ＳＷ１２、ダイオードＤ２１，Ｄ２２、入力端子ｔ１１，ｔ１２及び出力端子ｔ１３，ｔ１４を備えている。リアクトルＬ１１、コンデンサＣ１１、ダイオードＤ２１，Ｄ２２及びスイッチ素子ＳＷ１２は、力率改善回路５２０を構成している。

入力端子ｔ１１，ｔ１２には、スイッチ素子ＳＷ１１を介して交流電源５０２が接続されている。ブリッジ回路５０４は、４つのダイオードが接続されてなり、入力端子ｔ１１，ｔ１２間に接続されている。ブリッジ回路５０４と出力端子ｔ１３との間には、リアクトルＬ１１及びダイオードＤ２１が直列に接続されている。スイッチ素子ＳＷ１２は、リアクトルＬ１１とダイオードＤ２１との間に接続されている。また、コンデンサＣ１１は、ダイオードＤ２１と出力端子ｔ１３との間に接続されている。ダイオードＤ２２は、リアクトルＬ１１及びダイオードＤ２１に対して並列に接続されている。

以上のように構成された電源装置５００では、ブリッジ回路５０４は、交流電圧に対して全波整流を行う。リアクトルＬ１１及びダイオードＤ２１には、ブリッジ回路５０４から出力されてきた入力電圧Ｖ１１が印加される。そして、コンデンサＣ１１は、ダイオードＤ２１から出力されてくる電圧を平滑化して、出力電圧Ｖ１２として出力端子ｔ１３，ｔ１４から出力する。

また、制御回路５１４がスイッチ素子ＳＷ１２のオン／オフを周期的に切り替える。これにより、リアクトルＬ１１へのエネルギーの蓄積とリアクトルＬ１１からのエネルギーの伝達とが切り換えられる。この際、制御回路５１４は、出力電圧Ｖ１２の大きさに応じて、オン／オフの周期を調整する。これにより、出力端子ｔ１３，ｔ１４から出力される出力電圧Ｖ１２は、力率改善回路５２０に入力される入力電圧Ｖ１１に対して適切な大きさに昇圧される。更に、コンデンサＣ１１は、出力電圧Ｖ１２を平滑化する。以上のような電源装置５００では、高調波ノイズが抑制されて、力率の改善が図られている。

また、電源装置５００では、ダイオードＤ２２が、リアクトルＬ１１及びダイオードＤ２１に並列に接続されている。これにより、リアクトルＬ１１に突入電流が流れることが防止されている。

しかしながら、電源装置５００では、ダイオードＤ２２に短絡破壊が発生すると、適切な大きさの出力電圧Ｖ１２が出力されなくなるので、力率改善回路５２０は、適切な周期でスイッチ素子ＳＷ１２のオン／オフを切り換えることができない。その結果、スイッチ素子ＳＷ１２に負荷がかかってしまい、スイッチ素子ＳＷ１２が破損するおそれがある。

なお、従来の電源装置に関する発明としては、特許文献１に記載のアクティブ力率改善型電源及び特許文献２に記載の電源装置が知られている。しかしながら、特許文献１に記載のアクティブ力率改善型電源及び特許文献２に記載の電源装置のいずれにも、ダイオードＤ２２が設けられていない。そのため、ダイオードＤ２２の短絡破壊による問題が発生しえない。

特開平５−１８４１３８号公報 特開平１０−３３７００４号公報

そこで、本発明の目的は、力率改善回路においてリアクトル及び第１のダイオードに並列接続されている第２のダイオードの短絡破壊を検知できる電源装置を提供することである。

本発明の一形態に係る電源装置は、入力された交流電圧を整流する整流回路と、前記整流回路から出力される電圧が印加されるリアクトル、該リアクトルに直列に接続されている第１のダイオード、該第１のダイオードから出力される電圧を平滑化するコンデンサ、該リアクトル及び該第１のダイオードに対して並列に接続されている第２のダイオード及びスイッチ素子を含んでいる力率改善回路と、前記スイッチ素子の導通と非導通とを切り換えることによって、前記リアクトルのエネルギーの蓄積及び伝達を切り換える第１の制御部と、前記力率改善回路の後段に接続され、かつ、１次巻線及び２次巻線により構成されているトランスを含んでいるＤＣ−ＤＣコンバータと、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの動作を制御する第２の制御部と、前記１次巻線に対して磁気結合しており、該１次巻線が発生する磁界によって、前記第１の制御部及び前記第２の制御部を駆動させるための駆動電圧を発生する補助巻線と、前記力率改善回路への入力電圧及び該力率改善回路からの出力電圧に基づいて、前記第２のダイオードの破壊を検知した場合には、該第２の制御部の動作を停止させることにより、該第１の制御部の動作を停止させる停止回路と、を備えていること、を特徴とする。

本発明によれば、リアクトル及び第１のダイオードに並列接続されている第２のダイオードの短絡破壊を検知できる。

本発明の一実施形態に係る電源装置の回路図である。 従来の電源装置の回路図である。

以下に、一実施形態に係る電源装置について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る電源装置１の回路図である。

電源装置１は、交流電圧を直流電圧に変換して出力し、ブリッジ回路４、力率改善回路６、制御部１４、ＤＣ−ＤＣコンバータ１６、制御部１７、出力電圧監視部１８、停止回路２２、補助巻き線３４、入力端子ｔ１，ｔ２、出力端子ｔ３，ｔ４、抵抗Ｒ１〜Ｒ１３、コンデンサＣ２、ダイオードＤ８〜Ｄ１０及びスイッチ素子ＳＷ２を備えている。

交流電源２は、交流電圧を供給し、入力端子ｔ１，ｔ２間に接続されている。また、スイッチ素子ＳＷ１は、入力端子ｔ１と交流電源２との間に接続されている。スイッチ素子ＳＷ１が導通状態に切り替えられることにより、交流電圧は、交流電源２から電源装置１へと供給される。

ブリッジ回路４は、入力端子ｔ１，ｔ２を介して入力された交流電流を全波整流する整流回路であり、ダイオードＤ３〜Ｄ６により構成されている。より詳細には、ダイオードＤ３及びダイオードＤ４は直列に接続され、ダイオードＤ５及びダイオードＤ６は直列に接続されている。そして、ダイオードＤ３，Ｄ４とダイオードＤ５，Ｄ６とは並列に接続されている。また、入力端子ｔ１は、ダイオードＤ３，Ｄ４間に接続され、入力端子ｔ２は、ダイオードＤ５，Ｄ６間に接続されている。

力率改善回路６は、ブリッジ回路４の後段に設けられており、リアクトルＬ１、ダイオードＤ１，Ｄ２，コンデンサＣ１及びスイッチ素子ＳＷ２を含んでいる。リアクトルＬ１は、ブリッジ回路４のダイオードＤ４，Ｄ６間に接続されており、ブリッジ回路４から出力される電圧が印加される。ダイオードＤ１は、アノードがリアクトルＬ１に接続されることによって、リアクトルＬ１に対して直列に接続されている。

コンデンサＣ１は、ダイオードＤ１のカソードとダイオードＤ３，Ｄ５間との間に接続されており、ダイオードＤ１から出力される電圧を平滑化する。スイッチ素子ＳＷ２は、リアクトルＬ１及びダイオードＤ１の間とダイオードＤ３，Ｄ５間との間に接続されている。

ダイオードＤ２は、リアクトルＬ１及びダイオードＤ１に対して並列に接続されており、リアクトルＬ１に突入電流が流れることを防止している。ダイオードＤ２のアノードは、リアクトルＬ１に接続され、ダイオードＤ２のカソードは、ダイオードＤ１のカソードに接続されている。

抵抗Ｒ３，Ｒ４は、互いに直列に接続されており、コンデンサＣ１に対して並列に接続されている。すなわち、抵抗Ｒ３，Ｒ４の両端には、力率改善回路の出力電圧Ｖ２が印加されている。そして、出力電圧Ｖ２が抵抗Ｒ３，Ｒ４により分圧されることによって生成されたフィードバック信号ＦＢ１が、制御部１４に入力している。制御部１４は、制御信号Ｓｉｇ１をスイッチ素子ＳＷ２に出力して、スイッチ素子ＳＷ２の導通と非導通とを切り換えることによって、リアクトルＬ１のエネルギーの蓄積及び伝達を切り換える。このとき、制御部１４は、フィードバック信号ＦＢ１に基づいて、ＰＷＭ制御を行って、出力電圧Ｖ２が設定電圧となるように制御する。具体的には、フィードバック信号ＦＢ１が所定電圧よりも低い場合には、スイッチ素子ＳＷ２が導通している期間を長くするとともに、スイッチ素子ＳＷ２が非導通である期間を短くする。一方、フィードバック信号ＦＢ１が所定電圧よりも高い場合には、スイッチ素子ＳＷ２が導通している期間を短くするとともに、スイッチ素子ＳＷ２が非導通である期間を長くする。

ＤＣ−ＤＣコンバータ１６は、力率改善回路６の後段に接続されており、力率改善回路６の出力電圧Ｖ２を出力電圧Ｖ３に変換して出力端子ｔ３，ｔ４から出力する。ＤＣ−ＤＣコンバータ１６は、トランスＴ１、ダイオードＤ７及びコンデンサＣ３を含んでいる。なお、ＤＣ−ＤＣコンバータ１６は、複数段設けられていてもよい。

トランスＴ１は、１次巻き線３０及び２次巻き線３２により構成されており、出力電圧Ｖ２を出力電圧Ｖ３に変換する。１次巻き線３０は、ダイオードＤ３，Ｄ５間とダイオードＤ１のカソードとの間に接続されており、出力電圧Ｖ２が印加される。２次巻き線３２は、１次巻き線３０に対して磁気結合しており、１次巻き線３０に印加された出力電圧Ｖ２により発生する磁界によって、出力電圧Ｖ３を発生する。

ダイオードＤ７は、２次巻き線３２と出力端子ｔ３との間に接続されており、電流が逆流することを防止している。また、コンデンサＣ３は、２次巻き線３２に並列に接続されており、出力電圧Ｖ３を平滑化している。

スイッチ素子ＳＷ３は、ダイオードＤ３，Ｄ５間と１次巻き線３０との間に接続されている。

ダイオードＤ５，Ｄ６の間は、抵抗Ｒ１１を介して制御部１７に接続されている。これにより、起動電圧Ｖ４が、抵抗Ｒ１１を介して、制御部１７に入力している。起動電圧Ｖ４は、電源装置１の起動時に、制御部１７を駆動させるために用いられる。

また、抵抗Ｒ１２，Ｒ１３は、互いに直列に接続されており、出力端子ｔ３，ｔ４間に接続されている。すなわち、抵抗Ｒ１２，Ｒ１３の両端には、出力電圧Ｖ３が印加されている。そして、出力電圧Ｖ３が抵抗Ｒ１２，Ｒ１３により分圧されることによって生成された基準電圧Ｖ５が、出力電圧監視部１８に入力している。出力電圧監視部１８は、基準電圧Ｖ５に基づいて、フィードバック信号ＦＢ２を生成し、制御部１７に出力する。

制御部１７は、制御信号Ｓｉｇ２をスイッチ素子ＳＷ２に出力して、スイッチ素子ＳＷ３の導通と非導通とを切り換えることによって、ＤＣ−ＤＣコンバータ１６の動作を制御する。このとき、制御部１７は、フィードバック信号ＦＢ２に基づいて、ＰＷＭ制御を行って、出力電圧Ｖ３が設定電圧となるように制御する。

補助巻き線３４は、１次巻き線３０に対して磁気結合しており、１次巻き線３０に印加された出力電圧Ｖ２により発生する磁界によって、駆動電圧Ｖ６を発生する。補助巻き線３４は、制御部１４，１７に接続されている。そして、制御部１４，１７は、並列に接続されている。これにより、駆動電圧Ｖ６は、制御部１４，１７を駆動させるための電圧として用いられる。

抵抗Ｒ５，Ｒ６は、互いに直列に接続されており、補助巻き線３４に並列に接続されている。すなわち、抵抗Ｒ５，Ｒ６の両端には、駆動電圧Ｖ６が印加されている。そして、駆動電圧Ｖ６が抵抗Ｒ５，Ｒ６により分圧されることによって補助電圧Ｖ７が生成されている。

抵抗Ｒ７，Ｒ８は、互いに直列に接続されており、制御部１４に並列に接続されている。すなわち、抵抗Ｒ７，Ｒ８の両端には、制御部１４に印加される駆動電圧Ｖ６が印加されている。そして、駆動電圧Ｖ６が抵抗Ｒ７，Ｒ８により分圧されることによって検知電圧Ｖ８が生成されている。

抵抗Ｒ９，Ｒ１０は、互いに直列に接続されており、制御部１７に並列に接続されている。すなわち、抵抗Ｒ９，Ｒ１０の両端には、制御部１７に印加される駆動電圧Ｖ６が印加されている。そして、駆動電圧Ｖ６が抵抗Ｒ９，Ｒ１０により分圧されることによって検知電圧Ｖ９が生成されている。

抵抗Ｒ１，Ｒ２は、互いに直列に接続されており、ダイオードＤ３，Ｄ５間とダイオードＤ４，Ｄ６間との間に接続されている。すなわち、抵抗Ｒ１，Ｒ２の両端には、力率改善回路６の入力電圧Ｖ１が印加されている。そして、入力電圧Ｖ１が抵抗Ｒ１，Ｒ２により分圧されることによって検知電圧Ｖ１０が生成されている。

停止回路２２は、制御部１４，１７の動作状態、力率改善回路６への入力電圧Ｖ１及び力率改善回路６からの出力電圧Ｖ２に基づいて、制御部１４，１７の動作を停止させ、比較器４０、ＮＡＮＤ回路４２、ＮＯＲ回路４４、スイッチ素子Ｑ及びコンデンサＣ４を含んでいる。

比較器４０の＋端子には、出力電圧Ｖ２が抵抗Ｒ３，Ｒ４により分圧されることによって生成されたフィードバック信号ＦＢ１に対して補助電圧Ｖ７が重畳（加算）された検知電圧Ｖ１１が印加されている。フィードバック信号ＦＢ１の信号線上には、電流の逆流を防止するためのダイオードＤ８が設けられている。比較器４０の−端子には、検知電圧Ｖ１０が印加されている。なお、検知電圧Ｖ１０は、交流電圧が全波整流された脈流である。よって、検知電圧Ｖ１０は、コンデンサＣ２によりピークホールドされている。

比較器４０は、検知電圧Ｖ１１と検知電圧Ｖ１０とを比較し、検知電圧Ｖ１１が検知電圧Ｖ１０よりも高い場合にはハイレベルの電圧を出力し、検知電圧Ｖ１１が検知電圧Ｖ１０以下になった場合には、ローレベルの電圧を出力する。ここで、比較器４０の＋端子に、フィードバック信号ＦＢ１を直接に入力せずに、検知電圧Ｖ１１を入力している理由について説明する。

ダイオードＤ２に短絡破壊が発生すると、力率改善回路６及びＤＣ−ＤＣコンバータ１６が動作しているにもかかわらず、入力電圧Ｖ１と出力電圧Ｖ２とが略等しくなる。厳密には、入力電圧Ｖ１は、ダイオードＤ２において発生する電圧降下と等しい所定電圧だけ出力電圧Ｖ２から高い電圧と等しくなる。よって、入力電圧Ｖ１及び出力電圧Ｖ２に基づいて、ダイオードＤ２の短絡破壊の発生を検知することが可能である。そこで、比較器４０は、出力電圧Ｖ２に所定電圧を加算した検知電圧が入力電圧Ｖ１以下になったか否かを判定している。そして、比較器４０の＋端子には、出力電圧Ｖ２に所定電圧を加算した検知電圧に応じて変動する電圧として、出力電圧Ｖ２が抵抗Ｒ３，Ｒ４により分圧されることによって生成されたフィードバック信号ＦＢ１に対して補助電圧Ｖ７が重畳（加算）された検知電圧Ｖ１１が印加されている。すなわち、補助電圧Ｖ７は、所定電圧に相当する。また、比較器４０の−端子には、入力電圧Ｖ１に応じて変動する電圧として、入力電圧Ｖ１が抵抗Ｒ１，Ｒ２により分圧されることによって生成された検知電圧Ｖ１０が印加されている。

ＮＡＮＤ回路４２には、検知電圧Ｖ８，Ｖ９が印加されている。検知電圧Ｖ８，Ｖ９はそれぞれ、制御部１４，１７が動作している状態ではハイレベルとなり、制御部１４，１７が停止している状態ではローレベルとなる。よって、ＮＡＮＤ回路４２は、制御部１４，１７が共に動作しているときのみローレベルの電圧を出力し、それ以外のときにはハイレベルの電圧を出力する。

ＮＯＲ回路４４には、比較器４０の出力とＮＡＮＤ回路４２の出力が印加されている。ＮＯＲ回路４４は、比較器４０の出力及びＮＡＮＤ回路４２の出力が共にローレベルであるときのみ、ハイレベルの電圧を出力し、それ以外のときには、ローレベルの電圧を出力する。すなわち、ＮＯＲ回路４４は、制御部１４，１７が動作し、かつ、検知電圧Ｖ１１（出力電圧Ｖ２に所定電圧を加算した検知電圧）が検知電圧Ｖ１０（入力電圧Ｖ１）以下になった場合にのみ、ハイレベルの電圧を出力する。

スイッチ素子Ｑのエミッタは、制御部１７のラッチ制御端子に接続されている。スイッチ素子Ｑのコレクタは、補助巻き線３４の一端に接続されている。スイッチ素子Ｑのベースには、ＮＯＲ回路４４の出力が印加されている。コンデンサＣ４は、ラッチ制御端子と補助巻き線３４の他端に接続されている。補助巻き線３４の一端とは、相対的に高い電位に保たれる端部であり、補助巻き線３４の他端とは、相対的に低い電位に保たれる端部である。

以上のように構成された停止回路２２では、前記の通り、ＮＯＲ回路４４は、制御部１４，１７が動作し、かつ、検知電圧Ｖ１１が検知電圧Ｖ１０以下になった場合にのみ、ハイレベルの電圧を出力する。このとき、スイッチ素子Ｑは、導通し、コンデンサＣ４は、充電される。そして、コンデンサＣ４の電圧が、制御部１７内のラッチ回路のスレッシュホールド電圧を越えた場合には、ＤＣ−ＤＣコンバータ１６は、ラッチ状態となり動作を停止する。これにより、制御部１４への駆動電圧Ｖ６の供給も停止し、制御部１４も動作を停止する。一方、ＮＯＲ回路４４がローレベルの電圧を出力した場合には、スイッチ素子Ｑが導通しないので、制御部１４，１７は動作を停止しない。

（効果）
以上のように構成された電源装置１によれば、力率改善回路６においてリアクトルＬ１及びダイオードＤ１に並列接続されているダイオードＤ２の短絡破壊を検知できる。より詳細には、図２に記載の電源装置５００では、ダイオードＤ２２が、リアクトルＬ１１及びダイオードＤ２１に並列に接続されている。これにより、リアクトルＬ１１に突入電流が流れることが防止されている。

しかしながら、電源装置５００では、ダイオードＤ２２に短絡破壊が発生すると、適切な大きさの出力電圧Ｖ１２が出力されなくなるので、力率改善回路５２０は、適切な周期でスイッチ素子ＳＷ１２のオン／オフを切り換えることができない。その結果、スイッチ素子ＳＷ１２に負荷がかかってしまい、スイッチ素子ＳＷ１２が破損するおそれがある。

ここで、ダイオードＤ２に短絡破壊が発生してない場合には、出力電圧Ｖ２に所定電圧を加算した検知電圧が入力電圧Ｖ１よりも高くなっているのに対して、ダイオードＤ２に短絡破壊が発生すると、入力電圧Ｖ１と出力電圧Ｖ２に所定電圧を加算した検知電圧とが略等しくなる。そこで、停止回路２２は、出力電圧Ｖ２に所定電圧を加算した検知電圧（検知電圧Ｖ９に対応）が入力電圧Ｖ１（検知電圧Ｖ１０に対応）以下になったか否かを判定している。これにより、停止回路２２は、ダイオードＤ２の短絡破壊を検知できる。

また、停止回路２２は、ダイオードＤ２の短絡破壊を検知した場合には、制御部１４，１７が動作しているか否かを判定し、制御部１４，１７が動作している場合には、制御部１４，１７の動作を停止させている。これにより、ダイオードＤ２の短絡破壊によって、スイッチ素子ＳＷ１２が破損することが防止される。

以上のように、本発明は、電源回路に有用であり、特に、力率改善回路においてリアクトル及びダイオードに並列接続されているダイオードの短絡破壊を検知できる点において優れている。

Ｃ１〜Ｃ４ コンデンサ
Ｌ１ リアクトル
Ｑ，ＳＷ１〜ＳＷ３ スイッチ素子
Ｒ１〜Ｒ１３ 抵抗
Ｔ１ トランス
ｔ１，ｔ２ 入力端子
ｔ３，ｔ４ 出力端子
１ 電源装置
２ 交流電源
４ ブリッジ回路
６ 力率改善回路
１４，１７ 制御部
１６ ＤＣ−ＤＣコンバータ
１８ 出力電圧監視部
２２ 停止回路
３０ １次巻き線
３２ ２次巻き線
３４ 補助巻き線
４０ 比較器
４２ ＮＡＮＤ回路
４４ ＮＯＲ回路
Ｄ１〜Ｄ１０ ダイオード

Claims (4)

1. 入力された交流電圧を整流する整流回路と、
   前記整流回路から出力される電圧が印加されるリアクトル、該リアクトルに直列に接続されている第１のダイオード、該第１のダイオードから出力される電圧を平滑化するコンデンサ、該リアクトル及び該第１のダイオードに対して並列に接続されている第２のダイオード及びスイッチ素子を含んでいる力率改善回路と、
   前記スイッチ素子の導通と非導通とを切り換えることによって、前記リアクトルのエネルギーの蓄積及び伝達を切り換える第１の制御部と、
   前記力率改善回路の後段に接続され、かつ、１次巻線及び２次巻線により構成されているトランスを含んでいるＤＣ−ＤＣコンバータと、
   前記ＤＣ−ＤＣコンバータの動作を制御する第２の制御部と、
   前記１次巻線に対して磁気結合しており、該１次巻線が発生する磁界によって、前記第１の制御部及び前記第２の制御部を駆動させるための駆動電圧を発生する補助巻線と、
   前記力率改善回路への入力電圧及び該力率改善回路からの出力電圧に基づいて、前記第２のダイオードの破壊を検知した場合には、該第２の制御部の動作を停止させることにより、該第１の制御部の動作を停止させる停止回路と、
   を備えていること、
   を特徴とする電源装置。
2. 前記停止回路は、前記第１の制御部及び前記第２の制御部が動作し、かつ、前記力率改善回路からの出力電圧に所定電圧を加算した検知電圧が該力率改善回路への入力電圧以下になった場合には、該第２の制御部の動作を停止させることにより、該第１の制御部の動作を停止させること、
   を特徴とする請求項１に記載の電源装置。
3. 前記所定電圧は、前記第２のダイオードにおいて発生する電圧降下と等しいこと、
   を特徴とする請求項２に記載の電源装置。
4. 前記停止回路に入力される前記入力電圧をピークホールドするピークホールド回路を、
   更に備えていること、
   を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の電源装置。
   

Images