JPH01152965A

JPH01152965A - 電源装置

Info

Publication number: JPH01152965A
Application number: JP30970987A
Authority: JP
Inventors: Akira Kamata; 彰鎌田; Katsuhiko Watanabe; 勝彦渡辺
Original assignee: FDK Corp
Current assignee: FDK Corp
Priority date: 1987-12-09
Filing date: 1987-12-09
Publication date: 1989-06-15
Anticipated expiration: 2009-11-30
Also published as: JPH0697849B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、交流電源から直流電源をつくるスイッチン
グ方式の電源装置に関する。

（従来の技術）商用電源などを入力とする一般的なスイッチング電源の
ほとんどは、第３図に示すようなコンデンサ・インプッ
ト型整流回路を使用している。つまり、ダイオードブリ
ッジからなる整流回路１で交流入力が全波整流され、そ
の脈流がコンデンサ２で平滑されてＤＣ−ＤＣコンバー
タ３に入力される。このコンデンサ・インプット型整流
回路の各部の波形は、周知のとおり第４図のようになる
。

（発明が解決しようとする問題点）例えば「スイッチング・レギュレータ設計ノウハウＪ　
　（ＣＱ出版株式会社、１９８６年８月１日発行、著者
：長谷用彰）の１７０〜１７１ページにも解説されてい
るように、コンデンサ・インプット型整流回路において
は、入力電流Ｉｆは、交流入力の半周期ごとにごく短時
間だけ流れるパル　−スミ流となり、電流ピーク値は非
常に大きくなる。

そのため、入力電流が流れる部分の回路素子（整流ダイ
オードや突木防止回路などの素子）に充分な耐電流特性
のものを使用しなければならず、このことがコスト低減
の阻害要因の１つになっている。

また、交流電源ラインに鋭くてピーク値の大きいパルス
電流が流れることで、ノイズ環境を相当悪化させている
。このパルス電流は電源の波形に同期しているので、商
用電源に多数のスイッチング・レギュレータが接続され
た場合、それぞれのパルス電流が重畳されてしまい、問
題はより大きくなる。

またコンデンサ・インプット型整流回路の場合、交流入
力の電圧を例えば１００ｖから２００ｖに変更すると、
平滑コンデンサ２の出力電圧も同様に変わるので、その
ままではＤＣ−ＤＣコンバータ３への入力電圧が許容範
囲を超えてしまい、安定化電源としては動作しない。入
力として１００Ｖ電源と２００ｖ電源の両方に対応でき
るようにした従来の装置では、整流部の構成を倍電圧整
流回路と普通の全波整流回路とにスイッチによって切り
換えるようにしている。入力電源の電圧ランクによって
上記スイッチを切り換えることで、Ｄｃ−ｐｃコンバー
タに許容範囲内の平滑電圧を供給することができる。ま
た別の従来装置では入力段にトランスを設け、トランス
のタップ切り換えによって入力電圧の変更に対応できる
ようにしている。いずれにしても従来の装置では、使用
する交流電源の電圧ランクに応じた切り換え操作が必要
であった。

この発明は上述した従来の問題点に鑑みなされたもので
、その目的は、交流電源からの入力端子が抵抗負荷の場
合と同様な入力電圧にほぼ比例した電流となり、また交
流電源の電圧ランクが大きく変更になってもコンデンサ
の両端にほぼ一定の電圧を発生することができ、また電
源投入時にも過大な突入電流が流れないようにした電源
装置を提供することにある。

（問題点を解決するための手段）この発明に係る電源装置は、交流電源を全波整流して脈
流出力を得る整流回路と；上記交流電源より充分に高い周波数でオン／オフ駆動さ
れるスイッチング素子と、このスイッチング素子ととも
に上記整流回路の出力間に直列接続されたインダクタと
、このインダクタを介して供給される電流を平滑して安
定な直流出力を得るコンデンサとを有するチョッパ回路
と；上記インダクタまたは上記スイッチング素子を流れ
る電流の低周波成分の波形が上記整流回路の出力電圧の
波形に追従して変化するように上記スイッチング素子の
駆動パルス幅を制御する第１の制御手段と；上記チョッパ回路の出力電圧を安定化させるように上記
スイッチング素子の駆動パルス幅を制御する第２の制御
手段と；上記整流回路の入力側あるいは出力側に挿入された限流
用抵抗と、この抵抗に並列接続された抵抗短絡用スイッ
チング素子と、上記チョッパ回路のスイッチング素子を
流れる電流を検出する変流器と、この変流器の出力に高
周波信号が現われたのを検出して上記抵抗短絡用スイッ
チング素子をターンオンさせるトリガ回路とを有する突
入電流防止回路と；を備えたものである。

（作　用）上述の構成において、第１の制御手段によって上記スイ
ッチング素子の駆動パルス幅が制御され、上記インダク
タを流れる電流は全波整流電圧波形にほぼ追従して変化
する。また、第２の制御手段によって上記スイッチング
素子の駆動パルス幅が制御され、上記チョッパ回路の出
力電圧は基や電圧にほぼ等しく保たれる。

電源投入時点では上記抵抗短絡用スイッチング素子はオ
フしており、入力電流は上記限流用抵抗を通って流れる
。上記チョッパ回路にて高周波スイッチング動作が開始
されると、上記トリガ回路によって上記抵抗短絡用スイ
ッチング素子がターンオンされる。

（実施例）第１図はこの発明の一実施例による電源装置の構成を示
すもので、これを非絶縁型ＡＣ−ＤＣコンバータとして
単、独で用いることができるし、絶縁型ＤＣ−ＤＣコン
バータの前段のＡＣ−ＤＣコンバータとして用いても良
い。第２図は第１図の回路における主要部分の波形図で
ある。

正弦波の交流入力はダイオードブリッジからなる整流回
路１０で全波整流され、以下に詳述する昇圧型のチョッ
パ回路２０に入力される。チョッパ回路２０は、ＰＷＭ
（パルス幅制御）回路３１によって交流電源より充分に
高い周波数でオン／オフ駆動されるスイッチング素子Ｑ
１と、スイッチング素子Ｑ１とともに整流回路１０の出
力間に直列接続されたインダクタＬ１と、スイッチング
素子Ｑ１のオフ時にインダクタＬ１を通して電流が流れ
るようにスイッチング素子Ｑ１の両端に直列接続された
ダイオードＤ１とコンデンサＣ１とを有する。コンデン
サＣ１は相当大きな容量があり、これの両端から平滑化
され電圧安定化（後述）された直流出力が取り出される
。なお、コンデンサＣ２は高周波リップルを吸収するた
めの小容量のコンデンサで、本発明に必須のものではな
い。

整流回路１０の余波整流の出力電圧ｖ１の信号はＶＣＡ
　（電圧制御型可変利得増幅器）３２を経て差動増幅器
３３に入力される。チョッパ回路２０のインダクタＬ１
を流れる電流１１が変流器３４で検出され、その低周波
成分の信号が差動増幅器３３に入力される。ＰＷＭ回路
３１は、この差動増幅器３３の差動出力に従って動作し
、差動出力が最小になるようにスイッチング素子Ｑ１の
駆動パルス幅（オン時間）を変化させる。また、チョッ
パ回路２０の出力電圧ｖ２の基準電圧Ｖｓに対する誤差
が誤差増幅器３５で検出され、この出力がＶＣＡ３２の
制御電圧となる。

以上の構成において、差動増幅器３３では、チョッパ回
路２０の入力ｖ１の波形と、インダクタＬ１を流れる電
流１１の波形とが比較され、電流波形が電圧波形に追従
して変化するように、ＰＷＭ回路３１によってスイッチ
ング素子Ｑ１のオン時間が変えられる。

スイッチング素子Ｑ１がオンのとき、整流回路１０から
スイッチング素子Ｑ１を通してインダクタＬ１に電流が
流れ、インダクタＬ１にエネルギーが蓄積される。この
オン期間の電流増加値は、入力電圧ｖ１に比例するとと
もにオン時間に比例する。スイッチング素子Ｑ１がオフ
すると、これに蓄積されたエネルギーの放出による電流
が整流回路１０の出力に重畳されてコンデンサＣ１側に
供給される。

入力電圧波形とインダクタＬ１の電流波形との比較によ
るパルス幅制御は、結果として、入力電圧ｖ１が大きい
ほどスイッチング素子Ｑ１のオン時間を短くするように
作用する。この制御によって電流波形の変化が、入力電
圧の全波整流波形にほぼ等しくなる。つまり、交流入力
側から見ると、入力電圧と入力電流とがほぼ同じ波形で
位相差もなくなり、あたかも負荷が抵抗である場合とほ
ぼ同じ状態になる。以上が前述した第１の制御手段の作
用である。

また、第２の制御手段は次のように作用する。

出力電圧ｖ２が基準電圧Ｖｓより大きいほどＶＣＡ３２
のゲインが小さくなり、ｖ２がＶｓより小さいほどＶＣ
Ａ３２のゲインが大きくなる。このＶＣＡ３２は第１の
制御手段における入力端子の波形信号が通る回路であり
、これのゲインは第１の制御手段の基底的なパラメータ
となる。つまり、出力電圧ｖ２が高すぎるとスイッチン
グ素子Ｑ１のオン時間が短縮され、反対に低すぎるとオ
ン時間が伸長され、出力電圧ｖ２を基準電圧Ｖｓに近ず
けるように作用する。

次に突入電流防止回路５０の構成と動作について説明す
る。

この実施例の回路５０は、整流回路１０の入力側に挿入
された限流用抵抗Ｒ５と、この抵抗Ｒ５に並列接続され
た抵抗短絡用スイッチング素子としてのトライアックＳ
５と、チョッパ回路２０におけるスイッチング索子Ｑ１
を流れる電流を検出する変流器５１と、この変流器５１
に誘起された高周波信号を濾波してトライアックＳ１の
トリガ信号をつくるトリガ回路（抵抗Ｒ５１、Ｒ５２、
コンデンサＣ５１、ダイオードＤ５１）とから構成され
ている。

電源投入時点ではサイリスクＳ５はオフしており、交流
電源からの入力電流は限流用抵抗Ｒ５を通して流れるの
で、コンデンサＣ１の初期充電電流も過大にならない。

図示しない起動回路によってＰＷＭ回路３１が動作を開
始すると、インダクタＬ１およびスイッチング素子Ｑ１
に高周波成分を伴った電流が流れ、変流器５１に高周波
信号が誘起される。この高周波信号からトライアックＳ
５のトリガ信号がつくられ、トライアックＳ５がターン
オンする。すると交流電源からの入力電流はトライアッ
クＳ５を通って流れる。

なお、限流用抵抗および抵抗短絡用スイッチング素子は
整流回路１０の出力側に設けても良い。

また、上記の実施例におけるチョッパ回路２０は昇圧型
であるが、本発明はこれに限定されるものではなく、昇
圧−降圧型チョッパ回路（極性反転型および非反転型を
含む）を使用することができる。

また第１図の実施例において、チョッパ回路２０の出力
側に絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータを追加する場合、その
ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を前述した第２の制御
手段のフィードバック要素とする。

（発明の効果）以上詳細に説明したように、この発明に係る電源装置で
は、入力電流が交流入力電圧にほぼ追従して変化し、位
相差のないほぼ正弦波状になり、交流電源側から見た電
圧と電流の関係が抵抗負荷の場合とほぼ同様になる。従
って、従来のコンデンサ・インプット型整流回路のよう
に短時間に集中的に大きなパルス電流が流れることがな
く、回路素子の耐電流特性の面の制約が緩和されるとと
もに、交流電源ラインに様々な悪影響を及ぼすノイズを
低減することができる。

また、前記チョッパ回路の電圧変換作用と、第２の制御
手段による出力電圧のフィードバック制御作用とによっ
て、交流入力の電圧が変動したり、あるいは電圧ランク
を変更した場合でも、出力電圧を一定に保つことができ
る。その結果、まったく切り換えを必要とせず、例えば
交流１００ｖ電源から交流２００ｖ電源まで適合する電
源装置が容易に構成できるようになる。

また、突入電流防止回路を設けたので、電源投入時に過
大な電流が流れるのを確実に防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による電源装置の回路図、第
２図は第１図の回路の要部波形図゛、第３図は従来のコ
ンデンサ・インプット型の電源装置の回路図、第４図は
第３図の回路の要部波形図である。１０・・・・・・整流回路２０・・・・・・チョッパ回路３１・・・・・・パルス幅制御回路５０・・・・・・突入電流防止回路特許出願人　　　　　　富士電気化学株式会社代　理　
人　　　　　　弁理士　−色　健　補間　　　　　　　
　弁理士　松　本　雅　利第２図Ｎ３図ｇ１４図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）交流電源を全波整流して脈流出力を得る整流回路
と；上記交流電源より充分に高い周波数でオン／オフ駆動さ
れるスイッチング素子と、このスイッチング素子ととも
に上記整流回路の出力間に直列接続されたインダクタと
、このインダクタを介して供給される電流を平滑して安
定な直流出力を得るコンデンサとを有するチョッパ回路
と；上記インダクタまたは上記スイッチング素子を流れる電
流の低周波成分の波形が上記整流回路の出力電圧の波形
に追従して変化するように上記スイッチング素子の駆動
パルス幅を制御する第１の制御手段と；上記チョッパ回路の出力電圧を安定化させるように上記
スイッチング素子の駆動パルス幅を制御する第２の制御
手段と；上記整流回路の入力側あるいは出力側に挿入された限流
用抵抗と、この抵抗に並列接続された抵抗短絡用スイッ
チング素子と、上記チョッパ回路のスイッチング素子を
流れる電流を検出する変流器と、この変流器の出力に高
周波信号が現われたのを検出して上記抵抗短絡用スイッ
チング素子をターンオンさせるトリガ回路とを有する突
入電流防止回路と；を備えたことを特徴とする電源装置。