JPH04156275A - スイッチングレギュレータ - Google Patents

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、交流電源から安定な直流電源を作るチョッ
パ制御方式のスイッチングレギュレータに関し、特に、
入力電圧と入力電流とがほぼ同じ波形でほぼ同位相で変
化するようにパルス幅制御を行なう力率改善方式のスイ
ッチングレギュレータに関する。

（従来の技術） 例えば特開平２−７８６９号公報に開示されているよう
に、第２図に示すような構成の力率改善方式のスイッチ
ングレギュレータが知られている。

第２図において、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Ｑ１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Ｌ
１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、本装置に必須のものではない
。

整流回路１０の全波整流の出力電圧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（入力電流波形
と入力電圧波形の差信号）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。つまり、差動増幅器３３か
らの差信号と発振器３６からの三角波信号とを比較して
、周知のようにスイッチング素子Ｑ１の制御信号を生成
する。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の入力電圧Ｖ１の波形と、インダクタＬ１を流れ
る電流ｒ１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Ｑｌ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■１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
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。

以上詳細に説明したように、この方式の電源装置では、
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（力率が
改善される）。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昇圧作用と、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
８５Ｖ電源から交流２６ＪＶｔ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。

また本装置に電源を投入すると、電源投入検出回路３７
が応動し、制御信号ａを電源投入直後の一定時間だけつ
Ｌレベルに保ち、これによってＰＷＭ回路３１の動作を
禁止し、その一定時間後に制御信号ａをＨレベルにして
ＰＷＭ回路３１を起動してスイッチング動作を開始させ
る。また同時に、制御信号ａがＨレベルになったときラ
ンプ電圧発生回路３９が起動される。この発生回路３９
は第３図に示すように起動されてから徐々に低下するラ
ンプ電圧すを発生し、そのランプ電圧すはＰＷＭ回路３
１に入力される。

チョッパ回路２０のスイッチング動作が開始された直後
には、出力電圧ｖ２は低いので、差動増幅器３３からの
入力電流波形と入力電圧波形の差信号Ｃに基づく制御に
よれば、スイッチング素子Ｑ１の駆動パルス幅が非常に
大きくなり、大きな電流でコンデンサＣ１を速やかに充
電するように制御がなされる。この時の制御のオーバー
シュートによって、過渡的に過電流が流れ、スイッチン
グ素子Ｑ１や入力ラインの各素子に過大なストレスが加
わる。前述のランプ電圧発生回路３９はこの電源投入直
後の過電流を防ぐためのソフトスタート制御を行なうた
めに設けられている。

チョッパ回路２０のスイッチング動作が開始されると、
入力電流波形と大力電圧波形の差信号Ｃは、第３図に示
すように交流入力を全波整流したのと同じ脈流波形にな
る。これに対して回路３９から発生するランプ電圧すは
差信号Ｃの脈流周期の数千倍の時間をかけて高レベルか
ら低レベルに変化する。周知のように、ＰＷＭ回路３１
には差信号Ｃと三角波信号とを比較するコンパレータと
、ランプ電圧すと三角波信号とを比較するコンパレータ
とが内蔵されており、両コンパレータから得られる駆動
パルスのうちの幅の狭いパルス信号によってスイッチン
グ素子Ｑ１がオン駆動されるようになっている。つまり
差信号Ｃよりランプ電圧わが高レベルであるときは、そ
のランプ電圧すによってスイッチング素子Ｑ１のパルス
幅制御が行われるようになっている。定常状態ではラン
プ電圧すはゼロであり、全く意味をもっていないが、電
源投入による起動直後の過渡状態においてランプ電圧す
が高レベルになって、この信号すに基づいてパルス幅制
御がなされ、ランプ電圧すが徐々に低下して差信号Ｃよ
り小さくなるとその意味はなくなる。

なお過電圧検出回路３８は出力電圧ｖ２が異常に大きく
なったときｖＪ御信号ａをＬレベルにし、ＰＷＭ回路３
１の動作を停止させ、過電圧状態が解消されると制御信
号ａをＨレベルに戻す。このときＰＷＭ回路３１が動作
を再開するとともにランプ電圧発生３９が起動され、前
述のようにランプ電圧すによるソフトスタート制御が行
われる。

（発明が解決しようとする課題） 前述した従来のソフトスタート制御においては、ランプ
電圧すによってソフトスタート制御が行われているとき
、入力電流を入力電圧と同じ全波整流波形にするという
機能はほぼ失われ、入力電圧の脈流のピーク時に大きな
電流が流れ、従来のコンデンサインプット型整流回路と
同じような動作になってしまう。従って力率改善効果は
なく、ノイズも発生し易くなる。さらに、入力電流のピ
ーク値は比較的大きいのに平均値は非常に小さく、従っ
て出力電圧が基準値に達するまでに長時間かかる。つま
りソフトスタートの期間を非常に長く設定しなければな
らない。この時間を短くしようとすると、過電流を抑え
るというソフトスタートの目的が達成されなくなる。

この発明は前述した従来の問題点に鑑みなされたもので
、その目的は、力率改善方式の動作を維持したままで過
渡状態のソフトスタート制御を行なえるようにしたスイ
ッチングレギュレータを提供することにある。

（課題を解決するための手段） そこで虫の発明では、起動直後の過渡状態において、前
述の入力電流波形と入力電圧波形の差信号の生成ゲイン
を、定常時より入力電流を低下させる方向に変化させる
とともに、徐々に定常時のゲインに復帰させるソフトス
タート制御手段を設けた。

（作　用） ＰＷＭ回路おいて、三角波信号と比較される前記差信号
の生成ゲインを変化させることで起動直後の過渡状態に
おいて入力電流を抑制し、徐々に定常状態に戻すことに
なる。

（実施例） Ｊｔｉｌ１図は本発明の一実施例によるスイッチングレ
ギュレータの構成を示しており、その大部分は第２図に
示した従来の構成と同じであるので、以下では従来と異
なる構成のみを抽出して説明する。

この実施例においては、入力電圧波形信号を増幅するた
めのＶＣＡ３２にもう一つの制御入力端子を設け、そこ
にランプ電圧発生回路３９からのランプ電圧すを印加し
、ＶＣＡ３２のゲインをランプ電圧すによっても変化さ
せるように構成している。

定常状態におけるランプ電圧すはゼロであり、そのとき
ランプ電圧すはＶＣＡ３２のゲインには関与せず、ＶＣ
Ａ３２のゲインは差動増幅器３５の出力によって決まる
。

電源投入検出回路３７および過電圧検出回路３８から出
力される制御信号ａがＬレベルからＨレベルに立ち上が
ってランプ電圧発生回路３９がトリガされると、ランプ
電圧すはゼロから所定値まで増加し、その後所定の変化
率で徐々にゼロに戻る。

このランプ電圧すの制御によりＶＣＡ３２のゲインが変
化し、結果として差信号Ｃの生成ゲインが定常時より入
力電流を低下させる方向に変化し、その後徐々に定常時
のゲインに復帰することになる。

なお本実施例ではランプ電圧すによってＶＣＡ３２のゲ
インを変化させたが、本発明はこれに限定されるもので
はなく、差動増幅器３５や差動増幅器３３のゲインをラ
ンプ電圧すで変化させるように構成してもよいし、差信
号Ｃの生成系に別にＶＣＡを設けてもよい。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、この発明に係るスイッチン
グレギュレータでは、入力電流波形が入力電圧波形とほ
ぼ同じ波形でほぼ同位相で変化するようにパルス幅制御
を行なうという力率改善方式の動作を維持したままで、
過渡状態の入力電流を徐々に定常値まで増加させるソフ
トスタート制御を行なうことができ、従来に比べて非常
に短い時間で定常状態まで変化させても過電流を確実に
抑制することができ、また力率改善効果およびノイズの
発生防止効果が過渡状態においても維持される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるスイッチングレギュレ
ータの構成図、第２図は従来のスイッチングレギュレー
タの構成図、第３図は従来の問題点を説明するための波
形図である。 １０・・・・・・整流回路 ２０・・・・・・チョッパ回路 ３１・・・・・・ＰＷＭ回路 ３２・・・・・・ＶＣＡ ３３．３５・・・・・・差動増幅器 ａ・・・・・・・・・制御信号 ｂ・・・・・・・・・ランプ電圧 Ｃ・・・・・・・・・差信号

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　交流電源を全波整流した脈流入力を高周波でスイッチ
   ングして安定化した直流出力を得るチョッパ制御方式の
   スイッチングレギュレータで、かつ、入力電流波形と入
   力電圧波形の差信号に基づいてスイッチング動作のパル
   ス幅を制御する力率改善方式のスイッチングレギュレー
   タにおいて、起動直後の過渡状態において前記差信号の
   生成ゲインを定常時より入力電流を低下させる方向に変
   化させるとともに、徐々に定常時のゲインに復帰させる
   ソフトスタート制御手段を設けたことを特徴とするスイ
   ッチングレギュレータ。