JPH06276744A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 搭載装置の機能に影響を与えることなく、良
好に高調波の発生を低減するとともに、小型軽量化を図
ることができる低コストの電源装置を提供する。 【構成】 低周波トランスＴの２次側出力はダイオード
Ｄ１，Ｄ２によって整流され、インダクタＬを介して負
荷Ｗに印加される。このとき、抵抗Ｒ１によって検出さ
れた負荷電流波形と、ＬＰＦ１２及び全波整流回路１４
によって検出された給電ライン側の正弦波とが波形誤差
アンプＡ３で比較され、その比較結果に応じてスイッチ
Ｓの制御がＳＷＣ１６によって行われる。これにより、
インダクタＬを流れる電流が両波形が相似するように制
御され、電流のピーク値が抑制されて高調波成分が低減
されるようになる。また、負荷電圧は、出力誤差アンプ
Ａ１で検出され、電圧コントロールアンプＡ２を介して
同様に直流供給の制御が行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ビデオ機器，オーディ
オ機器などを始めとする各種の電子機器の電源装置にか
かり、特に、給電ラインに対する高調波障害の改良に関
する。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】商用電源
などの給電ラインから電子機器用の直流電源を得る方法
としては、（１）給電ラインから直接ＤＣ−ＤＣコンバ
ータなどのスイッチング電源を使用して直流を得る方
法，（２）低周波電源トランスを使用し、このトランス
の交流出力をダイオードなどの整流素子を利用して整流
し、更に平滑して直流を得る方法，がある。

【０００３】しかしながら、このような従来技術には、
次のような不都合がある。 （１）上記いずれの方法においてにも、一般的には、整
流，平滑回路は、いわゆるコンデンサ入力型の構成とな
っている。このため、給電ライン側を流れる図４（Ａ）
に示す正弦波の電源電流波形は、同図（Ｂ）に示すよう
な尖頭値の大きな波形となる。このような尖頭波形のピ
ーク値は、同図（Ａ）に示す正弦波の実効値に対して３
〜４倍の値になることもある。

【０００４】従って、このような尖頭波形となる電源を
搭載した機器が多数使用されて使用電力が増えてくる
と、より大規模な電源設備が必要となるとともに、給電
ラインのインピーダンスがゼロでないために電源電圧波
形のピークがつぶれて電源電圧の低下を招くことにもな
る。

【０００５】（２）このような点を考慮し、スイッチン
グ電源方式の分野では、近年電源ラインの整流直後にア
クティブフィルタを挿入することにより、入力電源電流
波形を制御して、電源電圧波形と相似な電流波形とする
方式が実用化されている。同図（Ｃ）には、同図（Ｂ）
の波形と同様の電力を得るために必要な電源電流波形が
示されており、アクティブフィルタを用いてこのような
電流波形を得るようにする。

【０００６】しかし、このような手法では、アクティブ
フィルタで発生する高周波スイッチングノイズが電源ラ
イン側に漏れるのを防ぐために、ラインフィルタを挿入
する必要がある。ところが、ラインフィルタを設けると
装置構成が複雑となるとともに、コストも高くなる。

【０００７】（３）他方、前記低周波トランス方式にお
いては、電流ラインにインダクタを挿入することによっ
て高調波成分を減衰させることなどが考えられている。
しかし、この手法では、スイッチング電源方式の場合の
アクティブフィルタの効果には遠く及ばないし、インダ
クタの巻線抵抗による電力損失も大きい。

【０００８】また、低周波電源トランスを使用するコン
デンサ入力整流方式では、トランスの巻線電流波形が同
図（Ｂ）のような尖頭波形であるため、そのピーク値に
対して不都合の生じない設計としなければならない。従
って、実効値で考えた場合と比較して、はるかにトラン
スのコアを大きくしなければならない。

【０００９】更に、この方式の電源をオーディオアンプ
などに使用した場合は、トランスに流れる電流によって
発生する磁束に基づく電磁誘導により、シャーシや回路
基板に音声信号と無関係な信号が発生する。すると、再
生される音声に微妙な音質劣化が生ずるようになる。

【００１０】本発明は、これらの点に着目したもので、
搭載装置の機能に影響を与えることなく、良好に高調波
の発生を低減するとともに、小型軽量化を図ることがで
きる低コストの電源装置を提供することを、その目的と
する。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の電源装置は、給電ライン側に１次側が接続
されたトランス手段と、このトランス手段の２次側交流
出力を整流して直流を得る整流手段と、負荷電流波形を
検出する第１波形検出手段と、前記給電ラインにおける
基準波形を検出する第２波形検出手段と、第１及び第２
波形検出手段によってそれぞれ検出された各波形を比較
するとともに、この比較結果に応じて両波形が相似する
ように前記整流手段から出力された直流を制御して負荷
に供給するアクティブフィルタ手段とを備えたことを特
徴とする。

【００１２】他の発明は、前記電源装置において、前記
負荷に印加される負荷電圧を検出する負荷電圧検出手段
を備えるとともに、前記アクティブフィルタ手段は、検
出された負荷電圧が所定値となるように負荷に供給する
直流の制御を行うことを特徴とする。本発明の主要な態
様によれば、前記基準波形は正弦波の絶対値波形であ
る。

【００１３】

【作用】本発明によれば、トランス手段の２次側出力が
整流され、アクティブフィルタ手段を介して負荷に印加
される。このとき、負荷電流波形と給電ライン側の基準
波形（通常は正弦波）が比較され、その比較結果に応じ
て両波形が相似するようにアクティブフィルタ手段によ
る制御が行われる。これによって、電流のピーク値が抑
制されて高調波成分が低減されるようになる。また、他
の発明によれば、更に負荷電圧が検出され、これが所定
値となるようにアクティブフィルタ手段による直流供給
の制御が行われる。これによって、負荷電圧は所定値に
維持されるようになる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明による電源装置の一実施例につ
いて、図１を参照しながら詳細に説明する。図１には、
本実施例にかかる電源装置の構成が示されている。同図
において、商用電源などの給電ライン（図示せず）に接
続される電源プラグ１０は、低周波電源トランス（以下
単に「トランス」という）Ｔの１次側に接続されてい
る。このトランスＴの２次側には、整流用のダイオード
Ｄ１，Ｄ２がそれぞれ中性点に対して接続されており、
中性点とダイオードＤ１，Ｄ２の出力側との間にはコン
デンサＣ１が接続されている。

【００１５】次に、ダイオードＤ１，Ｄ２の出力側は、
インダクタＬ，ダイオードＤ３を介して負荷Ｗの一端に
接続されており、負荷Ｗの他端（アース側）は、抵抗Ｒ
１を介してトランスＴの２次側の中性点に接続されてい
る。また、負荷Ｗには、コンデンサＣ２と、抵抗Ｒ２，
Ｒ３の直列接続回路が、それぞれ並列に接続されてい
る。抵抗Ｒ２，Ｒ３の接続点は、出力誤差アンプＡ１の
反転入力側に接続されており、出力誤差アンプＡ１の非
反転入力側は、基準電源ＶＳを介してアース側に接続さ
れている。

【００１６】次に、上述したトランスＴの２次側の中性
点とダイオードＤ２の入力側は、ローパスフィルタ（Ｌ
ＰＦで表示）１２を介して全波整流回路１４に接続され
ている。この全波整流回路１４の出力側は、電圧コント
ロールアンプ（ＶＣＡで表示）Ａ２の非制御信号入力側
に接続されている。また、この電圧コントロールアンプ
Ａ２の制御電圧入力側には、前記出力誤差アンプＡ１の
出力側が接続されており、電圧コントロールアンプＡ２
の出力側は、波形誤差アンプＡ３の非反転入力側に接続
されている。また、この波形誤差アンプＡ３の反転入力
側及び駆動電圧入力側には、前記抵抗Ｒ１の両端がそれ
ぞれ接続されている。

【００１７】次に、前記インダクタＬの出力側とアース
側との間には半導体などによって構成されたスイッチＳ
が接続されており、そのＯＮ，ＯＦＦの時比率（デュー
ティ比）はスイッチコントローラ（ＳＷＣと表示）１６
によって制御されるようになっている。このスイッチコ
ントローラ１６の入力側には、前記波形誤差アンプＡ３
の出力側が接続されている。

【００１８】以上の各構成要素のうち、ダイオードＤ
１，Ｄ２は、トランスＴの２次側から出力される交流を
整流し、全波整流波形として出力するためのものであ
る。すなわち、交流電圧のうち、いずれか一方の半波に
ついてはダイオードＤ１からその出力が行われ、他方の
半波についてはダイオードＤ２からその出力が行われ
る。コンデンサＣ１は、高周波電流のバイパス用に設け
られており、これによって高周波スイッチングノイズを
低減するようになっている。

【００１９】次に、ダイオードＤ３及びコンデンサＣ２
は、ダイオードＤ１，Ｄ２側から供給される直流を平滑
化して負荷Ｗに供給するためのものである。インダクタ
Ｌ，スイッチＳは、いわゆる昇圧型アクティブフィルタ
として動作するものである。インダクタＬは電流制限及
びエネルギー伝達要素として機能し、スイッチＳは高周
波でＯＮ，ＯＦＦを繰返して負荷Ｗに供給される電圧及
び信号波形の制御を行う機能を有している。

【００２０】出力誤差アンプＡ１は、抵抗Ｒ２，Ｒ３に
よって分圧されて入力されている負荷電圧ＶＷの値と基
準電源ＶＳの値とを比較して、 ＶＷ＝ＶＳ・（Ｒ２＋Ｒ３）／Ｒ２ …………（１） となるように、誤差信号を生成出力する機能を有してい
る。ローパスフィルタ１２は、給電ライン側の基本周波
数以外の周波数成分を取り除いて、電源周波数に等しい
正弦波成分を取り出すためのものである。全波整流回路
１４は、入力正弦波成分を全波整流して基準となる全波
整流波形を得るための回路である。

【００２１】電圧コントロールアンプＡ２は、出力誤差
アンプＡ１の出力に基づいて全波整流波形を制御し出力
する機能を有している。波形誤差アンプＡ３は、電圧コ
ントロールアンプＡ２から出力される全波整流波形と、
抵抗Ｒ１の両端に生ずる負荷電流波形とを比較し、その
差を誤差として出力する機能を有している。スイッチコ
ントローラ１６は、波形誤差アンプＡ３の誤差出力に基
づいてスイッチＳのＯＮ，ＯＦＦの時間比率を制御する
ためのものである。

【００２２】次に、以上のように構成された本実施例の
動作について説明する。電源プラグ１０に給電ラインか
ら供給された交流電圧は、トランスＴで所望の交流電圧
に変換された後、ダイオードＤ１，Ｄ２で整流されて全
波整流波形となる。この全波整流電圧は、インダクタＬ
を介してダイオードＤ３，コンデンサＣ２による平滑回
路で平滑された後、負荷Ｗに供給されて負荷電流が流れ
る。負荷電流は、負荷Ｗから抵抗Ｒ１を介してトランス
Ｔの２次側の中性点に戻る。

【００２３】この場合において、本実施例では、スイッ
チＳが高い周波数でＯＮ，ＯＦＦを繰り返すことによっ
て、インダクタＬが電流制限及びエネルギー伝達要素と
して機能し、トランスＴに流れる電流が所望電圧の正弦
波に制御される。以下、詳述する。

【００２４】負荷電圧制御 例えば、負荷電圧ＶＷが所定電圧よりも低下したとす
る。図２には、この場合の主要部の信号波形の一例が示
されており、点線が定常状態を示す。同図（Ａ）に示す
ように、負荷電圧ＶＷは所定電圧ＳＶＷよりも低下す
る。すると、抵抗Ｒ２，Ｒ３の分圧電圧も低下して誤差
アンプＡ１の出力が増大する（同図（Ｂ）参照）。この
ため、電圧コントロールアンプＡ２の全波整流出力が増
大し（同図（Ｃ）参照）、これがスイッチコントローラ
１６に供給される。すると、スイッチＳのＯＮ時間が長
くなるようになる。すなわち、インダクタＬによって伝
達されるエネルギー量が増大する。これによって、負荷
側に流れる電流が増大して負荷電圧ＶＷが上昇するよう
に作用する。

【００２５】逆に、負荷電圧ＶＷが所定電圧よりも高い
ときは、その抵抗Ｒ２，Ｒ３の分圧電圧も上昇して誤差
アンプＡ１の出力が今度は減少する。すると、電圧コン
トロールアンプＡ２の全波整流出力も減少し、これがス
イッチコントローラ１６に供給される。このため、スイ
ッチＳのＯＦＦ時間が長くなるようになる。すなわちイ
ンダクタＬによって伝達されるエネルギー量が減少す
る。これによって、負荷側に流れる電流が減少して負荷
電圧ＶＷが低下するように作用する。

【００２６】出力波形制御 次に、負荷Ｗに印加される負荷電圧ＶＷが所定値となっ
ている場合について説明する。この場合には、上述した
矢印Ｆ１で示す回路によるスイッチＳのＯＮ，ＯＦＦ時
間の制御は必要がないので行われない。従って、この場
合は、矢印Ｆ２で示す抵抗Ｒ１からスイッチＳに至る回
路によって、電流波形の制御が行われることになる。

【００２７】例えば、全波整流回路１４から電圧コント
ロールアンプＡ２を介して波形誤差アンプＡ３に供給さ
れている基準となる正弦波の全波整流波形が図３（Ａ）
に示す波形であるとする。これに対し、負荷電流波形が
同図（Ｂ）に示すような歪んだ波形であるとすると、そ
れらの誤差が同図（Ｃ）に示すように波形誤差アンプＡ
３から出力されるようになる。

【００２８】このため、スイッチコントローラ１６によ
って、誤差信号が存在する期間では誤差がゼロに近づく
ようにスイッチＳのデューティ比の制御が行われる。つ
まり、波形誤差期間で負荷電流が正弦波の絶対値波形と
なるように制御が行われる。以上の，の制御動作
が、必要に応じて実行され、負荷Ｗに印加される負荷電
圧ＶＷが所定の値に制御されるとともに、負荷電流波形
も正弦波の絶対値波形となるように制御されることにな
る。従って、トランスＴの巻線に流れる電流も正弦波と
なる。

【００２９】このように、本実施例によれば、低周波電
源トランス方式にアクティブフィルタの手法を適用し、
給電ラインから得た基準波形を利用してアクティブフィ
ルタの動作制御を行うこととしたので、次のような効果
が得られる。 （１）本実施例の電源装置をオーディオアンプに用いた
場合、電源トランスを流れる電流波形は、電源電圧にノ
イズや歪があっても正弦波となる。このため、従来のコ
ンデンサ入力整流回路のような高調波成分が含まれなく
なるとともに、電流波形の尖頭値も１／３〜１／４に減
少するようになる。従って、電源トランスの磁束が電磁
誘導によって他の回路に干渉する度合いが激減し、不要
な雑音が低減されてオーディオアンプの音質が向上す
る。

【００３０】（２）電流の尖頭値が減少するため、電源
設備の容量の小型化を図ることができるとともに、磁気
飽和に対する余裕度も大きくなる。従って、トランスコ
アの小型化が可能となって、省エネルギー，省資源に貢
献できる。 （３）低周波電源トランスは、その特性上高周波を伝達
しない。このため、半導体スイッチのスイッチングノイ
ズの電源ラインへの輻射が小さく抑えられることにな
り、ラインフィルタを簡略化できる。 （４）更に、負荷電圧も所定値となるように制御され、
安定した品質のよい直流の供給が可能である。

【００３１】＜他の実施例＞なお、本発明は、何ら上記
実施例に限定されるものではなく、例えば図２，図３に
示した信号波形は一例であり、設計によっては異なる波
形となる。また、前記実施例では、スイッチＳの制御に
よって負荷電圧と電流波形の制御を行ったが、それらの
制御を別個の回路で別々に行うようにしてもよい。ま
た、波形制御のみを行うようにしてもよい。その他、整
流回路や平滑回路など、同様の作用を奏するように種々
設計変更が可能である。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による電源
装置によれば次のような効果がある。 （１）低周波電源トランス方式の電源装置にアクティブ
フィルタ方式を適用して波形制御を行うこととしたの
で、搭載装置の機能に影響を与えることなく、良好に高
調波の発生を低減するとともに、小型軽量化を図ること
ができ、コスト的にも有利となる。 （２）更に、アクティブフィルタを利用して負荷電圧の
制御も行うこととしたので、品質のよい直流の供給が行
われる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電源装置の一実施例を示す構成図
である。

【図２】前記実施例における負荷電圧制御の様子を示す
主要波形図である。

【図３】前記実施例における電流波形制御の様子を示す
主要波形図である。

【図４】従来技術における電流波形の様子を示す波形図
である。

【符号の説明】

１０…プラグ、１２…ローパスフィルタ（第２波形検出
手段）、１４…全波整流回路（第２波形検出手段）、１
６…スイッチコントローラ（アクティブフィルタ手
段）、Ａ１…出力誤差アンプ（負荷電圧検出手段）、Ａ
２…電圧コントロールアンプ（アクティブフィルタ手
段）、Ａ３…波形誤差アンプ（アクティブフィルタ手
段）、Ｃ１…高周波成分バイパス用のコンデンサ、Ｃ２
…平滑用コンデンサ、Ｄ１，Ｄ２…整流用ダイオード
（整流手段）、Ｄ３…平滑用ダイオード、Ｆ１…電圧制
御ループを示す矢印、Ｆ２…波形制御ループを示す矢
印、Ｌ…インダクタ（アクティブフィルタ手段）、Ｒ１
…電流波形検出用抵抗（第１波形検出手段）、Ｒ２，Ｒ
３…分圧用抵抗、Ｓ…スイッチ（アクティブフィルタ手
段）、Ｔ…低周波トランス（トランス手段）、ＶＷ…負
荷電圧、Ｗ…負荷。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 給電ライン側に１次側が接続されたトラ
   ンス手段と、このトランス手段の２次側交流出力を整流
   して直流を得る整流手段と、負荷電流波形を検出する第
   １波形検出手段と、前記給電ラインにおける基準波形を
   検出する第２波形検出手段と、第１及び第２波形検出手
   段によってそれぞれ検出された各波形を比較するととも
   に、この比較結果に応じて両波形が相似するように前記
   整流手段から出力された直流を制御して負荷に供給する
   アクティブフィルタ手段とを備えたことを特徴とする電
   源装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の電源装置において、前記
   負荷に印加される負荷電圧を検出する負荷電圧検出手段
   を備えるとともに、前記アクティブフィルタ手段は、検
   出された負荷電圧が所定値となるように負荷に供給する
   直流の制御を行うことを特徴とする電源装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の電源装置におい
   て、前記基準波形は、正弦波の絶対値波形であることを
   特徴とする電源装置。