JPH07322618A - スイッチング電源装置の制御方法及びスイッチング電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 交流電源からの電流波形の急峻さを緩和す
る。 【構成】 整流回路２の一方の出力側３と平滑コンデン
サ５の一端との間に第１ダイオード１２を接続し、平滑
コンデンサ５の一端とトランス１４の１次巻線１５の一
端との間に第２ダイオード１３を前記第１ダイオード１
２と同じ向きで接続し、整流回路２の一方の出力側３と
前記１次巻線１５を所定の巻数比で分割する分割点２６
との間に第３ダイオード１７を前記第１ダイオード１２
と同じ向きで接続する。 【効果】 力率を改善し、電流のピーク値を下げること
が出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、スイッチング電源装
置の制御方法およびスイッチング電源装置に関し、さら
に詳しくは、回路の力率を従来よりも改善すると共に交
流電源からの電流のピーク値を下げることが出来るスイ
ッチング電源装置の制御方法およびその制御方法を実施
するスイッチング電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３は、従来のスイッチング電源装置の
一例を示す全体構成図である。このスイッチング電源装
置５００は、一般にコンデンサインプット型整流平滑回
路と呼ばれる回路構成を有している。すなわち、交流電
源１による正弦波交流電圧Ｖｓを全波整流器２で全波整
流し、一対の出力端子３，４間の全波整流電圧を平滑コ
ンデンサ５５により平滑し、前記平滑コンデンサ５５の
端子間電圧ｖ５５をＤＣ−ＤＣコンバータ６の入力端子
７，８に入力し、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ６の出力端
子９，１０から安定した出力電圧Ｖｏを負荷１１に供給
するように構成されている。

【０００３】次に、上記のスイッチング電源装置５００
の動作を説明する。図４の（ａ）に示すように、交流電
源１からは、正弦波交流電圧Ｖｓが出力されている。数
値例を示せば、正弦波交流電圧Ｖｓの実効値を１００Ｖ
とすると、ピーク値Ｖｍは約１４０Ｖとなる。正弦波交
流電圧Ｖｓは、全波整流器２により全波整流されて、図
４の（ｂ）に示すように、全波整流電圧が得られる。

【０００４】図４の（ｂ）に示すように、全波整流電圧
が上昇して、時刻ｔａで全波整流電圧が平滑コンデンサ
５５の端子間電圧ｖ５５を越えると、図４の（ｃ）に示
すように、全波整流電圧により充電電流ｉ５５が流れ、
平滑コンデンサ５５は充電される。従って、図４の
（ｄ）に示すように、端子間電圧ｖ５５は上昇し、時刻
ｔｂでピーク値Ｖｍになる。図４の（ｂ）に示すよう
に、時刻ｔｂを過ぎると、全波整流電圧が低下するの
で、平滑コンデンサ５５はＤＣ−ＤＣコンバータ６側へ
放電する。このため、図４の（ｄ）に示すように、端子
間電圧ｖ５５は徐々に低下する。時刻ｔａ’を過ぎる
と、前記時刻ｔａ以降の動作を繰り返す。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のスイッチン
グ電源装置５００では、図４の（ｃ）に示したように、
充電電流ｉ５５が急峻なパルス状波形となる。このた
め、交流電源１からの電流波形も急峻なパルス状とな
り、力率が低下すると共に電流のピーク値が高くなる問
題点がある。そこで、この発明の目的は、力率を改善す
ると共に交流電源からの電流のピーク値を下げることが
出来るスイッチング電源装置の制御方法およびその制御
方法を実施するスイッチング電源装置を提供することに
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】第１の観点では、この発
明は、交流電圧を整流する整流回路により得られた整流
電圧を平滑コンデンサにより平滑し、前記平滑コンデン
サの端子間電圧に基づく電圧を断続的にトランスの１次
巻線の両端に印加し、前記トランスの２次巻線に誘起し
た電圧を負荷側に供給するスイッチング電源装置におい
て、前記整流電圧が前記平滑コンデンサの端子間電圧よ
りも高い期間は、前記整流電圧を前記平滑コンデンサに
印加すると共に前記１次巻線を所定の巻数比で分割する
分割点へ印加し、前記平滑コンデンサから前記１次巻線
に電流を供給せず、前記分割点を通じてのみ前記１次巻
線に電流を供給し、前記整流電圧が前記平滑コンデンサ
の端子間電圧よりも低く且つ平滑コンデンサの端子間電
圧を前記巻数比で分圧した電圧より高い期間は、前記整
流電圧を前記平滑コンデンサに印加せず、前記分割点の
みへ印加し、前記平滑コンデンサから前記１次巻線に電
流を供給せず、前記分割点を通じてのみ前記１次巻線に
電流を供給し、前記整流電圧が前記平滑コンデンサの端
子間電圧よりも低く且つ平滑コンデンサの端子間電圧を
前記巻数比で分圧した電圧より低い期間は、前記整流電
圧を前記平滑コンデンサにも前記分割点へも印加せず、
前記平滑コンデンサからのみ前記１次巻線に電流を供給
し、前記整流電圧が前記平滑コンデンサの端子間電圧よ
りも低く且つ平滑コンデンサの端子間電圧を前記巻数比
で分圧した電圧より高い期間は、前記整流電圧を前記平
滑コンデンサに印加せず、前記分割点へのみ印加し、前
記平滑コンデンサから前記１次巻線に電流を供給せず、
前記分割点を通じてのみ前記１次巻線に電流を供給する
ことを特徴とするスイッチング電源装置の制御方法を提
供する。

【０００７】第２の観点では、この発明は、交流電圧を
整流する整流回路により得られた整流電圧を平滑コンデ
ンサにより平滑し、前記平滑コンデンサの端子間電圧に
基づく電圧を断続的にトランスの１次巻線の両端に印加
し、前記トランスの２次巻線に誘起した電圧を負荷側に
供給するスイッチング電源装置において、前記整流回路
の一方の出力側と前記平滑コンデンサの一端との間に第
１ダイオードを接続し、前記平滑コンデンサの一端と前
記１次巻線の一端との間に第２ダイオードを前記第１ダ
イオードと同じ向きで接続し、前記整流回路の一方の出
力側と前記１次巻線を所定の巻数比で分割する分割点と
の間に第３ダイオードを前記第１ダイオードと同じ向き
で接続してなることを特徴とするスイッチング電源装置
を提供する。

【０００８】

【作用】上記第１の観点による制御方法および上記第２
の観点によるスイッチング電源装置では、トランスの１
次巻線を所定の巻数比で分割する分割点を設け、整流電
圧の大きさによって４つの期間に分割し、次のように制
御する。 （１）整流電圧が平滑コンデンサの端子間電圧よりも高
い期間 整流電圧を平滑コンデンサに印加すると共に分割点へ印
加し、平滑コンデンサから１次巻線に電流を供給せず、
分割点を通じてのみ１次巻線に電流を供給する。 （２）整流電圧が平滑コンデンサの端子間電圧よりも低
く且つ平滑コンデンサの端子間電圧を前記巻数比で分圧
した電圧より高い期間 整流電圧を平滑コンデンサに印加せず、分割点のみへ印
加し、平滑コンデンサから１次巻線に電流を供給せず、
分割点を通じてのみ１次巻線に電流を供給する。 （３）整流電圧が平滑コンデンサの端子間電圧よりも低
く且つ平滑コンデンサの端子間電圧を前記巻数比で分圧
した電圧より低い期間 整流電圧を平滑コンデンサにも分割点へも印加せず、平
滑コンデンサからのみ１次巻線に電流を供給する。 （４）整流電圧が平滑コンデンサの端子間電圧よりも低
く且つ平滑コンデンサの端子間電圧を前記巻数比で分圧
した電圧より高い期間 整流電圧を平滑コンデンサに印加せず、分割点のみへ印
加し、平滑コンデンサから１次巻線に電流を供給せず、
分割点を通じてのみ１次巻線に電流を供給する。

【０００９】交流電源からの電流は、従来は上記（１）
の期間のみ流れたが、この発明では上記（１）（２）
（４）の期間に流れることになるから、負荷が同じであ
れば、波形の急峻さが緩和されることになる。従って、
回路の力率が改善されると共に、電流のピーク値も下が
る。

【００１０】

【実施例】以下、図に示す実施例によりこの発明をさら
に詳細に説明する。なお、これによりこの発明が限定さ
れるものではない。

【００１１】図１は、この発明のスイッチング電源装置
の一実施例を示す全体構成図である。このスイッチング
電源装置１００は、一般にフォワードコンバータと呼ば
れる回路構成を有している。すなわち、交流電源１によ
る正弦波交流電圧Ｖｓを全波整流器２で全波整流し、一
対の出力端子３，４間の全波整流電圧を平滑コンデンサ
５により平滑する。そして、トランス１４の１次巻線１
５と直列に接続されたスイッチ１６をＰＷＭ制御部２３
によりオン・オフすることで、前記平滑コンデンサ５の
端子間電圧ｖ５を前記１次巻線１５の両端に断続的に印
加する。そして、前記トランス１４の２次巻線１８に誘
起した電圧を、整流ダイオード１９と，還流ダイオード
２０と，チョークコイル２１と，コンデンサ２２により
直流化し、出力電圧Ｖｏとして負荷１１に供給する。前
記出力電圧Ｖｏは、誤差検出部２５およびフォトカプラ
２４を介して、前記ＰＷＭ制御部２３にフィードバック
され、安定化の制御に供されている。

【００１２】上記の構成に加えて、スイッチング電源装
置１００は、前記全波整流器２の出力端子３と前記平滑
コンデンサ５の一端との間に、第１ダイオード１２を接
続し、前記平滑コンデンサ５の一端と前記１次巻線１５
の一端との間に第２ダイオード１３を前記第１ダイオー
ド１２と同じ向きで接続している。また、前記全波整流
器２の出力端子３と前記１次巻線１５を所定の巻数比で
分割する分割点２６の間に、第３ダイオード１７を前記
第１ダイオード１２と同じ向きで接続している。なお、
前記１次巻線１５の一端（図では上端）と前記分割点２
６との間の巻線を１５ａ（巻数ｎａ）とし、前記１次巻
線１５の他端（図では下端）と前記分割点２６との間の
巻線を１５ｂ（巻数ｎｂ）とする。

【００１３】次に、このスイッチング電源装置１００の
動作を説明する。説明の都合上、以下の条件を満たすも
のとする。 スイッチ１６がオン・オフする周波数は、正弦波交流
電圧Ｖｓの周波数よりも十分に高いものとする。 第１ダイオード１２，第２ダイオード１３，第３ダイ
オード１７は、理想ダイオードとする。 １次巻線１５の巻数比ｎａ：ｎｂ＝１：１とする。

【００１４】図２の（ａ）に示すように、交流電源１か
らは、正弦波交流電圧Ｖｓが出力されている。数値例を
示せば、正弦波交流電圧Ｖｓの実効値を１００Ｖとする
と、ピーク値Ｖｍは約１４０Ｖとなる。正弦波交流電圧
Ｖｓは、全波整流器２により全波整流されて、図２の
（ｂ）に示すように、全波整流電圧が得られる。

【００１５】時刻ｔ０〜時刻ｔ１の期間は、図２の
（ｂ）に示すように、全波整流電圧が平滑コンデンサ５
の端子間電圧ｖ５よりも高いため、第１ダイオード１２
が導通し、図２の（ｃ）に示すように、充電電流ｉ１２
が流れ、平滑コンデンサ５が充電される。そこで、図２
の（ｄ）に示すように、端子間電圧ｖ５は上昇する。一
方、第３ダイオード１７は導通し、第３ダイオード１７
を介して全波整流電圧が分割点２６に供給され、図２の
（ｅ）に示すように、電流ｉ１７が巻線１５ｂに供給さ
れる。全波整流電圧が分割点２６にかかる結果、第２ダ
イオード１３は逆バイアスで遮断状態となり、平滑コン
デンサ５からは１次巻線１５に電流が供給されない。時
刻ｔ１では、全波整流電圧はピーク値Ｖｍであり、平滑
コンデンサ５の端子間電圧ｖ５もピーク値Ｖｍとなる。

【００１６】時刻ｔ１〜時刻ｔ２の期間は、図２の
（ｂ）に示すように、全波整流電圧が平滑コンデンサ５
の端子間電圧ｖ５よりも低くなり且つ平滑コンデンサ５
の端子間電圧ｖ５（＝Ｖｍ＝約１４０Ｖ）を巻数比
（１：１）で分圧した電圧Ｖｔ（＝約７０Ｖ）より高い
ため、第１ダイオード１２は逆バイアスで遮断状態とな
り、図２の（ｃ）に示すように、充電電流ｉ１２は流れ
ない。また、全波整流電圧が分割点２６にかかる結果、
第２ダイオード１３は逆バイアスで遮断状態となり、平
滑コンデンサ５からは１次巻線１５に電流が供給されな
い。そこで、図２の（ｄ）に示すように、端子間電圧ｖ
５は変化しない。一方、第３ダイオード１７は導通し、
第３ダイオード１７を介して全波整流電圧が分割点２６
に供給され、図２の（ｅ）に示すように、電流ｉ１７が
巻線１５ｂに供給される。時刻ｔ２では、全波整流電圧
は平滑コンデンサ５の端子間電圧ｖ５（＝Ｖｍ＝約１４
０Ｖ）を巻数比（１：１）で分圧した電圧Ｖｔ（＝約７
０Ｖ）になる。

【００１７】時刻ｔ２〜時刻ｔ３の期間は、図２の
（ｂ）に示すように、全波整流電圧が平滑コンデンサ５
の端子間電圧ｖ５よりも低くなり且つ平滑コンデンサ５
の端子間電圧ｖ５を巻数比で分圧した電圧より低くなる
ため、第１ダイオード１２は逆バイアスで遮断状態とな
り、図２の（ｃ）に示すように、充電電流ｉ１２は流れ
ない。また、全波整流電圧が低いため、第２ダイオード
１３は導通し、第３ダイオード１７が逆バイアスで遮断
状態となり、平滑コンデンサ５から１次巻線１５に電流
が供給される。そこで、図２の（ｄ）に示すように、端
子間電圧ｖ５は低下する。一方、第３ダイオード１７が
遮断状態のため、図２の（ｅ）に示すように、電流ｉ１
７は流れない。時刻ｔ３では、低下してきた端子間電圧
ｖ５を巻数比で分圧した電圧と上昇してきた全波整流電
圧とが等しくなる。

【００１８】時刻ｔ３〜時刻ｔ４の期間は、図２の
（ｂ）に示すように、全波整流電圧が平滑コンデンサ５
の端子間電圧ｖ５よりも低く且つ平滑コンデンサ５の端
子間電圧ｖ５を巻数比で分圧した電圧より高いため、第
１ダイオード１２は逆バイアスで遮断状態となり、図２
の（ｃ）に示すように、充電電流ｉ１２は流れない。ま
た、第２ダイオード１３は逆バイアスで遮断状態とな
り、図２の（ｄ）に示すように、端子間電圧ｖ５は変化
しない。一方、第３ダイオード１７は導通し、第３ダイ
オード１７を介して全波整流電圧が分割点２６に供給さ
れ、図２の（ｅ）に示すように、電流ｉ１７が巻線１５
ｂに供給される。時刻ｔ４では、上昇してきた全波整流
電圧が平滑コンデンサ５の端子間電圧ｖ５と等しくな
る。時刻ｔ４以後は、上記ｔ０以後と同じ動作が繰り返
される。

【００１９】結局のところ、全波整流器２からの出力電
流Ｉは、図２の（ｆ）に示すように変化する。これは、
先に図４の（ｃ）に示した従来のスイッチング電源装置
５００における全波整流器２からの出力電流（つまり充
電電流ｉ５５）と比べて、波形の急峻さが緩和されてい
る。従って、力率を改善することが出来る。例えば、従
来の力率が０．６３２であったものを、０．７３に改善
できる。また、電流のピーク値を下げることが出来る。
例えば、従来のピーク値が５．８４Ａであったものを、
４．７１Ａに下げることが出来る。

【００２０】なお、上記実施例では、スイッチング電源
装置の回路構成は、フォワードコンバータとしたが、フ
ライバックコンバータであってもよい。さらに、スイッ
チング電源装置は、自励方式であってもよいし、他励方
式であってもよい。

【００２１】

【発明の効果】この発明のスイッチング電源装置の制御
方法およびスイッチング電源装置によれば、交流電源か
らの電流の波形の急峻さを緩和し、力率を改善すると共
に、電流のピーク値を下げることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のスイッチング電源装置の一実施例を
示す全体構成図である。

【図２】図１のスイッチング電源装置の動作を説明する
ための波形図である。

【図３】従来のスイッチング電源装置の一例を示す全体
構成図である。

【図４】図３のスイッチング電源装置の動作を説明する
ための波形図である。

【符号の説明】

１００ スイッチング電源装置 １ 交流電源 ２ 全波整流器 ３，４ 出力端子 ５ 平滑コンデンサ １１ 負荷 １２ 第１ダイオード １３ 第２ダイオード １４ トランス １５ １次巻線 １５ａ，１５ｂ 巻線 １６ スイッチ １７ 第３ダイオード １８ ２次巻線 １９ 整流ダイオード ２０ 還流ダイオード ２１ チョークコイル ２２ コンデンサ ２３ ＰＷＭ制御部 ２４ フォトカプラ ２５ 誤差検出部 ２６ 分割点

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電圧を整流する整流回路により得ら
   れた整流電圧を平滑コンデンサにより平滑し、前記平滑
   コンデンサの端子間電圧に基づく電圧を断続的にトラン
   スの１次巻線の両端に印加し、前記トランスの２次巻線
   に誘起した電圧を負荷側に供給するスイッチング電源装
   置において、 前記整流電圧が前記平滑コンデンサの端子間電圧よりも
   高い期間は、前記整流電圧を前記平滑コンデンサに印加
   すると共に前記１次巻線を所定の巻数比で分割する分割
   点へ印加し、前記平滑コンデンサから前記１次巻線に電
   流を供給せず、前記分割点を通じてのみ前記１次巻線に
   電流を供給し、 前記整流電圧が前記平滑コンデンサの端子間電圧よりも
   低く且つ平滑コンデンサの端子間電圧を前記巻数比で分
   圧した電圧より高い期間は、前記整流電圧を前記平滑コ
   ンデンサに印加せず、前記分割点のみへ印加し、前記平
   滑コンデンサから前記１次巻線に電流を供給せず、前記
   分割点を通じてのみ前記１次巻線に電流を供給し、 前記整流電圧が前記平滑コンデンサの端子間電圧よりも
   低く且つ平滑コンデンサの端子間電圧を前記巻数比で分
   圧した電圧より低い期間は、前記整流電圧を前記平滑コ
   ンデンサにも前記分割点へも印加せず、前記平滑コンデ
   ンサからのみ前記１次巻線に電流を供給し、 前記整流電圧が前記平滑コンデンサの端子間電圧よりも
   低く且つ平滑コンデンサの端子間電圧を前記巻数比で分
   圧した電圧より高い期間は、前記整流電圧を前記平滑コ
   ンデンサに印加せず、前記分割点へのみ印加し、前記平
   滑コンデンサから前記１次巻線に電流を供給せず、前記
   分割点を通じてのみ前記１次巻線に電流を供給すること
   を特徴とするスイッチング電源装置の制御方法。
2. 【請求項２】 交流電圧を整流する整流回路により得ら
   れた整流電圧を平滑コンデンサにより平滑し、前記平滑
   コンデンサの端子間電圧に基づく電圧を断続的にトラン
   スの１次巻線の両端に印加し、前記トランスの２次巻線
   に誘起した電圧を負荷側に供給するスイッチング電源装
   置において、 前記整流回路の一方の出力側と前記平滑コンデンサの一
   端との間に第１ダイオードを接続し、前記平滑コンデン
   サの一端と前記１次巻線の一端との間に第２ダイオード
   を前記第１ダイオードと同じ向きで接続し、前記整流回
   路の一方の出力側と前記１次巻線を所定の巻数比で分割
   する分割点との間に第３ダイオードを前記第１ダイオー
   ドと同じ向きで接続してなることを特徴とするスイッチ
   ング電源装置。