JPH0747956Y2 - 電源装置の突入電流防止回路 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 《産業上の利用分野》 この考案は、力率改善方式のスイッチングレギュレータ
電源装置の突入電流防止回路の改良に関する。

《従来の技術》 例えばCQ出版株式会社発行の「スイッチングレギュレー
タ設計ノウハウ」148〜149頁等の文献に詳しく解説され
ているように、スイッチング電源装置の突入電流防止回
路としては以下の２つの方式が代表的である。

（Ａ）入力ライン上に温度ヒューズと電流制限用の抵抗
とを直列に挿入すると共に、これら２素子の直列回路に
並列に抵抗短絡用スイッチング素子（通常はSCR等）を
接続し、入力印加後に適宜に遅れて前記スイッチング素
子をターンオンさせるようにトリガ回路を構成する。電
源装置に入力電圧を印加すると、装置内の平滑用および
エネルギープール用のコンデンサ（ほぼ空になってい
る）に向けて大きな突入電流が流れようとするが、入力
印加直後には前記スイッチング素子がオフしているの
で、突入電流は前記ヒューズと電流制限用の抵抗を通っ
て流れ、過大な入力電流は流れない。エネルギープール
用コンデンサがある程度充電されて電源装置のスイッチ
ング動作が開始されると、前記トリガ回路によって前記
抵抗短絡用スイッチング素子がターンオンになり、電流
制限用抵抗をバイパスして効率良く入力電流が流れる。

（Ｂ）入力ライン上に突入電流防止用抵抗として電力型
サーミスタを挿入し、入力印加直後には冷えていて大き
な抵抗値を示すサーミスタを通して入力電流が流れ、徐
々にサーミスタが暖まってその抵抗値が下がるようにし
ている。

《考案が解決しようとする課題》 前記（Ａ）の突入電流防止回路では、入力のオン・オフ
を短い間隔で頻繁に繰り返す場合、抵抗短絡用スイッチ
ング素子がオフになっているトータル時間が長くなり、
入力電流が電流制限用抵抗を通して流れるトータル時間
が長くなる。そのため抵抗と温度ヒューズの耐電力を大
きくしなければならず、抵抗とヒューズを組合せた素子
が大型化し、その設置スペースも大きく取らなければな
らない。また、電流制限用抵抗を通って入力電流が流れ
る時間が長いということは、それだけ効率が低くなる。

前記（Ｂ）の突入電流防止回路では、前記サーミスタに
連続的に入力て電流が流れている定常状態においても、
サーミスタはSCRのオン抵抗に比べて相当大きな抵抗を
示すので、特に大容量電源装置の場合、サーミスタによ
るパワーロスが大きくなり、効率が低下する。

この考案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、入力のオン・オフを短い間隔で繰り返
すような使用状態であっても、あるいは連続的に入力を
印加している定常状態においても高効率で動作するよう
にした電源装置の突入電流防止し回路を提供することに
ある。

《課題を解決するための手段》 この考案の前提となる力率改善方式のスイッチングレギ
ュレータ電源装置は、交流電源を全波整流して脈流出力
を得る整流回路と、前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、このスイッ
チング素子とともに前記整流回路の出力間に直列接続さ
れたインダクタ、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を有する
チョッパ回路と、前記インダクタまたは前記スイッチン
グ素子を流れる電流の低周波成分の波形が前記整流回路
の出力電圧の波形に追従して変化するように前記スイッ
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、前記チョッパ回路の出力電圧を安定化させるように
前記スイッチング素子の駆動パルス幅を制御する第２の
制御手段とを備えたものである。この電源装置において
本考案では、前記整流回路の入力ライン上に直列接続さ
れた温度ヒューズと抵抗とサーミスタと、これら３素子
の直列回路と並列に接続された抵抗短絡用スイッチング
素子と、前記インダクタに付設された補助二次巻線と、
この補助二次巻線に高周波信号が現われたのを検出して
前記抵抗短絡用スイッチング素子をターンオンさせるト
リガ回路とにより突入電流防止回路を構成した。

《作用》 前記サーミスタが冷えている状態では、サーミスタが電
流制限用の大きな抵抗値を示すので、前記抵抗の値が小
さくても前記３素子の直列回路は突入電流を制限する充
分な効果を示す。電源装置がスイッチングを始めて定常
状態に入ると、前記抵抗短絡用スイッチング素子がター
ンオンし、効率良く入力電流を流す。

また、本電源装置の動作中になんらかの異常が発生して
前記チョッパ回路のスイッチング動作が停止すると、前
記補助二次巻線から高周波信号が検出されなくなり、前
記抵抗短絡用スイッチング素子はターンオフする。この
ような異常状態においても、整流回路からチョッパ回路
の前記コンデンサに電流が流れ込み、このコンデンサを
介して負荷に電流が流れるので、入力電流は前記の温度
ヒューズと抵抗とサーミスタの直列回路を通って流れ、
しかも出力電圧の安定化機能はまったくなくなる。この
異常状態での入力電流が過大になると、前記抵抗の温度
が発熱し、前記温度ヒューズが溶断し、入力経路が完全
に遮断される。このようにスイッチング停止という異常
に対しても、この突入電流防止回路は装置の安全側に動
作する。

《実施例》 第１図は本考案の一実施例による突入電流防止回路を備
えた電源装置の構成を示している。

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で前波整流され、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、本考案に
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I1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
V_S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I1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。

また、出力電圧V2が基準電圧V_Sより大きいほどVCA32の
ゲインが小さくなり、V2がV_Sより小さいほどVCA32のゲ
インが大きくなる。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V_S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の入力側に直列に挿
入された温度ヒューズ53と限流用抵抗R5とサーミスタ54
と、この３素子の直列回路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S5と、チョッパ
回路20におけるインダクタL1に付設された補助二次巻線
L5と、この二次巻線L5に誘起された高周波信号を濾波し
てトライアックS5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。

電源投入時点ではトライアックS5はオフしており、交流
電源からの入力電流は温度ヒューズ53、限流用抵抗R5、
サーミスタ54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。特に、サーミスタ54の抵抗
値が徐々に小さくなるので、コンデンサC1の初期充電電
流も徐々に大きくなる。そして、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、補助二次巻線L5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S5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。このとき
の入力電流の変化幅は、その直前まででサーミスタ54の
抵抗値が相当小さくなっているので、あまり大きくなら
ない。

なお、温度ヒューズ、限流用抵抗、サーミスタおよび抵
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。

《考案の効果》 以上詳細に説明したように、この考案の突入電流防止回
路では、入力印加時に温度ヒューズ、抵抗、サーミスタ
を通して入力電流を流し、徐々に抵抗値が小さくなるサ
ーミスタによって入力電流を徐々に増やし、定常状態に
入ったところでこれら３素子と並列接続されたスイッチ
ング素子をターンオンし、ほとんど損失なく入力電流を
流す構成としたので、入力のオン・オフを短い間隔で繰
り返しても効率が低下しないとともに温度ヒューズと対
をなす前記抵抗の耐電力をそれ程大きくする必要がな
く、この回路部分を小型化することができる。もちろん
定常状態では前記スイッチング素子がオンしているので
高効率である。なお、前記サーミスタが故障したりして
異常に大きな電流が温度ヒューズに流れると、これが溶
断し、最終的な安全を確保する。

例えば、本電源装置の動作中になんらかの異常が発生し
て前記チョッパ回路のスイッチング動作が停止すると、
前記補助二次巻線から高周波信号が検出されなくなり、
前記抵抗短絡用スイッチング素子はターンオフする。こ
のような異常状態においても、整流回路からチョッパ回
路の前記コンデンサに電流が流れ込み、このコンデンサ
を介して負荷に電流が流れるので、入力電流は前記の温
度ヒューズと抵抗とサーミスタの直列回路を通って流
れ、しかも出力電圧の安定化機能はまったくなくなる。
この異常状態での入力電流が過大になると、前記抵抗の
温度が発熱し、前記温度ヒューズが溶断し、入力経路が
完全に遮断される。このようにスイッチング停止という
異常に対しても、この突入電流防止回路は装置の安全を
確保するように動作する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例による突入電流防止回路を備
えたスイッチング電源装置の構成図である。 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 53……温度ヒューズ R5……限流用抵抗 54……サーミスタ S5……抵抗短絡用スイッチング素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−91862（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−97131（ＪＰ，Ａ) 実開 昭49−141722（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】交流電源を全波整流して脈流出力を得る整
   流回路と、 前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
   に前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、 前記インダクタまたは前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前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前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、 前記チョッパ回路の出力電圧を安定化させるように前記
   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
   手段とを備えた電源装置において、 前記整流回路の入力ライン上に直列接続された温度ヒュ
   ーズと抵抗とサーミスタと、これら３素子の直列回路と
   並列に接続された抵抗短絡用スイッチング素子と、前記
   インダクタに付設された補助二次巻線と、この補助二次
   巻線に高周波信号が現われたのを検出して前記抵抗短絡
   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
   設けたことを特徴とする電源装置の突入電流防止回路。