JPH09131054A - スイッチング電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 低周波の交流電圧を整流、平滑する平滑回路
と、ＤＣ−ＤＣコンバ−タを備えたスイッチング電源装
置において、得られる電流波形の條件を満足させ、また
高調波電流を規定する規格値以下にする。 【解決手段】 交流電圧を直流電圧に整流して負荷側に
出力する整流回路の一方の出力端には、平滑コンデンサ
とインダクタからなる直列回路の平滑コンデンサ側の一
端が接続され、インダクタ側の他端は、第一のスイッチ
ング素子を介して整流回路の他方の出力端に接続され
る。この直列回路の両端には、第一のダイオ−ドが並列
に接続される。また、第一のスイッチング素子の両端に
は、第二のコンデンサと第二のダイオ−ドからなる並列
回路が接続される。さらに、整流回路の出力端には第三
のコンデンサが接続される。ＤＣ−ＤＣコンバ−タの第
一のコイルと第二のスイッチング素子からなる直列回路
の両端は、整流回路の両端に接続される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する利用分野】本発明は、交流電源によって
発生する低周波数の交流電圧を直流電圧に変換した後、
この直流電圧を負荷側へ出力するスイッチング電源装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図５を用いて、一般にコンデンサインプ
ット型平滑回路と呼ばれている第一の平滑回路１および
ＤＣ−ＤＣコンバ−タ２から構成される従来の第一のス
イッチング電源装置を説明する。

【０００３】第一の平滑回路１は、整流回路３と、平滑
コンデンサ４とから構成される。整流回路３は、例えば
単相ブリッジ回路のような整流回路であり、交流電源５
の出力端に接続される。交流電源５は、例えば５０Ｈｚ
あるいは６０Ｈｚのような低周波数の交流電圧を発生す
る。整流回路３は、交流電源５によって発生した交流電
圧を整流し、得られた直流電圧をＤＣ−ＤＣコンバ−タ
２の入力回路に出力する。平滑コンデンサ４は整流回路
３の出力端に接続され、整流回路３によって得られる直
流電圧を平滑化する。第一の平滑回路１は回路構成が簡
易で、コストメリットが大きいという特徴を有する。

【０００４】ＤＣ−ＤＣコンバ−タ２は、トランス６の
一次側の第一のコイル７を入力回路側とし、コア８を介
して磁気結合される二次側の第二のコイル９を出力回路
側として備えている。

【０００５】入力回路は、第一のコイル７と、例えばト
ランジスタ素子を用いたスイッチング素子１０とから構
成される。第一のコイル７の一端はスイッチング素子１
０のコレクタに接続され、直列回路を形成する。この直
列回路を構成する第一のコイル７の他端およびスイッチ
ング素子１０のエミッタは、整流回路３の出力端に接続
される。

【０００６】出力回路は、第二のコイル９と、第一のダ
イオ−ド１１と、第二のダイオ−ド１２と、インダクタ
１３と、コンデンサ１４とから構成される。第二のコイ
ル９の一端には第一のダイオ−ド１１のアノ−ドが接続
され、第一のダイオ−ド１１のカソ−ドには第二のダイ
オ−ド１２のカソ−ドが接続され、第二のダイオ−ド１
２のアノ−ドは第二のコイル９の他端に接続される。ま
た、第一のダイオ−ド１１のカソ−ドにはインダクタ１
３が接続され、インダクタ１３の出力端と第二のダイオ
−ド１２のアノ−ドとの間には、コンデンサ１４が接続
される。コンデンサ１４の両端は、出力回路の出力端子
Ｔに接続される。

【０００７】スイッチング素子１０のベ−スには、ベ−
ス電流を制御する抵抗を介して、例えば発振周波数に同
期して任意のパルス幅を出力するパルス幅変調器（ＰＷ
Ｍ）のような制御回路（図示せず）が接続される。パル
ス幅変調器によってスイッチング素子１０をオン・オフ
制御すると第一のコイル７には断続的に電流が流れ、第
二のコイル９には交流電圧が発生する。この交流電圧
は、第一のダイオ−ド１１と第二のダイオ−ド１２とに
よって半波整流された後、さらに、インダクタ１３とコ
ンデンサ１４によって平滑化され、出力端子Ｔからは直
流の出力電圧が取り出される。

【０００８】図６を用いて、一般にチョ−クインプット
型平滑回路と呼ばれている第二の平滑回路１５およびＤ
Ｃ−ＤＣコンバ−タ２から構成される従来の第二のスイ
ッチング電源装置を説明する。なお、ＤＣ−ＤＣコンバ
−タ２は第一のスイッチング電源装置において説明した
ので、説明は省略する。

【０００９】第二の平滑回路１５は、整流回路３と、平
滑コンデンサ４と、インダクタ１６とから構成される。
整流回路３は、交流電源５の出力端に接続される。整流
回路３の出力端には、直列接続されたインダクタ１６と
平滑コンデンサ４からなる直列回路が接続される。イン
ダクタ１６と平滑コンデンサ４は、整流回路３によって
得られる直流電圧を平滑化する。また、インダクタ１６
は平滑コンデンサ４の充電電流のピ−ク値を抑制するの
で、平滑コンデンサ４に電流が流れる時間すなわち整流
回路３の導通幅を広げることができる。この結果、ＩＥ
Ｃ（国際電気標準会議）１０００草案、パ−ト３、セク
ション２（以下「ＩＥＣ１０００−３−２」という）に
基づいたガイドラインのクラスＤで規定する規格値以下
に高調波電流を抑制することができる。なおＩＥＣ１０
００−３−２に規定する規格においては、各クラスごと
に、高調波次数およびワット当たりの最大許容高調波電
流の定格負荷条件に対しての高調波電流の限度値および
入力電流の波形を規定する包絡線に対する波形の形状が
定められている。

【００１０】平滑コンデンサ４の両端は、ＤＣ−ＤＣコ
ンバ−タ２の入力回路に接続される。

【００１１】図７を用いて、特公昭６０−４６６３７号
公報に開示されている第三の平滑回路１７およびＤＣ−
ＤＣコンバ−タ２から構成される従来の第三のスイッチ
ング電源装置を説明する。なお、ＤＣ−ＤＣコンバ−タ
２は第一のスイッチング電源装置において説明したの
で、説明は省略する。

【００１２】第三の平滑回路１７は、整流回路３と、平
滑コンデンサ４と、スイッチング素子１８と、ダイオ−
ド１９とから構成される。スイッチング素子１８として
は、トランジスタが用いられる。整流回路３は、交流電
源５の出力端に接続される。整流回路３の一方の出力端
には、スイッチング素子１８のコレクタが接続され、他
方の出力端にはスイッチング素子１８のエミッタが平滑
コンデンサ４を介して接続される。スイッチング素子１
８のコレクタとエミッタの間にはダイオ−ド１９が、ダ
イオ−ド１９のカソ−ドとスイッチング素子１８のコレ
クタを共通接続して、並列に接続される。スイッチング
素子１８のベ−スには、ベース電流を制御する抵抗を介
して、スイッチング素子１８の駆動回路（図示せず）か
ら交流電源５の周波数と同期した信号が印加される。ス
イッチング素子１８は、整流回路３から出力された直流
電圧のピ−ク期間にオフとなり、他の期間にはオンとな
るように動作する。このため、平滑コンデンサ４への充
電電流は、スイッチング素子１８によって制御される。
平滑コンデンサ４は、整流回路３によって得られる直流
電圧を平滑化し、ダイオ−ド１９は、平滑コンデンサ４
の放電電流をＤＣ−ＤＣコンバ−タ２の入力回路に流
す。この結果、第三の平滑回路１７においては、上述し
た第一の平滑回路１よりも力率が改善され、また高調波
電流もある程度は抑制することができる。

【００１３】整流回路３の出力端は、ＤＣ−ＤＣコンバ
−タ２の入力回路に接続される。

【００１４】図８を用いて、第四の平滑回路２０および
ＤＣ−ＤＣコンバ−タ２から構成される従来の第四のス
イッチング電源装置を説明する。なお、ＤＣ−ＤＣコン
バ−タ２は第一のスイッチング電源装置において説明し
たので、説明は省略する。

【００１５】第四の平滑回路２０は、整流回路３と、平
滑コンデンサ４と、インダクタ１６と、スイッチング素
子１８と、ダイオ−ド１９とから構成される。整流回路
３は、交流電源５の出力端に接続される。また、スイッ
チング素子１８のコレクタには、インダクタ１６を介し
て整流回路３一方の出力端が接続され、スイッチング素
子１８のエミッタには、平滑コンデンサ４を介して整流
回路３の他方の出力端に接続される。スイッチング素子
１８のコレクタには、ダイオ−ド１９のカソ−ドが接続
され、また、スイッチング素子１８のエミッタにはダイ
オ−ド１９のアノ−ドが接続される。スイッチング素子
１８のベ−スには、ベース電流を制御する抵抗を介し
て、スイッチング素子１８の駆動回路から交流電源５の
周波数と同期した信号が入力される。この信号によって
スイッチング素子１８は、整流回路３から出力された直
流電圧のピ−ク期間にオフとなり、他の期間にはオンと
なるように動作する。このため、平滑コンデンサ４への
充電電流は、スイッチング素子１８によって制御され
る。平滑コンデンサ４は、整流回路３によって得られる
直流電圧を平滑化する。ダイオ−ド１９は、平滑コンデ
ンサ４の放電電流をＤＣ−ＤＣコンバ−タ２の入力回路
に流す。また、インダクタ１６は平滑コンデンサ４に流
れ込む電流を抑制するので、平滑コンデンサ４に電流が
流れる時間すなわち整流回路３の導通幅を広げることが
できる。この結果、平滑回路２０においては、上述した
図７に示す平滑回路１７よりもさらに力率が改善され、
また高調波電流もさらに抑制することができる。

【００１６】ダイオ−ド１９のカソ−ドと平滑コンデン
サ４からなる直列回路の両端は、ＤＣ−ＤＣコンバ−タ
２の入力回路に接続される。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た図５に示す第一のスイッチング電源装置においては、
交流電圧のピ−ク時にのみ整流回路３から平滑コンデン
サ４に大きな充電電流が流れるので力率が悪く、また大
きな高調波電流が流れるという欠点があった。従って、
ＩＥＣ１０００−３−２に基づいたガイドラインのクラ
スＤで規定する規格値以下に高調波電流を抑制すること
ができなかった。

【００１８】上述した図６に示す第二のスイッチング電
源装置においては、ＩＥＣ１０００−３−２に基づいた
ガイドラインのクラスＤで規定する規格値以下に高調波
電流を抑制することができる。しかしながら、高調波電
流を十分に抑制するためには、大きなインダクタンスを
有するインダクタ１６を用いる必要があり、第二の平滑
回路１５の体積および重量が共に大きくなるという欠点
があった。例えば、出力が１００Ｗの場合には、インダ
クタンスが２０ｍＨ程度のインダクタ１６を使用する必
要があり、体積が８０ｃｍ3、また重量が２００ｇ程度
になってしまうという欠点が有った。

【００１９】上述した図７に示す第三のスイッチング電
源装置においては、上述した図５に示す第一のスイッチ
ング電源装置よりも力率が改善され、また高調波電流も
ある程度は抑制することができる。しかしながら、スイ
ッチング素子１８がオンしたときの平滑コンデンサ４へ
の充電電流のピ−ク値が大きいため、ＩＥＣ１０００−
３−２に基づいたガイドラインのクラスＡで規定する規
格値に基づく電流波形の条件を満足させることが容易で
ないという問題があった。また、高調波電流の抑制能力
が必ずしも十分でなく、ＩＥＣ１０００−３−２に基づ
いたガイドラインのクラスＡで規定する規格値以下にす
ることができないという問題があった。さらに、スイッ
チング素子１８の駆動回路では交流電源の周波数と同期
させるための機能が必要となるため、駆動回路が複雑と
なるという問題があった。

【００２０】上述した図８に示す第四のスイッチング電
源装置においてはインダクタ１６の動作によって平滑コ
ンデンサ４に流れる充電電流の波形を滑らかにすること
ができるので、第三の平滑回路１７と比較して、力率を
さらに改善し、また高調波電流をさらに抑制することが
できる。この結果、電流波形および高調波電流について
は、ＩＥＣ１０００−３−２に基づいたガイドラインの
クラスＡで規定する規格値を満足することができる。し
かしながら、例えば、出力が１００Ｗの場合には、イン
ダクタンスが２ｍＨ程度のインダクタ１６を使用する必
要があり、体積および重量が共に比較的大きくなるとい
う欠点があった。また、スイッチング素子１８をオフに
した場合、インダクタ１６の電流が急速に遮断されるた
め、ＤＣ−ＤＣコンバ−タ２の入力回路にスパイク状の
過電圧が発生するという問題があった。さらに、スイッ
チング素子１８の駆動回路では交流電源５の周波数と同
期するための機能が必要となるため、駆動回路が複雑と
なる問題があった。

【００２１】そこで、本発明は、上述のような問題を解
決するもので回路構成が簡易で、小形、軽量なスイッチ
ング電源装置を提供することを目的とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、次のように構成される。すなわち、第一
に、交流電源の出力端に接続された整流回路と、平滑コ
ンデンサとインダクタを直列に接続してその一端が前記
整流回路の一方の出力端に接続された直列回路と、該直
列回路と前記整流回路の他方の出力端の間に接続された
第一のスイッチング素子と、前記直列回路の両端に接続
された第一のダイオ−ドと、前記第一のスイッチング素
子の両端に接続された第二のダイオ−ドおよび第二のコ
ンデンサからなる並列回路と、前記整流回路の出力端に
接続された第三のコンデンサと、トランスと該トランス
の一次側の第一のコイルに直列接続された第二のスイッ
チング素子とを有するＤＣ−ＤＣコンバ−タとを備え、
前記第一のコイルと第二のスイッチング素子とからなる
直列回路の両端は前記整流回路の出力端に接続されると
共に、前記第一のスイッチング素子のベ−スとエミッタ
の間には前記第一のコイルと磁気結合した第三のコイル
が接続されたものであり、第二に、交流電源の出力端に
接続された整流回路と、平滑コンデンサとインダクタを
直列に接続してその一端が前記整流回路の一方の出力端
に接続された直列回路と、該直列回路と前記整流回路の
他方の出力端の間に接続された第一のスイッチング素子
と、前記直列回路の両端に接続された第一のダイオ−ド
と、前記第一のスイッチング素子の両端に接続された第
二のダイオ−ドおよび第二のコンデンサからなる並列回
路と、前記整流回路の出力端に接続された第三のコンデ
ンサと、トランスと該トランスの一次側の第一のコイル
に直列接続された第二のスイッチング素子とを有するＤ
Ｃ−ＤＣコンバ−タとを備え、前記第一のコイルと第二
のスイッチング素子とからなる直列回路の両端は前記整
流回路の出力端に接続されると共に、前記第一のスイッ
チング素子のベ−スと前記第二のスイッチング素子のベ
−スとが接続されたものである。

【００２３】本発明のスイッチング電源装置を構成する
平滑回路の第一のスイッチング素子は、交流電源の位相
や電圧に依存することなく、第二のスイッチング素子と
同期した交流電源の周波数よりも高い周波数でオン・オ
フ制御される。

【００２４】第一のスイッチング素子がオンすると、整
流回路からの電流が平滑コンデンサとインダクタの直列
回路を通って流れ、インダクタに電磁エネルギ−が蓄積
される。次に、第一のスイッチング素子がオフになる
と、インダクタのエネルギ−は当分第二のコンデンサに
放出され、この第二のコンデンサの電圧が整流回路の出
力電圧と等しくなると、残りは第一のダイオ−ドを通っ
て平滑コンデンサに移行する。インダクタの電磁エネル
ギ−が放出して零になると、今度は第二のコンデンサの
充電電荷がインダクタと第三のコンデンサを流れ電磁エ
ネルギ−を蓄積する。第二のコンデンサの放電が完了す
ると、インダクタのエネルギ−は第三のコンデンサおよ
び第二のダイオ−ドを通って放出される。この後は、次
のサイクルが開始する。

【００２５】平滑回路によってＤＣ−ＤＣコンバ−タの
入力回路に供給された直流電圧は、第二のスイッチング
素子によってオン・オフ制御される。このため、第一の
コイルには断続的に電流が流れ、第二のコイルには交流
電圧が発生する。この交流電圧は、半波整流された後に
平滑化され、出力端子からは直流の出力電圧として取り
出される。

【００２６】

【発明の実施の形態】

（実施例１）図１を用いて、本発明にかかるスイッチン
グ電源装置の構成を説明する。スイッチング電源装置
は、平滑回路２１とＤＣ−ＤＣコンバ−タ２とから構成
され、従来と同じ構成部分には同じ番号を使用する。な
お、ＤＣ−ＤＣコンバ−タ２は、従来例の第一のスイッ
チング電源装置において説明したので、説明は省略す
る。

【００２７】平滑回路２１は、整流回路３と、平滑コン
デンサ４と、インダクタ１６と、スイッチング素子１８
と、第一のダイオ−ド２２と、第二のダイオ−ド２３
と、第二のコンデンサ２４と、第三のコンデンサ２５
と、第三のコイル２６とから構成される。なお、スイッ
チング素子１８としては、トランジスタが用いられる。

【００２８】整流回路３は、例えば単相ブリッジ回路の
ような整流回路であり、交流電源５の出力端に接続され
る。交流電源５は、例えば５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚの
ような低周波数の交流電圧を発生する。整流回路３は、
交流電源５によって発生した交流電圧を整流して得られ
た直流電圧をＤＣ−ＤＣコンバ−タ２の入力回路へ供給
する。整流回路３の一方の出力端には、平滑コンデンサ
４の一端が接続される。この平滑コンデンサ４は、整流
回路３から出力された直流電圧を平滑する。インダクタ
１６と平滑コンデンサ４は直列に接続される。この直列
回路におけるインダクタ１６の他端は、スイッチング素
子１８のコレクタに接続される。スイッチング素子１８
のエミッタは、整流回路３の他方の出力端に接続され
る。また、整流回路の出力端の間には第三のコンデンサ
２５が接続される。第三のコンデンサ２５は、例えば交
流電源５のインダクタンス成分とロ−パスフィルタを形
成する。

【００２９】トランス６のコア８を介して第一のコイル
７と磁気結合された第三のコイル２６は、スイッチング
素子１８のベ−スとエミッタの間に接続される。すなわ
ち、スイッチング素子１８のベ−スには、第三のコイル
２５で構成される駆動回路からスイッチング素子１８を
オン・オフ制御するためのパルス信号が入力される。な
お、第三のコイル２５とスイッチング素子１８のベ−ス
の間には、ベース電流を制御する抵抗が接続される。

【００３０】また、ＤＣ−ＤＣコンバ−タ２は、入力回
路の入力電圧が変化しても出力回路の出力電圧が一定と
なるように、スイッチング素子１０は例えばパルス幅変
調器のような制御回路（図示せず）によってパルス幅制
御される。すなわち、入力電圧が高くなるとスイッチン
グ素子１０のオン幅は狭くなり、低くなると広くなる。
スイッチング素子１８は、スイッチング素子１０と同期
した交流電源５の周波数よりも高い周波数のパルス信号
によってオン・オフ制御されるので、入力電圧の変化の
応じてオン幅が制御される。この結果、交流電源５の電
圧が高くなるとスイッチング素子１８のオン幅は狭くな
り、交流電源５の電圧が低くなるとスイッチング素子１
８のオン幅は広くなるので、平滑コンデンサ４の充電量
はほぼ一定となる。

【００３１】平滑コンデンサ４が接続された整流回路３
の出力端には第一のダイオ−ド２２のカソ−ドが接続さ
れ、第一のダイオ−ド２２のアノ−ド端はスイッチング
素子１８のコレクタに接続される。第一のダイオ−ド２
２は、スイッチング素子１８がオフの時にインダクタ１
６に蓄積された電磁エネルギ−を平滑コンデンサ４に移
行させる。

【００３２】また、スイッチング素子１８のコレクタと
エミッタの間には、第二のダイオ−ド２３と第二のコン
デンサ２４が並列に接続される。なお、第二のダイオ−
ド２３のカソ−ドはスイッチング素子１８のコレクタに
接続され、第二のダイオ−ド２３のアノ−ドはスイッチ
ング素子１８のエミッタに接続される。第二のダイオ−
ド２３により、平滑コンデンサ４の放電電流はＤＣ−Ｄ
Ｃコンバ−タ２の入力回路に流れる。なお、スイッチン
グ素子１８としてボディ−ダイオ−ドを有するＭＯＳ−
ＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕ
ｃｔｏｒ−Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓ
ｔｏｒ）を用いれば第二のダイオ−ド２３は使用しなく
てもよい。また、制御回路の周波数が高い場合には、Ｍ
ＯＳ−ＦＥＴの寄生容量が活用できるので、第二のコン
デンサ２４は使用しなくてもよい。

【００３３】次に、図２および図３に示す動作波形を用
いて、本発明のスイッチング電源装置を構成する平滑回
路２１の回路動作を説明をする。図２および図３は平滑
回路２１が定常状態になった場合を示す。なお、交流電
源５から平滑回路２１に電源が投入された過渡期におい
てはスイッチ素子１８はオフとなっているので、整流回
路３によって整流された電圧がインダクタ１６の両端に
かかることになる。これを防止するため、例えばスイッ
チング素子１８のコレクタとエミッタ間には、電源が投
入された過渡期にのみオンとなるスイッチと、このスイ
ッチと直列接続した抵抗からなる回路（図示せず）を接
続しておく。電源が投入された過渡期においては、この
回路によって平滑コンデンサ４は充電され、充電が終了
するとスイッチはオフにされる。この後にスイッチング
素子１８をオンにするので、平滑コンデンサ４への突入
電流が防止される。

【００３４】図２において、Ｖａｃは交流電源５によっ
て発生した交流電圧を整流した後の電圧を示す。Ｖ４は
平滑コンデンサ４の両端電圧を、ｉ４は平滑コンデンサ
４を流れる充電電流の平均値を示す。ｉ７はＤＣ−ＤＣ
コンバ−タ２の入力回路に流れる電流を示す。ｉｃｅは
スイッチング素子１８を流れる電流を示す。ｉａｃは、
例えば交流電源５のインダクタンス成分と第三のコンデ
ンサ２５によって形成されるロ−パスフィルタを介した
場合に、交流電源５を流れる電流を示す。なお、ｔは時
間である。

【００３５】時刻ｔ０〜ｔ１の期間のように、電圧Ｖａ
ｃが平滑コンデンサ４の両端の電圧Ｖ４より大きく、か
つスイッチング素子１８がオンした時のみスイッチング
素子１８には電流ｉｃｅが流れる。この結果、平滑コン
デンサ４は充電され、両端電圧は上昇する。なお、イン
ダクタ１６は平滑コンデンサ４に流れる電流ｉ４のピ−
ク値を抑制するので、平滑コンデンサ４に電流が流れる
時間すなわち整流回路３の導通幅が広がる。このとき、
ｉａｃは、ｉ７とｉ４の和で表わされる連続した滑らか
な電流となる。この結果、力率が改善され高調波は低減
される。

【００３６】時刻ｔ１〜ｔ２の期間のように、電圧Ｖａ
ｃが平滑コンデンサ４の両端の電圧Ｖ４より小さくなる
と平滑コンデンサ４には充電電流が流れなくなる。一
方、ＤＣ−ＤＣコンバ−タ２の入力回路には平滑コンデ
ンサ４の放電電流が流れる。

【００３７】図３において、ｉ１６はインダクタ１６を
流れる電流、Ｖ２４は第二のコンデンサ２４の両端電
圧、ｉ２４は第二のコンデンサ２４を流れる電流、ｉ２
２は第一のダイオ−ド２２を流れる電流、ｉ２３は第二
のダイオ−ド２３を流れる電流、Ｖｂｅはスイッチング
素子１８を動作させるための駆動信号（ベ−スとエミッ
タ間の電圧）、Ｖｃｅはスイッチング素子１８の両端電
圧（コレクタとエミッタ間の電圧）、ｉｃｅはスイッチ
ング素子１８を流れる電流を各々時間ｔの経過とともに
示す。なお、インダクタ１６を流れる電流ｉ１６は、平
滑コンデンサ４を流れる電流ｉ４と等しく、また、第二
のコンデンサ２４の両端電圧Ｖ２４は、スイッチング素
子１８のコレクタとエミッタ間の電圧Ｖｃｅと等しい。
なお、ｔは時間である。

【００３８】次に、スイッチング素子１８をオン・オフ
駆動した場合の回路動作について説明する。この場合、
交流電源５の周波数よりも高い周波数のパルス信号をベ
−スに入力してスイッチング素子１８をオン・オフ駆動
させるので、スイッチング素子１８がオンの時でもオフ
の時でも電圧ＶａｃおよびＶ４の電圧変化は微小であ
り、ほぼ一定とみなすことができる。なお、パルス信号
は、制御回路と同期した信号であるので、スイッチング
素子１８はスイッチング素子１０と同期してオン・オフ
駆動される。

【００３９】時刻ｔ０〜ｔ１の期間では、インダクタ１
６に蓄えられた電磁エネルギ−は第二のダイオ−ド２３
および平滑コンデンサ４を介して第三のコンデンサ２５
に放出される。この結果、インダクタ１６を流れる電流
ｉ１６は直線的に減少する。インダクタ１６を流れる電
流ｉ１６は第二のダイオ−ド２３を流れるのでスイッチ
ング素子１８のコレクタとエミッタ間の電圧Ｖｃｅはゼ
ロである。従って、時刻ｔ０〜ｔ１の間に、スイッチン
グ素子１８のベ−スに駆動信号Ｖｂｅを入力してスイッ
チング素子１８をタ−ンオンしても、スイッチング素子
１８のコレクタとエミッタ間には電流ｉｃｅは流れな
い。

【００４０】時刻ｔ１〜ｔ２の期間では、インダクタ１
６を流れる電流ｉ１６はスイッチング素子１８を流れ、
直線的に増加する。スイッチング素子１８に電流が流れ
出す時刻ｔ１では、スイッチング素子１８はすでにオン
状態になっているので、零電圧スイッチングとなる。な
お、インダクタ１６に流れる電流ｉ１６とスイッチング
素子１８を流れる電流ｉｃｅは等しい。

【００４１】時刻ｔ２〜ｔ３の期間では、時刻ｔ２でス
イッチング素子１８の駆動信号Ｖｂｅが立ち下がる。こ
のため、スイッチング素子１８はタ−ンオフされてスイ
ッチング素子１８を流れる電流ｉｃｅはゼロとなるが、
インダクタ１６を流れる電流ｉ１６は第二のコンデンサ
２４に流れ込む。第二のコンデンサ２４には電流ｉ２４
が流れ、第二のコンデンサ２４の両端電圧Ｖ２４は上昇
する。スイッチング素子１８のコレクタとエミッタ間の
電圧Ｖｃｅは、第二のコンデンサ２４の両端の電圧Ｖ２
４と等しい。従って、スイッチング素子１８の零電圧ス
イッチングが達成され、またインダクタ１６を流れる電
流ｉ１６の連続性が確保される。時刻ｔ３では、第二の
コンデンサ２４の両端の電圧Ｖ２４は、交流電圧を整流
した電圧Ｖａｃに等しくなる。

【００４２】時刻ｔ３〜ｔ４の期間では、第二のコンデ
ンサ２４の両端の電圧Ｖ２４は交流電圧を整流した電圧
Ｖａｃに等しく、第二のコンデンサ２４を流れる電流ｉ
２４はゼロとなる。インダクタ１６を流れる電流ｉ１６
は、第一のダイオ−ド２２を流れて直線的に減少し、時
刻ｔ４でゼロとなる。

【００４３】時刻ｔ４〜ｔ５の期間では、第二のコンデ
ンサ２４に蓄えられた電荷はインダクタ１６を介して第
三のコンデンサ２５に放出されて、時刻ｔ５で、第二の
コンデンサ２４の両端電圧Ｖ２４および第二のコンデン
サ２４に流れる電流ｉ２４はゼロとなる。

【００４４】時刻ｔ５〜ｔ６では、インダクタ１６に蓄
えられた電磁エネルギ−が第二のダイオ−ド２３および
平滑コンデンサ４を介して第三のコンデンサ２５に放出
されて、直線的に減少する。なお、時刻ｔ５〜ｔ６にお
ける回路動作は、時刻ｔ０〜ｔ１の回路動作と同じであ
る。以降ｔ１〜ｔ６の回路動作を繰り返す。

【００４５】なお、上述したスイッチング電源装置にお
いて、スイッチング素子１８をオン・オフ駆動するため
の駆動回路として、スイッチング素子１８のベ−スとエ
ミッタの間に第三のコイル２６を設けていた。しかしな
がら、平滑回路２１において第三のコイル２６を設け
ず、図４のように、スイッチング素子１８のベ−スをス
イッチング素子１０のベ−スを接続した平滑回路２７
と、ＤＣ−ＤＣコンバ−タ２とからスイッチング電源装
置を構成しても良い。この場合の平滑回路２７の回路動
作は、平滑回路２１と同じなため、回路動作の説明は省
略する。

【００４６】

【発明の効果】本発明のスイッチング電源装置は上述の
ように構成され、また平滑回路のスイッチング素子はパ
ルス幅制御されているから、インダクタを流れる電流の
ピ−ク値を抑えることができる。このため、交流電源に
よって発生する交流電圧を整流して得られる電流波形は
ＩＥＣ１０００−３−２に基づいたガイドラインのクラ
スＡで規定する規格値に、また高調波電流はＩＥＣ１０
００−３−２のガイドラインに基づくクラスＡで規定す
る規格値以下にすることができる。すなわち、入力電流
の波形を規定する包絡線と、交流電圧を整流して得られ
る電流波形を重ね合わせた時に、交流電圧を整流して得
られる電流波形の５％以上が包絡線の外側にあるという
規格を満足させることができ、かつ高調波電流について
は高調波次数およびワット当たりの最大許容高調波電流
の定格負荷条件に対しての高調波電流の限度値以下に抑
えることができる。またインダクタに起因するスパイク
状の過電圧を負荷側に印加することもない。

【００４７】また、スイッチング素子の駆動回路は、交
流電圧と同期させずに、交流電源４の周波数よりも高い
周波数でかつ、ＤＣ−ＤＣコンバ−タのスイッチング素
子と同期してスイッチング素子をオン・オフさせるので
回路が簡素化でき、ビ−トによるノイズ発生の問題がな
い。

【００４８】更に、スイッチング素子は零電圧スイッチ
ングするので、スイッチング損失、雑音が少なくなる。
さらに、インダクタの小形・軽量化を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の、スイッチング電源装置を示す回路図
である。

【図２】本発明の、スイッチング電源装置の動作を示す
動作波形図である。

【図３】本発明の、スイッチング電源装置の各部品の動
作を示す動作波形図である。

【図４】本発明の、スイッチング電源装置を示す他の回
路図である。

【図５】従来の第一のスイッチング電源装置を示す回路
図である。

【図６】従来の第二のスイッチング電源装置を示す回路
図である。

【図７】従来の第三のスイッチング電源装置を示す回路
図である。

【図８】従来の第四のスイッチング電源装置を示す回路
図である。

【符号の説明】

１ 第一の平滑回路 ２ ＤＣ−ＤＣコンバ−タ ３ 整流回路 ４ 平滑コンデンサ ５ 交流電源 ６ トランス １０ スイッチング素子 １６ インダクタ １８ スイッチング素子 ２１ 平滑回路 ２２ 第一のダイオ−ド ２３ 第二のダイオ−ド ２４ 第二のコンデンサ ２５ 第三のコンデンサ ２６ 第三のコイル Ｖａｃ 交流電源で発生した交流電圧を整流した電圧 ｉａｃ 交流電源を流れる電流 Ｖ４ 平滑コンデンサの両端電圧 ｉ４ 平滑コンデンサを流れる電流 ｉ７ ＤＣ−ＤＣコンバ−タを流れる電流 ｉ１６ インダクタを流れる電流 ｉ２２ 第一のダイオ−ドを流れる電流 ｉ２３ 第二のダイオ−ドを流れる電流 Ｖ２４ 第二のコンデンサの両端電圧 ｉ２４ 第二のコンデンサを流れる電流 Ｖｇｓ スイッチング素子を動作させる駆動信号 Ｖｄｓ スイッチング素子の両端電圧 ｉｄｓ スイッチング素子を流れる電流

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電源の出力端に接続された整流回路
   と、平滑コンデンサとインダクタを直列に接続してその
   一端が前記整流回路の一方の出力端に接続された直列回
   路と、該直列回路と前記整流回路の他方の出力端の間に
   接続された第一のスイッチング素子と、前記直列回路の
   両端に接続された第一のダイオ−ドと、前記第一のスイ
   ッチング素子の両端に接続された第二のダイオ−ドおよ
   び第二のコンデンサからなる並列回路と、前記整流回路
   の出力端に接続された第三のコンデンサと、トランスと
   該トランスの一次側の第一のコイルに直列接続された第
   二のスイッチング素子とを有するＤＣ−ＤＣコンバ−タ
   とを備え、前記第一のコイルと第二のスイッチング素子
   とからなる直列回路の両端は前記整流回路の出力端に接
   続されると共に、前記第一のスイッチング素子のベ−ス
   とエミッタの間には前記第一のコイルと磁気結合した第
   三のコイルが接続されたことを特徴とするスイッチング
   電源装置。
2. 【請求項２】 交流電源の出力端に接続された整流回路
   と、平滑コンデンサとインダクタを直列に接続してその
   一端が前記整流回路の一方の出力端に接続された直列回
   路と、該直列回路と前記整流回路の他方の出力端の間に
   接続された第一のスイッチング素子と、前記直列回路の
   両端に接続された第一のダイオ−ドと、前記第一のスイ
   ッチング素子の両端に接続された第二のダイオ−ドおよ
   び第二のコンデンサからなる並列回路と、前記整流回路
   の出力端に接続された第三のコンデンサと、トランスと
   該トランスの一次側の第一のコイルに直列接続された第
   二のスイッチング素子とを有するＤＣ−ＤＣコンバ−タ
   とを備え、前記第一のコイルと第二のスイッチング素子
   とからなる直列回路の両端は前記整流回路の出力端に接
   続されると共に、前記第一のスイッチング素子のベ−ス
   と前記第二のスイッチング素子のベ−スとが接続された
   ことを特徴とするスイッチング電源装置。