JPH09271165A - スイッチング電源装置 - Google Patents
スイッチング電源装置Info
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- JPH09271165A JPH09271165A JP1373397A JP1373397A JPH09271165A JP H09271165 A JPH09271165 A JP H09271165A JP 1373397 A JP1373397 A JP 1373397A JP 1373397 A JP1373397 A JP 1373397A JP H09271165 A JPH09271165 A JP H09271165A
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Abstract
チング回路を安定化すると共に、EMIノイズを抑制す
る。 【解決手段】 大容量のコンデンサC1を1次直流電源
とし、その直流電力を高周波用のトランス6の1次巻線
N1とスイッチング素子Qとの直列回路に入力して、該
スイッチング素子Qをスイッチングすることにより、ト
ランス6の2次巻線N2に誘起される交流電力を整流平
滑して出力するスイッチング電源装置において、1次直
流電力を平滑する大容量のコンデンサC1に直列にイン
ダクタンスの小さいインダクタL1及び/又はL2を接
続すると共に、トランス6の1次巻線N1とトランジス
タQとの直列回路に並列にバイパスコンデンサCpを接
続する。さらに、ホットライン4p又はコモンライン4
nとフレームグランドGとの間に、グランド用の抵抗R
gとコンデンサCgの直列回路を接続する。
Description
装置に関し、特に、スイッチング回路を安定化するとと
もに、EMI(電磁妨害)ノイズを抑制する手段を設け
たスイッチング電源装置に関する。
得られた直流電力、あるいは別の直流電源をそれぞれ1
次直流電源として、任意の電圧の直流電力に変換するD
C−DCコンバータや、任意の周波数を有する交流電力
に変換するDC−ACコンバータなどのスイッチング電
源装置がある。
変換効率が高く、電力容量に比べて小型軽量であり、コ
ストも安いため、小容量電源から大容量電源に至るまで
広く用いられている。そして、最近はこのスイッチング
電源装置をより小型軽量化するために、そのスイッチン
グ周波数を高くする傾向にある。しかしながら、スイッ
チング周波数を高くするに従って、スイッチング回路の
動作が不安定になるという問題が生じてきた。
公報に記載されているようなスイッチング電源装置が提
案されている。これを図10によって説明すると、交流
電源21からノイズフィルタ22を介して入力する交流
電力を、ダイオードブリッジ23で全波整流し、大容量
のコンデンサC21で平滑化した1次直流電力を、トラ
ンス26の1次巻線N21とトランジスタQ2との直列
回路に印加する。そして、スイッチング制御回路(SW
C)25によって、トランジスタQ2をスイッチングす
ることにより、トランス26の2次巻線N22に2次交
流電力を誘起させる。
7により整流平滑されて、正負の出力端子28p,28
nから負荷に出力される。このスイッチング電源装置に
おいて、スイッチング回路を安定化するために、1次直
流電力の負のライン、特にトランス26の1次巻線N2
1とトランジスタQ2との直列回路の負の端子とフレー
ムグランドGとの間に、直流分を遮断して交流分だけを
グランドするためのコンデンサCg2を接続している。
を接続したことにより、スイッチング回路の動作は安定
化したが、トランジスタQ2のスイッチングに伴って発
生するスイッチング周波数及びその高調波からなるスイ
ッチングノイズが、コンデンサCg2を介してフレーム
グランドGにリークし、それぞれフレームグランドGに
接続された2次直流電力の負側ラインを介して負荷側
に、あるいは本来ノイズの入出力を遮断すべきノイズフ
ィルタ22を介して交流電源21側の電源ラインにリー
クするという新しい問題が発生した。
ことにより、その高調波、特に30MHz〜300MH
z帯のノイズが、フレームグランド及び交流電源21側
の電源ライン,出力端子28p,28nに接続された負
荷側の接続ラインをそれぞれアンテナとして、強いEM
I(電磁妨害)ノイズを放射するという問題も生じるよ
うになった。
電子機器が使われるようになると、同一電源ラインに接
続された他の機器に、あるいは電源ラインは異なるが近
接して設置された他の機器に、それぞれ妨害等の悪影響
を及ぼすラインノイズ,EMIノイズ等のレベルの規制
が厳しくなり、特にヨーロッパではEMIノイズが規制
されたレベルを超えた機器は販売出来なくなっている。
めになされたものであり、スイッチング電源装置のスイ
ッチング周波数が高くなっても、スイッチング回路を安
定化すると共に、EMIノイズを抑制することを目的と
する。
ンデンサを1次直流電源とし、その直流電力を高周波用
のトランスの1次巻線とスイッチング素子との直列回路
に入力して、該スイッチング素子をスイッチングするこ
とによりトランスの2次巻線に誘起される交流電力を整
流平滑して出力するスイッチング電源装置を対象とす
る。
チング電源装置も対象とする。交流電源から入力する交
流電力を1次直流電力に変換する全波整流回路の出力端
子間に、大容量のコンデンサとそのコンデンサを放電さ
せる向きに接続した放電用ダイオードとの直列回路と、
高周波用のトランスの1次巻線とスイッチング素子との
直列回路を、それぞれ並列に接続する。そして、スイッ
チング素子によって上記1次直流電力をスイッチングす
ることにより、トランスの2次巻線に誘起される交流電
力を整流平滑して出力する。また、そのトランスの1次
巻線又はトランスに別に設けた3次巻線に誘起される電
力の一部を、上記コンデンサに帰還させる。
装置において、上記の目的を達成するため、図1等に示
すように、大容量のコンデンサC1に直列にインダクタ
ンスの小さいインダクタL1及び/又はL2を接続し、
高周波用のトランス6の1次巻線N1とスイッチング素
子Qとの直列回路に並列に、小容量のバイパスコンデン
サCpを接続する。これによって、スイッチングによる
高調波ノイズがコンデンサC1を通らないようにバイパ
スする。
ンダクタL1及び/又はL2との直列回路の両端、及び
トランス6の1次巻線N1とスイッチング素子Qとの直
列回路の両端のうちの少くとも1箇所とフレームグラン
ドGとの間に、グランド用の抵抗RgとコンデンサCg
との直列回路を接続する。これによって、スイッチング
回路11の作動が安定化し、フレームグランドGにリー
クする高調波ノイズを抵抗Rgによって熱に変換すると
共に回路のQを下げて、EMI(電磁妨害)ノイズを大幅
に抑制する。
次巻線N1とスイッチング素子Qとの直列回路に流れる
過電流を検出するための過電流検出用抵抗Riを設け、
スイッチング制御回路5aが、過電流検出用抵抗Riに
よって検出される信号を入力して、過電流が検出された
時にはスイッチング素子Qのスイッチングを停止する手
段を有するようにするとよい。
面を参照しながら具体的に説明する。 (第1の実施形態:図1から図3)まず、図1から図3
によって、この発明によるスイッチング電源装置の第1
の実施形態を説明する。
電源1からの交流電力が入力するノイズフィルタ2と、
そのリノズフィルタ2を通した交流電力を全波整流して
1次直流電力に変換するダイオードブリッジ3と、その
変換された1次直流電力をスイッチングして2次交流電
力を出力するスイッチング回路11と、そのスイッチン
グ回路11から出力される2次交流電力を整流平滑し
て、2次直流電力に変換する2次整流平滑回路7、及び
その出力端子8p,8nとにより構成されている。
ンス6と、1次直流電力を平滑する大容量のコンデンサ
C1とその両端にそれぞれ接続されたインダクタンスの
小さいインダクタL1,L2との直列回路と、トランス
6の1次巻線N1とスイッチング素子であるトランジス
タ(FETでもよい)Qとの直列回路と、その直列回路
に並列に接続されたバイパスコンデンサCpと、トラン
ジスタQのベースに駆動パルスを出力してスイッチング
させるスイッチング制御回路5とからなる。そして、ト
ランス6の2次巻線N2は2次整流平滑回路7に接続さ
れている。
ジ3の正負の出力端子3p,3nにそれぞれ接続された
正のホットライン4pと負のコモンライン4nとの間
に、コンデンサC1とインダクタL1,L2との直列回
路と、トランス6の1次巻線N1とトランジスタQとの
直列回路と、バイパスコンデンサCpとが互いに並列に
接続されている。
ンジスタQとの直列回路とコモンライン4nとの接続点
は、スイッチング回路11の動作を安定化するためのグ
ランド用の抵抗RgとコンデンサCgとの直列回路を介
してフレームグランドGに接続されている。
成の一例を、図3は2次整流平滑回路7の構成の一例
を、それぞれ示す回路図である。図2に示すノイズフィ
ルタ2は、それぞれ高周波用のコンデンサC4,C5,
C6と、互いに磁気結合された高周波用のインダクタL
5およびL6とからなり、2本の交流ラインa,b間に
は、コンデンサC4と、コンデンサC5とC6の直列回
路とが並列に接続されている。そのコンデンサC5とC
6の接続点はフレームグランドGに接続されいる。そし
て、2本の交流ラインa,bにそれぞれ直列にインダク
タL5,L6が接続されている。
れぞれ混入した高周波ノイズに対して、互いに逆相の成
分はコンデンサC4を通って打消され、同相又は非対称
成分はコンデンサC5,C6を介してフレームグランド
Gに落されると共に、インダクタL5,L6によって入
力側と出力側とが遮断されるから、交流ラインa,b側
に混入したノイズも、スイッチング電源装置内部で生じ
たノイズも、互いに他の側にリークすることがない。
ジスタQのオン・オフに伴ってトランス6の2次巻線N
2に誘起される2次交流電力により2次巻線N2の一端
c側が正電位になった時に、電流は整流ダイオードD7
を通してチョークコイルCH2に流れて平滑コンデンサ
C2を充電すると共に、チョークコイルCH2を励起す
る。
なってダイオードD7が非導通になった時に、チョーク
コイルCH2に蓄積された励起エネルギが電流に再変換
されて、コンデンサC2と転流ダイオードD8に流れ、
コンデンサC2を充電する。このようにしてコンデンサ
C2に充電され、平滑された2次直流電力は、出力端子
8p,8nから負荷に出力される。
電力は、ノイズフィルタ2によって高周波ノイズが遮断
された後、ダイオードブリッジ3により全波整流されて
1次直流電力に変換され、大容量のコンデンサC1を充
電して平滑される。コンデンサC1に直列に接続された
インダクタL1,L2は、コンデンサC1を充電する1
次直流電力に含まれている電源周波数の2倍の基本周波
数とその高調波とからなるリップル分に対しては、イン
ダクタンスが小さいためにインダクタとして作用しな
い。
スイッチング回路11の1次直流電源として作用し、ス
イッチング制御回路5が出力する駆動パルスに応じてト
ランジスタQがトランス6の1次巻線N1に流れる電流
をオン・オフする。それによって、トランス6の2次巻
線N2に誘起される2次交流電力は、2次整流平滑回路
7によって整流平滑されて2次直流電力に変換され、出
力端子8p,8nから負荷に出力される。
p,8n間の電圧すなわちスイッチング電源装置の出力
電圧を検出して、その出力電圧が予め設定された電圧よ
り高ければトランジスタQに出力する駆動パルスのオン
デューティ比を小さくし、出力電圧が低ければオンデュ
ーティ比を大きくするように、PWM(パルス幅変調)
制御することにより、出力電圧が設定電圧と等しくなる
ように定電圧制御する。
スタQがオンからオフになった瞬間に、トランス6の1
次巻線N1の両端に逆起電力が発生し、そのショックが
ホットライン4pおよびコンデンサC1を介してコモン
ライン4nに伝わる。しかし、一般にコンデンサC1の
耐電圧は交流電源1の交流電圧の1.5倍〜2倍と高
く、しかも大容量であるためそのサイズが大きい。した
がって、1次巻線N1とトランジスタQとの直列回路と
は若干離れているから、ショックがコモンライン4nを
介してスイッチング制御回路5に戻るまでに遅れが生じ
る。
が、高周波化しているスイッチング周波数及びその高調
波の周期に比べると無視出来ないものになる。そのた
め、スイッチング制御回路5が不安定になってスイッチ
ング回路11の動作も不安定になる恐れがある。この動
作の不安定化を防ぐために、図10に示した従来例のよ
うに、コモンラインとフレームグランドGとの間にコン
デンサCg2を接続すると、スイッチングノイズがフレ
ームグランドに流れてEMIノイズが増大する。
路11においては、ショックを含む高調波ノイズがコン
デンサC1を通らないように、コンデンサC1の両端に
インダクタンスの小さいインダクタL1,L2を接続す
ると共に、1次巻線N1とトランジスタQとの直列回路
の両端をバイパスコンデンサCpによって接続してい
る。そのため、ショックを含む高調波ノイズが遅れるこ
となくバイパスコンデンサCpを通り、ノイズが大幅に
抑えられる。
波数f成分をバイパスコンデンサCpにより取る構成と
なっている。ここで、トランス6の1次巻線N1とトラ
ンジスタQとバイパスコンデンサCpとによって形成さ
れる閉ループのループ長(1次巻線N1の巻線長および
トランジスタQとバイパスコンデンサCpの配線長等に
よる)をAとし、周波数fの時の波長をΛとする。この
ときf=Λ/2πの関係があるので、バイパスコンデン
サCpの実装配置を、そのループ長A内での配線長がΛ
/8からΛ/16以下に設定できるように決定するとよ
い。
ンドGとの間に、グランド用の抵抗RgとコンデンサC
gとの直列回路を接続したから、スイッチング回路11
の動作が安定化すると共に、コンデンサCgを通ってフ
レームグランドGに流れるノイズのパワーの大部分が、
抵抗Rgによって熱に変換されると共に、回路のQの働
きで低減される。そのため、フレームグランドGからノ
イズフィルタ2のコンデンサC5,C6(図2)を介し
て交流電源1の交流ラインbと、2次直流電力の負側ラ
インを介して負荷に接続されたラインとにそれぞれ流れ
るノイズ、及びフレームグランドGと各ラインをアンテ
ナとしたEMIノイズを大幅に減少させることが出来
る。
ってこの発明の第2の実施形態を説明する。図4は、こ
の発明によるスイッチング電源装置の第2の実施形態に
おけるスイッチング回路12の構成のみを示す回路図で
ある。このスイッチング回路12において、図1に示し
たスイッチング回路11と異なる点は、グランド用の抵
抗RgとコンデンサCgとの直列回路を、コモンライン
4nとフレームグランドGとの間ではなく、ホットライ
ン4pとフレームグランドGとの間に接続した点だけで
ある。
置としての構成は全て図1と同じであるから、図1と同
じ部分に同一符号を付し、スイッチング回路以外の部分
は図示を省略している。このように、グランド用の抵抗
RgとコンデンサCgとの直列回路を、ホットライン4
pとフレームグランドGとの間に接続しても、ホットラ
イン4pとコモンライン4nとの間にはバイパスコンデ
ンサCpが接続され、ノイズに対するインピーダンスが
極めて小さくなっているから、図1に示した実施形態の
場合と全く同様な効果が得られる。
ってこの発明の第3の実施形態を説明する。図5は、こ
の発明によるスイッチング電源装置の第3の実施形態に
おけるスイッチング回路13の構成のみを示す回路図で
ある。このスイッチング回路13において、図1に示し
たスイッチング回路11と異なる点は、バイパスコンデ
ンサCpを並列に接続した1次巻線N1とトランジスタ
Qとの直列回路とコモンライン4nとの間に、過電流検
出用の抵抗Riを接続し、スイッチング制御回路5に代
えて、抵抗Riによる過電流検出信号を入力すると駆動
パルスの出力を停止するスイッチング制御回路5aを設
けたことである。さらに、2組のグランド用の抵抗Rg
とコンデンサCgとの直列回路を、過電流検出用の抵抗
Riの両端とフレームグランドGとの間に、それぞれ接
続したことである。その他のスイッチング電源装置とし
ての構成は全て図1と同じであるから、図1と同じ部分
に同一符号を付し、スイッチング回路以外の部分は図示
を省略している。
チング制御回路5aは、図1におけるスイッチング制御
回路5と同様に、出力電圧を検出して駆動パルスをPW
M制御する作用に加えて、抵抗Riによって検出される
1次巻線N1とトランジスタQとの直列回路に流れる電
流値を常に入力しており、もしその電流値が予め設定し
た閾値を超えた値(過電流)になると、直ちに駆動パル
スの出力を停止する。したがって、トランジスタQのス
イッチングが停止されるから、スイッチング電源装置内
の各部や負荷の焼損等が起る恐れをなくすことが出来
る。
チング回路13を備えたスイッチング電源装置(この発
明の装置)のEMIノイズのパワー・スペクトラムを、
図10に示した従来のスイッチング電源装置の場合と比
較して示す線図であり、図6は水平成分(測定装置のア
ンテナを水平にして測定した結果)、図7は垂直成分
(測定装置のアンテナを垂直にして測定した結果)を示
している。これらの図において、横軸に30MHz〜3
00MHz帯域の周波数を対数目盛で示し、縦軸はアン
テナ1m当りに生じる起電力を1μVを0dBとしたデ
シベル目盛で示している。
水平方向、曲線H1はこの発明の装置の水平方向におけ
るそれぞれノイズの大きさを表わし、図7における曲線
V0は従来例の垂直方向、V1はこの発明の装置の垂直方
向におけるそれぞれノイズの大きさを表わしている。
イッチング電源装置及び従来例において、両者に共通な
定数は、スイッチング周波数:500KHz,大容量の
コンデンサC1,C21の容量:820μF,グランド
用のコンデンサCg,Cg2の容量:1500pFであ
り、1次巻線N1,N21の両端間には、図示しない抵
抗とコンデンサからなるスナバ回路を接続している。
3の各部の定数は、インダクタL1,L2のインダクタ
ンス:1μH,バイパスコンデンサCpの容量:10μ
F,グランド用の抵抗Rgの抵抗値:470Ω,及び過
電流検出用の抵抗Riの抵抗値:10〜20mΩであ
る。
によるスイッチング電源装置のEMIノイズのレベル
は、水平成分,垂直成分共に全帯域にわたって略30d
B(32μV/m)以内に収まっており、従来例に比べ
て10〜20dBのノイズ低減が認められる。特に従来
例では難しいとされていた100MHz近傍のEMIノ
イズに対しては、20〜30dBの著しいノイズ低減が
認められ、その効果は大きい。また、この発明によるス
イッチング電源装置のスイッチング回路13では、不安
定な動作の発生が認められなかった。
8によってこの発明の第4の実施形態を説明する。図8
は、この発明によるスイッチング電源装置の第4の実施
形態におけるスイッチング回路の構成のみを示す回路図
である。この第4の実施形態は、電力帰還型のスイッチ
ング電源装置であるが、スイッチング回路以外は図1に
示したスイッチング電源装置と同じ構成であるので、そ
の図示を省略している。
て、トランス6aは、1次巻線N1と2次巻線N2とが
互いに逆位相のフライバック型のトランスであり、1次
巻線N1と2次巻線N2とが同位相のフォーワード型の
トランス6(図1)と相違する。また、マイナス端子がコ
モンライン4nに接続された大容量のコンデンサC1と
インダクタL1,L2との直列回路のプラス端子と、ホ
ットライン4p及び1次巻線N1とトランジスタQの接
続点との間に、それぞれコンデンサC1を放電させるた
めのダイオードD1及び充電するためのダイオードD2
を接続し、電力帰還型のスイッチング回路を構成してい
る。
ランス6aの1次巻線N1とトランジスタQとの直列回
路のコモンライン4n側の一端とフレームグランドGと
の間に、グランド用の抵抗RgとコンデンサCgとの直
列回路を接続している。このグランド用の抵抗Rgとコ
ンデンサCgとの直列回路を、図4に示したスイッチン
グ回路12と同様に、ホットライン4p側の一端とフレ
ームグランドGとの間に接続してもよい。
置は、図1に示したスイッチング電源装置のスイッチン
グ回路11に代えて、図8に示したスイッチング回路1
4を接続したものである。そこで、この図1と図8とに
よって、このスイッチング電源装置の作用を説明する。
aがフライバック型であるため、このスイッチング回路
14と図1の2次整流平滑回路7とからなるDC−DC
コンバータはオン−オフ方式になる。そのため、トラン
ジスタQがオンの時に1次巻線N1に1次直流電力の電
流が流れるが、2次整流平滑回路7の整流ダイオードD
7に阻止されて2次巻線N2には電流が流れず、1次巻
線N1に流れる電流はトランス6aを励起する(磁気エ
ネルギーとして蓄積される)。
N1,2次巻線N2の極性がそれぞれ反転するから、ト
ランス6aに蓄積された磁気エネルギーは電流に再変換
され、その一部は整流ダイオードD7を通って2次整流
平滑回路7に流れ、平滑化された2次直流電力となっ
て、図1の正負の出力端子8p,8nに接続された図示
しない負荷に出力される。
介して入力した交流電力は、ダイオードブリッジ3から
全波整流された脈流波形の1次直流電力として出力され
る。交流電源がオンの直後は、図8のスイッチング制御
回路5が作動していないから、トランジスタQはオフの
ままであり、1次直流電力はトランス6aの1次巻線N
1,ダイオードD2を介してコンデンサC1を充電し、
コンデンサC1の端子間電圧が或る程度上ってから、ス
イッチングが開始される。
を基準の0V、ダイオードブリッジ3の出力電圧の瞬時
値をVi、コンデンサC1の端子間電圧をVcとして、
トランジスタQがオンの時にトランス6aの1次巻線N
1に流れる電流は、ViがVcより高ければ交流電源1
からダイオードブリッジ3を介して入力し、ViがVc
より低ければコンデンサC1からダイオードD1を介し
て供給されて、それぞれトランス6aを励起する(イン
ダクタL1,L2は無視出来る)。
ViがコンデンサC1の端子間電圧Vcより高くても、
ダイオードD1が作用してダイオードブリッジ3から平
滑コンデンサC1を直接に充電することはなく、Viが
Vcより低くてもコンデンサC1の放電電流がダイオー
ドブリッジ3に逆流する恐れもない。また、トランジス
タQがオンになってそのコレクタ電圧が0Vになって
も、ダイオードD2が作用してコンデンサC1の両端子
間のショートは防止される。
N1,2次巻線N2にそれぞれ逆起電力が発生して、ト
ランス6aに蓄積された磁気エネルギーが再変換された
電流の一部は、2次巻線N2から2次整流平滑回路7に
流れるが、電流の他の一部は、ダイオードブリッジ3の
出力電圧の瞬時値ViがコンデンサC1の端子間電圧V
cより低い場合でも、Viと1次巻線Npの逆起電力と
の和がVcを超えていれば、ダイオードD2を介してコ
ンデンサC1を充電する。そのコンデンサC1を充電す
る電流と同じ電流値の電流が、ダイオードブリッジ3を
介して交流電源1から供給されるから、その導通角は広
くなり、ピーク電流が抑えられて力率が大幅に改善され
る。
9によってこの発明の第5の実施形態を説明する。図9
は、この発明によるスイッチング電源装置の第5の実施
形態におけるスイッチング回路の構成のみを示す回路図
である。この第5の実施形態も、電力帰還型のスイッチ
ング電源装置であるが、スイッチング回路以外は図1に
示したスイッチング電源装置と同じ構成であるので、そ
の図示を省略している。
のスイッチング回路14がフライバック型のトランス6
aを用いて1次巻線N1に誘起される電力を帰還するの
に対して、3次巻線を備えたフォーワード型のトランス
6bを用い、その3次巻線N3に誘起される電力を帰還
する電力帰還型のスイッチング回路を構成している。
のスイッチング回路14と異なる点は、大容量のコンデ
ンサC1とインダクタL1,L2との直列回路のプラス
端子にアノードを接続したコンデンサC1充電用のダイ
オードD2のカソード端子を、インダクタンスの小さい
チョークコイルCHを介してトランス6bの3次巻線N
3の一端に接続し、その3次巻線N3の他端をホットラ
イン4pに接続いていることである。また、ホットライ
ン4pには、コンデンサC1の放電電流がダイオードブ
リッジ3に逆流しないように、ダイオードD3が介挿さ
れている。
置は、図1に示したスイッチング電源装置のスイッチン
グ回路11に代えて、図9に示したスイッチング回路1
5を接続したものである。そこで、この図1と図9とに
よって、このスイッチング電源装置の作用を説明する。
この図9のスイッチング回路15のトランス6bはフォ
ーワード型であるから、トランジスタQがオンになって
1次巻線N1に電流が流れた時に、2次巻線N2は2次
整流平滑回路7の図3に示した整流ダイオードD7に接
続された一端c側が、3次巻線N3はチョークコイルC
Hに接続された一端d側が、それぞれ正になる。
の1次巻線N1に流れる電流は、ダイオードブリッジ3
の出力電圧の瞬時値Viが、コンデンサC1の端子間電
圧Vcより高い間はダイオードブリッジ3から供給さ
れ、コンデンサC1の端子間電圧Vcより低い間はコン
デンサC1からインダクタL1,L2とダイオードD1
を介して供給されることは説明するまでもないが、1次
巻線N1に電流が流れることによって、3次巻線N3に
その一端d側が正になる起電力が発生する。
電流ソースがダイオードブリッジ3であっても、コンデ
ンサC1であっても、供給される電流の一部は、3次巻
線N3,チョークコイルCH及びコンデンサC1とイン
ダクタL1,L2の直列回路を通って流れ、コンデンサ
C1を充電すると共に、チョークコイルCHを励起する
ように作用する。
N3の起電力は0になるが、チョークコイルCHに逆起
電力が発生して、チョークコイルCHに蓄積された励起
エネルギーが再変換され、その電流がコンデンサC1に
流れてそれを充電する。すなわち、コンデンサC1の端
子間電圧Vcがダイオードブリッジ3の出力電圧の瞬時
値Viより高い期間は、このようにしてコンデンサC1
の放電電流の一部が帰還される。
瞬時値ViがコンデンサC1の端子間電圧Vcより高い
期間は、ダイオードブリッジ3から出力される電流の一
部が、3次巻線N3とチョークコイルCHを通過してコ
ンデンサC1を充電するが、そのダイオードブリッジ3
からの電流に、トランジスタQのスイッチングによって
3次巻線N3とチョークコイルCHとからなる充電回路
に発生する電流が重畳されてコンデンサC1を充電す
る。
電流のピーク値が抑えられて力率が向上し、ノイズの発
生もない。また、スイッチング回路15に用いたチョー
クコイルCHは、インダクタL1,L2と同様に、トラ
ンジスタQのスイッチング周波数に対応する高周波用の
チョークコイルであるから、従来のチョーク入力型の平
滑回路に用いる低周波用のチョークコイルに比べて遙か
に小型軽量であり、コストも安い。
チング回路14及び15においても、コンデンサC1の
両端にインダクタL1,L2を接続し、トランス6a又
は6bの1次巻線N1とトランジスタQとの直列回路に
並列にバイパスコンデンサCpを接続し、コモンライン
4nとフレームグランドGとの間に抵抗Rgとコンデン
サCgとの直列回路を接続している。そのため、トラン
ジスタQのスイッチングによって発生するスイッチング
周波数及びその高調波のノイズが減少するだけでなく、
フレームグランドGにリークするノイズも大幅に抑制さ
れるから、EMIノイズが大幅に抑制される効果があ
る。
いて共通な点は、抵抗RgとコンデンサCgとからなる
グランド用の直列回路は、コンデンサC1とインダクタ
L1,L2との直列回路の両端及び1次巻線N1とトラ
ンジスタQとの直列回路の両端、合わせて4箇所のいず
れかとフレームグラントGとの間に設ければ、略同様な
効果が得られるが、どこに設ければ最も効果的であるか
は、実際のスイッチング回路で実験的に決定すべきこと
である。
てもよいが、一般的にはワンポイント・アースといわれ
るように、最も効果的な1箇所に設けた方が予想外のト
ラブルを回避出来る。その意味で、図5に示したスイッ
チング回路13は例外的なものであるが、抵抗Riが1
0〜20mΩと小さい値であるにも拘らず、高周波ノイ
ズに対しては他のコンデンサに比べてインピーダンスが
大きいため、実験的に確認して抵抗Riの両端の2箇所
にグランド用の抵抗RgとコンデンサCgの直列回路を
設けたものである。
端にインダクタL1,L2(各1μH)を接続しても、
片側だけにインダクタ(2μH)を接続しても、回路図
上で見れば同等の効果があると思われるが、実験的には
両端にそれぞれ1μHのインダクタを接続した方が若干
ノイズ抑制の効果が上がるようである。以上説明したよ
うにこの発明によるスイッチング電源装置は、スイッチ
ング周波数が高くなってもスイッチング回路を安定化す
ると共に、EMIノイズを抑制することが出来る。
れば、スイッチング電源装置のスイッチング周波数が高
くなっても、スイッチング回路を安定化することができ
ると共に、EMIノイズを抑制することができる。
実施形態を示す回路図である。
す回路図である。
示す回路図である。
実施形態におけるスイッチング回路の構成を示す回路図
である。
実施形態におけるスイッチング回路の構成を示す回路図
である。
チング電源装置によるEMIノイズの水平成分のパワー
・スペクトラムを、従来例と比較して示す線図である。
スペクトラムを、従来例と比較して示す線図である。
実施形態における電力帰還型のスイッチング回路の構成
を示す回路図である。
実施形態における電力帰還型のスイッチング回路の構成
を示す回路図である。
示す回路図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 大容量のコンデンサを1次直流電源と
し、その直流電力を高周波用のトランスの1次巻線とス
イッチング素子との直列回路に入力して、該スイッチン
グ素子をスイッチング制御回路によってスイッチングす
ることにより、前記トランスの2次巻線に誘起される交
流電力を整流平滑して出力するスイッチング電源装置に
おいて、 前記大容量のコンデンサに直列にインダクタンスの小さ
いインダクタを接続し、 前記トランスの1次巻線とスイッチング素子との直列回
路に並列に小容量のバイパスコンデンサを接続すると共
に、 前記コンデンサと前記インダクタとの直列回路の両端及
び前記トランスの1次巻線とスイッチング素子との直列
回路の両端のうちの少くとも1箇所とフレームグランド
との間に、グランド用の抵抗とコンデンサとの直列回路
を接続したことを特徴とするスイッチング電源装置。 - 【請求項2】 請求項1に記載のスイッチング電源装置
において、 前記トランスの1次巻線とスイッチング素子との直列回
路に流れる過電流を検出するための過電流検出用抵抗を
設け、 前記スイッチング制御回路が、前記過電流検出用抵抗に
よって検出される信号を入力して、過電流が検出された
時には前記スイッチング素子のスイッチングを停止する
手段を有することを特徴とするスイッチング電源装置。 - 【請求項3】 交流電源から入力する交流電力を1次直
流電力に変換する全波整流回路の出力端子間に、大容量
のコンデンサと該コンデンサを放電させる向きに接続し
た放電用ダイオードとの直列回路と、高周波用のトラン
スの1次巻線とスイッチング素子との直列回路をそれぞ
れ並列に接続し、前記スイッチング素子によって前記1
次直流電力をスイッチングすることにより前記トランス
の2次巻線に誘起される交流電力を整流平滑して出力す
ると共に、前記トランスの1次巻線に誘起される電力の
一部を前記コンデンサに帰還する電力帰還型のスイッチ
ング電源装置において、 前記大容量のコンデンサに直列にインダクタンスの小さ
いインダクタを接続し、 前記トランスの1次巻線とスイッチング素子との直列回
路に並列に小容量のバイパスコンデンサを接続すると共
に、 前記コンデンサと前記インダクタとの直列回路の両端及
び前記トランスの1次巻線とスイッチング素子との直列
回路の両端のうちの少くとも1箇所とフレームグランド
との間に、グランド用の抵抗とコンデンサとの直列回路
を接続したことを特徴とするスイッチング電源装置。 - 【請求項4】 交流電源から入力する交流電力を1次直
流電力に変換する全波整流回路の出力端子間に、大容量
のコンデンサと該コンデンサを放電させる向きに接続し
た放電用ダイオードとの直列回路と、高周波用のトラン
スの1次巻線とスイッチング素子との直列回路をそれぞ
れ並列に接続し、前記スイッチング素子によって前記1
次直流電力をスイッチングすることにより前記トランス
の2次巻線に誘起される交流電力を整流平滑して出力す
ると共に、前記トランスの3次巻線に誘起される電力の
一部を前記コンデンサに帰還する電力帰還型のスイッチ
ング電源装置において、 前記大容量のコンデンサに直列にインダクタンスの小さ
いインダクタを接続し、 前記トランスの1次巻線とスイッチング素子との直列回
路に並列に小容量のバイパスコンデンサを接続すると共
に、 前記コンデンサと前記インダクタとの直列回路の両端及
び前記トランスの1次巻線とスイッチング素子との直列
回路の両端のうちの少くとも1箇所とフレームグランド
との間に、グランド用の抵抗とコンデンサとの直列回路
を接続したことを特徴とするスイッチング電源装置。 - 【請求項5】 請求項1乃至4のいずれか一項に記載の
スイッチング電源装置において、 前記大容量のコンデンサの両端に、それぞれ該コンデン
サに直列にインダクタンスの小さいインダクタを接続し
たことを特徴とするスイッチング電源装置。
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