(57)【要約】【課題】回路基板の共通化を図りつつ、単相入力および３相入力の双方に適用することが可能なスイッチング電源を提供する。【解決手段】入力フィルタＦ１１、Ｆ２１、Ｆ３１および内蔵電源Ｇ１〜Ｇ３をスイッチング電源に設け、切り替え部Ｓ１〜Ｓ４は、入力端子Ｔに単相交流電圧が入力される場合、単相交流電圧を入力フィルタＦ１１、Ｆ２１、Ｆ３１に並列に入力し、入力端子Ｔに３相交流電圧が入力される場合、３相交流電圧の各相間の電圧を入力フィルタＦ１１、Ｆ２１、Ｆ３１に個別に入力する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単相交流電圧および３相交流電圧が入力される入力端子と、
単相交流電圧に含まれる不要な高域成分をそれぞれ減衰させるＮ（Ｎは３以上の整数）個の入力フィルタと、
前記入力フィルタをそれぞれ通過した単相交流電圧を直流電圧にそれぞれ変換するＮ個の内蔵電源と、
前記入力端子に前記単相交流電圧が入力される場合、前記単相交流電圧を前記入力フィルタに並列に入力し、前記入力端子に前記３相交流電圧が入力される場合、前記３相交流電圧の各相間の電圧を前記入力フィルタに個別に入力する切り替え部とを備えることを特徴とするスイッチング電源。
【請求項２】
前記Ｎ個の入力フィルタと前記切り替え部は同一のプリント基板上に実装されていることを特徴とする請求項１に記載のスイッチング電源。
【請求項３】
前記切り替え部は、前記入力端子に入力される電圧が単相であるか３相であるかに応じて実装または未実装とされるジャンパー線であることを特徴とする請求項２に記載のスイッチング電源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスイッチング電源に関し、特に、単相入力および３相入力の双方に用いられるスイッチング電源の構成方法に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のスイッチング電源では、入力条件ごとに別々の回路構成が用いられていた。例えば、単相入力用のスイッチング電源では、単相入力用のフィルタ回路および単相入力から直流電圧を生成する内蔵電源が搭載される。また、３相入力用のスイッチング電源では、３相入力用のフィルタ回路および３相入力から直流電圧を生成する内蔵電源が搭載される。
【０００３】
また、例えば、特許文献１には、多相交流電源の相間入力を整流する整流回路の直流側の電圧が交流電圧基準値以上の場合に、多相交流入力の相間に接続された変換部に含まれるスイッチング素子の駆動信号を定める直流電圧基準値を変化させることで、相間電圧の変動による変換効率の低下を抑制する方法が開示されている。
【０００４】
また、例えば、特許文献２には、電源回路の定電圧化された直流を給電ケーブルを介して負荷に供給する際、電源回路の出力電圧に自動的にケーブルの電圧降下の補正を加える方法が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−９５２５８号公報
【特許文献２】特開平４−２９４４１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のスイッチング電源では、入力条件ごとに別々の回路構成が用いられているため、単相入力用と３相入力用の２種類の回路設計を行う必要があるとともに、フィルタ回路や内蔵電源についても２種類ずつ用意する必要がある。このため、スイッチング電源の回路設計に時間がかかったり、内蔵電源、電子部品および回路基板などの管理が煩雑化したり、スイッチング電源のコストアップを招いたりするという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、回路基板の共通化を図りつつ、単相入力および３相入力の双方に適用することが可能なスイッチング電源を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するために、請求項１記載のスイッチング電源によれば、単相交流電圧および３相交流電圧が入力される入力端子と、前記単相交流電圧に含まれる不要な高域成分をそれぞれ減衰させるＮ（Ｎは３以上の整数）個の入力フィルタと、前記入力フィルタをそれぞれ通過した単相交流電圧を直流電圧にそれぞれ変換するＮ個の内蔵電源と、前記入力端子に前記単相交流電圧が入力される場合、前記単相交流電圧を前記入力フィルタに並列に入力し、前記入力端子に前記３相交流電圧が入力される場合、前記３相交流電圧の各相間の電圧を前記入力フィルタに個別に入力する切り替え部とを備えることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２記載のスイッチング電源によれば、前記Ｎ個の入力フィルタと前記切り替え部は同一のプリント基板上に実装されていることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３記載のスイッチング電源によれば、前記切り替え部は、前記入力端子に入力される電圧が単相であるか３相であるかに応じて実装または未実装とされるジャンパー線であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように、本発明によれば、３相交流電圧の各相間の電圧を単相用の入力フィルタと単相用の内蔵電源に個別に入力する切り替え部を設けることにより、３相用の入力フィルタと３相用の内蔵電源を使用することなく、３相交流電圧を直流電圧に変換することが可能となる。このため、単相入力用と３相入力用の２種類の回路設計を行う必要がなくなり、スイッチング電源の回路設計にかかる時間を短縮することが可能となるとともに、単相入力用と３相入力用とで内蔵電源、電子部品および回路基板などの共通化を図ることが可能となることから、部品管理や生産管理の効率化を図ることが可能となるともに、スイッチング電源のコストダウンを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態に係るスイッチング電源について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る単相入力時のスイッチング電源の概略構成を示すブロック図、図２は、本発明の一実施形態に係る単相入力時のスイッチング電源の入力波形および出力波形を示す図、図３は、本発明の一実施形態に係る３相入力時のスイッチング電源の概略構成を示すブロック図、図４は、本発明の一実施形態に係る３相入力時のスイッチング電源の入力波形および出力波形を示す図である。
【００１３】
図１および図３において、スイッチング電源には、入力端子Ｔ、３個の入力フィルタＦ１１、Ｆ２１、Ｆ３１、切り替え部Ｓ１〜Ｓ４、３個の内蔵電源Ｇ１〜Ｇ３、３個の出力フィルタＦ１２、Ｆ２２、Ｆ３２およびダイオードＤ１〜Ｄ３が設けられている。
ここで、入力端子Ｔには、単相交流電圧および３相交流電圧が入力され、Ｌ１／Ｌ端子、Ｌ２／Ｎ端子、Ｌ３／ＮＣ端子、ＦＧ端子が設けられている。そして、Ｌ１／Ｌ端子およびＬ２／Ｎ端子間には単相交流電圧が入力され、Ｌ１／Ｌ端子およびＬ２／Ｎ端子間には３相交流電圧の１相目が入力され、Ｌ２／Ｎ端子およびＬ３／ＮＣ端子間には３相交流電圧の２相目が入力され、Ｌ１／Ｌ端子およびＬ３／ＮＣ端子間には３相交流電圧の３相目が入力される。また、ＦＧ端子はフレームグランドに接続される。
【００１４】
また、入力フィルタＦ１１、Ｆ２１、Ｆ３１は、単相交流電圧に含まれる不要な高域成分をそれぞれ減衰させることができ、入力フィルタＦ１１、Ｆ２１、Ｆ３１としては、ローパスフィルタを用いることができる。ここで、入力フィルタＦ１１には、コンデンサＣ１１、Ｃ１２およびインダクタＬ１１、Ｌ１２が設けられ、インダクタＬ１１、Ｌ１２の一端はコンデンサＣ１１を介して互いに接続され、インダクタＬ１１、Ｌ１２の他端はコンデンサＣ１２を介して互いに接続されている。また、入力フィルタＦ２１には、コンデンサＣ２１、Ｃ２２およびインダクタＬ２１、Ｌ２２が設けられ、インダクタＬ２１、Ｌ２２の一端はコンデンサＣ２１を介して互いに接続され、インダクタＬ２１、Ｌ２２の他端はコンデンサＣ２２を介して互いに接続されている。また、入力フィルタＦ３１には、コンデンサＣ３１、Ｃ３２およびインダクタＬ３１、Ｌ３２が設けられ、インダクタＬ３１、Ｌ３２の一端はコンデンサＣ３１を介して互いに接続され、インダクタＬ３１、Ｌ３２の他端はコンデンサＣ３２を介して互いに接続されている。
【００１５】
また、内蔵電源Ｇ１〜Ｇ３は、入力フィルタＦ１１、Ｆ２１、Ｆ３１をそれぞれ通過した単相交流電圧を直流電圧にそれぞれ変換することができる。ここで、内蔵電源Ｇ１〜Ｇ３の入力側には、Ｌ（ライブ）端子、Ｎ（ニュートラル）端子およびＦＧ（フレームグランド）端子がそれぞれ設けられ、内蔵電源Ｇ１〜Ｇ３の出力側には、正極端子および負極端子がそれぞれ設けられている。なお、各内蔵電源Ｇ１〜Ｇ３は、交流電圧を整流および平滑化して生成した直流電圧をスイッチング素子に印加し、そのスイッチング素子をＰＷＭ制御にてオン／オフすることで、交流電圧を所望の直流電圧に変換することができる。
【００１６】
また、切り替え部Ｓ１〜Ｓ４は、入力端子Ｔに単相交流電圧が入力される場合、単相交流電圧を入力フィルタＦ１１、Ｆ２１、Ｆ３１に並列に入力し、入力端子Ｔに３相交流電圧が入力される場合、３相交流電圧の各相間の電圧を入力フィルタＦ１１、Ｆ２１、Ｆ３１に個別に入力することができる。なお、切り替え部Ｓ１〜Ｓ４としては、入力端子Ｔに入力される電圧が単相であるか３相であるかに応じて実装または未実装とされるジャンパー線を用いるようにしてもよいし、入力端子Ｔに入力される電圧が単相であるか３相であるかに応じてオン／オフするスイッチを用いるようにしてもよい。
【００１７】
また、出力フィルタＦ１２、Ｆ２２、Ｆ３２は、内蔵電源Ｇ１〜Ｇ３からそれぞれ出力された直流電圧に含まれる不要な高域成分をそれぞれ減衰させることができ、出力フィルタＦ１２、Ｆ２２、Ｆ３２としては、ローパスフィルタを用いることができる。ここで、出力フィルタＦ１２には、コンデンサＣ１３、Ｃ１４およびインダクタＬ１３、Ｌ１４が設けられ、インダクタＬ１３、Ｌ１４の一端はコンデンサＣ１３を介して互いに接続され、インダクタＬ１３、Ｌ１４の他端はコンデンサＣ１４を介して互いに接続されている。また、出力フィルタＦ２２には、コンデンサＣ２３、Ｃ２４およびインダクタＬ２３、Ｌ２４が設けられ、インダクタＬ２３、Ｌ２４の一端はコンデンサＣ２３を介して互いに接続され、インダクタＬ２３、Ｌ２４の他端はコンデンサＣ２４を介して互いに接続されている。また、出力フィルタＦ３２には、コンデンサＣ３３、Ｃ３４およびインダクタＬ３３、Ｌ３４が設けられ、インダクタＬ３３、Ｌ３４の一端はコンデンサＣ３３を介して互いに接続され、インダクタＬ３３、Ｌ３４の他端はコンデンサＣ３４を介して互いに接続されている。
【００１８】
また、ダイオードＤ１〜Ｄ３は、他の内蔵電源Ｇ１〜Ｇ３からの電流が自分の内蔵電源Ｇ１〜Ｇ３に逆流するのを防止することができる。
【００１９】
そして、入力端子ＴのＬ１／Ｌ端子は、入力フィルタＦ１１のインダクタＬ１１の一端および入力フィルタＦ２１のインダクタＬ２１の一端に接続されるとともに、切り替え部Ｓ２を介して入力フィルタＦ３１のインダクタＬ３１の一端に接続されている。
また、入力端子ＴのＬ２／Ｎ端子は、入力フィルタＦ１１のインダクタＬ１２の一端および入力フィルタＦ３１のインダクタＬ３２の一端に接続されるとともに、切り替え部Ｓ１を介して入力フィルタＦ２１のインダクタＬ２２の一端に接続されている。
また、入力端子ＴのＬ３／ＮＣ端子は、切り替え部Ｓ３を介して入力フィルタＦ２１のインダクタＬ２２の一端に接続されるとともに、切り替え部Ｓ４を介して入力フィルタＦ３１のインダクタＬ３１の一端に接続されている。
【００２０】
また、内蔵電源Ｇ１のＬ端子は、入力フィルタＦ１１のインダクタＬ１１の他端に接続され、内蔵電源Ｇ１のＮ端子は、入力フィルタＦ１１のインダクタＬ１２の他端に接続されている。
また、内蔵電源Ｇ２のＬ端子は、入力フィルタＦ２１のインダクタＬ２１の他端に接続され、内蔵電源Ｇ２のＮ端子は、入力フィルタＦ２１のインダクタＬ２２の他端に接続されている。
また、内蔵電源Ｇ３のＬ端子は、入力フィルタＦ３１のインダクタＬ３１の他端に接続され、内蔵電源Ｇ３のＮ端子は、入力フィルタＦ３１のインダクタＬ３２の他端に接続されている。
【００２１】
また、内蔵電源Ｇ１の正極端子は、出力フィルタＦ１２のインダクタＬ１３の一端に接続され、内蔵電源Ｇ１の負極端子は、出力フィルタＦ１２のインダクタＬ１４の一端に接続されている。
また、内蔵電源Ｇ２の正極端子は、出力フィルタＦ２２のインダクタＬ２３の一端に接続され、内蔵電源Ｇ２の負極端子は、出力フィルタＦ２２のインダクタＬ２４の一端に接続されている。
また、内蔵電源Ｇ３の正極端子は、出力フィルタＦ３２のインダクタＬ３３の一端に接続され、内蔵電源Ｇ３の負極端子は、出力フィルタＦ３２のインダクタＬ３４の一端に接続されている。
【００２２】
また、出力フィルタＦ１２のインダクタＬ１３の他端、出力フィルタＦ２２のインダクタＬ２３の他端および出力フィルタＦ３２のインダクタＬ３３の他端は、ダイオードＤ１〜Ｄ３をそれぞれ介して互いに共通に接続され、負荷Ｂの正極端子に接続されるとともに、出力フィルタＦ１２のインダクタＬ１４の他端、出力フィルタＦ２２のインダクタＬ２４の他端および出力フィルタＦ３２のインダクタＬ３４の他端は、互いに共通に接続され、負荷Ｂの負極端子に接続されている。
また、入力フィルタＦ１１、Ｆ２１、Ｆ３１および切り替え部Ｓ１〜Ｓ４は、同一のプリント基板Ｋに実装されている。
【００２３】
そして、入力端子Ｔに単相交流電圧が入力される場合、図１に示すように、切り替え部Ｓ１を介して入力端子ＴのＬ２／Ｎ端子と入力フィルタＦ２１のインダクタＬ２２の一端を接続し、切り替え部Ｓ２を介して入力端子ＴのＬ１／Ｌ端子と入力フィルタＦ３１のインダクタＬ３１の一端を接続し、切り替え部Ｓ３を介して入力端子ＴのＬ３／ＮＣ端子と入力フィルタＦ２１のインダクタＬ２２の一端を切断し、切り替え部Ｓ４を介して入力端子ＴのＬ３／ＮＣ端子と入力フィルタＦ３１のインダクタＬ３１の一端を切断する。この結果、入力端子ＴのＬ１／Ｌ端子とＬ２／Ｎ端子とは、入力フィルタＦ１１、Ｆ２１、Ｆ３１に並列に接続される。
【００２４】
そして、図２に示すように、入力端子ＴのＬ１／Ｌ端子とＬ２／Ｎ端子との間に単相交流電圧Ｅ１が入力されると、その単相交流電圧Ｅ１は入力フィルタＦ１１、Ｆ２１、Ｆ３１に並列に入力され、３系統分の単相交流電圧Ｐ１〜Ｐ３に分散される。そして、入力フィルタＦ１１、Ｆ２１、Ｆ３１にて単相交流電圧Ｐ１〜Ｐ３から不要の高域成分がそれぞれ除去された後、単相交流電圧Ｐ１〜Ｐ３が内蔵電源Ｇ１〜Ｇ３にそれぞれ入力される。そして、内蔵電源Ｇ１〜Ｇ３において、単相交流電圧Ｐ１〜Ｐ３が所望の直流電圧にそれぞれ変換された後、出力フィルタＦ１２、Ｆ２２、Ｆ３２にそれぞれ出力される。そして、出力フィルタＦ１２、Ｆ２２、Ｆ３２にて内蔵電源Ｇ１〜Ｇ３の出力から不要の高域成分がそれぞれ除去された後、出力フィルタＦ１２、Ｆ２２、Ｆ３２を通過した電流が合成されて負荷Ｂに出力される。
【００２５】
一方、入力端子Ｔに３相交流電圧が入力される場合、図３に示すように、切り替え部Ｓ１を介して入力端子ＴのＬ２／Ｎ端子と入力フィルタＦ２１のインダクタＬ２２の一端を切断し、切り替え部Ｓ２を介して入力端子ＴのＬ１／Ｌ端子と入力フィルタＦ３１のインダクタＬ３１の一端を切断し、切り替え部Ｓ３を介して入力端子ＴのＬ３／ＮＣ端子と入力フィルタＦ２１のインダクタＬ２２の一端を接続し、切り替え部Ｓ４を介して入力端子ＴのＬ３／ＮＣ端子と入力フィルタＦ３１のインダクタＬ３１の一端を接続する。この結果、入力フィルタＦ１１、Ｆ２１、Ｆ３１には、３相交流電圧の各相間の電圧がそれぞれ個別に入力される。
【００２６】
そして、図４に示すように、入力端子ＴのＬ１／Ｌ端子とＬ２／Ｎ端子との間に３相交流電圧の第１相目電圧Ｅａが入力されると、その第１相目電圧Ｅａは入力フィルタＦ１１に入力される。そして、入力フィルタＦ１１にて第１相目電圧Ｅａから不要の高域成分が除去された後、第１相目電圧Ｅａが内蔵電源Ｇ１に入力される。そして、内蔵電源Ｇ１において、第１相目電圧Ｅａが所望の直流電圧に変換された後、出力フィルタＦ１２に出力される。
【００２７】
また、入力端子ＴのＬ２／Ｎ端子とＬ３／ＮＣ端子との間に３相交流電圧の第２相目電圧Ｅｂが入力されると、その第２相目電圧Ｅｂは入力フィルタＦ２１に入力される。そして、入力フィルタＦ２１にて第２相目電圧Ｅｂから不要の高域成分が除去された後、第２相目電圧Ｅｂが内蔵電源Ｇ２に入力される。そして、内蔵電源Ｇ２において、第２相目電圧Ｅｂが所望の直流電圧に変換された後、出力フィルタＦ２２に出力される。
【００２８】
また、入力端子ＴのＬ１／Ｌ端子とＬ３／ＮＣ端子との間に３相交流電圧の第３相目電圧Ｅｃが入力されると、その第３相目電圧Ｅｃは入力フィルタＦ３１に入力される。そして、入力フィルタＦ３１にて第３相目電圧Ｅｃから不要の高域成分が除去された後、第３相目電圧Ｅｃが内蔵電源Ｇ３に入力される。そして、内蔵電源Ｇ３において、第３相目電圧Ｅｃが所望の直流電圧に変換された後、出力フィルタＦ３２に出力される。
【００２９】
そして、出力フィルタＦ１２、Ｆ２２、Ｆ３２に内蔵電源Ｇ１〜Ｇ３の出力がそれぞれ入力されると、出力フィルタＦ１２、Ｆ２２、Ｆ３２にて内蔵電源Ｇ１〜Ｇ３の出力から不要の高域成分がそれぞれ除去された後、出力フィルタＦ１２、Ｆ２２、Ｆ３２を通過した電流が合成されて負荷Ｂに出力される。
【００３０】
これにより、３相交流電圧の各相間の電圧を単相用の入力フィルタＦ１１、Ｆ２１、Ｆ３１と単相用の内蔵電源Ｇ１〜Ｇ３に個別に入力することが可能となり、３相用の入力フィルタと３相用の内蔵電源を使用することなく、３相交流電圧を直流電圧に変換することが可能となる。このため、単相入力用と３相入力用の２種類の回路設計を行う必要がなくなり、スイッチング電源の回路設計にかかる時間を短縮することが可能となるとともに、単相入力用と３相入力用とで内蔵電源、電子部品および回路基板などの共通化を図ることが可能となることから、部品管理や生産管理の効率化を図ることが可能となるともに、スイッチング電源のコストダウンを実現することができる。
【００３１】
なお、上述した実施形態では、入力フィルタＦ１１、Ｆ２１、Ｆ３１および内蔵電源Ｇ１〜Ｇ３を３個ずつ設ける方法について説明したが、入力フィルタおよび内蔵電源はそれぞれ３個以上ならばいくつでもよい。ただし、入力フィルタおよび内蔵電源の個数は、３相入力時の電力バランスの観点からは、それぞれ３の倍数であることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態に係る単相入力時のスイッチング電源の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る単相入力時のスイッチング電源の入力波形および出力波形を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る３相入力時のスイッチング電源の概略構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る３相入力時のスイッチング電源の入力波形および出力波形を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
Ｋ  プリント基板
Ｔ  入力端子
Ｆ１１、Ｆ２１、Ｆ３１  入力フィルタ
Ｆ１２、Ｆ２２、Ｆ３２  出力フィルタ
Ｓ１〜Ｓ４  切り替え部
Ｇ１〜Ｇ３  内蔵電源
Ｂ  負荷
Ｃ１１、Ｃ２１、Ｃ３１、Ｃ１２、Ｃ２２、Ｃ３２、Ｃ１３、Ｃ２３、Ｃ３３、Ｃ１４、Ｃ２４、Ｃ３４  コンデンサ
Ｌ１１、Ｌ２１、Ｌ３１、Ｌ１２、Ｌ２２、Ｌ３２、Ｌ１３、Ｌ２３、Ｌ３３、Ｌ１４、Ｌ２４、Ｌ３４  インダクタ
Ｄ１〜Ｄ３  ダイオード
【図１】
2010074922.tif 000003
【図２】
2010074922.tif 000004
【図３】
2010074922.tif 000005
【図４】
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