(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電圧を出力する交流電源、
前記交流電源からの交流電圧を直流電圧に変換する全波整流平滑回路、
前記全波整流平滑回路から出力された直流電圧を所定の電力形態に変換して負荷に供給するコンバータ、
前記交流電源の各交流ラインにそれぞれの一端を接続された電気的特性が実質的に等しい第１のコンデンサと第２のコンデンサ、
前記第１のコンデンサと第２のコンデンサのそれぞれの他端が入力側の各ラインに接続され、出力側の負極ラインが前記全波整流平滑回路の出力側の負極ラインに接続されたダイオードブリッジ構成の全波整流回路、
前記ダイオードブリッジ構成の全波整流回路の出力側の各ラインに接続された第３のコンデンサ、
前記第１のコンデンサと前記第２のコンデンサと前記第３のコンデンサと前記全波整流回路とを有する電源回路を起動時の電源とし、前記負荷に供給される電力形態を制御すべく前記コンバータを駆動する制御駆動回路、及び、
前記コンバータの通常動作中に前記第３のコンデンサを充電し、前記制御駆動回路の電源となる電力供給回路、
を具備することを特徴とする電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は交流電力を受電し、各種負荷に直流電力を供給する電源回路およびそれを用いた電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器に対する省エネルギー化の社会的要望が高くなっている。特に、ビデオテープレコーダ（ＶＴＲ）、複写機、ファクシミリ等のように終日通電状態にあり、運転モードに比べて待機モードが長く継続する電子機器に対して、省エネルギー化を図るため待機モードでの低消費電力化が進められている。このような電子機器における低消費電力化はもちろんであるが、電子機器に電力を供給する電源装置の待機モードでのエネルギーの低損失化も進められている。
また、近年、電子機器が複雑になるにしたがって、精度の高い直流電力を供給する必要が増大している。精度の高い直流電力を供給できる電源装置は、パソコン、ファクシミリ、携帯電話機、コピー機などの情報通信機器などに用いられている。
【０００３】
以下、従来の電源装置について図２を参照して具体的に説明する。図２は従来のスイッチング電源装置の回路構成を示す回路図である。
図２において、交流電源１００は、交流電力を全波整流回路２０へ供給する。全波整流回路２０と入力コンデンサ３０は、交流電源１００からの交流電圧を直流電圧に整流し平滑化する。
スイッチング回路４０は、スイッチングトランジスタやパワーＭＯＳＦＥＴのような素子により構成され、入力された直流電圧をオンオフ動作により高周波交流電圧に変換する。トランス５０は１次巻線５０ａと２次巻線５０ｂと制御巻線５０ｃとを有している。スイッチング回路４０において、スイッチング動作により得られた高周波交流電圧はトランス５０の１次巻線５０ａに入力される。
【０００４】
トランス５０の２次巻線５０ｂに接続されたダイオード６０と出力コンデンサ７０は、２次巻線５０ｂに発生した交流電圧を整流平滑し、負荷８０へ直流電力を供給する。制御駆動回路９０は、負荷８０へ出力される直流電力を調整するスイッチング回路４０を制御している。トランス５０の制御巻線５０ｃに接続されているダイオード２５０及びコンデンサ１１０は、制御巻線５０ｃに発生する交流電圧を整流平滑して、制御駆動回路９０の電源として供給する。抵抗３１は起動抵抗であり、トランス５０の各巻線に電圧が生じていない起動時において制御駆動回路９０に電力を供給する。
【０００５】
以下、従来の電源装置における動作について説明する。
交流電源１００は、交流電力を全波整流回路２０へ供給する。全波整流回路２０と入力コンデンサ３０は、交流電源１００の交流電圧を直流電圧に全波整流し平滑化する。
スイッチング回路４０は、そのオンオフ動作により直流電圧を高周波交流電圧に変換する。この高周波交流電圧はトランス５０の１次巻線５０ａに入力され２次巻線５０ｂから変圧されて出力される。２次巻線５０ｂに発生する高周波交流電圧は、ダイオード６０及び出力コンデンサ７０により整流平滑されて直流電圧が形成される。この直流電圧は負荷８０に供給される。負荷８０に供給される直流電圧はスイッチング回路４０のオンオフ比により調整される。
【０００６】
制御駆動回路９０は、出力された直流電圧を検知して基準電圧と比較し、誤差を検出する。制御駆動回路９０はその誤差を補正するよう調整したオンオフ比のパルス信号をスイッチング回路４０へ出力する。
制御巻線５０ｃに発生する交流電圧は、ダイオード２５０及びコンデンサ１１０によって整流平滑され、制御駆動回路９０の電源として供給される。起動抵抗３１の回路により、トランス５０の各巻線に電圧の発生しない起動時において制御駆動回路９０に電力が供給される。
待機モードに代表される軽負荷時において、従来の電源装置のエネルギー損失の要因の一つにこの起動抵抗３１における電力損失がある。このため、起動抵抗３１の抵抗値は大きくしたいところだが、従来の電源装置の起動をスムーズにするためにも、起動抵抗３１の抵抗値はあまり大きくできなかった。
【０００７】
上記のような構成の従来の電源装置に対して、起動抵抗を用いない電源装置用の電源回路が用いられていた。
以下、起動抵抗を用いない従来の電源装置用の電源回路について図３を参照して具体的に説明する。図３は従来の電源回路の回路構成を示す回路図である。
交流電源１０１は、交流電力を全波整流回路２００へ供給する。全波整流回路２００は、４つのダイオード２１０，２２０，２３０，２４０によりブリッジに構成されている。全波整流回路２００と入力コンデンサ３００は、交流電源１０１の交流電圧を直流電圧に全波整流し平滑化している。
コンデンサ３１０の一端は全波整流回路２００の交流側の一方の端子に接続されており、コンデンサ３１０の他端はダイオード１４０を介してコンデンサ３２０の正極端子に接続されている。また、コンデンサ３２０の負極端子はダイオード１５０を介してコンデンサ３１０の他端に接続されている。
【０００８】
以下、図３に示した従来の電源装置用の電源回路の動作について説明する。
図３において、交流電源１０１の交流電圧は、全波整流回路２００と入力コンデンサ３００により直流電圧に全波整流され平滑化される。全波整流回路２００に接続された交流ラインが高電位のとき、電流は交流電源１０１から全波整流回路２００の交流ラインの一端に接続されたコンデンサ３１０に流れ、ダイオード１４０と全波整流回路２００のダイオード２４０を介して交流電源１０１へ流れる。このとき、コンデンサ３１０とともにコンデンサ３２０は充電される。
逆に、全波整流回路２００に接続された交流ラインが負電位に振れるとき、電流は交流電源１０１から全波整流回路２００のダイオード２２０、入力コンデンサ３００、ダイオード１５０、及びコンデンサ３１０に流れる。このとき、コンデンサ３１０に充電された電荷は放電される。この放電ループを図３において破線で示す。
以上のようにコンデンサ３１０が充放電動作を繰り返すことにより、コンデンサ３２０には交流電源１０１からの電力がコンデンサ３１０を介して供給され、充電される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
図３に示した従来の電源装置用の電源回路において、コンデンサ３１０の接続された交流ラインが負電位に振れる時に、コンデンサ３１０の放電電流は入力コンデンサ３００を充電する方向に流れる。
最近の電子機器における省エネルギー化に伴い、待機モードにおける軽負荷化が進んでいる。このような電子機器に図３に示した電源回路を採用した場合には、入力コンデンサ３００にとっての負荷はさらに軽くなる。このため、入力コンデンサ３００からの放電電力が入力コンデンサ３００への充電電力より小さくなると、入力コンデンサ３００の電位が異常に上昇するという問題があった。
本発明は、負荷が軽い場合であっても入力コンデンサの電位が異常に上昇することがなく、電力損失の少ない電源回路およびそれを用いた電源装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る電源装置は、交流電圧を出力する交流電源、前記交流電源からの交流電圧を直流電圧に変換する全波整流平滑回路、前記全波整流平滑回路から出力された直流電圧を所定の電力形態に変換して負荷に供給するコンバータ、前記交流電源の各交流ラインにそれぞれの一端を接続された電気的特性が実質的に等しい第１のコンデンサと第２のコンデンサ、前記第１のコンデンサと第２のコンデンサのそれぞれの他端が入力側の各ラインに接続され、出力側の負極ラインが前記全波整流平滑回路の出力側の負極ラインに接続されたダイオードブリッジ構成の全波整流回路、前記ダイオードブリッジ構成の全波整流回路の出力側の各ラインに接続された第３のコンデンサ、前記第１のコンデンサと前記第２のコンデンサと前記第３のコンデンサと前記全波整流回路とを有する電源回路を起動時の電源とし、前記負荷に供給される電力形態を制御すべく前記コンバータを駆動する制御駆動回路、及び、前記コンバータの通常動作中に前記第３のコンデンサを充電し、前記制御駆動回路の電源となる電力供給回路、を具備する。
この発明によれば、極軽負荷時においても全波整流平滑回路の入力コンデンサの電位が異常に上昇することがなく、電力損失の少ない電源装置を提供することができる。また、本発明に係る電源装置は、前記第１のコンデンサと第２のコンデンサの容量が実質的に同一であり、互いの充放電電流が均衡するよう構成するとよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る電源回路およびそれを用いた電源装置の好適な実施例を添付の図面を参照しつつ説明する。
【００１３】
《実施例１》
図１は本発明に係る実施例１の電源回路を用いた電源装置の回路構成を示す回路図である。
図１において、交流電源１は、ダイオード２１、２２、２３、２４のブリッジ構成からなる全波整流回路２とダイオード１４、１５、１６、１７のブリッジ構成からなる全波整流回路１１へ交流電力を供給している。全波整流平滑回路は、全波整流回路２と入力コンデンサ３により構成されており、交流電源１からの交流電圧を直流電圧に変換している。
スイッチング回路４は、スイッチングトランジスタやパワーＭＯＳＦＥＴのような素子により構成され、入力された直流電圧をオンオフ動作により高周波交流電圧に変換する。トランス５は１次巻線５ａと２次巻線５ｂと制御巻線５ｃとを有している。スイッチング回路４において、スイッチング動作により得られた高周波交流電圧はトランス５の１次巻線５ａに入力される。また、トランス５の２次巻線５ｂと制御巻線５ｃには絶縁して変圧された交流電圧が出力される。
【００１４】
トランス５の２次巻線５ｂに接続されたダイオード６と出力コンデンサ７は、２次巻線５ｂに発生した交流電圧を整流平滑し、負荷８へ直流電力を供給する。以上のように、スイッチング回路４、トランス５、ダイオード６、及び出力コンデンサ７により、全波整流平滑回路の出力を直流電力に変換して負荷８へ供給するコンバータが構成されている。制御駆動回路９は、負荷８へ出力される直流電力を調整するスイッチング回路４を制御している。トランス５の制御巻線５ｃに接続されているダイオード２５及び第３のコンデンサ１１は、制御巻線５ｃに発生する交流電圧を整流平滑して、制御駆動回路９の電源として供給する。
第１のコンデンサ１２と第２のコンデンサ１３はそれぞれの一端が交流電源１に接続されており、同じ電気的特性を有している。ダイオード１４、１５、１６、１７でブリッジ構成された全波整流回路１１の各入力端子には第１コンデンサ１２と第２のコンデンサ１３が接続されており、ダイオードブリッジ構成の全波整流回路１１の出力端子には第３のコンデンサ１０が接続され、第３のコンデンサ１０を充電するよう構成されている。
【００１５】
次に、実施例１の電源装置の動作について説明する。
交流電源１は、交流電力を全波整流回路２へ供給する。全波整流回路２とこの出力端子に接続された入力コンデンサ３により、交流電源１の交流電圧は全波整流されて平滑化され、直流電圧に変換される。
スイッチング回路４は、入力された直流電圧をオンオフ動作により高周波交流電圧に変換する。この高周波交流電圧はトランス５の１次巻線５ａに入力され、２次巻線５ｂから変圧された高周波交流電圧が出力される。２次巻線５ｂに発生した高周波交流電圧は、ダイオード６及び出力コンデンサ７により整流平滑され、直流電圧として出力され負荷８に供給される。電源装置から出力される直流電圧は、スイッチング回路４のオンオフ比により調整される。
【００１６】
制御駆動回路９は、負荷８へ供給される直流電圧を検知して、基準電圧と比較する。制御駆動回路９は検知された直流電圧と基準電圧との誤差を補正するよう調整したオンオフ比のパルス信号を出力する。
制御巻線５ｃに発生する交流電圧は、ダイオード２５及び第３のコンデンサ１０によって整流平滑され制御駆動回路９の電源となる。
【００１７】
次に、実施例１の電源装置における制御駆動回路９に電源を供給する電源回路について説明する。この電源回路において、制御駆動回路９に対しては交流電源１から交流電力が以下のように供給される。
まず、第１のコンデンサ１２が接続された交流ラインが高電位で上昇中のとき、電流は交流電源１→第１のコンデンサ１２→ダイオード１４→第３のコンデンサ１０→ダイオード１７→第２のコンデンサ１３→交流電源１の経路で流れる。これにより、第１のコンデンサ１２と第３のコンデンサ１０が充電され、第２のコンデンサ１３は放電する。
【００１８】
次に、第１のコンデンサ１２が接続された全波整流回路２の交流ラインの電位が入力コンデンサ３の電位に等しくなると、全波整流回路２が導通状態となり、入力コンデンサ３が充電される。入力コンデンサ３が充電されると同時に、電流は交流電源１→第１のコンデンサ１２→ダイオード１４→第３のコンデンサ１０→全波整流回路２のダイオード２４→交流電源１の経路で流れる。これにより、第１のコンデンサ１２と第３のコンデンサ１０が充電される。
次に、第１のコンデンサ１２の接続された交流ラインの電位が低下し入力コンデンサ３の電位より低くなると、全波整流回路２が不導通状態となり、電流は交流電源１→第２のコンデンサ１３→ダイオード１６→第３のコンデンサ１０→ダイオード１５→第１のコンデンサ１２→交流電源１の経路で流れる。これにより、第１のコンデンサ１２は放電し、第２のコンデンサ１３と第３のコンデンサ１０は充電される。
【００１９】
全波整流回路２の交流ラインの電位が反転して、交流ラインの電位が入力コンデンサ３の電位と等しくなると、全波整流回路２が導通状態となり入力コンデンサ３が充電される。入力コンデンサ３が充電されると同時に、電流は交流電源１→第２のコンデンサ１３→ダイオード１６→第３のコンデンサ１０→全波整流回路２のダイオード２３→交流電源１の経路で流れる。これにより、第２のコンデンサ１３と第３のコンデンサ１０は充電される。
以上の動作を繰り返すことにより、第３のコンデンサ１０は交流電源１から第１コンデンサ１２及び第２のコンデンサ１３を介して電力供給を受ける。第１のコンデンサ１２及び第２のコンデンサ１３におけるそれぞれの充放電電流は互いに均衡しており、入力コンデンサ３を充電することはない。
実施例１の電源回路は上記のように動作するため、極軽負荷時において入力コンデンサ３が異常に電圧上昇することは確実に防止される。
【００２０】
なお、実施例１の電源装置においては、第１のコンデンサ１２、第２のコンデンサ１３、第３のコンデンサ１０、及びブリッジ回路１１により構成された電源回路を制御駆動回路９の起動用電源として用い、通常動作時の電源にはトランス５の制御巻線５ｃから電力を供給する構成で説明した。しかし、本発明の電源回路は、第１のコンデンサ１２、第２のコンデンサ１３、第３のコンデンサ１０、及びブリッジ回路１１により構成された電源回路の単独でも電源回路としての機能を果たすことが可能である。この場合、第３のコンデンサ１０の電圧をＥｃ、入力電源１から供給される交流電圧のピーク値をＥｉ、第３のコンデンサ１０の負荷電流をＩｏ、第１のコンデンサ１２及び第２のコンデンサ１３の静電容量を等しくＣ、周波数をｆとすると、第３のコンデンサ１０の電圧をＥｃは下記式（１）に示す関係を有する。
【００２１】
Ｅｃ＝Ｅｉ−Ｉｏ／（２Ｃｆ）  −−−  （１）
【００２２】
上記のように構成された電源回路を単独で使用する場合、第３のコンデンサ１０は交流電源１から全波で充電されている。従って、半波での充電である従来の電源回路（図３）に比べて、同じ電力を供給するよう場合、第１のコンデンサ１２及び第２のコンデンサ１３の静電容量は半分で済み、第３のコンデンサ１０の電圧Ｅｃに重畳されるリップル電圧が小さくなる。
【００２３】
【発明の効果】
以上、実施例について詳細に説明したところから明らかなように、本発明は次に効果を有する。
本発明に係る電源回路を用いた電源装置によれば、起動抵抗が不要であり、交流電源に接続された第１のコンデンサ及び第２のコンデンサにおける互いの充放電電流が均衡するよう構成されているため、入力コンデンサを充電する経路が無く、極軽負荷時において入力コンデンサが異常に電圧が上昇することがない。
また、本発明に係る電源回路によれば、従来の半波整流の電源回路に比べて、全波で電力を供給するよう構成されているため、第１のコンデンサと第２のコンデンサの静電容量を低く抑えることができ、出力電圧であるコンデンサの電圧に重畳されるリップル電圧も小さくなるという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施例１における電源回路を用いたスイッチング電源装置の回路構成を示す回路図である。
【図２】従来のスイッチング電源装置の回路構成を示す回路図である。
【図３】従来の電源回路の回路構成を示す回路図である。
【符号の説明】
１  交流電源
２  全波整流回路
３  入力コンデンサ
４  スイッチング回路
５  トランス
６  ダイオード
７  出力コンデンサ
８  負荷
９  制御駆動回路
１０  第３のコンデンサ
１１  全波整流回路
１２  第１のコンデンサ
１３  第２のコンデンサ
【図１】
0003672452.tif 000002
【図２】
0003672452.tif 000003
【図３】
0003672452.tif 000004