(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源から入力する交流を全波整流する整流回路と、該整流回路の出力が入力されるトランスの一次巻線と直列に接続したスイッチング素子をオン／オフすることによって前記トランスの二次巻線に誘起される電圧を整流平滑して出力するＤＣ／ＤＣコンバータとからなる直流電源装置において、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング素子を並列に複数設けると共に、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流または該電流に比例する電流を検出する電流検出手段と、
該電流検出手段によって検出された電流値が予め設定した値より小さいときに、前記複数のスイッチング素子のうち１つを除く他のスイッチング素子をオフのままの非動作状態にする第１の非動作制御手段とを設け、
さらに、前記整流回路と前記ＤＣ／ＤＣコンバータとの間にスイッチング素子をオン／オフすることによって力率を改善するアクティブフィルタを設け、該アクティブフィルタのスイッチング素子を並列に複数設けると共に、
前記電流検出手段によって検出された電流値が予め設定した値より小さいときに、前記アクティブフィルタの複数のスイッチング素子のうち１つを除いて他のスイッチング素子をオフのまま非動作状態にする第２の非動作制御手段を設けた
ことを特徴とする直流電源装置。
【請求項２】
交流電源から入力する交流を全波整流する整流回路と、該整流回路の出力が入力されるトランスの一次巻線と直列に接続したスイッチング素子をオン／オフすることによって前記トランスの二次巻線に誘起される電圧を整流平滑して出力するＤＣ／ＤＣコンバータとからなる直流電源装置において、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング素子を並列に複数設けると共に、
外部信号入力端子と、該入力端子から入力される外部信号によって前記複数のスイッチング素子のうち１つを除いて他のスイッチング素子をオフのままの非動作状態にする第１の非動作制御手段とを設け、
さらに、前記整流回路と前記ＤＣ／ＤＣコンバータとの間にスイッチング素子をオン／オフすることによって力率を改善するアクティブフィルタを設け、該アクティブフィルタのスイッチング素子を並列に複数設けると共に、
前記外部信号入力端子から入力される外部信号によって前記アクティブフィルタの複数のスイッチング素子のうち１つを除く他のスイッチング素子をオフのままの非動作状態にする第２の非動作制御手段を設けた
ことを特徴とする直流電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＯＡ機器等に用いられる直流電源装置に関し、特に交流電源から入力する交流を全波整流する整流回路と、スイッチング素子を有するＤＣ／ＤＣコンバータとからなる直流電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球環境問題の対策の一つとして、省エネルギーが提唱されており、電子機器の直流電源装置として幅広く普及しているスイッチング電源に対しても高効率化が要求されている。その要求に対処するには、負荷への出力電力の広い範囲で高効率化して省エネルギーを達成する方法と、電子機器本体のスタンバイ時に高効率化して省エネルギーを達成する方法とがある。
このようなスイッチング電源の高効率化のために、従来から種々の回路方式が提案されているが、交流電源から入力する交流を全波整流する整流回路と１出力のフォワード方式のＤＣ／ＤＣコンバータとで構成された直流電源装置を例にとって説明する。
【０００３】
図８は、従来の直流電源装置の一例を示す回路図である。この直流電源装置は、整流平滑回路２とフォワード方式のＤＣ／ＤＣコンバータ３とから構成されている。整流平滑回路２は、ダイオードＤ１〜Ｄ４からなる全波整流回路であるダイオードブリッジ２０とその出力端子ａ，ｂ間に接続された平滑用のコンデンサＣ１とからなり、入力端子２１，２２間に交流電源１が接続される。
この整流平滑回路２の出力が、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力となる。ダイオードブリッジ２０の出力端子ａ，ｂ間には起動抵抗である抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３の直列回路が接続されている。
【０００４】
ダイオードブリッジ２０の正側出力端子ａとＤＣ／ＤＣコンバータ３のトランスＴ１の一次巻線Ｌ１の一端ｇとをライン１６で接続し、その一次巻線Ｌ１の他端ｈにダイオードＤ５のアノードを接続し、そのカソードに抵抗Ｒ１とコンデンサＣ２の並列回路の一端を接続し、その並列回路の他端をライン１６に接続してスナバ回路を形成している。
一次巻線Ｌ１の他端ｈとダイオードブリッジ２０の負側出力端子ｂ側との間にスイッチング素子Ｑ１を接続し、そのスイッチング素子Ｑ１のゲートを制御回路４の制御出力端子に接続している。
【０００５】
さらに、トランスＴ１の駆動電源用巻線Ｌ２の一端ｉにダイオードＤ６のアノードを接続し、そのカソードにインダクタＬ４の一端を接続し、そのダイオードＤ６とインダクタＬ４との接続点にダイオードＤ７のカソードを接続し、そのアノードを駆動電源用巻線Ｌ２の他端ｊに接続する。そして、この他端ｊとダイオードブリッジ２０の負側出力端子ｂとをライン１７で接続し、インダクタＬ４の他端をコンデンサＣ３を介してライン１７に接続すると共に、抵抗Ｒ２とＲ３による分圧点ｄに直接接続して駆動電源を形成し、この駆動電源のｄ点の電圧をスイッチング素子Ｑ１のオン／オフを制御する制御回路４に印加する。
【０００６】
トランスＴ１の二次巻線Ｌ３の一端ｋにダイオードＤ８のアノードを接続し、そのカソードにはインダクタＬ５の一端を接続し、インダクタＬ５の他端に平滑用のコンデンサＣ４の一端を接続し、ダイオードＤ８とインダクタＬ５との接続点にダイオードＤ９のカソードを接続し、ダイオードＤ９のアノードとコンデンサＣ４の他端とを二次巻線Ｌ３の他端ｍに接続して整流平滑回路を形成する。
【０００７】
コンデンサＣ４の両端をＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力端子６，７に接続する。その出力端子６，７間には、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧を検出する電圧検出回路５を接続し、その電圧検出回路５の検出出力を制御回路４にフィードバックする。
なお、交流電源１と整流回路２との間には、一般的によく知られたノイズフィルタを介挿してもよい。
【０００８】
この回路の動作を説明すると、交流電源１から交流が入力されると、整流平滑回路２において全波整流されて平滑され、略直流電圧が得られる。この略直流電圧は、起動抵抗Ｒ２およびＲ３に印加され、抵抗分圧されたｄ点の電圧によって駆動電源用の平滑コンデンサＣ３が充電され、この充電電圧がある値以上になるとＤＣ／ＤＣコンバータ３の制御回路４が動作を開始し、スイッチング素子Ｑ１をオン／オフするパルスを出力してスイッチング素子Ｑ１を駆動する。
【０００９】
このスイッチング素子Ｑ１がオン／オフすることによりトランスＴ１の一次巻線Ｌ１に断続的に電流が流れその二次巻線Ｌ３には交流高電圧が誘起され、それがダイオードＤ８およびＤ９，インダクタＬ５，および平滑コンデンサＣ４によって整流平滑されて直流電圧が出力端子６，７間に出力される。
電圧検出回路５によってその出力電圧が検出されて、制御回路４にフィードバックされ、その出力電圧が所定の電圧になるように、制御回路４がスイッチング素子Ｑ１を駆動するパルス幅を適切に制御する。
【００１０】
また、このときトランスＴ１の駆動電源用巻線Ｌ２にも交流電圧が誘起され、それがダイオードＤ６およびＤ７，インダクタＬ４，および、コンデンサＣ３によって整流平滑され、その直流電圧が制御回路４の駆動電源となり、ＤＣ／ＤＣコンバータ３は連続動作状態になる。この状態では、起動抵抗Ｒ２とＲ３との分圧点ｄの電圧がコンデンサＣ３の両側端子間の電圧と略等しくなり、起動抵抗Ｒ２，Ｒ３には電流が殆ど流れないようにその抵抗値が設定されている。
【００１１】
図９は従来の直流電源装置の他の例を示すものであり、交流電源からの交流を全波整流する整流回路であるダイオードブリッジ２０と、昇圧チョッパ方式のアクティブフィルタ１３と、１出力のフォワード方式のＤＣ／ＤＣコンバータ３とからなる。この図９において図８と同一の部分には同一の符号を付してあり、それらの説明は省略する。
【００１２】
ここで、図８に示した直流電源装置と異なるのは、図８の整流平滑回路２に代えて、全波整流回路であるダイオードブリッジ２０のみとし、そのダイオードブリッジ２０とＤＣ／ＤＣコンバータ３との間に、入力電流波形を正弦波になるように制御して力率を改善すると共に、入力電流の高調波成分を低減する力率改善回路として昇圧チョッパ方式のアクティブフィルタ１３を介挿している点である。
【００１３】
この、アクティブフィルタ１３は、ダイオードブリッジ２０とＤＣ／ＤＣコンバータ３とを結ぶ正側ライン１６に直列に介挿したインダクタＬ６とダイオードＤ１０，負側ライン１７に介挿された電流検出用の抵抗Ｒ４、正側ライン１６のダイオード１０のカソード側と負側ライン１７の抵抗Ｒ４の出力側との間に接続したコンデンサＣ５と、インダクタＬ６とダイオードＤ１０のアノードとの接続点と負側ライン１７の抵抗Ｒ４の出力側との間に接続したスイッチング素子Ｑ３を接続、及びそのスイッチング素子Ｑ３をオン・オフ制御する制御回路１４によって構成されている。
【００１４】
この図９に示す直流電源装置によれば、交流電源１からダイオードブリッジ２０に交流が入力すると、全波整流されて脈流となる。その脈流は起動抵抗Ｒ２とＲ３の直列回路に印加され、抵抗分圧されたｄ点の電圧が駆動電源用の平滑コンデンサＣ３を充電し、この充電電圧が所定の値以上になるとアクティブフィルタ１３の制御回路１４とＤＣ／ＤＣコンバータ３の制御回路４が動作を開始し、それぞれのスイッチング素子Ｑ１およびＱ３をオン／オフ駆動するパルスを出力する。
【００１５】
アクティブフィルタ１３は、スイッチング素子Ｑ３のオン／オフにより、入力電流波形が入力電圧波形と相似になるように近似し、且つダイオードＤ１０と平滑コンデンサＣ５とにより整流平滑した出力電圧が所定の電圧になるように制御する。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ３が連続動作状態になると、アクティブフィルタ１３の制御回路１４にもコンデンサＣ３から駆動電圧が供給され、アクティブフィルタ１３も連続動作状態になる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
図８に示した直流電源装置によれば、交流電源１から入力端子２１，２２間に入力する交流電力が、出力端子６，７間より直流電力として取り出されるが、このときの変換効率は、通常、７５〜８５％程度である。入力電力の１５〜２５％はこの直流電源装置の回路内部における損失となる。
【００１７】
その主な損失箇所は、入力ノイズフィルタ（図示せず）、整流平滑回路２のダイオードブリッジ２０及びコンデンサＣ１、ＤＣ／ＣＤコンバータ３のトランスＴ１，スイッチング素子Ｑ１，制御回路４，電圧検出回路５，２次整流平滑回路等および出力ノイズフィルタ（図示せず）などである。図８に示したようなフォワード方式のＤＣ／ＤＣコンバータ３の場合、スイッチング素子Ｑ１の損失が全損失に占める割合は、通常２０〜３０％になり、かなり大きい。
【００１８】
このようなスイッチング素子の損失を低減するための一つの方法は、スイッチングスピードを上げればよい。しかし、主にスイッチング周波数，入力電圧，および最大出力電力などによってその定格が選択され、数１０ｋＨｚ〜数１００ｋＨｚのＤＣ／ＤＣコンバータ用のスイッチング素子として多用されているＦＥＴトランジスタは、一般的に出力電力が大きくなればなるほどターンオン時間およびターンオフ時間が長くなり、スイッチングスピードが低下してくる。
【００１９】
このことは、最大出力電力よりも小さな出力電力で動作している場合には、その小さな出力電力のスイッチが可能なスイッチング素子に比べてスイッチングスピードが遅いスイッチング素子によって動作しているのと同じことになり、全損失に対するスイッチング素子の損失が占める割合が大きくなるため、効率の低下を招くことになる。その結果として、数１０〜数１００Ｗの出力電力の効率は、最大出力電力では７５〜８５％程度になるものの、出力電力が小さくなるにしたがって効率が低下し、最大出力電力の１０％以下の出力になると４０〜５０％程度になるという欠点がある。
【００２０】
また、図９に示した直流電源装置においても、図８に示した直流電源装置について説明したのと同様に電力損失が発生する箇所があり、さらに、昇圧チョッパ方式のアクティブフィルタ１３を構成するインダクタＬ６，ダイオードＤ１０，平滑コンデンサＣ５，スイッチング素子Ｑ３，抵抗Ｒ４および制御回路１４における損失が加わる。すなわち、図９におけるスイッチング素子Ｑ３の出力電力に対する損失は、図８において説明したスイッチング素子Ｑ１での損失と同様であり、図９に示した直流電源装置においては、出力電力の低下に伴う効率の低下は、図８に示した直流電源装置と比較してさらに顕著なものとなる。
【００２１】
すなわち、ＯＡ機器等に用いられる整流回路とＤＣ／ＤＣコンバータで構成されるか、またはその間にアクティブフィルタを設けた直流電源装置において、そのＤＣ／ＤＣコンバータおよびアクティブフィルタに使用されるスイッチング素子は、予想される最大電力において動作可能なものが使用されるので、負荷が軽くなればなるほど出力電力に対する損失の割合が増加し、効率が低下する。
【００２２】
この発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、スイッチング素子を用いた直流電源装置において、定格電力よりも相当に低い出力電力で動作しているときでもスイッチング素子による電力損失を低減し、直流電源装置の効率を改善することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
この発明は、交流電源から入力する交流を全波整流する整流回路と、整流回路の出力が入力されるトランスの一次巻線と直列に接続したスイッチング素子をオン／オフすることによってトランスの二次巻線に誘起される電圧を整流平滑して出力するＤＣ／ＤＣコンバータとからなる直流電源装置において、上記の目的を達成するために、ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング素子を並列に複数設けると共に、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流またはその出力電流に比例する電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段によって検出された電流値が予め設定した値より小さいときに、上記複数のスイッチング素子のうち１つを除く他のスイッチング素子をオフのままの非動作状態にする第１の非動作制御手段とを設ける。
さらに、整流回路とＤＣ／ＤＣコンバータとの間にスイッチング素子をオン／オフすることによって力率を改善するアクティブフィルタを設け、そのアクティブフィルタのスイッチング素子も並列に複数設けると共に、上記電流検出手段によって検出された電流値が予め設定した値より小さいときに、上記アクティブフィルタの複数のスイッチング素子のうち１つを除いて他のスイッチング素子をオフのまま非動作状態にする第２の非動作制御手段を設ける。
【００２４】
あるいは、電流検出手段によらずに、外部から入力される信号によってＤＣ／ＤＣコンバータの複数のスイッチング素子のうち１つを除く他のスイッチング素子をオフのままの非動作状態にする第１の非動作制御手段と、同じく外部から入力される信号によってアクティブフィルタの複数のスイッチング素子のうち１つを除く他のスイッチング素子をオフのままの非動作状態にする第２の非動作制御手段とを備えてもよい。
【００２５】
【００２６】
【００２７】
この発明によれば、整流回路とアクティブフィルタとＤＣ／ＤＣコンバータとで構成される直流電源装置において、ＤＣ／ＤＣコンバータとアクティブフィルタのスイッチング素子をそれぞれ複数ずつにし、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流が小さい（軽負荷）時に、それらのスイッチング素子のそれぞれ１つを残してその他のスイッチング素子をオフのままの非動作状態にすることにより、スイッチング素子による電力損失を低減し、効率を改善することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の基礎となる参考例及びこの発明の実施の形態を図面に基づいて具体的に説明する。
図１及び図３と図４は、それぞれこの発明の基礎となる参考例を示す直流電源装置の回路図であり、図５〜図７は、それぞれこの発明による第１〜第３の実施形態を示す直流電源装置の回路図であって、既に説明した図８および図９に示した従来例の回路図と対応する部分には同一の符号を付しており、それらの説明は省略する。
【００２９】
〔第１の参考例〕
まず、図１に示す第１の参考例について説明する。
図１に示す直流電源装置の回路構成は、図８に示した従来の直流電源装置の回路構成に類似しているが、次の点で相違している。
ＤＣ／ＤＣコンバータ３において、スイッチング素子Ｑ１に並列にもうひとつのスイッチング素子Ｑ２を接続し、制御回路４からの駆動パルスによってスイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２を駆動する。但し、制御回路４の駆動パルス出力端子とスイッチング素子Ｑ２のゲートとの間にオン／オフ回路１０を介挿し、制御回路４からの駆動パルスをこのオン／オフ回路１０を通してスイッチング素子Ｑ２のゲートに印加するように構成している。
【００３０】
さらに、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電流を検出する電流検出手段である電流検出回路８を、トランスＴ１の二次巻線Ｌ３のｍ側に介挿している。そして、この電流検出回路８が検出する電流値を基準値と比較する比較回路９を設け、その比較結果に応じてオン／オフ回路１０が、スイッチング素子Ｑ２をオフのままの非動作状態、あるいは制御回路４からの駆動パルスでオン／オフを繰り返す動作状態のいずれかにする。この比較回路９とオン／オフ回路１０が非動作制御手段を構成している。
【００３１】
この直流電源装置の動作を説明する。交流電源１からの交流が、整流平滑回路２によって整流および平滑される。その出力電圧が、ＤＣ／ＤＣコンバータ３に入力されるとともに、起動抵抗Ｒ２とＲ３の直列回路に印加され、抵抗分圧されたｄ点の電圧によって駆動電源用のコンデンサＣ３が充電される。この充電電圧が所定の値以上になると制御回路４が動作を開始し、スイッチング素子Ｑ１とオン／オフ回路１０を介してスイッチング素子Ｑ２とに駆動パルスを出力する。
【００３２】
それによって、スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２とが並列してオン／オフすることにより、トランスＴ１の一次巻線Ｌ１に流れる電流が断続され、二次巻線Ｌ３に交流高電圧が誘起される。その交流が、ダイオードＤ８，Ｄ９，インダクタＬ５，およびコンデンサＣ４によって整流平滑され、出力端子６，７間に直流電圧が出力される。電圧検出回路５がその直流電圧を検出し、それを制御回路４にフィードバックすることにより、制御回路４がその出力電圧を所定の電圧にするように、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン／オフを制御する。
【００３３】
ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力端子６，７間には図示しない負荷が接続されるが、この負荷に流れる電流の値を電流検出回路８によって検出する。この電流検出回路によって検出された電流値（電圧に変換した値）が比較回路９に入力し、比較回路９はそれを予め設定された基準値と比較し、その比較結果の信号をオン／オフ回路１０に出力する。そして、検出された電流値が基準値より小さいときには、オン／オフ回路１０が制御回路４からの駆動パルスをスイッチング素子Ｑ２のゲートに印加させず、スイッチング素子Ｑ２を強制的にオフのままの非動作状態にする。
【００３４】
このときは、スイッチング素子Ｑ１のみが単独でトランスＴ１の一次電流のスイッチング動作を行なうことになり、スイッチング素子Ｑ２のスイッチング損失とドライブ損失をなくすことができ、直流電源装置の効率を向上させることができる。
なお、このスイッチンク素子Ｑ１，Ｑ２は定格電流が、図８に示した従来の直流電源装置のスイッチング素子Ｑ１の１／２でよく、２個並列にして従来と同等になる。
【００３５】
電流検出回路８としては、図１に示す位置に介挿して交流電流を検出する場合、カレントトランスあるいは電流検出用の抵抗値の小さい抵抗を用いることができるが、出力端子６，７間の電流を抵抗で検出してもよい。あるいは、トランスＴ１の一次側の電流、整流平滑回路２の出力電流又は入力電流など、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力電流に比例する電流の値を検出できる箇所であれば、どこに電流検出回路８を介挿してもよい。
【００３６】
また、この第１の参考例においては、２個のスイッチング素子Ｑ１およびＱ２を並列に接続して使用しているが、３個以上のスイッチング素子を並列に接続して使用し、出力電流が予め設定した値より小さくなったときには、それらの複数のスイッチング素子のうちの１つを除く他のスイッチング素子をオフのままの非動作状態にするようにしてもよい。
【００３７】
図２は、電流検出回路８，比較回路９，およびオン／オフ回路１０の具体的な回路例を示す。
これを簡単に説明すると、図２において、電流検出回路８では、交流電流を検出するためにカレントトランスＣＴを用いている。そして、図１に示したＤＣ／ＤＣコンバータ３のトランスＴ１の二次巻線側のｍ側とダイオードＤ９のアノード側との間に、カレントトランスＣＴの一次巻線を直列に接続する。
【００３８】
それによって、このカレントトランスＣＴの一次巻線に流れる電流に対して巻数比に逆比例した電流が二次巻線に流れる。その電流を抵抗Ｒ５で電圧に変換し、この検出電圧Ｖｄ、すなわちＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電流に比例する値の電圧を、比較回路９のコンパレータ３０の−側入力端子に入力させ、５Ｖの電源電圧を抵抗Ｒ６，Ｒ７によって分圧して所定の基準電圧Ｖｒをその＋側入力端子に比較電圧として入力させる。
【００３９】
そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電流が小さくなり、検出電圧Ｖｄが基準電圧Ｖｒより小さくなると、コンパレータ３０は＋側飽和出力電圧（ハイレベルの出力）をダイオードＤ１０を介してオン／オフ回路１０に出力する。その出力電圧により、オン／オフ回路１０のトランジスタＴＲ１にベース電流が流れ、そのトランジスタＴＲ１がオンになる。それによって、ＤＣ／ＤＣコンバータ３のスイッチング素子Ｑ２のゲートをアースして、強制的にオフのままの非動作状態にする。
【００４０】
逆に、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電流が大きくなり、検出電圧Ｖｄが基準電圧Ｖｒより大きくなると、コンパレータ３０の出力はローレベル（０Ｖ）となり、オン／オフ回路１０のトランジスタＴＲ１をオフにするので、スイッチング素子Ｑ２はゲートに制御回路４からの駆動パルスが印加されてオン／オフ動作を開始する。オン／オフ回路１０のコンデンサＣ６は、トランジスタＴＲ１のオン・オフに多少の遅れ（時定数）を持たせるために設けている。
【００４１】
なお、図３のカレントトランスＣＴおよび電流−電圧変換回路に換えて、トランスＴ１の二次巻線側のｍ側とダイオードＤ９のアノード側との間に電流検出用の抵抗を直列に接続し、その抵抗の両端子間に発生する電圧によってＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電流に比例する電圧値を検出するようにしてもよい。
【００４２】
〔第２の参考例〕
次に、この発明の基礎となる第２の参考例を図３によって説明する。
この図３に示す直流電源装置は、電流検出手段として整流平滑回路２におけるダイオードブリッジ２０の負側の出力端子ｂに接続される出力ラインに抵抗Ｒ４を介挿し、その抵抗Ｒ４の両端間に発生する電圧を電流検出回路１１で検出することによって、この直流電源装置の出力電流に比例する電流値を検出し、その検出値を比較回路９に入力させるようにした点だけが、前述の図１に示した直流電源装置と異なる。
【００４３】
この図３に示す直流電源装置において、電流検出手段である抵抗Ｒ４と入力電流検出回路１１が、常時出力端子６，７間の出力電流に比例する入力電流を検出し、比較回路９が、その検出された電流の値と予め設定された基準値とを比較し、基準信号より小さいときにオン／オフ回路１０がスイッチング素子Ｑ２を強制的に非動作状態にする。その結果、スイッチング素子Ｑ１の単独動作になり、スイッチング素子Ｑ２におけるスイッチング損失とドライブ損失をなくすことができ、この直流電源装置の効率を向上させることができる。
【００４４】
ここでは、電流検出手段は、電流の検出を抵抗Ｒ４を用いて行なっているが、抵抗Ｒ４の代りにカレントトランスを用いてもよく、また、トランスＴ１の一次巻線Ｌ１に流れる一次電流を検出するようにしてもよい。
【００４５】
〔第３の参考例〕
次に、この発明の基礎となる第３の参考例を図４によって説明する。
この図４に示す直流電源装置は、外部信号入力端子１２を設けており、その外部信号入力端子１２から入力される外部信号がオン／オフ回路１０に入力して、スイッチング素子Ｑ２を強制的にオフのままの非動作状態にするように構成した点のみが、図１に示した第１の参考例と異なる。
【００４６】
例えば、この直流電源装置の図示しない操作パネル上のスイッチング停止ボタンを押すことによって発生する信号、又はこの直流電源装置を搭載している電子機器を制御している回路の信号を、外部信号入力端子１２からオン／オフ回路１０に入力させる。この場合オン／オフ回路１０はスイッチング素子Ｑ２を無条件で非動作状態にし、スイッチング素子Ｑ１のみの単独動作にする。それによって、スイッチング素子Ｑ２のスイッチング損失とドライブ損失をなくすことができ、効率を向上させることができる。
【００４７】
〔第１の実施形態〕
次に、この発明による第１の実施形態を図５によって説明する。
この図５に示す直流電源装置は、図９に示した従来の直流電源装置と同様に、ダイオードブリッジ２０とＤＣ／ＤＣコンバータ３との間に、力率改善回路として昇圧チョッパ方式のアクティブフィルタ１３を設けている。
そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ３内の構成は図１に示した第１の参考例と同じである。
【００４８】
アクティブフィルタ１３は、ライン１６，１７間に２個のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４を並列に接続して、いずれも制御回路１４からの駆動パルスによって駆動するようにしている。その制御回路１４の出力端子とスイッチング素子Ｑ４のゲートとの間にオン／オフ回路１５を介挿し、ＤＣ／ＤＣコンバータ３内の比較回路９の出力信号をオン／オフ回路１５にも入力させている。
なお、このスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の定格電流は、図９に示した従来例におけるスイッチング素子Ｑ３の１／２でよい。
【００４９】
この図５の直流電源装置は、図１に示した直流電源装置と同様に、電流検出回路８が、常時ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電流を検出し、比較回路９がその検出された電流値を予め設定された基準値と比較するが、その比較した結果に応じた信号をオン／オフ回路１０とオン／オフ回路１５との両方に出力する。
【００５０】
ここで、比較回路９とオン／オフ回路１０が第１の第１の非動作制御手段を構成し、比較回路９とオン／オフ回路１５が第２の非動作制御手段を構成しており、電流検出回路８による検出電流値が基準値より小さいときには、比較回路９の出力信号によってオン／オフ回路１０がスイッチング素子Ｑ２を強制的にオフのままの非動作状態にするとともに、オン／オフ回路１５がスイッチング素子Ｑ４を強制的にオフのままの非動作状態にする。
【００５１】
その結果、ＤＣ／ＤＣコンバータ３側ではスイッチング素子Ｑ１のみの単独動作になり、アクティブフィルタ１３側ではスイッチング素子Ｑ３のみの単独動作になる。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ３のスイッチング素子Ｑ２と昇圧チョッパ方式のアクティブフィルタ１３のスイッチング素子Ｑ４による、各スイッチング損失とドライブ損失とをなくすことができ、直流電源装置の効率を向上させることができる。
【００５２】
〔第２の実施形態〕
次に、この発明による第２の実施形態を図６によって説明する。
この図６に示す直流電源装置は、上述の第１の実施形態と同様なアクティブフィルタ１３を備えた直流電源装置において、電流検出手段を図３に示したものと同様にし、アクティブフィルタ１３の制御回路１４に入力電流値を知らせるためにライン１７に介挿した抵抗Ｒ４を兼用して、その抵抗Ｒ４とその両端子間に発生する電圧によって電流値を検出する電流検出回路１１とによって電流検出手段を構成している。
【００５３】
この図６に示す直流電源装置おいて、電流検出手段である抵抗Ｒ４と電流検出回路１１が、常時入力電流を検出し、その検出電流値が基準値より小さいときに、比較回路９がその出力信号によりオン／オフ回路１０，１５をそれぞれ制御し、スイッチング素子Ｑ２を強制的に非動作状態にするとともに、スイッチング素子Ｑ４も強制的に非動作状態にする。したがって、この実施形態においても、比較回路９とオン／オフ回路１０が第１の非動作制御手段を構成し、比較回路９とオン／オフ回路１５が第２の非動作制御手段を構成している。
【００５４】
それによって、電流検出回路１１による検出電流値が基準値より小さいときには、ＤＣ／ＤＣコンバータ３ではスイッチング素子Ｑ１のみの単独動作になり、アクティブフィルタ１３ではスイッチング素子Ｑ３のみの単独動作になる。その結果、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４のスイッチング損失とドライブ損失をなくすことができ、この直流電源装置の効率を向上させることができる。
【００５５】
〔第３の実施形態〕
次に、この発明による第３の実施形態を図７によって説明する。
この図７に示す直流電源装置は、図６に示した上述の直流電源装置における電流検出回路１１及び比較回路９に代えて、図４に示した第３の参考例と同様に、外部信号入力端子１２を設け、そこから入力する外部信号をそれぞれオン／オフ回路１０および１５に入力させるようにしたものである。
【００５６】
例えば、この直流電源装置の図示しない操作パネル上のスイッチング停止ボタンを押すことによって発生する信号、又はこの直流電源装置を搭載している電子機器を制御している回路の信号を、外部入力端子１２からオン／オフ回路１０とオン／オフ回路１５にそれぞれ入力させる。このような外部信号の入力によって、ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、オン／オフ回路１０がスイッチング素子Ｑ２を無条件にオフのままの非動作状態にして、スイッチング素子Ｑ１のみの単独動作になる。また、アクティブフィルタ１３でも、オン／オフ回路１５がスイッチング素子Ｑ４を無条件にオフのままの非動作状態にして、スイッチング素子Ｑ３のみの単独動作にする。
【００５７】
その結果、ＤＣ／ＤＣコンバータ３のスイッチング素子Ｑ２と、アクティブフィルタ１３のスイッチング素子Ｑ４とによるスイッチング損失とドライブ損失をなくすことができ、直流電源装置の効率を向上させることができる。
スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４の動作を停止させる方法は、オン／オフ回路１０として制御用ＩＣを使用しそのオン／オフ機能によるか、その制御用ＩＣの駆動電源を遮断するか、スイッチング素子の駆動信号を遮断するかのいずれの方法でも可能である。
【００５８】
図５〜図７に示した各実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ３および昇圧チョッパ方式アクティブフィルタ１３のスイッチング素子を２個並列に設けているが、３個以上並列に設けてもよい。また、ＤＣ／ＤＣコンバータはフォワード方式、アクティブフィルタは昇圧チョッパ方式で説明したが、他の方式、例えばＤＣ／ＤＣコンバータがフライバック方式やハーフブリッジ方式でも、アクティブフィルタは降圧チョッパ方式など、そのいずれの組み合わせの場合でも同様の効果が得られる。
【００５９】
また、ＤＣ／ＤＣコンバータが多出力の場合にもこの発明を適用することができ、その場合には２出力以上の出力電流を検出して、その各電流検出回路による検出信号をＯＲ回路または加算回路に入力し、その演算出力によってスイッチング素子の動作状態／非動作状態を決定するようにしてもよい。
【００６０】
【発明の効果】
この発明によれば、交流電源を全波整流する整流回路と、単数又は複数の直流出力を得るＤＣ／ＤＣコンバータと、その整流回路とＤＣ／ＤＣコンバータとの間に設けた力率改善用のアクティブフィルタとによって構成された直流電源装置において、ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング素子およびアクティブフィルタのスイッチング素子をそれぞれ複数個並列に設けて、軽負荷時すなわち出力電力が小さい時に、ＤＣ／ＤＣコンバータおよび
アクティブフィルタにそれぞれ設けた複数のスイッチング素子のうちの各々１つだけを動作状態にし、他のスイッチング素子は非動作状態にするので、ＤＣ／ＤＣコンバータおよびアクティブフィルタにおけるスイッチング素子のスイッチング損失とドライブ損失を低減でき、直流電源装置の効率を向上させることができる。
【００６１】
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の基礎となる第１の参考例を示す直流電源装置の回路図である。
【図２】図１における電流検出回路８，比較回路９，およびオン／オフ回路１０の具体例を示す
回路図である。
【図３】この発明の基礎となる第２の参考例を示す直流電源装置の回路図である。
【図４】この発明の基礎となる第３の参考例を示す直流電源装置の回路図である。
【図５】この発明による第１の実施形態の直流電源装置の回路図である。
【図６】この発明による第２の実施形態の直流電源装置の回路図である。
【図７】この発明による第３の実施形態の直流電源装置の回路図である。
【図８】従来の直流電源装置の一例を示す回路図である。
【図９】従来のアクティブフィルタを備えた直流電源装置の例を示す回路図である。
【符号の説明】
１：交流電源                ２：整流平滑回路
３：ＤＣ／ＤＣコンバータ
４：ＤＣ／ＤＣコンバータの制御回路
５：電圧検出回路
６，７：ＤＣ／ＤＣコンバータの出力端子
８：電流検出回路            ９：比較回路
１０，１５：オン／オフ回路
１２：外部信号入力端子
１３：アクティブフィルタ
１４：アクティブフィルタの制御回路
２０：ダイオードブリッジ（全波整流回路）
Ｑ１〜Ｑ４：スイッチング素子
Ｔ１：トランス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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