(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源に接続された全波整流器の出力端子間に平滑コンデンサを接続し、前記平滑コンデンサの端子間にトランスの１次巻線とスイッチ素子の直列回路を接続し、前記トランスの２次巻線に整流平滑回路を接続し、前記整流平滑回路の出力端子間に接続された負荷に電力を供給するスイッチング電源に於いて、前記全波整流器と前記平滑コンデンサの間に、インダクタと前記トランスの制御巻線を直列に接続し、前記インダクタと前記トランスの制御巻線との直列回路に並列に、前記平滑コンデンサを充電する極性のダイオ−ドを接続した事を特徴とするスイッチング電源。
【請求項２】
交流電源に接続された全波整流器の出力端子間に平滑コンデンサを接続し、前記平滑コンデンサの端子間にトランスの１次巻線とスイッチ素子の直列回路を接続し、前記トランスの２次巻線に整流平滑回路を接続し、前記整流平滑回路の出力端子間に接続された負荷に電力を供給するスイッチング電源に於いて、前記全波整流器と前記平滑コンデンサの間に、インダクタと前記トランスの制御巻線を直列に接続し、前記交流電源の両極から各々、前記トランスの制御巻線と前記平滑コンデンサとの接続部との間に、前記平滑コンデンサを充電する極性のダイオ−ドを接続した事を特徴とするスイッチング電源。
【請求項３】
交流電源に接続された全波整流器の出力端子間に平滑コンデンサを接続し、前記平滑コンデンサの端子間にトランスの１次巻線とスイッチ素子の直列回路を接続し、前記トランスの２次巻線に整流平滑回路を接続し、前記整流平滑回路の出力端子間に接続された負荷に電力を供給するスイッチング電源に於いて、前記全波整流器の出力端子と前記平滑コンデンサの各端子間にそれぞれインダクタと前記トランスの制御巻線の直列回路を接続するとともに、前記平滑コンデンサを第１、第２の平滑コンデンサの直列接続で構成し、第１の平滑コンデンサと第２の平滑コンデンサとの接続点と前記交流電源の一端との間にスイッチ素子を介装し、前記スイッチ素子を、前記交流電源の出力電圧が低い期間にオン状態とし、前記交流電源の出力電圧が高い期間にオフ状態にするよう構成し、前記インダクタと前記トランスの制御巻線との直列回路にそれぞれ並列に、前記平滑コンデンサを充電する極性のダイオ−ドを接続した事を特徴とするスイッチング電源。
【請求項４】
交流電源に接続された全波整流器の出力端子間に平滑コンデンサを接続し、前記平滑コンデンサの端子間にトランスの１次巻線とスイッチ素子の直列回路を接続し、前記トランスの２次巻線に整流平滑回路を接続し、前記整流平滑回路の出力端子間に接続された負荷に電力を供給するスイッチング電源に於いて、前記全波整流器の出力端子と前記平滑コンデンサの各端子間にそれぞれインダクタと前記トランスの制御巻線の直列回路を接続するとともに、前記平滑コンデンサを第１、第２の平滑コンデンサの直列接続で構成し、第１の平滑コンデンサと第２の平滑コンデンサとの接続点と前記交流電源の一端との間にスイッチ素子を介装し、前記スイッチ素子を、前記交流電源の出力電圧が低い期間にオン状態とし、前記交流電源の出力電圧が高い期間にオフ状態にするよう構成し、前記交流電源の両極から各々、前記トランスの制御巻線と前記平滑コンデンサとの接続部との間にそれぞれ、前記平滑コンデンサを充電する極性のダイオ−ドを接続した事を特徴とするスイッチング電源。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流を入力とするスイッチング式直流安定化電源装置の力率改善に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、特開平７−１５９６７で開示されている力率改善型スイッチング電源の基本回路図である。
この技術は１組のスイッチング素子と制御回路からなる簡単な構成で高力率、高効率な交流入力スイッチング電源を提供することを目的とするものである。
【０００３】
構成は交流電源１に接続された全波整流器２、３、４、５の直流出力に平滑コンデンサ８を接続し、該平滑コンデンサ８の端子間にトランス７の１次巻線Ｎ１  とスイッチ素子９の直列回路を接続し、該トランス７の２次巻線Ｎ２に、ダイオ  −ド１０、１１、リアクトル１２及びコンデンサ１３から成る整流平滑回路を接続して出力側の負荷に電力を供給するスイッチング電源に於いて、全波整流器２、３、４、５の直流出力側の一端に、インダクタ６とトランス７の制御巻線Ｎ３  の直列回路を接続して、平滑コンデンサ８の一端に接続する様に構成されている。
【０００４】
その動作は、スイッチ素子９がオン期間に、平滑コンデンサ８のエネルギ−はトランス７に蓄えられ、スイッチ素子７がオフの期間にトランス７に蓄えられたエネルギ−が、トランス７の２次側Ｎ２より整流平滑回路を介して負荷に送られ  る。
これと同時にインダクタ６の電流はトランス７の制御巻線Ｎ３を介して平滑コン  デンサ８に流れ込み、同時に、トランス７の制御巻線Ｎ３に電流が流れた結果、  トランス７の１次巻線Ｎ１と制御巻線Ｎ３との巻数比に対応する電流が、トランス７の２次巻線Ｎ２より整流平滑回路を通して出力平滑コンデンサ１３に流れる。
【０００５】
即ち、スイッチ素子９がオフの期間には、インダクタ６に蓄えられていたエネルギ−が入力平滑コンデンサ８と整流平滑回路のコンデンサ１３に送られる。
【０００６】
この結果、インダクタ６に流れる電流波形ピ−ク値のエンベロ−プ（包絡線）が正弦波状をえがく為、インダクタンス６とトランス７の制御巻線Ｎ３を加えるだけで力率  を改善する事が出来る。
【０００７】
さらに、スイッチ素子９がオフの期間にインダクタ６に印加される電圧は、従来の交流入力スイッチング電圧の場合は、平滑コンデンサ８の電圧と入力電圧との差電圧であるのに対し、図１の回路では平滑コンデンサ８の電圧とトランス７の制御巻線Ｎ３に発生している電圧の和から入力電圧を差し引いた値なので、イ  ンダクタ６の電流をリセットするのに必要な平滑コンデンサ８の電圧は、従来の交流入力スイッチング電源に対し、トランス７の制御巻線Ｎ３に発生する電圧分  だけ低くすることが出来る。
即ち、スイッチ素子として低耐圧で、オン抵抗の小さいものを使用する事が出来るので、スイッチング電源の高効率化を図ることが出来る。
【０００８】
図２は倍電圧整流回路を使用した力率改善型スイッチング電源の一実施例である。
図１で示したスイッチング電源に対して、第２のインダクタ６′とトランス７の第２の制御巻線Ｎ４の直列回路を設けて第２の平滑コンデンサ８′の一端に接続  し、平滑コンデンサ８及び８′のコモン点より、交流電源の電圧が低い場合オンさせる第２のスイッチ素子１４を設けて、倍電圧入力回路を構成している。
【０００９】
交流電源１の電圧が低い場合は第２のスイッチ素子１４をオンさせる。
これにより、正の半サイクルでは、交流電源１→ダイオ−ド２→インダクタ６→制御巻線Ｎ３→平滑コンデンサ８→第２のスイッチ素子１４→ダイオ−ド５→交  流電源１のル−トで電流が流れ、負の半サイクルでは、交流電源１→第２のスイッチ素子１４→第２の平滑コンデンサ８′→第２の制御巻線Ｎ４→第２のインダ  クタ６′→ダイオ−ド４→交流電源１のル−トで電流が流れる。
【００１０】
これによって平滑コンデンサ８及び８′はそれぞれ交流入力電圧のピ−ク値で充電される為、全波整流した場合の二倍の入力電圧を得ることが出来る。
【００１１】
尚交流電源１の電圧が高い場合は、第２のスイッチ素子１４をオフさせれば単なる全波整流回路となる。
【００１２】
力率改善に関するインダクタ及び制御巻線の動作は前述の図１の場合とほぼ同様であるので説明は省略する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
これまで述べた従来技術は、入力側整流回路にインダクタとトランス制御巻線の直列回路を設けるだけで力率改善及び高効率化が実現出来る点では非常に有効な回路である。
【００１４】
しかし、交流入力電圧が、例えば変動許容範囲内で急激に上昇した場合、力率改善用に設けたインダクタ及びトランスの制御巻線が逆に弊害となってしまう。すなわち、入力電圧急変により、図１の入力整流後の電圧（Ａ点）と平滑コンデンサ８の電圧（Ｂ点）との間に電位差が発生し、インダクタ６とトランスの制御巻線Ｎ３の直列インピ−ダンスで除した過大な電流が流れる。
【００１５】
この電流はトランス７の制御巻線Ｎ３から１次巻線Ｎ１に、巻数比に応じて誘起され、その結果スイッチ素子９に過大な電流が流れ、素子を破損させるおそれがある。
【００１６】
又、スイッチ素子９と直列に電流検出回路が設けてある場合は、通常動作状態であるにも拘らず、過電流として検出して垂下状態となり、出力電圧を大幅に低下させてしまうおそれがある。
これらの要因によって、電源システムの信頼性を低下させてしまう原因ともなる。
【００１７】
従って本発明は、かかる欠点を解決する為に、入力電圧の急激な上昇に対し、入力側回路に過大な電流が流れる事を抑制し、スイッチ素子の破壊や出力電圧の低下を防止する技術を提案するものである。
【００１８】
図２の倍電圧回路の場合についても、前述と全く同様な問題点がある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
従って本発明は、力率改善用に設けたインダクタとトランス制御巻線の直列回路と並列にダイオ−ドを設け、入力電圧が急上昇した時に生じようとする差電圧を、入力平滑コンデンサ電圧にクランプさせる様に回路構成した事を特徴とするスイッチング電源である。
【００２０】
【実施例】
図３は、図１の従来技術に本発明の技術を適用したスイッチング電源の一実施例である。
図１と同一符号は同一名称であるので説明を省略する。
図３に於いて、インダクタ６とトランス７の制御巻線Ｎ３の直列回路と並列に、  平滑コンデンサ８Ｎの充電方向にダイオ−ド１４を設けてある。
【００２１】
これによって、交流電源１の電圧が入力電圧変動範囲内で急激に上昇した場合、入力整流後の電圧（Ａ点）と平滑コンデンサ８の電圧（Ｂ点）との間に電位差が発生するが、ダイオ−ド１４により入力整流後の電圧（Ａ点）と平滑コンデンサ８の電圧（Ｂ点）との間を短絡する事により、発生しようとする電位差を速やかに低下させる。
【００２２】
この結果、インダクタ６と制御巻線Ｎ３の直列インピ−ダンスで除いた電流は  ほぼ零となり、従って制御巻線Ｎ３から１次巻線Ｎ１に巻線比に応じて誘起される電流も零となる。
その結果スイッチ素子９には過大電流が流れることなく、スイッチ素子９を破損させたり、過電流検出による出力電圧低下といった不具合が生ずることはなくなる。
【００２３】
図４は、図１の従来技術に本発明の技術を適用したスイッチング電源の他の実施例である。図１と同一符号は同一名称であり、交流電源１の両極から各々ダイオ−ド１５、１６を通して平滑コンデンサ８への充電ル−トを設ける事により、入力電圧急上昇時にインダクタ６及び制御巻線Ｎ３に電位差が発生しない様にし  ている。
動作の説明は図２の場合とほぼ同様であるので省略する。
【００２４】
図５は、図２の倍電圧入力スイッチング電源に本発明の技術を適用した第１の実施例である。図２と同一符号は同一名称であり説明は省略する。
【００２５】
インダクタ６及び制御巻線Ｎ３の直列回路に並列に、平滑コンデンサ８を充電  する方向にダイオ−ド１７を設けると共に、第２のインダクタ６′及び第２の制御巻線Ｎ′の直列回路と並列に、第２の平滑コンデンサ８′を放電する方向にダイオ−ド１８が設けてある。
入力電圧急上昇時、インダクタ及び制御巻線に発生しようとする電位差をダイオ−ドによって短絡する原理については前述と同じであるので説明は省略する。
【００２６】
図６は、図２の倍電圧入力のスイッチング電源に於ける本発明の他の実施例である。この場合も図２と同一符号のものは省略するが、本発明では交流入力１の両極よりダイオ−ド１９、２０を通して、平滑コンデンサ８への充電ル−トを設けると共に、平滑コンデンサ８′からの放電ル−トをダイオ−ド２１、２２を通して交流電源１の両極にそれぞれ帰還するル−トを設けている。これにより入力電圧が急上昇した時にインダクタ６及び制御巻線Ｎ３、第２のインダクタ６′及  び第２の制御巻線Ｎ４に電位差が発生しない様にしている。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、入力電圧が急激に上昇した時、スイッチ素子を破損させる事もなく、又出力電圧の低下を抑制出来る為、信頼性の高い力率改善型スイッチング電源を提供し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の力率改善型スイッチング電源の一実施例
【図２】倍電圧整流回路を使用した従来の力率改善型スイッチング電源の一実施例
【図３】図１の従来型スイッチング電源に本発明技術を適用したスイッチング電源の一実施例
【図４】図１の従来型スイッチング電源に本発明技術を適用したスイッチング電源の他の実施例
【図５】図２の倍電圧入力型スイッチング電源に本発明技術を適用したスイッチング電源の一実施例
【図６】図２の倍電圧入力型スイッチング電源に本発明技術を適用したスイッチング電源の他の実施例
【符号の説明】
１      交流電源
２〜５  全波整流器
６      インダクタ
６′    第２のインダクタ
７      トランス
８      平滑コンデンサ
８′    第２の平滑コンデンサ
９      スイッチ素子
１０、１１  ダイオ−ド
１２    リアクトル
１３    コンデンサ
１４    第２のスイッチ素子
１５〜２２  ダイオ−ド
Ｎ１      トランス７の１次巻線
Ｎ２      トランス７の２次巻線
Ｎ３      トランス７の制御巻線
Ｎ４      トランス７の第２の制御巻線
【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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