(57)【要約】【課題】入力電圧の規格範囲が広い場合でもアクティブフィルタの間欠動作による効率低下や騒音の発生を防ぐスイッチング電源装置を提供する。【解決手段】ＡＣ電源を整流して直流電圧を出力する整流回路と、スイッチング素子及びスイッチング素子をオン・オフ制御する制御回路を含み、整流回路の直流電圧を昇圧して平滑するアクティブフィルタと、ＡＣ電源の入力電圧に応じて変化する比較電圧と基準電圧とを比較し、入力電圧が予め設定した電圧よりも高くなったときに制御回路の動作を制御し、アクティブフィルタが間欠動作に入る前に昇圧動作を停止するアクティブフィルタ制御部と、を具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＡＣ電源を整流して直流電圧を出力する整流回路と、
スイッチング素子及び前記スイッチング素子をオン・オフ制御する制御回路を含み、前記整流回路の直流電圧を昇圧して平滑するアクティブフィルタと、
前記ＡＣ電源の入力電圧に応じて変化する比較電圧と基準電圧とを比較し、前記入力電圧が予め設定した電圧よりも高くなったときに前記制御回路の動作を制御し、前記アクティブフィルタが間欠動作に入る前に前記昇圧動作を停止するアクティブフィルタ制御部と、
を具備したことを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項２】
前記アクティブフィルタ制御部は、前記ＡＣ電源に接続された整流用のダイオードと、前記整流用のダイオードと直列に接続され前記入力電圧が予め設定した電圧よりも高くなったときに導通するツェナーダイオードと、前記ツェナーダイオードと基準電位点間に接続された平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサの電圧が前記比較電圧として供給される第１の入力端と前記基準電圧が第２の入力端に供給されるコンパレータと、を含み、
前記コンパレータの出力によって前記制御回路のオン・オフを制御し、前記比較電圧が前記基準電圧よりも高くなったときに前記制御回路の動作を停止することを特徴とする請求項１記載のスイッチング電源装置。
【請求項３】
前記アクティブフィルタ制御部は、前記整流回路の出力端に接続され前記整流回路の直流電圧が予め設定した電圧よりも高くなったときに導通するツェナーダイオードと、前記ツェナーダイオードと基準電位点間に接続された平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサの電圧が前記比較電圧として供給される第１の入力端と前記基準電圧が第２の入力端に供給されるコンパレータと、を含み、
前記コンパレータの出力によって前記制御回路のオン・オフを制御し、前記比較電圧が前記基準電圧よりも高くなったときに前記制御回路の動作を停止することを特徴とする請求項１記載のスイッチング電源装置。
【請求項４】
前記コンパレータは、出力がヒステリシス特性をもって変化することを特徴とする請求項２又は３記載のスイッチング電源装置。
【請求項５】
ＡＣ電源を整流して直流電圧を出力し、
スイッチング素子及び前記スイッチング素子をオン・オフ制御する制御回路を含むアクティブフィルタによって、前記整流回路からの直流電圧を昇圧して平滑し、
前記ＡＣ電源の入力電圧に応じて変化する比較電圧と基準電圧とを比較し、前記入力電圧が予め設定した電圧よりも高くなったときに前記制御回路の動作を制御し、前記アクティブフィルタが間欠動作に入る前に前記昇圧動作を停止するようにしたことを特徴とするスイッチング電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクティブフィルタを有するスイッチング電源装置に係り、入力電圧の規格範囲が広い仕様に適したスイッチング電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、アクティブフィルタを備えたスイッチング電源装置が知られている。例えば昇圧型のアクティブフィルタは、交流電圧を整流する整流回路と平滑コンデンサとの間にインダクタとダイオードを接続し、インダクタとダイオードの接続点にスイッチング素子を接続して、スイッチング素子を制御回路によってスイッチングさせるようにしている。
【０００３】
スイッチング素子のオン時は、インダクタにエネルギーを蓄え、スイッチング素子がオフした時にダイオードを介して平滑コンデンサにエネルギーを放出して昇圧し、平滑コンデンサの両端電圧（出力直流電圧）を負荷回路に供給するようにしている。また出力直流電圧の変化を分圧抵抗によって検出して制御回路にフィードバックし、スイッチング素子のオン／オフ周期を制御して出力電圧の安定化を図っている。
【０００４】
ところで、従来のスイッチング電源装置では、昇圧電圧に対して入力電圧が低いと電力効率が低下する。また入力電圧が高くなると、昇圧電圧が限界値に達してアクティブフィルタが間欠発振するため効率が低下し、間欠発振により騒音が発生するという問題点がある。
【０００５】
特許文献１には、ＡＣ１００Ｖ系と、ＡＣ２００Ｖ系の入力電圧を昇圧するスイッチング電源の一例が開示されている。特許文献１の例では、昇圧電圧に対して入力電圧が低いときにアクティブフィルタのスイッチング素子やインダクタによるロスが大きくなることに対処するため、ＡＣ入力電圧をモニタし、ＡＣ入力電圧が低いときに制御回路へのフィードバック電圧を制御して昇圧電圧を低く設定し、昇圧電圧が高くなるのを抑え、ロスを低減するようにしている。また入力電圧が高いとき（例えばＡＣ２００Ｖ系のとき）に昇圧電圧を高く設定し、アクティブフィルタが間欠発振することを抑制している。
【０００６】
しかしながら、従来及び特許文献１の例では、アクティブフィルタの昇圧電圧を高く設定すると、それに応じて後段の平滑コンデンサの耐圧を高耐圧品にする必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−３２４９５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来のスイッチング電源装置では、入力電圧の規格範囲が広い場合に、昇圧電圧に対して入力電圧が低いと電力効率が低下する。また入力電圧が高くなると昇圧電圧が限界値に達してアクティブフィルタが間欠発振するため効率が低下し、間欠発振により騒音が発生するという問題点がある。また特許文献１の例では従来の技術に比べ平滑コンデンサを高耐圧品にする分、コストアップとなる。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、入力電圧の規格範囲が広い場合でも低コストにてアクティブフィルタの間欠動作による効率低下や騒音の発生を防ぐスイッチング電源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１記載の実施形態によるスイッチング電源装置は、ＡＣ電源を整流して直流電圧を出力する整流回路と、スイッチング素子及び前記スイッチング素子をオン・オフ制御する制御回路を含み、前記整流回路の直流電圧を昇圧して平滑するアクティブフィルタと、前記ＡＣ電源の入力電圧に応じて変化する比較電圧と基準電圧とを比較し、前記入力電圧が予め設定した電圧よりも高くなったときに前記制御回路の動作を制御し、前記アクティブフィルタが間欠動作に入る前に前記昇圧動作を停止するアクティブフィルタ制御部と、を具備したことを特徴とする。
【００１１】
また請求項５記載の実施形態によるスイッチング電源装置は、ＡＣ電源を整流して直流電圧を出力し、スイッチング素子及び前記スイッチング素子をオン・オフ制御する制御回路を含むアクティブフィルタによって、前記整流回路からの直流電圧を昇圧して平滑し、前記ＡＣ電源の入力電圧に応じて変化する比較電圧と基準電圧とを比較し、前記入力電圧が予め設定した電圧よりも高くなったときに前記制御回路の動作を制御し、前記アクティブフィルタが間欠動作に入る前に前記昇圧動作を停止するようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
実施形態によるスイッチング電源装置では、入力電圧の規格範囲が広い場合でもアクティブフィルタの間欠動作による効率低下や騒音の発生を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一実施形態に係るスイッチング電源装置を示す回路図。
【図２】一実施形態に係るスイッチング電源装置の変形例を示す回路図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明のスイッチング電源装置の一実施形態について図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は、一実施形態に係るスイッチング電源装置１００を示す回路図であり、交流電源１１を全波整流する整流回路１２と、整流回路１２によって整流した直流電圧が供給される昇圧型のアクティブフィルタ１３と、アクティブフィルタ１３をオン・オフ制御するアクティブフィルタ制御部１４とを含む。
【００１６】
アクティブフィルタ１３は、整流回路１２の出力端に接続したインダクＬ１及びダイオードＤ１を含む昇圧コンバータと、ダイオードＤ１のカソードに接続された平滑コンデンサＣ１を有する。またインダクタＬ１とダイオードＤ１との接続点と基準電位点（アース）間にスイッチング素子（ＦＥＴ）Ｑ１の主電流路と抵抗Ｒ１を直列に接続している。スイッチング素子Ｑ１の制御電極（ゲート）は制御回路１５に接続している。
【００１７】
アクティブフィルタ１３の出力端１６と基準電位点間には抵抗Ｒ２とＲ３を直列に接続し、抵抗Ｒ２とＲ３によって出力電圧Ｖ０に比例した電圧を得て制御回路１５にフィードバックする。制御回路１５からはスイッチング素子Ｑ１を駆動する制御パルスが出力され、フィードバック電圧、つまり出力電圧Ｖ０の変化に応じてスイッチング素子Ｑ１のオン・オフ周期を制御して出力電圧Ｖ０を安定化する。
【００１８】
アクティブフィルタ１３は、制御回路１５によってスイッチング素子Ｑ１がオンした時はインダクタＬ１にエネルギーを蓄え、スイッチング素子がＱ１オフした時はコンデンサＣ１および負荷にダイオードＤ３を介してエネルギーを放出して昇圧する。
【００１９】
出力端１６には負荷回路１７が接続される。負荷回路１７としては、例えば昇圧した直流電圧によって動作する共振コンバータがある。共振コンバータは、アクティブフィルタ１３の出力端１６と基準電位点（アース）間に直列に接続した２つのスイッチング素子と、２つのスイッチング素子の接続点とアース間に接続したコンバータトランスの1次巻線とコンデンサから成る直列共振回路と、２つのスイッチング素子をＰＷＭ信号によって所定の周波数で相補的にスイッチングする制御部等を含む。そしてコンバータトランスの２次巻線の両端に、例えばランプ等の負荷が接続される。
【００２０】
一方、アクティブフィルタ制御部１４（以下、単に制御部１４と呼ぶ）は、交流電源１１の一端と基準電位点間にダイオードＤ２、電流制限抵抗Ｒ４、ツェナーダイオードＤ３、コンデンサＣ２を直列に接続している。ダイオードＤ２は交流電源を整流するものであり、ツェナーダイオードＤ３は、入力電圧が予め設定した電圧以上になったときに導通する。コンデンサＣ２の両端にはダイオードＤ２及びツェナーダイオードＤ３の導通により平滑化された電圧が得られる。
【００２１】
また、コンデンサＣ２には並列に抵抗Ｒ５が接続され、コンデンサＣ２の電圧が抵抗Ｒ６を介してコンパレータＡ１の非反転入力端（＋）に供給される。コンパレータＡ１の反転入力端（−）には基準電圧源Ｅ１が接続され、コンパレータＡ１の出力端と非反転入力端（＋）間には抵抗Ｒ７を接続している。抵抗Ｒ６とＲ７の接続点の電圧を比較電圧Ｖ１とすると、コンパレータＡ１は基準電圧Ｅ１と比較電圧Ｖ１を比較し、比較電圧Ｖ１が基準電圧Ｅ１よりも高くなったときにコンパレータＡ１の出力電圧Ｖ２が変化する。
【００２２】
コンパレータＡ１の出力電圧Ｖ２は制御回路１５に供給され、比較電圧Ｖ１が基準電圧Ｅ１を越えたときにアクティブフィルタ１３の動作を停止する。尚、コンパレータＡ１は、抵抗Ｒ６とＲ７によってヒステリシス特性を持たせ、比較電圧Ｖ１が微動する場合に比較出力Ｖ２が過渡応答するのを防止し、比較出力Ｖ２にノイズが発生するのを防ぐようにしている。
【００２３】
次に以上述べた実施形態の動作について説明する。尚、図１のスイッチング電源装置１００は、交流電源１１が例えば９０Ｖ〜２５０Ｖ程度の広い規格範囲のワールドワイド仕様のものであり、アクティブフィルタ１３の最大昇圧電圧が３６０Ｖであるとして説明する。
【００２４】
交流電源１１の入力電圧が低い場合、ツェナーダイオードＤ３は非導通状態にあり、コンパレータＡ１の比較電圧Ｖ１は０Ｖである。また入力電圧が高くなってツェナーダイオードＤ３が導通するとコンデンサＣ２の両端電圧が高くなり、比較電圧Ｖ１がコンパレータＡ１の非反転入力端（＋）に供給される。比較電圧Ｖ１が基準電圧Ｅ１よりも低い状態では、コンパレータＡ１の出力はロウ（Low）となり制御回路１５は通常の動作状態を維持する。
【００２５】
即ち、アクティブフィルタ１３は、制御回路１５によってスイッチング素子Ｑ１をオン・オフ制御し、スイッチング素子Ｑ１のオン期間にインダクタＬ１にエネルギーを蓄え、スイッチング素子Ｑ１のオフ期間に平滑コンデンサＣ１にダイオードＤ１を介してエネルギーを放出して昇圧する。また抵抗Ｒ２とＲ３によって出力電圧Ｖ０に比例した電圧を制御回路１５にフィードバックし、制御回路１５は出力電圧Ｖ０の変化に応じてスイッチング素子Ｑ１のオン・オフ周期を制御する。
【００２６】
一方、ＡＣ電源１１の入力電圧が予め設定した電圧（例えば２５５Ｖ）以上に高くなると、比較電圧Ｖ１が基準電圧Ｅ１よりも高くなり、コンパレータＡ１の比較出力Ｖ２がハイ（High）に変化し、制御回路１５の動作を停止する。このためアクティブフィルタ１３は、間欠発振する前に動作を停止する。また昇圧電圧が限界値に達するのを阻止することができる。制御部１４がない場合、アクティブフィルタ１３の昇圧電圧（平滑値）は、ＤＣ３６０Ｖ（≒ＡＣ２５５Ｖ×√２）まで上昇し限界値に近づくため、アクティブフィルタ１３は間欠発振するようになる。
【００２７】
したがって、ＡＣ電源１１の入力電圧が予め設定した電圧以上に高くなったときに、制御部１４のコンパレータＡ１の出力によって制御回路１５の動作を停止することにより、アクティブフィルタ１３の昇圧電圧が異常に高くなるのを防止することができる。また平滑コンデンサＣ１は、耐圧４００Ｖ程度のもので済むため、コストを低減することができる。さらにアクティブフィルタ１３の間欠発振に伴う効率の低下と騒音の発生を防ぐことができる。
【００２８】
図２は、本発明のスイッチング電源装置の変形例を示す回路図である。図２の実施形態では、ＡＣ電源１１の入力電圧をモニタするため、整流回路１２の出力端に制御部１４を接続したものである。即ち、制御部１４は、整流回路１２の出力端と基準電位点間に電流制限抵抗Ｒ４、ツェナーダイオードＤ３、コンデンサＣ２を直列に接続している。整流回路１２でＡＣ電源１１を全波整流しているため、図１の整流用のダイオードＤ２は不要となる。ツェナーダイオードＤ３は、入力電圧が予め設定した電圧以上になったときに導通し、コンデンサＣ２の両端にはツェナーダイオードＤ３の導通により平滑化された電圧が得られる。
【００２９】
コンデンサＣ２の電圧は抵抗Ｒ６を介してコンパレータＡ１の非反転入力端（＋）に供給され、コンパレータＡ１は、比較電圧Ｖ１と基準電圧Ｅ１を比較し、比較電圧Ｖ１が基準電圧Ｅ１よりも高くなったときにコンパレータＡ１の比較出力Ｖ２が変化し、制御回路１５の動作を制御する。尚、コンパレータＡ１は、抵抗Ｒ６とＲ７によってヒステリシス特性を持たせ、比較電圧Ｖ１が微動する場合に比較出力Ｖ２が過渡応答するのを防止し、比較出力Ｖ２にノイズが発生するのを防ぐようにしている。
【００３０】
図２の実施形態も図１と同様に、交流電源１１の入力電圧が低い場合は、ツェナーダイオードＤ３は非導通状態にあり、コンパレータＡ１の比較電圧Ｖ１は０Ｖである。また入力電圧が高くなってツェナーダイオードＤ３が導通するとコンデンサＣ２の両端電圧が高くなり、比較電圧Ｖ１がコンパレータＡ１の非反転入力端（＋）に供給されるが、比較電圧Ｖ１が基準電圧Ｅ１よりも低い状態ではコンパレータＡ１の出力はロウ（Low）となり、制御回路１５は通常の動作状態を維持する。
【００３１】
アクティブフィルタ１３は、制御回路１５によってスイッチング素子Ｑ１をオン・オフ制御し、昇圧動作を行う。また抵抗Ｒ２とＲ３によって出力電圧Ｖ０に比例した電圧を制御回路１５にフィードバックし、制御回路１５は出力電圧Ｖ０の変化に応じてスイッチング素子Ｑ１のオン・オフ周期を制御する。
【００３２】
また、ＡＣ電源１１の入力電圧が予め設定した電圧（例えば２５５Ｖ）以上に高くなると、比較電圧Ｖ１が基準電圧Ｅ１よりも高くなり、コンパレータＡ１の比較出力Ｖ２がハイ（High）に変化し、制御回路１５の動作を停止する。このためアクティブフィルタ１３は、間欠発振する前に動作を停止し、昇圧電圧が異常に高くなるのを防止することができ、アクティブフィルタ１３の間欠発振に伴う効率の低下と騒音の発生を防ぐことができる。
【００３３】
以上述べたように本発明の実施形態によれば、入力電圧の規格範囲が広い場合でもアクティブフィルタの間欠動作による効率低下や騒音の発生を防ぐことができる。
【００３４】
尚、本発明の実施形態は、以上説明した構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１００…スイッチング電源装置
１１…交流電源
１２…全波整流回路
１３…アクティブフィルタ
１４…アクティブフィルタ制御部
１５…制御回路
１６…出力端
１７…負荷回路
Ｌ１…インダクタ
Ｄ１，Ｄ２…ダイオード
Ｃ１，Ｃ２…平滑コンデンサ
Ｑ１…スイッチング素子
Ｄ３…ツェナーダイオード
Ｒ１〜Ｒ７…抵抗
Ａ１…コンパレータ
Ｅ１…基準電圧源
【図１】
2011239636.tif 000003
【図２】
2011239636.tif 000004