(57)【要約】【課題】回路が簡単で、ＥＭＩ発生が少なく、重さと大きさを減少させるとともに、ＡＣ／ＤＣ変換効率を向上させることができるＡＣ／ＤＣ変換器及びこれを用いたＡＣ／ＤＣ変換方法を提供する。【解決手段】商用交流電源を脈流交流電圧に変換する整流回路部と；変換された脈流交流電圧と基準電圧とを比較し、第１パルス制御信号を出力する第１制御回路部と；第１制御回路部から出力される第１パルス制御信号によって、整流回路部から出力される脈流交流電圧をスイッチングして出力する第１スイッチング部と；第１スイッチング部から出力される脈流交流電圧を平滑した後、１次直流電圧に変換して出力する第１電荷蓄積回路部とを備えてＡＣ／ＤＣ変換器を構成する。【選択図】図３
2008289353.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用交流電源からの電圧を脈流交流電圧に変換する整流回路部と；
前記変換された脈流交流電圧と基準電圧とを比較し、第１パルス制御信号を出力する第１制御回路部と；
前記第１制御回路部から出力される第１パルス制御信号によって、前記整流回路部から出力される脈流交流電圧をスイッチングして出力する第１スイッチング部と；
前記第１スイッチング部から出力される脈流交流電圧を平滑した後、１次直流電圧に変換して出力する第１電荷蓄積回路部と、を備えることを特徴とするＡＣ／ＤＣ変換器。
【請求項２】
前記第１制御回路部は、前記整流回路部から出力された脈流交流電圧を降圧した後、平滑して駆動電圧として出力する駆動電圧発生部と、
前記整流回路部から出力された脈流交流電圧のレベルを変換して出力する脈流比例電圧発生部と、
前記駆動電圧発生部から出力される駆動電圧のレベルを変えて基準電圧として出力するか、前記整流回路部から出力された脈流交流電圧を平滑した後、降圧して基準電圧として出力する第１基準電圧発生部と、
前記脈流比例電圧発生部から出力された電圧と前記第１基準電圧発生部から出力される基準電圧とを比較し、第１パルス制御信号を前記第１スイッチング部に出力する第１比較部と、を備えることを特徴とする請求項１に記載のＡＣ／ＤＣ変換器。
【請求項３】
前記第１制御回路部は、前記第１比較部から出力される第１パルス制御信号のレベルが所望の値に到達できない場合、前記第１パルス制御信号レベルをアップ／ダウンさせる第１アップ／ダウン部をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載のＡＣ／ＤＣ変換器。
【請求項４】
前記第１比較部は、前記脈流比例電圧発生部から出力された電圧が前記第１基準電圧発生部から出力される基準電圧より低い場合、ハイレバルの前記第１パルス制御信号を出力し、前記脈流比例電圧発生部から出力された電圧が前記第１基準電圧発生部から出力される基準電圧より高い場合、ローレベルの前記第１パルス制御信号を出力することを特徴とする請求項２に記載のＡＣ／ＤＣ変換器。
【請求項５】
前記第１電荷蓄積回路部から出力される１次直流電圧を使用者の望む電圧レベルに多様に変換するための第２パルス制御信号を出力する第２制御回路部と、
前記第２制御回路部から出力される第２パルス制御信号によって、前記第１電荷蓄積回路部から出力される１次直流電圧をスイッチングして出力する第２スイッチング部と、
前記第２スイッチング部から出力される電圧を平滑した後、２次直流電圧に変換して出力する第２電荷蓄積回路部と、をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のＡＣ／ＤＣ変換器。
【請求項６】
前記第２制御回路部は、前記第２電荷蓄積回路部から出力される２次直流電圧をセンシングしてフィードバックする出力電圧センシング部と、
前記１次直流電圧を使用者の望む電圧レベルに多様に変換するための基準電圧を出力する第２基準電圧発生部と、
前記出力電圧センシング部から出力された電圧と前記第２基準電圧発生部から出力される基準電圧とを比較し、第２パルス制御信号を出力する第２比較部と、を備えることを特徴とする請求項５に記載のＡＣ／ＤＣ変換器。
【請求項７】
前記第２制御回路部は、前記第２比較部から出力される前記第２パルス制御信号のレベルが所望の値に到達できない場合、前記第２パルス制御信号レベルをアップ／ダウンさせるための第２アップ／ダウン部をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載のＡＣ／ＤＣ変換器。
【請求項８】
前記第１電荷蓄積回路部から出力される１次直流電圧を使用者の望む電圧レベルに多様に変換して２次直流電圧を出力するＤＣ／ＤＣ変換器をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載のＡＣ／ＤＣ変換器。
【請求項９】
前記第１又は第２電荷蓄積回路部から出力される１次又は２次直流電圧又はＤＣ／ＤＣ変換器から出力される２次直流電圧の出力状態を検出し、過電圧又は過電流が発生すると、前記第１制御回路部の動作を停止させる保護回路部をさらに備えることを特徴とする請求項８に記載のＡＣ／ＤＣ変換器。
【請求項１０】
前記第１制御回路部は、前記整流回路部から出力された脈流交流電圧を降圧した後、平滑して駆動電圧として出力する駆動電圧発生部と、
前記整流回路部から出力された脈流交流電圧のレベルを変換して出力する脈流比例電圧発生部と、
前記駆動電圧発生部から出力される駆動電圧のレベルを変えて基準電圧として出力するか、前記整流回路部から出力された脈流交流電圧を平滑した後、降圧して基準電圧として出力する第１基準電圧発生部と、
前記脈流比例電圧発生部から出力された電圧と前記第１基準電圧発生部から出力される基準電圧とを比較し、第１パルス制御信号を出力する第１比較部と、
前記第１比較部から出力される第１パルス制御信号のレベルが所望の値に到達できない場合、前記第１パルス制御信号レベルをアップ／ダウンさせ、前記保護回路部で過電圧又は過電流が検出されると、前記第１制御回路部からの前記第１パルス制御信号の出力を遮断する第１アップ／ダウン部と、を備えることを特徴とする請求項９に記載のＡＣ／ＤＣ変換器。
【請求項１１】
整流回路部が商用交流電圧を脈流交流電圧に変換するステップと；
第１制御回路部が前記変換された脈流交流電圧と基準電圧とを比較し、第１パルス制御信号を出力するステップと；
第１スイッチング部が前記第１パルス制御信号によってスイッチングし、前記変換された脈流交流電圧を出力するステップと；
第１電荷蓄積回路部が前記第１パルス制御信号によって出力された脈流交流電圧を平滑した後、１次直流電圧を出力するステップと；を含むことを特徴とするＡＣ／ＤＣ変換方法。
【請求項１２】
前記第１パルス制御信号は、
前記脈流交流電圧が前記基準電圧より低い場合、ハイレバルを有し、前記脈流交流電圧が前記基準電圧より高い場合、ローレベルを有することを特徴とする請求項１１に記載のＡＣ／ＤＣ変換方法。
【請求項１３】
第２制御回路部、第２スイッチング部、第２電荷蓄積回路部が前記１次直流電圧を使用者の望む電圧レベルに多様に変換し、２次直流電圧を出力するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載のＡＣ／ＤＣ変換方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路が簡単で、電磁障害（Electro Magnetic Interference；以下、ＥＭＩという。）の発生が少なく、トランスをなくして重さと大きさを減少させるとともに、ＡＣ／ＤＣ変換効率を向上させることができるＡＣ／ＤＣ変換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、実生活で多様に使用される周辺の家電機器、コンピュータ、端末機、産業用機器、計測機器などの電気／電子機器は、内部に制御部をはじめとする電子回路が内蔵されている。そして、これらを駆動するためには、電池を使用したり、ＡＣ／ＤＣ変換器を用いて商用交流電源（１１０Ｖ―２２０Ｖ／５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）を直流電圧に変換している。
【０００３】
しかしながら、従来のＡＣ／ＤＣ変換器においては、１次巻線と２次巻線との比を用いて電圧を昇圧したり降圧するトランスを必ず使用しており、電流容量が大容量になるほどトランスの大きさと重さが増加するという問題が発生していた。また、トランスを使用することで、ＡＣ／ＤＣ変換効率が３５％以下に低く、無負荷時の待機電力の消費が大きいという短所があった。
【０００４】
そして、数百ＫＨｚ以上のスイッチング制御信号を用いる高電圧の高速スイッチングＡＣ／ＤＣ変換器の場合、変換された直流信号のリップルのために、直流電源（ＤＣ）の電圧レベルが不安定に維持されるという短所があり、不必要な高周波ＥＭＩが発生するという問題点があった。
【０００５】
以下、添付された図面を参照して、従来のＡＣ／ＤＣ変換器に対して説明する。
【０００６】
図１は、従来のリニアＡＣ／ＤＣ変換器の構成ブロック図である。
【０００７】
従来のリニアＡＣ／ＤＣ変換器は、図１に示すように、商用電源（ＡＣ１１０／２２０Ｖ）の電圧レベルを降圧又は昇圧させるためのトランス２と、トランス２を通して電圧レベルが変換された交流信号（ＡＣ）を半波又は全波整流するための整流回路４と、整流回路４を通して整流された交流信号を平滑化して直流電源（ＤＣ）に変換するための平滑回路６と、直流電圧（ＤＣ）の電圧レベルを安定化させて負荷１０に出力する定電圧回路８とを備えて構成される。
【０００８】
トランス２は、１次側巻線と２次側巻線との比によって入力される交流電源（ＡＣ）の電圧レベルを、使用者の望む電圧レベルに降圧又は昇圧させる。
【０００９】
整流回路４は、トランス２によって電圧レベルが変換された交流電圧を半波又は全波整流した後、平滑回路６に供給する。平滑回路６は、整流された交流電圧を平滑して直流電圧（ＤＣ）に変換する。
【００１０】
その後、平滑回路６からの直流電源（ＤＣ）は、定電圧回路８を通して正確に使用者の望むレベルの定電圧として出力される。
【００１１】
一方、図２は、従来のスイッチングモードＡＣ／ＤＣ変換器の構成ブロック図である。
【００１２】
従来のスイッチングモードＡＣ／ＤＣ変換器は、図２に示すように、入力される商用電源（ＡＣ１１０／２２０Ｖ）を１次整流しかつ平滑して１次直流電圧に変換するための第１整流及び平滑回路２２と、１次側巻線と２次側巻線を備えており、第１整流及び平滑回路２２から出力された１次直流電圧の電圧レベルを昇圧又は降圧するためのトランス２４と、トランス２４の１次側巻線に供給される直流電源を交流化するために、スイッチング制御パルスによってスイッチングするスイッチング回路３２と、スイッチング制御パルスを生成してスイッチング回路３２を制御するためのスイッチング制御回路３４と、トランス２４から出力される電源を整流し、平滑して使用者の望むレベルの２次直流電圧ＤＣに変換するための第２整流及び平滑回路２６と、２次直流電圧ＤＣの電圧レベルを安定化させて負荷３０に出力する定電圧回路２８とを備えている。
【００１３】
しかしながら、上記で説明した従来のＡＣ／ＤＣ変換器には、次のような問題点があった。
【００１４】
第一に、従来のリニアＡＣ／ＤＣ変換器及びスイッチングモードＡＣ／ＤＣ変換器は、昇圧又は降圧のためにトランス２又はパルストランス２４などを必ず使用しなければならないので、ＡＣ／ＤＣ変換時に変換効率が低下する。
【００１５】
第二に、電流容量が大容量となればなるほど、使用されるトランス２又はパルストランス２４の大きさと重さが増加する。
【００１６】
第三に、スイッチングモードＡＣ／ＤＣ変換器の場合、高速スイッチングによる直流電源（ＤＣ）の出力時、直流電源（ＤＣ）の電圧レベルを不安定にするリップルや高周波ＥＭＩが発生する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明は、上記のような従来の問題点を解決するためのもので、その目的は、回路が簡単で、ＥＭＩの発生が少なく、重さと大きさを減少させるとともに、ＡＣ／ＤＣ変換効率を向上させることができるＡＣ／ＤＣ変換器及びこれを用いたＡＣ／ＤＣ変換方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記のような目的を達成するための本発明の実施態様に係るＡＣ／ＤＣ変換器は、商用交流電源からの電圧を脈流交流電圧に変換する整流回路部と；変換された脈流交流電圧と基準電圧とを比較し、第１パルス制御信号を出力する第１制御回路部と；第１制御回路部から出力される第１パルス制御信号によって、整流回路部から出力される脈流交流電圧スイッチングして出力する第１スイッチング部と；第１スイッチング部から出力される脈流交流電圧を平滑した後、１次直流電圧に変換して出力する第１電荷蓄積回路部とを備えることを特徴とする。
【００１９】
また、上記のような目的を達成するための本発明の実施態様に係るＡＣ／ＤＣ変換方法は、商用交流電源の電圧を脈流交流電圧に変換するステップと；変換された脈流交流電圧と基準電圧とを比較して第１パルス制御信号を出力するステップと；第１パルス制御信号によってスイッチングし、変換された脈流交流電圧を出力するステップと；第１パルス制御信号によって出力された脈流交流電圧を平滑した後、１次直流電圧を出力するステップとを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係るＡＣ／ＤＣ変換器及びその駆動方法には、次のような効果がある。
【００２１】
第一に、トランスなどのような交流電圧のレベルを昇圧又は降圧する変圧器が必要でないので、ＡＣ／ＤＣ変換器の大きさと重さなどを効果的に減少させることができ、ＡＣ／ＤＣ変換回路の設計時に設計空間が減少するので、ＡＣ／ＤＣ変換器の小型パッケージ化やワンチップ化が可能になる。
【００２２】
第二に、ＡＣ／ＤＣ変換効率を約８９％以上に向上させることができ、また、商用電源を用いているので１００Ｈｚ又は１２０Ｈｚの低い周波数でスイッチングすることになるので、スイッチングによる不必要なＥＭＩ発生が少ない。また、ＡＣ／ＤＣ変換器の待機電力を減少させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明に係るＡＣ／ＤＣ変換器を添付された図面に基づいて具体的に説明する。
【００２４】
図３は、本発明の第１実施形態に係るＡＣ／ＤＣ変換器を示したブロック構成図である。
【００２５】
本発明の第１実施形態に係るＡＣ／ＤＣ変換器は、図３に示すように、入力される商用電源の電圧（ＡＣ１１０／２２０Ｖ）を全波又は半波整流して脈流交流電圧に変換する整流回路部１０２と、変換された脈流交流電圧と基準電圧とを比較し、第１パルス制御信号を出力する第１制御回路部１０３と、第１制御回路部１０３から出力される第１パルス制御信号によって、整流回路部１０２から出力される脈流交流電圧をスイッチングして出力する第１スイッチング部１０４と、第１スイッチング部１０４から出力される脈流交流電圧を平滑した後、１次直流電圧に変換して出力する第１電荷蓄積回路部１０８とを備えている。
【００２６】
また、本発明の第１実施形態に係るＡＣ／ＤＣ変換器は、第１電荷蓄積回路部１０８から出力される１次直流電圧を使用者の望む電圧レベルに多様に変換するための第２パルス制御信号を出力する第２制御回路部１２８と、第２制御回路部１２８から出力される第２パルス制御信号によって、電荷蓄積回路部１０８から出力される１次直流電圧をスイッチングして出力する第２スイッチング部１２６と、第２スイッチング部１２６から出力される１次直流電圧を２次直流電圧に変換して出力する第２電荷蓄積回路部１２５と、第２電荷蓄積回路部１２５から出力される２次直流電圧の出力状態を検出し、過電圧又は過電流が発生すると第１制御回路部１０３の動作を停止させる保護回路部１１４とをさらに備えている。
【００２７】
第２スイッチング部１２６は、少なくとも一つのスイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ、バイポーラトランジスタなど）で構成される。
【００２８】
整流回路部１０２は、ブリッジダイオード（ＢＤ）を用いて外部から供給される商用電源の電圧（ＡＣ１１０／２２０Ｖ）を全波整流又は半波整流した後、脈流交流電圧に変換して出力する。例えば、ブリッジダイオードを用いて全波整流する場合、商用電源がＡＣ２２０Ｖの電圧レベルで整流回路部１０２に入力されると、整流回路部１０２で全波整流された脈流交流電圧は、ピーク値が約３１１Ｖ〜３１８Ｖの電圧レベルを有する脈流に変換される。
【００２９】
第１及び第２電荷蓄積回路部１０８，１２５は、それぞれ少なくとも一つのキャパシタで構成され、第１及び第２スイッチング部１０４，１２６から出力される電圧を平滑して直流電圧に変換する。また、第１及び第２電荷蓄積回路部１０８，１２５は、パルスノイズを除去するためにインダクタをさらに備えていてもよい。
【００３０】
以下、第１制御回路部１０３と第２制御回路部１２８の構成をより具体的に説明する。
【００３１】
図４は、本発明の第１実施形態に係るＡＣ／ＤＣ変換器の第１制御回路部１０３の詳細構成を示したブロック図で、図５は、本発明の第１実施形態に係るＡＣ／ＤＣ変換器の第２制御回路部１２８の詳細構成を示したブロック図である。
【００３２】
本発明の第１実施形態に係るＡＣ／ＤＣ変換器の第１制御回路部１０３は、図４に示すように、整流回路部１０２から出力された脈流交流電圧を降圧した後、平滑して駆動電圧として出力する駆動電圧発生部１３２と、整流回路部１０２から出力された脈流交流電圧のレベルを変換して出力する脈流比例電圧発生部１３６と、駆動電圧発生部１３２から出力される駆動電圧のレベルを変えて基準電圧として出力するか、あるいは整流回路部１０２から出力された脈流交流電圧を平滑した後、降圧して基準電圧として出力する第１基準電圧発生部１３８と、脈流比例電圧発生部１３６から出力された電圧と第１基準電圧発生部１３８から出力される基準電圧とを比較し、第１パルス制御信号を出力する第１比較部１３４とを備えている。
【００３３】
また、第１制御回路部１０３は、第１比較部１３４から出力される第１パルス制御信号のレベルを、第１スイッチング部１０４で必要とする第１パルス制御信号レベルにアップ／ダウンさせるとともに、保護回路部１１４で過電圧又は過電流が検出されると、第１制御回路部１０３の第１パルス制御信号出力を遮断する第１アップ／ダウン部１４０をさらに備えることもできる。ここで、第１アップ／ダウン部１４０は、少なくとも一つのスイッチング素子、例えば、ＭＯＳＦＥＴ、バイポーラトランジスタなどで構成された第１スイッチング部１０４をスイッチングさせる第１パルス制御信号のレベルをアップ／ダウンさせる。一般的に、スイッチング素子の大きさによって、スイッチングされる駆動レベル、例えば、しきい値電圧のレベルが予め設定されているので、第１アップ／ダウン部１４０は、スイッチングされる駆動レベルを基準にして第１パルス制御信号のレベルを変えることができる。このような各事項は、通常、演算増幅器を備えたフィードバック回路を使用したり、比較器及びレベルシフタを用いて行われる。
【００３４】
駆動電圧発生部１３２は、少なくとも一つの抵抗、キャパシタ、ツェナーダイオードなどで構成され、整流回路部１０２から脈流に変換された交流電圧の電圧レベルを変換して直流電圧に変換し、第１制御回路部１０３の各部を駆動するための駆動電圧として出力する。
【００３５】
脈流比例電圧発生部１３６は、整流回路部１０２から出力された脈流交流電圧を分圧して出力する。
【００３６】
第１比較部１３４は、比較器を備えており、第１基準電圧発生部１３８から出力された基準電圧を比較器の非反転端子（＋）に入力し、脈流比例電圧発生部１３６から出力される電圧を比較器の反転端子（−）に入力する。したがって、基準電圧より脈流比例電圧発生部１３６から出力される電圧が低い場合、ハイレバルを有する第１パルス制御信号を出力し、基準電圧より脈流比例電圧発生部１３６から出力される電圧が高い場合、ローレベルを有する第１パルス制御信号を出力する。
【００３７】
本発明の第１実施形態に係るＡＣ／ＤＣ変換器の第２制御回路部１２８は、図５に示すように、第２電荷蓄積回路部１２５から出力される２次直流電圧をセンシングしてフィードバックする出力電圧センシング部１５２と、駆動電圧発生部１３２から出力される駆動電圧のレベルを変えたり、第１電荷蓄積回路部１０８から出力される１次直流電圧のレベルを変え、１次直流電圧を使用者の望む電圧レベルに多様に変換するための基準電圧を出力する第２基準電圧発生部１５６と、出力電圧センシング部１５２から出力された電圧と第２基準電圧発生部１５６から出力される電圧とを比較し、第２パルス制御信号を出力する第２比較部１５４とを備えている。
【００３８】
もちろん、第２制御回路部１２８においても、第２比較部１５４から出力される第２パルス制御信号のレベルを第２スイッチング部１２６で必要とする第２パルス制御信号レベルにアップ／ダウンさせるための第２アップ／ダウン部１５８をさらに備えることもできる。上述した第１アップ／ダウン部１４０と同様に、第２アップ／ダウン部１５８は、 第２スイッチング部１２６をスイッチングさせる第２パルス制御信号のレベルをアップ／ダウンさせる。ここで、第２スイッチング部１２６は、少なくとも一つのスイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ、バイポーラトランジスタなど）で構成される。 一般的に、スイッチング素子の大きさによって、スイッチングされる駆動レベル、例えば、しきい値電圧レベルが予め設定されているので、第２アップ／ダウン部１５８は、スイッチングされる駆動レベルを基準にして第２パルス制御信号のレベルを変えることができる。このような各事項は、通常、演算増幅器を備えたフィードバック回路を使用したり、比較器及びレベルシフタを用いて行われる。
【００３９】
図３において、第２スイッチング部１２６、第２制御回路部１２８、第２電荷蓄積回路部１２５の代わりに、一般的に広く使用されているＤＣ／ＤＣ変換器を使用しても構わない。
【００４０】
このようにＤＣ／ＤＣ変換器を使用した本発明の第２実施形態に係るＡＣ／ＤＣ変換器の構成は、図６に示す通りである。
【００４１】
図６は、本発明の第２実施形態に係るＡＣ／ＤＣ変換器の構成ブロック図である。
【００４２】
すなわち、本発明の第２実施形態に係るＡＣ／ＤＣ変換器の構成は、図６に示すように、第１実施形態における第２スイッチング部１２６、第２制御回路部１２８、第２電荷蓄積回路部１２５の代わりに、使用者の要求によって直流電源のレベルを変更可能なＤＣ／ＤＣ変換器１２９を使用している。
【００４３】
ＤＣ／ＤＣ変換器１２９は、使用者の望むレベルの直流電圧を出力するように構成されている。
【００４４】
以下、上記のように構成された本発明に係るＡＣ／ＤＣ変換器の動作を説明する。
【００４５】
図７Ａ〜図７Ｅは、本発明の第１実施形態に係るＡＣ／ＤＣ変換器の各部の入／出力波形図である。
【００４６】
まず、本発明に係るＡＣ／ＤＣ変換器の動作を説明するために、商用電源（６０ＨｚのＡＣ２２０Ｖ）から５Ｖの直流（ＤＣ）電圧を出力する場合を例に挙げて説明する。
【００４７】
整流回路部１０２は、図７Ａに示すように、商用電源の電圧（６０ＨｚのＡＣ２２０Ｖ）を全波整流し、ピーク値が約３１１Ｖ〜３１８Ｖで、周波数が１２０Ｈｚである脈流交流電圧に変換して出力する。
【００４８】
このとき、駆動電圧発生部１３２は、少なくとも一つの抵抗、キャパシタ、ツェナーダイオードなどで構成され、整流回路部１０２で脈流に変換された交流電圧を平滑して直流電圧に変換し、第１制御回路部１０３の各部を駆動するための駆動電圧を生成する。
【００４９】
第１基準電圧発生部１３８は、図７Ｂに示すように、負荷に供給する電流の大きさによって基準電圧を設定する。基準電圧は、負荷に供給しようとする電流が大きいほど、高く設定することが好ましい。通常、負荷は、電力の供給を受けて消費する装置であるので、負荷の定格電力、例えば、各電力装置の駆動電力と消費電力が予め設定されている。これによって、第１基準電圧発生部１３８は、負荷に供給する電流の大きさに対応するように基準電圧を設定する。したがって、第１基準電圧発生部１３８で設定される基準電圧は、図７Ｂに示すように、定められた負荷に供給しようとする電圧又は直流出力電圧によって設定可能である。
【００５０】
脈流比例電圧発生部１３６は、図７Ｂに示すように、整流回路部１０２から出力された脈流交流電圧を分圧し、レベルの低い電圧を出力する。
【００５１】
第１比較部１３４は、第１基準電圧発生部１３８から出力された基準電圧を比較器の非反転端子（＋）に入力し、脈流比例電圧発生部１３６から出力される電圧を比較器の反転端子（−）に入力する。そして、図７Ｃに示すように、基準電圧より脈流比例電圧発生部１３６から出力される電圧が低い場合、ハイレバルを有する第１パルス制御信号を出力し、基準電圧より脈流比例電圧発生部１３６から出力される電圧が高い場合、ローレベルを有する第１パルス制御信号を出力する。
【００５２】
第１比較部１３４から出力された図７Ｃに示すようなパルス制御信号は、第１スイッチング部１０４に供給される。
【００５３】
したがって、第１スイッチング部１０４は、第１比較部１３４から出力された第１パルス制御信号のローレベル区間でオフになり、ハイレベル区間でオンになることで、整流回路部１０２から出力された図７Ａに示すような脈流交流電圧を電荷蓄積回路部１０８に供給する。
【００５４】
電荷蓄積回路部１０８は、図７Ｄに示すように、第１スイッチング部１０４から出力された電源を１次直流電圧に変換する。このとき、電荷蓄積回路部１０８から出力する１次直流電圧は、負荷に電流を供給しないと一定の定電圧に維持されるが、負荷に電流を供給すると、反転によって１次直流電圧の大きさが漸次的に減少した後、第１パルス制御信号がハイレベルであるときに充電し、ローレベルであるときに放電する反復的な充放電現象が生じ、図７Ｄに示したような電圧波形が表れる。例えば、負荷に５Ｖの定電圧を供給しようとする場合、図７Ｄに示した電圧波形でピーク電圧を約９Ｖ、最低電圧を約６Ｖに設定することが適当である。もちろん、これら値は、回路設計者が基準電圧、脈流比例電圧発生部の出力電圧、負荷に流れる電流、第１及び第２電荷蓄積回路部１０８，１２５のキャパシタ容量などを調節して任意に設定することができる。
【００５５】
第１基準電圧発生部１３８で基準電圧をより低く設定すると、第２スイッチング部１２６を使用せずにも、第１電荷蓄積回路部１０８から出力される１次直流電圧を約５Ｖに出力することができ、直ぐに負荷駆動に用いることができる。
【００５６】
その後、第２制御回路部１２８は、第１電荷蓄積回路部１０８から出力される１次直流電圧を使用者の望む電圧レベルに多様に変換するための第２パルス制御信号を出力する一方、第２スイッチング部１２６は、第２制御回路部１２８から出力される第２パルス制御信号によって、第１電荷蓄積回路部１０８から出力される１次直流電圧をスイッチングして出力する。そして、第２電荷蓄積回路部１２５は、第２スイッチング部１２６から出力される電圧を平滑してノイズを除去し、これを２次直流電圧として出力する（図７Ｅを参照）。
【００５７】
また、保護回路部１１４は、第２電荷蓄積回路部１２５から出力される２次直流電圧の出力状態を検出し、過電圧又は過電流が発生すると第１制御回路部１０３の動作を停止させる。すなわち、第１制御回路部１０３の第１アップ／ダウン部１４０で第１スイッチング部１０４を駆動しないので、電源が出力されない。すなわち、保護回路部１１４は、第２電荷蓄積回路部１０８から出力される２次直流電圧の電圧レベルの変化を検出し、過電圧又は過電流の発生時、第１アップ／ダウン部１４０が第１制御回路部１０３の動作を停止させるようにする。上述したように、通常、負荷の消費電力と定格電圧が予め設定されているので、この予め設定されている負荷の消費電力や定格電圧に対比して供給される電流や電圧が高くなると、過電圧や過電流と判断することができる。このように、過電圧や過電流の検出時、第１アップ／ダウン部１４０が第１スイッチング部１０４の動作を停止させるようにするが、これは、一般的な負荷、例えば、電力消費製品に使用されるヒューズやリレースイッチなどの機能とも類似している。これは、通常的な場合と同様に、第１比較部１３４の出力端や第１アップ／ダウン部１４０の出力端などに少なくとも一つのヒューズやリレイスイッチを備えたり、論理積演算回路などを備えることで行われる。
【００５８】
もちろん、第２制御回路部１２８、第２スイッチング部１２６、第２電荷蓄積回路部１２５が備わっていない状態でも、保護回路部１１４は、蓄積回路部１０８から出力される電圧を検出し、過電圧又は過電流が発生すると第１制御回路部１０３の動作を停止させることができる。
【００５９】
以下、第２制御回路部１２８の動作を具体的に説明する。
【００６０】
出力電圧センシング部１５２は、第２電荷蓄積回路部１２５から出力される２次直流電圧をセンシングしてフィードバックし、第２基準電圧発生部１５６は、使用者の望む電圧レベルに相応する基準電圧を出力する。
【００６１】
そして、第２比較部１５４は、出力電圧センシング部１５２によってフィードバックされる電圧と第２基準電圧発生部１５６から出力される基準電圧とを比較し、第２スイッチング部１２６を制御するための第２パルス制御信号を出力する。
【００６２】
したがって、第２スイッチング部１２６は、第２比較部１５４から出力される第２パルス制御信号によってスイッチングされ、第１電荷蓄積回路部１０８から出力される１次直流電圧を出力し、第２電荷蓄積回路部１２５で第２スイッチング部１２６から出力される電圧を平滑してノイズを除去し、レベルを変えて安定した２次直流電圧を出力する。
【００６３】
すなわち、第２スイッチング部１２６が第２比較部１５４から出力される第２パルス制御信号によってオン／オフになるので、第２電荷蓄積回路部１２５は、第２パルス制御信号がハイレベルであるときに充電し、ローレベルであるときに放電する反復的な充放電現象が生じ、図７Ｅに示した電圧波形が表れる。
【００６４】
もちろん、第２アップ／ダウン部１５８は、第２比較部１５４から出力される第２パルス制御信号のレベルが所望の値に到達できない場合、パルス信号のレベルをアップ／ダウンさせて出力する。
【００６５】
一方、本発明の第２実施形態に係るＡＣ／ＤＣ変換器の動作は、本発明の第１実施形態に係るＡＣ／ＤＣ変換器の動作と類似している。すなわち、ＤＣ／ＤＣ変換器は、一般的に広く用いられるもので、使用者の設定によって直流電源の電圧レベルを変えて出力させることができる。
【００６６】
上述したように構成で動作する本発明に係るＡＣ／ＤＣ変換器は、従来のＡＣ／ＤＣ変換器の大きさと重さなどの問題点を改善することができる。また、ＡＣ／ＤＣ変換効率を約８９％向上させることができ、商用電源を用いているので１００Ｈｚ又は１２０Ｈｚの低い周波数でスイッチングするので、スイッチングによるＥＭＩ発生が少ない。これとともに、ＡＣ／ＤＣ変換器の待機電力も数十〜数百μＷと小さく、小型パッケージのハイブリッドＩＣ化、ワンチップ化が可能となる。したがって、ＡＣ／ＤＣ変換回路の設計時、設計空間を減少させることができる。
【００６７】
以上説明した本発明は、上述した実施形態及び添付された図面に限定されるものでなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で多様な置換、変形及び変更が可能であることは、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者にとって明白であろう。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】従来のリニアＡＣ／ＤＣ変換器の構成ブロック図である。
【図２】従来のスイッチングモードＡＣ／ＤＣ変換器の構成ブロック図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係るＡＣ／ＤＣ変換器を示したブロック構成図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係るＡＣ／ＤＣ変換器の第１制御回路部の詳細構成を示したブロック図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係るＡＣ／ＤＣ変換器の第２制御回路部の詳細構成を示したブロック図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係るＡＣ／ＤＣ変換器の構成ブロック図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係るＡＣ／ＤＣ変換器の各部の入／出力波形図である。
【符号の説明】
【００６９】
１０２  整流回路部
１０３  第１制御回路部
１０４  第１スイッチング部
１０８，１２５  電荷蓄積回路
１２６  第２スイッチング部
１２８  第２制御回路部
１１４  保護回路部
１１６  負荷
１３２  駆動電圧発生部
１３４，１５４  比較部
１３６  脈流比例電圧発生部
１３８，１５６  基準電圧発生部
１４０，１５８  第１比較部
１５２  出力電圧センシング部
【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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