(57)【要約】      （修正有）【課題】本発明は、サブハーモニクス対策のためのスロープ補償を必要とせず、連続的に電流臨界モードと電流連続モードとを切り替えることが可能な力率改善回路を提供する。【解決手段】交流電圧を整流する整流手段ＤＢ１と、一次巻線Ｎｐ及び二次巻線Ｎｃを有するトランスＴ１と、前記一次巻線に接続された主スイッチング素子Ｑ１とを有する力率改善回路であって、前記二次巻線に接続され、前記主スイッチング素子がオフしたことを検出し、前記主スイッチング素子のオフ期間に一次巻線電流がゼロになったことを検出するゼロ電流検出手段１６と、前記二次巻線で発生する電圧より三角波信号を生成し、この三角波信号のピーク値が設定値以上になったときにゼロ電流検出手段の検出結果を無視して強制的に前記主スイッチング素子をオンさせて電流連続モードで動作させる電流連続モード動作手段２と、を備えたことを特徴とする力率改善回路。【選択図】図１
2008193818.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電圧を整流して供給する整流手段と、一次巻線及び二次巻線を有し、前記一次巻線の一端が前記整流手段と接続されたトランスと、前記トランスの一次巻線の他端と接続された主スイッチング素子とに接続され、前記主スイッチング素子によって前記交流電圧の周期に比して速い周期にて繰り返しオン・オフして、前記整流手段の出力電圧の制御を行う力率改善回路であって、
前記二次巻線に接続され、前記主スイッチング素子がオフしたことを検出し、前記主スイッチング素子のオフ期間に一次巻線電流がゼロになったことを検出するゼロ電流検出手段と、
前記二次巻線で発生する電圧より三角波信号を生成し、この三角波信号のピーク値が設定値以上になったときに前記ゼロ電流検出手段の検出結果を無視して強制的に前記主スイッチング素子をオンさせて電流連続モードで動作させる電流連続モード動作手段と、
を備えたことを特徴とする力率改善回路。
【請求項２】
前記電流連続モード動作手段は、スイッチング素子を備え、前記二次巻線で発生する電圧より三角波信号を生成し、この三角波信号のピーク値が設定値以上になったときに前記スイッチング素子をオンさせて、強制的に前記主スイッチング素子をオンさせるように構成してあることを特徴とする請求項１記載の力率改善回路。
【請求項３】
前記電流連続モード動作手段は、ＯＲ回路を備え、前記二次巻線で発生する電圧より三角波信号を生成し、この三角波信号のピーク値が設定値以上になったときに前記ＯＲ回路から前記主スイッチング素子へ強制的にオン信号を発振して、前記主スイッチング素子をオンさせるように構成してあることを特徴とする請求項１記載の力率改善回路。
【請求項４】
前記電流連続モード動作手段は、コンデンサを備え、前記二次巻線で発生する電圧に基づいて充放電して三角波信号を生成するように構成してあることを特徴とする請求項２又は３記載の力率改善回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング電源に用いられる力率改善回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来における力率改善回路は、電流臨界型と電流連続型とがある。電流臨界型は出力電力が大きく、入力電圧が低いときに、主スイッチング素子の発振周波数が低くなり、チョークのハウリングが発生することと、主スイッチング素子及びチョークの電流ピークが大きくなり、主スイッチング素子の電流実行値が増加するため効率が低下することから、出力電力が３００Ｗまでの小電力の力率改善回路には適するが、３００Ｗ以上の大電力の力率改善回路には適さない。一方、電流連続型は主スイッチング素子のスイッチングロスが大きいため、この課題に大きな影響を受けない３００Ｗ以上の大電力の力率改善回路には適するが、大きな影響を受ける小電力の力率改善回路には適さない。
【０００３】
このような課題を解決する手段として、電流臨界モードで動作し、ある一定の出力電圧に達したら周波数を固定することにより電流連続モードに切り替える切替手段を備えた力率改善回路や（特許文献１参照）、主スイッチング素子のオフ期間を固定することにより、ある一定の出力電力に達したら電流臨界モードと電流連続モードとを切り替える切替手段を備えた力率改善回路が開発された（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００５−２０９９４号公報
【特許文献２】米国特許出願公開第２００４／２６３１４０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、周波数固定して電流臨界モードと電流連続モードとを切り替える切替手段を設けた場合、主スイッチング素子のオンデューティが５０％以上になるとサブハーモニクスが発生する。このサブハーモニクス対策のためにスロープ補償が必要である。
【０００５】
また、主スイッチング素子のオフ期間を固定して電流臨界モードと電流連続モードとを切り替える切替手段を設けた場合、例えば２００Ｖ系入力のような入出力電圧差が小さい場合、発振周波数が低下せず、主スイッチング素子の電流ピークも小さいため、電流臨界モードの方が効率が良いが、オフ時間が広がり、電流連続モードで動作し易くなり、電流臨界モードと電流連続モードとの切替手段を機能停止する必要があった。
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、サブハーモニクス対策のためのスロープ補償を必要とせず、連続的に電流臨界モードと電流連続モードとを切り替えることが可能な力率改善回路を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係る力率改善回路は、交流電圧を整流して供給する整流手段と、一次巻線及び二次巻線を有し、前記一次巻線の一端が前記整流手段と接続されたトランスと、前記トランスの一次巻線の他端と接続された主スイッチング素子とに接続され、前記主スイッチング素子によって前記交流電圧の周期に比して速い周期にて繰り返しオン・オフして、前記整流手段の出力電圧の制御を行う力率改善回路であって、前記二次巻線に接続され、前記主スイッチング素子がオフしたことを検出し、前記主スイッチング素子のオフ期間に一次巻線電流がゼロになったことを検出するゼロ電流検出手段と、前記二次巻線で発生する電圧より三角波信号を生成し、この三角波信号のピーク値が設定値以上になったときに前記ゼロ電流検出手段の検出結果を無視して強制的に前記主スイッチング素子をオンさせて電流連続モードで動作させる電流連続モード動作手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
前記電流連続モード動作手段は、スイッチング素子を備え、前記二次巻線で発生する電圧より三角波信号を生成し、この三角波信号のピーク値が設定値以上になったときに前記スイッチング素子をオンさせて、強制的に前記主スイッチング素子をオンさせるように構成してあることを特徴とする。
前記電流連続モード動作手段は、ＯＲ回路を備え、前記二次巻線で発生する電圧より三角波信号を生成し、この三角波信号のピーク値が設定値以上になったときに前記ＯＲ回路から前記主スイッチング素子へ強制的にオン信号を発振して、前記主スイッチング素子をオンさせるように構成してあることを特徴とする。
前記電流連続モード動作手段は、コンデンサを備え、前記二次巻線で発生する電圧に基づいて充放電して三角波信号を生成するように構成してあることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、磁気的に結合された一次、二次巻線を有するトランスの二次巻線で発生する電圧より三角波信号を生成し、この三角波信号のピーク値が設定値以上になったときに、主スイッチング素子のオフ期間に一次巻線電流がゼロになったことを検出するゼロ電流検出手段の検出結果を無視して強制的に主スイッチング素子をオンさせて電流連続モードで動作させる電流連続モード動作手段を設けたことにより、軽負荷時は電流臨界モードで、重負荷時は電流連続モードで動作させることにより、それぞれのモードでの利点を生かすことができるとともに、サブハーモニクス対策のためのスロープ補償が不要であるという効果がある。
【００１０】
また、本発明によれば、例えば、２００Ｖ系入力のような入出力電圧差が小さい場合であっても、二次巻線のプラス電圧が小さく、マイナス電圧が大きくなって、三角波信号のレベルが下がるため、電流連続モードになりにくくなり、スムーズに電流臨界モードで動作することができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、添付図面を用いて本発明力率改善回路に係る実施例を説明する。図１は本発明に係る力率改善回路を示した図である。図１に示すように、本発明の一実施形態における力率改善回路は、ダイオードブリッジＤＢ１（整流手段）と、トランスＴ１と、スイッチング素子Ｑ１と、ダイオードＤ１と、コンデンサＣ１、Ｃ１３と、抵抗Ｒ１〜Ｒ１０と、制御回路１とから構成される。
【００１２】
ダイオードブリッジＤＢ１は整流回路をなし、コンセントから入力した交流電力を整流する。トランスＴ１は、相互に電磁結合された一次巻線Ｎｐと二次巻線Ｎｃとを有する。主スイッチング素子Ｑ１はＭＯＳＦＥＴで構成し、第１および第２の主端子としてドレインとソースおよび制御電極としてゲートを有する。
【００１３】
入力端ＡＣinputの一方端を、ダイオードブリッジＤＢ１の一方の交流入力端に接続してある。入力端ＡＣinputの他方端をダイオードブリッジＤＢ１の他方の交流入力端に接続してある。ダイオードブリッジＤＢ１の正の直流出力端を抵抗Ｒ１の一方の端に接続してある。抵抗Ｒ１の他方端をコンデンサＣ１の一方端、トランスＴ１の一次巻線Ｎｐの負極側及び抵抗Ｒ２の一方端に接続してある。
【００１４】
トランスＴ１の一次巻線Ｎｐの正極側を主スイッチング素子Ｑ１のドレイン及びダイオードＤ１のアノードに接続してある。ダイオードＤ１のカソードをコンデンサＣ１３の正極側及び出力端Outputの内の正電圧端＋Ｖ並びに抵抗Ｒ８の一方の端に接続してある。
【００１５】
ダイオードブリッジＤＢ１の負の直流出力端をコンデンサＣ１の他方の端、抵抗Ｒ６，Ｒ７の一方の端、コンデンサＣ１３の負極側及び出力端Outputの内の負電圧端−Ｖに接続してある。
【００１６】
抵抗Ｒ２の他方の端を、抵抗Ｒ３の一方の端および制御回路１の入力端Ａに接続してある。抵抗Ｒ３の他方の端をグランド電位に接地してある。尚、抵抗Ｒ２，Ｒ３は入力側分圧抵抗をなす。
【００１７】
トランスＴ１の二次巻線Ｎｃの負極側をグランド電位に接地してある。トランスＴ１の二次巻線Ｎｃの正極側を抵抗Ｒ４の一方端に接続してある。抵抗Ｒ４の他方端を制御回路１の入力端Ｂに接続してある。主スイッチング素子Ｑ１のソースを抵抗Ｒ７の他方端及び抵抗Ｒ１０を介して制御回路１の入力端Ｃに接続してある。尚、抵抗Ｒ７は主スイッチング素子Ｑ１のスイッチング電流ＩＱ１を検出するための電流検出用の抵抗である。
【００１８】
抵抗Ｒ８の他方端を、抵抗Ｒ９の一方端及び制御回路１の入力端Ｄに接続してある。抵抗Ｒ９の他方端をグランド電位に接地してある。尚、抵抗Ｒ８，Ｒ９は出力側分圧抵抗をなす。
【００１９】
主スイッチング素子Ｑ１のゲートを抵抗Ｒ５の一方端及び抵抗Ｒ６の他方端に接続してある。抵抗Ｒ５の他方端を制御回路１の出力端Ｅに接続してある。
【００２０】
制御回路１は、ドライバ１１と、コンパレータ１２（スイッチング素子電流検出手段）と、マルチプライヤ１３と、ＲＳフリップフロップ１５と、コンパレータ１６（ゼロ電流検出手段）と、アンプ１７（出力電圧検出手段）と、ワンショット・マルチバイブレータ（ＯＳＭＶ：単安定マルチバイブレータ）１９と、定電圧源Ｅ１６，Ｅ１７とから構成し、入力端Ａ〜Ｄにて入力した諸信号に基づいて主スイッチング素子Ｑ１をオン・オフするための電圧ＶＧＳを生成して出力端Ｅから出力動作するように構成してある。
【００２１】
マルチプライヤ１３の一方の入力端を制御回路１の入力端Ａに接続してある。定電圧源Ｅ１７の正出力端をアンプ１７の正入力端に接続し、定電圧源Ｅ１７の負出力端をグランド電位に接地してある。アンプ１７の負入力端を制御回路１の入力端Ｄに接続してある。マルチプライヤ１３の他方の入力端をアンプ１７の出力端に接続してある。コンパレータ１２の負入力端をマルチプライヤ１３の出力端に接続してある。コンパレータ１２の正入力端を制御回路１の入力端Ｃに接続し、コンパレータ１２の出力端をＲＳフリップフロップ１５のリセット端子Ｒに接続してある。
【００２２】
定電圧源Ｅ１６の正出力端をコンパレータ１６の負入力端に接続し、定電圧源Ｅ１６の負出力端をグランド電位に接地してある。コンパレータ１６の正入力端を制御回路１の入力端Ｂに接続し、コンパレータ１６の出力端をＯＳＭＶ１９の入力端に接続してある。ＯＳＭＶ１９の出力端をＲＳフリップフロップ１５のセット端子Ｓに接続してある。ＲＳフリップフロップ１５の出力端子Ｑをドライバ１１の入力端に接続し、ドライバ１１の出力端を制御回路１の出力端Ｅに接続してある。
【００２３】
マルチプライヤ１３を入力端Ａから入力した電圧ＭＵＬＴと、アンプ１７による、入力端Ｄから入力した電圧と定電圧源Ｅ１７の出力電圧との比較結果とを乗算してコンパレータ１２へ出力する。コンパレータ１２は入力端Ｃから入力した電圧と、マルチプライヤ１３から入力した乗算結果とを比較して、比較結果をＲＳフリップフロップ１５のリセット端子Ｒに出力する。
【００２４】
コンパレータ１６は、入力端Ｂから入力した電圧と定電圧源Ｅ１６の出力電圧との比較結果とを比較して比較結果をＯＳＭＶ１９に出力する。ＯＳＭＶ１９は一定のレベルを保つ信号またはローレベルからハイレベルに上がる信号を入力した場合、ローレベルの信号を、ＲＳフリップフロップ１５のセット端子Ｓに出力するが、ハイレベルからローレベルに下がる信号を入力した場合、該信号の立下り以前はローレベルであり、立ち上がりに同期して一定時間長だけハイレベルとなり、その後ローレベルに戻る信号（パルス）を、ＲＳフリップフロップ１５のセット端子Ｓに出力する。
【００２５】
ＲＳフリップフロップ１５はリセット端子Ｒ又はセット端子Ｓに入力された電圧に基づいて、出力端子Ｑについて、セット動作またはリセット動作を行う。ドライバ１１は、例えば、トランジスタを用いたスイッチング回路から構成され、ＲＳフリップフロップ１５の出力端Ｑの電圧に基づいて、スイッチング電源１に入力される交流電流の周波数より高い周波数（スイッチング周波数）にて、主スイッチング素子Ｑ１をオン・オフさせる。ドライバ１１はハイレベルの信号を入力すると主スイッチング素子Ｑ１をオンさせ、ローレベルの信号を入力すると主スイッチング素子Ｑ１をオフさせる。尚、ドライバ１１は、上述したように、主スイッチング素子Ｑ１のゲートをオン・オフさせることができれば構成は限定しない。
【００２６】
本実施例に係る力率改善回路は、制御回路１とは別に、ゼロ電流検出手段（コンパレータ１６）の検出結果を無視して強制的に主スイッチング素子Ｑ１をオンさせて電流連続モードで動作させる電流連続モード動作回路２を設けてある。この電流連続モード動作回路２は、コンパレータ２１と、ＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ２と、定電圧源Ｅ２１と、ショットキバリアダイオードＳＢＤと、コンデンサＣ２１と、抵抗Ｒ２１とから構成してある。
【００２７】
トランスＴ１の二次巻線Ｎｃは抵抗Ｒ２１と接続し、この抵抗Ｒ２１はコンパレータ２１の正入力端に接続して、二次巻線Ｎｃで発生する電圧を入力するようにしてある。また、抵抗Ｒ２１と、一方端を力率改善回路の主回路のグランド端子に接続してあるコンデンサＣ２１及びコンパレータ２１の正入力端とを直列に接続し、コンデンサＣ２１の充放電動作により、二次巻線Ｎｃから三角波信号を生成するようにしてある。
【００２８】
この際、入力電圧が高く出力電圧との間に差が小さい場合、二次巻線Ｎｃのプラス電圧が小さくなり、マイナス電圧が大きくなる。これによりコンデンサＣ２１の充電電流が小さく、放電電流が大きくなり、コンデンサＣ２１の三角波の電圧は低下し、負の電圧になる。このとき、制御回路１のＡ端子からコンデンサへの電流が流れ、制御回路１の誤動作の原因となる。この電流を抑制するために、本実施例ではコンデンサＣ２１と並列にショットキバリアダイオードＳＢＤを接続し、ショットキバリアダイオードＳＢＤのアノード及びコンデンサＣ２１の一方端を共通電位側に設け、ショットキバリアダイオードＳＢＤのカソード及びコンデンサＣ２１の他方端を、抵抗Ｒ２１を介して、トランスＴ１の二次巻線Ｎｃの一方端に接続してある。なお、このショットキバリアダイオードＳＢＤは本発明においては任意構成要素である。
【００２９】
コンパレータ２１の正入力端を、コンデンサＣ２１と、抵抗Ｒ２１を介したトランスＴ１の二次巻線Ｎｃの一方端に接続し、コンパレータ２１の負入力端を定電圧源Ｅ２１に接続してある。コンパレータ２１の出力端をスイッチング素子Ｑ２のゲートに接続し、このスイッチング素子Ｑ２のドレインをコンパレータ１６の正入力端に接続してある。
【００３０】
コンパレータ２１は、トランスＴ１の二次巻線Ｎｃで発生した電圧から抵抗Ｒ２１とコンデンサＣ２１で決まる時定数によってコンデンサＣ２１を充放電して三角波信号を生成し、この三角波信号と定電圧源Ｅ２１で生成される基準信号とをコンパレータ２１で比較し、三角波信号のピーク値が設定値以上になったときにスイッチング素子Ｑ２がオンするようにコンパレータ２１からスイッチング素子Ｑ２のゲート端子に出力して、制御回路１のＢ端子の電圧を強制的にゼロにし、コンパレータ１６によりハイ信号を出力させ、一次巻線電流がゼロになる前に主スイッチング素子Ｑ１をオンさせて電流連続モードで動作させる。
【００３１】
次に、スイッチング電源の動作を説明する。先ず、主スイッチング素子Ｑ１がオンしている場合、入力端ＡＣinputから入力された交流電流がダイオードブリッジＤＢ１によって整流され、整流された直流電流が、抵抗Ｒ１、トランスＴ１の一次巻線Ｎｐ、主スイッチング素子Ｑ１及び抵抗Ｒ７を通じて流れ、一次巻線Ｎｐに電磁エネルギが蓄積される。
【００３２】
次に、主スイッチング素子Ｑ１がオフし、一次巻線Ｎｐに蓄積された電磁エネルギが放出されて、ダイオードＤ１及びコンデンサＣ１３に電流が流れ、コンデンサＣ１３が昇圧充電される。これにより、入力端ＡＣinputから入力された交流電圧より高い値の直流出力電圧がコンデンサＣ１３の両端から、出力端Outputにおいて出力される。そして、一次巻線Ｎｐに流れる電流（インダクタ電流）が徐々に減少してゼロまで戻る制御が行われる。
【００３３】
次に、制御回路１の動作の概略を説明する。なお、図２に本実施例に係る動作波形図を示す。先ず、ここで、主スイッチング素子Ｑ１がオンしているとする。入力端Ａにおいて、ダイオードブリッジＤＢ１から出力された直流電圧を抵抗Ｒ２，Ｒ３によって分圧した電圧である電圧ＭＵＬＴが入力され、入力端Ｄにおいて、出力端Outputにおける直流電圧を抵抗Ｒ８，Ｒ９によって分圧した電圧である電圧ＭＯが入力され、アンプ１７において定電圧源Ｅ１７の出力電圧と比較され、アンプ１７の出力電圧と電圧ＭＵＬＴがマルチプライヤ１３によって乗算されて、交流入力電流の基準信号が生成される。そして、該基準信号の電圧と抵抗Ｒ７の検出電圧とがコンパレータ１２によって比較される。このとき、抵抗Ｒ７の検出電圧が基準電圧より大きいと、コンパレータ１２はハイレベルの信号をＲＳフリップフロップ１５の入力端Ｒに出力し、ＲＳフリップフロップ１５の出力端Ｑからローレベルの信号を出力させ（リセットする）、ドライバ１１を介して、主スイッチング素子Ｑ１をオフにする。
【００３４】
以上のように、主スイッチング素子Ｑ１がオンからオフの状態になると、抵抗Ｒ７に以下のような電圧が発生する。すなわち、主スイッチング素子Ｑ１のＶｄｓとグランド電位との差の電圧が発生する。それに伴い、一次巻線Ｎｐにも同様の電圧が発生し、巻線比に比例して、二次巻線Ｎｃにも電圧が発生し、抵抗Ｒ４を介して、制御回路１の入力端Ｂにおいて、ＺＣＤ（zero/current）信号として観測される。
【００３５】
以上の動作により、二次巻線Ｎｃによって、制御回路１において、主スイッチング素子Ｑ１のオフ期間に一次巻線Ｎｐに流れる電流がゼロになったことを検知することができる。ここで、一次巻線Ｎｐに流れる電流がゼロになると、二次巻線Ｎｃの電圧が負になり、ＺＣＤ信号もローレベルになり、ＺＣＤ信号の電圧が定電圧源Ｅ１６の出力電圧より小さくなり、コンパレータ１６はローレベルの信号をＯＳＭＶ１９に出力し、ＯＳＭＶ１９が規定のハイレベルの信号を発して、ＲＳフリップフロップ１５の入力端Ｓに出力し、ＲＳフリップフロップ１５の出力端Ｑからハイレベルの信号を出力させ（セットする）、ドライバ１１を介して、主スイッチング素子Ｑ１をオンにする。以上の動作により、制御回路１によって主スイッチング素子Ｑ１のオン・オフ制御が行われることになる。
【００３６】
次に、制御回路１の動作の詳細を説明する。先ず、制御回路１が主スイッチング素子Ｑ１のオン・オフ制御を一定周期にて行う場合について説明する。制御回路１ではなく、コンデンサインプット型電源のとき、入力端ＡＣinputにおいて流れる電流は、急峻に変化するパルス状の電流となる。
【００３７】
ここで、電力は電圧と電流の積であるから、時間的に見て、電圧と電流との積である電力がゼロとなる領域が広くなり、電力を効率的に取り出すことが難しくなる。また、電流の波形が急峻に変化するため、電気的なノイズを発生して、他の機器の動作に悪影響を与えてしまう。
【００３８】
そのため、一次巻線Ｎｐに、以下のような条件を満たすような一次巻線電流ＩＮｐを流す。すなわち、一次巻線電流ＩＮｐのピーク値によって形成される包絡線Ｅｖｒ１、換言すると、入力端ＡＣinputにおいて流れる電流が、入力端ＡＣinputにおいて印加される電圧と同じ波形を有するようにする。
【００３９】
具体的に、一次巻線Ｎｐに上述したような一次巻線電流ＩＮｐを流すためには、以下のような動作を行う。すなわち、一次巻線電流ＩＮｐが右上がりの傾斜を有する領域においては、主スイッチング素子Ｑ１がオンして、一次巻線電流ＩＮｐが増加している状況であり、一次巻線電流ＩＮｐが右下がりがりの傾斜を有する領域においては、主スイッチング素子Ｑ１のオフ期間になって、一次巻線電流ＩＮｐが減少している状況である。そのため、主スイッチング素子Ｑ１をオンする時間長さを調整することによって、一次巻線電流ＩＮｐのピーク値を調整する。
【００４０】
ここで、主スイッチング素子Ｑ１をオンするための信号（オントリガ）は二次巻線Ｎｃによって検出され、入力端Ｂにおいて入力されるＺＣＤ信号に基づいて生成される。一方、主スイッチング素子Ｑ１をオフするための信号（オフトリガ）は、入力端Ａにおいて入力される電圧ＭＵＬＴ、入力端Ｄにおいて入力される電圧ＭＯ及び主スイッチング素子Ｑ１に流れるスイッチング電流ＩＱ１に比例する電圧ＣＳに基づいて生成される。これらのオントリガ、オフトリガは、出力端Ｅから電圧ＶＧＳとして出力される。以上の動作によって、制御回路１は、力率を向上させつつ、主スイッチング素子Ｑ１をオン・オフし、且つ、周りの電気機器に対する影響を軽減する。
【００４１】
次に、電流連続モード動作回路２の動作を説明する。電流連続モード動作回路２は、トランスＴ１の二次巻線Ｎｃで発生する電圧からコンデンサＣ２１が充放電を行い三角波信号を生成して、コンパレータ２１の正入力端に出力する。コンパレータ２１ではこの三角波信号と定電圧源Ｅ２１の電圧により生成される基準信号とを比較し、この三角波信号のピーク値が設定値以上になったときにハイ信号として、スイッチング素子Ｑ２のゲート端子に出力する。これにより、スイッチング素子Ｑ２はオンする。
【００４２】
スイッチング素子Ｑ２がオンすると、ＺＣＤ端子の電圧は反転して、ハイからローとなり、コンパレータ１６の正入力に出力される。コンパレータ１６にローとなったＺＣＤ信号が出力されると、ＯＳＭＶ１９から一定時間のハイ信号が出力される。ＯＳＭＶ１９はこの信号をＲＳフリップフロップ１５のセット端子Ｓに出力する。
【００４３】
ＲＳフリップフロップ１５はセット動作を行う。ＲＳフリップフロップ１５の出力端Ｑの電圧に基づいて、ドライバ１１はスイッチング電源１に入力される交流電流の周波数より高い周波数（スイッチング周波数）にて、主スイッチング素子Ｑ１をオン・オフさせる。この場合は、一次巻線の電流がゼロになる前にスイッチング素子Ｑ２をオンし、ＺＣＤ端子をローにすることによって、ドライバ１１はハイレベルの信号を入力するので、主スイッチング素子Ｑ１は一次巻線の電流がゼロになる前にオンする。これにより図２に示すように、一次巻線Ｎｐの電流は電流連続動作となり、力率改善回路の主回路は電流連続モードで動作させることができる。
【００４４】
一方、この三角波信号のピーク値が設定値以下になるとロー信号として、スイッチング素子Ｑ２のゲート端子に出力する。これにより、スイッチング素子Ｑ２はオフする。スイッチング素子Ｑ２がオフすると、コンパレータ１６は、入力端Ｂから入力した電圧と定電圧源Ｅ１６の出力電圧との比較結果とを比較して比較結果をＯＳＭＶ１９に出力する。ＯＳＭＶ１９は一定のレベルを保つ信号又はローレベルからハイレベルに上がる信号を入力した場合、ローレベルの信号を、ＲＳフリップフロップ１５のセット端子Ｓに出力するが、ハイレベルからローレベルに下がる信号を入力した場合、該信号の立下り以前はローレベルであり、立ち上がりに同期して一定時間長だけハイレベルとなり、その後ローレベルに戻る信号（パルス）を、ＲＳフリップフロップ１５のセット端子Ｓに出力する。
【００４５】
ＲＳフリップフロップ１５はリセット端子Ｒ又はセット端子Ｓに入力された電圧に基づいて、出力端子Ｑはセット動作時にハイ信号、リセット動作時にロー信号が出力される。ドライバ１１は、例えば、トランジスタを用いたスイッチング回路から構成され、ＲＳフリップフロップ１５の出力端Ｑの電圧に基づいて、スイッチング電源１に入力される交流電流の周波数より高い周波数（スイッチング周波数）にて、主スイッチング素子Ｑ１をオン・オフさせる。ドライバ１１はハイレベルの信号を入力すると主スイッチング素子Ｑ１をオンさせ、ローレベルの信号を入力すると主スイッチング素子Ｑ１をオフさせる。これにより電流連続モードだった力率改善回路の主回路は、電流臨界モードに戻る。
【００４６】
以上の動作より、本実施例では、軽負荷時は電流臨界モードで、重負荷時は電流連続モードで動作させることにより、それぞれのモードでの利点を生かすことができるとともに、サブハーモニクス対策のためのスロープ補償が不要である。また、以上より、例えば、２００Ｖ系入力のような入出力電圧差が小さい場合であっても、二次巻線Ｎｃのプラス電圧が小さく、マイナス電圧が大きくなって、三角波信号のレベルが下がるため、電流連続モードになりにくくなり、スイッチング損失の少ない電流臨界モードで動作することができる。
【００４７】
続いて、本発明に係る力率改善回路の要部を集積回路化した場合の実施例を図３に示す。なお、前記実施例と同じ構成要素のものについては図３においても図１と同じ番号を付すとともに、説明を割愛する。
【００４８】
図３図示の実施例に係る制御回路１は、前記実施例と同様に、ドライバ１１と、コンパレータ１２（スイッチング素子電流検出手段）と、マルチプライヤ１３と、ＲＳフリップフロップ１５と、コンパレータ１６（ゼロ電流検出手段）と、アンプ１７（出力電圧検出手段）と、コンパレータ１８（周波数設定手段）と、定電圧源Ｅ１６，Ｅ１８とを備え、入力端Ａ〜Ｄにて入力した諸信号に基づいて主スイッチング素子Ｑ１をオン・オフするための電圧ＶＧＳを生成して出力端Ｅから出力動作するように構成してある。
【００４９】
本実施例ではＯＲ回路１４を備え、このＯＲ回路１４はコンパレータ１６の出力及びコンパレータ１８の出力に接続し、ＯＲ回路１４が規定のハイレベルの信号を発して、ＲＳフリップフロップ１５の入力端Ｓに出力し、ＲＳフリップフロップ１５の出力端Ｑからハイレベルの信号を出力させ（セットする）、ドライバ１１を介して、主スイッチング素子Ｑ１をオンにする。
【００５０】
一方、本実施例に係る電流連続モード動作回路２は、コンパレータ１８と、定電圧源Ｅ１８と、ＯＲ回路１４と、ショットキバリアダイオードＳＢＤと，コンデンサＣ２１と、抵抗Ｒ２１とから構成してある。なお、コンパレータ１８、定電圧源Ｅ１８、及びＯＲ回路１４は制御回路１内に有する。
【００５１】
前記実施例と同様に、コンデンサＣ２１の充放電動作により、二次巻線Ｎｃから三角波信号を生成して、この三角波信号を制御回路１の入力端Ａからコンパレータ１８の正入力端に出力する。このコンパレータ１８は前記実施例のコンパレータ２１と同様の役割をし、電流連続モード動作回路２で生成された三角波信号と定電圧源Ｅ１８で生成される基準信号とをコンパレータ１８で比較し、三角波信号のピーク値が設定値以上になったときにコンパレータ１８からＯＲ回路１４へオン信号を出力する。
【００５２】
次に、電流連続モード動作回路２の動作を説明する。電流連続モード動作回路２は、トランスＴ１の二次巻線Ｎｃで発生する電圧からコンデンサＣ２１が充放電を行い三角波信号を生成して、コンパレータ１８の正入力端に出力する。コンパレータ１８ではこの三角波信号と定電圧源Ｅ１８の電圧により生成される基準信号とを比較し、この三角波信号のピーク値が設定値以上になったときにハイ信号として、ＯＲ回路１４の入力端に出力し、ＯＲ回路１４はこの信号をＲＳフリップフロップ１５のセット端子Ｓに出力し、前記実施例と同様に、メインチョーク電流は電流連続動作となり、力率改善回路の主回路は電流連続モードで動作させることができる。
【００５３】
一方、この三角波信号のピーク値が設定値以下になるとロー信号として、ＯＲ回路１４の入力端に出力する。ＯＲ回路１４はこの信号を受けても信号を出力しない。一方、ＯＲ回路１４はコンパレータ１６から出力される信号に応じて、ＲＳフリップフロップ１５に信号を出力し、ＲＳフリップフロップ１５はリセット端子Ｒ又はセット端子Ｓに入力された電圧に基づいて、出力端子Ｑはセット動作時にハイ信号、リセット動作時にロー信号が出力される。ＲＳフリップフロップ１５の出力端Ｑの電圧に基づいて、スイッチング電源１に入力される交流電流の周波数より高い周波数（スイッチング周波数）にて、主スイッチング素子Ｑ１をオン・オフさせる。ドライバ１１はハイレベルの信号を入力すると主スイッチング素子Ｑ１をオンさせ、ローレベルの信号を入力すると主スイッチング素子Ｑ１をオフさせる。これにより電流連続モードだった力率改善回路の主回路は、電流臨界モードに戻る。
【００５４】
以上の動作より、本実施例においても前記実施例と同様に、軽負荷時は電流臨界モードで、重負荷時は電流連続モードで動作させることにより、それぞれのモードでの利点を生かすことができるとともに、サブハーモニクス対策のためのスロープ補償が不要である。また、以上より、例えば、２００Ｖ系入力のような入出力電圧差が小さい場合であっても、二次巻線Ｎｃのプラス電圧が小さく、マイナス電圧が大きくなって、三角波信号のレベルが下がるため、電流連続モードになりにくくなり、スムーズに電流臨界モードで動作することができる。
【００５５】
なお、本願発明に係る実施例に係る制御回路１は一つのモジュールや一つの集積回路で構成することを想定しているが、本願発明は実施例に縛られるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明によれば、磁気的に結合された一次・二次巻線を有するトランスの二次巻線で発生する電圧より三角波信号を生成し、この三角波信号のピーク値が設定値以上になったときに、主スイッチング素子のオフ期間に出力電流がゼロになったことを検出するゼロ電流検出手段の検出結果を無視して強制的に主スイッチング素子をオンさせて電流連続モードで動作させる電流連続モード動作手段を設けたことにより、軽負荷時は電流臨界モードで、重負荷時は電流連続モードで動作させることにより、それぞれのモードでの利点を生かすことができるとともに、サブハーモニクス対策のためのスロープ補償を不要とし、回路の簡略化が図れることで産業上利用可能である。
【００５７】
また、本発明によれば、例えば、２００Ｖ系入力のような入出力電圧差が小さい場合であっても、二次巻線のプラス電圧が小さく、マイナス電圧が大きくなって、三角波信号のレベルが下がるため、電流連続モードになりにくくなり、スムーズに電流臨界モードで動作することができることにより、産業上利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明に係る力率改善回路の一実施例を示した回路図である。
【図２】図１図示回路における動作波形図である。
【図３】本発明に係る力率改善回路の要部を集積回路化した場合の実施例を示した回路図である。
【符号の説明】
【００５９】
Ｔ１  トランス
Ｎｐ  トランスＴ１の一次巻線
Ｎｃ  トランスＴ１の二次巻線
Ｑ１  主スイッチング素子
Ｑ２  スイッチング素子
Ｄ１  整流ダイオード
ＤＢ１  ダイオードブリッジ
Ｒ１，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８，Ｒ９，Ｒ１０，Ｒ２１  抵抗
Ｃ１  入力コンデンサ
Ｃ１３  平滑コンデンサ
Ｅ１６，Ｅ１７，Ｅ１８，Ｅ２１  定電圧源
Ｃ２１  時定数コンデンサ
ＳＢＤ  ショットキバリアダイオード
１  制御回路
２  電流連続モード動作回路
１１  ドライバ
１２  コンパレータ（スイッチング素子電流検出手段）
１３  マルチプライヤ
１４  ＯＲ回路
１５  ＲＳフリップフロップ
１６  コンパレータ（ゼロ電流検出手段）
１７  アンプ（出力電圧検出手段）
１８  コンパレータ（周波数設定手段）
１９  ワンショット・マルチバイブレータ（ＯＳＭＶ）
２１  コンパレータ
【図１】
2008193818.tif 000003
【図２】
2008193818.tif 000004
【図３】
2008193818.tif 000005