(57)【要約】【課題】耐圧の低い主スイッチ素子を用いて、電源ラインの入力電流の高周波成分を減少することができ、かつ電源ラインの瞬停にも対応すること。【解決手段】入力ＡＣ電圧は絶縁トランスの一次巻線に印加される。スイッチ素子は入力ＡＣ電圧をオンオフする。第１の整流・平滑手段は、絶縁トランスの二次巻線に誘起される電圧を整流平滑して中間の電圧を出力する。検出回路は、中間の電圧を検出して、検出信号を出力する。制御回路（４６）は、検出信号をフォトカプラを介して受けて、スイッチ素子のオンオフを制御する。中間の電圧は主トランスの一次巻線に印加される。主スイッチ素子は中間の電圧をオンオフする。第２の整流・平滑手段は、主トランスの二次巻線から出力されるＡＣ電圧を整流平滑して二次側出力電圧を出力する。制御回路（５０）は第２の整流・平滑手段の出力の状態を監視して、主スイッチ素子のオンオフを制御する。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＡＣ電源からの入力ＡＣ電圧が印加される一次巻線を持つ絶縁トランスと、
前記入力ＡＣ電圧をオンオフする第１のスイッチ手段と、
前記絶縁トランスの二次巻線に誘起される電圧を整流平滑して中間の電圧を出力する第１の整流・平滑手段と、
前記中間の電圧を検出して、検出信号を出力する検出回路と、
前記検出信号を電気的絶縁分離手段を介して受けて、前記第１のスイッチ手段のオンオフを制御する第１の制御回路と、
前記中間の電圧が印加される一次巻線を持つ主トランスと、
前記中間の電圧をオンオフする第２のスイッチ手段と、
該主トランスの二次巻線から出力されるＡＣ電圧を整流平滑して二次側出力電圧を出力する第２の整流・平滑手段と、
該第２の整流・平滑手段の出力の状態を監視して、前記第２のスイッチ手段のオンオフを制御する第２の制御回路と、
を備えたスイッチング電源装置。
【請求項２】
前記第１の整流・平滑手段は、ダイオードブリッジと入力コンデンサとから構成される、請求項１に記載のスイッチング電源装置。
【請求項３】
前記電気的絶縁分離手段がフォトカプラから構成される、請求項１に記載のスイッチング電源装置。
【請求項４】
前記第２の整流・平滑手段は、ダイオードと出力コンデンサとから構成される、請求項１に記載のスイッチング電源装置。
【請求項５】
前記第２の整流・平滑手段は、同期整流素子と出力コンデンサとから構成される、請求項１に記載のスイッチング電源装置。
【請求項６】
前記第２の制御回路が単一の制御集積回路で実現されている、請求項１に記載のスイッチング電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＡＣ電源からのＡＣ電圧が印加される一次側と、二次側出力電圧を出力する二次側とを備えたスイッチング電源装置に関し、特に、電源ラインの瞬停に対応するために一次側に配置される入力コンデンサとして大容量コンデンサを用いるスイッチング電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スイッチング電源装置では、ＡＣ電源から供給される入力ＡＣ電圧を一次側直流電圧に整流平滑する一次側整流平滑手段と、一次側直流電圧をスイッチングしてＡＣ電圧に変換するスイッチング手段と、この変換されたＡＣ電圧を二次側直流電圧に整流平滑する二次側整流平滑手段とを備えている。二次側直流電圧は二次側出力電圧とも呼ばれる。スイッチング手段は、一次側直流電圧が印加される一次巻線および変換されたＡＣ電圧を出力する二次巻線を持つ主トランスと、一次側直流電圧をオンオフする主スイッチング素子とを備えている。このような構成のスイッチング電源装置において、一次側整流平滑手段、主スイッチング素子、および主トランスの一次巻線は一次側と呼ばれ、主トランスの二次巻線および二次側整流平滑手段は二次側と呼ばれる。
【０００３】
このようなスイッチング電源装置においては、一次側と二次側とは、感電などの事故を防ぐために、電気的に絶縁分離されている必要がある。電気的に絶縁分離する手段としては、一般に、フォトカプラが使用される。また、スイッチング電源装置においては、定電圧制御を行うため、二次側出力電圧の変化を定電圧制御信号として一次側に戻す必要がある。この場合、定電圧制御信号は、フォトカプラを介して一次側に帰還される。
【０００４】
また、スイッチング電源装置においては、電源ラインの瞬停に対応するため、一次側に入力コンデンサとして大容量の電界コンデンサを配置している。
【０００５】
以下、図１を参照して、第１の従来のスイッチング電源装置１０について説明する。図示のスイッチング電源装置１０は、コンデンサインプット型スイッチング電源装置と呼ばれものである。スイッチング電源装置１０は、ダイオードブリッジ１１と、入力コンデンサ１２と、一次巻線１３１と二次巻線１３２とを持つ主トランス１３と、主スイッチ素子１４と、ダイオード１５と、出力コンデンサ１６とを備えている。
【０００６】
ダイオードブリッジ１１は、ＡＣ電源から供給される入力ＡＣ電圧ｖｉｎを整流するためのものである。この整流された電圧は、入力コンデンサ１２によって平滑される。すなわち、ダイオードブリッジ１１と入力コンデンサ１２との組み合わせは、ＡＣ電源から供給される入力ＡＣ電圧ｖｉｎを一次側直流電圧ｖｃに整流平滑する一次側整流平滑回路として動作する。
【０００７】
この一次側直流電圧ｖｃは主トランス１３の一次巻線１３１に印加される。主スイッチ素子１４は、一次側直流電圧ｖｃをオンオフする。主スイッチ素子１４は、トランジスタで構成される。この主スイッチ素子１４のオンオフにより、主トランス１３の二次巻線１３２にＡＣ電圧が誘起される。この誘起されたＡＣ電圧は変換されたＡＣ電圧と呼ばれる。すなわち、主トランス１３の二次巻線１３２は、変換されたＡＣ電圧を出力する。したがって、主トランス１３と主スイッチ素子１４との組み合わせは、一次側直流電圧をスイッチングしてＡＣ電圧に変換するスイッチング手段として動作する。
【０００８】
上記変換されたＡＣ電圧は、ダイオード１５で整流された後、出力コンデンサ１６で平滑される。出力コンデンサ１６からは、二次側直流電圧（二次側出力電圧）Ｖｏが出力される。したがって、ダイオード１５と出力コンデンサ１６との組み合わせは、変換されたＡＣ電圧を二次側直流電圧Ｖｏに整流平滑する二次側整流平滑手段として働く。
【０００９】
図示の第１の従来のスイッチング電源装置１０は、電圧検出回路２１を更に備えている。電圧検出回路２１は、二次側出力電圧Ｖｏの変化を検出して、定電圧検出制御信号を出力する。この定電圧検出制御信号は、フォトカプラなどの電気的絶縁分離手段２２を介して、一次側に設けられた制御回路２３へ帰還信号として帰還される。制御回路２３は、帰還信号に応答して、主スイッチ素子１４のオンオフを制御する。
【００１０】
尚、図示のスイッチング電源装置１０では、二次側の状態を検出する手段として、電圧検出回路２１のみを備えているが、過電圧検出回路や過電流検出回路などの複数の検出回路を備えても良い。
【００１１】
前述したように、電源ラインの瞬停に対応するため、入力コンデンサ１２として大容量の電解コンデンサが使用される。
【００１２】
次に、図２を参照して、図１に図示したスイッチング電源装置の各部の波形について説明する。図２において、（ａ）はダイオードブリッジ１１に印加される電源ラインの入力ＡＣ電圧ｖｉｎの波形を示し、（ｂ）はダイオードブリッジ１１の出力側が開放されている場合、すなわち、入力コンデンサ１２がない場合の整流された電圧の波形を示し、（ｃ）は上記整流された電圧の波形を破線で、入力コンデンサ１２の両端の電圧（すなわち平滑された電圧）ｖｃの波形を実線で示し、（ｄ）は電源ラインの入力電流ｉｉｎの波形を示している。
【００１３】
図２の（ｃ）および（ｄ）から分かるように、電源ラインの入力電流ｉｉｎは、平滑された電圧ｖｃが整流された電圧（図２（ｂ））よりも高い場合のみ、流れる。換言すれば、電源ラインの入力電流ｉｉｎは、整流された電圧の波形のピーク部分のみでしか流れない。そのため、電源ラインの入力電流ｉｉｎは、ＡＣ電源の電源周波数の高周波成分を多くもった波形となる。したがって、この高周波成分を減少させる必要がある。
【００１４】
尚、ＡＣ電源のＡＣ入力電圧ｖｃが１００Ｖの場合、平滑された電圧ｖｃは約１４０Ｖである。また、二次側出力電圧Ｖｏは、例えば、５Ｖである。
【００１５】
図３に、高周波成分を減少させた、第２の従来のスイッチング電源装置１０Ａを示す。図示のスイッチング電源装置１０Ａは、昇圧型アクティブフィルタ方式スイッチング電源装置と呼ばれる。
【００１６】
昇圧型アクティブフィルタ方式スイッチング電源装置１０Ａは、図１に示したスイッチング電源装置１０の一次側に昇圧型アクティブフィルタ回路３０を追加したものである。
【００１７】
昇圧型アクティブフィルタ回路３０は、ダイオードブリッジ１１と入力コンデンサ１２との間に挿入されている。昇圧型アクティブフィルタ回路３０は、コイル３１と、ダイオード３２と、高周波スイッチ素子３３と、制御回路３４とを有する。
【００１８】
コイル３１とダイオード３２は、ダイオードブリッジ１１の正極出力端子と入力コンデンサ１２との間に直列に接続されている。高周波スイッチ素子３３は、コイル３１とダイオード３２との接続点と、ダイオードブリッジ１１の負極出力端子との間に接続されている。制御回路３４は、入力コンデンサ１２の平滑された電圧ｖｃに基づいて、高周波スイッチ素子３３のオンオフを制御する。
【００１９】
このような構成の昇圧型アクティブフィルタ方式スイッチング電源装置１０Ａでは、昇圧型アクティブフィルタ回路３０を用いているので、電源ラインの入力電流ｉｉｎの波形は正弦波となる。
【００２０】
昇圧型アクティブフィルタ回路３０では、コイル３１に蓄えたエネルギーをダイオード３２を介して入力コンデンサ１２へ電荷として放電するので、入力コンデンサ１２の平滑された電圧ｖｃは、図１に図示した従来のものに比較して高くなる。例えば、ＡＣ電源の入力ＡＣ電圧ｖｉｎが１００Ｖの場合、入力コンデンサ１２の平滑された電圧ｖｃは２００〜３００Ｖの範囲にある。その為、主スイッチ素子１４として、高耐圧のスイッチ素子（トランジスタ）が必要となる。
【００２１】
また、高周波成分を減少させる対策として、図１のスイッチング電源装置１０において、一次側の大容量の入力コンデンサ１２を排除した、コンデンサレス構成のスイッチング電源装置も知られている。しかしながら、コンデンサレス構成のスイッチング電源装置では、電源ラインの瞬停の対策ができない。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、第１の従来のスイッチング電源装置１０では、電源ラインの入力電流ｉｉｎが電源周波数の高周波成分を多く持つという問題がある。一方、昇圧型アクティブフィルタ方式スイッチング電源装置１０Ａでは、高耐圧の主スイッチ素子１４が必要となるという欠点がある。また、コンデンサレス構成のスイッチング電源装置では、電源ラインの瞬停の対策ができないという欠点がある。
【００２３】
したがって、本発明の課題は、耐圧の低い主スイッチ素子を用いて、電源ラインの入力電流の高周波成分を減少することができ、かつ電源ラインの瞬停にも対応することが可能なスイッチング電源装置を提供することにある。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、ＡＣ電源からの入力ＡＣ電圧（ｖｉｎ）が印加される一次巻線（４１１）を持つ絶縁トランス（４１）と、入力ＡＣ電圧をオンオフする第１のスイッチ手段（４２）と、絶縁トランスの二次巻線（４１２）に誘起される電圧を整流平滑して中間の電圧（ｖｃ）を出力する第１の整流・平滑手段（１１，１２）と、中間の電圧を検出して、検出信号を出力する検出回路（４４）と、検出信号を電気的絶縁分離手段（４５）を介して受けて、第１のスイッチ手段のオンオフを制御する第１の制御回路（４６）と、中間の電圧が印加される一次巻線（１３１）を持つ主トランス（１３）と、中間の電圧をオンオフする第２のスイッチ手段（１４）と、主トランスの二次巻線（１３２）から出力されるＡＣ電圧を整流平滑して二次側出力電圧（Ｖｏ）を出力する第２の整流・平滑手段（１５，１６）と、第２の整流・平滑手段の出力の状態を監視して、第２のスイッチ手段のオンオフを制御する第２の制御回路（５０）と、を備えたスイッチング電源装置（１０Ｂ）が得られる。
【００２５】
上記スイッチング電源装置において、第１の整流・平滑手段は、例えば、ダイオードブリッジ（１１）と入力コンデンサ（１２）とから構成されて良い。電気的絶縁分離手段は、例えば、フォトカプラから構成されて良い。第２の整流・平滑手段は、例えば、ダイオード（１５）と出力コンデンサ（１６）とから構成されて良いし、トランジスタやＦＥＴ等の同期整流素子と出力コンデンサとから構成されても良い。第２の制御回路（５０）は単一の制御集積回路で実現されることが好ましい。
【００２６】
尚、上記括弧内の符号は、本発明の理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、これらに限定されないのは勿論である。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２８】
図４を参照して、本発明の一実施の形態に係るスイッチング電源装置について説明する。
【００２９】
図示のスイッチング電源装置では、一次側を絶縁トランス４１を用いて電源ライン側と中間部とに分離している。
【００３０】
すなわち、ＡＣ電源の入力ＡＣ電圧は絶縁トランス４１の一次巻線４１１に印加される。入力ＡＣ電圧はスイッチ素子４２によってオンオフされる。図４に示されるように、このスイッチ素子４２は、ダイオードブリッジ４２１とスイッチ４２２との組み合わせによって構成されている。スイッチ４２２は、例えば、ＭＯＳＦＥＴから成る。このように、電源ライン側は、絶縁トランス４１の一次巻線４１１とスイッチ素子４２とによって構成されている。
【００３１】
一方、絶縁トランス４１の二次巻線４１２にダイオードブリッジ１１の入力端が接続されている。ダイオードブリッジ１１の出力端には入力コンデンサ１２が接続されている。そして、この入力コンデンサ１２には、主トランス１３の一次巻線１３１と主スイッチ素子１４とが直列に接続されている。とにかく、中間部は、絶縁トランス４１の二次巻線４１２と、ダイオードブリッジ１１と、入力コンデンサ１２と、主トランス１３の一次巻線１３１と、スイッチ素子１４とによって構成されている。入力コンデンサ１２の平滑された電圧ｖｃは、中間の電圧と呼ばれる。
【００３２】
検出回路４４は、入力コンデンサ１２の平滑された電圧ｖｃを検出して、検出信号を出力する。この検出信号は、フォトカプラなどの電気的絶縁分離手段４５を介して、帰還信号として電源ライン側に設けられた制御回路４６へ送られる。制御回路４６は、スイッチ素子４２のスイッチ４２２のオンオフを制御する。すなわち、制御回路４６は電源ラインの入力電流ｉｉｎの波形を整えるとともに、中間の電圧ｖｃが上がり過ぎない様に、スイッチ素子４２のオンオフを制御する。
【００３３】
出力コンデンサ１６の出力である二次側の状態は、制御回路５０によって監視（検出）される。すなわち、制御回路５０は、図示はしないが、二次側出力電圧Ｖｏの変化を検出する電圧検出回路や、過電圧検出回路、過電流検出回路等を備えている。制御回路５０は、この検出した二次側の状態に基づいて、主スイッチ素子１４のオンオフを制御する。制御回路５０は、単一の制御ＩＣ（集積回路）によって実現される。
【００３４】
このような構成のスイッチング電源装置１０Ｂによれば、電源ライン側に大容量コンデンサを配置しないので、高周波の問題を考慮する必要がない。そして、中間部に大容量コンデンサである入力コンデンサ１２を配しているので、電源ラインの瞬停に対応することができる。
【００３５】
また、電源ライン側と中間部との間に絶縁トランス４１を配置し、中間部の電圧（入力コンデンサ１２の平滑された電圧（中間の電圧））ｖｃを比較的高い電圧に制御することにより、絶縁トランス４１の巻数比、許容電流、形状の設計を楽にできる。
【００３６】
電源ライン側と中間部とを絶縁トランス４１によって絶縁していているので、中間部と二次側との間を絶縁する必要がなくなる。このため、主スイッチ素子１４のオンオフを制御する制御回路５０として、単一の制御ＩＣを用いることができる。したがって、電圧検出回路や、過電圧検出回路、過電流検出回路の設計が楽になる。
【００３７】
さらに、中間の電圧（入力コンデンサ１２の平滑された電圧）ｖｃを電源ライン側と分離して設定することができるので、主スイッチ素子１４として耐圧の低いスイッチ素子（トランジスタ）を用いることが可能となる。例えば、ＡＣ電源の入力ＡＣ電圧ｖｉｎが１００Ｖの場合、入力コンデンサ１２の平滑された電圧（中間の電圧）ｖｃを約１４０Ｖにすることができる。
【００３８】
尚、本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更・変形が可能であるのは勿論である。例えば、上述した実施の形態では、第２の整流・平滑手段は、ダイオード１５と出力コンデンサ１６とから構成されているが、その代わりに、トランジスタやＦＥＴ等の同期整流素子と出力コンデンサとから構成されても良い。
【００３９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明では、一次側を絶縁トランスによって電源ライン側と中間部とに分離しているので、耐圧の低い主スイッチ素子を用いて、電源ラインの入力電流の高周波成分を減少することができ、かつ電源ラインの瞬停にも対応することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の従来のスイッチング電源装置の構成を示すブロック回路図である。
【図２】図１に示したスイッチング電源装置の各部の波形を示す波形図である。
【図３】第２の従来のスイッチング電源装置の構成を示すブロック回路図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係るスイッチング電源装置の構成を示すブロック回路図である。
【符号の説明】
１０Ｂ    スイッチング電源装置
１１    ダイオードブリッジ
１２    入力コンデンサ
１３    主トランス
１４    主スイッチ素子
１５    ダイオード
１６    出力コンデンサ
４１    絶縁トランス
４２    スイッチ素子
４４    検出回路
４５    電気的絶縁分離手段（フォトカプラ）
４６    制御回路
５０    制御回路
【図１】
2004282973.tif 000003
【図２】
2004282973.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004282973.tif 000006