(57)【要約】【課題】  スイッチング制御により安定化する直流電源装置に於けるリップル成分の低減を図る。【解決手段】  整流回路１１からの整流出力電圧をトランス１２の一次巻線にオン，オフ制御して印加するスイッチング素子１３と、トランス１２の二次巻線の誘起電圧を整流して平滑化する整流手段１４及び平滑フィルタ手段１５と、平滑フィルタ手段１５を介した出力電圧と出力電流との何れか一方又は両方を検出して、スイッチング素子１３のオン，オフ制御を行う制御回路１６とを含み、整流手段１４の出力電圧に含まれる整流回路１１の整流出力電圧の周波数成分を制御回路１６に帰還する帰還フィルタ部１７を設ける。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
整流回路からの整流出力電圧をトランスの一次巻線にオン，オフ制御して印加するスイッチング素子と、前記トランスの二次巻線の誘起電圧を整流して平滑化する整流手段及び平滑フィルタ手段と、該平滑フィルタ手段を介した出力電圧と出力電流との何れか一方又は両方を検出して、前記スイッチング素子のオン，オフ制御を行う制御回路とを含む直流電源装置に於いて、
前記整流手段の出力電圧に含まれる前記整流回路の整流出力電圧の周波数成分を、前記制御回路に帰還する帰還フィルタ部を設けた
ことを特徴とする直流電源装置。
【請求項２】
前記帰還フィルタ部は、前記スイッチング素子のスイッチング周波数成分を遮断し、前記平滑フィルタ部の通過帯域周波数成分より低い前記整流出力電圧の周波数成分を通過させる抵抗とコンデンサ又はインダクタンスとコンデンサとからなる構成を有することを特徴とする請求項１記載の直流電源装置。
【請求項３】
前記帰還フィルタ部は、前記スイッチング素子のスイッチング周波数成分を遮断し、前記平滑フィルタ部の通過帯域周波数成分より低い前記整流出力電圧の周波数成分を通過させる抵抗とコンデンサ又はインダクタンスとコンデンサとからなり、且つ前記コンデンサの正極性の端子電圧のみを前記制御回路に入力する為のダイオードを接続した構成を有することを特徴とする請求項１記載の直流電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング制御により出力電圧又は出力電流を制御する直流電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のスイッチング制御する直流電源装置は、例えば、図８に示す構成を有するものであり、１は整流回路、２はトランス、３はスイッチングトランジスタ、４はドライブ回路、５はコンパレータ、６〜８は制御用増幅器、Ｄ１〜Ｄ４はダイオード、Ｃ１〜Ｃ４はコンデンサ、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ５〜Ｒ７は抵抗、Ｌ１はチョークコイル、Ｖｒ１，Ｖｒ２は基準電圧を示す。
【０００３】
整流回路１により、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの商用交流電圧を整流してトランス２の一次巻線にスイッチングトランジスタ３を介して印加し、このスイッチングトランジスタ３をドライブ回路４によりオン，オフ制御し、トランス２の二次巻線の誘起電圧を、ダイオードＤ１，Ｄ２とチョークコイルＬ１とコンデンサＣ１とからなる整流平滑回路により整流して平滑化し、図示を省略した負荷に供給する。
【０００４】
この負荷に供給する出力電圧と、設定した基準電圧Ｖｒ１との差分を制御用増幅器６からダイオードＤ３を介してコンパレータ５に入力し、三角波信号と比較し、その比較出力信号をドライブ回路４に入力し、出力電圧が基準電圧を超えると、スイッチングトランジスタ３のオン期間を短くし、反対に、出力電圧が基準電圧より低い場合は、スイッチングトランジスタ３のオン期間を長くするように制御して、設定された出力電圧となるように制御する。
【０００５】
又抵抗Ｒ１により負荷に供給する電流を検出し、制御用増幅器８により電流検出値を反転増幅し、制御用増幅器７により基準電圧Ｖｒ２との差分をコンパレータ５に入力し、設定された出力電流となるように、スイッチングトランジスタ３のオン，オフを制御する。なお、出力電圧のみを設定値となるように制御する定電圧出力の構成、又は出力電流のみを設定値となるように制御する定電流出力の構成も知られている。
【０００６】
又スイッチング制御による直流電源装置に於いて、リップルの低減及びノイズの低減の為に各種の構成が提案されている。例えば、商用交流電源の周波数成分を含む低周波成分と、スイッチング周波数成分を含む高周波成分とを帰還してスイッチング制御する構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平６−２８４７０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
スイッチング制御による直流電源装置に於いては、リップル分の低減が求められている。又放射ノイズ低減等の為に、スイッチング周波数は、１５０ｋＨｚ以下とする場合が一般的である。そして、整流平滑回路の平滑フィルタ手段を構成するチョークコイルＬ１とコンデンサＣ１（図７参照）とによる共振周波数Ｆ１を、スイッチング周波数Ｆｓｗの１／１００程度以下となるように選定している。又スイッチングトランス３のオン，オフ制御の為の制御用増幅器６，７を含む制御ループに於いて、その制御ループのゲインの周波数特性に於けるポールＦ０は、制御ループの安定化の為に、フィルタの共振周波数Ｆ１の１／１００以下となるように設定している。即ち、Ｆ０＜Ｆ１＜Ｆｓｗの関係となるように設定している。
【０００８】
例えば、スイッチング周波数Ｆｓｗ＝１００ｋＨｚとすると、フィルタの共振周波数Ｆ１を、１ｋＨｚ程度に選定し、制御ループのポールＦ０を、１０Ｈｚ程度に選定することになる。従って、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの周波数の交流電圧を整流回路１により全波整流すると、１００Ｈｚ又は１２０Ｈｚの周波数成分を含む全波整流出力電圧がスイッチングトランジスタ３によりスイッチングされることになるが、この１００Ｈｚ又は１２０Ｈｚの周波数成分に対する制御ループのゲインは低いものとなる。又半波整流の場合は、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの周波数成分を含む整流出力電圧をスイッチングすることになり、この周波数成分に対しても、制御ループのゲインは低いものとなる。その為に、出力リップルに商用交流電源及び整流電圧の周波数成分が含まれる問題がある。
【０００９】
本発明は、比較的簡単な構成により、スイッチング制御の直流電源装置に於けるリップル分を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の直流電源装置は、図１を参照して説明すると、整流回路１１からトランス１２の一次巻線に印加する整流出力電圧をオン，オフ制御するスイッチング素子１３と、トランス１２の二次巻線の誘起電圧を整流して平滑化する整流手段１４及び平滑フィルタ手段１５と、この平滑フィルタ手段１５を介した出力電圧と出力電流との何れか一方又は両方を検出して、スイッチング素子１３のオン，オフの制御を行う制御回路１６とを含む直流電源装置に於いて、前記整流手段１４の出力電圧に含まれるトランス１２の一次巻線に印加する整流出力電圧の周波数成分を、制御回路１６に帰還する帰還フィルタ部１７を備えている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、平滑フィルタ手段１５をバイパスする状態で、整流出力電圧の周波数成分を帰還フィルタ部１７を介して帰還することにより、その周波数成分の周波数帯域の制御ループのゲインを上げて、その周波数成分によるリップル分を低減できる利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
商用交流電圧を整流回路１１により整流した整流出力電圧を、トランス１２の一次巻線に、バイポーラトランジスタ又は電界効果トランジスタ等からなるスイッチング素子１３を介して印加し、トランス１２の二次巻線の誘起電圧をダイオードＤ１，Ｄ２とからなる整流手段１４により整流し、チョークコイルＬ１とコンデンサＣ１とからなる平滑フィルタ手段１５とを介して負荷に印加する出力電圧とし、その出力電圧と、抵抗Ｒ１等により検出した出力電流との何れか一方又は両方を制御回路１６に入力し、設定した出力電圧又は設定した出力電流となるようにスイッチング素子１３のオン，オフを制御し、整流手段１４の出力電圧に含まれる整流回路１１からの整流出力電圧の周波数成分を、抵抗ＲａとコンデンサＣａ等による帰還フィルタ部１７により、制御回路１６に帰還する。
【実施例１】
【００１３】
図２は、実施例１の説明図であり、定電圧出力の直流電源装置の実施例を示し、１は整流回路、２はトランス、３はスイッチングトランジスタ、４はドライブ回路、５はコンパレータ、６は制御用増幅器、Ｄ１〜Ｄ３はダイオード、Ｃ１〜Ｃ３，Ｃａはコンデンサ、Ｒ１〜Ｒ４，Ｒａは抵抗、Ｌ１はチョークコイル、Ｖｒ１は基準電圧、ＦＬは帰還フィルタ部を示す。
【００１４】
図２と図１とを対応させると、各部の名称が同一の部分は同一の機能部分を示し、図１の制御回路１６は、図２のドライブ回路４、コンパレータ５、制御用増幅器６、ダイオードＤ３、抵抗Ｒ２〜Ｒ４、コンデンサＣ２，Ｃ３、基準電圧Ｖｒ１とを含む構成に相当する。なお、抵抗Ｒ３，Ｒ４とコンデンサＣ３とは、帰還フィルタ部ＦＬを接続する為のものである。又抵抗Ｒ１は省略することも可能であるが、過電流保護等の目的で図示を省略した構成で利用することができる。
【００１５】
帰還フィルタ部ＦＬは、抵抗ＲａとコンデンサＣａとにより構成した場合を示し、スイッチング周波数成分は遮断し、チョークコイルＬ１とコンデンサＣ１とによる平滑フィルタ手段の通過帯域より低い整流出力電圧の周波数成分を通過させる周波数特性に選定する。そして、制御用増幅器６とコンパレータ５とにより、ダイオードＤ１，Ｄ２とチョークコイルＬ１とコンデンサＣ１とによる整流平滑化した出力電圧と基準電圧Ｖｒ１との差分に対応したレベルで三角波信号と比較し、スイッチングトランジスタ３のオン期間を決めるパルスをドライブ回路４に入力し、スイッチングトランジスタ３のオン，オフを制御し、出力電圧を安定化する。
【００１６】
帰還フィルタ部ＦＬを備えていない従来の構成に於ける制御回路を含む制御ループのゲインは、トランス２の一次巻線側の整流出力電圧の周波数帯域では低く、リップル分を低減できないものあったが、本発明に於いては、チョークコイルＬ１とコンデンサＣ１とによる平滑フィルタ手段をバイパスするように、且つ整流出力電圧の周波数成分を制御回路に帰還するもので、帰還フィルタ部ＦＬを、コンデンサＣ３と抵抗Ｒ４とを介して制御用増幅器６に接続している。従って、出力電圧と整流出力電圧の周波数成分とが制御用増幅器６に入力されて、基準電圧Ｖｒ１との差分に従ったスイッチングトランジスタ３のオン，オフ制御が行われ、前述の整流出力電圧の周波数帯域に於ける制御ループのゲインを高くして、リップル分を充分に低減することができる。即ち、帰還フィルタ部ＦＬの周波数特性としては、スイッチング周波数成分は遮断し、抑圧すべきリップル分の周波数成分を通過させる特性とする。この周波数特性が得られるように抵抗やコンデンサ等の素子の値を選定することになる。
【実施例２】
【００１７】
図３は、実施例２の説明図であり、図２と同一符号は同一部分を示し、Ｌｂ，Ｃｂは帰還フィルタ部ＦＬを構成するインダクタンスとコンデンサとを示す。この場合の帰還フィルタ部ＦＬの周波数特性は、実施例１と同様に、スイッチング周波数成分は遮断し、整流出力電圧の周波数成分は通過させる特性とする。又他の各部の構成及び作用は、図２に示す構成及び作用と同様であるから、重複した説明は省略する。
【実施例３】
【００１８】
図４は、実施例３の説明図であり、定電流出力の直流電源装置の実施例を示し、１は整流回路、２はトランス、３はスイッチングトランジスタ、４はドライブ回路、５はコンパレータ、７，８は制御用増幅器、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ４はダイオード、Ｃ１，Ｃ４，Ｃ５はコンデンサ、Ｒ１，Ｒ５〜Ｒ７は抵抗、Ｌ１はチョークコイル、Ｖｒ２は基準電圧、ＦＬは帰還フィルタ部、Ｒｃは抵抗、Ｃｃはコンデンサを示す。
【００１９】
整流回路１による整流出力電圧をスイッチングトランジスタ３を介してトランス２の一次巻線に印加し、トランス２の二次巻線の誘起電圧をダイオードＤ１，Ｄ２からなる整流手段と、チョークコイルＬ１とコンデンサＣ１とからなる平滑フィルタ手段により平滑化して負荷（図示せず）に電流を供給する。抵抗Ｒ１によりこの負荷に供給する電流を検出し、制御用増幅器８により電流検出値を反転増幅し、制御用増幅器７による基準電圧Ｖｒ２との差分をコンパレータ５に入力し、三角波信号と比較して設定された出力電流となるように、スイッチングトランジスタ３のオン，オフを制御する。
【００２０】
帰還フィルタ部ＦＬを備えていない従来の構成に於ける制御回路を含む制御ループのゲインは、前述のように、トランス２の一次巻線側の整流出力電圧の周波数帯域では低く、リップル分を低減できないものあったが、本発明に於いては、チョークコイルＬ１とコンデンサＣ１とによる平滑フィルタ手段をバイパスするように、且つ整流出力電圧の周波数成分を制御回路に帰還するもので、帰還フィルタ部ＦＬを、コンデンサＣ５と抵抗Ｒ９とを介して制御用増幅器７に接続している。それにより、前述の整流出力電圧の周波数帯域に於ける制御ループのゲインを高くして、リップル分を充分に低減することができる。即ち、帰還フィルタ部ＦＬの周波数特性としては、スイッチング周波数成分は遮断し、抑圧すべきリップル分の周波数成分を通過させる特性とする。この周波数特性が得られるように抵抗やコンデンサ等の素子の値を選定することになる。
【実施例４】
【００２１】
図５は、実施例４の説明図であり、図４と同一符号は同一部分を示し、Ｌｄ，Ｃｄは、帰還フィルタ部ＦＬを構成するインダクタンス及びコンデンサを示す。この実施例４は、帰還フィルタ部ＦＬをインダクタンスＬｄとコンデンサＣｄとにより構成した点が、実施例３と相違するだけで、他の構成及び作用は、実施例３と同一であるから、重複した説明は省略する。
【実施例５】
【００２２】
図６は、実施例５の説明図であり、図２に示す場合と同様に、定電圧出力の直流電源装置に適用した実施例を示す。なお、図２と同一符号は同一部分を示し、Ｄｅはダイオード、Ｒｅは抵抗である。各部の構成及び作用は、図２に示す構成及び作用と同様であるから重複した説明は省略する。なお、出力電圧を低く設定した場合に於いては、帰還フィルタ部ＦＬのコンデンサＣａの端子電圧も低い値となり、更に、過渡的な変動があると、制御用増幅器６に、マイナスの電圧が入力されることがある。その場合には、制御異常となって定電圧制御を行うことができなくなる。そこで、この実施例５に於いては、制御用増幅器６にマイナス電圧が入力されないように、ダイオードＤｅを接続している。又帰還フィルタ部ＦＬのコンデンサの端子電圧が、たとえ、マイナス極性となっても、制御用増幅器に入力されないように、前述のダイオードＤｅを接続する点は、前述の各実施例にも適用することができる。
【実施例６】
【００２３】
図７は、実施例６の説明図であり、図２〜図６と同一符号は同一部分を示す。この実施例６は、定電圧出力且つ定電流出力の制御ループを備え、ダイオードＤ１，Ｄ２からなる整流手段の出力に含まれる整流回路１による整流出力電圧の周波数成分を帰還フィルタ部ＦＬのより抽出して、制御用増幅器６，７に、それぞれコンデンサＣ３，Ｃ５と抵抗Ｒ４，Ｒ９を介して入力し、チョークコイルＬ１とコンデンサＣ１とからなる平滑フィルタ手段を介しては帰還できなかった整流出力電圧の周波数成分を帰還することができ、その周波数帯域の制御ループのゲインを高くして、リップル分を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の直流電源装置の説明図である。
【図２】実施例１の説明図である。
【図３】実施例２の説明図である。
【図４】実施例３の説明図である。
【図５】実施例４の説明図である。
【図６】実施例５の説明図である。
【図７】実施例６の説明図である。
【図８】従来の直流電源装置の説明図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  整流回路
２  トランス
３  スイッチングトランジスタ
４  ドライブ回路
５  コンパレータ
６，７，８  制御用増幅器
１１  整流回路
１２  トランス
１３  スイッチング素子
１４  整流手段
１５  平滑フィルタ手段
１６  制御回路
１７  帰還フィルタ部
Ｄ１，Ｄ２  整流用ダイオード
Ｌ１  チョークコイル
Ｃ１  コンデンサ
ＦＬ  帰還用フィルタ
【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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【図８】
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