(57)【要約】      （修正有）【課題】整流平滑回路の出力ダイオードによる発煙や発火の発生を抑えて安全性を向上させる。【解決手段】整流平滑回路６の出力コンデンサＣ2の両端電圧をもとに交流電源２の立ち上げ時に流れる突入電流の大きさを検出し、この突入電流が過大とならない所謂、両端電圧が所定の電圧レベルに到達したときに外部電源９から制御回路８に電力供給を行い当該制御回路を起動させ、トランジスタ５を制御してこのトランジスタ５のスイッチング動作を開始することにより、整流平滑回路６の出力ダイオードＤ1の温度上昇が防止される。【選択図】図１
2012205394.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源（２）を整流して脈流電源を生成するための全波整流回路（３）と、
前記全波整流回路に接続されるインダクタ（４）と、
前記インダクタをスイッチング駆動させ、前記全波整流回路にて生成される前記脈流電源をもとに前記インダクタにスイッチング電流を蓄えるためのトランジスタ（５）と、
前記トランジスタのスイッチング動作により前記インダクタに発生する電圧を整流・平滑するための整流平滑回路（６）と、
外部電源（９）からの電力供給により起動し前記トランジスタのスイッチング動作を制御するための制御回路（８）と、
前記整流平滑回路にて平滑された出力電圧の電圧レベルを検出し前記外部電源から前記制御回路への電力供給をオン／オフ切換えるための制御起動部（１０）とを備え、
前記制御起動部は、前記制御回路の起動を開始させる起動電圧を設定するための電圧設定回路（１００）と、前記交流電源からの電源投入時に流れる突入電流により前記整流平滑回路にて平滑された出力電圧の電圧レベルが前記電圧設定回路にて設定された前記起動電圧の電圧レベルに到達したとき、前記外部電源から前記制御回路への電力供給をオフ状態からオン状態に切換えるための電力供給切換回路（１０１）とを有することを特徴とする力率改善回路。
【請求項２】
交流入力電圧（Ｖin）を整流するためのダイオードブリッジ（ＤＢ1）と、スイッチングによるリップル電流を供給するための入力コンデンサ（Ｃ1）と、前記入力コンデンサに接続されるインダクタ（４）と、前記インダクタに逆起電圧を発生させるために前記スイッチングを行うトランジスタ（５）と、前記トランジスタのスイッチング動作により前記インダクタに発生する電圧を整流するための出力ダイオード（Ｄ1）と、前記ダイオードにより整流した電圧を平滑するための出力コンデンサ（Ｃ2）と、外部電源（９）からの電力供給により起動し前記トランジスタのスイッチング動作を制御するための制御回路（８）と、前記制御回路の起動を開始させる起動電圧を設定するための電圧設定抵抗（Ｒ4、Ｒ5）と、前記出力コンデンサにて平滑された出力電圧の電圧レベルと前記電圧設定抵抗にて設定された前記起動電圧の電圧レベルとを比較するためのツェナーダイオード（ＺＤ）と、前記ツェナーダイオードの比較結果に基づいて前記外部電源から前記制御回路への電力供給ラインを形成／遮断するためのスイッチングトランジスタ（Ｑ1、Ｑ2）とを有することを特徴とする力率改善回路。
【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変換回路に係り、特に、安全性を向上させた力率改善回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、この種の力率改善回路として、図２の回路ブロック図に示す構成の力率改善回路が提案されている。
【０００３】
図２に示す力率改善回路には、電気機器等の負荷１０１と、交流電源１０２と、ダイオードブリッジＤＢ101及び入力コンデンサＣ101を有する全波整流回路１０３と、昇圧型のインダクタ１０４と、トランジスタ１０５と、出力ダイオードＤ101及び出力コンデンサＣ102を有する整流平滑回路１０６と、分圧抵抗Ｒ102、Ｒ103を有する出力電圧生成回路１０７と、制御回路１０８と、外部電源１０９と、ゲート電圧安定抵抗Ｒ101と、バイパスダイオードＤ102とが備えられている。
【０００４】
この力率改善回路において、整流平滑回路１０６の出力コンデンサＣ102が非充電状態であるとき、交流電源１０２が立ち上げられて全波整流回路１０３への交流入力電圧Ｖinの印加が開始されると、この交流入力電圧Ｖinにより、全波整流回路１０３のダイオードブリッジＤＢ101の（＋）側からバイパスダイオードＤ102、整流平滑回路１０６の出力コンデンサＣ102、ダイオードブリッジＤＢ101の（−）側を経由して交流電源１０２までの経路で突入電流が流れることになる。
【０００５】
ここで、前述のような突入電流がバイパスダイオードＤ102を経由して流れると、外部電源１０９から制御回路１０８への電源投入時においてインダクタ１０４には、磁気飽和が発生するような過大な突入電流が流れることはなく、如何なるタイミングで制御回路１０８が起動してトランジスタ１０５のスイッチング動作を開始（制御開始）した場合であっても、このトランジスタ１０５に流れる電流の値は低く抑えられることになる。
【０００６】
なお、前述のようなバイパスダイオードＤ102を適用した電源装置としては、特許文献１に記載の電源装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−２６３７７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、背景技術に記載した図２に示す力率改善回路において、例えば、バイパスダイオードＤ102が短絡等の理由で破損すると、整流平滑回路１０６の出力ダイオードＤ101に過大な電流が流れることでその温度が上昇するため、発煙や発火の危険性が高くなり安全性が低下する難点があった。
【０００９】
本発明は、この難点を解消するためになされたもので、整流平滑回路の出力ダイオードによる発煙や発火の発生を抑えて安全性を向上させた力率改善回路を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前述の目的を達成するため、本発明の第１の態様である力率改善回路は、交流電源を整流して脈流電源を生成するための全波整流回路と、全波整流回路に接続されるインダクタと、インダクタをスイッチング駆動させ、全波整流回路にて生成される脈流電源をもとにインダクタにスイッチング電流を蓄えるためのトランジスタと、トランジスタのスイッチング動作によりインダクタに発生する電圧を整流・平滑するための整流平滑回路と、外部電源からの電力供給により起動しトランジスタのスイッチング動作を制御するための制御回路と、整流平滑回路にて平滑された出力電圧の電圧レベルを検出し外部電源から制御回路への電力供給をオン／オフ切換えるための制御起動部とを備えている。制御起動部は、制御回路の起動を開始させる起動電圧を設定するための電圧設定回路と、整流平滑回路にて平滑された出力電圧の電圧レベルが電圧設定回路にて設定された起動電圧に到達したとき、外部電源から制御回路への電力供給をオフ状態からオン状態に切換えるための電力供給切換回路とを有している。
【００１１】
また、本発明の第２の態様である力率改善回路は、交流入力電圧を整流するためのダイオードブリッジと、スイッチングによるリップル電流を供給するための入力コンデンサと、入力コンデンサに接続されるインダクタと、インダクタに逆起電圧を発生させるためにスイッチングを行うトランジスタと、トランジスタのスイッチング動作によりインダクタに発生する電圧を整流するためのダイオードと、ダイオードにより整流した電圧を平滑するための出力コンデンサと、外部電源からの電力供給により起動しトランジスタのスイッチング動作を制御するための制御回路と、制御回路の起動を開始させる起動電圧を設定するための電圧設定抵抗と、出力コンデンサにて平滑された出力電圧の電圧レベルと電圧設定抵抗にて設定された起動電圧の電圧レベルとを比較するためのツェナーダイオードと、ツェナーダイオードの比較結果に基づいて外部電源から制御回路への電力供給ラインを形成／遮断するためのスイッチングトランジスタとを有している。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の力率改善回路によれば、整流平滑回路の出力コンデンサの両端電圧をもとに交流電源の立ち上げ時に流れる突入電流の大きさを検出し、この突入電流が過大とならない所謂、両端電圧が所定の電圧レベルに到達したときに外部電源から制御回路に電力供給を行い当該制御回路を起動させ、トランジスタを制御してこのトランジスタのスイッチング動作を開始することにより、整流平滑回路の出力ダイオードの温度上昇が防止される。これにより、出力ダイオードによる発煙や発火の発生が防止されて安全性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の実施例による力率改善回路の具体的な構成を示す回路ブロック図である。
【図２】図２は、従来例による力率改善回路の具体的な構成を示す回路ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の力率改善回路を適用した最良の実施の形態例について、図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施例による力率改善回路の具体的な構成を示す回路ブロック図である。この力率改善回路には、電気機器等の負荷１、交流電源２、全波整流回路３、昇圧型のインダクタ４、トランジスタ５、整流平滑回路６、出力電圧生成回路７、制御回路８、外部電源９、制御起動部１０及びゲート電圧安定抵抗Ｒ1が備えられている。
【００１６】
ここで、全波整流回路３は、交流電源２を整流・平滑して脈流電源を生成するものであり、交流入力電圧Ｖinを整流するためのダイオードブリッジＤＢ1と、インダクタ４のスイッチングによりリップル電流を供給するための入力コンデンサＣ1とを有している。なお、ダイオードブリッジＤＢ1において、その（＋）側はインダクタ４の一端側に接続されており、（−）側は基準電位点に接続されている。さらに、入力コンデンサＣ1において、その（＋）側はダイオードブリッジＤＢ1の（＋）側及びインダクタ４の一端側間に接続されており、（−）側は基準電位点に接続されている。
【００１７】
トランジスタ５は、インダクタ４に逆起電圧を発生させて当該インダクタをスイッチング駆動し、全波整流回路３にて生成される脈流電源をもとにインダクタ４にスイッチング電流（によるエネルギー）を蓄えるためのものである。このトランジスタ５として本実施例によれば、ＭＯＳ型ＦＥＴにて構成され、そのゲートは制御回路８の制御端子Ｐ1に接続されている。また、当該ＦＥＴのソースは、インダクタ４の他端側及び整流平滑回路６を構成する出力ダイオードＤ1のアノード間に接続されている。さらに、当該ＦＥＴのドレインは、基準電位点に接続されている。なお、当該ＦＥＴのゲートと制御回路８の制御端子Ｐ1間には、ゲート電圧安定抵抗Ｒ1の一端側が接続されており、この抵抗Ｒ1の他端側には、基準電位点が接続されている。なお、ゲート電圧安定抵抗Ｒ1は、当該ＦＥＴのゲート電圧を安定させるためのものである。
【００１８】
整流平滑回路６は、トランジスタ５のスイッチング動作によりインダクタ４に発生する電圧を整流するための出力ダイオードＤ1と、出力ダイオードＤ1により整流された電圧を平滑するための出力コンデンサＣ2とを有している。なお、出力ダイオードＤ1のカソードは、他端側が基準電位点に接続された負荷１の一端側に接続されている。また、出力コンデンサＣ2において、その（＋）側は、出力ダイオードＤ1のカソード及び負荷１の一端側間に接続されており、（−）側は基準電位点に接続されている。
【００１９】
出力電圧生成回路７は、整流平滑回路６の出力コンデンサＣ2により平滑された電圧を分圧し、負荷１への出力電圧Ｖoutを生成するにあたり直列接続された分圧抵抗Ｒ2、Ｒ3を有している。
【００２０】
制御回路８は、外部電源９から電源端子Ｐ2に印加される電力供給により起動し、制御端子Ｐ1に（ゲートが）接続されたトランジスタ５のスイッチング動作を制御するためのものである。
【００２１】
外部電源９は、制御回路８に動作電源を電力供給するためのものである。この外部電源９としては、当該力率改善回路の後段側に設けられる図示しないＤＣ／ＤＣコンバータが有する補助巻線からの電力供給や、専用の小容量電源が好適とされる。
【００２２】
制御起動部１０は、制御回路８の起動を開始させる起動電圧を設定するための電圧設定部１００と、外部電源９から制御回路８の電源端子Ｐ2への電力供給をオン／オフ切換えるための電力供給切換回路１０１とを有している。
【００２３】
この制御起動部１０において、電圧設定回路１００は、制御回路８の起動を開始させる起動電圧を設定するための電圧設定抵抗（分圧抵抗）Ｒ4、Ｒ5と、整流平滑回路６の出力コンデンサＣ2により平滑された出力電圧の電圧レベルと電圧設定抵抗Ｒ4、Ｒ5にて設定された起動電圧の電圧レベルとを比較するためのツェナーダイオードＺＤとを有している。また、電力供給切換回路１０１には、外部電源９から制御回路８の電源端子Ｐ2への電力供給を形成／遮断するためにオン／オフが切換えられる第１のスイッチングトランジスタＱ1と、電圧設定回路１００のツェナーダイオードＺＤの比較結果に基づいてオン／オフが切換えられ、これに連動して第１のスイッチングトランジスタＱ1をオン／オフ切換えるための第２のスイッチングトランジスタＱ2と、第１のスイッチングトランジスタＱ1のベース電圧を安定させるためのベース電圧安定抵抗Ｒ6とを有している。
【００２４】
ここで、制御起動部１０の電圧設定回路１００において、ツェナーダイオードＺＤのカソードは、整流平滑回路６の出力ダイオードＤ1のカソード及び負荷１の一端側間に接続されている。また、ツェナーダイオードＺＤのアノードは、直列接続された電圧設定抵抗Ｒ4、Ｒ5を経由して基準電位点に接続されている。
【００２５】
制御起動部１０の電力供給切換回路１０１において、第１のスイッチングトランジスタＱ1のエミッタは外部電源９に、コレクタは制御回路８の電源端子Ｐ2に、ベースは第２のスイッチングトランジスタＱ2のコレクタにそれぞれ接続されており、この第１のスイッチングトランジスタＱ1のベース−エミッタ間には、ベース電圧安定抵抗Ｒ6が接続されている。また、第２のスイッチングトランジスタＱ2のベースは、電圧設定回路１００の電圧設定抵抗Ｒ4、Ｒ4間に接続されており、エミッタは基準電位点に接続されている。
【００２６】
このように構成された本発明の実施例による力率改善回路において、以下、具体的な動作について説明する。
【００２７】
整流平滑回路６の出力コンデンサＣ2が非充電状態であるとき、交流電源２が立ち上げられて全波整流回路３への交流入力電圧Ｖinの印加が開始されると、この交流入力電圧Ｖinにより、全波整流回路３のダイオードブリッジＤＢ1の（＋）側から整流平滑回路６の出力ダイオードＤ1、出力コンデンサＣ2、ダイオードブリッジＤＢ1の（−）側を経由して交流電源２までの経路で突入電流が流れることになる。
【００２８】
ここで、前述のような経路を介して突入電流が流れると、整流平滑回路６の出力コンデンサＣ2が充電されるため、この出力コンデンサＣ2の両端電圧が上昇することにより、突入電流は徐々（暫時）に小さな値に遷移する。
【００２９】
このとき、制御起動部１０の電圧設定回路１００において、ツェナーダイオードＺＤは、整流平滑回路６の出力コンデンサＣ2により平滑された出力電圧である当該出力コンデンサＣ2の両端電圧の電圧レベルと、直列接続された電圧設定抵抗Ｒ4、Ｒ5により生成される起動電圧の電圧レベルとを比較する。ここで、前述の出力コンデンサＣ2の両端電圧の電圧レベルが起動電圧の電圧レベルに到達するタイミング、すなわち、突入電流が予め設定された閾値である十分に小さな値になると、電力供給切換回路１０１の第２のスイッチングトランジスタＱ2がオフ状態からオン状態に切換えられ、これに連動して第１のスイッチングトランジスタＱ1についてもオフ状態からオン状態に切換えられることにより、外部電源９から制御回路８の電源端子Ｐ2への電力供給が開始される。
【００３０】
また、前述のようなタイミングで制御回路８への電力供給が開始されたとき、インダクタ４に流れる突入電流の値は十分に小さくなっているため、このインダクタンス４が磁気飽和することはなく、制御回路８の制御端子Ｐ1からトランジスタ５のゲートに出力される制御信号をもとに当該トランジスタがスイッチング動作を開始した場合であっても、トランジスタ５に流れる電流の値は低く抑えられることになる。これにより、整流平滑回路６の出力ダイオードＤ1の温度上昇が防止され、ゆえに、出力ダイオードＤ1による発煙や発火の発生が防止されて安全性を向上させることができる。
【００３１】
前述までの説明から明らかなように、本発明の実施例によれば、整流平滑回路６の出力コンデンサＣ2の両端電圧をもとに交流電源２の立ち上げ時に流れる突入電流の大きさを検出し、この突入電流が過大とならない所謂、両端電圧が所定の電圧レベルに到達したときに外部電源９から制御回路８に電力供給を行い当該制御回路を起動させ、トランジスタ５を制御してこのトランジスタ５のスイッチング動作を開始することにより、整流平滑回路６の出力ダイオードＤ1の温度上昇が防止される。これにより、出力ダイオードＤ1による発煙や発火の発生が防止されて安全性を向上させることができる。
【００３２】
本発明の力率改善回路においては、特定の実施の形態をもって説明してきたが、この形態に限定されるものでなく、本発明の効果を奏する限り、これまで知られた如何なる構成の当該システムであっても採用できるということはいうまでもないことである。
【符号の説明】
【００３３】
２……交流電源
３……全波整流回路
ＤＢ1……ダイオードブリッジ
Ｃ1……入力コンデンサ
４……（昇圧型の）インダクタ
５……トランジスタ
６……整流平滑回路
Ｄ1……出力ダイオード
Ｃ2……出力コンデンサ
８……制御回路
９……外部電源
１０……制御起動部
１００……電圧設定回路
Ｒ4、Ｒ5……電圧設定抵抗
ＺＤ……ツェナーダイオード
１０１……電力供給切換回路
Ｑ1、Ｑ2……第１、第２のスイッチングトランジスタ
Ｖin……交流入力電圧
【図１】
2012205394.tif 000003
【図２】
2012205394.tif 000004