(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源からの入力を整流する整流回路と、その整流電圧を平滑する平滑コンデンサと、その平滑された電圧を入力として、高周波スイッチングにより電圧変換を行うＤＣ／ＤＣコンバータを有するスイッチング電源に於いて、
前記平滑コンデンサを構成する第１の平滑コンデンサ及び該第１の平滑コンデンサより大きな容量の第２の平滑コンデンサと、
前記整流回路の正の出力と前記第１の平滑コンデンサの正極との間に第１のダイオードを介して直列に接続される昇圧チョッパ用のインダクタンス素子と、
前記インダクタンス素子を第２のダイオードを介して励磁する高周波交流電圧源と、
前記整流回路の正の出力と前記第２の平滑コンデンサの正極を接続する第３のダイオードと、
前記第２の平滑コンデンサの正極と前記第１の平滑コンデンサの正極を接続する第４のダイオードと、
を備えたことを特徴とするスイッチング電源。
【請求項２】
請求項１記載のスイッチング電源において、前記第４のダイオードと並列に抵抗を接続したことを特徴とするスイッチング電源。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、昇圧チョッパとＤＣ／ＤＣコンバータを組み合わせて力率改善と出力電圧を安定化するスイッチング電源に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、入力電流の導通角を広げて力率改善を図るスイッチング電源としては、昇圧チョッパとＤＣ／ＤＣコンバータを組み合わせた例えば図３のものがある（特開２００２−１０６４３）。
【０００３】
図３のスイッチング電源は、交流電源ＡＣからの入力を整流回路１１で整流し、続いてインダクタンス素子ＬをダイオードＤ２を介してＤＣ／ＤＣコンバータ２０に接続することで昇圧チョッパを構成している。
【０００４】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、平滑コンデンサで平滑された電圧を入力として、高周波スイッチングにより電圧変換を行う。平滑コンデンサは直列接続されたコンデンサＣ１及びコンデンサＣ２で構成される。
【０００５】
この平滑コンデンサＣ１，Ｃ２はダイオードＤ１〜Ｄ４を介して昇圧チョッパとＤＣ／ＤＣコンバータ２０との間に接続される。即ち、整流回路１１の正の出力と第２の平滑コンデンサＣ２の正極との間に第１のダイオードＤ１を介して直列にインダクタンス素子Ｌが接続し、またインダクタンス素子ＬをダイオードＤ２を介してＤＣ／ＤＣコンバータ２０に接続する。また整流回路１１の正の出力と平滑コンデンサＣ１の正極をダイオードＤ３を介して接続し、更に、平滑コンデンサＣ２にダイオードＤ４を並列に接続する。
【０００６】
このような従来のスイッチング電源にあっては、昇圧チョッパの出力側に設ける平滑コンデンサとして、入力電圧のピーク電圧を受け持つコンデンサＣ１と、昇圧分を受け持つコンデンサＣ２に分割すると共に、コンデンサＣ１，Ｃ２をダイオードＤ１〜Ｄ４を用いて接続することにより、コンデンサ・インプット型のスイッチング電源に用いる平滑コンデンサと同程度の低い耐圧のコンデンサを用いることができるようにし、製造コストの低減を図っている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のスイッチング電源にあっては、入力平滑用のコンデンサＣ１と昇圧チョッパの出力に設けたコンデンサＣ２とを直列接続していたため、コンデンサの耐圧を低くすることはできるが、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の入力電圧が２つのコンデンサＣ１，Ｃ２の電圧の和となることで高くなっており、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の回路素子として耐圧の高い回路素子が必要となり、コンデンサの低耐圧化による分を超えて回路が大型化し、コストも高くなる問題がある。
【０００８】
本発明は、ＤＣ／ＤＣコンバータに加わる昇圧による平滑電圧を抑えて回路の小型化とコスト低減を図るスイッチング電源を提供することを目的とする。
【０００９】
また本発明は、交流電源投入時の突入電流を低減し、同時に停電時の出力保持時間を長くするスイッチング電源を提供する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため本発明は次のように構成する。まず本発明は、交流電源からの入力を整流する整流回路と、その整流電圧を平滑する平滑コンデンサと、その平滑された電圧を入力として、高周波スイッチングにより電圧変換を行うＤＣ／ＤＣコンバータを有するスイッチング電源を対象とする。
【００１１】
このようなスイッチング電源につき本発明にあっては、平滑コンデンサを構成する第１の平滑コンデンサ（Ｃ１）及び第２の平滑コンデンサ（Ｃ２）と、整流回路の正の出力と第１の平滑コンデンサ（Ｃ１）の正極との間に第１のダイオード（Ｄ１）を介して直列に接続される昇圧チョッパ用のインダクタンス素子（Ｌ）と、インダクタンス素子（Ｌ）を第２のダイオード（Ｄ２）を介して励磁する高周波交流電圧源と、整流回路の正の出力と第２の平滑コンデンサ（Ｃ２）の正極を接続する第３のダイオード（Ｄ３）と、第２の平滑コンデンサ（Ｃ２）の正極と第１の平滑コンデンサ（Ｃ１）の正極を接続するに第４のダイオード（Ｄ４）とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
このように本発明は、平滑コンデンサを構成する２つのコンデンサをＤＣ／ＤＣコンバータの入力側で並列に接続したことで、ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧を低く抑え、ＤＣ／ＤＣコンバータの耐圧を低くして回路の小型化とコストダウンを実現する。
【００１３】
また交流投入時のインダクタンス素子を介して第１の平滑コンデンサに流れる突入電流を、並列接続した第２の平滑コンデンサにバイパスして流すことで緩和し、インダクタンス素子の飽和やＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング素子に加わるサージ電圧を低減することもできる。
【００１４】
更に本発明は、第４のダイオード（Ｄ４）と並列に抵抗を接続したことを特徴とする。この抵抗の並列接続により、第１の平滑コンデンサの平滑電圧が第２の平滑コンデンサの平滑電圧より高いときに、抵抗を介して平滑電圧の低いほうの第２の平滑コンデンサを平滑電圧の高い第１の平滑コンデンサにより充電してエネルギー量を増加しておき、これによって停電時の第２の平滑コンデンサからのエネルギーによる出力保持時間を長くすることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明によるスイッチング電源１の実施形態の回路図である。図１において、スイッチング電源１は、交流電源２から供給される交流電圧を整流回路３で整流した後、平滑コンデンサＣｉで平滑して整流電圧Ｖｉｎを生成している。この整流電圧Ｖｉｎは第１の電力変換部４及び第２の電力変換部５を通すことにより、力率を改善し、安定な直流電圧Ｖｏを発生させる他励式のスイッチングレギュレータを構成している。
【００１６】
第１の電力変換部４は、インダクタンス素子Ｌ、平滑コンデンサ（以下単に「コンデンサ」という）Ｃ１，Ｃ２、ダイオードＤ１〜Ｄ４，ＭＯＳ−ＦＥＴを用いたスイッチング素子７、及びパルス幅制御回路８を備える。また第２の電力変換部５は、高周波トランス６、ダイオードＤ５、平滑コンデンサＣｏに加え、スイッチング素子７及びパルス幅制御回路８を含む。
【００１７】
第１の電力変換部４は、昇圧チョッパ用のインダクタンス素子ＬをダイオードＤ１を介して高周波トランス６の１次巻線Ｌ１の正極側に接続し、ここに平滑コンデンサＣ１の正極を接続している。またインダクタンス素子ＬをダイオードＤ２を介してＤＣ／ＤＣコンバータを構成するスイッチング素子７側に接続し、これによって昇圧チョッパ回路を構成している。
【００１８】
これに加え本発明にあっては、整流回路３の正極出力とコンデンサＣ１の正極との間に、ダイオードＤ３，Ｄ４を介して平滑コンデンサＣ２の正極を並列的に接続している。
【００１９】
次に図１の実施形態の動作を説明する。パルス幅制御回路８による制御でスイッチング素子７がオンになると、整流電圧Ｖｉｎがインダクタンス素子Ｌ、ダイオードＤ１，高周波トランス６の１次巻線Ｌ１の直列回路に加わり、１次電流が流れることでインダクタンス素子Ｌにエネルギーが蓄積される。
【００２０】
続いてスイッチング素子７がオフになると、インダクタンス素子Ｌに蓄積されていたエネルギーにより、ダイオードＤ２、高周波トランス６の１次巻線Ｌ１及びコンデンサＣ１を通して電流が流れる。
【００２１】
このようなスイッチング素子７のオン、オフ動作を繰り返すことによって、高周波トランス６の２次巻線Ｌ２に誘起された電圧がダイオードＤ５と平滑コンデンサＣｏで整流平滑され、直流電圧Ｖｏを発生して負荷９に電力を供給する。
【００２２】
更に、パルス幅制御回路８が出力電圧Ｖｏの変動を検出し、誤差をなくすようにスイッチング素子７のオン期間を制御することにより、出力電圧Ｖｏを一定電圧に安定化させる。
【００２３】
また第２の電力変換部５を構成するＤＣ／ＤＣコンバータからみてコンデンサＣ１，Ｃ２は入力側に並列的に接続されているため、平滑電圧の加算は行われず、ＤＣ／ＤＣコンバータに加わる入力平滑電圧を低減し、低耐圧の回路素子により小型化とコストダウンを図ることができる
更に、コンデンサＣ２は交流電源２の投入時にインダクタンス素子Ｌに流れる突入電流をバイパスする。交流電源２の投入時、コンデンサＣ１に電荷はなく、インダクタンス素子Ｌを通してコンデンサＣ１に突入電流が流れ、これによるサージ電圧がスイッチング素子７に加わる。
【００２４】
しかし、同時にダイオードＤ３を介してコンデンサＣ２にも突入電流が流れ、コンデンサＣ１が単独の場合の突入電流に比べ、コンデンサＣ２に並列的に流れる分がバイパスされ、コンデンサＣ１に流れる突入電流を低減することができる。
【００２５】
このようにインダクタンス素子Ｌに流れる突入電流を小さくするため、コンデンサＣ２の容量をコンデンサＣ１の容量に対し大きな容量としている。
【００２６】
更にコンデンサＣ１，Ｃ２の並列接続により平滑コンデンサの合計容量は（Ｃ１＋Ｃ２）となり、停電時の出力保持時間をコンデンサＣ２を並列接続している分、長くすることができる。即ち、停電時には、コンデンサＣ２のエネルギーがスイッチング素子７のオン、オフ動作によって２次側に送られ、停電時の出力保持時間を長くする。
【００２７】
このため停電時に必要な出力保持時間を満足できるように、コンデンサＣ２の容量を決めておけばよく、これによってＣ１＜Ｃ２の関係が必然的に成立し、このため交流電源投入時の突入電流のバイパス割合を高め、インダクタンス素子Ｌに流れる突入電流を十分に抑制できる。
【００２８】
図２は本発明の他の実施形態であり、この実施形態にあっては、コンデンサＣ２の正極をコンデンサＣ１の正極に接続しているダイオードＤ４と並列に抵抗Ｒ１を接続したことを特徴とする。
【００２９】
この抵抗Ｒ１の並列接続により、昇圧チョッパのパルス電圧を平滑するコンデンサＣ１の平滑電圧Ｖｃ１がコンデンサＣ２の平滑電圧Ｖｃ２より高いときに、抵抗Ｒ１を介してコンデンサＣ１の高い方の平滑電圧Ｖｃ１によりコンデンサＣ２の低い方の平滑電圧Ｖｃ２を充電し、エネルギー量を増加しておく。これによって停電時のコンデンサＣ２からのエネルギーによる出力保持時間を長くすることができる。
【００３０】
また停電時の出力保持に必要なコンデンサＣ２のエネルギー量を一定とする場合には、エネルギーＪとの間には、
Ｊ＝ＣＶ2／２
の関係があり、抵抗Ｒ１を介して高い電圧に充電されることで、コンデンサＣ２の容量を小さくし、コンデンサＣ２を小型化できる。
【００３１】
尚、図１，図２の入力平滑用のコンデンサＣｉは省略してもよい。またスイッチング素子７としては、ＭＯＳ−ＦＥＴ以外にトランジスタなど適宜の素子を使用できる。また本発明は、その目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含む。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、平滑コンデンサを構成する２つのコンデンサをＤＣ／ＤＣコンバータの入力側で並列に接続したことで、ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧を低く抑え、ＤＣ／ＤＣコンバータの耐圧を低くして回路の小型化とコストダウンを実現する。
【００３３】
また交流電源投入時のインダクタンス素子を介して第１の平滑コンデンサに流れる突入電流を、並列接続した第２の平滑コンデンサにバイパスして流すことで緩和し、インダクタンス素子の飽和やＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング素子に加わるサージ電圧を低減することもできる。
【００３４】
また突入電流のバイパス用に設けた第２のコンデンサの容量を大きくすることで、突入電流の低減と停電時の出力保持時間の確保が同時にできる。
【００３５】
更に本発明は、２つの平滑コンデンサの正極同士を接続するダイオードと並列に抵抗を接続することにより、抵抗を介して高い平滑電圧で低い方の平滑電圧を充電して平滑コンデンサのエネルギー量を増加しておき、停電時の平滑コンデンサからのエネルギーによる出力保持時間を長くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示した回路図
【図２】本発明の他の実施形態を示した回路図
【図３】従来例を示した回路図
【符号の説明】
１：スイッチング電源
２：交流電源
３：整流回路
４：第１の電力変換部
５：第２の電力変換部
６：高周波トランス
７：スイッチング素子
８：パルス幅制御回路
９：負荷
Ｌ：インダクタンス素子（昇圧チョッパ用）
Ｃｉ，Ｃ１〜Ｃ４：平滑コンデンサ
Ｄ１〜Ｄ４：ダイオード
Ｌ１：１次巻線
Ｌ２：２次巻線
Ｒ１：抵抗
【図１】
0003996440.tif 000002
【図２】
0003996440.tif 000003
【図３】
0003996440.tif 000004