(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源からの交流電圧を整流する整流回路と、
一端が上記整流回路の出力に接続され、他端がダイオードを介して電源装置の出力端子に接続されたチョークコイルと、
上記出力端子と第１の基準電位点との間に接続されたコンデンサと、
上記チョークコイルの上記他端と上記第１の基準電位点との間に接続されたスイッチング素子と、
上記交流電圧を整流して得た電流値ＩＡＣと、上記交流電圧を整流し直流平均化した電圧値ＶＲＭＳと、上記出力端子に出力される出力電圧Ｖｏｕｔから得られる電圧アンプ出力ＶＡＯとが入力される乗算器が設けられ、上記スイッチング素子を周期的にオンオフさせる制御回路と、
上記制御回路で生成された基準電圧Ｖｒｅｆを出力する基準電圧点と、第２の基準電位点との間に設けられ、上記基準電圧を分圧する少なくとも２以上の抵抗と、
を備え、
上記基準電圧Ｖｒｅｆを分圧して得た抵抗分圧を、上記電圧値ＶＲＭＳに対してバイアスする
ことを特徴とする電源装置。
【請求項２】
上記乗算器の出力Ｉｍｐｏは、以下の式１で示されることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
（式１）Ｉｍｐｏ＝ＩＡＣ×ＶＡＯ／（Ｋ×ＶＲＭＳ2）
（ただし、Ｋは定数を示す。）
【請求項３】
上記交流電源と上記整流回路との間に、抵抗と、抵抗と隣接して設けられたリレーが設けられる
ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項４】
上記交流電源と上記整流回路との間に、パワーサーミスタが設けられる
ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項５】
交流電源からの交流電圧を整流する整流回路と、
一端が上記整流回路の出力に接続され、他端がダイオードを介して電源装置の出力端子に接続されたチョークコイルと、
上記出力端子と第１の基準電位点との間に接続されたコンデンサと、
上記チョークコイルの上記他端と上記第１の基準電位点との間に接続されたスイッチング素子と、
上記交流電圧を整流して得た電流値ＩＡＣと、上記交流電圧を整流し直流平均化した電圧値ＶＲＭＳと、上記出力端子に出力される出力電圧Ｖｏｕｔから得られる電圧アンプ出力ＶＡＯとが入力される乗算器が設けられ、上記スイッチング素子を周期的にオンオフさせる制御回路と、
上記制御回路で生成された基準電圧Ｖｒｅｆを出力する基準電圧点と、第２の基準電位点との間に設けられ、上記基準電圧を分圧する少なくとも２以上の抵抗と、
上記電圧値ＶＲＭＳが所定の電圧値以下となった場合に上記制御回路をオフするようなイネーブル信号を出力する信号出力回路と、
を備え、
上記基準電圧Ｖｒｅｆを分圧して得た抵抗分圧を、上記電圧値ＶＲＭＳに対してバイアスする
ことを特徴とする電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、交流電流を整流し、安定した直流電圧を生成する電源装置に関し、特に、ＰＦＣ制御回路を有する電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＰＦＣ（Power Factor Correction：力率改善 ）制御ＩＣを有するＰＦＣ制御回路を有する電源装置（以下、ＰＦＣコンバータと適宜称する）は、力率を改善することによって、高調波の発生を抑制することができる。このような電源装置としては、以下の特許文献１のような回路構成が知られている。
【特許文献１】特開平１１−１６４５４８号公報
【０００３】
図１を参照して従来のＰＦＣコンバータ１の一例について説明する。
【０００４】
ブリッジ回路ＢＤおよび平滑コンデンサＣｉは、交流電源（商用電源）Ｖａｃの交流電圧を整流して全波整流電圧を平滑コンデンサＣｉに供給し、直流電圧Ｖｉｎを出力する。
【０００５】
交流電源Ｖａｃと、ブリッジ回路ＢＤとの間には、突入電流防止用抵抗Ｒｉが設けられている。突入電流防止用抵抗Ｒｉにより、電源コンセントを差し込んだ時に、平滑コンデンサＣｉ、Ｃｏを介して過大な電流が流れることを防止することができる。
【０００６】
突入電流防止用抵抗Ｒｉと並列にスイッチＳＷ１が設けられる。スイッチＳＷ１は、リレー駆動コイルＬＲＹによって駆動されるスイッチであり、スイッチＳＷ１およびリレーコイルＬＲＹとによってリレーＲＹが構成される。リレーＲＹにはリレー駆動回路３が接続されている。
【０００７】
リレーＲＹのスイッチＳＷ１は、起動時から通常動作状態に移行し、ＰＦＣコンバータ１の出力電圧Ｖｏｕｔが所定の値以上となると、リレー駆動回路３によってオンするように制御される。スイッチＳＷ１がオンすると、突入電流防止用抵抗ＲｉがスイッチＳＷ１によってバイパスされ、抵抗Ｒｉにおける電力消費が抑えられる。
【０００８】
ブリッジ回路ＢＤには、ダイオードＤ２およびダイオードＤ３が接続され、さらに、基準電位（接地）点との間に抵抗Ｒ１、Ｒ２およびＲ３が直列に接続される。抵抗Ｒ１およびＲ２の接続点からブリッジ回路ＢＤからの電流ＩＡＣがＰＦＣ制御ＩＣ２に入力される。また、抵抗Ｒ２およびＲ３の接続点からは、ＡＣ電圧を平均化した電圧ＶＲＭＳがＰＦＣ制御ＩＣ２に入力される。
【０００９】
また、ブリッジ回路ＢＤの出力には、平滑用コンデンサＣ１が接続され、また、チョークコイルＬ１の一端が接続され、チョークコイルＬ１の他端からダイオードＤ１を介して出力電圧Ｖｏｕｔが生じる出力端子が導出される。また、出力端子と基準電位点との間には平滑コンデンサＣｏが接続される。
【００１０】
チョークコイルＬ１の他端と、基準電位点との間にはスイッチング素子としてのＦＥＴ（Field Effect Transistor ；電界効果トランジスタ）Ｑ１が接続されている。ＦＥＴＱ１のゲートには、ＰＦＣ制御ＩＣ２のドライブ回路１５からドライブパルスが供給される。ＦＥＴＱ１は、正極性のパルスのハイレベル期間でオンし、ローレベル期間でオフする。
【００１１】
また、出力端子と、他の基準電位点との間には、抵抗Ｒ４、Ｒ５およびＲ６が直列に接続される。抵抗Ｒ４およびＲ５の接続点は、リレー駆動回路３に接続され、リレー駆動回路３がＰＦＣコンバータ１の出力電圧に応じてリレーＲＹを駆動する。また、抵抗Ｒ５およびＲ６の接続点から、ＰＦＣ制御ＩＣ２に対して、ＰＦＣコンバータ１の出力電圧Ｖｏｕｔがフィードバックされる。さらに、出力電流を検出するための電流検出抵抗Ｒsense が接続される。検出された信号がＰＦＣ制御ＩＣ２のドライブ回路１５に入力される。出力端子と基準電位点との間には、負荷が接続される。この負荷には共振回路が含まれている。例えば電流共振型のスイッチングコンバータに対して出力電圧Ｖｏｕｔが供給される。
【００１２】
ＰＦＣ制御ＩＣ２は、電圧増幅器１０と、乗算器１１と、電流増幅器１２と、パルス幅変調（ＰＷＭ；Pulse Width Modulation）回路１３と、発振器１４と、ドライブ回路１５とからなる。また、ＰＦＣ制御ＩＣ２には、電源から電圧Ｖｃｃが供給されるとともに、電圧源と基準電位点（接地点）との間に、ツェナーダイオード１６が接続され、ツェナーダイオード１６によって、基準電圧Ｖｒｅｆが発生する。基準電圧Ｖｒｅｆは、ＰＦＣ制御ＩＣ２内部の各部における基準となると共に、ＩＣ回路の外へ導出される。
【００１３】
電圧増幅器１０には、フィードバックされた出力電圧が供給される、その出力電圧ＶＡＯが乗算器１１に入力される。乗算器１１には、電圧ＶＡＯとともに、電流ＩＡＣおよび電圧ＶＲＭＳが入力され、乗算器１１からは乗算器出力Ｉｍｐｏが出力される。乗算器出力Ｉｍｐｏは、以下の式のように示される。
Ｉｍｐｏ＝ＩＡＣ×ＶＡＯ／（Ｋ×ＶＲＭＳ2）
ただし、Ｋは定数であり、回路によって任意に選択される。
【００１４】
乗算器出力Ｉｍｐｏは、電流増幅器１２を介してパルス幅変調回路１３に供給される。パルス幅変調回路１３は、発振器１４から供給されたパルス信号を電流増幅器１２からの出力に応じてパルス幅変調する。変調されたパルス信号は、ドライブ回路１５を介してドライブパルスとして出力され、ドライブパルスがＦＥＴＱ１のゲートに印加される。これにより、ＦＥＴＱ１は高速でオン／オフ制御がされる。ＰＦＣ制御ＩＣ２は、ドライブパルスの幅を変化させることで、出力電圧を安定化する。
【００１５】
ＰＦＣ制御ＩＣ２の乗算出力Ｉｍｐｏは、上式に示されるように、ＩＡＣ、ＶＡＯに比例し、ＶＲＭＳの二乗に反比例する。また、乗算出力Ｉｍｐｏが大きいほどドライブパルスのオン期間が大きくなる。したがって、電圧ＶＲＭＳが小さいと、乗算出力Ｉｍｐｏが大きくなり、ＦＥＴＱ１のオン期間が長くなり、電流ＩＬ１が大きくなるように制御される。
【００１６】
また、ＰＦＣ制御ＩＣ２には、電流検出抵抗Ｒsense からの出力Ｉsense が供給され、過電流が検出された場合には、ドライブ回路１５によってドライブパルスの出力がオフとされる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
このような構成のＰＦＣコンバータ１では、ＰＦＣコンバータ１の起動時、または交流電源の瞬停状態からの復帰時にチョークコイルＬ１から音鳴りが発生するという問題が生じる。以下、この問題について説明する。
【００１８】
図２は、図１のＰＦＣコンバータ１の起動時の波形である。図２Ａに示すように、例えばＡＣコンセントを接続し、出力電圧Ｖｏｕｔが昇圧する際、ＶｏｕｔがリレーＳＷ１のオン電圧まで達していないと、リレーはオフの状態のままとなり、結果的に突入電流防止抵抗Ｒｉが挿入されることになる。このため、Ｖｏｕｔ昇圧時に、Ｒｉに電流が流れることで、図２Ｂに示すように、電圧Ｖａｃ１が一瞬低下する。電圧Ｖａｃ１に連動して電圧ＶＲＭＳも図２Ｃに示すように低下する。電圧ＶＲＭＳが小さくなるほど乗算出力Ｉｍｐｏの出力が大きくなるので、電圧ＶＲＭＳが低下することにより、乗算出力Ｉｍｐｏの出力が大きくなり、オンデューティを広げることとなる。
【００１９】
また、オンデューティが広がりすぎるとチョークコイルＬ１が飽和し、チョークコイルＬ１のインダクタンスが大幅に低下して短絡状態に等しい状態となり、電流ＡＣＩおよびＩＬ１が大振幅となる。よって、それを防止するために、過電流保護回路である電流検出抵抗Ｒsenseによって、一定以上の電流が流れると、ドライブパルスの出力をオフするように制御される。
【００２０】
しかしながら、この過電流保護回路が働くと、図３および図４に示すように、異常発振状態となってしまい、チョークコイルＬ１からの音鳴りが発生してしまう。ここで、図３は、図２の波形図の昇圧時における出力電圧Ｖｏｕｔ、電流ＩＬ１と、ドライブパルスを拡大してそれぞれ示す。また、図４は、図３の波形図のドライブパルスおよび電流ＩＬ１をさらに拡大して示す。
【００２１】
また、図５に示すように、期間Ｔａに示す交流電流Ｖａｃの瞬停時においても、上述のＰＦＣコンバータ起動時と同様に音鳴りの問題が生じてしまう。
【００２２】
したがって、この発明は、上記問題点を解消し、回路起動時または交流電源の瞬停状態からの復帰時において安定した出力が可能な電源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上述した課題を解決するために、この発明は、交流電源からの交流電圧を整流する整流回路と、
一端が整流回路の一方の出力端子に接続され、他端がダイオードを介して一方の出力端子に接続されたチョークコイルと、
一方の出力端子と整流回路の他方の出力端子との間に挿入されたコンデンサと、
チョークコイルの他端と整流回路の他方の出力端子との間に挿入されたスイッチング素子と、
交流電圧を整流して得た電流値ＩＡＣと、交流電圧を整流し平均化した電圧値ＶＲＭＳと、出力端子に出力される出力電圧から形成された電圧ＶＡＯとが入力される乗算器を有し、スイッチング素子に対するドライブパルスを生成するＰＦＣ制御回路と、
電圧値ＶＲＭＳに対するバイアス電圧を発生するバイアス手段と
を備えたことを特徴とする電源装置である。
【００２４】
この発明では、乗算器の出力Ｉｍｐｏは、下記の式で示される。
Ｉｍｐｏ＝ＩＡＣ×ＶＡＯ／（Ｋ×ＶＲＭＳ2）
（ただし、Ｋは定数を示す。）
【発明の効果】
【００２５】
この発明によれば、電圧ＶＲＭＳが一定の電圧以下に下がらないようにすることができる。このため、チョークコイルに過大な電流が流れるのを防止し、チョークコイルの音鳴りを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、この発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００２７】
図６は、この発明の一実施の形態によるＰＦＣコンバータ１ａの構成の一例を示す回路図である。なお、図１のＰＦＣコンバータの構成と対応する部分には同一の符号を付す。
【００２８】
ＰＦＣコンバータ１ａは、図６に示すように、ＰＦＣ制御ＩＣ２の基準電圧Ｖｒｅｆの出力端子と、電圧ＶＲＭＳが生じる接続位置（抵抗Ｒ２およびＲ３の接続点）との間に、抵抗Ｒ７およびダイオードＤ４を直列に接続するものである。ダイオードＤ４は、基準電圧Ｖｒｅｆの出力端子から接続位置に対して順方向に接続される。抵抗Ｒ７と抵抗Ｒ３とで基準電圧Ｖｒｅｆが分圧され、分圧電圧Ｖｄｉｖが生じる。この分圧電圧Ｖｄｉｖによって電圧ＶＲＭＳがバイアスされる。分圧電圧Ｖｄｉｖは、通常動作時に影響が出ないように、最低ＡＣ入力電圧値に相当する電圧ＶＲＭＳ以下に設定される。最低ＡＣ入力電圧値とは、通常動作で想定される電圧の最低電圧である。
【００２９】
電圧ＶＲＭＳは、分圧電圧Ｖｄｉｖでバイアスされているため、分圧電圧Ｖｄｉｖ以下に下がらない。その結果、起動時の突入電流防止抵抗Ｒｉによる電圧Ｖａｃ１の低下が発生しても、電圧ＶＲＭＳが連動して大幅に低下することが防止される。その結果、上述したような音鳴りの問題を防止することができる。
【００３０】
図７に、図６に示すＰＦＣコンバータ１ａの起動時の波形を示す。図７Ａおよび図７Ｂに示すように、出力電圧Ｖｏｕｔが上昇して、電圧Ｖａｃ１の低下が生じた場合であっても、図７Ｃのように電圧ＶＲＭＳの低下幅は従来と比較して小さくなる。
【００３１】
このため、図７Ｄおよび図７Ｅに示すように、電流ＡＣＩおよび電流ＩＬ１の振幅の振れ幅は従来と比較して小さくなる。
【００３２】
図８に、図７に示す電流ＩＬ１と、ドライブパルスを拡大した波形を示す。また、図９に、図８ＢのＸで示す部分を拡大した波形を示す。ドライブパルスは、図８に示すように、電流ＩＬ１の振幅が大きい部分の方が、振幅が小さい部分に比べてオンデューティが大きくなるように、すなわち、パルス波のハイレベル期間が長くなるように制御される。これにより、ＡＣ電圧と連動した安定した電流を流すことが出来る。また、図８Ｂにおいて、オンデューティがＸ期間のような短期間において変動せず、ほぼ一定に保たれている。このため、図８Ｂおよび図９Ｂに示すように、電流ＩＬ１はほぼ一定振幅の三角波となっており、図３、図４のような異常発振が発生していないことがわかる。このため、音鳴りを防止することができる。
【００３３】
また、図１０Ａないし図１０Ｃに示すように、例えば期間Ｔａにおいて交流電圧Ｖａｃに瞬停が生じ、出力電圧Ｖｏｕｔにドロップが生じる場合がある。このような場合であっても、分圧電圧Ｖｄｉｖがバイアスされていることから、電圧ＶＲＭＳが分圧電圧Ｖｄｉｖ以下に低下することはない。このため、瞬停からの復帰時においても、電流ＩＬ１がチョークコイルＬ１が飽和状態に近付くほどの過大な電流とはならない。したがって、チョークコイルＬ１からの音鳴りの発生も防止することができる。
【００３４】
図１１は、この発明の他の実施の形態によるＰＦＣコンバータ１ｂを示す。このＰＦＣコンバータ１ｂは、電圧ＶＲＭＳを検出し、電圧ＶＲＭＳが一定の電圧以下に下がった場合にＰＦＣ制御ＩＣ２の動作を停止する構成を有する。
【００３５】
ＰＦＣコンバータ１ｂでは、比較器１７を設け、電圧ＶＲＭＳとしきい値（電圧）Ｖｔｈを比較する。電圧ＶＲＭＳがしきい値Ｖｔｈよりも大きい場合はスイッチＳＷ２をオンし、電圧ＶＲＭＳがしきい値Ｖｔｈよりも小さい場合はスイッチＳＷ２をオフするようなイネーブル信号を出力する。ＳＷ２がオフすると、ＰＦＣ制御ＩＣ２に対する電源電圧Ｖｃｃの供給が停止し、ＰＦＣ制御ＩＣ２の動作が停止する。基準電圧Ｖｔｈは、ＰＦＣ制御ＩＣ２から出力される基準電圧Ｖｒｅｆよりも低くなるように設定される。
【００３６】
このような構成のＰＦＣコンバータ１ｂにおいては、交流電源Ｖａｃの瞬停時のように、直ちに電圧が復帰するような場合であってもＰＦＣ制御ＩＣ２の動作が停止してしまう。このため、図６の一実施の形態と同様に、ＶＲＭＳが分圧電圧Ｖｄｉｖ以下とならない構成とすることによって、瞬停時においてはＰＦＣ制御ＩＣ２の動作を停止させることなく、動作を継続することができる。
【００３７】
また、交流電源Ｖａｃの瞬停から復帰する際においても、電圧ＶＲＭＳが大幅にドロップしていないことから、チョークコイルＬ１に過大な電流ＩＬ１が流れることがない。このため、チョークコイルＬ１からの音鳴りを防止することができる。
【００３８】
以上、この発明の実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
【００３９】
例えば、上述の実施形態においては、突入電流防止抵抗Ｒｉと、リレーＲＹおよびリレー駆動回路３とを設けているが、図１２に示すように、突入電流防止抵抗Ｒｉ、リレーＲＹおよびリレー駆動回路３の変わりにパワーサーミスタＴＨを設けてもよい。パワーサーミスタＴＨは、温度が高くなるにつれて抵抗が小さくなるものである。このため、ＰＦＣコンバータ起動時においては、パワーサーミスタＴＨの抵抗値が高く、ＰＦＣコンバータの動作が続くとパワーサーミスタＴＨの抵抗値が低くなる。パワーサーミスタＴＨを用いることにより、起動時における突入電流を防止でき、また、リレーなどのシャントする部品を追加しなくても良い為、部品点数削減になる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】従来のＰＦＣコンバータの構成の一例を示す接続図である。
【図２】従来のＰＦＣコンバータにおける回路起動時の信号波形を示す波形図である。
【図３】従来のＰＦＣコンバータにおける回路起動時の信号波形を示す波形図である。
【図４】従来のＰＦＣコンバータにおける回路起動時の信号波形を示す波形図である。
【図５】従来のＰＦＣコンバータにおける電圧瞬停時の信号波形を示す波形図である。
【図６】この発明のＰＦＣコンバータの一実施の形態における接続図である。
【図７】この発明の一実施の形態における回路起動時の信号波形を示す波形図である。
【図８】この発明の一実施の形態における回路起動時の信号波形を示す波形図である。
【図９】この発明の一実施の形態における回路起動時の信号波形を示す波形図である。
【図１０】この発明の一実施の形態における電圧瞬停時の信号波形を示す波形図である。
【図１１】この発明の他の実施の形態による接続図である。
【図１２】この発明の一部変形例を示す接続図である。
【符号の説明】
【００４１】
１，１ａ，１ｂ・・・ＰＦＣコンバータ
２・・・ＰＦＣ制御回路
３・・・リレー駆動回路
１０・・・電圧増幅器
１１・・・乗算器
１２・・・電流増幅器
１３・・・パルス幅変調回路
１４・・・発振器
１５・・・ドライブ回路
１６・・・ツェナーダイオード
１７・・・比較器
【図１】
0005029182.tif 000002
【図２】
0005029182.tif 000003
【図３】
0005029182.tif 000004
【図４】
0005029182.tif 000005
【図５】
0005029182.tif 000006
【図６】
0005029182.tif 000007
【図７】
0005029182.tif 000008
【図８】
0005029182.tif 000009
【図９】
0005029182.tif 000010
【図１０】
0005029182.tif 000011
【図１１】
0005029182.tif 000012
【図１２】
0005029182.tif 000013