(57)【要約】【課題】  交流入力電圧がどのような位相にあっても、昇圧回路のスイッチング素子の両端間に過大な電圧が加わらない電源装置を提供する。【解決手段】電源投入直後に突入電流が発生しても、整流回路２からの整流電圧が一定レベルに達し、ＭＯＳＦＥＴ５が動作を始めるまでは、突入電流防止回路３１がサイリスタ２０をオフにするため、突入電流防止用抵抗２１によって突入電流を効果的に制限できる。その後、整流電圧が一定レベルに達し、ＭＯＳＦＥＴ５が動作を始めて、補助巻線１２からの誘起電圧によってサイリスタ２０をオンにする駆動電圧が与えられると、保持回路３６は整流電圧の変動に拘らず、補助巻線１２からの誘起電圧を利用して、サイリスタ２０をオン状態にし続ける。そのため、電源装置へのサージ電流はサイリスタ２０を通り、サージ電流に起因した突入電流防止用抵抗２１の電圧上昇を回避できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流入力電圧を整流する整流回路と、
前記整流回路からの整流電圧を昇圧するために、チョークコイルとスイッチング素子とを備えた昇圧回路と、
前記チョークコイルに設けられる補助巻線，前記補助巻線からの誘起電圧により駆動するスイッチ素子，および前記スイッチ素子の両端間に接続する限流素子を備え、前記チョークコイルに印加する前記整流電圧が一定レベルに達し、前記昇圧回路が動作を始めるまで、前記スイッチ素子をオフにする突入電流防止回路と、を備えた電源装置において、
前記整流電圧が一定レベルに達し、前記昇圧回路が動作を始めて、前記スイッチ素子がターンオンした後、前記補助巻線からの誘起電圧により前記スイッチ素子をオン状態に保持する保持回路を備えた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】
本発明は、昇圧回路のチョークコイルに補助巻線を巻回し、この補助巻線に発生する電圧を利用して突入電流を防止する電源装置に関し、特に雷サージの耐量を改善するための電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、この種の電源装置として、例えば特許文献１には、交流入力電圧を整流する整流回路と、この整流回路からの整流電圧よりも高い昇圧直流電圧を得るための昇圧回路と、スイッチ素子と突入電流防止用抵抗との並列回路を含み、電源投入時における突入電流を抑制する突入電流防止回路とを備えたものが知られている。
【０００３】
また特に、前記昇圧回路のチョークコイルに補助巻線を巻回し、この補助巻線に発生する電圧を利用して、突入電流防止回路のスイッチ素子を制御するものが、別な特許文献２や特許文献３に開示されている。
【０００４】
図４は、そうした従来技術における電源装置の一例を示したものである。同図において、１は電源装置に交流入力電圧を供給する交流電源、２は交流電源１からの交流入力電圧を全波整流する整流回路であり、これは周知のブリッジ接続された４個のダイオード２Ａ〜２Ｄにより構成される。３は整流回路２からの整流出力を昇圧して、後段のＤＣ−ＤＣコンバータ９に直流電圧を供給する昇圧回路であり、これはチョークコイル４とスイッチング素子であるＭＯＳＦＥＴ５との直列回路を、前記整流回路２の出力端間に接続し、ダイオード６と平滑コンデンサ７との直列回路を、ＭＯＳＦＥＴ５の両端すなわちドレイン・ソース間に接続して構成される。また、ここには図示していないが、昇圧回路３にはＭＯＳＦＥＴ５のゲートに駆動信号を供給する制御手段が設けられており、この制御手段は、前記整流回路２からの整流電圧を受けて、昇圧回路３への入力電流波形が正弦波状になるように、ＭＯＳＦＥＴ５のオン／オフを制御する。つまりここでの昇圧回路３は、ＤＣ−ＤＣコンバータ９に高力率の直流電圧を供給する力率改善回路としての機能を有している。電圧変換部としてのＤＣ−ＤＣコンバータ９は、昇圧回路３からの直流電圧を受けて、これを適切な直流出力電圧に変換して、図示しない負荷に供給するものである。
【０００５】
１１は、電源投入時に昇圧回路３ひいてはＤＣ−ＤＣコンバータ９への突入電流を防止する突入電流防止回路である。この突入電流防止回路１１は、昇圧回路３のチョークコイル４と磁気的に結合する補助巻線１２と、抵抗１３，１４，１５と、コンデンサ１６，１７と、逆流防止用のダイオード１８，１９と、スイッチ素子たるサイリスタ（ＳＣＲ）２０と、限流素子としての突入電流防止用抵抗２１とからなり、補助巻線の一端（ドット側端子）に、抵抗１３，１５およびコンデンサ１７の一端がそれぞれ接続され、抵抗１３の他端にダイオード１８のアノードが接続され、ダイオード１８のカソードに別なダイオード１９のアノードが接続され、ダイオード１８，１９の接続点と補助巻線の他端（非ドット側端子）との間にコンデンサ１６が挿入接続される。また、ダイオード１９のカソードに抵抗１４の一端が接続され、この抵抗１４の他端にサイリスタ２０のゲートが共通に接続され、サイリスタ２０のゲートアブソーバとして設けた抵抗１５およびコンデンサ１７の並列回路が、サイリスタ２０のゲートとカソードとの間に接続されると共に、サイリスタ２０の両端であるアノードとカソードが、整流回路２からＤＣ−ＤＣコンバータ９に至る電圧供給ラインに挿入接続され、このサイリスタ２０のアノードとカソードとの間に、突入電流防止用抵抗２１が並列に接続される。
【０００６】
そして、電源投入直後において、交流電源１からの交流入力電圧が整流回路２により全波整流され、その整流電圧が昇圧回路３のチョークコイル４に印加されると共に、ＭＯＳＦＥＴ５に駆動電圧が供給されて動作を開始すると、チョークコイル４の印加電圧に比例した電圧が補助巻線１２の両端間に誘起される。それにより、補助巻線１２から直接サイリスタ２０のゲートに電流が流れる。そのため、前記整流電圧が一定レベルに達し、ＭＯＳＦＥＴ５が動作を始めるまでは、サイリスタ２０をターンオンするに十分な電流がゲートに流れず、当該サイリスタ２０はオフ状態となるため、昇圧回路３に侵入しようとする突入電流は、突入電流防止用抵抗２１によって制限される。その後、整流電圧が一定レベル以上に達し、ＭＯＳＦＥＴ５が動作を始めると、サイリスタ２０をターンオンするに十分な電流がゲートに流れて、突入電流防止用抵抗２１を短絡し、サイリスタ２０を通して昇圧回路３からＤＣ−ＤＣコンバータ９に入力電流が流れるようになっている。
【特許文献１】特開平１０−１５５２７２号公報
【特許文献２】実用新案登録第２６００２２５号公報
【特許文献３】特開２００６−１２１８０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、図４に示す電源装置は、整流回路２からの整流電圧を受けて、昇圧回路３が動作し始めると、補助巻線１２からサイリスタ２０のゲートに電流を流し、所定時間後にサイリスタ２０をターンオンさせる回路構成となっている。
【０００８】
ところが、交流入力電圧の位相が０°若しくは１８０°付近になると、整流電圧のレベルが０Ｖ付近にまで低下し、補助巻線１２に誘起する電圧もほぼ無くなるため、サイリスタ２０のアノード・カソード間およびゲートに流れる電流を保持できず、結局は突入電流防止回路１１のサイリスタ２０がオフしてしまう。この状態をあらわしたのが、図５に示す波形図であり、上段に示すサイリスタ２０のゲート電圧Ｖｇは、その下方にある交流入力電圧Ｖacの位相が０°若しくは１８０°付近で低下するため、サイリスタ２０は一定のオフ区間Ｔoffが繰り返し発生する。
【０００９】
このオフ区間Ｔoffのタイミングでは、サイリスタ２０がオフ状態となっているので、定常電流が突入電流防止用抵抗２１を介して昇圧回路３の平滑コンデンサ７に流れ込み、突入電流防止用抵抗２１の両端間には、突入電流防止用抵抗２１の抵抗値と定常電流とを積算した電圧が発生する。この定常動作時において、突入電流防止用抵抗２１の両端間に発生する電圧Ｖｂを、図５の下段に示す。
【００１０】
さらにこのオフ区間Ｔoffで、電源装置にサージ電圧が印加されると、サージ電流は突入電流防止用抵抗２１を介して昇圧回路３の平滑コンデンサ７に流れ込み、突入電流防止用抵抗２１の両端間には、突入電流防止用抵抗２１の抵抗値とサージ電流とを積算した電圧が発生する。このときの突入電流防止用抵抗２１の両端間電圧Ｖｂは、図５に示す定常動作時に比べてはるかに大きな値となり、昇圧回路３に組み込まれたＭＯＳＦＥＴ５のドレイン・ソース間は、突入電流防止用抵抗２１の抵抗値とサージ電流とを積算した両端間電圧Ｖｂに、平滑コンデンサ７の両端間電圧すなわち昇圧電圧と、ダイオード６の電圧降下分とを加えた電圧が発生し、ＭＯＳＦＥＴ５の定格電圧を超えてしまう虞れがある。
【００１１】
そこで本発明の目的は、交流入力電圧がどのような位相にあっても、昇圧回路のスイッチング素子の両端間に過大な電圧が加わらない電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の請求項１における電源装置は、交流入力電圧を整流する整流回路と、前記整流回路からの整流電圧を昇圧するために、チョークコイルとスイッチング素子とを備えた昇圧回路と、前記チョークコイルに設けられる補助巻線，前記補助巻線からの誘起電圧により駆動するスイッチ素子，および前記スイッチ素子の両端間に接続する限流素子を備え、前記チョークコイルに印加する前記整流電圧が一定レベルに達し、前記昇圧回路が動作を始めるまで、前記スイッチ素子をオフにする突入電流防止回路と、を備えた電源装置において、前記整流電圧が一定レベルに達し、前記昇圧回路が動作を始めて、前記スイッチ素子がターンオンした後、前記補助巻線からの誘起電圧により前記スイッチ素子をオン状態に保持する保持回路を備えている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の請求項１では、電源投入直後に突入電流が発生しても、整流回路からの整流電圧が一定レベルに達し、昇圧回路が動作を始めるまでは、突入電流防止回路がスイッチ素子をオフにするため、限流素子によって突入電流を効果的に制限できる。その後、整流電圧が一定レベルに達し、昇圧回路が動作を始めることで、補助巻線からの誘起電圧によってスイッチ素子をオンにする駆動電圧が与えられると、保持回路は整流電圧の変動に拘らず、前記補助巻線からの誘起電圧を利用して、スイッチ素子をオン状態にし続けるので、電源装置にサージ電流が流れ込んでも、当該サージ電流は限流素子にではなくスイッチ素子を通り、サージ電流に起因した限流素子の電圧上昇を回避できる。したがって、交流入力電圧がどのような位相にあっても、昇圧回路のスイッチング素子の両端間に過大な電圧が加わらない電源装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照しながら、本発明における電源装置について、好ましい実施例を説明する。なお、従来例で示した図４と同一箇所には同一符号を付し、共通する箇所の説明は重複を避けるため極力省略する。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本発明の第１実施例における基本構成となる電源装置の回路図を示している。従来例と異なる点は突入電流防止回路３１の構成であり、ここでは前述の補助巻線１２，抵抗１３，抵抗１５，コンデンサ１６，コンデンサ１７，ダイオード１８，ダイオード１９，サイリスタ２０，突入電流防止用抵抗２１の他に、スイッチ素子たるＭＯＳＦＥＴ３２と、抵抗３３，３４と、コンデンサ３５とを備えている。これらの各素子は、ダイオード１９のカソードにＭＯＳＦＥＴ３２のゲートが接続され、ＭＯＳＦＥＴ３２のソースにサイリスタ２０のゲートが接続され、ＭＯＳＦＥＴ３２のドレインに抵抗３４が接続される。また、補助巻線１２の一端とダイオード１９のカソードとの間に、抵抗３３とコンデンサ３５の並列回路が接続される。それ以外の構成は、従来例で示した図４と共通している。
【００１６】
従来例の突入電流防止回路１１は、ダイオード１９のカソードが抵抗１４を介して直接サイリスタ２０のゲートに接続されていたが、本実施例の突入電流防止回路３１は、ダイオード１９のカソードとサイリスタ２０のゲートとの間に、当該サイリスタ２０をオンにし続ける保持回路３６が設けられる。この保持回路３６は、ＭＯＳＦＥＴ３２と、抵抗３３，３４と、コンデンサ３５とからなり、チョークコイル４に整流回路２からの整流電圧が印加され、補助巻線１２の一端に正極性の誘起電圧が発生すると、コンデンサ３５に電荷を蓄えると共に、当該誘起電圧が一定レベルに達すると、ＭＯＳＦＥＴ３２をターンオンしてサイリスタ２０をオン状態に切替え、その後はコンデンサ３５に蓄えられた電荷によって、ＭＯＳＦＥＴ３２のゲート電圧を保持し、入力交流電圧の位相に関係なく、サイリスタ２０をオン状態にし続けるものである。
【００１７】
次に、上記構成においてその作用を説明すると、電源投入直後において、交流電源１からの交流入力電圧が整流回路２により全波整流され、その整流電圧が昇圧回路３のチョークコイル４に印加される。そして、整流電圧が一定レベルに達し、ＭＯＳＦＥＴ５が動作を始めると、チョークコイル４の印加電圧に比例した電圧が補助巻線１２の両端間に誘起され、この誘起電圧がコンデンサ３５に電荷を蓄えて、ＭＯＳＦＥＴ３２のゲートをチャージする。やがて、ＭＯＳＦＥＴ３２のゲート電位の上昇に伴い、当該ＭＯＳＦＥＴ３２がオン状態となり、抵抗３４とＭＯＳＦＥＴ３２を介してサイリスタ２０のゲートに電流が流れると、サイリスタ２０もターンオンして突入電流防止用抵抗２０の両端間を短絡するが、それまではサイリスタ２０がオフしているため、昇圧回路３に侵入しようとする過渡的な突入電流は、突入電流防止用抵抗２０によって制限される。
【００１８】
その後、交流入力電圧の位相が０°若しくは１８０°付近になると、整流電圧のレベルが０Ｖ付近にまで低下し、補助巻線１２に誘起する電圧もほぼ無くなるが、それまでコンデンサ３５に蓄えられた電荷によって、ＭＯＳＦＥＴ３２をオンし続けるレベルに、当該ＭＯＳＦＥＴ３２のゲート電圧は保持され、サイリスタ２０はオン状態を維持し続ける。したがって、交流入力電圧の供給が遮断されない限り、交流入力電圧の位相に関らず、サイリスタ２０は常時オン状態となり、サイリスタ２０を通して昇圧回路３からＤＣ−ＤＣコンバータ９に入力電流が流れる。
【００１９】
また、この状態で交流電源１から電源装置にサージ電圧が印加されても、サージ電流は突入電流防止用抵抗２１に流れず、サイリスタ２０を通って平滑コンデンサ７に流れ込む。したがって、昇圧回路３に組み込まれたＭＯＳＦＥＴ５のドレイン・ソース間は、平滑コンデンサ７の両端間電圧にダイオード６の電圧降下分を加えた電圧が発生するに留まり、ＭＯＳＦＥＴ５のドレイン・ソース間電圧の上昇を抑えることができる。同時に、サイリスタ２０のアノード・カソード間の電圧上昇も抑えることができる。
【００２０】
以上のように、本実施例では交流入力電圧を整流する整流回路２と、整流回路２からの整流電圧を昇圧するために、チョークコイル４とスイッチング素子であるＭＯＳＦＥＴ５とを整流回路２の出力端間に接続してなるチョッパ方式の昇圧回路３と、チョークコイル４に設けられる補助巻線１２，補助巻線１２からの誘起電圧により駆動するスイッチ素子としてのサイリスタ２０，およびサイリスタ２０の両端間であるアノード・カソード間に接続する限流素子としての突入電流防止用抵抗２１を備え、チョークコイル４に印加する整流電圧が一定レベルに達し、昇圧回路３のＭＯＳＦＥＴ５が動作を始めるまで、サイリスタ２０をオフにする突入電流防止回路３１と、を備えた電源装置において、整流回路２からの整流電圧が一定レベルに達し、ＭＯＳＦＥＴ５が動作を始めて、サイリスタ２０がターンオンした後、補助巻線１２からの誘起電圧を利用してこのサイリスタ２０をオン状態に保持する保持回路３６を突入電流防止回路３１に備えている。
【００２１】
この場合、電源投入直後に突入電流が発生しても、整流回路２からの整流電圧が一定レベルに達し、ＭＯＳＦＥＴ５が動作を始めるまでは、突入電流防止回路３１がサイリスタ２０をオフにするため、突入電流防止用抵抗２１によって突入電流を効果的に制限できる。その後、整流電圧が一定レベルに達し、ＭＯＳＦＥＴ５が動作を始めて、補助巻線１２からの誘起電圧によってサイリスタ２０をオンにする駆動電圧が与えられると、保持回路３６は整流電圧の変動に拘らず、補助巻線１２からの誘起電圧を利用して、サイリスタ２０をオン状態にし続けるので、電源装置にサージ電流が流れ込んでも、当該サージ電流は突入電流防止用抵抗２１にではなくサイリスタ２０を通り、サージ電流に起因した突入電流防止用抵抗２１の電圧上昇を回避できる。したがって、交流入力電圧がどのような位相にあっても、昇圧回路３のＭＯＳＦＥＴ５の両端間に過大な電圧が加わらない電源装置を提供できる。
【実施例２】
【００２２】
図２は、本発明の第２実施例における電源装置の実機例としての回路図である。同図において、第１実施例と異なるのは、ダイオード１９のカソードとＭＯＳＦＥＴ３２のゲートとの間に、抵抗４１，４２と、ツェナーダイオード４３とからなる定電圧回路を介在させた点にある。ここでは、抵抗４１，４２の直列回路が、ダイオード１９のカソードと補助巻線１２の一端との間に接続され、当該抵抗４１，４２の接続点にＭＯＳＦＥＴ３２のゲートが接続される。さらに、ＭＯＳＦＥＴ３２のゲートと補助巻線１２の一端との間に接続した抵抗の両端間に、ツェナーダイオード４３が接続される。それ以外の構成および動作は、上記第１実施例で説明したとおりである。
【００２３】
本例では、ＭＯＳＦＥＴ３２のゲート・ソース間電圧が、ツェナーダイオード４３によって一定に保たれる。したがって、第１実施例に比べてＭＯＳＦＥＴ３２を安定してオン状態に保持し続けることができ、整流回路２からの整流電圧が一定レベルに達した後は、サイリスタ２０を確実にオン状態に保つことが可能になる。
【実施例３】
【００２４】
図３は、本発明の第３実施例における電源装置の実機例としての回路図である。同図において、第２実施例と異なるのは、サイリスタ２０および突入電流防止用抵抗２１の並列回路が、昇圧回路３を構成するダイオード６のカソードとコンデンサ７の一端との間にではなく、整流回路２の出力端とチョークコイル４との間に挿入接続される点にある。それ以外の構成および動作は、上記第１実施例や第２実施例で説明したとおりである。
【００２５】
この場合、昇圧回路３の前段にサイリスタ２０および突入電流防止用抵抗２１の並列回路が設けられているため、電源投入直後に発生する突入電流を、昇圧回路３に確実に侵入させないようにすることができる。
【００２６】
なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。例えばスイッチング素子として、ＭＯＳＦＥＴ５以外に例えばトランジスタなどを用いてもよいし、またスイッチング素子として、サイリスタ２０以外に例えばトライアック（双方向サイリスタ）を用いてもよい。さらに、整流回路２は実施例のような全波整流回路に限らず、半波整流回路や倍電圧整流回路などを適用してもよい。また電源装置として、上記実施例では安定した直流電圧を出力するＤＣ−ＤＣコンバータ９を組み込んだが、例えば交流電圧を出力するＤＣ−ＡＣコンバータを代わりに組み込んでも良いし、また昇圧回路３からの昇圧出力を、そのまま電源装置の出力電圧としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１実施例における電源装置を示す回路図である。
【図２】本発明の第２実施例における電源装置の実機例を示す回路図である。
【図３】本発明の第３実施例における電源装置の実機例を示す回路図である。
【図４】従来例の電源装置を示す回路図である。
【図５】同上、各部の動作状態を示す波形図である。
【符号の説明】
【００２８】
２  整流回路
３  昇圧回路
４  チョークコイル
５  ＭＯＳＦＥＴ（スイッチング素子）
１２  補助巻線
２０  サイリスタ（スイッチ素子）
２１  突入電流防止用抵抗
３１  突入電流防止回路
３６  保持回路
【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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