(57)【要約】【課題】回路規模を大きくすることなく、入力電力によらず一定の過電力保護を可能とする。【解決手段】過負荷などで電流が上昇し、電力検出回路１６から電力信号Pが過電力しきい値Pthを超え、電力判定比較器１７により過電力状態と検出されると、過電力検出信号Poがハイレベルとなる。これにより、電流しきい値制御回路１８は、信号Poがハイレベルの間は電流しきい値Ｉthを固定し、電流が一定値となるようにスイッチング素子７を制御することで、過電力保護を可能とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源を全波整流して脈流出力を得る整流回路と、
整流回路に接続されたインダクタに流れる電流をオン・オフするスイッチング素子とインダクタから供給される電流を平滑して直流出力を得るコンデンサとからなるチョッパ回路と、
チョッパ回路の入力電圧を検出する入力電圧検出手段と、
チョッパ回路の出力電圧と設定電圧との誤差を検出する出力電圧誤差検出手段と、
入力電圧検出手段により検出された入力電圧と同位相かつ波形が相似形で、出力電圧誤差検出手段により検出された出力電圧誤差に比例する電流制御信号を生成する電流制御信号生成手段と、
インダクタを流れる電流を検出する電流検出手段と、
電流制御信号に基いてスイッチング素子を制御するスイッチング制御手段と、
入力電圧信号と電流検出信号との積から電力を検出する電力検出手段と、
電力検出信号と電力しきい値とから過電力状態であることを検出する過電力検出手段と、
過電力検出信号により電流しきい値信号を制御する電流しきい値制御手段と、
を備えたことを特徴とするスイッチング電源。
【請求項２】
前記スイッチング制御手段は、所定の周波数で前記スイッチング素子をオンさせ、電流検出信号が電流しきい値信号に達したときにオフすることを特徴とする請求項１に記載のスイッチング電源。
【請求項３】
電流しきい値信号に比例する第２の電流しきい値信号を生成する手段を付加し、前記スイッチング制御手段は、前記スイッチング素子を、電流検出信号が電流しきい値信号に達したときにオフし、電流検出信号が第２の電流しきい値信号より低下したときにオンすることを特徴とする請求項１に記載のスイッチング電源。
【請求項４】
前記電力検出手段は、入力電圧信号または電流検出信号を増幅する増幅器の増幅率を電流検出信号に応じて変化させるか、または、電流検出信号を増幅する増幅器の増幅率を入力電圧信号に応じて変化させることにより、電力検出信号を生成する電圧制御増幅器であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のスイッチング電源。
【請求項５】
前記電流しきい値制御手段は、過電流検出信号により電流しきい値をホールドするホールド回路であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のスイッチング電源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、交流電源から安定な直流電源をつくり、チョッパ回路の入力電圧と入力電流がほぼ同位相で相似形となるように動作させることで、力率の改善を図るスイッチング電源に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６は、この種のスイッチング電源を示す従来例である。
この回路では、交流電源１は、ダイオードブリッジからなる整流回路２で全波整流され、コンデンサ３により高周波ノイズを除去され、インダクタ４とダイオード５を介して平滑コンデンサ６に電流が供給され、平滑化された直流電圧（出力電圧）Voutが出力される。MOSFETなどのスイッチング素子７はインダクタ４とダイオード５との間に接続され、インダクタ４からダイオード５に流れる電流をオン・オフする。
【０００３】
電圧誤差増幅器８は、直流電圧Voutと設定電圧Vrefとの誤差を増幅して乗算器９に出力するので、乗算器９は増幅された電圧誤差Verrと入力電圧検出回路１０で検出された入力電圧Vinとを乗算し、入力電圧Vinと同位相かつ相似形で、電圧誤差Verrに比例する振幅を持つしきい値（閾値）信号Vthを生成する。
インダクタ４を流れる電流は電流検出回路１２で電流検出信号Viに変換され、比較器１１でしきい値信号Vthと比較される。
【０００４】
比較器１１の出力はフリップフロップ１３のリセット入力（Ｒ）に入力され、フリップフロップ１３は比較器１１の出力によってリセットされ、ローレベル信号を出力する。フリップフロップ１３のセット入力には発振器１４が接続されており、発振器１４は一定周波数でフリップフロップ１３をセットし、出力をハイレベルに変化させる。フリップフロップ１３の出力は駆動回路１５に入力され、駆動回路１５は入力がハイレベルのときにスイッチング素子７をオンさせ、ローレベルのときにオフさせる。
【０００５】
このような構成で、スイッチング素子７がオンすると、インダクタ４からの電流が増加し、電流検出信号Viが上昇する。電流検出信号Viがしきい値信号Vthを超えると、比較器１１の出力がハイレベルとなり、フリップフロップ１３のリセット入力にハイレベル信号が入力される。その結果、フリップフロップ１３の出力がローレベルとなり、駆動回路１５を介してスイッチング素子７がオフされる。
【０００６】
これにより、インダクタ４からの電流は徐々に減少するが、発振器１４によりフリップフロップ１３は一定周期でセットされるため、電流が或る程度減少した時点でフリップフロップ１３の出力はハイレベルに変化し、駆動回路１５を介してスイッチング素子７がオンされる。
このようにして、インダクタ４には入力電圧Viと同位相で相似形の電流が流れ、力率が改善される。
【０００７】
上記のような電源回路では、大きな負荷が接続された場合や、平滑コンデンサのショートなどの故障が発生した場合などには過大な電流が流れ、電源回路が異常動作をしたり、スイッチング素子が破壊されたりするおそれがある。このため、通常は電流検出信号を過電流しきい値と比較し、電流検出信号が大きい場合は過電流状態であると判断して、スイッチング動作を停止させる過電流保護回路を設けている。
【０００８】
しかし、スイッチング素子を含む回路部品では、電流だけでなく損失によっても故障が発生する場合があり、入力電力が過大な場合にも保護が必要である。つまり、通常の過電流保護では、入力電圧が高い場合と低い場合では、同じ電流に対して電力は大きく異なるため、入力電圧が高い場合には過電流保護だけでは電力制限はできず、しかるべき対策が必要である。その対策の１例として、例えば特許文献１に示すものがある。
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−２１９６３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記特許文献１では、入力電圧の逆数を過電力保護のしきい値に乗じて過電流しきい値とすることで、入力電圧が一定電力で保護が可能となるようにしている。
しかし、この場合、入力電圧のピーク値付近では、過電流しきい値と過電力しきい値とは相関がとれるが、ピーク値付近以外では過電流しきい値が大きくなり、本来保護すべき電流値よりも大きくなり、過電流保護が機能しなくなることがある。また、逆数を発生する除算器を用いるため、回路規模が大きくなるという問題もある。
【００１１】
この発明は以上のような点に鑑みなされたもので、その課題は回路規模が大きくすることなく、入力電力によらず一定の過電力保護を可能とすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
このような課題を解決するため、請求項１の発明では、交流電源を全波整流して脈流出力を得る整流回路と、
整流回路に接続されたインダクタに流れる電流をオン・オフするスイッチング素子とインダクタから供給される電流を平滑して直流出力を得るコンデンサとからなるチョッパ回路と、
チョッパ回路の入力電圧を検出する入力電圧検出手段と、
チョッパ回路の出力電圧と設定電圧との誤差を検出する出力電圧誤差検出手段と、
入力電圧検出手段により検出された入力電圧と同位相かつ波形が相似形で、出力電圧誤差検出手段により検出された出力電圧誤差に比例する電流制御信号を生成する電流制御信号生成手段と、
インダクタを流れる電流を検出する電流検出手段と、
電流制御信号に基いてスイッチング素子を制御するスイッチング制御手段と、
入力電圧信号と電流検出信号との積から電力を検出する電力検出手段と、
電力検出信号と電力しきい値とから過電力状態であることを検出する過電力検出手段と、
過電力検出信号により電流しきい値信号を制御する電流しきい値制御手段と、
を備えたことを特徴とする。
【００１３】
上記請求項1の発明においては、前記スイッチング制御手段は、所定の周波数で前記スイッチング素子をオンさせ、電流検出信号が電流しきい値信号に達したときにオフすることができ（請求項２の発明）、または、電流しきい値信号に比例する第２の電流しきい値信号を生成する手段を付加し、前記スイッチング制御手段は、前記スイッチング素子を、電流検出信号が電流しきい値信号に達したときにオフし、電流検出信号が第２の電流しきい値信号より低下したときにオンすることができる（請求項３の発明）。
請求項１〜３のいずれかの発明では、前記電力検出手段は、入力電圧信号または電流検出信号を増幅する増幅器の増幅率を電流検出信号に応じて変化させるか、または、電流検出信号を増幅する増幅器の増幅率を入力電圧信号に応じて変化させることにより、電力検出信号を生成する電圧制御増幅器であることができ（請求項４の発明）、または、請求項１〜４のいずれかの発明では、前記電流しきい値制御手段は、過電流検出信号により電流しきい値をホールドするホールド回路であることができる（請求項５の発明）。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、簡単な電圧増幅器により入力電圧とインダクタ電流との乗算をして電力を検出し、その検出結果に基づき電流しきい値をホールド制御するようにしたので、小規模で安価な回路により過電力に対する保護が可能となる利点が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１はこの発明の実施の形態を示す回路図である。
図１からも明らかなように、従来例である図６との相違は、入力電圧検出回路１０で検出された入力電圧Vinと、電流検出回路１２で検出された電流検出信号Viとを乗算して電力を検出する電力検出回路１６と、この電力検出回路１６からの電力信号Pと、過電力しきい値Pthとを比較して過電力状態を判定する電力判定比較器１７と、この電力判定比較器１７の過電力検出信号Poに基いて、電流しきい値Ithを制御する電流しきい値制御回路１８とを設けた点にある。
【００１６】
図２は図１の動作を説明する各部波形図である。
Vinは入力電圧、Ithは電流しきい値、Viは電流検出信号、Pthは過電力しきい値、Pは電力検出信号、Poは過電力検出信号を示す。また、（Ａ）は低入力電圧時の正常動作波形を示し、（Ｂ）は高入力電圧時の正常動作波形と過電力状態での動作波形を示す。
すなわち、過負荷などにより電流が上昇すると、電力検出信号Pが過電力しきい値Pthを超え、電力判定比較器１７で過電力状態が検出され、過電力検出信号Poがハイレベルになる。この信号Poに基いて、電流しきい値制御回路１８は過電力状態の間、電流しきい値Ithを固定し、電流が一定値となるように制御する。これにより、過電力保護が行なわれる。
【００１７】
図３にこの発明の別の実施形態を示す。図１と異なる点は、発振器１４の代わりに電流しきい値Ithに比例する第２の電流しきい値Ith2を発生する分圧器２０と、第２の電流しきい値Ith2と電流検出信号Viとを比較する第２の電流比較器１９とを設けた点にある。
このような構成で、電流検出信号Viが電流しきい値Ithを超えると、電流比較器１１によりフリップフロップ１３はリセットされ、駆動回路１５を介してスイッチング素子７をオフにする。スイッチング素子７のオフ後は電流が徐々に低下し、電流検出信号Viが第２の電流しきい値Ith2を下回ると、第２の電流比較器１９によりフリップフロップ１３はセットされ、駆動回路１５を介してスイッチング素子７をオンにする。このようにして、従来例と同様に、インダクタ４には入力電圧Vinと同位相で相似形の電流が流れ、力率が改善される。
【００１８】
図４に、電力検出回路の具体例としての電圧制御増幅器を示す。
これは、入力電圧Vinを増幅する増幅器16Bの反転入力側の入力抵抗16Dに、電流検出信号Viが大きくなると抵抗値が小さくなるトランジスタ16Aを接続して構成される。これにより、増幅器16Bの増幅率は電流検出信号Viが大きくなると大きくなり、乗算器と同様の機能を有することになる。この回路では、入力である入力電圧Vinと電流検出信号Viとを入れ替えても、何ら問題は無い。
【００１９】
図５は電流しきい値制御回路の具体例を示し、ホールド回路を形成する。
すなわち、乗算器９の出力は半導体スイッチ18Aを介して増幅器18Cに接続され、その接続点にコンデンサ18Bが接続される。
図５において、過電力が検出されず検出信号Poがローレベルの場合は、半導体スイッチ18Aがオン状態となるため、乗算器９の出力は増幅器18Cを介して電流しきい値Ithとして出力される。過電力が検出され検出信号Poがハイレベルになると、半導体スイッチ18Aがオフ状態となるため、乗算器９の出力は増幅器18Cに出力されず、コンデンサ18Bの充電電圧が増幅器18Cに出力され、電流しきい値Ithはホールドされる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】この発明の実施の形態を示す構成図
【図２】図１の動作を説明するための各部波形図
【図３】この発明の別の実施の形態を示す構成図
【図４】電力検出回路の具体例を示す構成図
【図５】電流しきい値制御回路の具体例を示す構成図
【図６】一般的なスイッチング電源を示す構成図
【符号の説明】
【００２１】
１…交流電源、２…整流回路、３…コンデンサ、４…インダクタ、５…ダイオード、６…平滑コンデンサ、７…スイッチング素子、８…電圧誤差増幅器、９…乗算器、１０…入力電圧検出回路、１１…電流比較器、１２…電流検出回路、１３…フリップフロップ、１４…発振器、１５…駆動回路、１６…電力検出回路、１７…過電力判定比較器、１８…電流しきい値制御回路、１９…第２の電流比較器、２０…分圧回路。
【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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【図６】
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