説明

スイッチング電源装置

【課題】入力電圧の規格範囲が広い場合でもアクティブフィルタの間欠動作による効率低下や騒音の発生を防ぐスイッチング電源装置を提供する。
【解決手段】AC電源を整流して直流電圧を出力する整流回路と、スイッチング素子及びスイッチング素子をオン・オフ制御する制御回路を含み、整流回路の直流電圧を昇圧して平滑するアクティブフィルタと、AC電源の入力電圧に応じて変化する比較電圧と基準電圧とを比較し、入力電圧が予め設定した電圧よりも高くなったときに制御回路の動作を制御し、アクティブフィルタが間欠動作に入る前に昇圧動作を停止するアクティブフィルタ制御部と、を具備する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、アクティブフィルタを有するスイッチング電源装置に係り、入力電圧の規格範囲が広い仕様に適したスイッチング電源装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、アクティブフィルタを備えたスイッチング電源装置が知られている。例えば昇圧型のアクティブフィルタは、交流電圧を整流する整流回路と平滑コンデンサとの間にインダクタとダイオードを接続し、インダクタとダイオードの接続点にスイッチング素子を接続して、スイッチング素子を制御回路によってスイッチングさせるようにしている。
【0003】
スイッチング素子のオン時は、インダクタにエネルギーを蓄え、スイッチング素子がオフした時にダイオードを介して平滑コンデンサにエネルギーを放出して昇圧し、平滑コンデンサの両端電圧(出力直流電圧)を負荷回路に供給するようにしている。また出力直流電圧の変化を分圧抵抗によって検出して制御回路にフィードバックし、スイッチング素子のオン/オフ周期を制御して出力電圧の安定化を図っている。
【0004】
ところで、従来のスイッチング電源装置では、昇圧電圧に対して入力電圧が低いと電力効率が低下する。また入力電圧が高くなると、昇圧電圧が限界値に達してアクティブフィルタが間欠発振するため効率が低下し、間欠発振により騒音が発生するという問題点がある。
【0005】
特許文献1には、AC100V系と、AC200V系の入力電圧を昇圧するスイッチング電源の一例が開示されている。特許文献1の例では、昇圧電圧に対して入力電圧が低いときにアクティブフィルタのスイッチング素子やインダクタによるロスが大きくなることに対処するため、AC入力電圧をモニタし、AC入力電圧が低いときに制御回路へのフィードバック電圧を制御して昇圧電圧を低く設定し、昇圧電圧が高くなるのを抑え、ロスを低減するようにしている。また入力電圧が高いとき(例えばAC200V系のとき)に昇圧電圧を高く設定し、アクティブフィルタが間欠発振することを抑制している。
【0006】
しかしながら、従来及び特許文献1の例では、アクティブフィルタの昇圧電圧を高く設定すると、それに応じて後段の平滑コンデンサの耐圧を高耐圧品にする必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開2003−324959号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
従来のスイッチング電源装置では、入力電圧の規格範囲が広い場合に、昇圧電圧に対して入力電圧が低いと電力効率が低下する。また入力電圧が高くなると昇圧電圧が限界値に達してアクティブフィルタが間欠発振するため効率が低下し、間欠発振により騒音が発生するという問題点がある。また特許文献1の例では従来の技術に比べ平滑コンデンサを高耐圧品にする分、コストアップとなる。
【0009】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、入力電圧の規格範囲が広い場合でも低コストにてアクティブフィルタの間欠動作による効率低下や騒音の発生を防ぐスイッチング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】
【0010】
請求項1記載の実施形態によるスイッチング電源装置は、AC電源を整流して直流電圧を出力する整流回路と、スイッチング素子及び前記スイッチング素子をオン・オフ制御する制御回路を含み、前記整流回路の直流電圧を昇圧して平滑するアクティブフィルタと、前記AC電源の入力電圧に応じて変化する比較電圧と基準電圧とを比較し、前記入力電圧が予め設定した電圧よりも高くなったときに前記制御回路の動作を制御し、前記アクティブフィルタが間欠動作に入る前に前記昇圧動作を停止するアクティブフィルタ制御部と、を具備したことを特徴とする。
【0011】
また請求項5記載の実施形態によるスイッチング電源装置は、AC電源を整流して直流電圧を出力し、スイッチング素子及び前記スイッチング素子をオン・オフ制御する制御回路を含むアクティブフィルタによって、前記整流回路からの直流電圧を昇圧して平滑し、前記AC電源の入力電圧に応じて変化する比較電圧と基準電圧とを比較し、前記入力電圧が予め設定した電圧よりも高くなったときに前記制御回路の動作を制御し、前記アクティブフィルタが間欠動作に入る前に前記昇圧動作を停止するようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【0012】
実施形態によるスイッチング電源装置では、入力電圧の規格範囲が広い場合でもアクティブフィルタの間欠動作による効率低下や騒音の発生を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】一実施形態に係るスイッチング電源装置を示す回路図。
【図2】一実施形態に係るスイッチング電源装置の変形例を示す回路図。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明のスイッチング電源装置の一実施形態について図面を参照して説明する。
【実施例1】
【0015】
図1は、一実施形態に係るスイッチング電源装置100を示す回路図であり、交流電源11を全波整流する整流回路12と、整流回路12によって整流した直流電圧が供給される昇圧型のアクティブフィルタ13と、アクティブフィルタ13をオン・オフ制御するアクティブフィルタ制御部14とを含む。
【0016】
アクティブフィルタ13は、整流回路12の出力端に接続したインダクL1及びダイオードD1を含む昇圧コンバータと、ダイオードD1のカソードに接続された平滑コンデンサC1を有する。またインダクタL1とダイオードD1との接続点と基準電位点(アース)間にスイッチング素子(FET)Q1の主電流路と抵抗R1を直列に接続している。スイッチング素子Q1の制御電極(ゲート)は制御回路15に接続している。
【0017】
アクティブフィルタ13の出力端16と基準電位点間には抵抗R2とR3を直列に接続し、抵抗R2とR3によって出力電圧V0に比例した電圧を得て制御回路15にフィードバックする。制御回路15からはスイッチング素子Q1を駆動する制御パルスが出力され、フィードバック電圧、つまり出力電圧V0の変化に応じてスイッチング素子Q1のオン・オフ周期を制御して出力電圧V0を安定化する。
【0018】
アクティブフィルタ13は、制御回路15によってスイッチング素子Q1がオンした時はインダクタL1にエネルギーを蓄え、スイッチング素子がQ1オフした時はコンデンサC1および負荷にダイオードD3を介してエネルギーを放出して昇圧する。
【0019】
出力端16には負荷回路17が接続される。負荷回路17としては、例えば昇圧した直流電圧によって動作する共振コンバータがある。共振コンバータは、アクティブフィルタ13の出力端16と基準電位点(アース)間に直列に接続した2つのスイッチング素子と、2つのスイッチング素子の接続点とアース間に接続したコンバータトランスの1次巻線とコンデンサから成る直列共振回路と、2つのスイッチング素子をPWM信号によって所定の周波数で相補的にスイッチングする制御部等を含む。そしてコンバータトランスの2次巻線の両端に、例えばランプ等の負荷が接続される。
【0020】
一方、アクティブフィルタ制御部14(以下、単に制御部14と呼ぶ)は、交流電源11の一端と基準電位点間にダイオードD2、電流制限抵抗R4、ツェナーダイオードD3、コンデンサC2を直列に接続している。ダイオードD2は交流電源を整流するものであり、ツェナーダイオードD3は、入力電圧が予め設定した電圧以上になったときに導通する。コンデンサC2の両端にはダイオードD2及びツェナーダイオードD3の導通により平滑化された電圧が得られる。
【0021】
また、コンデンサC2には並列に抵抗R5が接続され、コンデンサC2の電圧が抵抗R6を介してコンパレータA1の非反転入力端(+)に供給される。コンパレータA1の反転入力端(−)には基準電圧源E1が接続され、コンパレータA1の出力端と非反転入力端(+)間には抵抗R7を接続している。抵抗R6とR7の接続点の電圧を比較電圧V1とすると、コンパレータA1は基準電圧E1と比較電圧V1を比較し、比較電圧V1が基準電圧E1よりも高くなったときにコンパレータA1の出力電圧V2が変化する。
【0022】
コンパレータA1の出力電圧V2は制御回路15に供給され、比較電圧V1が基準電圧E1を越えたときにアクティブフィルタ13の動作を停止する。尚、コンパレータA1は、抵抗R6とR7によってヒステリシス特性を持たせ、比較電圧V1が微動する場合に比較出力V2が過渡応答するのを防止し、比較出力V2にノイズが発生するのを防ぐようにしている。
【0023】
次に以上述べた実施形態の動作について説明する。尚、図1のスイッチング電源装置100は、交流電源11が例えば90V〜250V程度の広い規格範囲のワールドワイド仕様のものであり、アクティブフィルタ13の最大昇圧電圧が360Vであるとして説明する。
【0024】
交流電源11の入力電圧が低い場合、ツェナーダイオードD3は非導通状態にあり、コンパレータA1の比較電圧V1は0Vである。また入力電圧が高くなってツェナーダイオードD3が導通するとコンデンサC2の両端電圧が高くなり、比較電圧V1がコンパレータA1の非反転入力端(+)に供給される。比較電圧V1が基準電圧E1よりも低い状態では、コンパレータA1の出力はロウ(Low)となり制御回路15は通常の動作状態を維持する。
【0025】
即ち、アクティブフィルタ13は、制御回路15によってスイッチング素子Q1をオン・オフ制御し、スイッチング素子Q1のオン期間にインダクタL1にエネルギーを蓄え、スイッチング素子Q1のオフ期間に平滑コンデンサC1にダイオードD1を介してエネルギーを放出して昇圧する。また抵抗R2とR3によって出力電圧V0に比例した電圧を制御回路15にフィードバックし、制御回路15は出力電圧V0の変化に応じてスイッチング素子Q1のオン・オフ周期を制御する。
【0026】
一方、AC電源11の入力電圧が予め設定した電圧(例えば255V)以上に高くなると、比較電圧V1が基準電圧E1よりも高くなり、コンパレータA1の比較出力V2がハイ(High)に変化し、制御回路15の動作を停止する。このためアクティブフィルタ13は、間欠発振する前に動作を停止する。また昇圧電圧が限界値に達するのを阻止することができる。制御部14がない場合、アクティブフィルタ13の昇圧電圧(平滑値)は、DC360V(≒AC255V×√2)まで上昇し限界値に近づくため、アクティブフィルタ13は間欠発振するようになる。
【0027】
したがって、AC電源11の入力電圧が予め設定した電圧以上に高くなったときに、制御部14のコンパレータA1の出力によって制御回路15の動作を停止することにより、アクティブフィルタ13の昇圧電圧が異常に高くなるのを防止することができる。また平滑コンデンサC1は、耐圧400V程度のもので済むため、コストを低減することができる。さらにアクティブフィルタ13の間欠発振に伴う効率の低下と騒音の発生を防ぐことができる。
【0028】
図2は、本発明のスイッチング電源装置の変形例を示す回路図である。図2の実施形態では、AC電源11の入力電圧をモニタするため、整流回路12の出力端に制御部14を接続したものである。即ち、制御部14は、整流回路12の出力端と基準電位点間に電流制限抵抗R4、ツェナーダイオードD3、コンデンサC2を直列に接続している。整流回路12でAC電源11を全波整流しているため、図1の整流用のダイオードD2は不要となる。ツェナーダイオードD3は、入力電圧が予め設定した電圧以上になったときに導通し、コンデンサC2の両端にはツェナーダイオードD3の導通により平滑化された電圧が得られる。
【0029】
コンデンサC2の電圧は抵抗R6を介してコンパレータA1の非反転入力端(+)に供給され、コンパレータA1は、比較電圧V1と基準電圧E1を比較し、比較電圧V1が基準電圧E1よりも高くなったときにコンパレータA1の比較出力V2が変化し、制御回路15の動作を制御する。尚、コンパレータA1は、抵抗R6とR7によってヒステリシス特性を持たせ、比較電圧V1が微動する場合に比較出力V2が過渡応答するのを防止し、比較出力V2にノイズが発生するのを防ぐようにしている。
【0030】
図2の実施形態も図1と同様に、交流電源11の入力電圧が低い場合は、ツェナーダイオードD3は非導通状態にあり、コンパレータA1の比較電圧V1は0Vである。また入力電圧が高くなってツェナーダイオードD3が導通するとコンデンサC2の両端電圧が高くなり、比較電圧V1がコンパレータA1の非反転入力端(+)に供給されるが、比較電圧V1が基準電圧E1よりも低い状態ではコンパレータA1の出力はロウ(Low)となり、制御回路15は通常の動作状態を維持する。
【0031】
アクティブフィルタ13は、制御回路15によってスイッチング素子Q1をオン・オフ制御し、昇圧動作を行う。また抵抗R2とR3によって出力電圧V0に比例した電圧を制御回路15にフィードバックし、制御回路15は出力電圧V0の変化に応じてスイッチング素子Q1のオン・オフ周期を制御する。
【0032】
また、AC電源11の入力電圧が予め設定した電圧(例えば255V)以上に高くなると、比較電圧V1が基準電圧E1よりも高くなり、コンパレータA1の比較出力V2がハイ(High)に変化し、制御回路15の動作を停止する。このためアクティブフィルタ13は、間欠発振する前に動作を停止し、昇圧電圧が異常に高くなるのを防止することができ、アクティブフィルタ13の間欠発振に伴う効率の低下と騒音の発生を防ぐことができる。
【0033】
以上述べたように本発明の実施形態によれば、入力電圧の規格範囲が広い場合でもアクティブフィルタの間欠動作による効率低下や騒音の発生を防ぐことができる。
【0034】
尚、本発明の実施形態は、以上説明した構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。
【符号の説明】
【0035】
100…スイッチング電源装置
11…交流電源
12…全波整流回路
13…アクティブフィルタ
14…アクティブフィルタ制御部
15…制御回路
16…出力端
17…負荷回路
L1…インダクタ
D1,D2…ダイオード
C1,C2…平滑コンデンサ
Q1…スイッチング素子
D3…ツェナーダイオード
R1〜R7…抵抗
A1…コンパレータ
E1…基準電圧源

【特許請求の範囲】
【請求項1】
AC電源を整流して直流電圧を出力する整流回路と、
スイッチング素子及び前記スイッチング素子をオン・オフ制御する制御回路を含み、前記整流回路の直流電圧を昇圧して平滑するアクティブフィルタと、
前記AC電源の入力電圧に応じて変化する比較電圧と基準電圧とを比較し、前記入力電圧が予め設定した電圧よりも高くなったときに前記制御回路の動作を制御し、前記アクティブフィルタが間欠動作に入る前に前記昇圧動作を停止するアクティブフィルタ制御部と、
を具備したことを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項2】
前記アクティブフィルタ制御部は、前記AC電源に接続された整流用のダイオードと、前記整流用のダイオードと直列に接続され前記入力電圧が予め設定した電圧よりも高くなったときに導通するツェナーダイオードと、前記ツェナーダイオードと基準電位点間に接続された平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサの電圧が前記比較電圧として供給される第1の入力端と前記基準電圧が第2の入力端に供給されるコンパレータと、を含み、
前記コンパレータの出力によって前記制御回路のオン・オフを制御し、前記比較電圧が前記基準電圧よりも高くなったときに前記制御回路の動作を停止することを特徴とする請求項1記載のスイッチング電源装置。
【請求項3】
前記アクティブフィルタ制御部は、前記整流回路の出力端に接続され前記整流回路の直流電圧が予め設定した電圧よりも高くなったときに導通するツェナーダイオードと、前記ツェナーダイオードと基準電位点間に接続された平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサの電圧が前記比較電圧として供給される第1の入力端と前記基準電圧が第2の入力端に供給されるコンパレータと、を含み、
前記コンパレータの出力によって前記制御回路のオン・オフを制御し、前記比較電圧が前記基準電圧よりも高くなったときに前記制御回路の動作を停止することを特徴とする請求項1記載のスイッチング電源装置。
【請求項4】
前記コンパレータは、出力がヒステリシス特性をもって変化することを特徴とする請求項2又は3記載のスイッチング電源装置。
【請求項5】
AC電源を整流して直流電圧を出力し、
スイッチング素子及び前記スイッチング素子をオン・オフ制御する制御回路を含むアクティブフィルタによって、前記整流回路からの直流電圧を昇圧して平滑し、
前記AC電源の入力電圧に応じて変化する比較電圧と基準電圧とを比較し、前記入力電圧が予め設定した電圧よりも高くなったときに前記制御回路の動作を制御し、前記アクティブフィルタが間欠動作に入る前に前記昇圧動作を停止するようにしたことを特徴とするスイッチング電源装置。

【図1】
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【図2】
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【公開番号】特開2011−239636(P2011−239636A)
【公開日】平成23年11月24日(2011.11.24)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−111189(P2010−111189)
【出願日】平成22年5月13日(2010.5.13)
【出願人】(000111672)ハリソン東芝ライティング株式会社 (995)
【Fターム(参考)】