スイッチング電源装置
【課題】突入電流対策が行われており、かつ、無効電流による電力損失が抑制された、ブリッジレス力率改善回路を備えたスイッチング電源装置を提供する。
【解決手段】スイッチング電源装置１は、入力端子１１１に接続されたラインコンデンサＣ１を含む力率改善回路用の入力フィルタ１０２と、ラインコンデンサＣ１よりも交流電源１０１から離れるように入力端子１１１に接続されたブリッジレス力率改善回路１０４と、突入電流抑制回路１０３とを備えている。ブリッジレス力率改善回路１０４は、昇圧インダクタ部１０５及びそれに接続されたスイッチング回路１０６と、スイッチング回路１０６の出力端側に接続された平滑部１０７とを有している。突入電流抑制回路１０３は、例えば、ラインコンデンサＣ１の端部と昇圧インダクタ部１０５とを接続する経路に設けられている。これにより、突入電流抑制回路１０３に無効電流が流れることが防止される。
【解決手段】スイッチング電源装置１は、入力端子１１１に接続されたラインコンデンサＣ１を含む力率改善回路用の入力フィルタ１０２と、ラインコンデンサＣ１よりも交流電源１０１から離れるように入力端子１１１に接続されたブリッジレス力率改善回路１０４と、突入電流抑制回路１０３とを備えている。ブリッジレス力率改善回路１０４は、昇圧インダクタ部１０５及びそれに接続されたスイッチング回路１０６と、スイッチング回路１０６の出力端側に接続された平滑部１０７とを有している。突入電流抑制回路１０３は、例えば、ラインコンデンサＣ１の端部と昇圧インダクタ部１０５とを接続する経路に設けられている。これにより、突入電流抑制回路１０３に無効電流が流れることが防止される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、スイッチング電源装置に関し、特に、ブリッジレス力率改善回路により交流電力を直流電力に変換するスイッチング電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器などに用いられる電源装置として、ＡＣ−ＤＣコンバータを有し、例えば商用交流電源に接続され、交流電力を直流電力に変換しその直流電力を利用可能とするスイッチング電源装置がある。
【０００３】
このようなスイッチング電源装置には、交流電圧を直流電圧に変換する整流回路と、平滑コンデンサとが設けられる。平滑コンデンサは、整流回路の出力端の高圧側のライン（経路）と低圧側のラインとの間に配置される。平滑コンデンサは、脈流電圧を定電圧に平滑して電荷を充電するとともに、スイッチング電源装置に接続された負荷回路などに電荷を放電する。
【０００４】
ところで、単に平滑コンデンサを設けただけのスイッチング電源装置に交流電圧の供給が開始されると、平滑コンデンサに電荷を供給するために、過渡的に大きな突入電流が流れてしまい、突入電流により回路素子がダメージを受ける可能性がある。これを抑制する目的で、突入電流が流れる経路上には、突入電流抑制回路が設けられる。
【０００５】
また、交流電力を直流電力に変換するスイッチング電源装置には、力率を改善するために力率改善回路が設けられる。
【０００６】
力率改善回路より入力部側の経路上には、交流電源へ漏えいする脈流を抑制する目的で、力率改善回路用の入力フィルタが設けられる。
【０００７】
図６は、従来のスイッチング電源装置の一例を示す回路図である。
【０００８】
図６に示すように、スイッチング電源装置８１は、交流電源８０１に接続された入力部８０１ａと、突入電流抑制回路８０３と、ブリッジダイオードを用いた整流回路８１０と、力率改善回路用の入力フィルタ８０２と、力率改善回路８１１と、メインコンバータ８０８とを有している。突入電流抑制回路８０３は、入力部８０１ａと整流回路８１０とを結ぶ２本の電力供給ラインの一方に配置されている。入力フィルタ８０２は、整流回路８１０の出力ラインに整流回路８１０に対して並列に接続されたラインコンデンサＣ１を有する。入力フィルタ８０２は、力率改善回路８１１からの脈流が交流電源８０１へ漏えいすることを抑制する目的で設けられている。力率改善回路８１１は、コイルＬ３、ダイオードＤ４、スイッチ素子Ｑ３、及び平滑コンデンサＣ２を有している。力率改善回路８１１から出力される直流電力は、メインコンバータ８０８を経由し、負荷回路８０９に供給される。なお、図示しないが、スイッチング電源装置８１の設計条件などを勘案して、配線を介したノイズの漏えいやノイズの侵入を抑制するために、ＥＭＩ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）フィルタなどのノイズフィルタを入力部８０１ａと突入電流抑制回路８０３との間の経路上に設ける場合もある。
【０００９】
また、ブリッジダイオードを用いない、ブリッジレス力率改善回路を有するスイッチング電源装置も用いられている。このようなブリッジレス力率改善回路を有するスイッチング電源装置は、電力変換効率などにおいて優れた性質を有するものである。すなわち、例えば上述の図６に示すスイッチング電源装置８１に用いられているブリッジダイオードを用いた整流回路８１０には、ダイオードの電圧ドロップ分の電力損失があるところ、ブリッジレス力率改善回路では、その分の電力変換効率を改善することができる。
【００１０】
下記特許文献１には、交流電力を直流電力に変換して出力するスイッチング電源装置であって、交流電源の一端に接続されたブーストインダクタ、ダイオード、及びスイッチ素子を２組含むスイッチング回路を有するものが開示されている。このスイッチング電源装置には、補助回路が設けられ、ゼロ電圧スイッチングによるスイッチング効率の改善が図られている。
【００１１】
下記特許文献２には、交流電力を直流電力に変換して出力するスイッチング電源装置であって、交流電源の一端に接続されたブーストインダクタ、ダイオード、及びスイッチ素子を２組有するスイッチング回路を有するものが開示されている。このスイッチング電源装置でも、力率改善回路の出力端側に、平滑コンデンサが設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１０−１５４５８２号公報
【特許文献２】特表２００７−５２７６８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ところで、スイッチング電源装置の回路中における突入電流防止回路の位置によっては、突入電流防止回路と力率改善回路用の入力フィルタを構成するラインコンデンサとを含む経路において、無効電流が発生することがある。無効電流が発生すると、突入電流防止回路で電力が消費され、電力損失が発生する。この電力損失は、電子機器などのいわゆる待機時消費電力を増加させる要因となる。電子機器などに対する待機時消費電力削減の社会的要求は年々増しているところ、電力損失を抑えることが求められる。以下、無効電流及び無効電流による電力損失の発生について説明する。
【００１４】
無効電流は、以下の式で計算可能である。ここで、Ｉｃは無効電流であり、ωは交流電源の角周波数であり、Ｃは交流回路両極間の容量値であり、Ｖａｃは交流入力電圧である。
【００１５】
Ｉｃ＝ωＣＶａｃ
【００１６】
力率改善回路用の入力フィルタは、上述のように、力率改善回路よりも入力部側の経路上に設けられる。この入力フィルタは、交流電力の入力部に配置されることがあるノイズフィルタに使用されるラインコンデンサよりも一般的に容量値が大きいラインコンデンサを含むものである。
【００１７】
いわゆるブリッジダイオードを用いた整流回路とともに力率改善回路が用いられる場合においては、入力フィルタのラインコンデンサは、整流回路と力率改善回路との間に設けられるため、上述の無効電流は流れない。例えば、上述の図６に示すスイッチング電源装置８１について説明すると、力率改善回路８１１の入力フィルタ８０２は、力率改善回路８１１の入力端側、すなわち整流回路８１０と力率改善回路８１１とを接続する経路上すなわち直流回路側に設けられる。このようなとき、整流回路８１０よりも交流電源８０１側の突入電流抑制回路８０３や、入力フィルタ８０２自身には、無効電流が流れることがない。したがって、この場合には、無効電流による電力損失は発生しない。
【００１８】
また、図示しないが、スイッチング電源装置８１には、交流回路側にＥＭＩフィルタなどのノイズフィルタが設けられる場合があるが、ノイズフィルタの存在は特に問題とはならない。すなわち、一般的に、ノイズフィルタに使用されるラインコンデンサは、入力フィルタ８０２に使用されるラインコンデンサの容量値に対して比較的小さな容量値を有するものが用いられる。そのため、仮に突入電流抑制回路８０３が入力部８０１ａの一方の端子とノイズフィルタとを接続するライン上に設けられていても、発生する無効電流及びこの無効電流が突入電流抑制回路８０３を流れることで発生する電力損失は小さな値のものにとどまるので、特に問題とはならない。
【００１９】
しかしながら、ブリッジレス力率改善回路を有するスイッチング電源装置においては、無効電流による電力損失の発生が問題となることがある。すなわち、ブリッジレス力率改善回路では、いわゆるブリッジダイオードが用いられないので、力率改善回路用の入力フィルタは、交流回路側に設けられることになる。そのため、入力フィルタのラインコンデンサを介して、突入電流抑制回路を通過する無効電流が流れ、電力損失が発生することがある。
【００２０】
図７は、従来のスイッチング電源装置の別の例を示す回路図である。
【００２１】
図７に示すスイッチング電源装置８２は、図６に示すスイッチング電源装置８１において、力率改善回路８１１及び整流用ブリッジダイオード８１０をブリッジレス力率改善回路８０４に変更したものである。図７においては、突入電流抑制回路８０３としては、説明のため、抵抗Ｒ１を使用するものが示されている。
【００２２】
図７に示すように、スイッチング電源装置８２では、ブリッジレス力率改善回路８０４用の入力フィルタ８０２は、ブリッジレス力率改善回路８０４よりも交流電源８０１側であって、突入電流抑制回路８０３よりも交流電源８０１から離れた位置に配置されている。入力フィルタ８０２は、交流電源８０１に接続された２つのライン間に交流電源８０１に対して並列に接続されている。したがって、突入電流抑制回路８０３と入力フィルタ８０２とを含む交流回路内において、無効電流Ｉｃの経路（図７に一点鎖線矢印で示す。）ができる。
【００２３】
このとき、例えば、抵抗Ｒ１、ラインコンデンサＣ１、及び交流電源８０１に関して、Ｒ１＝１５〔Ω〕、Ｃ１＝２．２〔μＦ〕、Ｖａｃ＝１００〔Ｖ〕、周波数＝５０〔Ｈｚ〕とすると、無効電流Ｉｃは、次式で示すようになる。
【００２４】
Ｉｃ＝ωＣＶａｃ
＝２π×５０〔Ｈｚ〕×２．２〔μＦ〕×１００〔Ｖ〕
≒６９〔ｍＡ〕
【００２５】
そのため、突入電流抑制回路８０３で消費されることによる電力損失Ｐは、次式で示すようになる。
【００２６】
Ｐ＝Ｉｃ２Ｒ
＝６９〔ｍＡ〕×６９〔ｍＡ〕×１５〔Ω〕
≒７１〔ｍＷ〕
【００２７】
電子機器の待機時消費電力として、７１〔ｍＷ〕という値は大きな値である。
【００２８】
このように、スイッチング電源装置８２では、ブリッジレス力率改善回路を採用することで、装置の動作時における電力変換効率の向上を図ることができる一方で、無効電流による電力損失が増大するという問題がある。また、この無効電流による電力損失は電源装置の動作時のみならず電源装置の待機時にも発生するため、スイッチング電源装置８２の待機時消費電力が高くなるという問題もある。
【００２９】
このような電力損失の発生に関する問題点に対して有効な解決策は、特許文献１又は特許文献２には開示されていない。
【００３０】
この発明はそのような問題点を解決するためになされたものであり、突入電流対策が行われており、かつ、無効電流による電力損失が抑制された、ブリッジレス力率改善回路を備えたスイッチング電源装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
上記目的を達成するためこの発明のある局面に従うと、スイッチング電源装置は、交流電源の入力部と、入力部に交流電源に対して並列に接続されたラインコンデンサを少なくとも含む力率改善回路用の入力フィルタと、入力フィルタよりも交流電源に対して離れるように入力部に接続されたブリッジレス力率改善回路と、突入電流を抑制するための突入電流抑制回路とを備え、ブリッジレス力率改善回路は、入力部からの交流が入力される昇圧インダクタ部及び昇圧インダクタ部に接続されたスイッチング回路を有し、交流電源から入力された交流電圧を整流するとともに力率改善動作を行って昇圧された脈流電圧を出力する変換部と、変換部の出力端側に接続されており、変換部から出力された脈流電圧を平滑させる平滑部とを含み、突入電流抑制回路は、入力フィルタの端部と昇圧インダクタ部とを接続する経路上、昇圧インダクタ部とスイッチング回路とを接続する経路上、及びスイッチング回路と平滑部とを接続する経路上のうち、少なくとも１箇所に設けられている。
【００３２】
好ましくは突入電流抑制回路は、入力フィルタの端部と昇圧インダクタ部とを接続する経路上に設けられており、スイッチング回路は、第１のスイッチ素子及び第１のスイッチ素子の出力端に接続された第１の整流素子を有する第１直列回路と、第２のスイッチ素子及び第２のスイッチ素子の出力端に接続された第２の整流素子を有する第２直列回路とを含み、第２直列回路は、第１直列回路に並列接続されており、平滑部は、スイッチング回路の出力端にスイッチング回路に対して並列に接続された平滑コンデンサを有し、昇圧インダクタ部は、第１のスイッチ素子と第１の整流素子との接続点に一端が接続され、他端が突入電流抑制回路に接続された第１のインダクタと、第２のスイッチ素子と第２の整流素子との接続点に一端が接続され、他端が入力部に接続された第２のインダクタとを備える。
【発明の効果】
【００３３】
これらの発明に従うと、突入電流抑制回路は、入力フィルタの端部と昇圧インダクタ部とを接続する経路上、昇圧インダクタ部とスイッチング回路とを接続する経路上、及びスイッチング回路と平滑部とを接続する経路上のうち、少なくとも１箇所に設けられている。したがって、突入電流対策が行われており、かつ、無効電流による電力損失が抑制された、ブリッジレス力率改善回路を備えたスイッチング電源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態におけるスイッチング電源装置の一例の構成を示す回路図である。
【図２】スイッチング電源装置の詳細な構成を示す回路図である。
【図３】突入電流抑制回路の構成例を示す図である。
【図４】本実施の形態の一変型例を説明する回路図である。
【図５】力率改善回路用の入力フィルタの構成例を示す図である。
【図６】従来のスイッチング電源装置の一例を示す回路図である。
【図７】従来のスイッチング電源装置の別の例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明の実施の形態の一例におけるスイッチング電源装置について説明する。
【００３６】
［実施の形態］
【００３７】
図１は、本発明の実施の形態におけるスイッチング電源装置の一例の構成を示す回路図である。
【００３８】
スイッチング電源装置１は、ＡＣ−ＤＣコンバータである。図１に示すように、スイッチング電源装置１は、入力端子（交流電源の入力部の一例）１１１と、力率改善回路用の入力フィルタ１０２と、突入電流抑制回路１０３と、ブリッジレス力率改善回路（力率改善回路の一例）１０４と、メインコンバータ１０８と、メインコンバータ１０８からの電力を出力する出力端子１１２とを有している。スイッチング電源装置１は、入力端子１１１部分で、交流電源１０１に接続されている。スイッチング電源装置１は、交流電源１０１から入力端子１１１を介して入力される交流電圧Ｖａｃに基づいて、ブリッジレス力率改善回路１０４から直流電力を出力する。スイッチング電源装置１は、その直流電力を、メインコンバータ１０８を介して、出力端子１１２に接続された負荷回路１０９に供給する。なお、図示していないが、スイッチング電源装置１の設計条件などを勘案して、配線を介したノイズの漏えいやノイズの侵入を抑制するために、ＥＭＩフィルタなどのノイズフィルタが用いられることがあるが、本発明の実施形態に記載の入力フィルタ１０２とはその目的や効果が異なり、区別されるべきものである。
【００３９】
交流電源１０１は、例えば、商用の交流電源である。交流電源１０１は、例えばプラグソケットを介して利用可能に提供されている。交流電源１０１は、２つの出力端を有している。
【００４０】
入力端子１１１は、商用交流入力端子であり、例えば、プラグソケットに差し込み可能なプラグである。入力端子１１１は、交流電源１０１のプラグソケットに差し込まれた状態で、交流電源１０１の２つの出力端に接続されている。これによって、交流電源１０１により、交流電圧Ｖａｃがスイッチング電源装置１に印加される（交流電力が供給される）。交流電圧は、入力端子１１１からブリッジレス力率改善回路１０４までをそれぞれ接続する第１ライン１１１ａと第２ライン１１１ｂとの間に入力される。
【００４１】
なお、入力端子１１１と交流電源１０１との組合せは、プラグ及びプラグソケットに限られるものではない。例えば、入力端子１１１は、電源スイッチであって、スイッチング電源装置１は、交流電源１０１に常時接続されていてもよい。この場合、入力端子１１１でスイッチング電源装置１への交流電力の供給がオン／オフされるようにしてもよい。
【００４２】
入力フィルタ１０２は、ブリッジレス力率改善回路１０４の前段すなわちブリッジレス力率改善回路１０４よりも交流電源１０１に近い位置に設けられている。入力フィルタ１０２は、ラインコンデンサＣ１を有している。
【００４３】
ラインコンデンサＣ１は、入力端子１１１の両端に、交流電源１０１に対して並列に接続されている。すなわち、ラインコンデンサＣ１は、第１ライン１１１ａと第２ライン１１１ｂとの間に接続されている。ラインコンデンサＣ１は、力率改善回路１０４からの脈流が交流電源１０１へ漏えいすることを抑制する。
【００４４】
なお、入力フィルタ１０２は、ラインコンデンサＣ１に加えて、又はラインコンデンサＣ１に代えて、他の回路素子を有していてもよい。
【００４５】
ブリッジレス力率改善回路１０４は、ラインコンデンサＣ１よりも交流電源１０１に対して離れるように、第１ライン１１１ａ及び第２ライン１１１ｂを介して、入力端子１１１に接続されている。
【００４６】
ブリッジレス力率改善回路１０４は、昇圧インダクタ部１０５と、スイッチング回路１０６と、平滑部１０７とを有する。昇圧インダクタ部１０５及びスイッチング回路１０６は、交流電源１０１から入力された交流電圧を整流するとともに、力率改善動作を行って、昇圧された脈流電圧を出力する変換部として機能する。すなわち、昇圧インダクタ部１０５及びスイッチング回路１０６は、昇圧する機能と交流を整流する機能とを有する変換部を構成する。平滑部１０７は、変換部から出力された脈流電圧を平滑させる。ブリッジレス力率改善回路１０４からは、平滑部１０７により平滑された直流電力が出力される。
【００４７】
昇圧インダクタ部１０５には、第１ライン１１１ａ及び第２ライン１１１ｂを介して、入力端子１１１からの交流が入力される。昇圧インダクタ部１０５は、第１ライン１１１ａに接続された第１のインダクタＬ１と、第２ライン１１１ｂに接続された第２のインダクタＬ２とを含む。本実施の形態において、第１のインダクタＬ１及び第２のインダクタＬ２は、昇圧インダクタとして用いられる。
【００４８】
スイッチング回路１０６は、ダイオード及びスイッチ素子などを含んでいる。スイッチング回路１０６は、昇圧インダクタ部１０５に接続されている。スイッチング回路１０６の詳細な構成については、後述する。
【００４９】
平滑部１０７は、平滑コンデンサＣ２を有している。平滑コンデンサＣ２は、スイッチング回路１０６の出力端となる高圧側出力端と低圧側出力端との間に、スイッチング回路１０６に対して並列に接続されている。換言すると、平滑コンデンサＣ２は、ブリッジレス力率改善回路１０４の高圧側出力端と低圧側出力端との間に接続されている。平滑コンデンサＣ２は、スイッチング回路１０６から出力される脈流電圧を定電圧に平滑して電荷を充電するとともに、メインコンバータ１０８を介して負荷回路１０９に電荷を放電する。
【００５０】
なお、平滑コンデンサＣ２としては電解コンデンサなどが用いられるが、これに限られるものではない。
【００５１】
本実施の形態において、突入電流抑制回路１０３は、ラインコンデンサＣ１の端部とブリッジレス力率改善回路１０４の入力端である昇圧インダクタ部１０５とを接続する２つの経路のうち一方の経路上、すなわち第１ライン１１１ａ上に設けられている。突入電流抑制回路１０３は、例えば、交流電源１０１から交流電圧Ｖａｃの供給が開始されたとき、平滑コンデンサＣ２に電荷が供給されるまでに流れる突入電流を抑制する。これにより、ブリッジレス力率改善回路１０４などに含まれるスイッチング電源装置１の回路素子が、突入電流から保護される。
【００５２】
メインコンバータ１０８は、ブリッジレス力率改善回路１０４から負荷回路１０９への電力供給経路に設けられている。メインコンバータ１０８には、ブリッジレス力率改善回路１０４から出力された直流電力が入力される。メインコンバータ１０８は、入力された直流電力の電圧などの変換を行い、変換後の直流電力を、出力端子１１２から負荷回路１０９に出力する。なお、メインコンバータ１０８は、直流電力を交流電力に変換するものであってもよい。
【００５３】
図２は、スイッチング電源装置１の詳細な構成を示す回路図である。
【００５４】
図２を参照して、スイッチング回路１０６は、第１直列回路１０６ａと、第２直列回路１０６ｂとを有している。
【００５５】
第１直列回路１０６ａは、第１の電界効果トランジスタ（第１のスイッチ素子の一例）Ｑ１と、第１のダイオード（第１の整流素子の一例）Ｄ１とを有している。電界効果トランジスタＱ１のドレイン（第１のスイッチ素子の出力端の一例）は、ダイオードＤ１のアノードに接続されている。電界効果トランジスタＱ１とダイオードＤ１とは、互いに直列に配置されている。
【００５６】
第２直列回路１０６ｂは、第２の電界効果トランジスタ（第２のスイッチ素子の一例）Ｑ２と、第２のダイオード（第２の整流素子の一例）Ｄ２とを有している。電界効果トランジスタＱ２のドレイン（第２のスイッチ素子の出力端の一例）は、ダイオードＤ２のアノードに接続されている。
【００５７】
ダイオードＤ１，Ｄ２のそれぞれのカソード同士は接続されており、電界効果トランジスタＱ１，Ｑ２のそれぞれのソース同士は接続されている。すなわち、第２直列回路１０６ｂは、第１直列回路１０６ａに並列接続されている。
【００５８】
電界効果トランジスタＱ１とダイオードＤ１との接続点には、第１のインダクタＬ１の一端が接続されている。第１のインダクタＬ１の他端は、突入電流抑制回路８０３に接続されている。すなわち、電界効果トランジスタＱ１とダイオードＤ１との接続点は、第１のインダクタＬ１と突入電流抑制回路８０３とを介して、第１ライン１１１ａに接続されている。
【００５９】
電界効果トランジスタＱ２とダイオードＤ２との接続点には、第２のインダクタＬ２の一端が接続されている。第２のインダクタＬ２の他端は、入力端子１１１に接続されている。すなわち、電界効果トランジスタＱ２とダイオードＤ２との接続点は、第２のインダクタＬ２を介して、第２ライン１１１ｂに接続されている。
【００６０】
ブリッジレス力率改善回路１０４は、スイッチング回路１０６により、２つのインダクタＬ１，Ｌ２に流れる電流を、所定の周波数でオン／オフする。電流のオン／オフは、電界効果トランジスタＱ１，Ｑ２のそれぞれのゲート端子の電圧を制御することにより行うことができる。これにより、電流のオン時に２つのインダクタＬ１，Ｌ２のそれぞれに蓄えられたエネルギーが、電流のオフ時に逆起電力としてダイオードＤ１，Ｄ２により取り出される。これにより、交流電圧Ｖａｃよりも高い出力電圧を取り出すことができ、かつ、交流を整流して直流を出力できる。
【００６１】
［突入電流抑制回路１０３の説明］
【００６２】
図３は、突入電流抑制回路１０３の構成例を示す図である。
【００６３】
図３（ａ）〜（ｆ）は、それぞれ、突入電流抑制回路１０３の一構成例を示す図である。突入電流抑制回路１０３としては、図３（ａ）〜（ｆ）のうちいずれかに示されるものを用いることができる。なお、突入電流抑制回路１０３の構成はこれらに限られるものではなく、突入電流抑制回路１０３は、他の構成を有していてもよい。
【００６４】
図３（ａ）に示すように、突入電流抑制回路１０３は、例えば抵抗を用いて構成することができる。
【００６５】
図３（ｂ）に示すように、突入電流抑制回路１０３は、例えばサーミスタを用いて構成されていてもよい。
【００６６】
図３（ｃ）に示すように、突入電流抑制回路１０３は、例えば抵抗及びその抵抗に並列に接続されたリレーを用いて構成されていてもよい。
【００６７】
図３（ｄ）に示すように、突入電流抑制回路１０３は、例えばサーミスタ及びそのサーミスタに並列に接続されたリレーを用いて構成されていてもよい。
【００６８】
図３（ｅ）に示すように、突入電流抑制回路１０３は、例えば抵抗及びその抵抗に並列に接続されたサイリスタを用いて構成されていてもよい。
【００６９】
図３（ｆ）に示すように、突入電流抑制回路１０３は、例えば抵抗及びその抵抗に並列に接続されたトライアックを用いて構成されていてもよい。
【００７０】
［実施の形態における効果］
【００７１】
以上説明したように、本実施の形態において、スイッチング電源装置１は、整流用ブリッジダイオードを伴わないブリッジレス力率改善回路１０４を備えているので、高い電力変換効率を実現することができる。また、スイッチング電源装置１には、突入電流抑制回路１０３が設けられているので、交流電圧Ｖａｃの供給が開始されたとき、平滑コンデンサＣ２に電荷を供給するために流れる突入電流が抑制される。したがって、スイッチング電源装置１の回路素子の突入電流対策が効果的に行われ、スイッチング電源装置１の信頼性が高くなる。
【００７２】
また、突入電流抑制回路１０３は、ラインコンデンサＣ１の端部と第１のインダクタ１０５とを接続する第１ライン１１１ａ上に設けられているので、ラインコンデンサＣ１が第１ライン１１１ａと第２ライン１１１ｂとの間に設けられていることによる電流が、突入電流抑制回路１０３には流れない。無効電流が突入電流抑制回路１０３を流れないので、電力損失は抑制される。したがって、スイッチング電源装置１の無駄な消費電力を、待機時消費電力も含めて低く抑えることができる。
【００７３】
［突入電流抑制回路１０３の配置に関する変型例］
【００７４】
突入電流抑制回路１０３の設けられる箇所は、上述の実施の形態において示した箇所に限られるものではない。また、突入電流抑制回路１０３の数も、１つに限られない。すなわち、突入電流抑制回路１０３は、ラインコンデンサＣ１の端部と昇圧インダクタ部１０５とを接続する２つの経路のうち第２ライン１１１ｂ上、昇圧インダクタ部１０５とスイッチング回路１０６との間の経路上、スイッチング回路１０６と平滑コンデンサＣ２すなわち平滑部１０７との間の経路上、の少なくとも１箇所以上に配設されていればよい。
【００７５】
図４は、本実施の形態の一変型例を説明する回路図である。
【００７６】
図４を参照して、突入電流抑制回路１０３は、図において示す箇所１０３ａ〜１０３ｇのそれぞれに配置可能である。
【００７７】
すなわち、突入電流抑制回路１０３は、ラインコンデンサＣ１の端部と第２のインダクタＬ２とを接続する経路上１０３ｇに設けられていてもよい。
【００７８】
突入電流抑制回路１０３は、第１のインダクタＬ１と第１直列回路１０６ａとを接続する経路上１０３ａに設けられていてもよい。突入電流抑制回路１０３は、第２のインダクタＬ２と第２直列回路１０６ｂとを接続する経路上１０３ｆに設けられていてもよい。
【００７９】
突入電流抑制回路１０３は、スイッチング回路１０６からメインコンバータ１０８を介して出力端子１１２に接続される２つの出力ラインのそれぞれのうち、平滑コンデンサＣ２が接続されている位置よりもスイッチング回路１０６に近い位置１０３ｂ，１０３ｅに設けられていてもよい。
【００８０】
突入電流抑制回路１０３は、スイッチング回路１０６からメインコンバータ１０８を介して出力端子１１２に接続される２つの出力ラインのそれぞれと、平滑コンデンサＣ２の端部とを接続する経路上１０３ｃ，１０３ｄに設けられていてもよい。
【００８１】
このように、上記いずれの箇所に突入電流抑制回路１０３が設けられても、突入電流抑制回路１０３は、大きな容量値を持つ平滑コンデンサＣ２への突入電流を抑制する目的を達成できる。また、力率改善回路用の入力フィルタ１０２に使用されるラインコンデンサＣ１との組合せによって突入電流抑制回路１０３に無効電流が流れることがなく、電力損失の発生を抑制できる。突入電流抑制回路１０３を上記のうちのいずれの箇所に配置するかどうかは、スイッチング電源装置１の設計条件などを勘案して、適宜選択すればよいし、多箇所に突入電流抑制回路１０３を配置するようにしてもよい。
【００８２】
［その他］
【００８３】
図５は、力率改善回路用の入力フィルタの構成例を示す図である。
【００８４】
図５（ａ），（ｂ）は、それぞれ、入力フィルタの一構成例を示す図である。スイッチング電源装置においては、上述の実施の形態の入力フィルタ１０２に代えて、図５（ａ），（ｂ）のうちいずれかに示されるものを用いることができる。なお、入力フィルタの構成はこれに限られるものではなく、他の構成を有していてもよい。
【００８５】
図５（ａ）に示すように、入力フィルタは、例えば交流電力が供給される２本のラインのうち一方のラインに設けられたインダクタと、２本のライン間に設けられたコンデンサとを有するように構成されていてもよい。
【００８６】
図５（ｂ）に示すように、入力フィルタは、例えば交流電力が供給される２本のラインのうち一方のラインに設けられたインダクタと、そのインダクタの両端側にそれぞれ２本のライン間に設けられた２つのコンデンサとを有するように、すなわちいわゆるπ型フィルタのように構成されていてもよい。
【００８７】
スイッチング電源装置において、メインコンバータは設けられていなくてもよい。スイッチング電源装置は、メインコンバータに加えて、サブコンバータを有していてもよい。サブコンバータとしては、例えば、待機電力（スタンバイ電力）を生成するための待機コンバータなどが挙げられる。サブコンバータは、例えば、平滑コンデンサＣ２の両端に、メインコンバータへの経路から分岐して、配設される場合がある。
【００８８】
なお、ブリッジレス力率改善回路を有するスイッチング電源装置において、設計条件などを勘案して、配線を介したノイズの漏えいやノイズの侵入を抑制するために、ＥＭＩフィルタなどのノイズフィルタを設ける場合がある。一般的に、ノイズフィルタに使用されるラインコンデンサは、力率改善回路用の入力フィルタに使用されるラインコンデンサの容量値に対して比較的小さな容量値を有するものが用いられる。
【００８９】
ブリッジレス力率改善回路の構成は、上述のものに限られない。本発明は、整流用ブリッジダイオードを伴わないブリッジレス力率改善回路を備えるスイッチング電源装置に広く適用可能である。
【００９０】
上記実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００９１】
１ スイッチング電源装置
１０１ 交流電源
１０２ 入力フィルタ
１０３，１０３ａ〜１０３ｇ 突入電流抑制回路
１０４ ブリッジレス力率改善回路
１０５ 昇圧インダクタ部
１０６ スイッチング回路
１０６ａ 第１直列回路
１０６ｂ 第２直列回路
１０７ 平滑部
１０８ メインコンバータ
１０９ 負荷回路
１１１ 入力端子（入力部）
１１２ 出力端子
Ｃ１ ラインコンデンサ
Ｃ２ 平滑コンデンサ
Ｄ１ 第１のダイオード（第１の整流素子の一例）
Ｄ２ 第２のダイオード（第２の整流素子の一例）
Ｌ１ 第１のインダクタ
Ｌ２ 第２のインダクタ
Ｑ１ 第１の電界効果トランジスタ（第１のスイッチ素子の一例）
Ｑ２ 第２の電界効果トランジスタ（第２のスイッチ素子の一例）
【技術分野】
【０００１】
この発明は、スイッチング電源装置に関し、特に、ブリッジレス力率改善回路により交流電力を直流電力に変換するスイッチング電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器などに用いられる電源装置として、ＡＣ−ＤＣコンバータを有し、例えば商用交流電源に接続され、交流電力を直流電力に変換しその直流電力を利用可能とするスイッチング電源装置がある。
【０００３】
このようなスイッチング電源装置には、交流電圧を直流電圧に変換する整流回路と、平滑コンデンサとが設けられる。平滑コンデンサは、整流回路の出力端の高圧側のライン（経路）と低圧側のラインとの間に配置される。平滑コンデンサは、脈流電圧を定電圧に平滑して電荷を充電するとともに、スイッチング電源装置に接続された負荷回路などに電荷を放電する。
【０００４】
ところで、単に平滑コンデンサを設けただけのスイッチング電源装置に交流電圧の供給が開始されると、平滑コンデンサに電荷を供給するために、過渡的に大きな突入電流が流れてしまい、突入電流により回路素子がダメージを受ける可能性がある。これを抑制する目的で、突入電流が流れる経路上には、突入電流抑制回路が設けられる。
【０００５】
また、交流電力を直流電力に変換するスイッチング電源装置には、力率を改善するために力率改善回路が設けられる。
【０００６】
力率改善回路より入力部側の経路上には、交流電源へ漏えいする脈流を抑制する目的で、力率改善回路用の入力フィルタが設けられる。
【０００７】
図６は、従来のスイッチング電源装置の一例を示す回路図である。
【０００８】
図６に示すように、スイッチング電源装置８１は、交流電源８０１に接続された入力部８０１ａと、突入電流抑制回路８０３と、ブリッジダイオードを用いた整流回路８１０と、力率改善回路用の入力フィルタ８０２と、力率改善回路８１１と、メインコンバータ８０８とを有している。突入電流抑制回路８０３は、入力部８０１ａと整流回路８１０とを結ぶ２本の電力供給ラインの一方に配置されている。入力フィルタ８０２は、整流回路８１０の出力ラインに整流回路８１０に対して並列に接続されたラインコンデンサＣ１を有する。入力フィルタ８０２は、力率改善回路８１１からの脈流が交流電源８０１へ漏えいすることを抑制する目的で設けられている。力率改善回路８１１は、コイルＬ３、ダイオードＤ４、スイッチ素子Ｑ３、及び平滑コンデンサＣ２を有している。力率改善回路８１１から出力される直流電力は、メインコンバータ８０８を経由し、負荷回路８０９に供給される。なお、図示しないが、スイッチング電源装置８１の設計条件などを勘案して、配線を介したノイズの漏えいやノイズの侵入を抑制するために、ＥＭＩ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）フィルタなどのノイズフィルタを入力部８０１ａと突入電流抑制回路８０３との間の経路上に設ける場合もある。
【０００９】
また、ブリッジダイオードを用いない、ブリッジレス力率改善回路を有するスイッチング電源装置も用いられている。このようなブリッジレス力率改善回路を有するスイッチング電源装置は、電力変換効率などにおいて優れた性質を有するものである。すなわち、例えば上述の図６に示すスイッチング電源装置８１に用いられているブリッジダイオードを用いた整流回路８１０には、ダイオードの電圧ドロップ分の電力損失があるところ、ブリッジレス力率改善回路では、その分の電力変換効率を改善することができる。
【００１０】
下記特許文献１には、交流電力を直流電力に変換して出力するスイッチング電源装置であって、交流電源の一端に接続されたブーストインダクタ、ダイオード、及びスイッチ素子を２組含むスイッチング回路を有するものが開示されている。このスイッチング電源装置には、補助回路が設けられ、ゼロ電圧スイッチングによるスイッチング効率の改善が図られている。
【００１１】
下記特許文献２には、交流電力を直流電力に変換して出力するスイッチング電源装置であって、交流電源の一端に接続されたブーストインダクタ、ダイオード、及びスイッチ素子を２組有するスイッチング回路を有するものが開示されている。このスイッチング電源装置でも、力率改善回路の出力端側に、平滑コンデンサが設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１０−１５４５８２号公報
【特許文献２】特表２００７−５２７６８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ところで、スイッチング電源装置の回路中における突入電流防止回路の位置によっては、突入電流防止回路と力率改善回路用の入力フィルタを構成するラインコンデンサとを含む経路において、無効電流が発生することがある。無効電流が発生すると、突入電流防止回路で電力が消費され、電力損失が発生する。この電力損失は、電子機器などのいわゆる待機時消費電力を増加させる要因となる。電子機器などに対する待機時消費電力削減の社会的要求は年々増しているところ、電力損失を抑えることが求められる。以下、無効電流及び無効電流による電力損失の発生について説明する。
【００１４】
無効電流は、以下の式で計算可能である。ここで、Ｉｃは無効電流であり、ωは交流電源の角周波数であり、Ｃは交流回路両極間の容量値であり、Ｖａｃは交流入力電圧である。
【００１５】
Ｉｃ＝ωＣＶａｃ
【００１６】
力率改善回路用の入力フィルタは、上述のように、力率改善回路よりも入力部側の経路上に設けられる。この入力フィルタは、交流電力の入力部に配置されることがあるノイズフィルタに使用されるラインコンデンサよりも一般的に容量値が大きいラインコンデンサを含むものである。
【００１７】
いわゆるブリッジダイオードを用いた整流回路とともに力率改善回路が用いられる場合においては、入力フィルタのラインコンデンサは、整流回路と力率改善回路との間に設けられるため、上述の無効電流は流れない。例えば、上述の図６に示すスイッチング電源装置８１について説明すると、力率改善回路８１１の入力フィルタ８０２は、力率改善回路８１１の入力端側、すなわち整流回路８１０と力率改善回路８１１とを接続する経路上すなわち直流回路側に設けられる。このようなとき、整流回路８１０よりも交流電源８０１側の突入電流抑制回路８０３や、入力フィルタ８０２自身には、無効電流が流れることがない。したがって、この場合には、無効電流による電力損失は発生しない。
【００１８】
また、図示しないが、スイッチング電源装置８１には、交流回路側にＥＭＩフィルタなどのノイズフィルタが設けられる場合があるが、ノイズフィルタの存在は特に問題とはならない。すなわち、一般的に、ノイズフィルタに使用されるラインコンデンサは、入力フィルタ８０２に使用されるラインコンデンサの容量値に対して比較的小さな容量値を有するものが用いられる。そのため、仮に突入電流抑制回路８０３が入力部８０１ａの一方の端子とノイズフィルタとを接続するライン上に設けられていても、発生する無効電流及びこの無効電流が突入電流抑制回路８０３を流れることで発生する電力損失は小さな値のものにとどまるので、特に問題とはならない。
【００１９】
しかしながら、ブリッジレス力率改善回路を有するスイッチング電源装置においては、無効電流による電力損失の発生が問題となることがある。すなわち、ブリッジレス力率改善回路では、いわゆるブリッジダイオードが用いられないので、力率改善回路用の入力フィルタは、交流回路側に設けられることになる。そのため、入力フィルタのラインコンデンサを介して、突入電流抑制回路を通過する無効電流が流れ、電力損失が発生することがある。
【００２０】
図７は、従来のスイッチング電源装置の別の例を示す回路図である。
【００２１】
図７に示すスイッチング電源装置８２は、図６に示すスイッチング電源装置８１において、力率改善回路８１１及び整流用ブリッジダイオード８１０をブリッジレス力率改善回路８０４に変更したものである。図７においては、突入電流抑制回路８０３としては、説明のため、抵抗Ｒ１を使用するものが示されている。
【００２２】
図７に示すように、スイッチング電源装置８２では、ブリッジレス力率改善回路８０４用の入力フィルタ８０２は、ブリッジレス力率改善回路８０４よりも交流電源８０１側であって、突入電流抑制回路８０３よりも交流電源８０１から離れた位置に配置されている。入力フィルタ８０２は、交流電源８０１に接続された２つのライン間に交流電源８０１に対して並列に接続されている。したがって、突入電流抑制回路８０３と入力フィルタ８０２とを含む交流回路内において、無効電流Ｉｃの経路（図７に一点鎖線矢印で示す。）ができる。
【００２３】
このとき、例えば、抵抗Ｒ１、ラインコンデンサＣ１、及び交流電源８０１に関して、Ｒ１＝１５〔Ω〕、Ｃ１＝２．２〔μＦ〕、Ｖａｃ＝１００〔Ｖ〕、周波数＝５０〔Ｈｚ〕とすると、無効電流Ｉｃは、次式で示すようになる。
【００２４】
Ｉｃ＝ωＣＶａｃ
＝２π×５０〔Ｈｚ〕×２．２〔μＦ〕×１００〔Ｖ〕
≒６９〔ｍＡ〕
【００２５】
そのため、突入電流抑制回路８０３で消費されることによる電力損失Ｐは、次式で示すようになる。
【００２６】
Ｐ＝Ｉｃ２Ｒ
＝６９〔ｍＡ〕×６９〔ｍＡ〕×１５〔Ω〕
≒７１〔ｍＷ〕
【００２７】
電子機器の待機時消費電力として、７１〔ｍＷ〕という値は大きな値である。
【００２８】
このように、スイッチング電源装置８２では、ブリッジレス力率改善回路を採用することで、装置の動作時における電力変換効率の向上を図ることができる一方で、無効電流による電力損失が増大するという問題がある。また、この無効電流による電力損失は電源装置の動作時のみならず電源装置の待機時にも発生するため、スイッチング電源装置８２の待機時消費電力が高くなるという問題もある。
【００２９】
このような電力損失の発生に関する問題点に対して有効な解決策は、特許文献１又は特許文献２には開示されていない。
【００３０】
この発明はそのような問題点を解決するためになされたものであり、突入電流対策が行われており、かつ、無効電流による電力損失が抑制された、ブリッジレス力率改善回路を備えたスイッチング電源装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
上記目的を達成するためこの発明のある局面に従うと、スイッチング電源装置は、交流電源の入力部と、入力部に交流電源に対して並列に接続されたラインコンデンサを少なくとも含む力率改善回路用の入力フィルタと、入力フィルタよりも交流電源に対して離れるように入力部に接続されたブリッジレス力率改善回路と、突入電流を抑制するための突入電流抑制回路とを備え、ブリッジレス力率改善回路は、入力部からの交流が入力される昇圧インダクタ部及び昇圧インダクタ部に接続されたスイッチング回路を有し、交流電源から入力された交流電圧を整流するとともに力率改善動作を行って昇圧された脈流電圧を出力する変換部と、変換部の出力端側に接続されており、変換部から出力された脈流電圧を平滑させる平滑部とを含み、突入電流抑制回路は、入力フィルタの端部と昇圧インダクタ部とを接続する経路上、昇圧インダクタ部とスイッチング回路とを接続する経路上、及びスイッチング回路と平滑部とを接続する経路上のうち、少なくとも１箇所に設けられている。
【００３２】
好ましくは突入電流抑制回路は、入力フィルタの端部と昇圧インダクタ部とを接続する経路上に設けられており、スイッチング回路は、第１のスイッチ素子及び第１のスイッチ素子の出力端に接続された第１の整流素子を有する第１直列回路と、第２のスイッチ素子及び第２のスイッチ素子の出力端に接続された第２の整流素子を有する第２直列回路とを含み、第２直列回路は、第１直列回路に並列接続されており、平滑部は、スイッチング回路の出力端にスイッチング回路に対して並列に接続された平滑コンデンサを有し、昇圧インダクタ部は、第１のスイッチ素子と第１の整流素子との接続点に一端が接続され、他端が突入電流抑制回路に接続された第１のインダクタと、第２のスイッチ素子と第２の整流素子との接続点に一端が接続され、他端が入力部に接続された第２のインダクタとを備える。
【発明の効果】
【００３３】
これらの発明に従うと、突入電流抑制回路は、入力フィルタの端部と昇圧インダクタ部とを接続する経路上、昇圧インダクタ部とスイッチング回路とを接続する経路上、及びスイッチング回路と平滑部とを接続する経路上のうち、少なくとも１箇所に設けられている。したがって、突入電流対策が行われており、かつ、無効電流による電力損失が抑制された、ブリッジレス力率改善回路を備えたスイッチング電源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態におけるスイッチング電源装置の一例の構成を示す回路図である。
【図２】スイッチング電源装置の詳細な構成を示す回路図である。
【図３】突入電流抑制回路の構成例を示す図である。
【図４】本実施の形態の一変型例を説明する回路図である。
【図５】力率改善回路用の入力フィルタの構成例を示す図である。
【図６】従来のスイッチング電源装置の一例を示す回路図である。
【図７】従来のスイッチング電源装置の別の例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明の実施の形態の一例におけるスイッチング電源装置について説明する。
【００３６】
［実施の形態］
【００３７】
図１は、本発明の実施の形態におけるスイッチング電源装置の一例の構成を示す回路図である。
【００３８】
スイッチング電源装置１は、ＡＣ−ＤＣコンバータである。図１に示すように、スイッチング電源装置１は、入力端子（交流電源の入力部の一例）１１１と、力率改善回路用の入力フィルタ１０２と、突入電流抑制回路１０３と、ブリッジレス力率改善回路（力率改善回路の一例）１０４と、メインコンバータ１０８と、メインコンバータ１０８からの電力を出力する出力端子１１２とを有している。スイッチング電源装置１は、入力端子１１１部分で、交流電源１０１に接続されている。スイッチング電源装置１は、交流電源１０１から入力端子１１１を介して入力される交流電圧Ｖａｃに基づいて、ブリッジレス力率改善回路１０４から直流電力を出力する。スイッチング電源装置１は、その直流電力を、メインコンバータ１０８を介して、出力端子１１２に接続された負荷回路１０９に供給する。なお、図示していないが、スイッチング電源装置１の設計条件などを勘案して、配線を介したノイズの漏えいやノイズの侵入を抑制するために、ＥＭＩフィルタなどのノイズフィルタが用いられることがあるが、本発明の実施形態に記載の入力フィルタ１０２とはその目的や効果が異なり、区別されるべきものである。
【００３９】
交流電源１０１は、例えば、商用の交流電源である。交流電源１０１は、例えばプラグソケットを介して利用可能に提供されている。交流電源１０１は、２つの出力端を有している。
【００４０】
入力端子１１１は、商用交流入力端子であり、例えば、プラグソケットに差し込み可能なプラグである。入力端子１１１は、交流電源１０１のプラグソケットに差し込まれた状態で、交流電源１０１の２つの出力端に接続されている。これによって、交流電源１０１により、交流電圧Ｖａｃがスイッチング電源装置１に印加される（交流電力が供給される）。交流電圧は、入力端子１１１からブリッジレス力率改善回路１０４までをそれぞれ接続する第１ライン１１１ａと第２ライン１１１ｂとの間に入力される。
【００４１】
なお、入力端子１１１と交流電源１０１との組合せは、プラグ及びプラグソケットに限られるものではない。例えば、入力端子１１１は、電源スイッチであって、スイッチング電源装置１は、交流電源１０１に常時接続されていてもよい。この場合、入力端子１１１でスイッチング電源装置１への交流電力の供給がオン／オフされるようにしてもよい。
【００４２】
入力フィルタ１０２は、ブリッジレス力率改善回路１０４の前段すなわちブリッジレス力率改善回路１０４よりも交流電源１０１に近い位置に設けられている。入力フィルタ１０２は、ラインコンデンサＣ１を有している。
【００４３】
ラインコンデンサＣ１は、入力端子１１１の両端に、交流電源１０１に対して並列に接続されている。すなわち、ラインコンデンサＣ１は、第１ライン１１１ａと第２ライン１１１ｂとの間に接続されている。ラインコンデンサＣ１は、力率改善回路１０４からの脈流が交流電源１０１へ漏えいすることを抑制する。
【００４４】
なお、入力フィルタ１０２は、ラインコンデンサＣ１に加えて、又はラインコンデンサＣ１に代えて、他の回路素子を有していてもよい。
【００４５】
ブリッジレス力率改善回路１０４は、ラインコンデンサＣ１よりも交流電源１０１に対して離れるように、第１ライン１１１ａ及び第２ライン１１１ｂを介して、入力端子１１１に接続されている。
【００４６】
ブリッジレス力率改善回路１０４は、昇圧インダクタ部１０５と、スイッチング回路１０６と、平滑部１０７とを有する。昇圧インダクタ部１０５及びスイッチング回路１０６は、交流電源１０１から入力された交流電圧を整流するとともに、力率改善動作を行って、昇圧された脈流電圧を出力する変換部として機能する。すなわち、昇圧インダクタ部１０５及びスイッチング回路１０６は、昇圧する機能と交流を整流する機能とを有する変換部を構成する。平滑部１０７は、変換部から出力された脈流電圧を平滑させる。ブリッジレス力率改善回路１０４からは、平滑部１０７により平滑された直流電力が出力される。
【００４７】
昇圧インダクタ部１０５には、第１ライン１１１ａ及び第２ライン１１１ｂを介して、入力端子１１１からの交流が入力される。昇圧インダクタ部１０５は、第１ライン１１１ａに接続された第１のインダクタＬ１と、第２ライン１１１ｂに接続された第２のインダクタＬ２とを含む。本実施の形態において、第１のインダクタＬ１及び第２のインダクタＬ２は、昇圧インダクタとして用いられる。
【００４８】
スイッチング回路１０６は、ダイオード及びスイッチ素子などを含んでいる。スイッチング回路１０６は、昇圧インダクタ部１０５に接続されている。スイッチング回路１０６の詳細な構成については、後述する。
【００４９】
平滑部１０７は、平滑コンデンサＣ２を有している。平滑コンデンサＣ２は、スイッチング回路１０６の出力端となる高圧側出力端と低圧側出力端との間に、スイッチング回路１０６に対して並列に接続されている。換言すると、平滑コンデンサＣ２は、ブリッジレス力率改善回路１０４の高圧側出力端と低圧側出力端との間に接続されている。平滑コンデンサＣ２は、スイッチング回路１０６から出力される脈流電圧を定電圧に平滑して電荷を充電するとともに、メインコンバータ１０８を介して負荷回路１０９に電荷を放電する。
【００５０】
なお、平滑コンデンサＣ２としては電解コンデンサなどが用いられるが、これに限られるものではない。
【００５１】
本実施の形態において、突入電流抑制回路１０３は、ラインコンデンサＣ１の端部とブリッジレス力率改善回路１０４の入力端である昇圧インダクタ部１０５とを接続する２つの経路のうち一方の経路上、すなわち第１ライン１１１ａ上に設けられている。突入電流抑制回路１０３は、例えば、交流電源１０１から交流電圧Ｖａｃの供給が開始されたとき、平滑コンデンサＣ２に電荷が供給されるまでに流れる突入電流を抑制する。これにより、ブリッジレス力率改善回路１０４などに含まれるスイッチング電源装置１の回路素子が、突入電流から保護される。
【００５２】
メインコンバータ１０８は、ブリッジレス力率改善回路１０４から負荷回路１０９への電力供給経路に設けられている。メインコンバータ１０８には、ブリッジレス力率改善回路１０４から出力された直流電力が入力される。メインコンバータ１０８は、入力された直流電力の電圧などの変換を行い、変換後の直流電力を、出力端子１１２から負荷回路１０９に出力する。なお、メインコンバータ１０８は、直流電力を交流電力に変換するものであってもよい。
【００５３】
図２は、スイッチング電源装置１の詳細な構成を示す回路図である。
【００５４】
図２を参照して、スイッチング回路１０６は、第１直列回路１０６ａと、第２直列回路１０６ｂとを有している。
【００５５】
第１直列回路１０６ａは、第１の電界効果トランジスタ（第１のスイッチ素子の一例）Ｑ１と、第１のダイオード（第１の整流素子の一例）Ｄ１とを有している。電界効果トランジスタＱ１のドレイン（第１のスイッチ素子の出力端の一例）は、ダイオードＤ１のアノードに接続されている。電界効果トランジスタＱ１とダイオードＤ１とは、互いに直列に配置されている。
【００５６】
第２直列回路１０６ｂは、第２の電界効果トランジスタ（第２のスイッチ素子の一例）Ｑ２と、第２のダイオード（第２の整流素子の一例）Ｄ２とを有している。電界効果トランジスタＱ２のドレイン（第２のスイッチ素子の出力端の一例）は、ダイオードＤ２のアノードに接続されている。
【００５７】
ダイオードＤ１，Ｄ２のそれぞれのカソード同士は接続されており、電界効果トランジスタＱ１，Ｑ２のそれぞれのソース同士は接続されている。すなわち、第２直列回路１０６ｂは、第１直列回路１０６ａに並列接続されている。
【００５８】
電界効果トランジスタＱ１とダイオードＤ１との接続点には、第１のインダクタＬ１の一端が接続されている。第１のインダクタＬ１の他端は、突入電流抑制回路８０３に接続されている。すなわち、電界効果トランジスタＱ１とダイオードＤ１との接続点は、第１のインダクタＬ１と突入電流抑制回路８０３とを介して、第１ライン１１１ａに接続されている。
【００５９】
電界効果トランジスタＱ２とダイオードＤ２との接続点には、第２のインダクタＬ２の一端が接続されている。第２のインダクタＬ２の他端は、入力端子１１１に接続されている。すなわち、電界効果トランジスタＱ２とダイオードＤ２との接続点は、第２のインダクタＬ２を介して、第２ライン１１１ｂに接続されている。
【００６０】
ブリッジレス力率改善回路１０４は、スイッチング回路１０６により、２つのインダクタＬ１，Ｌ２に流れる電流を、所定の周波数でオン／オフする。電流のオン／オフは、電界効果トランジスタＱ１，Ｑ２のそれぞれのゲート端子の電圧を制御することにより行うことができる。これにより、電流のオン時に２つのインダクタＬ１，Ｌ２のそれぞれに蓄えられたエネルギーが、電流のオフ時に逆起電力としてダイオードＤ１，Ｄ２により取り出される。これにより、交流電圧Ｖａｃよりも高い出力電圧を取り出すことができ、かつ、交流を整流して直流を出力できる。
【００６１】
［突入電流抑制回路１０３の説明］
【００６２】
図３は、突入電流抑制回路１０３の構成例を示す図である。
【００６３】
図３（ａ）〜（ｆ）は、それぞれ、突入電流抑制回路１０３の一構成例を示す図である。突入電流抑制回路１０３としては、図３（ａ）〜（ｆ）のうちいずれかに示されるものを用いることができる。なお、突入電流抑制回路１０３の構成はこれらに限られるものではなく、突入電流抑制回路１０３は、他の構成を有していてもよい。
【００６４】
図３（ａ）に示すように、突入電流抑制回路１０３は、例えば抵抗を用いて構成することができる。
【００６５】
図３（ｂ）に示すように、突入電流抑制回路１０３は、例えばサーミスタを用いて構成されていてもよい。
【００６６】
図３（ｃ）に示すように、突入電流抑制回路１０３は、例えば抵抗及びその抵抗に並列に接続されたリレーを用いて構成されていてもよい。
【００６７】
図３（ｄ）に示すように、突入電流抑制回路１０３は、例えばサーミスタ及びそのサーミスタに並列に接続されたリレーを用いて構成されていてもよい。
【００６８】
図３（ｅ）に示すように、突入電流抑制回路１０３は、例えば抵抗及びその抵抗に並列に接続されたサイリスタを用いて構成されていてもよい。
【００６９】
図３（ｆ）に示すように、突入電流抑制回路１０３は、例えば抵抗及びその抵抗に並列に接続されたトライアックを用いて構成されていてもよい。
【００７０】
［実施の形態における効果］
【００７１】
以上説明したように、本実施の形態において、スイッチング電源装置１は、整流用ブリッジダイオードを伴わないブリッジレス力率改善回路１０４を備えているので、高い電力変換効率を実現することができる。また、スイッチング電源装置１には、突入電流抑制回路１０３が設けられているので、交流電圧Ｖａｃの供給が開始されたとき、平滑コンデンサＣ２に電荷を供給するために流れる突入電流が抑制される。したがって、スイッチング電源装置１の回路素子の突入電流対策が効果的に行われ、スイッチング電源装置１の信頼性が高くなる。
【００７２】
また、突入電流抑制回路１０３は、ラインコンデンサＣ１の端部と第１のインダクタ１０５とを接続する第１ライン１１１ａ上に設けられているので、ラインコンデンサＣ１が第１ライン１１１ａと第２ライン１１１ｂとの間に設けられていることによる電流が、突入電流抑制回路１０３には流れない。無効電流が突入電流抑制回路１０３を流れないので、電力損失は抑制される。したがって、スイッチング電源装置１の無駄な消費電力を、待機時消費電力も含めて低く抑えることができる。
【００７３】
［突入電流抑制回路１０３の配置に関する変型例］
【００７４】
突入電流抑制回路１０３の設けられる箇所は、上述の実施の形態において示した箇所に限られるものではない。また、突入電流抑制回路１０３の数も、１つに限られない。すなわち、突入電流抑制回路１０３は、ラインコンデンサＣ１の端部と昇圧インダクタ部１０５とを接続する２つの経路のうち第２ライン１１１ｂ上、昇圧インダクタ部１０５とスイッチング回路１０６との間の経路上、スイッチング回路１０６と平滑コンデンサＣ２すなわち平滑部１０７との間の経路上、の少なくとも１箇所以上に配設されていればよい。
【００７５】
図４は、本実施の形態の一変型例を説明する回路図である。
【００７６】
図４を参照して、突入電流抑制回路１０３は、図において示す箇所１０３ａ〜１０３ｇのそれぞれに配置可能である。
【００７７】
すなわち、突入電流抑制回路１０３は、ラインコンデンサＣ１の端部と第２のインダクタＬ２とを接続する経路上１０３ｇに設けられていてもよい。
【００７８】
突入電流抑制回路１０３は、第１のインダクタＬ１と第１直列回路１０６ａとを接続する経路上１０３ａに設けられていてもよい。突入電流抑制回路１０３は、第２のインダクタＬ２と第２直列回路１０６ｂとを接続する経路上１０３ｆに設けられていてもよい。
【００７９】
突入電流抑制回路１０３は、スイッチング回路１０６からメインコンバータ１０８を介して出力端子１１２に接続される２つの出力ラインのそれぞれのうち、平滑コンデンサＣ２が接続されている位置よりもスイッチング回路１０６に近い位置１０３ｂ，１０３ｅに設けられていてもよい。
【００８０】
突入電流抑制回路１０３は、スイッチング回路１０６からメインコンバータ１０８を介して出力端子１１２に接続される２つの出力ラインのそれぞれと、平滑コンデンサＣ２の端部とを接続する経路上１０３ｃ，１０３ｄに設けられていてもよい。
【００８１】
このように、上記いずれの箇所に突入電流抑制回路１０３が設けられても、突入電流抑制回路１０３は、大きな容量値を持つ平滑コンデンサＣ２への突入電流を抑制する目的を達成できる。また、力率改善回路用の入力フィルタ１０２に使用されるラインコンデンサＣ１との組合せによって突入電流抑制回路１０３に無効電流が流れることがなく、電力損失の発生を抑制できる。突入電流抑制回路１０３を上記のうちのいずれの箇所に配置するかどうかは、スイッチング電源装置１の設計条件などを勘案して、適宜選択すればよいし、多箇所に突入電流抑制回路１０３を配置するようにしてもよい。
【００８２】
［その他］
【００８３】
図５は、力率改善回路用の入力フィルタの構成例を示す図である。
【００８４】
図５（ａ），（ｂ）は、それぞれ、入力フィルタの一構成例を示す図である。スイッチング電源装置においては、上述の実施の形態の入力フィルタ１０２に代えて、図５（ａ），（ｂ）のうちいずれかに示されるものを用いることができる。なお、入力フィルタの構成はこれに限られるものではなく、他の構成を有していてもよい。
【００８５】
図５（ａ）に示すように、入力フィルタは、例えば交流電力が供給される２本のラインのうち一方のラインに設けられたインダクタと、２本のライン間に設けられたコンデンサとを有するように構成されていてもよい。
【００８６】
図５（ｂ）に示すように、入力フィルタは、例えば交流電力が供給される２本のラインのうち一方のラインに設けられたインダクタと、そのインダクタの両端側にそれぞれ２本のライン間に設けられた２つのコンデンサとを有するように、すなわちいわゆるπ型フィルタのように構成されていてもよい。
【００８７】
スイッチング電源装置において、メインコンバータは設けられていなくてもよい。スイッチング電源装置は、メインコンバータに加えて、サブコンバータを有していてもよい。サブコンバータとしては、例えば、待機電力（スタンバイ電力）を生成するための待機コンバータなどが挙げられる。サブコンバータは、例えば、平滑コンデンサＣ２の両端に、メインコンバータへの経路から分岐して、配設される場合がある。
【００８８】
なお、ブリッジレス力率改善回路を有するスイッチング電源装置において、設計条件などを勘案して、配線を介したノイズの漏えいやノイズの侵入を抑制するために、ＥＭＩフィルタなどのノイズフィルタを設ける場合がある。一般的に、ノイズフィルタに使用されるラインコンデンサは、力率改善回路用の入力フィルタに使用されるラインコンデンサの容量値に対して比較的小さな容量値を有するものが用いられる。
【００８９】
ブリッジレス力率改善回路の構成は、上述のものに限られない。本発明は、整流用ブリッジダイオードを伴わないブリッジレス力率改善回路を備えるスイッチング電源装置に広く適用可能である。
【００９０】
上記実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００９１】
１ スイッチング電源装置
１０１ 交流電源
１０２ 入力フィルタ
１０３，１０３ａ〜１０３ｇ 突入電流抑制回路
１０４ ブリッジレス力率改善回路
１０５ 昇圧インダクタ部
１０６ スイッチング回路
１０６ａ 第１直列回路
１０６ｂ 第２直列回路
１０７ 平滑部
１０８ メインコンバータ
１０９ 負荷回路
１１１ 入力端子（入力部）
１１２ 出力端子
Ｃ１ ラインコンデンサ
Ｃ２ 平滑コンデンサ
Ｄ１ 第１のダイオード（第１の整流素子の一例）
Ｄ２ 第２のダイオード（第２の整流素子の一例）
Ｌ１ 第１のインダクタ
Ｌ２ 第２のインダクタ
Ｑ１ 第１の電界効果トランジスタ（第１のスイッチ素子の一例）
Ｑ２ 第２の電界効果トランジスタ（第２のスイッチ素子の一例）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源の入力部と、
前記入力部に、前記交流電源に対して並列に接続されたラインコンデンサを少なくとも含む力率改善回路用の入力フィルタと、
前記入力フィルタよりも前記交流電源に対して離れるように前記入力部に接続されたブリッジレス力率改善回路と、
突入電流を抑制するための突入電流抑制回路とを備え、
前記ブリッジレス力率改善回路は、
前記入力部からの交流が入力される昇圧インダクタ部及び前記昇圧インダクタ部に接続されたスイッチング回路を有し、前記交流電源から入力された交流電圧を整流するとともに力率改善動作を行って昇圧された脈流電圧を出力する変換部と、
前記変換部の出力端側に接続されており、前記変換部から出力された前記脈流電圧を平滑させる平滑部とを含み、
前記突入電流抑制回路は、
前記入力フィルタの端部と前記昇圧インダクタ部とを接続する経路上、
前記昇圧インダクタ部と前記スイッチング回路とを接続する経路上、及び
前記スイッチング回路と前記平滑部とを接続する経路上のうち、少なくとも１箇所に設けられている、スイッチング電源装置。
【請求項２】
前記突入電流抑制回路は、前記入力フィルタの端部と前記昇圧インダクタ部とを接続する経路上に設けられており、
前記スイッチング回路は、
第１のスイッチ素子及び前記第１のスイッチ素子の出力端に接続された第１の整流素子を有する第１直列回路と、
第２のスイッチ素子及び前記第２のスイッチ素子の出力端に接続された第２の整流素子を有する第２直列回路とを含み、
前記第２直列回路は、前記第１直列回路に並列接続されており、
前記平滑部は、前記スイッチング回路の出力端に前記スイッチング回路に対して並列に接続された平滑コンデンサを有し、
前記昇圧インダクタ部は、
前記第１のスイッチ素子と前記第１の整流素子との接続点に一端が接続され、他端が前記突入電流抑制回路に接続された第１のインダクタと、
前記第２のスイッチ素子と前記第２の整流素子との接続点に一端が接続され、他端が前記入力部に接続された第２のインダクタとを備える、請求項１に記載のスイッチング電源装置。
【請求項１】
交流電源の入力部と、
前記入力部に、前記交流電源に対して並列に接続されたラインコンデンサを少なくとも含む力率改善回路用の入力フィルタと、
前記入力フィルタよりも前記交流電源に対して離れるように前記入力部に接続されたブリッジレス力率改善回路と、
突入電流を抑制するための突入電流抑制回路とを備え、
前記ブリッジレス力率改善回路は、
前記入力部からの交流が入力される昇圧インダクタ部及び前記昇圧インダクタ部に接続されたスイッチング回路を有し、前記交流電源から入力された交流電圧を整流するとともに力率改善動作を行って昇圧された脈流電圧を出力する変換部と、
前記変換部の出力端側に接続されており、前記変換部から出力された前記脈流電圧を平滑させる平滑部とを含み、
前記突入電流抑制回路は、
前記入力フィルタの端部と前記昇圧インダクタ部とを接続する経路上、
前記昇圧インダクタ部と前記スイッチング回路とを接続する経路上、及び
前記スイッチング回路と前記平滑部とを接続する経路上のうち、少なくとも１箇所に設けられている、スイッチング電源装置。
【請求項２】
前記突入電流抑制回路は、前記入力フィルタの端部と前記昇圧インダクタ部とを接続する経路上に設けられており、
前記スイッチング回路は、
第１のスイッチ素子及び前記第１のスイッチ素子の出力端に接続された第１の整流素子を有する第１直列回路と、
第２のスイッチ素子及び前記第２のスイッチ素子の出力端に接続された第２の整流素子を有する第２直列回路とを含み、
前記第２直列回路は、前記第１直列回路に並列接続されており、
前記平滑部は、前記スイッチング回路の出力端に前記スイッチング回路に対して並列に接続された平滑コンデンサを有し、
前記昇圧インダクタ部は、
前記第１のスイッチ素子と前記第１の整流素子との接続点に一端が接続され、他端が前記突入電流抑制回路に接続された第１のインダクタと、
前記第２のスイッチ素子と前記第２の整流素子との接続点に一端が接続され、他端が前記入力部に接続された第２のインダクタとを備える、請求項１に記載のスイッチング電源装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１７５８３３（Ｐ２０１２−１７５８３３Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３６２６４（Ｐ２０１１−３６２６４）
【出願日】平成２３年２月２２日（２０１１．２．２２）
【出願人】（０００１１４２１５）ミネベア株式会社 (846)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２２日（２０１１．２．２２）
【出願人】（０００１１４２１５）ミネベア株式会社 (846)
【Ｆターム（参考）】
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