JP2013055810A - スイッチング電源装置及びその制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】スイッチング電源装置1は、第1の整流素子(D1)と第1のスイッチ素子(Q1)の接続部と交流電源(Vac)の一端との間に接続された第1のリアクトル(L1)と、第2の整流素子(D2)と第2のスイッチ素子(Q2)の接続部と交流電源(Vac)の他端との間に接続された第2のリアクトル(L2)とを有する力率改善回路2を備えており、スイッチング制御部5は、L1及びL2電流検出回路6、7の出力信号及びAC電圧検出回路8の出力信号のいずれか一方または両方に基づいて、スイッチング電源装置1の異常の発生を判定して、第1及び第2のスイッチ素子(Q1,Q2)のスイッチング動作を停止させる。
【選択図】図1
Description
特に、本発明に係るスイッチング電源装置及びその制御方法では、ブリッジレス力率改善回路において、2つのスイッチ素子のうちの一方のスイッチ素子のスイッチング動作に出力制御が集中する状態を、異常として確実に検出して保護動作を実行することにより、そのような状態が継続することにより発生するおそれのある、回路要素の焼損等の重大な損傷を防止することが可能となる。
図1は、本発明の一実施形態におけるスイッチング電源装置1を示す回路構成図である。スイッチング電源装置1は、力率改善回路2を備えており、力率改善回路2には負荷回路3が接続されている。力率改善回路2は、第1の整流素子D1と第1のスイッチ素子Q1からなる第1の直列回路と、第2の整流素子D2と第2のスイッチ素子Q2からなる第2の直列回路とを有している。力率改善回路2では、第1、第2の整流素子D1、D2としてダイオードが用いられ、第1、第2のスイッチ素子Q1、Q2としてMOS−FETが用いられており、第1の直列回路は、第1の整流素子D1のアノード端子と第1のスイッチ素子Q1のドレイン端子とを接続してなり、第2の直列回路は、第2の整流素子D2のアノード端子と第2のスイッチ素子Q2のドレイン端子とを接続してなる。
また、力率改善回路2は、第1のリアクトルL1と第2のリアクトルL2とを備えており、第1のリアクトルL1の一端は、第1の整流素子D1と第1のスイッチ素子Q1の接続部に接続され、他端は、交流電源Vacの一端に接続される。第2のリアクトルL2の一端は、第2の整流素子D2と第2のスイッチ素子Q2の接続部に接続され、他端は、交流電源Vacの他端に接続される。
したがって、スイッチング電源装置1において、交流電源Vacの波形に異常が生じた場合には、正の半サイクル期間と負の半サイクル期間の期間長は、必ずしも互いに同一ではなく、また、上記正及び負の半サイクル期間のいずれか一方または両方の期間長は、必ずしも交流電源Vacの半周期と同一ではない。
スイッチ素子制御回路10において、AC電圧検出回路8からの出力信号は、AC電圧AD変換部24に入力されてA/D変換され、それによって得られた交流電源Vacの入力電圧に相当するデジタルデータがAC極性判定部25に出力される。AC極性判定部25では、AC電圧AD変換部24から入力されたデータに基づいて、現在の交流電源Vacの極性が判別され、その結果、正または負のいずれかの極性を指定する信号がPFC用PWM出力制御部28に出力される。
PFC用PWM出力制御部28は、デューティリミッタ部23から入力されたオン時間を用いて、そのオン時間に対応する駆動パルスを指定する指令信号を生成し、ドライブ回路1(29)に出力する。ドライブ回路1(29)から対応する駆動パルスが出力され、第1のスイッチ素子Q1がターンオンすると、交流電源Vacから第1のリアクトルL1を介して第1のスイッチ素子Q1に電流が流れ初め、図4に示すように、L1電流検出回路6によって検出される電流値が増大する。
この例の場合、スイッチ素子制御回路10は、上述したPWM用タイマに加えて、異常判定タイマ1と異常判定タイマ2を備えており、これらの異常判定タイマ1及び異常判定タイマ2により、第1及び第2のスイッチ素子Q1、Q2のスイッチング動作の周期に関連する異常判定のための第1の期間を計時することによって、スイッチング電源装置1に異常が発生したことを判定するものである。
ステップS6では、比較器2(27)にON信号が発生したか否か(すなわち、L2電流検出回路7からの出力信号から、ゼロ電流に相当する値が検出されたか否か)が判別される。そして、発生した場合(Yes)には、PFC用PWM出力制御部28は、異常判定タイマ2のカウント値を最小値にリセットし(タイマクリア)、その時点からカウントアップを開始して(タイマセット)、次いで、異常判定タイマ2が満了したか否か(カウント値が最大値に到達したか否か)が判別される(ステップS9)。一方、ステップS6において、比較器2(27)にON信号が発生していないと判別された場合(No)には、制御は、直接ステップS9に移行する。
例えば、第1の期間を、「交流電源Vacの正常動作の半周期」+「実質的な異常判定期間」と見なした場合、「実質的な異常判定期間」を、交流電源Vacの半周期よりも長い期間とし、第1の期間を、交流電源Vacの1周期よりも長い期間とするものであってもよい。
Claims (9)
- 第1のスイッチ素子(Q1)及び第2のスイッチ素子(Q2)を備える力率改善回路(2)と、交流電源(Vac)の両端からの入力電流をそれぞれ検出する第1及び第2の入力電流検出回路(6,7)と、前記交流電源(Vac)の両端の入力電圧をそれぞれ検出する入力電圧検出回路(8)と、前記力率改善回路(2)の出力電圧が所定の電圧となるように前記第1及び第2のスイッチ素子(Q1,Q2)を制御するスイッチング制御部(5)とを備え、前記スイッチング制御部(5)は、前記入力電圧検出回路(8)から出力される入力電圧検出信号に基づいて、前記第1及び第2のスイッチ素子(Q1,Q2)のそれぞれの駆動期間を決定するとともに、前記第1及び第2の入力電流検出回路(6,7)から出力される入力電流検出信号に基づいて、それぞれ前記第1及び第2のスイッチ素子(Q1,Q2)のスイッチング動作の周期を決定するように構成されたスイッチング電源装置であって、
前記スイッチング制御部(5)は、前記第1及び第2の入力電流検出回路(6,7)から出力される入力電流検出信号及び前記入力電圧検出回路(8)から出力される入力電圧検出信号のいずれか一方または両方に基づいて、前記スイッチング電源装置の異常の発生を判定し、前記異常が発生したと判定した場合、前記第1及び第2のスイッチ素子(Q1,Q2)のスイッチング動作を停止させることを特徴とするスイッチング電源装置。 - 前記力率改善回路(2)は、負荷回路(3)に並列に接続される平滑コンデンサ(C1)と、第1の整流素子(D1)と第1のスイッチ素子(Q1)からなる第1の直列回路と、第2の整流素子(D2)と第2のスイッチ素子(Q2)からなる第2の直列回路とを有し、前記第1の直列回路と前記第2の直列回路は、前記第1の整流素子(D1)側の一端と前記第2の整流素子(D2)側の一端、及び、前記第1のスイッチ素子(Q1)側の一端と前記第2のスイッチ素子(Q2)側の一端をそれぞれ接続して互いに並列に接続されるとともに、前記第1及び第2の整流素子(D1,D2)が前記平滑コンデンサ(C1)を充電する方向となるように、前記平滑コンデンサ(C1)と並列に接続されており、かつ、前記第1の整流素子(D1)と前記第1のスイッチ素子(Q1)の接続部と交流電源(Vac)の一端との間に接続された第1のリアクトル(L1)と、前記第2の整流素子(D2)と前記第2のスイッチ素子(Q2)の接続部と前記交流電源(Vac)の他端との間に接続された第2のリアクトル(L2)と、前記第1のスイッチ素子(Q1)と前記第2のスイッチ素子(Q2)の接続部と前記交流電源(Vac)の前記第1のリアクトル(L1)側の一端との間に接続された第3の整流素子(D3)と、前記第1スイッチ素子(Q1)と前記第2のスイッチ素子(Q2)の接続部と前記交流電源(Vac)の前記第2のリアクトル(L2)側の一端との間に接続された第4の整流素子(D4)と、を有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装置。
- 前記スイッチング制御部(5)は、前記第1の入力電流検出回路(6)のから出力される入力電流検出信号から、前記第1のスイッチ素子(Q1)のスイッチング動作の周期を決定するための第1タイミング情報が検出されない状態、及び、前記第2の入力電流検出回路(7)から出力される入力電流検出信号から、前記第2のスイッチ素子(Q2)のスイッチング動作の周期を決定するための第1タイミング情報検出されない状態の少なくともいずれか一方が、所定の第1の期間を超えて継続した場合に、前記スイッチング電源装置に異常が発生したと判定することを特徴とする請求項1または2に記載のスイッチング電源装置。
- 前記第1の期間は、前記交流電源(Vac)の1周期よりも長い期間であることを特徴とする請求項3に記載のスイッチング電源装置。
- 前記スイッチング制御部(5)は、前記入力電圧検出回路(8)から出力される入力電圧検出信号から、前記第1のスイッチ素子(Q1)の駆動期間と前記第2のスイッチ素子(Q1)の駆動期間との切替え時点に対応する第2タイミング情報が検出されない状態が、所定の第2の期間を超えて継続した場合に、前記スイッチング電源装置に異常が発生したと判定することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載のスイッチング電源装置。
- 前記第2の期間は、前記交流電源(Vac)の半周期よりも長い期間であることを特徴とする請求項5に記載のスイッチング電源装置。
- 第1のスイッチ素子(Q1)及び第2のスイッチ素子(Q2)を備える力率改善回路(2)と、交流電源(Vac)の両端からの入力電流をそれぞれ検出する第1及び第2の入力電流検出回路(6,7)と、前記交流電源(Vac)の両端の入力電圧をそれぞれ検出する入力電圧検出回路(8)と、前記力率改善回路(2)の出力電圧が所定の電圧となるように前記第1及び第2のスイッチ素子(Q1,Q2)を制御するスイッチング制御部(5)とを備え、前記スイッチング制御部(5)は、前記入力電圧検出回路(8)から出力される入力電圧検出信号に基づいて、前記第1及び第2のスイッチ素子(Q1,Q2)のそれぞれの駆動期間を決定するとともに、前記第1及び第2の入力電流検出回路(6,7)から出力される入力電流検出信号に基づいて、それぞれ前記第1及び第2のスイッチ素子(Q1,Q2)のスイッチング動作の周期を決定するように構成されたスイッチング電源装置の制御方法であって、
前記第1及び第2の入力電流検出回路(6,7)から出力される入力電流検出信号及び前記入力電圧検出回路(8)から出力される入力電圧検出信号のいずれか一方または両方に基づいて、前記スイッチング電源装置の異常の発生を判定するステップと、前記異常が発生したと判定した場合、前記第1及び第2のスイッチ素子(Q1,Q2)のスイッチング動作を停止させるステップとを含む、ことを特徴とするスイッチング電源装置の制御方法。 - 前記スイッチング電源装置の異常の発生を判定するステップは、前記第1の入力電流検出回路(6)から出力される入力電流検出信号から、前記第1のスイッチ素子(Q1)のスイッチング動作の周期を決定するための第1タイミング情報が検出されない状態、及び、前記第2の入力電流検出回路(7)から出力される入力電流検出信号から、前記第2のスイッチ素子(Q2)のスイッチング動作の周期を決定するための第1タイミング情報が検出されない状態の少なくともいずれか一方が、所定の第1の期間を超えて継続した場合に、前記スイッチング電源装置の異常が発生したと判定するステップを含むことを特徴とする請求項7に記載のスイッチング電源装置の制御方法。
- 前記スイッチング電源装置の異常の発生を判定するステップは、前記入力電圧検出回路(8)から出力される入力電圧検出信号から、前記第1のスイッチ素子(Q1)の駆動期間と前記第2のスイッチ素子(Q2)の駆動期間との切替え時点に対応する第2タイミング情報が検出されない状態が、所定の第2の期間を超えて継続した場合に、前記スイッチング電源装置に異常が発生したと判定するステップを含むことを特徴とする請求項7または8に記載のスイッチング電源装置の制御方法。
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