JP2014135846A - スイッチング電源装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】スイッチング電源装置20は、交流電力を入力し、交流電力における電流と電圧の位相が一致するようにスイッチング制御して力率を改善し、第1の直流電圧Vpfcを出力する力率改善回路(PFC)30と、入力側に降圧形のPFC30が接続され、出力側に蓄電池21が接続される直列共振コンバータ40と、蓄電池21の端子間電圧値Vbattに基づいて予備充電が必要か否かを判定し、判定結果に従った充電制御電圧信号をPFC30へ与える予備充電制御回路60と、を備えている。これにより、直列共振コンバータを通常充電を満足するLC共振定数に設定した場合にも、予備充電のための低電圧かつ低電流での定電流特性を実現できる。
【選択図】図1
Description
図1は、本発明の実施例1におけるスイッチング電源装置の構成の概略を示すブロック図である。
予備充電制御回路60は、蓄電池21の端子間電圧Vbattを計測して端子間電圧信号S61を出力する電圧検出回路61と、端子間電圧信号S61に基づいて予備充電が必要か否かを判定する予備充電判定部62と、予備充電判定部62の判定結果S62が予備充電必要な場合にPFC30の出力を予備充電制御電圧Vyに設定するための充電制御電圧切り替え信号を出力する充電制御電圧切り替え部63と、から構成されている。充電制御電圧切り替え部63は、予備充電判定部62の判定結果S62が予備充電不要な場合には、通常充電制御電圧Vsを出力する。
予備充電判定部62は、例えば、比較器としてのコンパレータ62aと、コンパレータ62aのマイナス側入力端子に接続された予備充電判定電圧V1の基準電圧源62bと、コンパレータ62aの出力を、DCの電源電圧Vccでプルアップする抵抗62cと、を有し、コンパレータ62aのプラス側入力端子に電圧検出回路61が出力する端子間電圧信号S61が入力される構成になっている。コンパレータ62aの出力からは、予備充電判定部62の判定結果S62として、Hレベル又はLレベルが充電制御電圧切り替え部63へ与えられる。
充電制御信号出力部63は、例えば、予備充電判定部62からの判定結果S62がベースに入力され、エミッタが接地されたNPNトランジスタ63aと、このNPNトランジスタ63aのコレクタに一端が接続された抵抗値R3の抵抗63bと、により構成されている。
本発明の実施例1の動作を、(I)比較例の構成及び動作と、(II)実施例1の動作と、(III)実施例1における充電制御の処理と、に分けて説明する。
図5は、比較例のスイッチング電源装置20Aの構成の概略を示すブロック図であり、実施例1を示す図1と共通の要素には共通の符号が付されている。
図7(a)には、ドロッパタイプの予備充電回路80が示されている。このドロッパタイプの予備充電回路80により、図5中のLLC40Aの出力電圧Voを予備充電判定電圧V1まで下げると、熱損失が大きくなり、スイッチング電源装置20Aの効率が低下する。
図1〜図4に基づいて、実施例1のスイッチング電源装置の動作を説明する。
Vin={(R2//R3)/[R1+(R2//R3)]}・Vpfc・・・(1)
となる。
Vd={(R2//R3)/[R1+(R2//R3)]}・Vpfc ・・・(2)
即ち、通常充電時の第1のDC電圧Vpfcである通常充電制御電圧Vsは、
Vs={[R1+(R2//R3)]/(R2//R3)}・Vd ・・・(3)
となるように、PFC制御回路31のループにより制御される。
Vin={R2/(R1+R2)}・Vpfc ・・・(4)
となる。
Vy={(R1+R2)/R2}・Vd ・・・(5)
となるように、PFC制御回路31のループにより制御される。
図8において、端子間電圧信号S61が予備充電判定電圧V1以上の場合、判定結果S62はHレベルとなり、通常充電の判定結果となる。通常充電の場合の第1のDC電圧Vpfcが通常充電制御電圧Vs={[R1+(R2//R3)]/(R2//R3)}・Vdとなる。通常充電の場合の出力電圧VoはV2となる。
図9(a)は、蓄電池21の充電時間に対する端子間電圧値Vbattの時間的推移を示す図であり、図9(b)は、蓄電池21の充電時間に対する充電電流値Ibattの時間的推移を示す図であり、図9(c)は、蓄電池21の充電時間に対する第1のDC電圧Vpfcの時間的推移を示す図である。
図1〜図4、図6、図8、及び図9を参照しつつ、図10に示されたフローチャートに基づいて、本発明の実施例1のスイッチング電源装置20における充電制御処理について説明する。
本発明の実施例1のスイッチング電源装置20によれば、予備充電制御回路60により、前記蓄電池21の端子間電圧値Vbattに基づいて予備充電が必要か否かを判定し、判定結果に従った充電制御信号S60を前記力率改善回路30へ与えている。これにより、スイッチング電源装置20は、比較例のスイッチング電源装置20Aのような予備充電回路80を追加することなく、予備充電回路80を追加することによる熱損失による効率の劣化や部品点数の増加なしに、予備充電のための低電圧かつ低電流での定電流特性を実現できる。
図11は、本発明の実施例2におけるスイッチング電源装置20Bの構成の概略を示すブロック図であり、実施例1を示す図1と共通の要素には共通の符号が付されている。
本発明の実施例2のスイッチング電源装置20Bは、実施例1と同様のPFC30及びLLC40と、実施例1の予備充電制御回路60とは構成及び機能が異なる予備充電制御回路60Aと、により構成されている。
予備充電制御回路60Aは、実施例1と同様の電圧検出回路61及び充電制御信号出力部63に、実施例1とは機能が異なる予備充電判定部62Aと、新たに追加された種類検出部64及び充電制御情報が格納された充電テーブル65と、により構成されている。
図13に示された充電テーブル65の例では、蓄電池21の種類A,B,Cに対応した予備充電判定電圧値V1、予備充電電流値Iy、通常充電電流値Isが格納されている。
図14は、本発明の実施例2の充電制御処理を示すフローチャートである。
図11において、LLC40の出力に蓄電池21が接続されると、予備充電制御回路60Aにおける充電制御の処理が開始され、ステップST21へ進む。ステップST21において、図12中の種類検出部64は、蓄電池21から入力される蓄電池信号S21に基づいて、蓄電池21の種類を検出し、ステップST22へ進む。
本発明の実施例2によれば、実施例1の構成に加え、新たに追加された種類検出部64及び充電テーブル65により、予備充電が必要な蓄電池か否かを判定し、必要な場合のみ、第1のDC電圧Vpfcを予備充電制御電圧Vyに設定している。これにより、蓄電池21が予備充電が不要な蓄電池である場合は、直ちに、第1のDC電圧Vpfcを通常充電制御電圧Vsに設定して、電源を起動するので充電時間を短縮することができる。
本発明は、上記実施例1、2に限定されず、種々の利用形態や変形例が可能である。この利用形態や変形例として、例えば、次の(1)〜(3)のようなものがある。
21 蓄電池
30,30A PFC
31 PFC制御回路
31d 誤差増幅器
31e スイッチング制御部
40,40A LLC
41 LLC制御回路
48 電流検出回路
49,61 電圧検出回路
60,60A 予備充電制御回路
62 予備充電判定部
63 充電制御信号出力部
64 種類検出部
65 充電テーブル
Claims (8)
- 交流電力を入力し、前記交流電力における電流と電圧の位相が一致するようにスイッチング制御して力率を改善し、所定の第1の直流電圧を出力する力率改善回路と、
入力側に前記力率改善回路が接続され、出力側に蓄電池が接続される直列共振コンバータと、
前記蓄電池の端子間電圧値に基づいて予備充電が必要か否かを判定し、判定結果に従った充電制御信号を前記力率改善回路へ与える予備充電制御回路と、
を備えたことを特徴とするスイッチング電源装置。 - 前記力率改善回路は、
前記第1の直流電圧を入力電圧より小さな値の電圧に変換し得る降圧形の力率改善回路であ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。 - 前記予備充電制御回路は、
前記蓄電池の端子間電圧値を計測して端子間電圧信号を出力する電圧検出回路を有することを特徴とする請求項1又は2記載のスイッチング電源装置。 - 前記予備充電制御回路は、
前記端子間電圧信号に基づいて、前記蓄電池の予備充電が必要か否かを判定して、判定結果を出力する予備充電判定部と、
前記予備充電判定部の前記判定結果が予備充電必要な場合に、前記第1の直流電圧を予備充電制御電圧に設定する前記充電制御信号を出力する充電制御信号出力部と、
を有することを特徴とする請求項1又は2記載のスイッチング電源装置。 - 前記予備充電判定部は、
前記端子間電圧信号と予備充電判定電圧値とを比較し、前記端子間電圧信号が予備充電判定電圧未満の場合に、予備充電が必要であると判定する比較器を有することを特徴とする請求項4記載のスイッチング電源装置。 - 前記予備充電制御回路は、
前記端子間電圧信号と予備充電判定電圧値との関係を示す情報を予め保持し、前記情報を用いて、前記端子間電圧信号と前記予備充電判定電圧値とを比較し、前記比較結果に基づいて、予備充電が必要か否かを判定することを特徴とする請求項4記載のスイッチング電源装置。 - 前記充電制御信号出力部は、
前記予備充電判定部の前記判定結果に基づいて、前記第1の直流電圧を通常充電制御電圧値又は前記予備充電制御電圧値に設定する充電制御信号を前記力率改善回路へ与えることを特徴とする請求項4記載のスイッチング電源装置。 - 請求項1〜7のいずれか1項記載のスイッチング電源装置は、更に、
前記蓄電池の種類を検出する種類検出部と、
前記蓄電池の種類に応じた充電制御情報が格納された充電テーブルと、を有し、
前記充電テーブルにより予備充電の判定電圧値と、予備充電電流値と、通常充電電流値と、を変更することを特徴とするスイッチング電源装置。
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