JPH04101666A - スイッチング電源の突入電流制限回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、スイッチング電源の突入電流制限回路に係り
、特にアクティブ平滑フィルタを用いた力率改善回路を
有する場合の改良に関する。

〈従来の技術〉 以下、力率改善回路について説明する。第６図はＡＣ−
ＤＣコンバータの説明図で、（Ａ）は回路図、（Ｂ）は
入力電圧ｖＥと入力電流ＩＥの波形図である。印加され
る交流電流ＡＣは、ダイオードブリッジＤＢで整流され
、コンデンサＣで平滑化されている。コンデンサＣにダ
イオードブリッジＤＢの出力電流が直接印加されている
ので、コンデンサインプット型整流と呼ばれている。入
力電流Ｉ［の波形は入力電圧■εに比べて狭く、実効値
が低くなるという性質がある。

第７図はチョークインプット型整流の説明図で、（Ａ）
は回路図、（Ｂ）は入力電圧Ｖ＝と入力電流ＩＥの波形
図である。コンデンサインプット型に比較して、リップ
ル電流を低減させている。この場合、入力電流ＩＥの波
形はコンデンサインプット型に比較して広くなっている
が、入力電圧Ｖ＝との位相差が増大して力率の改善はそ
れ程大きくない。

第８図はアクティブ平滑フィルタ型の説明図で、（Ａ）
は回路図、（Ｂ）は入力電圧Ｖεと入力電流ＩＥの波形
図である。アクティブ平滑フィルタ型は、チョークコイ
ルＬとダイオードＤとの接続点にスイッチング素子Ｑを
挿入したもので、ステップ・アップコンバータ付加型と
も呼ばれている。

第９図はアクティブ平滑フィルタ型の動作を説明する波
形で、（Ａ）は入力電流ｉＥｎ、［Ｂ）はスイッチング
電流Ｉｃ、（Ｃ）は整流電圧Ｖ　ｒｎ　、　（Ｄ　）は
出力電圧Ｖｌｌｌｌｔである。スイッチング素子の作用
で、入力電流ＩＥの全周期間に渡ってスイッチング動作
が行われるので、力率が改善されている。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、アクティブ平滑フィルタ型電源では、電
源投入時にはスイッチング素子Ｑが動作していないので
、アクティブ平滑フィルタ機能は未動作である。また商
用電源周波数領域では、チョークコイルＬは電源投入時
の突入電流を制限する機能を有しない。

そこで、突入制限機能を満足するインダクタンスにする
と、コイルが極めて大形化すると共に、力率かコイルの
影響で低下してアクティブ平滑フィルタを採用する意味
がなくなるという課題がある。

また、スイッチング電源の突入制限方式として一般的に
使用されているトライアックを付加することも考えられ
る。しかし、入力電圧か１ｏｏｖのときのトライアック
での損失が大きく、これに加えてアクティブ平滑フィル
タ自体が従来の平滑化回路に比較して損失が増大してい
る。そこで、放熱フィンを大形にしなければならず、コ
ストが増大するという課題がある。

本発明の目的は、損失の小さな突入制限回路を設け、ア
クティブ平滑フィルタを有するスイッチング電源の過大
な突入電流を防止した装置を提供することにある。

く課題を解決するための手段〉 第１図は本発明を説明する構成ブロック図である０図に
おいて、本スイッチング電源は、整流された交流電流を
インダクタンス（Ｌ１）を介して入力し、スイッチング
素子（Ｑ１）によってオンオフし、ダイオード（Ｄ２）
を介してコンデンサ（Ｃ１）に蓄電して、入力電圧より
も高い電圧を出力する昇圧コンバータｇ　（１０）　、
このスイッチング素子のオンオフを制御して昇圧コンバ
ータ部の出力電圧を安定化するスイッチング制御部（２
０）、前記交流電流から所定電圧の直流電流を発生する
補−助電源部（３０）、この昇圧コンバータ部のコンデ
ンサ入力側に挿入された電流制限抵抗（Ｒ１）と、この
電流制限抵抗と並列に入力端子と出力端子の接続された
スイッチ素子（Ｃ２）を有する突入制限部（４０）を具
備している。

そして、当該補助電源部の出力電圧を前記スイッチング
制御部の動作用電源として用いると共に、前記突入制限
部のスイッチ素子制御端子の副脚信号として用い、前記
スイッチング制御部の動作開始と同時若しくは先行して
突入制＠部のスイッチ素子をオンさせることを特徴とし
ている。

く作　用〉 本発明の各構成要素はつぎの作用をする。突入制限部は
電流制限抵抗を有しており、これにより電源投入時の一
次突入の状況は、この電流制限抵抗と昇圧コンバータ部
のコンデンサの値で定まる。

突入制限部は電流制限抵抗と並列に接続されたスイッチ
素子を有しており、補助電源部によって昇圧コンバータ
部の動作開始と共にオンするので、二次突入が生じる。

突入制限部の損失はスイッチ素子のオン抵抗で定まり、
昇圧コンバータ部の昇圧側に存在しているので、流れる
電流のデユーティが小さくなっている関係から損失が小
さくなる。

補助電源部は、スイッチング制御部と突入制限部に電力
を供給しているので、両者の動作時期を協調させている
。

〈実施例〉 以下図面を用いて、本発明を説明する。

第２図は本発明の一実施例を示す構成ブロック図である
６図において、昇圧コンバータ部１０は、タイオードブ
リッジＤＢで整流された交流電流をインダクタンスＬ１
とダイオードＤ２を介してコンデンサＣ１に蓄電してい
る。スイッチング素子Ｑ１はＦＥＴやトランジスタであ
って、ドレイン端子（入力端子）がインダクタンスＬ１
とダイオドＤ２との接続点に接続され、ソース端子（出
力端子）がコモンラインに接続され、ゲート端子（制御
端子）に印加される制御信号に従いオンオフ動作する。

スイッチング制御部２０は、スイッチング素子Ｑ１のオ
ンオフを制御して昇圧コンバータ部１０の出力電圧Ｖ（
Ｌｉｔを安定化するもので、例えばマイクロリニア社製
のＭＬ４８１２等のアクティブ平滑フィルタ制御用ＩＣ
が使用される。この制御用ＩＣの同期端子Ｉ　　には抵
抗Ｒ２を介してダイＩＮＥ オードブリッジＤＢの出力信号が印加され、出力電圧検
知端子ＶＯには分圧抵抗Ｒ３，Ｒ４を介してコンデンサ
Ｃ１の電圧が印加され、ドレイン電流検知端子１　ｉｎ
にはスイッチング素子Ｑ１の入力端子に挿入されたカレ
ントトランスＴ１の二次側電流がダイオードＤ３及び抵
抗Ｒ５，Ｒ６の回路を介して印加され、出力端子０はス
イッチング素子Ｑ１の制御端子と接続されている。

補助電源部３０は前記交流電流から所定電圧の直流電流
を発生するもので、トランスＴ２を有するＲＣＣ（リン
ギングチョークコンバータ）電源をここでは用いている
。ＲＣＣ電源は、一端がコンデンサＣ１と接続された一
次巻線ｎ１と、この−吹奏＆Ｉｎｌの他端が接続された
スイッチング素子Ｑ３を有する制御巻線ｎ３及び二次巻
線ｎ２゜Ｒ４を有している。スイッチング素子Ｑ３の制
御端子には、他端がコンデンサＣ１と＃続されな起動抵
抗Ｒ７及び他端が制御巻線ｎ３と接続された帰還抵抗Ｒ
８を有している。二次巻線ｎ２はダイオードＤ４とコン
デンサＣ２よりなる整流平滑化回路と接続されており、
この出力はスイッチ素子Ｑ２の制御端子及びスイッチン
グ制御部２０の制御用ＩＣのｔ源端子に接続されている
。二次巻線ｎ４はダイオードＤ５とコンデンサＣ３より
なる整流平滑化回路と接続されており、この出力は他の
用途に使用される。

突入制■部４０は、コンデンサＣ１の入力側に挿入され
た電流制限抵抗Ｒ１と、この電流制限抵抗と並列に入力
端子と出力端子の接続されたスイッチ素子Ｑ２を有して
いる。ここでは電流制限抵抗Ｒ１がコモンライン側に挿
入しであるので、補助電源部３０の出力電圧がスイッチ
素子Ｑ２の制御端子に送る制御信号としてそのまま利用
される。

第３図は第２図の回路の動作を説明する波形図である。

交流電流がこのスイッチング電源に投入されると、まず
−次突入が生じ、続いて二次突入期間になり、最後に定
常電流期間となる。

−次突入期間では、補助電源部３０からの電源供給はな
く、従ってスイッチング制御部２０は動作すす、突入制
御Ｉｉ１部４０のスイッチ素子Ｑ２もオフ状態である。

そこで、電源投入と同時に電流制限抵抗Ｒ１を通じてコ
ンデンサＣ１に充電が成される。入力電流のピーク値は
、Ｖ　ｒｎ　／　Ｒ１を最大値として指数関数的に派少
していく。

二次突入期間では、補助電源部３ｏがら電源供給がなさ
れ、従ってスイッチング制御部２０が動作を開始すると
共に、突入制限部４ｏのスイッチ索子Ｑ２もオン状態と
なる。そこで、突入制限部４０の抵抗値は電流制限抵抗
Ｒ１の値よりも小さなスイッチ素子Ｑ２のオン抵抗値と
なる。′ｉたスイッチング制御部２０が作用して、昇圧
コンバータ部１０の出力電圧が定格値に達するまでスイ
ッチング素子Ｑ１のデユーティ比を拡げるので、定常電
流よりも大きな入力電流がコンデンサｃ１に流れる。通
常コンデンサＣ１の充電電圧は入力電圧のピーク値に達
している。

定常電流期間では、昇圧コンバータ部１０がアクティブ
平滑フィルタとして働くので、力率が１に近くなり正弦
波状の入力電流となる。負荷変動や入力電圧変動によっ
て、入力′＆流値は多少変化する。

次に、力率改善型スイッチング電源の出力を５ｏｏｗ、
出力電圧を３８０ｖ、。、入力電圧を９０ＶＡｏとして
、第１実施例と従来のトライアック式とを比較する。ト
ライアックの順電圧降下を１ｖ、ＭＯＳＦＥＴのオン抵
抗を０．５Ωとすると、次の表のような損失Ｐ、。３８
が得られる。従来例と比較して、第４図は本発明の第２
実施例の説明図である。

第２図の回路と比較すると、突入制限部４０の挿入位１
がコンデンサＣ１のコモンライン側ではなく、ダイオー
ドＤ２側になっている。そこで、補助電源部３２を設け
て、スイッチ素子Ｑ２を駆動している。補助電源部３２
はインダクタンスＬ１と磁気結合するインダクタンスＬ
２を有し、これに誘起された信号をダイオードＤ６及び
コンデンサＣ４の整流平滑化回路で直流化して、スイッ
チ素子Ｑ２の制御端子に制御信号として与えている。

なお、スイッチング制御部２０は本来第２図の回路であ
るが、ここでは簡略化して表示しである。

部品配置やプリント基板のパターンの都合で、第２図の
回路か採用できない場合に有効な実施例である。

第５図は本発明の第３実施例の説明図である。

第４図の回路と比較すると、突入制限部４０のスイッチ
素子Ｑ２がサイリスタになっている。サイリスタの制御
端子には、抵抗Ｒ９を介してアクティブ平滑フィルタの
昇圧コンバータのチョークコイルによる補助電源と接続
されている。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によれば突入制限部のスイ
ッチ素子Ｑ２をコンデンサＣ３の入力側に接続したので
、損失がトライアック式に比較して格段に小さくなると
いう効果かある。

また実施例１のように、補助電源部３０によりスイッチ
ング制御部２０と突入制限部４０に駆動用電源や制御信
号を供給すると、両者の動作協調が容易に取れるという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を説明する構成ブロック図、第２図は本
発明の一実施例を示す構成ブロック図、第３図は第２図
の回路の動作を説明する波形図、第４図は本発明の第２
実施例の説明図、第５図は本発明の第３実施例の説明図
である。 第６図はＡＣ−ＤＣコンバータの説明図、第７図はチョ
ークインプット型整流の説明図、第８図及び第９図はア
クティブ平滑フィルタの説明図である。 １０・・・昇圧コンバータ部、２０・・・スイッチング
制御部、３０・・・補助電源部、４０・・・突入制限部
。 第　ム　［゛メ１ （ＡＩ （Ｂ） 第７図 ／Ａ＋ ／１ ＣＢン

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 整流された交流電流をインダクタンス（Ｌ１）を介して
   入力し、スイッチング素子（Ｑ１）によってオンオフし
   、ダイオード（Ｄ２）を介してコンデンサ（Ｃ１）に蓄
   電して、入力電圧よりも高い電圧を出力する昇圧コンバ
   ータ部（１０）、このスイッチング素子のオンオフを制
   御して昇圧コンバータ部の出力電圧を安定化するスイッ
   チング制御部（２０）、 前記交流電流から所定電圧の直流電流を発生する補助電
   源部（３０）、 この昇圧コンバータ部のコンデンサ入力側に挿入された
   電流制限抵抗（Ｒ１）と、この電流制限抵抗と並列に入
   力端子と出力端子の接続されたスイッチ素子（Ｑ２）を
   有する突入制限部（４０）、を具備し、当該補助電源部
   の出力電圧を前記スイッチング制御部の動作用電源とし
   て用いると共に、前記突入制限部のスイッチ素子制御端
   子の制御信号として用い、前記スイッチング制御部の動
   作開始と同時若しくは先行して突入制限部のスイッチ素
   子をオンさせることを特徴とするスイッチング電源の突
   入電流制限回路。