JPH09285000A - スイッチングレギュレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 落雷などのサージ電圧侵入時や入力電圧急変
時にインダクタに発生する逆起電力による半導体の損傷
を防止し、安全性と信頼性に富んだスイッチングレギュ
レータを提供する。 【解決手段】 ノイズフィルタ部２の入力端子に並列
に、第１の定電圧素子７が接続され、ノイズフィルタ部
２に、コモンモードのインダクタＬ１１、Ｌ１２とライ
ンコンデンサＣ１、Ｃ２とで構成されるフィルタ回路が
設けられ、インダクタＬ１１に並列に、第３の定電圧素
子６が接続され、さらに、ノーマルモードのインダクタ
Ｌ２が設けられ、インダクタＬ２に第２の定電圧素子５
が並列に接続され、誘導雷などのサージ電圧と、サージ
電圧の入力により発生する逆起電力が、第１の定電圧素
子７、第２の定電圧素子５及び第３の定電圧素子６で吸
収され、サージ電圧による絶縁部品の破壊を防止し、サ
ージ応答性よく確実にサージ電圧のエネルギーの吸収が
可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は交流電力のノイズを
除去し、整流平滑化して得られる１次直流電力を、スイ
ッチング素子のデューティ比を制御してＯＮ−ＯＦＦ制
御することにより、所定電圧の２次直流電力を出力する
スイッチングレギュレータに関する。

【０００２】

【従来の技術】ＯＡ機器などの電子機器の電源には、小
型軽量化と動作の効率化の要求によつて、スイッチング
レギュレータ方式が多く採用されている。スイッチング
レギュレータは、従来のドロッパータイプのものに比し
て、コンバータ用トランスが高周波（５０ＫＨｚ〜２０
０ＫＨｚ）で駆動され、制御が断続的に行われるために
損失が少なく、装置の小型軽量化が実現され、高効率化
動作が可能なために、電子機器の電源の殆どに採用され
ている。

【０００３】このスイッチングレギュレータにおいて
は、商用電源から入力される交流電流に高調波電流が含
まれることがあり、また、落雷による誘導サージ電圧
や、工作機械、エアコンなどの使用電力の大きい電子機
器のＯＮ−ＯＦＦによるサージ電圧が侵入することがあ
る。これらのサージ電圧が、交流入力ラインとニュート
ラルライン間、交流入力ラインとアース間、ニュートラ
ルラインとアース間に侵入する場合、場合によってはそ
の電圧が１０ＫＶにも達することがあり、スイッチング
トランジスタなどの半導体素子が破壊されるおそれもあ
る。一方、スイッチングレギュレータ自体からのノイズ
の発生もあり、これに対しては、通常スイッチング素子
の近傍にスナバー回路を設けてノイズを低減している。

【０００４】従来のスイッチングレギュレータでは、図
４に示すように、交流電源ＡＣの端子ｔ１が、ヒューズ
Ｆを介して、コモンモードのチョークコイルＬ１１の端
子ａに接続され、端子ｔ２はコモンモードのチョークコ
イルＬ１２の端子ｃに接続され、端子ａ、ｃ間にライン
コンデンサＣ１が接続され、チョークコイルＬ１１の端
子ｂとチョークコイルＬ１２の端子ｄ間にラインコンデ
ンサＣ２が接続されている。そして、チョークコイルＬ
１２に並列に耐パルス抵抗Ｒ１が接続されている。ま
た、端子ｂ、ｄが全波整流器Ｄ１の入力端子に接続さ
れ、全波整流器Ｄ１の出力端子にはスイッチング電源ト
ランス１が接続され、端子ｄとアース間にはコンデンサ
Ｃ３が、端子ｂとアース間にはコンデンサＣ４がそれぞ
れ接続されている。

【０００５】このような構成の従来のスイッチングレギ
ュレータでは、チョークコイルＬ１１、Ｌ１２、ライン
コンデイサＣ１、Ｃ２からなるノイズフィルタ部が、流
出入ノイズ、サージ電圧を低減吸収している。即ち、ノ
イズフィルタ部は、スイッチング電源から外部に流出す
る伝導ノイズ（雑音端子電圧）、放射ノイズ、或いはサ
ージ電圧を抑制するばかりでなく、外部からのノイズや
サージ電圧の侵入に対して電子機器を保護する。交流入
力ラインＬとニュートラルＮ間に侵入したノーマルモー
ドのサージ電圧のエネルギーはノイズフィルタ部の各素
子で吸収され、特に、インダクタＬ１に発生した逆起電
力による高電圧は、耐パルス抵抗の両端に印加され、電
力損失として吸収される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述の従来のスッチン
グレギュレータでは、耐パルス抵抗Ｒ１に常時電流が流
れ込み、抵抗による電力損失や発熱が生じる。また、耐
パルス抵抗Ｒ１の定格電力を越えるサージ電圧が印加さ
れた場合には、抵抗の損傷やパターンの溶断が生じ、発
熱発煙状態となつて、火災の原因となることがあり、Ｏ
Ａ機器などの電子機器の安全性と信頼性の上で問題とな
る。また、最近のスイッチングレギュレータでは、交流
入力電流の高調波成分を抑えるために、ノーマルモード
のインダクタを配置することが一般的であるが、このイ
ンダクタでも落雷による誘導サージ電圧その他のサージ
電圧の侵入時に、大きな逆起電力が発生するので、安全
性と信頼性上で同様の問題が生じる。

【０００７】本発明は、前述したようなスイッチングレ
ギュレータの動作の現状に鑑みてなされたものであり、
その目的は、落雷などのサージ電圧侵入時や入力電圧急
変時にインダクタに発生する逆起電力による半導体の損
傷を防止し、安全性と信頼性に富んだスイッチングレギ
ュレータを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、電源からの交流電力をノイ
ズフィルタ部に入力することによってノイズを除去し、
整流平滑部で整流平滑化して得られる１次直流電力をト
ランスの１次巻線と直列に接続されたスイッチング素子
によりＯＮ−ＯＦＦ制御し、前記トランスの２次巻線か
ら出力される２次直流電力の電圧値に応じて、前記スイ
ッチング素子のデューティ比を制御して、所定電圧の２
次直流電力を出力するスイッチングレギュレータであ
り、前記ノイズフィルタ部の入力端子に並列に接続され
る第１の定電圧素子と、前記ノイズフィルタ部に設けら
れ、コモンモードのインダクタとコンデンサとで構成さ
れるフィルタ回路と、前記ノイズフィルタ部または前記
整流平滑部に設けられるノーマルモードのインダクタ
と、前記ノーマルモードのインダクタに並列に接続され
る第２の定電圧素子と、前記コモンモードのインダクタ
に並列に接続される第３の定電圧素子とを有することを
特徴とするものである。

【０００９】同様に前記目的を達成するために、請求項
２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記第
１の定電圧素子ないし前記第３の定電圧素子が、ガスチ
ューブアレスタであることを特徴とするものである。

【００１０】同様に前記目的を達成するために、請求項
３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記第
１の定電圧素子ないし前記第３の定電圧素子が、ガスチ
ューブアレスタと抵抗との直列接続回路であることを特
徴とするものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】

［第１の実施の形態］本発明の第１の実施の形態を図１
を参照して説明する。図１は本実施の形態の構成を示す
回路図である。

【００１２】本実施の形態では、図１に示すように、入
力部１、ノイズフィルター部２、整流平滑部３及びスイ
ッチング電源部４が互いに直列に接続されていて、入力
部１においては、交流電源ＡＣのライン端子Ｌにヒュー
ズＦ１の一端が接続され、ヒューズＦ１の他端と交流電
源ＡＣのニュートラル端子Ｎ間には、第１の定電圧素子
７が接続されている。

【００１３】ノイズフィルター部２においては、ヒュー
ズＦ１と第１の定電圧素子７との接続点に、ノーマルモ
ードのインダクタＬ２の一端が接続され、インダクタＬ
２の他端にコモンモードのインダクタＬ１１の一端が接
続されており、また、交流電源ＡＣのニュートラル端子
Ｎには、コモンモードのインダクタＬ１２の一端が接続
されている。また、インダクタＬ１１、Ｌ１２の一端間
にはラインコンデンサＣ１が接続され、インダクタＬ１
１、Ｌ１２の他端には、整流平滑部３の全波整流素子Ｄ
１の入力端子が接続されている。さらに、インダクタＬ
１１、Ｌ１２の他端間にはラインコンデンサＣ２が接続
され、インダクタＬ１１の他端とアース間にはコンデン
サＣ４が、コンダクタＬ１２の他端とアース間にはコン
デンサＣ３がそれぞれ接続されている。 そして、イン
ダクタＬ２に第２の定電圧素子５が並列に接続され、イ
ンダクタＬ１１に並列に第３の定電圧素子６が接続され
ている。

【００１４】また、整流平滑部３においては、全波整流
素子Ｄ１の出力端子間に平滑コンデンサＣ５が接続さ
れ、スイッチング電源部４においては、整流平滑部３の
全波整流素子Ｄ１の出力端子間に接続されるスイッチン
グ電源トランスＴが設けられている。

【００１５】このような構成の本実施の形態では、ライ
ン端子Ｌとアース間にコモンモードのサージ電圧が侵入
すると、このサージ電圧は、ノイズフィルター部２のイ
ンダクタンスＬ２、インダクタＬ１１及びコンデンサＣ
４を介してアースに吸収される。この場合、サージ電圧
及びインダクタＬ１１及びインダクタＬ２に発生する逆
起電力は、サージ応答性の優れた第１の定電圧素子７、
第２の定電圧素子５及び第３の定電圧素子６でクランプ
され、所定値を越えるサージ電圧はこれらの定電圧素子
５、６、７の内部で吸収される。また、ライン端子Ｌと
ニュートラル端子間にノーマルモードのサージ電圧が侵
入した場合も同様にして、このサージ電圧は、ノイズフ
ィルター部２のインダクタンスＬ２、インダクタンタＬ
１１及びコンデンサＣ４を介してアースに吸収される。
この場合にも、サージ電圧及びインダクタＬ１及びイン
ダクタＬ２に発生する逆起電力は、サージ応答性の優れ
た第１の定電圧素子７、第２の定電圧素子５及び第３の
定電圧素子６でクランプされ、所定値を越えるサージ電
圧はこれらの定電圧素子５、６、７の内部で吸収され
る。

【００１６】そして、このようにしてサージ電圧が除去
された交流入力電力は、整流平滑部３で全波整流平滑化
され 、得られた１次直流電力が、スイッチング電圧ト
ランスＴのトランスの１次巻線と直列に接続されたスイ
ッチング素子によりＯＮ−ＯＦＦ制御され、トランスの
２次巻線に誘起された電力が、さらに整流平滑化されて
２次直流電力として出力され、出力電圧に応じてスイッ
チング素子のデューティ比が制御され、スイッチング電
源トランスＴからは、安定化された一定電圧値の２次直
流電力が供給される。本実施の形態の高調波阻止など、
その他の動作は、すでに図４を参照して説明した従来の
スイッチングレギュレータの動作と同一である。

【００１７】このように、本実施の形態によると、ノイ
ズフィルタ部２の入力端子に並列に、第１の定電圧素子
７が接続され、ノイズフィルタ部２に、コモンモードの
インダクタＬ１１、Ｌ１２とラテンコンデンサＣ１、Ｃ
２とで構成されるフィルタ回路が設けられ、インダクタ
Ｌ１１に並列に、第３の定電圧素子６が接続され、さら
に、ノーマルモードのインダクタＬ２が設けられ、イン
ダクタＬ２には、第２の定電圧素子５が並列に接続され
ているので、誘導雷などによるサージ電圧とその入力に
よって発生する逆起電力が、第１の定電圧素子７、第２
の定電圧素子５及び第３の定電圧素子６で吸収され、サ
ージ電圧による絶縁部品の破壊を防止すると共に、サー
ジ応答性よく確実にサージ電圧のエネルギーの吸収を行
うことが可能になる。

【００１８】［第２の実施の形態］本発明の第２の実施
の形態を図２を参照して説明する。図２は本実施の形態
の構成を示す回路図である。

【００１９】本実施の形態では、図２に示すように、す
でに図１を参照して説明した第１の実施の形態の第１の
定電圧素子７、第２の定電圧素子５及び第３の定電圧素
子６として、それぞれガスチューブアレスタ７Ｇ、５
Ｇ、６Ｇが使用されている。本実施の形態のその他の部
分の構成は、すでに説明した第１の実施の形態と同一で
ある。

【００２０】本実施の形態では、これらのガスチューブ
アレスタ７Ｇ、５Ｇ、６Ｇは、所定の放電開始電圧まで
は、殆ど電流が流れないが、端子間電圧が放電開始電圧
を越えるとガス放電が開始され、ガス放電が開始される
と、放電電流値に関係なく、端子間電圧が放電開始電圧
よりも低い放電電圧に維持され、端子間電圧が放電電圧
以下になると、放電が停止して放電開始前の状態に復帰
する。このようなガスチューブアレスタ７Ｇ、５Ｇ、６
Ｇの動作に伴って、本実施の形態では、すでに説明した
第１の実施の形態と同様にして、サージ電圧及びインダ
クタＬ１１及びインダクタＬ２に発生する逆起電力は、
サージ応答性の優れたガスチューブアレスタ７Ｇ、５
Ｇ、６Ｇでクランプされ、所定値を越えるサージ電圧は
これらのガスチューブアレスタ７Ｇ、５Ｇ、６Ｇで吸収
される。本実施の形態のその他の動作は、すでに説明し
た第１の実施の形態の動作と同一である。

【００２１】このように、本実施の形態によると、ノイ
ズフィルタ部２の入力端子に並列に、ガスチューブアレ
スタ７Ｇが接続され、ノイズフィルタ部２に、コモンモ
ードのインダクタＬ１１、Ｌ１２とラテンコンデンサＣ
１、Ｃ２とで構成されるフィルタ回路が設けられ、イン
ダクタＬ１１に並列に、ガスチューブアレスタ６Ｇが接
続され、さらに、ノーマルモードのインダクタＬ２が設
けられ、インダクタＬ２に、ガスチューブアレスタ５Ｇ
が並列に接続されているので、誘導雷などによるサージ
電圧とその入力によって発生する逆起電力が、ガスチュ
ーブアレスタ５Ｇ、６Ｇ、７Ｇで吸収され、サージ電圧
による絶縁部品の破壊を防止すると共に、サージ応答性
よく確実にサージ電圧のエネルギーの吸収を行うことが
可能になる。

【００２２】［第３の実施の形態］本発明の第３の実施
の形態を図３を参照して説明する。図３は本実施の形態
の構成を示す回路図である。

【００２３】本実施の形態では、図３に示すように、す
でに図１を参照して説明した第１の実施の形態の第１の
定電圧素子７、第２の定電圧素子５及び第３の定電圧素
子６として、それぞれガスチューブアレスタ７Ｇと抵抗
Ｒ７の直列接続回路、ガスチューブアレスタ５Ｇと抵抗
Ｒ５の直列接続回路、ガスチューブアレスタ６Ｇと抵抗
Ｒ６が使用されている。本実施の形態のその他の部分の
構成は、すでに説明した第１の実施の形態と同一であ
る。

【００２４】本実施の形態では、これらのガスチューブ
アレスタ５Ｇ、６Ｇ、７Ｇは、所定の放電開始電圧まで
は、殆ど電流が流れないが、端子間電圧が放電開始電圧
を越えるとガス放電が開始され、ガス放電が開始される
と、抵抗Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７には、サージ電圧から放電電
圧だけ低い電圧が印加され、電力損失として消費され
る。ガスチューブアレスタ５Ｇ、６Ｇ、７Ｇの端子間電
圧は、放電開始電圧よりも低い放電電圧に維持され、端
子間電圧が放電電圧以下になると、放電が停止して放電
開始前の状態に復帰する。この場合、本実施の形態で
は、サージ電圧はガスチューブアレスタ５Ｇ、６Ｇ、７
Ｇで放電され、抵抗５Ｒ、６Ｒ、７Ｒで続流が防止され
て、サージ吸収が速やかに行われる。本実施の形態のそ
の他の動作は、すでに説明した第１の実施の形態の動作
と同一である。

【００２５】このようなガスチューブアレスタ７Ｇと抵
抗Ｒ７の直列接続回路、ガスチューブアレスタ５Ｇと抵
抗Ｒ５の直列接続回路、ガスチューブアレスタ６Ｇと抵
抗Ｒ６の直列接続回路の動作に伴って、本実施の形態で
は、すでに説明した第１の実施の形態と同様にして、サ
ージ電圧及びインダクタＬ１１及びインダクタＬ２に発
生する逆起電力は、サージ応答性の優れたガスチューブ
アレスタ７Ｇ、５Ｇ、６Ｇでクランプされ、所定値を越
えるサージ電圧はこれらのガスチューブアレスタ７Ｇ、
５Ｇ、６Ｇと、それぞれに直列に接続される抵抗Ｒ７、
Ｒ５、Ｒ６とによって速やかに吸収される。

【００２６】なお、以上では、第１の実施の形態の基本
的構成での定電圧素子５、６、７に対して、第２の実施
の形態では、それぞれガスチューブアレスタ５Ｇ、６
Ｇ、７Ｇを使用し、第３の実施の形態では、それぞれガ
スチューブアレスタ５Ｇと抵抗Ｒ５の直列接続回路、ガ
スチューブアレスタ６Ｇと抵抗Ｒ６の直列接続回路、ガ
スチューブアレスタ７Ｇと抵抗Ｒ７の直列接続回路を使
用した場合を説明したが、本発明はこれらの実施の形態
に限定されるものではなく、例えば定電圧素子５、６、
７に対して、酸化金属バリスタを使用したり、ガスチュ
ーブアレスタと酸化金属バリスタの直列接続回路を使用
することも可能である。また、各実施の形態では、イン
ダクタＬ２を、ノイズフィルタ部２の入力端子に接続し
た場合を説明したが、本発明は各実施の形態に限定され
るものではなく、インダクタＬ２は、ノイズフィルタ部
２の出力端子と整流平滑部３の入力端子間に接続した
り、全波整流素子Ｄ１とコンデンサＣ５間に接続するこ
とが可能である。

【００２７】

【発明の効果】請求項１記載の発明によると、交流電力
をノイズフィルタ部に入力することによってノイズを除
去し、整流平滑部で整流平滑化して得られる１次直流電
力をトランスの１次巻線と直列に接続されたスイッチン
グ素子によりＯＮ−ＯＦＦ制御し、トランスの２次巻線
から出力される２次直流電力の電圧値に応じて、スイッ
チング素子のデューティ比を制御して、所定電圧の２次
直流電力を出力するスイッチングレギュレータに対し
て、ノイズフィルタ部の入力端子に並列に、第１の定電
圧素子が接続され、ノイズフィルタ部に、コモンモード
のインダクタとコンデンサとで構成されるフィルタ回路
が設けられ、このインダクタに並列に、第３の定電圧素
子が接続され、ノイズフィルタ部または整流平滑部に設
けられるノーマルモードのインダクタに並列に、第２の
定電圧素子が接続されているので、誘導雷などによるサ
ージ電圧の入力によって発生する逆起電力を吸収して、
絶縁部品の破壊を防止すると共に、サージ応答性よく確
実にサージ電圧のエネルギーの吸収を行うことが可能に
なる。

【００２８】請求項２記載の発明によると、請求項１記
載の発明において、第１の定電圧素子ないし第３の定電
圧素子として、ガスチューブアレスタを使用して、請求
項１記載の発明で得られる効果が実現される。

【００２９】請求項３記載の発明によると、請求項１記
載の発明で得られる効果に加えて、第１の定電圧素子な
いし第３の定電圧素子として、ガスチューブアレスタと
抵抗との直列接続回路が使用されるので、より高いサー
ジ電圧や大きな放電電流に対応して、絶縁部品の破壊を
防止すると共に、サージ応答性よく確実にサージ電圧の
エネルギーの吸収を速やかに行うことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の構成を示す回路図
である。

【図２】■本発明の第２の実施の形態の構成を示す回路
図である。

【図３】本発明の第３の実施の形態の構成を示す回路図
である。

【図４】従来のスイッチングレギュレータの構成を示す
回路図である。

【符号の説明】

５ 第２の定電圧素子 ６ 第３の定電圧素子 ７ 第１の定電圧素子 ５Ｇ、６Ｇ、７Ｇ ガスチューブアレスタ ５Ｒ、６Ｒ、７Ｒ 抵抗 Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ２ インダクタ Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５ コンデンサ Ｄ１ 全波整流素子 Ｔ スイッチング電源トランス

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電源からの交流電力をノイズフィルタ部
   に入力することによってノイズを除去し、整流平滑部で
   整流平滑化して得られる１次直流電力をトランスの１次
   巻線と直列に接続されたスイッチング素子によりＯＮ−
   ＯＦＦ制御し、前記トランスの２次巻線から出力される
   ２次直流電力の電圧値に応じて、前記スイッチング素子
   のデューティ比を制御して、所定電圧の２次直流電力を
   出力するスイッチングレギュレータであり、 前記ノイズフィルタ部の入力端子に並列に接続される第
   １の定電圧素子と、 前記ノイズフィルタ部に設けられ、コモンモードのイン
   ダクタとコンデンサとで構成されるフィルタ回路と、 前記ノイズフィルタ部または前記整流平滑部に設けられ
   るノーマルモードのインダクタと、 前記ノーマルモードのインダクタに並列に接続される第
   ２の定電圧素子と、 前記コモンモードのインダクタに並列に接続される第３
   の定電圧素子とを有することを特徴とするスイッチング
   レギュレータ。
2. 【請求項２】■請求項１記載のスイッチングレギュレー
   タにおいて、前記第１の定電圧素子ないし前記第３の定
   電圧素子が、ガスチューブアレスタであることを特徴と
   するスイッチングレギュレータ。
3. 【請求項３】 請求項１記載のスイッチングレギュレー
   タにおいて、前記第１の定電圧素子ないし前記第３の定
   電圧素子が、ガスチューブアレスタと抵抗との直列接続
   回路であることを特徴とするスイッチングレギュレー
   タ。