スイッチング電源装置および該装置の起動方法
【課題】定常時の電力損失を従来よりもさらに低減可能なスイッチング電源装置およびその起動方法を提供する。
【解決手段】スイッチング制御回路３およびアクティブフィルタ制御回路４に電源電圧を供給する補助電源部７は、補助巻線Ｔ3の誘起電圧を整流・平滑して第１直流化電圧ＶC3を生成する第１直流化手段と、補助巻線Ｔ3、Ｔ4の誘起電圧の和電圧を整流・平滑して第２直流化電圧ＶC4を生成する第２直流化手段と、第２直流化手段の出力側に設けられ、第２直流化電圧ＶC4を制限して定電圧化することで第３直流化電圧を生成する定電圧回路８と、第１直流化手段の出力側に設けられ、第１直流化電圧ＶC3が第３直流化電圧よりも高い所定の閾値電圧を超えると定電圧回路８を停止させる停止回路９とを有する。
【解決手段】スイッチング制御回路３およびアクティブフィルタ制御回路４に電源電圧を供給する補助電源部７は、補助巻線Ｔ3の誘起電圧を整流・平滑して第１直流化電圧ＶC3を生成する第１直流化手段と、補助巻線Ｔ3、Ｔ4の誘起電圧の和電圧を整流・平滑して第２直流化電圧ＶC4を生成する第２直流化手段と、第２直流化手段の出力側に設けられ、第２直流化電圧ＶC4を制限して定電圧化することで第３直流化電圧を生成する定電圧回路８と、第１直流化手段の出力側に設けられ、第１直流化電圧ＶC3が第３直流化電圧よりも高い所定の閾値電圧を超えると定電圧回路８を停止させる停止回路９とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアクティブフィルタを備えたスイッチング電源装置およびその起動方法に関し、特に、補助巻線の誘起電圧に基づいて、アクティブフィルタの制御回路とスイッチング制御回路の電源電圧となる直流の補助電圧を生成するスイッチング電源装置およびその起動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
商用交流電圧を整流した整流後の電圧をアクティブフィルタに供給して力率を改善するとともに、世界各国の各種商用交流電圧においても使用できるよう構成したワールドワイドなスイッチング電源装置として、例えば、図３に示すスイッチング電源装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図３に示すように、このスイッチング電源装置１０は、１００[Ｖ]／２００[Ｖ]系の商用交流電源から供給された商用交流電圧ＶACIN（８５〜１３２[Ｖ]／１８７〜２６４[Ｖ]）を整流する整流手段（ダイオードブリッジ回路Ｄ1）を備え、その出力電圧（以下、「一次側直流電圧」という）はアクティブフィルタ２に供給されている。
【０００４】
アクティブフィルタ２は、チョーク等のリアクトルを介してダイオードブリッジ回路Ｄ1の出力端子間に接続されたスイッチング素子を有し、このスイッチング素子のスイッチング動作はアクティブフィルタ制御回路４からの制御信号によって制御される。アクティブフィルタ２によれば、一次側直流電圧を整形して正弦波状とすることにより、力率を改善することができる。
【０００５】
アクティブフィルタ２の出力端子間には、コンデンサＣ1と、トランスＴの一次巻線Ｔ1および電力用ＦＥＴＱ1（スイッチング手段）のドレイン・ソース導電路とからなる直列回路が接続されている。電力用ＦＥＴＱ1のゲートにはスイッチング制御回路３からの制御信号が入力される。これにより、電力用ＦＥＴＱ1の導通期間が制御され、一次巻線Ｔ1にスイッチング電圧が供給される。
【０００６】
トランスＴの二次巻線Ｔ2の一端には整流手段をなすダイオードＤ2のアノードが接続されている。また、ダイオードＤ2のカソードは平滑手段をなす平滑用コンデンサＣ2の一端に接続され、平滑用コンデンサＣ2の他端は二次巻線Ｔ2の他端に接続されている。平滑用コンデンサＣ2の両端からは、不図示の負荷に供給するための直流の二次側出力電圧ＶDCOUTが出力される。
【０００７】
平滑用コンデンサＣ2には、抵抗Ｒ2と抵抗Ｒ3を直列に接続してなる電圧検知手段５が並列に接続されている。抵抗Ｒ2と抵抗Ｒ3の接続点に接続されたフィードバック回路６は、二次側出力電圧ＶDCOUTの多寡に関する信号をスイッチング制御回路３に出力する。スイッチング制御回路３は、この信号を参照して、二次側出力電圧ＶDCOUTが一定となるように電力用ＦＥＴＱ1の導通期間を制御する。
【０００８】
図３に示すように、トランスＴは、一次巻線Ｔ1、二次巻線Ｔ2の他に２つの補助巻線Ｔ3、Ｔ4を有している。補助巻線Ｔ3、Ｔ4は、トランスＴのコアに一次巻線Ｔ1と同一の極性で巻回されており、直列に接続されている。また、補助巻線Ｔ3の一端は電力用ＦＥＴＱ1のソースに接続されている。なお、以下の説明では、補助巻線Ｔ3の２つの端部のうち、電力用ＦＥＴＱ1のソースに接続されている側の端部を「相互接続端」と呼び、その反対側の端部を「非相互接続端」（図３において、●が付されている側の端部）と呼ぶこととする。また、補助巻線Ｔ4の２つの端部のうち、補助巻線Ｔ3に接続されている側の端部を「相互接続端」と呼び、その反対側の端部を「非相互接続端」（●が付されている側の端部）と呼ぶこととする。
【０００９】
補助巻線Ｔ3、Ｔ4の誘起電圧に基づいて、スイッチング制御回路３およびアクティブフィルタ制御回路４の電源電圧となる補助電圧を生成する補助電源部７’には、例えば、非特許文献１に記載の定電圧回路８’と、ダイオードＤ3、Ｄ4と、平滑用コンデンサＣ3、Ｃ4が備えられている。
【００１０】
補助電源部７’において、ダイオードＤ4のアノードは補助巻線Ｔ4の非相互接続端に接続され、ダイオードＤ4のカソードは定電圧回路８’を構成するＮＰＮ型トランジスタＱ2のコレクタに接続されている。トランジスタＱ2のベースは、ツェナーダイオードＺＤのカソードに接続され、ツェナーダイオードＺＤのアノードは補助巻線Ｔ3の相互接続端に接続されている。トランジスタＱ2のコレクタとベースとの間には抵抗Ｒ4が接続され、エミッタは順方向に接続されたダイオードＤ6を介して平滑用コンデンサＣ3の一端に接続されている。補助巻線Ｔ3の非相互接続端も、順方向に接続されたダイオードＤ3を介して平滑用コンデンサＣ3の一端に接続され、平滑用コンデンサＣ3の他端は補助巻線Ｔ3の相互接続端に接続されている。また、補助巻線Ｔ3の相互接続端とダイオードＤ4のカソードとの間には平滑用コンデンサＣ4が接続されている。
【００１１】
平滑用コンデンサＣ3の両端からは、スイッチング制御回路３およびアクティブフィルタ制御回路４の電源電圧となる補助電圧が出力される。補助電圧は、ダイオードＤ7を介してスイッチング制御回路３およびアクティブフィルタ制御回路４の電源ラインＰに供給される。電源ラインＰとダイオードブリッジ回路Ｄ1の出力端子との間には、起動抵抗Ｒ1が接続されている。また、電源ラインＰと補助巻線Ｔ3の相互接続端との間にはコンデンサＣ5が接続されている。
【００１２】
このスイッチング電源装置１０では、商用交流電圧ＶACINの入力が開始されると一次側直流電圧が上昇し、起動抵抗Ｒ1を介してコンデンサＣ5が充電される。そして、電源ラインＰの電圧がスイッチング制御回路３およびアクティブフィルタ制御回路４の各起動電圧まで上昇すると、両制御回路はそれぞれ動作を開始し、アクティブフィルタ２および電力用ＦＥＴＱ1を制御し始める。
【００１３】
アクティブフィルタ制御回路４の制御下でアクティブフィルタ２の出力電圧ＶC1が上昇すると、それに伴って補助巻線Ｔ3の誘起電圧をダイオードＤ3で直流化した電圧と、補助巻線Ｔ3および補助巻線Ｔ4の誘起電圧の和電圧をダイオードＤ4で直流化した電圧ＶC4（＝定電圧回路８’の入力電圧）も上昇する。当然ながら、補助巻線Ｔ3の誘起電圧をダイオードＤ3で直流化した電圧は電圧ＶC4よりも上昇速度が遅いので、起動当初は定電圧回路８’の出力電圧によって平滑用コンデンサＣ3が充電される。なお、定電圧回路８’の出力電圧は、ツェナーダイオードＺＤが導通状態となると、それ以上上昇することなく一定電圧に維持される。
【００１４】
その後、アクティブフィルタ２の出力電圧ＶC1がさらに上昇して、補助巻線Ｔ3の誘起電圧をダイオードＤ3で直流化した電圧が定電圧回路８’の出力電圧よりも高くなると、平滑用コンデンサＣ3はダイオードＤ3を通じて充電されるようになる。このとき、定電圧回路８’のトランジスタＱ2は、ベース−エミッタ間に十分な順方向電圧が印加されなくなるため、オフ状態となる。
【００１５】
つまり、このスイッチング電源装置１０のスイッチング制御回路３およびアクティブフィルタ制御回路４は、起動当初は起動抵抗Ｒ1および定電圧回路８’を介して必要な電力が供給されるが、アクティブフィルタ２の出力電圧ＶC1が十分上昇した後（定常時）は、補助巻線Ｔ3の誘起電圧から生成された電圧により電力が供給される。したがって、スイッチング電源装置１０によれば、起動抵抗Ｒ1および定電圧回路８’による定常時の電力損失を削減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００１−１６８５１号公報
【非特許文献】
【００１７】
【非特許文献１】実用電子回路ハンドブック１「トランジスタと組み合わせた定電圧回路」、ＣＱ出版社、１９７２年９月、ｐ．３７５、図４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、この従来のスイッチング電源装置１０では、定常時となってトランジスタＱ2がオフ状態となった後も、抵抗Ｒ4とツェナーダイオードＺＤの直列回路に、ツェナーダイオードＺＤを導通状態とするのに十分な電圧ＶC4が印加され続けている。このため、定電圧回路８’は定常時においても部分的に動作を続け、抵抗Ｒ4とツェナーダイオードＺＤとによる電力損失が発生し続けているという問題があった。
【００１９】
本発明は上記事情を鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、定常時の電力損失、特に定電圧回路の電力損失を従来よりもさらに低減可能なスイッチング電源装置およびその起動方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記課題を解決するために、本発明に係るスイッチング電源装置は、
（ａ）外部から入力された交流電圧を整流および平滑して得た一次側直流電圧が供給されるアクティブフィルタと、（ｂ）アクティブフィルタを制御するアクティブフィルタ制御回路と、（ｃ）アクティブフィルタの出力電圧をスイッチングしてスイッチング電圧を生成するスイッチング手段と、（ｄ）スイッチング手段を制御するスイッチング制御回路と、（ｅ）スイッチング電圧が供給される一次巻線と、二次巻線と、該一次巻線と同一極性に巻回された第１および第２補助巻線とを有するトランスと、（ｆ）トランスの二次巻線の誘起電圧を整流および平滑して直流の二次側出力電圧を生成する出力電圧生成手段と、（ｇ）第１および第２補助巻線の誘起電圧に基づいて直流の補助電圧を生成し、該補助電圧を電源電圧としてスイッチング制御回路およびアクティブフィルタ制御回路に供給する補助電源部とを備えたスイッチング電源装置であって、
上記補助電源部は、（i）第１補助巻線の誘起電圧を整流および平滑して第１直流化電圧を生成する第１直流化手段と、（ii）第１および第２補助巻線の誘起電圧の和電圧を整流および平滑して第２直流化電圧を生成する第２直流化手段と、（iii）第２直流化手段の出力側に設けられ、第２直流化電圧を制限して定電圧化することで第３直流化電圧を生成する定電圧化手段と、（iv）第１直流化手段の出力側に設けられ、第１直流化電圧が第３直流化電圧よりも高い所定の閾値電圧を超えると定電圧化手段に流れる電流を停止させる停止手段とを有し、第１直流化電圧および第３直流化電圧の大きい方が補助電圧としてスイッチング制御回路およびアクティブフィルタ制御回路に供給されることを特徴とする。
【００２１】
また、上記課題を解決するために、本発明に係るスイッチング電源装置の起動方法は、
（ａ）外部から入力された交流電圧を整流および平滑して得た一次側直流電圧が供給されるアクティブフィルタと、（ｂ）アクティブフィルタを制御するアクティブフィルタ制御回路と、（ｃ）アクティブフィルタの出力電圧をスイッチングしてスイッチング電圧を生成するスイッチング手段と、（ｄ）スイッチング手段を制御するスイッチング制御回路と、（ｅ）スイッチング電圧が供給される一次巻線と、二次巻線と、該一次巻線と同一極性に巻回された第１および第２補助巻線とを有するトランスと、（ｆ）トランスの二次巻線の誘起電圧を整流および平滑して直流の二次側出力電圧を生成する出力電圧生成手段と、（ｇ）第１および第２補助巻線の誘起電圧に基づいて直流の補助電圧を生成し、該補助電圧を電源電圧としてスイッチング制御回路およびアクティブフィルタ制御回路に供給する補助電源部とを備えたスイッチング電源装置の起動方法であって、
上記補助電源部が、（i）第１補助巻線の誘起電圧を整流および平滑して第１直流化電圧を生成する第１直流化手段と、（ii）第１および第２補助巻線の誘起電圧の和電圧を整流および平滑して第２直流化電圧を生成する第２直流化手段と、（iii）第２直流化手段の出力側に設けられ、第２直流化電圧を制限して定電圧化することで第３直流化電圧を生成する定電圧化手段と、（iv）第１直流化手段の出力側に設けられ、第１直流化電圧が第３直流化電圧よりも高い所定の閾値電圧を超えると定電圧化手段に流れる電流を停止させる停止手段とから構成され、
起動時に、第１直流化電圧が上昇して第３直流化電圧を超えると、補助電源部が第３直流化電圧に代えて第１直流化電圧を補助電圧とし、その後、第１直流化電圧がさらに上昇して所定の閾値電圧を超えると、停止手段が定電圧化手段に流れる電流を停止させることを特徴とする。
【００２２】
この構成（スイッチング電源装置およびその起動方法）では、起動当初は、第１直流化電圧よりも高く、確実にスイッチング制御回路およびアクティブフィルタ制御回路を動作させることができる第３直流化電圧が補助電圧として両制御回路に供給される。その後、第１直流化電圧が上昇して第３直流化電圧を超えると、第３直流化電圧に代えて第１直流化電圧が補助電圧として両制御回路に供給される。そして、さらに第１直流化電圧が上昇して所定の閾値電圧を超えると、停止手段が、もはや第３直流電圧を生成する必要のない定電圧化手段に流れる電流を停止させる。つまり、この構成によれば、第１直流化電圧が補助電圧として両制御回路に供給される状況において、定電圧化手段で電力損失が発生するのを防ぐことができる。
【００２３】
上記構成における第３直流化電圧は、定電圧化手段が有する第１ツェナーダイオードの降伏電圧によって第２直流化電圧を制限して定電圧化することにより簡易に生成することができる。また、この場合は、定電圧化手段がさらに有するスイッチ素子を停止手段によってオン／オフ制御することで、比較的簡単な構成で第２直流化手段の出力と第１ツェナーダイオードとを導通させたり、該出力と第１ツェナーダイオードとの導通を遮断させたりすることができる。
【００２４】
上記構成における所定の閾値電圧は、停止手段が有する第２ツェナーダイオードの降伏電圧によって簡易に定めることができる。また、この場合は、第２ツェナーダイオードが降伏することで定電圧化手段のスイッチ素子を比較的簡単な構成でオフさせることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、定常時の電力損失を従来よりもさらに低減可能なスイッチング電源装置およびその起動方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係るスイッチング電源装置の回路図である。
【図２】本発明に係るスイッチング電源装置の各部電圧波形を簡略化したグラフである。
【図３】従来のスイッチング電源装置の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明に係るスイッチング電源装置およびその起動方法の好ましい実施形態について説明する。なお、図１に示されている各構成要素のうち、図３と同一の符号を付した構成要素については従来技術で説明したものと同様なので、ここでは説明を一部省略する。また、以下の説明中の符号ＶC1、ＶC3、ＶC4、ＶC5は、それぞれ平滑用コンデンサＣ1、Ｃ3、Ｃ4、Ｃ5の両端の電圧を意味する。また、説明の簡単のために、オン状態となっているバイポーラトランジスタのベース−エミッタ間電圧は１[Ｖ]とし、順方向に導通状態となっているダイオードの電圧降下はないものとする。
【００２８】
［スイッチング電源装置の構成］
図１に示すように、本発明に係るスイッチング電源装置１において、トランスＴは、一次巻線Ｔ1、二次巻線Ｔ2の他に第１および第２補助巻線Ｔ3、Ｔ4を有している。第１および第２補助巻線Ｔ3、Ｔ4は、トランスＴのコアに一次巻線Ｔ1と同一の極性で巻回されており、直列に接続されている。また、第１補助巻線Ｔ3の一端（相互接続端）は電力用ＦＥＴＱ1のソースに接続されている。
【００２９】
第１および第２補助巻線Ｔ3、Ｔ4の誘起電圧に基づいて、スイッチング制御回路３およびアクティブフィルタ制御回路４の電源電圧となる補助電圧を生成する補助電源部７には、定電圧回路８と、停止回路９と、ダイオードＤ3、Ｄ4と、平滑用コンデンサＣ3、Ｃ4とが備えられている。
【００３０】
このうち、ダイオードＤ3および平滑用コンデンサＣ3は本発明の「第１直流化手段」を構成し、第１補助巻線Ｔ3の誘起電圧を整流および平滑して「第１直流化電圧」（＝ＶC3）を生成する。また、ダイオードＤ4および平滑用コンデンサＣ4は本発明の「第２直流化手段」を構成し、第１および第２補助巻線Ｔ3、Ｔ4の誘起電圧の和電圧を整流および平滑して「第２直流化電圧」（＝ＶC4）を生成する。
【００３１】
第２直流化手段の出力側に設けられた定電圧回路８は本発明の「定電圧化手段」を構成し、予め設定された既定電圧を超えないように第２直流化電圧ＶC4を制限して定電圧化することで「第３直流化電圧」を生成する。また、第１直流化手段の出力側に設けられた停止回路９は本発明の「停止手段」を構成し、第１直流化電圧ＶC3が所定の閾値電圧を超えると、定電圧回路８に流れる電流を遮断し、定電圧回路８を完全に停止させる。
【００３２】
補助電源部７において、第２直流化手段を構成するダイオードＤ4のアノードは第２補助巻線Ｔ4の非相互接続端に接続され、ダイオードＤ4のカソードは定電圧回路８を構成するＮＰＮ型トランジスタＱ2のコレクタに接続されている。トランジスタＱ2のベースは、第１ツェナーダイオードＺＤ1のカソードに接続され、第１ツェナーダイオードＺＤ1のアノードは第１補助巻線Ｔ3の相互接続端に接続されている。トランジスタＱ2のコレクタとベースとの間には、本発明の「スイッチ素子」に相当するＰＮＰ型トランジスタＱ3と抵抗Ｒ4が接続され、エミッタは順方向に接続されたダイオードＤ6を介して電源ラインＰ（スイッチング制御回路３およびアクティブフィルタ制御回路４の電源端子に繋がるライン）に接続されている。
【００３３】
第１直流化手段を構成するダイオードＤ3のアノードは第１補助巻線Ｔ3の非相互接続端に接続され、ダイオードＤ3のカソードは順方向に接続されたダイオードＤ5を介して電源ラインＰに接続されている。また、ダイオードＤ3のカソードと第１補助巻線Ｔ3の相互接続端の間には、第１直流化手段を構成する平滑用コンデンサＣ3が接続され、ダイオードＤ4のカソードと第１補助巻線Ｔ3の相互接続端の間には、第２直流化手段を構成する平滑用コンデンサＣ4が接続されている。
【００３４】
停止回路９を構成する第２ツェナーダイオードＺＤ2のカソードはダイオードＤ3のカソードが接続され、第２ツェナーダイオードＺＤ2のアノードはＮＰＮ型トランジスタＱ4のベースに接続されている。トランジスタＱ4は、エミッタが第１補助巻線Ｔ3の非相互接続端に接続され、コレクタが抵抗Ｒ5を介してダイオードＤ3のカソードに接続されるとともにＮＰＮ型トランジスタＱ5のベースに接続されている。トランジスタＱ5は、エミッタが第１補助巻線Ｔ3の非相互接続端に接続され、コレクタが定電圧回路８を構成するトランジスタＱ3のベースに接続されている。
【００３５】
スイッチング制御回路３およびアクティブフィルタ制御回路４の電源ラインＰとダイオードブリッジ回路Ｄ1の出力端子との間には、起動抵抗Ｒ1が接続されている。また、電源ラインＰと第１補助巻線Ｔ3の相互接続端（両制御回路の基準電位ラインでもある）との間には、コンデンサＣ5が接続されている。このコンデンサＣ5は、起動当初は、起動抵抗Ｒ1を介して入力される一次側直流電圧、およびダイオードＤ6を介して入力される第３直流化電圧によって充電され、その後、第１直流化電圧ＶC3が第３直流化電圧よりも高くなると、ダイオードＤ5を介して入力される第１直流化電圧ＶC3によって充電される。
【００３６】
本実施形態に係るスイッチング電源装置１では、第３直流化電圧を第１ツェナーダイオードＺＤ1の降伏電圧により任意の電圧値に設定することができる。例えば、第３直流化電圧を１４[Ｖ]に設定する場合は、トランジスタＱ2のベース−エミッタ間電圧を考慮して、降伏電圧１５[Ｖ]の第１ツェナーダイオードＺＤ1を使用すればよい。
【００３７】
また、本実施形態に係るスイッチング電源装置１では、停止回路９が定電圧回路８に流れる電流を停止させる所定の閾値電圧を第２ツェナーダイオードＺＤ2の降伏電圧により任意の電圧値に設定することができる。例えば、閾値電圧を１８[Ｖ]に設定する場合は、トランジスタＱ4のベース−エミッタ間電圧ＶBE4を考慮して、降伏電圧１７[Ｖ]の第２ツェナーダイオードＺＤ2を使用すればよい。ただし、定電圧回路８から出力される第３直流化電圧が補助電圧として両制御回路に供給されている最中に定電圧回路８を停止させると、両制御回路の動作に支障をきたすので、閾値電圧は第３直流化電圧よりも高めに設定しなければならない。
【００３８】
［スイッチング電源装置の起動時の動作］
次に、図１および図２を参照して、本発明に係るスイッチング電源装置１の起動時の動作について具体的に説明する。なお、図２は、下記条件の下でスイッチング電源装置１を起動させた場合の各部電圧波形の一例であって、条件が異なれば異なった電圧波形となることは言うまでもない。
・商用交流電圧ＶACIN＝ＡＣ９０[Ｖ]
・トランスＴの巻数比Ｔ1：Ｔ3：Ｔ4＝４４：２：７
・スイッチング制御回路３の起動電圧＝１６[Ｖ]
・アクティブフィルタ制御回路４の起動電圧＝１３[Ｖ]
・第１ツェナーダイオードＺＤ1の降伏電圧＝１５[Ｖ]
・第２ツェナーダイオードＺＤ2の降伏電圧＝１７[Ｖ]
・アクティブフィルタ２の設定電圧＝３７０[Ｖ]（≒２６４[Ｖ]×√２）
【００３９】
図２に示すように、時間ｔ0において商用交流電圧ＶACINの入力が開始され、一次側直流電圧が上昇すると、起動抵抗Ｒ1を通ってダイオードブリッジ回路Ｄ1の出力端子から電源ラインＰに電流が流れる。そして、この電流によってコンデンサＣ5が充電され、電源ラインＰの電圧が上昇し、アクティブフィルタ制御回路４およびスイッチング制御回路３が順次起動する。
【００４０】
スイッチング制御回路３が起動し、スイッチング制御回路３による電力用ＦＥＴＱ1の制御が始まると、第１および第２補助巻線Ｔ3、Ｔ4に誘起電圧が発生して第２直流化電圧ＶC4が上昇し、トランジスタＱ2がオン状態となる。そして、第２直流化電圧ＶC4がさらに上昇し、時間ｔ1において１５[Ｖ]になると、図２（Ｄ）に示すように、第３直流化電圧はそれ以上上昇することなく１４[Ｖ]で一定となる。
【００４１】
時間ｔ1以降も、第１直流化電圧ＶC3は上昇を続ける。そして、時間ｔ2を過ぎて、第１直流化電圧ＶC3が第３直流化電圧（＝１４[Ｖ]）を超えると、補助電源部７は、第３直流化電圧に代えて第１直流化電圧ＶC3を補助電圧として出力するようになる。すなわち、定電圧回路８から出力される第３直流化電圧は使用されなくなる。
【００４２】
なお、時間ｔ2を過ぎると、トランジスタＱ2のベースとダイオードＤ6のカソードとの間には、トランジスタＱ2およびダイオードＤ6をオン状態（導通状態）とするための十分な順方向電圧が印加されないので、トランジスタＱ2およびダイオードＤ6は、その一方または双方がオフ状態（非導通状態）となる。一方、抵抗Ｒ4と第１ツェナーダイオードＺＤ1の直列回路には、トランジスタＱ3を介して第２直流化電圧ＶC4が印加され続けているので、時間ｔ2を過ぎた後も定電圧回路８に部分的に電流が流れ続ける。
【００４３】
その後、時間ｔ3となり、第１直流化電圧ＶC3が１８[Ｖ]になると、第２ツェナーダイオードＺＤ2が導通状態となるとともに、トランジスタＱ4のベース−エミッタ間電圧ＶBE4が１[Ｖ]となり、トランジスタＱ4がオン状態となる（図２（Ｆ）参照）。そして、これをきっかけとして、トランジスタＱ5がオフ状態となり、トランジスタＱ3がオフ状態となる。トランジスタＱ3がオフ状態となると、抵抗Ｒ4と第１ツェナーダイオードＺＤ1の直列回路に第２直流化電圧ＶC4が印加されなくなり、定電圧回路８は完全に停止する。したがって、時間ｔ3を過ぎた後（定常時）に、抵抗Ｒ4および第１ツェナーダイオードＺＤ1により電力損失が発生することはない。
【００４４】
なお、本実施形態では、定常時においても、新たに設けた第２ツェナーダイオードＺＤ2に電流が流れ続けることになる。しかしながら、第２ツェナーダイオードＺＤ2に流れるのはトランジスタＱ4のベース電流であり、図３に示す従来回路においてツェナーダイオードＺＤに流れる電流に比べて非常に小さい。したがって、第２ツェナーダイオードＺＤ2による電力損失を考慮したとしても、本実施形態に係るスイッチング電源装置１によれば、従来のスイッチング電源装置１０に比べて、定常時の電力損失を低減することができる。
【００４５】
以上、本発明に係るスイッチング電源装置の好ましい実施形態について説明してきたが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。
【００４６】
例えば、定電圧回路８は、以下の条件を満たす他の定電圧回路に置き換えることができる。
条件１：入力電圧が既定電圧（例えば、第１ツェナーダイオードＺＤ1の降伏電圧）を超えるまでは、入力電圧にほぼ等しい出力電圧を出力する。
条件２：入力電圧が既定電圧を超えると、入力電圧の如何に拘わらず、既定電圧にほぼ等しい出力電圧を出力する。
【００４７】
また、停止回路９は、第１直流化電圧ＶC3が所定の閾値電圧を超えているか否かを判定するとともに、その判定結果に応じて、定電圧回路８を動作させたり、停止させたりできる他の回路に置き換えることができる。
【符号の説明】
【００４８】
１ スイッチング電源装置
２ アクティブフィルタ
３ スイッチング制御回路
４ アクティブフィルタ制御回路
５ 電圧検知手段
６ フィードバック回路
７ 補助電源部
８ 定電圧回路（定電圧化手段）
９ 停止回路（停止手段）
Ｄ1 ダイオードブリッジ回路
Ｑ1 電力用ＦＥＴ（スイッチング手段）
Ｒ1 起動抵抗
Ｔ トランス
Ｔ1 一次巻線
Ｔ2 二次巻線
Ｔ3 第１補助巻線
Ｔ4 第２補助巻線
ＺＤ1 第１ツェナーダイオード
ＺＤ2 第２ツェナーダイオード
【技術分野】
【０００１】
本発明はアクティブフィルタを備えたスイッチング電源装置およびその起動方法に関し、特に、補助巻線の誘起電圧に基づいて、アクティブフィルタの制御回路とスイッチング制御回路の電源電圧となる直流の補助電圧を生成するスイッチング電源装置およびその起動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
商用交流電圧を整流した整流後の電圧をアクティブフィルタに供給して力率を改善するとともに、世界各国の各種商用交流電圧においても使用できるよう構成したワールドワイドなスイッチング電源装置として、例えば、図３に示すスイッチング電源装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図３に示すように、このスイッチング電源装置１０は、１００[Ｖ]／２００[Ｖ]系の商用交流電源から供給された商用交流電圧ＶACIN（８５〜１３２[Ｖ]／１８７〜２６４[Ｖ]）を整流する整流手段（ダイオードブリッジ回路Ｄ1）を備え、その出力電圧（以下、「一次側直流電圧」という）はアクティブフィルタ２に供給されている。
【０００４】
アクティブフィルタ２は、チョーク等のリアクトルを介してダイオードブリッジ回路Ｄ1の出力端子間に接続されたスイッチング素子を有し、このスイッチング素子のスイッチング動作はアクティブフィルタ制御回路４からの制御信号によって制御される。アクティブフィルタ２によれば、一次側直流電圧を整形して正弦波状とすることにより、力率を改善することができる。
【０００５】
アクティブフィルタ２の出力端子間には、コンデンサＣ1と、トランスＴの一次巻線Ｔ1および電力用ＦＥＴＱ1（スイッチング手段）のドレイン・ソース導電路とからなる直列回路が接続されている。電力用ＦＥＴＱ1のゲートにはスイッチング制御回路３からの制御信号が入力される。これにより、電力用ＦＥＴＱ1の導通期間が制御され、一次巻線Ｔ1にスイッチング電圧が供給される。
【０００６】
トランスＴの二次巻線Ｔ2の一端には整流手段をなすダイオードＤ2のアノードが接続されている。また、ダイオードＤ2のカソードは平滑手段をなす平滑用コンデンサＣ2の一端に接続され、平滑用コンデンサＣ2の他端は二次巻線Ｔ2の他端に接続されている。平滑用コンデンサＣ2の両端からは、不図示の負荷に供給するための直流の二次側出力電圧ＶDCOUTが出力される。
【０００７】
平滑用コンデンサＣ2には、抵抗Ｒ2と抵抗Ｒ3を直列に接続してなる電圧検知手段５が並列に接続されている。抵抗Ｒ2と抵抗Ｒ3の接続点に接続されたフィードバック回路６は、二次側出力電圧ＶDCOUTの多寡に関する信号をスイッチング制御回路３に出力する。スイッチング制御回路３は、この信号を参照して、二次側出力電圧ＶDCOUTが一定となるように電力用ＦＥＴＱ1の導通期間を制御する。
【０００８】
図３に示すように、トランスＴは、一次巻線Ｔ1、二次巻線Ｔ2の他に２つの補助巻線Ｔ3、Ｔ4を有している。補助巻線Ｔ3、Ｔ4は、トランスＴのコアに一次巻線Ｔ1と同一の極性で巻回されており、直列に接続されている。また、補助巻線Ｔ3の一端は電力用ＦＥＴＱ1のソースに接続されている。なお、以下の説明では、補助巻線Ｔ3の２つの端部のうち、電力用ＦＥＴＱ1のソースに接続されている側の端部を「相互接続端」と呼び、その反対側の端部を「非相互接続端」（図３において、●が付されている側の端部）と呼ぶこととする。また、補助巻線Ｔ4の２つの端部のうち、補助巻線Ｔ3に接続されている側の端部を「相互接続端」と呼び、その反対側の端部を「非相互接続端」（●が付されている側の端部）と呼ぶこととする。
【０００９】
補助巻線Ｔ3、Ｔ4の誘起電圧に基づいて、スイッチング制御回路３およびアクティブフィルタ制御回路４の電源電圧となる補助電圧を生成する補助電源部７’には、例えば、非特許文献１に記載の定電圧回路８’と、ダイオードＤ3、Ｄ4と、平滑用コンデンサＣ3、Ｃ4が備えられている。
【００１０】
補助電源部７’において、ダイオードＤ4のアノードは補助巻線Ｔ4の非相互接続端に接続され、ダイオードＤ4のカソードは定電圧回路８’を構成するＮＰＮ型トランジスタＱ2のコレクタに接続されている。トランジスタＱ2のベースは、ツェナーダイオードＺＤのカソードに接続され、ツェナーダイオードＺＤのアノードは補助巻線Ｔ3の相互接続端に接続されている。トランジスタＱ2のコレクタとベースとの間には抵抗Ｒ4が接続され、エミッタは順方向に接続されたダイオードＤ6を介して平滑用コンデンサＣ3の一端に接続されている。補助巻線Ｔ3の非相互接続端も、順方向に接続されたダイオードＤ3を介して平滑用コンデンサＣ3の一端に接続され、平滑用コンデンサＣ3の他端は補助巻線Ｔ3の相互接続端に接続されている。また、補助巻線Ｔ3の相互接続端とダイオードＤ4のカソードとの間には平滑用コンデンサＣ4が接続されている。
【００１１】
平滑用コンデンサＣ3の両端からは、スイッチング制御回路３およびアクティブフィルタ制御回路４の電源電圧となる補助電圧が出力される。補助電圧は、ダイオードＤ7を介してスイッチング制御回路３およびアクティブフィルタ制御回路４の電源ラインＰに供給される。電源ラインＰとダイオードブリッジ回路Ｄ1の出力端子との間には、起動抵抗Ｒ1が接続されている。また、電源ラインＰと補助巻線Ｔ3の相互接続端との間にはコンデンサＣ5が接続されている。
【００１２】
このスイッチング電源装置１０では、商用交流電圧ＶACINの入力が開始されると一次側直流電圧が上昇し、起動抵抗Ｒ1を介してコンデンサＣ5が充電される。そして、電源ラインＰの電圧がスイッチング制御回路３およびアクティブフィルタ制御回路４の各起動電圧まで上昇すると、両制御回路はそれぞれ動作を開始し、アクティブフィルタ２および電力用ＦＥＴＱ1を制御し始める。
【００１３】
アクティブフィルタ制御回路４の制御下でアクティブフィルタ２の出力電圧ＶC1が上昇すると、それに伴って補助巻線Ｔ3の誘起電圧をダイオードＤ3で直流化した電圧と、補助巻線Ｔ3および補助巻線Ｔ4の誘起電圧の和電圧をダイオードＤ4で直流化した電圧ＶC4（＝定電圧回路８’の入力電圧）も上昇する。当然ながら、補助巻線Ｔ3の誘起電圧をダイオードＤ3で直流化した電圧は電圧ＶC4よりも上昇速度が遅いので、起動当初は定電圧回路８’の出力電圧によって平滑用コンデンサＣ3が充電される。なお、定電圧回路８’の出力電圧は、ツェナーダイオードＺＤが導通状態となると、それ以上上昇することなく一定電圧に維持される。
【００１４】
その後、アクティブフィルタ２の出力電圧ＶC1がさらに上昇して、補助巻線Ｔ3の誘起電圧をダイオードＤ3で直流化した電圧が定電圧回路８’の出力電圧よりも高くなると、平滑用コンデンサＣ3はダイオードＤ3を通じて充電されるようになる。このとき、定電圧回路８’のトランジスタＱ2は、ベース−エミッタ間に十分な順方向電圧が印加されなくなるため、オフ状態となる。
【００１５】
つまり、このスイッチング電源装置１０のスイッチング制御回路３およびアクティブフィルタ制御回路４は、起動当初は起動抵抗Ｒ1および定電圧回路８’を介して必要な電力が供給されるが、アクティブフィルタ２の出力電圧ＶC1が十分上昇した後（定常時）は、補助巻線Ｔ3の誘起電圧から生成された電圧により電力が供給される。したがって、スイッチング電源装置１０によれば、起動抵抗Ｒ1および定電圧回路８’による定常時の電力損失を削減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００１−１６８５１号公報
【非特許文献】
【００１７】
【非特許文献１】実用電子回路ハンドブック１「トランジスタと組み合わせた定電圧回路」、ＣＱ出版社、１９７２年９月、ｐ．３７５、図４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、この従来のスイッチング電源装置１０では、定常時となってトランジスタＱ2がオフ状態となった後も、抵抗Ｒ4とツェナーダイオードＺＤの直列回路に、ツェナーダイオードＺＤを導通状態とするのに十分な電圧ＶC4が印加され続けている。このため、定電圧回路８’は定常時においても部分的に動作を続け、抵抗Ｒ4とツェナーダイオードＺＤとによる電力損失が発生し続けているという問題があった。
【００１９】
本発明は上記事情を鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、定常時の電力損失、特に定電圧回路の電力損失を従来よりもさらに低減可能なスイッチング電源装置およびその起動方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記課題を解決するために、本発明に係るスイッチング電源装置は、
（ａ）外部から入力された交流電圧を整流および平滑して得た一次側直流電圧が供給されるアクティブフィルタと、（ｂ）アクティブフィルタを制御するアクティブフィルタ制御回路と、（ｃ）アクティブフィルタの出力電圧をスイッチングしてスイッチング電圧を生成するスイッチング手段と、（ｄ）スイッチング手段を制御するスイッチング制御回路と、（ｅ）スイッチング電圧が供給される一次巻線と、二次巻線と、該一次巻線と同一極性に巻回された第１および第２補助巻線とを有するトランスと、（ｆ）トランスの二次巻線の誘起電圧を整流および平滑して直流の二次側出力電圧を生成する出力電圧生成手段と、（ｇ）第１および第２補助巻線の誘起電圧に基づいて直流の補助電圧を生成し、該補助電圧を電源電圧としてスイッチング制御回路およびアクティブフィルタ制御回路に供給する補助電源部とを備えたスイッチング電源装置であって、
上記補助電源部は、（i）第１補助巻線の誘起電圧を整流および平滑して第１直流化電圧を生成する第１直流化手段と、（ii）第１および第２補助巻線の誘起電圧の和電圧を整流および平滑して第２直流化電圧を生成する第２直流化手段と、（iii）第２直流化手段の出力側に設けられ、第２直流化電圧を制限して定電圧化することで第３直流化電圧を生成する定電圧化手段と、（iv）第１直流化手段の出力側に設けられ、第１直流化電圧が第３直流化電圧よりも高い所定の閾値電圧を超えると定電圧化手段に流れる電流を停止させる停止手段とを有し、第１直流化電圧および第３直流化電圧の大きい方が補助電圧としてスイッチング制御回路およびアクティブフィルタ制御回路に供給されることを特徴とする。
【００２１】
また、上記課題を解決するために、本発明に係るスイッチング電源装置の起動方法は、
（ａ）外部から入力された交流電圧を整流および平滑して得た一次側直流電圧が供給されるアクティブフィルタと、（ｂ）アクティブフィルタを制御するアクティブフィルタ制御回路と、（ｃ）アクティブフィルタの出力電圧をスイッチングしてスイッチング電圧を生成するスイッチング手段と、（ｄ）スイッチング手段を制御するスイッチング制御回路と、（ｅ）スイッチング電圧が供給される一次巻線と、二次巻線と、該一次巻線と同一極性に巻回された第１および第２補助巻線とを有するトランスと、（ｆ）トランスの二次巻線の誘起電圧を整流および平滑して直流の二次側出力電圧を生成する出力電圧生成手段と、（ｇ）第１および第２補助巻線の誘起電圧に基づいて直流の補助電圧を生成し、該補助電圧を電源電圧としてスイッチング制御回路およびアクティブフィルタ制御回路に供給する補助電源部とを備えたスイッチング電源装置の起動方法であって、
上記補助電源部が、（i）第１補助巻線の誘起電圧を整流および平滑して第１直流化電圧を生成する第１直流化手段と、（ii）第１および第２補助巻線の誘起電圧の和電圧を整流および平滑して第２直流化電圧を生成する第２直流化手段と、（iii）第２直流化手段の出力側に設けられ、第２直流化電圧を制限して定電圧化することで第３直流化電圧を生成する定電圧化手段と、（iv）第１直流化手段の出力側に設けられ、第１直流化電圧が第３直流化電圧よりも高い所定の閾値電圧を超えると定電圧化手段に流れる電流を停止させる停止手段とから構成され、
起動時に、第１直流化電圧が上昇して第３直流化電圧を超えると、補助電源部が第３直流化電圧に代えて第１直流化電圧を補助電圧とし、その後、第１直流化電圧がさらに上昇して所定の閾値電圧を超えると、停止手段が定電圧化手段に流れる電流を停止させることを特徴とする。
【００２２】
この構成（スイッチング電源装置およびその起動方法）では、起動当初は、第１直流化電圧よりも高く、確実にスイッチング制御回路およびアクティブフィルタ制御回路を動作させることができる第３直流化電圧が補助電圧として両制御回路に供給される。その後、第１直流化電圧が上昇して第３直流化電圧を超えると、第３直流化電圧に代えて第１直流化電圧が補助電圧として両制御回路に供給される。そして、さらに第１直流化電圧が上昇して所定の閾値電圧を超えると、停止手段が、もはや第３直流電圧を生成する必要のない定電圧化手段に流れる電流を停止させる。つまり、この構成によれば、第１直流化電圧が補助電圧として両制御回路に供給される状況において、定電圧化手段で電力損失が発生するのを防ぐことができる。
【００２３】
上記構成における第３直流化電圧は、定電圧化手段が有する第１ツェナーダイオードの降伏電圧によって第２直流化電圧を制限して定電圧化することにより簡易に生成することができる。また、この場合は、定電圧化手段がさらに有するスイッチ素子を停止手段によってオン／オフ制御することで、比較的簡単な構成で第２直流化手段の出力と第１ツェナーダイオードとを導通させたり、該出力と第１ツェナーダイオードとの導通を遮断させたりすることができる。
【００２４】
上記構成における所定の閾値電圧は、停止手段が有する第２ツェナーダイオードの降伏電圧によって簡易に定めることができる。また、この場合は、第２ツェナーダイオードが降伏することで定電圧化手段のスイッチ素子を比較的簡単な構成でオフさせることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、定常時の電力損失を従来よりもさらに低減可能なスイッチング電源装置およびその起動方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係るスイッチング電源装置の回路図である。
【図２】本発明に係るスイッチング電源装置の各部電圧波形を簡略化したグラフである。
【図３】従来のスイッチング電源装置の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明に係るスイッチング電源装置およびその起動方法の好ましい実施形態について説明する。なお、図１に示されている各構成要素のうち、図３と同一の符号を付した構成要素については従来技術で説明したものと同様なので、ここでは説明を一部省略する。また、以下の説明中の符号ＶC1、ＶC3、ＶC4、ＶC5は、それぞれ平滑用コンデンサＣ1、Ｃ3、Ｃ4、Ｃ5の両端の電圧を意味する。また、説明の簡単のために、オン状態となっているバイポーラトランジスタのベース−エミッタ間電圧は１[Ｖ]とし、順方向に導通状態となっているダイオードの電圧降下はないものとする。
【００２８】
［スイッチング電源装置の構成］
図１に示すように、本発明に係るスイッチング電源装置１において、トランスＴは、一次巻線Ｔ1、二次巻線Ｔ2の他に第１および第２補助巻線Ｔ3、Ｔ4を有している。第１および第２補助巻線Ｔ3、Ｔ4は、トランスＴのコアに一次巻線Ｔ1と同一の極性で巻回されており、直列に接続されている。また、第１補助巻線Ｔ3の一端（相互接続端）は電力用ＦＥＴＱ1のソースに接続されている。
【００２９】
第１および第２補助巻線Ｔ3、Ｔ4の誘起電圧に基づいて、スイッチング制御回路３およびアクティブフィルタ制御回路４の電源電圧となる補助電圧を生成する補助電源部７には、定電圧回路８と、停止回路９と、ダイオードＤ3、Ｄ4と、平滑用コンデンサＣ3、Ｃ4とが備えられている。
【００３０】
このうち、ダイオードＤ3および平滑用コンデンサＣ3は本発明の「第１直流化手段」を構成し、第１補助巻線Ｔ3の誘起電圧を整流および平滑して「第１直流化電圧」（＝ＶC3）を生成する。また、ダイオードＤ4および平滑用コンデンサＣ4は本発明の「第２直流化手段」を構成し、第１および第２補助巻線Ｔ3、Ｔ4の誘起電圧の和電圧を整流および平滑して「第２直流化電圧」（＝ＶC4）を生成する。
【００３１】
第２直流化手段の出力側に設けられた定電圧回路８は本発明の「定電圧化手段」を構成し、予め設定された既定電圧を超えないように第２直流化電圧ＶC4を制限して定電圧化することで「第３直流化電圧」を生成する。また、第１直流化手段の出力側に設けられた停止回路９は本発明の「停止手段」を構成し、第１直流化電圧ＶC3が所定の閾値電圧を超えると、定電圧回路８に流れる電流を遮断し、定電圧回路８を完全に停止させる。
【００３２】
補助電源部７において、第２直流化手段を構成するダイオードＤ4のアノードは第２補助巻線Ｔ4の非相互接続端に接続され、ダイオードＤ4のカソードは定電圧回路８を構成するＮＰＮ型トランジスタＱ2のコレクタに接続されている。トランジスタＱ2のベースは、第１ツェナーダイオードＺＤ1のカソードに接続され、第１ツェナーダイオードＺＤ1のアノードは第１補助巻線Ｔ3の相互接続端に接続されている。トランジスタＱ2のコレクタとベースとの間には、本発明の「スイッチ素子」に相当するＰＮＰ型トランジスタＱ3と抵抗Ｒ4が接続され、エミッタは順方向に接続されたダイオードＤ6を介して電源ラインＰ（スイッチング制御回路３およびアクティブフィルタ制御回路４の電源端子に繋がるライン）に接続されている。
【００３３】
第１直流化手段を構成するダイオードＤ3のアノードは第１補助巻線Ｔ3の非相互接続端に接続され、ダイオードＤ3のカソードは順方向に接続されたダイオードＤ5を介して電源ラインＰに接続されている。また、ダイオードＤ3のカソードと第１補助巻線Ｔ3の相互接続端の間には、第１直流化手段を構成する平滑用コンデンサＣ3が接続され、ダイオードＤ4のカソードと第１補助巻線Ｔ3の相互接続端の間には、第２直流化手段を構成する平滑用コンデンサＣ4が接続されている。
【００３４】
停止回路９を構成する第２ツェナーダイオードＺＤ2のカソードはダイオードＤ3のカソードが接続され、第２ツェナーダイオードＺＤ2のアノードはＮＰＮ型トランジスタＱ4のベースに接続されている。トランジスタＱ4は、エミッタが第１補助巻線Ｔ3の非相互接続端に接続され、コレクタが抵抗Ｒ5を介してダイオードＤ3のカソードに接続されるとともにＮＰＮ型トランジスタＱ5のベースに接続されている。トランジスタＱ5は、エミッタが第１補助巻線Ｔ3の非相互接続端に接続され、コレクタが定電圧回路８を構成するトランジスタＱ3のベースに接続されている。
【００３５】
スイッチング制御回路３およびアクティブフィルタ制御回路４の電源ラインＰとダイオードブリッジ回路Ｄ1の出力端子との間には、起動抵抗Ｒ1が接続されている。また、電源ラインＰと第１補助巻線Ｔ3の相互接続端（両制御回路の基準電位ラインでもある）との間には、コンデンサＣ5が接続されている。このコンデンサＣ5は、起動当初は、起動抵抗Ｒ1を介して入力される一次側直流電圧、およびダイオードＤ6を介して入力される第３直流化電圧によって充電され、その後、第１直流化電圧ＶC3が第３直流化電圧よりも高くなると、ダイオードＤ5を介して入力される第１直流化電圧ＶC3によって充電される。
【００３６】
本実施形態に係るスイッチング電源装置１では、第３直流化電圧を第１ツェナーダイオードＺＤ1の降伏電圧により任意の電圧値に設定することができる。例えば、第３直流化電圧を１４[Ｖ]に設定する場合は、トランジスタＱ2のベース−エミッタ間電圧を考慮して、降伏電圧１５[Ｖ]の第１ツェナーダイオードＺＤ1を使用すればよい。
【００３７】
また、本実施形態に係るスイッチング電源装置１では、停止回路９が定電圧回路８に流れる電流を停止させる所定の閾値電圧を第２ツェナーダイオードＺＤ2の降伏電圧により任意の電圧値に設定することができる。例えば、閾値電圧を１８[Ｖ]に設定する場合は、トランジスタＱ4のベース−エミッタ間電圧ＶBE4を考慮して、降伏電圧１７[Ｖ]の第２ツェナーダイオードＺＤ2を使用すればよい。ただし、定電圧回路８から出力される第３直流化電圧が補助電圧として両制御回路に供給されている最中に定電圧回路８を停止させると、両制御回路の動作に支障をきたすので、閾値電圧は第３直流化電圧よりも高めに設定しなければならない。
【００３８】
［スイッチング電源装置の起動時の動作］
次に、図１および図２を参照して、本発明に係るスイッチング電源装置１の起動時の動作について具体的に説明する。なお、図２は、下記条件の下でスイッチング電源装置１を起動させた場合の各部電圧波形の一例であって、条件が異なれば異なった電圧波形となることは言うまでもない。
・商用交流電圧ＶACIN＝ＡＣ９０[Ｖ]
・トランスＴの巻数比Ｔ1：Ｔ3：Ｔ4＝４４：２：７
・スイッチング制御回路３の起動電圧＝１６[Ｖ]
・アクティブフィルタ制御回路４の起動電圧＝１３[Ｖ]
・第１ツェナーダイオードＺＤ1の降伏電圧＝１５[Ｖ]
・第２ツェナーダイオードＺＤ2の降伏電圧＝１７[Ｖ]
・アクティブフィルタ２の設定電圧＝３７０[Ｖ]（≒２６４[Ｖ]×√２）
【００３９】
図２に示すように、時間ｔ0において商用交流電圧ＶACINの入力が開始され、一次側直流電圧が上昇すると、起動抵抗Ｒ1を通ってダイオードブリッジ回路Ｄ1の出力端子から電源ラインＰに電流が流れる。そして、この電流によってコンデンサＣ5が充電され、電源ラインＰの電圧が上昇し、アクティブフィルタ制御回路４およびスイッチング制御回路３が順次起動する。
【００４０】
スイッチング制御回路３が起動し、スイッチング制御回路３による電力用ＦＥＴＱ1の制御が始まると、第１および第２補助巻線Ｔ3、Ｔ4に誘起電圧が発生して第２直流化電圧ＶC4が上昇し、トランジスタＱ2がオン状態となる。そして、第２直流化電圧ＶC4がさらに上昇し、時間ｔ1において１５[Ｖ]になると、図２（Ｄ）に示すように、第３直流化電圧はそれ以上上昇することなく１４[Ｖ]で一定となる。
【００４１】
時間ｔ1以降も、第１直流化電圧ＶC3は上昇を続ける。そして、時間ｔ2を過ぎて、第１直流化電圧ＶC3が第３直流化電圧（＝１４[Ｖ]）を超えると、補助電源部７は、第３直流化電圧に代えて第１直流化電圧ＶC3を補助電圧として出力するようになる。すなわち、定電圧回路８から出力される第３直流化電圧は使用されなくなる。
【００４２】
なお、時間ｔ2を過ぎると、トランジスタＱ2のベースとダイオードＤ6のカソードとの間には、トランジスタＱ2およびダイオードＤ6をオン状態（導通状態）とするための十分な順方向電圧が印加されないので、トランジスタＱ2およびダイオードＤ6は、その一方または双方がオフ状態（非導通状態）となる。一方、抵抗Ｒ4と第１ツェナーダイオードＺＤ1の直列回路には、トランジスタＱ3を介して第２直流化電圧ＶC4が印加され続けているので、時間ｔ2を過ぎた後も定電圧回路８に部分的に電流が流れ続ける。
【００４３】
その後、時間ｔ3となり、第１直流化電圧ＶC3が１８[Ｖ]になると、第２ツェナーダイオードＺＤ2が導通状態となるとともに、トランジスタＱ4のベース−エミッタ間電圧ＶBE4が１[Ｖ]となり、トランジスタＱ4がオン状態となる（図２（Ｆ）参照）。そして、これをきっかけとして、トランジスタＱ5がオフ状態となり、トランジスタＱ3がオフ状態となる。トランジスタＱ3がオフ状態となると、抵抗Ｒ4と第１ツェナーダイオードＺＤ1の直列回路に第２直流化電圧ＶC4が印加されなくなり、定電圧回路８は完全に停止する。したがって、時間ｔ3を過ぎた後（定常時）に、抵抗Ｒ4および第１ツェナーダイオードＺＤ1により電力損失が発生することはない。
【００４４】
なお、本実施形態では、定常時においても、新たに設けた第２ツェナーダイオードＺＤ2に電流が流れ続けることになる。しかしながら、第２ツェナーダイオードＺＤ2に流れるのはトランジスタＱ4のベース電流であり、図３に示す従来回路においてツェナーダイオードＺＤに流れる電流に比べて非常に小さい。したがって、第２ツェナーダイオードＺＤ2による電力損失を考慮したとしても、本実施形態に係るスイッチング電源装置１によれば、従来のスイッチング電源装置１０に比べて、定常時の電力損失を低減することができる。
【００４５】
以上、本発明に係るスイッチング電源装置の好ましい実施形態について説明してきたが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。
【００４６】
例えば、定電圧回路８は、以下の条件を満たす他の定電圧回路に置き換えることができる。
条件１：入力電圧が既定電圧（例えば、第１ツェナーダイオードＺＤ1の降伏電圧）を超えるまでは、入力電圧にほぼ等しい出力電圧を出力する。
条件２：入力電圧が既定電圧を超えると、入力電圧の如何に拘わらず、既定電圧にほぼ等しい出力電圧を出力する。
【００４７】
また、停止回路９は、第１直流化電圧ＶC3が所定の閾値電圧を超えているか否かを判定するとともに、その判定結果に応じて、定電圧回路８を動作させたり、停止させたりできる他の回路に置き換えることができる。
【符号の説明】
【００４８】
１ スイッチング電源装置
２ アクティブフィルタ
３ スイッチング制御回路
４ アクティブフィルタ制御回路
５ 電圧検知手段
６ フィードバック回路
７ 補助電源部
８ 定電圧回路（定電圧化手段）
９ 停止回路（停止手段）
Ｄ1 ダイオードブリッジ回路
Ｑ1 電力用ＦＥＴ（スイッチング手段）
Ｒ1 起動抵抗
Ｔ トランス
Ｔ1 一次巻線
Ｔ2 二次巻線
Ｔ3 第１補助巻線
Ｔ4 第２補助巻線
ＺＤ1 第１ツェナーダイオード
ＺＤ2 第２ツェナーダイオード
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から入力された交流電圧を整流および平滑して得た一次側直流電圧が供給されるアクティブフィルタと、前記アクティブフィルタを制御するアクティブフィルタ制御回路と、前記アクティブフィルタの出力電圧をスイッチングしてスイッチング電圧を生成するスイッチング手段と、前記スイッチング手段を制御するスイッチング制御回路と、前記スイッチング電圧が供給される一次巻線と、二次巻線と、前記一次巻線と同一極性に巻回された第１および第２補助巻線とを有するトランスと、前記トランスの二次巻線の誘起電圧を整流および平滑して直流の二次側出力電圧を生成する出力電圧生成手段と、前記第１および第２補助巻線の誘起電圧に基づいて直流の補助電圧を生成し、該補助電圧を電源電圧として前記スイッチング制御回路および前記アクティブフィルタ制御回路に供給する補助電源部とを備えたスイッチング電源装置であって、
前記補助電源部は、
前記第１補助巻線の誘起電圧を整流および平滑して第１直流化電圧を生成する第１直流化手段と、
前記第１および第２補助巻線の誘起電圧の和電圧を整流および平滑して第２直流化電圧を生成する第２直流化手段と、
前記第２直流化手段の出力側に設けられ、前記第２直流化電圧を制限して定電圧化することで第３直流化電圧を生成する定電圧化手段と、
前記第１直流化手段の出力側に設けられ、前記第１直流化電圧が前記第３直流化電圧よりも高い所定の閾値電圧を超えると前記定電圧化手段に流れる電流を停止させる停止手段と、
を有し、
前記第１直流化電圧および前記第３直流化電圧の大きい方が前記補助電圧として前記スイッチング制御回路および前記アクティブフィルタ制御回路に供給されることを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項２】
前記定電圧化手段が第１ツェナーダイオードを有し、該第１ツェナーダイオードの降伏電圧によって前記第２直流化電圧を定電圧化して前記第３直流化電圧を生成する請求項１に記載のスイッチング電源装置であって、
前記定電圧手段は、前記停止手段によりオン／オフ制御されるスイッチ素子をさらに有し、
前記スイッチ素子がオンされることで前記第２直流化手段の出力と前記第１ツェナーダイオードとを導通させる一方、前記スイッチ素子がオフされることで前記第２直流化手段の出力と前記第１ツェナーダイオードとの導通を遮断することを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項３】
前記停止手段は第２ツェナーダイオードを有し、該第２ツェナーダイオードの降伏電圧によって前記所定の閾値電圧が定められ、
前記第２ツェナーダイオードが降伏することで前記スイッチ素子をオフさせることを特徴とする請求項２に記載のスイッチング電源装置。
【請求項４】
外部から入力された交流電圧を整流および平滑して得た一次側直流電圧が供給されるアクティブフィルタと、前記アクティブフィルタを制御するアクティブフィルタ制御回路と、前記アクティブフィルタの出力電圧をスイッチングしてスイッチング電圧を生成するスイッチング手段と、前記スイッチング手段を制御するスイッチング制御回路と、前記スイッチング電圧が供給される一次巻線と、二次巻線と、前記一次巻線と同一極性に巻回された第１および第２補助巻線とを有するトランスと、前記トランスの二次巻線の誘起電圧を整流および平滑して直流の二次側出力電圧を生成する出力電圧生成手段と、前記第１および第２補助巻線の誘起電圧に基づいて直流の補助電圧を生成し、該補助電圧を電源電圧として前記スイッチング制御回路および前記アクティブフィルタ制御回路に供給する補助電源部とを備えたスイッチング電源装置の起動方法であって、
前記補助電源部が、
前記第１補助巻線の誘起電圧を整流および平滑して第１直流化電圧を生成する第１直流化手段と、
前記第１および第２補助巻線の誘起電圧の和電圧を整流および平滑して第２直流化電圧を生成する第２直流化手段と、
前記第２直流化手段の出力側に設けられ、前記第２直流化電圧を制限して定電圧化することで第３直流化電圧を生成する定電圧化手段と、
前記第１直流化手段の出力側に設けられ、前記第１直流化電圧が前記第３直流化電圧よりも高い所定の閾値電圧を超えると前記定電圧化手段に流れる電流を停止させる停止手段と、
から構成され、
起動時に、前記第１直流化電圧が上昇して前記第３直流化電圧を超えると、前記補助電源部が、前記第３直流化電圧に代えて前記第１直流化電圧を前記補助電圧とし、その後、前記第１直流化電圧がさらに上昇して前記所定の閾値電圧を超えると、前記停止手段が、前記定電圧化手段に流れる電流を停止させることを特徴とするスイッチング電源装置の起動方法。
【請求項１】
外部から入力された交流電圧を整流および平滑して得た一次側直流電圧が供給されるアクティブフィルタと、前記アクティブフィルタを制御するアクティブフィルタ制御回路と、前記アクティブフィルタの出力電圧をスイッチングしてスイッチング電圧を生成するスイッチング手段と、前記スイッチング手段を制御するスイッチング制御回路と、前記スイッチング電圧が供給される一次巻線と、二次巻線と、前記一次巻線と同一極性に巻回された第１および第２補助巻線とを有するトランスと、前記トランスの二次巻線の誘起電圧を整流および平滑して直流の二次側出力電圧を生成する出力電圧生成手段と、前記第１および第２補助巻線の誘起電圧に基づいて直流の補助電圧を生成し、該補助電圧を電源電圧として前記スイッチング制御回路および前記アクティブフィルタ制御回路に供給する補助電源部とを備えたスイッチング電源装置であって、
前記補助電源部は、
前記第１補助巻線の誘起電圧を整流および平滑して第１直流化電圧を生成する第１直流化手段と、
前記第１および第２補助巻線の誘起電圧の和電圧を整流および平滑して第２直流化電圧を生成する第２直流化手段と、
前記第２直流化手段の出力側に設けられ、前記第２直流化電圧を制限して定電圧化することで第３直流化電圧を生成する定電圧化手段と、
前記第１直流化手段の出力側に設けられ、前記第１直流化電圧が前記第３直流化電圧よりも高い所定の閾値電圧を超えると前記定電圧化手段に流れる電流を停止させる停止手段と、
を有し、
前記第１直流化電圧および前記第３直流化電圧の大きい方が前記補助電圧として前記スイッチング制御回路および前記アクティブフィルタ制御回路に供給されることを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項２】
前記定電圧化手段が第１ツェナーダイオードを有し、該第１ツェナーダイオードの降伏電圧によって前記第２直流化電圧を定電圧化して前記第３直流化電圧を生成する請求項１に記載のスイッチング電源装置であって、
前記定電圧手段は、前記停止手段によりオン／オフ制御されるスイッチ素子をさらに有し、
前記スイッチ素子がオンされることで前記第２直流化手段の出力と前記第１ツェナーダイオードとを導通させる一方、前記スイッチ素子がオフされることで前記第２直流化手段の出力と前記第１ツェナーダイオードとの導通を遮断することを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項３】
前記停止手段は第２ツェナーダイオードを有し、該第２ツェナーダイオードの降伏電圧によって前記所定の閾値電圧が定められ、
前記第２ツェナーダイオードが降伏することで前記スイッチ素子をオフさせることを特徴とする請求項２に記載のスイッチング電源装置。
【請求項４】
外部から入力された交流電圧を整流および平滑して得た一次側直流電圧が供給されるアクティブフィルタと、前記アクティブフィルタを制御するアクティブフィルタ制御回路と、前記アクティブフィルタの出力電圧をスイッチングしてスイッチング電圧を生成するスイッチング手段と、前記スイッチング手段を制御するスイッチング制御回路と、前記スイッチング電圧が供給される一次巻線と、二次巻線と、前記一次巻線と同一極性に巻回された第１および第２補助巻線とを有するトランスと、前記トランスの二次巻線の誘起電圧を整流および平滑して直流の二次側出力電圧を生成する出力電圧生成手段と、前記第１および第２補助巻線の誘起電圧に基づいて直流の補助電圧を生成し、該補助電圧を電源電圧として前記スイッチング制御回路および前記アクティブフィルタ制御回路に供給する補助電源部とを備えたスイッチング電源装置の起動方法であって、
前記補助電源部が、
前記第１補助巻線の誘起電圧を整流および平滑して第１直流化電圧を生成する第１直流化手段と、
前記第１および第２補助巻線の誘起電圧の和電圧を整流および平滑して第２直流化電圧を生成する第２直流化手段と、
前記第２直流化手段の出力側に設けられ、前記第２直流化電圧を制限して定電圧化することで第３直流化電圧を生成する定電圧化手段と、
前記第１直流化手段の出力側に設けられ、前記第１直流化電圧が前記第３直流化電圧よりも高い所定の閾値電圧を超えると前記定電圧化手段に流れる電流を停止させる停止手段と、
から構成され、
起動時に、前記第１直流化電圧が上昇して前記第３直流化電圧を超えると、前記補助電源部が、前記第３直流化電圧に代えて前記第１直流化電圧を前記補助電圧とし、その後、前記第１直流化電圧がさらに上昇して前記所定の閾値電圧を超えると、前記停止手段が、前記定電圧化手段に流れる電流を停止させることを特徴とするスイッチング電源装置の起動方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−２３９５８５（Ｐ２０１１−２３９５８５Ａ）
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１０９３８６（Ｐ２０１０−１０９３８６）
【出願日】平成２２年５月１１日（２０１０．５．１１）
【出願人】（０００００４６０６）ニチコン株式会社 (656)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１１日（２０１０．５．１１）
【出願人】（０００００４６０６）ニチコン株式会社 (656)
【Ｆターム（参考）】
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