JP7400995B2

JP7400995B2 - 力率改善スイッチング電源装置

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Publication number: JP7400995B2
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Inventors: 寛之高辻; 達也細谷; 祐樹石倉
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Description

本発明は、交流電圧を入力し直流電圧を出力する電源装置において、力率を改善するスイッチング電源装置に関する。

一般にＰＦＣコンバータと呼ばれる力率改善スイッチング電源装置は、交流ラインを入力、直流ラインを出力とするコンバータであり、整流平滑動作による力率の低下を改善するために電源装置の交流入力部に設けられる。

このような力率改善スイッチング電源装置では、電磁妨害波の発生を抑制するために、インピーダンスを備えた大型のコモンモードチョークコイルを多数使用する必要があるので、ＥＭＩノイズ対策回路となるフィルタ回路は大型かつコスト高になり、力率改善スイッチング電源装置自体が大型で高コストになるという問題がある。

特に、ダイオードブリッジ回路を備えないブリッジレスＰＦＣコンバータでは、出力となる直流ラインの電位は、アース電位に対して実質的にフローティングとなるため、大きなコモンモードノイズが発生して、スイッチング動作に起因する電磁雑音が交流の入力ラインに重畳され、その結果、電磁妨害波（ＥＭＩノイズ）が発生し、他の回路が電磁干渉を受けるおそれがある。

米国特許第７２１５５６０号明細書

小型かつ低コストにＥＭＩノイズを抑制する回路構成のブリッジレスＰＦＣコンバータとしては特許文献１が示されている。ＥＭＩノイズを低減させるには、ノイズ対策回路となるフィルタキャパシタ（特許文献１に記載のＣ１及びＣ２）の容量を大きくする必要がある。しかし、これらフィルタキャパシタの容量を大きくしすぎると、出力電圧を安定化するためにスイッチング素子をフィードバック制御する回路の動作に影響を与えて、異常動作するおそれがある。

フィードバック制御を正常に行うためには、フィードバック制御回路の電子部品を適切に変更したり、利得や位相を再調整する必要があり、設計期間の長期化が問題となる。

また、フィルタキャパシタの容量を大きくすると、漏れ電流が増大し、感電の危険性が高まるので、安全性の確保においても問題となる。

このように、力率改善スイッチング電源装置においては、ＥＭＩノイズの抑制とパワーインテグリティ（電源品質の確保）、そして力率改善スイッチング電源装置の設計期間の短縮などを同時に実現することが求められている。

そこで、本発明の目的は、フィードバック制御回路を備えた力率改善スイッチング電源装置において、コモンモードノイズがフィードバック制御に与える影響を抑制することにある。

本開示の一例としての力率改善スイッチング電源装置は、交流入力ラインに接続される力率改善回路を備え、前記力率改善回路は、インダクタと、前記インダクタにスイッチング電流を流すスイッチング回路と、前記インダクタに接続されて電圧を平滑する第１出力コンデンサと、前記第１出力コンデンサの電圧を検出する出力電圧検出回路と、前記交流入力ラインに流れる電流波形の概形が前記交流入力ラインの電圧波形の概形に追従するように、前記交流入力ライン間の電圧の変化に応じて前記スイッチング回路を制御し、かつ、前記第１出力コンデンサの出力電圧が所定電圧となるように前記スイッチング回路を制御するフィードバック制御回路を備えた力率改善制御回路と、前記交流入力ライン間に接続され、互いに直列接続された２つのコンデンサで構成される第１ハーフブリッジコンデンサ回路と、前記第１出力コンデンサより負荷側の直流出力ライン間に接続され、互いに直列接続された２つのコンデンサで構成される第２ハーフブリッジコンデンサ回路と、前記第１出力コンデンサと前記第２ハーフブリッジコンデンサ回路との間又は前記第１ハーフブリッジコンデンサ回路と前記スイッチング回路との間に設けられたコモンモードチョークコイルと、前記第１ハーフブリッジコンデンサ回路の中点と前記第２ハーフブリッジコンデンサ回路の中点とを電気的に接続して、アースやフレームグランドとは異なる電位のコモンモードノイズを平衡化するノイズ平衡回路を構成する電気経路と、を有する。

この構成により、前記ノイズ平衡回路は、コモンモードノイズが前記フィードバック制御回路に与える影響を抑制することを特徴とする。

本発明によれば、力率改善スイッチング電源回路において、コモンモードノイズがフィードバック制御に与える影響を抑制できる。

図１は第１の実施形態に係る力率改善スイッチング電源装置１０１の回路図である。図２は、力率改善回路１０内の具体的構成を示す、力率改善スイッチング電源装置１０１の回路図である。図３は第２の実施形態に係る力率改善スイッチング電源装置１０２Ａの回路図である。図４は第２の実施形態に係る別の力率改善スイッチング電源装置１０２Ｂの回路図である。図５は第３の実施形態に係る力率改善スイッチング電源装置１０３の回路図である。図６は第４の実施形態に係る力率改善スイッチング電源装置１０４Ａの回路図である。図７は第４の実施形態に係る別の力率改善スイッチング電源装置１０４Ｂの回路図である。図８は第５の実施形態に係る力率改善スイッチング電源装置１０５Ａ及び１０５Ｂの回路図である。図９は第５の実施形態に係る更に別の力率改善スイッチング電源装置１０５Ｃ，１０５Ｄ，１０５Ｅの回路図である。図１０は第６の実施形態に係る力率改善スイッチング電源装置１０６Ａの回路図である。図１１は第６の実施形態に係る別の力率改善スイッチング電源装置１０６Ｂの回路図である。図１２は第７の実施形態に係る力率改善スイッチング電源装置１０７の回路図である。図１３は第８の実施形態に係る力率改善スイッチング電源装置１０８の回路図である。図１４は第９の実施形態に係る力率改善スイッチング電源装置１０９の回路図である。

以降、図を参照して幾つかの具体的な例を挙げて、本発明を実施するための複数の形態を示す。各図中には同一箇所に同一符号を付している。要点の説明又は理解の容易性を考慮して、実施形態を説明の便宜上、複数の実施形態に分けて示すが、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換又は組み合わせは可能である。第２の実施形態以降では第１の実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。

《第１の実施形態》
図１は第１の実施形態に係る力率改善スイッチング電源装置１０１の回路図である。この力率改善スイッチング電源装置１０１は、商用交流電源ＡＣと負荷回路ＲＬとの間に接続される回路である。また、この力率改善スイッチング電源装置１０１は交流入力ラインＡＣＬと直流出力ラインＤＣＬとを備える。また、この力率改善スイッチング電源装置１０１は、力率改善回路１０と、交流入力ラインＡＣＬ間に接続され、互いに直列接続されたコンデンサＣ１１，Ｃ１２で構成される回路２１（以降、「第１ハーフブリッジコンデンサ回路」という。）と、直流出力ラインＤＣＬ間に接続され、互いに直列接続されたコンデンサＣ２１，Ｃ２２で構成される回路２２（以降、「第２ハーフブリッジコンデンサ回路」という。）と、力率改善回路１０と第２ハーフブリッジコンデンサ回路２２との間に設けられたコモンモードチョークコイル３１と、を備える。

力率改善スイッチング電源装置１０１は、第１ハーフブリッジコンデンサ回路２１の中点と第２ハーフブリッジコンデンサ回路２２の中点とを電気的に接続する電気経路１を備える。第１ハーフブリッジコンデンサ回路２１の中点と第２ハーフブリッジコンデンサ回路の２２中点とが電気経路１で電気的に接続されたことにより、アースやフレームグランドとは異なる電位のコモンモードノイズを平衡化するノイズ平衡回路が構成されている。より具体的には、コモンモードノイズは、比較的周波数が高く、位相も揃っていない。したがって、これらのコモンモードノイズが電気経路１に流れることによって互いに相殺され、コモンモードノイズは、平衡化される。

図２は、力率改善回路１０内の具体的構成を示す、力率改善スイッチング電源装置１０１の回路図である。力率改善回路１０は、交流入力ラインＡＣＬに直列接続されたインダクタＬ１，Ｌ２と、整流回路１１と、整流回路１１の出力電圧を比較的小さな時定数で平滑する第１出力コンデンサＣｏ１と、整流回路１１の出力電圧を検出する出力電圧検出回路１３と、フィードバック制御回路１４とを備える。

整流回路１１は、ダイオードＤ１，Ｄ２及びスイッチング回路１２で構成されている。スイッチング回路１２はスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２で構成され、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチングにより、インダクタＬ１，Ｌ２にスイッチング電流が流れる。フィードバック制御回路１４は、交流入力ラインＡＣＬに流れる電流波形の概形が交流入力ラインＡＣＬの電圧波形の概形に追従するように、交流入力ライン間の電圧の変化に応じてスイッチング回路１２を制御し、かつ、第１出力コンデンサＣｏ１の出力電圧が所定電圧となるようにスイッチング回路１２を制御する。

本実施形態によれば、次に挙げるような作用効果を奏する。

・第１ハーフブリッジコンデンサ回路２１の中点と第２ハーフブリッジコンデンサ回路２２の中点とを電気経路１で電気的に接続することにより、コモンモードノイズに対する平衡回路が形成されるので、フィードバック制御にほとんど影響を与えず、直流出力の電位変動およびコモンモードノイズを抑制できる。

・第１ハーフブリッジコンデンサ回路の中点はアースやフレームグランドに接地されないので、この第１ハーフブリッジコンデンサ回路２１に大容量のコンデンサを用いても、漏れ電流をあまり増大させることなく、ＥＭＩノイズを低減できる。

・電気経路１はアースやフレームグランドとは異なる電位に保たれるので、漏れ電流があまり増大せず、例えば１ｍＡ以下に抑えられ、感電の危険性が高まらない。

・フィードバック制御回路１４よりも後段にコモンモードチョークコイル３１を接続したことにより、ハーフブリッジコンデンサに流れるコモンモード電流を低減でき、フィードバック回路へ与える影響を抑制できる。そのため、スイッチング電源装置の安定動作とＥＭＩノイズの抑制を両立できる。これにより、フィードバック制御回路１４の調整が不要になり、設計期間を短縮できる。

・これらの複合的な技術により、小型、低コストに、ＥＭＩノイズの抑制とパワーインテグリティ、そして設計期間短縮などを同時に両立する、力率改善スイッチング電源装置を実現できる。

すなわち、力率改善スイッチング電源装置１０１の構成を備えることによって、スイッチング動作により発生するコモンモードノイズに対するノイズ平衡回路が形成され、直流出力の電位変動およびコモンモードノイズが抑制され、かつ、フィルタキャパシタの容量を大きくしてもフィードバック制御がほとんど影響を受けることがなく、かつ、漏れ電流の増大が少ない力率改善スイッチング電源装置が得られる。さらに、力率改善スイッチング電源装置１０１の構成を備えることによって、フィルタキャパシタの容量を大きくしてもフィードバック制御がほとんど影響を受けないことや漏洩電流の増大が少ないことにより再設計などが不要となり、設計期間の大幅な短縮が可能となる。また、このことにより、ＥＭＩノイズの抑制とパワーインテグリティ（電源品質の確保）、そして力率改善スイッチング電源装置の設計期間短縮化が同時に実現できる。

《第２の実施形態》
第２の実施形態では入力コンデンサを備える力率改善スイッチング電源装置及び第２出力コンデンサを備える力率改善スイッチング電源装置について例示する。

図３は第２の実施形態に係る力率改善スイッチング電源装置１０２Ａの回路図である。この力率改善スイッチング電源装置１０２Ａは、商用交流電源ＡＣと負荷回路ＲＬとの間に接続される回路である。この力率改善スイッチング電源装置１０２Ａは交流入力ラインＡＣＬと直流出力ラインＤＣＬとを備える。この力率改善スイッチング電源装置１０２Ａは、力率改善回路１０と、第１ハーフブリッジコンデンサ回路２１と、第２ハーフブリッジコンデンサ回路２２と、コモンモードチョークコイル３１と、を備える。力率改善スイッチング電源装置１０２Ａは、第１ハーフブリッジコンデンサ回路２１に並列接続された入力コンデンサＣ１を更に備える。

このように入力コンデンサＣ１を備えることにより、入力コンデンサＣ１によるＥＭＩノイズの低減効果が向上する。

図４は第２の実施形態に係る別の力率改善スイッチング電源装置１０２Ｂの回路図である。この力率改善スイッチング電源装置１０２Ｂは、商用交流電源ＡＣと負荷回路ＲＬとの間に接続される回路である。この力率改善スイッチング電源装置１０２Ｂは交流入力ラインＡＣＬと直流出力ラインＤＣＬとを備える。この力率改善スイッチング電源装置１０２Ｂは、力率改善回路１０と、第１ハーフブリッジコンデンサ回路２１と、第２ハーフブリッジコンデンサ回路２２と、コモンモードチョークコイル３１と、を備える。力率改善スイッチング電源装置１０２Ｂは、第２ハーフブリッジコンデンサ回路２２に並列接続された第２出力コンデンサＣｏ２を備える。

このように第２出力コンデンサＣｏ２を備えることにより、負荷回路ＲＬから流入するノイズを抑制する効果が向上する。

《第３の実施形態》
第３の実施形態では、ＡＣラインフィルタ回路を備える力率改善スイッチング電源装置１０３について例示する。

図５は第３の実施形態に係る力率改善スイッチング電源装置１０３の回路図である。この力率改善スイッチング電源装置１０３は、商用交流電源ＡＣと負荷回路ＲＬとの間に接続される回路である。この力率改善スイッチング電源装置１０３は、力率改善回路１０と、第１ハーフブリッジコンデンサ回路２１と、第２ハーフブリッジコンデンサ回路２２と、力率改善回路１０と第２ハーフブリッジコンデンサ回路２２との間に設けられたコモンモードチョークコイル３１と、を備える。

本実施形態の力率改善スイッチング電源装置１０３は、交流入力ラインＡＣＬと第１ハーフブリッジコンデンサ回路２１との間に接続されたＡＣラインフィルタ回路４を備える。

ＡＣラインフィルタ回路４は、ＡＣライン間に並列接続されたコンデンサＣ４１，Ｃ４２，Ｃ４３と、ＡＣライン間に接続されたコンデンサＣ４４，Ｃ４５によるラインバイパスコンデンサ回路と、コモンモードチョークコイル４１，４２とを備える。ラインバイパスコンデンサ回路の中点はアースやフレームグランドに接地されている。

このようにＡＣラインフィルタ回路４を備えることにより、ＥＭＩノイズ低減効果がさらに向上する。例えば、１５０ｋＨｚから３０ＭＨｚの周波数帯のうち低い周波数帯である１５０ｋＨｚ帯のコモンモードノイズの抑制を行う。

ラインバイパスコンデンサ回路を構成するコンデンサＣ４４，Ｃ４５を通してアースやフレームグランドに漏れ電流が流れるが、感電防止の面で、この漏れ電流は例えば１ｍＡ以下にする必要があるので、コンデンサＣ４４，Ｃ４５の容量はあまり大きくできない。そのため、ラインバイパスコンデンサ回路によるコモンノイズの抑制効果はあまり高くない。これに対し、第１ハーフブリッジコンデンサ回路２１の中点と第２ハーフブリッジコンデンサ回路２２の中点はアースやフレームグランドに接地されないので、漏れ電流による感電の問題がなく、コンデンサＣ１１，Ｃ１２，Ｃ２１，Ｃ２２の容量値は大きく設定できる。そのことにより、コモンモードノイズの抑制効果が高い。

また、コモンモードチョークコイル３１を構成するコイルＬ１１，Ｌ１２の自己インダクタンス値は、ＡＣラインフィルタ用コモンモードチョークコイル４１，４２を構成するコイルＬ４１，Ｌ４２，Ｌ４３，Ｌ４４のうち最も高い自己インダクタンス値よりも小さい。例えばコイルＬ４１，Ｌ４２，Ｌ４３，Ｌ４４のインダクタンスは１～３ｍＨ（数ｍＨオーダー）であるのに対し、コイルＬ１１，Ｌ１２のインダクタンスは５００μＨ（数百μＨオーダー）である。このことより、機器の小型化や低コスト化が可能になる。

《第４の実施形態》
第４の実施形態では、コモンモードチョークコイルと力率改善回路との接続関係がこれまでに示した例とは異なる力率改善スイッチング電源装置について例示する。

図６は第４の実施形態に係る力率改善スイッチング電源装置１０４Ａの回路図である。この力率改善スイッチング電源装置１０４Ａは、商用交流電源ＡＣと負荷回路ＲＬとの間に接続される回路である。この力率改善スイッチング電源装置１０４Ａは交流入力ラインＡＣＬと直流出力ラインＤＣＬとを備える。この力率改善スイッチング電源装置１０４Ａは、力率改善回路１０と、第１ハーフブリッジコンデンサ回路２１と、第２ハーフブリッジコンデンサ回路２２と、コモンモードチョークコイル３１と、を備える。

第１の実施形態の力率改善スイッチング電源装置１０１では、図１に示したように、コモンモードチョークコイル３１は、力率改善回路１０と第２ハーフブリッジコンデンサ回路２２との間に接続されていたが、本実施形態の力率改善スイッチング電源装置１０４Ａでは、コモンモードチョークコイル３１は、第１ハーフブリッジコンデンサ回路２１と力率改善回路１０との間に接続されている。

図７は第４の実施形態に係る別の力率改善スイッチング電源装置１０４Ｂの回路図である。この力率改善スイッチング電源装置１０４Ｂは、商用交流電源ＡＣと負荷回路ＲＬとの間に接続される回路である。この力率改善スイッチング電源装置１０４Ｂは、力率改善回路１０と、第１ハーフブリッジコンデンサ回路２１と、第２ハーフブリッジコンデンサ回路２２と、力率改善回路１０とコモンモードチョークコイル３１と、を備える。

図５に示したように、第３の実施形態の力率改善スイッチング電源装置１０３では、コモンモードチョークコイル３１は、力率改善回路１０と第２ハーフブリッジコンデンサ回路２２との間に接続されていたが、第４の実施形態の力率改善スイッチング電源装置１０４Ｂでは、コモンモードチョークコイル３１がＡＣラインフィルタ回路４と力率改善回路１０との間に接続されている。

第４の実施形態でも第１の実施形態と同様の作用効果を奏する。

《第５の実施形態》
第５の実施形態では、電気経路１にインピーダンス素子が接続された力率改善スイッチング電源装置について例示する。

図８は第５の実施形態に係る力率改善スイッチング電源装置１０５Ａ及び１０５Ｂの回路図である。これら力率改善スイッチング電源装置１０５Ａ，１０５Ｂは、力率改善回路１０と、第１ハーフブリッジコンデンサ回路２１と、第２ハーフブリッジコンデンサ回路２２と、コモンモードチョークコイル３１と、を備える。また、第１ハーフブリッジコンデンサ回路２１の中点と第２ハーフブリッジコンデンサ回路２２の中点とを電気的に接続する電気経路１を備える。

力率改善スイッチング電源装置１０５Ａの電気経路１にはインピーダンス素子Ｚ１が直列に接続されている。このインピーダンス素子Ｚ１は少なくともインダクタンス成分又は抵抗成分を有する。

力率改善スイッチング電源装置１０５Ｂの電気経路１とグランドとの間にはインピーダンス素子Ｚ２が接続されている。このインピーダンス素子Ｚ２は、少なくともキャパシタンス成分、インダクタンス成分又は抵抗成分を有する。この「グランド」は、アースやフレームグランドである。

力率改善スイッチング電源装置１０５Ａのように、電気経路１にインピーダンス素子Ｚ１を直列接続することにより、コモンモードチョークコイル３１によるコモンモードノイズの抑制効果が不十分であっても、インピーダンス素子Ｚ１により、コモンモードノイズの抑制が補われる。つまり、第１ハーフブリッジコンデンサ回路２１と第２ハーフブリッジコンデンサ回路２２とが電気経路１を通して平衡するために移動するエネルギーを、インピーダンス素子Ｚ１が熱として消費するので、それだけコモンモードノイズが抑制される。

力率改善スイッチング電源装置１０５Ｂでは、電気経路１とグランドとの間にインピーダンス素子Ｚ２が接続されている。このインピーダンス素子Ｚ２は少なくともキャパシタンス成分、インダクタンス成分又は抵抗成分を有する。

このように、電気経路１とグランドとの間にインピーダンス素子Ｚ２を接続することにより、コモンモードチョークコイル３１によるコモンモードノイズの抑制効果が不十分であっても、インピーダンス素子Ｚ２により、コモンモードノイズの抑制が補われる。つまり、第１ハーフブリッジコンデンサ回路２１と第２ハーフブリッジコンデンサ回路２２とが電気経路１を通して平衡するために流れる電流がインピーダンス素子Ｚ２を通してグランドに流れる。この電流（漏れ電流）はラインバイパスコンデンサ回路を設けた場合に、そのラインバイパスコンデンサ回路からグランドに漏れる電流に比べれば少ない。そのため、漏洩電流が増大することはなく、かつ、フィードバック回路へ与える影響をより低減できる。

図９は第５の実施形態に係る更に別の力率改善スイッチング電源装置１０５Ｃ，１０５Ｄ，１０５Ｅの回路図である。これら力率改善スイッチング電源装置１０５Ｃ，１０５Ｄ，１０５Ｅでは、電気経路１とグランドとの間にインピーダンス素子Ｚ２が接続されている。

力率改善スイッチング電源装置１０５Ｃでは、電気経路１に対するインピーダンス素子Ｚ２の接続点と第２ハーフブリッジコンデンサ回路２２の中点との間にインピーダンス素子Ｚ１が直列に接続されている。また、力率改善スイッチング電源装置１０５Ｄでは、電気経路１に対するインピーダンス素子Ｚ２の接続点と第１ハーフブリッジコンデンサ回路２１の中点との間にインピーダンス素子Ｚ３が直列に接続されている。力率改善スイッチング電源装置１０５Ｅでは、電気経路１に対するインピーダンス素子Ｚ２の接続点と第２ハーフブリッジコンデンサ回路２２の中点との間にインピーダンス素子Ｚ１が直列に接続されていて、電気経路１に対するインピーダンス素子Ｚ２の接続点と第１ハーフブリッジコンデンサ回路２１の中点との間にインピーダンス素子Ｚ３が直列に接続されている。

図９に示した各力率改善スイッチング電源装置１０５Ｃ，１０５Ｄ，１０５Ｅにおいて、インピーダンス素子Ｚ１，Ｚ３が抵抗又はインダクタであり、インピーダンス素子Ｚ２がキャパシタであれば、これらインピーダンス素子によってローパスフィルタが構成される。また、インピーダンス素子Ｚ１，Ｚ３がキャパシタであり、インピーダンス素子Ｚ２が抵抗又はインダクタであれば、これらインピーダンス素子によってハイパスフィルタが構成される。

このように、電気経路１に周波数フィルタを接続することにより、直流出力ラインＤＣＬへ出力されるコモンモード電圧の変動に対する、交流入力ラインＡＣＬのコモンモード電圧へのフィードバックの応答性を適宜定めることができる。

《第６の実施形態》
第６の実施形態では、整流回路１１及びスイッチング回路１２の構成がこれまでに示した例とは異なる力率改善スイッチング電源装置について示す。

図１０は第６の実施形態に係る力率改善スイッチング電源装置１０６Ａの回路図である。この力率改善スイッチング電源装置１０６Ａの力率改善回路１０は、交流入力ラインＡＣＬに直列接続されたインダクタＬ１，Ｌ２と、整流回路１１と、整流回路１１の出力電圧を平滑する第１出力コンデンサＣｏ１と、整流回路１１の出力電圧を検出する出力電圧検出回路１３と、フィードバック制御回路１４とを備える。

整流回路１１は、ダイオードＤ１，Ｄ２及びスイッチング回路１２で構成されている。スイッチング回路１２はスイッチ素子Ｑ１，Ｑ３で構成され、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ３のスイッチングにより、インダクタＬ１，Ｌ２にスイッチング電流が流れる。その他の構成は第１の実施形態で図２に示した回路の構成と同様である。このように、ハイサイドとローサイドにスイッチ素子を設けてもよい。

図１１は第６の実施形態に係る別の力率改善スイッチング電源装置１０６Ｂの回路図である。この力率改善スイッチング電源装置１０６Ｂの力率改善回路１０の整流回路１１は、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４で構成されている。これらスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４のスイッチングにより、インダクタＬ１，Ｌ２にスイッチング電流が流れる。その他の構成は第１の実施形態で図２に示した回路の構成と同様である。このように、４つのスイッチ素子でブリッジ回路構成のスイッチング回路及び整流回路を構成してもよい。

《第７の実施形態》
第７の実施形態では、インダクタの構成がこれまでに示した例とは異なる力率改善スイッチング電源装置について示す。

図１２は第７の実施形態に係る力率改善スイッチング電源装置１０７の回路図である。力率改善回路１０は、交流入力ラインＡＣＬに直列接続されたインダクタＬ１と、整流回路１１と、整流回路１１の出力電圧を平滑する第１出力コンデンサＣｏ１と、整流回路１１の出力電圧を検出する出力電圧検出回路１３と、フィードバック制御回路１４を備える。第１の実施形態において、図２に示した例とは異なり、交流入力ラインＡＣＬの一方のラインにのみインダクタＬ１が接続されている。その他の構成は第１の実施形態で示したとおりである。このように、スイッチング回路によってスイッチング電流が流れるインダクタは交流入力ラインＡＣＬの一方のラインにのみ設けてもよい。

《第８の実施形態》
第８の実施形態では、整流回路１１及びスイッチング回路１２の構成がこれまでに示した例とは異なる力率改善スイッチング電源装置について示す。

図１３は第８の実施形態に係る力率改善スイッチング電源装置１０８の回路図である。力率改善回路１０は、交流入力ラインＡＣＬに直列接続されたインダクタＬ１Ａ，Ｌ１Ｂと、整流回路１１と、整流回路１１の出力電圧を比較的小さな時定数で平滑する第１出力コンデンサＣｏ１と、整流回路１１の出力電圧を検出する出力電圧検出回路１３と、フィードバック制御回路１４を備える。

整流回路１１はダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３及びスイッチング回路１２とで構成されている。スイッチング回路１２はスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３で構成されている。ダイオードＤ１とスイッチ素子Ｑ１とは直列に接続されていて、その接続点にインダクタＬ１Ａの一端が接続されている。ダイオードＤ３とスイッチ素子Ｑ３とは直列に接続されていて、その接続点にインダクタＬ１Ｂの一端が接続されている。また、ダイオードＤ２とスイッチ素子Ｑ２とは直列に接続されていて、その接続点は、インダクタＬ１Ａ，Ｌ１Ｂが接続されていない側の交流入力ラインＡＣＬに接続されている。

フィードバック制御回路１４は、スイッチ素子Ｑ１及びスイッチ素子Ｑ２のオンと、スイッチ素子Ｑ３及びスイッチ素子Ｑ２のオンと、を交互に行う。このように、インターリーブ動作する整流回路１１を設けてもよい。

《第９の実施形態》
第９の実施形態では、ダイオードブリッジを備える力率改善スイッチング電源装置について例示する。

図１４は第９の実施形態に係る力率改善スイッチング電源装置１０９の回路図である。この力率改善スイッチング電源装置１０９は、商用交流電源ＡＣと負荷回路ＲＬとの間に接続される回路である。また、この力率改善スイッチング電源装置１０９は、交流入力ラインＡＣＬ間に接続され、互いに直列接続された２つのコンデンサで構成される第１ハーフブリッジコンデンサ回路２１と、直流出力ラインＤＣＬ間に接続され、互いに直列接続された２つのコンデンサで構成される第２ハーフブリッジコンデンサ回路２２と、力率改善回路１０と、コモンモードチョークコイル３１と、ダイオードブリッジ回路ＤＢと、を備える。

ダイオードブリッジ回路ＤＢは交流入力ラインＡＣＬの交流電圧を全波整流する。力率改善回路１０は、出力電圧検出回路１３、第１出力コンデンサＣｏ１、インダクタＬ５、スイッチ素子Ｑ５、ダイオードＤ５及びコンデンサＣ５で構成されている。

インダクタＬ５、スイッチ素子Ｑ５、ダイオードＤ５及びコンデンサＣ５によって昇圧チョッパー回路が構成されている。スイッチ素子Ｑ５はスイッチング回路１２を構成している。フィードバック制御回路１４は、交流入力ラインＡＣＬに流れる電流波形の概形が交流入力ラインＡＣＬの電圧波形の概形に追従するように、交流入力ライン間の電圧の変化に応じてスイッチング回路１２を制御し、かつ、第１出力コンデンサＣｏ１の出力電圧が所定電圧となるようにスイッチング回路１２を制御する。

本発明は、本実施形態に示すように、交流入力ラインＡＣＬとスイッチング回路１２との間にダイオードブリッジ回路ＤＢを備える回路にも適用できる。

最後に、本発明は上述した実施形態に限られるものではない。当業者によって適宜変形及び変更が可能である。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲内と均等の範囲内での実施形態からの変形及び変更が含まれる。

ＡＣ…商用交流電源
ＡＣＬ…交流入力ライン
Ｃ１…入力コンデンサ
Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ２１，Ｃ２２…コンデンサ
Ｃ４１，Ｃ４２，Ｃ４３，Ｃ４４，Ｃ４５…コンデンサ
Ｃ５…コンデンサ
Ｃｏ１…第１出力コンデンサ
Ｃｏ２…第２出力コンデンサ
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ５…ダイオード
ＤＢ…ダイオードブリッジ回路
ＤＣＬ…直流出力ライン
Ｌ１，Ｌ２…インダクタ
Ｌ１１，Ｌ１２…コイル
Ｌ１Ａ，Ｌ１Ｂ…インダクタ
Ｌ４１，Ｌ４２，Ｌ４３，Ｌ４４…コイル
Ｌ５…インダクタ
Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５…スイッチ素子
ＲＬ…負荷回路
Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３…インピーダンス素子
１…電気経路
４…ＡＣラインフィルタ回路
１０…力率改善回路
１１…整流回路
１２…スイッチング回路
１３…出力電圧検出回路
１４…フィードバック制御回路
２１…第１ハーフブリッジコンデンサ回路
２２…第２ハーフブリッジコンデンサ回路
３１…コモンモードチョークコイル
４１，４２…ＡＣラインフィルタ用コモンモードチョークコイル
１０１，１０２Ａ，１０２Ｂ，１０３，１０４Ａ，１０４Ｂ，１０５Ａ，１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃ，１０５Ｄ，１０５Ｅ，１０６Ａ，１０６Ｂ，１０７，１０８，１０９…力率改善スイッチング電源装置

Claims

交流入力ラインに接続される力率改善回路を備え、
前記力率改善回路は、
インダクタと、
前記インダクタにスイッチング電流を流すスイッチング回路と、
前記インダクタに接続されて電圧を平滑する第１出力コンデンサと、
前記第１出力コンデンサの電圧を検出する出力電圧検出回路と、
前記交流入力ラインに流れる電流波形の概形が前記交流入力ラインの電圧波形の概形に追従するように、前記交流入力ライン間の電圧の変化に応じて前記スイッチング回路を制御し、かつ、前記第１出力コンデンサの出力電圧が所定電圧となるように前記スイッチング回路を制御するフィードバック制御回路と、を備えた、
力率改善スイッチング電源装置であって、
前記交流入力ライン間に接続され、互いに直列接続された２つのコンデンサで構成される第１ハーフブリッジコンデンサ回路と、
前記第１出力コンデンサより負荷側の直流出力ライン間に接続され、互いに直列接続された２つのコンデンサで構成される第２ハーフブリッジコンデンサ回路と、
前記第１出力コンデンサと前記第２ハーフブリッジコンデンサ回路との間又は前記第１ハーフブリッジコンデンサ回路と前記スイッチング回路との間に設けられたコモンモードチョークコイルと、
前記第１ハーフブリッジコンデンサ回路の中点と前記第２ハーフブリッジコンデンサ回路の中点とを電気的に接続しノイズ平衡回路を構成する電気経路と、
を有する、
力率改善スイッチング電源装置。
交流入力ラインに接続される力率改善回路を備え、
前記力率改善回路は、
インダクタと、
前記インダクタにスイッチング電流を流すスイッチング回路と、
前記インダクタに接続されて電圧を平滑する第１出力コンデンサと、
前記第１出力コンデンサの電圧を検出する出力電圧検出回路と、
前記交流入力ラインに流れる電流波形の概形が前記交流入力ラインの電圧波形の概形に追従するように、前記交流入力ライン間の電圧の変化に応じて前記スイッチング回路を制御し、かつ、前記第１出力コンデンサの出力電圧が所定電圧となるように前記スイッチング回路を制御するフィードバック制御回路と、を備えた、
力率改善スイッチング電源装置であって、
前記交流入力ライン間に接続され、互いに直列接続された２つのコンデンサで構成される第１ハーフブリッジコンデンサ回路と、
前記第１出力コンデンサより負荷側の直流出力ライン間に接続され、互いに直列接続された２つのコンデンサで構成される第２ハーフブリッジコンデンサ回路と、
前記第１出力コンデンサと前記第２ハーフブリッジコンデンサ回路との間又は前記第１ハーフブリッジコンデンサ回路と前記スイッチング回路との間に設けられたコモンモードチョークコイルと、
前記第１ハーフブリッジコンデンサ回路の中点と前記第２ハーフブリッジコンデンサ回路の中点とを電気的に接続して、グランドとは異なる電位のコモンモードノイズを平衡化するノイズ平衡回路を構成する電気経路と、
を有する、
力率改善スイッチング電源装置。
交流入力ラインに接続される力率改善回路を備え、
前記力率改善回路は、
インダクタと、
前記インダクタにスイッチング電流を流すスイッチング回路と、
前記インダクタに接続されて電圧を平滑する第１出力コンデンサと、
前記第１出力コンデンサの電圧を検出する出力電圧検出回路と、
前記交流入力ラインに流れる電流波形の概形が前記交流入力ラインの電圧波形の概形に追従するように、前記交流入力ライン間の電圧の変化に応じて前記スイッチング回路を制御し、かつ、前記第１出力コンデンサの出力電圧が所定電圧となるように前記スイッチング回路を制御するフィードバック制御回路と、を備えた、
力率改善スイッチング電源装置であって、
前記交流入力ライン間に接続され、互いに直列接続された２つのコンデンサで構成される第１ハーフブリッジコンデンサ回路と、
前記第１出力コンデンサより負荷側の直流出力ライン間に接続され、互いに直列接続された２つのコンデンサで構成される第２ハーフブリッジコンデンサ回路と、
前記第１出力コンデンサと前記第２ハーフブリッジコンデンサ回路との間又は前記第１ハーフブリッジコンデンサ回路と前記スイッチング回路との間に設けられたコモンモードチョークコイルと、
前記第１ハーフブリッジコンデンサ回路の中点と前記第２ハーフブリッジコンデンサ回路の中点とを電気的に接続して、グランドとは異なる電位のコモンモードノイズを平衡化するノイズ平衡回路を構成する電気経路と、
を有し、
前記ノイズ平衡回路は、コモンモードノイズが前記フィードバック制御回路に与える影響を抑制することを特徴とする、
力率改善スイッチング電源装置。
前記交流入力ラインと前記スイッチング回路との間に接続された整流回路を備える、
請求項１から３のいずれかに記載の力率改善スイッチング電源装置。
前記スイッチング回路は、前記整流回路の一部又は全部を構成するスイッチング素子により構成された、
請求項４に記載の力率改善スイッチング電源装置。
前記第１ハーフブリッジコンデンサ回路に並列接続された入力コンデンサを備える、
請求項１から５のいずれかに記載の力率改善スイッチング電源装置。
前記第２ハーフブリッジコンデンサ回路に並列接続された第２出力コンデンサを備える、
請求項１から６のいずれかに記載の力率改善スイッチング電源装置。
前記交流入力ラインと前記第１ハーフブリッジコンデンサ回路との間に接続されたＡＣラインフィルタ回路を備える、
請求項１から７のいずれかに記載の力率改善スイッチング電源装置。
前記ＡＣラインフィルタ回路はＡＣラインフィルタ用コモンモードチョークコイルを有し、
前記コモンモードチョークコイルの自己インダクタンスは前記ＡＣラインフィルタ用コモンモードチョークコイルのうち最も高い自己インダクタンスよりも小さい、
請求項８に記載の力率改善スイッチング電源装置。
前記電気経路に直列に接続され、インダクタンス成分又は抵抗成分を有するインピーダンス素子を備える、
請求項１から９のいずれかに記載の力率改善スイッチング電源装置。
前記電気経路と前記グランドとの間に接続され、キャパシタンス成分、インダクタンス成分又は抵抗成分を有するインピーダンス素子を備える、
請求項１から１０のいずれかに記載の力率改善スイッチング電源装置。