JPH10323044A

JPH10323044A - 電源回路

Info

Publication number: JPH10323044A
Application number: JP12706397A
Authority: JP
Inventors: Shinji Kaneko; 真二金子
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1997-05-16
Filing date: 1997-05-16
Publication date: 1998-12-04

Abstract

(57)【要約】【課題】交流から直流に変換する電源回路において、
サージ電流を防止でき、電力損失を低減できるようにす
る。【解決手段】ブリッジダイオードＢＤ１と平滑コンデ
ンサＣ１との間には、フォトリレースイッチ２のトラン
ジスタ２ａが設けられている。トランジスタ２ａは、一
体に形成された発光ダイオード２ｂが発光することによ
ってトランジスタ２ａがオンとなる。リレー制御回路３
は、スイッチＳＷ１がオンとなると、ＡＣ入力に同期し
てデューティ比０％から徐々に上昇するように、フォト
リレースイッチ２のオン状態をＰＷＭ（Pulse Width Mo
dulation）制御する。これにより、平滑コンデンサＣ１
には、徐々に電流が流れるので、サージ電流の発生が阻
止される。また、フォトリレースイッチ２のトランジス
タ２ａは、オン抵抗が数十ｍΩなので、その電力損失は
小さい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は交流から直流に変換
する電源回路に関し、特にＡＣ入力に同期してＤＣに変
換する電源回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＡＣ／ＤＣコンバータなどの電源回路に
は、ＡＣラインにまたがって平滑コンデンサが接続され
ている。しかし、電源スイッチの投入時には、この平滑
コンデンサが短絡に近い状態になるので、回路内にいわ
ゆるサージ電流が流れてしまう。従来、このサージ電流
を防止するため、サイリスタやパワーサーミスタを使用
する方法がとられている。

【０００３】図７はサイリスタを使用してサージ電流の
防止を図った電源回路の構成を示す図である。電源回路
２０には、入力側からのＡＣ電源を整流するブリッジダ
イオードＢＤ２０と、整流出力を平滑する平滑コンデン
サＣ２０が設けられている。また、ブリッジダイオード
ＢＤ２０と平滑コンデンサＣ２０との間のラインには、
サイリスタ２１が設けられている。また、サイリスタ２
１には、抵抗Ｒ２０が並列に接続されている。

【０００４】このような電源回路２０では、スイッチＳ
Ｗ２０が投入されると、しばらくの間、平滑コンデンサ
Ｃ２０が充電されるが、このときの電流は抵抗Ｒ２０に
よって制限される。これにより、電源投入時のサージ電
流が防止される。そして、充電がある程度進んだところ
で、図示されていない制御回路からサイリスタ２１にゲ
ート信号が送られ、抵抗Ｒ２０の両端が短絡される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、サイリスタ
は、順電圧が小電流（１Ａ時程度）では１Ｖ程度と小さ
いが、１０Ａ程度の大電流では１．５Ｖと大きく、電力
損失も１５Ｗと大きくなってしまう。このため、発熱量
が多く、電源装置内の温度上昇により、信頼性や寿命の
低下を招くおそれがあった。また、電流制限用の抵抗Ｒ
２０に過大電流が流れるため、劣化を起こしやすく、断
線等の故障が多いため、信頼性の低下の原因となってい
た。

【０００６】一方、サイリスタに代えてパワーサーミス
タを使用した場合、その抵抗温度特性は、２５°Ｃから
８０°Ｃまでの間に抵抗が１／８倍になる。例えば２５
°Ｃで１０Ωのものを１Ａの電流で使用すると、動作状
態で温度が上昇したときには、１．３Ω程度となり、電
力損失は１．３Ｗとなる。しかし、これを例えば１０Ａ
の大電流で使用すると、電力損失は１３Ｗとなり、サイ
リスタ同様に大きくなってしまう。

【０００７】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、サージ電流を防止でき、電力損失を低減でき
る電源回路を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明では上記課題を解
決するために、交流から直流に変換する電源回路におい
て、平滑コンデンサの前段に設けられ、ラインの電流の
オン、オフを切り換えるフォトリレースイッチと、前記
フォトリレースイッチのオン状態を、前記ＡＣ入力に同
期してデューティ比０％から徐々に上昇するようにＰＷ
Ｍ（Pulse Width Modulation）制御するリレー制御回路
と、を有することを特徴とする電源回路が提供される。

【０００９】このような電源回路では、平滑コンデンサ
の前段に設けられたフォトリレースイッチのオン状態
を、ＡＣ入力に同期してデューティ比０％から徐々に上
昇するようにＰＷＭ制御する。これにより、ＡＣ電源投
入時のサージ電流を阻止するとともに、フォトリレース
イッチを使用することにより消費電力が低減される。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一形態を図面を参
照して説明する。図１は本発明の電源回路の原理図であ
る。電源回路１のＡＣライン１Ｌ（Live），１Ｎ（neut
ral ）間には、整流用のブリッジダイオードＢＤ１と平
滑コンデンサＣ１が設けられている。このブリッジダイ
オードＢＤ１と平滑コンデンサＣ１との間のライン上に
は、フォトリレースイッチ２のトランジスタ２ａが接続
されている。トランジスタ２ａは、一体形成された発光
ダイオード２ｂが発光することによって、そのゲート
（Ｇ）に電圧が印加され、ドレイン（Ｄ）、ソース
（Ｓ）間が導通、すなわち、フォトリレースイッチ２が
オンとなる。

【００１１】フォトリレースイッチ２のオン、オフ制御
は、リレー制御回路３が行う。リレー制御回路３は、ス
イッチＳＷ１がオンとなると、ＡＣ入力に同期してデュ
ーティ比０％から徐々に上昇するように、フォトリレー
スイッチ２のオン状態をＰＷＭ（Pulse Width Modulati
on）制御する。これにより、平滑コンデンサＣ１には、
徐々に電流が流れるので、サージ電流の発生が阻止され
る。また、フォトリレースイッチ２のトランジスタ２ａ
は、オン抵抗が数十ｍΩなので、その電力損失は小さ
い。

【００１２】図２は本発明の電源回路の一形態である力
率改善型のＡＣ／ＤＣコンバータの構成を示す回路図で
ある。ＡＣ／ＤＣコンバータ１０のＡＣライン１０Ｌ
（Live），１０Ｎ（neutral ）間には、整流用のブリッ
ジダイオードＢＤ１０と平滑コンデンサＣ１０が設けら
れている。平滑コンデンサＣ１０の次段には、力率改善
用のチョッパ回路１２が設けられている。

【００１３】チョッパ回路１２は、コイル１２ａ、ＭＯ
Ｓ（Metal Oxide Semiconductor ）型のＦＥＴ（Field
Effect Transistor ）１２ｂ、整流用のダイオード１２
ｃ、コンデンサ１２ｄから構成されている。ＦＥＴ１２
ｂは、図示されていない制御回路によってオン、オフ制
御される。ＦＥＴ１２ｂがオンのときにコイル１２ａに
蓄えられたエネルギは、ＦＥＴ１２ｂがオフのときに入
力電圧に重畳され、これにより、昇圧した電圧を出力す
ることができる。

【００１４】一方、平滑コンデンサＣ１０の前段のライ
ン上には、フォトリレースイッチ１１のＦＥＴ１１ａが
接続されている。ＦＥＴ１１ａは、発光ダイオード１１
ｂと一体に形成されており、発光ダイオード１１ｂが発
光することによって、そのゲート（Ｇ）に電圧が印加さ
れ、ドレイン（Ｄ）、ソース（Ｓ）間が導通、すなわ
ち、フォトリレースイッチ１１がオンとなる。

【００１５】発光ダイオード１１ｂの発光のタイミング
は、後述するように、リレー制御回路１３によってＰＷ
Ｍ制御される。リレー制御回路１３は、ダイオードＤ１
１、抵抗Ｒ１１、ツェナダイオードＤ１２、コンデンサ
Ｃ１１によって構成されるサブパワー回路１３１によっ
て、直流のサブ電源を得る。

【００１６】また、リレー制御回路１３では、抵抗Ｒ１
２，Ｒ１３，Ｒ１４、コンデンサＤ１２、比較器ＩＣ１
１によって、ディレイ・オン回路１３２が構成されてい
る。このディレイ・オン回路１３２では、電源スイッチ
ＳＷ１０のオン直後は比較器ＩＣ１１の出力をローレベ
ルにしておき、この間、後段のＰＷＭ回路１３３のコン
デンサＣ１３をアースする。そして、コンデンサＣ１２
が充電された時点から比較器ＩＣ１１の出力をハイレベ
ルにする。

【００１７】ＰＷＭ回路１３３では、抵抗Ｒ１５，Ｒ１
６，Ｒ１７、トランジスタＱ１１による構成によって、
ブリッジダイオードＢＤ１０からの全波整流電圧と比例
した波形の電圧が、比較器ＩＣ１２の入力端子（＋）に
入力される。また、比較器ＩＣ１２の他方の入力端子
（−）には、コンデンサＣ１３の端子電圧が入力され
る。このコンデンサＣ１３の端子電圧は、抵抗Ｒ１８と
コンデンサＣ１３とによって決まる時定数で変化する。

【００１８】比較器ＩＣ１２の出力端子には、フォトリ
レースイッチ１１の発光ダイオード１１ｂが接続されて
いる。比較器ＩＣ１２の出力がローレベルになったとき
に、抵抗Ｒ１９を介して発光ダイオード１１ｂに直流電
流が流れ、発光する。この発光ダイオード１１ｂが発光
している間だけＦＥＴ１１ａがオンとなり、ＡＣ／ＤＣ
コンバータ１０の出力が得られる。

【００１９】なお、ディレイ・オン回路１３２およびＰ
ＷＭ回路１３３の立ち上がり後の直流電圧は、負荷側か
らダイオードＤ１３を介して供給することができる。次
に、このような構成のＡＣ／ＤＣコンバータ１０の具体
的な動作について説明する。

【００２０】図３は図２のＡＣ／ＤＣコンバータ１０上
での各点Ｔｂ，Ｔｃ，Ｔｄ，Ｔｅにおける電圧波形を示
す図である。まず、図２で示したスイッチＳＷ１０がオ
ンになると、点Ｔｂ、すなわち比較器ＩＣ１１の入力端
子（−）の電位が立ち上がる。そして、コンデンサＣ１
２の充電が開始され、この充電が完了した時間ｔｒ後に
は、比較器ＩＣ１１の入力端子（＋）の電位がその入力
端子（−）の電位よりも高くなり、比較器ＩＣ１１の出
力端子はハイレベルとなる。これにより、コンデンサＣ
１３の充電が開始され、点Ｔｃの電位が徐々に上昇す
る。

【００２１】点Ｔｃの電位が適度な電位に達した時刻ｔ
１では、比較器ＩＣ１２の出力（点Ｔｄ）が断続的にロ
ーレベルになる。すなわち、フォトリレースイッチ１１
が断続的にオンとなる。これにより、平滑コンデンサＣ
１０の電位（点Ｔｅ）も徐々に上昇する。

【００２２】そして、点Ｔｃの電位が一定値以上になる
と（時刻ｔ２）、比較器ＩＣ１２の出力（点Ｔｄ）は完
全にローレベルになり、平滑コンデンサＣ１０の電位
（点Ｔｅ）は、一定値を持続する。

【００２３】図４は図３の点Ｔｄおよび点Ｔｅの波形を
拡大した図である。この図では、点Ｔｄのローレベル
（フォトリレースイッチ１１がオン）の幅Ｄ１に比例し
て点Ｔｅの電位が上がっていることが分かる。

【００２４】図５は図４の波形をさらに拡大し、点Ｔｄ
の波形にブリッジダイオードＢＤ１０の出力（点Ｔａ）
の波形を重ねた図である。この図では、ブリッジダイオ
ードＢＤ１０によって全波整流された整流波形が、低電
圧のときにフォトリレースイッチ１１がオンとなってい
ることが分かる。すなわち、点Ｔｄの電位は、オンの幅
Ｄ１が図２で示したコンデンサＣ１３の電位に比例する
ＰＷＭ波となる。

【００２５】このように、本形態では、ライン上に接続
されたフォトリレースイッチ１１をＰＷＭ制御するよう
にしたので、サージ電流の発生を確実に防止することが
できる。

【００２６】また、本形態では、ディレイ・オン回路１
３２によってＰＷＭ回路１３３のコンデンサＣ１３の充
電を遅延させるようにしたので、スイッチＳＷ１０の入
力直後の過渡的にＰＷＭ回路１３３がオンとなることを
防止できる。

【００２７】次に、フォトリレースイッチ１１の電力損
失と一般に用いられるサイリスタの電力損失について比
較してみる。通常のサイリスタの順電圧を、１Ａ時で
１．０Ｖ、１０Ａ時で１．５Ｖとすると、電力損失はそ
れぞれ１．０Ｗ、１５Ｗとなる。一方、ＭＯＳ型ＦＥＴ
を使用したフォトリレースイッチ１１のオン抵抗を５０
ｍΩとすると、上記と同条件における電力損失は、それ
ぞれ０．０５Ｗ、５Ｗとなり、サイリスタと比較して十
分に小さいことがわかる。フォトリレースイッチ１１の
オン抵抗を下げれば、さらに損失を軽減できる。

【００２８】なお、本形態では、力率改善型のＡＣ／Ｄ
Ｃコンバータへの応用としてフォトリレースイッチ１１
をブリッジダイオードＢＤ１０の次段に設ける例を示し
たが、通常のＡＣ／ＤＣコンバータ（倍電圧整流も含
む）やトランスのサージ電流抑制用の回路として、図６
に示すように、フォトリレースイッチ１１をブリッジダ
イオードＢＤ１０の前段に設けるようにしてもよい。た
だし、この場合、リレー制御回路１３への全波整流を供
給するため、ブリッジダイオードＢＤ１１を追加する。
なお、それ以外の構成については、図２と同じなので、
同一符号を付して説明を省略する。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、平滑コ
ンデンサの前段に設けられたフォトリレースイッチのオ
ン状態を、ＡＣ入力に同期してデューティ比０％から徐
々に上昇するようにＰＷＭ制御するようにしたので、Ａ
Ｃ電源投入時のサージ電流を阻止できるとともに、フォ
トリレースイッチを使用することにより消費電力を低減
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電源回路の原理図である。

【図２】本発明の電源回路の一形態である力率改善型の
ＡＣ／ＤＣコンバータの構成を示す回路図である。

【図３】図２のＡＣ／ＤＣコンバータ上での各点Ｔｂ，
Ｔｃ，Ｔｄ，Ｔｅにおける電圧波形を示す図である。

【図４】図３の点Ｔｄおよび点Ｔｅの波形を拡大した図
である。

【図５】図４の波形をさらに拡大し、点Ｔｄの波形にブ
リッジダイオードの出力（点Ｔａ）の波形を重ねた図で
ある。

【図６】ＡＣ／ＤＣコンバータの他の形態を示す回路図
である。

【図７】サイリスタを使用してサージ電流の防止を図っ
た電源回路の構成を示す図である。

【符号の説明】

１・・・電源回路、２・・・フォトリレースイッチ、２
ａ・・・トランジスタ、２ｂ・・・発光ダイオード、３
・・・リレー制御回路、１０・・・ＡＣ／ＤＣコンバー
タ、１１・・・フォトリレースイッチ、１１ａ・・・Ｆ
ＥＴ、１１ｂ・・・発光ダイオード、１２・・・チョッ
パ回路、１３・・・リレー制御回路、１３１・・・サブ
パワー回路、１３２・・・ディレイ・オン回路、１３３
・・・ＰＷＭ回路、ＢＤ・・・ブリッジダイオード、Ｃ
１，Ｃ１０・・・平滑コンデンサ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】交流から直流に変換する電源回路におい
て、平滑コンデンサの前段に設けられ、ラインの電流のオ
ン、オフを切り換えるフォトリレースイッチと、前記フォトリレースイッチのオン状態を、前記ＡＣ入力
に同期してデューティ比０％から徐々に上昇するように
ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御するリレー制御
回路と、を有することを特徴とする電源回路。
【請求項２】前記リレー制御回路は、全波整流回路の
出力である全波整流電圧を所定の直流電圧に変換するサ
ブパワー回路と、前記サブパワー回路からの直流電圧で
駆動するとともに、前記全波整流電圧の波形変化に基づ
いて前記ＰＷＭ出力を行うＰＷＭ回路と、を有すること
を特徴とする請求項１記載の電源回路。
【請求項３】前記ＰＷＭ回路は、前記全波整流電圧に
比例した出力を得るトランジスタと、前記サブパワー回
路からの直流電圧を所定の時定数で充電するように設け
られたコンデンサと、前記トランジスタの出力と前記コ
ンデンサの出力とを比較し、前記コンデンサの出力より
も前記トランジスタの出力が小さいときに前記フォトリ
レースイッチをオンにする比較回路と、を有することを
特徴とする請求項２記載の電源回路。
【請求項４】前記フォトリレースイッチは、全波整流
回路の後段に設けられていることを特徴とする請求項１
記載の電源回路。
【請求項５】前記フォトリレースイッチは、全波整流
回路の前段に設けられていることを特徴とする請求項１
記載の電源回路。
【請求項６】前記フォトリレースイッチは、ＭＯＳ型
のトランジスタと発光ダイオードから構成されているこ
とを特徴とする請求項１記載の電源回路。