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発明の名称 スイッチング電源装置及び同装置のトライアック制御方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平11−18431
公開日 平成11年(1999)1月22日
出願番号 特願平9−170436
出願日 平成9年(1997)6月26日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】鈴江 武彦 (外6名)
発明者 馬籠 孝明
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 全波整流回路と倍電圧整流回路とをトライアックにより切り替えて、電圧を異にする複数種の商用交流電源に適用できるようにしたスイッチング電源装置のトライアック制御方法に於いて、前記トライアックのゲートを前記商用交流電源より切り離した当該電源電圧より低いゲートドライブ電源により制御することを特徴としたスイッチング電源装置のトライアック制御方法。
【請求項2】 電圧の異なる複数種の商用交流電源をそれぞれ入力電源として用いることのできるスイッチング電源装置であって、全波整流回路と倍電圧整流回路とを切り替えるトライアックと、前記トライアックのゲートを前記入力電源とは切り離したドライブ電源により制御する回路とを具備してなることを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項3】 全波整流回路と倍電圧整流回路とをトライアックにより切り替えて、電圧を異にする複数種の商用交流電源に適用できるようにしたスイッチング電源装置に於いて、前記トライアックのゲートに、前記商用交流電源より切り離した当該電源電圧より低い電圧値のトリガ電流を流す、抵抗及びフォトトライアックでなるドライブ回路を設け、前記ドライブ回路を前記フォトトライアックのフォトダイオードにより動作制御して、全波整流と倍電圧整流とを切り替えることを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項4】 全波整流回路と倍電圧整流回路とをトライアックにより切り替えて、電圧を異にする複数種の商用交流電源に適用できるようにしたスイッチング電源装置に於いて、前記トライアックのゲートに接続され、当該ゲートに前記商用交流電源より切り離された当該電源電圧より低い電圧値のトリガ電流を流す抵抗及びフォトトライアックでなるドライブ回路と、前記フォトトライアックのフォトダイオードを介して動作用電源が供給されるスイッチング電源コントロール用ICと、前記商用交流電源が所定の高電圧電源であるとき前記フォトトライアックのフォトダイオードの動作を阻止する回路と具備し、前記ドライブ回路を前記フォトトライアックのフォトダイオードにより動作制御して、全波整流と倍電圧整流とを切り替えることを特徴とするスイッチング電源装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、全波整流回路と倍電圧整流回路とをトライアックにより切り替えて、電圧を異にする複数種の商用交流電源に適用できるようにした所謂ワールドワイド入力電源に用いられるスイッチング電源装置、及びスイッチング電源装置のトライアック制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】全波整流回路と倍電圧整流回路とをトライアックにより切り替えて、電圧を異にする複数種の商用交流電源に適用できるようにした、ワールドワイド入力電源に於ける従来の回路構成を図6に示す。
【0003】ここでは、ワールドワイド入力電源(商用交流電源)として100Vと200Vを扱うものとし、トライアックのオン/オフ制御で100V/200Vの入力切り替えを行なっている。
【0004】この図6に示す回路構成のスイッチング電源装置に於いては、トライアックTR1のゲート駆動電力を商用交流電源(入力電源)ACからとっているために、電圧が高く、従って消費電力が大きくなる。
【0005】現状では、トライアックTR1の駆動のために、最低10mAのゲート電流が必要であり、AC100V入力のとき、140V×10mA=1.4W程度の発熱ロスが発生する。
【0006】図6に示す回路の動作は次の通りである。商用交流電源ACが100Vであるとき、当該入力電源がオンする(供給される)と、抵抗R7とコンデンサC6で決まる時定数をもってコンデンサC6の端子間電圧が上昇する。
【0007】このコンデンサC6の端子間電圧がツェナーダイオードDZ2のツェナー電圧を超えると、トランジスタQ2がオンし、これに伴いトライアックTR1がオンする。
【0008】これにより、直列接続されたコンデンサC1,C2にそれぞれ電荷が蓄積される倍電圧整流回路が形成される。又、商用交流電源ACが200Vであるとき、当該入力電源がオンすると、ツェナーダイオードDZ1、トランジスタQ3が、トランジスタQ2より先にオンし、このトランジスタQ3のオンによって、トランジスタQ2がオンするのを禁止する。これにより全波(両波)整流回路が形成される。
【0009】このようして、AC100V系の場合はトライアックTR1がオンして、倍電圧整流となり、AC200V系の場合はトライアックTR1がオンしないで全波整流となる。このようにして電圧を異にする入力電源に対して自動的に入力を切り替える機能回路が実現される。
【0010】尚、C4はトライアックTR1のゲート制御を含むトランジスタQ2,Q3の回路動作電源を確保するための電解コンデンサ、D6はこのコンデンサC4に電荷を蓄積するための半波整流回路を構成する整流用ダイオード、IC1は変圧器の二次側に設けられる図示しないスイッチングレギュレータ回路からフィードバック信号(REF)を受けてスイッチング動作を制御するスイッチング電源コントロール用集積回路、Q1はこのスイッチング電源コントロール用集積回路IC1のドライブ信号によりオン/オフ制御されるスイッチング用のパワーMOSトランジスタ、R3は漏れ電流によるご動作防止のための抵抗、C5はノイズ除去用のコンデンサ、D1〜D4は整流ブリッジ回路を構成する整流ダイオードである。
【0011】しかしながら上記した従来技術による回路構成に於いては、上記したようにトライアックTR1のゲート駆動電力(トリガ信号)を商用交流電源(入力電源)からとっているために、駆動電圧が高く(140V程度)、発熱ロスが非常に大きいという問題があった。
【0012】トライアックTR1のゲート電流は、現状では、最低10mA程度必要である。従ってトライアックTR1の駆動のために、AC100Vのとき、最低10mA×140V=1.4W程度の発熱ロスが発生する。
【0013】ワールドワイド対応の出力容量の小さい、例えばパーソナルコンピュータ等の電源にとっては、この発熱ロスは非常に大きなものとなり、これが入力切り替え型のスイッチング電源を採用しない大きな要因となっている。
【0014】整流平滑後のDC/DCコンバータ部分のロスは同じ出力容量であれば、ワイドレンジ型より、入力切り替え型の方が小さい。つまり、トライアック駆動のロスが小さくなれば、入力切り替え型のロスの小さいスイッチング電源を構成できる。
【0015】例えば30W出力の電源で85%の効率であると約5.3Wの発熱ロスが発生する。このような高効率の電源に於いて、前記1.4Wの発熱ロスは非常に大きなものとなる。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来の回路構成に於いては、トライアックのゲート駆動電力(トリガ信号)を商用交流電源(入力電源)からとっているために、駆動電圧が高く(140V程度)、従って発熱ロスが非常に大きいことから、低消費電力型のパーソナルコンピュータ等に適用し難いという問題があった。
【0017】本発明は上記実情に鑑みなされたもので、全波整流回路と倍電圧整流回路とをトライアックにより切り替えて、電圧を異にする複数種の商用交流電源に適用できるようにしたスイッチング電源装置に於いて、トライアック駆動の発熱ロスを小さくすることにより、低消費電力型のパーソナルコンピュータ等に容易に適用することのできるスイッチング電源装置及びスイッチング電源装置のトライアック制御方法を提供することを目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】本発明は、全波整流回路と倍電圧整流回路とをトライアックにより切り替えて、電圧を異にする複数種の商用交流電源に適用できるようにしたスイッチング電源装置のトライアック制御方法に於いて、前記トライアックのゲートを前記商用交流電源より切り離した当該電源電圧より低いゲートドライブ電源により制御することを特徴とする。
【0019】又、本発明は、電圧の異なる複数種の商用交流電源をそれぞれ入力電源として用いることのできるスイッチング電源装置であって、全波整流回路と倍電圧整流回路とを切り替えるトライアックと、前記トライアックのゲートを前記入力電源とは切り離したドライブ電源により制御する回路とを具備してなることを特徴とする。
【0020】又、本発明は、全波整流回路と倍電圧整流回路とをトライアックにより切り替えて、電圧を異にする複数種の商用交流電源に適用できるようにしたスイッチング電源装置に於いて、前記トライアックのゲートに、前記商用交流電源より切り離した当該電源電圧より低い電圧値のトリガ電流を流す、抵抗及びフォトトライアックでなるドライブ回路を設け、前記ドライブ回路を前記フォトトライアックのフォトダイオードにより動作制御して、全波整流と倍電圧整流とを切り替えることを特徴とする。
【0021】又、本発明は、全波整流回路と倍電圧整流回路とをトライアックにより切り替えて、電圧を異にする複数種の商用交流電源に適用できるようにしたスイッチング電源装置に於いて、前記トライアックのゲートに接続され、当該ゲートに前記商用交流電源より切り離された当該電源電圧より低い電圧値のトリガ電流を流す抵抗及びフォトトライアックでなるドライブ回路と、前記フォトトライアックのフォトダイオードを介して動作用電源が供給されるスイッチング電源コントロール用ICと、前記商用交流電源が所定の高電圧電源であるとき前記フォトトライアックのフォトダイオードの動作を阻止する回路と具備し、前記ドライブ回路を前記フォトトライアックのフォトダイオードにより動作制御して、全波整流と倍電圧整流とを切り替えることを特徴とする。
【0022】具体例をあげると、図1に示すように、トライアックTR1のG(ゲート)端子に、当該トライアックTR1のT1 端子との間で閉回路を構成するように、フォトトライアックPC1のトライアック端子と抵抗R4との直列回路でなる、トライアックTR1のゲートドライブ回路を設け、フォトトライアックPC1のフォトダイオードをスイッチング電源コントロール用集積回路IC1の電源ラインに介在する。更に、フォトトライアックPC1のフォトダイオードにAC200V入力時のみオンするバイパススイッチを設けて、AC100V入力時はフォトトライアックPC1によりトライアックTR1を数V程度のAC駆動(トリガ)でオンして倍電圧整流を行ない、AC200V入力時はフォトトライアックPC1、及びトライアックTR1をオフして全波整流を行なう構成としている。
【0023】このような回路構成により、従来回路に比べて非常に少ない発熱ロスでトライアックTR1を駆動でき、低消費電力のパーソナルコンピュータ等に容易に適用が可能となる。
【0024】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図1は本発明の第1実施形態を示す回路図であり、上記した図6と同一部分に同一符号を付してその説明を省略する。
【0025】この図1に示す第1実施形態では、上述したように、トライアックTR1のG(ゲート)端子に、当該トライアックTR1のT1 端子(主端子)との間で閉回路を構成するように、フォトトライアックPC1のトライアック端子と抵抗R4との直列回路でなる、トライアックTR1のゲートドライブ回路を設ける。
【0026】このフォトトライアックPC1のフォトダイオードをスイッチング電源コントロール用集積回路IC1の電源供給ラインに介在する。更に、フォトトライアックPC1のフォトダイオードにAC200V入力時のみオンする、トランジスタQ2と抵抗R2,R5を用いたバイパススイッチ回路を設ける。
【0027】これにより、商用交流電源(入力電源)ACが100V入力であるときは、スイッチング電源コントロール用集積回路IC1の動作電源電流(10mmA以上)によりフォトトライアックPC1のフォトダイオードが点灯駆動されることにより、フォトトライアックPC1がオンし、これに伴いトライアックTR1が数V程度のAC駆動(トリガ)によるゲート制御でオンして倍電圧整流を行なう。
【0028】又、商用交流電源(入力電源)ACが200V入力であるときは、フォトトライアックPC1のフォトダイオードにパラレル接続されたトランジスタQ2がオンして、フォトトライアックPC1、及びトライアックTR1がオフ状態となり、これにより全波整流を行なう。
【0029】このような回路構成により、従来回路に比べて非常に少ない発熱ロスでトライアックTR1を駆動でき、低消費電力のパーソナルコンピュータ等に容易に適用が可能となる。
【0030】図2及び図3は上記実施形態による、AC100V入力時とAC200V入力時に於ける各部の信号状態を示すタイムチャートであり、図2はAC100V入力時、図3はAC200V入力時である。
【0031】上記した図1に示す回路の動作を更に詳細に説明すると、商用交流電源(入力電源)がAC100V入力であるときは、当該入力電源がオンする(供給される)ことによって(図2(a)参照)、抵抗R1を介してコンデンサC3に電荷が蓄積されてコンデンサC3の端子間電圧が上昇する。
【0032】このコンデンサC3の端子間電圧が一定の電圧に達すると、スイッチング電源コントロール用集積回路IC1が動作を開始する(図2(b)参照)。スイッチング電源コントロール用集積回路IC1が動作を開始することにより、フォトトライアックPC1のフォトダイオード側に電流が流れ、フォトトライアックPC1のトライアック側がオンする。この際、フォトトライアックPC1のフォトダイオードにパラレル接続されたトランジスタQ2は抵抗R2,R5によりオンレベルに至らず、従ってトランジスタQ2はスイッチオフの状態にある(図2(c)参照)。
【0033】このようにしてフォトトライアックPC1のトライアック側がオンすることにより、トライアックTR1が数V程度のAC駆動(トリガ)によるゲート制御でオンして(図2(d)参照)、直列接続されたコンデンサC1,C2を用いた倍電圧整流回路が形成され、倍電圧整流が行なわれる。
【0034】又、商用交流電源(入力電源)がAC200V入力であるときは、当該入力電源がオンする(供給される)ことによって(図3(a)参照)、スイッチング電源コントロール用集積回路IC1の動作(図3(b)参照)以前に、抵抗R2を介してフォトトライアックPC1のフォトダイオードにパラレル接続されたトランジスタQ2にスイッチオンレベルのベース電圧が印加され、トランジスタQ2がスイッチオン状態となる(図3(c)参照)。
【0035】このトランジスタQ2のスイッチオンにより、フォトトライアックPC1k動作が禁止され、これに伴いトライアックTR1がオフ状態にあることから(図3(d)参照)全波整流回路が形成され、AC200V入力による全波整流が行なわれる。
【0036】ここで、フォトトライアックPC1のダイオード電流は10mA程度必要であるが、スイッチング電源コントロール用集積回路IC1の電源ラインに接続することにより、10mA以上の駆動電流を確保できる。この際、駆動電圧は1V程度でよく、従ってその駆動電流は最大20mA×1V=20mW程度となる。また、トライアックTR1の駆動電力は数V程度のACドライブであることから非常に小さい。従って図1に示した実施形態の回路構成に於けるトライアックTR1のトータルの駆動電力は図6に示した従来技術の回路構成に比べて非常に小さい。具体的には1.4W程度発熱ロスを小さくすることができる。
【0037】図4は本発明の第2実施形態を示す回路図であり、上記した図1と同一部分に同一符号を付してその説明を省略する。この図4に示す第2実施形態では、コンデンサC3をスイッチング電源コントロール用集積回路IC1の電源端子間に設けた構成であり、全体の動作は上記第1実施形態とほぼ同様である。
【0038】図5は本発明の第3実施形態を示す回路図であり、上記した図1と同一部分に同一符号を付してその説明を省略する。この図5に示す第3実施形態では、フォトトライアックPC1のフォトダイオードに、ダイオードD6、及び抵抗R6を介して専用のドライブ電源を供給しており、全体の動作は上記第1実施形態とほぼ同様である。
【0039】尚、上記した実施形態に於いては、トライアックTR1のゲートドライブをフォトトライアックPC1により行なう構成としているが、これに限らず、例えばフォトトライアック以外の双方向光結合素子を用いた構成、又はトライアックTR1のゲートドライブに専用の制御回路を設けた構成等であってもよい。
【0040】
【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、全波整流回路と倍電圧整流回路とをトライアックにより切り替えて、電圧を異にする複数種の商用交流電源に適用できるようにしたスイッチング電源装置に於いて、トライアック駆動の発熱ロスを小さくすることにより、低消費電力型のパーソナルコンピュータ等に容易に適用することのできるスイッチング電源装置及びスイッチング電源装置のトライアック制御方法が提供できる。




 

 


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