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公開番号2022140921
公報種別公開特許公報(A)
公開日2022-09-29
出願番号2021040995
出願日2021-03-15
発明の名称スイッチング電源装置
出願人コーセル株式会社
代理人個人
主分類H02M 3/155 20060101AFI20220921BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】昇圧チョッパ回路の突入電流を、昇圧性能を低下させることなく、確実に制限できるシンプルな突入電流制限回路を備えたスイッチング電源装置を提供する。
【解決手段】スイッチング電源装置10において、突入電流制限回路14は、整流素子26と出力ライン24との接続点に挿入された限流素子36と、スイッチ素子駆動回路40に駆動されて限流素子36の両端を短絡又は開放状態にするスイッチ素子38と備える。スイッチ素子駆動回路は、アノードが出力ライン24に接続された充電用ダイオード42と、主スイッチング素子22と充電用ダイオード42のカソードとの間に接続され、充電用ダイオードを通じてエネルギーが蓄積されるエネルギー蓄積コンデンサ44と、エネルギー蓄積コンデンサのエネルギーをスイッチ素子の駆動端子に供給し、整流素子が導通している期間、スイッチ素子をオンさせるエネルギー供給回路46を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
昇圧チョッパ回路と突入電流制限回路とを備え、
前記昇圧チョッパ回路は、一端が入力ラインに接続されたインダクタと、前記インダクタの他端とグランドラインとの間に接続された主スイッチング素子と、前記インダクタの他端と出力ラインとの間の接続された整流素子と、前記出力ラインと前記グランドラインとの間に接続された出力コンデンサとを備え、前記入力ラインと前記グランドラインとの間に、直流電圧又は交流電圧を整流した脈流電圧である入力電圧が入力され、前記出力ラインと前記グランドラインとの間に、直流の出力電圧を発生させるスイッチングコンバータであり、
前記突入電流制限回路は、前記整流素子と前記出力ラインとの接続点に挿入され、前記入力ラインから前記インダクタを通じて前記出力コンデンサに流入する電流を制限する限流素子と、前記限流素子に並列接続され、前記限流素子の両端を短絡又は開放状態にするスイッチ素子と、前記スイッチ素子を駆動するスイッチ素子駆動回路と、前記グランドラインを基準とする直流電源とを備え、
前記スイッチ素子駆動回路は、アノードが前記直流電源の出力端に接続された充電用ダイオードと、前記主スイッチング素子及びインダクタの接続点と前記充電用ダイオードのカソードとの間に接続され、前記主スイッチング素子がオンの期間に、前記直流電源から前記充電用ダイオードを通じてエネルギーが蓄積されるエネルギー蓄積コンデンサと、前記エネルギー蓄積コンデンサに蓄積された前記エネルギーを前記スイッチ素子の駆動端子に供給することによって、少なくとも前記整流素子が導通している期間、前記スイッチ素子をオンさせるエネルギー供給回路とを備えることを特徴とするスイッチング電源装置。
続きを表示(約 420 文字)【請求項2】
前記充電用ダイオードのアノードが前記出力ラインに接続され、前記出力コンデンサが前記直流電源として兼用されている請求項1記載のスイッチング電源装置。
【請求項3】
前記限流素子は、負の温度係数を有したサーミスタである請求項1又は2記載のスイッチング電源装置。
【請求項4】
前記スイッチ素子は、サイリスタ、トライアック、FET、バイポーラトランジスタ又はIGBTである請求項1乃至3のいずれか記載のスイッチング電源装置。
【請求項5】
前記昇圧チョッパ回路の前段に外来のサージ電圧が発生した時、このサージ電圧のエネルギーを前記エネルギー供給回路に伝送するサージエネルギー伝送回路が設けられ、前記エネルギー供給回路は、前記サージ電圧のエネルギーを前記スイッチ素子の駆動端子に供給することによって、前記スイッチ素子をオンさせる請求項1乃至4のいずれか記載のスイッチング電源装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、昇圧チョッパ回路の出力コンデンサに流れ込む突入電流を一定以下に抑える突入電流制限回路を備えたスイッチング電源装置に関する。
続きを表示(約 2,700 文字)【背景技術】
【0002】
従来、例えば特許文献1に開示されているように、突入電流防止回路を備えた昇圧コンバータがあった。突入電流防止回路は、電源投入時に昇圧チョッパ回路の出力コンデンサに流れ込む突入電流を抑える回路で、昇圧コンバータの整流素子(ダイオード7)と出力コンデンサ(コンデンサ8)との間に、限流素子(突入電流制限用の抵抗9)及びスイッチ手段(限流素子のその両端を短絡又は開放状態にするサイリスタ10)の並列回路を挿入し、スイッチ手段を、昇圧コンバータの昇圧用インダクタ(インダクタンス5)に設けた補助巻線(二次巻線5B)に発生した電圧を用いてオンさせる構成になっている。
【0003】
電源投入時は、スイッチ手段はオフしているので、出力コンデンサに流れ込む突入電流が限流素子によって抑えられる。そして、昇圧チョッパ回路がスイッチング動作を開始すると、昇圧用インダクタの補助巻線に発生する電圧を用いてスイッチ手段をオンさせ、整流素子のスイッチング電流が限流素子に流れないようにバイパスする。これによって、スイッチング電流が限流素子に流れて大きい損失が発生するのが防止される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
実開平6-36382号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献1に記載された突入電流防止回路は、昇圧用インダクタに補助巻線を追加する必要があるので、昇圧用インダクタの構造が複雑になってコストアップしてしまう。また、昇圧用インダクタは、昇圧チョッパ回路の性能に大きな影響を与える重要部品であるところ、補助巻線を追加するとメイン巻線を巻回するスペースが制限されるので、メイン巻線の巻数を想定よりも少なくしたり、規定の巻数を巻回できるように電線を細いものに変更したりしなければならず、性能が大幅に低下してしまう可能性がある。その他、昇圧用インダクタとしてトロイダル型のインダクタが選択されるケースが少なくないが、トロイダル型のインダクタは、補助巻線を追加するのが容易ではない。
【0006】
本発明は、上記背景技術に鑑みて成されたものであり、昇圧チョッパ回路の突入電流を、昇圧チョッパ回路の性能を低下させることなく、確実に制限できるシンプルな突入電流制限回路を備えたスイッチング電源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、昇圧チョッパ回路と突入電流制限回路とを備え、前記昇圧チョッパ回路は、一端が入力ラインに接続されたインダクタと、前記インダクタの他端とグランドラインとの間に接続された主スイッチング素子と、前記インダクタの他端と出力ラインとの間の接続された整流素子と、前記出力ラインと前記グランドラインとの間に接続された出力コンデンサとを備え、前記入力ラインと前記グランドラインとの間に、直流電圧又は交流電圧を整流した脈流電圧である入力電圧が入力され、前記出力ラインと前記グランドラインとの間に、直流の出力電圧を発生させるスイッチングコンバータであり、
前記突入電流制限回路は、前記整流素子と前記出力ラインとの接続点に挿入され、前記入力ラインから前記インダクタを通じて前記出力コンデンサに流入する電流を制限する限流素子と、前記限流素子に並列接続され、前記限流素子の両端を短絡又は開放状態にするスイッチ素子と、前記スイッチ素子を駆動するスイッチ素子駆動回路と、前記グランドラインを基準とする直流電源とを備え、
前記スイッチ素子駆動回路は、アノードが前記直流電源の出力端に接続された充電用ダイオードと、前記主スイッチング素子及びインダクタの接続点と前記充電用ダイオードのカソードとの間に接続され、前記主スイッチング素子がオンの期間に、前記直流電源から前記充電用ダイオードを通じてエネルギーが蓄積されるエネルギー蓄積コンデンサと、前記エネルギー蓄積コンデンサに蓄積された前記エネルギーを前記スイッチ素子の駆動端子に供給することによって、少なくとも前記整流素子が導通している期間、前記スイッチ素子をオンさせるエネルギー供給回路とを備えるスイッチング電源装置である。
【0008】
前記充電用ダイオードのアノードが前記出力ラインに接続され、前記出力コンデンサが前記直流電源として兼用されている構成にしてもよい。また、前記限流素子は、負の温度係数を有したサーミスタであることが好ましい。また、前記スイッチ素子は、サイリスタ、トライアック、FET、バイポーラトランジスタ又はIGBT等を使用することができる。また。前記昇圧チョッパ回路の前段にに外来のサージ電圧が発生した時、このサージ電圧のエネルギーを前記エネルギー供給回路に伝送するサージエネルギー伝送回路が設けられ、前記エネルギー供給回路は、前記サージ電圧のエネルギーを前記スイッチ素子の駆動端子に供給することによって、前記スイッチ素子をオンさせる構成にすることが好ましい。
【発明の効果】
【0009】
本発明のスイッチング電源装置によれば、入力電圧が投入された時、昇圧チョッパ回路の出力コンデンサに流れ込む突入電流を、限流素子によって小さく抑えることができ、その後の定常電流は、電圧降下が小さいスイッチ素子でバイパスされるので、限流素子に大きい損失が発生するのを防止することができる。また、突入電流制限回路は、シンプルな構成なので、安価に設けることができる。しかも、昇圧チョッパ回路のインダクタに補助巻線を追加する必要がないので、補助巻線を追加することによって昇圧性能が低下させてしまうという問題を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
本発明のスイッチング電源装置の第一の実施形態を示す回路図である。
第一の実施形態のスイッチング電源装置が有する突入電流制限回路の動作を示すタイムチャートである。
本発明のスイッチング電源装置の第二の実施形態を示す回路図である。
第二の実施形態のスイッチング電源装置が有する突入電流制限回路の動作を示すタイムチャートである。
本発明のスイッチング電源装置の第三の実施形態を示す回路図である。
本発明のスイッチング電源装置の第四の実施形態を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
(【0011】以降は省略されています)

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