特許 7582239 電源装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-05

(45)【発行日】2024-11-13

(54)【発明の名称】電源装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/155 20060101AFI20241106BHJP

【ＦＩ】

H02M3/155 C

H02M3/155 H

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2022054646

(22)【出願日】2022-03-29

(65)【公開番号】P2023147085

(43)【公開日】2023-10-12

【審査請求日】2023-02-14

(73)【特許権者】

【識別番号】000006507

【氏名又は名称】横河電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100169823

【弁理士】

【氏名又は名称】吉澤 雄郎

(72)【発明者】

【氏名】麻生 由哉

(72)【発明者】

【氏名】福原 啓

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 雅彦

(72)【発明者】

【氏名】中西 五輪生

【審査官】白井 孝治

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０２１／０２９６９８１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０２０－１７８５０３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ３／００～ ３／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電源から供給される入力電圧を所定の直流電圧に変換する電源装置であって、
前記電源から前記電源装置に突入電流が流れることを抑制する降圧コンバータ方式の突
入電流防止回路と、
前記所定の直流電圧を出力する昇圧型コンバータ回路と、
第１モードと第２モードとを切り替えるモード制御回路と、
第１ＦＥＴのドレイン－ソース間の電圧値を検出可能な電圧検出器と、
を備え、
前記突入電流防止回路は、前記電源から前記突入電流防止回路に電流を流すか否かを切
り替え可能な前記第１ＦＥＴを備え、
前記突入電流防止回路が備えるチョークコイルと、前記昇圧型コンバータ回路が備える
チョークコイルとは、共通のチョークコイルであり、
前記突入電流防止回路が備える平滑コンデンサと、前記昇圧型コンバータ回路が備える
平滑コンデンサとは、共通の平滑コンデンサであり、
前記第１モードは、前記突入電流防止回路が突入電流防止動作を実行し、前記昇圧型コンバータ回路が昇圧型コンバータ動作を実行しないモードであり、
前記第２モードは、前記突入電流防止回路が突入電流防止動作を実行せず、前記昇圧型コンバータ回路が昇圧型コンバータ動作を実行するモードであり、
前記モード制御回路は、前記電圧検出器が検出した前記第１ＦＥＴのドレイン－ソース間の電圧値の平均値が所定の閾値以下になると、前記第１モードから前記第２モードに切り替える、電源装置。

【請求項2】

請求項１に記載の電源装置において、
前記昇圧型コンバータ回路は、オン／オフのデューティ比によって当該昇圧型コンバー
タ回路の出力電圧を調整可能な第２ＦＥＴをさらに備え、
前記モード制御回路は、
前記第１モードにおいては、前記第２ＦＥＴを常時オフになるように制御し、
前記第２モードにおいては、前記第１ＦＥＴを常時オンになるように制御する、電源
装置。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の電源装置において、
前記突入電流防止回路の前段にダンピング回路をさらに備える、電源装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電源装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、電源投入時の突入電流を抑制するための突入電流防止回路を備える電源装置が知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２）。

【0003】

また、電源装置がＤＣ－ＤＣコンバータのようなコンバータに電圧を供給する場合、コンバータの動作に適した直流電圧を供給することが望ましい。電源装置が昇圧型コンバータ回路を備えていると、電源装置は、所望の電圧に昇圧した直流電圧を出力することができるため、コンバータの動作に適した直流電圧を出力することができる。

【0004】

このように、電源装置は、突入電流防止回路及び昇圧型コンバータ回路を備えていることが望ましい。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１７－１８３０６９号公報

【文献】特開２０１８－２９４１５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

突入電流防止回路及び昇圧型コンバータ回路を備える電源装置において、回路素子にかかるコストには改善の余地がある。

【0007】

そこで、本開示は、突入電流防止回路及び昇圧型コンバータ回路を備えると共に回路素子にかかるコストを低減することができる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】

【0008】

幾つかの実施形態に係る電源装置は、電源から供給される入力電圧を所定の直流電圧に変換する電源装置であって、前記電源から前記電源装置に突入電流が流れることを抑制する降圧コンバータ方式の突入電流防止回路と、前記所定の直流電圧を出力する昇圧型コンバータ回路と、を備え、前記突入電流防止回路が備えるチョークコイルと、前記昇圧型コンバータ回路が備えるチョークコイルとは、共通のチョークコイルであり、前記突入電流防止回路が備える平滑コンデンサと、前記昇圧型コンバータ回路が備える平滑コンデンサとは、共通の平滑コンデンサである。このような電源装置によれば、突入電流防止回路及び昇圧型コンバータ回路を備えると共に回路素子にかかるコストを低減することが可能である。

【0009】

一実施形態に係る電源装置において、第１モードと第２モードとを切り替えるモード制御回路をさらに備え、前記第１モードは、前記突入電流防止回路が突入電流防止動作を実行し、前記昇圧型コンバータ回路が昇圧型コンバータ動作を実行しないモードであり、前記第２モードは、前記突入電流防止回路が突入電流防止動作を実行せず、前記昇圧型コンバータ回路が昇圧型コンバータ動作を実行するモードであってもよい。このように、第１モードと第２モードとを切り替えることにより、電源装置が突入電流防止回路又は昇圧型コンバータ回路のいずれかとして動作することができる。

【0010】

一実施形態に係る電源装置において、前記突入電流防止回路は、前記電源から前記突入電流防止回路に電流を流すか否かを切り替え可能な第１ＦＥＴをさらに備え、前記電源装置は、前記第１ＦＥＴのドレイン－ソース間の電圧値を検出可能な電圧検出器をさらに備え、前記モード制御回路は、前記電圧検出器が検出した前記第１ＦＥＴのドレイン－ソース間の電圧値が所定の閾値以下になると、前記第１モードから前記第２モードに切り替えてもよい。このように、第１ＦＥＴのドレイン－ソース間の電圧値が所定の閾値以下になったときに第１モードから第２モードに切り替えることにより、適切なタイミングで、突入電流防止回路としての動作から、昇圧型コンバータ回路としての動作に移行できる。

【0011】

一実施形態に係る電源装置において、前記昇圧型コンバータ回路は、オン／オフのデューティ比によって当該昇圧型コンバータ回路の出力電圧を調整可能な第２ＦＥＴをさらに備え、前記モード制御回路は、前記第１モードにおいては、前記第２ＦＥＴを常時オフになるように制御し、前記第２モードにおいては、前記第１ＦＥＴを常時オンになるように制御してもよい。このような制御をすることにより、第１モードと第２モードとを適切に切り替えることができる。

【0012】

一実施形態に係る電源装置において、前記突入電流防止回路の前段にダンピング回路をさらに備えてもよい。このように、ダンピング回路を備えることにより、ＬＣ共振を抑制することができる。

【発明の効果】

【0013】

本開示によれば、突入電流防止回路及び昇圧型コンバータ回路を備えると共に回路素子にかかるコストを低減することができる電源装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】従来の突入電流防止回路の概略構成を示す図である。

【図2】従来の昇圧型コンバータ回路の概略構成を示す図である。

【図3】比較例に係る電源装置の概略構成を示す図である。

【図4】一実施形態に係る電源装置の概略構成を示す図である。

【図5】図４の電源装置のうち突入電流防止回路を構成する部分を示す図である。

【図6】図４の電源装置のうち昇圧型コンバータ回路を構成する部分を示す図である。

【図7】一実施形態に係る電源装置が第１モードで動作しているときの動作を説明する図である。

【図8】一実施形態に係る電源装置が第２モードで動作しているときの動作を説明する図である。

【図9】第１の変形例に係る電源装置の概略構成を示す図である。

【図10】第２の変形例に係る電源装置の概略構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

（突入電流防止回路）
最初に、従来の突入電流防止回路について説明する。

【0016】

突入電流防止回路にはいくつかの方式の突入電流防止回路がある。例えば、以下のような方式の突入電流防止回路がある。
・トライアックと温度ヒューズ抵抗器との並列接続方式
・パワーサーミスタ方式
・ＦＥＴ（Field Effect Transistor）と温度ヒューズ抵抗器との並列接続方式
・降圧コンバータ方式

【0017】

それぞれの方式の突入電流防止回路について説明する。

【0018】

＜トライアックと温度ヒューズ抵抗器との並列接続方式＞
電源から電圧を印加される入力部に、トライアックと温度ヒューズ抵抗器とが並列に接続された回路が配置されている構成である。

【0019】

電源投入時は、トライアックはオフに制御されており、温度ヒューズ抵抗器に電流が流れる。この際、温度ヒューズ抵抗器の有する抵抗値によって、突入電流が抑制される。また、温度ヒューズ抵抗器は、所定値以上の電流が流れると溶断するため、大電流によって電源装置が故障することを防ぐことができる。

【0020】

電源から流れる電流によって充電される平滑コンデンサの充電が完了すると、トライアックはオンに制御される。トライアックの抵抗値は温度ヒューズ抵抗器の抵抗値よりも小さいため、電源から流れる電流はトライアックを流れるようになる。

【0021】

この方式は、部品点数が多いためコストが高いという問題点がある。また、トライアックは、導通時の電圧降下が１Ｖ程度と大きいため、定常状態において突入電流防止回路の損失が大きいという問題点がある。

【0022】

＜パワーサーミスタ方式＞
電源から電圧を印加される入力部に、パワーサーミスタが配置されている構成である。パワーサーミスタは、低温時の抵抗値が大きく、高温時の抵抗値が小さいという特性を有する。

【0023】

電源投入時はパワーサーミスタの温度が低いため、パワーサーミスタの抵抗値は大きい。そのため、電源投入時に発生する突入電流を、パワーサーミスタの大きい抵抗値によって抑制することができる。しばらく時間が経過して定常状態になる頃には、パワーサーミスタは自己発熱して温度が上昇している。そのため、定常状態において、パワーサーミスタの抵抗値は小さくなっており、パワーサーミスタによる損失を低減することができる。

【0024】

この方式は、電源をオフした後に早いタイミングで電源をオンした場合、パワーサーミスタの温度が高いままなので、パワーサーミスタの抵抗値が小さいままとなり、突入電流を抑制できないという問題点がある。また、定常状態となりパワーサーミスタの温度が高い状態になっても、パワーサーミスタの抵抗値は数１００ｍΩ程度と比較的大きいため、定常状態において突入電流防止回路の損失が大きいという問題点がある。

【0025】

＜ＦＥＴと温度ヒューズ抵抗器との並列接続方式＞
電源から電圧を印加される入力部に、ＦＥＴと温度ヒューズ抵抗器とが並列に接続された回路が配置されている構成である。

【0026】

電源投入時は、ＦＥＴはオフに制御されており、温度ヒューズ抵抗器に電流が流れる。この際、温度ヒューズ抵抗器の有する抵抗値によって、突入電流が抑制される。また、温度ヒューズ抵抗器は、所定値以上の電流が流れると溶断するため、大電流によって電源装置が故障することを防ぐことができる。

【0027】

電源から流れる電流によって充電される平滑コンデンサの充電が完了すると、ＦＥＴはオンに制御される。ＦＥＴのオン抵抗は温度ヒューズ抵抗器の抵抗値よりも小さいため、電源から流れる電流はＦＥＴを流れるようになる。

【0028】

この方式は、部品点数が多いためコストが高いという問題点がある。

【0029】

＜降圧コンバータ方式＞
図１は、降圧コンバータ方式の突入電流防止回路２１０を備える電源装置２００ａを示す図である。

【0030】

電源装置２００ａは、交流電源１から供給される入力電圧を直流電圧に変換して、コンバータ２に出力する。コンバータ２は、例えば、ＤＣ－ＤＣコンバータであってよい。

【0031】

電源装置２００ａは、フィルタ２０１と、整流器２０２と、降圧コンバータ方式の突入電流防止回路２１０とを備える。

【0032】

フィルタ２０１は、交流電源１からの入力電圧に含まれる不要な周波数成分の電圧を除去する。フィルタ２０１は、例えば、ローパスフィルタ、バンドバスフィルタなどであってよい。

【0033】

整流器２０２は、電流を一方向だけに流す回路である。

【0034】

突入電流防止回路２１０は、チョークコイル２１１と、ダイオード２１２と、平滑コンデンサ２１３と、ＦＥＴ２１４と、電流検出器２１５と、電流制御回路２１６とを備える。

【0035】

降圧コンバータ方式である突入電流防止回路２１０の動作について説明する。

【0036】

交流電源１から電圧が投入される際、ＦＥＴ２１４はオンに制御されている。交流電源１から電圧が投入されると、突入電流防止回路２１０には、実線矢印で示すように電流が流れる。すなわち、チョークコイル２１１、平滑コンデンサ２１３、ＦＥＴ２１４、電流検出器２１５の順で電流が流れる。このように電流が流れることにより、平滑コンデンサ２１３は充電される。

【0037】

電流検出器２１５は、ＦＥＴ２１４に流れる電流値を検出する。電流検出器２１５は、検出した電流値を電流制御回路２１６に出力する。

【0038】

電流制御回路２１６は、電流検出器２１５から取得した電流値が所定の電流値以上になると、ＦＥＴ２１４をオフにする。

【0039】

ＦＥＴ２１４がオフすると、チョークコイル２１１に蓄積された磁気エネルギーが解放され、破線矢印で示すように電流が流れる。すなわち、チョークコイル２１１、平滑コンデンサ２１３、ダイオード２１２の順で電流が流れる。このように電流が流れることにより、平滑コンデンサ２１３は充電される。

【0040】

その後、電流制御回路２１６は、電流検出器２１５から取得した電流値が所定の電流値より小さくなると、ＦＥＴ２１４をオンにする。

【0041】

このように、ＦＥＴ２１４のオン／オフを繰り返すことによって、突入電流防止回路２１０は、突入電流を抑制しながら平滑コンデンサ２１３を充電することができる。

【0042】

平滑コンデンサ２１３の充電が完了すると、ＦＥＴ２１４には電流は流れなくなる。この状態では、電流制御回路２１６は、ＦＥＴ２１４を常時オンに制御している。

【0043】

降圧コンバータ方式は、部品点数が少ないため、他の方式と比較してコストがかからない。また、降圧コンバータ方式は、損失が小さいという特徴がある。したがって、降圧コンバータ方式は、上述のその他の方式の突入電流防止回路と比較して、有利な構成の突入電流防止回路であるといえる。

【0044】

（昇圧型コンバータ回路）
続いて、従来の昇圧型コンバータ回路について説明する。

【0045】

電源装置に交流電圧が入力される際、平滑コンデンサのみで整流すると、入力電流が歪み高調波電流が発生する。高調波電流が発生すると効率が悪化する。また、高調波電流が発生すると機器の誤動作を引き起こすことがある。そのため、高調波は、ＩＥＣ（International Electrotechnical Commission）で規定される値以下に抑制される必要がある。

【0046】

また、電源装置がコンバータに直流電圧を供給する際、コンバータの動作に適した直流電圧を供給することが望ましい。

【0047】

高調波の低減及びコンバータの動作に適した直流電圧の出力を実現するため、電源装置が、ＡＰＦＣ（Active Power Factor Correction）機能を有する昇圧型コンバータ回路を備える構成とすることが一般的である。

【0048】

図２は、昇圧型コンバータ回路２２０を備える電源装置２００ｂを示す図である。昇圧型コンバータ回路２２０は、ＡＰＦＣ機能を有する昇圧型コンバータ回路である。

【0049】

電源装置２００ｂは、交流電源１から供給される入力電圧を直流電圧に変換して、コンバータ２に出力する。コンバータ２は、例えば、ＤＣ－ＤＣコンバータであってよい。電源装置２００ｂは、コンバータ２の動作に適した直流電圧を出力することができる。

【0050】

電源装置２００ｂは、フィルタ２０１と、整流器２０２と、昇圧型コンバータ回路２２０とを備える。

【0051】

フィルタ２０１は、交流電源１からの入力電圧に含まれる不要な周波数成分の電圧を除去する。フィルタ２０１は、例えば、ローパスフィルタ、バンドバスフィルタなどであってよい。

【0052】

整流器２０２は、電流を一方向だけに流す回路である。

【0053】

昇圧型コンバータ回路２２０は、チョークコイル２２１と、ダイオード２２２と、ＦＥＴ２２３と、平滑コンデンサ２２４と、電圧制御回路２２５とを備える。

【0054】

昇圧型コンバータ回路２２０の動作について説明する。

【0055】

ＦＥＴ２２３がオンのとき、昇圧型コンバータ回路２２０には、実線矢印で示すように電流が流れる。すなわち、チョークコイル２２１、ＦＥＴ２２３の順で電流が流れる。このとき、チョークコイル２２１に磁気エネルギーが蓄積される。

【0056】

ＦＥＴ２２３がオフになると、チョークコイル２２１において電圧の向きが逆転し、チョークコイル２２１に蓄積された磁気エネルギーが解放され、破線矢印で示すように電流が流れる。すなわち、チョークコイル２２１、ダイオード２２２、平滑コンデンサ２２４の順に電流が流れる。

【0057】

このようなＦＥＴ２２３のオン／オフ動作を繰り返すことにより、昇圧型コンバータ回路２２０は、昇圧動作を実行する。

【0058】

電圧制御回路２２５は、平滑コンデンサ２２４の電圧値を検出し、検出した電圧値がコンバータ２に適した電圧に近づくように、ＦＥＴ２２３がオン／オフするデューティ比を制御する。

【0059】

このように、ＦＥＴ２２３がオン／オフするデューティ比を制御することによって、昇圧型コンバータ回路２２０は、所定の直流電圧を出力することができる。また、昇圧型コンバータ回路２２０は、高調波を低減することができる。

【0060】

（比較例）
図３は、比較例に係る電源装置２００ｃの概略構成を示す図である。

【0061】

比較例に係る電源装置２００ｃは、フィルタ２０１と、整流器２０２と、図１を参照して説明した突入電流防止回路２１０と、図２を参照して説明した昇圧型コンバータ回路２２０とを備える。

【0062】

このように、降圧コンバータ方式の突入電流防止回路２１０を備えることにより、電源装置２００ｃは、交流電源１からの電圧投入時に、交流電源１から電源装置２００ｃに突入電流が流れることを抑制することができる。また、突入電流防止回路２１０は、降圧コンバータ方式であるため、低コストという特徴及び損失が小さいという特徴がある。

【0063】

また、昇圧型コンバータ回路２２０を備えることにより、電源装置２００ｃは、所定の直流電圧を出力することができる。また、電源装置２００ｃは、高調波を低減することができる。

【0064】

（本開示の電源装置）
図４は、一実施形態に係る電源装置１００の概略構成を示す図である。図１を参照して、一実施形態に係る電源装置１００の構成及び機能について説明する。

【0065】

電源装置１００は、交流電源１から供給される入力電圧を所定の直流電圧に変換して、コンバータ２に出力する。

【0066】

コンバータ２は、例えば、ＤＣ－ＤＣコンバータであってよい。コンバータ２がＤＣ－ＤＣコンバータである場合、コンバータ２は、例えば、絶縁型のＤＣ－ＤＣコンバータであってよい。

【0067】

電源装置１００が出力する所定の直流電圧は、コンバータ２の動作に適した直流電圧である。このように、電源装置１００がコンバータ２の動作に適した直流電圧を出力してコンバータ２に供給することにより、コンバータ２は、最適な条件で動作することができる。

【0068】

電源装置１００は、フィルタ１０１と、整流器１０２と、第１整流器１０３と、チョークコイル１０４と、第２整流器１０５と、第２ＦＥＴ１０６と、平滑コンデンサ１０７と、第１ＦＥＴ１０８と、電流検出器１０９と、電流制御回路１１０と、電圧検出器１１１と、電圧制御回路１１２と、モード制御回路１１３とを備える。

【0069】

フィルタ１０１は、交流電源１からの入力電圧に含まれる不要な周波数成分の電圧を除去する。フィルタ１０１は、例えば、ローパスフィルタ、バンドバスフィルタなどであってよい。

【0070】

整流器１０２は、電流を一方向だけに流す回路である。整流器１０２の入力部は、フィルタ１０１に接続されている。整流器１０２の出力部の一方は、第１整流器１０３の一端とチョークコイル１０４の一端とに接続されている。整流器１０２の出力部の他方は、電流検出器１０９と接続されている。

【0071】

電源装置１００は、図１を参照して説明した降圧コンバータ方式の突入電流防止回路に相当する回路と、図２を参照して説明した昇圧型コンバータ回路に相当する回路とを備えている。

【0072】

まず、図５を参照して、図４に示す電源装置１００が降圧コンバータ方式の突入電流防止回路を備えていることを説明する。図５は、図４に示す電源装置１００のうち、突入電流防止回路に関連する回路素子を抜き出して示した図である。

【0073】

図５を参照すると、電源装置１００が備える、第１整流器１０３、チョークコイル１０４、平滑コンデンサ１０７、第１ＦＥＴ１０８、電流検出器１０９及び電流制御回路１１０は、突入電流防止回路１２０を構成する。

【0074】

図５に示した突入電流防止回路１２０を図１に示した突入電流防止回路２１０と対比すると、図５に示す突入電流防止回路１２０の第１整流器１０３、チョークコイル１０４、平滑コンデンサ１０７、第１ＦＥＴ１０８、電流検出器１０９及び電流制御回路１１０は、それぞれ、図１に示した突入電流防止回路２１０のダイオード２１２、チョークコイル２１１、平滑コンデンサ２１３、ＦＥＴ２１４、電流検出器２１５及び電流制御回路２１６に対応する。

【0075】

次に、図６を参照して、図４に示す電源装置１００が昇圧型コンバータ回路を備えていることを説明する。図６は、図４に示す電源装置１００のうち、昇圧型コンバータ回路に関連する回路素子を抜き出して示した図である。

【0076】

図６を参照すると、電源装置１００が備える、チョークコイル１０４、第２整流器１０５、第２ＦＥＴ１０６、平滑コンデンサ１０７及び電圧制御回路１１２は、昇圧型コンバータ回路１３０を構成する。

【0077】

図６に示した昇圧型コンバータ回路１３０を図２に示した昇圧型コンバータ回路２２０と対比すると、図６に示す昇圧型コンバータ回路１３０のチョークコイル１０４、第２整流器１０５、第２ＦＥＴ１０６、平滑コンデンサ１０７及び電圧制御回路１１２は、それぞれ、図２に示した昇圧型コンバータ回路２２０のチョークコイル２２１、ダイオード２２２、ＦＥＴ２２３、平滑コンデンサ２２４及び電圧制御回路２２５に対応する。

【0078】

図５及び図６を参照して説明したように、電源装置１００は、降圧コンバータ方式の突入電流防止回路１２０と、昇圧型コンバータ回路１３０とを備える。ここで、図５に示す突入電流防止回路１２０が備えるチョークコイル１０４と、図６に示す昇圧型コンバータ回路１３０が備えるチョークコイル１０４とは、共通のチョークコイルである。また、図５に示す突入電流防止回路１２０が備える平滑コンデンサ１０７と、図６に示す昇圧型コンバータ回路１３０が備える平滑コンデンサ１０７とは、共通の平滑コンデンサである。したがって、一実施形態に係る電源装置１００と、図３に示した比較例に係る電源装置２００ｃとを比較すると、一実施形態に係る電源装置１００は、比較例に係る電源装置２００ｃよりもチョークコイルが１つ少なく、平滑コンデンサが１つ少ない。すなわち、一実施形態に係る電源装置１００は、比較例に係る電源装置２００ｃよりも回路素子が少ない構成で、降圧コンバータ方式の突入電流防止回路１２０と、昇圧型コンバータ回路１３０とを備えることが実現できている。

【0079】

再び図４に戻って説明する。

【0080】

第１整流器１０３は、電流を一方向だけに流す回路である。第１整流器１０３は、例えば、ダイオード、ＦＥＴなどであってよい。第１整流器１０３は、図４において、下側から上側に向かう方向に電流を流す。

【0081】

第１整流器１０３の一端は、整流器１０２の出力部と、チョークコイル１０４の一端とに接続されている。第１整流器１０３の他端は、第２ＦＥＴ１０６のソースと、平滑コンデンサ１０７の負極と、第１ＦＥＴ１０８のドレインとに接続されている。

【0082】

チョークコイル１０４は、任意のコイルであってよい。チョークコイル１０４の一端は、整流器１０２の出力部と、第１整流器１０３の一端とに接続されている。チョークコイル１０４の他端は、第２整流器１０５の一端と、第２ＦＥＴ１０６のドレインとに接続されている。

【0083】

第２整流器１０５は、電流を一方向だけに流す回路である。第２整流器１０５は、例えば、ダイオード、ＦＥＴなどであってよい。第２整流器１０５は、図４において、左側から右側に向かう方向に電流を流す。

【0084】

第２整流器１０５の一端は、チョークコイル１０４の他端と、第２ＦＥＴ１０６のドレインとに接続されている。第２整流器１０５の他端は、平滑コンデンサ１０７の正極に接続されている。

【0085】

第２ＦＥＴ１０６は、任意のＦＥＴであってよい。第２ＦＥＴ１０６のドレインは、チョークコイル１０４の他端と、第２整流器１０５の一端とに接続されている。第２ＦＥＴ１０６のソースは、第１整流器１０３の他端と、平滑コンデンサ１０７の負極と、第１ＦＥＴ１０８のドレインとに接続されている。第２ＦＥＴ１０６のゲートは、電圧制御回路１１２に接続されている。

【0086】

平滑コンデンサ１０７は、リップル成分を低減する機能を有する。平滑コンデンサ１０７は、任意のコンデンサであってよい。平滑コンデンサ１０７の正極は、第２整流器１０５の他端に接続されている。平滑コンデンサ１０７の負極は、第１整流器１０３の他端と、第２ＦＥＴ１０６のソースと、第１ＦＥＴ１０８のドレインとに接続されている。

【0087】

第１ＦＥＴ１０８は、任意のＦＥＴであってよい。第１ＦＥＴ１０８のドレインは、第１整流器１０３の他端と、第２ＦＥＴ１０６のソースと、平滑コンデンサ１０７の負極とに接続されている。第１ＦＥＴ１０８のソースは、電流検出器１０９に接続されている。第１ＦＥＴ１０８のゲートは、電流制御回路１１０に接続されている。

【0088】

第１ＦＥＴ１０８は、交流電源１から突入電流防止回路１２０に電流を流すか否かを切り替えるという機能を有する。第１ＦＥＴ１０８がオンのとき、交流電源１から突入電流防止回路１２０に電流が流れる。第１ＦＥＴ１０８がオフのとき、交流電源１から突入電流防止回路１２０に電流が流れない。

【0089】

電流検出器１０９は、第１ＦＥＴ１０８に流れる電流値を検出する。電流検出器１０９は、例えば、抵抗であってよい。電流検出器１０９は、検出した電流値を電流制御回路１１０に出力する。

【0090】

電流制御回路１１０は、電流検出器１０９から取得した電流値が所定の電流値以上になると、第１ＦＥＴ１０８をオフにする。また、電流制御回路１１０は、電流検出器１０９から取得した電流値が所定の電流値より小さくなると、第１ＦＥＴ１０８をオンにする。この際、第１ＦＥＴ１０８のオン／オフが頻繁に切り替わらないようにするため、第１ＦＥＴ１０８をオンさせる閾値と、第１ＦＥＴ１０８をオフさせる閾値とを異なる閾値としてよい。

【0091】

なお、電流制御回路１１０が第１ＦＥＴ１０８をオンにする制御は、上述の制御に限定されない。例えば、電流制御回路１１０は、第１ＦＥＴ１０８をオフにしてから所定の時間が経過すると第１ＦＥＴ１０８をオンにしてよい。所定の時間は、例えば数１０μｓなどであってよい。

【0092】

電圧検出器１１１は、第１ＦＥＴ１０８のドレイン－ソース間の電圧値を検出する。

【0093】

電圧制御回路１１２は、平滑コンデンサ１０７の電圧値を検出し、検出した電圧値が所定の直流電圧に近づくように、第２ＦＥＴ１０６がオン／オフするデューティ比を制御する。所定の直流電圧は、コンバータ２の動作に適した直流電圧である。すなわち、電圧制御回路１１２は、コンバータ２の動作に適した直流電圧をコンバータ２に出力するように、第２ＦＥＴ１０６のオン／オフをフィードバック制御する。

【0094】

電圧制御回路１１２は、平滑コンデンサ１０７の電圧値が所定の直流電圧より小さい場合、第２ＦＥＴ１０６がオンしている期間が長くなるように、第２ＦＥＴ１０６がオン／オフするデューティ比を制御する。電圧制御回路１１２は、平滑コンデンサ１０７の電圧値が所定の直流電圧より大きい場合、第２ＦＥＴ１０６がオンしている期間が短くなるように、第２ＦＥＴ１０６がオン／オフするデューティ比を制御する。

【0095】

モード制御回路１１３は、第１モードと第２モードとを切り替える。

【0096】

第１モードは、図５に示した、電源装置１００が備える突入電流防止回路１２０が、突入電流防止動作を実行し、図６に示した、電源装置１００が備える昇圧型コンバータ回路１３０が、昇圧型コンバータ動作を実行しないモードである。第１モードにおける電源装置１００の動作については後述する。

【0097】

第２モードは、図５に示した、電源装置１００が備える突入電流防止回路１２０が突入電流防止動作を実行せず、図６に示した、電源装置１００が備える昇圧型コンバータ回路１３０が、昇圧型コンバータ動作を実行するモードである。第２モードにおける電源装置１００の動作については後述する。

【0098】

モード制御回路１１３は、電源投入時は、電源装置１００を第１モードで動作させる。第１モードで動作させているとき、モード制御回路１１３は、電流制御回路１１０を通常動作させる。すなわち、電流制御回路１１０は、電流検出器１０９から取得した電流値が所定の電流値以上になると、第１ＦＥＴ１０８をオフにする。また、電流制御回路１１０は、電流検出器１０９から取得した電流値が所定の電流値より小さくなると、第１ＦＥＴ１０８をオンにする。これにより、電源装置１００が備える突入電流防止回路１２０は、突入電流防止動作を実行する。

【0099】

また、第１モードで動作させているとき、モード制御回路１１３は、電圧制御回路１１２を制御し、第２ＦＥＴ１０６を常時オフさせる。これにより、電源装置１００が備える昇圧型コンバータ回路１３０は、昇圧型コンバータ動作を実行しない。

【0100】

モード制御回路１１３は、電圧検出器１１１が検出した、第１ＦＥＴ１０８のドレイン－ソース間の電圧値が所定の閾値以下になると、第１モードから第２モードに切り替える。

【0101】

モード制御回路１１３は、例えば、所定の期間の第１ＦＥＴ１０８のドレイン－ソース間の電圧値の平均値を算出し、算出した平均値が所定の閾値以下になったときに、第１モードから第２モードに切り替えてよい。第１モードにおいて、平滑コンデンサ１０７の充電が進んでいくと、第１ＦＥＴ１０８に流れる電流が小さくなっていくため第１ＦＥＴ１０８がオフになる頻度が減ってくる。したがって、第１ＦＥＴ１０８のドレイン－ソース間の電圧値の平均値は、徐々に小さくなる。モード制御回路１１３は、算出した平均値が所定の閾値以下になると、第１モードから第２モードに切り替える。

【0102】

第２モードで動作させているとき、モード制御回路１１３は、電流制御回路１１０を制御し、第１ＦＥＴ１０８を常時オンさせる。これにより、電源装置１００が備える突入電流防止回路１２０は、突入電流防止動作を実行しない。

【0103】

また、第２モードで動作させているとき、モード制御回路１１３は、電圧制御回路１１２を通常動作させる。すなわち、電圧制御回路１１２は、平滑コンデンサ１０７の電圧値を検出し、検出した電圧値が所定の直流電圧に近づくように、第２ＦＥＴ１０６がオン／オフするデューティ比を制御する。これにより、電源装置１００が備える昇圧型コンバータ回路１３０は、昇圧型コンバータ動作を実行する。

【0104】

図７を参照して、第１モードで動作しているときの電源装置１００の動作について説明する。

【0105】

第１モードで動作しているとき、モード制御回路１１３は、電圧制御回路１１２を制御し、第２ＦＥＴ１０６を常時オフにしている。

【0106】

交流電源１から電圧が投入される際、第１ＦＥＴ１０８はオンに制御されている。交流電源１から電圧が投入されると、電源装置１００には、実線矢印で示すように電流が流れる。すなわち、チョークコイル１０４、第２整流器１０５、平滑コンデンサ１０７、第１ＦＥＴ１０８、電流検出器１０９の順で電流が流れる。このように電流が流れることにより、平滑コンデンサ１０７は充電される。

【0107】

電流検出器１０９は、第１ＦＥＴ１０８に流れる電流値を検出する。電流検出器１０９は、検出した電流値を電流制御回路１１０に出力する。

【0108】

電流制御回路１１０は、電流検出器１０９から取得した電流値が所定の電流値以上になると、第１ＦＥＴ１０８をオフにする。

【0109】

第１ＦＥＴ１０８がオフすると、チョークコイル１０４に蓄積された磁気エネルギーが解放され、破線矢印で示すように電流が流れる。すなわち、チョークコイル１０４、第２整流器１０５、平滑コンデンサ０７、第１整流器１０３の順で電流が流れる。このように電流が流れることにより、平滑コンデンサ１０７は充電される。

【0110】

その後、電流制御回路１１０は、電流検出器１０９から取得した電流値が所定の電流値より小さくなると、第１ＦＥＴ１０８をオンにする。

【0111】

このように、第１ＦＥＴ１０８のオン／オフを繰り返すことによって、電源装置１００は、突入電流を抑制しながら平滑コンデンサ１０７を充電することができる。

【0112】

平滑コンデンサ１０７の充電電圧が上昇すると、平滑コンデンサ１０７に流れる電流が小さくなってくる。これに伴い、第１ＦＥＴ１０８のドレイン－ソース間の電圧が小さくなる。モード制御回路１１３は、電圧検出器１１１が検出した、第１ＦＥＴ１０８のドレイン－ソース間の電圧値が所定の閾値以下になると、第１モードから第２モードに切り替える。

【0113】

図８を参照して、第２モードで動作しているときの電源装置１００の動作について説明する。

【0114】

第２モードで動作しているとき、モード制御回路１１３は、電流制御回路１１０を制御し、第１ＦＥＴ１０８を常時オンにしている。

【0115】

第２ＦＥＴ１０６がオンのとき、電源装置１００には、実線矢印で示すように電流が流れる。すなわち、チョークコイル１０４、第２ＦＥＴ１０６、第１ＦＥＴ１０８、電流検出器１０９の順で電流が流れる。このとき、チョークコイル１０４に磁気エネルギーが蓄積される。

【0116】

第２ＦＥＴ１０６がオフになると、チョークコイル１０４において電圧の向きが逆転し、チョークコイル１０４に蓄積された磁気エネルギーが解放され、破線矢印で示すように電流が流れる。すなわち、チョークコイル１０４、第２整流器１０５、平滑コンデンサ１０７、第１ＦＥＴ１０８、電流検出器１０９の順に電流が流れる。このような動作により、電源装置１００は、昇圧動作を実行する。

【0117】

電圧制御回路１１２は、平滑コンデンサ１０７の電圧値を検出し、検出した電圧値が所定の直流電圧に近づくように、第２ＦＥＴ１０６がオン／オフするデューティ比を制御する。

【0118】

電源装置１００は、このように、電圧制御回路１１２によって調整された所定の直流電圧をコンバータ２に出力する。

【0119】

以上のような一実施形態に係る電源装置１００によれば、突入電流防止回路及び昇圧型コンバータ回路を備えると共に回路素子にかかるコストを低減することが可能である。より具体的には、電源装置１００は、突入電流防止回路１２０と、昇圧型コンバータ回路１３０とを備え、突入電流防止回路１２０が備えるチョークコイル１０４と、昇圧型コンバータ回路１３０が備えるチョークコイル１０４とは、共通のチョークコイルである。また、突入電流防止回路１２０が備える平滑コンデンサ１０７と、昇圧型コンバータ回路１３０が備える平滑コンデンサ１０７とは、共通の平滑コンデンサである。そのため、一実施形態に係る電源装置１００は、図３に示した比較例に係る電源装置２００ｃの構成と比べて、チョークコイルと平滑コンデンサを１つずつ削減することができ、回路素子にかかるコストを低減することができる。

【0120】

（第１の変形例）
図９は、第１の変形例に係る電源装置１００ａの概略構成を示す図である。図４に示した電源装置１００は、交流電源１から電圧を供給される構成であったが、第１の変形例に係る電源装置１００ａは、直流電源３から電圧を供給される構成である。

【0121】

第１の変形例に係る電源装置１００ａは、整流器１０２を備えていないという点で、図４に示した電源装置１００と相違する。

【0122】

第１の変形例に係る電源装置１００ａのように、直流電源３から電圧を供給される構成であっても、図４に示した電源装置１００と同様の機能を実現することができる。

【0123】

（第２の変形例）
図１０は、第２の変形例に係る電源装置１００ｂの概略構成を示す図である。

【0124】

第２の変形例に係る電源装置１００ｂは、フィルタ１０１の後段、すなわち、突入電流防止回路１２０の前段にダンピング回路１１４を備えるという点で、図９に示した電源装置１００ａと相違する。

【0125】

例えば、図９に示した電源装置１００ａにおいて、入力部に接続されるケーブルが長い場合、及びフィルタ１０１のインダクタンス成分が非常に大きい場合などのような特殊な場合、ＬＣ共振が発生して電源装置１００ａの動作が不安定になるおそれがある。

【0126】

このような場合においても、第２の変形例に係る電源装置１００ｂは、ダンピング回路１１４によって入力部の交流的なインピーダンスを低減することができるため、ＬＣ共振を抑制することが可能となる。したがって、第２の変形例に係る電源装置１００ｂは、ＬＣ共振が発生して電源装置１００ｂの動作を不安定にすることを抑制することができる。

【0127】

本開示は、その精神又はその本質的な特徴から離れることなく、上述した実施形態以外の他の所定の形態で実現できることは当業者にとって明白である。従って、先の記述は例示的であり、これに限定されない。開示の範囲は、先の記述によってではなく、付加した請求項によって定義される。あらゆる変更のうちその均等の範囲内にあるいくつかの変更は、その中に包含される。

【0128】

例えば、上述した各構成部の配置及び個数等は、上記の説明及び図面における図示の内容に限定されない。各構成部の配置及び個数等は、その機能を実現できるのであれば、任意に構成されてもよい。

【符号の説明】

【0129】

１ 交流電源
２ コンバータ
３ 直流電源
１００、１００ａ、１００ｂ 電源装置
１０１ フィルタ
１０２ 整流器
１０３ 第１整流器
１０４ チョークコイル
１０５ 第２整流器
１０６ 第２ＦＥＴ
１０７ 平滑コンデンサ
１０８ 第１ＦＥＴ
１０９ 電流検出器
１１０ 電流制御回路
１１１ 電圧検出器
１１２ 電圧制御回路
１１３ モード制御回路
１１４ ダンピング回路
１２０ 突入電流防止回路
１３０ 昇圧型コンバータ回路
２００ａ、２００ｂ、２００ｃ 電源装置
２０１ フィルタ
２０２ 整流器
２１０ 突入電流防止回路
２１１ チョークコイル
２１２ ダイオード
２１３ 平滑コンデンサ
２１４ ＦＥＴ
２１５ 電流検出器
２１６ 電流制御回路
２２０ 昇圧型コンバータ回路
２２１ チョークコイル
２２２ ダイオード
２２３ ＦＥＴ
２２４ 平滑コンデンサ
２２５ 電圧制御回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】