JP3559645B2 - スイッチング電源装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力電源をスイッチングすることで出力電圧を一定に制御するようなスイッチング電源装置、特に定常の出力電流に対して一時的に大きなピーク電流を要求するような負荷に対して用いられるスイッチング電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、従来の降圧チョッパー型のスイッチング電源装置の構成を示すブロック図であり、同図において、５０１，５０２は入力端子で、両入力端子５０１，５０２間には直流電源Ｖｉｎが接続され、直流電圧が供給される。５０３，５０４は出力端子で、両出力端子５０３，５０４間には負荷５０５が接続される。Ｑ５はスイッチングトランジスタで、そのコレクタは一方の入力端子５０１に接続され、エミッタはチョークコイルＬ５の一方の端子及びダイオードＤ５のカソードに接続され、べ一スは制御回路５０６に接続される。
【０００３】
チョークコイルＬ５の他方の端子は電流検出抵抗Ｒ５の一方の端子と電流検出回路５０７に接続され、抵抗Ｒ５の他方の端子は、平滑用コンデンサＣ５のプラス側、電流検出回路５０７、電圧検出回路５０８及び一方の出力端子５０３に接続される。電流検出抵抗Ｒ５の両端に接続された電流検出回路５０７の出力と、一方の出力端子５０３に接続された電圧検出回路５０８の出力は制御回路５０６に接続される。他方の入力端子５０２、他方の出力端子５０４、ダイオードＤ５のアノード側、平滑用コンデンサＣ５の陰極側は共通であり、接地されている。
【０００４】
このような構成の降圧チョッパー型のスイッチング電源装置の動作を説明する。
【０００５】
入力端子５０１，５０２から直流電源Ｖｉｎが供給されると、電流検出回路５０７、電圧検出回路５０８の出力に基づき制御回路５０６でＰＷＭ（パルス幅変調）制御が行われ、パルスがスイッチングトランジスタＱ５のべ一スに供給される。スイッチングトランジスタＱ５のべ一スにパルスが供給されると、スイッチングトランジスタＱ５がオン／オフする。スイッチングトランジスタＱ５がオンしている期間は、チョークコイルＬ５、平滑用コンデンサＣ５、負荷５０５にエネルギーが供給される。チョークコイルＬ５には電流が流れることによってエネルギーが蓄えられる。このときダイオードＤ５はオフしている。
【０００６】
次に、スイッチングトランジスタＱ５がオフすると、チョークコイルＬ５に蓄えられていたエネルギーがダイオードＤ５を通して負荷５０５に供給される。電流検出回路５０７は電流検出抵抗Ｒ５に流れる電流を検出し、制御回路５０６に信号を出力し、電圧検出回路５０８は一方の出力端子５０３における電圧（出力電圧）を検出し、制御回路５０６に信号を出力している。制御回路５０６では、電圧検出回路５０８からの信号により出力電圧が一定になるようにスイッチングトランジスタＱ５をオン／オフさせるデューティー比を変化させると共に、出力に過電圧が発生した場合や電流検出回路５０７からの信号により本装置に過電流が流れた場合に、スイッチングトランジスタＱ５の動作を停止させる等して、出力電圧を一定に保つと共に、過電流、過電圧に対して保護をかけている。
【０００７】
なお、この過電流保護の設定値はピーク出力電流に対応させるため大きめに設定しなければならない。
【０００８】
ここで、図５の負荷５０５がモーター及びモータードライバで、しかも、例えば、複写装置等の紙送りに用いられるモーターのように、停止期間の後に急回転したり、停止、急回転、停止が繰り返し行われたり、また、紙送りモータでなくても定回転している状態から急に回転数が上がったりして、急回転するときに定常の電流（停止しているときや定回転しているときの電流）に対して非常に大きなピーク電流が要求されるような負荷であったとする。例えば、負荷で図６（ａ）の出力電流Ｉｏｕｔに示すような電流が要求されるとする（モータ一負荷は停止から起動するときに急激に出力電流が増加しピーク電流が流れてしまう）。
【０００９】
ここで、図５の入出力電力について考えると、出力電力が急増するので当然入力電力も急増し、このとき、スイッチング電源装置の入力側にも図６（ｂ）の入力電流Ｉｉｎのようなピーク電流が流れてしまう。
【００１０】
また、図を用いての説明は省略するが、商用交流電源を入力とし、交流を整流、平滑しトランスを介してスイッチングすることで２次側に電力を供給する電源装置（フォワードコンバータやフライバックコンバータ等）の場合でも、前記のような負荷に用いた場合には、入力側にピーク電流が流れてしまう。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来のスイッチング電源装置では、負荷で急激なピーク電流を要求した場合に（例えば、モーター負荷の起動時等）、スイッチング電源装置の入力側にも大きな電流が流れてしまうので、このピーク電流に対応できるようにスイッチング電源装置の入力電源やトランスや各回路素子に容量の大きな物を用いなければならなかった。また、一時的な入力電源の異常（電圧低下や電源瞬断等）が発生した場合に出力電圧が低下してしまう等の問題があった。
【００１２】
本発明は上記従来の技術の有する問題点を解消するためになされたもので、その目的とするところは、入力電源や各素子の容量を小さくすることができると共に、一時的な入力電源の異常が生じた場合でも、安定した出力が得られるスイッチング電源装置を提供することである。
【００１３】
上記課題を解決するため本発明の請求項１記載のスイッチング電源装置は、入力電源をスイッチングすることによりある定電圧定電流を出力する第１スイッチング電源部と、前記第１スイッチング電源部の出力を入力としてある定電圧を出力する第２スイッチング電源部と、前記第１スイッチング電源部の出力に接続され且つ定常時には前記第１スイッチング電源部の出力を平滑し負荷電流急増時には前記第２スイッチング電源部に電力を供給する電力蓄積兼平滑コンデンサとを有し、前記第１のスイッチング電源部は、出力電流を検出する第１の電流検出手段と、前記第１の電流検出手段により検出された電流が過電流となった場合に過電流保護を行なう第１の過電流保護回路を有し、前記第２のスイッチング電源部は、出力電流を検出する第２の電流検出手段と、前記第２の電流検出手段により検出された電流が過電流となった場合に過電流保護を行なう第２の過電流保護回路を有し、前記第１の過電流保護回路における過電流保護の設定値は前記第２の過電流保護回路における過電流保護の設定値よりも低く設定されることを特徴とするものである。
【００１４】
また、上記課題を解決するため本発明の請求項２記載のスイッチング電源装置は、請求項１記載のスイッチング電源装置において、前記第２のスイッチング電源部は、モータに電流を供給するものであり、前記モータの駆動開始時に前記第１のスイッチング電源部からの電流供給を所定量以上増やさず前記電力蓄積兼平滑コンデンサが前記第２のスイッチング電源部の入力に電流を供給することを特徴とするものである。
【００１５】
また、上記課題を解決するため本発明の請求項３記載のスイッチング電源装置は、請求項１記載のスイッチング電源装置において、前記第１、第２の過電流保護回路は、過電流が流れた場合にそれぞれ、前記第１、第２のスイッチング電源部のスイッチング素子の動作を停止させることを特徴とするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施の形態を図１〜図４に基づき説明する。
【００１７】
（第１の実施の形態）
まず、本発明の第１の実施の形態を図１及び図２に基づき説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係る昇降圧型チョッパーのスイッチング電源装置の構成を示すブロック図である。同図において、１は第１スイッチング電源部、２は第２スイッチング電源部である。第１スイッチング電源部１は、入力端子３，４及び出力端子５，６を有している。入力端子３，４間には直流電源Ｖｉｎが接続され、直流電圧が供給される。また、出力端子５，６間には容量の大きな電力蓄積兼平滑コンデンサＣ１が接続されている。第１スイッチング電源部１は、スイッチングトランジスタＱ１を有し、そのコレクタは一方の入力端子３に接続され、エミッタはチョークコイルＬ１の一方の端子及びダイオードＤ１のカソードに接続され、べ一スは制御回路７に接続される。
【００１８】
チョークコイルＬ１の他方の端子は電流検出抵抗Ｒ１の一方の端子と電流検出回路８に接続され、抵抗Ｒ１の他方の端子は、電力蓄積兼平滑用コンデンサＣ１のプラス側、電流検出回路８、電圧検出回路９及び一方の出力端子５に接続される。電流検出抵抗Ｒ１の両端に接続された電流検出回路８の出力と、出力端子５，６に接続された電圧検出回路９の出力は制御回路７に接続される。他方の入力端子４、他方の出力端子６、ダイオードＤ１のアノード側、電力蓄積兼平滑用コンデンサＣ１の陰極側は共通であり、接地されている。
【００１９】
第２スイッチング電源部２は、その入力端子が第１スイッチング電源部１の出力端子５，６に接続され且つ出力端子１０，１１を有し、この出力端子１０，１１間に負荷１２が接続されている。
【００２０】
電力蓄積兼平滑コンデンサＣ１の正極側を符号５、負極側を符号６とすると、図１の回路構成は、符号３，４を入力とし、符号５，６を出力とする第１スイッチング電源部１、符号５，６を入力とし、符号１０，１１を出力とする第２スイッチング電源部２及び電力蓄積兼平滑コンデンサＣ１で構成され、全体として降昇圧型チョッパーのスイッチング電源装置となっている。
【００２１】
電力蓄積兼平滑コンデンサＣ１の正極側はチョークコイルＬ２を介してスイッチングトランジスタＱ２のコレクタに接続されると共に、ダイオードＤ２のアノード側に接続される。ダイオードＤ２のカソード側は平滑用コンデンサＣ２、一方の出力端子１０及び負荷１２に接続される。スイッチングトランジスタＱ２のエミッタは電流検出抵抗Ｒ２を介し接地されている。電流検出回路１５は電流検出用抵抗Ｒ２の両端に接続され、出力信号は制御回路１４に入力される。また、電圧検出回路１６は出力端子１０，１１間に接続され、その出力は制御回路１４に入力される。他方の入力端子４、他方の出力端子１１、ダイオードＤ１のアノード側、平滑用コンデンサＣ２のマイナス側、電力蓄積兼平滑コンデンサＣ１のマイナス側及び電流検出抵抗Ｒ２の一端は共通であり、接地されている。
【００２２】
次に、上記構成の本実施の形態に係るスイッチング電源装置の動作について説明する。入力端子３，４より直流電源が供給されると、電流検出回路８、電圧検出回路９の検出値に基づき、第１スイッチング電源部１における出力電流、出力電圧がある一定値になるように制御回路７によってスイッチングトランジスタＱ１がオン／オフされる。スイッチングトランジスタＱ１がオンしている期間は、チョークコイルＬ１、電力蓄積兼平滑コンデンサＣ１及び第２スイッチング電源部２にエネルギーが供給される。チョークコイルＬ１には電流が流れることによってエネルギーが蓄えられる。このときダイオードＤ１はオフしている。次に、スイッチングトランジスタＱ１がオフすると、チョークコイルＬ１に蓄えられていたエネルギーがダイオードＤ１を通して第２スイッチング電源部２に供給される。
【００２３】
電流検出回路８は抵抗Ｒ１に流れる電流を検出し、制御回路７に信号を出力し、電圧検出画路９は一方の出力端子５における電圧（第１スイッチング電源部１の出力電圧）を検出し、制御回路７に信号を出力している。制御回路７は電流検出回路８、電圧検出回路９からの信号に基づき、抵抗Ｒ１を流れる電流及び出力端子５，６の両端の電圧がある所定の一定値、つまり第１スイッチング電源部１の出力として定電圧定電流出力になるようにスイッチングトランジスタＱ１のベースに供給する駆動パルスのデュ一比を変化させ、スイッチングトランジスタＱ１のオン／オフを制御している。また、第１スイッチング電源部１における過電流及び過電圧に対して、そスイッチングトランジスタＱ１の動作を停止させる等の保護をかけている。
【００２４】
なお、この過電流保護の設定値は低めに設定されており、第１スイッチング電源部１の入力電流にピーク電流が流れるのを抑制している。このようにして出力端子５，６に得られたある直流電力が両出力端子５，６から第２スイッチング電源部２に供給される。第２スイッチング電源部２に所定のある直流電力が供給されると、電流検出回路１５、電圧検出回路１６の検出値に基づき、出力電圧がある一定値になるように制御回路１４によってスイッチングトランジスタＱ２がオン／オフされる。スイッチングトランジスタＱ２がオンしている期間は、チョークコイルＬ２に電流が流れる。このとき、チョークコイルＬ２には電流が流れることによってエネルギーが蓄えられる。
【００２５】
次に、スイッチングトランジスタＱ２がオフすると、チョークコイルＬ２に蓄えられていたエネルギーがダイオードＤ２を通して出力端子１０，１１に接続された負荷１２に供給される。このとき両出力端子１０，１１の電圧は両出力端子５，６の電圧（第１スイッチング電源部１の出力電圧）にチョークコイルＬ２の逆起電力が加わった電圧となる。電流検出回路１５は電流検出抵抗Ｒ２に流れる電流を検出し、制御回路１４に信号を出力し、電圧検出回路１６は両出力端子１０，１１間における電圧（出力電圧）を検出し、制御回路１４に信号を出力している。制御回路１４は電流検出回路１５、電圧検出回路１６からの信号に基づき、出力端子１０，１１の両端の電圧がある所定の一定値になるようにスイッチングトランジスタＱ２のオン／オフを制御している。
【００２６】
つまり第２スイッチング電源部２として考えれば、出力電圧が定電圧出力制御されているということになる。また、電流検出回路１５、電圧検出回路１６で第２スイッチング電源部２における過電流、過電圧を検出した場合には、スイッチングトランジスタＱ２の動作を停止させる等して回路を保護している。
【００２７】
ここで、図１の負荷１２がモーター及びモータードライバーで、しかも、例えば複写装置等の紙送りに用いられるモーターのように、停止期間の後に急回転したり、停止、急回転、停止が繰り返し行われたり、また、紙送りモーターでなくても定回転している状態から急に回転数が上がったりして、急回転するときに定常の電流（停止しているときや定回転しているときの電流）に対して非常に大きなピーク電流が要求されるような負荷であったとする。このピーク電流が要求されたとき、負荷１２に必要な電力を入力端子３，４からの入力電源ではなく、電力蓄積兼平滑コンデンサＣ１から供給するのが本発明の特徴である。
【００２８】
このときの動作を説明する、例えば負荷１２で、図２（ａ）のＩｏｕｔに示すような電流が要求されるとする（モーター負荷は停止から起動するときに急激に出力電流が増加してピーク電流が流れてしまう）。このとき、第２スイッチング電源部２について考えると、出力電力が急増するので当然入力電力も急増する。しかし、第２スイッチング電源部２の入力部である第１スイッチング電源部１の出力部は常に定電圧、定電流に制御されているために、第２スイッチング電源部２の入力部がある電力以上になる電流を負荷１２が要求した場合、第１スイッチング電源部１の出力だけでは、その急増した電力をまかなえなくなってしまう。そのときは電力蓄積兼平滑コンデンサＣ１から第２スイッチング電源部２の入力部に必要な電力を供給する。
【００２９】
このようにして、負荷１２で急激な電流の増加を要求した場合は、第１スイッチング電源部１の出力部と第２スイッチング電源部２の入力部に接続された電力蓄積兼平滑コンデンサＣ１から第２スイッチング電源部２に電力を供給することで、第１スイッチング電源部１の出力電流（Ｉｒ１）は、わずかな増加に抑えられ、第１スイッチング電源部１の出力は常に定電圧、定電流を保つことができるため、第１スイッチング電源部１とすれば、負荷電流（Ｉｏｕｔ）が急増した場合にも、入力端子３，４から供給される電力は急増することがない。つまり、負荷電流（Ｉｏｕｔ）が急増した場合でも、入力電流（Ｉｉｎ）は、負荷電流の増加に比べるとわずかに増加するだけに抑えられる。
【００３０】
よって、負荷電流（Ｉｏｕｔ）のピーク値に合わせて入力電源を大容量にする必要もなく、小さな入力電源容量のまま、一時的な負荷の電流急増に対応することができる。また、一時的な入力電源の異常（電圧低下や電源瞬断等）が発生した場合でも、電力蓄積兼平滑コンデンサＣ１から第２スイッチング電源部２に電力を供給することで、負荷１２に安定した出力が得られる。
【００３１】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態を図３に基づき説明する。図３は、本発明の第２の実施の形態に係るスイッチング電源装置の構成を示すブロック図である。同図において、上述した第１の実施の形態に係る図１と同一部分には、同一符号が付してある。
【００３２】
本実施の形態においては、第１スイッチング電源部１を昇圧型チョッパーのスイッチング電源で、第２スイッチング電源部２を降圧型チョッパ一のスイッチング電源で構成した回路である。電力蓄積兼平滑コンデンサＣ１の正極側を一方の出力端子５とし、負極側を他方の出力端子６とし、入力端子３，４を入力とし、出力端子５，６を出力とする第１スイッチング電源部１と、出力端子５，６を入力とし、出力端子１０，１１を出力とする第２スイッチング電源部２で構成され、全体として昇降圧型チョッパーのスイッチング電源装置となっている。
【００３３】
第１スイッチング電源部１の構成について説明する。３，４は入力端子で、直流電源Ｖｉｎが接続されると共に、一方の入力端子３がチョークコイルＬ１を介してスイッチングトランジスタＱ１のコレクタ及びダイオードＤ１のアノード側に接続される。ダイオードＤ１のカソード側は電流検出用抵抗Ｒ１に接続され、電流検出用抵抗Ｒ１の他端は一方の出力端子５、つまり電力蓄積兼平滑コンデンサＣ１に接続される。電流検出回路８は電流検出用抵抗Ｒ１の両端に接続され、その出力信号は制御回路７に入力される。また、電圧検出回路９は一方の出力端子５、つまり電力蓄積兼平滑コンデンサＣ１の陽極側に接続され、その出力は制御回路７に入力される。
【００３４】
第２スイッチング電源部２の回路構成は、上述した従来の図５の構成とほぼ同一であるから、その詳細な説明は省略する。第２スイッチング電源部２において従来例と回路構成で異なるのは、入力される電源が直流電源でなく、第１スイッチング電源部１の出力であるという点である。一方の入力端子４、一方の出力端子１１、ダイオードＤ２のアノード側、平滑用コンデンサＣ２の陰極側、電力蓄積兼平滑コンデンサＣ１の陰極側、スイッチングトランジスタＱ１のコレクタは共通であり、接地されている。
【００３５】
次に、本実施の形態に係るスイッチング電源装置の動作を説明する。入力端子３，４より直流電源が供給されると、電流検出回路８、電圧検出回路９の検出値に基づき、第１スイッチング電源部１において出力電流（抵抗Ｒ１を流れる電流）、出力電圧（出力端子５，６間の電圧）がある一定値になるように制御回路７によってスイッチングトランジスタＱ１がオン／オフされる。スイッチングトランジスタＱ１がオンしている期間は、チョークコイルＬ１に電流が流れる。このとき、チョークコイルＬ１には電流が流れることによってエネルギーが蓄えられる。
【００３６】
次に、スイッチングトランジスタＱ１がオフすると、チョークコイルＬ１に蓄えられていたエネルギーがダイオードＤ１を通して出力端子５，６に接続された負荷（第２スイッチング電源部２）に供給される。このとき第１スイッチング電源部１の両出力端子５，６の電圧は両入力端子３，４に接続された直流電源からの入力電圧にチョークコイルＬ１の逆起電力が加わった電圧となる。電流検出回路８は電流検出抵抗Ｒ１に流れる電流を検出し制御回路７に信号を出力し、電圧検出回路９は両出力端子５，６間における電圧（出力電圧）を検出し、制御回路７に信号を出力している。
【００３７】
制御回路７は電流検出回路７、電圧検出回路９からの信号に基づき、両出力端子５，６の電圧がある一定値になると共に、電流検出抵抗Ｒ１に流れる電流がある一定値になるように、つまり第１スイッチング電源部１の出力として定電圧、定電流出力になるようにスイッチングトランジスタＱ１のべ一スに供給する駆動パルスのデューティー比を変化させ、スイッチングトランジスタＱ１のオン／オフを制御している。また、電流検出抵抗Ｒ１を流れる電流や、両出力端子５，６の電圧がある一定値以上になった場合に、制御回路７の出力を停止する等して回路を保護している。なお、この過電流保護の設定値は低めに設定されており、第１スイッチング電源部１の入力電流にピーク電流が流れるのを抑制している。
【００３８】
次に、第２スイッチング電源部２の動作について説明する。第２スイッチング電源部２の入力端子である出力端子５，６に第１スイッチング電源部１から電力が供給されると、電流検出回路１５、電圧検出回路１６の出力に基づき制御回路１４でＰＷＭ制御が行われ、パルスがスイッチングトランジスタＱ２のべ一スに供給される。スイッチングトランジスタＱ２のベースにパルスが供給されるとスイッチングトランジスタＱ２がオン／オフする。スイッチングトランジスクＱ２がオンしている期間は、チョークコイルＬ２、平滑用コンデンサＣ２、負荷１２にエネルギーが供給される。チョークコイルＬ２には、電流が流れることによってエネルギーが蓄えられる。このときダイオードＤ２はオフしている。
【００３９】
次に、スイッチングトランジスタＱ２がオフすると、チョークコイルＬ２に蓄えられていたエネルギーがダイオードＤ２を通して負荷１２に供給される。電流検出回路１５は電流検出抵抗Ｒ２に流れる電流を検出し、制御回路１４に信号を出力し、電圧検出回路１５は一方の出力端子１０における電圧（出力電圧）を検出し、制御回路１４に信号を出力している。制御回路１４では、電圧検出回路１６からの信号により出力電圧が一定になるようにスイッチングトランジスタＱ２をオン／オフさせるデューティー比を変化させ、出力電圧を一定に保つと共に、電流検出回路１５及び電圧検出回路１６で第２スイッチング電源部２における過電流及び過電圧を検出した場合には、スイッチングトランジスタＱ２の動作を停止させる等して回路を保護してる。
【００４０】
ここで、図３の負荷１２がモーター及びモータードライバーで、しかも、例えば、複写装置等の紙送りに用いられるモーターのように、停止期間の後に急回転したり、停止、急回転、停止が繰り返し行われたり、また、紙送りモーターでなくても定回転している状態から急に回転数が上がったりして、急回転するときに定常の電流（停止しているときや定回転しているときの電流）に対して非常に大きなピーク電流が要求されるような負荷であったとする。このピーク電流が要求されたとき、負荷に必要な電力を入力端子３，４からの入力電源からでなく、電力蓄積兼平滑コンデンサＣ１から供給するのが本発明の特徴である。
【００４１】
このときの動作を説明する。例えば、負荷で、図２（ａ）のＩｏｕｔに示すような電流が要求されるとする（モーター負荷は停止から起動時に急激に出力電流が増加しピーク電流が流れてしまう）。このとき、第２スイッチング電源部２について考えると、出力電力が急増するので当然入力電力も急増する、しかし、第２スイッチング電源部２の入力部である第１スイッチング電源部１の出力部は常に定電圧、定電流に制御されているために、第２スイッチング電源部２の入力部がある電力以上になる電流を負荷が要求した場合、第１スイッチング電源部１の出力だけでは、その急増した電力をまかなえなくなってしまう。そのときは電力蓄積用コンデンサＣ１から第２スイッチング電源部２の入力部に必要な電力を供給する。
【００４２】
このようにして、負荷で急激な電流の増加を要求した場合は、第１スイッチング電源部１の出力部と第２スイッチング電源部２の入力部に接続された電力蓄積兼平滑コンデンサＣ１から第２スイッチング電源部２に電力を供給することで、第１スイッチング電源部１の出力電流はわずかな増加に抑えられ、第１スイッチング電源部１の出力は常に定電圧、定電流を保つことができるため、第１スイッチング電源部１とすれば、負荷電流が急増した場合にも、入力端子３，４から供給される電力は急増することない。つまり、負荷電流が急増した場合でも入力電流は、負荷電流の増加に比べるとわずかに増加するだけである。
【００４３】
よって、負荷電流のピーク値に合わせて入力電源を大容量にする必要もなく、小さな入力電源容量のまま、一時的な負荷の電流急増に対応することができる。また、一時的な入力電源の異常（電圧低下や電源瞬断等）が発生した場合でも、電力蓄積兼平滑コンデンサＣ１から第２スイッチング電源部２に電力を供給することで、負荷１２に安定した出力が得られる。
【００４４】
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態を図４に基づき説明する。本実施の形態は、入力電源を商用交流電源とし、出力部にある定電圧を出力するスイッチング電源装置の場合であり、入出力部間を絶縁しなければならない場合の実施の形態である。
【００４５】
図４は、本発明の第３の実施の形態に係るスイッチング電源装置の構成を示すブロック図であり、同図において、上述した第１の実施の形態の図１と同一部分には同一符号が付してある。
【００４６】
本実施の形態では、第１スイッチング電源部１は、一般的なフォワードタイプのスイッチング電源で構成されている。ここで、Ｃ１は電力蓄積兼平滑コンデンサで、第１スイッチング電源部１の出力端子５，６に接続されている。
【００４７】
第１スイッチング電源部１の回路構成を説明する。入力端子３，４には商用交流電源が接続される。入力端子３，４はダイオードブリッジであるＤ３２に接続される。ダイオードブリッジＤ３２の出力は平滑コンデンサＣ３３の両端に接続され、平滑用コンデンサＣ３３の陰極側は、スイッチングトランジスタＱ１のエミッタに接続されると共に、接地されている。平滑用コンデンサＣ３３の陽極側は、トランスＴ３１の一次側を介してスイッチングトランジスタＱ１のコレクタに接続されている。スイッチングトランジスタＱ１のベースは制御回路１１に接続されている。トランスＴ３１の二次側は、一端はダイオードＤ３３、他端はダイオードＤ１を介して、共にチョークコイルＬ１に接続されている。このチョークコイルＬ１の他端は抵抗Ｒ１を介して第１スイッチング電源部１の一方の出力端子５と電力蓄積兼平滑コンデンサＣ１の陽極側に接続されている。
【００４８】
電力蓄積兼平滑コンデンサＣ１の陰極側は、他方の出力端子６、ダイオードＤ１のアノード側、トランスＴ３１の二次側の一端に接続されている。電流検出回路８は抵抗Ｒ１の両端に接続され、その出力は一方のフォトカプラ３７を介して制御回路７に接続されている。電圧検出回路９は電力蓄積兼平滑コンデンサＣ１の陽極側及び一方の出力端子５に接続され、その出力は他方のフォトカプラ３８を介して制御回路７に接続されている。第２スイッチング電源部２は降圧型チョッパーの電源で構成されており、入力を第１スイッチング電源部１の出力（両出力端子５，６）とし、出力端子１０，１１を出力とし、出力端子１０，１１には負荷１２が接続されている。
【００４９】
第２スイッチング電源部２の回路構成は上述した第２の実施の形態の図３における第２スイッチング電源部２とほぼ同一なので、その説明は省略する。
【００５０】
次に、本実施の形態に係るスイッチング電源装置の動作を説明する。
【００５１】
まず、第１スイッチング電源部１について説明する。入力端子３，４より商用交流電源が供給されると、ダイオードブリッジＤ３２で整流され、平滑コンデンサＣ１で平滑される。また、電流検出回路８及び電圧検出回路９の検出値に基づき、第１スイッチング電源部１において出力電流（抵抗Ｒ１を流れる電流）及び出力電圧（出力端子５，６間電圧）がある一定値になるように制御回路７によってスイッチングトランジスタＱ１がオン／オフされる。スイッチングトランジスタＱ１がオンしている期間はトランスＴ３１の一次側に電流が流れ、二次側でもダイオードＤ３３、チョークコイルＬ１，抵抗Ｒ１を介して電流が流れ、電力蓄積兼平滑コンデンサＣ１に電力を蓄えると共に、出力端子５，６に接続された第２スイッチング電源部２に電力を供給している。このとき、チョークコイルＬ１には電流が流れることによってエネルギーが蓄えられる。
【００５２】
次に、スイッチングトランジスタＱ１がオフすると、チョークコイルＬ１に蓄えられていたエネルギーがダイオードＤ１を通して出力端子５，６に接続された負荷（第２スイッチング電源部２）に供給される。電流検出回路８は抵抗Ｒ１に流れる電流を検出し、一方のフォトカプラ３７を介し制御回路７に信号を出力し、電圧検出回路９は出力端子５，６間における電圧（出力電圧）を検出し、他方のフォトカプラ３８を介し制御回路７に信号を出力している。制御回路７はこれらの信号に基づき、出力端子５，６の電圧がある一定値になると共に、抵抗Ｒ１に流れる電流がある一定値になるように、つまり第１スイッチング電源部１の出力として定電圧、定電流出力になるようにスイッチングトランジスタＱ１のベースに供給する駆動パルスのデューティー比を変化させ、スイッチングトランジスタＱ１のオン／オフを制御している。また、抵抗Ｒ１を流れる電流や、出力端子５，６の電圧がある一定値以上になった場合に、制御回路７の出力を停止するなどして回路を保護している。なお、この過電流保護の設定値は低めに設定されており、第１スイッチング電源部１の入力電流にピーク電流が流れるのを抑制している。
【００５３】
次に、第２スイッチング電源部２の動作について説明する。第２スイッチング電源部２の入力である出力端子５，６に第１スイッチング電源部１から電力が供給されると、電流検出回路１５及び電圧検出回路１６の出力に基づき制御回路１４でＰＷＭ制御が行われ、パルスがスイッチングトランジスタＱ２のべ一スに供給される。スイッチングトランジスタＱ２のべ一スにパルスが供給されると、スイッチングトランジスタＱ２がオン／オフする。スイッチングトランジスタＱ２がオンしている期間は、チョークコイルＬ２、平滑用コンデンサＣ２、負荷１２にエネルギーが供給され、チョークコイルＬ２には電流が流れることによって、エネルギーが蓄えられる。このとき、ダイオードＤ２はオフしている。次に、スイッチングトランジスタＱ２がオフすると、チョークコイルＬ２に蓄えられていたエネルギーがダイオードＤ２を通して負荷１２に供給される。電流検出回路１５は抵抗Ｒ２に流れる電流を検出し、制御回路１４に信号を出力し、電圧検出回路１６は一方の出力端子１０における電圧（出力電圧）を検出し、制御回路１４に信号を出力している。
【００５４】
制御回路１４では、電圧検出回路１６からの信号により出力電圧が一定になるようにスイッチングトランジスタＱ２をオン／オフさせるデューティー比を変化させ、出力電圧を一定に保つと共に、電流検出回路１５及び電圧検出回路１６で第２スイッチング電源部２における過電流及び過電圧を検出した場合には、スイッチングトランジスタＱ２の動作を停止させる等して回路を保護してる。
【００５５】
ここで、図４の負荷１２がモーター及びモータードライバーで、しかも、例えば、複写装置等の紙送りに用いられるモーターのように、停止期間の後に急回転したり、停止、急回転、停止が繰り返し行われたり、また、紙送りモーターでなくても定回転している状態から急に回転数が上がったりして、急回転するときに定常の電流（停止しているときや定回転しているときの電流）に対して非常に大きなピーク電流が要求されるような負荷であったとする。このピーク電流が要求されたとき、負荷に必要な電力を入力端子３，４からの入力電源からでなく、電力蓄積兼平滑コンデンサＣ１から供給するのが本発明の特徴である。
【００５６】
このときの動作を説明する。例えば、負荷で、図２のＩｏｕｔに示すような電流が要求されるとする（モーター負荷は停止から起動時に急激に出力電流が増加しピーク電流が流れてしまう）。このとき、第２スイッチング電源部２について考えると、出力電力が急増するので当然入力電力も急増する、しかし、第２スイッチング電源部２の入力部である第１スイッチング電源部１の出力部は常に定電圧、定電流に制御されているために、第２スイッチング電源部２の入力部がある電力以上になる電流を負荷が要求した場合、第１スイッチング電源部１の出力だけでは、その急増した電力をまかなえなくなってしまう。そのときは電力蓄積兼平滑コンデンサＣ１から第２スイッチング電源部２の入力部に必要な電力が供給される。電力蓄積兼平滑コンデンサＣ１に蓄積された電力で負荷側の要求するピーク電流がまかなえる範囲であれば、第１スイッチング電源部１の出力電流に対して急増することもなく、常に定電流に制御することが可能となる。
【００５７】
このようにして、負荷１２で急激な電流の増加を要求した場合は、第１スイッチング電源部１の出力部と第２スイッチング電源部２の入力部に接続された電力蓄積兼平滑コンデンサＣ１から第２スイッチング電源部２に電力を供給することで、第１スイッチング電源部１の出力電流はわずかな増加に抑えられ、第１スイッチング電源部１の出力は常に定電圧、定電流を保つことができるため、第１スイッチング電源部１とすれば、負荷電流が急増した場合にも、入力端子３，４から供給される電力は急増することがない。
【００５８】
つまり、負荷電流が急増した場合でも入力電流は、負荷電流の増加に比べるとわずかに増加するだけである。
【００５９】
よって、負荷電流のピーク値に合わせて第１スイッチング電源部１に用いるトランスＴ３１や各素子に容量の大きな物を用いる必要もなく、小さな容量で一時的な負荷の電流急増に対応することができる。また、一時的な入力電源の異常（電圧低下や電源瞬断等）が発生した場合でも、電力蓄積兼平滑コンデンサＣ１から第２スイッチング電源部２に電力を供給することで、負荷１２に安定した出力が得られる。
【００６０】
なお、第１スイッチング電源部１は、フォワードコンバータに限らず、フライバックコンバータであったり、入力に商用トランスと整流回路を設けたチョッパーレギュレーターであっても同様な効果が得られる。
【００６１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明のスイッチング電源装置によれば、常時電力を蓄積している大容量の電力蓄積電解コンデンサを設け、負荷電流が急増した場合にこの電力蓄積電解コンデンサから負荷に電力を供給することで、入力電流の急増を抑えることが可能となるので、直流電源入力のスイッチング電源装置の場合は、入力に用いる電源に小容量の電源を使用することができる。また、商用交流電源入力のスイッチング電源装置の場合は、トランスや各素子の容量を小さくすることができる。また、一時的な入力電源の異常（電圧低下や出力停止）に対しても負荷に安定した出力が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るスイッチング電源装置の構成を示すブロック図である。
【図２】同スイッチング電源装置の各部の電流波形を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係るスイッチング電源装置の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態に係るスイッチング電源装置の構成を示すブロック図である。
【図５】従来のスイッチング電源装置の構成を示すブロック図である。
【図６】同従来のスイッチング電源装置の各部の電流波形を示す図である。
【符号の説明】
１ 第１スイッチング電源部
２ 第２スイッチング電源部
３ 入力端子
４ 入力端子
５ 出力端子
６ 出力端子
７ 制御回路
８ 電流検出回路
９ 電圧検出回路
１０ 出力端子
１１ 出力端子
１２ 負荷
１４ 制御回路
１５ 電流検出回路
１６ 電圧検出回路
３７ フォトカプラ
３８ フォトカプラ
Ｑ１ スイッチングトランジスタ
Ｑ２ スイッチングトランジスタ
Ｌ１ チョークコイル
Ｌ２ チョークコイル
Ｄ１ ダイオード
Ｄ２ ダイオード
Ｄ３２ ダイオードブリッジ
Ｄ３３ ダイオード
Ｒ１ 電流検出抵抗
Ｒ２ 電流検出抵抗
Ｔ３１ トランス
Ｃ１ 電力蓄積兼平滑コンデンサ
Ｃ２ 平滑コンデンサ
Ｃ３３平滑コンデンサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力電源をスイッチングすることで出力電圧を一定に制御するようなスイッチング電源装置、特に定常の出力電流に対して一時的に大きなピーク電流を要求するような負荷に対して用いられるスイッチング電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、従来の降圧チョッパー型のスイッチング電源装置の構成を示すブロック図であり、同図において、５０１，５０２は入力端子で、両入力端子５０１，５０２間には直流電源Ｖｉｎが接続され、直流電圧が供給される。５０３，５０４は出力端子で、両出力端子５０３，５０４間には負荷５０５が接続される。Ｑ５はスイッチングトランジスタで、そのコレクタは一方の入力端子５０１に接続され、エミッタはチョークコイルＬ５の一方の端子及びダイオードＤ５のカソードに接続され、べ一スは制御回路５０６に接続される。
【０００３】
チョークコイルＬ５の他方の端子は電流検出抵抗Ｒ５の一方の端子と電流検出回路５０７に接続され、抵抗Ｒ５の他方の端子は、平滑用コンデンサＣ５のプラス側、電流検出回路５０７、電圧検出回路５０８及び一方の出力端子５０３に接続される。電流検出抵抗Ｒ５の両端に接続された電流検出回路５０７の出力と、一方の出力端子５０３に接続された電圧検出回路５０８の出力は制御回路５０６に接続される。他方の入力端子５０２、他方の出力端子５０４、ダイオードＤ５のアノード側、平滑用コンデンサＣ５の陰極側は共通であり、接地されている。
【０００４】
このような構成の降圧チョッパー型のスイッチング電源装置の動作を説明する。
【０００５】
入力端子５０１，５０２から直流電源Ｖｉｎが供給されると、電流検出回路５０７、電圧検出回路５０８の出力に基づき制御回路５０６でＰＷＭ（パルス幅変調）制御が行われ、パルスがスイッチングトランジスタＱ５のべ一スに供給される。スイッチングトランジスタＱ５のべ一スにパルスが供給されると、スイッチングトランジスタＱ５がオン／オフする。スイッチングトランジスタＱ５がオンしている期間は、チョークコイルＬ５、平滑用コンデンサＣ５、負荷５０５にエネルギーが供給される。チョークコイルＬ５には電流が流れることによってエネルギーが蓄えられる。このときダイオードＤ５はオフしている。
【０００６】
次に、スイッチングトランジスタＱ５がオフすると、チョークコイルＬ５に蓄えられていたエネルギーがダイオードＤ５を通して負荷５０５に供給される。電流検出回路５０７は電流検出抵抗Ｒ５に流れる電流を検出し、制御回路５０６に信号を出力し、電圧検出回路５０８は一方の出力端子５０３における電圧（出力電圧）を検出し、制御回路５０６に信号を出力している。制御回路５０６では、電圧検出回路５０８からの信号により出力電圧が一定になるようにスイッチングトランジスタＱ５をオン／オフさせるデューティー比を変化させると共に、出力に過電圧が発生した場合や電流検出回路５０７からの信号により本装置に過電流が流れた場合に、スイッチングトランジスタＱ５の動作を停止させる等して、出力電圧を一定に保つと共に、過電流、過電圧に対して保護をかけている。
【０００７】
なお、この過電流保護の設定値はピーク出力電流に対応させるため大きめに設定しなければならない。
【０００８】
ここで、図５の負荷５０５がモーター及びモータードライバで、しかも、例えば、複写装置等の紙送りに用いられるモーターのように、停止期間の後に急回転したり、停止、急回転、停止が繰り返し行われたり、また、紙送りモータでなくても定回転している状態から急に回転数が上がったりして、急回転するときに定常の電流（停止しているときや定回転しているときの電流）に対して非常に大きなピーク電流が要求されるような負荷であったとする。例えば、負荷で図６（ａ）の出力電流Ｉｏｕｔに示すような電流が要求されるとする（モータ一負荷は停止から起動するときに急激に出力電流が増加しピーク電流が流れてしまう）。
【０００９】
ここで、図５の入出力電力について考えると、出力電力が急増するので当然入力電力も急増し、このとき、スイッチング電源装置の入力側にも図６（ｂ）の入力電流Ｉｉｎのようなピーク電流が流れてしまう。
【００１０】
また、図を用いての説明は省略するが、商用交流電源を入力とし、交流を整流、平滑しトランスを介してスイッチングすることで２次側に電力を供給する電源装置（フォワードコンバータやフライバックコンバータ等）の場合でも、前記のような負荷に用いた場合には、入力側にピーク電流が流れてしまう。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来のスイッチング電源装置では、負荷で急激なピーク電流を要求した場合に（例えば、モーター負荷の起動時等）、スイッチング電源装置の入力側にも大きな電流が流れてしまうので、このピーク電流に対応できるようにスイッチング電源装置の入力電源やトランスや各回路素子に容量の大きな物を用いなければならなかった。また、一時的な入力電源の異常（電圧低下や電源瞬断等）が発生した場合に出力電圧が低下してしまう等の問題があった。
【００１２】
本発明は上記従来の技術の有する問題点を解消するためになされたもので、その目的とするところは、入力電源や各素子の容量を小さくすることができると共に、一時的な入力電源の異常が生じた場合でも、安定した出力が得られるスイッチング電源装置を提供することである。
【００１３】
上記課題を解決するため本発明の請求項１記載のスイッチング電源装置は、入力電源をスイッチングすることによりある定電圧定電流を出力する第１スイッチング電源部と、前記第１スイッチング電源部の出力を入力としてある定電圧を出力する第２スイッチング電源部と、前記第１スイッチング電源部の出力に接続され且つ定常時には前記第１スイッチング電源部の出力を平滑し負荷電流急増時には前記第２スイッチング電源部に電力を供給する電力蓄積兼平滑コンデンサとを有し、前記第１のスイッチング電源部は、出力電流を検出する第１の電流検出手段と、前記第１の電流検出手段により検出された電流が過電流となった場合に過電流保護を行なう第１の過電流保護回路を有し、前記第２のスイッチング電源部は、出力電流を検出する第２の電流検出手段と、前記第２の電流検出手段により検出された電流が過電流となった場合に過電流保護を行なう第２の過電流保護回路を有し、前記第１の過電流保護回路における過電流保護の設定値は前記第２の過電流保護回路における過電流保護の設定値よりも低く設定されることを特徴とするものである。
【００１４】
また、上記課題を解決するため本発明の請求項２記載のスイッチング電源装置は、請求項１記載のスイッチング電源装置において、前記第２のスイッチング電源部は、モータに電流を供給するものであり、前記モータの駆動開始時に前記第１のスイッチング電源部からの電流供給を所定量以上増やさず前記電力蓄積兼平滑コンデンサが前記第２のスイッチング電源部の入力に電流を供給することを特徴とするものである。
【００１５】
また、上記課題を解決するため本発明の請求項３記載のスイッチング電源装置は、請求項１記載のスイッチング電源装置において、前記第１、第２の過電流保護回路は、過電流が流れた場合にそれぞれ、前記第１、第２のスイッチング電源部のスイッチング素子の動作を停止させることを特徴とするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施の形態を図１〜図４に基づき説明する。
【００１７】
（第１の実施の形態）
まず、本発明の第１の実施の形態を図１及び図２に基づき説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係る昇降圧型チョッパーのスイッチング電源装置の構成を示すブロック図である。同図において、１は第１スイッチング電源部、２は第２スイッチング電源部である。第１スイッチング電源部１は、入力端子３，４及び出力端子５，６を有している。入力端子３，４間には直流電源Ｖｉｎが接続され、直流電圧が供給される。また、出力端子５，６間には容量の大きな電力蓄積兼平滑コンデンサＣ１が接続されている。第１スイッチング電源部１は、スイッチングトランジスタＱ１を有し、そのコレクタは一方の入力端子３に接続され、エミッタはチョークコイルＬ１の一方の端子及びダイオードＤ１のカソードに接続され、べ一スは制御回路７に接続される。
【００１８】
チョークコイルＬ１の他方の端子は電流検出抵抗Ｒ１の一方の端子と電流検出回路８に接続され、抵抗Ｒ１の他方の端子は、電力蓄積兼平滑用コンデンサＣ１のプラス側、電流検出回路８、電圧検出回路９及び一方の出力端子５に接続される。電流検出抵抗Ｒ１の両端に接続された電流検出回路８の出力と、出力端子５，６に接続された電圧検出回路９の出力は制御回路７に接続される。他方の入力端子４、他方の出力端子６、ダイオードＤ１のアノード側、電力蓄積兼平滑用コンデンサＣ１の陰極側は共通であり、接地されている。
【００１９】
第２スイッチング電源部２は、その入力端子が第１スイッチング電源部１の出力端子５，６に接続され且つ出力端子１０，１１を有し、この出力端子１０，１１間に負荷１２が接続されている。
【００２０】
電力蓄積兼平滑コンデンサＣ１の正極側を符号５、負極側を符号６とすると、図１の回路構成は、符号３，４を入力とし、符号５，６を出力とする第１スイッチング電源部１、符号５，６を入力とし、符号１０，１１を出力とする第２スイッチング電源部２及び電力蓄積兼平滑コンデンサＣ１で構成され、全体として降昇圧型チョッパーのスイッチング電源装置となっている。
【００２１】
電力蓄積兼平滑コンデンサＣ１の正極側はチョークコイルＬ２を介してスイッチングトランジスタＱ２のコレクタに接続されると共に、ダイオードＤ２のアノード側に接続される。ダイオードＤ２のカソード側は平滑用コンデンサＣ２、一方の出力端子１０及び負荷１２に接続される。スイッチングトランジスタＱ２のエミッタは電流検出抵抗Ｒ２を介し接地されている。電流検出回路１５は電流検出用抵抗Ｒ２の両端に接続され、出力信号は制御回路１４に入力される。また、電圧検出回路１６は出力端子１０，１１間に接続され、その出力は制御回路１４に入力される。他方の入力端子４、他方の出力端子１１、ダイオードＤ１のアノード側、平滑用コンデンサＣ２のマイナス側、電力蓄積兼平滑コンデンサＣ１のマイナス側及び電流検出抵抗Ｒ２の一端は共通であり、接地されている。
【００２２】
次に、上記構成の本実施の形態に係るスイッチング電源装置の動作について説明する。入力端子３，４より直流電源が供給されると、電流検出回路８、電圧検出回路９の検出値に基づき、第１スイッチング電源部１における出力電流、出力電圧がある一定値になるように制御回路７によってスイッチングトランジスタＱ１がオン／オフされる。スイッチングトランジスタＱ１がオンしている期間は、チョークコイルＬ１、電力蓄積兼平滑コンデンサＣ１及び第２スイッチング電源部２にエネルギーが供給される。チョークコイルＬ１には電流が流れることによってエネルギーが蓄えられる。このときダイオードＤ１はオフしている。次に、スイッチングトランジスタＱ１がオフすると、チョークコイルＬ１に蓄えられていたエネルギーがダイオードＤ１を通して第２スイッチング電源部２に供給される。
【００２３】
電流検出回路８は抵抗Ｒ１に流れる電流を検出し、制御回路７に信号を出力し、電圧検出画路９は一方の出力端子５における電圧（第１スイッチング電源部１の出力電圧）を検出し、制御回路７に信号を出力している。制御回路７は電流検出回路８、電圧検出回路９からの信号に基づき、抵抗Ｒ１を流れる電流及び出力端子５，６の両端の電圧がある所定の一定値、つまり第１スイッチング電源部１の出力として定電圧定電流出力になるようにスイッチングトランジスタＱ１のベースに供給する駆動パルスのデュ一比を変化させ、スイッチングトランジスタＱ１のオン／オフを制御している。また、第１スイッチング電源部１における過電流及び過電圧に対して、そスイッチングトランジスタＱ１の動作を停止させる等の保護をかけている。
【００２４】
なお、この過電流保護の設定値は低めに設定されており、第１スイッチング電源部１の入力電流にピーク電流が流れるのを抑制している。このようにして出力端子５，６に得られたある直流電力が両出力端子５，６から第２スイッチング電源部２に供給される。第２スイッチング電源部２に所定のある直流電力が供給されると、電流検出回路１５、電圧検出回路１６の検出値に基づき、出力電圧がある一定値になるように制御回路１４によってスイッチングトランジスタＱ２がオン／オフされる。スイッチングトランジスタＱ２がオンしている期間は、チョークコイルＬ２に電流が流れる。このとき、チョークコイルＬ２には電流が流れることによってエネルギーが蓄えられる。
【００２５】
次に、スイッチングトランジスタＱ２がオフすると、チョークコイルＬ２に蓄えられていたエネルギーがダイオードＤ２を通して出力端子１０，１１に接続された負荷１２に供給される。このとき両出力端子１０，１１の電圧は両出力端子５，６の電圧（第１スイッチング電源部１の出力電圧）にチョークコイルＬ２の逆起電力が加わった電圧となる。電流検出回路１５は電流検出抵抗Ｒ２に流れる電流を検出し、制御回路１４に信号を出力し、電圧検出回路１６は両出力端子１０，１１間における電圧（出力電圧）を検出し、制御回路１４に信号を出力している。制御回路１４は電流検出回路１５、電圧検出回路１６からの信号に基づき、出力端子１０，１１の両端の電圧がある所定の一定値になるようにスイッチングトランジスタＱ２のオン／オフを制御している。
【００２６】
つまり第２スイッチング電源部２として考えれば、出力電圧が定電圧出力制御されているということになる。また、電流検出回路１５、電圧検出回路１６で第２スイッチング電源部２における過電流、過電圧を検出した場合には、スイッチングトランジスタＱ２の動作を停止させる等して回路を保護している。
【００２７】
ここで、図１の負荷１２がモーター及びモータードライバーで、しかも、例えば複写装置等の紙送りに用いられるモーターのように、停止期間の後に急回転したり、停止、急回転、停止が繰り返し行われたり、また、紙送りモーターでなくても定回転している状態から急に回転数が上がったりして、急回転するときに定常の電流（停止しているときや定回転しているときの電流）に対して非常に大きなピーク電流が要求されるような負荷であったとする。このピーク電流が要求されたとき、負荷１２に必要な電力を入力端子３，４からの入力電源ではなく、電力蓄積兼平滑コンデンサＣ１から供給するのが本発明の特徴である。
【００２８】
このときの動作を説明する、例えば負荷１２で、図２（ａ）のＩｏｕｔに示すような電流が要求されるとする（モーター負荷は停止から起動するときに急激に出力電流が増加してピーク電流が流れてしまう）。このとき、第２スイッチング電源部２について考えると、出力電力が急増するので当然入力電力も急増する。しかし、第２スイッチング電源部２の入力部である第１スイッチング電源部１の出力部は常に定電圧、定電流に制御されているために、第２スイッチング電源部２の入力部がある電力以上になる電流を負荷１２が要求した場合、第１スイッチング電源部１の出力だけでは、その急増した電力をまかなえなくなってしまう。そのときは電力蓄積兼平滑コンデンサＣ１から第２スイッチング電源部２の入力部に必要な電力を供給する。
【００２９】
このようにして、負荷１２で急激な電流の増加を要求した場合は、第１スイッチング電源部１の出力部と第２スイッチング電源部２の入力部に接続された電力蓄積兼平滑コンデンサＣ１から第２スイッチング電源部２に電力を供給することで、第１スイッチング電源部１の出力電流（Ｉｒ１）は、わずかな増加に抑えられ、第１スイッチング電源部１の出力は常に定電圧、定電流を保つことができるため、第１スイッチング電源部１とすれば、負荷電流（Ｉｏｕｔ）が急増した場合にも、入力端子３，４から供給される電力は急増することがない。つまり、負荷電流（Ｉｏｕｔ）が急増した場合でも、入力電流（Ｉｉｎ）は、負荷電流の増加に比べるとわずかに増加するだけに抑えられる。
【００３０】
よって、負荷電流（Ｉｏｕｔ）のピーク値に合わせて入力電源を大容量にする必要もなく、小さな入力電源容量のまま、一時的な負荷の電流急増に対応することができる。また、一時的な入力電源の異常（電圧低下や電源瞬断等）が発生した場合でも、電力蓄積兼平滑コンデンサＣ１から第２スイッチング電源部２に電力を供給することで、負荷１２に安定した出力が得られる。
【００３１】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態を図３に基づき説明する。図３は、本発明の第２の実施の形態に係るスイッチング電源装置の構成を示すブロック図である。同図において、上述した第１の実施の形態に係る図１と同一部分には、同一符号が付してある。
【００３２】
本実施の形態においては、第１スイッチング電源部１を昇圧型チョッパーのスイッチング電源で、第２スイッチング電源部２を降圧型チョッパ一のスイッチング電源で構成した回路である。電力蓄積兼平滑コンデンサＣ１の正極側を一方の出力端子５とし、負極側を他方の出力端子６とし、入力端子３，４を入力とし、出力端子５，６を出力とする第１スイッチング電源部１と、出力端子５，６を入力とし、出力端子１０，１１を出力とする第２スイッチング電源部２で構成され、全体として昇降圧型チョッパーのスイッチング電源装置となっている。
【００３３】
第１スイッチング電源部１の構成について説明する。３，４は入力端子で、直流電源Ｖｉｎが接続されると共に、一方の入力端子３がチョークコイルＬ１を介してスイッチングトランジスタＱ１のコレクタ及びダイオードＤ１のアノード側に接続される。ダイオードＤ１のカソード側は電流検出用抵抗Ｒ１に接続され、電流検出用抵抗Ｒ１の他端は一方の出力端子５、つまり電力蓄積兼平滑コンデンサＣ１に接続される。電流検出回路８は電流検出用抵抗Ｒ１の両端に接続され、その出力信号は制御回路７に入力される。また、電圧検出回路９は一方の出力端子５、つまり電力蓄積兼平滑コンデンサＣ１の陽極側に接続され、その出力は制御回路７に入力される。
【００３４】
第２スイッチング電源部２の回路構成は、上述した従来の図５の構成とほぼ同一であるから、その詳細な説明は省略する。第２スイッチング電源部２において従来例と回路構成で異なるのは、入力される電源が直流電源でなく、第１スイッチング電源部１の出力であるという点である。一方の入力端子４、一方の出力端子１１、ダイオードＤ２のアノード側、平滑用コンデンサＣ２の陰極側、電力蓄積兼平滑コンデンサＣ１の陰極側、スイッチングトランジスタＱ１のコレクタは共通であり、接地されている。
【００３５】
次に、本実施の形態に係るスイッチング電源装置の動作を説明する。入力端子３，４より直流電源が供給されると、電流検出回路８、電圧検出回路９の検出値に基づき、第１スイッチング電源部１において出力電流（抵抗Ｒ１を流れる電流）、出力電圧（出力端子５，６間の電圧）がある一定値になるように制御回路７によってスイッチングトランジスタＱ１がオン／オフされる。スイッチングトランジスタＱ１がオンしている期間は、チョークコイルＬ１に電流が流れる。このとき、チョークコイルＬ１には電流が流れることによってエネルギーが蓄えられる。
【００３６】
次に、スイッチングトランジスタＱ１がオフすると、チョークコイルＬ１に蓄えられていたエネルギーがダイオードＤ１を通して出力端子５，６に接続された負荷（第２スイッチング電源部２）に供給される。このとき第１スイッチング電源部１の両出力端子５，６の電圧は両入力端子３，４に接続された直流電源からの入力電圧にチョークコイルＬ１の逆起電力が加わった電圧となる。電流検出回路８は電流検出抵抗Ｒ１に流れる電流を検出し制御回路７に信号を出力し、電圧検出回路９は両出力端子５，６間における電圧（出力電圧）を検出し、制御回路７に信号を出力している。
【００３７】
制御回路７は電流検出回路７、電圧検出回路９からの信号に基づき、両出力端子５，６の電圧がある一定値になると共に、電流検出抵抗Ｒ１に流れる電流がある一定値になるように、つまり第１スイッチング電源部１の出力として定電圧、定電流出力になるようにスイッチングトランジスタＱ１のべ一スに供給する駆動パルスのデューティー比を変化させ、スイッチングトランジスタＱ１のオン／オフを制御している。また、電流検出抵抗Ｒ１を流れる電流や、両出力端子５，６の電圧がある一定値以上になった場合に、制御回路７の出力を停止する等して回路を保護している。なお、この過電流保護の設定値は低めに設定されており、第１スイッチング電源部１の入力電流にピーク電流が流れるのを抑制している。
【００３８】
次に、第２スイッチング電源部２の動作について説明する。第２スイッチング電源部２の入力端子である出力端子５，６に第１スイッチング電源部１から電力が供給されると、電流検出回路１５、電圧検出回路１６の出力に基づき制御回路１４でＰＷＭ制御が行われ、パルスがスイッチングトランジスタＱ２のべ一スに供給される。スイッチングトランジスタＱ２のベースにパルスが供給されるとスイッチングトランジスタＱ２がオン／オフする。スイッチングトランジスクＱ２がオンしている期間は、チョークコイルＬ２、平滑用コンデンサＣ２、負荷１２にエネルギーが供給される。チョークコイルＬ２には、電流が流れることによってエネルギーが蓄えられる。このときダイオードＤ２はオフしている。
【００３９】
次に、スイッチングトランジスタＱ２がオフすると、チョークコイルＬ２に蓄えられていたエネルギーがダイオードＤ２を通して負荷１２に供給される。電流検出回路１５は電流検出抵抗Ｒ２に流れる電流を検出し、制御回路１４に信号を出力し、電圧検出回路１５は一方の出力端子１０における電圧（出力電圧）を検出し、制御回路１４に信号を出力している。制御回路１４では、電圧検出回路１６からの信号により出力電圧が一定になるようにスイッチングトランジスタＱ２をオン／オフさせるデューティー比を変化させ、出力電圧を一定に保つと共に、電流検出回路１５及び電圧検出回路１６で第２スイッチング電源部２における過電流及び過電圧を検出した場合には、スイッチングトランジスタＱ２の動作を停止させる等して回路を保護してる。
【００４０】
ここで、図３の負荷１２がモーター及びモータードライバーで、しかも、例えば、複写装置等の紙送りに用いられるモーターのように、停止期間の後に急回転したり、停止、急回転、停止が繰り返し行われたり、また、紙送りモーターでなくても定回転している状態から急に回転数が上がったりして、急回転するときに定常の電流（停止しているときや定回転しているときの電流）に対して非常に大きなピーク電流が要求されるような負荷であったとする。このピーク電流が要求されたとき、負荷に必要な電力を入力端子３，４からの入力電源からでなく、電力蓄積兼平滑コンデンサＣ１から供給するのが本発明の特徴である。
【００４１】
このときの動作を説明する。例えば、負荷で、図２（ａ）のＩｏｕｔに示すような電流が要求されるとする（モーター負荷は停止から起動時に急激に出力電流が増加しピーク電流が流れてしまう）。このとき、第２スイッチング電源部２について考えると、出力電力が急増するので当然入力電力も急増する、しかし、第２スイッチング電源部２の入力部である第１スイッチング電源部１の出力部は常に定電圧、定電流に制御されているために、第２スイッチング電源部２の入力部がある電力以上になる電流を負荷が要求した場合、第１スイッチング電源部１の出力だけでは、その急増した電力をまかなえなくなってしまう。そのときは電力蓄積用コンデンサＣ１から第２スイッチング電源部２の入力部に必要な電力を供給する。
【００４２】
このようにして、負荷で急激な電流の増加を要求した場合は、第１スイッチング電源部１の出力部と第２スイッチング電源部２の入力部に接続された電力蓄積兼平滑コンデンサＣ１から第２スイッチング電源部２に電力を供給することで、第１スイッチング電源部１の出力電流はわずかな増加に抑えられ、第１スイッチング電源部１の出力は常に定電圧、定電流を保つことができるため、第１スイッチング電源部１とすれば、負荷電流が急増した場合にも、入力端子３，４から供給される電力は急増することない。つまり、負荷電流が急増した場合でも入力電流は、負荷電流の増加に比べるとわずかに増加するだけである。
【００４３】
よって、負荷電流のピーク値に合わせて入力電源を大容量にする必要もなく、小さな入力電源容量のまま、一時的な負荷の電流急増に対応することができる。また、一時的な入力電源の異常（電圧低下や電源瞬断等）が発生した場合でも、電力蓄積兼平滑コンデンサＣ１から第２スイッチング電源部２に電力を供給することで、負荷１２に安定した出力が得られる。
【００４４】
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態を図４に基づき説明する。本実施の形態は、入力電源を商用交流電源とし、出力部にある定電圧を出力するスイッチング電源装置の場合であり、入出力部間を絶縁しなければならない場合の実施の形態である。
【００４５】
図４は、本発明の第３の実施の形態に係るスイッチング電源装置の構成を示すブロック図であり、同図において、上述した第１の実施の形態の図１と同一部分には同一符号が付してある。
【００４６】
本実施の形態では、第１スイッチング電源部１は、一般的なフォワードタイプのスイッチング電源で構成されている。ここで、Ｃ１は電力蓄積兼平滑コンデンサで、第１スイッチング電源部１の出力端子５，６に接続されている。
【００４７】
第１スイッチング電源部１の回路構成を説明する。入力端子３，４には商用交流電源が接続される。入力端子３，４はダイオードブリッジであるＤ３２に接続される。ダイオードブリッジＤ３２の出力は平滑コンデンサＣ３３の両端に接続され、平滑用コンデンサＣ３３の陰極側は、スイッチングトランジスタＱ１のエミッタに接続されると共に、接地されている。平滑用コンデンサＣ３３の陽極側は、トランスＴ３１の一次側を介してスイッチングトランジスタＱ１のコレクタに接続されている。スイッチングトランジスタＱ１のベースは制御回路１１に接続されている。トランスＴ３１の二次側は、一端はダイオードＤ３３、他端はダイオードＤ１を介して、共にチョークコイルＬ１に接続されている。このチョークコイルＬ１の他端は抵抗Ｒ１を介して第１スイッチング電源部１の一方の出力端子５と電力蓄積兼平滑コンデンサＣ１の陽極側に接続されている。
【００４８】
電力蓄積兼平滑コンデンサＣ１の陰極側は、他方の出力端子６、ダイオードＤ１のアノード側、トランスＴ３１の二次側の一端に接続されている。電流検出回路８は抵抗Ｒ１の両端に接続され、その出力は一方のフォトカプラ３７を介して制御回路７に接続されている。電圧検出回路９は電力蓄積兼平滑コンデンサＣ１の陽極側及び一方の出力端子５に接続され、その出力は他方のフォトカプラ３８を介して制御回路７に接続されている。第２スイッチング電源部２は降圧型チョッパーの電源で構成されており、入力を第１スイッチング電源部１の出力（両出力端子５，６）とし、出力端子１０，１１を出力とし、出力端子１０，１１には負荷１２が接続されている。
【００４９】
第２スイッチング電源部２の回路構成は上述した第２の実施の形態の図３における第２スイッチング電源部２とほぼ同一なので、その説明は省略する。
【００５０】
次に、本実施の形態に係るスイッチング電源装置の動作を説明する。
【００５１】
まず、第１スイッチング電源部１について説明する。入力端子３，４より商用交流電源が供給されると、ダイオードブリッジＤ３２で整流され、平滑コンデンサＣ１で平滑される。また、電流検出回路８及び電圧検出回路９の検出値に基づき、第１スイッチング電源部１において出力電流（抵抗Ｒ１を流れる電流）及び出力電圧（出力端子５，６間電圧）がある一定値になるように制御回路７によってスイッチングトランジスタＱ１がオン／オフされる。スイッチングトランジスタＱ１がオンしている期間はトランスＴ３１の一次側に電流が流れ、二次側でもダイオードＤ３３、チョークコイルＬ１，抵抗Ｒ１を介して電流が流れ、電力蓄積兼平滑コンデンサＣ１に電力を蓄えると共に、出力端子５，６に接続された第２スイッチング電源部２に電力を供給している。このとき、チョークコイルＬ１には電流が流れることによってエネルギーが蓄えられる。
【００５２】
次に、スイッチングトランジスタＱ１がオフすると、チョークコイルＬ１に蓄えられていたエネルギーがダイオードＤ１を通して出力端子５，６に接続された負荷（第２スイッチング電源部２）に供給される。電流検出回路８は抵抗Ｒ１に流れる電流を検出し、一方のフォトカプラ３７を介し制御回路７に信号を出力し、電圧検出回路９は出力端子５，６間における電圧（出力電圧）を検出し、他方のフォトカプラ３８を介し制御回路７に信号を出力している。制御回路７はこれらの信号に基づき、出力端子５，６の電圧がある一定値になると共に、抵抗Ｒ１に流れる電流がある一定値になるように、つまり第１スイッチング電源部１の出力として定電圧、定電流出力になるようにスイッチングトランジスタＱ１のベースに供給する駆動パルスのデューティー比を変化させ、スイッチングトランジスタＱ１のオン／オフを制御している。また、抵抗Ｒ１を流れる電流や、出力端子５，６の電圧がある一定値以上になった場合に、制御回路７の出力を停止するなどして回路を保護している。なお、この過電流保護の設定値は低めに設定されており、第１スイッチング電源部１の入力電流にピーク電流が流れるのを抑制している。
【００５３】
次に、第２スイッチング電源部２の動作について説明する。第２スイッチング電源部２の入力である出力端子５，６に第１スイッチング電源部１から電力が供給されると、電流検出回路１５及び電圧検出回路１６の出力に基づき制御回路１４でＰＷＭ制御が行われ、パルスがスイッチングトランジスタＱ２のべ一スに供給される。スイッチングトランジスタＱ２のべ一スにパルスが供給されると、スイッチングトランジスタＱ２がオン／オフする。スイッチングトランジスタＱ２がオンしている期間は、チョークコイルＬ２、平滑用コンデンサＣ２、負荷１２にエネルギーが供給され、チョークコイルＬ２には電流が流れることによって、エネルギーが蓄えられる。このとき、ダイオードＤ２はオフしている。次に、スイッチングトランジスタＱ２がオフすると、チョークコイルＬ２に蓄えられていたエネルギーがダイオードＤ２を通して負荷１２に供給される。電流検出回路１５は抵抗Ｒ２に流れる電流を検出し、制御回路１４に信号を出力し、電圧検出回路１６は一方の出力端子１０における電圧（出力電圧）を検出し、制御回路１４に信号を出力している。
【００５４】
制御回路１４では、電圧検出回路１６からの信号により出力電圧が一定になるようにスイッチングトランジスタＱ２をオン／オフさせるデューティー比を変化させ、出力電圧を一定に保つと共に、電流検出回路１５及び電圧検出回路１６で第２スイッチング電源部２における過電流及び過電圧を検出した場合には、スイッチングトランジスタＱ２の動作を停止させる等して回路を保護してる。
【００５５】
ここで、図４の負荷１２がモーター及びモータードライバーで、しかも、例えば、複写装置等の紙送りに用いられるモーターのように、停止期間の後に急回転したり、停止、急回転、停止が繰り返し行われたり、また、紙送りモーターでなくても定回転している状態から急に回転数が上がったりして、急回転するときに定常の電流（停止しているときや定回転しているときの電流）に対して非常に大きなピーク電流が要求されるような負荷であったとする。このピーク電流が要求されたとき、負荷に必要な電力を入力端子３，４からの入力電源からでなく、電力蓄積兼平滑コンデンサＣ１から供給するのが本発明の特徴である。
【００５６】
このときの動作を説明する。例えば、負荷で、図２のＩｏｕｔに示すような電流が要求されるとする（モーター負荷は停止から起動時に急激に出力電流が増加しピーク電流が流れてしまう）。このとき、第２スイッチング電源部２について考えると、出力電力が急増するので当然入力電力も急増する、しかし、第２スイッチング電源部２の入力部である第１スイッチング電源部１の出力部は常に定電圧、定電流に制御されているために、第２スイッチング電源部２の入力部がある電力以上になる電流を負荷が要求した場合、第１スイッチング電源部１の出力だけでは、その急増した電力をまかなえなくなってしまう。そのときは電力蓄積兼平滑コンデンサＣ１から第２スイッチング電源部２の入力部に必要な電力が供給される。電力蓄積兼平滑コンデンサＣ１に蓄積された電力で負荷側の要求するピーク電流がまかなえる範囲であれば、第１スイッチング電源部１の出力電流に対して急増することもなく、常に定電流に制御することが可能となる。
【００５７】
このようにして、負荷１２で急激な電流の増加を要求した場合は、第１スイッチング電源部１の出力部と第２スイッチング電源部２の入力部に接続された電力蓄積兼平滑コンデンサＣ１から第２スイッチング電源部２に電力を供給することで、第１スイッチング電源部１の出力電流はわずかな増加に抑えられ、第１スイッチング電源部１の出力は常に定電圧、定電流を保つことができるため、第１スイッチング電源部１とすれば、負荷電流が急増した場合にも、入力端子３，４から供給される電力は急増することがない。
【００５８】
つまり、負荷電流が急増した場合でも入力電流は、負荷電流の増加に比べるとわずかに増加するだけである。
【００５９】
よって、負荷電流のピーク値に合わせて第１スイッチング電源部１に用いるトランスＴ３１や各素子に容量の大きな物を用いる必要もなく、小さな容量で一時的な負荷の電流急増に対応することができる。また、一時的な入力電源の異常（電圧低下や電源瞬断等）が発生した場合でも、電力蓄積兼平滑コンデンサＣ１から第２スイッチング電源部２に電力を供給することで、負荷１２に安定した出力が得られる。
【００６０】
なお、第１スイッチング電源部１は、フォワードコンバータに限らず、フライバックコンバータであったり、入力に商用トランスと整流回路を設けたチョッパーレギュレーターであっても同様な効果が得られる。
【００６１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明のスイッチング電源装置によれば、常時電力を蓄積している大容量の電力蓄積電解コンデンサを設け、負荷電流が急増した場合にこの電力蓄積電解コンデンサから負荷に電力を供給することで、入力電流の急増を抑えることが可能となるので、直流電源入力のスイッチング電源装置の場合は、入力に用いる電源に小容量の電源を使用することができる。また、商用交流電源入力のスイッチング電源装置の場合は、トランスや各素子の容量を小さくすることができる。また、一時的な入力電源の異常（電圧低下や出力停止）に対しても負荷に安定した出力が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るスイッチング電源装置の構成を示すブロック図である。
【図２】同スイッチング電源装置の各部の電流波形を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係るスイッチング電源装置の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態に係るスイッチング電源装置の構成を示すブロック図である。
【図５】従来のスイッチング電源装置の構成を示すブロック図である。
【図６】同従来のスイッチング電源装置の各部の電流波形を示す図である。
【符号の説明】
１ 第１スイッチング電源部
２ 第２スイッチング電源部
３ 入力端子
４ 入力端子
５ 出力端子
６ 出力端子
７ 制御回路
８ 電流検出回路
９ 電圧検出回路
１０ 出力端子
１１ 出力端子
１２ 負荷
１４ 制御回路
１５ 電流検出回路
１６ 電圧検出回路
３７ フォトカプラ
３８ フォトカプラ
Ｑ１ スイッチングトランジスタ
Ｑ２ スイッチングトランジスタ
Ｌ１ チョークコイル
Ｌ２ チョークコイル
Ｄ１ ダイオード
Ｄ２ ダイオード
Ｄ３２ ダイオードブリッジ
Ｄ３３ ダイオード
Ｒ１ 電流検出抵抗
Ｒ２ 電流検出抵抗
Ｔ３１ トランス
Ｃ１ 電力蓄積兼平滑コンデンサ
Ｃ２ 平滑コンデンサ
Ｃ３３平滑コンデンサ
Claims (3)
- 入力電源をスイッチングすることによりある定電圧定電流を出力する第１スイッチング電源部と、
前記第１スイッチング電源部の出力を入力としてある定電圧を出力する第２スイッチング電源部と、
前記第１スイッチング電源部の出力に接続され且つ定常時には前記第１スイッチング電源部の出力を平滑し負荷電流急増時には前記第２スイッチング電源部に電力を供給する電力蓄積兼平滑コンデンサと
を有し、
前記第１のスイッチング電源部は、出力電流を検出する第１の電流検出手段と、前記第１の電流検出手段により検出された電流が過電流となった場合に過電流保護を行なう第１の過電流保護回路とを有し、
前記第２のスイッチング電源部は、出力電流を検出する第２の電流検出手段と、前記第２の電流検出手段により検出された電流が過電流となった場合に過電流保護を行なう第２の過電流保護回路とを有し、
前記第１の過電流保護回路における過電流保護の設定値は、前記第２の過電流保護回路における過電流保護の設定値よりも低く設定されることを特徴とするスイッチング電源装置。 - 前記第２のスイッチング電源部は、モータに電流を供給するものであり、前記モータの駆動開始時に前記第１のスイッチング電源部からの電流供給を所定量以上増やさず前記電力蓄積兼平滑コンデンサが前記第２のスイッチング電源部の入力に電流を供給することを特徴とする請求項１記載のスイッチング電源装置。
- 前記第１、第２の過電流保護回路は、過電流が流れた場合にそれぞれ、前記第１、第２のスイッチング電源部のスイッチング素子の動作を停止させることを特徴とする請求項１記載のスイッチング電源装置。
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