JP4013898B2 - 電源装置起動方法、電源装置の起動回路及び電源装置 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、電源装置起動方法、電源装置の起動回路及び電源装置に関するものである。
背景技術
高調波電流規制（ＩＥＣ６１０００３−２）や、家電・汎用品高調波抑制ガイドラインに対応するために、力率改善機能を備えたスイッチング電源装置が、ＡＣアダプタ、ＯＡ機器或いは各種民生機器に組込まれている。これらのＡＣアダプタ、ＯＡ機器及び各種民生機器に関しても、小型化、低コスト化及び省エネルギ化が要望されている。このようなスイッチング電源装置には、例えば次の文献に記載されている。
文献１：日本国特公平７−５７０９５号公報
文献２：日本国特開平６−１２１５３５号公報
日本国特公平７−５７０９５号公報には、力率改善回路の制御回路の駆動電圧を負荷の影響を受けずに安定化させることにより、駆動電源に挿入された定電圧回路を削除して駆動電源を簡略化する目的で、直流直流変換器の変圧器に設けられた駆動電源用巻線を設けている。そして、日本国特公平７−５７０９５号公報の技術では、駆動電源用巻線の出力電圧を整流並びに平滑化して得られた直流電圧を、力率改善回路及び直流直流変換器の起動用電圧を生成するために交流入力間に設けられた分圧抵抗の分圧点に印可している。
日本国特開平６−１２１５３５号公報では、ＡＣ−ＤＣコンバータの回路構成が複雑化するのを避けるために、直流直流変換器のトランスに巻回された巻線により、直流直流変換器制御回路及び力率改善回路制御回路の両方に、駆動電力を供給し、力率改善回路の起動時には、まず直流直流変換器が動作を開始し、その後に力率差改善回路が動作を開始する起動回路が示されている。
本発明は、これらとは全く異なる観点から、すばやく確実に起動する省電力化した起動方法及び起動回路及び電源装置を提案する。
図７は、従来のスイッチング電源装置及びその起動回路の概要を示す構成図の一例である。
このスイッチング電源装置は、交流電源１で発生する電圧を全波整流する整流回路２と、整流回路２と相俟って交流直流変換回路を構成する力率改善回路１０と、力率改善回路１０の出力側に接続された直流直流変換回路２０とを有し、各力率改善回路１０及び直流直流変換回路２０には、それぞれのスイッチングを制御する制御部１９，２９が設けられている。
スイッチング電源装置の起動回路は、直流直流変換回路２０に組込まれたバックアップコンデンサ３１と、エネルギ供給回路３２とで構成されている。エネルギ供給回路３２は、電源１から供給されるエネルギを採取し、そのエネルギにより、制御部１９及び御部部２９の起動電圧を生成する分圧抵抗で構成されている。
次に、図７の起動回路及びスイッチング電源装置の動作を説明する。
図８（Ａ〜Ｆ）は、スイッチング電源装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
交流電源１（図８（Ａ））が時刻ｔ０で投入されると、整流回路２が交流電圧の全波整流を行い、整流した整流電圧を力率改善回路１０内のコイル１２に与える。コイル１２にアノードが接続されたダイオード１４と該ダイオード１４のカソードに接続されたコンデンサ１６とは、整流電圧の整流と平滑化とを行う。交流電源１が投入された時点では、エネルギ供給回路３２が機能し、コンデンサ１６から電流を流し、バックアップコンデンサ３１を充電する。
エネルギ供給回路３２の充電電流により、バックアップコンデンサ３１にはエネルギが蓄積され、充電電圧が上昇する（図８（Ｂ））。バックアップコンデンサ３１の充電電圧が所定電圧以上になると、バックアップコンデンサ３１に蓄積されたエネルギにより、制御部１９，２９が活性化し、時刻ｔ１でオンする（図８（Ｃ），図８（Ｅ））。
一方、整流回路２の陽極端子と陰極端子との間に直列に接続された力率改善回路１０中の抵抗１１ａ，１１ｂは、整流電圧を分圧した電圧信号を発生する。コンデンサ１６の両電極の間に直列に接続された抵抗１７ａ，１７ｂは、コンデンサ１６の充電電圧を分圧した電圧信号を発生する。コイル１２に電磁結合するコイル１８は、コイル１２からエネルギが放出されるときに電圧信号を発生する。コイル１２にドレインが接続されたＮＭＯＳ１３は、オンしたときにコイル１２に流れる電流を整流回路２の陰極端子に流し、ＮＭＯＳ１３のソースに接続された抵抗１５は、その電流に比例する電圧信号を発生する。これらの電圧信号が制御部１９に与えられる。
エネルギが与えられてオンした制御部１９は、力率改善回路１０から与えられた電圧信号に基づく制御信号を発生して、ＮＭＯＳ１３のゲートに与え、ＮＭＯＳ１３のオン、オフを制御する。
ＮＭＯＳ１３がオンすることにより、整流回路２の陽極端子からコイル１２、ＮＭＯＳ１３、抵抗１５、整流回路２の陰極端子の順に電流が流れ、コイル１２にエネルギが蓄えられる。ＮＭＯＳ１３がオフすると、コイル１２に蓄えられたエネルギと整流回路２から出力されるエネルギとが、ダイオード１４を介して流れ、コンデンサ１６が充電される。ＮＭＯＳ１３が繰り返しオン、オフする。コンデンサ１６の充電電圧は、整流回路２の出力電圧を昇圧した所定の電圧になる（図８（Ｄ））。また、ＮＭＯＳ１３が繰り返しオン、オフすることにより、コイル１２に間欠的に流れる電流は、整流回路２が発生する整流電圧の位相に合うように制御される。即ち、力率改善動作が行われる。
一方、直流直流変換回路２０中の出力電圧検出回路２５は、コンデンサ２４の充電電圧を示す電圧信号を制御部２９に与える。エネルギが供給されてオンしている制御部２９は、出力電圧検出回路２５から与えられた電圧信号に基づき、コンデンサ２４の充電電圧が所望値になるように、ＮＭＯＳ２２を繰り返しオン、オフさせる。
ＮＭＯＳ２２がオンすると、変成器（以下、トランスという）２１の一次巻線２１ａにコンデンサ１６からの電流が流れ、一次巻線２１ａにエネルギが蓄えられる。ＮＭＯＳ２２がオフすると、トランス２１の二次巻線２１ｂには、一次巻線２１ａのエネルギに相当するフライバックエネルギが発生し、ダイオード２３を介してコンデンサ２４に充電される（図８（Ｆ））。
ＮＭＯＳ２２がオフしたときには、一次巻線２１ａに電磁結合する補助巻線２６にも、フライバックエネルギが発生する。このフライバックエネルギがダイオード２７を介してバックアップコンデンサ３１に充電される。従って、制御部１９，２９に供給するエネルギが、枯渇することがない。
このように、電源１の投入直後には、エネルギ供給回路３２によってバックアップコンデンサ３１を充電し、バックアップコンデンサ３１に充電されたエネルギで制御部１９，２９を起動させて力率改善回路１０及び直流直流変換回路２０を動作させ、所望の直流電圧を負荷７０に供給している。
しかしながら、従来のスイッチング電源の起動方法及び起動回路には、次のような課題があった。
バックアップコンデンサ３１に充電されているエネルギによって制御部１９，２９を同時に活性化させて動作させる。よって、バックアップコンデンサ３１は、二個の制御部１９，２９を駆動させるエネルギーを供給する必要があるので、大きな容量が必要になり、バックアップコンデンサ３１が大型化していた。このことは、起動回路やこれを組込んだスイッチング電源装置の小型化と低コスト化を阻害していた。
また、バックアップコンデンサ３１の容量が大きいので、制御部１９，２９を起動させるまでの時間が長くなる。このことを解決するために、エネルギ供給回路３２がバックアップコンデンサ３１に流す充電電流を増加させると、エネルギ供給回路３２が発熱するという課題もあった。
さらに重大な問題として、制御部１９と制御部２９の起動開始電圧のばらつきで、一方が起動して他方が起動しないといった起動不良や、起動時間の不一致により、先に起動した側に電力が喰われて、力率改善回路１０或いは直流直流変換回路２０の出力電圧が大きく落ち込むという問題があった。
つまり、力率改善回路１０と直流直流変換回路２０のどちらが先に起動するかが判らず、たまたま同時に起動したとしても、図８（Ｄ）のように、直流直流変換回路２０に比べて力率改善回路１０の立上がりが遅い。力率改善回路１０の出力電圧が十分な電圧になる前に、直流直流変換回路２０が急激に立上がって大電流を流すと、力率改善回路１０の出力電圧がさらに下がる。その結果、直流直流変換回路２０の入力電圧が不足し、出力側に十分なエネルギーを供給できず、出力電圧の立上がりが長くなったり、入力電圧の低下による間欠動作を発生して出力電圧の立上がり時間がさらに長くなり、直流直流変換回路２０に組込まれた補助電源の立上がりが遅れる。これを解消するためには、起動用分圧抵抗に大電流を流したり、直流直流変換回路２０に組込まれたバックアップコンデンサ３１の容量を大きくする必要がある。
日本国特開平６−１２１５３５号公報は、直流直流変換回路２０を先に駆動する方法であり、直流直流変換回路２０の入力電圧が低い状態から起動するので、同様の問題を含んでいた。
本発明は、これらとは全く異なる観点から、素早く確実に起動し、バックアップコンデンサの容量を小さくすることが可能な省力化した電源装置起動方法、電源装置の起動回路或いは電源装置を、提供することを目的とする。
発明の開示
上記目的を達成するために、本発明の第１の観点に係る電源装置起動方法は、稼働中に、電源から与えられた交流電圧を第１の直流電圧に変換する交流直流変換回路と、稼働中に、前記交流直流変換回路が出力する第１の直流電圧を第２の直流電圧に変換する直流直流変換回路とを備える電源装置を、バックアップ用の充電素子と該電源の発生するエネルギを該充電素子に供給するエネルギ供給回路とを用いて起動させる電源装置の起動方法であって、前記電源が投入されたときから前記エネルギ供給回路を用いて該電源が発生するエネルギを前記充電素子に与えて充電する初期充電処理と、所定のエネルギが前記充電素子に充電されたことを検出した場合に、該充電素子に蓄積されたエネルギを前記交流直流変換回路に与えて該交流直流変換回路を稼働させる第１の起動処理と、前記交流直流変換回路が稼働して前記第１の直流電圧を出力したことを検出する出力電圧検出処理と、前記交流直流変換回路が前記第１の直流電圧を出力したことが検出された後に、前記充電素子に蓄積されたエネルギを前記直流直流変換回路に与えて該直流直流変換回路を稼働させる第２の起動処理と、を行うことを特徴とする。
なお、前記交流直流変換回路が前記第１の直流電圧を出力したことが検出された後に、前記初期充電処理を停止する充電停止処理、をさらに行ってもよい。この場合、前記充電停止処理の後に、前記直流直流変換回路が発生するエネルギの一部を前記充電素子に与えて該充電素子を充電してもよい。
又、前記交流直流変換回路は、前記電源に接続された整流回路と、前記整流回路に接続された第１のコイルと、前記第１のコイルに接続され、オンしたときに該第１のコイルに電流を流し、オフしたときに該電流を遮断する第１のスイッチング素子と、前記第１のコイルに前記電流が流れることによって該第１のコイルに蓄えられたエネルギを前記第１の直流電圧に変成する第１の直流化手段と、前記第１のスイッチング素子のオン、オフを制御する第１の制御部とを備える場合には、前記第１の起動処理では、前記充電素子に充電されているエネルギを前記第１の制御部に与えて該第１の制御部を起動することにより、前記交流直流変換回路を起動してもよい。
又、前記直流直流変換回路は、前記交流直流変換回路の出力端子に接続された第２のコイルと、前記第２のコイルに接続され、オンしたときに該第２のコイルに電流を流し、オフしたときに該電流を遮断する第２のスイッチング素子と、前記第２のコイルに前記電流が流れることによって該第２のコイルに蓄えられたエネルギを前記第２の直流電圧に変成する第２の直流化手段と、前記第２のスイッチング素子のオン、オフを制御する第２の制御部とを備える場合には、前記第２の起動処理では、前記充電素子に充電されているエネルギを前記第２の制御部に与えて該第２の制御部を起動することにより、前記直流直流変換回路を起動してもよい。
上記目的を達成するために、本発明の第２の観点に係る電源装置の起動回路は、稼働中に、電源から与えられた交流電圧を第１の直流電圧に変換する交流直流変換回路と、稼働中に、前記交流直流変換回路が出力する第１の直流電圧を第２の直流電圧に変換する直流直流変換回路とを備える電源装置を起動する電源装置の起動回路であって、バックアップ用の充電素子と、前記電源が投入されてから該電源が発生するエネルギを前記充電素子に与えて充電するエネルギ供給回路と、所定のエネルギが前記充電素子に充電されたことを検出し、該充電素子に蓄積されたエネルギを前記交流直流変換回路に与えて該交流直流変換回路を稼働させる第１の内部電源と、前記交流直流変換回路が稼働して前記第１の直流電圧を出力したことを検出する出力電圧検出回路と、前記交流直流変換回路が前記第１の直流電圧を出力したことが検出された後に、前記充電素子に蓄積されたエネルギを前記直流直流変換回路に与えて該直流直流変換回路を稼働させる第２の内部電源と、を備えることを特徴とする。
なお。前記交流直流変換回路が前記第１の直流電圧を出力したことが検出された後に、前記エネルギ供給回路による前記充電素子への充電を停止させる充電停止手段、をさらに備えてもよい。この場合、前記充電停止手段が前記充電素子への充電を停止させた後に、前記直流直流変換回路が発生するエネルギの一部を前記充電素子に与えて充電する充電継続手段を、さらに備えてもよい。
又、前記交流直流変換回路は、前記電源に接続された整流回路と、前記整流回路に接続された第１のコイルと、前記第１のコイルに接続され、オンしたときに該第１のコイルに電流を流し、オフしたときに該電流を遮断する第１のスイッチング素子と、前記第１のコイルに前記電流が流れることによって該第１のコイルに蓄えられたエネルギを前記第１の直流電圧に変成する第１の直流化手段と、前記第１のスイッチング素子のオン、オフを制御する第１の制御部とを備え、前記第１の内部電源は、前記充電素子に蓄電されているエネルギを前記第１の制御部に与えて該第１の制御部を起動することにより、前記交流直流変換回路を起動するようにしてもよい。
又、前記直流直流変換回路は、前記交流直流変換回路の出力端子に接続された第２のコイルと、前記第２のコイルに接続され、オンしたときに該第２のコイルに電流を流し、オフしたときに該電流を遮断する第２のスイッチング素子と、前記第２のコイルに前記電流が流れることによって該第２のコイルに蓄えられたエネルギを前記第２の直流電圧に変成する第２の直流化手段と、前記第２のスイッチング素子のオン、オフを制御する第２の制御部とを備え、前記第２の内部電源では、前記充電素子に蓄電されているエネルギを前記第２の制御部に与えて該第２の制御部を起動することにより、前記直流直流変換回路を起動してもよい。
又、前記第２のコイルに電磁結合する補助コイルと、前記補助コイルが発生するエネルギを整流して前記充電素子に与えて充電するダイオードとを備えてもよい。
上記目的を達成するために、本発明の第３の観点に係る電源装置は、稼働中に、電源から与えられた交流電圧を第１の直流電圧に変換する交流直流変換回路と、稼働中に、前記交流直流変換回路が出力する第１の直流電圧を第２の直流電圧に変換する直流直流変換回路と、バックアップ用の充電素子と、前記電源が投入されてから該電源が発生するエネルギを前記充電素子に与えて充電するエネルギ供給回路と、所定のエネルギが前記充電素子に充電されたことを検出し、該充電素子に蓄積されたエネルギを前記交流直流変換回路に与えて該交流直流変換回路を稼働させる第１の内部電源と、前記交流直流変換回路が稼働して前記第１の直流電圧を出力したことを検出する出力電圧検出回路と、前記交流直流変換回路が前記第１の直流電圧を出力したことが検出された後に、前記充電素子に蓄積されたエネルギを前記直流直流変換回路に与えて該直流直流変換回路を稼働させる第２の内部電源と、を備えることを特徴とする。
なお、前記交流直流変換回路が前記第１の直流電圧を出力したことが検出された後に、前記エネルギ供給回路による前記充電素子への充電を停止させる充電停止手段、をさらに備えてもよい。この場合、前記充電停止手段が前記充電素子への充電を停止させた後に、前記直流直流変換回路が発生するエネルギの一部を前記充電素子に与えて充電する充電継続手段を、さらに備えてもよい。
又、前記交流直流変換回路は、前記電源に接続された整流回路と、前記整流回路に接続された第１のコイルと、前記第１のコイルに接続され、オンしたときに該第１のコイルに電流を流し、オフしたときに該電流を遮断する第１のスイッチング素子と、前記第１のコイルに前記電流が流れることによって該第１のコイルに蓄えられたエネルギを前記第１の直流電圧に変成する第１の直流化手段と、前記第１のスイッチング素子のオン、オフを制御する第１の制御部とを備え、前記第１の内部電源は、前記充電素子に蓄電されているエネルギを前記第１の制御部に与えて該第１の制御部を起動することにより、前記交流直流変換回路を起動してもよい。
又、前記直流直流変換回路は、前記交流直流変換回路の出力端子に接続された第２のコイルと、前記第２のコイルに接続され、オンしたときに該第２のコイルに電流を流し、オフしたときに該電流を遮断する第２のスイッチング素子と、前記第２のコイルに前記電流が流れることによって該第２のコイルに蓄えられたエネルギを前記第２の直流電圧に変成する第２の直流化手段と、前記第２のスイッチング素子のオン、オフを制御する第２の制御部とを備え、前記第２の内部電源では、前記充電素子に蓄電されているエネルギを前記第２の制御部に与えて該第２の制御部を起動することにより、前記直流直流変換回路を起動してもよい。
又、前記第２のコイルに電磁結合する補助コイルと、前記補助コイルが発生するエネルギを整流して前記充電素子に与えて充電するダイオードとを備えてもよい。
発明を実施するための最良の形態
図１は、本発明の実施形態に係る起動回路とスイッチング電源装置とを示す構成図である。
スイッチング電源装置は、交流電源１に接続された交流直流変換回路４０と、交流直流変換回路４０に接続された直流直流変換回路５０と、交流直流変換回路４０及び直流直流変換回路５０を起動させる起動回路６０とを、備えている。交流直流変換回路４０は、交流電源１に接続された整流回路４０−１と、力率改善回路４０−２とで構成されている。
力率改善回路４０−２には、力率改善回路４０−２のスイッチング動作を第１の制御部４９が設けられ、直流直流変換回路５０には、直流直流変換回路５０のスイッチング動作を制御する第２の制御部５６が設けられている。
スイッチング電源装置の起動回路６０は、補助コイル６１と、ダイオード６２と、充電素子であるバックアップコンデンサ６３と、エネルギ供給回路６４と、第１の内部電源６５と、第２の内部電源６６と、出力電圧検出回路６７とで構成されている。
力率改善回路４０−２は、制御部４９の他に、整流回路４０−１の陽極端子と陰極端子との間に直列に接続された分圧抵抗４１ａ，４１ｂと、整流回路４０−１の陽極端子に一端が接続された第１のコイル４２とを備えている。整流回路４０−１の陰極端子は、グランドに接続されている。抵抗４１ａと抵抗４１ｂとの接続点は、制御部４９と接続されている。
コイル４２の他端には、スイッチング素子であるＮチャネル型ＭＯＳトランジスタ（以下、ＮＭＯＳという）４３のドレインとダイオード４４のアノードとが、接続されている。ＮＭＯＳ４３のソースと整流回路４０−１の陰極端子との間には、抵抗４５が接続されている。抵抗４５は、ＮＭＯＳ４３に流れる電流に対応する電圧信号を発生する。抵抗４５とＮＭＯＳ４３のソースとの接続点が、制御部４９に接続されている。
ダイオード４４のカソードが、コンデンサ４６の一方の電極に接続されている。ダイオード４４及びコンデンサ４６は、第１の直流化手段となり、コンデンサ４６には、力率改善回路４０−２の出力する直流電圧を充電する。コンデンサ４６の他方の電極が、整流回路４０−１の陰極端子に接続されている。コンデンサ４６の両電極の間には、直列の分圧抵抗４７ａ，４７ｂが接続されている。抵抗４７ａと抵抗４７ｂとの接続点が、制御部４９と出力電圧検出回路６７とに接続されている。
整流回路４０−１の陰極端子には、さらに、コイル４８の一端が接続されている。コイル４８は、磁心を介してコイル４２と電磁結合し、コイル４８の他端が、制御部４９と接続されている。
力率改善回路４０−２の出力側に配置された直流直流変換回路５０は、変成器（以下、トランスという）５１を備えている。トランス５１の一次巻線５１ａの一端が、第２のコイルとして力率改善回路４０−２のコンデンサ４６の一方の電極に接続されている。一次巻線５１ａの他端には、ＮＭＯＳ５２のドレインが接続されている。ＮＭＯＳ５２のソースは、コンデンサ４６の他方の電極に接続されている。
トランス５１の二次巻線５１ｂの一端は、ダイオード５３のアノードに接続されている。ダイオード５３のカソードは、コンデンサ５４の一方の電極に接続されている。コンデンサ５４の他方の電極が、二次巻線５１ｂの他端に接続されている。二次巻線５１ｂ、ダイオード５３、及びコンデンサ５４は、直流直流変換回路５０が出力する直流電圧を生成する第２の直流化手段であり、コンデンサ５４は、その直流電圧を充電する。コンデンサ５４の一方の電極が出力電圧検出回路５５に接続されるとともに、コンデンサ５４の両電極の間に負荷７０が接続される。
この直流直流変換回路５０のトランス５１の一次巻線５１ａに、起動回路の補助コイル６１が磁心を介して電磁結合している。コイル６１の一端は、コンデンサ４６の他方の電極に接続され、コイル６１の他端がダイオード６２のアノードに接続されている。ダイオード６２のカソードがバックアップコンデンサ６３の陽電極に接続されている。バックアップコンデンサ６３の陰電極が、コンデンサ４６の他方の電極に接続されている。
バックアップコンデンサ６３の陽電極とダイオード６２のカソードとの接続点は、起動回路６０の内部電源６５及び内部電源６６に接続されている。
図２は、図１中のエネルギ供給回路の構成例を示す図である。
エネルギ供給回路６４は、バックアップコンデンサ６３にエネルギを与えて充電するものであり、定電流源６４ａとスイッチ６４ｂとを備えている。スイッチ６４ｂは、力率改善回路４０−２中のコンデンサ４６の一方の電極とダイオード４４のカソードとの間の接続点と、定電流源６４ａとの間に接続されている。定電流源６４ａの出力端子が、バックアップコンデンサ６３の陽電極に接続されている。スイッチ６４ｂは、ＮＭＯＳ等の電界効果トランジスタやバイポーラトランジスタで構成することが可能である。また、定電流源６４ａも、電界効果トランジスタやバイポーラトランジスタで構成することが可能である。
図３は、図１中の内部電源の構成例を示す図である。
内部電源６５は、バックアップコンデンサ６３に蓄積されたエネルギを制御部４９へ供給するものであり、バックアップコンデンサ６３の陽電極にエミッタが接続されたＰＮＰ型トランジスタ６５ａと、バックアップコンデンサ６３の陽電極にコレクタが接続されたＮＰＮ型トランジスタ６５ｂとを、備えている。
トランジスタ６５ａのベースは、ツェナーダイオード６５ｃのカソードに接続されている。ツェナーダイオード６５ｃのアノードは、抵抗６５ｄを介してグランドに接続されている。トランジスタ６５ａのコレクタには、抵抗６５ｅの一端が接続されている。抵抗６５ｅの他端が、トランジスタ６５ｂのベースに接続されている。
トランジスタ６５ｂ及び抵抗６５ｅの他端は、ツェナーダイオード６５ｆのカソードに接続され、ツェナーダイオード６５ｆのアノードがグランドに接続されている。トランジスタ６５ｂのエミッタが、制御部４９と接続されている。トランジスタ６５ａは、バックアップコンデンサ６３の充電電圧が所定値になったことを検出してオンし、トランジスタ６５ｂをオンさせる。なお、トランジスタ６５ａは、低消費電力化のためにＭＯＳで構成することも可能である。また、バックアップコンデンサ６３の充電電圧が変動しても一度オンしたトランジスタ６５ｂが、バックアップコンデンサ６３の充電電圧の変動によって再びオフすることを防止するために、トランジスタ６５ａのオン、オフする電圧にヒステリシスを持たせてもよい。
図４は、図１中の内部電源の構成例を示す図である。
この内部電源６６は、バックアアップコンデンサ６３の陽電極にエミッタが接続されたＰＮＰ型トランジスタ６６ａと、バックアップコンデンサ６３の陽電極にコレクタが接続されたＮＰＮ型トランジスタ６６ｂとを、備えている。
トランジスタ６６ａのベースは、抵抗６６ｃを介してＮＰＮ型トランジスタ６６ｄのコレクタに接続されている。抵抗６６ｃは、トランジスタ６６ａのベース電流を制限する。トランジスタ６６ｄのエミッタは、グランドに接続されている。トランジスタ６６ｄのベースは、抵抗６６ｅを介して出力電圧検出回路６７の出力端子に接続されている。抵抗６６ｅは、トランジスタ６６ｄのベース電流を制限する。
トランジスタ６６ａのコレクタは、抵抗６６ｆを介してトランジスタ６６ｂのベースに接続されている。トランジスタ６６ｂのベースは、さらに、ツェナーダイオード６６ｇのカソードに接続されている。ツェナーダイオード６６ｇのアノードがグランドに接続されている。トランジスタ６６ｂのエミッタが制御部５６に接続されている。
出力電圧検出回路６７は、比較器（図示略）等で構成され、力率改善回路４０−２の出力電圧と基準電圧と比較し、力率改善回路４０−２の出力電圧が所定電圧になったときに、高レベル（以下、“Ｈ”という）の信号を出力するものである。この出力信号が、内部電源６６のトランジスタ６６ｄのベースに与えられる。
なお、内部電源６６中のトランジスタ６６ａ，６６ｂ，６６ｄは、低消費電力化のためにＮＭＯＳやＰＭＯＳで構成することも可能である。また、バックアップコンデンサ６３の充電電圧が変動しても一度オンしたトランジスタ６６ｂが、バックアップコンデンサ６３の充電電圧の変動によって再びオフすることを防止するために、トランジスタ６６ａのオン、オフする電圧にヒステリシスを持たせてもよい。
次に、図１のスイッチング電源装置及び電源装置の起動回路の動作を、図５及び図６（Ａ〜Ｇ）を参照して説明する。
図５は、スイッチング電源装置の起動方法を示すフローチャートである。図６（Ａ〜Ｇ）は、電源装置起動回路の動作を説明するタイムチャートである。
起動回路は、図５に示すステップＳＴ１〜ステップＳＴ４を行い、スイッチング電源装置を起動し、負荷７０に所望の直流電圧を供給する。
まず、ステップＳＴ１では、エネルギ供給回路６４を用いてバックアップコンデンサ６３にエネルギを充電する初期充電処理を行う。
即ち、交流電源１が時刻ｔ０で投入されると（図６（Ａ））、整流回路４０−１が交流電圧を整流した整流電圧を発生する。力率改善回路４０−２に整流電圧が入力されると、ダイオード４４がオンし、コイル４２に電流が流れ、コンデンサ４６が充電される。
このときエネルギ供給回路６４中のスイッチ６４ｂは、オンしており（図６（Ｂ））、定電流源６４ａを介してエネルギがバックアップコンデンサ６３に充電される。この充電により、バックアップコンデンサ６３の充電電圧は、時間の経過とともに上昇する（図６（Ｃ））。
バックアップコンデンサ６３の充電電圧が上昇して、内部電源６５中のツェナーダイオード６５ｃの降伏点を時刻ｔ１で超えると、ステップＳＴ２の第１の起動処理が行われる。即ち、ツェナーダイオード６５ｃが降伏することにより、トランジスタ６５ａがオンし、トランジスタ６５ｂのベース電圧を上昇させる。これにより、トランジスタ６５ｂがオンし、バックアップコンデンサ６３からエネルギが制御部４９に入力される。制御部４９にエネルギが入力されると、制御部４９がオンし（図６（Ｄ））、力率改善回路４０−２を制御して力率改善動作を実施させる。
制御部４９には、力率改善回路４０−２中の抵抗４１ａ，４１ｂから、整流電圧を分圧した電圧信号が入力される。抵抗４７ａ，４７ｂからは、コンデンサ４６の充電電圧を分圧した電圧信号が入力される。また、コイル４２に電磁結合するコイル４８は、コイル４２からエネルギが放出されるときに、フライバック電圧を発生する。そのフライバック電圧に対応する電圧信号が制御部４９に入力される。コイル４２にドレインが接続されたＮＭＯＳ４３は、オンしたときにコイル４２に流れる電流を整流回路４０−１の陰極端子に流し、ＮＭＯＳ４３のソースに接続された抵抗４５は、その電流に比例する電圧信号を発生する。これらの電圧信号が制御部４９に与えられる。
内部電源６５からエネルギが与えられた制御部４９は、力率改善回路４０−２から与えられた各電圧信号に基づく制御信号を発生して、ＮＭＯＳ４３のゲートに与え、ＮＭＯＳ４３をオン、オフさせる。
ＮＭＯＳ４３がオンすることにより、整流回路４０−１の陽極端子からコイル４２、ＮＭＯＳ４３、抵抗４５、整流回路４０−１の陰極端子の順に電流が流れ、コイル４２にエネルギが蓄えられる。ＮＭＯＳ４３がオフすると、コイル４２に蓄えられたエネルギと、整流回路４０−１から出力されるエネルギとがダイオード４４を介して流れ、コンデンサ４６が充電される。ＮＭＯＳ４３が繰り返しオン、オフする。その結果、コンデンサ４６の充電電圧は、整流回路４０−１の出力電圧を昇圧した所定の電圧になる（図６（Ｅ））。また、ＮＭＯＳ４３が繰り返しオン、オフすることにより、コイル４２に間欠的に流れる電流は、整流回路４０−１が発生する整流電圧の位相に合うように制御される。即ち、力率改善動作が行われる。
ステップＳＴ３の出力電圧検出処理において、出力電圧検出回路６７は、コンデンサ４６の充電電圧が所定電圧になったか否かを判定し、所定電圧に到達した時点ｔ２に“Ｈ”を出力する。
ステップＳＴ３で、出力電圧検出回路６７が“Ｈ”の出力信号を出力したときには、ステップＳＴ４の第２の起動処理が内部電源６６によって行われる。
即ち、内部電源６６では、出力電圧検出回路６７の出力信号の“Ｈ”が、抵抗６６ｅを介してトランジスタ６６ｄのベースに入力される。これにより、トランジスタ６６ｄがオンする。トランジスタ６６ｄがオンすると、エミッタがバックアップコンデンサ６３に接続されたトランジスタ６６ａが、オンする。トランジスタ６６ａがオンすると、トランジスタ６６ｂのベース電圧が上昇し、トランジスタ６６ｂがオンする。トランジスタ６６ｂがオンすることにより、バックアップコンデンサ６３からのエネルギが、トランジスタ６６ｂを介して制御部５６に供給される。
トランジスタ６６ｂの出力信号は、エネルギ供給回路６４のスイッチ６４ｂにも与えられる。これにより、スイッチ６４ｂがオフし、エネルギ供給回路６４によるバックアップコンデンサ６３への充電は、停止する。このように、エネルギ供給回路６４によるバックアップコンデンサ６３の充電を停止することにより、コンデンサ４６からエネルギ供給回路６４に流れるエネルギがなくなり、例えば負荷７０が待機状態になって軽くなっても、余分な充電が行われず、低消費電力化が可能になる。
制御部５６にエネルギが入力されると、制御部５６がオンし（図６（Ｆ））、直流直流変換回路５０を制御して直流電圧変換動作を実施させる。
ここで、制御部５６には、直流直流変換回路５０中の出力電圧検出回路５５からコンデンサ５４の充電電圧に相当する電圧信号が入力される。内部電源６６からエネルギが入力された制御部５６では、出力電圧検出回路５５からの電圧信号に基づいた制御信号をＮＭＯＳ５２のゲートに与え、コンデンサ５４の充電電圧、つまり、負荷７０に供給する電圧（図６（Ｇ））が所望値になるように、ＮＭＯＳ５２をオン、オフさせる。
ＮＭＯＳ５２がオンすると、トランス５１の一次巻線５１ａにコンデンサ４６からの電流が流れ、一次巻線５１ａにエネルギが蓄えられる。ＮＭＯＳ５２がオフすると、トランス５１の二次巻線５１ｂには、一次巻線５１ａのエネルギに相当するフライバックエネルギが発生し、ダイオード５３を介してコンデンサ５４に充電される。負荷７０に、コンデンサ５４の充電電圧が供給される。
ＮＭＯＳ５２がオフしたときには、一次巻線５１ａに電磁結合する補助巻線６１にも、フライバックエネルギが発生する。このフライバックエネルギがダイオード６２を介してバックアップコンデンサ６３の正極（＋）に与えられ、バックアップコンデンサ６３が充電される。以降も、補助巻線６１からのフライバックエネルギにより、バックアップコンデンサ６３は充電され、バックアップコンデンサ６３の充電エネルギが制御部４９，６２に与えられてスイッチング電源装置が動作する。
以上のような本実施形態の電源装置起動回路及び起動方法では、次のような作用効果を奏する。
（１） 力率改善回路４０−２が動作して所定電圧を発生するまでは、エネルギ供給回路６４が働き、内部電源６５を介して制御部４９のみにエネルギを与えるので、バックアップコンデンサ６３の容量が小さくてすみ、確実な起動特性が得られるとともに、起動回路或いはそれを組込んだスイッチング電源装置の小型化と低コスト化が可能になる。
（２） バックアップコンデンサ６３の容量が小さいので、少ない電流でも充電速度が速く、エネルギ供給回路６４に必要以上の電流を流す必要がなくなり、発熱もすくなくすることが可能になる。
（３） 直流直流変回路５０に比べて大変に立上がりの遅い力率改善回路４０の出力電圧が十分になった後に、直流直流変換回路５０が起動するため、本発明は、力率改善回路４０と直流直流変換回路５０の一方が起動し、他方が起動しないといった起動不良や、起動時間の不一致により、力率改善回路４０や直流直流変換回路５０の出力電圧が大きく落ち込むといった問題がなく、素早く確実に起動し、バックアップコンデンサの容量を小さくすることが可能である。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。その変形例としては、例えば次のようなものがある。
（ａ） 交流直流変換回路４０を、力率改善を行わない、他の交流直流変換回路に置換することもできる。
（ｂ） 直流直流変換回路５０を、例えばトランス５１を用いた絶縁型でなくても、非絶縁型の昇圧チョッパや降圧チョッパ型の電源装置に変換することもできる。
（ｃ） 力率改善回路４０−２及び直流直流変換回路５０は、それぞれがＮＭＯＳ４３やＮＭＯＳ５２を繰り返してオンオフさせるスイッチング電源装置であるが、スイッチング電源装置でない交流直流変換回路及び直流直流変換回路で電源装置を構成する場合でも、電源を投入した直後は、交流直流変換回路のみを起動し、交流直流変換回路が所定の電圧を出力したときに、直流直流変換回路を起動するようにすれば、これらを起動させるためのバックアップ用の充電素子の容量を小さくできる。よって、小型化と低コストが可能になる。
（ｄ） 力率改善回路４０−２の出力側のコンデンサ４６に充電された電圧でバックアップコンデンサ６３を充電しなくてもよい。例えば力率改善回路４０−２の入力側で得られた電圧でバックアップコンデンサ６３を充電するようにしてもよい。
以上詳細に説明したように、本発明によれば、蓄電素子の容量を小さくすることが可能になり、電源装置の起動回路及びそれを組込んだ電源装置の小型化と、低コスト化が可能になる。
なお、本発明は、２００２年２月８日に出願された日本国特許出願２００２−３１６９１号に基づき、本明細書中にその明細書、特許請求の範囲、図面全体を取り込むものとする。
産業上の利用の可能性
本発明は、電源装置を備えた機器に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の実施形態に係る起動回路及びスイッチング電源装置を示す構成図である。
図２は、図１中のエネルギ供給回路の構成例を示す図である。
図３は、図１中の内部電源の構成例を示す図である。
図４は、図１中の内部電源の構成例を示す図である。
図５は、電源装置起動方法を示すフローチャートである。
図６（Ａ〜Ｆ）は、図１中の起動回路の動作を示すタイミングチャートである。
図７は、従来の起動回路とスイッチング電源装置の概略を示す構成図である。
図８（Ａ〜Ｇ）は、図７中の起動回路の動作を示すタイミングチャートである。

Claims (17)

1. 稼働中に、電源（１）から与えられた交流電圧を第１の直流電圧に変換する交流直流変換回路（４０）と、稼働中に、前記交流直流変換回路が出力する第１の直流電圧を第２の直流電圧に変換する直流直流変換向路（５０）とを備える電源装置を、バックアップ用の充電素子（６３）と該電源の発生するエネルギを該充電素子（６３）に供給するエネルギ供給回路（６４）とを用いて起動させる電源装置の起動方法であって、
   前記電源（１）が投入されたときから前記エネルギ供給回路（６３）を用いて該電源（１）が発生するエネルギを前記充電素子（６３）に与えて充電する初期充電処理と、
   所定のエネルギが前記充電素子（６３）に充電されたことを検出した場合に、該充電素子（６３）に蓄積されたエネルギを前記交流直流変換回路（４０）に与えて該交流直流変換回路（４０）を稼働させる第１の起動処理と、
   前記交流直流変換回路（４０）が稼働して前記第１の直流電圧を出力したことを検出する出力電圧検出処理と、
   前記交流直流変換回路（４０）が前記第１の直流電圧を出力したことが検出された後に、前記充電素子（６３）に蓄積されたエネルギを前記直流直流変換回路（５０）に与えて該直流直流変換回路（５０）を稼働させる第２の起動処理と、
   前記直流直流変換回路（５０）が稼働して発生するエネルギの一部を前記充電素子（６３）に与えて該充電素子（６３）を充電させる処理と、
   を行うことを特徴とする電源装置起動方法。
2. 前記交流直流変換回路（４０）が前記第１の直流電圧を出力したことが検出された後に、前記初期充電処理を停止する充電停止処理、をさらに行うことを特徴とする請求項１に記載の電源装置起動方法。
3. 前記充電停止処理の後に、前記直流直流変換回路（５０）が発生するエネルギの一部を前記充電素子に与えて該充電素子を充電することを特徴とする請求項２に記載の電源装置起動方法。
4. 前記交流直流変換回路（４０）は、
   前記電源（１）に接続された整流回路（４０−１）と、
   前記整流回路（４０−１）に接続された第１のコイル（４２）と、
   前記第１のコイル（４２）に接続され、オンしたときに該第１のコイル（４２）に電流を流し、オフしたときに該電流を遮断する第１のスイッチング素子（４３）と、
   前記第１のコイル（４２）に前記電流が流れることによって該第１のコイル（４２）に蓄えられたエネルギを前記第１の直流電圧に変成する第１の直流化手段（４４，４６）と、
   前記第１のスイッチング素子（４３）のオン、オフを制御する第１の制御部（４９）とを備え、
   前記第１の起動処理では、前記充電素子（６３）に充電されているエネルギを前記第１の制御部（４９）に与えて該第１の制御部（４９）を起動することにより、前記交流直流変換回路（４０）を起動することを特徴とする請求項１に記載の電源装置起動方法。
5. 前記直流直流変換回路（５０）は、
   前記交流直流変換回路（４０）の出力端子に接続された第２のコイル（５１ａ）と、
   前記第２のコイル（５１ａ）に接続され、オンしたときに該第２のコイル（５１ａ）に電流を流し、オフしたときに該電流を遮断する第２のスイッチング素子（５２）と、
   前記第２のコイル（５１ａ）に前記電流が流れることによって該第２のコイル（５１ａ）に蓄えられたエネルギを前記第２の直流電圧に変成する第２の直流化手段（５１ｂ，５３，５４）と、
   前記第２のスイッチング素子（５２）のオン、オフを制御する第２の制御部（５６）とを備え、
   前記第２の起動処理では、前記充電素子（６３）に充電されているエネルギを前記第２の制御部（５６）に与えて該第２の制御部（５６）を起動することにより、前記直流直流変換回路（５０）を起動することを特徴とする請求項１に記載の電源装置起動方法。
6. 稼働中に、電源（１）から与えられた交流電圧を第１の直流電圧に変換する交流直流変換回路（４０）と、稼働中に、前記交流直流変換回路（４０）が出力する第１の直流電圧を第２の直流電圧に変換する直流直流変換回路（５０）とを備える電源装置を起動する電源装置の起動回路（６０）であって、
   バックアップ用の充電素子（６３）と、
   前記電源（１）が投入されてから該電源が発生するエネルギを前記充電素子（６３）に与えて充電するエネルギ供給回路（６４）と、
   所定のエネルギが前記充電素子（６３）に充電されたことを検出し、該充電素子（６３）に蓄積されたエネルギを前記交流直流変換回路（４０）に与えて該交流直流変換回路（４０）を稼働させる第１の内部電源（６５）と、
   前記交流直流変換回路（４０）が稼働して前記第１の直流電圧を出力したことを検出する出力電圧検出回路（６７）と、
   前記交流直流変換回路（４０）が前記第１の直流電圧を出力したことが検出された後に、前記充電素子（６３）に蓄積されたエネルギを前記直流直流変換回路（５０）に与えて該直流直流変換回路（５０）を稼働させる第２の内部電源（６６）と、
   前記直流直流変換回路（５０）が稼働して発生するエネルギの一部を前記充電素子（６３）に与えて該充電素子（６３）を充電させる充電継続手段（６１，６２）と、
   を備えることを特徴とする電源装置の起動回路（６０）。
7. 前記交流直流変換回路（４０）が前記第１の直流電圧を出力したことが検出された後に、前記エネルギ供給回路による前記充電素子（６３）への充電を停止させる充電停止手段（６４ｂ）、をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の電源装置の起動回路（６０）。
8. 前記充電継続手段（６１，６２）は、前記充電停止手段（６４ｂ）が前記充電素子への充電を停止させた後に、前記直流直流変換回路（５０）が発生するエネルギの一部を前記充電素子（６３）に与えて充電することを特徴とする請求項７に記載の電源装置の起動回路（６０）。
9. 前記交流直流変換回路（４０）は、
   前記電源（１）に接続された整流回路（４０−１）と、
   前記整流回路（４０−１）に接続された第１のコイル（４２）と、
   前記第１のコイル（４２）に接続され、オンしたときに該第１のコイル（４２）に電流を流し、オフしたときに該電流を遮断する第１のスイッチング素子（４３）と、
   前記第１のコイル（４２）に前記電流が流れることによって該第１コイル（４２）に蓄えられたエネルギを前記第１の直流電圧に変成する第１の直流化手段（４４，４６）と、
   前記第１のスイッチング素子（４３）のオン、オフを制御する第１の制御部（４９）とを備え、
   前記第１の内部電源（６５）は、前記充電素子（６３）に蓄電されているエネルギを前記第１の制御部（４９）に与えて該第１の制御部（４９）を起動することにより、前記交流直流変換回路（４０）を起動することを特徴とする請求項６に記載の電源装置の起動回路（６０）。
10. 前記直流直流変換回路（５０）は、
    前記交流直流変換回路（４０）の出力端子に接続された第２のコイル（５１ａ）と、
    前記第２のコイル（５１ａ）に接続され、オンしたときに該第２のコイル（５１ａ）に電流を流し、オフしたときに該電流を遮断する第２のスイッチング素子（５２）と、
    前記第２のコイル（５１ａ）に前記電流が流れることによって該第２のコイル（５１ａ）に蓄えられたエネルギを前記第２の直流電圧に変成する第２の直流化手段（５１ｂ，５３，５４）と、
    前記第２のスイッチング素子（５２）のオン、オフを制御する第２の制御部（５６）とを備え、
    前記第２の内部電源（６６）では、前記充電素子（６３）に蓄電されているエネルギを前記第２の制御部（５６）に与えて該第２の制御部（５６）を起動することにより、前記直流直流変換回路（５０）を起動することを特徴とする請求項６の電源装置の起動回路（６０）。
11. 前記充電継続手段（６１，６２）は、前記第２のコイル（５１ｂ）に電磁結合する補助コイル（６１）と、
    前記補助コイル（６１）が発生するエネルギを整流して前記充電素子（６３）に与えて充電するダイオード（６２）とを備えることを特徴とする請求項１０に記載の電源装置の起動回路（６０）。
12. 稼働中に、電源（１）から与えられた交流電圧を第１の直流電圧に変換する交流直流変換回路（４０）と、
    稼働中に、前記交流直流変換回路（４０）が出力する第１の直流電圧を第２の直流電圧に変換する直流直流変換回路（５０）と、
    バックアップ用の充電素子（６３）と、
    前記電源（１）が投入されてから該電源（１）が発生するエネルギを前記充電素子（６３）に与えて充電するエネルギ供給回路（６４）と、
    所定のエネルギが前記充電素子（６３）に充電されたことを検出し、該充電素子（６３）に蓄積されたエネルギを前記交流直流変換回路（４０）に与えて該交流直流変換回路（４０）を稼働させる第１の内部電源（６５）と、
    前記交流直流変換回路（４０）が稼働して前記第１の直流電圧を出力したことを検出する出力電圧検出回路（６７）と、
    前記交流直流変換回路（４０）が前記第１の直流電圧を出力したことが検出された後に、前記充電素子（６３）に蓄積されたエネルギを前記直流直流変換回路（５０）に与えて該直流直流変換回路（５０）を稼働させる第２の内部電源（６６）と、
    前記直流直流変換回路（５０）が稼働して発生するエネルギの一部を前記充電素子（６３）に与えて充電する充電継続手段（６１，６２）と、
    を備えることを特徴とする電源装置。
13. 前記交流直流変換回路（４０）が前記第１の直流電圧を出力したことが検出された後に、前記エネルギ供給回路（６４）による前記充電素子（６３）への充電を停止させる充電停止手段（６４ｂ）、をさらに備えることを特徴とする請求項１２に記載の電源装置。
14. 前記充電継続手段（６１，６２）は、前記充電停止手段（６４ｂ）が前記充電素子（６３）への充電を停止させた後に、前記直流直流変換回路（５０）が発生するエネルギの一部を前記充電素子（６３）に与えて充電することを特徴とする請求項１３に記載の電源装置。
15. 前記交流直流変換回路（４０）は、
    前記電源に接続された整流回路（４０−１）と、
    前記整流回路（４０−１）に接続された第１のコイル（４２）と、
    前記第１のコイル（４２）に接続され、オンしたときに該第１のコイル（４２）に電流を流し、オフしたときに該電流を遮断する第１のスイッチング素子（４３）と、
    前記第１のコイル（４２）に前記電流が流れることによって該第１のコイル（４２）に蓄えられたエネルギを前記第１の直流電圧に変成する第１の直流化手段（４４，４６）と、
    前記第１のスイッチング素子（４３）のオン、オフを制御する第１の制御部（４９）とを備え、
    前記第１の内部電源（６５）は、前記充電素子（６３）に蓄電されているエネルギを前記第１の制御部（４９）に与えて該第１の制御部（４９）を起動することにより、前記交流直流変換回路（４０）を起動することを特徴とする請求項１２に記載の電源装置。
16. 前記直流直流変換回路（５０）は、
    前記交流直流変換回路（４０）の出力端子に接続された第２のコイル（５１ａ）と、
    前記第２のコイル（５１ａ）に接続され、オンしたときに該第２のコイル（５１ａ）に電流を流し、オフしたときに該電流を遮断する第２のスイッチング素子（５２）と、
    前記第２のコイル（５１ａ）に前記電流が流れることによって該第２のコイル（５１ａ）に蓄えられたエネルギを前記第２の直流電圧に変成する第２の直流化手段（５１ｂ，５３，５４）と、
    前記第２のスイッチング素子（５２）のオン、オフを制御する第２の制御部（５６）とを備え、
    前記第２の内部電源（６６）では、前記充電素子（６３）に蓄電されているエネルギを前記第２の制御部（５６）に与えて該第２の制御部（５６）を起動することにより、前記直流直流変換回路（５０）を起動することを特徴とする請求項１２の電源装置。
17. 前記充電継続手段（６１，６２）は、前記第２のコイル（５１ａ）に電磁結合する補助コイル（６１）と、
    前記補助コイル（６１）が発生するエネルギを整流して前記充電素子（６３）に与えて充電するダイオード（６２）と、を備えることを特徴とする請求項１６に記載の電源装置。

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