JP4657137B2 - スイッチング電源装置 - Google Patents
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Description
一方,電子機器の待機中の消費電力を省減するべく,該電子機器の稼働時に電力供給を行う主電源回路とは別に,待機中(非稼動時)にマイコンなどの制御部に電力供給を行うバックアップ電源回路を備えるスイッチング電源装置が知られている。
図3に示すように,前記スイッチング電源装置Yでは,商用交流電源1に接続された入力端子a1,a2から供給される交流電圧が,ノイズフィルタなどのフィルタ回路2を介して,主電源回路10(第一の電源回路の一例)及びバックアップ電源回路20(第二の電源回路の一例)に供給される。前記主電源回路10の出力端子b1,b2は,電子機器の負荷に接続されており,前記バックアップ電源回路20の出力端子c1,c2は,電子機器のマイコン(制御部)やその周辺回路等に接続されている。
前記バックアップ電源回路20への前記交流電圧の供給は常時行われるが,前記主電源回路10への前記交流電圧の供給の有無は,前記フィルタ回路2と前記主電源回路10との間に設けられたスイッチS1のON/OFFにより制御される。なお,前記スイッチS1のON/OFFは,前記バックアップ電源回路20からの電力供給を受けて機能する前記マイコンによって制御される。
前記主電源回路10は,前記商用交流電源に接続された一次側回路10aと,前記負荷に接続された二次側回路10bと,前記一次側回路10a及び前記二次側回路10bを絶縁するトランス11とを備えている。
前記一次側回路10aには,整流回路12(第一の整流回路の一例),PFC回路13(安定化手段の一例),PWM制御回路14及びスイッチング素子15(第一のスイッチング回路の一例)が設けられており,前記二次側回路10bには,整流回路16(第二の整流回路の一例)及びPWM制御回路17が設けられている。
前記整流回路12は,整流素子121,コイル122,コンデンサ123を有しており,前記商用交流電源に接続された前記入力端子a1,a2から前記フィルタ回路2を介して供給される交流電圧を,整流・平滑化して直流電圧を出力する。前記整流回路12から出力された前記直流電圧は,前記PFC回路13に入力される。
前記PWM制御回路14は,前記PFC回路13に入力される電流を検出する入力電流検出回路141と,前記PFC回路13から出力される電流を検出する出力電流検出回路142と,前記PFC回路13から出力される電圧を検出する電圧検出回路143と,前記入力電流検出回路141,前記出力電流検出回路142及び前記電圧検出回路143による検出値に基づいて前記スイッチング素子133のPWM制御を行うASIC等のPWM制御部144と,を備えて構成されている。前記PWM制御部144への電力の供給は,前記バックアップ電源回路20に設けられた後述の整流回路23により行われる。
前記PWM制御回路17は,前記整流回路16から出力される電流を検出する出力電流検出回路171と,前記整流回路16から出力される電圧を検出する電圧検出回路172と,前記出力電流検出回路171及び前記電圧検出回路172による検出値に基づいて前記スイッチング素子15のPWM制御を行うASIC等のPWM制御部173(第一のスイッチング制御手段の一例)と,前記PWM制御部173に供給される電圧が該PWM制御部173の動作電圧に達した場合に前記PWM制御部173を始動させる始動回路174と,前記PWM制御部173から送信される制御信号に応じて前記スッチング素子15を駆動する駆動回路175と,前記PWM制御部173及び前記駆動回路174を電気的に絶縁するフォトカプラ176と,を有している。前記PWM制御部173への電力の供給は,前記バックアップ電源回路20に設けられた後述の整流回路27により行われる。
前記整流回路16は,ダイオード161,162,コイル163,コンデンサ164を有しており,前記トランス11から入力される交流電圧を,整流・平滑化して直流電圧を出力する。前記整流回路16から出力された前記直流電圧は,前記出力端子b1,b2を介して電子機器の負荷に供給される。
前記バックアップ電源回路20は,前記商用交流電源に接続された一次側回路20aと,前記マイコン及びその周辺回路等に接続された二次側回路20bと,前記一次側回路20a及び前記二次側回路20bを絶縁するトランス21とを備えている。
前記一次側回路20aには,整流回路22,23(第四の整流回路の一例),スイッチング素子24及びPWM制御回路25が設けられており,前記二次側回路20bには,整流回路26,27が設けられている。
前記整流回路22から出力された前記直流電圧は,前記PWM制御回路25により制御される前記スイッチング素子24のスイッチング動作により交流電圧に変換されて,前記トランス21の一次巻線21aに入力される。前記スイッチング素子24には,例えばFETやトランジスタが用いられる。
前記PWM制御回路25は,前記整流回路26から出力される電圧を検出する電圧検出回路251と,前記電圧検出回路251による検出値に基づいて前記スイッチング素子24のPWM制御を行うASIC等のPWM制御部252と,前記PWM制御部252から送信される制御信号に応じて前記スッチング素子24を駆動する駆動回路253と,前記電圧検出回路251及び前記PWM制御部252を電気的に絶縁するフォトカプラ254と,を有している。
前記トランス21の二次第1巻線21bから出力される交流電圧は前記整流回路26に,二次第2巻線21cから出力される交流電圧は前記整流回路23に,二次第3巻線21dから出力される交流電圧は前記整流回路27に入力される。
前記整流回路26は,ダイオード261,コンデンサ262を有しており,前記トランス21から入力される交流電圧を,整流・平滑化して直流電圧を出力する。前記整流回路26から出力された前記直流電圧は,前記出力端子c1,c2を介して電子機器のマイコン及びその周辺回路等に供給される。
前記整流回路23は,ダイオード231,コンデンサ232,安定化回路233を有しており,前記トランス21から入力される交流電圧を,整流・平滑化して直流電圧を出力する。前記整流回路23から出力された前記直流電圧は,前記PWM制御部144の電源として供給される。
前記整流回路27は,ダイオード271,コンデンサ272,安定化回路273を有しており,前記トランス21から入力される交流電圧を,整流・平滑化して直流電圧を出力する。前記整流回路27から出力された前記直流電圧は,前記PWM制御部173の電源として供給される。
そして,ユーザによる稼働開始要求などの操作が行われると,前記マイコンからの電源供給開始指示により,前記スイッチS1がOFFからONに切り替えられると共に,前記PWM制御部144,173による制御が開始される。これにより,前記商用交流電源1から供給される交流電圧が,前記整流回路12,前記PFC回路13,前記スイッチング素子15,前記トランス11,前記整流回路16を経て直流電圧に変換された後,前記前記出力端子b1,b2に供給される。
従って,本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり,その目的とするところは,電子機器の待機中(非稼働時)におけるバックアップ電源回路の消費電力を省減することのできるスイッチング電源装置を提供することにある。
このように構成された前記スイッチング電源装置では,従来前記第二の電源回路側に設けられていた前記第三の整流回路が前記第一の電源回路側に設けられているため,前記第二の電源回路の構成を従来よりも簡素化し,該第二の電源回路に設けられるトランス等の前記第二の絶縁手段の巻線数も削減することができる。したがって,前記第二の電源回路だけが駆動する前記スイッチング電源装置の待機状態における消費電力を省減することができる。
本発明の具体的な構成例としては,前記第二のスイッチング制御手段が,前記第一のスイッチング制御手段から前記第一のスイッチング回路へ続く第一の信号経路と,当該第二のスイッチング制御手段から前記第一のスイッチング回路へ続く第二の信号経路とを,前記第一のスイッチング制御手段の駆動の有無に応じて切り換えるものであることが考えられる。より詳細には,前記第一の信号経路上の制御信号の有無を検出し,その検知結果に応じて前記第一の信号伝達経路と前記第二の信号伝達経路とを切り換えるように構成される。
ここに,図1は本発明の実施の形態に係るスイッチング電源装置Xの概略構成を示すブロック図,図2は前記スイッチング電源装置Xにおける主電源起動時の動作を説明するための図である。なお,従来の前記スイッチング電源装置Y(図3参照)と同様の構成要素には同じ符号を付してその説明を省略する。
図1に示すように,本発明の実施の形態に係るスイッチング電源装置Xは,従来のスイッチング電源装置Yのバックアップ電源回路20に設けられた前記整流回路27(図3参照)に換えて,前記主電源回路10のトランス11の二次第2巻線11cに接続された整流回路31(第三の整流回路の一例)を備えている。
このように構成された前記スイッチング電源装置Xでは,前記トランス11の一次巻線11aに交流電圧が印加されると,該トランス11の二次第2巻線11cに誘起された交流電圧が,前記整流回路31で整流・平滑化されて直流電圧に変換された後,前記PWM制御部173の電源として供給される。
ここに,前記PWM制御部144から前記駆動回路175に出力される前記スイッチング制御信号は,前記整流回路16から出力される直流電圧が,前記電子機器の負荷が駆動可能な駆動電圧よりも低く,前記整流回路31から出力される直流電圧が,前記PWM制御部173が動作可能な駆動電圧になるように予め設定されたものである。
前記信号経路切換回路33は,前記PWM制御部173からスイッチング制御信号が出力されていることが前記出力状態検知回路32によって検知されている場合に,該PWM制御部173から出力されるスイッチング制御信号を前記駆動回路175に伝達させ,前記PWM制御部173からスイッチング制御信号が出力されていないことが前記出力状態検知回路32によって検知されている場合には,前記PWM制御部144から出力されるスイッチング制御信号を前記駆動回路175に伝達させる。
以下,図1を参照しつつ,図2のタイミングチャートに従って,前記スイッチング電源装置Xの動作について説明する。ここに,図2(a)は前記スイッチS1の状態,図2(b)は前記PWM制御部144から前記信号経路切換回路33に入力されるスイッチング制御信号,図2(c)は前記PWM制御部173から前記信号経路切換回路33に入力されるスイッチング制御信号,図2(d)は前記信号経路切換回路33から出力されるスイッチング制御信号,図2(e)は前記出力端子b1,b2から出力される直流電圧,図2(f)は前記整流回路31から出力される直流電圧,図2(g)は前記安定化回路32から出力される直流電圧,図2(h)は前記起動回路174から出力される制御信号を示している。
この時点(T1)では,前記PWM制御部173に駆動電力が供給されていないため,該PWM制御部173は駆動しない。したがって,前記出力状態検知回路32では,前記PWM制御部173からのスイッチング制御信号の出力が検知されないため,前記信号経路切換回路33によって,前記PWM制御部144から前記駆動回路175へ続く信号経路(第二の信号経路の一例)が確立されている。したがって,前記PWM制御部144から出力されるスイッチング制御信号(図2(b))が前記駆動回路175に入力される(図2(d))。
これにより,前記トランス11の二次巻線11bに誘起された交流電圧が前記整流回路16に入力される。このとき,前記整流回路16からは,前記交流電圧が整流・平滑化された直流電圧Vm0が出力される(図2(e))。
また,前記トランス11の二次第2巻線11cに誘起された交流電圧は,前記整流回路31に入力される。このとき,前記整流回路31からは,前記交流電源が整流・平滑化された直流電圧Vs0が出力される(図2(f))。
ここで,前記直流電圧Vm0は前記電子機器の負荷が駆動可能な駆動可能電圧よりも低く,前記直流電圧Vs0は前記PWM制御部173が駆動可能な駆動可能電圧以上である。
これにより,前記PWM制御部173への供給電圧値が駆動電圧値Viに達したことが前記起動回路174によって検知されるため,該起動回路174から前記PWM制御部173に駆動開始信号が送信され(図2(h)),該PWM制御部173の駆動が開始する(図2のT2の時点)。
そして,前記PWM制御部173の駆動が開始され,該PWM制御部173における各種の起動処理が終了した後,図示するT3の時点から前記PWM制御部173による前記信号経路切換回路33へのスイッチング制御信号の送信が開始される(図2(c))。
ここで,前記PWM制御部173は,該PWM制御部173により生成されるスイッチング制御信号が,前記出力端子b1,b2の両端電圧が,予め設定された直流電圧Vm1に合致するように機能する。
したがって,前記トランス11から前記整流回路16及び前記整流回路31に入力される交流電圧が増加し,前記整流回路16からは直流電圧Vm1が出力され(図2(e)),前記整流回路31からは直流電圧Vs1が出力される(図2(f))。
ここに,前記直流電圧Vm1は,前記電子機器の負荷の駆動電圧であって,前記直流電圧Vs1は,前記PWM制御部173の駆動電圧Vi以上である。但し,前記整流回路31から前記PWM制御部173に供給される直流電圧は,前記安定化回路32によって該PWM制御部173の駆動電圧Viに調整される(図2(g))。
その後,前記電子機器の負荷へ供給される直流電圧は,該負荷の駆動状態などに応じて前記PWM制御部173によってPWM制御される。
このようにして始動することが可能な前記スイッチング電源装置Xでは,前述したように,前記PWM制御部173を駆動させるための電源回路である前記整流回路31を,前記主電源回路10側に設けることができるため,前記バックアップ電源回路20の構成が従来よりも簡素化され,該バックアップ電源回路20のトランス21の巻線数も削減することができる。これにより,前記スイッチング電源装置Xでは,前記電子機器の非駆動時(待機中),即ち前記バックアップ電源回路20だけが駆動している状態における電力消費を省減することができる。
2…フィルタ回路
10…主電源回路(第一の電源回路の一例)
10a…一次側回路
10b…二次側回路
11…トランス(第一の絶縁手段の一例)
12…整流回路(第一の整流回路の一例)
13…PFC回路
14…PWM制御回路(第二のスイッチング制御手段の一例)
15…スイッチング素子
16…整流回路(第二の整流回路の一例)
17…PWM制御回路(第一のスイッチング制御手段の一例)
20…バックアップ電源回路(第二の電源回路の一例)
20a…一次側回路
20b…二次側回路
21…トランス(第二の絶縁手段の一例)
22,23…整流回路
24…スイッチング素子
25…PWM制御回路
26…整流回路
31…整流回路(第三の整流回路の一例)
Claims (5)
- 所定の電源供給開始指示に応じて交流電源から当該スイッチング電源装置の負荷に,前記交流電源と前記負荷とを電気的に絶縁する第一の絶縁手段を介して電力を供給する第一の電源回路と,
前記所定の電源供給開始指示の有無にかかわらず,前記交流電源から当該スイッチング電源装置の制御手段に,前記交流電源と前記制御手段とを電気的に絶縁する第二の絶縁手段を介して電力を供給する第二の電源回路と,
を備えてなるスイッチング電源装置であって,
前記第一の電源回路が,
前記交流電源から出力される交流電圧を直流電圧に変換する第一の整流回路と,前記第一の整流回路から出力された直流電圧を交流電圧に変換して前記第一の絶縁手段に出力するための第一のスイッチング回路と,前記第一の絶縁手段から出力された交流電圧を直流電圧に変換して前記負荷に出力する第二の整流回路と,前記第二の整流回路から前記負荷に出力される直流電圧が該負荷の駆動電圧値になるように前記第一のスイッチング回路のスイッチング制御を行う第一のスイッチング制御手段と,前記第一の絶縁手段から出力された交流電圧を直流電圧に変換して前記第一のスイッチング制御手段に出力する第三の整流回路と,前記第一の絶縁手段の一次側に設けられ,前記第一のスイッチング制御手段により前記第一のスイッチング回路のスイッチング制御が行われていない場合に,前記第二の整流回路から前記負荷に出力される直流電圧が該負荷の駆動電圧値よりも低く,且つ前記第三の整流回路から前記第一のスイッチング制御手段に出力される直流電圧が該第一のスイッチング制御手段の動作可能な駆動電圧値になるように,前記第一のスイッチング回路のスイッチング制御を行う第二のスイッチング制御手段と,を有してなり,
前記第二の電源回路が,
前記第二の絶縁手段の一次側に設けられ,前記交流電源から出力された交流電圧を前記第二のスイッチング制御手段の駆動電圧値以上の直流電圧に変換して該第二のスイッチング制御手段に出力する第四の整流回路を有してなることを特徴とするスイッチング電源装置。 - 前記第一のスイッチング制御手段及び/又は前記第二のスイッチング制御手段が,前記第一のスイッチング回路のPWM制御を行うものである請求項1に記載のスイッチング電源装置。
- 前記第一の整流回路により出力される直流電圧のスイッチング動作を行う第二のスイッチング回路を更に備えてなり,
前記第二のスイッチング制御手段が,前記第二のスイッチング回路のスイッチング制御を行うことにより前記第一の整流回路から出力される直流電圧を安定化させる安定化手段を含んでなる請求項1又は2のいずれかに記載のスイッチング電源装置。 - 前記第二のスイッチング制御手段が,前記第一のスイッチング制御手段から前記第一のスイッチング回路へ続く第一の信号経路と,当該第二のスイッチング制御手段から前記第一のスイッチング回路へ続く第二の信号経路とを,前記第一のスイッチング制御手段の駆動の有無に応じて切り換える信号経路切換手段を含んでなる請求項1〜3のいずれかに記載のスイッチング電源装置。
- 前記第一の信号経路上の制御信号の有無を検出する信号有無検知手段を更に備えてなり,
前記信号経路切換手段が,前記信号有無検知手段による検知結果に応じて前記第一の信号伝達経路と前記第二の信号伝達経路とを切り換えるものである請求項4に記載のスイッチング電源装置。
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