JP4728360B2 - 電源回路 - Google Patents

Description

本発明は、直流−直流変換用の電源回路に関し、例えば、通常動作モードと動作待機モードの二つの動作モードを備えた直流−直流変換用の電源回路に関する。

近年、テレビやビデオテープレコーダなどのように、常時通電状態にあり、しかも、そのほとんどの時間を動作待機モードで使用される電気製品が急激に増えており、これらの動作待機モードで消費される電力の全消費電力に占める割合は年々大きくなっている。そこで、前記動作待機モードでの消費電力を如何に低減するかが、大きな技術課題となっている。
以下、図３を用いて従来の動作待機モードを備えた直流−直流変換用の電源回路について説明する。
１次側より供給された入力電圧Ｖｉｎは、スイッチ２２，ＰＷＭ制御素子３６及びトランス２４によって高周波交流に変換され、トランス２４により電圧変換後、２次側平滑回路２５により直流に整流されＶｏｕｔ１とＶｏｕｔ２に出力される。ＰＷＭ制御素子１６は、トランス２４の１次補助巻き線に接続された平滑回路２３から電圧を供給され、スイッチ２２をオン・オフすることにより、入力をＰＷＭ制御する。Ｖｏｕｔ１及びＶｏｕｔ２は２次側平滑回路２５に並列に接続されている。スイッチ２６は制御回路３７からの制御信号によりオン・オフされ、Ｖｏｕｔ２の出力を通常動作モード時にはオンし、動作待機モード時にはオフする。出力電圧検出回路２８は、フォトカプラの発光部３４、シャントレギュレータ３１及び抵抗体３８と抵抗体３９からなる。

シャントレギュレータ３１によって決められる基準電圧をＶｒｅｆ、抵抗体３８と抵抗体３９の抵抗値をそれぞれＲ１、Ｒ２とすると、

（数１）
Ｖｏｕｔ１＝Ｖｒｅｆ×（１＋Ｒ１／Ｒ２）

となる。フォトカプラの発光部３４はＶｏｕｔ１の変化を検出して電流変換し、これをフォトカプラの受光部３５に伝達する。ＰＷＭ制御素子３６は、受光部３５から受信した信号により、Ｖｏｕｔ１が所定の値になるように、スイッチ２２をオン・オフしてＶｉｎをＰＷＭ制御する。
通常動作モードでは、制御回路３７からの信号により、スイッチ２６がオンとなり、Ｖｏｕｔ１とＶｏｕｔ２の双方が出力される。Ｖｏｕｔ１とＶｏｕｔ２は並列接続されているので、Ｖｏｕｔ１＝Ｖｏｕｔ２となるはずであるが、実際はスイッチ２６でスイッチ２６のオン抵抗値×出力電流分だけ電圧降下があるので、Ｖｏｕｔ２はＶｏｕｔ１より若干小さい値になる。
動作待機モードでは、制御回路３７からの信号によりスイッチ２６がオフとなり、Ｖｏｕｔ２の出力は停止され、一方Ｖｏｕｔ１は、通常動作時と同じ電圧で出力される。この従来例では、通常動作モード及び待機モードでＶｏｕｔ１は同じ電圧となるが、この他の例で、特開平７−１７０７３０号公報記載の動作待機モード時に待機電圧を低下させる直流−直流変換用の電源回路がある。これは、ＰＷＭ制御素子をコントロールする出力電圧検回路の分割抵抗比を動作モードに応じて変化させることによって、動作待機モードでの出力電圧を低減させるものである。

しかしながら、上記に示す従来の構成では、通常動作モードから動作待機モードに移行してもＶｏｕｔ１を変化させることができず、動作待機モードでの負荷に対しても通常動作時と同じ条件で電圧を供給していた。このため、消費電力低減の観点から問題があった。
また、Ｖｏｕｔ２のシステム側の静電容量３０が大きい場合、動作待機モード解除時に静電容量３０を充電するために突入電流が流れＶｏｕｔ１が一旦落ち込むことがある。この場合、すぐにＶｏｕｔ１は復活するものの、システム側にロジックリセット（約４．７［Ｖ］以下）を起こしてしまう恐れがあった。
また、前記特開平７−１７０７３０号公報記載の回路でも、やはり同様な一時的に電圧が落ち込む現象が見られた。
さらに、通常動作モード時には、スイッチ２６がオン抵抗値を有するため、Ｖｏｕｔ２がスイッチ２６での電圧降下のため若干低下する。

そこで、本発明の第１の目的は、動作待機モードでのＶｏｕｔ１を低減すると共に、動作待機モード解除時に、Ｖｏｕｔ１の電圧の落ち込みを防ぎ、安定した電圧を供給することができる電源回路を提供することである。
また、本発明の第２の目的は、Ｖｏｕｔ２をオン・オフする際に、オン抵抗値が小さいスイッチ素子を使用することにより、前記スイッチでの電圧降下を小さくした電源回路を提供することである。

請求項１記載の発明では、トランスにより電圧変換されて２次側平滑回路を介して直流に整流された２次側電圧と、前記２次側電圧が接続される第１の電圧出力手段と、第２の電圧出力手段と、前記２次側電圧を所定電圧とするために前記第２の電圧出力手段の電圧変化を抵抗分割により検出して前記トランスの１次側に伝達する出力電圧検出回路と、前記第１の電圧出力手段に直列に接続される第１スイッチと、前記第１スイッチよりも下流側の出力電圧を検知して前記出力電圧検出回路の分圧抵抗比を変更する第２スイッチと、前記第１スイッチをオン状態として前記第１の電圧出力手段から電圧を出力する通常動作モードと、前記第１スイッチをオフ状態として前記第１の電圧出力手段に電圧を出力しない動作待機モードと、を備え、前記第１スイッチをオンからオフにして前記動作待機モードにすると、前記第２スイッチが前記第１の電圧出力手段の出力停止を検出して前記出力電圧検出回路の分圧抵抗比を変更することで、前記２次側電圧が通常動作モードより低い電圧となるように前記トランスの１次側が制御され、前記第１スイッチをオフからオンにして前記通常動作モードにすると、前記第２スイッチが前記第１の電圧出力手段の出力電圧を検出して前記出力電圧検出回路の分圧抵抗比を変更することで、前記２次側電圧が通常動作モードの電圧となるように前記トランスの１次側が制御されることを特徴とする直流−直流変換用の電源回路により、前記第１の目的を達成する。
請求項２記載の発明では、請求項１記載の発明において、前記第１スイッチはＮ型ＭＯＳＦＥＴ、またはリレーからなることにより、前記第２の目的を達成する。

請求項１記載の発明では、動作待機モードではＶｏｕｔ２の出力を停止し、それを検知してＶｏｕｔ１の出力電圧を低減し、通常モードではＶｏｕｔ２を出力し、それを検知してＶｏｕｔ１の出力電圧を増加させることにより、待機モードでの消費電力を低減し、かつ、動作待機モードから通常モードへの切り替え時のＶｏｕｔ１の電圧の落ち込みを防止することができる。
請求項２記載の発明では、オン抵抗値の小さいスイッチでＶｏｕｔ２をオン・オフすることにより、前記スイッチでの電圧降下を小さくすることができる。

以下、本発明の好適の実施の形態を図１及び図２を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の実施例に係る直流−直流変換用の電源回路を示している。
１次側より供給された入力電圧Ｖｉｎは、スイッチ２，ＰＷＭ制御素子１６及びトランス４によって高周波交流に変換され、トランス４により電圧変換後、２次側平滑回路５により直流に整流されＶｏｕｔ１とＶｏｕｔ２に出力される。

ＰＷＭ制御素子１６は、トランス４の１次補助巻き線に接続された平滑回路３から電圧を供給され、スイッチ２をオン・オフすることにより、入力をパルス幅変調する。Ｖｏｕｔ１及びＶｏｕｔ２は２次側平滑回路５に並列に接続されている。スイッチ６は制御回路１９からの制御信号によりオン・オフされ、Ｖｏｕｔ２の出力を通常動作モード時にはオンし、動作待機モード時にはオフする。出力電圧検出回路８は、フォトカプラの発光部１７、シャントレギュレータ１１及び抵抗体１３と抵抗体１２からなる。フォトカプラの発光部１７はＶｏｕｔ１の変化を検出して電流変換し、これをフォトカプラの受光部１８に伝達する。ＰＷＭ制御素子１６は、受光部１８で受信した信号により、Ｖｏｕｔ１が所定の値になるように、スイッチ２をオン・オフしてＶｉｎをＰＷＭ制御する。Ｖｏｕｔ１及びＶｏｕｔ２には出力電圧検出回路８が接続されている。
出力電圧検出回路８はベースをＶｏｕｔ２に接続したトランジスタからなるスイッチ１５とスイッチ１５でオン・オフできる抵抗体１４で構成されている。抵抗体１４はスイッチ１５を介して抵抗体１３に並列に接続されている。

以上の構成で、通常動作モードでは、制御回路１９からの信号により、スイッチ６がオンとなり、Ｖｏｕｔ２が出力される。Ｖｏｕｔ１とＶｏｕｔ２は並列接続されているが、前述の通り、スイッチ６での電圧降下があるため、Ｖｏｕｔ２はＶｏｕｔ１より若干小さい値となる。Ｖｏｕｔ２が出力されている間、スイッチ１５はオフとなり、抵抗体１４は機能しないため、Ｖｏｕｔ１及びＶｏｕｔ２は抵抗体１３と抵抗体１２の分割抵抗比で定まる。
シャントレギュレータ１１によって決められる基準電圧をＶｒｅｆ、抵抗体１３と抵抗体１２の抵抗値をそれぞれＲ１、Ｒ２とすると、

（数２）
Ｖｏｕｔ１＝Ｖｒｅｆ×（１＋Ｒ１／Ｒ２）

となる。
動作待機モードでは、制御回路１９からの信号により、スイッチ６はオフとなりＶｏｕｔ２への出力は停止する。前記Ｖｏｕｔ２への出力が停止したことにより、スイッチ１５がオンとなり、抵抗体１３と抵抗体１４が並列接続される。Ｖｏｕｔ１は抵抗体１３と抵抗体１４を並列接続した合成抵抗と、これと抵抗体１２の分圧抵抗比で出力が決定される。このとき、抵抗体１４の値をＲ３とすると、

（数３）
Ｖｏｕｔ１＝Ｖｒｅｆ×（（Ｒ１×Ｒ３）／（Ｒ１＋Ｒ３）＋Ｒ２）／Ｒ２

となり、Ｒ１≫Ｒ３となるように抵抗体を適当に選ぶと、動作待機モードでのＶｏｕｔ１を所定の値まで低減することができる。
一例として、Ｒ１＝５６０［Ω］、Ｒ２＝５１０［Ω］、Ｒ３＝１０［ｋΩ］Ｖｒｅｆ＝２．５［Ｖ］とすると、
通常動作モード時 Ｖｏｕｔ２＝５．２４５［Ｖ］
動作待機モード Ｖｏｕｔ２＝５．０９９５［Ｖ］
となり、動作待機モードでの出力電圧を低減することができる。
ここで、仮にＶｏｕｔ１のシステム側に、常時１［Ａ］の電流が流れると仮定すると、
通常動作モードでの消費電力は、

（数４）
５．２４５［Ｖ］×１［Ａ］＝５．２４５［Ｗ］

動作待機モードでの消費電力は

（数５）
５．０９９５［Ｖ］×１［Ａ］＝５．０９９［Ｗ］

となり、０．１４５５［Ｗ］の節電になる。
また、前述したように、図３に示した従来の回路では、Ｖｏｕｔ２側のシステムの静電容量３０が大きい場合、動作待機モードから通常モードへの切り替えた時に、静電容量３０を充電するために、大きな突入電流が流れ、その結果、図５に示したＶｏｕｔ１の一時的な電圧の落ち込み５３が生じることがある。
通常はこの電圧の落ち込みを防ぐために、２次側平滑回路２５の静電容量を大きくする必要がある。本実施例では、動作待機モードから通常動作モードへの切り替えは、制御回路１９の信号によりスイッチ６をオンにし、その結果出力されたＶｏｕｔ２を検知してスイッチ１５をオフにして出力電圧検出回路８の分圧抵抗比を変え、それによってＶｏｕｔ１を上昇させるため、Ｖｏｕｔ１の動作待機モードから通常動作モードへの切り替えが動作待機モード信号の解除に対して僅かに遅れ、その結果Ｖｏｕｔ１が落ち込むことがなく安定して電圧を供給することが可能となる。
また、本実施例に係る直流−直流変換用の電源回路ではスイッチ６のオン抵抗値による電圧降下をできるだけ小さくするため、オン抵抗値の小さい素子を使用することが望ましい。通常はスイッチ６としてＰ型のＭＯＳ−ＦＥＴを用いるが、Ｎ型のＭＯＳ−ＦＥＴを用いたり、または、リレーを用いることにより、スイッチ６によるロスを小さくすることができる。

図２は、第２の実施例に係る直流−直流変換用の電源回路の動作を横軸に時間、縦軸に電圧として表した図である。制御回路１９により動作待機モード信号４１が出力されている間は、Ｖｏｕｔ１は５［Ｖ］、Ｖｏｕｔ２は０［Ｖ］である。
動作待機モード信号４１が解除され、通常動作モードに移行すると、スイッチ６がオンとなり、Ｖｏｕｔ２が出力される。このオンとなったＶｏｕｔ２を検知してスイッチ１５がオフとなることにより、シャントレギュレータ１１に対する分圧抵抗比が変わり、Ｖｏｕｔ２は５．２［Ｖ］へ上昇する。Ｖｏｕｔ１はＶｏｕｔ２がオンになったことを検知してから、スイッチ１５をオフとして上昇するため、Ｖｏｕｔ２の上昇は動作待機モード４１の解除に対してディレイ４４が生じ、その後５．２［Ｖ］となる。

図４は、図３の従来の直流−直流変換用の電源回路の動作を横軸に時間、縦軸に電圧として表した図である。Ｖｏｕｔ１は動作待機モード信号４６の有無に関わらず常に５．２［Ｖ］である。動作待機信号４６が解除され、通常動作モードに移行すると、Ｖｏｕｔ２は０［Ｖ］から５．２［Ｖ］へ上昇する。
図５は、Ｖｏｕｔ２側のシステムの静電容量３０が大きい場合の、従来の直流−直流変換用の電源回路の動作を横軸に時間、縦軸に電圧として表した図である。動作待機モード信号５０が解除され、通常動作モードに移行すると、Ｖｏｕｔ２が出力される。このとき、システム側の静電容量３０に充電するため、突入電流が流れ、Ｖｏｕｔ１に一時的な電圧の落ち込み５３が起きる。このＶｏｕｔ１の落ち込みはすぐに回復するものの、場合によっては、システム側のロジックリセットを引き起こす可能性がある。

本発明の実施例に係る直流−直流変換用の電源回路の回路図である。 本発明の実施例に係る直流−直流変換変換用の電源回路の波形図である。 従来の直流−直流変換用の電源回路の回路図である。 従来の直流−直流変換用の電源回路の波形図である。 突入電流が大きい場合の従来の直流−直流変換用の電源回路の波形図である。

符号の説明

２ スイッチ
６ スイッチ
７ 動作待機モード電圧低減回路
８ 出力電圧検出回路
１１ シャントレギュレータ
１２ 抵抗体
１３ 抵抗体
１４ 抵抗体
１５ スイッチ
１６ ＰＷＭ制御素子
１７ 発光部
１８ 受光部

Claims (2)

1. トランスにより電圧変換されて２次側平滑回路を介して直流に整流された２次側電圧と、
   前記２次側電圧が接続される第１の電圧出力手段と、第２の電圧出力手段と、
   前記２次側電圧を所定電圧とするために前記第２の電圧出力手段の電圧変化を抵抗分割により検出して前記トランスの１次側に伝達する出力電圧検出回路と、
   前記第１の電圧出力手段に直列に接続される第１スイッチと、
   前記第１スイッチよりも下流側の出力電圧を検知して前記出力電圧検出回路の分圧抵抗比を変更する第２スイッチと、
   前記第１スイッチをオン状態として前記第１の電圧出力手段から電圧を出力する通常動作モードと、
   前記第１スイッチをオフ状態として前記第１の電圧出力手段に電圧を出力しない動作待機モードと、を備え、
   前記第１スイッチをオンからオフにして前記動作待機モードにすると、前記第２スイッチが前記第１の電圧出力手段の出力停止を検出して前記出力電圧検出回路の分圧抵抗比を変更することで、前記２次側電圧が通常動作モードより低い電圧となるように前記トランスの１次側が制御され、
   前記第１スイッチをオフからオンにして前記通常動作モードにすると、前記第２スイッチが前記第１の電圧出力手段の出力電圧を検出して前記出力電圧検出回路の分圧抵抗比を変更することで、前記２次側電圧が通常動作モードの電圧となるように前記トランスの１次側が制御されることを特徴とする直流−直流変換用の電源回路。
2. 前記第１スイッチはＮ型ＭＯＳＦＥＴ、またはリレーからなることを特徴とする請求項１記載の電源回路。

Images