JP5310124B2 - 電子機器の電源回路 - Google Patents

Description

本発明は、商用交流電源の入力電圧から複数の異なる出力電圧を生成し、出力する電子機器の電源回路に関するものである。

従来から、商用交流電源に接続して使用される光ディスク装置等の電子機器は、一般的に商用交流電源の入力電圧から複数の異なる出力電圧を生成し、出力する電源回路を備えている。

図２は、従来の電子機器の電源回路の回路図である。従来の電子機器２００の電源回路は、一次側回路１と二次側回路９とに分かれ、スイッチ素子を含むスイッチング制御部１４と、トランスＴと、第１の出力回路４１と、第２の出力回路４２と、選択回路３０と、シリーズレギュレータＩＣ３１と、複数の分圧抵抗３４と複数の分圧抵抗３２を含む第１の抵抗分圧回路と、複数の分圧抵抗３３と複数の分圧抵抗３２を含む第２の抵抗分圧回路と、定電圧フィードバック回路３６と、マイコン２１と、操作部２２と、を備える。

スイッチング制御部１４は、商用交流電源１２をスイッチング制御する。トランスＴは、スイッチング制御部１４の出力が一次側に入力される。
第１の出力回路４１は、トランスＴの出力を整流して第１の出力電圧（電源オン時３３Ｖ又は電源スタンバイ時８Ｖ）を生成しトランジスタＱ１を介して出力する。トランジスタＱ１のベース−エミッタ間にはツェナーダイオードＤ６のツェナー電圧がかかるため、電源オン時および電源スタンバイ時とも、トランジスタＱ１はオン状態となる。
第２の出力回路４２は、トランスＴの出力を整流して第１の出力電圧よりも低い第２の出力電圧（電源オン時７Ｖ又は電源スタンバイ時１．７Ｖ）を生成して出力する。
選択回路３０は、第１の出力電圧と第２の出力電圧をダイオードＤ４、Ｄ５を介して論理和することによりいずれか高い方の出力電圧を選択する。
シリーズレギュレータＩＣ３１は、選択回路３０の出力電圧が入力され、この入力電圧を３．３Ｖの電源電圧にレギュレートして出力する。シリーズレギュレータＩＣ３１から出力した３．３Ｖの電源電圧は、マイコン２１と操作部２２を含む電子機器１００の各部に供給される。

マイコン２１には、常時、３．３Ｖの電源電圧が供給される。マイコン２１は、電源オン時、Ｐ＿ＯＮ信号をトランジスタＱ３に出力してトランジスタＱ３をオン状態にし、電源スタンバイ時、Ｐ＿ＯＮ信号をオフしてトランジスタＱ３をオフ状態にする。即ち、マイコン２１は、電源オン時には、抵抗分圧比の大きい第２の抵抗分圧回路を選択し、電源スタンバイ時には抵抗分圧比の小さい第１の抵抗分圧回路を選択する。
定電圧フィードバック回路３６は、マイコン２１により選択された抵抗分圧回路により抵抗分圧された電圧が入力され、該入力された電圧が所定の定電圧になるように、スイッチング制御部１４に対して制御信号を出力する。

以上の回路構成により、従来の電子機器２００の電源回路では、電源電圧をマイコン２１と操作部２２を含む電子機器２００の各部に安定供給していた。
なお、特許文献１では、電源装置が提案されている。

特開２００７−２０１８４４公報

従来の電子機器２００の電源回路では、シリーズレギュレータＩＣ３１の入力電圧を安定化させるために、トランジスタＱ１のベースにツェナーダイオードＤ６を接続し、且つ、トランジスタＱ１のベース電流を供給するためのベース抵抗として抵抗素子Ｒ１〜Ｒ３を接続する必要がある。

しかしながら、電源オン時に３３Ｖの高電圧の第１の出力電圧が第１の出力回路４１で生成されるため、ベース抵抗で消費される電力は無視できない程度に大きくなり、発熱も大きくなり、場合によっては抵抗素子が熱損耗による性能劣化や素子破壊に至る問題があった。そこで、ベース抵抗としてベース抵抗をシリーズに接続するようにしているが（図２では３個の抵抗素子Ｒ１〜Ｒ３をシリーズに接続している）、消費電力の大きさを下げることはできず、また、発熱による性能劣化や周囲に与える熱ストレスは依然として問題となっていた。さらに、トランジスタＱ１のベースに接続するツェナーダイオードＤ６が必要であり、且つ熱対策のためにベース抵抗をシリーズ接続した複数の抵抗で構成することが必要であるために、部品点数が多くなる問題があった。

本発明はこのような従来の課題を解決しようとするものであり、無駄な電力消費を少なくして発熱を防ぎ、且つ、部品点数を少なくすることができる電子機器の電源回路を提供することを目的とする。

本発明の電子機器の電源回路は、前記課題を解決するために以下の構成を備えている。

商用交流電源をスイッチング制御するスイッチング制御部と、
前記スイッチング制御部の出力が一次側に入力されるトランスと、
前記トランスの出力を整流して第１の出力電圧を生成し第１のトランジスタ素子を介して出力する第１の出力回路と、
前記トランスの出力を整流して前記第１の出力電圧よりも低い第２の出力電圧を生成して出力する第２の出力回路と、
を備える電子機器の電源回路において、
前記第１の出力電圧と前記第２の出力電圧をダイオードを介して論理和することによりいずれか高い方の出力電圧を選択する第１の選択回路と、
前記第１の選択回路の出力電圧が入力され、この入力電圧を所定の電圧にレギュレートする電圧レギュレータ回路と、
前記第１の出力電圧が印加され、抵抗分圧比が各々異なる第１の抵抗分圧回路及び第２の抵抗分圧回路と、
電源スタンバイ時には抵抗分圧比の小さい第１の抵抗分圧回路を選択し、電源オン時には、抵抗分圧比の大きい第２の抵抗分圧回路を選択する第２の選択回路と、
前記第２の選択回路により選択された抵抗分圧回路により抵抗分圧された電圧が入力され、該入力された電圧が所定の定電圧になるように、前記スイッチング制御部に対して制御信号を出力する定電圧フィードバック回路と、
を備え、
前記第２の選択回路は、電源スタンバイ時に前記定電圧フィードバック回路の定電圧素子が前記第１のトランジスタのベースに接続されるよう、前記定電圧フィードバック回路と前記第１のトランジスタのベース間に接続したダイオードを含むことを特徴とする。

この構成では、電源オン時、第１のトランジスタ素子はオフ状態となる。そのため、第２の出力電圧が第１の選択回路によって選択され、電圧レギュレータ回路に入力する。また、電源がオンすると、第１の抵抗分圧回路が第２の選択回路によって選択される。このとき、第１の抵抗分圧回路は抵抗分圧比が大きいため、第１の出力電圧は上昇していき、電源スタンバイ時の電圧よりも高い電圧で安定化する。電源オン時では、第１のトランジスタ素子のベースに、定電圧フィードバック回路の定電圧素子がダイオードを介して接続される。そのとき、第２の選択回路で選択された第１の抵抗分圧回路からの分圧点から第１のトランジスタ素子のベースに対してベース電流が供給される。また、そのときのベース電圧は、定電圧フィードバック回路の定電圧素子により定電圧化される。

したがって、電源オン時には、第１のトランジスタ素子のベースにベース抵抗を接続しなくても、必要なベース電流が供給され、また、第１のトランジスタ素子の出力電圧（電圧レギュレータ回路の入力電圧）が安定化される。

この発明によれば、無駄な電力消費を少なくして発熱を防ぎ、且つ、部品点数を少なくすることができる。

本発明の実施形態である電子機器の電源回路の回路図 従来の電子機器の電源回路の回路図

以下、本発明の実施形態である電子機器の電源回路について説明する。

図１は、本発明の実施形態である電子機器の電源回路の回路図である。電子機器１００は、例えば光ディスク装置であり、その電源回路は、一次側回路１と二次側回路２とに分かれる。

一次側回路１は、ブリッジ整流回路１２と、電解コンデンサ１３と、スイッチ素子を含むスイッチング制御部１４と、を有する。ブリッジ整流回路１２の入力端子には、ＡＣ１００Ｖの商用交流電源１１が接続されている。ブリッジ整流回路１２の出力端子には、スイッチング制御部１４と、平滑用の電解コンデンサ１３と、が接続されている。スイッチング制御部１４の出力はトランスＴの一次巻線ＴＡに入力される。

スイッチング制御部１４は、後述のフォトカプラＰＣから流れる帰還信号に基づいてスイッチ素子のスイッチングを行う。

二次側回路２は、第１の出力回路４１と、第２の出力回路４２と、第１の選択回路３０と、シリーズレギュレータＩＣ３１（電圧レギュレータ回路）と、複数の分圧抵抗３４と複数の分圧抵抗３２を含む第１の抵抗分圧回路と、複数の分圧抵抗３３と複数の分圧抵抗３２を含む第２の抵抗分圧回路と、第２の選択回路３５と、定電圧フィードバック回路３６と、マイコン２１と、操作部２２と、を有する。

第１の出力回路４１は、トランスＴの出力を整流して第１の出力電圧（電源オン時３３Ｖ又は電源スタンバイ時８Ｖ）を生成しトランジスタＱ１を介して出力する。
第２の出力回路４２は、トランスＴの出力を整流して第１の出力電圧よりも低い第２の出力電圧（電源オン時７Ｖ又は電源スタンバイ時１．７Ｖ）を生成して出力する。

第１の選択回路３０は、第１の出力電圧と第２の出力電圧をダイオードＤ４、Ｄ５を介して論理和することによりいずれか高い方の出力電圧を選択する。

シリーズレギュレータＩＣ３１は、第１の選択回路３０の出力電圧が入力され、この入力電圧を所定の電圧（この実施形態では３．３Ｖ）にレギュレートして出力する。シリーズレギュレータＩＣ３１から出力した３．３Ｖの電源電圧は、マイコン２１と操作部２２を含む電子機器１００の各部に供給される。

第１の出力回路４１には、第１の抵抗分圧回路と第２の抵抗分圧回路が並列に接続されている。第１の抵抗分圧回路の抵抗分圧点Ａと、第２の抵抗分圧回路の抵抗分圧点Ｂとは、ダイオードＤ２により接続され、抵抗分圧点Ｂは定電圧フィードバック回路３６のトランジスタＱ２のベースに接続されている。

定電圧フィードバック回路３６は、トランジスタＱ２のエミッタに接続された定電圧素子Ｄ１と、一次側がトランジスタＱ２のコレクタと第１の出力回路４１間に接続され、二次側がスイッチング制御部１４に接続されたフォトカプラＰＣとを備えている。フォトカプラＰＣの出力はスイッチング制御部１４に対してフィードバック信号を出力する。

定電圧フィードバック回路３６は、トランジスタＱ２のベース電圧が定電圧素子Ｄ１により決まる定電圧となるように、スイッチング制御部１４に対してフィードバック信号を出力する。

マイコン２１からのＰ＿ＯＮ信号は、第２の選択回路３５に入力する。第２の選択回路３５は、トランジスタＱ３とダイオードＤ２、Ｄ３を含んでいる。Ｐ＿ＯＮ信号はトランジスタＱ３のベースに入力し、トランジスタＱ３のコレクタは第１の抵抗分圧回路の抵抗分圧点Ａに接続されている。抵抗分圧点Ａと第１の出力回路４１内のトランジスタＱ１のベース間にはトランジスタＱ１のベースに順方向にダイオードＤ３が接続されている。

操作部２２は、電源のオンとオフを切り替える電源キーを含む複数のキーと、不図示のリモコンから送信された赤外光のリモコンコードを受光する受光部２２Ａと、を有する。操作部２２には、常時、３．３Ｖの電源電圧が供給される。このリモコンには、操作部２２と同じキーが設けられている。ユーザは、リモコンの電源キーを操作することで、電子機器１００の電源をオンしたりオフしたりする。リモコンは、操作されたキーに応じたリモコンコードを赤外光で送信し、操作部２２は、受光部２２Ａで受光したリモコンコードをマイコン２１に伝送する。

マイコン２１は、操作部２２から入力したリモコンコードに基づいて、電子機器１００の各部の動作を制御する。マイコン２１には、常時、３．３Ｖの電源電圧が供給される。マイコン２１は、電源オン時、Ｐ＿ＯＮ信号をトランジスタＱ３に出力してトランジスタＱ３をオン状態にし、電源スタンバイ時、Ｐ＿ＯＮ信号をオフしてトランジスタＱ３をオフ状態にする。トランジスタＱ３がオンすると、抵抗分圧点Ａはグラウンドに落ちるため、抵抗分圧比の大きい第２の抵抗分圧回路が選択される。トランジスタＱ３がオフすると、抵抗分圧点Ａはハイレベルになるため、抵抗分圧比の小さい第１の抵抗分圧回路が選択される（実際は、第１の抵抗分圧回路と第２の抵抗分圧回路の並列回路で抵抗分圧回路が構成されることになるが、第２の抵抗分圧回路の抵抗分圧比が大きいため、すなわち、回路３３の抵抗値が回路３４の抵抗値よりも大きいため、回路３３は略無視することが可能である）。即ち、第２の選択回路３５は、電源オン時には、抵抗分圧比の大きい第２の抵抗分圧回路を選択し、電源スタンバイ時には抵抗分圧比の小さい第１の抵抗分圧回路を選択する。

定電圧フィードバック回路３６は、第２の選択回路３５により選択された抵抗分圧回路により抵抗分圧された電圧が入力され、該入力された電圧が所定の定電圧になるように、スイッチング制御部１４に対して制御信号（フィードバック信号）を出力する。

第２の選択回路３５は、定電圧フィードバック回路３６とトランジスタＱ１のベース間に順方向に接続した小信号ダイオードＤ３を含むため、電源スタンバイ時にトランジスタＱ３がオフすると、定電圧フィードバック回路３６のツェナーダイオードＤ１がトランジスタＱ１のベースに接続されるようになる。

ここで、電源オン時と電源スタンバイ時の動作について以下詳述する。まず、電源オン時の動作について詳述する。

電源オン時には、トランジスタＱ３がオンするため、第２の抵抗分圧回路が選択される。これにより、第１の出力回路４１の出力電圧（第１の出力電圧）を上げようとする。すなわち、この例では第１の出力電圧が３３Ｖになるようにフィードバック制御が行われる。したがって、一次巻線ＴＣに３３Ｖの電圧が出力する。一方、２次巻線ＴＢに７Ｖの電圧が出力する。２次巻線ＴＢの出力は整流ダイオードで整流され、コンデンサＣ２にて７Ｖの出力電圧が生成される。そして、２次巻線ＴＣの出力は整流ダイオードで整流される。しかし、電源オン時には、トランジスタＱ３がオン状態にあるため、Ａ点の電位がグランドレベルになっており、トランジスタＱ１がオフ状態となる。従って、電源オン時には、ダイオードＤ５からの出力電圧がシリーズレギュレータＩＣ３１に入力する。

シリーズレギュレータＩＣ３１は、ダイオードＤ５から出力電圧が入力されると、この入力電圧を３．３Ｖの電源電圧に安定化して出力する。シリーズレギュレータＩＣ３１から出力した３．３Ｖの電源電圧は、マイコン２１と操作部２２を含む電子機器１００の各部に供給される。

次に、電源スタンバイ時の動作について詳述する。

電源スタンバイ時には、トランジスタＱ３がオフするため、第１の抵抗分圧回路が選択される。これにより、第１の出力回路４１の出力電圧（第１の出力電圧）を下げようとする。すなわち、この例では第１の出力電圧が８Ｖになるようにフィードバック制御が行われる。一方、２次巻線ＴＢに１．７Ｖの電圧が出力する。ここで、電源スタンバイ時には、トランジスタＱ３がオフ状態にあるため、Ａ点の電位は、上昇する（具体的には、ツェナーダイオードＤ１のツェナー電圧とトランジスタＱ２のベース−エミッタ間の電圧とダイオードＤ２の電圧とを加算し、ダイオードＤ３の電圧を減算したレベルになる）。そのため、トランジスタＱ１がオン状態となる。ここで、ツェナーダイオードＤ１のツェナー電圧は比較的高い所定のレベルに設定されているため、ダイオードＤ４の出力電圧とダイオードＤ５の出力電圧とを比較するとダイオードＤ４の出力電圧の方が高い。このため、電源スタンバイ時には、ダイオードＤ４からの出力電圧がシリーズレギュレータＩＣ３１に入力する。

シリーズレギュレータＩＣ３１は、ダイオードＤ４から出力電圧が入力されると、この入力電圧を３．３Ｖの電源電圧に安定化して出力する。シリーズレギュレータＩＣ３１から出力した３．３Ｖの電源電圧は、電源スタンバイ時においても、マイコン２１と操作部２２を含む電子機器１００の各部に供給される。

以上の回路構成により、トランジスタＱ１のベース抵抗が不要である。したがって、電源オン時において、高電圧の第１の出力電圧（３３Ｖ）によりベース抵抗で消費される電力消費がゼロとなり、この部分での発熱対策も不要となる。
また、電源スタンバイ時には、定電圧フィードバック回路３６のツェナーダイオードＤ１のツェナー電圧を利用できるため、トランジスタＱ１の出力を安定化するための専用のツェナーダイオードＤ６を設ける必要がなくなる。

よって、抵抗素子Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３とツェナーダイオードＤ６を削減でき、製造費のコストダウンを図ることができる。
なお、この実施形態ではダイオードＤ３を追加しているが、ツェナーダイオードＤ６の方が高価である。

１…一次側回路
２…二次側回路
９…二次側回路
１１…商用交流電源
１２…ブリッジ整流回路
１３…電解コンデンサ
１４…スイッチング制御部
２１…マイコン
２２…操作部
２２Ａ…受光部
３０…第１の選択回路
３１…シリーズレギュレータＩＣ
３２…分圧抵抗
３３…分圧抵抗
３４…分圧抵抗
３５…第２の選択回路
３６…定電圧フィードバック回路
４１…第１の出力回路
４２…第２の出力回路
１００…電子機器
２００…電子機器

Claims (2)

1. 商用交流電源をスイッチング制御するスイッチング制御部と、
   前記スイッチング制御部の出力が一次側に入力されるトランスと、
   前記トランスの出力を整流して第１の出力電圧を生成し第１のトランジスタ素子を介して出力する第１の出力回路と、
   前記トランスの出力を整流して前記第１の出力電圧よりも低い第２の出力電圧を生成して出力する第２の出力回路と、
   を備える電子機器の電源回路において、
   前記第１の出力電圧と前記第２の出力電圧をダイオードを介して論理和することによりいずれか高い方の出力電圧を選択する第１の選択回路と、
   前記第１の選択回路の出力電圧が入力され、この入力電圧を所定の電圧にレギュレートする電圧レギュレータ回路と、
   前記第１の出力電圧が印加され、抵抗分圧比が各々異なる第１の抵抗分圧回路及び第２の抵抗分圧回路と、
   電源スタンバイ時には抵抗分圧比の小さい第１の抵抗分圧回路を選択し、電源オン時には、抵抗分圧比の大きい第２の抵抗分圧回路を選択する第２の選択回路と、
   前記第２の選択回路により選択された抵抗分圧回路により抵抗分圧された電圧が入力され、該入力された電圧が所定の定電圧になるように、前記スイッチング制御部に対して制御信号を出力する定電圧フィードバック回路と、
   を備え、
   前記第２の選択回路は、電源スタンバイ時に前記定電圧フィードバック回路の定電圧素子が前記第１のトランジスタ素子のベースに接続されるよう、前記定電圧フィードバック回路と前記第１のトランジスタ素子のベース間に接続したダイオードを含むことを特徴とする、電子機器の電源回路。
2. 前記定電圧フィードバック回路は、
   ベース端子に前記抵抗分圧回路により抵抗分圧された電圧が入力され、エミッタ端子に前記定電圧素子が接続され、コレクタ端子に前記第１の出力電圧が印加される第２のトランジスタ素子と、
   この第２のトランジスタ素子のコレクタに流れる電流の大きさの変化に基づいて前記スイッチング制御部に対して出力する制御信号を生成するフォトカプラと、を備えることを特徴とする、請求項１に記載の電子機器の電源回路。

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