本発明は、電圧保持用のコンデンサを備え、電源遮断時に電圧保持時間を延長させる機能を有した電源装置、およびこの電源装置を備えたモータ制御装置に関する。
電源装置は、入力元の電源から供給された電圧を適切な電圧に変換し、CPU(Central Pcocessing Unit)またはIC(Integrated Circuit)などのデバイスに供給するために用いられる。これらのデバイスには、電源装置に対して、その供給電圧が環境条件の変化によらず常に安定していることが望まれる。すなわち、電源装置としては、例えば、入力元の電源が瞬間的に停止したり電圧低下したりするような瞬断に対しては、その影響が出力側に現れないことが望ましい。また、CPUなどを搭載した情報処理装置では、入力元の電源遮断後に、出力電圧がデバイスの入力変動における規格範囲内に保持されている時間(以下、出力保持時間と呼ぶ)を利用してデータ機器の動作の保護を行う。そのため、電源装置には一定時間以上の出力保持時間が求められる。
従来、一般に出力保持時間を延長するためには、入力側コンデンサの静電容量を大きくすることが知られている(例えば、特許文献1を参照)。図8は、従来例の電源装置を示すブロック図である。図8において、電源装置911は、交流入力を整流する整流回路913と、入力側コンデンサ914と、スイッチング電源部915と、出力側コンデンサ916とから構成される。入力側コンデンサ914と並列に設けられた装置側接続端子T5に、ユニットパネル912の追加コンデンサ917が、ユニット側接続端子T6を介しプラグイン方式で接続される。すなわち、整流回路913の出力側とスイッチング電源部915の入力側との間のコンデンサ914に対し、外部から追加コンデンサ917を必要に応じて選択的に追加して、交流入力遮断状態でも出力保持時間を延長可能としている。
特許文献2では、次のような構成とすることで、出力保持時間の延長を図っている。図9は、従来例の他の電源装置を示すブロック図である。図9において、電源装置920は、交流入力を整流するダイオード整流部921と、平滑用のコンデンサC91、C92と、接続切換用のスイッチSw1、Sw2、Sw3を含む直/並列切換回路925と、切換制御部927と、電圧変換部924とから構成される。コンデンサC91、C92と直/並列切換回路925とにより、コンデンサ部922を構成している。そして、直/並列切換回路925は、切換制御部927からの制御により、コンデンサC91、C92を直列と並列接続とのいずれかに切換える。電圧変換部924は、コンデンサ部922から供給された電圧を、所望の出力電圧に変換して出力する。このような構成において、電源装置920は、交流入力が正常状態の場合、コンデンサC91、C92を並列に接続している。交流入力の瞬断が発生した場合、切換制御部927は、コンデンサC91、C92を直列に接続するように、直/並列切換回路925のスイッチSw1、Sw2、Sw3を切り換える。
すなわち、コンデンサC91、C92は正常状態では並列接続であるが、交流入力が瞬断した場合は、コンデンサC91、C92の電圧が所定の時定数で低下する。これが所定の電圧まで低下した時に、コンデンサC91、C92は、直列接続に切り換えられる。特許文献2では、このように、電圧変換部924への入力電圧を上げて負荷への給電時間を長くしている。
このように、従来例においては、入力側のコンデンサを追加する、あるいは2つのコンデンサを直/並列に接続切換を行っている。ところが、どちらの場合においても、複数のコンデンサを搭載する必要がある。コンデンサのような大型部品が増えることは、小型化が要求される電源装置においては大きな問題である。
特開平10−4674号公報
特開平8−322253号公報
本発明は、このような問題を解決するためになされたものである。本発明は、コンデンサのような大型部品を追加することなく、出力電圧の出力保持時間を延長可能とした電源装置およびこの電源装置を備えたモータ制御装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の電源装置は、負荷に対して内部電源を供給する電源装置であって、直流電圧出力回路と、コンデンサと、電圧供給制御回路とを備える。直流電圧出力回路は、外部供給電源から直流の内部電源電圧を生成する。コンデンサは、内部電源電圧に接続される。電圧供給制御回路は、内部電源電圧の電圧レベルを監視し、内部電源電圧の低下を検出すると、内部電源電圧の供給を遮断する。本電源装置は、負荷の一部である第1の負荷に対しては、内部電源電圧を供給するとともに、第1の負荷以外の負荷である第2の負荷に対しては、電圧供給制御回路を介して内部電源電圧を供給する。
このような構成により、内部電源電圧の低下を検出することで、外部から電源装置への外部電源供給の遮断を検知できる。このようにして外部電源供給の遮断が検知されると、第2の負荷に対する内部電源電圧の供給を遮断する。電源装置がこのように作用することで、外部電源供給遮断の後は、コンデンサから第1の負荷にのみ内部電源電圧が供給されることになる。このため、負荷全体に内部電源電圧を供給し続ける場合に比べて、第1の負荷への給電時間を長くすることができる。
また、本発明の電源装置は、電圧供給制御回路が、内部電源電圧の低下を検出すると、内部電源電圧の供給を所定の期間だけ遮断してもよい。
また、本発明の電源装置は、内部電源電圧を昇圧した昇圧電圧を生成する昇圧回路をさらに備えてもよい。電圧供給制御回路は、内部電源電圧の低下を検出すると、第2の負荷に対する内部電源電圧の供給を遮断するとともに、第1の負荷に対しては、内部電源電圧の供給から昇圧電圧の供給に切り替えて内部電源を供給してもよい。
また、本発明のモータ制御装置は、上記の電源装置と、モータの回転を制御するモータ制御部と、モータ制御部の指示に従ってモータを通電駆動するモータ駆動部とを備え、モータを駆動および制御する。そして、モータ制御部を第1の負荷とし、モータ駆動部を第2の負荷として、内部電源電圧を供給する。
このような構成により、上記のとおり、第1の負荷であるモータ制御部に対し、外部電源供給遮断後での内部電源電圧の給電時間を長くすることができる。さらに、モータ駆動部に対しては、外部電源供給遮断後、内部電源電圧の給電も即座に停止されるため、モータの動きもより早く停止し、安全性を高めることができる。さらに、モータ制御部が、長くなった給電時間を利用して、最終的に内部電源電圧をモータ駆動部に接続することで、コンデンサが完全に放電するため、残留電力による誤作動なども抑制できる。
また、本発明のモータ制御装置は、マイクロコントローラを有してもよい。電源装置は、マイクロコントローラに対して、内部電源電圧を供給し、マイクロコントローラは、電圧供給制御回路が内部電源電圧の供給を遮断してから所定の時間の後、負荷に対して内部電源電圧の供給を再開するように電圧供給制御回路を制御してもよい。
また、本発明の他の電源装置は、負荷に対して内部電源を供給する電源装置であって、直流電圧出力回路と、コンデンサと、昇圧回路と、電圧供給制御回路とを備える。直流電圧出力回路は、外部供給電源から直流の内部電源電圧を生成する。コンデンサは、内部電源電圧に接続される。昇圧回路は、内部電源電圧を昇圧した昇圧電圧を生成する。電圧供給制御回路は、内部電源電圧の電圧レベルを監視し、内部電源電圧の低下を検出すると、内部電源電圧の供給から昇圧電圧の供給に切り替えて内部電源を供給する。電源装置は、負荷の一部に対して、電圧供給制御回路を介して内部電源を供給する。
このような構成によれば、内部電源電圧の電圧レベルが低下しても昇圧電圧が利用できるため、負荷の一部に対して、動作可能な時間の延長を図ることができる。
本発明の電源装置は、上記のように、回路構成のみで、特定した負荷の一部への給電時間を延長できる。このため、本発明の電源装置によれば、コンデンサの数および容量を増やすことなく、内部電源の出力保持時間を延長可能とした小型の電源装置およびこの電源装置を備えたモータ制御装置を提供できる。
本発明の実施の形態1における電源装置を備えた電気機器を示すブロック図
同電気機器において、外部電源の電源遮断の前後における内部電源電圧の電圧レベルを示す図
本発明の実施の形態2におけるモータ制御装置を示すブロック図
同モータ制御装置において、外部電源の電源遮断の前後での内部電源電圧の電圧レベルを示す図
同モータ制御装置の他の構成例を示すブロック図
本発明の実施の形態3における電源装置を備えた電気機器を示すブロック図
同電気機器において、外部電源の電源遮断の前後における第1の負荷に対する内部電源電圧の電圧レベルを示す図
従来例の電源装置を示すブロック図
従来例の他の電源装置を示すブロック図
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、並びに、ステップ及びステップの順序等は、一例であって本発明を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。なお、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における電源装置110を備えた電気機器を示すブロック図である。本実施の形態では、このような電気機器の一例として、モータ30を駆動制御するモータ制御装置100を挙げて説明する。
図1に示すように、モータ制御装置100は、電源装置110と、電気部品による電気回路等で構成された負荷120とを備えている。負荷120を構成する電気回路は、電源装置110に電気的に接続されている。これにより、負荷120を動作させるために必要な所定電圧が、電源装置110から負荷120へと供給される。本実施の形態では、この所定電圧を直流電圧VCとしている。モータ制御装置100の動作時には、内部電源として、直流電圧VCとなる内部電源電圧Vdcが、負荷120に対して供給される。このように、電源装置110は、負荷120に対して内部電源電圧Vdcを供給する。そして、負荷120を構成する電気回路によって、モータ30の回転動作が制御されながら、モータ30が駆動される。以下、本実施の形態の一例として、モータ制御装置100を挙げて説明する。
電源装置110は、外部の電源である外部供給電源20から、電源入力端子18を介して、外部電源としての電力の供給を受ける。外部供給電源20としては、交流電力あるいは直流電力のどちらでもよい。交流電力の場合では、電源装置110は、直流電圧に変換するための整流回路等を含む構成となる。図1では、外部供給電圧としての直流の入力電圧Vinが、外部供給電源20から電源入力端子18に供給される一例を挙げている。ここで、電源入力端子18の一方をグランド端子、他方を入力電圧Vinの入力端子としている。電源入力端子18のグランド端子側は、モータ制御装置100内のグランドラインGNDに接続される。電源入力端子18の入力電圧Vin側が電源装置110の入力端に接続される。このように接続することで、外部供給電源20から直流の入力電圧Vinが電源装置110に供給される。
電源装置110の電源出力端子19からは、グランドであるグランドラインGNDとともに、直流電圧VCの電源出力が、内部電源電圧Vdcとして電源供給ラインPS1、PS2を介し、負荷120に供給される。負荷120を構成する電気回路は、この内部電源電圧Vdcの内部電源から電力供給を受け、電気的な動作を実行する。
特に、本実施の形態では、図1に示すように、負荷120は、負荷120の一部であり、特定した回路で構成される第1の負荷121と、負荷120の他部であり、第1の負荷121以外の回路で構成される第2の負荷122とに区分している。それに合わせて、電源出力についても、電源供給ラインPS1、PS2のように、2つに区分している。そして、第1の負荷121が第1の電源供給ラインPS1に接続され、第2の負荷122が第2の電源供給ラインPS2に接続されるように構成している。図1では、第1の電源供給ラインPS1を内部電源電圧Vdcとし、第2の電源供給ラインPS2を内部電源電圧Vdc’として、それぞれ区分して示している。これらの詳細については以下でさらに説明する。本実施の形態では、このような構成とすることで、電源装置110から出力される内部電源電圧Vdcの出力保持時間の延長を図っている。より具体的には、本実施の形態では、第1の負荷121に対する内部電源電圧Vdcの出力保持時間が延長可能なように構成している。
次に、電源装置110の構成について説明する。電源装置110は、直流電圧VCの内部電源電圧Vdcを生成するための直流電圧出力回路11およびコンデンサ12とともに、このような出力保持時間の延長を図るため、電圧供給制御回路13を備えている。
直流電圧出力回路11は、入力電圧Vinとして供給された外部供給電圧から、負荷120の動作に必要な直流電圧である内部電源電圧Vdcを生成して出力する。ここで、負荷120の動作に必要な直流電圧としては、負荷120を動作させる標準の電圧(以下、適宜、標準動作電圧と呼ぶ)VCnorとしている。すなわち、例えば、負荷120での回路部品が5V仕様のICである場合、標準動作電圧VCnorは5Vであり、内部電源電圧Vdcは、直流電圧VC=VCnor=5V(ボルト)となる。モータを駆動するモータ制御装置100では、直流電圧VCは、より高い電圧の15Vや24Vが一般的である。
直流電圧出力回路11は、電源用ICなどの一般的な電源用回路で用いられる部品で構成されている。入力端に入力された入力電圧Vinを、直流電圧VCの出力電圧Voに変換して、出力端から出力する。より具体的な一例として、直流電圧出力回路11を三端子レギュレータで構成し、例えば入力された電圧30Vから直流電圧24Vに変換して出力するような構成である。直流電圧出力回路11は、直流の電圧を変換して出力するDC−DCコンバータなどでもよい。外部供給電源20が交流の商用電源である場合には、直流電圧出力回路11は、さらにトランスまたは整流回路を含む構成であってもよい。直流電圧出力回路11から出力される出力電圧Voは、モータ制御装置100の内部の内部電源電圧Vdcとして、負荷120を構成する各電気回路の部品に供給される。
また、コンデンサ12は、内部電源電圧Vdcに接続され、直流電圧出力回路11から出力された出力電圧Vo、すなわち内部電源電圧Vdcに重畳するノイズおよびリップルを除去するために設けている。さらに、コンデンサ12を電圧保持用としても設けている。外部供給電源20からの電源供給が遮断された後も、コンデンサ12によって、暫くの間だけ内部電源電圧Vdcの供給を保持させている。このように、コンデンサ12が、直流電圧出力回路11の出力側において、グランドラインGNDと内部電源電圧Vdcの電源供給ラインPS1との間に接続されている。
本実施の形態では、電源装置110がさらに電圧供給制御回路13を備えていることを特徴としている。電圧供給制御回路13は、スイッチング素子などによる開閉スイッチ14と、開閉スイッチ14の開閉を制御する電圧監視回路15とを有している。
電圧供給制御回路13において、開閉スイッチ14(以下、適宜、単にスイッチ14と呼ぶ)の一方は、電源供給ラインPS1に接続され、他方は、電源供給ラインPS2に接続される。すなわち、スイッチ14が閉状態で、スイッチ14がオンとなり、直流電圧出力回路11からの内部電源電圧Vdcが電源供給ラインPS2にも供給される。一方、スイッチ14が開状態であると、スイッチ14はオフとなり、電源供給ラインPS2への供給電源電圧Vdcの供給が遮断される。なお、図1では、電源供給ラインPS1での内部電源電圧Vdcと区別するために、電源供給ラインPS2では内部電源電圧Vdc’として示している。しかし、当然のことながら、スイッチ14がオン時には、両電源供給ラインPS1、PS2に対して、同じ内部電源電圧Vdcが供給される。スイッチ14の開閉は、電圧監視回路15からのスイッチ制御信号Cofにより制御される。
電圧供給制御回路13において、電圧監視回路15は、直流電圧出力回路11の出力電圧Voの電圧レベル、すなわち電源供給ラインPS1での内部電源電圧Vdcの電圧レベルを監視している。電圧監視回路15は、外部供給電源20からの電源供給の遮断、または電源供給が一瞬途切れる瞬断の判断も含め、内部電源電圧Vdcの電圧レベルが正常かどうかを判定している。より具体的には、本実施の形態では、内部電源電圧Vdcの電圧レベルが低下するような電圧低下を判定するために、電圧監視回路15を設けている。このような判定を行うため、図1では、電圧監視回路15に対して、判定用としての判定用電圧Vcofが供給されている。すなわち、電圧監視回路15は、内部電源電圧Vdcと判定用電圧Vcofとの電圧レベルを比較する。電圧監視回路15は、この比較により、内部電源電圧Vdcが判定用電圧Vcofよりも低い電圧レベルかどうかを検知し、電源の供給状態を判定している。
電圧監視回路15の具体的な構成例として、定電圧回路、分圧抵抗およびコンパレータを用い、内部電源電圧Vdcを分圧抵抗により分圧した分圧電圧と定電圧回路の電圧とをコンパレータで比較するような例が挙げられる。ここで、分圧電圧が内部電源電圧Vdcに対応し、定電圧回路の電圧が判定用電圧Vcofに対応する。電圧監視回路15は、分圧電圧と定電圧回路の電圧とをコンパレータにより比較することで、内部電源電圧Vdcが判定用電圧Vcofよりも低い電圧レベルかどうかを検知し、電源の供給状態を判定できる。
判定用電圧Vcofとしては、負荷を動作させる標準の電圧である標準動作電圧VCnorよりもやや低めの電圧に設定している。言い換えると、本実施の形態では、直流電圧VCを標準動作電圧VCnorとしていることより、直流電圧VCよりもやや低めの電圧となる判定用電圧Vcofとしている。電圧監視回路15は、内部電源電圧Vdcが判定用電圧Vcof以上の電圧レベルである場合には、内部電源電圧Vdcの電圧レベルが正常であり、外部供給電源20から電力が供給されていると判断する。
例えば、内部電源電圧Vdcが、負荷動作に必要な直流電圧VCの電圧レベルであれば、判定用電圧Vcofよりも高い電圧レベルである。この時、電圧監視回路15は、直流電圧VCの電圧レベルは正常と判定する。逆に、電圧監視回路15は、内部電源電圧Vdcが判定用電圧Vcofよりも低い電圧レベルに低下するような電圧レベル低下を検出すると、外部供給電源20からの外部電源の供給が遮断されたと判断する。
電圧監視回路15は、このような判断に基づき、内部電源電圧Vdcが判定用電圧Vcof以上の電圧レベルである間は、スイッチ制御信号Cofにより、スイッチ14が閉状態となるように制御する。これにより、スイッチ14および第2の電源供給ラインPS2を介して、第2の負荷122に対しても、内部電源電圧Vdcが供給される。
一方、電圧監視回路15は、上記の判断に基づき、内部電源電圧Vdcが判定用電圧Vcofよりも低い電圧レベルになると、外部電源供給の遮断または瞬断と判断し、スイッチ制御信号Cofにより、スイッチ14が開状態となるように制御する。これにより、第2の電源供給ラインPS2を介しての第2の負荷122への内部電源電圧Vdcの供給が停止される。このとき、第1の電源供給ラインPS1を介しての第1の負荷121への内部電源電圧Vdcの供給は継続される。
このように、電圧供給制御回路13は、内部電源電圧Vdcの電圧を監視し、内部電源電圧Vdcの低下を検出すると、スイッチ14を介した内部電源電圧Vdcの供給を遮断する。そして、負荷120の一部となる第1の負荷121に対しては、電源装置110が、第1の電源供給ラインPS1から内部電源電圧Vdcを直接に供給する。一方、電源装置110は、負荷120の他部となる第2の負荷122に対しては、電圧供給制御回路13および第2の電源供給ラインPS2を介して内部電源電圧Vdcを供給する。したがって、内部電源電圧Vdcの低下が検出されると、第2の負荷122への内部電源電圧Vdcの供給は遮断される。
特に、本実施の形態では、内部電源電圧VdcとグランドGNDとの間にコンデンサ12を配置している。よって、コンデンサ12には、直流電圧出力回路11が動作中に電荷が蓄積されており、外部電源遮断後は、コンデンサ12に蓄積された電荷による電圧が、内部電源電圧Vdcとして負荷120に供給されることとなる。言い換えると、電源装置110の動作中においてコンデンサ12が十分に充電され、外部電源遮断後、コンデンサ12の放電による内部電源電圧Vdcが負荷120に供給される。このため、電源装置110は、外部電源遮断後も暫くの間だけ、内部電源電圧Vdcを供給し続ける。
以上、電源装置110は、外部電源供給が遮断されたと判断すると、第1の電源供給ラインPS1を介した内部電源電圧Vdcの供給は暫くの間だけ継続するとともに、第2の電源供給ラインPS2を介した内部電源電圧Vdcの供給は停止する。また、第2の電源供給ラインPS2の内部電源電圧Vdc’として見ると、内部電源電圧Vdc’は、外部電源供給が遮断されていない期間は、内部電源電圧Vdcに等しい電圧である。外部電源供給が遮断されたと判断されると、電源供給が停止される。
このように、本実施の形態では、電圧供給制御回路13を設けることにより、外部電源遮断後、第2の負荷122への電源供給を即座に停止させている。すなわち、本実施の形態では、コンデンサ12に蓄積された電力に対し、外部電源遮断後は、第2の負荷122による電力消費を停止し、第1の負荷121のみで電力消費されるように構成している。このような構成とすることで、第1の負荷121への内部電源電圧Vdcの供給時間の延長を図っている。
また、本実施の形態では、電源装置110に対して負荷120を効果的に対応させるため、負荷120を次のように区分して接続している。すなわち、第1の電源供給ラインPS1は内部電源電圧Vdcの供給を暫くの間継続できるため、第1の負荷121としては、電源供給遮断後も暫くの間動作が必要な回路として選別している。逆に、第2の電源供給ラインPS2は、外部電源遮断後、即座に内部電源電圧Vdcの供給が停止されるため、第2の負荷122としては、電源供給遮断後、動作不要の回路としている。
このように、本実施の形態では、電源供給遮断後も少しの期間だけ動作継続が必要な回路のみを特定して、その特定の回路で構成された第1の負荷121としている。その他の回路を、非特定の回路で構成された第2の負荷122としている。具体的な例として、第1の負荷121となる特定回路としては、マイクロコントローラ(以下、マイコンと称する)およびその周辺回路がある。この構成とすることで、マイコンによる瞬断時の瞬断対策処理などを行うことができる。また、電源供給ラインPS1、PS2について言えば、電源供給ラインPS1を特定の回路用、電源供給ラインPS2を特定の回路以外の回路用としている。
さらに、外部電源遮断後、第1の負荷121への内部電源電圧Vdcの供給を効果的に行うため、本実施の形態では、判定用電圧Vcofの電圧レベルを次のように設定している。すなわち、判定用電圧Vcofとしては、標準動作電圧VCnorよりも低く、動作保証される電源電圧の最低電圧(以下、適宜、最低動作電圧と呼ぶ)VCminよりも高い電圧レベルとしている。例えば、負荷120での回路部品が、よく知られている電源電圧5V仕様で、かつ動作保証電源電圧が4.75〜5.25VのICの場合、判定用電圧Vcofとして、最低動作電圧VCmin以上かつ標準動作電圧VCnor以下となる4.75〜5.0Vの範囲内に設定している。また、他の例として、標準動作電圧VCnorが24V、その電源で動作する回路が動作可能な最低動作電圧VCminが20Vとすると、判定用電圧Vcofとしては、20〜24Vの範囲内に設定している。
本実施の形態では、このように設定することで、外部電源遮断後も、第1の負荷121は暫くの期間、動作可能となる。すなわち、判定用電圧Vcofは、最低動作電圧よりも高い電圧レベルとしている。このため、電圧供給制御回路13の動作によって、第1の負荷121のみに内部電源電圧Vdcが供給される状態になった時点でも、その内部電源電圧Vdcは、最低動作電圧よりも高い電圧レベルであり、第1の負荷121は、暫くの期間、動作を継続できる。
このような作用を利用し、第1の負荷121としては、上述のように、例えば、マイコンまたはCPUを含む制御回路などが好適である。これにより、電源遮断後に、内部電源電圧Vdcが動作電圧範囲内に保持されている時間を利用して、CPUの制御により、機器動作の保護などを行うことができる。
次に、以上のように構成された電源装置110を含むモータ制御装置100の動作について、外部電源が遮断されたときの動作を中心に説明する。
図2は、本発明の実施の形態1における電源装置を備えた電気機器において、外部電源の電源遮断の前後における内部電源電圧Vdcの電圧レベルを示す図である。図2では、本実施の形態における電圧レベルの変化を実線で示すとともに、比較例として、電圧供給制御回路13を有さない場合の電圧レベルの変化を点線で示している。図2において、外部電源の供給が遮断された時間を時間t1としている。さらに、判定用電圧Vcofの電圧レベルとしては、上述したように、最低動作電圧VCmin以上かつ標準動作電圧VCnor以下となる範囲内に設定している。
まず、外部電源の供給が継続している期間は、図2に示すように、直流電圧VCである内部電源電圧Vdcが負荷120に供給されている。この後、時間t1で、電源入力端子18に接続される外部電源が遮断されると、コンデンサ12の両端電圧は接続される負荷120によって放電されることにより低下していく。そして、時間t2で、電圧監視回路15は、両端電圧が判定用電圧Vcofになることで外部電源遮断を検知し、スイッチ制御信号Cofを発信する。スイッチ制御信号Cofにより電圧供給制御回路13のスイッチ14が動作し開路することで、第2の電源供給ラインPS2を介した第2の負荷122への内部電源電圧Vdcの供給が遮断される。すなわち、電源遮断後には、第2の負荷122が電源装置110から切り離され、コンデンサ12の両端電圧は第1の負荷121のみに供給される。このため、時間t2以降は、第1の負荷121のみで電力消費されることとなり、図2に示すように、内部電源電圧Vdcの電圧レベルの減少していく速度が遅くなる。
これに対し、比較例の場合、電圧供給制御回路13を有さないため、外部電源の供給が遮断された時間t1以降は、内部電源電圧Vdcの電圧レベルが、最低動作電圧VCminになるまで、減少する。
以上のような差異に基づき、図2で示すように、電源遮断後の負荷が動作可能な時間である出力保持時間として、比較例では、出力保持時間Tcmpとなる。本実施の形態では、出力保持時間Tcmpよりも長い、出力保持時間Tembとなる。このように、比較例に比べて本実施の形態では、電圧レベルの減少速度が遅くなることで、負荷の動作閾値となる最低動作電圧VCminに至るまでの時間が長くなる。つまり、出力保持時間を延長することができる。
以上説明したように、本実施の形態の電源装置110は、外部供給電源20から内部電源電圧Vdcを生成する直流電圧出力回路11と、内部電源電圧Vdcに接続されるコンデンサ12と、内部電源電圧Vdcを監視し、内部電源電圧Vdcの低下を検出すると、内部電源電圧Vdcの供給を遮断する電圧供給制御回路13とを備えている。電源装置110は、電源供給遮断後も暫く動作が必要な第1の負荷121に対しては、内部電源電圧Vdcを供給し、電源供給遮断後は動作不要の第2の負荷122に対しては、電圧供給制御回路13を介して内部電源電圧Vdcを供給する。このように構成することで、コンデンサの数を増やしたり容量を増加させたりすることなく、電源供給遮断後も暫く動作が必要な第1の負荷121に対する電源の給電時間を長くすることができる。そして、長くなった電源給電時間を利用して、例えば、モータ制御装置での瞬断時における動作保護などを行うことができる。
(実施の形態2)
図3は、本発明の実施の形態2におけるモータ制御装置200を示すブロック図である。図3に示すように、モータ制御装置200も、実施の形態1とほぼ同様の電源装置210を備えており、電源装置210から負荷220に対して電力供給される。電源装置210は、電源入力端子18を介して、外部供給電源20から、直流の入力電圧Vinの電力供給を受ける。電源装置210に、負荷220が、電気的に接続されている。負荷220は、モータ制御部41およびモータ駆動部45で構成される。さらに、モータ制御部41およびモータ駆動部45は、駆動制御部として機能し、モータ30を駆動および制御する電気回路で構成されている。電源装置210から、これら電気回路の動作に必要な所定電圧の電力が、負荷220に対して供給される。
本実施の形態でも、実施の形態1と同様に、モータ制御装置200の動作時には、内部電源として、直流電圧VCの内部電源電圧Vdcが、各電気回路に対して供給される。これらの電気回路によって、モータ30の回転動作が制御されながら、モータ30が駆動される。なお、本実施の形態において、実施の形態1と同様の構成要素については、同じ符号を付しており、その説明を援用する。
本実施の形態でも、負荷220を次の2つに区分している。すなわち、本実施の形態では、マイコン42を含むモータ制御部41を特定の回路として他と区別し、負荷220の一部である第1の負荷221としている。モータ制御部41以外となるモータ駆動部45を、非特定の回路とした第2の負荷222としている。
さらに、負荷220の区分に合わせて、電源出力についても2つに区分している。すなわち、第1の電源供給ラインPS1を特定の回路用の電源供給ラインとしており、これによって、モータ制御部41が、内部電源電圧Vdcの第1の電源供給ラインPS1に接続される。第2の電源供給ラインPS2を非特定の回路用の電源供給ラインとしており、これによって、モータ駆動部45が、スイッチ14を介した内部電源電圧Vdc’の第2の電源供給ラインPS2に接続されている。このように、電源装置210は、モータ制御部41に対しては、内部電源電圧Vdcを直接に供給するとともに、モータ駆動部45に対しては、スイッチ14を含む電圧供給制御回路を介して、内部電源電圧Vdcを供給している。
スイッチ14が、実施の形態1と同様に電圧監視回路15により制御されるとともに、マイコン42によっても制御される。このような構成により、外部電源遮断後は、第1の電源供給ラインPS1のコンデンサ12に蓄積された電荷による電圧が内部電源電圧Vdcとして、モータ制御部41とモータ駆動部45とに振り分けられて供給される。
本実施の形態では、このように電源供給を行うことで、まず、モータ制御部41に対する内部電源電圧Vdcの出力保持時間の延長を図っている。そして、この出力保持時間を利用してマイコン42が電源停止時の処理を実行する。さらに、電源停止時の処理が終了次第、コンデンサ12にモータ駆動部45を接続し、内部電源電圧Vdcを急速に低下させて、残留電力による誤作動なども抑制している。
モータ制御装置200に接続されるモータ30、モータ30を制御、駆動するモータ制御部41、およびモータ駆動部45について説明する。
本実施の形態でのモータ制御装置200が駆動するモータ30は、3相のブラシレスモータとしている。モータ30は、巻線31をステータコアに巻回したステータ(図示せず)と、巻線31を通電駆動することで、シャフトを中心に回転するロータ(図示せず)とを備えている。本実施の形態では、モータ30がU相、V相、W相とする3相の巻線31を有する。モータ制御装置200が、パルス幅変調(PWM、Pulse Width Modulation)された駆動信号Drで、各相の巻線31を通電駆動する一例を挙げて説明する。
図3に示すように、モータ制御装置200は、モータ駆動部45と電源装置210とを含む。モータ駆動部45は、モータ30の回転動作を制御するモータ制御部41と、駆動パルス生成部46およびインバータ47を有し、モータ制御部41の指示に従ってモータ30を通電駆動する。電源装置210は、これらに電源供給する。
モータ制御装置200には、例えば、外部の上位コントローラ(図示せず)などからの指令として、回転速度またはトルク量などを指令するための信号である指令信号Cmdが入力される。さらに、モータ30には、制御方式に合わせて、回転速度あるいはトルク量などを検出する検出器32が配置されている。検出器32から検出信号Detが通知される。モータ制御装置200は、モータ30の回転が指令信号Cmdに応じた回転速度およびトルクとなるように、フィードバック制御に基づき、3相分の駆動信号Drを生成する。モータ制御装置200は、生成したそれぞれの駆動信号Drを各巻線31に印加し、モータ30を回転制御する。
モータ制御装置200において、モータ制御部41は、プログラムに基づく処理を実行するマイコン42を備えている。すなわち、モータ制御部41は、プログラムなどの処理手順を示すソフトウェアに従って各処理を実行する機能を有している。モータ制御部41が実行する具体的な処理としては、フィードバック制御に基づく回転制御処理、または、上述のように、外部電源遮断後、マイコン42による電源停止時の処理などがある。
次に、モータ制御部41およびモータ駆動部45によるモータ30の回転制御処理について、速度制御を例に挙げて説明する。
モータ30を所定の回転速度となるように速度制御する場合、まず、モータ制御部41は、フィードバック制御に基づき、次のような回転制御処理を実行する。すなわち、モータ制御部41は、マイコン42による演算処理により、速度指令を示す指令信号Cmdと実際の回転速度を示す検出信号Detとの差である偏差を算出する。次に、モータ制御部41は、算出した偏差に対して、例えば比例積分微分などの演算処理(PID(Proportional−Integral−Differential)処理)を行う。そして、モータ制御部41は、この演算処理の結果に応じた駆動波形信号を生成し、回転制御信号Ddとして駆動パルス生成部46へ出力する。
駆動パルス生成部46は、PWM(パルス幅変調)回路を有しており、回転制御信号Ddのレベルに応じたパルス幅、あるいはデューティ比のパルス信号であるPWM信号Dpを相ごとに生成し、インバータ47へと出力する。インバータ47は、パワースイッチング素子およびダイオードなどで構成されている。インバータ47は、このようなスイッチング素子を用いて、電源装置210から供給された内部電源電圧Vdc’をパルス信号Dpに応じてスイッチングすることにより、巻線31を駆動する駆動信号Drを生成している。
モータ制御部41とモータ駆動部45とのこのような動作により、ロータの回転が指令信号Cmdに追従するように、フィードバック制御が実行される。
以上のように、本実施の形態では、電源装置210に対して、モータ制御部41とモータ駆動部45とを含む負荷220が接続される。
ここで、第1の負荷221であるモータ制御部41と、第2の負荷222であるモータ駆動部45との消費電力を比較した場合、モータ駆動部45は巻線31を通電する電力部であることより、モータ制御部41に比べてモータ駆動部45の消費電力のほうが非常に大きくなる。本実施の形態では、このような差異に注目し、消費電力が少なくかつ制御処理が可能なモータ制御部41に対して、第1の負荷221として他と区別し、外部電源遮断後も動作を継続させる回路として特定している。上述のように消費電力が大きくかつ電源遮断後には継続動作の必要がないモータ駆動部45を、電源供給遮断後は動作不要の第2の負荷222としている。
さらに、本実施の形態のように、モータでの回転などの動きを制御するモータ制御装置200としては、瞬断のような不具合が発生した場合、安全の面から即座にモータの動きを停止させることが好ましい。本実施の形態では、このような観点からも、モータ駆動部45を第2の負荷222としている。これより、外部電源の電源遮断後、電圧供給制御回路13によって、モータ駆動部45への電力供給が即座に停止される。このため、巻線31に駆動電流が流れなくなり、その結果、モータ30の動きもより早く停止する。
瞬断のような不具合に対するモータ制御装置としての安全性をより高めるため、本実施の形態では、モータ制御部41におけるマイコン42が、電源装置210での電源停止時の処理も実行することを特徴としている。
次に、マイコン42による電圧供給制御回路13への電源停止時にする処理について説明する。
電圧供給制御回路13は、実施の形態1と同様、図3に示すように、スイッチ14の一方は、電源供給ラインPS1に接続され、他方が電源供給ラインPS2となる。スイッチ14の開閉は、電圧監視回路15からのスイッチ制御信号Cofに加えて、本実施の形態では、モータ制御部41が有するマイコン42からのスイッチ制御信号Conによっても制御される。さらに、電圧監視回路15からマイコン42に対して、スイッチ制御信号Cofが通知される。
電圧供給制御回路13において、電圧監視回路15は、実施の形態1で説明したように、電源供給ラインPS1での内部電源電圧Vdcの電圧レベルを監視している。電圧監視回路15は、内部電源電圧Vdcが判定用電圧Vcofよりも低い電圧レベルに低下したことを検出すると、外部供給電源20からの外部電源の供給が遮断されたと判断する。この判断に基づいて、電圧監視回路15は、スイッチ14を開状態に制御するためのスイッチ制御信号Cofを出力する。電圧供給制御回路13がこのように動作することで、電源装置210は、外部電源供給が遮断されたと判断すると、第1の電源供給ラインPS1を介した内部電源電圧Vdcの供給は暫くの間だけ継続させるとともに、第2の電源供給ラインPS2を介した内部電源電圧Vdcの供給は停止させる。
すなわち、外部電源遮断後、第2の電源供給ラインPS2を介した消費電力の大きいモータ駆動部45に対しては、電力供給が即座に停止される。このため、外部電源遮断後も、第1の電源供給ラインPS1を介したモータ制御部41への内部電源電圧Vdcの供給は暫くの間だけ継続でき、その間、マイコン42を動作させ続けることができる。
本実施の形態では、この期間を利用したマイコン42の動作により、さらに、スイッチ14を制御する。マイコン42は、まず、電圧監視回路15からのスイッチ制御信号Cofにより、外部供給電源20からの外部電源の供給が遮断されたことを認識する。マイコン42は、この外部電源遮断を認識すると、電源停止時の処理の実行を開始する。マイコン42は、その電源停止時の処理の最後において、スイッチ14に対し、スイッチ14を閉状態に制御するスイッチ制御信号Conを出力する。これにより、外部電源遮断後に一旦開状態となったスイッチ14は、閉状態となり、再度接続されたモータ駆動部45によりコンデンサ12を一気に放電させることになる。
このように、本実施の形態では、第2の電源供給ラインPS2を介した内部電源の供給においては、外部電源遮断後、上述のようなスイッチ14の開閉制御により、一旦、その供給を停止させるとともに、その停止から所定の時間の後、さらに、内部電源の供給が可能な状態に戻している。これにより、コンデンサ12を最終的に完全に放電させており、これによって、残留電力による誤作動などの抑制も図っている。
図4は、本発明の実施の形態2におけるモータ制御装置において、外部電源の電源遮断の前後での内部電源電圧Vdcの電圧レベルを示す図である。図4において、外部電源の供給が遮断された時間を時間t1とし、スイッチ制御信号Cofが発信される時間を時間t2とし、スイッチ制御信号Conが発信される時間を時間t3としている。
図4において、時間t1で、電源入力端子18に接続される外部電源が遮断される。すると、コンデンサ12の両端電圧が放電により低下し、時間t2で、電圧監視回路15が外部電源遮断を検知し、スイッチ制御信号Cofを発信する。スイッチ制御信号Cofによりスイッチ14が開路し、第2の電源供給ラインPS2を介したモータ駆動部45への内部電源電圧Vdcの供給が遮断される。これにより、コンデンサ12からモータ制御部41への内部電源電圧Vdcの供給が延長され、時間t2以降の保持時間Tprを利用して、マイコン42が電源停止時の処理の実行を継続する。マイコン42は、時間t3において、スイッチ14に対し、スイッチ14を閉状態に制御するスイッチ制御信号Conを出力する。これにより、スイッチ14は閉状態に戻り、モータ駆動部45が第1の電源供給ラインPS1に接続されたことで、コンデンサ12の放電速度が早くなり、図4に示すように、内部電源電圧Vdcも急速に0Vに近づいていく。
以上説明したように、本実施の形態のモータ制御装置200は、実施の形態1と同様の電源装置210と、モータ制御部41と、モータ駆動部45とを備えている。モータ制御部41は、マイコン42を含むとともにモータ30の回転を制御する。モータ駆動部45は、モータ制御部41の指示に従ってモータ30を通電駆動する。本実施の形態では、負荷220の一部である第1の負荷221としてモータ制御部41を特定し、電源装置210は、モータ制御部41に対して、第1の電源供給ラインPS1を介し、内部電源電圧Vdcを直接に供給する。一方、電源装置210は、モータ駆動部45に対しては負荷220の他部である第2の負荷222として、電圧供給制御回路13を介して内部電源電圧Vdcを供給する。
以上のように、本実施の形態のモータ制御装置200は、モータ30を駆動および制御するモータ制御装置200であって、実施の形態1と同様の電源装置210と、第1の負荷として、モータ30の回転を制御するモータ制御部41と、第2の負荷として、モータ制御部41の指示に従ってモータ30を通電駆動するモータ駆動部45とを備える。
本実施の形態のモータ制御装置200は、このように構成することで、コンデンサの数を増やすことなどなく、電源供給遮断後も、暫くの間動作が必要として特定したモータ制御部41への電源の給電時間を長くしている。特に、電源供給遮断後、電力部であるモータ駆動部45への内部電源電圧Vdcの供給を即座に停止させるため、モータ制御部41への電源の給電時間をより長くできる。さらに、モータ駆動部45への内部電源電圧Vdcの供給が即座に停止されるため、モータ30の回転などの動きも素早く停止させることができ、瞬断時での安全性の向上も図ることができる。
さらに、本実施の形態のモータ制御装置200では、モータ制御部41のマイコン42を負荷220の一部である第1の負荷221として特定しており、電源装置210が、マイコン42に、第1の電源供給ラインPS1を介し、内部電源電圧Vdcを直接に供給する構成としている。このため、マイコン42は、電源供給遮断後も暫くの期間だけ動作を継続できるため、この間に、マイコン42による電源停止時の処理などを安定して実行させることができる。電源停止時の処理が終了次第、マイコン42がスイッチ14を閉状態に戻るように制御することで、コンデンサ12がモータ駆動部45に接続される。このため、この後、内部電源電圧Vdcが急速に低下する。これによって、残留電力による誤作動なども抑制できる。
このように、本実施の形態のモータ制御装置200は、マイコン42を有してもよい。電源装置210は、マイコン42に対して、内部電源電圧Vdcを供給し、マイコン42は、電圧供給制御回路13が内部電源電圧Vdcの供給を遮断してから所定の時間の後、内部電源電圧Vdcの供給を再開するように電圧供給制御回路13を制御してもよい。
なお、以上の説明では、電圧監視回路15がスイッチ14を開状態に制御し、マイコン42がスイッチ14を閉状態に制御する構成例を挙げて説明した。しかし、電圧監視回路15のみによって、スイッチ14の開閉を制御するような構成であってもよい。すなわち、電圧監視回路15が、電源遮断を検知した後、例えば図4での保持時間Tprとするような所定の期間だけ、スイッチ14を開状態に制御するスイッチ制御信号を発信し、その所定の期間だけモータ駆動部45への内部電源電圧Vdcの供給を遮断する。この所定の期間中にマイコン42が電源停止時の処理を実行するような構成とすればよい。図5は、本発明の実施の形態2におけるモータ制御装置200の他の構成例を示すブロック図である。電源装置210は、電圧監視回路15から出力されたスイッチ制御信号Cofを所定の期間だけ保持するようなタイマ26を備えている。タイマ26の出力がスイッチ14に供給されることで、タイマ26の動作期間だけ、上述のように内部電源電圧Vdcの供給を遮断することができる。このため、このような構成によっても、マイコン42がスイッチ制御信号Conを発信する構成と同様の効果を得ることができる。
また、電源装置210は、電圧供給制御回路13が、内部電源電圧Vdcの低下を検出すると、内部電源電圧Vdcの供給を所定の期間だけ遮断してもよい。
(実施の形態3)
図6は、本発明の実施の形態3における電源装置310を備えた電気機器を示すブロック図である。本実施の形態でも、電気機器の一例として、モータ30を駆動制御するモータ制御装置300を挙げて説明する。
図6に示すように、モータ制御装置300は、電源装置310を備えている。電源装置310から負荷320に対して電力供給される。電源装置310は、実施の形態1と同様に、電源入力端子18を介して、外部供給電源20から、直流の入力電圧Vinの電力供給を受ける。電源装置310に、負荷320が電気的に接続されている。負荷320の動作に必要な所定電圧の電力が、電源装置310から負荷320に対して供給される。
本実施の形態でも、モータ制御装置300の動作時には、内部電源として、直流電圧VCの内部電源電圧Vdcが、負荷320となる各電気回路に対して供給される。さらに、負荷320についても、第1の負荷321と第2の負荷322とに区分している。すなわち、第1の負荷321は、特定した回路で構成され、第1の電源供給ラインPSs1を介して内部電源が供給される。第2の負荷322は、それ以外の回路で構成され、第2の電源供給ラインPSs2を介して内部電源が供給される。負荷320となる電気回路によって、モータ30の回転動作が制御されながら、モータ30が駆動される。
本実施の形態では、実施の形態1との比較において、電圧供給制御回路13に代えて、昇圧回路35を有した電圧供給制御回路33を含む構成としている。本実施の形態は、実施の形態1と比べて、第1の負荷321と第2の負荷322とに対する内部電源の供給の仕方が異なっている。詳細については以下で説明するが、本実施の形態では、このような構成とすることで、外部電源遮断後に暫くの間だけ供給を継続する内部電源としては、コンデンサ12の蓄積電荷による内部電源電圧Vdcを昇圧した電圧とし、これによって第1の負荷321の動作可能時間の延長を図っている。なお、本実施の形態において、実施の形態1と同様の構成要素については、同じ符号を付しており、その説明を援用する。
次に、電源装置310の構成について、電圧供給制御回路33を中心に説明する。電源装置310は、直流電圧VCの内部電源電圧Vdcを生成するための直流電圧出力回路11およびコンデンサ12とともに、第1の負荷321の動作可能時間の延長を図るための電圧供給制御回路33を備えている。
電圧供給制御回路33において、内部電源電圧Vdcをより高い電圧の昇圧電圧Vbstとなるように昇圧するために、昇圧回路35を設けている。さらに、電圧供給制御回路33は、内部電源電圧Vdcを監視し、電源遮断時にはスイッチ切替信号Cselを出力する電圧監視回路15と、スイッチ切替信号Cselにより第1の電源供給ラインPSs1への電源供給の経路を切り替える選択スイッチ34とを備えている。
電圧監視回路15は、実施の形態1と同様に、直流電圧出力回路11の出力電圧Voの電圧レベル、すなわち内部電源電圧Vdcの電圧レベルを監視している。電圧監視回路15は、内部電源電圧Vdcが判定用電圧Vcofよりも低い電圧レベルかどうかによって、外部電源の供給状態を判定し、この判定結果を示すスイッチ切替信号Cselを選択スイッチ34に出力する。
選択スイッチ34(以下、適宜、単にスイッチ34と呼ぶ)の一方側は、2つの端子を選択可能となっており、そのうちの第1の端子が、内部電源電圧Vdcとする直流電圧出力回路11の出力に接続され、そのうちの第2の端子が、内部電源電圧Vdcを昇圧した昇圧電圧Vbstとなる昇圧回路35の出力に接続されている。スイッチ34の他方側は、第1の電源供給ラインPSs1に接続される。すなわち、このような構成により、スイッチ切替信号Cselの指示に応じて、第1の電源供給ラインPSs1には、内部電源電圧Vdcか昇圧電圧Vbstかのいずれかに選択された内部電圧が供給される。図6では、第1の電源供給ラインPSs1の内部電圧を、第1の負荷321に対する内部電源電圧Vdcbとして示している。
内部電源電圧Vdcbについて、具体的には、内部電源電圧Vdcが判定用電圧Vcof以上の電圧レベルであることをスイッチ切替信号Cselが示すとき、スイッチ34は、内部電源電圧Vdcを選択し、第1の電源供給ラインPSs1には内部電源電圧Vdcが供給され、第1の負荷321に対する内部電源電圧Vdcbは、内部電源電圧Vdcとなる。逆に、内部電源電圧Vdcが判定用電圧Vcofよりも低い電圧レベルであることをスイッチ切替信号Cselが示すとき、スイッチ34は、昇圧電圧Vbstを選択し、第1の電源供給ラインPSs1には昇圧電圧Vbstが供給され、第1の負荷321に対する内部電源電圧Vdcbは昇圧電圧Vbstとなる。第1の負荷321に対して、内部電源電圧Vdcbが供給される。
第2の負荷322に対しては、第2の電源供給ラインPSs2を介して、内部電源電圧Vdcを直接に供給する構成例を挙げている。この構成に代えて、第2の負荷322に対し、実施の形態1の第2の電源供給ラインPS2のように、電圧監視回路15で制御される開閉スイッチ14を介して内部電源電圧Vdc’を供給するような構成としてもよい。
このように、実施の形態1の電源装置110は、実施の形態3の電源装置31のように、内部電源電圧Vdcを昇圧した昇圧電圧Vbstを生成する昇圧回路35をさらに備えてもよい。電圧供給制御回路13は、内部電源電圧Vdcの低下を検出すると、第2の負荷122に対する内部電源電圧Vdc’の供給を遮断するとともに、第1の負荷121に対しては、内部電源電圧Vdcの供給から昇圧電圧Vbstの供給に切り替えて内部電源を供給してもよい。
ところで、負荷320に含まれる電気部品によっては動作閾値電圧が高く、電圧低下が許されないデバイスもある。直流電圧出力回路11の出力電圧Voのみでは、時間に比例して内部電源電圧Vdcが低下するため、閾値電圧の高いデバイスから動作を停止してしまう。しかし、昇圧回路35による昇圧電圧Vbstを一定に保つことで、このような閾値電圧の高いデバイスの動作時間を延長することができる。すなわち、第1の負荷321を、閾値電圧の高いデバイスとして特定しておくことで、その動作可能な時間の延長を図ることができる。また、第1の負荷321をマイコンなどとしておくことで、電源遮断後も、動作可能な時間を利用して、マイコンの制御等により機器動作の保護などを行うことができる。
次に、以上のように構成された電源装置310を含むモータ制御装置300の動作について、外部電源が遮断されたときの動作を中心に説明する。
図7は、本発明の実施の形態3における電源装置を備えた電気機器において、外部電源の電源遮断の前後における第1の負荷321に対する内部電源電圧Vdcbの電圧レベルを示す図である。図7では、本実施の形態での電圧レベルの変化を実線で示すとともに、比較例として、電圧供給制御回路33を有さない場合の電圧レベルの変化を点線で示している。図7において、外部電源の供給が遮断された時間を時間t1としている。さらに、判定用電圧Vcofの電圧レベルとしては、実施の形態1と同様に、最低動作電圧VCmin以上かつ標準動作電圧VCnor以下となる範囲内に設定している。
まず、外部電源の供給が継続している期間は、図7に示すように、負荷320に対して、直流電圧VCである内部電源電圧Vdcbが供給されている。
この後、時間t1で、電源入力端子18に接続される外部電源が遮断されると、コンデンサ12の両端電圧は、接続される負荷320によって放電されることにより低下していく。時間t2で、電圧監視回路15は、電圧低下が判定用電圧Vcof以下になることで外部電源遮断を検知し、スイッチ切替信号Cselを発信する。スイッチ切替信号Cselによりスイッチ34が動作し、内部電圧供給の経路が、直流電圧出力回路11の出力から昇圧回路35の出力へと切り替えられる。このことで、昇圧回路35によって第1の負荷321に供給される電圧は、図7の時間t2以降のように、出力保持時間Tbstの期間だけ、電源供給時と同じ直流電圧VCに昇圧される。その後、コンデンサ12の両端電圧は時間経過に伴い減少し、昇圧回路35の動作電圧以下になると、第1の負荷321への電圧供給は停止される。
本実施の形態では、図7で示すように、昇圧回路35により第1の負荷321への供給電圧の低下開始までの時間を延ばすことで、出力保持時間を延長することができる。
以上のように、本実施の形態の電源装置310は、負荷320に対して内部電源を供給する電源装置310であって、外部供給電源20から直流の内部電源電圧Vdcを生成する直流電圧出力回路11と、内部電源電圧Vdcに接続されるコンデンサ12と、内部電源電圧Vdcを昇圧した昇圧電圧を生成する昇圧回路35と、内部電源電圧Vdcの電圧レベルを監視し、内部電源電圧Vdcの低下を検出すると、内部電源電圧Vdcの供給から昇圧電圧の供給に切り替えて内部電源を供給する電圧供給制御回路33とを備える。負荷320の一部に対しては、電圧供給制御回路33を介して内部電源を供給する。
本実施の形態は、以上のように構成することで、コンデンサの数を増やしたり容量を増加させたりすることなく、電源供給遮断後も暫くの動作が必要な第1の負荷321に対する電源の給電時間を長くしている。そして、長くなった電源給電時間を利用して、例えば、モータ制御装置での瞬断時における動作保護などを行うことができる。
以上のように、本発明にかかる電源装置は、電圧保持用のコンデンサの数または容量を増やさずに、内部電源の出力保持時間を延長できる。このため、本発明にかかる電源装置は、例えば本発明のモータ制御装置、または、一般の電気機器での電源装置として有用である。
11 直流電圧出力回路
12 コンデンサ
13,33 電圧供給制御回路
14 開閉スイッチ
15 電圧監視回路
18 電源入力端子
19 電源出力端子
20 外部供給電源
26 タイマ
30 モータ
31 巻線
32 検出器
34 選択スイッチ
35 昇圧回路
41 モータ制御部
42 マイクロコントローラ(マイコン)
45 モータ駆動部
46 駆動パルス生成部
47 インバータ
100,200,300 モータ制御装置
110,210,310 電源装置
120,220,320 負荷
121,221,321 第1の負荷
122,222,322 第2の負荷
本発明は、電圧保持用のコンデンサを備え、電源遮断時に電圧保持時間を延長させる機能を有した電源装置、およびこの電源装置を備えたモータ制御装置に関する。
電源装置は、入力元の電源から供給された電圧を適切な電圧に変換し、CPU(Central Pcocessing Unit)またはIC(Integrated Circuit)などのデバイスに供給するために用いられる。これらのデバイスには、電源装置に対して、その供給電圧が環境条件の変化によらず常に安定していることが望まれる。すなわち、電源装置としては、例えば、入力元の電源が瞬間的に停止したり電圧低下したりするような瞬断に対しては、その影響が出力側に現れないことが望ましい。また、CPUなどを搭載した情報処理装置では、入力元の電源遮断後に、出力電圧がデバイスの入力変動における規格範囲内に保持されている時間(以下、出力保持時間と呼ぶ)を利用してデータ機器の動作の保護を行う。そのため、電源装置には一定時間以上の出力保持時間が求められる。
従来、一般に出力保持時間を延長するためには、入力側コンデンサの静電容量を大きくすることが知られている(例えば、特許文献1を参照)。図8は、従来例の電源装置を示すブロック図である。図8において、電源装置911は、交流入力を整流する整流回路913と、入力側コンデンサ914と、スイッチング電源部915と、出力側コンデンサ916とから構成される。入力側コンデンサ914と並列に設けられた装置側接続端子T5に、ユニットパネル912の追加コンデンサ917が、ユニット側接続端子T6を介しプラグイン方式で接続される。すなわち、整流回路913の出力側とスイッチング電源部915の入力側との間のコンデンサ914に対し、外部から追加コンデンサ917を必要に応じて選択的に追加して、交流入力遮断状態でも出力保持時間を延長可能としている。
特許文献2では、次のような構成とすることで、出力保持時間の延長を図っている。図9は、従来例の他の電源装置を示すブロック図である。図9において、電源装置920は、交流入力を整流するダイオード整流部921と、平滑用のコンデンサC91、C92と、接続切換用のスイッチSw1、Sw2、Sw3を含む直/並列切換回路925と、切換制御部927と、電圧変換部924とから構成される。コンデンサC91、C92と直/並列切換回路925とにより、コンデンサ部922を構成している。そして、直/並列切換回路925は、切換制御部927からの制御により、コンデンサC91、C92を直列と並列接続とのいずれかに切換える。電圧変換部924は、コンデンサ部922から供給された電圧を、所望の出力電圧に変換して出力する。このような構成において、電源装置920は、交流入力が正常状態の場合、コンデンサC91、C92を並列に接続している。交流入力の瞬断が発生した場合、切換制御部927は、コンデンサC91、C92を直列に接続するように、直/並列切換回路925のスイッチSw1、Sw2、Sw3を切り換える。
すなわち、コンデンサC91、C92は正常状態では並列接続であるが、交流入力が瞬断した場合は、コンデンサC91、C92の電圧が所定の時定数で低下する。これが所定の電圧まで低下した時に、コンデンサC91、C92は、直列接続に切り換えられる。特許文献2では、このように、電圧変換部924への入力電圧を上げて負荷への給電時間を長くしている。
このように、従来例においては、入力側のコンデンサを追加する、あるいは2つのコンデンサを直/並列に接続切換を行っている。ところが、どちらの場合においても、複数のコンデンサを搭載する必要がある。コンデンサのような大型部品が増えることは、小型化が要求される電源装置においては大きな問題である。
特開平10−4674号公報
特開平8−322253号公報
本発明は、このような問題を解決するためになされたものである。本発明は、コンデンサのような大型部品を追加することなく、出力電圧の出力保持時間を延長可能とした電源装置およびこの電源装置を備えたモータ制御装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の電源装置は、負荷に対して内部電源を供給する電源装置であって、直流電圧出力回路と、コンデンサと、電圧供給制御回路とを備える。直流電圧出力回路は、外部供給電源から直流の内部電源電圧を生成する。コンデンサは、内部電源電圧に接続される。電圧供給制御回路は、内部電源電圧の電圧レベルを監視し、内部電源電圧の低下を検出すると、内部電源電圧の供給を遮断する。本電源装置は、負荷の一部である第1の負荷に対しては、内部電源電圧を供給するとともに、第1の負荷以外の負荷である第2の負荷に対しては、電圧供給制御回路を介して内部電源電圧を供給する。
このような構成により、内部電源電圧の低下を検出することで、外部から電源装置への外部電源供給の遮断を検知できる。このようにして外部電源供給の遮断が検知されると、第2の負荷に対する内部電源電圧の供給を遮断する。電源装置がこのように作用することで、外部電源供給遮断の後は、コンデンサから第1の負荷にのみ内部電源電圧が供給されることになる。このため、負荷全体に内部電源電圧を供給し続ける場合に比べて、第1の負荷への給電時間を長くすることができる。
また、本発明の電源装置は、電圧供給制御回路が、内部電源電圧の低下を検出すると、内部電源電圧の供給を所定の期間だけ遮断してもよい。
また、本発明の電源装置は、内部電源電圧を昇圧した昇圧電圧を生成する昇圧回路をさらに備えてもよい。電圧供給制御回路は、内部電源電圧の低下を検出すると、第2の負荷に対する内部電源電圧の供給を遮断するとともに、第1の負荷に対しては、内部電源電圧の供給から昇圧電圧の供給に切り替えて内部電源を供給してもよい。
また、本発明のモータ制御装置は、上記の電源装置と、モータの回転を制御するモータ制御部と、モータ制御部の指示に従ってモータを通電駆動するモータ駆動部とを備え、モータを駆動および制御する。そして、モータ制御部を第1の負荷とし、モータ駆動部を第2の負荷として、内部電源電圧を供給する。
このような構成により、上記のとおり、第1の負荷であるモータ制御部に対し、外部電源供給遮断後での内部電源電圧の給電時間を長くすることができる。さらに、モータ駆動部に対しては、外部電源供給遮断後、内部電源電圧の給電も即座に停止されるため、モータの動きもより早く停止し、安全性を高めることができる。さらに、モータ制御部が、長くなった給電時間を利用して、最終的に内部電源電圧をモータ駆動部に接続することで、コンデンサが完全に放電するため、残留電力による誤作動なども抑制できる。
また、本発明のモータ制御装置は、マイクロコントローラを有してもよい。電源装置は、マイクロコントローラに対して、内部電源電圧を供給し、マイクロコントローラは、電圧供給制御回路が内部電源電圧の供給を遮断してから所定の時間の後、負荷に対して内部電源電圧の供給を再開するように電圧供給制御回路を制御してもよい。
また、本発明の他の電源装置は、負荷に対して内部電源を供給する電源装置であって、直流電圧出力回路と、コンデンサと、昇圧回路と、電圧供給制御回路とを備える。直流電圧出力回路は、外部供給電源から直流の内部電源電圧を生成する。コンデンサは、内部電源電圧に接続される。昇圧回路は、内部電源電圧を昇圧した昇圧電圧を生成する。電圧供給制御回路は、内部電源電圧の電圧レベルを監視し、内部電源電圧の低下を検出すると、内部電源電圧の供給から昇圧電圧の供給に切り替えて内部電源を供給する。電源装置は、負荷の一部に対して、電圧供給制御回路を介して内部電源を供給する。
このような構成によれば、内部電源電圧の電圧レベルが低下しても昇圧電圧が利用できるため、負荷の一部に対して、動作可能な時間の延長を図ることができる。
本発明の電源装置は、上記のように、回路構成のみで、特定した負荷の一部への給電時間を延長できる。このため、本発明の電源装置によれば、コンデンサの数および容量を増やすことなく、内部電源の出力保持時間を延長可能とした小型の電源装置およびこの電源装置を備えたモータ制御装置を提供できる。
本発明の実施の形態1における電源装置を備えた電気機器を示すブロック図
同電気機器において、外部電源の電源遮断の前後における内部電源電圧の電圧レベルを示す図
本発明の実施の形態2におけるモータ制御装置を示すブロック図
同モータ制御装置において、外部電源の電源遮断の前後での内部電源電圧の電圧レベルを示す図
同モータ制御装置の他の構成例を示すブロック図
本発明の実施の形態3における電源装置を備えた電気機器を示すブロック図
同電気機器において、外部電源の電源遮断の前後における第1の負荷に対する内部電源電圧の電圧レベルを示す図
従来例の電源装置を示すブロック図
従来例の他の電源装置を示すブロック図
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、並びに、ステップ及びステップの順序等は、一例であって本発明を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。なお、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における電源装置110を備えた電気機器を示すブロック図である。本実施の形態では、このような電気機器の一例として、モータ30を駆動制御するモータ制御装置100を挙げて説明する。
図1に示すように、モータ制御装置100は、電源装置110と、電気部品による電気回路等で構成された負荷120とを備えている。負荷120を構成する電気回路は、電源装置110に電気的に接続されている。これにより、負荷120を動作させるために必要な所定電圧が、電源装置110から負荷120へと供給される。本実施の形態では、この所定電圧を直流電圧VCとしている。モータ制御装置100の動作時には、内部電源として、直流電圧VCとなる内部電源電圧Vdcが、負荷120に対して供給される。このように、電源装置110は、負荷120に対して内部電源電圧Vdcを供給する。そして、負荷120を構成する電気回路によって、モータ30の回転動作が制御されながら、モータ30が駆動される。以下、本実施の形態の一例として、モータ制御装置100を挙げて説明する。
電源装置110は、外部の電源である外部供給電源20から、電源入力端子18を介して、外部電源としての電力の供給を受ける。外部供給電源20としては、交流電力あるいは直流電力のどちらでもよい。交流電力の場合では、電源装置110は、直流電圧に変換するための整流回路等を含む構成となる。図1では、外部供給電圧としての直流の入力電圧Vinが、外部供給電源20から電源入力端子18に供給される一例を挙げている。ここで、電源入力端子18の一方をグランド端子、他方を入力電圧Vinの入力端子としている。電源入力端子18のグランド端子側は、モータ制御装置100内のグランドラインGNDに接続される。電源入力端子18の入力電圧Vin側が電源装置110の入力端に接続される。このように接続することで、外部供給電源20から直流の入力電圧Vinが電源装置110に供給される。
電源装置110の電源出力端子19からは、グランドであるグランドラインGNDとともに、直流電圧VCの電源出力が、内部電源電圧Vdcとして電源供給ラインPS1、PS2を介し、負荷120に供給される。負荷120を構成する電気回路は、この内部電源電圧Vdcの内部電源から電力供給を受け、電気的な動作を実行する。
特に、本実施の形態では、図1に示すように、負荷120は、負荷120の一部であり、特定した回路で構成される第1の負荷121と、負荷120の他部であり、第1の負荷121以外の回路で構成される第2の負荷122とに区分している。それに合わせて、電源出力についても、電源供給ラインPS1、PS2のように、2つに区分している。そして、第1の負荷121が第1の電源供給ラインPS1に接続され、第2の負荷122が第2の電源供給ラインPS2に接続されるように構成している。図1では、第1の電源供給ラインPS1を内部電源電圧Vdcとし、第2の電源供給ラインPS2を内部電源電圧Vdc’として、それぞれ区分して示している。これらの詳細については以下でさらに説明する。本実施の形態では、このような構成とすることで、電源装置110から出力される内部電源電圧Vdcの出力保持時間の延長を図っている。より具体的には、本実施の形態では、第1の負荷121に対する内部電源電圧Vdcの出力保持時間が延長可能なように構成している。
次に、電源装置110の構成について説明する。電源装置110は、直流電圧VCの内部電源電圧Vdcを生成するための直流電圧出力回路11およびコンデンサ12とともに、このような出力保持時間の延長を図るため、電圧供給制御回路13を備えている。
直流電圧出力回路11は、入力電圧Vinとして供給された外部供給電圧から、負荷120の動作に必要な直流電圧である内部電源電圧Vdcを生成して出力する。ここで、負荷120の動作に必要な直流電圧としては、負荷120を動作させる標準の電圧(以下、適宜、標準動作電圧と呼ぶ)VCnorとしている。すなわち、例えば、負荷120での回路部品が5V仕様のICである場合、標準動作電圧VCnorは5Vであり、内部電源電圧Vdcは、直流電圧VC=VCnor=5V(ボルト)となる。モータを駆動するモータ制御装置100では、直流電圧VCは、より高い電圧の15Vや24Vが一般的である。
直流電圧出力回路11は、電源用ICなどの一般的な電源用回路で用いられる部品で構成されている。入力端に入力された入力電圧Vinを、直流電圧VCの出力電圧Voに変換して、出力端から出力する。より具体的な一例として、直流電圧出力回路11を三端子レギュレータで構成し、例えば入力された電圧30Vから直流電圧24Vに変換して出力するような構成である。直流電圧出力回路11は、直流の電圧を変換して出力するDC−DCコンバータなどでもよい。外部供給電源20が交流の商用電源である場合には、直流電圧出力回路11は、さらにトランスまたは整流回路を含む構成であってもよい。直流電圧出力回路11から出力される出力電圧Voは、モータ制御装置100の内部の内部電源電圧Vdcとして、負荷120を構成する各電気回路の部品に供給される。
また、コンデンサ12は、内部電源電圧Vdcに接続され、直流電圧出力回路11から出力された出力電圧Vo、すなわち内部電源電圧Vdcに重畳するノイズおよびリップルを除去するために設けている。さらに、コンデンサ12を電圧保持用としても設けている。外部供給電源20からの電源供給が遮断された後も、コンデンサ12によって、暫くの間だけ内部電源電圧Vdcの供給を保持させている。このように、コンデンサ12が、直流電圧出力回路11の出力側において、グランドラインGNDと内部電源電圧Vdcの電源供給ラインPS1との間に接続されている。
本実施の形態では、電源装置110がさらに電圧供給制御回路13を備えていることを特徴としている。電圧供給制御回路13は、スイッチング素子などによる開閉スイッチ14と、開閉スイッチ14の開閉を制御する電圧監視回路15とを有している。
電圧供給制御回路13において、開閉スイッチ14(以下、適宜、単にスイッチ14と呼ぶ)の一方は、電源供給ラインPS1に接続され、他方は、電源供給ラインPS2に接続される。すなわち、スイッチ14が閉状態で、スイッチ14がオンとなり、直流電圧出力回路11からの内部電源電圧Vdcが電源供給ラインPS2にも供給される。一方、スイッチ14が開状態であると、スイッチ14はオフとなり、電源供給ラインPS2への供給電源電圧Vdcの供給が遮断される。なお、図1では、電源供給ラインPS1での内部電源電圧Vdcと区別するために、電源供給ラインPS2では内部電源電圧Vdc’として示している。しかし、当然のことながら、スイッチ14がオン時には、両電源供給ラインPS1、PS2に対して、同じ内部電源電圧Vdcが供給される。スイッチ14の開閉は、電圧監視回路15からのスイッチ制御信号Cofにより制御される。
電圧供給制御回路13において、電圧監視回路15は、直流電圧出力回路11の出力電圧Voの電圧レベル、すなわち電源供給ラインPS1での内部電源電圧Vdcの電圧レベルを監視している。電圧監視回路15は、外部供給電源20からの電源供給の遮断、または電源供給が一瞬途切れる瞬断の判断も含め、内部電源電圧Vdcの電圧レベルが正常かどうかを判定している。より具体的には、本実施の形態では、内部電源電圧Vdcの電圧レベルが低下するような電圧低下を判定するために、電圧監視回路15を設けている。このような判定を行うため、図1では、電圧監視回路15に対して、判定用としての判定用電圧Vcofが供給されている。すなわち、電圧監視回路15は、内部電源電圧Vdcと判定用電圧Vcofとの電圧レベルを比較する。電圧監視回路15は、この比較により、内部電源電圧Vdcが判定用電圧Vcofよりも低い電圧レベルかどうかを検知し、電源の供給状態を判定している。
電圧監視回路15の具体的な構成例として、定電圧回路、分圧抵抗およびコンパレータを用い、内部電源電圧Vdcを分圧抵抗により分圧した分圧電圧と定電圧回路の電圧とをコンパレータで比較するような例が挙げられる。ここで、分圧電圧が内部電源電圧Vdcに対応し、定電圧回路の電圧が判定用電圧Vcofに対応する。電圧監視回路15は、分圧電圧と定電圧回路の電圧とをコンパレータにより比較することで、内部電源電圧Vdcが判定用電圧Vcofよりも低い電圧レベルかどうかを検知し、電源の供給状態を判定できる。
判定用電圧Vcofとしては、負荷を動作させる標準の電圧である標準動作電圧VCnorよりもやや低めの電圧に設定している。言い換えると、本実施の形態では、直流電圧VCを標準動作電圧VCnorとしていることより、直流電圧VCよりもやや低めの電圧となる判定用電圧Vcofとしている。電圧監視回路15は、内部電源電圧Vdcが判定用電圧Vcof以上の電圧レベルである場合には、内部電源電圧Vdcの電圧レベルが正常であり、外部供給電源20から電力が供給されていると判断する。
例えば、内部電源電圧Vdcが、負荷動作に必要な直流電圧VCの電圧レベルであれば、判定用電圧Vcofよりも高い電圧レベルである。この時、電圧監視回路15は、直流電圧VCの電圧レベルは正常と判定する。逆に、電圧監視回路15は、内部電源電圧Vdcが判定用電圧Vcofよりも低い電圧レベルに低下するような電圧レベル低下を検出すると、外部供給電源20からの外部電源の供給が遮断されたと判断する。
電圧監視回路15は、このような判断に基づき、内部電源電圧Vdcが判定用電圧Vcof以上の電圧レベルである間は、スイッチ制御信号Cofにより、スイッチ14が閉状態となるように制御する。これにより、スイッチ14および第2の電源供給ラインPS2を介して、第2の負荷122に対しても、内部電源電圧Vdcが供給される。
一方、電圧監視回路15は、上記の判断に基づき、内部電源電圧Vdcが判定用電圧Vcofよりも低い電圧レベルになると、外部電源供給の遮断または瞬断と判断し、スイッチ制御信号Cofにより、スイッチ14が開状態となるように制御する。これにより、第2の電源供給ラインPS2を介しての第2の負荷122への内部電源電圧Vdcの供給が停止される。このとき、第1の電源供給ラインPS1を介しての第1の負荷121への内部電源電圧Vdcの供給は継続される。
このように、電圧供給制御回路13は、内部電源電圧Vdcの電圧を監視し、内部電源電圧Vdcの低下を検出すると、スイッチ14を介した内部電源電圧Vdcの供給を遮断する。そして、負荷120の一部となる第1の負荷121に対しては、電源装置110が、第1の電源供給ラインPS1から内部電源電圧Vdcを直接に供給する。一方、電源装置110は、負荷120の他部となる第2の負荷122に対しては、電圧供給制御回路13および第2の電源供給ラインPS2を介して内部電源電圧Vdcを供給する。したがって、内部電源電圧Vdcの低下が検出されると、第2の負荷122への内部電源電圧Vdcの供給は遮断される。
特に、本実施の形態では、内部電源電圧VdcとグランドGNDとの間にコンデンサ12を配置している。よって、コンデンサ12には、直流電圧出力回路11が動作中に電荷が蓄積されており、外部電源遮断後は、コンデンサ12に蓄積された電荷による電圧が、内部電源電圧Vdcとして負荷120に供給されることとなる。言い換えると、電源装置110の動作中においてコンデンサ12が十分に充電され、外部電源遮断後、コンデンサ12の放電による内部電源電圧Vdcが負荷120に供給される。このため、電源装置110は、外部電源遮断後も暫くの間だけ、内部電源電圧Vdcを供給し続ける。
以上、電源装置110は、外部電源供給が遮断されたと判断すると、第1の電源供給ラインPS1を介した内部電源電圧Vdcの供給は暫くの間だけ継続するとともに、第2の電源供給ラインPS2を介した内部電源電圧Vdcの供給は停止する。また、第2の電源供給ラインPS2の内部電源電圧Vdc’として見ると、内部電源電圧Vdc’は、外部電源供給が遮断されていない期間は、内部電源電圧Vdcに等しい電圧である。外部電源供給が遮断されたと判断されると、電源供給が停止される。
このように、本実施の形態では、電圧供給制御回路13を設けることにより、外部電源遮断後、第2の負荷122への電源供給を即座に停止させている。すなわち、本実施の形態では、コンデンサ12に蓄積された電力に対し、外部電源遮断後は、第2の負荷122による電力消費を停止し、第1の負荷121のみで電力消費されるように構成している。このような構成とすることで、第1の負荷121への内部電源電圧Vdcの供給時間の延長を図っている。
また、本実施の形態では、電源装置110に対して負荷120を効果的に対応させるため、負荷120を次のように区分して接続している。すなわち、第1の電源供給ラインPS1は内部電源電圧Vdcの供給を暫くの間継続できるため、第1の負荷121としては、電源供給遮断後も暫くの間動作が必要な回路として選別している。逆に、第2の電源供給ラインPS2は、外部電源遮断後、即座に内部電源電圧Vdcの供給が停止されるため、第2の負荷122としては、電源供給遮断後、動作不要の回路としている。
このように、本実施の形態では、電源供給遮断後も少しの期間だけ動作継続が必要な回路のみを特定して、その特定の回路で構成された第1の負荷121としている。その他の回路を、非特定の回路で構成された第2の負荷122としている。具体的な例として、第1の負荷121となる特定回路としては、マイクロコントローラ(以下、マイコンと称する)およびその周辺回路がある。この構成とすることで、マイコンによる瞬断時の瞬断対策処理などを行うことができる。また、電源供給ラインPS1、PS2について言えば、電源供給ラインPS1を特定の回路用、電源供給ラインPS2を特定の回路以外の回路用としている。
さらに、外部電源遮断後、第1の負荷121への内部電源電圧Vdcの供給を効果的に行うため、本実施の形態では、判定用電圧Vcofの電圧レベルを次のように設定している。すなわち、判定用電圧Vcofとしては、標準動作電圧VCnorよりも低く、動作保証される電源電圧の最低電圧(以下、適宜、最低動作電圧と呼ぶ)VCminよりも高い電圧レベルとしている。例えば、負荷120での回路部品が、よく知られている電源電圧5V仕様で、かつ動作保証電源電圧が4.75〜5.25VのICの場合、判定用電圧Vcofとして、最低動作電圧VCmin以上かつ標準動作電圧VCnor以下となる4.75〜5.0Vの範囲内に設定している。また、他の例として、標準動作電圧VCnorが24V、その電源で動作する回路が動作可能な最低動作電圧VCminが20Vとすると、判定用電圧Vcofとしては、20〜24Vの範囲内に設定している。
本実施の形態では、このように設定することで、外部電源遮断後も、第1の負荷121は暫くの期間、動作可能となる。すなわち、判定用電圧Vcofは、最低動作電圧よりも高い電圧レベルとしている。このため、電圧供給制御回路13の動作によって、第1の負荷121のみに内部電源電圧Vdcが供給される状態になった時点でも、その内部電源電圧Vdcは、最低動作電圧よりも高い電圧レベルであり、第1の負荷121は、暫くの期間、動作を継続できる。
このような作用を利用し、第1の負荷121としては、上述のように、例えば、マイコンまたはCPUを含む制御回路などが好適である。これにより、電源遮断後に、内部電源電圧Vdcが動作電圧範囲内に保持されている時間を利用して、CPUの制御により、機器動作の保護などを行うことができる。
次に、以上のように構成された電源装置110を含むモータ制御装置100の動作について、外部電源が遮断されたときの動作を中心に説明する。
図2は、本発明の実施の形態1における電源装置を備えた電気機器において、外部電源の電源遮断の前後における内部電源電圧Vdcの電圧レベルを示す図である。図2では、本実施の形態における電圧レベルの変化を実線で示すとともに、比較例として、電圧供給制御回路13を有さない場合の電圧レベルの変化を点線で示している。図2において、外部電源の供給が遮断された時間を時間t1としている。さらに、判定用電圧Vcofの電圧レベルとしては、上述したように、最低動作電圧VCmin以上かつ標準動作電圧VCnor以下となる範囲内に設定している。
まず、外部電源の供給が継続している期間は、図2に示すように、直流電圧VCである内部電源電圧Vdcが負荷120に供給されている。この後、時間t1で、電源入力端子18に接続される外部電源が遮断されると、コンデンサ12の両端電圧は接続される負荷120によって放電されることにより低下していく。そして、時間t2で、電圧監視回路15は、両端電圧が判定用電圧Vcofになることで外部電源遮断を検知し、スイッチ制御信号Cofを発信する。スイッチ制御信号Cofにより電圧供給制御回路13のスイッチ14が動作し開路することで、第2の電源供給ラインPS2を介した第2の負荷122への内部電源電圧Vdcの供給が遮断される。すなわち、電源遮断後には、第2の負荷122が電源装置110から切り離され、コンデンサ12の両端電圧は第1の負荷121のみに供給される。このため、時間t2以降は、第1の負荷121のみで電力消費されることとなり、図2に示すように、内部電源電圧Vdcの電圧レベルの減少していく速度が遅くなる。
これに対し、比較例の場合、電圧供給制御回路13を有さないため、外部電源の供給が遮断された時間t1以降は、内部電源電圧Vdcの電圧レベルが、最低動作電圧VCminになるまで、減少する。
以上のような差異に基づき、図2で示すように、電源遮断後の負荷が動作可能な時間である出力保持時間として、比較例では、出力保持時間Tcmpとなる。本実施の形態では、出力保持時間Tcmpよりも長い、出力保持時間Tembとなる。このように、比較例に比べて本実施の形態では、電圧レベルの減少速度が遅くなることで、負荷の動作閾値となる最低動作電圧VCminに至るまでの時間が長くなる。つまり、出力保持時間を延長することができる。
以上説明したように、本実施の形態の電源装置110は、外部供給電源20から内部電源電圧Vdcを生成する直流電圧出力回路11と、内部電源電圧Vdcに接続されるコンデンサ12と、内部電源電圧Vdcを監視し、内部電源電圧Vdcの低下を検出すると、内部電源電圧Vdcの供給を遮断する電圧供給制御回路13とを備えている。電源装置110は、電源供給遮断後も暫く動作が必要な第1の負荷121に対しては、内部電源電圧Vdcを供給し、電源供給遮断後は動作不要の第2の負荷122に対しては、電圧供給制御回路13を介して内部電源電圧Vdcを供給する。このように構成することで、コンデンサの数を増やしたり容量を増加させたりすることなく、電源供給遮断後も暫く動作が必要な第1の負荷121に対する電源の給電時間を長くすることができる。そして、長くなった電源給電時間を利用して、例えば、モータ制御装置での瞬断時における動作保護などを行うことができる。
(実施の形態2)
図3は、本発明の実施の形態2におけるモータ制御装置200を示すブロック図である。図3に示すように、モータ制御装置200も、実施の形態1とほぼ同様の電源装置210を備えており、電源装置210から負荷220に対して電力供給される。電源装置210は、電源入力端子18を介して、外部供給電源20から、直流の入力電圧Vinの電力供給を受ける。電源装置210に、負荷220が、電気的に接続されている。負荷220は、モータ制御部41およびモータ駆動部45で構成される。さらに、モータ制御部41およびモータ駆動部45は、駆動制御部として機能し、モータ30を駆動および制御する電気回路で構成されている。電源装置210から、これら電気回路の動作に必要な所定電圧の電力が、負荷220に対して供給される。
本実施の形態でも、実施の形態1と同様に、モータ制御装置200の動作時には、内部電源として、直流電圧VCの内部電源電圧Vdcが、各電気回路に対して供給される。これらの電気回路によって、モータ30の回転動作が制御されながら、モータ30が駆動される。なお、本実施の形態において、実施の形態1と同様の構成要素については、同じ符号を付しており、その説明を援用する。
本実施の形態でも、負荷220を次の2つに区分している。すなわち、本実施の形態では、マイコン42を含むモータ制御部41を特定の回路として他と区別し、負荷220の一部である第1の負荷221としている。モータ制御部41以外となるモータ駆動部45を、非特定の回路とした第2の負荷222としている。
さらに、負荷220の区分に合わせて、電源出力についても2つに区分している。すなわち、第1の電源供給ラインPS1を特定の回路用の電源供給ラインとしており、これによって、モータ制御部41が、内部電源電圧Vdcの第1の電源供給ラインPS1に接続される。第2の電源供給ラインPS2を非特定の回路用の電源供給ラインとしており、これによって、モータ駆動部45が、スイッチ14を介した内部電源電圧Vdc’の第2の電源供給ラインPS2に接続されている。このように、電源装置210は、モータ制御部41に対しては、内部電源電圧Vdcを直接に供給するとともに、モータ駆動部45に対しては、スイッチ14を含む電圧供給制御回路を介して、内部電源電圧Vdcを供給している。
スイッチ14が、実施の形態1と同様に電圧監視回路15により制御されるとともに、マイコン42によっても制御される。このような構成により、外部電源遮断後は、第1の電源供給ラインPS1のコンデンサ12に蓄積された電荷による電圧が内部電源電圧Vdcとして、モータ制御部41とモータ駆動部45とに振り分けられて供給される。
本実施の形態では、このように電源供給を行うことで、まず、モータ制御部41に対する内部電源電圧Vdcの出力保持時間の延長を図っている。そして、この出力保持時間を利用してマイコン42が電源停止時の処理を実行する。さらに、電源停止時の処理が終了次第、コンデンサ12にモータ駆動部45を接続し、内部電源電圧Vdcを急速に低下させて、残留電力による誤作動なども抑制している。
モータ制御装置200に接続されるモータ30、モータ30を制御、駆動するモータ制御部41、およびモータ駆動部45について説明する。
本実施の形態でのモータ制御装置200が駆動するモータ30は、3相のブラシレスモータとしている。モータ30は、巻線31をステータコアに巻回したステータ(図示せず)と、巻線31を通電駆動することで、シャフトを中心に回転するロータ(図示せず)とを備えている。本実施の形態では、モータ30がU相、V相、W相とする3相の巻線31を有する。モータ制御装置200が、パルス幅変調(PWM、Pulse Width Modulation)された駆動信号Drで、各相の巻線31を通電駆動する一例を挙げて説明する。
図3に示すように、モータ制御装置200は、モータ駆動部45と電源装置210とを含む。モータ駆動部45は、モータ30の回転動作を制御するモータ制御部41と、駆動パルス生成部46およびインバータ47を有し、モータ制御部41の指示に従ってモータ30を通電駆動する。電源装置210は、これらに電源供給する。
モータ制御装置200には、例えば、外部の上位コントローラ(図示せず)などからの指令として、回転速度またはトルク量などを指令するための信号である指令信号Cmdが入力される。さらに、モータ30には、制御方式に合わせて、回転速度あるいはトルク量などを検出する検出器32が配置されている。検出器32から検出信号Detが通知される。モータ制御装置200は、モータ30の回転が指令信号Cmdに応じた回転速度およびトルクとなるように、フィードバック制御に基づき、3相分の駆動信号Drを生成する。モータ制御装置200は、生成したそれぞれの駆動信号Drを各巻線31に印加し、モータ30を回転制御する。
モータ制御装置200において、モータ制御部41は、プログラムに基づく処理を実行するマイコン42を備えている。すなわち、モータ制御部41は、プログラムなどの処理手順を示すソフトウェアに従って各処理を実行する機能を有している。モータ制御部41が実行する具体的な処理としては、フィードバック制御に基づく回転制御処理、または、上述のように、外部電源遮断後、マイコン42による電源停止時の処理などがある。
次に、モータ制御部41およびモータ駆動部45によるモータ30の回転制御処理について、速度制御を例に挙げて説明する。
モータ30を所定の回転速度となるように速度制御する場合、まず、モータ制御部41は、フィードバック制御に基づき、次のような回転制御処理を実行する。すなわち、モータ制御部41は、マイコン42による演算処理により、速度指令を示す指令信号Cmdと実際の回転速度を示す検出信号Detとの差である偏差を算出する。次に、モータ制御部41は、算出した偏差に対して、例えば比例積分微分などの演算処理(PID(Proportional−Integral−Differential)処理)を行う。そして、モータ制御部41は、この演算処理の結果に応じた駆動波形信号を生成し、回転制御信号Ddとして駆動パルス生成部46へ出力する。
駆動パルス生成部46は、PWM(パルス幅変調)回路を有しており、回転制御信号Ddのレベルに応じたパルス幅、あるいはデューティ比のパルス信号であるPWM信号Dpを相ごとに生成し、インバータ47へと出力する。インバータ47は、パワースイッチング素子およびダイオードなどで構成されている。インバータ47は、このようなスイッチング素子を用いて、電源装置210から供給された内部電源電圧Vdc’をパルス信号Dpに応じてスイッチングすることにより、巻線31を駆動する駆動信号Drを生成している。
モータ制御部41とモータ駆動部45とのこのような動作により、ロータの回転が指令信号Cmdに追従するように、フィードバック制御が実行される。
以上のように、本実施の形態では、電源装置210に対して、モータ制御部41とモータ駆動部45とを含む負荷220が接続される。
ここで、第1の負荷221であるモータ制御部41と、第2の負荷222であるモータ駆動部45との消費電力を比較した場合、モータ駆動部45は巻線31を通電する電力部であることより、モータ制御部41に比べてモータ駆動部45の消費電力のほうが非常に大きくなる。本実施の形態では、このような差異に注目し、消費電力が少なくかつ制御処理が可能なモータ制御部41に対して、第1の負荷221として他と区別し、外部電源遮断後も動作を継続させる回路として特定している。上述のように消費電力が大きくかつ電源遮断後には継続動作の必要がないモータ駆動部45を、電源供給遮断後は動作不要の第2の負荷222としている。
さらに、本実施の形態のように、モータでの回転などの動きを制御するモータ制御装置200としては、瞬断のような不具合が発生した場合、安全の面から即座にモータの動きを停止させることが好ましい。本実施の形態では、このような観点からも、モータ駆動部45を第2の負荷222としている。これより、外部電源の電源遮断後、電圧供給制御回路13によって、モータ駆動部45への電力供給が即座に停止される。このため、巻線31に駆動電流が流れなくなり、その結果、モータ30の動きもより早く停止する。
瞬断のような不具合に対するモータ制御装置としての安全性をより高めるため、本実施の形態では、モータ制御部41におけるマイコン42が、電源装置210での電源停止時の処理も実行することを特徴としている。
次に、マイコン42による電圧供給制御回路13への電源停止時にする処理について説明する。
電圧供給制御回路13は、実施の形態1と同様、図3に示すように、スイッチ14の一方は、電源供給ラインPS1に接続され、他方が電源供給ラインPS2となる。スイッチ14の開閉は、電圧監視回路15からのスイッチ制御信号Cofに加えて、本実施の形態では、モータ制御部41が有するマイコン42からのスイッチ制御信号Conによっても制御される。さらに、電圧監視回路15からマイコン42に対して、スイッチ制御信号Cofが通知される。
電圧供給制御回路13において、電圧監視回路15は、実施の形態1で説明したように、電源供給ラインPS1での内部電源電圧Vdcの電圧レベルを監視している。電圧監視回路15は、内部電源電圧Vdcが判定用電圧Vcofよりも低い電圧レベルに低下したことを検出すると、外部供給電源20からの外部電源の供給が遮断されたと判断する。この判断に基づいて、電圧監視回路15は、スイッチ14を開状態に制御するためのスイッチ制御信号Cofを出力する。電圧供給制御回路13がこのように動作することで、電源装置210は、外部電源供給が遮断されたと判断すると、第1の電源供給ラインPS1を介した内部電源電圧Vdcの供給は暫くの間だけ継続させるとともに、第2の電源供給ラインPS2を介した内部電源電圧Vdcの供給は停止させる。
すなわち、外部電源遮断後、第2の電源供給ラインPS2を介した消費電力の大きいモータ駆動部45に対しては、電力供給が即座に停止される。このため、外部電源遮断後も、第1の電源供給ラインPS1を介したモータ制御部41への内部電源電圧Vdcの供給は暫くの間だけ継続でき、その間、マイコン42を動作させ続けることができる。
本実施の形態では、この期間を利用したマイコン42の動作により、さらに、スイッチ14を制御する。マイコン42は、まず、電圧監視回路15からのスイッチ制御信号Cofにより、外部供給電源20からの外部電源の供給が遮断されたことを認識する。マイコン42は、この外部電源遮断を認識すると、電源停止時の処理の実行を開始する。マイコン42は、その電源停止時の処理の最後において、スイッチ14に対し、スイッチ14を閉状態に制御するスイッチ制御信号Conを出力する。これにより、外部電源遮断後に一旦開状態となったスイッチ14は、閉状態となり、再度接続されたモータ駆動部45によりコンデンサ12を一気に放電させることになる。
このように、本実施の形態では、第2の電源供給ラインPS2を介した内部電源の供給においては、外部電源遮断後、上述のようなスイッチ14の開閉制御により、一旦、その供給を停止させるとともに、その停止から所定の時間の後、さらに、内部電源の供給が可能な状態に戻している。これにより、コンデンサ12を最終的に完全に放電させており、これによって、残留電力による誤作動などの抑制も図っている。
図4は、本発明の実施の形態2におけるモータ制御装置において、外部電源の電源遮断の前後での内部電源電圧Vdcの電圧レベルを示す図である。図4において、外部電源の供給が遮断された時間を時間t1とし、スイッチ制御信号Cofが発信される時間を時間t2とし、スイッチ制御信号Conが発信される時間を時間t3としている。
図4において、時間t1で、電源入力端子18に接続される外部電源が遮断される。すると、コンデンサ12の両端電圧が放電により低下し、時間t2で、電圧監視回路15が外部電源遮断を検知し、スイッチ制御信号Cofを発信する。スイッチ制御信号Cofによりスイッチ14が開路し、第2の電源供給ラインPS2を介したモータ駆動部45への内部電源電圧Vdcの供給が遮断される。これにより、コンデンサ12からモータ制御部41への内部電源電圧Vdcの供給が延長され、時間t2以降の保持時間Tprを利用して、マイコン42が電源停止時の処理の実行を継続する。マイコン42は、時間t3において、スイッチ14に対し、スイッチ14を閉状態に制御するスイッチ制御信号Conを出力する。これにより、スイッチ14は閉状態に戻り、モータ駆動部45が第1の電源供給ラインPS1に接続されたことで、コンデンサ12の放電速度が早くなり、図4に示すように、内部電源電圧Vdcも急速に0Vに近づいていく。
以上説明したように、本実施の形態のモータ制御装置200は、実施の形態1と同様の電源装置210と、モータ制御部41と、モータ駆動部45とを備えている。モータ制御部41は、マイコン42を含むとともにモータ30の回転を制御する。モータ駆動部45は、モータ制御部41の指示に従ってモータ30を通電駆動する。本実施の形態では、負荷220の一部である第1の負荷221としてモータ制御部41を特定し、電源装置210は、モータ制御部41に対して、第1の電源供給ラインPS1を介し、内部電源電圧Vdcを直接に供給する。一方、電源装置210は、モータ駆動部45に対しては負荷220の他部である第2の負荷222として、電圧供給制御回路13を介して内部電源電圧Vdcを供給する。
以上のように、本実施の形態のモータ制御装置200は、モータ30を駆動および制御するモータ制御装置200であって、実施の形態1と同様の電源装置210と、第1の負荷として、モータ30の回転を制御するモータ制御部41と、第2の負荷として、モータ制御部41の指示に従ってモータ30を通電駆動するモータ駆動部45とを備える。
本実施の形態のモータ制御装置200は、このように構成することで、コンデンサの数を増やすことなどなく、電源供給遮断後も、暫くの間動作が必要として特定したモータ制御部41への電源の給電時間を長くしている。特に、電源供給遮断後、電力部であるモータ駆動部45への内部電源電圧Vdcの供給を即座に停止させるため、モータ制御部41への電源の給電時間をより長くできる。さらに、モータ駆動部45への内部電源電圧Vdcの供給が即座に停止されるため、モータ30の回転などの動きも素早く停止させることができ、瞬断時での安全性の向上も図ることができる。
さらに、本実施の形態のモータ制御装置200では、モータ制御部41のマイコン42を負荷220の一部である第1の負荷221として特定しており、電源装置210が、マイコン42に、第1の電源供給ラインPS1を介し、内部電源電圧Vdcを直接に供給する構成としている。このため、マイコン42は、電源供給遮断後も暫くの期間だけ動作を継続できるため、この間に、マイコン42による電源停止時の処理などを安定して実行させることができる。電源停止時の処理が終了次第、マイコン42がスイッチ14を閉状態に戻るように制御することで、コンデンサ12がモータ駆動部45に接続される。このため、この後、内部電源電圧Vdcが急速に低下する。これによって、残留電力による誤作動なども抑制できる。
このように、本実施の形態のモータ制御装置200は、マイコン42を有してもよい。電源装置210は、マイコン42に対して、内部電源電圧Vdcを供給し、マイコン42は、電圧供給制御回路13が内部電源電圧Vdcの供給を遮断してから所定の時間の後、内部電源電圧Vdcの供給を再開するように電圧供給制御回路13を制御してもよい。
なお、以上の説明では、電圧監視回路15がスイッチ14を開状態に制御し、マイコン42がスイッチ14を閉状態に制御する構成例を挙げて説明した。しかし、電圧監視回路15のみによって、スイッチ14の開閉を制御するような構成であってもよい。すなわち、電圧監視回路15が、電源遮断を検知した後、例えば図4での保持時間Tprとするような所定の期間だけ、スイッチ14を開状態に制御するスイッチ制御信号を発信し、その所定の期間だけモータ駆動部45への内部電源電圧Vdcの供給を遮断する。この所定の期間中にマイコン42が電源停止時の処理を実行するような構成とすればよい。図5は、本発明の実施の形態2におけるモータ制御装置200の他の構成例を示すブロック図である。電源装置210は、電圧監視回路15から出力されたスイッチ制御信号Cofを所定の期間だけ保持するようなタイマ26を備えている。タイマ26の出力がスイッチ14に供給されることで、タイマ26の動作期間だけ、上述のように内部電源電圧Vdcの供給を遮断することができる。このため、このような構成によっても、マイコン42がスイッチ制御信号Conを発信する構成と同様の効果を得ることができる。
また、電源装置210は、電圧供給制御回路13が、内部電源電圧Vdcの低下を検出すると、内部電源電圧Vdcの供給を所定の期間だけ遮断してもよい。
(実施の形態3)
図6は、本発明の実施の形態3における電源装置310を備えた電気機器を示すブロック図である。本実施の形態でも、電気機器の一例として、モータ30を駆動制御するモータ制御装置300を挙げて説明する。
図6に示すように、モータ制御装置300は、電源装置310を備えている。電源装置310から負荷320に対して電力供給される。電源装置310は、実施の形態1と同様に、電源入力端子18を介して、外部供給電源20から、直流の入力電圧Vinの電力供給を受ける。電源装置310に、負荷320が電気的に接続されている。負荷320の動作に必要な所定電圧の電力が、電源装置310から負荷320に対して供給される。
本実施の形態でも、モータ制御装置300の動作時には、内部電源として、直流電圧VCの内部電源電圧Vdcが、負荷320となる各電気回路に対して供給される。さらに、負荷320についても、第1の負荷321と第2の負荷322とに区分している。すなわち、第1の負荷321は、特定した回路で構成され、第1の電源供給ラインPSs1を介して内部電源が供給される。第2の負荷322は、それ以外の回路で構成され、第2の電源供給ラインPSs2を介して内部電源が供給される。負荷320となる電気回路によって、モータ30の回転動作が制御されながら、モータ30が駆動される。
本実施の形態では、実施の形態1との比較において、電圧供給制御回路13に代えて、昇圧回路35を有した電圧供給制御回路33を含む構成としている。本実施の形態は、実施の形態1と比べて、第1の負荷321と第2の負荷322とに対する内部電源の供給の仕方が異なっている。詳細については以下で説明するが、本実施の形態では、このような構成とすることで、外部電源遮断後に暫くの間だけ供給を継続する内部電源としては、コンデンサ12の蓄積電荷による内部電源電圧Vdcを昇圧した電圧とし、これによって第1の負荷321の動作可能時間の延長を図っている。なお、本実施の形態において、実施の形態1と同様の構成要素については、同じ符号を付しており、その説明を援用する。
次に、電源装置310の構成について、電圧供給制御回路33を中心に説明する。電源装置310は、直流電圧VCの内部電源電圧Vdcを生成するための直流電圧出力回路11およびコンデンサ12とともに、第1の負荷321の動作可能時間の延長を図るための電圧供給制御回路33を備えている。
電圧供給制御回路33において、内部電源電圧Vdcをより高い電圧の昇圧電圧Vbstとなるように昇圧するために、昇圧回路35を設けている。さらに、電圧供給制御回路33は、内部電源電圧Vdcを監視し、電源遮断時にはスイッチ切替信号Cselを出力する電圧監視回路15と、スイッチ切替信号Cselにより第1の電源供給ラインPSs1への電源供給の経路を切り替える選択スイッチ34とを備えている。
電圧監視回路15は、実施の形態1と同様に、直流電圧出力回路11の出力電圧Voの電圧レベル、すなわち内部電源電圧Vdcの電圧レベルを監視している。電圧監視回路15は、内部電源電圧Vdcが判定用電圧Vcofよりも低い電圧レベルかどうかによって、外部電源の供給状態を判定し、この判定結果を示すスイッチ切替信号Cselを選択スイッチ34に出力する。
選択スイッチ34(以下、適宜、単にスイッチ34と呼ぶ)の一方側は、2つの端子を選択可能となっており、そのうちの第1の端子が、内部電源電圧Vdcとする直流電圧出力回路11の出力に接続され、そのうちの第2の端子が、内部電源電圧Vdcを昇圧した昇圧電圧Vbstとなる昇圧回路35の出力に接続されている。スイッチ34の他方側は、第1の電源供給ラインPSs1に接続される。すなわち、このような構成により、スイッチ切替信号Cselの指示に応じて、第1の電源供給ラインPSs1には、内部電源電圧Vdcか昇圧電圧Vbstかのいずれかに選択された内部電圧が供給される。図6では、第1の電源供給ラインPSs1の内部電圧を、第1の負荷321に対する内部電源電圧Vdcbとして示している。
内部電源電圧Vdcbについて、具体的には、内部電源電圧Vdcが判定用電圧Vcof以上の電圧レベルであることをスイッチ切替信号Cselが示すとき、スイッチ34は、内部電源電圧Vdcを選択し、第1の電源供給ラインPSs1には内部電源電圧Vdcが供給され、第1の負荷321に対する内部電源電圧Vdcbは、内部電源電圧Vdcとなる。逆に、内部電源電圧Vdcが判定用電圧Vcofよりも低い電圧レベルであることをスイッチ切替信号Cselが示すとき、スイッチ34は、昇圧電圧Vbstを選択し、第1の電源供給ラインPSs1には昇圧電圧Vbstが供給され、第1の負荷321に対する内部電源電圧Vdcbは昇圧電圧Vbstとなる。第1の負荷321に対して、内部電源電圧Vdcbが供給される。
第2の負荷322に対しては、第2の電源供給ラインPSs2を介して、内部電源電圧Vdcを直接に供給する構成例を挙げている。この構成に代えて、第2の負荷322に対し、実施の形態1の第2の電源供給ラインPS2のように、電圧監視回路15で制御される開閉スイッチ14を介して内部電源電圧Vdc’を供給するような構成としてもよい。
このように、実施の形態1の電源装置110は、実施の形態3の電源装置31のように、内部電源電圧Vdcを昇圧した昇圧電圧Vbstを生成する昇圧回路35をさらに備えてもよい。電圧供給制御回路13は、内部電源電圧Vdcの低下を検出すると、第2の負荷122に対する内部電源電圧Vdc’の供給を遮断するとともに、第1の負荷121に対しては、内部電源電圧Vdcの供給から昇圧電圧Vbstの供給に切り替えて内部電源を供給してもよい。
ところで、負荷320に含まれる電気部品によっては動作閾値電圧が高く、電圧低下が許されないデバイスもある。直流電圧出力回路11の出力電圧Voのみでは、時間に比例して内部電源電圧Vdcが低下するため、閾値電圧の高いデバイスから動作を停止してしまう。しかし、昇圧回路35による昇圧電圧Vbstを一定に保つことで、このような閾値電圧の高いデバイスの動作時間を延長することができる。すなわち、第1の負荷321を、閾値電圧の高いデバイスとして特定しておくことで、その動作可能な時間の延長を図ることができる。また、第1の負荷321をマイコンなどとしておくことで、電源遮断後も、動作可能な時間を利用して、マイコンの制御等により機器動作の保護などを行うことができる。
次に、以上のように構成された電源装置310を含むモータ制御装置300の動作について、外部電源が遮断されたときの動作を中心に説明する。
図7は、本発明の実施の形態3における電源装置を備えた電気機器において、外部電源の電源遮断の前後における第1の負荷321に対する内部電源電圧Vdcbの電圧レベルを示す図である。図7では、本実施の形態での電圧レベルの変化を実線で示すとともに、比較例として、電圧供給制御回路33を有さない場合の電圧レベルの変化を点線で示している。図7において、外部電源の供給が遮断された時間を時間t1としている。さらに、判定用電圧Vcofの電圧レベルとしては、実施の形態1と同様に、最低動作電圧VCmin以上かつ標準動作電圧VCnor以下となる範囲内に設定している。
まず、外部電源の供給が継続している期間は、図7に示すように、負荷320に対して、直流電圧VCである内部電源電圧Vdcbが供給されている。
この後、時間t1で、電源入力端子18に接続される外部電源が遮断されると、コンデンサ12の両端電圧は、接続される負荷320によって放電されることにより低下していく。時間t2で、電圧監視回路15は、電圧低下が判定用電圧Vcof以下になることで外部電源遮断を検知し、スイッチ切替信号Cselを発信する。スイッチ切替信号Cselによりスイッチ34が動作し、内部電圧供給の経路が、直流電圧出力回路11の出力から昇圧回路35の出力へと切り替えられる。このことで、昇圧回路35によって第1の負荷321に供給される電圧は、図7の時間t2以降のように、出力保持時間Tbstの期間だけ、電源供給時と同じ直流電圧VCに昇圧される。その後、コンデンサ12の両端電圧は時間経過に伴い減少し、昇圧回路35の動作電圧以下になると、第1の負荷321への電圧供給は停止される。
本実施の形態では、図7で示すように、昇圧回路35により第1の負荷321への供給電圧の低下開始までの時間を延ばすことで、出力保持時間を延長することができる。
以上のように、本実施の形態の電源装置310は、負荷320に対して内部電源を供給する電源装置310であって、外部供給電源20から直流の内部電源電圧Vdcを生成する直流電圧出力回路11と、内部電源電圧Vdcに接続されるコンデンサ12と、内部電源電圧Vdcを昇圧した昇圧電圧を生成する昇圧回路35と、内部電源電圧Vdcの電圧レベルを監視し、内部電源電圧Vdcの低下を検出すると、内部電源電圧Vdcの供給から昇圧電圧の供給に切り替えて内部電源を供給する電圧供給制御回路33とを備える。負荷320の一部に対しては、電圧供給制御回路33を介して内部電源を供給する。
本実施の形態は、以上のように構成することで、コンデンサの数を増やしたり容量を増加させたりすることなく、電源供給遮断後も暫くの動作が必要な第1の負荷321に対する電源の給電時間を長くしている。そして、長くなった電源給電時間を利用して、例えば、モータ制御装置での瞬断時における動作保護などを行うことができる。
以上のように、本発明にかかる電源装置は、電圧保持用のコンデンサの数または容量を増やさずに、内部電源の出力保持時間を延長できる。このため、本発明にかかる電源装置は、例えば本発明のモータ制御装置、または、一般の電気機器での電源装置として有用である。
11 直流電圧出力回路
12 コンデンサ
13,33 電圧供給制御回路
14 開閉スイッチ
15 電圧監視回路
18 電源入力端子
19 電源出力端子
20 外部供給電源
26 タイマ
30 モータ
31 巻線
32 検出器
34 選択スイッチ
35 昇圧回路
41 モータ制御部
42 マイクロコントローラ(マイコン)
45 モータ駆動部
46 駆動パルス生成部
47 インバータ
100,200,300 モータ制御装置
110,210,310 電源装置
120,220,320 負荷
121,221,321 第1の負荷
122,222,322 第2の負荷