JP2001075659A - 電源制御方法及び回路並びに電源装置 - Google Patents
電源制御方法及び回路並びに電源装置Info
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Abstract
置に関し、小型軽量化及び低コスト化を可能とし、安
定、且つ、安全な動作を保証でき、電源装置を使用する
電子機器の保護も十分に行うことを可能とすることを目
的とする。 【解決手段】 電源の出力を制御する電源制御回路にお
いて、入力温度情報に基づいて最大定格出力を可変設定
する設定部を備えるように構成する。
Description
路並びに電源装置に係り、特に定格出力が設定可能な電
源制御方法及び回路並びに電源装置に関する。ノート型
パーソナルコンピュータ(以下、パソコンと言う)等の
電子機器は、電源としてACアダプタ等の電源装置を使
用可能な構成となっている。このような電源装置は、電
子機器が使用する最大電力を供給できることが電源とし
ての仕様である。
は、予め定められた出力電圧及び出力電流があり、これ
らを定格出力と言う。電源装置は、この定格出力での連
続使用に対して、電源装置の寿命や電源装置の温度上昇
等が、予め定められた値であることを保証している。
力で連続運転を保証するために、電源装置のサイズやコ
スト等に制約が生じている。特に、定格出力での連続運
転で問題となるのは、電源装置内の電源回路の発熱によ
る電源装置の温度上昇である。他方、ノート型パソコン
等の電子機器の動作を調べて見ると、実際には定格出力
での連続運転は存在しない。例えば、ノート型パソコン
内の回路は、種々の回路素子で構成されているが、これ
らの回路素子は全てが常に動作している訳ではない。ノ
ート型パソコンの動作は、パソコン上で動作するアプリ
ケーションプログラムに依存しており、その時々に応じ
て動作する回路が異なる。
コン通信等の通信機能を使用している時は、ノート型パ
ソコンを電話回線と接続するためのモデムに関連する回
路が動作してるが、通信機能を使用しない時は、モデム
に関連する回路は動作していない。同様に、ノート型パ
ソコンがアプリケーションプログラムを読み出したり、
プログラムの実行でデータの読み出しやデータの書き込
みを行っている時は、ハードディスクドライブの読み出
しや書き込みに関連する回路が動作しているが、プログ
ラムが数値の演算を行っている場合やオペレータからの
入力待ちの状態では、ハードディスクドライブの読み出
しや書き込みに関連する回路は動作していない。
は、プログラムの動作に応じて時々刻々変化しており、
最大電力消費時に比べると、平均消費電力は、かなり低
く、最大電力消費時の約半分程度である。そこで、例え
ばACアダプタを小型軽量化及び低コスト化するため
に、ノート型パソコンの消費電力の実態に合わせてAC
アダプタが連続運転可能な定格電力を仕様上の定格出力
として定義して、極めて短い時間に限って定格出力より
大きな電力を取り出せるようにACアダプタを構成する
方法が考えられる。しかし、定格出力より大きな電力を
ACアダプタから取り出し可能とする場合、この定格出
力より大きな電力の使用時間は、ACアダプタを使用す
るノート型パソコン側の設計では制限することができな
い。つまり、ノート型パソコンの使用電力は、動作する
アプリケーションプログラムやノート型パソコンの使用
方法によって大きく左右され、上記定格出力より大きな
電力の使用時間を極めて短い所定時間以下に保証するこ
とは、実質的に不可能である。又、ノート型パソコンが
本来使用するべきACアダプタとは異なるタイプのAC
アダプタを使用した場合には、定格出力より大きな電力
の使用時間を制限することは不可能である。
も、特に問題は発生しない。ところが、上記定格出力よ
り大きな電力を長時間使用すると、ACアダプタ内の電
源回路の発熱により、ACアダプタの異常な発熱が生じ
てしまい、ACアダプタが故障したり、ACアダプタの
誤動作によりACアダプタを使用するノート型パソコン
側に故障が発生したり、最悪の場合にはACアダプタか
ら発火する可能性もある。従って、この考えられる方法
では、ACアダプタを小型軽量化及び低コスト化するこ
とができても、ACアダプタの安定、且つ、安全な動作
を保証することはできず、又、ACアダプタを使用する
ノート型パソコンの保護が不十分となり、実用的ではな
い。
は、上記問題点を考慮して、電源装置を使用する電子機
器の最大消費電力を求めておき、この最大消費電力で電
子機器が長時間連続動作しても電源装置内の電源回路に
異常な発熱が発生したり、故障が発生しないように、電
源装置の定格出力を設定している。このような電源装置
は、スイッチングレギュレータを用いる。
電力を考慮した電源装置の設計では、電源装置の小型軽
量化及び低コスト化は難しく、電源装置の安定、且つ、
安全な動作を保証することはできず、更に、電源装置を
使用する電子機器の保護を十分に行うことができないと
いう問題があった。そこで、本発明は、小型軽量化及び
低コスト化が可能であり、安定、且つ、安全な動作を保
証でき、電源装置を使用する電子機器の保護も十分に行
うことが可能な電源制御方法及び回路並びに電源装置を
提供することを目的とする。
力を制御する電源制御方法において、温度に基づいて最
大定格出力を可変設定する設定ステップを含む電源制御
方法によって達成できる。本発明によれば、定格出力を
超える過負荷状態を許容時間内であれば許容し、許容時
間を超えて過負荷状態が続く場合は最大許容定格出力を
減少させて、電源回路の異常な温度上昇を比較的簡単な
構成で確実に防止することができる。
り、該交流又は直流入力を該入力とは異なる直流出力に
変換する変換ステップを更に含んでも良い。この場合、
小型、安価で、安定で安全な動作を保証できるACアダ
プタやDCアダプタを実現できる。前記設定ステップ
は、前記温度に基づいて最大定格電流を可変設定しても
良い。
制御回路において、入力温度情報に基づいて最大定格出
力を可変設定する設定部を備えた電源制御回路によって
も達成できる。本発明によれば、定格出力を超える過負
荷状態を許容時間内であれば許容し、許容時間を超えて
過負荷状態が続く場合は最大許容定格出力を減少させ
て、電源制御回路の異常な温度上昇を比較的簡単な構成
で確実に防止することができる。
前記入力とは異なる直流出力に変換する制御回路を含む
構成とすることもできる。前記設定部は、前記入力温度
情報に基づいて最大定格電流を可変設定する構成であっ
ても良い。前記設定部は、前記入力温度情報及び基準情
報に基づいて前記最大定格出力を可変設定する構成であ
り、該基準情報は電源制御回路の出力電流及び/又は出
力電圧の定格値を示しても良い。
入力を該入力とは異なる直流出力に変換する電源装置に
おいて、入力温度情報に基づいて最大定格出力を可変設
定する電源制御回路を備えた電源制御装置によっても達
成できる。本発明によれば、定格出力を超える過負荷状
態を許容時間内であれば許容し、許容時間を超えて過負
荷状態が続く場合は最大許容定格出力を減少させて、電
源装置内の異常な温度上昇を比較的簡単な構成で確実に
防止することができる。
基づいて最大定格電流を可変設定する構成であっても良
い。前記電源制御回路は、前記入力温度情報及び基準情
報に基づいて前記最大定格出力を可変設定する構成であ
り、該基準情報は電源制御回路の出力電流及び/又は出
力電圧の定格値を示しても良い。
情報を前記電源制御回路に入力する温度検出部を更に備
えた構成とすることもできる。従って、本発明によれ
ば、小型軽量化及び低コスト化が可能であり、安定、且
つ、安全な動作を保証でき、電源装置を使用する電子機
器の保護も十分に行うことが可能な電源制御方法及び回
路並びに電源装置を提供することができる。
法、電源制御回路及び電源装置の各実施例を、図面と共
に説明する。
を示す図である。電源装置の第1実施例では、本発明に
なる電源制御方法の第1実施例及び本発明になる電源制
御回路の第1実施例を採用する。第1実施例では、本発
明がスイッチングレギュレータを用いて交流入力を直流
出力に変換するACアダプタに適用されている。
流入力を整流するための整流回路1と、整流回路1を介
して得られる交流入力を電圧の異なる直流出力に変換す
るための電圧変換回路2と、電圧変換回路2を介して得
られる直流出力を整流するための整流回路3と、整流回
路3を介して得られる直流出力を制御するための出力制
御回路4と、整流回路3を介して得られる直流出力の状
態を電圧変換回路2へフィードバックするためのカプラ
5と、ACアダプタ内の温度を検出するための温度検出
部6とからなる。
整流ダイオードD1〜D4と、整流されたAC入力を平
滑するための平滑コンデンサC1とからなる。電圧変換
回路2は、同図に示す如く接続された電圧変換用のトラ
ンスT1と、トランスT1を流れる電流をオン/オフす
るためのトランジスタTr1と、トランジスタTr1の
オン/オフを制御するためのドライブ回路21とからな
る。
整流ダイオードD5と、整流ダイオードD5で整流され
た電圧変換回路2からの直流出力を平滑するための平滑
コンデンサC2とからなる。出力制御回路4は、同図に
示す如く接続され、整流回路3を介して得られる直流出
力を検出するためのセンス抵抗R0と、ACアダプタの
出力電流及び出力電圧を制御する制御するための電源制
御回路41とからなる。この電源制御回路41は、温度
情報に基づいてACアダプタの最大定格出力を可変設定
する設定部を構成する。
1の二次側の出力制御の状態を、トランスT1の一次側
に伝えるために設けられた周知の回路であり、電源制御
回路41の出力を供給される。トランスT1の一次側と
二次側とを絶縁するために、カプラ5は例えばフォトカ
プラから構成される。温度検出部6は、ACアダプタ内
の温度を検出して得られる温度情報を、後述するように
出力制御回路4内の電源制御回路41に供給する。温度
検出部6は、ACアダプタ内に設けられていれば良く、
特に配置は限定されないが、回路動作に伴い発熱する箇
所、即ち、電源制御回路41の周辺箇所に設けられてい
ることが望ましい。
内の電源制御回路41の構成の一実施例を示す図であ
る。電源制御回路41は、同図に示す如く接続された電
圧増幅器AMP1と、誤差増幅器ERA1,ERA2
と、三角波発振器42と、パルス幅変調(PWM)制御
回路43と、端子44〜48とからなる。本実施例で
は、電源制御回路41は単一の半導体集積回路装置(半
導体チップ)で構成されている。この半導体チップは、
整流回路1,3や電圧変換回路2の回路素子を含んでも
良い。
と、電圧増幅器AMP1の反転入力端子及び非反転入力
端子とに接続されており、電圧増幅器AMP1は、セン
ス抵抗R0を流れる電流により生じる電圧降下を測定
し、センス抵抗R0を流れる電流に比例する電圧を出力
する。誤差増幅器ERA1は、非反転入力端子に入力さ
れる電圧増幅器AMP1の出力電圧と、反転入力端子に
入力される基準電圧e3’とを比較し、誤差電圧をPW
M制御回路43に入力する。端子に44に入力される基
準電圧e3’は、ACアダプタの出力電流を決定するも
ので、基準電圧源e3からの基準電圧e3を、抵抗R1
とサーミスタTh1とにより分圧することで得られる。
他方、誤差増幅器ERA2は、反転入力端子に入力され
る端子47からの電圧と、非反転入力端子に入力される
端子45からの基準電圧e2とを比較し、誤差電圧をP
WM制御回路43に入力する。端子45に入力される基
準電圧e2は、ACアダプタの出力電圧を決定するもの
で、基準電圧源e2から得られる。
端子に夫々誤差増幅器ERA1,ERA2の出力電圧を
入力され、1つの反転入力端子に三角波発振器42から
の三角波電圧を入力される一種の電圧比較器であり、入
力電圧に応じて出力パルス幅のオン期間を制御する。P
WM制御回路43の出力パルス電圧は、端子48から出
力されて図1に示すカプラ5に入力される。
16V/3.0Aであり、出力電圧16Vは基準電圧e
2により決定され、出力電流3.0Aは基本的には基準
電圧e3’により決定される。仮に、この基準電圧e
3’が固定であったとすると、ACアダプタに接続され
た電子機器等の負荷側が3.0Aを超える出力電流を要
求する過負荷状態になると、定格出力電流は3.0Aに
制限されるため、ACアダプタの出力電圧は低下する。
ACアダプタの出力電圧が低下することで、過負荷状態
でのACアダプタの異常発熱が防止される。
であると、ACアダプタの定格出力は16V/3.0A
であるため、ACアダプタを使用する電子機器の最大消
費電流は3.0Aを超えられない。3.0Aを超える過
負荷状態では、ACアダプタの出力電圧が低下してしま
う。従って、ACアダプタの出力特性は、負荷側が要求
する出力電流が3.0A以下であれば図3に示すように
なる。又、負荷側が要求する出力電流が3.0Aを超え
ると図4にハッチングで示すように過負荷状態の領域が
発生し、この過負荷状態の領域で所定時間以上の連続運
転を行うことができるようにしてしまうと、ACアダプ
タの異常発熱を起こしてしまう。図3及び図4中、縦軸
はACアダプタの出力電圧、横軸はACアダプタの出力
電流を示す。
3’がACアダプタ内の温度に応じて変化する。サーミ
スタTh1の抵抗値は、ACアダプタ内の温度に応じて
変化する。このため、温度が低い時はサーミスタTh1
の抵抗値が大きくなり、温度が高い時はサーミスタTh
1の抵抗値が小さくなる。この結果、基準電圧e3を抵
抗R1とサーミスタTh1とで抵抗分割して得られる基
準電圧e3’は、温度が低い時は高くなり、温度が高い
時は低くなる。
Th1の抵抗値を示す図である。同図は、サーミスタT
h1の温度変化に対する抵抗値ThR及び出力電圧Th
Oの変化を示す。又、図6は、ACアダプタの出力電流
を決定する基準電圧e3’が温度変化に応じて変化する
様子を示す図である。同図中、縦軸は電圧、横軸は温度
を示す。
1は、センス抵抗R0での電圧降下が基準電圧e3’と
比較して大きければ低い電圧を出力し、小さければ高い
電圧を出力する。又、誤差増幅器ERA2は、端子47
に接続されたセンス抵抗R0の端子における電圧が基準
電圧e1と比較して大きければ低い電圧を出力し、小さ
ければ高い電圧を出力する。
時には、誤差増幅器ERA1,ERA2の出力電圧ER
A1,ERA2及び三角波発振器42の三角波出力電圧
は図7(a)に示すようになり、PWM制御回路43の
出力電圧PWMは同図(b)に示す如きパルス電圧とな
る。又、ACアダプタの出力電流制御時には、誤差増幅
器ERA1,ERA2の出力電圧ERA1,ERA2及
び三角波発振器42の三角波出力電圧は図8(a)に示
すようになり、PWM制御回路43の出力電圧PWMは
同図(b)に示す如きパルス電圧となる。図7及び図8
中、縦軸は夫々の電圧の振幅を示し、横軸は時間を示
す。
は、ACアダプタの定格出力電流を超えて使用可能な最
大定格出力電流は増加する。他方、ACアダプタ内の温
度が高い時は、基準電圧e3’が温度上昇と共に低下す
るので、ACアダプタの出力電流は基準電圧e3’に基
づいて制限され、ACアダプタの最大定格出力電流は小
さくなる。
9に示すようになる。同図中、縦軸はACアダプタの出
力電圧、横軸はACアダプタの出力電流を示す。上記の
如く、本実施例では、ACアダプタの定格出力が、定格
出力電圧16V、定格出力電流3.0Aに設定されてい
る。図9は、ACアダプタ内の温度が60℃の時でも、
この定格出力で連続動作できることが保証されているこ
とを示す。
は、本来の定格出力が16V/3.0Aであるのに対し
て、定格出力を超える最大定格出力として、5.0Aま
での最大定格電流が許容されている。しかし、この5.
0Aの最大定格電流での使用が所定時間連続してACア
ダプタ内の温度が45℃まで上昇すると、過負荷として
許容される最大定格電流は4.0Aまで減少し、ACア
ダプタ内の温度を減少させる方向に動作する。この状態
でACアダプタの過負荷状態が解消されれば、ACアダ
プタ内の温度上昇は止まる。他方、ACアダプタ内の温
度が45℃まで上昇した時点でも過負荷状態が解消され
ずに連続していると、ACアダプタ内の温度は上昇を続
け、温度が60℃まで上昇すると最大定格電流は3.0
Aに制限される。このように、ACアダプタの出力電流
が3.0Aの状態は、定格出力状態であるので、ACア
ダプタ内の温度はこれ以上上昇することはない。
プタ内の温度に応じて最大定格電流を可変設定するの
で、定格電流を超えた過負荷状態が許容時間内で連続し
ても、ACアダプタの最大定格電流を維持する。他方、
許容時間を超えて過負荷状態が連続する場合には、最大
定格電流を自動的に減少させて、ACアダプタ内の温度
が異常上昇しないようにすることができる。
は、温度検出部6にはサーミスタTh1を用いている
が、温度検出を行える素子や装置であれば、温度検出部
6はこれに限定されるものではない。例えば、ゼーベッ
ク効果(Seebeck effect)を用いる熱電
対(thermocouple)を温度検出部6に用い
ることも可能である。
を説明する。電源装置の第2実施例では、本発明になる
電源制御方法の第2実施例及び本発明になる電源制御回
路の第2実施例を採用する。第2実施例でも、本発明が
スイッチングレギュレータを用いて交流入力を直流出力
に変換するACアダプタに適用されている。電源装置の
第2実施例の基本構成は、図1に示す上記第1実施例の
場合と同じであるので、その図示及び説明は省略する。
第2実施例では、電源制御回路41の代わりに、図10
に示す電源制御回路41−1を使用する。図10中、図
2と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略す
る。
制御回路41−1は端子49を更に有し、図2に示す誤
差増幅器ERA1の代わりに3入力の誤差増幅器ERA
1−1を使用する。端子49には基準電圧e1が入力さ
れ、この基準電圧e1は誤差増幅器ERA1−1の第2
の非反転入力端子に入力される。従って、誤差増幅器E
RA1−1において、基準電圧e3’の方が基準電圧e
1より低い時には基準電圧e3’が電圧増幅器AMP1
の出力電圧との比較に用いられ、基準電圧e3’の方が
基準電圧e1より高い時には基準電圧e1が電圧増幅器
AMP1の出力電圧との比較に用いられる。誤差増幅器
ERA1−1の反転入力端子には、センス抵抗R0を流
れる電流に比例した電圧を作成する電圧増幅器AMP1
の出力電圧が入力されるので、誤差増幅器ERA1−1
の非反転入力端子に入力される基準電圧に応じた出力電
流が、ACアダプタの出力電流となる。
は、ACアダプタの定格出力電流を超えて使用可能な最
大定格出力電流は大きくなるが、或る温度を境にして基
準電圧e1で制限される電流値に制限される。他方、A
Cアダプタ内の温度が高い時は、基準電圧e3’が温度
上昇と共に低下するので、ACアダプタの出力電圧は基
準電圧e3’に基づいて制限され、ACアダプタの最大
定格出力電流は小さくなる。この結果、ACアダプタの
出力特性は、上記第1実施例の場合と同様に、図9に示
すようになる。
を説明する。電源装置の第3実施例では、本発明になる
電源制御方法の第3実施例及び本発明になる電源制御回
路の第3実施例を採用する。第3実施例では、本発明が
直流入力を直流入力とは異なる直流出力に変換するDC
アダプタに適用されている。図11は、電源装置の第3
実施例を示す図である。同図中、図1と同一部分には同
一符号を付し、その説明は省略する。本実施例では、直
流(DC)入力は、例えばカーバッテリからなる直流電
源50から得られ、電圧変換回路2に直接入力される。
これにより、出力制御回路4からは、直流入力とは異な
る直流出力が得られる。つまり、本実施例は、図1に示
す整流回路1が省略されている点を除けば、上記第1実
施例と同じ構成を有する。
本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明
の範囲内で種々の変形及び改良か可能であることは言う
までもない。
ト化が可能であり、安定、且つ、安全な動作を保証で
き、電源装置を使用する電子機器の保護も十分に行うこ
とが可能な電源制御方法及び回路並びに電源装置を提供
することができる。
ある。
施例を示す図である。
が固定である場合のACアダプタの出力特性を示す図で
ある。
力特性を示す図である。
す図である。
温度変化に応じて変化する様子を示す図である。
路に入力される電圧を示す図である。
路に入力される電圧を示す図である。
示す図である。
電源制御回路の構成の一実施例を示す図である。
である。
Claims (11)
- 【請求項1】 電源の出力を制御する電源制御方法にお
いて、 温度に基づいて最大定格出力を可変設定する設定ステッ
プを含む、電源制御方法。 - 【請求項2】 前記電源の入力は交流又は直流入力であ
り、該交流又は直流入力を該入力とは異なる直流出力に
変換する変換ステップを更に含む、請求項1記載の電源
制御方法。 - 【請求項3】 前記設定ステップは、前記温度に基づい
て最大定格電流を可変設定する、請求項1又は2記載の
電源制御方法。 - 【請求項4】 電源の出力を制御する電源制御回路にお
いて、 入力温度情報に基づいて最大定格出力を可変設定する設
定部を備えた、電源制御回路。 - 【請求項5】 交流又は直流入力を前記入力とは異なる
直流出力に変換する制御回路を含む、請求項4記載の電
源制御回路。 - 【請求項6】 前記設定部は、前記入力温度情報に基づ
いて最大定格電流を可変設定する、請求項4記載の電源
制御回路。 - 【請求項7】 前記設定部は、前記入力温度情報及び基
準情報に基づいて前記最大定格出力を可変設定し、該基
準情報は電源制御回路の出力電流及び/又は出力電圧の
定格値を示す、請求項4記載の電源制御回路。 - 【請求項8】 電源のからの交流又は直流入力を該入力
とは異なる直流出力に変換する電源装置において、 入力温度情報に基づいて最大定格出力を可変設定する電
源制御回路を備えた、電源制御装置。 - 【請求項9】 前記電源制御回路は、前記入力温度情報
に基づいて最大定格電流を可変設定する、請求項8記載
の電源装置。 - 【請求項10】 前記電源制御回路は、前記入力温度情
報及び基準情報に基づいて前記最大定格出力を可変設定
し、該基準情報は電源制御回路の出力電流及び/又は出
力電圧の定格値を示す、請求項8記載の電源装置。 - 【請求項11】 温度を検出して前記入力温度情報を前
記電源制御回路に入力する温度検出部を更に備えた、請
求項8〜10のいずれか1項記載の電源装置。
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24638999A JP3642398B2 (ja) | 1999-08-31 | 1999-08-31 | 電源制御方法及び回路並びに電源装置 |
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