JP2004222365A - 変圧制御装置および電源装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ＰＦＣ回路などの歪み抑制手段への駆動電力の供給を制御できる変圧制御装置を提供する。
【解決手段】 ＩＣ２０は、フォトトランジスタＴｒ３０からの光に応じたパルス信号を基にトランジスタＴｒ２をオン／オフする。電磁誘導により、２次巻線１６に生じた電圧を基に、ＰＦＣ待機制御回路１７が、ＩＣ２１を待機状態にする。ＩＣ２１は、トランジスタＴｒ１をオン／オフして１次巻線１４ａに供給される電流の歪みを抑制する回路である。
【選択図】 図１
【解決手段】 ＩＣ２０は、フォトトランジスタＴｒ３０からの光に応じたパルス信号を基にトランジスタＴｒ２をオン／オフする。電磁誘導により、２次巻線１６に生じた電圧を基に、ＰＦＣ待機制御回路１７が、ＩＣ２１を待機状態にする。ＩＣ２１は、トランジスタＴｒ１をオン／オフして１次巻線１４ａに供給される電流の歪みを抑制する回路である。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スイッチング・レギュレータなどに用いられる変圧制御装置に関し、特に、ＰＦＣ回路の待機動作に特徴を有する変圧制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電源装置には、商用電源からの交流を整流して所望の直流を得るスイッチング・レギュレータが設けられている。
ところで、交流を整流すると、平滑回路を流れる電流に歪み波形が生じ、電源の利用効率を示す力率が損なわれる。また、歪み電流波形によって高調波が発生してしまう。
そのため、従来から、スイッチング・レギュレータの１次回路には、スイッチング素子のスイッチング動作により、上述した電流の歪み波形を抑制するＰＦＣ（Ｐｏｗｅｒ Ｆａｉｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ）回路が設けられている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−２１８７６０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、環境保護などの観点から、待機電力を低減したいという要請がある。
しかしながら、従来のスイッチング・レギュレータでは、無負荷状態においても上述したＰＦＣ回路が動作状態（駆動状態）になっており、待機電力を十分に低減できないという問題がある。
【０００５】
本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みてなされ、ＰＦＣ回路などの歪み抑制手段への駆動電力の供給を制御できる変圧制御装置および電源装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述した従来技術の問題点を解決し、上述した目的を達成するために、第１の発明の変圧制御装置は、２次側の巻線との間の電磁誘導により変圧を行う１次側の第１の巻線に供給する電流を制御する変圧制御装置であって、前記第１の巻線に供給される電流の歪みを抑制する歪み抑制手段と、前記第１の巻線との間で電磁誘導を生じる第２の巻線と、前記第２の巻線の前記電磁誘導によって得られた所定の指標を基に、前記歪み抑制手段への駆動電力の供給を制御する制御手段とを有する。
【０００７】
第１の発明の変圧制御装置の作用は以下のようになる。
歪み抑制手段が、第１の巻線に供給される電流の歪みを抑制する。
そして、第２の巻線に、前記第１の巻線との間で電磁誘導を生じる。
そして、制御手段が、第２の巻線と、前記第２の巻線の前記電磁誘導によって得られた所定の指標を基に、前記歪み抑制手段への駆動電力の供給を制御する。
【０００８】
また、第１の発明の変圧制御装置は、好ましくは、前記２次側の巻線に生じた電圧に応じた前記２次側の出力電圧と基準電圧との差分に応じた指標を基に、前記第１の巻線への電流供給の有無を切り換える切換手段をさらに有する。
また、第１の発明の変圧制御装置は、好ましくは、前記制御手段は、前記第２の巻線に前記電磁誘導により生じた電圧を、前記駆動電力として前記歪み抑制手段に供給する。
また、第１の発明の変圧制御装置は、好ましくは、前記制御手段は、前記第２の巻線に前記電磁誘導によって生じる電圧を平均化した平均電圧を生成する平均化手段と、前記平均化手段が生成した前記平均電圧を基に、前記歪み抑制手段への駆動電力の供給を制御する電力供給制御手段とを有する。
また、第１の発明の変圧制御装置は、好ましくは、前記第１の巻線に供給される電流が流れるコイルと、前記コイルを経て前記第１の巻線へ供給される電流を平滑化するコンデンサとをさらに有し、前記歪み抑制手段は、前記コンデンサと並列に設けられた歪み制御用切換手段と、前記１次回路への入力電圧が前記コンデンサの両端の電圧より低い場合に、前記入力電圧が前記コンデンサの両端の電圧より高い場合に比べて、前記制御用切換手段を接続状態にする時間を長くする歪み制御手段とを有する。
【０００９】
第２の発明の電源装置は、１次回路の第１の巻線と２次回路の第２の巻線との間の電磁誘導により、前記１次回路の入力電圧を変圧した出力電圧を前記２次回路から出力する電源装置であって、前記１次回路は、前記２次回路から受けた第１の指標を基に、前記第１の巻線への電流供給の有無を切り換える切換手段と、前記第１の巻線へ供給される電流の歪みを抑制する歪み抑制手段と、前記第１の巻線との間で電磁誘導を生じる第３の巻線と、前記第３の巻線の前記第１の巻線との間の前記電磁誘導によって得られた第２の指標を基に、前記歪み抑制手段への駆動電力の供給を制御する制御手段とを有し、前記２次回路は、前記第２の巻線に生じた電圧に応じた前記２次側の出力電圧と基準電圧との差分に応じた前記第１の指標を前記切換手段に提供する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係わる電源装置について説明する。
図１は、本実施形態の電源装置１の構成図である。
図１に示すように、電源装置１は、例えば、１次回路２と２次回路３とを有する。
電源装置１では、１次回路２が、交流電圧ＶＩＮを入力し、トランジスタＴｒ２のオン／オフ動作をパルス信号を基に切り換えながら、整流および平滑化し、２次巻線１４ａを流れる電流により、２次巻線１４に電磁誘導を生じさせる。
そして、２次回路３が、１次回路２当該電磁誘導により、２次巻線１４ｂに生じた電圧を平滑化して直流電圧Ｖｏｕｔ が２次回路３から出力される。
電源装置１では、２次回路３が無負荷状態のときに、ＰＦＣ動作を行うＩＣ２１への電力供給がＰＦＣ待機制御回路１７によって停止される。
【００１１】
〔１次回路２〕
１次回路２は、例えば、入力端子１０ａ，１０ｂ、整流回路１１、コンデンサＣ１、チョ−クコイル１２、ＰＦＣ回路１３、平滑化コンデンサＣ２、トランジスタＴｒ２、トランス１４を構成する１次巻線１４ａ、２次巻線１６、ダイオードＤ１，Ｄ２、フォトトランジスタＴｒ１０、ＩＣ２０およびＰＦＣ待機制御回路１７を有する。
ここで、ＰＦＣ待機制御回路１７が本発明の歪み抑制手段に対応し、ＰＦＣ待機制御回路１７が本発明の制御手段に対応している。
また、チョークコイル１２が本発明のコイル、コンデンサＣ２が本発明の平滑化コンデンサに対応している。
また、トランジスタＴｒ１が本発明の歪み制御用切換手段に対応し、ＩＣ２１が本発明の歪み制御手段に対応している。
また、１次巻線１４ａが本発明の第１の発明の第１の巻線に対応している。
また、２次巻線１６が第１の発明の第２の巻線、第２の発明の第３の巻線に対応している。
また、２次巻線１４ｂが第２の発明の第２の巻線に対応している。
【００１２】
入力端子１０ａ，１０ｂの間に、交流電圧ＶＩＮが印加される。
整流回路１１は、例えば、全波整流回路である。
コンデンサＣ１の一端は、チョークコイル１２の一端に接続されている。
チョークコイル１２の他端は、ＰＦＣ回路１３のダイオードＤ０のアノード、並びにトランジスタＴｒ１のドレインに接続されている。
また、トランジスタＴｒ１のソースは、コンデンサＣ１および平滑化コンデンサＣ２の一端に接続されている。
トランジスタＴｒ１のゲートには、ＩＣ２１からのパルス信号が印加される。
トランジスタＴｒ１は、例えば、ＭＯＳＦＥＴである。
【００１３】
ダイオードＤ０のカソードは、平滑化コンデンサＣ２の他端、並びに１次巻線１４ａの一端に接続されている。
平滑化コンデンサＣ２の他端は、トランジスタＴｒ２のソースに接続されている。
トランジスタＴｒ２のドレインは、１次巻線１４ａの他端に接続されている。
１次巻線１４ａは、１次巻線１４ｂと共にトランス４を構成し、コア１５を介して１次巻線１４ｂとの間で電磁誘導を生じる。
トランジスタＴｒ２のゲートには、ＩＣ２０からのパルス信号が印加される。
トランジスタＴｒ２は、例えば、ＭＯＳＦＥＴである。
【００１４】
２次巻線１６は、２次巻線１４ａと極性が逆であり、コア１５を介して１次巻線１４ａとの間の電磁誘導により、両端に電圧Ｖ２ を生じる。
２次巻線１６の一端は、ダイオードＤ１のアノード、並びにダイオードＤ２のカソードに接続されている。
２次巻線１６の他端は、コンデンサＣ１０の一端、抵抗Ｒ１の一端、ＩＣ２０の第１の電源端子、抵抗４の一端、ＩＣ２１の第１の電源端子に接続されている。
【００１５】
ダイオードＤ１のカソードは、ＩＣ２０の第２の電源端子、抵抗Ｒ２の一端、並びにトランジスタＴｒ１のエミッタに接続されている。
コンデンサＣ１０の他端は、ダイオードＤ２のアノード、抵抗Ｒ１の他端、ツェナダイオードＤ３のアノード、コンデンサＣ１１の一端に接続されている。
コンデンサＣ１１の他端は、抵抗Ｒ４の他端、並びにトランジスタＴｒ１１のコレクタに接続されている。
ツェナダイオードＤ３のカソードは、抵抗Ｒ３の一端に接続されている。
トランジスタＴｒ１２のベースは、トランジスタＴｒ１１のエミッタに接続されている。
トランジスタＴｒ１１のベースは、抵抗Ｒ２の他端、並びに抵抗Ｒ３の他端に接続されている。
トランジスタＴｒ１１，Ｔｒ１２、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４、コンデンサＣ１０，１１、ツェナダイオードＤ３によってＰＦＣ待機制御回路１７が構成される。
【００１６】
トランジスタＴｒ１０は、２次回路３のフォトダイオードＤ３０からの光（第１の発明における差分に応じた指標、第２の発明の第１の指標）を受光している期間、コレクタ・エミッタ間に電流を流す（オンになる）。
ＩＣ２０は、トランジスタＴｒ１０のコレクタ・エミッタ間の電流を基に決定したパルス幅のパルス信号を生成し、これをトランジスタＴｒ２のゲートに出力する。
具体的には、ＩＣ２０は、トランジスタＴｒ１０がオンの期間が長くなるに従って、すなわち、オペアンプ４０の出力端子の電位が高くになるに従って、正のパルスのパルス幅を狭めて上記パルス信号を生成する。
【００１７】
ＩＣ２０は、定格負荷状態において、トランジスタＴｒ２のオン／オフ動作により、図２（Ａ）に示す波形を上下逆転した波形の電圧Ｖ１を１次巻線１４ａの両端に生じさせるように、トランジスタＴｒ２のゲートにパルス信号を印加する。
また、ＩＣ２０は、無負荷状態において、トランジスタＴｒ２のオン／オフ動作により、図２（Ｂ）に示す波形を上下逆転した波形の電圧Ｖ１を１次巻線１４ａの両端に生じさせるように、トランジスタＴｒ２のゲートにパルス信号を印加する。
ここで、定格負荷状態とは、出力端子５０ａ，５０ｂに所定の定格以上の負荷が接続された状態であり、無負荷状態とは、出力端子５０ａ，５０ｂに所定の定格未満の負荷が接続された状態をいう。
【００１８】
ＩＣ２０は、第１の電源端子および第２の電源端子との間の電圧を基に駆動される。
ＩＣ２０は、第１の電源端子および第２の電源端子との間に生じる電圧を基に、２次回路３の出力端子５０ａ，５０ｂが無負荷状態および定格負荷状態の何れかであるかを判断する。
ＩＣ２０は、無負荷状態であると判断すると、待機状態になり、定格負荷状態であると判断すると動作状態になる。
具体的には、ＩＣ２０は、第１の電源端子および第２の電源端子との間に、図２（Ａ）に示す電圧が生じた場合に動作状態になり、図２（Ｂ）に示す電圧が生じた場合に待機状態になる。
【００１９】
ＩＣ２１は、例えば、平滑化コンデンサＣ２の両端の電圧を監視し、当該監視した電圧が交流電圧ＶＩＮより低い場合に、当該監視した電圧が交流電圧ＶＩＮより高いか同じ場合に比べて、トランジスタＴｒ１のソース・ドレイン間を接続状態（トランジスタＴｒがオン）にする時間を長くして、チョークコイル１２による作用により、１次巻線１４ａに流入する電流の波形を正弦波に近づける。
ＩＣ２１は、後述するＰＦＣ待機制御回路１７の作用により、定格負荷状態において、トランジスタＴｒ１２およびダイオードＤ１を介して、２次巻線１６から供給された電圧を基に動作状態になる。
また、ＩＣ２１は、後述するＰＦＣ待機制御回路１７の作用により、無負荷状態において、トランジスタＴｒ１２がオフになることから、２次巻線１６との間が切断状態になり、待機状態（非動作状態）になる。
【００２０】
以下、ＰＦＣ待機制御回路１７について説明する。
ＰＦＣ待機制御回路１７は、図１に示すトランジスタＴｒ１１，Ｔｒ１２、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４、ツェナダイオードＤ３およびコンデンサＣ１０，Ｃ１１を有する。
ＰＦＣ待機制御回路１７は、２次巻線１６の両端に生じる電圧Ｖ２（第１の発明の所定の指標、第２の発明の第２の指標）を基に、以下のようにして、トランジスタＴｒ１１，１２をオン／オフして、ＩＣ２１への電流供給の有無を決定する。
【００２１】
先ず、定格負荷状態におけるＰＦＣ待機制御回路１７の動作を説明する。
定格負荷状態では、ＩＣ２０によるトランジスタＴｒ２のオン／オフ動作により、１次巻線１４ａの両端に、図２（Ａ）に示す波形を上下反転した波形の電圧が生じる。
そして、コア１５を介した電磁誘導により、２次巻線１６に図２（Ａ）に示す波形の電圧Ｖ２が生じる。
そして、コンデンサＣ１０の他端（ツェナダイオードＤ３のアノード側）の電圧Ｖ３が、図２（Ａ）に示す電圧Ｖ２を平均化した図３（Ａ）に示す電圧Ｖ３ａになる。
これにより、コンデンサＣ１０の他端から、ツェナダイオードＤ３および抵抗Ｒ３を介してトランジスタＴｒ１１のベースに生じる電位に応じたベース電流により、トランジスタＴｒ１１がオンになり、それに応じてトランジスタＴｒ１２もオンになる。
これにより、ダイオードＤ１およびトランジスタＴｒ１２を介して、２次巻線１６からＩＣ２１の第１の電源端子および第２の電源端子に電圧Ｖ２が印加され、ＩＣ２１が動作状態になる。
【００２２】
次に、無負荷状態の場合を説明する。
無負荷状態では、ＩＣ２０によるトランジスタＴｒ２のオン／オフ動作により、１次巻線１４ａの両端に、図２（Ｂ）に示す波形を上下反転した波形の電圧が生じる。
そして、コア１５を介した電磁誘導により、２次巻線１６に図２（Ｂ）に示す波形の電圧Ｖ２が生じる。
そして、コンデンサＣ１０の他端（ツェナダイオードＤ３のアノード側）の電圧Ｖ３が、図２（Ｂ）に示す電圧Ｖ２を平均化した図３（Ｂ）に示す電圧Ｖ３ｂになる。電圧Ｖ３ｂは、前述した電圧Ｖ３ａに比べて高い。
これにより、コンデンサＣ１０の他端から、ツェナダイオードＤ３および抵抗Ｒ３を介してトランジスタＴｒ１１のベースに生じる電位が前述した定格負荷状態の場合に比べて高くなり、それに応じて、トランジスタＴｒ１１およびＴｒ１２がオフになる。
これにより、ＩＣ２１の第１の電源端子が２次巻線１６と切断状態になり、２次巻線１６に生じた電圧Ｖ２はＩＣ２１に供給されず、ＩＣ２１が待機（非動作）状態になる。
【００２３】
〔２次回路３〕
図１に示すように、２次回路３は、２次巻線１４ｂ、ダイオードＤ１０、コンデンサＣ２１、抵抗Ｒ２０，Ｒ２１、オペアンプ４０、フィオトダイオードＤ３０および出力端子５０ａ，５０ｂを有する。
【００２４】
２次巻線１４ｂの一端は、ダイオードＤ１０のアノードに接続されている。
ダイオードＤ１０のカソードは、コンデンサＣ２１の一端、抵抗２０の一端、並びに出力端子５０ａに接続されている。
２次巻線１４ｂの他端は、コンデンサＣ２１の他端、出力端子５０ｂ、抵抗Ｒ２１の一端、並びにフォトダイオードＤ３０のカソードに接続されている。
抵抗Ｒ２１の他端は、オペアンプ４０の第１の入力端子（−端子）、並びに抵抗Ｒ２０の他端に接続されている。
オペアンプ４０の第２の入力端子（＋端子）は、電池ＶＡＴを介して、抵抗Ｒ２１の一端、並びにフォトダイオードＤ３０のカソードに接続されている。
オペアンプ４０の出力端子は、ダイオードＤ３０のアノードに接続されている。オペアンプ４０は、第１の入力端子の電位と、第２の入力端子の電位との差分に応じた電位を出力端子に生じる。
フォトダイオードＤ３０には、オペアンプ４０の出力端子の電位に応じた電流がアノードからカソードに流れると、その電流値に応じた強度で発光する。
フォトダイオードＤ３０から発光した光は、前述したように、フォトトランジスタＴｒ１０で受光される。
これにより、２次回路３の動作状態が、１次回路２にフィードバックされる。
【００２５】
以下、図１に示すスイッチング・レギュレータ１の全体動作を説明する。
入力端子１０ａ，１０ｂ間に印加された交流電圧ＶＩＮに応じた電流が、整流回路１１で整流され、その整流された電流が、チョークコイル１２およびＰＦＣ回路１３の作用を経て、コンデンサＣ２の両端に図２（Ａ）に示す波形を上下反転した波形の電圧が生じる。
この過程で、２次巻線１６の両端に生じた電圧Ｖ２により、ＩＣ２０が動作状態になると共に、ＰＦＣ待機制御回路１７の前述した動作により、ＩＣ２１も動作状態になる。
そして、２次回路３のフォトダイオードＤ３０からトランジスタＴｒ１０が受光した光に応じたフォトトランジスタＴｒ１０のオン／オフ動作により、ＩＣ２０が、オペアンプ４０の出力端子の電位が高くになるに従って、正のパルスのパルス幅を狭めたパルス信号を生成する。
そして、ＩＣ２０が、当該パルス信号をトランジスタＴｒ２のゲートに供給して、トランジスタＴｒ２をオン／オフさせる。
また、ＩＣ２１が、コンデンサＣ２の両端の電圧を監視し、当該監視した電圧が入力電圧ＶＩＮより低い場合に、当該監視した電圧が入力電圧ＶＩＮより高いか同じ場合に比べて、トランジスタＴｒ１をオンにする時間を長くして、チョークコイル１２による作用により、１次巻線１４ａに流入する電流の波形を正弦波に近づける。
【００２６】
そして、コア１５を介した電磁誘導により、２次巻線１４ｂの両端に、１次巻線１４ａおよび２次巻線１４ｂの巻線数に応じた電圧が生じ、それに応じた直流電圧ＶＯＵＴ が出力端子５０ａ，５０ｂ間に生じる。
そして、オペアンプ４０が、第１の入力端子の電位と、第２の入力端子の電位との差分に応じた電位を出力端子に生じる。
これにより、フォトダイオードＤ３０には、オペアンプ４０の出力端子の電位に応じた電流がアノードからカソードに流れ、その電流値に応じた強度で発光する。
これにより、２次回路３の動作状態が、１次回路２にフィードバックされる。
【００２７】
次に、無負荷状態の場合を説明する。
無負荷状態では、ＩＣ２０によるトランジスタＴｒ２のオン／オフ動作により、１次巻線１４ａの両端に、図２（Ｂ）に示す波形を上下反転した波形の電圧が生じる。
そして、コア１５を介した電磁誘導により、２次巻線１６に図２（Ｂ）に示す波形の電圧Ｖ２が生じる。
そして、コンデンサＣ１０の他端（ツェナダイオードＤ３のアノード側）の電圧Ｖ３が、図２（Ｂ）に示す電圧Ｖ２を平均化した図３（Ｂ）に示す電圧Ｖ３ｂになる。電圧Ｖ３ｂは、前述した電圧Ｖ３ａに比べて高い。
これにより、コンデンサＣ１０の他端から、ツェナダイオードＤ３および抵抗Ｒ３を介してトランジスタＴｒ１１のベースに生じる電位が前述した定格負荷状態の場合に比べて高くなり、それに応じて、トランジスタＴｒ１１およびＴｒ１２がオフになる。
これにより、ＩＣ２１の第１の電源端子が２次巻線１６と切断状態になり、２次巻線１６からの電力はＩＣ２１に供給されず、ＩＣ２１が待機状態になる。
また、ＩＣ２０が、２次巻線１６の両端の電圧Ｖ２を基に待機状態となる。
【００２８】
以上、説明したように、電源装置１によれば、２次回路３の出力端子５０ａ，５０ｂが無負荷状態の場合に、２次巻線１６の両端に生じた電圧Ｖ２を基に、ＰＦＣ待機制御回路１７のトランジスタＴｒ１１，Ｔｒ１２がオフになり、ＩＣ２１への電力供給が停止し、トランジスタＴｒ２１が待機状態になる。
そのため、従来に比べて、無負荷状態における電源装置１の消費電力を小さくできる。
【００２９】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、ＰＦＣ回路などの歪み抑制手段への駆動電力の供給を制御できる変圧制御装置および電源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の実施形態のスイッチング・レギュレータの構成図である。
【図２】図２は、図１に示す２次巻線１６の両端に生じる電圧Ｖ２の波形図であり、（Ａ）は定格負荷動作時の波形図、（Ｂ）は無負荷動作時の波形図である。
【図３】図３は、図１に示すコンデンサＣ１０の両端に生じる電圧Ｖ３の波形図であり、（Ａ）は定格負荷動作時の波形図、（Ｂ）は無負荷動作時の波形図である。
【符号の説明】
１０ａ，１０ｂ…入力端子、１１…整流回路、１２…チョークコイル、１３…ＰＦＣ回路、１４ａ…１次巻線、１４ｂ…１次巻線、１６…２次巻線、１７…ＰＦＣ待機制御回路、２０…ＩＣ、２１…ＩＣ、４０…オペアンプ、５０ａ，５０ｂ…出力端子
【発明の属する技術分野】
本発明は、スイッチング・レギュレータなどに用いられる変圧制御装置に関し、特に、ＰＦＣ回路の待機動作に特徴を有する変圧制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電源装置には、商用電源からの交流を整流して所望の直流を得るスイッチング・レギュレータが設けられている。
ところで、交流を整流すると、平滑回路を流れる電流に歪み波形が生じ、電源の利用効率を示す力率が損なわれる。また、歪み電流波形によって高調波が発生してしまう。
そのため、従来から、スイッチング・レギュレータの１次回路には、スイッチング素子のスイッチング動作により、上述した電流の歪み波形を抑制するＰＦＣ（Ｐｏｗｅｒ Ｆａｉｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ）回路が設けられている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−２１８７６０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、環境保護などの観点から、待機電力を低減したいという要請がある。
しかしながら、従来のスイッチング・レギュレータでは、無負荷状態においても上述したＰＦＣ回路が動作状態（駆動状態）になっており、待機電力を十分に低減できないという問題がある。
【０００５】
本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みてなされ、ＰＦＣ回路などの歪み抑制手段への駆動電力の供給を制御できる変圧制御装置および電源装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述した従来技術の問題点を解決し、上述した目的を達成するために、第１の発明の変圧制御装置は、２次側の巻線との間の電磁誘導により変圧を行う１次側の第１の巻線に供給する電流を制御する変圧制御装置であって、前記第１の巻線に供給される電流の歪みを抑制する歪み抑制手段と、前記第１の巻線との間で電磁誘導を生じる第２の巻線と、前記第２の巻線の前記電磁誘導によって得られた所定の指標を基に、前記歪み抑制手段への駆動電力の供給を制御する制御手段とを有する。
【０００７】
第１の発明の変圧制御装置の作用は以下のようになる。
歪み抑制手段が、第１の巻線に供給される電流の歪みを抑制する。
そして、第２の巻線に、前記第１の巻線との間で電磁誘導を生じる。
そして、制御手段が、第２の巻線と、前記第２の巻線の前記電磁誘導によって得られた所定の指標を基に、前記歪み抑制手段への駆動電力の供給を制御する。
【０００８】
また、第１の発明の変圧制御装置は、好ましくは、前記２次側の巻線に生じた電圧に応じた前記２次側の出力電圧と基準電圧との差分に応じた指標を基に、前記第１の巻線への電流供給の有無を切り換える切換手段をさらに有する。
また、第１の発明の変圧制御装置は、好ましくは、前記制御手段は、前記第２の巻線に前記電磁誘導により生じた電圧を、前記駆動電力として前記歪み抑制手段に供給する。
また、第１の発明の変圧制御装置は、好ましくは、前記制御手段は、前記第２の巻線に前記電磁誘導によって生じる電圧を平均化した平均電圧を生成する平均化手段と、前記平均化手段が生成した前記平均電圧を基に、前記歪み抑制手段への駆動電力の供給を制御する電力供給制御手段とを有する。
また、第１の発明の変圧制御装置は、好ましくは、前記第１の巻線に供給される電流が流れるコイルと、前記コイルを経て前記第１の巻線へ供給される電流を平滑化するコンデンサとをさらに有し、前記歪み抑制手段は、前記コンデンサと並列に設けられた歪み制御用切換手段と、前記１次回路への入力電圧が前記コンデンサの両端の電圧より低い場合に、前記入力電圧が前記コンデンサの両端の電圧より高い場合に比べて、前記制御用切換手段を接続状態にする時間を長くする歪み制御手段とを有する。
【０００９】
第２の発明の電源装置は、１次回路の第１の巻線と２次回路の第２の巻線との間の電磁誘導により、前記１次回路の入力電圧を変圧した出力電圧を前記２次回路から出力する電源装置であって、前記１次回路は、前記２次回路から受けた第１の指標を基に、前記第１の巻線への電流供給の有無を切り換える切換手段と、前記第１の巻線へ供給される電流の歪みを抑制する歪み抑制手段と、前記第１の巻線との間で電磁誘導を生じる第３の巻線と、前記第３の巻線の前記第１の巻線との間の前記電磁誘導によって得られた第２の指標を基に、前記歪み抑制手段への駆動電力の供給を制御する制御手段とを有し、前記２次回路は、前記第２の巻線に生じた電圧に応じた前記２次側の出力電圧と基準電圧との差分に応じた前記第１の指標を前記切換手段に提供する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係わる電源装置について説明する。
図１は、本実施形態の電源装置１の構成図である。
図１に示すように、電源装置１は、例えば、１次回路２と２次回路３とを有する。
電源装置１では、１次回路２が、交流電圧ＶＩＮを入力し、トランジスタＴｒ２のオン／オフ動作をパルス信号を基に切り換えながら、整流および平滑化し、２次巻線１４ａを流れる電流により、２次巻線１４に電磁誘導を生じさせる。
そして、２次回路３が、１次回路２当該電磁誘導により、２次巻線１４ｂに生じた電圧を平滑化して直流電圧Ｖｏｕｔ が２次回路３から出力される。
電源装置１では、２次回路３が無負荷状態のときに、ＰＦＣ動作を行うＩＣ２１への電力供給がＰＦＣ待機制御回路１７によって停止される。
【００１１】
〔１次回路２〕
１次回路２は、例えば、入力端子１０ａ，１０ｂ、整流回路１１、コンデンサＣ１、チョ−クコイル１２、ＰＦＣ回路１３、平滑化コンデンサＣ２、トランジスタＴｒ２、トランス１４を構成する１次巻線１４ａ、２次巻線１６、ダイオードＤ１，Ｄ２、フォトトランジスタＴｒ１０、ＩＣ２０およびＰＦＣ待機制御回路１７を有する。
ここで、ＰＦＣ待機制御回路１７が本発明の歪み抑制手段に対応し、ＰＦＣ待機制御回路１７が本発明の制御手段に対応している。
また、チョークコイル１２が本発明のコイル、コンデンサＣ２が本発明の平滑化コンデンサに対応している。
また、トランジスタＴｒ１が本発明の歪み制御用切換手段に対応し、ＩＣ２１が本発明の歪み制御手段に対応している。
また、１次巻線１４ａが本発明の第１の発明の第１の巻線に対応している。
また、２次巻線１６が第１の発明の第２の巻線、第２の発明の第３の巻線に対応している。
また、２次巻線１４ｂが第２の発明の第２の巻線に対応している。
【００１２】
入力端子１０ａ，１０ｂの間に、交流電圧ＶＩＮが印加される。
整流回路１１は、例えば、全波整流回路である。
コンデンサＣ１の一端は、チョークコイル１２の一端に接続されている。
チョークコイル１２の他端は、ＰＦＣ回路１３のダイオードＤ０のアノード、並びにトランジスタＴｒ１のドレインに接続されている。
また、トランジスタＴｒ１のソースは、コンデンサＣ１および平滑化コンデンサＣ２の一端に接続されている。
トランジスタＴｒ１のゲートには、ＩＣ２１からのパルス信号が印加される。
トランジスタＴｒ１は、例えば、ＭＯＳＦＥＴである。
【００１３】
ダイオードＤ０のカソードは、平滑化コンデンサＣ２の他端、並びに１次巻線１４ａの一端に接続されている。
平滑化コンデンサＣ２の他端は、トランジスタＴｒ２のソースに接続されている。
トランジスタＴｒ２のドレインは、１次巻線１４ａの他端に接続されている。
１次巻線１４ａは、１次巻線１４ｂと共にトランス４を構成し、コア１５を介して１次巻線１４ｂとの間で電磁誘導を生じる。
トランジスタＴｒ２のゲートには、ＩＣ２０からのパルス信号が印加される。
トランジスタＴｒ２は、例えば、ＭＯＳＦＥＴである。
【００１４】
２次巻線１６は、２次巻線１４ａと極性が逆であり、コア１５を介して１次巻線１４ａとの間の電磁誘導により、両端に電圧Ｖ２ を生じる。
２次巻線１６の一端は、ダイオードＤ１のアノード、並びにダイオードＤ２のカソードに接続されている。
２次巻線１６の他端は、コンデンサＣ１０の一端、抵抗Ｒ１の一端、ＩＣ２０の第１の電源端子、抵抗４の一端、ＩＣ２１の第１の電源端子に接続されている。
【００１５】
ダイオードＤ１のカソードは、ＩＣ２０の第２の電源端子、抵抗Ｒ２の一端、並びにトランジスタＴｒ１のエミッタに接続されている。
コンデンサＣ１０の他端は、ダイオードＤ２のアノード、抵抗Ｒ１の他端、ツェナダイオードＤ３のアノード、コンデンサＣ１１の一端に接続されている。
コンデンサＣ１１の他端は、抵抗Ｒ４の他端、並びにトランジスタＴｒ１１のコレクタに接続されている。
ツェナダイオードＤ３のカソードは、抵抗Ｒ３の一端に接続されている。
トランジスタＴｒ１２のベースは、トランジスタＴｒ１１のエミッタに接続されている。
トランジスタＴｒ１１のベースは、抵抗Ｒ２の他端、並びに抵抗Ｒ３の他端に接続されている。
トランジスタＴｒ１１，Ｔｒ１２、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４、コンデンサＣ１０，１１、ツェナダイオードＤ３によってＰＦＣ待機制御回路１７が構成される。
【００１６】
トランジスタＴｒ１０は、２次回路３のフォトダイオードＤ３０からの光（第１の発明における差分に応じた指標、第２の発明の第１の指標）を受光している期間、コレクタ・エミッタ間に電流を流す（オンになる）。
ＩＣ２０は、トランジスタＴｒ１０のコレクタ・エミッタ間の電流を基に決定したパルス幅のパルス信号を生成し、これをトランジスタＴｒ２のゲートに出力する。
具体的には、ＩＣ２０は、トランジスタＴｒ１０がオンの期間が長くなるに従って、すなわち、オペアンプ４０の出力端子の電位が高くになるに従って、正のパルスのパルス幅を狭めて上記パルス信号を生成する。
【００１７】
ＩＣ２０は、定格負荷状態において、トランジスタＴｒ２のオン／オフ動作により、図２（Ａ）に示す波形を上下逆転した波形の電圧Ｖ１を１次巻線１４ａの両端に生じさせるように、トランジスタＴｒ２のゲートにパルス信号を印加する。
また、ＩＣ２０は、無負荷状態において、トランジスタＴｒ２のオン／オフ動作により、図２（Ｂ）に示す波形を上下逆転した波形の電圧Ｖ１を１次巻線１４ａの両端に生じさせるように、トランジスタＴｒ２のゲートにパルス信号を印加する。
ここで、定格負荷状態とは、出力端子５０ａ，５０ｂに所定の定格以上の負荷が接続された状態であり、無負荷状態とは、出力端子５０ａ，５０ｂに所定の定格未満の負荷が接続された状態をいう。
【００１８】
ＩＣ２０は、第１の電源端子および第２の電源端子との間の電圧を基に駆動される。
ＩＣ２０は、第１の電源端子および第２の電源端子との間に生じる電圧を基に、２次回路３の出力端子５０ａ，５０ｂが無負荷状態および定格負荷状態の何れかであるかを判断する。
ＩＣ２０は、無負荷状態であると判断すると、待機状態になり、定格負荷状態であると判断すると動作状態になる。
具体的には、ＩＣ２０は、第１の電源端子および第２の電源端子との間に、図２（Ａ）に示す電圧が生じた場合に動作状態になり、図２（Ｂ）に示す電圧が生じた場合に待機状態になる。
【００１９】
ＩＣ２１は、例えば、平滑化コンデンサＣ２の両端の電圧を監視し、当該監視した電圧が交流電圧ＶＩＮより低い場合に、当該監視した電圧が交流電圧ＶＩＮより高いか同じ場合に比べて、トランジスタＴｒ１のソース・ドレイン間を接続状態（トランジスタＴｒがオン）にする時間を長くして、チョークコイル１２による作用により、１次巻線１４ａに流入する電流の波形を正弦波に近づける。
ＩＣ２１は、後述するＰＦＣ待機制御回路１７の作用により、定格負荷状態において、トランジスタＴｒ１２およびダイオードＤ１を介して、２次巻線１６から供給された電圧を基に動作状態になる。
また、ＩＣ２１は、後述するＰＦＣ待機制御回路１７の作用により、無負荷状態において、トランジスタＴｒ１２がオフになることから、２次巻線１６との間が切断状態になり、待機状態（非動作状態）になる。
【００２０】
以下、ＰＦＣ待機制御回路１７について説明する。
ＰＦＣ待機制御回路１７は、図１に示すトランジスタＴｒ１１，Ｔｒ１２、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４、ツェナダイオードＤ３およびコンデンサＣ１０，Ｃ１１を有する。
ＰＦＣ待機制御回路１７は、２次巻線１６の両端に生じる電圧Ｖ２（第１の発明の所定の指標、第２の発明の第２の指標）を基に、以下のようにして、トランジスタＴｒ１１，１２をオン／オフして、ＩＣ２１への電流供給の有無を決定する。
【００２１】
先ず、定格負荷状態におけるＰＦＣ待機制御回路１７の動作を説明する。
定格負荷状態では、ＩＣ２０によるトランジスタＴｒ２のオン／オフ動作により、１次巻線１４ａの両端に、図２（Ａ）に示す波形を上下反転した波形の電圧が生じる。
そして、コア１５を介した電磁誘導により、２次巻線１６に図２（Ａ）に示す波形の電圧Ｖ２が生じる。
そして、コンデンサＣ１０の他端（ツェナダイオードＤ３のアノード側）の電圧Ｖ３が、図２（Ａ）に示す電圧Ｖ２を平均化した図３（Ａ）に示す電圧Ｖ３ａになる。
これにより、コンデンサＣ１０の他端から、ツェナダイオードＤ３および抵抗Ｒ３を介してトランジスタＴｒ１１のベースに生じる電位に応じたベース電流により、トランジスタＴｒ１１がオンになり、それに応じてトランジスタＴｒ１２もオンになる。
これにより、ダイオードＤ１およびトランジスタＴｒ１２を介して、２次巻線１６からＩＣ２１の第１の電源端子および第２の電源端子に電圧Ｖ２が印加され、ＩＣ２１が動作状態になる。
【００２２】
次に、無負荷状態の場合を説明する。
無負荷状態では、ＩＣ２０によるトランジスタＴｒ２のオン／オフ動作により、１次巻線１４ａの両端に、図２（Ｂ）に示す波形を上下反転した波形の電圧が生じる。
そして、コア１５を介した電磁誘導により、２次巻線１６に図２（Ｂ）に示す波形の電圧Ｖ２が生じる。
そして、コンデンサＣ１０の他端（ツェナダイオードＤ３のアノード側）の電圧Ｖ３が、図２（Ｂ）に示す電圧Ｖ２を平均化した図３（Ｂ）に示す電圧Ｖ３ｂになる。電圧Ｖ３ｂは、前述した電圧Ｖ３ａに比べて高い。
これにより、コンデンサＣ１０の他端から、ツェナダイオードＤ３および抵抗Ｒ３を介してトランジスタＴｒ１１のベースに生じる電位が前述した定格負荷状態の場合に比べて高くなり、それに応じて、トランジスタＴｒ１１およびＴｒ１２がオフになる。
これにより、ＩＣ２１の第１の電源端子が２次巻線１６と切断状態になり、２次巻線１６に生じた電圧Ｖ２はＩＣ２１に供給されず、ＩＣ２１が待機（非動作）状態になる。
【００２３】
〔２次回路３〕
図１に示すように、２次回路３は、２次巻線１４ｂ、ダイオードＤ１０、コンデンサＣ２１、抵抗Ｒ２０，Ｒ２１、オペアンプ４０、フィオトダイオードＤ３０および出力端子５０ａ，５０ｂを有する。
【００２４】
２次巻線１４ｂの一端は、ダイオードＤ１０のアノードに接続されている。
ダイオードＤ１０のカソードは、コンデンサＣ２１の一端、抵抗２０の一端、並びに出力端子５０ａに接続されている。
２次巻線１４ｂの他端は、コンデンサＣ２１の他端、出力端子５０ｂ、抵抗Ｒ２１の一端、並びにフォトダイオードＤ３０のカソードに接続されている。
抵抗Ｒ２１の他端は、オペアンプ４０の第１の入力端子（−端子）、並びに抵抗Ｒ２０の他端に接続されている。
オペアンプ４０の第２の入力端子（＋端子）は、電池ＶＡＴを介して、抵抗Ｒ２１の一端、並びにフォトダイオードＤ３０のカソードに接続されている。
オペアンプ４０の出力端子は、ダイオードＤ３０のアノードに接続されている。オペアンプ４０は、第１の入力端子の電位と、第２の入力端子の電位との差分に応じた電位を出力端子に生じる。
フォトダイオードＤ３０には、オペアンプ４０の出力端子の電位に応じた電流がアノードからカソードに流れると、その電流値に応じた強度で発光する。
フォトダイオードＤ３０から発光した光は、前述したように、フォトトランジスタＴｒ１０で受光される。
これにより、２次回路３の動作状態が、１次回路２にフィードバックされる。
【００２５】
以下、図１に示すスイッチング・レギュレータ１の全体動作を説明する。
入力端子１０ａ，１０ｂ間に印加された交流電圧ＶＩＮに応じた電流が、整流回路１１で整流され、その整流された電流が、チョークコイル１２およびＰＦＣ回路１３の作用を経て、コンデンサＣ２の両端に図２（Ａ）に示す波形を上下反転した波形の電圧が生じる。
この過程で、２次巻線１６の両端に生じた電圧Ｖ２により、ＩＣ２０が動作状態になると共に、ＰＦＣ待機制御回路１７の前述した動作により、ＩＣ２１も動作状態になる。
そして、２次回路３のフォトダイオードＤ３０からトランジスタＴｒ１０が受光した光に応じたフォトトランジスタＴｒ１０のオン／オフ動作により、ＩＣ２０が、オペアンプ４０の出力端子の電位が高くになるに従って、正のパルスのパルス幅を狭めたパルス信号を生成する。
そして、ＩＣ２０が、当該パルス信号をトランジスタＴｒ２のゲートに供給して、トランジスタＴｒ２をオン／オフさせる。
また、ＩＣ２１が、コンデンサＣ２の両端の電圧を監視し、当該監視した電圧が入力電圧ＶＩＮより低い場合に、当該監視した電圧が入力電圧ＶＩＮより高いか同じ場合に比べて、トランジスタＴｒ１をオンにする時間を長くして、チョークコイル１２による作用により、１次巻線１４ａに流入する電流の波形を正弦波に近づける。
【００２６】
そして、コア１５を介した電磁誘導により、２次巻線１４ｂの両端に、１次巻線１４ａおよび２次巻線１４ｂの巻線数に応じた電圧が生じ、それに応じた直流電圧ＶＯＵＴ が出力端子５０ａ，５０ｂ間に生じる。
そして、オペアンプ４０が、第１の入力端子の電位と、第２の入力端子の電位との差分に応じた電位を出力端子に生じる。
これにより、フォトダイオードＤ３０には、オペアンプ４０の出力端子の電位に応じた電流がアノードからカソードに流れ、その電流値に応じた強度で発光する。
これにより、２次回路３の動作状態が、１次回路２にフィードバックされる。
【００２７】
次に、無負荷状態の場合を説明する。
無負荷状態では、ＩＣ２０によるトランジスタＴｒ２のオン／オフ動作により、１次巻線１４ａの両端に、図２（Ｂ）に示す波形を上下反転した波形の電圧が生じる。
そして、コア１５を介した電磁誘導により、２次巻線１６に図２（Ｂ）に示す波形の電圧Ｖ２が生じる。
そして、コンデンサＣ１０の他端（ツェナダイオードＤ３のアノード側）の電圧Ｖ３が、図２（Ｂ）に示す電圧Ｖ２を平均化した図３（Ｂ）に示す電圧Ｖ３ｂになる。電圧Ｖ３ｂは、前述した電圧Ｖ３ａに比べて高い。
これにより、コンデンサＣ１０の他端から、ツェナダイオードＤ３および抵抗Ｒ３を介してトランジスタＴｒ１１のベースに生じる電位が前述した定格負荷状態の場合に比べて高くなり、それに応じて、トランジスタＴｒ１１およびＴｒ１２がオフになる。
これにより、ＩＣ２１の第１の電源端子が２次巻線１６と切断状態になり、２次巻線１６からの電力はＩＣ２１に供給されず、ＩＣ２１が待機状態になる。
また、ＩＣ２０が、２次巻線１６の両端の電圧Ｖ２を基に待機状態となる。
【００２８】
以上、説明したように、電源装置１によれば、２次回路３の出力端子５０ａ，５０ｂが無負荷状態の場合に、２次巻線１６の両端に生じた電圧Ｖ２を基に、ＰＦＣ待機制御回路１７のトランジスタＴｒ１１，Ｔｒ１２がオフになり、ＩＣ２１への電力供給が停止し、トランジスタＴｒ２１が待機状態になる。
そのため、従来に比べて、無負荷状態における電源装置１の消費電力を小さくできる。
【００２９】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、ＰＦＣ回路などの歪み抑制手段への駆動電力の供給を制御できる変圧制御装置および電源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の実施形態のスイッチング・レギュレータの構成図である。
【図２】図２は、図１に示す２次巻線１６の両端に生じる電圧Ｖ２の波形図であり、（Ａ）は定格負荷動作時の波形図、（Ｂ）は無負荷動作時の波形図である。
【図３】図３は、図１に示すコンデンサＣ１０の両端に生じる電圧Ｖ３の波形図であり、（Ａ）は定格負荷動作時の波形図、（Ｂ）は無負荷動作時の波形図である。
【符号の説明】
１０ａ，１０ｂ…入力端子、１１…整流回路、１２…チョークコイル、１３…ＰＦＣ回路、１４ａ…１次巻線、１４ｂ…１次巻線、１６…２次巻線、１７…ＰＦＣ待機制御回路、２０…ＩＣ、２１…ＩＣ、４０…オペアンプ、５０ａ，５０ｂ…出力端子
Claims (6)
- ２次側の巻線との間の電磁誘導により変圧を行う１次側の第１の巻線に供給する電流を制御する変圧制御装置であって、
前記第１の巻線に供給される電流の歪みを抑制する歪み抑制手段と、
前記第１の巻線との間で電磁誘導を生じる第２の巻線と、
前記第２の巻線の前記電磁誘導によって得られた所定の指標を基に、前記歪み抑制手段への駆動電力の供給を制御する制御手段と
を有する変圧制御装置。 - 前記２次側の巻線に生じた電圧に応じた前記２次側の出力電圧と基準電圧との差分に応じた指標を基に、前記第１の巻線への電流供給の有無を切り換える切換手段
をさらに有する請求項１記載の変圧制御装置。 - 前記制御手段は、前記第２の巻線に前記電磁誘導により生じた電圧を、前記駆動電力として前記歪み抑制手段に供給する
請求項１または請求項２に記載の変圧制御装置。 - 前記制御手段は、前記第２の巻線に前記電磁誘導によって生じる電圧を平均化した平均電圧を生成する平均化手段と、
前記平均化手段が生成した前記平均電圧を基に、前記歪み抑制手段への駆動電力の供給を制御する電力供給制御手段と
を有する請求項１〜３のいずれかに記載の変圧制御装置。 - 前記第１の巻線に供給される電流が流れるコイルと、
前記コイルを経て前記第１の巻線へ供給される電流を平滑化するコンデンサとをさらに有し、
前記歪み抑制手段は、
前記コンデンサと並列に設けられた歪み制御用切換手段と、
前記１次回路への入力電圧が前記コンデンサの両端の電圧より低い場合に、前記入力電圧が前記コンデンサの両端の電圧より高い場合に比べて、前記制御用切換手段を接続状態にする時間を長くする歪み制御手段と
を有する請求項１〜４のいずれかに記載の変圧制御装置。 - １次回路の第１の巻線と２次回路の第２の巻線との間の電磁誘導により、前記１次回路の入力電圧を変圧した出力電圧を前記２次回路から出力する電源装置であって、
前記１次回路は、
前記２次回路から受けた第１の指標を基に、前記第１の巻線への電流供給の有無を切り換える切換手段と、
前記第１の巻線へ供給される電流の歪みを抑制する歪み抑制手段と、
前記第１の巻線との間で電磁誘導を生じる第３の巻線と、
前記第３の巻線の前記第１の巻線との間の前記電磁誘導によって得られた第２の指標を基に、前記歪み抑制手段への駆動電力の供給を制御する制御手段と
を有し、
前記２次回路は、
前記第２の巻線に生じた電圧に応じた前記２次側の出力電圧と基準電圧との差分に応じた前記第１の指標を前記切換手段に提供する
電源装置。
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| JP2012130143A (ja) * | 2010-12-14 | 2012-07-05 | Tamura Seisakusho Co Ltd | スイッチング電源装置 |
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-
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