JP2005039922A - スイッチング電源装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】電気機器からの信号をもらうことのできないＡＣアダプターに有効であり、かつ、電気機器が低消費電力時に更に省電力を図ることのできるスイッチング電源装置を提供する。
【解決手段】外部の交流電源１と接続され、力率改善機能を有する昇圧チョッパー回路５と、外部の負荷に所望の電圧を供給するための電圧変換回路８とを有している。さらに、負荷に供給されている出力電力量を検出する出力電力量検出回路１１と、検出された出力電力量が所定量以上であるか否かを判断する比較回路１４とを備えている。加えて、交流電源１からの電圧を、検出された出力電力量が所定量以上であると比較回路１４によって判断された場合に、昇圧チョッパー回路５を介して電圧変換回路８に出力する一方、所定量未満であると判断された場合に、昇圧値チョッパー回路５を介さずに電圧変換回路８に出力する切換え部４３を備えている。
【選択図】 図３
【解決手段】外部の交流電源１と接続され、力率改善機能を有する昇圧チョッパー回路５と、外部の負荷に所望の電圧を供給するための電圧変換回路８とを有している。さらに、負荷に供給されている出力電力量を検出する出力電力量検出回路１１と、検出された出力電力量が所定量以上であるか否かを判断する比較回路１４とを備えている。加えて、交流電源１からの電圧を、検出された出力電力量が所定量以上であると比較回路１４によって判断された場合に、昇圧チョッパー回路５を介して電圧変換回路８に出力する一方、所定量未満であると判断された場合に、昇圧値チョッパー回路５を介さずに電圧変換回路８に出力する切換え部４３を備えている。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気機器の直流電源として用いられるスイッチング電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気機器、例えば、ファクシミリ、電話機、コピー機、その他ＯＡ機器や家電製品などには、安定した一定の動作電圧が必要であるため、安定化電圧を出力するスイッチング電源装置が従来から用いられている。また、近年の電気機器は、本来の動作時（通常モード）以外の待機時、つまり、低消費電力時（省電力モード）にも電源を供給する必要のあるものが多くなってきているため、スイッチング電源装置は、常時、電気機器に対して電源を供給する必要がある。一方、昨今のエネルギー事情から省電力を図る必要もある。そこで、本来の動作時間に比べ時間割合の大きい待機時におけるスイッチング電源装置の消費電力を少なくすることが重要となっている。
【０００３】
ところで、スイッチング電源装置としては、以下のようなものが広く知られている。つまり、交流電源から整流回路によって得られた整流後の電圧（脈流）を平滑回路によって平滑して直流電圧に変換する。この直流電圧をスイッチング素子によって断続され、スイッチング出力を出力整流平滑回路に供給して任意の直流電圧が得られる。
【０００４】
このようなスイッチング電源装置において、入力側の平滑回路がコンデンサインプット型であると、入力電流が流れるのは、整流後の電圧が入力平滑コンデンサの充電電圧より高い期間のみとなるので、入力電流の導通角が狭く、力率を低下させるという問題があった。そこで、この問題を解決するため、従来から、力率改善機能を有した昇圧チョッパー回路を備えているスイッチング電源装置が用いられている。
【０００５】
しかしながら、このような昇圧チョッパー回路を備えたスイッチング電源装置は、力率が改善されて無効電力が低減するので省電力になるが、力率改善機能を有さないスイッチング電源装置と比較して、昇圧チョッパー回路の力率改善動作に伴う電力損失が生じるので、その分だけ電力変換効率が劣化する。特に、機器の待機時のように、力率改善の必要性のない低消費電力状態においても力率改善機能を動作させ、無駄な電力を浪費している。
【０００６】
特許文献１には、機器が省電力モードに移行しているときに、力率改善部を介さずに、機器へ電力を供給するように構成した電源装置が開示されている。例えば、交流電源と力率改善部との間に第１スイッチと、力率改善部と省電力モード時に電力を供給するＤＣ／ＤＣコンバータとの間に第２スイッチとが設けられていることが開示されている。これら第１、２スイッチは、電源制御手段によってスイッチング制御される。電源制御手段は、画像形成装置のメイン制御手段から省電力モードに移行したことを知らせる信号が入力され、この信号に基づいて、第１、２スイッチをスイッチング制御する。
【０００７】
また、特許文献２には、力率改善機能を有する昇圧チョッパー回路、および、負荷に供給されている出力電力量を検出する出力電力量検出手段が備えれれているスイッチング電源装置が開示されている。さらに、出力電力量が所定量以上か否かを判断する判断手段と、出力電力量が所定量未満の場合に、力率改善機能を機能させない力率改善機能制御手段とが備えられている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１１−１３６８５８号公報（１９９９年５月２１日公開）
【０００９】
【特許文献２】
特開２００１−９５２３６号公報（２００１年４月６日公開）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に開示されているような電源装置においては、画像形成装置等の電気機器のメイン制御手段から省電力モードに移行したことを知らせる信号が入力されるため、電気機器からの信号をもらうことのできないＡＣアダプターには適用することができない問題があった。
【００１１】
また、特許文献２に開示されているようなスイッチング電源装置では、出力電力量が所定量未満の場合、力率改善機能を機能させないが、昇圧チョッパー回路をスルーさせるために、昇圧チョッパー回路内の部品による導通損失が生じる。これにより、十分な省電力が図れなかった。
【００１２】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、電気機器からの信号をもらうことのできないＡＣアダプターに有効であり、かつ、電気機器が低消費電力時に更に省電力を図ることのできるスイッチング電源装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るスイッチング電源装置は、上記の課題を解決するために、外部の電源と接続され、力率改善機能を有する力率改善手段と、外部の負荷に所望の電圧を供給するための電圧変換手段とを有するスイッチング電源装置であって、前記負荷に供給されている出力電力量を検出する出力電力量検出手段と、検出された出力電力量が所定量以上であるか否かを判断する判断手段と、前記電源からの電圧を、検出された出力電力量が所定量以上であると前記判断手段によって判断された場合に、前記力率改善手段を介して前記電圧変換手段に出力する一方、所定量未満であると判断された場合に、前記力率改善手段を介さずに前記電圧変換手段に出力する切換手段とを備えていることを特徴としている。
【００１４】
上記の構成によれば、負荷に供給される出力電力量をスイッチング電源装置内に備えられた出力電力量検出手段が検出し、かつ、検出された出力電力量が所定量以上であるか否かをスイッチング電源装置内に備えられた判断手段が判断する。よって、負荷の状態、つまり、省電力モードおよび通常モードをスイッチング電源装置が自己判定することができる。よって、電気機器からモードに関わる信号を受けることのできない場合であっても、スイッチング電源装置が、モードを判断することができる。
【００１５】
また、出力電力量が所定量未満であると判断された場合に、力率改善手段を介さずに電源からの電圧を電圧変換手段に出力する切換手段が備えられている。このため、出力電力量が所定量未満の場合に、力率改善手段を導通することによる電力損失が生じることがないため、省電力を一層図ることができる。さらに、力率が改善されず、低電圧のまま、電圧変換手段に電源からの電圧が出力されるため、電圧変換手段における消費電力も軽減することができる。
【００１６】
以上により、電気機器からの信号をもらうことのできないＡＣアダプターに有効であり、かつ、電気機器が低消費電力時に更に省電力を図ることのできるスイッチング電源装置を提供することができる。
【００１７】
本発明に係るスイッチング電源装置は、上記の課題を解決するために、上記の構成に加えて、前記電圧変換手段は、スイッチング機能を有する主スイッチング素子を有しており、前記出力電力量検出手段が、コンデンサを有し、前記主スイッチング素子の駆動電圧を該コンデンサに導き入れて、該コンデンサを充電することにより、出力電力量を検出することを特徴としている。
【００１８】
上記の構成によれば、主スイッチング素子の駆動電圧は、短形パルス状であり、他の部品の影響を受けることがないので、ノイズが含まれない。したがって、該駆動電圧を前記コンデンサに導き入れ、該コンデンサを充電することにより、検出される負荷に供給されている出力電力量には誤差等がなく、従来に比べて精度良く出力電力量を検出することができる。つまり、負荷の省電力モード状態を精度良く検出することができ、省電力モードにおいてより確実に力率改善手段を機能させないことができるため、より一層の省電力化が図れる。
【００１９】
本発明に係るスイッチング電源装置は、上記の課題を解決するために、上記の構成に加えて、前記主スイッチング素子の駆動電圧が、ダイオードと前記コンデンサの充電電流を量的に抑制する素子とを介して、該コンデンサに導き入れられることを特徴としている。
【００２０】
上記の構成によれば、コンデンサの充電電圧を負荷に供給されている出力電力量に比例させた状態で、該充電電圧を制限することができる。これにより、該充電電圧に基づいて、出力電力量を検出することができるとともに、出力電力量検出手段における消費電力を低減できる。
【００２１】
本発明に係るスイッチング電源装置は、上記の課題を解決するために、上記の構成に加えて、前記素子が、抵抗またはインダクタであることを特徴としている。
【００２２】
上記の構成によれば、コンデンサの充電電圧を負荷に供給されている出力電力量に比例して変化させ、出力電力量を検出することができる。特に、上記素子が高い抵抗値の抵抗である場合には、僅少の消費電力で出力電力量の検出機能を果たすことができる。
【００２３】
本発明に係るスイッチング電源装置は、上記の課題を解決するために、上記の構成に加えて、前記判断手段は、前記コンデンサの両端の電圧値が所定電圧値以上の場合に、検出された出力電力量が所定量以上であると判断することを特徴としている。
【００２４】
上記の構成によれば、出力電力量が所定量以上であるかの否かの判断を、コンデンサの両端の電圧値と所定電圧値との比較により簡単に行うことができる。
【００２５】
本発明に係るスイッチング電源装置は、上記の課題を解決するために、上記の構成に加えて、前記判断手段は、ツェナーダイオードを有しており、該ツェナーダイオードのツェナー電圧が前記所定電圧値に対応することを特徴としている。
【００２６】
上記の構成によれば、判断手段をツェナーダイオードで構成するという簡単な構成によって、上記判断手段を実現することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明のスイッチング電源装置に関する実施の一形態について図１〜図３に基づいて説明すれば以下のとおりである。
【００２８】
図１は、本実施の形態に係るスイッチング電源装置の概略構成を示す電気回路図である。スイッチング電源装置は、商用の交流電源１に接続された切換え部４３と、切換え部４３と接続されたブリッジダイオード２と、力率改善機能を有する力率改善手段、例えば、昇圧チョッパー回路（力率改善手段）５と、平滑コンデンサ７と、電圧変換回路８、電圧変換回路８の出力端に接続された正極性出力端子９および負極性出力端子１０とを備えている。
【００２９】
ブリッジダイオード２の出力端に正極性ライン３および負極性ライン４を介して昇圧チョッパー回路５が接続されている。なお、負極性ライン４は、昇圧チョッパー回路５内で同電位を保ちつつ、平滑コンデンサ７および電圧変換回路８にも該同電位を与えるラインである。平滑コンデンサ７は、昇圧チョッパー回路５の出力端に接続された正極性ライン６および負極性ライン４の間に接続されている。また、電圧変換回路８は、正極性ライン６および負極性ライン４に接続されている。
【００３０】
また、切換え部４３には別のブリッジダイオード４４が接続されており、該ブリッジダイオード４４の出力端には平滑コンデンサ７が接続されている。なお、ブリッジダイオード４４の代わりに半波整流回路を構成してもよい。
【００３１】
出力電力量検出回路１１は、スイッチング電源装置の正極性出力端子９および負極性出力端子１０から図示しない負荷（電気機器）に対して供給されている出力電力量を検出する。この検出量に応じて、後述する判断手段は、切換え部４３を実線の位置から破線の位置へ、もしくは、破線の位置から実線の位置へと切換える制御を行う。
【００３２】
切換え部４３が実線の位置の場合、交流電源１から得られた交流電圧は、全波整流するブリッジダイオード２と、昇圧チョッパー回路５と、コンデンサ７とを経て整流・平滑化される。ここで、平滑コンデンサ７の充電電圧は、電圧変換回路８の主電源となる。
【００３３】
一方、切換え部４３が破線の位置へ切換わると、交流電源１からの交流電圧は昇圧チョッパー回路５を介さずにブリッジダイオード４４と平滑コンデンサ７とを経て整流・平滑化される。このとき昇圧チョッパー回路５は動作を停止する。この結果、昇圧チョッパー回路５の電力損失分だけ消費電力を低減できる。これに加えて、平滑コンデンサ７の充電電圧が低下するため、電圧変換回路８における消費電力も低減できる。
【００３４】
図２は、図１に示したようなスイッチング電源装置における電圧変換回路８の具体的構成例を示す電気回路図である。なお、図１と同じ機能を有する部材には同じ符号を付しており、詳細な説明は省略する。
【００３５】
正極性ライン６および負極性ライン４の間には、変圧器２２の１次巻線２２ａおよび主スイッチング素子である電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）１９の直列回路が接続されている。変圧器２２の２次巻線２２ｃとダイオード２３との直列回路は平滑コンデンサ２４に接続されており、平滑コンデンサ２４には正極性出力端子９および負極性出力端子１０が接続されている。ＦＥＴ１９のゲート電極には、ＰＷＭ制御回路１５が接続されている。ＰＷＭ制御回路１５および昇圧チョッパー回路５には、その駆動用電源として平滑コンデンサ２１が接続されており、さらに、平滑コンデンサ２１には、自身を充電するための図示しない起動用電源が接続されている。また、平滑コンデンサ２１には、変圧器２２の補助巻線２２ｂとダイオード２０との直列回路が接続されている。
【００３６】
切換え部４３が通常動作時の実線にあるときに、スイッチング電源装置に交流電源１が接続されると、ブリッジダイオード２から整流電圧が昇圧チョッパー回路５へ入力される。また、図示しない起動用電源が平滑コンデンサ２１を充電し、該充電電圧が所定の電圧値以上に達すると、昇圧チョッパー回路５が動作を開始する。これにより、昇圧チョッパー回路５に入力された整流電圧が昇圧され、かつ、力率が改善される。
【００３７】
上記平滑コンデンサ２１の充電電圧により、ＰＷＭ制御回路１５も動作を開始する。ＦＥＴ１９はＰＷＭ制御回路１５により駆動され、変圧器２２の１次巻線２２ａに流れる電流をオン／オフ制御する。ここで例示する実施の形態は、フライバックコンバータ回路に係るものであり、ＦＥＴ１９のオフ期間に、変圧器２２の２次巻線２２ｃに誘起電圧が発生する。前記誘起電圧は、ダイオード２３およびコンデンサ２４によって整流・平滑化され、出力端子９、１０から図示しない負荷へ供給される。
【００３８】
図示しない出力電圧検出回路は、正極性出力端子９と負極性出力端子１０との間の電圧を検出する。この検出電圧に係る情報は、図示しないフォトカプラを介してＰＷＭ制御回路１５に伝達される。ＰＷＭ制御回路１５は、受信した上記情報に基づいてＦＥＴ１９のオン期間を制御し、結果として出力電圧を所定の値に制御する。
【００３９】
本スイッチング電源装置が起動を開始すると、以後、上記変圧器２２の補助巻線２２ｃからダイオード２０を介して供給される電流によって、上記昇圧チョッパー回路５、ＰＷＭ制御回路１５、およびその他の補助回路（図示しない）が駆動され、図示しない起動用電源の動作は停止する。
【００４０】
次に、出力電力量検出回路１１の内部構成とその機能について説明する。出力電力量１１は、ＰＷＭ制御回路１５のＦＥＴ１９駆動用正電圧をダイオード１７、抵抗１８を介してコンデンサ１６に導き入れ、該コンデンサ１６を充電する回路により構成されている。
【００４１】
また、抵抗１８とコンデンサ１６の接続点が比較回路１４に接続されており、コンデンサ１６の充電電圧が比較回路１４に導き入れられる。後に詳説するが、比較回路１４は、切換え部４３を実線から破線の位置、もしくは、破線から実線の位置へと切換えるように制御することができる。コンデンサ１６の他方の端子は負極性ライン４に接続されている。
【００４２】
ＰＷＭ制御回路１５のＦＥＴ１９駆動正電圧によって、コンデンサ１６には、ダイオード１７、抵抗１８を介して電流が流入する。ここで、図示しない負荷に対する出力電力量が大きくなるに従って、上記ＦＥＴ１９駆動正電圧の時比率が大きくなり、その分、多くの電流がコンデンサ１６に流入することとなる。つまり、コンデンサ１６に加わる電圧は、ＦＥＴ１９駆動用正電圧の時比率に従った短形パルスであり、スイッチング電源装置内の部品、例えば変圧器２２により生じるノイズ等が含まれない。これにより、出力電力検出器１１は、図示しない負荷に供給する出力電力量を精度良く検出することができる。
【００４３】
抵抗１８は、コンデンサ１６の充電電流を量的に抑制し、コンデンサ１６の充電電圧を制限するための素子である。コンデンサ１６の充電電圧を制限できるので、出力電力量検出回路１１にて消費される電力量を低減することができる。抵抗１８により制限されたコンデンサ１６の充電電圧は、図示しない負荷に供給されている出力電力量に比例して変化する。これにより、抵抗１８により制限されたコンデンサ１６の充電電圧を利用しても、図示しない負荷に供給されている出力電力量を精度良く検出することができる。
【００４４】
なお、上記抵抗１８は、高い抵抗値を有するものが好ましい。これにより、コンデンサ１６に流入する電流を抑制することができ、出力電力量検出回路１１にて消費される電力量をより一層低減することができる。また、抵抗１８はインダクタに置き換えることも可能であり、充電電流を量的に抑制するような素子であればよい。
【００４５】
コンデンサ１６の充電電圧は、次段の判断手段である比較回路１４に伝達される。比較回路１４は、コンデンサ１６の充電電圧と比較回路１４内に設けられている内部基準電圧とを比較する。ここで、基準電圧を、出力端子９，１０から電力が出力される図示しない負荷が低消費電力時（省電力モード）であるときの出力電力量の最大値に相当するコンデンサ１６の充電電圧に設定しておくことで、比較回路１４により、負荷が省電力モードであるか否かの判断を行うことができる。すなわち、比較回路１４は、コンデンサ１６の充電電圧が基準電圧よりも小さい場合には、電気機器が省電力モードであると判断し、コンデンサ１６の充電電が基準電圧よりも大きい場合には、電気機器が通常モードであると判断することができる。つまり、スイッチング電源装置内で、電力を供給している電気機器が、通常モードであるか省電力モードであるかを自己判定することができる。
【００４６】
コンデンサ１６の充電電圧の方が、基準電圧よりも低い場合、つまり、負荷が省電力モードである場合には、上記比較回路１４は、切換え部４３を通常動作状態である実線の位置から破線の位置へ切換える制御を行う。このとき、昇圧チョッパー回路５を介さずにブリッジダイオード４４を介して平滑コンデンサ７へ交流電源が供給され、昇圧チョッパー回路５は動作を停止する。よって、昇圧チョッパー回路５において消費される電力損失分だけ電力を低減することができる。さらに、昇圧動作が行われないため、平滑コンデンサ７の充電電圧が低下し、電圧変換回路８における消費電力も低減できる。
【００４７】
また、コンデンサ１６の充電電圧の方が、基準電圧よりも大きい場合、つまり、負荷が通常時であると比較回路１４が判断した場合には、比較回路１４は、切換え部４３を通常動作状態である実線の位置へ切換える制御を行う。これにより、ブリッジダイオード２からの整流電圧が昇圧チョッパー回路５にて力率が改善される。
【００４８】
次に、比較回路１４の内部構成とその機能について、図３を用いて説明する。図３は、図２における比較回路１４の具体的な構成を示す電気回路図である。なお、図２と同じ機能を有する部材には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００４９】
比較回路１４は、抵抗１８とコンデンサ１６の接続点にツェナーダイオード３６のカソードが、更にツェナーダイオード３６のアノードにＮＰＮトランジスタ３５のベースが抵抗３７を介して接続され、更にまた、コンデンサ１６のもう一方の端子に上記ＮＰＮトランジスタ３５のエミッタが接続される構成である。
【００５０】
コンデンサ１６の充電電圧がツェナーダイオード３６のツェナー電圧よりも大きい場合、カソードからアノードに向って電流が流れて上記ＮＰＮトランジスタ３５がオンし、該ＮＰＮトランジスタ３５のコレクタ４５がローレベルの電圧レベルになる。また、コンデンサ１６の充電電圧がツェナーダイオード３６のツェナー電圧よりも小さい場合、カソードからアノードに向って電流が流れないので、ＮＰＮトランジスタ３５がオフし、該ＮＰＮトランジスタ３５のコレクタ４５はハイレベル（オープン）の電圧レベルになる。
【００５１】
ここで、上記切換え部４３は前記ＮＰＮトランジスタ３５のコレクタ４５電圧レベルにより制御されるように設定されている。すなわち、コレクタ４５がローレベルの電圧レベルの時は、実線の位置に切換わり、コレクタ４５がハイレベルの電圧レベルの時は、破線の位置に切換わる。
【００５２】
従って、コンデンサ１６の充電電圧がツェナーダイオード３６のツェナー電圧より大きい場合、上記ＮＰＮトランジスタ３５がオンしてコレクタ４５の電圧レベルがローレベルに引き下げられ、切換え部４３が実線に切換わるので、昇圧チョッパー回路５は動作する。逆に、コンデンサ１６の充電電圧がツェナーダイオード３６のツェナー電圧よりも小さい場合、ＮＰＮトランジスタ３５がオフしてコレクタ４５の電圧レベルがハイレベルに引き上げられ、切換え部４３が破線に切替わるので、交流電源が昇圧チョパー回路５を介さずに、ブリッジダイオード４４を介して平滑コンデサ７に供給され、昇圧チョッパー回路５の動作が停止する。このとき、ブリッジダイオード２、および後述する、昇圧チョッパー回路５内のチョークコイル２５、ダイオード２９には導通がないため、当然に導通損失は発生しない。よって、より一層消費電力を低減することができる。
【００５３】
図４は、上記昇圧チョッパー回路５の具体的構成を示す電気回路図である。なお、図３でと同じ機能を有する部材には同じ参照番号を付記し、詳細な説明を省略する。
【００５４】
昇圧チョッパー回路５は、４つの抵抗２６、２７、３１、３２、コイル２５、ダイオード２９、スイッチングトランジスタ２８、力率改善制御回路３０から構成されている。
【００５５】
抵抗２６および抵抗２７からなる直列回路は、正極性ライン３および負極性ライン４の間に接続されており、抵抗２６および抵抗２７の接続点と力率改善制御回路３０の入力端子４０とが接続されている。また、抵抗３１および抵抗３２からなる直列回路は、平滑コンデンサ７と並列に正極性ライン６および負極性ライン４の間に接続されており、抵抗３１および抵抗３２の接続点と力率改善制御回路３０の入力端子４１とが接続されている。また、抵抗２６と正極性ライン３との接続点、および、抵抗３１と正極性ライン６との接続点の間には、チョークコイル２５およびダイオード２９からなる直列回路が接続されている。さらに、チョークコイル２５およびダイオード２９の接続点と負極性ライン４との間には、スイッチングトランジスタ２８が接続されており、スイッチングトランジスタ２８のゲート電極と力率改善制御回路３０の出力端子４２とが接続されている。
【００５６】
抵抗２６および抵抗２７からなる直列回路は、正極性ライン３および負極性ライン４の間の電圧を抵抗分圧により降圧し、力率改善制御回路３０に入力させる。また、抵抗３１および抵抗３２からなる直列回路は、平滑コンデンサ７の充電電圧を抵抗分圧により降圧し、力率改善制御回路３０に入力させる。
【００５７】
力率改善制御回路３０は、スイッチングトランジスタ２８の駆動信号を出力端子４２から送出してスイッチングトランジスタ２８をオン／オフ制御する。
【００５８】
昇圧のメカニズムは、通常、一般の昇圧チョッパー回路と同じである。スイッチングトランジスタ２８のオン期間中にブリッジダイオード２の正極性ライン３からチョークコイル２５を介してスイッチングトランジスタ２８に電流が流れてチョークコイル２５内に励磁エネルギが蓄積される。スイッチングトランジスタ２８がオフになると、該励磁エネルギにより、昇圧電流がブリッジダイオード２の正極性ライン３からチョークコイル２５およびダイオード２９を介して平滑コンデンサ７に流入する。
【００５９】
力率改善制御回路３０は、入力端子４１にて平滑コンデンサ７の充電電圧レベルを監視し、該充電電圧レベルが所定の電圧より大きい場合、チョークコイル２５を流れる電流波形の波高値が全体に低くなるように、スイッチングトランジスタ２８をオン／オフ制御し、逆に、上記充電電圧レベルが所定の電圧より小さい場合、チョークコイル２５を流れる電流波形の波高値が全体に高くなるように、スイッチングトランジスタ２８のオン／オフ制御をする。これにより、平滑コンデンサ７の充電電圧が所定の一定電圧値となる。
【００６０】
以上のように、本発明に係るスイッチング電源装置は、外部の交流電源１と接続され、力率改善機能を有する昇圧チョッパー回路５と、外部の負荷に所望の電圧を供給するための電圧変換回路８とを有するスイッチング電源装置である。さらに、負荷に供給されている出力電力量を検出する出力電力量検出回路１１と、検出された出力電力量が所定量以上であるか否かを判断する比較回路１４とを備えている。加えて、交流電源１からの電圧を、検出された出力電力量が所定量以上であると比較回路１４によって判断された場合に、昇圧チョッパー回路５を介して電圧変換回路８に出力する一方、所定量未満であると判断された場合に、昇圧値チョッパー回路５を介さずに電圧変換回路８に出力する切換え部４３を備えている。
【００６１】
上記の構成によれば、負荷に供給される出力電力量をスイッチング電源装置内に備えられた出力電力量検出回路１１が検出し、かつ、検出された出力電力量が所定量以上であるか否かをスイッチング電源装置内に備えられた比較回路１４が判断する。よって、負荷の状態、つまり、省電力モードおよび通常モードをスイッチング電源装置が自己判定することができる。よって、電気機器からモードに関わる信号を受けることのできない場合であっても、スイッチング電源装置自身が、モードを判断することができる。
【００６２】
また、上述のように、出力電力量が所定量未満であると判断された場合に、昇圧チョッパー回路５を介さずに交流電源１からの電圧を電圧変換回路８に出力する切換え部４３が備えられている。このため、出力電力量が所定量未満の場合に、昇圧チョッパー回路５を導通することによる電力損失が生じることがないため、省電力を一層図ることができる。さらに、力率が改善されず、低電圧のまま、電圧変換回路８に交流電源１からの電圧が出力されるため、電圧変換回路８における消費電力も軽減することができる。
【００６３】
したがって、電気機器からの信号をもらうことのできないＡＣアダプターに有効であり、かつ、電気機器が低消費電力時に更に省電力を図ることのできるスイッチング電源装置を提供することができる。
【００６４】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【００６５】
【発明の効果】
本発明に係るスイッチング電源装置は、以上のように、外部の電源と接続され、力率改善機能を有する力率改善手段と、外部の負荷に所望の電圧を供給するための電圧変換手段とを有するスイッチング電源装置であって、前記負荷に供給されている出力電力量を検出する出力電力量検出手段と、検出された出力電力量が所定量以上であるか否かを判断する判断手段と、前記電源からの電圧を、検出された出力電力量が所定量以上であると前記判断手段によって判断された場合に、前記力率改善手段を介して前記電圧変換手段に出力する一方、所定量未満であると判断された場合に、前記力率改善手段を介さずに前記電圧変換手段に出力する切換手段とを備えている構成である。
【００６６】
それゆえ、負荷の状態、つまり、省電力モードおよび通常モードをスイッチング電源装置が自己判定することができる。よって、電気機器からモードに関わる信号を受けることのできない場合であっても、スイッチング電源装置が、モードを判断することができる。また、出力電力量が所定量未満の場合に、力率改善手段を導通することによる電力損失が生じることがないため、省電力を一層図ることができる。さらに、力率が改善されず、低電圧のまま、電圧変換手段に電源からの電圧が出力されるため、電圧変換手段における消費電力も軽減することができる。これにより、電気機器からの信号をもらうことのできないＡＣアダプターに有効であり、かつ、電気機器が低消費電力時に更に省電力を図ることのできるスイッチング電源装置を提供することができるという効果を奏する。
【００６７】
本発明に係るスイッチング電源装置は、以上のように、上記の構成に加えて、前記電圧変換手段は、スイッチング機能を有する主スイッチング素子を有しており、前記出力電力量検出手段が、コンデンサを有し、前記主スイッチング素子の駆動電圧を該コンデンサに導き入れて、該コンデンサを充電することにより、出力電力量を検出する構成である。
【００６８】
それゆえ、主スイッチング素子の駆動電圧は、短形パルス状であり、他の部品の影響を受けることがないので、ノイズが含まれない。したがって、該駆動電圧を前記コンデンサに導き入れ、該コンデンサを充電することにより、検出される負荷に供給されている出力電力量には誤差等がなく、従来に比べて精度良く出力電力量を検出することができる。つまり、負荷の省電力モード状態を精度良く検出することができ、省電力モードにおいてより確実に力率改善手段を機能させないことができるため、より一層の省電力化が図れるという効果を奏する。
【００６９】
本発明に係るスイッチング電源装置は、以上のように、上記の構成に加えて、前記主スイッチング素子の駆動電圧が、ダイオードと前記コンデンサの充電電流を量的に抑制する素子とを介して、該コンデンサに導き入れられる構成である。
【００７０】
それゆえ、コンデンサの充電電圧を負荷に供給されている出力電力量に比例させた状態で、該充電電圧を制限することができる。これにより、該充電電圧に基づいて、出力電力量を検出することができるとともに、出力電力量検出手段における消費電力を低減できるという効果を奏する。
【００７１】
本発明に係るスイッチング電源装置は、以上のように、上記の構成に加えて、前記素子が、抵抗またはインダクタである構成である。
【００７２】
それゆえ、簡単な回路構成で、コンデンサの充電電圧を負荷に供給されている出力電力量に比例して変化させ、出力電力量を検出することができるという効果を奏する。特に、上記素子が高い抵抗値の抵抗である場合には、僅少の消費電力で出力電力量の検出機能を果たすことができる。
【００７３】
本発明に係るスイッチング電源装置は、以上のように、上記の構成に加えて、前記判断手段は、前記コンデンサの両端の電圧値が所定電圧値以上の場合に、検出された出力電力量が所定量以上であると判断する構成である。
【００７４】
それゆえ、出力電力量が所定量以上であるかの否かの判断を、コンデンサの両端の電圧値と所定電圧値との比較により簡単に行うことができるという効果を奏する。
【００７５】
本発明に係るスイッチング電源装置は、以上のように、上記の構成に加えて、前記判断手段は、ツェナーダイオードを有しており、該ツェナーダイオードのツェナー電圧が前記所定電圧値に対応する構成である。
【００７６】
それゆえ、判断手段をツェナーダイオードで構成するという簡単な構成によって、上記判断手段を実現することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスイッチング電源装置の一構成例の概略を示す電気回路図である。
【図２】図１に示すスイッチング電源装置において電圧変換回路をより詳しく示す電気回路図である。
【図３】図２に示すスイッチング電源装置において比較回路をより詳しく示す電気回路図である。
【図４】図３に示すスイッチング電源装置において昇圧チョッパー回路をより詳しく示す電気回路図である。
【符号の説明】
１ 交流電源（電源）
５ 昇圧チョッパー回路（力率改善手段）
８ 電圧変換回路（電圧変換手段）
１１ 出力電力量検出回路（出力電力量検出手段）
１４ 比較回路（判断手段）
１６ コンデンサ
１７ ダイオード
１８ 抵抗（素子）
３６ ツェナーダイオード
４３ 切換え部（切換手段）
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気機器の直流電源として用いられるスイッチング電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気機器、例えば、ファクシミリ、電話機、コピー機、その他ＯＡ機器や家電製品などには、安定した一定の動作電圧が必要であるため、安定化電圧を出力するスイッチング電源装置が従来から用いられている。また、近年の電気機器は、本来の動作時（通常モード）以外の待機時、つまり、低消費電力時（省電力モード）にも電源を供給する必要のあるものが多くなってきているため、スイッチング電源装置は、常時、電気機器に対して電源を供給する必要がある。一方、昨今のエネルギー事情から省電力を図る必要もある。そこで、本来の動作時間に比べ時間割合の大きい待機時におけるスイッチング電源装置の消費電力を少なくすることが重要となっている。
【０００３】
ところで、スイッチング電源装置としては、以下のようなものが広く知られている。つまり、交流電源から整流回路によって得られた整流後の電圧（脈流）を平滑回路によって平滑して直流電圧に変換する。この直流電圧をスイッチング素子によって断続され、スイッチング出力を出力整流平滑回路に供給して任意の直流電圧が得られる。
【０００４】
このようなスイッチング電源装置において、入力側の平滑回路がコンデンサインプット型であると、入力電流が流れるのは、整流後の電圧が入力平滑コンデンサの充電電圧より高い期間のみとなるので、入力電流の導通角が狭く、力率を低下させるという問題があった。そこで、この問題を解決するため、従来から、力率改善機能を有した昇圧チョッパー回路を備えているスイッチング電源装置が用いられている。
【０００５】
しかしながら、このような昇圧チョッパー回路を備えたスイッチング電源装置は、力率が改善されて無効電力が低減するので省電力になるが、力率改善機能を有さないスイッチング電源装置と比較して、昇圧チョッパー回路の力率改善動作に伴う電力損失が生じるので、その分だけ電力変換効率が劣化する。特に、機器の待機時のように、力率改善の必要性のない低消費電力状態においても力率改善機能を動作させ、無駄な電力を浪費している。
【０００６】
特許文献１には、機器が省電力モードに移行しているときに、力率改善部を介さずに、機器へ電力を供給するように構成した電源装置が開示されている。例えば、交流電源と力率改善部との間に第１スイッチと、力率改善部と省電力モード時に電力を供給するＤＣ／ＤＣコンバータとの間に第２スイッチとが設けられていることが開示されている。これら第１、２スイッチは、電源制御手段によってスイッチング制御される。電源制御手段は、画像形成装置のメイン制御手段から省電力モードに移行したことを知らせる信号が入力され、この信号に基づいて、第１、２スイッチをスイッチング制御する。
【０００７】
また、特許文献２には、力率改善機能を有する昇圧チョッパー回路、および、負荷に供給されている出力電力量を検出する出力電力量検出手段が備えれれているスイッチング電源装置が開示されている。さらに、出力電力量が所定量以上か否かを判断する判断手段と、出力電力量が所定量未満の場合に、力率改善機能を機能させない力率改善機能制御手段とが備えられている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１１−１３６８５８号公報（１９９９年５月２１日公開）
【０００９】
【特許文献２】
特開２００１−９５２３６号公報（２００１年４月６日公開）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に開示されているような電源装置においては、画像形成装置等の電気機器のメイン制御手段から省電力モードに移行したことを知らせる信号が入力されるため、電気機器からの信号をもらうことのできないＡＣアダプターには適用することができない問題があった。
【００１１】
また、特許文献２に開示されているようなスイッチング電源装置では、出力電力量が所定量未満の場合、力率改善機能を機能させないが、昇圧チョッパー回路をスルーさせるために、昇圧チョッパー回路内の部品による導通損失が生じる。これにより、十分な省電力が図れなかった。
【００１２】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、電気機器からの信号をもらうことのできないＡＣアダプターに有効であり、かつ、電気機器が低消費電力時に更に省電力を図ることのできるスイッチング電源装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るスイッチング電源装置は、上記の課題を解決するために、外部の電源と接続され、力率改善機能を有する力率改善手段と、外部の負荷に所望の電圧を供給するための電圧変換手段とを有するスイッチング電源装置であって、前記負荷に供給されている出力電力量を検出する出力電力量検出手段と、検出された出力電力量が所定量以上であるか否かを判断する判断手段と、前記電源からの電圧を、検出された出力電力量が所定量以上であると前記判断手段によって判断された場合に、前記力率改善手段を介して前記電圧変換手段に出力する一方、所定量未満であると判断された場合に、前記力率改善手段を介さずに前記電圧変換手段に出力する切換手段とを備えていることを特徴としている。
【００１４】
上記の構成によれば、負荷に供給される出力電力量をスイッチング電源装置内に備えられた出力電力量検出手段が検出し、かつ、検出された出力電力量が所定量以上であるか否かをスイッチング電源装置内に備えられた判断手段が判断する。よって、負荷の状態、つまり、省電力モードおよび通常モードをスイッチング電源装置が自己判定することができる。よって、電気機器からモードに関わる信号を受けることのできない場合であっても、スイッチング電源装置が、モードを判断することができる。
【００１５】
また、出力電力量が所定量未満であると判断された場合に、力率改善手段を介さずに電源からの電圧を電圧変換手段に出力する切換手段が備えられている。このため、出力電力量が所定量未満の場合に、力率改善手段を導通することによる電力損失が生じることがないため、省電力を一層図ることができる。さらに、力率が改善されず、低電圧のまま、電圧変換手段に電源からの電圧が出力されるため、電圧変換手段における消費電力も軽減することができる。
【００１６】
以上により、電気機器からの信号をもらうことのできないＡＣアダプターに有効であり、かつ、電気機器が低消費電力時に更に省電力を図ることのできるスイッチング電源装置を提供することができる。
【００１７】
本発明に係るスイッチング電源装置は、上記の課題を解決するために、上記の構成に加えて、前記電圧変換手段は、スイッチング機能を有する主スイッチング素子を有しており、前記出力電力量検出手段が、コンデンサを有し、前記主スイッチング素子の駆動電圧を該コンデンサに導き入れて、該コンデンサを充電することにより、出力電力量を検出することを特徴としている。
【００１８】
上記の構成によれば、主スイッチング素子の駆動電圧は、短形パルス状であり、他の部品の影響を受けることがないので、ノイズが含まれない。したがって、該駆動電圧を前記コンデンサに導き入れ、該コンデンサを充電することにより、検出される負荷に供給されている出力電力量には誤差等がなく、従来に比べて精度良く出力電力量を検出することができる。つまり、負荷の省電力モード状態を精度良く検出することができ、省電力モードにおいてより確実に力率改善手段を機能させないことができるため、より一層の省電力化が図れる。
【００１９】
本発明に係るスイッチング電源装置は、上記の課題を解決するために、上記の構成に加えて、前記主スイッチング素子の駆動電圧が、ダイオードと前記コンデンサの充電電流を量的に抑制する素子とを介して、該コンデンサに導き入れられることを特徴としている。
【００２０】
上記の構成によれば、コンデンサの充電電圧を負荷に供給されている出力電力量に比例させた状態で、該充電電圧を制限することができる。これにより、該充電電圧に基づいて、出力電力量を検出することができるとともに、出力電力量検出手段における消費電力を低減できる。
【００２１】
本発明に係るスイッチング電源装置は、上記の課題を解決するために、上記の構成に加えて、前記素子が、抵抗またはインダクタであることを特徴としている。
【００２２】
上記の構成によれば、コンデンサの充電電圧を負荷に供給されている出力電力量に比例して変化させ、出力電力量を検出することができる。特に、上記素子が高い抵抗値の抵抗である場合には、僅少の消費電力で出力電力量の検出機能を果たすことができる。
【００２３】
本発明に係るスイッチング電源装置は、上記の課題を解決するために、上記の構成に加えて、前記判断手段は、前記コンデンサの両端の電圧値が所定電圧値以上の場合に、検出された出力電力量が所定量以上であると判断することを特徴としている。
【００２４】
上記の構成によれば、出力電力量が所定量以上であるかの否かの判断を、コンデンサの両端の電圧値と所定電圧値との比較により簡単に行うことができる。
【００２５】
本発明に係るスイッチング電源装置は、上記の課題を解決するために、上記の構成に加えて、前記判断手段は、ツェナーダイオードを有しており、該ツェナーダイオードのツェナー電圧が前記所定電圧値に対応することを特徴としている。
【００２６】
上記の構成によれば、判断手段をツェナーダイオードで構成するという簡単な構成によって、上記判断手段を実現することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明のスイッチング電源装置に関する実施の一形態について図１〜図３に基づいて説明すれば以下のとおりである。
【００２８】
図１は、本実施の形態に係るスイッチング電源装置の概略構成を示す電気回路図である。スイッチング電源装置は、商用の交流電源１に接続された切換え部４３と、切換え部４３と接続されたブリッジダイオード２と、力率改善機能を有する力率改善手段、例えば、昇圧チョッパー回路（力率改善手段）５と、平滑コンデンサ７と、電圧変換回路８、電圧変換回路８の出力端に接続された正極性出力端子９および負極性出力端子１０とを備えている。
【００２９】
ブリッジダイオード２の出力端に正極性ライン３および負極性ライン４を介して昇圧チョッパー回路５が接続されている。なお、負極性ライン４は、昇圧チョッパー回路５内で同電位を保ちつつ、平滑コンデンサ７および電圧変換回路８にも該同電位を与えるラインである。平滑コンデンサ７は、昇圧チョッパー回路５の出力端に接続された正極性ライン６および負極性ライン４の間に接続されている。また、電圧変換回路８は、正極性ライン６および負極性ライン４に接続されている。
【００３０】
また、切換え部４３には別のブリッジダイオード４４が接続されており、該ブリッジダイオード４４の出力端には平滑コンデンサ７が接続されている。なお、ブリッジダイオード４４の代わりに半波整流回路を構成してもよい。
【００３１】
出力電力量検出回路１１は、スイッチング電源装置の正極性出力端子９および負極性出力端子１０から図示しない負荷（電気機器）に対して供給されている出力電力量を検出する。この検出量に応じて、後述する判断手段は、切換え部４３を実線の位置から破線の位置へ、もしくは、破線の位置から実線の位置へと切換える制御を行う。
【００３２】
切換え部４３が実線の位置の場合、交流電源１から得られた交流電圧は、全波整流するブリッジダイオード２と、昇圧チョッパー回路５と、コンデンサ７とを経て整流・平滑化される。ここで、平滑コンデンサ７の充電電圧は、電圧変換回路８の主電源となる。
【００３３】
一方、切換え部４３が破線の位置へ切換わると、交流電源１からの交流電圧は昇圧チョッパー回路５を介さずにブリッジダイオード４４と平滑コンデンサ７とを経て整流・平滑化される。このとき昇圧チョッパー回路５は動作を停止する。この結果、昇圧チョッパー回路５の電力損失分だけ消費電力を低減できる。これに加えて、平滑コンデンサ７の充電電圧が低下するため、電圧変換回路８における消費電力も低減できる。
【００３４】
図２は、図１に示したようなスイッチング電源装置における電圧変換回路８の具体的構成例を示す電気回路図である。なお、図１と同じ機能を有する部材には同じ符号を付しており、詳細な説明は省略する。
【００３５】
正極性ライン６および負極性ライン４の間には、変圧器２２の１次巻線２２ａおよび主スイッチング素子である電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）１９の直列回路が接続されている。変圧器２２の２次巻線２２ｃとダイオード２３との直列回路は平滑コンデンサ２４に接続されており、平滑コンデンサ２４には正極性出力端子９および負極性出力端子１０が接続されている。ＦＥＴ１９のゲート電極には、ＰＷＭ制御回路１５が接続されている。ＰＷＭ制御回路１５および昇圧チョッパー回路５には、その駆動用電源として平滑コンデンサ２１が接続されており、さらに、平滑コンデンサ２１には、自身を充電するための図示しない起動用電源が接続されている。また、平滑コンデンサ２１には、変圧器２２の補助巻線２２ｂとダイオード２０との直列回路が接続されている。
【００３６】
切換え部４３が通常動作時の実線にあるときに、スイッチング電源装置に交流電源１が接続されると、ブリッジダイオード２から整流電圧が昇圧チョッパー回路５へ入力される。また、図示しない起動用電源が平滑コンデンサ２１を充電し、該充電電圧が所定の電圧値以上に達すると、昇圧チョッパー回路５が動作を開始する。これにより、昇圧チョッパー回路５に入力された整流電圧が昇圧され、かつ、力率が改善される。
【００３７】
上記平滑コンデンサ２１の充電電圧により、ＰＷＭ制御回路１５も動作を開始する。ＦＥＴ１９はＰＷＭ制御回路１５により駆動され、変圧器２２の１次巻線２２ａに流れる電流をオン／オフ制御する。ここで例示する実施の形態は、フライバックコンバータ回路に係るものであり、ＦＥＴ１９のオフ期間に、変圧器２２の２次巻線２２ｃに誘起電圧が発生する。前記誘起電圧は、ダイオード２３およびコンデンサ２４によって整流・平滑化され、出力端子９、１０から図示しない負荷へ供給される。
【００３８】
図示しない出力電圧検出回路は、正極性出力端子９と負極性出力端子１０との間の電圧を検出する。この検出電圧に係る情報は、図示しないフォトカプラを介してＰＷＭ制御回路１５に伝達される。ＰＷＭ制御回路１５は、受信した上記情報に基づいてＦＥＴ１９のオン期間を制御し、結果として出力電圧を所定の値に制御する。
【００３９】
本スイッチング電源装置が起動を開始すると、以後、上記変圧器２２の補助巻線２２ｃからダイオード２０を介して供給される電流によって、上記昇圧チョッパー回路５、ＰＷＭ制御回路１５、およびその他の補助回路（図示しない）が駆動され、図示しない起動用電源の動作は停止する。
【００４０】
次に、出力電力量検出回路１１の内部構成とその機能について説明する。出力電力量１１は、ＰＷＭ制御回路１５のＦＥＴ１９駆動用正電圧をダイオード１７、抵抗１８を介してコンデンサ１６に導き入れ、該コンデンサ１６を充電する回路により構成されている。
【００４１】
また、抵抗１８とコンデンサ１６の接続点が比較回路１４に接続されており、コンデンサ１６の充電電圧が比較回路１４に導き入れられる。後に詳説するが、比較回路１４は、切換え部４３を実線から破線の位置、もしくは、破線から実線の位置へと切換えるように制御することができる。コンデンサ１６の他方の端子は負極性ライン４に接続されている。
【００４２】
ＰＷＭ制御回路１５のＦＥＴ１９駆動正電圧によって、コンデンサ１６には、ダイオード１７、抵抗１８を介して電流が流入する。ここで、図示しない負荷に対する出力電力量が大きくなるに従って、上記ＦＥＴ１９駆動正電圧の時比率が大きくなり、その分、多くの電流がコンデンサ１６に流入することとなる。つまり、コンデンサ１６に加わる電圧は、ＦＥＴ１９駆動用正電圧の時比率に従った短形パルスであり、スイッチング電源装置内の部品、例えば変圧器２２により生じるノイズ等が含まれない。これにより、出力電力検出器１１は、図示しない負荷に供給する出力電力量を精度良く検出することができる。
【００４３】
抵抗１８は、コンデンサ１６の充電電流を量的に抑制し、コンデンサ１６の充電電圧を制限するための素子である。コンデンサ１６の充電電圧を制限できるので、出力電力量検出回路１１にて消費される電力量を低減することができる。抵抗１８により制限されたコンデンサ１６の充電電圧は、図示しない負荷に供給されている出力電力量に比例して変化する。これにより、抵抗１８により制限されたコンデンサ１６の充電電圧を利用しても、図示しない負荷に供給されている出力電力量を精度良く検出することができる。
【００４４】
なお、上記抵抗１８は、高い抵抗値を有するものが好ましい。これにより、コンデンサ１６に流入する電流を抑制することができ、出力電力量検出回路１１にて消費される電力量をより一層低減することができる。また、抵抗１８はインダクタに置き換えることも可能であり、充電電流を量的に抑制するような素子であればよい。
【００４５】
コンデンサ１６の充電電圧は、次段の判断手段である比較回路１４に伝達される。比較回路１４は、コンデンサ１６の充電電圧と比較回路１４内に設けられている内部基準電圧とを比較する。ここで、基準電圧を、出力端子９，１０から電力が出力される図示しない負荷が低消費電力時（省電力モード）であるときの出力電力量の最大値に相当するコンデンサ１６の充電電圧に設定しておくことで、比較回路１４により、負荷が省電力モードであるか否かの判断を行うことができる。すなわち、比較回路１４は、コンデンサ１６の充電電圧が基準電圧よりも小さい場合には、電気機器が省電力モードであると判断し、コンデンサ１６の充電電が基準電圧よりも大きい場合には、電気機器が通常モードであると判断することができる。つまり、スイッチング電源装置内で、電力を供給している電気機器が、通常モードであるか省電力モードであるかを自己判定することができる。
【００４６】
コンデンサ１６の充電電圧の方が、基準電圧よりも低い場合、つまり、負荷が省電力モードである場合には、上記比較回路１４は、切換え部４３を通常動作状態である実線の位置から破線の位置へ切換える制御を行う。このとき、昇圧チョッパー回路５を介さずにブリッジダイオード４４を介して平滑コンデンサ７へ交流電源が供給され、昇圧チョッパー回路５は動作を停止する。よって、昇圧チョッパー回路５において消費される電力損失分だけ電力を低減することができる。さらに、昇圧動作が行われないため、平滑コンデンサ７の充電電圧が低下し、電圧変換回路８における消費電力も低減できる。
【００４７】
また、コンデンサ１６の充電電圧の方が、基準電圧よりも大きい場合、つまり、負荷が通常時であると比較回路１４が判断した場合には、比較回路１４は、切換え部４３を通常動作状態である実線の位置へ切換える制御を行う。これにより、ブリッジダイオード２からの整流電圧が昇圧チョッパー回路５にて力率が改善される。
【００４８】
次に、比較回路１４の内部構成とその機能について、図３を用いて説明する。図３は、図２における比較回路１４の具体的な構成を示す電気回路図である。なお、図２と同じ機能を有する部材には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００４９】
比較回路１４は、抵抗１８とコンデンサ１６の接続点にツェナーダイオード３６のカソードが、更にツェナーダイオード３６のアノードにＮＰＮトランジスタ３５のベースが抵抗３７を介して接続され、更にまた、コンデンサ１６のもう一方の端子に上記ＮＰＮトランジスタ３５のエミッタが接続される構成である。
【００５０】
コンデンサ１６の充電電圧がツェナーダイオード３６のツェナー電圧よりも大きい場合、カソードからアノードに向って電流が流れて上記ＮＰＮトランジスタ３５がオンし、該ＮＰＮトランジスタ３５のコレクタ４５がローレベルの電圧レベルになる。また、コンデンサ１６の充電電圧がツェナーダイオード３６のツェナー電圧よりも小さい場合、カソードからアノードに向って電流が流れないので、ＮＰＮトランジスタ３５がオフし、該ＮＰＮトランジスタ３５のコレクタ４５はハイレベル（オープン）の電圧レベルになる。
【００５１】
ここで、上記切換え部４３は前記ＮＰＮトランジスタ３５のコレクタ４５電圧レベルにより制御されるように設定されている。すなわち、コレクタ４５がローレベルの電圧レベルの時は、実線の位置に切換わり、コレクタ４５がハイレベルの電圧レベルの時は、破線の位置に切換わる。
【００５２】
従って、コンデンサ１６の充電電圧がツェナーダイオード３６のツェナー電圧より大きい場合、上記ＮＰＮトランジスタ３５がオンしてコレクタ４５の電圧レベルがローレベルに引き下げられ、切換え部４３が実線に切換わるので、昇圧チョッパー回路５は動作する。逆に、コンデンサ１６の充電電圧がツェナーダイオード３６のツェナー電圧よりも小さい場合、ＮＰＮトランジスタ３５がオフしてコレクタ４５の電圧レベルがハイレベルに引き上げられ、切換え部４３が破線に切替わるので、交流電源が昇圧チョパー回路５を介さずに、ブリッジダイオード４４を介して平滑コンデサ７に供給され、昇圧チョッパー回路５の動作が停止する。このとき、ブリッジダイオード２、および後述する、昇圧チョッパー回路５内のチョークコイル２５、ダイオード２９には導通がないため、当然に導通損失は発生しない。よって、より一層消費電力を低減することができる。
【００５３】
図４は、上記昇圧チョッパー回路５の具体的構成を示す電気回路図である。なお、図３でと同じ機能を有する部材には同じ参照番号を付記し、詳細な説明を省略する。
【００５４】
昇圧チョッパー回路５は、４つの抵抗２６、２７、３１、３２、コイル２５、ダイオード２９、スイッチングトランジスタ２８、力率改善制御回路３０から構成されている。
【００５５】
抵抗２６および抵抗２７からなる直列回路は、正極性ライン３および負極性ライン４の間に接続されており、抵抗２６および抵抗２７の接続点と力率改善制御回路３０の入力端子４０とが接続されている。また、抵抗３１および抵抗３２からなる直列回路は、平滑コンデンサ７と並列に正極性ライン６および負極性ライン４の間に接続されており、抵抗３１および抵抗３２の接続点と力率改善制御回路３０の入力端子４１とが接続されている。また、抵抗２６と正極性ライン３との接続点、および、抵抗３１と正極性ライン６との接続点の間には、チョークコイル２５およびダイオード２９からなる直列回路が接続されている。さらに、チョークコイル２５およびダイオード２９の接続点と負極性ライン４との間には、スイッチングトランジスタ２８が接続されており、スイッチングトランジスタ２８のゲート電極と力率改善制御回路３０の出力端子４２とが接続されている。
【００５６】
抵抗２６および抵抗２７からなる直列回路は、正極性ライン３および負極性ライン４の間の電圧を抵抗分圧により降圧し、力率改善制御回路３０に入力させる。また、抵抗３１および抵抗３２からなる直列回路は、平滑コンデンサ７の充電電圧を抵抗分圧により降圧し、力率改善制御回路３０に入力させる。
【００５７】
力率改善制御回路３０は、スイッチングトランジスタ２８の駆動信号を出力端子４２から送出してスイッチングトランジスタ２８をオン／オフ制御する。
【００５８】
昇圧のメカニズムは、通常、一般の昇圧チョッパー回路と同じである。スイッチングトランジスタ２８のオン期間中にブリッジダイオード２の正極性ライン３からチョークコイル２５を介してスイッチングトランジスタ２８に電流が流れてチョークコイル２５内に励磁エネルギが蓄積される。スイッチングトランジスタ２８がオフになると、該励磁エネルギにより、昇圧電流がブリッジダイオード２の正極性ライン３からチョークコイル２５およびダイオード２９を介して平滑コンデンサ７に流入する。
【００５９】
力率改善制御回路３０は、入力端子４１にて平滑コンデンサ７の充電電圧レベルを監視し、該充電電圧レベルが所定の電圧より大きい場合、チョークコイル２５を流れる電流波形の波高値が全体に低くなるように、スイッチングトランジスタ２８をオン／オフ制御し、逆に、上記充電電圧レベルが所定の電圧より小さい場合、チョークコイル２５を流れる電流波形の波高値が全体に高くなるように、スイッチングトランジスタ２８のオン／オフ制御をする。これにより、平滑コンデンサ７の充電電圧が所定の一定電圧値となる。
【００６０】
以上のように、本発明に係るスイッチング電源装置は、外部の交流電源１と接続され、力率改善機能を有する昇圧チョッパー回路５と、外部の負荷に所望の電圧を供給するための電圧変換回路８とを有するスイッチング電源装置である。さらに、負荷に供給されている出力電力量を検出する出力電力量検出回路１１と、検出された出力電力量が所定量以上であるか否かを判断する比較回路１４とを備えている。加えて、交流電源１からの電圧を、検出された出力電力量が所定量以上であると比較回路１４によって判断された場合に、昇圧チョッパー回路５を介して電圧変換回路８に出力する一方、所定量未満であると判断された場合に、昇圧値チョッパー回路５を介さずに電圧変換回路８に出力する切換え部４３を備えている。
【００６１】
上記の構成によれば、負荷に供給される出力電力量をスイッチング電源装置内に備えられた出力電力量検出回路１１が検出し、かつ、検出された出力電力量が所定量以上であるか否かをスイッチング電源装置内に備えられた比較回路１４が判断する。よって、負荷の状態、つまり、省電力モードおよび通常モードをスイッチング電源装置が自己判定することができる。よって、電気機器からモードに関わる信号を受けることのできない場合であっても、スイッチング電源装置自身が、モードを判断することができる。
【００６２】
また、上述のように、出力電力量が所定量未満であると判断された場合に、昇圧チョッパー回路５を介さずに交流電源１からの電圧を電圧変換回路８に出力する切換え部４３が備えられている。このため、出力電力量が所定量未満の場合に、昇圧チョッパー回路５を導通することによる電力損失が生じることがないため、省電力を一層図ることができる。さらに、力率が改善されず、低電圧のまま、電圧変換回路８に交流電源１からの電圧が出力されるため、電圧変換回路８における消費電力も軽減することができる。
【００６３】
したがって、電気機器からの信号をもらうことのできないＡＣアダプターに有効であり、かつ、電気機器が低消費電力時に更に省電力を図ることのできるスイッチング電源装置を提供することができる。
【００６４】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【００６５】
【発明の効果】
本発明に係るスイッチング電源装置は、以上のように、外部の電源と接続され、力率改善機能を有する力率改善手段と、外部の負荷に所望の電圧を供給するための電圧変換手段とを有するスイッチング電源装置であって、前記負荷に供給されている出力電力量を検出する出力電力量検出手段と、検出された出力電力量が所定量以上であるか否かを判断する判断手段と、前記電源からの電圧を、検出された出力電力量が所定量以上であると前記判断手段によって判断された場合に、前記力率改善手段を介して前記電圧変換手段に出力する一方、所定量未満であると判断された場合に、前記力率改善手段を介さずに前記電圧変換手段に出力する切換手段とを備えている構成である。
【００６６】
それゆえ、負荷の状態、つまり、省電力モードおよび通常モードをスイッチング電源装置が自己判定することができる。よって、電気機器からモードに関わる信号を受けることのできない場合であっても、スイッチング電源装置が、モードを判断することができる。また、出力電力量が所定量未満の場合に、力率改善手段を導通することによる電力損失が生じることがないため、省電力を一層図ることができる。さらに、力率が改善されず、低電圧のまま、電圧変換手段に電源からの電圧が出力されるため、電圧変換手段における消費電力も軽減することができる。これにより、電気機器からの信号をもらうことのできないＡＣアダプターに有効であり、かつ、電気機器が低消費電力時に更に省電力を図ることのできるスイッチング電源装置を提供することができるという効果を奏する。
【００６７】
本発明に係るスイッチング電源装置は、以上のように、上記の構成に加えて、前記電圧変換手段は、スイッチング機能を有する主スイッチング素子を有しており、前記出力電力量検出手段が、コンデンサを有し、前記主スイッチング素子の駆動電圧を該コンデンサに導き入れて、該コンデンサを充電することにより、出力電力量を検出する構成である。
【００６８】
それゆえ、主スイッチング素子の駆動電圧は、短形パルス状であり、他の部品の影響を受けることがないので、ノイズが含まれない。したがって、該駆動電圧を前記コンデンサに導き入れ、該コンデンサを充電することにより、検出される負荷に供給されている出力電力量には誤差等がなく、従来に比べて精度良く出力電力量を検出することができる。つまり、負荷の省電力モード状態を精度良く検出することができ、省電力モードにおいてより確実に力率改善手段を機能させないことができるため、より一層の省電力化が図れるという効果を奏する。
【００６９】
本発明に係るスイッチング電源装置は、以上のように、上記の構成に加えて、前記主スイッチング素子の駆動電圧が、ダイオードと前記コンデンサの充電電流を量的に抑制する素子とを介して、該コンデンサに導き入れられる構成である。
【００７０】
それゆえ、コンデンサの充電電圧を負荷に供給されている出力電力量に比例させた状態で、該充電電圧を制限することができる。これにより、該充電電圧に基づいて、出力電力量を検出することができるとともに、出力電力量検出手段における消費電力を低減できるという効果を奏する。
【００７１】
本発明に係るスイッチング電源装置は、以上のように、上記の構成に加えて、前記素子が、抵抗またはインダクタである構成である。
【００７２】
それゆえ、簡単な回路構成で、コンデンサの充電電圧を負荷に供給されている出力電力量に比例して変化させ、出力電力量を検出することができるという効果を奏する。特に、上記素子が高い抵抗値の抵抗である場合には、僅少の消費電力で出力電力量の検出機能を果たすことができる。
【００７３】
本発明に係るスイッチング電源装置は、以上のように、上記の構成に加えて、前記判断手段は、前記コンデンサの両端の電圧値が所定電圧値以上の場合に、検出された出力電力量が所定量以上であると判断する構成である。
【００７４】
それゆえ、出力電力量が所定量以上であるかの否かの判断を、コンデンサの両端の電圧値と所定電圧値との比較により簡単に行うことができるという効果を奏する。
【００７５】
本発明に係るスイッチング電源装置は、以上のように、上記の構成に加えて、前記判断手段は、ツェナーダイオードを有しており、該ツェナーダイオードのツェナー電圧が前記所定電圧値に対応する構成である。
【００７６】
それゆえ、判断手段をツェナーダイオードで構成するという簡単な構成によって、上記判断手段を実現することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスイッチング電源装置の一構成例の概略を示す電気回路図である。
【図２】図１に示すスイッチング電源装置において電圧変換回路をより詳しく示す電気回路図である。
【図３】図２に示すスイッチング電源装置において比較回路をより詳しく示す電気回路図である。
【図４】図３に示すスイッチング電源装置において昇圧チョッパー回路をより詳しく示す電気回路図である。
【符号の説明】
１ 交流電源（電源）
５ 昇圧チョッパー回路（力率改善手段）
８ 電圧変換回路（電圧変換手段）
１１ 出力電力量検出回路（出力電力量検出手段）
１４ 比較回路（判断手段）
１６ コンデンサ
１７ ダイオード
１８ 抵抗（素子）
３６ ツェナーダイオード
４３ 切換え部（切換手段）
Claims (6)
- 外部の電源と接続され、
力率改善機能を有する力率改善手段と、
外部の負荷に所望の電圧を供給するための電圧変換手段とを有するスイッチング電源装置であって、
前記負荷に供給されている出力電力量を検出する出力電力量検出手段と、
検出された出力電力量が所定量以上であるか否かを判断する判断手段と、
前記電源からの電圧を、検出された出力電力量が所定量以上であると前記判断手段によって判断された場合に、前記力率改善手段を介して前記電圧変換手段に出力する一方、所定量未満であると判断された場合に、前記力率改善手段を介さずに前記電圧変換手段に出力する切換手段とを備えていることを特徴とするスイッチング電源装置。 - 前記電圧変換手段は、スイッチング機能を有する主スイッチング素子を有しており、
前記出力電力量検出手段が、コンデンサを有し、前記主スイッチング素子の駆動電圧を該コンデンサに導き入れて、該コンデンサを充電することにより、出力電力量を検出することを特徴とする請求項１に記載のスイッチング電源装置。 - 前記主スイッチング素子の駆動電圧が、ダイオードと前記コンデンサの充電電流を量的に抑制する素子とを介して、該コンデンサに導き入れられることを特徴とする請求項２に記載のスイッチング電源装置。
- 前記素子が、抵抗またはインダクタであることを特徴とする請求項３に記載のスイッチング電源装置。
- 前記判断手段は、前記コンデンサの両端の電圧値が所定電圧値以上の場合に、検出された出力電力量が所定量以上であると判断することを特徴とする請求項２に記載のスイッチング電源装置。
- 前記判断手段は、ツェナーダイオードを有しており、
該ツェナーダイオードのツェナー電圧が前記所定電圧値に対応することを特徴とする請求項５に記載のスイッチング電源装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003199414A JP2005039922A (ja) | 2003-07-18 | 2003-07-18 | スイッチング電源装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2003199414A JP2005039922A (ja) | 2003-07-18 | 2003-07-18 | スイッチング電源装置 |
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|---|---|
| JP2005039922A true JP2005039922A (ja) | 2005-02-10 |
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| JP (1) | JP2005039922A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006337512A (ja) * | 2005-05-31 | 2006-12-14 | Funai Electric Co Ltd | プロジェクタ |
| JP2015106941A (ja) * | 2013-11-28 | 2015-06-08 | 株式会社富士通ゼネラル | 電源装置及びこれを搭載した空気調和機 |
-
2003
- 2003-07-18 JP JP2003199414A patent/JP2005039922A/ja not_active Withdrawn
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