JP2006060968A

JP2006060968A - スイッチング電源回路を備えた電子機器及び電源制御方法

Info

Publication number: JP2006060968A
Application number: JP2004242540A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Tani; 克彦谷
Original assignee: Orion Electric Co Ltd
Current assignee: Orion Electric Co Ltd
Priority date: 2004-08-23
Filing date: 2004-08-23
Publication date: 2006-03-02
Also published as: EP1630939A2; US20060038512A1

Abstract

【課題】
装置の電源がオフ状態の時に間欠発振を行うスイッチング電源回路を備えた電子機器であって、間欠発振を原因とする装置の電源オン時の起動失敗が生ずることを防止させた電子機器の提供。
【解決手段】
発振動作監視回路１７により得られる間欠発振の状態を示す発信オン・オフ信号により、マイコン１１０が間欠発振の状態を判断し、電源スイッチ２ａの入力に即応して負荷１２０への電力供給を開始させるのではなく、間欠発振の状態に応じて負荷１２０への電力供給を開始させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、スイッチング電源回路を備えた電子機器に関するものであり、特に、装置の電源がオフ状態の時に間欠発振を行うスイッチング電源回路を備えた電子機器に関する。

電子機器の電力供給には、小型で低損失であるスイッチング電源が用いられている。スイッチング電源は、スイッチング周波数を高めることにより、小型・軽量化を図ることができるが、周波数を高めるとスイッチング損失が大きくなるものである。このようなスイッチング損失を低減させるために、装置の電源が「オフ状態」である場合に、発振状態をオン・オフさせる（間欠制御）ことが従来用いられている。

このような、間欠発振方式のスイッチング電源回路に関する従来技術が、特許文献１〜特許文献９などによって開示されている。

特開平３−２４３１６７号公報特開平４−１２６６６号公報特開平４−２９４８２号公報特開平９−２５２２１８号公報特開２０００−２８７４４４号公報特開２０００−３５４３７２号公報特開２０００−２２４８４４号公報特開２００２−５１５４６号公報特開２００３−２２４９７３号公報

間欠発振方式では、１次側の発振動作を一定間隔で止めることでスイッチング損失を低減させるものであるが、発振がオフ状態である期間は、１次側から２次側への電力供給がなされないため、２次側に設けたコンデンサに蓄えた電荷により、負荷への電力供給を行っている。しかし、発振がオフ状態である期間において負荷側の電力消費が急激に増加すると（例えば電源オフ状態の装置に対し電源スイッチの入力があり、装置が立ち上がろうとする時など）、コンデンサに蓄えられた電力が不足し、装置の動作不良（例えば装置の起動失敗）を引き起こす場合があった。図６に、従来の間欠発振を行うスイッチング電源回路の一例を示し、図７には、間欠動作状態の電源発振波形（ａ）と、図６中のＤ点における電圧波形（ｂ）と、を示した。発振がオンである期間Ｇでは２次側のコンデンサ６１が充電され、Ｄ点の電圧レベルが上昇し、発振がオフである期間Ｓでは、コンデンサ６１は放電し電圧レベルが下降する（図７ｂ）。今、電源オフ状態から装置を起動させるための電源スイッチの入力があったとすると、当該電源オンが、発振オン期間Ｇにあった場合には、１次側から２次側へと電力供給が行われているため、装置の起動ミスは起こらない。しかし、発振オフ期間Ｓ（１次側から２次側へと電力供給が行われていない状態）であって、コンデンサ６１の帯電量が一定値を下回った状態の時（図７ｂのＴ７０）に、電源オンがあった場合に、当該電源オン命令に即応して負荷１２０への電力供給を開始すると、負荷側（負荷１２０やマイコン１１０など）の消費電力が急激に上昇することにより電圧レベルが急激に下がり、負荷１２０の動作に必要な電圧レベルＶ１を下回ってしまい（図７ｂ破線７０）、装置の起動に失敗するという問題があった。

このような問題に対し、コンデンサ６１の容量を大きくする、若しくは、間欠発振動作の周期を短くする（発振のオフ期間Ｓを短くする）という方法が採られてきたが、前者の場合は、装置のコスト高及び大型化を招くものであり、後者の場合は、スイッチング損失を低減させるという効果を減少させてしまうものであった。

本発明は、上記した点に鑑み、装置の電源がオフ状態の時に間欠発振を行うスイッチング電源回路を備えた電子機器であって、間欠発振を原因とする装置の電源オン時の起動失敗が生ずることを防止させた電子機器を提供することを目的とする。

請求項１のスイッチング電源回路を備えた電子機器は、装置の電源がオフ状態の時に間欠発振を行うスイッチング電源回路を備えた電子機器であって、当該スイッチング電源の発振動作のオン若しくはオフのタイミングを検出する発振動作監視回路を備えることにより、当該電子機器の電源がオフである状態から電源オンの入力があった場合に、前記発振動作監視回路から得られた発振動作の状態に従って所定のタイミングで負荷への電源供給を開始させることを特徴とする。

上記構成によれば、発振動作監視回路によって１次側の発振状態（発振オン・発振オフ）が検出され、装置の電源がオフである状態から電源オンの入力があった場合には、当該電源オン指示に応じて即座に負荷への電源供給を開始するのではなく、１次側の発振状態に従って所定のタイミングで負荷への電源供給が開始される。なお、「電源がオフである状態」とは、装置全体の完全な電源オフを意味するものではなく、装置内のほとんどの負荷が電力消費をしていないが、マイコンなどの装置の一部分は通電状態である状態をいい、いわゆる待機状態又はスタンバイ状態等と呼ばれる状態をいう。

請求項２のスイッチング電源回路を備えた電子機器は、請求項１記載のスイッチング電源回路を備えた電子機器であって、前記電子装置が、装置の制御を行うマイコンと前記負荷への電源供給のオン・オフを切替えるスイッチ回路とを備え、且つ、前記発振動作監視回路が、整流平滑回路と分圧回路とを備えることにより、前記スイッチング電源回路の２次側に表れる電源波形を、前記マイコンに入力する発振オン・オフ信号に変換し、前記マイコンが、当該発振オン・オフ信号に従って所定のタイミングで前記スイッチ回路をオンさせることにより前記負荷への電源供給を開始させることを特徴とする。

上記構成によれば、２次側に表れる１次側と同周期の間欠発振波形が、発振動作監視回路の、整流平滑回路によって整流・平滑されて方形波となり、分圧回路によってマイコンに入力できるレベルに変換されることによって、発振オン・オフ信号が生成され、マイコンに入力される。装置の電源がオフである状態から電源オンの入力があった場合には、マイコンは、当該電源オン指示に応じて即座に負荷への電源供給を開始するのではなく、発振オン・オフ信号によって検出される１次側の発振状態に従って所定のタイミングで負荷への電源供給を開始する。

請求項３のスイッチング電源回路を備えた電子機器は、請求項２記載のスイッチング電源回路を備えた電子機器であって、前記発振動作監視回路が、電圧制限回路を有することを特徴とする。

上記構成によれば、電圧制限回路によって一定電圧以上の信号がマイコンに入力されることが防止される。

請求項４のスイッチング電源回路を備えた電子機器は、請求項１乃至請求項３の何れか１つに記載のスイッチング電源回路を備えた電子機器であって、前記発振動作監視回路若しくは前記発振動作監視回路と前記マイコンとによって検出される前記スイッチング電源の発振動作がオン状態である期間に、前記負荷への電源供給を開始させることを特徴とする。

上記構成によれば、装置の電源がオフである状態から電源オンの入力があった場合には、当該電源オン指示に応じて即座に負荷への電源供給を開始するのではなく、１次側の発振動作がオン状態である期間に負荷への電源供給が開始される。

請求項５のスイッチング電源回路を備えた電子機器は、請求項４に記載のスイッチング電源回路を備えた電子機器であって、前記スイッチング電源の発振動作がオン状態である期間の前半８０％となる期間内において、前記負荷への電源供給を開始させることを特徴とする。

上記構成によれば、装置の電源がオフである状態から電源オンの入力があった場合には、当該電源オン指示に応じて即座に負荷への電源供給を開始するのではなく、１次側の発振動作がオン状態である期間の前半８０％となる期間内において、負荷への電源供給が開始される。

請求項６の電源制御方法は、装置の電源がオフ状態の時に間欠発振を行うスイッチング電源回路を備えた電子機器の電源制御方法であって、前記スイッチング電源の発振動作のオン若しくはオフのタイミングを検出し、当該電子機器の電源がオフである状態から電源オンの入力があった場合には、前記スイッチング電源の発振動作がオン状態である期間に、負荷への電源供給を開始させることを特徴とする。

請求項７の電源制御方法は、請求項６に記載の電源制御方法であって、前記スイッチング電源の発振動作がオン状態である期間の前半８０％となる期間内において、前記負荷への電源供給を開始させることを特徴とする。

請求項１の、装置の電源がオフ状態の時に間欠発振を行うスイッチング電源回路を備えた電子機器であって、当該スイッチング電源の発振動作のオン若しくはオフのタイミングを検出する発振動作監視回路を備えることにより、当該電子機器の電源がオフである状態から電源オンの入力があった場合に、前記発振動作監視回路から得られた発振動作の状態に従って所定のタイミングで負荷への電源供給を開始させることを特徴とするスイッチング電源回路を備えた電子機器によれば、装置の電源がオフである状態から電源オンの入力があった場合には、当該電源オン指示に応じて即座に負荷への電源供給を開始するのではなく、１次側の発振状態に従って所定のタイミングで負荷への電源供給が開始されるため、装置の起動失敗が生ずることを有効に防止できる。すなわち、装置の起動失敗が生じ得る期間である「発振オフ期間であって且つコンデンサの帯電量が一定値を下回っている状態」において「電源オンの入力」があっても、当該期間を避けて負荷への電源供給を開始させることができるため、起動失敗を有効に防止することができるのである。また、これにより、２次側に設けるコンデンサの容量を必要以上に大きくする必要がないため、装置の小型化をすることができる。若しくは、発振の間欠動作の周期（発振のオフ期間）を長くすることが可能となるため、スイッチング損失の低減が可能となる。

請求項２の、前記電子装置が、装置の制御を行うマイコンと前記負荷への電源供給のオン・オフを切替えるスイッチ回路とを備え、且つ、前記発振動作監視回路が、整流平滑回路と分圧回路とを備えることにより、前記スイッチング電源回路の２次側に表れる電源波形を、前記マイコンに入力する発振オン・オフ信号に変換し、前記マイコンが、当該発振オン・オフ信号に従って所定のタイミングで前記スイッチ回路をオンさせることにより前記負荷への電源供給を開始させることを特徴とする請求項１記載のスイッチング電源回路を備えた電子機器によれば、簡単な回路構成により、マイコンへ入力する発振オン・オフ信号を生成でき、マイコンによって発振動作状態（発振の有無）を判断し、これに応じて負荷への電力供給を開始させることができる。

請求項３の、前記発振動作監視回路が、電圧制限回路を有することを特徴とする請求項２記載のスイッチング電源回路を備えた電子機器によれば、電圧制限回路によって一定電圧以上の信号がマイコンに入力されることが防止されるため、マイコンを有効に保護することができる。

請求項４の、前記発振動作監視回路若しくは前記発振動作監視回路と前記マイコンとによって検出される前記スイッチング電源の発振動作がオン状態である期間に、前記負荷への電源供給を開始させることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１つに記載のスイッチング電源回路を備えた電子機器によれば、１次側から２次側へ電力供給がなされている発振動作がオン状態である期間に負荷への電源供給が開始されるため、装置の起動ミスを有効に防止することができる。

請求項５の、前記スイッチング電源の発振動作がオン状態である期間の前半８０％となる期間内において、前記負荷への電源供給を開始させることを特徴とする請求項４に記載のスイッチング電源回路を備えた電子機器によれば、１次側から２次側へ電力供給がなされている発振動作がオン状態である期間の前半８０％となる期間内において、負荷への電源供給が開始されるため、装置の起動ミスをより有効に防止することができる。すなわち、発振動作がオフ状態となる（１次側から２次側へ電力供給がなくなる）直前の期間である、発振動作がオン状態である期間の後半２０％となる期間においては負荷への電力供給を開始しないことで、より確実に起動ミスをなくすものである。

以下、本発明の具体的実施例について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施態様は、本発明を具体化する際の一形態であって、本発明をその範囲内に限定するためのものではない。

図１は本実施例の電子装置に備えられるスイッチング電源回路の本発明に関する部分のみを示した回路ブロック図であり、図２は間欠動作状態の電源発振波形（ａ）と、図１中のＡ点における信号波形（ｂ）と、図１中のＢ点における電圧波形（ｃ）とを示す。図３及び図４はマイコンの本発明に関する部分の動作を示すフローチャートである。図５は本実施例の電子装置である液晶表示装置を示す斜視図である。

図１に示されるように、液晶表示装置（以下単にＬＣＤ）１に備えられるスイッチング電源回路１０は、商用電源１００を整流・平滑する整流平滑回路１１と、これにより得られた直流電圧が印加されるトランス１８の１次側巻線に接続されるスイッチング回路１２と、２次側電源を整流・平滑する整流平滑回路１３と、これにより得られる２次側直流電源の電圧検出回路１４と、電圧検出回路１４からの信号を光学的に１次側の回路に伝達するフォトカプラ１５と、電圧検出回路１４とフォトカプラ１５とによって得られた信号などを基にスイッチング回路１２の動作を制御するフィードバック回路１６と、発振動作監視回路１７などを備える。また、ＬＣＤ１には、装置全体の制御を行うマイコン１１０と、負荷１２０への電源ラインに設けられるスイッチ回路１３０と、リモコン装置２からの信号を受信する受光部１４０、操作部１５０などが備えられる。

スイッチング電源回路１０は、スイッチング回路１２に備えられるトランジスタ１２１によって、トランス１８の１次側巻線に流れる直流電流をオン／オフすることで発振動作を行い、２次側に巻線比に応じた電源電圧を供給する。本実施例のＬＣＤ１は、装置の電源がオフ状態の時に、前記発振動作をオン／オフすることで間欠発振動作を行う。なお、「装置の電源オフ」とは、装置全体の完全な電源オフを意味するものではなく、装置内のほとんどの負荷が電力消費をしていないが、装置の一部分（スイッチング電源回路１０やマイコン１１０など）は通電状態である状態をいい、いわゆる待機状態又はスタンバイ状態等と呼ばれる状態をいう。

間欠発振の動作の概略を図１及び図２を参照しつつ説明する。間欠発振動作時には、電圧検出回路１４に備えられるシャントレギュレータ１４１の容量を基準として２次側（図１中のＢ点）の直流電圧が検出され、当該基準を上回る場合（コンデンサ１３１が所定の電荷を蓄えている場合）には、フォトカプラ１５の発光ダイオード１５１がオンされ（発光し）、フォトトランジスタ１５２もオンとなり、フォトカプラ１５からフィードバック回路１６にハイレベルの信号が入力される。フィードバック回路１６は、フォトカプラ１５からハイレベルの信号の入力があった場合には、スイッチング回路１２に備えられるトランジスタ１２１をオフさせ、発振を停止させる（図２中の期間Ｓ）。発振が停止することにより、２次側には電力供給がされず、コンデンサ１３１は放電状態となり、徐々にＢ点の電圧は降下する（図２ｃの期間Ｓ）。当該電圧が一定値（Ｖ２）に至ると、シャントレギュレータ１４１がオフとなり、発光ダイオード１５１もオフとなり、フォトカプラ１５からフィードバック回路１６への信号がローレベルとなる。フィードバック回路１６は、フォトカプラ１５からの信号がローレベルとなった場合には、スイッチング回路１２に発振を開始させる（図２中の期間Ｇ）。以上のごとく、発振のオン／オフが制御されることで間欠発振動作が行われ、２次側の電圧レベルが一定値（Ｖ２）を下回らないように制御される。

上記により生成された電源発振波形（図２ａ）と同周期の波形が、２次側（図１中のＣ点）に表れ、当該間欠発振波形は、発振動作監視回路１７の、ダイオード１７１とコンデンサ１７２とで構成される整流平滑回路１７ａによって整流・平滑されて方形波となり、抵抗１７３と抵抗１７４とで構成される分圧回路１７ｂによってマイコン１１０に入力できるレベルに変換されることによって、発振オン・オフ信号（図２ｂ）が生成され、マイコン１１０に入力される。なお、マイコン１１０は、ツェナーダイオード１７５により構成される電圧制限回路１７ｃにより、所定レベル以上の発振オン・オフ信号が入力されないように保護されている。

次に、装置の電源がオフ状態である時（間欠発振動作時）にＬＣＤ１に備えられる電源スイッチ１５０ａ（若しくはリモコン装置２に備えられる電源スイッチ２ａ）の入力があった場合の動作の概略について図２、図３及び図４を参照しつつ説明する。図３は間欠発振動作の周期を監視するフローチャートであり、当該処理はマイコン１１０が動作している間（少なくとも間欠発振が行われている間）は常に動作している。マイコン１１０は起動と共にタイマをスタートさせ（ステップ３１）、発振動作監視回路１７から入力される発振オン・オフ信号のレベルを検知し、ハイレベル（発振オン）となった場合にはその時点のタイマ値を変数Ｔ１に代入して記憶する（ステップ３２・ステップ３３）。次に、発振オン・オフ信号のレベルがローレベルとなった時（ステップ３４）にはその時点のタイマ値を変数Ｔ２に代入し（ステップ３５）、Ｔ２とＴ１との差（発振オン期間）を変数Ｔに代入して記憶する（ステップ３６）。これにより、直前の「発振オン期間」が変数Ｔに保持されることになる。なお、タイマ機能を実現するタイマ部及び各変数を記憶する記憶部は図示しないが、マイコンの機能としてマイコン内に備えられるものであってもいいし、マイコンとは別の回路構成で実現されるものであっても良い。

図４は、マイコン１１０の電源オン処理を示すフローチャートである。ステップ４１では電源スイッチ１５０ａ若しくは電源スイッチ２ａの入力の有無を検知し、入力があった場合には発振オン・オフ信号のレベルを検知し（ステップ４２）、ハイレベル（発振オン）である場合には、現在のタイマ値とＴ１との差（図２ｂの期間Ｇ２）がＴ（図２ｂの期間Ｇ１）の８０％以下であるか否かを判断し（ステップ４３）、判断が肯定である場合にはスイッチ回路１３０に負荷１２０への電力供給を開始するように命令する（ステップ４４）。ステップ４２及びステップ４３の条件を満たさない場合には、これを満たすまで負荷１２０への電力供給を開始させない。

以上の処理により、負荷１２０への電力供給開始のタイミングが、電源スイッチ１５０ａ若しくは電源スイッチ２ａの入力のタイミングの如何に関らず、発振動作がオン状態である期間の前半８０％となる期間内となるため、図２ｃの破線２０で示されるような、発振オフ期間Ｓにおける電源オン入力に即応して負荷に電源供給することによって、電圧レベルが急激に下がり、負荷の動作に必要な電圧レベルＶ１を下回り装置の起動に失敗するというような問題を有効に防止することができる。また、これにより、２次側に設けるコンデンサ１３１の容量を必要以上に大きくする必要がないため、装置の小型化をすることができる。若しくは、発振の間欠動作の周期（発振オフ期間Ｓ）を長くすることが可能となるため、スイッチング損失の低減が可能となる。

なお、本実施例では、負荷への電力供給開始のタイミングを、発振動作がオン状態である期間の前半８０％となる期間内となるようにしたが、本発明をこれに限るものではなく、２次側に設けるコンデンサ１３１の容量や負荷１２０の容量などの相互関係を考慮して定めることができ（負荷の起動時に図１のＢ点における電圧レベルが、負荷の動作に必要な電圧レベルＶ１を下回らないような設定とすればよい）、負荷への電力供給開始のタイミングが「発振動作がオン状態である期間」となるようにしてもよいし、負荷への電力供給開始のタイミングが「発振動作がオフ状態である期間の一部」にまで広がるものであってもよい。

また、本実施例では電子装置の具体例としてＡＶ機器であるＬＣＤを用いて説明したが、本発明をＡＶ機器に限るものではなく、家庭用熱器具、冷暖房器具などを含むものであり、ＡＶ機器とは例えば、テレビ、ＶＴＲ、ＤＶＤ再生／記録装置、ＨＤＤ再生／記録装置、ラジオ、ＲＥＣＯＲＤＰＬＡＹＥＲ、ＣＡＳＥＴＴＥＤＥＣＫ、ＨＯＭＥＴＨＥＡＴＥＲＳＹＳＴＥＭ、ＡＵＤＩＯＣＯＭＰＯＮＥＮＴＳＹＳＴＥＭ、ＡＶアンプ、ＭＤ記録／再生装置、ＬＡＳＥＲＤＩＳＣＰＬＡＹＥＲなどである。家庭用熱器具とは例えば、電子レンジ、オーブンレンジ、トースター、ＩＨクッキングヒーター、アイロンなどであり、冷暖房器具とは、例えば、エアコン、ファンヒーター、電気毛布、電気カーペット、扇風機などである。さらに本発明に係る電子装置は、冷蔵庫、洗濯機、布団乾燥機、衣類乾燥機、除湿機、加湿器、ウォシュレット付き便座、換気システム、パソコン、携帯電話、電話、時計、デジタルカメラ、ビデオカメラ、掃除機、ゲーム機、プロジェクターなどを含むものである。

スイッチング電源回路の本発明に関する部分のみを示した回路ブロック図各波形を示す図であり、（ａ）：間欠動作状態の電源発振波形、（ｂ）：図１中のＡ点における信号波形、（ｃ）：図１中のＢ点における電圧波形間欠発振動作の周期を監視するフローチャート電源オン処理を示すフローチャート液晶表示装置を示す斜視図従来の間欠発振を行うスイッチング電源回路の一例を示した回路ブロック図各波形を示す図であり、（ａ）：間欠動作状態の電源発振波形、（ｂ）：図６中のＤ点における電圧波形

符号の説明

１液晶表示装置（電子機器）
１０スイッチング電源回路
１７発振動作監視回路
１７ａ整流平滑回路
１７ｂ分圧回路
１７ｃ電圧制限回路
１１０マイコン
１２０負荷
１３０スイッチ回路

Claims

装置の電源がオフ状態の時に間欠発振を行うスイッチング電源回路を備えた電子機器であって、当該スイッチング電源の発振動作のオン若しくはオフのタイミングを検出する発振動作監視回路を備えることにより、当該電子機器の電源がオフである状態から電源オンの入力があった場合に、前記発振動作監視回路から得られた発振動作の状態に従って所定のタイミングで負荷への電源供給を開始させることを特徴とするスイッチング電源回路を備えた電子機器。
前記電子装置が、装置の制御を行うマイコンと前記負荷への電源供給のオン・オフを切替えるスイッチ回路とを備え、且つ、前記発振動作監視回路が、整流平滑回路と分圧回路とを備えることにより、前記スイッチング電源回路の２次側に表れる電源波形を、前記マイコンに入力する発振オン・オフ信号に変換し、前記マイコンが、当該発振オン・オフ信号に従って所定のタイミングで前記スイッチ回路をオンさせることにより前記負荷への電源供給を開始させることを特徴とする請求項１記載のスイッチング電源回路を備えた電子機器。
前記発振動作監視回路が、電圧制限回路を有することを特徴とする請求項２記載のスイッチング電源回路を備えた電子機器。
前記発振動作監視回路若しくは前記発振動作監視回路と前記マイコンとによって検出される、前記スイッチング電源の発振動作がオン状態である期間に、前記負荷への電源供給を開始させることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１つに記載のスイッチング電源回路を備えた電子機器。
前記スイッチング電源の発振動作がオン状態である期間の前半８０％となる期間内において、前記負荷への電源供給を開始させることを特徴とする請求項４に記載のスイッチング電源回路を備えた電子機器。
装置の電源がオフ状態の時に間欠発振を行うスイッチング電源回路を備えた電子機器の電源制御方法であって、前記スイッチング電源の発振動作のオン若しくはオフのタイミングを検出し、当該電子機器の電源がオフである状態から電源オンの入力があった場合には、前記スイッチング電源の発振動作がオン状態である期間に、負荷への電源供給を開始させることを特徴とする電源制御方法。
前記スイッチング電源の発振動作がオン状態である期間の前半８０％となる期間内において、前記負荷への電源供給を開始させることを特徴とする請求項６に記載の電源制御方法。