JP2008141895A

JP2008141895A - スイッチング電源回路及び空気調和器

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Publication number: JP2008141895A
Application number: JP2006327440A
Authority: JP
Inventors: Takayoshi Yamaguchi; 孝好山口
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2006-12-04
Filing date: 2006-12-04
Publication date: 2008-06-19
Anticipated expiration: 2026-12-04
Also published as: JP4925804B2

Abstract

【課題】待機状態における消費電力を低減することができるスイッチング電源回路及び該スイッチング電源回路を備えた空気調和器の提供。
【解決手段】変圧器１１３の２次巻線に並列に接続された２つの抵抗素子１５１，１５２と、抵抗素子１５１に対して並列に接続された抵抗素子１６２及び負荷の動作状態に応じて開閉するトランジスタ１６１と、抵抗素子１５１，１５２により分圧された電圧を安定化させるシャントレギュレータ１５３と、シャントレギュレータ１５３が出力する電圧に応じてスイッチング周波数を制御する制御信号を生成するフィードバック回路１６０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、待機状態における消費電力を低減することができるスイッチング電源回路及び該スイッチング電源回路を備えた空気調和器に関する。

近年、省エネルギーの観点から空気調和器、テレビ、複写機等の電機製品において待機状態における消費電力の低減が図られている。空気調和器では、主電源はオンの状態であるが、各種機能が使用されずにリモートコントローラからの制御信号を待ち受ける状態が待機状態である。テレビでは、主電源はオンの状態であるが、リモートコントローラによってパワーオフとされた状態が待機状態である。また、複写機では、主電源はオンの状態であるが、各種機能が使用されていない状態が待機状態である。

このような待機状態における消費電力を低減するために、例えば、待機状態において間欠動作するスイッチングレギュレータを用いたスイッチング電源回路が提案されている（特許文献１を参照）。

図３は従来のスイッチング電源回路を示す回路図である。図３に示したスイッチング電源回路は、１次巻線及び２つの２次巻線（図示せず）を有する変圧器１１、変圧器１１の１次巻線に接続されたスイッチング制御回路１２、変圧器１１の２次巻線に夫々接続された整流平滑回路１３，１４を備える。図３に示した例では、変圧器１１が２つの２次巻線を有しており、一方の２次巻線に接続された整流平滑回路１３は１８Ｖの直流電圧を出力し、他方の２次巻線に接続された整流平滑回路１４は５Ｖの直流電圧を出力する。なお、出力する直流電圧の高さは、変圧器１１の１次巻線及び２次巻線の巻数を定めることによって制御することができる。

スイッチング電源回路は、スイッチング制御回路１２を介して入力される直流電圧を変圧器１１にて昇圧又は降圧し、整流平滑回路１３，１４により整流及び平滑した後、負荷である電気機器に所定の高さの直流電圧を供給する。

電気機器に対して所定の高さの直流電圧を供給するために、整流平滑回路１４の出力をスイッチング制御回路１２へフィードバックし、スイッチング制御回路１２によるスイッチング周波数の制御により、供給する直流電圧の高さを所定の電圧に保つようにしている。具体的には、抵抗素子１５，１６、シャントレギュレータ１７、フィードバック回路１８により出力電圧をフィードバックする。シャントレギュレータ１７の基準電圧は規格により２．５Ｖに定められているため、５Ｖの出力に対して分圧が２．５Ｖとなるように抵抗素子１５，１６の抵抗値を定めている。

フィードバック回路１８は、シャントレギュレータ１７の出力に基づいて出力電圧の昇降を要求するフィードバック信号を生成してスイッチング制御回路１２へ出力する。スイッチング制御回路１２はフィードバック信号に基づいてスイッチング周波数を調整することより出力電圧を昇圧又は降圧し、出力電圧を一定に保つ。

また、図３に示した電源回路は、前述した待機状態にて消費電力を低減させるために、スイッチング制御回路１２は変圧器１１を間欠駆動する機能を有する。そのため、スイッチング制御回路１２には、待機状態を示す信号（待機制御信号）が外部から入力された場合にスイッチング制御回路１２の特定のポートをローにするスタンバイ回路１９が接続されており、前記ポートがローとなった場合、スイッチング制御回路１２は変圧器１１を間欠駆動するように構成されている。
特開平１０−２０５８５４号公報

前述した電源回路は、変圧器１１を間欠駆動することによって待機状態における消費電力を低く抑えるようにしているが、待機状態であっても、例えばリモートコントローラからの制御信号を受信する必要があるために、負荷へ供給する直流電圧を所定値以上に保つ必要がある。回路の構成上、待機状態において間欠駆動する場合であっても、出力電圧のフィードバックをする一方の整流平滑回路１４の出力電圧は、運転中の出力電圧と同じ値に保たれる。図３に示した例では、整流平滑回路１４の出力電圧（＝５Ｖ）を保つために出力電圧のフィードバックをしているため、間欠駆動に起因して整流平滑回路１４の出力電圧が５Ｖより下がる場合には、スイッチング制御回路１２はスイッチング周波数を変更して昇圧しようとするため、フィードバックした整流平滑回路１４の出力電圧だけでなく、整流平滑回路１３の出力電圧も必然的に４Ｖ〜８Ｖ程度上昇する。

整流平滑回路は、一般的に、整流素子であるダイオードと交流を平滑化する電解コンデンサとを備えているが、前述したように待機状態では整流平滑回路１３の出力電圧が上昇するため、整流平滑回路１３には、耐圧が高い電解コンデンサを使用しなければならないという問題点を有している。

また、待機状態における消費電力の低減が求められているため、回路構成を簡略化することが要求される。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、変圧器の２次巻線に接続された動作状態に応じて供給する電圧の高さを可変とする構成とすることにより、回路構成を簡略化した場合であっても、待機状態における消費電力を低減することができ、平滑化に用いる電解コンデンサの耐圧を低くすることができるスイッチング電源回路を提供することを目的とする。

本発明の他の目的は、変圧器の２次巻線に並列に接続された第１及び第２抵抗素子と、第１抵抗素子に対して並列に接続された第３抵抗素子及び負荷の動作状態に応じて開閉する開閉素子と、第１及び第２抵抗素子により分圧された電圧を安定化させる電圧安定化素子とを備え、電圧安定化素子が出力する電圧に応じてスイッチング周波数を制御する構成とすることにより、負荷の動作状態に応じて供給する電圧を可変とすることができるスイッチング電源回路を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、シャントレギュレータを用いる構成とすることにより、回路構成を簡略化した場合であっても、負荷に供給する電源を低減させることができるスイッチング電源回路を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、第１及び第２抵抗素子の接続ノードとシャントレギュレータのリファレンス端子とを接続する構成とすることにより、回路構成を簡略化した場合であっても、負荷に供給する電源を低減させることができるスイッチング電源回路を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、前述したスイッチング電源回路と、スイッチング電源回路から供給される電圧により動作する動作部とを備える構成とすることにより、例えば、待機状態と非待機状態とを有する場合、回路構成を簡略化した上で待機電力を削減することができる空気調和器を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、待機状態にて動作部に供給する電圧を、非待機状態にて動作部に供給する電圧より低くする構成とすることにより、待機状態における消費電力を低減させることができる空気調和器を提供することにある。

本発明に係るスイッチング電源回路は、変圧器の１次巻線と接続したスイッチング素子を適宜のスイッチング周波数で動作させ、前記変圧器の２次巻線と接続した負荷に電圧を供給するスイッチング電源回路において、前記負荷の動作状態に応じて供給すべき電圧の高さを可変にすべく前記スイッチング周波数を制御する回路を備えることを特徴とする。

本発明にあっては、変圧器の２次巻線に接続された負荷の動作状態に応じて供給する電圧の高さを可変としているため、例えば、負荷が待機状態にある場合には、スイッチング周波数を高くすることにより、負荷への供給電圧が上昇し、負荷が非待機状態にある場合にはスイッチング周波数を低くすることにより負荷への供給電圧が低下する。

本発明に係るスイッチング電源回路は、前記回路が、前記変圧器の２次巻線に並列に接続された第１及び第２抵抗素子と、該第１抵抗素子に対して並列に接続された第３抵抗素子及び前記動作状態に応じて開閉する開閉素子と、前記第１及び第２抵抗素子により分圧された電圧を安定化させる電圧安定化素子と、該電圧安定化素子が出力する電圧に応じて前記スイッチング周波数を制御する制御信号を生成する信号生成回路とを備えることを特徴とする。

本発明にあっては、開閉素子が開状態にある場合には第１及び第２抵抗素子により分圧された電圧を安定化し、開閉素子が閉状態にある場合には第１及び第３抵抗素子の合成抵抗と第２抵抗素子とにより分圧された電圧を安定化する。そのため、開閉素子の開閉に応じて、変圧器から供給する電圧が可変となる。

本発明に係るスイッチング電源回路は、前記電圧安定化素子が、シャントレギュレータであることを特徴とする。

本発明にあっては、電圧安定化素子としてシャントレギュレータを用いるため、シャントレギュレータと並列に接続している抵抗素子での電圧降下を変化させることによって出力電圧が安定化する。

本発明に係るスイッチング電源回路は、前記第１及び第２抵抗素子の接続ノードと前記シャントレギュレータのリファレンス端子とを接続してあることを特徴とする。

本発明にあっては、第１及び第２抵抗素子の接続ノードとシャントレギュレータのリファレンス端子とを接続しているため、開閉素子が開状態にある場合には第１及び第２抵抗素子により分圧された電圧が安定化され、開閉素子が閉状態にある場合には第１及び第３抵抗素子の合成抵抗と第２抵抗素子とにより分圧された電圧が安定化される。

本発明に係る空気調和器は、前述した発明の何れか１つに記載のスイッチング電源回路と、該スイッチング電源回路から供給される電圧により動作する動作部とを備えることを特徴とする。

本発明にあっては、前述のスイッチング電源回路から供給される電圧により動作する動作部を備えるため、待機状態における消費電力を低減させるために従来必要とされた部品（回路）が削減される。また、間欠発信を行わない場合であっても待機状態における消費電力が低く抑えられる。

本発明に係る空気調和器は、外部から送信される信号を受信する受信手段、該受信手段が受信した信号に基づいて前記動作部の動作を制御する手段、及び前記動作部を動作させる非待機状態と前記受信手段にて信号を待ち受ける待機状態とを前記受信手段が受信した信号に基づいて切り替える手段を備え、前記スイッチング電源回路は、前記待機状態にて前記動作部に供給すべき電圧を、前記非待機状態にて前記動作部に供給する電圧より低くするようにしてあることを特徴とする。

本発明にあっては、待機状態にて動作部に供給すべき電圧を、動作中に供給する電圧より低くするようにしているため、待機状態における消費電力が低く抑えられる。

本発明による場合は、変圧器の２次巻線に接続された負荷の動作状態に応じて供給する電圧の高さを可変としているため、従来、待機状態における消費電力を低減させるために必要であった間欠発信用の部品（回路）が不要となる。また、間欠発信を行わない場合であっても待機状態における制御電圧を低下させることができ、消費電力を抑えることができる。さらに、変圧器の２次巻線に負荷を接続する場合には、負荷に対して供給する電圧を下げることができるため、高耐圧用のコンデンサが不要となり、部品コストを低く抑えることができる。

本発明による場合は、開閉素子が開状態にある場合には第１及び第２抵抗素子により分圧された電圧を安定化し、開閉素子が閉状態にある場合には第１及び第３抵抗素子の合成抵抗と第２抵抗素子とにより分圧された電圧を安定化するため、開閉素子の開閉に応じて変圧器から供給する電圧を可変とすることができる。したがって、負荷の動作状態に応じて開閉素子を開閉させる回路構成とすることにより、負荷の動作状態に応じて供給する電圧を異ならせることができる。

本発明による場合は、電圧安定化素子としてシャントレギュレータを用いるため、シャントレギュレータと並列に接続している抵抗素子での電圧降下を変化させることによって出力電圧を安定化させることができる。

本発明による場合は、第１及び第２抵抗素子の接続ノードとシャントレギュレータのリファレンス端子とを接続しているため、開閉素子が開状態にある場合には第１及び第２抵抗素子により分圧された電圧を安定化することができ、開閉素子が閉状態にある場合には第１及び第３抵抗素子の合成抵抗と第２抵抗素子とにより分圧された電圧を安定化することができる。

本発明による場合は、前述のスイッチング電源回路から供給される電圧により動作する動作部を備えるため、待機状態における消費電力を低減させるために従来必要とされた部品（回路）を削減することができる。また、間欠発信を行わない場合であっても待機状態における消費電力を低く抑えることができる。

本発明による場合は、待機状態にて動作部に供給すべき電圧を、動作中に供給する電圧より低くするようにしているため、待機状態における消費電力を低く抑えることができる。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
実施の形態１．
図１は本発明に係るスイッチング電源回路を示す回路図である。本発明に係るスイッチング電源回路は、１つの１次巻線１１１及び２つの２次巻線１１２，１１３を有する変圧器１１０、１次巻線１１１に接続されたスイッチング制御回路１２０、２次巻線１１３にそれぞれ接続された電圧安定化回路としての整流平滑回路１３０、１４０を備える。

スイッチング電源回路は、スイッチング制御回路１２０を介して入力される直流電圧を変圧器１１０にて昇圧又は降圧し、整流平滑回路１３０，１４０により整流及び平滑する。そのため、整流平滑回路１３０は、２次巻線１１２に直列に接続されたダイオード１３１、並列に接続された電解コンデンサ１３２及び負荷抵抗１３３を備え、ダイオード１３１により整流された電圧を電解コンデンサ１３２により平滑化し、負荷抵抗１３３より出力電圧を取り出す。整流平滑回路１３０は、例えば１８Ｖの直流電圧を出力する。整流平滑回路１４０の構成は、整流平滑回路１３０の構成と同様であり、２次巻線１１３に接続されたダイオード１４１、並列に接続された電解コンデンサ１４２及び負荷抵抗１４３を備える。整流平滑回路１４０は、直流電圧の供給先の動作状態に応じて５Ｖ又は３．５Ｖの直流電圧を可変出力する。具体的には、直流電圧の供給先の負荷が通常の駆動状態（非待機状態）にある場合には５Ｖの直流電圧を出力し、待機状態にある場合には３．５Ｖの直流電圧を出力する。

スイッチング電源回路は、接続された負荷に安定的に直流電圧を供給するために、整流平滑回路１４０の出力をスイッチング制御回路１２０へフィードバックし、スイッチング制御回路１２０によりスイッチング周波数を制御する。具体的には、抵抗素子１５１，１５２、シャントレギュレータ１５３、フィードバック回路１６０により出力電圧のフィードバックをする。２つの抵抗素子１５１，１５２は整流平滑回路１４０に並列に接続され、抵抗素子１５１，１５２の接続ノードＡとシャントレギュレータ１５３のリファレンス端子Ｂとが接続される。また、シャントレギュレータ１５３のアノード側は接地され、カソード側はフィードバック回路１６０へ接続される。

負荷の通常の駆動状態において５Ｖの直流電圧を出力するために、５Ｖの出力に対して分圧が２．５Ｖとなるように抵抗素子１５１，１５２の抵抗値を定めている。具体的には、抵抗素子１５１，１５２の抵抗値を双方とも２．４ｋΩにしている。フィードバック回路１６０は、シャントレギュレータ１５３の出力に基づいて出力電圧の昇降を要求するフィードバック信号を生成してスイッチング制御回路１２０へ出力する。スイッチングスイッチング回路１２０は、フィードバック信号に基づいてスイッチング周波数を調整することにより出力電圧を昇圧又は降圧し、負荷の通常の駆動状態において５Ｖの出力を保つ。

また、本発明のスイッチング電源回路は、負荷に供給する直流電圧の高さを可変にするために、抵抗素子１５１に対して並列に接続したトランジスタ１６１及び抵抗素子１６２を備える。トランジスタ１６１のコレクタには抵抗素子１６２が接続され、エミッタ−コレクタ間には整流平滑回路１４０の出力電圧がかけられている。また、トランジスタ１６１のベースには電機機器が待機状態であることを示す制御信号が入力される。すなわち、直流電圧の供給先の電機機器が通常の駆動状態（非待機状態）である場合にはトランジスタ１６１はオフとなっており、待機状態である場合にトランジスタ１６１をオンにするような制御信号が入力される。

トランジスタ１６１がオフである場合（すなわち、負荷が通常の駆動状態である場合）には、前述したように整流平滑回路１４０の出力電圧は５Ｖになる。また、トランジスタ１６１をオンにした場合（すなわち、負荷が待機状態にある場合）には、抵抗素子１５１及び１６２の合成抵抗と抵抗素子１５２による分圧がシャントレギュレータ１５３の基準電圧となるため、抵抗素子１６２の抵抗値を適宜の値にすることによって出力電圧を変更することができる。本実施の形態では、抵抗素子１６２の抵抗値を１．６４ｋΩとしており、待機状態では整流平滑回路１４０の出力は３．５Ｖとなる。

このように、待機状態における消費電力を低減させるために従来必要であった間欠発信用の部品（図３に示すスタンバイ回路１９）が使用せずに済むため、回路構成を簡略化した上で消費電力を低減させることができる。また、間欠発信を行わずして整流平滑回路１４０の出力電圧を下げることができるため、待機状態では他方の整流平滑回路１３０の出力電圧も同時的に下がることとなり、電解コンデンサ１３２の耐圧を従来と比較して下げることができる。

なお、本実施の形態では、１つの１次巻線１１１に対して２つの２次巻線１１２，１１３を設けた変圧器１１０を使用する構成としたが、必ずしもこのような構成に限定する必要はなく、１つの２次巻線を設ける構成としてもよく、３つ以上の２次巻線を設ける構成であってもよい。

また、本実施の形態では、通常の駆動状態における整流平滑回路１４０の出力電圧を５Ｖ、待機状態における整流平滑回路１４０の出力電圧を３．５Ｖとしたが、抵抗素子１５１，１５２，１６２の抵抗値を変えることにより、出力電圧を変更することができる。抵抗素子１５１，１５２，１６２の抵抗値をそれぞれＲ１，Ｒ２，Ｒ２とした場合、シャントレギュレータ１５３の基準電圧が２．５Ｖであるため、通常の駆動状態における出力電圧は（１＋Ｒ１／Ｒ２）×２．５Ｖとなり、待機状態における出力電圧は（１＋Ｒ１×Ｒ３／（Ｒ２×（Ｒ１＋Ｒ３）））×２．５Ｖとなる。

また、本実施の形態では、電圧安定化素子としてシャントレギュレータ１５３を用いる構成としたが、ツェナーダイオード及び抵抗素子を用いて電圧安定化回路を構成してもよい。

実施の形態２．
本実施の形態では、前述したスイッチング電源回路を備える空気調和器の構成について説明する。

図２は本発明のスイッチング電源回路を備えた空気調和器の構成を示す回路図である。本実施の形態に係る空気調和器１００は、リモートコントローラ１０１により操作される装置である。空気調和器１００は、リモートコントローラ１０１が送信する赤外線信号を受信する受信部２０１と、受信した赤外線信号に基づき各種ハードウェアを制御する制御部２０２とを備える動作部２００を備える。

リモートコントローラ１０１にて何らかの操作が行われた場合、リモートコントローラ１０１は予め定めた形式の赤外線信号を空気調和器１００へ送信する。リモートコントローラ１０１から送信される赤外線信号を受信した場合、制御部２０２は所定内容の信号であるか否かを判定して、判定結果に従って各種ハードウェアの制御を行うことにより全体として本発明に係る空気調和器として機能させる。このとき、前述したスイッチング電源回路における整流平滑回路１３０は１８Ｖの直流電圧を出力し、整流平滑回路１４０は５Ｖの直流電圧を出力する。

また、リモートコントローラ１０１の操作により、空気調和器１００の電源が落とされた場合、制御部２０２は待機状態である旨の制御信号をスイッチング電源回路におけるトランジスタ１６１へ出力する。このときトランジスタ１６１はオンの状態になるため、抵抗素子１５１及び１６２の合成抵抗と抵抗素子１５２による分圧がシャントレギュレータ１５３の基準電圧となり、整流平滑回路１４０の出力電圧が３．５Ｖになる。

本発明に係るスイッチング電源回路を示す回路図である。本発明のスイッチング電源回路を備えた空気調和器の構成を示す回路図である。従来のスイッチング電源回路を示す回路図である。

符号の説明

１１０変圧器
１１１１次巻線
１１２，１１３２次巻線
１２０スイッチング制御回路
１３０，１４０整流平滑回路
１５１，１５２，１６２抵抗素子
１５３シャントレギュレータ
１６０フィードバック回路
１６１トランジスタ

Claims

変圧器の１次巻線と接続したスイッチング素子を適宜のスイッチング周波数で動作させ、前記変圧器の２次巻線と接続した負荷に電圧を供給するスイッチング電源回路において、
前記負荷の動作状態に応じて供給すべき電圧の高さを可変にすべく前記スイッチング周波数を制御する回路を備えることを特徴とするスイッチング電源回路。
前記回路は、前記変圧器の２次巻線に並列に接続された第１及び第２抵抗素子と、該第１抵抗素子に対して並列に接続された第３抵抗素子及び前記動作状態に応じて開閉する開閉素子と、前記第１及び第２抵抗素子により分圧された電圧を安定化させる電圧安定化素子と、該電圧安定化素子が出力する電圧に応じて前記スイッチング周波数を制御する制御信号を生成する信号生成回路とを備え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回路。
前記電圧安定化素子は、シャントレギュレータであ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回路。
前記第１及び第２抵抗素子の接続ノードと前記シャントレギュレータのリファレンス端子とを接続して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回路。
請求項１乃至請求項４の何れか１つに記載のスイッチング電源回路と、該スイッチング電源回路から供給される電圧により動作する動作部とを備えることを特徴とする空気調和器。
外部から送信される信号を受信する受信手段、該受信手段が受信した信号に基づいて前記動作部の動作を制御する手段、及び前記動作部を動作させる非待機状態と前記受信手段にて信号を待ち受ける待機状態とを前記受信手段が受信した信号に基づいて切り替える手段を備え、前記スイッチング電源回路は、前記待機状態にて前記動作部に供給すべき電圧を、前記非待機状態にて前記動作部に供給する電圧より低くするようにしてあることを特徴とする請求項５に記載の空気調和器。