JP2008306927A

JP2008306927A - 電源装置

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Publication number: JP2008306927A
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Inventors: Hiroshi Usui; 浩臼井
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Abstract

【課題】外部から信号が供給されることなく、待機状態から動作を開始させることが可能な電源装置を提供する。
【解決手段】交流電源９が投入されると、抵抗Ｒ２１を介してコンデンサＣ３を充電する。コンデンサＣ３の両端の電圧が所定の電圧以上になると、ＰＷＭ制御回路１２が動作し、負荷に供給する出力電圧が上昇する。負荷に供給する出力電流が予め設定された電流値未満になったことを検知したときに、ＰＷＭ制御回路１２の動作を停止し、スイッチ１３をオンする（待機状態）。そして、タイマ１６が計測した所定時間が経過すると、スイッチ制御部１７により、スイッチ１３をオフする。これにより、コンデンサＣ３の両端の電圧が上昇し、ＰＷＭ制御回路１２が再び動作し、負荷に供給する出力電圧が上昇する。
【選択図】図７

Description

本発明は、通常の動作状態に戻れるように待機しているときの消費電力を低減することが可能な電源装置に関する。

電子機器の中には、通常の動作状態にすぐに戻れるように待機している場合がある。このような待機状態では、電力をほとんど消費しない。電力を消費しなければ、負荷としての電子機器に電力を供給する電源装置を停止させた方が、電力消費あるいはノイズ低減といった観点からふさわしい場合がある。

このような電源装置として、負荷に供給する電流が少なくなると無負荷になったとして、入力電圧の供給を停止させ、省電力化を図るようにしたものが、例えば、特開平２−２９４２６７号公報に開示されている。

しかし、電源装置が起動しなければ、負荷に電流は流れないから、無負荷状態と同じである。従って、このような従来の電源装置では、一旦、待機状態になると、外部から、電源装置を起動するための起動信号を供給しなければ、いつまでたっても電源装置は起動しない。言い換えると、従来の電源装置では、外部から起動信号を供給する必要があり、外部から起動信号を供給できないものでは、このような方法を適用することができない。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたもので、外部から信号が供給されることなく、待機状態から動作を開始させることが可能な電源装置を提供することを目的とする。

この目的を達成するため、本発明の電源装置は、
負荷に供給する出力電圧を生成する電圧生成部と、
前記負荷に供給する出力電圧を検出する出力電圧検出部と、
駆動信号生成に必要な駆動制御用電圧が印加されて動作し、前記出力電圧検出部で検出された出力電圧に基づいた駆動信号を生成し、生成した駆動信号を前記電圧生成部に供給して前記電圧生成部を駆動制御する駆動制御部と、
起動時、前記駆動制御部に前記駆動制御用電圧を印加し、前記負荷に供給する出力電流が予め設定された電流値未満になったことを前記出力電圧検出部で検出された出力電圧から検知したときに、前記駆動制御部を停止し、前記駆動制御部を停止してから所定時間経過後に前記駆動制御部を作動させる駆動制御用電圧供給部と、を備え、
前記電圧生成部は、
１次巻線と２次巻線と３次巻線とを有するトランスと、
交流電圧を入力して、入力した交流電圧を整流・平滑した直流電圧を前記トランスの１次巻線に印加する直流電圧入力部と、
前記トランスの１次巻線に流れる電流をスイッチングして、前記トランスの１次巻線に電圧を発生させるスイッチング部と、
前記トランスの２次巻線に発生した電圧を整流し、平滑化して前記負荷に供給する整流平滑部と、を備え、
前記駆動制御部は、前記スイッチング部が前記電流をスイッチングするためのパルス信号を駆動信号として前記スイッチング部に供給して前記スイッチング部を駆動制御し、
前記駆動制御用電圧供給部は、
充電された電圧を駆動制御用電圧として前記駆動制御部に印加するコンデンサと、
前記電圧生成部の直流電圧入力部から前記コンデンサに電流を供給して前記コンデンサを充電する充電回路部と、
前記トランスの３次巻線に発生した電圧を整流して前記コンデンサに印加し、前記コンデンサを充電する補助電源部と、
前記負荷に供給する出力電流を前記出力電圧検出部で検出された出力電圧から検出し、前記検出した出力電流の電流値が予め設定された電流値未満になると、前記駆動制御部の動作を停止させる動作停止部と、
放電指令信号が供給されて前記コンデンサの電圧を放電する放電制御部と、
前記動作停止部が前記駆動制御部の動作を停止させたときに、前記放電制御部に前記放電指令信号を供給し、時間を計測して予め設定された時間が経過したときに前記放電制御部への放電指令信号の供給を停止する時間計測部と、を備えた、
ことを特徴とする。

なお、前記充電回路部は、電流を前記コンデンサに供給する電流供給部からなり、
前記放電制御部は、
前記直流電圧入力部が直流電圧の入力を開始する起動時には開いているスイッチと、
前記動作停止部が前記駆動制御部の動作を停止させたとき、前記スイッチを閉じて前記コンデンサの電圧を放電するスイッチ制御部と、から構成されてもよい。

また、前記充電回路部は、前記直流電圧入力部と前記コンデンサとの間に介挿された抵抗からなり、
前記放電制御部は、
前記直流電圧入力部が直流電圧の入力を開始する起動時には開いているスイッチと、
前記動作停止部が前記駆動制御部の動作を停止させたとき、前記スイッチを閉じて前記コンデンサの電圧を放電するスイッチ制御部と、から構成されてもよい。

本発明によれば、外部から信号が供給されることなく、待機状態から動作を開始させることが可能な電源装置が提供可能である。

以下、本発明の実施の形態に係る電源装置を図面を参照して説明する。尚、本発明の実施の形態では、電源装置をコンバータとして説明する。

［実施の形態１］
実施の形態１に係るコンバータの構成を図１に示す。
実施の形態１に係るコンバータ１は、フライバックコンバータによって構成され、ＡＣ−ＤＣ変換部２と、電圧変換部３と、整流平滑部４と、出力電圧検出部５と、制御部６と、補助電源部７と、駆動制御用電圧供給部８と、を備えて構成される。

ＡＣ−ＤＣ変換部２と、電圧変換部３と、整流平滑部４とは、負荷に供給する電圧を生成するものであり、ＡＣ−ＤＣ変換部２は、交流電圧を入力して整流平滑した直流電圧を前記トランスＴの１次巻線ｎ１に印加する。交流電源９からの交流電力を直流電力に変換する。ＡＣ−ＤＣ変換部２は、整流回路１１と、コンデンサＣ１と、を備える。

整流回路１１は、４つのダイオード（図示せず）から構成されるブリッジ整流回路によって構成され、２つの入力端に接続された交流電源９から供給された交流電力を全波整流するものである。

コンデンサＣ１は、整流回路１１が整流した脈流の交流電力に従って、電圧を平滑化するものである。コンデンサＣ１の一端は、整流回路１１の一方の出力端（＋）に接続され、他端は、整流回路１１の他方の出力端（−）に接続される。

電圧変換部３は、電圧変換を行うものであり、トランスＴと、トランジスタＱ１と、を備える。

トランスＴは、１次巻線ｎ１と、２次巻線ｎ２と、３次巻線ｎ３と、を備え、１次巻線ｎ１と２次巻線ｎ２との間で交流電圧の電圧変換を行う。１次巻線ｎ１の一端は、コンデンサＣ１の一端に接続されている。

トランジスタＱ１は、ゲートに供給されたパルス信号に従ってオン、オフするスイッチングトランジスタであり、スイッチング部に相当する。トランジスタＱ１は、Ｎチャンネルの電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）によって構成されている。トランジスタＱ１のドレインは、トランスＴの他端に接続され、ソースは、コンデンサＣ１の他端に接続され、ゲートは、制御部６のＰＷＭ制御回路１２に接続されている。

整流平滑部４は、トランスＴの２次巻線ｎ２の両端間に発生した交流電圧を整流して平滑化するものであり、ダイオードＤ１と、コンデンサＣ２と、を備える。ダイオードＤ１は、トランスＴの２次巻線ｎ２の両端間に発生した電圧を整流するものであり、コンデンサＣ２は、ダイオードＤ１が整流した電圧を平滑化するものである。尚、１次巻線ｎ１と２次巻線ｎ２とは、トランジスタＱ１がオンしたときにトランスＴにエネルギが蓄積され、オフしている期間でトランスＴに蓄積されたエネルギが放出されるように、トランスＴに巻き回される。

出力電圧検出部５は、出力電圧を検出するものであり、フォトダイオードＤ１１と、トランジスタＱ１１と、ツェナーダイオードＺＤ１１と、抵抗Ｒ１１〜Ｒ１４と、を備える。

抵抗Ｒ１１の一端は、出力端子Ｐout1に接続され、抵抗Ｒ１２の一端は、抵抗Ｒ１１の他端に接続される。抵抗Ｒ１３の一端は、抵抗Ｒ１２の他端に接続され、抵抗Ｒ１３の他端は、出力端子Ｐout2に接続される。

フォトダイオードＤ１１と制御部６のフォトトランジスタＱ２１とは、フォトカプラを構成するものである。フォトカプラを用いることにより、１次側と２次側を絶縁することができる。フォトダイオードＤ１１は、自己に流れる電流に応じた発光量で発光する。フォトダイオードＤ１１のアノードと抵抗Ｒ１４の一端とは、出力端子Ｐout1に接続される。

トランジスタＱ１１は、ＮＰＮバイポーラトランジスタから構成される。トランジスタＱ１１とツェナーダイオードＺＤ１１とは、出力電圧に基づいてフォトダイオードＤ１１に流れる電流をコントロールするためのものである。トランジスタＱ１１のコレクタは、フォトダイオードＤ１１のカソードと抵抗Ｒ１４の他端とに接続され、ベースは、抵抗Ｒ１２，１３の接続点に接続される。ツェナーダイオードＺＤ１１のカソードは、トランジスタＱ１１のエミッタに接続され、アノードは、出力端子Ｐout2に接続される。

制御部６は、駆動制御用電圧が印加されてトランジスタＱ１を駆動する駆動信号としてのパルス信号を生成するものである。制御部６は、出力電圧検出部５が検出した出力電圧が予め設定された電圧となるようにパルス信号のパルス幅を制御（ＰＷＭ制御）する。そして、制御部６は、生成したパルス信号を駆動信号としてトランジスタＱ１のゲートに供給するものである。制御部６は、フォトトランジスタＱ２１と、ＰＷＭ制御回路１２と、を備える。

フォトトランジスタＱ２１は、出力電圧検出部５の電圧検出信号を制御部６に供給するものであり、コレクタは、ＰＷＭ制御回路１２に接続され、エミッタは、コンデンサＣ１の他端に接続される。また、フォトトランジスタＱ２１は、フォトダイオードＤ１１が発光した光をベースで受光し、受光した光の受光量に応じたレベルのコレクタ電圧（コレクタ−エミッタ間電圧）をＰＷＭ制御回路１２に印加する。

ＰＷＭ制御回路１２は、フォトトランジスタＱ２１のコレクタ電圧に従って、トランジスタＱ１のゲートに供給するパルス信号のパルス幅を制御するものであり、ＰＷＭ制御回路１２は、パルス信号を生成するための駆動制御用電圧が供給され、この駆動制御用電圧の電圧レベルが所定レベル以上になって動作する。ＰＷＭ制御回路１２は、例えば、三角波電圧生成回路と、信号レベル比較回路と、パルス信号生成回路と、から構成される（いずれも図示せず）。そして、三角波電圧生成回路は、三角波電圧を生成し、信号レベル比較回路は、フォトトランジスタＱ２１のコレクタ電圧と三角波電圧生成回路が生成した三角波の電圧との電圧レベルを比較する。そして、パルス信号生成回路は、信号レベル比較回路の比較結果に基づいて、前述のＰＷＭ制御したパルス信号を生成する。

補助電源部７は、トランスＴの３次巻線ｎ３に発生した電圧を整流してＰＷＭ制御回路１２に供給するものであり、３次巻線ｎ３に発生した電圧を整流するためのダイオードＤ１２を備える。ダイオードＤ１２のアノードは、３次巻線ｎ３の一端に接続され、カソードは、駆動制御用電圧供給部８のコンデンサＣ３の一端に接続される。

駆動制御用電圧供給部８は、コンバータ１の起動時に、ＰＷＭ制御回路１２に定電流を供給するものであり、スイッチ１３と、定電流供給部１４と、コンデンサＣ３と、負荷検出回路１５と、タイマ１６と、スイッチ制御部（図中、「ＳＷ制御部」と記す。）１７と、を備える。

スイッチ１３の一端は、コンデンサＣ１の一端に接続され、定電流供給部１４の一端は、スイッチ１３の他端に接続される。コンデンサＣ３の一端は、定電流供給部１４の他端に接続され、コンデンサＣ３の他端は、コンデンサＣ１の他端に接続される。スイッチ１３と定電流供給部１４とは、コンデンサＣ３を充電するものであり、スイッチ１３は、スイッチ制御部１７に制御されて、コンデンサＣ１と定電流供給部１４との間の電流供給路を開閉する。

定電流供給部１４は、コンデンサＣ３に、スイッチ１３を介してコンデンサＣ１からの電流を定電流化してコンデンサＣ３に供給し、コンデンサＣ３を充電するものである。

コンデンサＣ３は、定電流供給部１４又は補助電源部７から供給された電流によって充電され、ＰＷＭ制御回路１２に印加する駆動制御用電圧を平滑化するためのものである。

負荷検出回路１５は、出力端子Pout1，Pout2間に接続された負荷の負荷量を判別して軽負荷を検出するものであり、図２に示すように、コンパレータ２１とインバータ２２とを備えて構成される。

コンパレータ２１の反転入力端子（−端子）は、フォトトランジスタＱ２１のコレクタに接続される。コンパレータ２１の非反転入力端子（＋端子）には、予め設定された参照電圧Ｖrefが供給される。この参照電圧Ｖrefは、軽負荷か否かを判定するために予め設定された電圧である。インバータ２２の入力端子は、コンパレータ２１の出力端子に接続され、インバータ２２の出力端子は、タイマ１６に接続される。

フライバックコンバータでは、負荷量が軽くなるに従って、即ち、出力電流が低下するに従って出力電圧は上昇し、フォトトランジスタＱ２１のコレクタ電圧は低下する。コンパレータ２１は、フォトトランジスタＱ２１のコレクタ電圧が参照電圧Ｖref以上であれば、ローレベルの信号をＰＷＭ制御回路１２に供給し、フォトトランジスタＱ２１のコレクタ電圧が参照電圧Ｖref未満になると、軽負荷と判定してハイレベルの信号をＰＷＭ制御回路１２に供給する。

タイマ１６は、負荷検出回路１５が軽負荷と判定してからの時間を計測するものであり、計測してから予め設定された時間が経過したとき、スイッチ制御部１７に、スイッチ１３をオンさせるためのスイッチオン信号を供給する。尚、予め設定された時間は、待機中の電力を大きく低減するため、１秒以上であることが望ましい。

スイッチ制御部１７は、スイッチ１３をオン（閉）、オフ（開）制御するものである。スイッチ１３は、交流電源９投入時は、オン（閉）している。スイッチ制御部１７は、コンデンサＣ３の両端の電圧が、スイッチ１３をオフするように設定された電圧を越えると、スイッチ１３をオフして、コンデンサＣ３への充電を停止させる。また、スイッチ制御部１７は、タイマ１６からスイッチオン信号が供給されると、スイッチ１３をオンして、充電を再開させる。
次に実施の形態１に係るコンバータ１の動作を説明する。

図３（ａ）に示すように、時刻ｔ１０において、交流電源９が投入されるものとすると、時刻ｔ１０では、スイッチ１３は、図３（ｂ）に示すように、オン（閉）する。

整流回路１１は、交流電源９からの交流電流を整流し、コンデンサＣ１は、整流回路１１が整流した整流電圧を平滑化する。

定電流供給部１４は、ＡＣ−ＤＣ変換部２からスイッチ１３を介して直流電流が供給され、コンデンサＣ３に定電流を供給する。

コンデンサＣ３は、供給された定電流によって充電され、コンデンサＣ３の両端の電圧Ｖc3は、図３（ｃ）に示すように、上昇する。尚、図３（ｃ）において、電圧Ｖ１をＰＷＭ制御回路１２が動作する動作電圧とする。時刻ｔ１１になってコンデンサＣ３の電圧Ｖc3が電圧Ｖ１に到達すると、ＰＷＭ制御回路１２は、動作を開始する。

ＰＷＭ制御回路１２の動作が開始すると、コンデンサＣ３の電圧Ｖc3は、図３（ｃ）に示すように、一旦、低下し、補助電源部７からコンデンサＣ３に電圧が印加されると、コンデンサＣ３の電圧Ｖc3は、再び、上昇する。尚、スイッチ制御部１７は、時刻ｔ１１において、図３（ｂ）に示すように、スイッチ１３を開く。

ＰＷＭ制御回路１２は、動作が開始すると、トランジスタＱ１のゲートに、図４（ａ）に示すようなパルス信号を供給する。トランジスタＱ１は、ゲートに供給されたパルス信号がハイレベルになるとオンし、ローレベルになるとオフする。

トランジスタＱ１がオンすると、トランジスタＱ１のドレイン−ソース間には、図４（ｂ）に示すようなドレイン電流Ｉdが流れ、トランジスタＱ１のドレイン−ソース間に印加されるドレイン電圧Ｖdsは、図４（ｃ）に示すように、ほぼ０になる。

トランジスタＱ１がオフすると、ドレイン電流Ｉdは、図４（ｂ）に示すように、０となり、ドレイン電圧Ｖdsは、図４（ｃ）に示すように、コンデンサＣ１の両端の電圧Ｖc1とフライバック電圧とを加算した電圧になる。尚、コンデンサＣ２の両端の電圧（出力電圧）をＶc2とすると、フライバック電圧は、Ｖc2×（ｎ１／ｎ２）で表される。

トランジスタＱ１がオン、オフすることにより、トランスＴの３次巻線ｎ３に電圧が発生し、補助電源部７のダイオードＤ１２は、３次巻線ｎ３に発生した電圧を整流し、整流した電圧をコンデンサＣ３に印加する。

一方、トランスＴの２次側では、トランジスタＱ１がオンすると、ダイオードＤ１に印加される電圧は、逆方向電圧（アノードに対するカソードの電圧が＋）となるため、ダイオードＤ１は、非導通となる。このため、２次巻線ｎ２には、電流は流れない。そして、トランスＴには、エネルギが蓄積される。

トランジスタＱ１がオフすると、ダイオードＤ１に印加される電圧は順方向電圧（カソードに対するアノードの電圧が＋）になるため、ダイオードＤ１は導通する。ダイオードＤ１が導通すると、トランスＴに蓄積されたエネルギに従って、２次巻線ｎ２からダイオードＤ１を介してコンデンサＣ２に、図４（ｄ）に示すような電流Ｉ2が流れる。

コンデンサＣ２は、この電流Ｉ2が供給されて充電され、ダイオードＤ１が整流した電圧を平滑化する。コンバータ１は、この直流電圧を出力電圧Ｖoutとして端子Ｐout1,Ｐout2を介して負荷に印加する。負荷には、出力電流Ｉoutが供給される。

出力電圧Ｖoutが立ち上がると、出力電圧検出部５のトランジスタＱ１１のベースにベース電流が流れ、トランジスタＱ１１のコレクタ−エミッタ間に電流が流れ、フォトダイオードＤ１１にも電流が流れる。トランジスタＱ１１のコレクタ−エミッタ間に流れる電流は出力電圧Ｖoutの電圧レベルに応じて制御される。

フォトダイオードＤ１１は、流れる電流量に応じた発光量で発光し、制御部６のフォトトランジスタＱ２１は、フォトダイオードＤ１１の光を出力電圧検出信号として受光する。

フォトトランジスタＱ２１がフォトダイオードＤ１１の光を受光すると、フォトトランジスタＱ２１のコレクタ−エミッタ間には、この受光量に応じた量の電流が流れ出し、コレクタ電圧Ｖpcも立ち上がる。

ＰＷＭ制御回路１２は、コレクタ電圧Ｖpcに応じたパルス幅のパルス信号を生成し、このパルス信号をトランジスタＱ１のゲートに供給する。

出力電流Ｉoutが低下すると、出力電圧Ｖoutは上昇し、フォトトランジスタＱ２１のコレクタ電圧Ｖpcは低下する。

図５（ｅ）に示すように、コレクタ電圧Ｖpcが、時刻ｔ２１において、負荷検出回路１５のコンパレータ２１の参照電圧Ｖref未満になると、負荷検出回路１５のコンパレータ２１は、図５（ｆ）に示すように、ハイレベルの信号をＰＷＭ制御回路１２に供給する。ＰＷＭ制御回路１２は、コンパレータ２１からハイレベルの信号が供給されると、動作を停止する。

ＰＷＭ制御回路１２の動作が停止すると、トランスＴの１次巻線ｎ１には、電圧が印加されず、図５（ｃ）に示すように、出力電圧Ｖoutは低下し、図５（ｄ）に示すように、出力電流Ｉoutも０になる。また、トランスＴの３次巻線ｎ３にも電圧は発生せず、スイッチ１３もオフしているため、コンデンサＣ３は放電し、コンデンサＣ３の電圧Ｖc3は、図５（ｂ）に示すように、低下する。

負荷検出回路１５のインバータ２２は、時刻ｔ２１において、コンパレータ２１の出力信号を反転させ、ローレベルの信号をタイマ１６に供給する。

タイマ１６は、負荷検出回路１５からローレベルの信号が供給されると、図５（ｇ）に示すように、時刻ｔ２２までの所定時間を計測する。そして、時刻ｔ２２になると、タイマ１６は、スイッチ制御部１７にスイッチ１３をオンさせるためのスイッチオン信号を供給する。

スイッチ制御部１７は、このスイッチオン信号が供給されると、スイッチ１３をオンする。スイッチ１３がオンすると、定電流供給部１４は、コンデンサＣ３に定電流を供給し、コンデンサＣ３の電圧Ｖc3は、再び、上昇する。電圧Ｖc3が電圧Ｖ１以上になると、ＰＷＭ制御回路１２は、動作を開始し、同時にスイッチ制御部１７は、スイッチ１３をオフする。

図５（ｄ）、（ｅ）に示すように、ＰＷＭ制御回路１２の動作開始後、時刻ｔ２４において、出力電流Ｉoutが少なく、フォトトランジスタＱ２１のコレクタ電圧Ｖpcが参照電圧Ｖrefよりも低くなると、負荷検出回路１５のコンパレータ２１は、再び、ハイレベルの信号をＰＷＭ制御回路１２に出力する。ＰＷＭ制御回路１２は、ハイレベルの信号が供給されて、再び、動作を停止する。

タイマ１６は、時刻ｔ２４から時間を計測し、所定時間が経過して時刻ｔ２５になると、スイッチ制御部１７にスイッチオン信号を供給し、スイッチ制御部１７は、このスイッチオン信号が供給されて、スイッチ１３をオンする。

スイッチ１３がオンして、コンデンサＣ３は充電され、コンデンサＣ３の電圧Ｖc3が電圧Ｖ１以上になると、ＰＷＭ制御回路１２は、再び、動作を開始する。同時にスイッチ制御部１７は、スイッチ１３をオフする。出力電流Ｉoutが増えてフォトトランジスタＱ２１のコレクタ電圧Ｖpcが参照電圧Ｖref以上になれば、ＰＷＭ制御回路１２は、このまま、動作を継続する。

以上説明したように、本実施の形態１によれば、出力電流Ｉoutが少なくなって軽負荷になると、負荷検出回路１５はＰＷＭ制御回路１２の動作を停止させ、タイマ１６が計測した所定時間が経過すると、スイッチ制御部１７がスイッチ１３をオンして、ＰＷＭ制御回路１２に、再び、電圧が印加される。

従って、外部から信号を供給しなくても、自動的にコンバータ１を起動することができ、且つ、待機時の損失を非常に小さくすることができる。また、ＰＷＭ制御回路１２の動作は、１秒以上、停止するため、待機中の電力を極めて低くすることができる。尚、ＰＷＭ制御回路１２の動作停止期間が１秒程度であれば、実用上、全く問題はない。

［実施の形態２］
実施の形態２に係るコンバータは、定電流供給部として抵抗を用いるようにしたものである。

実施の形態２に係るコンバータ１の構成を図６に示す。
図６に示すように、実施の形態２に係るコンバータ１は、駆動制御用電圧供給部８の定電流供給部として抵抗Ｒ２１を備える。抵抗Ｒ２１の一端は、スイッチ１３の他端に接続され、抵抗Ｒ２１の他端は、コンデンサＣ３の一端に接続される。

実施の形態１に係るコンバータ１のように、定電流供給部１４がコンデンサＣ３に定電流を供給する場合、ＡＣ−ＤＣ変換部２から供給される直流電圧の電圧レベルに関わらず、コンデンサＣ３に定電流が供給される。このため、コンデンサＣ３の充電時間は一定となる。

しかし、実施の形態１に示す定電流供給部１４の代わりに抵抗Ｒ２１を備えることにより、ＡＣ−ＤＣ変換部２から供給される直流電圧の電圧レベルが高くなれば、抵抗Ｒ２１に流れる電流は増え、直流電圧の電圧レベルが低くなれば、抵抗Ｒ２１に流れる電流は低下する。このため、コンデンサＣ３の充電時間は変化し、交流電源９が投入されてからＰＷＭ制御回路１２が起動するまでの時間を、直流電圧の電圧レベルに従って変化させることができる。

［実施の形態３］
実施の形態３に係るコンバータは、駆動制御用電圧供給部において、コンデンサと並列にスイッチが接続されて構成されたものである。
実施の形態３に係るコンバータ１の構成を図７に示す。

実施の形態３に係るコンバータ１は、実施の形態２に係るコンバータ１と同様に、駆動制御用電圧供給部８に抵抗Ｒ２１を備える。但し、抵抗Ｒ２１の一端は、ＡＣ−ＤＣ変換部２のコンデンサＣ１の一端に接続され、スイッチ１３の一端は、コンデンサＣ３の一端に接続され、スイッチ１３の他端は、コンデンサＣ３の他端に接続される。

実施の形態３に係るコンバータ１の動作を説明する。
実施の形態３に係るコンバータ１では、スイッチ１３は、交流電源９が投入されるとき、オフしている。
交流電源９が投入されると、コンデンサＣ３は、抵抗Ｒ２１を介して充電される。コンデンサＣ３の電圧Ｖc3が、電圧Ｖ１以上になると、ＰＷＭ制御回路１２は動作を開始する。

ＰＷＭ制御回路１２の動作が開始すると、負荷に出力電流Ｉoutが供給される。この出力電流Ｉoutが低下して、フォトトランジスタＱ２１のコレクタ電圧Ｖpcが参照電圧Ｖref未満になると、負荷検出回路１５は、ＰＷＭ制御回路１２の動作を停止させると同時に、タイマ１６を起動する。

タイマ１６は、起動して時間を計測する。また、タイマ１６は、起動すると、スイッチ制御部１７に放電を指令する信号としてスイッチオン信号を出力する。スイッチ制御部１７は、タイマ１６からスイッチオン信号が供給されて、スイッチ１３はオンする。

スイッチ１３がオンすると、コンデンサＣ３の電圧は放電し、ＰＷＭ制御回路１２の動作は停止する。

所定時間が経過すると、タイマ１６は、スイッチ制御部１７に、スイッチオン信号の供給を停止してスイッチ１３をオフするためのスイッチオフ信号を出力する。スイッチ制御部１７は、タイマ１６からスイッチオフ信号が供給されると、スイッチ１３をオフする。

スイッチ１３がオフすると、コンデンサＣ３は、再び、充電されて、コンデンサＣ３の電圧Ｖc3が電圧Ｖ１以上になると、ＰＷＭ制御回路１２は、動作を開始する。

以上説明したように、本実施の形態３によれば、スイッチ１３とコンデンサＣ３とを並列に接続しても、実施の形態１に係るコンバータ１と同様の効果を得ることができる。

尚、抵抗Ｒ２１の代わりに、実施の形態１と同様の定電流供給部１４を備えることもできる。

［実施の形態４］
実施の形態４に係るコンバータは、タイマがコンデンサの時定数を利用して所定時間を計測するようにしたものである。

実施の形態４に係るコンバータ１の構成を図８に示す。
実施の形態４に係るコンバータ１は、駆動制御用電圧供給部８のコンデンサＣ３に並列に抵抗Ｒ２２を接続することによって構成される。

抵抗Ｒ２２の一端は、コンデンサＣ３の一端に接続され、抵抗Ｒ２２の他端は、コンデンサＣ３の他端に接続される。この抵抗Ｒ２２とコンデンサＣ３との放電時定数は、それぞれの抵抗値、容量値に従って決定される。

タイマ１６は、図９に示すように、コンパレータ２３を備える。コンパレータ２３の反転入力端子は、コンデンサＣ３と抵抗Ｒ２２との接続点に接続される。コンパレータ２３の非反転入力端子には、参照電圧Ｖref2が供給される。コンパレータ２３の出力端子は、スイッチ制御部１７に接続される。

次に実施の形態４に係るコンバータ１の動作を説明する。
実施の形態４に係るコンバータ１では、交流電源９が投入されるとき、スイッチ１３はオンしている。
交流電源９が投入され、コンデンサＣ３の電圧Ｖc3が電圧Ｖ１以上になると、ＰＷＭ制御回路１２は、動作を開始するとともに、スイッチ制御部１７は、スイッチ１３をオフする。

図１０（ａ）〜（ｃ）に示すように、出力電流Ｉoutが低下して、フォトトランジスタＱ２１のコレクタ電圧Ｖpcが、図２に示すコンパレータ２１の参照電圧Ｖref未満になると、負荷検出回路１５は、時刻ｔ３１において、ＰＷＭ制御回路１２の動作を停止させる。

ＰＷＭ制御回路１２の動作が停止すると、コンデンサＣ３の電圧Ｖc3は、図１０（ｄ）に示すように、抵抗Ｒ２２の抵抗値、コンデンサＣ３の容量値によって決定される時定数に従って放電される。

タイマ１６のコンパレータ２３は、コンデンサＣ３の電圧Ｖc3を監視する。図１０（ｅ）に示すように、電圧Ｖc3が参照電圧Ｖref2以下になる時刻ｔ３２において、コンパレータ２３は、ハイレベルの出力信号をスイッチ制御部１７に供給する。

スイッチ制御部１７は、コンパレータ２３から、ハイレベルの信号が供給されて、図１０（ｆ）に示すように、スイッチ１３をオンする。スイッチ１３がオンすると、定電流供給部１４は、コンデンサＣ３に定電流を供給する。

以上説明したように、本実施の形態４によれば、コンデンサＣ３と抵抗Ｒ２２との時定数を利用して、ＰＷＭ制御回路１２の動作が停止してから、スイッチ１３をオンするまでの所定時間を計測することができる。

尚、本発明を実施するにあたっては、種々の形態が考えられ、上記実施の形態に限られるものではない。

例えば、図１１に示すようなフォトトランジスタＱ２１のコレクタ電圧Ｖpcを補正する回路を備えることができる。この補正回路は、ダイオードＤ１３と、コンデンサＣ５と、抵抗Ｒ３２，Ｒ３３と、を備えて構成される。また、トランスＴは、４次巻線ｎ４を備える。４次巻線ｎ４の一端は、３次巻線ｎ３の他端に接続される。４次巻線ｎ４は、３次巻線ｎ３と同じように、一端から他端へと巻かれている。ダイオードＤ１３のアノードは、トランスＴの４次巻線ｎ４の他端に接続され、ダイオードＤ１３のカソードは、抵抗Ｒ３２を介して負荷検出回路１５に接続される。コンデンサＣ５の一端は、ダイオードＤ１３のカソードに接続され、コンデンサＣ５の他端は、３次巻線ｎ３と４次巻線ｎ４との接続点に接続される。抵抗Ｒ３３は、負荷検出回路１５とフォトトランジスタＱ２１のコレクタとの間に接続される。

このような構成の補正回路を備えることにより、コンデンサＣ５の一端の電圧は、交流電源９の電圧に比例した正電圧が発生する。補正回路は、この正電圧をフォトトランジスタＱ２１のコレクタに供給する。

図１に示すように、フォトトランジスタＱ２１のコレクタを負荷検出回路１５に直接接続するようにすると、交流電源９の電圧に従って軽負荷の判定レベルが変化する。しかし、補正回路を備えることにより、軽負荷の判定レベルの変化は、ほぼ０になる。尚、交流電源９の電圧に比例した電圧を発生するような構成のものであれば、図１１に示すような補正回路には限定されない。

各実施の形態では、交流電源９が交流電圧を供給するようにした。しかし、直流入力であってもよく、直流入力であれば、ＡＣ−ＤＣ変換部２を備えなくてもよい。

負荷検出回路１５は、１次側でなくても、２次側に備えるようにしてもよい。
駆動制御用電圧供給部８を補助電源部７の代わりに用いて補助電源部７を省くこともできる。但し、この場合、フォトトランジスタＱ２１のコレクタ電圧Ｖpcが電圧Ｖ１未満であれば、スイッチ１３を閉じ、コレクタ電圧Ｖpcが電圧Ｖ１に到達すれば、スイッチ１３を開くように構成される必要がある。この時、電圧Ｖ１はヒステリシスを有することがのぞましい。

電源装置は、フライバックコンバータに限られるものではなく、フォワードコンバータ、プッシュプルコンバータ、ブリッジコンバータであってもよい。さらに、電源装置は、このようなスイッチングレギュレータには限られず、シリーズレギュレータであってもよいし、直流電圧だけでなく、交流電圧を負荷に供給するようなものであってもよい。

本出願は、２００３年７月１５日にされた、日本国特許出願特願２００３−２７４８９４に基づく。本明細書中に、その明細書、特許請求の範囲、図面全体を参照として取り込むものとする。

本発明は、電源装置に利用可能である。

図１は、本発明の実施の形態１に係るコンバータの構成を示す回路図である。図２は、図１の負荷検出回路の構成を示す回路図である。図３は、図１のコンバータの交流電源投入時の動作を示すタイミングチャートである。図４は、図１のコンバータの定常動作を示すタイミングチャートである。図５は、図１のコンバータの負荷変化時の動作を示すタイミングチャートである。図６は、本発明の実施の形態２に係るコンバータの構成を示す回路図である。図７は、本発明の実施の形態３に係るコンバータの構成を示す回路図である。図８は、本発明の実施の形態４に係るコンバータの構成を示す回路図である。図９は、図８に示すタイマの構成を示す回路図である。図１０は、図８に示すコンバータの動作を示すタイミングチャートである。図１１は、フォトトランジスタのコレクタ電圧を補正する補正回路の構成を示す回路図である。

符号の説明

１コンバータ
２ＡＣ−ＤＣ変換部
３電圧変換部
４整流平滑部
５出力電圧検出部
６制御部
７補助電源部
８駆動制御用電圧供給部
９交流電源
１１整流回路
１２ＰＷＭ制御回路
１３スイッチ
１４定電流供給部
１５負荷検出回路
１６タイマ
１７スイッチ制御部
２１コンパレータ
２２インバータ
Ｔトランス
ｎ１１次巻線
ｎ２２次巻線
ｎ３３次巻線
Ｄ１１フォトダイオード
Ｑ１２フォトトランジスタ
Ｐout1 出力端子
Ｐout2 出力端子

Claims

負荷に供給する出力電圧を生成する電圧生成部と、
前記負荷に供給する出力電圧を検出する出力電圧検出部と、
駆動信号生成に必要な駆動制御用電圧が印加されて動作し、前記出力電圧検出部で検出された出力電圧に基づいた駆動信号を生成し、生成した駆動信号を前記電圧生成部に供給して前記電圧生成部を駆動制御する駆動制御部と、
起動時、前記駆動制御部に前記駆動制御用電圧を印加し、前記負荷に供給する出力電流が予め設定された電流値未満になったことを前記出力電圧検出部で検出された出力電圧から検知したときに、前記駆動制御部を停止し、前記駆動制御部を停止してから所定時間経過後に前記駆動制御部を作動させる駆動制御用電圧供給部と、を備え、
前記電圧生成部は、
１次巻線と２次巻線と３次巻線とを有するトランスと、
交流電圧を入力して、入力した交流電圧を整流・平滑した直流電圧を前記トランスの１次巻線に印加する直流電圧入力部と、
前記トランスの１次巻線に流れる電流をスイッチングして、前記トランスの１次巻線に電圧を発生させるスイッチング部と、
前記トランスの２次巻線に発生した電圧を整流し、平滑化して前記負荷に供給する整流平滑部と、を備え、
前記駆動制御部は、前記スイッチング部が前記電流をスイッチングするためのパルス信号を駆動信号として前記スイッチング部に供給して前記スイッチング部を駆動制御し、
前記駆動制御用電圧供給部は、
充電された電圧を駆動制御用電圧として前記駆動制御部に印加するコンデンサと、
前記電圧生成部の直流電圧入力部から前記コンデンサに電流を供給して前記コンデンサを充電する充電回路部と、
前記トランスの３次巻線に発生した電圧を整流して前記コンデンサに印加し、前記コンデンサを充電する補助電源部と、
前記負荷に供給する出力電流を前記出力電圧検出部で検出された出力電圧から検出し、前記検出した出力電流の電流値が予め設定された電流値未満になると、前記駆動制御部の動作を停止させる動作停止部と、
放電指令信号が供給されて前記コンデンサの電圧を放電する放電制御部と、
前記動作停止部が前記駆動制御部の動作を停止させたときに、前記放電制御部に前記放電指令信号を供給し、時間を計測して予め設定された時間が経過したときに前記放電制御部への放電指令信号の供給を停止する時間計測部と、を備えた、
ことを特徴とする電源装置。
前記充電回路部は、電流を前記コンデンサに供給する電流供給部からなり、
前記放電制御部は、
前記直流電圧入力部が直流電圧の入力を開始する起動時には開いているスイッチと、
前記動作停止部が前記駆動制御部の動作を停止させたとき、前記スイッチを閉じて前記コンデンサの電圧を放電するスイッチ制御部と、から構成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
前記充電回路部は、前記直流電圧入力部と前記コンデンサとの間に介挿された抵抗からなり、
前記放電制御部は、
前記直流電圧入力部が直流電圧の入力を開始する起動時には開いているスイッチと、
前記動作停止部が前記駆動制御部の動作を停止させたとき、前記スイッチを閉じて前記コンデンサの電圧を放電するスイッチ制御部と、から構成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。