JP2009207289A - スイッチング電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】終日通電状態にあって、通常モードに設定されて負荷制御動作が行われ、待機モードに設定されて負荷制御動作が停止される電子機器に使用されるスイッチング電源装置において、待機モード時のバースト状態や、スイッチング電圧のパルス幅を検出するモード検出回路を設け、この回路の検出信号をマイコンに取り込んで異常状態に対応できるスイッチング電源装置を提供する。
【解決手段】待機モードにおいてのみマイコン１４に待機モード信号を出力させてスイッチング回路が所定周波数のスイッチングパルスを一定周期毎に所定期間出力するようにし、二次巻線から出力されるスイッチング電圧のパルス幅を検出して前記通常モードおよび待機モードのいずれであるかを判別するモード検出回路８を設けるとともに、待機モードにおいて、モード検出回路８の検出信号をマイコン１４に入力して、通常モードであると判別した場合に異常であると判断して負荷駆動信号の送出を停止するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、終日通電状態にあって、負荷制御動作が行われる通常モードと、負荷制御動作が停止される待機モードとを有するスイッチング電源装置に関するものである。

この種のスイッチング電源装置は、マイクロコンピュータ（以下マイコンと称する）により制御され、待機モードとして常に通電状態にしておき、待機モードから通常モードへの復帰が瞬時にできるように構成されているものが一般的である。そのため、待機モードにおいて、一定の電力が消費されるので、スイッチングのオン時間を減じる方法があるが、電圧自身が低下するため、スイッチング電源の発振回数を減らしバースト状態にする方法が提案されている。

例えば、特開平９−１４０１２８号公報に記載のスイッチング電源装置は、一次巻線に電磁結合された一次補助巻線及び出力電圧を得るための二次巻線を有するトランスと、前記トランスの一次側補助巻線に接続された一次側整流平滑回路と、前記トランスの二次巻線に接続された二次側整流平滑回路と、前記整流平滑回路より得られる二次側出力電圧を検知する検知回路と、前記トランスの一次巻線に流れる電流をオン・オフし制御端子電圧がスレッシュホルド電圧に達したときにオン状態になるスイッチ素子と、前記スイッチ素子をオン・オフさせるスイッチ素子駆動回路と、前記検知回路からの帰還信号によって前記スイッチ素子のオン時間を制御し二次側出力電圧を安定させる一次側スイッチ素子駆動制御回路と、本装置を使用する電子機器の動作モードを判別し前記二次整流平滑回路より得られる二次側出力電圧によって動作し動作待機モード時に特定周波数のパルス波を出力するマイコンと、前記マイコンからの出力信号を前記一次側スイッチ素子駆動制御回路へ伝達する伝達回路とを備えた構成である。

上記スイッチング電源装置は、電子機器の動作状態を認識または制御するマイコンと、マイコンから得られる制御信号を一次側へ伝達する伝達回路を設け、伝達回路の出力を一次側スイッチ素子駆動制御回路に接続し、マイコンによって、スイッチング電源装置の発振周波数を制御することにより、動作待機時の変換効率を改善し、電子機器の消費電力を低減させることができる。

特開平９−１４０１２８号公報

しかしながら上記の従来の構成では、待機モードから通常モードに復帰できなかった場合に検出手段がないため、前述した二次側電圧の状態で各負荷及び回路が動作することになる。その場合、許容リップル電圧や許容最低電圧の規格を外れているため、負荷及び、回路素子の発熱や故障を招いてしまうという問題点を有していた。

本発明は上記問題点を解決するもので、終日通電状態にあって、通常モードに設定されて負荷制御動作が行われ、待機モードに設定されて負荷制御動作が停止されるスイッチング電源装置において、待機モード時のバースト状態や、スイッチング電圧のパルス幅を検出するモード検出回路を設け、この回路の検出信号をマイコンに取り込んで異常状態に対応できるスイッチング電源装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために請求項１記載の発明は、一次巻線、補助巻線および二次巻線を有し二次巻線からスイッチング電圧を出力するスイッチングトランスと、該スイッチングトランスの一次巻線への入力直流電圧をスイッチング制御するスイッチング回路とを備え、終日通電状態にあって、負荷制御動作が行われる通常モードと負荷制御動作が停止される待機モードとを有するスイッチング電源装置において、前記二次巻線から出力されるスイッチング電圧を整流して得られた電圧のパルス幅を検出して前記スイッチング電圧が通常モードおよび待機モードのいずれであるかを示す検出信号を出力するモード検出回路と、通常モードにおいて負荷に負荷駆動信号を送出して負荷制御動作を行わせ、待機モードにおいて負荷への負荷駆動信号の送出を停止するとともに待機モードにおいてのみ待機モード信号を出力するマイコンと、前記マイコンから前記待機モード信号が供給されると前記スイッチング回路にスイッチング停止信号を送出する待機モード回路と、を備え、前記スイッチング回路は、待機モード回路からスイッチング停止信号が出力されていない通常モードにおいて所定周波数のスイッチングパルスを連続して一次巻線に出力し、待機モード回路からスイッチング停止信号が出力されている待機モードにおいて所定周波数のスイッチングパルスを一定周期毎に所定期間一次巻線に出力し、前記マイコンは、前記モード検出回路からの検出信号が待機モードを示し、かつ待機モード信号を出力していない場合、異常であると判断して負荷駆動信号の送出を停止する、ことを特徴とするスイッチング電源装置である。

また、請求項２記載の発明は、前記マイコンは、前記モード検出回路からの検出信号が通常モードを示し、かつ待機モード信号を出力している場合、異常であると判断して負荷駆動信号の送出を停止する、請求項１に記載のスイッチング電源装置である。

本発明によれば、スイッチング電源装置のモード設定状態が異常になり、待機モードに設定して低い電圧を供給している際に、通常モードに設定を切り換えて負荷制御動作を行わせるときに高い電圧を供給する状態に復帰出来なくなった場合に、二次側の出力電圧が不安定な状態で負荷制御動作や、回路動作が行われたりすることを防止でき、それらの異常発熱や、二次故障を防止できる。

また、スイッチング電源装置のモード設定状態が異常になり、待機モードに設定して負荷制御動作を停止しているにもかかわらず高い電圧が供給されて無駄に電力が消費されている場合に、マイコンが負荷制御動作を停止させるようにする。この場合、マイコンが、その後の操作表示部からの通常モードの設定の指示を無効とするように設定しておけば、待機モードにおいて高い電圧が供給されている状態の早期の認識が可能になる。

以下、図面に基づいて本発明を詳細に説明する。

図１は、本発明に係る実施例のスイッチング電源装置Ｓの回路図である。スイッチング電源装置Ｓが使用される電子機器は、終日通電状態にあって、通常モードに設定されて負荷制御動作が行われ又は待機モードに設定されて負荷制御動作が停止されるものである。

図１において、商用交流電源１は、整流回路２及びスイッチングトランス３に接続されている。スイッチングトランス３は、一次巻線３ａが定電圧ダイオード４とダイオード５の直列回路と並列に接続され、一次巻線３ａとダイオード５の接続点がスイッチング回路６に接続されている。また、スイッチングトランス３は、制御巻線３ｂが一次巻線３ａに電磁結合されてスイッチング回路６に接続されている。

そして、スイッチングトランス３は、二次巻線３ｃがダイオード７を介してモード検出回路８に接続されるとともに、ダイオード９とコンデンサ１０の直列回路を介して接地されている。ダイオード９とコンデンサ１０の接続点は、コイル１１とコンデンサ１２の直列回路を介して接地されている。コイル１１とコンデンサ１２の接続点は、待機モード回路１３，マイコン１４、及び、負荷１５に接続されている。モード検出回路８の出力端子８ａは、マイコン１４の入力端子１４ａに接続されている。また、マイコン１４の出力端子１４ｂは、待機モード回路１３の入力端子１３ａに接続され、出力端子１４ｃは負荷１５に接続されている。待機モード回路１３の出力端子１３ｂは、スイッチング回路６に接続されている。操作表示部１６は、操作釦、液晶、発光素子又はランプによる画像や文字、光点滅等の表示部、スピーカを備えており、マイコン１４に接続されている。操作表示部１６としては、電子機器本体（図示しない）に付属の操作部１６ａやリモコン１６ｂが使用できる。

マイコン１４は、電子機器が通電状態であるときに、操作表示部１６の操作釦が操作されることにより操作表示部１６から送出される制御信号を入力し、通常モードにおいて、前記制御信号の示す負荷制御指示に応じた負荷駆動信号を負荷１５に送出して負荷制御動作を行わせ、また、待機モードにおいて、前記制御信号の負荷制御停止の指示に従って負荷１５への負荷駆動信号の送出を停止して、負荷制御動作を停止させる。

スイッチング回路６は、内部にスイッチング素子と、このスイッチング素子の駆動信号を出力する発振回路、及び、前記スイッチング素子のスイッチング動作を継続させ、又は停止させるスイッチング制御回路とを有している。

次に、スイッチング電源装置Ｓの動作について説明する。操作部１６ａ及び／又はリモコン１６ｂの操作釦が操作されて通常モードでの負荷制御動作の指示が行われると、操作部１６ａ及びリモコン１６ｂの各画像表示部には通常モードを示す表示がなされ、マイコン１４は、負荷駆動信号を負荷１５に送出して負荷制御動作を行わせる。

通常モードにおいて、スイッチング回路６は、内部の発振回路からの駆動信号により図示しないスイッチング素子のスイッチング動作が連続して行われ、スイッチングトランス３の一次巻線３ａとダイオード５の接続点ａには、図２（ｅ）に示すように所定周波数のスイッチングパルスが連続して一次巻線３ａに出力される。

また、スイッチングトランス３の二次巻線３ｃから出力されるスイッチング電圧も同様の波形である。このスイッチング電圧は、整流及び平滑されて、図２（ｈ）に示す直流電圧が負荷１５に供給され、通常モードにおいて安定した状態での負荷制御動作や、回路動作が行われる。また、二次側のダイオード７のカソードから、スイッチング電圧を整流した図２（ｆ）に示すように図２（ｅ）の波形と同様（同位相）の波形の電圧がモード検出回路８に供給される。

モード検出回路８では、ダイオード７のカソードから入力したスイッチング電圧を整流した電圧のパルス幅を検出することにより、スイッチング回路６におけるスイッチング動作が連続する期間を検出する。そして、図２（ｇ）に示すような直流電圧（ハイレベル状態が連続してパルス幅が長い状態）が検出された場合、通常モードであることを示す検出信号をマイコン１４へ供給する。マイコン１４は、待機モード信号を待機モード回路１３に供給していないので、モード検出回路８から通常モードの検出信号が供給されるとスイッチング電源装置Ｓが正常に動作していると判断する。

また、操作部１６ａ及び／又はリモコン１６ｂの操作釦が操作されて、負荷制御動作停止の指示が行われると、操作部１６ａ及びリモコン１６ｂの各画像表示部には待機モードを示す表示がなされ、マイコン１４は、待機モード信号を待機モード回路１３に供給する。

待機モード回路１３は、マイコン１４から待機モード信号が入力されるとスイッチング停止信号をスイッチング回路６に供給する。スイッチング回路６は、待機モードにおいて待機モード回路１３からスイッチング停止信号を受けるとスイッチング動作を一定周期毎に一定期間停止するので、所定周波数のスイッチングパルスを一定周期毎に所定期間出力するようになる。これにより、スイッチングトランス３の一次巻線３ａとダイオード５の接続点ａには、図２（ａ）に示す波形の所定周波数のスイッチングパルスが一定周期毎に所定期間出力されるようになりスイッチング回数が削減され、バースト状態になるように制御される。

また、スイッチングトランス３の二次側から出力される図２（ａ）と同様の波形のスイッチング電圧は、整流及び平滑されて、図２（ｄ）に示す三角波電圧が負荷１５に供給され消費電力が低減される。また、二次側のダイオード７のカソードから、図２（ｂ）に示すように図２（ａ）の波形と同様（同位相）の波形のスイッチング電圧がモード検出回路８に供給される。

モード検出回路８では、ダイオード７のカソードから入力したスイッチング電圧を整流した電圧のパルス幅を検出することにより、スイッチング回路６におけるスイッチング動作が連続する期間を検出する。そして、図２（ｃ）に示すようなパルス幅の短いパルスが検出された場合、待機モードであることを示す検出信号をマイコン１４へ供給する。マイコン１４は、待機モード信号を待機モード回路１３に供給しているので、モード検出回路８から待機モードを示す検出信号が供給されるとスイッチング電源装置Ｓが正常に動作していると判断する。

また、操作部１６ａ及び／又はリモコン１６ｂの操作釦が操作されて通常モードでの負荷制御動作の指示が行われると、マイコン１４は、負荷駆動信号を負荷１５に送出して負荷制御動作を行わせるとともに、通常モードでのスイッチング制御に復帰させようとして、待機モード回路１３への待機モード信号の供給を停止する。

待機モード回路１３は、マイコン１４から待機モード信号の供給が停止されると、通常モード状態となり、スイッチング停止信号を出力しなくなる。これにより、スイッチング回路６は、通常モードでの動作状態に復帰し、所定周波数のスイッチングパルスを連続して出力するようになり、スイッチングトランス３の一次巻線３ａとダイオード５の接続点ａには、図２（ｅ）に示すように、スイッチングパルスが連続して出力されるようになりスイッチング回数が増加する。

また、操作部１６ａ及び／又はリモコン１６ｂの操作釦が操作されて通常モードでの負荷制御動作の指示が行われたときに、待機モード回路１３に何らかの要因で異常が発生し、マイコン１４から待機モード信号の供給が停止されているにもかかわらず、モード検出回路８からは、図２（ｃ）に示す波形の待機モード検出信号が出力され、通常モードでのスイッチング制御状態に復帰できなくなった場合、マイコン１４は、待機モード回路１３が異常であると判断して、前記制御信号の負荷制御指示に応じた負荷駆動信号の送出を停止して、負荷制御動作が行なわれない様に対応する。

また、その逆に、電子機器の負荷制御動作が停止されて待機モードとなっている状態において、マイコン１４から待機モード信号が出力されているにもかかわらず、モード検出回路８から図２（ｇ）に示す波形の通常モード検出信号が出力され、待機モードでのスイッチング制御状態に変更できなくなった場合、マイコン１４は、待機モード回路１３が異常であると判断して、前記制御信号の負荷制御指示に応じた負荷駆動信号の送出を停止して、負荷制御動作が行なわれない様に対応する。この場合、操作部１６ａ及び／又はリモコン１６ｂの操作釦が操作されて通常モードでの負荷制御動作の指示が行われても、マイコン１４が、その後の操作表示部からの通常モードの設定の指示を無効とするように設定することにより、待機モードにおいて高い電圧が供給されている状態を早期に認識することができる。

これらの異常状態を検知したマイコン１４は、操作部１６ａ及び／又はリモコン１６ｂに報知信号を送出して操作部１６ａ及び／又はリモコン１６ｂに付属の画像表示部やスピーカからスイッチング電源装置Ｓの異常を警報音、音声、光の点滅や文字表示、画像により報知させることができる。

以上により、待機モード回路１３の異常が検出できるため、二次側の出力電圧にリップル電圧が発生し、許容リップル電圧や許容最低電圧の規格を外れた状態での負荷や回路動作を行わせることを未然に防止できるし、操作部１６ａ及び／又はリモコン１６ｂに待機モード回路１３が異常であることを報知させることで、適切な対処を行なうことが可能となる。

本発明の実施例における回路図である。 （ａ）〜（ｄ）は、図１のスイッチング電源装置の待機モードにおける各部の波形図である。 （ｅ）〜（ｈ）は、図１のスイッチング電源装置の通常モードにおける各部の波形図である。

符号の説明

１ 商用交流電源
２ 整流回路
３ スイッチングトランス
３ａ 一次巻線
３ｂ 制御巻線
３ｃ 二次巻線
４ 定電圧ダイオード
５，７，９ ダイオード
６ スイッチング回路
８ モード検出回路
８ａ モード検出回路の出力端子
１０，１２ コンデンサ
１１ コイル
１３ 待機モード回路
１４ マイコン
１５ 負荷
１６ 操作表示部
１６ａ 操作部
１６ｂ リモコン

Claims (2)

1. 一次巻線、補助巻線および二次巻線を有し二次巻線からスイッチング電圧を出力するスイッチングトランスと、該スイッチングトランスの一次巻線への入力直流電圧をスイッチング制御するスイッチング回路とを備え、終日通電状態にあって、負荷制御動作が行われる通常モードと負荷制御動作が停止される待機モードとを有するスイッチング電源装置において、
   前記二次巻線から出力されるスイッチング電圧を整流して得られた電圧のパルス幅を検出して前記スイッチング電圧が通常モードおよび待機モードのいずれであるかを示す検出信号を出力するモード検出回路と、
   通常モードにおいて負荷に負荷駆動信号を送出して負荷制御動作を行わせ、待機モードにおいて負荷への負荷駆動信号の送出を停止するとともに待機モードにおいてのみ待機モード信号を出力するマイコンと、
   前記マイコンから前記待機モード信号が供給されると前記スイッチング回路にスイッチング停止信号を送出する待機モード回路と、を備え、
   前記スイッチング回路は、待機モード回路からスイッチング停止信号が出力されていない通常モードにおいて所定周波数のスイッチングパルスを連続して一次巻線に出力し、待機モード回路からスイッチング停止信号が出力されている待機モードにおいて所定周波数のスイッチングパルスを一定周期毎に所定期間一次巻線に出力し、
   前記マイコンは、前記モード検出回路からの検出信号が待機モードを示し、かつ待機モード信号を出力していない場合、異常であると判断して負荷駆動信号の送出を停止する、
   ことを特徴とするスイッチング電源装置。
2. 前記マイコンは、前記モード検出回路からの検出信号が通常モードを示し、かつ待機モード信号を出力している場合、異常であると判断して負荷駆動信号の送出を停止する、請求項１に記載のスイッチング電源装置。

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