JP2010063243A - 電源回路及びその制御方法並びに電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 入力電圧に瞬時低下や瞬時遮断等の異常が発生した場合に、出力電圧の安定的な供給動作を長時間にわたり維持することができないという課題を解決することができる電源回路及びその制御方法、並びに、該電源回路を備えた電子機器を提供する。
【解決手段】 電源回路は、入力電圧を出力電圧に変換する変圧器と、前記入力電圧が所定の電圧範囲内にある場合には、前記入力電圧を前記変圧器に供給するとともに、前記変圧器を励磁及び磁気リセットするエネルギーに基づいて、前記入力電圧よりも高い電圧を充電し、前記入力電圧が前記電圧範囲外にある場合には、前記充電された充電電圧に基づく電圧を前記入力電圧として前記変圧器に供給する入力回路部と、を有している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電源回路及びその制御方法並びに電子機器に関する。特に、本発明は、入力される電源電圧に異常が発生した場合であっても、適正な出力電圧を供給することができる電源回路及びその制御方法、並びに、該電源回路を備えた電子機器に関する。

各種の電子機器の安定化電源として、スイッチング電源回路が知られている。スイッチング電源回路は、電力を変換・調整するための変圧器やスイッチング素子を備え、当該スイッチング素子をオン、オフ動作することにより、所定の入力電圧から所望の出力電圧を生成するものである。例えば特許文献１や特許文献２には、入力電圧を供給する給電線間に接続され、該入力電圧を平滑化する入力コンデンサや、所定のタイミングで変圧器の一次巻線に並列に接続されるコンデンサを備えたスイッチング電源回路が開示されている。

このようなスイッチング電源回路における動作は、まず、正常（通常）動作時には、変圧器の磁性体に蓄積された励磁エネルギーに基づいて所定の出力電圧を生成して電子機器に供給しつつ、上記コンデンサに励磁エネルギーに応じたエネルギーを蓄積する。すなわち、スイッチング電源回路は、上記のスイッチング素子をオン、オフ動作（スイッチング）する毎に、変圧器の磁性体を励磁するエネルギーと、変圧器や接続配線のインダクタンスに蓄えられるエネルギーを入力側から取り入れる。これらのエネルギーは、変圧器の磁性体を磁気リセットする際に上記コンデンサやスイッチング素子のキャパシタンスに充電され、磁気リセットの完了後に、変圧器の一次側へ回生される。スイッチング電源回路は、このような動作を繰り返すことにより、変圧器の二次側から所定の電圧を出力しつつ、コンデンサを充電する。

そして、入力電圧の瞬時低下や瞬時遮断等の異常が発生して、正常動作範囲よりも低下した場合には、スイッチング電源回路は、上記コンデンサに蓄積したエネルギーを変圧器の一次側に供給することにより、出力電圧を継続して生成する。

ここで、上記のようなスイッチング電源回路において、変圧器の磁性体を磁気リセットする時間や当該リセット電圧を調整するために、電圧クランプ回路を設けた構成も知られている。このようなスイッチング電源回路は、例えば特許文献３に開示されている。

また、上記のようなスイッチング電源回路において、正常動作時にコンデンサに充電される電圧は、回路構成上、入力電圧と同等の電圧になる。そのため、入力電圧が電源回路の正常動作可能電圧の下限に近い場合、入力電圧に異常が発生した場合には、上記コンデンサからのエネルギーのみで出力電圧を安定的に供給できる時間（動作維持時間）を長くすることができない。そこで、スイッチング電源回路の動作維持時間を長くするために、昇圧回路を使用してコンデンサに充電する電圧を高くする構成が知られている。例えば特許文献４には、ＤＣ／ＤＣコンバータ（直流−直流電圧変換器）の一次側に力率改善回路を備え、商用交流電源から生成される入力電圧よりも高い電圧を蓄電器（電解コンデンサ）に充電する構成を備えたスイッチング電源回路が開示されている。これにより、商用交流電源からの入力電圧の異常発生時に、蓄電器の充電電圧をＤＣ／ＤＣコンバータに入力することにより、出力電圧を安定的に供給できる時間を長くすることができる。

ところで、スイッチング電源回路は、入力電圧を供給する電源に応じて、交流入力型と直流入力型に分類される。上述した各特許文献に開示されたスイッチング電源回路はいずれも、商用電源等から供給される交流電圧を入力電圧とする交流入力型に属している。これに対して、直流入力型のスイッチング電源回路は、バッテリ等で常にバックアップする構成を有しているため、入力電圧の瞬時低下に対応する規定はほとんど設けられておらず、それ故、入力電圧の低下に対応する技術に対してニーズは高くなかった。

しかし、近年、直流入力型の電源回路においても、入力電圧の瞬時低下が生じた場合にも、安定的な出力電圧の維持を求める規定が設けられ、上記のような入力電圧の低下に対応する技術に対してニーズが急速に高まっている。

特開平７−０６７３４４号公報 特開昭５８−１４１６８０号公報 特開平３−２１５１６７号公報 特開２００５−２６１１１８号公報

上述した各特許文献に記載されたスイッチング電源回路は、交流電圧を入力電圧とする交流入力型であるため、整流回路を備えている。そのため、入力電圧が正常動作範囲よりも低下した場合であっても、コンデンサに蓄積された電荷が入力側から外部に流出することはない。これに対して、バッテリ等からの直流電圧を入力電圧とする直流入力型のスイッチング電源回路においては、二重化入力用の逆流防止素子や、入力を開閉する素子を備えていないと、入力電圧が正常動作範囲よりも低下した場合、コンデンサに蓄積された電荷が入力側から外部へ流出してしまうという問題を有している。そのため、直流入力型のスイッチング電源回路においては、入力電圧に瞬時低下や瞬時遮断等の異常が発生した場合、出力電圧の安定的な供給動作を継続できないという問題を有していた。また、このような問題を防ぐためには、上記のような逆流防止用の素子や回路を設けなければならないが、その場合、回路規模が大きくなってしまうという問題を有していた。

なお、上記のような異常発生時に、出力電圧を安定的に供給できる時間を長くするための他の方策としては、変圧器の一次側に昇圧回路やその制御回路等を設け、入力電圧よりも高い電圧を生成してコンデンサへの充電電圧を高くする構成が考えられる。しかしながら、この場合においても、回路規模が大きくなってしまうという問題を有していた。

本発明の目的は、入力電圧に瞬時低下や瞬時遮断等の異常が発生した場合に、出力電圧の安定的な供給動作を長時間にわたり維持することができないという課題を解決する電源回路及びその制御方法、並びに、該電源回路を備えた電子機器を提供することにある。

本発明の電源回路は、入力電圧を出力電圧に変換する変圧器と、前記入力電圧が所定の電圧範囲内にある場合には、前記入力電圧を前記変圧器に供給するとともに、前記変圧器を励磁及び磁気リセットするエネルギーに基づいて、前記入力電圧よりも高い電圧を充電し、前記入力電圧が前記電圧範囲外にある場合には、前記充電された充電電圧に基づく電圧を、前記入力電圧として前記変圧器に供給する入力回路部と、を有している。

また、本発明の電源回路の制御方法は、変圧器に供給する入力電圧を検出し、該入力電圧が所定の電圧範囲内にあるか否かを監視するステップと、前記入力電圧を前記変圧器に供給するとともに、前記変圧器を励磁及び磁気リセットするエネルギーに基づいて、前記入力電圧よりも高い電圧を充電するステップと、前記入力電圧が所定の電圧範囲外にあると判定された場合に、前記充電された充電電圧に基づく電圧を、前記入力電圧として前記変圧器に供給するステップと、を含む。

また、本発明の電子機器は、所定の入力電圧を供給する電源部と、上記の電源回路を有し、前記入力電圧に基づいて所定の出力電圧を生成する電力変換部と、前記電力変換部から供給される前記出力電圧に基づいて所定の動作機能を実行する内部回路部と、を備える。

本発明に係る電源回路及びその制御方法並びに電子機器によれば、入力電圧に異常が発生した場合であっても、比較的簡易な回路構成で、出力電圧の安定的な供給動作を長時間にわたり維持することができる。

以下に、本発明に係る電源回路及びその制御方法、並びに、該電源回路を備えた電子機器の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

＜第１の実施形態＞
まず、第１の実施形態に係る電源回路について説明する。

図１は、本発明に係る電源回路の第１の実施形態を示す概略ブロック図である。

第１の実施形態に係る電源回路は、図１に示すように、入力回路部１０と、変圧器２０と、を有している。

入力回路部１０は、図示を省略した電源部から供給される入力電圧が、所定の電圧範囲内にあって、電源回路が正常な動作を行っている場合には、当該入力電圧を変圧器２０に供給する。入力回路部１０は、このとき同時に、当該入力電圧を供給することにより変圧器２０を励磁及び磁気リセットする際のエネルギーを蓄積する。ここで、入力回路部１０に蓄積されるエネルギーに基づく電圧は、上記入力電圧よりも高い電圧となるように設定されている。

また、入力回路部１０は、入力電圧が所定の電圧範囲外にある場合には、電源部からの入力電圧に替えて、上記蓄積されたエネルギーに基づく電圧を、入力電圧として変圧器２０に供給する。ここで、入力電圧が所定の電圧範囲外にある場合とは、具体的には、例えば電源部からの入力電圧の瞬時低下や瞬時遮断等の異常が発生した場合を意味する。

変圧器２０は、上記入力電圧を、図示を省略した負荷の動作制御に必要とされる所望の出力電圧に変換する。

そして、このような構成を有する電源回路は、次のように動作する。

まず、入力回路部１０において、電源部から供給される入力電圧を検出し、当該入力電圧が所定の電圧範囲内にあるか否かが監視される。入力電圧が所定の電圧範囲内にあると判定された場合には、入力回路部１０は、当該入力電圧を変圧器２０に供給するとともに、変圧器２０を励磁及び磁気リセットするエネルギーに基づいて、入力電圧よりも高い電圧を充電する正常動作を行う。これにより、変圧器２０は入力電圧に基づいて所定の出力電圧を生成して負荷に供給する。したがって、負荷は、供給された出力電圧に基づいて正常な動作を実行することができる。

一方、電源部から供給される入力電圧の瞬時低下や瞬時遮断等の異常が発生して、所定の電圧範囲外にあると判定された場合には、入力回路部１０は、電源部からの入力電圧に替えて、上記正常動作時に充電された充電電圧に基づく電圧を、入力電圧として変圧器２０に供給する。これにより、変圧器２０は正常動作時に充電された充電電圧に基づく入力電圧に基づいて所定の出力電圧を生成して負荷に供給する。このとき、上記充電電圧は電源部から供給される入力電圧よりも高い電圧に設定されているので、負荷は長時間にわたって正常な動作を継続することができる。

次に、上述した実施形態に係る電源回路を備えた電子機器について説明する。

図２は、第１の実施形態に係る電源回路を備えた電子機器を示す概略ブロック図である。ここでは、図１に示した構成を含み、バッテリ等の電源部から供給される直流電圧からなる入力電圧を所定の出力電圧に変換し、負荷である内部回路部に供給する電源回路を備えた電子機器について説明する。また、本発明に係る電子機器としては、携帯型の通信端末や音響機器等を適用例とすることができる。

上述した第１の実施形態に係る電源回路を備えた電子機器は、図２に示すように、電源部１００と、入力回路部１１０と、変圧器１２０と、出力回路部１３０と、負荷１４０と、を有している。

電源部１００は、所定の入力電圧を入力回路部１１０に供給する。電源部１００は、例えばバッテリ等の直流電圧源であってもよいし、商用電源等からの交流電圧を整流処理することにより直流電圧に変換し、入力電圧として出力するものであってもよい。

入力回路部１１０は、図１に示した入力回路部１０に対応し、変圧器１２０は、図１に示した変圧器２０に対応する。入力回路部１１０、変圧器１２０及び出力回路部１３０は、上記入力電圧を負荷１４０の動作制御に必要とされる所望の出力電圧に変換する。ここで、負荷１４０は、具体的には、出力電圧に基づいて、例えば通信制御や映像表示動作等の各種の動作機能を実現する電子機器の内部回路部である。

入力回路部１１０は、より具体的には、例えば図２に示すように、入力電圧監視手段１１１と、入力切換手段１１２と、エネルギー蓄積手段１１３と、リセット手段１１４と、制御手段１１５と、を備えた構成を適用することができる。

入力電圧監視手段１１１は、電源部１００から入力回路部１１０に供給される入力電圧（直流電圧）を検出し、所定の電圧範囲内にあるか否かを判定し、その判定に応じて、入力切換手段１１２を切り換え制御する制御信号を出力する。入力切換手段１１２は、入力電圧監視手段１１１からの制御信号に基づいて、変圧器１２０の入力側と、電源部１００又はエネルギー蓄積手段１１３との接続経路を選択的に切り換える。エネルギー蓄積手段１１３は、励磁された変圧器１２０を磁気リセットする際の電圧と、この磁気リセット動作の際に放出される変圧器１２０の励磁エネルギーを蓄積する。リセット手段１１４は、所定のリミット制御された電圧で変圧器１２０を磁気リセットする。制御手段１１５は、例えばスイッチング素子を有し、変圧器１２０への入力電圧の供給、遮断を所定のタイミングで切り換え制御することにより、出力回路部１３０から負荷１４０に供給される出力電圧を安定化するための制御を行う。

そして、このような構成を有する電子機器（特に、電源回路）は、次のように動作する。

上述した構成を有する電子機器（電源回路）において、まず、電源部１００から入力回路部１０に供給される入力電圧が、入力電圧監視手段１１１により検出される。入力電圧監視手段１１１は、検出された入力電圧が所定の電圧範囲内にあると判定した場合には、入力切換手段１１２を制御して変圧器１２０の入力源を電源部１００側に設定する。これにより、所定の入力電圧が、電源部１００から入力切換手段１１２を介して変圧器１２０に供給される。

この状態において、制御手段１１５は、変圧器１２０の一次側への上記入力電圧の供給状態を制御して所定のタイミングで入力電圧の供給、遮断を繰り返す。ここで、変圧器１２０に入力電圧が供給されるタイミングにおいては、変圧器１２０に励磁エネルギーが蓄積される。一方、変圧器１２０への入力電圧が遮断されるタイミングにおいては、変圧器１２０に蓄積された励磁エネルギーがエネルギー蓄積手段１１３に放出されるとともに、変圧器１２０の二次側から所定の出力電圧が出力回路部１３０へ出力される。

これにより、変圧器１２０は入力電圧に基づいて所定の出力電圧を生成する。該出力電圧は、出力回路部１３０を介して電子機器の内部回路部である負荷１４０に供給される。また、このとき、変圧器１２０を磁気リセットする際の電圧と、このリセット動作により変圧器１２０から放出される励磁エネルギーがエネルギー蓄積手段１１３に蓄積される。

そして、入力電圧監視手段１１１は、電源部１００から供給される入力電圧の瞬時低下や瞬時遮断等の異常を検出した場合には、入力切換手段１１２を制御して変圧器１２０の入力源を電源部１００側からエネルギー蓄積手段１１３側に切り換える。これにより、エネルギー蓄積手段１１３から、上記の動作により蓄積されたエネルギーに応じた所定の入力電圧が、変圧器１２０の一次側に供給される。変圧器１２０の二次側から出力される出力電圧は、出力回路部１３０を介して負荷１４０に供給される。

したがって、上述した実施形態に係る電源回路を備えた電子機器においては、電源部１００からの入力電圧に瞬時低下や瞬時遮断等の異常が発生した場合であっても、負荷１４０である内部回路部に対して、安定的に出力電圧を供給する動作を継続することができる。これにより、電子機器は、
所定の出力電圧に基づいて、通信制御や映像表示動作等の各種の動作を継続して実行することができる。

また、上述した電源回路を備えた電子機器においては、電源部１００から供給される入力電圧が所定の電圧範囲内にある場合（正常動作時）に、エネルギー蓄積手段１１３に蓄積される電圧が、電源部１００からの入力電圧よりも高く設定される。これは、次のような理由による。変圧器１２０を磁気リセットする際の電圧は、制御手段１１５により変圧器１２０への入力電圧を遮断している期間の制御手段１１５に設けられるスイッチング素子のキャパシタンスや、リセット手段１１４の回路特性に依存する。本願発明者は、この磁気リセット時の電圧が電源部１００から供給される入力電圧よりも高いピーク電圧を有し、その電圧値が入力電圧の２〜３倍になることを確認した。

そこで、本願発明者は、この点に着目して、電源回路を次のように構成した。すなわち、入力回路部１１０は、電源部１００から供給される入力電圧（直流電圧）が所定の電圧範囲内にある場合に、変圧器１２０の磁気リセット時の電圧と、当該磁気リセット時に変圧器１２０から放出される励磁エネルギーを、エネルギー蓄積手段１１３に蓄積するように構成されている。これにより、エネルギー蓄積手段１１３には、入力電圧よりも十分高い電圧が充電される。

したがって、電源部１００から供給される入力電圧の瞬時低下や瞬時遮断等の異常が発生した時に、エネルギー蓄積手段１１３から変圧器１２０へ電圧を供給することにより、変圧器１２０が正常に動作可能な電圧範囲の下限よりも十分高い電圧を供給することができる。それ故、本実施形態によれば、電源回路内に昇圧コンバータやその制御回路等を設けることなく、出力電圧の安定的な供給動作を維持できる時間を長くすることができ、電子機器を安定的に動作させることができる。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明に係る電源回路の第２の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図３は、本発明に係る電子機器に適用可能な電源回路の第２の実施形態を示す概略回路図である。ここでは、図３に、電源部を省略した電源回路（入力回路部、変圧器及び出力回路部のみ）を示す。また、本実施形態においては、電源回路として、フォワード型スイッチング電源回路を示して説明する。

第２の実施形態に係る電源回路は、図３に示すように、変圧器２０と、変圧器２０の前段（入力側）に設けられる入力回路部１０と、変圧器２０の後段（出力側）に設けられる出力回路部３０と、を有している。

本実施形態に適用される入力回路部１０は、少なくとも、入力電圧監視回路１１と、切換スイッチ１２と、コンデンサ１３と、電圧クランプ回路１４と、制御回路１５と、スイッチング素子１６と、を備えている。ここで、本実施形態における入力電圧監視回路１１は、本発明に係る入力電圧監視手段に相当し、本実施形態における切換スイッチ１２は、本発明に係る入力切換手段に相当する。また、本実施形態におけるコンデンサ１３は、本発明に係るエネルギー蓄積手段に相当し、本実施形態における電圧クランプ回路１４は、本発明に係るリセット手段に相当する。また、本実施形態における制御回路１５及びスイッチング素子１６は、本発明に係る制御手段に相当する。

入力電圧監視回路１１は、図示を省略した電源部から入力回路部１０に供給される入力電圧（直流電圧）Ｖinを検出し、その検出結果に基づいて切換スイッチ１２を切り換え設定する。入力電圧監視回路１１は、具体的には、電源入力線（給電線）ＬiaとＬibとの間に設けられる。そして、入力電圧監視回路１１は、検出された入力電圧Ｖinが、所定の正常入力電圧範囲内にあるか否かの判定に応じて、切換スイッチ１２を切り換え設定するための制御信号を出力する。

切換スイッチ１２は、入力電圧監視回路１１から出力される制御信号に基づいて、変圧器２０の一次巻線２１の一端側と、電源入力線Ｌia側のａ接点又はコンデンサ１３側のｂ接点のいずれかと、を選択的に接続するように切り換える。ここで、切換スイッチ１２は、図中ではスイッチ記号を使用して表記したが、本発明はこれに限定されるものではなく、接続経路の切り換えが実現できるものであれば、他の種類の素子や回路を用いるものであってもよい。

コンデンサ１３は、切換スイッチ１２のｂ接点と電源入力線Ｌibとの間に設けられる。コンデンサ１３は、切換スイッチ１２の接続状態に応じて、変圧器２０の一次巻線２１側から電圧クランプ回路１４を介して供給される電力を蓄積する動作と、蓄積した電力に基づく電圧を、入力電圧として変圧器２０の一次巻線２１側に供給する動作を実行する。特に、本実施形態においては、コンデンサ１３は、上記の電圧蓄積動作において、変圧器２０の磁性体に励磁されるエネルギーと、該磁性体を磁気リセットするための電圧を蓄積する。

電圧クランプ回路１４は、切換スイッチ１２のｂ接点と変圧器２０の一次巻線２１の他端側（一次巻線２１とスイッチング素子１６の接続接点）との間に設けられる。すなわち、電圧クランプ回路１４は、入力電圧監視回路１１により検出された入力電圧Ｖinが、所定の電圧範囲内にある場合には、所定のリミット制御された電圧で変圧器２０の磁性体を磁気リセットする。ここで、磁気リセット時の電圧が、電圧クランプ回路１４のクランプ電圧を超過している間は、コンデンサ１３に充電動作が行われる。

スイッチング素子１６は、変圧器２０の一次巻線２１の他端側に直列に接続されている。スイッチング素子１６は、具体的には、例えば電界効果型のトランジスタが適用され、電流路の一端側が一次巻線２１に接続されるとともに、同他端側が電源入力線Ｌibに接続されている。また、スイッチング素子１６の制御端子は、制御回路１５に接続されている。

制御回路１５は、電源回路の出力電圧Ｖoutが安定するように、スイッチング素子１６の導通状態を制御するための制御信号を生成して出力する。制御回路１５は、具体的には、スイッチング素子１６を所定のタイミングでオン、オフ制御することにより、変圧器２０の一次巻線２１と電源入力線Ｌibとを周期的に接続、切り離した状態に設定する。これにより、変圧器２０の一次巻線２１への入力電圧の供給状態（供給、遮断）が制御される。

変圧器２０は、一次巻線２１及び二次巻線２２を有するトランスである。一次巻線２１は、入力回路部１０側のスイッチング素子１６と直列に接続され、この直列回路が、電源入力線ＬiaとＬibの間に接続されている。二次巻線２２は、出力回路部３０を介して、出力線ＬoaとＬobの間に接続されている。

出力回路部３０は、チョークインプット型の平滑回路であって、少なくとも、ダイオード３１、３２と、チョークコイル３３と、出力コンデンサ３４と、を備えている。ダイオード３１とチョークコイル３３は、変圧器２０の二次巻線２２の一端側と出力線Ｌoaとの間に、直列に接続されている。ダイオード３２は、ダイオード３１とチョークコイル３３の接続接点と出力線Ｌobとの間に接続されている。また、出力コンデンサ３４は、出力線ＬoaとＬobとの間に接続されている。このような出力回路部３０は、変圧器２０の二次巻線２２側に生成される電圧成分を平滑化した直流電圧を、図示を省略した電子機器の内部回路部（負荷）に出力電圧Ｖoutとして供給する。

次いで、本実施形態に係る電源回路の動作（制御方法）について説明する。

電源部から上述した電源回路へ供給される入力電圧（直流電圧）Ｖinは、入力電圧監視回路１１により検出される。ここで、検出された入力電圧Ｖinが所定の正常入力電圧範囲内にあれば、入力電圧監視回路１１は、入力電圧Ｖinが変圧器２０へ供給されるように、切換スイッチ１２を制御する。すなわち、入力電圧監視回路１１は、変圧器２０の一次巻線２１が電源入力線Ｌiaに接続されるように、切換スイッチ１２をａ接点側に切り換えるための制御信号を生成して出力する。

入力電圧Ｖinが所定の正常入力電圧範囲内にあって、制御回路１５によりスイッチング素子１６がオン動作している状態では、入力電圧Ｖinが変圧器２０の一次巻線２１に供給されることにより、変圧器２０の磁性体に励磁エネルギーが蓄積される。一方、制御回路１５によりスイッチング素子１６がオフ動作している状態では、変圧器２０への入力電圧Ｖinが遮断されることにより、変圧器２０に蓄積された励磁エネルギーに基づいて二次巻線２２に所定の出力電圧が生成されて出力回路部３０へ出力される。また、変圧器２０に蓄積された励磁エネルギーは電圧クランプ回路１４を介してコンデンサ１３に放出される。このとき、電圧クランプ回路１４によってリミット制御された電圧により、変圧器２０の磁性体が磁気リセットされる。この磁気リセット時の電圧は、電圧クランプ回路１４のクランプ電圧を超えている間、コンデンサ１３に充電される。

ここで、コンデンサ１３の充電状態は、電源起動直後においてはコンデンサ１３に充電されている電荷は少ないが、制御回路１５によりスイッチング素子１６を周期的にオン、オフ制御することにより、このスイッチング動作の度にコンデンサ１３が充電される。この充電動作は、コンデンサ１３の充電電圧が、上記電圧クランプ回路１４のクランプ電圧に達するまで継続される。本実施形態においては、コンデンサ１３の充電電圧が入力電圧Ｖinよりも高くなるように、電圧クランプ回路１４のクランプ電圧を設定する。

入力電圧Ｖinが電源回路の正常動作を維持できない電圧まで低下した場合、入力電圧監視回路１１は入力電圧Ｖinの異常低下を検出すると、切換スイッチ１２に制御信号を出力してｂ接点側に切り換え設定する。これにより、変圧器２０にはコンデンサ１３から給電が行われる。ここで、コンデンサ１３から変圧器２０に供給される電圧は、上述した充電動作によりコンデンサ１３に充電された電圧に依存する値となる。

電源部から供給される入力電圧Ｖinが正常入力電圧範囲内に復帰した場合、入力電圧監視回路１１は入力電圧Ｖinの正常範囲復帰を検出すると、切換スイッチ１２に制御信号を出力してａ接点側に切り換え設定する。これにより、変圧器２０には図示を省略した電源部から給電が行われ、当初の動作と同様に、電源回路が正常動作するとともに、コンデンサ１３への充電動作が再び開始される。

ところで、電子機器に適用される電源回路においては、変圧器２０及び出力回路部３０を介して、図示を省略した内部回路部（負荷）に供給される出力電圧Ｖoutが、電子機器の駆動電圧の範囲内に設定されるように制御する必要がある。そのため、本実施形態に係る電源回路においては、例えば電子機器の内部回路部等から出力される制御信号等に基づいて、入力回路部１０に設けられた制御回路１５がスイッチング素子１６の導通状態を制御することにより、出力電圧を安定化させる。

これにより、本実施形態に係る電源回路においては、入力電圧Ｖinの瞬時低下や瞬時遮断等の異常発生時には、コンデンサ１３に充電された電圧に基づいて、入力電圧として変圧器２０に供給することができる。したがって、本実施形態に係る電源回路によれば、出力電圧Ｖoutの安定的な供給動作を持続させることができる。

また、この場合、電源回路が動作可能な電圧範囲の下限よりも十分高い電圧が、コンデンサ１３から変圧器２０に入力電圧として供給される。したがって、本実施形態に係る電源回路によれば、電源回路内に昇圧コンバータやその制御回路等を設けることなく、比較的簡易な回路構成で、出力電圧の安定的な供給動作を維持できる時間を長くすることができる。

なお、本実施形態においては、出力回路部として、チョークインプット型の平滑回路を適用した構成を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明に係る電源回路に適用される出力回路部は、変圧器２０により生成された電圧を、電子機器の駆動電圧に対応した出力電圧Ｖoutに調整することができるものであれば他の回路構成を有するものであってもよい。

＜第３の実施形態＞
次に、本発明に係る電源回路の第３の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図４は、本発明に係る電子機器に適用可能な電源回路の第３の実施形態の一構成例を示す概略回路図である。図５は、本発明に係る電子機器に適用可能な電源回路の第３の実施形態の他の構成例を示す概略回路図である。ここで、上述した第２の実施形態と同等の構成については、その説明を簡略化又は省略する。

第３の実施形態に係る電源回路の一構成例は、図４に示すように、上述した第２の実施形態に示した電源回路において、電圧クランプ回路１４と切換スイッチ１２のｂ接点との間に、整流素子１７を追加した回路構成を有している。また、コンデンサ１３は、上述した第２の実施形態と同様に、切換スイッチ１２のｂ接点と電源入力線Ｌibとの間に接続される。ここで、本実施形態における整流素子１７は、本発明に係る整流手段に相当する。

そして、このような構成を有する電源回路は、次のように動作する。

上述したような回路構成において、電源回路が正常動作を行っている間は、第２の実施形態に示した電源回路の動作と同様に、電圧クランプ回路１４によってリミット制御された電圧で、変圧器２０の磁性体が磁気リセットされる。このとき、磁気リセット時の電圧が、電圧クランプ回路１４のクランプ電圧を超えている間は、コンデンサ１３が充電される。

ここで、本実施形態においては、電圧クランプ回路１４の出力側に整流素子１７が設けられていることにより、電圧クランプ回路１４における電流の逆流が防止される。そのため、コンデンサ１３に充電されるピーク電圧は、上述した第２の実施形態の場合に比較して高くなる。これにより、入力電圧Ｖinの異常低下等が発生した場合には、コンデンサ１３に充電された高電圧に基づく入力電圧が変圧器２０に供給される。したがって、本実施形態に係る電源回路によれば、出力電圧Ｖoutの安定的な供給動作を維持できる時間をさらに長くすることができる。

なお、図４においては、第２の実施形態に示した電源回路において、整流素子１７のみを追加した回路構成を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明に係る電源回路は、例えば図５に示すように、整流素子１７及び補助コンバータ回路１８を追加した回路構成を有するものであってもよい。

第３の実施形態に係る電源回路の他の構成例は、図５に示すように、上述した第２の実施形態に示した電源回路において、電圧クランプ回路１４と切換スイッチ１２のｂ接点との間に、整流素子１７と、補助コンバータ回路１８とを追加した回路構成を有している。また、コンデンサ１３は、整流素子１７と補助コンバータ回路１８の接続接点と、電源入力線Ｌibとの間に接続される。ここで、本実施形態における補助コンバータ回路１８は、本発明に係る電圧調整手段に相当する。

本構成例においても、図４に示した回路構成と同様に、電圧クランプ回路１４の出力側に整流素子１７が設けられていることにより、コンデンサ１３に充電されるピーク電圧が高くなる。そのため、コンデンサ１３の充放電動作に伴う電圧変化が大きくなる。本構成例においては、コンデンサ１３と変圧器２０の一次巻線２１との間に、補助コンバータ回路１８が介在することにより、コンデンサ１３の充放電動作に伴う電圧変化を緩和（安定化）させることができる。これにより、電源回路（入力回路部１０）を上記電圧変化に耐えられるように設計することができない場合であっても、コンデンサ１３の充電電圧に基づいて、変圧器２０の一次巻線２１に供給される入力電圧の電圧値を制御することができる。したがって、本実施形態によれば、コンデンサ１３の電圧変化に対応させて電源回路の耐圧を高める必要がないので、回路設計の自由度を確保しつつ、製品コストの上昇を抑制することができる。

なお、本実施形態に適用される補助コンバータ回路１８は、電源回路の既定の耐圧に基づいて、コンデンサ１３に充電された電圧を調整して変圧器２０に供給すればよいので、電圧変換機能として高い精度は要求されない。

＜第４の実施形態＞
次に、本発明に係る電源回路の第４の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図６は、本発明に係る電子機器に適用可能な電源回路の第４の実施形態を示す概略回路図である。ここで、上述した第２又は第３の実施形態と同等の構成については、その説明を簡略化又は省略する。

第４の実施形態に係る電源回路は、上述した各実施形態と同様に、図６に示すように、入力回路部１０と、変圧器２０と、出力回路部３０と、を有している。

本実施形態に適用される入力回路部１０は、少なくとも、入力電圧監視回路１１と、コンデンサ１３と、電圧クランプ回路１４と、制御回路１５と、スイッチング素子１６ａ、１６ｂと、整流素子１７と、を備えている。ここで、本実施形態における制御回路１５及びスイッチング素子１６ａ、１６ｂは、本発明に係る入力切換手段及び制御手段に相当する。

入力電圧監視回路１１は、上述した第２の実施形態と同様に、電源入力線Ｌia、Ｌib間に設けられる。ここで、入力電圧監視回路１１は、入力電圧（直流電圧）Ｖinが所定の正常入力電圧範囲内にあるか否かに応じてスイッチング素子１６ａ、１６ｂを所定の導通状態で動作させるための制御信号を制御回路１５に出力する。

コンデンサ１３は、接点Ｎｃと電源入力線Ｌibとの間に設けられる。

電圧クランプ回路１４及び整流素子１７は、接点Ｎｃと変圧器２０の一次巻線２１ａの他端側（一次巻線２１ａとスイッチング素子１６ａの接続接点）との間に、直列に接続される。

スイッチング素子１６ａは、電流路の一端側が一次巻線２１ａに接続されるとともに、同他端側が電源入力線Ｌibに接続されている。スイッチング素子１６ｂは、電流路の一端側が一次巻線２１ｂに接続されるとともに、同他端側が電源入力線Ｌibに接続されている。また、スイッチング素子１６ａ、１６ｂの制御端子は、制御回路１５に接続されている。

制御回路１５は、入力電圧監視回路１１からの制御信号に基づいて、スイッチング素子１６ａ、１６ｂの一方をオン、他方をオフ制御することにより、変圧器２０の一次巻線２１ａ側又は２１ｂ側のいずれか一方を駆動状態に設定する。そして、駆動状態に設定された一次巻線への入力電圧の供給により、所定の出力電圧Ｖoutが生成されるように、制御回路１５は、当該駆動状態に設定された一次巻線側のスイッチング素子１６ａ、１６ｂを周期的にオン、オフ制御する。

変圧器２０は、一次側の巻線として、電源入力線Ｌiaに直接接続された一次巻線２１ａに加え、コンデンサ１３に接続された一次巻線２１ｂを設けた構成を有している。変圧器２０の一次巻線２１ａとスイッチング素子１６ａは、電源入力線ＬiaとＬibとの間に、直列に接続されている。また、変圧器２０の一次巻線２１ｂとスイッチング素子１６ｂは、上記接点Ｎｃと電源入力線Ｌibとの間に、直列に接続されている。ここで、一次巻線２１ｂは、電源回路の正常動作時にコンデンサ１３に充電されるピーク電圧及び電圧変化に十分耐えられるように耐圧が設定されている。

なお、出力回路部３０については、上述した第２の実施形態と同等であるので、その説明を省略する。

このような回路構成を有する電源回路において、電源回路の正常動作時には、制御回路１５は、入力電圧監視回路１１からの制御信号に基づいて、スイッチング素子１６ａをオン動作させるとともに、スイッチング素子１６ｂをオフ動作させるように制御する。これにより、入力電圧Ｖinが変圧器２０の一次巻線２１ａに供給される。すなわち、入力電圧Ｖinが所定の正常入力電圧範囲内にある場合には、制御回路１５によりスイッチング素子１６ａを周期的にオン、オフ制御することにより、変圧器２０の二次巻線２２に所定の出力電圧が生成されるとともに、コンデンサ１３が充電される。ここで、電圧クランプ回路１４の出力に整流素子１７が設けられていることにより、コンデンサ１３に充電されるピーク電圧は、上述した第２の実施形態の場合に比較して高くなる。

そして、入力電圧の異常低下等が発生した場合には、制御回路１５は、入力電圧監視回路１１からの制御信号に基づいて、スイッチング素子１６ａをオフ動作させるとともに、スイッチング素子１６ｂをオン動作させるように制御する。これにより、コンデンサ１３の充電電圧に基づく入力電圧が変圧器２０の一次巻線２１ｂに供給される。この状態において、制御回路１５によりスイッチング素子１６ｂを周期的にオン、オフ制御することにより、変圧器２０の二次巻線２２に所定の出力電圧が生成される。

したがって、本実施形態によれば、入力電圧の異常低下等が発生した場合であっても、出力電圧Ｖoutの安定的な供給動作を持続させることができる。また、この場合、電源回路が動作可能な電圧範囲の下限よりも十分高い電圧が、コンデンサ１３から変圧器２０に供給されるので、本実施形態によれば、出力電圧Ｖoutの安定的な供給動作を維持できる時間を長くすることができる。さらに、本実施形態によれば、コンデンサ１３の電圧変化が大きい場合であっても、当該電圧変化に対応するように、一次巻線２１ｂの耐圧が設定されているので、電源回路を正常に動作させることができる。

本発明の電源回路及びその制御方法は、変圧器の磁性体に蓄積された励磁エネルギーを、自己リセット（共振リセット）する回路構成を有する電源回路を備えた電子機器に良好に適用することができる。これにより、電源電圧の瞬時低下や瞬時遮断等が発生した場合であっても、負荷である電子機器の内部回路部に出力電圧を安定的に供給する動作を長時間にわたり維持することができるので、電子機器の所定の動作機能を正常に実行することができる。

本発明に係る電源回路の第１の実施形態を示す概略ブロック図である。 本実施形態に係る電源回路を備えた電子機器を示す概略ブロック図である。 本発明に係る電子機器に適用可能な電源回路の第２の実施形態を示す概略回路図である。 本発明に係る電子機器に適用可能な電源回路の第３の実施形態の一構成例を示す概略回路図である。 本発明に係る電子機器に適用可能な電源回路の第３の実施形態の他の構成例を示す概略回路図である。 本発明に係る電子機器に適用可能な電源回路の第４の実施形態を示す概略回路図である。

符号の説明

１０ 入力回路部
１１ 入力電圧監視回路
１２ 切換スイッチ
１３ コンデンサ
１４ 電圧クランプ回路
１５ 制御回路
１６、１６ａ、１６ｂ スイッチング素子
１７ 整流素子
１８ 補助コンバータ回路
２０ 変圧器
２１、２１ａ、２１ｂ 一次巻線
２２ 二次巻線
３０ 出力回路部
１００ 電源部
１１０ 入力回路部
１１１ 入力電圧監視手段
１１２ 入力切換手段
１１３ エネルギー蓄積手段
１１４ リセット手段
１１５ 制御手段
１２０ 変圧器
１３０ 出力回路部
１４０ 負荷（内部回路部）

Claims (12)

1. 入力電圧を出力電圧に変換する変圧器と、
   前記入力電圧が所定の電圧範囲内にある場合には、前記入力電圧を前記変圧器に供給するとともに、前記変圧器を励磁及び磁気リセットするエネルギーに基づいて、前記入力電圧よりも高い電圧を充電し、前記入力電圧が前記電圧範囲外にある場合には、前記充電された充電電圧に基づく電圧を、前記入力電圧として前記変圧器に供給する入力回路部と、
   を有していることを特徴とする電源回路。
2. 前記入力回路部は、
   電源部から供給される前記入力電圧を検出する入力電圧監視手段と、
   前記入力電圧監視手段により前記入力電圧が所定の電圧範囲内にあると判定された場合には、励磁された前記変圧器を磁気リセットする際の電圧と、当該磁気リセットの際に前記変圧器から放出される励磁エネルギーに基づいて、前記入力電圧よりも高い電圧を充電し、前記入力電圧監視手段により前記入力電圧が前記所定の電圧範囲外にあると判定された場合には、前記充電電圧に基づく電圧を、前記入力電圧として前記変圧器に供給するエネルギー蓄積手段と、
   前記入力電圧監視手段による検出結果に基づいて、前記変圧器への前記入力電圧の供給経路を、前記電源部側又は前記エネルギー蓄積手段側のいずれか一方に切り換える入力切換手段と、
   を含むことを特徴とする請求項１記載の電源回路。
3. 前記入力回路部は、前記変圧器への前記入力電圧の供給、遮断を周期的に切り換える制御手段をさらに含むことを特徴とする請求項２記載の電源回路。
4. 前記入力回路部は、所定のリミット制御された電圧に基づいて前記変圧器を磁気リセットするリセット手段をさらに含むことを特徴とする請求項２又は３記載の電源回路。
5. 前記入力回路部は、前記変圧器から前記エネルギー蓄積手段に前記励磁エネルギーを放出する経路に設けられた整流手段をさらに含むことを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の電源回路。
6. 前記入力回路部は、前記エネルギー蓄積手段に蓄積された前記励磁エネルギーに基づく前記充電電圧を、前記所定の電圧範囲内に設定する電圧調整手段をさらに含むことを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載の電源回路。
7. 前記電源回路は、前記変圧器により生成された前記出力電圧を、負荷に供給する出力回路部をさらに含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の電源回路。
8. 前記入力電圧及び前記出力電圧は、直流電圧であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の電源回路。
9. 変圧器に供給する入力電圧を検出し、該入力電圧が所定の電圧範囲内にあるか否かを監視するステップと、
   前記入力電圧を前記変圧器に供給するとともに、前記変圧器を励磁及び磁気リセットするエネルギーに基づいて、前記入力電圧よりも高い電圧を充電するステップと、
   前記入力電圧が所定の電圧範囲外にあると判定された場合に、前記充電された充電電圧に基づく電圧を、前記入力電圧として前記変圧器に供給するステップと、
   を含むことを特徴とする電源回路の制御方法。
10. 前記入力電圧よりも高い電圧を充電するステップは、励磁された前記変圧器を磁気リセットする際の電圧と、当該磁気リセットの際に前記変圧器から放出される励磁エネルギーとを蓄積することを特徴とする請求項９記載の電源回路の制御方法。
11. 前記入力電圧よりも高い電圧を充電するステップは、所定のリミット制御された電圧に基づいて前記磁気リセットを実行することを特徴とする請求項１０記載の電源回路の制御方法。
12. 所定の入力電圧を供給する電源部と、
    請求項１乃至８のいずれかに記載の前記電源回路を有し、前記入力電圧に基づいて所定の出力電圧を生成する電力変換部と、
    前記電力変換部から供給される前記出力電圧に基づいて所定の動作機能を実行する内部回路部と、
    を備えることを特徴とする電子機器。

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