JP2010068638A - Ac adaptor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スイッチング電源構成のACアダプタに関し、詳しくは、無負荷時の電力削減に関する。 The present invention relates to an AC adapter having a switching power supply configuration, and more particularly to power reduction at no load.
従来、プリンタやプロジェクタ等の各種の電子機器にはACアダプタから本体装置等の給電対象装置に直流電源を給電するものがある。また、これらの電子機器において、写真印刷用のインクジェットプリンタ(以下、フォトプリンタという)のような携帯可能なタイプのものは、二次電池構成の電池ユニット(電池パックとも呼ばれる)が着脱自在に装着可能であり、電池ユニットが装着された場合、ACアダプタからの給電を優先して、ACアダプタおよび電池ユニットから給電対象装置である本体装置に直流電源が給電される(例えば、特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, various electronic devices such as printers and projectors supply DC power from an AC adapter to a power supply target device such as a main device. In addition, in these electronic devices, a portable type such as an ink jet printer for photo printing (hereinafter referred to as a photo printer) is detachably mounted with a battery unit (also referred to as a battery pack) having a secondary battery configuration. When a battery unit is mounted, DC power is supplied from the AC adapter and the battery unit to the main body device that is a power supply target with priority given to power supply from the AC adapter (see, for example, Patent Document 1). .
そして、この種のACアダプタは変換効率を向上するため、一般に、フライバックコンバータやフォワードコンバータのスイッチング電源に形成される。 In order to improve the conversion efficiency, this type of AC adapter is generally formed in a switching power supply for a flyback converter or a forward converter.
前記ACアダプタから給電対象装置に給電する直流電源を給電対象装置の電源電圧に設定すれば、給電対象装置にはACアダプタから給電された直流電源を昇降圧するDC−DCコンバータ等を設けなくてよく、給電対象装置の小型化、コストダウン等を図ることができる。 If the DC power source that supplies power to the power supply target device from the AC adapter is set to the power supply voltage of the power supply target device, the power supply target device does not have to be provided with a DC-DC converter or the like that steps up and down the DC power supplied from the AC adapter. Therefore, it is possible to reduce the size and cost of the power supply target device.
そして、入力側(交流電源側)と出力側とを電気的に絶縁して給電対象装置に電源電圧の直流電源を給電する場合、ACアダプタは例えば図3に示すようなフライバックコンバータのスイッチング電源に形成することが考えられる。 When the input side (AC power supply side) and the output side are electrically insulated and the DC power supply of the power supply voltage is supplied to the power supply target device, the AC adapter is, for example, a switching power supply for a flyback converter as shown in FIG. It is conceivable that they are formed.
図3のACアダプタは、電源コンセント1に差し込まれたACプラグ2の例えば230Vの交流電源をヒューズ3および、コンデンサ4とコイル5が形成する交流フィルタ6を介して入力処理部7のダイオードブリッジの整流回路8に入力し、整流回路8および平滑コンデンサ9により前記交流電源を整流、平滑して高電圧の入力側の直流電源を形成する。さらに、この入力側の直流電源を、トランス10xの1次側の第1巻き線10aに給電する。そして、第1巻き線10aに直列に接続されたスイッチング部11のNチャンネルMOSタイプのFET12をスイッチング制御部13により高周波スイッチングして前記入力側の直流電源を断続し、トランス10xの二次側の第2巻き線10bに巻き線10a、10bの巻き数比に応じた電圧のパルス出力を誘起する。なお、FET12はドレインが第1巻き線10aに接続され、ソースが過電流検出用の抵抗14を介して接地され、ゲートが抵抗15を介してスイッチング制御部13の制御端子Gに接続されている。また、抵抗15にはゲート放電用の抵抗16、ダイオード17の直列回路が並列に接続されている。トランス10xは1次側に制御電源用の第3巻き線10cが設けられ、トランス10xの各巻き線10a〜10cの丸印は巻き始めを示し、第2、第3巻き線10b、10cの出力は同極性である。
The AC adapter shown in FIG. 3 is an AC power source of 230 V, for example, 230 V AC power plug 1 inserted into a power outlet 1 via a fuse 3 and an AC filter 6 formed by a
そして、第2巻き線10bのパルス出力を出力処理部18のダイオード19、平滑コンデンサ20により整流、平滑し、給電用の直流出力として給電対象装置(図示せず)の電源電圧(例えば42V)の出力側の直流電源を形成し、この出力側の直流電源を出力端子21p、21nから給電対象装置に給電する。また、出力処理部18の後段の電圧検出部22xにより前記出力側の直流電源の電圧を検出し、その検出結果をフォトカップラ23の発光ダイオード(発光素子)23a、フォトトランジスタ(受光素子)23bにより光信号でスイッチング制御部13にフィードバックする。そして、スイッチング制御部13により、前記検出結果の電圧がフィードバック制御の設定電圧になるように、FET12の高周波スイッチングをフィードバック制御し、前記出力側の直流電源を給電対象装置の電源電圧に制御する。なお、フォトトランジスタ23bはコレクタがスイッチング制御部13のフィードバック端子FBに接続され、エミッタは接地されている。
The pulse output of the second winding 10b is rectified and smoothed by the diode 19 and the
ところで、スイッチング制御部13は種々のスイッチング電源用の制御ICにより形成可能であり、例えば起動素子を内蔵した富士電機デバイステクノロジー(株)のFA5540シリーズの制御ICにより形成される場合、スイッチング制御部13は高電圧端子Vhに注入される高電圧の前記入力側の直流電源により起動され、その後は、ダイオード24、平滑コンデンサ25が形成する制御電源部26から電源端子Vddに給電される10〜20V前後の制御電源により動作してFET12の高周波スイッチングをフィードバック制御する。なお、制御電源部26はダイオード24、平滑コンデンサ25によりトランス10yの第3巻き線10cの出力を整流、平滑して前記制御電源を形成する。また、スイッチング制御部13は、過電流検出端子OCに印加された抵抗14の端子電圧から第1巻き線10aの過電流を監視し、過電流検出時にFET12をオフしてトランス10xの1次側の過電流を防止する機能も備える。
By the way, the
上記図3のACアダプタにおいて、出力端子21p、21nに接続された給電対象装置の電源がオフしている場合や、出力端子21p、21nから給電対象装置が切り離された場合には、ACアダプタがいわゆる無負荷の給電状態になる。この無負荷の給電状態時にも前記出力側の直流電源を給電対象装置の電源電圧に維持すると、その間、FET12の高速のスイッチング動作等によって電力が浪費される。
In the AC adapter of FIG. 3, when the power supply target device connected to the
そして、前記FA5540シリーズの制御IC等により形成されるスイッチング制御部13は、ACアダプタの無負荷の給電状態時には擬似共振動作のフライバックによってFET12のスイッチング周波数が高くなり、電圧検出部22xの検出結果の電圧が上昇してフォトダイオード23aの発光量が増加することから、この発光量の増加によってフォトトランジスタ23bのコレクタの電圧(フィードバック端子FBの電圧)がしきい値電圧に低下したときにFET12のスイッチング制御を停止する。さらに、このスイッチング制御の停止により、前記検出結果の電圧が低下してフィードバック端子FBの電圧が前記しきい値電圧より高くなると、FET12のスイッチング制御を再開する。このくり返しにより、無負荷の給電状態時にはFET12を間欠的にスイッチング制御してそのスイッチング周波数(発振周波数)を引き下げ、ACアダプタの電力消費を低減する。
The
しかしながら、FET12のスイッチング制御が停止すると、トランス10xの巻き線10b、10cのパルス出力が減少し、給電対象装置に給電する出力側の直流電源の電圧だけでなくスイッチング制御部13の電源端子Vddに給電する制御電源の電圧も低下する。そして、電源端子Vddの制御電源の電圧がスイッチング制御部13の動作可能な最低動作電圧より低下すると、スイッチング制御部13は動作を停止して初期状態に戻り、その後、高電圧の入力側の直流電源の注入により再起動されてFET12のスイッチング制御を開始する。このとき、ACアダプタの無負荷の給電状態が継続していると、前記検出結果の電圧が上昇してフィードバック端子FBが前記しきい値電圧以下になり、スイッチング制御部13がFET12のスイッチング制御を再び停止し、それに伴って電源端子Vddの制御電源の電圧がスイッチング制御部13の動作可能な最低動作電圧より低下し、スイッチング制御部13が動作を停止して初期状態に戻る。以降、同様の動作をくり返す。
However, when the switching control of the
したがって、図3のACアダプタは、無負荷の給電状態時に、入力処理部7の電力損の大きなリニアレギュレータ動作によって形成された高電圧の入力側の直流電源をスイッチング制御部13に起動用の電源として間欠的に注入し、スイッチング制御部13をくり返し起動する。そのため、無負荷の給電状態時の電力消費が却って増大する。この電力消費は入力側の直流電源の電圧が高くなる程多くなる。そして、とくにスイッチング制御部13の制御ICが低電圧誤動作防止(UVLO)機能を内蔵し、スイッチング制御部13の動作可能な最低動作電圧が比較的高い場合には、スイッチング制御部13の起動のくり返しに伴う電力消費が問題となる。
Therefore, the AC adapter of FIG. 3 uses a high voltage input side DC power source formed by a linear regulator operation with a large power loss of the input processing unit 7 in the no-load power supply state to the
なお、ACアダプタがフォワードコンバータのスイッチングレギュレータ構成に形成される場合にも、ACアダプタが無負荷の給電状態になるときと同様の電力消費が問題となる。 Even when the AC adapter is formed in a switching regulator configuration of a forward converter, the same power consumption as when the AC adapter is in a no-load power supply state becomes a problem.
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、スイッチング電源構成のACアダプタにおいて、無負荷の給電状態時の電力消費を少なくして省電力化を図ることを目的とする。なお、本発明において、「無負荷の給電状態」とは、ACアダプタに接続されている給電対象装置態の電源がオフしている状態および、給電対象装置がACアダプタから切り離された状態を含む。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to reduce power consumption in a no-load power supply state in an AC adapter having a switching power supply configuration to save power. In the present invention, the “no-load power supply state” includes a state in which the power supply device state connected to the AC adapter is turned off and a state in which the power supply target device is disconnected from the AC adapter. .
上記目的を達成するために、本発明のACアダプタは、入力された交流電源を整流、平滑する入力処理部と、前記入力処理部の直流出力を断続してトランスの第1巻き線に給電するスイッチング部と、前記トランスの第2巻き線の出力を整流、平滑して給電用の直流出力を形成し、該直流出力を出力端子から給電対象装置に給電する出力処理部と、前記出力端子の電圧を検出する電圧検出部と、前記トランスの第3巻き線の出力を整流、平滑して制御電源を形成する制御電源部と、前記制御電源が給電される電源端子を有し、該電源端子の電圧が最低動作電圧以上に維持される間、前記電圧検出部の検出電圧が設定電圧になるように前記スイッチング部の断続をフィードバック制御するスイッチング制御部とを備えたACアダプタにおいて、無負荷の給電状態になるときに前記電圧検出部の検出結果を補正して前記給電用の直流出力の電圧を引き下げる検出補正部と、前記第3巻き線に巻き足して形成された第4巻き線と、前記第4巻き線の出力を整流、平滑し、前記無負荷の給電状態になるときに前記最低動作電圧以上の補助電源を形成して前記制御電源の代わりに前記電源端子に給電する補助電源部とを備える。 In order to achieve the above object, an AC adapter according to the present invention feeds power to a first winding of a transformer by intermittently connecting a DC output of the input processing unit that rectifies and smoothes an input AC power source. A switching unit, an output processing unit configured to rectify and smooth the output of the second winding of the transformer to form a DC output for feeding, and feed the DC output from the output terminal to the power supply target device; and A voltage detection unit that detects a voltage; a control power supply unit that rectifies and smoothes the output of the third winding of the transformer to form a control power supply; and a power supply terminal to which the control power supply is fed. In the AC adapter including a switching control unit that feedback-controls the switching of the switching unit so that the detection voltage of the voltage detection unit becomes a set voltage while the voltage of is maintained at the minimum operating voltage or higher, A detection correction unit that corrects the detection result of the voltage detection unit to reduce the voltage of the DC output for power supply when the load enters a power supply state, and a fourth winding formed by adding to the third winding And rectifying and smoothing the output of the fourth winding, forming an auxiliary power supply that is equal to or higher than the minimum operating voltage when the no-load power supply state is established, and supplying power to the power supply terminal instead of the control power supply A power supply unit.
したがって、本発明のACアダプタによると、無負荷の給電状態時に、検出補正部により電圧検出部の検出結果が補正され、この補正に基づき、給電用の直流電源が補正前の電圧より低電圧になるようにスイッチング制御部がスイッチング部を制御する。このとき、トランスの第3巻き線に巻き足して形成された第4巻き線に第3巻き線の出力より高電圧の出力が発生する。さらに、第4巻き線の出力が補助電源部により整流、平滑されてスイッチング制御部の最低動作電圧以上の直流の補助電源が形成される。 Therefore, according to the AC adapter of the present invention, in the no-load power supply state, the detection correction unit corrects the detection result of the voltage detection unit, and based on this correction, the DC power supply for power supply has a lower voltage than the voltage before correction. A switching control part controls a switching part so that it may become. At this time, a higher voltage output than the output of the third winding is generated in the fourth winding formed by adding to the third winding of the transformer. Further, the output of the fourth winding is rectified and smoothed by the auxiliary power supply unit to form a DC auxiliary power supply that is equal to or higher than the minimum operating voltage of the switching control unit.
そして、前記補正により低下した第3巻き線の出力に基づく制御電源部の直流の制御電源に代えて、補助電源部の最低動作電圧以上の直流の補助電源がスイッチング制御部の電源端子に給電され、スイッチング制御部は、入力処理部の入力側の直流電源で起動されることなく、電源端子に給電される補助電源により動作を継続してスイッチング部を断続する。この場合、無負荷の給電状態時にスイッチング制御部が入力処理部の入力側の直流電源の注入によって再起動されることがなく、ACアダプタの無負荷の給電状態時の電力消費を少なくして省電力化を図ることができる。 Then, instead of the DC control power supply of the control power supply unit based on the output of the third winding reduced by the correction, a DC auxiliary power supply that is equal to or higher than the minimum operating voltage of the auxiliary power supply unit is fed to the power supply terminal of the switching control unit. The switching control unit is not activated by the DC power supply on the input side of the input processing unit, and continues to operate with the auxiliary power supplied to the power supply terminal to interrupt the switching unit. In this case, the switching control unit is not restarted by injection of the DC power supply on the input side of the input processing unit in the no-load power supply state, and the power consumption in the no-load power supply state of the AC adapter is reduced and saved. Electricity can be achieved.
また、本発明のACアダプタは、給電状態の有負荷、無負荷によってレベル変化する給電制御端子をさらに備え、前記検出補正部は前記給電制御端子のレベルから前記無負荷の給電状態を検出する。したがって、給電制御端子のレベルから無負荷の給電状態を簡単に検出して無負荷の給電状態時の電力消費を少なくし、省電力化を図ることができる。 The AC adapter of the present invention further includes a power supply control terminal whose level changes depending on whether the power supply state is loaded or unloaded, and the detection correction unit detects the unloaded power supply state from the level of the power supply control terminal. Therefore, it is possible to easily detect the no-load power supply state from the level of the power supply control terminal, reduce the power consumption in the no-load power supply state, and save power.
そして、本発明のACアダプタの前記スイッチング制御部は、前記電源端子の電圧が前記最低動作電圧より低くなると制御動作を停止する低電圧誤動作防止(UVLO)機能を備えた制御ICにより形成されていることか好ましい。この場合、無負荷の給電状態時には、第3巻き線の出力に基づく制御電源部の制御電源に代えて、補助電源部の最低動作電圧以上の補助電源がスイッチング制御部の電源端子に給電されるため、スイッチング制御部は、低電圧誤動作防止機能が働かず、入力処理部の入力側の直流電源の注入によって再起動されることがない。そのため、低電圧誤動作防止機能を備えたこの種のACアダプタの無負荷の給電状態時の電力消費を少なくし、省電力化を図ることができる。 The switching control unit of the AC adapter of the present invention is formed by a control IC having a low voltage malfunction prevention (UVLO) function that stops the control operation when the voltage of the power supply terminal becomes lower than the minimum operating voltage. That is preferable. In this case, in the no-load power supply state, instead of the control power supply of the control power supply unit based on the output of the third winding, an auxiliary power supply that is equal to or higher than the minimum operating voltage of the auxiliary power supply unit is supplied to the power supply terminal of the switching control unit. For this reason, the switching control unit does not operate the low-voltage malfunction prevention function and is not restarted by injection of the DC power supply on the input side of the input processing unit. For this reason, power consumption can be reduced by reducing the power consumption of this type of AC adapter having a function of preventing low-voltage malfunction when no load is supplied.
また、本発明のACアダプタは、前記電圧検出部と前記スイッチング制御部とはフォトカップラにより結合されていることも好ましい。この場合、フォトカップラによりトランスの1次側(交流電源側)と2次側(直流出力側)とを電気的に絶縁した構成のこの種のACアダプタの無負荷の給電状態時の電力消費を少なくし、省電力化を図ることができる。 In the AC adapter of the present invention, it is also preferable that the voltage detection unit and the switching control unit are coupled by a photocoupler. In this case, the power consumption in the no-load power supply state of this type of AC adapter in which the primary side (AC power supply side) and secondary side (DC output side) of the transformer are electrically insulated by a photocoupler is reduced. Less power consumption can be achieved.
さらに、本発明のACアダプタの前記補助電源部は、前記第4巻き線の出力を整流、平滑するレギュレータ部と、コレクタが前記レギュレータ部に接続され、エミッタが逆流防止用のダイオードを介して前記電源端子に接続され、ベースがバイアス用の抵抗を介して前記レギュレータ部に接続された給電制御用のトランジスタと、前記給電制御用のトランジスタのベース電圧を無負荷の給電状態になるまで前記制御電源より低電圧に保持するツェナーダイオードとを備えることが実用で好ましい。 Furthermore, the auxiliary power supply unit of the AC adapter according to the present invention includes a regulator unit that rectifies and smoothes the output of the fourth winding, a collector connected to the regulator unit, and an emitter via a diode for preventing backflow. A power supply control transistor connected to a power supply terminal and having a base connected to the regulator unit via a bias resistor, and the control power supply until the base voltage of the power supply control transistor is in a no-load power supply state It is practically preferable to provide a Zener diode that maintains a lower voltage.
この場合、無負荷の給電状態になるまで、すなわち、ACアダプタの有負荷の給電状態時は、トランスの第3巻き線の出力に基づく制御電源部の制御電源の電圧がツェナーダイオードで規定される補助電源部の給電制御用のトランジスタのベース電圧より高くなり、このトランジスタおよび逆流防止用のダイオードがオフして制御電源部の制御電源がスイッチング制御部の電源端子に給電される。つぎに、無負荷の給電状態時は、制御電源部の制御電源の電圧より補助電源部の給電制御用のトランジスタのベース電圧が高くなり、このトランジスタおよび逆流防止用のダイオードがオンし、補助電源部の補助電源が制御電源に代わってスイッチング制御部の電源端子に給電される。 In this case, the voltage of the control power supply of the control power supply unit based on the output of the third winding of the transformer is defined by the Zener diode until the no-load power supply state is reached, that is, when the AC adapter is loaded with a load. The voltage becomes higher than the base voltage of the power supply control transistor of the auxiliary power supply unit, the transistor and the backflow prevention diode are turned off, and the control power supply of the control power supply unit is supplied to the power supply terminal of the switching control unit. Next, in a no-load power supply state, the base voltage of the power supply control transistor of the auxiliary power supply unit becomes higher than the voltage of the control power supply of the control power supply unit, and this transistor and the backflow prevention diode are turned on, and the auxiliary power supply The auxiliary power supply of the unit is fed to the power supply terminal of the switching control unit instead of the control power supply.
したがって、前記補助電源部を、第4巻き線の出力を整流、平滑するレギュレータ部および、給電制御用のトランジスタ、逆流防止用のダイオード、ツェナーダイオードを設けた簡単で具体艇的な構成に形成することができる。 Therefore, the auxiliary power supply unit is formed in a simple and specific configuration including a regulator unit that rectifies and smoothes the output of the fourth winding, a power supply control transistor, a backflow prevention diode, and a Zener diode. be able to.
本発明の一実施形態について、図1および図2を参照して詳述する。図1は本実施形態のACアダプタの結線図、図2はその動作説明用の波形図である。それらの図面において、図3と同一の符号は同一もしくは相当するものを示す。 An embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a connection diagram of the AC adapter of this embodiment, and FIG. 2 is a waveform diagram for explaining the operation. In these drawings, the same reference numerals as those in FIG. 3 denote the same or corresponding parts.
図1に示す本実施形態のACアダプタは、スイッチング制御部13が例えば前記FA5540シリーズの低電圧誤動作防止(UVLO)機能を内蔵した制御ICからなり、有負荷の給電時に制御電源部26から電源端子Vddに給電される制御電源が約12V、電源端子Vddの最低動作電圧が約9Vである。
The AC adapter according to the present embodiment shown in FIG. 1 includes a control IC in which the
そして、図1に示す本実施形態のACアダプタが図3のACアダプタと異なる点は、つぎの第1ないし第4の点である。 The AC adapter of this embodiment shown in FIG. 1 is different from the AC adapter of FIG. 3 in the following first to fourth points.
第1には図3のトランス10xに代えてトランス10yを備えた点である。トランス10yは第3巻き線10cに巻き足して形成された第4巻き線10dがさらに設けられ、この第4巻き線10dは無負荷の給電状態時に前記最低動作電圧より高い約12Vの補助電源を電源端子Vddに給電するように巻き数が設定されている。
The first is that a transformer 10y is provided instead of the
第2には出力処理部18の後段に、図3の電圧検出部22xに代わる電圧検出部22yおよび検出補正部27を備えた点である。電圧検出部22yは、出力端子21p、21n間に抵抗28、順方向のフォトダイオード23a、電流調整用のNPNのトランジスタ29のコレクタ、エミッタ、温度特性補正用の逆方向のツェナーダイオード30を直列に接続して形成され、トランジスタ29はベースに出力処理部18の出力電圧を抵抗31、32により分圧したバイアス電圧が印加される。そして、出力処理部18の出力側の直流電源(すなわち出力端子21p、21n間の給電用の直流出力)の電圧を検出し、検出結果の電圧に応じてフォトダイオード23aの通電電流量(さらにはその発光量)を制御する。検出補正部27は、NチャンネルCMOSタイプのFET33のドレイン、ソースをフォトダイオード23aのカソード、出力端子21nに接続し、出力端子21p、21n間に抵抗34を介してゲート電圧設定用の逆方向のツェナーダイオード35を設けて形成され、FET33はゲートにツェナーダイオード35のカソードの電圧が印加される。
Second, the
第3には、給電状態の有負荷、無負荷によってレベル変化する給電制御端子36を備え、この給電制御端子36をFET33のゲートに接続した点である。制御電源端子36は出力端子21p、21nと共にフォトプリンタの本体装置等の給電対象装置に接離自在に接続されるコネクタ端子部を形成し、無負荷の給電状態時は、図中に破線で示した給電対象装置内の等価回路スイッチがオフして給電制御端子36が接地状態のローレベル(以下、Lという)からオープン状態(非接地状態)のハイレベル(以下、Hという)にレベル変化する。
Thirdly, a power
第4には、第4巻き線10dの出力を整流、平滑し、無負荷の給電状態になるときに前記最低動作電圧以上の補助電源を形成して制御電源の代わりにスイッチング制御部13の電源端子Vddに給電する補助電源部37を備えた点である。補助電源部37は、整流用のダイオード38および平滑用のコンデンサ39により形成されたレギュレータ部40と、コレクタがレギュレータ部40の出力端子であるダイオード38のカソードとコンデンサ39との接続点40aに接続されたNPNの給電制御用のトランジスタ41と、トランジスタ41のエミッタと電源端子Vddとの間に設けられた逆流防止用のダイオード42と、接続点40aとトランジスタ41のベースとの間に設けられたバイアス用の抵抗43と、トランジスタ41のベースとアースとの間に設けられたツェナーダイオード44とを備える。ツェナーダイオード44はそのツェナー電圧の設定に基づき、有負荷の給電状態時にはトランジスタ41のベース電圧をそのエミッタ側の制御電源より低電圧に保持し、無負荷の給電状態時にはトランジスタ41のベース電圧をそのエミッタ側の制御電源より高くする。
Fourth, the output of the fourth winding 10d is rectified and smoothed to form an auxiliary power supply that is equal to or higher than the minimum operating voltage when a no-load power supply state is established, and the power supply of the switching
このように構成された本実施形態のACアダプタの動作について説明すると、まず、出力端子21p、21nに給電対象装置が接続されてその電源がオンしている有負荷の給電状態時は、給電制御端子36がLに保持されてFET33がオフすることから、検出補正部27は有負荷の給電状態であることを検出する。このとき、検出補正部27は電圧検出部22yに作用しない。
The operation of the AC adapter of the present embodiment configured as described above will be described. First, when a power supply target device is connected to the
電圧検出部22yは出力処理部18の出力電圧(負荷給電用の直流出力の電圧)の逆にトランジスタ29のコレクタ・エミッタ電圧が変化して負荷給電用の直流出力の電圧を検出する。そして、有負荷の給電状態時は、トランジスタ29のコレクタ・エミッタ電圧の変化に基づき、検出結果の電圧に比例してフォトダイオード23aの通電電流が変化し、フォトダイオード23aの発光量、さらにはフォトトランジスタ23bの受光量が、出力処理部18の出力電圧に比例して変化する。このとき、スイッチング制御部13のフィードバック端子FBは出力処理部18の出力電圧の逆にレベル(電圧)変化する。
The voltage detection unit 22y detects the voltage of the DC power supply for load power supply by changing the collector-emitter voltage of the
そして、入力処理部7の入力側の直流電源により起動されたスイッチング制御部13は、フィードバック端子FBのレベルとフィードバック制御の設定電圧(42V)のレベルとの誤差に基づき、出力処理部18の出力電圧が設定電圧になるように、スイッチング部11のFET12の高周波スイッチングをフィードバック制御して入力処理部7からトランス10yの第1巻き線10aに給電される入力側の直流電源を断続する。この断続に基づく第2巻き線10bのパルス出力が出力処理部18により整流、平滑されて前記設定電圧の出力側の直流電源が形成され、この直流電源が出力端子21p、21nから給電対象装置に給電される。
Then, the switching
また、前記入力側の直流電源の断続により、トランス10yの第3、第4巻き線10c、10dにもそれぞれの巻き数に応じたパルス出力が発生する。そして、第3巻き線10cのパルス出力が制御電源部26により整流、平滑され、有負荷の給電状態時は約12Vの規定電圧の制御電源が形成される。この制御電源がスイッチング制御部13の電源端子Vddに給電されてスイッチング制御部13が制御電源で動作する。
Further, due to the intermittent DC power supply on the input side, pulse outputs corresponding to the number of turns are also generated in the third and
一方、第4巻き線10dのパルス出力が補助電源部37のレギュレータ部40により整流、平滑されて制御電源より高電圧の補助電源が形成される。有負荷の給電状態時は、制御電源が約12Vであるのに対して補助電源は約120Vになる。
On the other hand, the pulse output of the fourth winding 10d is rectified and smoothed by the regulator section 40 of the auxiliary
さらに、補助電源がバイアス用の抵抗43を介してカソードに印加されるツェナーダイオード44は、ツェナー電圧が前記規定電圧の制御電源より少し低い10Vに設定されている。そのため、有負荷の給電状態時のトランジスタ41のベース電圧は制御電源の電圧より低くなる。このとき、トランジスタ41のエミッタと電源端子Vddとの間に設けられた逆流防止用のダイオード42は逆バイアスされてオフし、補助電源部37の補助電源はスイッチング制御部13に給電されない。
Further, the
したがって、有負荷の給電状態時は、トランス10yの第3巻き線10cの出力に基づく制御電源部26の約12Vの制御電源がスイッチング制御部13に給電され、制御電源部26の制御電源でスイッチング制御部13が動作してFET12の高周波スイッチングを制御することにより、給電対象装置に前記設定電圧(42V)の直流電が給電される。このとき、制御電源の電圧はスイッチング制御部13の最低動作電圧(約9V)より高く、スイッチング制御部13は入力処理部7の高電圧の入力側の直流電源で再起動されることがない。
Therefore, when the load is in the power supply state, the control power supply of about 12V of the control
つぎに、無負荷の給電状態時は、給電制御端子36がHになることから、検出補正部27は無負荷の給電状態であることを検出する。このとき、ツェナーダイオード35のツェナー電圧(約5V)でFET33がオンし、このFET33によりフォトダイオード23aのカソード側にトランジスタ29、ツェナーダイオード3の通電路に並列にバイパス路が形成される。
Next, since the power
そして、前記バイパス路の形成によりフォトダイオード23aのカソード電位が低下し、フォトダイオード23aの通電電流が増加して電圧検出部22yの検出結果が補正され、具体的には、電圧検出部22yの検出結果の電圧が出力処理部18の実際の出力電圧より高く補正される。この補正によりフォトダイオード23aの発光量が増大してフォトトランジスタ23bの受光量も増大する。さらに、入力処理部7の入力側の直流電源により起動されたスイッチング制御部13は、補正された検出電圧に基づくフィードバック端子FBのレベルが設定電圧のレベルになるようにFET12の高周波スイッチングをフィードバック制御して第1巻き線10aに給電される入力側の直流電源を断続する。
Then, the cathode potential of the
このとき、第2ないし第4巻き線10b〜10dのパルス出力は、補正に相当する量だけ減少し、第2巻き線10bのパルス出力を出力処理部18により整流、平滑して形成された出力側の直流電源の電圧は、例えば設定電圧(42V)の1/10の約4.2Vに低下する。なお、出力側の直流電源の電圧低下に伴ってFET12のスイッチング周波数が低下するため、FET12のスイッチング動作等による電力の浪費が防止される。
At this time, the pulse output of the second to
また、第3巻き線10cのパルス出力を整流、平滑して形成される制御電源部26の制御電源の電圧も1/10の約2.3Vに低下し、同様に、第4巻き線10cのパルス出力を整流、平滑して形成される補助電源部37のレギュレータ部40の補助電源の電圧も1/10の約12Vに低下する。
In addition, the voltage of the control power supply of the control
そして、レギュレータ部40の補助電源が抵抗43を介してトランジスタ41のベースのツェナーダイオード44に印加され、トランジスタ41のベース電圧は無負荷の給電状態時にもツェナーダイオード44のツェナー電圧によって10Vに維持され、トランジスタ41はベース電圧がエミッタ側の制御電圧より高くなる。そのため、トランジスタ41およびダイオード42がオンし、制御電源に代えて、レギュレータ部40の約12Vの補助電源がトランジスタ41、ダイオード42を介してスイッチング制御部13の電源端子Vddに給電される。
Then, the auxiliary power supply of the regulator unit 40 is applied to the
そして、トランジスタ41、ダイオード42の電圧降下を考慮したとしても、スイッチング制御部13は、電源端子Vddにスイッチング制御部13の最低動作電圧(約9V)より高電圧の補助電源が給電され、無負荷の給電状態時に動作を停止することがない。
Even if the voltage drop of the
したがって、無負荷の給電状態時は、検出補正部27による電圧検出部22yの検出結果の電圧の昇圧補正に基づき、出力端子21p、21nから給電対象装置に給電する出力側の直流電源の電圧を1/10に低くしてFET12のスイッチング周波数を引き下げ、しかも、トランス10yの第4巻き線10dの出力に基づく補助電源部37の補助電源をスイッチング制御部13の電源端子Vddに給電し、電源端子Vddを低電圧誤動作防止(UVLO)機能が動作する最低動作電圧以上に維持し、入力処理部7の高電圧の入力側の直流電源によってスイッチング制御部13が再起動される事態を回避することにより、無駄な電力消費を少なくして省電力化が図られる。
Therefore, in the no-load power supply state, the voltage of the output-side DC power source that supplies power to the power supply target device from the
なお、給電制御端子36がLのとき(有負荷の給電状態時)および、給電制御端子36がHになるとき(無負荷の給電状態時)のコンデンサ39、25、20の端子間電圧をまとめて示すと、つぎの表1に示すようになる。
Note that the voltages across the terminals of the
また、実験によると、図2(a)に示すように制御端子36がLになる無負荷の給電状態時において、スイッチング制御部13の電源端子Vddが同図(b)の実線に示すように最低動作電圧Vαより高い一定電圧に維持される本実施形態のACアダプタと、スイッチング制御部13の起動のくり返しによってその電源端子Vddが同図(b)の破線に示すように最低動作電圧Vαから起動電圧(上限電圧)Vβへの上昇と、その逆の降下とを周期的にくり返すACアダプタとについて、無負荷の給電状態時の電力消費を比較したところ、後者のACアダプタは0.3Wであったのに対して、本実施形態のACアダプタは0.2Wに低減されることが確かめられた。したがって、本実施形態のACアダプタをフォトプリンタ等の機器の外部電源としてACアダプタとして使用することにより、フォトプリンタ等の機器の待機時(電源オフ時)の消費電力を、エナジ−スター(ENERGY STAR)の外部電源規格値(0.3W)より少なくすることができる。
Further, according to an experiment, as shown in FIG. 2A, when the
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能であり、例えば、前記実施形態においては、検出電圧のフィードバックにフォトカップラ23を使用してトランス10yの1次側(交流電源側)と2次側(出力側)とを電気的に絶縁したが、フォトカップラ以外の手段でトランス10yの1次側と2次側とを電気的に絶縁する構成であってもよく、さらには、トランス10yの1次側と2次側との電気的な絶縁が不要な場合は、フォトカップラ23等を使用することなく、検出電圧のフィードバックを電気信号で行う構成であってもよい。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications other than those described above can be made without departing from the spirit thereof. For example, in the above-described embodiment, feedback of the detection voltage is possible. The primary side (AC power supply side) and the secondary side (output side) of the transformer 10y are electrically insulated from each other using a photocoupler 23, but the primary side of the transformer 10y and 2 The structure may be such that the secondary side is electrically insulated, and further, when electrical insulation between the primary side and the secondary side of the transformer 10y is unnecessary, the photocoupler 23 or the like is not used. Alternatively, the detection voltage may be fed back by an electrical signal.
また、前記実施形態においては、給電制御端子36のレベル変化から無負荷の給電状態時を検出するようにしたが、給電制御端子36に代わる端子や接点等のレベル変化や給電対象装置の接離に伴うスイッチ切り替え等から無負荷の給電状態時を検出するようにしてもよい。さらに、トランス10yの各巻き線10a〜10dの巻き数等は入力側および出力側の直流電源や制御電源、補助電源の電圧等に応じて設定すればよい。
In the above-described embodiment, the no-load power supply state is detected from the level change of the power
つぎに、スイッチッグ制御部13は種々のスイッチング電源用の制御ICにより形成することができ、その際、制御ICは低電圧誤動作防止(UVLO)機能を内蔵していないものであってもよい。さらに、スイッチッグ制御部13はスイッチング電源用の制御ICで形成したものに限るものではない。
Next, the
また、前記実施形態においては、フライバックコンバータのスイッチング電源に形成されたACアダプタに適用したが、本発明は、フォワードコンバータのスイッチング電源に形成されたACアダプタ等にも同様に適用することができる。 Moreover, in the said embodiment, although applied to the AC adapter formed in the switching power supply of the flyback converter, this invention is applicable similarly to the AC adapter etc. which were formed in the switching power supply of the forward converter. .
そして、本発明は、種々の電子機器の本体装置等を充電するACアダプタに適用することができる。 The present invention can be applied to an AC adapter that charges a main device or the like of various electronic devices.
7…入力処理部、10y…トランス、10a…第1巻き線、10b…第2巻き線、10c…第3巻き線、10d…第4巻き線、11…スイッチング部、13…スイッチング制御部、18…出力処理部、21p、21n…出力端子、22y…電圧検出部、23…フォトカップラ、26…制御電源部、27…検出補正部、36…給電制御端子、37…補助電源部、40…レギュレータ部、41…給電制御用のトランジスタ、42…逆流防止用のダイオード、43…バイアス用の抵抗、44…ツェナーダイオード、Vdd…電源端子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 7 ... Input processing part, 10y ... Transformer, 10a ... 1st winding, 10b ... 2nd winding, 10c ... 3rd winding, 10d ... 4th winding, 11 ... Switching part, 13 ... Switching control part, 18 Output processing unit, 21p, 21n ... Output terminal, 22y ... Voltage detection unit, 23 ... Photocoupler, 26 ... Control power supply unit, 27 ... Detection correction unit, 36 ... Power supply control terminal, 37 ... Auxiliary power supply unit, 40 ... Regulator , 41 ... transistor for power supply control, 42 ... diode for backflow prevention, 43 ... resistor for bias, 44 ... zener diode, Vdd ... power supply terminal
Claims (5)
前記入力処理部の直流出力を断続してトランスの第1巻き線に給電するスイッチング部と、
前記トランスの第2巻き線の出力を整流、平滑して給電用の直流出力を形成し、該直流出力を出力端子から給電対象装置に給電する出力処理部と、
前記出力端子の電圧を検出する電圧検出部と、
前記トランスの第3巻き線の出力を整流、平滑して制御電源を形成する制御電源部と、
前記制御電源が給電される電源端子を有し、該電源端子の電圧が最低動作電圧以上に維持される間、前記電圧検出部の検出電圧が設定電圧になるように前記スイッチング部の断続をフィードバック制御するスイッチング制御部とを備えたACアダプタにおいて、
無負荷の給電状態になるときに前記電圧検出部の検出結果を補正して前記給電用の直流出力の電圧を引き下げる検出補正部と、
前記第3巻き線に巻き足して形成された第4巻き線と、
前記第4巻き線の出力を整流、平滑し、前記無負荷の給電状態になるときに前記最低動作電圧以上の補助電源を形成して前記制御電源の代わりに前記電源端子に給電する補助電源部とを備えたACアダプタ。 An input processing unit for rectifying and smoothing the input AC power supply;
A switching unit for intermittently supplying a direct current output of the input processing unit to supply power to the first winding of the transformer;
An output processing unit for rectifying and smoothing the output of the second winding of the transformer to form a DC output for power feeding, and feeding the DC output from an output terminal to a power feeding target device;
A voltage detector for detecting the voltage of the output terminal;
A control power supply unit that forms a control power supply by rectifying and smoothing the output of the third winding of the transformer;
The control power supply has a power supply terminal to which power is supplied, and while the voltage of the power supply terminal is maintained at a minimum operating voltage or more, the switching section is fed back so that the detection voltage of the voltage detection section becomes a set voltage. In an AC adapter including a switching control unit for controlling,
A detection correction unit that corrects the detection result of the voltage detection unit to reduce the voltage of the DC output for power supply when it enters a no-load power supply state;
A fourth winding formed by winding around the third winding;
Auxiliary power supply unit that rectifies and smoothes the output of the fourth winding and forms an auxiliary power supply that is equal to or higher than the minimum operating voltage when the load is in a no-load power supply state and supplies power to the power supply terminal instead of the control power supply AC adapter with
前記第4巻き線の出力を整流、平滑するレギュレータ部と、
コレクタが前記レギュレータ部に接続され、エミッタが逆流防止用のダイオードを介して前記電源端子に接続され、ベースがバイアス用の抵抗を介して前記レギュレータ部に接続された給電制御用のトランジスタと、
前記給電制御用のトランジスタのベース電圧を無負荷の給電状態になるまで前記制御電源より低電圧に保持するツェナーダイオードとを備える請求項1ないし4のいずれかに記載のACアダプタ。 The auxiliary power unit is
A regulator unit for rectifying and smoothing the output of the fourth winding;
A power supply control transistor having a collector connected to the regulator unit, an emitter connected to the power supply terminal via a backflow prevention diode, and a base connected to the regulator unit via a bias resistor;
5. The AC adapter according to claim 1, further comprising: a Zener diode that holds a base voltage of the power supply control transistor at a lower voltage than the control power supply until a no-load power supply state is achieved.
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