JP2011097775A - Power supply device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電源装置に関し、例えばスキャナ・ファクシミリ・複写機などの機能を含む画像処理装置に用いられる電源装置に関する。 The present invention relates to a power supply apparatus, and more particularly to a power supply apparatus used in an image processing apparatus having functions such as a scanner, a facsimile machine, and a copying machine.
電気を使う各種装置を駆動させる電源装置には様々なレベルの電圧を出力する必要があり、様々なレベルの電圧を出力するための手段として、スイッチングレギュレータ,シリーズレギュレータがよく用いられる。スイッチングレギュレータは低消費電流時に効率が悪くなる特性を持つ。シリーズレギュレータは、入出力電位差により効率が決まるため、高電流出力時にレギュレータ損失が大きくなる特性を持つ。そのため、低消費電力化を実現するために、スイッチングレギュレータに関しては、低電流出力時にFET駆動周波数を小さくするPFM(Pulse Frequency Modulation:パルス周波数変調)方式が用いられる。しかし、PFM方式は消費電力を小さくすることができるが、出力電圧のリプル電圧が大きくなってしまう。そのため、PFM方式のリプル電圧増加の問題を解決する方式として、出力電流を監視し、低消費電流時にはシリーズレギュレータ、高消費電流時にはスイッチングレギュレータに切り替える装置が知られている。 A power supply device that drives various devices using electricity needs to output various levels of voltage, and switching regulators and series regulators are often used as means for outputting various levels of voltage. Switching regulators have the characteristic that the efficiency is reduced at low current consumption. Series regulators have the characteristic that the regulator loss increases at high current output because the efficiency is determined by the input / output potential difference. For this reason, in order to realize low power consumption, a PFM (Pulse Frequency Modulation) system that reduces the FET drive frequency at the time of low current output is used for the switching regulator. However, although the PFM method can reduce power consumption, the ripple voltage of the output voltage is increased. Therefore, as a method for solving the problem of the ripple voltage increase of the PFM method, there is known a device that monitors the output current and switches to a series regulator when the current consumption is low and to a switching regulator when the current consumption is high.
例えば、入力電圧の変化による変換効率の悪化を防止することのできるDC−DCコンバータを提供する目的で、入力電圧を電圧変換した出力電圧を一定に制御するスイッチングレギュレータおよびリニアレギュレータと、スイッチングレギュレータとリニアレギュレータのいずれか一方を動作させる制御回路とを備え、制御回路は、入力電圧,出力電圧,および出力電流を監視し、該監視結果に基づき、その出力電流において、スイッチングレギュレータとリニアレギュレータとで効率のよいレギュレータを選択して動作させるようにしたことを特徴とするDC−DCコンバータが開示されている(特許文献1参照)。 For example, for the purpose of providing a DC-DC converter capable of preventing deterioration in conversion efficiency due to a change in input voltage, a switching regulator and a linear regulator that control the output voltage obtained by converting the input voltage to a constant voltage, a switching regulator, A control circuit that operates either one of the linear regulators. The control circuit monitors the input voltage, the output voltage, and the output current, and based on the monitoring result, the switching regulator and the linear regulator There has been disclosed a DC-DC converter characterized by selecting and operating an efficient regulator (see Patent Document 1).
出力電流を監視し、低消費電流時にはシリーズレギュレータ、高消費電流時にはスイッチングレギュレータに切り替える従来の構成では、電力効率を改善することはできるが、出力負荷のバラツキおよびスイッチングレギュレータの製造バラツキによる電流−電力効率バラツキを考慮していないため、この電力効率バラツキが発生したときに、スイッチングレギュレータの内部損失を最小に最適化することができないという問題がある。 The conventional configuration that monitors the output current and switches to the series regulator when the current consumption is low and switches to the switching regulator when the current consumption is high can improve the power efficiency. However, the current-power due to the output load variation and the switching regulator manufacturing variation Since the efficiency variation is not taken into consideration, there is a problem in that the internal loss of the switching regulator cannot be optimized to the minimum when the power efficiency variation occurs.
特許文献1の構成は、確かにDC−DCコンバータの効率を改善する効果を奏するが、スイッチングレギュレータの製造バラツキおよび出力負荷のバラツキによる電流−電力効率バラツキを考慮していないため、この電力効率バラツキが発生したときに、スイッチングレギュレータの内部損失を最小に最適化することができないという問題は解消できていない。
Although the configuration of
上記問題点を背景として、本発明の課題は、出力負荷のバラツキおよびスイッチングレギュレータの製造バラツキによる電力効率バラツキが発生したときに、スイッチングレギュレータの内部損失を最小とする電源装置を提供することにある。 Against the background of the above problems, an object of the present invention is to provide a power supply device that minimizes the internal loss of a switching regulator when there is a variation in power efficiency due to variations in output load and manufacturing variations of the switching regulator. .
上記課題を解決するための電源装置は、
入力電圧を負荷に対応した出力電圧に変換して出力し、負荷に電力を供給するスイッチングレギュレータと、スイッチングレギュレータへの入力電圧を監視する入力電圧監視手段と、スイッチングレギュレータへの入力電流を監視する入力電流監視手段と、入力電圧と入力電流とに基づいて、スイッチングレギュレータへの入力電力を演算する入力電力演算手段と、出力電圧を出力後に演算された入力電力が、予め定められた目標消費電力を上回るか否かを判定する電力判定手段と、入力電力が予め定められた目標消費電力を上回ると判定したとき、スイッチングレギュレータの動作モードを、入力電力がより小さくなる動作モードに遷移させる動作モード制御手段と、を備えることを特徴とする。
A power supply device for solving the above problems is
A switching regulator that converts the input voltage into an output voltage corresponding to the load and outputs the output voltage, supplies power to the load, input voltage monitoring means for monitoring the input voltage to the switching regulator, and monitors the input current to the switching regulator Based on the input current monitoring means, the input power calculating means for calculating the input power to the switching regulator based on the input voltage and the input current, and the input power calculated after outputting the output voltage is a predetermined target power consumption. An operation mode for transitioning the operation mode of the switching regulator to an operation mode in which the input power is smaller when it is determined that the input power exceeds a predetermined target power consumption. And a control means.
上記構成によって、出力負荷のバラツキおよびスイッチングレギュレータの製造バラツキによる電力効率バラツキが発生したとしても、スイッチングレギュレータの内部損失を小さく最適化することができる。 With the above configuration, even if there is a variation in power efficiency due to variations in output load and manufacturing variations of the switching regulator, the internal loss of the switching regulator can be optimized to be small.
また、本発明の電源装置は、スイッチングレギュレータの動作モードにおいて、スイッチングレギュレータの電流−電力効率分布の特性が良好な状態における出力電流を出力可能な動作モードをデフォルトの動作モードとする。 In the power supply device of the present invention, in the operation mode of the switching regulator, the operation mode capable of outputting the output current in a state where the current-power efficiency distribution characteristic of the switching regulator is good is set as the default operation mode.
上記構成によって、動作モードを変動させる確率を小さくし、動作モード選定時に、電力効率が悪い箇所で使用する機会を減らし、スイッチングレギュレータの内部損失を小さく最適化することができる。 With the above configuration, it is possible to reduce the probability of changing the operation mode, reduce the opportunity to use the power efficiency at a location where the power efficiency is poor, and optimize the internal loss of the switching regulator.
また、本発明の電源装置は、スイッチングレギュレータにおける平均消費電力量を演算する平均消費電力量演算手段を備え、動作モード制御手段は、スイッチングレギュレータにおける平均消費電力量を変化させることなく、該スイッチングレギュレータにおける瞬間的な消費電流を小さくするように該スイッチングレギュレータを動作させる。 Further, the power supply apparatus of the present invention includes an average power consumption calculating means for calculating an average power consumption in the switching regulator, and the operation mode control means does not change the average power consumption in the switching regulator. The switching regulator is operated so as to reduce the instantaneous current consumption at.
上記構成によって、スイッチングレギュレータの電流−電力効率分布が集中している箇所よりも電流が小さい箇所で電力効率が高くなるレギュレータに対して、瞬間的な消費電流を小さくすることにより、スイッチングレギュレータの内部損失を小さく最適化することができる。また、瞬間的な消費電流を小さくするため、電源装置から放射する電磁波のエネルギーを小さくすることができる。 With the above configuration, the internal current of the switching regulator is reduced by reducing the instantaneous current consumption compared to the regulator where the power efficiency is higher where the current is smaller than where the current-power efficiency distribution of the switching regulator is concentrated. Loss can be optimized with small loss. In addition, since the instantaneous current consumption is reduced, the energy of electromagnetic waves radiated from the power supply device can be reduced.
また、本発明の電源装置は、スイッチングレギュレータにおける平均消費電力量を演算する平均消費電力量演算手段を備え、動作モード制御手段は、スイッチングレギュレータにおける平均消費電力量を変化させることなく、該スイッチングレギュレータにおける瞬間的な消費電流を大きくするように該スイッチングレギュレータを動作させる。 Further, the power supply apparatus of the present invention includes an average power consumption calculating means for calculating an average power consumption in the switching regulator, and the operation mode control means does not change the average power consumption in the switching regulator. The switching regulator is operated so as to increase the instantaneous current consumption at.
上記構成によって、スイッチングレギュレータの電流−電力効率分布が集中している箇所よりも電流が大きい箇所で電力効率が高くなるレギュレータに対して、瞬間的な消費電流を大きくすることにより、スイッチングレギュレータの内部損失を小さく最適化することができる。 With the above configuration, the instantaneous current consumption is increased for the regulator where the power efficiency is higher where the current is larger than where the current-power efficiency distribution of the switching regulator is concentrated. Loss can be optimized with small loss.
また、本発明の電源装置は、負荷における負荷抵抗を調整する負荷抵抗調整手段を備え、動作モード制御手段は、負荷抵抗を通常の状態より大きくし、スイッチングレギュレータにおける瞬間的な消費電流を大きくするように該スイッチングレギュレータを動作させる。 The power supply apparatus of the present invention further includes load resistance adjusting means for adjusting the load resistance in the load, and the operation mode control means increases the load resistance from the normal state and increases the instantaneous current consumption in the switching regulator. The switching regulator is operated as follows.
上記構成によっても、スイッチングレギュレータの電流−電力効率分布が集中している箇所よりも電流が大きい箇所で電力効率が高くなるレギュレータに対して、瞬間的な消費電流を大きくすることにより、スイッチングレギュレータの内部損失をより小さく最適化することができる。 Even with the above configuration, the instantaneous current consumption is increased by increasing the instantaneous current consumption with respect to the regulator in which the power efficiency is higher at the location where the current is larger than the location where the current-power efficiency distribution of the switching regulator is concentrated. Internal loss can be optimized smaller.
また、本発明の電源装置における入力電流監視手段は、スイッチングレギュレータに対して入力電力が供給される経路である入力電力供給経路と直列に、抵抗値の低い低抵抗を接続し、その低抵抗において発生する電位差を増幅し、その電位差を増幅したものをAD変換した結果を入力電流とする。 Further, the input current monitoring means in the power supply device of the present invention connects a low resistance having a low resistance value in series with an input power supply path that is a path through which input power is supplied to the switching regulator. The generated potential difference is amplified, and the result of AD conversion of the amplified potential difference is defined as an input current.
上記構成によって、入力電流を監視する時に発生する消費電力を抑えることができる。低抵抗を用いることで、低抵抗で発生する電位差を小さくすることができる。また、低抵抗で発生する電位差が小さくなったとしても、電圧増幅をすることで、AD変換器で電位差を測定することが可能となる。 With the above configuration, it is possible to suppress power consumption that occurs when the input current is monitored. By using a low resistance, a potential difference generated with a low resistance can be reduced. Even if the potential difference generated by the low resistance is reduced, the potential difference can be measured by the AD converter by performing voltage amplification.
また、本発明の電源装置はにおける入力電力供給経路は、低抵抗に並列に接続されたFETを含み、入力電流の監視を行わない場合、低抵抗に流れる電流をFETへバイパスする。 Further, the input power supply path in the power supply device of the present invention includes an FET connected in parallel with a low resistance, and when the input current is not monitored, the current flowing through the low resistance is bypassed to the FET.
上記構成によって、入力電流を監視しないときに、低抵抗で発生する損失を抑制することができる。 With the above configuration, it is possible to suppress a loss that occurs at a low resistance when the input current is not monitored.
また、本発明の電源装置は、スイッチングレギュレータの出力電流を監視する出力電流監視手段と、出力電流が異常であるか否かを判定する出力電流判定手段と、を備える。 The power supply apparatus of the present invention further includes output current monitoring means for monitoring the output current of the switching regulator, and output current determination means for determining whether or not the output current is abnormal.
上記構成によって、出力電流を監視することで、設計時に想定できなかった電流の挙動の検出をすることが可能となる。 With the above configuration, by monitoring the output current, it becomes possible to detect the behavior of the current that could not be assumed at the time of design.
また、本発明の電源装置は、出力電流が異常であると判定したときに、負荷への電力の供給を停止する電力供給停止手段を備える。 The power supply apparatus of the present invention further includes power supply stopping means for stopping the supply of power to the load when it is determined that the output current is abnormal.
上記構成によって、異常電流が発生した時に、安全に電力の供給を止めることができる。 With the above configuration, when an abnormal current occurs, the supply of power can be safely stopped.
また、本発明の電源装置における動作モード制御手段は、出力電流が予め定められたピーク値を超えたときに、スイッチングレギュレータの動作モードを、出力電流がより小さくなる動作モードに遷移させる。 The operation mode control means in the power supply device of the present invention transitions the operation mode of the switching regulator to an operation mode in which the output current is smaller when the output current exceeds a predetermined peak value.
上記構成によって、電源装置から放射する電磁波のエネルギーを抑制することができる。 With the above configuration, energy of electromagnetic waves radiated from the power supply device can be suppressed.
また、本発明の電源装置における動作モード制御手段は、前記出力電流が周波数毎に予め定められた出力電流の閾値を超えたときに、スイッチングレギュレータの動作モードを、閾値を超えた周波数においての電流値がより小さくなる動作モードに遷移させる。 Further, the operation mode control means in the power supply device of the present invention sets the operation mode of the switching regulator at a frequency exceeding the threshold when the output current exceeds a predetermined output current threshold for each frequency. Transition to an operation mode with a smaller value.
上記構成によって、電源装置から放射する特定周波数の電磁波のエネルギーを抑制することができる。 With the above configuration, the energy of the electromagnetic wave having a specific frequency radiated from the power supply device can be suppressed.
以下、本発明に係る電源装置の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。図1に、電源装置の構成図を示す。図1のように、電源装置100は、電力供給部1および電圧生成部2を含み、電力供給部1より電力を供給された電圧生成部2が、負荷3に応じて様々なレベルの電圧を生成・出力する。負荷3では、電圧生成部2からの電圧が入力され、CPU4がROM5に格納された内容に基づき、RAM6を作業領域として動作し、そのCPU4を含む制御部30が、メカ駆動部7,通信制御部8,センサ部9を制御する。なお、CPU4が本発明の入力電力演算手段,入力電流監視手段,電力判定手段,動作モード制御手段,平均消費電力量演算手段,負荷抵抗調整手段,出力電流監視手段,出力電流判定手段,電力供給停止手段に相当する。
Hereinafter, embodiments of a power supply device according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a configuration diagram of the power supply device. As shown in FIG. 1, the
負荷3は、例えば、例えばスキャナ・ファクシミリ・複写機などの機能を併せ持つ画像処理装置の構成要素である。この場合、メカ駆動部7は原稿や用紙の搬送を行うものであり、通信制御部8はネットワーク通信あるいはFax通信を行うものであり、センサ部9は原稿や用紙の位置の検出を行うものである。
The load 3 is a component of an image processing apparatus having functions such as a scanner, a facsimile machine, and a copying machine. In this case, the
図2に、従来技術による電圧生成部2の回路構成を示す。電圧生成部2は、電力供給部1から供給される電圧VCC0を用い、スイッチングレギュレータ(以下、REGと表記)1(31)によりVCC1を生成し、負荷41に電力を供給している。なお、負荷41は、制御部30を含む。また、REG2(32)によりVCC2を生成し、負荷42に電力を供給している。なお、負荷42は、CPU4の外部I/F(図示せず),通信制御部8,センサ部9を含む。また、REG3(33)によりVCC3を生成し、負荷43に電力を供給している。なお、負荷43は、メカ駆動部7を含む。
FIG. 2 shows a circuit configuration of the
シリーズレギュレータと異なり、スイッチングレギュレータは出力電流が高い程、高電力効率が期待されるため、上述のようにスイッチングレギュレータを用いて、各負荷に応じた電源電圧を生成することが一般的である。 Unlike a series regulator, a switching regulator is expected to have higher power efficiency as the output current is higher. Therefore, it is common to generate a power supply voltage corresponding to each load using the switching regulator as described above.
図3を用いて、従来技術による電力供給を説明する。電力供給部1からの電力の供給が開始されると(S11)、スイッチングレギュレータを有する電圧生成部2は、各負荷(41〜43)に応じた電源電圧の生成を開始する(S12)。そして、電圧生成部2から各負荷に該電源電圧が印加されて、各負荷の動作が開始する(S13)。
With reference to FIG. 3, the power supply according to the prior art will be described. When the supply of power from the
図4を用いて、スイッチングレギュレータ(REG1〜REG3)の電力効率について説明する。スイッチングレギュレータは、上述のように各負荷(41〜43)の電源電圧(VCC1〜VCC3)の生成に用いられている。しかし、スイッチングレギュレータは製造上のバラツキにより、スイッチングレギュレータの負荷電流−電力効率特性にバラツキがある。この負荷電流−電力効率特性を適した箇所で使用しないと、スイッチングレギュレータの内部損失が大きくなり、無駄な消費電力が発生してしまう。 The power efficiency of the switching regulators (REG1 to REG3) will be described with reference to FIG. As described above, the switching regulator is used to generate the power supply voltages (VCC1 to VCC3) of the loads (41 to 43). However, switching regulators vary in load current-power efficiency characteristics due to variations in manufacturing. If this load current-power efficiency characteristic is not used at a suitable location, the internal loss of the switching regulator increases and wasteful power consumption occurs.
ここでは一例として、REG1(31)(以下、REG1と表記)の製造バラツキによるスイッチングレギュレータの効率バラツキについて説明する。図4のように、REG1の出力電流Iと電力効率ηの関係は、グラフ61のように表される。よって、負荷電流が、REG1の最大電力効率η11(内部損失が最小になる)を得られるI11となるようにREG1を動作制御する。しかし、同じ負荷電流I11でもREG1の製造バラツキにより電力効率ηは異なり、出力電流Iと電力効率ηの関係がグラフ62のように表される場合は、負荷電流がI11のときの電力効率ηはη12となり、最大電力効率は得られない。また、出力電流Iと電力効率ηの関係がグラフ63のように表される場合は、負荷電流がI11のときの電力効率ηはη13となり、最大電力効率は得られない。このように、電力効率ηが低くなり、REG1の内部損失が大きくなってしまう。
Here, as an example, the efficiency variation of the switching regulator due to the manufacturing variation of REG1 (31) (hereinafter referred to as REG1) will be described. As shown in FIG. 4, the relationship between the output current I of
また、図4において、負荷電流Iが変わることにより、REG1の電力効率ηが変わってしまうことも分かる。 In FIG. 4, it can also be seen that the power efficiency η of REG1 changes as the load current I changes.
上述のように、従来技術による電源供給方法では、スイッチングレギュレータの製造バラツキによる負荷電流−電力効率のバラツキを考慮していないため、出力負荷のバラツキおよびスイッチングレギュレータの製造バラツキによる電力効率のバラツキが発生したときに、スイッチングレギュレータの内部損失を最小に最適化することができないという問題があった。 As described above, the conventional power supply method does not take into account variations in load current-power efficiency due to manufacturing variations of switching regulators. Therefore, variations in output efficiency and power efficiency variations due to manufacturing variations of switching regulators occur. However, there is a problem that the internal loss of the switching regulator cannot be optimized to the minimum.
以下、上記問題を解決するための本発明の構成について説明する。スイッチングレギュレータ(REG1,REG2,REG3)の内部損失を最小にする方法は、同一であるため、ここではREG1を例に挙げてスイッチングレギュレータ1の内部損失を最小に最適化する方法を説明する。
The configuration of the present invention for solving the above problem will be described below. Since the method for minimizing the internal loss of the switching regulators (REG1, REG2, REG3) is the same, here, a method for optimizing the internal loss of the
まず、図5を用いて、電圧生成部2の詳細について説明する。電圧生成部2は、REG1(31)の他に、入力電流検出抵抗301を含むREG1の入力電流検出部300,等価負荷305に一定の電力を出力するためのREG1出力調整用コイル302,等価負荷305への電力供給を平準化するためのREG1出力調整用ココンデンサ303を有する。そして、入力電流検出抵抗(本発明の低抵抗,以下「低抵抗」と表記)301の両端の電圧を増幅する増幅器であるAMP1を有する。そして、AMP1の出力電圧をAD変換器330に入力し、CPU4にREG1の入力電流情報を伝える等価負荷抵抗306および等価負荷コンデンサ307を最適に制御する。なお、入力電流検出部300,AMP1,AD変換器330,およびCPU4が本発明の入力電流監視手段に相当する。
First, the details of the
340は、CPU4の等価負荷305に対する制御線を示したものである。この制御線340により、CPU4は等価負荷305に対して例えば以下のような制御を行う。
・動作モードの変更(例えば、図7の動作モードA,B,Cのように変更)。
Change of operation mode (for example, change as in operation modes A, B, and C in FIG. 7).
本発明の電源生成部2を用いて入力電力を計測する方法を説明する。低抵抗301の両端(N300,N301:入力電力供給経路)の電位差をREG1(31)の入力電流検出電圧増幅用オペアンプ(以下、「オペアンプ」と略称)314にて増幅し、AD変換器330に入力する。ここで、オペアンプ314の電圧増幅調整用抵抗310,312の値を10kΩとし、電圧増幅調整用抵抗311,313の値を1kΩとすると、低抵抗301の両端の電位差の10倍の値がAD変換器330に入力される。
A method for measuring input power using the
上述の構成により、低抵抗301の抵抗値は既知であるため、AD変換器330への入力電圧情報を元に、(低抵抗301の両端の電位差)/(低抵抗301の抵抗値)を求めることにより、REG1の入力電流を検出することができる。なお、AD変換器330が本発明の入力電圧監視手段に相当する。
Since the resistance value of the
また、REG1への入力電圧VCC0’をAD変換器330へ入力することにより、REG1への入力電圧を計測することができる。よって、CPU4において、AD変換後の(REG1の入力電流)×(REG1への入力電圧)を算出することで、REG1の入力電力をリアルタイムで監視することが可能となる。
Further, by inputting the input voltage VCC0 ′ to REG1 to the
図6を用いて、算出した入力電力情報を基に、REG1の内部損失を最小に最適化する、CPU4が実行する動作モード制御処理について説明する。従来の方法(図3参照)と異なる点は、動作モード選定(ステップS201),入力電力算出(ステップS202),目標消費電力判定(ステップS203),動作モード確定(ステップS204)が追加された点である(ステップS200,S205については別途後述)。以下、これらの詳細を説明し、図3と同一の構成については説明を割愛する。
An operation mode control process executed by the CPU 4 for optimizing the internal loss of the
まず、図3と同様に、電力供給部1からの電力の供給が開始されると(S11)、電圧生成部2は、等価負荷305に応じた電源電圧の生成を開始する(S12)。次に、CPU4は、予めROM5に格納されている初期設定動作モード(本発明の「デフォルトの動作モード」)にしたがってREG1を動作させる(S201)。
First, as in FIG. 3, when the supply of power from the
動作モードとは、図7のように、どれだけの出力電流をどのようなタイミングで出力するかを定めたものである。例えば、動作モードAは、時間t1をおいて出力電流I1を時間T1の間、連続して出力する。動作モードBは、周期T2で出力電流I2を時間t2の間出力する。動作モードCは、周期T3で出力電流I3を時間t3の間出力する。 The operation mode defines how much output current is output at what timing as shown in FIG. For example, in the operation mode A, the output current I1 is continuously output during the time T1 after the time t1. In the operation mode B, the output current I2 is output for the time t2 in the cycle T2. In the operation mode C, the output current I3 is output for a time t3 at a period T3.
初期動作モードは、スイッチングレギュレータを多数用意したときに、スイッチングレギュレータの電流−電力効率分布の特性が良い箇所が集中している出力電流が得られるような動作モードを設定することが望ましい。これにより、動作モードを変動させる確率を小さくし、動作モード選定時に、電力効率が悪い箇所で使用する機会を減らし、スイッチングレギュレータの内部損失を小さく最適なものとすることができる。 As the initial operation mode, it is desirable to set an operation mode in which when a large number of switching regulators are prepared, an output current can be obtained in which portions with good characteristics of the current-power efficiency distribution of the switching regulator are concentrated. As a result, the probability of changing the operation mode can be reduced, the opportunity for use in places with poor power efficiency when the operation mode is selected can be reduced, and the internal loss of the switching regulator can be reduced and optimized.
図6に戻り、上述の方法で、CPU4は、この初期設定動作モードで動作中のREG1における入力電力を算出する(S202)。そして、CPU4は、入力電力が予めROM5に格納されている目標消費電力以下であるか否かを判定する。例えば、動作モード時間をT0(例えば1分)と設定し、[(VCC0×I1in+VCC0×I2in+VCC0×I3in)×t]をT0時間積分した値(動作モード時間における入力電力)と、目標消費電力とを比較して判定する。ここで、VCC0:電力供給部1から供給される電圧,I1in:REG1の入力電流,I2in:REG2の入力電流,I3in:REG3の入力電流、となっている。
Returning to FIG. 6, the CPU 4 calculates the input power in the
図6に戻り、入力電力が目標消費電力以下であるとき(S203:Yes)、CPU4は、初期設定動作モードを現在の動作モードとして確定する(S204)。その後、CPU4の制御指令により、等価負荷305に該電源電圧が印加されて等価負荷305の動作が開始される(S13)。
Returning to FIG. 6, when the input power is equal to or lower than the target power consumption (S203: Yes), the CPU 4 determines the initial setting operation mode as the current operation mode (S204). Thereafter, the power supply voltage is applied to the
一方、入力電力が目標消費電力を上回るとき(S203:No)、CPU4は、ステップS201に戻り、他の動作モード(初期設定動作モードが動作モードAであれば、動作モードBあるいはC)を選定し、入力電力の算出(S202),入力電力と目標消費電力との比較(S203)を、入力電力が目標消費電力以下となるまで行う。これにより、負荷のバラツキに応じ、スイッチングレギュレータの内部損失を最小に最適化できる動作モードを決定できる。 On the other hand, when the input power exceeds the target power consumption (S203: No), the CPU 4 returns to step S201 and selects another operation mode (operation mode B or C if the initial setting operation mode is operation mode A). Then, the calculation of the input power (S202) and the comparison between the input power and the target power consumption (S203) are performed until the input power becomes equal to or less than the target power consumption. Accordingly, an operation mode that can optimize the internal loss of the switching regulator to the minimum can be determined according to the variation in the load.
入力電力が目標消費電力を上回るとき(S203:No)、ステップS201において、他の動作モードを選定する代わりに、現在の動作モードにおいて、出力電流の値あるいは出力電流の出力タイミング(出力時間,周期)を変更してもよい。 When the input power exceeds the target power consumption (S203: No), in step S201, instead of selecting another operation mode, in the current operation mode, the output current value or output current output timing (output time, period) ) May be changed.
また、入力電力が目標消費電力を上回るとき、負荷(すなわち等価負荷305)に可変抵抗(図示せず)を含む構成とし、入力電力が目標消費電力を上回るとき(S203:No)、CPU4の制御により可変抵抗の値を変化させることで、スイッチングレギュレータの瞬間的な消費電力を大きくするようにしてもよい。 When the input power exceeds the target power consumption, the load (that is, the equivalent load 305) includes a variable resistor (not shown). When the input power exceeds the target power consumption (S203: No), the CPU 4 controls Thus, the instantaneous power consumption of the switching regulator may be increased by changing the value of the variable resistor.
なお、上記処理は、電力供給中に、予め定められたタイミングで繰り返し実行するようにしてもよい。 The above process may be repeatedly executed at a predetermined timing during power supply.
図8を用いて、図5の構成におけるスイッチングレギュレータ(REG1,REG2,REG3)の電力効率ηについて、REG1を例に挙げて説明する。製造バラツキによりREG1の電力効率ηがばらついたとしても、REG1の動作モードを負荷電流A,負荷電流B,負荷電流Cとなる状態に順次変化させ、目標消費電力判定(図6のステップS203)を実施することにより、REG1の損失電力がより小さくなる動作モードを決定することができる。 The power efficiency η of the switching regulator (REG1, REG2, REG3) in the configuration of FIG. 5 will be described using REG1 as an example with reference to FIG. Even if the power efficiency η of REG1 varies due to manufacturing variations, the operation mode of REG1 is sequentially changed to a state in which the load current A, the load current B, and the load current C are obtained, and the target power consumption determination (step S203 in FIG. 6) is performed. By carrying out the operation, it is possible to determine an operation mode in which the power loss of REG1 becomes smaller.
最適電力効率η0が、REG1の内部損失が最小となる効率とすると、REG1の負荷電流Iと電力効率ηとの関係がグラフ61で表される場合、動作モードを変化すなわち負荷電流Iを変化させることにより、最適電力効率η0を得られる負荷電流Aを見つけ、この状態を新たな動作モードとしてREG1を動作させる。同様に、REG1の負荷電流Iと電力効率ηとの関係がグラフ63で表される場合、負荷電流Iを変化させることにより、最適電力効率η0を得られる負荷電流Cを見つけ、この状態を新たな動作モードとしてREG1を動作させる。こうすることで、スイッチングレギュレータおよび負荷のバラツキに応じ、スイッチングレギュレータの内部損失を小さく最適化できる。
Assuming that the optimum power efficiency η0 is an efficiency at which the internal loss of REG1 is minimized, when the relationship between the load current I of REG1 and the power efficiency η is represented by a
図9を用いて、図5の電圧生成部2に含まれる入力電力検出部300の構成の別例について説明する。入力電力供給経路(N(ノード)300,N301間)に含まれる入力電流検出用の低抵抗301には、バイパス用のPチャネルFET400が並列に接続されている。そして、例えばCPU4から制御信号SIG1が、トランジスタ413や抵抗411,412を含むスイッチング回路410に入力され、スイッチング回路410からの出力信号に基づいてFET400をON/OFFさせる。
Another example of the configuration of the input
ここで、REG1の入力電流を検出しないときに(例えば、図6のステップS205のタイミング)、FET400をON状態とするための制御信号SIG1を、CPU4からスイッチング回路410に出力する。FET400の内部抵抗は、低抵抗301の値に比べて十分低いので、電流は全てFET400を流れ、低抵抗301で電力を消費することを防ぐことが可能となる。
Here, when the input current of REG1 is not detected (for example, the timing of step S205 in FIG. 6), the control signal SIG1 for turning on the
一方、REG1の入力電流を検出するときは(例えば、図6のステップS200のタイミング)、FET400をOFF状態とするための制御信号SIG1を、CPU4からスイッチング回路410に出力する。これにより、電流は全て低抵抗301を流れ、REG1の入力電流を検出することが可能となる。
On the other hand, when detecting the input current of REG1 (for example, the timing of step S200 in FIG. 6), the control signal SIG1 for turning off the
図10を用いて、本発明の構成の別例について説明する。なお、本構成は、図5の変形例であるため、図5と同様の構成のものについては同一の符号を付記し、ここでの詳細な説明は割愛する。図5の構成と異なる点は、REG1の出力電流検出用抵抗(以下、単に「抵抗」と称する)304,およびAMP2(構成はAMP1と同様)が追加されていることである。なお、AD変換器330,CPU4,出力電流検出用抵抗304,およびAMP2が本発明の出力電流監視手段に相当する。
Another example of the configuration of the present invention will be described with reference to FIG. Since this configuration is a modification of FIG. 5, the same components as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted here. A difference from the configuration of FIG. 5 is that an output current detection resistor (hereinafter, simply referred to as “resistance”) 304 of REG1 and AMP2 (the configuration is the same as that of AMP1) are added. The
図10の構成において、抵抗304の両端に発生する電圧をAMP2により所定の増幅率で増幅し、AD変換器330に入力してAD変換を行うことで、該電圧を算出することができる。CPU4で該電圧を抵抗304の既知の値で割ることにより、REG1の出力電流を算出することができる。また、REG1の出力電流とREG1の出力電圧VCC1’との積を、REG1の出力電力とすることができる。
In the configuration of FIG. 10, the voltage generated at both ends of the
図11を用いて、CPU4が実行する出力電流異常判定処理について説明する。まず、上述の方法を用いてREG1における出力電流を算出する(S31)。次に、出力電流が異常か否かを判定する。例えば、出力電流が予め定められた閾値を超えた状態が予め定められた時間連続したときに、出力電流が異常であると判定する。出力電流が異常であると判定されたとき(S32:Yes)、CPU4は、REG1の等価負荷305に対する電源の供給を停止させる(S33)。
The output current abnormality determination process executed by the CPU 4 will be described with reference to FIG. First, the output current in REG1 is calculated using the method described above (S31). Next, it is determined whether or not the output current is abnormal. For example, it is determined that the output current is abnormal when a state where the output current exceeds a predetermined threshold continues for a predetermined time. When it is determined that the output current is abnormal (S32: Yes), the CPU 4 stops the supply of power to the
図12を用いて、図10の構成における動作モード制御処理について説明する。なお、本処理は、図6の変形例であるため、図6と同様の構成のものについては同一の符号を付記し、ここでの詳細な説明は割愛する。 The operation mode control process in the configuration of FIG. 10 will be described using FIG. Since this process is a modification of FIG. 6, the same components as those in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted here.
まず、図6と同様に、電力供給部1からの電力の供給が開始されると(S11)、電圧生成部2は、等価負荷305に応じた電源電圧の生成を開始する(S12)。次に、CPU4は、予めROM5に格納されている初期設定動作モードにしたがってREG1を動作させる(S201)。
First, similarly to FIG. 6, when the supply of power from the
次に、上述の方法で、CPU4は、この初期設定動作モードで動作中のREG1における出力電流を算出する(S202a)。続いて、CPU4は、例えば、出力電流のFFT(Fast Fourier Transform:高速フーリエ変換)演算結果により周波数毎の出力電流を算出する(S202b)。 Next, by the method described above, the CPU 4 calculates the output current in the REG1 that is operating in this initial setting operation mode (S202a). Subsequently, the CPU 4 calculates an output current for each frequency based on, for example, an FFT (Fast Fourier Transform) calculation result of the output current (S202b).
そして、CPU4は、動作モードを変更する必要があるか否かを判定する。例えば、以下の少なくとも1つが成立したときに、動作モードを変更する必要があると判定する。
・出力電流が予め定められたピーク値を超えたとき。
・周波数毎の出力電流に予め定められた出力電流の閾値を超えたとき
Then, the CPU 4 determines whether or not it is necessary to change the operation mode. For example, when at least one of the following is established, it is determined that the operation mode needs to be changed.
• When the output current exceeds a predetermined peak value.
・ When the output current for each frequency exceeds a predetermined output current threshold
動作モードを変更する必要がないとき(S203a:Yes)、CPU4は、初期設定動作モードを現在の動作モードとして確定する(S204)。その後、CPU4の制御指令により、等価負荷305に該電源電圧が印加されて動作が開始する(S13)。
When it is not necessary to change the operation mode (S203a: Yes), the CPU 4 determines the initial setting operation mode as the current operation mode (S204). Thereafter, the power supply voltage is applied to the
一方、動作モードを変更する必要があるとき(S203a:No)、CPU4は、ステップS201に戻り、他の動作モード(例えば、初期設定動作モードが動作モードAであれば、動作モードBあるいはC)を選定し、出力電流の算出(S202a),周波数毎の出力電流の測定(S202b),動作モードを変更するか否かの判定(S203)を、動作モードを変更する必要がなくなるまで行う。 On the other hand, when it is necessary to change the operation mode (S203a: No), the CPU 4 returns to step S201, and other operation modes (for example, operation mode B or C if the initial setting operation mode is operation mode A). The output current is calculated (S202a), the output current is measured for each frequency (S202b), and whether or not the operation mode is to be changed (S203) is determined until it is no longer necessary to change the operation mode.
無論、図10の構成において、入力電流検出用の低抵抗301に、バイパス用のPチャネルFET400を並列に接続してもよい。この場合、図12のステップS201の前(図6のステップS200のタイミングと同様)でFET400をOFF状態とし、図12のステップS204の後(図6のステップS205のタイミングと同様)でFET400をON状態とする。
Of course, in the configuration of FIG. 10, a bypass P-
以上、本発明の実施の形態を説明したが、これらはあくまで例示にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づく種々の変更が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, these are merely examples, and the present invention is not limited to these embodiments, and the knowledge of those skilled in the art can be used without departing from the spirit of the claims. Various modifications based on this are possible.
画像処理装置以外の、スイッチングレギュレータを用いる装置にも適用できる。 The present invention can also be applied to an apparatus using a switching regulator other than the image processing apparatus.
1 電力供給部
2 電圧生成部
3 負荷
4 CPU(入力電力演算手段,入力電流監視手段,電力判定手段,動作モード制御手段,平均消費電力量演算手段,負荷抵抗調整手段,出力電流監視手段,出力電流判定手段,電力供給停止手段)
31 スイッチングレギュレータ1(REG1)
41〜43 負荷
300 入力電流検出部(入力電流監視手段)
301 入力電流検出抵抗(低抵抗)
304 出力電流検出用抵抗(出力電流監視手段)
305 等価負荷
330 AD変換器(入力電圧監視手段,入力電流監視手段,出力電流監視手段)
400 FET
AMP1 増幅器(入力電流監視手段)
AMP2 増幅器(出力電流監視手段)
DESCRIPTION OF
31 Switching regulator 1 (REG1)
41-43
301 Input current detection resistor (low resistance)
304 Output current detection resistor (output current monitoring means)
305
400 FET
AMP1 amplifier (input current monitoring means)
AMP2 amplifier (output current monitoring means)
Claims (11)
前記スイッチングレギュレータへの入力電圧を監視する入力電圧監視手段と、
前記スイッチングレギュレータへの入力電流を監視する入力電流監視手段と、
前記入力電圧と前記入力電流とに基づいて、前記スイッチングレギュレータへの入力電力を演算する入力電力演算手段と、
前記出力電圧を出力後に演算された前記入力電力が、予め定められた目標消費電力を上回るか否かを判定する電力判定手段と、
前記入力電力が予め定められた目標消費電力を上回ると判定したとき、前記スイッチングレギュレータの動作モードを、前記入力電力がより小さくなる動作モードに遷移させる動作モード制御手段と、
を備えることを特徴とする電源装置。 A switching regulator that converts the input voltage into an output voltage corresponding to the load, outputs the output voltage, and supplies power to the load; and
Input voltage monitoring means for monitoring the input voltage to the switching regulator;
An input current monitoring means for monitoring an input current to the switching regulator;
Based on the input voltage and the input current, input power calculation means for calculating input power to the switching regulator;
Power determination means for determining whether or not the input power calculated after outputting the output voltage exceeds a predetermined target power consumption;
When it is determined that the input power exceeds a predetermined target power consumption, an operation mode control means for transitioning the operation mode of the switching regulator to an operation mode in which the input power becomes smaller;
A power supply apparatus comprising:
前記動作モード制御手段は、前記スイッチングレギュレータにおける平均消費電力量を変化させることなく、該スイッチングレギュレータにおける瞬間的な消費電流を小さくするように該スイッチングレギュレータを動作させる請求項1または請求項2に記載の電源装置。 Average power consumption calculating means for calculating the average power consumption in the switching regulator,
The operation mode control means operates the switching regulator so as to reduce an instantaneous current consumption in the switching regulator without changing an average power consumption in the switching regulator. Power supply.
前記動作モード制御手段は、前記スイッチングレギュレータにおける平均消費電力量を変化させることなく、該スイッチングレギュレータにおける瞬間的な消費電流を大きくするように該スイッチングレギュレータを動作させる請求項1または請求項2に記載の電源装置。 Average power consumption calculating means for calculating the average power consumption in the switching regulator,
The operation mode control means operates the switching regulator so as to increase an instantaneous current consumption in the switching regulator without changing an average power consumption in the switching regulator. Power supply.
前記動作モード制御手段は、前記負荷抵抗を通常の状態より大きくし、前記スイッチングレギュレータにおける瞬間的な消費電流を大きくするように該スイッチングレギュレータを動作させる請求項1または請求項2に記載の電源装置。 Load resistance adjusting means for adjusting load resistance in the load,
3. The power supply device according to claim 1, wherein the operation mode control unit operates the switching regulator so as to increase the load resistance from a normal state and increase an instantaneous current consumption in the switching regulator. .
前記入力電流の監視を行わない場合、前記低抵抗に流れる電流を前記FETへバイパスする請求項6に記載の電源装置。 The input power supply path includes a FET connected in parallel to the low resistance,
The power supply device according to claim 6, wherein when the input current is not monitored, a current flowing through the low resistance is bypassed to the FET.
前記出力電流が異常であるか否かを判定する出力電流判定手段と、
を備える請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の電源装置。 Output current monitoring means for monitoring the output current of the switching regulator;
Output current determination means for determining whether or not the output current is abnormal;
The power supply device according to claim 1, further comprising:
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