JP2011244605A - スイッチング電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】主機能動作モード中の軽負荷時において、高効率を維持するとともに不要な電力ロスを削減することが可能なスイッチング電源装置を提供する。
【解決手段】スイッチング電源装置は、電源電圧を主電圧として出力する第１スイッチと、電源電圧を第１待機電圧として出力する第２スイッチと、第１スイッチからの主電圧を出力する主電源回路と、第２スイッチからの第１待機電圧を出力する待機電源回路と、主電源回路からの主電圧を出力し、かつ主電源回路の負荷状態を判定する主電圧出力部と、主電圧出力部からの要求によって主電源回路からの主電圧を第２待機電圧として出力する給電制御回路と、第１待機電圧または第２待機電圧を出力する待機電圧出力部とを備え、主電圧出力部は、主電源回路が軽負荷である場合、給電制御回路に第２待機電圧を出力させ、かつ第２スイッチを開放させる。
【選択図】図１

Description

本発明はスイッチング電源装置に関し、更に詳しくは、２つの電源回路を備えたスイッチング電源装置において、軽負荷時における電力損失を小さくすることが可能なスイッチング電源装置に関する。

従来、テレビ受像機や録画装置などの電源装置が搭載されるシステムにおいては、主機能動作モード用の電源回路と待機動作モード用の電源回路の２つの電源回路を有するのが一般的である。待機動作モード時においては、電力損失を小さくするために主機能動作モード用の電源回路への電圧供給は停止され、待機動作モード用の電源回路からリモートコントローラの受光器、マイクロコンピュータ、セグメント表示器などに小さな電力が供給される。このようなシステムでは、設計時に、スイッチング周波数、トランスの巻数比、インダクタンス素子のＬ値などの各素子定数を適宜選定することで、電力効率が最高となる負荷の大きさをある程度の範囲で変更することができる（例えば、特許文献１参照）。

一方、１つの電源回路を有するシステムでは、負荷状態に応じてスイッチング周波数を切り替えて省電力化を図るシステムが知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開平０９−１３４０９６号公報 特開平０７−１７０７２９号公報

しかしながら、上記特許文献１記載のシステムでは、待機動作モード時しか省電力できないという問題があった。また、上記特許文献２記載のシステムでは、スイッチング周波数の切り替えは高効率であるとしても、やはり電力ロスが発生してしまうという問題があった。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、主機能動作モード中の軽負荷時において、高効率を維持するとともに不要な電力ロスを削減することが可能なスイッチング電源装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１にかかるスイッチング電源装置は、電源電圧を主電圧として出力する第１のスイッチと、電源電圧を第１の待機電圧として出力する第２のスイッチと、第１のスイッチから入力された主電圧を出力する主電源回路と、第２のスイッチから入力された第１の待機電圧を出力する待機電源回路と、主電源回路から入力された主電圧を出力すると共に、主電源回路の負荷状態を判定する主電圧出力部と、主電圧出力部からの要求に応じて、主電源回路から入力された主電圧を第２の待機電圧として出力する給電制御回路と、待機電源回路から入力された第１の待機電圧または給電制御回路から入力された第２の待機電圧を出力する待機電圧出力部と、を備え、主電圧出力部は、主電源回路の負荷状態が軽負荷状態であると判定した場合に、給電制御回路に第２の待機電圧を待機電圧出力部へ出力させ、かつ第２のスイッチを開放させて待機電源回路への第１の待機電圧の出力を停止させる、ことを特徴とする。

また、本発明の請求項２にかかるスイッチング電源装置は、本発明の請求項１にかかるスイッチング電源装置の構成において、給電制御回路は、外部信号として動作開始要求が入力された場合に、主電源回路から入力された主電圧を第２の待機電圧として出力し、かつ第２のスイッチを開放させて待機電源回路への第１の待機電圧の出力を停止させる、ことを特徴とする。

また、本発明の請求項３にかかるスイッチング電源装置は、本発明の請求項１にかかるスイッチング電源装置の構成において、給電制御回路は、第２の待機電圧を常時出力し、第２のスイッチは、外部信号としてスイッチ開放要求が入力された場合に、第２のスイッチを開放して待機電源回路への第１の待機電圧の出力を停止する、ことを特徴とする。

本発明では、主機能動作モード状態において軽負荷時に待機電圧を主電源回路から供給し、供給不要となった待機用電源回路を停止する。従って、高負荷時において高効率となる主電源回路が軽負荷となっても、待機電圧を出力することにより主電源回路に負荷が追加され高効率を維持することができ、かつ待機用電源回路を動作不能とすることで不要な電力ロスがなくなり、装置として軽負荷時においても高効率を維持することが可能となる。

本発明の実施の形態１にかかるスイッチング電源装置の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１にかかるスイッチング電源装置のタイムチャートを示す図 本発明の実施の形態２にかかるスイッチング電源装置の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態３にかかるスイッチング電源装置の構成を示すブロック図

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１にかかるスイッチング電源装置の構成を示すブロック図である。スイッチング電源装置は、交流電源１と、第１のスイッチ２と、第２のスイッチ３と、第１の整流回路４と、第２の整流回路５と、主電源回路６と、機能待機回路（待機電源回路）７と、給電制御回路８と、機能待機出力部（待機電圧出力部）９と、主電源出力部（主電圧出力部）１０から構成される。

交流電源１は、第１のスイッチ２と第２のスイッチ３に電源電圧を供給する。第１のスイッチ２は、主電源制御信号に応じてスイッチを開閉し、交流電源１から入力された電源電圧を主電圧として第１の整流回路４へ出力する。第２のスイッチ３は、主電源出力部１０からの要求に応じてスイッチを開閉し、交流電源１から入力された電源電圧を待機電圧として第２の整流回路５へ出力する。

第１の整流回路４は、第１のスイッチ２から入力された主電圧を整流し、整流した主電圧を主電源回路６へ出力する。第２の整流回路５は、第２のスイッチ３から入力された待機電圧を整流し、整流した待機電圧を機能待機回路７へ出力する。

主電源回路６は、第１の整流回路４から入力された主電圧を主電源出力部１０へ出力するとともに、給電制御回路８へ待機電圧として出力する。機能待機回路７は、第２の整流回路５から入力された待機電圧を機能待機出力部９へ出力する。

給電制御回路８は、主電源出力部１０からの要求に応じて、主電源回路６から入力された待機電圧を機能待機出力部９へ出力する。機能待機出力部９は、機能待機回路７から入力された待機電圧または給電制御回路８から入力された待機電圧を出力する。

主電源出力部１０は、主電源回路６から入力された主電圧を出力するとともに、主電圧出力電流を検出し、定められた値以上を高負荷、定められた値以下を軽負荷とし、主電源回路６の負荷状態を判定する。主電源回路６の負荷状態が高負荷であると判定した場合は、第２のスイッチ３に対してスイッチを閉塞する要求であるスイッチ閉塞要求を出力する。一方、主電源回路６の負荷状態が軽負荷であると判定した場合は、給電制御回路８へ動作要求を出力し、動作要求の出力後（給電制御回路８から待機電圧が機能待機出力部９に出力された後）に第２のスイッチ３に対してスイッチを開放する要求であるスイッチ開放要求を出力する。

以下、本実施の形態のスイッチング電源装置の具体動作について図２のタイムチャートに用いて説明する。ここで、交流電源１投入前においては、第１のスイッチ２は開放状態、第２のスイッチ３は閉塞状態であるとする。また、タイムチャートにおいて、各回路の「ＯＮ」は電圧が供給されている状態を示し、「ＯＦＦ」は電圧が供給されていない状態を示す。また、主電源制御信号が入力されている状態を「ＯＮ」とし、入力されていない状態を「ＯＦＦ」とする。更に、主電源制御信号が「ＯＮ」状態の場合は主機能動作モードであるとし、主電源制御信号が「ＯＦＦ」状態の場合は待機動作モードであるとする。

まず、待機動作モード中の各回路の電圧状態について説明する。前述のように、待機動作モード中は、主電源制御信号は「ＯＦＦ」である。交流電源１投入後、第１のスイッチ２は開放されているため電圧状態は「ＯＦＦ」となり、主電源回路６及び主電源出力部１０は交流電源１からの電圧が供給されないため動作しない（電圧状態は「ＯＦＦ」）。一方、第２のスイッチ３は閉塞となっているため電圧状態は「ＯＮ」となり、第２の整流回路５で整流された電圧が機能待機回路７に供給され、機能待機回路７は動作を開始し（電圧状態は「ＯＮ」）、機能待機出力部９に電圧を供給する（電圧状態は「ＯＮ」）。

次に、主機能動作モード中の各回路の電圧状態について説明する。主機能動作モード中は、主電源回路６の負荷状態に応じて、第２のスイッチ３、機能待機回路７及び給電制御回路８の電圧状態が変化する。

主機能動作モードに移行する場合、主電源制御信号が第１のスイッチ２に入力され、第１のスイッチ２は閉塞となって電圧状態が「ＯＮ」となる。第１のスイッチ２が閉塞すると第１の整流回路４で整流された電圧が主電源回路６に供給され、主電源回路６は動作を開始し（電圧状態は「ＯＮ」）、主電源出力部１０に電圧を供給する（電圧状態は「ＯＮ」）。この状態が主機能動作モードである。

ここで、主電源出力部１０は主電源回路６の負荷状態を判定する。主電源回路６の負荷状態が高負荷であった場合においては、給電制御回路８を動作させず（電圧状態は「ＯＦＦ」）、第２のスイッチ３の閉塞を保持し（電圧状態は「ＯＮ」）、機能待機回路７も「ＯＮ」の電圧状態を保持する。

一方、主電源出力部１０の負荷状態が軽負荷となった場合は、主電源出力部１０は給電制御回路８への動作要求を出力し、給電制御回路８の動作を開始させる（電圧状態が「ＯＮ」）。これにより、機能待機出力部９へは給電制御回路８から電圧が供給される。そして前記処理後に、主電源出力部１０は第２のスイッチ３を開放するためにスイッチ開放要求を出力する。第２のスイッチ３は開放状態となり（電圧状態は「ＯＦＦ」）、第２の整流回路５から機能待機回路７へ電圧供給がなくなるため機能待機回路７は動作を停止する（電圧状態は「ＯＦＦ」）。

以上の動作により、本実施の形態によれば、主電源回路６が軽負荷になり主電源回路効率が悪化する状態となっても、機能待機出力部９に対して電圧を供給することにより主電源回路６の軽負荷による効率悪化を軽減することができる。また、機能待機回路７を動作停止させることから、不要な電力ロスを抑制することができる。

（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２にかかるスイッチング電源装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態のスイッチング電源装置は、交流電源１と、第１のスイッチ２と、第２のスイッチ３と、第１の整流回路４と、第２の整流回路５と、主電源回路６と、機能待機回路７と、給電制御回路１２と、機能待機出力部９と、主電源出力部１１から構成される。図３において、図１と同符号を付したものは同機能を有するため説明を省略する。

主電源出力部１１は、主電源回路６から入力された主電圧を出力する。

給電制御回路１２は、外部信号として動作開始要求が入力された場合に動作を開始し、外部信号として動作停止要求が入力された場合に動作を停止する。動作開始要求が入力された場合、給電制御回路１２は待機電圧を機能待機出力部９へ出力するとともに、第２のスイッチ３を開放させる。一方、動作停止要求が入力された場合は、動作を停止するとともに、第２のスイッチ３を閉塞させる。

以上の動作により、本実施の形態によれば、外部信号によって給電制御回路１２の動作を直接制御することにより、容易に機能待機出力部９への待機電圧入力元を切り替えることができる。

（実施の形態３）
図４は、本発明の実施の形態３にかかるスイッチング電源装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態のスイッチング電源装置は、交流電源１と、第１のスイッチ２と、第２のスイッチ１４と、第１の整流回路４と、第２の整流回路５と、主電源回路６と、機能待機回路７と、給電制御回路１３と、機能待機出力部９と、主電源出力部１０から構成される。図４において、図１及び図３と同符号を付したものは同機能を有するため説明を省略する。

給電制御回路１３は、主電源回路６が動作時においては常時動作する状態であり、機能待機出力部９に対して待機電圧を出力するが、機能待機回路７から出力される待機電圧より低い電圧（例えば１Ｖ程度）であり、機能待機回路７が動作時においては機能待機回路７から出力される待機電圧が優先して機能待機出力部９に供給される。

第２のスイッチ１４に対して、外部信号としてスイッチ開放要求が入力された場合は、第２のスイッチ１４は開放され、開放に伴い機能待機回路７は動作を停止する。機能待機回路７が動作停止すると機能待機回路７から機能待機出力部９への待機電圧供給は停止するが、給電制御回路１３から機能待機出力部９へ待機電圧が供給されているため、機能待機出力部９へは待機電圧供給が維持される。

以上の動作により、本実施の形態によれば、外部信号によって第２のスイッチ１４の開閉を直接制御することにより、容易に機能待機出力部９への待機電圧入力元を切り替えることができる。

本発明によれば、主機能動作モード時において、すべての機能動作時に高容量を必要とするが一般的な使用状態においては軽負荷となる装置において高効率を維持し、消費電力を大幅に低減することができるので、省電力化がもとめられる装置に有用である。

１ 交流電源
２ 第１のスイッチ
３、１４ 第２のスイッチ
４ 第１の整流回路
５ 第２の整流回路
６ 主電源回路
７ 機能待機回路
８、１２、１３ 給電制御回路
９ 機能待機出力部
１０、１１ 主電源出力部

Claims (3)

1. 電源電圧を主電圧として出力する第１のスイッチと、
   電源電圧を第１の待機電圧として出力する第２のスイッチと、
   前記第１のスイッチから入力された前記主電圧を出力する主電源回路と、
   前記第２のスイッチから入力された前記第１の待機電圧を出力する待機電源回路と、
   前記主電源回路から入力された前記主電圧を出力すると共に、前記主電源回路の負荷状態を判定する主電圧出力部と、
   前記主電圧出力部からの要求に応じて、前記主電源回路から入力された前記主電圧を第２の待機電圧として出力する給電制御回路と、
   前記待機電源回路から入力された前記第１の待機電圧または前記給電制御回路から入力された前記第２の待機電圧を出力する待機電圧出力部と、を備え、
   前記主電圧出力部は、前記主電源回路の負荷状態が軽負荷状態であると判定した場合に、前記給電制御回路に前記第２の待機電圧を前記待機電圧出力部へ出力させ、かつ前記第２のスイッチを開放させて前記待機電源回路への前記第１の待機電圧の出力を停止させる、ことを特徴とするスイッチング電源装置。
2. 前記給電制御回路は、外部信号として動作開始要求が入力された場合に、前記主電源回路から入力された前記主電圧を第２の待機電圧として出力し、かつ前記第２のスイッチを開放させて前記待機電源回路への前記第１の待機電圧の出力を停止させる、ことを特徴とする請求項１に記載のスイッチング電源装置。
3. 前記給電制御回路は、前記第２の待機電圧を常時出力し、
   前記第２のスイッチは、外部信号としてスイッチ開放要求が入力された場合に、前記第２のスイッチを開放して前記待機電源回路への前記第１の待機電圧の出力を停止する、ことを特徴とする請求項１に記載のスイッチング電源装置。

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