JP2012016172A - 電源回路と電源制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 交流電源及び直流電源のいずれが供給された場合においても所要の直流電源を出力することが可能な電源回路と電源制御方法を提供する。
【解決手段】 実施形態によれば、入力端子には、交流電源及び直流電源の一方が入力される。整流回路は、入力端子に接続されている。力率改善回路には、整流回路の出力電圧が供給される。ＤＣ／ＤＣコンバータは、力率改善回路から出力される直流電圧のレベルを変換する。制御部は、整流回路の出力電圧に応じて入力端子に供給された入力電源が交流か直流かを判別し、入力電源が交流である場合、力率改善回路、及びＤＣ／ＤＣコンバータを用いて直流電源を生成し、入力電源が直流である場合、入力された直流電源の電圧に応じて、力率改善回路、及びＤＣ／ＤＣコンバータの動作を制御して直流電源を生成する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、例えばパーソナルコンピュータ等の電源回路と電源制御方法に関する。

一般に、パーソナルコンピュータ等の電子機器は、直流電源で動作する。このため、例えば電源アダプタを用いて、商用交流電源を直流電源に変換し、電子機器に供給されている。

現在、電子機器の省エネルギー化を図るため、電源アダプタによる電子機器への給電が再検討されている。

また、近時、太陽光発電や風力発電等により発生された電力は、一旦二次電池に蓄えられ、この二次電池に蓄えられた直流電源を例えばインバータにより交流電源に変換して配電系統に供給される。インバータの変換効率は改善されているが、十分ではなく変換損失が生じている。また、交流電源に変換された電力は、電子機器に供給するため、電源アダプタにより直流電源に変換される。しかし、ここでも変換損失が生じている。したがって、自然エネルギーを利用して発生された電力は、直流電源として電子機器に供給されることが望ましい。

さらに、電子機器を例えば自動車内で使用する場合、自動車内で生成された直流電源を交流電源に変換することなく使用できることが望ましい。

特開２００９−１８３１１０号公報 特開２００９−６０６８３号公報 特開２００４−３５７４０８号公報 特開平９−５５８８２号公報 特開２００９−２８４６４６号公報

しかし、現在の電子機器に使用される電源回路としての電源アダプタは、交流電源を直流電源に変換する機能しか有していない。このため、電源アダプタは、直流電源を扱うことが困難であった。

本発明は、交流電源及び直流電源のいずれが供給された場合においても所要の直流電源を出力することが可能な電源回路と電源制御方法を提供しようとするものである。

実施形態によれば、入力端子には、交流電源及び直流電源の一方が入力される。整流回路は、入力端子に接続されている。力率改善回路には、整流回路の出力電圧が供給される。ＤＣ／ＤＣコンバータは、力率改善回路から出力される直流電圧のレベルを変換する。制御部は、整流回路の出力電圧に応じて入力端子に供給された入力電源が交流か直流かを判別し、入力電源が交流である場合、力率改善回路、及びＤＣ／ＤＣコンバータを用いて直流電源を生成し、入力電源が直流である場合、入力された直流電源の電圧に応じて、力率改善回路、及びＤＣ／ＤＣコンバータの動作を制御して直流電源を生成する。

実施形態に係る電源回路の一例を示す回路構成図。 図１に示す各回路の電源供給方法の概念を示す図。 図１に示す各回路のバイパス方法の概念を示す図。 図１に示す電源回路の動作の一例を示すフローチャート。

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係る電源回路を示している。この電源回路は、例えばパーソナルコンピュータの電子機器に接続される電源アダプタの例を示しているが、電源アダプタに限定されるものではなく、電子機器に内蔵されていてもよい。また、電子機器は、パーソナルコンピュータに限定されるものではない。

図１において、電源アダプタＡ１１は、交流電源（ＡＣ）又は直流電源（ＤＣ）が入力される入力端子１１、及び直流電源を出力する出力端子１２を有している。入力端子１１には、ＡＣ入力用フィルタＦ１１が接続されている。このＡＣ入力用フィルタＦ１１は、入力端子１１に供給された交流電源のノイズを除去する。ＡＣ入力用フィルタＦ１１の出力端には、整流回路１３としての例えばブリッジダイオードＢＤ１１が接続されている。この整流回路１３は、入力端子１１に交流電源が入力された場合、それを整流する。

整流回路１３の出力端には、力率改善（Power Factor Correction : ＰＦＣ）回路Ｋ１１が接続されている。ＰＦＣ回路Ｋ１１は、入力電圧を分割するための抵抗Ｒｐ１１、Ｒｐ１２と、チョークコイルＬｐ１１と、チョークコイルＬｐ１１の一次巻線に接続されたスイッチングトランジスタＱｐ１１及び電流検出用抵抗Ｒｐ１３と、整流回路を構成するダイオードＤｐ１１及びコンデンサＣｐ１１により構成されている。

ＰＦＣ回路Ｋ１１の出力端には、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路Ｋ１２が接続されている。このＤＣ／ＤＣコンバータ回路Ｋ１２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路Ｋ１２の入力側の電圧を分割する抵抗Ｒｄ１１、Ｒｄ１２と、トランスＴｄ１１と、トランスＴｄ１１の一次巻線に挿入接続されたスイッチングトランジスタＱｄ１１と、トランスＴｄ１１の二次巻線に接続され、整流回路を構成するダイオードＤｄ１１及びコンデンサＣｄ１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路Ｋ１２の出力側の電圧を分割する抵抗Ｒｄ１３、Ｒｄ１４により構成されている。

ＰＦＣ回路Ｋ１１には、ＰＦＣ制御回路Ｃ１１、第１ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御回路Ｃ１２が接続されている。ＰＦＣ制御回路Ｃ１１の第１の入力端は抵抗Ｒｐ１１、Ｒｐ１２の接続ノードに接続され、第２の入力端はスイッチングトランジスタＱｐ１１と電流検出用抵抗Ｒｐ１３の接続ノードに接続され、第３の入力端はチョークコイルＬｐ１１の補助巻線に接続されている。ＰＦＣ制御回路Ｃ１１の出力端は、スイッチングトランジスタＱｐ１１のゲートに接続されている。

第１ＰＷＭ制御回路Ｃ１２の入力端は、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路Ｋ１２の抵抗Ｒｄ１１とＲｄ１２の接続ノードに接続され、出力端はスイッチングトランジスタＱｐ１１のゲートに接続されている。

ＰＦＣ回路Ｋ１１は、ＰＦＣ制御回路Ｃ１１、第１ＰＷＭ制御回路Ｃ１２により、ＰＦＣ機能モード、昇圧機能モード、停止モードの３つの動作モードで制御される。

（ＰＦＣ機能モード）
ＰＦＣ機能モードは、ＰＦＣ回路Ｃ１１をＰＦＣ回路として動作（自励制御）させるためのモードである。ＰＦＣ制御回路Ｃ１１は、ＰＦＣ回路Ｃ１１の入力電圧、チョークコイルＬｐ１１の電流、スイッチングトランジスタＱｐ１１の電流により、ＰＦＣ回路Ｋ１１の自励制御を行う。すなわち、ＰＦＣ回路Ｋ１１は、次のような動作を行う。

(i) スイッチングトランジスタＱｐ１１をオンさせる。

(ii) 抵抗Ｒｐ１１、Ｒｐ１２の接続ノードから入力された脈流電圧のデータを取り込み、電流検出用抵抗Ｒｓ１３からスイッチングトランジスタＱｐ１１に流れる電流のデータを取り込み、これらデータに基づきスイッチングトランジスタＱｐ１１をオフさせる。

(iii) チョークコイルＬｐ１１の補助巻線からチョークコイルＬｐ１１に流れる電流のデータを取り込み、このデータに基づきスイッチングトランジスタＱｐ１１をオンさせる。

上記(ii) (iii)の動作が繰り返され、ＰＦＣ機能モードが実行される。

（昇圧機能モード）
昇圧機能モードは、ＰＦＣ回路Ｋ１１を昇圧回路として動作（他励制御）させるためのモードである。この昇圧機能モードにおいて、第１ＰＷＭ制御回路Ｃ１２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路Ｋ１２の抵抗Ｒｄ１１、Ｒｄ１２からＤＣ／ＤＣコンバータ回路Ｋ１２の入力電圧のデータを取り込み、このデータに基づき、ＰＦＣ回路Ｋ１１を他励制御（ＰＷＭ制御）する。

（停止モード）
停止モードは、ＰＦＣ回路Ｋ１１の動作を停止させる。

上記３つの動作モードは、スイッチＳｃ１１、Ｓｃ１２によりＰＦＣ制御回路Ｃ１１、第１ＰＷＭ制御回路Ｃ１２の電源を、選択的にオン／オフ（供給／遮断）することにより切換えられる。

一方、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路Ｋ１２は、第２ＰＷＭ制御回路Ｃ１３により、降圧機能モード、停止モードの２つのモードで動作される。

（降圧機能モード）
降圧機能モードにおいて、第２ＰＷＭ制御回路Ｃ１３は、出力側の抵抗Ｒｄ１３、Ｒｄ１４からＤＣ／ＤＣコンバータ回路Ｋ１２の出力電圧のデータを取得し、このデータに基づきＤＣ／ＤＣコンバータ回路Ｋ１２を降圧回路として動作させる。

（停止モード）
停止モードは、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路Ｋ１２を停止させる。

降圧機能モード、停止モードは、スイッチＳｃ１３により第２ＰＷＭ制御回路Ｃ１３の電源をオン／オフ（供給／遮断）することにより切り換えられる。

また、直交判定部Ｃ１４の入力端は、ＰＦＣ回路Ｋ１１の抵抗Ｒｐ１１、Ｒｐ１２の接続ノードに接続されている。直交判定部Ｃ１４は、抵抗Ｒｐ１１、Ｒｐ１２の接続ノードの電圧に基づき、入力端子１１に供給された電源が交流であるか直流であるかを判別する。この判別結果に基づき、後述するように、上記各回路への電源供給、及び電源供給が停止された回路や、入力電源の種類に応じて不要な回路をバイパスさせる制御を行う。

上記直交判定部Ｃ１４、ＰＦＣ制御回路Ｃ１１、第１ＰＷＭ制御回路Ｃ１２、第２ＰＷＭ制御回路Ｃ１３への電源供給は、スイッチＳｓ１１、Ｓｓ１２、Ｓｓ１３を選択的に切り換えることにより行われる。

図１、図２を参照して、電源供給方法の概念について説明する。

（第１電源供給２１）
図２に示す第１電源供給２１は、ブリッジダイオードＢＤ１１の出力端に接続された抵抗Ｒｓ１１及びスイッチＳｓ１１を介して電源供給を行うものであり、初期状態の電源供給である。

（第２電源供給２２）
第２電源供給２２は、ＰＦＣ回路Ｋ１１の出力端より、抵抗Ｒｓ１２、スイッチＳｓ１２を介して電源供給を行う。

（第３電源供給２３）
第３電源供給２３は、トランスＴｄ１のバイアス巻線に発生された電圧をダイオードＤｂ１１、コンデンサＣｂ１１により整流して直流電源を生成する。

上記第１乃至第３電源供給２１、２２、２３は、直交判定部Ｃ１４の判定結果に基づき、スイッチＳｓ１１、Ｓｓ１２、Ｓｓ１３が切り換えられることにより選択される。

（回路のバイパスについて）
また、上記ＡＣ入力用フィルタＦ１１、ブリッジダイオードＢＤ１１、ＰＦＣ回路Ｋ１１、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路Ｋ１２は、入力電源が交流であるか、直流であるかにより選択的に動作され、動作が停止される場合のように、動作させる必要の無い回路は、バイパスされる。

このため、ＡＣ入力用フィルタＦ１１の入力端にスイッチＳｂ１１が接続され、ブリッジダイオードＢＤ１１の出力端にスイッチＳｂ１２が接続され、ＰＦＣ回路Ｋ１１の出力端にスイッチＳｂ１４が接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路Ｋ１２の出力端にスイッチＳｂ１５接続されている。さらに、スイッチＳｂ１２とスイッチＳｂ１４の間にスイッチＳｂ１３が接続されている。

スイッチＳｂ１１〜Ｓｂ１５は、次に示す４通りに制御され、直交判定部Ｃ１４の判定結果に基づき切り換えられ、ＡＣ入力用フィルタＦ１１、ブリッジダイオードＢＤ１１、ＰＦＣ回路Ｋ１１、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路Ｋ１２がバイパスされる。

図３は、スイッチＳｂ１１〜Ｓｂ１５の動作状態に基づくバイパス方法の概念を示している。

第１バイパス３１は、バイパス無しの状態である。このため、スイッチＳｂ１１〜Ｓｂ１５は全てオフ状態に設定される。

第２バイパス３２は、ＡＣ入力用フィルタＦ１１、整流用ブリッジダイオードＢＤ１１、ＰＦＣ回路Ｋ１１をバイパスする。このため、スイッチＳｂ１１はオン状態、スイッチＳｂ１２はオフ状態、スイッチＳｂ１３はオン状態、スイッチＳｂ１４はオン状態、スイッチＳｂ１５はオフ状態に設定される。

第３バイパス３３は、ＡＣ入力用フィルタＦ１１、整流用ブリッジダイオードＢＤ１１をバイパスする。このため、スイッチＳｂ１１はオン状態、スイッチＳｂ１２はオン状態、スイッチＳｂ１３はオフ状態、スイッチＳｂ１４はオフ状態、スイッチＳｂ１５はオフ状態に設定される。

第４バイパス３４は、ＡＣ入力用フィルタＦ１１、ブリッジダイオードＢＤ１１、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路Ｋ１２をバイパスする。このため、スイッチＳｂ１１はオン状態、スイッチＳｂ１２はオン状態、スイッチＳｂ１３はオフ状態、スイッチＳｂ１４はオン状態、スイッチＳｂ１５はオン状態に設定される。

（動作説明）
図４を参照して、図１に示す電源回路の動作について説明する。

初期状態において、スイッチＳｓ１１〜Ｓｓ１２、Ｓｃ１１〜Ｓｃ１３、Ｓｂ１１〜Ｓｂ１５は、スイッチＳｓ１１のみがオン状態に設定され、スイッチＳｓ１２、Ｓｃ１１〜Ｓｃ１３、Ｓｂ１１〜Ｓｂ１５はオフ状態に設定されている。このため、第１電源供給２３としての、抵抗Ｒｓ１１、スイッチＳｓ１１を介して直流判定部Ｃ１４のみが動作可能とされる。

この状態において、入力端子１１に交流電源又は直流電源が供給され場合、入力された交流電源又は直流電源は、ＡＣ入力用フィルタＦ１１を介してブリッジダイオードＢＤ１１に供給される。このブリッジダイオードＢＤ１１の出力電圧は、抵抗Ｒｓ１１、スイッチＳｓ１１を介して直流判定部Ｃ１４に供給される。

直流判定部Ｃ１４は、ＰＦＣ回路Ｋ１１の抵抗Ｒｐ１１、Ｒｐ１２の接続ノードの電圧に基づき、入力端子１１に供給された電源が交流電源であるか直流電源であるかを判別する（Ｓ１１）。

具体的には、直交判定部Ｃ１４は、一定時間の間、入力電圧のレベルの変化を検出し、この検出結果に基づき、入力端子１１に供給された電源が交流電源であるか直流電源であるかを判別する。この検出時間は、例えば５ｍｓとする。この時間５ｍｓは、交流電源の周波数が５０Ｈｚの場合、１／４周期分の時間となる。入力電源が直流である場合、抵抗Ｒｐ１１、Ｒｐ１２の接続ノードの電圧は、検出時間の間、一定である。また、入力電源が交流である場合、抵抗Ｒｐ１１、Ｒｐ１２の接続ノードの電圧は、脈流成分を含むため、検出時間の間、変化する。この検出結果に基づき入力電源が交流電源であるか、直流電源であるかが判別される。

（入力電源が交流電源の場合）
上記判別の結果、入力電源が交流電源であると判別された場合、電源アダプタＡ１１は、第１バイパス４１、すなわち、バイパスが無い状態に設定され、第３電源供給２３により各回路に電源が供給される。つまり、各スイッチの状態は、次のように設定される。

スイッチＳｓ１１：オフ、スイッチＳｓ１２：オフ、
スイッチＳｃ１１：オン、スイッチＳｃ１２：オフ、スイッチＳｃ１３：オン、
スイッチＳｂ１１〜スイッチＳｂ１５：全てオフ。

このため、ＡＣ入力用フィルタＦ１１、ブリッジダイオードＢＤ１１、ＰＦＣ回路Ｋ１１、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路Ｋ１２、ＰＦＣ制御回路Ｃ１１、第１ＰＷＭ制御回路Ｃ１２、第２ＰＷＭ制御回路Ｃ１３が動作される。この状態において、ＰＦＣ回路Ｋ１１は前述したＰＦＣ機能モードで動作され、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路Ｋ１２は前述した降圧機能モードで動作される。すなわち、入力端子１１に供給された交流電源は、ＡＣ入力用フィルタＦ１１を介してブリッジダイオードＢＤ１１により整流され、この整流出力はＰＦＣ回路Ｋ１１で力率が制御される。ＰＦＣ回路Ｋ１１の出力電圧は、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路Ｋ１２により降圧されて出力端子１２より直流電源として出力される。

（入力電源が直流電源の場合（１））
一方、前記ステップＳ１１において、入力電源が直流電源であると判別された場合、直交判定部Ｃ１１は、予め設定されているＤＣ／ＤＣコンバータ回路Ｋ１２の入力電圧の下限値データと、電源アダプタＡ１１の出力電圧の基準値データに基づき、各回路の動作を制御する。

具体的には、入力端子１１に供給された直流電圧（直流入力電圧）とＤＣ／ＤＣコンバータ回路Ｋ１２の入力電圧の下限値データとが比較される（Ｓ１３）。この結果、直流入力電圧がＤＣ／ＤＣコンバータ回路Ｋ１２の入力電圧の下限値データ以上である場合、ＰＦＣ回路Ｋ１１が停止モードとされ、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路Ｋ１２が降圧機能モードに設定される。この場合、第２電源供給２２により、抵抗Ｒｓ１２、スイッチＳｓ１２を介して動作すべき回路に直流電源が供給される。また、バイパスは前述した第２バイパス４２に設定される（Ｓ１４）。

すなわち、直流入力電圧とＤＣ／ＤＣコンバータ回路Ｋ１２の入力電圧の下限値の関係が、（直流入力電圧 ≧ ＤＣ／ＤＣコンバータ回路Ｋ１２の入力電圧の下限値）である場合、各スイッチは次のように設定される。

スイッチＳｓ１１：オフ、Ｓｓ１２：オン、
スイッチＳｃ１１：オフ、Ｓｃ１２：オン、Ｓｃ１３：オン、
スイッチＳｂ１１：オン、Ｓｂ１２：オフ、Ｓｂ１３：オン、Ｓｂ１４：オン、Ｓｂ１５：オフ。

このため、ＡＣ入力用フィルタＦ１１、ブリッジダイオードＢＤ１１、ＰＦＣ回路Ｋ１１がバイパスされ、入力直流電源は、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路Ｋ１２により降圧されて出力端子１２から出力される。

（入力電源が直流電源の場合（２））
前記ステップＳ１３の判別において、直流入力電圧とＤＣ／ＤＣコンバータ回路Ｋ１２の入力電圧の下限値の関係が、（直流入力電圧 ≧ ＤＣ／ＤＣコンバータ回路Ｋ１２の入力電圧の下限値）でないと判別された場合、電源アダプタＡ１１の出力電圧の基準値が直流入力電圧以下であるかどうか（出力電圧の基準値 ≦ 直流入力電圧）が判別される（Ｓ１５）。

この結果、電源アダプタＡ１１の出力電圧の基準値が直流入力電圧以下（出力電圧の基準値 ≦直流入力電圧 ＜ ＤＣ／ＤＣコンバータ回路Ｋ１２の入力電圧の下限値）である場合、ＰＦＣ回路Ｋ１１が昇圧機能モードに設定され、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路Ｋ１２が降圧機能モードに設定されて動作される（Ｓ１６）。この場合、第１電源供給２１により動作すべき回路に電源が供給され、バイパスは、第３バイパス４３に設定される。

すなわち、（出力電圧の基準値 ≦直流入力電圧 ＜ ＤＣ／ＤＣコンバータ回路Ｋ１２の入力電圧の下限値）である場合、各スイッチは次のように設定される。

スイッチＳｓ１１：オン、Ｓｓ１２：オフ、
スイッチＳｃ１１：オフ、Ｓｃ１２：オン、Ｓｃ１３：オン、
スイッチＳｂ１１：オン、Ｓｂ１２：オン、Ｓｂ１３：オフ、Ｓｂ１４：オフ、Ｓｂ１５：オフ。

このため、ＡＣ入力用フィルタＦ１１、ブリッジダイオードＢＤ１１がバイパスされ、上述したように、第１ＰＷＭ制御回路Ｃ１２によりＰＦＣ回路Ｋ１１が他励制御（ＰＷＭ制御）され、ＰＦＣ回路Ｋ１１が昇圧回路として動作する。ＰＦＣ回路Ｋ１１により昇圧された直流電圧はＤＣ／ＤＣコンバータ回路Ｋ１２により降圧され、出力端子１２から出力される。

（入力電源が直流電源の場合（３））
前記ステップＳ１５の判別において、出力電圧の基準値が直流入力電圧より大きいと判別された場合、ＰＦＣ回路Ｋ１１が昇圧機能モードに設定され、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路Ｋ１２が停止モードに設定される（Ｓ１７）。この場合、第１電源供給２１により動作すべき回路に電源が供給され、バイパスは、第４バイパス３４に設定される。

すなわち、（出力電圧の基準値 ＞ 直流入力電圧）である場合、各スイッチは次のように設定される。

スイッチＳｓ１１：オン、Ｓｓ１２：オフ、
スイッチＳｃ１１：オフ、Ｓｃ１２：オン、Ｓｃ１３：オフ、
スイッチＳｂ１１：オン、Ｓｂ１２：オン、Ｓｂ１３：オフ、Ｓｂ１４：オン、Ｓｂ１５：オン。

このため、ＡＣ入力用フィルタＦ１１、ブリッジダイオードＢＤ１１、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路Ｋ１２がバイパスされ、上述したように、第１ＰＷＭ制御回路Ｃ１２によりＰＦＣ回路Ｋ１１が他励制御（ＰＷＭ制御）され、ＰＦＣ回路Ｋ１１が昇圧回路として動作する。ＰＦＣ回路Ｋ１１により昇圧された直流電圧は、出力端子１２から出力される。

尚、上記説明では、先ず、ステップ１３の判別を行い、この後、ステップ１５の判別を行った。しかし、これに限定されるものではなく、ステップ１５の判別を行い、この後、ステップ１３の判別を行うことも可能である。

上記実施形態によれば、直流判定部Ｃ１４により入力端子１１に供給された電源が交流電源であるか直流電源であるかを判別し、入力電源が交流電源である場合、ＰＦＣ回路Ｋ１１をＰＦＣ機能モードに設定し、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路Ｋ１２を降圧機能モードに設定して交流電源を直流電源に変換して出力端子１２に出力し、入力電源が直流電源である場合、直流入力電圧とＤＣ／ＤＣコンバータ回路Ｋ１２の入力電圧の下限値の関係、直流入力電圧と出力電圧の基準値との関係に応じて、ＰＦＣ回路Ｋ１１を停止モードや昇圧機能モードに設定し、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路Ｋ１２を降圧機能モードや停止モードに設定して入力直流電源を所要の直流電源に変換して出力端子１２に出力している。このため、電源アダプタＡ１１に供給される電源が交流電源であっても直流電源であっても、電子機器に所要の直流電源を供給することができる。したがって、自然エネルギーを利用して発生された直流電源や自動車内で生成された直流電源を交流電源に変換することなく、所要の直流電源を生成することが可能であるため、変換損失を低減して、電子機器の直流電源を生成することが可能である。

また、本実施形態の電源アダプタＡ１１は、昇圧回路方式によるＰＦＣ回路Ｋ１１を内蔵し、入力端子１１に交流電源と直流電源のどちらが供給されても電子機器の動作に必要な直流電源を生成することができる。このため、交流入力、及び様々な直流入力に対応した複数の電源アダプタを用意する必要がない。したがって、１つの電源アダプタＡ１１により、交流電源と直流電源を入力とすることができるため、電源アダプタや電子機器の小型化を測ることが可能であり、使い勝っても向上することができる。

さらに、入力端子１１に直流電源が供給された場合、ＰＦＣ回路Ｋ１１を昇圧機能モードで使用することにより、ＤＣ／ＤＣコンバータＫ１２の入力下限値未満の電圧でも動作させることが可能である。

また、入力端子１１に直流電源が供給された場合、入出力条件によって、ＡＣ入力用フィルタＦ１１、ブリッジダイオードＢＤ１１、ＰＦＣ回路Ｋ１１、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路Ｋ１２を選択的にバイパスすることにより、直流電源の変換効率を向上させることができ、省エネルギー効果を向上できる。

さらに、入力端子１１に供給される交流電源、直流電源の入出力条件によって、ＰＦＣ回路Ｋ１１、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路Ｋ１２を、交流電源、直流電源の両方で使用しているため、部品点数を削減でき、装置形状を小型化でき、コストを低減することが可能である。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

Ａ１１…電源アダプタ、１１…入力端子、１２…出力端子、１３…整流回路、ＢＤ１１…ブリッジダイオード、Ｋ１１…ＰＦＣ回路、Ｋ１２…ＤＣ／ＤＣコンバータ回路、Ｃ１１…ＰＦＣ制御回路、Ｃ１２…第１ＰＷＭ制御回路、Ｃ１４…直交判定部、Ｓｂ１１〜Ｓｂ１５…スイッチ、２１，２２，２３…第１、第２、第３電源供給、３１〜３４…第１乃至第４バイパス。

実施形態によれば、入力端子には、交流電源及び直流電源の一方が入力される。整流回路は、入力端子に接続されている。力率改善回路には、整流回路の出力電圧が供給される。ＤＣ／ＤＣコンバータは、力率改善回路から出力される直流電圧のレベルを変換する。バイパス回路は、前記入力端子と前記整流回路、前記力率改善回路、及び前記ＤＣ／ＤＣコンバータに接続され、前記整流回路、前記力率改善回路、及び前記ＤＣ／ＤＣコンバータを選択的にバイパスする。制御部は、整流回路の出力電圧に応じて入力端子に供給された入力電源が交流か直流かを判別し、入力電源が交流である場合、力率改善回路、及びＤＣ／ＤＣコンバータを用いて直流電源を生成し、入力電源が直流である場合、入力された直流電源の電圧に応じて、力率改善回路、及びＤＣ／ＤＣコンバータの動作を制御して直流電源を生成する。さらに、制御部は、前記入力された直流電源の電圧が前記ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧下限値以上である場合、前記力率改善回路を停止させ、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを降圧モードで動作させ、前記バイパス回路により、前記整流回路、及び前記力率改善回路をバイパスさせる。

（ＰＦＣ機能モード）
ＰＦＣ機能モードは、ＰＦＣ回路Ｋ１１をＰＦＣ回路として動作（自励制御）させるためのモードである。ＰＦＣ制御回路Ｋ１１は、ＰＦＣ回路Ｋ１１の入力電圧、チョークコイルＬｐ１１の電流、スイッチングトランジスタＱｐ１１の電流により、ＰＦＣ回路Ｋ１１の自励制御を行う。すなわち、ＰＦＣ回路Ｋ１１は、次のような動作を行う。

このため、ＡＣ入力用フィルタＦ１１の入力端にスイッチＳｂ１１が接続され、ブリッジダイオードＢＤ１１の出力端にスイッチＳｂ１２が接続され、ＰＦＣ回路Ｋ１１の出力端にスイッチＳｂ１４が接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路Ｋ１２の出力端にスイッチＳｂ１５が接続されている。さらに、スイッチＳｂ１２とスイッチＳｂ１４の間にスイッチＳｂ１３が接続されている。

初期状態において、スイッチＳｓ１１〜Ｓｓ１２、Ｓｃ１１〜Ｓｃ１３、Ｓｂ１１〜Ｓｂ１５は、スイッチＳｓ１１のみがオン状態に設定され、スイッチＳｓ１２、Ｓｃ１１〜Ｓｃ１３、Ｓｂ１１〜Ｓｂ１５はオフ状態に設定されている。このため、第１電源供給２１としての、抵抗Ｒｓ１１、スイッチＳｓ１１を介して直流判定部Ｃ１４のみが動作可能とされる。

この状態において、入力端子１１に交流電源又は直流電源が供給された場合、入力された交流電源又は直流電源は、ＡＣ入力用フィルタＦ１１を介してブリッジダイオードＢＤ１１に供給される。このブリッジダイオードＢＤ１１の出力電圧は、抵抗Ｒｓ１１、スイッチＳｓ１１を介して直流判定部Ｃ１４に供給される。

スイッチＳｓ１１：オフ、Ｓｓ１２：オン、
スイッチＳｃ１１：オフ、Ｓｃ１２：オフ、Ｓｃ１３：オン、
スイッチＳｂ１１：オン、Ｓｂ１２：オフ、Ｓｂ１３：オン、Ｓｂ１４：オン、Ｓｂ１５：オフ。

上記実施形態によれば、直交判定部Ｃ１４により入力端子１１に供給された電源が交流電源であるか直流電源であるかを判別し、入力電源が交流電源である場合、ＰＦＣ回路Ｋ１１をＰＦＣ機能モードに設定し、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路Ｋ１２を降圧機能モードに設定して交流電源を直流電源に変換して出力端子１２に出力し、入力電源が直流電源である場合、直流入力電圧とＤＣ／ＤＣコンバータ回路Ｋ１２の入力電圧の下限値の関係、直流入力電圧と出力電圧の基準値との関係に応じて、ＰＦＣ回路Ｋ１１を停止モードや昇圧機能モードに設定し、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路Ｋ１２を降圧機能モードや停止モードに設定して入力直流電源を所要の直流電源に変換して出力端子１２に出力している。このため、電源アダプタＡ１１に供給される電源が交流電源であっても直流電源であっても、電子機器に所要の直流電源を供給することができる。したがって、自然エネルギーを利用して発生された直流電源や自動車内で生成された直流電源を交流電源に変換することなく、所要の直流電源を生成することが可能であるため、変換損失を低減して、電子機器の直流電源を生成することが可能である。

Claims (9)

1. 交流電源及び直流電源の一方が入力される入力端子と、
   前記入力端子に接続された整流回路と、
   前記整流回路の出力電圧が供給される力率改善回路と、
   前記力率改善回路から出力される直流電圧のレベルを変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、
   前記整流回路の出力電圧に応じて前記入力端子に供給された入力電源が交流か直流かを判別し、前記入力電源が交流である場合、前記力率改善回路、及びＤＣ／ＤＣコンバータを用いて直流電源を生成し、前記入力電源が直流である場合、入力された直流電源の電圧に応じて、前記力率改善回路、及びＤＣ／ＤＣコンバータの動作を制御して直流電源を生成する制御部と
   を具備する電源回路。
2. 前記制御部は、前記入力された直流電源の電圧が前記ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧下限値以上である場合、前記力率改善回路を停止させ、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを降圧モードで動作させる請求項１記載の電源回路。
3. 前記制御部は、前記入力された直流電源の電圧が前記ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧下限値より小さく、出力電圧の基準値以上である場合、前記力率改善回路を昇圧モードで動作させ、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを降圧モードで動作させる請求項２記載の電源回路。
4. 前記制御部は、前記入力された直流電源の電圧が前記出力電圧の基準値より小さい場合、前記力率改善回路を昇圧モードで動作させ、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを停止させる請求項３記載の電源アダプタ。
5. 前記整流回路の出力端から第１の電源を供給する第１電源供給手段と、
   前記力率改善回路の出力端から第２の電源を供給する第２電源供給手段と、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータの一部から第３の電源を供給する第３電源供給手段と、
   をさらに具備し、
   前記制御部は、
   前記第１電源供給手段により供給される第１の電源に基づき入力電源が交流電源か直流電源かを判別し、
   前記入力された直流電源の電圧が前記ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧下限値以上である場合、前記第２電源供給手段により供給される第２の電源を前記ＤＣ／ＤＣコンバータに供給し、
   前記入力された直流電源の電圧が前記ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧下限値より小さく、出力電圧の基準値以上である場合、前記第１電源供給により供給される第１の電源を前記力率改善回路、及び前記ＤＣ／ＤＣコンバータに供給し、
   前記入力直流電源の電圧が前記出力電圧の基準値より小さい場合、前記第１電源供給手段により供給される第１の電源を前記力率改善回路に供給する
   請求項４記載の電源回路。
6. 前記入力端と前記整流回路、前記力率改善回路、及び前記ＤＣ／ＤＣコンバータに接続され、前記整流回路、前記力率改善回路、及び前記ＤＣ／ＤＣコンバータを選択的にバイパスするバイパス回路をさらに有し、
   前記制御部は、前記入力された直流電源の電圧が前記ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧下限値以上である場合、前記バイパス回路により、前記整流回路、及び前記力率改善回路をバイパスさせ、
   前記入力された直流電源の電圧が前記ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧下限値より小さく、出力電圧の基準値以上である場合、前記バイパス回路により、前記整流回路をバイパスさせ、
   前記入力直流電源の電圧が前記出力電圧の基準値より小さい場合、前記バイパス回路により、前記整流回路、前記ＤＣ／ＤＣコンバータをバイパスさせる
   請求項５記載の電源回路。
7. 前記力率改善回路を力率改善モードで動作させる第１制御回路と、
   前記力率改善回路を昇圧モードで動作させる第２制御回路と、
   をさらに具備し、
   前記制御部は、前記入力された直流電源の電圧が前記ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧下限値以上である場合、前記第１、第２制御回路を停止させ、
   前記入力された直流電源の電圧が前記ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧下限値より小さく、出力電圧の基準値以上である場合、前記第１制御回路を停止させ、前記第２制御回路を動作させ、
   前記入力直流電源の電圧が前記出力電圧の基準値より小さい場合、前記第１制御回路を停止させ、前記第２制御回路を動作させる
   請求項６記載の電源回路。
8. 入力端子に供給された電源が交流電源であるか直流電源であるかを判別し、
   前記入力端子に供給された電源が交流電源である場合、前記供給された電源を整流し、力率を改善し、降圧して出力すべき直流電圧を生成し、
   前記入力端子に供給された電源が直流電源である場合、入力された直流電源の電圧に応じて、直流電圧の力率改善や昇圧、降圧を選択的に行い出力すべき直流電圧を生成する
   電源制御方法。
9. 前記入力された直流電源の電圧がＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧下限値以上である場合、力率改善回路を停止させ、前記ＤＣ／ＤＣコンバータで前記入力された直流電源の電圧を降圧させ、
   前記入力された直流電源の電圧が前記ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧下限値より小さく、出力電圧の基準値以上である場合、力率改善回路を昇圧モードで動作させ、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを降圧モードで動作させ、
   前記入力された直流電源の電圧が前記出力電圧の基準値より小さい場合、前記力率改善回路を昇圧モードで動作させ、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを停止させる
   請求項８記載の電源制御方法。

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