JP2015043643A

JP2015043643A - 電力供給装置、ａｃアダプタ、および電子機器

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Publication number: JP2015043643A
Application number: JP2013174122A
Authority: JP
Inventors: 健一本木; Kenichi Motoki
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2013-08-26
Filing date: 2013-08-26
Publication date: 2015-03-05
Anticipated expiration: 2033-08-26
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Abstract

【課題】広い電圧範囲に対して高い電力効率で電力供給可能な電力供給装置を提供する。【解決手段】電力供給装置１は、ＡＣ入力に接続され、外部から供給される電圧変更制御信号ＳVC1にしたがって、ＡＣ入力を所望の電圧値に変化させて出力するＡＣ／ＤＣコンバータ３００と、ＡＣ／ＤＣコンバータ３００の出力とＤＣ出力との間に接続され、ＡＣ／ＤＣコンバータ４００からの出力を、外部から供給される電圧変更制御信号ＳVC2にしたがって、所望の電圧値に変化させてＤＣ出力するＤＣ／ＤＣコンバータ４００とを備え、前段のＡＣ／ＤＣコンバータ３００と後段のＤＣ／ＤＣコンバータ４００を連動して出力電圧を所望の目標電圧に変化させる。【選択図】図４

Description

本発明は、電力供給装置、ＡＣアダプタ、および電子機器に関し、特に、電力線を通信伝送線として用いて周辺機器に応じた電力を供給する技術に好適な電力供給装置、およびそれを搭載したＡＣアダプタおよび電子機器に関する。

従来、電力供給を伴う通信規格に対応した端末装置と電力線搬送通信ネットワークとの間で相互通信可能な直流コンセントが提供されている（例えば、特許文献１参照。）。

データ線を用いた電力供給技術には、パワーオーバーイーサネット（ＰｏＥ：Power Over Ethernet）技術やユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ：Universal Serial Bus）技術がある（例えば、非特許文献１参照。）。

ＵＳＢ技術には、供給電力レベルに応じて、最大２．５ＷのＵＳＢ２．０、最大４．５ＷのＵＳＢ３．０、最大７．５Ｗのバッテリー充電規格ＢＣＳ１．２がある。

また、ＵＳＢパワーデリバリー仕様１．０は、従来のケーブルやコネクタとも互換性を備え、ＵＳＢ２．０やＵＳＢ３．０、ＵＳＢバッテリー充電規格ＢＣＳ１．２とも共存する独立した規格である。この規格では、電圧５Ｖ〜１２Ｖ〜２０Ｖ、電流１．５Ａ〜２Ａ〜３Ａ〜５Ａの範囲内で、充電電流・電圧を選択可能であり、１０Ｗ・１８Ｗ・３６Ｗ・６５Ｗ・最大１００ＷまでＵＳＢ充電・給電可能である。

このような電力供給を実施する電源として、ＤＣ／ＤＣコンバータがあり、ＤＣ／ＤＣコンバータには、例えば絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ（例えば、フライバック・コンバータ、フォワード・コンバータ）が用いられる。

特開２０１１−８２８０２号公報

"特集データ線で電力供給"、日経エレクトロニクス、２０１２年１０月９日、ｐｐ．２３−４０

一般に、例えば１０Ｗ〜１００Ｗの範囲で所望の電圧に変化させると、出力電圧によって電力効率が劣化する場合があり、そのため、広い電圧範囲に対して高い電力効率で電力を供給することが求められる。

本発明の目的は、広い電圧範囲に対して高い電力効率で電力供給可能な電力供給装置、それを搭載したＡＣアダプタおよび電子機器を提供することにある。

本発明の一態様によれば、ＡＣ入力に接続され、第１の電圧変更制御信号にしたがって、ＡＣ入力を所望の電圧値に変化させて出力するＡＣ／ＤＣコンバータと、前記ＡＣ／ＤＣコンバータの出力とＤＣ出力との間に接続され、第２の電圧変更制御信号にしたがって、前記ＡＣ／ＤＣコンバータの出力を、所望の電圧値に変化させてＤＣ出力するＤＣ／ＤＣコンバータとを備え、前記ＡＣ／ＤＣコンバータと前記ＤＣ／ＤＣコンバータを連動して出力電圧を所望の目標電圧に変化させる電力供給装置が提供される。

本発明の別の態様によれば、ＡＣ入力に接続され、第１の電圧変更制御信号にしたがって、ＡＣ入力を所定数の所望の電圧値に変化させてマルチポート出力するＡＣ／ＤＣコンバータと、前記ＡＣ／ＤＣコンバータのマルチポート出力とＤＣ出力との間に接続され、前記ＡＣ／ＤＣコンバータのマルチポート出力のうち最適な電圧を選択入力し、第２の電圧変更制御信号にしたがって、所望の電圧値に変化させてＤＣ出力するＤＣ／ＤＣコンバータとを備え、前記ＡＣ／ＤＣコンバータと前記ＤＣ／ＤＣコンバータを連動して出力電圧を所望の目標電圧に変化させる電力供給装置が提供される。

本発明のさらに別の態様によれば、ＡＣ入力に接続され、ＡＣ入力を所定数の所定の電圧値に変化させてマルチポート出力するＡＣ／ＤＣコンバータと、前記ＡＣ／ＤＣコンバータのマルチポート出力とＤＣ出力との間に接続され、前記ＡＣ／ＤＣコンバータのマルチポート出力のうち最適な電圧を選択入力し、第２の電圧変更制御信号にしたがって、所望の電圧値に変化させてＤＣ出力するＤＣ／ＤＣコンバータとを備え、前記ＡＣ／ＤＣコンバータと前記ＤＣ／ＤＣコンバータを連動して出力電圧を所望の目標電圧に変化させる電力供給装置が提供される。

本発明のさらに別の態様によれば、上記の電力供給装置を搭載したＡＣアダプタが提供される。

本発明のさらに別の態様によれば、上記の電力供給装置を搭載した電子機器が提供される。

本発明によれば、広い電圧範囲に対して高い電力効率で電力供給可能な電力供給装置、およびそれを搭載したＡＣアダプタおよび電子機器を提供することができる。

比較例１に係る電力供給装置の模式的回路ブロック構成図。比較例２に係る電力供給装置の模式的ブロック構成図。（ａ）比較例２の変形例１に係る電力供給装置の模式的ブロック構成図、（ｂ）比較例２の変形例２に係る電力供給装置の模式的ブロック構成図。第１の実施の形態に係る電力供給装置の模式的ブロック構成図。第１の実施の形態に係る電力供給装置における出力電圧と電力効率との関係を例示する図であって、（ａ）図４に示したＡＣ／ＤＣコンバータ３００における出力電圧と電力効率との関係、（ｂ）図４に示したＤＣ／ＤＣコンバータ４００における出力電圧と電力効率との関係。（ａ）第１の実施の形態の変形例１に係る電力供給装置の模式的ブロック構成図、（ｂ）第１の実施の形態の変形例２に係る電力供給装置の模式的ブロック構成図。比較例１、２に係る電力供給装置および第１の実施の形態に係る電力供給装置における出力電圧と電力効率との関係を例示する図。第２の実施の形態に係る電力供給装置の模式的ブロック構成図。第２の実施の形態の変形例に係る電力供給装置の模式的ブロック構成図。第２の実施の形態に係る電力供給装置のマルチポート出力／選択の一例を説明するための模式的回路ブロック構成図。第２の実施の形態に係る電力供給装置のマルチポート出力／選択の一例を説明するための別の模式的回路ブロック構成図。

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。

又、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施の形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施の形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

（比較例１）
比較例１に係る電力供給装置１Ａは、図１に例示するように、ＡＣ入力・ＤＣ出力間に配置され、トランス１５・ダイオードＤ１・キャパシタＣ１およびトランス１５の１次側インダクタンスＬ１と接地電位との間に直列接続されるＭＯＳトランジスタＱ１などから構成されるフライバック型のＤＣ／ＤＣコンバータ１３と、ＭＯＳトランジスタＱ１を制御する制御部１（符号３０）と、ＡＣ入力と制御部１（符号３０）間に接続され、制御部１（符号３０）に電源を供給するＡＣ／ＤＣコンバータと、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の出力とＤＣ出力間に接続され、電圧変更制御を行う制御部２（符号１８）と、制御部２（符号１８）に接続され、出力情報を制御部１（符号３０）にフィードバックする絶縁回路２０とを備える。

ＡＣ／ＤＣコンバータは、図１に示すように、ＡＣ入力に接続され、フィルタ回路１２・ダイオード整流ブリッジ１４などから構成される。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１３は、ダイオード整流方式の構成を備え、ＤＣ入力ラインには、接地電位との間にキャパシタＣ３が接続され、ＤＣ出力ラインには、接地電位との間にキャパシタＣ２が接続されている。

絶縁回路２０には、キャパシタ、フォトカプラ、トランスなどを適用可能である。また、用途に応じて、絶縁ドライバ付き双方向トランス、双方向素子などを適用しても良い。

比較例１に係る電力供給装置１Ａは、制御部２（符号１８）の帰還信号を制御することにより、ＡＣ入力を所望の電圧値に変化させて、ＤＣ出力として出力することができる。しかしながら、比較例１に係る電力供給装置では、予め所定の出力電圧に最適化されたトランス１５を用いて出力電圧を得ているため、トランスが最適化された所定の電圧（フィッティング電圧）と、所望の電圧との差が大きくなるにつれて、電力効率も劣化する。そのため、広い出力電圧範囲において良好な電力効率を実現するのは困難である。

（比較例２）
比較例２に係る電力供給装置１Ｂは、図２に例示するように、ＡＣ入力に接続されたＡＣ／ＤＣコンバータ１００と、ＡＣ／ＤＣコンバータ１００とＤＣ出力との間に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ２００とを備える。ＡＣ／ＤＣコンバータ１００は、例えば、図１に示した比較例１に係る電力供給装置１Ａと同様の内部構成を有しても良い。

比較例２に係る電力供給装置１Ｂにおいて、ＡＣ／ＤＣコンバータ１００は、ＡＣ入力Ｖ_ｉから最大電圧を生成してＤＣ出力電圧（固定値）Ｖ_COとして出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２００は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１００からのＤＣ出力電圧（固定値）Ｖ_COを、外部から供給される電圧変更制御信号Ｓ_VCにしたがって所望のＤＣ可変出力電圧Ｖ_VOとして可変出力する。

しかしながら、比較例２に係る電力供給装置１Ｂでは、出力電圧によって変化するデューティ比が偏ると電力効率が劣化するため、広い出力電圧範囲のすべての範囲において良好な電力効率を実現するのは困難である。

また、比較例２の変形例１に係る電力供給装置１Ｂは、図３（ａ）に例示されるように、ＡＣ入力に接続されたＡＣ／ＤＣコンバータ１００と、ＡＣ／ＤＣコンバータ１００とＤＣ出力との間に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ２００と、電圧変更制御信号Ｓ_VCをＤＣ／ＤＣコンバータ２００に供給する電圧変更制御部１２０とを備える。

また、比較例２の変形例２に係る電力供給装置１Ｂは、図３（ｂ）に例示されるように、電圧変更制御信号Ｓ_VCを供給する電圧変更制御部１２０が、ＤＣ／ＤＣコンバータ２００Ａ内部に一体化されている。

比較例２の変形例１乃至２に係る電力供給装置１Ｂにおいても、ＡＣ／ＤＣコンバータ１００は、ＡＣ入力Ｖ_iから最大電圧を生成してＤＣ出力電圧（固定値）Ｖ_COとして出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２００Ａは、ＡＣ／ＤＣコンバータ１００からのＤＣ出力電圧（固定値）Ｖ_COを、電圧変更制御部１２０から入力される電圧変更制御信号Ｓ_VCにしたがって所望のＤＣ可変出力電圧Ｖ_VOとして可変出力する。

しかしながら、比較例２の変形例１乃至２に係る電力供給装置１Ｂでは、出力電圧によって変化するデューティ比が偏ると電力効率が劣化するため、広い出力電圧範囲において良好な電力効率を実現するのは困難である。

[第１の実施の形態]
第１の実施の形態に係る電力供給装置１は、図４に例示するように、ＡＣ入力に接続され、外部から供給される電圧変更制御信号Ｓ_VC1にしたがって、ＡＣ入力Ｖ_iを所望のＤＣ出力電圧（固定値）Ｖ_FOに変化させて出力するＡＣ／ＤＣコンバータ３００と、ＡＣ／ＤＣコンバータ３００の出力とＤＣ出力との間に接続され、ＡＣ／ＤＣコンバータ３００からのＤＣ出力電圧（固定値）Ｖ_FOを、外部から供給される電圧変更制御信号Ｓ_VC2にしたがって、所望のＤＣ可変出力電圧Ｖ_VOとして可変出力するＤＣ／ＤＣコンバータ４００とを備え、前段のＡＣ／ＤＣコンバータ３００と後段のＤＣ／ＤＣコンバータ４００を連動してＤＣ可変出力電圧Ｖ_VOを所望の目標電圧に変化させる。

より具体的には、ＡＣ／ＤＣコンバータ３００は、外部から供給される電圧変更制御信号Ｓ_VC1にしたがって、ＡＣ入力Ｖ_iを所望のＤＣ電圧値に変化させて、ＤＣ出力電圧（固定値）Ｖ_FOとして出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ４００は、ＡＣ／ＤＣコンバータ４００からのＤＣ出力電圧（固定値）Ｖ_FOを、外部から供給される電圧変更制御信号Ｓ_VC2にしたがって、所望のＤＣ可変出力電圧Ｖ_VOとして可変出力する。このようにして、前段のＡＣ／ＤＣコンバータ３００と後段のＤＣ／ＤＣコンバータ４００を連動してＤＣ可変出力電圧Ｖ_VOを所望の目標電圧に変化させる。

第１の実施の形態に係る電力供給装置１は、電力線を通信伝送線として用いて周辺機器に応じた出力電圧値の電力を供給する、通信機能を備えた可変電源として用いることもできる。

ＡＣ／ＤＣコンバータ３００は、図５（ａ）に例示されるように、トランスが最適化された所定の電圧（フィッティング電圧Ｖ_F1）を挟んだ電圧Ｖ_a1〜電圧Ｖ_a2の範囲において、高い電力効率で電力を供給することができる。一方で、ＤＣ／ＤＣコンバータ４００は、図５（ｂ）に例示されるように、所定の電圧（フィッティング電圧Ｖ_F2）を挟んだ電圧Ｖ_d1〜電圧Ｖ_d2の範囲において、高い電力効率で電力を供給することができる。したがって、前段のＡＣ／ＤＣコンバータ３００と後段のＤＣ／ＤＣコンバータ４００を連動して出力電圧を所望の目標電圧に変化させ、それぞれのコンバータの効率が良好な箇所によって補い合うことで、図７の曲線Ａに示すように、幅広い出力電圧範囲ΔＶ_O＝Ｖ_e1〜Ｖ_e2において、効率劣化を抑えた良好な電力効率を実現することができる。なお、図７において、曲線Ｂは、比較例２に係る電力供給装置における出力電圧と電力効率との関係を示しており、曲線Ｃは、比較例１に係る電力供給装置における出力電圧と電力効率との関係を示している。図７から明らかなように、第１の実施の形態に係る電力供給装置１によれば、比較例１に係る電力供給装置１Ａ若しくは比較例２に係る電力供給装置１Ｂに比べて、より広い出力電圧範囲ΔＶ_O＝Ｖ_e1〜Ｖ_e2において高い電力効率で電力を供給することができる。

（変形例１）
第１の実施の形態の変形例１に係る電力供給装置１は、図６（ａ）に例示されるように、ＡＣ入力に接続されたＡＣ／ＤＣコンバータ３００と、ＡＣ／ＤＣコンバータ３００出力とＤＣ出力との間に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ４００と、電圧変更制御信号Ｓ_VC1をＡＣ／ＤＣコンバータ３００に供給する電圧変更制御部１４０と、電圧変更制御信号Ｓ_VC2をＤＣ／ＤＣコンバータ４００に供給する電圧変更制御部１６０とを備える。

第１の実施の形態の変形例１に係る電力供給装置１は、前段のＡＣ／ＤＣコンバータ３００と後段のＤＣ／ＤＣコンバータ４００を連動して出力電圧を所望の目標電圧に変化させる。より具体的には、ＡＣ／ＤＣコンバータ３００は、電圧変更制御部１４０から入力される電圧変更制御信号Ｓ_VC1にしたがって、ＡＣ入力Ｖ_iを所望の電圧値に変化させて、ＤＣ出力電圧（固定値）Ｖ_FOとして出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ４００は、ＡＣ／ＤＣコンバータ４００からのＤＣ出力電圧（固定値）Ｖ_FOを、電圧変更制御部１６０から入力される電圧変更制御信号Ｓ_VC2にしたがって、所望のＤＣ可変出力電圧Ｖ_VOに変化させて出力する。このようにして、前段のＡＣ／ＤＣコンバータ３００と後段のＤＣ／ＤＣコンバータ４００を連動してＤＣ可変出力電圧Ｖ_VOを所望の目標電圧に変化させる。

第１の実施の形態の変形例１に係る電力供給装置１においても、前段のＡＣ／ＤＣコンバータ３００と後段のＤＣ／ＤＣコンバータ４００を連動して出力電圧を所望の目標電圧に変化させ、それぞれのコンバータの効率が良好な箇所によって補い合うことで、図７の曲線Ａに示すように、幅広い出力電圧範囲Ｖ_e1〜Ｖ_e2において、効率劣化を抑えた良好な電力効率を実現することができる。

（変形例２）
第１の実施の形態の変形例２に係る電力供給装置１は、図６（ｂ）に例示されるように、ＡＣ入力に接続されたＡＣ／ＤＣコンバータ３００Ａと、ＡＣ／ＤＣコンバータ３００Ａの出力とＤＣ出力との間に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ４００Ａとを備え、ＡＣ／ＤＣコンバータ３００Ａは、電圧変更制御信号Ｓ_VC1をＡＣ／ＤＣコンバータ３００Ａに供給する電圧変更制御部１４０を備え、ＤＣ／ＤＣコンバータ４００Ａは、電圧変更制御信号Ｓ_VC2をＤＣ／ＤＣコンバータ４００Ａに供給する電圧変更制御部１６０を備える。すなわち、電圧変更制御部１４０をＡＣ／ＤＣコンバータ３００Ａ内部に一体化し、電圧変更制御部１６０をＤＣ／ＤＣコンバータ４００Ａ内部に一体化したことを除けば、第１の実施の形態の変形例１に係る電力供給装置と同様の構成である。

このように、電圧変更制御部１４０をＡＣ／ＤＣコンバータ３００Ａ内部に統合し、あるいは、電圧変更制御部１６０をＤＣ／ＤＣコンバータ４００Ａ内部に統合して、集積回路（ＩＣ：Integrated Circuit）として構成することもできる。

第１の実施の形態の変形例２に係る電力供給装置１においても、前段のＡＣ／ＤＣコンバータ３００と後段のＤＣ／ＤＣコンバータ４００を連動して出力電圧を所望の目標電圧に変化させる。より具体的には、ＡＣ／ＤＣコンバータ３００は、電圧変更制御部１４０から入力される電圧変更制御信号Ｓ_VC1にしたがって、ＡＣ入力を所望の電圧値に変化させて、ＤＣ出力（固定値）として出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ４００は、ＡＣ／ＤＣコンバータ４００からのＤＣ出力電圧（固定値）Ｖ_FOを、電圧変更制御部１６０から入力される電圧変更制御信号Ｓ_VC2にしたがって、所望のＤＣ可変出力電圧Ｖ_VOとして可変出力する。このようにして、前段のＡＣ／ＤＣコンバータ３００と後段のＤＣ／ＤＣコンバータ４００を連動してＤＣ可変出力電圧Ｖ_VOを所望の目標電圧に変化させる。

第１の実施の形態の変形例２に係る電力供給装置１においても、前段のＡＣ／ＤＣコンバータ３００と後段のＤＣ／ＤＣコンバータ４００を連動して出力電圧を所望の目標電圧に変化させ、それぞれのコンバータの効率が良好な箇所によって補い合うことで、図７の曲線Ａに示すように、幅広い出力電圧範囲Ｖ_e1〜Ｖ_e2において、良好な電力効率を実現することができる。

第１の実施の形態およびその変形例に係る電力供給装置によれば、前段のＡＣ／ＤＣコンバータ３００と後段のＤＣ／ＤＣコンバータ４００のそれぞれのコンバータの効率が良好な箇所によって補い合うことで、幅広い出力電圧範囲において、良好な電力効率を実現することができる。

第１の実施の形態およびその変形例によれば、広い電圧範囲に対して高い電力効率で電力供給可能な電力供給装置を提供することができる。

[第２の実施の形態]
第２の実施の形態に係る電力供給装置２は、図８に例示するように、ＡＣ入力に接続され、電圧変更制御信号Ｓ_VC1にしたがって、ＡＣ入力を所定数の所望の電圧値に変化させてマルチポート(Ｎ₁〜Ｎ₃)出力するＡＣ／ＤＣコンバータ３００と、ＡＣ／ＤＣコンバータ３００のマルチポート出力とＤＣ出力との間に接続され、ＡＣ／ＤＣコンバータ３００のマルチポート出力のうち最適な電圧を選択入力し、電圧変更制御信号Ｓ_VC2にしたがって、所望のＤＣ可変出力電圧Ｖ_ROに変化させＤＣ出力するＤＣ／ＤＣコンバータ４００とを備え、前段のＡＣ／ＤＣコンバータ３００と後段のＤＣ／ＤＣコンバータ４００を連動して出力電圧を所望の目標電圧に変化させる。

より具体的には、ＡＣ／ＤＣコンバータ３００は、外部から供給される電圧変更制御信号Ｓ_VC1にしたがって、ＡＣ入力を所定数の所望の電圧値（図８に示す例では、マルチポート(Ｎ₁〜Ｎ₃)の３値）に変化させて、ＤＣ出力（多値）として出力する（マルチポート出力）。ＤＣ／ＤＣコンバータ４００は、ＡＣ／ＤＣコンバータ３００からのマルチポート(Ｎ₁〜Ｎ₃)出力のうち、ＤＣ／ＤＣコンバータ４００にとって最適な電圧を選択入力し（マルチポート選択）、外部から供給される電圧変更制御信号Ｓ_VC2にしたがって、所望のＤＣ可変出力電圧Ｖ_ROに変化させて出力する。このようにして、前段のＡＣ／ＤＣコンバータ３００と後段のＤＣ／ＤＣコンバータ４００を連動して出力電圧を所望の目標電圧に変化させる。

（変形例）
第２の実施の形態の変形例に係る電力供給装置２の模式的ブロック構成は、図９に例示するように、ＡＣ入力に接続され、ＡＣ入力を所定数の所定の電圧値に変化させてマルチポート出力するＡＣ／ＤＣコンバータ３００と、ＡＣ／ＤＣコンバータ３００のマルチポート出力とＤＣ出力との間に接続され、ＡＣ／ＤＣコンバータ３００のマルチポート出力のうち、最適な電圧を選択入力し、電圧変更制御信号Ｓ_VC2にしたがって、所望のＤＣ可変出力電圧Ｖ_ROに変化させＤＣ出力するＤＣ／ＤＣコンバータ４００とを備え、前段のＡＣ／ＤＣコンバータ３００と後段のＤＣ／ＤＣコンバータ４００を連動して出力電圧を所望の目標電圧に変化させる。

より具体的には、ＡＣ／ＤＣコンバータ３００は、ＡＣ入力を所定数の所定の電圧値（図９に示す例では、マルチポート(Ｎ₁〜Ｎ₃)出力の３値）に変化させて、ＤＣ出力（多値）としてマルチポート出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ４００は、ＡＣ／ＤＣコンバータ３００からのマルチポート出力のうち、ＤＣ／ＤＣコンバータ４００にとって最適な電圧を選択入力し（マルチポート選択）、外部から供給される電圧変更制御信号Ｓ_VC2にしたがって、所望のＤＣ可変出力電圧Ｖ_ROに変化させＤＣ出力する。このようにして、前段のＡＣ／ＤＣコンバータ３００と後段のＤＣ／ＤＣコンバータ４００を連動して出力電圧を所望の目標電圧に変化させる。

第２の実施の形態およびその変形例に係る電力供給装置２は、電力線を通信伝送線として用いて周辺機器に応じた出力電圧値の電力を供給する、通信機能を備えた可変電源として用いることもできる。

第２の実施の形態に係る電力供給装置２のマルチポート出力／選択の一例（２値の例）を説明するための模式的回路ブロック構成は、図１０に例示される。

図１０に示すように、ＡＣ入力に接続され、ヒューズ１１・チョークコイル１２・ダイオード整流ブリッジ１４・キャパシタＣ５・Ｃ６・Ｃ３などから構成されるＡＣ／ＤＣコンバータ３００を備える。

また、トランス１５の１次側の補助巻き線により構成された補助インダクタンスＬ４と、補助インダクタンスＬ４に並列接続されたダイオードＤ２・キャパシタＣ４とを備え、キャパシタＣ４から１次側コントローラ３０に直流電圧ＶＣＣが供給される。

さらに、図１０に示すように、ＡＣ／ＤＣコンバータ出力・出力間に配置され、トランス１５・ＭＯＳトランジスタＭ１・Ｍ２・キャパシタＣ１１・Ｃ２１およびトランス１５の１次側インダクタンスＬ１と接地電位との間に直列接続されるＭＯＳトランジスタＱ１および抵抗ＲＳから構成されるマルチポート出力対応可能な同期整流型のＤＣ／ＤＣコンバータ１３と、ＭＯＳトランジスタＱ１を制御する１次側コントローラ３０と、キャパシタＣ１２・Ｃ２２を介して出力に接続され、出力電圧Ｖ₀₁・Ｖ₀₂と出力電流Ｉ₀₁・Ｉ₀₂を制御可能な２次側コントローラ（ＰＤ１）１８１・（ＰＤ２）１８２と、２次側コントローラ１８１・１８２に接続され、かつＤＣ／ＤＣコンバータ１３のマルチ出力に接続され、マルチ出力情報を１次側コントローラ３０にフィードバックするための制御用ＤＣ／ＤＣコンバータ１７と、制御用ＤＣ／ＤＣコンバータ１７に接続され、マルチ出力情報を１次側コントローラ３０にフィードバックするための絶縁回路２０とを備える。

制御用ＤＣ／ＤＣコンバータ１７は、マルチポート出力対応可能な同期整流型のＤＣ／ＤＣコンバータ１３のＭＯＳトランジスタＭ１・Ｍ２のゲートに接続されており、ＭＯＳトランジスタＭ１・Ｍ２を制御することで、出力電圧Ｖ₀₁・Ｖ₀₂を一定に保持可能である。

出力ポート数が複数存在する場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３のトランス１５の２次側インダクタンスＬ２からマルチタップ形式で出力を取り出そうとすると、複数ポートの出力電圧は、２次側インダクタンスＬ２の巻き数比とＤＣ／ＤＣコンバータ１３への入力側へのフィードバックの割合に依存する。このため、複数ポートの出力電圧を一定に保持することが難しいが、図１０の構成例においては、マルチポート出力対応可能な同期整流型のＤＣ／ＤＣコンバータ１３のＭＯＳトランジスタＭ１・Ｍ２を制御することで、出力電圧Ｖ₀₁・Ｖ₀₂を一定に保持可能である。

また、制御用ＤＣ／ＤＣコンバータ１７と１次側コントローラ３０との間の接続ライン１７ａを介して、制御用ＤＣ／ＤＣコンバータ１７と１次側コントローラ３０との間には、同期信号が双方向に伝送可能である。

また、制御用ＤＣ／ＤＣコンバータ１７と絶縁回路２０との間の接続ライン１７ｂを介して、制御用ＤＣ／ＤＣコンバータ１７から出力電力情報のみが絶縁回路２０を介して、１次側コントローラ３０にフィードバックされる。

図１０の構成例は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３に同期整流方式を採用しているため、ＤＣ／ＤＣ電力変換効率を増大することができ、マルチポート出力対応可能である。

第２の実施の形態に係る電力供給装置のマルチポート出力／選択の一例（２値の例）を説明するための別の模式的回路ブロック構成は、図１１に例示される。

図１１に示すように、ＡＣ入力に接続され、ヒューズ１１・チョークコイル１２・ダイオード整流ブリッジ１４・キャパシタＣ５・Ｃ６・Ｃ３などから構成されるＡＣ／ＤＣコンバータを備える。

さらに、図１１に示すように、ＡＣ／ＤＣコンバータ出力・出力間に配置され、トランス１５・ダイオードＤ１１・Ｄ２１・キャパシタＣ０１・Ｃ０２およびトランス１５の１次側インダクタンスＬ１と接地電位との間に直列接続されるＭＯＳトランジスタＱ１および抵抗ＲＳから構成されるマルチポート出力対応可能なダイオード整流型のＤＣ／ＤＣコンバータ１３と、ＭＯＳトランジスタＱ１を制御する１次側コントローラ３０と、キャパシタＣ１２・Ｃ２２を介して出力に接続され、出力電圧Ｖ₀₁・Ｖ₀₂と出力電流Ｉ₀₁・Ｉ₀₂を制御可能な２次側コントローラ（ＰＤ１）１８１・（ＰＤ２）１８２と、２次側コントローラ１８１・１８２に接続され、かつＤＣ／ＤＣコンバータ１３のマルチ出力に接続され、マルチ出力情報を１次側コントローラ３０にフィードバックするための制御用ＤＣ／ＤＣコンバータ１７と、制御用ＤＣ／ＤＣコンバータ１７に接続され、マルチ出力情報を１次側コントローラ３０にフィードバックするための絶縁回路２０とを備える。

さらに、図１１に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の出力とマルチポート出力との間に接続されたＭＯＳトランジスタＭ１・Ｍ２を備える。

制御用ＤＣ／ＤＣコンバータ１７は、ＭＯＳトランジスタＭ１・Ｍ２のゲートに接続されており、ＭＯＳトランジスタＭ１・Ｍ２を制御することで、出力電圧Ｖ₀₁・Ｖ₀₂を一定に保持可能である。その他の構成は、図１０と同様である。

なお、第２の実施の形態に係る電力供給装置においても、第１の実施の形態の変形例１に係る電力供給装置と同様に、電圧変更制御信号Ｓ_VC1をＡＣ／ＤＣコンバータ３００に供給する電圧変更制御部１４０と、電圧変更制御信号Ｓ_VC2をＤＣ／ＤＣコンバータ４００に供給する電圧変更制御部１６０とを備えてもよいし、あるいは、第１の実施の形態の変形例２に係る電力供給装置と同様に、電圧変更制御部１４０をＡＣ／ＤＣコンバータ３００内部に一体化し、電圧変更制御部１６０をＤＣ／ＤＣコンバータ４００内部に一体化してもよい。

また、第２の実施形態では、２値又は３値のマルチポート出力／選択の例を示したが、マルチポートの数はこれらに限定されず、必要に応じて変更することができる。

第２の実施の形態およびその変形例に係る電力供給装置によれば、前段のマルチポート出力ＡＣ／ＤＣコンバータと、後段のマルチポーチ選択ＤＣ／ＤＣコンバータを連動してそれぞれのコンバータの効率が良好な箇所によって補い合うことで、幅広い出力電圧範囲において、良好な電力効率を実現することができる。

第２の実施の形態およびその変形例によれば、広い電圧範囲に対して高い電力効率で電力供給可能な電力供給装置を提供することができる。

また、第１〜第２の実施の形態に係る電力供給装置を搭載したＡＣアダプタを提供することもできる。第１〜第２の実施の形態に係る電力供給装置を搭載したＡＣアダプタによれば、広い電圧範囲に対して高い電力効率で電力供給可能である。

また、幅広い出力電圧範囲において、良好な電力効率を実現可能なマルチポート対応のＡＣアダプタを提供することができる。

第１〜第２の実施の形態に係る電力供給装置を搭載可能な電子機器としては、例えば、モニタ、外部ハードディスクドライブ、セットトップボックス、ラップトップＰＣ、タブレットＰＣ、スマートホン、バッテリーチャージャーシステム、パーソナルコンピュータ、ディスプレイ、プリンタ、掃除機、冷蔵庫、ファクシミリ、電話機のいずれかである。

また、第１〜第２の実施の形態に係る電力供給装置は、フライバックＤＣ／ＤＣコンバータに限定されず、フィードフォワードＤＣ／ＤＣコンバータにおいても適用可能である。

以上説明したように、本実施の形態によれば、広い電圧範囲に対して高い電力効率で電力を供給することができる電力供給装置、およびそれを搭載したＡＣアダプタおよび電子機器を提供することができる。

[その他の実施の形態]
上記のように、実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

本発明の電力供給装置、ＡＣアダプタは、ＰｏＥ、ＵＳＢ、およびその他同種のものなどの電力線を用いて電力供給を行う電力供給装置として用いることができ、家電機器、モバイル機器などに幅広く適用可能である。

また、本発明の電力供給装置、ＡＣアダプタは、単に電圧変更が可能な電源等に対しても適用可能である。

１、１Ａ、１Ｂ、２…電力供給装置
１１…ヒューズ
１２…チョークコイル（フィルタ回路）
１３…ＤＣ／ＤＣコンバータ
１４…ダイオード整流ブリッジ
１５…トランス
１６…同期整流制御回路
１７…制御用ＤＣ／ＤＣコンバータ
１７ａ…接続ライン
１７ｂ…接続ライン
１８…制御部２（２次側コントローラ）
２０…絶縁回路
３０…制御部１（１次側コントローラ）
１００…ＡＣ／ＤＣコンバータ
１６０…電圧変更制御部
１８１、１８２…２次側コントローラ
２００、２００Ａ…ＤＣ／ＤＣコンバータ
３００、３００Ａ…ＡＣ／ＤＣコンバータ
４００、４００Ａ…ＤＣ／ＤＣコンバータ
Ｓ_VC、Ｓ_VC1、Ｓ_VC2…電圧変更制御信号
Ｖ_VO、Ｖ_RO…ＤＣ可変出力電圧
Ｖ_CO、Ｖ_FO…ＤＣ出力電圧（固定値）
Ｖ_F1、Ｖ_F2…フィッティング電圧

Claims

ＡＣ入力に接続され、第１の電圧変更制御信号にしたがって、ＡＣ入力を所望の電圧値に変化させて出力するＡＣ／ＤＣコンバータと、
前記ＡＣ／ＤＣコンバータの出力とＤＣ出力との間に接続され、第２の電圧変更制御信号にしたがって、前記ＡＣ／ＤＣコンバータの出力を、所望の電圧値に変化させてＤＣ出力するＤＣ／ＤＣコンバータと
を備え、
前記ＡＣ／ＤＣコンバータと前記ＤＣ／ＤＣコンバータを連動して出力電圧を所望の目標電圧に変化させることを特徴とする電力供給装置。
ＡＣ入力に接続され、第１の電圧変更制御信号にしたがって、ＡＣ入力を所定数の所望の電圧値に変化させてマルチポート出力するＡＣ／ＤＣコンバータと、
前記ＡＣ／ＤＣコンバータのマルチポート出力とＤＣ出力との間に接続され、前記ＡＣ／ＤＣコンバータのマルチポート出力のうち最適な電圧を選択入力し、第２の電圧変更制御信号にしたがって、所望の電圧値に変化させてＤＣ出力するＤＣ／ＤＣコンバータとを備え、
前記ＡＣ／ＤＣコンバータと前記ＤＣ／ＤＣコンバータを連動して出力電圧を所望の目標電圧に変化させることを特徴とする電力供給装置。
前記第１の電圧変更制御信号は、外部から前記ＡＣ／ＤＣコンバータに供給され、前記第２の電圧変更制御信号は、外部から前記ＤＣ／ＤＣコンバータに供給されることを特徴とする請求項１又は２に記載の電力供給装置。
前記第１の電圧変更制御信号を前記ＡＣ／ＤＣコンバータに供給する第１の電圧変更制御部と、
前記第２の電圧変更制御信号を前記ＤＣ／ＤＣコンバータに供給する第２の電圧変更制御部と
をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の電力供給装置。
前記ＡＣ／ＤＣコンバータは、前記第１の電圧変更制御信号を供給する第１の電圧変更制御部を備え、前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記第２の電圧変更制御信号を供給する第２の電圧変更制御部を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の電力供給装置。
ＡＣ入力に接続され、ＡＣ入力を所定数の所定の電圧値に変化させてマルチポート出力するＡＣ／ＤＣコンバータと、
前記ＡＣ／ＤＣコンバータのマルチポート出力とＤＣ出力との間に接続され、前記ＡＣ／ＤＣコンバータのマルチポート出力のうち最適な電圧を選択入力し、第２の電圧変更制御信号にしたがって、所望の電圧値に変化させてＤＣ出力するＤＣ／ＤＣコンバータとを備え
前記ＡＣ／ＤＣコンバータと前記ＤＣ／ＤＣコンバータを連動して出力電圧を所望の目標電圧に変化させることを特徴とする電力供給装置。
前記第２の電圧変更制御信号は、外部から前記ＤＣ／ＤＣコンバータに供給されることを特徴とする請求項６に記載の電力供給装置。
前記第２の電圧変更制御信号を前記ＤＣ／ＤＣコンバータに供給する第２の電圧変更制御部をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の電力供給装置。
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記第２の電圧変更制御信号を供給する第２の電圧変更制御部を備えることを特徴とする請求項６に記載の電力供給装置。
請求項１〜９のいずれか１項に記載の電力供給装置を搭載したことを特徴とするＡＣアダプタ。
請求項１〜９のいずれか１項に記載の電力供給装置を搭載したことを特徴とする電子機器。
前記電子機器は、モニタ、外部ハードディスクドライブ、セットトップボックス、ラップトップＰＣ、タブレットＰＣ、スマートホン、バッテリーチャージャーシステム、パーソナルコンピュータ、ディスプレイ、プリンタ、掃除機、冷蔵庫、ファクシミリ、電話機のいずれかであることを特徴とする請求項１１に記載の電子機器。