JP2016178843A - 電力制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電源からの供給電力が不足する場合に第１の負荷に対して優先的に電力を供給しつつ、第２の負荷に供給される電力が著しく低下してしまうことを抑制する。【解決手段】電力制御装置１は、第１の負荷２０と第２の負荷３０に対して電力を供給する電源１０と、電源１０から第１及び第２の負荷２０，３０に対して供給される供給電力を検知する電力検知部１３と、電力検知部１３によって供給電力が所定電力を超えることが検知されたとき、第２の負荷３０に対して出力される電流Ｉ２を規制する電流規制回路１４と、電流規制回路１４によって電流Ｉ２が規制されていないときに電源１０から第２の負荷３０に供給される電力を蓄積するキャパシタ１５とを備える。キャパシタ１５は、電流規制回路１４によって電流Ｉ２が規制されるときには、蓄積した電力を第２の負荷３０に供給し、電源１０から第２の負荷３０に供給される電力を補充する。【選択図】図１

Description

本発明は、電源から負荷に供給される電力を制御する電力制御装置に関する。

ＤＣ／ＤＣコンバータやＡＣ／ＤＣコンバータなどの電源は、負荷を駆動するために供給可能な電力に上限値がある。そのため、従来は、負荷で消費される消費電力を予測し、その予測した消費電力が主電源の供給電力を超える場合には、負荷に対する電力供給源を主電源から予め充電しておいたキャパシタに切り替えて負荷を駆動するものが提案されている（例えば特許文献１、２）。

特開２００４−２３６４９２号公報 特開２００９−２９８０８１号公報

しかしながら、従来の技術では、負荷に対する電力供給源を主電源から完全にキャパシタに切り替えるため、キャパシタから十分な電力を供給できない場合には負荷を正常に駆動させることができないという問題がある。

一方、電源からの供給電力によって複数の負荷が駆動される場合、電源からの供給電力が所定電力よりも低下してしまうと直ぐに動作不良となってしまう負荷と、比較的使用可能な電力幅が広く、電源からの供給電力が低下してしまっても動作不良には至らずに動作し得る負荷とが同時に駆動されることもある。そのような場合には、電源からの供給電力が低下することによって直ぐに動作不良となってしまう負荷に対して優先的に電力を供給できるようにすることが好ましい。

そこで本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、電源からの供給電力が不足する場合に第１の負荷に対して優先的に電力を供給しつつ、第２の負荷に供給される電力が著しく低下してしまうことを抑制することにより、第２の負荷が動作不良となってしまうことを防止できるようにした電力制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、第１に、本発明は、電力制御装置であって、第１の負荷と第２の負荷に対して電力を供給する電源と、前記電源から前記第１及び第２の負荷に対して供給される供給電力を検知する電力検知手段と、前記電力検知手段によって前記供給電力が所定電力を超えることが検知されたとき、前記第２の負荷に対して出力される電流を規制する電流規制手段と、前記電流規制手段によって前記電流が規制されていないとき、前記電源から前記第２の負荷に供給される電力を蓄積するキャパシタと、を備え、前記キャパシタは、前記電流規制手段によって前記電流が規制されるときには、蓄積した電力を前記第２の負荷に供給し、前記電源から前記第２の負荷に供給される電力を補充することを特徴とする構成である。

かかる構成によれば、電源からの供給電力が所定電力を超えるときには、第１の負荷に対して優先的に電力を供給しつつ、第２の負荷に供給される電力をキャパシタから補充することができる。

第２に、本発明は、上記第１の構成を有する電力制御装置において、前記電流規制手段は、前記供給電力が所定電力を超えないときにオン状態となり、前記第２の負荷に前記電源から出力される電流を流すＭＯＳトランジスタを備え、前記ＭＯＳトランジスタは、前記供給電力が所定電力を超えるときに線形領域で動作することにより、前記電源から前記第２の負荷に流す電流を規制する構成である。

第３に、本発明は、上記第１又は第２の構成を有する電力制御装置において、前記第２の負荷は、スピーカーであることを特徴とする構成である。

第４に、本発明は、上記第１乃至第３のいずれかの構成を有する電力制御装置において、前記第２の負荷で消費される消費電力を調整する消費電力調整回路を更に備え、前記電力検知手段は、前記供給電力が所定電力を超えるとき、前記消費電力調整回路を制御することにより前記第２の負荷で消費される消費電力を低下させることを特徴とする構成である。

本発明によれば、電源からの供給電力が不足するときには第１の負荷に対して優先的に電力を供給しつつ、第２の負荷に供給される電力が著しく低下してしまうことを抑制することができるため、第１の負荷を安定して駆動し続けることができると共に、第２の負荷が動作不良となってしまうことを防止することができる。

電力制御装置の構成を示す図である。 第１の負荷における消費電力の変化を示す図である。 電源からの供給電力が所定電力を超えていない場合の動作例を示す図である。 電源からの供給電力が所定電力を超える場合の動作例を示す図である。

以下、本発明に関する好ましい実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。尚、以下に説明する実施形態において互いに共通する部材には同一符号を付しており、それらについての重複する説明は省略する。

図１は、本発明における電力制御装置１の構成を示す図である。この電力制御装置１は、ＡＣ／ＤＣコンバータで構成される電源１０を備え、その電源１０から供給される電力で第１の負荷２０と第２の負荷３０とを同時に駆動する装置である。第１の負荷２０は、例えばＬＣＤ（Liquid Crystal Display）２１とＬＣＤドライバ２２とを備えており、ＬＣＤドライバ２２が電源１０から供給される電力によってＬＣＤ２１を駆動することにより、静止画像や動画像などの様々な画像をＬＣＤ２１に表示する。第２の負荷３０は、スピーカー３１と、パワーＭＯＳトランジスタで構成される２つのスイッチング素子３２，３３とを備えて構成され、ＬＣＤ２１で表示される画像と同期した音響出力を行う。電力制御装置１は、更にドライバ回路３４を備える。そして第２の負荷３０におけるスイッチング素子３２，３３は、ドライバ回路３４によって駆動される。例えばドライバ回路３４は、ＬＣＤ２１で表示される画像に同期した音響信号ＳＩＧを入力し、その音響信号ＳＩＧに基づいて各スイッチング素子３２，３３をスイッチングさせることにより、音響信号ＳＩＧを電源１０から供給される電力で増幅し、スピーカー３１を駆動する。ここでドライバ回路３４は、音圧調整回路３５を備えており、音圧調整回路３５がスピーカー３１から音響出力される際の音圧レベルを決定する。この音圧調整回路３５は、第２の負荷３０で消費される消費電力を調整するための消費電力調整回路３６として機能するものである。

電源１０は、キャパシタ１１によって平滑化される所定の電圧Ｖ１（例えば１９Ｖ）を出力し、第１及び第２の負荷２０，３０に対して所定電力（例えば６０Ｗ）を上限値とする電力を供給する。ここで第１の負荷２０は、例えば図２に示すように３００Ｈｚの一定周期で消費電力が４５Ｗと１５Ｗとに変化し、電源１０からの供給電力が消費電力に満たないときにはＬＣＤ２１における表示画像にちらつきなどが生じるので動作不良となる。これに対し、第２の負荷３０は、音圧調整回路３５で決定された音圧レベルに基づき例えば定常的に３０Ｗの消費電力で動作し、一定の音圧レベルで音響出力を行うように構成される。ただし、第２の負荷３０は、電源１０からの供給電力が３０Ｗの消費電力に満たない場合であっても音響出力を継続することは可能であり、動作不良には至らない。つまり、第１の負荷２０は、電源１０から供給される電力の低下によって動作不良になりやすい負荷であるのに対し、第２の負荷３０は、第１の負荷２０よりも動作不良になり難い負荷である。

上記構成において、例えば第１の負荷２０で消費される消費電力が４０Ｗであり、第２の負荷３０で消費される消費電力が３０Ｗである場合、第１及び第２の負荷２０，３０の双方で消費される消費電力が合計７０Ｗとなり、電源１０から供給可能な電力の上限値（例えば６０Ｗ）を超える。そのため、本実施形態の電力制御装置１は、第１及び第２の負荷２０，３０で消費される消費電力の合計値が電源１０から供給可能な電力の上限値を超える場合、電源１０から供給される電力を動作不良となりやすい第１の負荷２０に対して優先的に供給し、第２の負荷３０に対して電源１０から供給される電力を制限する。ただし、電源１０から第２の負荷３０に対する電力供給を制限すると、スピーカー３１の出力パワーが低下するので音圧レベルが低下する可能性がある。そのため、電力制御装置１は、第２の負荷３０に対する電力供給を制限している状態のときには、第２の負荷３０に対する供給電力の不足分を電源１０とは異なる手段で補うことにより、スピーカー３１の出力パワーの低下を抑制できるように構成される。以下、このような電力制御装置１について詳しく説明する。

電力制御装置１は、電源１０の出力側に介挿される抵抗１２と、その抵抗１２の両端の電圧Ｖ１，Ｖ２に基づいて電源１０から第１及び第２の負荷２０，３０に供給される供給電力を検知する電力検知部１３と、電力検知部１３によって電源１０からの供給電力が所定電力を超える場合に電源１０から第２の負荷３０に対して出力される電流Ｉ２を規制する電流規制回路１４と、電流規制回路１４と第２の負荷３０との間に設けられるキャパシタ１５とを備える構成である。

図１に示すように、第１の負荷２０は、抵抗１２と電流規制回路１４との間に接続され、電圧Ｖ２が印加されると共に、抵抗１２を流れる電流Ｉから電流Ｉ１を引き込んでＬＣＤ２１を駆動する。上述のように第１の負荷２０は消費電力を周期的に変化させるため、第１の負荷２０に流れ込む電流Ｉ１は周期的に変化する。

電力検知部１３は、抵抗１２の両端の電圧差（Ｖ１−Ｖ２）を基準電圧Ｖｒｅｆと比較し、電源１０からの供給電力が所定電力（例えば６０Ｗ）を超えるか否かを検知する。基準電圧Ｖｒｅｆは、電源１０から上限値となる電力が供給されているときに抵抗１２で生じる電位差（Ｖ１−Ｖ２）と同じ値に予め設定されている。そのため、電力検知部１３は、抵抗１２の両端の電圧差（Ｖ１−Ｖ２）が基準電圧Ｖｒｅｆよりも小さいときには電源１０からの供給電力が所定電力未満であることを検知し、抵抗１２の両端の電圧差（Ｖ１−Ｖ２）が基準電圧Ｖｒｅｆよりも大きいときには電源１０からの供給電力が所定電力を超えていることを検知する。そして電力検知部１３は、そのような検知結果に基づき電流規制回路１４を制御する。

電流規制回路１４は、電力検知部１３によって電源１０からの供給電力が所定電力を超えないことが検知されたときには、電源１０から第２の負荷３０に対して供給される電流Ｉ２を規制せずに第２の負荷３０を駆動する。これに対し、電力検知部１３によって電源１０からの供給電力が所定電力を超えることが検知されたときには、電源１０から第２の負荷３０に対して供給される電流Ｉ２を規制し、電源１０からの供給電力が所定電力を超えないようにして電源１０にかかる負荷を軽減する。

キャパシタ１５は、上述のように電流規制回路１４と第２の負荷３０との間に設けられており、電流規制回路１４によって電源１０から第２の負荷３０に対して供給される電流Ｉ２が規制されていないときに電荷を蓄積する。すなわち、キャパシタ１５は、電流規制回路１４によって電源１０から第２の負荷３０に対して供給される電流Ｉ２が規制されていないときに充電を行い、電源１０から第２の負荷３０に供給される電力の一部を蓄積する。そして電流規制回路１４によって電源１０から第２の負荷３０に対して供給される電流Ｉ２が規制されるとき、キャパシタ１５は、放電を行い、蓄積した電力を第２の負荷３０に供給し、電源１０から第２の負荷３０に供給される電力を補充する。すなわち、キャパシタ１５は、電流規制回路１４によって電流Ｉ２が規制された状態のときに電源１０から第２の負荷３０に供給される電力の不足分を補うことにより、第２の負荷３０における消費電力が所定値（例えば３０Ｗ）から急激に低下してしまうことを抑制し、第２の負荷３０の動作を安定させるように機能する。

したがって、第２の負荷３０は、電流規制回路１４によって電流Ｉ２が規制された状態であっても、キャパシタ１５から電力が供給されることにより、スピーカー３１の出力パワーを一定の状態に維持することが可能となり、一定の音圧レベルでの音響出力を継続することができる。

図３及び図４は電流規制回路１４の具体的な構成例とその動作を示す図であり、図３は電力検知部１３によって電源１０からの供給電力が所定電力を超えていないことが検知された場合の動作を示しており、図４は電源１０からの供給電力が所定電力を超えたことが検知された場合の動作を示している。図３及び図４に示すように電流規制回路１４は、例えばＰ型ＭＯＳトランジスタ１４ａによって構成される。電力検知部１３は、電源１０から供給される電力の検知結果に応じてＭＯＳトランジスタ１４ａのゲートに入力させる信号を制御することにより、ＭＯＳトランジスタ１４ａの動作状態を制御する。すなわち、電力検知部１３は、電源１０からの供給電力が所定電力を超えていないときにはＭＯＳトランジスタ１４ａをオン状態とする。これに対し、電源１０からの供給電力が所定電力を超えているとき、電力検知部１３は、ＭＯＳトランジスタ１４ａを線形領域で動作させる。

これにより、ＭＯＳトランジスタ１４ａは、電源１０からの供給電力が所定電力を超えていないときには、図３に示すように電源１０から第２の負荷３０に対して出力される電流Ｉ２を流す。この電流Ｉ２は、キャパシタ１５に供給される電流Ｉ３と第２の負荷３０に供給される電流Ｉ４とに分流され、電流Ｉ３がキャパシタ１５を充電し、電流Ｉ４が第２の負荷３０を駆動する。尚、キャパシタ１５の一端の電圧Ｖ３が抵抗１２の一端側の電圧Ｖ２とほぼ等しい状態にまで充電されると、それ以後、電流Ｉ３は流れなくなり、電流Ｉ４が電流Ｉ２に等しくなる。

これに対し、電源１０からの供給電力が所定電力を超えるときには、ＭＯＳトランジスタ１４ａが線形領域で動作することにより、電源１０から供給される電流Ｉ２が規制される。このとき、ＭＯＳトランジスタ１４ａは、電源１０から供給される電流Ｉ２を完全に遮断するのではなく、ドレイン・ソース間のオン抵抗に応じた電流Ｉ２を第２の負荷３０へ供給する。その結果、電源１０から第２の負荷３０に供給される電流Ｉ２が減少するため、図４に示すようにキャパシタ１５から第２の負荷３０に対して電流Ｉ５が流れるようになり、第２の負荷３０は、ＭＯＳトランジスタ１４ａのドレイン・ソース間のオン抵抗に応じた電流Ｉ２とキャパシタ１５から供給される電流Ｉ５との合計によって駆動される。したがって、第２の負荷３０は、電流Ｉ２が減少することによる電力の不足分をキャパシタ１５から供給される電流Ｉ５で補うことができるので、スピーカー３１の出力パワーを低下させることなく、音響出力を継続することができる。

ところで、キャパシタ１５が第２の負荷３０に対して電流Ｉ５を供給する状態が長時間に亘って継続すると、キャパシタ１５の一端の電圧Ｖ３が次第に低下していく。そして電圧Ｖ３の低下に伴い、スピーカー３１の出力パワーが次第に低下する。これを抑制するため、電力検知部１３は、電流規制回路１４を制御して電源１０から第２の負荷３０に供給される電流Ｉ２を規制するとき、図１に示すように、ドライバ回路３４に消費電力調整回路３６として設けられた音圧調整回路３５を制御することにより、第２の負荷３０で消費される消費電力を低下させることが好ましい。これにより、スピーカー３１が音響出力を行うために必要となる電流（Ｉ２＋Ｉ５）が小さくなるため、キャパシタ１５の一端側の電圧Ｖ３が緩やかに低下していくようになり、比較的長時間に亘って第２の負荷３０を安定した状態で駆動し続けることができるようになる。

以上のように本実施形態の電力制御装置１は、第１の負荷２０と第２の負荷３０に対して電力を供給する電源１０と、その電源１０から第１及び第２の負荷２０，３０に対して供給される供給電力を検知する電力検知部１３と、電力検知部１３によって供給電力が所定電力を超えることが検知されたとき、第２の負荷３０に対して出力される電流Ｉ２を規制する電流規制回路１４と、電流規制回路１４によって電流Ｉ２が規制されていないとき、電源１０から第２の負荷３０に供給される電力を蓄積するキャパシタ１５とを備える構成である。そしてキャパシタ１５は、電流規制回路１４によって電流Ｉ２が規制されるときには、蓄積した電力を第２の負荷３０に供給し、電源１０から第２の負荷３０に供給される電力を補充する。すなわち、キャパシタ１５が単独で第２の負荷３０を駆動するのではなく、電源１０から第２の負荷３０に供給される電力の不足分を補って第２の負荷３０を駆動する。このような構成によれば、電源１０からの供給電力が不足する場合に、第１の負荷２０に対して優先的に電力を供給しつつ、第２の負荷３０に供給される電力が著しく低下してしまうことを抑制することができるようになり、第２の負荷３０が動作不良となってしまうことを防止することが可能である。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述したものに限定されるものではなく、種々の変形例が適用可能である。例えば、上記実施形態では、第１の負荷２０がＬＣＤ２１を備えて構成され、第２の負荷３０がスピーカー３１を備えて構成される場合を例示したが、これに限られるものではない。すなわち、第１の負荷２０はモーターなどのような他の負荷であっても良いし、また第２の負荷３０もスピーカー３１以外の負荷であっても構わない。

また上記実施形態では、第１の負荷２０の消費電力が周期的に変化し、第２の負荷の消費電力が一定の状態で駆動される場合を例示した。しかし、これに限られるものではなく、第１及び第２の負荷２０，３０のうちのいずれか一方、若しくは双方の消費電力が周期的に変化するものであっても良い。また第１及び第２の負荷２０，３０のうちのいずれか一方、若しくは双方の消費電力の変化は必ずしも周期的なものでなくても良い。すなわち、上述した電力制御装置１は、第１及び第２の負荷２０，３０のうちのいずれか一方、若しくは双方の消費電力が周期的に又は不定期に変化する場合において、第１及び第２の負荷２０，３０の双方による瞬時的な最大消費電力を供給可能な電源１０を実装しなくても良いため、部品コストを安く抑えることができるという点で有利である。

また上記実施形態では、電源１０がＡＣ／ＤＣコンバータで構成される場合を例示したが、これに限られるものでもない。例えば電源１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータで構成されるものであっても構わない。

１…電力制御装置、１０…電源、１３…電力検知部（電力検知手段）、１４…電流規制回路（電流規制手段）、１４ａ…ＭＯＳトランジスタ、１５…キャパシタ、２０…第１の負荷、３０…第２の負荷、３１…スピーカー、３５…音圧調整回路（消費電力調整回路３６）。

Claims (4)

1. 第１の負荷と第２の負荷に対して電力を供給する電源と、
   前記電源から前記第１及び第２の負荷に対して供給される供給電力を検知する電力検知手段と、
   前記電力検知手段によって前記供給電力が所定電力を超えることが検知されたとき、前記第２の負荷に対して出力される電流を規制する電流規制手段と、
   前記電流規制手段によって前記電流が規制されていないとき、前記電源から前記第２の負荷に供給される電力を蓄積するキャパシタと、
   を備え、
   前記キャパシタは、前記電流規制手段によって前記電流が規制されるときには、蓄積した電力を前記第２の負荷に供給し、前記電源から前記第２の負荷に供給される電力を補充することを特徴とする電力制御装置。
2. 前記電流規制手段は、前記供給電力が所定電力を超えないときにオン状態となり、前記第２の負荷に前記電源から出力される電流を流すＭＯＳトランジスタを備え、
   前記ＭＯＳトランジスタは、前記供給電力が所定電力を超えるときに線形領域で動作することにより、前記電源から前記第２の負荷に流す電流を規制することを特徴とする請求項１に記載の電力制御装置。
3. 前記第２の負荷は、スピーカーであることを特徴とする請求項１又は２に記載の電力制御装置。
4. 前記第２の負荷で消費される消費電力を調整する消費電力調整回路を更に備え、
   前記電力検知手段は、前記供給電力が所定電力を超えるとき、前記消費電力調整回路を制御することにより前記第２の負荷で消費される消費電力を低下させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電力制御装置。

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