JP2021005939A

JP2021005939A - 電源装置

Info

Publication number: JP2021005939A
Application number: JP2019118130A
Authority: JP
Inventors: 泰博藤井; Yasuhiro Fujii
Original assignee: Nichicon Corp
Current assignee: Nichicon Corp
Priority date: 2019-06-26
Filing date: 2019-06-26
Publication date: 2021-01-14
Anticipated expiration: 2039-06-26
Also published as: JP7252072B2

Abstract

【課題】電源を復帰させる際に消費する電力を低減することを可能にした電源装置を提供する。【解決手段】電源装置１は、交流電源１０からの交流入力電圧を、負荷５に応じた電圧に変換して出力する装置であって、交流入力電圧を整流するブリッジダイオードＤ１と、ブリッジダイオードＤ１の出力電圧を平滑して直流電圧を発生させる平滑用コンデンサＣ１と、電源装置１の動作の異常の有無を検出し、異常を検出した場合に電源装置１の出力を停止させる異常検出回路１３と、異常検出回路１３が異常を検出した際に、平滑用コンデンサＣ１に蓄えられている電荷を放電させる放電動作を開始し、平滑用コンデンサＣ１の放電が終了するまで放電動作状態を保持する放電回路１４と、出力を停止している電源装置１が再起動して正常に動作復帰した場合に、放電回路１４における放電動作状態の保持を解除するリセット回路２０と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、電源装置に関するものである。

近年、オープンフレームタイプの電源装置が増えてきており、電源装置のメンテナンスの際に、１次平滑用電解コンデンサに電圧が残っていると、サービスマンが感電するおそれがある。そのため、電源装置の動作に異常が検出されて出力停止にした際に、１次平滑用電解コンデンサの残留電荷を放電させる必要がある。特に、待機電力用の電源装置においては制御ＩＣの性能が上がってきており、消費電力が年々減り続けてきていることから、より平滑用電解コンデンサの放電がしにくくなっている。

そこで、従来、電源装置に、動作異常が検出されて停止した際に起動して、１次平滑用電解コンデンサの残留電荷を放電させる放電回路を設けたものがある。これにより、サービスマンを感電から保護することが可能になる。

また、従来、この種の技術として、特許文献１に記載された技術がある。特許文献１には、電源電圧の低下を低電圧検出回路が検出した場合に、電源コンデンサ放電回路によって、電源コンデンサの電荷を放電させることにより、電源電圧を短時間で実質ゼロに低下させるようにし、停電復帰でデジタル処理回路のリセット機能を確実に動作させる、という技術について開示されている。

特開２００２−１６５１５５号公報

図６に示す表は、本願発明者による、放電回路動作無しおよび放電回路動作状態における電源装置の動作復帰に要した入力電力の比較結果を示すものである。図６に示すように、放電回路動作状態においては、放電回路動作無しの場合よりも電力が消費されている。この場合、例えば、サービスマンが異常を取り除いた後、放電回路が動作状態のまま電源装置の出力を再開させた場合には、電源装置の動作復帰にかかる電力を必要以上に消費してしまうおそれがある。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、電源を復帰させる際に消費する電力を低減することを可能にした電源装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明は、次に記載する構成を備える。

（１）入力電圧を所定の電圧に変換して出力する電源装置であって、入力平滑用に接続された第１のコンデンサと、装置動作の異常を検出した場合に出力を停止させる異常検出回路と、当該異常検出回路が異常を検出した際に、前記第１のコンデンサに蓄えられている電荷を放電させる放電動作を開始するとともに、当該放電動作を保持する放電回路と、出力停止後に装置が再起動して正常に動作復帰した場合に、前記放電回路における放電動作の保持状態を解除するリセット回路と、を備えたことを特徴としている。

（１）によれば、異常検出回路が異常を検出して出力停止となった後、装置が再起動して正常に動作復帰した場合に、リセット回路が、放電回路における放電動作の保持状態を解除（リセット）することにより、放電回路が第１のコンデンサに蓄えられている電荷を放出させない状態となる。これにより、放電回路が放電動作状態のまま装置が再起動して正常に動作復帰しても、放電回路がリセットされて放電動作を行わないため、放電回路において電力が消費されることを抑えることができる。

（２）（１）において、前記リセット回路は、装置が再起動して正常に動作復帰した場合に充電を開始する第２のコンデンサと、充電時に前記第２のコンデンサに流れる充電電流に基づいて、オン／オフ状態が切り替わることにより、前記放電回路における放電動作の保持状態を解除する切替部とを有することを特徴としている。

（２）によれば、リセット回路の第２のコンデンサは、装置が出力停止状態から出力を再開し、出力電圧が正常に復帰した場合に充電を開始する。つまり、装置の出力電圧が正常に復帰した場合に、第２のコンデンサに電流が流れるため、第２のコンデンサが電源装置の復帰をモニタする機能を果たすようになる。そして、第２のコンデンサに流れる充電電流に基づいて切替部のオン／オフ状態が切り替わることにより、放電回路における放電動作の保持状態が解除される。このように、コンデンサ（第２のコンデンサ）と切替部という少ない部品点数でリセット回路を構成することが可能になり、低コスト化を図ることができる。

（３）（２）において、前記放電回路は、ラッチ状態保持／解除可能な回路素子を有し、前記第２のコンデンサに流れる充電電流により前記切替部がオフ状態からオン状態に切り替わることで、前記回路素子のラッチ保持状態を解除し前記放電回路における放電動作の保持状態が解除されることを特徴としている。

（３）によれば、放電回路は、ラッチ状態保持／解除可能な回路素子を有し、第２のコンデンサに流れる充電電流により切替部がオフ状態からオン状態に切り替わることで、回路素子のラッチ保持状態を解除し放電回路における放電動作の保持状態を解除することができる。ラッチ状態保持／解除可能な回路素子としては、サイリスタまたはサイリスタ結合されたトランジスタを好適に用いることができる。

（４）トランスを介して前記入力電圧を所定の電圧に変換して出力する（２）または（３）の電源装置であって、前記第２のコンデンサの一方端が前記切替部に接続される一方、他方端が前記トランスの補助巻線部に接続されていることを特徴としている。

（４）によれば、トランスを介して入力電圧を所定の電圧に変換して出力する電源装置において、第２のコンデンサの一方端が切替部に接続される一方、他方端がトランスの補助巻線部に接続されている構成を採用することで、簡易な構成により装置の復帰をモニタするとともに放電動作の保持状態を解除することができる。

本発明によれば、電源を復帰させる際に消費する電力を低減することができる。

本発明の一実施形態における電源装置１の構成を示す回路図である。リセット回路２０および放電回路１４の回路図である。リセット回路および放電回路の動作を示すタイムチャートである。電源装置１の動作復帰に必要な消費電力を示す表である。本発明の他の実施形態における電源装置１の要部を示す回路図である。放電回路動作無しおよび放電回路動作状態における電源装置の動作復帰に要した入力電力の比較結果を示す表である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

［電源装置の構成］
図１は、本発明の一実施形態における電源装置１の構成を示す回路図である。電源装置１は、ブリッジダイオードＤ１と、平滑用コンデンサ（本発明の「第１のコンデンサ」に相当）Ｃ１と、一次巻線Ｔ１ａ、二次巻線Ｔ１ｂおよび補助巻線Ｔ１ｃを有するトランスＴ１と、スイッチング素子Ｑ１と、整流ダイオードＤ３と、コンデンサＣ３と、出力回路１１と、駆動回路１２と、異常検出回路１３と、放電回路１４と、リセット回路２０と、を備えている。

一次巻線Ｔ１ａはブリッジダイオードＤ１を介して交流電源１０に接続され、二次巻線Ｔ１ｂは出力回路１１を介して負荷５に接続されている。交流電源１０から入力された交流電圧は、ブリッジダイオードＤ１によって整流され、コンデンサＣ１によって平滑された後、駆動回路１２によってスイッチング素子Ｑ１がスイッチング動作をすることによって再び交流電圧に変換され、一次巻線Ｔ１ａに供給される。一次巻線Ｔ１ａに供給された交流電圧は、二次巻線Ｔ１ｂに誘起電圧を発生させ、この誘起電圧は、出力回路１１によって直流化されて負荷５に出力される。

補助巻線Ｔ１ｃにおける誘起電圧は、整流ダイオードＤ３およびコンデンサＣ３によって直流化される。整流ダイオードＤ３とコンデンサＣ３との間に異常検出回路１３およびリセット回路２０が接続される。異常検出回路１３は、補助巻線Ｔ１ｃにおける誘起電圧から駆動用電圧を取得する。

異常検出回路１３は、出力回路１１の出力をモニタして異常を検出した場合に、駆動回路１２にスイッチング素子Ｑ１のスイッチングを停止させる停止信号を出力する。駆動回路１２は、停止信号を受信した場合にスイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作を停止させる。これにより、電源装置１からの直流電圧の出力が停止する。また、異常検出回路１３は、異常を検出した場合に、放電回路１４に対して放電開始を指示する信号（放電信号Ｈｉ、図３参照）を送信する。

放電回路１４は、異常検出回路１３から放電開始を指示する信号（放電信号Ｈｉ、図３参照）を受け取った場合に、平滑用コンデンサＣ１の電荷を放電させる放電動作を開始する。また、放電回路１４は、放電動作を開始した後、異常検出回路１３からの信号にかかわらず、コンデンサＣ１の電荷の放電が終了するまで放電動作状態を保持する、いわゆる、ラッチ保持回路からなる。ラッチ保持回路素子としては、例えばサイリスタを用いることができる。

リセット回路２０は、整流ダイオードＤ３とコンデンサＣ３との間（図１参照。以下、この部位をＡ点と称する）の電圧、すなわち補助巻線Ｔ１ｃの整流電圧が正常電圧に復帰したことを検出した場合に、放電回路１４をリセットするものである。ここで、放電回路１４をリセットするとは、放電動作状態のまま保持している状態を解除することである。つまり、リセット後の放電回路１４は、異常検出回路１３が異常を検知しない限り、平滑用コンデンサＣ１の電荷を放電させない状態となる。

［リセット回路および放電回路の構成］
図２は、リセット回路２０および放電回路１４の回路図である。リセット回路２０は、トランジスタＱ２と、コンデンサ（本発明の「第２のコンデンサ」に相当）Ｃ２とを備えている。放電回路１４は、サイリスタ（ラッチ状態保持／解除可能な回路素子）Ｓと、放電抵抗Ｒ１を備えている。トランジスタＱ２のベースは、コンデンサＣ２を介してＡ点に接続され、トランジスタＱ２のエミッタは接地されている。トランジスタＱ２のコレクタはサイリスタＳのアノードに接続されている。サイリスタＳのゲートは、異常検出回路１３に接続されており、サイリスタＳのアノードには放電抵抗Ｒ１が接続されている。この放電抵抗Ｒ１は平滑用コンデンサＣ１の放電経路に接続されている。さらに、サイリスタＳのカソードは接地されている。

［リセット回路および放電回路の動作］
図３は、リセット回路および放電回路の動作を示すタイムチャートであり、電源装置１に入力される交流電源１０からの入力電圧、異常検出回路１３から放電回路１４に出力される放電信号、Ａ点の電圧、図１、図２中に示す、サイリスタＳのアノード（以下、この部位をＢ点と称する）の電圧の波形をそれぞれ示している。なお、Ｂ点の電圧をリセット信号と称する。

本実施形態において放電回路１４のサイリスタＳは、オフ状態において、異常検出回路１３からＨｉの放電信号がゲートに印加された場合にオン状態となる。なお、放電回路１４をリセットするとは、オン状態のサイリスタＳに流れる保持電流を遮断してオフに切り替えることと言い換えることもできる。ここで、保持電流とは、サイリスタＳのオン状態を持続できる最小のアノード電流のことである。

図３に示すように、電源装置１が正常に動作している場合には、Ａ点の電圧は高い状態で維持されている。放電信号がＬｏのため、放電回路１４は平滑用コンデンサＣ１の電荷を放電させない状態で保持されている。さらに、Ｂ点の電圧レベル（リセット信号）はＬｏである。

次に、図３に示すように、図１、図２に示す異常検出回路１３が、異常を検出した場合に、Ａ点の電圧が低下する。この際、スイッチング素子Ｑ１のスイッチングを停止して電源装置１の出力を遮断するとともに放電信号をＨｉにする。これにより、サイリスタＳがオン状態となって放電回路１４が放電動作状態となる。サイリスタＳがオン状態になると、平滑用コンデンサＣ１の電荷がサイリスタＳを通って放電される。この際、サイリスタのゲートに異常検出回路１３よりサイリスタＳをオンにする電圧が加わるため、リセット信号がＨｉになる。

放電回路１４が放電動作状態にある場合には、サイリスタＳのアノードに保持電流より大きい電流が流れているため、異常検出回路１３からの信号にかかわらず、サイリスタＳはオン状態を保持できる。

また、電源装置１の出力が遮断されると、図３に示すように、Ａ点の電圧が低下する。この際、リセット回路２０のコンデンサＣ２に蓄電されている電荷は、Ａ点の電圧が低下した時にＡ点側に逆放電される。その後、電源装置１が再起動すると、Ａ点の電圧が上昇する。そして、正常電圧まで立ち上がると、異常検出回路１３が異常を検出しないため、放電信号がＬｏとなる。

また、入力電圧が復帰（入力ＯＮ）してＡ点の電圧が立ち上がると、リセット回路２０においてコンデンサＣ２の充電が開始される。このコンデンサＣ２が充電されている間に、トランジスタＱ２のベースに電流が流れることから、トランジスタＱ２はオン状態になる。トランジスタＱ２がオン状態になると、Ｂ点の電圧レベル（リセット信号）がＬｏになって、サイリスタＳの保持電流が切られる。これにより、サイリスタＳがオフになり、放電回路１４がリセットされる。

そして、コンデンサＣ２の充電が完了した場合には、トランジスタＱ２のベースに電流が流れないことから、トランジスタＱ２はオフ状態になる。つまり、トランジスタＱ２は、コンデンサＣ２の充電／充電停止によってオン／オフ状態が切り替わる。

図４は、電源装置１の動作復帰に必要な消費電力を示す表である。放電回路１４にリセット回路２０を付加することにより、図４の表に示すように、放電回路１４が放電動作状態のまま再起動してしまった場合でも、動作復帰に必要な電力を増加させること無く復帰することが可能になる。図４に示す表は、本実施形態の電源装置１における動作復帰の際の消費電力を示すものである。図４に示す表においては比較のため、図１に示す電源装置１においてリセット回路２０がない電源装置における放電回路が動作状態で復帰の際の消費電力を併記している。図４に示すように、本実施形態の電源装置１は、リセット回路２０を備えていることにより、最大で０．１９Ｗ改善していることがわかる。

このように、本実施形態によれば、電源装置１が停止状態から再起動されて正常に復帰した場合に、放電回路１４をリセットさせるリセット回路２０を備えており、電源装置１の出力を再開した時に、放電回路１４が放電動作状態であったとしても、電源装置１が正常に動作復帰した際にＢ点の電圧レベル（リセット信号）をＬｏにすることによって、放電回路１４の放電動作の保持状態を解除することができる。これにより、電源装置１が正常に動作復帰しているにもかかわらず、放電回路１４が放電動作を継続することがなくなる。その結果、電源を復帰させる際に消費される電力を低減することが可能になり、特に、待機電力用の電源装置においては、待機時に放電回路１４が放電動作を継続して行うことが抑制されるため、待機電力を抑えることが可能になる。

［他の実施形態］
図５は、本発明の他の実施形態における電源装置１の要部を示す回路図である。他の実施形態は、図２に示す放電回路１４におけるサイリスタＳの代わりに、ＰＮＰ形トランジスタとＮＰＮ形トランジスタとをサイリスタ結合させた回路を使用した放電回路１４に、リセット回路２０を適用したものである。

放電回路１４は、トランジスタＱ３とトランジスタＱ４と、放電抵抗Ｒ２と、抵抗Ｒ３、Ｒ４と、コンデンサＣ４を備えている。放電抵抗Ｒ２はトランジスタＱ３のエミッタに接続され、トランジスタＱ３のベースはトランジスタＱ４のコレクタに接続され、トランジスタＱ３のコレクタはトランジスタＱ４のベースに接続される。トランジスタＱ３のエミッタとベースとの間に抵抗Ｒ３が接続され、トランジスタＱ４のエミッタとベースとの間に抵抗Ｒ４とコンデンサＣ４が接続される。

リセット回路２０におけるトランジスタＱ２のコレクタがトランジスタＱ３のコレクタに接続され、トランジスタＱ２のエミッタがトランジスタＱ４のエミッタに接続される。なお、他の実施形態においては、トランジスタＱ４のベースが図１に示すＢ点に相当する。

異常検出回路１３は、異常を検出した場合に、スイッチング素子Ｑ１のスイッチングを停止して電源装置１の出力を遮断するとともに、放電信号ＬｏをトランジスタＱ４のベースに印加する。これにより、トランジスタＱ４がオン状態となり、さらにトランジスタＱ３がオンしラッチ保持の状態となって放電動作状態となる。また、放電動作状態において、平滑用コンデンサＣ１の電圧が低下し、放電経路を通る電流が保持電流よりも小さくなった場合にトランジスタＱ３、Ｑ４がオフになる。

また、放電回路１４が平滑用コンデンサＣ１の電荷を放電させている時に、電源装置１を再起動（図３中の入力オン）させるとＡ点の電圧が上昇する。リセット回路２０は、上述したように、Ａ点の電圧が正常電圧になった場合に、トランジスタＱ２がオン状態になることによって、トランジスタＱ３のコレクタとトランジスタＱ４のエミッタとがショート状態となる。これにより、Ｂ点の電圧レベルがＬｏになりトランジスタＱ４のベースに保持電流が流れなくなることで、トランジスタＱ４がオフになり、さらにトランジスタＱ３がオフになる。このように、放電回路１４がリセットされる。このように、この実施形態では、サイリスタ結合されたトランジスタＱ３、Ｑ４が、本発明の「ラッチ状態保持／解除可能な回路素子」に相当する。

このように構成した他の実施形態においても、前述した図１、図２に示す本発明の一実施形態と同様の効果を奏することが可能になる。特に、ＰＮＰ形トランジスタとＮＰＮ形トランジスタとをサイリスタ結合した回路を用いることにより、サイリスタを使用するよりも低コスト化を図ることが可能になる。

１電源装置
１０交流電源
１１出力回路
１２駆動回路
１３異常検出回路
１４放電回路
２０リセット回路
Ｄ１ブリッジダイオード
Ｃ１平滑用コンデンサ
Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４コンデンサ
Ｑ１スイッチング素子
Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４トランジスタ
Ｓサイリスタ
Ｔ１トランス
Ｔ１ａ一次巻線
Ｔ１ｂ二次巻線
Ｔ１ｃ補助巻線

Claims

入力電圧を所定の電圧に変換して出力する電源装置であって、入力平滑用に接続された第１のコンデンサと、
装置動作の異常を検出した場合に出力を停止させる異常検出回路と、
当該異常検出回路が異常を検出した際に、前記第１のコンデンサに蓄えられている電荷を放電させる放電動作を開始するとともに、当該放電動作を保持する放電回路と、
出力停止後に装置が再起動して正常に動作復帰した場合に、前記放電回路における放電動作の保持状態を解除するリセット回路と、を備えたことを特徴とする電源装置。
前記リセット回路は、
装置が再起動して正常に動作復帰した場合に充電を開始する第２のコンデンサと、
充電時に前記第２のコンデンサに流れる充電電流に基づいて、オン／オフ状態が切り替わることにより、前記放電回路における放電動作の保持状態を解除する切替部とを有することを特徴とする請求項１記載の電源装置。
前記放電回路は、ラッチ状態保持／解除可能な回路素子を有し、
前記第２のコンデンサに流れる充電電流により前記切替部がオフ状態からオン状態に切り替わることで、前記回路素子のラッチ保持状態を解除し前記放電回路における放電動作の保持状態が解除されることを特徴とする請求項２記載の電源装置。
トランスを介して前記入力電圧を所定の電圧に変換して出力する請求項２または請求項３に記載の電源装置であって、
前記第２のコンデンサの一方端が前記切替部に接続される一方、他方端が前記トランスの補助巻線部に接続されていることを特徴とする電源装置。