JP2021040364A - 電源回路 - Google Patents

Abstract

【課題】電源回路が過熱した際に接続される機器の機能を損なうことなく出力電力を抑制して回路の発熱量を低減することが可能となる電源回路を提供することを目的とする。【解決手段】入力電圧をうけてこれに電力変換を施して供給電圧の大きさを可変な態様で生成し、かつ当該供給電圧が出力される出力端を有する電力変換部と、前記電力変換部を制御して前記供給電圧を所定の大きさに安定させる電圧制御部と、前記出力端に接続され、温度の変化により電気的特性が変化する感温素子を有し、かつ前記感温素子の電気的特性の変化に応じて前記供給電圧の大きさを抑制するように前記電圧制御部に指令する電圧抑制部と、を有することを特徴とする電源回路。【選択図】図２

Description

本発明は、過熱保護機能を有する電源回路に関する。

電力変換装置に関して、例えば、ＡＣ／ＤＣコンバータやＤＣ／ＤＣコンバータなどが知られている。ＡＣ／ＤＣコンバータは、商用電源から供給される交流電圧を直流電圧に変換する電源回路を含み、またＤＣ／ＤＣコンバータは、バッテリーなどから供給される直流電圧を他の直流電圧に変換する電源回路を含む。

例えば、ＡＣ／ＤＣコンバータとしては、当該変換後の電圧を負荷としての接続機器に供給するためのプラグコネクタを有する電源装置として、所謂ＡＣアダプタが普及しているが、かかるＡＣアダプタは、箪笥の裏のような熱がこもりやすい狭い空間に設置された場合、自身が発生する熱により当該空間が高温になることで、高温環境下での使用となる場合がある。

また、近年増加している車載機器などにはＤＣ／ＤＣコンバータが多用されているが、真夏の炎天下の車内は５５℃を超えることもあり、機器内のＤＣ／ＤＣコンバータもかなりの高温環境下で動作することとなる。このような高温環境下で使用され電源回路の温度が異常上昇した場合、一般的に過熱保護機能が作動する。

例えば、特許文献１に開示されているように、過熱をサーミスタ等で検知すると温度が低下するまで電源を停止または間欠動作させることで電源回路を保護していた。

あるいは、例えば、特許文献２に示されるように、過熱を検知すると出力電流を過電流保護設定値によって供給される電流量を制限するといった方法がとられていた。

特開２００４−９６８０４号公報 特開２０１７−２２９１３１号公報

しかし、上記のような過熱保護機能によっては、電源回路の温度が上昇した際、接続機器への電力供給が停止するため、接続機器の機能もすべて停止してしまうという問題点があった。

また、供給される電流量を制限する場合においても、例えば、通信機器などのように待機時は消費電力が小さい一方で動作時には大きく電力を消費する機器の場合には、機器の本来の機能が一時的に停止するという問題点があった。

本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、電源回路が過熱した際に接続される機器の機能を損なうことなく出力電力を制限して回路の発熱量を低減することが可能となる電源回路を提供することを目的とする。

本発明の電源回路は、入力電圧をうけてこれに電力変換を施して供給電圧の大きさを可変な態様で生成し、かつ当該供給電圧が出力される出力端を有する電力変換部と、前記電力変換部を制御して前記供給電圧を所定の大きさに安定させる電圧制御部と、前記出力端に接続され、温度の変化により電気的特性が変化する感温素子を有し、かつ前記感温素子の電気的特性の変化に応じて前記供給電圧の大きさを抑制するように前記電圧制御部に指令する電圧抑制部と、を有することを特徴とする。

実施例１のＡＣアダプタの構成の概要を示す構成図である。 実施例１のＡＣアダプタの電源回路の内部構成を示す機能ブロック図である。 実施例１のＡＣアダプタの回路素子の温度と出力電圧の関係を示すグラフである。 実施例１のＡＣアダプタの出力電圧抑制回路を示す図である。 実施例２のＡＣアダプタの出力電圧抑制回路を示す回路図である。 実施例２のＡＣアダプタの回路素子の温度と出力電圧の関係を示すグラフである。

以下に本発明の実施例について詳細に説明する。なお、以下の説明及び添付図面においては、実質的に同一又は等価な部分には同一の参照符号を付している。また、以下の説明においては、本発明の電源回路を有する電源装置の一例としてＡＣアダプタを例に説明する。

図１は、電源装置としての実施例１のＡＣアダプタ１００の概略の構成を示す図である。

ＡＣアダプタ１００は、電源回路１０、コネクタ２０及びＤＣプラグ３０で構成されている。コネクタ２０は、電源回路１０の入力端に接続されており、該電源回路１０の出力端にはＤＣプラグ３０が接続されている。そして、ＤＣプラグ３０は接続機器４０に接続される。

コネクタ２０を介して入力された商用電源の交流電圧を、ＡＣアダプタ１００の電源回路１０で所望の直流電圧に変換し、ＤＣプラグ３０を介して接続機器４０に電力を供給する。

図２は、本発明の電源回路１０の内部構成を示すブロック図である。電源回路１０は、電力変換部１０Ａと制御部１０Ｂとを有する。

電力変換部１０Ａは、整流回路１１、電力変換回路１２、整流回路１３及び平滑回路１４を有する。

コネクタ２０から電力変換部１０Ａに供給された交流電圧は、電力変換部１０Ａの整流回路１１、電力変換回路１２、整流回路１３及び平滑回路１４を経て所望の直流電圧に変換され、出力ラインＬｏ及びＤＣプラグ３０を介して接続機器４０へ供給される。

整流回路１１は、コネクタ２０から入力される商用電源の交流電圧をダイオードなどによって整流し、平滑化した直流電圧を電力変換回路１２へと供給する。

電力変換回路１２は、整流回路１１から入力された直流電圧をスイッチング素子で断続制御してパルス化する。その際、制御回路１５から供給された制御信号に応じてそのデューティ比が調整される。そして、パルス化された電圧が整流回路１３に供給される。

整流回路１３は、電力変換回路１２から入力されたパルス電圧をダイオードによって整流して平滑回路１４へと供給する。

平滑回路１４は、整流回路１３から入力されるパルス電圧をコンデンサによって平滑化する。

平滑回路１４から得られた直流電圧を所望の電圧値である出力電圧Ｖｏｕｔとして、ＤＣプラグ３０を介して接続機器４０へと出力する。なお、ここで出力電圧Ｖｏｕｔは、上記したパルス電圧のデューティ比によって電圧値が決定される。

制御部１０Ｂは、出力ラインＬｏ及び電力変換回路１２に接続された回路群であり、制御回路１５、過熱保護回路１６、及び電圧抑制部としての出力電圧検出回路１７並びに出力電圧抑制回路１８を有する。

電圧制御部としての制御回路１５は、電力変換回路１２、過熱保護回路１６及び出力電圧検出回路１７に接続される。出力電圧検出回路１７から検出信号を受信して、出力電圧Ｖｏｕｔが所望の電圧値に維持するように電力変換回路１２に制御信号を送信し制御する。また、過熱保護回路１６から遮断信号を受信すると、電力変換回路１２の動作を停止させＤＣプラグ３０への出力電圧Ｖｏｕｔの供給を遮断する。

電力遮断部としての過熱保護回路１６は、発熱の大きい部品又は回路、あるいは熱に弱い部品又は回路の温度を監視し、異常な温度を検出すると制御回路１５に遮断信号を送信する。

出力電圧検出回路１７は、出力ラインＬｏと制御回路１５に接続されており、出力電圧Ｖｏｕｔを監視しつつ、出力電圧Ｖｏｕｔが所望の電圧値となるように制御回路１５に検出信号を送信する。また、出力電圧抑制回路１８から動作モード切替信号（以下、切替信号と記す）を受信すると、所望の電圧値を抑制した別の電圧値に変更する。

出力電圧抑制回路１８は、出力ラインＬｏと出力電圧検出回路１７に接続されており、温度により電気的特性が変化する感温素子を含む。出力電圧抑制回路１８は、当該感温素子の取付部である監視対象温度（以下、取付部温度）によって、出力電圧検出回路１７に対して切替信号を送信する。

前記感温素子の取付部温度が閾値以下の場合、出力電圧抑制回路１８は、通常モードで動作する切替信号を、出力電圧検出回路１７へ送信する。また、監視対象である、発熱の大きい部品又は回路、あるいは熱に弱い部品又は回路に取り付けた前記感温素子の取付部温度が閾値超の場合、出力電圧抑制回路１８は、通常モードより抑制した電圧を出力する、抑制モードで動作する切替信号を、出力電圧検出回路１７へ送信する。

上記したように、実施例１による電源回路１０は、入力された交流電圧を所望の電圧値に変換して出力させる電力変換部１０Ａと、感温素子の取付部温度に応じて前記所望の電圧値を切り替えられるように制御部１０Ｂを有している。また、制御部１０Ｂは、電力変換部１０Ａを制御して出力電圧Ｖｏｕｔを所定の電位に維持する制御回路１５と、感温素子の取付部温度に応じて出力電圧Ｖｏｕｔの値を抑制するように制御回路１５を制御する電圧抑制部としての出力電圧検出回路１７及び出力電圧抑制回路１８とを有している。

図３に示す、感温素子の取付部温度と出力電圧Ｖｏｕｔの関係図を用いて、実施例１における電源回路１０の動作を説明する。

出力電圧抑制回路１８は、感温素子の取付部温度が第１の閾値温度Ｔ１以下の温度環境下、例えば、室温ＲＴでは出力電圧検出回路１７を通常モードで動作させ、また、感温素子の取付部温度が第１の閾値温度Ｔ１を超えると抑制モードに遷移させる。抑制モードでは、出力電圧検出回路１７は、出力電圧Ｖｏｕｔを通常電位Ｖ１より低い抑制電位Ｖ２で安定するよう制御回路１５に検出信号を送信する。また、抑制モード時、出力電圧検出回路１７は、感温素子の取付部温度が第１の閾値温度Ｔ１よりも低い第２の閾値温度Ｔ２以下になると通常モードに遷移する。

通常モード遷移時、出力電圧検出回路１７は、出力電圧Ｖｏｕｔを抑制電位Ｖ２から通常電位Ｖ１に戻すように制御回路１５に検出信号を送信する。これにより、本発明の電源回路１０は、感温素子の取付部である回路素子等が高温（第１の閾値温度Ｔ１以上）となった際に、出力電圧Ｖｏｕｔの電圧を抑制することで接続機器の消費電力が下がり、電力変換回路１２を含む電力変換部１０Ａの損失及び発熱量を低減することができる。また、抑制モード時に感温素子の取付部である回路素子等の温度が低下（第２の閾値温度Ｔ２以下）した際は、電源回路１０は、再び所望の電圧値を持つ出力電圧Ｖｏｕｔを接続機器４０に供給することが可能となる。

ここで、第１の閾値温度Ｔ１は、遮断閾値温度ＴＳよりも低く設定する。このように閾値温度を設定することにより、監視対象の部品又は回路の温度である取付部温度が第１の閾値温度Ｔ１を超えた際は、電力変換部１０Ａから出力される電圧を抑制（抑制モード）することで、接続機器４０の消費電力を低下させ電力変換部１０Ａの温度上昇を抑える。さらに、外部環境の変化などにより、異常発熱が発生し、抑制モードにおいても温度が上昇し続けて監視対象の部品または回路の温度である取付部温度が第１の閾値温度Ｔ１よりも高い遮断閾値温度ＴＳを超えた際には、過熱保護回路１６は、電力変換回路１２の動作を停止させて出力電圧Ｖｏｕｔを遮断するように制御回路１５に遮断信号を送信することで、電力変換部１０Ａの熱的破壊を防止することが可能となる。

次に、電圧抑制部である出力電圧検出回路１７及び出力電圧抑制回路１８の動作を、図４に示す実施例１の実際の回路例を用いて詳細に説明する。

出力電圧検出回路１７は、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３と、フォトダイオードＰＣ１と、シャントレギュレータＩＣ１と、コンデンサＣ１とを有する。抵抗Ｒ１は、一端が出力ラインＬｏに接続され、他端がフォトダイオードＰＣ１のアノードに接続されており、フォトダイオードＰＣ１のカソードは、シャントレギュレータＩＣ１のカソードに接続されており、シャントレギュレータＩＣ１のアノードは接地ラインＧＮＤに接続されている。抵抗Ｒ２及びＲ３は、出力ラインＬｏと接地ラインＧＮＤとの間に互いに直列に接続されており、抵抗Ｒ２は、一端が出力ラインＬｏに接続され、他端が抵抗Ｒ３の一端に接続されており、抵抗Ｒ３の他端は接地ラインＧＮＤに接続されている。コンデンサＣ１は、一端がシャントレギュレータＩＣ１のカソードに接続され、他端が抵抗Ｒ２の他端に接続されており、シャントレギュレータＩＣ１のリファレンス端子が抵抗Ｒ２の他端に接続されている。

シャントレギュレータＩＣ１は、内部基準電圧ＶＲＥＦを有し、リファレンス端子に印加される、出力電圧Ｖｏｕｔを抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３で分圧した電圧が内部基準電圧ＶＲＥＦを超えると、両電圧の差分に応じた電流、言い換えればリファレンス端子に印加される電圧を内部基準電圧ＶＲＥＦと同電位にする電流をカソード−アノード間に流す。

フォトダイオードＰＣ１は、制御回路１５内に設けられたフォトトランジスタ（図示せず）と共にフォトカプラを形成している。シャントレギュレータＩＣ１のカソード−アノード電流と同じ電流がフォトダイオードＰＣ１に流れ発光すると、その発光の程度に応じて、制御回路１５内に設けられたフォトトランジスタのコレクタ−エミッタ間電圧が変化する。当該電圧に基づいて制御回路１５は電力変換回路１２のパルスのデューティ比を調整し出力電圧Ｖｏｕｔを所望の電圧にする。

出力電圧抑制回路１８は、抵抗Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７及びＲ８と、バイポーラ型のトランジスタＱ１と、オープンコレクタ型のコンパレータＩＣ２と、電圧源ＶＴと、電源電圧ラインＶｃｃと、負特性型のサーミスタ（ＮＴＣ：Negative Temperature Coefficient Thermistor）ＴＨ１とを有する。抵抗Ｒ４は、一端が出力ラインＬｏに接続され、他端がトランジスタＱ１のベースに接続されており、トランジスタＱ１は、エミッタが出力ラインＬｏに接続され、コレクタが抵抗Ｒ６の一端に接続されており、抵抗Ｒ６の他端は、抵抗Ｒ２の他端に接続されている。また、抵抗Ｒ５は、一端がトランジスタＱ１のベースに接続され、他端がコンパレータＩＣ２の出力端子に接続されており、抵抗Ｒ７は、一端がコンパレータＩＣ２の出力端子に接続され、他端がコンパレータＩＣ２の非反転入力に接続されており、コンパレータＩＣ２の反転入力は、電圧源ＶＴの正側端子に接続されており、電圧源ＶＴの負側端子は接地ラインＧＮＤに接続されている。また、抵抗Ｒ８は、一端が電源電圧ラインＶｃｃに接続され、他端がコンパレータの非反転入力に接続されており、サーミスタＴＨ１は、一端がコンパレータＩＣ２の非反転入力に接続され、他端が接地ラインＧＮＤに接続されている。

サーミスタＴＨ１は、例えば、電力変換回路１２のスイッチングトランジスタ又はトランス等の発熱の大きい部品又は回路、熱に弱い部品又は回路に直接もしくはその近傍に配されている。サーミスタＴＨ１は、温度に反比例して抵抗値が減少する特性を持っており、この特性によりコンパレータＩＣ２及びトランジスタＱ１のスイッチング動作がなされる。

コンパレータＩＣ２と、抵抗Ｒ７、Ｒ８と、電圧源ＶＴと、サーミスタＴＨ１により、抵抗Ｒ７を正帰還させたシュミットトリガ回路を形成している。すなわち、抵抗Ｒ７、Ｒ８、電圧源ＶＴ、及びサーミスタＴＨ１の温度特性を所望に設定することで、サーミスタＴＨ１に印加される抵抗Ｒ７、Ｒ８との分圧電位により、シュミットトリガ回路のヒステリシス特性を利用して、第１の閾値温度Ｔ１と第２の閾値温度Ｔ２を任意に設定することが可能である。

以下に、通常温度時である、第１の閾値温度Ｔ１以下における出力電圧抑制回路１８の動作を説明する。

サーミスタＴＨ１の取付部温度が第１の閾値温度Ｔ１以下では、サーミスタＴＨ１の抵抗値は大きい故、コンパレータＩＣ２の非反転入力端子にかかる電位は反転入力端子に接続されている電圧源ＶＴよりも高くなる。すなわち、コンパレータＩＣ２の出力端子は非導通（オープン）状態となる。これにより、トランジスタＱ１は電流が流れず、トランジスタＱ１のエミッタ−コレクタ間は非導通状態となる。すなわち、出力電圧抑制回路１８は出力電圧検出回路１７と切り離されており、出力電圧検出回路１７は通常モードで動作する。

ここで、シャントレギュレータＩＣ１のリファレンス端子電位が内部基準電圧ＶＲＥＦと同じになったあとの、通常モードにおける出力電圧Ｖｏｕｔである通常電位Ｖ１は次式で表される。

Ｖ１＝ＶＲＥＦ×（１＋Ｒ２÷Ｒ３） ・・・ （１）

次に、監視対象の部品又は回路の温度が上昇し、感温素子の取付部温度が第１の閾値温度Ｔ１を超えた場合の出力電圧抑制回路１８の動作を説明する。

サーミスタＴＨ１は、取付部温度の上昇に反比例して抵抗値が減少していく故、サーミスタＴＨ１の取付部温度の上昇に伴い、コンパレータＩＣ２の非反転入力端子に印加される電位が低下していく。さらに温度上昇が続き、コンパレータＩＣ２の非反転入力端子の電位が、非反転入力端子の電圧源ＶＴ以下まで低下すると、コンパレータＩＣ２の動作が切り替わり、コンパレータＩＣ２の出力端子は導通（ショート）状態となる。これにより、トランジスタＱ１にベース電流が流れ、トランジスタＱ１のエミッタ−コレクタ間が導通状態となり、出力電圧抑制回路１８は出力電圧検出回路１７と接続される。これにより、出力電圧抑制回路１８は、出力電圧検出回路１７を抑制モードに切り替える。尚、この時、コンパレータＩＣ２が導通状態となり、サーミスタＴＨ１と抵抗Ｒ７が並列接続となることでその合成抵抗値はＴＨ１の抵抗値より減少し、コンパレータＩＣ２に印加される電位はさらに低下する。

出力電圧検出回路１７に出力電圧抑制回路１８が接続されることにより、抵抗Ｒ２は、抵抗Ｒ６と並列接続される。これにより、抵抗Ｒ２及びＲ６が並列の合成抵抗となることで、当該合成抵抗値は抵抗Ｒ２よりも低くなる。それ故、抵抗Ｒ３との抵抗比つまり分圧比率が変化し、抵抗Ｒ３にかかる電位が上昇する。すなわち、シャントレギュレータＩＣ１のリファレンス端子に印加される電位が上昇する。シャントレギュレータＩＣ１は、リファレンス端子に印加される電位を内部基準電圧ＶＲＥＦまで低下させるべくカソード−アノード間に流す電流を増やす。従って、当該電流によりフォトダイオードＰＣ１が発光を強くする。制御回路１５内のフォトカプラのフォトトランジスタ（図示せず）がフォトダイオードＰＣ１の発光の強さを検知することで、制御回路１５は、出力電圧Ｖｏｕｔを、通常電位Ｖ１からリファレンス端子に印加される電位がシャントレギュレータＩＣ１の内部基準電圧ＶＲＥＦと同等となる、抑制電位Ｖ２に抑制させるように電力変換回路１２に対して制御信号を供給する。すなわち、出力電圧検出回路１７が抑制モードに移行することで出力電圧Ｖｏｕｔの電位が抑制され、接続機器４０の消費電力が減少することから、電力変換回路１２を含む電力変換部１０Ａの損失も低減されて、回路や部品等の温度を低減させることが可能となる。

ここで、シャントレギュレータＩＣ１のリファレンス端子電位が内部基準電圧ＶＲＥＦと同じになったあとの、抑制モードにおける出力電圧Ｖｏｕｔである抑制電位Ｖ２は次式で表される。

Ｖ２＝ＶＲＥＦ×（１＋（Ｒ２//Ｒ６）÷Ｒ３） ・・・ （２）
ただし、「//」は並列接続された抵抗の合成抵抗を表す。

次に、出力電圧検出回路１７が抑制モードにおける動作中に、サーミスタＴＨ１取付部の温度が低下した場合の出力電圧検出回路１７及び出力電圧抑制回路１８の動作を説明する。

抑制モード時、出力電圧Ｖｏｕｔの電位の抑制による発熱量の低減又は冷却等により、サーミスタＴＨ１の取付部温度が低下していくと、サーミスタＴＨ１の抵抗値は上昇していき、コンパレータＩＣ２の非反転入力端子に印加される電位も上昇していく。サーミスタＴＨ１の取付部温度の低下がさらに続き、第１の閾値温度Ｔ１よりも低い第２の閾値温度Ｔ２まで低下すると、コンパレータＩＣ２の非反転入力端子の電位が、反転入力端子の電圧源ＶＴ以上まで上昇する。これにより、コンパレータＩＣ２の動作が切り替わり、コンパレータＩＣ２の出力端子は非導通状態となる。それ故、トランジスタＱ１のベース電流が遮断されることでトランジスタＱ１のエミッタ−コレクタ間は非導通状態となる。すなわち、出力電圧抑制回路１８は、出力電圧検出回路１７から切り離され、出力電圧検出回路１７は元の通常モードの動作へと切り替わる。

トランジスタＱ１が非道通状態になることにより、抵抗Ｒ６が抵抗Ｒ２から切り離され、抵抗Ｒ３との抵抗比つまり分圧比率が変化し、抵抗Ｒ３にかかる電位が低下する。それ故、シャントレギュレータＩＣ１のリファレンス端子に印加される電位は低下する。シャントレギュレータＩＣ１は、リファレンス端子に印加される電位がシャントレギュレータＩＣ１の内部基準電圧ＶＲＥＦと同等となるまで増加させるべく、アノード−カソード間に流れる電流値を遮断させる。これにより、フォトダイオードＰＣ１の発光が停止する。フォトカプラのフォトトランジスタ（図示せず）がフォトダイオードＰＣ１の発光の停止を検知することで、制御回路１５は、出力電圧Ｖｏｕｔを抑制電位Ｖ２から、リファレンス端子に印加される電位がシャントレギュレータＩＣ１の内部基準電圧ＶＲＥＦと同等となる、通常電位Ｖ１に増大させるように電力変換回路１２に対して制御信号を供給する。すなわち、抑制モード時、監視対象の部品又は回路の温度である感温素子の取付部温度が第１の閾値温度Ｔ１よりも低い第２の閾値温度Ｔ２まで低下することで、出力電圧検出回路１７は元の通常モードへ切り替わり、出力電圧Ｖｏｕｔの電位を抑制電位Ｖ２から通常電位Ｖ１へと戻す。

尚、出力電圧Ｖｏｕｔの通常電位Ｖ１及び抑制電位Ｖ２の値は、式（１）及び式（２）に示す通り、シャントレギュレータＩＣ１の内部基準電圧ＶＲＥＦ、抵抗Ｒ２、Ｒ３及びＲ６によって任意に設定することが可能である。また、抵抗Ｒ２、Ｒ３及びＲ６は、固定値を持つ抵抗で構成されている故、通常電位Ｖ１及び抑制電位Ｖ２の電位をきわめて高い精度に設定することが可能である。

通常モードから抑制モードへ遷移する際の温度である第１の閾値温度Ｔ１と抑制モードから通常モードへ遷移する際の温度である第２の閾値温度Ｔ２は、次式に示すとおり、抵抗Ｒ７、Ｒ８、電圧源ＶＴ及びサーミスタＴＨ１の温度特性によって任意に設定することが可能である。

Ｔ１：ＶＴ＝Ｖｃｃ×（１＋Ｒ８÷ＲＴＨ１（＠Ｔ１）） ・・・ （３）
Ｔ２：ＶＴ＝Ｖｃｃ×（１＋Ｒ８÷（ＲＴＨ１（＠Ｔ２）//Ｒ７）） ・・・ （４）
ただし、「//」は並列接続された抵抗の合成抵抗を表す。
ＲＴＨ１（＠Ｔ１）：Ｔ１の温度におけるＴＨ１の抵抗値
ＲＴＨ１（＠Ｔ２）：Ｔ２の温度におけるＴＨ１の抵抗値

そして、コンパレータＩＣ２の出力端子が非導通（オープン）時、コンパレータＩＣ２の非反転入力端子に印加される電位は抵抗Ｒ８とサーミスタＴＨ１の分圧電位であり、コンパレータＩＣ２の出力端子が導通（ショート）時、コンパレータＩＣ２の非反転入力端子に印加される電位は抵抗Ｒ８と、サーミスタＴＨ１及び抵抗Ｒ７との合成抵抗で分圧される電位となる。これにより、次式で示すようにコンパレータＩＣ２の切り替え動作をさせるサーミスタＴＨ１の温度にヒステリシス特性を持たせることが可能となる。

ＴＨＹＳ＝Ｔ１−Ｔ２ ・・・ （５）
ただし、ＴＨＹＳ：Ｔ１とＴ２のヒステリシス温度

実施例１によれば、出力電圧抑制回路１８は、サーミスタＴＨ１の温度によって変化する抵抗値によりコンパレータＩＣ２及びトランジスタＱ１がスイッチングされ、出力電圧検出回路１７との接続又は切り離しがなされる。これにより、サーミスタＴＨ１の取付部温度の変化に応じてシャントレギュレータＩＣ１のリファレンス端子に接続される抵抗の分圧比が変化する。すなわち、出力電圧抑制回路１８は出力電圧検出回路１７に対して切替信号を、出力電圧検出回路１７は制御回路１５に対して検出信号をそれぞれ送信し、サーミスタＴＨ１の取付部温度の上昇及び低下に応じて、出力電圧Ｖｏｕｔの電位を変化させる。従って、出力電圧抑制回路１８は、監視対象の部品又は回路の温度に応じて電源回路１０の損失を変化させる事ができる。

尚、実施例１の出力電圧Ｖｏｕｔの通常電位Ｖ１及び抑制電位Ｖ２は、上述したように、シャントレギュレータ回路ＩＣ１の内部基準電圧ＶＲＥＦ、抵抗Ｒ２、Ｒ３及びＲ６によって任意に設定することが可能である。

また、実施例１の第１の閾値温度Ｔ１及び第２の閾値温度Ｔ２は、上述したように、抵抗Ｒ７、Ｒ８、電圧源ＶＴ及びサーミスタＴＨ１の温度特性によって任意に設定することが可能である。

なお、異常過熱等により、抑制モードで動作しても回路素子の温度が上昇し続けて所定の遮断閾値温度ＴＳまで温度が上昇した場合、過熱保護回路１６が所定の遮断閾値温度ＴＳを検知して制御回路１５に遮断信号を供給し、制御回路１５は遮断信号に応答して電力変換回路１２の動作を停止させる。

以上のように、実施例１によれば、サーミスタＴＨ１取付部である発熱の大きい部品又は回路及び熱に弱い部品又は回路の温度が第１の閾値温度Ｔ１まで上昇すると、出力電圧検出回路１７は、出力電圧抑制回路１８が接続され通常モードから抑制モードへと遷移することで出力電圧Ｖｏｕｔを通常電位Ｖ１から抑制電位Ｖ２に抑制させる。また、抑制モード時、サーミスタＴＨ１の取付部温度が第１の閾値温度Ｔ１より低い第２の閾値温度Ｔ２まで低下すると、出力電圧検出回路１７は、出力電圧抑制回路１８が切り離され抑制モードから通常モードへと遷移することで出力電圧Ｖｏｕｔを抑制電位Ｖ２から通常電位Ｖ１に戻す。

ここで、抑制モードにおける動作時、電源回路１０からの出力電圧Ｖｏｕｔは抑制されるが、電源回路１０は接続機器４０の装置としての機能を維持させることが可能となる。例えば、接続機器４０にロジックＩＣが使用されていた場合、ロジックＩＣのスイッチング特性は、電源電圧ＶＤＤが低下すると、スイッチング応答速度等の性能は低下するが動作は継続する。一例として、電源電圧ＶＤＤが１５Ｖの場合の出力立ち上がり及び立ち下がり時間が標準３０ｎｓ程度に対し、電源電圧ＶＤＤが５Ｖの場合の出力立ち上がり及び立ち下がり時間が標準７０ｎｓ程度となる。すなわち、接続機器４０の装置としての機能を維持することが可能となる。

図５は、本発明の実施例２である出力電圧検出回路１７Ａ及び出力電圧抑制回路１８Ａの一例を示す回路図である。

出力電圧検出回路１７Ａの構成は、実施例１の出力電圧検出回路１７と基本的に同じ回路構成であり、抵抗Ｒ３を出力電圧抑制回路１８Ａとなる正特性型のサーミスタ（ＰＴＣ：Positive Temperature Coefficient Thermistor）ＴＨ２にて置き換えたものとなる。

サーミスタＴＨ２は、例えば、電力変換回路１２のスイッチングトランジスタ又はトランス等の発熱の大きい部品又は回路、熱に弱い部品又は回路に直接もしくはその近傍に配されている。サーミスタＴＨ２は、その取付部温度に比例して抵抗値が増大する特性を持っているため、この特性により、抵抗Ｒ２との抵抗比を変異させ、出力電圧Ｖｏｕｔを可変にする。

ここで、出力電圧Ｖｏｕｔは次式で表される。

Ｖｏｕｔ＝ＶＲＥＦ×Ｒ２÷ＲＴＨ２ ・・・ （６）
ただし、ＲＴＨ２：ＴＨ２の抵抗値

この式より、サーミスタＴＨ２の取付部温度でＲＴＨ２が変化することによって、出力電圧Ｖｏｕｔも変化することが分かる。

以下に、図６に示す、サーミスタＴＨ２の取付部温度と出力電圧Ｖｏｕｔの関係図も用いて、実施例２の出力電圧検出回路１７Ａ及び出力電圧抑制回路１８Ａの動作について説明する。

電源回路１０が、例えば、図６に示す室温ＲＴで動作しているとする。そのとき、出力電圧Ｖｏｕｔは所望の電位である室温電位Ｖ３を接続機器４０へと出力する。動作を継続し、外部環境等によりサーミスタＴＨ２の取付部温度が上昇していくと、サーミスタＴＨ２の抵抗値は、前記温度の上昇に比例して増大していく。また、サーミスタＴＨ２の抵抗値の増大に伴い、シャントレギュレータＩＣ１のリファレンス端子に印加される電位も上昇していく。それ故、シャントレギュレータＩＣ１は、リファレンス端子に印加される電位を内部基準電圧ＶＲＥＦまで低下させるべく、カソード−アノード間に流す電流を増やす。従って、当該電流によりフォトダイオードＰＣ１の発光が増し、制御回路１５内のフォトカプラのフォトトランジスタ（図示せず）がフォトダイオードＰＣ１の発光の強さを検知する。制御回路１５は、フォトダイオードＰＣ１による発光の強さに応じて、電力変換回路１２に対して制御信号を供給し、シャントレギュレータＩＣ１のリファレンス端子に印加される電位が内部基準電圧ＶＲＥＦと同等となるように出力電圧Ｖｏｕｔの電位を室温電位Ｖ３から抑制する。

すなわち、出力電圧抑制回路１８ＡであるサーミスタＴＨ２の抵抗値が、取付部温度の上昇に追従して連続的に増大するため、出力電圧検出回路１７Ａが制御回路１５に検出信号を送信することで出力電圧Ｖｏｕｔの電位を、温度の上昇に追従して連続的に抑制させる。従って、電圧抑制部である出力電圧検出回路１７Ａ及び出力電圧抑制回路１８Ａは、式（６）に示すように監視対象である発熱の大きい部品又は回路及び熱に弱い部品又は回路の温度に応じた電位の出力電圧Ｖｏｕｔを出力させる。

また、出力電圧Ｖｏｕｔの抑制による接続機器４０の消費電力の低下又は冷却等により、サーミスタＴＨ２の取付部温度が低下していくと、サーミスタＴＨ２の抵抗値は、取付部温度の低下に追従して低下していく。従って、サーミスタＴＨ２の取付部温度の低下時においても、電圧抑制部である出力電圧検出回路１７Ａ及び出力電圧抑制回路１８Ａは、式（６）に示す、監視対象である発熱の大きい部品又は回路及び熱に弱い部品又は回路の温度に応じた電位を有する出力電圧Ｖｏｕｔを出力させる。

実施例２によれば、出力電圧検出回路１７Ａ及び出力電圧抑制回路１８Ａは、取付部温度に追従して出力電圧Ｖｏｕｔの電位を連続的に変化させ、これに応じて電源回路１０の損失を変化させる事が可能となる。

尚、実施例２の出力電圧検出回路１７Ａ及び出力電圧抑制回路１８Ａにおいて、室温電位Ｖ３は、上述したように、抵抗Ｒ２、シャントレギュレータＩＣ１の内部基準電圧ＶＲＥＦ及びサーミスタＴＨ２の室温時抵抗値によって任意に設定することが可能である。

なお、異常過熱等により、取付部温度に応じて出力電圧Ｖｏｕｔの電位を抑制させても、取付部温度が上昇し続けて所定の遮断閾値温度ＴＳまで温度が上昇した場合、過熱保護回路１６が所定の遮断閾値温度ＴＳを検知して制御回路１５に遮断信号を供給する。当該遮断信号を受けて、制御回路１５は、遮断信号に応答して電力変換回路１２の動作を停止させることが可能となる。

以上のように、実施例２によれば、出力電圧検出回路１７Ａ及び出力電圧抑制回路１８Ａは、サーミスタＴＨ２取付部である、発熱の大きい部品又は回路及び熱に弱い部品又は回路の温度（取付部温度）が上昇すると、サーミスタＴＨ２の抵抗値が温度に比例して増大することで、温度の上昇、低下に伴って連続的に出力電圧Ｖｏｕｔの電位を増減させる。このとき、温度の上昇に反比例して連続的に出力電圧Ｖｏｕｔが連続的に低下していく故、出力電圧検出回路１７Ａ及び出力電圧抑制回路１８Ａは、サーミスタＴＨ２取付部の部品又は回路の温度に応じた電力の抑制をさせることが可能となる。

また、実施例２は、実施例１より回路構成素子数を大幅に少なくすることが可能な故、安価で必要面積の小さい回路で実現することが可能となる。

また、実施例１においては、コンパレータＩＣ２の非反転入力端子と接地ラインＧＮＤとの間にサーミスタＴＨ１が接続され、コンパレータＩＣ２の非反転入力端子と電源電圧ラインＶｃｃとの間に抵抗Ｒ８が接続される場合について説明した。しかしながら、温度変化に応じてコンパレータＩＣ２の反転及び非反転入力端子の電位差を変化させることができれば、図４に示されたサーミスタＴＨ１と抵抗Ｒ８の接続関係に限定されない。例えば、コンパレータＩＣ２の非反転入力端子と接地ラインＧＮＤとの間に抵抗を設け、非反転入力端子と電源電圧ラインＶｃｃとの間に正特性型サーミスタを設けても良い。

また、コンパレータＩＣ２の非反転入力端子に印加される電圧源として電源電圧ラインＶｃｃを用いたが、抵抗Ｒ８を出力ラインＬｏに接続し、電源電圧ラインＶｃｃの代わりに出力電圧Ｖｏｕｔを用いても良い。

また、第１及び第２の閾値温度Ｔ１、Ｔ２にて、出力電圧Ｖｏｕｔの出力電位を通常電位Ｖ１と抑制電位Ｖ２の２段階として制御したが、コンパレータを多段に構成し、閾値温度を増やして多段階で出力電圧Ｖｏｕｔの電位を制御することとしても良い。

また、抵抗Ｒ７をコンパレータＩＣ２の出力端子と非反転入力端子に並列接続してシュミットトリガ回路を形成することでヒステリシス特性を持たせた出力電圧抑制回路１８としたが、抵抗Ｒ７を排除し、抵抗Ｒ４にコンデンサを並列接続させてヒステリシス特性を省いた出力電圧抑制回路としても良い。さらに、接続機器４０が多少のオーバーシュート及びアンダーシュートの影響を許容できれば、抵抗Ｒ４にコンデンサを付加することなくヒステリシス特性を省いてもよい。

また、実施例１においては、シャントレギュレータＩＣ１のリファレンス端子と接地ラインＧＮＤとの間に正特性型サーミスタＴＨ２を接続し、シャントレギュレータＩＣ１のリファレンス端子と出力ラインＬｏとの間に抵抗を接続した場合について説明した。しかし、シャントレギュレータＩＣ１のリファレンス端子と接地ラインＧＮＤとの間に抵抗を接続し、シャントレギュレータＩＣ１のリファレンス端子と出力ラインＬｏとの間に負特性型サーミスタを用いても良い。

また、実施例１及び２の何れにおいても、サーミスタを抵抗との直並列による合成抵抗として用いても良い。

また、実施例１及び２の何れにおいても、接地ラインＧＮＤの電位は絶対的な値ではなく、それぞれが別の電位であっても良い。

また、実施例１及び２の何れにおいても、出力電圧抑制回路１８及び出力電圧検出回路１７Ａにツェナーダイオード等を付加することで、出力電圧Ｖｏｕｔの電位に上限及び下限の制限を設けても良い。

なお、図１において、過熱保護回路１６を具備したＡＣアダプタを一例とした電源回路１０の機能ブロック図を記載したが、本発明の出力電圧抑制回路１８の機能ブロックに関しては、当該機能ブロック図に関係なくシリーズ電源を含む一般的な電源すべてに適用可能である。

また、上述した実施例における構成は例示に過ぎず、用途等に応じて適宜変更可能である。

１００ ＡＣアダプタ
１０ 電源回路
２０ コネクタ
３０ ＤＣプラグ
４０ 接続機器
１０Ａ 電力変換部
１１ 整流回路
１２ 電力変換回路
１３ 整流回路
１４ 平滑回路
１０Ｂ 制御部
１５ 制御回路
１６ 過熱保護回路
１７ 出力電圧検出回路
１８ 出力電圧抑制回路

Claims (7)

1. 入力電圧をうけてこれに電力変換を施して供給電圧の大きさを可変な態様で生成し、かつ当該供給電圧が出力される出力端を有する電力変換部と、
   前記電力変換部を制御して前記供給電圧を所定の大きさに安定させる電圧制御部と、
   前記出力端に接続され、温度の変化により電気的特性が変化する感温素子を有し、かつ前記感温素子の電気的特性の変化に応じて前記供給電圧の大きさを抑制するように前記電圧制御部に指令する電圧抑制部と、
   を有することを特徴とする電源回路。
2. 前記電圧抑制部は、前記温度が上昇するほど前記電圧制御部が前記供給電圧の電位を抑制するように動作をするよう、前記電圧制御部に指令することを特徴とする請求項１に記載の電源回路。
3. 前記電圧抑制部は、前記温度が第１の閾値温度以下で通常モードで動作し、前記温度が第１の閾値温度を超えると、前記供給電圧の電位を前記通常モードでの動作よりも抑制するように前記電圧制御部に指令する抑制モードにて動作することを特徴とする請求項２に記載の電源回路。
4. 前記電圧抑制部は、前記温度が第１の閾値温度を超えると前記抑制モードにて動作し、前記抑制モードで動作中に前記温度が前記第１の閾値温度よりも低い第２の閾値温度以下になると前記通常モードでの動作に遷移することを特徴とする請求項３に記載の電源回路。
5. 前記温度が前記第１の閾値温度よりも高い所定の閾値温度を超えると前記電力変換部の動作を停止するように前記電圧制御部に指令する電力遮断部を有することを特徴とする請求項３または４に記載の電源回路。
6. 前記電圧抑制部は、前記出力端から接地電位の間に接続された抵抗、フォトダイオード及びシャントレギュレータと、を有し、前記フォトダイオードの発光に応じて前記電圧制御部への指令がなされ、前記温度の変化に応じて、前記シャントレギュレータのリファレンス端子に接続される、前記抵抗とは異なる抵抗又は前記感温素子の抵抗値を可変にすることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の電源回路。
7. 前記感温素子は、サーミスタであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１つに記載の電源回路。

Images