JP3196157B2

JP3196157B2 - 省電力電気機器またはその電源装置

Info

Publication number: JP3196157B2
Application number: JP01634298A
Authority: JP
Inventors: 伸中川
Original assignee: 伸中川
Priority date: 1997-04-30
Filing date: 1998-01-12
Publication date: 2001-08-06
Anticipated expiration: 2018-01-12
Also published as: JPH11103541A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、テレビジョン受
像機、映像機器、音響機器など遠隔操作（以下リモコン
という）やサブスイッチによる入切動作を有する電気機
器、あるいは電話機、ファクシミリ装置、パーソナルコ
ンピュータ、その他の待機機能を有する電気機器、さら
にはＡＣアダプターにより駆動電力を得る電気機器、ま
たはこれらの電源装置の省電力化に関する。

【０００２】

【従来の技術】リモコン装置はその便利さ故、各種の電
気機器に使用されている。最近ではリモコンの待機状態
が常態でメインスイッチを省いてしまったものさえあ
る。また、メインスイッチを付けずに軽く小さなサブス
イッチを使用してスイッチ動作のための何らかの待機電
力を必要とするものもある。一方、電話機、ファクシミ
リ装置などの通信機器は信号受信のため、常時待機状態
にあり、この待機機能を維持するように一定の電力が日
夜消費されている。

【０００３】このようなリモコン機能や待機機能などを
持つ電気機器を通電状態によって区分すると、次の４つ
の状態が考えられる。（１）コンセントが抜かれた完全なオフ状態（２）メインスイッチが切られた状態（３）リモコンや受信待ちなどを動作させるための待機
状態（４）通常の動作（使用）状態

【０００４】これらの状態の中で、（１）、（２）の状
態では電流は全く流れないか、殆ど流れない。しかし、
（３）のリモコン動作等のため待機状態とした場合に流
れる電流は以外と多いものである。これは、電気機器の
電源トランスの一次側を入れたまま二次側の主要な負荷
回路のみを切るため、電源トランスの一次インダクタン
スと呼ばれる電流と、それに起因する銅損と呼ばれるコ
イルのジュール熱、鉄損と呼ばれる磁気コア内に流れる
渦電流損によるロスが生じてしまう。またスイッチング
電源では半導体のスイッチングロスが生ずるし、ＬＥＤ
やプラズマディスプレイといった状態を示す表示類の消
費電力も馬鹿にならない。同様にＡＣアダプタを使用し
た機器においても、二次側のみを切り、一次側までをオ
フにするものはなく、ＡＣアダプタを接続した状態で無
負荷損と呼ばれる無駄な電力が生じている。

【０００５】従来の電気機器やＡＣアダプタは、このよ
うな待機動作中の電力の消費の低減化について、十分な
対応がなされているとはいい難く、むしろ回路構成を簡
略化することで機器の価格を下げることに主眼が置かれ
て、省エネルギーという観点で設計されることが少なか
った。例えばこの様なものとして、ある種の音響機器で
は、待機状態では単にミューティングをかけてディスプ
レイ部のみを消灯し、音響回路はそのまま通電状態にあ
るものとか、ビデオ機器等において、ふたが閉じればデ
ィスプレイが見えなくなるにもかかわらず、プラズマデ
ィスプレイが点灯し続けるものなどの例が見られる。

【０００６】上述したように、電気機器では待機時の電
力を必要とするものがますます多くなり、しかも、こう
いった機器は２４時間通電されることが多い。最近は、
通常の使用状態での消費電力は相当改善されてきている
ので、待機時の消費電力が大きな問題となっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】そこで、この発明は、
従来の電気機器が待機に必要な最小限の電力消費に止ま
らず、相当量の電力を無駄に消費していたことに対し、
リモコンやサブスイッチ機能、受信待機機能などを維持
する待機電力を必要最小限まで低減させ、無駄なエネル
ギー消費を極限に近くまで抑制した省電力電気機器を得
ることを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、まず第一に
リモコンなどの機能のために待機中の電気機器の電源の
一次側で間欠通電させることによって、待機時の回路に
要求される限界に近い最小限の電力供給状態を安定して
作り出すことにある。ここで間欠通電には、通常のトラ
ンスを用いた電源を例えばサイリスタなどをある間隔で
開閉させるもの（間欠開閉）と、スイッチング電源のよ
うに、本来通常負荷時のパルス幅や周波数よりずっと低
い間隔でのスイッチング動作（間欠発振）の双方の概念
を含んでいる。

【０００９】次に、この発明では間欠通電のための制御
回路を電源の一次側に設置している。二次側に設置する
と、スタートアップができないとか、停電後の自動復帰
が出来ない障害が発生する。また、スイッチング電源
で、いわゆる三次巻線から制御回路の電源供給を受ける
ものは起動回路や起動抵抗が必要となり、このロスのた
め省電力化ができにくい。そこで間欠制御用の電源を一
次側に設置し、しかもリアクタンスドロッパを使用した
制御用電源または起動回路を使用することで絶縁を確保
しながらも課題を解決している。

【００１０】また、待機時などはコンデンサーを通し、
通常の定格より低い電圧で電源トランスを駆動させるこ
とでも節約をした。さらに、待機状態と通常の使用状態
との移行を円滑にさせる手段、待機に必要な回路自体に
も、省電力を目指した手段を組み合わせて以下のように
発明を構成した。以下、請求項の記載にそってこの発明
の内容を説明する。

【００１１】この出願の第１の発明の構成は、商用電源
と接続された一次側に電源回路を開閉する素子を配置
し、この素子を一定時間ごとまたは、電流の使用状況に
応じた時間間隔で間欠開閉させる制御回路か、本体から
の制御信号または電流の使用量で連続通電に移行する制
御回路持つものである。待機動作中などの電力を多く必
要としない状態では、必要な電力は僅かで済むことか
ら、制御回路の電源に接続された平滑用コンデンサ、あ
るいは電荷蓄積のための素子からの電流で動作を維持さ
せる。負荷が比較的一定のものについては、電圧低下時
間を見込んで一定間隔ごとに、また負荷が変動するもの
や、より細かな制御を行う場合については電流の使用状
況を検出した間欠動作で一次側を通電することで、必要
かつ最小限の電力を待機回路に供給しようとするもので
ある。なお、状態や回路構成によっては、本体からの制
御信号、あるいは電流の使用量によって連続通電する制
御を行うこともこの発明には含まれる。

【００１２】この出願の第２の発明の構成は、商用電源
と接続された一次側に電源回路を開閉する素子を配置
し、この素子を一定時間ごとまたは、電流の使用状況に
応じて間欠発振させる制御回路か、本体からの制御信号
または電流の使用量で連続発振に移行する制御回路を持
つものである。待機動作中などの電力を多く必要としな
い状態では、必要な電力は僅かで済むことから、電源に
接続された平滑用コンデンサ、あるいは電荷蓄積のため
の素子からの電流で動作を維持させる。負荷が比較的一
定のものについては、電圧低下時間を見込んで一定間隔
ごとに、また負荷が変動するものや、より細かな制御を
行う場合については電流の使用状況を検出した間欠発振
動作で一次側を通電することで、必要かつ最小限の電力
を待機回路に供給しようとするものである。

【００１３】次に第３の発明の構成は、一次側の電源回
路開閉の制御が、電源トランスの残留磁気の方向を揃え
るために、通流電流の位相とタイミングを制御する手段
を持つものである。一次側の電源回路開閉動作のタイミ
ングにより、電源トランスの残留磁気の方向が様々な状
態になる。そして、次に開閉動作を行うと、そのときの
残留磁気の方向で突入電流が流れ易いかどうかの状態が
異なる。そこでこの突入電流の位相とタイミングを制御
することで、電力消費を抑えようとするものである。

【００１４】次に第４の発明の構成は、一次側の電源回
路開閉の素子を間欠開閉させるための制御用の電源を一
次側に配置したものである。待機時から通常動作への移
行は、通常の待機時であれば、制御回路に蓄積された電
力で、一次側のオンに必要な動作ができるように設計で
きるが、機器に最初に通電したときや停電後の復帰時、
あるいは一次側のメインスイッチをオフした場合起動し
なくなる。そこでこの発明では、制御回路の駆動の電源
部分を一次側に配置することで、定常時以外からの復帰
動作時も制御回路に電力を供給し、動作が確保できるよ
うにしたものである。いわゆる三次巻線から電源を供給
するものは、起動抵抗や起動回路が必要でこのロスも馬
鹿にならない。因みに絶縁の必要が無い物は起動の制約
が無いので、１ｍＷ以下の消費電力も可能であったが絶
縁されたものは、この理由で１００ｍＷ以下は殆どなか
った。

【００１５】次に第５の発明の構成は、商用電源の一次
側に電源回路を間欠開閉あるいは間欠発振させる素子を
配置し、この素子の制御用の電源として、一次側からコ
ンデンサのリアクタンス分を流れる電流を用いたもので
ある。この構成では、双方向性サイリスタ、ＭＯＳＦＥ
Ｔなどのスイッチング素子の開閉装置を商用電源ライン
側に配置してこの開閉を制御するようにし、併せて制御
用の電源に一次側のコデンサのリアクタンス分を流れる
電流を使用することで、不要な損失を低減させている。
むろんこれを３次巻線を利用する場合の起動回路として
使用しても良い。この方法が従来あまり使われなかった
のは、電源電圧が緩やかに立ち上がる場合、制御回路に
よっては確実な起動をしないことがあげられる。この問
題は使用半導体の選択や回路に工夫を加えることで確実
な起動をさせることができた。本発明ではこれらの相乗
効果により１００ｍＷ以下の待機電力や無負荷損とする
ことができた。

【００１６】次に第６の発明の構成は、商用電源の一次
側入力電圧をコンデンサにより分圧するか、もしくはコ
ンデンサを通して電源トランスの一次側をドライブする
ものである。むろんこの前に更にコンデンサを並列に接
続してもよい。待機時の負荷が少ない状態では、このよ
うにして下げても必要な電圧を二次側から取り出すこと
ができ、その分は節約できるからである。

【００１７】また、第７の発明の構成として、第１ない
し第６の発明の省電力電気機器において、電流の使用状
況の検出をコンパレータ、またはヒステリシス特性を持
つコンパレータ、またはコンパレータとワンショットの
いずれかを使用するか、フォトカプラのＬＥＤを直接ド
ライブできる場合は、フォトカプラのＬＥＤを駆動をさ
せる構成の電気機器を得ている。そして、この回路構成
により、所定の電流が必要な状態になると、間欠通電状
態から連続通電状態へ移行するか、間欠通電状態であっ
ても間欠時間の短縮などにより電力移送を高める状態へ
移行させるか、あるいは減圧状態を解除し電力供給を高
める手段を有するものである。

【００１８】さらに第８の発明の構成は、間欠開閉の動
作のためのオン、オフ信号または間欠動作の開始や終了
の信号を伝達する手段が、アイソレーションをとる必要
から二次側からフォトカプラを用いて伝達されるもので
ある。

【００１９】さらに第９の発明の構成は、遠隔操作機能
やサブスイッチを使用した電気機器において、これら機
能の動作のための補助電源として第１の構成ないし第８
の発明の構成に記載した電源を使用することにある。待
機時の制御回路の電源を補助電源により別個に設定する
ことで、極限の省電力設計のものとすることができる。

【００２０】そして第１０の発明の構成として、待機動
作のための補助電源からの通電信号で機器本体部の電源
が動作し、以降の動作に必要な電力を本体電源から得る
か、または一次側から補助電源に供給するようにしたも
のである。待機動作から通常の使用状態に移行にかかる
最低限の動作を待機制御回路に委ね、動作開始後の供給
はメイン回路側に委ねるか、もしくは一次側からの電力
の供給を受けて動作を継続するようにしたことで待機時
の電力を最小限とするものである。

【００２１】第１１の発明の構成は、商用電源を利用す
るスイッチング電源または一次側と二次側を絶縁したＤ
Ｃ／ＤＣコンバータの一次側から二次側への電力伝達手
段が、等価的なデューティサイクルを制御するものにお
いて、一定の値以下のデューティサイクルでは、発振を
停止させることで待機時などは間欠発振動作に移行する
ものである。従来からもスイッチング電源やＤＣ／ＤＣ
コンバータは、負荷が極端に軽減されると回路や調整次
第では間欠発振状態になるものがあった。しかしながら
この領域はリップルのみならず、耳に付く異音が発生す
るので異常動作領域とされていた。そのためこれがなく
なるまでブリーダ抵抗で無駄な電流消費させるなどし
て、連続発振を維持しようとするのが普通であった。最
近では待機時に限り本体からの制御信号で間欠発振させ
るもの（例えば特開平８−１３０８７１号公報）も考え
られているが、異音の問題等で実用化されるには至って
いない。異音の問題については、耳につき易い周波数を
避ければよく、例えば２０ｋＨｚ以上にするか、逆に数
百Ｈｚ以下にしてしまえば気になりにくく、ヒステリシ
ス特性や時定数を利用することで耳に付きにくい周波数
にまで下げることができる。またトランスの固定を強固
にすることで異音を減らすことも可能である。また別の
問題として、間欠の周波数下げるとリップルは大きくな
る傾向にある。ただ、この点についても挿入されている
コンデンサの容量を大きくすることで低減は可能である
し、どうしてもリップルがあってはいけない場合は、後
段にレギュレータやリップルフィルタを入れればよい。
しかし、通常は待機時に電源に高度な性能を要求される
ことは殆どない。

【００２２】第１２の発明は、発振周波数の変化で出力
電圧を制御する電源装置、例えば共振型コンバータなど
で、低負荷時などに共振周波数から変位させて共振電流
を低減させる場合に、特定の周波数範囲外になると発振
を停止させる制御回路と組み合わせて、間欠発振へ移行
させるようにしたものである。

【００２３】第１３の発明の構成は、異音の問題を解決
するもので、デューティサイクルや発振周波数の検出部
が、間欠発振周波数を下げるためのヒステリシス特性や
時間遅れの機能を有したものである。

【００２４】第１４発明の構成は、待機機能を持つ電気
機器の待機モードの検出に、電源二次側の直列ループに
挿入された抵抗分の電圧降下を検出し、これにより基準
電圧部の分圧比を変えるなどして待機時の電圧を下げる
ことで省電力動作をする電源装置において、直列に挿入
された抵抗分として、リップルフィルタを構成するイン
ダクタによる電圧降下をローパスフィルタを通じて得た
ものを使用したものである。最近の電気機器は、消費電
流が少ない待機時モードを持つものがある。このときは
必ずしも規定の電圧を必要とする訳ではない。そこでこ
のモード時は、電圧を下げることで更に省電力化が図れ
る場合もある。この発明では待機モード時の検出につい
て、新たな検出抵抗による損失を防ぐため、リップルフ
ィルタを構成するインダクタの抵抗分の電圧降下をロー
パスフィルターを利用するなどして検出を行い、無用な
電力消費を抑制したものである。

【００２５】

【発明の実施の形態】次に、この発明の実施の形態につ
いて述べる。なお、この実施の形態以降の各実施例の各
図で同一部分、同一機能については共通の符号を付して
いる。図１は、この発明の代表的な回路構成を示したブ
ロック図である。図は、音響機器、テレビ、ビデオ機器
などで、リモコン装置、タイマーの表示部などを有し、
かつ電源を商用電源から得ている機器を示している。

【００２６】図１においてＡＣプラグなどの商用電源入
力部１０１から交流電源が機器の本体１０２に供給され
る。本体１０２は、電源が投入されると機器本来の機能
を動作させる部分である。また本体１０２には、これを
駆動させるために必要な電圧、電流を供給するための主
電源が含まれている。商用電源の供給ラインには、リレ
ーなどの開閉装置１０３が設けられており、制御回路１
０４からの開閉信号によって供給ラインの開閉が可能に
なっている。制御回路１０４は、主電源とは別に補助電
源１０５が設けられ、待機時の電力供給は補助電源１０
５からなされる。また制御回路１０４には、リモコンの
受光回路１０６、受光信号により必要な各種の制御信号
を出力する演算装置１０７が設けられ、リモコン信号に
よって本体１０２への通電の命令が来た場合には、開閉
装置１０３の制御端子に信号を送り、開閉装置を駆動さ
せて商用電源を本体１０２に供給する。また、演算装置
１０７は、本体１０２への制御信号を送る機能も有して
いる。

【００２７】タイマー１０８は、待機時にも動作する必
要があることから制御回路１０４に置かれており、液晶
による表示部１０９を駆動している。このとき、液晶の
表示のためのバックライト１１０は、電力消費が大きい
ことから、待機時には点灯させず、通常動作時に本体１
０２側から電流が供給されるようになっている。制御回
路１０４は、間欠通電の場合でもコンデンサなどの電荷
蓄積素子１１１に蓄積された電荷により待機状態を維持
している。待機状態解除後に開閉装置の動作に必要な最
初の電流は、電荷蓄積素子１１１から供給し、本体が動
作した後、本体電源部からダイオード１１２を介して補
充される。

【００２８】このように待機電流のみから考えれば、本
体電源部と補助電源の両方を備えたもののほうが望まし
い。というのも、補助電源については必要最小限の消費
電力まで削減した省電力設計ができるからである。また
このような構成としたことで、部品等のコストの上昇は
若干あるが、その電気機器が生涯で消費する電力量を削
減できる。

【００２９】

【実施例】次に、より具体的な実施例によってこの発明
をさらに詳しく説明する。図２、図３及び図４は、実施
例２ないし４を表している。これら実施例は、いずれも
共通して図中の実線Ａで囲まれたブロックの回路と点線
Ｂで囲まれたブロックの回路のいずれかの構成をとるこ
とができるようになっている。

【００３０】まず、実線Ａのブロックの回路を選択した
場合（このとき点線Ｂのブロックの部分は存在しな
い）、リレードライブ２１０と連動したリレースイッチ
２１５で、リモコン信号回路２１３からの信号によりリ
レースイッチ２１５を経てメイン回路への電流の供給を
するようになっている。この場合、メイン回路２１３と
メイン回路とは、共通の電源を使用している。一方、点
線Ｂのブロックを選択した場合（このときは実線Ａのブ
ロックの部分は存在しない）、この電源回路はリモコン
信号回路やタイマー回路専用の補助電源として機能し、
メイン回路への電流供給は、本体１０２に別に設けられ
た主電源を用いることになる。この場合、リモコン信号
回路回路２１３からの信号により、リレードライブ２１
０と連動したリレースイッチ２１６を駆動させて、本体
１０２への電流の供給を行う。制御回路を主電源と共通
化するか、補助電源として別途設けるかは、機器の仕様
やスペース、用途等に応じて任意に選択できる。

【００３１】次に個別の実施例について説明する。まず
図２の実施例２は、スイッチング電源にこの発明を適用
したもので、制御用電源として、コンデンサ２０１を通
してダイオード２０２で整流する。この部分にコンデン
サ２０１を使用することは、発熱によるエネルギーのロ
スを少なくすることができる。因みにこの値は０．０１
μＦ程度である。この容量性リアクタンスを通る僅かな
電流は次のコンデンサ２０３に蓄えられ、制御用電源と
なる。なお、２０４はツェナーダイオードである。この
電源により、シュミットトリガーインバータ２０５を用
いた発振器を動作させ、スイッチング用のＭＯＳＦＥＴ
２０６をドライブする。

【００３２】一方、商用電源の入力は、ダイオード２０
７で整流され、これをコンデンサ２０８に蓄える。これ
をＭＯＳＦＥＴ２０６でスイッチングさせることでパル
ス電流を作りだし、トランス２０９を通じてアイソレー
トさせたものを再び整流し、コンデンサなどの蓄電装置
２１４に蓄える。これはリレーのドライブ回路２１０を
駆動する瞬間に必要なエネルギーを蓄えておく役割を担
っている。この蓄電装置２１４の電圧は、シュミットト
リガー回路２１１に入る。もし、電圧が設定された電圧
以上に高くなり過ぎると、フォトカプラ２１２が点灯
し、スイッチング用のＭＯＳＦＥＴ２０６にパルスが入
るのを止める。するとスイッチング動作が停止し、シュ
ミットトリガー回路２１１に入る電圧もやがて低下して
フォトカプラ２１２は消灯することになる。すると再び
スイッチング動作が始まり電圧が上昇する。このフィー
ドバックループを形成させたことにより、電圧はある範
囲に管理される。この動作はむろんコンパレータとワン
ショトとの組み合わせに置き換えることも可能である。
これらはいずれもスレショールド電圧付近でのノイズの
影響を受けにくくするための工夫である。

【００３３】このように、間欠通電させることで消費電
流を格段に低減させることができる。因みにスイッチン
グ周波数とは、一般に周波数が１０ｋＨｚ以上のものを
指しているが、間欠通電のインターバル時間は数百Ｈｚ
程度以下のゆっくりとしたものを指している。なお、こ
の例では巻線トランス２０９を使用したスイッチング電
源としたが、圧電素子を用いた圧電トランスを用いても
同様の回路を得ることができる。

【００３４】次に、図３の実施例３について説明する。
まず、制御回路用の電源は、商用電源からコンデンサ２
０１を通り、全波整流のダイオード３０１にて整流さ
れ、コンデンサ２０３に蓄えられる。なお、２０４はツ
ェナーダイオードである。この電圧がシュミットトリガ
ーインバータ２０５を用いたパルス発生器を動作させ、
この電圧がフォトカプラ３０２のＬＥＤを点灯させる。
因みにＬＥＤの点灯時間は、消灯時間よりはるかに短く
設定されているのでフォトカプラ３０２の双方向性サイ
リスタのオン時間は短くなる。これはリモコン等の待機
時に使用される電力は僅かなため連続通電させる必要は
なく、このような間欠動作で励磁電流による消費電力を
大幅に減少させることができる。そして通電時にトラン
ス３０４を介して二次側へ電力が供給される。

【００３５】なお、リモコン信号回路２１３からの信号
によりリレー２１０とフォトカプラ３０３をドライブ
し、リレースイッチ２１５でメイン回路の負荷への接続
を得るとともに、フォトカプラ３０２の双方向性サイリ
スタをショートさせて連続通電モードとすることができ
る。このとき双方向性サイリスタ部をゼロクロススイッ
チングとすることでスパイクノイズ発生の問題を低減で
きる。なお、制御回路の電源をメイン回路の電源と独立
した補助電源として用いるときは、前述したように実線
ブロックＡの回路によらず点線ブロックＢの回路を選択
する。

【００３６】次に、図４の実施例４について説明する。
これは、補助電源に小さい商用トランスを使用するもの
である。ところがこの損失は以外に少なくはならない。
というのは、トランスは小さいものほど効率が悪くなる
からである。そこで、待機時はトランスへの入力電圧を
下げて動作させるようコンデンサを通して、省電力効果
を得たものがこの実施例４である。図において、商用電
源から分圧コンデンサ４０１、４０２によって分圧され
た電圧をトランス３０４の一次側への入力とする。そし
て二次側の整流された電流を制御回路の待機時の電源と
して用いている。この回路例においてもリモコン信号回
路２１３からの信号により、フォトカプラ４０４が動作
し、双方向性サイリスタがショートして商用電源の電圧
が分圧されなくなる。

【００３７】このように、コンデンサで分圧後、トラン
スという誘導性インピーダンスをドライブするのは一種
のインピーダンスマッチング回路なので、待機専用の補
助電源なら電圧の異なる国向けでも回路定数を変えるだ
けで同じトランスが使用できる。また、５０Ｈｚ、６０
Ｈｚの地域差については、その間に合わせるか、余裕の
少ない周波数側で合わせればよい。待機時のように負荷
の少ないときは、このような回路構成としても必要な電
圧を二次側から取り出すことができる。なお、一般的に
商用電源の一次側に高周波ノイズをカットする目的でも
コンデンサが挿入される場合もあるが、その値はこうい
った目的のものに比べ格段に小さいものであり、挿入方
法もコンデンサの種類も異なったものである。

【００３８】図５の実施例５は、ＡＣアダプタなど、負
荷電流量の情報しか得られない場合の消費電力の節約の
例を示している。この例も、図４の実施例４同様に分圧
してトランス３０４をドライブするものであるが、むろ
ん図２や図３に使われている例と組み合わせることがで
きる。この例では電流の検出にコンパレータ５０１を使
用している。直流出力端子５０２に接続された電気機器
が待機時と見られる場合、電流は殆ど流れない。このと
きフォトカプラ４０４のＬＥＤは点灯しない。しかし、
規定以上の電流が流れると、コンパレータ５０１の比較
入力電圧が逆転してＬＥＤが点灯し、双方向性サイリス
タがショートして分圧状態でなくなる。電流がフォトカ
プラ４０４の点灯電流に近い値を確保できるときは、コ
ンパレータ５０１を省略し、フォトカプラ４０４に直接
接続した構成とすることもできる。

【００３９】図６は、図３の実施例３に関連した別の実
施例６である。実施例３の場合において、図の実線Ａの
ブロックを採用したときは、トランス３０４を大きくす
る必要が生じる。電源トランスは、大きくなるにしたが
って突入電流が流れ易くなることと相まって、磁気コア
が飽和し易くなるからである。このため、電源を切った
タイミングによって残留磁気の方向が決まってしまう。
そして次の電源投入時に、この磁気の方向を反転させる
か、同じ方向から始まるかで突入電流は全く異なったも
のとなってしまう。そこで、電源のオン−オフのタイミ
ングを電源周波数に同期させて管理することにより、こ
の突入電流をいつも少なくすることができた。

【００４０】図６にあるように、この実施例ではバイナ
リカウンタ６０１で商用周波数を分周し、ゲート回路６
０２でアンドをとることで、この例では６４波中の２波
分の時間だけを規則的なタイミングで通電させ突入電流
を少なくしている。電源のオン−オフのタイミングの同
期は、この例のみでなく、例えばフォトカプラ３０２の
双方向性サイリスタを制御するゼロクロススイッチに方
向性、すなわち一定の方向のゼロクロス時のみに選択的
に動作するものがあれば、バイナリカウンタ６０１を用
いずに同期をとることもできる。なお、この実施例では
トランス３０４の二次側の回路については、省略して説
明している。

【００４１】図７の第７の実施例はスイッチング電源の
例で、負荷電流が２０％以上１００％までの大きい領域
では連続発振し、２０％未満の負荷の小さい時には間欠
発振するように動作を明確に区分した回路構成である。
図において、商用電源の一方はダイオード７０１で整流
され、コンデンサ７０２で平滑されて主電源用となる。
他方はコンデンサ７０３を通りダイオード７０４、７０
５で整流され、コンデンサ７０６で平滑され、制御用の
電源となる。発振回路７０７には、疑似三角波を発生す
ると同時に発振停止用のリセット端子がある。第１のコ
ンパレータ７０８の−端子は電源電圧を分圧し、フォト
カプラ７１０がオフの時、等価的なデューティサイクル
が５０％、オンの時は０％になるように設定されてい
る。この出力がスイッチング素子７１１を駆動し、この
パルス電流でトランス７１２を駆動する。トランス７１
２の二次側は、ダイオード７１３で整流され、π型フィ
ルタ７１４で平滑される。この出力電圧は基準電圧７１
６と比較され、もし大きい場合にはフォトカプラ７１０
のＬＥＤが点灯する。すると制御回路のＸ点の電位を上
げ、第１のコンパレータ７０８の出力のデューティサイ
クルが下がって二次側の電圧が下がるように、制御ルー
プが形成されている。

【００４２】ここで第２のコンパレータ７０９は、Ｘ点
の電位が上がりデューティサイクルが１０％を切る領域
に下がろうとするとリセットをかけ、発振を停止させ
る。このためある値以下の消費電流では間欠発振を余儀
なくされることになる。このように、デューティサイク
ルの少ない領域については発振停止、すなわちデットゾ
ーンを設けることでこの領域でのスイッチングロスが低
減されることになる。第２のコンパレータ７０９に正帰
還がかけられているのは、この間欠発振の周波数を下げ
る効果がある。また、Ｘ点とグランド間に挿入されたコ
ンデンサ７１５も同様の働きをする。間欠発振の動作に
伴う音の発生が気にならない場合は、この回路を省略し
てもよい。

【００４３】なお、電源装置おいてはアイソレーション
が課題の一つとなる。バッテリ機器用のアイソレーショ
ンが絡まないものには、従来からも間欠発振動作をさせ
るものがあった。しかし、アイソレーションが絡むとス
タートアップしない回路になったり、起動回路が必要に
なったりして、省電力化が難しくなる。更に、アイソレ
ーションを必要とするにはエネルギーを伝達するための
トランスと、信号をフィードバックするフォトカプラが
必要となり、ループの伝達関数は複雑になりやすい。こ
のため、より高度な制御技術が必要となる。スイッチン
グ電源の場合、フォトカプラの点灯で発振停止という設
計でないとスタートアップできない制約も発生する。こ
の発明では、アイソレーションを確保しているにも関わ
らず低消費電力化を達成している。しかも、スタンバイ
信号といった特別な制御信号を用いることなく、電流の
消費量が下がると自動的に間欠発振動作に移行でき、ス
タートアップの問題もない。

【００４４】この実施例は、間欠発振の決定を出力電圧
を監視して決定するのでなく、あくまでデューティサイ
クルの範囲を制限することで自動的に間欠発振に移行す
る構成としている。この構成を達成するためには、実質
的に第２のコンパレータ７０９を１個追加するのみとい
う簡単な回路で達成できるので、消費電力の少ない回路
で通常動作時の性能と効率を上げながら待機時の損失も
少なくできる。因みに、間欠の動作の判断に電流を利用
するのは抵抗による損失が発生する。明確な動作をする
ようにヒステリシス電圧で判断するには、リップルが発
生する。待機時はこれでもよいが、通常動作時はリップ
ルフィルタが必要な場合もあるのでこの部分で損失が生
じる。この実施例のデューティサイクルにデッドゾーン
を設ける手段は、通常動作時には連続発振で本来のスイ
ッチング電源による必要な電力供給性能と効率を確保し
ながら、待機時には多少リップルがあろうとも、消費電
流を下げるという機能を簡単な回路で達成できる。な
お、この実施例のデューティサイクルについて言えば、
周波数固定でデューティサイクルのみが変化するもの、
オン時間固定でオフ時間が変わるもの、あるいはその逆
のものがあるが、いずれも等価的なデューティサイクル
を変えているに過ぎない。また、多石型や共振型や部分
共振型の場合は、波形上からは明確な形で定義できにく
いものも存在するが、エネルギーからみれば、同様の定
義ができるといえる。そこで、これらの内容を含んだ意
味でこの出願では、等価的デューティサイクルと呼んで
いる。

【００４５】また、実施例７は、効率的な電流検出の手
段についても開示している。常識的には、電流を検出す
るには直列に抵抗が必要であり、ここでエネルギーを損
失する。そこで図７の実施例では、多くの電源で使われ
ている平滑用π型フィルタ７１４を構成するインダクタ
７１７が持つ直流抵抗を利用している。なおここには高
周波成分も含まれているので、ローパスフィルタで高域
を落とせばよい。しかも、この例ではインダクタ７１７
を常識的な＋側に配置せず、−側に配置することで汎用
の単電源オペアンプがそのまま使用できるメリットもあ
る。この出力で基準電圧７１６のゲート部分をドライブ
すれば待機時などの電流が少ないとき、さらに電圧を下
げて電力削減ができる。

【００４６】この実施例７は、フライバック方式で説明
したが、これはフォワード方式にも適用可能であるし、
同期整流とも組み合わせることができる。

【００４７】図８は、第８の実施例を表す。この実施例
は、共振型コンバータの例である。商用電源を整流した
ものか、直流源の８０１は、発振制御路８０２により交
互に開閉されるスイッチング素子８０３、８０４で、コ
ンデンサ８０５と直列接続されたトランス８０６の一次
側のインダクタンスとで共振させている。この共振周波
数（ｆ）と共振電流（ｉ）との関係は、図９のグラフに
示すように、最大負荷時の電流は共振点（ｆｒ）の電流
となり、多く流れる。軽負荷時は、より高い周波数ｐま
で変移することで共振電流を少なくしている。なお、８
０７は、二次側の整流平滑回路である。図において、も
し出力電圧が高くなると、フォトカプラ８０８の発光ダ
イオードが強く光り、Ｙ点の電位が上がることになる。
そうすると、発振制御回路８０２は、周波数を上げ、共
振電流を下げ、出力電圧が下がるようにフィードバック
ループが形成される。

【００４８】この実施例では、ある設定、例えば最大出
力の５分の１の電流以下になるように発振周波数を上げ
ようとする場合は、別に設置したコンパレータ８０９で
発振制御回路８０２のリセット信号を出力し、発振を停
止させるようにする。これにより、小電流時には自動的
に間欠発振動作に移行し、省電力効果が得られるように
している。なお、この実施例では、制御回路用の電源部
分等は省略してあるが、リアクタンス分を通過する電流
を利用することで、この部分での発熱や、損失を一層削
減できる形態としてもよいのは、言うまでもない。

【００４９】以上の各種の実施例のように、これら発明
は、間欠通電とコンデンサを通しての減電圧駆動を基本
技術とし、これらがスタンバイ時の特殊性を利用して、
省電力となるよう制御技術を組み合わせて達成されてい
る。また、絶縁すなわちエネルギーを送る部分と、フィ
ードバック用の２つのアイソレーションを取る必要があ
るが、これに伴う起動回路での損失の発生をリアクタン
スドロッパで解決している。また、一次側の開閉素子の
間欠開閉に伴う、突入電流、ノイズ、リップルの発生が
あるが、突入電流は位相やタイミングの制御により、ノ
イズはゼロクロススイッチにより、またリップルは待機
状態や無負荷状態では実質的に問題を生じにくいが、必
要ならリップルフィルタを設置できる。。また、省電力
状態から通常の使用状態などへ復帰するための制御回路
の主要部を一次側に配置し、二次側には電流の検出等の
必要最小限の回路構成としたことで、停電やメインスイ
ッチのオフ後も復帰起動を問題なく行うことができる。
さらには、待機時の動作に必要な電力を最小限とし、復
帰動作のために必要な電力の供給はバックアップを行う
構成としたことで、待機時の消費電力を更に低減するこ
とができた。この様な効果により、いずれの実施例の場
合も待機時の電力は従来のおよそ１０分の１以下の１０
０ｍＷ以下にまで低減させることができた。

【００５０】

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば電
気機器のリモコン動作やサブスイッチ動作あるいは信号
待ちなどのための待機時の電力を大幅に低減させ、機器
のライフサイクルでの省電力化を達成することができ
る。これにより地球環境における、資源枯渇や温暖化の
抑止に至る多大な効果が得られるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の機器の基本的な構成の第１実施の形態
を示すブロック図である。

【図２】本発明をスイッチングレギュレータを使用した
機器に適用した第２の実施例を示す回路図である。

【図３】本発明を通常のトランスを使用した機器に適用
した第３の実施例を示す回路図である。

【図４】本発明を通常のトランスを使用した機器に適用
した第４の実施例を示す回路図である。

【図５】本発明をトランスを用いたＡＣアダプタに適用
した第５の実施例を示す回路図である。

【図６】本発明を通常のトランスを使用した機器に適用
した第６の実施例を示す回路図である。

【図７】本発明をスイッチングレギュレータに適用した
第７の実施例を示す回路図である。

【図８】本発明を共振型ＤＣ／ＤＣコンバータに適用し
た第８の実施例を示す回路図である。

【図９】図８の実施例の共振型コンバータの共振電流と
発振周波数との関係を表すグラフである。

【符号の説明】

１０１商用電源入力部１０２本体１０３開閉装置１０４制御回路１０５補助電源１１１、２１４電荷蓄積素子２０６ＭＯＳＦＥＴ２１０リレードライブ２１５、２１６リレースイッチ２０５シュミットトリガーインバータ２０９、３０４、７１２トランス２１２、３０２、３０３、４０４、７１０、８０８フ
ォトカプラ４０１、４０２分圧コンデンサ５０１、７０８、７０９、８０９コンパレータ６０１バイナリカウンタ６０２ゲート回路７０７発振回路７１７インダクタ８０２発振制御回路

フロントページの続き (56)参考文献特開昭62−135270（ＪＰ，Ａ) 特開平４−12666（ＪＰ，Ａ) 特開平５−64439（ＪＰ，Ａ) 特開平５−207741（ＪＰ，Ａ) 特開平７−288926（ＪＰ，Ａ) 特開平７−95769（ＪＰ，Ａ) 特開平９−98571（ＪＰ，Ａ) 特開平８−228484（ＪＰ，Ａ) 特開平６−335234（ＪＰ，Ａ) 実開平４−10588（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02M 3/28

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】商用電源と、当該商用電源を整流する第
１の整流回路と、前記商用電源に接続されたトランス
と、前記第１の整流回路の出力を受けて間欠的に動作す
るパルス発生器と、当該パルス発生器の出力に応じて前
記トランスへの電流供給をスイッチングする双方向性の
開閉素子と、前記トランスの二次側出力を整流する第２
の整流回路とを具え、前記商用電源と第１の整流回路と
の間に直列にコンデンサを設けると共に、前記第２の整
流回路の下流側に電荷蓄積素子を設け、前記開閉素子が
オフの間、前記電荷蓄積素子に蓄積した電荷を出力する
ことを特徴とする電源装置。
【請求項２】請求項１に記載の電源装置において、前
記開閉素子が１の回路で構成されていることを特徴とす
る電源装置。
【請求項３】請求項１または２に記載の電源装置が更
に、前記電源装置の負荷電流を検出する負荷電流検出回
路を具え、前記制御回路が前記負荷電流検出回路で検出
した負荷電流に応じて前記開閉素子を間欠的に開閉させ
るように制御することを特徴とする電源装置。
【請求項４】請求項１ないし３に記載の電源装置にお
いて、前記開閉素子が前記商用電源の位相と同期して動
作することを特徴とする電源装置。
【請求項５】請求項１ないし４のいずれかに記載の電
源装置において、前記開閉素子がゼロクロススイッチを
具え、前記ゼロクロススイッチが電圧０または電流０の
ゼロクロス点または方向性を有するゼロクロス点を選択
し、前記開閉素子が当該ゼロクロス点にて動作すること
を特徴とする電源装置。