JP3566532B2 - 電源装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機やレーザプリンタのようなＯＡ機器等に使用される多出力スイッチングレギュレータに用いて好適な電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複写機やレーザプリンタ等のＯＡ機器用の直流電源装置として、小型軽量、低コスト、高効率で優れた定電圧特性を有するＤＣ−ＤＣコンバータを含むスイッチングレギュレータが広く使われている。これらＯＡ機器の発達はめざましく、多機能化、高速化に伴ってスイッチング電源の出力容量、出力系統数の増加が著しい。
【０００３】
特に多機能化により１台の機器がコピー、プリンタ、ファクス等の複数の機能を有する複合機が登場してきた。複合機では各機能を制御する必要があるため、１台の機器に多数のＣＰＵや制御板を持つようになり、スイッチング電源も大容量化、多出力化し、同一電圧レベルの出力を複数持つスイッチング電源も使用されるようになってきた。
【０００４】
上記のような複合機等では、付加機能により必要な電流容量や出力数に違いがあるが、スイッチング電源は同一であるため、負荷のつながっていない出力があることがあり、スイッチング電源で無駄な電力消費が発生している。また、常に各制御板に通電しているため、機器の消費電力が増加している。特に機器の待機状態ではその傾向が顕著に現れる。
【０００５】
このため現在では、コンピュータ周辺機器等の待機状態での電力消費が問題となっており、日本電子工業振興協会（ＪＥＩＤＡ）等ではこれを自主規制する検討が行われている。そのため、同一電圧レベルの出力を複数持ち、同一電圧レベルの出力の一部を外部信号によりオン・オフ制御することにより、必要な負荷のみを選択して電力供給を行うものが使用されるようになってきた。
【０００６】
従来の３出力スイッチングレギュレータを図２の回路図に基づいて説明する。図２において、交流電源から入力する交流電力は電源スイッチ（図示せず）をオンすると、入力ヒューズＦ１、ノイズフィルタ回路１、チョークコイルＬ２、突入電流抑制用の抵抗Ｒ２を経由してダイオードブリッジＤＢ１で整流され、１次整流平滑用コンデンサＣ０を充電する。
【０００７】
コンデンサＣ０に充電された１次直流電力は、ＰＷＭ制御回路２の出力端子ＯＵＴから出力される駆動パルスでオン・オフするスイッチング素子Ｑ１により断続する１次電流となる。この電流はトランスＴ１の１次巻線Ｎ１とスイッチング素子Ｑ１と１次電流検出抵抗Ｒ７とからなる直列回路に流れ、トランスＴ１の外部出力用、内部出力用の２次巻線Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４に電力を誘起する。
【０００８】
内部出力用の２次巻線Ｎ３は、ダイオードＤ３、コンデンサＣ６からなる整流平滑回路を介してＰＷＭ制御回路２の電源入力端子ＶＣＣに電力供給し、外部には出力しない。なお、コンデンサＣ０の正端に接続された抵抗Ｒ４、ダイオードＤ１の直列回路も電源入力端子ＶＣＣに接続されているが、これはスイッチング電源の起動時にＰＷＭ制御回路２に電力を供給するものであり、２次巻線Ｎ３から電力供給されるようになるとＰＷＭ制御回路２とは無関係となる。
【０００９】
同じく内部出力用の２次巻線Ｎ４は、誘起電力を検出してトライアックＴＲＩのゲートに電力を供給するためのものである。２次巻線Ｎ４に電力が誘起されると、抵抗Ｒ３を介してトライアックＴＲＩのゲートに電流が流れるので、トライアックＴＲＩは導通状態となり、突入電流抑制用の抵抗Ｒ２に流れていた電流がバイパスされる。なお、１次巻線Ｎ１に並列接続された抵抗Ｒ８、コンデンサＣ５、ダイオードＤ２の直並列回路はスナバ回路であり、１次巻線Ｎ１に流れる１次電流のオン・オフ時に発生する過渡的な電圧、特にオフ時に発生するフライバック電圧を吸収してスイッチング素子Ｑ１を保護する働きをする。
【００１０】
１次電流のオン・オフにより外部出力用の２次巻線Ｎ２に誘起された電力は、１次電流オン時にダイオードＤ４及びチョークコイルＬ３を通る電流になってコンデンサＣ１１を充電する。その間、その２次電流を平滑化するためにチョークコイルＬ３のコアに磁気エネルギとして蓄積された電力は、１次電流オフ時に電流に再変換され、転流ダイオードＤ５を通ってコンデンサＣ１１をさらに充電する。ダイオードＤ４、転流ダイオードＤ５にそれぞれ並列接続された抵抗Ｒ１０、コンデンサＣ７、抵抗Ｒ１１、コンデンサＣ８の直列回路はダイオードＤ４、転流ダイオードＤ５の逆回復電流等によるスパイク電圧を抑制するスナバ回路である。
【００１１】
このように整流平滑され、コンデンサＣ１１に充電された電力は、第１の直流出力（ここでは駆動用２４Ｖ）としてヒューズＦ２を介して出力され、負荷ＲＬ１に電力を供給する。
【００１２】
その出力電圧Ｖ１は、抵抗Ｒ２２、Ｒ２３により分圧され、抵抗Ｒ２１、フォトカプラＰＣ１の発光素子ＰＣ１ａと直列回路を構成して出力端子間に接続されたシャントレギュレータＺＤ１に出力される。このシャントレギュレータＺＤ１は、入力する分圧信号と内部の基準電圧との差に応じて発光素子ＰＣ１ａを発光させ、その光信号はフォトカプラＰＣ１の受光素子ＰＣ１ｂを介してＰＷＭ制御回路２のＦ／Ｂ端子にフィードバックされる。
【００１３】
ＰＷＭ制御回路２は、フィードバックされた信号に応じて駆動パルスのパルス幅を制御し、第１の直流出力の出力電圧Ｖ１をあらかじめ設定された値（２４Ｖ）になるように制御する。従って、第１の直流出力の出力電圧Ｖ１は、入力変動や負荷変動に対して安定化される。
【００１４】
第１の直流出力の一部は、逆流防止用ダイオードＤ８を介してスイッチングノイズ遮断用のコンデンサＣ１２を充電すると共に、降圧型安定化回路であるチョッパ回路３に入力する。チョッパ回路３は、コンデンサＣ１２と入力電流をオン・オフするトランジスタＱ２と転流ダイオードＤ７、チョークコイルＬ５、コンデンサＣ１３からなる平滑回路と、出力電流検出用の抵抗Ｒ１９と、駆動パルスを出力しトランジスタＱ２のオン・オフを制御する第２のＰＷＭ制御回路４とから構成されている。
【００１５】
トランジスタＱ２がオン時に、コンデンサＣ１２からの電流はチョークコイルＬ５を通ってコンデンサＣ１３を充電する。その間、チョークコイルＬ５のコアに磁気エネルギとして蓄積された電力は、１次電流オフ時に電流に再変換され、転流ダイオードＤ７を通ってコンデンサＣ１３をさらに充電する。コンデンサＣ１３の端子間電圧は平滑化され、出力電流検出抵抗Ｒ１９を通り、第２の直流出力（ここではメイン制御用５Ｖ）として出力され、負荷ＲＬ２に電力を供給する。
【００１６】
出力電流検出抵抗Ｒ１９の出力側端子電圧は、第２の出力電圧Ｖ２の出力電圧信号として、また端子間電圧は出力電流信号として、それぞれＰＷＭ制御回路４のＦ／Ｂ端子にフィードバックされる。
【００１７】
ＰＷＭ制御回路４は、フィードバックされた信号に応じてパルス幅制御された駆動パルスをトランジスタＱ２のベースに出力し、トランジスタＱ２をオン・オフ制御することにより、出力電圧Ｖ２をあらかじめ設定された値（５Ｖ）になるように制御する。これによって出力電圧Ｖ２は、入力変動や負荷変動に対して安定化される。
【００１８】
同様に、第１の直流出力の一部は、逆流防止用ダイオードＤ８、Ｄ１０を介してスイッチングノイズ遮断用のコンデンサＣ１８を充電すると共に降圧型安定化回路であるチョッパ回路５に入力される。そしてチョッパ回路５で制御された後、第３の直流出力（ここではサブ制御用５Ｖ）として出力され、負荷ＲＬ３に電力を供給する。尚、制御の詳細は第２の直流出力と同じなので省略する。
【００１９】
第２の直流出力と第３の直流出力の出力電圧Ｖ３（共に５Ｖ）とは同一であり、第２の直流出力に接続されている負荷ＲＬ２からの信号がＰＷＭ制御回路６のＯＮ／ＯＦＦ端子に接続されている。この信号により負荷ＲＬ３の使用状態に応じて第３の直流出力のオン・オフを制御することができる。出力をオフすることによりスイッチングレギュレータの消費電力を低減することができる。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例に示す図２のスイッチングレギュレータにおいては、負荷ＲＬ２からの信号により第３の直流出力をオフ状態からオン状態に移行する際、トライアックＴＲＩがオン状態なので、コンデンサＣ１９への充電電流等の突入電流が発生する。この突入電流のため入力電源電圧の低下が発生することがあるという問題があった。
【００２１】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、複数出力を選択的にオン・オフ制御する際に発生する突入電流によって入力電源電圧が低下することを防止する電源装置を提供することを目的する。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、交流電源から入力される電力を整流する主整流手段と、主整流手段により整流された電力をスイッチングする第１のスイッチング手段と、第１のスイッチング手段によりスイッチングされた電力が加えられるトランス手段と、トランス手段の第１の２次側出力を整流して第１の直流出力を得る第１の整流手段と、第１の整流手段により整流された第１の直流出力に基づいて第１のスイッチング手段を制御する第１の制御手段と、第１の直流出力をスイッチングする第２のスイッチング手段と、第２のスイッチング手段による出力を整流して第２の直流出力を得る第２の整流手段と、第２の整流手段により整流された第２の直流出力に基づいて第２のスイッチング手段を制御する第２の制御手段と、第１の直流出力が負荷に供給されたとき、また、第２の直流出力が負荷に供給されたときとにおいて、それぞれ主整流手段に突入電流が流れることを防止する突入電流防止手段とを有し、突入電流防止手段は、突入電流抑制用の抵抗手段と、抵抗手段と並列に接続されトランス手段の第２の２次側出力により導通する第３のスイッチング手段と、第２の２次側出力端と接地間に接続され第２の直流出力の負荷への供給に応じて外部信号により一時的に導通される第４のスイッチング手段とを備え、負荷からの信号によりオン・オフを制御される第３の直流出力をオフ状態からオン状態に移行する際、該負荷からの信号により第４のスイッチング手段が一時的に導通されることにより第３のスイッチング手段がオフされ、入力される電流が抵抗手段を通過するように構成されたことを特徴とする。
【００２４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、抵抗手段に温度ヒューズ付き抵抗を用いたことを特徴とする。
【００２５】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、第２のスイッチング手段、第２の整流手段及び第２の制御手段から構成される回路を複数個並列に設けたことを特徴とする。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態による３出力スイッチングレギュレータを示すもので、図２に示される従来の回路に突入電流防止回路１０を付加したものである。
【００２７】
突入電流防止回路１０は、図２と同様の２次巻線Ｎ４、抵抗Ｒ３、トライアックＴＲＩ、突入電流抑制用の抵抗Ｒ２の回路に、本発明によるトランジスタＱ１０及び抵抗Ｒ４０を図示のように追加接続した構成となっている。その他の部分は図２と同一構成されており、図１と同一部分には同一符号を付して重複する説明は省略する。
【００２８】
前述したように、負荷ＲＬ２からの信号により第３の直流出力をオフ状態からオン状態に移行する際、図２の従来の回路では、トライアックＴＲＩがオン状態なので、コンデンサＣ１９の充電電流等の突入電流が発生する。この突入電流のため入力電源電圧の低下が発生することがある。
【００２９】
そこで、本発明による図１のスイッチングレギュレータでは、第３の直流出力をオフ状態からオン状態に移行する際は、負荷ＲＬ２からの信号により突入電流防止回路１０内のトランジスタＱ１０を一時的にオンすることにより、２次巻線Ｎ３からの電流が抵抗Ｒ３、トランジスタＱ１０、抵抗Ｒ４０を通じてグランドに流れるので、入力電流が突入電流抑制用の抵抗Ｒ２を通過するようになる。これによって入力電源電圧低下等を防止することができる。
【００３０】
また、突入電流抑制用の抵抗Ｒ２に、ヒューズ抵抗等の保護回路付き素子を使用することにより、負荷ＲＬ２が誤動作してトライアックＴＲＩがオンせず、突入電流抑制用の抵抗Ｒ２が発熱した場合でも、火災等の発生を防止することができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、請求項１記載の発明によれば、電源装置の出力状態に関わらず電源出力をオンする際には突入電流防止手段を動作させることにより、電源オン時に発生する突入電流を低減することができ、これによりスイッチングレギュレータに電源供給している入力電源電圧の低下等を防止することができる。
【００３２】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明において、突入電流防止手段を、突入電流抑制用の抵抗手段と、抵抗手段と並列に接続されトランス手段の第２の２次側出力により導通する第３のスイッチング手段と、第２の２次側出力端と接地間に接続され第２の直流出力の負荷への供給に応じて外部信号により一時的に導通される第４のスイッチング手段とから構成することにより、従来の突入電流抑制抵抗やトライアック等のスイッチング手段に簡単な回路を付加することにより、容易に実現することができる。
【００３３】
請求項３記載の発明によれば、請求項２記載の発明において、抵抗手段に温度ヒューズ付き抵抗を用いることにより、突入電流防止手段に誤動作が生じた場合でも、抵抗の発熱による火災等の発生を防止することができる。
【００３４】
請求項４記載の発明によれば、請求項１記載の発明において、第２の直流出力を得るための回路を複数個設けることにより、複数の直流出力を選択して負荷に供給する場合に、上記の各効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１つの実施の形態を示す回路図である。
【図２】従来の３出力スイッチングレギュレータの回路図である。
【符号の説明】
ＤＢ１ ダイオードブリッジ
Ｃ０ コンデンサ
Ｒ２ 突入電流抑制用の抵抗
ＴＲＩ トライアック
Ｑ１０ トランジスタ
Ｑ１ スイッチング素子
Ｔ１ トランス
Ｎ２、Ｎ４ ２次巻線
Ｄ４ ダイオード
Ｄ５、Ｄ７ 転流ダイオード
Ｄ８、Ｄ１０ 逆流防止用ダイオード
Ｌ３ チョークコイル
Ｃ１１ コンデンサ
Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３ 出力電圧
２、４、６ ＰＷＭ制御回路
Ｑ２、Ｑ４ トランジスタ
ＲＬ１、ＲＬ２、ＲＬ３ 負荷

Claims (3)

1. 交流電源から入力される電力を整流する主整流手段と、
   該主整流手段により整流された前記電力をスイッチングする第１のスイッチング手段と、
   該第１のスイッチング手段によりスイッチングされた前記電力が加えられるトランス手段と、
   該トランス手段の第１の２次側出力を整流して第１の直流出力を得る第１の整流手段と、
   該第１の整流手段により得られた前記第１の直流出力に基づいて前記第１のスイッチング手段を制御する第１の制御手段と、
   前記第１の直流出力をスイッチングする第２のスイッチング手段と、
   該第２のスイッチング手段による出力を整流して第２の直流出力を得る第２の整流手段と、
   該第２の整流手段により得られた前記第２の直流出力に基づいて前記第２のスイッチング手段を制御する第２の制御手段と、
   前記第１の直流出力が負荷に供給されたとき、また、前記第２の直流出力が負荷に供給されたときとにおいて、それぞれ前記主整流手段に突入電流が流れることを防止する突入電流防止手段とを有し、
   前記突入電流防止手段は、突入電流抑制用の抵抗手段と、
   該抵抗手段と並列に接続され前記トランス手段の第２の２次側出力により導通する第３のスイッチング手段と、
   前記第２の２次側出力端と接地間に接続され前記第２の直流出力の負荷への供給に応じて外部信号により一時的に導通される第４のスイッチング手段とを備え、
   前記負荷からの信号によりオン・オフを制御される第３の直流出力をオフ状態からオン状態に移行する際、該負荷からの信号により前記第４のスイッチング手段が一時的に導通されることにより前記第３のスイッチング手段がオフされ、入力される電流が前記抵抗手段を通過するように構成されたことを特徴とする電源装置。
2. 前記抵抗手段に温度ヒューズ付き抵抗を用いたことを特徴とする請求項１記載の電源装置。
3. 前記第２のスイッチング手段、前記第２の整流手段及び前記第２の制御手段から構成される回路を複数個並列に設けたことを特徴とする請求項１記載の電源装置。

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