JP3567355B2 - 節電機能付きスイッチング電源装置 - Google Patents
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- Direct Current Feeding And Distribution (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
- Power Conversion In General (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はスイッチング電源装置に関し、特に節電機能付きスイッチング電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の節電機能付きスイッチング電源技術としては、図３に示したようなパワーダウン方式がある。
【０００３】
図３に示した回路において、フォトカプラ１１は定電圧制御のための帰還用に使われていて、待機信号が入力されない間は、出力電圧はツェナーダイオード１２によって制御される。
【０００４】
もう１つのツェナーダイオード１３の降伏電圧を他方より低い値に選んでおけば、待機信号が入力されて、スイッチ素子１４がオン状態になったとき出力電圧はツェナーダイオード１３によって制御され、出力電圧は下がるが、待機回路１４に電力を供給する出力端子４には負荷回路９に電力を供給していた巻線の電圧がスイッチ素子１５をとうり加わる。この電圧はツェナーダイオード１３の電圧を適当に選んでおけば、待機回路にとって必要にして充分な電圧とすることができる。
【０００５】
一方、出力電圧が下がることによりスナバ回路やブリーダ抵抗によるロスが減少するので、待機時の消費電力を下げることができる。
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の節電機能付きスイッチング電源装置は、節電の効果はあるが、発振が連続して起きており、電源装置自体が動作するために必要な電力以下には減らすことができないという欠点を持っている。
【０００６】
本発明は、このような欠点を改善するもので、わずかな部品の追加で節電効果を更に発揮する節電機能付きスイッチング電源装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
待機時の電力損失の中で、電源装置自体が動作するために必要な電力である主スイッチ素子と主スイッチ素子を駆動する回路が消費する電力が全体の中で占める割合が高い。
【０００８】
そこで、主スイッチ素子とその駆動回路を間欠動作させることにより平均消費電力が小さくなることに着目した。例えば、最大出力１００Ｗのスイッチング電源装置において、０．５Ｗを連続して出力するよりは５Ｗを１０％のデューティ比の間欠発振で平均出力が０．５Ｗになるようにした方がより高い効率が得られる。
【０００９】
間欠発振の、トランスから耳障りな音を発しやすいという欠点と間欠発振のために別の発振回路が必要であるという欠点をソフトスタート回路を利用することによって解決する。
【００１０】
多くのスイッチング電源用コントロール回路には、コンデンサを充電して、そのコンデンサの電圧の上昇に応じてスイッチングのデューティ比を上げるソフトスタート方式が採用されている。
【００１１】
そこで、待機信号が入力したときに、このソフトスタート用コンデンサを強制的に放電させることによってデューティ比をゼロにして発振を停止させて出力電圧を下げ、出力電圧があらかじめ設定した値まで下がったら放電を停止して、デューティ比を上げて発振を開始させ、出力電圧が設定した電圧に達したら再びソフトスタート用コンデンサを放電させて発振を停止させる。これを繰り返すことにより、出力電圧を下げると同時に間欠発振を行わせる。
【００１２】
節電機能付きスイッチング電源装置の出力電圧には、待機回路に供給される比較的低い電圧と負荷回路に供給される比較的高い電圧があるので、待機信号が入力したときに、高い電圧を待機回路に供給する切り換え回路を付けておくことによって待機回路に必要な電圧を確保する。
【００１３】
【作用】
待機信号が入力すると、第１のスイッチ素子がオン状態となり負荷回路に供給する電圧が、ツェナーダイオードによって設定された電圧に下がるまでフォトカプラの発光素子には電流が流れ、フォトカプラ受光素子は、その間、オン状態を保ち、スイッチングは停止する。電圧が下がって、フォトカプラ発光素子の電流が止まると、フォトカプラ受光素子はオープン状態となってソフトスタート用コンデンサの両端の電圧が上昇を始める。
【００１４】
ソフトスタート用コンデンサ両端の電圧がゼロから上昇すると、スイッチングが開始され、パルス幅もゼロから徐々に大きくなってゆく。
【００１５】
スイッチング開始によって出力電圧は再び上昇を始める。出力電圧がツェナーダイオードの降伏電圧の近くに達すると、フォトカプラ発光素子にわずかに電流が流れ始め、それによってフォトカプラ受光素子の両端の電圧も下がり始める。
【００１６】
そして、ソフトスタート用コンデンサ両端の電圧も下がり始めるためスイッチングのデューティ比は徐々に小さくなる。
【００１７】
このように、デューティ比の変化がゼロから始まり、ゼロで停止するのでトランスから発せられる音は小さく、人間の耳ではほとんど感知できない。
【００１８】
また、出力電圧の上昇スピードと下降スピードは、ソフトスタート用コンデンサの容量と出力コンデンサの容量と待機回路の消費電流に依存するので、それらの組合せを調整することによって間欠発信の周波数が決まる。
【００１９】
すなわち、間欠発振用の発振回路を別に付ける必要がない。
【００２０】
【実施例】
図１は本発明の実施例に係るスイッチング電源装置とそれによって電力の供給を受ける負荷側を示す回路図である。
【００２１】
図１において、待機回路より待機信号が端子７に入力されると、第１のスイッチ素子１０４がオン状態になり、負荷回路９に供給される電圧より低い降伏電圧のツェナーダイオード１０３に電流が流れ、フォトカプラ１０２がオン状態となる。そして、発振制御回路のソフトスタートコンデンサ１０１両端の電圧がほぼゼロまで下がって、ＭＯＳＦＥＴ１のスイッチングが停止する。一方、スイッチング停止によって出力電圧は下がりはじめ、待機回路１０に供給される電圧も下がるが、第２のスイッチ素子１０５がオン状態になっているので負荷回路９に供給される電圧が待機回路１４にも供給される。
【００２２】
出力電圧が更に下がり、ツェナーダイオード１０３の降伏電圧に近づくとフォトカプラ１０２の発光素子の電流が小さくなるために受光素子両端の電圧は少し持ち上がり、これと同時にソフトスタートコンデンサ１０１両端の電圧もわずかに上昇してスイッチングが開始される。
【００２３】
図２は、待機信号が端子７に入力されているときの負荷回路に電力を供給する端子４の電圧の変化と、ＭＯＳＦＥＴ１のドレイン電流の変化を同じ時間軸で観たときの波形を示している。
【００２４】
図２において、出力電圧が高くなるとスイッチングが停止し、逆に低くなるとスイッチングが開始し、しかも、それらの停止直前および開始直前のスイッチングのデューティ比はゼロに近いのでＭＯＳＦＥＴ１の電流も各々ゼロに近い。
【００２５】
また、出力電圧には間欠発振の周波数と同期するリップルが現れるので、待機回路の前に、定電圧ＩＣを接続してリップルを除去している。
【００２６】
図２において、ＭＯＳＦＥＴ１の電流をみるとピーク値は待機回路に必要な電力より十分大きい電力に相当する値に達しており、効率が高い状態でスイッチングが行われている。その結果、消費電力が小さくなる。
【００２７】
【発明の効果】
以上この発明によれば、わずかな部品の追加によって待機時の消費電力を下げることができた。また、間欠発振が引き起こしやすいトランスの騒音の問題も解決することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す回路図。
【図２】図１に示す回路図の各部の電圧電流波形。
【図３】従来の方式を示す回路図。
【符号の説明】
１ ＭＯＳＦＥＴ
２ トランス
３ 発振制御回路
４、５、６ 出力端子
７ 待機信号入力端子
８ 定電圧ＩＣレギュレータ
９ 負荷回路
１０ 待機回路
１１ フォトカプラ
１２、１３ ツェナーダイオード
１４、１５ スイッチ素子
１０１ ソフトスタートコンデンサ
１０２ フォトカプラ
１０３ ツェナーダイオード
１０４ 第１のスイッチ素子
１０５ 第２のスイッチ素子
【産業上の利用分野】
本発明はスイッチング電源装置に関し、特に節電機能付きスイッチング電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の節電機能付きスイッチング電源技術としては、図３に示したようなパワーダウン方式がある。
【０００３】
図３に示した回路において、フォトカプラ１１は定電圧制御のための帰還用に使われていて、待機信号が入力されない間は、出力電圧はツェナーダイオード１２によって制御される。
【０００４】
もう１つのツェナーダイオード１３の降伏電圧を他方より低い値に選んでおけば、待機信号が入力されて、スイッチ素子１４がオン状態になったとき出力電圧はツェナーダイオード１３によって制御され、出力電圧は下がるが、待機回路１４に電力を供給する出力端子４には負荷回路９に電力を供給していた巻線の電圧がスイッチ素子１５をとうり加わる。この電圧はツェナーダイオード１３の電圧を適当に選んでおけば、待機回路にとって必要にして充分な電圧とすることができる。
【０００５】
一方、出力電圧が下がることによりスナバ回路やブリーダ抵抗によるロスが減少するので、待機時の消費電力を下げることができる。
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の節電機能付きスイッチング電源装置は、節電の効果はあるが、発振が連続して起きており、電源装置自体が動作するために必要な電力以下には減らすことができないという欠点を持っている。
【０００６】
本発明は、このような欠点を改善するもので、わずかな部品の追加で節電効果を更に発揮する節電機能付きスイッチング電源装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
待機時の電力損失の中で、電源装置自体が動作するために必要な電力である主スイッチ素子と主スイッチ素子を駆動する回路が消費する電力が全体の中で占める割合が高い。
【０００８】
そこで、主スイッチ素子とその駆動回路を間欠動作させることにより平均消費電力が小さくなることに着目した。例えば、最大出力１００Ｗのスイッチング電源装置において、０．５Ｗを連続して出力するよりは５Ｗを１０％のデューティ比の間欠発振で平均出力が０．５Ｗになるようにした方がより高い効率が得られる。
【０００９】
間欠発振の、トランスから耳障りな音を発しやすいという欠点と間欠発振のために別の発振回路が必要であるという欠点をソフトスタート回路を利用することによって解決する。
【００１０】
多くのスイッチング電源用コントロール回路には、コンデンサを充電して、そのコンデンサの電圧の上昇に応じてスイッチングのデューティ比を上げるソフトスタート方式が採用されている。
【００１１】
そこで、待機信号が入力したときに、このソフトスタート用コンデンサを強制的に放電させることによってデューティ比をゼロにして発振を停止させて出力電圧を下げ、出力電圧があらかじめ設定した値まで下がったら放電を停止して、デューティ比を上げて発振を開始させ、出力電圧が設定した電圧に達したら再びソフトスタート用コンデンサを放電させて発振を停止させる。これを繰り返すことにより、出力電圧を下げると同時に間欠発振を行わせる。
【００１２】
節電機能付きスイッチング電源装置の出力電圧には、待機回路に供給される比較的低い電圧と負荷回路に供給される比較的高い電圧があるので、待機信号が入力したときに、高い電圧を待機回路に供給する切り換え回路を付けておくことによって待機回路に必要な電圧を確保する。
【００１３】
【作用】
待機信号が入力すると、第１のスイッチ素子がオン状態となり負荷回路に供給する電圧が、ツェナーダイオードによって設定された電圧に下がるまでフォトカプラの発光素子には電流が流れ、フォトカプラ受光素子は、その間、オン状態を保ち、スイッチングは停止する。電圧が下がって、フォトカプラ発光素子の電流が止まると、フォトカプラ受光素子はオープン状態となってソフトスタート用コンデンサの両端の電圧が上昇を始める。
【００１４】
ソフトスタート用コンデンサ両端の電圧がゼロから上昇すると、スイッチングが開始され、パルス幅もゼロから徐々に大きくなってゆく。
【００１５】
スイッチング開始によって出力電圧は再び上昇を始める。出力電圧がツェナーダイオードの降伏電圧の近くに達すると、フォトカプラ発光素子にわずかに電流が流れ始め、それによってフォトカプラ受光素子の両端の電圧も下がり始める。
【００１６】
そして、ソフトスタート用コンデンサ両端の電圧も下がり始めるためスイッチングのデューティ比は徐々に小さくなる。
【００１７】
このように、デューティ比の変化がゼロから始まり、ゼロで停止するのでトランスから発せられる音は小さく、人間の耳ではほとんど感知できない。
【００１８】
また、出力電圧の上昇スピードと下降スピードは、ソフトスタート用コンデンサの容量と出力コンデンサの容量と待機回路の消費電流に依存するので、それらの組合せを調整することによって間欠発信の周波数が決まる。
【００１９】
すなわち、間欠発振用の発振回路を別に付ける必要がない。
【００２０】
【実施例】
図１は本発明の実施例に係るスイッチング電源装置とそれによって電力の供給を受ける負荷側を示す回路図である。
【００２１】
図１において、待機回路より待機信号が端子７に入力されると、第１のスイッチ素子１０４がオン状態になり、負荷回路９に供給される電圧より低い降伏電圧のツェナーダイオード１０３に電流が流れ、フォトカプラ１０２がオン状態となる。そして、発振制御回路のソフトスタートコンデンサ１０１両端の電圧がほぼゼロまで下がって、ＭＯＳＦＥＴ１のスイッチングが停止する。一方、スイッチング停止によって出力電圧は下がりはじめ、待機回路１０に供給される電圧も下がるが、第２のスイッチ素子１０５がオン状態になっているので負荷回路９に供給される電圧が待機回路１４にも供給される。
【００２２】
出力電圧が更に下がり、ツェナーダイオード１０３の降伏電圧に近づくとフォトカプラ１０２の発光素子の電流が小さくなるために受光素子両端の電圧は少し持ち上がり、これと同時にソフトスタートコンデンサ１０１両端の電圧もわずかに上昇してスイッチングが開始される。
【００２３】
図２は、待機信号が端子７に入力されているときの負荷回路に電力を供給する端子４の電圧の変化と、ＭＯＳＦＥＴ１のドレイン電流の変化を同じ時間軸で観たときの波形を示している。
【００２４】
図２において、出力電圧が高くなるとスイッチングが停止し、逆に低くなるとスイッチングが開始し、しかも、それらの停止直前および開始直前のスイッチングのデューティ比はゼロに近いのでＭＯＳＦＥＴ１の電流も各々ゼロに近い。
【００２５】
また、出力電圧には間欠発振の周波数と同期するリップルが現れるので、待機回路の前に、定電圧ＩＣを接続してリップルを除去している。
【００２６】
図２において、ＭＯＳＦＥＴ１の電流をみるとピーク値は待機回路に必要な電力より十分大きい電力に相当する値に達しており、効率が高い状態でスイッチングが行われている。その結果、消費電力が小さくなる。
【００２７】
【発明の効果】
以上この発明によれば、わずかな部品の追加によって待機時の消費電力を下げることができた。また、間欠発振が引き起こしやすいトランスの騒音の問題も解決することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す回路図。
【図２】図１に示す回路図の各部の電圧電流波形。
【図３】従来の方式を示す回路図。
【符号の説明】
１ ＭＯＳＦＥＴ
２ トランス
３ 発振制御回路
４、５、６ 出力端子
７ 待機信号入力端子
８ 定電圧ＩＣレギュレータ
９ 負荷回路
１０ 待機回路
１１ フォトカプラ
１２、１３ ツェナーダイオード
１４、１５ スイッチ素子
１０１ ソフトスタートコンデンサ
１０２ フォトカプラ
１０３ ツェナーダイオード
１０４ 第１のスイッチ素子
１０５ 第２のスイッチ素子
Claims (1)
- 負荷回路と待機回路に電力を供給するスイッチング電源装置において、起動開始のときに定電流充電によってコンデンサ両端の電圧を立ち上げてデューティ比をゼロから増やす方式のソフトスタート回路と、前記待機回路より待機信号を受信したときにオン状態になる第１のスイッチ素子と、その受光素子が前記ソフトスタート回路のコンデンサに並列に接続されその発光素子が電力を供給する出力端子と前記第１のスイッチ素子の間に直列に接続されたフォトカプラと、前記フォトカプラの発光素子に直列に挿入されたツェナーダイオードと、前記待機回路以外の回路に電力を供給する出力端子と前記待機回路に電力を供給する出力端子との間に接続されその制御電極が前記第１のスイッチ素子の出力端子に接続された第２のスイッチ素子と、前記第２のスイッチ素子の前記待機回路に電力を供給する出力端子側に直列に挿入されたダイオードとを付加したことを特徴とする節電機能付きスイッチング電源装置
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08986697A JP3567355B2 (ja) | 1997-03-04 | 1997-03-04 | 節電機能付きスイッチング電源装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08986697A JP3567355B2 (ja) | 1997-03-04 | 1997-03-04 | 節電機能付きスイッチング電源装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10248256A JPH10248256A (ja) | 1998-09-14 |
| JP3567355B2 true JP3567355B2 (ja) | 2004-09-22 |
Family
ID=13982706
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08986697A Expired - Fee Related JP3567355B2 (ja) | 1997-03-04 | 1997-03-04 | 節電機能付きスイッチング電源装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3567355B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2400646A2 (en) | 2010-06-22 | 2011-12-28 | Canon Kabushiki Kaisha | Switching power source and image forming apparatus including the same |
| EP2568590A2 (en) | 2011-09-07 | 2013-03-13 | Canon Kabushiki Kaisha | Switching power source and image forming apparatus |
| US9599950B2 (en) | 2013-06-14 | 2017-03-21 | Canon Kabushiki Kaisha | Image forming apparatus and a power supply apparatuses for controlling a turn-on timing of a switching element whose output voltage decreases |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1217719B1 (en) * | 2000-12-21 | 2010-11-17 | Semiconductor Components Industries, LLC | Method and apparatus for reducing audible noise in a power supply transformer |
| KR20040008069A (ko) * | 2002-07-15 | 2004-01-28 | 삼성전자주식회사 | 대기소비전력 저감용 전원공급장치 |
| DE102007021065A1 (de) | 2007-05-04 | 2008-11-06 | BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH | Elektrogerät |
| TWI465896B (zh) * | 2009-05-14 | 2014-12-21 | Novatek Microelectronics Corp | 電源供應電路與其方法 |
| JP2013121218A (ja) * | 2011-12-06 | 2013-06-17 | Onkyo Corp | スイッチング電源 |
| MY165232A (en) * | 2012-02-10 | 2018-03-14 | Thomson Licensing | Switch mode power supply module and associated hiccup control method |
| DE102013207327A1 (de) * | 2013-04-23 | 2014-10-23 | Tridonic Gmbh & Co. Kg | Konvertermodul zum Betrieb von Leuchtmitteln, mit potentialtrennendem getakteten Wandler |
-
1997
- 1997-03-04 JP JP08986697A patent/JP3567355B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2400646A2 (en) | 2010-06-22 | 2011-12-28 | Canon Kabushiki Kaisha | Switching power source and image forming apparatus including the same |
| US8774669B2 (en) | 2010-06-22 | 2014-07-08 | Canon Kabushiki Kaisha | Switching power source and image forming apparatus including the same |
| EP2568590A2 (en) | 2011-09-07 | 2013-03-13 | Canon Kabushiki Kaisha | Switching power source and image forming apparatus |
| US8867047B2 (en) | 2011-09-07 | 2014-10-21 | Canon Kabushiki Kaisha | Switching power source and image forming apparatus |
| US9599950B2 (en) | 2013-06-14 | 2017-03-21 | Canon Kabushiki Kaisha | Image forming apparatus and a power supply apparatuses for controlling a turn-on timing of a switching element whose output voltage decreases |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10248256A (ja) | 1998-09-14 |
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