JP4449470B2 - 電源装置 - Google Patents
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Description
図17に示すスイッチング電源において、トランスTR21、npnトランジスタQ21、ダイオードD21およびD22、キャパシタC21およびC22、ならびに制御回路201は、フライバック型コンバータを構成している。
図17の例において、キャパシタC22に発生する電圧は、電源装置の出力として負荷に供給される。キャパシタC21に発生する電圧は、制御回路201に電源電圧として供給される。
キャパシタC31に並列に接続された抵抗R32は、npnトランジスタQ21のスイッチング停止後に制御回路201の各種の保護動作を継続させるのに必要な電力を供給するためのものであり、抵抗R31と比較して大きな抵抗値を有する。
このような構成により、電源の起動を極端に遅くすることなく、待機電力の低減を図ることができる。
このように、電源装置を間欠動作させる従来の方法では、待機電力を十分に低減することができないという不利益がある。
このように、電源装置への入力電力とは別に入力される交流電圧によって起動信号発生部の待機電力がまかなわれるため、電源装置の入力電力のうちで待機電力として損失する分が小さくなる。また、第1のキャパシタは、電源部の出力電力によって急速に充電された後で上記交流電圧に基づいて充電されるため、上記交流電圧により供給される電力が非常に微小な場合でも、電源装置の起動スピードは十分高速に保たれる。
また、電力が入力され、かつ上記起動信号が入力されない場合、一旦スイッチング動作を開始した後でこれを停止し、電力が入力され、かつ上記起動信号が入力される場合は、継続してスイッチング動作を行うスイッチング電源部を含んでも良い。
この場合、第2の充電部は、それぞれの導通方向が同一方向となるように直列に接続された複数のダイオードの直列回路であって、一方の端子が第1のキャパシタに接続され、他方の端子が電源部の出力に接続されたダイオードの直列回路と、該ダイオードの直列回路の接続中点と電源部の入力との間に接続された第3のキャパシタとを含んでも良い。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る電源装置の構成の一例を示す図である。
図1に示す電源装置は、電源部1と、起動信号発生部2と、ダイオードD1〜D3と、キャパシタC1およびC3とを有する。
起動信号発生部1は、本発明の起動信号発生部の一実施形態である。
キャパシタC1は、本発明の第1のキャパシタの一実施形態である。
ダイオードD3は、本発明の第1の充電部の一実施形態である。
ダイオードD1,D2およびキャパシタC3を含む回路は、本発明の第2の充電部の一実施形態である。
電源部1の入力と出力は、例えばトランス等によって絶縁されている。
端子T1およびT2に交流電圧が印加され、かつ起動信号S1が入力されない場合、電源部1は、一旦起動して直流電圧を出力した後に動作を停止する。この場合の動作時間は、例えば、起動信号発生部2を動作させるのに十分な充電電圧がキャパシタC1に発生する時間に設定される。一方、端子T1およびT2に交流電圧が印加され、かつ起動信号S1が入力される場合は、起動した後でそのまま動作を継続する。
図3において、記号‘AC’は端子T1−T2間に印加される交流電圧を示し、記号‘Z’は電源部1の入出力間のインピーダンスを示す。
このように、電源部1の絶縁された入出力間に発生する交流電圧によって起動信号発生部2の待機時の電力がまかなわれるため、電源装置の入力電力のうち待機電力として損失する分を非常に小さくすることができる。
しかしながら、上述した電源装置によれば、キャパシタC1が未充電の場合、電源部1より出力される電力によってキャパシタC1が急速に充電され、その後で、入出力間の交流電圧に基づく充電動作によって、待機電力によるキャパシタC1のエネルギー損失分が補充される。そのため、待機電力を大幅に削減しながら、電源装置の起動スピードを十分高速に保つことが可能である。
すなわち、図4に示す電源装置では、図1におけるダイオードD1およびD2の直列回路の代わりに、アノード側端子が出力端子T3に接続され、カソード側端子がキャパシタC1に接続されたダイオードD4およびD5の直列回路が設けられている。また、図1におけるダイオードD3が省略されている。
このような構成においても、図1に示す電源装置と同様に、ダイオードD4およびD5が交互にオンとオフを繰り返して、キャパシタC3からキャパシタC1に充電電流が流れ込むため、電源入出力間の交流電圧によるキャパシタC1の充電が可能である。また、電源部1が起動した場合は、その出力電圧によってダイオードD4およびD5がオンになるため、ダイオードD3を取り除いても、キャパシタC1を電源部1の出力電力により充電することが可能である。
すなわち、図5に示す電源装置は、アノード側端子が出力端子T4に接続され、カソード側端子がキャパシタC1に接続されたダイオード直列回路(D8およびD9、D10およびD11)と、その接続中点と入力端子T1,T2との間に接続されたキャパシタ(C3A、C3B)とを有する充電用の回路が、2系統設けられている。
このような構成においても、図1に示す電源装置と同様に、各系統の回路によってキャパシタC1の充電が可能である。
次に、本発明の第2の実施形態について述べる。
第2の実施形態では、入力に設けたスイッチによって、電源の起動と停止が制御される。
図6に示す電源装置は、電源部として、トランスTR1と、整流回路DB1と、双方向サイリスタQ1と、npnトランジスタQ2と、ダイオードD6と、定電圧ダイオードZD1と、抵抗R1およびR2と、キャパシタC4〜C6と、フォトカプラPC1とを有する。また、図1に示す電源装置と同様な構成として、ダイオードD1〜D3と、起動信号発生部2と、キャパシタC1およびC3とを有する。
npnトランジスタQ2と、ダイオードD6と、定電圧ダイオードZD1と、抵抗R1およびR2と、キャパシタC4およびC5と、フォトカプラPC1とを含む回路は、本発明の入力スイッチ制御部の一実施形態である。
双方向サイリスタのゲートは、npnトランジスタQ2のコレクタに接続される。
図7は、双方向サイリスタQ1のオンオフ動作を説明するための図であり、関連する部分の回路を抜き出して示したものである。
キャパシタC4の充電電圧が上昇し、定電圧ダイオードZD1の定電圧動作が始まる電圧に達すると、定電圧ダイオードZD1が導通して、充電電圧は一定に保たれる。
、起動信号発生部2において起動信号が発生している限り、電源部の出力動作が継続される。
したがって、本実施形態に係る電源装置においても、図1に示す電源装置と同様に、入力に交流電圧が印加された状態で電源の出力動作が停止される待機時の消費電力を大幅に削減しつつ、起動スピードを高速に保つことができる。
pnpトランジスタQ3のベースは、抵抗R3およびキャパシタC7の直列回路を介して、キャパシタC4と抵抗R1およびダイオードD6の直列回路との接続中点に接続されている。またそのエミッタは入力端子T2に接続され、そのコレクタは、抵抗R4を介してnpnトランジスタQ4のベースに接続されている。
npnトランジスタQ4のエミッタは、キャパシタC4と抵抗R1およびダイオードD6の直列回路との接続中点に接続され、そのコレクタは、双方向サイリスタQ1のゲートに接続される。フォトカプラPC1の出力部のトランジスタは、このnpnトランジスタQ4に並列に接続される。
次に、本発明の第3の実施形態について述べる。
第3の実施形態では、電源部に自励式のスイッチング電源部が用いられる。
図9に示す電源装置は、自励式のスイッチング電源部として、整流回路DB2と、トランスTR2と、npnトランジスタQ5およびQ6と、ダイオードD7と、抵抗R5〜R10と、キャパシタC8〜C11と、フォトカプラPC2とを有する。また、図1に示す電源装置と同様な構成として、ダイオードD1〜D3と、起動信号発生部2と、キャパシタC1およびC3とを有する。
トランスTR2の巻線W2は、その一方の端子が、抵抗R10およびキャパシタC11の直列回路を介してnpnトランジスタQ5のベースに接続され、他方の端子が整流回路DB2の負側出力端子に接続される。
トランスTR2の巻線W3は、ダイオードD7およびキャパシタC9の直列回路と並列に接続される。キャパシタC9に発生する電圧が、電源部の出力電圧として端子T3−T4間から出力される。
npnトランジスタQ5がオンになると、巻線W1の電流は、そのインダクタンスに応じた一定の速度で増加する。この電流増加により、npnトランジスタQ5が飽和領域の動作を維持できなくなって非飽和領域の動作に移行すると、npnトランジスタQ5のコレクタ−エミッタ間電圧が大きくなり、巻線W1の印加電圧が小さくなる。これにより巻線W2の電圧も小さくなり、npnトランジスタQ5のベース電流が減少して、npnトランジスタQ5は急速にオフへ変化する。
npnトランジスタQ5がオフになると、巻線W1に蓄積されたエネルギーが巻線W3から電流として放出され、ダイオードD7を介してキャパシタC9を充電する。このとき、巻線W1〜W3には、npnトランジスタQ5がオンのときとは逆の極性の電圧が発生する。蓄積されたエネルギーの放出が終わると、各巻線の電圧はゼロになる。
その後、抵抗R5およびR6を介して流れる電流によりnpnトランジスタQ5が再びオンし、上述した動作が繰り返される。
したがって、本実施形態に係る電源装置においても、図1に示す電源装置と同様に、入力に交流電圧が印加された状態で電源の出力動作が停止される待機時の消費電力を大幅に削減しつつ、起動スピードを高速に保つことができる。
次に、本発明の第4の実施形態について述べる。
第4の実施形態では、電源部に他励式のスイッチング電源が用いられる。
図10に示す電源装置は、他励式のスイッチング電源部として、整流回路DB3と、トランスTR3と、npnトランジスタQ7と、ダイオードD12およびD13と、キャパシタC12〜C15と、抵抗R11およびR12と、制御部3とを有する。また、図1に示す電源装置と同様な構成として、ダイオードD1〜D3と、起動信号発生部2と、キャパシタC1およびC3とを有する。
トランスTR3の巻線W5は、ダイオードD12およびキャパシタC12の直列回路と並列に接続される。キャパシタC12は、巻線W5からダイオードD12を介して流れる電流により充電され、その充電電圧が、制御部3に電源電圧として供給される。
トランスTR2の巻線W6は、ダイオードD13およびキャパシタC15の直列回路と並列に接続される。キャパシタC15は、巻線W6からダイオードD13を介して流れる電流により充電され、その充電電圧が、電源部の出力電圧として端子T3−T4間から出力される。
すなわち、キャパシタC13が所定の電圧に達していない場合は、npnトランジスタQ7に駆動信号を供給して、スイッチング動作させる。キャパシタC13が所定の電圧に達し、かつ、起動信号S1が発生していない場合は、npnトランジスタQ7をオフさせて、スイッチング動作を停止させる。キャパシタC13が所定の電圧に達し、かつ、起動信号S1が発生している場合は、npnトランジスタQ7に駆動信号を供給して、スイッチング動作させる。
すなわち、キャパシタC12およびC13が共に未充電の状態で、抵抗R11およびR12に流れる電流により両者の充電が開始された場合に、キャパシタC12の充電電圧が制御部3の動作可能な電圧に先に到達し、その後一定時間経過してから、キャパシタC13の充電電圧が上記所定の電圧に達するように、これらの素子値が設定される。
したがって、本実施形態に係る電源装置においても、図1に示す電源装置と同様に、入力に交流電圧が印加された状態で電源の出力動作が停止される待機時の消費電力を大幅に削減しつつ、起動スピードを高速に保つことができる。
次に、本発明の第5の実施形態について述べる。
第5の実施形態では、起動信号発生部に動作電力を供給するキャパシタの過電圧を防止するための構成が設けられる。
図11に示す電源装置は、図1に示す電源装置におけるダイオードD2を定電圧ダイオードZD2に置き換えたものであり、その他の構成については図1に示す電源装置と同じである。
すなわち、ダイオードD1を定電圧ダイオードに置き換えた場合は、図3(C)の状態においてこの定電圧ダイオードが導通し、キャパシタC1への充電電流が抑制されるため、その過電圧が防止される。
ダイオードD3が定電圧ダイオードに置き換えられた場合は、この定電圧ダイオードが導通することによりキャパシタC1の電荷が負荷へ放電されるため、その過電圧が防止される。
図12に示す電源装置は、図4に示す電源装置におけるダイオードD5を定電圧ダイオードZD3に置き換えたものであり、その他の構成については図4に示す電源装置と同じである。
また、ダイオードD4を定電圧ダイオードに置き換えた場合も、この定電圧ダイオードの導通によってキャパシタC1への充電電流が抑制されるため、キャパシタC1の過電圧が防止される。
図13に示す電源装置は、図5に示す電源装置におけるダイオードD9,D11を定電圧ダイオードZD4,ZD5にそれぞれ置き換えたものであり、その他の構成については図4に示す電源装置と同じである。
次に、本発明の第6の実施形態について述べる。
第6の実施形態では、電源部の出力に負荷が接続されたか否かを検出する負荷接続検出部が設けられる。
図14に示す電源装置は、図1に示す電源装置における起動信号2を後に述べる起動信号2Aに置き換え、更に、キャパシタC2と、ダイオードD14およびD15と、抵抗R13と、電流検出部3とを設けたものである。
キャパシタC2は、本発明の第2のキャパシタの一実施形態である。
ダイオードD15は、本発明の第3の充電部の一実施形態である。
ダイオードD1,D14およびキャパシタC3を含む回路は、本発明の第4の充電部の一実施形態である。
図15に示すグラフにおいて、横軸は時間、縦軸は電圧を示す。また、曲線CV1は電源部1の出力電圧、曲線CV2はキャパシタC2の電圧、曲線CV3はキャパシタC1の電圧をそれぞれ示す。
一方、キャパシタC1の電圧については、出力短絡の影響を受けないため、絶縁された電源入出力間の交流電圧に基づいて充電され、徐々に上昇する。そして、この電圧が起動信号発生部2Aの動作可能な電圧VAに達すると、信号S2がローレベルであるため、起動信号発生部2Aにおいて起動信号が発生し、電源部1が再び起動する。
次に、本発明の第7の実施形態について述べる。
図16は、本発明の第7の実施形態に係る電源装置の構成の一例を示す図である。
例えば、上述の実施形態ではAC−DC型の電源装置の例を示しているが、これに限らず、例えばDC−DC型、DC−AC型、AC−AC型の電源装置についても本発明は適用可能である。
また、スイッチング電源部は、上述の実施形態において示したようなフライバック型のものに限らず、これ以外の種々の方式のスイッチング電源部を使用しても良い。
Claims (6)
- 電力がトランスの1次側の入力端子に入力され、該トランスの2次側から出力電圧を取り出し、該出力電圧を整流器で整流して直流電圧を第1の出力端子から出力する電源部であって、電力が入力され、かつ起動信号が入力されない場合、一旦起動した後で動作を停止し、電力が入力され、かつ起動信号が入力される場合は、起動した後で動作を継続する電源部と、
上記起動信号を発生する起動信号発生部と、
上記電源部の第1の出力端子に接続され、該第1の出力端子に負荷が接続されたか否かを検出し、検出した結果を上記起動信号生成部に出力する負荷接続検出部と、
上記電源部の第2の端子に他端が接続され、上記起動信号発生部を動作させるための電力を蓄積する第1のキャパシタと、
他端が上記第2の端子に接続され、上記負荷接続検出部を動作させるための電力を蓄積する第2のキャパシタと、
一端が上記電源部の前記トランスの1次側の入力端子に接続され、他端から上記電力を出力する第3のキャパシタと、
上記電源部の第1の出力端子にアノードが接続され、カソードが上記第1のキャパシタの一端に接続された第1のダイオードを有する第1の充電部と、
上記第1のダイオードのカソードにカソードが接続された第2のダイオードと、カソードが、上記第2のダイオードのアノードと、一端が上記電源部の入力に接続された上記第3のキャパシタの他端とに接続され、アノードが、上記電源部の第2の出力端子に接続された第3のダイオードと、を有する第2の充電部と、
上記電源部の第1の出力端子にアノードが接続され、カソードが上記第2のキャパシタの一端に接続された第4のダイオードを有する第3の充電部と、
カソードが、上記第2のキャパシタの一端と上記第4のダイオードのカソードとに接続され、アノードが上記第3のキャパシタの他端に接続された第5のダイオードと、を有する第4の充電部と
を有し、
上記起動信号発生部は、上記負荷接続検出部の検出結果に応じて上記電源部の起動信号の発生を開始または停止する、
電源装置。 - 上記電源部は、
電力を入力するための配線上に挿入された入力スイッチと、
電力が入力され、かつ上記起動信号が入力されない場合、上記入力スイッチを一旦オンさせた後でオフさせ、電力が入力され、かつ上記起動信号が入力される場合は、上記入力スイッチを継続的にオンさせる入力スイッチ制御部と、を含む、
請求項1に記載の電源装置。 - 上記電源部は、電力が入力され、かつ上記起動信号が入力されない場合、一旦スイッチング動作を開始した後でこれを停止し、電力が入力され、かつ上記起動信号が入力される場合は、継続してスイッチング動作を行うスイッチング電源部を含む、
請求項1に記載の電源装置。 - 上記第2の充電部は、上記第3のキャパシタに流れる電流を制限する抵抗を含む、
請求項1に記載の電源装置。 - 上記負荷接続検出部は、入力端子が上記第5のダイオードのカソードと上記電源部の上記第1の出力端子と上記第2のキャパシタの一端に接続された抵抗の両端に接続され、該抵抗に流れる電流により発生する電圧を測定して上記電源部の第1と第2の出力端子に負荷抵抗が接続されているか否かを検出する
請求項1に記載の電源装置。 - 上記起動信号発生部は、上記第1のキャパシタから電源が供給され、上記負荷接続検出部から供給された制御信号に応じて上記起動信号の発生を開始または停止する
請求項1に記載の電源装置。
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