JP4595842B2 - ピーク負荷対応スイッチング電源およびそのピーク負荷対応方法 - Google Patents

ピーク負荷対応スイッチング電源およびそのピーク負荷対応方法 Download PDF

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Description

本発明はピーク負荷対応スイッチング電源に係り、特に定常電流を流す主電源回路および補助電流を流す補助電源回路を備え、負荷状態に応じてスイッチ順序を切替え、定常電流に補助電流を併せてピーク負荷電流を流すピーク負荷対応スイッチング電源に関する。
従来の絶縁トランスの一次巻線と二次巻線が1対1に対応したスイッチング電源において、コンデンサ負荷への電源印加時の突入電流や、間歇的に定格電流を超えてピーク負荷に流れるピーク負荷電流を保障するためには、スイッチング電源が有する過電流の保護点を上げることや、この保護点の過電流に使用可能な絶縁トランスを使用することが必要となってくる。
図10に従来のスイッチング電源の一例を示す。図10において、スイッチング電源は、絶縁トランスTの一次巻線と二次巻線が1対1に対応しており、二次巻線側の直流出力端にコンデンサ負荷に流れる突入電流や、定常負荷に間歇的に発生するピーク負荷に流れる定常電流を超えるピーク負荷電流を保障するためには、突入電流やピーク負荷電流を流すための絶縁トランスTの設計が必要とされる。
また、従来のスイッチング電源には、主直流電圧を負荷に供給する直流平滑部(主電源)と、交流電源電圧の低下時に、主直流電圧から直流バックアップ電圧に切り替えて、直流バックアップ電圧を負荷に供給するバックアップ部(バックアップ電源)を備えたものが「特許文献1」(瞬時電圧低下保護装置)に開示されている。
特開平9−261895号公報(図1、請求項1参照)
しかし、従来のスイッチング電源は、コンデンサ負荷の突入電流や、定常負荷電流を超える間歇的なピーク負荷電流を保証するための絶縁トランスTは、コンデンサ負荷の突入電流やピーク負荷電流が常時に流れないにも拘わらず、常時流すような仕様になるため、巻線数などが多くなり、形状が巨大となってしまう。
また、絶縁トランスTの性能には、温度依存性があり、高温状態が持続すると、絶縁トランスTの飽和によって破損する虞がある。
さらに、スイッチング電源のピーク負荷電流の上限値や、上限値を流す時間は、全て絶縁トランスTの仕様で決定されてしまうため、ピーク負荷電流の上限値の変更や時間変更などのフレキシビリティに欠ける課題がある。
また、「特許文献1」に開示された従来のスイッチング電源は、交流電源電圧の低下時に、主直流電圧から直流バックアップ電圧に切り替えて、直流バックアップ電圧を負荷に供給することができるが、コンデンサ負荷の突入電流や、定常負荷電流を超える間歇的なピーク負荷電流を供給する場合を想定すると、負荷に突入電流やピーク負荷電流を流せない課題がある。
この発明はこのような課題を解決するためになされたもので、第1の目的は定常電流を流す主電源回路および補助電流を流す補助電源回路を備え、ピーク負荷時には、スイッチ順序に応じて、定常電流に補助電流を併せて間歇的なピーク負荷電流を流す効率的なピーク負荷対応スイッチング電源を提供することにある。
第2の目的は、ピーク負荷電流の最大値およびピーク負荷電流の流す時間をユーザが設定可能なフレキシビリティに富んだピーク負荷対応スイッチング電源を提供することにある。
前記課題を解決するためこの発明に係るピーク負荷対応スイッチング電源は、交流入力を整流して、昇圧回路を介してトランスの一次巻線に供給し、二次巻線の一方の出力から生成し、定常負荷に定常電流を供給する主電源回路と、二次巻線の他方の出力から生成し、ピーク負荷時に、主電源回路と並列に接続し、補助電流を定常電流に加算してピーク負荷電流を供給する補助電源回路と、を備えたピーク負荷対応スイッチング電源であって、主電源回路を出力ラインに接続するメインスイッチ手段と、補助電源回路を前記出力ラインに接続する補助スイッチ手段と、メインスイッチ手段と補助スイッチ手段の動作順序を制御するスイッチ順序手段を備えて構成し、スイッチ順序手段は、主電源回路の主出力電圧を検出して主出力電圧情報を出力する主出力電圧検出手段と、主電源回路の定常負荷電流を所定値だけ越える電流を検出して電流情報を出力する電流検出手段と、補助電源回路の補助電圧を検出して補助電圧情報を出力する補助電圧検出手段と、一次側の入力電圧を検出して入力電圧情報を出力する入力電圧検出手段と、を備えており、メインスイッチ手段は、補助電圧検出手段から補助電圧情報が供給された場合、スイッチをON状態にし、また、補助スイッチ手段は、主出力電圧検出手段から主出力電圧情報、電流検出手段から電流情報、補助電圧検出手段から補助電圧情報および入力電圧検出手段から入力電圧情報が供給された場合、スイッチをON状態にすることを特徴とする。
この発明に係るピーク負荷対応スイッチング電源は、主電源回路を出力ラインに接続するメインスイッチ手段と、補助電源回路を出力ラインに接続する補助スイッチ手段と、メインスイッチ手段と補助スイッチ手段の動作順序を制御するスイッチ順序手段を備えたので、間歇的に発生するピーク負荷電流を流す時だけ、スイッチ順序に応じて補助電流を定常電流に加算してピーク負荷電流をピーク負荷に供給することができる。
また、この発明に係るスイッチ順序手段は、主電源回路の主出力電圧を検出して主出力電圧情報を出力する主出力電圧検出手段と、主電源回路の定常負荷電流を所定値だけ越える電流を検出して電流情報を出力する電流検出手段と、補助電源回路の補助電圧を検出して補助電圧情報を出力する補助電圧検出手段と、一次側の入力電圧を検出して入力電圧情報を出力する入力電圧検出手段とを備えたので、主電源回路および補助電源回路が安定して動作準備ができたことを確認し、メインスイッチ手段と補助スイッチ手段の動作を指示することができる。
また、この発明に係るメインスイッチ手段は、補助電圧検出手段から補助電圧情報が供給された場合、スイッチをON状態にするので、最初に主電源回路から定常負荷電流を供給することができる。
また、この発明に係る補助スイッチ手段は、主出力電圧検出手段から主出力電圧情報、電流検出手段から電流情報、補助電圧検出手段から補助電圧情報および入力電圧検出手段から入力電圧情報が供給された場合、スイッチをON状態にするので、主電源回路から定常負荷電流を流している状態から、定常負荷電流を超える負荷電流を検出した電流情報が提供される際には、ピーク負荷電流が流れると判断して補助電流を供給することができる。
さらに、この発明に係る電流検出手段は、外部からの制御により、検出する電流値を可変にすることを特徴とする。
この発明に係る電流検出手段は、外部からの制御により、検出する電流値を可変にするので、主電源回路の電流容量が定常負荷電流よりも大きい場合、主電源回路からピーク負荷に流す電流を多くし、補助電源回路から流す補助電流を少なくすることにより、補助電源回路の補助電流に余裕を持たせ、ピーク負荷電流の最大値やピーク負荷電流の流れる時間を変更することができる。
また、この発明に係る補助電源回路は、昇圧回路を備え、外部からの制御により、昇圧回路の出力電圧を可変にすることを特徴とする。
この発明に係る補助電源回路は、昇圧回路を備え、外部からの制御により、昇圧回路の出力電圧を可変にするので、補助電流を増加することにより、ピーク負荷電流の最大値を可変することができる。
さらに、この発明に係る補助電源回路は、降圧回路を備えており、外部からの制御により、降圧回路の出力電流の制限値を可変にすることを特徴とする。
この発明に係る補助電源回路は、外部からの制御により、降圧回路の出力電流の制限値を可変にするので、ピーク負荷電流が大きな場合には、電流の流れる時間を短縮するとともに、ピーク負荷電流が小さな場合には、電流の流れる時間を延長することができる。
また、この発明に係る補助電源回路は、外部からの制御により、一次側の昇圧回路の出力電圧を可変にすることにより、補助電圧を可変にすることを特徴とする。
この発明に係る補助電源回路は、外部からの制御により、一次側の昇圧回路の出力電圧を可変にすることにより、補助電圧を可変にするので、ピーク負荷電流を増加することができる。
この発明に係るピーク負荷対応スイッチング電源は、主電源回路を出力ラインに接続するメインスイッチ手段と、補助電源回路を出力ラインに接続する補助スイッチ手段と、メインスイッチ手段と補助スイッチ手段の動作順序を制御するスイッチ順序手段を備えたので、間歇的に発生するピーク負荷電流を流す時だけ、スイッチ順序に応じて補助電流を定常電流に加算してピーク負荷電流をピーク負荷に供給することができ、絶縁トランスを大型にすることなく、ピーク負荷電流を効率的に流すことができる。
また、この発明に係るスイッチ順序手段は、主電源回路の主出力電圧を検出して主出力電圧情報を出力する主出力電圧検出手段と、主電源回路の定常負荷電流を所定値だけ越える電流を検出して電流情報を出力する電流検出手段と、補助電源回路の補助電圧を検出して補助電圧情報を出力する補助電圧検出手段と、一次側の入力電圧を検出して入力電圧情報を出力する入力電圧検出手段とを備えたので、主電源回路および補助電源回路が安定して動作準備ができたことを確認し、メインスイッチ手段と補助スイッチ手段の動作を指示することができ、メインスイッチ手段と補助スイッチ手段の動作順序を規定することができる。
さらに、この発明に係るメインスイッチ手段は、補助電圧検出手段から補助電圧情報が供給された場合、スイッチをON状態にするので、最初に主電源回路から定常負荷電流を供給することができ、先に主電源回路から定常負荷電流を負荷に供給することができる。
また、この発明に係る補助スイッチ手段は、主出力電圧検出手段から主出力電圧情報、電流検出手段から電流情報、補助電圧検出手段から補助電圧情報および入力電圧検出手段から入力電圧情報が供給された場合、スイッチをON状態にするので、主電源回路から定常負荷電流を流している状態から、定常負荷電流を超える負荷電流を検出した電流情報が提供される際には、ピーク負荷電流が流れると判断して補助電流を供給することができ、メインスイッチ手段と補助スイッチ手段の動作順序で、定常負荷電流からピーク負荷電流に移行することができる。
さらに、この発明に係る電流検出手段は、外部からの制御により、検出する電流値を可変にするので、主電源回路の電流容量が定常負荷電流よりも大きい場合、主電源回路からピーク負荷に流す電流を多くし、補助電源回路から流す補助電流を少なくすることにより、補助電源回路の補助電流に余裕を持たせ、ピーク負荷電流の最大値やピーク負荷電流の流れる時間を変更することができ、利便性ならびにフレキシビリティをアピールすることができる。
また、この発明に係る補助電源回路は、昇圧回路を備え、外部からの制御により、昇圧回路の出力電圧を可変にするので、補助電流を増加することにより、ピーク負荷電流の最大値を可変することができ、ピーク負荷電流変更にフレキシビリティを持たせることができる。
さらに、この発明に係る補助電源回路は、外部からの制御により、降圧回路の出力電流の制限値を可変にするので、ピーク負荷電流が大きな場合には、電流の流れる時間を短縮するとともに、ピーク負荷電流が小さな場合には、電流の流れる時間を延長することができ、ピーク負荷電流変更にフレキシビリティを持たせることができる。
また、この発明に係る補助電源回路は、外部からの制御により、一次側の昇圧回路の出力電圧を可変にすることにより、補助電圧を可変にするので、ピーク負荷電流を増加することができ、ピーク負荷電流変更にフレキシビリティを持たせることができる。
さらに、この発明に係るピーク負荷対応スイッチング電源のピーク負荷対応方法は、主電源回路の主出力電圧VMが安定するステップS1と、補助電源回路の補助電圧VHが安定するステップS2と、補助電圧VHの補助電圧情報JHに基づいてメインスイッチ手段SW1をON状態にして、主電源回路を出力ラインに接続するステップS3と、主出力電圧VMから負荷に定常負荷電流ITを流すステップS4と、定常電流ITを超える電流情報JX、主出力電圧VMの主出力電圧情報JM、補助電圧VHの補助電圧情報JHおよび入力電圧VIの入力電圧情報JIを検出するステップS5と、電流情報JX、主出力電圧情報JM、補助電圧情報JHおよび入力電圧情報JIに基づいて補助スイッチ手段SW2をON状態にして、補助電源回路を出力ラインに並列接続するステップS6と、定常負荷電流ITと補助電流IAを併せたピーク負荷電流IPをピーク負荷に流すステップS7とを備えたので、間歇的に発生するピーク負荷電流を流す時だけ、スイッチ順序に応じて補助電流を定常電流に加算してピーク負荷電流をピーク負荷に供給することができ、絶縁トランスを大型にすることなく、ピーク負荷電流を効率的に流すことができる。
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図1はこの発明に係るピーク負荷対応スイッチング電源の一実施の形態全体構成図である。図1において、ピーク負荷対応スイッチング電源1は、AC(100V/200V、50Hz/60Hzなどの交流電源)を全波整流するダイオードブリッジDBと、全波整流された脈流を高周波信号に昇圧する昇圧回路2と、昇圧された高周波信号を平滑する平滑コンデンサC1と、DC−DCコンバータの一部を構成する絶縁トランスTの一次巻線NP、スイッチング素子SWおよび制御IC3と、絶縁トランスTの二次側の主電源回路4と、補助電源回路5と、スイッチ順序手段6と、主電源回路4を電源出力ラインOLに接続するメインスイッチ手段SW1と、補助電源回路5を電源出力ラインOLに接続する補助スイッチ手段SW2とから構成されている。
主電源回路4は、絶縁トランスTの一次巻線NPから一方の二次巻線NS1に誘起された高周波信号を整流ダイオードD1で半波整流し、平滑コンデンサC2で電荷(エネルギー)を蓄えつつ、直流に平滑することにより、直流の主出力電圧VMを発生する。
主電源回路4は、メインスイッチ手段SW1、電源出力ラインOLを介して定常負荷LNに定常負荷電流ITを供給する。なお、主電源回路4の電流容量は、定常負荷電流ITよりも大きく設定して余裕を持たせる。
補助電源回路5は、絶縁トランスTの一次巻線NPから他方の二次巻線NS2に誘起された高周波信号を整流ダイオードD2,D3で全波整流し、チョークコイルLCを介して平滑コンデンサC3,C4で電荷(エネルギー)を蓄えつつ、直流に平滑して、平滑した直流を降圧回路11で降圧して補助電圧VHを発生する。なお、補助電源回路5の補助電圧VHと主電源回路4の主出力電圧VMは、等しい電圧値(主出力電圧VM=補助電圧VH)になるように設定される。また、降圧回路11は、平滑コンデンサC3,C4に蓄えられたエネルギーを補助電圧VHに降圧するため、エネルギーが高い場合、補助電源回路5から供給する補助電流IAを大きくすることができる。
補助電源回路5は、ピーク負荷電流IPが流れる時、ピーク負荷電流IPから定常負荷電流ITの偏差電流(=IP−IT)である補助電流IAを補助スイッチ手段SW2、電源出力ラインOLを介してピーク負荷LPに供給する。なお、補助電源回路5の電流容量は、ピーク負荷電流の最大値と継続時間を保証するため、電流の最大値が大きければ、継続時間を短く設定し、継続時間が長ければ、電流の最大値を低く設定する関係にある。
ピーク負荷対応スイッチング電源1の絶縁トランスTは、主電源回路4および補助電源回路5を交流電源スイッチ投入と同時に安定化することができるほど大型ではないため、交流電源スイッチを投入してから主電源回路4および補助電源回路5が安定化するまで多少時間(例えば、5ms程度)を要する。
小型の絶縁トランスTで、定常負荷電流ITおよびピーク負荷電流IPを流すために、スイッチ順序手段6およびメインスイッチ手段SW1と補助スイッチ手段SW2を設け、主電源回路4および補助電源回路5が安定になるまで、メインスイッチ手段SW1と補助スイッチ手段SW2をOFF状態にしておき、主電源回路4および補助電源回路5が安定化した時点で、初めにメインスイッチ手段SW1をON状態にし、主電源回路4から負荷LNに定常負荷電流ITを供給する。
定常負荷電流ITが流れている状態からピーク負荷LPに変化し、ピーク負荷電流IPが流れると、補助スイッチ手段SW2もON状態にして、補助電源回路5からピーク負荷LPに補助電流IAを供給する。メインスイッチ手段SW1および補助スイッチ手段SW2の動作順序は、メインスイッチ手段SW1が先にON状態になり、続いてピーク負荷電流IPが流れる時に、補助スイッチ手段SW2がON状態になる。スイッチ順序手段6は、メインスイッチ手段SW1と補助スイッチ手段SW2の動作順序を制御する。
スイッチ順序手段6は、主電源回路4の主出力電圧VMを検出して主出力電圧情報JMを出力する主出力電圧検出手段7と、主電源回路4の定常負荷電流ITを所定値だけ越える負荷電流を検出して電流情報JXを出力する電流検出手段8と、補助電源回路5の補助電圧VHを検出して補助電圧情報JHを出力する補助電圧検出手段9と、絶縁トランスTの一次側の入力電圧VIを検出し、フォトカプラFC2を介して入力電圧情報JIを出力する入力電圧検出手段10を備え、主電源回路4の主出力電圧VMおよび補助電源回路5の補助電圧VHが安定して、動作準備が整ったことを確認する。
補助電圧検出手段9は、補助電圧情報JHをメインスイッチ手段SW1に提供して、メインスイッチ手段SW1をON状態に制御し、主電源回路4と電源出力ラインOLを接続して、主電源回路4から定常負荷電流ITを流す。
主出力電圧検出手段7、電流検出手段8、補助電圧検出手段9および入力電圧検出手段10は、それぞれ主出力電圧情報JM、電流情報JX、補助電圧情報JHおよび入力電圧情報JIを補助スイッチ手段SW2に提供して、補助スイッチ手段SW2をON状態に制御し、補助電源回路5と電源出力ラインOLを接続して、補助電源回路5から補助電流IAを流す。
このように、この発明に係るスイッチ順序手段6は、主電源回路4の主出力電圧VMを検出して主出力電圧情報JMを出力する主出力電圧検出手段7と、主電源回路4の定常負荷電流ITを所定値だけ越える電流を検出して電流情報JXを出力する電流検出手段8と、補助電源回路5の補助電圧VHを検出して補助電圧情報JHを出力する補助電圧検出手段9と、一次側の入力電圧VIを検出して入力電圧情報JIを出力する入力電圧検出手段10とを備えたので、主電源回路4および補助電源回路5が安定して動作準備ができたことを確認し、メインスイッチ手段SW1と補助スイッチ手段SW2の動作を指示することができ、メインスイッチ手段SW1と補助スイッチ手段SW2の動作順序を規定することができる。
メインスイッチ手段SW1は、MOSFET、IGBTなどのスイッチング素子で構成し、補助電圧検出手段9から提供される補助電圧情報JHに基づいてON状態となり、主電源回路4と電源出力ラインOLを接続して、定常負荷電流ITを定常負荷LNに供給する。
補助スイッチ手段SW2は、論理ゲートと、MOSFET、IGBTなどのスイッチング素子で構成し、主出力電圧情報JM、電流情報JX、補助電圧情報JHおよび入力電圧情報JIの4情報に基づいてON状態となり、補助電源回路5と電源出力ラインOLを接続して、補助電流IAをピーク負荷LPに供給する。
図2はこの発明に係るメインスイッチ手段の一実施の形態回路構成図である。図2において、メインスイッチ手段SW1は、例えばMOSFET−Q1で構成し、補助電圧検出手段9から提供される補助電圧情報JHでON状態になって、最初に主電源回路4から定常負荷電流ITを供給することができる。
図3はこの発明に係る補助スイッチ手段の一実施の形態回路構成図である。図3において、補助スイッチ手段SW2は、例えば4入力のANDゲートと、MOSFET−Q2で構成し、主出力電圧検出手段7から提供される主出力電圧情報JM、電流検出手段8から提供される電流情報JX、補助電圧検出手段9から提供される補助電圧情報JHおよび入力電圧検出手段10から提供される入力電圧情報JIの4情報に基づいてON状態になって、補助電源回路5から補助電流IAを供給することができる。
このように、この発明に係るメインスイッチ手段SW1は、補助電圧検出手段9から補助電圧情報JHが供給された場合、スイッチをON状態にするので、最初に主電源回路4から定常負荷電流ITを供給することができ、先に主電源回路4から定常負荷電流ITを負荷(定常負荷LN)に供給することができる。
また、この発明に係る補助スイッチ手段SW2は、主出力電圧検出手段7から主出力電圧情報JM、電流検出手段8から電流情報JX、補助電圧検出手段9から補助電圧情報JHおよび入力電圧検出手段10から入力電圧情報JIが供給された場合、スイッチをON状態にするので、主電源回路4から定常負荷電流ITを流している状態から、定常負荷電流ITを超える負荷電流を検出した電流情報が提供される際には、ピーク負荷電流IPが流れると判断して補助電流IAを供給することができ、メインスイッチ手段SW1と補助スイッチ手段SW2の動作順序で、定常負荷電流ITからピーク負荷電流IPに移行することができる。
図4はこの発明に係るピーク負荷対応スイッチング電源の一実施の形態負荷電流特性図である。図4において、定常負荷電流ITおよびピーク負荷電流IPは、想定される負荷電流の時間変化の一例を表すものであり、交流電源スイッチのON(時間0)から時間t1までは、主電源回路4および補助電源回路5が立上がり、安定化するまでの状態を示す。つまり、t1(例えば、5ms)のディレイタイムが存在する。
時間t1で、メインスイッチ手段SW1がON状態になり、主電源回路4から定常負荷電流ITを定常負荷LNに供給する(t1〜t2まで継続)。
時間t2で、ピーク負荷LPになると、補助スイッチ手段SW2がON状態になり、主電源回路4からの定常負荷電流ITに、補助電源回路5からの補助電流IAが加わり、ピーク負荷電流IPが流れる。
時間t3で、ピーク負荷LPから定常負荷LNになると、補助スイッチ手段SW2がOFF状態になって、補助電源回路5が切り離され、主電源回路4からの定常負荷電流ITだけに戻る。
同様に、時間t4〜t5および時間t6〜t7の期間でも、ピーク負荷電流IPが流れ、補助電源回路5から補助電流IAが定常負荷電流ITに加わって流れる。
図4から明らかなように、補助電源回路5に要求されることは、ピーク負荷電流IPに対応する補助電流IA、補助電流IAが流れる時間幅Taおよび補助電流IAが流れる間隔(周期)Tbであり、補助電流IA、時間幅Taおよび間隔(周期)Tbを可変可能にすることがユーザから要望される。
次に、補助電流IA(補助電源回路5)のフレキシビリティを広げるための方式について説明する。方式1は、見かけ上補助電流IAを増加、方式2および方式3は、実際上補助電流IAを増加、方式4は、補助電流IAの流れる電流値を制限することである。
図5はこの発明に係る補助電流増加の一実施の形態構成図である。なお、本実施の形態(方式1)では、ピーク負荷電流IPが流れる場合、主電源回路4が流す定常負荷電流ITを増加させて、補助電流IAの見かけ上の電流を増加する。また、主電源回路4の電流容量が定常負荷電流ITよりも余裕がある場合に適用可能となる。
図5において、スイッチ順序手段6の電流検出手段8が検出する定常負荷電流ITよりも大きく設定されて所定値を、外部から制御信号SC1で電流検出手段8に送信し、定常負荷電流IT+増加電流Ia(所定値)に設定する。
ピーク負荷電流IPが流れる際、電流検出手段8は、主電源回路4の定常負荷電流ITよりも増加電流Iaだけ大きな電流を検出すると、電流情報JXを補助スイッチ手段SW2に提供して、補助スイッチ手段SW2をON状態にし、補助電源回路5から補助電流IAを流すことになるが、主電源回路4から定常負荷電流IT+増加電流Iaを流しているため、初期に設定した補助電流IAよりも増加電流Iaだけ少ない電流(=補助電流IA−増加電流Ia)を流すことになり、補助電流IAが見かけ上増加電流Iaだけ増加することになる。
図6はこの発明に係る方式1の一実施の形態負荷電流特性図である。ピーク負荷電流IPが流れる時に、主電源回路4が流す電流を定常負荷電流IT+増加電流Iaにするので、補助電源回路5の補助電流IAが見かけ上増加電流Iaだけ増加することになり、ピーク負荷電流IPの最大値を補助電流IA+増加電流Iaのピーク負荷電流IPに対応することができる。
また、ピーク負荷電流IPが同じならば、補助電流IAが流れる時間幅Taを延長したり、補助電流IAが流れる間隔(周期)Tbを短縮することができる。
このように、この発明に係る電流検出手段8は、外部からの制御により、検出する電流値を可変(+増加電流Ia)にするので、主電源回路4の電流容量が定常負荷電流ITよりも大きい場合、主電源回路4からピーク負荷LPに流す電流を多くし(定常負荷電流IT+増加電流Ia)、補助電源回路5から流す補助電流IAを少なく(−増加電流Ia)することにより、補助電源回路5の補助電流IAに余裕を持たせ、ピーク負荷電流IPの最大値やピーク負荷電流IPの流れる時間(Ta、Tb)を変更することができ、利便性ならびにフレキシビリティをアピールすることができる。
図7はこの発明に係る補助電流増加および補助電流制限の一実施の形態構成図である。なお、方式2の補助電流増加および方式4の補助電流制限について図7で説明する。図7において、方式2では、補助電源回路5に昇圧回路12を設け、絶縁トランスTの二次巻線NS2に誘起された高周波信号を整流ダイオードD2,D3で全波整流し、全波整流された脈流の昇圧回路12で昇圧し、昇圧した高周波信号を整流ダイオードD4、チョークコイルLCを介して平滑コンデンサC2,C3で直流に平滑する。
昇圧回路2は、スイッチング素子と、スイッチング素子を高周波でON/OFFする制御回路から構成し、制御回路には、高周波の周波数fを指定する周波数指定部と、デューティ比Dを指定するデューティ比指定部を内蔵しており、外部制御により、周波数指定信号またはデューティ比指定信号SC2を入力し、スイッチング素子の発振周波数fを高く設定し、またはデューティ比Dを大きく設定して、平滑コンデンサC3,C4に蓄積される電荷(エネルギー)量を増加し、昇圧回路12の出力電圧を増加するので、実際上補助電流IAを増加して、ピーク負荷電流IPの最大値を可変することができる。
このように、この発明に係る補助電源回路5は、昇圧回路12を備え、外部からの制御により、昇圧回路12の出力電圧を可変にするので、補助電流IAを増加することにより、ピーク負荷電流IPの最大値を可変することができ、ピーク負荷電流IP変更にフレキシビリティを持たせることができる。
また、方式4では、降圧回路11に、スイッチング素子と、スイッチング素子を高周波でON/OFFする制御回路から構成し、平滑コンデンサC3,C4に蓄積された電荷(エネルギー)量を減衰させ、降圧して補助電圧VHを出力するが、外部制御により、周波数指定信号またはデューティ比指定信号SC3を入力し、降圧回路11の出力電流を可変にし、補助電流IAの最大値と、補助電流IAの継続時間を制御する。
このように、この発明に係る補助電源回路5は、外部からの制御により、降圧回路11の出力電流の制限値を可変にするので、ピーク負荷電流IPが大きな場合には、電流の流れる時間を短縮するとともに、ピーク負荷電流IPが小さな場合には、電流の流れる時間を延長することができ、ピーク負荷電流IP変更にフレキシビリティを持たせることができる。
図8はこの発明に係る補助電流増加の別実施の形態構成図である。図8において、方式3では、昇圧回路2は、スイッチング素子と、スイッチング素子を高周波でON/OFFする制御回路から構成し、制御回路には、高周波の周波数fを指定する周波数指定部と、デューティ比Dを指定するデューティ比指定部を内蔵しており、外部制御により、周波数指定信号またはデューティ比指定信号SC4を入力し、スイッチング素子の発振周波数fを高く設定し、またはデューティ比Dを大きく設定して、全波整流波形(電流成分)の力率を改善し、昇圧回路2の出力電圧が大きくなり、平滑コンデンサC1に蓄積される電荷(エネルギー)量も大きくなる。
したがって、絶縁トランスTの一次巻線NPの高周波信号が大きく、補助電源回路5の二次巻線NS2に誘起される高周波信号も大きくなって、補助電源回路5の平滑コンデンサC3,C4に蓄えられる電荷(エネルギー)量も大きくなると、補助電圧VHが調整可能となり、補助電流IAを大きくすることができ、ピーク負荷電流IPを増加することができる。
このように、この発明に係る補助電源回路5は、外部からの制御により、一次側の昇圧回路2の出力電圧を可変にすることにより、補助電圧VHを可変にするので、ピーク負荷電流IPを増加することができ、ピーク負荷電流IP変更にフレキシビリティを持たせることができる。
以上説明したように、この発明に係るピーク負荷対応スイッチング電源1は、主電源回路4を出力ラインOLに接続するメインスイッチ手段SW1と、補助電源回路5を出力ラインOLに接続する補助スイッチ手段SW2と、メインスイッチ手段SW1と補助スイッチ手段SW2の動作順序を制御するスイッチ順序手段6を備えたので、間歇的に発生するピーク負荷電流IPを流す時だけ、スイッチ順序に応じて補助電流IAを定常負荷電流ITに加算してピーク負荷電流IPをピーク負荷LPに供給することができ、絶縁トランスTを大型にすることなく、ピーク負荷電流IPを効率的に流すことができる。
なお、本実施の形態では、定常負荷電流ITからピーク負荷電流IPに変化する場合について説明したが、ピーク負荷LPがコンデンサ負荷のような突入電流が流れる場合にも、主電源回路4から定常負荷電流ITを供給し、続いて直ちに補助電源回路5から補助電流IAを供給することがことができるため、本発明を適用することができる。
続いて、ピーク負荷対応方法について説明する。図9はこの発明に係るピーク負荷対応スイッチング電源のピーク負荷対応方法の一実施の形態要部動作フロー図である。なお、動作フロー図は、図1を参照して説明する。
図9において、ステップS1では、主電源回路4の主出力電圧VMが安定する。
ステップS2では、補助電源回路5の補助電圧VHが安定する。
ステップS3では、補助電圧VHの補助電圧情報JHに基づいてメインスイッチ手段SW1をON状態にして、主電源回路4を出力ラインOLに接続する。
ステップS4では、主出力電圧VMから負荷(定常負荷LN)に定常負荷電流ITを流す。
ステップS5では、定常電流ITを超える電流情報JX、主出力電圧VMの主出力電圧情報JM、補助電圧VHの補助電圧情報JHおよび入力電圧VIの入力電圧情報JIを検出する。
ステップS6では、電流情報JX、主出力電圧情報JM、補助電圧情報JHおよび入力電圧情報JIに基づいて補助スイッチ手段SW2をON状態にして、補助電源回路5を出力ラインOLに並列接続する。
ステップS7では、定常負荷電流ITと補助電流IAを併せたピーク負荷電流IPをピーク負荷LPに流す。
このように、この発明に係るピーク負荷対応スイッチング電源のピーク負荷対応方法は、主電源回路の主出力電圧VMが安定するステップS1と、補助電源回路の補助電圧VHが安定するステップS2と、補助電圧VHの補助電圧情報JHに基づいてメインスイッチ手段SW1をON状態にして、主電源回路を出力ラインに接続するステップS3と、主出力電圧VMから負荷に定常負荷電流ITを流すステップS4と、定常電流ITを超える電流情報JX、主出力電圧VMの主出力電圧情報JM、補助電圧VHの補助電圧情報JHおよび入力電圧VIの入力電圧情報JIを検出するステップS5と、電流情報JX、主出力電圧情報JM、補助電圧情報JHおよび入力電圧情報JIに基づいて補助スイッチ手段SW2をON状態にして、補助電源回路を出力ラインに並列接続するステップS6と、定常負荷電流ITと補助電流IAを併せたピーク負荷電流IPをピーク負荷に流すステップS7とを備えたので、間歇的に発生するピーク負荷電流を流す時だけ、スイッチ順序に応じて補助電流を定常電流に加算してピーク負荷電流をピーク負荷に供給することができ、絶縁トランスを大型にすることなく、ピーク負荷電流を効率的に流すことができる。
本発明に係るピーク負荷対応スイッチング電源は、定常電流を流す主電源回路および補助電流を流す補助電源回路を備え、ピーク負荷時には、スイッチ順序に応じて、定常電流に補助電流を併せて間歇的なピーク負荷電流を流すもので、間歇的にピーク負荷電流を流すあらゆるピーク負荷対応スイッチング電源に適用することができる。
この発明に係るピーク負荷対応スイッチング電源の一実施の形態全体構成図 この発明に係るメインスイッチ手段の一実施の形態回路構成図 この発明に係る補助スイッチ手段の一実施の形態回路構成図 この発明に係るピーク負荷対応スイッチング電源の一実施の形態負荷電流特性図 この発明に係る補助電流増加の一実施の形態構成図 この発明に係る方式1の一実施の形態負荷電流特性図 この発明に係る補助電流増加および補助電流制限の一実施の形態構成図 この発明に係る補助電流増加の別実施の形態構成図 この発明に係るピーク負荷対応スイッチング電源のピーク負荷対応方法の一実施の形態要部動作フロー図 従来のスイッチング電源の一例
符号の説明
1 ピーク負荷対応スイッチング電源
2,12 昇圧回路
3 制御IC
4 主電源回路
5 補助電源回路
6 スイッチ順序手段
7 主出力電圧検出手段
8 電流検出手段
9 補助電圧検出手段
10 入力電圧検出手段
11 降圧回路
SW1 メインスイッチ手段
SW2 補助スイッチ手段
SW スイッチング素子
DB ダイオードブリッジ
T 絶縁トランス
NP 一次巻線
NS1,NS2 二次巻線
D1,D2,D3 整流ダイオード
C1,C2,C3 平滑コンデンサ
LC チョークコイル
FC1,FC2 フォトカプラ
VM 主出力電圧
VH 補助電圧
JH 補助電圧情報
IT 定常負荷電流
JX 電流情報
JM 主出力電圧情報
JI 入力電圧情報
IA 補助電流
IP ピーク負荷電流
OL 電源出力ライン
SC1,SC2,SC3,SC4 外部制御信号

Claims (5)

  1. 交流入力を整流して、昇圧回路を介してトランスの一次巻線に供給し、二次巻線の一方の出力から生成し、定常負荷に定常電流を供給する主電源回路と、二次巻線の他方の出力から生成し、ピーク負荷時に、前記主電源回路と並列に接続し、補助電流を定常電流に加算してピーク負荷電流を供給する補助電源回路と、を備えたピーク負荷対応スイッチング電源であって、
    前記主電源回路を出力ラインに接続するメインスイッチ手段と、前記補助電源回路を前記出力ラインに接続する補助スイッチ手段と、前記メインスイッチ手段と前記補助スイッチ手段の動作順序を制御するスイッチ順序手段を備えて構成し、
    前記スイッチ順序手段は、前記主電源回路の主出力電圧を検出して主出力電圧情報を出力する主出力電圧検出手段と、前記主電源回路の定常負荷電流を所定値だけ越える電流を検出して電流情報を出力する電流検出手段と、前記補助電源回路の補助電圧を検出して補助電圧情報を出力する補助電圧検出手段と、一次側の入力電圧を検出して入力電圧情報を出力する入力電圧検出手段と、を備えており、
    前記メインスイッチ手段は、前記補助電圧検出手段から補助電圧情報が供給された場合、スイッチをON状態にし、また、前記補助スイッチ手段は、前記主出力電圧検出手段から主出力電圧情報、前記電流検出手段から電流情報、前記補助電圧検出手段から補助電圧情報および前記入力電圧検出手段から入力電圧情報が供給された場合、スイッチをON状態にすることを特徴とするピーク負荷対応スイッチング電源。
  2. 前記電流検出手段は、外部からの制御により、検出する電流値を可変にすることを特徴とする請求項記載のピーク負荷対応スイッチング電源。
  3. 前記補助電源回路は、昇圧回路を備え、外部からの制御により、前記昇圧回路の出力電圧を可変にすることを特徴とする請求項1記載のピーク負荷対応スイッチング電源。
  4. 前記補助電源回路は、降圧回路を備えており、外部からの制御により、前記降圧回路の出力電流の制限値を可変にすることを特徴とする請求項1記載のピーク負荷対応スイッチング電源。
  5. 前記補助電源回路は、外部からの制御により、一次側の昇圧回路の出力電圧を可変にすることにより、補助電圧を可変にすることを特徴とする請求項1記載のピーク負荷対応スイッチング電源。
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