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

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１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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