JP4709771B2 - 電源ユニットを有する回路装置 - Google Patents

Description

本発明は、電源ユニットと、主電源スイッチと、主電源スイッチの第１スイッチングコンタクトをブリッジするスイッチング素子とを有する回路装置をベースとしている。このタイプの回路装置は、例えば消費者向け電子装置に属する装置に使用される。

最近さまざまな国々において、比較的多くの電力を消費する装置に対し、商用電源の高調波電流に関して所定の規格が適用されるようになってきている。この際に、装置による商用電源の高調波負荷はいわゆる力率で指定することができる。殊にスイッチモード電源ユニットは、強くパルス状をした商用電源の負荷を生じさせ、力率を改善するための相応の回路手段を有しない場合、商用電源に高調波電流が発生してしまうことになる。

力率の大きなスイッチモード電源ユニットは、例えばEP-A-0 700 145およびUS 5,986,898に記載されている。電源ユニットの力率を改善する別の可能性としては、電源ユニットの入力領域にコイルを使用することである。このようなコイルは、例えば商用電源周波数コイル（mains frequency coil）または力率コイル（power factor coil）として知られており、また電源ユニットを通るパルス状の負荷の幅を広げるインダクタの機能を有する。このようなコイルを有するスイッチモード電源ユニットは、例えばWO 01/052908 A2およびWO 03/090335 A1に記載されている。

最近では特定のコンポーネントを冷却するためのファン、例えば、高出力ランプを有するランプユニットを冷却するためのファンが、消費者向け電子装置に属する装置に一層頻繁に配置されるようになってきている。高出力ランプは、殊に画像表示用のいわゆるビーマ（beamer）またはリアプロジェクタに使用される。これらに対して製造業者は、十分な耐用寿命を保証できるようにするため、特定の時間、例えば１〜２分間を指定して、装置をターンオフした後、ランプユニットを冷却するようにしている。

相応する装置が通常モードからスタンバイモードに移行する場合、ファンを継続動作させることに問題はない。しかしながらこの装置が主電源スイッチによって電源から完全に遮断される場合、十分な長さの時間にわたってファンを動作させ続けるために固有の回路手段を設けなければならない。

本発明の課題は、上記のタイプの回路装置を提供して、この回路装置が主電源スイッチによって遮断された場合、所定の時間が経過した後、負荷、殊にファンが遅延してスイッチオフされることをこの回路装置によって保証することである。

この課題は、請求項１の特徴部分に記載された構成を有する回路装置によって達成される。本発明の有利な発展形態は従属請求項に記載されている。

本発明の回路装置は、電源ユニットと、主電源スイッチと、この主電源スイッチのスイッチングコンタクトをブリッジするスイッチング素子とを有する。ここではスイッチング素子の制御端子に負荷、殊にファンが結合されているため、このスイッチング素子が開かれると、この負荷も同時にターンオフされる。

上記のスイッチング素子は、殊にリレーであり、このリレーは、回路装置がスイッチオフされた場合に所定の時間にわたって主電源との接続を維持し、また主電源スイッチによって電源ユニットがスイッチオフされた場合にもこれを維持する。このスイッチング素子の制御端子に負荷が結合されることにより、スイッチオフの後の所定の時間にわたってこの負荷も同時に動作し続けるため、例えば負荷としてファンを使用する場合、この回路装置を遮断した後、十分な時間にわたってコンポーネントを引き続いて冷却することができる。またこのスイッチング素子を介して遅延してスイッチオフすることによって同時に、力率補正に使用される力率コイルに蓄積されるエネルギーを低減することも可能である。

有利な実施例において上記の回路装置は、例えばスタンバイモードに対して比較的出力電力の小さい第１電源ユニットと、相応する装置の通常モードにおいてのみ動作する比較的出力電力の大きい第２電源ユニットとを有する。ここでは第1電源ユニットによってコントローラに動作電圧が供給されて、スタンバイモードであってもこのコントローラが動作するようにする。ユーザが主電源スイッチが用いてこの装置をスイッチオフする場合、上記のコントローラにより、例えばリレーであるスイッチング素子を介して、例えば１〜２分間であるあらかじめ定めた時間の間、第１電源ユニットの動作が維持される。あらかじめ定められるこの時間は、殊に負荷がファンによって十分に冷却され得るように選択される。また同時にこのように遅延してターンオフを行うことにより、力率コイルに起因する主電源スイッチの過剰な摩耗を回避することができる。

上記の回路装置は、殊にＤＬＰ（Digital Light Processing）ユニットを使用するリアプロジェクションテレビジョンセットに使用される。このＤＬＰユニットには、組み込み式のミラー回路および高出力ランプが含まれており、ここでこの高出力ランプは、この装置がターンオフされた後、約２分間引き続いて冷却して殊にミラー回路がオーバヒートしないようにしなければならない。しかしながら上記の装置は、例えばコンピュータ制御の装置に使用することができる。このような装置では、装置がスイッチオフされた後も引き続いて重要なデータが記憶できるようにしなければならない。マイクロプロセッサはこのために約５０マイクロ秒必要であり、これによってこの装置の状態についての重要なデータが記憶される。動作継続時間は、比較的大きなデータ量がハードディスクに記憶できるように選択することも可能である。

以下では概略図面を参照し、実施例によって本発明をより詳しく説明する。ここで
図１には電源ユニット、電源スイッチ、リレーおよび負荷を有する回路装置が示されており、
図２には図１と類似の回路装置が示されているが、ここでは主電源スイッチのスイッチングコンタクトは、１次側の給電電圧だけをスイッチオフするためだけに使用されている。

図１には第１電源ユニットＩと、主電源スイッチＳ１と、この実施例ではリレーＲ１であるスイッチング素子とが示されている。電源ユニットＩには、公知のように整流器ＢＲ、例えばブリッジ整流器を介して直流電圧Ｕ＋が供給される。ここでこのブリッジ整流器は、主電源端子ＮＡに接続されており、その電圧は、例えば２３０ボルトの商用交流電圧とする場合、約３００ボルトである。整流器ＢＲと主電源端子ＮＡとの間には、力率補正のための力率コイルＬＳが設けられている。ここで力率コイルＬＳは、主電源電圧給電ライン内および主電源電圧リターンラインに配置することができる。しかしながら力率コイルＬＳを整流器ＢＲと、後置接続された蓄積キャパシタとの間に配置することも可能である。

整流器ＢＲはさらに、第２電源ユニットIIおよび第３電源ユニットIIIに給電電圧Ｕ＋を供給する。ここでは第１電源ユニットＩは、殊にスタンバイモード用の比較的出力の小さい電源ユニットであり、電源ユニットIIおよびIIIは、通常モードにおいてのみ動作する比較的出力の大きい電源ユニットである。

スイッチモード電源ユニットおよび力率コイルを有する回路装置は、例えば、明細書WO 01/052908およびすでに挙げたWO 03/090335に記載されており、これらの明細書を参照されたい。これらは、主電源スイッチによって回路装置を遮断するというすでに述べた問題を有している。それはこの回路装置がスイッチオフされる場合、大きなインダクタンスを有する力率補正コイルにより、主電源スイッチのスイッチングコンタクトの摩耗が増大することになるからである。

主電源スイッチＳ１の摩耗を回避するため、図１によれば、主電源スイッチＳ１の第1スイッチングコンタクト１が、リレーＲ１のスイッチングコンタクト３によってブリッジされる。ここではスイッチングコンタクト１は、主電源端子ＮＡと整流器ＢＲとの間に配置される。主電源スイッチＳ１の第２スイッチングコンタクト２は、２つの電源ユニットIIおよびIIIに対する１次側給電電圧Ｕ４をターンオフするために使用される。第２スイッチングコンタクト２は、殊に第２電源ユニットIIの駆動段の給電または制御電圧Ｕ４、例えば整流された給電電圧Ｖｃｃをターンオフするために使用される。

この回路装置がスイッチオンされている限り、リレーＲ１のスイッチングコンタクト３は、この実施例ではマイクロプロセッサであるコントローラＵＰによって、例えば１０〜１２Ｖの制御電圧Ｕsにより、閉じられたままである。主電源スイッチＳ１を介してこの回路装置がスイッチオフされると、２つの電源ユニットIIおよびIIIは、第２スイッチングコンタクト２を介して直ちにターンオフされる。それはスイッチングコンタクト２により、給電電圧Ｕ４が遮断されるからである。

しかしながら電源ユニットＩは引き続いて動作する。それはスイッチングコンタクト１は、リレーＲ１のスイッチングコンタクト３によってブリッジされ、電源ユニットＩには電圧Ｕ＋が供給され続けるからである。この結果、コントローラＵＰも引き続いて動作する。それはこのコントローラには、電源ユニットＩにより、ダイオードＤ３を介して給電電圧Ｕ１が供給されるからである。コントローラＵＰは主電源スイッチ検出回路ＭＳＤに接続されており、この検出回路は、第２電源ユニットIIのオン／オフ状態を監視して、電源ユニットIIがスイッチオフされる時点を検出する。つぎにコントローラＵＰは、所定の時間の後、制御電圧Ｕｓを用いてリレー３のスイッチングコンタクト３を開く。その結果、第１の電源ユニットＩがスイッチオフされ、ひいてはこれによって装置全体もスイッチオフされる。

第１電源ユニットＩの電力は、例えば数ワットと極めてわずかであるため、スイッチングコンタクト３を介してスタンバイ電源ユニットがターンオフされる場合、力率コイルＬＳのインダクタンスに起因する有害な影響は発生しない。リレーを介してスタンバイ電源ユニットを遅延してスイッチオフすることは、国際特許明細書WO 01/052908にすでに記載されている。

この実施例において回路装置は、テレビジョンの番組またはコンピュータ画像を表示するために使用される画像プロジェクション装置、殊にリアプロジェクタに配置される。ここでこの画像プロジェクション装置は、図示しない冷却すべき高出力ランプを使用して画像を表示する。この高出力ランプには、例えば端子ＬＡを介して、電源ユニットIIIによって給電電圧が供給される。電源ユニットIIは付加的に、端子ＡＵを介し、画像プロジェクション装置に配置されたオーディオアンプに給電する。電源ユニットIIは、殊に信号処理用回路に対して給電電圧を供給する。上記の高出力ランプは１実施形態においてガス放電ランプであり、スイッチオフされた後、所定の時間、すなわち約１〜２分間冷却しなければならない。

本発明によれば負荷Ｌがスイッチング素子Ｒ１の制御端子４に同時に結合されているため、スイッチング電圧Ｕｓがターンオフされている場合、負荷Ｌも同時にターンオフされる。負荷ＬにはダイオードＤ２を介して給電電圧Ｕ３が供給される。この際に給電電圧Ｕ３は、同時にスイッチングコンタクト４に対するスイッチング電圧Ｕｓを構成する。この実施例ではトランジスタであるスイッチＴ１を介し、給電電圧Ｕ２がダイオードＤ１を経由して負荷Ｌおよびスイッチングコンタクト４に付加的に供給される。この実施例では負荷Ｌは上記の高出力ランプを冷却するためのファンである。

給電電圧Ｕ２は有利には給電電圧Ｕ３よりも低く、またスイッチＴ１が開いている場合には電源ユニットＩとスイッチＴ１との間に配置されているダイオードＤ１を介して給電電圧Ｕ３からデカップリングされる。ここでは通常モードにおいてスイッチＴ１が開かれることもある。これによって保証されるのは、給電電圧Ｕ３に誤りが発生した場合にファンＬが動作し続けることである。

この回路装置はつぎのように動作する。すなわち、通常モードにおいて給電電圧Ｕ３がファンＬおよびスイッチングコンタクト４に加わるため、ファンは動作して高出力ランプが冷却され、またリレーＲ１のスイッチングコンタクト３は閉じられる。つぎに画像プロジェクション装置がスタンバイモードに移行すると、２つの電源ユニットIIおよびIIはコントローラＵＰによって公知のようにターンオフされる。これは光結合素子を介して１次側に制御信号がわたされることによって行われる。このタイプの回路は、例えばUS 6,349,045 B1に開示されている。これによって殊に画像処理回路および高出力ランプがターンオフされる。

スタンバイモードに移行すると、スイッチＴ１はアクティブ状態になるため、ファンＬは給電電圧Ｕ２によってスイッチオンされたままであり、またスイッチングコンタクト３は閉じられたままである。例えば１〜２分間の所定の時間の後、コントローラＵＰのタイマプログラムによってスイッチＴ１は開かれる。その結果、ファンＬはターンオフされ、スイッチングコンタクト３が開かれる。これによってこの回路装置はさらにスタンバイモードにとどまる。それは主電源スイッチＳ１が閉じられているからである。

画像プロジェクション装置はこのスタンバイモードから再び通常モードに移行することができ、これはコントローラＵＰによるリモート制御によって行われる。リモート制御からこれに関する命令が発せされた場合、２つの電源ユニットIIおよびIIIは再度スイッチオンされ、また高出力ランプおよび相応する信号処理用回路もスイッチオンされる。この場合、給電電圧Ｕ３により、同時にファンＬがスイッチオンされ、スイッチングコンタクト３が閉じられる。

画像プロジェクション装置が通常モードにある場合に、この画像プロジェクション装置が主電源スイッチＳ１を介してターンオフされると、スイッチングコンタクト２が開かれることによって電源ユニットIIおよびIIIは直ちにスイッチオフされる。この結果、信号処理回路も高出力ランプも同様にスイッチオフされる。同時にコントローラＵＰは、回路ＭＳＤによって、電源ユニットIIがスイッチオフされたことを識別し、したがって主電源スイッチＳ１が操作されたことを識別する。この場合、コントローラＵＰはタイマプログラムをスタートさせる。通常モードにおいて、スイッチＴ１は有利にはアクティブ状態にされるため、この結果、この画像プロジェクション装置がスイッチオフされた後もファンＬは動作し続けて高出力ランプが冷却される。電源ユニットＩも同時にスイッチオンのままである。それはスイッチングコンタクト３は、リレーＲ１に対する制御電圧ＵＳによって閉じられたままだからである。高出力ランプを冷却するのに十分な、タイマプログラムのあらかじめ定めた時間の後、スイッチＴ１ははじめてターンオフされ、これによってスイッチングコンタクト３が開かれる。この結果、電源ユニットＩもスイッチオフされる。この回路装置は、いまや完全にターンオフされ、その結果、画像プロジェクション装置はもはやエネルギーを消費さず、すべての回路が非アクティブ状態になる。

画像プロジェクション装置が主電源スイッチＳ１を介してスイッチオンされる場合、スイッチングコンタクト１および２は閉じられる。今やブリッジ整流器ＢＲにはスイッチングコンタクト１を介して主電源電圧が供給されて、電源ユニットIIおよびIIIは再び給電電圧Ｕ＋が利用することができる。この結果、画像プロジェクション装置は通常モードに切り替わる。

図２には同様に３つの電源ユニットＩ，II，IIIと、主電源スイッチＳ１と、スイッチング素子Ｒ１と、コントローラＵＰと、負荷Ｌとを有する回路装置が示されている。このために同じ構成部分および相応する電圧には図１に使用したのと同じ参照符号が付されている。しかしながら図１とは異なり、ここでは主電源スイッチＳ１のスイッチングコンタクト１は、電源ユニットＩの給電または制御電圧をターンオフするために配置されている。これにより、この装置がスイッチオフされている場合であっも主電源端子ＮＡを介してブリッジ整流器ＢＲに主電源電圧が加わる。このタイプの構成は、上に挙げたWO 03/090335にすでに記載されている。

主電源スイッチＳ１のスイッチングコンタクト１はここでは電源ユニットＩの給電または制御電圧Ｕ５をターンオフするために使用されており、またスイッチングコンタクト２は電源ユニットIIおよびIIIの給電または制御電圧Ｕ４をターンオフするために使用されている。この回路装置が主電源スイッチＳ１によってスイッチオフされる場合、電源ユニットIIおよびIIIは、この結果、直ちにスイッチオフされる。しかしながら電源ユニットＩは、制御素子Ｒ１のスイッチングコンタクト３が閉じられているかぎり引き続き動作する。

この場合にも主電源スイッチＳ１のスイッチングコンタクト１は、スイッチング素子Ｒ１のスイッチングコンタクト３によってブリッジされるため、電源ユニットＩひいてはファンＬは、タイマプログラムによってスイッチングコンタクト３が開かれるまで、このタイマプログラムによって設定された時間の間、つねに動作し続ける。このことは、この装置がすでにスタンバイモードにあるケースを除けば、この装置が主電源スイッチＳ１によってスイッチオフされる場合、この装置のすべての動作条件に当てはまる。したがってこの装置によって保証されるのは、この装置がターンオフされた後、十分な時間にわたってファンＬが動作し続けることである。

図２による装置の場合、この装置のオフ状態においてエネルギー消費はわずかに大きい。しかしながらこのことはなんらユーザの損害にはならず、またユーザが気がつくこともない。図２による装置は、力率補正コイルを有していない。しかしながら本発明によれば、ブリッジ整流器ＢＲの手前または後ろに力率補正コイルを設けることも可能である。

図２による実施例において負荷Ｌおよびスイッチング素子Ｒ１には、スイッチＴ１だけを介して電圧Ｕ２が供給される。コントローラＵＰにとってみれば基本的に、このことはこの装置の制御に対して何らの変更を意味しない。しかしながらここでは電源ユニットＩを構成して、これが負荷Ｌを作動させるために相応の電力を出力するようにしなければならない。またスイッチング素子Ｒ１のスイッチングコンタクト３は通常モードにおいてつねに閉じられている。例えば、図１による装置の場合、通常モードにおいて負荷Ｌをより一層高い電圧Ｕ３，例えば１２Ｖでによって作動させることができ、またタイマプログラムが動作継続モードではやや低い電圧Ｕ２，例えば１０Ｖで作動させることができる。リアプロジェクション装置の場合、高出力ランプは上記の動作継続モードにおいてすでにスイッチオフされているため、冷却コストをすでにここで低減することができる。

電源ユニットＩ〜IIIは、殊にスイッチモード電源ユニットである。しかしながら本発明はこれに制限されない。例えば、線形電源ユニットを電力の小さな第１電源ユニットＩに使用することも可能である。例えばＭＯＳＦＥＴである半導体スイッチをリレーＲ１の代わりに使用することも可能である。しかしながらリレーＲ１を使用することによって、電源ユニットの１次側と２次側との間のシステムの絶縁を簡単な手法で保証することができる。

当業者にとって、本発明のさらなる応用はその通常の活動の範囲内でなし得ることである。本発明は、殊にただ１つの電源ユニットＩによって実現することも可能である。この場合、電源ユニットＩは、スタンバイモードおよび通常モードの両方に対して給電電圧を供給する。このタイプのスイッチモード電源ユニットは十分に公知である。この場合、主電源スイッチ検出回路は、光結合素子および電圧検出回路を介して主電源スイッチに結合されて、主電源スイッチがスイッチオフされた時点についての情報をコントローラに供給する。装置がスイッチオフされる場合、コントローラは装置を通常モードからスタンバイモードに切り換える。つぎに所定の遅延の後、コントローラは装置を完全にスイッチオフするのである。

本発明は、殊に力率補正を必要としない装置にも使用可能である。本発明は、殊にコンピュータ内に使用して遅延されたスイッチオフを提供し、これによってこのコンピュータのＣＰＵが十分な時間を有し、オペレーティングシステムをシャットダウンすることも可能である。

電源ユニット、電源スイッチ、リレーおよび負荷を有する回路装置を示す図である。 主電源スイッチのスイッチングコンタクトが１次側の給電電圧だけをスイッチオフするためだけに使用されている図１と同様の回路装置を示す図である。

Claims (5)

1. 第１電源ユニットと第２電源ユニットと、第１スイッチングコンタクトおよび第２スイッチングコンタクトを有する主電源スイッチと、制御端子を備えるスイッチング素子とを有する回路装置であって、
   前記制御端子に第１制御電圧が接続され、
   前記のスイッチング素子により、前記の第１スイッチングコンタクトがブリッジされ、
   前記の回路装置はさらにコントローラと、当該コントローラに接続された主電源スイッチ検出回路と、力率補正用インダクタンスとを有しており、
   前記のコントローラには前記の第１電源ユニットによって動作電圧が供給され、また当該コントローラは、第１制御電圧を供給することによって前記のスイッチング素子を制御するため、前記の制御端子に接続されており、
   前記の主電源スイッチ検出回路により、前記の主電源のスイッチオフ操作が検出され、
   前記の力率補正用インダクタンスは、前記の第１電源ユニットおよび第２電源ユニットの手前で主電源端子と整流器との間に配置されている形式の回路装置において、
   前記の主電源スイッチの第１スイッチングコンタクトは、前記の主電源端子と整流器との間に配置されており、第２スイッチングコンタクトは、給電電圧または第２電源ユニットの駆動段の第２制御電圧をターンオフするために配置されており、
   前記のスイッチング素子の制御端子にはさらに負荷が接続されており、これにより、前記の第１制御電圧を介してスイッチング素子が開かれると同時に前記負荷がターンオフされ、
   前記の主電源スイッチによって前記の回路装置がスイッチオフされる場合、第２スイッチングコンタクトを介して給電電圧または第２電源ユニットの駆動段の第２制御電圧が直ちにターンオフされるのに対し、第１電源ユニットは動作し続けて前記のコントローラに動作電圧が供給され、当該コントローラにより、あらかじめ定めた時間の後、遅延して前記の負荷がスイッチオフされかつ前記のスイッチング素子が開かれることを特徴とする
   回路装置。
2. 前記のコントローラは、マイクロプロセッサである、
   請求項１に記載の回路装置。
3. 前記の第１電源ユニットは出力電力が小さく、第２電源ユニットは出力電力が大きく、
   第２電源ユニットは、スイッチモード電源ユニットであり、
   前記回路装置は、第２電源ユニットがターンオフされるスタンバイモードを有する、
   請求項１または２に記載の回路装置。
4. 通常モードではデカップリング素子を介し、前記の第２電源ユニットによって前記負荷に動作電圧が供給され、また
   スタンバイモードではスイッチを介し、前記の第１電源ユニットによって前記負荷に動作電圧が供給される、
   請求項３に記載の回路装置。
5. 前記のコントローラは、スイッチング素子を開くためおよび負荷をターンオフするためのタイマプログラムを含む、
   請求項２から４までのいずれか１項に記載の回路装置。

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