JP4788133B2 - Power circuit - Google Patents
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Description
本発明は、電子装置に用いられる電源回路に関するものである。 The present invention relates to a power supply circuit used in an electronic device.
従来、商用交流電源で動作する電子装置においては、電子機器が必要とする所定の直流電圧を得るため、例えば図4に示したような構成からなるスイッチング電源回路(スイッチングレギュレータ)を含む電源回路101が用いられている。電源回路101はACコンセントから入力される商用交流入力102を電源としており、これが入力整流ブリッジ(ダイオード)103により脈流に変換された後、入力コンデンサ104でリップルを含む直流に変換される。入力コンデンサ104からは商用電源電圧が100Vであればそのピーク電圧である140V程度が出力される。電源回路101においては、この高圧電圧を電子機器で使用される低電圧(IC用DC5V〜2.5V程度)や、所定の電圧(例えばDC12程度)に降圧する。
2. Description of the Related Art Conventionally, in an electronic device operating with a commercial AC power supply, a
入力コンデンサ104以降の回路がいわゆるスイッチング電源回路114であり、「フォワード形コンバータ」である。ここでは入力された電圧の直流が、制御IC105の制御によるスイッチング素子106のオン・オフ動作により高周波の交流に変換される。交流になった電力はトランス107の一次側に入力され、その二次側に低電圧の交流が発生する。二次側の交流は再度ダイオード108,109で整流され、出力チョーク110とコンデンサ111で高周波リップル電圧を含む直流に変換される。また、可変型シャントレギュレータ112により出力電圧の誤差が検出され、それがフォトカプラ113にてトランス107の一次側に帰還し制御IC105に入力される。この帰還電圧によりスイッチング素子106のスイッチング時間等が制御されることにより二次側の定電圧制御が行われることとなる。
The circuit after the
なお、この種の電源回路については例えば下記の特許文献1にも記載されている。
しかしながら、前述したような電源回路101においては、入力整流ブリッジ103により整流し、入力コンデンサ104により平滑化した後の直流電圧を電圧スイッチング電源回路114に供給しているため、スイッチング電源回路114の一次側にリップル電圧が加わっており、二次側の負荷によってその波高値が変動する。そして、係るリップル電圧は二次側にも伝わるため、二次側の出力電圧が変動する。図5は、入力コンデンサ104の電圧が140V、出力電圧が5Vの場合における一次側の直流電圧(a)及び出力電圧(b)の変動を示した図である。
However, in the
ここで、スイッチング電源回路114の一次側に入力されるリップル電圧における電圧の落ち込み時期と、スイッチング電源回路114の二次側で検出される出力電圧の落ち込み時期とは同期するため、入力コンデンサ104に蓄積されている電力が出力電圧を安定化させるために使用される時期と、入力コンデンサ104への入力電圧が低下する時期とが一致する。つまり電源回路101においては出力電圧の安定化動作が、入力コンデンサ104における蓄積電荷の周期的な落ち込み量を増大させる方向の循環となっている。
Here, the voltage drop time in the ripple voltage input to the primary side of the switching
係ることから、リップルノイズの除去して出力電圧をより安定化させるためには、入力コンデンサ104として大容量のコンデンサを用いることが不可欠であるという問題があった。
Therefore, there is a problem that it is indispensable to use a large-capacity capacitor as the
本発明はかかる従来の課題に鑑みてなされたものであり、大容量のコンデンサを設けることなく、しかも電力源から供給される電力の使用効率を低下させることなく、安定した出力電圧を得ることが可能となる電源回路を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such conventional problems, and it is possible to obtain a stable output voltage without providing a large-capacitance capacitor and without reducing the efficiency of use of power supplied from a power source. An object of the present invention is to provide a power supply circuit that can be used.
前記課題を解決するため請求項1の発明にあっては、電子装置に設けられ、第1の電力源から供給される電力による交流成分を含む一次側の電圧を所定の電圧に変換し二次側へ出力する電圧変換部を備えた電源回路において、当該電子装置の内部に稼働に伴い生じる前記第1の電力源とは異なる熱エネルギー又は光エネルギーより電気エネルギーに変換された独立した第2の電力源である熱電変換素子又は光電変換素子から供給される電力を用いて前記電圧変換部の二次側の出力電圧を安定させる安定化用制御部を備えたものとした。
In order to solve the above-mentioned problem, in the invention of
また、請求項2の発明にあっては、前記安定化用制御部は、前記電圧変換部の二次側の出力電圧を安定させるための基準となる基準電圧を生成する基準電圧生成部と、当該基準電圧生成部によって生成された前記基準電圧と前記電圧変換部の二次側の出力電圧とを比較する出力変動検出部と、前記第2の電力源から供給される電力を前記電圧変換部にスイッチング手段によって時分割に付加する電力付加部と、前記電圧変換部の二次側の出力電圧を安定させるように前記電力付加部を制御する加算制御部と、を含むものとした。
また、請求項3の発明にあっては、前記安定化用制御部は、前記第2の電力源から出力された電力を安定化するための電圧安定化部と、当該電圧安定化部によって安定化された出力電圧を変換する第2電圧変換部と、を含むものとした。
また、請求項4の発明にあっては、前記加算制御部は、前記第2の電力源から供給される電力を前記電圧変換部の一次側に付加するように前記電力付加部を制御するものとした。
Further, in the invention of
According to a third aspect of the present invention, the stabilization control unit is stabilized by a voltage stabilization unit for stabilizing the power output from the second power source, and the voltage stabilization unit. And a second voltage converter that converts the converted output voltage.
Further, in the invention of
また、請求項5の発明にあっては、前記加算制御部は、前記第2の電力源から供給される電力を前記電圧変換部の二次側に付加するように前記電力付加部を制御するものとした。
Further, in the invention of
また、請求項6の発明にあっては、前記第2の電力源は、電子装置の内部に稼働に伴い生じる熱エネルギー又は光エネルギーを電気エネルギーに変換する直流電圧源であるものとした。
In the invention of
また、請求項7の発明にあっては、前記直流電圧源は、電子装置の内部に稼働に伴い生じる熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電変換素子であるものとした。 In the invention of claim 7 , the DC voltage source is a thermoelectric conversion element that converts thermal energy generated during operation inside the electronic device into electrical energy.
また、請求項8の発明にあっては、前記直流電圧源は、電子装置の内部に稼働に伴い生じる光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換素子であるものとした。
In the invention of
また、請求項9の発明にあっては、投影用ランプを有するプロジェクタ装置に設けられ、第1の電力源から供給される電力による交流成分を含む一次側の電圧を所定の電圧に変換し二次側へ出力する電圧変換部を備えた電源回路において、当該電子装置の内部に稼働に伴い生じる前記第1の電力源とは異なる熱エネルギー又は光エネルギーより電気エネルギーに変換された独立した第2の電力源から供給される電力を用いて前記電圧変換部の二次側の出力電圧を安定させる安定化用制御部を備えたものとした。 According to the ninth aspect of the present invention, the primary side voltage, which is provided in the projector apparatus having the projection lamp and includes the AC component by the power supplied from the first power source, is converted into a predetermined voltage. In a power supply circuit including a voltage conversion unit that outputs to the next side, an independent second converted from electrical energy to thermal energy or light energy that is different from the first power source generated during operation inside the electronic device . And a stabilization control unit that stabilizes the output voltage on the secondary side of the voltage conversion unit using the power supplied from the power source.
また、請求項10の発明にあっては、前記投影用ランプは前記電圧変換部の二次側から供給される電力により点灯され、前記第2の電力源は、前記投影用ランプの点灯に伴い生ずる熱を電気エネルギーに変換する熱電変換素子であるものとした。
In the invention of
以上のように本発明の電源回路においては、大容量のコンデンサを設けることなく、かつ第1の電力源から供給される電力の使用効率を低下させることなく、安定した出力電圧を得ることが可能となる。また、第1の電力源から供給される電力が有効利用できるとともに、第2の電力源の電力を容易に電圧変換部の一次側又は二次側に供給することができる。 As described above, in the power supply circuit of the present invention, it is possible to obtain a stable output voltage without providing a large-capacitance capacitor and without reducing the efficiency of using the power supplied from the first power source. It becomes. In addition, the power supplied from the first power source can be effectively used, and the power of the second power source can be easily supplied to the primary side or the secondary side of the voltage converter.
以下、本発明の一実施の形態を図にしたがって説明する。図1は、本発明に係る電源回路3を備えたプロジェクタ1の構成例である。プロジェクタ1においては、コンセントから電源コード2を介して供給される商用の交流(AC)電圧は、電源回路3によって所定の直流(DC)電圧に変換されて、プロジェクタ1の本体回路(映像処理回路や制御回路など)4へ供給される。本体回路4は、主としてパソコン等から入力された映像又は画像信号に基づき画像変換素子(光変調素子ともいう)である透過型の液晶パネル5を駆動したり、電源回路3から供給された電力による投影用ランプ6の点灯、及び消灯を制御する。投影動作時には、投影用ランプ6の発する光L1が液晶パネル5を透過しその透過光L2がコンデンサレンズ7、投影レンズ8を介してスクリーンSに照射されることにより、スクリーンS上に光学像(動画像や静止画像)が投影される。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration example of a
一方、図示しないプロジェクタ1の筐体内には、前記投影用ランプ6の近傍に位置して熱電変換素子9が配置されている。この熱電変換素子9は、同一回路内の異なる金属の二つの接点の間に温度差があるとき、その接点間に電圧が発生するゼーベック効果に基づき、投影用ランプ6が点灯されることに伴い発する熱を電気エネルギーに変換し、その電気エネルギーすなわち熱起電力を電源回路3へ供給する、本発明の直流電圧源(第2の電力源)である。また、熱電変換素子9の投影用ランプ6と対向する面と逆側面には、両面間により大きな温度差を確保することにより熱電変換効率を向上させるための放熱(冷却)用のフィン10が取り付けられている。
On the other hand, a thermoelectric conversion element 9 is arranged in the vicinity of the
図2は、前記熱電変換素子9を含む前記電源回路3の概略構成を示すブロック図である。同図において破線で示した部分は図4に示した従来の電源回路101に相当する部分であって、電源コード2を介して供給される交流(AC)電圧、すなわち既説した商用交流入力102(第1の電力源)は、入力整流ブリッジ103により脈流に変換され、入力コンデンサ104でリップルを含む直流に変換された後、スイッチング電源回路114によって所定の電圧に降圧される構成である(以上、図4参照)。なお、スイッチング電源回路114が本発明の電圧変換部である。
FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of the
さらに、電源回路3は、本発明の安定化用制御部を構成する電圧安定化回路11、電圧変換回路12、電圧加算回路13、誤差検出・制御回路14、基準電圧回路15の各部を有している。
Further, the
電圧安定化回路11は、前述した熱電変換素子9から出力された電力の電圧を安定化するための回路である。電圧変換回路12は、電圧安定化回路11からの出力電圧を整流平滑化後の電圧、すなわちスイッチング電源回路114の一次側の入力電圧に変換(昇圧)する回路である。電圧加算回路13は本発明の電力付加部であり、誤差検出・制御回路14によって制御されるとともに、電圧変換回路12から供給された電力を入力コンデンサ104とスイッチング電源回路114との間(スイッチング電源回路114の一次側)に補充電力として印加する。なお、電圧加算回路13は、例えばスイッチング用のFET(電界効果トランジスタ)によって構成される。
The
基準電圧回路15は、スイッチング電源回路114の二次側の出力電圧を安定させるための基準電圧を生成して誤差検出・制御回路14に供給する回路である。なお、基準電圧回路15は、スイッチング電源回路114内の前述した可変型シャントレギュレータ112を代用させることもできる。誤差検出・制御回路14は本発明の出力変動検出部であり、スイッチング電源回路114の二次側の出力電圧と基準電圧回路15から出力された基準電圧とを比較し、その差すなわちリップルノイズによる変動量(基準電圧に対する誤差)を検出するとともに、その検出量(誤差分)に応じた補充電力を前記電圧加算回路13から出力させる。つまり負帰還制御により補充電力を増減する。
The
以上の電源回路3においては、スイッチング電源回路114の一次側の直流電圧にリップル電圧が発生しており、二次側の負荷によってその波高値が変動したとしても、図3(a)に示したように、一次側の直流電圧には常に二次側の変動分に応じた補充電力成分Eaが付加されることにより、同図(b)に示したように二次側の出力電圧が安定することとなる。なお、図3も図5と同様、入力コンデンサ104の電圧が140V、出力電圧が5Vの場合の例である。
In the
したがって、入力コンデンサ104に大容量のコンデンサを用いることなく、より安定した出力電圧を得ることができる。しかも上記補充電力は商用交流入力102とは別に熱電変換素子9から供給されるものであることから、スイッチング電源回路114の二次側における電力源から供給される電力の使用効率を低下させることなく出力電圧を安定化させることができる。また、上記補充電力は、プロジェクタ1の可動に伴い内部に生じる熱を熱電変換素子9によって変換したものであるため、商用交流入力102の電力をより有効に利用することができる。また、熱電変換素子9は直流電源であるため、その起電力を上記補充電力として容易に使用することができる。
Therefore, a more stable output voltage can be obtained without using a large-capacity capacitor for the
なお、本実施の形態では、熱電変換素子9によって得た電力をスイッチング電源回路114の一次側へ付加することによって二次側の出力電圧を安定させる例を示したが、熱電変換素子9によって得た電力をスイッチング電源回路114の二次側、例えば前述した二次側のコンデンサ111(図4参照)等に付加することにより二次側の出力電圧を安定させてもよい。また、補充電力を二次側の出力電圧の誤差に応じ負帰還制御によって一次側へ付加するようにしたが、一次側の入力電圧の変動量を検出し、その変動量に応じて補充電力を制御することもできる。
In the present embodiment, an example in which the output voltage on the secondary side is stabilized by adding the electric power obtained by the thermoelectric conversion element 9 to the primary side of the switching
また、補充電力を得るための熱電変換素子9を配置する場所は投影用ランプ6の近傍であれば任意の場所でよく、また熱電変換素子9は必要に応じて複数設けるようにしてもよい。その場合、プロジェクタ1の動作時に熱が発生する箇所であれば、例えばスイッチング電源回路114におけるトランス107(図4参照)の近傍に設けてもよい。
The place where the thermoelectric conversion element 9 for obtaining supplementary power is disposed may be any place as long as it is in the vicinity of the
また、本実施の形態では、熱電変換素子9のみを本発明の第2の電力源(直流電圧源)として用いる例を示したが、これに止まらず、熱電変換素子9の起電力を補うものとして、例えばプロジェクタ1の筐体の外部の光を電気エネルギーに変換する太陽電池等の光電変換素子を用いても構わない。
Moreover, in this Embodiment, although the example which uses only the thermoelectric conversion element 9 as a 2nd electric power source (DC voltage source) of this invention was shown, it supplements the electromotive force of the thermoelectric conversion element 9 not only to this. For example, a photoelectric conversion element such as a solar cell that converts light outside the housing of the
さらに、本実施の形態においては、本発明の電源回路をプロジェクタに用いた場合について説明したが、本発明の電源回路はプロジェクタ以外の他の電子装置に用いても有効である。その場合であっても、第2の電力源としては前述した熱電変換素子9や光電変換素子などが使用できる。さらには、熱電変換素子や光電変換素子のような直流電圧源でなくとも構わない。 Furthermore, although the case where the power supply circuit of the present invention is used for a projector has been described in the present embodiment, the power supply circuit of the present invention is also effective when used for electronic devices other than a projector. Even in that case, the thermoelectric conversion element 9 or the photoelectric conversion element described above can be used as the second power source. Furthermore, it may not be a DC voltage source such as a thermoelectric conversion element or a photoelectric conversion element.
1 プロジェクタ
2 電源コード
3 電源回路
4 本体回路
5 液晶パネル
6 投影用ランプ
7 コンデンサレンズ
8 投影レンズ
9 熱電変換素子
10 フィン
11 電圧安定化回路
12 電圧変換回路
13 電圧加算回路
14 誤差検出・制御回路
15 基準電圧回路
101 電源回路
102 商用交流入力
103 入力整流ブリッジ
104 入力コンデンサ
112 可変型シャントレギュレータ
114 スイッチング電源回路
Ea 補充電力成分
DESCRIPTION OF
Claims (10)
当該電子装置の内部に稼働に伴い生じる前記第1の電力源とは異なる熱エネルギー又は光エネルギーより電気エネルギーに変換された独立した第2の電力源である熱電変換素子又は光電変換素子から供給される電力を用いて前記電圧変換部の二次側の出力電圧を安定させる安定化用制御部を備えたことを特徴とする電源回路。 In the power supply circuit provided with the voltage conversion unit provided in the electronic device, which converts the primary side voltage including the AC component by the power supplied from the first power source into a predetermined voltage and outputs it to the secondary side.
Supplied from a thermoelectric conversion element or photoelectric conversion element, which is an independent second power source converted into electrical energy from thermal energy or light energy different from the first power source generated during operation inside the electronic device. A power supply circuit comprising: a stabilization control unit that stabilizes an output voltage on the secondary side of the voltage conversion unit using power to be output.
前記電圧変換部の二次側の出力電圧を安定させるための基準となる基準電圧を生成する基準電圧生成部と、
当該基準電圧生成部によって生成された前記基準電圧と前記電圧変換部の二次側の出力電圧とを比較する出力変動検出部と、
前記第2の電力源から供給される電力を前記電圧変換部にスイッチング手段によって時分割に付加する電力付加部と、
前記電圧変換部の二次側の出力電圧を安定させるように前記電力付加部を制御する加算制御部と、
を含むことを特徴とする請求項1記載の電源回路。 The stabilization control unit includes:
A reference voltage generation unit that generates a reference voltage that serves as a reference for stabilizing the output voltage on the secondary side of the voltage conversion unit;
An output fluctuation detector that compares the reference voltage generated by the reference voltage generator with the output voltage on the secondary side of the voltage converter;
A power adding unit for adding power supplied from the second power source to the voltage conversion unit in a time-sharing manner by a switching unit;
An addition control unit for controlling the power addition unit so as to stabilize the output voltage on the secondary side of the voltage conversion unit;
The power supply circuit according to claim 1, comprising:
前記第2の電力源から出力された電力を安定化するための電圧安定化部と、
当該電圧安定化部によって安定化された出力電圧を変換する第2電圧変換部と、
を含むことを特徴とする請求項1又は2記載の電源回路。 The stabilization control unit includes:
A voltage stabilizing unit for stabilizing the power output from the second power source;
A second voltage converter that converts the output voltage stabilized by the voltage stabilizer;
The power supply circuit according to claim 1, further comprising:
当該電子装置の内部に稼働に伴い生じる前記第1の電力源とは異なる熱エネルギー又は光エネルギーより電気エネルギーに変換された独立した第2の電力源から供給される電力を用いて前記電圧変換部の二次側の出力電圧を安定させる安定化用制御部を備えたことを特徴とする電源回路。 A power supply provided with a voltage conversion unit that is provided in a projector device having a projection lamp and converts a primary side voltage including an AC component by power supplied from a first power source into a predetermined voltage and outputs the voltage to a secondary side. In the circuit
The voltage conversion unit using electric power supplied from an independent second power source converted into electrical energy from thermal energy or light energy different from the first power source generated during operation inside the electronic device A power supply circuit comprising: a stabilization control unit that stabilizes the output voltage on the secondary side.
前記第2の電力源は、前記投影用ランプの点灯に伴い生ずる熱を電気エネルギーに変換する熱電変換素子であることを特徴とする請求項9記載の電源回路。 The projection lamp is lit by power supplied from the secondary side of the voltage converter,
10. The power supply circuit according to claim 9, wherein the second power source is a thermoelectric conversion element that converts heat generated when the projection lamp is turned on into electric energy.
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