JP5012242B2 - 電子機器の電源装置 - Google Patents

Description

この発明は、電子機器の電源装置、特に、比較的軽微な異常発生時に二次側に供給する直流電圧を抑制する電源装置に関するものである。

従来、汎用の交流電圧から目的の直流電圧を取得する電源装置が多く用いられている。このような電源装置としては、安定した直流電圧を得るためにスイッチング電源が一般的ており、さらに故障時等に対処するように各種の機能を有するものがある。

特許文献１は、インクジェットプリンタの電源装置であって、二次側の負荷電流が所定値以上に上昇すると、供給電圧を低下させる過電流保護回路を備えたものである。

特許文献２の電源装置も同様に、二次側の負荷電流が所定値以上に上昇すると、供給電圧を低下させる過電流保護回路を備えたものである。

特許文献３は、アンテナ用電源装置であって、二次側の過電流を検出して電源回路をオフにするものであります。

特許文献４の電源装置は、二次側の出力電圧を検知し、この電圧値の以上を検出すると、一次側のプルアップ回路で出力を停止させる制御を行うものであります。
特開２００４−２１６７７１公報 特開平１１−４６４８０号公報 特開２００６−５４８３３公報 特開２００２−２８７５７５公報

上述の従来の各電源装置では、通常動作の最大電流で誤検知させないで過電流を検出するために、電源トランスから引き出される過電流の閾値を、最大電流の二倍程度に設定することが一般的である。しかしながら、二次側の抵抗や回路を或程度通過した後の回路短絡では、通常時の最大電流の二倍以上の電流値が流れるとは限らず、このような比較的軽微な状態の故障には対応することができなかった。

したがって、本発明の目的は、微少な回路短絡等からなる比較的小さい出力電流の変化や出力電圧の変化に対しても出力電圧値を抑制し、発煙や発火を防止することができる電子機器の電源装置を提供することにある。

この発明は、一次側から供給される一般用交流電源電圧を変換した目的電圧値の直流電圧を二次側から各機能部に出力する電源トランス部と、該電源トランス部の目的電圧値に応じて二次側から一次側へフィードバック信号を生成し、一次側で電源トランス部の発振を制御するフィードバック制御部と、を備えた電子機器の電源装置に関するものである。そして、この電源装置は、電源トランス部の二次側に目的電圧監視手段を設置している。目的電圧監視手段は、直流電圧の電圧値を監視し、該電圧値が予め設定した異常閾値以下となったことを検出すると、異常検出信号を出力する。また、この電源装置は、異常検出信号に基づいて、目的電圧監視手段の動作が可能な程度に低い電圧値の直流電圧が発生するようなフィードバック信号をフィードバック制御部から出力させる電圧抑圧制御手段を備える。この際、電圧抑圧制御手段は、異常検出信号に基づいて動作するトランジスタを備えたラッチ回路により構成される。

この構成では、通常動作時には、フィードバック制御部により目的電圧値に応じた制御信号が電源トランス部の一次側に供給されて、安定した直流電圧が二次側から出力される。一方、異常が発生すると異常検出信号により電圧抑圧制御手段がフィードバック制御部に対して電源トランス部の一次側に対して二次側電圧が低下するようなフィードバック信号を生成するように制御が行われる。この際、電圧抑制制御手段が、トランジスタを備えたラッチ回路という簡素な構造により実現されるので、複雑な制御を行うことなく電圧抑制制御が行われる。

また、この発明の電子機器の電源装置は、異常検出信号に基づいて生成される低い電圧値の直流電圧を駆動電源として駆動する通知手段を備える。

この構成では、異常状態となり電子機器が通常動作を行えないような状態になると、この異常状態を通知することができ、この通知により、ユーザは異常状態を容易且つ確実に認識することができる。

また、この発明の電子機器の電源装置の通知手段は発光ダイオードであることを特徴としている。この構成では、駆動電圧の低い発光ダイオードを通知手段とすることで、異常時抑制後の電圧が３Ｖ程度と低くなっても、確実に発光通知を行うことができる。

この発明によれば、ラッチ回路を有する簡素な回路により異常時の電圧抑圧制御を行うことができる。すなわち、従来例に示した、より複雑で動作に対して大幅な過電流を必要とする過電流保護回路を用いることなく、異常時の電圧抑制を簡単に行うことができ、比較的軽微なショート等も検出して電圧制御を行うことができる。これにより、比較的軽微なショート等による発煙や発火をも防止することができる。

本発明の第１の実施形態に係る電子機器の電源装置について図を参照して説明する。

図１は本実施形態の電子機器の概略構成について示す。

本実施形態に示す電子機器は、一般的な交流電源から電圧供給を受けて、直流電圧で駆動する各機能部Ａ〜Ｄを備えるものであり、機能部Ａ〜Ｄとしては、ＤＣモータ等がある。なお、本実施形態では、機能部はＡ〜Ｄの四つであるが、個数はこれに限るものではない。この電子機器は、上述の機能部Ａ〜Ｄ、スイッチング電源、ＤＣ−ＤＣコンバータ、レギュレータＥ，Ｆ、ＣＰＵ１０、低電圧ラッチ回路１、電圧検出回路２０を備える。

スイッチング電源の二次側には、所定の回路網を介して機能部Ａ，ＢおよびＤＣ−ＤＣコンバータが接続されており、スイッチング電源の二次側から所定電圧値（例えば３０Ｖ）からなる直流電圧が通常目的電圧として供給される。機能部Ａ，Ｂは、この通常目的電圧により通常動作する。ＤＣ−ＤＣコンバータは、スイッチング電源の二次側の電圧を降圧（例えば、３０Ｖから５Ｖに降圧）して機能部ＣおよびレギュレータＥへ供給する。機能部Ｃは、この降圧された直流電圧により通常動作する。レギュレータＥは、降圧電圧を整流して機能部ＤおよびレギュレータＦへ供給する。機能部Ｄは、整流された降圧電圧により通常動作する。レギュレータＦは、整流降圧電圧をさらに整流してＣＰＵ１０へ与える。ＣＰＵ１０は、この高精度に整流された電圧により通常安定動作する。

電圧検出回路２０は、例えば図１に示すように、機能部Ａへの供給電圧を検出して、ＣＰＵ１０へ与える。ＣＰＵ１０は電圧検出回路２０の検出結果が異常であることを検出すると、低電圧ラッチ回路１へトリガ信号を出力する。低電圧ラッチ回路１は、トリガ信号に基づいて極低電圧にラッチし、このラッチされた極低電圧がスイッチング電源に与えられる。スイッチング電源はこの極低電圧に応じて、スイッチング電源の二次側の出力電圧を低減させる。

次に、より具体的な回路構成および異常検出時の処理について説明する。
図２は本実施形態のスイッチング電源装置の主要構成および、ＣＰＵ１０や低電圧ラッチ回路１、電圧検出回路２０との接続関係を示す回路図である。
スイッチング電源の電源トランスＴＲの一次側にはトランスコイルＴ１１が備えられており、二次側にはトランスコイルＴ２１が備えられている。

電源トランスＴＲのトランスコイルＴ１１の両端は、整流回路であるダイオードブリッジＤＢを介して交流電源Ｖｉｎの両端の接続端子にそれぞれ接続している。また、トランスコイルＴ１１の一方端と、ダイオードブリッジＤＢとの間には、スイッチ素子Ｑ０と抵抗器Ｒ０との直列回路が接続されており、ダイオードブリッジＤＢと抵抗器Ｒ０との接続点は、グランドに接続されている。スイッチ素子Ｑ０は、後述するフォトカプラからの出力信号に基づいて、スイッチング制御を行う。

トランスコイルＴ２１の一方端にはダイオードＤ１のアノードが接続され、トランスコイルＴ２１の他方端はグランドに接続されている。ダイオードＤ１のカソードは、所定の回路網を介して図１に示す機能部に対応する負荷に接続されている。ダイオードＤ１のカソードは、コンデンサＣ１を介して接地されている。電源トランスＴＲとダイオードＤ１とコンデンサＣ１とから構成される回路は、第１の実施形態に係る電源トランス部である。また、ダイオードＤ１のカソードは、フォトカプラＰＣの発光ダイオードに接続されている。フォトカプラＰＣの発光ダイオードから発生した光は、フォトトランジスタで受光され、受光量に応じた制御信号がスイッチ素子Ｑ０へ与えられる。

また、ダイオードＤ１のカソードには、抵抗器Ｒ３と抵抗器Ｒ４とからなる直列回路が接続されており、この直列回路のダイオードＤ１と反対側の端部は接地されている。抵抗器Ｒ３と抵抗器Ｒ４との接続点には、トランジスタＴｒ０のベースが接続されており、このトランジスタＴｒ０のエミッタは、ツェナーダイオードを介して接地されている。トランジスタＴｒ０のコレクタは、抵抗器Ｒ１を介してフォトカプラＰＣの発光ダイオードに接続されるとともに、抵抗器Ｒ５を介して低電圧ラッチ回路１へ接続されている。

さらに、ダイオードＤ１のカソードとフォトカプラＰＣの発光ダイオードとの間は分岐されて抵抗器Ｒ２が接続され、抵抗器Ｒ２は、トランジスタＴｒ０のエミッタとツェナーダイオードとの接続点Ａに接続している。

負荷近傍の電圧供給ライン上の所定点Ｂには、電圧検出回路２０が接続されている。電圧検出回路２０は、所定点Ｂとグランドとの間に直列接続される抵抗器Ｒ６，Ｒ７と、これら抵抗器Ｒ６，Ｒ７の接続点と、ＣＰＵ１０との間に接続される抵抗器Ｒ８とを備える。このような構成により、電圧検出回路２０は、所定点Ｂの直流電圧値、すなわち負荷へ供給される負荷近傍の直流電圧値を検出してＣＰＵ１０へ与える。

本発明の特徴である低電圧ラッチ回路１は、トランジスタＴｒ１１，Ｔｒ１２、抵抗器Ｒ１１，Ｒ１２、コンデンサＣ１０を備える。トランジスタＴｒ１１は、ＮＰＮ型トランジスタであり、ベースがＣＰＵ１０に接続され、エミッタが接地されている。トランジスタＴｒ１１のベースは、コンデンサＣ１０を介してグランドに接続されるとともに、抵抗器Ｒ１２を介してＰＮＰ型トランジスタであるトランジスタＴｒ１２のコレクタに接続されている。トランジスタＴｒ１１のコレクタは、トランジスタＴｒ１２のベースに接続されるとともに、抵抗器Ｒ１１を介してスイッチング電源の抵抗器Ｒ５に接続されている。トランジスタＴｒ１２のエミッタは、抵抗器Ｒ１１における抵抗器Ｒ５側に接続されている。

このような回路構成とすることで、ＣＰＵ１０から所定電圧値のトリガ信号が入力されると、トランジスタＴｒ１１がオンとなり、トランジスタＴｒ１２のベースが接地して、トランジスタＴｒ１２がオンとなり、結果的に抵抗器Ｒ５の低電圧ラッチ回路１側が略０Ｖ（トランジスタのオフセットにより、約０．６Ｖ）になる。

以上のような構成では、以下のように以上検出時にスイッチング電源の二次側を低電圧に抑制する。
何らかの回路リーク等が発生し、負荷近傍の伝送回路上の点Ｂでの電圧が低下（例えば、電圧値で２０％程度低下）すると、電圧検出回路２０からＣＰＵ１０へ出力される電圧値も低下する。ＣＰＵ１０は、入力される電圧値が予め設定した異常閾値（例えば、電圧値で通常電圧値の２０％程度）以下であることを検出すると、低電圧ラッチ回路１へトリガ信号を出力する。低電圧ラッチ回路１は、上述の回路動作により、スイッチング電源に対して極低電圧を供給する。この極低電圧の供給により、フォロカプラＰＣを介して一次側にフィードバックされる電流値が変化し、スイッチ素子Ｑ０により一次側の発振が制限される。これにより、二次側に出力される電圧値が、例えば通常供給される電圧値の１０％程度にまで低下される。この際、二次側から出力される電圧値は、完全に０Ｖではないので、電圧検出回路２０およびＣＰＵ１０は、低電圧状態を継続的に検出し、低電圧ラッチ回路１へ供給することができる。この結果、異常発生により低電圧抑圧状態を継続的に維持し、負荷での発煙や発火を防止することができる。この際、主要構成として、トランジスタ二個と、抵抗器二個、コンデンサ一個からなる簡素な構成のラッチ回路で抑圧制御を行うことができる。

次に、第２の実施形態に係る電子機器の電源装置について図３を参照して説明する。
図３は、本実施形態のスイッチング電源装置の主要構成および、ＣＰＵ１０や低電圧ラッチ回路１、電圧検出回路２０、通知回路３０との接続関係を示す回路図である。
本実施形態の電源装置は、第１の実施形態に対して、さらに通知回路３０を追加したものである。

通知回路３０は、低電圧ラッチ回路１と同じ構成からなり、それぞれ低電圧ラッチ回路１のトランジスタＴｒ１１、Ｔｒ１２が通知回路３０のトランジスタＴｒ３１，Ｔｒ３２に対応する。低電圧ラッチ回路１の抵抗器Ｒ１１，Ｒ１２が通知回路３０の抵抗器Ｒ３１，Ｒ３２に対応し、低電圧ラッチ回路１のコンデンサＣ１０が通知回路３０のコンデンサＣ３０に対応する。

低電圧ラッチ回路１の抵抗器Ｒ１１に対応する通知回路３０の抵抗器３１には、発光ダイオードのカソードが接続され、この発光ダイオードのアノードが負荷近傍の伝送回路上の点Ｂに接続されている。

このような構成となることで、上述のように異常電圧が検出されると、通知回路３０の発光ダイオードのカソード側が略０Ｖとなり、発光ダイオードが点灯する。そして、二次側の出力が低減されても、発光ダイオード自身の駆動電圧が低いので点灯し続ける。これにより、ユーザへ異常電圧の発生を通知することができる。この通知回路３０では、発光ダイオードに限らず、低電圧で駆動する発光素子や放音素子を用いることもできる。

本発明の実施形態の電子機器の概略構成を示す図である。 第１の実施形態のスイッチング電源装置の主要構成および、ＣＰＵ１０や低電圧ラッチ回路１、電圧検出回路２０との接続関係を示す回路図である。 第２の実施形態のスイッチング電源装置の主要構成および、ＣＰＵ１０や低電圧ラッチ回路１、電圧検出回路２０、通知回路３０との接続関係を示す回路図である。

符号の説明

１−低電圧ラッチ回路、１０−ＣＰＵ、２０−電圧検出回路、３０−通知回路

Claims (3)

1. 一次側から供給される一般用交流電源電圧を変換した目的電圧値の直流電圧を二次側から各機能部に出力する電源トランス部と、該電源トランス部の前記目的電圧値に応じて二次側から一次側へフィードバック信号を生成し、一次側で前記電源トランス部の発振を制御するフィードバック制御部と、を備えた電子機器の電源装置において、
   前記電源トランス部の二次側に設置され、前記直流電圧の電圧値を監視し、該電圧値が予め設定した異常閾値以下となったことを検出すると、異常検出信号を出力する目的電圧監視手段と、
   前記異常検出信号に基づいて動作するトランジスタを備えたラッチ回路により構成され、前記異常検出信号に基づいて、前記目的電圧監視手段の動作が可能な程度に低い電圧値の直流電圧が発生するようなフィードバック信号を前記フィードバック制御部から出力させる制御を行う電圧抑圧制御手段と、
   を備えた電子機器の電源装置。
2. 前記異常検出信号に基づいて生成される前記低い電圧値の直流電圧を駆動電源として駆動する通知手段を備えた請求項１に記載の電子機器の電源装置。
3. 前記通知手段は発光ダイオードである請求項２に記載の電子機器の電源装置。

Images