JP5968634B2 - 電子機器システム - Google Patents

Description

本発明は、電子機器に対する電力の出力電路を介して起動および停止の制御が可能なスイッチング電源装置、並びに、その電子機器を備えた電子機器システムに関するものである。

この種のスイッチング電源装置として、下記特許文献１に開示されたスイッチング電源装置（ＡＣアダプタ）が知られている。このスイッチング電源装置は、交流直流変換回路、スイッチ、ＡＣ補助電源、フィルタリング部およびスイッチ制御部を有している。

この場合、交流直流変換回路は、ＡＣ−ＤＣコンバート回路として構成されて、商用電源から受けた１００Ｖの交流電流を異なる電圧（例えば、１５Ｖ）の直流電流に変換して、配線を介してパーソナルコンピュータに供給する。スイッチは、一端が交流直流変換回路と接続され、かつ他端が商用電源に接続される。また、スイッチは、パーソナルコンピュータ内の制御信号送出回路から配線を介して出力される開閉を制御する信号（第１の信号および第２の信号）に基づいて開閉する。

ＡＣ補助電源は、二次電池やスーパーキャパシタなどにより構成されて、商用電源から給電される電力によって充電される。このＡＣ補助電源は、フィルタリング部およびスイッチ制御部に対して電力を供給する。この構成により、フィルタリング部およびスイッチ制御部は、スイッチが開放状態になってＡＣ−ＤＣコンバート回路から電力供給を受けることができなくなっても、ＡＣ補助電源から給電される。

フィルタリング部は、配線を介してパーソナルコンピュータの制御信号送出回路から送出された信号（直流出力に重畳された複数のパルス波でそれぞれ構成される第１の信号（ＯＦＦ制御信号）および第２の信号（ＯＮ制御信号））を抽出してスイッチ制御部に出力する。スイッチ制御部は、フィルタリング部によって抽出された信号（第１の信号および第２の信号）に応じてスイッチの開閉を制御する。具体的には、スイッチ制御部は、フィルタリング部によって抽出された第１の信号を受けると、スイッチを開放してＡＣアダプタに対する商用電源からの給電を遮断する。一方、スイッチ制御部は、フィルタリング部によって抽出された第２の信号を受けると、スイッチを短絡して交流直流変換回路に対する商用電源からの給電を再開させる。

この構成により、このスイッチング電源装置によれば、パーソナルコンピュータ側からの信号に基づいて、スイッチが開放されたときには、スイッチング電源装置に対する商用電源からの給電を停止させることができるため、スイッチング電源装置の消費電力をほぼゼロにすることが可能となっている。

特開２０１０−１３０８３８号公報（第７−８頁、第２図）

ところが、上記したスイッチング電源装置（ＡＣアダプタ）には、以下の解決すべき課題が存在している。すなわち、このスイッチング電源装置では、このスイッチング電源装置から電力供給を受けるパーソナルコンピュータなどの電子機器側に、複数のパルス波で構成される信号（第１の信号および第２の信号）を生成して配線（電力を供給する配線）に出力する制御信号送出回路が必要になるため、電子機器側の構成が複雑になるという課題が存在する。また、このスイッチング電源装置では、電子機器の制御信号送出回路から送出された信号を配線を介して入力して抽出するフィルタリング部がスイッチング電源装置側に必要になるため、スイッチング電源装置をこの電子機器側の構成に合わせた仕様としなければならないことから、スイッチング電源装置の汎用性が低下するという課題が存在している。

本発明は、かかる課題を解決すべくなされたものであり、電力を供給する電子機器側の構成の複雑化を回避しつつ、汎用性をより高め得るスイッチング電源装置、並びに、その電子機器を備えた電子機器システムを提供することを主目的とする。

上記目的を達成すべく請求項１記載の電子機器システムは、１次巻線および２次巻線を有するトランスと、前記１次巻線に直列接続されて当該１次巻線を介して入力直流電圧が印加されるスイッチと、前記入力直流電圧の供給を受けて作動して前記スイッチを周期的にオン・オフ動作させるスイッチ制御部とを備え、前記２次巻線に接続されて前記スイッチのオン・オフによって当該２次巻線に誘起される交流電圧を直流電圧に変換して出力電路を介して電子機器に出力すると共に、当該直流電圧を検出して前記スイッチ制御部にフィードバックするスイッチング電源装置、並びに前記電子機器を備えている電子機器システムであって、前記スイッチング電源装置は、前記直流電圧の供給を受けて作動すると共に前記２次巻線側の２次側整流部から前記電子機器に出力される直流電流の電流値が予め規定された基準電流値以下であるか否かを検出する電流検出部と、前記直流電圧の供給を受けて作動して、当該直流電圧の電圧値が予め規定された上限しきい値以上の状態において前記直流電流が前記基準電流値以下であると前記電流検出部によって検出されたときに前記入力直流電圧の負荷を当該入力直流電圧の供給電路から切り離す切り離し処理と、前記切り離しによって前記スイッチ制御部の動作が停止するのに伴って前記直流電圧の電圧値が前記上限しきい値よりも低い電圧に予め規定された下限しきい値に低下したときに前記切り離しを解除して前記スイッチ制御部の動作を再開させる切り離し解除処理とを繰り返し実行して前記スイッチの前記オン・オフ動作を間欠的に実行させる間欠動作制御部とを備え、前記電子機器は、待機モードに移行したときに前記下限しきい値を超える制御電圧を前記出力電路に供給する。

請求項１記載の電子機器システムでは、間欠動作制御部が、直流電圧の電圧値が上限しきい値以上の状態において出力電路に流れる直流電流が基準電流値以下のときに、スイッチ制御部を含む入力直流電圧の負荷を入力直流電圧の供給電路から切り離す切り離し処理と、この切り離しによってスイッチ制御部の動作が停止する（スイッチも停止する）のに伴って出力電路の直流電圧の電圧値が下限しきい値に低下したときに上記の切り離しを解除してスイッチ制御部の動作（スイッチのオン・オフ動作）を再開させる切り離し解除処理とを繰り返し実行して、スイッチのオン・オフ動作を間欠的に実行させる。

したがって、この電子機器システムによれば、スイッチング電源装置から出力電路を介して直流電圧および直流電流の供給を受けている電子機器が通常モードから待機モードに移行して、スイッチング電源装置から供給される直流電流の電流値が大きく低下したときに、出力電路に下限しきい値を超える直流電圧を出力するという簡易な構成を電子機器が採用するだけで、電子機器が待機モードのときのスイッチング電源装置での間欠動作を停止することができる結果、スイッチング電源装置での消費電力を極めて少ない状態に維持することができる。つまり、スイッチング電源装置から直流電圧の供給を受ける電子機器の構成の複雑化を回避しつつ、電子機器が待機モードに移行した際におけるスイッチング電源装置での消費電力を大幅に低減することができる。また、スイッチング電源装置の間欠動作を制御するための電子機器側の構成が簡易であるため、電子機器においてこの構成を採用することが容易になることから、スイッチング電源装置の汎用性を高めることもできる。

スイッチング電源装置１の構成図である。 電子機器３１および電子機器３１を含む電子機器システム４１の構成図である。 間欠動作制御部１２の動作を説明するためのフローチャートである。 電子機器システム４１の動作を説明するための波形図である。

以下、添付図面を参照して、スイッチング電源装置および電子機器システムの実施の形態について説明する。

スイッチング電源装置１は、一例として、図１に示すように、１次側整流部２、１次側電圧検出部３、トランス４、スイッチ５、作動電圧供給部６、スイッチ制御部７、２次側整流部８、電流検出部９、２次側電圧検出部１０、フィードバック制御部１１および間欠動作制御部１２を備え、一対の出力電路Ｌｏ１，Ｌｏ２を介して接続される電子機器３１（図２参照）に直流電圧（出力直流電圧）Ｖｏを出力（供給）する。本例では、図２に示すように、スイッチング電源装置１は、電子機器３１とは別体のＡＣアダプタとして構成されて、接続された電子機器３１に直流電圧Ｖｏを出力する。

１次側整流部２は、一例として、整流回路および平滑回路（いずれも図示せず）を備えている。１次側整流部２では、この整流回路が、交流電路Ｌａｃ，Ｌａｃを介して入力される商用交流電圧Ｖａｃ（例えばＡＣ１００Ｖ）を整流して脈流電圧に変換し、この平滑回路が、この脈流電圧を直流電圧（入力直流電圧）Ｖ１に変換して、一対の直流電路（直流電圧Ｖ１の供給電路）Ｌｄ１，Ｌｄ２間に出力する（一例として、直流電路Ｌｄ２に対して直流電路Ｌｄ１が高電位となるように出力する）。

１次側電圧検出部３は、図１に示すように、一例として、分圧抵抗３ａ，３ｂおよび接断スイッチ３ｃを備え、分圧抵抗３ａ、接断スイッチ３ｃおよび分圧抵抗３ｂがこの順に直列に接続された状態で、直流電路Ｌｄ１，Ｌｄ２間に接続されて構成されている。本例では、接断スイッチ３ｃは、バイポーラ型トランジスタや電界効果型トランジスタなどの半導体スイッチ素子で構成されて、間欠動作制御部１２から出力される制御信号Ｓ１によってオン・オフ状態が制御される。本例では、一例として、接断スイッチ３ｃは、間欠動作制御部１２から制御信号Ｓ１が出力されていないときには、オン状態に移行しており、制御信号Ｓ１が出力されているときには、この制御信号Ｓ１によってオフ状態に移行させられる。

この構成により、１次側電圧検出部３は、接断スイッチ３ｃがオン状態のときには、直流電圧Ｖ１を分圧抵抗３ａ，３ｂで分圧して入力検出電圧Ｖｉｄとしてスイッチ制御部７に出力する。また、１次側電圧検出部３は、接断スイッチ３ｃがオフ状態のときには、直流電路Ｌｄ１，Ｌｄ２のうちの一方の直流電路Ｌｄ１に接続された分圧抵抗３ａと、他方の直流電路Ｌｄ２（スイッチング電源装置１内での基準電位（グランド電位）に規定されている直流電路）に接続された分圧抵抗３ｂとを分離することにより、直流電圧Ｖ１の負荷となる分圧抵抗３ａ，３ｂを直流電圧Ｖ１が出力（供給）される直流電路Ｌｄ１，Ｌｄ２から切り離す（直流電圧Ｖ１の負荷とならない状態に移行させる）。なお、以下では、直流電圧Ｖ１が供給される直流電路Ｌｄ１，Ｌｄ２からの負荷の切り離しを、直流電圧Ｖ１からの切り離しともいうものとする。

トランス４は、図１に示すように、一例として、共通のコアに巻回された１次巻線４ａ、２次巻線４ｂおよび補助巻線４ｃを備えている。１次巻線４ａは、スイッチ５と直列接続された状態で直流電路Ｌｄ１，Ｌｄ２間に接続されている。また、１次巻線４ａには中間タップ４ｄが形成されており、この中間タップ４ｄには、作動電圧供給部６が接続されている。

スイッチ５は、半導体スイッチ素子（バイポーラ型トランジスタや電界効果型トランジスタ（本例では一例として、ｎ型の電界効果型トランジスタ））を用いて構成されている。また、スイッチ５は、上記したように、トランス４の１次巻線４ａと直列に接続された状態で、直流電路Ｌｄ１，Ｌｄ２間に接続されている。また、スイッチ５は、スイッチ制御部７から出力される駆動信号Ｓ２により、周期的にオン・オフ動作させられる（例えば、２０ｋＨｚを超える周波数でスイッチング動作させられる）。この構成により、スイッチ５は、１次巻線４ａを介して直流電圧Ｖ１が印加されると共に、周期的にオン・オフすることにより、直流電圧Ｖ１をスイッチングする（スイッチング動作を実行する）。

作動電圧供給部６は、トランス４の１次巻線４ａ側の電圧（１次巻線４ａに供給される直流電圧Ｖ１や、補助巻線４ｃに誘起される交流電圧）に基づいてスイッチ制御部７用の作動電圧Ｖｏｐを生成して、スイッチ制御部７に供給する。本例では、一例として、作動電圧供給部６は、１次巻線４ａの中間タップ４ｄとスイッチ制御部７との間に直列に接続された状態で配設された抵抗６ａおよび接断スイッチ６ｂ（本例では、抵抗６ａに対して接断スイッチ６ｂがスイッチ制御部７側となる状態で配設されているが、逆でもよい）と、補助整流部６ｃとを備えて構成されている。本例では、接断スイッチ６ｂは、バイポーラ型トランジスタや電界効果型トランジスタなどの半導体スイッチ素子で構成されて、間欠動作制御部１２から出力される制御信号Ｓ１によってオン・オフ状態が制御される。本例では、一例として、接断スイッチ６ｂは、間欠動作制御部１２から制御信号Ｓ１が出力されていないときには、オン状態に移行しており、制御信号Ｓ１が出力されているときには、この制御信号Ｓ１によってオフ状態に移行させられる。すなわち、接断スイッチ６ｂは、制御信号Ｓ１により、接断スイッチ３ｃと連動してオン・オフ状態が制御される。

作動電圧供給部６では、スイッチング電源装置１を起動させる際に、間欠動作制御部１２から制御信号Ｓ１が出力されていないため、接断スイッチ６ｂはオン状態に移行している。これにより、抵抗６ａおよび接断スイッチ６ｂの直列回路は、１次巻線４ａを経由して入力される直流電圧Ｖ１を抵抗６ａで降圧させて作動電圧Ｖｏｐを生成して、スイッチ制御部７に供給することで、スイッチ制御部７を作動させる。一方、スイッチング電源装置１が起動している状態においては、補助巻線４ｃに交流電圧が誘起されているため、補助整流部６ｃが、この交流電圧を整流・平滑することによって作動電圧Ｖｏｐを生成してスイッチ制御部７に供給する。これにより、スイッチ制御部７の作動状態が維持される。

スイッチ制御部７は、作動電圧Ｖｏｐの供給を受けて作動して、１次側電圧検出部３から出力される入力検出電圧Ｖｉｄ（直流電圧Ｖ１を示す電圧）、およびフィードバック制御部から出力される後述の出力検出電圧Ｖｏｄ１（直流電圧Ｖｏの電圧値を示す電圧）に基づいて、スイッチ５のオン期間（スイッチング周期内でのオン時間の長さ（駆動信号Ｓ２のデューティ比））を制御しつつ（入力検出電圧Ｖｉｄに基づくフィードフォワード制御、および出力検出電圧Ｖｏｄに基づくフィードバック制御を行いつつ）、スイッチ５を周期的にオン・オフ（動作）させることにより、直流電圧Ｖｏの電圧値を定格電圧値（電子機器３１において必要とされている電圧値（例えば、ＤＣ１２Ｖ〜ＤＣ２０Ｖの範囲内の特定の電圧値））に制御する。また、スイッチ制御部７は、接断スイッチ３ｃがオフ状態に移行して、入力検出電圧Ｖｉｄの電圧値がグランド電位に移行したときには、これを検出して、スイッチ５への駆動信号Ｓ２の出力を停止する。

２次側整流部８は、一例として、整流回路および平滑回路（いずれも図示せず）を備えている。２次側整流部８では、この整流回路が、トランス４の２次巻線４ｂに誘起される交流電圧Ｖ２を整流して脈流電圧に変換し、この平滑回路が、この脈流電圧を直流電圧（出力直流電圧）Ｖｏに変換して出力電路Ｌｏ１，Ｌｏ２に出力する。

電流検出部９は、直流電圧Ｖｏの供給を受けて作動して、出力電路Ｌｏ１，Ｌｏ２に接続されている電子機器３１に２次側整流部８から出力（供給）される直流電流Ｉｏの電流値が予め規定された基準電流値（例えば、１ｍＡ程度の微小な電流値）Ｉｏｔｈ以下であるか否かを検出する。また、電流検出部９は、直流電流Ｉｏの電流値が基準電流値Ｉｏｔｈ以下であることを検出したときには、その検出結果を示す検出信号Ｓｄを間欠動作制御部１２に出力する。具体的には、電流検出部９は、トランス４の２次巻線４ｂに誘起される交流電圧Ｖ２のデューティ比に基づいて直流電流Ｉｏの電流値を検出する構成（直流電圧Ｖｏの電圧値が一定に制御されている状態では、交流電圧Ｖ２のデューティ比が高くなれば電子機器３１側に供給される電力が増加（つまり、直流電流Ｉｏが増加）し、デューティ比が低くなれば電子機器３１側に供給される電力が低下（つまり、直流電流Ｉｏが低下）することを利用する構成）を採用している。

なお、本例では、電流検出部９は、交流電圧Ｖ２のデューティ比を検出する構成のため、２次側整流部８の前段に接続（配設）されているが、図示はしないが、電流検出部９は、カレントトランスや電流検出抵抗を用いて直流電流Ｉｏの電流値を検出する構成を採用することもでき、この構成を採用したときには、２次側整流部８の後段に配設されて、直流電流Ｉｏの電流値を検出する。

２次側電圧検出部１０は、図１に示すように、一例として、分圧抵抗１０ａ，１０ｂを備え、分圧抵抗１０ａ，１０ｂが直列に接続された状態で出力電路Ｌｏ１，Ｌｏ２間に接続されて構成されている。この構成により、２次側電圧検出部１０は、直流電圧Ｖｏを分圧抵抗１０ａ，１０ｂで分圧して出力検出電圧Ｖｏｄとしてフィードバック制御部１１に出力する。

フィードバック制御部１１は、一例として分圧抵抗回路を備えて構成されて、出力検出電圧Ｖｏｄを入力すると共に、この出力検出電圧Ｖｏｄの電圧値の変化に応じて電圧値が変化する新たな出力検出電圧Ｖｏｄ１を生成して、スイッチ制御部７に出力する。本例では、フィードバック制御部１１は、この出力検出電圧Ｖｏｄ１をフォトカプラ２１を介して、トランス４の２次側と電気的に絶縁した状態で、トランス４の１次側に配設されているスイッチ制御部７に出力する。

間欠動作制御部１２は、一例として、トランジスタを用いた論理回路で構成されて、直流電圧Ｖｏの供給を受けて作動して、電流検出部９からの検出信号Ｓｄの出力の有無および直流電圧Ｖｏの電圧値に基づいて、図３に示す間欠動作制御処理５０を実行する。なお、間欠動作制御部１２は、供給される作動用の電圧の電圧値が後述する下限しきい値Ｖｔｈ２よりも若干低い電圧値となるまで動作可能に構成されている。

この間欠動作制御処理５０では、間欠動作制御部１２は、トランス４の１次側（具体的には、各接断スイッチ３ｃ，６ｂ）に制御信号Ｓ１を出力することにより、スイッチ制御部７を含む直流電圧Ｖ１のすべての負荷を直流電圧Ｖ１から切り離す切り離し処理と、制御信号Ｓ１の出力を停止することによって直流電圧Ｖ１からの負荷の切り離しを解除する切り離し解除処理とを実行する。本例では、間欠動作制御部１２は、この制御信号Ｓ１をフォトカプラ２２を介して、トランス４の２次側と電気的に絶縁された状態で１次側（具体的には、各接断スイッチ３ｃ，６ｂ）に出力する。

具体的には、間欠動作制御部１２は、間欠動作制御処理５０において、出力電路Ｌｏ１，Ｌｏ２間に発生している直流電圧Ｖ３（直流電圧Ｖｏまたは後述の直流電圧Ｖｂａｔ）を検出しつつ、検出した直流電圧Ｖ３の電圧値（発明の理解を容易にするため、直流電圧Ｖ３の電圧値についても「直流電圧Ｖ３」と表記するものとする）と予め規定された上限しきい値Ｖｔｈ１（直流電圧Ｖｏの定格電圧値と同じか、または定格電圧値よりも若干低い電圧値）とを比較する電圧検出処理を実行する（ステップ５１）。間欠動作制御部１２は、直流電圧Ｖ３が上限しきい値Ｖｔｈ１以上となるまで（上限しきい値Ｖｔｈ１が上記の定格電圧値のときには、これに達するまで）この電圧検出処理を繰り返す。

間欠動作制御部１２は、電圧検出処理において、直流電圧Ｖ３が上限しきい値Ｖｔｈ１以上となっていることを検出したときには、電流検出部９から検出信号Ｓｄが出力されているか否かに基づいて、２次側整流部８から出力される直流電流Ｉｏが基準電流値Ｉｏｔｈ未満であるか否かを検出する電流検出処理を実行する（ステップ５２）。間欠動作制御部１２は、直流電流Ｉｏが基準電流値Ｉｏｔｈ以上のときには、ステップ５１，５２を繰り返す。

間欠動作制御部１２は、電流検出処理において、直流電流Ｉｏが基準電流値Ｉｏｔｈ未満となっていることを検出したときには、上記の切り離し処理を実行する（ステップ５３）。この切り離し処理では、間欠動作制御部１２は、制御信号Ｓ１を出力することにより、各接断スイッチ３ｃ，６ｂをオン状態からオフ状態に移行させて、直流電圧Ｖ１のすべての負荷（本例では、１次側電圧検出部３およびスイッチ制御部７）を直流電圧Ｖ１から切り離す。

間欠動作制御部１２によってこの切り離し処理が実行されたときには、１次側電圧検出部３から出力されている入力検出電圧Ｖｉｄの電圧値がグランド電位になる。このため、スイッチ制御部７は、入力検出電圧Ｖｉｄの電圧値がグランド電位になったことを検出して、スイッチ５への駆動信号Ｓ２の出力を停止する。これによってスイッチ５のオン・オフ動作（スイッチング動作）も停止するのに伴い、トランス４の２次巻線４ｂにおける交流電圧Ｖ２の誘起が停止して、直流電圧Ｖｏの電圧値が定格電圧値から低下する。また、トランス４の補助巻線４ｃにおける交流電圧の誘起も停止して、作動電圧供給部６からスイッチ制御部７への作動電圧Ｖｏｐの供給も停止することから、スイッチ制御部７も動作を停止する。このため、スイッチ制御部７を含む直流電圧Ｖ１のすべての負荷の直流電圧Ｖ１からの切り離しにより、トランス４の１次側での消費電流が極めて少ない状態（本例では、すべての負荷が切り離されるため、ほぼゼロの状態）になる（つまり、消費電力がほぼゼロになる）と共に、トランス４の２次側での消費電力（直流電圧Ｖｏの供給を受けて作動する電流検出部９、フィードバック制御部１１および間欠動作制御部１２での消費電力）も低下する。

間欠動作制御部１２は、切り離し処理の実行の後、直流電圧Ｖ３を検出しつつ、検出した直流電圧Ｖ３と予め規定された下限しきい値Ｖｔｈ２（上限しきい値Ｖｔｈ１よりも低い電圧）とを比較する電圧検出処理を実行する（ステップ５４）。間欠動作制御部１２は、直流電圧Ｖ３が下限しきい値Ｖｔｈ２に低下するまで、この電圧検出処理を繰り返す。

間欠動作制御部１２は、ステップ５４での電圧検出処理において、直流電圧Ｖ３が下限しきい値Ｖｔｈ２以下となっていることを検出したときには、上記の切り離し解除処理を実行して（ステップ５５）、ステップ５１に移行する。この切り離し解除処理では、間欠動作制御部１２は、制御信号Ｓ１の出力を停止することにより、各接断スイッチ３ｃ，６ｂをオフ状態からオン状態に移行させて、直流電圧Ｖ１のすべての負荷（スイッチ制御部７および１次側電圧検出部３）の直流電圧Ｖ１からの切り離しを解除する。これにより、作動電圧供給部６が、トランス４の１次巻線４ａに供給される直流電圧Ｖ１に基づく作動電圧Ｖｏｐの生成と、生成した作動電圧Ｖｏｐのスイッチ制御部７への供給とを開始する。このため、スイッチ制御部７が、起動する（動作を開始する）と共に、１次側電圧検出部３から出力されている入力検出電圧Ｖｉｄの電圧値がグランド電位よりも高い電圧値になることから、これを検出してスイッチ５への駆動信号Ｓ２の出力を開始する。これにより、スイッチ５が周期的なオン・オフ動作（スイッチング動作）を開始するため、トランス４の２次巻線４ｂに交流電圧Ｖ２が誘起される。この結果、２次側整流部８から出力される直流電圧Ｖｏの電圧値が定格電圧値に向けて上昇する。

次に、スイッチング電源装置１の動作について、スイッチング電源装置１を用いて電子機器３１に直流電圧Ｖｏを供給する図２に示す電子機器システム４１を例に挙げて、電子機器システム４１の動作と併せて説明する。

まず、電子機器３１の構成について説明する。電子機器３１は、電子機器の本体回路３２、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３、充電回路３４、バッテリ３５、ダイオード３６および接断スイッチ３７を備えている。この場合、本体回路３２は、電子機器３１に本来の動作（電子機器３１がパソコンであるときには処理動作 測定機器であるときには測定動作、記録機器であるときには記録動作）を実行させるための回路である。また、本体回路３２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３および充電回路３４に対する制御（作動状態または停止状態に移行させる制御）、並びに接断スイッチ３７に対する制御（オン状態またはオフ状態に移行させる制御）についても実行する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ３３は、本体回路３２によって作動状態に移行させられている場合において、スイッチング電源装置１から出力電路Ｌｏ１，Ｌｏ２を介して直流電圧Ｖｏが供給されているとき、または後述するように互いに直列接続されたダイオード３６および接断スイッチ３７を介してバッテリ３５から直流電圧Ｖｂａｔが供給されているときには、この供給されている直流電圧（直流電圧Ｖｏまたは直流電圧Ｖｂａｔ）に基づいて作動して、この直流電圧から所定の電圧値の直流電圧Ｖｏ１を生成して本体回路３２に出力する。一方、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３は、本体回路３２によって停止状態に移行させられているときには、直流電圧Ｖｏ１の生成動作を停止する。

充電回路３４は、本体回路３２によって作動状態に移行させられている場合において、スイッチング電源装置１から出力電路Ｌｏ１，Ｌｏ２を介して直流電圧Ｖｏの供給を受けているときには、直流電圧Ｖｏに基づいて作動して、直流電圧Ｖｏから直流電圧Ｖｂａｔを生成すると共に、この直流電圧Ｖｂａｔでバッテリ３５を充電する。この場合、上記した上限しきい値Ｖｔｈ１は、この直流電圧Ｖｂａｔよりも高い電圧値に規定され、上記した下限しきい値Ｖｔｈ２は、この直流電圧Ｖｂａｔよりも低い電圧値に規定されている。一方、充電回路３４は、本体回路３２によって停止状態に移行させられているときには、バッテリ３５に対する充電動作を停止する。

ダイオード３６および接断スイッチ３７は、互いに直列に接続されて、バッテリ３５のプラス端子と一方の出力電路Ｌｏ１との間に、ダイオード３６のアノード端子に対してカソード端子が出力電路Ｌｏ１側に位置する状態で接続されている。接断スイッチ３７は、本体回路３２によって制御されてオン状態に移行させられたときに、バッテリ３５からの直流電圧Ｖｂａｔをダイオード３６を介してＤＣ／ＤＣコンバータ３３に制御電圧として供給する。なお、スイッチング電源装置１が電子機器３１に接続されているときには、この直流電圧Ｖｂａｔは出力電路Ｌｏ１にも供給される。

次いで、電子機器システム４１の動作について説明する。

スイッチング電源装置１に電子機器３１が接続されて、スイッチング電源装置１に商用交流電圧Ｖａｃが供給されている状態において、電子機器３１が動作を開始したときには、本体回路３２は、電子機器３１に本来の動作を実行させるための動作モード（通常モード）で動作を開始する。この通常モードでは、本体回路３２は、接断スイッチ３７をオフ状態に移行させる。また、本体回路３２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３を作動させて、スイッチング電源装置１から供給されている直流電圧Ｖｏに基づいて本体回路３２のための直流電圧を生成させる。また、本体回路３２は、充電回路３４を作動させて、この直流電圧Ｖｏに基づいて直流電圧Ｖｂａｔを生成させると共に、この直流電圧Ｖｂａｔでバッテリ３５を充電させる。このため、電子機器３１での消費電力が大きくなることから、起動したスイッチング電源装置１から電子機器３１に対して、基準電流値Ｉｏｔｈを常に超える電流値で直流電流Ｉｏの供給が開始される。

なお、電子機器３１の本体回路３２は、動作を開始したときに、上記のように接断スイッチ３７をオフ状態に移行させるため、出力電路Ｌｏ１，Ｌｏ２への電子機器３１からの直流電圧Ｖｂａｔの供給は行われない。

このため、スイッチング電源装置１では、動作の開始当初において、直流電圧Ｖｏ、つまり出力電路Ｌｏ１，Ｌｏ２間の直流電圧Ｖ３は上限しきい値Ｖｔｈ１未満であることから、間欠動作制御部１２は、制御信号Ｓ１の出力を停止しており、各接断スイッチ３ｃ，６ｂはオン状態となっている。したがって、１次側電圧検出部３は、直流電圧Ｖ１を検出して、入力検出電圧Ｖｉｄ（グランド電位よりも高い電圧値）をスイッチ制御部７に出力する。また、作動電圧供給部６は、補助巻線４ｃに誘起される交流電圧が十分でない動作開始当初においては、トランス４の１次巻線４ａ、抵抗６ａおよびオン状態の接断スイッチ６ｂを介して、直流電圧Ｖ１に基づく作動電圧Ｖｏｐをスイッチ制御部７に供給する。これにより、スイッチ制御部７が起動する。また、フィードバック制御部１１は、２次側電圧検出部１０から出力される出力検出電圧Ｖｏｄを入力すると共に、新たな出力検出電圧Ｖｏｄ１をフォトカプラ２１を介してスイッチ制御部７に出力する。

起動状態に移行したスイッチ制御部７は、１次側電圧検出部３から出力されている入力検出電圧Ｖｉｄの電圧値がグランド電位よりも高い電圧値になっていることから、これを検出してスイッチ５への駆動信号Ｓ２の出力を開始する。この際に、スイッチ制御部７は、入力検出電圧Ｖｉｄおよび出力検出電圧Ｖｏｄ１に基づいて、スイッチ５のオン期間を制御しつつ、スイッチ５を周期的にオン・オフさせる動作を開始する（スイッチ５が作動状態に移行する）。このようにしてスイッチ制御部７が起動した後は、補助巻線４ｃに十分な交流電圧が誘起されるため、作動電圧供給部６は、この交流電圧に基づいて補助整流部６ｃで生成される作動電圧Ｖｏｐをスイッチ制御部７に供給して、スイッチ制御部７の作動状態を維持させる。

これにより、図４において実線で示すように、スイッチ制御部７は、直流電圧Ｖｏを短時間に定格電圧値まで上昇させ、その後は、定格電圧値に制御する。これにより、出力電路Ｌｏ１，Ｌｏ２間の直流電圧Ｖ３も定格電圧値まで上昇して、定格電圧値に維持される。また、直流電流Ｉｏは、電子機器３１において必要とされる電流値まで上昇する。したがって、電子機器３１は、スイッチング電源装置１から電力（直流電圧Ｖｏおよび直流電流Ｉｏ）の供給を受けて、通常モードでの動作を続行する。

その後、電子機器３１が通常モードから待機モード（本来の動作を停止して、消費電力の極めて少ない状態になるモード）に移行したときには、電子機器３１では、本体回路３２が、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３および充電回路３４の動作を停止させる。これにより、図４において実線で示すように、直流電圧Ｖｏ（直流電圧Ｖ３）の電圧値がほぼ定格電圧値に維持されている状態において、スイッチング電源装置１から電子機器３１に供給される直流電流Ｉｏが急激に低下して、その電流値が基準電流値Ｉｏｔｈを下回る。

このため、スイッチング電源装置１では、電流検出部９が、直流電流Ｉｏの電流値が基準電流値Ｉｏｔｈを下回ったことを検出して検出信号Ｓｄの出力を開始する。間欠動作制御部１２は、図３に示す間欠動作制御処理５０を実行しており、直流電圧Ｖ３が直流電圧Ｖｏのほぼ定格電圧値の状態（つまり、電圧３が上限しきい値Ｖｔｈ１以上の状態）であるときに、電流検出部９からのこの検出信号Ｓｄの出力を検出する（つまり、直流電流Ｉｏが基準電流値Ｉｏｔｈを下回っていることを検出する）ため、図３におけるステップ５１，５２の実行後、切り離し処理を実行して、制御信号Ｓ１の出力を開始する（ステップ５３）。これにより、各接断スイッチ３ｃ，６ｂがオン状態からオフ状態に移行させられて、直流電圧Ｖ１のすべての負荷（１次側電圧検出部３およびスイッチ制御部７）が直流電圧Ｖ１から切り離される。

間欠動作制御部１２による切り離し処理の実行により、接断スイッチ３ｃがオフ状態に移行して、入力検出電圧Ｖｉｄの電圧値がグランド電位に移行する。このため、これを検出したスイッチ制御部７は、スイッチ５への駆動信号Ｓ２の出力を停止する。これにより、スイッチ５がオン・オフ動作を停止する。したがって、図４において実線で示すように、直流電圧Ｖ３の電圧値が定格電圧値から低下し始める。

この場合、このまま直流電圧Ｖ３が低下し続けて、破線で示すように下限しきい値Ｖｔｈ２に低下したとき（下限しきい値Ｖｔｈ２に達したとき）には、間欠動作制御部１２は、図３に示すステップ５４の実行後、ステップ５５の切り離し解除処理を実行することにより、制御信号Ｓ１の出力を停止する。このため、各接断スイッチ３ｃ，６ｂがオフ状態からオン状態に移行させられて、直流電圧Ｖ１のすべての負荷（１次側電圧検出部３およびスイッチ制御部７）の直流電圧Ｖ１からの切り離しが解除される。これにより、１次側電圧検出部３およびスイッチ制御部７が、動作を再開する（スイッチ５を周期的にオン・オフさせる動作が再開される）ため、図４において破線で示すように、直流電圧Ｖｏは、定格電圧値に向けて短時間のうちに急激に上昇させられる。しかしながら、電子機器３１は待機モードにあり、消費電力が極めて少ない状態となっていることから、直流電流Ｉｏの電流値は、基準電流値Ｉｏｔｈを下回る状態に維持されている。このため、間欠動作制御部１２は、図３に示すステップ５１，５２を実行しつつ、直流電圧Ｖｏが上限しきい値Ｖｔｈ１に達した時点で、ステップ５３の切り離し処理を実行して、制御信号Ｓ１の出力を開始する。

このようにして、出力電路Ｌｏ１，Ｌｏ２に現れる電圧に対して、電子機器３１側から何らの制御（具体的には、直流電圧Ｖｂａｔの供給）が行われないときには、スイッチング電源装置１は、図３に示すステップ５１〜ステップ５５が間欠動作制御部１２によって繰り返し実行されることにより、図４において破線で示すように、スイッチ５を周期的にオン・オフ動作させる制御を短時間だけ実行する動作と、このオン・オフ動作の一連の周期（スイッチング周波数が２０ｋＨｚの場合には５０μｓ）よりも長い期間（例えば、数秒）だけスイッチ５を連続してオフ状態に制御する動作とを繰り返す間欠スイッチング動作（つまり、スイッチ５に周期的なオン・オフ動作を間欠的に実行させる間欠スイッチング（発振）動作）を実行する。

一方、この電子機器３１では、待機モードに移行したときには、本体回路３２が、接断スイッチ３７をオフ状態からオン状態にすることで、バッテリ３５に充電されている直流電圧Ｖｂａｔを、ダイオード３６を介して出力電路Ｌｏ１，Ｌｏ２に出力（供給）可能な状態に移行させる。このため、スイッチング電源装置１の２次側整流部８から出力電路Ｌｏ１，Ｌｏ２に供給されている直流電圧Ｖｏの電圧値が低下したとしても、直流電圧Ｖｏの電圧値が直流電圧Ｖｂａｔの電圧値を下回るときには、直流電圧Ｖｂａｔが電子機器３１側から出力電路Ｌｏ１，Ｌｏ２に供給される。このため、間欠動作制御部１２において検出している出力電路Ｌｏ１，Ｌｏ２間の直流電圧Ｖ３は、直流電圧Ｖｂａｔの電圧値（下限しきい値Ｖｔｈ２よりも高い電圧値）に維持される。

これにより、間欠動作制御処理５０において、間欠動作制御部１２は、ステップ５３の切り離し処理の実行後に、ステップ５４の処理を継続して実行して、ステップ５５（切り離し解除処理）に移行しないため、直流電圧Ｖ１の負荷となる１次側電圧検出部３およびスイッチ制御部７が直流電圧Ｖ１から切り離された状態が維持されることで、スイッチング電源装置１による上記の間欠スイッチング動作の実行が回避される。このため、スイッチング電源装置１は、１次側電圧検出部３およびスイッチ制御部７での直流電圧Ｖ１の消費が全く行われない状態（つまり、商用交流電圧Ｖａｃの消費が極めて少ない状態）に維持される。

また、２次側電圧検出部１０を構成する各分圧抵抗１０ａ，１０ｂの抵抗値、および間欠動作制御部１２における出力電路Ｌｏ１，Ｌｏ２間の電圧を検出する回路の入力インピーダンスを予め大きな値に規定しておくことにより、電子機器３１から供給される直流電圧Ｖｂａｔの消費についても極めて少ない状態に維持することが可能である。したがって、スイッチング電源装置１は、電子機器３１が待機モードに移行したときには、電子機器３１側から出力電路Ｌｏ１，Ｌｏ２を介して直流電圧Ｖｂａｔの供給を受けることにより、スイッチング電源装置１全体としての消費電力が極めて少ない待機モードに移行する。

その後、電子機器３１が待機モードから通常モードでの動作に移行したときには、電子機器３１の本体回路３２は、上記した動作の開始時と同様にして、接断スイッチ３７をオン状態からオフ状態に移行させることで、出力電路Ｌｏ１，Ｌｏ２への直流電圧Ｖｂａｔの出力を停止させる。これにより、出力電路Ｌｏ１，Ｌｏ２間の電圧が直流電圧Ｖｂａｔを下回って下限しきい値Ｖｔｈ２に低下するため、スイッチング電源装置１では、間欠動作制御部１２が、間欠動作制御処理５０におけるステップ５４の処理を終了して、ステップ５５（切り離し処理）を実行することにより、制御信号Ｓ１の出力を停止する。これにより、直流電圧Ｖ１の負荷（１次側電圧検出部３およびスイッチ制御部７）の切り離しが解除される。

したがって、１次側電圧検出部３およびスイッチ制御部７が動作を開始し、スイッチ制御部７によるスイッチ５に対するオン・オフ動作も再開されるため、図４において実線で示すように、スイッチ制御部７は、直流電圧Ｖｏを下限しきい値Ｖｔｈ２から定格電圧値に向けて短時間のうちに急激に上昇させる。この場合、直流電圧Ｖｏ（直流電圧Ｖ３）が上限しきい値Ｖｔｈ１に達したとしても、電子機器３１が通常モードで動作していて、消費電力が多い状態となっていることから、同図において実線で示すように、直流電流Ｉｏの電流値は基準電流値Ｉｏｔｈを上回る状態となっている。このため、間欠動作制御部１２は、間欠動作制御処理５０におけるステップ５２からステップ５３への移行は実行せずに、ステップ５１，５２を繰り返す。このため、間欠動作制御部１２から制御信号Ｓ１が出力されないため、スイッチング電源装置１は、商用交流電圧Ｖａｃに基づいて直流電圧Ｖｏを連続的に生成して電子機器３１に供給する。

このように、このスイッチング電源装置１と電子機器３１とを備えた電子機器システム４１では、間欠動作制御部１２が、出力電路Ｌｏ１，Ｌｏ２間の直流電圧Ｖ３の電圧値が上限しきい値Ｖｔｈ１以上の状態において電流検出部９から検出信号Ｓｄが出力されたとき（直流電流Ｉｏが基準電流値Ｉｏｔｈ以下のとき）に、スイッチ制御部７を含む直流電圧Ｖ１についてのすべての負荷を直流電圧Ｖ１から切り離す切り離し処理、および直流電圧Ｖ１からの切り離しによってスイッチ制御部７の動作およびスイッチ５の周期的なオン・オフ動作が停止するのに伴い低下する直流電圧Ｖ３の電圧値が下限しきい値Ｖｔｈ２に低下したときに直流電圧Ｖ１からの上記の切り離しを解除する切り離し解除処理を繰り返し実行することで スイッチ５に対して周期的なオン・オフ動作（スイッチング動作）を間欠的に実行させる。

したがって、この電子機器システム４１によれば、電子機器３１が通常モードから待機モードに移行して、スイッチング電源装置１から出力電路Ｌｏ１，Ｌｏ２を介して電子機器３１に供給される直流電流Ｉｏの電流値が大きく低下したときに、出力電路Ｌｏ１，Ｌｏ２に下限しきい値Ｖｔｈ２を超える直流電圧Ｖｂａｔを出力するという簡易な構成を電子機器３１が採用するだけで、電子機器３１が待機モードのときのスイッチング電源装置１での間欠動作（間欠スイッチング動作）を停止することができる結果、スイッチング電源装置１での消費電力を極めて少ない状態に維持することができる。つまり、スイッチング電源装置１から直流電圧Ｖｏの供給を受ける電子機器３１の構成の複雑化を回避しつつ、電子機器３１が待機モードに移行した際におけるスイッチング電源装置１での消費電力を大幅に低減することができる。また、スイッチング電源装置１の間欠動作を制御するための電子機器３１側の構成が簡易であるため、電子機器３１においてこの構成を採用することが容易になることから、スイッチング電源装置１の汎用性を高めることもできる。

なお、上記のスイッチング電源装置１では、間欠動作制御部１２が、出力電路Ｌｏ１，Ｌｏ２間の電圧を直接入力して検出する構成を採用しているが、２次側電圧検出部１０からの出力検出電圧Ｖｏｄを用いる構成を採用することもできる。また、上記のスイッチング電源装置１では、間欠動作制御部１２による切り離し処理において、直流電圧Ｖ１から切り離される構成要素は１次側電圧検出部３および抵抗６ａだけであるが、スイッチング電源装置１の１次側の構成として上記以外の種々の構成を採用することができる。この場合には、採用した構成において直流電圧Ｖ１の負荷となる構成要素に対して、接断スイッチを配置して、制御信号Ｓ１で制御することで、電子機器３１が待機モードに移行した際におけるスイッチング電源装置１での消費電力を大幅に低減することができる。

また、上記のスイッチング電源装置１では、切り離し処理において、直流電圧Ｖ１の負荷となる構成要素を直流電路Ｌｄ１，Ｌｄ２からすべて切り離す好ましい構成を採用しているが、例えば、抵抗値が極めて大きいために、消費する電力も極めて少ない負荷については、直流電路Ｌｄ１，Ｌｄ２からの切り離しを行わない構成を採用することもできる。

１ スイッチング電源装置
４ トランス
４ａ １次巻線
４ｂ ２次巻線
５ スイッチ
７ スイッチ制御部
８ ２次側整流部
１１ フィードバック制御部
１２ 間欠動作制御部
３１ 電子機器
４１ 電子機器システム
Ｉｏ 直流電流
Ｉｏｔｈ 基準電流値
Ｌｏ１，Ｌｏ２ 出力電路
Ｖ１ 直流電圧
Ｖ２ 交流電圧
Ｖ３ 電圧
Ｖｏ 直流電圧
Ｖｔｈ１ 上限しきい値
Ｖｔｈ２ 下限しきい値

Claims (1)

1. １次巻線および２次巻線を有するトランスと、前記１次巻線に直列接続されて当該１次巻線を介して入力直流電圧が印加されるスイッチと、前記入力直流電圧の供給を受けて作動して前記スイッチを周期的にオン・オフ動作させるスイッチ制御部とを備え、前記２次巻線に接続されて前記スイッチのオン・オフによって当該２次巻線に誘起される交流電圧を直流電圧に変換して出力電路を介して電子機器に出力すると共に、当該直流電圧を検出して前記スイッチ制御部にフィードバックするスイッチング電源装置、並びに前記電子機器を備えている電子機器システムであって、
   前記スイッチング電源装置は、前記直流電圧の供給を受けて作動すると共に前記２次巻線側の２次側整流部から前記電子機器に出力される直流電流の電流値が予め規定された基準電流値以下であるか否かを検出する電流検出部と、
   前記直流電圧の供給を受けて作動して、当該直流電圧の電圧値が予め規定された上限しきい値以上の状態において前記直流電流が前記基準電流値以下であると前記電流検出部によって検出されたときに前記入力直流電圧の負荷を当該入力直流電圧の供給電路から切り離す切り離し処理と、前記切り離しによって前記スイッチ制御部の動作が停止するのに伴って前記直流電圧の電圧値が前記上限しきい値よりも低い電圧に予め規定された下限しきい値に低下したときに前記切り離しを解除して前記スイッチ制御部の動作を再開させる切り離し解除処理とを繰り返し実行して前記スイッチの前記オン・オフ動作を間欠的に実行させる間欠動作制御部とを備え、
   前記電子機器は、待機モードに移行したときに前記下限しきい値を超える制御電圧を前記出力電路に供給する電子機器システム。

Images