JP6053234B2 - 電源装置、電源装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、電源装置、電源装置の制御方法に関する。

電源装置では、定格電流を超える負荷電流が発生した場合、過電流保護回路によって出力電流を制御している。また、一時的に定格以上の出力電流を負荷に供給する電源装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の技術では、過電流を検知し、必要時に一時的に基準電圧を増大するように変化するパワーアップ回路を過電流検知回路に付加している。そして、このパワーアップ回路を作動させて過電流検知回路の基準電圧を増大し、これに伴い負荷電流を一時的に定格出力電流以上に増加している。

特開平５−９５６７３号公報

しかしながら、上述した技術では、一時的に定格以上の電流を流したとき、電源装置が有する各部品の温度が定格温度より上昇してしまう。このため、定格電流以上の負荷電流を流すためには、定格以上の電流を流した場合であっても定格温度に収まるように電源装置及び電源装置が有する部品のサイズを大型化する必要があるという課題があった。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、電源装置及び電源装置が有する部品のサイズを大型化することなく、一時的に出力電流を増やすことができる電源装置及び電源装置の制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る電源装置は、定格出力電流値の垂下特性である第１垂下特性と、前記定格出力電流値より大きな電流値である許容電流値の垂下特性である第２垂下特性とが記憶された記憶部と、負荷電流値を検出する出力電流検出部と、前記出力電流検出部によって検出された負荷電流値とマスク条件とに応じて前記記憶部に記憶されている垂下特性を選択し、選択された垂下特性に応じて垂下制御を行う制御部と、一次巻線と二次巻線とを有し、電圧の変換を行うトランスと、を備え、前記一次巻線は、スイッチング素子に接続され、前記二次巻線は、整流素子と出力チョークコイルとに接続され、前記出力チョークコイルは、磁気バイアスギャップを備え、前記定格出力電流値は、前記出力チョークコイルの定格出力電流値であり、前記許容電流値は、前記磁気バイアスギャップによって前記定格出力電流値から拡大された電流値であることを特徴とする。

本発明の他の一態様に係る電源装置の制御方法はスイッチング素子に接続された一次巻線と、整流素子と出力チョークコイルとに接続された二次巻線とを有するトランスを備える電源装置の制御方法であって、定格電流値の垂下特性である第１垂下特性と、前記定格電流値より大きな電流値である許容電流値の垂下特性である第２垂下特性とを記憶しておくステップと、出力電流の検出値とマスク条件とに応じて、前記記憶されている垂下特性を選択して垂下制御を行うステップと、を含み、前記出力チョークコイルとして、磁気バイアスギャップを備えたものを用い、前記出力チョークコイルの定格出力電流値を前記定格出力電流値に設定し、前記磁気バイアスギャップによって前記定格出力電流値から拡大された電流値を前記許容電流値に設定することを特徴とする。

本発明によれば、検出された負荷電流値に基づいて垂下特性を選択し、選択した垂下特性に応じて一時的に負荷電流値を定格電流値より大きくなるように許容電流値に従い、電源装置及び部品が有する特性の余裕内で電流を流すようにした。このため、既存の電源装置及び部品を用いることができ、これらを大型化することなく、一時的に負荷電流を増やすことができる。また、過電流時の垂下特性をマスクする機能によって、定格電流に応じた電源装置の放熱設計を行えるため、電源装置の小型化が可能になる。

第１の実施形態に係る電源装置の構成を示す回路図である。 第１の実施形態に係る電源装置における電流検出回路の構成を示す回路図である。 第１の実施形態に係る電源装置における電流検出回路の出力について説明する説明図である。 第１の実施形態に係る電源装置の垂下特性を説明する説明図である。 第１の実施形態に係る電源装置の電源制御を示すフローチャートである。 第１の実施形態に係る電源装置の過電流再印加時の動作の説明図である。 第２の実施形態における温度と垂下特性との関係の説明図である。 第２の実施形態に係る電源装置１での電源制御を示すフローチャートである。

［第１の実施形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係る電源装置１の構成を示す回路図である。図１に示すように、電源装置１は、一次側回路部２０と、メイントランス３０と、二次側回路部４０と、出力電流検出部５０と、温度検出素子６０と、制御部７０と、記憶部８０とを備える。

一次側回路部２０は、スイッチング素子２１〜２４と、入力コンデンサ２５とを備える。スイッチング素子２１と２２とは直列に接続され、スイッチング素子２３と２４とは直列に接続される。また、スイッチング素子２１〜２４はそれぞれ、例えばＮチャネルのＭＯＳ型ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）から構成される。入力電源ライン１３及び１４には、電源入力端子１１及び１２から直流入力電源が供給される。入力電源ライン１３と入力電源ライン１４との間に、入力コンデンサ２５が接続される。また、入力電源ライン１３と入力電源ライン１４との間に、スイッチング素子２１及び２２、並びに、スイッチング素子２３及び２４が接続される。

メイントランス３０は、一次側コイル３１と二次側コイル３２とを有し、電源電圧の変換を行う。二次側コイル３２からは、中間タップ３３が導出される。メイントランス３０の一次側コイル３１の一端は、スイッチング素子２３とスイッチング素子２４との接続点に接続される。一次側コイル３１の他端は、カレントトランス５１の一次側コイル５５を介して、スイッチング素子２１とスイッチング素子２２との接続点に接続される。

二次側回路部４０は、整流素子４１及び４２と、出力チョークコイル４３と、出力コンデンサ４４とを備える。整流素子４１及び４２は、同期整流を行う。整流素子４１及び４２は、例えばＭＯＳＦＥＴから構成される。
整流素子４１の一端（例えばドレイン）は、メイントランス３０の二次側コイル３２の一端に接続される。整流素子４１の他端（例えばソース）は、出力電源ライン１６に接続される。整流素子４１の制御端子（例えばゲート）は、不図示の同期整流制御部に接続される。
整流素子４２の一端（例えばドレイン）は、二次側コイル３２の他端に接続される。整流素子４２の他端（例えばソース）は、出力電源ライン１６に接続される。整流素子４２の制御端子（例えばゲート）は、不図示の同期整流制御部に接続される。なお、制御部７０が、同期整流制御部の機能を有するようにしてもよい。

出力チョークコイル４３の一端は、二次側コイル３２の中間タップ３３に接続され、他端は、出力電源ライン１５に接続される。
出力コンデンサ４４の一端は、出力電源ライン１５に接続され、他端は、出力電源ライン１６に接続される。
出力電源ライン１５は、電源出力端子１７に接続され、出力電源ライン１６は、電源出力端子１８に接続される。また、電源出力端子１７と電源出力端子１８との間に、負荷１９が接続される。

なお、ここでは、出力チョークコイル４３として、磁気バイアスギャップを備えるものが用いられる。このような出力チョークコイル４３では、磁気バイアス技術を用いることで、直流重畳特性を拡大することができる。

出力電流検出部５０は、カレントトランス５１と、整流回路５２と、電流検出回路５３とを備える。
カレントトランス５１の二次側コイル５６は、整流回路５２に接続される。
整流回路５２は、整流器５２１〜５２４を備える。整流回路５２は、整流器５２１〜５２４によって、ブリッジ整流回路を構成している。整流器５２１〜５２４はそれぞれ、例えばダイオードである。

整流器５２１の入力端子（例えばアノード）は、整流器５２２の出力端子（例えばカソード）と二次側コイル５６の一端とに接続される。整流器５２１の出力端子（例えばカソード）は、整流器５２３の出力端子（例えばカソード）に接続され、かつ電流検出回路５３と接続される。整流器５２３の入力端子（例えばアノード）は、整流器５２４の出力端子（例えばカソード）と二次側コイル５６の他端とに接続される。整流器５２２の入力端子（例えばアノード）は、整流器５２４の入力端子（例えばアノード）に接続され、かつ電流検出回路５３と接続される。

電流検出回路５３は、カレントトランス５１から整流回路５２を介して整流された電流検出信号を検出して、制御部７０に出力する。なお、電流検出回路５３の構成については後述する。

温度検出素子６０の一端は、制御部７０の入力端子に接続され、他端は接地される。温度検出素子６０は、スイッチング素子２１〜２４、メイントランス３０、整流素子４１、４２、出力チョークコイル４３のうちの少なくとも何れか１つの素子の近傍に設けられ、電源装置１の温度を検出している。温度検出素子６０としては、例えば、サーミスタが用いられる。温度検出素子６０の出力は、制御部７０に供給される。

制御部７０は、タイマ７１及びＡ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ；アナログ−デジタル変換部）１０７を備える。また、制御部７０には、一次側回路部２０のスイッチング素子２１〜２４それぞれの制御端子（ゲート）、及び記憶部８０が接続される。制御部７０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、Ａ／Ｄ及びＤ／Ａ（Ｄｉｇｉｔａｌ ｔｏ Ａｎａｌｏｇ；デジタル−アナログ変換部）コンバータ等から構成されている。
制御部７０は、スイッチングパルスを生成し、生成したスイッチングパルスをスイッチング素子２１〜２４の制御端子（例えばゲート）に供給する。制御部７０は、Ａ／Ｄ１０７によって変換された電流値と温度に応じて、電源装置１の垂下特性を制御する。
また、不図示の同期整流制御回路は、スイッチングパルスを生成し、生成したスイッチングパルスを整流素子４１及び４２の制御端子（ゲート）に供給する。

タイマ７１は、出力電流が定格電流値Ｉｏｃ１を越えてからの経過時間を計測するのに用いられる。
Ａ／Ｄ１０７の入力端子は、電流検出回路５３の出力端子に接続される。Ａ／Ｄ１０７は、電流検出回路５３が出力した電流値をデジタル値に変換する。同様に、温度検出素子６０によって検出された温度は、制御部７０が備える不図示のＡ／Ｄによってデジタル値に変換される。

記憶部８０は、例えばＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）からなり、制御部７０で行う制御に用いるパラメータが記憶されている。ここでは、記憶部８０には、定格電流値Ｉｏｃ１の垂下特性、最大許容電流値Ｉｏｃ２の垂下特性、発熱時許容電流値Ｉｏｔの垂下特性、マスク期間Ｔｍ等の各種のパラメータが記憶されている。これらのパラメータについては、後に説明する。なお、記憶部８０は、制御部７０に内蔵させるようにしてもよい。

次に、電流検出回路５３について説明する。図２は、本実施形態に係る電源装置１における電流検出回路５３の構成を示す回路図である。
図２に示すように、電流検出回路５３は、整流器１０１、コンデンサ１０２、抵抗１０３、抵抗１０４、コンデンサ１０５、抵抗１０６を備える。

整流器１０１の入力端子（例えばアノード）は、整流回路５２の整流器５２１の出力端子と整流器５２３の出力端子との接続点に接続される。整流器１０１の出力端子（例えばカソード）は、抵抗１０３の一端とコンデンサ１０２の一端とに接続される。整流器１０１は、例えばダイオードである。整流器１０１は、整流器１０１に入力される電流のピークを検出する。

抵抗１０３の他端は、抵抗１０４の一端とコンデンサ１０５の一端と抵抗１０６の一端とに接続される。
コンデンサ１０２の他端、抵抗１０４の他端、及びコンデンサ１０５の他端は、整流回路５２の整流器５２２の入力端子と整流器５２４の入力端子との接続点に接続されるとともに接地される。

抵抗１０６の他端は、制御部７０のＡ／Ｄ１０７の一端に接続される。また、コンデンサ１０５の他端は接地され、Ａ／Ｄ１０７の他端に接続される。
コンデンサ１０２、コンデンサ１０５、抵抗１０３、抵抗１０４、及び抵抗１０６によって、電流値の平均値を検出する回路が構成される。

次に、本発明の第１の実施形態に係る電源装置１の動作について説明する。図１において、電源入力端子１１及び１２には、直流電源が供給される。この直流電源は、スイッチング素子２１〜２４によりスイッチング制御されて、メイントランス３０の一次側コイル３１に供給される。スイッチング素子２１〜２４は、フルブリッジ型のスイッチング電源回路を構成しており、スイッチング素子２１及び２４がオンであり、スイッチング素子２２及び２３がオフの期間と、スイッチング素子２２及び２３がオンであり、スイッチング素子２１及び２４がオフの期間とが交互に切り替えられる。メイントランス３０の二次側コイル３２の出力は、整流素子４１及び４２により整流された後、出力チョークコイル４３及び出力コンデンサ４４により平滑され、電源出力端子１７及び１８から出力される。電源出力端子１７及び１８からの直流電源は、負荷１９に供給される。

出力電流検出部５０は、負荷電流の検出を行う。負荷１９への電流が増加すると、二次側回路部４０を流れる電流が増加し、これに伴い、一次側回路部２０の電流も増加する。メイントランス３０の一次側コイル３１を流れる電流は、カレントトランス５１により検出される。カレントトランス５１の二次側コイル５６の出力は、整流回路５２で全波整流され、電流検出回路５３に供給される。

電流検出回路５３は、供給された電流に対して整流器１０１によってピーク検出を行い、コンデンサ１０２、コンデンサ１０５、抵抗１０３、抵抗１０４、及び抵抗１０６によって構成される回路によって電流値を検出する。コンデンサ１０２、コンデンサ１０５、抵抗１０３、抵抗１０４、及び抵抗１０６によって構成される回路は、電流の平均値を検出する。制御部７０は、電流検出回路５３によって検出された電流の平均値と、温度検出素子６０によって検出された温度に応じて、電源装置１の垂下特性を制御する。

図３は、第１の実施形態に係る電源装置１における電流検出回路の出力について説明する説明図である。カレントトランス５１の二次側コイル５６からは、メイントランス３０の一次側コイル３１を流れる電流に対応する出力が得られ、このカレントトランス５１の二次側コイル５６の出力は、整流回路５２で全波整流される。図３において、横軸は時刻、縦軸は電流と電圧である。符号Ａ１０１が示す波形は、全波整流後のカレントトランス５１の出力の波形を示す。整流回路５２の出力は、電流検出回路５３で平均化されて、制御部７０内のＡ／Ｄコンバータ１０７に供給される。符号Ａ１０２が示す波形は、電流検出回路５３で平均化された出力の波形を示し、符号Ａ１０３が示す矢印は、Ａ／Ｄコンバータ１０７での負荷電流における検出値の平均値を示す。なお、図３において、符号Ａ１０３が示す矢印の下側が接するラインは０［Ａ］、０［Ｖ］である。

制御部７０は、出力電流検出部５０の電流検出回路５３から取得された電流値に基づいて、過電流保護制御を行っている。つまり、電源装置１には、安定的に電源を供給できる電流が定格電流値として予め定められている。制御部７０は、出力電流検出部５０の電流検出回路５３の検出値から負荷電流値を取得し、この負荷電流値が所定値以上になると、スイッチング素子２１〜２４のパルス幅を制御し、垂下特性に応じて出力電圧を低下させ、負荷電流を制御する。

ここで、第１の実施形態では、安定的に電源を供給できる定格電流値の他に、所定時間に限定して、電源装置及び部品が有する特性の余裕内で、定格電流値以上の電流を供給するための最大許容電流値が設定される。例えば、負荷１９がモータなどである場合、起動時には定常時に比べて、一時的に大きな電流が必要になる。このような一時的な供給である場合に熱等によって温度上昇したとしても、部品の絶対最大定格を超えない範囲で問題なく出力できる電流値として、最大許容電流値が設定される。

なお、出力チョークコイル４３として磁気バイアスギャップを備えたものを用いると、磁気バイアス技術を用いることで、直流重畳特性を拡大することができる。このため、所定時間に限定して、最大許容電流値で垂下制御を行う際に、磁気バイアス技術により、出力チョークコイル４３の定格電流を拡大することができる。

最大負荷電流値として所定時間に限定して流せる電流値や、最大負荷電流値で負荷電流を流せる時間は、例えば実測により取得する。例えば、定格電流値がＩ２であるとし、最大負荷電流値をＩ３とする。電流値Ｉ２は、例えば１５０［Ａ］であり、電流値Ｉ３は、例えば１８０［Ａ］である。この場合、負荷電流をＩ２としたときの電源装置１の各部の温度を実測して許容温度を設定し、負荷電流をＩ３としたときの電源装置１の温度の実測値と許容温度とを比較し、負荷電流をＩ３としたときに許容温度以内となる時間の範囲から、最大負荷電流値で負荷電流を流せる時間が決定できる。このように、一時的に負荷電流として流せる最大負荷電流値とその時間の関係は、電源装置１の各部の温度を実測することにより決定できる。

図４は、本発明の第１の実施形態に係る電源装置１の垂下特性を示している。図４において、横軸は負荷電流Ｉｏを示し、縦軸は出力電圧Ｖｏを示している。符号Ｂ１０１が示す特性は、定格電流で垂下制御を行うための垂下特性である。符号Ｂ１０２が示す特性は、所定時間に限定して、最大許容電流値で垂下制御を行うための垂下特性である。符号Ｂ１０３が示す特性は、過熱時に電流値に制御するための垂下特性である。記憶部８０は、このような垂下特性のパラメータを記憶している。

図４に示すように出力電圧がＶ１で一定の場合、出力電流が増加するに従って、電源装置１が備える各部品、機能部の発する熱が増加する。一般的に電源装置では、電源装置に定められている以上の電流が負荷に発生した場合、定格以上の電流が流れるとともに、出力電圧が減少するように垂下特性が設定されている。このように、出力電流の増加に伴い出力電圧を下げていくことで、電源装置内の温度上昇、及び各部品や機能部を保護している。本実施形態の電源装置１では、負荷に対する出力電流が増加した場合であっても、予め定められている期間、出力電圧を保ったまま定格以上の出力電流を負荷に供給する。この場合、電源装置１が備える各部品や機能部の温度が上昇するが、本実施形態では、各部品や機能部の温度に対する余裕分の範囲で出力電圧値を保ったまま、定格以上の出力電流を出力する。

定常状態では、符号Ｂ１０１で示す特性で垂下制御が行われる。すなわち、定格電流値をＩｏｃ１とすると、符号Ｂ１０１で示すように、定常状態では、負荷電流Ｉｏの検出値が定格電流値Ｉｏｃ１になると、負荷電流値Ｉｏが例えばＩ２を越えることがないように、出力電圧Ｖｏが垂下制御される。

上述のように、定常状態では、定格電流値Ｉｏｃ１に達すると、符号Ｂ１０１で示す特性で垂下制御が行われる。これに対して、本実施形態では、負荷に電源を供給する時間が所定時間（マスク期間Ｔｍ）以内であれば、符号Ｂ１０１で示す垂下特性はマスクされ、符号Ｂ１０２で示す特性で垂下制御が行われる。すなわち、所定時間に限定して供給できる最大許容電流値をＩｏｃ２（Ｉｏｃ２はＩｏｃ１より大きい）とすると、符号Ｂ１０２で示すように、所定時間内なら最大許容電流値Ｉｏｃ２まで負荷電流Ｉｏを供給でき、負荷電流Ｉｏの検出値が最大許容電流値Ｉｏｃ２になると、負荷電流Ｉｏの検出値が例えばＩ３を越えることがないように出力電圧Ｖｏが垂下制御される。

電源装置１では、周囲の環境や使用条件等により、熱が発生することがある。温度が所定値以上の場合には、それ以上の発熱が生じないように、電源制御を行う必要がある。このため、電源装置１の温度が許容温度以上に達した場合、符号Ｂ１０３で示す特性で垂下制御が行われる。すなわち、許容限界温度をＯＴとし、発熱時に供給できる負荷電流を発熱時許容電流値Ｉｏｔ（ＩｏｔはＩｏｃ１未満）とすると、符号Ｂ１０３で示すように、電源装置１の温度が許容限界温度ＯＴを越えている場合、負荷電流Ｉｏの検出値が発熱時許容電流値Ｉｏｔになると、負荷電流Ｉｏが例えばＩ１を越えることがないように、出力電圧Ｖｏが垂下制御される。電流値Ｉ１は、例えば１２０［Ａ］である。

なお、制御部７０は、電流検出回路５３の検出値から負荷電流値を取得し、この負荷電流値が所定値以上に達したか否かを判定する。そして、制御部７０は、判定した結果に応じて垂下特性を切り替える。さらに、制御部７０は、スイッチング素子２１〜２４のパルス幅を制御し、垂下特性に応じて出力電圧を低下させ、負荷電流を制御することで、電源装置１の制御を実行する。

図５は、本発明の第１の実施形態に係る電源装置１の電源制御を示すフローチャートである。図５において、制御部７０は、温度検出素子６０の温度検出値を取得し、検出温度が許容限界温度ＯＴ未満か否かを判定する（ステップＳ１０１）。検出温度が許容限界温度ＯＴ未満でなければ（ステップＳ１０１：ＮＯ）、電流検出回路５３の検出値から、負荷電流の検出値が発熱時許容電流値Ｉｏｔ以上か否かを判定する（ステップＳ１０２）。負荷電流の検出値が発熱時許容電流値Ｉｏｔ以上ではないと判定された場合（ステップＳ１０２：ＮＯ）、制御部７０は、ステップＳ１０１に処理を戻す。負荷電流の検出値が発熱時許容電流値Ｉｏｔ以上なら（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、制御部７０は、記憶部８０から発熱時許容電流値Ｉｏｔの垂下特性を読み出し、図４の符号Ｂ１０３で示すように、負荷電流の検出値がＩ１を越えることがないように、垂下制御を行い（ステップＳ１０３）、処理をステップＳ１０１に戻す。

ステップＳ１０１で検出温度が許容限界温度ＯＴ未満であると判定された場合（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、制御部７０は、電流検出回路５３の検出値を取得し、負荷電流の検出値が定格電流値Ｉｏｃ１以上か否かを判定する（ステップＳ１０４）。負荷電流の検出値が定格電流値Ｉｏｃ１以上でなければ（ステップＳ１０４：ＮＯ）、制御部７０は、処理をステップＳ１０１に戻す。負荷電流の検出値が定格電流値Ｉｏｃ１以上なら（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、制御部７０は、タイマ７１の計測値から、負荷電流の検出が定格電流値Ｉｏｃ１以上になってからの経過時間がマスク期間Ｔｍ未満か否かを判定する（ステップＳ１０５）。

ステップＳ１０５で、経過時間がマスク期間Ｔｍ未満なら（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）、制御部７０は、電流検出回路５３の検出値から、負荷電流の検出値が最大許容電流値Ｉｏｃ２以上か否かを判定する（ステップＳ１０６）。負荷電流値が最大許容電流値Ｉｏｃ２以上でなければ（ステップＳ１０６：ＮＯ）、制御部７０は、処理をステップＳ１０１に戻す。負荷電流の検出値が最大許容電流値Ｉｏｃ２以上なら（ステップＳ１０６：ＹＥＳ）、制御部７０は、記憶部８０から最大許容電流値Ｉｏｃ２の垂下特性を読み出し、図４の符号Ｂ１０２で示すように、負荷電流の検出値がＩ３を越えることがないように、垂下制御を行い（ステップＳ１０７）、処理をステップＳ１０１に戻す。

ステップＳ１０５で、経過時間がマスク期間Ｔｍ未満でなければ（ステップＳ１０５：ＮＯ）、制御部７０は、記憶部８０から定格電流値Ｉｏｃ１の垂下特性を読み出し、図４の符号Ｂ１０１で示すように、負荷電流の検出値がＩ２を越えることがないように、垂下制御を行い（ステップＳ１０８）、処理をステップＳ１０１に戻す。

次に、いくつかの状態における動作の具体例を、図４、図５も適時参照しつつ説明する。

＜定常時の状態の動作の説明＞
まず、定常時の状態の動作、すなわち、電源装置１内の発熱が大きくなく、負荷電流の検出値が定格電流値以下のときの動作から説明する。
温度が許容限界温度ＯＴ未満であり、負荷電流の検出値が定格電流値Ｉｏｃ１に達しない場合には、図５においてステップＳ１０１とステップＳ１０４とのループが繰り返されることになり、過電流保護制御は行われず、出力電圧Ｖｏは例えばＶ１で一定に保たれる。電圧値Ｖ１は、例えば１２Ｖである。

＜電源装置１内の発熱が大きくなったときの動作の説明＞
電源装置１内の発熱が大きく、温度が許容限界温度ＯＴ以上になると、負荷電流の検出値が発熱時許容電流値Ｉｏｔ以上か否かが判定される（図５ステップＳ１０２）。そして、負荷電流の検出値が発熱時許容電流値Ｉｏｔを越えた場合、図４の符号Ｂ１０３で示すように、負荷電流の検出値がＩ１を越えることがないように、出力電圧が垂下制御される（図５ステップＳ１０３）。このように、発熱が大きくなったときには、符号Ｂ１０３で示すように、発熱時許容電流値Ｉｏｔの特性で垂下制御が行われる。これにより、電源装置１内の異常発熱が防止される。

＜負荷電流の検出値が定格電流値を越えたときの動作の説明＞
温度が許容限界温度ＯＴ未満で、負荷電流の検出値が定格電流値Ｉｏｃ１以上となった場合には、経過時間がマスク期間Ｔｍ以内において、負荷電流の検出値が最大許容電流値Ｉｏｃ２以上か否かが判定される（図５ステップＳ１０６）。そして、負荷電流の検出値が最大許容電流値Ｉｏｃ２以上の場合、図４の符号Ｂ１０２で示すように、負荷電流の検出値がＩ３を越えることがないように、出力電圧が垂下制御される（図５ステップＳ１０７）。経過時間がマスク期間Ｔｍを越えた場合、負荷電流の検出値がＩ２を越えることがないように、出力電圧が垂下制御される（図５ステップＳ１０８）。

このように、本発明の第１の実施形態では、許容電流値を出力できる期間をマスク条件としている。そして、経過時間がマスク期間Ｔｍ未満という条件を満足しているなら、定格電流値Ｉｏｃ１での垂下制御がマスクされ、最大許容電流値Ｉｏｃ２での垂下制御が選択される。経過時間がマスク期間Ｔｍを越え、経過時間がマスク期間Ｔｍ未満という条件を満足しなくなったら、定格電流値Ｉｏｃ１での垂下制御に処理が移行される。これにより、定格電流値以上の電流を一時的に負荷１９に流すことができる。

本発明の第１の実施形態では、このように、一時的に出力電流値を定格電流値より大きくなるように電源装置及び部品が有する電流に対する温度特性の余裕内で流すため、既存の電源装置及び部品を用いることができ、これらを大型化することなく、一時的に出力電流を増やすことができる。なお、出力チョークコイル４３については、前述したように、磁気バイアス技術により、直流重畳特性を拡大することができる。また、本発明の第１の実施形態では、過電流時の垂下特性をマスクする機能によって、定格電流をベースとして電源装置の放熱設計を行えるため、電源装置の小型化が可能になる。

なお、定格電流値Ｉｏｃ１を越える負荷電流を流した後に、過電流を再印加した場合には、温度上昇抑制のため、所定時間、定格電流を越えないように、負荷電流が制限される。図６は、第１の実施形態に係る電源装置の過電流再印加時の動作の説明図である。図６において、横軸は時間を示し、縦軸は、出力電圧及び負荷電流を示している。図６（Ａ）に示すように、時刻ｔ１以前では、負荷電流Ｉｏは例えば１００［Ａ］であったとする。この場合には、負荷電流Ｉｏは定格電流値Ｉｏｃ１以下であるから、過電流保護制御は行われず、出力電圧Ｖｏは例えばＶ１で一定に保たれる。時刻ｔ１からｔ２までの、例えば２秒間、定格電流値Ｉｏｃ１を越える負荷電流Ｉｏ（例えば１８０［Ａ］）が流れたとする。このとき、所定のマスク期間Ｔｍ内なら、最大許容電流値Ｉｏｃ２での垂下制御が選択され、定格電流値Ｉｏｃ１以上の例えばＩ３の負荷電流（例えば１８０［Ａ］）を流すことができる。そして、所定の期間Ｔｍを越えた時点ｔ２以降では、負荷電流Ｉｏは１５５Ａに制限される。再び、負荷電流としてＩ３流す場合には、図６（Ｂ）に示すように、温度上昇抑制のため、時刻ｔ１１から時刻ｔ１２の間、例えばＩ２以下の負荷電流を１０秒間継続する。

なお、上述の例では、メイントランス３０の一次側コイル３１を流れる電流をカレントトランス５１で検出して、負荷電流の検出値を取得している。この例では、例えば１００［Ａ］を越えるような電流が負荷電流として流れるため、ノイズや発熱の影響を考慮して、一次電流をカレントトランス５１を使って検出している。また、一次電流をカレントトランス５１を使って検出して制御すると、スイッチング素子２１〜２４の保護も行える。勿論、二次側回路部４０を流れる電流を検出して、負荷電流の検出値を取得してもよい。例えば、図１における出力電源ライン１５及び１６中に電流検出回路を設け、負荷電流の検出値を取得してもよい。また、カレントトランスを用いずに、検出抵抗を用いて電流を検出することも可能である。

また、上述の例では、整流素子４１及び４２として、ＭＯＳＦＥＴを用いて、同期整流を行うようにしているが、整流素子４１及び４２としては、ダイオードを用いてもよい。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。前述の第１の実施形態では、負荷電流の検出値が定格電流値Ｉｏｃ１以上となってからの経過時間がマスク期間Ｔｍ未満である、ということをマスク条件とすることで、短時間なら、定格電流以上の電流を負荷に供給できるようにしている。これに対して、この第２の実施形態では、温度が余裕温度ＯＴ２未満である、ということをマスク条件として、短時間なら、定格電流以上の電流を負荷に供給できるようにしている。なお、電源装置の構成については、図１に示した第１の実施形態と同様である。

図７は、第２の実施形態における温度と垂下特性との関係の説明図である。図７において、横軸は電源装置１の温度を示し、縦軸は垂下制御を行う際の負荷電流を示す。図７に示すように、電源装置１の温度が許容限界温度ＯＴ１（例えば１００度）から許容限界温度ＯＴ０（例えば１２０度）の範囲では、図４において符号Ｂ１０３で示したように、負荷電流Ｉｏが例えばＩ１を越えることがないように、発熱時許容電流値Ｉｏｔでの垂下制御が行われる。電源装置１の温度が余裕温度ＯＴ２（例えば９０度）から許容限界温度ＯＴ１までの範囲なら、図４において符号Ｂ１０１で示したように、負荷電流Ｉｏが例えばＩ２を越えることがないように、定格電流値Ｉｏｃ１での垂下制御が行われる。電源装置１の温度が余裕温度ＯＴ２未満である間では、図４において符号Ｂ１０２で示したように、負荷電流Ｉｏが例えばＩ３を越えることがないように、最大許容電流値Ｉｏｃ２で垂下制御が行われる。

このように、第２の実施形態では、負荷電流の検出値が定格電流値Ｉｏｃ１を越えていても、電源装置１の温度が余裕温度ＯＴ２未満なら、図４において符号Ｂ１０２で示したように、最大許容電流値Ｉｏｃ２での垂下制御が行われる。

記憶部８０には、定格電流値Ｉｏｃ１の垂下特性、最大許容電流値Ｉｏｃ２の垂下特性、発熱時許容電流値Ｉｏｔの垂下特性が記憶されている。また、許容限界温度ＯＴ１、余裕温度ＯＴ２の値が記憶されている。制御部７０は、電流検出回路５３によって検出される負荷電流の検出値と、温度検出素子６０により検出した温度とに基づいて、負荷電流の検出値が定格電流値Ｉｏｃ１を超えても、余裕温度ＯＴ２未満となる場合には、最大許容電流値Ｉｃｏ２を負荷電流として出力できるように制御する。

図８は、第２の実施形態に係る電源装置１での電源制御を示すフローチャートである。図８において、温度検出素子６０の温度検出値から、検出温度が許容限界温度ＯＴ１未満か否かを判定する（ステップＳ２０１）。検出温度が許容限界温度ＯＴ１未満でなければ（ステップＳ２０１：ＮＯ）、電流検出回路５３の検出値から、負荷電流の検出値が発熱時許容電流値Ｉｏｔ以上かどうかを判定する（ステップＳ２０２）。負荷電流の検出値が発熱時許容電流値Ｉｏｔ以上ではないと判定された場合（ステップＳ２０２：ＮＯ）、制御部７０は、ステップＳ２０１に処理を戻す。負荷電流の検出値が発熱時許容電流値Ｉｏｔ以上なら（ステップＳ２０２：ＹＥＳ）、制御部７０は、図４の符号Ｂ１０３で示すように、負荷電流の検出値がＩ１を越えることがないように、垂下制御を行い（ステップＳ２０３）、処理をステップＳ２０１に戻す。

ステップＳ２０１で検出温度が許容限界温度ＯＴ１未満であると判定された場合（ステップＳ２０１：ＹＥＳ）、制御部７０は、電流検出回路５３の検出値から、負荷電流の検出値が定格電流値Ｉｏｃ１以上か否かを判定する（ステップＳ２０４）。負荷電流の検出値が定格電流値Ｉｏｃ１以上でなければ（ステップＳ２０４：ＮＯ）、制御部７０は、処理をステップＳ２０１に戻す。負荷電流の検出値が定格電流値Ｉｏｃ１以上なら（ステップＳ２０４：ＹＥＳ）、制御部７０は、検出温度が余裕温度ＯＴ２未満か否かを判定する（ステップＳ２０５）。

ステップＳ２０５で、検出温度が余裕温度ＯＴ２未満なら（ステップＳ２０５：ＹＥＳ）、制御部７０は、電流検出回路５３の検出値から、負荷電流の検出値が最大許容電流値Ｉｏｃ２以上か否かを判定する（ステップＳ２０６）。負荷電流値が最大許容電流値Ｉｏｃ２以上でなければ（ステップＳ２０６：ＮＯ）、制御部７０は、処理をステップＳ２０１に戻す。負荷電流の検出値が最大許容電流値Ｉｏｃ２以上なら（ステップＳ２０６：ＹＥＳ）、制御部７０は、図４の符号Ｂ１０２で示すように、負荷電流の検出値がＩ３を越えることがないように、垂下制御を行い（ステップＳ２０７）、処理をステップＳ２０１に戻す。

ステップＳ２０５で、検出温度が余裕温度ＯＴ２未満でなければ（ステップＳ２０５：ＮＯ）、制御部７０は、図４の符号Ｂ１０１で示すように、負荷電流の検出値がＩ２を越えることがないように、垂下制御を行い（ステップＳ２０８）、処理をステップＳ２０１に戻す。

次に、各状態での動作の具体例を、図４、図７、図８も適時参照しつつ説明する。

＜定常時の状態の動作の説明＞
定常時の状態の動作や、電源装置１内の発熱が大きくなったときの動作については、前述の第１の実施形態と同様である。すなわち温度が許容限界温度ＯＴ１（図７）未満であり、負荷電流の検出値が定格電流値Ｉｏｃ１に達しない場合には、図８ステップＳ２０１とステップＳ２０４とのループが繰り返されることになり、過電流保護制御は行われず、出力電圧Ｖｏは例えばＶ１で一定に保たれる。また、電源装置１内の発熱が大きく、温度が許容限界温度ＯＴ１（図７）未満ではなくなった場合、図４の符号Ｂ１０３で示すように、負荷電流の検出値がＩ１を越えることがないように、出力電圧が垂下制御される（図８ステップＳ２０３）。

＜負荷電流の検出値が定格電流値を越えたときの動作の説明＞
温度が許容限界温度ＯＴ１未満で、負荷電流の検出値が定格電流値Ｉｏｃ１以上となった場合には、温度が余裕温度ＯＴ２（図７）未満なら、負荷電流の検出値が最大許容電流値Ｉｏｃ２以上か否かが判定される（図８ステップＳ２０６）。そして、負荷電流の検出値が最大許容電流値Ｉｏｃ２以上なら、図４の符号Ｂ１０２で示すように、負荷電流の検出値がＩ３を越えることがないように、出力電圧が垂下制御される（図８ステップＳ２０７）。そして、負荷電流を最大許容電流値Ｉｏｃ２まで増大して動作を続けると、温度は上昇していく。温度が余裕温度ＯＴ２（図７）を越えた場合、図４の符号Ｂ１０１で示すように、負荷電流の検出値がＩ２を越えることがないように、出力電圧が垂下制御される（図８ステップＳ２０８）。

このように、第２の実施形態では、許容電流値を出力できる温度をマスク条件としている。そして、温度が余裕温度ＯＴ２未満というマスク条件が満足しているなら、定格電流値Ｉｏｃ１での垂下制御がマスクされ、最大許容電流値Ｉｏｃ２での垂下制御が選択される。負荷電流を最大許容電流値Ｉｏｃ２で動作を続けることで温度が上昇し、温度が余裕温度ＯＴ２未満で或るというマスク条件が満足しなくなると、定格電流値Ｉｏｃ１での垂下制御に処理が移行される。これにより、定格電流値以上の電流を一時的に負荷１９に流すことができる。

なお、本発明の第２の実施形態において、電源装置１の温度を検出する温度検出素子６０は、過電流により影響の受けやすい素子の近傍に設けることが好ましい。すなわち、温度検出素子６０は、スイッチング素子２１〜２４、メイントランス３０、整流素子４１、４２、出力チョークコイル４３うち少なくとも何れか１つの素子の近傍に設けられる。また、温度検出素子６０を過電流により影響の受けやすい複数の素子の近傍に設け、複数の温度検出素子からの検出結果により、電源装置１の温度を判定してもよい。

上述した第１及び第２の実施形態では、一次側回路部２０の回路が、フルブリッジ回路で構成される場合の例について説明したが、本発明の電源装置１では、一次側回路部２０の回路構成についてはその構成が特定されない。例えば、一次側回路部２０の回路が、非共振型のＰＷＭ制御方式のものであってもよく、また、フェーズシフト型のスイッチ回路で構成されるスイッチング電源装置であってもよい。

上述した第１及び第２の実施形態では、記憶部８０に３つの垂下特性が記憶され、制御部７０が負荷電流値とマスク条件とに応じて記憶部８０に記憶されている垂下特性を選択する例を説明したが、これに限られない。記憶部８０に記憶される垂下特性は、定格出力電流に基づく第１垂下特性と、この定格出力電流値より大きな電流値に応じた第２垂下特性であってもよい。そして制御部７０は、この２つの垂下特性から選択するようにしてもよい。また、上述の本実施形態では、第１垂下特性が１つであり、第２垂下特性が２つであるの例を説明したが、第２垂下特性を２種類以上用いるようにし、これら垂下特性から選択するようにしてもよい。

なお、本発明における制御部７０の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより制御部７０の動作および制御を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）を備えたＷＷＷシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。

また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。

２０…一次側回路部、２１〜２４…スイッチング素子、２５…入力コンデンサ、３０…メイントランス、４０…二次側回路部、４１、４２…整流素子、４３…出力チョークコイル、４４…出力コンデンサ、５０…出力電流検出部、５１…カレントトランス、５２…整流回路、５３…電流検出回路、６０…温度検出素子、７０…制御部、８０…記憶部

Claims (4)

1. 定格出力電流値の垂下特性である第１垂下特性と、前記定格出力電流値より大きな電流値である許容電流値の垂下特性である第２垂下特性とが記憶された記憶部と、
   負荷電流値を検出する出力電流検出部と、
   前記出力電流検出部によって検出された負荷電流値とマスク条件とに応じて前記記憶部に記憶されている垂下特性を選択し、選択された垂下特性に応じて垂下制御を行う制御部と、
   一次巻線と二次巻線とを有し、電圧の変換を行うトランスと、
   を備え、
   前記一次巻線は、スイッチング素子に接続され、
   前記二次巻線は、整流素子と出力チョークコイルとに接続され、
   前記出力チョークコイルは、磁気バイアスギャップを備え、
   前記定格出力電流値は、前記出力チョークコイルの定格出力電流値であり、
   前記許容電流値は、前記磁気バイアスギャップによって前記定格出力電流値から拡大された電流値である
   ことを特徴とする電源装置。
2. 前記マスク条件とは、前記許容電流値を出力できる期間、前記許容電流値を出力できる温度範囲のうちの少なくともいずれか１つであることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
3. 温度を検出する温度検出素子を備え、
   前記温度検出素子は、前記整流素子、前記出力チョークコイル、及び前記スイッチング素子のうち少なくとも何れか１つの素子の近傍に設けられ、
   前記制御部は、前記温度検出素子によって検出された温度に基づいて前記記憶部に記憶されている何れかの垂下特性を選択することを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
4. スイッチング素子に接続された一次巻線と、整流素子と出力チョークコイルとに接続された二次巻線とを有するトランスを備える電源装置の制御方法であって、
   定格電流値の垂下特性である第１垂下特性と、前記定格電流値より大きな電流値である許容電流値の垂下特性である第２垂下特性とを記憶しておくステップと、
   出力電流の検出値とマスク条件とに応じて、前記記憶されている垂下特性を選択して垂下制御を行うステップと、
   を含み、
   前記出力チョークコイルとして、磁気バイアスギャップを備えたものを用い、
   前記出力チョークコイルの定格出力電流値を前記定格出力電流値に設定し、
   前記磁気バイアスギャップによって前記定格出力電流値から拡大された電流値を前記許容電流値に設定する
   ことを特徴とする電源装置の制御方法。

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