JP6100175B2 - スイッチング電源装置 - Google Patents
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Description
図1は本発明の実施形態1に係るスイッチング電源装置の回路図である。スイッチング電源装置1は、商用電源100から入力された交流電圧(本発明の電源電圧)を直流電圧に変換し、負荷101,102へ供給する。商用電源100は、例えば100V〜230Vの交流電源である。負荷101,102は、例えば、スイッチング電源装置1が複写機に用いられた場合、複写機のモータや駆動制御回路などである。例えば、負荷101は大電力となる負荷、負荷102は小電力となる負荷である。負荷101は軽負荷状態(待機モード)では動作せず、負荷102は軽負荷状態(待機モード)を含め常に動作する回路などである。
Wh(prior)=Pstby/ηlow×h1+Prate/ηrate×h2
Wh(new)=Pmid/ηhigh1×h3+Pstby/ηhigh2×(h1-h3)+Pmax/ηrate1×h4+Prate/ηrate2×(h2−h4)
が成り立つ。
図8は実施形態2に係るスイッチング電源装置の回路図である。本実施形態では、スイッチング電源装置1AはMCU8を一次側に備えている点で実施形態1と相違している。他の構成要件は実施形態1と同じである。MCU8を一次側に設けることで、二次側に設けた場合と比べて直接的にFET13のオンオフ制御が可能となる。また、実施形態2では、実施形態1等のように累積電力使用量[Wh]を削減できると共に、安全規格上の規定等により絶縁型コンバータ2A,2Bの二次側のサイズが大きくなる場合に、一次側にMCU8等を設けることで、二次側のサイズの大型化を抑制できる。
図9は実施形態3に係るスイッチング電源装置の回路図である。実施形態3に係るスイッチング電源装置1Bは蓄電手段としてキャパシタ9を備えている。蓄電手段をキャパシタ9とした場合、二次電池3の場合と比べて、蓄電手段の寿命を長くすることができる。また、キャパシタ9は過充電となることがなく、電圧検知部6の電圧に基づいてMCU8による制御によって過電圧となることを防止できるため、実施形態1,2のFET5を不要とでき、スイッチング電源装置1Bの素子点数を少なくできる。また、キャパシタ9は電荷を静電エネルギーとして蓄えるのに対し、二次電池3は電気化学反応で電気を蓄える。つまり、二次電池3よりもキャパシタ9の方が内部抵抗は小さい。従って、キャパシタ9は二次電池3に比べて充電時間を短くできる。キャパシタ9を用いることで、ドライブ状態の期間を短くでき、それに伴い、フリーズ状態の期間を相対的に長くすることができるため、絶縁型コンバータ2A,2Bの損失を少なくできる。
図10は参考例に係るスイッチング電源装置1Dの回路図である。参考例に係るスイッチング電源装置1Dは、二次電池3の充電量が閾値以上(満充電)であっても、負荷102が定格負荷状態である場合には、絶縁型コンバータ2A,2Bをフリーズ状態にせず、強制的にドライブ状態とする。本参考例では、MCU8が負荷102が定格負荷状態であるか否かを判定する。
2A,2B−絶縁型コンバータ(コンバータ回路)
3−二次電池(蓄電手段)
4−ポストレギュレータ(電圧変換手段)
4A−DC−DCコンバータ(電圧変換手段)
5−FET
6−電圧検知部(検出手段)
7−電流検知部(検出手段)
8−MCU(制御手段)
9−キャパシタ(蓄電手段)
11−EMIフィルタ
12−ダイオードブリッジ回路
13−FET(切替手段)
14−PFC(Power Factor Correction)コンバータ
100−商用電源
101−負荷
102−負荷
Claims (11)
- 負荷へ常に電力を供給するスイッチング電源装置であって、
定格負荷の電力変換効率が軽負荷の電力変換効率よりも高い効率特性を有し、電源電圧を変換して直流電圧を出力するコンバータ回路と、
前記コンバータ回路への前記電源電圧の供給及び遮断を切り替える単一の切替手段と、
前記コンバータ回路から出力された直流電圧を蓄電する蓄電手段と、
前記蓄電手段の蓄電量を検知する検知手段と、
前記検知手段が検知した蓄電量のみに基づいて前記切替手段を切り替えることにより、前記コンバータ回路へ電力供給状態となるドライブ状態と、前記コンバータ回路への電力を遮断して待機ゼロ電力となるフリーズ状態とを交互に動作させる制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記蓄電手段の蓄電量が第1閾値を上回った時点で、前記切替手段を遮断状態にするとともに前記蓄電手段に蓄電された直流電圧を出力し、前記蓄電手段の蓄電量が第1閾値より小さい第2閾値を下回った時点で、前記切替手段を供給状態にするとともに前記コンバータ回路で変換された直流電圧を前記負荷へ出力し、かつ、前記コンバータ回路で変換された直流電圧を前記蓄電手段に蓄電し、
前記フリーズ状態となる期間をフリーズ期間としたとき、前記負荷へ供給する出力電力が減少するに伴って前記フリーズ期間が長くなるように前記切替手段を制御する、
スイッチング電源装置。 - 前記蓄電手段から出力される直流電圧の電圧変換を行う電圧変換手段を備える、請求項1に記載のスイッチング電源装置。
- 前記電圧変換手段はDC−DCコンバータである、請求項2に記載のスイッチング電源装置。
- 前記切替手段はトランジスタである、請求項1から3の何れかに記載のスイッチング電源装置。
- 前記切替手段は機械的スイッチ(リレー)である、請求項1から3の何れかに記載のスイッチング電源装置。
- 前記蓄電手段は二次電池である、請求項1から5の何れかに記載のスイッチング電源装置。
- 前記蓄電手段はキャパシタである、請求項1から5の何れかに記載のスイッチング電源装置。
- 前記蓄電手段は電気二重層キャパシタである、請求項7に記載のスイッチング電源装置。
- 前記コンバータ回路は同期整流回路を有する、請求項1から8の何れかに記載のスイッチング電源装置。
- 前記コンバータ回路は絶縁トランスを備えた絶縁型コンバータであり、
前記制御手段は前記コンバータ回路の一次側に設けられている、請求項1から9の何れかに記載のスイッチング電源装置。 - 前記コンバータ回路は絶縁トランスを備えた絶縁型コンバータであり、
前記制御手段は前記コンバータ回路の二次側に設けられている、請求項1から9の何れかに記載のスイッチング電源装置。
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