JP6383995B2 - 自動販売機のスイッチング電源装置 - Google Patents

Description

この発明は、定電圧電源装置と定電流電源装置とを備えたスイッチング電源装置に関する。

従来から、所定の直流電圧を出力する定電圧電源装置と、所定の直流電流を出力する定電流電源装置とを備えたスイッチング電源装置が知られている（特許文献１参照）。

かかるスイッチング電源装置は、直流電源から所定の直流電圧を生成して出力する定電圧電源装置と、その直流電源から所定の直流電流を生成して出力する定電流電源装置とを備え、定電圧電源装置から出力される直流電圧は液晶表示装置に印加され、定電流電源装置から出力される直流電流は発光ダイオードに供給されるようになっている。

ところで、例えば自動販売機などでは、上記と同様に、モータ駆動用（負荷装置）の定電圧電源装置と、発光ダイオード等を備えた照明装置（負荷装置）に直流電流を供給する定電流電源装置との両方を備えている。そして、低コスト、省スペース化のために、定電圧電源装置と定電流電源装置を１つの回路構成にて実現させるとともに、配線簡略化のため、定電圧電源装置と定電流電源装置のＧＮＤを共通にすることが望ましい。

特開２００６−３１４１６８号公報

しかしながら、定電圧電源装置と定電流電源装置の回路を一体化する場合、定電圧電源装置のＧＮＤと定電流電源装置のＧＮＤとの電位が異なるので、各負荷装置のＧＮＤを分離して絶縁する必要があり、このため、負荷装置用の配線が複雑になってしまう問題がある。

この発明の目的は、定電圧電源装置のＧＮＤと定電流電源装置のＧＮＤとの電位を同じにすることのできるスイッチング電源装置を提供することにある。

請求項１の発明は、交流電圧を所定の直流電圧に変換して出力する定電圧電源装置と、交流電流を所定の直流電流に変換した直流出力電流を出力する定電流電源装置とを備え、この定電流電源装置は、前記直流出力電流に応じた電圧を検出する電流検出部と、この電流検出部が検出した検出電圧と予め設定されている基準電流値に対応した基準電圧とを比較してその差を検出する比較部を有する定電流制御部とを有し、その差が一定となるように前記直流出力電流を制御するスイッチング電源装置であって、
前記電流検出部は、前記直流出力電流をマイナス側の検出電圧として検出し、
前記比較部は、接地電位を基準にした前記基準電圧と、前記接地電位を基準にした前記検出電圧とを比較することを特徴とする。

この発明によれば、定電圧電源装置のＧＮＤと定電流電源装置のＧＮＤとの電位を同じにすることができる。

この発明に係るスイッチング電源装置の構成を示すブロック図である。 図１に示すスイッチング電源装置の主要部の構成を示す回路図である。

以下、この発明に係るスイッチング電源装置の実施の形態である実施例を図面に基づいて説明する。

図１に示すスイッチング電源装置１０は、交流電源Ｅの交流電圧を所定の直流電圧に変換して出力する定電圧電源装置２０と、交流電源Ｅの交流電流を所定の直流電流に変換した直流出力電流を出力する定電流電源装置１００とを備えている。定電圧電源装置２０は、例えば自動販売機などのモータ駆動用の定電圧電源に使用するものであり、定電流電源装置１００は、自動販売機のＬＥＤ照明用の定電流電源に使用するものである。
［定電圧電源装置］
定電圧電源装置２０は、ノイズフィルタ２１と、入力整流平滑回路３０と、インバータ回路４０と、出力平滑回路５０と、定電圧制御部６０とを有している。
［ノイズフィルタ］
ノイズフィルタ２１は、電源ループ（交流電源Ｅ-入力整流平滑回路３０-インバータ回路４０）で発生する減衰振動を防止するとともに外部への雑音を防止するものであり、図示しないコンデンサとラインフィルタ等とから構成されている。
［入力整流平滑回路］
入力整流平滑回路３０は、交流電源Ｅの交流電圧を全波整流する４つのダイオード(図示せず)から構成される整流回路３１と、この整流回路３１から出力される整流電圧を平滑するコンデンサ３２とを有している。
［インバータ回路］
インバータ回路４０は、一次巻線Ｔ１ａと二次巻線Ｔ１ｂとを備えたトランスＴ１と、トランスＴ１の一次巻線Ｔ１ａに直列接続されたスイッチング素子Ｑ１と、このスイッチング素子Ｑ１をオン・オフさせる一次側制御部４１等とを有している。

一次側制御部４１は、フォトカプラＰＨ１（図２参照）のフォトトランジスタ(図示せず)を有し、スイッチング素子Ｑ１をオン・オフするパルスを出力するとともに、そのフォトトランジスタの受光量（フォトトランジスタに流れる電流）に基づいてパルス幅を制御する。すなわち、一次側制御部４１は、パルスを所定の周期で出力してスイッチング素子Ｑ１をオン・オフさせていくとともに、そのパルス幅をフォトトランジスタに流れる電流に基づいて制御するものである。
［出力平滑回路］
出力平滑回路５０は、インバータ回路４０のトランスＴ１の二次巻線Ｔ１ｂから出力される交流電圧を半波整流するダイオード５１と、このダイオード５１で半波整流された整流電圧を平滑する平滑コンデンサ５２とを有している。
［定電圧制御部］
定電圧制御部６０は、図２に示すように、出力電圧Ｖｏを分圧する分圧回路６１と、定電圧ＩＣ２と、フォトカプラＰＨ１のフォトダイオードＰＤ１等とを有している。

分圧回路６１は、直列接続された２つの抵抗Ｒ２０Ａ,Ｒ２０Ｂとを有し、この抵抗Ｒ２０Ａ,Ｒ２０Ｂによって分圧された分圧電圧（Ｒ２０Ｂ・Ｖｏ/（Ｒ２０Ａ＋Ｒ２０Ｂ））が定電圧ＩＣ２のゲートＩＣ２ｇに入力されるようになっている。

定電圧ＩＣ２は、ゲートＩＣ２に印加するゲート電圧が所定電圧となるように矢印Ｓ方向に電流を流して出力電圧Ｖｏを調整するようになっている。例えば、出力電圧Ｖｏの電圧が高くなると、ゲートＩＣ２ｇの電圧が所定電圧より高くなり、このゲートＩＣ２ｇ電圧が所定電圧となるように定電圧ＩＣ２が矢印Ｓ方向に多くの電流を流して出力電圧Ｖｏを下げていく。逆に、出力電圧Ｖｏが低くなると、ゲートＩＣ２ｇの電圧が所定電圧より低くなり、このゲートＩＣ２ｇの電圧が所定電圧となるように定電圧ＩＣ２が矢印Ｓ方向の電流を減少させて、出力電圧Ｖｏを上げていくものである。

フォトカプラＰＨ１のフォトダイオードＰＤ１は、定電圧ＩＣ２に流れる電流に応じて発光し、一次側制御部４１のフォトカプラＰＨ１のフォトトランジスタがその発光を受光する。なお、Ｌ１は出力ライン、Ｌｇはアースライン（ＧＮＤ）である。
［定電流電源装置］
定電流電源装置１００は、図１に示すように、入力整流平滑回路１３０と、インバータ回路１４０と、出力平滑回路１５０と、電流検出部１６０と、定電流制御部１７０と、調光回路１８０とを有している。
［入力整流平滑回路］
入力整流平滑回路１３０は、交流電源Ｅの交流電圧を全波整流する４つのダイオード(図示せず)から構成される整流回路１３１と、この整流回路１３１から出力される整流電圧を平滑するコンデンサ１３２とを有している。
［インバータ回路］
インバータ回路１４０は、一次巻線Ｔ２ａと二次巻線Ｔ２ｂとを備えたトランスＴ２と、トランスＴ２の一次巻線Ｔ２ａに直列接続されたスイッチング素子Ｑ２と、このスイッチング素子Ｑ２をオン・オフさせる一次側制御部１４１等とを有している。

一次側制御部１４１は、フォトカプラＰＨ２（図２参照）のフォトトランジスタ（図示せず）を有し、スイッチング素子Ｑ２をオン・オフするパルスを出力するとともに、そのフォトトランジスタの受光量に基づいてパルス幅を制御する。すなわち、一次側制御部１４１は、パルスを所定の周期で出力してスイッチング素子Ｑ２をオン・オフさせていくとともに、そのパルス幅をフォトトランジスタに流れる電流に基づいて制御するものである。
［出力平滑回路］
出力平滑回路１５０は、図１に示すようにインバータ回路１４０のトランスＴ２の二次巻線Ｔ２ｂから出力される交流電流を半波整流するダイオード１５１と、このダイオード１５１で半波整流された整流電流を平滑する平滑コンデンサ１５２とを有している。
［電流検出部］
電流検出部１６０は、図２に示すように、負荷に流れる電流を検出する電流検出抵抗Ｒ１２４を有している。

電流検出抵抗１２４の一方の端子Ａは、トランスＴ２の二次巻線Ｔ２ｂのマイナス側端子に接続され、他方の端子ＢはアースラインＬ２に接続されている。
［定電流制御部］
定電流制御部１７０は、比較器（比較部）１７１と、フォトカプラＰＨ２のフォトダイオードＰＤ２と、分圧回路１７２と、２つの抵抗Ｒ７３Ａ,Ｒ７３Ｂとを有している。分圧回路１７２は、直列接続された２つの抵抗Ｒ７２Ａ,Ｒ７２Ｂを有し、後述する定電圧ＩＣ３が生成した所定電圧を分圧する。

分圧回路１７２の抵抗Ｒ７２Ａ,Ｒ７２Ｂの接続点Ｃが比較器１７１の反転端子に接続されており、分圧回路１７２で分圧した分圧電圧が基準電圧として比較器１７１の反転端子に入力するようになっている。

基準電圧Ｖｆは、定電圧ＩＣ３が生成した所定電圧をＶｐとすると、Ｖｆ＝Ｒ７２Ａ・Ｖａ/（Ｒ７２Ａ＋Ｒ７２Ｂ）となる。

抵抗Ｒ７３Ａ,Ｒ７３Ｂの接続点Ｄが比較器１７１の非反転端子に接続され、電流検出抵抗Ｒ１２４の端子Ａに生じるマイナスの電圧が比較器１７１の非反転端子に入力するようになっている。
［比較器］
比較器１７１は、非反転端子の電圧と反転端子の電圧との差に応じた電流が出力端子に入力するようになっている。比較器１７１の出力端子はフォトダイオードＰＤ２のカソードに接続され、フォトダイオードＰＤ２のアノードはダイオードＤ１０のカソードに接続されている。ダイオードＤ１０のアノードは定電圧電源装置２０の出力ラインＬ１に接続されている。これにより、比較器１７１の非反転端子の電圧と反転端子の電圧との差に応じた電流がフォトダイオードＰＤ２に流れるようになっている。

また、比較器１７１のＧＮＤ端子（グランド端子）１７１ｇはアースラインＬ２に接続され、比較器１７１の電源端子ＢａはダイオードＤ１０のカソードに接続されている。定電圧電源装置２０の出力ラインＬ１の出力電圧Ｖｏが電源電圧として比較器１７１の電源端子Ｂａに供給される。なお、Ｌａは出力ラインである。

比較器１７１は、ＧＮＤ端子１７１ｇがアースラインＬ２に接続されていることにより、アースラインＬ２の電位を基準にした非反転端子の電圧と、アースラインＬ２の電位を基準にした反転端子の電圧との差に応じた電流が出力端子に流れることになる。
［定電圧ＩＣ３］
定電圧ＩＣ３は、一定の所定電圧を生成するものであり、アノードがアースラインＬ２に接続され、出力端子であるカソードが抵抗Ｒ１２６を介してダイオードＤ１０のカソードに接続されている。定電圧ＩＣ３が生成した所定電圧Ｖｐは、分圧回路１７２の両端子間に印加することになる。
［調光回路］
調光回路１８０は、スイッチ素子Ｑ３と、抵抗Ｒ１３３とを有している。スイッチ素子Ｑ３のゲートは信号線ＧＬ１が接続され、スイッチ素子Ｑ３のドレインは比較器１７１の反転端子に接続されている。スイッチ素子Ｑ３のソースは抵抗Ｒ１３３を介して定電圧ＩＣ３のカソードに接続されている。

スイッチ素子Ｑ３は信号線ＧＬ１にＨレベルの信号が入力されるとオンし、分圧回路１７２の抵抗Ｒ７２Ｂと抵抗Ｒ１３３とが並列接続される。これにより、分圧回路１７２の分圧比が変わり、比較器１７１の反転端子に入力される基準電圧Ｖｆが変わる。この結果、比較器１７１の出力端子に流れる電流が変化して調光が行われることになる。

なお、ＧＬｇは信号用アースラインであり、この信号用アースラインＧＬｇはアースラインＬ２に接続されている。
［動 作］
次に、上記のように構成されるスイッチング電源装置１０の動作について説明する。

図１に示す入力整流平滑回路３０により、交流電圧が直流電圧に整流されてトランスＴ１の一次巻線Ｔ１ａに直流電圧が印加され、この直流電圧はスイッチング素子Ｑ１により断続される。この断続により、トランスＴ１の二次巻線Ｔ１ｂに交流電圧が誘起され、この交流電圧が出力平滑回路５０により所定電圧の直流電圧となって出力される。この直流電圧が自動販売機のモータ駆動用の定電圧電源として供給されることになる。

出力平滑回路５０から出力される直流電圧（出力電圧）は、定電圧制御部６０により一定に保たれることになる。

例えば、出力電圧が上昇すると、定電圧ＩＣ２が矢印Ｓ方向に多くの電流を流して出力電圧Ｖｏを下げていくとともに、フォトカプラＰＨ１のフォトダイオードＰＤ１に流れる電流が増加することにより、フォトダイオードＰＤ１が発光する光量が増加する。これにより、フォトカプラＰＨ１のフォトトランジスタ(図示せず)の受光量が増加し、このフォトトランジスタに流れる電流が増加する。

一次側制御部４１は、そのフォトトランジスタに流れる電流に基づいてスイッチング素子Ｑ１をオン・オフするパルスのパルス幅を小さくする。これにより、出力平滑回路５０から出力される出力電圧が低下され、所定の出力電圧となる。

逆に、出力電圧が上昇すると、定電圧ＩＣ２が矢印Ｓ方向に流す電流を少なくして出力電圧Ｖｏを上昇させるととともに、フォトカプラＰＨ１のフォトダイオードＰＤ１に流れる電流が減少する。これにより、フォトダイオードＰＤ１が発光する光量が減少し、スイッチング素子Ｑ１をオン・オフするパルスのパルス幅が大きくされて、出力平滑回路５０から出力される出力電圧が上昇され、これにより、所定の出力電圧となる。

一方、図１に示す入力整流平滑回路１３０により、交流電圧が直流電圧に整流されてトランスＴ２の一次巻線Ｔ２ａに直流電圧が印加され、この直流電圧はスイッチング素子Ｑ２により断続される。この断続により、トランスＴ２の二次巻線Ｔ２ｂに交流電圧が誘起され、この交流電圧による交流電流が出力平滑回路１５０により所定の直流電流となって出力ラインＬａから出力される。この直流電流が自動販売機の照明用のＬＥＤ(図示せず)などに供給される。

このＬＥＤに流れた電流はアースラインＬ２及び抵抗Ｒ１２４を通ってトランスＴ２の二次巻線Ｔ２ｂへ流れていく。そして、抵抗Ｒ１２４の端子Ａには、ＬＥＤに流れる電流に応じた電圧（検出電圧）Ｖａが発生し、この電圧ＶａはアースラインＬ２の電位（接地電位）に対してマイナスの電位となっており、この電圧Ｖａが抵抗Ｒ７３Ａを介して比較器１７１の非反転端子に入力する。他方、定電圧ＩＣ３が生成した所定電圧Ｖｐは、抵抗Ｒ７２Ａと抵抗Ｒ７２Ｂにより分圧され、基準電圧Ｖｆとして比較器１７１の反転入力端子に入力する。

比較器１７１は、アースラインＬ２の電位を基準にした基準電圧Ｖｆと電圧Ｖａとを比較し、基準電圧Ｖｆと電圧Ｖａとの差に応じてフォトカプラＰＨ２のフォトダイオードＰＤ２に電流を流す。例えば、ＬＥＤに流れる電流が増加すると、抵抗Ｒ１２４の端子Ａに生じる電圧Ｖａはマイナス方向に大きくなり、この電圧Ｖａが比較器１７１の非反転端子に入力するので、比較器１７１の出力端子の電圧は低い電圧となり、フォトカプラＰＨ２のフォトダイオードＰＤ２に流れる電流は増加する。

このため、フォトダイオードＰＤ２の発光量が増加し、インバータ回路１４０の一次側制御部１４１のフォトトランジスタ(図示せず)の受光量が増加する。これにより、そのフォトトランジスタに流れる電流が増加し、一次側制御部１４１は、そのフォトトランジスタに流れる電流に基づいてスイッチング素子Ｑ２をオン・オフするパルスのパルス幅を小さくする。これにより、出力平滑回路１５０から出力される出力電流が低下され、所定の出力電流となる。

逆に、ＬＥＤに流れる電流が減少すると、抵抗Ｒ１２４の端子Ａの電位がアースラインＬ２の電位に対して上昇することになるので、上記とは逆にフォトカプラＰＨ２のフォトダイオードＰＤ２に流れる電流は減少し、この結果、インバータ回路１４０の一次側制御部１４１のフォトトランジスタに流れる電流が減少し、一次側制御部１４１は、そのフォトトランジスタに流れる電流に基づいてスイッチング素子Ｑ２をオン・オフするパルスのパルス幅を大きくする。これにより、出力平滑回路１５０から出力される出力電流が増加し、所定の出力電流となる。

このように、比較器１７１は、ＧＮＤ端子１７１ｇがアースラインＬ２に接続されていることにより、アースラインＬ２の電位を基準にして抵抗Ｒ１２４の端子Ａに生じるマイナスの電位の電圧Ｖａと基準電圧Ｖｆとを比較するものであるから、ＬＥＤに流れる電流の大小に拘わらずアースラインＬ２の電位は常に一定の零電位を保つことになる。このため、定電圧電源装置２０のアースラインＬｇと定電流電源装置１００のアースラインＬ２とは常に同電位であり、アースラインＬｇとアースラインＬ２を共通にすることができ、定電圧電源装置２０や定電流電源装置１００に接続される各負荷のＧＮＤを互いに分離して絶縁する必要もない。

Ｈレベルの調光信号Ｇ１が信号線ＧＬ１に入力すると、この調光信号Ｇ１によりスイッチ素子Ｑ３がオンする。これにより、調光回路１８０の抵抗Ｒ１３３と分圧回路１７２の抵抗Ｒ７２Ｂとが並列接続され、分圧回路１７２の分圧比が変わる。この結果、比較器１７１の反転端子に入力される基準電圧Ｖｆが変わり、比較器１７１の出力端子に流れる電流が変化して調光が行われることになる。

また、ＬＥＤに流れる電流の大小に拘わらずアースラインＬ２の電位は常に一定の零電位に保たれるので、アースラインＬ２と信号用アースラインＧＬｇとを接続して、Ｈレベルの調光信号Ｇ１を信号線ＧＬ１に入力してスイッチ素子Ｑ３をオンすることができる。すなわち、アースラインＬ２の電位を基準にした調光信号Ｇ１の電圧に基づいて基準電圧Ｖｆを変更することができる。

このため、調光信号Ｇ１のＧＮＤに関しても定電圧電源装置２０のアースラインＬｇと共通化を図ることができる。

この発明は、上記実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

１０ スイッチング電源装置
２０ 定電圧電源装置
６０ 定電圧制御部
１００ 定電流電源装置
１６０ 電流検出部
１７０ 定電流制御部
１７１ 比較器（比較部）
１８０ 調光回路

Claims (2)

1. 交流電圧を所定の直流電圧に変換して出力する、発光ダイオードを有する自動販売機のモータ駆動用の定電圧電源装置と、交流電流を所定の直流電流に変換した直流出力電流を出力する、前記自動販売機の照明装置の定電流電源装置とを備え、この定電流電源装置は、前記直流出力電流に応じた電圧を出力する電流検出部と、この電流検出部が検出した検出電圧と予め設定されている基準電流値に対応した基準電圧とを比較してその差を検出する比較部を有する定電流制御部とを有し、その差が一定となるように前記直流出力電流を制御する自動販売機のスイッチング電源装置であって、
   前記定電圧電源装置のアースラインと前記定電流電源装置のアースラインとが接続され、
   前記電流検出部は、前記直流出力電流をマイナス側の検出電圧として検出し、
   前記比較部は、反転端子と非反転端子を有する比較器であり、
   前記比較器のグランド端子が前記定電流電源装置のアースラインに接続され、
   前記比較器は、前記基準電圧が前記反転端子に入力され、前記検出電圧が前記非反転端子に入力されて、接地電位を基準にした前記基準電圧と、前記接地電位を基準にした前記検出電圧とを比較することを特徴とする自動販売機のスイッチング電源装置。
2. 外部からの調光信号を入力して前記基準電圧を変更させる調光回路を備え、
   この調光回路は、前記接地電位を基準にした前記調光信号の電圧に基づいて前記基準電圧を変更することを特徴とする請求項１に記載の自動販売機のスイッチング電源装置。