JP6433652B2 - 電源装置及び電気機器 - Google Patents

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Description

本発明は、スイッチング素子で駆動する電流共振回路を備え、該スイッチング素子を連続動作及び間欠動作で動作させる電源装置及び該電源装置を備える電気機器に関する。
従来、待機電力の削減を目的として、電気機器又は電子機器などに組み込まれ、比較的大きな電力を負荷に供給する電源装置としては、２コンバータ方式の回路を採用してきた。２コンバータ方式は、例えば、消費電力が大きい負荷に電力を供給する主電源回路と、消費電力が比較的小さい制御回路などの負荷に電力を供給する従電源回路とを備え、通常時には、主電源回路と従電源回路を動作させ、待機時には従電源回路だけを動作させ、待機電力を削減するものである。しかし、２コンバータ方式は、２つの電源回路を具備しなければならず、電源装置が大型化し、コストも高くなるというデメリットがある。
そこで、電源回路を主電源回路１つとし、負荷の電流が大きいときには、電源回路内のスイッチング部のトランジスタの動作を連続動作とし、負荷の電流が小さいときには、トランジスタの動作を間欠動作とするように制御するスイッチング電源装置が開示されている（特許文献１参照）。
また、スイッチング電源の方式としては、例えば、フライバック方式を用いるもの、電流共振方式を用いるものがあるが、重負荷時での効率を良くしたい場合、大出力電力に対応したい場合、あるいはノイズに対する耐性を向上させたい場合などには、電流共振型の電源装置が採用されている。
実開平４−１０５８８号公報
しかしながら、電流共振型の電源装置を採用する場合に、待機時にトランジスタの動作を間欠動作させたときには、負荷に対して小さい電力しか供給することができない。このため、仮に間欠動作時に電力消費の大きな負荷を接続した場合には、出力電圧が低下するとともに、電源装置の動作が一旦停止するという事態に陥る。また、このような電源装置を、例えば、モニタ（ディスプレイ）などの電気機器に組み込んだ場合に、待機時においても電気機器から比較的大きな電力を供給させたいという要望もある。
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、待機時においても所要の電力を供給することができる電源装置及び該電源装置を備える電気機器を提供することにある。
本発明に係る電源装置は、変圧器及び該変圧器の一次側に接続された共振回路を周期的にオン及びオフを繰り返すスイッチング素子で駆動する電流共振回路と、連続動作又は間欠動作を示す外部信号に応じて前記スイッチング素子がオン及びオフを連続的に繰り返す連続動作及び間欠的に繰り返す間欠動作で動作すべく制御する制御部とを備える電源装置において、前記変圧器の二次側の電圧を検出する電圧検出部と、前記間欠動作を示す外部信号に応じて、前記制御部が前記スイッチング素子を間欠動作すべく制御している場合に、前記電圧検出部で検出した電圧が所定の第１閾値電圧より低くなったときは、前記制御部が前記スイッチング素子を連続動作すべく制御するように切り替える切替部とを備えることを特徴とする。
本発明にあっては、電圧検出部は、変圧器の２次側の電圧、すなわち出力電圧を検出する。間欠動作を示す外部信号に応じて、制御部がスイッチング素子を間欠動作すべく制御している場合、すなわち、待機時において比較的消費電力が小さい負荷に対して電力を供給している場合に、電圧検出部で検出した電圧が所定の第１閾値電圧より低くなったとする。電圧検出部で検出した電圧が低くなるのは、電源装置の出力側に消費電力が比較的大きな負荷が接続されたため、負荷電流が大きくなったことに起因する。この場合、切替部は、制御部がスイッチング素子を間欠動作から連続動作にすべく制御するように切り替える。
待機時において、スイッチング素子の動作が間欠動作から出力電圧がある程度上昇するまで連続動作になるように切り替えるので、比較的大きな負荷が接続され、負荷電流が大きくなったとしても、第１閾値電圧より出力電圧が低下することなく、待機時においても所要の電力を供給することができる。
本発明に係る電源装置は、前記切替部は、前記スイッチング素子を連続動作すべく切り替えた場合に、前記電圧検出部で検出した電圧が前記第１閾値電圧より高い第２閾値電圧より高くなったときは、前記制御部が前記スイッチング素子を間欠動作すべく制御するように切り替えるようにしてあることを特徴とする。
本発明にあっては、切替部は、待機時において、スイッチング素子を連続動作すべく切り替えた場合に、電圧検出部で検出した電圧が第１閾値電圧より高い第２閾値電圧より高くなったときは、制御部がスイッチング素子を間欠動作すべく制御するように切り替える。待機時に比較的大きな負荷が接続され、スイッチング素子の動作を間欠動作から連続動作に切り替えると、大きな負荷電流を供給することができる。そして、接続された負荷に対して十分な電流が供給されると、出力電圧は大きくなる。そこで、電圧検出部で検出した電圧（出力電圧）が、第１閾値電圧よりも高い第２閾値電圧より高くなった場合には、負荷に対して十分な電力を供給しているので、待機時の動作である間欠動作に戻す。また、第１閾値電圧と第２閾値電圧とを異ならせているので、間欠動作と連続動作とが頻繁に切り替わることを防止することができる。
本発明に係る電源装置は、前記切替部は、前記制御部で連続動作を示す外部信号が与えられている場合に、前記電圧検出部での電圧検出を無効とすることを特徴とする。
本発明にあっては、切替部は、制御部で連続動作を示す外部信号が与えられている場合に、電圧検出部での電圧検出を無効にする。これにより、通常動作時（連続動作時）にスイッチング素子の動作が間欠動作に切り替わることを確実に防止することができる。
本発明に係る電源装置は、前記電圧検出部は、前記変圧器の２次側に直列に接続された複数の抵抗を有し、前記切替部は、前記複数の抵抗で分圧された電圧に応じてオン又はオフするフォトダイオードと、前記変圧器の１次側に設けられ、前記フォトダイオードのオン又はオフに応じてオン又はオフするフォトトランジスタとを有し、前記制御部は、オン状態又はオフ状態に応じて前記連続動作又は間欠動作を画定するトランジスタを有し、前記フォトトランジスタのオン又はオフに応じて前記トランジスタをオン又はオフさせるようにしてあることを特徴とする。
本発明にあっては、電圧検出部は、変圧器の２次側に直列に接続された複数の抵抗を有する。例えば、変圧器の２次側、すなわち電源装置の出力端子間に複数の抵抗を直列に接続して、抵抗同士の接続点の電圧を検出することにより、出力電圧を抵抗で所要の電圧に分圧することができる。切替部は、分圧電圧（すなわち出力電圧）の高低に応じてオン又はオフするフォトダイオードと、変圧器の１次側に設けられ、フォトダイオードのオン又はオフに応じてオン又はオフするフォトトランジスタとを有する。制御部は、トランジスタを有し、当該トランジスタがオン状態であるか、あるいはオフ状態であるかに応じて、スイッチング素子の動作が連続動作又は間欠動作となるように制御する。そして、フォトトランジスタのオン又はオフに応じてトランジスタをオン又はオフさせる。これにより、例えば、電圧検出部で検出した電圧が低下したとき（例えば、第１閾値電圧より低くなったとき）、フォトトランジスタをオンにし、トランジスタをオンさせることにより、動作モードを間欠動作から連続動作へ切り替え、待機時においても、外部負荷が接続されたときに電力を供給することができる。
本発明に係る電源装置は、前記切替部は、さらに、前記フォトダイオードのカソードに接続されたダイオードを有し、前記連続動作を示す外部信号が与えられている場合に、前記ダイオードをオンするようにしてあることを特徴とする。
本発明にあっては、切替部は、フォトダイオードのカソードに接続されたダイオードを有し、連続動作を示す外部信号が与えられている場合に、ダイオードをオンする。連続動作を示す外部信号が与えられている場合、すなわち動作モードが連続動作である場合、出力電圧は、第１閾値電圧及び第２閾値電圧よりも高くなり、切替部はスイッチング素子の動作を間欠動作に切り替えようとする。そこで、ダイオードをオンにして強制的にフォトダイオードをオンにすることにより、トランジスタをオンさせて動作モードが連続動作になるようにする。これにより、電圧検出部が存在しても、連続動作を示す外部信号が与えられている場合には、スイッチング素子の動作を連続動作とすることができる。
本発明に係る電源装置は、変圧器及び該変圧器の一次側に接続された共振回路を周期的にオン及びオフを繰り返すスイッチング素子で駆動する電流共振回路と、連続動作又は間欠動作を示す外部信号に応じて前記スイッチング素子がオン及びオフを連続的に繰り返す連続動作及び間欠的に繰り返す間欠動作で動作すべく制御する制御部とを備える電源装置において、前記変圧器の二次側の負荷の大小を検出する負荷検出部と、前記間欠動作を示す外部信号に応じて、前記制御部が前記スイッチング素子を間欠動作すべく制御している場合に、前記負荷検出部で検出した負荷が所定の第１閾値より大きくなったときは、前記制御部が前記スイッチング素子を連続動作すべく制御するように切り替える切替部とを備えることを特徴とする。
本発明にあっては、負荷検出部は、変圧器の２次側の負荷の大小を検出する。負荷の大小は、例えば、負荷に流れる電流の大小であるが、これに限定されるものではない。間欠動作を示す外部信号に応じて、制御部がスイッチング素子を間欠動作すべく制御している場合、すなわち、待機時において比較的消費電力が小さい負荷に対して電力を供給している場合に、負荷検出部で検出した負荷が所定の第１閾値より大きくなったとする。負荷検出部で検出した負荷が大きくなるのは、電源装置の出力側に消費電力が比較的大きな負荷が接続されたため、負荷電流が大きくなったことに起因する。この場合、切替部は、制御部がスイッチング素子を間欠動作から連続動作にすべく制御するように切り替える。
待機時において、スイッチング素子の動作が間欠動作から出力電圧がある程度上昇するまで連続動作になるように切り替えるので、比較的大きな負荷が接続され、負荷電流が大きくなったとしても、第１閾値電圧より出力電圧が低下することなく、待機時においても所要の電力を供給することができる。
本発明に係る電源装置は、変圧器及び該変圧器の一次側に接続された共振回路を周期的にオン及びオフを繰り返すスイッチング素子で駆動する電流共振回路と、連続動作又は間欠動作を示す外部信号に応じて前記スイッチング素子がオン及びオフを連続的に繰り返す連続動作及び間欠的に繰り返す間欠動作で動作すべく制御する制御部とを備える電源装置において、前記変圧器の二次側に接続される外部機器の接続の有無を判定する接続判定部と、前記間欠動作を示す外部信号に応じて、前記制御部が前記スイッチング素子を間欠動作すべく制御している場合に、前記接続判定部で外部機器が接続されたと判定したときは、前記制御部が前記スイッチング素子を連続動作すべく制御するように切り替える切替部とを備えることを特徴とする。
本発明にあっては、接続判定部は、変圧器の二次側に接続される外部機器の接続の有無を判定する。間欠動作を示す外部信号に応じて、制御部がスイッチング素子を間欠動作すべく制御している場合、すなわち、待機時において比較的消費電力が小さい負荷に対して電力を供給している場合に、接続判定部で外部機器が接続されたと判定したときは、切替部は、制御部がスイッチング素子を間欠動作から連続動作にすべく制御するように切り替える。
待機時において、スイッチング素子の動作が間欠動作から連続動作になるように切り替えるので、外部機器が接続されることにより、負荷が大きくなったとしても、外部機器に対して十分な電力を供給することができるので、待機時においても所要の電力を供給することができる。
本発明に係る電気機器は、前述の発明のいずれか１つに係る電源装置と、前記変圧器の２次側に設けられたコネクタとを備え、間欠動作を示す外部信号が与えられた場合に前記コネクタに接続された外部機器に給電可能にしてあることを特徴とする。
本発明にあっては、間欠動作を示す外部信号が与えられた場合に、コネクタに電力消費の比較的大きな外部機器を接続したときでも、動作モードを一時的に間欠動作から連続動作に切り替えることができ、外部機器に対して所要の電力を供給することができる。
本発明によれば、待機時においても所要の電力を供給することができる。
実施の形態１の電源装置の回路構成の一例を示すブロック図である。 実施の形態１の電源装置の動作の一例を示すタイミングチャートである。 実施の形態１の電源装置の動作の遷移の一例を示す説明図である。 従来の電源装置の待機モードでの動作の一例を示すタイミングチャートである。 実施の形態２の電源装置の回路構成の一例を示すブロック図である。 実施の形態２の電源装置の動作の一例を示すタイミングチャートである。 実施の形態３の電源装置の回路構成の一例を示すブロック図である。 実施の形態３の電源装置の動作の一例を示すタイミングチャートである。
（実施の形態１）
以下、本発明に係る電源装置を実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図１は実施の形態１の電源装置１００の回路構成の一例を示すブロック図である。電源装置１００の入力端は、商用電源１（例えば、ＡＣ１００Ｖ、ＡＣ２００Ｖなど）に接続され、商用電源１から交流電圧を受電し、受電した交流電圧をダイオードブリッジ１０で全波整流して直流電圧に変換する。
ダイオードブリッジ１０の出力側には、コイル（インダクタ）１１とダイオード１２とを直列に接続し、コイル１１とダイオード１２との接続箇所と接地レベルとの間にＦＥＴ１３を接続してあり、ＰＦＣ制御回路１５の出力端ＧをＦＥＴ１３のゲートに接続してある。コイル１１、ダイオード１２、ＦＥＴ１３は、ＰＦＣ回路をなす。ＰＦＣ制御回路１５がＦＥＴ１３のスイッチング動作を制御することにより、ＰＦＣ（Power Factor Correction：力率改善）を行うことができる。なお、ＰＦＣ回路の構成は、図１に例示した構成に限定されるものではなく、電流波形を正弦波状に近づけることができるものであれば、チョークコイルによる導通角を広げるチョークインプット形整流回路など他の回路構成であってもよい。
ダイオード１２の出力側には、平滑コンデンサ１４、直列に接続されたスイッチング素子としてのＦＥＴ２４、ＦＥＴ２５を接続してある。ＦＥＴ２４、ＦＥＴ２５の接続点には、変圧器２０の１次巻線２１の一端を接続してあり、１次巻線２１の他端はキャパシタ２３を介して接地レベルに接続してある。
変圧器２０の２次巻線２２は、３端子構成をなし、２つの各端子には、ダイオード３１、ダイオード３２のアノードを接続し、各ダイオード３１、３２のカソード同士は接続され、出力端子ＡＡの正側端子に接続されている。２次巻線２２の残りの端子は出力端子ＡＡの負側端子に接続されている。ダイオード３１、３２の出力側には平滑コンデンサ３３を接続してある。
ＰＦＣ制御回路１５は、ＦＥＴ１６を介して、所定の電圧源Ｖｃｃ（例えば、変圧器２０で生成される交流電圧を整流して得られた直流電圧）から電力が供給される。ＦＥＴ１６のゲートと接地レベルとの間にはフォトトランジスタ３８を接続してある。フォトトランジシタ３８とともにフォトカップラを構成するフォトダイオード３７は、出力端子ＡＡの正側端子とＭＰＵ３９の出力端Ｃとの間に接続されている。
すなわち、フォトダイオード３７に所要の電流が流れフォトトランジスタ３８がオンとなるとＦＥＴ１６がオンとなり、ＰＦＣ回路は動作する。一方、フォトダイオード３７に所要の電流が流れずフォトトランジスタ３８がオフとなるとＦＥＴ１６がオフとなり、ＰＦＣ回路の動作は停止する。
電流共振制御回路１７は、例えば、ＩＣ素子等で構成することができ、２つの出力端Ｄ１、Ｄ２がそれぞれＦＥＴ２４、ＦＥＴ２５のゲートに接続されている。変圧器２０が有するインダクタンス及びキャパシタ２３は、共振回路を構成する。すなわち、ＦＥＴ２４、２５を交互にオン又はオフさせることにより、共振回路内を流れる電流を振動（共振）させることができる。
電流共振制御回路１７は、制御部としての機能を有し、ＳＴＢ端子がハイレベルであるかローレベルであるかに応じて、ＦＥＴ２４、ＦＥＴ２５がオン及びオフを連続的に繰り返す連続動作及び間欠的に繰り返す間欠動作で動作すべく制御する。例えば、ＳＴＢ端子がローレベルである場合は、動作モードが連続モード（通常モード）であり、ＦＥＴ２４、２５は、連続動作を行う。また、ＳＴＢ端子がハイレベルである場合は、動作モードが間欠モード（待機モード）であり、ＦＥＴ２４、２５は、間欠動作を行う。なお、間欠動作をバースト動作とも称する。
電流共振制御回路１７は、所定の電圧源Ｖｃｃから電力が供給される。電流共振制御回路１７のＳＴＢ端子と接地レベルとの間にはＦＥＴ１８を接続してあり、ＦＥＴ１８のゲートと電圧源Ｖｃｃとの間にはフォトトランジスタ４３を接続してある。フォトトランジシタ４３とともにフォトカップラを構成するフォトダイオード４２のアノードは、抵抗４１を介して出力端子ＡＡの正側端子に接続されている。フォトダイオード４２のカソードは、トランジスタ５４を介して接地レベルに接続されている。
すなわち、フォトダイオード４２に所要の電流が流れフォトトランジスタ４３がオンとなるとＦＥＴ１８がオンとなり、ＳＴＢ端子はローレベルになり、ＦＥＴ２４、２５は連続モード（通常モード）で動作する。一方、フォトダイオード４２に所要の電流が流れずフォトトランジスタ４３がオフとなるとＦＥＴ１８がオフとなり、ＳＴＢ端子はハイレベルになり、ＦＥＴ２４、２５は間欠モード（待機モード）で動作する。なお、フォトダイオード４２及びフォトトランジスタ４３、並びに後述のダイオード４４、フォトダイオード３７及びフォトトランジスタ３８は切替部を構成し、ＦＥＴ１８は制御部の一部を構成する。
また、電流共振制御回路１７は、通常動作時に出力電圧ＶＯを定電圧にすべく制御をおこなう。すなわち、電流共振制御回路１７のＦＢ端子と接地レベルとの間にはフォトトランジスタ３５を接続してある。フォトトランジシタ３５とともにフォトカップラを構成するフォトダイオード３４に流れる電流がフォトトランジシタ３５を介してＦＢ端子に入力され、通常動作時の出力電圧ＶＯが定電圧になるようＦＥＴ２４、２５を制御する。
電圧検出部５０は、負荷検出部としての機能を有し、抵抗５１、５２、制御用ＩＣ５３、トランジスタ５４、フォトダイオード４２などで構成される。電圧検出部５０は、変圧器２０の２次側の電圧、すなわち出力端子ＡＡ間の出力電圧を検出することができる。以下、電圧検出部５０の詳細について説明する。なお、電圧検出部５０の構成は、図１に例示するものに限定されるものではない。
出力端子ＡＡの正側端子と負側端子（接地レベル）との間には抵抗５１、５２の直列回路を接続してある。そして、抵抗５１、５２の接続点には、制御用ＩＣ５３の入力端ＩＮを接続してある。制御用ＩＣ５３は、抵抗５１、５２同士の接続点の電圧を検出することにより、抵抗５１、５２で出力電圧を所要の電圧に分圧した分圧電圧を検出することができる。制御用ＩＣ５３の出力端ＯＵＴには、抵抗５５を介してトランジスタ５４のベースに接続してあり、トランジスタ５４のベース・エミッタ間にはバイアス用の抵抗５６を接続してある。制御用ＩＣ５３は、入力端ＩＮの電圧が所定の電圧（第１閾値電圧Ｖｔｈ１）より低くなった場合、出力端ＯＵＴをハイレベルにしてトランジスタ５４をオンさせる。また、制御用ＩＣ５３は、入力端ＩＮの電圧が所定の電圧（第２閾値電圧Ｖｔｈ２＞第１閾値電圧Ｖｔｈ１）より高くなった場合、出力端ＯＵＴをローレベルにしてトランジスタ５４をオフさせる。
ＭＰＵ３９は、例えば、マイクロプロセッサであり、通常動作（連続動作）及び待機動作（間欠動作）を示す外部信号を出力する機能を有する。ＭＰＵ３９は、通常動作を示す外部信号を取得若しくは生成した場合、フォトダイオード３７のカソードが接続された出力端Ｃをローレベルにし、フォトトランジスタ３８がオンとなるようにフォトダイオード３７に所要の電流を流す。また、ＭＰＵ３９は、待機動作を示す外部信号を取得若しくは生成した場合、出力端Ｃをハイレベルにし、フォトトランジスタ３８がオフとなるようにフォトダイオード３７に流れる電流を少なくし、あるいは電流をゼロにする。なお、ＭＰＵ３９は、通常動作（連続動作）及び待機動作（間欠動作）を示す外部信号を受けて切替部のオンオフを制御するものであれば、例えば、ＭＰＵ３９に代えてＦＥＴだけでもよい。
フォトダイオード４２のカソードとフォトダイオード３７のカソードとの間には、切替部としてのダイオード４４を接続してある。より具体的には、ダイオード４４のアノードをフォトダイオード４２のカソードに接続し、ダイオード４４のカソードをフォトダイオード３７のカソードに接続してある。ＭＰＵ３９が、通常動作を示す外部信号を取得若しくは生成した場合、出力端Ｃをローレベルにするので、ダイオード４４を介してフォトダイオード４２に所要の電流を流し、フォトトランジシタ４３をオンにすることができる。これにより、電圧検出部５０で検出した電圧の高低に関わらずＦＥＴ１８がオンとなり、ＳＴＢ端子はローレベルになり、ＦＥＴ２４、２５は連続モード（通常モード）で動作することになる。なお、ダイオード４４に代えて、トランジスタ又は開閉接点を備えた素子などで代替することも可能である。
出力端子ＡＡの正側端子には、フォトダイオード３４のアノードを接続してあり、フォトダイオード３４のカソードには、定電圧制御回路３６を接続してある。また、フォトダイオード３４とともにフォトカップラを構成するフォトトランジシタ３５を電流共振制御回路１７と接地レベルとの間に接続してある。定電圧制御回路３６は、通常動作時の出力電圧ＶＯを定電圧にすべく制御する回路である。出力電圧ＶＯを検出し、その検出結果を、フォトダイオード３４、フォトトランジシタ３５を介して電流共振制御回路１７のＦＢ端子に流す電流に反映させることで制御する。
次に、実施の形態１の電源装置１００の動作について説明する。図２は実施の形態１の電源装置１００の動作の一例を示すタイミングチャートであり、図３は実施の形態１の電源装置１００の動作の遷移の一例を示す説明図である。なお、図２において、電圧波形、電流波形は、簡便のため模式的に示しており、実際の波形は異なる場合がある。また、図２において、状態Ｓ３での出力電流ＩＯの波形は、簡便のため模式的に示している。
図２及び図３に示すように、状態Ｓ１においては、ＭＰＵ３９は、通常動作を示す外部信号を取得若しくは生成しており、電源装置１００は、通常モード（連続モード）で動作する。この状態では、出力電流は所定の電流であり、出力電圧ＶＯも所定の電圧である。また、ＭＰＵ３９の出力端Ｃはローレベルであるので、フォトダイオード３７に所要の電流が流れフォトトランジスタ３８はオンとなり、ＰＦＣ回路は動作をしている。また、通常モードでは、出力電圧ＶＯは所定の電圧であり、第１閾値電圧Ｖｔｈ１及び第２閾値電圧Ｖｔｈ２よりも高いので、制御用ＩＣ５３の出力端ＯＵＴはローレベルとなりトランジスタ５４をオフさせる。しかし、ＭＰＵ３９の出力端Ｃはローレベルであるので、ダイオード４４を介してフォトダイオード４２には所要の電流が流れるので、フォトトランジスタ４３はオンとなり、ＦＥＴ１８がオンとなり、ＳＴＢ端子はローレベル（オフ）となり、ＦＥＴ２４、２５は連続動作で動作する。
次に、ＭＰＵ３９が、待機動作を示す外部信号を取得若しくは生成すると、状態Ｓ１から状態Ｓ２へ遷移する。すなわち、ＭＰＵ３９の出力端Ｃがハイレベルになるので、フォトダイオード３７に流れる電流がゼロ又は少なくなり、フォトトランジスタ３８がオンからオフとなり、ＦＥＴ１６がオフする。これにより、ＰＦＣ回路の動作は停止する。また、トランジスタ５４はオフのままであるので、フォトダイオード４２に流れる電流がゼロ又は少なくなり、フォトトランジスタ４３はオンからオフになり、ＦＥＴ１８がオフとなり、ＳＴＢ端子はハイレベルとなる。これにより、ＦＥＴ２４、２５は間欠動作で動作する。なお、この場合、ＰＦＣ回路の動作が停止するので、変圧器２０へ入力される電圧が昇圧されないので、ＦＥＴ２４、２５のソース・ドレイン間の電圧は小さくなる。
ＦＥＴ２４、２５が間欠動作をすることにより、出力電流ＩＯは、待機モードの軽負荷に対応して減少する。例えば、数Ｗ以下程度の軽負荷であれば出力電圧ＶＯ、出力電流ＩＯを維持して動作を継続することができる。
状態Ｓ２において、例えば、数Ｗを超える中負荷（例えば、数十Ｗ程度）が出力端子ＡＡに接続されると、状態Ｓ２から状態Ｓ３に遷移する。状態Ｓ３においては、待機モードにおいて供給することができる電力を超えるため、出力電圧ＶＯは所定の電圧から低下し始める。そして、電圧検出部５０で出力電圧ＶＯが第１閾値電圧Ｖｔｈ１より低くなったことを検出すると、トランジスタ５４がオンとなり、フォトダイオード４２に所要の電流が流れるので、フォトトランジスタ４３がオフからオンになる。これにより、ＦＥＴ１８がオンとなり、ＳＴＢ端子がハイレベルからローレベルになり、待機モードにおいて、ＦＥＴ２４、２５は連続動作で動作する。
状態Ｓ３に遷移して、ＦＥＴ２４、２５が連続動作で動作すると、出力電流ＩＯは、中負荷に対して十分な電力を供給することができるため、出力電圧ＶＯは上昇し始める。
そして、電圧検出部５０で出力電圧ＶＯが第２閾値電圧Ｖｔｈ２より高くなったことを検出すると、トランジスタ５４がオフとなり、フォトダイオード４２に電流が流れなくなるので、フォトトランジスタ４３がオンからオフになる。これにより、ＦＥＴ１８がオフとなり、ＳＴＢ端子がローレベルからハイレベルになり、待機モードにおいて、ＦＥＴ２４、２５は間欠動作で動作する。以降、同様の動作を繰り返す。
図４は従来の電源装置の待機モードでの動作の一例を示すタイミングチャートである。なお、図４において、電圧波形、電流波形は、簡便のため模式的に示しており、実際の波形は異なる場合がある。図４において、状態Ｓ２は待機モードにおいて、スイッチングトランジスタが間欠動作で動作し、軽負荷に対して所定の少ない電流を供給するとともに、所定の出力電圧を軽負荷に供給している状態を示す。
状態Ｓ２において、電源装置の出力端に中負荷が接続されると、状態Ｓ３に遷移し、電源装置が供給する電流は減少し、出力電圧も低下する。出力電圧が低下すると、従来の電源装置にあっては、電源装置を内蔵する電源機器（例えば、モニタ、ディスプレイなど）がシャットダウンする。一旦電気機器がシャットダウンするものの、商用電源が電源装置に接続されているので、電源装置内の制御回路が動作を開始し、電気機器は再起動して、出力電圧は増加し、電流も増加し始める。しかし、スイッチングトランジスタは間欠動作で動作するので、再び供給することができる電力が不足し、電流及び出力電圧が低下、再度シャットダウンに至る。以降、同様の動作を繰り返すことになる。
しかし、本実施の形態の電源装置１００にあっては、電圧検出部５０は、変圧器２０の２次側の電圧、すなわち出力電圧ＶＯを検出する。そして、間欠動作を示す外部信号に応じて、電流共振制御回路１７がＦＥＴ２４、２５を間欠動作すべく制御している場合、すなわち、待機時において比較的消費電力が小さい負荷（軽負荷）に対して電力を供給している場合に、電圧検出部５０で検出した電圧が所定の第１閾値電圧Ｖｔｈ１より低くなったとする。電圧検出部５０で検出した電圧が低くなるのは、電源装置の出力側に消費電力が比較的大きな負荷（中負荷）が接続されたため、負荷電流が大きくなったことに起因する。この場合、フォトトランジスタ４３は、電流共振制御回路１７がＦＥＴ２４、２５を間欠動作から連続動作にすべく制御するように切り替える。
待機時において、ＦＥＴ２４、２５の動作が間欠動作から連続動作になるように一時的に切り替えるので、比較的大きな負荷（中負荷、例えば、数十Ｗ程度）が接続され、負荷電流が大きくなったとしても、出力電圧が第１閾値電圧Ｖｔｈ１より低下することなく、待機時においても所要の電力を供給することができる。
切替部（フォトトランジスタ４３）は、待機時において、ＦＥＴ２４、２５を連続動作すべく切り替えた場合に、電圧検出部５０で検出した電圧が第１閾値電圧Ｖｔｈ１より高い第２閾値電圧Ｖｔｈ２より高くなったときは、電流共振制御回路１７がＦＥＴ２４、２５を間欠動作すべく制御するように切り替える。待機時に比較的大きな負荷が接続され、ＦＥＴ２４、２５の動作を間欠動作から連続動作に切り替えると、大きな負荷電流を供給することができる。そして、接続された負荷に対して十分な電流が供給されると、出力電圧ＶＯは大きくなる。そこで、電圧検出部５０で検出した電圧（出力電圧ＶＯ）が、第１閾値電圧Ｖｔｈ１よりも高い第２閾値電圧Ｖｔｈ２より高くなった場合には、負荷に対して十分な電力を供給しているので、待機時の動作である間欠動作に戻す。また、第１閾値電圧Ｖｔｈ１と第２閾値電圧Ｖｔｈ２とを異ならせているので、間欠動作と連続動作とが頻繁に切り替わることを防止することができる。
また、切替部としてのダイオード４４は、ＭＰＵ３９で連続動作を示す外部信号を取得した場合に、電流共振制御回路１７がＦＥＴ２４、２５を連続動作すべく制御するときは、電圧検出部５０での電圧検出を無効にする。
より具体的には、ダイオード４４をオンにして強制的にフォトダイオード４２をオンにすることにより、フォトトランジスタ４３、ＦＥＴ１８（連続動作又は間欠動作を画定するトランジスタ）をオンさせて動作モードが連続動作になるようにする。これにより、電圧検出部５０が存在しても、連続動作を示す外部信号を取得した場合には、ＦＥＴ２４、２５の動作を連続動作とすることができる。また、通常動作時（連続動作時）にＦＥＴ２４、２５の動作が間欠動作に切り替わることを確実に防止することができる。
上述のように、待機モードにおいて、軽負荷時には、所定の間欠動作を行うので、待機電力が増加するようなことはなく、待機電力には影響しない。また、中負荷が接続された場合には、待機モード中であっても、連続動作と間欠動作とを繰り返すことにより、中負荷に対応する所要の電力を供給することができる。すなわち、待機モードでも中電力程度の出力が可能となり、補助電源などを必要としないため、高効率、小型化、コストダウン、回路の簡素化、基板面積のサイズダウンなどを図ることができる。
（実施の形態２）
図５は実施の形態２の電源装置１２０の回路構成の一例を示すブロック図であり、図６は実施の形態２の電源装置１２０の動作の一例を示すタイミングチャートである。図５において、実施の形態１との相違点は、電圧検出部５０に代えて、負荷検出部としての電流検出回路６０を具備する点である。
図６に示すように、実施の形態２において、状態Ｓ１、状態Ｓ２は実施の形態１と同様である。
状態Ｓ２において、例えば、数Ｗを超える中負荷（例えば、数十Ｗ程度）が出力端子ＡＡに接続されると、状態Ｓ２から状態Ｓ３に遷移する。状態Ｓ３においては、待機モードにおいて供給することができる電力を超えるため、出力電圧ＶＯは所定の電圧から低下するとともに、負荷に対して電力を供給すべく出力電流ＩＯは増加し始める。そして、電流検出回路６０で出力電流ＩＯが第１閾値電流Ｉｔｈ１より大きくなったことを検出すると、電流検出回路６０はオンを出力し、フォトダイオード４２に所要の電流が流れるので、フォトトランジスタ４３がオフからオンになる。これにより、ＦＥＴ１８がオンとなり、ＳＴＢ端子がハイレベルからローレベルになり、待機モードにおいて、ＦＥＴ２４、２５は連続動作で動作する。
状態Ｓ３に遷移して、ＦＥＴ２４、２５が連続動作で動作すると、出力電圧ＶＯは上昇し、出力電流ＩＯは減少し始める。
そして、電流検出回路６０で出力電流ＩＯが第２閾値電流Ｉｔｈ２より小さくなったことを検出すると、電流検出回路６０はオフを出力し、フォトダイオード４２に電流が流れなくなるので、フォトトランジスタ４３がオンからオフになる。これにより、ＦＥＴ１８がオフとなり、ＳＴＢ端子がローレベルからハイレベルになり、待機モードにおいて、ＦＥＴ２４、２５は間欠動作で動作する。以降、同様の動作を繰り返す。
実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、待機時においても所要の電力を供給することができる。
（実施の形態３）
図７は実施の形態３の電源装置１４０の回路構成の一例を示すブロック図であり、図８は実施の形態３の電源装置１４０の動作の一例を示すタイミングチャートである。図７において、実施の形態１との相違点は、電圧検出部５０に代えて、接続判定部としてのＵＳＢ−ＤＯＷＮ負荷検出回路７０を具備する点である。図７に示すように、接続判定部は、例えば、ＵＳＢ−ＤＯＷＮ負荷検出回路７０を備える。
ＵＳＢ−ＤＯＷＮ負荷検出回路７０は、例えば、電源装置１４０の出力端子ＡＡから外部機器に対して電力を供給する不図示のコネクタ（例えば、ＵＳＢ−ＤＯＷＮコネクタ、ＤＯＷＮコネクタとも称する）に設けられた機械的スイッチ又は電気的スイッチ等のスイッチにより構成することができる。ＵＳＢ−ＤＯＷＮ負荷検出回路７０は、ＵＳＢ−ＤＯＷＮ負荷接続として、「検出ハイ」及び「検出ロー」を検出する。
より具体的には、ＵＳＢ−ＤＯＷＮ負荷検出回路７０は、ＤＯＷＮコネクタに外部機器のケーブル（ＵＳＢ−ＤＯＷＮケーブルとも称する）が接続された場合、スイッチが切り替えられ（例えば、オフからオンに切り替えてもよく、オンからオフに切り替えてもよい）、「検出ハイ」を検出することにより、外部機器が接続された（接続あり）と判定する。また、ＵＳＢ−ＤＯＷＮ負荷検出回路７０は、ＤＯＷＮコネクタに外部機器のケーブルが接続されていない場合、「検出ロー」を検出することにより、外部機器が接続されていない（接続なし）と判定する。
図８において、状態Ｓ２は、外部機器が接続されていない場合を示す。
状態Ｓ２において、外部機器が接続されると、ＵＳＢ−ＤＯＷＮ負荷接続は、検出ハイとなり、状態Ｓ２から状態Ｓ３に遷移する。状態Ｓ３においては、ＵＳＢ−ＤＯＷＮ負荷検出回路７０は、フォトダイオード４２に所要の電流を流し、フォトトランジスタ４３がオフからオンになる。これにより、ＦＥＴ１８がオンとなり、ＳＴＢ端子がハイレベルからローレベルになり、待機モードにおいて、ＦＥＴ２４、２５は連続動作で動作する。
状態Ｓ３に遷移して、ＦＥＴ２４、２５が連続動作で動作すると、出力電流ＩＯ及び出力電圧ＶＯは増加し、外部機器に対して十分な電力を供給することができる。
状態Ｓ３において、外部機器がコネクタから外されると、ＵＳＢ−ＤＯＷＮ負荷接続は、検出ローとなり、状態Ｓ３から状態Ｓ２に遷移する。状態Ｓ２においては、ＵＳＢ−ＤＯＷＮ負荷検出回路７０は、フォトダイオード４２に流れる電流を遮断し、フォトトランジスタ４３がオンからオフになる。これにより、ＦＥＴ１８がオフとなり、ＳＴＢ端子がローレベルからハイレベルになり、待機モードにおいて、ＦＥＴ２４、２５は間欠動作で動作する。以降、外部機器の接続の有無に応じて同様の動作を繰り返す。
実施の形態３においても、実施の形態１と同様に、待機時においても所要の電力を供給することができる。
上述の電源装置１００、１２０、１４０は、モニタ、ディスプレイなどの電気機器に組み込むことが可能である。そして、電気機器の外部又は内部から間欠動作を示す外部信号を取得した場合に、電源装置１００、１２０、１４０の出力端子ＡＡに接続されたコネクタ(例えば、ＵＳＢコネクタなど)に電力消費の比較的大きな外部負荷（中負荷）を接続したときでも、動作モードを間欠動作から連続動作に一時的に切り替えることができ、外部負荷に対して所要の電力を供給することができる電気機器を実現することができる。
１７ 電流共振制御回路(制御部)
１８ ＦＥＴ（制御部、トランジスタ）
２０ 変圧器（電流共振回路）
２１ １次巻線
２２ ２次巻線
２３ キャパシタ（電流共振回路）
２４、２５ ＦＥＴ（スイッチング素子）
３９ ＭＰＵ
４２ フォトダイオード（切替部）
４３ フォトトランジスタ（切替部）
４４ ダイオード（切替部）
５０ 電圧検出部（負荷検出部）
６０ 電流検出回路（負荷検出部）
７０ ＵＳＢ−ＤＯＷＮ負荷検出回路（接続判定部）

Claims (8)

  1. 変圧器及び該変圧器の一次側に接続された共振回路を周期的にオン及びオフを繰り返すスイッチング素子で駆動する電流共振回路と、ＭＰＵからの連続動作又は間欠動作を示す外部信号に応じて前記スイッチング素子がオン及びオフを連続的に繰り返す連続動作及び間欠的に繰り返す間欠動作で動作すべく制御する制御部とを備える電源装置において、
    前記変圧器の二次側の電圧を検出する電圧検出部と、
    前記間欠動作を示す外部信号に応じて、前記制御部が前記スイッチング素子を間欠動作すべく制御している場合に、前記電圧検出部で検出した電圧が所定の第１閾値電圧より低くなったときは、前記制御部に前記スイッチング素子を連続動作に強制的に切り替えるべく制御させる切替部と
    を備え、
    前記制御部は、
    前記変圧器の一次側にのみあり、
    前記制御部が前記スイッチング素子を間欠動作すべく制御している場合であって、前記電圧検出部で検出した電圧が所定の第１閾値電圧より低くて前記スイッチング素子を連続動作させているときに前記変圧器に入力される電圧が、前記外部信号に応じて前記スイッチング素子が連続動作で動作するときに前記変圧器に入力される電圧よりも低くなるように構成される、
    ことを特徴とする電源装置。
  2. 前記切替部は、
    前記制御部に前記スイッチング素子を連続動作に強制的に切り替えるべく制御させた場合に、前記電圧検出部で検出した電圧が前記第１閾値電圧より高い第２閾値電圧より高くなったときは、前記制御部に前記スイッチング素子を間欠動作に切り替えるべく制御させることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
  3. 前記切替部は、
    前記制御部で連続動作を示す外部信号が与えられている場合に、前記電圧検出部での電圧検出を無効とすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電源装置。
  4. 前記電圧検出部は、
    前記変圧器の２次側に直列に接続された複数の抵抗を有し、
    前記切替部は、
    前記複数の抵抗で分圧された電圧に応じてオン又はオフするフォトダイオードと、
    前記変圧器の１次側に設けられ、前記フォトダイオードのオン又はオフに応じてオン又はオフするフォトトランジスタと
    を有し、
    前記制御部は、
    オン状態又はオフ状態に応じて前記連続動作又は間欠動作を画定するトランジスタを有し、
    前記フォトトランジスタのオン又はオフに応じて前記トランジスタをオン又はオフさせるようにしてあることを特徴とする請求項３に記載の電源装置。
  5. 前記切替部は、
    さらに、前記フォトダイオードのカソードに接続されたダイオードを有し、
    前記連続動作を示す外部信号が与えられている場合に、前記ダイオードをオンするようにしてあることを特徴とする請求項４に記載の電源装置。
  6. 変圧器及び該変圧器の一次側に接続された共振回路を周期的にオン及びオフを繰り返すスイッチング素子で駆動する電流共振回路と、ＭＰＵからの連続動作又は間欠動作を示す外部信号に応じて前記スイッチング素子がオン及びオフを連続的に繰り返す連続動作及び間欠的に繰り返す間欠動作で動作すべく制御する制御部とを備える電源装置において、
    前記変圧器の二次側の負荷の大小を検出する負荷検出部と、
    前記間欠動作を示す外部信号に応じて、前記制御部が前記スイッチング素子を間欠動作すべく制御している場合に、前記負荷検出部で検出した負荷が所定の第１閾値より大きくなったときは、前記制御部に前記スイッチング素子を連続動作に強制的に切り替えるべく制御させる切替部と
    を備え、
    前記制御部は、
    前記変圧器の一次側にのみあり、
    前記制御部が前記スイッチング素子を間欠動作すべく制御している場合であって、前記負荷検出部で検出した負荷が所定の第１閾値より大きくて前記スイッチング素子を連続動作させているときに前記変圧器に入力される電圧が、前記外部信号に応じて前記スイッチング素子が連続動作で動作するときに前記変圧器に入力される電圧よりも低くなるように構成されることを特徴とする電源装置。
  7. 変圧器及び該変圧器の一次側に接続された共振回路を周期的にオン及びオフを繰り返すスイッチング素子で駆動する電流共振回路と、ＭＰＵからの連続動作又は間欠動作を示す外部信号に応じて前記スイッチング素子がオン及びオフを連続的に繰り返す連続動作及び間欠的に繰り返す間欠動作で動作すべく制御する制御部とを備える電源装置において、
    前記変圧器の二次側に接続される外部機器の接続の有無を判定する接続判定部と、
    前記間欠動作を示す外部信号に応じて、前記制御部が前記スイッチング素子を間欠動作すべく制御している場合に、前記接続判定部で外部機器が接続されたと判定したときは、前記制御部に前記スイッチング素子を連続動作に強制的に切り替えるべく制御させる切替部と
    を備え、
    前記制御部は、
    前記変圧器の一次側にのみあり、
    前記制御部が前記スイッチング素子を間欠動作すべく制御している場合であって、前記接続判定部で外部機器の接続が判定されて前記スイッチング素子を連続動作させているときに前記変圧器に入力される電圧が、前記外部信号に応じて前記スイッチング素子が連続動作で動作するときに前記変圧器に入力される電圧よりも低くなるように構成されることを特徴とする電源装置。
  8. 請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の電源装置と、前記変圧器の２次側に設けられたコネクタとを備え、間欠動作を示す外部信号が与えられた場合に前記コネクタに接続された外部機器に給電可能にしてあることを特徴とする電気機器。
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