JP7367323B2 - 装置 - Google Patents

Description

本発明はスイッチング電源を備えた装置に関する。

従来、特許文献１記載のスイッチング電源装置は、トランスの２次側から出力される出力電圧を検出する出力電圧検出回路を有している。特許文献１記載のスイッチング電源装置は、出力電圧が所定の上限電圧まで上昇した段階でスイッチング動作を一時的に停止させ、その後、出力電圧が上限電圧から徐々に下がっていく中で、出力電圧検出回路が下限電圧を検出すると、スイッチング動作を再開させる、停止と再開の動作を繰り返して行うバーストモードが行われていた。

特許文献１記載のスイッチング電源装置は、出力電圧検出回路による出力電圧の下限電圧の検出後、スイッチング動作を停止した状態からスイッチング動作を再開させるまでには、一定の遅延時間を要する。また、スイッチング電源装置の出力先である駆動部の電力の消費状態に応じて、出力電圧が上限電圧から徐々に下がっていく際の勾配は変化する。故に、下限電圧は、どのような駆動部の電力の消費状態であったとしても、出力電圧が遅延時間の間に下限電圧から下がり過ぎないようにするために、予め下限電圧は充分なマージンをもった高い値として出力電圧検出回路に設定されていた。

特開２００４‐８８９５９号公報

しかし、従来のスイッチング電源装置のように出力電圧検出回路に下限電圧が高い値として設定されていると、出力電圧が上限電圧から下限電圧まで徐々に下がっていく時間、すなわち、スイッチング電源装置がスイッチング動作を停止している時間がマージンの分だけ短くなり、省電力効果が低減されるという問題があった。

本発明の目的は、省電力効果の高いスイッチング制御を行う装置を提供することである。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る装置は、駆動部と、一次巻線と、前記駆動部に接続される二次巻線とを有し、前記駆動部に前記二次巻線から出力電圧を出力するトランスと、前記一次巻線に接続されたスイッチング素子と、前記トランスの一次側に設けられ、前記トランスの一次側から出力される駆動電圧によって駆動し、前記スイッチング素子のスイッチング制御を行う一次側制御部と、前記出力電圧に基づいて駆動し、前記駆動部を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記一次側制御部が前記スイッチング制御を停止した状態において、前記一次側制御部が再開信号を受信してから前記スイッチング制御を再開させるまでに要する遅延時間が予め設定され、前記一次側制御部による前記スイッチング制御を停止させ、その後、前記一次側制御部に前記スイッチング制御を再開させるバーストスイッチング制御を行う場合において、前記スイッチング制御の停止中に、前記一次側制御部による前記スイッチング制御が停止した後に前記出力電圧が下限電圧に到達する第１時刻を、前記駆動部の電力の消費状態に基づいて推定される前記出力電圧の低下の勾配から決定し、前記第１時刻から前記遅延時間前の時刻に、前記再開信号を前記一次側制御部に出力する構成を備えている。

本発明の一態様によれば、省電力効果の高いスイッチング制御を行う装置を実現することができる。

本発明の実施形態１に係る装置の構成を示す概略図である。 本発明の実施形態１に係る装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態１のバーストスイッチング制御処理を示すフローチャートである。 本発明の実施形態１の負荷係数設定処理を示すフローチャートである。 負荷係数設定処理において第１係数を決定するためのテーブルの例である。 本発明の実施形態１に係る装置の動作を示すタイムチャートである。 本発明の実施形態２のパケット処理保留処理を示すフローチャートである。

〔実施形態１〕
以下、図１～６を用い本発明の一実施形態について、詳細に説明する。

（装置の全体の構成）
図１は、実施形態１に係る装置１０の構成を示す概略図である。装置１０は、低圧電源１００、低圧電源１００から供給される電力で駆動する駆動部２０、低圧電源１００から供給される電力で駆動するとともに、駆動部２０を制御する制御部２２０を備える。装置１０は、外部の交流電源９０から交流電力の供給を受け動作する、フライバック式のスイッチング電源を備えた装置である。装置１０は、駆動部２０が画像形成部を備えた画像形成装置であり得るが、これに限られない。

（低圧電源の構成）
低圧電源１００は、一次側整流平滑回路１１０、トランス１２０、スイッチング素子１３０、一次側ＤＣ電源生成回路１３１、一次側制御部１３２、帰還回路１３３、イネーブル信号伝達回路１３４、二次側整流平滑回路１４０、検出信号出力部１５０と、過電流保護回路１６０とを備える。

トランス１２０には、主巻線１２１と副巻線１２４とが設けられている。主巻線１２１は、一次巻線１２２と二次巻線１２３とから構成される。一次側整流平滑回路１１０は、交流電源９０からの電力を、直流に近い電圧波形に平滑化して出力する回路である。一次側整流平滑回路１１０の出力は、一次巻線１２２に導入される。

スイッチング素子１３０は、トランス１２０の一次巻線１２２に直列に接続される。スイッチング素子１３０が導通すると一次巻線１２２に一次側整流平滑回路１１０からの電流が流れ、遮断すると流れない。スイッチング素子１３０は、ゲート電圧によりオン／オフが制御される電圧駆動型の半導体素子である。スイッチング素子１３０は、ＭＯＳ－ＦＥＴ（Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor：金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）やその他のＦＥＴであり得る。

一次側ＤＣ電源生成回路１３１は、トランス１２０の副巻線１２４に接続された直流電力を出力する回路である。一次側ＤＣ電源生成回路１３１はトランス１２０の一次側に設けられている。スイッチング素子１３０がスイッチング動作すると副巻線１２４に交流電力が励起され、一次側ＤＣ電源生成回路１３１が直流に近い電圧波形に平滑化し、一次側制御部１３２に直流電力を供給する。一次側制御部１３２は、トランス１２０の一次側から出力される駆動電圧によって駆動する。一次側ＤＣ電源生成回路１３１はコンデンサあるいはインダクタ等の一時的にエネルギーを貯蔵できる素子を有しており、スイッチング動作が停止しても、一定時間電力の供給は維持される。

一次側制御部１３２は、スイッチング素子１３０を制御する回路である。一次側制御部１３２はスイッチング素子１３０のゲートに所要の周波数及びデューティのパルス電圧を印加し、装置１０におけるスイッチング制御を実行する。

二次側整流平滑回路１４０は、トランス１２０の二次巻線１２３に接続される。スイッチング素子１３０がスイッチング動作すると二次巻線１２３に交流電力が励起され、二次側整流平滑回路１４０が直流に近い電圧波形に平滑化して出力する。二次側整流平滑回路１４０はキャパシタあるいはインダクタ等の一時的にエネルギーを貯蔵する素子を有しており、スイッチング動作が停止しても、その出力電圧Ｖｏが徐々に低下するものの、一定時間電力の供給は維持される。

検出信号出力部１５０は、低圧電源１００自体の出力電圧Ｖｏでもある、二次側整流平滑回路１４０の出力電圧を検出する回路である。装置１０は通常制御動作時に出力電圧Ｖｏが目標電圧Ｖｔになるように動作する。検出信号出力部１５０はそのために、出力電圧Ｖｏをモニタし、少なくとも出力電圧Ｖｏが目標電圧Ｖｔ以上であるか否かを示すことができる検出信号Ｓｓを一次側制御部１３２にフィードバックする。

一次側制御部１３２は、パルス電圧の発生回路と検出信号Ｓｓの受信を監視する監視回路とを内部に有している。一次側制御部１３２は通常制御動作時において、検出信号Ｓｓに従って、パルス電圧の周波数及びデューティを制御し、出力電圧Ｖｏが目標電圧Ｖｔになるようにスイッチング制御を実行する。このような通常制御動作は、従来技術においても実行される、スイッチング電源における通常の動作である。

帰還回路１３３は、トランス１２０の二次巻線１２３側に接続された検出信号出力部１５０と、一次巻線１２２側に接続された一次側制御部１３２との間で、絶縁を確保しつつ、検出信号Ｓｓを伝達するためのフォトカプラである。

フォトカプラが検出信号Ｓｓを伝達する際、フォトダイオードの発光強度の大小によって、出力電圧Ｖｏが目標電圧Ｖｔ以上であるか否かを示すことができる。このような検出信号Ｓｓの方式は、特許文献１の従来技術と同様である。しかし、フォトダイオードの点灯／非点灯によって、出力電圧Ｖｏがそれぞれ目標電圧Ｖｔ以上であるか否かを示すように構成されていることが望ましい。

前者の場合、出力電圧Ｖｏが目標電圧Ｖｔ以上であっても未満であってもフォトダイオードが発光するのに対し、後者の場合、出力電圧Ｖｏが目標電圧Ｖｔ未満であるときには発光しない。フォトダイオードが発光しないのは、フォトダイオードに印加される電圧がダイオード特性の閾値電圧未満である場合である。この際、フォトダイオードにほとんど電流が流れず、フォトダイオード及びフォトダイオードに電流を流す回路の電力消費が低減されるからである。更に後述のように、出力電圧Ｖｏが目標電圧Ｖｔ以下で推移するバーストスイッチング制御動作においても、フォトダイオードがほぼ発光することがなく、電力消費が抑制されるからである。

イネーブル信号伝達回路１３４は、トランス１２０の二次巻線１２３側に接続された後述する制御部２２０と、一次巻線１２２側に接続された一次側制御部１３２との間で絶縁を確保しつつ、後述するイネーブル信号Ｓｂ（Enable信号）を伝達するための回路である。イネーブル信号伝達回路１３４はフォトカプラで構成されている。

過電流保護回路１６０は、二次側整流平滑回路１４０に接続される。過電流保護回路１６０は低圧電源１００の出力を監視し、駆動部２０に向けて過電流が流出することを防止する。過電流保護回路１６０は、低圧電源１００の出力に過大な電流が流れようとする場合に電流をバイパスすることでこのような機能を実現する。過電流保護回路１６０は、二次側整流平滑回路１４０が出力する電力の一部を消費することによって動作する。

なお、過電流保護回路１６０の入力側と出力側とで、電圧は実質同じであるので、二次側整流平滑回路１４０の出力電圧についても、出力電圧Ｖｏと同一視して、明細書中では記述する。

（駆動部等の構成）
装置１０は、駆動部２０、ＤＣ－ＤＣコンバータ回路２１０、制御部２２０、記憶部２３０を備える。駆動部２０には、低圧電源１００から、直流電力である出力電力が供給される。言い換えると、トランス１２０は、駆動部２０に二次巻線１２３から出力電圧を出力する。駆動部２０は、装置１０が所要の機能を発揮するために、低圧電源１００からの直流電力の供給を受けて動作する、装置１０内の駆動手段を含む。

駆動部２０には、ＬＡＮ部２１、ＷＬＡＮ部２２、モデム部２３、パネル部２４が設けられている。ＬＡＮ部２１は、ローカルエリアネットワーク（Local Area Network:ＬＡＮ）を通じて外部機器との通信を行うための通信インターフェースである。ＷＬＡＮ部２１は、無線によりローカルエリアネットワークに接続し通信を行うためのワイアレスＬＡＮ（Wireless LAN：ＷＬＡＮ）用の通信インターフェースである。ＷＬＡＮ部２１は、通信部の一例である。モデム部２３は、ファクシミリ機能を実現するなど、電話回線を通じて外部機器との通信を行うための通信インターフェースである。パネル部２４は、情報を表示するためのモジュールである。図１に示されるこれらの駆動手段は説明のための例示であって、装置１０の備える駆動部としての駆動手段がこれらに限られるものではない。

ＤＣ－ＤＣコンバータ回路２１０は、低圧電源１００の駆動部２０への出力に分岐して接続された、制御部２２０へ直流電力を供給するための回路である。制御部２２０は、二次巻線１２３から出力される出力電圧に基づいて駆動する。低圧電源１００の出力電圧Ｖｏは６Ｖ程度であり、相対的に高い電圧である。制御部２２０への供給電圧は３．３Ｖ程度であり、相対的に低い電圧である。ＤＣ－ＤＣコンバータ回路２１０は、低圧電源１００からの直流電力を、電圧を変換しつつ制御部２２０へ供給する。

制御部２２０には、発生させるクロック信号を計数することにより、クロック間隔を単位として時間を計測できるカウンタ２２１が設けられている。制御部２２０は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）であって、ＣＰＵ（Central Processing Unit）とＲＡＭ（Random Access Memory）（不図示）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）（不図示）とを有している。ＲＯＭには、駆動部２０を制御するための各種制御プログラム、各種設定、初期値等が記憶されている。ＲＡＭは、各種制御プログラムが読み出される作業領域として、あるいは画像データ等を一時的に記憶する記憶領域として利用される。

制御部２２０は、省電力モードであるバーストスイッチング制御動作時に、出力電圧Ｖｏを推定し、その結果に基づきイネーブル信号Ｓｂを発生し、イネーブル信号伝達回路１３４を通じて一次側制御部１３２に伝達する。

記憶部２３０は、情報を記録し、保持し、取り出すことが可能な機能ブロックである。

（装置の動作）
実施形態１に係る装置１０の動作が、以下に説明される。図２は装置１０の動作を示すフローチャートである。装置１０は、下記ステップＳ１からステップＳ５のフローを繰り返し実行する。

フローの初めにステップＳ１で装置１０は通常制御動作を開始する（ステップＳ１）。続いてステップＳ２で制御部２２０は、駆動部２０の消費電力を判断し、装置１０が省電力モード条件にあるか否かを判断する。省電力モード条件にあると判断される場合（Ｓ２でＹＥＳ）、ステップＳ３に進み、それ以外の場合（Ｓ２でＮＯ）ステップＳ２を繰り返す（ステップＳ２）。

ステップＳ３で装置１０は通常制御動作を終了する（ステップＳ３）。続いてステップＳ４で装置１０はバーストスイッチング制御動作を開始する（ステップＳ４）。続いてステップＳ５で制御部２２０は、駆動部２０の消費電力を判断し、装置１０が省電力モード解除条件にあるか否かを判断する。省電力モード解除条件にあると判断される場合（Ｓ５でＹＥＳ）、ステップＳ６に進み、それ以外の場合（Ｓ５でＮＯ）ステップＳ５を繰り返す（ステップＳ５）。ステップＳ６で装置１０はバーストスイッチング制御動作を終了する（ステップＳ６）。次にフローは終了する。

（装置の特徴的な動作）
装置１０は、バーストスイッチング制御動作時において、特徴的な動作を実行する。以下に、図３～６を参照し、装置１０の特徴的な動作が説明される。

一次側制御部１３２は、制御部２２０からイネーブル信号Ｓｂとして、停止信号を受信すると、パルス電圧の発生を停止し、スイッチング動作を停止させる。すると一次側制御部１３２は、内部におけるパルス電圧の発生回路や、検出信号Ｓｓの監視回路への電力供給を遮断または削減し、消費電力を低下させる。一次側制御部１３２は、スイッチング動作の停止中にも、イネーブル信号Ｓｂを監視する部分回路は動作させている。そのため、当該部分回路への必要な電力の供給は維持している。その際、一次側ＤＣ電源生成回路１３１が一次側制御部１３２に供給する電圧が、イネーブル信号Ｓｂを監視する部分回路が動作し得る電圧未満には低下しないように構成されている。好ましくは一次側制御部１３２は、スイッチング動作の停止中に、再開信号を受信するのに必要な電力のみで駆動している。

一次側制御部１３２は、制御部２２０からイネーブル信号Ｓｂとして、再開信号を受信すると、内部のパルス電圧の発生回路や、検出信号Ｓｓの監視回路への電力供給を再開し、スイッチング動作を再開させる。制御部２２０が再開信号の出力を行うと同時に一次側制御部１３２が再開信号を受信してから、実際にスイッチング素子１３０のゲートにパルス電圧を出力しスイッチング動作が再開するまでには一定の遅延が生じる。一次側制御部１３２が再開信号を受信してからスイッチング動作が再開するまでの時間を、遅延時間Ｄとする。

装置１０が、図２のフローチャートにおけるステップＳ４のバーストスイッチング制御動作を開始すると、バーストスイッチング制御処理のフローが開始される。装置１０が、ステップＳ６のバーストスイッチング制御動作を停止すると、バーストスイッチング制御処理のフローが中断される。

バーストスイッチング制御動作時において、スイッチング動作の停止と再開の繰り返しによって、出力電圧Ｖｏが、下限電圧Ｖ１と上限電圧Ｖ２との間を上下動することを目標に制御される。下限電圧Ｖ１は、制御部２２０等、低圧電源１００からの電力供給により動作する各部が動作し得る最低限の出力電圧Ｖｏである、動作下限電圧よりも高い電圧に設定される。上限電圧Ｖ２は、通常制御動作時の出力電圧Ｖｏの目標値である、目標電圧Ｖｔ以下の電圧である。

（装置の特徴的な動作：バーストスイッチング制御処理）
図３は、バーストスイッチング制御処理のフローチャートである。バーストスイッチング制御処理において制御部２２０は、出力電圧Ｖｏを推定する。制御部２２０が推定する当該電圧を推定電圧Ｖｅとする。装置１０は、下記ステップＳ１０１からステップＳ１１６のフローを、中断されるまで繰り返し実行する。

初めにステップＳ１０１で制御部２２０は、一次側制御部１３２に、停止信号を出力することにより、スイッチング動作の停止を指示する（ステップＳ１０１）。続いてステップＳ１０２で制御部２２０は、クロック信号のカウンタ２２１をリセットする。すなわちカウントＣを０とする（ステップＳ１０２）。続いてステップＳ１０３で制御部２２０は、上限電圧Ｖ２を推定電圧Ｖｅとする（ステップＳ１０３）。続いてステップＳ１０４で制御部２２０は、負荷係数設定処理を実行する。負荷係数設定処理については後述される（ステップＳ１０４）。

続いてステップＳ１０５で制御部２２０は、カウンタ２２１からカウントＣを取得し、カウンタ２２１をリセットする。カウントＣは、カウンタをリセットしてから現時点までの時間に対応する値である（ステップＳ１０５）。続いてステップＳ１０６で制御部２２０は、第１係数Ｋ１にカウントＣを乗じた値を推定電圧Ｖｅから減じた値Ｖｅ－Ｋ１×Ｃを、新たな推定電圧Ｖｅとする。ここで第１係数Ｋ１とは、制御部２２０が推定する、スイッチング動作停止時の出力電圧Ｖｏの低下の勾配である。第１係数Ｋ１は単位時間（クロック間隔）あたりの推定電圧Ｖｅの低下量に等しい。第１係数Ｋ１の算出方法については後述される（ステップＳ１０６）。続いてステップＳ１０７で制御部２２０は、推定電圧Ｖｅから下限電圧Ｖ１を減じ、更に第１係数Ｋ１で除した値が、遅延時間Ｄ以下であるか否かを判断する。すなわち、不等式（Ｖｅ－Ｖ１）／Ｋ１≦Ｄが成立するか否かを判断する。ここで、値（Ｖｅ－Ｖ１）／Ｋ１は、第１係数Ｋ１に基づいた、出力電圧Ｖｏが下限電圧Ｖ１に達する推定時刻（第１時刻）までの現時点からの時間である。不等式が成立すると判断される場合（Ｓ１０７でＹＥＳ）、ステップＳ１１０に進み、それ以外の場合（Ｓ１０７でＮＯ）、ステップＳ１０８に進む（ステップＳ１０７）。

ステップＳ１０８で制御部２２０は、負荷の変更があったか否かを判断する電力消費状態判断処理を実行する。負荷の変更については後述される。負荷の変更があったと判断される場合（Ｓ１０８でＹＥＳ）、ステップＳ１０９に進み、それ以外の場合（Ｓ１０８でＮＯ）、ステップＳ１０５に進む（ステップＳ１０８）。ステップＳ１０９で制御部２２０は、負荷係数設定処理を実行する。つまりステップＳ１０８において負荷の変更があったと判断されると、制御部２２０は第１係数Ｋ１を更新する。次にフローはステップＳ１０５に進む（ステップＳ１０９）。

ステップＳ１１０で制御部２２０は、一次側制御部１３２に、再開信号を出力することにより、スイッチング動作の再開を指示する。つまりステップＳ１０７において、現時点から第１時刻までの時間が遅延時間Ｄ以下と判断されると、制御部２２０が再開指示を行う（ステップＳ１１０）。続いてステップＳ１１１で制御部２２０は、遅延時間Ｄだけ待機する（ステップＳ１１１）。

続いてステップＳ１１２で制御部２２０は、クロック信号のカウンタ２２１をリセットする。すなわちカウントＣを０とする（ステップＳ１１２）。続いてステップＳ１１３で制御部２２０は、下限電圧Ｖ１を推定電圧Ｖｅとする（ステップＳ１１３）。

続いてステップＳ１１４で制御部２２０は、カウンタ２２１からカウントＣを取得し、カウンタ２２１をリセットする（ステップＳ１１４）。続いてステップＳ１１５で制御部２２０は、第２係数Ｋ２にカウントＣを乗じた値を推定電圧Ｖｅに加えた値Ｖｅ＋Ｋ２×Ｃを、新たな推定電圧Ｖｅとする。ここで第２係数Ｋ２とは、スイッチング動作時における単位時間（クロック間隔）あたりの出力電圧Ｖｏの増加量に等しい所定の値である（ステップＳ１１５）。続いてステップＳ１１６で制御部２２０は、推定電圧Ｖｅが上限電圧Ｖ２以上か否かを判断する。すなわち、不等式Ｖｅ≧Ｖ２が成立するか否かを判断する。成立すると判断される場合（Ｓ１１６でＹＥＳ）、フローは終了し、それ以外の場合（Ｓ１１６でＮＯ）、ステップＳ１１４に進む。つまり、出力電圧Ｖｏの推定値が上限電圧Ｖ２以上と判断されると、ステップＳ１０１で制御部２２０が停止指示を行う（ステップＳ１１６）。次にフローは終了する。

（装置の特徴的な動作：負荷係数設定処理）
図４は、負荷係数設定処理を示すフローチャートである。初めにステップＳ２０１で制御部２２０は、装置１０の状態を検出する（ステップＳ２０１）。続いてステップＳ２０２で制御部２２０は、検出した装置１０の状態に基づいて、第１係数Ｋ１を決定する（ステップＳ２０２）。次にフローは終了する。

図５は、第１係数Ｋ１の算出方法を説明するためのテーブルである。図５において駆動部２０における例示の各駆動手段である、ＬＡＮ部２１、ＷＬＡＮ部２２、モデム部２３、パネル部２４の動作の状態が示されている。項目を示す最左列を除いた各列は、各駆動手段の動作の状態が取り得るパターンを示す。そして最下列には各動作状態における第１係数Ｋ１の値が格納されている。

例えば２列目は、ＷＬＡＮ部２２が動作しており、ＬＡＮ部２１、モデム部２３及びパネル部２４は動作していない状態を表している。その際の駆動部２０の消費電力に対応したスイッチング停止時の出力電圧Ｖｏの低下の勾配が値Ｐ２として格納されている。また例えば６列目は、ＷＬＡＮ部２２及びモデム部２３が動作しており、ＬＡＮ部２１及びパネル部２４は動作していない状態を表している。その際の消費電力に対応したスイッチング停止時の出力電圧Ｖｏの低下の勾配が値Ｐ６として格納されている。値Ｐ６は当然に値Ｐ２より大きい値である。

記憶部２３０は、このような第１係数Ｋ１を算出するためのテーブルを保持している。制御部２２０は、装置１０の状態を検出し、図５のようにあらかじめ算定され記憶部２３０に保持されたテーブルを参照して、第１係数Ｋ１を決定する。負荷の変更とは、各駆動手段の動作の状態が取り得るパターンが変更することである。すなわち、駆動部２０のうちのいずれかの駆動手段の動作の状態が変わり、図５のテーブルから選択される列が変更されることである。

（効果）
図６は装置１０のバーストスイッチング制御動作時における出力電圧Ｖｏを示すタイムチャートである。図６には併せて、時間を計数するためのクロック信号と、制御部２２０が一次側制御部１３２に伝達した指示の状態が示される。ここで指示の状態とは以下を意味する。

制御部２２０が一次側制御部１３２にスイッチング動作を停止する指示を伝達すると、指示の状態はスイッチング動作「オフ」に遷移する。次に制御部２２０が一次側制御部１３２にスイッチング動作を再開する命令を伝達すると、指示の状態はスイッチング動作「オン」に遷移する。なお、通常制御動作時においては、指示の状態はスイッチング動作「オン」とする。

図６の時刻Ｔ１において、装置１０は、通常制御動作から、バーストスイッチング制御動作に切り替わる（ステップＳ３～Ｓ４）。制御部２２０が、一次側制御部１３２に、スイッチング動作の停止を指示し（ステップＳ１０１）、図６に「制御停止」と記載されている通り、スイッチング動作が停止する。指示の状態は「オン」から「オフ」に切り替わる。制御部２２０は、通常制御動作時の目標電圧Ｖｔでもある上限電圧Ｖ２を、時刻Ｔ１における推定電圧Ｖｅと見做す（ステップＳ１０３）。

時刻Ｔ１後、スイッチング動作の停止に伴い出力電圧Ｖｏは、上限電圧Ｖ２から、徐々に低下する。その低下の勾配Ｇ１は、負荷係数設定処理（ステップＳ２０１～Ｓ２０２）によって、第１係数Ｋ１として正確に推定される。よって、時刻Ｔ１から後の推定電圧Ｖｅは、出力電圧Ｖｏと一致したものとなる。制御部２２０は、スイッチング動作の停止中、出力電圧Ｖｏが下限電圧Ｖ１に達する時刻（第１時刻）を時刻Ｔ３と算出していることになる（ステップＳ１０７の式の左辺の演算）。

時刻Ｔ３までの時間が遅延時間Ｄとなった時刻Ｔ２において（ステップＳ１０７）、制御部２２０は、一次側制御部１３２に、スイッチング動作の再開を指示する（ステップＳ１１０）。時刻Ｔ２で、指示の状態は「オフ」から「オン」に切り替わる。しかし、実際にスイッチング素子１３０のスイッチング動作が再開するのは、図６に「制御再開」と記載されているとおり、遅延時間Ｄだけ遅れた時刻Ｔ３である。従って、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３の間も出力電圧Ｖｏは低下し続ける。

時刻Ｔ３で、制御部２２０は、下限電圧Ｖ１を、時刻Ｔ３における推定電圧Ｖｅと見做す（ステップＳ１１３）が、出力電圧Ｖｏの低下の勾配Ｇ１が正確に推定されているため、実際の出力電圧Ｖｏと一致したものとなる。時刻Ｔ３後、スイッチング動作の再開により出力電圧Ｖｏが上昇する。その上昇の勾配も、バーストスイッチング制御動作時のスイッチング動作の条件に応じた第２係数Ｋ２として正確に規定されているので、時刻Ｔ３後の推定電圧Ｖｅは、出力電圧Ｖｏと一致したものとなる。

時刻Ｔ４において推定電圧Ｖｅが上限電圧Ｖ２に達すると（ステップＳ１１６）、制御部２２０が、一次側制御部１３２に、スイッチング動作の停止を指示し（ステップＳ１０１）、スイッチング動作が停止する。指示の状態は「オン」から「オフ」に切り替わる。

装置１０においては、バーストスイッチング制御動作中の指示の状態がスイッチング動作「オフ」の期間中に、一次側制御部１３２におけるスイッチング制御に必要な回路部分への電力供給が遮断または削減される。よって、スイッチング動作「オフ」の期間中には一次側制御部１３２の消費電力が著しく小さくなる。また、バーストスイッチング制御動作中の出力電圧Ｖｏの推移が、推定電圧Ｖｅとして正しく見積もられているため、装置１０では、バーストスイッチング制御動作時に出力電圧Ｖｏを検出する必要が無い。

特許文献１の従来技術においては、バーストスイッチング制御動作中にも検出信号出力部１５０に相当する電圧検出回路が、出力電圧を監視するために動作し続ける必要がある。また出力電圧を監視するためには一次側制御部１３２における検出信号Ｓｓの監視回路に相当する信号レベル判定回路や、帰還回路１３３に相当する帰還回路も動作し続ける必要があった。装置１０では、これらの回路部分を動作させる必要が無いため、特許文献１の従来技術と比較すると、バーストスイッチング制御動作時の消費電力が効果的に抑制される。

一方、装置１０においては、バーストスイッチング制御動作中に制御部２２０を動作させる必要がある。しかし、制御部２２０は、ＡＳＩＣ、マイクロプロセッサ、ＣＰＵ等といった微細加工技術で製造されるＩＣで構成でき、低電力で動作できる。従って、バーストスイッチング制御動作中に出力電圧Ｖｏの推定のために制御部２２０を動作させることによる電力消費の増加はわずかである。また、バーストスイッチング制御動作中に出力電圧Ｖｏの情報をフィードバックするためのイネーブル信号Ｓｂは、停止指示または再開指示時にのみ発生する信号とすることができる。イネーブル信号Ｓｂは、期間の大部分を無信号とすることができるため、その伝送のために電力をほとんど消費せず、また、イネーブル信号伝達回路１３４における電力の消費もほとんど無い。

また、装置１０では、バーストスイッチング制御動作時にスイッチング動作の再開を決定づける下限電圧Ｖ１の大きさは、検出信号出力部１５０の回路構成に係わりなく設定することができる。よって、スイッチング動作を再開するための下限電圧Ｖ１を、目標電圧Ｖｔから大きく低下させて設定することができ、そのためスイッチング動作の停止の期間を長くすることができる。これによって、バーストスイッチング制御動作における消費電力を更に削減することが可能となっている。

図６の時刻Ｔ８から時刻Ｔ１０までの期間も、上述の時刻Ｔ１から時刻Ｔ３までの動作と同様である。しかしながら駆動部２０の消費電力が相違しており、出力電圧Ｖｏの低下の勾配Ｇ８が、より大きい。この場合であっても、その低下の勾配Ｇ８は、負荷係数設定処理（ステップＳ２０１～Ｓ２０２）によって、消費電力に応じた第１係数Ｋ１として正確に推定される。制御部２２０が再開指示を行って（ステップＳ１１０）からスイッチング動作が再開するまでの時間である、遅延時間Ｄはこの場合であっても一定である。

しかし、時刻Ｔ９から時刻Ｔ１０までの遅延時間Ｄにおける出力電圧Ｖｏの電圧降下Ｆ９は、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの遅延時間Ｄにおける電圧降下Ｆ２よりも大きい。つまり、制御部２２０は、時刻Ｔ１から時刻Ｔ３にかけての電圧降下時と、時刻Ｔ８から時刻Ｔ１０にかけての電圧降下時とで、出力電圧Ｖｏの値が異なっているタイミングで再開指示（ステップＳ１１０）を行っている。その結果として、スイッチング動作の停止の期間中の出力電圧Ｖｏの降下の勾配が異なっても、常に出力電圧Ｖｏが下限値である下限電圧Ｖ１に達した際にスイッチング動作の再開がなされるのである。

特許文献１の従来技術においては、遅延時間は考慮されておらず、バーストスイッチング動作時に出力電圧を監視し、その値が規定値に達したか否かで、スイッチング動作の停止を決定する。装置１０のように、出力電圧Ｖｏの低下の勾配に応じて出力電圧Ｖｏの大きさが異なるタイミングでスイッチング動作の停止を指示できるようにはなっていない。よって、従来技術では、出力電圧がバーストスイッチング制御動作時の下限値に達した時点に常にスイッチング動作の再開がなされるような制御を行うことができない。

出力電圧の大きさが、上述の動作下限電圧を下回ってはならないので、従来技術においては、このような事態を防止するために、上記規定値を高めに設定せざるを得ない。すると、ほとんどの場合、下限電圧Ｖ１に相応するバーストスイッチング制御動作の下限の電圧よりも出力電圧が大きい時点でスイッチング動作が再開することとなる。従ってスイッチング動作の停止の期間が短くなってしまい、バーストスイッチング制御動作による消費電力の抑制効果が十分に発揮されない。

一方実施形態１に係る装置１０では、出力電圧Ｖｏが下限電圧Ｖ１に達した際にスイッチング動作の再開がなされるように制御がなされている。よって、スイッチング動作の停止の期間を常に最大限に取ることができ、バーストスイッチング制御動作による消費電力の抑制効果が最大限に発揮されるのである。

図６の時刻Ｔ４から時刻Ｔ７までのスイッチング動作の停止期間においては、途中の時刻Ｔ５の時点において、出力電圧Ｖｏの低下の勾配が、勾配Ｇ４からより大きい勾配Ｇ５に変化している。これは、時刻Ｔ５において、消費電力が増大するような負荷の変更があったためである。このようなケースにおいて、装置１０ではスイッチング動作の停止期間中に電力消費状態判断処理を実行し、負荷の変更を監視して（ステップＳ１０８）おり、直ちに低下の勾配を推定し直す。すなわち第１係数Ｋ１を更新する（ステップＳ１０９）。そうしてステップＳ１０７の式の左辺の演算において出力電圧Ｖｏが下限電圧Ｖ１に達する時刻（第２時刻）を時刻Ｔ７と算出することになる。

従って装置１０では、バーストスイッチング制御動作中に、消費電力の変化があった場合にあっても、追従して正しく出力電圧Ｖｏを推定することができる。よって、スイッチング動作の停止の期間を常に最大限に取ることができ、バーストスイッチング制御動作による消費電力の抑制効果が最大限に発揮される。

〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。実施形態２に係る装置は、実施形態１に係る装置１０の動作に加えて、以下に説明する、バーストスイッチング制御動作中における更なる特徴的な動作であるパケット処理保留処理を実行するものである。ＬＡＮ部２１は通信回路の一例である。ＷＬＡＮ部２２もまた通信回路の一例である。以下では、通信回路がＷＬＡＮ部２２である場合を例に動作が説明される。

図７はパケット処理保留処理のフローチャートである。装置１０は、以下のステップＳ３０１からステップＳ３０６のパケット処理保留処理をバーストスイッチング制御動作中に繰り返し実行する。

初めにステップＳ３０１で制御部２２０は、スイッチング動作が停止中であるか否かを判断する。停止中であると判断される場合（Ｓ３０１でＹＥＳ）、ステップＳ３０２に進み、それ以外の場合（Ｓ３０１でＮＯ）、ステップＳ３０４に進む（ステップＳ３０１）。ステップＳ３０２で制御部２２０は、ＷＬＡＮ部２２にパケットが到来したか否かを判断する。到来したと判断される場合（Ｓ３０２でＹＥＳ）、ステップＳ３０３に進み、それ以外の場合（Ｓ３０２でＮＯ）、ステップＳ３０１に進む。ここで、パケットとは外部機器から装置１０が、ＷＬＡＮ部２２を通じて受信した通信パケットである（ステップＳ３０２）。ステップＳ３０３で制御部２２０は、処理保有パケット数を１増加させるインクリメントを行い、パケットの処理は保留する。つまり、スイッチング動作が停止中である場合に、制御部２２０はパケットの処理を保留する（ステップＳ３０３）。

ステップＳ３０４で制御部２２０は、処理保有パケット数が０より大きいか否かを判断する。大きいと判断される場合（Ｓ３０４でＹＥＳ）、ステップＳ３０５に進み、それ以外の場合（Ｓ３０４でＮＯ）、フローを終了する。ステップＳ３０５で制御部２２０は、保留パケットの処理を実行する。つまりスイッチング動作が動作中である場合、制御部２２０は保留したパケットの処理を実行する（ステップＳ３０５）。続いてステップＳ３０６で制御部２２０は、処理保有パケット数を１減少させるデクリメントを行う。次にフローはステップＳ３０４に進む（ステップＳ３０６）。

実施形態２によれば、バーストスイッチング制御動作時に装置１０は、スイッチング動作の停止中にパケットの処理を保留し、スイッチング動作中に保留したパケットの処理を実行する。従って、スイッチング動作の停止中の駆動部２０の消費電力を削減することができ、スイッチング動作の停止の期間を長くすることができる。そのため、バーストスイッチング制御動作時の装置１０の消費電力を更に低減することができるようになる。

なお、パケット処理の保留について、例えば消費電力を増大させることなく処理できるようなパケット（ネットワークに対するping応答のようなもの）であれば、保留せず即時に応答するようにするとよい。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。更に、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

１０ 装置
１００ 低圧電源
１１０ 一次側整流平滑回路
１２０ トランス
１２１ 主巻線
１２２ 一次巻線
１２３ 二次巻線
１２４ 副巻線
１３０ スイッチング素子
１３１ 一次側ＤＣ電源生成回路
１３２ 一次側制御部
１３３ 帰還回路
１３４ イネーブル信号伝達回路
１４０ 二次側整流平滑回路
１５０ 検出信号出力部
１６０ 過電流保護回路
２１０ ＤＣ－ＤＣコンバータ回路
２２０ 制御部
２２１ カウンタ
２０ 駆動部
２１ ＬＡＮ部
２２ ＷＬＡＮ部
２３ モデム部
２４ パネル部
９０ 交流電源
Ｖｏ 出力電圧
Ｖｔ 目標電圧
Ｖ１ 下限電圧
Ｖ２ 上限電圧
Ｇ１、Ｇ４、Ｇ５、Ｇ８ 出力電圧の低下の勾配
Ｄ 遅延時間
Ｖｅ 推定電圧
Ｋ１ 第１係数
Ｃ カウント

Claims (6)

1. 駆動部と、
   一次巻線と、前記駆動部に接続される二次巻線と、副巻線と、を有するトランスと、
   前記トランスの二次巻線に接続され、前記二次巻線に励起される交流電圧を平滑化し、前記駆動部に出力電圧を出力する二次側整流平滑回路と、
   前記一次巻線に接続されたスイッチング素子と、
   前記トランスの副巻線に接続され、前記副巻線に励起される交流電圧を平滑化し、直流電圧である駆動電圧を出力する一次側ＤＣ電源生成回路と、
   前記トランスの一次側に設けられ、前記一次側ＤＣ電源生成回路から出力される前記駆動電圧によって駆動し、前記スイッチング素子のスイッチング制御を行う一次側制御部と、
   前記出力電圧に基づいて駆動し、前記駆動部を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記一次側制御部が前記スイッチング制御を停止した状態において、前記一次側制御部が再開信号を受信してから前記スイッチング制御を再開させるまでに要する遅延時間が予め設定され、
   前記一次側制御部による前記スイッチング制御を停止させ、その後、前記一次側制御部に前記スイッチング制御を再開させるバーストスイッチング制御を行う場合において、
   前記スイッチング制御の停止中に、前記一次側制御部による前記スイッチング制御が停止した後に前記出力電圧が下限電圧に到達する第１時刻を、前記駆動部の電力の消費状態に基づいて推定される前記出力電圧の低下の勾配から決定し、
   前記第１時刻から前記遅延時間前の時刻に、前記再開信号を前記一次側制御部に出力する、
   ことを特徴とする装置。
2. 前記制御部は、
   前記勾配を決定後、前記勾配の決定時から前記駆動部の電力の消費状態が変化したか否かを判断する電力消費状態判断処理と、
   前記電力消費状態判断処理によって前記駆動部の電力の消費状態が前記勾配の決定時から変化したと判断された時刻の後に前記出力電圧が下限電圧に到達する第２時刻を、変化した前記駆動部の電力の消費状態に基づいて推定される前記勾配から決定し、
   前記第２時刻から前記遅延時間前の時刻に、前記再開信号を前記一次側制御部に出力する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記駆動部は、複数の駆動手段によって構成され、
   更に、
   前記複数の駆動手段のそれぞれが駆動しているか否かを示す前記駆動部の電力の消費状態に応じた前記勾配の値が記憶される記憶部、を有し、
   前記制御部は、
   前記駆動部の電力の消費状態に基づいて前記勾配を前記記憶部に記憶された前記勾配の値から決定する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 前記一次側制御部は、
   前記スイッチング制御を停止した状態において、前記駆動電圧によって、前記再開信号を受信するのに必要な電力のみで駆動していることであること、
   を特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記下限電圧は、
   前記制御部が駆動するのに必要な動作電圧より高いこと、
   を特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記駆動部は、外部機器からの通信パケットを受信する通信部を有し、
   前記制御部は、
   前記スイッチング制御の停止中に前記通信部が前記通信パケットを受信すると、前記通信パケットの処理を保留し、その後、前記スイッチング制御の再開時において、前記保留した前記通信パケットの処理を実行すること、
   を特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の装置。

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