(57)【要約】【課題】  商用電源の電圧および機器の動作状態に応じて、電流リーク要素による損失電力を削減し、これを含む機器の総合的な消費電力を削減する。【解決手段】  所定の範囲の交流電圧が入力されて動作をする電源装置であって、入力された交流電圧に応じて出力をする電圧検出部と、入力された交流電圧を減衰させて出力するとともに減衰量の調整が可能な交流減衰部と、交流減衰部の出力を、直流電圧に変換して出力する変換部と、直流電圧が供給されるとともに、動作状態か、消費電力の少ない非動作状態に切り替えが可能な主要機能部と、主要機能部の動作または非動作の指示を意図する信号の受信または操作が可能であり、動作または非動作の指示に応じて出力をする、少なくともひとつのインターフェース回路部と、インターフェース回路部の出力に応じて主要機能部を動作または非動作状態に切り替える制御部と、を有し、制御部はさらに、電圧検出部の出力とインターフェース回路部の出力に応じて交流減衰部の減衰量と調整することを特徴とする。【選択図】図１
2020106877.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の範囲の交流電圧が入力されて動作をする電源装置であって、
入力された交流電圧に応じて出力をする電圧検出部と、
入力された交流電圧を減衰させて出力するとともに減衰量の調整が可能な交流減衰部と、
交流減衰部の出力を、直流電圧に変換して出力する変換部と、
直流電圧が供給されるとともに、動作状態か、消費電力の少ない非動作状態に切り替えが可能な主要機能部と、
主要機能部の動作または非動作の指示を意図する信号の受信または操作が可能であり、動作または非動作の指示に応じて出力をする、少なくともひとつのインターフェース回路部と、
インターフェース回路部の出力に応じて主要機能部を動作または非動作状態に切り替える制御部と、
を有し、
制御部はさらに、電圧検出部の出力とインターフェース回路部の出力に応じて交流減衰部の減衰量と調整することを特徴とする電源装置。
【請求項２】
所定の範囲の交流電圧が入力されて動作をする電源装置であって、
入力された交流電圧を減衰させて出力するとともに減衰量の調整が可能な交流減衰部と、
交流減衰部が出力する電圧に関連する測定値を出力する電圧測定部と、
交流減衰部の出力を、直流電圧に変換して出力する変換部と、
直流電圧が供給されるとともに、動作状態か、消費電力の少ない非動作状態に切り替えが可能な主要機能部と、
主要機能部の動作または非動作の指示を意図する信号の受信または操作が可能であり、動作または非動作の指示に応じて出力をする、少なくともひとつのインターフェース回路部と、
インターフェース回路部の出力に応じて主要機能部を動作または非動作状態に切り替える制御部と、
を有し、
制御部はさらに、インターフェース回路部の出力に応じて、電圧測定部の出力があらかじめ定めた範囲内になるよう、交流減衰部の減衰量と調整することを特徴とする電源装置。
【請求項３】
インターフェース回路部を複数有し、
そのうち少なくともひとつのインターフェース回路部を、
直流電圧が供給されるとともに、動作状態か、消費電力の少ない非動作状態に切り替えが可能な構成とし、
制御部は、当該インターフェース回路部による動作の指示を意図する信号の受信または操作が不要な状態において、当該インターフェース回路部を非動作状態に制御するとともに、その消費電力の変化を勘案して交流減衰部の減衰量と調整することを特徴とする請求項１又は２に記載の電源装置。
【請求項４】
交流減衰部は、入力された交流電圧に対して直列に接続したコンデンサ素子を経由させることで電圧が減衰するよう構成し、抵抗素子を経由させた場合と比較して電力損失を低減したことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の電源装置。
【請求項５】
入力された交流電圧の周波数を検出する周波数検出部をさらに有し、
制御部は、周波数検出部が検出した周波数に応じて、交流減衰部の減衰量と調整することを特徴とする請求項４に記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源装置に関し、詳しくは、電源装置の効率改善とその制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、商用電源で動作する機器は省エネルギーの観点から、機器の動作状態毎に必要最低限の電力で稼働することが望まれており、ヨーロッパをはじめとする各国で機器の動作状態毎に消費電力の規制値が設定されるようになってきている。
【０００３】
上記のような機器は、動作状態毎に必要な電力とは無関係に、漏洩電流等による電力損失が生じる。この電力損失は、入力電圧が変化した際の漏洩電流の変化の性質が、例えば定電流特性に近い性質であれば入力電圧にほぼ比例し、抵抗特性に近い性質であれば入力電圧の二乗にほぼ比例して増減する。
【０００４】
これに対して、特許文献１には、待機状態では商用電源の入力電圧がより低い電圧で動作可能に構成するとともに、待機状態において商用電源と電源入力との間に抵抗やコンデンサを直列に接続して電圧を減衰させることで電力を削減する電源装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２０７０３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の電源装置は、現状主流である電圧の異なる各地域の商用電源に対応した電源装置に適用した場合や、必要な電力が異なる複数の動作状態を有する機器の電源装置に適用した場合、入力電圧や動作状態およびその組み合わせ毎に適応した動作ができないため所望の効果が得られず、電力削減の効果が十分得られないという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明に係る電源装置は、
所定の範囲の交流電圧が入力されて動作をする電源装置であって、
入力された交流電圧に応じて出力をする電圧検出部と、
入力された交流電圧を減衰させて出力するとともに減衰量の調整が可能な交流減衰部と、
交流減衰部の出力を、直流電圧に変換して出力する変換部と、
直流電圧が供給されるとともに、動作状態か、消費電力の少ない非動作状態に切り替えが可能な主要機能部と、
主要機能部の動作または非動作の指示を意図する信号の受信または操作が可能であり、動作または非動作の指示に応じて出力をする、少なくともひとつのインターフェース回路部と、
インターフェース回路部の出力に応じて主要機能部を動作または非動作状態に切り替える制御部と、
を有し、
制御部はさらに、電圧検出部の出力とインターフェース回路部の出力に応じて交流減衰部の減衰量と調整することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る電源装置によれば、商用電源の電圧および機器の動作状態に応じて、電流リーク要素による損失電力が削減され、これを含む機器の総合的な消費電力が削減される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例１の電源装置を含む機器の構成をあらわすブロック図
【図２】実施例１の電源装置を含む機器の動作状態をあらわす表
【図３】実施例２の電源装置を含む機器の構成をあらわすブロック図
【図４】実施例３の電源装置を含む機器の動作状態をあらわす表
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１は実施例１の電源装置を含む機器の構成をあらわすブロック図である。図２は実施例１の電源装置を含む機器の動作状態をあらわす表である。
【００１２】
以下、図１を用いて、電源装置を含む機器の構成について説明をする。
【００１３】
図１において、電源装置は、商用電源入力１有し、各地域の交流電源電圧が入力される。
電圧検出部３は、商用電源入力１に入力された交流電圧がＡＣ  ２００Ｖ以上であるか（例えばＡＣ  ２２０Ｖ〜２４０Ｖ）、否か（例えばＡＣ  １００Ｖ〜１２０Ｖ）を検出し、検出結果を制御部２に入力する。
【００１４】
第一のコンデンサ１３は、ブリッジ整流部１５に対して直列に接続され、ブリッジ整流部１５に第一の減衰量だけ減衰させた交流電圧を入力できるよう構成する。
【００１５】
第二のコンデンサ１４は、制御部２が第一の一次スイッチ１１を導通に制御することで第一のコンデンサ１３と並列に接続され、この状態においてブリッジ整流部１５に第一の減衰量より小さい第二の減衰量だけ減衰させた交流電圧を入力できるよう構成する。
【００１６】
第二の一次スイッチ１２は、制御部２が導通に制御することで第一および第二のコンデンサを経由させずに、商用電源入力１に入力された交流電圧が直接、ブリッジ整流部１５に入力されるよう接続する。
【００１７】
ブリッジ整流部１５は、交流電圧を全波整流した脈流に変換するとともに一次平滑コンデンサ１６に充電することでその両端に直流電圧を出力する。
【００１８】
以上により、ブリッジ整流部１５には、商用電源入力１に入力された交流電圧が、制御部２の制御に応じて直接または所定の減衰量だけ減衰された交流電圧が入力される。このため、一次平滑コンデンサ１６の両端は、減衰量が制御された所定の直流電圧となる。
【００１９】
この時、一次平滑コンデンサ１６の両端の直流電圧は、コンデンサの等価並列抵抗、基板パターン間の絶縁抵抗、ブリッジ整流部１５やスイッチング素子の漏洩電流など、複数の要因から成る電流リーク要素１７が接続される。この電流リーク要素１７は、等価的に定抵抗や定電流源で表されるため、一次平滑コンデンサ１６の両端の直流電圧が増減すると、その比例と二乗に比例してそれぞれ増減した値の合計となる。
【００２０】
一次平滑コンデンサ１６の両端の直流電圧は、コンバータ部４により、絶縁された低電圧の二次直流出力２０に変換されて出力される。二次直流出力２０は、制御部２に供給される。
【００２１】
操作インターフェース部２４は、押しボタンスイッチ等で構成され、ユーザーによるオンまたはオフの操作により状態が変化して、対応するオンまたはオフ制御を制御部２に出力する。
【００２２】
リモコンインターフェース部２５は、制御部２が第一の二次スイッチ２１を導通に制御することで二次直流出力２０が電源として供給されて動作をする。この状態で、リモコン通信によるオンまたはオフの動作状態指示を受信して、対応するオンまたはオフ制御を制御部２に出力する。
【００２３】
ネットワークインターフェース部２６は、制御部２が第二の二次スイッチ２２を導通に制御することで二次直流出力２０が電源として供給されて動作をする。この状態で、ネットワーク通信によるオンまたはオフの動作状態指示を受信して、対応するオンまたはオフ制御を制御部２に出力する。
【００２４】
制御部２は、操作インターフェース部２４、リモコンインターフェース部２５、ネットワークインターフェース部２６のいずれかが出力するオン制御を受信すると、第三の二次スイッチ２３を導通に制御してオン状態に遷移する。主要機能部２７は、本電源装置により電源が供給されて動作をする主要機能であり、第三の二次スイッチ２３を導通に制御されると二次直流出力２０が電源として供給されて動作をする。
【００２５】
制御部２は、オフ制御を受信すると、第三の二次スイッチ２３を非導通に制御するとともに、少なくともオフ制御を出力した各部によるオン制御（再起動）の出力を監視する、以下のいずれかの待機状態に遷移する。
【００２６】
ネットワークインターフェース部２６のオン制御の出力を監視する待機状態（以下、ネットワークスタンバイ状態）。
【００２７】
リモコンインターフェース部２５のオン制御の出力を監視する待機状態（以下、スタンバイ状態）。
【００２８】
操作インターフェース部２４のオン制御の出力を監視する待機状態（以下、オフ状態）。
それぞれ動作に必要となる電力は、オン状態が最も大きく、次いでネットワークスタンバイ状態、スタンバイ状態、オフ状態の順に小さくなる。
【００２９】
以下、図１および図２を用いて、電源装置を含む機器の動作状態について説明をする。オン状態において制御部２は、ＡＣ入力電圧によらず第二の一次スイッチ１２を導通に制御することでコンバータ部４の動作に必要な交流電圧（ＡＣ１００〜２４０Ｖ）をブリッジ整流部１５に入力する。さらに制御部２は、第一、第二、第三の二次スイッチ（２１、２２、２３）を導通に制御して主要機能部２７とリモコンインターフェース部２５とネットワークインターフェース部２６に二次直流出力２０を電源として供給する。これにより、主要機能が動作するとともに、リモコンインターフェース部２５とネットワークインターフェース部２６がオフの動作状態指示を受信できる状態となる。このとき、操作インターフェース部２４をオフ操作することも可能である。
【００３０】
オン状態から、操作インターフェース部２４がオフ操作されるか、リモコンインターフェース部２５かネットワークインターフェース部２６がオフの動作状態指示を受信すると、本電源装置を含む機器は以下の待機状態に遷移する。
【００３１】
ネットワークインターフェース部２６がオフの動作状態指示を受信した場合、制御部２にオフ制御を出力する。制御部２は、ネットワークインターフェース部２６が出力するオフ制御を受信すると、第三の二次スイッチ２３を非導通に制御して主要機能を停止する。このとき、第二の二次スイッチ２２は導通のままに制御をしてネットワークインターフェース部２６のオン制御の出力を監視するネットワークスタンバイ状態に遷移する。本実施例では、第一の二次スイッチも導通に制御して、リモコンインターフェース部２５のオン制御の出力も監視するよう制御しているが、必須ではない。
【００３２】
ネットワークスタンバイ状態では、コンバータ部４に求められる出力電力は１．５Ｗと小さくなる。
【００３３】
ここで、ブリッジ整流部１５に電源電圧ＡＣ  １００ＶおよびＡＣ  ２４０Ｖが入力され、かつ電流リーク要素１７が２００ｋΩの抵抗で等価的に表される場合、交流電圧は整流および平滑して直流電圧に変換する際にほぼ√２倍になるため、その損失電力は、
ＡＣ１００Ｖ入力時・・・（１００Ｖ×√２）２÷２００，０００Ω＝０．１Ｗ
ＡＣ２４０Ｖ入力時・・・（２４０Ｖ×√２）２÷２００，０００Ω＝０．５７６Ｗ
となる。
【００３４】
この電流リーク要素１７による損失電力は消費電力に加算されるため、コンバータ部４の変換効率がほぼ１００％と仮定した場合、ネットワークスタンバイ状態の消費電力は、
ＡＣ１００Ｖ入力時・・・１．６Ｗ（＝１．５Ｗ＋０．１Ｗ）
ＡＣ２４０Ｖ入力時・・・２．０７６Ｗ（＝１．５Ｗ＋０．５７６Ｗ）
となる。
【００３５】
これに対し、実施例１の電源装置は、たとえば商用電源電圧がＡＣ２４０Ｖの地域で使用した場合、電圧検出部３がＡＣ２００Ｖ以上を検出し、制御部２が第一の一次スイッチ１１を導通かつ第二の一次スイッチ１２を非導通に制御する。これにより、ＡＣ２４０Ｖが第一のコンデンサ１３と第二のコンデンサ１４との並列容量を経由することでＡＣ１００Ｖに近づく程度に減衰されてブリッジ整流部１５に入力され、ＡＣ１００Ｖ入力時の消費電力に近づくよう削減される。
【００３６】
リモコンインターフェース部２５がオフの動作状態指示を受信した場合、制御部２にオフ制御を出力する。制御部２は、リモコンインターフェース部２５が出力するオフ制御を受信すると、第二および第三の二次スイッチ（２２、２３）を非導通に制御して主要機能とネットワークインターフェース機能を停止する。このとき、第一の二次スイッチを導通に制御してリモコンインターフェース部２５のオン制御の出力を監視するスタンバイ状態に遷移する。
【００３７】
スタンバイ状態ではコンバータ部４に求められる出力電力は０．２Ｗとさらに小さくなるとともに、動作可能な電圧の下限がＡＣ６０Ｖまで低くなる。
【００３８】
これに対し、実施例１の電源装置は、電圧検出部３がＡＣ２００Ｖ以上を検出しない場合は（例えば商用電源電圧がＡＣ１００Ｖの地域で使用）、制御部２が第一の一次スイッチ１１を導通、第二の一次スイッチ１２を非導通に制御する。これにより、ＡＣ１００Ｖが第一のコンデンサ１３と第二のコンデンサ１４との並列容量を経由することで減衰してかつ６０Ｖ以上を維持してブリッジ整流部１５に入力するよう制御がされ、消費電力が削減される。電圧検出部３がＡＣ２００Ｖ以上を検出した場合は（例えば商用電源電圧がＡＣ２４０Ｖの地域で使用）、制御部２が第一および第二の一次スイッチ（１１、１２）を非導通に制御する。これにより、ＡＣ２４０Ｖが第一のコンデンサ１３のみを経由することでより減衰してかつ６０Ｖ以上を維持してブリッジ整流部１５に入力するよう制御がされ、消費電力が削減される。
【００３９】
操作インターフェース部２４がオフ操作をされた場合、制御部２にオフ制御を出力する。制御部２は、操作インターフェース部２４が出力するオフ制御を受信すると、第一、第二、第三の二次スイッチ（２１、２２、２３）を非導通に制御して主要機能とネットワークインターフェース機能とリモコンインターフェース機能を停止する。このとき、操作インターフェース部２４のオン制御の出力を監視するオフ状態に遷移する。
【００４０】
オフ状態ではコンバータ部４に求められる出力電力は０．１Ｗとさらに小さくなるとともに、動作可能な電圧の下限がＡＣ５０Ｖまで低くなる。
【００４１】
これに対し、実施例１の電源装置は、電圧検出部３の検出によらず、制御部２が第一および第二の一次スイッチ（１１、１２）を非導通に制御する。これにより、ＡＣ１００ＶもＡＣ２４０Ｖも第一のコンデンサ１３のみを経由することでより減衰してかつ５０Ｖ以上を維持してブリッジ整流部１５に入力するよう制御がされ、消費電力が削減される。
【００４２】
以上に説明したとおり、本発明の実施例１によれば、商用電源の電圧および機器の動作状態に応じて、電流リーク要素１７による損失電力が削減され、これを含む機器の総合的な消費電力が削減される。
【実施例２】
【００４３】
図３は、実施例２の電源装置を含む機器の構成をあらわすブロック図である。図４は、実施例３の電源装置を含む機器の動作状態をあらわす表である。
【００４４】
以下、図３および図４を使用して、実施例１と異なる部分について説明をする。
【００４５】
図３において、電圧測定部１８は、コンバータ部４の入力の直流電圧を測定して電圧値を制御部２に入力する。これにより、制御部２には、商用電源入力１に入力された交流電圧が直接かまたは第一および第二のコンデンサ（１３、１４）で減衰されてブリッジ整流部１５に入力されたのち、直流に変換した電圧値が入力される。
【００４６】
制御部２は、機器の動作状態に応じて第一、第二、第三の二次スイッチ（２１、２２、２３）を制御するとともに、電圧測定部１８が測定した電圧値がそれぞれ目標の範囲（以下、目標電圧範囲）になるよう第一および第二の一次スイッチ（１１、１２）を制御する。
オン状態では、目標電圧範囲を１４０Ｖ以上かつ３４０Ｖ以下に設定するが、ＡＣ１００ＶからＡＣ２４０Ｖを整流および平滑して直流に変換した電圧はこの範囲に収まるため、第二の一次スイッチ１２を導通にして減衰させないよう制御をする。
【００４７】
ネットワークスタンバイ状態では、目標電圧範囲を１４０Ｖ以上かつ２１０Ｖ以下に設定する。ＡＣ２４０Ｖ入力時は、直流に変換した電圧が２１０Ｖを超えないよう、第二の一次スイッチ１２を非導通かつ第一の一次スイッチ１１導通にして、減衰させてからブリッジ整流部１５に入力するよう制御をする（この状態でも２１０Ｖを超える場合は、第一の一次スイッチ１１も非導通に制御しても良い。）。
【００４８】
スタンバイ状態では、目標電圧範囲を８５Ｖ以上かつ１４０Ｖ以下に設定する。ＡＣ１００Ｖ入力時は、直流に変換した電圧が１４０Ｖを超えないよう、第二の一次スイッチ１２を非導通かつ第一の一次スイッチ１１導通にして、減衰させてからブリッジ整流部１５に入力するよう制御をする。より電圧の高いＡＣ２４０Ｖ入力時は、直流に変換した電圧が１４０Ｖを超えないよう、第一および第二の一次スイッチ（１１、１２）を非導通にして、大きく減衰させてからブリッジ整流部１５に入力するよう制御をする。
【００４９】
オフ状態では、目標電圧範囲を７０Ｖ以上かつ１３０Ｖ以下に設定する。ＡＣ１００ＶおよびＡＣ２４０Ｖ入力時は、直流に変換した電圧がいずれも１３０Ｖを超えないよう、第一および第二の一次スイッチ（１１、１２）を非導通にして、減衰させてからブリッジ整流部１５に入力するよう制御をする。
【００５０】
本実施例では、電圧測定部１８はコンバータ部４の入力の直流電圧を測定する構成としたが、コンバータ部４の内部のスイッチング動作のデューティ比から入力電圧を算出する構成としても良い。
【００５１】
以上に説明したとおり、本発明の実施例２によれば、商用電源の交流電圧を減衰させたのち直流に変換した電圧値が目標の電圧範囲になるよう、減衰量を制御することが可能となる。このため、商用電源の電圧や周波数、機器の消費電力が変動するような場合であっても減衰量を適応的に制御することができ、消費電力が削減される。
【符号の説明】
【００５２】
１  商用電源入力、２  制御部、３  電圧検出部、４  コンバータ部、
１１  第一の一次スイッチ、１２  第二の一次スイッチ、
１３  第一のコンデンサ、１４  第二のコンデンサ、
１５  ブリッジ整流部、１６  一次平滑コンデンサ、
１７  電流リーク要素、１８  電圧測定部、２０  二次直流出力、
２１  第一の二次スイッチ、２２  第二の二次スイッチ、
２３  第三の二次スイッチ、２４  操作インターフェース部、
２５  リモコンインターフェース部、
２６  ネットワークインターフェース部、２７  主要機能部
【図１】
2020106877.tif 000003
【図２】
2020106877.tif 000004
【図３】
2020106877.tif 000005
【図４】
2020106877.tif 000006