(57)【要約】【課題】  少数の廉価な部品のみで構成され、コンパクトかつ省スペースなアクティブダミー回路を備えた電源装置を提供する。【解決手段】    負荷部と接続して所定の出力電圧を発生する電力変換部と、その電力変換部の電圧出力に並列配置したダミー負荷と、前記ダミー負荷への給電オンオフを制御するスイッチング素子とを備えた電源装置において、着脱機構を有して前記電源装置と前記負荷部との間を連結する結合部と、前記スイッチング素子に前記負荷部の入力電圧を監視する負荷電圧検出端子とを設けたことを特徴とする。【選択図】                    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷部と接続して所定の出力電圧を発生する電力変換部と、その電力変換部の電圧出力に並列配置したダミー負荷と、前記ダミー負荷への給電オンオフを制御するスイッチング素子とを備えた電源装置において、
着脱機構を有して前記電源装置と前記負荷部との間を連結する結合部と、
前記スイッチング素子に前記負荷部の入力電圧を監視する負荷電圧検出端子と、
を設けたことを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記負荷電圧検出端子は、前記連結部が連結状態のとき前記負荷部の電源入力端と短絡することを特徴する請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記負荷電圧検出端子は、前記連結部が分離状態のとき開放となることを特徴する請求項１および請求項２に記載の電源装置。
【請求項４】
前記スイッチング素子は、エミッタ端子と、コレクタ端子と、ベース端子とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項５】
前記負荷電圧検出端子は、前記ベース端子と接続したことを特徴とする請求項１から請求項４までに記載の電源装置。
【請求項６】
前記ダミー負荷部は、前記スイッチング素子と直列に接続したことを特徴とする請求項１から請求項５までに記載の電源装置。
【請求項７】
負荷部と接続して所定の出力電圧を発生する電力変換部と、前記電力変換部の電圧出力に並列配置したダミー負荷と、前記ダミー負荷への給電オンオフを制御するスイッチング素子と、を備えた電源装置において、
前記負荷部への給電オンオフを制御するスイッチと、
前記スイッチング素子に、前記負荷部の入力電圧を監視する負荷電圧検出端子と、
を設けたことを特徴とする電源装置。
【請求項８】
前記負荷電圧検出端子は、前記スイッチが給電オン設定のとき前記負荷部の電源入力端と短絡し、給電オフ設定のときは開放となることを特徴とする請求項７に記載の電源装置。
【請求項９】
前記スイッチング素子は、エミッタ端子と、コレクタ端子と、ベース端子とを備えたことを特徴とする請求項７に記載の電源装置。
【請求項１０】
前記負荷電圧検出端子は、前記ベース端子に接続したことを特徴とする請求項７から請求項９までに記載の電源装置。
【請求項１１】
前記ダミー負荷は、前記スイッチング素子と直列に接続したことを特徴とする請求項７から請求項１０までに記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチングレギュレータ等の電源装置が軽負荷時にあるときに出力端電圧の上昇を抑制するアクティブダミー回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
電源装置において負荷変動に伴う出力電圧の過電圧状態を抑制する、アクティブダミー回路の構成例に係わる先行技術として例えば次の文献がある。
【０００３】
【特許文献１】実開平５−６２１８９号
【特許文献２】特開平９−２６５３２８号
【特許文献３】実開平１１−２６２２５５号
【０００４】
特許文献１は、ＤＣ／ＤＣコンバータの二次側で定電圧回路とアクティブダミー回路とを備えて、定電圧回路が生成するレファレンス電圧と二次側出力電圧とを比較し、軽負荷を検出した際にはアクティブダミー回路をスイッチングする。
【０００５】
特許文献２は、電力変換回路の出力側において電圧監視回路とダミー負荷回路とで構成された電源装置で、出力電圧安定化に用いる誤差増幅器の制御電圧信号をアクティブダミー回路制御に流用して、部品点数の減少効果を得ている。
【０００６】
特許文献３は、電力変換回路の出力側で電圧監視回路とダミー負荷回路とで構成された電源装置で、電圧監視回路に出力電流に直列のチョークトランスを設けている。該チョークトランスの二次側に誘導される起電力の減少によって軽負荷を検出すると、アクティブダミー回路へ作用して強制的なダミー負荷電流を生成する。
【０００７】
図３はこれらの先行技術を代表して、例えば特許文献１に対応するアクティブダミー回路の構成例を示している。
【０００８】
図３は電力変換部、電圧監視部、アクティブダミー部、及び負荷部の４つのブロックで構成された回路におけるアクティブダミー回路の使用例である。電力変換部は、トランスＴ、トランスＴの一次側を駆動するトランジスタＱ、トランスＴの二次側に挿入したダイオードＤ、及びコンデンサＣとで構成されている。
【０００９】
電圧監視部は、電流検出抵抗Ｒｓを１、電流源Ｖｒｅｆを２、電圧比較回路を３としてそれぞれ図中で表している。
【００１０】
アクティブダミー部はスイッチング素子４、ダミー抵抗Ｒｄ（５）及びベース抵抗Ｒｂ（６）で構成している。スイッチング素子４には、ＰＮＰトランジスタを使用してベース部に電圧比較回路３の判定信号Ｓ１を接続している。また負荷部１０は、電力変換部の出力端に結合された負荷８で構成されている。
【００１１】
次に図３に示したアクティブダミー回路の作用について説明する。
【００１２】
トランジスタＱのスイッチングによりトランスＴの一次側で駆動される電流パルスは、トランスＴの二次側でトランスＴの巻き線比に応じた比率の電圧を生成してダイオードＤとコンデンサＣの相互作用で整流される。この結果、トランスＴの二次側すなわち電力変換部の出力端には所定の電圧Ｖｃｃが出力される。
【００１３】
電力変換部の出力端に接続された負荷部１０は負荷８を含み、所定の電圧Ｖｃｃが印加されている。このとき電力変換部の二次側に生じて負荷１０を通過する電流を、負荷電流Ｉで示している。負荷電流Ｉは、接続している負荷部１０のインピーダンス値によって変動する。
【００１４】
一方、電圧監視部を構成する電流検出抵抗Ｒｓ（１）は、負荷電流Ｉの経路に挿入してあるから、負荷電流Ｉに比例した電圧降下値Ｖｒｓがその両端部に現れる。電圧比較回路３では、電圧降下値Ｖｒｓと所定の基準電圧値を提供する電流源Ｖｒｅｆ値とを比較している。
【００１５】
電圧降下値ＶｒｓがＶｒｓ＜Ｖｒｅｆのときに、電圧比較回路３は判定信号Ｓ１としてレベルローの信号を出力する。電圧降下値ＶｒｓがＶｒｓ＞Ｖｒｅｆのとき、電圧比較回路３は判定信号Ｓ１としてレベルハイの信号を出力する。
【００１６】
判定信号Ｓ１にレベルハイを入力されているとき、アクティブダミー部を構成するスイッチング素子４はオフ状態である。このためスイッチング素子４が導通せずコレクタ側にあるダミー抵抗Ｒｄ（５）にダミー電流Ｉｄが流れない。
【００１７】
判定信号Ｓ１にレベルローを入力されているとき、アクティブダミー部を構成するスイッチング素子４はオン状態となる。このためスイッチング素子４が導通してコレクタ側にあるダミー抵抗Ｒｄ（５）にダミー電流Ｉｄが流れる。
【００１８】
従って、負荷部１０に変動があり負荷電流Ｉが所定の値より減少した場合に、電圧降下値ＶｒｓがＶｒｅｆ値を下回る結果、判定信号Ｓ１がレベルロー出力となりスイッチング素子４をオン状態にする。
【００１９】
この結果、負荷部１０の状態に変動があり負荷電流Ｉが所定の値よりも減少する場合には、替わりにアクティブダミー部のダミー抵抗Ｒｄ（５）にダミー電流Ｉｄを流している。
【００２０】
すなわち、アクティブダミー部が生成するダミー電流Ｉｄによって負荷電流Ｉの減少分を補うことで、電力変換部の二次側における出力を安定させ電圧Ｖｃｃの変動を抑制している。
【００２１】
このように一般的なアクティブダミー回路の運用に当たっては、接続された負荷部に対して最低限、電力変換部、電圧監視部及びアクティブダミー部の３つの機能ブロック部が必要である。
【００２２】
ところが、上述した特許文献１から特許文献３で示したアクティブダミー回路の運用例にも示される様に、これらの構成部品をプリント基板に実装する際には多大な面積を消費することに加え、回路が比較的複雑になる問題点があった。
【００２３】
従って本発明が解決しようとする課題は、少数の廉価な部品のみで構成されコンパクトかつ省スペースなアクティブダミー回路を備えた電源装置を提供することである。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００２４】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
負荷部と接続して所定の出力電圧を発生する電力変換部と、前記電力変換部の電圧出力に並列配置したダミー負荷と、前記ダミー負荷への給電オンオフを制御するスイッチング素子とを備えた電源装置において、前記スイッチング素子に、前記負荷部の入力電圧を監視する負荷電圧検出端子を設けたことを特徴とする電源装置である。
【００２５】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の電源装置であって、負荷電圧検出端子は前記連結部が連結状態のとき、前記負荷部の電源入力端と短絡することを特徴とする。
【００２６】
請求項３記載の発明は、請求項１および請求項２に記載の電源装置であって、前記負荷電圧検出端子は前記連結部が分離状態のとき開放となることを特徴する。
【００２７】
請求項４記載の発明は、請求項１に記載の電源装置であって、前記スイッチング素子が、エミッタ端子と、コレクタ端子と、ベース端子とを備えたことを特徴とする。
【００２８】
請求項５記載の発明は、請求項１から請求項４までに記載の電源装置であって、前記負荷電圧検出端子が、前記ベース端子と接続したことを特徴とする。
【００２９】
請求項６記載の発明は、請求項１から請求項５までに記載の電源装置であって、前記ダミー負荷部が、前記スイッチング素子と直列に接続したことを特徴とする。
【００３０】
請求項７記載の発明は、負荷部と接続して所定の出力電圧を発生する電力変換部と、前記電力変換部の電圧出力に並列配置したダミー負荷と、前記ダミー負荷への給電オンオフを制御するスイッチング素子と、前記負荷部への給電オンオフを制御するスイッチと、
を備えた電源装置において、前記スイッチング素子に、前記負荷部の入力電圧を監視する負荷電圧検出端子を設けたことを特徴とする電源装置である。
【００３１】
請求項８載の発明は、請求項７記載の電源装置であって、前記負荷電圧検出端子は、前記スイッチが給電オン設定のとき前記負荷部の電源入力端と短絡し、給電オフ設定のときには開放となることを特徴とする。
【００３２】
請求項９の発明は、請求項８記載の電源装置であって、前記スイッチング素子は、エミッタ端子と、コレクタ端子と、ベース端子とを備えたことを特徴とする。
【００３３】
請求項１０の発明は、請求項７から請求項９までに記載の電源装置であって、前記負荷電圧検出端子が、前記ベース端子に接続したことを特徴とする。
【００３４】
請求項１１の発明は、請求項７から請求項１０までに記載の電源装置であって、前記ダミー負荷が、前記スイッチング素子と直列に接続したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば次のような効果がある。
請求項１，２，３，４，５、及び請求項６の発明によれば、負荷部に対する構成要素として従来では電力変換部、電圧監視部及びアクティブダミー部の３つの機能ブロックを必要としていた電源装置が本発明を適用することにより電力変換部、アクティブダミー部、及び単純な連結部とから成る構成でアクティブダミー回路を運用することができる。
【００３６】
請求項７、８，９，１０及び請求項１１の発明によれば、負荷部に対する構成要素として従来では電力変換部、電圧監視部及びアクティブダミー部の３つの機能ブロックを必要としていた電源装置が本発明を適用することにより、電力変換部とアクティブダミー部のみでアクティブダミー回路を運用することができる。
【００３７】
このため本発明を実施した電源装置がもたらす第一の効果は、構成部品が削減されてプリント基板の実装面積を少なくする。また従来の実施例に較べて廉価に実現できる。
【００３８】
第二の効果として回路が単純かつ簡素であるから、部品の選定や常数決定、温度特性の計算など設計時に考慮すべきパラメータが極めて少なくて済むことである。このため、部品劣化に伴う故障確率が少なく品質向上に寄与すると共に、設計時や保守運用あるいは出荷の際の動作試験において作業工数の大幅削減に貢献する。
【００３９】
第三の効果として、電圧監視部に相当する機能ブロックを必要としないことから負荷部が電気的または機械的に切断され、電源装置が無負荷運転となった際にも、二次側で発生する出力電圧の増大とこれに伴う素子破壊や過電圧保護回路の動作などの事態を全く考慮する必要がない。
【００４０】
第四の効果として、負荷部が電気的かつ機械的に接続され、電源装置が負荷運転に復帰した際は、アクティブダミー部に直接作用してダミー電流を強制的にオフにする。このため通常運転の際にアクティブダミー回路関連が消費する電力は、ベース抵抗Ｒｂにおける実質上無視し得る程僅かな電力消費量に抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以上の効果を備えた電源装置の２つの実施例について、それぞれ図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００４２】
図１は、本発明に係る電源装置の実施例１を示す構成ブロック図である。
【００４３】
図１は、実施例１の電源装置が結合部のコネクタ１１を勘合状態にしたときアクティブダミー部のスイッチング素子４は作動せず、ダミー抵抗Ｒｄ（５）は一切のダミー電力を消費しないときの動作を説明している。
【００４４】
図１の電源装置はアクティブダミー回路を含んで、電力変換部、アクティブ−ダミー部、連結部の各機能ブロックを備えている。図１において、図３の構成要素と同一記号をもつものは、同一機能をもった構成要素である。
【００４５】
電力変換部は、図３と同様の構成要素から成りトランスＴ、トランスＴの一次側を駆動するトランジスタＱ、トランスＴの二次側に挿入したダイオードＤ、及びコンデンサＣとが含まれる。
【００４６】
アクティブダミー部は、図３と同様の構成要素から成りスイッチング素子４、ダミー抵抗Ｒｄを５で表している。スイッチング素子４には、トランジスタを使用してベース部には負荷電圧検出端子ＴＰと接続している。
【００４７】
さらにベース部は、ベース抵抗Ｒｂを介し電力変換部の出力端のＧＮＤと接続している。また負荷部１０は、電力変換部の出力端と結合部を介して電気的に接続した負荷８で構成されている。
【００４８】
結合部は、アクティブダミー部と負荷部との間に設けられ、図１の実施例ではコネクタ１１で構成している。コネクタ１１は負荷８へ供給する電源ＶｃｃとＧＮＤの信号ラインに加えて、負荷電圧検出端子ＴＰを備えている。
【００４９】
負荷電圧検出端子ＴＰは、負荷部１０において負荷８に供給されているＶｃｃ信号ラインと導通してある。更に結合部が結合状態にあるとき、前述した負荷電圧検出端子ＴＰとコンタクトする。
【００５０】
また図３の従来例で必要としていた電圧監視部を構成する回路部品は、図１の本発明の実例では必要としていない。
【００５１】
次に、図１に示す実施例の作用について説明する。
【００５２】
結合部においてコネクタ１１が勘合状態すなわち結合状態のとき、負荷８へ供給している電源電圧Ｖｃｃは、負荷電圧検出端子ＴＰにも印加される。またコネクタ１１は勘合状態であるから、負荷電圧検出端子ＴＰとコンタクトする負荷電圧検出端子ＴＰには電圧Ｖｃｃが入力される。
【００５３】
このときアクティブダミー部を構成するスイッチング素子４では、ベース−エミッタ間の接合部の電位障壁に阻止されてスイッチング素子４がオフ状態である。
【００５４】
すなわちアクティブダミー部を構成するスイッチング素子４のトランジスタのエミッタ部には電源電圧Ｖｃｃが供給されているのに対して、スイッチング素子４のベース部には負荷電圧検出端子ＴＰが接続してある。
【００５５】
このためコネクタコネクタ１１が勘合状態にあるとき、スイッチング素子４においてベース−エミッタ間で電位差が生じず、従ってダミー抵抗Ｒｄ（５）にはダミー電流Ｉｄが流れない。
【００５６】
一方、結合部においてコネクタ１１が分離状態すなわち無負荷状態のとき、負荷８へ供給されていた電圧Ｖｃｃの経路は切断され、負荷電圧検出端子ＴＰとコンタクトしていた負荷電圧検出端子ＴＰは電気的な開放状態が入力される。
【００５７】
スイッチング素子４では、エミッタ側に電力変換部の出力電圧Ｖｃｃが印加されたままの状態であるから、開放となった負荷電圧検出端子ＴＰと接続したベース部との間にはＶｃｃの電位差が生じる。
【００５８】
この結果、アクティブダミー部を構成するスイッチング素子４では、ベース−エミッタ間に発生した電位差によって、ベース電流Ｉｂが流れる。
【００５９】
このときに生じるベース電流Ｉｂは、Ｉｂ＝（Ｖｃｃ−Ｖｂｅ）／Ｒｂで表され、スイッチング素子４をオン状態にする。
【００６０】
従ってアクティブダミー部を構成するスイッチング素子４では、エミッタ部の印加電圧Ｖｃｃからコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅに相当する電圧降下分を差引いた電圧（Ｖｃｃ−Ｖｃｅ）をコレクタ部に生じて、ダミー抵抗Ｒｄ（５）の両端部に印加される。
【００６１】
このときに生じるダミー電流Ｉｄは、Ｉｄ＝（Ｖｃｃ−Ｖｃｅ）／Ｒｄで表され、負荷８に替わってダミー抵抗Ｒｄ（５）で電力を消費する作用をもつ。
【００６２】
すなわち、負荷部が連結された状態で負荷８が電力変換部の生成する電力を消費している間は、ダミー負荷であるダミー抵抗Ｒｄ（５）による電力消費がない。
【００６３】
一方、負荷部が分離された状態で負荷８が電力変換部で生成する電力を消費しない間は、ダミー負荷であるダミー抵抗Ｒｄ（５）に所定の電圧が印加され、ダミー抵抗Ｒｄ（５）が負荷８に替わり電力を消費している。
【実施例２】
【００６４】
図２は本発明に係る電源装置の実施例２を示す構成ブロック図である。
【００６５】
図２は、実施例２の電源装置がスイッチ１３をオフ状態にしたときアクティブダミー部のスイッチング素子４が作動して、ダミー抵抗Ｒｄ（５）で所定のダミー電力が消費されているときの動作を説明している。
【００６６】
実施例２である図２の電源装置は、負荷部１０以外に電力変換部とアクティブダミー部のみで構成している。図２において、図１の構成要素と同一記号をもつ箇所は、同一機能をもった構成要素であるからこれらの説明は省略する。
【００６７】
実施例２の電源装置は、実施例１では備えていた結合部に相当するコネクタ１１を持たない。替わりに負荷部１０にスイッチ１３を備えている。すなわち実施例２は、電源装置と負荷部とを一体構成として結合したまま分離せずに運用する形態例を示している。
【００６８】
スイッチ１３として、図２に示す実施例では２極単投の回路を備えたスライドスイッチを使用している。負荷部１０において電源部からの電源電圧Ｖｃｃの供給ラインと、負荷８と接続された電圧検出端子ＴＰへの接続ラインとを同時にオンまたはオフに設定できる。
【００６９】
次に実施例２の電源装置の作用について説明する。
スイッチ１３に２極の単投回路を採用したことで、負荷電圧検出端子ＴＰは、スイッチ１３が給電オン設定のとき負荷部１０にある負荷８の電源入力端と導通し、スイッチ１３が給電オフ設定のときは入力が開放状態となる。
【００７０】
このため、スイッチ１３がオン状態にあるとき、実施例２の電源装置は実施例１の電源装置で連結部に相当するコネクタ１１を結合したときの状態に相当する。
【００７１】
一方、電源スイッチ１３がオフ状態にあるとき、実施例２の電源装置は上述した実施例１で連結部のコネクタ１１を分離したときの状態に相当する。
【００７２】
実施例１では、スイッチング素子４が備えた負荷電圧検出端子ＴＰに作用させる手段としてコネクタ１１を用いている。対して実施例２では、コネクタ１１の挿抜操作に替わり電源スイッチ１３のオンオフ機能を用いている。
【００７３】
従って実施例１のコネクタ１１と、実施例２の電源スイッチ１３とが持つ、それぞれのアクティブダミー回路をスイッチングさせる作用は同等である。
【００７４】
また、実施例１と実施例２の特徴を併せ持つ電源装置を実施する場合、コネクタ１１と電源スイッチ１３とを併せて備えることになる。この様な電源装置は一次側の運転継続に加え更にコネクタ１１と負荷部１０との勘合を維持させた状態で、負荷８への供給電力について切断と再投入が手軽に実行できる。
【００７５】
このため、電源投入／切断の際に発生するＡＣ特性やＶｃｃの過渡現象、特定デバイスの特定端子を対象とした電源投入に伴う初期化シーケンス等の動作確認について負荷８の電気的検査を効率良く実施できる。
【００７６】
すなわち、負荷部１０の動作試験として電源切断／再投入を伴う試験項目を有する様な場合であっても、面倒なコネクタ１１部での着脱を行わずにスイッチ１３のオンオフ操作のみで手軽にワンタッチで負荷８の電源切断／再投入を実行できる。
【００７７】
例えば負荷部１０を量産された出荷前製品と見做せば、電源部と接続後に電源の再投入を伴う検査項目を実施する場合において、作業工程を短縮させて手間と労力を大幅に低減させる効果をもたらす。
【００７８】
電源装置側については、アクティブダミー回路の作用により負荷部が切り離された状態下でも安定した運転が継続でき、しかも接続する負荷部が有するインピーダンスの値について何ら制限がない。
【００７９】
すなわちアクティブダミー回路から観た負荷部のインピーダンス値の如何なる変動も、負荷検出端子ＴＰによるスイッチング素子の開放状態（オープン）と導通状態（ショート）の何れか２状態の検出結果に集約される。
【００８０】
このため電源装置側において常時運転を継続させた状態で、負荷が著しく変動する運用環境下にあっても、ダミー抵抗が作動して一次側の電力の安定を図るという、アクティブダミー回路の制御機能について最小部品で達成する。
【００８１】
従来例では、動作電流に基づいた複雑な電圧監視部を必要としていたダミー負荷のオンオフ制御を、本発明はスイッチング素子のベース部を負荷電圧検出端子として機能させる接続を採用したことで、無負荷の際には、ダミー負荷へ所定の電圧が強制的に印加される構成となった。
【００８２】
更に従来から使用されてきた電圧監視部の替わりに、スイッチング素子が負荷部の印加電圧を監視する簡易かつ単純な構成としたことから、電源装置におけるアクティブダミー回路の制御機能を低コストかつ省スペース／省電力で提供するものである。
【００８３】
負荷部の印加電圧低下を監視する手段としては、実施例１では着脱可能な結合部を有してコネクタ１１を備え、実施例２では結合部の代替として負荷部においてスイッチ１３を備えた。
【００８４】
以上説明したように本発明を実施した電源装置によれば、最小部品の構成で廉価、かつコンパクトで簡素なアクティブダミー回路の制御が達成できる。また、本発明は一次側の制御や運転中断をしない連続運転条件下で、二次側で負荷変動を伴う全てのスイッチング電源に広く適用して効果を享受できる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明に係る電源装置の実施例１の一例を示す構成ブロック図である。
【図２】本発明に係る電源装置の実施例２の一例を示す構成ブロック図である。
【図３】従来のアクティブダミー回路の一構成例である。
【符号の説明】
【００８６】
１  電流検出抵抗
２  電流源
３  電圧比較回路
４  スイッチング素子
５  ダミー抵抗
６  ベース抵抗
１０  負荷部
１１  コネクタ
１２  負荷電圧検出端子
１３  スイッチ
【図１】
2006081235.tif 000003
【図２】
2006081235.tif 000004
【図３】
2006081235.tif 000005