(57)【要約】 【課題】  瞬低後に所定の保持時間継続して出力が可能で、小型かつ低コストの電源装置を提供する。【解決手段】  電源装置１において、交流電源３からの交流を整流回路５で整流し、直流を入力端子７、９に入力する。入力端子７、９間にスイッチＳ３を接続すると共に、変圧器１１とスイッチＳ１とを直列に接続し、さらにスイッチＳ２、コンデンサＣ１を備えた補助電源回路１３をスイッチＳ１に並列に接続する。制御回路１０は、定常動作時においてはスイッチＳ３を開放して、スイッチＳ１、Ｓ２を互いに補完的にスイッチングし、瞬低を検知するとスイッチＳ１、Ｓ２が互いに補完的にスイッチングしている状態でスイッチＳ３を閉じるように制御する。これにより、瞬低時には、コンデンサＣ１に蓄えた電気エネルギを１次巻線Ｌ１に供給して、所定の保持時間以上継続して所定電圧を出力させる。【選択図】図１
2006238510.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力が入力される第１端子及び第２端子と、
１次巻線と２次巻線とを備え、前記１次巻線の一端が前記第１端子に接続された変圧器と、
前記１次巻線の他端と前記第２端子との間に接続された第１のスイッチ素子と、
前記第１及び第２端子へ入力される前記電力の入力電圧が所定値以下に低下した時前記変圧器へ電力を供給する補助電源回路と、
を有し、
前記補助電源回路は、
第１のコンデンサと、
定常動作時には前記変圧器の１次巻線を介して得られるエネルギを前記第１のコンデンサに蓄積させる第２のスイッチ素子と
を有し、前記入力電圧が前記所定値以下に低下した時、前記第１のコンデンサに蓄積されたエネルギを前記第１の端子と前記第２の端子との間に形成された電流路を介して前記変圧器に供給し、前記変圧器の２次巻線への電力供給を継続することを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記第１端子と前記第２端子との間に第２のコンデンサを挿入して前記電流路を形成することを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記第１端子と前記第２端子との間に第３のスイッチ素子を挿入して前記電流路を形成することを特徴とする請求項１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、電源からの入力電圧の所定値以下への低下時にも電力供給が可能な電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の電源として用いられる電源回路には、入力電圧の低下および瞬時の入力停止時にも一定時間以上電力の供給が可能であることが要求される。そのような入力電圧の所定値以下への低下時（以下、瞬低時という）に一定時間以上電力の供給が可能であれば、電子機器の動作が停止して誤動作または故障の原因になること等を防止することができる。よって、瞬低時に対する対策として補助電源を設けることは、不可欠となっている。
【０００３】
例えば、補助電源を付加した電源装置としては、スイッチング電源装置の主電源において、昇圧チョッパのアクティブフィルタの一部を構成するリアクトルに第２巻線を付加し、第２巻線から高周波交流電圧を取り出して補助電源の入力とするものが提案されている。このスイッチング電源装置では、補助電源を設けたことによりスイッチング電源装置自体の電源の起動及び停止等を外部から制御可能としている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、変圧器を介して電源装置自体の電源と出力とを絶縁する絶縁型の電源装置において、変圧器の２次側の回路に、瞬低時に電力供給が可能な時間、すなわち保持時間を確保するための電気エネルギ蓄積用コンデンサを設けることがある。
【特許文献１】特開平８−２９８７６９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１記載の電源装置は、補助電源を備えており電源装置自体の電源の起動及び停止等を外部から制御可能であるが、瞬低時、電源装置の出力が停止しないで保持される保持時間を十分に確保するための対策がなされておらず、電源装置の出力が停止してしまう危険性がある。
【０００６】
内部に変圧器を含む絶縁型の電源装置において、変圧器の２次側の回路に、保持時間を確保するための電気エネルギ蓄積用コンデンサを設ける場合には、次のような欠点がある。すなわち、電子機器等の電源装置に用いられる変圧器の２次側は、通常１次側よりも低い電圧に変換されている。一方、コンデンサに蓄えられるエネルギは、ＣＶ２／２（Ｃはコンデンサの容量、Ｖはコンデンサの電圧）で表され、コンデンサの充電電圧の２乗に比例する。よって、２次側では電圧が低いために、コンデンサにエネルギを蓄積して所望の保持時間を確保するためには大きなコンデンサ容量が必要となり、装置が大型化してしまうという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するためになされた本発明の電源装置は、電力が入力される第１端子及び第２端子と、１次巻線と２次巻線とを備え、１次巻線の一端が第１端子に接続された変圧器と、１次巻線の他端と第２端子との間に接続された第１のスイッチ素子と、第１及び第２端子へ入力される電力の入力電圧が所定値以下に低下した時、変圧器へ電力を供給する補助電源回路と、を有する。補助電源回路は、第１のコンデンサと、定常動作時には変圧器の１次巻線を介して得られるエネルギを第１のコンデンサに蓄積させる第２のスイッチ素子とを有する。補助電源回路は、入力電圧が所定値以下に低下した時、第１のコンデンサに蓄積されたエネルギを第１の端子と第２の端子との間に形成された電流路を介して変圧器に供給し、前記変圧器への２次巻線への電力供給を継続する。
【０００８】
上記電源装置によれば、入力電圧が所定値以下に低下する瞬低時には第１のコンデンサから変圧器の１次巻線にエネルギが供給され、２次巻線への電力供給が継続する。よって、電源装置からの出力が保持される保持時間を十分確保することができ、電源装置に接続される電子機器の誤動作や故障を防止することが可能になる。またこのとき、電気エネルギを蓄積する第１のコンデンサは変圧器の１次側に設けられている。よって２次側に設けられる場合に比べてコンデンサに印加される電圧が高いので、所望の保持時間を確保するためのエネルギを蓄積するのに必要な容量が少なくてよい。よって、装置の小型化およびコストの削減が可能である。
【０００９】
好ましくは、電流路は、第１端子と第２端子との間に第２のコンデンサを挿入して形成することができる。このような構成によれば、瞬低時に第１のコンデンサのエネルギを変圧器に供給することができる。さらに、コンデンサは制御装置などにより制御する必要がないので、回路構成を簡略化することができると共に、コストの低減も可能である。
【００１０】
また、第１端子と第２端子との間に第３のスイッチ素子を挿入して電流路を形成するようにしてもよい。このような構成において、瞬低時に第３のスイッチ素子は閉じて、第１のコンデンサのエネルギを変圧器に供給し、２次巻線への電力供給を継続することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、入力電圧の所定電圧値以下への低下時における電力供給可能な保持時間が十分確保された、小型で低コストの電源装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施の形態を添付図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態による電源装置１を示す回路図である。図１に示すように電源装置１は、交流電源３、電圧検出回路４、整流回路５、入力端子７、９、スイッチＳ３、制御回路１０、１次巻線Ｌ１と２次巻線Ｌ２とを備えた変圧器１１、スイッチＳ１、補助電源回路１３、整流回路１９、インダクタＬ３、コンデンサＣ２、出力端子２１、２３を備えている。ここで、入力端子７、９間の電圧Ｖｉ、１次巻線Ｌ１の両端電圧Ｖｔ１、１次巻線Ｌ１に流れる電流ｉｔ１、コンデンサＣ１に印加された電圧Ｖｄ、出力端子２１、２３間の出力電圧Ｖｏｕｔは、図１に示した矢印方向を正に定める。
【００１３】
以下、電源装置１の構成について詳細に説明する。
交流電源３は商用電源であり、両端が電圧検出回路４及び整流回路５と接続している。電圧検出回路４は、交流電源３の両端に接続され、交流電源３が出力する電圧の実効値を検出すると共に、制御回路１０と接続されて、検出した電圧の実効値を制御回路１０に出力する回路である。
【００１４】
整流回路５は、例えばダイオードブリッジからなる全波整流回路であり、入力側は交流電源３と接続し、出力側は入力端子７、９と接続している。入力端子７、９は、第１及び第２の端子であり、整流回路５の出力側と接続している。さらに入力端子７は、変圧器１１の１次巻線Ｌ１の一端及びスイッチＳ３と接続している。入力端子９は、スイッチＳ１、Ｓ３、及びコンデンサＣ１と接続している。
【００１５】
スイッチＳ３は、第３のスイッチ素子であり、入力端子７と入力端子９との間に接続されていると共に、制御回路１０と接続されている。スイッチＳ３は、例えば電界効果トランジスタ(以下、ＦＥＴという)からなるスイッチング素子である。
【００１６】
制御回路１０は、電圧検出回路４、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３と接続し、電圧検出回路４からの検出値によって瞬低を検出すると共に、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３のスイッチング動作を制御する制御回路である。
【００１７】
変圧器１１は、例えば巻線比がｎ：１の１次巻線Ｌ１と２次巻線Ｌ２とを備えている。１次巻線Ｌ１の一端は入力端子７と接続し、他端はスイッチＳ１および補助電源回路１３と接続している。２次巻線Ｌ２は、１次巻線Ｌ１と同極性の巻線であり、その両端は整流回路１９の入力側と接続している。
【００１８】
スイッチＳ１は第１のスイッチ素子で、例えばＦＥＴ等のスイッチング素子であり、１次巻線Ｌ１の他端と第２端子９との間に接続されていると共に、制御回路１０に接続されている。
【００１９】
補助電源回路１３は、第２のスイッチ素子であるスイッチＳ２、および第１のコンデンサであるコンデンサＣ１を備えている。補助電源回路１３は、端子１５、１７間にスイッチＳ１と並列に接続され、スイッチＳ２とコンデンサＣ１とは、互いに直列に接続されている。スイッチＳ２は、例えばＦＥＴからなるスイッチング素子であり、制御回路１０に接続されている。コンデンサＣ１は、例えば容量が３００μＦである。
【００２０】
整流回路１９は、例えばダイオードブリッジからなる全波整流回路であり、入力側が２次巻線Ｌ２の両端と接続している。インダクタＬ３とコンデンサＣ２とは、互いに直列に接続され、整流回路１９の出力側と接続している。出力端子２１、２３は、コンデンサＣ２の両端に設けられ、例えば液晶表示装置などの電子機器２５が負荷として接続される。
【００２１】
次に、図１及び図２を参照しながら、本実施の形態による電源装置の動作について説明する。図２は、瞬低前後の入力電圧Ｖｉ、１次巻線Ｌ１の両端電圧Ｖｔ１、１次巻線Ｌ１に流れる電流ｉｔ１の概形を示している。図２において、横軸は時間、縦軸は電圧である。また、時刻ｔ１は、瞬低が起こった時刻とし、時刻ｔ１以前は定常動作とする。なお、図２における波形は理解を助けるための概念図である。
【００２２】
まず、交流電源３から入力された交流を整流回路５が整流し、全波整流された入力電圧Ｖｉとして入力端子７、９間に出力する。電圧検出回路４は、例えば一定時間毎に交流電源３の実効電圧ｖｉを検出し、制御回路１０に出力する。制御回路１０は、実効電圧ｖｉが所定値以上の場合を定常動作時と判断し、実効電圧ｖｉが所定値以下の場合を瞬低時と判断する。所定値は、負荷２５に出力される出力電圧Ｖｏｕｔが所定値以上を保持できる実効電圧値として定めることができる。
【００２３】
定常動作時であると判断した場合、制御回路１０はスイッチＳ３を開放する。スイッチＳ１、Ｓ２は、図２に示したように制御回路１０により制御されて互いに補完的にスイッチングする。このときスイッチＳ１は、変圧器１１の１次巻線Ｌ１の他端と入力端子９とを断続的に接続する。スイッチＳ２は、１次巻線Ｌ１の他端とコンデンサＣ１とを断続的に接続する。スイッチＳ２が閉じている間、コンデンサＣ１には電気エネルギが蓄積される。また、このスイッチング動作の開閉比率を制御回路１０が調整することで、１次巻線Ｌ１に流れる電流波形を調整し、２次巻線Ｌ２に誘起される電圧を調整している。なおこのとき、スイッチング動作は一定周波数で行われなくてもよい。
【００２４】
定常動作時において、図２に示したように、電圧Ｖｔ１は、スイッチＳ１が閉じ、スイッチＳ２が開放しているときはＶｔ１＝Ｖｉ、スイッチＳ１が開放し、スイッチＳ２が閉じているときにはＶｔ１＝Ｖｉ−Ｖｄとなる。この電圧Ｖｔ１に応じて図２に示したような変形された矩形波の電流ｉｔ１が１次巻線Ｌ１に流れる。
【００２５】
一方、２次巻線Ｌ２には、巻線比及び電流ｉｔ１の変化に応じた電圧が誘起される。この電圧は整流回路１９で整流され、インダクタＬ３およびコンデンサＣ２で平滑されて、出力端子２１、２３に出力電圧Ｖｏｕｔとして出力される。定常動作時において、図２に示すように、出力電圧Ｖｏｕｔは、例えば電圧Ｖｏの直流電圧となる。このとき、出力電圧Ｖｏｕｔは、１次側とは絶縁されている。
【００２６】
制御回路１０が電圧検出回路４からの検出値によって瞬低と判断すると、スイッチＳ３は、制御回路１０からの信号により制御されて閉じる。スイッチＳ１、Ｓ２は定常動作時のスイッチング動作を継続する。このスイッチング動作により、瞬低時のスイッチＳ１がオフ、かつスイッチＳ２がオンのときにはコンデンサＣ１からスイッチＳ２、１次巻線Ｌ１、スイッチＳ３という電流路が形成される。この電流路を介して、コンデンサＣ１に蓄えた電気エネルギを１次巻線Ｌ１に供給する。
【００２７】
図２では、時刻ｔ１で瞬低が起こったとしている。瞬低後、スイッチＳ２がオンのときにはコンデンサＣ１からスイッチＳ２、１次巻線Ｌ１、スイッチＳ３という電流路が形成されて１次巻線Ｌ１にエネルギが供給されるので、図２のように電圧Ｖｔ１は矩形波を描く。配線の損失を考慮すると、徐々に振幅が減少するような概形となる。このとき、電流ｉｔ１は徐々に電流値が減少するような概形となる。
【００２８】
２次巻線Ｌ２には、巻線比と電流ｉｔ１の変化とに応じた電圧が誘起される。誘起された電圧は整流回路１９で整流され、インダクタＬ３およびコンデンサＣ２で平滑されて、出力電圧Ｖｏｕｔが引き続いて出力される。
【００２９】
出力電圧Ｖｏｕｔは、瞬低後、時間経過と共に多少減少し、図２の時刻ｔ２ではＶｏ−ΔＶとなっているとする。この電圧値Ｖｏ−ΔＶを、出力端子２１、２３の両端に接続される電子機器の最低駆動電圧とすれば、ｔ＝ｔ２−ｔ１が瞬低時の保持時間となる。
【００３０】
一例として、５０ヘルツの交流電源３を使用してコンデンサＣ１の両端に４００ボルトの電圧がかかる場合、１．５サイクル＝３０ｍｓの保持時間を確保しようとすると、容量３００μＦのコンデンサＣ１を用いることになる。
【００３１】
以上説明したように、本実施の形態による電源装置１によれば、電圧検出回路４の検出値によって制御回路１０が瞬低を検知すると、スイッチＳ３を閉じることにより電流路を形成して、コンデンサＣ１に蓄積された電気エネルギを１次巻線Ｌ１に供給する。これにより２次巻線Ｌ２は瞬低時も電圧が誘起され、出力端子２１、２３間に出力電圧Ｖｏｕｔを継続して出力できる。このとき、コンデンサＣ１の容量を調整すると、瞬低後所定電圧以上の出力電圧Ｖｏｕｔの出力が可能な保持時間を調整することができる。このように所望の保持時間を確保することができるので、電源装置１から電力を供給される電子機器の誤動作や動作停止等を防止することができる。
【００３２】
また、電源装置１において、瞬低時に電気エネルギを供給するコンデンサＣ１が変圧器１１の１次側に設けられている。出力電圧は４０ボルト程度に設定されることが多いが、１次側の構成は昇圧回路となっており、コンデンサＣ１には２次側よりも高い、例えば４００ボルトの電圧が印加される。よって、２次側にコンデンサを設ける場合に比べて小容量のコンデンサＣ１で、必要なエネルギを蓄積して所望の保持時間を確保することができる。よって、素子が小型でよく、部品点数の削減が可能であり、コストも低減できる。
【００３３】
なお、本実施の形態による電源装置１はスイッチＳ１、Ｓ２を互いに補完的にスイッチング動作させて変圧器１１の１次側の電流路を切り換えているため、力率改善型の回路となっている。
【００３４】
尚、本発明の電源装置は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００３５】
例えば、補助電源回路の構成は、補助電源回路１３に限定されず、同様の作用効果を得られるものであれば別の構成でもよい。
【００３６】
電源装置１におけるスイッチＳ３は、同様の作用が可能であれば、例えばコンデンサやインダクタ等他の素子を用いてもよい。例えばコンデンサで置き換える場合には、容量はコンデンサＣ１の容量に比べて例えば１０分の１以下など、十分小さいものでよい。このような構成によれば、制御回路１０をコンデンサに接続する必要がなく、素子も安価であるので、さらにコストを低減することができる。
【００３７】
電圧検出回路４は、他の場所における電圧、例えば入力端子７、９間の電圧を検出するようにしてもよい。
【００３８】
その他の電源装置１における回路構成も上記に限定されず、同様の動作が可能であれば他の素子を用いるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の電源装置は、例えば、液晶表示装置のバックライト用電源、パーソナルコンピュータ等の電子機器の電源として用いることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本実施の形態による電源装置１の回路図である。
【図２】入力電圧Ｖｉ、１次巻線Ｌ１の両端電圧Ｖｔ１、１次巻線Ｌ１の電流ｉｔ１、出力電圧Ｖｏｕｔの概形を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  電源装置
４  電圧検出回路
５、１９  整流回路
７、９  入力端子
１１  変圧器
１３  補助電源回路
２１、２３  出力端子
Ｓ１、Ｓ２  スイッチ
Ｃ１  コンデンサ
【図１】
2006238510.tif 000003
【図２】
2006238510.tif 000004