(57)【要約】【課題】スイッチング電源装置の瞬停耐量時間確保用のコンデンサ容量を低減する。【解決手段】入力端子と出力端子を備えた電圧検出回路を具備し、電圧検出回路の入力端子はスイッチング電源装置の入力電圧と、電圧検出回路の出力端子は電気的接続の開閉を行うスイッチ素子と接続し、瞬停など入力電圧が低下したときに電圧検出回路はスイッチ素子を開に制御する。これにより、電子装置に最低限必要な負荷以外をスイッチング電源装置から切断し、コンデンサのエネルギー消費を減らす。【選択図】図１
2011097736.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力される交流電圧を整流する整流回路とＤＣ／ＤＣコンバータの間にコンデンサを配置し、瞬停時に該コンデンサに蓄積されたエネルギーを負荷に供給することができるスイッチング電源装置において、
該スイッチング電源装置の入力端に接続され、スイッチング電源装置に入力され交流電圧の昇降を検知する電圧検出回路を有し、該電圧検出回路によって検出される交流電圧の昇降に応じて、負荷に対する電気的接続の開閉を行うスイッチ素子の開閉を制御することを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項２】
前記電圧検出回路は、交流電圧を実効電圧値に変換する電圧変換回路と、前記電圧変換回路の出力電圧と基準電圧を比較する電圧比較回路を備え、該電圧比較回路の比較結果の出力に従って、該スイッチ素子の開閉を制御することを特徴とする、請求項１のスイッチング電源装置。
【請求項３】
前記電圧比較回路の基準電圧は、電圧変換回路の出力電圧よりも低い電圧であることを特徴とする、請求項２のスイッチング電源装置。
【請求項４】
入力される交流電圧を整流する整流回路とＤＣ／ＤＣコンバータの間にコンデンサを配置し、瞬停時に該コンデンサに蓄積されたエネルギーを負荷に供給することができるスイッチング電源装置において、
該整流回路の出力端に接続され、整流化された電圧の昇降を検出する電圧検出回路を有し、該電圧検出回路によって検出される整流化電圧の昇降に応じて、負荷に対する電気的接続の開閉を行うスイッチ素子の開閉を制御することを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項５】
前記電圧検出回路は、該電圧検出回路に入力される電圧と基準電圧を比較する電圧比較回路を備え、該電圧比較回路の比較結果に従って、該スイッチ素子の開閉を制御することを特徴とする、請求項４のスイッチング電源装置。
【請求項６】
前記電圧比較回路の基準電圧は、電圧変換回路の出力電圧よりも低い電圧であることを特徴とする、請求項５のスイッチング電源装置。
【請求項７】
入力される交流電圧を整流する整流回路とＤＣ／ＤＣコンバータの間にコンデンサを配置し、瞬停時に該コンデンサに蓄積されたエネルギーを負荷に供給することができるスイッチング電源装置を有する電子装置において、
該スイッチング電源装置の入力端に接続され、スイッチング電源装置に入力される交流電圧の昇降を検知する電圧検出回路と、該電圧検出回路の出力端に接続され、該負荷に対する電気的接続の開閉を行うスイッチ素子を有し、該電圧検出回路によって検出される交流電圧の昇降に応じて、該スイッチ素子の開閉を制御することを特徴とする電子装置。
【請求項８】
入力される交流電圧を整流する整流回路とＤＣ／ＤＣコンバータの間にコンデンサを配置し、瞬停時に該コンデンサに蓄積されたエネルギーを負荷に供給することができるスイッチング電源装置を有する電子装置において、
該整流回路の出力端に接続され、整流化された電圧の昇降を検出する電圧検出回路と、該電圧検出回路の出力端に接続され、該負荷に対する電気的接続の開閉を行うスイッチ素子を有し、該電圧検出回路によって検出される整流化電圧の昇降に応じて、該スイッチ素子の開閉を制御することを特徴とする電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング電源装置及びそれを用いた電子装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
スイッチング電源装置は、安定して電圧出力を得られる回路方式のため、広く一般的に電子装置に使用されている。
スイッチング電源装置は、瞬間的な入力電圧の低下や切断などの瞬停が発生すると機能を維持することができないため、一般的なスイッチング電源装置は瞬停が発生しても動作の維持・継続するための対策が施されている。この瞬停対策として、整流回路とＤＣ／ＤＣコンバータの間にコンデンサを接続する方法が知られている。これにより、瞬停発生時にコンデンサに蓄積したエネルギーを放電することで、スイッチング電源装置の機能を維持することができる。
【０００３】
具体的には、特開２０００−３０５６４１号（特許文献１）に記載されているような、整流ダイオードとＤＣ／ＤＣコンバータの間にコンデンサを接続する方法が知られている。この方式によれば、瞬停が発生した場合でも、コンデンサに蓄積されたエネルギーを放電することでＤＣ／ＤＣコンバータが機能するため、スイッチング電源装置の機能を維持することができる。
【０００４】
図５に従来技術によるスイッチング電源装置の例を示す。このスイッチング電源装置５００は、交流電源５０１の出力を整流ダイオード５０２の入力端子５３０ａ、５３０ｂに接続し、整流ダイオード５０２の出力端子５３１ａをコンデンサ５０３、５０４の正極とＤＣ／ＤＣコンバータ５０５の入力端子５３２ａに接続し、整流ダイオード５０２の出力端子５３１ｂをコンデンサ５０３、５０４の負極とＤＣ／ＤＣコンバータ５０５の入力端子５３２ｂに接続し、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０５の出力端子５３３ａおよび出力端子５３３ｂを負荷５０６ａ、５０６ｂ、５０６ｃに接続して構成される。
【０００５】
このスイッチング電源装置５００の動作について説明すると、交流電源５０１の出力は、整流ダイオード５０２により整流され、コンデンサ５０３、５０４で平滑化される。平滑化された直流電圧はＤＣ／ＤＣコンバータ５０５で電圧を変換し、負荷５０６ａ、５０６ｂ、５０６ｃに供給される。交流電源５０１が停止した場合は、コンデンサ５０３、５０４に蓄積されたエネルギーを放電することで一定時間、スイッチング電源装置の機能を維持させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−３０５６４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来技術によるスイッチング電源装置は、瞬停耐量時間を確保するため、静電容量の大きなコンデンサを使用する。コンデンサは、静電容量の大きさに応じて体積が大きくなるため、スイッチング電源装置に搭載されるコンデンサは、体積の大きいものを用いる必要がある。
【０００８】
一例として、スイッチング電源装置の入力電圧ＡＣ２００Ｖ、出力電圧ＤＣ５Ｖ、出力電流１００Ａ、ＤＣ／ＤＣコンバータの動作下限電圧１４１Ｖ、必要な瞬停耐量時間Ｔｈ＝２０ｍｓの場合を想定する。
交流電源５０１の停電が発生していない場合のコンデンサ５０３、５０４の両端電圧ＶＣ１は式（１）で表され、ＤＣ２８２Ｖである。
【０００９】
[式１]
ＶＣ１＝ＡＣ２００Ｖ×√２
交流電源５０１の停電発生時にはコンデンサ５０３、５０４が放電して、両端電圧は低下し、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０１の動作下限電圧以下になると、出力電圧Ｖｏが低下する。
瞬停耐量時間を確保するために必要なコンデンサ容量Ｃは、停電が発生していない場合のコンデンサ５０３、５０４の両端電圧ＶＣ１とＤＣ／ＤＣコンバータ５０５の動作下限電圧ＶＣ２とスイッチング電源装置５００の出力電圧Ｖｏ、出力電流Ｉｏ、必要な瞬停耐量時間Ｔｈから、式（２）で計算され、具体的な値は、式（３）より３３５ｕＦである。
【００１０】
[式２]
Ｃ＝（２×Ｖｏ×Ｉｏ×Ｔｈ）／（ＶＣ１＾２−ＶＣ２＾２）
[式３]
Ｃ＝（２×５Ｖ×１００Ａ×２０ｍｓ）／（２８２Ｖ＾２−１４１Ｖ＾２）
以上のように、一般的に瞬停耐量時間を確保するためにはスイッチング電源装置に大容量のコンデンサを内蔵する必要がある。スイッチング電源装置への大容量のコンデンサの内蔵は、電源体積、コストの増加につながるため、スイッチング電源装置の小型化、低コスト化のためには、瞬停耐量時間の確保のためのコンデンサ容量の低減化が必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係るスイッチング電源装置は、好ましくは、入力される交流電圧を整流する整流回路とＤＣ／ＤＣコンバータの間にコンデンサを配置し、瞬停時に該コンデンサに蓄積されたエネルギーを負荷に供給することができるスイッチング電源装置において、
該スイッチング電源装置の入力端に接続され、スイッチング電源装置に入力され交流電圧の昇降を検知する電圧検出回路を有し、該電圧検出回路によって検出される交流電圧の昇降に応じて、負荷に対する電気的接続の開閉を行うスイッチ素子の開閉を制御することを特徴とするスイッチング電源装置として構成するものである。
【００１２】
好ましい例によれば、前記電圧検出回路は、交流電圧を実効電圧値に変換する電圧変換回路と、前記電圧変換回路の出力電圧と基準電圧を比較する電圧比較回路を備え、該電圧比較回路の比較結果の出力に従って、該スイッチ素子の開閉を制御する。
また、前記電圧比較回路の基準電圧は、電圧変換回路の出力電圧よりも低い電圧である。
【００１３】
本発明に係るスイッチング電源装置はまた、好ましくは、入力される交流電圧を整流する整流回路とＤＣ／ＤＣコンバータの間にコンデンサを配置し、瞬停時に該コンデンサに蓄積されたエネルギーを負荷に供給することができるスイッチング電源装置において、
該整流回路の出力端に接続され、整流化された電圧の昇降を検出する電圧検出回路を有し、該電圧検出回路によって検出される整流化電圧の昇降に応じて、負荷に対する電気的接続の開閉を行うスイッチ素子の開閉を制御することを特徴とするスイッチング電源装置として構成するものである。
好ましい例によれば、前記電圧検出回路は、該電圧検出回路に入力される電圧と基準電圧を比較する電圧比較回路を備え、該電圧比較回路の比較結果に従って、該スイッチ素子の開閉を制御する。
また、前記電圧比較回路の基準電圧は、電圧変換回路の出力電圧よりも低い電圧である。
【００１４】
また、本発明に係る電子装置は、好ましくは、入力される交流電圧を整流する整流回路とＤＣ／ＤＣコンバータの間にコンデンサを配置し、瞬停時に該コンデンサに蓄積されたエネルギーを負荷に供給することができるスイッチング電源装置を有する電子装置において、該スイッチング電源装置の入力端に接続され、スイッチング電源装置に入力される交流電圧の昇降を検知する電圧検出回路と、該電圧検出回路の出力端に接続され、該負荷に対する電気的接続の開閉を行うスイッチ素子を有し、該電圧検出回路によって検出される交流電圧の昇降に応じて、該スイッチ素子の開閉を制御することを特徴とする電子装置として構成される。
【００１５】
また、本発明に係る電子装置は、好ましくは、入力される交流電圧を整流する整流回路とＤＣ／ＤＣコンバータの間にコンデンサを配置し、瞬停時に該コンデンサに蓄積されたエネルギーを負荷に供給することができるスイッチング電源装置を有する電子装置において、該整流回路の出力端に接続され、整流化された電圧の昇降を検出する電圧検出回路と、該電圧検出回路の出力端に接続され、該負荷に対する電気的接続の開閉を行うスイッチ素子を有し、該電圧検出回路によって検出される整流化電圧の昇降に応じて、該スイッチ素子の開閉を制御することを特徴とする電子装置として構成される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、瞬停時に最低限必要な負荷以外をスイッチング電源装置から切断するため、スイッチング電源装置の瞬停耐量時間確保用のコンデンサ容量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施例１によるスイッチング電源装置を示す図である。
【図２】実施例１における電圧検出回路２１０の詳細な回路構成図である。
【図３】実施例２によるスイッチング電源装置を示す図である。
【図４】実施例２における電圧検出回路４１０の回路図である。
【図５】従来技術を用いたスイッチング電源装置の例を示す図である。
【図６】実施例３における電源装置を示す図である。
【図７】実施例４における電子装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１８】
図１は、実施例１のスイッチング電源装置１００の回路構成を示す。
スイッチング電源装置１００において、交流電源１０１は電圧検出回路２１０の入力端子２３０と整流ダイオード１０２の入力端子１３０ａ、１３０ｂに接続される。整流ダイオード１０２の出力端子１３１ａは、コンデンサ１０３、１０４の正極とＤＣ／ＤＣコンバータ１０５の入力端子１３２ａに接続され、整流ダイオード１０２の出力端子１３１ｂはコンデンサ１０３、１０４の負極とＤＣ／ＤＣコンバータ１０５の入力端子１３２ｂに接続される。
ＤＣ／ＤＣコンバータ１０５の出力端子１３３ａは、スイッチ素子１２０ａ、１２０ｂと負荷１０６ｃに接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０５の出力端子１３３ｂは負荷１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃに接続される。スイッチ素子１２０ａ、１２０ｂは、負荷１０６ａ、１０６ｂに接続され、電圧検出回路２１０の出力端子２３１はスイッチ素子１２０ａ、１２０ｂの入力端子に接続される。
【００１９】
図２は、スイッチング電源装置１００の電圧検出回路２１０を示す。
電圧検出回路２１０の入力端子２３０は抵抗２１１の第１の極に接続される。オペアンプ２１２のマイナス端子は、抵抗２１１の第２の極と抵抗２１３の第１の極に接続され、オペアンプ２１２のプラス端子はＧＮＤに接続される。オペアンプ２１２の出力端子は、ダイオード２１４の陽極端子（アノード）に接続され、ダイオード２１４の陰極端子（カソード）は、抵抗２１３の第２の極及び抵抗２１５の第１の極に接続される。オペアンプ２１６のマイナス端子は、抵抗２１５の第２の極及びコンデンサ２１７の第１の極と抵抗２１８の第１の極に接続され、オペアンプ２１６のプラス端子はＧＮＤに接続される。また、オペアンプ２１６の出力端子は、コンデンサ２１７の第２の極と、抵抗２１８の第２の極と、コンパレータ２１９のプラス端子に接続される。コンパレータ２１９のマイナス端子は基準電圧２２０に接続され、コンパレータ２１９の出力端子は電圧検出回路２１０の出力端子２３１に接続される。
【００２０】
次に、スイッチング電源装置１００の動作について説明する。
スイッチング電源装置１００において、交流電源１０１の出力は整流ダイオード１０２により整流され、コンデンサ１０３、１０４で平滑化される。平滑化された直流電圧はＤＣ／ＤＣコンバータ１０５で電圧を変換し、負荷１０６ｃおよび閉状態であるスイッチ素子１２０ａ、１２０ｂを経由して負荷１０６ａ、１０６ｂに供給され、負荷１０６ｃは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０５の電圧が直接供給される。
【００２１】
電圧検出回路２１０の入力端子２３０の交流電圧は、抵抗２１１、オペアンプ２１２、抵抗２１３、ダイオード２１４により整流および反転増幅され、このときの反転増幅率は入力端子２３０の電圧をＶｉｎ１、抵抗２１１および抵抗２１３の抵抗値をＲ２１１およびＲ２１３、ダイオード２１４の出力電圧をＶｏ１とすると式（４）で表される。
【００２２】
[式４]
Ｖｏ１＝（−Ｒ２１３／Ｒ２１１）×Ｖｉｎ１
ダイオード２１４の出力電圧Ｖｏ１は、抵抗２１５、オペアンプ２１６、コンデンサ２１７、抵抗２１８の積分回路により積分され、オペアンプ２１６の出力電圧はダイオード２１４の出力電圧の時間的積分値に比例した出力電圧が得られる。抵抗２１５および抵抗２１８の抵抗値をＲ２１５およびＲ２１８、コンデンサ２１７の静電容量をＣ２１７、ｊを虚数単位、ｆを周波数とするとオペアンプ２１６の出力電圧Ｖｏ２は式（５）で表される。
【００２３】
[式５]
Ｖｏ２＝（−Ｒ２１８／Ｒ２１５）×｛１／（１＋ｊ×２πｆ×Ｃ２１７×Ｒ２１８）｝×Ｖｏ１
すなわち、瞬停時に、電圧検出回路２１０の入力端子２３０の入力電圧Ｖｉｎ１が低下すると、オペアンプ２１６の出力電圧Ｖｏ２は、入力電圧Ｖｉｎ１に反比例して電圧が上昇するよう制御され、オペアンプ２１６の出力電圧Ｖｏ２と基準電圧２２０をコンパレータ２１９で比較し、出力電圧Ｖｏ２が基準電圧２２０より高くなると、出力端子２３１はＨｉｇｈレベルとなりスイッチ素子１２０ａ、１２０ｂを開、逆に定常時の場合は、出力電圧Ｖｏ２は基準電圧２２０より低くなり出力端子２３１がＬｏｗレベルとなるため、スイッチ素子１２０ａ、１２０ｂを閉にする。
【００２４】
以上のように、実施例１のスイッチング電源装置を使用すれば、交流電圧の値に応じてスイッチ素子の開閉が可能となるので、瞬停が発生してコンデンサのエネルギーのみでスイッチング電源装置の動作を維持する場合に、電子装置の動作に最低限必要な負荷以外をスイッチング電源装置から切断できるため、コンデンサのエネルギー消費量を減らすことが可能である。これによりコンデンサの静電容量を従来よりも小さくすることができ、スイッチング電源装置の小型化、コスト低減を図ることができる。
【実施例２】
【００２５】
図３は、実施例２のスイッチング電源装置３００の回路構成を示す。
スイッチング電源装置３００において、交流電源３０１は整流ダイオード３０２の入力端子３３０ａ、３３０ｂに接続される。整流ダイオード３０２の出力端子３３１ａは、電圧検出回路４１０の入力端子４３０と、コンデンサ３０３、３０４の正極と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０５の入力端子３３２ａに接続される。整流ダイオード３０２の出力端子３３１ｂは、コンデンサ３０３、３０４の負極と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０５の入力端子３３２ｂに接続される。
ＤＣ／ＤＣコンバータ３０５の出力端子３３３ａは、スイッチ素子３２０ａ、３２０ｂと負荷３０６ｃに接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０５の出力端子３３３ｂは負荷３０６ａ、３０６ｂ、３０６ｃに接続される。スイッチ素子３２０ａ、３２０ｂは負荷３０６ａ、３０６ｂに接続され、電圧検出回路４１０の出力端子４３１はスイッチ素子３２０ａ、３２０ｂの入力端子に接続される。
【００２６】
図４は、スイッチング電源装置３００の電圧検出回路４１０を示す。入力端子４３０はコンパレータ４１２のプラス端子に接続され、コンパレータ４１２のマイナス端子は基準電圧４１１に接続される。コンパレータ４１２の出力端子は電圧検出回路４１０の出力端子４３１に接続される。
【００２７】
次に、スイッチング電源装置３００の動作について説明する。
スイッチング電源装置３００において、交流電源３０１の出力は整流ダイオード３０２により整流され、コンデンサ３０３、３０４で平滑化される。平滑化された直流電圧はＤＣ／ＤＣコンバータ３０５で電圧を変換し、負荷３０６ｃおよび閉状態であるスイッチ素子３２０ａ、３２０ｂを経由して負荷３０６ａ、３０６ｂに供給され、負荷３０６ｃは、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０５の電圧が直接供給される。
【００２８】
電圧検出回路４１０の入力端子４３０の電圧は、基準電圧４１１とコンパレータ４１２で比較され、瞬停が発生した場合は交流電圧３０１に比例して徐々に低下する。そして基準電圧４１１より低くなると、電圧検出回路４１０の出力端子４３１がＬｏｗレベルとなり、出力端子４３１と接続されたスイッチ素子３２０ａ、３２０ｂを開にする。逆に、定常時の場合は入力端子４３０の入力電圧が基準電圧４１１より高くなり、出力端子４３１がＨｉｇｈレベルとなって出力端子４３１と接続されたスイッチ素子３２０ａ、３２０ｂを閉にする。
【００２９】
以上のように、実施例２のスイッチング電源装置を使用すれば、コンデンサのエネルギーのみでスイッチング電源装置の動作を維持する場合に、電子装置の動作に最低限必要な負荷以外をスイッチング電源装置から切断できるため、コンデンサのエネルギー消費量を減らすことが可能である。これによりコンデンサの静電容量を従来よりも小さくすることができ、スイッチング電源装置の小型化、コスト低減を図ることができる。
【実施例３】
【００３０】
図６は実施例３による電源装置を示す。
図６において、６０３ａ、６０３ｂ、６０３ｃは、図１及び図３のスイッチング電源装置を示す。電源装置６００の入力６０１には、スイッチング電源装置６０３ａ、６０３ｂ、６０３ｃの入力６０２ａ、６０２ｂ、６０２ｃが接続され、スイッチング電源装置出力６０４ａ、６０４ｂ、６０４ｃは電源装置６００の出力６０５となる。
【００３１】
図６に示すように、電源装置６００は、電源装置入力６０１とスイッチング電源装置６０３ａ、６０３ｂ、６０３ｃのスイッチング電源装置入力６０２ａ、６０２ｂ、６０２ｃを並列接続し、スイッチング電源装置６０３ａ、６０３ｂ、６０３ｃのスイッチング電源装置出力６０４ａ、６０４ｂ、６０４ｃを並列接続している。
【００３２】
このように、電源装置６００は、実施例１および実施例２のスイッチング電源装置を使用することで、スイッチング電源装置の小型化、低コスト化が図れ、それに伴って、電源装置を小型化、低コスト化することが可能である。
【実施例４】
【００３３】
図７は実施例４による電子装置を示す。
図７において、７００は電子装置、７０１は電子装置入力、７０２はスイッチング電源装置入力、７０３は図１および図３の示すスイッチング電源装置、７０４はスイッチング電源装置出力、７０５は電子回路である。
実施例４の電子装置７００は、電子装置入力７０１のスイッチング電源装置入力７０２をスイッチング電源装置７０３と接続し、スイッチング電源装置出力７０４を電子回路７０５に接続している。ここで、電子回路７０５は、たとえば電子演算回路、メモリ回路、増幅回路、Ｄ／Ａコンバータなどのデジタル回路、アナログ回路による電子回路である。
【００３４】
このように、電子装置７００は、実施例１および実施例２のスイッチング電源装置を使用することで、スイッチング電源装置の小型化、低コスト化が図れ、これに伴って、電子装置を小型化、低コスト化することが可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１００：スイッチング電源装置  １０１：交流電源  １０２：整流ダイオード  
１０３：コンデンサ  １０４：コンデンサ  １０５：ＤＣ／ＤＣコンバータ  
１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ：負荷  １２０ａ、１２０ｂ：スイッチ素子  
１３０ａ、１３０ｂ：整流ダイオードの入力端子
１３１ａ、１３１ｂ：整流ダイオードの出力端子
１３２ａ、１３２ｂ：ＤＣ／ＤＣコンバータの入力端子
１３３ａ、１３３ｂ：ＤＣ／ＤＣコンバータの出力端子
２１０：電圧検出回路  ２３０：電圧検出回路の入力端子  ２３１：電圧検出回路の出力端子  ６００：電源装置  ６０３ａ、６０３ｂ、６０３ｃ：スイッチング電源装置
７００：電子装置  ７０３：スイッチング電源装置  ７０５：電子回路。
【図１】
2011097736.tif 000003
【図２】
2011097736.tif 000004
【図３】
2011097736.tif 000005
【図４】
2011097736.tif 000006
【図５】
2011097736.tif 000007
【図６】
2011097736.tif 000008
【図７】
2011097736.tif 000009