(57)【要約】【課題】停電保持時間を確保しつつ、交流入力の電圧変動に応じて軽負荷時の電力変換効率を改善することができる電源装置を提供する。【解決手段】本発明による電源装置は、交流入力を整流する整流部と、前記整流部により整流された電力の力率を改善する力率改善部と、前記力率改善部を通じて供給される電力を所望の電力に変換する電力変換部と、前記交流入力の電圧変動の大きさを監視する入力電圧監視部と、前記負荷を監視する出力負荷監視部と、前記入力電圧監視部の監視結果と前記出力負荷監視部の監視結果とに基づき、前記力率改善部を通じて前記電力変換部に供給される電力の電圧を制御する制御部とを備える。【選択図】図１
2015154652.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流入力を整流する整流部と、
前記整流部により整流された電力の力率を改善する力率改善部と、
前記力率改善部を通じて供給される電力を所望の電力に変換する電力変換部と、
前記交流入力の電圧変動の大きさを監視する第１監視部と、
前記負荷が無負荷、軽負荷または重負荷であるかを監視する第２監視部と、
前記第１監視部の監視結果と前記第２監視部の監視結果との組み合わせに基づき、前記力率改善部を通じて前記電力変換部に供給される電圧を制御する制御部と、
を備えた電源装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記第２監視部の監視結果が、前記負荷が軽負荷であることを示す場合、前記第１監視部の監視結果に基づいて、前記力率改善部から前記電力変換部に供給される電圧が前記交流入力の電圧振幅値の変化に追従するように、前記力率改善部の動作を制御する、請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記制御部は、
前記第２監視部の監視結果が、前記負荷が重負荷であることを示す場合、前記第１監視部の監視結果とは無関係に、前記力率改善部から前記電力変換部に供給される電圧が所定の停電保持時間を得るために必要な電圧となるように、前記力率改善部の動作を制御する、請求項２に記載の電源装置。
【請求項４】
前記制御部は、
前記力率改善部の出力部と所定電位との間に直列接続された第１抵抗、第２抵抗、第３抵抗、第４抵抗と、
前記第１抵抗と前記第２抵抗との間の接続部の電圧と基準電圧との偏差を縮小するように、前記力率改善部に備えられた昇圧インダクタを駆動するためのスイッチング素子を駆動する駆動回路と、
前記第３抵抗及び前記第４抵抗の何れか一方と並列接続され、前記第１監視部の監視結果に基づいて導通する第１スイッチと、
前記第３抵抗と前記第４抵抗とからなる直列回路と並列接続され、前記第２監視部の監視結果に基づいて導通する第２スイッチと、
を備えた、請求項１から３の何れか１項に記載の電源装置。
【請求項５】
前記制御部は、
前記力率改善部の出力部と所定電位との間に直列接続された第１抵抗及び第２抵抗と、
前記第１抵抗と前記第２抵抗との間の接続部の電圧と基準電圧との比較結果に基づいて前記力率改善部に備えられた昇圧インダクタを駆動するためのスイッチング素子を駆動する駆動回路と、
前記第１監視部の監視結果と前記第２の監視結果とに応じて前記基準電圧を調整する電圧調整部と、
を備えた、請求項１から３の何れか１項に記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、力率改善回路を備えた電源装置に関し、特に電力変換効率を改善するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、整流回路部と、力率改善回路と、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路を備えた電源装置がある（例えば、特許文献１参照）。この種の電源装置では、停電が発生した場合、停電保持時間と称される一定時間、電源装置の出力電圧が維持されるように、力率改善回路からＤＣ−ＤＣコンバータ回路に入力される電圧（力率改善回路の出力電圧）が設定されている。また、この電源装置では、重負荷時には軽負荷時よりも力率改善回路の出力電圧を上昇させることにより、重負荷時にも軽負荷時と同等の停電保持時間を確保している。
【０００３】
一般に、力率改善回路の出力電圧を高くすると、電力変換効率が低下する傾向を示す。このため、電力変換効率の観点からすれば、力率改善回路の出力電圧は低い方が望ましい。特に軽負荷時には、力率改善回路の出力電圧を低下させても所望の停電保持時間を確保することができるため、力率改善回路の出力電圧を低下させることが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−  ３８８５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、力率改善回路が力率改善機能を発揮するためには、ＡＣＩＮｒｍｓ×√２＜Ｅｏなる条件を満たす必要がある。ここで、ＡＣＩＮｒｍｓは、電源装置の交流入力の電圧の実効値である。上記条件による制約を受け、力率改善回路の出力電圧の下限を交流入力の最大振幅値（Ｖｒｍｓ×√２）以下に設定することはできない。通常、軽負荷時の力率改善回路の出力電圧の値は、交流入力電圧の最大振幅値に合わせて固定されている。このため、交流入力の電圧変動に合わせて軽負荷時の電力変換効率を改善することが困難であった。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、停電保持時間を確保しつつ、交流入力の電圧変動に応じて電力変換効率を改善することができる電源装置を提供することを目的とする。
【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、本発明に係る電源装置は、交流入力を整流する整流部と、前記整流部により整流された電力の力率を改善する力率改善部と、前記力率改善部を通じて供給される電力を所望の電力に変換する電力変換部と、前記交流入力の電圧変動の大きさを監視する第１監視部と、前記負荷が無負荷、軽負荷または重負荷であるかを監視する第２監視部と、前記第１監視部の監視結果と前記第２監視部の監視結果との組み合わせに基づき、前記力率改善部を通じて前記電力変換部に供給される電圧を制御する制御部と、を備えた電源装置の構成を有する。
【０００８】
上記構成によれば、交流入力の電圧振幅が小さくなった場合、力率改善部を通じて電力変換部に供給される電力の電圧を小さくすることができる。このため、電力変換効率を改善することが可能になる。また、第２監視部により監視される負荷の状態に応じて、力率改善回路の出力電圧が一定量だけ上昇した状態で安定化される。従って、停電が発生した場合、力率改善回路の出力電圧が電源装置の出力電圧を保持するための限界電圧にまで低下するのに要する時間が延長され、その分、停電保持時間が改善される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、停電保持時間を確保しつつ、交流入力の電圧変動に応じて電力変換効率を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態による電源装置の構成例を示す回路図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による電源装置の動作例を説明するための波形図である。
【図３】本発明の第２の実施形態による電源装置の構成例を示す回路図である。
【図４】本発明の第２の実施形態による電源装置の制御部が備える制御用テーブルの一例を示す図である。
【図５】本発明の第３の実施形態による電源装置の構成例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
（第１の実施形態）
図１に、本発明の第１の実施形態による電源装置１の構成を示す。
電源装置１は、概略的には、整流部１０、力率改善部２０、電力変換部３０、入力電圧監視部４０（第１監視部）、制御部５０、出力負荷監視部６０（第２監視部）、シャント抵抗７０から構成される。
【００１２】
整流部１０の入力部には商用の交流入力ＡＣＩＮの電圧Ｖｉが供給される。整流部１０は、商用の交流入力ＡＣＩＮの電圧Ｖｉを整流するためのものである。本実施形態では、整流部１０の低電圧側出力端子（−）はグランドＧＮＤに接地されている（図示省略）。整流部１０の出力部には力率改善部２０の入力部が接続される。
【００１３】
力率改善部２０は、整流部１０により整流された電力の力率を改善するためのものである。力率改善部２０は、昇圧型の力率改善回路から構成され、昇圧インダクタ２１、ｎ型ＭＯＳトランジスタ２２、ダイオード２３、コンデンサ２４を備えている。ここで、昇圧インダクタ２１の一端は整流部１０の高電圧側出力端子（＋）に接続される。昇圧インダクタ２１の他端と整流部１０の低電圧側出力端子（−）との間にはｎ型ＭＯＳトランジスタ２２が接続される。また、昇圧インダクタ２１の他端には逆流防止用のダイオード２３のアノードが接続され、ダイオード２３のカソードと整流部１０の低電圧側出力端子（−）との間には平滑用のコンデンサ２４が接続される。ダイオード２３のカソードは力率改善部２０の出力部となる。力率改善部２０の出力部には電力変換部３０の入力部が接続される。
【００１４】
電力変換部３０は、力率改善部２０を通じて供給される電力を所望の電力に変換するものである。電力変換部３０は、力率改善部２０の出力電圧Ｅｏを所望の直流出力電圧Ｖｏに変換する。電力変換部３０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路から構成され、絶縁トランス３１、ｎ型ＭＯＳトランジスタ３２、主ダイオード３３、還流ダイオード３４、出力インダクタ３５、出力コンデンサ３６を備えている。ここで、絶縁トランス３１の１次側コイルの一端は、力率改善部２０の出力部に接続され、その他端はｎ型ＭＯＳトランジスタ３２を介して整流部１０の低電圧側出力端子（−）に接続されている。なお、電力変換部３０の回路形式は任意である。
【００１５】
絶縁トランス３１の２次側コイルの一端には主ダイオード３３のアノードが接続され、主ダイオード３３のカソードと絶縁トランス３１の２次側コイルの他端との間には、還流ダイオード３４が接続されている。また、主ダイオード３３のカソードには、出力インダクタ３５の一端が接続され、出力インダクタ３５の他端と絶縁トランス３１の２次側コイルの他端との間には出力コンデンサ３６が接続されている。出力インダクタ３５の他端は、電力変換部３０の出力部となり、電力変換部３０の出力部と電源装置１の出力端子との間には、電力変換部３０の出力電流、即ち電源装置１の出力電流Ｉｏを検出するためのシャント抵抗７０が接続されている。
なお、図１では省略されているが、電源装置１は、電源装置１の出力電圧Ｖｏが目標値となるようにｎ型ＭＯＳトランジスタ３２のスイッチング動作を制御するための制御回路を備えている。
【００１６】
入力電圧監視部４０は、交流入力ＡＣＩＮの電圧変動の大きさを監視するためのものである。入力電圧監視部４０の入力部には、交流入力ＡＣＩＮの電圧Ｖｉが入力される。交流入力ＡＣＩＮの電圧Ｖｉの振幅は、例えば、約８０Ｖから約１２０Ｖの範囲で変動し得る。本実施形態では、入力電圧監視部４０は、交流入力ＡＣＩＮの電圧Ｖｉの振幅が小振幅であるか大振幅であるかを判定して、その判定結果を監視結果として出力する。入力電圧監視部４０の監視結果は制御部５０に供給される。
【００１７】
本実施形態では、小振幅と大振幅の境界を規定する電圧閾値ＶＴを導入し、交流入力ＡＣＩＮの電圧Ｖｉが電圧閾値ＶＴ以下であれば、交流入力ＡＣＩＮの電圧Ｖｉは小振幅であるものとし、交流入力ＡＣＩＮの電圧Ｖｉが電圧閾値ＶＴを超えていれば、交流入力ＡＣＩＮの電圧Ｖｉは大振幅であるものとする。電圧閾値ＶＴは、交流入力ＡＣＩＮの電圧Ｖｉの電圧変動の範囲内で任意に設定することができる。例えば、電圧閾値ＶＴは、交流入力ＡＣＩＮの電圧Ｖｉの電圧変動の範囲の略中央に設定することができる。また、本実施形態では、「小振幅」なる用語は、電圧閾値ＶＴ以下の振幅を指し、「大振幅」なる用語は、電圧閾値ＶＴを超える振幅を指す。これらの用語に代えて、「低振幅」および「高振幅」など、任意の用語を用いることができる。
【００１８】
入力電圧監視部４０は、交流入力ＡＣＩＮの電圧Ｖｉと電圧閾値ＶＴとを比較し、電圧Ｖｉが電圧閾値ＶＴ以下であれば、電圧Ｖｉが小振幅であると判定し、この判定結果（監視結果）を示すローレベルの信号ＳＡを出力する。また、入力電圧監視部４０は、電圧Ｖｉが電圧閾値ＶＴを超えていれば、電圧Ｖｉが大振幅であると判定し、この判定結果（監視結果）を示すハイレベルの信号ＳＡを出力する。
【００１９】
ここで、入力電圧監視部４０から出力される信号ＳＡのローレベルは、後述の制御部５０に備えられたｎｐｎ型トランジスタ５６を導通状態とする信号レベルであり、信号ＳＡのハイレベルは、ｎｐｎ型トランジスタ５６を非導通状態とする信号レベルである。ただし、このような信号ＳＡの形式は、制御部５０の構成に応じて任意に設定し得る。
【００２０】
制御部５０は、上述の入力電圧監視部４０の監視結果と後述の出力負荷監視部６０の監視結果との組み合わせに基づき、力率改善部２０を通じて電力変換部３０に供給される電圧を制御するためのものである。制御部５０は、駆動回路５１と、抵抗５２，５３，５４，５５と、ｎｐｎ型トランジスタ５６，５７とを備えている。このうち、抵抗５２（第１抵抗）、抵抗５３（第２抵抗）、抵抗５４（第３抵抗）、抵抗５５（第４抵抗）は、力率改善部２０の出力部とグランドＧＮＤ（所定電位）との間に直列接続されている。具体的には、抵抗５２の一端は力率改善部２０の出力部に接続され、抵抗５２の他端は抵抗５３の一端に接続され、抵抗５３の他端は抵抗５４の一端に接続され、抵抗５４の他端は抵抗５５の一端に接続され、抵抗５５の他端はグランドＧＮＤに接地されている。
【００２１】
本実施形態では、抵抗５２と抵抗５３との間の接続点Ｐ１には、駆動回路５１の入力部が接続されている。また、抵抗５５にはｎｐｎ型トランジスタ５６が並列接続されている。ｎｐｎ型トランジスタ５６は、入力電圧監視部４０の監視結果を示す信号ＳＡに基づいて導通する第１スイッチとして機能する。ただし、ｎｐｎ型トランジスタ５６は、抵抗５５に代えて抵抗５４と並列接続されてもよい。抵抗５４と抵抗５５とからなる直列回路にはｎｐｎ型トランジスタ５７が並列接続されている。ｎｐｎ型トランジスタ５７は、出力負荷監視部６０の監視結果を示す信号ＳＢに基づいて導通する第２スイッチとして機能する。
【００２２】
ここで、抵抗５２の抵抗値（Ｒ２）と、抵抗５３，５４，５５の合成抵抗値（Ｒ３＋Ｒ４＋Ｒ５）との比は、力率改善部２０の出力電圧Ｅｏ（力率改善部２０の出力部とグランドＧＮＤとの間の電圧）を抵抗５２と抵抗５３と抵抗５４と抵抗５５とにより分圧したときの接続点Ｐ１の電圧ＶＰ１１を駆動回路５１に入力した場合に次の条件１ａ及び条件１ｂの両方が満足されるように設定される。
（条件１ａ）軽負荷時に必要な停電保持時間ｔＨＯＬＤが得られること。
（条件１ｂ）軽負荷時の出力電圧Ｅｏが、小振幅時の交流入力ＡＣＩＮの電圧Ｖｉの振幅（実効値×√２）を下限として、後述の軽負荷時の所定の標準電圧Ｅｏ２よりも低い電圧Ｅｏ１に設定されること。
【００２３】
また、抵抗５２の抵抗値（Ｒ２）と抵抗５３，５４の合成抵抗値（Ｒ３＋Ｒ４）との比は、力率改善部２０の出力電圧Ｅｏを抵抗５２と抵抗５３，５４の合成抵抗とにより分圧したときの接続点Ｐ１の電圧ＶＰ１２（＜ＶＰ１１）を駆動回路５１に入力した場合に、出力電圧Ｅｏが軽負荷時の所定の標準電圧Ｅｏ２となるように設定される。
【００２４】
更に、抵抗５２の抵抗値（Ｒ２）と抵抗５３の抵抗値（Ｒ３）との比は、力率改善部２０の出力電圧Ｅｏを抵抗５２と抵抗５３とにより分圧したときの接続点Ｐ１の電圧ＶＰ１３（＜ＶＰ１２）を駆動回路５１に入力した場合に、出力電圧Ｅｏが重負荷時の所定の標準電圧Ｅｏ３となるように設定される。
【００２５】
なお、上述の接続点Ｐ１の電圧ＶＰ１１，ＶＰ１２，ＶＰ１３の間には、ＶＰ１１＞ＶＰ１２＞ＶＰ１３なる大小関係が存在する。また、電圧Ｅｏ１，Ｅｏ２，Ｅｏ３の間には、Ｅｏ１＜Ｅｏ２＜Ｅｏ３なる大小関係が存在する。
【００２６】
駆動回路５１は、力率改善部２０に備えられた昇圧インダクタ２１を駆動するためのスイッチング素子であるｎ型ＭＯＳトランジスタ２２を駆動するものである。駆動回路５１は、演算増幅器５１１を備え、演算増幅器５１１の反転入力部（−）には、上述した抵抗５２と抵抗５３との間の接続点Ｐ１が接続され、演算増幅器５１１の非反転入力部（＋）には、基準電圧源５１２から基準電圧ＶＲＥＦが印加されている。演算増幅器５１１は、接続点Ｐ１の電圧と基準電圧ＶＲＥＦとを比較し、その大小関係に応じた信号（図示なし）を出力する。
【００２７】
基準電圧ＶＲＥＦの値は、上述した抵抗５２と抵抗５３との間の接続点Ｐ１の電圧ＶＰ１１，ＶＰ１２，ＶＰ１３が駆動回路５１に入力された場合に、上述した電圧Ｅｏ１，Ｅｏ２，Ｅｏ３が得られるように設定される。換言すれば、上述した電圧Ｅｏ１，Ｅｏ２，Ｅｏ３の大小関係と所定の停電保持時間ｔＨＯＬＤが得られるように、抵抗５２，５３，５４，５５の各抵抗値と基準電圧ＶＲＥＦとが設定される。駆動回路５１は、接続部Ｐ１の電圧ＶＰ１１，ＶＰ１２，ＶＰ１３と基準電圧ＶＲＥＦの偏差を縮小するようにｎ型ＭＯＳトランジスタ２２を駆動することにより、出力電圧Ｅｏを一定の電圧Ｅｏ１，Ｅｏ２，Ｅｏ３に安定化させる。
【００２８】
出力負荷監視部６０は、電源装置１の出力部に接続された負荷（図示なし）が、無負荷、軽負荷または重負荷であるかを監視するためのものである。出力負荷監視部６０は、出力電流検出部６１、フォトカプラ発光部（発光ダイオード）６２、抵抗６３、フォトカプラ受光部（フォトトランジスタ）６４から構成される。出力電流検出部６１は、シャント抵抗７０を流れる出力電流Ｉｏが電流閾値ＩＴを超えたか否かを判定するためのものであり、出力電流検出部６１の出力部とグランドＧＮＤとの間には、フォトカプラ発光部６２が接続されている。抵抗６３の一端は電源ＶＤＤに接続され、抵抗６３の他端には、フォトカプラ受光部６４の一端が接続される。フォトカプラ受光部６４の他端は、出力負荷監視部６０の出力部となり、前述の制御部５０を構成するｎｐｎ型トランジスタ５７のベースに接続される。出力負荷監視部６０の監視結果として、フォトカプラ受光部６４から信号ＳＢが出力される。
【００２９】
ここで、本実施形態では、出力電流Ｉｏが電流閾値ＩＴ以下の場合、負荷は軽負荷であり、出力電流Ｉｏが電流閾値ＩＴを超えた場合、負荷は重負荷であり、出力電流Ｉｏが略ゼロであれば、負荷は無負荷であるものとする。ただし、この例に限定されず、負荷の定義は任意である。電流閾値ＩＴは、重負荷時の停電保持時間ｔＨＯＬＤを確保する観点から任意に設定することができる。即ち、出力電流Ｉｏの増加により停電保持時間ｔＨＯＬＤを確保するために力率改善部２０の出力電圧Ｅｏを上昇させる必要が生じた状況を把握できることを限度として、電流閾値ＩＴは任意に設定することができる。
なお、本実施形態では、無負荷は軽負荷として取り扱われるが、無負荷と軽負荷を判別するための電流閾値を導入してもよい。
【００３０】
次に、第１の実施形態による電源装置１の動作について、軽負荷時の電力変換効率に着目した動作と、重負荷時の電源保持時間に着目した動作とに分けて説明する。
図２は、本発明の第１の実施形態による電源装置１の動作例を説明するための波形図である。図２において、横軸は時間（ｔ）を表し、縦軸は、交流入力ＡＣＩＮの電圧Ｖｉ、電源装置１の出力電流Ｉｏ、力率改善部２０の出力電圧Ｅｏ、電源装置１の出力電圧Ｖｏを表している。
【００３１】
また、図２において、時刻ｔ１以前では、交流入力ＡＣＩＮの電圧Ｖｉは小振幅であり、時刻ｔ１以降、大振幅になっている。即ち、時刻ｔ１で交流入力ＡＣＩＮの電圧振幅が小振幅から大振幅に変化している。また、時刻ｔ２以前では、電源装置１の負荷は軽負荷となっており、時刻ｔ２以降、重負荷になっている。即ち、時刻ｔ２において電源装置１の負荷が軽負荷から重負荷に変化している。更に、時刻ｔ３において停電が発生し、時刻ｔ３以降、交流入力ＡＣＩＮが遮断されている。
【００３２】
本実施形態では、説明の便宜上、電源装置１の出力部に負荷として１台のハードディスク装置が接続されている場合、電源装置１の負荷は軽負荷であり、出力電流Ｉｏは電流閾値ＩＴ以下であるものとする。また、電源装置１の出力部に２台のハードディスク装置が接続されている場合、電源装置１の負荷は重負荷であり、出力電流Ｉｏが電流閾値ＩＴを超えるものとする。図２の例では、時刻ｔ２までは、電源装置１に１台のハードディスク装置が接続された状態にある。時刻ｔ２で更に１台のハードディスク装置が追加接続され、電源装置１に接続されたハードディスク装置は２台となっている。ただし、この例に限定されず、負荷は任意に設定することができる。
【００３３】
（１）軽負荷時の電力変換効率に着目した動作
概略的には、制御部５０は、入力電圧監視部４０の監視結果が、負荷が軽負荷であることを示す場合、入力電圧監視部４０の監視結果に基づいて、力率改善部２０から電力変換部３０に供給される電圧が交流入力ＡＣＩＮの電圧振幅値の変化に追従するように、力率改善部２０の動作を制御する。
【００３４】
詳細に説明する。電源装置１に負荷として１台のハードディスク装置が接続されている場合、即ち、電源装置１の負荷が軽負荷である場合を考える。この場合、図２の時刻ｔ２以前の波形で示すように、出力電流Ｉｏが電流閾値ＩＴ以下となり、このときのシャント抵抗７０の端子間電圧から、出力電流検出部６１は、出力電流Ｉｏが電流閾値ＩＴ以下であることを検出する。この場合、出力電流検出部６１はフォトカプラ発光部６２を駆動しない。従ってフォトカプラ発光部６２は発光せず、対向するフォトカプラ受光部６４はオフ状態に維持される。
【００３５】
フォトカプラ受光部６４がオフ状態であれば、制御部５０を構成するｎｐｎ型トランジスタ５７のベースに信号ＳＢとして流れ込む電流は略ゼロである。これにより、負荷が軽負荷であることを示す監視結果が信号ＳＢとして出力負荷監視部６０から制御部５０に与えられる。このように軽負荷時には、制御部５０のｎｐｎ型トランジスタ５７は非導通状態に維持される。
【００３６】
一方、入力電圧監視部４０は、交流入力ＡＣＩＮの電圧Ｖｉを監視し、その監視結果を制御部５０に供給する。図２の例では、時刻ｔ１までは、交流入力ＡＣＩＮの電圧Ｖｉは電圧閾値ＶＴ以下であり、交流入力ＡＣＩＮの電圧Ｖｉの振幅は小振幅である。この場合、入力電圧監視部４０は、交流入力ＡＣＩＮの電圧Ｖｉの振幅が小振幅である旨の監視結果を示すローレベルの信号ＳＡを制御部５０のｎｐｎ型トランジスタ５６のベースに出力する。この場合、ｎｐｎ型トランジスタ５６は非導通状態になる。
【００３７】
結局、軽負荷時の交流入力ＡＣＩＮの電圧Ｖｉの振幅が小振幅である場合、制御部５０のｎｐｎ型トランジスタ５６とｎｐｎ型トランジスタ５７の両方が非導通状態になる。このため、抵抗５２と抵抗５３との間の接続点Ｐ１の電圧は、抵抗５２の抵抗値（Ｒ２）と、抵抗５３，５４，５５の合成抵抗値（Ｒ３＋Ｒ４＋Ｒ５）との比で出力電圧Ｅｏを分圧して得られる電圧ＶＰ１１となって演算増幅器５１１に入力される。このため、制御部５０は、軽負荷時に交流入力ＡＣＩＮの振幅が小振幅である場合、交流入力ＡＣＩＮの振幅に追従して、力率改善部２０の出力電圧Ｅｏを最も低い電圧Ｅｏ１に制御する。
【００３８】
次に、軽負荷時に時刻ｔ１で交流入力ＡＣＩＮの電圧Ｖｉの振幅が電圧閾値ＶＴを超え、交流入力ＡＣＩＮの電圧Ｖｉの振幅が大振幅に変化した場合を考える。この場合、負荷の状態に変化はなく、出力負荷監視部６０の監視結果は軽負荷を示すので、制御部５０のｎｐｎ型トランジスタ５７は非導通状態に維持される。これに対し、入力電圧監視部４０は、交流入力ＡＣＩＮの電圧Ｖｉの振幅が電圧閾値ＶＴを超えると、交流入力ＡＣＩＮの振幅が大振幅である旨の監視結果を示すハイレベルの信号ＳＡを制御部５０のｎｐｎ型トランジスタ５６のベースに出力する。これにより、ｎｐｎ型トランジスタ５６は導通状態に切り替わる。
【００３９】
この場合、抵抗５２と抵抗５３との間の接続点Ｐ１の電圧は、抵抗５２の抵抗値（Ｒ２）と、抵抗５３，５４の合成抵抗値（Ｒ３＋Ｒ４）との比で出力電圧Ｅｏを分圧して得られる電圧ＶＰ１２（＜ＶＰ１１）となって演算増幅器５１１に入力される。このため、制御部５０は、大振幅時の交流入力ＡＣＩＮの電圧Ｖｉの振幅（実効値×√２）よりも高い所定の標準電圧Ｅｏ２に軽負荷時の出力電圧Ｅｏを制御する。この軽負荷時の標準電圧Ｅｏ２は、上述の電圧Ｅｏ１よりも大きい値である。このように、制御部５０は、軽負荷時に交流入力ＡＣＩＮの振幅が大振幅である場合、交流入力ＡＣＩＮの振幅の上昇に追従して、力率改善部２０の出力電圧Ｅｏを上述の電圧Ｅｏ１よりも高い標準電圧Ｅｏ２に上昇させる。
【００４０】
ここで、上述の例では、交流入力ＡＣＩＮの電圧Ｖｉが小振幅から大振幅に変化しているが、逆に、軽負荷時に交流入力ＡＣＩＮの電圧Ｖｉが大振幅から小振幅に変化した場合、制御部５０は、交流入力ＡＣＩＮの振幅の低下に追従して、力率改善部２０の出力電圧Ｅｏを上述の標準電圧Ｅｏ２よりも低い電圧Ｅｏ１に低下させる。このため、軽負荷時の電力変換効率が改善される。
このように、軽負荷時には、制御部５０は、停電保持時間ｔＨＯＬＤを保持しつつ、交流入力ＡＣＩＮの電圧Ｖｉの振幅の変化に追従して、力率改善部２０の出力電圧Ｅｏを制御する。このため、軽負荷時には、交流入力ＡＣＩＮの電圧Ｖｉの振幅変動に合わせて電力変換効率を改善することが可能になる。
【００４１】
（２）重負荷時の停電保持時間に着目した動作
概略的には、制御部５０は、入力電圧監視部４０の監視結果が、負荷が重負荷であることを示す場合、入力電圧監視部４０の監視結果とは無関係に、力率改善部２０から電力変換部３０に供給される電圧が所定の停電保持時間ｔＨＯＬＤを得るために必要な電圧となるように、力率改善部２０の動作を制御する。
【００４２】
詳細に説明する。電源装置１の負荷としてハードディスク装置が増設されたことにより、電源装置１の負荷が増加して重負荷になり、時刻ｔ２で出力電流Ｉｏが電流閾値ＩＴを超えた場合を考える。出力電流Ｉｏが電流閾値ＩＴを超えると、シャント抵抗７０の端子間電圧が所定電圧を超える。このシャント抵抗７０の端子間電圧から、出力負荷監視部６０の出力電流検出部６１は、出力電流Ｉｏが電流閾値ＩＴを超えたことを検出し、フォトカプラ発光部６２を駆動して発光させる。
【００４３】
フォトカプラ発光部６２が発光すると、フォトカプラ受光部６４がオン状態になる。フォトカプラ受光部６４がオン状態になると、抵抗６３およびフォトカプラ受光部６４を介して、制御部５０のｎｐｎ型トランジスタ５７のベースに電流が信号ＳＢとして流れ込み、ｎｐｎ型トランジスタ５７が導通する。ｎｐｎ型トランジスタ５７が導通すると、抵抗５３と抵抗５４との間の接続点Ｐ２がｎｐｎ型トランジスタ５７によりグランドＧＮＤに接地されるため、抵抗５４および抵抗５５が顕在化しなくなる。このため、ｎｐｎ型トランジスタ５６の導通状態とは関係なく、力率改善部２０の出力部とグランドＧＮＤとの間に、抵抗５３と抵抗５３とが電気的に直列接続された状態になり、抵抗５２と抵抗５３とにより出力電圧Ｅｏを分圧して得られる電圧ＶＰ１３が演算増幅器５１１に入力される。これにより接続点Ｐ１の電圧が上述の軽負荷時の電圧（ＶＰ１１，ＶＰ１２）よりも低くなる。
【００４４】
接続点Ｐ１の電圧ＶＰ１３が入力される駆動回路５１は、電圧ＶＰ１３を基準電圧ＶＲＥＦと一致させるため、出力電圧Ｅｏが上昇するようにｎ型ＭＯＳトランジスタ２２のスイッチング動作を制御する。これにより、図２の時刻ｔ２以降に示すように、力率改善部２０の出力電圧Ｅｏは、出力電流Ｉｏが増加する前の軽負荷時の標準電圧Ｅｏ２よりも高い重負荷時の標準電圧Ｅｏ３に上昇して安定化される。このように、重負荷時には、入力電圧監視部４０の監視結果を無効とし、出力負荷監視部６０の監視結果に基づきｎ型ＭＯＳトランジスタ２２のスイッチング動作を制御する。これにより、重負荷時に停電が発生した場合においても、出力電圧Ｖｏを維持するための限界電圧ＶＬＩＭＩＴに力率改善部２０の出力電圧Ｅｏが到達するまでの停電保持時間ｔＨＯＬＤを確保することが可能になる。
【００４５】
上述したように、第１の実施形態によれば、停電保持時間ｔＨＯＬＤを確保しつつ、交流入力ＡＣＩＮの電圧Ｖｉに応じて軽負荷時の電力変換効率を改善することができる。
なお、第１の実施形態では、１つの電圧閾値ＶＴを導入するものとしたが、この例に限定されず、複数の異なる電圧閾値ＶＴを導入することにより、軽負荷時の力率改善部２０の出力電圧Ｅｏの値を増やしてもよい。
また、第１の実施形態では、出力負荷監視部６０は、出力の負荷の状態を（無負荷、軽負荷、重負荷）を監視するものとしたが、出力負荷監視部６０は、シャント抵抗７０と共に電源装置の出力電流Ｉｏを検出するものであると言い換えることができる。
【００４６】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。
図３は、本発明の第２の実施形態による電源装置２の構成例を示す回路図である。
上述の第１の実施形態では、制御部５０の基準電圧ＶＲＥＦを一定とし、抵抗５２〜５５による分圧比を切り替えることにより、力率改善部２０の出力電圧Ｅｏを制御するものとしたが、第２の実施形態では、基準電圧ＶＲＥＦを切り替えることにより、力率改善部２０の出力電圧Ｅｏを制御する。その他は第１の実施形態と同様である。
【００４７】
第２の実施形態による電源装置２は、図１に示す第１の実施形態による電源装置１の構成において、制御部５０に代えて制御部５０Ｂを備える。制御部５０Ｂは、図１に示す第１の実施形態による制御部５０の構成において、駆動回路５１に代えて駆動回路５１Ｂを備え、抵抗５２，５３，５４，５５に代えて抵抗５２Ｂ，５３Ｂを備え、更に電圧調整部５８を備える。駆動回路５１Ｂは、図１に示す第１の実施形態による駆動回路５１の構成において、基準電圧源５１２に代えて可変の基準電圧源５１２Ｂを備える。
【００４８】
抵抗５２Ｂと抵抗５３Ｂは、力率改善部２０の出力部とグランドＧＮＤ（所定電位）との間に直列接続されている。本実施形態では、抵抗５２Ｂは、第１の実施形態による抵抗５２と同じ抵抗値（Ｒ２）を有している。また、抵抗５３Ｂは、第１の実施形態による抵抗５３，５４，５５の合成抵抗値（Ｒ３＋Ｒ４＋Ｒ５）と同じ抵抗値を有している。即ち、抵抗５２Ｂと抵抗５３Ｂの抵抗比は、第１の実施形態において軽負荷時に交流入力ＡＣＩＮの電圧Ｖｉの振幅が小振幅である場合の抵抗５２，５３，５４，５５による分圧比と同じに設定されている。ただし、この例に限定されず、可変の基準電圧ＶＲＥＦＢにより力率改善部２０の出力電圧Ｅｏを制御し得ることを限度として、抵抗５２Ｂと抵抗５３Ｂの各抵抗値は任意に設定し得る。
【００４９】
駆動回路５１Ｂは、抵抗５２Ｂと抵抗５３Ｂとの間の接続部Ｐ１Ｂの電圧と基準電圧ＶＲＥＦＢとの比較結果に基づいて力率改善部２０に備えられた昇圧インダクタ２１を駆動するためのスイッチング素子であるｎ型ＭＯＳトランジスタ２２を駆動する。駆動回路５１Ｂは、可変の基準電圧源５１２Ｂを備える点を除けば、第１の実施形態における駆動回路５１と同様のものである。電圧調整部５８は、入力電圧監視部４０の監視結果を示す信号ＳＡと出力負荷監視部６０の監視結果を示す信号ＳＢとに応じて基準電圧ＶＲＥＦＢの値を調整するものである。電圧調整部５８は、可変の基準電圧ＶＲＥＦＢの値を調整する際に参照する制御用テーブルを備えている。
【００５０】
図４は、本発明の第２の実施形態による電源装置２の制御部５０Ｂが備える制御用テーブルの一例を示す図である。
図４に例示するように、制御部５０Ｂが備える制御用テーブルは、電源装置２の負荷と交流入力ＡＣＩＮの振幅とに応じて、基準電圧源５１２Ｂの基準電圧ＶＲＥＦＢを、３つの基準電圧ＶＲＥＦＢ１，ＶＲＥＦＢ２，ＶＲＥＦＢ３のうちの何れかに設定する。このうち、基準電圧ＶＲＥＦＢ１の値は、第１の実施形態の基準電圧源５１２の基準電圧ＶＲＥＦと同じ値である。
【００５１】
これに対し、基準電圧ＶＲＥＦＢ２は、基準電圧ＶＲＥＦＢ１よりも高い電圧である。具体的には、軽負荷時に交流入力ＡＣＩＮの電圧Ｖｉの振幅が大振幅である状況において、接続点Ｐ１Ｂの電圧が駆動回路５１Ｂに入力された場合に、力率改善部２０の出力電圧Ｅｏが前述の電圧Ｅｏ２となるように、基準電圧ＶＲＥＦＢ２が設定されている。また、基準電圧ＶＲＥＦＢ３は、基準電圧ＶＲＥＦＢ２よりも高い電圧である。具体的には、重負荷時に交流入力ＡＣＩＮの電圧Ｖｉの振幅が大振幅である状況において、接続点Ｐ１Ｂの電圧が駆動回路５１Ｂに入力された場合に、力率改善部２０の出力電圧Ｅｏが前述の電圧Ｅｏ３となるように、基準電圧ＶＲＥＦＢ３が設定されている。
【００５２】
第２の実施形態によれば、制御部５０Ｂは、抵抗の分圧比を変更することなく、第１の実施形態の制御部５０と同等の制御を実現することができる。
なお、第２の実施形態では、基準電圧源５１２Ｂの基準電圧ＶＲＥＦＢを、３つの基準電圧ＶＲＥＦＢ１，ＶＲＥＦＢ２，ＶＲＥＦＢ３のうちの何れかに設定するものとしたが、この例に限定されず、可変の基準電圧ＶＲＥＦＢの設定値の個数は任意である。
【００５３】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態を説明する。
図５は、本発明の第３の実施形態による電源装置３の構成例を示す回路図である。
第３の実施形態では、図１に示す第１の実施形態による電源装置１の構成において、入力電圧監視部４０及び制御部５０に代えて、入力電圧監視部４０Ｃおよび制御部５０Ｃを備える。入力電圧監視部４０Ｃは、交流入力ＡＣＩＮの電圧Ｖｉの振幅（ピーク値）に応じたアナログ量の信号を出力するように構成される。
【００５４】
また、制御部５０Ｃは、図１に示す第１の実施形態の制御部５０の構成において、ｎｐｎ型トランジスタ５６および抵抗５５に代えて、ｎｐｎ型トランジスタ５６Ｃを備えている。ここで、ｎｐｎ型トランジスタ５６Ｃのコレクタは抵抗５４に接続され、エミッタはグランドＧＮＤに接地されている。これにより、力率改善部２０の出力部とグランドＧＮＤとの間には、抵抗５２、抵抗５３、抵抗５４、ｎｐｎ型トランジスタが直列接続されている。
【００５５】
第３の実施形態では、入力電圧監視部４０Ｃは、交流入力ＡＣＩＮの電圧Ｖｉの振幅（ピーク値）に応じてｎｐｎ型トランジスタ５６Ｃのコレクタ電圧を制御することにより、接続点Ｐ１の電圧を無段階に制御する。これにより、上述の第１および第２の実施形態に比較して、交流入力ＡＣＩＮの電圧Ｖｉの振幅に応じて、力率改善部２０の出力電圧Ｅｏを細かく制御することができる。従って、よりいっそう電力変換効率を改善することができる。
【００５６】
以上、本発明の第１から第３の実施形態を説明したが、本発明は上述の実施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で種々の変更が可能である。
例えば、上述の各実施形態では、出力負荷監視部６０を備えるものとしたが、停電保持時間を考慮する必要のない用途では、出力負荷監視部６０と制御部５０のｎｐｎ型トランジスタ５７を省略することも可能である。
また、入力電圧監視部４０と制御部５０と出力負荷監視部６０を統合して１つのユニットとして構成してもよい。
【符号の説明】
【００５７】
１，２，３…電源装置、１０…整流部、２０…力率改善部、３０…電力変換部、４０，４０Ｃ…入力電圧監視部、５０，５０Ｂ，５０Ｃ…制御部、５１…駆動回路、５２〜５５，５２Ｂ，５３Ｂ…抵抗、５６，５６Ｃ，５７…ｎｐｎ型トランジスタ、５８…電圧調整部、６０…出力負荷監視部、７０…シャント抵抗、５１１…演算増幅器、５１２，５１２Ｂ…基準電圧源、ＡＣＩＮ…交流入力、ＩＴ…電流供給、ＳＡ，ＳＢ…信号、ＶＴ…電圧閾値、ＶＲＥＦ，ＢＲＥＦＢ，ＶＲＥＦＢ１，ＶＲＥＦＢ２，ＶＲＥＦＢ３…基準電圧。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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