(57)【要約】【課題】力率改善部を介さないための回路を必要とせず、かつ、低消費電力時に更に省電力を図ることのできるスイッチング電源装置を提供する。【解決手段】出力電力量検出回路１１は、コンデンサ１６を有し、ＦＥＴ１９の駆動電圧をコンデンサ１６に導き入れて、コンデンサ１６を充電する。コンデンサ１６の充電電圧量と所定電圧量との大小が比較回路１４にて判断される。充電電圧量が所定電圧量未満であると判断されると、チョッパー制御回路１２に備えられるスイッチング素子が開状態となり、昇圧チョッパー回路５に動作電源が供給されず、力率改善機能が停止される。【選択図】  図３
2005039921.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
力率改善機能を有する力率改善手段と、
スイッチング機能を有する主スイッチング素子とを有しており、
前記力率改善手段からの出力電圧を、前記主スイッチング素子を介して、負荷に供給するスイッチング電源装置であって、
コンデンサを有し、前記主スイッチング素子の駆動電圧を該コンデンサに導き入れて、該コンデンサを充電することにより、前記負荷に供給されている出力電力量を検出する出力電力量検出手段と、
検出された出力電力量が所定量以上であるか否かを判断する判断手段と、
検出された出力電力量が所定量以上であると前記判断手段によって判断された場合に前記力率改善手段を機能させる一方、所定量未満であると判断された場合に前記力率改善手段を機能させない力率改善機能制御手段とを備えていることを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項２】
前記主スイッチング素子の駆動電圧が、ダイオードと前記コンデンサの充電電流を量的に抑制する素子とを介して、該コンデンサに導き入れられることを特徴とする請求項１に記載のスイッチング電源装置。
【請求項３】
前記素子が、抵抗またはインダクタであることを特徴とする請求項２に記載のスイッチング電源装置。
【請求項４】
前記判断手段は、前記コンデンサの両端の電圧値が所定電圧値以上の場合に、検出された出力電力量が所定量以上であると判断することを特徴とする請求項１に記載のスイッチング電源装置。
【請求項５】
前記判断手段は、ツェナーダイオードを有しており、
該ツェナーダイオードのツェナー電圧が前記所定電圧値に対応することを特徴とする請求項４に記載のスイッチング電源装置。
【請求項６】
前記開閉手段はトランジスタであり、
前記力率改善手段を機能させない場合に、該トランジスタを導通させないことを特徴とする請求項５に記載のスイッチング電源装置。
【請求項７】
力率改善機能を有する力率改善手段と、
前記力率改善手段からの出力電圧を、負荷に供給するスイッチング電源装置であって、
前記負荷の動作状態に応じた制御信号を外部より受け、
該制御信号により、前記力率改善手段を機能させるか否かの制御を行う力率改善機能制御手段を備えていることを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項８】
前記力率改善機能制御手段は、閉または開により前記力率改善手段に対する動作電源の供給または遮断を行う開閉手段を有しており、
前記力率改善手段を機能させない場合に、前記開閉手段が前記力率改善手段に対する動作電源の遮断を行うことを特徴とする請求項１または７に記載のスイッチング電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気機器の直流電源として用いられるスイッチング電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気機器、例えば、ファクシミリ、電話機、コピー機、その他ＯＡ機器や家電製品などには、安定した一定の動作電圧が必要であるため、安定化電圧を出力するスイッチング電源装置が従来から用いられている。また、近年の電気機器は、本来の動作時（通常モード）以外の待機時、つまり、低消費電力時（省電力モード）にも電源が供給される必要のあるものが多くなってきているため、スイッチング電源装置は、常時、電気機器に対して電源を供給する必要がある。一方、昨今のエネルギー事情から省電力を図る必要もある。そこで、本来の動作時間に比べ時間割合の大きい待機時におけるスイッチング電源装置の消費電力を少なくすることが重要となっている。
【０００３】
ところで、スイッチング電源装置としては、以下のようなものが広く知られている。つまり、交流電源から整流回路によって得られた整流後の電圧（脈流）が平滑回路によって平滑されて直流電圧に変換される。この直流電圧がスイッチング素子によって断続され、該スイッチング出力を出力整流平滑回路に供給して任意の直流電圧が得られる。
【０００４】
このようなスイッチング電源装置において、入力側の平滑回路がコンデンサインプット型であると、入力電流が流れるのは、整流後の電圧が入力平滑コンデンサの充電電圧より高い期間のみとなるので、入力電流の導通角が狭く、力率を低下させるという問題があった。そこで、この問題を解決するため、従来から、力率改善機能を有した昇圧チョッパー回路を備えるスイッチング電源装置が用いられている。
【０００５】
しかしながら、このような昇圧チョッパー回路を備えたスイッチング電源装置は、力率が改善されて無効電力が低減するので省電力になるが、力率改善機能を有さないスイッチング電源装置と比較して、昇圧チョッパー回路の力率改善動作に伴う電力損失が生じるので、その分だけ電力変換効率が劣化する。特に、機器の待機時のように、力率改善の必要性のない低消費電力状態においても力率改善機能を動作させ、無駄な電力を浪費している。
【０００６】
特許文献１には、機器が省電力モードに移行している場合、力率改善部を介さずに、機器へ電力を供給するように構成した電源装置が開示されている。
【０００７】
特許文献２には、昇圧チョッパー回路の出力を１次側に補助巻線を有する変圧器で電圧変換して、所望の電圧を負荷に供給し、上記補助巻線に誘起される正電圧をコンデンサに導き入れて該コンデンサを充電することにより、上記負荷に供給されている出力電力量を検出し、該出力電力量に応じて、力率改善機能を機能させないスイッチング電源装置が開示されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１１−１３６８５８号公報（１９９９年５月２１日公開）
【０００９】
【特許文献２】
特開２００１−９５２３６号公報（２００１年４月６日公開）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に開示されているような電源装置においては、力率改善部を介さないために、力率改善部とは別にスイッチや整流器等が備えられた回路を設ける必要があり、部品点数が多くなるという問題があった。
【００１１】
また、特許文献２に開示されているようなスイッチング電源装置では、変圧器の補助巻線に誘起される正電圧にノイズ成分が多く含まれており、かつ、該正電圧が変圧器の結合度および負荷に依存している。つまり、該正電圧を利用して検出される出力電力量には誤差が含まれることが多かった。これにより、電気機器が省電力モードであっても、力率改善機能が機能している場合が生じ、充分な省電力化が図れないという問題があった。
【００１２】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、力率改善部を介さないための回路を必要とせず、かつ、低消費電力時に更に省電力を図ることのできるスイッチング電源装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るスイッチング電源装置は、上記の課題を解決するために、力率改善機能を有する力率改善手段と、スイッチング機能を有する主スイッチング素子とを有しており、前記力率改善手段からの出力電圧を、前記主スイッチング素子を介して、負荷に供給するスイッチング電源装置であって、コンデンサを有し、前記主スイッチング素子の駆動電圧を該コンデンサに導き入れて、該コンデンサを充電することにより、前記負荷に供給されている出力電力量を検出する出力電力量検出手段と、検出された出力電力量が所定量以上であるか否かを判断する判断手段と、検出された出力電力量が所定量以上であると前記判断手段によって判断された場合に前記力率改善手段を機能させる一方、所定量未満であると判断された場合に前記力率改善手段を機能させない力率改善機能制御手段とを備えていることを特徴としている。
【００１４】
上記の構成によれば、負荷の状態に基づいて、力率改善手段の力率改善機能が制御され、負荷に電力が供給される。したがって、負荷が通常モードのときに力率改善機能を機能させ、負荷が省電力モードのときに力率改善機能を機能させないことができる。つまり、負荷が省電力モードのときには、力率改善手段に必要とされる電力分だけさらに省電力化することができる。
【００１５】
また、負荷が省電力モードの場合、力率改善機能を機能させない状態で力率改善手段を用いることができ、特許文献１のように、力率改善手段とは別の回路を設ける必要がない。よって、該別の回路に要する部品点数を削減することができる。
【００１６】
さらに、前記主スイッチング素子の駆動電圧は、短形パルス状であり、他の部品の影響を受けることがないので、ノイズが含まれない。したがって、該駆動電圧を前記コンデンサに導き入れ、該コンデンサを充電することにより、検出される負荷に供給されている出力電力量には誤差等がなく、従来に比べて精度良く出力電力量を検出することができる。つまり、負荷の省電力モード状態を精度良く検出することができ、省電力モードにおいてより確実に力率改善手段を機能させないことができるため、一層の省電力化が図れる。
【００１７】
以上により、力率改善部を介さないための回路を必要とせず、かつ、低消費電力時に更に省電力を図ることのできるスイッチング電源装置を提供することができる。
【００１８】
また、加えて、当該スイッチング電源装置内で、負荷に供給される電力状態を自己判定することができ、接続される電気機器からの信号を受けることができない例えばＡＣアダプター等に有効である。
【００１９】
本発明に係るスイッチング電源装置は、上記の課題を解決するために、上記の構成に加えて、前記主スイッチング素子の駆動電圧が、ダイオードと前記コンデンサの充電電流を量的に抑制する素子とを介して、該コンデンサに導き入れられることを特徴としている。
【００２０】
上記の構成によれば、コンデンサの充電電圧を負荷に供給されている出力電力量に比例させた状態で、該充電電圧を制限することができる。これにより、該充電電圧に基づいて、出力電力量を検出することができるとともに、出力電力量検出手段における消費電力を低減できる。
【００２１】
本発明に係るスイッチング電源装置は、上記の課題を解決するために、上記の構成に加えて、前記素子が、抵抗またはインダクタであることを特徴としている。
【００２２】
上記の構成によれば、簡単な回路構成で、コンデンサの充電電圧を負荷に供給されている出力電力量に比例して変化させ、出力電力量を検出することができる。特に、上記素子が高い抵抗値の抵抗である場合には、僅少の消費電力で出力電力量の検出機能を果たすことができる。
【００２３】
本発明に係るスイッチング電源装置は、上記の課題を解決するために、上記の構成に加えて、前記判断手段は、前記コンデンサの両端の電圧値が所定電圧値以上の場合に、検出された出力電力量が所定量以上であると判断することを特徴としている。
【００２４】
上記の構成によれば、出力電力量が所定量以上であるかの否かの判断を、コンデンサの両端の電圧値と所定電圧値との比較により簡単に行うことができる。
【００２５】
本発明に係るスイッチング電源装置は、上記の課題を解決するために、上記の構成に加えて、前記判断手段は、ツェナーダイオードを有しており、該ツェナーダイオードのツェナー電圧が前記所定電圧値に対応することを特徴としている。
【００２６】
上記の構成によれば、判断手段をツェナーダイオードで構成するという簡単な構成によって、上記判断手段を実現することができる。
【００２７】
本発明に係るスイッチング電源装置は、上記の課題を解決するために、上記の構成に加えて、前記力率改善機能制御手段は、閉または開により前記力率改善手段に対する動作電源の供給または遮断を行う開閉手段を有しており、前記力率改善手段を機能させない場合に、前記開閉手段が前記力率改善手段に対する動作電源の遮断を行うことを特徴としている。
【００２８】
上記の構成によれば、出力電力量が所定量以上であると上記判断手段で判断されると、開閉手段が閉状態となり動作電源が力率改善手段に供給される。これにより、力率改善を行うことができる。一方、出力電力量が所定量未満であると上記判断手段で判断されると、開閉手段が開状態となり動作電源が力率改善手段に供給されないため、省電力化を図ることができる。ここで、前記所定量を負荷が省電力モードの時の電力量に対応させることで、負荷が省電力モードのときに効率的に力率改善手段における省電力化を図れる。また、例えば、スイッチのような開閉手段により、簡単な構成で力率改善機能制御手段を実現することができる。
【００２９】
本発明に係るスイッチング電源装置は、上記の課題を解決するために、上記の構成に加えて、前記開閉手段はトランジスタであり、前記力率改善手段を機能させない場合に、該トランジスタを導通させないことを特徴としている。
【００３０】
上記の構成によれば、出力電力量が所定量以上であると上記判断手段で判断されると、上記トランジスタを導通させるため、動作電源が力率改善手段に供給される。これにより、力率改善を行うことができる。一方、出力電力量が所定量未満であると上記判断手段で判断されると、上記トランジスタを導通させないため、動作電源が力率改善手段に供給されない。これにより、省電力化を図ることができる。また、トランジスタという簡単な構成により、上記開閉手段を実現することができる。
【００３１】
本発明に係るスイッチング電源装置は、上記の課題を解決するために、力率改善機能を有する力率改善手段と、前記力率改善手段からの出力電圧を、負荷に供給するスイッチング電源装置であって、前記負荷の動作状態に応じた制御信号を外部より受け、該制御信号により、前記力率改善手段を機能させるか否かの制御を行う力率改善機能制御手段を備えていることを特徴としている。
【００３２】
上記の構成によれば、負荷の状態に基づいて、力率改善手段の力率改善機能が制御され、負荷に電力が供給される。したがって、負荷が通常モードのときに力率改善機能を機能させ、負荷が省電力モードのときに力率改善機能を機能させないことができる。つまり、負荷が省電力モードのときには、力率改善手段に必要とされる電力分だけさらに省電力化することができる。
【００３３】
また、前記制御信号を外部より受けるため、当該スイッチング電源装置内に、負荷が省電力モード状態であるか否かを判断する手段を設ける必要がないため、部品点数をさらに低減することができる。さらに、該制御信号は、スイッチング電源装置内の部品によって影響を受けることがないため、ノイズ等が入ることがないことはあきらかである。よって、負荷が省電力モード状態である場合に、より確実に力率改善手段を機能させないことができるため、一層の省電力化が図れる。
【００３４】
さらに、省電力モードにおける負荷に供給される出力電力量は、通常、負荷の種類に応じて変動するが、前記制御信号を外部から受けることにより、当該スイッチング電源装置内で設定変更をする必要がなく、様々な種類の負荷に柔軟に対応することができる。
【００３５】
また、負荷が省電力モードの場合、力率改善機能を機能させない状態で力率改善手段を用いることができ、特許文献１のように、力率改善手段とは別の回路を設ける必要がない。よって、該別の回路に要する部品点数を削減することができる。
【００３６】
以上により、力率改善部を介さないための回路を必要とせず、かつ、低消費電力時に更に省電力を図ることのできるスイッチング電源装置を提供することができる。
【００３７】
本発明に係るスイッチング電源装置は、上記の課題を解決するために、上記の構成に加えて、前記力率改善機能制御手段は、閉または開により前記力率改善手段に対する動作電源の供給または遮断を行う開閉手段を有しており、前記力率改善手段を機能させない場合に、前記開閉手段が前記力率改善手段に対する動作電源の遮断を行うことを特徴としている。
【００３８】
上記の構成によれば、上記制御信号に応じて、開閉手段が閉状態となり動作電源が力率改善手段に供給される。これにより、力率改善を行うことができる。一方、上記制御信号に応じて、開閉手段が開状態となり動作電源が力率改善手段に供給されないため、省電力化を図ることができる。また、例えば、スイッチ素子のような開閉手段により、簡単な構成で力率改善機能制御手段を実現することができる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
〔実施の形態１〕
本発明のスイッチング電源装置に関する実施の一形態について図１〜図４に基づいて説明すれば以下のとおりである。
【００４０】
図１は、本実施の形態に係るスイッチング電源装置の概略構成を示す電気回路図である。スイッチング電源装置は、商用の交流電源１に接続されたブリッジダイオード２と、力率改善機能を有する力率改善手段、例えば、昇圧チョッパー回路（力率改善手段）５と、平滑コンデンサ７と、電圧変換回路８、電圧変換回路８の出力端に接続された正極性出力端子９および負極性出力端子１０とを備えている。
【００４１】
ブリッジダイオード２の出力端に正極性ライン３および負極性ライン４を介して昇圧チョッパー回路５が接続されている。なお、負極性ライン４は、昇圧チョッパー回路５内で同電位を保ちつつ、平滑コンデンサ７および電圧変換回路８にも該同電位を与えるラインである。平滑コンデンサ７は、昇圧チョッパー回路５の出力端に接続された正極性ライン６および負極性ライン４の間に接続されている。また、電圧変換回路８は、正極性ライン６および負極性ライン４に接続されている。
【００４２】
交流電源１から得られた交流電圧は、ブリッジダイオード２と、昇圧チョッパー回路５と、平滑コンデンサ７とを経て整流・平滑化される。平滑化された電圧は、電圧変換回路８に入力される。電圧変換回路８は、入力された電圧を所望の電圧に変換した後、正極性出力端子９および負極性出力端子１０を介して図示しない負荷（電気機器）に変換電圧を供給する。また、電圧変換回路８内には、出力電力量検出回路１１が備えられている。
【００４３】
出力電力量検出回路１１は、スイッチング電源装置の正極性出力端子９および負極性出力端子１０から図示しない負荷に対して供給されている出力電力量を検出する。この検出量を利用して、後述する判断手段が、昇圧チョッパー回路５の力率改善機能を機能させるか否かの判断を行い、判断結果を昇圧チョッパー回路５へ送る。
【００４４】
力率改善機能を機能させない判断結果を受けた場合、昇圧チョッパー回路５は、昇圧機能を停止させる。これにより、ブリッジダイオード２の出力電圧がそのまま平滑コンデンサ７に出力され、昇圧チョッパー回路５で消費される分だけ電力損失を低減できる。つまり、ブリッジダイオード２の出力電圧は、昇圧チョッパー回路をスルーすることとなる。このとき、力率は改善されないが、スイッチング電源装置から電力の供給を受けている電気機器が省電力モードであるため、力率の改善は必要なく問題はない。
【００４５】
また、力率改善機能を機能させる判断結果を受けた場合、昇圧チョッパー回路５は、昇圧機能を動作させ、ブリッジダイオード２の出力電圧を昇圧する。これにより、力率が改善される。
【００４６】
図２は、図１に示したようなスイッチング電源装置における昇圧チョッパー回路５内の力率改善機能の制御手段を示す電気回路図である。
【００４７】
図２に示すように、昇圧チョッパー回路５の動作電源は、電圧変換回路８から動作電源供給ライン１３を介して昇圧チョッパー回路５に供給される。この動作電源供給ライン１３と昇圧チョッパー回路５内に備えられているチョッパー制御回路（力率改善機能制御手段）１２とが接続されている。チョッパー制御回路１２は、例えば、スイッチ等の開閉手段を有しており、その開閉動作によって、力率改善機能を機能させることができる。つまり、力率改善機能を機能させる場合、チョッパー制御回路１２は、スイッチを閉状態（オン）にして、昇圧チョッパー回路５に動作電源が供給されるようにする。一方、力率改善機能を機能させない場合、チョッパー制御回路１２は、スイッチを開状態（オフ）にして、昇圧チョッパー回路５に動作電源が供給されないようにする。このように、昇圧チョッパー回路５への動作電源の遮断により、力率改善機能を機能させないことができるため、特許文献１のように、昇圧チョッパー回路とは別の回路を設ける必要がない。よって、該別の回路に要する部品点数を削減することができる。
【００４８】
なお、昇圧チョッパー回路５の動作電源は、必ずしも電圧変換回路８から供給される必要はなく、別電源ラインや、正極性ライン３から供給されている構成であってもよい。ただし、このような場合であっても、動作電源の供給、遮断を制御するためのチョッパー制御回路１２を介してラインと接続されている。
【００４９】
図３は、図２で示したようなスイッチング電源装置における電圧変換回路８の内部構成を示した電気回路図である。本実施の形態に係るスイッチング電源装置においては、例えば、ＰＷＭ制御方式のフライバックコンバータ回路を採用している。なお、図２と同じ機能を有する部材には同じ符号を付記し、詳細な説明を省略する。
【００５０】
正極性ライン６および負極性ライン４の間には、変圧器２２の１次巻線２２ａと電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）（主スイッチング素子）１９との直列回路が接続されている。変圧器２２の２次巻線２２ｃとダイオード２３との直列回路は平滑コンデンサ２４と接続されている。ＦＥＴ１９のゲート電極には、ＰＷＭ制御回路が接続されている。ＰＷＭ制御回路１５には、平滑コンデンサ２１が接続されており、さらに、平滑コンデンサ２１には、平滑コンデンサ２１を充電するための図示しない起動用電源が接続されている。また、平滑コンデンサ２１には、変圧器２２の補助巻線２２ｂとダイオード２０の直列回路が接続されている。
【００５１】
本スイッチング電源装置に交流電源１が接続されると、ブリッジダイオード２から整流電圧が正極性ライン３および負極性ライン４に出力される。この時点では、未だ、昇圧チョッパー回路５は動作していないので、該整流電流は力率改善がされず、そのままで平滑コンデンサ７に出力される。
【００５２】
図示しない起動用電源は、コンデンサ２１を充電し、該充電電圧が所定の電圧以上に達すると、ＰＷＭ制御回路１５は動作を開始する。ＦＥＴ１９は、ＰＷＭ制御回路１５によって駆動され、変圧器２２の１次巻線２２ａに流れる電流をオン／オフ制御する。ここで例示する実施の形態は、フライバックコンバータ回路に係るものであり、ＦＥＴ１９のオフ期間に、変圧器２２の２次巻線２２ｃに誘起電圧が発生する。前記誘起電圧は、ダイオード２３およびコンデンサ２４によって整流・平滑化され、出力端子９、１０から図示しない負荷へ供給される。
【００５３】
図示しない出力電圧検出回路は、出力端子９と出力端子１０との間の電圧を検出する。この検出電圧に係る情報は、図示しないフォトカプラを介してＰＷＭ制御回路１５に伝達される。ＰＷＭ制御回路１５は、受信した上記情報に基づいてＦＥＴ１９のオン期間を制御し、結果として出力電圧を所定の値に制御する。
【００５４】
本スイッチング電源装置が起動を開始すると、以後、上記変圧器２２の補助巻線２２ｃからダイオード２０を介して供給される電流によって、上記ＰＷＭ制御回路１５およびその他の補助回路（図示しない）が駆動され、図示しない起動用電源の動作は停止する。
【００５５】
次に、出力電力量検出回路１１の内部構成とその機能について説明する。出力電力量１１は、ＰＷＭ制御回路１５のＦＥＴ１９駆動用正電圧をダイオード１７、抵抗（素子）１８を介してコンデンサ１６に導き入れ、該コンデンサ１６を充電する回路により構成されている。
【００５６】
ＰＷＭ制御回路１５のＦＥＴ１９駆動正電圧によって、コンデンサ１６には、ダイオード１７、抵抗１８を介して電流が流入する。ここで、図示しない負荷に対する出力電力量が大きくなるに従って、上記ＦＥＴ１９駆動正電圧の時比率が大きくなり、その分、多くの電流がコンデンサ１６に流入することとなる。つまり、コンデンサ１６に加わる電圧は、ＦＥＴ１９駆動用正電圧の時比率に従った短形パルスであり、スイッチング電源装置内の部品、例えば変圧器２２により生じるノイズ等が含まれない。これにより、出力電力検出器１１は、図示しない負荷に供給する出力電力量を精度良く検出することができる。
【００５７】
抵抗１８は、コンデンサ１６の充電電流を量的に抑制し、コンデンサ１６の充電電圧を制限するための素子である。コンデンサ１６の充電電圧を制限できるので、出力電力量検出回路１１にて消費される電力量を低減することができる。抵抗１８により制限されたコンデンサ１６の充電電圧は、図示しない負荷に供給されている出力電力量に比例して変化する。これにより、抵抗１８により制限されたコンデンサ１６の充電電圧を利用しても、図示しない負荷に供給されている出力電力量を精度良く検出することができる。
【００５８】
また、抵抗１８は高い抵抗値を有するものが好ましい。これにより、コンデンサ１６に流入する電流を抑制することができ、出力電力量検出回路１１にて消費される電力量をより一層低減することができる。また、抵抗１８はインダクタに置き換えることも可能であり、充電電流を量的に抑制するような素子であればよい。
【００５９】
コンデンサ１６の充電電圧は、比較回路（判断手段）１４に伝達される。比較回路１４は、コンデンサ１６の充電電圧と比較回路１４内に設けられている基準電圧とを比較する。ここで、基準電圧を、出力端子９，１０から電力が出力される図示しない負荷が省電力モードであるときの出力電力量の最大値に相当するコンデンサ１６の充電電圧に設定しておくことで、比較回路１４は、負荷が省電力モードであるか否かの判断を行うことができる。すなわち、比較回路１４は、コンデンサ１６の充電電圧が基準電圧よりも小さい場合には、電気機器が省電力モードであると判断し、コンデンサ１６の充電電が基準電圧よりも大きい場合には、電気機器が通常モードであると判断することができる。つまり、スイッチング電源装置内で、電力を供給している電気機器が、通常モードであるか省電力モードであるかを自己判定することができる。
【００６０】
コンデンサ１６の充電電圧の方が、基準電圧よりも低い場合、つまり、電気機器が省電力モードであると比較回路１４が判断した場合、比較回路１４は、電気機器が省電力モードである旨の判断結果を昇圧チョッパー回路５へ送る。該判断結果を受けた昇圧チョッパー回路５の動作電源供給ライン１３上に設けられたチョッパー制御回路１２は、内部のスイッチをオフにする。これにより、動作電源供給ライン１３から昇圧チョッパー回路５への動作電源の供給が停止され、力率改善機能が機能しなくなり、その分、電力損失を減少することができる。
【００６１】
また、コンデンサ１６の充電電圧の方が、基準電圧よりも大きい場合、つまり、電気機器が通常モードであると比較回路１４が判断した場合、比較回路１４は、電気機器が通常モードである旨の判断結果を昇圧チョッパー回路５へ送る。該判断結果を受けた昇圧チョッパー回路５の動作電源供給ライン１３上に設けられたチョッパー制御回路１２のスイッチをオンにする。これにより、動作電源供給ライン１３から昇圧チョッパー回路５に動作電源が供給され、昇圧チョッパー回路５が動作することで力率が改善される。
【００６２】
次に、昇圧チョッパー回路５および比較回路１４の内部構成とその機能について、図４を用いて説明する。図４は、図３における比較回路１４の具体的な構成を示す電気回路図である。なお、図３と同じ機能を有する部材には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００６３】
抵抗２６および抵抗２７からなる直列回路は、正極性ライン３および負極性ライン４の間に接続されており、抵抗２６および抵抗２７の接続点と力率改善制御回路３０の入力端子４０とが接続されている。また、抵抗３１および抵抗３２からなる直列回路は、平滑コンデンサ７と並列に正極性ライン６および負極性ライン４の間に接続されており、抵抗３１および抵抗３２の接続点と力率改善制御回路３０の入力端子４１とが接続されている。また、抵抗２６と正極性ライン３との接続点、および、抵抗３１と正極性ライン６との接続点の間には、チョークコイル２５およびダイオード２９からなる直列回路が接続されている。さらに、チョークコイル２５およびダイオード２９の接続点と負極性ライン４との間には、スイッチングトランジスタ２８が接続されており、スイッチングトランジスタ２８のゲート電極と力率改善制御回路３０の出力端子４２とが接続されている。
【００６４】
抵抗２６および抵抗２７からなる直列回路は、正極性ライン３および負極性ライン４の間の電圧を抵抗分圧により降圧し、力率改善制御回路３０に入力させる。また、抵抗３１および抵抗３２からなる直列回路は、平滑コンデンサ７の充電電圧を抵抗分圧により降圧し、力率改善制御回路３０に入力させる。
【００６５】
力率改善制御回路３０は、スイッチングトランジスタ２８の駆動信号を出力端子４２から送出してスイッチングトランジスタ２８をオン／オフ制御する。
【００６６】
昇圧のメカニズムは、通常、一般の昇圧チョッパー回路と同じである。スイッチングトランジスタ２８のオン期間中にブリッジダイオードの正極性ライン３からチョークコイル２５を介してスイッチングトランジスタ２８に電流が流れてチョークコイル２５内に励磁エネルギが蓄積される。スイッチングトランジスタ２８がオフになると、該励磁エネルギーにより、昇圧電流がブリッジダイオード２の正極性ライン３からチョークコイル２５およびダイオード２９を介して平滑コンデンサ７に流入する。
【００６７】
力率改善制御回路３０は、入力端子４１にて平滑コンデンサ７の充電電圧レベルを監視し、該充電電圧レベルが所定の電圧より大きい場合、チョークコイル２５を流れる電流波形の波高値が全体に低くなるように、スイッチングトランジスタ２８をオン／オフ制御し、逆に、上記充電電圧レベルが所定の電圧より小さい場合、チョークコイル２５を流れる電流波形の波高値が全体に高くなるように、スイッチングトランジスタ２８のオン／オフ制御をする。これにより、平滑コンデンサ７の充電電圧が所定の一定電圧値となる。
【００６８】
また、図３で示した上記比較回路１４は、抵抗１８とコンデンサ１６の接続点にツェナーダイオード３６のカソードが、更に該ツェナーダイオード３６のアノードにＮＰＮトランジスタ３５のベースが抵抗３７を介して接続され、更にまた、コンデンサ１６のもう一方の端子に上記ＮＰＮトランジスタ３５のエミッタが接続される構成である。
【００６９】
コンデンサ１６の充電電圧がツェナーダイオード３６のツェナー電圧よりも大きい場合、カソードからアノードに向って電流が流れて上記ＮＰＮトランジスタ３５がオンし、該ＮＰＮトランジスタ３５のコレクタがローレベルの電圧レベルになる。また、コンデンサ１６の充電電圧がツェナーダイオード３６のツェナー電圧よりも小さい場合、カソードからアノードに向かって電流が流れないので、ＮＰＮトランジスタ３５がオフし、該ＮＰＮトランジスタ３５のコレクタはハイレベルの電圧レベルになる。
【００７０】
上記チョッパー制御回路１２は、ＰＮＰトランジスタ３３からなり、エミッタがコンデンサ２１に接続されると共に、コレクタが力率改善制御回路３０の動作用電源受信端子に接続され、且つ、ベースがベース電流制限抵抗３４を介して上記ＮＰＮトランジスタ３５のコレクタに接続されている。上記のように、コンデンサ１６の充電電圧がツェナーダイオード３６のツェナー電圧より大きい場合、上記ＮＰＮトランジスタ３５がオンしてＰＮＰトランジスタ３３のベースの電圧レベルがローレベルに引き下げられ、上記ＰＮＰトランジスタ３３がオンするので、動作電源供給ライン１３から動作電源が供給されて力率改善制御回路３０が動作する。逆に、コンデンサ１６の充電電圧がツェナーダイオード３６のツェナー電圧よりも小さい場合、ＮＰＮトランジスタ３５がオフしてＰＮＰトランジスタ３３のベース電圧レベルがハイレベルに引き上げられ、上記ＰＮＰトランジスタ３３がオフするので、動作電源供給ライン１３から動作電源が供給されなくなり、力率改善制御回路３０の動作が停止する。
【００７１】
以上のように、本実施の形態に係るスイッチング電源装置は、力率改善機能を有する昇圧チョッパー回路５等の力率改善手段と、スイッチング機能を有するＦＥＴ（主スイッチング素子）１９とを有しており、力率改善手段からの出力電圧を、ＦＥＴ１９を介して、負荷に供給するスイッチング電源装置であって、コンデンサ１６を有し、ＦＥＴ１９の駆動電圧を該コンデンサ１６に導き入れて、該コンデンサ１６を充電することにより、負荷に供給されている出力電力量を検出する出力電力量検出回路（出力電力量検出手段）１１と、検出された出力電力量が所定量以上であるか否かを判断する比較回路（判断手段）１４と、検出された出力電力量が所定量以上であると比較回路１４によって判断された場合に前記力率改善手段を機能させる一方、所定量未満であると判断された場合に前記力率改善手段を機能させないチョッパー制御回路（力率改善機能制御手段）１２とを備えている。
【００７２】
以上により、力率改善部を介さないための回路を必要とせず、かつ、低消費電力時に更に省電力を図ることのできるスイッチング電源装置を提供することができる。
【００７３】
また、加えて、当該スイッチング電源装置内で、負荷に供給される電力状態を自己判定することができ、接続される電気機器からの信号を受けることができない例えばＡＣアダプター等に有効なスイッチング電源装置を実現できる。
【００７４】
〔実施の形態２〕
本発明のスイッチング電源装置に関する他の実施形態について、図５に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施の形態１にて説明した図面と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００７５】
図５は、本実施の形態に係るスイッチング電源装置の具体的構成例を示す回路図を示している。
【００７６】
上記実施の形態１と異なる点は、チョッパー制御回路１２のＰＮＰトランジスタ３３のベースにベース電流制限抵抗３４を介してフォトカプラ３８のトランジスタ側のコレクタが接続され、エミッタは接地されている。また、フォトカプラ３８には図示しない電気機器（スイッチング電源装置の外部にあたる）からの制御信号３９が入力されている。
【００７７】
制御信号３９は、電気機器が省電力モードである場合にはローレベルの信号であり、電気機器が通常モードである場合にはハイレベルの信号である。制御信号３９は、電気機器から直接に導き出されているために、電気機器が省電力モードであるか、通常モードであるか、をより精度良く示すことができる。
【００７８】
制御信号３９がローレベルの場合、フォトカプラ３８のトランジスタ側はオフであり、ＰＮＰトランジスタ３３のベース電圧レベルがハイレベルに引き上げられ、上記ＰＮＰトランジスタ３３がオフするので、動作電源供給ライン１３から動作電源が供給されなくなり、力率改善制御回路３０の動作が停止する。逆に制御信号３９がハイレベルの場合、フォトカプラ３８のトランジスタ側はオンするのでＰＮＰトランジスタ３３のベースの電圧レベルがローレベルに引き下げられ、上記ＰＮＰトランジスタ３３がオンするので、動作電源供給ライン１３から動作電源が供給されて力率改善制御回路３０が動作する。
【００７９】
以上のように、本実施の形態に係るスイッチング電源装置は、力率改善機能を有する昇圧チョッパー回路５等の力率改善手段と、昇圧チョッパー回路５からの出力電圧を、負荷に供給するスイッチング電源装置であって、前記負荷の動作状態に応じた制御信号３９を外部より受け、該制御信号３９により、昇圧チョッパー回路５を機能させるか否かの制御を行うチョッパー制御回路（力率改善機能制御手段）１２を備えていることを特徴としている。
【００８０】
上記の構成によれば、負荷の状態に基づいて、昇圧チョッパー回路５の力率改善機能が制御され、負荷に電力が供給される。したがって、負荷が通常モードのときに力率改善機能を機能させ、負荷が省電力モードのときに力率改善機能を機能させないことができる。つまり、負荷が省電力モードのときには、昇圧チョッパー回路５に必要とされる電力分だけさらに省電力化することができる。
【００８１】
また、制御信号３９を外部より受けるため、当該スイッチング電源装置内に、負荷が省電力モード状態であるか否かを判断する手段を設ける必要がないため、部品点数をさらに低減することができる。さらに、制御信号３９は、スイッチング電源装置内の部品によって影響を受けることがないため、ノイズ等が入ることがないことはあきらかである。よって、負荷が省電力モード状態である場合に、より確実に昇圧チョッパー回路５を機能させないことができるため、一層の省電力化が図れる。
【００８２】
さらに、省電力モードにおける負荷に供給される出力電力量は、通常、負荷の種類に応じて変動するが、制御信号３９を外部から受けることにより、当該スイッチング電源装置内で設定変更をする必要がなく、様々な種類の負荷に柔軟に対応することができる。
【００８３】
以上により、力率改善部を介さないための回路を必要とせず、かつ、低消費電力時に更に省電力を図ることのできるスイッチング電源装置を提供することができる。
【００８４】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【００８５】
【発明の効果】
本発明に係るスイッチング電源装置は、以上のように、力率改善機能を有する力率改善手段と、スイッチング機能を有する主スイッチング素子とを有しており、前記力率改善手段からの出力電圧を、前記主スイッチング素子を介して、負荷に供給するスイッチング電源装置であって、コンデンサを有し、前記主スイッチング素子の駆動電圧を該コンデンサに導き入れて、該コンデンサを充電することにより、前記負荷に供給されている出力電力量を検出する出力電力量検出手段と、検出された出力電力量が所定量以上であるか否かを判断する判断手段と、検出された出力電力量が所定量以上であると前記判断手段によって判断された場合に前記力率改善手段を機能させる一方、所定量未満であると判断された場合に前記力率改善手段を機能させない力率改善機能制御手段とを備えている構成である。
【００８６】
それゆえ、負荷が省電力モードの場合、力率改善機能を機能させない状態で力率改善手段を用いることができ、力率改善手段とは別の回路を設ける必要がない。よって、該別の回路に要する部品点数を削減することができる。さらに、前記主スイッチング素子の駆動電圧は、他の部品の影響を受けることがないので、ノイズが含まれない。したがって、従来に比べて精度良く出力電力量を検出することができる。
【００８７】
これにより、力率改善部を介さないための回路を必要とせず、かつ、低消費電力時に更に省電力を図ることのできるスイッチング電源装置を提供することができるという効果を奏する。また、加えて、当該スイッチング電源装置内で、負荷に供給される電力状態を自己判定することができ、接続される電気機器からの信号を受けることができない例えばＡＣアダプター等に有効であるという効果も奏する。
【００８８】
本発明に係るスイッチング電源装置は、以上のように、上記の構成に加えて、前記主スイッチング素子の駆動電圧が、ダイオードと前記コンデンサの充電電流を量的に抑制する素子とを介して、該コンデンサに導き入れられている構成である。
【００８９】
それゆえ、コンデンサの充電電圧を負荷に供給されている出力電力量に比例させた状態で、該充電電圧を制限することができる。これにより、該充電電圧に基づいて、出力電力量を検出することができるとともに、出力電力量検出手段における消費電力を低減できるという効果を奏する。
【００９０】
本発明に係るスイッチング電源装置は、以上のように、上記の構成に加えて、前記素子が、抵抗またはインダクタである構成である。
【００９１】
それゆえ、簡単な回路構成で、、コンデンサの充電電圧を負荷に供給されている出力電力量に比例して変化させ、出力電力量を検出することができるという効果を奏する。特に、上記素子が高い抵抗値の抵抗である場合には、僅少の消費電力で出力電力量の検出機能を果たすことができるという効果を奏する。
【００９２】
本発明に係るスイッチング電源装置は、以上のように、上記の構成に加えて、前記判断手段は、前記コンデンサの両端の電圧値が所定電圧値以上の場合に、検出された出力電力量が所定量以上であると判断する構成である。
【００９３】
それゆえ、出力電力量が所定量以上であるかの否かの判断を、コンデンサの両端の電圧値と所定電圧値との比較により簡単に行うことができるという効果を奏する。
【００９４】
本発明に係るスイッチング電源装置は、以上のように、上記の構成に加えて、前記判断手段は、ツェナーダイオードを有しており、該ツェナーダイオードのツェナー電圧が前記所定電圧値に対応する構成である。
【００９５】
それゆえ、判断手段をツェナーダイオードで構成するという簡単な構成によって、上記判断手段を実現することができるという効果を奏する。
【００９６】
本発明に係るスイッチング電源装置は、以上のように、上記の構成に加えて、前記力率改善機能制御手段は、閉または開により前記力率改善手段に対する動作電源の供給または遮断を行う開閉手段を有しており、前記力率改善手段を機能させない場合に、前記開閉手段が前記力率改善手段に対する動作電源の遮断を行う構成である。
【００９７】
それゆえ、出力電力量が所定量以上であると上記判断手段で判断されると、開閉手段が閉状態となり動作電源が力率改善手段に供給される。これにより、力率改善を行うことができる。一方、出力電力量が所定量未満であると上記判断手段で判断されると、開閉手段が開状態となり動作電源が力率改善手段に供給されないため、省電力化を図ることができるという効果を奏する。また、例えば、スイッチ素子のような開閉手段により、簡単な構成で力率改善機能制御手段を実現することができるという効果も奏する。
【００９８】
本発明に係るスイッチング電源装置は、以上のように、上記の構成に加えて、前記開閉手段はトランジスタであり、前記力率改善手段を機能させない場合に、該トランジスタを導通させない構成である。
【００９９】
それゆえ、出力電力量が所定量以上であると上記判断手段で判断されると、上記トランジスタを導通させるため、動作電源が力率改善手段に供給される。これにより、力率改善を行うことができる。一方、出力電力量が所定量未満であると上記判断手段で判断されると、上記トランジスタを導通させないため、動作電源が力率改善手段に供給されない。これにより、省電力化を図ることができるという効果を奏する。また、トランジスタという簡単な構成により、上記開閉手段を実現することができるという効果も奏する。
【０１００】
本発明に係るスイッチング電源装置は、以上のように、力率改善機能を有する力率改善手段と、前記力率改善手段からの出力電圧を、負荷に供給するスイッチング電源装置であって、前記負荷の動作状態に応じた制御信号を外部より受け、該制御信号により、前記力率改善手段を機能させるか否かの制御を行う力率改善機能制御手段を備えている構成である。
【０１０１】
それゆえ、前記制御信号を外部より受けるため、スイッチング電源装置内の部品によって影響を受けることがなく、ノイズ等が入ることがないことはあきらかである。よって、負荷が省電力モード状態である場合に、より確実に力率改善手段を機能させないことができるため、一層の省電力化が図れる。また、負荷が省電力モードである場合、力率改善手段を機能させないことができる。これより、力率改善部を介さないための回路を必要とせず、かつ、低消費電力時に更に省電力を図ることのできるスイッチング電源装置を提供することができるという効果を奏する。
【０１０２】
さらに、省電力モードにおける負荷に供給される出力電力量は、通常、負荷の種類に応じて変動するが、前記制御信号を外部から受けることにより、当該スイッチング電源装置内で設定変更をする必要がなく、様々な種類の負荷に柔軟に対応することができるという効果も奏する。
【０１０３】
本発明に係るスイッチング電源装置は、以上のように、上記の構成に加えて、前記力率改善機能制御手段は、閉または開により前記力率改善手段に対する動作電源の供給または遮断を行う開閉手段を有しており、前記力率改善手段を機能させない場合に、前記開閉手段が前記力率改善手段に対する動作電源の遮断を行う構成である。
【０１０４】
それゆえ、上記制御信号に応じて、開閉手段が閉状態となり動作電源が力率改善手段に供給される。これにより、力率改善を行うことができる。一方、上記制御信号に応じて、開閉手段が開状態となり動作電源が力率改善手段に供給されないため、省電力化を図ることができる。また、例えば、スイッチ素子のような開閉手段により、簡単な構成で力率改善機能制御手段を実現することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスイッチング電源装置に係る一構成例を示す電気回路図である。
【図２】図１に示すスイッチング電源装置において力率改善機能制御手段を示す電気回路図である。
【図３】図１に示すスイッチング電源装置において電圧変換回路をより詳しく示す電気回路図である。
【図４】図３に示すスイッチング電源装置において比較回路および昇圧チョッパー回路をより詳しく示す電気回路図である。
【図５】本発明のスイッチング電源装置に係る他の構成例を示す電気回路図である。
【符号の説明】
５    昇圧チョッパー回路（力率改善手段）
１１  出力電力量検出回路（出力電力量検出手段）
１２  チョッパー制御回路（力率改善機能制御手段）
１４  比較回路（判断手段）
１６  コンデンサ
１７  ダイオード
１８  抵抗（素子）
１９  ＦＥＴ（主スイッチング素子）
３６  ツェナーダイオード
３９  制御信号
【図１】
2005039921.tif 000003
【図２】
2005039921.tif 000004
【図３】
2005039921.tif 000005
【図４】
2005039921.tif 000006
【図５】
2005039921.tif 000007