(57)【要約】【課題】複数の電源回路を並列接続して構成される電源システムにおいて、負荷回路がモード切換信号を供給しなくても動作モードを確実に検知して電流供給能力を迅速に切り換えられるようにする。【解決手段】この電源システムは、第１の電源回路１０と、第１の電源回路よりも小さい電流供給能力を有し、出力電流が所定の値を超えると出力電圧が低下する出力特性を有する第２の電源回路２０と、第１の電源回路の出力電圧と第２の電源回路の出力電圧との内の少なくとも一方を出力端子に供給する出力合成回路３０と、出力端子に供給される出力電圧を検出する出力電圧検出回路５０と、出力電圧が第１の設定値よりも小さくなったときに第１の電源回路を活性化することにより待機モードから通常動作モードに移行するモード切換回路６０とを具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電流供給能力を有する第１の電源回路と、
前記第１の電流供給能力よりも小さい第２の電流供給能力を有し、出力電流が所定の値を超えると出力電圧が低下する出力特性を有する第２の電源回路と、
前記第１の電源回路の出力電圧と前記第２の電源回路の出力電圧との内の少なくとも一方を出力端子に供給する出力合成回路と、
前記出力端子に供給される出力電圧を検出する出力電圧検出回路と、
前記出力電圧検出回路の検出結果に基づいて、前記出力端子に供給される出力電圧が第１の設定値よりも小さくなったときに前記第１の電源回路を活性化することにより待機モードから通常動作モードに移行するモード切換回路と、
を具備する電源システム。
【請求項２】
前記出力端子に供給される出力電流を検出する出力電流検出回路をさらに具備し、
前記モード切換回路が、前記出力電流検出回路の検出結果に基づいて、前記出力端子に供給される出力電流が第２の設定値よりも小さくなったときに前記第１の電源回路を非活性化することにより通常動作モードから待機モードに移行する、請求項１記載の電源システム。
【請求項３】
前記モード切換回路が、待機モードにおいて前記第２の電源回路を活性化し、通常動作モードにおいて前記第２の電源回路を非活性化する、請求項１又は２記載の電源システム。
【請求項４】
前記第２の電源回路が、
１次側巻線及び２次側巻線を有するトランスと、
前記トランスの１次側巻線に直列に接続され、パルス状の駆動信号に従って前記トランスの１次側巻線に電流を流すスイッチング素子と、
前記トランスの１次側巻線に流れる電流を検出する１次側検出回路と、
前記トランスの２次側巻線に発生する電圧を整流及び平滑する２次側回路と、
前記２次側回路によって整流及び平滑された電圧を検出する２次側検出回路と、
前記１次側検出回路の検出結果及び前記２次側検出回路の検出結果に基づいて前記駆動信号におけるパルス幅を設定することにより、前記トランスの１次側巻線に流れる電流を制御する制御回路と、
を含む、請求項１〜３のいずれか１項記載の電源システム。
【請求項５】
前記第２の電源回路が、バッテリーを含む、請求項１又は２記載の電源システム。
【請求項６】
前記出力電圧検出回路が、前記出力端子に供給される出力電圧を分圧して得られた電位を第１の参照電位と比較することにより、前記出力端子に供給される出力電圧が第１の設定値よりも大きいか小さいかを判定する、請求項１〜５のいずれか１項記載の電源システム。
【請求項７】
前記出力電流検出回路が、前記出力合成回路と前記出力端子との間に挿入された抵抗の両端における電位差を検出して得られた電位を第１の参照電位と比較することにより、前記出力端子に供給される出力電流が第２の設定値よりも大きいか小さいかを判定する、請求項１〜６のいずれか１項記載の電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電源回路を並列接続して構成される電源システムに関し、特に、通常動作モード用の第１の電源回路と待機モード用の第２の電源回路とを並列接続して構成される電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年においては、省エネルギー対策のために待機モードを有する電子機器が増加している。このような電子機器においては、待機モードにおいて、電源回路の負荷となる回路に流れる電流を小さくすることにより、消費電力が低減される。
【０００３】
しかしながら、例えば、スイッチングレギュレータのような電源回路において、負荷電流が大きいときに電力変換効率が大きくなるように設計を行うと、負荷電流が小さいときに不要な消費電流が生じて、電力変換効率が小さくなってしまう。従って、通常動作モードにおいて十分な電流供給能力を有する電源回路を用いて待機モードにおいて負荷回路に電流を供給すると、電源回路における消費電流のために、全体としての消費電力をあまり低減することができない。そこで、電源回路に対しても、待機モードにおける消費電力を低減することが求められている。
【０００４】
電源回路において、通常動作モードと待機モードと間で動作を切り換えるためには、一般にモード切換信号が用いられるので、負荷回路は、電源システムに対してモード切換信号を供給しなければならない。一方、モード切換信号の供給を省略するために、負荷電流を検出することにより負荷回路の動作モードを感知することも行われている。
【０００５】
しかしながら、待機モードにおいて電源回路の動作が完全に停止する場合には、検出される負荷電流がゼロとなってしまい、電源回路及び負荷回路が通常動作モードに移行することはできなくなる。また、待機モードにおいて負荷回路に印加される電源電圧が通常動作モードにおけるよりも小さくなる場合には、負荷回路の動作に支障を来たすおそれがある。さらに、負荷回路に安全保護回路が含まれている場合には、待機モードから通常動作モードに移行した途端に安全保護回路が動作して、負荷回路の動作が停止してしまうおそれもある。
【０００６】
また、待機モードにおける電源回路の消費電力を低減するために、通常動作モード用の第１の電源回路と待機モード用の第２の電源回路とを並列接続して電源システムを構成することも行われている。このような電源システムにおいては、第２の電源回路の電流供給能力を第１の電源回路の電流供給能力よりも小さくすることにより、待機モードにおける消費電力を低減することができる。
【０００７】
関連する技術として、下記の特許文献１には、高能率な電力供給を行うことにより、不要な暗電流を低減することができる車両用の電源システムが開示されている。この電源システムは、入力される直流入力電圧を当該直流入力電圧よりも低い直流出力電圧に変換して負荷に供給する常時供給用コンバータと、常時供給用コンバータに並列接続され、直流入力電圧を直流出力電圧に変換して負荷に供給する待機電流供給用コンバータと、負荷に流れる負荷電流及び直流入力電圧に応じて、常時供給用コンバータと待機電流供給用コンバータそれぞれの駆動を切換制御するコントローラとを備えている。
【０００８】
特許文献１においては、負荷電流が所定値未満にまで下がったことを電流検知センサが検出すると、コントローラにより常時供給用コンバータの駆動が停止されて待機電流供給用コンバータの駆動が開始され、一方、負荷電流が所定値以上にまで上がったことを電流検知センサが検出すると、コントローラにより待機電流供給用コンバータの駆動が停止されて常時供給用コンバータの駆動が開始される。
【０００９】
しかしながら、待機モードから通常動作モードに移行する場合には、負荷回路のインピーダンスが下がるので、電源システムの出力電圧も低下してしまい、負荷電流の増加を検出することができなかったり、検出が遅れたりするおそれがある。このように、負荷電流のみに基づいて負荷回路の動作モードを判定する場合には、誤動作や遅延が発生し易いという問題があった。
【特許文献１】特開２００４−２０１３８９号公報（第１−２、５頁、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、複数の電源回路を並列接続して構成される電源システムにおいて、負荷回路が電源システムに対してモード切換信号を供給しなくても、電源システムが負荷回路の動作モードを確実に検知して、負荷回路に対する電流供給能力を迅速に切り換えられるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明の１つの観点に係る電源システムは、第１の電流供給能力を有する第１の電源回路と、第１の電流供給能力よりも小さい第２の電流供給能力を有し、出力電流が所定の値を超えると出力電圧が低下する出力特性を有する第２の電源回路と、第１の電源回路の出力電圧と第２の電源回路の出力電圧との内の少なくとも一方を出力端子に供給する出力合成回路と、出力端子に供給される出力電圧を検出する出力電圧検出回路と、出力電圧検出回路の検出結果に基づいて、出力端子に供給される出力電圧が第１の設定値よりも小さくなったときに第１の電源回路を活性化することにより待機モードから通常動作モードに移行するモード切換回路とを具備する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、第１の電源回路よりも小さい電流供給能力と、出力電流が所定の値を超えると出力電圧が低下する出力特性とを有する第２の電源回路を用い、出力端子に供給される出力電圧及び出力電流に基づいて第１及び第２の電源回路を制御することにより、負荷回路が電源システムに対してモード切換信号を供給しなくても、電源システムが負荷回路の動作モードを確実に検知して、負荷回路に対する電流供給能力を迅速に切り換えられるようにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電源システムの構成を示すブロック図である。この電源システムは、交流電圧を入力して直流電圧を出力する２つの電源回路が並列接続されて構成される。
【００１４】
図１に示すように、この電源システムは、第１の電流供給能力（例えば、２４Ｖ、１０Ａ）を有する第１の電源回路１０と、第１の電流供給能力よりも小さい第２の電流供給能力（例えば、２４Ｖ、１Ａ）を有し、出力電流が所定の値を超えると出力電圧が低下する出力特性を有する第２の電源回路２０と、第１の電源回路１０の出力電圧Ｖ１と第２の電源回路２０の出力電圧Ｖ２との内の少なくとも一方を出力端子に供給する出力合成回路３０と、出力端子に供給される出力電流Ｉを検出する出力電流検出回路４０と、出力端子に供給される出力電圧を検出する出力電圧検出回路５０と、待機モードと通常動作モードとの間の切り換えを行うモード切換回路６０とを有している。
【００１５】
本実施形態においては、第１及び第２の電源回路１０及び２０として、スイッチング電源回路が用いられる。第１の電源回路１０は、トランジスタ等のスイッチング素子を用いてスイッチング動作を行うスイッチングレギュレータ、コンバータ又はＰＦＣ（power factor controller：力率改善コントロール）回路等の電力変換回路１１と、電力変換回路１１のスイッチング素子を駆動するための駆動信号ＳＤ１を生成する制御回路１２とを含んでいる。同様に、第２の電源回路２０は、トランジスタ等のスイッチング素子を用いてスイッチング動作を行う電力変換回路２１と、電力変換回路２１のスイッチング素子を駆動するための駆動信号ＳＤ２を生成する制御回路２２とを含んでいる。
【００１６】
図２は、図１に示す第１及び第２の電源回路の構成例を示す図である。このスイッチング電源回路は、交流電圧の入力端子１及び２に接続された整流平滑回路７１と、１次側の交流電圧を昇圧又は降圧して２次側に出力するトランス８０と、トランスの１次側巻線８１に直列に接続され、パルス状の駆動信号に従ってトランスの１次側巻線に電流を流すスイッチング素子７２と、トランスの１次側巻線８１に流れる電流を検出する１次側電流検出回路７３とを有している。
【００１７】
さらに、このスイッチング電源回路は、トランスの２次側巻線８２に発生する電圧を半波整流するダイオード９１、及び、整流された電圧を平滑して出力端子３及び４に供給するコンデンサ９２と、出力端子３及び４における出力電圧を検出する２次側電圧検出回路９３と、駆動信号のパルス幅を設定する制御回路７４とを有している。
【００１８】
２次側電圧検出回路９３の検出結果は、光信号として制御回路７４に伝送される。これにより、トランス８０の１次側と２次側との間でアイソレーションを保ちながら、２次側における検出結果を１次側に伝送することができる。
【００１９】
整流平滑回路７１は、例えば、ダイオードブリッジとコンデンサとを含んでおり、入力端子１と入力端子２との間に印加される交流電圧をダイオードブリッジによって全波整流し、コンデンサによって平滑する。
【００２０】
トランス８０は、磁性体のコア８４と、コア８４に回巻された１次側巻線８１、２次側巻線８２、及び、内部電源を生成するための補助巻線８３とを有している。ここで、１次側巻線８１の巻数をＮ１とし、２次側巻線８２の巻数をＮ２とすると、損失がないとした場合に、１次側と２次側との間の昇圧比は、Ｎ２／Ｎ１となる。なお、トランス８０に付されたドットの記号は、巻線の極性を示している。
【００２１】
一般に、スイッチング電源において、トランスの１次側から２次側への電力伝達方式としては、スイッチング素子がオンした時に１次側から２次側に電力を伝達するフォワード方式と、スイッチング素子がオフした時に１次側から２次側に電力を伝達するフライバック方式とがある。本発明は、そのどちらにも適用できるが、本実施形態においては、フライバック方式を例にとって説明する。
【００２２】
図２に示すようなフライバック型のスイッチング電源においては、トランスの１次側巻線８１と２次側巻線８２とが逆極性の関係となっており、スイッチング素子がオンしている間は、トランス８０の１次側電流は増加するが、トランス８０の２次側においてはダイオードで逆バイアスされているので２次側電流は流れない。トランス８０は、スイッチング素子がオンしている時に、コア８４にエネルギーを蓄える。
【００２３】
次に、スイッチング素子がオフすると、磁場が電流を維持しようとするので、トランス８０の電圧極性が反転して、トランス８０の２次側において電流が流れる。トランス８０の２次側電流は、直列接続されたダイオード９１を介してコンデンサ９２に流れ、コンデンサ８２が充電されることにより、出力端子３と出力端子４との間に直流出力電圧を発生させる。
【００２４】
図３は、図１に示す第２の電源回路の出力電流−出力電圧特性（２次側電流−２次側電圧特性）を示す図である。図２に示す制御回路７４は、１次側検出回路７３によって検出された１次側電流がしきい値を超えたか否かを判定し、１次側電流がしきい値を超えるまでは、定電圧安定化動作を行うように駆動信号のパルス幅を制御する。
【００２５】
図３において矢印（１）で示すように、２次側電流が増加して行って、Ａ点において１次側電流がしきい値に到達し、さらに、１次側電流がしきい値を超えると、制御回路７４は、駆動信号のパルス幅を一定に維持して、定電圧安定化動作を停止する。
【００２６】
これ以降、２次側電圧は一定とならず、負荷回路のインピーダンス状態によって２次側電流が増加して行くと、図３において矢印（２）で示すように、２次側電圧は徐々に低下して行く。ただし、Ａ点〜Ｂ点の間におけるように、２次側電圧が低下しても、２次側電圧がしきい値以上であって、２次側電流が維持されていれば、スイッチング電源回路は許容動作範囲内にあると考えることができる。例えば、インダクタンス性の負荷は、電流によって駆動されるので、電源電圧が多少低下しても動作が可能である。
【００２７】
再び図１を参照すると、出力合成回路３０は、第１の電源回路１０の出力電圧Ｖ１が供給されるダイオードＤ１と、第２の電源回路２０の出力電圧Ｖ２が供給されるダイオードＤ２とによって構成される。ダイオードＤ１及びＤ２は、ワイヤードＯＲ接続されており、第１の電源回路１０の出力電圧Ｖ１と第２の電源回路２０の出力電圧Ｖ２との内で高い方を出力端子に供給する。
【００２８】
出力電圧検出回路５０は、出力端子に供給される出力電圧を分圧する抵抗Ｒ１及びＲ２と、分圧によって得られた検出電位ＶＤＥＴ１を参照電位ＶＲＥＦ１と比較することにより、出力端子に供給される出力電圧が第１の設定値よりも大きいか小さいかを判定するコンパレータ５１とを含んでいる。
【００２９】
出力電流検出回路４０は、出力合成回路３０と出力端子との間に挿入された抵抗Ｒ１と、抵抗Ｒ１の両端に発生する電位差を検出する電位差検出回路４１と、電位差検出回路４１の検出電位ＶＤＥＴ２を参照電位ＶＲＥＦ２と比較して、出力端子に供給される出力電流が第２の設定値よりも大きいか小さいかを判定するコンパレータ４２とを含んでいる。
【００３０】
モード切換回路６０は、例えば、出力電流検出回路４０の出力信号と出力電圧検出回路５０の出力信号とが供給されるＲＳフリップフロップ６１によって構成される。ＲＳフリップフロップ６１は、セット端子Ｓに供給される信号がハイレベルに活性化されると、非反転出力端子Ｑから通常動作モードを表すハイレベルのモード切換信号ＳＭを出力すると共に、反転出力端子Ｑバーからローレベルの反転モード切換信号ＳＭバーを出力する。また、ＲＳフリップフロップ６１は、リセット端子Ｒに供給される信号がハイレベルに活性化されると、非反転出力端子Ｑから待機モードを表すローレベルのモード切換信号ＳＭを出力すると共に、反転出力端子Ｑバーからハイレベルの反転モード切換信号ＳＭバーを出力する。
【００３１】
次に、本実施形態に係る電源システムの動作について、図１及び図４を参照しながら説明する。図４は、本実施形態に係る電源システムの動作を説明するための波形図である。図４に示すように、まず、待機モードにおいては、第１の電源回路１０が非活性化されて、その出力電圧Ｖ１が低い値（例えば、０Ｖ）となっており、第２の電源回路２０が活性化されて、その出力電圧Ｖ２が高い値（例えば、２４Ｖ）となっている。
【００３２】
次に、負荷回路が待機モードから通常動作モードに移行して負荷電流が増加すると、電源システムの出力電流Ｉも増加するので、それに伴い、第２の電源回路２０の出力電圧Ｖ２が低下し、出力端子に供給される出力電圧も低下する。出力端子に供給される出力電圧が第１の設定値よりも小さくなると、出力電圧検出回路５０の出力電圧がローレベルからハイレベルに活性化されて、モード切換回路６０のＲＳフリップフロップ６１がセットされる。
【００３３】
これにより、ＲＳフリップフロップ６１は、ハイレベルのモード切換信号ＳＭとローレベルの反転モード切換信号ＳＭバーとを出力する。その結果、第１の電源回路１０が活性化されて、その出力電圧Ｖ１が高い値（例えば、２４Ｖ）となり、第２の電源回路２０が非活性化されて、その出力電圧Ｖ２が低い値（例えば、０Ｖ）となって、電源システムも待機モードから通常動作モードに移行する。このようにして、動作モードの切換を迅速に行うことができる。動作モードの切換に際しては、出力電圧の過度の低下を抑えて、出力電圧の変動幅を５％程度以内にすることが望ましい。
【００３４】
さらに、負荷回路が通常動作モードから待機モードに移行して負荷電流が減少すると、電源システムの出力電流Ｉも減少する。出力端子に供給される出力電流が第２の設定値よりも小さくなると、出力電流検出回路４０の出力電圧がローレベルからハイレベルに活性化されて、モード切換回路６０のＲＳフリップフロップ６１がリセットされる。
【００３５】
これにより、ＲＳフリップフロップ６１は、ローレベルのモード切換信号ＳＭとハイレベルの反転モード切換信号ＳＭバーとを出力する。その結果、第１の電源回路１０が非活性化されて、その出力電圧Ｖ１が低い値（例えば、０Ｖ）となり、第２の電源回路２０が活性化されて、その出力電圧Ｖ２が高い値（例えば、２４Ｖ）となって、電源システムも通常動作モードから待機モードに移行する。
【００３６】
以上の説明においては、通常動作モードにおいて第２の電源回路２０の動作を停止するようにしたが、通常動作モードにおいて第２の電源回路２０の動作を継続するようにしても良い。その場合には、第１の電源回路１０の出力電圧Ｖ１を第２の電源回路２０の出力電圧Ｖ２よりも高い値とすることにより、通常動作モードにおいて第２の電源回路２０から出力端子に電流が流れることがなくなる。あるいは、第１の電源回路１０の出力電圧Ｖ１と第２の電源回路２０の出力電圧Ｖ２とを等しい値とすることにより、第１及び第２の電源回路１０及び２０を並列動作させるようにしても良い。
【００３７】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図５は、本発明の第２の実施形態に係る電源システムの構成を示すブロック図である。
第２の実施形態においては、図１に示す第２の電源回路２０の替わりに、バッテリー１０１及び抵抗Ｒ４を含む第２の電源回路１００を用いている。その他の点に関しては、第１の実施形態と同様である。なお、バッテリー１０１の内部抵抗が大きい場合には、抵抗Ｒ４を省略することができる。
【００３８】
このように構成された電源システムにおいて、負荷回路が待機モードから通常動作モードに移行して負荷電流が増加すると、電源システムの出力電流Ｉも増加するので、それに伴い、第２の電源回路１００の出力電圧Ｖ２が低下し、出力端子に供給される出力電圧も低下する。第１の実施形態において説明したのと同じように、出力端子に供給される出力電圧が第１の設定値よりも小さくなると、出力電圧検出回路５０の出力電圧がローレベルからハイレベルに活性化されて、モード切換回路６０のＲＳフリップフロップ６１がセットされる。
【００３９】
これにより、ＲＳフリップフロップ６１は、ハイレベルのモード切換信号ＳＭを出力する。その結果、第１の電源回路１０が活性化されて、その出力電圧Ｖ１が高い値（例えば、２４Ｖ）となり、電源システムも待機モードから通常動作モードに移行する。
【００４０】
通常動作モードにおいても、第２の電源回路２０の動作は停止されないが、第１の電源回路１０の出力電圧Ｖ１を第２の電源回路２０の出力電圧Ｖ２よりも高い値とすることにより、第２の電源回路２０から出力端子に電流が流れることはない。
【００４１】
さらに、負荷回路が通常動作モードから待機モードに移行して負荷電流が減少すると、電源システムの出力電流Ｉも減少する。出力端子に供給される出力電流が第２の設定値よりも小さくなると、出力電流検出回路４０の出力電圧がローレベルからハイレベルに活性化されて、モード切換回路６０のＲＳフリップフロップ６１がリセットされる。
【００４２】
これにより、ＲＳフリップフロップ６１は、ローレベルのモード切換信号ＳＭを出力する。その結果、第１の電源回路１０が非活性化されて、その出力電圧Ｖ１が低い値（例えば、０Ｖ）となって、電源システムも通常動作モードから待機モードに移行する。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、複数の電源回路を並列接続して構成される電源システムにおいて利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電源システムの構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す第１及び第２の電源回路の構成例を示す図である。
【図３】図１に示す第２の電源回路の出力電流−出力電圧特性を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る電源システムの動作を説明するための波形図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る電源システムの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４５】
１、２  入力端子
３、４  出力端子
１０  第１の電源回路
１１、２１  電力変換回路
１２、２２  制御回路
２０  第２の電源回路
３０  出力合成回路
４０  出力電流検出回路
４１  電位差検出回路
４２、５１  コンパレータ
５０  出力電圧検出回路
６０  モード切換回路
６１  ＲＳフリップフロップ
７１  整流平滑回路
７２  スイッチング素子
７３  １次側電流検出回路
７４  制御回路
８０  トランス
８１  １次側巻線
８２  ２次側巻線
８３  補助巻線
８４  コア
９１  ダイオード
９２  コンデンサ
９３  ２次側電圧検出回路
Ｒ１〜Ｒ４  抵抗
Ｄ１、Ｄ２  ダイオード
【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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