(57)【要約】【課題】  負荷状態やファン駆動電圧を監視しなくても、負荷状態に応じて冷却用ファンの回転数を制御し得るより簡素なスイッチング電源を提供する。【解決手段】  入力側から供給される直流電力をスイッチングするスイッチング（ＳＷ）回路３と、その後段に接続されＳＷ回路３からの出力を整流平滑して負荷側に出力する出力整流平滑回路４と、その負荷側出力端に接続され出力電圧を検知し乍ら上記出力端に所定の出力電圧が生ずる様ＳＷ回路３を制御するＳＷ素子制御回路２と、ＳＷ回路３の後段に、出力整流平滑回路４と並列に接続されたファン駆動回路５であって、ＳＷ回路３からの出力を整流平滑する整流平滑回路６と、整流平滑回路６の平滑コンデンサＣ２の両端に接続された冷却用ファンＦＡＮとで構成されたものと、からなるスイッチング電源１とする。【選択図】  図１
2007043771.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却用ファンを備えたスイッチング電源装置であって、
入力側から供給される直流電力をスイッチングするスイッチング回路と、
前記スイッチング回路の後段に接続され、前記スイッチング回路からの出力を整流及び平滑して負荷側に出力する、整流ダイオードと平滑コンデンサとを有する出力整流平滑回路と、
前記出力整流平滑回路の負荷側出力端に接続され、出力電圧を検知しながら前記負荷側出力端に予め定めた任意の出力電圧が発生するように前記スイッチング回路を制御するスイッチング素子制御回路と、
前記スイッチング回路の後段に、前記出力整流平滑回路と並列に接続されたファン駆動回路であって、
前記スイッチング回路からの出力を整流及び平滑する、整流ダイオードと平滑コンデンサとを有する整流平滑回路と、
前記整流平滑回路の平滑コンデンサの両端に接続された前記冷却用ファンとで構成され、前記整流平滑回路の平滑コンデンサの両端電圧で前記冷却用ファンを駆動するものと、
からなることを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項２】
冷却用ファンを備えたスイッチング電源装置であって、
入力側から供給される直流電力をスイッチングするスイッチング回路と、
前記スイッチング回路の後段に接続され、スイッチング電源装置の入力側と出力側とを電気的に絶縁する、一次側巻線と二次側巻線とを有するトランスと、
前記トランスの二次側巻線の両端に接続され、前記トランスの二次側巻線からの出力を整流及び平滑して負荷側に出力する、整流ダイオードと平滑コンデンサとを有する出力整流平滑回路と、
前記出力整流平滑回路の負荷側出力端に接続され、出力電圧を検知しながら前記負荷側出力端に予め定めた任意の出力電圧が発生するように前記スイッチング回路を制御するスイッチング素子制御回路と、
前記トランスの二次側巻線の後段に、前記出力整流平滑回路と並列に接続されたファン駆動回路であって、
前記トランスの二次側巻線からの出力を整流及び平滑する、整流ダイオードと平滑コンデンサとを有する整流平滑回路と、
前記整流平滑回路の平滑コンデンサの両端に接続された前記冷却用ファンとで構成され、前記整流平滑回路の平滑コンデンサの両端電圧で前記冷却用ファンを駆動するものと、
からなることを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項３】
前記スイッチング回路が、前記トランスの前記一次側巻線に電気的に接続された１個のスイッチング素子からな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】
前記スイッチング回路は、ブリッジ接続された複数個のスイッチング素子を含み、前記トランスの前記一次側巻線の電流を両方向に交互に駆動す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５】
前記ファン駆動回路において、さらに、前記整流平滑回路と直列にファン駆動電圧調節手段が接続されたことを特徴とする請求項１または２に記載のスイッチング電源装置。
【請求項６】
前記ファン駆動電圧調節手段が抵抗素子若しくはインダクタンス素子の何れかまたはこれらの組み合わせからなるものである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。
【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の温度上昇を抑制する冷却用ファンを備えたスイッチング電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、スイッチング電源及び負荷装置の小型化により、ファンによって発熱部品の強制空冷をする必要がある機器が数多くなって来ている。
図７に、従来知られた冷却用ファンを備えたスイッチング電源装置の典型的な構成例を示す。図７に示すスイッチング電源装置は、公知のフライバック方式のＤＣ−ＤＣコンバータを基本構成とするものであり、トランスＴ１の各巻線Ｔ１１，Ｔ１２には、極性を示す符号が夫々黒点で付されている。
図７に示すように、従来は、出力電圧が一定になるように制御されたスイッチング電源の出力端に、負荷と並列にファンモーターを接続していた。なお、このファンモーターは、電源の出力電圧に合わせて選択されるものである。
【０００３】
ところで、上記構成ではファンモーターを駆動している電圧が一定であるため、スイッチング電源が待機状態又は定格動作状態の何れであっても、ファンモーターの回転数は一定である。
しかし、冷却用ファンは、待機状態では定格動作状態ほど高速回転させておく必要は無い。
【０００４】
したがって、上記冷却用ファンを備えたスイッチング電源装置に関しては、待機状態で冷却用ファンから発生する騒音を抑えて機器の更なる静音化を図るべく、これまで種々の回路構成が提案されている（特許文献１〜３参照）。
【０００５】
しかしながら、これらは何れも、負荷側の出力電流やファン駆動電圧の監視を行う必要があるものばかりである。かかる構成では、ファンの回転数制御を、監視系統の特性や信頼性に依存して行なう必要があり、そのため監視系統のチューニングや信頼性の維持に余計な手間等が発生するという問題があった。
さらに、上掲の各先行技術では何れも、ファン駆動回路に用いる補助巻線をトランスに別途備える必要があり、製造コスト、手間が増大するという問題もあった。
【特許文献１】特開２００２−１７６７７３号公報
【特許文献２】特開２００１−２５２８８号公報
【特許文献３】特開平０７−３３２７４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って本発明は、上記課題を解決し、より簡単な回路構成で、スイッチング電源装置の負荷状態に応じて冷却用ファンの回転数を制御できるスイッチング電源装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決すべく種々検討を行った結果、本発明者は、整流して得られる直流電力を一次側のスイッチング素子でオン／オフし、二次側の整流ダイオードと平滑コンデンサで整流平滑して得られた直流電圧を出力電圧検出回路で検出し、さらに、その検出信号を一次側制御回路へ送ることにより出力端の電圧が略一定となるように動作するスイッチング電源において、
これまで出力側に設けられていた出力整流平滑回路とは別の第２の整流平滑回路（＝ファン駆動回路）を、二次側巻線の両端にこれまでの整流平滑回路と並列に追加接続し、この第２の整流平滑回路の平滑コンデンサの両端にファンモーターを接続することにより、負荷電流の多寡に応じてファンモーター回転数を自動的に調節することが可能なことを見い出し、本発明を完成した。
【０００８】
上記課題を解決可能な本発明のスイッチング電源装置は、（１）冷却用ファンを備えたスイッチング電源装置であって、入力側から供給される直流電力をスイッチングするスイッチング回路と、前記スイッチング回路の後段に接続され、前記スイッチング回路からの出力を整流及び平滑して負荷側に出力する、整流ダイオードと平滑コンデンサとを有する出力整流平滑回路と、前記出力整流平滑回路の負荷側出力端に接続され、出力電圧を検知しながら前記負荷側出力端に予め定めた任意の出力電圧が発生するように前記スイッチング回路を制御するスイッチング素子制御回路と、
前記スイッチング回路の後段に、前記出力整流平滑回路と並列に接続されたファン駆動回路であって、前記スイッチング回路からの出力を整流及び平滑する、整流ダイオードと平滑コンデンサとを有する整流平滑回路と、前記整流平滑回路の平滑コンデンサの両端に接続された前記冷却用ファンとで構成され、前記整流平滑回路の平滑コンデンサの両端電圧で前記冷却用ファンを駆動するものと、
からなることを特徴とするものである。
【０００９】
同様に本発明のスイッチング電源装置は、（２）冷却用ファンを備えた絶縁型のスイッチング電源装置であって、入力側から供給される直流電力をスイッチングするスイッチング回路と、前記スイッチング回路の後段に接続され、スイッチング電源装置の入力側と出力側とを電気的に絶縁する、一次側巻線と二次側巻線とを有するトランスと、前記トランスの二次側巻線の両端に接続され、前記トランスの二次側巻線からの出力を整流及び平滑して負荷側に出力する、整流ダイオードと平滑コンデンサとを有する出力整流平滑回路と、前記出力整流平滑回路の負荷側出力端に接続され、出力電圧を検知しながら前記負荷側出力端に予め定めた任意の出力電圧が発生するように前記スイッチング回路を制御するスイッチング素子制御回路と、
前記トランスの二次側巻線の後段に、前記出力整流平滑回路と並列に接続されたファン駆動回路であって、前記トランスの二次側巻線からの出力を整流及び平滑する、整流ダイオードと平滑コンデンサとを有する整流平滑回路と、前記整流平滑回路の平滑コンデンサの両端に接続された前記冷却用ファンとで構成され、前記整流平滑回路の平滑コンデンサの両端電圧で前記冷却用ファンを駆動するものと、
からなることを特徴とするものである。
【００１０】
好ましくは、上記（２）のスイッチング電源装置では、（３）前記スイッチング回路が、前記トランスの前記一次側巻線に電気的に接続された１個のスイッチング素子からなる。
また、上記（２）のスイッチング電源装置では、（４）前記スイッチング回路は、ブリッジ接続された複数個のスイッチング素子を含み、前記トランスの前記一次側巻線の電流を両方向に交互に駆動するものであっても良い。
【００１１】
また、上記（１）及び（２）のスイッチング電源装置では、（５）前記ファン駆動回路において、さらに、前記整流平滑回路と直列にファン駆動電圧調節手段が接続されていることが好ましい。
さらに、（６）そのファン駆動電圧調節手段が抵抗素子若しくはインダクタンス素子の何れかまたはこれらの組み合わせからなるものであればより好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、より簡単な回路構成で、負荷側の出力電流やファン駆動電圧の監視を行わなくとも、スイッチング電源の出力電流が小さい時、ファンモーターの駆動電圧を低下させ、出力電流が大きい時、該駆動電圧を上昇させて、ファンモーターの回転数を低速から高速まで制御し、待機状態の騒音対策をすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面に基づき、本発明のスイッチング電源装置の一例につき説明する。図１は本発明の一実施形態を示す回路図、図２は本発明の一実施形態の出力電流−ファン印加電圧特性及び出力電流−ファン回転数特性を示す図、図３は抵抗Ｒ１を増減させた時の出力電流−ファン印加電圧特性を示す図、図４〜６は本発明の別の実施形態を示す回路図である。
【００１４】
［構成］
まず、図１に基づき、本発明のスイッチング電源装置の一実施形態の構成につき説明する。尚、以下の説明では、従来例に係る図７に示された構成要素と同一の構成要素については同一の参照符号を使用することとする。
図１に示す通り、本実施形態のスイッチング電源装置１は、冷却用ファンＦＡＮを備えた絶縁型のスイッチング電源装置であって、
入力側から供給される直流電力をスイッチングするスイッチング回路３と、その後段に接続され、スイッチング電源装置の入力側と出力側を電気的に絶縁する、一次側巻線Ｔ１１と二次側巻線Ｔ１２とを有するトランスＴ１と、トランス二次側巻線Ｔ１２の両端に接続され、この二次側巻線Ｔ１２からの出力を整流及び平滑して負荷側に出力する、整流ダイオードＤ１と平滑コンデンサＣ１とを有する出力整流平滑回路４と、その負荷側出力端に接続され、出力電圧を検知しながら上記負荷側出力端に予め定めた任意の出力電圧が発生するようにスイッチング回路３を制御するスイッチング素子制御回路２とから基本的になるフライバック方式のＤＣ−ＤＣコンバータである。ここで、トランスＴ１の各巻線Ｔ１１，Ｔ１２には、極性を示す符号が夫々黒点で付されている。
また、本実施形態のスイッチング電源装置１は、上記基本構成に、さらに下記のファン駆動回路５を併せ備えたことを特徴とするものである。このファン駆動回路５は、トランス二次側巻線Ｔ１２の両端に、出力整流平滑回路４と並列に接続されたものであって、トランス二次側巻線Ｔ１２からの出力を整流及び平滑する、整流ダイオードＤ２と平滑コンデンサＣ２とを有する整流平滑回路６と、整流平滑回路６と直列に接続されたファン駆動電圧調節手段７と、整流平滑回路６の平滑コンデンサＣ２の両端に接続された冷却用ファンＦＡＮとで構成され、上記整流平滑回路６の平滑コンデンサＣ２の両端電圧で冷却用ファンＦＡＮを駆動するものである。
【００１５】
本実施形態のスイッチング電源装置１では、スイッチング回路３は、トランスＴ１の一次側巻線Ｔ１１に電気的に接続された１個のスイッチング素子Ｑ１からなっているほか、ファン駆動電圧調節手段は純抵抗Ｒ１からなっている。図１に示されるとおり、本実施形態ではスイッチング素子Ｑ１はＭＯＳＦＥＴからなっている。
また、スイッチング素子制御回路２は、一次側に設けられ、スイッチング素子Ｑ１をデューティー制御しながら駆動する制御回路２１と、これに電気的に接続され、出力整流平滑回路４の負荷側出力端子とＧＮＤ間の電圧を検出する二次側の出力電圧検出回路２２とから構成されている。
【００１６】
すなわち、本実施形態のスイッチング電源装置１は、整流して得られる直流電力をオン／オフする一次側のスイッチング素子Ｑ１と、二次側の整流ダイオードＤ１及び平滑コンデンサＣ１で整流平滑して得られた直流電圧を出力電圧検出回路２２で検出し、その検出信号を一次側の制御回路２１へ送ることにより出力端の電圧が略一定になるように動作するスイッチング電源装置であって、この基本構成に、さらに整流ダイオードＤ２と抵抗Ｒ１を直列に接続して整流ダイオードＤ１のアノードに接続し、整流ダイオードＤ２のカソードとＧＮＤ間に平滑コンデンサＣ２を追加し、そのコンデンサＣ２の両端に冷却用ファンＦＡＮのファンモーターを接続したものである。
【００１７】
［動作］
次に、上記構成からなる本実施形態のスイッチング電源装置１の動作につき説明する。
本実施形態のスイッチング電源装置１では、スイッチング電源の出力電流が増加し電圧が低下すると、出力電圧検出回路２２が接続された出力端子とＧＮＤ間の電圧が略一定電圧となる様に、スイッチング素子Ｑ１のオン時間デューティーを増加させる制御が一次側の制御回路２１で行われる。
一方、冷却用ファンＦＡＮのファンモーターが接続されたコンデンサＣ２の両端電圧は、一定電圧になるように制御されていないため、上記スイッチング素子Ｑ１のオン時間デューティーが増加するにつれてコンデンサＣ２両端電圧は上昇する。ここで、抵抗Ｒ１は出力電流が最大の時、コンデンサＣ２の両端に発生する電圧をファンモータの定格電圧を超えないように調整するために使用するものである。本実施形態では、この抵抗Ｒ１の値が大きいほど、コンデンサＣ２の両端に発生する電圧が下がる様になっている。
【００１８】
従って、本実施形態の構成によれば、負荷の出力電流が増加するにつれ冷却用ファンＦＡＮのファンモーターに印加される電圧が上昇し、強制空冷に必要な風量が、ファンモーターの回転数が増加することにより得られることが分かる。
一方、待機状態など出力電流が僅かな時には、ファンモーターに印加される電圧が下がるため、ファンモーターの回転数が減少し、ファンモーターから発生する騒音も減少する。
【実施例】
【００１９】
上記した本実施形態のスイッチング電源装置１の実機を用いてその動作を検証した結果、本発明のスイッチング電源装置によれば、従来例に比べ良好な結果が得られた。
表１に、本実施形態に係るスイッチング電源装置１を実際に動作させた時の特性を示す。さらに、表１をグラフ化したものを図２に示す。図２は本発明の一実施形態の出力電流−ファン印加電圧特性及び出力電流−ファン回転数特性を示す図である。なお、以下の実験では、出力電圧を＋２４Ｖ略一定に保つ制御を行った。このとき、出力電流の採り得る範囲は０〜４Ａとした。また、使用ファンモーターの定格は２４Ｖ，０．０６Ａ、抵抗Ｒ１＝６８Ωとした。入力電圧は、ＡＣ１００Ｖを整流ブリッジ及び平滑コンデンサを介して整流平滑したものを用いた。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
表１及び図２を見ても明らかな通り、本実施形態に係るスイッチング電源装置によれば、負荷側の出力やファン駆動電圧の監視を行わなくとも、スイッチング電源の出力電流が小さい時にはファンモーターの駆動電圧を低下させ、出力電流が大きい時にはファンモーターの駆動電圧を上昇させて、ファンモーターの回転数を低速から高速まで連続的に制御し、待機状態の騒音対策をすることが可能となる。
【００２２】
また、抵抗Ｒ１を増減させた時に出力電流−ファン印加電圧特性が変化する様子を図３に示す。上記した通り、抵抗Ｒ１は出力電流が最大の時、平滑コンデンサＣ２の両端に発生する電圧を調整するために使用するものである。
図３からも明らかな通り、抵抗Ｒ１の値が大きいほど、平滑コンデンサＣ２の両端に発生する電圧が下がることが分かる。
なお、抵抗Ｒ１の値を大きくすれば、出力電流が小さいとき（待機時など）のファン回転数を下げることが出来るが、負荷電流が大きいときのファン回転数も同時に低下するため、抵抗Ｒ１の値は冷却効果を考慮した適当な値とされる。
【００２３】
［変形例］
以上、本発明につき一実施形態を用いて具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に記載の構成に限定されず、種々の設計変更が可能である。
【００２４】
例えば、上記実施形態では、スイッチング電源装置１の構成をトランスＴ１を用いた絶縁型コンバータからなるものとしたが、トランスを介さない非絶縁型コンバータ（昇圧、降圧、昇降圧その他）からなるものとしても良い。この場合も、これまで出力側に設けられていた出力整流平滑回路４とは別の第２の整流平滑回路（＝ファン駆動回路５）を、スイッチング回路３の後段に、これまでの出力整流平滑回路４と並列に追加接続した上、このファン駆動回路５の平滑コンデンサＣ２の両端に冷却用ファンＦＡＮを接続することにより、負荷電流の多寡に応じてファンモーター回転数を自動的に調節することが可能である（図４参照）。
また、絶縁型コンバータとする場合であっても、一次側のスイッチング回路３の形式は上記実施形態に挙げたフライバック方式に限定されず、従来知られた１石又は２石フォワード方式であっても良い。さらに、絶縁型コンバータのスイッチング回路３は、ブリッジ接続された複数個のスイッチング素子を含み、入力巻線を両方向に駆動するもの、例えばフルブルッジ、ハーフブリッジ或いはプッシュプル方式のものであっても良い。図５に、１石フォワード方式のコンバータに本発明を適用した様子、また図６に、フルブリッジ方式のコンバータに本発明を適用した様子を示す。
ここで、図５に示す回路では整流が半波ではなく全波で行われるよう構成されているほか、図６に示す回路では、これまでと異なり二次側がセンタタップ方式になっており、かつ、整流が半波ではなく全波で行われるよう構成されている。これらの場合であっても、上記実施形態同様、トランスの二次側巻線の後段に、出力整流平滑回路４と並列にファン駆動回路５を組み込むことが可能である。
【００２５】
また、上記実施形態では、ファン駆動回路５の整流平滑回路６と直列に接続されたファン駆動電圧調節手段７は純抵抗（Ｒ１）からなるものとしたが、ファン駆動電圧調節手段７についてはこれに限定されず、抵抗素子若しくはインダクタンス素子の何れか、又はこれらの組み合わせからなるものであっても構わない。
【００２６】
上記実施形態では１基の冷却用ファンＦＡＮを平滑コンデンサＣ２の両端に並列に接続する構成としたが、冷却用ファンの数や設置態様はこれに限定されず、例えば複数の冷却用ファンを直並列に組み合わせて接続してなるものを、平滑コンデンサＣ２の両端に接続する構成であっても構わない。
スイッチング回路３を構成するスイッチング素子に関しても、本実施形態ではＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子としたが、これに限られず、バイポーラトランジスタやＩＧＢＴ等を適宜採用しても構わない。同様に、ゲートのトリガエネルギについても限定されない。
スイッチング回路３の制御方式についてもデューティー制御に限定されず、周波数制御や位相制御等を採用して構わない。
さらに、スイッチング電源回路の入出力定格、ソフトスイッチング技術適用の有無、入力側の前段に力率改善回路を備えること、或いは入力側の前段に整流平滑回路を備える場合の回路形式等については、本発明の本質事項とは別の任意的事項であって、特に限定はない。
【００２７】
その他、本発明は上記実施形態に記載の構成に限定されるものではなく、当業者であれば、以上に開示された基本的技術思想及び教示に基づき、種々の変形例を想到出来る事は自明である。
【００２８】
以上説明した通り、本発明は、負荷側への出力やファン駆動電圧の監視を行わなくとも、スイッチング電源装置の負荷状態に応じて冷却用ファンの回転数を制御できる、補助巻線等が要らないより簡単な回路構成のスイッチング電源装置を提供する新規かつ有用なるものであることが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態を示す回路図である。
【図２】本発明の一実施形態の出力電流−ファン印加電圧特性及び出力電流−ファン回転数特性を示す図である。
【図３】抵抗Ｒ１を増減させた時の出力電流−ファン印加電圧特性を示す図である。
【図４】本発明の別の実施形態を示す回路図である。
【図５】本発明の更なる別の実施形態を示す回路図である。
【図６】本発明の更なる別の実施形態を示す回路図である。
【図７】従来例を示す回路図である。
【符号の説明】
【００３０】
Ｑ１  スイッチング素子
Ｔ１  トランス
Ｔ１１  一次側巻線
Ｔ１２  二次側巻線
Ｄ１，Ｄ２  整流用ダイオード
Ｃ１，Ｃ２  平滑用コンデンサ
Ｒ１  電圧調整用抵抗
ＦＡＮ  冷却用ファン
１  スイッチング電源装置
２  スイッチング素子制御回路
３  スイッチング回路
４  出力整流平滑回路
５  ファン駆動回路
６  整流平滑回路
７  ファン駆動電圧調節手段
２１  制御回路
２２  出力電圧検出回路
【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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【図６】
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【図７】
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