(57)【要約】【課題】交流電力遮断対応時の電力供給の制御を容易に可能とした電源装置を提供するもの。【解決手段】交流入力部１０からの交流入力を整流して直流電圧を出力させる第１整流回路部１１と、直流電圧を蓄電するキャパシタ１２と、直流電圧を電圧変換させる電圧変換機能部１３と出力制限機能部１４とを有するコンバータ部１５と、コンバータ部１５の出力をトランス１６を介して入力する第２整流回路部１７と、第２整流回路部１７からの出力電圧を負荷１８、１９へ供給させる出力部２０とを備え、出力制限機能部１４を、負荷１８、１９からの過大な電力要求を受けた際および、交流入力の遮断を検知した際に動作させる。【選択図】図１
2013211960.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流入力部と、
この交流入力部からの交流入力を整流して直流電圧を出力させる第１整流回路部と、
前記直流電圧を蓄電するキャパシタと、
前記直流電圧を電圧変換させる電圧変換機能部と出力制限機能部とを有するコンバータ部と、
このコンバータ部の出力をトランスを介して入力する第２整流回路部と、
この第２整流回路部からの出力電圧を負荷へ供給させる出力部とを備え、
前記出力制限機能部を、
前記負荷からの過大な電力要求を受けた際および、交流入力の遮断を検知した際に動作させる電源装置。
【請求項２】
交流電力の遮断を検知させる遮断検知部を交流入力部に接続して設け、
前記交流電力が遮断した際に前記遮断検知部から出力制限機能部へ信号を送信させる
請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
遮断検知部からの信号に応じて出力制限機能部における出力上限電圧を切り替えさせる
請求項２に記載の電源装置。
【請求項４】
遮断検知部からの信号に応じてコンバータ部へ過大入力を加えることにより出力制限機能部を動作させる請求項２に記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は各種電子機器に使用される電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
以下、従来の電源装置について図面を用いて説明する。図８は従来の電源装置の構成を示す回路ブロック図であり、交流電源１に接続した第１整流回路２と、この第１整流回路２に接続したコンバータ３と、コンバータ３の出力をトランス４を介して入力させる第２整流回路５と、この第２整流回路５から電力を供給する複数の負荷６、７を有するものであった。
【０００３】
そして、第１整流回路２とコンバータ３との間にキャパシタ８を接続し、交流電源１が何らかの原因によって電力の供給が突然に遮断されてしまった場合などには、キャパシタ８に蓄えられていた電荷を放出することによって、暫くの間は負荷６、７へ電力を供給したうえで電源装置全体を停止させるものであった。
【０００４】
なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては例えば特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−６０８２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら従来の電源装置では、交流電源１からの電力の供給が遮断された際に、負荷６、７へ電力を供給しつつ動作を停止しようとする場合、この電力を供給する時間を制御する必要があり、その時間設定に応じてキャパシタ８の容量を設計時に個別に変更することが要求される課題を有するものであった。そしてまた、特に電力の供給を長くしようとした場合はキャパシタ８の容量を大きくする必要があり、これに伴い電源装置の容積の増加や、キャパシタ８に関する大きなコスト増が生じるという課題を有するものであった。
【０００７】
そこで本発明は、遮断対応時の電力供給を容易に制御可能な電源装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そして、この目的を達成するために本発明の電源装置は、交流入力部と、この交流入力部からの交流入力を整流して直流電圧を出力させる第１整流回路部と、前記直流電圧を蓄電するキャパシタと、前記直流電圧を電圧変換させる電圧変換機能部と出力制限機能部とを有するコンバータ部と、このコンバータ部の出力をトランスを介して入力する第２整流回路部と、この第２整流回路部からの出力電圧を負荷へ供給させる出力部とを備え、前記出力制限機能を、前記負荷からの過大な電力要求を受けた際および、交流入力の遮断を検知した際に動作させることを特徴としたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、遮断対応時の電力供給における電圧値やその継続期間を容易に制御可能とし、同時に蓄電のためのキャパシタの小容量化に伴いコストおよび電源装置の容積の抑制を可能とするものである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の電源装置の回路ブロック図
【図２】本発明の電源回路の第１の電圧出力波形図
【図３】本発明の電源回路の第２の電圧出力波形図
【図４】本発明の電源回路の第３の電圧出力波形図
【図５】本発明の電源回路の第１の回路図
【図６】本発明の電源回路の第４の電圧出力波形図
【図７】本発明の電源回路の第２の回路図
【図８】従来の電源装置の回路ブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１２】
（実施の形態）
図１は本発明の実施の形態における電源装置の構成を示す回路ブロック図である。電源装置は、一次側の回路として交流電源９を接続した交流入力部１０と、交流入力部１０からの交流入力を整流して直流電圧を出力させる第１整流回路部１１と、第１整流回路部１１からの直流電圧を蓄電する蓄電キャパシタ１２と、第１整流回路部１１からの直流電圧を電圧変換させる機能の電圧変換機能部１３と出力を限度以下に制限させる機能の出力制限機能部１４とを有するコンバータ部１５と、コンバータ部１５の出力側に接続されたトランス１６の一次巻線１６ａを備えている。
【００１３】
また、二次側の回路としてはトランス１６の二次巻線１６ｂからの入力を受ける第２整流回路部１７と、第２整流回路部１７からの出力電圧を負荷１８、１９へ供給させる出力部２０とを備えている。
【００１４】
そして、負荷１８、１９からの過大な電力要求を受けた際および、交流電源９からの交流電力供給が遮断されたことを検知した際に出力制限機能部１４を動作させることとしている。この出力制限機能部１４は上記のようにコンバータ部１５からの出力を限度以下に制限させる機能を有するものであり、コンバータ部１５におけるスイッチングによる電圧変換時の図２に示す出力波形にて、上限値（Ｖｌｉｍ）を設けるものである。
【００１５】
図１に示すコンバータ部１５の動作としては負荷１８、１９で必要とされる電圧を維持するために出力部２０における電圧および電流を常にモニターしつつ、スイッチング動作を行っている。ここで例えば、負荷１８、１９あるいは何れか一方が非常に大きなもの、すなわち大きな電流の供給を必要とするものである場合、スイッチングによる電力供給の時間（一つあたりの波形の幅）を長くし、大きな電力への対応が可能なようにコンバータ部１５が動作しようとするものの、この時間が長くなり過ぎ、図２に示す波形の極大部が所定の値を超越すると安定した電力供給の継続が不可能となる恐れが生じることとなる。そこで、出力を制御させる機能として出力波形に上限値（Ｖｌｉｍ）を設け、その値以上の電圧を出力させなくするものである。
【００１６】
ここでは、以上の動作、機能に加えて図１に示す交流電源９が電源装置から遮断された場合においても出力を制限させるよう動作させるものである。交流電源９が電源装置から遮断された際には、その瞬間に出力部２０への電力の供給が停止されるものではなく、ある所定の期間については、電力の供給が蓄電キャパシタ１２に蓄積された電荷によって継続されることとなる。これは例えば、負荷１８を大きな負荷とし、負荷１９を電圧変換機能として動作させ、ここから小電力の負荷であるマイクロコンピュータ２１へ電力を供給する場合などは、小さな電力によってマイクロコンピュータ２１については動作を継続させやすく、この電力供給が可能な期間に電源装置および他の機器での様々な設定や動作の状態を記憶させることや安全な電源停止、あるいは交流電源９が遮断されてしまったことを表示させるなどの動作が可能となるものである。
【００１７】
そして、交流電源９が遮断されたときの出力制限の動作としては、所定の期間に供給するための電力を電荷として蓄えている蓄電キャパシタ１２は、第１整流回路部１１からの電力の供給が途絶えると、その瞬間にコンバータ部１５へ電荷を放出することとなる。この電荷を放出することによってコンバータ部１５からの出力は最終的に出力部２０を経て図３に示すように平滑されたうえで波形を出力することとなるが、ここで遮断上限値（Ｖｓｌｉｍ）を上限値（Ｖｌｉｍ）よりも低い電圧値とし、限られた電荷によって少しでも長い期間の電力供給を行うことが可能な設定とする。
【００１８】
これによって、図１の交流電源９が遮断された後の、コンバータ部１５で遮断上限値を適用した際の出力部２０における電圧Ｖｓは図４に示すように、破線で表示している通常のままでの出力電圧に比較して低い電圧ではあるものの長い期間にわたって出力を維持することができる。そしてここでは、負荷１９やマイクロコンピュータ２１が動作可能な電圧（Ｖｌｏａｄ）を出力部２０出力が維持する時間である図４に示すｔ１を破線におけるｔ２よりも長くするように、図３に示す遮断上限値（Ｖｓｌｉｍ）を設定すればよい。
【００１９】
以上の構成および動作により、蓄電キャパシタ１２を小さな一定の容量のものを適用しても、コンバータ部１５における遮断上限値を負荷１９やマイクロコンピュータ２１が動作可能な電圧を出力として維持する設定とすることで、遮断対応時の電力供給を長い期間として容易に制御し、変化させることができる。
【００２０】
そして同時に、蓄電キャパシタ１２を大容量とする必要もないため、蓄電キャパシタ１２にかかわるコスト増もなく、電源装置の容積を抑制することを可能とするものでもある。
【００２１】
また、図１に示すように交流電源９の遮断を検知させる手段としては遮断検知部２２を交流入力部１０に接続して設け、交流電力が遮断した際に遮断検知部２２から出力制限機能を有する出力制限機能部１４へ信号を送信させることが望ましい。これは、先にも述べたように遮断対応時の電力供給は蓄電キャパシタ１２の限られた電荷によって行うことから、そう長い期間において可能なものではないことから、交流電源９が遮断した際は少しでも速く出力制限機能部１４へ信号を送信し、この信号によって上限値（Ｖｌｉｍ）から遮断上限値（Ｖｓｌｉｍ）への切り替えを行うことで、電力供給の一層の長期間化を可能とするものである。
【００２２】
ここで、遮断検知部２２から出力制限機能部１４へ信号を送ることによって上限値（Ｖｌｉｍ）と遮断上限値（Ｖｓｌｉｍ）との切り替えを行う手段としては図５の第１の回路図に示すように、電圧変換機能部１３を動作させるにあたっての出力制限機能部１４の切り替えを行うことによって対応すればよい。
【００２３】
図１に示すように電圧変換機能部１３は、常時において一定範囲内で変動する可能性のある第１整流回路部１１の出力電圧、つまり交流電源９の電圧に対して、図５に示す電圧変換機能部１３からの出力を安定させるためスイッチング素子２３のスイッチングにより得た出力電圧を帰還させ、この電圧に基づいてＰＷＭ発振器２４を制御させている。
【００２４】
ここでは先にも述べたように、電力供給の安定化のために所定の電圧値を超越させないようにＰＷＭ発振器２４を動作させる必要もあり、そのために差動増幅器２５において基準電圧Ｅと帰還電圧Ｖｆとの比較を行い、帰還電圧Ｖｆが限度のＶｆｌｉｍを超越するとＰＷＭ発振器２４によってスイッチング素子２３のスイッチング時間を制限させている。
【００２５】
そして、ここではスイッチング素子２３の出力側と接地電極２６との間に設けた電流検出のための直列接続の抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の接続状態に応じて、ＰＷＭ発振器２４によってスイッチング素子２３のスイッチング時間を制限させることとしている。そこで、その動作のためにスイッチング素子２３の出力側と抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続点から得る電流検出電圧に相当する帰還電圧Ｖｆに対応する、上限値（Ｖｌｉｍ）あるいは遮断上限値（Ｖｓｌｉｍ）を設定するものである。
【００２６】
具体的に、電源装置が通常状態で動作している場合には図１に示す遮断検知部２２から図５に示す第１分圧スイッチ２７を閉じるように指示が行われ、スイッチング素子２３からの電流検出電圧の上限値が
Ｖｌｉｍ（上限値）＝Ｖｆｌｉｍ×（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ２
として決定されることとなる。この一方で、電源装置から図１に示す交流電源９が遮断された場合には遮断検知部２２から図５に示す第１分圧スイッチ２７を開放するように指示が行われ、スイッチング素子２３からの電流検出電圧の（遮断）上限値が
Ｖｓｌｉｍ（遮断上限値）＝Ｖｆｌｉｍ×（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）／（Ｒ２＋Ｒ３）
として決定されることとなる。ここでＲ１、Ｒ２、Ｒ３は全て抵抗値で正の値であることから、先にも述べたように、
Ｖｌｉｍ（上限値）＞Ｖｓｌｉｍ（遮断上限値）
として決定されることともなる。
【００２７】
つまり、スイッチング素子２３からの電流検出電圧に対する判断水準を変更するために、差動増幅器２５に入力させて判断させる基準である帰還電圧Ｖｆの閾値Ｖｆｌｉｍをもとに、上限値（Ｖｌｉｍ）あるいは遮断上限値（Ｖｓｌｉｍ）を決定するものである。そこで、図１に示す交流電源９が遮断した際は遮断検知部２２から出力制限機能部１４へ信号を送信するものであり、この信号によって図３に示す上限値（Ｖｌｉｍ）から遮断上限値（Ｖｓｌｉｍ）への切り替えを行ったうえで出力上限電圧を低下させることとなる。そして、これに応じて図５に示すＰＷＭ発振器２４がスイッチング素子２３のスイッチング時間を制限させることとなり、単位時間当たりの電力供給を抑制して電力供給の一層の長期間化を可能とするものである。
【００２８】
また、第１分圧スイッチ２７は一方を接地電極２６側として接続しているため、第１分圧スイッチ２７の切り替え時の分電圧は第１分圧スイッチ２７のＯＮ／ＯＦＦ何れの場合であっても電位が安定するため、上限値（Ｖｌｉｍ）および遮断上限値（Ｖｓｌｉｍ）を厳密に規定することができ、電力供給の期間もまた精密に設定できるものである。
【００２９】
ここまでの実施の形態では、図１に示す出力制限機能部１４における出力の上限値（Ｖｌｉｍ）を遮断上限値（Ｖｓｌｉｍ）へと切り替えることでの交流電源９の遮断時の対応について説明したが、ここでは上限値（Ｖｌｉｍ）を切り替えることなくそのままとして、交流電源９の遮断時に図６に示す電圧出力波形の波高値を見かけのうえで高くさせることによって図１に示す交流電源９の遮断時の実際の出力電圧を低下させる方法について説明する。
【００３０】
図１に示すように電圧変換機能部１３は、常時において一定範囲内で変動する可能性のある第１整流回路部１１の出力電圧、つまり交流電源９の出力電圧に対して、図７に示す電圧変換機能部１３からの出力の安定が保たれるためにスイッチング素子２３の発振状態を、スイッチング素子２３の発振により得た電圧を帰還させ、この電圧に基づいてＰＷＭ発振器２４で制御させている。
【００３１】
ここでは先の場合と同様に、電力供給の安定化のために所定の電圧値を超越させないようにＰＷＭ発振器２４を動作させる必要もあり、そのために差動増幅器２５において基準電圧Ｅと帰還電圧Ｖｆとの比較を行い、帰還電圧Ｖｆが限度のＶｆｌｉｍを超越するとＰＷＭ発振器２４によってスイッチング素子２３の発振を制限させている。
【００３２】
そしてここでは、第１整流回路部１１の出力端と接地電極２６との間に設けた直列接続の抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３の接続状態に応じて、ＰＷＭ発振器２４によってスイッチング素子２３の発振を制限させるものである。そのために、スイッチング素子２３の出力側と抵抗Ｒ１２と抵抗Ｒ１３との接続点から得る、つまり抵抗Ｒ１３の電位として得ることとなる帰還電圧Ｖｆの絶対値を切り替えるものである。
【００３３】
具体的に、電源装置が通常状態で動作している場合には図１に示す遮断検知部２２から図７に示す第２分圧スイッチ２８を開放するように指示が行われ、スイッチング素子２３からの電流検出のための出力電圧から上記の接続点に加えられる電圧をＶｓ、第１整流回路部１１の出力端の電圧をＶｒとすると帰還電圧Ｖｆは
Ｖｆ＝Ｖｓ＋Ｖｒ×Ｒ１３／（Ｒ１１＋Ｒ１２＋Ｒ１３）
として与えられる。
【００３４】
この一方で、電源装置から図１に示す交流電源９が遮断された場合には遮断検知部２２から図７に示す第２分圧スイッチ２８を閉じるように指示が行われ、このとき帰還電圧Ｖｆは
Ｖｆ＝Ｖｓ＋Ｖｒ×Ｒ１３／（Ｒ１１＋Ｒ１３）
として与えられることとなる。ここでＲ１、Ｒ２、Ｒ３は全て抵抗値で正の値であることから、図１に示す交流電源９が遮断された場合は通常状態の場合よりも図７におけるＶｆが大きな値となる。
【００３５】
つまり、電源装置が通常状態で動作している場合には帰還電圧Ｖｆが限度のＶｆｌｉｍよりも低い値であっても、図１に示す交流電源９が遮断された場合には図６に示すように帰還電圧Ｖｆに対して直接的に所定のバイアス電圧を付加するものである。これにより帰還電圧Ｖｆが限度のＶｆｌｉｍを超越する過大な値となり、図７に示すＰＷＭ発振器２４がスイッチング素子２３のスイッチング時間を制限させることとなる。その結果として単位時間当たりの電力供給を抑制して電力供給の一層の長期間化を可能とするものである。
【００３６】
また、図１に示す交流電源９が電源装置から遮断され、その後再度交流電源９が復帰して交流入力部１０に交流電力が印加された際には、即座に図７に示す遮断検知部２２から正常動作としての信号である、第２分圧スイッチ２８の開放を指示する信号を発するのではなく、遮断検知部２２から第２分圧スイッチ２８の開放の指示を所定の時間を設けて遅らせることが望ましい。これにより、スイッチング素子２３のスイッチング時間を制限させることができ、短期間の間に遮断検知部２２が遮断や接続を連続して検知した場合であっても、スイッチング素子２３への負荷を軽減して電源装置全体として安定的な動作を維持することができる。
【００３７】
以上の実施の形態では図１に示すように、コンバータ部１５はトランス１６の一次巻線１６ａを用いることで電圧変換の機能を有しているが、一例としてトランス１６を用いているものの、一次巻線１６ａをチョークコイルとして適用しても構わない。つまり、図５あるいは図７におけるスイッチング素子２３と一次巻線１６ａとの接続点から出力端子（図示せず）を、出力端子（図示せず）へ直列に接続した整流機能ダイオード（図示せず）や出力端子（図示せず）へ並列に接続した平滑機能キャパシタ（図示せず）を設けたうえで引き出し、一次巻線１６ａをチョークコイル（図示せず）に置き換えることにより電源装置として動作させても構わないものである。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明の電源装置は、交流電源遮断時における電力供給の継続についての制御を容易とする効果を有し、各種電子機器において有用である。
【符号の説明】
【００３９】
９  交流電源
１０  交流入力部
１１  第１整流回路部
１２  蓄電キャパシタ
１３  電圧変換機能部
１４  出力制限機能部
１５  コンバータ部
１６  トランス
１６ａ  一次巻線
１６ｂ  二次巻線
１７  第２整流回路部
１８、１９  負荷
２０  出力部
２１  マイクロコンピュータ
２２  遮断検知部
２３  スイッチング素子
２４  ＰＷＭ発振器
２５  差動増幅器
２６  接地電極
２７  第１分圧スイッチ
２８  第２分圧スイッチ
【図１】
2013211960.tif 000003
【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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【図８】
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