(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機器のスイッチモード電源において、
少なくとも２つの動作モードすなわちスタンバイモードとノーマルモードで動作可能であり、
１次巻線と２次巻線を有するトランス（２）が設けられており、該トランス（２）の１次巻線は直流電流源（１）および能動的電子スイッチング手段（１４）と接続されており、該スイッチング手段はバイアス手段（２９，１７）の設けられた駆動電極（１６）を有しており、
前記スイッチング手段（１４）はオン状態にスイッチングされたとき、トランス（２）の１次巻線（３）を介して電流を流し、
前記トランス（２）の２次巻線は、整流および平滑化手段（４，５，６）を有しており、該手段によって機器における種々の回路に必要とされる出力電圧が供給され、
前記スイッチング手段（１４）における駆動電極（１６）のバイアス手段（２９，１７）に導通時間短縮回路（３０）が接続されており、該回路により、ノーマルモード中の高い値からスタンバイモード中の低い値への出力電圧のセットリングが行われ、
前記導通時間短縮回路（３０）は入力端（３５）と出力端（３６）を有しており、該出力端（３６）は２つの状態をとり、電源がノーマルモードのときには第１の状態をとり、電源がスタンバイモードのときには第２の状態をとり、該第２の状態はスイッチングトランジスタの導通時間を短縮する作用を有しており、
前記導通時間短縮回路（３０）の入力端（３５）は、トランス（２）の２次側（４０）における第１のタップ（３１）と接続されており、
前記導通時間短縮回路（３０）の出力端（３６）は、トランス（２）の２次側（４０）における第２のタップ（２４）と接続されており、
前記導通時間短縮回路（３０）の入力端（３５）が接続されているトランス（２）の２次側（４０）における第１のタップ（３１）はノーマルモード中、前記導通時間短縮回路（３０）の出力端（３６）が接続されているトランス（２）の２次側（４０）における第２のタップ（２４）の電圧出力よりも高い電圧出力を有することを特徴とする、
電気機器のスイッチモード電源。
【請求項２】
前記導通時間短縮回路（３０）は、整流手段（３３）および該整流手段に直列接続された抵抗（３４）から成る、請求項１記載の電源。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気機器のスイッチモード電源に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば図１に示されているようなスイッチモード電源においては、たとえば電界効果トランジスタ１４（ＦＥＴ）などのスイッチング手段の主経路に対し、直流電流源１の電流が加えられる。スイッチングＭＯＳＦＥＴがオンの場合、電流は直流電流源１からフライバックトランス２の１次巻線３を通りドレイン３７を経て上述のトランジスタ１４のソース３８へ向かい、さらに抵抗２８を介して１次側のアースへと流れる。周知のように、結果として生じたフォワードまたはフライバックトランス２の１次巻線３に印加されるパルス電流によって、トランス２の２次側４０にパルス電流が生成されることになる。そして整流器４，５，６，７による整流ならびに回路８のようなフィルタ回路による平滑化の後、２次巻線９，１０，１１ならびにこれら２次巻線のタップ１２，１３から生じる種々の値をもつ電圧が、たとえばビデオテープレコーダ（ＶＣＲ）やテレビジョン装置（ＴＶ）等の電子機器における負荷（図示せず）へ供給される。
【０００３】
ＦＥＴ１４の全スイッチング期間に対するそのオン時間の比は、フィードバックループ１５によってコントロールされる。このフィードバックループ１５へは、整流され平滑化されたトランス２の２次側の出力における種々の電圧のうちの１つまたはそれらの組み合わせが与えられる。
【０００４】
この場合、電源は種々異なる動作モードを有しており、たとえばノーマルモードやスタンバイモードが挙げられる。ノーマルモードとは、機器がオンでありそれが適切に動作するのに必要な平均電力が電源から供給されるモードのことである。また、スタンバイモードとは、機器がオフであるがその一部分に対し電力が供給され続けるモードのことである。テレビジョン装置やビデオテープレコーダのような電子機器の場合、それらは機器のリモートコントローラの受信側である。このようなリモートコントローラの受信側は、機器制御のためまず第１にマイクロプロセッサをリセットすることができなければならない。このマイクロプロセッサは、復帰させられた機器の動作に十分な電力が供給されるポイントに至るまでリセット時に電源を順次蘇らせるソフトウェアを有している。通常、このマイクロプロセッサに対し、リセット可能な最小電圧である５Ｖを供給しなければならない。しかも一般に、電源いわゆる５Ｖ電源の出力側に供給される電圧は５Ｖよりも大きくたとえば５．３Ｖであり、したがって銅線ならびにスイッチに沿って電圧降下が生じても、最小５Ｖ電圧を必要とする回路入力側における電圧は依然として５Ｖよりも大きいままである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、スタンバイモードにおける消費電力を低減することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によればこの課題は、少なくとも２つの動作モードすなわちスタンバイモードとノーマルモードで動作可能であり、１次巻線と２次巻線を有するトランスが設けられており、該トランスの１次巻線は直流電流源および能動的電子スイッチング手段と接続されており、該スイッチング手段はバイアス手段の設けられた駆動電極を有しており、前記スイッチング手段はオン状態にスイッチングされたとき、トランスの１次巻線を介して電流を流し、前記トランスの２次巻線は、整流および平滑化手段を有しており、該手段によって機器における種々の回路に必要とされる出力電圧が供給され、前記スイッチング手段における駆動電極のバイアス手段に導通時間短縮回路が接続されており、該回路により、ノーマルモード中の高い値からスタンバイモード中の低い値への出力電圧のセットリングが行われ、前記導通時間短縮回路は入力端と出力端を有しており、該出力端は２つの状態をとり、電源がノーマルモードのときには第１の状態をとり、電源がスタンバイモードのときには第２の状態をとり、該第２の状態はスイッチングトランジスタの導通時間を短縮する作用を有しており、前記導通時間短縮回路の入力端は、トランスの２次側における第１のタップと接続されており、前記導通時間短縮回路の出力端は、トランスの２次側における第２のタップと接続されており、前記導通時間短縮回路の入力端が接続されているトランスの２次側における第１のタップ）はノーマルモード中、前記導通時間短縮回路の出力端が接続されているトランスの２次側における第２のタップの電圧出力よりも高い電圧出力を有することにより解決される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
出力電力は出力電流と出力電圧の積である。この場合、たとえば５Ｖ，１４Ｖ，３３Ｖ，２７Ｖ．．．等所要電圧を供給する２次巻線出力ライン上の電流あるいは電圧を低減することで、出力電力を低下させることができるようになり、つまりは入力電力が低減される。トランス２の２次巻線出力側で必要とされる電圧は、この電圧の供給される回路の入力側で必要とされる最小電圧と等しく、その電圧はこれら出力側と入力側との間で生じる可能性のある最大電圧降下によって増加する。トランスの同じ出力側から供給されるべき複数の回路が存在する場合であると、出力側で設定すべき最小電圧は各回路ごとに必要とされる種々の最小値よりも大きな値となる。ノーマルモードで供給する必要のある回路をスタンバイモードでは供給する必要のない場合があるし、そのような場合であることが多い。また、そのような場合に、スタンバイモードでは必要とされない回路のために必要とされる最小出力電圧によって、スタンバイモードで必要とされる回路すべてよりも高い電圧が生じるならば、スタンバイモードではそのような電圧を低減する余裕があり、したがってこのモードにおける消費を抑える余裕がある。もちろんこのような場合、この余裕を活用するため、電源に以下のような回路を設ける必要がある。すなわちこの回路によって電源が、その出力側の少なくとも１つにおいてスタンバイモード中はノーマルモードよりも低い電圧を供給できるようにするのである。
【０００８】
要するに、本発明は電子機器のスイッチモード電源に関し、この場合、電子機器は機器のコントロールのモードに応じて電力を供給してよかったりよくなかったりする種々の回路を有している。電源は少なくとも２つのモードすなわち第１のモードと第２のモードで動作可能であり、ここで第１のモードは、回路のうちのいくつかにだけ電力の供給されるスタンバイモードであり、第２のモードとは、機器の通常動作に従って機器の各回路に給電の行われるノーマルモードである。この場合、電源には、１次巻線と２次巻線を有するトランスが設けられており、トランスの１次巻線は直流電流源および能動的電子スイッチング手段と接続されており、このスイッチング手段はバイアス手段を備えた駆動電極を有している。そしてこのスイッチング手段は、オン状態にスイッチングされたときにトランスの１次巻線を介して電流を流す。トランスの２次巻線は整流および平滑化手段と接続されており、この手段は機器の種々の回路に必要とされる出力電圧を供給する。供給される電圧のうち少なくとも１つは、少なくとも２つの異なる回路すなわち第１の回路と第２の回路へ給電するためのものであって、第１の回路はノーマルモード中は電力供給されスタンバイモード中は電力供給されず、第１の回路は第２の回路よりも高い電圧でセットリングされるべき出力電圧を必要とし、第２の回路はノーマルモード中もスタンバイモード中も電力供給される。さらにこの場合、電源には導通時間短縮回路が設けられており、この回路はスイッチング手段における駆動電極のバイアス手段と接続されている。そしてこの導通時間短縮回路の機能とは、少なくとも１つの出力電圧をノーマルモードにおける高い値からスタンバイモードにおける低い値へと戻すことであり、この低い値とは、第２の回路の供給に必要とされるもののことである。
【０００９】
この場合、導通時間短縮回路の動作とは、スイッチングトランジスタの導通時間を短くすることである。したがって、出力電圧の低減はたとえばマイクロプロセッサすなわち複数の回路のうちの１つにとって必要とされる最小値にセットリングされるけれども、この電圧の低減はスイッチング手段の導通時間を短縮することにより得られるということは、出力電圧すべてに対する低減作用を有することになるのである。そしてこのことは、スタンバイモード中の電力消費の低減に寄与することになる。
【００１０】
本発明の有利な実施形態の場合、導通時間短縮回路は、出力電圧を供給する端子のうちの１つと結合された入力と、駆動電極と結合された入力を有している。つまり導通時間短縮回路は電源のフィードバックループ中にある。
【００１１】
【実施例】
図１を参照すると、すでに説明したようにトランス２の１次側からその２次側４０へ送られる電力は、スイッチングトランジスタ１４の導通期間に依存する。導通期間の持続時間は、ＭＯＳＦＥＴ１４のゲート１６における電圧の値に依存し、この電圧はキャパシタ２６の端部における電圧とじかに関係しており、このキャパシタの充電回路はトランジスタ１７，１８によって制御される。トランジスタ１８のベース１９はフォトカプラ２０によって制御され、このフォトカプラは電気的な分離を行いながら２次側からフィードバック電流を戻す。トランスの１次側および２次側は、しばしば電源のホット側およびコールド側と呼ばれる。コールド側では、フォトカプラ２０に対しトランジスタ２１を介して供給が行われる。キャパシタ２６、トランジスタ１７，１８、フォトカプラ２０ならびにトランジスタ２１は、フィードバックループ１５の主要コンポーネントである。
【００１２】
次に、このフィードバックループの動作について説明する。トランジスタ２１のベース２２は、ツェナダイオード２３によってバイアスされている。ベース２２のバイアス電圧は、トランス２の２次巻線のタップ２４から到来する電流の値に依存する。なんらかの理由で、たとえばタップ２４からツェナダイオード２３を介して低い電流が流れている場合、ツェナダイオード２３における電圧降下は小さくなる（図２におけるツェナダイオード２３の特性を参照）。つまりこのことは、トランジスタ２１のベース２２におけるバイアス電圧が低減することを意味する。図１に示されている事例の場合、トランジスタ２１はＰＮＰ形の小さい単一トランジスタである。このトランジスタは小さいベース電圧によって長い期間にわたり導通状態にすることができ、このことによってトランジスタ２１を介していっそう多くのコレクタ電流を流すことができるようになる。つまり、いっそう多くの電流がフォトカプラ２０のコールド側に向かうことを意味する。そしてフォトカプラ２０のコールド側における電流がいっそう多くなるということは、ホット側における電流も多くなることを意味する。そしてこのホット側の電流は、トランジスタ１４のドレイン３７からソース３８さらには抵抗３９へと流れる電流に加えられ、これによってトランジスタ１８のベース１９におけるレベルが高められる。その後、トランジスタ１８のバイアスがいっそう高いレベルにセットリングされる。これにより、この事例ではＮＰＮトランジスタであるトランジスタ１８を長期間にわたり導通状態にすることができるようになる。トランジスタ１８のコレクタ−エミッタ路は、トランジスタ１７のベース２７と接続されている。したがってトランジスタ１７の方は長期間、導通状態になる。トランジスタ１７のコレクタ−エミッタ路は、スイッチングトランジスタ１４におけるゲート１６のバイアス抵抗２９をバイパスしており、この場合、ゲート１６を低レベルにしている。ゲート１６がいっそう長く低レベルにされればされるほど、ＭＯＳＦＥＴの導通はいっそう短くなる。手短にいえば、まえもって定められた値よりも高い電流が２次側の巻線におけるタップ２４で検出されたならば、フィードバックループ１５がアクティブになり、ＭＯＳＦＥＴ１４の導通時間が短くなる。このフィードバックロープはバイアス手段をコントロールしており、ここではＭＯＳＦＥＴ１４のゲート１６におけるバイアス抵抗をバイパスするトランジスタ１７をコントロールしている。なお、厳密な意味ではＭＯＳＦＥＴ１４のバイアス手段は抵抗２９である。
【００１３】
通常は永続的に連続するオン／オフ状態を伴って動作するトランジスタの場合に考慮することができるのは、そのような適用事例では、トランジスタの導通に必要とされる最小電圧以下にゲート１６における電圧を低減する目的で抵抗２９をバイパスしているトランジスタ１７もバイアス手段の一部を成す、ということである。フィードバックループ１５ならびにこれまで説明してきたその動作は、通常の周知のフィードバックループである。次に、本発明に従って電源に用いるために付加することのできる回路に実例について説明する。
【００１４】
本発明に従って付加される回路には、図１において参照符号３０が付されている。回路３０は、トランス２の２次巻線のタップ３１における端子３５と、ツェナダイオード２３のカソード３２との間に接続されている。回路３０は、直列接続されたダイオード３３と抵抗３４とによって構成されている。この場合、回路３０の入力端３５が接続されているタップ３１へはノーマルモード中、フィードバックループ１５の始点であるタップ２４における電圧よりも高い電圧が供給される。回路３０の出力端３６はすでに述べてようにツェナダイオード２３のカソード３２と接続されており、このカソード３２は抵抗を介してトランス２のタップ２４とも接続されている。タップ３１はノーマルモードではタップ２４よりも高い電圧であることから、ノーマルモード中、電流は回路３０のダイオード３３を介してツェナダイオード２３へ向かうことになる。この電流はツェナダイオード２３を介して流れ、したがって図２の特性に従いこの付加的な電流はツェナダイオードにおいて高い電圧降下を生じさせる。これまで回路３０について説明してきたことからわかるように、ノーマルモードではトランジスタ２１のベース２２における電圧降下は、上記のツェナダイオードにおける２つの電流の付加に起因して生じ、一方の電流はタップ２４から到来し、他方の電流はタップ３１から到来する。すでに述べたように、スイッチングＭＯＳＦＥＴ１４のオン／オフ時間は、トランジスタ２１のバイアスによって決定される。ノーマルモードに対するこのバイアスの調整にあたっては、回路３０および付加電流の作用を考慮する必要がある。
【００１５】
タップ３１はスタンバイモード中、端子３５がオフ状態となるよう選択される。この場合にはもはや、回路３０のダイオード３３を介していかなる電流も流れない。トランジスタ２１のベース２２における電圧降下をセットリングするための２つの電流の一方がなくなり、その際、従来技術によるループ１５の動作の記述に関連して説明したように、ＭＯＳＦＥＴ１４のオン時間が短くなり、このことでトランス２の２次巻線４０のいかなるタップや端子においても出力電圧が低減されることになる。詳細には５Ｖだけしか発生しなくなり、これはマイクロプロセッサの給電にちょうど間に合うものである。したがってトランスの２次側４０へは、僅かなエネルギーしか伝達されなくなる。有利な実施例によるスイッチモード電源の実現形態によれば、以下の結果が達成された。すなわちスタンバイモードでは２次側へ、以下の電圧低減の結果として僅かなエネルギーしか伝達されなかった：
５．３Ｖから５．１Ｖに低減された５．３ＶＥレベル
１４．５Ｖから１２Ｖに低減された１４ＶＥレベル
−２７Ｖから−２２．５Ｖに低減された−２７ＶＥレベル
３３Ｖから２６Ｖに低減された３３ＶＥレベル
４．２Ｖから２．９Ｖに低減された４．２Ｖレベル
最終結果として、測定された入力電力はスタンバイモード中、４．５Ｗから３．５Ｗに低減され約１Ｗあるいは２２％低減された。このようなスタンバイモードをここではエコロジカル・スタンバイモードと呼ぶことにする。
【００１６】
これまで述べてきた本発明の実施形態は著しく単純であり、しかもコスト的に効率的なものである。これにより得られる利点は完全にオートマチックなことであり、さらにスタンバイモードが整定されるとただちに出力電圧の低減される新たな状態へフィードバックループがセットリングされることである。しかし、ＭＯＳＦＥＴ１４におけるゲート１６の制御回路１７と接続され、２つの出力状態を有するいかなる回路であってもよいのは自明である。この場合、第１の状態はノーマルモードのための状態であり、第２の状態はスタンバイモードのための状態であって、この場合、回路３０の第２の状態によって、駆動電極（ゲート）１６のバイアス抵抗２９をバイパスするトランジスタ１７がトリガされて導通状態になる。もっと一般的にいえば、駆動電極のバイアス手段と接続されたいかなる回路であってもよく、この回路はノーマルモードにおける第１の出力状態とスタンバイモードにおける第２の出力状態とを有しており、トランジスタの導通時間を低減するこの第２の出力状態は、上述の実施形態における回路３０のような導通時間短縮回路によるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電源回路を示す図である。
【図２】本発明がどのように動作するのかを説明するために用いたツェナダイオードの特性曲線図である。
【符号の説明】
１  直流電流源
２  トランス
１５  フィードバックループ
２０  フォトカプラ
３０  導通時間短縮回路
３１  ２次巻線の第１のタップ
２４  ２次巻線の第２のタップ
【図１】
0004278208.tif 000002
【図２】
0004278208.tif 000003