マルチ出力スイッチング電源装置
【課題】マルチ出力の各出力に最適な平滑コンデンサの容量を設定できるようにして、平滑コンデンサなどの蓄電素子を有効利用できるようにし、マルチ出力の各出力に最適な蓄電容量を設定する。
【解決手段】マルチ出力スイッチング電源装置１０１のメイン電源回路５１側に、ＰＦＣコンバータ１１及びＤＣ−ＤＣコンバータ１２を含むメインコンバータ回路１０が設けられている。メイン電源回路５１の出力ラインＨＬｏ−ＣＬｏ間には、平滑用のコンデンサＣｏ１，ＣｓｔとスイッチＳＷ２が接続されている。サブ電源回路６１の出力ラインＨＬｓｏ−ＣＬｓｏ間には平滑用のコンデンサＣｏ２が接続されている。通常モードでは、スイッチＳＷ１の接点（ａ）が選択されて、メイン電源回路５１の出力部の平滑コンデンサの容量を大きくなり、スタンバイモードでは、スイッチＳＷ１の接点（ｂ）が選択されて、サブ電源回路６１の出力部の平滑コンデンサの容量が大きくなる。
【解決手段】マルチ出力スイッチング電源装置１０１のメイン電源回路５１側に、ＰＦＣコンバータ１１及びＤＣ−ＤＣコンバータ１２を含むメインコンバータ回路１０が設けられている。メイン電源回路５１の出力ラインＨＬｏ−ＣＬｏ間には、平滑用のコンデンサＣｏ１，ＣｓｔとスイッチＳＷ２が接続されている。サブ電源回路６１の出力ラインＨＬｓｏ−ＣＬｓｏ間には平滑用のコンデンサＣｏ２が接続されている。通常モードでは、スイッチＳＷ１の接点（ａ）が選択されて、メイン電源回路５１の出力部の平滑コンデンサの容量を大きくなり、スタンバイモードでは、スイッチＳＷ１の接点（ｂ）が選択されて、サブ電源回路６１の出力部の平滑コンデンサの容量が大きくなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複数の出力端子を備えたマルチ出力のスイッチング電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電圧の異なった複数の出力を必要とするスイッチング電源装置を構成するには、非絶縁型では、それぞれの出力毎にスイッチング素子、インダクタ、及びコンデンサを設ける必要がある。また絶縁型では、１つの１次巻線と複数の２次巻線を有するトランスを、１つのスイッチング素子で駆動し、複数の２次巻線それぞれの巻数比に応じた出力電圧を得る構成や、複数のトランスをそれぞれ別のスイッチング素子で駆動し、複数の出力電圧を得る構成がある。
【０００３】
いずれの場合も、変換された電圧を最終的に直流電圧にするためのコンデンサが出力段に設けられることになる。このコンデンサの容量や耐圧は、それぞれの出力端子で要求される出力電圧や、許容される電圧リップルなどによって決定される。
【０００４】
したがって、出力電圧が例えば３．３Ｖ、５Ｖ、１２Ｖ、２５Ｖの複数の異なった電圧を出力するマルチ出力スイッチング電源装置において、全ての出力を同時に必要とすることがないようなスイッチング電源装置であっても、各出力ラインに用いられる平滑コンデンサには、出力電圧が生じている状態に合わせた定格のものを用いなければならず、コスト面、サイズ面で問題があった。
【０００５】
マルチ出力スイッチング電源装置の一種として、メイン電源回路とスタンバイ電源回路を備えたマルチ出力スイッチング電源装置が特許文献１に示されている。このようにスタンバイ用の電源回路をメインの電源回路とは独立して設けるのは、スタンバイ時の消費電力を低減するためである。
【０００６】
図１は特許文献１に開示されているスイッチング電源装置の主要な構成を示す図である。図１のスイッチング電源装置は、商用交流電源ＡＣにリレースイッチＲＹ１，ＲＹ２を介して接続されたメイン出力用のメイン電源回路１１０と、このメイン電源回路１１０とは独立したスタンバイ出力用のスタンバイ電源回路１２０とを備える。
【０００７】
メイン電源回路１１０は、交流電源入力を整流回路１１１Ａで整流し、力率改善回路１１１Ｂを介して主コンバータ回路１１２によりスイッチングし、主コンバータトランス１１３の出力をメイン出力回路１１４で整流平滑してメイン出力を得るように構成されている。
【０００８】
スタンバイ電源回路１２０は、交流電源入力を整流回路１２１Ａで整流し、副コンバータ回路１２２によりスイッチングし、副コンバータトランス１２３の出力を副出力回路１２４で整流平滑してスタンバイ出力を得るように構成されている。
【０００９】
そして主コンバータ回路１１２の入力部と副コンバータ回路１２２の入力部との間にバックアップダイオード１４１及びリターン抵抗１４２を接続して、主コンバータによってメイン出力が出力される状態では、主コンバータ回路１１２の入力電圧を副コンバータ回路１２２に入力して、副コンバータ回路１２２も動作するようにしている。
【００１０】
一方、軽負荷時に単位時間あたりのスイッチング回数を減らして消費電力を低減するために、蓄電素子を設けたスイッチング電源回路が特許文献２に示されている。
【特許文献１】特開２００３−０１８８４２号公報
【特許文献２】特開２００８−１２５２７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところが、特許文献１のようにメイン出力とスタンバイ出力が分かれているマルチ出力スイッチング電源装置において、スタンバイ電源回路の出力部に特許文献２のような蓄電素子を設ける構成を適用した場合、蓄電素子はスタンバイ動作時には有効に働くが、メイン電源動作時には全く不要となる。一方、メイン電源回路の入力電源電圧が瞬時停電した時でもメイン出力が極力低下しない特性が望まれることがあり、そのための蓄電素子を設けることは有効であるが、この蓄電素子は当然ながらスタンバイ時には機能せず、有効に利用されているとは言えない。
【００１２】
そこで、この発明の目的は、マルチ出力の各出力に最適な蓄電容量を設定できるようにして、前述の課題を解消したマルチ出力スイッチング電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記課題を解決するために、この発明のマルチ出力スイッチング電源装置は次のように構成する。
（１）入力電源電圧をスイッチングして電圧変換を行うコンバータ回路と、複数の出力ラインにそれぞれ電圧を出力するマルチ出力スイッチング電源装置において、前記複数の出力ラインのホット側とニュートラル側との間に各々接続される蓄電素子と、前記複数の出力ラインのホット側と前記ニュートラル側との間に対する前記蓄電素子の導通／非導通の状態を切り替えるスイッチと、前記スイッチを制御して、前記複数の出力ラインのうちのいずれかのホット側と前記ニュートラル側との間に前記蓄電素子を選択的に接続する制御回路と、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
（２）前記マルチ出力スイッチング電源装置は、通常動作時に動作するメインコンバータ回路と、前記通常動作時と待機時のいずれでも動作するサブコンバータ回路と、を備え、
前記サブコンバータ回路の出力が前記制御回路の電源電圧として供給されるようにしてもよい。
【００１５】
（３）前記制御回路は、前記待機時において、前記蓄電素子のうち少なくとも２つ以上が前記サブコンバータ回路の出力ラインのホット側とニュートラル側との間に接続されるように前記スイッチを制御するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
この発明によれば、複数の蓄電素子を切り替えて、各出力部に最適な蓄電容量を設定できるので、実装される蓄電素子の個数及び容量がシステム全体としての最適値に設定できる。また、そのことによって省スペース・低コスト化が実現できる。特に、通常動作のモードと待機のモードとを有するスイッチング電源装置において、通常動作時にのみ動作するメインコンバータ回路によって蓄電素子に蓄積されたエネルギーを、待機時に、通常動作時／待機時を問わずに動作するサブコンバータ回路の負荷に供給することによって、サブコンバータ回路のスイッチング周波数を低減でき、待機時の消費電力を下げることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
《第１の実施形態》
第１の実施形態に係るマルチ出力スイッチング電源装置について、図２を参照して説明する。
図２は第１の実施形態に係るマルチ出力スイッチング電源装置１０１の回路図である。図２において、符号Ｐ１１，Ｐ１２はマルチ出力スイッチング電源装置１０１の入力端子、符号Ｐ２１，Ｐ２２はマルチ出力スイッチング電源装置１０１のメイン負荷出力端子、符号Ｐ３１，Ｐ３２はマルチ出力スイッチング電源装置１０１のスタンバイ負荷出力端子である。入力端子Ｐ１１−Ｐ１２には商用交流電源である交流入力電源Ｖａｃが入力され、出力端子Ｐ２１−Ｐ２２にはメイン負荷１４、出力端子Ｐ３１−Ｐ３２にはスタンバイ負荷２４がそれぞれ接続される。
【００１８】
マルチ出力スイッチング電源装置１０１のメイン電源回路５１側の入力段には交流入力電源Ｖａｃの交流電圧を全波整流するダイオードブリッジＢ１が設けられている。ダイオードブリッジＢ１の出力側にはＰＦＣコンバータ１１が接続されている。ＰＦＣコンバータ１１の出力にはＤＣ−ＤＣコンバータ１２が接続されている。また、このＤＣ−ＤＣコンバータ１２の入力ラインＨＬｉ−ＣＬｉ間にはコンデンサＣｉ１が並列に接続されている。ＰＦＣコンバータ１１、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２、及びコンデンサＣｉ１によってメインコンバータ回路１０が構成されている。
【００１９】
ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力ラインＨＬｏ−ＣＬｏ間には平滑用のコンデンサＣｏ１が並列接続されている。また、この出力ラインＨＬｏ−ＣＬｏ間には、スイッチＳＷ２を介して平滑用のコンデンサＣｓｔが接続されている。すなわちスイッチＳＷ２のコモン（ｃ）と第１の接点（ａ）との間が導通するとき、コンデンサＣｓｔが出力ラインのホット側ＨＬｏとニュートラル側ＣＬｏとの間に接続されるようにスイッチＳＷ２が設けられている。さらに、出力ラインＨＬｏ−ＣＬｏ間には、出力電圧検出回路１３が接続されている。
【００２０】
前記ＰＦＣコンバータ１１は、インダクタ、スイッチング素子、ダイオードおよび平滑コンデンサを備えた、いわゆる昇圧チョッパ回路で構成されている。
【００２１】
マルチ出力スイッチング電源装置１０１のサブ電源回路６１側の入力段には、交流入力電源Ｖａｃの交流電圧を整流するダイオードＤ２及びコンデンサＣｉ２で構成される整流平滑回路が設けられている。この整流平滑回路の出力側にはサブコンバータ回路２２が接続されている。また、前記入力ラインＨＬｓｉとメイン電源回路５１の入力ラインＨＬｉとの間にダイオードＤ３が接続されている。
【００２２】
サブコンバータ回路２２の出力ラインＨＬｓｏ−ＣＬｓｏ間には平滑用のコンデンサＣｏ２が並列接続されている。また、この出力ラインＨＬｓｏは前記スイッチＳＷ２の第２の接点（ｂ）に接続されている。さらに、出力ラインＨＬｓｏ−ＣＬｓｏ間には、出力電圧検出回路２３が接続されている。
ディジタル信号処理回路９は、ＤＳＰで構成されていて、前記サブ電源回路６１の出力電圧Ｖｃｃを電源にして動作し、ディジタル信号処理によってＰＦＣコンバータ１１、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２及びサブコンバータ２２を制御する。すなわち、ディジタル信号処理回路９は、入力電圧検出回路７の検出信号から交流入力電源Ｖａｃの電圧の瞬時電圧または位相を検知して、交流入力電源Ｖａｃの電圧波形と相似形の電流が流れるようにＰＦＣコンバータ１１内のスイッチング素子をオン／オフ制御する。また、ディジタル信号処理回路９は、出力電圧検出回路１３の出力信号を入力して、メイン負荷に対する出力電圧を検出するとともに、その出力電圧が所定値で一定となるように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２内のスイッチング素子を所定のオンデューティ比でオン／オフ制御する。さらに、ディジタル信号処理回路９は、出力電圧検出回路２３の出力信号を入力して、スタンバイ負荷に対する出力電圧を検出するとともに、その出力電圧が所定値で一定となるように、サブコンバータ回路２２内のスイッチング素子を所定のオンデューティ比でオン／オフ制御する。
【００２３】
ディジタル信号処理回路９は、入力装置８からの入力信号に基づいて、通常動作モードと待機モードの切り替えを行い、それぞれのモードに応じてスイッチＳＷ１，ＳＷ２の切り替えを行う。
ディジタル信号処理回路９は、スタンバイモードにする場合には、スイッチＳＷ１をオフすることによってサブ電源回路６１（サブコンバータ回路２２）にのみ入力電源電圧を供給する。またスイッチＳＷ２の（ｂ）接点を選択することによって、コンデンサＣｓｔをサブコンバータ回路２２の出力ラインＨＬｓｏ−ＣＬｓｏ間に接続する。そのため、待機モードでは、サブ電源回路６１の出力部の平滑コンデンサの容量が大きくなる。
【００２４】
出力部の平滑コンデンサの容量が大きくなると、平滑コンデンサへの充電時定数が大きくなるため、サブコンバータ回路２２は間欠発振の周期が長くなる。すなわち、出力電圧検出回路２３の出力電圧が閾値より低い状態では、ディジタル信号処理回路９はサブコンバータ回路２２のスイッチング動作を行うが、このスイッチング動作によって、サブコンバータ回路２２の出力電圧が上昇し、出力電圧検出回路２３の出力電圧が閾値を超えることになり、前記スイッチング動作を停止する。その後、出力電圧検出回路２３の出力電圧が再び閾値を下回ると、前記スイッチング動作を再開する。この繰り返しによって間欠発振動作を行う。
【００２５】
サブコンバータ回路２２の出力部の平滑コンデンサの容量が大きくなる程、その平滑コンデンサに蓄積されるエネルギーは大きくなるので、発振停止期間は長くなり、サブコンバータ回路２２による損失を低減できる。
【００２６】
一方、ディジタル信号処理回路９は、通常モードにする場合には、スイッチＳＷ１をオンしてメイン電源回路５１へも入力電源電圧を供給する。またスイッチＳＷ２の（ａ）接点を選択することによって、コンデンサＣｓｔをＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力ラインＨＬｏ−ＣＬｏ間に接続する。そのため、通常モードでは、メイン電源回路５１の出力部の平滑コンデンサの容量が大きくなる。
【００２７】
通常モードにおいて停電になれば、停電中はコンデンサＣｏ１及びＣｓｔの充電電荷によってメイン負荷１４へ出力電圧を供給されるが、この平滑コンデンサの容量（Ｃｏ１＋Ｃｓｔ）が大きいため、比較的長い瞬時停電があっても、出力電圧を安定に保つことができることになる。
このように、コンデンサＣｓｔをメイン電源回路５１とサブ電源回路６１とに兼用することによって、コンデンサＣｓｔを有効利用できる。
【００２８】
前記マルチ出力スイッチング電源装置１０１は、具体的には、液晶ＴＶやプラズマＴＶ等の薄型ＴＶ用スイッチング電源であって、通常動作時はメイン電源回路５１が例えばバックライトへ２４Ｖを出力する。また、待機時はサブ電源回路６１が５Ｖまたは３．３Ｖの電源電圧を制御回路へ供給する。
このようにして待機時の電力消費を削減でき、通常動作時の瞬時停電における安定性を高めることができる。
【００２９】
《第２の実施形態》
第２の実施形態に係るマルチ出力スイッチング電源装置について、図３を参照して説明する。
図３は第２の実施形態に係るマルチ出力スイッチング電源装置１０２の回路図である。図２に示した例と異なるのは、メイン電源回路５２とサブ電源回路６２のそれぞれの出力部の構成である。
【００３０】
図３に示すマルチ出力スイッチング電源装置１０２では、メイン電源回路５２の出力端子Ｐ２１−Ｐ２２間にコンデンサＣｏ１が接続され、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力ラインＨＬｏ−ＣＬｏ間にコンデンサＣｓｔが接続され、コンデンサＣｓｔとＣｏ１との間にスイッチＳＷ３が接続されている。すなわちスイッチＳＷ３のコモン（ｃ）と第１の接点（ａ）との間が導通するとき、コンデンサＣｓｔとＣｏ１が並列に接続されるように、スイッチＳＷ３が設けられている。
【００３１】
また、前記スイッチＳＷ３のコモン（ｃ）と第２の接点（ｂ）との間が接続されたとき、コンデンサＣｓｔがサブコンバータ回路２２の出力ラインＨＬｓｏ−ＣＬｓｏ間に並列接続されるように、スイッチＳＷ３が接続されている。
【００３２】
ディジタル信号処理回路９は、待機モードにする場合には、スイッチＳＷ１をオフすることによってサブ電源回路６２（サブコンバータ回路２２）にのみ入力電源電圧を供給する。またスイッチＳＷ３の（ｂ）接点を選択することによって、コンデンサＣｓｔをサブコンバータ回路２２の出力ラインＨＬｓｏ−ＣＬｓｏ間に接続する。そのため、待機モードでは、サブ電源回路６２の出力部の平滑コンデンサの容量が大きくなって、サブコンバータ回路２２は間欠発振の周期が長くなることによって、サブコンバータ回路２２による損失を低減できる。
【００３３】
一方、ディジタル信号処理回路９は、通常モードにする場合には、スイッチＳＷ１をオンしてメイン電源回路５２へも入力電源電圧を供給する。またスイッチＳＷ３の（ａ）接点を選択することによって、コンデンサＣｓｔをＣｏ１と共にＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力ラインＨＬｏ−ＣＬｏ間に接続する。そのため、通常モードでは、メイン電源回路５２の出力部の平滑コンデンサの容量が大きくなる。
【００３４】
《第３の実施形態》
第３の実施形態に係るマルチ出力スイッチング電源装置について、図４を参照して説明する。
図４は第３の実施形態に係るマルチ出力スイッチング電源装置１０３の回路図である。図２に示した例と異なるのは、メイン電源回路５３とサブ電源回路６３のそれぞれの出力部の構成である。
【００３５】
図４に示すマルチ出力スイッチング電源装置１０３では、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力ラインＨＬｏ−ＣＬｏ間にコンデンサＣｏ１が接続されている。
【００３６】
サブコンバータ２２の出力ラインＨＬｓｏ−ＣＬｓｏ間にはコンデンサＣｏ２，Ｃｓｔ１が接続されている。また、サブコンバータ回路２２の出力ラインＨＬｓｏとＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力ラインＨＬｏとの間に、スイッチＳＷ４を介してコンデンサＣｓｔ２が接続されている。すなわちスイッチＳＷ４のコモン（ｃ）と第１の接点（ａ）との間が導通するとき、サブコンバータ回路２２の出力ラインＨＬｓｏとＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力ラインＨＬｏとの間にコンデンサＣｓｔ２が接続されるように、スイッチＳＷ４が設けられている。
【００３７】
また、前記スイッチＳＷ４のコモン（ｃ）と第２の接点（ｂ）との間が接続されたとき、コンデンサＣｓｔ２がサブコンバータ回路２２の出力ラインＨＬｓｏ−ＣＬｓｏ間に並列接続されるように、スイッチＳＷ４が設けられている。
【００３８】
ディジタル信号処理回路９は、待機モードにする場合には、スイッチＳＷ１をオフすることによってサブ電源回路６３（サブコンバータ回路２２）にのみ入力電源電圧を供給する。またスイッチＳＷ４の（ｂ）接点を選択することによって、コンデンサＣｓｔ２をサブコンバータ回路２２の出力ラインＨＬｓｏ−ＣＬｓｏ間に接続する。そのため、待機モードでは、サブ電源回路６３の出力部の平滑コンデンサの容量が大きくなって、サブコンバータ回路２２は間欠発振の周期が長くなることによって、サブコンバータ回路２２による損失を低減できる。
【００３９】
一方、ディジタル信号処理回路９は、通常モードにする場合には、スイッチＳＷ１をオンしてメイン電源回路５３へも入力電源電圧を供給する。またスイッチＳＷ４の（ａ）接点を選択することによって、コンデンサＣｓｔ２とＣｓ１の直列回路をＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力ラインＨＬｏ−ＣＬｏ間に接続する。そのため、通常モードでは、メイン電源回路５２の出力部の平滑コンデンサの容量が大きくなる。しかも、コンデンサＣｓｔ２とＣｓｔ１とは直列に接続されるので、合成容量は減少するが、耐圧が増大する。そのため、メイン電源回路５３の出力電圧がサブ電源回路６３の出力電圧より高い場合でも、適用できる。すなわち、コンデンサＣｓｔ１とＣｓｔ２の直列回路の耐圧がメイン電源回路の出力電圧に対応可能であれば、コンデンサＣｓｔ２の耐圧はサブ電源回路６３の出力電圧に対応する程度に低いものであっても利用できる。
【００４０】
なお、図４に示した例では、Ｃｓｔ２には両極性に耐圧のある無極性コンデンサを用いる。コンデンサＣｓｔ２をメイン電源回路５３側とサブ電源回路６３側のどちらに接続しても、印加される極性が同じになるようにスイッチ回路を構成すれば、コンデンサＣｓｔ２として有極性のコンデンサを用いることも可能である。
【００４１】
なお、以上に示した各実施形態では、「蓄電素子」の例としてコンデンサを挙げたが、その他に電気二重層キャパシタや二次電池を利用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】特許文献１に開示されているスイッチング電源装置の主要な構成を示す図である。
【図２】第１の実施形態に係るマルチ出力スイッチング電源装置１０１の回路図である。
【図３】第２の実施形態に係るマルチ出力スイッチング電源装置１０２の回路図である。
【図４】第３の実施形態に係るマルチ出力スイッチング電源装置１０３の回路図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０…メインコンバータ回路
１０１，１０２，１０３…マルチ出力スイッチング電源装置
１１…ＰＦＣコンバータ
１２…ＤＣ−ＤＣコンバータ
１３…出力電圧検出回路
１４…メイン負荷
２２…サブコンバータ回路
２４…スタンバイ負荷
２３…出力電圧検出回路
５１，５２，５３…メイン電源回路
６１，６２，６３…サブ電源回路
７…入力電圧検出回路
８…入力装置
９…ディジタル信号処理回路
Ｂ１…ダイオードブリッジ
Ｃｉ１，Ｃｉ２…コンデンサ
Ｃｏ１，Ｃｏ２…コンデンサ
Ｃｓｔ，Ｃｓｔ１，Ｃｓｔ２…コンデンサ
Ｄ２，Ｄ３…ダイオード
ＨＬｉ，ＣＬｉ…入力ライン
ＨＬｏ，ＣＬｏ…出力ライン
ＨＬｓｉ，ＣＬｓｉ…入力ライン
ＨＬｓｏ，ＣＬｓｏ…出力ライン
ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４…スイッチ
Ｖａｃ…交流入力電源
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複数の出力端子を備えたマルチ出力のスイッチング電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電圧の異なった複数の出力を必要とするスイッチング電源装置を構成するには、非絶縁型では、それぞれの出力毎にスイッチング素子、インダクタ、及びコンデンサを設ける必要がある。また絶縁型では、１つの１次巻線と複数の２次巻線を有するトランスを、１つのスイッチング素子で駆動し、複数の２次巻線それぞれの巻数比に応じた出力電圧を得る構成や、複数のトランスをそれぞれ別のスイッチング素子で駆動し、複数の出力電圧を得る構成がある。
【０００３】
いずれの場合も、変換された電圧を最終的に直流電圧にするためのコンデンサが出力段に設けられることになる。このコンデンサの容量や耐圧は、それぞれの出力端子で要求される出力電圧や、許容される電圧リップルなどによって決定される。
【０００４】
したがって、出力電圧が例えば３．３Ｖ、５Ｖ、１２Ｖ、２５Ｖの複数の異なった電圧を出力するマルチ出力スイッチング電源装置において、全ての出力を同時に必要とすることがないようなスイッチング電源装置であっても、各出力ラインに用いられる平滑コンデンサには、出力電圧が生じている状態に合わせた定格のものを用いなければならず、コスト面、サイズ面で問題があった。
【０００５】
マルチ出力スイッチング電源装置の一種として、メイン電源回路とスタンバイ電源回路を備えたマルチ出力スイッチング電源装置が特許文献１に示されている。このようにスタンバイ用の電源回路をメインの電源回路とは独立して設けるのは、スタンバイ時の消費電力を低減するためである。
【０００６】
図１は特許文献１に開示されているスイッチング電源装置の主要な構成を示す図である。図１のスイッチング電源装置は、商用交流電源ＡＣにリレースイッチＲＹ１，ＲＹ２を介して接続されたメイン出力用のメイン電源回路１１０と、このメイン電源回路１１０とは独立したスタンバイ出力用のスタンバイ電源回路１２０とを備える。
【０００７】
メイン電源回路１１０は、交流電源入力を整流回路１１１Ａで整流し、力率改善回路１１１Ｂを介して主コンバータ回路１１２によりスイッチングし、主コンバータトランス１１３の出力をメイン出力回路１１４で整流平滑してメイン出力を得るように構成されている。
【０００８】
スタンバイ電源回路１２０は、交流電源入力を整流回路１２１Ａで整流し、副コンバータ回路１２２によりスイッチングし、副コンバータトランス１２３の出力を副出力回路１２４で整流平滑してスタンバイ出力を得るように構成されている。
【０００９】
そして主コンバータ回路１１２の入力部と副コンバータ回路１２２の入力部との間にバックアップダイオード１４１及びリターン抵抗１４２を接続して、主コンバータによってメイン出力が出力される状態では、主コンバータ回路１１２の入力電圧を副コンバータ回路１２２に入力して、副コンバータ回路１２２も動作するようにしている。
【００１０】
一方、軽負荷時に単位時間あたりのスイッチング回数を減らして消費電力を低減するために、蓄電素子を設けたスイッチング電源回路が特許文献２に示されている。
【特許文献１】特開２００３−０１８８４２号公報
【特許文献２】特開２００８−１２５２７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところが、特許文献１のようにメイン出力とスタンバイ出力が分かれているマルチ出力スイッチング電源装置において、スタンバイ電源回路の出力部に特許文献２のような蓄電素子を設ける構成を適用した場合、蓄電素子はスタンバイ動作時には有効に働くが、メイン電源動作時には全く不要となる。一方、メイン電源回路の入力電源電圧が瞬時停電した時でもメイン出力が極力低下しない特性が望まれることがあり、そのための蓄電素子を設けることは有効であるが、この蓄電素子は当然ながらスタンバイ時には機能せず、有効に利用されているとは言えない。
【００１２】
そこで、この発明の目的は、マルチ出力の各出力に最適な蓄電容量を設定できるようにして、前述の課題を解消したマルチ出力スイッチング電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記課題を解決するために、この発明のマルチ出力スイッチング電源装置は次のように構成する。
（１）入力電源電圧をスイッチングして電圧変換を行うコンバータ回路と、複数の出力ラインにそれぞれ電圧を出力するマルチ出力スイッチング電源装置において、前記複数の出力ラインのホット側とニュートラル側との間に各々接続される蓄電素子と、前記複数の出力ラインのホット側と前記ニュートラル側との間に対する前記蓄電素子の導通／非導通の状態を切り替えるスイッチと、前記スイッチを制御して、前記複数の出力ラインのうちのいずれかのホット側と前記ニュートラル側との間に前記蓄電素子を選択的に接続する制御回路と、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
（２）前記マルチ出力スイッチング電源装置は、通常動作時に動作するメインコンバータ回路と、前記通常動作時と待機時のいずれでも動作するサブコンバータ回路と、を備え、
前記サブコンバータ回路の出力が前記制御回路の電源電圧として供給されるようにしてもよい。
【００１５】
（３）前記制御回路は、前記待機時において、前記蓄電素子のうち少なくとも２つ以上が前記サブコンバータ回路の出力ラインのホット側とニュートラル側との間に接続されるように前記スイッチを制御するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
この発明によれば、複数の蓄電素子を切り替えて、各出力部に最適な蓄電容量を設定できるので、実装される蓄電素子の個数及び容量がシステム全体としての最適値に設定できる。また、そのことによって省スペース・低コスト化が実現できる。特に、通常動作のモードと待機のモードとを有するスイッチング電源装置において、通常動作時にのみ動作するメインコンバータ回路によって蓄電素子に蓄積されたエネルギーを、待機時に、通常動作時／待機時を問わずに動作するサブコンバータ回路の負荷に供給することによって、サブコンバータ回路のスイッチング周波数を低減でき、待機時の消費電力を下げることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
《第１の実施形態》
第１の実施形態に係るマルチ出力スイッチング電源装置について、図２を参照して説明する。
図２は第１の実施形態に係るマルチ出力スイッチング電源装置１０１の回路図である。図２において、符号Ｐ１１，Ｐ１２はマルチ出力スイッチング電源装置１０１の入力端子、符号Ｐ２１，Ｐ２２はマルチ出力スイッチング電源装置１０１のメイン負荷出力端子、符号Ｐ３１，Ｐ３２はマルチ出力スイッチング電源装置１０１のスタンバイ負荷出力端子である。入力端子Ｐ１１−Ｐ１２には商用交流電源である交流入力電源Ｖａｃが入力され、出力端子Ｐ２１−Ｐ２２にはメイン負荷１４、出力端子Ｐ３１−Ｐ３２にはスタンバイ負荷２４がそれぞれ接続される。
【００１８】
マルチ出力スイッチング電源装置１０１のメイン電源回路５１側の入力段には交流入力電源Ｖａｃの交流電圧を全波整流するダイオードブリッジＢ１が設けられている。ダイオードブリッジＢ１の出力側にはＰＦＣコンバータ１１が接続されている。ＰＦＣコンバータ１１の出力にはＤＣ−ＤＣコンバータ１２が接続されている。また、このＤＣ−ＤＣコンバータ１２の入力ラインＨＬｉ−ＣＬｉ間にはコンデンサＣｉ１が並列に接続されている。ＰＦＣコンバータ１１、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２、及びコンデンサＣｉ１によってメインコンバータ回路１０が構成されている。
【００１９】
ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力ラインＨＬｏ−ＣＬｏ間には平滑用のコンデンサＣｏ１が並列接続されている。また、この出力ラインＨＬｏ−ＣＬｏ間には、スイッチＳＷ２を介して平滑用のコンデンサＣｓｔが接続されている。すなわちスイッチＳＷ２のコモン（ｃ）と第１の接点（ａ）との間が導通するとき、コンデンサＣｓｔが出力ラインのホット側ＨＬｏとニュートラル側ＣＬｏとの間に接続されるようにスイッチＳＷ２が設けられている。さらに、出力ラインＨＬｏ−ＣＬｏ間には、出力電圧検出回路１３が接続されている。
【００２０】
前記ＰＦＣコンバータ１１は、インダクタ、スイッチング素子、ダイオードおよび平滑コンデンサを備えた、いわゆる昇圧チョッパ回路で構成されている。
【００２１】
マルチ出力スイッチング電源装置１０１のサブ電源回路６１側の入力段には、交流入力電源Ｖａｃの交流電圧を整流するダイオードＤ２及びコンデンサＣｉ２で構成される整流平滑回路が設けられている。この整流平滑回路の出力側にはサブコンバータ回路２２が接続されている。また、前記入力ラインＨＬｓｉとメイン電源回路５１の入力ラインＨＬｉとの間にダイオードＤ３が接続されている。
【００２２】
サブコンバータ回路２２の出力ラインＨＬｓｏ−ＣＬｓｏ間には平滑用のコンデンサＣｏ２が並列接続されている。また、この出力ラインＨＬｓｏは前記スイッチＳＷ２の第２の接点（ｂ）に接続されている。さらに、出力ラインＨＬｓｏ−ＣＬｓｏ間には、出力電圧検出回路２３が接続されている。
ディジタル信号処理回路９は、ＤＳＰで構成されていて、前記サブ電源回路６１の出力電圧Ｖｃｃを電源にして動作し、ディジタル信号処理によってＰＦＣコンバータ１１、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２及びサブコンバータ２２を制御する。すなわち、ディジタル信号処理回路９は、入力電圧検出回路７の検出信号から交流入力電源Ｖａｃの電圧の瞬時電圧または位相を検知して、交流入力電源Ｖａｃの電圧波形と相似形の電流が流れるようにＰＦＣコンバータ１１内のスイッチング素子をオン／オフ制御する。また、ディジタル信号処理回路９は、出力電圧検出回路１３の出力信号を入力して、メイン負荷に対する出力電圧を検出するとともに、その出力電圧が所定値で一定となるように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２内のスイッチング素子を所定のオンデューティ比でオン／オフ制御する。さらに、ディジタル信号処理回路９は、出力電圧検出回路２３の出力信号を入力して、スタンバイ負荷に対する出力電圧を検出するとともに、その出力電圧が所定値で一定となるように、サブコンバータ回路２２内のスイッチング素子を所定のオンデューティ比でオン／オフ制御する。
【００２３】
ディジタル信号処理回路９は、入力装置８からの入力信号に基づいて、通常動作モードと待機モードの切り替えを行い、それぞれのモードに応じてスイッチＳＷ１，ＳＷ２の切り替えを行う。
ディジタル信号処理回路９は、スタンバイモードにする場合には、スイッチＳＷ１をオフすることによってサブ電源回路６１（サブコンバータ回路２２）にのみ入力電源電圧を供給する。またスイッチＳＷ２の（ｂ）接点を選択することによって、コンデンサＣｓｔをサブコンバータ回路２２の出力ラインＨＬｓｏ−ＣＬｓｏ間に接続する。そのため、待機モードでは、サブ電源回路６１の出力部の平滑コンデンサの容量が大きくなる。
【００２４】
出力部の平滑コンデンサの容量が大きくなると、平滑コンデンサへの充電時定数が大きくなるため、サブコンバータ回路２２は間欠発振の周期が長くなる。すなわち、出力電圧検出回路２３の出力電圧が閾値より低い状態では、ディジタル信号処理回路９はサブコンバータ回路２２のスイッチング動作を行うが、このスイッチング動作によって、サブコンバータ回路２２の出力電圧が上昇し、出力電圧検出回路２３の出力電圧が閾値を超えることになり、前記スイッチング動作を停止する。その後、出力電圧検出回路２３の出力電圧が再び閾値を下回ると、前記スイッチング動作を再開する。この繰り返しによって間欠発振動作を行う。
【００２５】
サブコンバータ回路２２の出力部の平滑コンデンサの容量が大きくなる程、その平滑コンデンサに蓄積されるエネルギーは大きくなるので、発振停止期間は長くなり、サブコンバータ回路２２による損失を低減できる。
【００２６】
一方、ディジタル信号処理回路９は、通常モードにする場合には、スイッチＳＷ１をオンしてメイン電源回路５１へも入力電源電圧を供給する。またスイッチＳＷ２の（ａ）接点を選択することによって、コンデンサＣｓｔをＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力ラインＨＬｏ−ＣＬｏ間に接続する。そのため、通常モードでは、メイン電源回路５１の出力部の平滑コンデンサの容量が大きくなる。
【００２７】
通常モードにおいて停電になれば、停電中はコンデンサＣｏ１及びＣｓｔの充電電荷によってメイン負荷１４へ出力電圧を供給されるが、この平滑コンデンサの容量（Ｃｏ１＋Ｃｓｔ）が大きいため、比較的長い瞬時停電があっても、出力電圧を安定に保つことができることになる。
このように、コンデンサＣｓｔをメイン電源回路５１とサブ電源回路６１とに兼用することによって、コンデンサＣｓｔを有効利用できる。
【００２８】
前記マルチ出力スイッチング電源装置１０１は、具体的には、液晶ＴＶやプラズマＴＶ等の薄型ＴＶ用スイッチング電源であって、通常動作時はメイン電源回路５１が例えばバックライトへ２４Ｖを出力する。また、待機時はサブ電源回路６１が５Ｖまたは３．３Ｖの電源電圧を制御回路へ供給する。
このようにして待機時の電力消費を削減でき、通常動作時の瞬時停電における安定性を高めることができる。
【００２９】
《第２の実施形態》
第２の実施形態に係るマルチ出力スイッチング電源装置について、図３を参照して説明する。
図３は第２の実施形態に係るマルチ出力スイッチング電源装置１０２の回路図である。図２に示した例と異なるのは、メイン電源回路５２とサブ電源回路６２のそれぞれの出力部の構成である。
【００３０】
図３に示すマルチ出力スイッチング電源装置１０２では、メイン電源回路５２の出力端子Ｐ２１−Ｐ２２間にコンデンサＣｏ１が接続され、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力ラインＨＬｏ−ＣＬｏ間にコンデンサＣｓｔが接続され、コンデンサＣｓｔとＣｏ１との間にスイッチＳＷ３が接続されている。すなわちスイッチＳＷ３のコモン（ｃ）と第１の接点（ａ）との間が導通するとき、コンデンサＣｓｔとＣｏ１が並列に接続されるように、スイッチＳＷ３が設けられている。
【００３１】
また、前記スイッチＳＷ３のコモン（ｃ）と第２の接点（ｂ）との間が接続されたとき、コンデンサＣｓｔがサブコンバータ回路２２の出力ラインＨＬｓｏ−ＣＬｓｏ間に並列接続されるように、スイッチＳＷ３が接続されている。
【００３２】
ディジタル信号処理回路９は、待機モードにする場合には、スイッチＳＷ１をオフすることによってサブ電源回路６２（サブコンバータ回路２２）にのみ入力電源電圧を供給する。またスイッチＳＷ３の（ｂ）接点を選択することによって、コンデンサＣｓｔをサブコンバータ回路２２の出力ラインＨＬｓｏ−ＣＬｓｏ間に接続する。そのため、待機モードでは、サブ電源回路６２の出力部の平滑コンデンサの容量が大きくなって、サブコンバータ回路２２は間欠発振の周期が長くなることによって、サブコンバータ回路２２による損失を低減できる。
【００３３】
一方、ディジタル信号処理回路９は、通常モードにする場合には、スイッチＳＷ１をオンしてメイン電源回路５２へも入力電源電圧を供給する。またスイッチＳＷ３の（ａ）接点を選択することによって、コンデンサＣｓｔをＣｏ１と共にＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力ラインＨＬｏ−ＣＬｏ間に接続する。そのため、通常モードでは、メイン電源回路５２の出力部の平滑コンデンサの容量が大きくなる。
【００３４】
《第３の実施形態》
第３の実施形態に係るマルチ出力スイッチング電源装置について、図４を参照して説明する。
図４は第３の実施形態に係るマルチ出力スイッチング電源装置１０３の回路図である。図２に示した例と異なるのは、メイン電源回路５３とサブ電源回路６３のそれぞれの出力部の構成である。
【００３５】
図４に示すマルチ出力スイッチング電源装置１０３では、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力ラインＨＬｏ−ＣＬｏ間にコンデンサＣｏ１が接続されている。
【００３６】
サブコンバータ２２の出力ラインＨＬｓｏ−ＣＬｓｏ間にはコンデンサＣｏ２，Ｃｓｔ１が接続されている。また、サブコンバータ回路２２の出力ラインＨＬｓｏとＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力ラインＨＬｏとの間に、スイッチＳＷ４を介してコンデンサＣｓｔ２が接続されている。すなわちスイッチＳＷ４のコモン（ｃ）と第１の接点（ａ）との間が導通するとき、サブコンバータ回路２２の出力ラインＨＬｓｏとＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力ラインＨＬｏとの間にコンデンサＣｓｔ２が接続されるように、スイッチＳＷ４が設けられている。
【００３７】
また、前記スイッチＳＷ４のコモン（ｃ）と第２の接点（ｂ）との間が接続されたとき、コンデンサＣｓｔ２がサブコンバータ回路２２の出力ラインＨＬｓｏ−ＣＬｓｏ間に並列接続されるように、スイッチＳＷ４が設けられている。
【００３８】
ディジタル信号処理回路９は、待機モードにする場合には、スイッチＳＷ１をオフすることによってサブ電源回路６３（サブコンバータ回路２２）にのみ入力電源電圧を供給する。またスイッチＳＷ４の（ｂ）接点を選択することによって、コンデンサＣｓｔ２をサブコンバータ回路２２の出力ラインＨＬｓｏ−ＣＬｓｏ間に接続する。そのため、待機モードでは、サブ電源回路６３の出力部の平滑コンデンサの容量が大きくなって、サブコンバータ回路２２は間欠発振の周期が長くなることによって、サブコンバータ回路２２による損失を低減できる。
【００３９】
一方、ディジタル信号処理回路９は、通常モードにする場合には、スイッチＳＷ１をオンしてメイン電源回路５３へも入力電源電圧を供給する。またスイッチＳＷ４の（ａ）接点を選択することによって、コンデンサＣｓｔ２とＣｓ１の直列回路をＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力ラインＨＬｏ−ＣＬｏ間に接続する。そのため、通常モードでは、メイン電源回路５２の出力部の平滑コンデンサの容量が大きくなる。しかも、コンデンサＣｓｔ２とＣｓｔ１とは直列に接続されるので、合成容量は減少するが、耐圧が増大する。そのため、メイン電源回路５３の出力電圧がサブ電源回路６３の出力電圧より高い場合でも、適用できる。すなわち、コンデンサＣｓｔ１とＣｓｔ２の直列回路の耐圧がメイン電源回路の出力電圧に対応可能であれば、コンデンサＣｓｔ２の耐圧はサブ電源回路６３の出力電圧に対応する程度に低いものであっても利用できる。
【００４０】
なお、図４に示した例では、Ｃｓｔ２には両極性に耐圧のある無極性コンデンサを用いる。コンデンサＣｓｔ２をメイン電源回路５３側とサブ電源回路６３側のどちらに接続しても、印加される極性が同じになるようにスイッチ回路を構成すれば、コンデンサＣｓｔ２として有極性のコンデンサを用いることも可能である。
【００４１】
なお、以上に示した各実施形態では、「蓄電素子」の例としてコンデンサを挙げたが、その他に電気二重層キャパシタや二次電池を利用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】特許文献１に開示されているスイッチング電源装置の主要な構成を示す図である。
【図２】第１の実施形態に係るマルチ出力スイッチング電源装置１０１の回路図である。
【図３】第２の実施形態に係るマルチ出力スイッチング電源装置１０２の回路図である。
【図４】第３の実施形態に係るマルチ出力スイッチング電源装置１０３の回路図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０…メインコンバータ回路
１０１，１０２，１０３…マルチ出力スイッチング電源装置
１１…ＰＦＣコンバータ
１２…ＤＣ−ＤＣコンバータ
１３…出力電圧検出回路
１４…メイン負荷
２２…サブコンバータ回路
２４…スタンバイ負荷
２３…出力電圧検出回路
５１，５２，５３…メイン電源回路
６１，６２，６３…サブ電源回路
７…入力電圧検出回路
８…入力装置
９…ディジタル信号処理回路
Ｂ１…ダイオードブリッジ
Ｃｉ１，Ｃｉ２…コンデンサ
Ｃｏ１，Ｃｏ２…コンデンサ
Ｃｓｔ，Ｃｓｔ１，Ｃｓｔ２…コンデンサ
Ｄ２，Ｄ３…ダイオード
ＨＬｉ，ＣＬｉ…入力ライン
ＨＬｏ，ＣＬｏ…出力ライン
ＨＬｓｉ，ＣＬｓｉ…入力ライン
ＨＬｓｏ，ＣＬｓｏ…出力ライン
ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４…スイッチ
Ｖａｃ…交流入力電源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力電源電圧をスイッチングして電圧変換を行うコンバータ回路と、複数の出力ラインにそれぞれ電圧を出力するマルチ出力スイッチング電源装置において、
前記複数の出力ラインのホット側とニュートラル側との間に各々接続される蓄電素子と、
前記複数の出力ラインのホット側と前記ニュートラル側との間に対する前記蓄電素子の導通／非導通の状態を切り替えるスイッチと、
前記スイッチを制御して、前記複数の出力ラインのうちのいずれかのホット側と前記ニュートラル側との間に前記蓄電素子を選択的に接続する制御回路と、
を備えたマルチ出力スイッチング電源装置。
【請求項２】
前記マルチ出力スイッチング電源装置は、通常動作時に動作するメインコンバータ回路と、前記通常動作時と待機時のいずれでも動作するサブコンバータ回路と、を備え、
前記サブコンバータ回路の出力が前記制御回路の電源電圧として供給されている、請求項１に記載のマルチ出力スイッチング電源装置。
【請求項３】
前記制御回路は、前記待機時において、前記蓄電素子のうち少なくとも２つ以上が前記サブコンバータ回路の出力ラインのホット側とニュートラル側との間に接続されるように前記スイッチを制御する、請求項２に記載のマルチ出力スイッチング電源装置。
【請求項１】
入力電源電圧をスイッチングして電圧変換を行うコンバータ回路と、複数の出力ラインにそれぞれ電圧を出力するマルチ出力スイッチング電源装置において、
前記複数の出力ラインのホット側とニュートラル側との間に各々接続される蓄電素子と、
前記複数の出力ラインのホット側と前記ニュートラル側との間に対する前記蓄電素子の導通／非導通の状態を切り替えるスイッチと、
前記スイッチを制御して、前記複数の出力ラインのうちのいずれかのホット側と前記ニュートラル側との間に前記蓄電素子を選択的に接続する制御回路と、
を備えたマルチ出力スイッチング電源装置。
【請求項２】
前記マルチ出力スイッチング電源装置は、通常動作時に動作するメインコンバータ回路と、前記通常動作時と待機時のいずれでも動作するサブコンバータ回路と、を備え、
前記サブコンバータ回路の出力が前記制御回路の電源電圧として供給されている、請求項１に記載のマルチ出力スイッチング電源装置。
【請求項３】
前記制御回路は、前記待機時において、前記蓄電素子のうち少なくとも２つ以上が前記サブコンバータ回路の出力ラインのホット側とニュートラル側との間に接続されるように前記スイッチを制御する、請求項２に記載のマルチ出力スイッチング電源装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−１１５０４９（Ｐ２０１０−１１５０４９Ａ）
【公開日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２８６６５６（Ｐ２００８−２８６６５６）
【出願日】平成２０年１１月７日（２００８．１１．７）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月７日（２００８．１１．７）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
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