JP2000308338A

JP2000308338A - スイッチング電源装置および周辺機器

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Publication number: JP2000308338A
Application number: JP11107192A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Otsuka; 忠志大塚
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1999-04-14
Filing date: 1999-04-14
Publication date: 2000-11-02
Anticipated expiration: 2019-04-14
Also published as: JP3826614B2

Abstract

(57)【要約】【課題】起動抵抗を備えた自励式のスイッチング電源
装置において、スタンバイ中あるいはオフ中の電力損失
を低減する。【解決手段】スイッチング素子１１のゲート電極１１
Ｇに起動電圧を印加する起動抵抗３１にサイリスタ３３
を直列に接続し、サイリスタ３３のゲート電極３３Ｇを
整流回路３の出力側３ａに接続する。交流電力が供給さ
れたとき、あるいは、２次側でスイッチが入ったとき
は、整流回路３の突入電流によりサイリスタ３３をター
ンオンする。これにより、スイッチング素子１１がオン
するので、スイッチング電源装置１が起動する。一方、
サイリスタ３３のアノードは交流側に接続されているの
で、交流の位相が進んでサイリスタ３３に流れる電流が
０または反転するとサイリスタ３３はターンオフし、起
動抵抗３１に流れる電流を遮断できる。したがって、オ
フ時あるいは待機時における電力消費を低減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プリンタなどの周
辺機器の電源装置に適したスイッチング電源に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】図７に、プリンタなどの周辺機器の電源
装置として多用されているスイッチング電源装置の一般
的な構成をブロック図により示してある。スイッチング
電源装置９０は、交流電源２から供給された交流電力を
ダイオード５により整流する整流回路３と、整流回路３
から出力された電流をスイッチング素子１１によりスイ
ッチング（チョッピング）して出力電力を制御し、定電
圧あるいは定電流電源としての機能を果たすスイッチン
グ回路１０とを備えている。図７に示したスイッチング
電源装置９０のスイッチング回路１０は出力電圧を一定
に保つ定電圧電源としての機能を備えている。このた
め、スイッチング素子１１によりチョッピングされた出
力がトランス１２の１次側に供給され、そのトランス１
２の２次側の電圧が電圧検出回路１３により検出され
る。そして、この電圧検出回路１３の出力がフォトカプ
ラ１４を介してスイッチング制御回路１５に供給され、
ＰＷＭあるいはＰＦＭなどの方法によりスイッチング素
子１１が制御される。

【０００３】トランス１２の２次側には、さらに２次電
圧制御回路２０が接続されており、２次側出力が整流さ
れて所定の電圧、たとえば、４２Ｖおよび５Ｖなどの制
御用電力あるいはモータの駆動用電力として消費側に出
力される。

【０００４】また、図７に示したスイッチング電源装置
９０は、交流電力を供給するだけでスイッチング回路１
０が起動し、定電圧電源として機能する自励式の電源装
置である。このため、スイッチング素子１１を起動する
起動回路３０が設けられている。図７に示した装置９０
では、スイッチング素子１１としてＮチャンネル型のＭ
ＯＳＦＥＴが採用されており、このゲート電極１１Ｇが
起動抵抗３１を介して整流回路３の出力側３ａと接続さ
れている。

【０００５】スイッチング電源装置９０においては、ま
ず、交流電力が整流回路３に供給されると平滑用コンデ
ンサ４などを充電するために整流回路３に電流が流れ
る。したがって、スイッチング素子１１の制御電極であ
るゲート電極１１Ｇを整流回路３の出力側３ａに接続す
ることにより、ゲート電圧が発生し、その電圧が閾値を
超えるとスイッチング素子１１がオンする。この結果、
整流回路３の出力はトランス１２の一次側に供給され、
トランスの２次側に電圧が発生する。トランス１２の２
次側には、２次電圧制御回路２０に電力を供給する巻線
１２ａに加え、スイッチング制御回路１５へ電源を供給
する巻線１２ｂも用意されており、スイッチング制御回
路１５も動作を開始する。この後、スイッチング素子１
１の制御はスイッチング制御回路１５に移され、２次電
圧制御回路２０で消費電力が変動したときでも定電圧の
電力が供給できるようにスイッチング素子１１が制御さ
れる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように、図７に示
したスイッチング電源装置９０は、交流電流の供給をオ
ンオフすることにより自発的に動作を開始して所定の電
圧の電力をモータなどの消費側に供給できる。しかしな
がら、ゲート電極１１の回路は過電圧保護用の抵抗１９
を介して接地されている。このため、スイッチング電源
装置が起動し、スイッチング素子１１の制御がスイッチ
ング制御回路１５に移った後も、起動抵抗３１を介して
整流回路３の出力側とスイッチング素子１１のゲート電
極１１Ｇが接続されている。したがって、常に一定の電
流がグランドに流れるが、この電力は数ｍＡあるいはそ
れ以下なので従来はほとんど無視されていた。

【０００７】近年、プリンタなどの周辺機器においても
省電力がさらに重要な課題となっている。プリンタなど
の周辺機器では、実際にジョブを実行している時間に対
し、電源はオンになっているがジョブは行っていないス
タンバイ状態の時間が非常に長い。このため、スタンバ
イ中は不必要なセクションへの電力供給を停止した省電
力モードにすることが一般に行われている。しかしなが
ら、上記のようなスイッチング電源装置の起動抵抗にお
ける電力消費までは検討されていなかったが、本願の発
明者らは、起動抵抗による電力損失も電力消費を低減す
るためには非常に重要であることに着目した。

【０００８】このため、本願の発明者らは、まず、図８
に示すように、起動抵抗３１を整流回路３の入力側３
ｂ、すなわち、交流側に接続することを考えた。これに
より、スイッチング素子１１がオンする期間は半分にな
るので起動抵抗３１における損失は整流回路３の出力側
３ａに接続したときの１／４になる。しかしながら、常
に起動抵抗３１で損失が発生していることに変わりはな
く、さらに、起動抵抗３１における損失を少なくするこ
とが必要である。特に、スイッチング電源装置がユニバ
ーサル電源の場合は、最大値が４００Ｖ近くなる交流が
印加されるので、起動抵抗３１における損失は１Ｗ程度
となる。したがって、起動抵抗３１の損失を抑制するこ
とはスタンバイ状態における消費電力を低減するのに非
常に効果が高い。

【０００９】さらに、スイッチング電源装置９０の２次
側でスイッチをオフする周辺機器もあるが、そのような
機器では、起動抵抗３１における損失がスタンバイ状態
のときはもちろん、機器を交流電源に接続している間は
２次側スイッチのオンオフに関わらず恒久的に発生して
いることになる。

【００１０】このように、本願の発明者らは、従来、無
視されていた起動抵抗による電力損失が周辺機器におい
ては非常に大きな問題であることを見出した。そこで、
本発明においては、スイッチング電源装置の起動抵抗に
おける損失をさらに低減することができるスイッチング
電源装置を提供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】このため、本発明におい
ては、スイッチング素子の起動回路に起動電圧を印加し
た後に、起動抵抗を流れる電流を積極的に制限するよう
にしている。すなわち、本発明のスイッチング電源装置
は、交流を整流する整流回路と、この整流回路から出力
された電流をスイッチング素子によりチョッピングして
出力電力を制御可能なスイッチング回路と、スイッチン
グ素子の制御電極を整流回路の入力側または出力側に対
し起動抵抗を介して接続し、起動電圧を印加可能な起動
回路とを有し、起動回路は、起動電圧を印加した後に、
起動抵抗を流れる電流を制限可能な電力制限手段を備え
ていることを特徴としている。起動抵抗に流れる電流を
積極的に制限すれば、スタンバイ状態における電力消費
を低減できることはもちろん、２次側のスイッチにより
オフする機器においてはスイッチオフ時における電力消
費も低減することができる。

【００１２】電力制限手段としては、適当なタイミング
でオンオフし、起動後は、起動抵抗を流れる電流を遮断
できるスイッチを用いることが最も望ましい。しかしな
がら、スイッチを操作する適当なタイミングを常時モニ
ターするような機能あるいは回路を実装すると、コスト
もかかり、さらに、モニターしスイッチを操作する機能
を稼動させるために電力が消費されるという問題が起き
る。

【００１３】そこで、起動抵抗を整流回路の入力側、す
なわち、交流側に接続すると共に、電力制限手段として
サイリスタを用いることが望ましい。サイリスタの制御
方法はいくつか提案されているが、まず、サイリスタの
ゲート電極を整流回路の出力側に接続することができ
る。交流電流が供給されたり、あるいは２次側でスイッ
チが入ると、整流回路３の平滑コンデンサなどが充電さ
れるために突入電流が発生する。この突入電流によりサ
イリスタのゲート電極に発生する電圧が閾値を超えるよ
うにすればサイリスタがターンオンするので起動抵抗を
電流が流れ、スイッチング素子がオンする。一方、サイ
リスタは交流側に接続されているので、交流電圧がゼロ
または反転すると、サイリスタのアノード−カソード間
の導通は終了する。このため、サイリスタはターンオフ
し、起動抵抗には電流が流れない。

【００１４】サイリスタのゲート電極を整流回路の入力
側、すなわち交流側に接続することも有効である。この
場合は、交流電圧がサイリスタのゲート電極に印加さ
れ、閾値を超えるとサイリスタがターンオンし、起動抵
抗を電流が流れ、スイッチング素子がオンする。この場
合も交流電圧がゼロまたは反転すると、サイリスタのア
ノード−カソード間の導通は終了し、サイリスタはター
ンオフするので起動抵抗には電流が流れない。したがっ
て、単に起動抵抗を交流側に接続したときよりも、起動
抵抗を交流電流が流れる時間を短くすることができる。
さらに、サイリスタのゲート電極を適当な移相回路で整
流回路の入力側に接続することにより、ゲート電極に印
加される電圧の位相を遅らせることで導通時間を調節で
きる。このため、起動抵抗を流れる電力をいっそう削減
することができる。

【００１５】したがって、本発明にかかるスイッチング
電源装置をプリンタなどの周辺機器の電源装置として採
用することにより、スタンバイ状態における電力消費を
更に低減することができる。また、２次側スイッチでオ
フするタイプの周辺機器においては、常時消費される電
力を削減することができ、オフ時および待機時において
大きな省電力効果を得ることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１に、本発明にかかるスイッチ
ング電源装置の一例を示してある。図１に示したスイッ
チング電源装置１は、図７に示したスイッチング電源装
置と同様に、交流電源２から供給された交流電力を整流
する整流回路３と、整流回路３から出力された電流をス
イッチング素子１１によりチョッピングして出力電力を
制御するスイッチング回路１０とを備えている。これら
の構成は、図７に示したスイッチング電源装置と同様な
ので、以下では共通の符号を付して詳しい説明は省略す
る。本例のスイッチング電源装置１も自励式のスイッチ
ング電源装置であり、このため、起動抵抗３１を備えた
起動回路３０が設けられており、スイッチング素子１１
のゲート電極１１Ｇに起動電圧を印加できるようになっ
ている。

【００１７】本例の起動回路３０は、起動抵抗３１に加
え、起動抵抗３１に流れる電流をオンオフ可能なスイッ
チ３２が起動抵抗３１と直列に接続されている。したが
って、スイッチング電源装置１を起動する前にスイッチ
３２をオンにしておくことにより、交流が供給されると
スイッチング素子１１がオンし、スイッチング電源装置
１が稼動を開始する。一方、スイッチング電源装置１が
起動した後の適当なタイミングでスイッチ３２をオフす
ることにより、起動抵抗３１から抵抗１９を介してグラ
ンドに流れる電流をカットすることができる。したがっ
て、いったん起動した後は、スイッチング電源装置１が
スタンバイ状態のときの起動抵抗３１による損失をなく
すことができる。

【００１８】本例においては、起動抵抗３１が整流回路
３の入力側３ｂである交流側に接続されているが、もち
ろん、出力側３ａに接続した場合でも同様にスイッチ３
２を用いて起動抵抗３１による損失を低減できる。

【００１９】さらに、スイッチング電源装置１において
２次側のスイッチにより電力供給をオンオフことも可能
であるが、その場合は、２次側のスイッチがオフのとき
に起動回路３０のスイッチ３２もオフすることにより、
スタンバイ状態のときのみならず、スイッチング電源装
置１がオフのときの電力損失もなくすことができる。こ
のケースでは、起動回路３のスイッチ３２をオンするタ
イミングが必要になるが、交流が供給されたり、あるい
は２次側がオンになったときに整流回路３の平滑コンデ
ンサ４などを充電する電流が流れるので、その電流によ
りスイッチ３２をオンすることができる。あるいは、２
次側のスイッチと連動して起動回路３０のスイッチ３２
をオンするようにしてももちろん良い。

【００２０】しかしながら、図１に示したスイッチング
電源装置１では、適当なタイミングで起動回路３０のス
イッチ３２を制御する回路が必要となる。これに対し、
図２に示したスイッチング電源装置１の例では、自動的
に起動回路３０の起動抵抗３１に流れる電流を遮断でき
る。

【００２１】図２に示したスイッチング電源装置１にお
いては、起動抵抗３１と直列にサイリスタ３３が接続さ
れており、サイリスタ３３のアノード側が整流回路３の
入力側３ｂ、すなわち、交流側に接続されている。ま
た、サイリスタ３３のゲート電極３３Ｇが整流回路３の
出力側３ａに接続されている。本例のスイッチング電源
装置１においては、交流が供給されたり、あるいは、２
次側スイッチが入ると、平滑コンデンサ４あるいはトラ
ンス１２のコイルなどに電流が流れ、瞬間的に整流回路
３から電流が出力される。そして、この突入電流がサイ
リスタ３３のゲート電極３３Ｇを介してベース電流とし
て流れる。その結果、ゲート３３Ｇの電圧が閾値を超え
るとサイリスタ３３はターンオンし、起動抵抗３１を介
してスイッチング素子１１に起動電圧が印加される。し
たがって、スイッチング素子１１がオンとなり、スイッ
チング電源装置１は自動的に起動する。

【００２２】サイリスタ３３はいったん起動すると、サ
イリスタ３３を流れる電流が０か負にならないとターン
オフしない。本例のスイッチング電源装置１において
は、サイリスタ３３が交流側、すなわち、整流回路３の
入力側３ｂに接続されているので、いったんサイリスタ
３３がターンオンしても、交流の位相が進みサイリスタ
３３に印加される電圧が０または反転するのでサイリス
タ３３のアノード−カソード間の導通がなくなりターン
オフする。したがって、スイッチング電源装置１が起動
した後は、起動抵抗３１を流れる電流を遮断することが
できる。

【００２３】このように、本例のスイッチング電源装置
１においては、スイッチを操作するためのタイミング発
生回路などを設けずに、簡単な構成で起動抵抗３１によ
る電力損失を防ぐことができる。したがって、低コスト
で、さらに、スタンバイ状態あるいはオフ状態における
電力損失の少ないスイッチング電源装置を提供できる。
上述したように、起動抵抗３１による電力損失は、一般
的には大きくない。しかしながら、プリンタなどの周辺
機器に搭載されている２２０Ｖ対応のユニバーサル電源
になると、最大電圧が４００Ｖ近い交流が印加されるの
で、それに伴い電力損失はワット単位なる。さらに、プ
リンタなどの周辺機器は、実際に印刷などのジョブを行
っている時間に比較し、スタンバイ状態あるいはオフ状
態でいる時間が非常に長い。したがって、上記あるいは
以下の例で詳述している本発明により起動抵抗３１のロ
スをなくすか、あるいは小さくすることにより大きな省
電力効果を得ることができる。

【００２４】なお、本例においては、サイリスタ３３の
ゲート電極３３Ｇに印加される電圧が１０Ｖを超えない
ように、分圧用の抵抗３９ａおよび３９ｂを設けてあ
る。また、逆流防止用のトランジスタ３９ｃを設けてあ
る。

【００２５】図３に、本発明にかかるスイッチング電源
装置１の異なった例を示してある。本例のスイッチング
電源装置１においては、起動抵抗３１と直列に接続され
たサイリスタ３３のゲート電極３３Ｇを、サイリスタの
アノード側と同様に交流側、すなわち、整流回路３の入
力側３ｂに接続している。

【００２６】本例のサイリスタ３３のゲート電極３３Ｇ
に流れる電流ｉは、サイリスタ３３のアノードに印加さ
れる交流電圧ｖに対し、図４に示したように変化する。
すなわち、交流電圧ｖが所定の値より高くなると、ゲー
ト電極３３Ｇに電流が流れ、それによりゲート電圧が閾
値を超えるとサイリスタ３３はターンオンする。一方、
交流電圧が０または反転するとサイリスタ３３はターン
オフする。したがって、サイリスタ３３は、１／４周期
程度の間が、ターンオンの期間Ｔとなる。このため、交
流電源２から交流が印加されると、サイリスタ３３は１
／４周期だけターンオンしてスイッチング素子１１をオ
ンし、スイッチング電源装置１を起動する。

【００２７】本例のスイッチング電源装置１において
は、交流が供給されていると、常に１／４周期だけサイ
リスタ３３がターンオンし、起動するとき以外であって
も起動抵抗３１による損失が発生する。しかしながら、
図８に示した交流側に単に起動抵抗を接続したスイッチ
ング電源装置と比較し、起動抵抗３１による損失をさら
に１／４以下にすることができる。

【００２８】図５に示したスイッチング電源装置１にお
いては、さらに、サイリスタ３３のゲート電極３３Ｇと
交流側３ｂとを移相回路３４により接続してある。本例
の移相回路３４は、可変抵抗３５ａとコンデンサ３５ｂ
から構成されており、これにより、図６に示すようにサ
イリスタ３３のゲート電極３３Ｇに流れる電流ｉの位相
をサイリスタ３３のアノードに印加される交流電圧ｖの
位相とずらすことができる。したがって、サイリスタ３
３がターンオンするタイミングを図３に示した電源装置
よりも遅くすることが可能となる。この結果、図６に示
したように、サイリスタ３３がターンオンする期間Ｔを
更に短縮し、起動抵抗３１によるロスを小さくすること
ができる。

【００２９】なお、上記では、スイッチまたはサイリス
タを用いた例を説明しているが、サイリスタに代わり、
バイポーラトランジスタ、ＳＣＲ、ＧＴＯあるいはＩＧ
ＢＴなどの半導体素子を用いて起動抵抗３１を流れる電
力を制限する機能を実現することが可能であることはも
ちろんである。しかしながら、回路構成としてはサイリ
スタを用いた例がもっとも簡素であり、また、サイリス
タにより起動抵抗３１に流れる電力を抑制し、損失を低
減する機能を十分に果たすことができる。

【００３０】また、スイッチング回路３０に採用されて
いるスイッチング素子１１もＭＯＳＦＥＴに限らず、バ
イポーラトランジスタ、ＩＧＢＴなどの公知の他の半導
体素子を採用することができる。さらに、上記の例で
は、定電圧制御するスイッチング電源装置を元に説明し
ているが、定電流制御するスイッチング電源装置におい
ても本発明を適用できることはもちろんである。

【００３１】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明のスイッ
チング電源装置においては、スイッチング素子に起動電
圧を印加するための起動抵抗に対し、スイッチまたはサ
イリスタなどにより構成される電力制限手段を直列に接
続し、スイッチング電源装置が起動した後、あるいはオ
フ状態においても、起動抵抗に流れる電力を制限するよ
うにしている。このため、本発明にかかるスイッチング
電源装置を搭載したプリンタなどの周辺機器において
は、待機中あるいはオフ中の起動抵抗による損失をなく
すか、あるいは大幅に低減することができる。パーソナ
ルコンピュータの周辺機能を実現する周辺機器において
は、実際にジョブを行っている時間よりも、待機あるい
はオフの時間が非常に長く、この間における電力損失を
減らすことにより、全体として大きな省電力効果を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態にかかるスイッチング電源
装置の概略構成を示すブロック図である。

【図２】図１に示すスイッチング電源装置と異なる例を
示すブロック図である。

【図３】図２に示すスイッチング電源装置とさらに異な
る例を示すブロック図である。

【図４】図３に示すスイッチング電源装置において、サ
イリスタのアノードに印加される交流電源と、サイリス
タのゲートを流れる電流を示すグラフである。

【図５】図３に示すスイッチング電源装置とさらに異な
る例を示すブロック図である。

【図６】図５に示すスイッチング電源装置において、サ
イリスタのアノードに印加される交流電源と、サイリス
タのゲートを流れる電流を示すグラフである。

【図７】従来のスイッチング電源装置の一例を示すブロ
ック図である。

【図８】起動抵抗を交流側に接続することにより、起動
抵抗の損失を抑制したスイッチング電源装置の概略構成
を示すブロック図である。

【符号の説明】

１スイッチング電源装置２交流電源３整流回路４平滑コンデンサ５整流用ダイオード１０スイッチング回路１１スイッチング素子１１Ｇスイッチング素子のゲート電極１２トランス１３電圧検出回路１４フォトカプラ１５スイッチング制御回路２０２次電圧制御回路３０起動回路３１起動抵抗３２スイッチ３３サイリスタ３３Ｇサイリスタのゲート電極３４遅延要素９０スイッチング電源装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2C061 HH11 HT13 5G065 AA00 AA01 DA06 DA07 EA06 FA02 GA04 GA06 HA04 HA08 JA01 KA02 KA05 LA01 MA10 NA02 NA08 5H730 AA14 AS01 BB43 BB52 CC01 DD04 EE61 FD01 FF19 FG01 VV03 VV06 XC01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】交流を整流する整流回路と、この整流回路から出力された電流をスイッチング素子に
よりチョッピングして出力電力を制御可能なスイッチン
グ回路と、前記スイッチング素子の制御電極を前記整流回路の入力
側または出力側に対し起動抵抗を介して接続し、起動電
圧を印加可能な起動回路とを有し、前記起動回路は、起動電圧を印加した後に、前記起動抵
抗を流れる電流を制限可能な電力制限手段を備えている
ことを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項２】請求項１において、前記電力制限手段
は、オンオフスイッチであることを特徴とするスイッチ
ング電源装置。
【請求項３】請求項１において、前記起動抵抗は前記
整流回路の入力側に接続されており、前記電力制限手段は、サイリスタであることを特徴とす
るスイッチング電源装置。
【請求項４】請求項３において、前記サイリスタのゲ
ート電極が前記整流回路の出力側に接続されていること
を特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項５】請求項３において、前記サイリスタのゲ
ート電極が前記整流回路の入力側に接続されていること
を特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項６】請求項５において、前記サイリスタのゲ
ート電極は移相要素を介して前記整流回路の入力側に接
続されていることを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項７】請求項１ないし６のいずれかに記載のス
イッチング電源装置を有する周辺機器。