JP3598852B2 - Power supply for electronic equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器用の電源装置、特に、電子機器が無負荷あるいは軽負荷時において動作状態と停止状態の2つのモードを繰り返すことを可能とした電源装置に関する。尚、本明細書において、無負荷とは、電源装置はONされているが、その先は電力を必要としていない状態をいうものとする。また、軽負荷とは、出力側の機器が一定の電圧を必要としない場合であり、例えば、プリンタでは、印字ヘッドが停止している状態などをいうものとする。
【0002】
【従来の技術】
従来より、電子機器用の電源装置には、商用電源を1次側とし電子機器の駆動部等を2次側とする変圧器と、その変圧器の1次側に配置される交流生成用スイッチングトランジスタとを有する、スイッチング電源が一般的に用いられている(特開平5−137331号公報、特開平6−165489号公報、特開平8−300775号公報参照)。
【0003】
例えば、かかる電源装置をプリンタの電源部に安定化電源として用いる場合には、上記交流生成用スイッチングトランジスタのスイッチング動作を制御することにより、プリンタ制御部及びプリンタ機構部への供給電力を調節する。この形式の電源装置を用いたプリンタでは、プリンタ制御部及びプリンタ機構部への電力供給を停止する場合、例えば、上記変圧器の2次側に配置した発光素子及び1次側に配置した受光素子を含むフォトカプラを用い、2次側の発光素子からの光制御信号を1次側の受光素子で受信し、この1次側の受光素子が出力する信号に基づいて、上記交流生成用スイッチングトランジスタを非スイッチング状態にセットする(上記特開平8−300775号公報参照)。
【0004】
最近では、かかるスイッチング電源の一つとして、リンギングチョークコンバータ(以下、RCCと呼ぶ)回路方式のものが、電源装置の構成部品が少ないという利点から、プリンタ等の電子機器用の電源装置に多く用いられている。
【0005】
図9は、一般的なRCC方式の電源装置の定電圧制御検出回路部を抜粋した回路図である。図9の回路構成では、図中のツェナーダイオードZD1のツェナー電圧を越えると、上述したフォトカプラの2次側の発光素子を構成するフォトダイオードPD1から、スイッチング動作を抑制する信号である制御信号S1が、上述したフォトカプラの1次側の受光素子を構成するフォトトランジスタPT1で受信され、1次側制御回路が上記交流生成用スイッチングトランジスタを制御することにより、出力電圧を安定的に維持している。
【0006】
図10は、図9の回路の出力電圧の時間変化を示した模式図であり、図9に示した出力(端子)1の電圧は安定的にほぼ一定に保たれている。図11は、電源装置の電力損失の内訳を一般的に説明する図である。電力損失には、出力電力の大小に関わらずほぼ一定量の損失[図11(b)参照]と、出力電力に比例する損失[図11(c)参照]とがあるため、図11(a)から明らかなように、出力電力が小さい軽負荷時ほど一定量の損失の占める比率が高くなる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、出力電力の変化が広範囲に及ぶスイッチング電源を、当該電子機器の状態(例えば動作状態と待機状態)により出力電力が異なるような電子機器に用いる場合、動作状態のように出力電力が大きい場合には電源変換効率が向上するが、待機状態のような軽負荷時には駆動能力余剰となり電源変換効率が低下してしまう。これは、電源装置の損失には、図11(a)、(b)及び(c)に示したように、出力電力の大小に関わらずほぼ一定量を示す損失と、出力電力に比例する損失とがあるため、出力電力が小さい軽負荷時ほど一定量の損失の占める比率が高くなるためである。特に、上述したRCC方式の電源装置では、図12(b)に示すように、無負荷あるいは軽負荷時には一次側スイッチングトランジスタのVceがオン期間においても十分下がりきらなくなるため、同トランジスタの電力損失が増大するという問題があった。
【0008】
本発明の目的は、無負荷あるいは軽負荷状態において、従来と同様の出力電力を得ることができ、且つその損失は従来よりも著しく低減させることができる電子機器用電源装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、無負荷あるいは軽負荷時においては、電源装置が動作状態と停止状態の2つのモードを繰り返すようにしている。これにより、無負荷あるいは軽負荷時における電力損失を大幅に低減させることができる。また、特にRCC方式を採用した電源装置において、例えば、回路の効率が良い最大出力動作と、同じく損失が極めて小さい停止状態とを繰り返し切り替えて動作させる間欠動作モードを取り入れるようにしている。これにより、RCC方式の電源装置において、平均的な出力電力は軽負荷相当であるが、その損失を著しく低減させることが可能となる。ただし、出力電圧は、動作状態では電圧上昇傾向を、停止状態では電圧下降傾向を示すので、実質的には出力電圧の許容範囲内にて制御することになる。
【0010】
即ち、本発明は、電子機器の電源が投入された状態で該電子機器が無負荷あるいは軽負荷時であるときに動作状態と停止状態を繰り返す間欠動作モードを取り得る電子機器用電源装置であって、出力電圧を制御する出力電圧制御回路と、前記出力電圧に応じて生成される切替信号を入力するための入力手段と、前記出力電圧制御回路の動作と停止を前記切替信号に合わせて切替える切替手段と、を備え、前記出力電圧制御回路は、前記切替え手段により動作状態にされるときに前記出力電圧を制御することを特徴とする。
【0011】
また、前記出力電圧制御回路は、前記切替え手段により動作状態にされるときに最大動作を行うことを特徴とする。
【0012】
また、リンギングチョークコンバータ回路方式を採用した前記電子機器用電源装置において、前記動作状態は、リンギングチョークコンバータ回路の効率が良い最適動作状態であり、前記間欠動作モードは、前記最適動作状態と損失が極めて小さい停止状態とをパルス状の前記切替信号により繰り返し切り替えて動作させるものであることを特徴とする。
【0013】
また、本発明では、前記最適動作状態は、最大出力動作状態であることを特徴とする。ここで、前記切替信号は、出力電圧が最大出力に達した後、所定の時間間隔をおいて切り替わるようにしてもよい。また、前記切替信号は、出力電圧が最大出力に達した時点で切り替わるようにしてもよい。また、前記切替信号は、出力電圧が最大出力に達するより前に切り替わるようにしてもよい。
【0014】
また、本発明は、定電圧検出信号の被検出電圧を第1の電圧と該第1の電圧よりも低い第2の電圧の間で任意に上下させることで、前記動作状態と停止状態を繰り返す間欠動作モードを取ることを特徴とする。
【0015】
尚、前記切替え手段により前記出力電圧制御回路の出力電圧が前記第2の電圧から第1の電圧まで上昇するのに第1の所定時間を要し、前記切替え手段により前記出力電圧制御回路の出力電圧が第1の電圧から第2の電圧まで下降するのに第2の所定時間を要する場合に、前記切替信号がローレベルである時間が第1の所定時間より長く、前記切替信号がハイレベルである時間が第2の所定時間より長いようにしてもよい。また、前記切替え手段により前記出力電圧制御回路の出力電圧が前記第2の電圧から第1の電圧まで上昇するのに第1の所定時間を要し、前記切替え手段により前記出力電圧制御回路の出力電圧が第1の電圧から第2の電圧まで下降するのに第2の所定時間を要する場合に、前記切替信号がローレベルである時間が第1の所定時間と等しく、前記切替信号がハイレベルである時間が第2の所定時間と等しいようにしてもよい。更に、前記切替え手段により前記出力電圧制御回路の出力電圧が前記第2の電圧から第1の電圧まで上昇するのに第1の所定時間を要し、前記切替え手段により前記出力電圧制御回路の出力電圧が第1の電圧から第2の電圧まで下降するのに第2の所定時間を要する場合に、前記切替信号がローレベルである時間が第1の所定時間より短く、前記切替信号がハイレベルである時間が第2の所定時間より短いようにしてもよい。
【0016】
【発明の実施形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。まず、図1〜図3を参照して、本発明の第1の実施形態について述べる。本実施形態では、本発明の電子機器用電源装置をインクジェットプリンタの電源部に安定化電源として用いる例に適用した。図1には、本実施形態の電源装置の主要部である定電圧制御検出回路部が抜粋して示されている。本実施形態の電源装置も、一般的なRCC方式のものであり、その基本的構成は公知のものと同様であり、従来例で述べたところと異なるものでもない。
【0017】
即ち、本実施形態のプリンタ用電源装置は、図1に示すように、商用電源[AC](図示せず)を1次側としプリンタの駆動部等(図示せず)を2次側とする変圧器43と、変圧器43の1次側に配置される交流生成用スイッチングトランジスタQ44とを有する。この電源装置は、制御信号用フォトカプラPcを備え、この制御信号用フォトカプラPcは、変圧器43の2次側に配置された発光素子としてのフォトダイオードPD1及び1次側に配置した受光素子としてのフォトトランジスタPT1を含んでいる。そして、2次側のフォトダイオードPD1からの制御信号S1を1次側のフォトトランジスタPT1で受光し、このフォトトランジスタPT1が導通することにより、1次側制御回路CCが交流生成用スイッチングトランジスタQ44を非スイッチング状態にセットする。また、図中のツェナーダイオードZD1のツェナー電圧(42V)を越えると、上述した制御信号用フォトカプラPcの2次側のフォトダイオードPD1からスイッチング動作を抑制する信号である制御信号S1が発せられ、1次側のフォトトランジスタPT1で受光され、1次側制御回路CCが上記交流生成用スイッチングトランジスタQ44を制御することにより、出力電圧を安定的に維持している。
【0018】
本実施形態の定電圧制御検出回路部が図9に示した従来例と相違するのは、図9の回路構成に停止信号用フォトカプラPsと切替えトランジスタQ1を追加した点である。本実施形態の特徴は、電源装置に上述した動作状態と停止状態の2つのモードを繰り返させるため、或いは間欠動作モードを取らせるために、上述した制御信号S1とは別に、停止信号S2によりスイッチング動作を任意に停止させる点にある。
【0019】
即ち、この定電圧制御検出回路部は、上述した構成に加え、停止信号用フォトカプラPsと切替えトランジスタQ1を有している。停止信号用フォトカプラPsは、変圧器43の2次側に配置された発光素子としてのフォトダイオードPD2及び1次側に配置した受光素子としてのフォトトランジスタPT2を含んでいる。そして、2次側のフォトダイオードPD2からの停止信号S2を1次側のフォトトランジスタPT2で受光し、このフォトトランジスタPT2が導通することにより、1次側制御回路CCが交流生成用スイッチングトランジスタQ44のスイッチング動作を停止させる。また、切替えトランジスタQ1は、エミッタ接地のバイポーラトランジスタから成り、そのコレクタは抵抗を介してフォトダイオードPD2の陰極に接続され、そのベースは切替え信号の入力端子Tmiに接続されている。この入力端子Tmiには、切替え信号のパルスが入力される。
【0020】
さて、上記定電圧制御検出回路部の動作を説明すれば、図1の回路構成において、入力端子Tmiに入力される切替信号Scが“L”のときは切替トランジスタQ1は遮断状態なので、停止信号用フォトカプラPsのフォトダイオードPD2は停止信号S2を発せず、出力(端子)1に現われる本電源装置の出力電圧はツェナーダイオードZD1のツェナー電圧で定まる。本実施形態では、インクジェットプリンタの印字ヘッドに加える電圧を考慮して、ZD1としてツェナー電圧42Vのものを選択している。従って、切替信号Scが“L”のときは出力設定電圧は42Vに設定され、安定的に出力(端子)1へ電圧供給されるので、プリンタの動作状態において、印字ヘッド等のプリンタ機構部に42Vの定電圧が供給される。一方、切替信号Scが“H”のときは切替トランジスタQ1は導通状態となり停止信号用フォトカプラPsのフォトダイオードPD2から停止信号S2が発せられ、この停止信号S2を1次側のフォトトランジスタPT2で受光し、このフォトトランジスタPT2が導通することにより、1次側制御回路CCが交流生成用スイッチングトランジスタQ44のスイッチング動作を停止させる。
【0021】
図2は、図1の回路の出力電圧の時間変化を示した模式図であり、出力(端子)1の電圧は切替信号の“L”、“H”に応じて上昇、下降を繰り返す時間変化を示す。図2では、切り替え方法として以下の3つの例を示している。図2に示すように、切替方法1は、出力電圧が42Vに達した後しばらくして切替信号が“L”から“H”へ切り替わる制御例である。切替方法2は、出力電圧が42Vに達した時点で切替信号が“L”から“H”へ切り替わる制御例である。切替方法3は、出力電圧が42Vに達する以前に切替信号が“L”から“H”へ切り替わる制御例である。
【0022】
上述したように、切替方法1は、出力電圧が42Vに達した後しばらくして切替信号が“L”から“H”へ切り替わる制御例を表している。即ち、図2に示すように、期間1になり切替信号がそれまでの“L”から“H”に変わると停止信号用フォトカプラPsのフォトダイオードPD2から停止信号S2が発せられ、この停止信号S2を1次側のフォトトランジスタPT2で受光し、このフォトトランジスタPT2が導通することにより、1次側制御回路CCが交流生成用スイッチングトランジスタQ44のスイッチング動作を停止させる。このときの出力電圧の時間変化は、負荷に接続されたインピーダンスと出力側のコンデンサ容量によって定まる特性で時間とともに下降していく。
【0023】
ある時間が経過し、期間2になり切替信号がそれまでの“H”から“L”に変わると停止信号用フォトカプラPsのフォトダイオードPD2からの停止信号S2は発せられなくなる。この時点で出力電圧は出力電圧設定値である42Vを下回る過小電圧状態となり、スイッチング動作を抑制する制御信号S1は発せられず、1次側制御回路CCは交流生成用スイッチングトランジスタQ44に最大限のスイッチング動作をさせる。このときの出力電圧の時間変化は、負荷に接続されたインピーダンスと出力側のコンデンサ容量とスイッチング素子の電流制限値によって定まる特性で時間とともに上昇していく。出力電圧が出力電圧設定値である42Vに達すると、1次側制御回路CCは軽負荷状態でのスイッチング動作へと移行する。これが期間3である。
【0024】
図3は図11(a)と同様の図で、切替方法1,2,3の場合の電源装置電力損失と出力電力との関係を説明する図である。図11(a)で説明したように、電源装置電力損失と出力電力との関係は図3のO点からC点、A点、を通りB点に達する特性線を示す。ここで、O点は停止時の動作点、A点は軽負荷時の動作点、B点は最大動作時の動作点、Paは軽負荷時の出力電力、Pbは最大動作時の出力電力、である。
【0025】
本実施形態のように、電源装置が停止状態と最大動作状態の2つの状態のみを繰り返すときの平均電力損失は、図3中のO点とB点を結ぶ直線上にあり、出力電力が軽負荷時Paの場合の平均電力損失は図中のL点となる。L点は線分OBを停止状態と最大動作状態の時間比の逆数比で内分した点となる。さらに、停止状態と最大動作状態に軽負荷状態を加えた3つの状態を繰り返す場合の平均電力損失は、L点とA点を結ぶ線分LAを、停止状態と最大動作状態の時間和と軽負荷状態の時間との比の逆数比で内分したM点となる。ここで、仮に、図2の期間1〜3の時間比率を4:1:1として図3に当てはめてみると、L点は線分OBを1:4に内分する点であり、M点は線分LAを1:(4+1)に内分する点となり、電力損失M点を軽負荷時の電力損失A点よりも小さくすることができることは明らかである。
【0026】
切替方法2は、出力電圧が42Vに達した時点で切替信号が“L”から“H”へ切り替わる制御例を表している。これは切替方法1において、期間3=0とおくことと等価である。ここで、仮に、図2の期間1〜3の時間比率を4:1:0として図3に当てはめてみると、L点は線分OBを1:4に内分する点となり、電力損失L点を軽負荷時の電力損失A点よりも小さくすることができることは明らかである。
【0027】
切替方法3は、出力電圧が42Vに達する以前に切替信号が“L”から“H”へ切り替わる制御例を表している。期間4になり切替信号がそれまでの“L”から“H”に変わると停止信号用フォトカプラPsのフォトダイオードPD2から停止信号S2が発せられ、1次側制御回路CCは交流生成用スイッチングトランジスタQ44のスイッチング動作を停止する。このときの出力電圧の時間変化は、負荷に接続されたインピーダンスと出力側のコンデンサ容量によって定まる特性で時間とともに下降していく。
【0028】
ある時間が経過し、期間5になり切替信号がそれまでの“H”から“L”に変わると停止信号用フォトカプラPsのフォトダイオードPD2からの停止信号S2は発せられなくなる。この時点で出力電圧は出力電圧設定値である42Vを下回る過小電圧状態となり、スイッチング動作を抑制する制御信号S1は発せられず、1次側制御回路は最大限のスイッチング動作をする。このときの出力電圧の時間変化は、負荷に接続されたインピーダンスと出力側のコンデンサ容量とスイッチング素子の電流制限値によって定まる特性で時間とともに上昇していく。
【0029】
出力電圧が出力電圧設定値である42Vに達する前に切替信号がそれまでの“L”から“H”に変わると、停止信号用フォトカプラPsのフォトダイオードPD2から停止信号S2が発せられ、先の動作を繰り返し行う。ここで、仮に、図2の期間4、5の時間比率を4:1として図3に当てはめてみると、L点は線分OBを1:4に内分する点となり、電力損失L点を軽負荷時の電力損失A点よりも小さくすることができることは明らかである。なお、切り替え信号は時間をパラメータとして生成してもよいし、出力電圧を検出しその電圧に応じて適切に生成してもよい。出力電圧を検出しその電圧に応じて適切に生成する方が制御しやすい。また、切替信号が“L”の継続時間、“H”の継続時間は一定である必要もない。
【0030】
次に、図4〜図5を参照して、本発明の第2の実施形態について述べる。本実施形態においても、本発明の電子機器用電源装置をインクジェットプリンタの電源部に安定化電源として用いる例に適用した。
【0031】
図4には、本発明の第2の実施形態の電源装置の主要部である定電圧制御検出回路部が抜粋して示されている。本実施形態の電源装置も、一般的なRCC方式のものであり、その基本的構成は公知のものと同様であり、従来例や第1の実施形態で述べたところと異なるものでもない。第1の実施形態と同様の部分は、同様の参照符号にて示してある。
【0032】
即ち、本実施形態のプリンタ用電源装置は、図4に示すように、第1の実施形態のような停止信号用フォトカプラは有しておらず、従来例では単一のツェナーダイオードZD1を用いていたのを、ツェナーダイオードZD1に直列にツェナーダイオードZD2を接続し、2段構成としたものである。そして、ツェナーダイオードZD1、ZD2の陽極に切替トランジスタQ1´のコレクタ、エミッタをそれぞれ接続している。本実施形態の特徴は、定電圧検出信号(制御信号S1)を故意に上下させることで電源停止状態を作り出すものである。
【0033】
図4の回路構成における電源装置の出力設定電圧は、切替信号が“L”のときは切替トランジスタQ1´は遮断状態なので2段のツェナーダイオードZD1、ZD2のツェナー電圧和で、切替信号が“H”のときは切替トランジスタQ1´が導通状態なのでZD2はバイパスされZD1のみのツェナー電圧で定まる。本実施形態では、ZD1としてツェナー電圧40Vのものを、ZD2としてツェナー電圧4Vのものを選択した。従って、切替信号が“L”のときは出力設定電圧は44Vに、切替信号が“H”のときはZD2はバイパスされZD1のみの40Vにそれぞれ設定され、しかも各々は安定的に電圧供給される。 図5は、図4の回路の出力電圧の時間変化を示した模式図であり、出力(端子)1の電圧は切替信号の“L”、“H”に応じて上昇、下降を繰り返す時間変化を示す。ここで、電源装置がスイッチング動作を行い出力電圧が40Vから44Vまで上昇するのに要する時間をTup、電源装置がスイッチング動作を停止し出力電圧が44Vから40Vまで下降するのに要する時間をTdownと表すと、Tupは負荷に接続されたインピーダンスと出力側のコンデンサ容量とスイッチング素子の電流制限値によって定まり、Tdownは負荷に接続されたインピーダンスと出力側のコンデンサ容量によって定まる。
【0034】
図5では、上述した第1の実施形態における切替方法1〜3に対し、本実施形態における切り替え方法として、以下の切替方法4〜6から成る3つの例を示している。
【0035】
切替方法4は、切替信号が“L”である時間がTupより長く、また切替信号が“H”である時間がTdownより長い制御例である。切替方法5は、切替信号が“L”である時間がTupと等しく、また切替信号が“H”である時間がTdownと等しい制御例である。切替方法6は、切替信号が“L”である時間がTupより短く、また切替信号が“H”である時間がTdownより短い制御例である。切替方法4は、切替信号が“L”である時間がTupより長く、また切替信号が“H”である時間がTdownより長い制御例を表している。
【0036】
期間1になり切替信号がそれまでの“L”から“H”に変わるとそれに応じて出力設定電圧がそれまでの44Vから40Vへ引き下げられるので、それまでの出力電圧44Vは出力電圧設定値を越えた過大電圧状態となり、スイッチング動作を抑制する制御信号S1が1次側制御回路CCに発せられ、1次側制御回路CCはスイッチング動作を停止する。このときの出力電圧の時間変化は先に記したように、負荷に接続されたインピーダンスと出力側のコンデンサ容量によって定まる特性で時間とともに下降していく。出力電圧が出力電圧設定値である40Vに達すると、1次側制御回路CCは軽負荷状態でのスイッチング動作を再開する。これが期間2である。
【0037】
ある時間が経過し、期間3になり切替信号がそれまでの“H”から“L”に変わるとそれに応じて出力設定電圧がそれまでの40Vから44Vへ引き上げられるので、それまでの出力電圧40Vは出力電圧設定値を下回る過小電圧状態となり、スイッチング動作を抑制する制御信号S1は発せられず、1次側制御回路CCは最大限のスイッチング動作をする。このときの出力電圧の時間変化は先に記したように、負荷に接続されたインピーダンスと出力側のコンデンサ容量とスイッチング素子の電流制限値によって定まる特性で時間とともに上昇していく。出力電圧が出力電圧設定値である44Vに達すると、1次側制御回路CCは軽負荷状態でのスイッチング動作へと移行する。これが期間4である。
【0038】
ここで、図3を用いて、上述した第1の実施形態と同様に、切替方法4,5,6の場合の電源装置電力損失と出力電力との関係を説明する。まず、切替方法4の場合を説明する。ここで、仮に、図5の期間1〜4の時間比率を4:1:1:2として図3に当てはめてみると、L点は線分OBを1:4に内分する点であり、M点は線分LAを(1+2):(4+1)に内分する点となり、電力損失M点を軽負荷時の電力損失A点よりも小さくすることができることは明らかである。
【0039】
切替方法5は、切替信号が“L”である時間がTupと等しく、また切替信号が“H”である時間がTdownと等しい制御例を表している。これは切替方法4において、期間2=0、期間4=0とおくことと等価である。ここで、仮に、図5の期間1〜4の時間比率を4:0:1:0として図3に当てはめてみると、L点は線分OBを1:4に内分する点となり、電力損失L点を軽負荷時の電力損失A点よりも小さくすることができることは明らかである。切替方法4の場合に比べ、軽負荷時の期間2,4が無いので平均電力損失は一層低減されている。
【0040】
切替方法6は、切替信号が“L”である時間がTupより短く、また切替信号が“H”である時間がTdownより短い制御例を表している。
【0041】
期間5になり切替信号がそれまでの“L”から“H”に変わるとそれに応じて出力設定電圧がそれまでの44Vから40Vへ引き下げられるので、それまでの出力電圧Vhighは出力電圧設定値を越えた過大電圧状態となり、スイッチング動作を抑制する信号が1次側制御回路CCに発せられ、1次側制御回路CCはスイッチング動作を停止する。このときの出力電圧の時間変化は先に記したように、負荷に接続されたインピーダンスと出力側のコンデンサ容量によって定まる特性で時間とともに下降していく。
【0042】
出力電圧が出力電圧設定値である40Vに達する前に期間6となり、切替信号がそれまでの“H”から“L”に変わるとそれに応じて出力設定電圧がそれまでの40Vから44Vへ引き上げられるので、それまでの出力電圧Vlowは出力電圧設定値を下回る過小電圧状態となり、スイッチング動作を抑制する制御信号S1は発せられず、1次側制御回路CCは最大限のスイッチング動作をする。このときの出力電圧の時間変化は先に記したように、負荷に接続されたインピーダンスと出力側のコンデンサ容量とスイッチング素子の電流制限値によって定まる特性で時間とともに上昇していく。出力電圧が出力電圧設定値である44Vに達する前に切替信号がそれまでの“L”から“H”に変わると、それに応じて出力設定電圧がそれまでの44Vから40Vへ引き下げられ、先の動作を繰り返し行う。
【0043】
さて、切替方法6の場合の電源装置電力損失と出力電力との関係を説明する。ここで、仮に、図5の期間5、6の時間比率を4:1として図3に当てはめてみると、L点は線分OBを1:4に内分する点となり、電力損失L点を軽負荷時の電力損失A点よりも小さくすることができることは明らかである。切替方法5の場合と同様に、切替方法4の場合に比べ、軽負荷時の期間2,4が無いので平均電力損失は一層低減されている。 なお、切替方法5、6においては、切替信号は時間をパラメータとして生成してもよいし、出力電圧を検出しその電圧に応じて適切に生成してもよい。出力電圧を検出しその電圧に応じて適切に生成する方が制御しやすい。また、切替信号が“L”の継続時間、“H”の継続時間は一定である必要もない。
【0044】
次に、図6を参照して、本発明の第3の実施形態について述べる。図6に、本発明の第3の実施形態の電源装置の主要部である定電圧制御検出回路部を抜粋して示す。本実施形態の電源装置も、一般的なRCC方式のものであり、その基本的構成は従来例や第1及び第2の実施形態で述べたところと異なるものでもない。第1及び第2の実施形態と同様の部分は、同様の参照符号にて示してある。
【0045】
即ち、本実施形態のプリンタ用電源装置は、上述した第2の実施形態の変形例とも言うことができるものであり、図6に示すように、第1の実施形態のような停止信号用フォトカプラは有しておらず、制御信号用フォトカプラを切替信号により点滅することで、交流生成用スイッチングトランジスタQ44のスイッチング動作を制御する。
【0046】
即ち、本実施形態では、図6に示すように、制御信号用フォトカプラPcの発光素子としてのフォトダイオードPD1の陰極側を接地し、その陽極側に抵抗を介してツェナーダイオードZD1の陽極を接続し、このツェナーダイオードZD1の陰極を出力(端子)1側に接続している。そして、フォトダイオードPD1の陰極と上記抵抗との間に切替トランジスタQ1´´のエミッタを接続している。切替トランジスタQ1´´のコレクタは抵抗を介してVccに接続され、そのベースは切替信号Scの入力端子Tmiに接続されている。
【0047】
さて、本実施形態の定電圧制御検出回路部は、入力端子Tmiからパルス状の切替信号Scを入力することにより、定電圧検出信号(制御信号S1)を任意に点滅させることで電源停止状態を作り出すものである。その切替え方法は、上述した第2の実施形態における切替方法4〜6等と同様である。
【0048】
上述した第2の実施形態では、2段のツェナーダイオードZD1、ZD2を用い、定電圧検出信号(制御信号S1)を故意に上下させることで電源停止状態を作り出すようにしたが、本実施形態では、ツェナーダイオードZD2を追加することなく、切替信号Scにより直接2次側のフォトダイオードPD1からの光制御信号S1を点滅させることで、電源停止状態を制御する。
【0049】
以上、本発明を特定の実施形態について述べたが、本発明はこれらに限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内で他の実施形態についても適用される。例えば、以上の実施形態では、RCC方式を採用した電源装置の定電圧制御検出回路部に、切替トランジスタを設け、この切替トランジスタをパルス状の切替信号によりON/OFFさせて電源停止状態を制御したが、他の回路構成乃至は手段により、電源停止状態を作り出してもよい。要は、図9(従来例)と図2(第1の実施形態)及び図5(第2の実施形態)を比較すれば明らかなように、例えば、RCC方式を採用した電源装置において、回路の効率が良い最大出力動作と、同じく損失が極めて小さい停止状態とを繰り返し切り替えて動作させる間欠動作モードを取れるようにすれば良い。
【0050】
更に、以上の実施形態では、主として、切替信号により最大出力動作状態と停止状態とを繰り返し切り替える例について説明したが、必ずしも最大出力動作状態と停止状態とを切り替える必要はなく、最大出力動作状態よりは出力の小さい、所定の動作状態を最適動作状態とし、この最適動作状態と停止状態とを切り替えるようにしても良い。
【0051】
以下、この最適動作状態の考え方につき、図7(a)〜(c)を用いて説明しておく。図7(a)、(b)及び(c)は、電源装置電力損失と出力電力との関係を示す図である。図7(a)は、出力電力増大に伴う電源装置電力損失が二次関数的に増大する例を説明する図である。図7(b)は、出力電力増大に伴う電源装置電力損失が飽和傾向を示しながら増加する例を説明する図である。図7(c)は図3(a)と同様の図で、出力電力増大に伴う電源装置電力損失が直線的に(一次関数的に)増大する例を説明する図である。
【0052】
ここで、停止状態と動作状態の2つの状態のみを繰り返すときの平均電力損失を最小にするための動作状態を最適動作状態と呼ぶものとする。この最適動作状態を求めるには、前出の図3で示したように、図中の線分OBの傾斜角が小さく(傾きが緩やかに)なるような動作状態を最適動作状態として選べばよい。
【0053】
具体的には、図7(a)で示したような該電源装置の電力損失特性図OCABD(図3ではOCABとなる)をあらかじめ調べ、該特性図上で、停止時動作点Oを通り該特性線に接する接線との交点Bに対応した動作状態を最適動作状態として選べばよい。従って、図7(b)、図7(c)では最適動作状態は最大動作状態となるのに対し、図7(a)では動作状態を最大動作状態D点にとるよりも出力電力Pbestに対応する図中のB点にとるほうが平均電力損失も最小になるので、B点が最適動作状態となる。
【0054】
従って、図7(a)のように、出力電力増大に伴う電源装置電力損失が二次関数的に増大する電源装置に本発明を適用する場合には、図3で示したように、図中の線分OBの傾斜角が小さく(傾きが緩やかに)なるような動作状態を最適動作状態として求め、この最適動作状態と停止状態とを切り替えるようにすれば良い。
【0055】
そして、上述した実施形態のようなRCC方式を採用した電源装置において、動作時の最大出力電力を最適動作状態に切り替えるためには、例えば、図8に示すような回路構成を採用すれば良い。即ち、本発明の第4の実施形態の電源装置の定電圧制御検出回路部は、図1に示した回路構成に加え、更に、最大出力電力切替信号用フォトカプラPmcと、切替トランジスタQ2を追加した構成を備えている。最大出力電力切替信号用フォトカプラPmcは、フォトトランジスタPT3と、フォトダイオードPD3から成り、図8に示すように、最大出力電力切替信号用フォトカプラPmcの発光素子としてのフォトダイオードPD3の陽極側はVccに接続され、その陰極側には抵抗を介して切替トランジスタQ2のコレクタを接続している。また、切替トランジスタQ2のエミッタ側は接地され、ベースは入力端子Tmi´に接続されている。この入力端子Tmi´には、最大出力電力切替信号Spが入力される。尚、入力端子Tmiには、間欠動作の切替信号Scが入力されるのは、図1に示した第1の実施形態と同様である。
【0056】
(間欠動作の)切替信号Scと最大出力電力切替信号Sp、最大出力電力制御信号S3との時間関係は、例えば、最大出力電力切替信号Spの制御論理が“H”のとき最適動作状態となるよう抑制し、“L”のときに電源装置本来の最大出力電力になっているものとすると、(間欠動作の)切替信号Scが“L”のとき、即ち、スイッチング回路が動作状態にある時に、最大出力電力切替信号Spが“H”となっていれば良い。(間欠動作の)切替信号Scが“H”のときは、そもそも電源装置がスイッチング動作を停止しているので、最大出力電力切替信号Spは“L”又は“H”のいずれでも良い。
【0057】
尚、以上の実施形態では、インクジェットプリンタを例に本発明を説明したが、レーザプリンタなど他のプリンタはもとより、広く他の電子機器にも適用し得るのは勿論である。
【0058】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の電子機器用電源装置によって、無負荷あるいは軽負荷状態で連続動作させると損失が大きくなり効率が低下する電源装置において、動作状態と停止状態の2つのモードを取ることで、その損失を従来の連続動作よりも低減させることができる。
【0059】
また、例えば、無負荷あるいは軽負荷状態で連続動作させると損失が大きくなり効率が低下するRCC回路において、同回路の効率が良い最大出力動作と、同じく損失が極めて小さい停止状態とを繰り返し切り替えて動作させる間欠動作モードを取り入れることで、平均的な出力電力は軽負荷相当であるが、その損失は従来の連続動作よりも著しく低減させることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態の電源装置の主要部である定電圧制御検出回路部を抜粋して示す図である。
【図2】図1の回路の出力電圧の時間変化を示した模式図であり、出力(端子)1の電圧は切替信号の“L”、“H”に応じて上昇、下降を繰り返す時間変化を示す。
【図3】切替方法1〜3(4〜6)の場合の電源装置電力損失と出力電力との関係を説明する図である。
【図4】本発明の第2の実施形態の電源装置の主要部である定電圧制御検出回路部を抜粋して示す図である。
【図5】図4の回路の出力電圧の時間変化を示した模式図であり、出力(端子)1の電圧は切替信号の“L”、“H”に応じて上昇、下降を繰り返す時間変化を示す。
【図6】本発明の第3の実施形態の電源装置の主要部である定電圧制御検出回路部を抜粋して示す図である。
【図7】電源装置電力損失と出力電力との関係を示す図であり、(a)は出力電力増大に伴う電源装置電力損失が二次関数的に増大する例、(b)は出力電力増大に伴う電源装置電力損失が飽和傾向を示しながら増加する例、(c)は出力電力増大に伴う電源装置電力損失が直線的に(一次関数的に)増大する例を説明する図である。
【図8】本発明の第4の実施形態の電源装置の主要部である定電圧制御検出回路部を抜粋して示す図である。
【図9】一般的なRCC方式の電源装置の定電圧制御検出回路部を抜粋した回路図である。
【図10】図9の回路の出力電圧の時間変化を示した模式図である。
【図11】電源装置の電力損失の内訳を一般的に説明する図である。
【図12】スイッチング素子のスイッチング損失電力の発生要因を示す図であり、(a)は大負荷時におけるスイッチング素子のスイッチング損失電力の発生要因、(b)は軽負荷時におけるスイッチング素子のスイッチング損失電力の発生要因を示す。
【符号の説明】
ZD1 ツェナーダイオード
PD1 フォトダイオード
S1 制御信号
S2 停止信号
PT1 フォトトランジスタ
43 変圧器
Q44 交流生成用スイッチングトランジスタ
Pc 制御信号用フォトカプラ
CC 1次側制御回路
Ps 停止信号用フォトカプラ
Q1 切替トランジスタ
PD2 フォトダイオード
PT2 フォトトランジスタ
Tmi 入力端子
Sc 切替信号
ZD2 ツェナーダイオード
Q1´ 切替トランジスタ
Q1´´ 切替トランジスタ
Pmc 最大出力電力切替信号用フォトカプラ
Q2 切替トランジスタ
PT3 フォトトランジスタ
PD3 フォトダイオード
Tmi´ 入力端子
Sp 最大出力電力切替信号
S3 最大出力電力制御信号[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a power supply device for an electronic device, and more particularly to a power supply device that enables an electronic device to repeat two modes of an operating state and a stopped state when there is no load or light load. In this specification, the term “no load” refers to a state in which the power supply device is turned on, but the power supply device does not require power. The light load refers to a case where the output side device does not require a constant voltage. For example, in a printer, it means a state where the print head is stopped.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a power supply device for an electronic device includes a transformer having a commercial power supply as a primary side and a drive unit or the like of the electronic device as a secondary side, and an AC generating switching disposed on the primary side of the transformer. A switching power supply having a transistor is generally used (see Japanese Patent Application Laid-Open Nos. Hei 5-137331, Hei 6-165489, and Hei 8-300775).
[0003]
For example, when such a power supply device is used as a stabilized power supply in a power supply unit of a printer, the power supply to the printer control unit and the printer mechanism unit is adjusted by controlling the switching operation of the AC generation switching transistor. In a printer using a power supply device of this type, when power supply to the printer control unit and the printer mechanism unit is stopped, for example, a light emitting element disposed on the secondary side of the transformer and a light receiving element disposed on the primary side A light control signal from a light emitting element on the secondary side is received by a light receiving element on the primary side, and based on the signal output from the light receiving element on the primary side, the switching transistor for AC generation is used. Is set to a non-switching state (see the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-300775).
[0004]
Recently, as one of such switching power supplies, a ringing choke converter (hereinafter referred to as RCC) circuit type is often used in power supplies for electronic devices such as printers because of the advantage that the number of components of the power supply is small. Have been.
[0005]
FIG. 9 is a circuit diagram of a constant voltage control detection circuit portion of a general RCC type power supply device. In the circuit configuration of FIG. 9, when the Zener voltage of the Zener diode ZD1 in the figure is exceeded, the control signal S1 which is a signal for suppressing the switching operation is output from the photodiode PD1 constituting the light emitting element on the secondary side of the photocoupler. Is received by the phototransistor PT1 that constitutes the light receiving element on the primary side of the photocoupler described above, and the primary side control circuit controls the switching transistor for AC generation so that the output voltage is stably maintained. I have.
[0006]
FIG. 10 is a schematic diagram showing the time change of the output voltage of the circuit of FIG. 9, and the voltage of the output (terminal) 1 shown in FIG. 9 is stably kept almost constant. FIG. 11 is a diagram generally explaining the breakdown of the power loss of the power supply device. The power loss includes a substantially constant amount of loss regardless of the magnitude of the output power (see FIG. 11B) and a loss proportional to the output power [see FIG. 11C]. As is clear from the above, the ratio of the fixed amount of loss increases as the output power decreases at light load.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
For example, when a switching power supply whose output power varies widely is used for an electronic device whose output power differs depending on the state of the electronic device (for example, an operation state and a standby state), when the output power is large as in the operation state, Although the power conversion efficiency is improved, the driving capacity becomes excessive at a light load such as a standby state, and the power conversion efficiency is reduced. This is because, as shown in FIGS. 11 (a), (b) and (c), the loss of the power supply device shows a loss that shows a substantially constant amount regardless of the magnitude of the output power, and a loss proportional to the output power. This is because the ratio of a certain amount of loss increases as the output power decreases at light load. In particular, in the above-described RCC power supply device, as shown in FIG. 12B, at no load or light load, Vce of the primary side switching transistor cannot be sufficiently reduced even during the ON period, so that power loss of the transistor is reduced. There was a problem of increasing.
[0008]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a power supply device for an electronic device that can obtain the same output power as a conventional one in a no-load or light-load state, and can greatly reduce the loss compared to the conventional one. .
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the present invention, at the time of no load or light load, the power supply device repeats two modes of an operating state and a stopped state. Thereby, power loss at the time of no load or light load can be significantly reduced. In particular, in a power supply device employing the RCC method, for example, an intermittent operation mode in which a maximum output operation with good circuit efficiency and a stop state with extremely small loss are repeatedly switched to operate is adopted. As a result, in the RCC power supply device, the average output power is equivalent to a light load, but the loss can be significantly reduced. However, the output voltage tends to increase in the operating state and tends to decrease in the stopped state, so that the output voltage is controlled substantially within the allowable range of the output voltage.
[0010]
That is,The present invention is a power supply device for an electronic device capable of taking an intermittent operation mode in which the electronic device is in an unloaded or lightly loaded state while the power of the electronic device is turned on, and repeats an operation state and a stop state, An output voltage control circuit for controlling an output voltage, input means for inputting a switching signal generated in accordance with the output voltage, and switching means for switching operation and stop of the output voltage control circuit in accordance with the switching signal Wherein the output voltage control circuit controls the output voltage when the switching unit is activated.It is characterized by the following.
[0011]
Also,The output voltage control circuit performs a maximum operation when the operation state is set by the switching unit.It is characterized by the following.
[0012]
Further, in the power supply device for an electronic device employing a ringing choke converter circuit system, the operation state is an optimum operation state in which the efficiency of the ringing choke converter circuit is high, and the intermittent operation mode is the optimum operation state and the loss. An extremely small stop state is repeatedly switched and operated by the pulse-like switching signal.It is characterized by the following.
[0013]
Also,In the present invention, the optimum operation state is a maximum output operation state. Here, the switching signal may be switched at predetermined time intervals after the output voltage reaches the maximum output. Further, the switching signal may be switched when the output voltage reaches a maximum output. Further, the switching signal may be switched before the output voltage reaches a maximum output.
[0014]
Further, in the present invention, the operating state and the stop state are repeated by arbitrarily raising and lowering the detected voltage of the constant voltage detection signal between a first voltage and a second voltage lower than the first voltage. Take intermittent operation modeIt is characterized by the following.
[0015]
A first predetermined time is required for the output voltage of the output voltage control circuit to rise from the second voltage to the first voltage by the switching means, and the output of the output voltage control circuit is output by the switching means. When a second predetermined time is required for the voltage to decrease from the first voltage to the second voltage, the time during which the switching signal is at a low level is longer than the first predetermined time, and the switching signal is at a high level. May be longer than the second predetermined time. Further, it takes a first predetermined time for the output voltage of the output voltage control circuit to rise from the second voltage to the first voltage by the switching means, and the output of the output voltage control circuit is output by the switching means. When it takes a second predetermined time for the voltage to fall from the first voltage to the second voltage, the time during which the switching signal is at a low level is equal to the first predetermined time, and the switching signal is at a high level. May be equal to the second predetermined time. Further, it takes a first predetermined time for the output voltage of the output voltage control circuit to rise from the second voltage to the first voltage by the switching means, and the output of the output voltage control circuit is output by the switching means. When it takes a second predetermined time for the voltage to decrease from the first voltage to the second voltage, the time during which the switching signal is at a low level is shorter than the first predetermined time, and the switching signal is at a high level. May be shorter than the second predetermined time.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, the power supply device for an electronic device of the present invention is applied to an example in which the power supply unit is used as a stabilized power supply in a power supply unit of an inkjet printer. FIG. 1 shows an excerpt of a constant voltage control detection circuit section which is a main part of the power supply device of the present embodiment. The power supply device of the present embodiment is also of a general RCC type, and its basic configuration is the same as that of a known device, and is not different from that described in the conventional example.
[0017]
That is, as shown in FIG. 1, the power supply device for a printer according to the present embodiment uses a commercial power supply [AC] (not shown) as a primary side and a printer driver (not shown) as a secondary side. It has a
[0018]
The difference between the constant voltage control detection circuit section of this embodiment and the conventional example shown in FIG. 9 is that a stop signal photocoupler Ps and a switching transistor Q1 are added to the circuit configuration of FIG. The feature of the present embodiment is that the power supply device is switched by the stop signal S2 separately from the control signal S1 in order to cause the power supply device to repeat the above-described two modes of the operation state and the stop state or to take the intermittent operation mode. The point is that the operation is arbitrarily stopped.
[0019]
That is, the constant voltage control detection circuit section includes the stop signal photocoupler Ps and the switching transistor Q1 in addition to the above-described configuration. The stop signal photocoupler Ps includes a photodiode PD2 as a light emitting element arranged on the secondary side of the
[0020]
Now, the operation of the constant voltage control detection circuit will be described. In the circuit configuration of FIG. 1, when the switching signal Sc input to the input terminal Tmi is "L", the switching transistor Q1 is in the cut-off state, and the stop signal The photodiode PD2 of the photocoupler Ps does not emit the stop signal S2, and the output voltage of the power supply device appearing at the output (terminal) 1 is determined by the Zener voltage of the Zener diode ZD1. In the present embodiment, a ZD1 having a zener voltage of 42 V is selected in consideration of the voltage applied to the print head of the ink jet printer. Therefore, when the switching signal Sc is "L", the output set voltage is set to 42 V, and the voltage is stably supplied to the output (terminal) 1. Therefore, in the operation state of the printer, the output is set to the printer mechanism such as the print head. A constant voltage of 42V is supplied. On the other hand, when the switching signal Sc is "H", the switching transistor Q1 becomes conductive and a stop signal S2 is issued from the photodiode PD2 of the stop signal photocoupler Ps, and the stop signal S2 is transmitted to the primary side phototransistor PT2. Light is received, and the phototransistor PT2 becomes conductive, so that the primary side control circuit CC stops the switching operation of the AC generation switching transistor Q44.
[0021]
FIG. 2 is a schematic diagram showing the time change of the output voltage of the circuit of FIG. 1. The time change of the voltage of the output (terminal) 1 repeats rising and falling in accordance with “L” and “H” of the switching signal. Is shown. FIG. 2 shows the following three examples of the switching method. As shown in FIG. 2, the
[0022]
As described above, the
[0023]
When a certain period of time elapses and the switching signal changes from “H” to “L” in the period 2, the stop signal S 2 from the photodiode PD 2 of the stop signal photocoupler Ps is not issued. At this time, the output voltage becomes an undervoltage state lower than the output voltage set value of 42 V, the control signal S1 for suppressing the switching operation is not issued, and the primary side control circuit CC sends the maximum value to the AC generation switching transistor Q44. Perform switching operation. The temporal change of the output voltage at this time increases with time with a characteristic determined by the impedance connected to the load, the capacitance of the capacitor on the output side, and the current limit value of the switching element. When the output voltage reaches the output voltage set value of 42 V, the primary side control circuit CC shifts to a switching operation in a light load state. This is period 3.
[0024]
FIG. 3 is a diagram similar to FIG. 11A and illustrates the relationship between the power loss of the power supply device and the output power in the case of the switching
[0025]
As in the present embodiment, the average power loss when the power supply device repeats only the two states of the stop state and the maximum operation state is on the straight line connecting the points O and B in FIG. The average power loss at the time of load Pa is point L in the figure. Point L is a point where the line segment OB is internally divided by the reciprocal ratio of the time ratio between the stop state and the maximum operation state. Furthermore, the average power loss when the three states including the stop state and the maximum operation state plus the light load state are repeated is calculated by dividing the line segment LA connecting the points L and A by the sum of the time between the stop state and the maximum operation state. The point M is internally divided by the reciprocal ratio of the ratio to the load state time. Here, assuming that the time ratio of
[0026]
The switching method 2 represents a control example in which the switching signal switches from “L” to “H” when the output voltage reaches 42V. This is equivalent to setting the period 3 = 0 in the
[0027]
The switching method 3 represents a control example in which the switching signal switches from “L” to “H” before the output voltage reaches 42V. When the switching signal changes from "L" to "H" in the period 4, a stop signal S2 is issued from the photodiode PD2 of the stop signal photocoupler Ps, and the primary side control circuit CC is switched to the AC generation switching transistor. The switching operation of Q44 is stopped. The time change of the output voltage at this time decreases with time with a characteristic determined by the impedance connected to the load and the capacitance of the capacitor on the output side.
[0028]
When a certain period of time elapses and the switching signal changes from "H" to "L" in the period 5, the stop signal S2 from the photodiode PD2 of the stop signal photocoupler Ps is not issued. At this time, the output voltage becomes an undervoltage state lower than the output voltage set value of 42 V, the control signal S1 for suppressing the switching operation is not issued, and the primary side control circuit performs the maximum switching operation. The temporal change of the output voltage at this time increases with time with a characteristic determined by the impedance connected to the load, the capacitance of the capacitor on the output side, and the current limit value of the switching element.
[0029]
If the switching signal changes from “L” to “H” before the output voltage reaches the output voltage set value of 42 V, a stop signal S2 is issued from the photodiode PD2 of the stop signal photocoupler Ps, and Is repeated. Here, assuming that the time ratio of the periods 4 and 5 in FIG. 2 is 4: 1 and is applied to FIG. 3, the point L is a point that internally divides the line segment OB into 1: 4, and the power loss L point is It is clear that the power loss at light load can be made smaller than the point A. Note that the switching signal may be generated using time as a parameter, or the output voltage may be detected and appropriately generated according to the voltage. It is easier to control if the output voltage is detected and generated appropriately according to the voltage. Further, the duration of the switching signal “L” and the duration of the “H” need not be constant.
[0030]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Also in this embodiment, the electronic apparatus power supply device of the invention is applied to an example in which the power supply unit is used as a stabilized power supply in a power supply unit of an inkjet printer.
[0031]
FIG. 4 shows an excerpt of a constant voltage control detection circuit section which is a main part of the power supply device according to the second embodiment of the present invention. The power supply device of the present embodiment is also of a general RCC system, and its basic configuration is the same as that of the known device, and is not different from the conventional example and the first embodiment. The same parts as those in the first embodiment are indicated by the same reference numerals.
[0032]
That is, as shown in FIG. 4, the printer power supply device of the present embodiment does not have the stop signal photocoupler as in the first embodiment, and uses a single Zener diode ZD1 in the conventional example. What is different is that a Zener diode ZD2 is connected in series with the Zener diode ZD1 to form a two-stage configuration. The collector and the emitter of the switching transistor Q1 'are connected to the anodes of the Zener diodes ZD1 and ZD2, respectively. The feature of this embodiment is that a power supply stop state is created by intentionally raising and lowering the constant voltage detection signal (control signal S1).
[0033]
The output setting voltage of the power supply device in the circuit configuration of FIG. 4 is the sum of the Zener voltages of the two-stage Zener diodes ZD1 and ZD2 because the switching transistor Q1 'is in the cut-off state when the switching signal is "L". "", The switching transistor Q1 'is conductive, so that ZD2 is bypassed and determined by the zener voltage of only ZD1. In the present embodiment, a ZD1 having a Zener voltage of 40 V and a ZD2 having a Zener voltage of 4 V are selected. Therefore, when the switching signal is "L", the output set voltage is set to 44V, and when the switching signal is "H", ZD2 is bypassed and set to 40V only for ZD1, and each voltage is stably supplied. . FIG. 5 is a schematic diagram showing the time change of the output voltage of the circuit of FIG. 4, and the voltage of the output (terminal) 1 changes repeatedly with rising and falling according to the switching signal “L” and “H”. Is shown. Here, the time required for the power supply device to perform the switching operation and the output voltage to rise from 40 V to 44 V is Tup, and the time required for the power supply device to stop the switching operation and the output voltage to fall from 44 V to 40 V is Tdown. Expressing this, Tup is determined by the impedance connected to the load, the capacitance of the output side capacitor, and the current limit value of the switching element, and Tdown is determined by the impedance connected to the load and the capacitance of the output side.
[0034]
FIG. 5 shows three examples of the following switching methods 4 to 6 as switching methods in the present embodiment, in contrast to the switching
[0035]
The switching method 4 is a control example in which the time when the switching signal is “L” is longer than Tup, and the time when the switching signal is “H” is longer than Tdown. The switching method 5 is a control example in which the time when the switching signal is “L” is equal to Tup, and the time when the switching signal is “H” is equal to Tdown. The switching method 6 is a control example in which the time when the switching signal is “L” is shorter than Tup, and the time when the switching signal is “H” is shorter than Tdown. The switching method 4 represents a control example in which the time when the switching signal is “L” is longer than Tup, and the time when the switching signal is “H” is longer than Tdown.
[0036]
When the switching signal changes from “L” to “H” in the
[0037]
When a certain period of time elapses and the switching signal changes from "H" to "L" in the period 3 and the switching set signal changes from "H" to "L", the output set voltage is raised from the previous 40V to 44V. Becomes an undervoltage state lower than the output voltage set value, the control signal S1 for suppressing the switching operation is not issued, and the primary side control circuit CC performs the maximum switching operation. As described above, the time change of the output voltage at this time increases with time with a characteristic determined by the impedance connected to the load, the capacitance of the output side capacitor, and the current limit value of the switching element. When the output voltage reaches the output voltage set value of 44 V, the primary side control circuit CC shifts to a switching operation in a light load state. This is period 4.
[0038]
Here, the relationship between the power supply device power loss and the output power in the case of the switching methods 4, 5, and 6, will be described with reference to FIG. 3 as in the first embodiment. First, the case of the switching method 4 will be described. Here, assuming that the time ratio of
[0039]
The switching method 5 represents a control example in which the time when the switching signal is “L” is equal to Tup, and the time when the switching signal is “H” is equal to Tdown. This is equivalent to setting the period 2 = 0 and the period 4 = 0 in the switching method 4. Here, assuming that the time ratio of the
[0040]
The switching method 6 represents a control example in which the time when the switching signal is “L” is shorter than Tup, and the time when the switching signal is “H” is shorter than Tdown.
[0041]
When the switching signal changes from “L” to “H” in the period 5 and the output setting voltage is accordingly reduced from 44 V to 40 V, the output voltage Vhigh up to that time becomes the output voltage setting value. When the voltage exceeds the excessive voltage, a signal for suppressing the switching operation is issued to the primary side control circuit CC, and the primary side control circuit CC stops the switching operation. As described above, the time change of the output voltage at this time decreases with time according to the characteristic determined by the impedance connected to the load and the capacitance of the capacitor on the output side.
[0042]
Period 6 is reached before the output voltage reaches the output voltage set value of 40 V, and when the switching signal changes from “H” to “L”, the output set voltage is raised from the previous 40 V to 44 V accordingly. Therefore, the output voltage Vlow becomes an undervoltage state lower than the output voltage set value, the control signal S1 for suppressing the switching operation is not issued, and the primary side control circuit CC performs the maximum switching operation. As described above, the time change of the output voltage at this time increases with time with a characteristic determined by the impedance connected to the load, the capacitance of the output side capacitor, and the current limit value of the switching element. If the switching signal changes from “L” to “H” before the output voltage reaches the output voltage set value of 44 V, the output set voltage is accordingly reduced from 44 V to 40 V, and Repeat the operation.
[0043]
Now, the relationship between the power supply power loss and the output power in the case of the switching method 6 will be described. Here, assuming that the time ratio of periods 5 and 6 in FIG. 5 is 4: 1 and is applied to FIG. 3, point L is a point that internally divides line segment OB into 1: 4, and power loss L point is It is clear that the power loss at light load can be made smaller than the point A. As in the case of the switching method 5, the average power loss is further reduced as compared with the case of the switching method 4 because there are no periods 2 and 4 at the time of light load. In the switching methods 5 and 6, the switching signal may be generated using time as a parameter, or an output voltage may be detected and appropriately generated according to the voltage. It is easier to control if the output voltage is detected and generated appropriately according to the voltage. Further, the duration of the switching signal “L” and the duration of the “H” need not be constant.
[0044]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 shows an excerpt of a constant voltage control detection circuit section which is a main part of the power supply device according to the third embodiment of the present invention. The power supply device of the present embodiment is also of a general RCC type, and its basic configuration is not different from those described in the conventional example and the first and second embodiments. Parts similar to those of the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals.
[0045]
That is, the printer power supply device of the present embodiment can be said to be a modification of the above-described second embodiment, and as shown in FIG. It does not have a coupler, and controls the switching operation of the switching transistor Q44 for AC generation by blinking the control signal photocoupler with the switching signal.
[0046]
That is, in the present embodiment, as shown in FIG. 6, the cathode side of the photodiode PD1 as the light emitting element of the control signal photocoupler Pc is grounded, and the anode of the Zener diode ZD1 is connected to the anode side via a resistor. The cathode of the Zener diode ZD1 is connected to the output (terminal) 1 side. The emitter of the switching transistor Q1 ″ is connected between the cathode of the photodiode PD1 and the resistor. The collector of the switching transistor Q1 ″ is connected to Vcc via a resistor, and the base is connected to the input terminal Tmi of the switching signal Sc.
[0047]
By the way, the constant voltage control detection circuit section of the present embodiment inputs the pulse-like switching signal Sc from the input terminal Tmi, and arbitrarily blinks the constant voltage detection signal (control signal S1) to change the power supply stop state. To create. The switching method is the same as the switching methods 4 to 6 in the second embodiment described above.
[0048]
In the above-described second embodiment, the power supply stop state is created by intentionally raising and lowering the constant voltage detection signal (control signal S1) using the two-stage Zener diodes ZD1 and ZD2. The power supply stop state is controlled by blinking the light control signal S1 from the photodiode PD1 on the secondary side directly by the switching signal Sc without adding the zener diode ZD2.
[0049]
As described above, the present invention has been described with respect to the specific embodiments. However, the present invention is not limited to these, and may be applied to other embodiments within the scope described in the claims. For example, in the above embodiment, a switching transistor is provided in the constant voltage control detection circuit unit of the power supply device adopting the RCC method, and the switching transistor is turned on / off by a pulse-like switching signal to control the power stop state. However, the power supply stop state may be created by another circuit configuration or means. The point is, as apparent from a comparison between FIG. 9 (conventional example), FIG. 2 (first embodiment), and FIG. 5 (second embodiment), for example, in a power supply device adopting the RCC method, An intermittent operation mode in which the maximum output operation with high efficiency and the stop state with very small loss are repeatedly switched to operate may be taken.
[0050]
Furthermore, in the above embodiment, an example was described in which the switching signal is repeatedly switched between the maximum output operation state and the stop state, but it is not always necessary to switch between the maximum output operation state and the stop state. May be such that a predetermined operation state having a small output is set as an optimum operation state, and the optimum operation state and the stop state are switched.
[0051]
Hereinafter, the concept of the optimum operation state will be described with reference to FIGS. FIGS. 7A, 7B, and 7C are diagrams showing the relationship between the power loss of the power supply device and the output power. FIG. 7A is a diagram illustrating an example in which power supply device power loss due to an increase in output power increases quadratically. FIG. 7B is a diagram illustrating an example in which the power supply power loss accompanying an increase in the output power increases while showing a tendency to be saturated. FIG. 7C is a view similar to FIG. 3A and illustrates an example in which the power supply device power loss increases linearly (linearly) with an increase in output power.
[0052]
Here, an operation state for minimizing the average power loss when only the two states of the stop state and the operation state are repeated is referred to as an optimum operation state. In order to obtain the optimum operation state, an operation state in which the inclination angle of the line segment OB in the figure is small (slope is gentle) may be selected as the optimum operation state as shown in FIG. .
[0053]
More specifically, a power loss characteristic diagram OCABD (OCAB in FIG. 3) of the power supply device shown in FIG. The operation state corresponding to the intersection B with the tangent line tangent to the characteristic line may be selected as the optimum operation state. Therefore, in FIGS. 7B and 7C, the optimum operation state is the maximum operation state, whereas in FIG. 7A, the operation state corresponds to the output power Pbest rather than taking the operation state to the maximum operation state D point. Since the average power loss is minimized at the point B in the drawing, the point B is in the optimum operation state.
[0054]
Therefore, as shown in FIG. 7A, when the present invention is applied to a power supply device in which the power loss due to the increase in the output power increases quadratically, as shown in FIG. An operation state in which the inclination angle of the line segment OB is small (the inclination is gentle) may be determined as the optimal operation state, and the optimal operation state and the stop state may be switched.
[0055]
In order to switch the maximum output power during operation to the optimum operation state in the power supply device adopting the RCC system as in the above-described embodiment, for example, a circuit configuration as shown in FIG. 8 may be employed. That is, the constant voltage control detection circuit of the power supply device according to the fourth embodiment of the present invention further includes a maximum output power switching signal photocoupler Pmc and a switching transistor Q2 in addition to the circuit configuration shown in FIG. It has the following configuration. The maximum output power switching signal photocoupler Pmc includes a phototransistor PT3 and a photodiode PD3. As shown in FIG. 8, the anode side of the photodiode PD3 as a light emitting element of the maximum output power switching signal photocoupler Pmc is The collector of the switching transistor Q2 is connected to the cathode of the switching transistor Q2 via a resistor. The emitter side of the switching transistor Q2 is grounded, and the base is connected to the input terminal Tmi '. The maximum output power switching signal Sp is input to the input terminal Tmi '. The switching signal Sc for the intermittent operation is input to the input terminal Tmi in the same manner as in the first embodiment shown in FIG.
[0056]
The time relationship between the switching signal Sc (of the intermittent operation), the maximum output power switching signal Sp, and the maximum output power control signal S3 is, for example, an optimum operation state when the control logic of the maximum output power switching signal Sp is “H”. When the switching signal Sc (for intermittent operation) is at "L", that is, when the switching circuit is in the operating state, it is assumed that the power supply device has the original maximum output power at "L". , The maximum output power switching signal Sp only needs to be “H”. When the switching signal Sc (of the intermittent operation) is “H”, the power supply device stops the switching operation in the first place, and therefore the maximum output power switching signal Sp may be either “L” or “H”.
[0057]
In the above embodiment, the present invention has been described by taking an ink jet printer as an example. However, it is needless to say that the present invention can be widely applied not only to other printers such as a laser printer but also to other electronic devices.
[0058]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, the power supply device for an electronic device of the present invention has two functions, an operating state and a stopped state, in a power supply device in which continuous operation is performed under no load or light load state, the loss is increased and the efficiency is reduced. By taking the mode, the loss can be reduced as compared with the conventional continuous operation.
[0059]
Further, for example, in an RCC circuit in which the loss increases and the efficiency decreases when the operation is continuously performed in a no-load or light-load state, the maximum output operation in which the circuit is efficient and a stop state in which the loss is extremely small are repeatedly switched. By introducing the intermittent operation mode in which the operation is performed, the average output power is equivalent to a light load, but the loss can be significantly reduced as compared with the conventional continuous operation.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an excerpt of a constant voltage control detection circuit unit which is a main part of a power supply device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a time change of an output voltage of the circuit of FIG. 1, wherein a voltage of an output (terminal) 1 repeats a rise and a fall in accordance with a switching signal “L” and “H”; Is shown.
FIG. 3 is a diagram illustrating a relationship between power supply device power loss and output power in the case of switching
FIG. 4 is a diagram showing an excerpt of a constant voltage control detection circuit unit which is a main part of a power supply device according to a second embodiment of the present invention.
5 is a schematic diagram showing a time change of an output voltage of the circuit of FIG. 4, in which a voltage of an output (terminal) 1 repeats a rise and a fall in accordance with “L” and “H” of a switching signal; Is shown.
FIG. 6 is a diagram extracting and showing a constant voltage control detection circuit unit which is a main unit of a power supply device according to a third embodiment of the present invention.
7A and 7B are diagrams illustrating a relationship between power supply device power loss and output power, wherein FIG. 7A illustrates an example in which power supply device power loss increases quadratically with increase in output power, and FIG. 7B illustrates output power increase. (C) is a diagram for explaining an example in which the power supply device power loss accompanying the increase in output power increases while showing a tendency to saturate, and FIG.
FIG. 8 is a diagram showing an excerpt of a constant voltage control detection circuit unit which is a main part of a power supply device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a circuit diagram of a constant voltage control detection circuit portion of a general RCC type power supply device.
FIG. 10 is a schematic diagram showing a time change of an output voltage of the circuit of FIG. 9;
FIG. 11 is a diagram generally explaining the breakdown of power loss of the power supply device.
FIGS. 12A and 12B are diagrams showing the factors that cause the switching loss power of the switching element; FIG. 12A shows the factors that cause the switching loss power of the switching element under a large load; and FIG. 12B shows the switching loss of the switching element under a light load. This shows the power generation factor.
[Explanation of symbols]
ZD1 Zener diode
PD1 photodiode
S1 control signal
S2 stop signal
PT1 Phototransistor
43 Transformer
Q44 Switching transistor for AC generation
Photocoupler for Pc control signal
CC primary side control circuit
Ps Stop signal photocoupler
Q1 switching transistor
PD2 photodiode
PT2 Phototransistor
Tmi input terminal
Sc switching signal
ZD2 Zener diode
Q1 'switching transistor
Q1 '' switching transistor
Pmc Photocoupler for maximum output power switching signal
Q2 switching transistor
PT3 Phototransistor
PD3 photodiode
Tmi 'input terminal
Sp maximum output power switching signal
S3 Maximum output power control signal
Claims (11)
出力電圧を制御する出力電圧制御回路と、
前記出力電圧に応じて生成される切替信号を入力するための入力手段と、
前記出力電圧制御回路の動作と停止を前記切替信号に合わせて切替える切替手段と、を備え、
前記出力電圧制御回路は、前記切替え手段により動作状態にされるときに前記出力電圧を制御することを特徴とする電子機器用電源装置。 An electronic device power supply device capable of taking an intermittent operation mode that repeats an operation state and a stop state when the electronic device is in a no-load or light-load state in a state where the electronic device is powered on,
An output voltage control circuit that controls an output voltage;
Input means for inputting a switching signal generated according to the output voltage,
Switching means for switching the operation and stop of the output voltage control circuit in accordance with the switching signal,
The power supply device for an electronic device, wherein the output voltage control circuit controls the output voltage when the operating state is set by the switching means .
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