JP2012161185A - 直流安定化電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】必要となる電源電圧が互いに異なる機器のそれぞれに対して、その機器に応じた電圧の直流電源を自動で供給する。
【解決手段】交流入力を直流電源に変換し、接続された機器に前記直流電源を供給する直流安定化電源装置において、機器から供給される動作電圧信号に基づいて、当該機器が必要としている電圧を判別する動作電圧信号判別回路２６と、交流入力を変換した直流電源の電圧を、動作電圧信号判別回路２６にて判別された電圧に変換して出力する電圧制御回路２５とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、負荷側機器へ電源ラインを介して電源供給を行うＡＣアダプタ等として好適に実施される直流安定化電源装置に関する。

図５は、ＡＣアダプタとして使用される一般的な直流安定化電源装置の構成例を示すブロック図である。

本例における直流安定化電源装置１は、いわゆるスイッチング電源装置であり、図５に示すように、商用電源からの交流入力２が整流ダイオード３と平滑コンデンサ４とによって直流に変換され、平滑コンデンサ４の出力電圧が直流電源となる。そして、この直流電源間に、トランス５の１次巻線とスイッチング素子６との直列回路が接続されており、制御回路７によってスイッチング素子６が断続制御される。これにより、トランス５の２次巻線に電圧が誘起され、この電圧が、ダイオード８及び平滑コンデンサ９によって整流、平滑され、電源ライン１０を介して負荷１１に供給される。

ところで、このような直流安定化電源装置１においては、その出力が一意であるため、機器の給電にはその電源電圧を出力するＡＣアダプタを用意することになる。そのため、電源電圧の異なる機器が増えればその分のＡＣアダプタを保有する必要があり、また、現在給電の必要がない機器がある場合、過剰にＡＣアダプタを持つことになり、保有するＡＣアダプタの数が増えてしまうことになる。

また、上述したように複数のＡＣアダプタを保有している場合、給電構造が類似しているため、機器の定格に合わないＡＣアダプタを接続することができてしまい、それにより、給電対象の機器を破壊する虞れが生じてしまう。

ここで、複数の出力電圧に対応するために、その出力電圧を、電気装置と電圧、電流、消費電力等の規格を適合させるように手動で設定することが考えられており、特許文献１に開示されている。

特開平９−３０８０９６号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたもののように、その出力を手動で切り替える方式においては、利用者が複数の出力電圧を把握している必要があるとともに、わざわざ手動で切り替える必要があり、操作が煩雑になってしまうという問題点がある。

本発明は、上述したような技術が有する問題点に鑑みてなされたものであって、必要となる電源電圧が互いに異なる機器のそれぞれに対して、その機器に応じた電圧の直流電源を自動で供給することができる直流安定化電源装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、
交流入力を直流電源に変換し、接続された機器に前記直流電源を供給する直流安定化電源装置において、
前記接続された機器から供給される動作電圧信号に基づいて、当該機器が必要としている電圧を判別する動作電圧判別手段と、
前記交流入力を変換した直流電源の電圧を、前記動作電圧判別手段にて判別された電圧に変換して出力する電圧制御手段とを有することを特徴とする。

以上説明したように本発明においては、直流電源を供給する機器から供給される動作電圧信号に基づいて、機器に供給する直流電源の電圧を制御するため、１つの出力端から複数の電圧出力が可能となり、それにより、１つのＡＣアダプタで、電源電圧が互いに異なる給電対象機器へ給電することができ、また、その電圧が機器にて最適なものとなるため、一意の電圧を出力するＡＣアダプタを、電源電圧が定格範囲にない機器と接続する誤接続が発生することがなく、それにより、電源の誤接続による機器の破壊が生じることがなくなる。

本発明の直流安定化電源装置の実施の一形態を示すブロック図である。 図１に示した電圧制御回路の構成例を示すブロック図である。 図１に示した動作電圧信号判別回路及び信号分離回路の構成例を示すブロック図である。 図１に示した動作電圧信号生成回路及び重畳回路の構成例を示すブロック図である。 ＡＣアダプタとして使用される一般的な直流安定化電源装置の構成例を示すブロック図である。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の直流安定化電源装置の実施の一形態を示すブロック図である。

本形態は図１に示すように、トランス２４を挟んで一次側に、一次回路２３及び交流入力２２が配置され、また、二次側には、実装されるダイオードやコンデンサのような整流、平滑素子（全て不図示）が配置され、交流入力２２を直流電源に変換し、接続された機器にその直流電源を供給するものであり、そのような構成においては、図５に示したものと同様である。本形態においては、このような構成に加えて、トランス２４を挟んで二次側に、動作電圧判別手段である動作電圧信号判別回路２６と、電圧制御回路２５と、信号分離回路２７とが設けられている。

動作電圧信号判別回路２６は、電源ライン２８に接続された信号分離回路２７と接続されており、接続された機器から供給された動作電圧信号が電源ライン２８及び信号分離回路２７を介して入力され、入力された動作電圧信号に基づいて、当該機器が必要としている電圧を判別し、機器に供給する最適な電源電圧を生成するための信号を電圧制御回路２５に送出する。

電圧制御回路２５は、トランス２４の二次巻線に誘起された電圧が入力され、その電圧を動作電圧信号判別回路２６にて判別された電圧に変換することにより、給電すべき機器へ最適な電源電圧を供給する。

信号分離回路２７は、直流電源が機器に供給される電源ライン２８から動作電圧信号を抽出し、動作電圧信号判別回路２６に供給する。

また、直流安定化電源装置２１が給電する機器には、動作電圧信号生成回路２９が内蔵されている。この動作電圧信号生成回路２９は、直流安定化電源装置２１が給電する機器に内蔵された重畳回路３０と接続されており、動作電圧信号生成回路２９から生成、出力された動作電圧信号は重畳回路３０に中継される。

図２は、図１に示した電圧制御回路２５の構成例を示すブロック図である。

図１に示した電圧制御回路２５は図２に示すように、トランス２４の二次巻線に誘起された電圧が電源ライン２８ｂを介して入力されるＶｉｎ端子と、電源ライン２８ａと接続され、接続された機器に供給する最適な電源電圧をこの電源ライン２８ａに出力するＶｏｕｔ端子と、動作電圧信号判別回路２６から出力された信号が入力される端子とを具備しているとともに、電圧安定化回路２５ａと、抵抗回路２５ｂとを内蔵している。抵抗回路２５ｂの抵抗値は一定である。動作電圧信号判別回路２６から入力される信号は本形態では可変の抵抗値を信号化したものであり、抵抗回路２５ｂが持つ抵抗値と動作電圧信号判別回路２６からの入力される抵抗値信号とから合成抵抗値を算出する。合成抵抗の算出においては、両者の抵抗値を直列接続しても並列接続しても本形態に影響を与えないため、ここでは限定しない。

図３は、図１に示した動作電圧信号判別回路２６及び信号分離回路２７の構成例を示すブロック図である。

図１に示した動作電圧信号判別回路２６は図３に示すように、可変抵抗２６ａと、可変抵抗２６ａに接続され、可変抵抗２６ａが自動で抵抗値を決定するためのコントローラ２６ｂとを内蔵している。コントローラ２６ｂは、信号分離回路２７から出力される１本以上の組の信号のインターフェイスを具備しており、１本以上の組の信号から可変抵抗２６ａの抵抗値を決定、変更する。

図１に示した信号分離回路２７は図３に示すように、電源ライン２８に接続され、接続された機器から供給された動作電圧信号成分を電源ライン２８から抽出する動作電圧信号抽出部２７ａを内蔵している。動作電圧信号抽出部２７ａが抽出した動作電圧信号成分は、１本以上の組の信号をシリアルの形態のものであり、当該シリアルの形態の動作電圧信号成分をパラレルの形態に変換するシリアル−パラレル変換部２７ｂに中継される。なお、図３ではパラレルの形態に変換されて動作電圧信号判別回路２６に中継される動作電圧信号を４本の組の信号で図示しているが、動作電圧信号の本数はこれに限定されない。

図４は、図１に示した動作電圧信号生成回路２９及び重畳回路３０の構成例を示すブロック図である。

図１に示した動作電圧信号生成回路２９の一例としては、プルアップ、プルダウンによるデジタル信号「Ｈ（または１）」，「Ｌ（または０）」の組み合わせが簡易的に構成できるため、本形態においては前述の構成を用いるが、「Ｈ」，「Ｌ」の組み合わせを出力できるものであればＩＣやＬＳＩを使用したものでも本形態に影響はない。このような動作電圧信号生成回路２９は図４に示すように、プルアップ電圧３２とプルアップ抵抗２９ａによる「Ｈ」の信号と、プルダウン電圧３３とプルダウン抵抗２９ｂによる「Ｌ」の信号との一意の配列の組み合わせで出力する。前述の「Ｈ」，「Ｌ」の信号の一意の配列の組み合わせが、直流安定化電源装置２１に供給される動作電圧信号の元となる。

動作電圧生成回路２９から出力された信号は、重畳回路３０にて中継される。重畳回路３０は図４に示すように、パラレルの形態になっている動作電圧信号の元をシリアルの形態に変換するパラレル−シリアル変換部３０ａと、シリアルの形態に変換された動作電圧信号の元を電源ライン２８に電源成分と重畳し、電源ライン２８が伝送できる最適な形態を生成する差動信号生成部３０ｂとを内蔵している。

重畳回路３０から出力された電源成分と動作電圧信号の元である成分とを重畳した信号は、電源ライン２８上を伝送されて直流安定化電源装置２１に供給される。そして、信号分離回路２７によって動作電圧信号成分が抽出され、動作電圧信号判別回路２６に中継されることになる。

なお、機器の負荷３１への給電は、図５に示した直流安定化電源装置と同様に電源ライン２８を介して行われる。

以下に、上記のように構成された直流安定化電源装置２１の動作について説明する。

上記のように構成された直流安定化電源装置２１は、機器への給電のため、図５に示した直流安定化電源装置の使用例であるＡＣアダプタと同様に、直流電源を供給する機器との接続を行う。この時、電源ライン２８を介してトランス２４の二次巻線に誘起された電圧が給電対象機器に供給される。この際、給電対象機器に供給される電圧値は、動作電圧信号生成回路２９及び重畳回路３０の動作定格であり、負荷３１が動作するに至らない電圧値と定義する。

直流安定化電源装置２１から直流電源が供給される機器が持つ動作電圧信号生成回路２９は図４に示したように、本形態においてはプルアップ抵抗２９ａとプルダウン抵抗２９ｂとをそれぞれ２個ずつ持ち、直流安定化電源装置２１から電圧ライン２８，２８ｃを介してプルアップ電圧３２とプルダウン電圧３３に所定の電圧が印加される。本形態では、図４に示した構成により、動作電圧信号生成回路２９は、「Ｈ／Ｌ／Ｈ／Ｌ」の順の４本の信号の組となるパラレルの形態の動作電圧信号を出力する。

すると、重畳回路３０は、電源ライン２８から供給される動作定格の電圧値に動作を開始し、動作電圧信号生成回路２９からのパラレルの形態の動作電圧信号が入力される。重畳回路３０のパラレル−シリアル変換部３０ａは、前述の「Ｈ／Ｌ／Ｈ／Ｌ」の順の４本の信号の組となるパラレルの形態の動作電圧信号を、「Ｈ→Ｌ→Ｈ→Ｌ」の順番で１本の伝送信号上に送出されるシリアルの形態の動作電圧信号を生成する。そして、このシリアルの形態の動作電圧信号を受けた差動信号生成部３０ｂは、直流安定化電源装置２１と機器が接続された際に供給された電圧に、パラレル−シリアル変換部３０ａから受けたシリアルの形態の動作電圧信号を重畳して電源ライン２８上に伝送できる形態の信号に変換して直流安定化電源装置２１に供給する。

重畳回路３０から供給された動作電圧信号が直流安定化電源装置２１に入力されると、まず、電源ライン２８から分岐されて信号分離回路２７に入力される。信号分離回路２７は、動作電圧信号抽出部２７ａにおいて、電源ライン２８上に伝送できる形態の動作電圧信号成分と電源電圧成分とを分離し、さらに分離された動作電圧信号成分を、次段のシリアル−パラレル変換部２７ｂが処理するに適した本形態の「Ｈ→Ｌ→Ｈ→Ｌ」の順番で送出されるシリアルの形態の動作電圧信号を送出する。シリアル−パラレル変換手段２７ｂは、「Ｈ→Ｌ→Ｈ→Ｌ」の順番で送出されるシリアルの形態の動作電圧信号を、動作電圧信号生成回路２９から出力された「Ｈ／Ｌ／Ｈ／Ｌ」の４本の組から成るパラレルの形態の動作電圧信号に変換し、動作電圧信号判別回路２６に出力する。

動作電圧信号判別回路２６は、直流安定化電源装置２１が給電対象機器に接続されたと同時に、内蔵された可変抵抗２６ａ及びコントローラ２６ｂを初期化する。本形態では、可変抵抗２６ａを０Ω、コントローラ２６ｂの初期動作電圧信号を「Ｌ／Ｌ／Ｌ／Ｌ」に初期化するものとする。本形態においては、コントローラ２６ｂには信号分離回路２７から「Ｈ／Ｌ／Ｈ／Ｌ」の４本の組からなる動作電圧信号が入力される。コントローラ２６ｂは、「Ｈ／Ｌ／Ｈ／Ｌ」の動作電圧信号に基づいて、可変抵抗２６ａを０Ωから何Ωにするかをコントローラ２６ｂが予め内蔵している設定手段を用いて設定する。本形態では、動作電圧信号「Ｈ／Ｌ／Ｈ／Ｌ」から可変抵抗２６ａを１０ＫΩの抵抗値に変更するようにコントローラ２６ｂが制御する。

電圧制御回路２５の抵抗回路２５ｂ内の抵抗２５ｂａの抵抗値を本形態では５ｋΩとする。動作電圧信号判別回路２６の可変抵抗２６ａの抵抗値と抵抗回路２５ｂ内の５ｋΩの抵抗２５ｂａとが本形態では直列に接続されているものとする。本形態においては、動作電圧信号判別回路２６の可変抵抗２６ａが１０ｋΩに変更されているため、抵抗２５ｂａと可変抵抗２６ａとが合成されて１５ｋΩの抵抗値となる。

電圧制御回路２５の電圧安定化回路２５ａは、上記のように合成した抵抗値に基づいて、電源ライン２８ａと接続されるＶｏｕｔ端子から何Ｖの電圧値を出力するかを、合成抵抗値１５ｋΩ及び電源ライン２８ｂと接続されＶｉｎ端子に入力されるトランス２４の二次巻線に誘起された電圧値を用いて決定する。

本形態においては、負荷３１の動作電圧が１２Ｖであった場合、動作電圧信号判別回路２６に内蔵された可変抵抗２６ａと、電圧制御回路２５に内蔵された抵抗回路２５ｂ内の抵抗２５ｂａとの合成抵抗値１５ｋΩは、電圧制御回路２５が１２Ｖを生成することを定義しており、電圧制御回路２５のＶｉｎ端子に入力される電圧値から、電圧安定化回路２５ａが昇圧もしくは降圧を行って負荷３１の動作電圧１２Ｖを生成し、電圧制御回路２５のＶｏｕｔ端子から、このＶｏｕｔ端子に接続されている電源ライン２８ａに出力する。

電源ライン２８ａと電源ライン２８とは、ワイヤード接続されており、電圧制御回路２５によって生成された出力電圧は、直流安定化電源装置２１と、この直流安定化電源装置２１から電源が供給される機器とが、図５に示したものと同様に、電源ライン２８を介して導通し、直流安定化電源装置２１から出力された電源電圧が電源ライン２８を介して供給され、負荷３１に電流がかかることにより、その機器が動作することになる。

このように本形態においては、機器からの動作電圧要求となる動作電圧信号によって出力電圧が可変でき、さらに、その機器からの動作電圧信号は従来からある電源ラインを利用して行われるため、直流安定化電源装置１つでかつ直流安定化電源装置と給電機器との物理的接続を大幅に変更することなく、動作電圧の異なる機器に給電することができる。

なお、負荷３１の動作電圧値、電圧制御回路２５に内蔵された抵抗回路２５ｂの抵抗２５ｂａ及び動作電圧信号判別回路２６に内蔵された可変抵抗２６ａの初期化後と変更後の抵抗値、動作電圧信号の形態については、本形態を分かりやすく説明するための一例であって、本発明の構成を逸脱しない範囲で他の電圧値、抵抗値、信号形態への変更も可能である。

２１ 直流安定化電源装置
２２ 交流入力
２３ 一次回路
２４ トランス
２５ 電圧制御回路
２５ａ 安定化回路
２５ｂ 抵抗回路
２６ 動作電圧信号判定回路
２６ａ 可変抵抗
２６ｂ コントローラ
２７ 信号分離回路
２７ａ 動作電圧信号抽出部
２７ｂ シリアル−パラレル変換部
２８ 電源ライン
２９ 動作電圧信号生成回路
３０ 重畳回路
３０ａ パラレル−シリアル変換部
３０ｂ 差動信号生成部
３１ 負荷

Claims (2)

1. 交流入力を直流電源に変換し、接続された機器に前記直流電源を供給する直流安定化電源装置において、
   前記接続された機器から供給される動作電圧信号に基づいて、当該機器が必要としている電圧を判別する動作電圧判別手段と、
   前記交流入力を変換した直流電源の電圧を、前記動作電圧判別手段にて判別された電圧に変換して出力する電圧制御手段とを有することを特徴とする直流安定化電源装置。
2. 請求項１に記載の直流安定化電源装置において、
   前記動作電圧信号は、前記直流電源が前記機器に供給される電源ラインを介して供給され、
   前記電源ラインから前記動作電圧信号を抽出し、該動作電圧信号を前記動作電圧判別手段に供給する信号分離手段を有する直流安定化電源装置。

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