JP2001145339A - スイッチング電源装置 - Google Patents

スイッチング電源装置

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JP2001145339A
JP2001145339A JP32802999A JP32802999A JP2001145339A JP 2001145339 A JP2001145339 A JP 2001145339A JP 32802999 A JP32802999 A JP 32802999A JP 32802999 A JP32802999 A JP 32802999A JP 2001145339 A JP2001145339 A JP 2001145339A
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Japan
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voltage
fuse
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short
circuit
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JP32802999A
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Toshihisa Miura
寿久 三浦
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Cosel Co Ltd
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Cosel Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】簡単な保護回路でスッチング素子が半導体ショ
ート破壊した際に安全に停止可能とする。 【解決手段】スイッチング電源装置は、直流電圧入力端
子間に、ヒューズF1、トランスT1の一次巻線L1
1、スイッチ素子TR1および電流検出抵抗R2を直列
接続し、制御回路部,5によりトランスT1の2次巻線
L12に接続した整流平滑回路2の出力電圧を一定電圧
に保つようにスイッチ素子TR1をオン、オフ制御し、
更に電流検出抵抗R2による電流検出電圧を制御回路部
6に入力して所定の閾値を越えた時に保護動作を行う。
電流検出抵抗R2と並列には、スイッチ素子のショート
故障の際に耐圧を越える電圧印加を受けてショート破壊
することによりヒューズF1に多大な電流を流して切る
保護用ダイオードD2を逆極性に接続する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、スイッチンク制御
により出力電圧を一定に制御するスイッチング電源装置
に関し、特に、スイッチング素子のショート破壊でヒュ
ーズを安全に切る保護回路を備えたスイッチング電源装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種のスイッチング電源装置と
しては例えば図3に示すものがある。図3において、直
流入力電圧Vinが印加される入力端子101a,101
b間には、ヒューズF1、トランスT1の一次巻線L1
1、スイッチ素子としてのトランジスタTR1および電
流検出抵抗R1が直列に接続され、更にヒューズF1に
続く入力端子1a,1b間には平滑コンデンサC1が接
続される。
【0003】トランスT1の2次巻線L12には整流平
滑回路102が接続される。整流平滑回路102は、整
流ダイオードD3,D4、チョークL1及び平滑コンデ
ンサC2の整流平滑回路102を接続し、出力端子10
3a,103bから負荷に一定の出力電圧Vout を供給
する。
【0004】トランジスタTR1は、出力電圧制御部1
04と制御回路部105により、入力電圧Vinが変動し
たり、負荷に供給する電流が変化しても、整流平滑回路
102からの出力電圧Vout を一定電圧に保つようにト
ランジスタTR1をオン、オフ制御する。
【0005】即ち、出力電圧制御部104は、出力電圧
out を入力して基準電圧と比較することで誤差に応じ
た信号をフォトカプラ等によるアイソレーョンを介して
制御回路部105に出力する。制御回路部105は、制
御入力端子105a、制御出力端子105b、保護端子
105cおよびグランド端子105dをもっている。
【0006】出力電圧制御部104からの誤差信号は制
御入力端子105aに供給され、誤差信号を零に近づけ
るように制御出力端子104bからスイッチング信号を
抵抗R2を介してトランジスタTR1に供給し、オンデ
ューティを変えるオン、オフ制御を行う。
【0007】また、制御回路部104保護端子105c
には電流検出抵抗R1による電流検出電圧が印加され、
閾値を越えたときにトランジスタTR1のスイッチング
制御を停止する等して過電流に対し保護動作を行う。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
従来のスイッチング電源装置にあっては、トランジスタ
TR1のコレクタ・エミッタ間が短絡するショート破壊
を起すと、多大な電流が流れて電流検出抵抗R1が焼き
切れるオープン破壊を起し、そのため制御回路部105
に高電圧が印加され、ヒューズF1を切ることにより電
源を安全に停止することができない。
【0009】そこで、トランジスタTR1のショート破
壊に対しヒューズF1を切って安全に電源を停止するた
めの保護回路として、トランジスタTR1のエミッタと
ベース側の抵抗R2の入力側との間にダイオードD1を
接続し、更に、その位置からツェナダイオードZD1を
マイナス側のラインに対し接続している。
【0010】この保護回路の動作は、トランジスタTR
1のショート破壊により多大な電流が流れて電流検出抵
抗R1がオープン破壊した場合、ダイオードD1及びツ
ェナダイオードZD1を通る経路で電流を流してヒュー
ズF1を切るようにしている。
【0011】しかし、トランジスタTR1のショート破
壊でヒューズF1を切るためには、保護回路のツェナダ
イオードZD1に大きな電力容量の部品が必要となり、
部品コトスが上昇し配置スペースが大きくなるという問
題があった。
【0012】本発明は、簡単な保護回路でスッチング素
子が半導体ショート破壊した際に安全に停止可能とする
スイッチング電源装置を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明は次のように構成する。まず本発明は、直流電圧
入力端子間に、ヒューズ、トランスの一次巻線、スイッ
チ素子および電流検出抵抗を直列接続し、制御回路部に
よりトランスの2次巻線に接続した整流平滑回路の出力
電圧を一定電圧に保つようにスイッチ素子をオン、オフ
制御し、更に電流検出抵抗による電流検出電圧を制御回
路部に入力して所定の閾値を越えた時に保護動作を行う
スイッチング電源装置を対象とする。
【0014】このようなスイッチング電源装置につき本
発明にあっては、電流検出抵抗と並列に、スイッチ素子
のショート故障時に逆耐圧を越える電圧を受けてショー
ト破壊することによりヒューズに大きな電流を流して切
る保護用ダイオードを逆極性に接続したことを特徴とす
る。
【0015】ここで、電流検出抵抗の電流検出電圧を前
記制御回路に正極性又は逆極性で印加する。
【0016】このため本発明はスイッチ素子としてのト
ランジスタがショート破壊して電流検知抵抗がオープン
破壊した際に、保護用ダイオードに耐圧を越えた電圧が
印加されてショート破壊することで、制御回路部を破壊
することなくヒューズを安全に切ることができる。この
場合、制御回路部側の保護用のツェナダイオードには大
電流が流れないため、小形で安価な部品を使用すること
ができる。
【0017】
【発明の実施の形態】図1は本発明によるスイッチング
電源装置の実施形態を示した回路図である。図1におい
て、このスイッチング電源装置は、直流入力電圧Vin
印加される入力端子1a,1b間に、ヒューズF1、ト
ランスT1の1次巻線L11、スイッチ素子としてのト
ランジスタTR1、電流検出抵抗R1を直列に接続して
いる。またヒューズF1に続く入力端子1a,1b間に
は平滑用コンデンサC1を接続している。
【0018】トランスT1の2次巻線L12には整流平
滑回路2が接続される。整流平滑回路2は、整流用ダイ
オードD3,D4、チョークコイルL1及び平滑用コン
デンサC2で構成され、出力端子3a,3bから負荷に
出力電圧Voutを供給する。
【0019】トランジスタTR1は出力電圧制御部4と
制御回路部5によりスイッチング制御される。即ち、出
力電圧制御部4で負荷に対する出力電圧Voutを入力し
て基準電圧と比較し、基準電圧に対する出力電圧Vout
の誤差に応じた信号をフォトカプラ等のアイソレーショ
ンを介して制御回路部5に出力する。
【0020】制御回路部5は、制御入力端子5a、制御
出力端子5b、保護端子5c及びグランド端子5dを備
えている。出力電圧制御部4からの誤差信号は制御入力
端子5aに印加され、制御回路部5はこの誤差信号を零
に近付けるようにトランジスタTR1をスイッチング制
御するドライブ信号を抵抗R2を介してトランジスタT
R1のベースに供給する。
【0021】ここでトランスT1の1次巻線L11と2
次巻線L12は極性が同じであり、このためフォワード
コンバータを構成している。このフォワードコンバータ
は最も一般的なスイッチング電源装置に使われるコンバ
ータである。
【0022】フォワードコンバータは、トランジスタT
R1のオン、オフ動作によって2次側の整流平滑回路2
にトランジスタTR1のオン時間の時間幅を持つ矩形波
の電圧を供給し、この矩形波電圧の平均値が直流出力電
圧Voutとなる。
【0023】この場合、チョークコイル(リアクトル)
L1には大きな直流電流の上に小さな三角形の交流電流
を重畳した形の電流が流れ、この直流電流が出力電流と
なり、三角形電流は平滑用コンデンサC2を流れること
で除去される。このため平滑用コンデンサC2に流れる
三角形電流の振幅は小さく、その結果、出力電圧Vou t
のリップルも十分に抑えられる。
【0024】制御回路部5の保護端子5cには、電流検
出抵抗R1で検出した電流検出電圧が印加されている。
制御回路部5は保護端子5cに印加されている電流検出
電圧が所定の過電流値に対応した閾値を越えるとトラン
ジスタTR1のデューティを制限し、最終的に零とする
過電流に対する保護動作を行う。
【0025】この過電流保護動作の動作特性は一般にフ
の字特性として知られている。即ち、横軸を出力電流、
縦軸を出力電圧とした場合、所定の過電流値に達するま
では電流超過に対し出力電圧Vは一定であるが、過電流
値を越えると電流,電圧が共に減少して零となるフの字
特性が得られる。
【0026】制御回路部5の制御出力端子5bからトラ
ンジスタTR1に対する出力端子と入力端子1b側との
グランドラインとの間には、トランジスタTR1のショ
ート故障から制御回路部5を保護するためのツェナダイ
オードZD1を接続している。
【0027】即ちトランジスタTR1のコレクタ・ベー
ス・エミッタ間が短絡するショート故障を起こすと、直
流入力電圧Vinに対応した過大な電圧がショート故障し
たトランジスタTR1を介して制御回路部5の制御出力
端子5bに加わるが、ここにツェナダイオードZD1を
接続しているため、ツェナダイオードZD1の導通でト
ランジスタTR1のショート故障の際の加わる電圧をツ
ェナ電圧に抑えることができる。
【0028】更に本発明にあっては、トランジスタTR
1のショート故障に対しヒューズF1を切って安全に停
止させるため、電流検出抵抗R1と並列に保護用ダイオ
ードD2を逆極性で接続している。保護用ダイオードD
2としては、トランジスタTR1のショート破壊で直流
入力電圧Vinに対応した過大な電圧が加わった際にダイ
オード自身でショート破壊する十分に低い逆耐圧のもの
を使用する。
【0029】次に図1の実施形態について、トランジス
タTR1がショート故障した際に電源を停止させるため
の保護動作を説明する。トランジスタTR1がショート
故障を起こすと、電流検出抵抗R1は電力損失を防ぐた
めに抵抗値が十分に低いため過大な電流が流れ、電流検
出抵抗R1が焼き切れてオープン破壊を起こす。
【0030】電流検出抵抗R1がオープン破壊を起こす
と、保護用ダイオードD1の両端に直流入力電圧Vin
応じた過大な電圧が加わり、保護用ダイオードD2の逆
耐圧を大きく越えているために保護用ダイオードD2が
ショート破壊を起こし、この結果、ヒューズF1に大き
な電流が流れて切ることになる。
【0031】このヒューズF1を切るための大電流はシ
ョート破壊した保護用ダイオードD2にしか流れず、制
御回路部5側に接続しているツェナダイオードZD1に
は流れない。このためツェナダイオードZD1として
は、ヒューズF1を切るために必要な電流容量を考慮せ
ずに、小さい電流容量を持った小型で安価な部品を使用
することができる。
【0032】図2は本発明によるスイッチング電源装置
の他の実施形態である。この実施形態にあっては、制御
回路部5の保護端子5cとグランド端子5dに対する電
流検出抵抗R1からの電流検出電圧の印加極性を、図1
に対しプラスマイナスを入れ替えた逆極性としたことを
特徴とする。
【0033】それ以外のスイッチング電源装置の改正、
更に本発明の特徴である電流検出抵抗R1に並列接続し
た保護用ダイオードD2についても、図1の実施形態と
同じである。
【0034】尚、上記の実施形態はフォワードコンバー
タを使用したスイッチング電源装置を例にとるものであ
ったが、トランスT1の1次巻線L11と2次巻線L1
2の極性が逆極性となり、整流平滑回路2がコンデンサ
インプット型となったフライバックコンバータについて
も、全く同様に適用することができる。
【0035】勿論、これ以外にも本発明は、トランスの
1次巻線と直列に設けたスイッチング素子としてのトラ
ンジスタと直列に電流検出抵抗を接続している構成であ
れば、適宜の回路構成のスイッチング電源装置につき、
全く同様に電流検出抵抗と並列にスイッチ素子のショー
ト破壊による電流検出抵抗のオープン破壊でヒューズを
切るためにショート破壊して大電流を流す保護用ダイオ
ードを接続すれば良い。
【0036】
【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、スイッチング素子のショート破壊により直列接続し
ている電流検出抵抗がオープン破壊すると、電流検出抵
抗に並列接続している保護用ダイオードに逆耐圧を越え
た電圧が印加されてショート破壊し、この保護用ダイオ
ードのショート破壊によってヒューズを切って電源を安
全に停止でき、制御回路部側に設けている保護用ツェナ
ダイオードにはヒューズを切るための大電流が流れない
ため、小型で安価な部品を使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態を示した回路図
【図2】本発明の他の実施形態を示した回路図
【図3】従来装置の回路図
【符号の説明】
1a,1b:入力端子 2:整流平滑回路 3a,3b:出力端子 4:出力電圧制御部 5:制御回路部 5a:制御入力端子 5b:制御出力端子 5c:保護端子 5d:グランド端子 F1:ヒューズ C1,C2:平滑用コンデンサ TR1:トランジスタ(スイッチ素子) T1:トランス L11:一次巻線 L12:2次巻線 L1:チョークコイル ZD1:ツェナダイオード D2:保護用ダイオード D3,D4:整流用ダイオード R1:電流検出抵抗 R2:バイアス抵抗

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】直流電圧入力端子間に、ヒューズ、トラン
    スの一次巻線、スイッチ素子および電流検出抵抗を直列
    接続し、制御回路部により前記トランスの2次巻線に接
    続した整流平滑回路の出力電圧を一定電圧に保つように
    前記スイッチ素子をオン、オフ制御し、更に前記電流検
    出抵抗による電流検出電圧を前記制御回路部に入力して
    保護動作を行うスイッチング電源装置に於いて、 前記電流検出抵抗と並列に、前記スイッチ素子のショー
    ト故障時に逆耐圧を越える電圧を受けてショート破壊す
    ることにより前記ヒューズに大きな電流を流して切る保
    護用ダイオードを逆極性に接続したことを特徴とするス
    イッチング電源装置。
  2. 【請求項2】請求項1記載のスイッチング電源装置に於
    いて、前記電流検出抵抗の電流検出電圧を前記制御回路
    に正極性又は逆極性で印加したことを特徴とするスイッ
    チング電源装置。
JP32802999A 1999-11-18 1999-11-18 スイッチング電源装置 Pending JP2001145339A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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