JP2002291237A - 過電流制御回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明はトランスの二次側の平滑回路に容量
の大きなコンデンサを接続した場合であっても短時間で
出力電圧を立ち上げることが可能な過電流制御回路を提
供することを目的とする。 【解決手段】 スイッチングコンバータに用いられる過
電流制御回路であって、トランス１３の一次側に流れる
電流を検出する入力電流検出手段２７と、入力電流検出
手段２７の検出した電流の大きさに従ってスイッチング
制御部１５の制御を抑制する過電流抑制手段５５と、過
電流抑制手段５５の動作を少なくとも２段階に切り替え
るとともに、トランス１３の一次側に直流電力が供給さ
れる電源投入時の近傍では、過電流抑制手段５５の抑制
を緩和する状態に自動的に切り替える立ち上がり制御手
段５６とを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スイッチングコン
バータに用いられる過電流制御回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】過電流制御回路を備えるスイッチングコ
ンバータの従来例について、図４を参照しながら説明す
る。外部から入力端子１１，１２に入力される直流電力
は、スイッチング素子ＳＷを介してトランス１３の一次
側巻線に印加される。スイッチング素子ＳＷは制御回路
２から出力される信号によって周期的にオンオフを繰り
返すので、トランス１３の一次側巻線に流れる励磁電流
ｉ１も周期的にオンオフを繰り返す。このため、トラン
ス１３の二次側巻線には交流電力が誘起する。

【０００３】トランス１３の二次側巻線に現れた交流電
力は、ダイオード２４，２５で構成される整流回路で整
流され、コイル２６及びコンデンサ１９で構成される平
滑回路で平滑されて直流電力に変換される。この直流電
力が負荷１８に供給される。また、制御回路２は出力端
子１６に現れた出力電圧を検出し、出力電圧と目標電圧
との差異あるいは出力電圧の変化をスイッチング素子Ｓ
Ｗのオンオフデューティに反映し、出力電圧を安定化す
る。

【０００４】この種のスイッチングコンバータにおいて
は、部品の故障などが生じた場合に過大な電流が流れる
のを防止するために、過電流に対する保護回路が設けら
れている。図４のスイッチングコンバータにおいては、
スイッチング素子ＳＷと直列に接続された抵抗器２７に
よって、トランス１３の一次側巻線に流れる励磁電流ｉ
１を検出することができる。過電流検出回路１は、抵抗
器２７に現れる電圧として励磁電流ｉ１の大きさを検出
する。

【０００５】過電流検出回路１が過大電流を検出した場
合には、出力電力を抑制するための制御信号が過電流検
出回路１から制御回路２に入力される。その場合、制御
回路２はスイッチング素子ＳＷのオンオフデューティを
低減し、トランス１３の入力電力を抑制する。これによ
り、出力端子１６，１７に現れる出力電力も制限され
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図４に示す
ようなスイッチングコンバータにおいて出力電圧を安定
化するためには、コンデンサ１９の容量を大きくする必
要がある。ところが、コンデンサ１９の容量が大きいと
次のような問題が発生する。入力端子１１，１２への電
力供給が遮断され、コンデンサ１９が放電している状態
で入力端子１１，１２への電力供給が開始された場合を
想定する。このときにはコンデンサ１９に対して急速充
電が行われるので、トランス１３の二次側巻線に接続さ
れた回路のインピーダンスが小さくなり、トランス１３
の二次側巻線には一時的に定常電流よりも大きな突入電
流（ｉ２）が流れる。従って、このときにはトランス１
３の一次側巻線にも過大な電流（ｉ１）が流れる。

【０００７】トランス１３の一次側巻線にも過大な電流
（ｉ１）が流れると、過電流検出回路１は電流が過大で
あることを検出し、制御回路２はスイッチング素子ＳＷ
のオンデューティを抑制する。スイッチング素子ＳＷの
オンデューティが小さくなると、トランス１３の二次側
巻線に現れる出力電力が抑制され、コンデンサ１９に流
れる電流が抑制されるのでコンデンサ１９の充電に要す
る時間が長くなる。このため、電源を投入してから出力
端子１６，１７に定常電圧が現れるまでの出力電圧の立
ち上がりが遅くなる。出力電圧の立ち上がりを早くする
ためには、コンデンサ１９の容量を小さくせざるを得な
い。

【０００８】本発明は、トランスの二次側の平滑回路に
容量の大きなコンデンサを接続した場合であっても短時
間で出力電圧を立ち上げることが可能な過電流制御回路
を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の過電流制御回
路は、トランスと、該トランスの一次側に配置されたス
イッチング素子と、該スイッチング素子を制御するスイ
ッチング制御部と、前記トランスの二次側に発生する電
力を整流及び平滑する平滑部とを備えるスイッチングコ
ンバータに用いられる過電流制御回路であって、前記ト
ランスの一次側に流れる電流を検出する入力電流検出手
段と、前記入力電流検出手段の検出した電流の大きさに
従って前記スイッチング制御部の制御を抑制する過電流
抑制手段と、前記過電流抑制手段の動作を少なくとも２
段階に切り替えるとともに、前記トランスの一次側に直
流電力が供給される電源投入時の近傍では、前記過電流
抑制手段の抑制を緩和する状態に自動的に切り替える立
ち上がり制御手段とを設けたことを特徴とする。

【００１０】請求項１においては、少なくとも電源を投
入した直後は、立ち上がり制御手段の制御によって過電
流抑制手段の抑制を緩和あるいは抑制を禁止する状態に
自動的に切り替わる。このため、電源投入時には、平滑
部に設けられるコンデンサに急速充電するために一時的
に過大な電流が流れてもその電流が抑制されないので、
短時間でコンデンサを充電し、短時間で出力電圧を立ち
上げることができる。

【００１１】電源の投入時以外のタイミングでは、過電
流抑制手段の抑制機能が働くので、部品の故障などによ
って過大な電流が流れれば直ちに電流を抑制し、回路等
を保護することができる。請求項２は、請求項１の過電
流制御回路において、前記過電流抑制手段として、前記
入力電流検出手段の検出した電流の大きさに対応する検
出電圧と、予め定めた基準電圧との差分に比例した信号
を出力する差動増幅回路を設けるとともに、前記立ち上
がり制御手段を用いて前記検出電圧の大きさを切り替え
ることを特徴とする。

【００１２】請求項２においては、差動増幅回路に与え
る前記検出電圧の大きさを切り替えるので、過電流に対
する過電流抑制手段の感度を切り替えて抑制を緩和する
ことができる。

【００１３】請求項３は、請求項１の過電流制御回路に
おいて、前記過電流抑制手段として、前記入力電流検出
手段の検出した電流の大きさに対応する検出電圧と、予
め定めた基準電圧との差分に比例した信号を出力する差
動増幅回路を設けるとともに、前記立ち上がり制御手段
を用いて前記基準電圧の大きさを切り替えることを特徴
とする。

【００１４】請求項３においては、差動増幅回路に与え
る前記基準電圧の大きさを切り替えるので、過電流に対
する過電流抑制手段の感度を切り替えて抑制を緩和する
ことができる。請求項４は、請求項１の過電流制御回路
において、前記立ち上がり制御手段に、電源投入時にパ
ルス状の信号を発生する時定数回路と、前記時定数回路
が出力する信号に従って動作する制御スイッチとを設け
たことを特徴とする。

【００１５】請求項４においては、時定数回路及び制御
スイッチを設けることにより、電源投入時に、一時的に
前記過電流抑制手段の抑制を緩和する状態に自動的に切
り替えることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）本発明の過
電流制御回路の１つの実施の形態について、図１及び図
２を参照しながら説明する。この形態は請求項１，請求
項２及び請求項４に対応する。

【００１７】図１はこの形態のスイッチングコンバータ
の主要部を示す電気回路図である。図２は立ち上がり制
御回路の動作例を示すタイムチャートである。この形態
では、請求項１の入力電流検出手段，過電流抑制手段及
び立ち上がり制御手段は、それぞれ抵抗器２７，過電流
検出回路５５及び立ち上がり制御回路５６に対応する。

【００１８】また、請求項２の差動増幅回路は演算増幅
器２９に対応する。更に、請求項４の時定数回路はコン
デンサ４１及び抵抗器４３に対応し、請求項４の制御ス
イッチはトランジスタ３７に対応する。図１を参照する
と、このスイッチングコンバータにはトランス１３，ス
イッチング素子（ＦＥＴ）１４，制御回路１５，抵抗器
２１，２７，コンデンサ１９，２２，２８，ダイオード
２３〜２５，コイル２６，過電流検出回路５５及び立ち
上がり制御回路５６が備わっている。

【００１９】外部から入力端子１１，１２に入力される
直流電力は、スイッチング素子１４を介してトランス１
３の一次側巻線に印加される。スイッチング素子１４は
制御回路１５から出力される信号によって周期的にオン
オフを繰り返すので、トランス１３の一次側巻線に流れ
る励磁電流ｉ１も周期的にオンオフを繰り返す。このた
め、トランス１３の二次側巻線には交流電力が誘起す
る。

【００２０】トランス１３の二次側巻線に現れた交流電
力は、ダイオード２４，２５で構成される整流回路で整
流され、コイル２６及びコンデンサ１９で構成される平
滑回路で平滑されて直流電力に変換される。この直流電
力が負荷１８に供給される。また、制御回路１５は出力
端子１６に現れた出力電圧を検出し、出力電圧と目標電
圧との差異や出力電圧の変化をスイッチング素子１４の
オンオフデューティに反映し、出力電圧を安定化する。

【００２１】このスイッチングコンバータには、部品の
故障などが生じた場合に過大な電流が流れるのを防止す
るための保護回路として過電流検出回路５５を備えてい
る。また、このスイッチングコンバータでは、スイッチ
ング素子１４と直列に接続された抵抗器２７がトランス
１３の一次側巻線に流れる励磁電流ｉ１を検出する。過
電流検出回路５５は、抵抗器２７に現れる電圧として励
磁電流ｉ１の大きさを検出する。

【００２２】過電流検出回路５５が過大電流を検出した
場合には、過電流検出回路５５から出力される制御信号
ＳＧ１に従って、制御回路１５はスイッチング素子１４
のオンデューティを小さくする。スイッチング素子１４
のオンデューティが小さくなると、トランス１３の一次
側巻線（Ｎ１）の入力電力が抑制され、二次側巻線（Ｎ
２）の出力電力も制限される。従って、過大な電流が流
れるのを防止することができる。

【００２３】但し、電源投入時には容量の大きいコンデ
ンサ１９を急速充電するために大きな電流が流れるの
で、この場合にも過電流検出回路５５が過大電流を検出
する可能性がある。過電流検出回路５５が過大電流を検
出すると、出力電力が抑制されるので、出力端子１６，
１７に現れる出力電圧の立ち上がりが遅くなる。出力電
圧の立ち上がりを早くするために、図１のスイッチング
コンバータには立ち上がり制御回路５６が設けてある。
立ち上がり制御回路５６の制御入力端子６０に印加され
る信号ＳＧ２は、図２に示すように、入力端子１１，１
２の入力電圧Ｖｉｎのオンオフと同期して変化する二値
信号である。

【００２４】すなわち、図示しない主電源が投入されて
所定の直流電力が電圧Ｖｉｎとして入力端子１１，１２
に現れると信号ＳＧ２は低レベルＬから高レベルＨに変
化し、主電源が遮断されて入力端子１１，１２への電力
供給が停止すると、信号ＳＧ２は高レベルＨから低レベ
ルＬに変化する。立ち上がり制御回路５６は、抵抗器３
６，３８，４２，４３，トランジスタ３７，ダイオード
３９及びコンデンサ４１を備えている。

【００２５】主電源が投入され、信号ＳＧ２が低レベル
Ｌから高レベルＨに変化するときには、図２に示すよう
なパルス状の波形が信号ＳＧ３に現れる。すなわち、コ
ンデンサ４１に電荷が充電されるまでの間はコンデンサ
４１のインピーダンスが小さいので、一時的に大きな電
圧が信号ＳＧ３に現れる。信号ＳＧ３の電圧がトランジ
スタ３７の特性によって定まる閾値Ｖｔｈを超えている
間は、トランジスタ３７は導通状態になる。この例で
は、主電源を投入してから１０ｍsecの間だけトランジ
スタ３７が導通状態になるように回路の特性を決定して
ある。

【００２６】過電流検出回路５５における演算増幅器２
９及び抵抗器３１は、差動増幅器を構成している。この
差動増幅器の一方の入力端子には電圧Ｖ１が印加され、
他方の入力端子には電圧Ｖ２が印加される。電圧Ｖ２
は、固定された基準電圧Ｖrefを抵抗器３２，３３で分
圧して得られるので一定である。

【００２７】電圧Ｖ１は、抵抗器２７が検出した電流ｉ
１に比例する電圧Ｖｄを抵抗器３４，３５で構成される
分圧回路で分圧して得られるので、電流ｉ１に応じて変
化する。また、トランジスタ３７が導通している場合に
は、抵抗器３６が抵抗器３５と並列に接続されて分圧回
路の分圧比が変化するので、電圧Ｖ１はトランジスタ３
７のオンオフに応じて変化する。

【００２８】トランジスタ３７が非導通の場合には、抵
抗器２７を流れる電流Ｉ１が予め定めた上限値（過電
流）を超えると（Ｖ１＞Ｖ２）になり、演算増幅器２９
の出力する信号ＳＧ１の電圧が負になる。この場合、制
御回路１５はスイッチング素子１４に与える制御信号Ｓ
Ｇ４のオンデューティを通常よりも小さくする。これに
より、トランス１３の二次側巻線に現れる出力電力が抑
制される。

【００２９】一方、トランジスタ３７が導通状態になる
と、電圧Ｖ１が小さくなり、一時的に電流Ｉ１が上限値
を超えた場合であっても（Ｖ１＜Ｖ２）になり、演算増
幅器２９の出力する信号ＳＧ１の電圧が正になる。この
場合、制御回路１５はスイッチング素子１４に与える制
御信号ＳＧ４のオンデューティを制御可能な範囲内で最
大にする。

【００３０】すなわち、主電源の投入直後には、大きな
電流が流れる場合であっても立ち上がり制御回路５６の
制御によってスイッチング素子１４のオンデューティが
大きくなるので、トランス１３の二次側巻線に大きな電
力が出力され、コンデンサ１９が短時間で充電される。
従って、出力端子１６，１７の電圧の立ち上がりを早く
することができる。

【００３１】主電源投入時以外の定常動作においては、
立ち上がり制御回路５６のトランジスタ３７が非導通に
なっているので、何らかの異常が発生して電流Ｉ１が上
限値を超えると、制御回路１５の制御によりトランス１
３の二次側巻線に現れる出力電力が抑制され、電流が抑
制される。 （第２の実施の形態）本発明の過電流制御回路のもう１
つの実施の形態について、図３を参照しながら説明す
る。この形態は請求項３に対応する。

【００３２】図３はこの形態のスイッチングコンバータ
の主要部を示す電気回路図である。この形態は、第１の
実施の形態の変形例である。図３において、第１の実施
の形態と対応する要素は図１と同じ符号を付けて示して
ある。第１の実施の形態と同一の部分については、以下
の説明を省略する。図３のスイッチングコンバータにお
いては、主電源投入時の出力端子１６，１７の電圧の立
ち上がりを早くするために、電圧Ｖ２を制御するように
構成してある。

【００３３】すなわち、トランジスタ５２及び抵抗器５
３で構成される直列回路を抵抗器３２と並列に接続して
ある。トランジスタ５２が導通状態になると、抵抗器５
３が抵抗器３２と並列に接続されるので、電圧Ｖ２が通
常よりも高くなる。時定数回路５１は、入力される信号
ＳＧ２の立ち上がりに同期したタイミング（主電源投入
時）で、一時的に（例えば１０ｍsec）信号ＳＧ５を低
レベルＬに制御する。信号ＳＧ５が低レベルＬのときに
は、トランジスタ５２が導通状態になり、電圧Ｖ２が大
きくなる。

【００３４】トランジスタ５２が非導通の場合には、抵
抗器２７を流れる電流Ｉ１が予め定めた上限値（過電
流）を超えると（Ｖ１＞Ｖ２）になり、演算増幅器２９
の出力する信号ＳＧ１の電圧が負になる。この場合、制
御回路１５はスイッチング素子１４に与える制御信号Ｓ
Ｇ４のオンデューティを通常よりも小さくする。これに
より、トランス１３の二次側巻線に現れる出力電力が抑
制される。

【００３５】一方、トランジスタ５２が導通状態になる
と、電圧Ｖ２が大きくなり、一時的に電流Ｉ１が上限値
を超えた場合であっても（Ｖ１＜Ｖ２）になり、演算増
幅器２９の出力する信号ＳＧ１の電圧が正になる。この
場合、制御回路１５はスイッチング素子１４に与える制
御信号ＳＧ４のオンデューティを制御可能な範囲内で最
大にする。

【００３６】すなわち、主電源の投入直後には、大きな
電流が流れる場合であってもトランジスタ５２の制御に
よってスイッチング素子１４のオンデューティが大きく
なるので、トランス１３の二次側巻線に大きな電力が出
力され、コンデンサ１９が短時間で充電される。従っ
て、出力端子１６，１７の電圧の立ち上がりを早くする
ことができる。

【００３７】主電源投入時以外の定常動作においては、
トランジスタ５２が非導通になっているので、何らかの
異常が発生して電流Ｉ１が上限値を超えると、制御回路
１５の制御によりトランス１３の二次側巻線に現れる出
力電力が抑制され、電流が抑制される。

【００３８】

【発明の効果】以上の通り、本発明の過電流制御回路に
よれば、トランスの二次側の平滑回路に容量の大きなコ
ンデンサを接続した場合であっても電源投入時には短時
間で出力電圧を立ち上げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態のスイッチングコンバータの
主要部を示す電気回路図である。

【図２】立ち上がり制御回路の動作例を示すタイムチャ
ートである。

【図３】第２の実施の形態のスイッチングコンバータの
主要部を示す電気回路図である。

【図４】従来例のスイッチングコンバータを示すブロッ
ク図である。

【符号の説明】

１ 過電流検出回路 ２ 制御回路 １１，１２ 入力端子 １３ トランス １４ スイッチング素子 １５ 制御回路 １６，１７ 出力端子 １８ 負荷 １９，２２，２８ コンデンサ ２１，２７ 抵抗器 ２３，２４，２５ ダイオード ２６ コイル ２９ 演算増幅器 ３１〜３６ 抵抗器 ３７，５２ トランジスタ ３８，４２，４３，５３ 抵抗器 ３９ ダイオード ４１ コンデンサ ５１ 時定数回路 ５５ 過電流検出回路 ５６ 立ち上がり制御回路 ６０ 制御入力端子 ＳＷ スイッチング素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H730 AA20 AS01 AS05 BB23 BB57 DD04 EE02 EE08 EE10 EE59 FD01 FD41 FG05 FG25 XX03 XX15 XX22 XX35 XX40

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トランスと、該トランスの一次側に配置
   されたスイッチング素子と、該スイッチング素子を制御
   するスイッチング制御部と、前記トランスの二次側に発
   生する電力を整流及び平滑する平滑部とを備えるスイッ
   チングコンバータに用いられる過電流制御回路であっ
   て、 前記トランスの一次側に流れる電流を検出する入力電流
   検出手段と、 前記入力電流検出手段の検出した電流の大きさに従って
   前記スイッチング制御部の制御を抑制する過電流抑制手
   段と、 前記過電流抑制手段の動作を少なくとも２段階に切り替
   えるとともに、前記トランスの一次側に直流電力が供給
   される電源投入時の近傍では、前記過電流抑制手段の抑
   制を緩和する状態に自動的に切り替える立ち上がり制御
   手段とを設けたことを特徴とする過電流制御回路。
2. 【請求項２】 請求項１の過電流制御回路において、前
   記過電流抑制手段として、前記入力電流検出手段の検出
   した電流の大きさに対応する検出電圧と、予め定めた基
   準電圧との差分に比例した信号を出力する差動増幅回路
   を設けるとともに、前記立ち上がり制御手段を用いて前
   記検出電圧の大きさを切り替えることを特徴とする過電
   流制御回路。
3. 【請求項３】 請求項１の過電流制御回路において、前
   記過電流抑制手段として、前記入力電流検出手段の検出
   した電流の大きさに対応する検出電圧と、予め定めた基
   準電圧との差分に比例した信号を出力する差動増幅回路
   を設けるとともに、前記立ち上がり制御手段を用いて前
   記基準電圧の大きさを切り替えることを特徴とする過電
   流制御回路。
4. 【請求項４】 請求項１の過電流制御回路において、前
   記立ち上がり制御手段に、電源投入時にパルス状の信号
   を発生する時定数回路と、前記時定数回路が出力する信
   号に従って動作する制御スイッチとを設けたことを特徴
   とする過電流制御回路。