JP2003333842A - スイッチング電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明はスイッチング電源装置に関するもの
であり、過入力電圧印加時の安全性の向上とスイッチン
グ電源装置の小型化を図るものである。 【解決手段】 スイッチングトランス６の出力巻線６ｂ
間の電圧Ｖｂが過入力電圧印加によりツェナーダイオー
ド１０のツェナー電圧を超えると保護回路９を構成する
ツェナーダイオード１０にツェナー電流が流れ、このツ
ェナー電流による損失電力でツェナーダイオード１０が
熱破壊してショート状態になり、スイッチング素子５が
オンしたときスイッチングトランス６の１次巻線６ａに
流れる電流が大きくなりスイッチング素子５の損失電力
が増加してスイッチング素子５が熱破壊によりショート
状態となり、大電流が流れて過電流保護素子を動作させ
てスイッチング電源装置を入力供給電源から切り離して
安全にスイッチング電源装置の動作を停止させる。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、スイッチング電源
装置の過入力電圧保護に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来、この種のスイッチング電源装置
は、定格入力電圧を超える過電圧が印加された場合でも
安全に動作させるため前記スイッチング電源装置を構成
する各電子部品の耐電圧は、前記スイッチング電源装置
の定格入力電圧に余裕を持たせた耐電圧にしていた。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の構成では、スイッチング電源装置を構成する各電子
部品の耐電圧を過入力電圧に対して余裕を持たせている
ために前記スイッチング電源装置に過入力電圧が印加さ
れた異常状態でも前記各電子部品が動作を続けるために
消費者が異常に気づかず電子機器を使用し続けて異常状
態のまま長時間使用される恐れがあったり、また前記電
子部品の耐電圧より高い過入力電圧が印加された場合そ
の過入力電圧によって前記各電子部品の中のどの電子部
品がどのような状態で劣化し破壊するか予想が立てにく
いためにその対処が複雑で困難になるということから過
入力電圧に対して各電子部品の耐電圧をさらに必要以上
に余裕を持たせた設計が必要となり、その結果スイッチ
ング電源装置の形状が必要以上に大きくなるという問題
点を有していた。 【０００４】本発明は前記従来の問題点を解決するもの
で、過入力電圧の印加時にスイッチング電源装置の動作
を安全に停止させることができるとともに、スイッチン
グ電源装置の小型化を図ることを目的とするものであ
る。 【０００５】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は特に、スイッチングトランスの出力巻線間
にツェナーダイオードとダイオードのそれぞれのカソー
ドの向きが反対方向になるように直列接続して構成され
た保護回路を備えた構成を有しており、これにより、過
入力電圧の印加時にスイッチング電源装置に用いられて
いる各電子部品の中の特定の電子部品を決められたステ
ップで安全に劣化・破壊させることができるため、スイ
ッチング電源装置の動作を安全に停止させることができ
るとともに、過入力電圧に対する各電子部品の耐電圧に
従来ほどの余裕を持たせる必要がなくなるため、定格入
力電圧に対する耐電圧を配慮するだけで良くなり、結果
として各電子部品の形状は小さくなり、その結果、小型
化を可能とするスイッチング電源装置を提供することが
できるという作用効果が得られる。 【０００６】 【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態につ
いて図面を用いて説明する。 【０００７】図１は、本発明の一実施の形態におけるフ
ライバック型スイッチング電源装置の回路構成図であ
る。 【０００８】図において、１は入力電源であり、この入
力電源１には整流器３、電解コンデンサ４が接続され、
入力電源１と整流器３間には過電流保護素子２が挿入さ
れる。６はスイッチングトランスであり、このスイッチ
ングトランス６は１次巻線６ａ、出力巻線６ｂ、制御巻
線６ｃで構成され、スイッチングトランス６の１次巻線
６ａの一端は整流器３に接続し、スイッチングトランス
６の１次巻線６ａの他端はスイッチング素子５を介して
整流器３に接続される。 【０００９】スイッチングトランス６の制御巻線６ｃは
スイッチング素子５のオンオフを制御する制御回路８に
接続され、またスイッチングトランス６の出力巻線６ｂ
には整流平滑回路１２を介して負荷１３が接続し、さら
にスイッチングトランス６の出力巻線６ｂ間にツェナー
ダイオード１０とダイオード１１がそれぞれのカソード
の向きが反対方向になるように向い合うように直列接続
した保護回路９が接続される。７はこのスイッチング電
源装置の起動時にスイッチング素子を起動させる起動抵
抗である。 【００１０】以上のように構成されたスイッチング電源
装置について、以下にその動作を説明する。 【００１１】図２は、本発明の一実施の形態におけるフ
ライバック型スイッチング電源装置のスイッチングトラ
ンスの１次巻線の電流波形と出力巻線の電圧波形図であ
る。 【００１２】スイッチング電源装置に入力電源１が印加
されると起動抵抗７を通して制御回路８に電圧が印加さ
れ、スイッチング素子５をオン・オフさせて、スイッチ
ングトランス６の１次巻線６ａに流れる電流Ｉａを変化
させ、１次巻線６ａ間に電圧Ｖａを発生させる。スイッ
チングトランス６の１次巻線６ａと出力巻線６ｂ間の相
互インダクタンスにより出力巻線６ｂ間に誘起されて発
生する電圧Ｖｂを整流平滑回路１２により直流電圧に変
換して負荷１３に出力する。 【００１３】この出力はスイッチングトランス６の１次
巻線６ａと制御巻線６ｃ間、または出力巻線６ｂと制御
巻線６ｃ間の相互インダクタンスにより制御巻線６ｃ間
に誘起されて発生する電圧を制御回路８により制御して
出力を安定させている。 【００１４】スイッチングトランス６の１次巻線６ａに
接続されたスイッチング素子５がオンするとこの１次巻
線６ａ間には入力電圧（入力電解コンデンサ４の両端電
圧）Ｖｉｎに等しい電圧Ｖａが発生し、スイッチングト
ランス６の出力巻線６ｂ間には電圧Ｖａに対して１次巻
線６ａとこの出力巻線６ｂの巻線比により比例した電圧
Ｖｂが発生する１次巻線６ａに接続されたスイッチング
素子５が制御回路８によりオフすると、出力巻線６ｂ間
には電圧Ｖｂとは逆方向の電圧が発生する。そのため出
力巻線６ｂ間には図２に示すようなパルス発振波形の電
圧が発生する。 【００１５】このスイッチング電源装置の入力に定格電
圧が印加されている場合は、出力巻線６ｂ間に接続され
たツェナーダイオード１０とダイオード１１の直列回路
はそれぞれのカソードの向きが反対になっているため電
流は流れず、スイッチング電源装置の動作に影響を与え
ない。 【００１６】スイッチング電源装置の入力に過入力電圧
が印加されると出力巻線６ｂ間に発生する電圧Ｖｂが高
くなり、この電圧Ｖｂがツェナーダイオード１０のツェ
ナー電圧を超えるとダイオード１１のカソードは、ツェ
ナーダイオード１０のツェナー電流を流すように接続さ
れているためツェナーダイオード１０にツェナー電流が
流れ、このツェナー電流とツェナー電圧の積に等しい損
失電力をツェナーダイオード１０に発生し、この損失電
力による発熱によりツェナーダイオード１０はダメージ
を受ける。 【００１７】電圧Ｖｂはパルスで繰り返し発生するため
ツェナーダイオード１０は徐々に熱によるダメージを蓄
積して劣化しショート状態で破壊する。ツェナーダイオ
ード１０がショートすると、１次巻線６ａに接続された
前記スイッチング素子５がオンしたとき、１次巻線６ａ
のインダクタンスは出力巻線６ｂがショートされた状態
になるために正常時より遥かに小さくなり、また入力電
圧が正常時より高くなっているため１次巻線６ａに流れ
る電流は大きくなる。 【００１８】これにより１次巻線６ａに接続されたスイ
ッチング素子５のスイッチングロスが増加し、スイッチ
ング素子５が熱破壊によりショート状態になる。このス
イッチング素子５がショートするとスイッチングトラン
ス６の１次巻線６ａに大電流が流れて過電流保護素子１
を動作させて、スイッチング電源装置を入力供給電源か
ら切り離しスイッチング電源装置の動作を停止させる。 【００１９】なお、本実施の形態では、フライバック型
スイッチング電源装置を説明したが、フォワード型スイ
ッチング電源装置の場合でも全く同様の効果が得られ
る。 【００２０】図３は、本発明の一実施の形態におけるフ
ライバック型スイッチング電源装置の回路構成図であ
る。 【００２１】図３において、図１と相違する点は、フォ
ワード方式のためスイッチングトランス６の極性が逆方
向になり、出力巻線６ｂに発生する電圧Ｖｂの極性が逆
方向になるためツェナーダイオード１０、ダイオード１
１の各カソードの向きを逆方向にする点である。過入力
電圧の印加時に前記ツェナーダイオード１０がショート
状態で破壊してからスイッチング素子５のショート状態
の破壊、過電流保護素子の動作、スイッチング電源装置
を入力電源から切り離してスイッチング電源装置の動作
を停止させるまでの過程はフライバック方式と同様であ
る。 【００２２】 【発明の効果】以上のように、本発明によれば、スイッ
チングトランスの出力巻線間にツェナーダイオードとダ
イオードのそれぞれのカソードの向きが反対方向になる
ように直列接続して構成された保護回路を備えることに
より、過入力電圧の印加時にスイッチング電源装置に用
いられる各電子部品の中の特定の電子部品を決められた
ステップで安全に劣化・破壊させることができるため、
スイッチング電源装置の動作を安全に停止させることが
できるとともに、過入力電圧に対する各電子部品の耐電
圧に従来ほどの余裕を持たせる必要がなくなるため、定
格入力電圧に対する耐電圧を配慮するだけで良くなり、
結果として各電子部品の形状は小さくなり、その結果、
小型化を可能とするスイッチング電源装置を提供するこ
とができるという効果を奏するものである。 【００２３】また、各電子部品の耐電圧を必要最小限に
できるため小型化を可能にするだけでなく大幅なコスト
ダウンも図れることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の一実施の形態におけるフライバック型
スイッチング電源装置の回路構成図 【図２】同実施の形態におけるスイッチングトランスの
１次巻線の電流波形と出力巻線の電圧波形図 【図３】同実施の形態におけるフォワード型スイッチン
グ電源装置の回路構成図 【符号の説明】 １ 入力電源 ２ 過電流保護素子 ５ スイッチング素子 ６ スイッチングトランス ６ａ １次巻線 ６ｂ 出力巻線 ６ｃ 制御巻線 ８ 制御回路 ９ 保護回路 １０ ツェナーダイオード １１ ダイオード １２ 整流平滑回路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 入力電源と、この入力電源に接続された
   少なくとも１次巻線、出力巻線、制御巻線を備えたスイ
   ッチングトランスと、前記スイッチングトランスの１次
   巻線の一端と前記入力電源間に挿入された過電流保護素
   子と、前記スイッチングトランスの１次巻線の他端と前
   記入力電源間に挿入されたスイッチング素子と、前記ス
   イッチングトランスの制御巻線に接続され前記スイッチ
   ング素子のオンオフを制御する制御回路と、前記スイッ
   チングトランスの出力巻線に接続された整流平滑回路と
   からなるスイッチング電源装置であって、前記スイッチ
   ングトランスの出力巻線間にツェナーダイオードとダイ
   オードのそれぞれのカソードの向きが反対方向になるよ
   うに直列接続して構成された保護回路を備えたスイッチ
   ング電源装置。