JP2004304898A

JP2004304898A - スイッチング電源装置

Info

Publication number: JP2004304898A
Application number: JP2003093522A
Authority: JP
Inventors: Yukio Murata; 幸雄村田
Original assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Current assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2004-10-28

Abstract

【課題】過負荷時の３端子レギュレータの発熱を抑制すること。
【解決手段】３端子レギュレータ（３０）の出力端子と主出力回路の出力端子との間に接続された検出回路（４０）は、レギュレータ電圧（Ｖｒｅｇ）が主出力電圧（Ｖｏｕｔ１）より低くなったことを検出して、検出信号を出力する。この検出信号に応答して、出力回路（４２）は電源停止信号を出力する。第２のフォトカプラ（ＰＣ２）は、電源停止信号を一次側と二次側とを電気的に絶縁分離して第２の帰還信号としてＰＷＭ制御回路（２０Ａ）へ送出する。ＰＷＭ制御回路は、第２の帰還信号に応答して、スイッチング素子（Ｑ）にオンオフ制御信号として当該スイッチング素子をオフする信号を送出して、当該スイッチング電源装置を停止させる。
【選択図】図２

Description

【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二次側で出力電圧を設定するために使用される３端子レギュレータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
安定化電源回路の１つとして３端子レギュレータが知られている。３端子レギュレータは、安定な基準電圧源と、出力電圧と基準電圧との差を増幅する回路と、出力トランジスタとにより構成される。
【０００３】
３端子レギュレータは、入力端子と、接地端子と、出力端子とを持つ。入力端子と接地端子との間には一次側電源（スイッチング電源装置）が接続され、出力端子と接地端子との間には負荷が接続される。
【０００４】
尚、一次側電源（スイッチング電源装置）の一例としては、例えば、特許文献１に記載された「多出力スイッチングレギュレータ」に開示されたものを使用できる。特許文献１に記載された多出力スイッチングレギュレータは、一次巻線に印加される入力直流電圧をスイッチング素子によりオンオフする一次側回路と、主二次巻線に誘起されるスイッチング信号を整流平滑して主出力電圧を出力する主出力回路と、従二次巻線に誘起されるスイッチング信号を整流平滑して従出力電圧を出力する従出力回路と、主出力電圧と基準電圧とを比較して、誤差信号を出力する誤差アンプと、誤差信号を一次側と二次側とを電気的に絶縁分離して帰還信号として一次側へ送出するフォトカプラと、帰還信号に応答してスイッチング素子にオンオフ制御信号を送って、主出力回路の主出力電圧を安定化する制御回路とを有する。
【０００５】
３端子レギュレータは、従出力回路の従出力電圧を安定化するために、従出力回路の出力端子に接続される。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−１９１４２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、３端子レギュレータの出力端子に接続された負荷がショートする等して、３端子レギュレータが過負荷状態になると、３端子レギュレータが発熱して、焼損してしまう虞がある。
【０００８】
したがって、本発明の課題は、過負荷時の３端子レギュレータの発熱を抑制することができるスイッチング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】
本発明が適用されるスイッチング電源装置は、トランス（Ｔ）の一次巻線（Ｎｐ）に印加される入力直流電圧（Ｖｉｎ）をスイッチング素子（Ｑ）によりオンオフする一次側回路と、前記トランスの主二次巻線（Ｎｓｍ）に誘起されるスイッチング信号を整流平滑して主出力電圧（Ｖｏｕｔ１）を出力する主出力回路と、前記トランスの従二次巻線（Ｎｓｓ）に誘起されるスイッチング信号を整流平滑して、前記主出力電圧よりも高い従出力電圧（Ｖｏｕｔ２）を出力する従出力回路と、主出力電圧と基準電圧（Ｖｒｅｆ）とを比較して、誤差信号を出力する誤差アンプ（１０）と、誤差信号を一次側と二次側とを電気的に絶縁分離して帰還信号として一次側へ送出する第１の絶縁分離手段（ＰＣ１）と、帰還信号に応答してスイッチング素子にオンオフ制御信号を送って、主出力回路の主出力電圧を安定化する制御回路（２０Ａ）と、前記従出力回路の出力端子に接続されてレギュレータ電圧（Ｖｒｅｇ）を出力する３端子レギュレータ（３０）とを備える。
【００１０】
本発明の第１の態様によれば、上記スイッチング電源装置は、前記３端子レギュレータの出力端子と前記主出力回路の出力端子との間に接続され、前記レギュレータ電圧が前記主出力電圧より低くなったことを検出して、検出信号を出力する検出手段（４０）と、前記検出信号に応答して、電源停止信号を出力する出力手段（４２）と、前記電源停止信号を一次側と二次側とを電気的に絶縁分離して第２の帰還信号として前記制御回路へ送出する第２の絶縁分離手段（ＰＣ２）とを更に備え、前記制御回路は、前記第２の帰還信号に応答して、前記スイッチング素子に前記オンオフ制御信号として当該スイッチング素子をオフする信号を送出して、当該スイッチング電源装置を停止させるようにした。
【００１１】
本発明の第２の態様によれば、上記スイッチング電源装置は、前記３端子レギュレータの出力端子と前記主出力回路の出力端子とに接続され、前記レギュレータ電圧と前記主出力電圧とを比較し、前記レギュレータ電圧が前記主出力電圧より低いときに電源停止信号を出力する比較手段（４０Ａ）と、前記電源停止信号を一次側と二次側とを電気的に絶縁分離して第２の帰還信号として前記制御回路へ送出する第２の絶縁分離手段（ＰＣ２）とを更に備え、前記制御回路は、前記第２の帰還信号に応答して、前記スイッチング素子に前記オンオフ制御信号として当該スイッチング素子をオフする信号を送出して、当該スイッチング電源装置を停止させるようにした。
【００１２】
尚、上記括弧内の符号は、本発明の理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、これらに限定されないのは勿論である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１４】
図１を参照して、本発明の理解を容易するために、従来のスイッチング電源装置について説明する。図示のスイッチング電源装置は、上記特許文献１の図１に開示されている多出力スイッチングレギュレータに対し、さらにその従出力回路の出力端子に３端子レギュレータが接続されたものである。
【００１５】
最初に、多出力スイッチングレギュレータについて説明する。主出力電圧Ｖｏｕｔ１の安定化はＰＷＭ制御回路による負帰還回路により行い、従出力電圧Ｖｏｕｔ２については主出力電圧Ｖｏｕｔ１の安定化に依存して行う。主出力電圧Ｖｏｕｔ１については負荷電流は入力電圧の変動に対して概ね５％以内の高精度な安定化が行われ、他方、従出力電圧Ｖｏｕｔ２については概ね１０〜２０％以内の通常精度の安定化が行われる。
【００１６】
尚、主出力電圧Ｖｏｕｔ１は、例えば、３．３Ｖであり、従出力電圧Ｖｏｕｔ２は、例えば、５Ｖである。
【００１７】
図１において、入力直流電圧Ｖｉｎは、商用電源等のＡＣ入力電圧をダイオードブリッジ回路等の整流回路で整流し、平滑コンデンサ等の平滑化回路で平滑化されたものや、バッテリ等の直流電圧源から供給されるものである。この入力直流電圧Ｖｉｎは入力コンデンサＣｉｎを介してトランスＴの一次巻線Ｎｐに印加され、ＦＥＴ等のスイッチング素子Ｑによってオンオフされている。するとトランスＴの主二次巻線Ｎｓｍにはスイッチング信号が誘起される。このスイッチング信号はダイオードＤ１とコンデンサＤ１の第１の整流平滑化回路で直流化され、主出力電圧Ｖｏｕｔ１として出力される。
【００１８】
また、トランスＴの従二次巻線Ｎｓｓにもスイッチング信号が誘起される。このスイッチング信号はダイオードＤ２とコンデンサＣ２の第２の整流平滑化回路で直流化され、従出力電圧Ｖｏｕｔ２として出力される。
【００１９】
主出力電圧Ｖｏｕｔ１の安定化のために、分圧抵抗器Ｒ１，Ｒ２で主出力電圧Ｖｏｕｔ１を分圧し、誤差アンプ１０のレファレンス端子に入力する。誤差アンプ１０のアノード端子（コモン端子）は主二次巻線Ｎｓｍのコモン端子と接続され、カソード端子（出力端子）はフォトカプラＰＣの発光ダイオードＤ３のカソード端子と接続されている。そして、誤差アンプ１０はレファレンス端子（入力端子）の入力電圧と基準電圧Ｖｒｅｆとを比較して、比較結果信号をカソード端子に出力している。
【００２０】
またフォトカプラＰＣの発光ダイオードＤ３のアノード端子は、主出力電圧Ｖｏｕｔ１の出力端子と接続されており、制御電流Ｉｃｔｒｌの供給を受けている。そして、フォトカプラＰＣの受光トランジスタＴｒ１はＰＷＭ制御回路２０の誤差電圧入力端子に接続されている。
【００２１】
さらに、トランスＴの補助巻線ＮＢにもスイッチング信号が誘起されるので、ＰＷＭ制御回路２０の動作電力として利用される。ＰＷＭ制御回路２０はスイッチング素子Ｑにオンオフ制御信号を送り、主出力電圧Ｖｏｕｔ１を安定化している。
【００２２】
また従出力電圧Ｖｏｕｔ２の安定化については、主二次巻線Ｎｓｍと従二次巻線Ｎｓｓとが同一トランスＴに巻装されていることによって、主出力電圧Ｖｏｕｔ１の安定化に随伴して行われる。これはトランスＴのクロスレギュレーションと呼ばれている。尚、誤差アンプ１０はカソード端子の出力電圧により出力電圧変動のＡＣ成分の帰還を行っている。従って、ＰＷＭ制御回路２０では出力電圧のＡＣ変動の低減にも効力を有している。
【００２３】
図中、一次巻線Ｎｐ、主二次巻線Ｎｓｍ、従二次巻線Ｎｓｓ及び補助巻線ＮＢに付された黒丸●は巻線の開始部位を表している。
【００２４】
次に、この多出力スイッチングレギュレータに接続される３端子レギュレータ３０について説明する。
【００２５】
３端子レギュレータ３０は、入力端子３１と、接地端子３２と、出力端子３３とを持つ。入力端子３１と接地端子３２との間には従出力回路の出力端子が接続され、出力端子３３と接地端子３２との間には負荷（図示せず）が接続される。３端子レギュレータ３０は出力端子３３からレギュレータ電圧Ｖｒｅｇを出力する。
【００２６】
このような構成のスイッチング電源装置では、上述したように、負荷がショートする等して、３端子レギュレータ３０が過負荷状態になると、３端子レギュレータ３０が発熱して、焼損してしまう虞がある。
【００２７】
図２を参照して、本発明の第１の実施の形態に係るスイッチング電源装置について説明する。図示のスイッチング電源装置は、検出回路４０と出力回路４２と第２のフォトカプラＰＣ２とが付加され、ＰＷＭ制御回路の動作が変更されている点を除いて、図１に示した従来のスイッチング電源装置と同様の構成を有する。したがって、ＰＷＭ制御回路に２０Ａの参照符号を付す。図１に示した構成要素と同様の機能を有するものには同一の参照符号を付して、説明の簡略化のためにそれらの説明については省略する。
【００２８】
検出回路４０は、３端子レギュレータ３３の出力端子と主出力端子の出力端子との間に接続されている。検出回路４０は、レギュレータ電圧Ｖｒｅｇが主出力電圧Ｖｏｕｔ１より低くなったことを検出して、検出信号を出力する。出力回路４２は、この検出信号に応答して、電源停止信号を出力する。第２のフォトカプラＰＣ２は、この電源停止信号を一次側と二次側とを電気的に絶縁分離して第２の帰還信号としてＰＷＭ制御回路２０Ａへ送出する。この第２の帰還信号に応答して、ＰＷＭ制御回路２０Ａは、スイッチング素子Ｑにオンオフ制御信号として当該スイッチング素子Ｑをオフする信号を送出して、当該スイッチング電源装置を停止させる。
【００２９】
第２のフォトカプラＰＣ２の発光ダイオードＤ４のアノード端子は、出力回路４２の出力端子に接続され、カソード端子は、主二次巻線Ｎｓｍのコモン側に接続されている。第２のフォトカプラＰＣ２の受光トランジスタＴｒ２はＰＷＭ制御回路２０Ａの電源停止入力端子に接続されている。
【００３０】
図示の例において、検出回路４０は、ダイオードＤ５と、抵抗器Ｒ３、Ｒ４と、ｐｎｐ形バイポーラトランジスタＴｒ３とから構成されている。ダイオードＤ５のカソード端子は３端子レギュレータ３０の出力端子３３に接続されている。ダイオードＤ５のアノード端子は抵抗器Ｒ３を介してｐｎｐ形バイポーラトランジスタＴｒ３のベース端子に接続されている。また、ｐｎｐ形バイポーラトランジスタＴｒ３のベース端子と主出力回路の出力端子との間に抵抗器Ｒ４が接続されている。
【００３１】
ｐｎｐ形バイポーラトランジスタＴｒ３のエミッタ端子は主出力回路の出力端子に接続されている。
【００３２】
このような構成の検出回路４０において、３端子レギュレータ３０から出力されるレギュレータ電圧Ｖｒｅｇが主出力回路の主出力電圧Ｖｏｕｔ１より低くなると、ｐｎｐ形バイポーラトランジスタＴｒ３がオンして、ｐｎｐ形バイポーラトランジスタＴｒ３のコレクタ端子からコレクタ電流が流れる。このコレクタ電流が検出信号として出力回路４２に供給される。
【００３３】
一方、図示の出力回路４２は、抵抗器Ｒ５、Ｒ６とコンデンサＣ３とから構成されている。抵抗器Ｒ５の一端は、ｐｎｐ形バイポーラトランジスタＴｒ３のコレクタ端子に接続されている。抵抗器Ｒ５の他端と主二次巻線Ｎｓｍのコモン側との間には、抵抗器Ｒ６とコンデンサＣ３とが並列に接続されている。抵抗器Ｒ５の他端が出力回路４２の出力端子である。
【００３４】
検出回路４０から検出信号が供給されると、出力回路４２はその出力端子から電源停止信号を出力する。
【００３５】
図３に３端子レギュレータ３０の出力特性を示す。図３において、縦軸は出力電圧（レギュレータ電圧）Ｖｒｅｇを示し、横軸は出力電流（レギュレータ電流）Ｉｒｅｇを示す。負荷の消費電流が制限値に達すると、点線のように出力電流Ｉｒｅｇの電流値を最大値よりも小さく抑える。このような特性を３端子レギュレータ３０のフの字特性という。
【００３６】
次に、図２および図３を参照して、第１の実施の形態に係るスイッチング電源装置の動作について説明する。ここでは、正常（通常）動作状態において、３端子レギュレータ３０から出力されるレギュレータ電圧Ｖｒｅｇが５Ｖであり、主出力回路の主出力電圧Ｖｏｕｔ１が３．３Ｖであるとする。
【００３７】
３端子レギュレータ３０の出力端子３３と接地端子３２との間に接続されている負荷が短絡（ショート）する等して、３端子レギュレータ３０が過負荷状態になったとする。この場合、図３に示すフの字特性により、レギュレータ電圧Ｖｒｅｇが低下する。
【００３８】
そして、このレギュレータ電圧Ｖｒｅｇが主出力電圧Ｖｏｕｔ１より低くなると、検出回路４０は検出信号を出力する。この検出信号に応答して、出力回路４２は電源停止信号を出力する。第２のフォトカプラＰＣ２は、この電源停止信号を第２の帰還信号としてＰＷＭ制御回路２０Ａへ送出する。この第２の帰還信号に応答して、ＰＷＭ制御回路２０Ａは、スイッチング素子Ｑにオンオフ制御信号として当該スイッチング素子Ｑをオフする信号を送出する。これにより、当該スイッチング電源装置は停止する。
【００３９】
このように、レギュレータ電圧Ｖｒｅｇが低下すると、第２のフォトカプラＰＣ２を介して一次側にフィードバックをかけることにより、スイッチング電源装置を安全に停止させることができる。
【００４０】
図４を参照して、本発明の第２の実施の形態に係るスイッチング電源装置について説明する。図示のスイッチング電源装置は、検出回路４０と出力回路４２の代わりに、比較器４０Ａを備えている点を除いて、図２に示したスイッチング電源装置と同様の構成を有する。図２に示した構成要素と同様の機能を有するものには同一の参照符号を付して、説明の簡略化のためにそれらの説明については省略する。
【００４１】
比較器４０Ａは、３端子レギュレータ３０の出力端子３３と主出力回路の出力端子とに接続されている。比較器４０Ａは、レギュレータ電圧Ｖｒｅｇと主出力電圧Ｖｏｕｔ１とを比較し、レギュレータ電圧Ｖｒｅｇが主出力電圧Ｖｏｕｔ１より低いときに電源停止信号を出力する。
【００４２】
比較器４０Ａの出力端子は第２のフォトカプラＰＣ２の発光ダイオードＤ４のアノード端子に接続されている。第２のフォトカプラＰＣ２の発光ダイオードＤ４のカソード端子は、主二次巻線Ｎｓｍのコモン側に接続されている。
【００４３】
第２の実施の形態に係るスイッチング電源装置の動作は、前述した第１の実施の形態に係るスイッチング電源装置と同様であるので、その説明は省略する。
【００４４】
本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更・変形が可能なのは勿論である。例えば、上記実施の形態では、絶縁分離手段としてフォトカプラを使用しているが、他の絶縁分離手段を用いても良いのは勿論である。
【００４５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明では、３端子レギュレータの出力電圧（レギュレータ電圧）が低下したときに、その事をフォトカプラを介して一次側にフィードバックをかけるようにしているので、スイッチング電源装置を安全に停止させることができる。これにより、３端子レギュレータの過負荷時の発熱を抑制することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のスイッチング電源装置の構成を示す回路ブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るスイッチング電源装置の構成を示す回路ブロック図である。
【図３】３端子レギュレータの出力特性を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係るスイッチング電源装置の構成を示す回路ブロック図である。
【符号の説明】
１０誤差アンプ
２０ＡＰＷＭ制御回路
３０３端子レギュレータ
４０検出回路
４０Ａ比較器
４２出力回路
Ｑスイッチング素子
Ｔトランス
Ｎｐ一次巻線
Ｎｓｍ主二次巻線
Ｎｓｓ従二次巻線
ＰＣ１、ＰＣ２フォトカプラ

Claims

トランスの一次巻線に印加される入力直流電圧をスイッチング素子によりオンオフする一次側回路と、前記トランスの主二次巻線に誘起されるスイッチング信号を整流平滑して主出力電圧を出力する主出力回路と、前記トランスの従二次巻線に誘起されるスイッチング信号を整流平滑して、前記主出力電圧よりも高い従出力電圧を出力する従出力回路と、主出力電圧と基準電圧とを比較して、誤差信号を出力する誤差アンプと、誤差信号を一次側と二次側とを電気的に絶縁分離して帰還信号として一次側へ送出する第１の絶縁分離手段と、帰還信号に応答してスイッチング素子にオンオフ制御信号を送って、主出力回路の主出力電圧を安定化する制御回路と、前記従出力回路の出力端子に接続されてレギュレータ電圧を出力する３端子レギュレータとを備えたスイッチング電源装置において、
前記３端子レギュレータの出力端子と前記主出力回路の出力端子との間に接続され、前記レギュレータ電圧が前記主出力電圧より低くなったことを検出して、検出信号を出力する検出手段と、
前記検出信号に応答して、電源停止信号を出力する出力手段と、
前記電源停止信号を一次側と二次側とを電気的に絶縁分離して第２の帰還信号として前記制御回路へ送出する第２の絶縁分離手段とを備え、
前記制御回路は、前記第２の帰還信号に応答して、前記スイッチング素子に前記オンオフ制御信号として当該スイッチング素子をオフする信号を送出して、当該スイッチング電源装置を停止させるようにしたことを特徴とする、スイッチング電源装置。
前記第１及び前記第２の絶縁分離手段の各々がフォトカプラである、請求項１に記載のスイッチング電源装置。
トランスの一次巻線に印加される入力直流電圧をスイッチング素子によりオンオフする一次側回路と、前記トランスの主二次巻線に誘起されるスイッチング信号を整流平滑して主出力電圧を出力する主出力回路と、前記トランスの従二次巻線に誘起されるスイッチング信号を整流平滑して、前記主出力電圧よりも高い従出力電圧を出力する従出力回路と、主出力電圧と基準電圧とを比較して、誤差信号を出力する誤差アンプと、誤差信号を一次側と二次側とを電気的に絶縁分離して帰還信号として一次側へ送出する第１の絶縁分離手段と、帰還信号に応答してスイッチング素子にオンオフ制御信号を送って、主出力回路の主出力電圧を安定化する制御回路と、前記従出力回路の出力端子に接続されてレギュレータ電圧を出力する３端子レギュレータとを備えたスイッチング電源装置において、
前記３端子レギュレータの出力端子と前記主出力回路の出力端子とに接続され、前記レギュレータ電圧と前記主出力電圧とを比較し、前記レギュレータ電圧が前記主出力電圧より低いときに電源停止信号を出力する比較手段と、
前記電源停止信号を一次側と二次側とを電気的に絶縁分離して第２の帰還信号として前記制御回路へ送出する第２の絶縁分離手段とを備え、
前記制御回路は、前記第２の帰還信号に応答して、前記スイッチング素子に前記オンオフ制御信号として当該スイッチング素子をオフする信号を送出して、当該スイッチング電源装置を停止させるようにしたことを特徴とする、スイッチング電源装置。
前記第１及び前記第２の絶縁分離手段の各々がフォトカプラである、請求項３に記載のスイッチング電源装置。