JP2005176556A - スイッチング電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 過電圧保護機能を有するスイッチング電源装置に関し、コストアップすることなく、確実に過電圧を検出して保護する。
【解決手段】 トランスＴ１の一次巻線に接続したスイッチングトランジスタＱ１をオン，オフ制御して、トランスＴ１の二次巻線の誘起電圧を整流した直流の出力電圧Ｖｏｕｔを負荷に印加し、この出力電圧Ｖｏｕｔを検出してスイッチングトランジスタＱ１を制御する制御回路ＩＣ１を有し、この制御回路ＩＣ１は、トランスＴ１の三次巻線の誘起電圧が設定値を超えた時に、出力電圧Ｖｏｕｔが過電圧状態となったとしてスイッチングトランジスタＱ１のオン，オフ制御を停止するスイッチング電源装置に於いて、出力電圧Ｖｏｕｔが過電圧状態の時にトランスＴ１の二次巻線に電流を流す抵抗Ｒ７とツェナーダイオードＤ５とを直列に接続した電流保証回路Ａ１を設けた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、過電圧保護機能を有するスイッチング電源装置に関する。

負荷に安定化した直流電圧を供給するスイッチング電源装置が各種提案され、且つ実用化されている。又安定化した出力電圧が、何らかの原因により設定した電圧を超えた過電圧状態となることがあり、この過電圧による装置内の部品及び負荷の損傷を防止する為に、この過電圧状態を検出して、出力電圧を低下させる必要がある。

図３は、従来のスイッチング電源装置を示し、Ｖｉｎは１００Ｖ又は２００Ｖの商用交流電圧、Ｖｏｕｔは直流の出力電圧、ＲＣ１は整流回路、Ｃ１〜Ｃ４はコンデンサ、Ｒ１〜Ｒ５は抵抗、Ｔ１はトランス、Ｄ１，Ｄ２はダイオード、Ｄ４はツェナーダイオード、ＲＣ１は整流回路、Ｃ１〜Ｃ４はコンデンサ、Ｒ１〜Ｒ５は抵抗、Ｔ１はトランス、ＰＣ１はホトダイオードとホトトランジスタとからなるホトカプラ、Ｑ１はスイッチングトランジスタ、ＩＣ１は制御回路、ＦＢはフィードバック端子、ＧＮＤは接地端子、ＯＵＴは出力端子、ＣＳはオン・オフ制御端子、Ｖｃｃは電源端子、ＳＲはシリーズレギュレータを示す。

トランスＴ１の一次巻線に接続したスイッチングトランジスタＱ１を制御回路ＩＣ１によりオン、オフし、二次巻線に誘起した電圧をダイオードＤ１により整流し、コンデンサＣ４により平滑化して出力電圧Ｖｏｕｔとする。この出力電圧Ｖｏｕｔを負荷（図示を省略）に供給する。又この出力電圧Ｖｏｕｔを、抵抗Ｒ３とホトカプラＰＣ１のホトダイオードとシリーズレギュレータＳＲとの直列回路と、抵抗Ｒ４，Ｒ５の直列回路とに印加し、抵抗Ｒ４，Ｒ５による分圧電圧をシリーズレギュレータＳＲの制御電圧とし、ホトダイオードに出力電圧Ｖｏｕｔに対応した電圧を供給し、ホトカプラＰＣ１のホトトランジスタを介して制御回路ＩＣ１のフィードバック端子ＦＢに、出力電圧を検出してフィードバックし、出力電圧Ｖｏｕｔの安定化を図るものである。

又トランスＴ１の三次巻線の誘起電圧をダイオードＤ２により整流し、コンデンサＣ３により平滑化して、制御回路ＩＣ１の電源端子Ｖｃｃに印加し、制御回路ＩＣ１を動作用の電力を供給する。又このコンデンサＣ３の端子電圧を、抵抗Ｒ２と、ツェナーダイオードＤ４と、コンデンサＣ２との直列回路に印加し、このコンデンサＣ２の端子電圧をオン・オフ制御端子ＣＳに印加する。

従って、出力電圧Ｖｏｕｔが設定した最大電圧を超えると、トランスＴ１の三次巻線の誘起電圧も上昇するから、ツェナーダイオードＤ４を介してコンデンサＣ２が充電され、その端子電圧が上昇するから、制御回路ＩＣ１は、スイッチングトランジスタＱ１のオン・オフ制御を停止する。それにより、出力電圧Ｖｏｕｔは過電圧状態から低下して、過電圧保護を行うことができる。

図４は、従来例の説明図であり、図３と同一符号は同一部分を示し、Ｒ６は抵抗、Ｄ３はツェナーダイオード、ＰＣ２はホトダイオードとホトトランジスタとからなるホトカプラを示す。過電圧検出部を、抵抗Ｒ６と、ホトカプラＰＣ２のホトダイオードと、ツェナーダイオードＤ３とにより構成し、何らかの原因で出力電圧Ｖｏｕｔが設定された最大電圧を超えると、ツェナーダイオードＤ３がオンとなってホトダイオードに電流が流れて発光し、ホトトランジスタがオンとなるから、コンデンサＣ２が抵抗Ｒ１，Ｒ２とホトトランジスタとを介して充電され、コンデンサＣ２の端子電圧が上昇して、制御回路ＩＣ１は、スイッチングトランジスタＱ１のオン，オフ制御を停止し、出力電圧Ｖｏｕｔを過電圧状態から低下させる。

又出力電圧を検出した電圧と基準電圧とを比較してスイッチング制御を行う制御回路の基準電圧を、過電圧検出により変更することにより、過電圧保護を行うスイッチング電源装置も知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平９−２２４３２９号公報

各種の負荷は、非動作時の動作電流を極限まで減少する構成が多くなり、従って、負荷をスイッチング電源装置に接続した状態であっても、無負荷と同様な状態が多く発生するものであり、そのような状態に於いてもスイッチング電源装置は、間欠発振的にスイッチング制御を行うもので、このような状態に於いて、何らかの原因により過電圧状態となることがある。この過電圧により、負荷や各部の部品等の損傷が発生するから、過電圧を検出して保護することが必要である。

従来の例えば図３に示す構成は、トランスＴ１の三次巻線の誘起電圧により過電圧検出を行うものであるが、無負荷状態又は極めて低負荷状態の場合、スイッチングトランジスタＱ１は、間欠的なオン動作状態となり、且つトランスＴ１の二次巻線に流れる電流は零に近い値となるから、三次巻線の誘起電圧は、極めて低い値となる。従って、過電圧状態を検出できない問題がある。

これに対して、図４に示す従来例は、出力電圧を直接的に検出するから、無負荷状態又は極めて低負荷状態の場合でも、過電圧状態を検出することができるが、ホトカプラＰＣ２を含む過電圧検出部を付加しなければならず、部品点数の増加による実装スペースの増加とコストアップとなる問題がある。

本発明は、コストアップとなることなく、確実に過電圧状態を検出して保護することを目的とする。

本発明のスイッチング電源装置は、トランスの一次巻線に接続したスイッチングトランジスタをオン，オフ制御し、該トランスの二次巻線の誘起電圧を整流した直流の出力電圧を負荷に印加し、該出力電圧を検出して前記スイッチングトランジスタを制御する制御回路を有し、該制御回路は、前記トランスの三次巻線の誘起電圧が設定値を超えた時に、前記出力電圧が過電圧状態となったとして前記スイッチングトランジスタのオン，オフ制御を停止するスイッチング電源装置に於いて、前記出力電圧が過電圧状態の時に前記トランスの二次巻線に電流を流す電流保証回路を接続した構成を有するものであり、電流保証回路は、抵抗とツェナーダイオードとの直列回路により構成することができ、又電流保証回路は、抵抗とシリーズレギュレータとの直列回路と、前記シリーズレギュレータの制御電圧を、前記出力電圧を分圧して印加する分圧抵抗とにより構成することができる。

簡単な構成の電流保証回路を出力端子側に設けるだけであるから、コストアップとなることはなく、無負荷状態に於いても、過電圧検出の値をほぼ一定として検出して過電圧保護を行うことができる。

トランスＴ１の一次巻線に接続したスイッチングトランジスタＱ１をオン，オフ制御して、トランスＴ１の二次巻線の誘起電圧を整流した直流の出力電圧Ｖｏｕｔを負荷に印加し、この出力電圧Ｖｏｕｔを検出してスイッチングトランジスタＱ１のオン，オフを制御する制御回路ＩＣ１を有し、この制御回路ＩＣ１は、トランスＴ１の三次巻線の誘起電圧が設定値を超えた時に、出力電圧Ｖｏｕｔが過電圧状態となったとしてスイッチングトランジスタＱ１のオン，オフ制御を停止するスイッチング電源装置に於いて、出力電圧Ｖｏｕｔが過電圧状態の時にトランスＴ１の二次巻線に電流を流す抵抗Ｒ７とツェナーダイオードＤ５とを直列に接続した電流保証回路Ａ１を設けた。

図１は、本発明の実施例の説明図であり、Ｖｉｎは１００Ｖ又は２００Ｖの商用交流電圧、Ｖｏｕｔは直流の出力電圧、ＲＣ１は整流回路、Ｔ１はトランス、Ｄ１，Ｄ２はダイオード、Ｄ４，Ｄ５はツェナーダイオード、ＲＣ１は整流回路、Ｃ１〜Ｃ４はコンデンサ、Ｒ１〜Ｒ５，Ｒ７〜Ｒ１０は抵抗、Ｔ１はトランス、ＰＣ１はホトダイオードとホトトランジスタとからなるホトカプラ、Ｑ１はスイッチングトランジスタ、ＩＣ１は制御回路、ＦＢはフィードバック端子、ＧＮＤは接地端子、ＯＵＴは出力端子、ＣＳはオン・オフ制御端子、Ｖｃｃは電源端子、ＳＲ，ＳＲ１はシリーズレギュレータ、Ａ１，Ａ２は電流保証回路を示す。

電流保証回路Ａ１は、出力電圧Ｖｏｕｔを印加する抵抗Ｒ７とツェナーダイオードＤ５との直列回路の構成とした場合を示し、ツェナーダイオードＤ５は、正常の出力電圧Ｖｏｕｔの場合はオフ状態となるようなツェナー電圧を有する構成を選択する。又正常時の動作は、既に知られている例えば図３の従来例と同様であり、重複した説明を省略する。

出力電圧Ｖｏｕｔが過電圧状態となると、無負荷又は低負荷の状態であっても、電流保証回路Ａ１の抵抗Ｒ７に電流が流れる。それにより、トランスＴ１の三次巻線の誘起電圧はある程度の値となる。従って、抵抗Ｒ２と、ツェナーダイオードＤ４とを介してコンデンサＣ２の充電が行われ、その端子電圧が上昇するから、制御回路ＩＣ１は、スイッチングトランジスタＱ１のオン動作を停止する。それにより、出力電圧Ｖｏｕｔを、過電圧状態から低下させることができる。

電流保証回路は、Ａ２として示す構成とすることも可能であり、過電圧状態の時の出力電圧Ｖｏｕｔを抵抗Ｒ８，Ｒ９により分圧した電圧を制御電圧として、シリーズレギュレータＳＲ１を制御し、無負荷状態であっても、抵抗Ｒ１０に電流を流して、トランスＴ１の三次巻線の誘起電圧をある程度保証するものである。

図２は、トランスの三次巻線に誘起する補助電圧の特性を示すもので、負荷電流が０の時は、０又はＶｂの低い電圧であり、負荷電流がある程度の値Ｉａを超えると、所定の電圧Ｖに近づくものである。本発明の電流保証回路を設けない従来例に於いては、無負荷又は低負荷の状態では、トランスＴ１の三次巻線の誘起電圧は、例えば、Ｖｂの値となる。従って、この電圧Ｖｂによっては、過電圧検出は不可能となる。又低負荷状態によりトランスＴ１の二次巻線に電流が流れ、それに対応して三次巻線の誘起電圧が多少高くなることがあるが、過電圧の検出値を確実に設定することは困難であった。これに対して、本発明の構成によると、無負荷状態であっても、電流保証回路Ａ１，Ａ２によって、例えば、Ｉａの負荷電流を流すことができ、三次巻線の誘起電圧は、例えば、Ｖａとなる。従って、過電圧の検出値をＶａ以上のある値に設定して、確実に過電圧を検出して保護することができる。

本発明の実施例の説明図である。 補助電圧の説明図である。 従来例の説明図である。 従来例の説明図である。

符号の説明

Ｖｉｎ 商用交流電圧
Ｖｏｕｔ 直流の出力電圧
ＲＣ１ 整流回路
Ｔ１ トランス
Ｄ１，Ｄ２ ダイオード
Ｄ４，Ｄ５ ツェナーダイオード
ＲＣ１ 整流回路
Ｃ１〜Ｃ４ コンデンサ
Ｒ１〜Ｒ５，Ｒ７〜Ｒ１０ 抵抗
ＰＣ１ ホトカプラ
Ｑ１ スイッチングトランジスタ
ＩＣ１ 制御回路
ＳＲ，ＳＲ１ シリーズレギュレータ
Ａ１，Ａ２ 電流保証回路

Claims (3)

1. トランスの一次巻線に接続したスイッチングトランジスタをオン，オフ制御し、該トランスの二次巻線の誘起電圧を整流した直流の出力電圧を負荷に印加し、該出力電圧を検出して前記スイッチングトランジスタを制御する制御回路を有し、該制御回路は、前記トランスの三次巻線の誘起電圧が設定値を超えた時に、前記出力電圧が過電圧状態となったとして前記スイッチングトランジスタのオン，オフ制御を停止するスイッチング電源装置に於いて、
   前記出力電圧が過電圧状態の時に前記トランスの二次巻線に電流を流す電流保証回路を接続した
   ことを特徴とするスイッチング電源装置。
2. 前記電流保証回路は、抵抗とツェナーダイオードとの直列回路により構成したことを特徴とする請求項１記載のスイッチング電源装置。
3. 前記電流保証回路は、抵抗とシリーズレギュレータとの直列回路と、前記シリーズレギュレータの制御電圧を、前記出力電圧を分圧して印加する分圧抵抗とにより構成したことを特徴とする請求項１記載のスイッチング電源装置。

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