JP2005245064A - スイッチング電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 スイッチング電源の一次側および二次側に、それぞれ電流−電圧特性ならびに動作開始時間の異なる過電流防止手段を採用し、負荷の突入電流を停止しない範疇で制御するスイッチング電源装置を提供する。
【解決手段】 一次側検出・制御と二次側検出・制御を所定順序で実行することにより、突入電流の流れる短い期間だけ、電源出力（直流出力電源ＶDC）を停止させないで、電源出力電圧（出力電圧ＶO）を低下させながら定格電流ＩM以上の突入電流を流し、突入電流の継続時間が長い場合には電源出力を停止する過電流防止手段７を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は負荷の起動時に流れる突入電流を検出して制御するスイッチング電源装置に係り、特にトランスの一次側および二次側で突入電流を制御し、負荷を駆動するスイッチング電源装置に関する。

一般的に、シリーズ電源装置やスイッチング電源装置等の電源装置は、そのほとんどのものが負荷側に過電流が流れた場合に、装置内部の部品が過電流によるストレスや発熱で損傷または破壊され、電源としての機能を失ったり、ダメージを受けないようにするため、過電流を抑制し、過電流状態が継続する場合には電流を停止する過電流防止回路が用いられている。

従来のスイッチング電源装置は、「特許文献１」（過負荷時保護機能付きスイッチング電源装置）に開示されているように、電源出力側に、出力電圧低下検出回路を備え、入力側の制御ＩＣの前段に、コンデンサ電圧低下検出回路と、フォトトランジスタと、信号遅延回路と、出力電圧低下ラッチ回路とを備え、出力電圧の低下を検出し、出力電圧の低下に伴う過電流状態をフォトトランジスタで検出し、過電流検出後に所定時間を経過してから制御ＩＣへの制御ＩＣ電源用コンデンサの電源を遮断し、制御ＩＣの動作を停止して発振を停止させて過電流を防止し、制御ＩＣを停止してから予め設定された一定時間が経過すると、自動的に制御ＩＣ電源用コンデンサから制御ＩＣに電源を供給して起動させるように構成されている。
特開２００１−３０９６５５号公報

従来のスイッチング電源装置は、過電流が流れた場合には電源出力を停止し、過電流状態が解消した場合には再起動するが、駆動する負荷が容量性で、多くの負荷を同時に駆動するような場合には、負荷全体に流れる定常電流はスイッチング電源装置の定格電流を下回るが、負荷起動時に容量性に起因し、定格電流を超えた過大な突入電流が流れる過渡的な現象が発生する。

容量性の負荷に流れる突入電流は、容量が充電するまでの短い時間であるが、スイッチング電源の定格電流を充分オーバする場合がある。

従来のスイッチング電源装置は、突入電流が流れると、過負荷と判断して電源出力を停止して突入電流を停止させるが、突入電流が停止して一定時間が経過すると、再度電源を起動して電源出力を負荷に供給することになる。

電源が再起動した時点で、電源停止時点の突入電流によって負荷の容量に充分充電されているケースでは、負荷に流れる電流が初めには多いが、次第に少なくなって定常電流となり、スイッチング電源装置も正常に動作するが、電源停止中に負荷の容量に充電された電荷が放電されたケースでは、電源の再起動によって負荷に再度突入電流が流れ、電源出力の停止→電源の起動のハンチング現象を繰り返し、電源が正常に動作しなくなる虞がある。

負荷の突入電流に対応するためには、定格電流が突入電流を上回るスイッチング電源装置を用いることで解消できるが、不必要に定格電流（パワー）の大きなものが必要となる課題がある。

また、リレー等のスイッチを用いて多くの負荷を順番にスイッチング電源装置に接続し、個々の負荷に流れる突入電流が定格電流を越えないようにすることもできるが、スイッチを順番に動作する付加的な装置が必要となったり、負荷を接続する作業が煩わしくなる課題が発生する。

この発明はこのような課題を解決するためになされたもので、その目的はスイッチング電源の一次側および二次側に、それぞれ電流−電圧特性ならびに動作開始時間の異なる過電流防止手段を採用し、負荷の突入電流を停止しない範疇で制御するスイッチング電源装置を提供することにある。

前記課題を解決するためこの発明に係るスイッチング電源装置は、絶縁トランスの二次側から一次側にフォトカプラなどの絶縁素子を介して帰還をかけ、直流電源出力の安定化を図るスイッチング電源装置において、負荷に流れる突入電流を一次側で検出して制御するとともに、二次側でも検出して制御し、一次側検出・制御と二次側検出・制御を所定順序で実行する過電流防止手段を備えたことを特徴とする。

この発明に係るスイッチング電源装置は、負荷に流れる突入電流を一次側で検出して制御するとともに、二次側でも検出して制御し、一次側検出・制御と二次側検出・制御を所定順序で実行する過電流防止手段を備えたので、突入電流の流れる短い期間だけ、電源出力を停止させないで、電源出力電圧を低下させながら定格電流以上の突入電流を流し、突入電流の時間が長い場合には電源出力を停止することができる。

また、この発明に係る過電流防止手段は、負荷に流れる突入電流を一次側で検出して制御する一次側電流制御手段と、負荷に流れる突入電流を二次側で検出して制御する二次側電流制御手段と、一次側電流制御手段と二次側電流制御手段の動作順序を規定するシーケンス手段とを備えたことを特徴とする。

この発明に係る過電流防止手段は、負荷に流れる突入電流を一次側で検出して制御する一次側電流制御手段と、負荷に流れる突入電流を二次側で検出して制御する二次側電流制御手段と、一次側電流制御手段と二次側電流制御手段の動作順序を規定するシーケンス手段とを備えたので、一次側電流制御手段と二次側電流制御手段の動作ならびに動作順序により、突入電流が定格電流をオーバしても電源を継続して負荷に供給するとともに、突入電流の継続時間が長い場合には電源を停止することができる。

さらに、この発明に係る一次側電流制御手段は、負荷電流の増加に応じて電圧を低下させる電流−電圧特性を備えたことを特徴とする。

この発明に係る一次側電流制御手段は、負荷電流の増加に応じて電圧を低下させる電流−電圧特性を備えたので、負荷の突入電流に対応して定格電流以上の電流を電源出力電圧を低下させながら流すことができる。

また、この発明に係る二次側電流制御手段は、負荷電流の増加が一定値に達すると電圧を低下させる電流−電圧特性を備えたことを特徴とする。

この発明に係る二次側電流制御手段は、負荷電流の増加が一定値に達すると電圧を低下させる電流−電圧特性を備えたので、負荷の突入電流が大きく、長い時間継続する場合には、電源を停止することができる。

さらに、この発明に係るシーケンス手段は、負荷電流の増加に対して、初めに一次側電流制御手段を動作させ、続いて二次側電流制御手段を動作させることを特徴とする。

この発明に係るシーケンス手段は、負荷電流の増加に対して、初めに一次側電流制御手段を動作させ、続いて二次側電流制御手段を動作させるので、負荷の突入電流に対応して一次側電流制御手段を動作させて定格電流を越える電流を流し、一次側電流制御手段で定格電流を越える電流が一定期間続く場合には、二次側電流制御手段を動作させて電源を停止することができる。

また、この発明に係るシーケンス手段は、二次側電流制御手段の動作を一次側電流制御手段よりも所定時間だけ遅らせる遅延手段を備えたことを特徴とする。

この発明に係るシーケンス手段は、二次側電流制御手段の動作を一次側電流制御手段よりも所定時間だけ遅らせる遅延手段を備えたので、一次側電流制御手段を用いて負荷の突入電流に対応するとともに、二次側電流制御手段を用いて過大電流と見なされる突入電流に対して電源を制限または停止することができる。

さらに、この発明に係るシーケンス手段は、出力電流を検出する突入電流検出手段と、突入電流検出手段が検出した電流に応じて二次側電流制御手段の動作開始時間を設定するタイマ手段とを備えたことを特徴とする。

この発明に係るシーケンス手段は、出力電流を検出する突入電流検出手段と、突入電流検出手段が検出した電流に応じて二次側電流制御手段の動作開始時間を設定するタイマ手段とを備えたので、二次側電流制御手段の動作開始時間を自由に設定して突入電流に対応することができる。

さらに、この発明に係る過電流防止手段は、装置の温度上昇に応じて一次側電流制御手段および二次側電流制御手段の動作を早める温度補正手段を備えたことを特徴とする。

この発明に係る過電流防止手段は、装置の温度上昇に応じて一次側電流制御手段および二次側電流制御手段の動作を早める温度補正手段を備えたので、装置温度が上昇すると、一次側電流制御手段および二次側電流制御手段の動作ポイントを突入電流や過大電流に対して低く設定することができる。

また、この発明に係る過電流防止手段は、電源の再起動を早める再起動補正手段を備えたことを特徴とする。

この発明に係る過電流防止手段は、電源の再起動を早める再起動補正手段を備えたので、突入流により電源が停止した状態から電源の復旧を早めることができる。

この発明に係るスイッチング電源装置は、負荷に流れる突入電流を一次側で検出して制御するとともに、二次側でも検出して制御し、一次側検出・制御と二次側検出・制御を所定順序で実行する過電流防止手段を備えたので、突入電流の流れる短い期間だけ、電源出力を停止させないで、電源出力電圧を低下させながら定格電流以上の突入電流を流すことができ、過電流を検出して制御し、突入電流に対応して電源を動作させ、性能アップを図ることができる。

また、この発明に係る過電流防止手段は、負荷に流れる突入電流を一次側で検出して制御する一次側電流制御手段と、負荷に流れる突入電流を二次側で検出して制御する二次側電流制御手段と、一次側電流制御手段と二次側電流制御手段の動作順序を規定するシーケンス手段とを備えたので、一次側電流制御手段と二次側電流制御手段の動作ならびに動作順序により、突入電流が定格電流をオーバしても電源を継続して負荷に供給するとともに、突入電流の継続時間が長い場合には電源を停止することができ、突入電流が流れる負荷の駆動ならびに電源の保護を実現することができる。

さらに、この発明に係る一次側電流制御手段は、負荷電流の増加に応じて電圧を低下させる電流−電圧特性を備えたので、負荷の突入電流に対応して定格電流以上の電流を電源出力電圧を低下させながら流すことができ、短い時間の大きな突入電流の負荷であっても電源を停止することなく、負荷を駆動することができる。

また、この発明に係る二次側電流制御手段は、負荷電流の増加が一定値に達すると電圧を低下させる電流−電圧特性を備えたので、負荷の突入電流が大きく、長い時間継続する場合には、電源を停止することができ、大きな突入電流または過電流から電源を保護することができる。

さらに、この発明に係るシーケンス手段は、負荷電流の増加に対して、初めに一次側電流制御手段を動作させ、続いて二次側電流制御手段を動作させるので、負荷の突入電流に対応して一次側電流制御手段を動作させて定格電流を越える電流を流し、一次側電流制御手段で定格電流を越える電流が一定期間続く場合には、二次側電流制御手段を動作させて電源を停止することができ、容量性の負荷に流れる短時間の過渡的な突入電流に対しては、定格電流を越える電流を流して負荷を正常に駆動することができる。

また、この発明に係るシーケンス手段は、二次側電流制御手段の動作を一次側電流制御手段よりも所定時間だけ遅らせる遅延手段を備えたので、一次側電流制御手段を用いて負荷の突入電流に対応するとともに、二次側電流制御手段を用いて過大電流と見なされる突入電流に対して電源を制限または停止することができ、突入電流の負荷を駆動し、過大電流から電源を保護することができる。

さらに、この発明に係るシーケンス手段は、出力電流を検出する突入電流検出手段と、突入電流検出手段が検出した電流に応じて二次側電流制御手段の動作開始時間を設定するタイマ手段とを備えたので、二次側電流制御手段の動作開始時間を自由に設定して突入電流に対応することができ、突入電流に最大限対応して電源を保護することができる。

また、この発明に係る過電流防止手段は、装置の温度上昇に応じて一次側電流制御手段および二次側電流制御手段の動作を早める温度補正手段を備えたので、装置温度が上昇すると、一次側電流制御手段および二次側電流制御手段の動作ポイントを突入電流や過大電流に対して低く設定することができ、電源の熱破壊を回避することができる。

さらに、この発明に係る過電流防止手段は、電源の再起動を早める再起動補正手段を備えたので、過電流により電源が停止した状態から電源の復旧を早めることができ、電源の再起動を迅速にして性能アップを図ることができる。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図１はこの発明に係るスイッチング電源装置の実施の形態基本構成図である。図１において、スイッチング電源装置１は、ノイズフィルタ２、整流・平滑回路３、トランスＴ、ドライブ制御回路４、ＭＯＳＦＥＴ−Ｑ１、整流・平滑回路５、電圧検出回路６、フォトカプラＰＨ１および過電流防止手段７を備える。

ノイズフィルタ２は、交流電源ＶAC（例えば、５０Ｈｚ／６０Ｈｚ、１００Ｖ／２００Ｖの商用電源）に重畳した高周波のノイズ成分にフィルタリングを施し、ノイズ成分を除去した交流電源ＶACを整流・平滑回路３に供給する。

整流・平滑回路３は、ダイオードブリッジの全波整流回路、平滑コンデンサで構成し、ノイズフィルタ２から供給された交流電源ＶACを全波整流した脈流に平滑を施し、一次側直流電源を生成する。

ドライブ制御回路４は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号発生器、フィードバック制御回路、ＯＣＰ（Over Current Protect）端子、スイッチング駆動端子、駆動電源端子などを備えた制御ＩＣで構成し、高周波のＰＷＭ信号をＭＯＳＦＥＴ−Ｑ１のゲートに供給し、ＭＯＳＦＥＴ−Ｑ１を駆動する。

また、ドライブ制御回路４は、フォトカプラＰＨ１を介して二次側（出力側）から帰還されるフォトトランジスタ電流ＩCに基づいてＰＷＭ信号のデューティ比を変更し、直流電源ＶDCの出力電圧ＶOを規定の値にするようにＭＯＳＦＥＴ−Ｑ１を駆動する。

さらに、ドライブ制御回路４は、負荷にスイッチング電源装置１の定格電流を越える突入電流や過電流の出力電流ＩOが流れる場合、一次側で出力電流ＩOを制御する一次側電流制御手段８（後述する）をコントロールする。

ＭＯＳＦＥＴ−Ｑ１は、トランスＴの一次巻線ＬＰと直列に接続し、ドライブ制御回路４から供給されるＰＷＭ信号に対応して一次側直流電源を断続して一次巻線ＬＰに高周波のパルス電源（交流電源）を発生させる。

トランスＴは、一次側と二次側を電気的に絶縁した絶縁トランスで構成し、一次巻線ＬP、二次巻線ＬSおよび補助巻線ＬHを備え、一次巻線ＬPに発生した高周波のパルス電源（交流電源）を二次巻線ＬSおよび補助巻線ＬHに誘導する。なお、二次巻線ＬSに誘導された高周波のパルス電源（交流電源）は、直流出力電源ＶDC用に利用され、補助巻線ＬHに誘導された高周波のパルス電源（交流電源）は、ドライブ制御回路４の起動に利用される。

整流・平滑回路５は、ダイオードの半波整流回路、平滑コンデンサで構成し、二次巻線ＬSに誘導された高周波のパルス電源（交流電源）を半波整流した後に平滑して規定の出力電圧ＶOおよび出力電流ＩO（定格電流ＩM）の直流出力電源ＶDCを発生する。

電圧検出回路６は、直流出力電源ＶDCの出力電圧ＶOを対応した降圧電圧で検出し、フォトカプラＰＨ１の発光ダイオード（ＬＥＤ）にダイオード電流Ｉｄを流す。

フォトカプラＰＨ１は、一次側と二次側を絶縁した帰還回路を構成し、発光ダイオード（ＬＥＤ）に流れるダイオード電流Ｉｄとフォトトランジスタに流れるコレクタ電流Ｉｃの比（＝Ｉｃ÷Ｉｄ）を電流伝達率ＣＴＲ（Current Transfer Ratio）とし、二次側から一次側に負帰還（ＮＦＢ）をかける。

過電流防止手段７は、負荷に流れる突入電流を一次側で検出して制御するとともに、二次側でも検出して制御し、一次側検出・制御と二次側検出・制御を所定順序で実行する。

過電流防止手段７は、一次側検出・制御と二次側検出・制御を所定順序で実行することにより、突入電流の流れる短い期間だけ、電源出力（直流出力電源ＶDC）を停止させないで、電源出力電圧（出力電圧ＶO）を低下させながら定格電流ＩM以上の突入電流を流し、突入電流の継続時間が長い場合には電源出力を停止する。

また、過電流防止手段７は、負荷に流れる突入電流を一次側で検出して制御する一次側電流制御手段８と、負荷に流れる突入電流を二次側で検出して制御する二次側電流制御手段９と、一次側電流制御手段８と二次側電流制御手段９の動作順序を規定するシーケンス手段１０を備える。

負荷の突入電流とは、負荷が容量性の場合、直流電圧（出力電圧ＶO）の印加時に、直流電源の内部抵抗と、直流電源の出力から負荷の容量（コンデンサ）までの抵抗との合成抵抗（例えば、抵抗値Ｒａ）および負荷の容量（例えば、容量値ＣL）で形成される積分回路により、過渡的にインパルス状の電流が負荷に流れ、指数関数的に減少する電流で、抵抗値Ｒａが小さいほど突入電流の波高値（ピーク値）が大きく、容量値ＣLが大きいほど突入電流の減少に時間を要する。

したがって、負荷に流す定常電流が少ない場合でも、突入電流は定常電流をはるかに越えるケースがあり、定常電流が少ないからといって多くの負荷を並列に駆動するケースでは、突入電流が非常に大きくなる。

しかし、突入電流は、指数関数的に減少するので、一般的に継続時間が短いため、電源が突入電流に対応するためには、突入電流が電源の定格電流を越える電流値と時間の消費電力が電源（構成部品も含む）に損傷や破壊を及ぼさない限り、電源を停止することなく負荷を駆動し、突入電流の継続時間が長い場合に電源を停止して保護することになる。

上述した技術思想に基づいて一次側電流制御手段８と二次側電流制御手段９の動作ならびに動作順序により、突入電流ＩRが定格電流ＩMをオーバしても電源を継続して負荷に供給するとともに、突入電流ＩRの継続時間が長い場合には電源を停止することができ、突入電流ＩRが流れる負荷の駆動ならびに電源の保護を実現することができる。

一次側電流制御手段８は、負荷電流の増加に応じて電圧を低下させる電流−電圧特性を備え、負荷の突入電流ＩRに対応して定格電流ＩM以上の電流を電源出力電圧を低下させながら流す。

一方、二次側電流制御手段９は、負荷電流の増加が一定値に達すると電圧を低下させる電流−電圧特性を備え、負荷の突入電流が大きく、長い時間継続する場合には、電源を停止する。

図２はこの発明に係る一次側電流制御手段および二次側電流制御手段の実施の形態出力電流−出力電圧特性図である。図２において、ポイントＰ１は、電源の出力電流ＩO（負荷電流）の定格電流ＩMが流れる点、ポイントＰ２は、一次側電流制御手段８および二次側電流制御手段９の動作が開始する点で、出力電流ＩO（負荷電流）は、定格電流ＩMを越えた電流ＩPが流れる。なお、この時点では、出力電圧ＶOが一定の定格電圧に保たれる。

一次側電流制御手段８は、出力電流ＩOがポイントＰ２（電流ＩP）を超えた電流が流れると、電流が増加しながら出力電圧ＶOが低下する電流−電圧特性Ｆ１、いわゆる『ヘの字特性』の制御を実行する。一方、二次側電流制御手段９は、出力電流ＩOがポイントＰ２（電流ＩP）を超えて増加しようとしても、電流を電流ＩPに制限して出力電圧ＶOを低下する電流−電圧特性Ｆ２、いわゆる『垂下特性』の制御を実行する。

突入電流に対応する電流−電圧特性は、出力電流ＩO（負荷電流）をできる限り大きな値まで継続させるのがベターなので、電流−電圧特性Ｆ１を実行する一次側電流制御手段８が適しており、突入電流がより多く、電流−電圧特性Ｆ１で吸収できないような場合には、電流−電圧特性Ｆ２を実行する二次側電流制御手段９を動作させて突入電流をポイントＰ２の電流ＩPに制限するとともに、出力電圧ＶOを低下させて装置を破損や破壊から保護する。

例えば、突入電流に対し、初めに一次側電流制御手段８を動作させて電流−電圧特性Ｆ１がポイントＰ３に達した時点で、二次側電流制御手段９を動作させることにより、ポイントＰ３→ポイントＰ４の電流−電圧特性Ｆ２に移行させることができる。

したがって、シーケンス手段１０は、負荷電流の増加に対して、初めに一次側電流制御手段８を動作させ、続いて二次側電流制御手段９を動作させるように動作する。負荷の突入電流に対応して一次側電流制御手段８を動作させて定格電流ＩMを越える電流を流し、一次側電流制御手段８で定格電流ＩMを越える電流が一定期間続く場合には、二次側電流制御手段９を動作させて電源を停止することができる。

ポイントＰ４の電流−電圧特性Ｆ２に移行した時点で、突入電流がピーク値から減少すると、一次側電流制御手段８の電流−電圧特性Ｆ１は、ポイントＰ３→ポイントＰ２→ポイントＰ１のカーブを移行する。一方、二次側電流制御手段９の電流−電圧特性Ｆ２は、ポイントＰ４→ポイントＰ２→ポイントＰ１のカーブを移行する。

このように、この発明に係る過電流防止手段７は、負荷に流れる突入電流を一次側で検出して制御する一次側電流制御手段８と、負荷に流れる突入電流を二次側で検出して制御する二次側電流制御手段９と、一次側電流制御手段８と二次側電流制御手段９の動作順序を規定するシーケンス手段１０とを備えたので、一次側電流制御手段８と二次側電流制御手段９の動作ならびに動作順序により、突入電流が定格電流ＩMをオーバしても電源を継続して負荷に供給するとともに、突入電流の継続時間が長い場合には電源を停止することができ、突入電流が流れる負荷の駆動ならびに電源の保護を実現することができる。

また、この発明に係る一次側電流制御手段８は、負荷電流ＩOの増加に応じて電圧（出力電圧ＶO）を低下させる電流−電圧特性Ｆ１を備えたので、負荷の突入電流に対応して定格電流ＩM以上の電流を電源出力電圧ＶOを低下させながら流すことができ、短い時間の大きな突入電流の負荷であっても電源を停止することなく、負荷を駆動することができる。

さらに、この発明に係る二次側電流制御手段９は、負荷電流ＩOの増加が一定値（ＩP）に達すると電圧（出力電圧ＶO）を低下させる電流−電圧特性Ｆ２を備えたので、負荷の突入電流が大きく、長い時間継続する場合には、電源を停止することができ、大きな突入電流または過電流から電源を保護することができる。

また、この発明に係るシーケンス手段１０は、負荷電流ＩOの増加に対して、初めに一次側電流制御手段８を動作させ、続いて二次側電流制御手段９を動作させるので、負荷の突入電流に対応して一次側電流制御手段８を動作させて定格電流ＩMを越える電流を流し、一次側電流制御手段８で定格電流ＩMを越える電流が一定期間続く場合には、二次側電流制御手段９を動作させて電源を停止することができ、容量性の負荷に流れる短時間の過渡的な突入電流に対しては、定格電流を越える電流を流して負荷を正常に駆動することができる。

図３はこの発明に係るスイッチング電源装置の別実施の形態要部ブロック構成図である。図３において、過電流防止手段７のシーケンス手段１０は、低電圧検出手段１１および遅延手段１２を備える。なお、シーケンス手段１０が、低電圧検出手段１１および遅延手段１２を備えた点を除き、図１に示すスイッチング電源装置１と全く同じ構成なので、同じ構成の部分についての説明を省略する。

低電圧検出手段１１は、検出する低電圧値のツェナーダイオードなどの定電圧素子、スイッチング素子等で構成し、出力電圧ＶOが定格電圧の場合には定電圧素子が動作してスイッチング素子をオン状態にし、Ｌレベル（ＧＮＤ）の出力を遅延手段１２に供給し、遅延手段１２の遅延動作を停止する。

一方、低電圧検出手段１１は、負荷の突入電流が流れ、一次側電流制御手段８が動作して図２に示す電流−電圧特性Ｆ１がポイントＰ２→ポイントＰ３へ移行する時に、出力電圧ＶOが低下して定電圧素子が低電圧を検出すると、スイッチング素子をオフ状態にし、Ｈレベル（低電圧の出力電圧ＶO）の出力を遅延手段１２に供給し、遅延手段１２の遅延動作を駆動する。

遅延手段１２は、抵抗器（Ｒ）とコンデンサ（Ｃ）のＲＣ積分回路などで構成し、低電圧検出手段１１から供給されるＨレベル（低電圧の出力電圧ＶO）の出力でＲＣ時定数を持って所定時間の遅延時間を生成し、この遅延時間で遅らせて二次側電流制御手段９を起動する。例えば、図２に示す電流−電圧特性Ｆ１のホイントＰ２〜Ｐ３の途中で、遅延動作に伴う二次側電流制御手段９が動作し、電流−電圧特性Ｆ２のポイントＰ４に移行する。

このように、この発明に係るシーケンス手段１０は、二次側電流制御手段９の動作を一次側電流制御手段８よりも所定時間だけ遅らせる遅延手段１２を備えたので、一次側電流制御手段８を用いて負荷の突入電流に対応するとともに、二次側電流制御手段９を用いて過大電流と見なされる突入電流に対して電源を制限または停止することができ、突入電流の負荷を駆動し、過大電流から電源を保護することができる。

図４はこの発明に係るスイッチング電源装置の別実施の形態要部ブロック構成図である。図４において、過電流防止手段７のシーケンス手段１３は、突入電流検出手段１９およびタイマ手段１４を備える。なお、シーケンス手段１３は、シーケンス手段１０の低電圧検出手段１１および遅延手段１２に代えて突入電流検出手段１９およびタイマ手段１４を備えた点を除き、図３に示すスイッチング電源装置１と全く同じ構成なので、同じ構成の部分についての説明を省略する。

突入電流検出手段１９は、出力電圧ＶO端から負荷に流れる突入電流ＩRを非接触の変流器などで検知し、検知した突入電流ＩRを電圧値で検出して基準値と比較することにより、検出した電圧値が基準値を下回る場合には、タイマ手段１４を駆動しない。

一方、検出した電圧値が基準値以上の場合には、電圧値に対応した駆動信号（例えば、２進符号）をタイマ手段１４に供給し、駆動信号に応じたタイマ値でタイマ手段１４を駆動する。

タイマ手段１４は、プログラマブルのワンショットマルチバイブレータ等の計時回路で構成し、突入電流検出手段１９から供給される駆動信号に基づいて設定されたタイマ値をカウントし、タイマ値に達すると起動信号を二次側電流制御手段９に提供する。

二次側電流制御手段９は、タイマ手段１４から提供される起動信号で起動し、例えば、図２に示す電流−電圧特性Ｆ１のホイントＰ２〜Ｐ３の途中で、タイマ動作に伴う二次側電流制御手段９が遅れて動作し、電流−電圧特性Ｆ２のポイントＰ４に移行し、突入電流ＩPに応じて電流を制限する。

このように、この発明に係るシーケンス手段１３は、出力電流を検出する突入電流検出手段１９と、突入電流検出手段１９が検出した電流に応じて二次側電流制御手段９の動作開始時間を設定するタイマ手段１４とを備えたので、二次側電流制御手段９の動作開始時間を自由に設定して突入電流に対応することができ、突入電流に最大限対応して電源を保護することができる。

図５はこの発明に係るスイッチング電源装置の別実施の形態要部ブロック構成図である。図５において、過電流防止手段１５は、一次側電流制御手段８、二次側電流制御手段９、温度補正手段１６を備える。なお、過電流防止手段１５が図１に示す過電流防止手段７のシーケンス手段１０に代えて温度補正手段１６を備えた点を除き、全く同じ構成なので、同じ構成の部分についての説明を省略する。

温度補正手段１６は、装置温度に対応して変化するサーミスタなどの感温素子で構成し、図２に示す一次側電流制御手段８の電流−電圧特性Ｆ１および二次側電流制御手段９の電流−電圧特性Ｆ２の動作開始点Ｐ２を装置温度が上昇するに伴って出力電流ＩOの電流ＩPを少ない（定格電流ＩMに近付く）方向に移行させ、一次側電流制御手段８および二次側電流制御手段９の過電流保護動作を早めて、発熱による装置の損傷や破壊を防止する。

このように、この発明に係る過電流防止手段１５は、装置１の温度上昇に応じて一次側電流制御手段８および二次側電流制御手段９の動作を早める温度補正手段１６を備えたので、装置温度が上昇すると、一次側電流制御手段８および二次側電流制御手段９の動作ポイントを突入電流や過大電流に対して低く設定することができ、電源の熱破壊を回避することができる。

図６はこの発明に係るスイッチング電源装置の別実施の形態要部ブロック構成図である。図６において、過電流防止手段１７は、一次側電流制御手段８、二次側電流制御手段９、再起動補正手段１８を備える。なお、過電流防止手段１７が図１に示す過電流防止手段７のシーケンス手段１０に代えて再起動補正手段１８を備えた点を除き、全く同じ構成なので、同じ構成の部分についての説明を省略する。

容量性負荷に流れる突入電流ＩPが大きく、一次側電流制御手段８の制御が動作し、電流−電圧特性（『ヘの字特性』）Ｆ１でドライブ制御回路４の発振が弱くなったり、停止したりして二次側の出力電圧ＶOも低い。この状態では、一次側電流制御手段８のＯＣＰ（Over Current Protect）電圧がスレッシュホールドを超えている。

ドライブ制御回路４の発振が弱くなったり、停止したりしても、一次巻線ＬPに交流電源が発生すると、補助巻線ＬHに交流電源が誘導される。再起動補正手段１８は、補助巻線ＬHに発生する交流電源を整流・平滑して直流の補正電圧を発生し、この補正電圧を一次側電流制御手段８に供給し、ＯＣＰ（Over Current Protect）電圧を低下させ、スレッシュホールドを下回るように構成する。

ＯＣＰ（Over Current Protect）電圧を補正電圧で補正することにより、一次側電流制御手段８の過電流防止制御が停止し、ドライブ制御回路４が正常に発振してＭＯＳＦＥＴ−Ｑ１を急激に駆動して一次巻線ＬPに正常な交流電源を発生させる。

一次巻線ＬPに正常な交流電源が発生すると、二次巻線ＬSにも正常な交流電源が誘導され、正規の出力電圧ＶOが発生する。なお、正規の出力電圧ＶOが発生した時点で、補助巻線ＬHから発生した補正電圧を停止させる。

このように、この発明に係る過電流防止手段１７は、電源の再起動を早める再起動補正手段１８を備えたので、過電流により電源が停止した状態から電源の復旧を早めることができ、電源の再起動を迅速にして性能アップを図ることができる。

以上説明したように、この発明に係るスイッチング電源装置は、負荷に流れる突入電流を一次側で検出して制御するとともに、二次側でも検出して制御し、一次側検出・制御と二次側検出・制御を所定順序で実行する過電流防止手段を備えたので、突入電流の流れる短い期間だけ、電源出力を停止させないで、電源出力電圧を低下させながら定格電流以上の突入電流を流すことができ、過電流を検出して制御し、突入電流に対応して電源を動作させ、性能アップを図ることができる。

本発明に係るスイッチング電源装置は、スイッチング電源の一次側および二次側に、それぞれ電流−電圧特性ならびに動作開始時間の異なる過電流防止手段を採用し、負荷の突入電流を停止しない範疇で制御することができ、容量性の負荷を駆動するあらゆる電源装置に適用することができる。

この発明に係るスイッチング電源装置の実施の形態基本構成図 この発明に係る一次側電流制御手段および二次側電流制御手段の実施の形態出力電流−出力電圧特性図 この発明に係るスイッチング電源装置の別実施の形態要部ブロック構成図 この発明に係るスイッチング電源装置の別実施の形態要部ブロック構成図 この発明に係るスイッチング電源装置の別実施の形態要部ブロック構成図 この発明に係るスイッチング電源装置の別実施の形態要部ブロック構成図

符号の説明

１ スイッチング電源装置
２ ノイズフィルタ
３，５ 整流・平滑回路
４ ドライブ制御回路
６ 電圧検出回路
７，１５，１７ 過電流防止手段
８ 一次側電流制御手段
９ 二次側電流制御手段
１０，１３ シーケンス手段
１１ 低電圧検出手段
１２ 遅延手段
１４ タイマ手段
１６ 温度補正手段
１８ 再起動補正手段
１９ 突入電流検出手段
ＶAC 交流電源
ＶDC 直流出力電源
ＶO 出力電圧
ＩO 出力電流
ＩM 定格電流
ＩP 突入電流
Ｔ トランス
ＬP 一次巻線
ＬS 二次巻線
ＬH 補助巻線
Ｑ１ ＭＯＳＦＥＴ
ＰＨ１ フォトカプラ
Ｆ１ 電流−電圧特性（『ヘの字特性』）
Ｆ２ 電流−電圧特性（『垂下特性』）
Ｐ１ 定格電流ポイント
Ｐ２ 過電流保護動作ポイント

Claims (9)

1. 絶縁トランスの二次側から一次側にフォトカプラなどの絶縁素子を介して帰還をかけ、直流電源出力の安定化を図るスイッチング電源装置において、
   負荷に流れる突入電流を一次側で検出して制御するとともに、二次側でも検出して制御し、一次側検出・制御と二次側検出・制御を所定順序で実行する過電流防止手段を備えたことを特徴とするスイッチング電源装置。
2. 前記過電流防止手段は、前記負荷に流れる突入電流を一次側で検出して制御する一次側電流制御手段と、前記負荷に流れる突入電流を二次側で検出して制御する二次側電流制御手段と、前記一次側電流制御手段と前記二次側電流制御手段の動作順序を規定するシーケンス手段と、を備え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. 前記一次側電流制御手段は、負荷電流の増加に応じて電圧を低下させる電流−電圧特性を備えたことを特徴とする請求項２記載のスイッチング電源装置。
4. 前記二次側電流制御手段は、負荷電流の増加が一定値に達すると電圧を低下させる電流−電圧特性を備えたことを特徴とする請求項２記載のスイッチング電源装置。
5. 前記シーケンス手段は、負荷電流の増加に対して、初めに前記一次側電流制御手段を動作させ、続いて前記二次側電流制御手段を動作させることを特徴とする請求項２記載のスイッチング電源装置。
6. 前記シーケンス手段は、前記二次側電流制御手段の動作を前記一次側電流制御手段よりも所定時間だけ遅らせる遅延手段を備えたことを特徴とする請求項５記載のスイッチング電源装置。
7. 前記シーケンス手段は、出力電流を検出する突入電流検出手段と、前記突入電流検出手段が検出した電流に応じて前記二次側電流制御手段の動作開始時間を設定するタイマ手段と、を備えたことを特徴とする請求項５記載のスイッチング電源装置。
8. 前記過電流防止手段は、装置の温度上昇に応じて前記一次側電流制御手段および前記二次側電流制御手段の動作を早める温度補正手段を備えたことを特徴とする請求項２記載のスイッチング電源装置。
9. 前記過電流防止手段は、電源の再起動を早める再起動補正手段を備えたことを特徴とする請求項２記載のスイッチング電源装置。

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