JP2005304128A - 電源保護装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来、過大電流による保護ではメインスイッチング素子の主電流ラインに電流検出用のシャント抵抗を挿入しピーク電流検出時にスイッチングを停止させる方法が一般的であるが、比較的高い電流継続によるメインスイッチング素子の熱破壊に対しては検出電流に達しないため保護動作できないといった課題があった。
【解決手段】メインスイッチング素子３に流れる電流を検出する過負荷検知部７と、一次ＤＣ入力電圧が所定値以下となったことを検出する低入力検知部６からなり、メインスイッチング素子３に流れる電流が所定値以上となり且つＤＣ一次入力が所定値以下となった時、メインスイッチング素子のスイッチングを停止する過負荷保護回路とで構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、高周波スイッチングにより電力を取り出すスイッチング電源の保護装置に関するものである。

従来の電源の保護装置はメインスイッチング素子の耐圧保護のため一次側入力電圧の過電圧防止や、メインスイッチング素子に流れる電流の過電流防止など過大入・出力に対する保護であった。

図４は従来の一般的なフライバック式スイッチング電源の構成図で、図５はメインスイッチング素子の動作波形図である。

図５において、交流電源から整流器１により整流されたＤＣ電圧を電源として制御部２によりメインスイッチング素子３が高周波スイッチング制御され二次側へ電力供給する。

電源の起動には起動回路から一定の電流を供給する、つまり一次ＤＣ入力が所定値を越えることでスイッチングを開始する構成がなされている。起動後はスイッチングトランス４の補助巻線からの出力により得られる電圧を制御用電源とし、スイッチングを継続する。フライバック式スイッチング電源においてはメインスイッチング素子３のＯＮ時間にスイッチングトランス４にエネルギーを蓄え、ＯＦＦ時に二次側へ放出するという動作を高周波スイッチングにて繰り返すことにより電力出力を行っている。

さらに二次出力電圧を一次制御回路へフィードバック部５により帰還させ、二次出力を安定させる構成としている。
特開平１−１６４２２９号公報 特開平１１−２１５６８２号公報

特許文献１記載の構成には、入力電圧の基準値比較により過大電圧の印加を保護することが記載されている。

また、特許文献２の構成では過大電圧を検出するとスイッチング電源の一次入力を遮断することが記載されていて、スイッチング電源一次入力の過大入力検出結果によりメインスイッチング素子の耐圧最大定格を保証するために入力を遮断することを特徴としている。

ここで二次負荷が仕様最大の条件で動作中にエネルギーの供給元である一次ＤＣ入力が停電等で低下した場合、二次出力電圧も低下方向となるが、フィードバック制御により二次出力を安定させる様コントロールするため、結果としてスイッチング周波数が固定の場合図６の様にメインスイッチング素子３のＯＮ時間を広くすることとなる。

このとき一次ＤＣ入力の低下が進行し、制御回路２がスイッチングを継続できなくなる直前が最もＯＮ時間が広いすなわちメインスイッチング素子３の損失が最大となり、その許容損失を越えると素子が熱破壊に到ることになる。

そして、過大電流による保護ではメインスイッチング素子の主電流ラインに電流検出用
のシャント抵抗を挿入しピーク電流検出時にスイッチングを停止させる方法が一般的であるが、比較的高い電流継続によるメインスイッチング素子の熱破壊に対しては検出電流に達しないため保護動作できないといった課題があった。

本発明の電源保護装置は、メインスイッチング素子に流れる電流を検出する過負荷検知部と一次ＤＣ入力が所定値以下となったことを検出する低入力検知部からなり、メインスイッチング素子に流れる電流が所定値以上となり且つＤＣ一次入力が所定値以下となったときメインスイッチング素子のスイッチングを停止する過負荷保護回路とで構成とした。

本発明の電源保護装置は、低入力によりメインスイッチング素子が熱破壊することを保護することができる。

第１の発明は、一次入力のＤＣ電圧の上昇により起動し、起動後は二次側よりフィードバックされる補助巻線出力により生成される電圧によりスイッチング動作を続けるスイッチング電源において、ＦＥＴ等のメインスイッチング素子と、前記メインスイッチング素子を高周波スイッチングコントロールする制御部とメインスイッチング素子の高周波スイッチングにより二次側にその巻線仕様に応じた低圧出力をするスイッチングトランスと二次側出力を前記制御部へフィードバックして二次側出力を安定させるフィードバック部とメインスイッチング素子に流れる電流を検出する過負荷検知部と一次ＤＣ入力が所定値以下となったことを検出する低入力検知部からなり、メインスイッチング素子に流れる電流が所定値以上となり且つＤＣ一次入力が所定値以下となったときメインスイッチング素子のスイッチングを停止する過負荷保護回路とで構成した。

第２の発明は、一次ＤＣ入力が所定値以下となったとき、検出出力をラッチすることにより保護回路の誤動作を防止し、不用意な電源停止をすることがない。

第３の発明は、一次ＤＣ入力が所定値以下となってから途中で復帰する場合、保護解除レベルを保護検知設定値よりも高い値とし、復帰レベルにヒステリシスを設けて安定した保護及び復帰制御となる構成とすることにより、入力不安定による起動／停止の瞬時繰り返しなど電源として不安定な状態となることがない。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における電源保護装置の構成図である。図１において一次ＤＣ入力の低電圧を検出する低入力検知部６と負荷の重さを検出するためメインスイッチング素子の負荷電流を検知する過負荷検知部７によりそれぞれ設定された値となったことを検知するとともに、負荷が一定以上で且つ、一次ＤＣ入力が所定値以下となったとき条件判定部８により結果が制御部２へ伝えられ、スイッチング制御を停止してスイッチング電源を保護する。

このとき、条件として負荷が重いとき（スイッチング素子の負荷電流が所定値以上）としていることで起動時（一次ＤＣ入力が低圧から高圧に変動中）は本条件には合致しないため本発明による起動できないといった不具合は生じない。

（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２における電源保護装置の構成図である。実施の形態１と同じ構成要素には同じ符号を付与して説明を省略する。

過負荷検知部７と低入力検知部６のＡＮＤ回路８の出力をラッチ回路９により検出結果を固定する構成とした。これにより、ノイズ等により一瞬でも条件が合致すれば保護動作し、電源停止による負荷減による復帰で起動／停止を繰り返す誤動作など不具合の可能性は非常に低減できる。

（実施の形態３）
図３は本発明の実施の形態３における電源保護装置の動作特性図である。

本実施の形態においては、図２のラッチ回路９の替わりにヒステリシス回路を備えて保護動作と復帰動作のレベルに幅を持たせ、ノイズ等による起動／停止を繰り返す誤動作などの不具合を防止する同様の効果を持たせる。

一次ＤＣ入力が所定値以下となってから途中で復帰する場合、第４図に示すように、保護解除レベルつまり起動設定値を保護検知設定値よりも高い値とし、安定した保護及び復帰制御とすることができる。

本発明にかかる電源の保護装置は、高周波スイッチングにより回路電圧を作りだすスイッチング電源、及びその電源を制御電源として使用する空気調和機等の応用機器においても適用できる。

本発明の実施の形態１における電源保護装置の構成図 本発明の実施の形態２における電源保護装置の構成図 本発明の実施の形態３における電源保護装置の動作特性図 従来例の構成図 メインスイッチング素子の動作波形図

符号の説明

１ 整流器
２ 制御部
３ メインスイッチング素子
４ スイッチングトランス
５ フィードバック部
６ 低入力検知部
７ 過負荷検知部
８ ＡＮＤ回路
９ ラッチ回路

Claims (3)

1. 一次ＤＣ入力の電圧の上昇により起動し、起動後は二次側よりフィードバックされる補助巻線出力により生成される電圧によりスイッチング動作を続けるスイッチング電源において、ＦＥＴ等のメインスイッチング素子と、前記メインスイッチング素子を高周波スイッチングコントロールする制御部とメインスイッチング素子の高周波スイッチングにより二次側にその巻線仕様に応じた低圧出力をするスイッチングトランスと二次側出力を前記制御部へフィードバックして二次側出力を安定させるフィードバック部とメインスイッチング素子に流れる電流を検出する過負荷検知部と一次ＤＣ入力が所定値以下となったことを検出する低入力検知部とから構成し、メインスイッチング素子に流れる電流が所定値以上となり且つＤＣ一次入力が所定値以下となったときメインスイッチング素子のスイッチングを前記制御部で停止することを特徴とする電源保護装置。
2. 一次ＤＣ入力が所定値以下となったとき、検出出力をラッチすることで保護回路の誤動作を防止することを特徴とする請求項１記載の電源保護装置。
3. 一次ＤＣ入力が所定値以下となってから途中で復帰する場合、保護解除レベルを保護検知設定値よりも高い値とし、ヒステリシス特性をもたせた保護及び復帰制御としたことを特徴とする請求項１記載の電源保護装置。

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