JP2005312203A - Overcurrent controller - Google Patents

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Atsushi Nakagawa
淳 中川
Akiyuki Komatsu
明幸 小松
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an overcurrent controller which never does damage on a switching element, with one current protector even to load where a momentary current over an average current flows. <P>SOLUTION: An overcurrent controller for a switching power unit, which changes its switching frequency, is equipped with a diode which rectifies the current detected in a current transformer CT1. A control transistor Q100 is equipped with a time constant circuit which is bias-controlled by the potential geared to its detection current. When a current transformer CT1 detects an overcurrent over a load current in stationary state, this controller puts it in time-current control states that are determined by the time constant circuit of the control transistor Q100. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、過電流制御装置に関し、特に負荷電流の瞬時電流が平均電流よりも大きなスイッチング電源の出力電流制御回路に好適に利用できるものである。 The present invention relates to an overcurrent control device, and in particular, can be suitably used for an output current control circuit of a switching power supply in which an instantaneous current of a load current is larger than an average current.

従来のスイッチング電源装置の過電流制御装置においては、出力負荷に異常があり短絡などの事態が発生しても、スイッチング電源が破壊しないように出力電流をある一定値以上流れないように電流制御回路を使用することが一般的である。
出力負荷電流は、その負荷形態により様々で、中には平均電流よりも多い瞬時的なピーク電流が流れるものがある。一般的に数十マイクロ秒から数百マイクロ秒周期でスイッチングする素子に対して、このピーク電流は数mSから数十mSすなわち数十から数千パルスに及ぶ場合がある。
このような負荷電流の流れるスイッチング電源は瞬時ピーク電流がスイッチングトランジスタ、トランス、整流ダイオード等のスイッチング素子に流れると、そのピーク電流を定常的な連続負荷として供給できるような規模の大きな電源が必要となるため、平均電流より多い瞬時ピーク電流は整流コンデンサに蓄積された電荷で負荷電流を供給し、スイッチング素子には流れないようにすることが多い。
この場合、平均電流と瞬時ピーク電流との差が大きければ大きいほど前述の整流コンデンサの容量は大きいものが必要となるため、整流コンデンサに電荷の蓄積がない起動時にはスイッチング素子から見ると負荷短絡と同様の状態が継続するため、ますます電流制御回路が重要となってくる。
そこでスイッチングトランジスタに流れる電流をカレントトランスで直接検知し電流制御を行う手法がとられるが、平均電流より多い瞬時ピーク電流は許容して流すことができ、平均電流よりも多く電流が連続的に流れる場合もスイッチング素子に規定電流以上の電流が流れないように電流制御を行う必要がある。
このため、瞬時ピーク電流よりもさらに電流が流れると動作する電流制御回路と、瞬時電流以下平均電流以上の電流で動作する電流制御回路とを合わせ持ち、後者の電流制御回路にはタイマーを設けることにより、連続的な平均電流近傍の過電流に対しても対応している。(例えば、特許文献1)
また、パワーアップ回路を不可して、負荷電流を一時的に定格出力電流以上に増して大電流仕様の負荷に給電する記載が開示されている。(特許文献2)
特開2001−119933号公報 特開平5−95673号公報
In an overcurrent control device for a conventional switching power supply device, a current control circuit prevents the output current from flowing beyond a certain value so that the switching power supply will not be destroyed even if there is an abnormality in the output load and a short circuit occurs. Is generally used.
The output load current varies depending on the load form, and some of them output an instantaneous peak current larger than the average current. In general, for an element that switches at a period of several tens of microseconds to several hundreds of microseconds, this peak current may range from several milliseconds to several tens of milliseconds, that is, several tens to several thousand pulses.
A switching power supply in which such a load current flows requires a large-scale power supply that can supply the peak current as a steady continuous load when an instantaneous peak current flows through a switching element such as a switching transistor, transformer, or rectifier diode. Therefore, an instantaneous peak current greater than the average current often supplies a load current with the charge accumulated in the rectifying capacitor and does not flow to the switching element.
In this case, the larger the difference between the average current and the instantaneous peak current, the larger the capacity of the rectifier capacitor described above is required. As similar conditions continue, current control circuits become increasingly important.
Therefore, a method is adopted in which the current flowing through the switching transistor is directly detected by a current transformer and current control is performed. However, an instantaneous peak current greater than the average current can be allowed to flow, and more current flows continuously than the average current. Even in this case, it is necessary to control the current so that a current exceeding a specified current does not flow through the switching element.
For this reason, the current control circuit that operates when the current flows further than the instantaneous peak current and the current control circuit that operates at a current equal to or higher than the average current below the instantaneous current are combined, and a timer is provided for the latter current control circuit. Therefore, it can cope with an overcurrent in the vicinity of a continuous average current. (For example, Patent Document 1)
In addition, a description is disclosed in which a power-up circuit is disabled, and a load current is temporarily increased to be equal to or higher than a rated output current to supply power to a load having a large current specification. (Patent Document 2)
JP 2001-119933 A Japanese Patent Laid-Open No. 5-95673

しかしながら、従来の構成では、瞬時電流と平均電流との差が非常に大きい場合においても電流制御回路が働かないように検知電流を大きくしないといけなくなる。この場合、瞬時電流が流れた場合においてスイッチング素子破壊を招く恐れがあるため、平均電流が少ない機器でも、非常に高価なスイッチング素子を使用しなければいけなくなるという課題を有していた。また、高価なスイッチング素子を使用した場合においても平均電流が非常に小さい場合においては、平均電流がパルス電流以下で異常に増加した場合にスイッチング素子以外の破壊が発生する可能性がある。この問題を解決するために、第2の電流制御回路が必要であるという課題を有していた。
本発明は、以上の従来の課題を解決するもので、簡潔な構成により平均電流よりも多い瞬時電流が流れる負荷電流を有するスイッチング電源においてスイッチング素子にストレスのない過電流制御装置を提供することを目的とする。
However, in the conventional configuration, it is necessary to increase the detection current so that the current control circuit does not work even when the difference between the instantaneous current and the average current is very large. In this case, when an instantaneous current flows, the switching element may be destroyed. Therefore, there is a problem that a very expensive switching element must be used even in a device having a small average current. In addition, even when an expensive switching element is used, if the average current is very small, damage other than the switching element may occur when the average current abnormally increases below the pulse current. In order to solve this problem, the second current control circuit is required.
The present invention solves the above-described conventional problems, and provides an overcurrent control device having no stress on a switching element in a switching power supply having a load current in which an instantaneous current larger than an average current flows with a simple configuration. Objective.

従来の課題を解決するために、本発明の過電流制御装置は、トランジスタをスイッチングすることにより矩形波が印加されるスイッチングトランスと、そのスイッチングトランスの2次側出力を直流電圧に整流するための整流ダイオード及び平滑コンデンサと、電流を検出する検出素子と、前記検出される電流値に応じてスイッチング周波数を変化するスイッチング電源装置の過電流制御装置において、前記電流を検出する検出素子はカレントトランスであって、前記カレントトランスにて検出された電流を整流するダイオードと、前記検出電流に応じた電位によりバイアス制御される制御トランジスタは時定数回路を備え、前記カレントトランスにて定常状態の負荷電流を超える過電流を検出すると、前記制御トランジスタの時定数回路により定まる時間、電流制御状態とすることを特徴としたものである。
また、本発明は、トランジスタをスイッチングすることにより矩形波が印加されるスイッチングトランスと、そのスイッチングトランスの2次側出力を直流電圧に整流するための全波整流方式の整流回路と、電流を検出する検出素子と、前記検出される電流値に応じてスイッチング周波数を変化するスイッチング電源装置の過電流制御装置において、前記電流を検出する検出素子はカレントトランスであって、前記スイッチングトランスの二次側巻き線の中点とアース点間に配置し、前記カレントトランスにて検出された電流を整流するダイオードと、前記検出電流に応じた電位によりバイアス制御される制御トランジスタは時定数回路を備え、前記カレントトランスにて定常状態の負荷電流を超える過電流を検出すると、前記制御トランジスタの時定数回路により定まる時間、電流制御状態とすることを特徴としたものである。
In order to solve the conventional problems, an overcurrent control device according to the present invention is a switching transformer to which a rectangular wave is applied by switching a transistor, and for rectifying a secondary output of the switching transformer into a DC voltage. In an overcurrent control device of a switching power supply device that changes a switching frequency according to the detected current value, the detection element that detects the current is a current transformer. The diode that rectifies the current detected by the current transformer and the control transistor that is bias-controlled by a potential corresponding to the detected current include a time constant circuit, and a steady-state load current is generated by the current transformer. When overcurrent is detected, the time constant circuit of the control transistor Ri determined time, in which is characterized in that the current control state.
The present invention also provides a switching transformer to which a rectangular wave is applied by switching a transistor, a full-wave rectification rectifier circuit for rectifying the secondary output of the switching transformer to a DC voltage, and a current detection And an overcurrent control device of a switching power supply device that changes a switching frequency according to the detected current value, wherein the detection element that detects the current is a current transformer, and the secondary side of the switching transformer A diode arranged between the middle point of the winding and the ground point, which rectifies the current detected by the current transformer, and a control transistor bias-controlled by a potential according to the detected current includes a time constant circuit, If an overcurrent exceeding the steady state load current is detected by the current transformer, the control transistor Time determined by the time constant circuit of the motor, in which is characterized in that the current control state.

本発明の過電流保護装置によれば、平均電流の何倍もの瞬時電流が流れる負荷に対しても、1つの電流保護装置で、スイッチング素子にダメージを与えることのないスイッチング電源を提供することができる。 According to the overcurrent protection device of the present invention, it is possible to provide a switching power supply that does not damage a switching element with a single current protection device even for a load in which an instantaneous current that is many times the average current flows. it can.

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の第1の実施例における過電流制御装置を示すものである。   FIG. 1 shows an overcurrent control apparatus according to a first embodiment of the present invention.

図1において、1次側は直流電源B1につながるスイッチングトランスT1の一次巻き線L1とそれにつながるスイッチングトランジスタQ1のコレクタとからなる。スイッチングトランジスタQ1のエミッタは電流検出素子カレントトランスCT1のL100につながり逆の一端は直流電源B1の負極に接続される。スイッチングトランジスタQ1のベースは、帰還回路U1により周波数もしくはパルス幅を制御した矩形波が入力される。   In FIG. 1, the primary side includes a primary winding L1 of a switching transformer T1 connected to a DC power source B1 and a collector of a switching transistor Q1 connected thereto. The emitter of the switching transistor Q1 is connected to L100 of the current detection element current transformer CT1, and the opposite end is connected to the negative electrode of the DC power supply B1. A rectangular wave whose frequency or pulse width is controlled by the feedback circuit U1 is input to the base of the switching transistor Q1.

二次側にはスイッチングトランスT1を介して電力が伝達され、二次巻き線L2に巻き線比に応じた矩形波が発生する。二次巻き線L2の一端にはダイオードD1のアノードが接続され、カソードには平滑コンデンサC1の正極と負荷につながる。コンデンサC1の負極はスイッチングトランスT1の二次巻き線L2の他端につながると同時に負荷の接地電位につながる。   Electric power is transmitted to the secondary side via the switching transformer T1, and a rectangular wave corresponding to the winding ratio is generated in the secondary winding L2. One end of the secondary winding L2 is connected to the anode of the diode D1, and the cathode is connected to the positive electrode of the smoothing capacitor C1 and the load. The negative electrode of the capacitor C1 is connected to the other end of the secondary winding L2 of the switching transformer T1, and at the same time is connected to the ground potential of the load.

電流検出素子CT1の位置は、スイッチングトランジスタQ1のエミッタと直流電源B1の負極の間に配置するが、ダイオードD1のアノード電極とスイッチングトランスT1の2次巻き線L2との間、ダイオードD1のカソード電極とコンデンサC1の間の配置しても同様の電流検出動作を行うことができ、また、スイッチングトランスT1の2次巻き線L2と平滑コンデンサC1の間に配置しても同様の電流検出動作を行うことができる。   The position of the current detection element CT1 is disposed between the emitter of the switching transistor Q1 and the negative electrode of the DC power supply B1, but between the anode electrode of the diode D1 and the secondary winding L2 of the switching transformer T1, and the cathode electrode of the diode D1. The same current detection operation can be performed even if it is arranged between the capacitor C1 and the same current detection operation is performed even if it is arranged between the secondary winding L2 of the switching transformer T1 and the smoothing capacitor C1. be able to.

また、図1は電流検出素子CT1により検出された電圧を半波整流方式で整流する例を示しているが、図5のようにブリッジ整流にすることによりさらに高精度の電流検出を行うことができる。   FIG. 1 shows an example in which the voltage detected by the current detection element CT1 is rectified by a half-wave rectification method. However, current detection with higher accuracy can be performed by bridge rectification as shown in FIG. it can.

また、図1はスイッチングトランジスタが一石式コンバータの例を示しているが、二石式コンバータの場合も同様である。例えば、図6の場合において、スイッチングトランジスタQ2のエミッタとスイッチングトランスT1の一次側との間に電流検出素子CT1を配置する構成においても同様の高精度の電流検出動作を行うことが可能である。   FIG. 1 shows an example in which the switching transistor is a one-stone converter, but the same applies to a two-stone converter. For example, in the case of FIG. 6, the same highly accurate current detection operation can be performed even in the configuration in which the current detection element CT1 is arranged between the emitter of the switching transistor Q2 and the primary side of the switching transformer T1.

また、図6の場合においてスイッチングトランジスタQ2のエミッタと直流電源B1の負極間に電流検出素子CT1を配置する構成においても同様の高精度の電流検出動作を行うことが可能である。   In the case of FIG. 6, the same highly accurate current detection operation can be performed in the configuration in which the current detection element CT1 is arranged between the emitter of the switching transistor Q2 and the negative electrode of the DC power supply B1.

また、図1はスイッチングトランスT1の出力となる二次側整流を半波整流回路方式の例を示しているが、全波整流方式の場合も同様である。例えば、図7の場合において2次巻き線L2の中間点位置とコンデンサC1の接地側の間に電流検出素子CT1を配置する構成においても同様の検出電流検出動作を行うことが可能である。   FIG. 1 shows an example of the secondary wave rectification that is the output of the switching transformer T1 in the half wave rectification circuit method, but the same applies to the case of the full wave rectification method. For example, in the case of FIG. 7, the same detection current detection operation can be performed even in the configuration in which the current detection element CT1 is arranged between the intermediate point position of the secondary winding L2 and the ground side of the capacitor C1.

このときの動作波形を図2と図3を用いて説明する。図3において、負荷電流はIL、負荷の平均電流はIav、電解コンデンサC2の両端電圧をVc、検出素子CT1に流れる電流をIr1、電流制御閾値電流をIthとして説明する。   The operation waveforms at this time will be described with reference to FIGS. In FIG. 3, the load current is IL, the average load current is Iav, the voltage across the electrolytic capacitor C2 is Vc, the current flowing through the detection element CT1 is Ir1, and the current control threshold current is Ith.

定常的な負荷電流が流れているときは、図2のaの期間となる。この場合には、スイッチング電源の供給電力は負荷電流に等しい電流が供給される電力となり、すなわち、図3での二次側での電力の供給は、aの電流の流れのループが支配的な動作となる。   When a steady load current is flowing, the period of FIG. In this case, the power supplied to the switching power supply is the power supplied with the current equal to the load current, that is, the power supply on the secondary side in FIG. It becomes operation.

次に瞬時ピーク電流が流れると、過電流を抑制する電流を制御する動作となりスイッチングトランスT1を介して供給される電流は制限され、電源からの供給電流よりも負荷電流のほうが大きくなるので、整流コンデンサC1に充電された電荷を放電して負荷電流を補おうとする。図3ではbの電流の流れのループが支配的となる。そのために平滑コンデンサC1の電圧Vcは、降下し始める。このときの降下電圧は、平滑コンデンサ電圧をVc、負荷電流をIL、印加時間をt、平滑コンデンサ容量をCとすると
Vc=IL×t/C
であらわされるので、所定の電圧範囲に平滑コンデンサ電圧Vcを維持するためには、上記式より導かれる平滑コンデンサの容量が必要となる。
Next, when the instantaneous peak current flows, the current is controlled to suppress the overcurrent, and the current supplied via the switching transformer T1 is limited, and the load current becomes larger than the supply current from the power source. An attempt is made to compensate the load current by discharging the charge charged in the capacitor C1. In FIG. 3, the current flow loop of b is dominant. Therefore, the voltage Vc of the smoothing capacitor C1 starts to drop. The drop voltage at this time is Vc as the smoothing capacitor voltage, IL as the load current, t as the application time, and C as the smoothing capacitor capacity.
Vc = IL × t / C
Therefore, in order to maintain the smoothing capacitor voltage Vc within a predetermined voltage range, the capacity of the smoothing capacitor derived from the above equation is required.

その後、瞬時ピーク電流が流れなくなると、電源は定電流状態のまま平滑コンデンサへの充電を続ける。図3ではcの電流の流れのループが支配的となる。このようにして、電源は平均電流から大きくかけ離れた電流をスイッチングトランスT1からのみ供給することなく、即ち、スイッチングトランスT1を介しての供給と平滑コンデンサC1からの放電電流により供給することにより、瞬時的な電流に対応することができる。   Thereafter, when the instantaneous peak current stops flowing, the power source continues to charge the smoothing capacitor in a constant current state. In FIG. 3, the current flow loop of c is dominant. In this way, the power source does not supply a current greatly deviating from the average current from only the switching transformer T1, that is, by supplying the current through the switching transformer T1 and the discharge current from the smoothing capacitor C1, thereby instantaneously. Can deal with typical currents.

このようにスイッチング電源は瞬時的な負荷電流に追従することなく、瞬時的な負荷電流の変化を積分化した電流を負荷に供給することになる。このことにより、平均電流値を基準にした電源設計が可能となり、瞬時ピーク電流よりはるかに小さい平均電流値近傍での電流設計が可能となり、電源装置を小型化することができる。例えば、ピーク電流値が10Aの場合、それよりはるかに小さい2A程度の平均電流値に対応した電源装置の設計も可能となる。   In this way, the switching power supply does not follow the instantaneous load current, but supplies a current obtained by integrating the instantaneous load current change to the load. As a result, power supply design based on the average current value becomes possible, current design in the vicinity of the average current value much smaller than the instantaneous peak current becomes possible, and the power supply device can be miniaturized. For example, when the peak current value is 10 A, it is possible to design a power supply apparatus corresponding to an average current value of about 2 A that is much smaller than that.

スイッチングトランジスタQ1がオンしたときに検出素子となるカレントトランスCT1のL100の両端電圧に誘起された電圧がL101に出力する。L101の一端はダイオードD100のカソードに接続されL101に出力された電圧が負電位に整流される。L101のD100に接続されていない一端は基準電圧B100の負電位に接続され、第一のダミー負荷となる抵抗R101を介してD100のアノードにつながる。D100のアノードは第二のダミー抵抗となるR100を介してダイオードD101のアノードに接続されカソードはPNPトランジスタQ100のベースにつながるとともに、プルアップ抵抗R102を介してQ100のエミッタ−ベース間電圧分より高い電位となる基準電圧B100の正電位に接続される。トランジスタQ100のエミッタは抵抗R301介して帰還回路U1へ接続されるとともにR300を介してC300の一端に接続される。C300のもう一端はB100の負電位に接続される。   When the switching transistor Q1 is turned on, a voltage induced by the voltage across L100 of the current transformer CT1 serving as a detection element is output to L101. One end of L101 is connected to the cathode of the diode D100, and the voltage output to L101 is rectified to a negative potential. One end of L101 not connected to D100 is connected to the negative potential of the reference voltage B100, and is connected to the anode of D100 via a resistor R101 serving as a first dummy load. The anode of D100 is connected to the anode of diode D101 via R100, which is a second dummy resistor, and the cathode is connected to the base of PNP transistor Q100, and is higher than the emitter-base voltage of Q100 via pull-up resistor R102. It is connected to the positive potential of the reference voltage B100 as a potential. The emitter of the transistor Q100 is connected to the feedback circuit U1 through the resistor R301 and is connected to one end of C300 through the R300. The other end of C300 is connected to the negative potential of B100.

なお、ダイオードD101は、ツェナーダイオードを使用してトランジスタQ101のベース電位は温度補償されている。また、Q100をNPNトランジスタとPNPトランジスタの相補接続による安定した温度特性を有する構成にしてもよい。   The diode D101 uses a Zener diode, and the base potential of the transistor Q101 is temperature compensated. Further, Q100 may be configured to have a stable temperature characteristic by complementary connection of an NPN transistor and a PNP transistor.

負荷電流ILが流れると、二次側に電力を供給するためにスイッチングトランジスタQ1のエミッタ−コレクタ間に電流Ir1が流れ、エミッタと直流電源の負電位間にあるカレントトランスCT1のL100にも電流Ir1が流れる。このときL100の両端にはL100間の抵抗成分によって図4に示す電流波形と同じ波形の電圧が発生する。発生した電圧はカレントトランスCT1によってL100とL101の巻き数比倍に誘起された同一波形の電圧がL101に出力される。L101に出力された電圧はD100によって負電位に整流される。整流後の電圧はカレントトランスCT1の巻き数比とダミー抵抗となるR101によって所望の負電位の電圧値にすることができる。
通常動作時においてはトランジスタQ100はベースが基準電圧B100とR102によってプルアップされており、オフ状態となっている。
When load current IL flows, current Ir1 flows between the emitter and collector of switching transistor Q1 to supply power to the secondary side, and current Ir1 also flows through L100 of current transformer CT1 between the emitter and the negative potential of the DC power supply. Flows. At this time, a voltage having the same waveform as the current waveform shown in FIG. 4 is generated at both ends of L100 by the resistance component between L100. As for the generated voltage, a voltage having the same waveform, which is induced by the current transformer CT1 in a ratio of the number of turns of L100 and L101, is output to L101. The voltage output to L101 is rectified to a negative potential by D100. The voltage after rectification can be set to a desired negative potential value by the turn ratio of the current transformer CT1 and R101 which is a dummy resistor.
During normal operation, the base of the transistor Q100 is pulled up by the reference voltages B100 and R102, and is off.

負電位に整流された電圧がD101のVF電圧以上になるとトランジスタQ100のベースに接続されたD101のカソードからアノード側へ電流が流れトランジスタQ100が導通し初め、帰還回路U1に出力電力を抑制するように作用し、電流制御回路として動作する。即ち、帰還回路U1はスイッチングトランジスタQ1の出力電流を制限して電流制御回路動作を行うものである。   When the voltage rectified to a negative potential becomes equal to or higher than the VF voltage of D101, current flows from the cathode of D101 connected to the base of transistor Q100 to the anode side, and transistor Q100 begins to conduct, so that output power is suppressed in feedback circuit U1. Acting as a current control circuit. That is, the feedback circuit U1 limits the output current of the switching transistor Q1 and performs a current control circuit operation.

このとき、D100を図5に示すようなブリッジ整流とすることでD101のカソード側の負電位が安定に高精度に出力できるため、高精度の電流検出を有することができる。   At this time, by setting D100 to bridge rectification as shown in FIG. 5, the negative potential on the cathode side of D101 can be stably output with high accuracy, so that highly accurate current detection can be provided.

また、トランジスタQ100のコレクタ−エミッタ間には抵抗R300とコンデンサC300が直列に接続されており、負荷電流ILが閾値Ithを超えると、トランジスタQ300がオンしR300とC300の時定数で帰還回路U1に作用し、スイッチング周波数を高くすることで、スイッチングトランジスタQ1からの供給電力を抑制する。検出素子CT1に流れる電流Ir1がIth以下となると、トランジスタQ300がオフしても、抵抗R300とコンデンサC300とR301の時定数でコンデンサC300が充電されるまで、電流制御作用が帰還回路U1に対して影響が継続することで、電流制御状態からの復帰を緩やかに行い、制御回路の動作を安定させることができる。   Further, a resistor R300 and a capacitor C300 are connected in series between the collector and the emitter of the transistor Q100. When the load current IL exceeds the threshold value Ith, the transistor Q300 is turned on and the time constant of R300 and C300 is applied to the feedback circuit U1. By acting and increasing the switching frequency, the power supplied from the switching transistor Q1 is suppressed. When the current Ir1 flowing through the detection element CT1 becomes equal to or less than Ith, the current control action is applied to the feedback circuit U1 until the capacitor C300 is charged with the time constants of the resistor R300, the capacitors C300, and R301 even when the transistor Q300 is turned off. By continuing the influence, the return from the current control state can be performed slowly, and the operation of the control circuit can be stabilized.

これは、図1に示すいわゆるフライバック方式のコンバーターでは、図4に示す三角波電流波形が電流検知素子CT1に流れる。すなわち検知電流は時間とともにそのスイッチング周期の間はCT1のL100に流れる電流は増加し続ける。そのため一旦検知電流が閾値Ithを超えると、その時点で電流制御動作を行っても問題は発生しないが、図1の回路図のトランスT1の1次巻き線L1とスイッチングトランジスタQ1の間に共振コンデンサC3が挿入される図6、図7に示すような電流共振型コンバータの場合には、図1のR300、C300が無いと、図8に示す電流Ir1が電流検出素子CT1のL100に流れる。   In the so-called flyback converter shown in FIG. 1, the triangular wave current waveform shown in FIG. 4 flows to the current detection element CT1. That is, the detected current continues to increase over time during the switching period of the detected current. For this reason, once the detected current exceeds the threshold value Ith, there is no problem even if the current control operation is performed at that time, but the resonant capacitor between the primary winding L1 of the transformer T1 and the switching transistor Q1 in the circuit diagram of FIG. In the case of the current resonance type converter as shown in FIGS. 6 and 7 in which C3 is inserted, the current Ir1 shown in FIG. 8 flows to L100 of the current detection element CT1 without R300 and C300 in FIG.

前述したように、スイッチング素子の保護を目的とした電流制御の場合、電流制御の応答はスイッチング周期よりも早い必要があるので、図8に破線で示す閾値Ithを超える電流がIr1に流れると、トランジスタQ300のエミッタ電圧Veは図8の下図に示す様に直ちに下降する。それにより帰還回路に作用し、スイッチング周波数を高め、出力電流は抑制されることとなる。そのことにより1パルス周期期間にIth以上となった後再びIth以下となるため、1パルス周期の期間の時間内で電流制御が行われた後電流制御を行わないという動作となる。   As described above, in the case of current control for the purpose of protecting the switching element, the current control response needs to be faster than the switching cycle. Therefore, when a current exceeding the threshold value Ith indicated by the broken line in FIG. The emitter voltage Ve of the transistor Q300 immediately decreases as shown in the lower diagram of FIG. This acts on the feedback circuit, increases the switching frequency, and suppresses the output current. As a result, the current becomes equal to or higher than Ith in one pulse cycle period and then becomes lower than Ith again. Therefore, the current control is performed after the current control is performed within the period of one pulse cycle, and the current control is not performed.

即ち、電流制御状態から瞬時に定常状態の定電圧動作へ移行し、電流制御状態が瞬時であるため、スイッチング周波数も不安定な状態となる。   That is, since the current control state instantaneously shifts to the constant voltage operation in the steady state and the current control state is instantaneous, the switching frequency is also unstable.

この動作は、スイッチング周波数を変調することにより出力電力制御を行う回路においてはスイッチング周波数が安定しないために、極めて不安定な動作となる。   This operation is extremely unstable because the switching frequency is not stable in a circuit that controls the output power by modulating the switching frequency.

そこで抵抗R300とコンデンサC300で時定数をもたすことにより、電流制御動作への移行は短い時定数で早く行い、電流制御動作からは1パルス周期期間以上の時間の時定数を持って復帰する。即ち、復帰に対しては、抵抗R300とコンデンサC300の時定数を持たせて緩やかに電流制御動作から定常状態の制御である定電圧動作への移行を行うものである。   Therefore, by providing a time constant with the resistor R300 and the capacitor C300, the transition to the current control operation is performed quickly with a short time constant, and the current control operation returns with a time constant of one pulse period or more. . That is, for the return, the time constant of the resistor R300 and the capacitor C300 is given and the transition from the current control operation to the constant voltage operation that is steady state control is performed gradually.

なお、このときの動作を図8と同様に、図9に示す。図9において、過電流を検出すると、スイッチング周波数が高くなり過電流を抑制する電流制御モードになるが、この電流制御モードから、緩やかに定常状態である定電圧制御モードに移行していく。このように、電流制御動作を持続し、かつ動作後も緩やかに周波数変調動作を行うため動作の安定性をもたらすことができる。   The operation at this time is shown in FIG. 9 as in FIG. In FIG. 9, when an overcurrent is detected, the switching frequency is increased and the current control mode in which the overcurrent is suppressed is entered, but the current control mode is gradually shifted to a constant voltage control mode that is a steady state. As described above, the current control operation is continued, and the frequency modulation operation is gently performed after the operation, so that the operation stability can be brought about.

即ち、過電流を検出すると、スイッチング周波数が高くなり、次に低くなり、また高くなりというスイッチング周波数の不安定動作をなくすことができる。本発明においては、過電流を検出すると、一旦スイッチング周波数が高くなるが、その後は、所定の時定数を有して、電流制御状態から定常状態の定電圧動作への移行を緩やかにして、緩やかに定常状態のスイッチング周波数に戻っていくので、スイッチング周波数変調動作が安定になる。   That is, when an overcurrent is detected, an unstable operation of the switching frequency such that the switching frequency increases, then decreases, and increases can be eliminated. In the present invention, once an overcurrent is detected, the switching frequency once increases. After that, however, it has a predetermined time constant, and the transition from the current control state to the constant voltage operation in the steady state is made gradual. Therefore, the switching frequency modulation operation becomes stable.

本発明にかかる過電流制御装置は、平均電流の何倍もの瞬時電流が流れる負荷に対しても、1つの過電流保護装置で、スイッチング素子にダメージを与えることがなく制御することができ、負荷電流の瞬時電流が平均電流よりも大きなスイッチング電源の出力電流制御回路等として有用である。 The overcurrent control device according to the present invention can control a load in which an instantaneous current that is many times the average current flows with one overcurrent protection device without damaging the switching element. This is useful as an output current control circuit for a switching power supply in which the instantaneous current is larger than the average current.

本発明の実施例1における過電流制御装置の回路構成図1 is a circuit configuration diagram of an overcurrent control device according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施例1における負荷電流、平滑コンデンサ電圧、電源供給電流の動作波形を説明するための図The figure for demonstrating the operation waveform of the load current, the smoothing capacitor voltage, and the power supply current in Example 1 of this invention 本発明の実施例1における電流動作の概略を説明するための図The figure for demonstrating the outline of the electric current operation | movement in Example 1 of this invention. フライバック方式のコンバーターでの検出素子の電流波形を説明するための図Diagram for explaining the current waveform of the sensing element in a flyback converter 検出素子の電流検出の整流をブリッジ方式にて実現した場合の概略の回路図Schematic circuit diagram when current detection rectification of the sensing element is realized by the bridge method 二石式の電流共振型コンバータの概略の回路図Schematic circuit diagram of a two-stone current resonant converter 二石式の電流共振型コンバータの全波式整流方式の概略回路図Schematic circuit diagram of full-wave rectification method for two-stone type current resonant converter 時定数回路R300、C300がない場合の過電流検出時の動作波形を説明するための図The figure for demonstrating the operation waveform at the time of overcurrent detection in case there is no time constant circuit R300 and C300. 本発明の実施例1における過電流制御装置の時定数回路R300、C300を挿入した場合の過電流検出時の動作波形を説明するための図The figure for demonstrating the operation waveform at the time of overcurrent detection at the time of inserting the time constant circuits R300 and C300 of the overcurrent control apparatus in Example 1 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

B1 入力直流電源
T1 スイッチングトランス
L1 スイッチングトランスの一次巻き線
L2 スイッチングトランスの二次巻き線
Q1 スイッチングトランジスタ
U1 帰還回路
CT1 カレントトランス
L100 カレントトランスの一次巻き線
L101 カレントトランスの二次巻き線
D1、D2 二次側整流ダイオード
C1 二次側平滑コンデンサ
C3 共振コンデンサ
R100 低域通過フィルタ抵抗
C100 低域通過フィルタコンデンサ
Q100 PNPトランジスタ
R102 プルアップ抵抗
B100 正電位の基準電圧
R300 電流制御動作の応答用の時定数抵抗
R301 帰還回路への抵抗
C300 電流制御動作の応答用の時定数コンデンサ
IL 負荷電流
Ith 電流制御動作を開始する閾値電流
Iav 負荷の平均電流
Vc コンデンサC1の両端電圧
Ir1 検出素子CT1に流れる電流


B1 Input DC power supply T1 Switching transformer L1 Primary winding of switching transformer L2 Secondary winding of switching transformer Q1 Switching transistor U1 Feedback circuit CT1 Current transformer L100 Primary winding of current transformer L101 Secondary winding of current transformer D1, D2 Two Secondary side rectifier diode C1 Secondary side smoothing capacitor C3 Resonant capacitor R100 Low-pass filter resistor C100 Low-pass filter capacitor Q100 PNP transistor R102 Pull-up resistor B100 Positive potential reference voltage R300 Time constant resistor for current control response R301 Resistance to feedback circuit C300 Time constant capacitor for response of current control operation IL Load current Ith Threshold current for starting current control operation Iav Average current Vc of load Current flowing through the voltage across Ir1 detecting element CT1 of capacitor C1


Claims (8)

トランジスタをスイッチングすることにより矩形波が印加されるスイッチングトランスと、そのスイッチングトランスの2次側出力を直流電圧に整流するための整流ダイオード及び平滑コンデンサと、電流を検出する検出素子と、前記検出される電流値に応じてスイッチング周波数を変化するスイッチング電源装置の過電流制御装置において、
前記電流を検出する検出素子はカレントトランスであって、前記カレントトランスにて検出された電流を整流するダイオードと、前記検出電流に応じた電位によりバイアス制御される制御トランジスタは時定数回路を備え、前記カレントトランスにて定常状態の負荷電流を超える過電流を検出すると、前記制御トランジスタの時定数回路により定まる時間、電流制御状態とすることを特徴とする過電流制御装置。
A switching transformer to which a rectangular wave is applied by switching a transistor, a rectifier diode and a smoothing capacitor for rectifying the secondary output of the switching transformer into a DC voltage, a detection element for detecting a current, and the detection In the overcurrent control device of the switching power supply device that changes the switching frequency according to the current value
The detection element for detecting the current is a current transformer, a diode for rectifying the current detected by the current transformer, and a control transistor bias-controlled by a potential corresponding to the detection current includes a time constant circuit, When an overcurrent exceeding a load current in a steady state is detected by the current transformer, the overcurrent control device is placed in a current control state for a time determined by a time constant circuit of the control transistor.
前記時定数回路は、抵抗とコンデンサの直列接続素子よりなることを特徴とする請求項1に記載の過電流制御装置。   The overcurrent control device according to claim 1, wherein the time constant circuit includes a series connection element of a resistor and a capacitor. 前記カレントトランスは、その一次側を前記スイッチングトランジスタのエミッタ電極と直列接続し、前記カレントトランスの二次側に流れる電流を整流するダイオードと、その整流される電流に応じた電位を得るための抵抗とを有し、前記抵抗により得られる電位に応じて前記制御トランジスタをバイアス制御することを特徴とする請求項1に記載の過電流制御装置。   The current transformer has a primary side connected in series with the emitter electrode of the switching transistor, a diode for rectifying the current flowing to the secondary side of the current transformer, and a resistor for obtaining a potential corresponding to the rectified current The overcurrent control device according to claim 1, wherein the control transistor is bias-controlled according to a potential obtained by the resistor. 前記カレントトランスの二次側に流れる電流を整流するダイオードの整流方式は、半波整流方式或いは全波整流方式のいずれかであることを特徴とする請求項1に記載の過電流制御装置。   2. The overcurrent control device according to claim 1, wherein a rectification method of a diode that rectifies a current flowing on a secondary side of the current transformer is either a half-wave rectification method or a full-wave rectification method. 前記カレントトランスにて、過電流が検出されると検出された過電流検出時から定常状態の定電圧動作への復帰時間を少なくとも前記スイッチング周波数の1周期期間以上とすることを特徴とする請求項1に記載の過電流制御装置。   The current transformer is characterized in that a return time from a detected overcurrent to a steady-state constant voltage operation when an overcurrent is detected is at least one period of the switching frequency. The overcurrent control device according to 1. 前記制御トランジスタは、PNPトランジスタで温度補償されたベース電位を有し、前記電流検知手段からの電位変位を抵抗を介して、前記制御トランジスタのベース電極に接続し、前記PNPトランジスタのエミッタ電極に接続される時定数回路を介して前記スイッチング電源装置のスイッチングトランジスタを制御することを特徴とする請求項1に記載の過電流制御装置。   The control transistor has a base potential that is temperature-compensated by a PNP transistor, and a potential displacement from the current detection means is connected to a base electrode of the control transistor via a resistor and connected to an emitter electrode of the PNP transistor. The overcurrent control device according to claim 1, wherein the switching transistor of the switching power supply device is controlled through a time constant circuit. トランジスタをスイッチングすることにより矩形波が印加されるスイッチングトランスと、そのスイッチングトランスの2次側出力を直流電圧に整流するための全波整流方式の整流回路と、電流を検出する検出素子と、前記検出される電流値に応じてスイッチング周波数を変化するスイッチング電源装置の過電流制御装置において、
前記電流を検出する検出素子はカレントトランスであって、前記スイッチングトランスの二次側巻き線の中点とアース点間に配置し、
前記カレントトランスにて検出された電流を整流するダイオードと、前記検出電流に応じた電位によりバイアス制御される制御トランジスタは時定数回路を備え、前記カレントトランスにて定常状態の負荷電流を超える過電流を検出すると、前記制御トランジスタの時定数回路により定まる時間、電流制御状態とすることを特徴とする過電流保護装置。
A switching transformer to which a rectangular wave is applied by switching the transistor, a full-wave rectification rectifier circuit for rectifying the secondary output of the switching transformer into a DC voltage, a detection element for detecting current, In the overcurrent control device of the switching power supply device that changes the switching frequency according to the detected current value,
The detection element for detecting the current is a current transformer, and is arranged between the middle point of the secondary winding of the switching transformer and the ground point,
A diode that rectifies the current detected by the current transformer and a control transistor that is bias-controlled by a potential corresponding to the detected current include a time constant circuit, and an overcurrent that exceeds a steady-state load current by the current transformer And detecting a current, the current control state is maintained for a time determined by a time constant circuit of the control transistor.
前記検出素子にて、過電流が検出されると検出された過電流検出時から定常状態の定電圧動作への復帰時間を少なくとも前記スイッチング周波数の1周期期間以上とすることを特徴とする請求項7に記載の過電流制御装置。   The detection element, wherein an overcurrent is detected when the detection element is detected, a return time from a detected overcurrent to a constant voltage operation in a steady state is set to at least one period of the switching frequency. 8. The overcurrent control device according to 7.
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