JP2006033987A - スイッチング電源回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 コアの薄型化等のために複数の絶縁トランスを備える場合にも、すべての出力電圧ラインにおける短絡に対する回路保護が可能となるようにする。
【解決手段】 絶縁トランスを複数備えるようにしたスイッチング電源回路であって、メイン出力として定電圧制御動作のための検出入力としても供給される第１の出力電圧（直流出力電圧Ｖ１）と、上記定電圧制御動作のための制御回路に対する駆動電源としても供給される第２の出力電圧（直流出力電圧Ｖ２）と、さらにそれ以外の第３の出力電圧（直流出力電圧Ｖ３）を出力する場合にいおて、上記第３の出力電圧レベルの消失に応じてスイッチング動作を停止させる保護回路を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種電子機器の電源として備えられるスイッチング電源回路に関し、特に一次側と二次側とを絶縁する絶縁トランスを複数設け、二次側直流出力電圧として複数系統を出力するようにされた場合に好適な構成を提案する。

近年、各種の電子機器に対しては、比較的高いＡＣ→ＤＣ変換効率と低ノイズの特徴を有するという理由から、電流共振形コンバータを備えた電源回路が多く採用されている。
図２は、このような電流共振形コンバータを備えたスイッチング電源回路の構成の一例を示した回路図である。
先ず、図示する直流電源ＤＣは、例えば商用交流電源を整流平滑して得られる。そして、この直流電源ＤＣを入力してスイッチングを行うスイッチング素子としては、図示するようにハーフブリッジ結合されたスイッチング素子Ｑ1とスイッチング素子Ｑ2とを備える。
これらスイッチング素子Ｑ1、Ｑ2としてはＭＯＳ−ＦＥＴが採用され、上記スイッチング素子Ｑ1のドレインが上記直流電源ＤＣの正極側と接続されている。
さらに、これらスイッチング素子Ｑ1、Ｑ2を他励式により駆動する発振・ドライブ制御回路２が備えられる。この発振・ドライブ制御回路２は、上記スイッチング素子Ｑ1、Ｑ2を交互にオン／オフするようにして駆動する。

そして、スイッチング素子Ｑ1のソースとスイッチング素子Ｑ2のドレインの接続点（スイッチング出力点）は、図示するように絶縁トランスＴＲの一次側に巻装された一次巻線Ｎ１の一方の端部と接続される。また、この一次巻線Ｎ１の他方の端部は、共振コンデンサＣ１、及び後述する電流検出抵抗Ｒ１の直列接続を介して、上記した直流電源ＤＣの負極側に接続されている。
このような接続形態により、上記一次巻線Ｎ１と上記共振コンデンサＣ１とは直列に接続される。つまり、これら一次巻線Ｎ１のインダクタンスと共振コンデンサＣ１のキャパシンタスによって直列共振回路が形成され、これにより一次側のスイッチング動作が電流共振形となる。

また、上記のようにして上記直列共振回路に対しては、電流検出抵抗Ｒ１が直列に接続される。この電流検出抵抗Ｒ１によっては、一次巻線Ｎ１を流れる共振電流が検出され、この検出出力が図示するように発振・ドライブ制御回路２の電流検出端子ｔ４に供給される。

絶縁トランスＴＲの二次側には、この場合、図示する直流出力電圧Ｖ１、直流出力電圧Ｖ２、直流出力電圧Ｖ３をそれぞれ得るための、二次巻線Ｎ21、二次巻線Ｎ22、二次巻線Ｎ23が巻装される。
この場合、上記二次巻線Ｎ21に対しては、整流ダイオードＤo1、平滑コンデンサＣo1による整流平滑回路が備えられ、平滑コンデンサＣo1の両端には、上記二次巻線Ｎ21に励起される交番電圧に応じた上記直流出力電圧Ｖ１が生成される。
同様に、二次巻線Ｎ22、二次巻線Ｎ23についても、それぞれに[整流ダイオードＤo2、平滑コンデンサＣo2］、［整流ダイオードＤo3、平滑コンデンサＣo3］による整流平滑回路が備えられ、平滑コンデンサＣo2には直流出力電圧Ｖ２が、平滑コンデンサＣo3には直流出力電圧Ｖ３が生成される。
これら各直流出力電圧Ｖは、図示されない各負荷に対して供給される。

ここで、図２においては、例えば液晶ディスプレイ装置に搭載される場合の構成例を示しており、上記した各直流出力電圧Ｖとしては、
直流出力電圧Ｖ１・・・バックライトインバータ駆動用電圧、１７Ｖ／１０Ａ
直流出力電圧Ｖ２・・・信号回路駆動用電圧、１１Ｖ／３Ａ
直流出力電圧Ｖ３・・・音声出力回路駆動用電圧、２４Ｖ／１．５Ａ
を想定している。

また、絶縁トランスＴＲの二次側において、上記二次巻線Ｎ21のラインに得られる直流出力電圧Ｖ１は、図示する制御回路１に対する検出入力としても供給される。
そして、上記二次巻線Ｎ22のラインにおいて、整流ダイオードＤo2のカソードと平滑コンデンサＣo2の正極端子の接続点からは、図示するように抵抗Ｒ２、及びフォトカプラＰＨのフォトダイオードＤphを介して制御回路１に入力されるラインが分岐している。これにより、制御回路１に対して上記直流出力電圧Ｖ２に応じた動作電源を供給するラインが形成される。

制御回路１は、上記のようにして供給される動作電源の供給を受けて、検出入力される直流出力電圧Ｖ１のレベルに応じたレベルの制御電流を上記フォトダイオードＤphに流すようにされる。
フォトカプラＰＨにおいて、フォトトランジスタＱ3のエミッタはスイッチングＱ2のソースと接続され、コレクタは発振・ドライブ制御回路２における端子ｔ３に接続される。これにより、上記のようにフォトダイオードＤphに制御電流が流れることに応じては、この制御電流レベルに応じて、発振・ドライブ制御回路２の端子ｔ３から引き込む電流レベルが可変される。
つまり、これにより発振・ドライブ制御回路２では、上記端子ｔ３において直流出力電圧Ｖ１のレベルを検出することができる。

発振・ドライブ制御回路２では、このように端子ｔ３において検出される直流出力電圧Ｖ１のレベルに応じて、内蔵する発振器の周波数を変化させて図示する端子ｔ１、端子ｔ２から出力すべきスイッチング素子Ｑ１、スイッチング素子Ｑ2の駆動信号の周波数を可変する。つまり、直流出力電圧Ｖ１のレベルに応じてスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチング周波数を可変制御する。
このようにスイッチング周波数が可変されることで、一次側直列共振回路のインピーダンスが変化し、二次側の直流出力電圧のレベルも変化する。これによって二次側の直流出力電圧についての定電圧制御が行われる。

また、発振・ドライブ制御回路２では、この端子ｔ３への引き込み電流が０レベルとなり、端子ｔ３にて生じる電位が所定以上となることに応じて、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ2のスイッチング駆動を停止するようにされる。
このような動作により、二次巻線Ｎ21のラインに短絡が生じた場合と、二次巻線Ｎ22のラインに短絡が生じた場合に対応して一次側のスイッチング動作を停止することができ、回路保護を図るようにされている。
つまり具体的に、二次巻線Ｎ22のライン側が短絡した場合は、制御回路１の動作電源の供給が停止されることで、フォトダイオードＤphに制御電流が流れなくなる。そして、これによってフォトトランジスタＱ3は動作を停止し、端子ｔ３への引き込み電流が流れなくなる。このように引き込み電流が０レベルとなり端子ｔ３の検出電圧レベルが所定以上に上昇することに応じて、上記のようにスイッチング動作が停止される。すなわち、これよって二次巻線Ｎ22のライン側の短絡に対する回路保護が図られるものである。

さらに、発振・ドライブ制御回路２では、上記した端子ｔ４にて検出される一次側の共振電流レベルに応じた回路保護動作（過電流保護動作）を行うようにもされる。
すなわち、一次側の共振電流のレベルが増大して電流検出抵抗Ｒ１に生じる電圧レベルが所定以上に増大した場合に、これを端子ｔ４にて検出してスイッチング素子Ｑ1、スイッチング素子Ｑ2のスイッチング動作を停止させるものである。

ここで、この図２に示すスイッチング電源回路としては、例えば液晶ディスプレイ装置に適用される場合を例示したが、このような液晶ディスプレイ装置を始めとして近年のディスプレイ装置においては、装置の薄型化の要求が高まっている。
しかしながら、例えば液晶ディスプレイ装置でのバックライトインバータに対応する場合のように、ディスプレイ装置の電源回路では比較的大電力を出力するようにされている。このことから、ディスプレイ装置の電源回路では絶縁トランスＴＲのコアサイズが大型化する傾向となり、これが装置の薄型化を阻む一因となっていた。

そこで、この対策として、次の図３に示されるようにして、絶縁トランスを複数に分割することで、個々のトランスの薄型化を図るようにしたものがある。
図３において、この場合の一次側では、一次巻線Ｎ１を２つに分割して一次巻線Ｎ1A、一次巻線Ｎ1Bとし、これらを並列に接続している。そして、一次巻線Ｎ1Aについては一方の絶縁トランスＴＲ１側に巻装し、一次巻線Ｎ1Bについてはもう一方の絶縁トランスＴＲ２側に巻装している。

そして、二次側において、図２では直流出力電圧Ｖ１を出力するようにされていた二次巻線Ｎ21を２つに分割したものに相当する二次巻線Ｎ21A、二次巻線Ｎ21Bについて、これらを並列の関係となるように接続している。
つまりこの場合、二次巻線Ｎ21Aについては上記絶縁トランスＴＲ１側に巻装し、二次巻線Ｎ21Bは絶縁トランスＴＲ２側に巻装している。そして、一方の二次巻線Ｎ21Aに対しては、図示するように整流ダイオードＤo1Aと平滑コンデンサＣo1による整流平滑回路を設け、他方の二次巻線Ｎ21Bに対しては整流ダイオードＤo1Bを直列接続し、その上でこの整流ダイオードＤo1Bのカソードを上記二次巻線Ｎ21A側の平滑コンデンサＣo1の正極端子と接続しているものである。
このような接続形態により、二次巻線Ｎ21Aに励起される交番電圧と二次巻線Ｎ21Bに励起される交番電圧とに応じた両端電圧が平滑コンデンサＣo1に生成され、これが直流出力電圧Ｖ１として負荷側と制御回路１の検出入力として出力される。

その上で、この場合においては、上記絶縁トランスＴＲ１の二次側に対して直流出力電圧Ｖ２を得るための二次巻線Ｎ22を巻装している。また、上記絶縁トランスＴＲ２の二次側に対し直流出力電圧Ｖ３を得るための二次巻線Ｎ23を巻装している。

このような構成により、図２に示した絶縁トランスＴＲを１つのみとした構成と同様の各直流出力電圧Ｖ１〜Ｖ３を生成しつつ、絶縁トランスＴＲについては薄型化を図った構成が実現される。

なお、関連する従来技術については以下の特許文献を挙げることができる。
特開平７−２７４５０２号公報 特開平８−１６３８６６号公報

ここで、これら従来のスイッチング電源回路において、二次側の各ラインに短絡が生じた場合を想定してみる。
先ず、絶縁トランスＴＲを１つのみ備える図２の回路において、二次巻線Ｎ21のラインにおける短絡が生じた場合は、直流出力電圧Ｖ１の電位が消失することで、一次巻線Ｎ１のリーケージインダクタンスが大幅に低下し、一次側の共振電流レベルが上昇することになる。そして、これにより電流検出抵抗Ｒ１に生じる電位が所定以上に上昇することで、先に説明したように端子ｔ４における検出電圧レベルが所定以上となって、発振・ドライブ制御回路２がスイッチング動作を停止して回路保護が図られる。

また、二次巻線Ｎ22のラインに短絡が生じた場合は、先に述べたように制御回路１の動作電源が消失し、制御電流が流れなくなったことが端子ｔ３にて検出されることに応じ、発振・ドライブ制御回路２がスイッチング動作を停止する。

さらに、二次巻線Ｎ23のラインでの短絡に応じては、直流出力電圧Ｖ３の消失に応じ、上記した直流出力電圧Ｖ１の場合と同様に一次巻線Ｎ１のリーケージインダクタンスが低下し、これによって上記もしたように電流検出抵抗Ｒ１に生じる電位が所定以上に上昇することで、発振・ドライブ制御回路２がスイッチング動作を停止して回路保護が図られる。
これらのことから、絶縁トランスＴＲを１つのみとする図２の回路の場合は、直流出力電圧Ｖ１〜Ｖ３のすべての出力ラインでの短絡に対応して回路保護を図ることができる。

一方、絶縁トランスＴＲを複数備える図３の構成において、直流出力電圧Ｖ１を生成する二次巻線Ｎ21A、二次巻線Ｎ21Bのラインでの短絡に対しては、上記と同様に直流出力電圧Ｖ１の消失に応じて一次側を流れる共振電流のレベルが上昇する。
つまり、この場合は二次巻線Ｎ21Aと二次巻線Ｎ21Bとが分割されてはいるが、これらはそれぞれ一次巻線Ｎ1A、一次巻線Ｎ1Bと同じ絶縁トランスＴＲに巻装されることもあって、この場合も図２の回路の場合と同様に一次巻線のリーケージインダクタンスの低下が得られ、同様に共振電流のレベルが上昇する。
そして、これに応じ、この場合としても発振・ドライブ制御回路２の過電流保護動作によってスイッチング動作が停止されて回路保護が図られる。

また、二次巻線Ｎ22のラインでの短絡についても、図２の場合と同様に制御回路１の駆動電圧が消失して制御電流が流れなくなることで、発振・ドライブ制御回路２がスイッチング動作を停止して回路保護が図られる。

しかしながら、二次巻線Ｎ23のラインにて短絡が生じた場合、図２の回路では一次側の共振電流レベルが充分に上昇して発振・ドライブ制御回路２による回路保護が図られていたものが、図３の場合では共振電流レベルの充分な上昇が得られず、発振・ドライブ制御回路２による回路保護動作が得られなくなってしまう。
すなわち、図２の場合では、二次巻線Ｎ23と一次巻線Ｎ１全体とは同じ絶縁トランスＴＲに巻装されるので、二次巻線Ｎ23のラインでの直流出力電圧Ｖ３の消失に応じては一次巻線Ｎ１のリーケージインダクタンスも充分に低下し、これによって一次側の共振電流レベルも充分に増加するものとなった。
これに対し、図３の回路の場合、一次巻線Ｎ１は一次巻線Ｎ1Aと一次巻線Ｎ1Bとに分割され、二次巻線Ｎ23としては一方の一次巻線Ｎ1Bに対してのみ同じ絶縁トランスＴＲ1Bに巻装されることから、直流出力電圧Ｖ３の消失に応じては一次巻線Ｎ1B側のリーケージインダクタンスの低下分しか得られず、共振電流レベルとしてもその分充分な上昇が得られないものである。

このように装置薄型化のために絶縁トランスＴＲを複数備えるようにした電源回路において、メイン出力として定電圧制御動作のための検出入力としても供給される第１の出力電圧（Ｖ１）と、上記定電圧制御動作のための制御回路に対する駆動電源としても供給される第２の出力電圧（Ｖ２）と、さらにそれ以外の第３の出力電圧（Ｖ３）を生成するようにされる場合には、この第３の出力電圧のラインでの短絡に対して、有効に回路保護を図ることができない可能性があった。

そこで、本発明では以上のような問題点に鑑み、スイッチング電源回路として以下のよ
うに構成することとした。
つまり、先ず、直流電圧を入力してスイッチング動作を行うスイッチング素子を備えたスイッチング手段と、上記スイッチング素子を駆動すると共に、供給される制御信号のレベルに応じて上記スイッチング素子のスイッチング動作を制御する駆動制御手段とを備える。
そして、各々が並列に接続されて上記スイッチング手段によるスイッチング出力が供給される複数の一次巻線のうち、各１つの一次巻線が一次側に巻装されると共に、二次側に上記各一次巻線に得られる交番電圧が励起される１又は複数の二次巻線が巻装された複数の絶縁トランスを備える。
また、上記複数の絶縁トランスのうちの２以上の上記絶縁トランスにそれぞれ巻装された二次巻線に励起される交番電圧に基づき、メイン出力となる第１の出力電圧を生成する第１の出力電圧生成手段を備える。
さらに、上記第１の出力電圧生成手段により生成される上記第１の出力電圧を検出入力すると共に、上記第１の出力電圧のレベルに応じたレベルの上記制御信号を上記駆動制御手段に供給することにより、この制御信号のレベルに応じて上記スイッチング素子のスイッチング動作を制御させて上記第１の出力電圧について安定化を図るようにされた定電圧制御手段を備える。
また、上記絶縁トランスに巻装された所要の二次巻線に励起される交番電圧に基づき、上記定電圧制御手段の動作電源としても供給される第２の出力電圧を生成する第２の出力電圧生成手段を備えると共に、上記絶縁トランスに巻装された所要の二次巻線に励起される交番電圧に基づき、上記第１及び上記第２の出力電圧とは異なる第３の出力電圧を生成する第３の出力電圧生成手段を備える。
さらに、上記絶縁トランスの一次巻線を介して流れる電流のレベルに応じて、上記スイッチング素子のスイッチング動作を停止させるように構成された過電流保護手段を備える。
その上で、上記第３の出力電圧のレベルに応じて、上記スイッチング素子のスイッチング動作を停止させるように構成された短絡保護手段を備えるようにした。

上記構成によれば、メイン出力とされ、それぞれ別の絶縁トランスに巻装された２以上の二次巻線に得られる交番電圧に基づいて生成される上記第１の出力電圧のラインの短絡に応じては、これら二次巻線と共に同じ絶縁トランスに巻装されたそれぞれの一次巻線のリーケージインダクタンスの低下に応じ、一次巻線を介して流れる電流レベルの充分な上昇が得られる。つまり、これによって上記過電流保護手段によるスイッチング素子のスイッチング動作を停止する動作が得られて回路保護が図られる。
また、上記第２の出力電圧のラインの短絡に応じては、定電圧制御手段の動作電源として供給される第２の出力電圧が消失するので、定電圧制御手段の動作は停止され、これに伴い上記駆動制御手段に対する制御信号の供給も停止される。これに応じ、上記のように制御信号に応じてスイッチング素子のスイッチング動作を制御する駆動制御手段により、このような制御信号の供給停止に応じてスイッチング素子のスイッチング動作を強制的に停止することができ、これによって回路保護が図られる。
そして、上記第３の出力電圧のラインの短絡については、上記短絡保護手段によってこの第３の出力電圧のレベルに応じてスイッチング動作を停止させることができ、これによって回路保護を図ることができる。

このようにして本発明によれば、絶縁トランスを複数備えるようにした電源回路であって、メイン出力として定電圧制御動作のための検出入力としても供給される第１の出力電圧と、上記定電圧制御動作のための制御回路に対する駆動電源としても供給される第２の出力電圧と、さらにそれ以外の第３の出力電圧を出力するようにされた構成においても、各出力電圧のラインでの短絡に対応して回路保護を図ることができる。
そして、このようにすべての出力電圧のラインでの短絡に応じて回路保護が図られることで、電源回路としての信頼性を確保できる。

また、このように絶縁トランスを複数とした場合にもすべての出力電圧ラインでの短絡に対応した回路保護が可能となることで、このような絶縁トランスを複数備えた構成の実用が可能となる。従って、本発明によれば、各絶縁トランスのコアの薄型化を図って装置本体の薄型化を図る構成を実用レベルで実現することができる。

以下、発明を実施するための最良の形態（以下実施の形態とする）について説明していく。
図１は、本発明における実施の形態としてのスイッチング電源回路の構成を示した回路図である。
この図１に示されるスイッチング電源回路としても、先の図３の回路と同様に例えば液晶ディスプレイ装置の電源として実装されることが想定される。また、この場合も装置の薄型化を図るために、絶縁トランスについては複数に分けるようにして構成される。

図１において、図示する直流電源ＤＣは、この場合も例えば商用交流電源を整流平滑して得られる。そして、この直流電源ＤＣを入力してスイッチング動作を行うスイッチング素子としては、この場合も図示するようにハーフブリッジ結合されたスイッチング素子Ｑ1とスイッチング素子Ｑ2とを備える。
これらスイッチング素子Ｑ1、Ｑ2にはＭＯＳ−ＦＥＴが採用され、上記スイッチング素子Ｑ1のドレインが上記直流電源ＤＣの正極側と接続されている。
さらに、これらスイッチング素子Ｑ1、Ｑ2を他励式により駆動する発振・ドライブ制御回路２が備えられる。発振・ドライブ制御回路２は、上記スイッチング素子Ｑ1、Ｑ2を交互にオン／オフするようにして駆動する。

この場合、上記スイッチング素子Ｑ1、Ｑ2によるスイッチング動作に応じて駆動される絶縁トランスＴＲとしては、図示するように絶縁トランスＴＲ１と絶縁トランスＴＲ２との複数を備えるようにされる。
これら絶縁トランスＴＲ１、絶縁トランスＴＲ２の一次側に対しては、それぞれ一次巻線Ｎ1A、一次巻線Ｎ1Bが巻装される。
そして、このようにして上記絶縁トランスＴＲ１側に巻装される一次巻線Ｎ1Aと、絶縁トランスＴＲ２側に巻装される一次巻線Ｎ1Bとは、図示するように並列に接続される。

さらに、このように並列接続された一次巻線Ｎ1Aと一次巻線Ｎ1Bの双方に対して直列となるようにして、共振コンデンサＣ１が接続される。また、この共振コンデンサＣ１と上記した直流電源ＤＣの負極側との間には、直列に電流検出抵抗Ｒ１が挿入される。

上記のようにして一次巻線Ｎ1Aと一次巻線Ｎ1Bとの双方に対して直列となるようにして上記共振コンデンサＣ１が接続されることで、これら一次巻線Ｎ1Aと一次巻線Ｎ1Bとのリーケージインダクタンスと、上記共振コンデンサＣ１のキャパシンタスによる直列共振回路が形成される。これによって一次側のスイッチング動作が電流共振形となる。

また、このような一次側の直列共振回路に対して上記のように電流検出抵抗Ｒ１が直列に接続されることで、この電流検出抵抗Ｒ１においては一次巻線Ｎ1A、一次巻線Ｎ1Bを介して流れる共振電流レベルが検出される。この電流検出抵抗Ｒ１による検出出力は図示するように発振・ドライブ制御回路２の電流検出端子ｔ４に供給される。

上記絶縁トランスＴＲ１、絶縁トランスＴＲ２の二次側には、それぞれ［二次巻線Ｎ21A、二次巻線Ｎ22］の組、[二次巻線Ｎ21B、二次巻線Ｎ23]の組により二次巻線が巻装される。
この場合、絶縁トランスＴＲ１側に巻装された二次巻線Ｎ21Aと、絶縁トランスＴＲ２側に巻装される二次巻線Ｎ21Bとは、同じ直流出力電圧Ｖ１を得るために巻装される。
つまり、先ず上記絶縁トランスＴＲ１側に巻装される二次巻線Ｎ21Aに対しては、図示するように整流ダイオードＤo1A、平滑コンデンサＣo1による整流平滑回路が備えられる。そして、絶縁トランスＴＲ２側に巻装される二次巻線Ｎ21Bに対しては、直列に整流ダイオードＤo1Bが接続され、この整流ダイオードＤo1Bのカソードが上記平滑コンデンサＣo1の正極端子に対して接続されている。
これによって、平滑コンデンサＣo1の両端に得られる直流出力電圧Ｖ１としては、上記二次巻線Ｎ21Aと上記二次巻線Ｎ21Bとにそれぞれ励起される交番電圧の双方に基づいて生成されるものとなる。

また、上記のように絶縁トランスＴＲ１側に対して巻装された二次巻線Ｎ22と、絶縁トランスＴＲ２側に巻装された二次巻線Ｎ23とのそれぞれに対しては、[整流ダイオードＤo2、平滑コンデンサＣo2］、［整流ダイオードＤo3、平滑コンデンサＣo3］による整流平滑回路が備えられ、平滑コンデンサＣo2には直流出力電圧Ｖ２が、平滑コンデンサＣo3には直流出力電圧Ｖ３が生成される。
これら各直流出力電圧Ｖは、図示されない各負荷に対して供給される。

ここで、上記もしたように図１の回路としても、例えば液晶ディスプレイ装置に搭載される場合の構成例を示しており、この場合も上記した各直流出力電圧Ｖとしては、例えば以下のものを想定している。
直流出力電圧Ｖ１・・・バックライトインバータ駆動用電圧、１７Ｖ／１０Ａ
直流出力電圧Ｖ２・・・信号回路駆動用電圧、１１Ｖ／３Ａ
直流出力電圧Ｖ３・・・音声出力回路駆動用電圧、２４Ｖ／１．５Ａ
このような各出力電圧の内訳によると、この場合は直流出力電圧Ｖ１の出力系が最も大電力を要し、この直流出力電圧Ｖ１がメイン出力となっている。そして、実施の形態の電源回路では、これに対応するようにして、次に説明するようにこの直流出力電圧Ｖ１について定電圧制御動作を行うものとしている。

絶縁トランスＴＲの二次側において、上記のようにして二次巻線Ｎ21A、二次巻線Ｎ21Bの組により生成される直流出力電圧Ｖ１は、図示する制御回路１に対して検出入力される。
また、上記二次巻線Ｎ22のラインにおいては、整流ダイオードＤo2のカソードと平滑コンデンサＣo2の正極端子の接続点から、図示するように抵抗Ｒ２、及びフォトカプラＰＨのフォトダイオードＤphを介して制御回路１に入力されるラインが分岐している。このラインにより、制御回路１に対して上記直流出力電圧Ｖ２に応じた動作電源が供給される。

制御回路１は、上記のようにして供給される駆動電源の供給を受けて、検出入力される直流出力電圧Ｖ１のレベルに応じたレベルの制御電流を上記フォトダイオードＤphに流すようにされる。
フォトカプラＰＨにおいて、フォトトランジスタＱ3のエミッタはスイッチングＱ2のソースと接続され、コレクタは発振・ドライブ制御回路２における端子ｔ３に接続される。これにより、上記のようにフォトダイオードＤphに制御電流が流れることに応じては、この制御電流レベルに応じて、発振・ドライブ制御回路２の端子ｔ３から引き込む電流レベルが可変される。
つまり、これにより発振・ドライブ制御回路２では、上記端子ｔ３において直流出力電圧Ｖ１のレベルを検出することができる。

発振・ドライブ制御回路２では、このように端子ｔ３において検出される直流出力電圧Ｖ１のレベルに応じて、内蔵する発振器の周波数を変化させて図示する端子ｔ１、端子ｔ２から出力すべきスイッチング素子Ｑ１、スイッチング素子Ｑ2の駆動信号の周波数を可変する。つまり、直流出力電圧Ｖ１のレベルに応じてスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチング周波数を可変制御する。

例えば、検出された直流出力電圧Ｖ１のレベルが設定された基準電位よりも高い場合、制御回路１はフォトダイオードＤphに流す制御電流レベルを増大させ、発振・ドライブ制御回路２の端子ｔ３から引き込む電流レベルを増大させる。そして、発振・ドライブ制御回路２は、このような電流レベルの増大に応じて、内蔵する発振器の周波数を上げてスイッチング周波数が高くなるように制御を行う。
このようにスイッチング周波数が高くなるようにされることで、一次側直列共振回路のインピーダンスは増大し、これによって二次側の直流出力電圧のレベルは低下する傾向となる。
また、直流出力電圧Ｖ１のレベルが設定された基準電位よりも低く、制御回路１によって制御電流レベルが減少されて端子ｔ３から引き込む電流レベルも減少した場合は、発振器の周波数を下げることでスイッチング周波数が低くなるように制御を行う。つまり、この場合は共振回路のインピーダンスが低下し、直流出力電圧レベルは上昇傾向となる。
このようにして、直流出力電圧Ｖ１のレベルは一定となるように制御される。すなわち、二次側の直流出力電圧についての定電圧制御動作が行われているものである。

また、発振・ドライブ制御回路２では、この端子ｔ３への引き込み電流が０レベルとなり、端子ｔ３の検出電圧が所定以上となることに応じて、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ2のスイッチング駆動を停止するようにされる。
このような動作により、二次巻線Ｎ22のラインに短絡が生じた場合に対応して一次側のスイッチング動作を停止し、回路保護を図るようにされている。

つまり具体的に、二次巻線Ｎ22のラインが短絡した場合は、制御回路１の動作電源の供給が停止されることで、フォトダイオードＤphに制御電流が流れなくなる。そして、これによってフォトトランジスタＱ3は動作を停止し、端子ｔ３への引き込み電流が流れなくなる。このように引き込み電流が０レベルとなり端子ｔ３の検出電圧レベルが所定以上に上昇することに応じて、上記のようにスイッチング動作が停止される。すなわち、これよって二次巻線Ｎ22のライン側の短絡に対する回路保護が図られるものである。

さらに、発振・ドライブ制御回路２では、上記した端子ｔ４にて検出される一次側の共振電流レベルに応じた回路保護動作（過電流保護動作）を行うようにもされる。
すなわち、一次側の共振電流のレベルが増大して電流検出抵抗Ｒ１に生じる電圧レベルが所定以上に増大した場合に、これを端子ｔ４にて検出してスイッチング素子Ｑ1、スイッチング素子Ｑ2のスイッチング動作を停止させるものである。

ここで、これまでで説明してきた図１の回路構成において、例えば二次巻線Ｎ21Aと二次巻線Ｎ21Bとの出力に基づいて生成される直流出力電圧Ｖ１のラインが短絡した場合は、直流出力電圧Ｖ１の消失に応じて、これら二次巻線Ｎ21A、二次巻線Ｎ21Bが巻装される絶縁トランスＴＲ１、絶縁トランスＴＲ２に巻装される各一次巻線Ｎ１（Ｎ1A、Ｎ1B）のリーケージインダクタンスが大幅に低下する。これによって、一次巻線Ｎ1A、一次巻線Ｎ1Bを介して流れる共振電流のレベルが上昇し、電流検出抵抗Ｒ１に生じる電位が所定以上に上昇することで、先に説明したように端子ｔ４における検出電圧レベルが所定以上となって、発振・ドライブ制御回路２がスイッチング動作を停止して回路保護が図られる。

また、上記した発振・ドライブ制御回路２による保護動作によれば、二次巻線Ｎ21A・二次巻線Ｎ22のライン（直流出力電圧Ｖ２のライン）に短絡が生じた場合には、スイッチング動作が停止されて回路保護が図られるものとなる。

しかしながら、先にも説明したように直流出力電圧Ｖ１、直流出力電圧Ｖ２、直流出力電圧Ｖ３の複数出力を得るにあたって、絶縁トランスＴＲを複数設けた構成では、直流出力電圧Ｖ３のラインが短絡した場合に回路保護を図ることができない可能性がある。
つまり、このような各出力電圧を得るにあたり、絶縁トランスＴＲを１つとした図２の回路では、二次巻線Ｎ23と一次巻線Ｎ１とは同じ絶縁トランスＴＲに巻装されるので、二次巻線Ｎ23のラインでの直流出力電圧Ｖ３の消失に応じては一次巻線Ｎ１のリーケージインダクタンスも充分に低下し、これによって一次側の共振電流レベルも充分に増加する。
しかし、絶縁トランスＴＲを複数備える場合は、一次巻線Ｎ１を一次巻線Ｎ1Aと一次巻線Ｎ1Bとに分割してそれぞれ異なる絶縁トランスＴＲに巻装するようにされるので、二次巻線Ｎ23としては一方の一次巻線Ｎ1Bに対してしか同じ絶縁トランスＴＲ1Bに巻装されず、直流出力電圧Ｖ３の消失に応じては一次巻線Ｎ1B側のリーケージインダクタンスの低下分しか得られずに、共振電流レベルとしてもその分充分な上昇が得られない。
また、このように直流出力電圧Ｖ３の低下に応じて共振電流レベルとして充分な上昇が得られない要因としては、直流出力電圧Ｖ３は直流出力電圧Ｖ１に対して小電力出力とされていることも関係している。つまり、このように直流出力電圧Ｖ３が小電力出力とされることにより、二次巻線Ｎ23としては一次巻線Ｎ1に対する巻数比が小さいものとなっている。そして、このように一次巻線Ｎ1に対する巻数比が小さいことで、一次巻線Ｎ1B側のリーケージインダクタンスとしても充分な低下が得られなくなってしまうことにもよる。
このようにして共振電流レベルの充分な上昇が得られないことで、発振・ドライブ制御回路２による上記した過電流保護動作が得られない可能性があり、結果的に二次巻線Ｎ23のラインの短絡に対応した回路保護動作が得られなくなってしまう虞がある。

そこで、実施の形態では、このような二次巻線Ｎ23のラインでの短絡に対応した回路保護動作の実現を図るべく、図１に示される保護回路３を備えるようにしている。
この保護回路３としては、図示するように差動アンプＯＰを備えるものとしている。そして、図示するようにこの差動アンプＯＰの非反転端子に対し、上記した二次巻線Ｎ23のラインに得られる直流出力電圧Ｖ３を入力している。
また、反転端子には定電圧源Ｅ１を入力している。この場合、定電圧源Ｅ１は、差動アンプＯＰの動作電源としても供給される。
さらに、差動アンプＯＰの出力端子は、上記した制御回路１に対する動作電源の供給ラインに挿入された抵抗Ｒ２に対して接続される。

ここで、上記定電圧源Ｅ１の電位は、定常動作時における直流出力電圧Ｖ３の電位よりも低い電位に設定される。
これによると、定常動作時において差動アンプＯＰの出力は正極性となり、これによって制御回路１には動作電源が供給される。すなわち、この場合は制御回路１による動作が正常に行われ、これによって一次側のスイッチング素子Ｑ1、Ｑ2の動作も継続して得られる。

そして、上記保護回路３において、二次巻線Ｎ23のラインが短絡し、直流出力電圧Ｖ３の電位が消失した場合は、差動アンプＯＰの出力が正極性から負極性に反転し、この場合の差動アンプＯＰは制御回路１への動作電源の供給ラインから電流を引き込むように動作することになる。つまり、これに応じて制御回路１に対する動作電源の供給が停止するため、制御回路１が動作を停止する。
そして、このように制御回路１の動作が停止されることによって、上記もしたようにフォトカプラＰＨを介した制御電流が流れず、発振・ドライブ制御回路２の端子ｔ３にて検出される電位が所定以上となってスイッチング素子Ｑ1、Ｑ2のスイッチング動作を停止するように制御が行われる。
これにより、二次巻線Ｎ23のラインの短絡に応じた回路保護動作が得られる。

このようにして、実施の形態のスイッチング電源回路の構成によれば、絶縁トランスＴＲが複数備えられて、二次巻線Ｎ23が一方の一次巻線Ｎ1Bとしか同じ絶縁トランスＴＲに巻装されない場合においても、この二次巻線Ｎ23のライン（直流出力電圧Ｖ３のライン）で生じた短絡に対する回路保護を図ることができる。
そして、上述もしたように他の二次巻線Ｎ21A、Ｎ21Bによる直流出力電圧Ｖ１のラインについては、メイン出力とされて二次巻線Ｎ21A、二次巻線Ｎ21Bがそれぞれ一次巻線Ｎ1A、一次巻線Ｎ1Bと同じトランスに巻装されるので、その分直流出力電圧Ｖ１の消失に応じては一次巻線Ｎ1A、一次巻線Ｎ1Bにおけるリーケージインダクタンスの充分な低下が得られ、発振・ドライブ制御回路２の過電流保護動作による回路保護が図られる。
また、二次巻線Ｎ22による直流出力電圧Ｖ２のラインについては、制御回路１の動作電源として供給されるものであるので、このラインでの短絡に応じて制御回路１の動作が停止されることにより、発振・ドライブ制御回路２によるスイッチング動作の停止制御が行われて回路保護が図られている。
つまり、このような実施の形態によれば、絶縁トランスＴＲを複数備えるようにされた電源回路であって、メイン出力として制御回路１に対する検出入力としても供給される直流出力電圧Ｖ１と、制御回路１の動作電源としても供給される直流出力電圧Ｖ２を出力すると共に、さらにこれら直流出力電圧Ｖ１、Ｖ２とは異なる他の直流出力電圧Ｖ３を出力するようにされた構成において、すべての直流出力電圧Ｖのラインの短絡に対応して回路保護を図ることができる。
このようにすべての直流出力電圧Ｖのラインでの短絡に対して回路保護が図られることで、スイッチング電源回路としての信頼性を確保することができる。

また、このように絶縁トランスＴＲを複数とした場合にもすべての出力電圧ラインでの短絡に対応した回路保護が可能となることで、このような絶縁トランスＴＲを複数備えた構成の実用が可能となる。すなわち、このような実施の形態によれば、各絶縁トランスＴＲのコアの薄型化を図って装置本体の薄型化を図る構成を、実用レベルで実現できるものである。

また、これまでに説明した実施の形態としての回路保護動作は、すべて電源回路内で完結したものとすることができる。
すなわち、直流出力電圧Ｖ１、直流出力電圧Ｖ２のラインでの短絡に対しては、抵抗Ｒ１と発振・ドライブ制御回路２、或いは制御回路１と発振・ドライブ制御回路２とによる動作によって実現されている。
また、上記した直流出力電圧Ｖ３のラインでの短絡に応じた保護動作としても、保護回路３として差動アンプＯＰを用い、この差動アンプＯＰに対して直流出力電圧Ｖ３と定電圧源（基準電圧）を差動入力する構成としたことで、例えば直流出力電圧Ｖ３の消失を検出するために外部のマイクロコンピュータ等によって直流出力電圧Ｖ３レベルを監視するといったことを不要とすることができる。つまり、これによって保護動作は電源回路内で完結した動作とすることができる。
このように保護動作を電源回路内で完結した動作により行うことができることで、当該電源回路が備えられる装置本体側での異常に左右されない確実な回路保護を図ることができ、この点でも信頼性の向上が図られる。

さらに、実施の形態の保護回路３としては、先に説明したように直流出力電圧Ｖ３のレベルに応じて制御回路１への動作電源の供給を停止させる構成としたことで、直流出力電圧Ｖ３のラインでの短絡に応じた保護動作を、直流出力電圧Ｖ２の場合と同じ制御系を利用して行うことができる。
これによれば、別途フォトカプラを設けて二次側から一次側に制御を行う系を新たに構成する等といった必要はなく、その分短絡保護のための回路構成部品の削減が図られる。

なお、本発明としてはこれまでに説明してきた実施の形態に限定されるべきものではない。
例えば、二次側の整流平滑回路は半波整流回路としたが、両波整流回路や全波整流回路を構成することもできる。また、一次側のスイッチング素子としてもハーフブリッジ結合でなくフルブリッジ結合とすることもできる。
さらに、電流共振形コンバータを備えるものとしたが、電圧共振形のコンバータを備えることもできる。或いは、共振形としない構成を採ることもできる。

また、実施の形態では、絶縁トランスＴＲを２つとする場合を例に挙げたが、３つ以上備えられる場合にも本発明は好適に適用できる。
また、二次側の直流出力電圧としては３種を出力するものとしたが、４種以上を出力する構成とすることもできる。
なお、これらの場合においては、メイン出力として定電圧制御動作のための検出入力としても供給される第１の出力電圧と、上記定電圧制御動作のための制御回路に対する駆動電源としても供給される第２の出力電圧以外の第３の出力電圧の出力系を、２以上とする場合が考えられる。このように第３の出力電圧の出力系が２以上となる場合に対応しては、これらそれぞれの出力電圧ラインに対して上記した保護回路３を備えるものとすればよい。これにより、すべての出力電圧のラインでの短絡に対応して回路保護動作を行うことができる。

また、保護回路３の構成としては実施の形態で例示したものに限定されず、第３の出力電圧のレベルに応じて一次側のスイッチング素子の動作を停止させるように動作するものであれば他の構成を採ることもできる。

また、液晶ディスプレイ装置の電源として備えられる場合を例示したが、用途について限定するものではない。
つまり、本発明のスイッチング電源回路としては、絶縁トランスを複数備えるようにされて一次巻線が複数の絶縁トランスに分けて巻装される電源回路であって、メイン出力として定電圧制御動作のための検出入力としても供給される第１の出力電圧と、上記定電圧制御動作のための制御回路に対する駆動電源としても供給される第２の出力電圧と、さらにそれ以外の第３の出力電圧を出力するようにされる構成に好適に適用できるものである。
そして、この場合において、一次側に過電流保護の構成を備えたものであれば、上記第１の出力電圧についての短絡保護も図られ、これによって第１〜第３の出力電圧のすべてのラインでの短絡に応じた回路保護を図ることができる。

本発明における実施の形態としてのスイッチング電源回路の構成を示す回路図である。 従来のスイッチング電源回路の構成として、絶縁トランスを１つのみ備えた場合の構成例を示す回路図である。 従来のスイッチング電源回路の構成として、絶縁トランスを複数備えた場合の構成例を示す回路図である。

符号の説明

１ 制御回路、２ 発振・ドライブ制御回路、３ 保護回路、ＯＰ 差動アンプ、Ｅ１ 定電圧源、ＤＣ 直流電源、Ｑ１、Ｑ２ スイッチング素子、ＴＲ、ＴＲ１、ＴＲ２ 絶縁トランス、Ｎ１、Ｎ1A、Ｎ1B 一次巻線、Ｎ21、Ｎ21A、Ｎ21B、Ｎ22、Ｎ23 二次巻線、Ｃ１ 共振コンデンサ、Ｒ１ 電流検出抵抗、Ｄo1、Ｄo1A、Ｄo1B、Ｄo2、Ｄo3 整流ダイオード、Ｃo1、Ｃo2、Ｃo3 平滑コンデンサ

Claims (3)

1. 直流電圧を入力してスイッチング動作を行うスイッチング素子を備えたスイッチング手段と、
   上記スイッチング素子を駆動すると共に、供給される制御信号のレベルに応じて上記スイッチング素子のスイッチング動作を制御する駆動制御手段と、
   各々が並列に接続されて上記スイッチング手段によるスイッチング出力が供給される複数の一次巻線のうち、各１つの一次巻線が一次側に巻装されると共に、二次側に上記各一次巻線に得られる交番電圧が励起される１又は複数の二次巻線が巻装された複数の絶縁トランスと、
   上記複数の絶縁トランスのうちの２以上の上記絶縁トランスにそれぞれ巻装された二次巻線に励起される交番電圧に基づき、メイン出力となる第１の出力電圧を生成する第１の出力電圧生成手段と、
   上記第１の出力電圧生成手段により生成される上記第１の出力電圧を検出入力すると共に、上記第１の出力電圧のレベルに応じたレベルの上記制御信号を上記駆動制御手段に供給することにより、この制御信号のレベルに応じて上記スイッチング素子のスイッチング動作を制御させて上記第１の出力電圧について安定化を図るようにされた定電圧制御手段と、
   上記絶縁トランスに巻装された所要の二次巻線に励起される交番電圧に基づき、上記定電圧制御手段の動作電源としても供給される第２の出力電圧を生成する第２の出力電圧生成手段と、
   上記絶縁トランスに巻装された所要の二次巻線に励起される交番電圧に基づき、上記第１及び上記第２の出力電圧とは異なる第３の出力電圧を生成する第３の出力電圧生成手段と、
   上記絶縁トランスの一次巻線を介して流れる電流のレベルに応じて、上記スイッチング素子のスイッチング動作を停止させるように構成された過電流保護手段と、
   上記第３の出力電圧のレベルに応じて、上記スイッチング素子のスイッチング動作を停止させるように構成された短絡保護手段と、
   を備えることを特徴とするスイッチング電源回路。
2. 上記短絡保護手段は、
   上記第３の出力電圧のレベルに応じて上記定電圧制御手段に対する上記第２の出力電圧の供給を停止させることで、上記スイッチング素子のスイッチング動作を停止させるように構成される、
   ことを特徴とする請求項１に記載のスイッチング電源回路。
3. 上記短絡保護手段は、
   差動入力として上記第３の出力電圧と所定の基準電圧とを入力し、さらに出力端子が上記定電圧制御手段に対する上記第２の出力電圧の供給ラインに対して接続された差動アンプを備えて構成される、
   ことを特徴とする請求項２に記載のスイッチング電源回路。

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