JP2007143230A - スイッチング電源回路の制御方式 - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチング電源において、スイッチング損失の増加状態が継続することによるスイッチングデバイスの焼損を防止する。
【解決手段】タイマ３９を設けて、スイッチングデバイス４のサージ電圧低減機能の動作継続時間を一定以下に制限することにより、スイッチングデバイス４の過熱を防止できるようにする。これにより、正常時にはスイッチングデバイス４のサージ電圧が低減され、異常時にはスイッチングデバイス４を焼損しないサージ電圧低減機能を備えたスイッチング電源回路が提供可能となる。
【選択図】図１

Description

この発明は、スイッチング電源回路の制御方式、特にスイッチングデバイス（またはスイッチング素子）に発生するサージ電圧を低減するための制御方式に関する。

スイッチングデバイスに発生するサージ電圧を抑制するスイッチング電源回路として、特許文献１や特許文献２に示すものがある。
図９に、特許文献１に開示のスイッチング電源回路の例を示す。図９において、１は入力の直流電源、２は漏れインダクタンス、３はトランス、４はスイッチングデバイス、５はスイッチングデバイス４をオン・オフ動作させる駆動回路、６は出力端子、７は制御回路のＧＮＤ（接地）端子、９は電流検出用のトランス、１１と１２はトランス３を介しその２次側に供給される電力を整流する整流ダイオード、１３は平滑用インダクタンス、１４は平滑用コンデンサ、１５は負荷、１６と１７は出力電圧を分圧する抵抗、１８はシャントレギュレータ、１９はコンデンサ、２０，２１，２２および２５は抵抗、２３ａ，２３ｂはフォトカプラ、２４は制御回路、２６はパルス生成回路、５１はサージ対策回路をそれぞれ示す。

図９の主回路動作は次の通りである。直流電源１の直流電圧をスイッチングデバイス４でオン・オフすることにより、トランス３の１次巻線３ａを介し２次巻線３ｂに電圧を発生させる。トランス３の２次巻線３ｂに発生する電圧はダイオード１１，１２，平滑用インダクタンス１３および平滑用コンデンサ１４により整流され、直流電圧に変換される。この直流電圧は抵抗１６と１７により分圧され、シャントレギュレータ１８により基準電圧と比較される。シャントレギュレータ１８は、上記直流電圧が上昇するとフォトカプラ２３ａを介してフィードバック（ＦＢ）信号を引き下げることで、パルス生成回路２６に上記直流電圧の上昇を伝達する。パルス生成回路２６は、フィードバック（ＦＢ）信号の低下に応じてスイッチングデバイス４のオン期間を狭めることで、上記出力電圧を下げて所望の電圧値に安定化させる。

駆動回路５は、ＮＰＮトランジスタ２７、オン時ゲート抵抗２８、ＰＮＰトランジスタ２９、オフ時ゲート抵抗３０、ＮＰＮトランジスタ３２および抵抗３３からなるゲート抵抗切換え回路３１から構成される。駆動回路５はパルス生成回路２６の出力信号（ＩＣｏｕｔ）に基づき、スイッチングデバイス４をオン・オフする駆動信号を出力する。出力信号（ＩＣｏｕｔ）がＨレベルのときはＮＰＮトランジスタ２７がオンし、駆動回路５の出力にはオン時ゲート抵抗２８を介して電源電圧Ｖｃｃ１が接続され、スイッチングデバイス４がオンする。一方、出力信号（ＩＣｏｕｔ）がＬレベルのときはＰＮＰトランジスタ２９がオンし、駆動回路５の出力にはオフ時ゲート抵抗３０とゲート抵抗切換え回路３１の並列回路を介してＧＮＤ電位７が接続される。ゲート抵抗切換え回路３１は、サージ対策回路５１の出力がＨレベルのときにのみＮＰＮトランジスタ３２をオンし、抵抗３３をオフ時ゲート抵抗３０と並列に接続する。

サージ対策回路５１は、電流検出用のトランス９より得られた電流値をそれに比例する電流値信号（電圧）に変換する抵抗５２、電流値信号を電流ピーク値信号に変換するダイオード５３、電流ピーク値信号を保持するコンデンサ５４、電流ピーク値信号を分圧する抵抗５５と５６、電流ピーク値の大小を判別するコンパレータ５７、コンパレータ５７が比較に用いる基準電圧５８、コンパレータ５７の信号出力をプルアップする抵抗５９などから構成される。

上記サージ対策回路５１は、スイッチングデバイス４を流れる電流のピーク値の大小を判別し、ゲート抵抗切換え回路３１にゲート抵抗切換え信号を出力する。電流検出用のトランス９と抵抗５２は、スイッチングデバイス４を流れる電流値に比例した電流値信号（電圧）を発生させる。ダイオード５３は電流値信号から電流ピーク値信号を作り出し、コンデンサ５４は電流ピーク値信号を保持する。コンパレータ５７は、電流ピーク値信号を抵抗５５と５６で分圧したものを基準電圧５８と比較することで、電流ピーク値の大小を判別する。電流ピーク値が設定値より小さい場合、コンパレータ５７はＨレベルを出力し、オフ時のゲート抵抗を抵抗３０と３３との並列抵抗値とする。電流ピーク値が設定値より大きい場合、コンパレータ５７はＬレベルを出力しゲート抵抗切換え回路３１をオフ状態とすることで、オフ時のゲート抵抗を抵抗３０のみの抵抗値とする。電流ピーク値が設定値より大きい場合、電流ピーク値が設定値より小さい場合に比べオフ時のゲート抵抗は大きくなる。

スイッチングデバイス４のドレインＤとソースＳ間に発生するサージ電圧は、スイッチングデバイス４がオフする瞬間に漏れインダクタンス２に流れる電流（ｉ）が急激に減少することにより、漏れインダクタンス２に逆起電圧（ＶＩ）が発生することに起因するものである。電流が急激に減少すると、漏れインダクタンス２に蓄積されていたエネルギーが放出されて逆起電圧（ＶＩ）が発生し、この電圧ＶＩと入力電圧とを加え合わせた電圧が、スイッチングデバイス４のドレインＤとソースＳ間に印加される。ここで、漏れインダクタンス２に発生する逆起電圧ＶＩは、漏れインダクタンス２に流れる電流ｉの変化率（ｄｉ／ｄｔ）に比例する大きさであり、ＶＩ＝Ｌ×ｄｉ／ｄｔで表現できる。従って、電流ｉの変化率を小さくすることで、スイッチングデバイス４に発生するサージ電圧を低減できることが分かる。

電流ｉの変化率（ｄｉ／ｄｔ）を小さくする方法として、オフ時のゲート抵抗を大きくしスイッチングデバイスのターンオフ立下り時間を長くすることが一般的に行なわれる。しかし、スイッチングデバイスのターンオフ立下り時間を長くすると、スイッチングデバイスに印加される電圧と、スイッチングデバイスを流れる電流が重なる時間（スイッチング期間）が長くなり、スイッチング損失が増大する。
図９では、サージ対策回路５１により起動時のような電流ピーク値が大きい場合のみオフ時のゲート抵抗を大きくし、スイッチングデバイスのターンオフ立下り時間を長くすることでサージ電圧を低減する。これにより、通常の負荷状態ではスイッチングデバイスのターンオフ立下り時間を長くしないで済むため、スイッチング損失が増大することはない。

図１０Ａ，Ｂに制御回路の電源電圧（Ｖｃｃ１，Ｖｃｃ２），出力電圧，フィードバック（ＦＢ）信号，コンパレータ５７の出力，スイッチングデバイス４の電流，スイッチングデバイス４の電圧，スイッチングデバイス４のスイッチング損失の各波形例を示す。
制御回路の電源電圧（Ｖｃｃ１，Ｖｃｃ２）の立上がり直後において、スイッチングデバイス４の電流ピーク値は設定値（基準電圧５８）を上回る。よって、コンパレータ５７の出力であるサージ対策回路５１の出力は、Ｌレベルとなる。サージ対策回路５１の出力がＬレベルの間、スイッチングデバイス４のターンオフ立下り時間が長くなりサージ電圧が低減される。
正常起動時（図１０Ａ参照）には、出力電圧が上昇しフィードバック（ＦＢ）信号が低下すると、スイッチングデバイス４を流れる電流ピーク値が減少し、サージ対策回路５１の出力がＨレベルとなる。サージ対策回路５１の出力がＨレベルになると、スイッチングデバイス４のターンオフ立下り時間が通常のレベルとなり、スイッチング損失が低減される。

負荷短絡など過負荷状態が継続された場合（図１０Ｂ参照）、出力電圧が上昇しないためフィードバック（ＦＢ）信号が低下せず、スイッチングデバイス４を流れる電流も減少しない。スイッチングデバイス４を流れる電流のピーク値が減少しないため、サージ対策回路５１の出力はＬレベルを維持しスイッチング損失の大きい状態が継続される。スイッチング損失の大きい状態が継続されると、スイッチングデバイス４が過熱され続け最悪の場合には焼損する可能性がある。
特開２００５−１３０６６８号公報 特開２００１−１１２２５４号公報

以上のように、上記特許文献１に記載のものは、通常動作時のスイッチング損失を増加させずにサージ電圧を低減する機能を有しているが、過負荷状態が継続されるとスイッチング損失が増加し、スイッチングデバイスが焼損するおそれがある、という問題がある。
従って、この発明の課題は、スイッチング損失の増加状態が継続することによるスイッチングデバイスの焼損を防止することにある。

このような課題を解決するため、請求項１の発明では、直流電源にトランスとスイッチング素子とを直列接続し、このスイッチング素子を駆動回路を介してオン・オフすることで、前記トランスの二次巻線に発生する電圧を整流し平滑して安定な直流出力電圧を得るに当り、前記直流出力電圧と第１基準電圧との誤差を増幅したフィードバック信号により前記スイッチング素子のオン期間を調節するようにしたスイッチング電源回路において、
制御電源の状態を監視する状態監視手段を設け、前記駆動回路は前記状態監視手段からの出力に基づき前記スイッチング素子に供給する駆動信号の立下り時間を長くすることを特徴とする。
請求項１の発明においては、前記状態監視手段は前記制御電源の起動から第１の設定時間が経過したか否かを判断する第１のタイマを備え、前記制御電源の起動から第１の設定時間が経過するまでを起動状態と判断し、前記駆動回路は前記状態監視手段が起動状態と判断している期間において、前記駆動信号の立下り時間を長くすることができる（請求項２の発明）。

請求項１または２の発明においては、前記状態監視手段は前記フィードバック信号を第２の基準電圧と比較する第１の比較手段を備え、前記制御電源の起動から前記フィードバック信号が前記第２の基準電圧を下回るまでを起動状態と判断し、前記駆動回路は前記状態監視手段が起動状態と判断している期間において、前記駆動信号の立下り時間を長くすることができる（請求項３の発明）。
上記請求項１〜３のいずれかの発明においては、前記状態監視手段は前記フィードバック信号を第３の基準電圧と比較する第２の比較手段を備え、前記フィードバック信号が第３の基準電圧を超える場合を重負荷状態と判断し、前記駆動回路は前記状態監視手段が重負荷状態と判断している期間において、前記駆動信号の立下り時間を長くすることができる（請求項４の発明）。

また、請求項５の発明では、直流電源にトランスとスイッチング素子とを直列接続し、このスイッチング素子を駆動回路を介してオン・オフすることで、前記トランスの二次巻線に発生する電圧を整流し平滑して安定な直流出力電圧を得るに当り、前記直流出力電圧と第１基準電圧との誤差を増幅したフィードバック信号により前記スイッチング素子のオン期間を調節するようにしたスイッチング電源回路において、
主回路を流れる電流を検出する電流検出手段を設け、この電流検出手段が過電流を検出する場合を重負荷状態と判断し、前記駆動回路は重負荷状態と判断している期間において、前記駆動信号の立下り時間を長くすることを特徴とする。

上記請求項５の発明においては、前記重負荷状態が第２の設定時間以上継続したか否かを判断する第２のタイマを設け、前記重負荷状態が第２の設定時間以上継続した場合を異常状態と判断し、前記駆動回路は異常状態を判断している期間には、前記駆動信号の立下り時間を長くしないことができ（請求項６の発明）、また、請求項５または６の発明においては、前記異常状態を判断している場合は、前記駆動回路は前記駆動信号の出力を停止させ、前記スイッチング素子をオフ状態に維持することができる（請求項７の発明）。

この発明によれば、スイッチングデバイスのサージ電圧低減機能の動作継続時間を一定以下に制限することで、スイッチングデバイスの過熱を防止することが可能となる。その結果、正常時にはスイッチングデバイスのサージ電圧が低減され、異常時にはスイッチングデバイスを焼損しないサージ電圧低減機能を有するスイッチング電源回路を提供することができる。

図１はこの発明の実施の形態を示す構成図で、図９に示すサージ対策回路５１を状態監視手段３４に置き換えた点が特徴である。この状態監視手段３４は、電源回路の起動から設定時間が経過したか否かを判断するタイマ３９を備えている他は図９と同じでなので、同じものには同じ符号を付して説明を省略する。以下、相違点を主に説明する。
タイマ３９は、電源回路の起動から設定時間が経過するとＨレベルを出力する。起動から設定時間が経過するまでは、タイマ３９の出力はＬレベルであり、状態監視手段３４の出力もＬレベルである。

そして、状態監視手段３４の出力がＬレベルである間は、スイッチングデバイス４のターンオフ立下り時間が長くなるため、サージ電圧は低減される。電源回路の起動から設定時間が経過すると、タイマ３９すなわち状態監視手段３４の出力はＨレベルとなり、スイッチングデバイス４のターンオフ立下り時間が通常のレベルとなり、スイッチング損失が低減される。タイマ３９の設定時間を、スイッチングデバイス４のターンオフ立下り時間が長い状態が継続しても焼損しない程度の時間とすることで、スイッチング損失による焼損を回避することができる。

図２Ａ，２Ｂに制御回路の電源電圧（Ｖｃｃ１，Ｖｃｃ２），出力電圧，フィードバック（ＦＢ）信号，タイマ３９の出力，スイッチングデバイス４の電流，スイッチングデバイス４の電圧，スイッチングデバイス４のスイッチング損失の各波形例を示す。
制御回路の電源電圧（Ｖｃｃ１，Ｖｃｃ２）の立上がり直後において、タイマ３９の出力である状態監視手段３４の出力はＬレベルとなる。状態監視手段３４の出力がＬレベルの間、スイッチングデバイス４のターンオフ立下り時間が長くなり、サージ電圧が低減される。

正常起動時（図２Ａ参照）には、タイマ３９が起動から設定時間以上経過したことを判断する前に出力電圧が上昇し、フィードバック（ＦＢ）信号が低下する。フィードバック（ＦＢ）信号が低下すると、スイッチングデバイス４を流れる電流ピーク値が減少し、サージ対策回路５１の出力がＨレベルとなる。サージ対策回路５１の出力がＨレベルになると、スイッチングデバイス４のターンオフ立下り時間が通常のレベルとなり、スイッチング損失が低減される。

過負荷状態や出力短絡状態で起動された場合（図２Ｂ参照）、電源回路の起動から設定時間以上経過すると、状態監視手段３４の出力であるタイマ３９の出力がＨレベルとなる。状態監視手段３４の出力がＨレベルとなると、スイッチングデバイス４のターンオフ立下り時間が通常のレベルとなるため、スイッチング損失が低減される。スイッチング損失が大きい状態が継続されないため、スイッチングデバイス４が焼損に至ることを防止することができる。

図３はこの発明の別の実施の形態を示す構成図である。これは、図１に示す状態監視手段３４の内部構成を変更したものである。状態監視手段３４はここではＯＲゲート３７、電源回路の起動から設定時間が経過したか否かを判断するタイマ４０、フィードバック（ＦＢ）信号の大小を判別するコンパレータ３５、起動状態信号を保持するリセットセットフリップフロップＲＳＦＦ３８等からなる。４１は第２の基準電圧を示す。その他は図１と同様である。

すなわち、タイマ４０は電源回路の起動から設定時間が経過すると、Ｈレベルを出力する。コンパレータ３５は、フィードバック（ＦＢ）信号が第２の基準電圧以下になったことを検出すると、Ｈレベルを出力する。ＯＲゲート３７は、タイマ４０の出力とコンパレータ３５の少なくとも一方がＨレベルのときにＨレベルを出力し、ＲＳＦＦ３８をリセットする。ＲＳＦＦ３８は電源回路の起動時にセットされ、フィードバック（ＦＢ）信号の低下または設定時間の経過でリセットされる。ＲＳＦＦ３８の出力は、セットからリセットまでの間はＬレベルを出力する。

ＲＳＦＦ３８の出力がＬレベルである間は状態監視手段３４の出力もＬレベルとなり、スイッチング損失が低減される。ＲＳＦＦ３８がリセットされ状態監視手段３４の出力がＨレベルとなると、スイッチングデバイス４のターンオフ立下り時間が通常のレベルとなり、スイッチング損失が低減される。タイマ４０の設定時間を、スイッチングデバイス４のターンオフ立下り時間が長い状態が継続されても損傷しない程度の時間とすることで、スイッチング損失で損傷に至ることを防止することができる。

図４Ａ，４Ｂに制御回路の電源電圧（Ｖｃｃ１，Ｖｃｃ２），出力電圧，フィードバック（ＦＢ）信号，コンパレータ３５の出力，タイマ４０の出力，ＲＳＦＦ３８の出力，スイッチングデバイス４の電流，スイッチングデバイス４の電圧，スイッチングデバイス４のスイッチング損失の各波形例を示す。
制御回路の電源電圧（Ｖｃｃ１，Ｖｃｃ２）の立上がり時にＲＳＦＦ３８はセットされ、状態監視手段３４の出力であるＲＳＦＦ３８の出力はＬレベルとなる。状態監視手段３４の出力がＬレベルの間、スイッチングデバイス４のターンオフ立下り時間が長くなり、サージ電圧が低減される。

正常起動時（図４Ａ参照）では、出力電圧が上昇しフィードバック（ＦＢ）信号が基準電圧４１以下に低下すると、コンパレータ３５の出力がＨレベルになり、ＯＲゲート３７の出力もＨレベルとなる。ＯＲゲート３７の出力もＨレベルとなりＲＳＦＦ３８がリセットされると、状態監視手段３４の出力であるＲＳＦＦ３８の出力がＨレベルとなる。状態監視手段３４の出力がＨレベルとなるため、スイッチングデバイス４のターンオフ立下り時間が通常のレベルとなり、スイッチング損失は低減される。このとき、既にスイッチングデバイス４を流れる電流は減少しているため、スイッチングデバイス４に発生するサージ電圧は規定値以内になっている。

過負荷状態や出力短絡状態で起動された場合（図４Ｂ参照）、フィードバック（ＦＢ）信号が基準電圧４１以下に低下する前に、タイマ４０が電源回路の起動から設定時間が経過したことを判断し、Ｈレベルを出力する。タイマ４０の出力がＨレベルとなりＲＳＦＦ３８がリセットされると、状態監視手段３４の出力であるＲＳＦＦ３８の出力がＨレベルとなる。状態監視手段３４の出力がＨレベルとなるため、スイッチングデバイス４のターンオフ立下り時間が通常のレベルとなり、スイッチング損失は低減される。スイッチング損失が大きい状態が継続されないため、スイッチングデバイス４が焼損に至ることはない。

図５はこの発明のさらに他の実施の形態を示す構成図である。
これは、図３に示す状態監視手段３４の構成を変更したものである。すなわち、状態監視手段３４はここではＯＲゲート３７、過負荷状態が設定時間以上継続したか否かを判断するタイマ４２、フィードバック（ＦＢ）信号の大小を判別するコンパレータ３５、ＮＯＴゲート３６などから構成される。符号４３は、第３の基準電圧を示す。その他、図３と同じものには同じ符号を付して説明は省略する。

コンパレータ３５は、フィードバック（ＦＢ）信号が第３の基準電圧４３以上に上昇したことを検出すると、Ｈレベルを出力する。ＮＯＴゲート３６は、コンパレータ３５の出力がＨレベルのときＬレベルを出力する。タイマ４２は、コンパレータ３５の出力がＨレベルである時間が設定時間以上経過すると、Ｈレベルを出力する。ＯＲゲート３７は、タイマ４２の出力とＮＯＴゲート３６の出力の少なくとも一方がＨレベルのときに、Ｈレベルを出力し状態監視手段３４の出力をＨレベルとする。

過負荷状態においてフィードバック（ＦＢ）信号が上昇すると状態監視手段３４の出力がＬレベルとなり、スイッチングデバイス４のターンオフ立下り時間が長くなるためサージ電圧が低減される。過負荷状態が解消されフィードバック（ＦＢ）信号が低下すると、状態監視手段３４の出力がＨレベルとなる。状態監視手段３４の出力がＨレベルとなると、スイッチングデバイス４のターンオフ立下り時間が通常のレベルとなり、スイッチング損失が低減される。

負荷短絡など過負荷状態が設定時間以上継続された場合、コンパレータ３５の出力がＨレベルを維持した状態で、タイマ４２の出力がＨレベルとなる。タイマ４２がＨレベルを出力した場合、パルス生成回路２６は異常状態と判断しスイッチングデバイス４をオフさせる。このとき状態監視手段３４の出力もＨレベルとなり、スイッチングデバイス４のターンオフ立下り時間が通常のレベルとなり、スイッチング損失が低減される。タイマ４２の設定時間を、スイッチングデバイス４のターンオフ立下り時間が長い状態が継続されても焼損しない程度の時間とすることで、スイッチング損失にて焼損に至ることを防止することができる。

図６Ａ，６Ｂに出力電圧，フィードバック（ＦＢ）信号，コンパレータ３５の出力，タイマ４２の出力，ＯＲゲート３７の出力，スイッチングデバイス４の電流，スイッチングデバイス４の電圧，スイッチングデバイス４のスイッチング損失の各波形例を示す。
正常時（図６Ａ参照）には、フィードバック（ＦＢ）信号が第３の基準電圧４３以上に上昇しないため、コンパレータ３５の出力はＬレベル、ＮＯＴゲート３６の出力はＨレベル、ＯＲゲート３７の出力はＨレベルとなる。状態監視手段３４の出力であるＯＲゲート３７の出力はＨレベルとなるため、スイッチングデバイス４のターンオフ立下り時間は通常のレベルである。

過負荷時（図６Ａ参照）には、フィードバック（ＦＢ）信号が第３の基準電圧４３以上に上昇してコンパレータ３５の出力がＨレベルになり、ＯＲゲート３７の出力はＬレベルとなる。状態監視手段３４の出力でもあるＯＲゲート３７の出力がＬレベルであるため、スイッチングデバイス４のターンオフ立下り時間が長くなり、サージ電圧が低減される。過負荷状態が解消されフィードバック（ＦＢ）信号が第３の基準電圧４３以下に低下すると、状態監視手段３４の出力でもあるＯＲゲート３７の出力がＨレベルとなるため、スイッチングデバイス４のターンオフ立下り時間が通常のレベルとなり、スイッチング損失が低減される。

負荷短絡など過負荷状態が継続される場合（図６Ｂ参照）、フィードバック（ＦＢ）信号が低下せずコンパレータ３５の出力がＨレベルを維持する。コンパレータ３５の出力が設定時間以上Ｈレベルを維持すると、タイマ４２の出力がＨレベルとなる。タイマ４２の出力がＨレベルとなると、パルス生成回路２６は異常状態と判断しスイッチングデバイス４をオフさせる。また、タイマ４２の出力がＨレベルであるため状態監視手段３４の出力であるＯＲゲート３７の出力もＨレベルとなる。状態監視手段３４の出力がＨレベルとなるため、スイッチングデバイス４のターンオフ立下り時間が通常のレベルとなり、スイッチング損失が低減される。スイッチング損失の大きい状態が継続されないため、スイッチングデバイス４が焼損に至ることはない。

図７はこの発明の別の実施の形態を示す構成図である。
これは、図５に示す状態監視手段３４の構成を変更し、主回路に電流検出用抵抗８を挿入したものである。すなわち、状態監視手段３４はここではＯＲゲート３７、過負荷状態が設定時間以上継続したか否かを判断するタイマ４４、スイッチングデバイス４を流れる電流ピーク値の大小を判別するコンパレータ３５、ＮＯＴゲート３６、電流ピーク値に比例する電流ピーク値信号を得るためのダイオード４５、電流ピーク値信号を保持するためのコンデンサ４６、コンデンサ４６を放電する放電抵抗４７などから構成される。符号４８は、第４の基準電圧を示す。その他、図５と同じものには同じ符号を付して説明は省略する。

電流検出用抵抗８は、スイッチングデバイス４を流れる電流に比例する電流値信号（電圧）に変換する。ダイオード４５はその電流値信号から電流ピーク値信号を作り出し、コンデンサ４６は電流ピーク値信号を保持する。コンパレータ３５は電流ピーク値信号が第４の基準電圧４８以上に上昇したことを検出すると、Ｈレベルを出力する。ＮＯＴゲート３６はコンパレータ３５の出力がＨレベルのときＬレベルを出力する。タイマ４４は、コンパレータ３５の出力が設定時間以上経過するとＨレベルを出力する。ＯＲゲート３７は、タイマ４４の出力とＮＯＴゲート３６の出力の少なくとも一方がＨレベルのときＨレベルを出力し、状態監視手段３４の出力をＨレベルとする。

過負荷状態などで、スイッチングデバイス４を流れる電流が上昇し電流ピーク値信号が上昇すると、状態監視手段３４の出力がＬレベルとなり、スイッチングデバイス４のターンオフ立下り時間が長くなるためサージ電圧が低減される。過負荷状態が解消されスイッチングデバイス４を流れる電流が低下すると、状態監視手段３４の出力がＨレベルとなる。状態監視手段３４の出力がＨレベルとなると、スイッチングデバイス４のターンオフ立下り時間が通常のレベルとなり、スイッチング損失が低減される。

負荷短絡など過負荷状態が設定時間以上継続した場合は、タイマ４４の出力がＨレベルとなる。タイマ４４の出力がＨレベルになるとパルス生成回路２６は異常状態と判断し、スイッチングデバイス４をオフさせる。また、状態監視手段３４の出力もＨレベルとなり、スイッチングデバイス４のターンオフ立下り時間が通常のレベルとなり、スイッチング損失が低減される。タイマ４４の設定時間を、スイッチングデバイス４のターンオフ立下り時間が長い状態が継続されても焼損しない程度とすることで、スイッチング損失で焼損に至ることを防止できる。

図８Ａ，８Ｂに出力電圧，フィードバック（ＦＢ）信号，コンパレータ３５の出力，タイマ４４の出力，ＯＲゲート３７の出力，スイッチングデバイス４の電流，スイッチングデバイス４の電圧，スイッチングデバイス４のスイッチング損失の各波形例を示す。
正常時は（図８Ａ参照）、フィードバック（ＦＢ）信号が第４の基準電圧４８以上に上昇しないため、コンパレータ３５の出力はＬレベル、ＮＯＴゲート３６の出力はＨレベル、ＯＲゲート３７の出力はＨレベルとなる。状態監視手段３４の出力であるＯＲゲート３７の出力はＨレベルとなるため、スイッチングデバイス４のターンオフ立下り時間は通常のレベルである。
過負荷時は（図８Ａ参照）、電流ピーク値信号が第３の基準電圧４３以上に上昇してコンパレータ３５の出力がＨレベルになり、ＯＲゲート３７の出力はＬレベルとなる。状態監視手段３４の出力でもあるＯＲゲート３７の出力がＬレベルであるため、スイッチングデバイス４のターンオフ立下り時間が長くなり、サージ電圧が低減される。

負荷短絡など過負荷状態が継続される場合（図８Ｂ参照）、電流ピーク値信号が低下せずコンパレータ３５の出力がＨレベルを維持する。コンパレータ３５の出力が設定時間以上Ｈレベルを維持すると、タイマ４４の出力がＨレベルとなる。タイマ４４の出力がＨレベルとなると、パルス生成回路２６は異常状態と判断しスイッチングデバイス４をオフさせる。また、タイマ４４の出力がＨレベルであるため状態監視手段３４の出力であるＯＲゲート３７の出力もＨレベルとなる。状態監視手段３４の出力がＨレベルとなるため、スイッチングデバイス４のターンオフ立下り時間が通常のレベルとなり、スイッチング損失が低減される。スイッチング損失の大きい状態が継続されないため、スイッチングデバイス４が焼損に至ることはない。

この発明の実施の形態を示す構成図 図１の正常起動時の動作説明図 図１の負荷短絡時の動作説明図 この発明の他の実施の形態を示す構成図 図３の正常起動時の動作説明図 図３の負荷短絡時の動作説明図 この発明のさらに他の実施の形態を示す構成図 図５の正常動作，過負荷動作説明図 図５の負荷短絡時の動作説明図 この発明の別の実施の形態を示す構成図 図７の正常動作，過負荷動作説明図 図７の負荷短絡時の動作説明図 従来例を示す構成図 図９の正常起動時の動作説明図 図９の負荷短絡時の動作説明図

符号の説明

１…直流電源、２…漏れインダクタンス、３，９…トランス、４…スイッチングデバイス、５…駆動回路、６…出力端子、７…ＧＮＤ端子、８…電流検出用抵抗、１１，１２，４５，５３…ダイオード、１３，１４…平滑用インダクタンス、１５…負荷、１６，１７…分圧抵抗、１８…シャントレギュレータ、１９，４６，５４…コンデンサ、２０，２１，２２，２５，３３，５２，５５，５６，５９…抵抗、２３ａ、２３ｂ…フォトカプラ、２４…制御回路、２６…パルス生成回路、２７，３２…ＮＰＮトランジスタ、２８…オン時ゲート抵抗、２９…ＰＮＰトランジスタ、３０…オフ時ゲート抵抗、３１…抵抗切換え回路、３４…状態監視手段、３５，５７…コンパレータ、３６…ＮＯＴゲート、３７…ＯＲゲート、３８…ＲＳＦＦ、３９，４０，４２，４４…タイマ、４１，４３，４８，５８…基準電圧、４７…放電抵抗、５１…サージ対策回路、Ｄ…スイッチングデバイス４のドレイン端子、Ｓ…スイッチングデバイス４のソース端子。

Claims (7)

1. 直流電源にトランスとスイッチング素子とを直列接続し、このスイッチング素子を駆動回路を介してオン・オフすることで、前記トランスの二次巻線に発生する電圧を整流し平滑して安定な直流出力電圧を得るに当り、前記直流出力電圧と第１基準電圧との誤差を増幅したフィードバック信号により前記スイッチング素子のオン期間を調節するようにしたスイッチング電源回路において、
   制御電源の状態を監視する状態監視手段を設け、前記駆動回路は前記状態監視手段からの出力に基づき前記スイッチング素子に供給する駆動信号の立下り時間を長くすることを特徴とするスイッチング電源回路の制御方式。
2. 前記状態監視手段は前記制御電源の起動から第１の設定時間が経過したか否かを判断する第１のタイマを備え、前記制御電源の起動から第１の設定時間が経過するまでを起動状態と判断し、前記駆動回路は前記状態監視手段が起動状態と判断している期間において、前記駆動信号の立下り時間を長くす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の制御方式。
3. 前記状態監視手段は前記フィードバック信号を第２の基準電圧と比較する第１の比較手段を備え、前記制御電源の起動から前記フィードバック信号が前記第２の基準電圧を下回るまでを起動状態と判断し、前記駆動回路は前記状態監視手段が起動状態と判断している期間において、前記駆動信号の立下り時間を長くすることを特徴とする請求項１または２に記載のスイッチング電源回路の制御方式。
4. 前記状態監視手段は前記フィードバック信号を第３の基準電圧と比較する第２の比較手段を備え、前記フィードバック信号が第３の基準電圧を超える場合を重負荷状態と判断し、前記駆動回路は前記状態監視手段が重負荷状態と判断している期間において、前記駆動信号の立下り時間を長くすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のスイッチング電源回路の制御方式。
5. 直流電源にトランスとスイッチング素子とを直列接続し、このスイッチング素子を駆動回路を介してオン・オフすることで、前記トランスの二次巻線に発生する電圧を整流し平滑して安定な直流出力電圧を得るに当り、前記直流出力電圧と第１基準電圧との誤差を増幅したフィードバック信号により前記スイッチング素子のオン期間を調節するようにしたスイッチング電源回路において、
   主回路を流れる電流を検出する電流検出手段を設け、この電流検出手段が過電流を検出する場合を重負荷状態と判断し、前記駆動回路は重負荷状態と判断している期間において、前記駆動信号の立下り時間を長くすることを特徴とするスイッチング電源回路の制御方式。
6. 前記重負荷状態が第２の設定時間以上継続したか否かを判断する第２のタイマを設け、前記重負荷状態が第２の設定時間以上継続した場合を異常状態と判断し、前記駆動回路は異常状態を判断している期間には、前記駆動信号の立下り時間を長くしないことを特徴とする請求項５に記載のスイッチング電源回路の制御方式。
7. 前記異常状態を判断している場合は、前記駆動回路は前記駆動信号の出力を停止させ、前記スイッチング素子をオフ状態に維持することを特徴とする請求項５または６に記載のスイッチング電源回路の制御方式。

Images