JP2007151328A - スイッチング電源 - Google Patents

Abstract

【課題】負荷に過負荷電流が発生しても電源を切断せずに回復を待つと共に、過負荷電流の発生する時間を短縮することによってモーター制御の動作保証を行うようにしたスイッチング電源を提供する。
【解決手段】スイッチング素子のピーク電流を検出する過電流検出回路と、該過電流検出回路によって検出されたピーク電流検出信号に基づいてスイッチング素子の動作を制限する過電流保護回路と、該過電流保護回路の動作によってセットされるタイマー回路とを有し、過電流保護回路が動作してタイマー回路に設定されたタイマー設定時間がセットされた後、該タイマー設定時間の経過中に定常負荷電流状態に回復しないときは該タイマー設定時間に次いで電源回復制御を行い回復時間を経た後に電源を回復させ、タイマー設定時間の経過中に定常負荷電流状態に回復したときは、そのまま電源の動作を継続するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、モーター等の負荷の作動中に過負荷保護を行うようにしたスイッチング電源に関する。

従来より各種の電子機器等の電源装置として用いられているスイッチング電源においては、過電流が発生したときにモーター等の負荷を保護するために、スイッチング素子に流れるピーク電流を検出し、このピーク電流検出信号に基づいてスイッチング素子の動作を制限する保護手段が設けられている。このような保護手段として、定格以上の過電流が発生した時に過電流保護設定値が設定されたタイマーが起動し、タイマー経過後は定常時の過電流保護設定値に切り換えるようにしたものがある。

ところが、上記の構成においては、固定抵抗値により予め決められたタイマー設定がされており、例えばタイマー設定が２秒である場合、過負荷電流が３秒間継続したとすると、外部で制御するモーターが３秒間動作する前にスイッチングが制御され、電源が停止することになる。また、上記のように従来のタイマーは、固定抵抗値により固定されているため、タイマー変更を行うには、抵抗の実装し直しを行わなければならないという問題があった。

ところで、上記の電源装置が、例えば、モーター制御装置に使用されている場合、モーターの故障及びモーターがロックされたときには過電流が生じるため、上記のタイマーによってモーターの動作保証が行われるものであるが、過負荷電流が継続して生じた場合、電源が停止するという事態になると、モーター制御装置に記録されたデータが消去されるおそれがあり、ユーザーにとっては非常に不都合な事態となる。

さらに、本発明に関連した従来技術について述べると、特許文献１には、電源入力をスイッチング素子で断続し発生する交流を直流に変換して負荷に供給するスイッチング電源において、前記スイッチング素子のピーク電流を検出する検出手段と、該検出手段からの検出信号に基づいて前記スイッチング素子の動作を制限する保護手段と、負荷電流の平均的な値に基づいて前記検出信号にオフセットを与えるオフセット手段とを具えたスイッチング電源の構成が開示されている。

この構成において、過負荷状態が連続した場合は、オフセット手段が負荷電流の平均的な値に基づいて検出信号にオフセットを与え、保護手段の動作レベルを下げてスイッチング素子の動作を制限するものである。ところが、この文献の装置によると、過負荷状態が連続した場合は、負荷を停止する必要が生じるという不都合があった。

また、特許文献２に記載された過電流保護機能を有する電源装置は、リモートON／OFF端子からの電源起動信号をスイッチングコントロール部が入力して、メインスイッチング部が動作を開始し、メインスイッチング部の電流を検出し、過電流が発生すると過電流保護回路が作動してスイッチングコントロール部を制御する電源装置において、当該電源起動信号を入力し、タイマー設定時間以内では過負荷時の過電流保護設定値を送出し、タイマー設定時間経過後では定格出力の定常の過電流保護設定値に切り換える信号を過電流保護回路に出力するタイマー回路を設けたことを特徴とするものである。

従って、上記の電源装置においては、過電流値切り換え信号を送出するタイマー回路を設けたことによって、タイマー設定時間前後に過電流保護設定値を切り換えることを可能としてあり、電源起動時のみの僅少な時間の間だけは定格容量に対する過電流保護設定値の例えば１２０％を大きくオーバーする電力供給が必要な負荷に接続された場合でも適用可能な過電流保護機能を有するものであるが、この文献の装置においても、過負荷状態が連続した場合は、負荷を停止する必要が生じるという不都合があった。
特許第３１４５７３９号公報 特開平８−６５８７９号公報

ところで、スイッチング電源を有する機器においては、例えばモーター制御装置のモーターにスイッチング電源を使用している場合のように、モーターのロック等でモーターに過電流が生じることがあっても、モーターの断続動作を行うことで、モーターのロックを解消し、正常な電流状態に復帰させることが可能となる場合がある。このような場合、モーターを動作保証することによって、正常な負荷電通状態に回復させることが可能となる。

従って、モーター等の負荷に過電流が生じた場合でも、電源を停止せずに、正常な負荷電通状態に回復するのを待つ間、負荷に熱熱や損傷が生じないようにしたスイッチング電源が望まれるところである。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、モーター等の負荷に過負荷電流が発生しても電源を切断せずに回復を待つと共に、過負荷電流の発生する時間を短縮することによってモーター制御の動作保証を行うようにしたスイッチ電源を提供することを目的とする。

上記の問題を解決するために、本発明の請求項１のスイッチング電源は、入力した交流電源をスイッチング素子で断続して直流電源に変換するスイッチング電源において、前記スイッチング素子のピーク電流を検出する過電流検出回路と、該過電流検出回路によって検出されたピーク電流検出信号に基づいてスイッチング素子の動作を制限する過電流保護回路と、該過電流保護回路の動作によってセットされるタイマー回路とを有し、前記過電流保護回路が動作して前記タイマー回路に設定されたタイマー設定時間がセットされた後、該タイマー設定時間の経過中に定常負荷電流状態に回復しないときは該タイマー設定時間に次いで電源回復制御を行い回復時間を経た後に電源を回復させ、前記タイマー設定時間の経過中に定常負荷電流状態に回復したときは、そのまま電源の動作を継続するようにしたことを特徴とする。

本発明のスイッチング電源は、過電流保護回路が動作してタイマー回路に設定されたタイマー設定時間がセットされた後、該タイマー設定時間の経過中に定常負荷電流状態に回復しないときは該タイマー設定時間に次いで電源回復制御を行う回復時間を経た後に電源を回復させ、タイマー設定時間の経過中に定常負荷電流状態に回復したときはそのまま電源の動作を継続するようにしてあるため、電源を停止することなく、負荷の回復を待つ状態とすることができ、この回復時間の間、負荷は過電流状態から開放されるため、過負荷電流が発する時間を短縮することができ、モーター等の負荷による発熱や損傷を防止することが可能となる。

また、本発明によれば、タイマー回路によって多種時間のタイマー設定を精度良く行うことが可能であり、これによって誤差の少ない時間設定が可能であり、従来の固定抵抗値を有するタイマーのように、実装のし直しの必要がなくなる。

さらに、本発明によれば、モーター等の負荷だけではなく、多種類の負荷を適用することも可能であり、タイマー設定が容易に行えるため、外部負荷制御も動作保証タイマーを容易に設定することが可能となる。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

本発明によるスイッチング電源は、図１及び図２に示すように、入力した交流電源をスイッチング素子で断続して直流電源に変換するスイッチング電源において、スイッチング素子のピーク電流を検出する過電流検出回路と、該過電流検出回路によって検出されたピーク電流検出信号に基づいてスイッチング素子の動作を制限する過電流保護回路７と、該過電流保護回路７の動作によってセットされるタイマー回路１０とを有し、過電流保護回路７が動作してタイマー回路１０に設定されたタイマー設定時間がセットされた後、該タイマー設定時間の経過中に定常負荷電流状態に回復しないときは該タイマー設定時間に次いで電源回復制御を行い回復時間を経た後に電源を回復させ、タイマー設定時間の経過中に定常負荷電流状態に回復したときは、そのまま電源の動作を継続するようにしたものである。

このようなスイッチング電源の回路構成について述べる。図１において、ＡＣ電源入力１から交流電源（ＡＣ電源）をＡＣ／ＤＣ変換整流回路２に入力し、直流電源（ＤＣ電源）に変換する。ＰＷＭ回路３は、入力した信号を出力して出力パルス幅を制限し、スイッチング４をコントロールするものである。スイッチング４は、ＰＷＭ回路３によって制御され、電源のＯＮ／ＯＦＦ動作を制御する。

また、過電圧保護回路５、電圧検出回路６、過電流保護回路７は、負荷に対する出力電圧又は出力電流を検出するために、ＤＣ出力８の端子に並列に接続されている。このような回路において、過電圧保護回路５は、基準電圧より高い電圧が発生したときに、ＰＷＭ回路３に信号を出力し、回路保護を行うものである。電圧検出回路６は、入力された電圧と基準電圧とを比較検出して、ＰＷＭ回路３に信号を出力するものである。また、過電流保護回路７は電流検出回路を備え、基準より高い電流が発生したときに、ＰＷＭ回路３に信号を出力して、回路保護を行うものである。

また、ラッチ回路９は、しきい値より大きな電圧が入力されると、ＰＷＭ回路３に信号を出力し、状態を保持するものである。また、出力がＰＷＭ回路３に入力されると、ＰＷＭ回路３のパルス出力が停止となる。

タイマー回路１０は、任意に設定されたタイマー設定時間をセットすることを可能としたものであり、過電流保護回路７において過電流を検出した際の動作によってタイマー回路１０が起動する。このタイマー回路１０は、精度の良い設定が可能となる構成とされ、最小設定値を例えば０.１秒、最大設定値を例えば１０秒とすることができるが、設定手段を変更することにより無限に設定することが可能である。このようなタイマー回路の設定は、スイッチやトリマー等で設定可能である。

ここで、上記の構成によるスイッチング電源の動作について説明する。図１において、交流電源（ＡＣ）をＡＣ／ＤＣ変換整流回路２に入力し、スイッチング素子で断続して発生する交流を直流電源（ＤＣ）に変換する。次いで、スイッチング４が動作して、電圧検出回路６及び過電流保護回路７に内蔵された電流検出回路によって、モーター等の負荷を接続したＤＣ出力８の電流、電圧を検出する。この検出によって、負荷に過電流が発生したときは過電流保護回路７が動作してタイマー回路１０に設定されたタイマー設定時間がセットされる。

さらに、上記のタイマー回路１０の動作についてより詳細に述べると、図２において、矢印Ａの範囲で示す場合において、ＤＣ電圧出力時には、通常、定常負荷電流が流れるが、例えばモーターのロック状態のように外部負荷の状態により過負荷電流が発生すると、過電流保護回路７が動作することにより、タイマー回路１０が起動して、タイマー回路１０に設定されたタイマー設定時間Ｔがセットされる。ところが、タイマー設定時間Ｔ（例えば１０秒）の経過中に定常負荷電流状態に回復しないときは、そのタイマー設定時間Ｔの経過後、スイッチング４により電源回復制御を行う。そして、そのタイマー設定時間Ｔに次いで、回復時間Ｔ１（例えば０.１秒）を経た後に電源を回復させる。

この回復時間Ｔ１は、ＰＷＭ回路３に設けられたコンデンサによって固定された時間だけ設定したり、タイマー回路１０で設定するようにしてもよい。また、回復時間Ｔは、過電流の状態になった負荷の電源を一瞬間だけ定常負荷電流以下に低減する機会を設けるようにしたものであり、その後再びスイッチング制御により電源を立ち上げた際に、過電流保護回路７によって負荷に対する出力電流が検出される。

次いで、図２の矢印Ｂの範囲で示す場合において、上記のように回復時間Ｔを経過後、電源はスイッチング制御により回復するが、そのとき外部負荷の状態により、再び過負荷電流が発生して、過電流保護回路７が動作すると、タイマー回路１０が起動して、タイマー回路１０に設定されたタイマー設定時間Ｔがセットされる。ところが、タイマー回路１０で設定されたタイマー設定時間Ｔの終了する前に、負荷が定常負荷電流状態に回復したときは、タイマー設定時間経過後に、スイッチング制御による電源回復制御は行わず、そのまま電源の動作を継続する。

さらに、図２の矢印Ｃの範囲で示す場合において、ＤＣ電圧出力時に、外部負荷の状態により過負荷電流が発生して、過電流保護回路７が動作した時に、タイマー回路１０に設定されたタイマー設定時間Ｔがセットされる。そして、タイマー設定時間Ｔが終了する前に、定常負荷電流状態に回復したときは、タイマー設定時間Ｔの経過後に、スイッチング４による電源回復制御は行わず、そのまま電源の動作を継続する。

本発明のスイッチング電源は、タイマー設定を細かい精度で容易に行い、モーター等の負荷に過電流が生じたときでも、電源を停止することなく、また負荷の過電流状態を軽減した状態で定常負荷電流状態に回復し得るスイッチング電源として利用可能である。

本発明によるスイッチング電源の回路図である。 本発明によるスイッチング電源におけるタイマー回路の機能を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１ ＡＣ電源入力
２ ＡＣ／ＤＣ変換整流回路
３ ＰＷＭ回路
４ スイッチング
５ 過電圧保護回路
６ 電圧検出回路
７ 過電流保護回路
８ ＤＣ出力
９ ラッチ回路
１０ タイマー回路

Claims (1)

1. 入力した交流電源をスイッチング素子で断続して直流電源に変換するスイッチング電源において、前記スイッチング素子のピーク電流を検出する過電流検出回路と、該過電流検出回路によって検出されたピーク電流検出信号に基づいてスイッチング素子の動作を制限する過電流保護回路と、該過電流保護回路の動作によってセットされるタイマー回路とを有し、前記過電流保護回路が動作して前記タイマー回路に設定されたタイマー設定時間がセットされた後、該タイマー設定時間の経過中に定常負荷電流状態に回復しないときは該タイマー設定時間に次いで電源回復制御を行い回復時間を経た後に電源を回復させ、前記タイマー設定時間の経過中に定常負荷電流状態に回復したときは、そのまま電源の動作を継続するようにしたことを特徴とするスイッチング電源。