JP2007202258A - スイッチング電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチング電源装置の直流電圧出力回路に設けたリップル電圧除去用のコンデンサに対しショートテストを行った場合にも保護回路が正常に機能するようにする。
【解決手段】スイッチング電源装置は、直流電圧生成回路Ａと、直流電圧生成回路Ａの出力ラインとトランスＥの１次側入力端子との間に接続されたスイッチング素子（ＦＥＴ１１）を有し、発振動作を行う発振回路Ｃと、トランスＥの２次側出力端子から出力された交流電圧を整流・平滑して直流電圧を出力する直流電圧出力回路Ｆと、直流電圧出力回路Ｆの出力電圧が所定値を超えたときに電圧検出回路Ｇが出力したフィードバック信号をフォトカプラ４０を介して入力し、発振回路Ｃの発振動作を停止させる保護回路Ｄを備える。直流電圧出力回路Ｆ内で、電解コンデンサ５８と組み合わせられてリップル電圧除去用のフィルターを構成するコイル５９にはダイオード７０が並列接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は電子機器の電源として用いられるスイッチング電源装置に関する。

ＡＶ機器やパーソナルコンピュータなど、電子機器と称されるものは、安定した直流電圧を必要とする。そのため、電源としてスイッチング電源が多く採用されている。

図２に従来のスイッチング電源装置の一例を示す。スイッチング電源装置は、商用交流電源から所定の直流電圧を生成する直流電圧生成回路Ａ、スイッチング素子であるＦＥＴの電圧の上昇を抑えるスナバ回路Ｂ、ＦＥＴをスイッチング動作させるために発振動作を行う発振回路Ｃ、トランスの２次側の出力電圧が所定値を超えたときに発振回路Ｃの発振動作を停止させる保護回路Ｄ、１次側に接続された発振回路Ｃの発振動作に従って２次側より所定の交流電圧を出力するトランスＥ、電子機器に適合した直流電圧を出力する直流電圧出力回路Ｆ、及び直流電圧出力回路Ｆの出力電圧が所定値を超えたときにフィードバック信号を出す電圧検出回路Ｇを備えている。

直流電圧生成回路Ａは、ダイオードをブリッジ接続した整流回路１と、整流回路１の一方の出力ラインに接続された平滑用の電解コンデンサ２からなる。整流回路の一方の出力ラインは抵抗３を介してトランスＥの１次側入力端子ｅ１に接続されている。

スナバ回路Ｂは、抵抗５、コンデンサ６、７、及びダイオード８を有する。抵抗５は、直流電圧生成回路Ａの出力ラインに接続された抵抗３とトランスＥの１次側入力端子ｅ１の間のラインに一端が接続され、他端はコンデンサ６の一端及びダイオード８のカソードに接続されている。コンデンサ７は、直流電圧生成回路Ａの出力ラインに接続された抵抗３とトランスＥの１次側入力端子ｅ１の間のラインに一端が接続され、他端はダイオード８のカソードに接続されている。コンデンサ６の他端及びダイオード８のアノードはトランスＥの１次側入力端子ｅ２に接続されている。

発振回路Ｃは、スイッチング素子としてＦＥＴ１１を有する他、抵抗１２、１３、ＮＰＮ型のトランジスタ１４、コンデンサ１５、抵抗１６、ダイオード１７、コンデンサ１８、及び抵抗１９を有する。抵抗１２の一端は、抵抗２０、２１を介して直流電圧出力回路Ａの出力ラインに接続され、またコンデンサ２２を介してトランスＥの１次側入力端子ｅ３に接続されている。抵抗１２の他端は、抵抗１３の一端とトランジスタ１４のコレクタとＦＥＴ１１のゲートとに接続されている。

抵抗１３の他端は接地されている。トランジスタ１４のエミッタも接地されている。トランジスタ１４のベースとエミッタの間にはコンデンサ１５及び抵抗１６が接続されている。トランジスタ１４のベースはダイオード１７のカソードに接続され、ダイオード１７のアノードはＦＥＴ１１のソースとコンデンサ１８の一端と抵抗１９の一端に接続されている。抵抗１９の他端は接地されている。ＦＥＴ１１のドレインは、コンデンサ１８の他端とトランスＥの１次側入力端子ｅ２に接続されている。

保護回路Ｄは、抵抗２５、電解コンデンサ２６、ＮＰＮ型のトランジスタ２７、抵抗２８、２９、コンデンサ３０、抵抗３１、ダイオード３２、抵抗３３、及びダイオード３４、３５を有する。抵抗２５の一端は直流電圧出力回路Ａの出力ラインに接続され、またコンデンサ３０の一端に接続されている。抵抗２５の他端は、電解コンデンサ２６の一端（＋側）、トランジスタ２７のコレクタ、及びダイオード３２のアノードに接続されている。電解コンデンサ２６の他端（−側）は、トランジスタ２７のエミッタ、及び抵抗３１の一端に接続されている。

ダイオード３２のカソードは抵抗３３の一端に接続されている。ダイオード３４のアノードは、ダイオード３５のアノード及びフォトカプラ４０のフォトトランジスタ４０ｂのエミッタに接続されている。フォトトランジスタ４０ｂのコレクタは、抵抗４１及びダイオード４２を介してトランスＥの１次側入力端子ｅ３に接続されている。

直流電圧出力回路Ｆは、トランスＥの２次側出力端子から出力された交流電圧を整流・平滑して直流電圧を出力するものであり、トランスＥの２次側出力端子ｅ４、ｅ５、ｅ６、ｅ７にそれぞれ接続された出力ライン４６、４７、４８、４９を備える。出力ライン４６は、電子機器の特定構成要素に電源電圧を導くためのダイオード５０及び電解コンデンサ５１を有する。出力ライン４７は、電子機器の他の構成要素に出力ライン４６よりも低い電源電圧を導くためのダイオード５２及び電解コンデンサ５３を有する。出力ライン４８は、電子機器の他の構成要素に出力ライン４７よりも低い電源電圧を導くためのダイオード５４及び電解コンデンサ５５を有する。出力ライン４９は、電子機器の他の構成要素に出力ライン４８より低い電源電圧を導くためのダイオード５６及び電解コンデンサ５７を有する。出力ライン４９にはリップル電圧除去用のフィルターを構成する電解コンデンサ５８とコイル５９も接続されている。

電圧検出回路Ｇは、ツェナーダイオード６１、抵抗６２、６３、６４、６５、６６、コンデンサ６７、及びＰＮＰ型のトランジスタ６８を有する。ツェナーダイオード６１のアノードは接地され、カソードは抵抗６２、６３の一端に接続されている。抵抗６２の他端は出力ライン４７に接続されている。抵抗６３の他端は抵抗６４を介して接地され、また抵抗６５を介してトランジスタ６８の接続されている。トランジスタ６８のエミッタ・ベース間にはコンデンサ６７が接続されている。トランジスタ６８のコレクタは、抵抗６６を介してフォトカプラ４０の発光ダイオード４０ａのアノードに接続されている。

次に、このスイッチング電源装置の動作について説明する。整流回路１が１００Ｖの商用交流電源に接続されると、直流電圧生成回路Ａは所定の直流電圧を出力する。これにより発振起動電圧がＦＥＴ１１のゲートに印加され、ＦＥＴ１１は、抵抗５、コンデンサ６、７、ダイオード８、抵抗３、２０、２１、１２などを含む発振ループにより、発振動作を開始する。ＦＥＴ１１が発振動作をしているときは、トランジスタ１４はオフ状態になっている。

ここで、直流電圧出力回路Ｆの出力ライン４８の電位が所定値を上回ると、電圧検知回路Ｇのトランジスタ６８のエミッタの電位も所定値を上回り、トランジスタ６８がオン状態となる。トランジスタ６８がオン状態になったことをフィードバック信号として、フォトカプラ４０の発光ダイオード４０ａに電流が流れ、発光ダイオード４０ａが発光する。これによりフォトトランジスタ４０ｂもオン状態になる。フォトトランジスタ４０ｂがオン状態になると発振回路Ｃのトランジスタ１４もオン状態になる。トランジスタ１４がオン状態になるとＦＥＴ１１のゲート・ソース間がショートし、ＦＥＴ１１の発振動作は停止する。

出力ライン４８の電位が所定値を下回ると、電圧検知回路Ｇのトランジスタ６８のエミッタの電位も所定値を下回り、トランジスタ６８がオフ状態となる。トランジスタ６８がオフ状態になったことをフィードバック信号として、フォトカプラ４０の発光ダイオード４０ａに電流が流れなくなり、発光ダイオード４０ａの発光が停止する。これによりフォトトランジスタ４０ｂはオフ状態になる。フォトトランジスタ４０ｂがオフ状態になると発振回路Ｃのトランジスタ１４もオフ状態になる。トランジスタ１４がオフ状態になるとＦＥＴ１１のゲート・ソース間のショートが解除され、ＦＥＴ１１の発振動作が再開する。

このようにＦＥＴ１１の発振動作を停止したり、再開したりを繰り返すことによって、トランスＥの出力ライン４８の電圧が定電圧になる。トランスＥの他の出力ライン４６、４７、４９についても、２次側の巻数比に応じた所定の各電圧が出力されることになる。

直流電圧出力回路Ｆのダイオード５０、５２、５４、５６や電解コンデンサ５１、５３、５５、５７が破壊されてショートしたときは、電圧検出回路ＧがトランスＥの２次側の出力ラインの電圧の低下を検出してフォトカプラ４０を動作させる。これにより、保護回路Ｄのトランジスタ２７のベース電位がローレベルになり、トランジスタ２７はオフ状態となる。

トランジスタ２７がオフ状態になると、直流電圧生成回路Ａの出力電圧が抵抗２５及びダイオード３２を通ってトランジスタ１４のベースに与えられ、トランジスタ１４がオン状態になってＦＥＴ１１の発振動作が停止する。これによりトランスＥの２次側には電圧が誘起されなくなり、出力ライン４６、４７、４８、４９に接続された構成要素を保護することができる。

さて、上記のようなスイッチング電源装置は、安全規格に則り所定のテストを行う必要がある。このような目的で用いられるテスト装置の一例を特許文献１に見ることができる。
特開平９−１７９５１号公報（［００１１］−［００２７］、図１−３）

安全規格に則ったスイッチング電源装置の試験項目の中に、直流電圧出力回路のコンデンサのショートテストがある。図２の従来のスイッチング電源装置の例で言えば、電解コンデンサ５１、５３、５５、５７、５８を順次１個づつショートさせ、保護回路Ｄの動作をテストしていた。

ここで、図２の従来のスイッチング電源装置でコンデンサのショートテストを行った場合、次のような問題が発生していた。すなわち電解コンデンサ５１、５３、５５、５７をショートさせたときには保護回路Ｄは正常に機能するが、リップル電圧除去用の電解コンデンサ５８をショートさせたときは、保護回路Ｄが働くまでに時間がかかったり、働かなかったりしていた。

本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、スイッチング電源装置の直流電圧出力回路に設けたリップル電圧除去用のコンデンサに対しショートテストを行った場合にも保護回路が正常に機能するようにすることを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、商用交流電源より直流電圧を生成する直流電圧生成回路と、この直流電圧生成回路の出力ラインとトランスの１次側入力端子との間に接続されたスイッチング素子を有し、発振動作を行う発振回路と、前記トランスの２次側出力端子から出力された交流電圧を整流・平滑して直流電圧を出力する直流電圧出力回路と、この直流電圧出力回路の出力電圧が所定値を超えたときにフィードバック信号を出力する電圧検出回路と、この電圧検知回路から出力されたフィードバック信号をフォトカプラを介して入力して前記発振回路の発振動作を停止させる保護回路とを備えたスイッチング電源装置において、前記直流電圧出力回路内で、コンデンサと組み合わせられてリップル電圧除去用のフィルターを構成するコイルに、ダイオードを並列接続したことを特徴としている。

この構成によると、リップル電圧除去用のフィルターを構成するコンデンサのショートテストに対して不安定要素がなくなり、保護回路が正常に機能する。

請求項２の発明は、商用交流電源より直流電圧を生成する直流電圧生成回路と、この直流電圧生成回路の出力ラインとトランスの１次側入力端子との間に接続されたスイッチング素子を有し、発振動作を行う発振回路と、前記トランスの２次側出力端子から出力された交流電圧を整流・平滑して直流電圧を出力する直流電圧出力回路と、この直流電圧出力回路の出力電圧が所定値を超えたときにフィードバック信号を出力する電圧検出回路と、この電圧検知回路から出力されたフィードバック信号に基づき前記発振回路の発振動作を停止させる保護回路とを備えたスイッチング電源装置において、前記直流電圧出力回路内で、コンデンサと組み合わせられてリップル電圧除去用のフィルターを構成するコイルに、ダイオードを並列接続したことを特徴としている。

この構成によると、リップル電圧除去用のフィルターを構成するコンデンサのショートテストに対して不安定要素がなくなり、保護回路が正常に機能する。

以上のように本発明によれば、スイッチング電源装置の直流電圧出力回路中にコンデンサとコイルにより構成されるリップル電圧除去用フィルターを設けるにあたり、コイルにダイオードを並列接続することにより、前記コンデンサに対しショートテストを行った場合にも保護回路を正常に機能させることができる。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。図１はスイッチング電源装置の回路図である。

本発明の実施形態に係るスイッチング電源装置の構造は、１箇所を除いて図２の従来構造と同じである。従来構造と同一の構成要素には図２と同じ符号を付し、説明は省略する。従来構造と異なる点は、直流電圧出力回路Ｆの出力ライン４９において、リップル電圧除去用のフィルターを構成する電解コンデンサ５８とコイル５９のうち、コイル５９に対し、ダイオード７０を並列接続した点である。

このようにインピーダンス要素にダイオード７０を並列接続したことにより、電解コンデンサ５８をショートさせたとき、出力ライン４９にショート電流が確実に流れ、保護回路Ｄを働かせることができた。

以上本発明の実施形態につき説明したが、発明の主旨を逸脱しない範囲でさらに種々の変更を加えて実施することができる。

本発明は、直流電圧出力回路の出力ラインにコンデンサとコイルにより構成されるリップル電圧除去用のフィルターを設け、且つ保護回路設けたスイッチング電源装置に利用可能である。

本発明に係るスイッチング電源装置の回路図 従来のスイッチング電源装置の回路図

符号の説明

Ａ 直流電圧生成回路
Ｂ スナバ回路
Ｃ 発振回路
Ｄ 保護回路
Ｅ トランス
Ｆ 直流電圧出力回路
Ｇ 電圧検出回路
４９ 出力ライン
５８ 電解コンデンサ
５９ コイル
７０ ダイオード

Claims (2)

1. 商用交流電源より直流電圧を生成する直流電圧生成回路と、この直流電圧生成回路の出力ラインとトランスの１次側入力端子との間に接続されたスイッチング素子を有し、発振動作を行う発振回路と、前記トランスの２次側出力端子から出力された交流電圧を整流・平滑して直流電圧を出力する直流電圧出力回路と、この直流電圧出力回路の出力電圧が所定値を超えたときにフィードバック信号を出力する電圧検出回路と、この電圧検知回路から出力されたフィードバック信号をフォトカプラを介して入力して前記発振回路の発振動作を停止させる保護回路とを備えたスイッチング電源装置において、
   前記直流電圧出力回路内で、コンデンサと組み合わせられてリップル電圧除去用のフィルターを構成するコイルに、ダイオードを並列接続したことを特徴とするスイッチング電源装置。
2. 商用交流電源より直流電圧を生成する直流電圧生成回路と、この直流電圧生成回路の出力ラインとトランスの１次側入力端子との間に接続されたスイッチング素子を有し、発振動作を行う発振回路と、前記トランスの２次側出力端子から出力された交流電圧を整流・平滑して直流電圧を出力する直流電圧出力回路と、この直流電圧出力回路の出力電圧が所定値を超えたときにフィードバック信号を出力する電圧検出回路と、この電圧検知回路から出力されたフィードバック信号に基づき前記発振回路の発振動作を停止させる保護回路とを備えたスイッチング電源装置において、
   前記直流電圧出力回路内で、コンデンサと組み合わせられてリップル電圧除去用のフィルターを構成するコイルに、ダイオードを並列接続したことを特徴とするスイッチング電源装置。

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