JP2008042957A - Power supply unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、過電流保護回路を有する電源装置に関するものである。 The present invention relates to a power supply device having an overcurrent protection circuit.
従来この種の電源装置は、図5に示されるように、電源駆動回路1における出力部1Aにトランス2の一次巻線2Aを接続し、2次巻線2Bには出力端子3を接続させ、この出力端子3の一端と2次巻線2Bの一端との間には電流検出抵抗4を介在させ、この電流検出抵抗4の一端には比較器5の非反転入力5Aを接続するとともに、電流検出抵抗4の他端には比較器5の反転入力5Bを接続し、電流検出抵抗4の一端と比較器5の非反転入力5Aとの間には基準電圧発生回路6を介在させ、比較器5における出力端子5Cと電源駆動回路1におけるフィードバック入力1Bとを接続し、電流検出抵抗4に電流が流れることに起因して発生する電圧と基準電圧発生回路6の電圧とを比較器5により比較するとともに、その結果を電源駆動回路1のフィードバック入力1Bに帰還することにより、負荷7と2次巻線2Bとを結ぶループ内に流れる電流量を制御していた。
Conventionally, as shown in FIG. 5, this type of power supply apparatus has a transformer 2 primary winding 2A connected to an output section 1A in a power
そして、比較器5の電源供給部5Dを出力端子3と接続することにより、負荷7の両端電圧を利用して比較器5を駆動させていた。
Then, by connecting the
なお、この出願に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1が知られている。
このような従来の電源装置は回路に大電流が流れ続ける可能性があることが問題となっていた。 Such a conventional power supply apparatus has a problem that a large current may continue to flow through the circuit.
すなわち、上記従来の構成においては、出力端子3両端に接続した負荷7がショート状態となってしまった場合、或は、負荷7がショート状態で電源が立ち上がった場合、比較器5における電源供給部5Dに電力が供給されることがないため、比較器5が作動しない。そうすると、大電流が電流検出抵抗4に流れているのにもかかわらず、その電流を抑制しようとする信号を比較器5における出力端子5Cが電源駆動回路1のフィードバック入力1Bに帰還させることができないため、負荷7と2次巻線2Bとを結ぶループ内に大電流が流れ続ける可能性があった。
That is, in the above-described conventional configuration, when the load 7 connected to both ends of the
そこで本発明は、負荷と2次巻線とを結ぶループ内に流れる電流(以下、出力電流と示す)を検出して電源回路に帰還させる電源装置において、その出力電流が過電流状態となり続けるのを防止することを目的とする。 Therefore, the present invention detects an electric current (hereinafter referred to as an output current) flowing in a loop connecting a load and a secondary winding and feeds it back to a power supply circuit, and the output current continues to be in an overcurrent state. The purpose is to prevent.
そして、この目的を達成するために本発明は、電源駆動回路と、この電源駆動回路における出力部にその一次巻線が接続されたトランスと、このトランスの2次巻線に接続された出力端子と、この出力端子の一端と前記2次巻線の一端との間に介在された電流検出抵抗と、この電流検出抵抗の一端にその第1の入力端が接続されるとともに前記電流検出抵抗の他端にその第2の入力端が接続された比較器と、前記第1の入力端あるいは前記第2の入力端と前記電流検出抵抗との間に介在された基準電圧発生回路とを備え、前記比較器における出力信号を前記電源駆動回路にフィードバックし、前記トランスには補助巻線を設け、この補助巻線と前記比較器の電源供給部とを電源供給ラインにより接続し、この電源供給ラインを出力端子とは、非直接接続状態としたものである。 In order to achieve this object, the present invention provides a power supply driving circuit, a transformer having a primary winding connected to an output section of the power supply driving circuit, and an output terminal connected to a secondary winding of the transformer. A current detection resistor interposed between one end of the output terminal and one end of the secondary winding, and a first input terminal connected to one end of the current detection resistor and the current detection resistor A comparator having a second input terminal connected to the other end, and a reference voltage generation circuit interposed between the first input terminal or the second input terminal and the current detection resistor; An output signal from the comparator is fed back to the power supply driving circuit, an auxiliary winding is provided in the transformer, and the auxiliary winding and a power supply unit of the comparator are connected by a power supply line. Is the output terminal It is obtained by the direct connection state.
本発明の電源装置は、トランスに補助巻線を設けるとともに、この補助巻線と前記比較器及び前記基準電圧発生回路の電源供給部とを電源供給ラインにより接続し、この電源供給ラインを出力端子とは、非直接接続状態とすることにより、電源駆動回路が駆動している間において、比較器における電源供給部への電力供給が途切れることがなく、出力電流量を常に電源駆動回路に帰還させることができるため、出力電流が過電流状態となり続けることがない。 The power supply device of the present invention is provided with an auxiliary winding in the transformer, and the auxiliary winding and the power supply unit of the comparator and the reference voltage generation circuit are connected by a power supply line, and the power supply line is connected to the output terminal. The non-direct connection state ensures that the power supply to the power supply unit in the comparator is not interrupted while the power supply drive circuit is being driven, and the output current amount is always fed back to the power supply drive circuit. Therefore, the output current does not continue to be in an overcurrent state.
(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態1における電源装置の構造について図面を参照しながら説明する。なお、説明簡略化のため、ダイオードの順方向電圧降下は考慮しない。
(Embodiment 1)
Hereinafter, the structure of the power supply apparatus according to
図1において、電源駆動回路8の出力部8Aにはトランス9の1次巻線9Aを接続し、このトランス9の2次巻線9Bには出力端子10を接続し、2次巻線9Bの一端と出力端子10の一端との間には電流検出抵抗11を介在させ、電流検出抵抗11の一端に比較器12の非反転入力12Aを接続するとともに、電流検出抵抗11の他端に比較器12の反転入力12Bを接続し、電流検出抵抗11と比較器12の非反転入力12Aとの間には基準電圧発生回路13を介在させ、比較器12の出力端子12Cから出力される出力信号を電源駆動回路8のフィードバック入力8Bに帰還させている。
In FIG. 1, a
そして、トランス9には補助巻線9Cを設けるとともに、この補助巻線9Cと比較器12における電源供給部12Dとを電源供給ライン100により接続し、この電源供給ライン100を出力端子10とは、非直接接続状態としている。なお、電源供給部12Eは2次巻線9Bの他端に接続させている。
The
そして、2次巻線9Bの一端にはダイオード14のアノードを接続しており、このダイオード14のカソードにはコンデンサ15の一端を接続し、このコンデンサ15の他端は2次巻線9Bの他端に接続している。また、補助巻線9Cの一端にはダイオード16のアノードを接続しており、このダイオード16のカソードにはコンデンサ17の一端を接続し、このコンデンサ17の他端はダイオード14のカソードに接続している。
The anode of the diode 14 is connected to one end of the secondary winding 9B, and one end of a
次に動作について説明する。電源駆動回路8から供給された電流がトランス9の1次巻線9Aに流れると磁束が発生し、トランス9の2次巻線9Bに起電力が発生する。この起電力により発生した交流電流が、ダイオード14、コンデンサ15により整流平滑され、直流となった電流が出力端子10に接続された負荷18に流れる。一方、比較器12の非反転入力12Aには電流検出抵抗11の一端の電圧が基準電圧発生回路13を介して印加され、反転入力12Bには電流検出抵抗11の他端の電位が印加される。
Next, the operation will be described. When the current supplied from the power supply driving circuit 8 flows in the
ここで、反転入力12Bの電位を基準に考えると、電流検出抵抗11に流れる電流が低い場合、電流検出抵抗11における電圧降下が基準電圧発生回路13における発生電圧よりも低くなるため、反転入力12Bの電位に対して非反転入力12Aの電位が低くなり、比較器12の出力端子12Cからの出力はローレベルとなる。そうすると、電源駆動回路8に信号がフィードバックされず、負荷18に流れる出力電流の増加は制限されない。
Here, considering the potential of the inverting
一方、電流検出抵抗11に流れる電流が高い場合、電流検出抵抗11における電圧降下が基準電圧発生回路13による発生電圧よりも高くなるため、反転入力端12Bの電位に対して非反転入力端12Aの電位が高くなる。そうすると、比較器12の出力端子12Cからの出力はハイレベルとなり、電源駆動回路8に信号がフィードバックされ、負荷18に流れる出力電流の増加が制限される。
On the other hand, when the current flowing through the current detection resistor 11 is high, the voltage drop in the current detection resistor 11 becomes higher than the voltage generated by the reference
ここで、電源駆動回路8作動時において、出力端子10に接続した負荷18の両端が、何らかの不具合等によりショート状態にあった場合においても、比較器12の電源供給部12Dへの電力供給を途切らせることなく行うことができる。即ち、電源駆動回路8が作動すると、トランス9の1次巻線9Aに電流が流れて磁束が発生し、トランス9の補助巻線9Cに起電力が発生する。この起電力により発生した交流電圧が、ダイオード16、コンデンサ17により整流平滑され、電源供給ライン100を介して比較器12の電源供給部12Dに供給されるわけであるが、この時、この電源供給ライン100を出力端子10とは、非直接接続状態にしておくことにより、出力端子のショートなどにより電源供給ライン100の電位がグランドに落ちることがなく、安定した電力供給を可能としている。
Here, even when both ends of the
このように、他に特別な回路を設けることなく、トランス9に補助巻線9Cを追加するという非常に簡易な構成により、電源立ち上げ時前において、たとえ負荷18がショート状態にあっても、電源駆動回路8が駆動している間において比較器12における電源供給部への電力供給が途切れることがなく、出力電流量を常に電源駆動回路8に帰還することができるため、出力電流が過電流状態とならない。
In this way, even if the
なお、図1に示すごとく2次巻線9Bと補助巻線9Cとの極性は同じとすることにより、補助巻線の巻数がわずかでも良いという利点がある。しかし、図4に示すごとく逆極性とすることの方が望ましい。以下その理由を述べる。但し、その場合には補助巻線9Cの他端を2次巻線9Bではなくグランドに接続する必要がある。 As shown in FIG. 1, by making the secondary winding 9B and the auxiliary winding 9C have the same polarity, there is an advantage that the number of turns of the auxiliary winding may be small. However, as shown in FIG. The reason is described below. However, in that case, it is necessary to connect the other end of the auxiliary winding 9C to the ground instead of the secondary winding 9B.
2次巻線9Bと補助巻線9Cとの結合が完全に100%ということは通常考えにくいため、2次巻線9B両端がショート状態となり、電位差が発生していない状態においても、補助巻線9Cにはある程度の電圧が発生しており、この電圧により電源供給部12D、12Eに電力を供給することは可能である。
Since it is usually difficult to think that the coupling between the secondary winding 9B and the auxiliary winding 9C is completely 100%, both ends of the secondary winding 9B are short-circuited, and the auxiliary winding even in a state where no potential difference has occurred. A certain amount of voltage is generated in 9C, and it is possible to supply power to the
しかし、2次巻線9Bと補助巻線9Cの極性を逆にしておくことにより、結合が理想トランスに近いトランスにおいても、安定して電源供給部12D、12Eに電力を供給することができ望ましい。即ち、2次巻線9B間には交流の電圧が発生しているため、その電圧差は正、負を交互に繰り返す状態にある。ここで、その電圧が正の場合、その2次巻線9B間に発生した電圧はダイオード14を介し、ショート状態となった出力端子10の存在により0Vとなってしまう。一方、その電圧が負の場合においては、その2次巻線9B間に発生した電圧がダイオード14によってショートされないため、2次巻線9Bに電圧が発生する。ここで、問題となるのは、2次巻線9B間の電圧が正となり、その電圧がダイオード14を介して0Vとなり、出力電流が過電流状態となるときである。このときに電源供給部12D、12Eに電力を安定して供給することにより、比較器12を用いて回路に流れる電流量を制御することが重要となる。
However, by reversing the polarities of the secondary winding 9B and the auxiliary winding 9C, it is desirable that power can be stably supplied to the
ここで、2次巻線9Bと補助巻線9Cとの極性を逆にしておくことにより、2次巻線9B間の電位差が0Vとなった状態においても、逆極性とした補助巻線9Cには正の電圧を生じさせることができ、この電圧を利用して、電源供給部12D、12Eに電力を供給することができ、結果として、結合が理想トランスに近いトランスにおいても電源供給部12D、12Eに安定して電力を供給することができ、正常な過電流抑制動作を可能とする。
Here, by reversing the polarities of the secondary winding 9B and the auxiliary winding 9C, even when the potential difference between the secondary windings 9B becomes 0V, Can generate a positive voltage, and can use this voltage to supply power to the
なお、図2に示すごとく、比較器12の出力端子12Cから電源駆動回路8のフィードバック入力8Bへの信号伝達をフォトカプラ37により行うことで、トランス9の1次側と2次側とを絶縁構造とすることができる。
As shown in FIG. 2, the signal transmission from the
なお、本実施の形態における補助巻線9Cの他端とコンデンサ17の他端とを直接グランドに接続してもかまわない。
Note that the other end of the auxiliary winding 9C and the other end of the
なお、電流検出抵抗11をグランド側、即ち2次巻線9Bの他端と出力端子10の他端との間に介在させ、その電流検出抵抗11の一端に基準電圧発生回路13を介して比較器12の非反転入力12Aを接続するとともに、電流検出抵抗11の他端に比較器12の反転入力12Bを接続する構成としてもかまわない。
The current detection resistor 11 is interposed on the ground side, that is, between the other end of the secondary winding 9B and the other end of the
なお、補助巻線9C及び電源供給ライン100を設けずに、新たな電源駆動回路を別に設け、この新たな電源駆動回路に新たなトランスを接続し、この新たなトランスから出力端子10とは、非直接接続状態にて比較器12への新たな電源供給ラインを設ける構成とすることも考えられる。しかし、その場合、新たに設けた電源駆動回路用の電源は、電源駆動回路8における主電源をONするよりも先にONし、電源駆動回路8における主電源をOFFするよりも後にOFFするように制御しなければ、新たな電源供給ラインから比較器12に電源が供給されず、出力電流が過電流状態となる。また、そのような主電源ON/OFF用制御用回路を設けたとしても、その回路に不具合が生じれば事態は同じである。さらに、主電源以外に電源駆動回路及びトランスシーケンス回路追加によりコスト高となる。従って、本実施の形態に示すごとく、同一の電源駆動回路8から電源供給ライン100を引き出し、比較器12へ電力供給を行う構成とすることが望ましい。
In addition, without providing the auxiliary winding 9C and the
ここで、図1における比較器12と基準電圧発生回路13との具体的な回路構成について、図3を用いて説明する。
Here, a specific circuit configuration of the
図1に示す電源供給ライン100から比較器12の電源供給部12Dに供給される電圧が図3に示すバンドギャップ基準電圧発生回路22に入力されるVccに対応しており、図1に示す電源供給部12Eが図3に示すGNDに対応している。そして、図1における基準電圧発生回路13と電流検出抵抗11との接続点V+と、反転入力12Bと電流検出抵抗11との接続点V−に対応する部分が、それぞれ図3におけるNPN型トランジスタ19のエミッタ、NPN型トランジスタ20のエミッタに対応しており、図1に示す出力端子12Cが図3に示すPNP型トランジスタ21のコレクタに対応している。
The voltage supplied from the
ここで、図3におけるバンドギャップ基準電圧発生回路22の入力端子22Cにはカレントミラー29を接続し、カレントミラー29におけるPNP型トランジスタ29Aのコレクタ及びベースをNPN型トランジスタ30のコレクタに接続し、このNPN型トランジスタ30のベースをPNP型トランジスタ29Bのコレクタ及び出力端子22Bに接続している。そして、NPN型トランジスタ30のエミッタを抵抗31、32の一端に接続し、抵抗31の他端をNPN型トランジスタ33のベース、コレクタに接続し、抵抗32の他端をNPN型トランジスタ34のコレクタ及びNPN型トランジスタ35のベースに接続している。
Here, a
そして、NPN型トランジスタ34のエミッタを抵抗36の一端に接続し、この抵抗36の他端及びNPN型トランジスタ33のエミッタ、NPN型トランジスタ35のエミッタをグランドに接続している。
The emitter of the
そして、バンドギャップ基準電圧発生回路22の入力端子22Cにはカレントミラー23におけるPNP型トランジスタ23A、PNP型トランジスタ23B、PNP型トランジスタ23Cのエミッタを接続しており、それぞれのベースを接続点27にて接続している。そして、PNP型トランジスタ23Aのコレクタをそのベースに接続するとともにNPN型トランジスタ24のコレクタに接続し、このNPN型トランジスタ24のベースをバンドギャップ基準電圧発生回路22の出力端子22Bに接続している。そして、NPN型トランジスタ24のエミッタは抵抗28を介してGNDに接続している。
The input terminals 22C of the band gap reference
また、PNP型トランジスタ23Bのコレクタは抵抗25の一端に接続しており、抵抗25の他端をNPN型トランジスタ19のコレクタに接続している。そして、このNPN型トランジスタ19のベースを抵抗25の一端に接続している。そして、抵抗25の他端とNPN型トランジスタ19のコレクタとの接続点26にはNPN型トランジスタ20のベースを接続している。
The collector of the PNP transistor 23B is connected to one end of the
そして、PNP型トランジスタ23CのコレクタをNPN型トランジスタ20のコレクタ及びPNP型トランジスタ21のベースに接続している。
The collector of the
次に、動作原理について説明する。 Next, the operation principle will be described.
まず、バンドギャップ基準電圧発生回路22の入力端子22Cに入力電圧Vccが入力されるとともに、出力端子22Bからは基準電圧Vref(a)とNPN型トランジスタ30のベース・エミッタ間電圧VBE30との電圧値の和が出力されている。ここで、NPN型トランジスタ30のベース・エミッタ間電圧VBE30とNPN型トランジスタ24のベース・エミッタ間電圧VBE24とを等しくしておくことにより、抵抗28には一定電圧である基準電圧Vref(b)が印加される。
First, the input voltage Vcc is input to the input terminal 22C of the band gap reference
この基準電圧Vref(b)が抵抗28の両端に印加されることにより、定電流IrefがNPN型トランジスタ24のコレクタ・エミッタ間に流れる。
By applying the reference voltage Vref (b) across the
そうすると、この定電流Irefがカレントミラー23におけるPNP型トランジスタ23Aのエミッタ・コレクタ間に流れ、このIrefと同じ電流がPNP型トランジスタ23B及び23Cのエミッタ・コレクタ間に流れる。
Then, the constant current Iref flows between the emitter and collector of the PNP transistor 23A in the
このPNP型トランジスタ23Bのエミッタ・コレクタ間に流れる電流が抵抗25に流れることにより、基準電圧Vref(c)が発生する。これが、図1に示した基準電圧発生回路13に該当する。この抵抗25とNPN型トランジスタ19との接続点26における電位は、図1における接続点V+の電位にNPN型トランジスタ19のベース・エミッタ間電圧VBE19とを足し合わせるとともに基準電圧Vref(c)を差し引いた電位となっている。
A current flowing between the emitter and collector of the PNP transistor 23B flows through the
この接続点26の電位が図1に示す接続点V−の電位よりもNPN型トランジスタ20のベース・エミッタ間電圧VBE20分以上大きいとき、即ち、図1に示すV+の電位が、V−の電位よりも基準電圧Vref(c)分以上高くなったとき、この図3に示すNPN型トランジスタ20のベース・エミッタ間に電流が流れ、それに伴い、NPN型トランジスタ20のコレクタ・エミッタ間にも電流が流れる。
When the potential of the
そうすると、PNP型トランジスタ21のベース電圧が低下し、PNP型トランジスタ21のエミッタ・ベース間に電流が流れるとともに、エミッタ・コレクタ間に電流が流れ、その電流が図1に示す比較器12の出力端子12Cから出力される。そして、この比較器12の出力端子12Cからの出力信号が電源駆動回路8のフィードバック入力8Bに帰還される。
As a result, the base voltage of the
なお、本実施の形態における比較器12の部分を増幅器と表現される場合もありえるが、その増幅器も必ず比較動作、あるいは増幅後に比較、または比較後に増幅動作を行わせるものであるから、比較動作を行うことができる増幅器も比較器の範疇に含まれるものである。
Although the
なお、本実施形態におけるPNP型トランジスタ23Cを抵抗などで代用し、カレントミラー23の構成外とすることも可能であるが、PNP型トランジスタ23Cをカレントミラー23の一部とすることにより、NPN型トランジスタ19を流れる電流量とNPN型トランジスタ20を流れる電流量とを等しくすることができ、その結果としてNPN型トランジスタ19、20のベース・エミッタ間電圧VBE19、VBE20を等しくすることができ、高精度な電流制御を可能とすることができ望ましい。
Note that the
本発明の電源装置は、出力電流が過電流状態となり続けることがないという効果を有し、各種電気機器において有用である。 The power supply device of the present invention has an effect that the output current does not continue to be in an overcurrent state, and is useful in various electric devices.
8 電源駆動回路
8A 出力部
9 トランス
9A 1次巻線
9B 2次巻線
9C 補助巻線
10 出力端子
11 電流検出抵抗
12 比較器
12A 非反転入力(第1の入力端)
12B 反転入力(第2の入力端)
12D、12E 電源供給部
13 基準電圧発生回路
100 電源供給ライン
8 Power
12B Inverted input (second input terminal)
12D, 12E
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