JP2010017001A - 多出力型スイッチング電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従出力電圧の減電圧状態を検出しながらも定常時における電力消費を削減することができる多出力型スイッチング電源装置を提供する。
【解決手段】スイッチング素子（Ｑ_１）を制御回路４による制御下でスイッチング動作させて主出力電圧Ｖ_ｂｂを出力する主出力回路２と、主出力電圧Ｖ_ｂｂを降圧して得た従出力電圧Ｖ_ｃｃを出力する従出力回路３とを備えた多出力型スイッチング電源装置１であって、主出力回路２は、従出力電圧Ｖ_ｃｃの減電圧状態を検出する減電圧検出回路５を有する。減電圧検出回路５は、従出力電圧Ｖ_ｃｃが減電圧状態になるとオフ状態からオン状態に切り替わるトランジスタ（Ｑ_２）を含み、制御回路４は、トランジスタ（Ｑ_２）がオン状態になった場合に、スイッチング素子（Ｑ_１）のスイッチング動作を停止させ、主出力回路２および従出力回路３からの出力を停止させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、主出力電圧と該主出力電圧を降圧して得た少なくとも１つの従出力電圧とを出力する多出力型スイッチング電源装置に関する。

多出力型スイッチング電源装置は、主出力回路と少なくとも１つの従出力回路とを有し、複数の負荷回路に同時に電力を供給するものである。この種の多出力型スイッチング電源装置においては、安全上の理由から、いずれかの負荷回路に短絡等の異常が発生し、その負荷回路に電力を供給する従出力電圧が減電圧状態となった場合に、そのことを素早く検知して電力の供給を停止させることが重要である。

図２に、従来の多出力型スイッチング電源装置を示す（例えば、特許文献１参照）。多出力型スイッチング電源装置１’は、主出力電圧として例えば＋２４Ｖを出力する主出力回路２’と、従出力電圧として例えば＋５Ｖを出力する従出力回路３とを備えている。

このうち、主出力回路２’は、トランスＴの一次巻線Ｔ_１に接続されたスイッチング素子Ｑ_１と、スイッチング素子Ｑ_１を制御する制御回路４とを備え、制御回路４がスイッチング素子Ｑ_１をスイッチング動作させると二次巻線Ｔ_２に交流電圧が誘起されるようになっている。この交流電圧はダイオードＤ_１および平滑コンデンサＣ_１で整流・平滑され、直流の主出力電圧Ｖ_ｂｂ（＋２４Ｖ）として出力される。また、主出力電圧Ｖ_ｂｂの多寡は不図示のフィードバック回路によって制御回路４にフィードバックされ、これにより主出力電圧Ｖ_ｂｂはほぼ一定に保たれる。
従出力回路３は、主にＤＣ−ＤＣコンバータ回路から構成され、主出力電圧Ｖ_ｂｂを降圧して生成した直流の従出力電圧Ｖ_ｃｃ（＋５Ｖ）を不図示の負荷回路に出力する。

また、主出力回路２’は、従出力電圧Ｖ_ｃｃの減電圧状態を検出する減電圧検出回路５’と、主出力電圧Ｖ_ｂｂの過電圧状態を検出し、装置を過電圧から保護する過電圧保護回路６とを有する。過電圧保護回路６が有するフォトカプラＰＣは、過電圧のみならず、減電圧検出回路５’で減電圧状態が検出されたことを一次側に伝達する伝達手段としての役割も兼ねている。

この従来の多出力型スイッチング電源装置１’では、何ら異常が発生していない定常時においても、減電圧検出回路５’のトランジスタＱ_３がオンしている。したがって、定常時でも、抵抗Ｒ_５、Ｒ_６、Ｒ_７、Ｒ_８およびトランジスタＱ_３に電流が流れる。
一方、従出力電圧Ｖ_ｃｃが減電圧状態になると、トランジスタＱ_３はオフする。したがって、抵抗Ｒ_５を通って流れてくる電流は、ダイオードＤ_３および抵抗Ｒ_４を通ってフォトカプラＰＣに流れることになる。これにより、減電圧状態となったことが二次側から一次側の制御回路４に伝達され、制御回路４はスイッチング素子Ｑ_１のスイッチング動作を停止させる。そして、主出力回路２’および従出力回路３による電力供給は停止する。
特開２００２−１７０８４号公報

ところで、図２に示す従来の多出力型スイッチング電源装置１’では、定常時に、抵抗Ｒ_５、Ｒ_６、Ｒ_７、Ｒ_８およびトランジスタＱ_３に電流が流れたままになっており、当該素子の電力損失による消費電力の増加が問題となっていた。

そこで、本発明は、減電圧回路において従出力電圧の減電圧状態を検出しながらも、定常時における電力消費を削減することができる多出力型スイッチング電源装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る多出力型スイッチング電源装置は、トランスの一次巻線に接続されたスイッチング素子を制御回路による制御下でスイッチング動作させて前記トランスの二次巻線に交流電圧を誘起させ、該交流電圧を整流および平滑して得た主出力電圧を出力する主出力回路と、前記主出力電圧を降圧して得た従出力電圧を出力する従出力回路とを備えた多出力型スイッチング電源装置であって、前記主出力回路は、前記従出力電圧の減電圧状態を検出する減電圧検出回路と、前記減電圧検出回路が減電圧状態を検出すると、減電圧状態を示す信号を前記制御回路に伝達する伝達手段と、を有し、前記減電圧検出回路は、前記従出力電圧が減電圧状態になるとオフ状態からオン状態に切り替わる切り替え手段を含み、前記制御回路は、前記切り替え手段がオン状態になった場合に、前記伝達手段から前記減電圧状態を示す信号を受けて前記スイッチング素子のスイッチング動作を停止させ、前記主出力回路および前記従出力回路からの出力を停止させることを特徴とする。

この構成によれば、減電圧回路は、従出力電圧が減電圧状態になるとオフ状態からオン状態に切り替わる切り替え手段を含んでいる。そして、伝達手段は切り替え手段がオン状態となった場合に、減電圧状態を示す信号を制御回路に伝達し、制御回路は該信号を受けてスイッチング素子のスイッチング動作を停止させ、主出力回路および従出力回路からの出力を停止させている。このため、従出力電圧が減電圧状態の場合を除き、切り替え手段はオフ状態となっており、定常時において減電圧回路に電流が流れるのを回避することができる。したがって、減電圧回路において従出力電圧の減電圧状態を検出しながらも定常時における電力消費を削減することができる。

ここで、減電圧検出回路は、主出力回路と従出力回路との間に介装され、主出力電圧と従出力電圧との電圧差を検出し、該電圧差に応じて導通状態と非導通状態とが切り替えられる電圧差検出素子をさらに含み、電圧差検出素子が非導通状態から導通状態になることで従出力電圧の減電圧状態を検出し、切り替え手段をオフ状態からオン状態に切り替えるように構成してもよい。
この構成によれば、電圧差検出素子が主出力電圧と従出力電圧との電圧差を検出し、該電圧差に応じて非導通状態から導通状態になることで確実に従出力電圧の減電圧状態を検出することができる。しかも、電圧差検出素子が非導通状態から導通状態になることで、切り替え手段がオフ状態からオン状態に切り替えられるので簡素な構成で伝達手段を介して減電圧状態を示す信号を制御回路に伝達することができる。
このような電圧差検出素子として定電圧ダイオードを用いるのが好ましく、定電圧ダイオードのカソード側を主出力回路に接続する一方、アノード側を従出力回路に接続すればよい。

また、減電圧回路の部品点数を削減する観点からは、切り替え手段としてＰＮＰ型トランジスタを用いて、次のように回路を構成することが好ましい。すなわち、トランジスタのエミッタが主出力回路の出力の高電位側に接続されるとともに、定電圧ダイオードのカソード側がトランジスタのベース−エミッタ間に介装された第１抵抗を介して主出力回路の出力の高電位側に接続され、定電圧ダイオードのアノード側が第２抵抗を介して従出力回路の出力の高電位側に接続されるように構成することが好ましい。

また、上記多出力型スイッチング電源装置における前記伝達手段をフォトカプラとし、該フォトカプラがオン状態とされた切り替え手段から供給される電流を検知することで前記制御回路に前記従出力電圧の減電圧状態を示す信号を伝達するように構成してもよい。

本発明によれば、減電圧回路において従出力電圧の減電圧状態を検出しながらも、定常時における電力消費を削減することができる多出力型スイッチング電源装置を提供することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る多出力型スイッチング電源装置の好ましい実施形態について説明する。

［構成および動作］
図１に、本発明に係る多出力型スイッチング電源装置を示す。多出力型スイッチング電源装置１は、主出力電圧として例えば＋２４Ｖを出力する主出力回路２と、従出力電圧として例えば＋５Ｖを出力する従出力回路３とを備えている。

このうち、主出力回路２は、トランスＴの一次巻線Ｔ_１に接続されたスイッチング素子（本実施形態では、ＦＥＴを使用）Ｑ_１と、スイッチング素子Ｑ_１を制御する制御回路４とを備え、制御回路４がスイッチング素子Ｑ_１をスイッチング動作させると二次巻線Ｔ_２に交流電圧が誘起されるようになっている。この交流電圧はダイオードＤ_１および平滑コンデンサＣ_１で整流・平滑され、直流の主出力電圧Ｖ_ｂｂ（＋２４Ｖ）として出力される。また、主出力電圧Ｖ_ｂｂの多寡は不図示のフィードバック回路によって制御回路４にフィードバックされ、これにより主出力電圧Ｖ_ｂｂはほぼ一定に保たれる。
従出力回路３は、主にＤＣ−ＤＣコンバータ回路から構成され、主出力電圧Ｖ_ｂｂを降圧して生成した直流の従出力電圧Ｖ_ｃｃ（＋５Ｖ）を不図示の負荷回路に出力する。

また、主出力回路２には、従出力電圧Ｖ_ｃｃの減電圧状態を検出する減電圧検出回路５と、主出力電圧Ｖ_ｂｂの過電圧状態を検出し、装置を過電圧から保護する過電圧保護回路６とが備えられている。
減電圧検出回路５は、エミッタが主出力回路２の出力（以下「主出力」という）の高電位側に接続されたトランジスタＱ_２（本実施形態では、減電圧検出回路５の部品点数を削減する観点からＰＮＰ型トランジスタを使用）と、トランジスタＱ_２のベース−エミッタ間に接続された抵抗Ｒ_１（本発明の“第１抵抗”に相当）と、トランジスタＱ_２のベースにカソードが接続された定電圧ダイオードＺＤ_１（本発明の“電圧差検出手段”に相当）と、定電圧ダイオードＺＤ_１のアノードと従出力回路３の出力（以下「従出力」という）の高電位側との間に接続された抵抗Ｒ_２（本発明の“第２抵抗”に相当し、定電圧ダイオードＺＤ_１の逆方向電流を制限する）と、トランジスタＱ_２のコレクタを主出力の低電位側にプルダウンする抵抗Ｒ_３と、トランジスタＱ_２のコレクタと主出力の低電位側との間に介装されたコンデンサＣ_２と、トランジスタＱ_２のコレクタにアノードが接続されたダイオードＤ_２と、を備えている。

このように、定電圧ダイオードＺＤ_１はカソード側が抵抗Ｒ_１を介して主出力に接続される一方、アノード側が抵抗Ｒ_２を介して従出力に接続されており、主出力電圧Ｖ_ｂｂと従出力電圧Ｖ_ｃｃとの電圧差を検出し、該電圧差に応じて導通状態と非導通状態とが切り替えられる。
ここで、コンデンサＣ_２は、特に、主出力回路２が起動する際の主出力電圧Ｖ_ｂｂの急な変動を抑え、トランジスタＱ_２が誤ってオンしてしまうのを防止するためのものである。また、ダイオードＤ_２は、後述する過電圧保護回路６が過電圧状態を検出（定電圧ダイオードＺＤ_２が導通）した際に、過電流が誤ってトランジスタＱ_２側に流入するのを防止するものである。

過電圧保護回路６は、アノードがダイオードＤ_２のカソードに接続されるとともにカソードが主出力の高電位側に接続された定電圧ダイオードＺＤ_２と、ダイオードＤ_２のカソードに一端が接続された抵抗Ｒ_４（定電圧ダイオードＺＤ_２の逆方向電流またはトランジスタＱ_２のコレクタ電流を制限する）と、抵抗Ｒ_４の他端と主出力の低電位側との間に接続されたフォトカプラＰＣ（本発明の“伝達手段”に相当）の発光素子ＰＣ_１とを備えている。また、フォトカプラＰＣの受光素子ＰＣ_２は、制御回路４に接続されている。フォトカプラＰＣは、主出力電圧Ｖ_ｂｂの過電圧のみならず、減電圧検出回路５で従出力電圧Ｖ_ｃｃの減電圧状態が検出されたことを一次側に伝達する伝達手段としての役割も兼ねている。

前記のように、本実施形態における主出力電圧Ｖ_ｂｂおよび従出力電圧Ｖ_ｃｃは、それぞれ＋２４Ｖ、＋５Ｖであり、その差は１９Ｖである。したがって、定電圧ダイオードＺＤ_１の設定電圧（降伏電圧）を１９Ｖよりも僅かに高い２０Ｖ程度に設定しておけば、何ら異常が発生していない定常時に抵抗Ｒ_１に電流が流れることはないので、トランジスタＱ_２はオフ状態のままである。また、トランジスタＱ_２のコレクタは抵抗Ｒ_３によってプルダウンされているので、トランジスタＱ_２に微小なリーク電流が発生したとしても、そのリーク電流がフォトカプラＰＣに向かって流れ、減電圧状態を誤検出することはない。

従出力回路３によって電力供給されている負荷回路に短絡等の異常が発生し、従出力が減電圧状態になると、定電圧ダイオードＺＤ_１が降伏状態となることによって従出力電圧Ｖ_ｃｃの減電圧状態が検出され、主出力の高電位側から従出力の高電位側に向かって、つまり定電圧ダイオードＺＤ_１の逆方向に電流が流れる。そして、この電流による抵抗Ｒ_１の電圧降下によって、トランジスタＱ_２のベース−エミッタ間電圧が上昇し、トランジスタＱ_２がオフ状態からオン状態に切り替わる。このように、本実施形態では、トランジスタＱ_２が本発明の「切り替え手段」として機能する。

そして、オン状態となっているトランジスタＱ_２を介して主出力の高電位側から流れてくる電流、すなわちオン状態とされたトランジスタＱ_２のコレクタ電流は、ダイオードＤ_２および抵抗Ｒ_４を通ってフォトカプラＰＣの発光素子ＰＣ_１に流れる。これにより、減電圧状態を示す信号が二次側から一次側の制御回路４に伝達され、制御回路４はスイッチング素子Ｑ_１のスイッチング動作を停止させる。そして、主出力回路２および従出力回路３からの出力（主出力回路２および従出力回路３による電力供給）は停止する。

［測定結果］
続いて、図１に示す本発明に係る多出力型スイッチング電源装置（以下、実施例）と、図２に示す従来の多出力型スイッチング電源装置（以下、従来例）について、減電圧検出回路５（５’）の定常時の消費電力を測定した結果を示す。
なお、実施例および従来例のいずれの装置においても、主出力電圧Ｖ_ｂｂおよび従出力電圧Ｖ_ｃｃをそれぞれ＋２４Ｖ、＋５Ｖとし、従出力電圧Ｖ_ｃｃが４Ｖになると減電圧状態であると判定されるようにした。また、実施例において、定電圧ダイオードＺＤ_１の設定電圧は２０Ｖとし、従来例において、抵抗Ｒ_５、Ｒ_６、Ｒ_７、Ｒ_８の抵抗値をそれぞれ５．６ｋΩ、１０ｋΩ、６８ｋΩ、４７ｋΩとした。

前記のように、実施例に係る多出力型スイッチング電源装置では、定常時の減電圧検出回路５に一切電流が流れない（ただし、リーク電流のような装置全体の消費電力に悪影響を及ぼさない程度の微小な電流は除く）。したがって、これらの回路における定常時の消費電力は、表１に示すように０ｍＷとなる。

一方、従来例に係る多出力型スイッチング電源装置では、定常時にトランジスタＱ_３がオンしているので、抵抗Ｒ_５、Ｒ_６、Ｒ_７、Ｒ_８およびトランジスタＱ_３に電流が流れたままになっており、これが消費電力を増加させる要因となっている。

以上のように、本発明に係る多出力型スイッチング電源装置では、減電圧状態となっていない定常時において、減電圧検出回路に一切電流が流れない。そして、減電圧状態を検出した場合にのみ、減電圧検出回路に電流が流れるようになっている。すなわち、従出力電圧が減電圧状態の場合を除き、切り替え手段であるトランジスタはオフ状態となっており、定常時において減電圧回路に電流が流れるのを回避することができる。
したがって、本発明に係る多出力型スイッチング電源装置によれば、減電圧回路において従出力電圧の減電圧状態を検出しながらも、定常時における電力消費を削減することができる。

本発明に係る多出力型スイッチング電源装置の回路図である。 従来の多出力型スイッチング電源装置の回路図である。

符号の説明

１ 多出力型スイッチング電源装置
２ 主出力回路
３ 従出力回路
４ 制御回路
５ 減電圧検出回路
６ 過電圧保護回路
ＰＣ フォトカプラ（伝達手段）
Ｑ_１ ＦＥＴ（スイッチング素子）
Ｑ_２ トランジスタ（切り替え手段）
Ｒ_１ 第１抵抗
Ｒ_２ 第２抵抗
ＺＤ_１ 定電圧ダイオード（電圧差検出素子）

Claims (5)

1. トランスの一次巻線に接続されたスイッチング素子を制御回路による制御下でスイッチング動作させて前記トランスの二次巻線に交流電圧を誘起させ、該交流電圧を整流および平滑して得た主出力電圧を出力する主出力回路と、
   前記主出力電圧を降圧して得た従出力電圧を出力する従出力回路と、
   を備えた多出力型スイッチング電源装置であって、
   前記主出力回路は、
   前記従出力電圧の減電圧状態を検出する減電圧検出回路と、
   前記減電圧検出回路が減電圧状態を検出すると、減電圧状態を示す信号を前記制御回路に伝達する伝達手段と、
   を有し、
   前記減電圧検出回路は、前記従出力電圧が減電圧状態になるとオフ状態からオン状態に切り替わる切り替え手段を含み、
   前記制御回路は、前記切り替え手段がオン状態になった場合に、前記伝達手段から前記減電圧状態を示す信号を受けて前記スイッチング素子のスイッチング動作を停止させ、前記主出力回路および前記従出力回路からの出力を停止させることを特徴とする多出力型スイッチング電源装置。
2. 前記減電圧検出回路は、
   前記主出力回路と前記従出力回路との間に介装され、前記主出力電圧と前記従出力電圧との電圧差を検出し、該電圧差に応じて導通状態と非導通状態とが切り替えられる電圧差検出素子をさらに含み、
   前記電圧差検出素子が非導通状態から導通状態になることで前記従出力電圧の減電圧状態を検出し、前記切り替え手段をオフ状態からオン状態に切り替えることを特徴とする請求項１に記載の多出力型スイッチング電源装置。
3. 前記電圧差検出素子は定電圧ダイオードであり、
   前記定電圧ダイオードのカソード側が前記主出力回路に接続される一方、アノード側が前記従出力回路に接続されることを特徴とする請求項２に記載の多出力型スイッチング電源装置。
4. 前記切り替え手段はＰＮＰ型トランジスタであり、
   前記トランジスタのエミッタが前記主出力回路の出力の高電位側に接続されるとともに、前記定電圧ダイオードのカソード側が、前記トランジスタのベース−エミッタ間に介装された第１抵抗を介して前記主出力回路の出力の高電位側に接続され、
   前記定電圧ダイオードのアノード側が第２抵抗を介して前記従出力回路の出力の高電位側に接続されることを特徴とする請求項３に記載の多出力型スイッチング電源装置。
5. 前記伝達手段はフォトカプラであり、
   前記フォトカプラはオン状態とされた前記切り替え手段から供給される電流を検知することで前記制御回路に前記従出力電圧の減電圧状態を示す信号を伝達することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の多出力型スイッチング電源装置。

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