JP2013240187A

JP2013240187A - スイッチング電源装置

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Publication number: JP2013240187A
Application number: JP2012111169A
Authority: JP
Inventors: Masaharu Maesaka; 昌春前坂
Original assignee: Cosel Co Ltd
Current assignee: Cosel Co Ltd
Priority date: 2012-05-15
Filing date: 2012-05-15
Publication date: 2013-11-28
Anticipated expiration: 2032-05-15
Also published as: JP5753815B2

Abstract

【課題】起動回路の定常的な損失を抑えることができ、回路部品に不良があっても通電試験で容易に検出可能なフライバック型のスイッチング電源装置を提供する。
【解決手段】第一出力巻線１４ａ電圧をピークホールドする第一整流平滑回路２０を備える。その第一出力電圧Vo1を制御する駆動パルス出力回路と、第一逆流防止ダイオード２８を通じて第一出力電圧Vo1を受ける電源ライン２６とを有した制御回路２４を備える。起動トランジスタ３４、第一ツェナダイオード３６を有したシリーズレギュレータの起動回路３４を備え、出力が第二逆流防止ダイオード４２を通じて電源ライン２６に接続される。第一出力巻線１４ａの電圧をピークホールドする第二整流平滑回路４６を備える。その第二出力電圧Vo2が発生すると第一ツェナダイオード３６を短絡するスイッチ素子４８を備える。起動回路３４と第二整流平滑回路４６との間に断線検出抵抗５２を備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、主トランスの出力巻線から自己の制御回路に電源を供給する回路を備えたフライバック型のスイッチング電源装置に関する。

従来、特許文献１の実施形態１に開示されているように、入力からＰＷＭ制御回路の電源ラインに起動電圧を供給する起動回路と、主トランスの三次巻線に接続され三次巻線の電圧から直流の電源電圧を生成してＰＷＭ回路の電源ラインに供給する補助電源回路と、三次巻線に電圧が発生すると起動回路を停止させ、起動電圧の供給を遮断する起動電圧供給遮断手段とを備えたスイッチング電源装置があった。起動回路は、入力ラインにコレクタ端子が接続され、エミッタ端子から電源ラインに向けて電圧を出力する起動トランジスタと、起動トランジスタのベース端子を入力ラインからバイアスするバイアス抵抗と、起動トランジスタのベース端子とグランドとの間に接続された定電圧ダイオードとで構成されたシリーズレギュレータであり、起動トランジスタのエミッタ端子と電源ラインとの間に逆流防止ダイオードが設けられている。起動電圧供給遮断手段は、三次巻線の両端に接続したダイオードとコンデンサとで成る検出回路と、検出回路に電圧が出力されると定電圧ダイオードの両端を短絡するＮＰＮトランジスタとで構成されている。

また、主トランスの二次巻線に接続された整流平滑回路の出力には、その出力電圧Voutを一定にする制御を行うために、出力電圧Voutの誤差信号を一次側のPWM制御回路に伝送するためのフィードバック回路を備えている。フィードバック回路は、一次側回路と二次側回路とを絶縁するため、通常、フォトカプラ等の絶縁素子が用いられる。

このスイッチング電源装置は、ＰＷＭ制御回路が起動して主スイッチング素子がスイッチング動作を開始すると、ＮＰＮトランジスタがオンし、起動トランジスタのベース端子の電位がグランド電位まで低下し、起動トランジスタから電源ラインへの電圧供給が停止する。従って、スイッチング動作が開始した後は、起動回路に大きな損失が定常的に発生するのを防止できるものである。

特開平１０−３３７０１７号公報

一般に、工場でスイッチング電源装置を生産するとき、まず回路部品をプリント基板にマウントし、回路部品の端子を配線パターンのランドにはんだ付けし、ケーシング等を行って組み立てられ、その後、通電試験で製品の電気特性をチェックする。通電試験は、生産工程で発生した回路部品のはんだ付け不良（未はんだ等）、回路部品の初期故障等を検出するために行われ、不良製品が市場に流出するのを防止する。しかし、全ての回路部品について一つ一つチェックすると、１台当たりの通電試験に時間が掛かり過ぎるので現実的ではない。従って、例えば、「入力電圧Vi投入した時、二次側出力電圧Voutが規格を満たしているか」等、数種類の基本的な試験を行うことによって、全ての回路部品の不良を検出できることが好ましい。

しかし、特許文献１の実施形態１のスイッチング電源装置は、例えば、三次巻線の端子に未はんだによるはんだ不良が発生し電気的に断線していた場合、通電試験で出力電圧Voutを観測していても検出することができない。このスイッチング電源装置は、入力電圧Viが投入されると、起動トランジスタを通じて電源ラインの電圧が上昇し、ＰＷＭ制御回路の起動電圧に達すると、ＰＷＭ制御回路が動作して主スイッチング素子がオンオフを開始する。三次巻線が断線していると、スイッチング動作を開始してもスイッチ素子がオンしないので、起動回路が電源ラインに電源電圧を供給し続け、起動回路に大きな損失が発生する危険な状態が継続する。しかし、二次側出力電圧Voutは、三次巻線の断線の有無にかかわらず、規格を満たす電圧となる。このように、三次巻線の端子のはんだ不良は、二次側出力電圧Voutを観測する試験では検出することができないので、何らかの特別な試験項目を追加しなければならず、その結果、製品１台当たりの試験時間が長くなったり、試験機が複雑になったりするという問題があった。

また、二次側の出力電圧Voutを一定にする制御を行うため、フォトカプラ等の絶縁素子を用いてフィードバック回路を構成する必要があるので、実装スペースやコストの面で不利があった。

この発明は、上記背景技術に鑑みて成されたものであり、起動回路の定常的な損失を抑えることができ、回路部品に不良があっても通電試験で容易に検出可能なフライバック型のスイッチング電源装置を提供することを目的とする。

この発明は、入力巻線及び１つ以上の出力巻線を有する主トランスと、前記入力巻線と直列に接続され、自己のオンオフにより前記入力巻線に入力電圧を断続した電圧を印加する主スイッチング素子と、特定の前記出力巻線である第一出力巻線の両端に接続され、前記主スイッチング素子のオフ期間に前記第一出力巻線に発生する電圧をピークホールドする回路であって、アノード端子が前記第一出力巻線の一端に接続された第一ダイオード、及び前記第一ダイオードのカソード端子に接続された第一コンデンサで構成された第一整流平滑回路とを備え、
前記第一整流平滑回路の出力から第一逆流防止ダイオードを通じて電源供給を受ける電源ラインを有し、前記電源ラインの電圧が所定の起動電圧を超えると起動し、前記起動電圧よりも低い電圧である停止電圧以下に低下すると停止する制御回路と、前記制御回路内に設けられ、前記起動電圧よりも低く前記停止電圧よりも高い第一基準電圧を有し、前記第一整流平滑回路が出力する第一出力電圧を観測し、前記第一出力電圧が前記第一基準電圧に近づくように前記主スイッチング素子のオン時間及びオフ時間を定め、前記主スイッチング素子をオンオフさせる駆動パルスを出力する駆動パルス出力回路とを備え、
ドレイン端子側に前記入力電圧が入力され、ソース端子が第二逆流防止ダイオードを通じて前記電源ラインに電圧供給可能に接続された起動トランジスタ、第一ツェナ電圧を有し、カソード端子が前記起動トランジスタのゲート端子に接続され、アノード端子がグランドに接続された第一ツェナダイオード、及び前記起動トランジスタの前記ドレイン端子側から前記ゲート端子をバイアスするバイアス回路で構成され、前記入力電圧の投入時、前記電源ラインに前記起動電圧を超える電圧を出力する起動回路を備え、
前記主スイッチング素子がオフの期間に前記第一出力巻線に発生する電圧をピークホールドする回路であって、アノード端子が前記第一出力巻線の一端に接続された第二ダイオード、及び前記第二ダイオードのカソード端子に接続された第二コンデンサで構成された第二整流平滑回路、前記第一ツェナダイオードの両端に接続されてオンオフするスイッチであって、前記第一基準電圧よりも低い第二基準電圧を有し、前記第二整流平滑回路が出力する第二出力電圧前記第二基準電圧を超えるとオンするスイッチ素子、及び前記起動トランジスタのソース端子と前記第二ダイオードのアノード端子との間に接続された断線検出抵抗で構成された動作切り替え回路を備え、
前記断線検出抵抗は、前記第一出力巻線が断線した場合に、前記起動トランジスタのソース端子から前記第二整流平滑回路に向けて電流を流し、前記第二基準電圧を超える前記第二出力電圧を発生させるスイッチング電源装置である。

また、前記第一ツェナダイオードのカソード端子と前記スイッチ素子との接続点に、自己のカソード端子を前記第一ツェナダイオードのカソード端子側に接続して第二ツェナダイオードが挿入され、前記第二ツェナダイオードのツェナ電圧である第二ツェナ電圧から前記起動トランジスタのゲート閾値電圧と前記第一逆流防止ダイオードの順方向電圧とを差し引いた電圧が、前記第一基準電圧から前記第二逆流防止ダイオードの順方向電圧を差し引いた電圧より低く、前記制御回路の前記停止電圧より高い。

さらに、前記主スイッチング素子がオフの期間に前記第一出力巻線に発生する電圧をピークホールドする回路であって、アノード端子が前記第一出力巻線の一端に接続された第三ダイオード、及び前記第三ダイオードのカソード端子に接続された第三コンデンサで構成された第三整流平滑回路と、前記第一基準電圧よりも高い第三基準電圧を有し、前記第三整流平滑回路が出力する第三出力電圧を観測し、前記第三出力電圧が前記第三基準電圧を超えると、前記駆動パルス出力回路が前記駆動パルスを出力する動作を停止させる過電圧検出回路とを備えている。

または、前記出力トランスの前記出力巻線のうちの、前記第一出力巻線と異なる特定の前記出力巻線である第二出力巻線と、前記主スイッチング素子がオフの期間に前記第二出力巻線に発生する電圧をピークホールドする回路であって、アノード端子が前記第一出力巻線の一端に接続された第三ダイオード、及び前記第三ダイオードのカソード端子に接続された第三コンデンサで構成された第三整流平滑回路と、所定の第三基準電圧を有し、前記第三整流平滑回路が出力する第三出力電圧を観測し、前記第一出力電圧が前記第一基準電圧を超えて上昇して前記第三出力電圧が前記第三基準電圧を超えると、前記駆動パルス出力回路が前記駆動パルスを出力する動作を停止させる過電圧検出回路とを備えている。

この発明のスイッチング電源装置は、スイッチング動作を開始した後、制御回路への電源電圧を主トランスの第一出力巻線から供給し、起動回路を停止させる動作を行うので、起動回路に大きな損失が定常的に発生するのを防止することができる。しかも、製品の組み立て工程において、例えば、第一出力巻線の端子にはんだ不良が発生した場合でも、一般的な通電試験を行うことで、確実に検出することができる。従って、特別な試験項目を追加する必要がなく、通電試験を効率よく短時間で行うことができる。その他、出力電圧のフィードバック制御に、フォトカプラ等の絶縁素子を使用していないので、実装スペースやコスト等の面で有利である。

この発明のスイッチング電源装置の第一実施形態を示す回路図である。この発明のスイッチング電源装置の第二実施形態を示す回路図である。この発明のスイッチング電源装置の第三実施形態を示す回路図である。

以下、この発明のスイッチング電源装置の第一実施形態について、図１に基づいて説明する。この実施形態のスイッチング電源装置１０は、いわゆるフライバックコンバータであり、入力巻線１２及び２つの出力巻線１４ａ，１４ｂが設けられた主トランス１６を備えている。入力巻線１２には主スイッチング素子１８が直列接続され、主スイッチング素子１８のオンオフによって、入力巻線１２に入力電圧Viを断続した電圧が印加される。一方の出力巻線１４ａ（以下、第一出力巻線１４ａと称する。）の両端には、主スイッチング素子１８のオフ期間に第一出力巻線１４ａに発生する電圧をピークホールドする回路であって、アノード端子が第一出力巻線１４ａの一端に接続された第一ダイオード２０ａ、及び第一ダイオード２０ａのカソード端子に接続された第一コンデンサ２０ｂで構成された第一整流平滑回路２０が設けられている。

第一整流平滑回路２０の出力には、駆動パルス出力回路２２を有した制御回路２４が設けられている。制御回路２４は、第一整流平滑回路２０の出力から第一逆流防止ダイオード２８を通じて電源供給を受ける電源ライン２６を有し、電源ライン２６の電圧が起動電圧V_Hを超えると起動し、起動電圧V_Hよりも低い電圧である停止電圧V_L以下に低下すると停止する。駆動パルス出力回路２２は、起動電圧V_Hよりも低く停止電圧V_Lよりも高い第一基準電圧Vr1を有し、第一整流平滑回路２０が出力する第一出力電圧Vo1を観測し、第一出力電圧Vo1が第一基準電圧Vr1に近づくように主スイッチング素子１８のオン時間及びオフ時間を定め、主スイッチング素子１８を駆動する駆動パルスV18を出力する。電源ライン２６とグランドとの間には、バイパスコンデンサ２６ａが接続されている。第一逆流防止ダイオード２８は、後述する起動回路３２が電源ライン２６に起動用の電圧を供給しているとき、その電圧が第一整流平滑回路２０に印加されるのを防止し、駆動パルス出力回路２２が検出する第一出力電圧Vo1と切り離す等の働きをする。

入力ライン３０には、入力電圧Viが投入された時、電源ライン２６に向けて起動電圧V_Hより高い電圧を出力可能な起動回路３２が設けられている。起動回路３２は、いわゆるシリーズレギュレータであり、ドレイン端子が入力ライン３０側に接続され、ソース端子が第二逆流防止ダイオード４２を通じて電源ライン２６に電圧供給可能に接続された起動トランジスタ３４、第一ツェナ電圧Vz36を有し、カソード端子が起動トランジスタ３４のゲート端子に接続され、アノード端子がグランドに接続された第一ツェナダイオード３６、及び起動トランジスタ３４のドレイン端子側からゲート端子のバイアス回路であるバイアス抵抗３８で構成されている。また、ここでは、第一ツェナダイオード３６と並列に分圧抵抗４０が設けられており、入力電圧Viの投入によって入力ライン３０の電圧が上昇したとき、バイアス抵抗３８と分圧抵抗４０の中点に発生する電圧（入力電圧Viを分圧した電圧）が第一ツェナ電圧Vz36に達したときに、第一ツェナダイオード３６が導通し、起動トランジスタ３４のソース端子の電圧が確立するようになっている。ここでは起動トランジスタ３４はＭＯＳ型トランジスタであり、ソース端子からドレイン端子の向きに寄生ダイオード３４ａが存在する。第二逆流防止ダイオード４２は、例えばスイッチング動作中に瞬時停電が発生し、入力ライン３０の電圧が低下した場合に、電源ライン２６のバイパスコンデンサ２６ａが寄生ダイオード３４ａを通じて放電されるのを防止する等の働きをする。

起動回路３２には、制御回路２４が起動してスイッチング動作を開始したことを検出し、起動トランジスタ３４の動作を停止させる動作切り替え回路４４が接続されている。動作切り替え回路４４は、第二整流平滑回路４６、スイッチ素子４８、第二ツェナダイオード５０、断線検出抵抗５２とで構成されている。第二整流平滑回路４６は、第一出力巻線１４ａの両端に接続され、主スイッチング素子１８がオフの期間に第一出力巻線１４ａに発生する電圧をピークホールドする回路であり、アノード端子が第一出力巻線１４ａの一端に接続された第二ダイオード４６ａ、及び第二ダイオード４６ａのカソード端子に接続された第二コンデンサ４６ｂで構成されている。

スイッチ素子４８は、ここではＭＯＳ型トランジスタであり、ドレイン・ソース端子が第一ツェナダイオード３６の両端に接続され、ゲート・ソース端子間に第二整流平滑回路４６の出力が接続され、第二整流平滑回路４６が出力する第二出力電圧Vo2が第二基準電圧Vr2（＝ゲート閾値電圧Vt48）以上のときにオンする。第二基準電圧Vr2は、第一基準電圧Vr1よりも低い。また、スイッチ素子４８のゲート・ソース端子間にプルダウン抵抗５４が設けられ、第二整流平滑回路４６から電圧が出力されないときは、ゲート端子がローレベルに保持される。

第二ツェナダイオード５０は、第二ツェナ電圧VZ50を有し、第一ツェナダイオード３６のカソード端子とスイッチ素子４８との間に、自己のカソード端子を第一ツェナダイオード３６のカソード端子に接続して挿入されている。第二ツェナ電圧Vz50から起動トランジスタ３４のゲート閾値電圧Vt34と第一逆流防止ダイオード４２の順方向電圧Vf42とを差し引いた電圧は、第一基準電圧Vr1から第二逆流防止ダイオード２８の順方向電圧Vf28を差し引いた電圧よりも低く、制御回路２４の停止電圧V_Lよりも高い。

断線検出抵抗５２は、起動トランジスタ３４のソース端子と第二ダイオード４６のアノード端子との間に接続されている。断線検出抵抗５２は、第一出力巻線１４ａが断線した場合に、起動トランジスタ３４のソース端子から第二整流平滑回路４６に向けて電流を流し、第二基準電圧Vr2を超える第二出力電圧Vo2を発生させ、スイッチ素子４８をオフさせる働きをする。

主トランス１２の出力巻線１４ｂの両端には、主スイッチング素子１８のオフ期間に出力巻線１４ｂに発生する電圧をピークホールドする回路であって、アノード端子が出力巻線１４ｂの一端に接続された二次側ダイオード５６ａ、及び二次側ダイオード５６ａのカソード端子に接続された二次側コンデンサ５６ｂで構成された二次側整流平滑回路５６が接続されている。二次側整流平滑回路５６は、負荷５８に二次側出力電圧Vo11を出力する。出力巻線１４ｂと二次側整流平滑回路５６は二次側回路であり、それ以外の回路（一次側回路）から絶縁されている。

上記のように、スイッチング電源装置１０は、第一出力電圧Vo1を出力する第一整流平滑回路２０、第二出力電圧Vo2を出力する第二整流平滑回路４６、及び二次側出力電圧Vo11を出力する二次側整流平滑回路５６の３つの出力を有し、スイッチング動作が開始すると、一次側の第一出力電圧Vo1が第一基準電圧Vr1と等しくなるように制御される。従って、フォトカプラ等の絶縁素子を用いたフィードバック回路は設けられていない。第二出力電圧Vo2は、第一出力電圧Vo1とほぼ等しい電圧（＝第一基準電圧Vr1）になり、二次側出力電圧Vo11は、第一出力電圧Vo1に第一出力巻線１４ａ及び出力巻線１４ｂの巻数の比を乗じた電圧、すなわち第一出力電圧Vo1に略比例した電圧になる。

次に、スイッチング電源装置１０を組み立てた後、通電試験を行ったときの動作について説明する。ここで、通電試験の内容は「入力電圧Vi投入した時、二次側出力電圧Vo11が規格を満たしているか否か」という基本的な内容とする。

まず、不良が発生していない正常製品を試験した場合の動作を説明する。スイッチング電源装置１０に入力電圧Viが投入されると、起動トランジスタ３４のソース端子電圧及び電源ライン２６の電圧が上昇する。起動トランジスタ３４のソース端子電圧が上昇すると断線検出抵抗５２に電流が流れるが、その電流は第一出力巻線２４を通じてグランドに流れるので、第二整流平滑回路４６の第二出力電圧Vo2が上昇せず、スイッチ素子４８はオンしない。従って、起動トランジスタ３４のソース端子電圧は、第一ツェナダイオード３６の第一ツェナ電圧Vz36からゲート閾値電圧Vt34を差し引いた電圧を目指して上昇する。

その後、電源ライン２６の電圧が制御回路２４の起動電圧V_Hに達すると、制御回路２４が起動して主スイッチング素子１８がオンオフを開始する。すると、第一出力巻線１４ａにパルス状の電圧が発生し、第一整流平滑回路２０から、第一基準電圧Vr1と等しい第一出力電圧Vo1が出力される。また、第一出力巻線１４ａにパルス電圧が発生すると、第二整流平滑回路４６が、第一基準電圧Vr1とほぼ等しい電圧であって、第二基準電圧Vr2（＝ゲート閾値電圧Vt48）よりも高い第二出力電圧Vo2を出力する。従って、スイッチ素子４８がオンし、起動トランジスタ３４のゲート端子電圧が第二ツェナダイオード５０の第二ツェナ電圧基準Vz50まで低下し、起動トランジスタ３４のソース端子電圧が第二ツェナ電圧Vz50からゲート閾値電圧Vt34を差し引いた電圧まで低下する。

ここで、第二ツェナ電圧Vz50からゲート閾値電圧Vt34と第二逆流防止ダイオード４２の順方向電圧Vf2とを差し引いた電圧は、第一基準電圧Vr1から第二逆流防止ダイオード４２の順方向電圧Vf2を差し引いた電圧よりも低いので、第一逆流防止ダイオード２８がオンし、第二逆流防止ダイオード４２がオフする。その結果、電源ライン２６は、第一整流平滑回路２０からの電圧供給を受け、電源ライン２６の電圧が第一基準電圧Vr1から第二逆流防止ダイオード２８の順方向電圧Vf26を差し引いた電圧で一定になる。起動回路３２は、第二逆流防止ダイオード４２のオフによって起動トランジスタ３４の電流が遮断され、動作が停止する。

二次側整流平滑回路５６の第二出力電圧Vo11は、第一出力電圧Vo1に略比例した電圧、すなわち、第一基準電圧Vr1に第一出力巻線１４ａと出力巻線１４ｂの巻数比を乗じた電圧が適正に出力され、試験の結果、「二次側出力電圧Vo11が規格を満たすので正常製品である」と判定される。

次に、第一出力巻線１４ａの端子６０にはんだ不良が発生し、第一出力巻線１４ａが断線している不良製品を試験した場合の動作を説明する。スイッチング電源装置１０に入力電圧Viが投入されると、起動トランジスタ３４のソース端子電圧及び電源ライン２６の電圧が上昇する。そして、起動トランジスタ３４のソース端子電圧の上昇に伴って、断線検出抵抗５２に電流が流れる。このとき、第一出力巻線１４ａが断線しているので、検出抵抗５２の電流が第二整流平滑回路４６に流れ込み、第二出力電圧Vo2を発生させる。そして、第二出力電圧Vo2が第二基準電圧Vr2（＝ゲート閾値電圧Vt48）を超えて、スイッチ素子４８がオンする。スイッチ素子４８がオンすると、起動トランジスタ３２のゲート端子電圧は、第二ツェナダイオード５０の第二ツェナ電圧Vz50以上に上昇することができなくなる。

その後、起動トランジスタ３４のソース端子電圧がさらに上昇し、第二ツェナ電圧Vz50からゲート閾値電圧Vt34を差し引いた電圧で一定になり、電源ライン２６の電圧が、その電圧から第二逆流防止ダイオード４２の順方向電圧Vf42を差し引いた電圧で一定になる。従って、電源ライン２６の電圧は制御回路２４の起動電圧V_Hに達しないので、制御回路２４が起動せず、主スイッチング素子１８のスイッチング動作が開始しない。その結果、二次側整流平滑回路５６の出力に二次側出力電圧Vo11が発生せず、試験の結果、「二次側出力電圧Vo11が規格よりも低いので不良製品である」と判定される。

ここで、第二ツェナダイオード５０の働きについて説明する。上述した通電試験で第一出力巻線１４ａの端子６０のはんだ不良を検出する動作は、第二ツェナダイオード５０を省略（短絡除去）しても同様である。さらに第二ツェナダイオード５０を設けることによって、通常運転中に優れた動作を行うことができる。

スイッチング電源装置１０に入力電圧Viが投入され、主スイッチング素子１８がスイッチング動作を行い、起動回路３２の動作が停止している時、起動トランジスタ３４のソース端子電圧は、第二ツェナ電圧Vz50から起動トランジスタ３４のゲート閾値電圧Vt34を差し引いた電圧になっている。

この通常運転中に、例えば、第一整流平滑回路の制御回路２４に流れる電流や、二次側整流平滑回路５６の負荷５８に流れる電流が急変すると、第一出力電圧Vo1を第一基準電圧Vr1に保持するため、駆動パルス出力回路２２の指令により駆動パルスV18がローレベルに保持され、しばらくの間、主スイッチング素子１８のオン時間がゼロになる場合がある。この期間は、それほど長くはないが、オフが継続すると、第一出力巻線１４ａにパルス電圧が発生しなくなるので、第一コンデンサ２０ｂの蓄積電圧を制御回路２４に供給する結果、第一出力電圧Vo1が低下する。

また、主スイッチング素子１８のオフが継続し、第一出力巻線１４ａにパルス電圧が発生しなくなると、第一コンデンサ２０ｂの蓄積電圧をスイッチ素子４８のゲート端子に供給することになるが、第二コンデンサ４６ｂから流れ出る電流が小さく、第二出力電圧Vo2の低下が緩やかなので、オフが継続するのが短時間なので、スイッチ素子４８のオンが維持される。従って、起動回路３２の起動トランジスタ３４のソース端子電圧は、第二ツェナ電圧Vz50から起動トランジスタ３４のゲート閾値電圧Vt34を差し引いた電圧であって、第一基準電圧Vr1よりも低い電圧に保持される。そして、このソース端子電圧よりも第一出力電圧Vo1の方が低くなったとき、第一及び第二逆流防止ダイオード２８，４２のオンとオフとが逆転し、起動回路３４が動作可能になる。

起動回路３４が動作すると、電源ライン２６には、第二ツェナ電圧Vz50から起動トランジスタ３４のゲート閾値電圧Vt34と第一逆流防止ダイオード４２の順方向電圧Vf42とを差し引いた電圧であって、制御回路２４が動作を停止する動作停止電圧V_Lよりも高い電圧が供給されるので、制御回路２４が停止しない。その後、主スイッチング素子１８のオンオフが再開し（主スイッチング素子１８のオン時間が発生し）、第一出力電圧Vo1が回復して起動回路３４が停止し、当初の通常運転の状態に戻る。

第二ツェナダイオード５０を省略した場合は、通常運転中に主スイッチング素子１８のオン時間がゼロになると、第一出力電圧Vo1の低下に伴って電源ライン２６の電圧が制御回路２４の動作停止電圧V_Lよりも低くなり、制御回路２４の動作が停止する。制御回路２４の動作が停止すると、スイッチング動作が完全に停止するので、第一出力電圧Vo1、二次側出力電圧Vo11がほぼゼロボルトまでダウンしてしまう。

その後、しばらくすると、第二コンデンサ４６ｂの第二出力電圧Vo2が低下してスイッチ素子４８がオフし、起動トランジスタ３４のゲート端子電圧が第一ツェナ電圧Vz36まで上昇し、起動回路３２から電源ライン２６に、第一ツェナ電圧Vz36からゲート閾値電圧Vt34と第二逆流防止ダイオード４２の順方向電圧Vf42を差し引いた電圧が供給され、改めて制御回路２４が起動する。そして、スイッチング動作が再開され、当初の通常運転の状態に戻る。

このように、第二ツェナダイオード５０は、通常運転中に制御回路２４の電流や負荷５８の電流が急変した場合でも、制御回路２４の動作用の電源電圧を確保し、第一出力電圧Vo1や二次側出力電圧Vo11がほぼゼロボルトまでダウンするのを防止する働きをする。

以上説明したように、スイッチング電源装置１０は、スイッチング動作を開始した後、制御回路２４への電源電圧を主トランス１６の第一出力巻線１４ａから供給し、動作切り替え回路４４が起動回路３２を停止させる動作を行うので、起動回路３２に大きな損失が定常的に発生するのを防止することができる。しかも、製品の組み立て工程において、例えば、第一出力巻線１４ａの端子６０にはんだ不良が発生した場合でも、一般的な通電試験を行う中で、確実に検出することができる。従って、特別な試験項目を追加する必要がなく、通電試験を効率よく短時間で行うことができる。

また、出力電圧のフィードバック制御に、フォトカプラ等の絶縁素子を使用していないので、実装スペースやコスト等の面で有利である。

次に、この発明のスイッチング電源装置の第二実施形態について、図２に基づいて説明する。ここで、第一実施形態のスイッチング電源装置１０と同様の構成は、同一の符号を付して説明を省略する。

第二実施形態のスイッチング電源装置６２は、第一スイッチング電源装置１０の構成に加え、第一出力巻線１４ａの両端に、主スイッチング素子１８のオフ期間に第一出力巻線１４ａに発生する電圧をピークホールドする回路であって、アノード端子が第一出力巻線１４ａの一端に接続された第三ダイオード６４ａ、及び第三ダイオード６４ａのカソード端子に接続された第三コンデンサ６４ｂで構成された第三整流平滑回路６４が設けられている。第三整流平滑回路６４が出力する第三出力電圧Vo3は、第一出力電圧Vo1とほぼ等しい電圧（＝第一基準電圧Vr1）となる。

また、制御回路２４には、第一基準電圧Vr1よりも高い第三基準電圧Vr3を有し、第三整流平滑回路６４の第三出力電圧Vo3を観測し、第三出力電圧Vo3が第三基準電圧Vr3を超えると、駆動パルス出力回路２２が前記駆動パルスを出力する動作を停止させる過電圧検出回路６６が設けられている。その他の構成は、第一実施形態のスイッチング電源装置１０と同様である。

次に、スイッチング電源装置６２の動作について説明する。通電試験によって第一出力巻線１４ａの端子６０のはんだ不良を検出する動作、及び、第二ツェナダイオード５０の働きで制御回路２４の動作用の電源電圧が確保される動作は、上記のスイッチング電源装置１０と同様である。さらに、スイッチング電源装置６２は、例えば、第一整流平滑回路２０の第一ダイオード２０ａの端子にはんだ不良が発生した場合に、通電試験中にスイッチング電源装置６２が故障するのを防止できるという利点がある。

以下、第一ダイオード２０ａが断線している不良製品を試験した場合の動作を説明する。ここで、通電試験の内容は「入力電圧Vi投入した時、二次側出力電圧Vo11が規格を満たしているか」とする。

スイッチング電源装置６２に入力電圧Viが投入されると、上記と同様に、起動回路３２から電源ライン２６に起動電圧V_Hを超える電圧が供給され、制御回路２４が起動して主スイッチング素子１８がオンオフを開始する。すると、第一出力巻線１４ａにパルス状の電圧が発生し、第一整流平滑回路２０に入力される。しかし、第一ダイオード２０ａが断線しているので第一出力電圧Vo1が発生せず、駆動パルス出力回路２２は、第一出力電圧Vo1が第一基準電圧Vr1よりも低いと判断し、主スイッチング素子１８のオン時間を長くするための駆動パルスV18を出力する。また、第一出力巻線１４ａにパルス電圧が発生すると、第二整流平滑回路４６が第二基準電圧Vr2（＝ゲート閾値電圧Vt48）よりも高い第二出力電圧Vo2を出力し、スイッチ素子４８がオンし、起動回路３２が電源ライン２６に供給する電圧が、第二ツェナ電圧Vz50からゲート閾値電圧Vt34と第二逆流防止ダイオード４２の順方向電圧Vf42とを差し引いた電圧に低下する。このとき、第一出力電圧Vo1が発生していないので、第二逆流防止ダイオード４２がオンし、起動回路３２からの電圧供給によって制御回路２４が動作を継続する。

制御回路２４の駆動パルスV18を受けて主スイッチング素子１８が通常よりも長いオン時間でオンオフするので、第三整流回路６４の第三出力電圧Vo3が第一基準電圧Vr1を超えて上昇し、二次側整流回路５６の二次側出力電圧Vo11にも相当の過電圧が発生する。そして、第三出力電圧Vo3が第三基準電圧Vr3に達すると、過電圧検出回路６６が動作し、駆動パルス出力回路２２が動作が停止し、二次側出力電圧Vo11がゼロボルトにダウンする。

このように、スイッチング電源装置６２は、第一ダイオード２０ａの端子にはんだ不良がある場合に、通電試験を行うと、二次側出力電圧Vo11が危険な電圧になる前に過電圧検出回路６６が働いてスイッチング動作が停止するので、試験の結果、「二次側出力電圧Vo11が規格よりも低いので不良製品である」と判定される。

一方、上記のスイッチング電源装置１０の場合、第一ダイオード２０ａの端子にはんだ不良があると、スイッチング動作を継続して二次側出力電圧Vo11が過電圧となり、試験の結果、「二次側出力電圧Vo11が規格よりも高いので不良製品である」と判定される。このとき、例えば、駆動パルスV18の最大オン時間を長めに設定してあると、二次側出力電圧Vo11が危険な電圧まで上昇し、負荷５８や内部の回路部品が故障してしまうおそれがある。

以上説明したように、スイッチング電源装置６２は、上記のスイッチング電源装置１０と同様に、第一ダイオード２０ａの端子にはんだ不良が発生した場合、基本的な通電試験で確実に検出することができる。しかも、二次側出力電圧Vo11が危険な電圧になる前に過電圧検出回路６６が働いて安全にスイッチング動作が停止するので、負荷５８や内部の回路部品に過大な電気ストレスが加わったり、故障したりする心配がない。従って、不良製品と判断された製品については、未はんだとなっている部分をはんだ付けにより補修することによって、廃棄することなく、正常製品として出荷することが可能になる。

次に、この発明のスイッチング電源装置の第三実施形態について、図３に基づいて説明する。ここで、第二実施形態のスイッチング電源装置６２と同様の構成は、同一の符号を付して説明を省略する。

第三実施形態のスイッチング電源装置６８は、第二スイッチング電源装置６２の構成に加え、主トランス１６に新たに第二出力巻線１４ｃが設けられ、第二出力巻線１４ｃの両端に第三整流平滑回路６４が接続され、第三整流平滑回路６４が出力する第三出力電圧Vo3を受けて動作する回路網７０が設けられている。第三整流平滑回路６４は、図２のものと同様であり、主スイッチング素子１８のオフ期間に第一出力巻線１４ａに発生する電圧をピークホールドする回路であって、アノード端子が第一出力巻線１４ａの一端に接続された第三ダイオード６４ａ、及び第三ダイオード６４ａのカソード端子に接続された第三コンデンサ６４ｂで構成されている。ここでは、第三出力電圧Vo3は、第一出力電圧Vo1に略比例した電圧、すなわち第一出力電圧Vo1に第一出力巻線１４ａ及び第二出力巻線１４ｃの巻数の比を乗じた電圧となる。

また、制御回路２４の過電圧検出回路６６は、所定の第三基準電圧Vr3を有し、第三整流平滑回路６４の第三出力電圧Vo3を観測し、第一出力電圧Vo1が第一基準電圧Vr1を超えて上昇して第三出力電圧Vo3が第三基準電圧Vr3を超えると、駆動パルス出力回路２２の動作を停止させる。その他の構成は、第二実施形態のスイッチング電源装置６２と同様である。この構成により、第二出力巻線１４ｃを第一出力巻線１４ａと異なる巻数にすることによって、第一出力電圧Vo1（第一基準電圧Vr1）と異なる電圧で動作する回路網７０に向けて、電源電圧を供給することができる。

ここでは、スイッチング電源装置６２の詳しい動作説明は省略するが、通電試験によって第一出力巻線１４ａの端子６０のはんだ不良を検出する動作、及び、第二ツェナダイオード５０の働きにより制御回路２４の動作用の電源電圧が確保される動作は、上記のスイッチング電源装置１０，６２と同様である。また、第一整流平滑回路２０の第一ダイオード２０ａの端子にはんだ不良で断線している場合に、通電試験中に内部の回路部品等が故障するのを防止する動作も、上記のスイッチング電源装置６２と同様である。

なお、この発明のスイッチング電源装置は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態の場合、一次側回路から絶縁された負荷５８に電圧を供給するために二次側平滑回路５６と出力巻線１４ｂとが設けられているが、例えば、負荷５８を一次側回路から絶縁する必要がない場合、二次側平滑回路５６と出力巻線１４ｂを省略し、第一又は第三整流平滑回路２０，６４の出力から負荷５８に電圧供給する構成にすることができる。

また、上記実施形態では、起動トランジスタ３４として、ドレイン端子、ソース端子及びゲート端子を備えたＭＯＳ型トランジスタが使用されているが、例えば、バイポーラトランジスタに置き換えることができる。その場合、各端子をコレクタ端子、エミッタ端子、ベース端子と読み替え、ゲート閾値電圧Vt34をベースエミッタ間飽和電圧Vt34と読み替える。同様に、上記実施形態では、スイッチ素子４８として、ドレイン端子、ソース端子及びゲート端子を備えたＭＯＳ型トランジスタが使用されているが、バイポーラトランジスタに置き換えることができる。その場合も、各端子をコレクタ端子、エミッタ端子、ベース端子と読み替え、ゲート閾値電圧Vt48をベースエミッタ間飽和電圧Vt48と読み替える。

また、本発明のスイッチング電源装置は、上述した本発明の特徴的な動作を妨げない範囲において、上記実施形態に表わしていない回路素子を追加できることは言うまでもない。例えば、第一、第二及び第三ダイオード２０ａ，４６ａ，６４ａのアノード側又はカソード側に、抵抗値の小さいサージ電流制限抵抗を挿入したり、第一、第二及び第三ダイオードや各出力巻線と並列に、高周波ノイズ吸収用のスナバコンデンサ（又はコンデンサと抵抗の直列回路）を追加することができる。また、第一及び第二逆流防止ダイオード２０ａ，４６ａ，６４ａのアノード側又はカソード側に、抵抗値の小さい抵抗やインダクタ等を挿入し、電源ライン２６のパイパスコンデンサ２６ａとの間でローパスフィルタを形成し、電源ライン２６に高周波ノイズが侵入するのを防止してもよい。また、起動トランジスタ３４のドレイン端子と入力ライン３０との間に抵抗やツェナダイオードを挿入し、起動時に起動トランジスタ３４に集中する損失を分散させることができる。

１０，６２，６８スイッチング電源装置
１２入力巻線
１４ａ第一出力巻線
１４ｂ出力巻線
１４ｃ第二出力巻線
１６主トランス
１８主スイッチング素子
２０第一整流平滑回路
２０ａ第一ダイオード
２０ｂ第一コンデンサ
２２駆動パルス出力回路
２４制御回路
２６電源ライン
２８第一逆流防止ダイオード
３０入力ライン
３２起動回路
３４起動トランジスタ
３６第一ツェナダイオード
３８バイアス抵抗
４０分圧抵抗
４２第二逆流防止ダイオード
４４動作切り替え回路
４６第二整流平滑回路
４６ａ第二ダイオード
４６ｂ第二コンデンサ
４８スイッチ素子
５０第二ツェナダイオード
５２断線検出抵抗
５４プルダウン抵抗
５６二次側整流平滑回路
５６ａ二次側ダイオード
５６ｂ二次側コンデンサ
５８負荷
６４第三整流平滑回路
６４ａ第三ダイオード
６４ｂ第三コンデンサ
６６過電圧検出回路
７０回路網
V18 駆動パルス
Vo1 第一出力電圧
Vo2 第二出力電圧
Vo3 第三出力電圧
Vo11 二次側出力電圧
V_H 起動電圧
V_L 停止電圧
Vt34，Vt48 ゲート閾値電圧

Claims

入力巻線及び１つ以上の出力巻線を有する主トランスと、
前記入力巻線と直列に接続され、自己のオンオフにより前記入力巻線に入力電圧を断続した電圧を印加する主スイッチング素子と、
特定の前記出力巻線である第一出力巻線の両端に接続され、前記主スイッチング素子のオフ期間に前記第一出力巻線に発生する電圧をピークホールドする回路であって、アノード端子が前記第一出力巻線の一端に接続された第一ダイオード、及び前記第一ダイオードのカソード端子に接続された第一コンデンサで構成された第一整流平滑回路と、
前記第一整流平滑回路の出力から第一逆流防止ダイオードを通じて電源供給を受ける電源ラインを有し、前記電源ラインの電圧が所定の起動電圧を超えると起動し、前記起動電圧よりも低い電圧である停止電圧以下に低下すると停止する制御回路と、
前記制御回路内に設けられ、前記起動電圧よりも低く前記停止電圧よりも高い第一基準電圧を有し、前記第一整流平滑回路が出力する第一出力電圧を観測し、前記第一出力電圧が前記第一基準電圧に近づくように前記主スイッチング素子のオン時間及びオフ時間を定め、前記主スイッチング素子をオンオフさせる駆動パルスを出力する駆動パルス出力回路と、
ドレイン端子側に前記入力電圧が入力され、ソース端子が第二逆流防止ダイオードを通じて前記電源ラインに電圧供給可能に接続された起動トランジスタ、第一ツェナ電圧を有し、カソード端子が前記起動トランジスタのゲート端子に接続され、アノード端子がグランドに接続された第一ツェナダイオード、及び前記起動トランジスタの前記ドレイン端子側から前記ゲート端子をバイアスするバイアス回路で構成され、前記入力電圧の投入時、前記電源ラインに前記起動電圧を超える電圧を出力する起動回路と、

前記主スイッチング素子がオフの期間に前記第一出力巻線に発生する電圧をピークホールドする回路であって、アノード端子が前記第一出力巻線の一端に接続された第二ダイオード、及び前記第二ダイオードのカソード端子に接続された第二コンデンサで構成された第二整流平滑回路、前記第一ツェナダイオードの両端に接続されてオンオフするスイッチであって、前記第一基準電圧よりも低い第二基準電圧を有し、前記第二整流平滑回路が出力する第二出力電圧前記第二基準電圧を超えるとオンするスイッチ素子、及び前記起動トランジスタのソース端子と前記第二ダイオードのアノード端子との間に接続された断線検出抵抗で構成された動作切り替え回路と備え、
前記断線検出抵抗は、前記第一出力巻線が断線した場合に、前記起動トランジスタのソース端子から前記第二整流平滑回路に向けて電流を流し、前記第二基準電圧を超える前記第二出力電圧を発生させることを特徴とするスイッチング電源装置。
前記第一ツェナダイオードのカソード端子と前記スイッチ素子との接続点に、自己のカソード端子を前記第一ツェナダイオードのカソード端子側に接続して第二ツェナダイオードが挿入され、
前記第二ツェナダイオードのツェナ電圧である第二ツェナ電圧から前記起動トランジスタのゲート閾値電圧と前記第一逆流防止ダイオードの順方向電圧とを差し引いた電圧が、前記第一基準電圧から前記第二逆流防止ダイオードの順方向電圧を差し引いた電圧より低く、前記制御回路の前記停止電圧より高い請求項１記載のスイッチング電源装置。
前記主スイッチング素子がオフの期間に前記第一出力巻線に発生する電圧をピークホールドする回路であって、アノード端子が前記第一出力巻線の一端に接続された第三ダイオード、及び前記第三ダイオードのカソード端子に接続された第三コンデンサで構成された第三整流平滑回路と、
前記第一基準電圧よりも高い第三基準電圧を有し、前記第三整流平滑回路が出力する第三出力電圧を観測し、前記第三出力電圧が前記第三基準電圧を超えると、前記駆動パルス出力回路が前記駆動パルスを出力する動作を停止させる過電圧検出回路とを備えた請求項１又は２記載のスイッチング電源装置。
前記出力トランスの前記出力巻線のうちの、前記第一出力巻線と異なる特定の前記出力巻線である第二出力巻線と、
前記主スイッチング素子がオフの期間に前記第二出力巻線に発生する電圧をピークホールドする回路であって、アノード端子が前記第一出力巻線の一端に接続された第三ダイオード、及び前記第三ダイオードのカソード端子に接続された第三コンデンサで構成された第三整流平滑回路と、
所定の第三基準電圧を有し、前記第三整流平滑回路が出力する第三出力電圧を観測し、前記第一出力電圧が前記第一基準電圧を超えて上昇して前記第三出力電圧が前記第三基準電圧を超えると、前記駆動パルス出力回路が前記駆動パルスを出力する動作を停止させる過電圧検出回路とを備えた請求項１又は２記載のスイッチング電源装置。