JP2016032409A - Switching power supply unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、過電流保護機能を有するスイッチング電源装置に関する。 The present invention relates to a switching power supply device having an overcurrent protection function.
過電流保護機能を有するスイッチング電源装置において、トランスの補助巻線の短絡等が生じた際に、スイッチング素子のスイッチング動作を制御することで、トランスや二次側回路の過熱を抑制するという技術が知られている。例えば特許文献1(図1、請求項1等)には、スイッチング素子Q1に流れる電流を電流検出端子によって検出し、当該電流が閾値を超えた場合に過電流保護機能を実行する制御回路15が示されている。
In a switching power supply device having an overcurrent protection function, there is a technology that suppresses overheating of a transformer or a secondary circuit by controlling a switching operation of a switching element when a short circuit of an auxiliary winding of a transformer occurs. Are known. For example, Patent Document 1 (FIG. 1,
しかしながら、特許文献1のようにスイッチング素子に流れる電流に基づいて過電流保護機能を実行する構成では、入力電圧が高いと、スイッチング素子に流れる電流量が減るため、補助巻線の短絡等が生じても、検出される電流が閾値を超えず、過電流保護機能が実行されない場合がある。
However, in the configuration in which the overcurrent protection function is executed based on the current flowing through the switching element as in
本発明の目的は、入力電圧によらず確実に過電流保護機能を実行することができるスイッチング電源装置を提供することである。 The objective of this invention is providing the switching power supply device which can perform an overcurrent protection function reliably irrespective of an input voltage.
本発明の観点によると、一次巻線、二次巻線および補助巻線を有する、トランスと、前記一次巻線に接続された、スイッチング素子と、前記スイッチング素子に接続された検出端子を有し、前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御する、制御部と、前記二次巻線に接続された、二次側回路と、を備え、前記スイッチング素子の前記スイッチング動作によって前記一次巻線に交流を供給し、前記二次巻線に誘起された電圧を前記二次側回路に伝達するように構成された、スイッチング電源装置において、前記補助巻線に並列接続された、コンデンサと、前記コンデンサの電圧が第1所定値未満になった場合に前記検出端子の電圧が第2所定値を超えるように構成された、モニタ回路と、をさらに備え、前記制御部は、前記コンデンサの電圧が前記第1所定値未満になったときに前記モニタ回路によって前記検出端子の電圧が前記第2所定値を超えた場合に、前記スイッチング素子の前記スイッチング動作を抑制することを特徴とする、スイッチング電源装置が提供される。 According to an aspect of the present invention, a transformer having a primary winding, a secondary winding and an auxiliary winding, a switching element connected to the primary winding, and a detection terminal connected to the switching element A control unit for controlling a switching operation of the switching element, and a secondary side circuit connected to the secondary winding, and supplying an alternating current to the primary winding by the switching operation of the switching element. In the switching power supply device configured to transmit the voltage induced in the secondary winding to the secondary side circuit, a capacitor connected in parallel to the auxiliary winding, and a voltage of the capacitor A monitor circuit configured to cause the voltage at the detection terminal to exceed a second predetermined value when the voltage is less than a first predetermined value, and the control unit includes: When the voltage at the detection terminal exceeds the second predetermined value by the monitor circuit when the pressure becomes less than the first predetermined value, the switching operation of the switching element is suppressed. A switching power supply is provided.
上記観点によれば、スイッチング素子に流れる電流に基づいて過電流保護機能を実行する構成ではなく、スイッチング素子に接続された検出端子の電圧の上昇に基づいて過電流保護機能を実行する構成を採用したことで、入力電圧が高い場合でも、スイッチング素子に流れる電流量が減ることによって過電流保護機能が実行されないという問題が生じず、過電流保護機能を確実に実行することができる。即ち、上記観点によれば、入力電圧によらず確実に過電流保護機能を実行することができる。 According to the above aspect, not the configuration that executes the overcurrent protection function based on the current flowing through the switching element, but the configuration that executes the overcurrent protection function based on the rise in the voltage of the detection terminal connected to the switching element. Thus, even when the input voltage is high, there is no problem that the overcurrent protection function is not executed due to a decrease in the amount of current flowing through the switching element, and the overcurrent protection function can be executed reliably. That is, according to the above viewpoint, the overcurrent protection function can be reliably executed regardless of the input voltage.
前記モニタ回路は、前記コンデンサに並列接続された、ツェナーダイオードと、ベースが前記ツェナーダイオードのアノードに接続されると共に、コレクタが前記検出端子と前記スイッチング素子との接続ラインに接続された、トランジスタと、を含み、前記コンデンサの電圧が前記第1所定値以上の場合、前記ツェナーダイオードが導通状態となって前記トランジスタの前記ベースに電流を供給し、前記トランジスタが前記接続ラインのバイパスを形成し、前記コンデンサの電圧が前記第1所定値未満の場合、前記ツェナーダイオードが非導通状態となって前記トランジスタの前記ベースに電流を供給せず、前記トランジスタが前記接続ラインのバイパスを形成しないことで、前記検出端子の電圧が前記第2所定値を超えるように構成されてよい。 The monitor circuit includes a Zener diode connected in parallel to the capacitor, a transistor having a base connected to an anode of the Zener diode, and a collector connected to a connection line between the detection terminal and the switching element. When the voltage of the capacitor is equal to or higher than the first predetermined value, the Zener diode is turned on to supply current to the base of the transistor, and the transistor forms a bypass of the connection line, When the voltage of the capacitor is less than the first predetermined value, the Zener diode becomes non-conductive and does not supply current to the base of the transistor, and the transistor does not form a bypass of the connection line, The voltage of the detection terminal is configured to exceed the second predetermined value. Good.
上記構成のスイッチング電源装置は、前記補助巻線の一端に誘起された交流電圧を直流化して前記制御部に電源電圧を供給するように構成されると共に、前記検出端子と前記補助巻線の他端との間に配置されて前記検出端子に所定の分圧電圧を供給する第1抵抗をさらに備え、前記モニタ回路は、前記トランジスタの前記コレクタに接続されることで前記トランジスタと直列回路を構成し、当該直列回路が前記第1抵抗に並列接続された、第2抵抗と、前記ツェナーダイオードの前記アノードと前記トランジスタの前記ベースとの間に配置された、第3抵抗と、前記トランジスタの前記ベースと前記補助巻線の他端との間に配置され、前記第3抵抗を介して前記ツェナーダイオードの前記アノードに直列接続された、第4抵抗と、をさらに含んでよい。 The switching power supply device having the above-described configuration is configured to convert an AC voltage induced at one end of the auxiliary winding into a direct current and supply the power supply voltage to the control unit, and in addition to the detection terminal and the auxiliary winding. A first resistor that is arranged between the transistor and supplies a predetermined divided voltage to the detection terminal, and the monitor circuit is connected to the collector of the transistor to form a series circuit with the transistor A series resistor connected in parallel to the first resistor; a third resistor disposed between the anode of the Zener diode and the base of the transistor; and the transistor of the transistor. A fourth resistor disposed between the base and the other end of the auxiliary winding and connected in series to the anode of the Zener diode via the third resistor. It is.
前記スイッチング素子は、FETであり、前記FETのドレインが前記一次巻線に接続され、前記FETのソースが前記検出端子に接続され、前記FETのゲートが前記制御部の出力電圧を受けるように構成されてよい。 The switching element is an FET, the drain of the FET is connected to the primary winding, the source of the FET is connected to the detection terminal, and the gate of the FET receives the output voltage of the control unit. May be.
本発明によると、入力電圧によらず確実に過電流保護機能を実行することができる。 According to the present invention, the overcurrent protection function can be reliably executed regardless of the input voltage.
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に示すように、本発明の一実施形態に係るスイッチング電源装置1は、交流電源2、ブリッジダイオード3、電解コンデンサ4、トランス5、スイッチング素子6、制御部7、二次側回路8、フィードバック回路9等を有する。
As shown in FIG. 1, a switching
トランス5は、一次巻線5a、二次巻線5bおよび補助巻線5cを有する。一次巻線5aに、スイッチング素子6が接続されている。二次巻線5bに、二次側回路8が接続されている。
The transformer 5 has a primary winding 5a, a secondary winding 5b, and an auxiliary winding 5c. A
スイッチング素子6は、FETであり、FETのドレインが一次巻線5aに接続され、FETのソースが制御部7の検出端子7aに接続され、FETのゲートが制御部7の出力端子7bに接続され、制御部7の出力電圧を受けるように構成されている。
The
制御部7は、スイッチング素子6のスイッチング動作を制御するものである。
The
ここで、スイッチング電源装置1の動作について、説明する。
Here, the operation of the switching
交流電源2から入力された交流は、ブリッジダイオード3によって整流され、電解コンデンサ4によって平滑された後、スイッチング素子6のスイッチング動作によって再び交流に変換され、一次巻線5aに供給される。一次巻線5aに供給された交流は、トランス5よって変圧され、二次巻線5bに誘起されて、二次側回路8に伝達される。二次側回路8に伝達された交流は、図示は省略するが、二次側回路8において、ダイオードによって整流され、電解コンデンサによって平滑された後、負荷に出力される。また、二次側出力電圧は、フィードバック回路9を介して制御部7にフィードバックされ、出力電圧が一定に保たれるように、制御部7によってスイッチング動作が制御される。
The alternating current input from the alternating
スイッチング電源装置1は、さらに、コンデンサ10、モニタ回路20等を有する。
The switching
コンデンサ10は、電解コンデンサであって、補助巻線5cの一端に接続されたダイオード12を介して補助巻線5cに並列接続されている。補助巻線5cに誘起された交流電圧は、ダイオード12によって整流され、コンデンサ10によって平滑され、電源端子7cを介して制御部7に供給される。また、補助巻線5cには、ダイオード13を介して電解コンデンサ14が並列接続されており、補助巻線5cに誘起された交流電圧は、ダイオード13によって整流され、電解コンデンサ14によって平滑され、電源端子7cを介して制御部7に供給される。このように、制御部7は、補助巻線5cの一端に誘起された交流電圧を直流化した電源電圧によって駆動される。
The
モニタ回路20は、ツェナーダイオード21、抵抗22〜24およびトランジスタ25を含む。
ツェナーダイオード21は、抵抗23,24と共に、コンデンサ10に並列接続されている。抵抗23,24は、ツェナーダイオード21のアノードに直列接続されており、抵抗23,24の間にトランジスタ25のベースが接続されている。換言すると、抵抗23は、ツェナーダイオード21のアノードとトランジスタ25のベースとの間に配置されている。抵抗24は、抵抗23とトランジスタ25のベースとの接続点と補助巻線5cの他端との間に配置され、抵抗23を介してツェナーダイオード21のアノードに直列接続されている。
The
抵抗22の一端は、検出端子7aと分圧用の抵抗11に接続されている。抵抗22の他端は、トランジスタ25のコレクタに接続されている。抵抗22とトランジスタ25とで構成される直列回路は、抵抗11に並列接続されている。
One end of the
トランジスタ25は、ベースが抵抗23を介してツェナーダイオード21のアノードに接続されると共に、コレクタが抵抗22を介して検出端子7aとスイッチング素子6のソースとの接続ラインに接続され、エミッタが補助巻線5cの他端(グランド)に接続されている。上記接続ラインには適宜の抵抗が介装されている。
The
ここで、ツェナーダイオード21は、コンデンサ10の電圧が第1所定値以上の場合、カソードからアノードに電流を流し(即ち、導通状態となって)、トランジスタ25のベースに電流を供給する。これにより、トランジスタ25がONになり、上記接続ラインのバイパスが形成され、検出端子7aが導通状態のトランジスタ25を介して補助巻線5cの他端に接地される。これにより、検出端子7aの電圧上昇が抑制される。
Here, when the voltage of the
一方、コンデンサ10の電圧が第1所定値未満の場合、ツェナーダイオード21は、カソードからアノードに電流を流さず(即ち、非導通状態となって)、トランジスタ25のベースに電流を供給しない。この場合、トランジスタ25がOFFになり、上記接続ラインのバイパスが形成されず、検出端子7aの電圧が上昇する。
On the other hand, when the voltage of the
このように、モニタ回路20は、コンデンサ10の電圧が第1所定値未満になった場合に検出端子7aの電圧が第2所定値を超えるように構成されている。
As described above, the
例えば、補助巻線5cの短絡が生じると、コンデンサ10が放電をし続けるため、コンデンサ10の電圧が下降し、コンデンサ10の電圧が第1所定値未満になる。すると、モニタ回路20において、ツェナーダイオード21がトランジスタ25に電流を供給しないことで、トランジスタ25がOFFになり、検出端子7aの電圧が上昇し、検出端子7aの電圧が第2所定値を超える。制御部100は、検出端子7aの電圧が第2所定値を超えた場合、スイッチング素子6のスイッチング動作を抑制(例えば、停止)する。これにより、トランス5や二次側回路8の過熱が抑制される。
For example, when the short-circuit of the
以上に述べたように、本実施形態によれば、スイッチング素子6に流れる電流に基づいて過電流保護機能を実行する構成ではなく、スイッチング素子6に接続された検出端子7aの電圧の上昇に基づいて過電流保護機能を実行する構成を採用したことで、入力電圧が高い場合でも、スイッチング素子6に流れる電流量が減ることによって過電流保護機能が実行されないという問題が生じず、過電流保護機能を確実に実行することができる。即ち、本実施形態によれば、入力電圧によらず確実に過電流保護機能を実行することができる。
As described above, according to the present embodiment, the overcurrent protection function is not executed based on the current flowing through the switching
本発明に係る実施例(上記実施形態に係るスイッチング電源装置1と同様の装置)と比較例(上記実施形態に係るスイッチング電源装置1からモニタ回路20を除いた装置)とにおいて、入力電圧をAC90V,AC264Vとした場合の、各部の電流/電圧の変化を測定した。測定結果を、図2に示す。
In the example according to the present invention (the same device as the switching
図2において、「I5a」は、一次巻線5aに流れる電流を示す。「VOUT」は、二次側出力電圧を示す。「Vc005」は、電解コンデンサ14の電圧を示す。「Vc004」は、コンデンサ10の電圧を示す。また、横軸は時間を示す。
In FIG. 2, “I 5a ” indicates a current flowing through the primary winding 5a. “V OUT ” indicates a secondary output voltage. “Vc 005 ” indicates the voltage of the
図2から理解されるように、入力電圧がAC90Vの場合は、実施例および比較例において、各部の電流/電圧の波形に差異はなく、補助巻線5cが短絡すると、過電流保護機能が実行され、スイッチング動作が停止された。一方、入力電圧がAC264Vの場合は、実施例および比較例において、各部の電流/電圧の波形に差異が生じ、実施例ではスイッチング動作が停止されたが、比較例では、スイッチング素子に流れる電流が閾値を超えず、過電流保護機能が実行されなかった(即ち、スイッチング動作が停止されず、間欠発振が維持された)。 As can be seen from FIG. 2, when the input voltage is 90V AC, there is no difference in the current / voltage waveforms of the respective parts in the example and the comparative example, and the overcurrent protection function is executed when the auxiliary winding 5c is short-circuited. And the switching operation was stopped. On the other hand, when the input voltage is AC 264 V, there is a difference in the current / voltage waveform of each part in the example and the comparative example, and the switching operation is stopped in the example. In the comparative example, the current flowing through the switching element is The overcurrent protection function was not executed without exceeding the threshold value (that is, the switching operation was not stopped and intermittent oscillation was maintained).
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。 The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various design changes can be made as long as they are described in the claims.
・スイッチング素子は、FETに限定されず、IGBT等からなってもよい。
・制御部は、検出端子の電圧が第2所定値を超えた場合に、スイッチング動作を停止することに限定されず、スイッチング動作を抑制し、出力電圧を下げることにより電流を制限してもよい。
-A switching element is not limited to FET, You may consist of IGBT etc.
The control unit is not limited to stopping the switching operation when the voltage at the detection terminal exceeds the second predetermined value, and may limit the current by suppressing the switching operation and lowering the output voltage. .
1 スイッチング電源装置
2 交流電源
3 整流ダイオード
4 平滑コンデンサ
5 トランス
5a 一次巻線
5b 二次巻線
5c 補助巻線
6 スイッチング素子
7 制御部
7a 検出端子
7b 出力端子
7c 電源端子
8 二次側回路
9 フィードバック回路
10 コンデンサ
11 抵抗(第1抵抗)
20 モニタ回路
21 ツェナーダイオード
22 抵抗(第2抵抗)
23 抵抗(第3抵抗)
24 抵抗(第4抵抗)
25 トランジスタ
DESCRIPTION OF
20
23 Resistance (3rd resistance)
24 resistance (4th resistance)
25 transistors
Claims (4)
前記一次巻線に接続された、スイッチング素子と、
前記スイッチング素子に接続された検出端子を有し、前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御する、制御部と、
前記二次巻線に接続された、二次側回路と、
を備え、
前記スイッチング素子の前記スイッチング動作によって前記一次巻線に交流を供給し、前記二次巻線に誘起された電圧を前記二次側回路に伝達するように構成された、スイッチング電源装置において、
前記補助巻線に並列接続された、コンデンサと、
前記コンデンサの電圧が第1所定値未満になった場合に前記検出端子の電圧が第2所定値を超えるように構成された、モニタ回路と、
をさらに備え、
前記制御部は、前記コンデンサの電圧が前記第1所定値未満になったときに前記モニタ回路によって前記検出端子の電圧が前記第2所定値を超えた場合に、前記スイッチング素子の前記スイッチング動作を抑制することを特徴とする、スイッチング電源装置。 A transformer having a primary winding, a secondary winding and an auxiliary winding;
A switching element connected to the primary winding;
A control unit having a detection terminal connected to the switching element and controlling a switching operation of the switching element;
A secondary circuit connected to the secondary winding;
With
In the switching power supply device configured to supply alternating current to the primary winding by the switching operation of the switching element and to transmit a voltage induced in the secondary winding to the secondary side circuit,
A capacitor connected in parallel to the auxiliary winding;
A monitor circuit configured such that when the voltage of the capacitor becomes less than a first predetermined value, the voltage of the detection terminal exceeds a second predetermined value;
Further comprising
The control unit performs the switching operation of the switching element when the voltage of the detection terminal exceeds the second predetermined value by the monitor circuit when the voltage of the capacitor becomes less than the first predetermined value. A switching power supply device characterized by being suppressed.
前記コンデンサに並列接続された、ツェナーダイオードと、
ベースが前記ツェナーダイオードのアノードに接続されると共に、コレクタが前記検出端子と前記スイッチング素子との接続ラインに接続された、トランジスタと、
を含み、
前記コンデンサの電圧が前記第1所定値以上の場合、前記ツェナーダイオードが導通状態となって前記トランジスタの前記ベースに電流を供給し、前記トランジスタが前記接続ラインのバイパスを形成し、
前記コンデンサの電圧が前記第1所定値未満の場合、前記ツェナーダイオードが非導通状態となって前記トランジスタの前記ベースに電流を供給せず、前記トランジスタが前記接続ラインのバイパスを形成しないことで、前記検出端子の電圧が前記第2所定値を超えるように構成されていることを特徴とする、請求項1に記載のスイッチング電源装置。 The monitor circuit is
A Zener diode connected in parallel to the capacitor;
A transistor having a base connected to an anode of the Zener diode and a collector connected to a connection line between the detection terminal and the switching element;
Including
When the voltage of the capacitor is equal to or higher than the first predetermined value, the Zener diode is turned on to supply current to the base of the transistor, and the transistor forms a bypass of the connection line;
When the voltage of the capacitor is less than the first predetermined value, the Zener diode becomes non-conductive and does not supply current to the base of the transistor, and the transistor does not form a bypass of the connection line, The switching power supply device according to claim 1, wherein a voltage of the detection terminal is configured to exceed the second predetermined value.
前記モニタ回路は、
前記トランジスタの前記コレクタに接続されることで前記トランジスタと直列回路を構成し、当該直列回路が前記第1抵抗に並列接続された、第2抵抗と、
前記ツェナーダイオードの前記アノードと前記トランジスタの前記ベースとの間に配置された、第3抵抗と、
前記トランジスタの前記ベースと前記補助巻線の他端との間に配置され、前記第3抵抗を介して前記ツェナーダイオードの前記アノードに直列接続された、第4抵抗と、
をさらに含むことを特徴とする、請求項2に記載のスイッチング電源装置。 The alternating voltage induced at one end of the auxiliary winding is converted into a direct current to supply a power supply voltage to the control unit, and is arranged between the detection terminal and the other end of the auxiliary winding. A first resistor for supplying a predetermined divided voltage to the detection terminal;
The monitor circuit is
A second resistor connected to the collector of the transistor to form a series circuit with the transistor, the series circuit being connected in parallel to the first resistor;
A third resistor disposed between the anode of the Zener diode and the base of the transistor;
A fourth resistor disposed between the base of the transistor and the other end of the auxiliary winding and connected in series to the anode of the Zener diode via the third resistor;
The switching power supply according to claim 2, further comprising:
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