JP2019154102A - スイッチング電源 - Google Patents
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Abstract
【課題】構成を複雑にすることなく、軽負荷、一定負荷のいずれの状態であっても、二次側の過電圧に対する保護機能を適切に実行する。【解決手段】スイッチング電源１は、トランス１１の二次側の出力電圧が目標電圧となるようにスイッチング制御を行い、第３端子ＶＣＣに過電圧と識別される電圧が入力された際にスイッチング制御を停止するスイッチング制御部２１と、電圧発生回路２２から出力される直流電圧が所定電圧を超えない場合駆動電圧を第３端子ＶＣＣに入力し、出力される直流電圧が上記所定電圧を超える場合過電圧と識別される電圧を第３端子ＶＣＣに入力する過電圧保護回路２３と、二次側の出力電圧が過電圧となる電圧値未満であってかつ目標電圧より大きい電圧値である閾値電圧を上記出力電圧が超えた場合に、二次側から電流を流すことによって負荷を増大させる負荷増大回路３０とを備える。【選択図】図１
Description
本発明は、トランスの一次コイルに接続されたスイッチング素子に対し、スイッチング制御を行うスイッチング電源に関する。
通常、スイッチング電源では、トランスの二次側の出力電圧に対応する一次側の補助巻線の電圧が過電圧検出レベルを超えると、スイッチング素子へのスイッチング制御が停止され、二次側の過電圧に対する保護が図られる。
ここで、スイッチング電源が一定の出力電圧を二次側へ出力する際、出力先の負荷の違い、例えば、画像形成部を使用の有無などによって負荷の違いが生じる。一定負荷の場合と軽負荷の場合とでは、トランスの二次コイルと上記補助巻線との結合率が変わる。この結果、軽負荷時の補助巻線の電圧は、一定負荷時の補助巻線の電圧より低くなる。
上記に対応し、特許文献１には、軽負荷であるか否かを検出した後、軽負荷である場合には間欠制御に切り替えたうえで上記過電圧検出レベルを変更する技術が開示されている。
上記従来技術のスイッチング電源では、上述したように、二次側の過電圧に対する保護を適切に行うために、軽負荷時においては過電圧検出レベルを変更している。しかしながら、軽負荷であるか否かの検出及び過負荷検出レベルの変更を行うためには、軽負荷であることを検出する負荷検出回路や、その負荷検出回路が検出した検出内容をフォトカプラのような一次側と二次側との間を絶縁しつつ二次側の情報を一次側に伝達する手段が新たに必要になる。この結果、構成が複雑になるという問題があった。
本発明の目的は、構成を複雑にすることなく、軽負荷、一定負荷のいずれの状態であっても、二次側の過電圧に対する保護機能を適切に実行することができるスイッチング電源を提供することにある。
上記目的を達成するために、本願発明は、トランスと、前記トランスの二次側の出力電圧の出力先である負荷部と、前記トランスの一次コイルに接続されたスイッチング素子と、駆動電圧が入力される入力端子を有し、前記トランスの二次側の出力電圧が目標電圧となるように前記スイッチング素子のスイッチング制御を行い、前記入力端子に過電圧と識別される電圧が入力された際に前記スイッチング素子の前記スイッチング制御を停止するスイッチング制御部と、前記トランスの一次側に設けられた補助巻線に誘起される交流電圧を整流及び平滑し、第１直流電圧として出力する電圧発生回路部と、前記電圧発生回路部が出力する前記第１直流電圧が所定電圧を超えない場合、前記駆動電圧を前記第１直流電圧から生成して前記入力端子に入力し、前記第１直流電圧が前記所定電圧を超える場合、前記過電圧と識別される電圧を前記入力端子に入力する過電圧保護回路部と、前記トランスの二次側の出力電圧が過電圧となる電圧値未満であって、かつ、前記目標電圧より大きい電圧値である閾値電圧を、前記出力電圧が超えた場合に、前記トランスの二次側から電流を流すことによって負荷を増大させる負荷増大回路部と、を備える、ことを特徴とする。
この構成によれば、電圧発生回路部は、トランスの一次側に設けられた補助巻線に誘起される交流電圧の整流及び平滑により、第１直流電圧を出力する。第１直流電圧が所定電圧を超えない場合、過電圧保護回路部は、第１直流電圧から駆動電圧を生成して、その駆動電圧をスイッチング制御部の入力端子に入力する。スイッチング制御部は、入力端子に入力される駆動電圧で駆動される。
トランスの二次側の出力電圧が過電圧となって、補助巻線に誘起される交流電圧が高くなることにより、第１直流電圧が所定電圧を超えると、過電圧保護回路部は、過電圧と識別される電圧をスイッチング制御部の入力端子に入力する。これに応じて、スイッチング制御部は、スイッチング素子のスイッチング制御を停止する。
これにより、トランスの二次側の出力電圧が過電圧となったときに、第１直流電圧が所定電圧値を超える前に、スイッチング素子のスイッチング制御を停止させることで、上記過電圧に対する保護機能を実行することができる。
また、本構成においては、負荷増大回路部を設け、上記出力電圧が閾値を超えた場合に、トランスの二次側から電流を流し、二次側に加わる負荷を増大させる。すなわち、過電圧が生じそうな場合は、事前に軽負荷から一定負荷に切り替えることができる。これにより、前述の結合率を向上させ、トランスの二次側の出力電圧の増大により補助巻線に誘起される交流電圧を高めることができる。この結果、軽負荷、一定負荷のいずれの状態であっても、上記スイッチング制御の停止による上記保護機能を確実に実行することができる。また、上記のように負荷の大きさを切り替える手法とすることで、軽負荷か否かの検出に応じて過負荷検出レベルの変更を行う従来手法のように、構成の複雑化を招くことがない。
本発明によれば、構成を複雑にすることなく、軽負荷、一定負荷のいずれの状態であっても、二次側の過電圧に対する保護機能を適切に実行することができる。
以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
＜実施形態の回路概要＞
本発明の一実施形態に係るスイッチング電源の回路構成を図１に示す。図１において、このスイッチング電源１は、商用交流電源ＡＣから一対の給電線ＰＳ１，ＰＳ２を介して供給される交流電圧を直流電圧に変換するものであり、たとえば、プリンタなどの電子機器に搭載される。スイッチング電源１は、トランス１１を備えており、このトランス１１を境に、一次巻線Ｌ１が設けられる図示左側の一次側と二次コイルの一例としての二次巻線Ｌ２が設けられる図示右側の二次側とに分かれている。また、トランス１１には、補助巻線Ｌ３が一次側に設けられている。一次巻線Ｌ１が一次コイルの一例である。
本発明の一実施形態に係るスイッチング電源の回路構成を図１に示す。図１において、このスイッチング電源１は、商用交流電源ＡＣから一対の給電線ＰＳ１，ＰＳ２を介して供給される交流電圧を直流電圧に変換するものであり、たとえば、プリンタなどの電子機器に搭載される。スイッチング電源１は、トランス１１を備えており、このトランス１１を境に、一次巻線Ｌ１が設けられる図示左側の一次側と二次コイルの一例としての二次巻線Ｌ２が設けられる図示右側の二次側とに分かれている。また、トランス１１には、補助巻線Ｌ３が一次側に設けられている。一次巻線Ｌ１が一次コイルの一例である。
＜一次側の構成その１＞
スイッチング電源１は、トランス１１の一次側に、一次側整流平滑回路１２およびスイッチング素子１３を備えている。
スイッチング電源１は、トランス１１の一次側に、一次側整流平滑回路１２およびスイッチング素子１３を備えている。
＜一次側整流平滑回路＞
一次側整流平滑回路１２には、ダイオードブリッジ１４および平滑コンデンサＣ１が含まれる。
一次側整流平滑回路１２には、ダイオードブリッジ１４および平滑コンデンサＣ１が含まれる。
ダイオードブリッジ１４は、４個のダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４をブリッジ接続した構成の回路である。具体的には、ダイオードブリッジ１４では、２個のダイオードＤ１，Ｄ２の直列回路と残りの２個のダイオードＤ３，Ｄ４の直列回路とが並列に接続されている。一方の直列回路におけるダイオードＤ１，Ｄ２の接続点および他方の直列回路におけるダイオードＤ３，Ｄ４の接続点には、それぞれ給電線ＰＳ１，ＰＳ２が接続されている。ダイオードＤ１，Ｄ２の直列回路とダイオードＤ３，Ｄ４の直列回路との一方の接続点は、配線Ｗ１を介してトランス１１の一次巻線Ｌ１の図示上端である一端に接続され、他方の接続点は、配線Ｗ２を介して一次巻線Ｌ１の図示下端である他端に接続されている。
平滑コンデンサＣ１の一方の電極は、配線Ｗ１に接続され、他方の電極は、配線Ｗ２に接続されている。
商用交流電源ＡＣから供給される交流電圧は、ダイオードブリッジ１４により全波整流され、その全波整流後の電圧が平滑コンデンサＣ１で平滑化されることにより、配線Ｗ１，Ｗ２間に直流電圧が発生する。
＜スイッチング素子＞
スイッチング素子１３は、Ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴ（ＮＭＯＳ）からなり、そのドレイン端子が配線Ｗ２に接続されている。スイッチング素子１３のソース端子は、抵抗Ｒ１を介してダイオードブリッジ１４のダイオードＤ１およびダイオードＤ３に接続されている。スイッチング素子１３は、ゲート端子に入力される電圧により、スイッチング動作（オン／オフ）する。
スイッチング素子１３は、Ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴ（ＮＭＯＳ）からなり、そのドレイン端子が配線Ｗ２に接続されている。スイッチング素子１３のソース端子は、抵抗Ｒ１を介してダイオードブリッジ１４のダイオードＤ１およびダイオードＤ３に接続されている。スイッチング素子１３は、ゲート端子に入力される電圧により、スイッチング動作（オン／オフ）する。
スイッチング素子１３がオンにされると、トランス１１の一次巻線Ｌ１に電流が流れ、一次巻線Ｌ１にエネルギーが蓄積される。その後、スイッチング素子１３がオフにされると、一次巻線Ｌ１に蓄積されたエネルギーが開放されて、一次巻線Ｌ１に起電力が生じ、トランス１１の二次巻線Ｌ２に一次巻線Ｌ１と二次巻線Ｌ２との巻数比に応じた二次電圧が発生する。スイッチング素子１３のオン／オフが繰り返されることにより、二次電圧がパルス的に発生する。
＜二次側の構成その１＞
スイッチング電源１は、トランス１１の二次側に、二次側整流平滑回路１５および定電圧回路１６を備えている。
スイッチング電源１は、トランス１１の二次側に、二次側整流平滑回路１５および定電圧回路１６を備えている。
＜二次側整流平滑回路＞
二次側整流平滑回路１５は、整流ダイオードＤ５および平滑コンデンサＣ２を含む。トランス１１の二次巻線Ｌ２の図示上端である一端は、配線Ｗ３を介して出力端子に接続され、その他端は、図示「０Ｖ」で表記するグランドラインＧに接続されている。整流ダイオードＤ５は、アノードを二次巻線Ｌ２側に向けて、配線Ｗ３の途中部に介装されている。平滑コンデンサＣ２の一方の電極は、整流ダイオードＤ５のカソード側で配線Ｗ３に接続され、他方の電極は、グランドラインＧに接続されている。二次巻線Ｌ２にパルス的に発生する二次電圧は、二次側整流平滑回路１５により整流および平滑化されて、直流電圧に変換される。
二次側整流平滑回路１５は、整流ダイオードＤ５および平滑コンデンサＣ２を含む。トランス１１の二次巻線Ｌ２の図示上端である一端は、配線Ｗ３を介して出力端子に接続され、その他端は、図示「０Ｖ」で表記するグランドラインＧに接続されている。整流ダイオードＤ５は、アノードを二次巻線Ｌ２側に向けて、配線Ｗ３の途中部に介装されている。平滑コンデンサＣ２の一方の電極は、整流ダイオードＤ５のカソード側で配線Ｗ３に接続され、他方の電極は、グランドラインＧに接続されている。二次巻線Ｌ２にパルス的に発生する二次電圧は、二次側整流平滑回路１５により整流および平滑化されて、直流電圧に変換される。
＜定電圧回路＞
定電圧回路１６は、シャントレギュレータＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）１７、抵抗Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４およびフォトカプラＰＣを含む。抵抗Ｒ２，Ｒ３は、直列に接続されている。抵抗Ｒ２，Ｒ３の直列回路の一端は、配線Ｗ３に接続され、他端は、グランドラインＧに接続されている。シャントレギュレータＩＣ１７には予め基準電圧が設定され、出力端子から出力される電圧が分圧された電圧であって抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３との接続点である電圧がフィードバック電圧として入力される。フォトカプラＰＣの発光ダイオードＰＤは、アノードが抵抗Ｒ４を介して配線Ｗ３に接続され、カソードがシャントレギュレータＩＣ１７に接続されている。この構成により、一定の電圧（Ｏｕｔｐｕｔ）が出力端子から出力され、出力端子に接続された負荷部９０へと出力される。また、フィードバック電圧が基準電圧を超えると、フォトカプラＰＣの発光ダイオードＰＤが発光する。
定電圧回路１６は、シャントレギュレータＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）１７、抵抗Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４およびフォトカプラＰＣを含む。抵抗Ｒ２，Ｒ３は、直列に接続されている。抵抗Ｒ２，Ｒ３の直列回路の一端は、配線Ｗ３に接続され、他端は、グランドラインＧに接続されている。シャントレギュレータＩＣ１７には予め基準電圧が設定され、出力端子から出力される電圧が分圧された電圧であって抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３との接続点である電圧がフィードバック電圧として入力される。フォトカプラＰＣの発光ダイオードＰＤは、アノードが抵抗Ｒ４を介して配線Ｗ３に接続され、カソードがシャントレギュレータＩＣ１７に接続されている。この構成により、一定の電圧（Ｏｕｔｐｕｔ）が出力端子から出力され、出力端子に接続された負荷部９０へと出力される。また、フィードバック電圧が基準電圧を超えると、フォトカプラＰＣの発光ダイオードＰＤが発光する。
＜一次側の構成その２＞
スイッチング電源１は、トランス１１の一次側に、スイッチング制御部２１を備えている。スイッチング制御部２１は、ＣＰＵなどを内蔵するＩＣからなり、第１端子ＦＢ、第２端子ＯＵＴ、および第３端子ＶＣＣを有している。第３端子ＶＣＣは入力端子の一例である。
スイッチング電源１は、トランス１１の一次側に、スイッチング制御部２１を備えている。スイッチング制御部２１は、ＣＰＵなどを内蔵するＩＣからなり、第１端子ＦＢ、第２端子ＯＵＴ、および第３端子ＶＣＣを有している。第３端子ＶＣＣは入力端子の一例である。
フォトカプラＰＣの受光側のフォトトランジスタＰＴは、抵抗Ｒ５を介して、第１端子ＦＢに接続されている。これにより、二次側のフィードバック電圧が基準電圧を超えて、フォトカプラＰＣの発光ダイオードＰＤが発光すると、フォトトランジスタＰＴが導通し、第１端子ＦＢに電圧が入力される。二次側のフィードバック電圧と基準電圧との電位差に応じて、発光ダイオードＰＤに流れる電流が増減するので、発光ダイオードＰＤの発光量が増減する。発光量の増減に応じて、フォトトランジスタＰＴを流れる電流が変化するので、第１端子ＦＢに入力される電圧が変化する。
スイッチング制御部２１の第２端子ＯＵＴは、抵抗Ｒ６を介して、スイッチング素子１３のゲート端子に接続されている。スイッチング制御部２１は、二次側のフィードバック電圧に応じて変化する第１端子ＦＢの入力電圧に基づいて、スイッチング素子１３のスイッチング動作のデューティ比を制御する。これにより、二次側のフィードバック電圧が、目標電圧としての一定値に保たれる。
＜一次側の構成その３＞
さらに、スイッチング電源１は、トランス１１の一次側に、電圧発生回路２２および過電圧保護回路２３を備えている。電圧発生回路２２は、電圧発生回路部、過電圧保護回路２３は、過電圧保護回路部の一例である。
さらに、スイッチング電源１は、トランス１１の一次側に、電圧発生回路２２および過電圧保護回路２３を備えている。電圧発生回路２２は、電圧発生回路部、過電圧保護回路２３は、過電圧保護回路部の一例である。
＜電圧発生回路＞
電圧発生回路２２は、整流ダイオードＤ６、抵抗Ｒ７および平滑コンデンサＣ３を含む。補助巻線Ｌ３の図示上端である一端には、出力線の一例としての配線Ｗ４が接続されている。整流ダイオードＤ６は、アノードを補助巻線Ｌ３側に向けて、配線Ｗ４の途中に介装されている。抵抗Ｒ７は、整流ダイオードＤ６のアノードと補助巻線Ｌ３の一端との間に介装されている。平滑コンデンサＣ３の一方の電極は、整流ダイオードＤ６のカソード側で配線Ｗ４に接続され、他方の電極は、グランドラインＧに接続されている。二次巻線Ｌ２に二次電圧がパルス的に発生すると、補助巻線Ｌ３に交流電圧がパルス的に発生する。その補助巻線Ｌ３に発生する交流電圧は、整流ダイオードＤ６及び平滑コンデンサＣ３により整流及び平滑化され、直流電圧として出力される。なお、この出力される直流電圧が、第１直流電圧の一例に相当している。
電圧発生回路２２は、整流ダイオードＤ６、抵抗Ｒ７および平滑コンデンサＣ３を含む。補助巻線Ｌ３の図示上端である一端には、出力線の一例としての配線Ｗ４が接続されている。整流ダイオードＤ６は、アノードを補助巻線Ｌ３側に向けて、配線Ｗ４の途中に介装されている。抵抗Ｒ７は、整流ダイオードＤ６のアノードと補助巻線Ｌ３の一端との間に介装されている。平滑コンデンサＣ３の一方の電極は、整流ダイオードＤ６のカソード側で配線Ｗ４に接続され、他方の電極は、グランドラインＧに接続されている。二次巻線Ｌ２に二次電圧がパルス的に発生すると、補助巻線Ｌ３に交流電圧がパルス的に発生する。その補助巻線Ｌ３に発生する交流電圧は、整流ダイオードＤ６及び平滑コンデンサＣ３により整流及び平滑化され、直流電圧として出力される。なお、この出力される直流電圧が、第１直流電圧の一例に相当している。
＜過電圧保護回路＞
過電圧保護回路２３は、ＮＰＮトランジスタＴｒ１および３個のツェナーダイオードＺＤ１，ＺＤ２，ＺＤ３を含む。ＮＰＮトランジスタＴｒ１のコレクタは、配線Ｗ４に接続されている。ＮＰＮトランジスタＴｒ１のエミッタは、スイッチング制御部２１の第３端子ＶＣＣに接続されている。ツェナーダイオードＺＤ１，ＺＤ２は、直列に接続されて、一方のツェナーダイオードＺＤ２のカソードがＮＰＮトランジスタＴｒ１のコレクタに接続され、他方のツェナーダイオードＺＤ１のアノードがＮＰＮトランジスタＴｒ１のエミッタに接続されている。ツェナーダイオードＺＤ３のカソードは、ＮＰＮトランジスタＴｒ１のベースに接続され、ツェナーダイオードＺＤ３のアノードは、グランドラインＧに接続されている。また、ＮＰＮトランジスタＴｒ１のコレクタとツェナーダイオードＺＤ３のカソードとの間には、抵抗Ｒｃが介在されている。
過電圧保護回路２３は、ＮＰＮトランジスタＴｒ１および３個のツェナーダイオードＺＤ１，ＺＤ２，ＺＤ３を含む。ＮＰＮトランジスタＴｒ１のコレクタは、配線Ｗ４に接続されている。ＮＰＮトランジスタＴｒ１のエミッタは、スイッチング制御部２１の第３端子ＶＣＣに接続されている。ツェナーダイオードＺＤ１，ＺＤ２は、直列に接続されて、一方のツェナーダイオードＺＤ２のカソードがＮＰＮトランジスタＴｒ１のコレクタに接続され、他方のツェナーダイオードＺＤ１のアノードがＮＰＮトランジスタＴｒ１のエミッタに接続されている。ツェナーダイオードＺＤ３のカソードは、ＮＰＮトランジスタＴｒ１のベースに接続され、ツェナーダイオードＺＤ３のアノードは、グランドラインＧに接続されている。また、ＮＰＮトランジスタＴｒ１のコレクタとツェナーダイオードＺＤ３のカソードとの間には、抵抗Ｒｃが介在されている。
＜スイッチング電源の基本動作＞
上記構成において、トランス１１の出力端子から出力される電圧が定常状態であるときには、配線Ｗ４の直流電圧によりツェナーダイオードＺＤ３および抵抗Ｒｃに電流が流れ、スイッチング制御部２１の第３端子ＶＣＣに、ツェナーダイオードＺＤ３の降伏電圧からＮＰＮトランジスタＴｒ１のベース−エミッタ間電圧だけ低下した定電圧が、駆動電圧として入力される。
上記構成において、トランス１１の出力端子から出力される電圧が定常状態であるときには、配線Ｗ４の直流電圧によりツェナーダイオードＺＤ３および抵抗Ｒｃに電流が流れ、スイッチング制御部２１の第３端子ＶＣＣに、ツェナーダイオードＺＤ３の降伏電圧からＮＰＮトランジスタＴｒ１のベース−エミッタ間電圧だけ低下した定電圧が、駆動電圧として入力される。
たとえば、スイッチング電源１にフォトカプラＰＣの故障などの異常が発生し、スイッチング制御部２１によるスイッチング素子１３のスイッチング動作の正常な制御が不能になり、スイッチング素子１３が最大デューティ比でスイッチング動作すると、出力端子から出力される電圧が上昇し始め、これに伴って、補助巻線Ｌ３に誘起される電圧が上昇し、配線Ｗ４の直流電圧が上昇し始める。配線Ｗ４の直流電圧の上昇により、ツェナーダイオードＺＤ１，ＺＤ２が導通すると、スイッチング制御部２１の第３端子ＶＣＣに、配線Ｗ４の直流電圧からツェナーダイオードＺＤ１，ＺＤ２の降伏電圧を差し引いた分の電圧が入力される。第３端子ＶＣＣに入力される電圧が過電圧と識別される所定電圧値を超えたことに応じて、スイッチング制御部２１は、過電圧保護機能を作動させ、スイッチング素子１３のスイッチング動作を停止して、出力端子から出力される電圧を低下させる。
＜二次コイルと補助巻線との結合率＞
ところで、上記のようにしてスイッチング電源１が一定の出力電圧を二次側へ出力する際、出力先である負荷部９０における負荷の違い、例えばプリンタにおける画像形成部を使用するかしないか、等によって負荷の大小が生じる。そして、一定負荷の場合と軽負荷の場合とでは、トランス１１の二次巻線Ｌ２と補助巻線Ｌ３との結合率が変わる。このことを図２により説明する。
ところで、上記のようにしてスイッチング電源１が一定の出力電圧を二次側へ出力する際、出力先である負荷部９０における負荷の違い、例えばプリンタにおける画像形成部を使用するかしないか、等によって負荷の大小が生じる。そして、一定負荷の場合と軽負荷の場合とでは、トランス１１の二次巻線Ｌ２と補助巻線Ｌ３との結合率が変わる。このことを図２により説明する。
図２は、負荷の大きさに対応する、出力端子からの二次側の出力電流値Ｉｏを横軸にとって表したときの、トランス１１における二次巻線Ｌ２と補助巻線Ｌ３との結合率の推移の一例を表すグラフである。図２において、図示右端近傍の、Ｉｏ＝１００〜１５０［ｍＡ］の範囲では、結合率は９８％以上の高い値でほぼ一定となる。図示左側に向かってＩｏが１００［ｍＡ］よりも小さくなるに従い、結合率は緩やかに低下し、Ｉｏ＝５０［ｍＡ］で結合率は約９７％となる。そして、Ｉｏがさらに５０［ｍＡ］よりも小さくなると、Ｉｏの値が小さいほど結合率は急激に低下するようになる。すなわち、Ｉｏ＝３０［ｍＡ］で結合率は約９６％、Ｉｏ＝２０［ｍＡ］で結合率は約９４．５％、Ｉｏ＝１０［ｍＡ］で結合率は約９１．５％、Ｉｏ＝５［ｍＡ］で結合率は約８８％、Ｉｏ＝０［ｍＡ］で結合率は約７４％となる。
このように、一般に、トランス１１の二次巻線Ｌ２と補助巻線Ｌ３との結合率は、トランス１１の二次側に加わる負荷が小さいと低くなる。このため、軽負荷の場合には、前述のようにトランス１１の出力端子から出力される電圧が増大しても補助巻線Ｌ３に誘起される交流電圧があまり高くならず、スイッチング電源１のスイッチング制御部２１の第３端子ＶＣＣに入力される電圧が、過電圧と識別される所定電圧値をなかなか超えなくなる。このため、前述したスイッチング素子１３のスイッチング動作の停止によるに保護機能を実行できず、二次側の出力電圧が高くなるおそれがある。
＜二次側の構成その２＞
そこで、上記に対応し、本実施形態のスイッチング電源１では、トランス１１の二次側に、さらに、負荷増大回路３０が設けられている。負荷増大回路３０は、負荷増大回路部の一例である。
そこで、上記に対応し、本実施形態のスイッチング電源１では、トランス１１の二次側に、さらに、負荷増大回路３０が設けられている。負荷増大回路３０は、負荷増大回路部の一例である。
＜負荷増大回路＞
負荷増大回路３０は、配線Ｗ３に対し、出力線Ｗ５を介し接続された負荷回路３５と、負荷回路３５の出力線Ｗ５と反対側に接続された、ＮＰＮトランジスタＴｒ２と、抵抗Ｒ１５と、を備えている。負荷回路３５は、負荷回路部、ＮＰＮトランジスタＴｒ２は、リレー部の一例である。
負荷増大回路３０は、配線Ｗ３に対し、出力線Ｗ５を介し接続された負荷回路３５と、負荷回路３５の出力線Ｗ５と反対側に接続された、ＮＰＮトランジスタＴｒ２と、抵抗Ｒ１５と、を備えている。負荷回路３５は、負荷回路部、ＮＰＮトランジスタＴｒ２は、リレー部の一例である。
負荷回路３５は、互いに直列に接続された複数の抵抗、この例では４個の抵抗Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ１４を備えている。抵抗Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ１４の直列回路の一端は、出力線Ｗ５に接続され、他端は、ＮＰＮトランジスタＴｒ２のコレクタに接続されている。ＮＰＮトランジスタＴｒ２のエミッタは、抵抗Ｒ１５を介しグランドラインＧに接続されている。
負荷増大回路３０は、また、互いに直列に接続された２個のツェナーダイオードＺＤ４，ＺＤ５と、互いに直列に接続された３個の抵抗Ｒ８，Ｒ９，Ｒ１０とを備えている。一方のツェナーダイオードＺＤ４のカソードが出力線Ｗ５に接続され、他方のツェナーダイオードＺＤ５のアノードが抵抗Ｒ８，Ｒ９，Ｒ１０の直列回路の一端に接続され、抵抗Ｒ８，Ｒ９，Ｒ１０の直列回路の他端は、グランドラインＧに接続されている。また、ＮＰＮトランジスタＴｒ２のベースに、抵抗Ｒ９と抵抗Ｒ１０との接続点の電圧が入力されている。この結果、ツェナーダイオードＺＤ５のアノードは、抵抗Ｒ８，Ｒ９を介しＮＰＮトランジスタＴｒ２のベースに接続される。
トランス１１の二次側の出力電圧が段々、大きくなっていくと、トランス１１の二次側の出力電圧は、負荷増大回路３０のＺＤ４，ＺＤ５の降伏電圧を超えることになる。
ツェナーダイオードＺＤ４，ＺＤ５の降伏電圧をトランス１１の二次側の出力電圧が超えた際にツェナーダイオードＺＤ４，ＺＤ５に電流が流れる。すると、この電流がＮＰＮトランジスタＴｒ２のベースに供給されることでＮＰＮトランジスタＴｒ２がオンする。なお、ツェナーダイオードＺＤ４，ＺＤ５の降伏電圧は、トランス１１の二次側の出力電圧が過電圧となる電圧値未満であって、かつ、目標電圧より大きい値に設定されている。
ツェナーダイオードＺＤ４，ＺＤ５の降伏電圧は、トランス１１の二次側の出力電圧が過電圧となる電圧値未満に設定されているため、トランス１１の二次側の出力電圧が過電圧となる前に、ＮＰＮトランジスタＴｒ２がオンする。
ＮＰＮトランジスタＴｒ２がオンすると、トランス１１の二次側からの電流が、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ１４を介しＮＰＮトランジスタＴｒ２のコレクタから流入する。このようにして抵抗Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ１４を電流が流れることによって、トランス１１の二次側に加わる負荷を増大させることができる。
ツェナーダイオードＺＤ４，ＺＤ５の降伏電圧をトランス１１の二次側の出力電圧が超えた際にツェナーダイオードＺＤ４，ＺＤ５に電流が流れる。すると、この電流がＮＰＮトランジスタＴｒ２のベースに供給されることでＮＰＮトランジスタＴｒ２がオンする。なお、ツェナーダイオードＺＤ４，ＺＤ５の降伏電圧は、トランス１１の二次側の出力電圧が過電圧となる電圧値未満であって、かつ、目標電圧より大きい値に設定されている。
ツェナーダイオードＺＤ４，ＺＤ５の降伏電圧は、トランス１１の二次側の出力電圧が過電圧となる電圧値未満に設定されているため、トランス１１の二次側の出力電圧が過電圧となる前に、ＮＰＮトランジスタＴｒ２がオンする。
ＮＰＮトランジスタＴｒ２がオンすると、トランス１１の二次側からの電流が、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ１４を介しＮＰＮトランジスタＴｒ２のコレクタから流入する。このようにして抵抗Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ１４を電流が流れることによって、トランス１１の二次側に加わる負荷を増大させることができる。
＜実施形態の効果＞
従来、出力先である負荷部９０が軽負荷、又は、一定負荷であった場合、補助巻線Ｌ３に誘起される交流電圧の値が異なる。故に、従来、出力先である負荷部９０は軽負荷、一定負荷であるかに応じて、過電圧検出レベルに相当するツェナーダイオードＺＤ１，ＺＤ２の降伏電圧を変更しなければならなかった。
以上説明したように、本実施形態のスイッチング電源１においては、負荷増大回路３０を設け、トランス１１の二次側の出力電圧がツェナーダイオードＺＤ４，ＺＤ５の降伏電圧を超えた場合に、トランス１１の二次側から電流を流し、二次側に加わる負荷を増大させる。すなわち、仮に、出力先である負荷部９０が軽負荷であったとしても、過電圧が生じそうな場合は、事前に軽負荷から一定負荷に切り替えることができる。これにより、前述の結合率を向上させ、トランス１１の出力端子から出力される電圧の増大により補助巻線Ｌ３に誘起される交流電圧を高めることができる。出力先である負荷部９０が軽負荷、一定負荷のいずれの状態であっても、従来のように過電圧保護回路２３の過電圧検出レベル（ツェナーダイオードＺＤ１，ＺＤ２の降伏電圧）を変更することなく、スイッチング制御部２１によるスイッチング制御の停止による保護機能を確実に実行することができる。また、上記のように負荷の大きさを切り替える手法とすることで、軽負荷か否かの検出に応じて過電圧検出レベルの変更を行う従来手法のように、構成の複雑化を招くことがない。
従来、出力先である負荷部９０が軽負荷、又は、一定負荷であった場合、補助巻線Ｌ３に誘起される交流電圧の値が異なる。故に、従来、出力先である負荷部９０は軽負荷、一定負荷であるかに応じて、過電圧検出レベルに相当するツェナーダイオードＺＤ１，ＺＤ２の降伏電圧を変更しなければならなかった。
以上説明したように、本実施形態のスイッチング電源１においては、負荷増大回路３０を設け、トランス１１の二次側の出力電圧がツェナーダイオードＺＤ４，ＺＤ５の降伏電圧を超えた場合に、トランス１１の二次側から電流を流し、二次側に加わる負荷を増大させる。すなわち、仮に、出力先である負荷部９０が軽負荷であったとしても、過電圧が生じそうな場合は、事前に軽負荷から一定負荷に切り替えることができる。これにより、前述の結合率を向上させ、トランス１１の出力端子から出力される電圧の増大により補助巻線Ｌ３に誘起される交流電圧を高めることができる。出力先である負荷部９０が軽負荷、一定負荷のいずれの状態であっても、従来のように過電圧保護回路２３の過電圧検出レベル（ツェナーダイオードＺＤ１，ＺＤ２の降伏電圧）を変更することなく、スイッチング制御部２１によるスイッチング制御の停止による保護機能を確実に実行することができる。また、上記のように負荷の大きさを切り替える手法とすることで、軽負荷か否かの検出に応じて過電圧検出レベルの変更を行う従来手法のように、構成の複雑化を招くことがない。
また、本実施形態では特に、負荷増大回路３０は、トランス１１の二次側の出力電圧がツェナーダイオードＺＤ４，ＺＤ５の降伏電圧を超えた場合に、トランス１１の二次側から電流が流れることで、トランス１１の二次側に加わる負荷を増大させる。なお、ツェナーダイオードＺＤ４，ＺＤ５の降伏電圧が閾値電圧の一例である。そのために、負荷増大回路３０において、トランス１１の二次巻線Ｌ２の一端に出力線Ｗ５を介して負荷回路３５を接続し、負荷回路３５の出力線Ｗ５と反対側にＮＰＮトランジスタＴｒ２を接続し、ＮＰＮトランジスタＴｒ２のオンオフによってトランス１１の二次側からの電流を負荷回路３５に流すか否かを切り替える。そして、トランス１１の二次側の出力電圧がツェナーダイオードＺＤ４，ＺＤ５の降伏電圧を超えた場合にＮＰＮトランジスタＴｒ２がオンする構成にすることで、トランス１１の二次側からの電流を負荷回路３５に流すことができる。
また、本実施形態では特に、ＮＰＮトランジスタＴｒ２のベースにツェナーダイオードＺＤ４，ＺＤ５が接続され、ツェナーダイオードＺＤ４，ＺＤ５の降伏電圧をトランス１１の出力端子から出力される電圧が超えた際に、電流が流れる。その電流がＮＰＮトランジスタＴｒ２のベースに流れることでＮＰＮトランジスタＴｒ２がオンするので、トランス１１の二次側から負荷回路３５を介した電流を、コレクタから流入させることができる。
また、本実施形態では特に、負荷回路３５は、出力線Ｗ５とＮＰＮトランジスタＴｒ２のコレクタとの間に複数の抵抗Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ１４を備えており、ＮＰＮトランジスタＴｒ２がオンになったときに、トランス１１の二次側からの電流が抵抗Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ１４に流れる。この結果、二次側の負荷を増大させることができる。
＜変形例＞
なお、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、その趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。以下、そのような変形例を順を追って説明する。上記実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略又は簡略化する。
なお、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、その趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。以下、そのような変形例を順を追って説明する。上記実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略又は簡略化する。
（１）モータ駆動により負荷を増大させる場合
本変形例に係るスイッチング電源の回路図を図３に示す。図３に示すように、この変形例では、負荷増大回路３０に備えられる負荷回路３５には、前述の抵抗Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ１４に代えて、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１が設けられている。すなわち、一端が出力線Ｗ５に接続されるとともに他端がＮＰＮトランジスタＴｒ２のコレクタに接続される通電線Ｗ６に対し、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１が接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ３１には、例えばプリンタの適宜の箇所に対し送風を行う送風ファン３３を駆動するモータ３２が接続される。前述したようにしてＮＰＮトランジスタＴｒ２がオンになると、トランス１１の二次側からの電流が通電線Ｗ６を介しＤＣ／ＤＣコンバータ３１に導かれ、さらにモータ３２へ供給されてモータ３２が駆動されることで、送風ファン３３が回転する。
本変形例に係るスイッチング電源の回路図を図３に示す。図３に示すように、この変形例では、負荷増大回路３０に備えられる負荷回路３５には、前述の抵抗Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ１４に代えて、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１が設けられている。すなわち、一端が出力線Ｗ５に接続されるとともに他端がＮＰＮトランジスタＴｒ２のコレクタに接続される通電線Ｗ６に対し、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１が接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ３１には、例えばプリンタの適宜の箇所に対し送風を行う送風ファン３３を駆動するモータ３２が接続される。前述したようにしてＮＰＮトランジスタＴｒ２がオンになると、トランス１１の二次側からの電流が通電線Ｗ６を介しＤＣ／ＤＣコンバータ３１に導かれ、さらにモータ３２へ供給されてモータ３２が駆動されることで、送風ファン３３が回転する。
本変形例においても、前述の実施形態と同様、トランス１１の二次側の出力電圧が閾値を超えて過電圧が生じそうな場合に、トランス１１の二次側からモータ３２へ電流を流すことで、事前に軽負荷から一定負荷に切り替えることができる。すなわち、ＮＰＮトランジスタＴｒ２がオンになったときに、トランス１１の二次側からの電流が通電線Ｗ６を介しＤＣ／ＤＣコンバータ３１に流れ、モータ３２が駆動されることで、二次側の負荷を増大させることができる。これにより、前述の結合率を向上させ、実施形態と同様、スイッチング制御の停止による保護機能を確実に実行することができる。
また、本変形例によれば、トランス１１の二次側の出力電圧が閾値を超えたときに、トランス１１の二次側からの電流によって送風ファン３３を駆動することができる。通常、前述の過電圧が生じている場合には、前述のプリンタのいずれかの部位に異常が生じ発熱していることも考えられる。本変形例によれば、駆動された送風ファン３３からの送風によって、発熱部位を冷却することもできる。
（２）その他
以上既に述べた以外にも、上記実施形態や各変形例による手法を適宜組み合わせて利用しても良い。
以上既に述べた以外にも、上記実施形態や各変形例による手法を適宜組み合わせて利用しても良い。
その他、一々例示はしないが、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。
１ スイッチング電源
１１ トランス
１３ スイッチング素子
２１ スイッチング制御部
２２ 電圧発生回路（電圧発生回路部）
２３ 過電圧保護回路（過電圧保護回路部）
３０ 負荷増大回路（負荷増大回路部）
３１ ＤＣ／ＤＣコンバータ
３２ モータ
３３ 送風ファン
３５ 負荷回路（負荷回路部）
Ｌ１ 一次巻線（一次コイル）
Ｌ２ 二次巻線（二次コイル）
Ｌ３ 補助巻線
Ｒ１１〜１４ 抵抗
Ｔｒ２ ＮＰＮトランジスタ（リレー部）
ＶＣＣ 第３端子（入力端子）
Ｗ４ 配線
Ｗ５ 配線（出力線）
Ｗ６ 通電線
ＺＤ４，ＺＤ５ ツェナーダイオード
１１ トランス
１３ スイッチング素子
２１ スイッチング制御部
２２ 電圧発生回路（電圧発生回路部）
２３ 過電圧保護回路（過電圧保護回路部）
３０ 負荷増大回路（負荷増大回路部）
３１ ＤＣ／ＤＣコンバータ
３２ モータ
３３ 送風ファン
３５ 負荷回路（負荷回路部）
Ｌ１ 一次巻線（一次コイル）
Ｌ２ 二次巻線（二次コイル）
Ｌ３ 補助巻線
Ｒ１１〜１４ 抵抗
Ｔｒ２ ＮＰＮトランジスタ（リレー部）
ＶＣＣ 第３端子（入力端子）
Ｗ４ 配線
Ｗ５ 配線（出力線）
Ｗ６ 通電線
ＺＤ４，ＺＤ５ ツェナーダイオード
Claims (6)
- トランスと、
前記トランスの二次側の出力電圧の出力先である負荷部と、
前記トランスの一次コイルに接続されたスイッチング素子と、
駆動電圧が入力される入力端子を有し、前記トランスの二次側の出力電圧が目標電圧となるように前記スイッチング素子のスイッチング制御を行い、前記入力端子に過電圧と識別される電圧が入力された際に前記スイッチング素子の前記スイッチング制御を停止するスイッチング制御部と、
前記トランスの一次側に設けられた補助巻線に誘起される交流電圧を整流及び平滑し、第１直流電圧として出力する電圧発生回路部と、
前記電圧発生回路部が出力する前記第１直流電圧が所定電圧を超えない場合、前記駆動電圧を前記第１直流電圧から生成して前記入力端子に入力し、前記第１直流電圧が前記所定電圧を超える場合、前記過電圧と識別される電圧を前記入力端子に入力する過電圧保護回路部と、
前記トランスの二次側の出力電圧が過電圧となる電圧値未満であって、かつ、前記目標電圧より大きい電圧値である閾値電圧を、前記出力電圧が超えた場合に、前記トランスの二次側から電流を流すことによって負荷を増大させる負荷増大回路部と、を備える、
ことを特徴とするスイッチング電源。 - 請求項１記載のスイッチング電源において、
前記負荷増大回路部は、
前記トランスの二次コイルの一端に出力線を介し接続された負荷回路部と、
前記負荷回路部の前記出力線と反対側に接続され、オンである場合に前記トランスの二次側からの電流を前記負荷回路部に流し、オフである場合に前記トランスの二次側からの電流を前記負荷回路部に流さないリレー部と、を備え、
前記リレー部は、前記出力電圧が前記閾値電圧を超えた場合にオンする、
ことを特徴とするスイッチング電源。 - 請求項２記載のスイッチング電源において、
前記出力電圧が前記閾値を超えた際に電流が流れるツェナーダイオード、を備え、
前記リレー部は、トランジスタであって、前記トランジスタのベースに前記ツェナーダイオードが接続され、前記トランジスタのコレクタに前記負荷回路部の前記出力線と反対側が接続され、前記トランジスタのエミッタが接地されている、
ことを特徴とするスイッチング電源。 - 請求項３記載のスイッチング電源において、
前記負荷回路部は、
前記出力線と前記トランジスタのコレクタとの間に直列に複数個設けられた抵抗を備える、
ことを特徴とするスイッチング電源。 - 請求項４記載のスイッチング電源において、
前記負荷回路部は、
前記トランジスタがオンである場合に前記トランスの二次側からの電流を前記トランジスタのコレクタへ流す通電線に対し、接続されたＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータからの電流により駆動されるモータと、を備える、
ことを特徴とするスイッチング電源。 - 請求項５記載のスイッチング電源において、
前記モータは、
送風ファンを駆動するモータである、
ことを特徴とするスイッチング電源。
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