JP2021090325A

JP2021090325A - スイッチング電源制御装置

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Publication number: JP2021090325A
Application number: JP2019220884A
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Inventors: 渡辺　恭成; Takashige Watanabe; 恭成渡辺
Original assignee: Nichicon Corp
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Priority date: 2019-12-06
Filing date: 2019-12-06
Publication date: 2021-06-10
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Abstract

【課題】ラッチ解除を行う外部信号を利用しながら，通常動作モードで直流電力の出力停止機能を確実に実現できるようにする。【解決手段】制御部８は、異常検出信号Ｓｄを検出するとスイッチング素子７に対するスイッチング制御を停止しその状態を保持する機能を有する。制御部電源回路９は、一次巻線Ｌ１に磁気結合された補助巻線Ｌ３に誘起される電圧で制御部８の電源端子Ｖｃｃに電源を供給する。これらを備えたスイッチング電源制御装置において、制御部電源回路８と接地ラインとの間に第１の電圧降下回路１３を挿入する。また、制御部８における端子であって接地短絡によって制御部８の発振を停止させることが可能なフィードバック端子（発振停止可能端子）ＦＢに着目する。このフィードバック端子ＦＢと接地ラインとの間に第２の電圧降下回路１４を挿入する。そして、第１の電圧降下回路１３と第２の電圧降下回路１４を外部信号Ｓｏを“Ｌ”レベルにすることによって接地短絡させる。【選択図】図１

Description

本発明は、一次側入力回路に入力した交流電力をスイッチングして絶縁トランスの一次巻線から二次巻線に誘導し、直流電力に変換して二次側出力回路から出力するスイッチング電源制御装置に関する。詳しくは、一次巻線に対して直列に接続された電力変換用のスイッチング素子をスイッチング制御する制御部と、一次巻線に磁気結合された補助巻線に誘起される電圧で前記制御部の電源端子に電源を供給する制御部電源回路とを備え、さらに、前記制御部は異常検出信号を入力すると前記スイッチング素子に対するスイッチング制御を停止し保持するラッチ動作の機能を有しているスイッチング電源制御装置に関する。

図３はこの種のスイッチング電源制御装置の従来例を示す（例えば特許文献１，２参照）。

リレー６１はＡＣ入力部５１をダイオードブリッジ５２に対して継断するための手段として設けられている。電源投入に伴いＡＣ入力部５１から入力されてくる交流電圧はダイオードブリッジ５２と平滑コンデンサ５３とによって直流電圧に変換される。この直流電圧によって図示しない起動回路が駆動され、ＩＣで構成される制御部５６によるスイッチング素子５５に対するスイッチング制御が開始される。絶縁トランス５４における一次巻線５４ａからコア（鉄心）を介して磁気結合された二次巻線５４ｂに対し変圧（降圧または昇圧）された電圧が二次側出力回路に誘導され、図示しない要素（整流ダイオードと平滑コンデンサ）により直流電圧に変換されて負荷回路へ出力される。同様に、一次巻線５４ａからコアを介して磁気結合された補助巻線５４ｃに誘起された電圧が図示しない要素（整流ダイオードと平滑コンデンサ）により直流電圧に変換されて制御部５６の電源端子Ｖｃｃに印加され、これ以降はこの電源端子Ｖｃｃに供給される電圧によって制御部５６の駆動が維持される（起動回路は停止）。なお、６２はフライホイールダイオードである。

上記の電源投入に伴う起動に際してはリレー６１におけるリレー接点６１ａが閉じられている必要がある。すなわち、外部信号Ｓｏが“Ｈ”レベルとなって、ＮＰＮ型のトランジスタ６４が導通し、連動してＰＮＰ型のトランジスタ６７も導通し、リレーコイル６１ｂの励磁によりリレー接点６１ａが閉じられる。

装置が正常に動作している通常動作モードにおいて、任意に二次側出力回路からの出力をオフ状態に切り替え操作する場合には、外部信号Ｓｏを“Ｌ”レベルに切り替える。すると、上記の動作とは逆に、トランジスタ６４およびトランジスタ６７がターンオフし、リレーコイル６１ｂが消磁されてリレー接点６１ａがオープンとなり、ＡＣ入力が遮断される。このＡＣ入力の遮断に引き続いてＡＣ入力を再投入すると、二次側出力回路からの直流電圧の出力が再開される。

特開２００６−１６６５６１号公報特開２０１８−１７４６３３号公報

スイッチング電源における制御部（制御ＩＣ）には通常、出力が短絡するなど異常状態が発生した際に、安全のためスイッチングを停止し、出力を停止する保護機能が搭載されている。この保護機能については、自動復帰型とラッチ型が存在する。自動復帰型は異常状態が解除されれば再びスイッチングを開始し通常動作をするが、ラッチ型は異常状態が解除されても、出力がゼロのまま保持され、制御ＩＣの電源端子Ｖｃｃを一度オフし、再度入れ直すまで復帰せず、スイッチング動作を停止し続けるといった特徴がある。

上記のラッチ型の従来例においては、ラッチ動作後のラッチ解除を行うためには、
制御ＩＣの電源端子Ｖｃｃに供給される電圧をラッチ解除電圧以下にするため、ＡＣ入力のＯＦＦ→ＯＮの切り替え操作が必要となっている。そして、このＡＣ入力のＯＦＦ→ＯＮの切り替え操作を実現するための手段として、ＡＣ入力部５１とダイオードブリッジ５２との電源ライン中にリレー６１のリレー接点６１ａを介装するとともに、このリレー６１を制御するための外部信号Ｓｏによって動作する回路要素を設けている。

しかしながら、このようにリレーおよびリレー制御回路を設けるとなると、部品コストが高くなり、スペース的にも不利となる。さらには、リレーは電気接点方式ではなく物理接点方式であるため、オン／オフの切り替え動作の繰り返しや異物混入などに起因して摩耗・品質劣化等の問題を生じる懸念がある。

図４は比較例としてのスイッチング電源制御装置を示す。これは、本発明者において、図３の従来例のラッチ解除の手段としてのリレー６１に代えて、外部信号Ｓｏを利用することによってラッチ解除の要件を満たすように考えたものである。

図４において、９は一次巻線Ｌ１に磁気結合された補助巻線Ｌ３に誘起される電圧で制御部８の電源端子Ｖｃｃに電源を供給する制御部電源回路、１３は外部信号Ｓｏによってオン／オフ制御されるもので、制御部電源回路９と接地ラインとの間に挿入された電圧降下回路である。

制御部電源回路９は、平滑コンデンサ１５、ＮＰＮ型のトランジスタ１６、整流ダイオード１７、バイアス用の抵抗素子１８、ツェナーダイオード１９を備えている。すなわち、補助巻線Ｌ３の出力ラインと接地ラインとの間に平滑コンデンサ１５が接続され、平滑コンデンサ１５の正極端子と制御部８における電源端子Ｖｃｃとの間にトランジスタ１６と整流ダイオード１７の直列回路が接続され、トランジスタ１６のコレクタ・ベース間に抵抗素子１８が接続され、トランジスタ１６のベースと接地ラインとの間にツェナーダイオード１９が接続されている。

電圧降下回路１３は、絶縁型信号伝達素子としてのフォトカプラ２３、抵抗素子２４，２５、コンデンサ２６、ＮＰＮ型のトランジスタ２７、ツェナーダイオード２８、抵抗素子２９および抵抗素子３０を備えている。２３ａはフォトカプラ２３における発光ダイオードなどの発光素子、２３ｂはフォトトランジスタなどの受光素子である。受光素子２３ｂの正極端子（コレクタ）と接地ラインとの間に抵抗素子２４，２５の抵抗分割回路が接続されている。抵抗素子２５の両端子間にコンデンサ２６が接続され、コンデンサ２６と抵抗素子２４，２５の共通接続点にＮＰＮ型のトランジスタ２７のベースが接続されている。トランジスタ２７のエミッタは接地され、コレクタはツェナーダイオード２８と抵抗素子２９を介して制御部８の電源端子Ｖｃｃに接続されている。また、抵抗素子３０が受光素子２３ｂの正極端子（コレクタ）と抵抗素子２４とを接続するラインと、電源端子Ｖｃｃとを繋ぐように介装されている。

２０は制御部８における電源端子Ｖｃｃと接地ラインとの間に接続されたコンデンサ、２１は同じ回路構成の平滑コンデンサである。

過電流（過負荷）発生などの異常事態の発生が検出されたとき、異常検出信号（ラッチ信号）Ｓｄによって制御部８は電力変換用のスイッチング素子７のスイッチング動作を停止する。これに伴って、二次側出力回路からの直流電力の出力が停止するとともに、一次巻線Ｌ１に磁気結合された補助巻線Ｌ３に誘起される電圧が消失する。

そして、その後異常状態が解除されても、制御部の電源端子Ｖｃｃに供給される電圧がラッチ解除電圧を下回るまで、スイッチング動作は停止し続ける。具体的には、<a1>スイッチング駆動停止、<a2>ＤＣ出力停止、<a3>補助巻線電圧消失、<a4>制御部がラッチ状態を保持の４つの状況が発現する（ラッチ動作）。

なお、この段階では外部信号Ｓｏは“Ｈ”レベルのままであり、電圧降下回路１３は不動作（非接地）状態であるので、制御部８の電源端子Ｖｃｃに供給される電圧はラッチ解除電圧よりも高い状態を保っている（ラッチ解除までには至っていない）。

その後、制御部８におけるラッチ解除を行うために、外部信号Ｓｏを“Ｌ”レベルにすると、電圧降下回路１３が動作する。すなわち、定常状態において電圧降下回路１３のトランジスタ２７をオフ状態とするため“Ｈ”レベルとしていた外部信号Ｓｏを“Ｌ”レベルに切り替えると、フォトカプラ２３が非動作状態となり、受光素子２３ｂがターンオフするためノードＡの電位が反転して“Ｈ”レベルとなる。その結果、トランジスタ２７が反転してターンオンし、電圧降下回路１３が導通状態に切り替わる。そして、導通状態となった電圧降下回路１３を介して制御部電源回路９つまりは制御部８の電源端子Ｖｃｃの電圧降下（接地電位引き込み）が開始される。

この電源端子Ｖｃｃの電圧降下が行われる場合に考えられる動作として、電源端子Ｖｃｃに供給される電圧が制御部８のラッチ解除電圧以下まで降下すれば、制御部８のラッチ状態が解除される。これは一次側入力回路１におけるＡＣ入力の遮断と同等の効果であり、外部信号Ｓｏの反転によるラッチ解除も可能となる。

ところで、ラッチ動作時ではなく通常動作時において、二次側出力回路からの直流電圧の出力を停止しようとする場合に、次のような課題が残っていることが分かった。以下、図４に示す比較例に認められた不都合について説明する。

通常動作時において外部信号Ｓｏを“Ｌ”レベルに切り替えると、上記のように電圧降下回路１３が導通して制御部８の電源端子Ｖｃｃを接地ラインに接続することになるが、ラッチ動作時ではなく通常動作時であるために、電源端子Ｖｃｃに供給される電圧が上記のように速やかに降下する動作が期待できない。それは、ラッチ動作時とは違って、スイッチング素子７のスイッチング動作の停止がなく、補助巻線Ｌ３には引き続き電圧誘起が保持されていて、制御部電源回路９から制御部８の電源端子Ｖｃｃに対して継続的に電力が供給され、電源端子Ｖｃｃに供給される電圧の降下速度がかなり小さなものになってしまうからである。

このため、電圧降下回路１３が導通状態であるにもかかわらず、電源端子Ｖｃｃに供給される電圧はスイッチング動作開始電圧（Ｖ_thＨ）まで降下するのに比較的長時間を要することになる。その結果として、導通状態に切り替わったトランジスタ２７に過大な電流が流れてしまうことが避けられず、トランジスタ２７が破壊されるに至るという重大問題が残っている。ツェナーダイオード２８と抵抗素子２９とを付加することによってトランジスタ２７に流れ込む電流を制限する対策を講じてはいるが、その対策が有効になっても今度は電源端子Ｖｃｃに供給される電圧を動作停止電圧まで降下させることができず、制御部８の発振を停止させることができない（つまり当初の目的である直流電圧の出力停止が実現できない）という課題が残ってしまうこととなる。

本発明はこのような事情に鑑みて創作したものであり、異常検出信号を検出するとスイッチング素子に対するスイッチング制御を停止し保持するラッチ動作の機能を有する制御部と、一次巻線に磁気結合された補助巻線に誘起される電圧で前記制御部の電源端子に電源を供給する制御部電源回路とを有するスイッチング電源制御装置に関して、ラッチ解除を行う外部信号を利用しながら通常動作モードで直流電力の出力停止機能を確実に実現できるようにすることを目的としている。

本発明は、次の手段を講じることにより上記の課題を解決する。

本発明によるスイッチング電源制御装置は、
一次側入力回路と二次側出力回路との間に介装された絶縁トランスの一次巻線に接続された電力変換用のスイッチング素子をスイッチング制御するもので、異常検出信号を検出すると前記スイッチング素子に対するスイッチング制御を停止しその状態を保持するラッチ動作の機能を有する制御部と、
前記一次巻線に磁気結合された補助巻線に誘起される電圧で前記制御部の電源端子に電源を供給する制御部電源回路と、
外部信号によってオン／オフ制御され、前記制御部の電源端子に供給される電圧を前記制御部の動作停止電圧以下に降下させることが可能な第１の電圧降下回路と、
前記外部信号によってオン／オフ制御され、前記制御部における前記電源端子以外の他の端子に印加されている電圧を降下させることで前記スイッチング制御に必要な前記制御部の発振動作を停止させることが可能な第２の電圧降下回路と
を備え、
前記外部信号によって前記ラッチ動作を解除する際に前記第１の電圧降下回路に加えて前記第２の電圧降下回路を動作させることを特徴とする。

本発明の上記の構成によれば、次のような作用が発揮される。

（ａ）ラッチ動作モード解除時
過電流（過負荷）発生などの異常事態の発生があったとき、異常検出信号が制御部で検出され、電力変換用のスイッチング素子のスイッチング動作が停止され、二次側出力回路からの直流電力の出力が停止する。また、絶縁トランスの一次巻線に磁気結合された補助巻線に誘起される電圧が消失する。なお、この段階では第１の電圧降下回路も第２の電圧降下回路も不動作状態（端子電圧降下が機能していない状態）であるので、制御部の電源端子に供給される電圧はラッチ解除電圧よりも高い状態を保っている（制御部はラッチ状態）。

その後、制御部におけるラッチ解除を行うために、外部信号のオン／オフ状態が切り替わると、第１の電圧降下回路と第２の電圧降下回路が動作する。すなわち、第１の電圧降下回路により制御部の電源端子に供給される電圧が制御部の動作停止電圧以下に降下するとともに、第２の電圧降下回路により電源端子以外の他の端子に印加されている電圧が降下し、スイッチング制御に必要な制御部の発振動作が停止する。両者が実行されることにより、電源端子に供給される電圧が制御部のラッチ解除電圧以下まで速やかに降下し、ラッチ解除できる。これは一次側入力回路によるＡＣ入力の遮断と同等の効果であり、外部信号の反転によるラッチ解除も可能となる。

（ｂ）通常動作モードでの出力停止時
一方、装置が正常に動作している通常動作モードにおいて、任意に二次側出力回路からの出力をオン／オフ切り替え操作する場合には（ラッチとは無関係）、次のようになる。

二次側出力回路からの出力をオフするべく外部信号のオン／オフ状態が切り替わると、上記（ａ）で説明したのと同様に、第１の電圧降下回路と第２の電圧降下回路が動作する。すなわち、第１の電圧降下回路により制御部の電源端子に供給される電圧が制御部の動作停止電圧以下に降下するとともに、第２の電圧降下回路により電源端子以外の他の端子に印加されている電圧が降下し、スイッチング制御に必要な制御部の発振動作が停止する。両者が実行されることにより、電源端子に供給される電圧がスイッチング動作開始電圧（Ｖ_thＨ）を下回るレベルまで速やかに降下し、短時間のうちに、電力変換用のスイッチング素子はスイッチング動作を停止するとともに、一次巻線に磁気結合された補助巻線に誘起される電圧が消失する。また、二次側出力回路からの直流電力の出力が停止する。

そして、補助巻線電圧消失の結果、電源端子に供給される電圧の降下が加速され、制御部の動作停止電圧以下まで速やかに降下し、制御部の発振が停止する。この（ｂ）での制御は二次側出力回路からの出力をオフしたいという動機に基づくものであり、（ａ）でのラッチ動作後のラッチ解除とは相違している。その後、外部信号を反転（オン／オフ状態を切り替え）すれば、二次側出力回路からの出力が再開可能となる。

なお、第２の電圧降下回路を有しない上記の比較例においては、（ｂ）の通常動作モードにおいて、第１の電圧降下回路による制御部の電源端子の電圧降下はあっても、第２の電圧降下回路による制御部の発振動作が停止されないので、補助巻線に誘起される電圧がまだ有効である。この場合は、電源端子に供給される電圧の降下が緩く、スイッチング動作開始電圧（Ｖ_thＨ）を下回るレベルまで降下しにくいものとなる。その結果、電力変換用のスイッチング素子のスイッチング動作が継続され、補助巻線電圧が有効のままとなり、二次側出力回路からの直流電力の出力の停止がされない。

これに対して、本発明の場合には、制御部の電源端子に供給される電圧の降下と制御部の発振動作の停止とが行われるため、電源端子に供給される電圧のスイッチング動作開始電圧（Ｖ_thＨ）を下回るレベルまで速やかな降下ひいてはスイッチング動作の停止、補助巻線電圧の消失を経た直流電力の出力停止が確実に実現する。

ここで、第１の電圧降下回路は、制御部電源回路と接地ラインとの間を短絡することで簡易な構成により制御部の電源端子に供給される電圧を制御部の動作停止電圧以下に降下させることができる。同様に、第２の電圧降下回路は、他の端子と接地ラインとの間を短絡することで簡易な構成によりスイッチング制御に必要な制御部の発振動作を停止させることができる。

上記構成の本発明のスイッチング電源制御装置において、前記第１の電圧降下回路と第２の電圧降下回路を動作させるタイミングに関して、同時でもよいし、前記第２の電圧降下回路を動作させるタイミングの方を優先させてもよい。

第２の電圧降下回路を動作させるタイミングを第１の電圧降下回路を動作させるタイミングよりも早く設定しておくことにより、制御部の発振停止を優先し、これによってスイッチング素子のスイッチング動作停止および補助巻線電圧の消失を可及的に早め、直流電力の出力停止までの所要時間を短縮化することが可能となる。

なお、上記構成の本発明のスイッチング電源制御装置には、前記他の端子について、前記二次側出力回路の出力電圧を所定範囲内に制御するための、前記二次側出力回路で検出されて前記制御部にフィードバックされる電圧を入力するフィードバック端子とする、という態様がある。

本発明によれば、ラッチ解除を行う外部信号を利用して第１の電圧降下回路とともに第２の電圧降下回路を動作させて、制御部の電源端子に供給される電圧を制御部の動作停止電圧以下に降下させることに加えてスイッチング制御に必要な制御部の発振動作を停止させるように構成したので、スイッチング動作開始電圧を下回るレベルまで速やかに電源端子に供給される電圧を降下させ、スイッチング素子のスイッチング動作の停止、補助巻線電圧の消失を経て、通常動作モードでの直流電力の出力停止を確実にすることができる。

加えて、リレーおよびリレー制御回路を必要とし摩耗・品質劣化等の懸念があった従来例に比べると、本発明ではそのような懸念を払拭するとともに、製品コストの低減化、省スペースを達成することができる。

本発明の実施例におけるスイッチング電源制御装置の構成を示す回路図図１における制御部電源回路、第１の電圧降下回路、第２の電圧降下回路の詳しい回路構成を併せて示す回路図従来例におけるスイッチング電源制御装置の構成を示す回路図比較例におけるスイッチング電源制御装置の構成を示す回路図

以下、上記構成の本発明のスイッチング電源制御装置につき、その実施の形態を具体的な実施例のレベルで詳しく説明する。

図１、図２において、符号の１は一次側入力回路、２は二次側出力回路、３は絶縁トランス、４はＡＣ入力部、５はダイオードブリッジ、６は平滑コンデンサ、７は電力変換用のスイッチング素子、８はＩＣで構成される制御部、９は制御部電源回路、１０はＤＣ出力部、１１はフィードバック回路、１２は絶縁型信号伝達素子としてのフォトカプラ、１３は第１の電圧降下回路、１４は第２の電圧降下回路である。

一次側入力回路１は、ＡＣ入力部４、ダイオードブリッジ５、平滑コンデンサ６、スイッチング素子７を備えている。二次側出力回路２は、ＤＣ出力部１０、フィードバック回路１１を備えている。絶縁トランス３は一次側入力回路１と二次側出力回路２との間に介装されている。絶縁トランス３における一次巻線Ｌ１と二次巻線Ｌ２はコア（鉄心）を介して磁気結合するようになっている。

一次側入力回路１における電力変換用のスイッチング素子７は絶縁トランス３の一次巻線Ｌ１に対して直列に接続されている。制御部８は、その出力端子ＯＵＴからスイッチング素子７の駆動制御端子（ゲート）に対して制御信号を出力することにより、スイッチング素子７に対するスイッチング制御を行うものとして構成されている。また、制御部８は、異常検出信号Ｓｄを検出すると動作を停止し、その状態を保持するように構成されている（ラッチ動作）。

外部信号Ｓｏは第１および第２の電圧降下回路に対し負論理に基づくローアクティブ信号となっている。第１の電圧降下回路１３は、外部信号Ｓｏが“Ｈ”レベルのときはオフ状態にあるが、外部信号Ｓｏが“Ｌ”レベルになるとターンオンして制御部電源回路９から制御部８の電源端子Ｖｃｃに至る線路を接地短絡するように構成されている。

第２の電圧降下回路１４は、外部信号Ｓｏが“Ｈ”レベルのときはオフ状態にあるが、外部信号Ｓｏが“Ｌ”レベルになるとターンオンして、フォトカプラ１２の受光素子から制御部８のフィードバック端子ＦＢに至る線路を接地短絡し、制御部８の発振を停止させるように構成されている。フィードバック端子ＦＢは、外部信号Ｓｏを“Ｌ”レベルにすることによりスイッチング制御に必要な制御部８の発振動作駆動を停止させることが可能な発振停止可能端子の一例である。

全波整流用のダイオードブリッジ５は整流用の４つのダイオードをブリッジ状に接続したもので、その交流入力点はＡＣ入力部４の出力端子間に接続され、その直流出力点は平滑コンデンサ６の両端子間に接続されている。絶縁トランス３における一次巻線Ｌ１に対して電力変換用のスイッチング素子７が直列に接続され、この直列回路が平滑コンデンサ６の両端子間に接続されている。スイッチング素子７はそのスイッチング動作が制御部８によって制御されるように構成されている。

制御部８に対する電源供給源として制御部電源回路９が設けられている。制御部電源回路９は絶縁トランス３におけるコアに磁気結合された補助巻線Ｌ３に誘起される電圧で制御部８の電源端子Ｖｃｃに電源を供給するものとして構成されている（詳細は後述する）。

二次側出力回路２は絶縁トランス３におけるコアに磁気結合された二次巻線Ｌ２を電力源とするもので、ＤＣ出力部１０には二次巻線Ｌ２に直列に接続された整流ダイオード（図示省略）や二次巻線Ｌ２に並列に接続された平滑コンデンサ（図示省略）が設けられている。二次巻線Ｌ２の両端子間に接続されたフィードバック回路１１はＤＣ出力部１０の出力電圧を検出し、その検出電圧に応じた電流をフォトカプラ１２の発光ダイオードなどの発光素子に供給するようになっている。フォトカプラ１２におけるフォトトランジスタなどの受光素子は制御部８におけるフィードバック端子ＦＢに接続されている。

以下、制御部電源回路９、第１の電圧降下回路１３および第２の電圧降下回路１４について詳しく説明する。

図２に示すように、制御部電源回路９は、平滑コンデンサ１５、ＮＰＮ型のトランジスタ１６、整流ダイオード１７、バイアス用の抵抗素子１８、ツェナーダイオード１９を備えている。すなわち、補助巻線Ｌ３の出力ラインと接地ラインとの間に平滑コンデンサ１５が接続され、平滑コンデンサ１５の正極端子と制御部８における電源端子Ｖｃｃとの間にトランジスタ１６と整流ダイオード１７の直列回路が接続され、トランジスタ１６のコレクタ・ベース間に抵抗素子１８が接続され、トランジスタ１６のベースと接地ラインとの間にツェナーダイオード１９が接続されている。

２０は制御部８における電源端子Ｖｃｃと接地ラインとの間に接続されたコンデンサ、２１は同じ回路構成の平滑コンデンサ、２２は制御部８におけるフィードバック端子ＦＢと接地ラインとの間に接続されたコンデンサである。

第１の電圧降下回路１３は、絶縁型信号伝達素子としてのフォトカプラ２３、抵抗素子２４，２５、コンデンサ２６、ＮＰＮ型のトランジスタ２７、ツェナーダイオード２８、抵抗素子２９を備えている。２３ａはフォトカプラ２３における発光ダイオードなどの発光素子、２３ｂはフォトトランジスタなどの受光素子である。受光素子２３ｂの正極端子（コレクタ）と接地ラインとの間に抵抗素子２４，２５の抵抗分割回路が接続されている。抵抗素子２５の両端子間にコンデンサ２６が接続され、コンデンサ２６と抵抗素子２４，２５の共通接続点にＮＰＮ型のトランジスタ２７のベースが接続されている。トランジスタ２７のエミッタは接地され、コレクタはツェナーダイオード２８と抵抗素子２９を介して制御部８の電源端子Ｖｃｃに接続されている。

第２の電圧降下回路１４は、抵抗素子３０，３１，３２、コンデンサ３３、ＮＰＮ型のトランジスタ３４を備えている。フォトカプラ２３における受光素子２３ｂの正極端子（コレクタ）と接地ラインとの間に抵抗素子３１，３２の抵抗分割回路が接続されている。抵抗素子３２の両端子間にコンデンサ３３が接続され、コンデンサ３３と抵抗素子３１，３２の共通接続点にＮＰＮ型のトランジスタ３４のベースが接続されている。トランジスタ３４のエミッタは接地され、コレクタは制御部８のフィードバック端子ＦＢに接続されている。抵抗素子３１，３２の抵抗分割回路は抵抗素子３０を介して制御部８の電源端子Ｖｃｃに接続されている。

ＡＣ入力部４とダイオードブリッジ５との間には上記した従来例におけるようなリレー６１は介装されていない。

次に、上記のように構成されたスイッチング電源制御装置の動作を説明する。

ＡＣ入力部４に交流電圧が入力されると、ダイオードブリッジ５で全波整流され、平滑コンデンサ６で平滑化された直流電圧が絶縁トランス３の一次巻線Ｌ１に印加される。これと同時に、図示しない起動回路が動作して制御部８の電源端子Ｖｃｃにつながるコンデンサ２０に充電が行われ、制御部・電源端子Ｖｃｃに供給される電圧が制御部８のスイッチング動作開始電圧Ｖ_thＨまで上昇すると、制御部８はその制御出力端子ＯＵＴからスイッチング素子７に対するスイッチング制御信号の出力を開始する。

これにより、絶縁トランス３において二次巻線Ｌ２と補助巻線Ｌ３に電圧が誘起され、二次側出力回路２におけるＤＣ出力部１０は電圧変換（降圧または昇圧）と平滑化を行って図示しない負荷回路に対し直流電圧を出力する。

二次側出力回路２におけるフィードバック回路１１は出力電圧を検出し、その検出信号をフォトカプラ１２を介して制御部８のフィードバック端子ＦＢにフィードバックする。その結果として、制御部８はスイッチング制御信号を制御し、出力電圧を安定的に一定範囲内に保持することになる（負帰還制御）。すなわち、出力電圧が増加すればスイッチング素子７に対するスイッチング制御信号のオンデューティを減少させることにより出力電圧を降下させ、逆に、出力電圧が降下すればオンデューティを増加させることにより出力電圧を増加させる。

次に、ラッチ動作モードと通常動作モードとを説明する。

（ａ）ラッチ動作モード
過電流（過負荷）発生などの異常事態の発生が検出されたとき、異常検出信号（ラッチ信号）Ｓｄによって制御部８は電力変換用のスイッチング素子７のスイッチング動作を停止する。これに伴って、二次側出力回路２からの直流電力の出力が停止するとともに、一次巻線Ｌ１に磁気結合された補助巻線Ｌ３に誘起される電圧が消失する。

そして、その後異常状態が解除されても、制御部８の電源端子Ｖｃｃに供給される電圧がラッチ解除電圧を下回るまで、スイッチング動作を停止し続ける。

すなわち、<a1>スイッチング駆動停止、<a2>ＤＣ出力停止、<a3>補助巻線電圧消失、<a4>制御部８がラッチ状態を保持の４つの状況が発現する（ラッチ動作）。なお、この段階では外部信号Ｓｏは“Ｈ”レベルのままで第１の電圧降下回路１３も第２の電圧降下回路１４も不動作（非接地）状態であるので、制御部８の電源端子Ｖｃｃに供給される電圧はラッチ解除電圧よりも高い状態を保っている。なお、ラッチ解除電圧はスイッチング動作開始電圧Ｖ_thＨよりも低いレベルに設定されている。

その後、制御部８におけるラッチ解除を行うために、外部信号Ｓｏを“Ｌ”レベルに切り替えると、第１の電圧降下回路１３と第２の電圧降下回路１４が動作する。すなわち、第１の電圧降下回路１３を介して制御部電源回路９つまりは制御部８の電源端子Ｖｃｃにおける電圧降下が開始されるとともに、第２の電圧降下回路１４を介して制御部８の発振停止可能端子であるフィードバック端子ＦＢが接地電位に引き込まれる。このフィードバック端子ＦＢの電圧降下と電源端子Ｖｃｃの電圧降下とが同時的ないし並行的に行われると、電源端子Ｖｃｃに供給される電圧が制御部８のラッチ解除電圧以下まで速やかに降下し、制御部８のラッチ状態が解除される。これは一次側入力回路１におけるＡＣ入力の遮断と同等の効果であり、外部信号Ｓｏの反転によるラッチ解除も可能となる。

（ｂ）通常動作モード
一方、装置が正常に動作している通常動作モードにおいて、任意に二次側出力回路２からの出力をオフ／オン切り替え操作する場合には（ラッチとは無関係）、次のようになる。

二次側出力回路２からの出力をオフするべく外部信号Ｓｏを“Ｌ”レベルに切り替えると、上記（ａ）で説明したのと同様に、第１の電圧降下回路１３と第２の電圧降下回路１４が動作する。すなわち、第１の電圧降下回路１３を介して制御部電源回路９つまりは制御部８の電源端子Ｖｃｃにおける電圧降下が開始されるとともに、第２の電圧降下回路１４を介して制御部８の発振停止可能端子であるフィードバック端子ＦＢが接地電位に引き込まれる。この制御部８のフィードバック端子ＦＢの電圧降下と制御部８の電源端子Ｖｃｃの電圧降下とが同時的ないし並行的に行われると、電源端子Ｖｃｃに供給される電圧が比較的速やかに降下し、スイッチング動作開始電圧Ｖ_thＨを下回って、スイッチング素子７はスイッチング動作を停止するとともに、絶縁トランス３の一次巻線Ｌ１に磁気結合された補助巻線Ｌ３に誘起される電圧が消失する。また、二次側出力回路２からの直流電力の出力が停止する。

そして、補助巻線電圧消失の結果、電源端子Ｖｃｃに供給される電圧の降下が加速され、制御部８の動作停止電圧以下まで速やかに降下し、制御部８の発振が停止する。この（ｂ）での制御においては、外部信号Ｓｏを“Ｌ”レベルにすることの理由は、二次側出力回路２からの出力をオフしたいという動機に基づくものであり、（ａ）でのラッチ動作後のラッチ解除とは相違している。

なお、その後、外部信号Ｓｏを反転して“Ｈ”レベルにすれば、二次側出力回路２からの出力再開が可能となる。

第２の電圧降下回路１４を有しない上記の比較例においては、（ｂ）の通常動作モードにおいて、第１の電圧降下回路１３による制御部８の電源端子Ｖｃｃの電圧降下はあっても、第２の電圧降下回路１４による制御部８のフィードバック端子ＦＢの電圧降下がないので、補助巻線Ｌ３に誘起される電圧がまだ有効であり、そのために電源端子Ｖｃｃに供給される電圧の降下が緩く、スイッチング動作開始電圧Ｖ_thＨを下回るレベルまでの降下がしにくいものとなる。その結果、スイッチング素子７のスイッチング動作が継続され、補助巻線電圧が有効のままとなり、二次側出力回路２からの直流電力の出力停止が実現されないものとなる。

これに対して、本発明の場合には、制御部８の発振停止可能端子であるフィードバック端子ＦＢの電圧降下と制御部８の電源端子Ｖｃｃの電圧降下とが同時的ないし並行的に行われるため、スイッチング動作開始電圧Ｖ_thＨを下回るレベルまでの電源端子Ｖｃｃに供給される電圧の速やかな降下ひいてはスイッチング動作の停止、補助巻線電圧の消失を経た直流電力の出力停止が確実に実現する。

以下では、制御部電源回路９、第１の電圧降下回路１３および第２の電圧降下回路１４の動作を詳しく説明する。

いま、スイッチング電源制御装置の動作状態が正常であって、補助巻線Ｌ３に誘起された電圧が制御部８の電源端子Ｖｃｃに供給されているとする。この場合、補助巻線Ｌ３からの出力電圧によって平滑コンデンサ１５に対する充電が行われ、その充電電圧が抵抗素子１８を介してツェナーダイオード１９のカソードに印加されるため、ＮＰＮ型のトランジスタ１６のベースにはツェナーダイオード１９の降伏によって規定されるツェナー電圧（一定電圧）が印加され、トランジスタ１６はオン状態にあり、そこを流れる一定の電流が制御部８の電源端子Ｖｃｃに供給される。電源端子Ｖｃｃに供給される電圧はコンデンサ２０および平滑コンデンサ２１における充電電圧によって安定的に維持される。これにより、電源端子Ｖｃｃに供給される電圧が所定レベルに保持されて、制御部８が所定の動作を安定的に維持し、スイッチング素子７に対するスイッチング制御を司ることになる。

このとき、外部信号Ｓｏは“Ｈ”レベル状態であり、フォトカプラ２３が動作状態にあって受光素子２３ｂが導通状態となっているため、抵抗素子２４，３０，３１の共通接続ノードＢが“Ｌ”レベルで、第１の電圧降下回路１３のＮＰＮ型のトランジスタ２７も第２の電圧降下回路１４のＮＰＮ型のトランジスタ３４も非導通状態となっている。したがって、制御部８の電源端子Ｖｃｃもフィードバック端子ＦＢも電圧降下は受けていない。

次に、二次側出力回路２のＤＣ出力部１０からの出力を任意に停止させる場合の動作を詳しく説明する。

定常状態において“Ｈ”レベルであった外部信号Ｓｏを“Ｌ”レベルに切り替えると、フォトカプラ２３が非動作状態となり、受光素子２３ｂがターンオフするためノードＢの電位が反転して“Ｈ”レベルとなる。その結果、トランジスタ２７およびトランジスタ３４が反転してターンオンし、第１の電圧降下回路１３と第２の電圧降下回路１４が同時的に導通状態に切り替わる。

第１の電圧降下回路１３の導通によって、制御部８における電源端子Ｖｃｃに対して電圧降下が開始される。同時的に、第２の電圧降下回路１４の導通によって、制御部８におけるフィードバック端子ＦＢに対して電圧降下が開始される。

ここで、電源端子Ｖｃｃに対する電圧降下とフィードバック端子ＦＢに対する電圧降下について、比較検討する。

電源端子Ｖｃｃには接地ラインとの間にコンデンサ２０や平滑コンデンサ２１が接続されており、これらに対して補助巻線Ｌ３からの電源供給が継続されている。それは、スイッチング素子７のスイッチング動作が継続しているためである（補助巻線Ｌ３からの充電により電源端子Ｖｃｃに供給される電圧の降下速度が遅く、スイッチング動作開始電圧Ｖ_thＨより高い電位を維持しているため）。一方、フィードバック端子ＦＢも接地ラインとの間にコンデンサ２２が接続されているが、これに対しては補助巻線Ｌ３からのような電源供給は行われない。このような相違があるため、電源端子Ｖｃｃの電圧降下とフィードバック端子ＦＢの電圧降下との間には電圧降下速度の差異が生じる。フィードバック端子ＦＢの電圧降下の速度は電源端子Ｖｃｃの電圧降下の速度に比べてかなり高速である。

フィードバック端子ＦＢの電位が速やかに接地電位まで降下するが、このフィードバック端子ＦＢは接地短絡によって制御部８の発振を停止させることが可能な発振停止可能端子であるから、制御部８は速やかに発振動作を停止し、絶縁トランス３の一次巻線Ｌ１に直列接続されたスイッチング素子７がそのスイッチング動作を停止する。その結果、絶縁トランス３の一次巻線Ｌ１にそれまで流れていた電流が途切れ、補助巻線Ｌ３における誘起電圧が速やかに消失する。

このように外部信号Ｓｏを“Ｌ”レベルに切り替えると、速やかに補助巻線電圧が消失するので、補助巻線Ｌ３からコンデンサ２０や平滑コンデンサ２１への充電が無くなり、制御部８の電源端子Ｖｃｃに供給される電圧が急速に接地レベルに近づき、速やかに動作停止電圧を下回るに至り、制御部８つまりはスイッチング電源制御装置は完全に動作を停止する。

その後、外部信号Ｓｏを“Ｈ”レベルに戻せば、ＡＣ入力部４での電源再投入によりスイッチング電源制御装置が再起動される。

以上のように、制御部８における電源端子Ｖｃｃを外部信号Ｓｏによって電圧降下（接地短絡）させるための第１の電圧降下回路１３に加えて、接地短絡によって制御部８の発振を停止させることが可能な発振停止可能端子であるフィードバック端子ＦＢと接地ラインとの間に第２の電圧降下回路１４を接続した上で、この第２の電圧降下回路１４をも同じ外部信号Ｓｏによって接地短絡させるように構成したので、ラッチ解除のためにＡＣ入力回路部分にリレー等の開閉器を備えていなくても、すなわち、リレーに要するコストアップの問題や、リレー接点が物理接点であることに起因する異物混入やＯＮ／ＯＦＦ繰り返しによる摩耗・品質劣化等の問題を回避しながら、異常事態発生に伴うラッチ動作モード時の外部信号Ｓｏによるラッチ解除動作の有効性を確保しつつ、通常動作モード時において同じ外部信号Ｓｏを用いて出力のオン／オフ切り替えの機能を実現することができる。

なお、上記実施例では、制御部８の電源端子Ｖｃｃに繋がるラインと接地ラインとの間に挿入された第１の電圧降下回路１３により制御部８の電源端子Ｖｃｃを接地電位に引き込むことで制御部８の電源端子Ｖｃｃに供給される電圧を降下させているが、これに限らず、制御部８の電源端子Ｖｃｃに供給される電圧を制御部８の動作停止電圧以下に降下させることが可能であれば、その構成は問わない。

同様に、上記実施例では、スイッチング制御に必要な制御部８の発振動作を停止させることが可能な発振停止可能端子（実施例では、フィードバック端子ＦＢ）に繋がるラインと接地ラインとの間に挿入された第２の電圧降下回路１４により制御部８の発振停止可能端子を接地電位に引き込むことで制御部８のフィードバック端子ＦＢを降下させているが、これに限らず、電源端子以外の他の端子に印加されている電圧を制御部８の発振動作が停止する電圧以下に降下させることが可能であれば、その構成は問わない。

また、上記実施例では第１の電圧降下回路１３と第２の電圧降下回路１４との外部信号Ｓｏによる接地短絡（電圧降下）のタイミングを同時的なものに構成したが、（電圧降下）のタイミングに関しては第２の電圧降下回路１４の方を優先して電圧降下させるように構成するのもよい。それに対しては、例えばトランジスタ２７，３４のベースに接続されたコンデンサ２６とコンデンサ３３との二者間において容量差をもたせるなどの対策がある。

本発明は、ラッチ解除を行う外部信号を有効利用しながら、通常動作モードでの直流電力出力の停止と再出力の切り替えを確実化する技術として有用である。

１一次側入力回路
２二次側出力回路
３絶縁トランス
７電力変換用のスイッチング素子
８制御部
９制御部電源回路
１３第１の電圧降下回路
１４第２の電圧降下回路
ＦＢフィードバック端子（発振停止可能端子）
Ｌ１一次巻線
Ｌ３補助巻線
Ｓｄ異常検出信号
Ｓｏ外部信号
Ｖｃｃ電源端子

Claims

一次側入力回路と二次側出力回路との間に介装された絶縁トランスの一次巻線に接続された電力変換用のスイッチング素子をスイッチング制御するもので、異常検出信号を検出すると前記スイッチング素子に対するスイッチング制御を停止しその状態を保持するラッチ動作の機能を有する制御部と、
前記一次巻線に磁気結合された補助巻線に誘起される電圧で前記制御部の電源端子に電源を供給する制御部電源回路と、
外部信号によってオン／オフ制御され、前記制御部の電源端子に供給される電圧を前記制御部の動作停止電圧以下に降下させることが可能な第１の電圧降下回路と、
前記外部信号によってオン／オフ制御され、前記制御部における前記電源端子以外の他の端子に印加されている電圧を降下させることで前記スイッチング制御に必要な前記制御部の発振動作を停止させることが可能な第２の電圧降下回路と
を備え、
前記外部信号によって前記ラッチ動作を解除する際に前記第１の電圧降下回路に加えて前記第２の電圧降下回路を動作させることを特徴とするスイッチング電源制御装置。
前記第１の電圧降下回路は、前記制御部電源回路と接地ラインとの間を短絡することで前記制御部の電源端子に供給される電圧を前記制御部の動作停止電圧以下に降下させるように構成されている請求項１に記載のスイッチング電源制御装置。
前記第２の電圧降下回路は、前記他の端子と接地ラインとの間を短絡することで前記スイッチング制御に必要な前記制御部の発振動作を停止させるように構成されている請求項１または２に記載のスイッチング電源制御装置。
前記第１の電圧降下回路と前記第２の電圧降下回路を動作させるタイミングに関して、前記第２の電圧降下回路を動作させるタイミングの方を優先するように構成してある請求項１ないし３のいずれかに記載のスイッチング電源制御装置。
前記制御部の発振動作を停止させる前記他の端子は、前記二次側出力回路の出力電圧を所定範囲内に制御するための、前記二次側出力回路で検出されて前記制御部にフィードバックされる電圧を入力するフィードバック端子である請求項１ないし４のいずれかに記載のスイッチング電源制御装置。