JP2023128090A

JP2023128090A - スイッチング電源装置、電力変換装置

Info

Publication number: JP2023128090A
Application number: JP2022032188A
Authority: JP
Inventors: 颯斗二瓶; Hayato Nihei; 光一八幡; Koichi Yahata
Original assignee: Hitachi Astemo Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2022-03-02
Filing date: 2022-03-02
Publication date: 2023-09-14

Abstract

【課題】故障率の増加やコストアップを抑えつつ、スイッチング電源装置におけるフィードバック電圧の異常対策を行う。【解決手段】スイッチング電源装置１において、フィードバック回路５０は、トランス３０の１次側補助巻線Ｎ１ｂと電気的に接続され、１次側補助巻線Ｎ１ｂの電圧に基づいて出力電圧Ｖｏｕｔに応じたフィードバック電圧を生成する。制御回路２０は、フィードバック電圧とスイッチング素子Ｔ１に流れる電流とに基づいて駆動信号を生成し、スイッチング素子Ｔ１の駆動信号受信端子に出力する。スイッチング素子Ｔ３において、正極側端子は、スイッチング素子Ｔ１の駆動信号受信端子と電気的に接続され、負極側端子は、スイッチング素子Ｔ１の負極側端子と電気的に接続され、駆動信号受信端子は、１次側補助巻線Ｎ１ｂと電気的に接続される。【選択図】図１

Description

本発明は、スイッチング電源装置および電力変換装置に関する。

従来、電流モード制御型のフライバックコンバータによるスイッチング電源装置が広く利用されている。こうしたスイッチング電源装置では通常、出力電圧に応じたフィードバック電圧を出力するフィードバック回路を設け、スイッチング素子に流れるスイッチング電流と、フィードバック回路から出力されるフィードバック電圧とに基づいて、出力電圧を一定に制御するフィードバック制御を行っている。

上記のスイッチング電源装置において、フィードバック回路の故障によりフィードバック電圧に異常が発生すると、フィードバック制御を行う制御回路では、正しいフィードバック電圧の情報が入力されずに、スイッチング電流の情報しか入力されない場合がある。この場合、スイッチング電流が所定の過電流しきい値に達するまでスイッチング素子のデューティーが増加してしまうことで、スイッチング電源装置からの出力電圧が異常上昇する可能性がある。こうした出力電圧の異常上昇は、スイッチング電源装置に接続された負荷や、スイッチング電源装置内の制御回路の故障を招く可能性がある。

スイッチング電源装置が搭載されるシステムの機能安全の観点からは、スイッチング電源装置の出力電圧に異常が生じた場合であっても、他の回路への悪影響を最小限に留めることが望ましい。したがって、スイッチング電源装置ではフィードバック電圧の異常への対策を考慮する必要がある。

スイッチング電源装置におけるフィードバック電圧の異常対策に関して、例えば特許文献１の技術が知られている。特許文献１には、トランスの二次側に異常検出回路とフォトカプラを設け、異常検出回路が異常を検出した場合に、出力電圧検出回路からのフィードバック信号を伝達するフォトカプラの電流が遮断されることにより、二次側の異常を一次側に知らせて一次側のスイッチング制御を停止させるスイッチング電源装置が記載されている。

特開２０２０－５８１６６号公報

特許文献１に記載のスイッチング電源装置では、トランスの二次側に異常検出回路やフォトカプラを設ける必要があるため、部品数の増加による故障率の増加やコストアップを招くおそれがある。

本発明によるスイッチング電源装置は、所定の出力電圧を生成するものであって、１次側主巻線、１次側補助巻線および２次側主巻線を備え、前記２次側主巻線の電圧に基づいて前記出力電圧を生成するトランスと、第１の正極側端子、第１の負極側端子および第１の駆動信号受信端子を有し、前記第１の駆動信号受信端子に入力される駆動信号に応じて前記第１の正極側端子と前記第１の負極側端子の間を導通または遮断するスイッチング動作を行うことにより、前記第１の正極側端子と電気的に接続された前記１次側主巻線に流れる電流を制御する第１のスイッチング素子と、前記１次側補助巻線と電気的に接続され、前記１次側補助巻線の電圧に基づいて前記出力電圧に応じたフィードバック電圧を生成するフィードバック回路と、前記フィードバック電圧と前記第１のスイッチング素子に流れる電流とに基づいて前記駆動信号を生成し、前記第１の駆動信号受信端子に出力する制御回路と、第２の正極側端子、第２の負極側端子および第２の駆動信号受信端子を有し、前記第２の駆動信号受信端子の電圧に応じて、前記第２の正極側端子と前記第２の負極側端子の間を導通または遮断する第２のスイッチング素子と、を備え、前記第２の正極側端子は、前記第１の駆動信号受信端子と電気的に接続され、前記第２の負極側端子は、前記第１の負極側端子と電気的に接続され、前記第２の駆動信号受信端子は、前記１次側補助巻線と電気的に接続される。
本発明の第１の態様による電力変換装置は、直流電力を交流電力に変換するものであって、上記スイッチング電源装置を用いて構成され、前記電力変換装置の外部に接続された第１の直流電源に基づいてバックアップ電源を生成するバックアップ電源部と、前記電力変換装置の外部に接続された第２の直流電源または前記バックアップ電源部からの電源供給を受けて動作し、前記交流電力に応じた制御信号を生成する制御部と、前記制御信号に基づくゲート駆動信号を生成するゲートドライバと、前記ゲート駆動信号に基づいて動作し、前記直流電力を前記交流電力に変換するパワーモジュールと、を備える。
本発明の第２の態様による電力変換装置は、直流電力を交流電力に変換するものであって、上記スイッチング電源装置を用いて構成され、前記電力変換装置の外部に接続された直流電源に基づいて駆動電源を生成するゲートドライブ電源部と、前記交流電力に応じた制御信号を生成する制御部と、前記ゲートドライブ電源部から供給される前記駆動電源を用いて前記制御信号に基づくゲート駆動信号を生成するゲートドライバと、前記ゲート駆動信号に基づいて動作し、前記直流電力を前記交流電力に変換するパワーモジュールと、を備える。

本発明によれば、故障率の増加やコストアップを抑えつつ、スイッチング電源装置におけるフィードバック電圧の異常対策を行うことができる。

本発明の第１の実施形態に係るスイッチング電源装置の構成を示す図である。本発明の第１の実施形態に係るスイッチング電源装置の故障箇所を示す図である。本発明の第１の実施形態に係るスイッチング電源装置において、フィードバック電圧が異常となる前後での各電圧の変化の様子を示す図である。本発明の第２の実施形態に係るスイッチング電源装置の構成を示す図である。本発明の第２の実施形態に係るスイッチング電源装置において、フィードバック電圧が異常となる前後での各電圧の変化の様子を示す図である。本発明の第３の実施形態に係るスイッチング電源装置の構成を示す図である。本発明の第３の実施形態に係るスイッチング電源装置において、フィードバック電圧が異常となる前後での各電圧の変化の様子を示す図である。本発明の第４の実施形態に係る電力変換装置の構成を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の記載および図面は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略および簡略化がなされている。本発明は、他の種々の形態でも実施する事が可能である。特に限定しない限り、各構成要素は単数でも複数でも構わない。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るスイッチング電源装置の構成を示す図である。図１に示すスイッチング電源装置１は、直流電源２から供給される直流電圧Ｖｄｃを電圧変換することで出力電圧Ｖｏｕｔを生成し、負荷３へ出力する電源装置である。スイッチング電源装置１は、スタートアップ回路１０、制御回路２０、トランス３０、電流制御部４０、フィードバック回路５０および判定・遮断部６０を備える。

スタートアップ回路１０は、スイッチング電源装置１の電源投入時に、直流電源２から供給される直流電圧Ｖｄｃを用いて、制御回路２０を起動させるための起動電圧を生成する。スタートアップ回路１０は、例えば図１に示すように、抵抗Ｒ３、ツェナーダイオードＺ１、スイッチング素子Ｔ２およびコンデンサＣ１を組み合わせて構成される。スタートアップ回路１０が生成した起動電圧は、ダイオードＤ３を介して制御回路２０の電源端子Ｖｃｃに入力される。なお、直流電源２から供給される直流電圧Ｖｄｃを制御回路２０の電源端子Ｖｃｃに直接入力できる場合は、スイッチング電源装置１にスタートアップ回路１０を設けなくてもよい。

制御回路２０は、例えばＩＣ（集積回路）を用いて構成されており、フィードバック電圧入力端子ＦＢ、グランド端子ＧＮＤ、電源端子Ｖｃｃ、駆動信号出力端子Ｏｕｔおよび電流信号入力端子ＣＳを有する。フィードバック電圧入力端子ＦＢには、フィードバック回路５０から出力されるフィードバック電圧信号が入力され、電流信号入力端子ＣＳには、電流制御部４０に流れる電流に応じた電圧信号が入力される。制御回路２０は、これらの入力端子にそれぞれ入力される信号に基づいて、トランス３０の１次側主巻線Ｎ１ａに流れる電流を制御するための駆動信号を生成し、駆動信号出力端子Ｏｕｔからゲート抵抗Ｒ４を介して電流制御部４０に出力する。

電源端子Ｖｃｃには、スタートアップ回路１０から出力される起動電圧、またはフィードバック回路５０を介したトランス３０の１次側主巻線Ｎ１ａの電圧が入力される。制御回路２０は、電源端子Ｖｃｃに入力されるこれらの電圧を動作電源として動作し、上記の駆動信号を生成する。なお、スタートアップ回路１０およびフィードバック回路５０と電源端子Ｖｃｃの間には、逆電流を防止するためのダイオードＤ３，Ｄ４がそれぞれ接続されている。

グランド端子ＧＮＤは、直流電源２の負極側に接続されている。制御回路２０は、このグランド端子ＧＮＤの電位を基準電位として、上記の駆動信号を生成する。

トランス３０は、１次側主巻線Ｎ１ａ、１次側補助巻線Ｎ１ｂおよび２次側主巻線Ｎ２を備える。１次側主巻線Ｎ１ａは電流制御部４０と接続されており、制御回路２０が生成する駆動信号に応じて電流制御部４０のスイッチング素子Ｔ１がスイッチング動作を行うことで、１次側主巻線Ｎ１ａに流れる電流が制御される。２次側主巻線Ｎ２は、１次側主巻線Ｎ１ａとトランス結合されており、１次側主巻線Ｎ１ａに電流が流れると、１次側主巻線Ｎ１ａと２次側主巻線Ｎ２の巻数比に応じた電圧が２次側主巻線Ｎ２の両端間に生じる。これにより、２次側主巻線Ｎ２の両端にそれぞれ接続された出力端子Ｐ１，Ｐ２の間に電圧が生じ、スイッチング電源装置１からの出力電圧Ｖｏｕｔとして負荷３に出力される。なお、２次側主巻線Ｎ２と出力端子Ｐ１の間には、２次側主巻線Ｎ２の電圧を整流するためのダイオードＤ２が接続されている。

１次側補助巻線Ｎ１ｂは、２次側主巻線Ｎ２とトランス結合されており、上記の出力電圧Ｖｏｕｔに応じた電圧が１次側補助巻線Ｎ１ｂの両端間に生じる。この１次側補助巻線Ｎ１ｂの電圧は、フィードバック回路５０に入力される。

電流制御部４０は、スイッチング素子Ｔ１およびシャント抵抗Ｒ１０を備える。スイッチング素子Ｔ１は、例えばＦＥＴ（Field Effect Transistor）を用いて構成されており、正極側端子（ドレイン端子）、負極側端子（ソース端子）および駆動信号受信端子（ゲート端子）を有する。スイッチング素子Ｔ１の正極側端子は、トランス３０の１次側主巻線Ｎ１ａと電気的に接続され、負極側端子は、シャント抵抗Ｒ１０を介して直流電源２の負極側と電気的に接続されている。駆動信号受信端子は、ゲート抵抗Ｒ４を介して制御回路２０の駆動信号出力端子Ｏｕｔと接続されており、駆動信号出力端子Ｏｕｔから出力されるパルス状の駆動信号が駆動信号受信端子に入力される。この駆動信号に応じて、スイッチング素子Ｔ１が正極側端子と負極側端子の間を導通または遮断するスイッチング動作を行うことにより、トランス３０の１次側主巻線Ｎ１ａに電力が供給されるとともに、１次側主巻線Ｎ１ａに流れる電流が制御されて出力電圧Ｖｏｕｔが所定の電圧値に調整される。シャント抵抗Ｒ１０は、スイッチング素子Ｔ１に流れる電流を電圧信号に変換し、制御回路２０に出力する。

フィードバック回路５０は、トランス３０の１次側補助巻線Ｎ１ｂと電気的に接続され、１次側補助巻線Ｎ１ｂの電圧に基づいて出力電圧Ｖｏｕｔに応じたフィードバック電圧を生成する。フィードバック回路５０は、例えば図１に示すように、分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２およびダイオードＤ２を組み合わせて構成される。分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２は、１次側補助巻線Ｎ１ｂの電圧を所定の分圧比で降圧し、フィードバック電圧として制御回路２０に出力する。ダイオードＤ２は、１次側補助巻線Ｎ１ｂの電圧を整流する。

判定・遮断部６０は、フィードバック電圧の過電圧判定および駆動信号の遮断を行う回路であり、スイッチング素子Ｔ３を備える。スイッチング素子Ｔ３は、電流制御部４０のスイッチング素子Ｔ１と同様に、例えばＦＥＴを用いて構成されており、正極側端子（ドレイン端子）、負極側端子（ソース端子）および駆動信号受信端子（ゲート端子）を有する。スイッチング素子Ｔ３の正極側端子は、スイッチング素子Ｔ１の駆動信号受信端子と電気的に接続され、負極側端子は、シャント抵抗Ｒ１０を介してスイッチング素子Ｔ１の負極側端子と電気的に接続されている。駆動信号受信端子は、フィードバック回路５０と接続されており、フィードバック回路５０内のダイオードＤ２を介して、トランス３０の１次側補助巻線Ｎ１ｂと電気的に接続されている。なお、フィードバック電圧の過電圧判定および駆動信号の遮断を行うことができれば、例えばコンパレータやトランジスタ、フォトカプラなどを用いて、あるいはこれらを組み合わせて用いることで、判定・遮断部６０を構成してもよい。

判定・遮断部６０において、スイッチング素子Ｔ３の各端子は上記のように接続されている。これにより、判定・遮断部６０は、フィードバック回路５０から出力されるフィードバック電圧が異常となった場合に、スイッチング素子Ｔ１の駆動信号受信端子に入力される駆動信号を遮断して出力電圧Ｖｏｕｔが異常上昇するのを防止することができる。なお、このときの判定・遮断部６０の具体的な動作については後述する。

次に、フィードバック電圧異常時の判定・遮断部６０の動作について説明する。以下では図２に示すように、フィードバック回路５０において、分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２と制御回路２０の接続点に断線等によるオープン故障が生じ、これにより出力電圧Ｖｏｕｔに応じたフィードバック電圧がフィードバック回路５０から出力されなくなった場合を説明する。また、フィードバック回路５０を介して出力される１次側補助巻線Ｎ１ｂの電圧をＶｆｂ、スイッチング素子Ｔ１の駆動信号受信端子に入力される駆動信号の電圧をＶｇ１、スイッチング素子Ｔ３の駆動信号受信端子の電圧をＶｇ３として説明する。

図３は、本発明の第１の実施形態に係るスイッチング電源装置において、フィードバック電圧が異常となる前後での各電圧の変化の様子を示す図である。図３に示すように、フィードバック電圧が異常となる前は、制御回路２０がフィードバック電圧に基づいて設定したデューティーでパルス状の電圧Ｖｇ１を生成する。このパルス電圧Ｖｇ１がスイッチング素子Ｔ１の駆動信号受信端子に駆動信号として入力されることで、トランス３０の１次側主巻線Ｎ１ａに流れる電流が所定の大きさに制御され、出力電圧Ｖｏｕｔが所望の値に調整される。このとき、１次側補助巻線Ｎ１ｂの電圧Ｖｆｂは、出力電圧Ｖｏｕｔに応じた一定の値となる。

時刻ｔ１にフィードバック回路５０において分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２と制御回路２０の接続点にオープン故障が発生し、これによってフィードバック電圧が異常になると、制御回路２０はパルス電圧Ｖｇ１のデューティーを最大値に設定する。これにより、トランス３０の１次側主巻線Ｎ１ａに流れる電流が増大し、これに応じて出力電圧Ｖｏｕｔが上昇するとともに、１次側補助巻線Ｎ１ｂの電圧Ｖｆｂも上昇する。

１次側補助巻線Ｎ１ｂの電圧Ｖｆｂが上昇すると、これに応じてスイッチング素子Ｔ３の駆動信号受信端子に印加される電圧Ｖｇ３も上昇する。この電圧Ｖｇ３が所定のしきい値電圧付近になると、スイッチング素子Ｔ３がターンオンし、正極側端子と負極側端子の間が導通する。その結果、スイッチング素子Ｔ３の正極側端子と接続されているスイッチング素子Ｔ１の駆動信号受信端子の電圧が低下する。

判定・遮断部６０において、フィードバック電圧異常時にスイッチング素子Ｔ３が上記のような動作を行うことにより、制御回路２０から出力されるパルス電圧Ｖｇ１のデューティーに関わらず、スイッチング素子Ｔ１の駆動信号受信端子の電圧を低下させ、１次側主巻線Ｎ１ａに流れる電流の上昇を抑制することができる。その結果、出力電圧Ｖｏｕｔが異常に上昇してしまうのを防止できる。

なお、このときスイッチング素子Ｔ３の駆動信号受信端子に印加される電圧Ｖｇ３は、上記しきい値電圧の近傍に収束する。そのため、スイッチング素子Ｔ３がハーフオン状態、すなわち正極側端子と負極側端子の間が比較的高いオン抵抗で導通された状態となり、これに応じて、スイッチング素子Ｔ１もハーフオン状態となる。したがって、電流制御部４０を安定に動作させ、出力電圧Ｖｏｕｔを一定に維持することができる。

以上説明した本発明の第１の実施形態によれば、スイッチング電源装置１は、所定の出力電圧Ｖｏｕｔを生成するものであって、トランス３０と、スイッチング素子Ｔ１，Ｔ３と、フィードバック回路５０と、制御回路２０とを備える。トランス３０は、１次側主巻線Ｎ１ａ、１次側補助巻線Ｎ１ｂおよび２次側主巻線Ｎ２を備え、２次側主巻線Ｎ２の電圧に基づいて出力電圧Ｖｏｕｔを生成する。スイッチング素子Ｔ１は、正極側端子、負極側端子および駆動信号受信端子を有し、駆動信号受信端子に入力される駆動信号に応じて正極側端子と負極側端子の間を導通または遮断するスイッチング動作を行うことにより、正極側端子と電気的に接続された１次側主巻線Ｎ１ａに流れる電流を制御する。フィードバック回路５０は、１次側補助巻線Ｎ１ｂと電気的に接続され、１次側補助巻線Ｎ１ｂの電圧に基づいて出力電圧Ｖｏｕｔに応じたフィードバック電圧を生成する。制御回路２０は、フィードバック電圧とスイッチング素子Ｔ１に流れる電流とに基づいて駆動信号を生成し、スイッチング素子Ｔ１の駆動信号受信端子に出力する。スイッチング素子Ｔ３は、正極側端子、負極側端子および駆動信号受信端子を有し、駆動信号受信端子の電圧に応じて、正極側端子と負極側端子の間を導通または遮断する。また、スイッチング素子Ｔ３において、正極側端子は、スイッチング素子Ｔ１の駆動信号受信端子と電気的に接続され、負極側端子は、スイッチング素子Ｔ１の負極側端子と電気的に接続され、駆動信号受信端子は、１次側補助巻線Ｎ１ｂと電気的に接続される。このようにしたので、スイッチング素子Ｔ１を有する電流制御部４０とは別にスイッチング素子Ｔ３を設けるだけで、フィードバック電圧異常時における出力電圧Ｖｏｕｔの異常上昇を防止できる。そのため、故障率の増加やコストアップを抑えつつ、スイッチング電源装置１におけるフィードバック電圧の異常対策を行うことができる。

（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態に係るスイッチング電源装置の構成を示す図である。図４に示すスイッチング電源装置１Ａは、第１の実施形態で説明したスイッチング電源装置１と比べて、フィードバック回路５０がフィードバック回路５０Ａに、判定・遮断部６０が判定・遮断部６０Ａにそれぞれ置き換えられている点が異なる。それ以外の点では、スイッチング電源装置１と同様であるため、以下では説明を省略する。

フィードバック回路５０Ａは、図１のフィードバック回路５０と比べて、１次側補助巻線Ｎ１ｂの両端間に降圧部５１がさらに設けられている点が異なる。降圧部５１は、例えば分圧抵抗Ｒ５，Ｒ６を用いて構成されており、１次側補助巻線Ｎ１ｂの電圧を所定の分圧比で降圧して判定・遮断部６０Ａに出力する。これにより、判定・遮断部６０Ａが過電圧として検知する１次側補助巻線Ｎ１ｂの電圧を、任意の電圧へと変更することができる。なお、降圧部５１の分圧比は、フィードバック電圧が過電圧となるときの１次側補助巻線Ｎ１ｂの電圧や、スイッチング素子Ｔ３がターンオンするしきい値電圧などに応じて決定される。

判定・遮断部６０Ａは、図１の判定・遮断部６０と比べて、スイッチング素子Ｔ３に加えて平滑部６１をさらに有する点が異なる。平滑部６１は、降圧部５１を介してスイッチング素子Ｔ３の駆動信号受信端子に入力される１次側補助巻線Ｎ１ｂの電圧を平滑化し、１次側補助巻線Ｎ１ｂの過電圧時にスイッチング素子Ｔ３がハーフオンになるのを抑制する回路であり、例えばコンデンサＣ２により構成される。コンデンサＣ２は、一端が１次側補助巻線Ｎ１ｂおよびスイッチング素子Ｔ３の駆動信号受信端子と電気的に接続され、他端がスイッチング素子Ｔ３の負極側端子と電気的に接続されている。なお、スイッチング素子Ｔ３の駆動信号受信端子に入力される１次側補助巻線Ｎ１ｂの電圧を平滑化できるものであれば、コンデンサ以外のものを用いて平滑部６１を構成してもよい。

図５は、本発明の第２の実施形態に係るスイッチング電源装置において、フィードバック電圧が異常となる前後での各電圧の変化の様子を示す図である。図５に示すように、フィードバック電圧が異常となる前は、第１の実施形態で説明した図３と同様である。

第１の実施形態と同様に、時刻ｔ１にフィードバック回路５０Ａにおいて分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２と制御回路２０の接続点にオープン故障が発生し、これによってフィードバック電圧が異常になると、制御回路２０はパルス電圧Ｖｇ１のデューティーを最大値に設定する。これにより、トランス３０の１次側主巻線Ｎ１ａに流れる電流が増大し、これに応じて出力電圧Ｖｏｕｔが上昇するとともに、１次側補助巻線Ｎ１ｂの電圧Ｖｆｂも上昇する。

本実施形態では、判定・遮断部６０Ａにおいて、スイッチング素子Ｔ３の駆動信号受信端子と負極側端子の間に平滑部６１が接続されている。そのため、１次側補助巻線Ｎ１ｂの電圧Ｖｆｂの変動に対して、スイッチング素子Ｔ３の駆動信号受信端子に印加される電圧Ｖｇ３には、時間的な変動の遅れが生じる。この電圧変動の遅れにより、スイッチング素子Ｔ３の駆動信号受信端子の電圧Ｖｇ３は、例えば図５に示すように、しきい値電圧の上下に振動を繰り返す。そのため、スイッチング素子Ｔ３は、ハーフオン状態を間に挟んでオン状態とオフ状態を繰り返す動作を行う。これに応じて、スイッチング素子Ｔ１もハーフオン状態を間に挟んで、パルス電圧Ｖｇ１に応じてオン状態とオフ状態を繰り返す動作と、オフ状態を維持する動作とを交互に行う。したがって、出力電圧Ｖｏｕｔを一定の範囲内に維持することができる。

以上説明した本発明の第２の実施形態によれば、スイッチング電源装置１Ａは、スイッチング素子Ｔ３の駆動信号受信端子に印加される電圧を平滑化する平滑部６１を備える。平滑部６１は、一端がスイッチング素子Ｔ３の駆動信号受信端子と電気的に接続され、他端がスイッチング素子Ｔ３の負極側端子と電気的に接続される。このようにしたので、フィードバック電圧異常時に、スイッチング素子Ｔ１がハーフオン状態に維持されるのを防いでスイッチング素子Ｔ１の発熱を抑制しつつ、出力電圧Ｖｏｕｔの異常上昇を防止できる。

また、フィードバック回路５０Ａは、１次側補助巻線Ｎ１ｂの電圧を降圧する降圧部５１を備える。スイッチング素子Ｔ３の駆動信号受信端子は、降圧部５１を介して１次側補助巻線Ｎ１ｂと電気的に接続される。このようにしたので、判定・遮断部６０Ａが過電圧として検知する１次側補助巻線Ｎ１ｂの電圧を、任意の電圧に設定することができる。

（第３の実施形態）
図６は、本発明の第３の実施形態に係るスイッチング電源装置の構成を示す図である。図６に示すスイッチング電源装置１Ｂは、第２の実施形態で説明したスイッチング電源装置１Ａと比べて、判定・遮断部６０Ａが判定・遮断部６０Ｂに置き換えられている点が異なる。それ以外の点では、スイッチング電源装置１Ａと同様であるため、以下では説明を省略する。

判定・遮断部６０Ｂは、図４の判定・遮断部６０Ａと比べて、スイッチング素子Ｔ３および平滑部６１に加えてラッチ部６２をさらに有する点が異なる。ラッチ部６２は、出力電圧Ｖｏｕｔの過電圧時にスイッチング素子Ｔ３の駆動信号受信端子に入力される電圧をしきい値以上に保持する回路であり、例えばダイオードＤ５により構成される。ダイオードＤ５は、一端が１次側補助巻線Ｎ１ｂおよび平滑部６１と電気的に接続され、他端がスイッチング素子Ｔ３の駆動信号受信端子と電気的に接続される。なお、スイッチング素子Ｔ３の駆動信号受信端子に入力される電圧を保持できるものであれば、ダイオード以外のもの、例えばトランジスタや論理回路によるラッチ回路などを用いて、ラッチ部６２を構成してもよい。

図７は、本発明の第３の実施形態に係るスイッチング電源装置において、フィードバック電圧が異常となる前後での各電圧の変化の様子を示す図である。図７に示すように、フィードバック電圧が異常となる前は、第１、第２の実施形態でそれぞれ説明した図３、図５と同様である。

本実施形態では、判定・遮断部６０Ｂにおいて、平滑部６１とスイッチング素子Ｔ３の駆動信号受信端子の間にラッチ部６２が接続されている。そのため、スイッチング素子Ｔ３の駆動信号受信端子に印加される電圧Ｖｇ３がしきい値以上になってスイッチング素子Ｔ３が一度ターンオンされると、電圧Ｖｇ３がしきい値以上に保持される。これにより、スイッチング素子Ｔ３は、駆動信号受信端子に蓄積されたゲート電荷が放電されるまでの間はフライバック動作を停止してオン状態を維持する。その結果、スイッチング素子Ｔ１の駆動信号受信端子に印加される電圧が低下し続け、スイッチング素子Ｔ１はオフ状態を維持する。したがって、出力電圧Ｖｏｕｔを０まで低下させることができる。

以上説明した本発明の第３の実施形態によれば、スイッチング電源装置１Ｂは、スイッチング素子Ｔ３の駆動信号受信端子に印加される電圧を一定に保持するラッチ部６２を備える。ラッチ部６２は、一端が１次側補助巻線Ｎ１ｂおよび平滑部６１と電気的に接続され、他端がスイッチング素子Ｔ３の駆動信号受信端子と電気的に接続される。このようにしたので、フィードバック電圧異常時に、スイッチング素子Ｔ１をオフ状態に維持してスイッチング素子Ｔ１の発熱を回避しつつ、出力電圧Ｖｏｕｔの異常上昇を防止できる。

（第４の実施形態）
図８は、本発明の第４の実施形態に係る電力変換装置の構成を示す図である。図８に示す電力変換装置１００は、直流電源２から供給される直流電力を交流電力に変換し、交流モータ４に出力して交流モータ４を駆動させる。電力変換装置１００は、バックアップ電源部（ＢｋＰＳ）１０１、制御部（ＭＣ）１０２、ゲートドライブ電源部（ＧＤＰＳ）１０３、ゲートドライバ（ＧＤ）１０４、およびパワーモジュール（ＰＭ）１０５を備える。なお、電力変換装置１００は、例えば電動車両に搭載され、車両駆動用の交流モータ４を駆動させて車両を走行させるものである。

バックアップ電源部１０１は、電力変換装置１００の外部に接続された直流電源２に基づいてバックアップ電源を生成する。このバックアップ電源は、ダイオードを介して制御部１０２に出力される。

制御部１０２は、バックアップ電源部１０１から供給されるバックアップ電源、または電力変換装置１００の外部に接続された低圧直流電源５からの電源供給を受けて動作し、電力変換装置１００が出力する交流電力に応じた制御信号を生成する。制御部１０２は、例えばマイコン等を用いて構成される。なお、制御部１０２には低圧直流電源５からの電力も入力されているが、この電力が何らかの原因によって電圧低下または遮断された場合でも、バックアップ電源部１０１から供給されるバックアップ電源により制御部１０２を動作させ、電力変換装置１００の動作を継続できるようになっている。制御部１０２が生成した制御信号は、ゲートドライバ１０４に出力される。

ゲートドライブ電源部１０３は、電力変換装置１００の外部に接続された直流電源２に基づいて、ゲートドライバ１０４用に絶縁された駆動電源を生成する。この駆動電源は、ゲートドライバ１０４に出力される。

ゲートドライバ１０４は、ゲートドライブ電源部１０３から供給される駆動電源を用いて、制御部１０２から入力される制御信号に基づくゲート駆動信号を生成する。ゲートドライバ１０４が生成したゲート駆動信号は、パワーモジュール１０５に出力される。

パワーモジュール１０５は、ゲートドライバ１０４から入力されるゲート駆動信号に基づいて動作し、直流電源２から供給される直流電力を交流電力に変換する。パワーモジュール１０５は、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やＭＯＳＦＥＴ（Metal‐Oxide‐Semiconductor Field‐Effect Transistor）などのパワー半導体素子を用いて構成される。

以上説明した電力変換装置１００において、バックアップ電源部１０１とゲートドライブ電源部１０３の一方または両方に、第１～第３の各実施形態で説明したスイッチング電源装置１，１Ａ，１Ｂのいずれかを用いることができる。このようにすれば、バックアップ電源部１０１とゲートドライブ電源部１０３からそれぞれ電源供給されて動作する制御部１０２とゲートドライバ１０４の一方または両方について、過電圧故障のリスクを低減することができる。

なお、以上説明した第２，第３の各実施形態において、フィードバック回路５０Ａに替えて、第１の実施形態で説明したフィードバック回路５０を用いてもよい。また、第１の実施形態において、フィードバック回路５０に替えてフィードバック回路５０Ａを用いてもよい。

本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

１，１Ａ，１Ｂ：スイッチング電源装置、２：直流電源、３：負荷、１０：スタートアップ回路、２０：制御回路、３０：トランス、４０：電流制御部、５０，５０Ａ：フィードバック回路、５１：降圧部、６０，６０Ａ，６０Ｂ：判定・遮断部、６１：平滑部、６２：ラッチ部、１００：電力変換装置、１０１：バックアップ電源部（ＢｋＰＳ）、１０２：制御部（ＭＣ）、１０３：ゲートドライブ電源部、１０４：ゲートドライバ（ＧＤ）、１０５：パワーモジュール（ＰＭ）

Claims

所定の出力電圧を生成するスイッチング電源装置であって、
１次側主巻線、１次側補助巻線および２次側主巻線を備え、前記２次側主巻線の電圧に基づいて前記出力電圧を生成するトランスと、
第１の正極側端子、第１の負極側端子および第１の駆動信号受信端子を有し、前記第１の駆動信号受信端子に入力される駆動信号に応じて前記第１の正極側端子と前記第１の負極側端子の間を導通または遮断するスイッチング動作を行うことにより、前記第１の正極側端子と電気的に接続された前記１次側主巻線に流れる電流を制御する第１のスイッチング素子と、
前記１次側補助巻線と電気的に接続され、前記１次側補助巻線の電圧に基づいて前記出力電圧に応じたフィードバック電圧を生成するフィードバック回路と、
前記フィードバック電圧と前記第１のスイッチング素子に流れる電流とに基づいて前記駆動信号を生成し、前記第１の駆動信号受信端子に出力する制御回路と、
第２の正極側端子、第２の負極側端子および第２の駆動信号受信端子を有し、前記第２の駆動信号受信端子の電圧に応じて、前記第２の正極側端子と前記第２の負極側端子の間を導通または遮断する第２のスイッチング素子と、を備え、
前記第２の正極側端子は、前記第１の駆動信号受信端子と電気的に接続され、
前記第２の負極側端子は、前記第１の負極側端子と電気的に接続され、
前記第２の駆動信号受信端子は、前記１次側補助巻線と電気的に接続される
スイッチング電源装置。
前記第２の駆動信号受信端子に印加される電圧を平滑化する平滑部を備え、
前記平滑部は、一端が前記第２の駆動信号受信端子と電気的に接続され、他端が前記第２の負極側端子と電気的に接続される
請求項１に記載のスイッチング電源装置。
前記第２の駆動信号受信端子に印加される電圧を一定に保持するラッチ部を備え、
前記ラッチ部は、一端が前記１次側補助巻線および前記平滑部と電気的に接続され、他端が前記第２の駆動信号受信端子と電気的に接続される
請求項２に記載のスイッチング電源装置。
前記フィードバック回路は、前記１次側補助巻線の電圧を降圧する降圧部を備え、
前記第２の駆動信号受信端子は、前記降圧部を介して前記１次側補助巻線と電気的に接続される
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のスイッチング電源装置。
直流電力を交流電力に変換する電力変換装置であって、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のスイッチング電源装置を用いて構成され、前記電力変換装置の外部に接続された第１の直流電源に基づいてバックアップ電源を生成するバックアップ電源部と、
前記電力変換装置の外部に接続された第２の直流電源または前記バックアップ電源部からの電源供給を受けて動作し、前記交流電力に応じた制御信号を生成する制御部と、
前記制御信号に基づくゲート駆動信号を生成するゲートドライバと、
前記ゲート駆動信号に基づいて動作し、前記直流電力を前記交流電力に変換するパワーモジュールと、を備える
電力変換装置。
直流電力を交流電力に変換する電力変換装置であって、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のスイッチング電源装置を用いて構成され、前記電力変換装置の外部に接続された直流電源に基づいて駆動電源を生成するゲートドライブ電源部と、
前記交流電力に応じた制御信号を生成する制御部と、
前記ゲートドライブ電源部から供給される前記駆動電源を用いて前記制御信号に基づくゲート駆動信号を生成するゲートドライバと、
前記ゲート駆動信号に基づいて動作し、前記直流電力を前記交流電力に変換するパワーモジュールと、を備える
電力変換装置。