JP2603970B2 - スイッチング電源回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は二次側過電圧を検出して一次側のスイッチ
ング動作を停止する過電圧保護回路を有したスイッチン
グ電源回路に係り、特に、過電圧検出用の素子として光
結合素子を用いた保護回路を有するスイッチング電源回
路の改良に関する。

（従来の技術） 一般に、コンバータトランスを用いたスイッチング電
源回路における過電圧保護回路は、二次側と一次側の絶
縁性が高いため、過電圧検出用に光結合素子を用いて構
成されている。

第２図に従来のスイッチング電源回路の一例を示す。
同図中、211は商用交流電源、22は整流器、23はコンバ
ータトランス、Q21はスイッチングトランジスタ、24は
過電圧保護用の光結合素子である。商用交流電源21は、
電源スイッチ25を介して整流器22の所定入力端対に接続
されている。

コンバータトランス23は、一次側に入力巻線L21と駆
動巻線L22を有し、二次側に２つの出力巻線L23,L24を有
して構成されている。前記整流器22の出力端対のうち正
極性電圧出力端は入力巻線L21を介してスイッチングト
ランジスタQ21のコレクタに接続され、負極性電圧出力
端は駆動巻線L22の一端に接続されている。駆動巻線L22
の他端は、ダイオードD21を介してスイッチングトラン
ジスタQ21のベースに接続されている。また、出力巻線L
23は、ダイオードD22及びコンデンサC21から成る整流回
路を介して出力端子対26,27に出力電圧を導出し、出力
巻線L24は、ダイオードD23及びコンデンサC22から成る
整流回路を介して出力端子対28,29に出力電圧を導出し
ている。

スイッチングトランジスタQ21は、ベースに２つのト
ランジスタQ22,Q23のコレクタが接続され、エミッタは
抵抗R21を介して整流器22の負極性電圧出力端に接続さ
れている。

上記２つのトランジスタQ22,Q23は、エミッタ同志が
共通に接続され、その共通接続点が整流器22の負極性電
圧出力端に接続されている。そして、Q22は過電圧保護
のために使用され、Q23は出力安定化のために使用され
る。

すなわち，光結合素子24は、この場合、トライアック
Q24と発光ダイオードD24から成る絶縁性結合素子であ
り、トライアックQ24の一端が前記トランジスタQ22のベ
ースに接続され、トライアックQ24の他端が抵抗R22を介
して整流器22の正極性電圧出力端に接続されている。ま
た、発光ダイオードD24は、アノードが二次側出力端26
に接続され、カソードが定電圧ダイオードD26,抵抗R23
の直列接続を介して前記出力端26と対を成す出力端27に
接続されている。

一方、30は電圧安定化回路,31はフォトトランジスタQ
25と発光ダイオードD25による光結合素子である。電圧
安定化回路30は、出力端対28,29の両端に発生する電圧
を入力し、出力としてその入力電圧に比例した電流が前
記発光ダイオードD25に流がれるようにしている。これ
により発光ダイオードD25は、出力端対28,29の両端電圧
に応じてフォトトランジスタQ25を駆動する。フォトト
ランジスタQ25のエミッタは、前記トランジスタQ25のベ
ースに接続され、コレクタはダイオードD27を介して駆
動巻線L22の他端に接続されている。これにより、二次
側出力電圧が上昇すると、フォトトランジスタQ25が導
通して、ダイオードD21を通して供給されるスイッチン
グトランジスタQ21へのベース電流をトランジスタQ23で
側路して減少させることができる。これにより、二次側
出力電圧を低下し、安定化動作を行う。

尚、各二次側出力端対26,27及び28,29の負極性電圧出
力端27,29はそれぞれ商用交流電源21のコモン端と同電
位点に接続されている。

上記の構成において、電圧安定化回路30はすでに説明
したように、スイッチングトランジスタQ21のベース電
流をコントロールすることで出力電圧の安定化を図って
いる。一方、光結合素子24で構成された過電圧保護回路
は、以下のごとく動作する。

過電圧検出用の二次側出力電圧としては、出力端26,2
8のいずれで検出しても良いが、この構成では、出力端2
6の電圧を検出している。例えば、コンバータトランス2
3の出力巻線L23,又はL24がレアショートした場合、出力
端26の電圧が過電圧となり、定電圧ダイオードD26が導
通し、続いて発光ダイオードD24が導通する。これによ
って、トライアックQ24が導通して、トランジスタQ22が
オン動作する。トランジスタQ22がオン動作すると、ス
イッチングトランジスタQ21のベース電流はトランジス
タQ22のコレクタからエミッタに流れ、スイッチングト
ランジスタQ21の動作を停止してしまう。したがって、
出力巻線L23には、電圧が発生せず、過電圧による負荷
回路の破壊を防いでいる。

しかし上述の従来の回路は、電源スイッチ25の投入時
にトライアックQ24が導通したままの状態となり、出力
が立上らないという誤動作が発生する欠点があった。第
３図はその原因の一例を説明するための説明図であり、
過電圧保護回路の構成部を示す。同図において、トライ
アック側（出力側）と発光ダイオード側（入力側）間
に、点線にて示した容量C0は、光結合素子24の入・出力
端間の分布容量である。

このように、光結合素子24には、入・出力端間に分布
容量C0が存在している。そして、電源スイッチ25をオン
したときのタイミングが商用交流電源のピーク値〜ピー
ク値付近のとき、上記分布容量C0の両端（光結合素子24
の入出力端間）には、そのタイミングに応じた電位差が
生ずるので、この電位差のために、上記分布容量C0に電
流が流れる。この電流ｉは、トライアックQ24を導通さ
せるトリガー電流となり、トライアックQ24が導通状態
となってしまう。こうして、トランジスタQ22は、電源
投入と同時にオン動作し、スイッチングトランジスタQ2
1が動作を停止したままで、出力が立上らないというも
のである。尚、上記誤動作の原因となる分布容量は、第
３図において、端１−３間の容量に限らず、２−３間の
容量も関わっている。

また、上記誤動作は電源投入時にかかわらず、電源回
路の稼動中でも、静電気を帯びた人がその機器を操作す
ることによって、その静電気が機器に放電し、これによ
り電流でトライアックQ24が導通してしまうということ
がある。

（発明が解決しようとする問題点） 過電圧保護回路に光結合素子を用いた従来のスイッチ
ング電源回路は、電源投入時に、光結合素子の入・出力
端間に分布する容量のために、出力側素子が導通し、ス
イッチングトランジスタを動作させなくして出力が立上
らないという誤動作が発生するという問題があった。

この発明は上記問題点を除去し、電源投入時より確実
に出力電圧が立ち上がるようにしたスイッチング電源回
路の提供を目的とする。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） この発明は、商用交流電源電圧を整流して入力直流電
圧を得る一次側整流回路と、 入力巻線、及び出力巻線を有し、入力巻線に前記入力
直流電圧が供給され、出力巻線に二次側整流回路が接続
されたコンバータトランスと、 前記入力巻線に直列に接続された第１のスイッチング
素子と、 前記第１のスイッチング素子をスイッチング動作させ
る手段、及び前記二次側整流回路からの出力直流電圧を
利用して第１のスイッチング素子のスイッチング状態を
制御し、前記出力直流電圧を安定化する手段を含むスイ
ッチング制御回路と、 入力端及び出力端を有し、出力端が前記第１のスイッ
チング素子に結合され、前記入力端に供給される電圧に
応答して駆動され、前記第１のスイッチング素子の動作
を停止する第２のスイッチング素子と、 入力素子及び出力素子から成る光結合素子を含み、前
記入力素子が前記二次側整流回路の出力端に結合され、
前記出力素子が前記一次側整流回路の出力端と前記第２
のスイッチング素子の入力端との間に結合され、前記出
力直流電圧が過電圧の状態において前記入力素子及び出
力素子を導通させ、前記第２のスイッチング素子を駆動
させて前記第１のスイッチング素子の動作を停止させる
過電圧保護回路と、 前記一次側整流回路の出力端と前記第２のスイッチン
グ素子の入力端との間にあって、前記光結合素子の出力
素子に並列に接続された側路用コンデンサとを具備した
ことを特徴とするものである。

（作用） この発明によれば、光結合素子の入出力間に存在する
分布容量に電流が流れようとしても、出力素子に並列に
設けたコンデンサが上記電流を先に蓄積してしまうの
で、出力素子が不用意に導通することがなく、電源投入
時に確実に出力電圧を立ち上げることができる。

（実施例） 以下、この発明を図示の実施例によって説明する。

第１図はこの発明に係るスイッチング電源回路の一実
施例を示す回路図である。同図において、第２図と同じ
部分には対応する符号を付す。11は商用交流電源、15は
電源スイッチ、12は整流器、13は入力巻線L11,駆動巻線
L12,出力巻線L13,L14を有したコンバータトランス、Q11
はスイッチングトランジスタである。整流器12によって
得られる正極性の直流電圧は、入力巻線L11を介してス
イッチングトランジスタQ11のコレクタに印加され、ス
イッチンクトランジスタQ11のエミッタは、抵抗R11を介
して整流器12の付極性電圧出力端（基準電位点Ｐとす
る）に接続されている。また、スイッチングトランジス
タQ11はベースに、駆動巻線L12に生ずる電圧がダイオー
ドD11を介して印加されている。

一方、出力巻線L13,L14には前記スイッチングトラン
ジスタQ11のオンオフ動作に応じた電圧が発生し、出力
巻線L13の電圧はダイオードD12,コンデンサC11により整
流され、平滑されて出力端対16,17に出力直流電圧とし
て導出される。出力巻線L14に発生する電圧は、ダイオ
ードD13,コンデンサC12により整流され、平滑されて出
力端対18,19に出力直流電圧として導出される。

駆動巻線L12は、一端が基準電位点Ｐに接続され、前
記スイッチングトランジスタQ11のベース側の端は、ダ
イオードD17を介してフォトトランジスタQ15と発光ダイ
オードD15による光結合素子21の前記フォトトランジス
タQ15のコレクタに接続されている。一方、出力端対18,
19はそれぞれ電圧安定化回路20の入力端対に接続され、
出力巻線L14に発生する電圧変化が検出されている。電
圧安定化回路20の出力端対には、前記光結合素子21の発
光ダイオードD15が接続されている。フォトトランジス
タQ15のエミッタはトランジスタQ13のベースに接続され
ている。トランジスタQ13はエミッタが基準電位点Ｐに
接続され、コレクタはスイッチングトランジスタQ11の
ベースに接続される。

14はトライアックQ14を出力素子とし，入力素子とし
て発光ダイオードD14を用いた光結合素子である。本実
施例は、この光結合素子14のトライアックQ14と直列に
抵抗R14を接続し、この直列接続と並列に誤動作防止用
のコンデンサC13を接続した点に特徴を有するものであ
る。

光結合素子14の発光ダイオードD14は、定電圧ダイオ
ードD16,抵抗R13から成る直列回路と直列に接続され、
これらによる直列接続は、出力端対16,17に接続され
る。この構成により、出力端対16,17間の電圧が過電圧
となったとき、定電圧ダイオードD16が導通して過電圧
検出を行う。尚、上記抵抗R14とトライアックQ14との直
列接続において、トライアックQ14側の端は、トランジ
スタQ12のベースに接続され、抵抗R14側の端は抵抗R12
を介して整流器12の正極性電圧出力端に接続されてい
る。トランジスタQ12は、エミッタが基準電位点Ｐに、
コレクタがスイッチングトランジスタQ11のベースに接
続される。

本実例は以上のように構成されるので、電源スイッチ
15を投入したとき、商用交流電源11に基づいた電圧が光
結合素子14の入力出素子間に印加されるが、このとき瞬
時的な過渡電圧がコンデンサC13にも印加されるので、
従来トライアックQ14と発光ダイオードD14間に存在する
分布容量に流れた電流ｉ（第３図参照）は、コンデンサ
C13に蓄積される。このため、トライアックQ14が導通す
ることはなくなり、電源投入時より確実に出力を立上ら
れることができる。

また、本実施例による保護動作が働いた場合、トライ
アックQ14が導通するが、このとき抵抗R14は、コンデン
サC13に蓄積された電荷によってトライアックQ14に異常
な高電流が流れ、破壊に至ることのないようにトライア
ックQ14を保護してる。

こうして、本実施例は通常の過電圧保護動作に影響す
ること無く、電源投入を確実に行うことが可能となる。

尚、過電圧保護用の光結合素子14は、トライアックと
光ダイオードによるものに限らず、フォトトランジスタ
と発光ダイオードによる素子の場合にも適用することが
できる。

［発明の効果］ 以上説明したようにこの発明によれば、電源投入時の
誤動作を防止し、出力電圧を確実に立上らせることが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係るスイッチング電源回路の一実施
例を示す回路図、第２図は従来のスイッチング電源回路
の一例を示す回路図、第３図は従来回路の動作を説明す
るための動作説明図である。 11……商用交流電源、12……整流器、13……コンバータ
トランス、14……光結合素子、Q11……スイッチングト
ランジスタ、C13……コンデンサ、R14……抵抗、Q14…
…トライアック、D14……発光ダイオード、D16……定電
圧ダイオード。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】商用交流電源電圧を整流して入力直流電圧
   を得る一次側整流回路と、 入力巻線、及び出力巻線を有し、入力巻線に前記入力直
   流電圧が供給され、出力巻線に二次側整流回路が接続さ
   れたコンバータトランスと、 前記入力巻線に直列に接続された第１のスイッチング素
   子と、 前記第１のスイッチング素子をスイッチング動作させる
   手段、及び前記二次側整流回路からの出力直流電圧を利
   用して第１のスイッチング素子のスイッチング状態を制
   御し、前記出力直流電圧を安定化する手段を含むスイッ
   チング制御回路と、 入力端及び出力端を有し、出力端が前記第１のスイッチ
   ング素子に結合され、前記入力端に供給される電圧に応
   答して駆動され、前記第１のスイッチング素子の動作を
   停止する第２のスイッチング素子と、 入力素子及び出力素子から成る光結合素子を含み、前記
   入力素子が前記二次側整流回路の出力端に結合され、前
   記出力素子が前記一次側整流回路の出力端と前記第２の
   スイッチング素子の入力端との間に結合され、前記出力
   直流電圧が過電圧の状態において前記入力素子及び出力
   素子を導通させ、前記第２のスイッチング素子を駆動さ
   せて前記第１のスイッチング素子の動作を停止させる過
   電圧保護回路と、 前記一次側整流回路の出力端と前記第２のスイッチング
   素子の入力端との間にあって、前記光結合素子の出力素
   子に並列に接続された側路用コンデンサと を具備したことを特徴とするスイッチング電源回路。