JP2734766B2 - スイッチングレギュレータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （ａ）産業上の利用分野 この発明は定電圧電源回路などとして用いられるスイ
ッチングレギュレータに関する。

（ｂ）従来の技術 電子機器の装置内に組み込まれ、商用電源を入力電源
として一定の直流電圧を発生する定電圧電源回路とし
て、一般にトランスにより入出力間を絶縁したスイッチ
ングレギュレータが用いられている。

このように定電圧電源回路として用いられるスイッチ
ングレギュレータにおいては、何らかの原因で負荷が短
絡された場合など、負荷に流れる電流が一定値を越えた
とき、出力電圧を低下させる過電流保護回路が組み込ま
れている。過電流の検出方法としては、一次側のスイッ
チングトランジスタに流れる電流をカレントトランスに
より検出する方法と、二次側の出力電流を低抵抗で電圧
降下させてその降下電圧を検出する方法とがあり、検出
した電流値が一定値を越えたときスイッチングトランジ
スタをオフさせるか、そのオンデューティ比を低下させ
ることによって出力電圧を低下させている。

ところで過電流検出方法として、上記低抵抗を用いる
方法は、その抵抗の電圧降下により出力電圧の安定性が
低下する問題があり、カレントトランスによる方法が多
く用いられている。

このような過電流保護回路を備えた従来の一般的なス
イッチングレギュレータの構成例を第２図に示す。

第２図においてD1およびC1は入力される商用交流電源
を整流するダイオードブリッジおよび平滑用コンデンサ
である。トランス１の一次巻線N1には直列にスイッチン
グトランジスタQ1およびカレントトランスCTの一次巻線
が接続されている。同図において２はスイッチング制御
回路を構成するスイッチング制御回路用ICであり、駆動
回路３はスイッチング制御回路２の出力信号によりスイ
ッチングトランジスタQ1を駆動する。これによりトラン
スの一次巻線N1に流れる電流が切断されて二次巻線N2に
起電圧が発生する。ダイオードD2およびコンデンサC2は
これを整流平滑して負荷へ直流電圧を供給する。抵抗分
圧回路R1,R2は負荷供給電圧に比例する電圧をシャント
レギュレータSRの参照電圧として与える。これによりシ
ャントレギュレータSRは負荷供給電圧に応じてフォトカ
プラの発光ダイオードPC1を駆動する。スイッチング制
御回路２は、端子REFから基準電圧を出力し、端子EIか
らエラー信号を入力するため、上記フォトカプラを介し
て基準電圧に対する負荷供給電圧の誤差がフィードバッ
クされて負荷供給電圧が安定化される。

また、抵抗R4の両端にはスイッチングトランジスタQ1
のドレイン電流に略比例した電圧が発生し、ダイオード
D3およびコンデンサC3によりその電圧が整流平滑され
て、コンデンサC3の両端に、スイッチングトランジスタ
に流れる平均電流の大きさに相当する電圧信号が発生す
る。この電圧信号がツェナーダイオードZDのツェナー電
圧を超えたとき、ツェナーダイオードZDが導通し、トラ
ンジスタQ2にベース電流が流れる。このことによりスイ
ッチング制御回路２のデッドバンド制御端子DBが略基準
電圧（REF端子の電圧）まで上昇し、スイッチングトラ
ンジスタQ1がオフ状態に保たれ、このことにより過電流
保護がなされる。

（ｃ）発明が解決しようとする課題 ところが、このようなカレントトランス方式では、あ
くまでもスイッチングトランジスタに流れる電流を検出
するのであって、負荷供給電流を直接検出するものでは
ない。したがってスイッチングレギュレータに対する入
力電源電圧が変動する場合、負荷供給電圧が一定であっ
ても入力電源電圧の変動に応じてスイッチングトランジ
スタに流れる平均電流は変化する。例えば負荷供給電流
が一定であれば、入力電源電圧が低い程、スイッチング
トランジスタのオンデューティ比が大きくなり、スイッ
チングトランジスタに流れる平均電流も増大する。逆
に、入力電源電圧が高くなる程、オンデューティ比が小
さくなりスイッチングトランジスタに流れる平均電流も
低下する。従って入力電源電圧が低ければ設定した値よ
り低い負荷供給電流が流れた時点で過電流保護が働き、
逆に入力電源電圧が高ければ設定値より大きな負荷供給
電流が流れた時点で初めて過電流保護が働くことにな
る。

この発明の目的は、二次側の出力電流が流れるライン
に電流検出用抵抗を設けることなく、しかも入力電源電
圧の変動に関わらず、設定した値以上の出力電流が流れ
たときのみに確実に過電流保護が働くようにしたスイッ
チングレギュレータを提供することにある。

（ｄ）課題を解決するための手段 この発明は、トランスと、このトランスの一次巻線に
流れる電流を断続するスイッチングトランジスタと、上
記トランスの二次巻線の出力電圧を整流平滑する整流平
滑回路と、上記スイッチングトランジスタのオンデュー
ティ比を制御して出力電圧を安定化させるスイッチング
制御回路と、スイッチングトランジスタに流れる電流の
大きさを電圧信号として発生する電流検出回路と、上記
電圧信号が設定値を越えたときスイッチングトランジス
タをオフ又はオンデューティ比を小さくする過電流保護
回路を備えたスイッチングレギュレータにおいて、 前記電流検出回路により発生された電圧信号を充電す
るコンデンサC3と、該コンデンサC3に並列に接続した抵
抗R6と、前記コンデンサC3の充電電圧が一定値を越える
ときオンして前記過電流保護回路を作動させる定電圧素
子ZDを含む回路とを設け、前記抵抗R6とともに抵抗分圧
回路を構成して前記コンデンサC3に対する充電回路を構
成する抵抗R5を、前記抵抗R6の一端と入力電源ラインと
の間に設け、入力電源電圧の変動に関わらず前記コンデ
ンサC3の充電電圧が略一定となる関係に、前記抵抗R5と
R6の分圧比を定めたことを特徴とする。

（ｅ）作用 上記構成において電流検出回路は、スイッチングトラ
ンジスタに流れる電流の大きさをコンデンサC3の充電電
圧として検出し、過電流保護回路は、電流検出回路によ
り得られた電圧信号が設定値を越えたとき過電流保護を
行うが、入力電源電圧が抵抗R5とR6により分圧されると
ともに、コンデンサC3に充電される。そして一定負荷の
下で、入力電源電圧の変動に関わらず、コンデンサC3の
充電電圧が略一定に保たれる。このことにより、入力電
源電圧の変動に関わらず負荷供給電流が一定値を超えた
ときにのみ確実に電流保護が働くことになる。

（ｆ）実施例 この発明の実施例であるスイッチングレギュレータの
回路図を第１図に示す。

第１図においてトランス１の一次巻線N1には、直列に
スイッチングトランジスタQ1およびカレントトランスの
一次巻線が接続され、ダイオードブリッジD1およびコン
デンサC1により整流平滑された入力電源電圧が与えられ
る。スイッチング制御回路２および駆動回路３によりス
イッチングトランジスタQ1のオンオフ制御が行われ、こ
れによりトランスの一次巻線N1の電流が断続される。ト
ランスの二次巻線N2の起電圧はダイオードD2およびコン
デンサC2により整流平滑されて直流電圧が出力される。
この出力ラインには抵抗分圧回路R1,R2、電流制限抵抗R
3、フォトカプラPC1およびシャントレギュレータSRが設
けられていて、シャントレギュレータSRは抵抗R1,R2に
よる分圧値を参照してフォトカプラPC1を駆動する。一
方スイッチング制御回路２の基準電圧出力端子REFとエ
ラーインプット端子EI間にはフォトカプラPC2が接続さ
れ、EI端子とGND端子間に抵抗R9が接続されているた
め、負荷に対する出力電圧に応じてエラー信号の電圧が
フィードバックされて出力電圧が定電圧化される。

カレントトランスCTの二次側には抵抗R4が接続され、
スイッチングトランジスタQ1に流れるドレイン電流に略
比例した電圧信号をR4の両端に発生する。ダイオードD3
およびコンデンサC3はこれを整流平滑する。また抵抗R6
はコンデンサC3とともに時定数回路として作用し、抵抗
R6の両端に、スイッチングトランジスタに流れる電流の
略平均値に対応する電圧を発生させる。また、トランス
の一次巻線の一端が接続される入力電源ラインとダイオ
ードD3のカソード間に抵抗R5が接続されているため、こ
の抵抗R5を介して抵抗R6に電流が流れ、抵抗R6の両端に
はR5,R6による分圧電圧が重畳されることになる。この
抵抗R6両端の電圧がツェナーダイオードZDのツェナー電
圧を越えたとき、抵抗R7を通してツェナーダイオードZD
に電流が流れるとともに、トランジスタQ2にベース電流
が流れ、トランジスタQ2がオンする。このことによりス
イッチング制御回路３のデッドバンド端子DBの電位が端
子REFより出力される基準電位付近まで上昇し、スイッ
チング制御回路２はスイッチングトランジスタをオフ状
態に保つ。尚、コンデンサC4はノイズ等によりQ2が誤動
作するのを防止する。

第１図に示した回路において、出力電圧は一定である
ため、出力電流が過電流保護点に達する時のスイッチン
グトランジスタQ1に流れる平均電流は入力電源電圧に応
じて変化する。しかし、第１図において、入力電源電圧
の変動に関わらずにコンデンサC3の充電電圧が略一定と
なるように抵抗R5,R6の分圧比を定めれば、入力電源電
圧に関わらず、出力電流が一定値を越えた時過電流保護
を働かせることができる。例えば、入力電源電圧がAC80
〜130Vの範囲で変動すると、過電流保護作動点が従来回
路では約2A変動していたのに対し、この実施例では0.3A
以下の変動に抑えることができた。

なお、上記実施例では、スイッチングトランジスタに
流れる電流の大きさを電圧信号として検出する電流検出
回路を、スイッチングトランジスタに接続したカレント
トランスと、カレントトランスの二次側を整流平滑する
回路とから構成したが、スイッチングトランジスタに直
列に低抵抗の抵抗を接続し、その抵抗の降下電圧を検出
してもよい。

また、上記実施例ではスイッチング制御用ICのデッド
バンド端子の電位を制御して過電流保護時にスイッチン
グトランジスタの動作を完全に停止させる例であった
が、スイッチング制御用ICの電源を直接オフすることに
よって、その動作を停止させるようにしてもよい。ま
た、過電流保護時にスイッチングトランジスタのデュー
ティ比を小さくして自動復帰垂下型特性を持たせてもよ
い。

（ｇ）発明の効果 この発明によれば、商用交流電源を入力電源とする場
合など、入力電源電圧が一定でない場合でも、出力電流
が一定値を越えたときにのみ確実に過電流保護を働かせ
ることができる。しかも二次側の出力電流ラインに電流
検出抵抗を設けないため、出力電圧の安定性も維持する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例であるスイッチングレギュレ
ータの回路図である。第２図は従来のスイッチングレギ
ュレータの回路図である。 Q1−スイッチングトランジスタ、CT−カレントトラン
ス。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】トランスと、このトランスの一次巻線に流
   れる電流を断続するスイッチングトランジスタと、上記
   トランスの二次巻線の出力電圧を整流平滑する整流平滑
   回路と、上記スイッチングトランジスタのオンデューテ
   ィ比を制御して出力電圧を安定化させるスイッチング制
   御回路と、スイッチングトランジスタに流れる電流の大
   きさを電圧信号として発生する電流検出回路と、上記電
   圧信号が設定値を越えたときスイッチングトランジスタ
   をオフ又はそのオンデューティ比を小さくする過電流保
   護回路を備えたスイッチングレギュレータにおいて、 前記電流検出回路により発生された電圧信号を充電する
   コンデンサC3と、該コンデンサC3に並列に接続した抵抗
   R6と、前記コンデンサC3の充電電圧が一定値を越えると
   きオンして前記過電流保護回路を作動させる定電圧素子
   ZDを含む回路とを設け、前記抵抗R6とともに抵抗分圧回
   路を構成して前記コンデンサC3に対する充電回路を構成
   する抵抗R5を、前記抵抗R6の一端と入力電源ラインとの
   間に設け、入力電源電圧の変動に関わらず前記コンデン
   サC3の充電電圧が略一定となる関係に、前記抵抗R5とR6
   の分圧比を定めたことを特徴とするスイッチングレギュ
   レータ。