JP3042217B2 - スイッチング電源装置 - Google Patents

スイッチング電源装置

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JP3042217B2
JP3042217B2 JP4277841A JP27784192A JP3042217B2 JP 3042217 B2 JP3042217 B2 JP 3042217B2 JP 4277841 A JP4277841 A JP 4277841A JP 27784192 A JP27784192 A JP 27784192A JP 3042217 B2 JP3042217 B2 JP 3042217B2
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dividing resistor
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浩二 中平
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、一つのトランスの二
次側から複数の直流出力を取り出す、いわゆる1トラン
ス多出力方式のスイッチング電源装置に関し、より具体
的には、その定電圧制御ループオープン時に直流出力ラ
インの電圧が異常に上昇するのを防ぐ手段に関する。
【0002】
【従来の技術】この種のスイッチング電源装置の従来例
を図3に示す。このスイッチング電源装置は、2出力の
場合の例であり、直流入力をスイッチング素子(図示例
はスイッチングトランジスタ)4でオンオフしながらト
ランス2の一次巻線2aに供給し、第1の二次巻線2b
から整流ダイオード8を経由して電圧V1 の直流出力
を、第2の二次巻線2cから整流ダイオード10および
3端子レギュレータ18を経由して電圧V2 の直流出力
を、それぞれ取り出すよう構成されている。各整流ダイ
オード8、10の出力側とグラウンド間には、平滑コン
デンサ(例えば電解コンデンサ)14、16がそれぞれ
接続されている。
【0003】スイッチング素子4の駆動および制御は、
発振制御回路6によって行われる。この発振制御回路6
は、この例では他励発振用のものであり、その内部に発
振回路およびパルス幅制御回路等を含んでおり、このパ
ルス幅制御回路からのパルス信号によってスイッチング
素子4を駆動するものであるが、これの代わりに自励発
振式の発振制御回路を用いても良い。
【0004】トランス2の二次巻線2bにつながる直流
出力ライン19とグラウンド間には、出力電圧検出回路
20および過電圧保護用のパワーツェナダイオード12
が接続されている。
【0005】出力電圧検出回路20は、シャントレギュ
レータ24、直流出力ライン19の出力電圧V1 を分圧
してシャントレギュレータ24の参照電圧端子へ供給す
る、互いに直列接続された第1および第2の分圧抵抗2
1および22ならびにフォトカプラ26を備えており、
このシャントレギュレータ24で出力電圧V1 を基準電
圧と比較してその差に応じてフォトカプラ26のフォト
ダイオードを発光させるようにしている。このフォトカ
プラ26のフォトトランジスタ側は前述した発振制御回
路6に(より具体的にはその内部のパルス幅制御回路
に)接続されており、上記のような構成によって、出力
電圧V1 を定電圧制御する定電圧制御ループが形成され
ている。
【0006】ここで、トランス2の各巻線の巻数および
直流出力電圧等の具体例を説明すると、一次巻線2a、
二次巻線2bおよび2cの巻数はそれぞれ30ターン、
11ターンおよび4ターンであり、入力電圧V0 =√2
×120Vとすると、出力電圧V1 およびV2 はそれぞ
れ24Vおよび5Vである。この場合の各平滑コンデン
サ14および16に印加される電圧およびそれらの耐圧
を表1にまとめて示す。この表において正常時とは前述
した定電圧制御ループが正常の場合を言い、故障時とは
当該定電圧制御ループがオープンして定電圧制御がかか
らない場合を言う。後者の場合は、各二次巻線2bおよ
び2cには、一次巻線2aとの巻数比に単純に従った電
圧が出力される。
【0007】
【表1】
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上記のようなスイッチ
ング電源装置では、安全規格によって各部分のオープン
/ショートテストを行うことが定められており、その一
つに定電圧制御ループオープンモードがある。
【0009】この定電圧制御ループオープンモードに
は、大別すると、フォトカプラ26がオープンするモー
ドと、整流ダイオード8がオープンするモードとがある
が、前者の場合は、出力電圧V1 が上昇してパワーツェ
ナダイオード12のしきい値(この例の場合は30V)
を超えるとパワーツェナダイオード12に大きな電流が
流れてそれがショートモードで故障し、これによる過電
流によってこの例では発振制御回路6が有している過電
流保護機能を働かせて一次入力を絞り、それによって二
次側出力が上昇しないようにしている。
【0010】ところが、整流ダイオード8のオープン時
は、パワーツェナダイオード12に電圧が印加されない
ため上記のようなパワーツェナダイオード12を用いた
保護動作が働かず、そのため平滑コンデンサ16にはそ
の耐圧を超える電圧(具体的には表1に示した故障時の
電圧)が印加され、それによって平滑コンデンサ16が
壊れ、場合によっては防爆弁が開いて水素ガスが発生し
て発火する恐れがあった。
【0011】そこでこの発明においては、上記のような
1トランス多出力方式のスイッチング電源装置におい
て、フィードバックによる定電圧制御がかけられる直流
出力ラインの整流ダイオードのオープン時に、他の直流
出力ラインの電圧が異常に上昇するのを防ぐことができ
るようにすることを主たる目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明のスイッチング電源装置は、前記直流出力
ラインと前記フォトカプラのフォトダイオード側との間
に直列に第1のダイオードを順方向に挿入し、前記第1
の分圧抵抗と第2の分圧抵抗との間に第3の分圧抵抗を
直列に挿入してこの第3の分圧抵抗と第2の分圧抵抗と
の接続部の電圧を前記シャントレギュレータの参照電圧
端子へ供給するようにし、前記トランスの第1の二次巻
線とは別の二次巻線に接続された整流ダイオードの出力
側と、前記第1のダイオードとフォトカプラのフォトダ
イオード側の接続部との間に第2のダイオードを順方向
に接続し、更に同整流ダイオードの出力側と、前記第1
の分圧抵抗と第3の分圧抵抗の接続部との間に第3のダ
イオードを順方向に接続したことを特徴とする。
【0013】また、前記第1の分圧抵抗の第3の分圧抵
抗とは反対側の端部を、前記直流出力ラインに接続する
代わりに、前記第1のダイオードとフォトカプラのフォ
トダイオード側との接続部に接続しても良い。
【0014】
【作用】上記構成によれば、一番高い電圧を出力する第
1の二次巻線につながる直流出力ライン、即ちフィード
バックによる定電圧制御がかけられる直流出力ラインの
整流ダイオードがオープンすると、この第1の二次巻線
とは別の二次巻線に接続された整流ダイオード側の出力
電圧が、第2および第3のダイオードを介してフォトカ
プラおよび第3の分圧抵抗にそれぞれ印加され、この出
力電圧が発振制御回路へフィードバックされ、この出力
電圧が予め定められた電圧になるように定電圧制御され
る。このときの当該出力電圧の大きさは、第3の分圧抵
抗の抵抗値によって任意に調整することができる。な
お、第1のダイオードは、第2のダイオードからの電圧
が、第1の二次巻線につながる直流出力ラインに接続さ
れている負荷に印加されるのを阻止して、上記のような
定電圧制御が支障なく行われるようにする働きをする。
【0015】このように、フィードバックによる定電圧
制御がかけられる直流出力ラインの整流ダイオードがオ
ープンしても、従来例のように全く定電圧制御がかから
なくなるのではなく、バックアップ的な定電圧制御がか
かるので、他の直流出力ラインの電圧が異常に上昇する
のを防ぐことができる。
【0016】
【実施例】図1は、この発明の一実施例に係るスイッチ
ング電源装置を示す回路図である。図3の従来例と同一
または相当する部分には同一符号を付し、以下において
は当該従来例との相違点を主に説明する。
【0017】この実施例においては、前述したような出
力電圧検出回路20に次のような変更を加えている。即
ち、前述したトランス2の一番高い電圧を出力する第1
の二次巻線2bにつながる直流出力ライン19とフォト
カプラ26のフォトダイオード側との間に直列に、第1
のダイオード31を順方向に挿入している。
【0018】また、前述した第1の分圧抵抗21と第2
の分圧抵抗22との間に第3の分圧抵抗23を直列に挿
入して、この第3の分圧抵抗23と第2の分圧抵抗22
との接続部の電圧V3 をシャントレギュレータ24の参
照電圧端子へ供給するようにしている。
【0019】また、前記トランス2の第1の二次巻線2
bとは別の二次巻線、即ちこの例では二次巻線2cに接
続された整流ダイオード10の出力側と、ダイオード3
1とフォトカプラ26のフォトダイオード側の接続部と
の間に、第2のダイオード32を順方向に接続してい
る。
【0020】更に、同整流ダイオード10の出力側と、
前記第1の分圧抵抗21と第3の分圧抵抗23の接続部
との間に、第3のダイオード33を順方向に接続してい
る。
【0021】上記のようにすると、整流ダイオード8が
オープンした場合、直流出力ライン19には電圧が出な
くなるので、整流ダイオード10の出力側の電圧がダイ
オード32および33を介してフォトカプラ26および
分圧抵抗23にそれぞれ印加され、この電圧が発振制御
回路6へフィードバックされ、この電圧が以下のように
して定められた電圧になるように定電圧制御される。こ
の場合、ダイオード32は、整流ダイオード10の出力
側からフォトカプラ26等を駆動する電流を供給する働
きをする。また、ダイオード31は、ダイオード32か
らの電圧が、直流出力ライン19に接続されている負荷
(そのインピーダンスは非常に小さい)に印加されるの
を阻止して、上記のような定電圧制御が支障なく行われ
るようにする働きをする。
【0022】整流ダイオード8オープン時の整流ダイオ
ード10の出力側の電圧がどのようになるかを説明する
と、整流ダイオード8オープン時の整流ダイオード10
の出力側の電圧、即ち平滑コンデンサ16に印加される
電圧V4aは、分圧抵抗22、23の抵抗値をそれぞれR
2 、R3 とし、ダイオード33の順電圧VD (これは例
えば0.6V程度である)とすると、 V4a={V3( R2+R3)/R2}+VD ・・・(1) で表される値になるように定電圧制御される。ちなみに
3( R2+R3)/R2 は、分圧抵抗21と23の接続
部の電圧である。
【0023】従って、分圧抵抗23の抵抗値R3 を調整
することにより、整流ダイオード8オープン時に平滑コ
ンデンサ16に印加される電圧V4aを任意の大きさに調
整することができるので、当該電圧V4aを平滑コンデン
サ16の耐圧以下に簡単に制限することができる。
【0024】但し、正常時、即ち整流ダイオード8が正
常時に平滑コンデンサ16に印加ささる電圧をV4nとす
ると、前記分圧抵抗23の抵抗値R3 は、 {V3( R2+R3)/R2}+VD>V4n ・・・(2) を満たす必要がある。この電圧V4nは、例えば表1に示
すように約7Vである。
【0025】上記のようにしておくと、正常時は、ダイ
オード33にそれを導通させるに足りる電圧が印加され
ないのでダイオード33は阻止状態になり、それゆえこ
のダイオード33のラインは無いのに等しく、従って従
来例の場合と同様に、直流出力ライン19の出力電圧V
1 が分圧抵抗21〜23、シャントレギュレータ24お
よびフォトカプラ26等を経由して発振制御回路6へフ
ィードバックされ、この出力電圧V1 が予め定められた
電圧(即ちこの例では24V)になるように定電圧制御
される。
【0026】以上のようにこのスイッチング電源装置に
おいては、整流ダイオード8がオープンしても、従来例
のように全く定電圧制御がかからなくなるのではなく、
バックアップ的な定電圧制御がかかるので、直流出力ラ
イン19以外の直流出力ラインの電圧が異常に上昇する
のを防ぐことができる。その結果、直流出力ライン19
以外の直流出力ラインに接続された平滑コンデンサ、こ
の例では平滑コンデンサ16に印加される電圧を、それ
の耐圧以下に簡単に制限することができる。
【0027】それゆえ、平滑コンデンサ16の破壊、ま
たそれによる発火の恐れが無くなり安全になると共に、
平滑コンデンサ16の耐圧を特別に大きくする必要がな
いので、コストアップを抑えることもできる。また、定
電圧制御ループオープン時のトランス2の巻数比をあま
り考慮せずにトランス2の設計ができるため設計の自由
度も大きくなる。
【0028】しかも上記スイッチング電源装置では、分
圧抵抗23の抵抗値R3 を調整することによって、整流
ダイオード8オープン時に平滑コンデンサ16に印加さ
れる電圧の大きさを任意に調整することができるので、
出力電圧V1 とV2 との大きさに関係なく、即ちどのよ
うな出力の組み合わせにおいても、上記のような保護を
行うことができる。
【0029】なお、前記分圧抵抗21の分圧抵抗23と
は反対側の端部を、図1の例のように直流出力ライン1
9に接続する代わりに、図2に示すように、ダイオード
31とフォトカプラ26のフォトダイオード側との接続
部に接続しても良い。このようにしても、上記図1の例
の場合と同様の動作により同様の効果が得られる。但
し、この例の場合は、分圧抵抗21〜23のラインにダ
イオード31が直列に挿入された形になるので、このダ
イオード31の順電圧を無視すると、その分だけ、出力
電圧V1 の検出および制御に誤差が生じることになり、
このような観点からは、図1の例の方が好ましいと言え
る。
【0030】また、以上はいずれも1トランス2出力の
場合を例に説明したが、この発明はそれに限られるもの
ではなく、1トランス多出力の場合に広く適用すること
ができる。その場合、上記のようにして整流ダイオード
8オープン時にバックアップ的な定電圧制御がかけられ
る二次巻線2c以外の二次巻線からの出力電圧の大きさ
は、同二次巻線2cとの巻数比によって決まる。
【0031】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、フィー
ドバックによる定電圧制御がかけられる直流出力ライン
の整流ダイオードのオープン時に、他の直流出力ライン
の電圧が異常に上昇するのを防ぐことができる。その結
果、当該他の直流出力ラインに接続されている平滑コン
デンサに印加される電圧をそれの耐圧以下に簡単に抑え
ることができ、当該平滑コンデンサの破壊等を防ぐこと
ができると共に、それらの耐圧を特別に大きくする必要
がないのでコストアップを抑えることもできる。また、
定電圧制御ループオープン時のトランスの巻数比をあま
り考慮せずにトランスの設計ができるため設計の自由度
も大きくなる。
【0032】しかも、前記整流ダイオードオープン時の
前記他の直流出力ラインの電圧を、前記第3の分圧抵抗
の値を調整することによって任意に調整することができ
るので、どの出力の組み合わせにおいても上記のような
保護を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例に係るスイッチング電源装
置を示す回路図である。
【図2】この発明の他の実施例に係るスイッチング電源
装置を示す回路図である。
【図3】従来のスイッチング電源装置の一例を示す回路
図である。
【符号の説明】 2 トランス 2a 一次巻線 2b,2c 二次巻線 4 スイッチング素子 6 発振制御回路 8,10 整流ダイオード 14,16 平滑コンデンサ 19 直流出力ライン 21〜23 分圧抵抗 24 シャントレギュレータ 26 フォトカプラ 31〜33 ダイオード
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02M 3/28

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一次巻線および複数の二次巻線を有する
    トランスと、このトランスの一次巻線に直列接続された
    スイッチング素子と、このスイッチング素子のスイッチ
    ングを制御する発振制御回路と、前記トランスの各二次
    巻線にそれぞれ直列接続された整流ダイオードと、この
    各整流ダイオードの出力側にそれぞれ接続された平滑コ
    ンデンサと、前記トランスの一番高い電圧を出力する第
    1の二次巻線につながる直流出力ラインの出力電圧を互
    いに直列接続された第1および第2の分圧抵抗で分圧し
    た電圧が参照電圧端子に入力されそれを基準電圧と比較
    してその差に応じた電流を流すシャントレギュレータ
    と、このシャントレギュレータにフォトダイオード側が
    直列接続されフォトトランジスタ側が前記発振制御回路
    に接続されたフォトカプラとを備え、前記直流出力ライ
    ンの出力電圧をこのフォトカプラを介して前記発振制御
    回路へフィードバックして当該直流出力ラインの出力電
    圧を定電圧制御するようにしたスイッチング電源装置に
    おいて、前記直流出力ラインと前記フォトカプラのフォ
    トダイオード側との間に直列に第1のダイオードを順方
    向に挿入し、前記第1の分圧抵抗と第2の分圧抵抗との
    間に第3の分圧抵抗を直列に挿入してこの第3の分圧抵
    抗と第2の分圧抵抗との接続部の電圧を前記シャントレ
    ギュレータの参照電圧端子へ供給するようにし、前記ト
    ランスの第1の二次巻線とは別の二次巻線に接続された
    整流ダイオードの出力側と、前記第1のダイオードとフ
    ォトカプラのフォトダイオード側の接続部との間に第2
    のダイオードを順方向に接続し、更に同整流ダイオード
    の出力側と、前記第1の分圧抵抗と第3の分圧抵抗の接
    続部との間に第3のダイオードを順方向に接続したこと
    を特徴とするスイッチング電源装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のスイッチング電源装置に
    おいて、前記第1の分圧抵抗の第3の分圧抵抗とは反対
    側の端部を、前記直流出力ラインに接続する代わりに、
    前記第1のダイオードとフォトカプラのフォトダイオー
    ド側との接続部に接続したことを特徴とするスイッチン
    グ電源装置。
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