JP3043862U

JP3043862U - スイッチング電源

Info

Publication number: JP3043862U
Application number: JP1997004487U
Authority: JP
Inventors: 敬弘小川
Original assignee: Funai Electric Co Ltd
Current assignee: Funai Electric Co Ltd
Priority date: 1997-05-29
Filing date: 1997-05-29
Publication date: 1997-12-02
Anticipated expiration: 2003-05-29
Also published as: US5917714A

Abstract

(57)【要約】【課題】一次側入力電圧の低下時の素子破壊を防止す
る。【課題解決手段】一次コイル４に流れる電流をスイッチ
ングするスイッチング回路２がオフとなるときに二次コ
イル６から出力電流を取り出すと共に、消費電力を減少
させる制御入力１６が設けられた負荷装置９に直流出力
１７を供給する電源とし、スイッチング回路２がオン状
態にあるとき、二次コイル６に発生する電圧を検出する
と共に、検出した電圧が所定範囲外の電圧となるときに
は、一次側入力電圧の低下を示す低下信号１８を制御入
力１６に出力する電圧低下検出回路８を設けている。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の属する技術分野】

本考案は、ＲＣＣ方式スイッチング電源等のように、一次コイルの電流をスイッチングするスイッチング回路がオフとなるとき、二次コイルから出力電流を取り出すスイッチング電源に係り、より詳細には、一次側の入力電圧が低下したときには、入力電圧の低下を示す低下信号を出力するスイッチング電源に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

ＲＣＣ方式スイッチング電源においては、商用電源を整流平滑することにより得られた一次側直流源の電圧が低下すると、スイッチングトランジスタがオンとなるときの動作が、完全な飽和領域の動作とはならない。その結果、スイッチングトランジスタがオンとなるときのコレクタ・エミッタ電圧が増加する。コレクタ・エミッタ電圧が増加したときには、発熱量が増加することから、スイッチングトランジスタが破壊される恐れがある。このため、一次側直流源の電圧が低下したときには、スイッチング動作を停止させる従来技術が、特開平３−１６９２５８号として提案されている（第１の従来技術とする）。この技術では、一次側電圧源のプラスレベルと一次側出力トランジスタのベースとの間に、抵抗と定電圧ダイオードとからなる直列回路を接続している。つまり、抵抗と定電圧ダイオードとからなる直列回路を用いて、一次側出力トランジスタに起動電圧を供給する構成としている。従って、一次側電圧源の電圧が低下し、定電圧ダイオードに電流が流れなくなったときには、一次側出力トランジスタの発振が停止する。その結果、一次側出力トランジスタは、一次側電圧源の電圧低下が原因となる破壊から保護される。

【０００３】また、負荷となる装置がテレビ等の場合では、一次側入力電圧が低下したときにも、テレビとしての動作を制御する制御部等は、動作状態を維持させた方が便利なことが多い。このような要求を満たす従来技術として、以下に示す技術が提案されている（第２の従来技術とする）。すなわち、この技術では、一次側入力電圧の低下を検出する回路を設けている。そして、一次側入力電圧の低下を検出したときには、テレビ部の動作を停止させることにより、二次側の消費電力を減少させる構成としている。従って、一次側入力電圧が低下し、スイッチングトランジスタが不完全な飽和領域において動作することになっても、二次側の消費電力が減少しているので、スイッチングトランジスタの発熱量は増加しない。このため、スイッチングトランジスタは、一次側入力電圧の低下が原因となる破壊から保護されることになる。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら第１の従来技術を、商用電源を整流平滑することにより得られた直流源を入力とするスイッチング電源に適用する場合では、以下に示す問題を生じていた。すなわち、商用電源を整流平滑することにより得られる直流源の電圧は、１００Ｖを越える電圧となる。従って、一次側出力トランジスタの破壊を防止するには、直流源の電圧が、例えば、６０Ｖ以下となるときには、スイッチング動作を停止させる必要がある。このため、定電圧ダイオードには、ツェナー電圧が６０Ｖの素子を用いなければならない。しかし、定電圧ダイオードのツェナー電圧は、一般的には３０Ｖ以下である。従って、ツェナー電圧が６０Ｖである定電圧ダイオードを得るには、２つの定電圧ダイオードを直列に接続する必要が生じ、素子の価格が高価となる。

【０００５】また、第２の従来技術を用いる場合では、一次側入力電圧の低下を検出する回路と、二次側の動作を制御する制御部とは、接地レベルが互いに絶縁された関係にある。このため、一次側入力電圧の低下を検出する回路と、二次側の動作を制御する制御部との間には、フォトカプラ等の絶縁素子を設ける必要がある。このため、破壊からの保護を行う回路構成が複雑になると共に、高価な素子を使用する必要があるという問題を生じていた。

【０００６】本考案は上記課題を解決するため創案されたものであって、請求項１記載の考案の目的は、一次側のスイッチング回路がオンとなるとき、二次コイルに発生する電圧に基づき、一次側入力電圧の低下を検出すると共に、一次側入力電圧の低下を検出したときには、負荷電力を減少させることによって、高価な素子を用いることなく、簡単な回路構成でもって、一次側入力電圧の低下時の素子破壊を防止することのできるスイッチング電源を提供することにある。また、請求項２記載の考案の目的は、上記目的に加え、二次コイルに発生したマイナスレベルの電圧とプラスレベルの直流出力の電圧とを分圧回路に印加し、分圧回路により分圧された電圧が、トランジスタにベース電流が流れる電圧より高くなったとき、低下信号を出力する構成とすることによって、電圧低下検出回路の構成を簡単なものとすることのできるスイッチング電源を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

上記課題を解決するため、請求項１記載の考案に係るスイッチング電源は、一次コイルに流れる電流をスイッチングするスイッチング回路がオフとなるときに二次コイルから出力電流を取り出すと共に、消費電力を減少させる制御入力が設けられた負荷装置に直流出力を供給するスイッチング電源に適用する。そして、スイッチング回路がオン状態にあるとき、前記二次コイルに発生する電圧を検出すると共に、検出した電圧が所定範囲外の電圧となるときには、一次側入力電圧の低下を示す低下信号を前記制御入力に出力する電圧低下検出回路を設けた構成としている。すなわち、スイッチング回路がオンとなるとき、二次コイルに発生する電圧は、一次側入力電圧に比例した電圧となる。従って、スイッチング回路の破壊の恐れがある一次側入力電圧の範囲に対応して、二次コイルに発生する電圧の範囲が定まる。つまり、所定範囲外の電圧とは、スイッチング回路の破壊の恐れがある一次側入力電圧の範囲に対応した二次コイルの電圧のことである。このため、二次コイルに発生する電圧を検出し、検出した電圧が所定範囲外の電圧となるとき、低下信号を出力する構成とすると、一次側入力電圧が低下し、スイッチング回路の破壊の恐れが生じたときには、低下信号が出力されることになる。

【０００８】また請求項２記載の考案に係るスイッチング電源は、上記構成に加え、前記電圧低下検出回路には、前記二次コイルの非接地側端子にカソードが接続されたダイオードと、一方の端子が前記ダイオードのアノードに接続された第１の抵抗と、一方の端子が前記ダイオードのアノードに接続され、他方の端子が二次側接地レベルに接続されたコンデンサと、一方の端子が第１の抵抗の他方の端子に接続され、他方の端子がプラスの直流出力に接続された第２の抵抗と、そのベースが第１の抵抗の他方の端子に接続され、そのエミッタが二次側接地レベルに接続されたトランジスタとを備え、前記トランジスタのコレクタから前記低下信号を取り出す構成としている。すなわち、ダイオードのカソードの電圧は、二次コイルに発生した電圧を、マイナスレベルの電圧として示す。従って、一次側入力電圧が低下すると、マイナスレベルが小さくなる。また、第１の抵抗と第２の抵抗とは、ダイオードのカソードの電圧と、プラスの直流出力との差異の電圧を分圧する分圧回路となる。また、トランジスタのベースには、分圧回路の出力が導かれることから、トランジスタのベースの電圧は、一次側入力電圧が低下すると、マイナスレベルからプラスレベルに変化する。このため、一次側入力電圧が低下すると、トランジスタのベースに電流が流れ、トランジスタは、オフ状態からオン状態に変化する。つまり、トランジスタのコレクタと二次側接地レベルとの間がオン状態となることにより、低下信号であることが示される。

【０００９】

【考案の実施の形態】

以下に本考案の実施例の形態を、図面を参照しつつ説明する。図１は、本考案に係るスイッチング電源の一実施形態の電気的接続を示すブロック線図であり、具体的には、ＲＣＣ方式スイッチング電源を示している。

【００１０】図において、整流平滑回路１は、ダイオードブリッジと平滑用コンデンサとを備えたブロックとなっていて、ノイズフィルタ等を介して導かれた商用電源を整流平滑することにより、一次側直流源１９を生成する。そして生成した一次側直流源１９をスイッチング回路２に出力する。スイッチング回路２は、一次コイル４に流れる電流をスイッチングするブロックとなっている。このため、トランス３の一次コイル４の一方の端子にコレクタが接続されたスイッチングトランジスタ、スイッチングトランジスタのベースに起動電流を供給する起動抵抗等を備えている。

【００１１】制御回路１１は、スイッチング回路２内のスイッチングトランジスタのベース電流を制御することによって、直流出力１７の電圧を安定化するブロックとなっている。このため、補助コイル５からスイッチング回路２内のスイッチングトランジスタのベースに供給される電流を、フォトカプラ１２の出力電流に従い、制御トランジスタを用いて制御する。ダイオードＤ１とコンデンサＣ１とは、スイッチング回路２がオフとなるときに、二次コイル６から取り出した電流を整流平滑することにより、直流出力１７を生成する整流平滑回路となっている。

【００１２】誤差検出回路１３は、基準電圧発生回路等を備えたブロックとなっていて、直流出力１７の電圧の誤差を検出する。また、検出した誤差に対応する電流でもってフォトカプラ１２を駆動することにより、フォトカプラ１２を介して、直流出力１７の誤差を制御回路１１に帰還する。電圧低下検出回路８は、スイッチング回路２がオン状態にあるとき、二次コイル６に発生する電圧を検出するブロックとなっている。そして、検出した電圧が所定範囲外の電圧となるときには、一次側入力電圧（一次側直流源１９の電圧）が低下したとして、一次側入力電圧の低下を示す低下信号１８を負荷装置９に送出する。

【００１３】負荷装置９は、直流出力１７を動作電源として動作するブロックとなっており、具体的にはテレビとなっている。また、制御入力１６に低下信号１８が導かれたときには、消費電力を減少させる。このため、制御部１４とテレビ部１５とを備えている。詳細には、制御部１４は、マイクロコンピュータを主要部として構成され、テレビ部１５の動作を制御する。また、制御部１４は、制御入力１６に低下信号１８が導かれたときには、直流出力１７の消費電力を減少させるため、テレビ部１５の動作を停止させ、待機状態とする。

【００１４】なお、制御入力１６は、オープンコレクタの出力が並列接続される入力端子となっていて、テレビ部１５の回路上の不具合を検出する検出回路（図示を省略）の出力が、低下信号１８と並列に接続されている。また、トランス３には、二次コイル６以外にも、図示が省略された複数の二次コイルが巻かれている。また、図示が省略された複数の二次コイルのそれぞれに対応して、整流平滑回路が設けられている。つまり、本実施形態は、複数種の直流電圧を出力することが可能な構成となっている。

【００１５】以下に、電圧低下検出回路８の詳細な構成を説明する。ダイオードＤ２は、スイッチング回路２がオン状態にあるとき、二次コイル６に発生する電圧を整流する素子となっている。このため、ダイオードＤ２のカソードは、二次コイル６の非接地側端子７に接続されている。また、ダイオードＤ２のアノードに一方の端子が接続された抵抗Ｒ３は、電源投入時のコンデンサＣ２への突入電流を制限する素子となっている。また、一方の端子が抵抗Ｒ３の他方の端子に接続され、他方の端子が二次側接地レベルに接続されたコンデンサＣ２は、ダイオードＤ２によって整流された電圧を平滑する素子となっている。また、コンデンサＣ２に並列に接続された抵抗Ｒ４は、コンデンサＣ２の電荷を所定時間内に放電する素子となっている。

【００１６】抵抗Ｒ３の他方の端子には、第１の抵抗Ｒ１の一方の端子が接続されている。また、第１の抵抗Ｒ１の他方の端子には、第２の抵抗Ｒ２の一方の端子が接続されている。そして、第２の抵抗Ｒ２の他方の端子は、直流出力１７に接続されている。また、第１の抵抗Ｒ１と第２の抵抗Ｒ２との接続点Ｇには、トランジスタＱ１のベースが接続されている。また、トランジスタＱ１のエミッタは、二次側接地レベルに接続されている。そして、トランジスタＱ１のコレクタは、低下信号１８として、制御入力１６に導かれている。

【００１７】以上の接続となっているため、第１の抵抗Ｒ１と第２の抵抗Ｒ２とは、抵抗Ｒ３とコンデンサＣ２との接続点Ｆの電圧と、直流出力１７の電圧との差異を分圧する分圧回路として動作する。また、分圧した電圧を、トランジスタＱ１のベースに供給する。また、低下信号１８は、トランジスタＱ１のコレクタと二次側接地レベルとの接続を閉じることにより、出力される信号となっている。

【００１８】図２は、一次側入力電圧の変化と、電圧低下検出回路８の主要点の電圧変化との関係を示す説明図である。必要に応じて同図を参照しつつ、実施形態の動作を説明する。

【００１９】スイッチング回路２がオン状態となるとき、二次コイル６に発生する電圧をＥ２とし、スイッチング回路２に入力される一次側直流源１９の電圧（一次側入力電圧）をＥ１とし、一次コイル４の巻数をＮｐ、二次コイル６の巻数をＮｓとすると、電圧Ｅ２は、Ｅ２＝Ｅ１×（Ｎｓ／Ｎｐ）として示される。一方、（Ｎｓ／Ｎｐ）の値は、一次コイル４と二次コイル６との巻数の比であるので、一定の値となる。従って、二次コイル６に発生する電圧は、一次側入力電圧Ｅ１に比例する。

【００２０】その結果、電圧低下検出回路８のＦ点の電圧は、一次側入力電圧に比例する電圧となる。つまり、Ｆ点の電圧は、一次側入力電圧が増加すると、一次側入力電圧の増加に対応して、マイナス値が増加する電圧となる。一方、直流出力１７の電圧は、一次側入力電圧が変化したときにも、電圧が変化しない。このため、Ｇ点の電圧は、一次側入力電圧に比例して変化する電圧となる。また、一次側入力電圧が低下したときには、Ｇ点の電圧は、マイナスレベルからプラスレベルに変化する。

【００２１】いま、一次側入力電圧がＶ１より低下したときには、スイッチング回路２のスイッチングトランジスタの熱損失が増加し、スイッチングトランジスタが破壊される恐れがあるとする。また、Ｆ点の電圧の変化範囲のうち、Ｖ２よりマイナス側の範囲を所定範囲とする。このときでは、Ｆ点の電圧が所定範囲にある場合、スイッチングトランジスタの破壊の恐れがないが、Ｆ点の電圧が所定範囲外の電圧となったときには、スイッチングトランジスタに破壊の恐れが生じる。このため、第１の抵抗Ｒ１の抵抗値と第２の抵抗Ｒ２の抵抗値との比率は、Ｆ点の電圧がＶ２となるとき、Ｇ点の電圧が、トランジスタＱ１のベースに電流が流れ始める電圧（３１により示す電圧であり、略０．６Ｖとなる）となるように設定される。従って、一次側入力電圧がＶ１より低下したときには、低下信号１８が出力されることになる。

【００２２】電圧低下検出回路８は、上記した動作を行う。そのため、商用電源の状態が悪くなり、一次側入力電圧がＶ１より低下したときには、低下信号１８が出力される。また、制御部１４は、低下信号１８が出力されたときには、テレビ部１５の動作を停止させ、待機状態とする。その結果、負荷装置９は、制御部１４だけが動作する状態となるので、消費電力は減少する。負荷装置９の消費電力が減少したときには、一次側入力電圧の低下したため、スイッチング回路２内のスイッチングトランジスタのコレクタ・エミッタ電圧が増加しているにも関わらず、スイッチングトランジスタの損失は少なくなる。その結果、スイッチング回路２は、スイッチングトランジスタの破壊を招くことなく、スイッチング動作を継続することになる。

【００２３】なお、本考案は上記実施形態に限定されず、一次側の入力電源については、商用電源とした場合について説明したが、電池等を入力電源とする場合にも、同様に適用することが可能である。また、消費電力を減少させる制御入力を備えた負荷装置９については、テレビとした場合について説明したが、その他の装置として、例えば、テレビ一体型ビデオデッキ、あるいはビデオデッキ等のように、任意の装置とすることが可能である。また、第２の抵抗Ｒ２の他方の端子については、直流出力１７に接続した構成について説明したが、その他の直流出力（図示は省略されている）に接続した構成とすることが可能である。

【００２４】

【考案の効果】

請求項１記載の考案に係るスイッチング電源は、一次コイルに流れる電流をスイッチングするスイッチング回路がオフとなるときに二次コイルから出力電流を取り出すと共に、消費電力を減少させる制御入力が設けられた負荷装置に直流出力を供給するスイッチング電源に適用し、スイッチング回路がオン状態にあるとき、前記二次コイルに発生する電圧を検出すると共に、検出した電圧が所定範囲外の電圧となるときには、一次側入力電圧の低下を示す低下信号を前記制御入力に出力する電圧低下検出回路を設けた構成としている。すなわち、一次側のスイッチング回路がオンとなるときに二次コイルに発生する電圧に基づき、一次側入力電圧の低下を検出している。そして、一次側入力電圧の低下を検出したときには、負荷電力を減少させる低下信号を出力しているので、高価な素子を用いることなく、簡単な回路構成でもって、一次側入力電圧の低下時の素子破壊を防止することが可能となっている。

【００２５】また請求項２記載の考案に係るスイッチング電源は、上記構成に加え、前記電圧低下検出回路には、前記二次コイルの非接地側端子にカソードが接続されたダイオードと、一方の端子が前記ダイオードのアノードに接続された第１の抵抗と、一方の端子が前記ダイオードのアノードに接続され、他方の端子が二次側接地レベルに接続されたコンデンサと、一方の端子が第１の抵抗の他方の端子に接続され、他方の端子がプラスの直流出力に接続された第２の抵抗と、そのベースが第１の抵抗の他方の端子に接続され、そのエミッタが二次側接地レベルに接続されたトランジスタとを備え、前記トランジスタのコレクタから前記低下信号を取り出す構成としている。すなわち、二次コイルに発生したマイナスレベルの電圧と直流出力のプラスレベルの電圧とを分圧回路に印加し、分圧回路により分圧された電圧が、トランジスタにベース電流が流れる電圧より高くなったとき、低下信号を出力する構成としているので、電圧低下検出回路の構成を簡単なものとすることが可能となっている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係るスイッチング電源の一実施形態の
電気的構成を示すブロック線図である。

【図２】一次側入力電圧の変化と、電圧低下検出回路の
主要点の電圧変化との関係を示す説明図である。

【符号の説明】

２スイッチング回路３トランス４一次コイル６二次コイル７非接地側端子８電圧低下検出回路９負荷装置１６制御入力１７直流出力１８低下信号Ｃ２コンデンサＤ２ダイオードＱ１トランジスタＲ１第１の抵抗Ｒ２第２の抵抗

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】一次コイルに流れる電流をスイッチング
するスイッチング回路がオフとなるときに二次コイルか
ら出力電流を取り出すと共に、消費電力を減少させる制
御入力が設けられた負荷装置に直流出力を供給するスイ
ッチング電源において、前記スイッチング回路がオン状態にあるとき、前記二次
コイルに発生する電圧を検出すると共に、検出した電圧
が所定範囲外の電圧となるときには、一次側入力電圧の
低下を示す低下信号を前記制御入力に出力する電圧低下
検出回路を設けたことを特徴とするスイッチング電源。
【請求項２】前記電圧低下検出回路には、前記二次コイルの非接地側端子にカソードが接続された
ダイオードと、一方の端子が前記ダイオードのアノードに接続された第
１の抵抗と、一方の端子が前記ダイオードのアノードに接続され、他
方の端子が二次側接地レベルに接続されたコンデンサ
と、一方の端子が第１の抵抗の他方の端子に接続され、他方
の端子がプラスの直流出力に接続された第２の抵抗と、そのベースが第１の抵抗の他方の端子に接続され、その
エミッタが二次側接地レベルに接続されたトランジスタ
とを備え、前記トランジスタのコレクタから前記低下信号を取り出
すことを特徴とする請求項１記載のスイッチング電源。