JP3393123B2 - スイッチング電源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、過電流保護回路を
備えたスイッチング電源装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図５は、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。この図５に示す従来のスイッ
チング電源装置は、同期整流式フォワード型スイッチン
グ電源装置である。

【０００３】入力端子１，２は、入力電圧を印加される
端子である。平滑コンデンサ３は、入力電圧を平滑する
コンデンサである。トランス５は、電力変換をするもの
である。ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Fi
eld Effect Transistor）４は、トランス５の一次側に
直列に接続された半導体素子である。

【０００４】抵抗３５は、トランス５の一次側の電流を
検出し、その電流値に対応する値の電圧信号を両端に生
成する電流検出回路である。

【０００５】なお、平滑コンデンサ３、ＭＯＳＦＥＴ
４、トランス５の一次巻線および抵抗３５は一次側駆動
回路を構成する。

【０００６】ＭＯＳＦＥＴ６は、整流用の半導体素子で
あり、ＭＯＳＦＥＴ７は、還流用の半導体素子である。

【０００７】チョークコイル８は、トランス５の二次巻
線に直列に接続され、出力電圧の交流成分を抑制する素
子である。出力コンデンサ９は、出力端子１０，１１に
並列に接続され、出力電圧の交流成分を抑制する素子で
ある。出力端子１０，１１は、出力電圧を取り出すため
の端子である。

【０００８】制御回路１４は、出力端子１０，１１にお
ける出力電圧に応じた制御パルス信号を生成し、この制
御パルス信号でＭＯＳＦＥＴ４を制御するものである。

【０００９】この制御回路１４において、誤差検出回路
２１は、出力端子１０，１１における出力電圧と所定の
定格出力電圧との誤差を検出するものである。

【００１０】また、フォトカプラ２２は、フォトダイオ
ード２２ａとフォトトランジスタ２２ｂとを有し、入力
側と出力側とを電気的に絶縁しつつ、信号を伝達するも
のである。このフォトカプラ２２のフォトダイオード２
２ａは誤差検出回路２１に接続され、出力側のフォトト
ランジスタ２２ｂのコレクタは電源＋Ｖｃｃに接続さ
れ、出力側のフォトトランジスタ２２ｂのエミッタは抵
抗２３の一端に接続される。

【００１１】さらに、抵抗２３は、一端をフォトカプラ
２２におけるフォトトランジスタ２２ｂのエミッタに接
続され、他端を接地された抵抗であり、抵抗２４は、フ
ォトトランジスタ２２ｂに並列に接続された抵抗であ
る。

【００１２】ソフトスタート回路６０は、装置起動時に
ソフトスタートを実行するための回路である。

【００１３】ソフトスタート回路６０において、抵抗２
５は、一端を電源＋Ｖｃｃに接続され、他端を抵抗２６
に接続された抵抗であり、抵抗２６は、一端を抵抗２５
に接続され、他端を接地された抵抗である。また、抵抗
２５と抵抗２６との接続点には、コンパレータ３３の第
１の入力端子が接続される。

【００１４】また、コンデンサ２７は、一端を電源＋Ｖ
ｃｃに接続され、他端を抵抗２８に接続されたコンデン
サであり、抵抗２８は、一端を抵抗２５と抵抗２６との
接続点に接続され、他端をコンデンサ２７に接続された
抵抗である。

【００１５】三角波発生器３２は、所定の周波数の三角
波信号を発生する装置である。

【００１６】コンパレータ３３は、３つの入力端子を有
し、第１の入力端子への入力電圧と第２の入力端子への
入力電圧の和から第３の入力端子への入力電圧を減算し
た電圧値が正である場合には、所定のハイレベル（通
常、電源電位）の出力電圧を出力し、そうでない場合に
は、所定のローレベル（通常、接地電位）の出力電圧を
出力する回路である。

【００１７】なお、コンパレータ３３の第１の入力端子
は、抵抗２５と抵抗２６との接続点に接続され、第２の
入力端子は、抵抗２３と抵抗２４との接続点、並びにフ
ォトカプラ２２のフォトトランジスタ２２ｂのエミッタ
に接続され、第３の入力端子は、三角波発生器３２に接
続される。

【００１８】トライステートバッファ３１は、過電流保
護回路３４からの入力電圧がローレベルである場合に
は、コンパレータ３３の出力をそのまま出力し、過電流
保護回路３４からの入力レベルがハイレベルである場合
には、出力電圧を不定とする回路である。

【００１９】このように制御回路１４は、誤差検出回路
２１、フォトカプラ２２、抵抗２３，２４、ソフトスタ
ート回路６０、三角波発生器３２、コンパレータ３３お
よびトライステートバッファ３１で構成される。

【００２０】過電流保護回路３４は、抵抗３５からの電
圧信号の電圧値が所定の閾値以上である場合にハイレベ
ルの出力信号をトライステートバッファ３１に入力して
制御パルス信号のＭＯＳＦＥＴへの供給を停止して、制
御パルス信号のデューティー比を低下させる回路であ
る。

【００２１】この過電流保護回路３４において、抵抗３
６は、一端を抵抗３５に接続され、他端をコンデンサ３
７に接続された抵抗であり、コンデンサ３７は、一端を
抵抗３６に接続され、他端を接地されたコンデンサであ
る。なお、この抵抗３６およびコンデンサ３７はノイズ
抑制のための積分回路を構成する。

【００２２】基準電圧源３９は、負側端子を接地され、
正側端子をコンパレータ３８に接続され、通常運転時に
抵抗３５から得られる電圧値より高く、かつ過電流発生
時に抵抗３５から得られる電圧値より低い所定の閾値電
圧Ｖｔを発生する電源である。

【００２３】コンパレータ３８は、第１の入力端子を抵
抗３６とコンデンサ３７との接続点に接続され、第２の
入力端子を基準電圧源３９の正側端子に接続され、第１
の入力端子への入力電圧から第２の入力端子への入力電
圧を減算した電圧値が正である場合には、所定のハイレ
ベル（通常、電源電位）の出力電圧を出力し、そうでな
い場合には、所定のローレベル（通常、接地電位）の出
力電圧を出力する回路である。なお、コンパレータ３８
の出力電圧は、トライステートバッファ３１に入力され
る。

【００２４】なお、トランス５の二次巻線、ＭＯＳＦＥ
Ｔ６，７、チョークコイル８、出力コンデンサ９および
制御回路１４は、二次側出力回路を構成する。

【００２５】次に、上記従来のスイッチング電源装置の
動作について説明する。

【００２６】まず、正常運転時における動作について説
明する。

【００２７】正常運転時においては、入力端子１，２に
印加された入力信号が、ＭＯＳＦＥＴ４のスイッチング
動作によりパルスとしてトランス５の一次巻線に印加さ
れる。それにより、トランス５の二次巻線には、一次巻
線に印加された電圧に応じた電圧が発生し、ＭＯＳＦＥ
Ｔ６，７により整流され、チョークコイル８および出力
コンデンサ９により平滑され、整流、平滑後の二次側電
圧が出力電圧として出力端子１０，１１に印加される。

【００２８】そして、出力端子１０，１１に印加された
出力電圧は、制御回路１４の誤差検出回路２１により検
出され、その電圧とその定格出力電圧との誤差に対応す
る電圧（以下、誤差電圧という）が、フォトカプラ２２
および抵抗２３，２４により、コンパレータ３３の第２
の入力端子に印加される。

【００２９】また、正常運転時では、コンパレータ３３
の第１の入力端子には、電源電圧＋Ｖｃｃを抵抗２５お
よび抵抗２６で分圧して得られた電圧が印加される。ま
た、コンパレータ３３の第３の入力端子には、三角波発
生器３２により発生された三角波信号が印加される。

【００３０】そしてコンパレータ３３が、抵抗２５およ
び抵抗２６で分圧して得られた電圧および誤差電圧との
和から三角波信号の電圧値を減算した電圧値が正である
場合には、出力電圧をハイレベルとし、そうでない場合
には、ローレベルとする。これにより、ＭＯＳＦＥＴ４
を制御するための制御パルス信号が三角波信号の周波数
と同一周波数で、かつ出力電圧に応じたデューティー比
で得られる。

【００３１】このようにして得られた制御パルス信号
は、正常運転時では、トライステートバッファ３１を介
してＭＯＳＦＥＴ４に入力され、その制御パルス信号の
電圧レベルに応じてＭＯＳＦＥＴ４がスイッチング動作
をする。

【００３２】したがって、誤差電圧が正であると、出力
電圧がハイレベルである時間を減少させ（すなわち、制
御パルス信号のパルス幅を狭くし）、ＭＯＳＦＥＴ４が
オン状態である時間を短くし、逆に、誤差電圧が負であ
ると、出力電圧がハイレベルである時間を増加させ（す
なわち、制御パルス信号のパルス幅を広くし）、ＭＯＳ
ＦＥＴ４がオン状態である時間を長くして、ＭＯＳＦＥ
Ｔ４がＰＷＭ制御される。これにより、出力端子１０，
１１における出力電圧が定格出力電圧に近づくように制
御される。

【００３３】次に、装置の起動時における動作について
説明する。

【００３４】装置を起動すると、電源＋Ｖｃｃの電圧が
ゼロから所定の電圧＋Ｖｃｃに変化する。このとき、コ
ンパレータ３３の第１の入力端子への入力電圧、すなわ
ち抵抗２５と抵抗２６との間の接続点の電圧は、抵抗２
５，２６，２８の抵抗値およびコンデンサ２７の静電容
量値で決まる時定数に基づいてゼロから徐々に増加して
いき、定常状態に至ると、抵抗２５および抵抗２６によ
り電圧＋Ｖｃｃを分圧した電圧値になる。

【００３５】したがって、起動時から時間が経過するに
つれ、コンパレータ３３の第１の入力端子への入力電圧
が増加していく。これにより、コンパレータ３３の出力
電圧がハイレベルである時間が徐々に増加していき、制
御パルス信号のパルス幅が徐々に広くなっていく。これ
によりソフトスタート回路６０でソフトスタートが実現
される。

【００３６】最後に、過電流が発生したときの動作につ
いて説明する。

【００３７】出力電圧が低下していくと（すなわち出力
電流が多くなると）、上述のように、制御回路１４によ
り出力電圧が定格になるように制御され、制御パルス信
号のパルス幅が狭くなっていくが、過電流が生じた場
合、制御回路１４ではパルス幅の調整が困難になる。

【００３８】そこで、過電流発生時には、過電流保護回
路３４により、ＭＯＳＦＥＴ４をオフ状態にする。

【００３９】過電流保護回路３４では、抵抗３５の一端
の電位を、抵抗３６およびコンデンサ３７からなる積分
回路を介してコンパレータ３８が監視している。そし
て、一次側の電流が増加し、抵抗３５の一端の電位が電
圧Ｖｔを超えると、コンパレータ３８は、トライステー
トバッファ３１にハイレベルの信号を供給し、ＭＯＳＦ
ＥＴ４への制御パルス信号の供給を停止させる。

【００４０】これにより、ＭＯＳＦＥＴ４は、一次側の
電流が一定量以上になると、オフ状態になり、一次側の
電流ひいては二次側の電流が低下し、過電流が解消され
る。

【００４１】このとき、抵抗３６およびコンデンサ３７
からなる積分回路は、高周波のノイズを抑制し、コンパ
レータ３８の誤動作を抑制している。

【００４２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、過電流
保護回路３４では、抵抗３６およびコンデンサ３７で構
成される積分回路による応答の遅れに起因して、コンパ
レータ３８による過電流の検出動作に遅れが生じる。

【００４３】すなわち、抵抗３５で検出された電圧信号
が例えば図６に示すようであると、抵抗３６およびコン
デンサ３７で構成される積分回路の遅れ特性に起因し
て、過電流発生時に瞬時に本来の一次側電流値に対応す
る電圧値がコンパレータ３８において得られず、それか
ら時間ｔｄの経過後にコンパレータ３８への入力電圧が
基準電圧Ｖｔに達し、過電流保護回路３４によるＭＯＳ
ＦＥＴ４の制御が時間ｔｄだけ遅れることになる。

【００４４】このような過電流の検出に遅れがあるた
め、制御パルス信号のパルス幅を十分に狭くして過電流
を抑制することが困難であり、従来のスイッチング電源
装置の垂下特性（過電流時の出力電圧−出力電流特性）
は、図７に実線で示すようになり、出力端子１０，１１
における出力電圧が低下すると、出力電流が大きくな
る。なお、そのような遅れのない場合には、垂下特性は
例えば点線のようになる。

【００４５】図７に示すように従来のスイッチング電源
装置では、負荷短絡時などにおいて出力電圧が低下する
と、出力電流が大きくなるため、スイッチング用の半導
体素子（図５では、ＭＯＳＦＥＴ４，６，７）を破損す
るおそれがある。

【００４６】特に、図５に示すように二次側出力回路の
同期整流器がＭＯＳＦＥＴで構成されている場合には、
ＭＯＳＦＥＴではソースドレイン間のインピーダンスが
低いため、負荷短絡時の導通電流が大きくなり破損する
おそれが高い。

【００４７】すなわち、負荷短絡などに起因する過電流
により装置における半導体素子が破損する可能性がある
という問題がある。

【００４８】本発明は、上記のような課題を鑑みてなさ
れたものであり、過電流による半導体素子の破損を防止
できるスイッチング電源装置を得ることを目的とする。

【００４９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明のスイッチング電源装置は、トランスと、
そのトランスの一次側に接続された半導体素子と、装置
の出力電圧に応じた制御パルス信号を生成し、この制御
パルス信号で半導体素子を制御する制御回路と、そのト
ランスの一次側の電流を検出し、その電流値に対応する
値の電圧信号を生成する電流検出回路と、その電圧信号
の高周波ノイズを抑制する積分回路と、その電圧信号の
電圧値が所定の第１の閾値以上である場合に制御パルス
信号のデューティー比を低下させる過電流保護回路と、
その電圧信号の立ち上がりエッジの電圧値が第１の閾値
より低い所定の第２の閾値以上である場合に、その電圧
信号の立ち上がりエッジの電圧値を増加させるレベルシ
フト回路とを備えている。

【００５０】このスイッチング電源装置を利用すると、
過電流が発生しても瞬時に一次側電流および出力電流が
抑制され、過電流による半導体素子の破損を防止するこ
とができる。

【００５１】さらに、本発明のスイッチング電源装置
は、上記各発明のスイッチング電源装置に加え、レベル
シフト回路が、電流検出回路により生成された電圧信号
の立ち上がりエッジの電圧値が第２の閾値以上である場
合に、所定の時間だけ、その電圧信号の電圧値を第１の
閾値以上に保つようにしたものである。

【００５２】このスイッチング電源装置を利用すると、
その所定の時間だけ半導体素子の動作が停止し、過電流
による半導体素子の破損を防止することができる。

【００５３】さらに、本発明のスイッチング電源装置
は、上記各発明のスイッチング電源装置に加え、電流検
出回路により生成された電圧信号と第２の閾値とを比較
するコンパレータと、このコンパレータの出力値を最大
値として所定の時定数で減衰していく電圧を電圧信号と
する電圧保持回路とをレベルシフト回路に有するもので
ある。

【００５４】このスイッチング電源装置を利用すると、
その所定の時間だけ半導体素子の動作が停止し、過電流
による半導体素子の破損を防止することができる。

【００５５】さらに、本発明のスイッチング電源装置
は、上記各発明のスイッチング電源装置に加え、レベル
シフト回路により電圧信号の立ち上がりエッジの電圧値
が第１の閾値以上にレベルシフトされた場合に、ソフト
スタートを開始するソフトスタート制御回路をさらに備
えている。

【００５６】このスイッチング電源装置を利用すると、
過電流が発生した場合に正常運転に復帰する際にもソフ
トスタートを実行することができ、起動時の過電流によ
る半導体素子の破損を防止することができる。

【００５７】さらに、本発明のスイッチング電源装置
は、上記各発明のスイッチング電源装置に加え、出力電
圧の誤差を検出する誤差検出回路と、電源投入時に所定
の時定数で所定の電圧値まで電圧を増加させていくソフ
トスタート回路と、所定の周波数の三角波を発生する三
角波発生器と、誤差検出回路により検出された誤差に対
応する電圧値、ソフトスタート回路の電圧および三角波
発生器により発生された三角波を比較するコンパレータ
とを制御回路に有し、ソフトスタート制御回路が、レベ
ルシフト回路により電圧信号の立ち上がりエッジの電圧
値が第１の閾値以上にレベルシフトされた場合に、ソフ
トスタート回路を制御してソフトスタートをするように
したものである。

【００５８】このスイッチング電源装置を利用すると、
起動時に使用するソフトスタート回路を利用して、過電
流が発生した場合に正常運転に復帰する際にもソフトス
タートを実行することができ、起動時の過電流による半
導体素子の破損を防止することができる。

【００５９】さらに、本発明のスイッチング電源装置
は、上記各発明のスイッチング電源装置に加え、ソフト
スタート回路がコンデンサおよび抵抗で構成され、ソフ
トスタート制御回路が、ソフトスタート回路のコンデン
サの蓄積電荷を放電させてソフトスタートを開始するよ
うにしたものである。

【００６０】このスイッチング電源装置を利用すると、
簡単な回路構成でソフトスタート制御回路を実現するこ
とができる。

【００６１】

【発明の実施の形態】以下、図に基づいて本発明の実施
の形態を説明する。

【００６２】図１は、本発明の実施の形態に係るスイッ
チング電源装置の構成を示すブロック図である。このス
イッチング電源装置は、同期整流式フォワード型スイッ
チング電源装置である。

【００６３】入力端子１，２は、入力電圧を印加される
端子である。平滑コンデンサ３は、入力電圧を平滑する
コンデンサである。トランス５は、電力変換をするもの
である。ＭＯＳＦＥＴ４は、トランス５の一次側に直列
に接続された半導体素子である。なお、ＭＯＳＦＥＴ４
の代わりに他の半導体素子を使用するようにしてもよ
い。

【００６４】抵抗３５は、トランス５の一次側の電流を
検出し、その電流値に対応する値の電圧信号を両端に生
成する電流検出回路である。

【００６５】なお、平滑コンデンサ３、ＭＯＳＦＥＴ
４、トランス５の一次巻線および電流検出抵抗３５は一
次側駆動回路を構成する。

【００６６】ＭＯＳＦＥＴ６は、整流用の半導体素子で
あり、ＭＯＳＦＥＴ７は、還流用の半導体素子である。

【００６７】チョークコイル８は、トランス５の二次巻
線に直列に接続され、出力電圧の交流成分を抑制する素
子である。出力コンデンサ９は、出力端子１０，１１に
並列に接続され、出力電圧の交流成分を抑制する素子で
ある。出力端子１０，１１は、出力電圧を取り出すため
の端子である。

【００６８】制御回路１４は、出力端子１０，１１にお
ける出力電圧に応じた制御パルス信号を生成し、この制
御パルス信号でＭＯＳＦＥＴ４を制御するものである。

【００６９】この制御回路１４において、誤差検出回路
２１は、出力端子１０，１１における出力電圧と所定の
定格出力電圧との誤差を検出するものである。

【００７０】また、フォトカプラ２２は、フォトダイオ
ード２２ａとフォトトランジスタ２２ｂとを有し、入力
側と出力側とを電気的に絶縁しつつ、信号を伝達するも
のである。このフォトカプラ２２のフォトダイオード２
２ａは誤差検出回路２１に接続され、出力側のフォトト
ランジスタ２２ｂのコレクタは電源＋Ｖｃｃに接続さ
れ、出力側のフォトトランジスタ２２ｂのエミッタは抵
抗２３の一端に接続される。

【００７１】さらに、抵抗２３は、一端をフォトカプラ
２２におけるフォトトランジスタ２２ｂのエミッタに接
続され、他端を接地された抵抗であり、抵抗２４は、フ
ォトトランジスタ２２ｂに並列に接続された抵抗であ
る。

【００７２】ソフトスタート回路６０は、装置起動時、
および過電流が発生した後に正常運転状態へ復帰する際
にソフトスタートを実行するための回路である。

【００７３】ソフトスタート回路６０において、抵抗２
５は、一端を電源＋Ｖｃｃに接続され、他端を抵抗２６
に接続された抵抗であり、抵抗２６は、一端を抵抗２５
に接続され、他端を接地された抵抗である。また、抵抗
２５と抵抗２６との接続点には、コンパレータ３３の第
１の入力端子が接続される。

【００７４】また、コンデンサ２７は、一端を電源＋Ｖ
ｃｃに接続され、他端を抵抗２８に接続されたコンデン
サであり、抵抗２８は、一端を抵抗２５と抵抗２６との
接続点に接続され、他端をコンデンサ２７に接続された
抵抗である。

【００７５】三角波発生器３２は、制御パルス信号の基
礎となる信号として所定の周波数の三角波信号を発生す
る装置である。

【００７６】コンパレータ３３は、３つの入力端子を有
し、第１の入力端子への入力電圧と第２の入力端子への
入力電圧の和から第３の入力端子への入力電圧を減算し
た電圧値が正である場合には、所定のハイレベル（通
常、電源電位）の出力電圧を出力し、そうでない場合に
は、所定のローレベル（通常、接地電位）の出力電圧を
出力する回路である。

【００７７】なお、コンパレータ３３の第１の入力端子
は、抵抗２５と抵抗２６との接続点に接続され、第２の
入力端子は、抵抗２３と抵抗２４との接続点、並びにフ
ォトカプラ２２のフォトトランジスタ２２ｂのエミッタ
に接続され、第３の入力端子は、三角波発生器３２に接
続される。

【００７８】トライステートバッファ３１は、過電流保
護回路３４からの入力電圧がローレベルである場合に
は、コンパレータ３３の出力をそのまま出力し、過電流
保護回路３４からの入力レベルがハイレベルである場合
には、出力電圧を不定とする回路である。

【００７９】このように制御回路１４は、誤差検出回路
２１、フォトカプラ２２、抵抗２３，２４、ソフトスタ
ート回路６０、三角波発生器３２、コンパレータ３３お
よびトライステートバッファ３１で構成される。

【００８０】過電流保護回路３４は、この回路への入力
電圧が第１の閾値Ｖｔ以上である場合にハイレベルの出
力信号をトライステートバッファ３１に入力して制御パ
ルス信号のＭＯＳＦＥＴ４への供給を停止して、制御パ
ルス信号のデューティー比を低下させる回路である。

【００８１】この過電流保護回路３４において、抵抗３
６は、抵抗３５の一端とコンデンサ３７とを接続する抵
抗であり、コンデンサ３７は、抵抗３６と接地点とを接
続するコンデンサである。なお、この抵抗３６およびコ
ンデンサ３７は、高周波ノイズを抑制する積分回路を構
成する。

【００８２】また、基準電圧源３９は、負側端子を接地
され、正側端子をコンパレータ３８に接続され、通常運
転時に抵抗３５から得られる電圧値より高く、かつ過電
流発生時に抵抗３５から得られる電圧値より低い基準電
圧Ｖｔ（第１の閾値）を発生する電源である。

【００８３】さらに、コンパレータ３８は、第１の入力
端子を抵抗３６とコンデンサ３７との接続点に接続さ
れ、第２の入力端子を基準電圧源３９の正側端子に接続
され、第１の入力端子への入力電圧から第２の入力端子
への入力電圧を減算した電圧値が正である場合には、所
定のハイレベル（通常、電源電位）の出力電圧を出力
し、そうでない場合には、所定のローレベル（通常、接
地電位）の出力電圧を出力する回路である。なお、コン
パレータ３８の出力電圧は、トライステートバッファ３
１に入力される。

【００８４】レベルシフト回路４０は、抵抗３５で検出
され積分回路（抵抗３６、コンデンサ３７）を介して供
給された電圧信号の立ち上がりエッジの電圧値が第２の
閾値Ｖｔ２以上である場合に、その電圧信号の立ち上が
りエッジの電圧値を増加させる回路である。

【００８５】図２は、図１におけるレベルシフト回路４
０の構成例を示す回路図である。

【００８６】図２に示すレベルシフト回路４０におい
て、抵抗４２は、一端を抵抗３５に接続され、他端をコ
ンパレータ４５の第１の入力端子に接続された抵抗であ
る。抵抗４３は、一端をコンパレータ４５に接続され、
他端を接地された抵抗である。

【００８７】基準電圧源４４は、所定の基準電圧ＶＲを
発生する電源である。なお、所定の基準電圧ＶＲは、基
準電圧ＶＲに抵抗４２，４３による分圧率の逆数を乗じ
た値（第２の閾値）が基準電圧（第１の閾値）Ｖｔより
低くなるように設定される。

【００８８】コンパレータ４５は、第１の入力端子を抵
抗４２，４３の接続点に接続され、第２の入力端子を基
準電圧源４４に接続され、第１の入力端子への入力電圧
から第２の入力端子への入力電圧を減算した電圧値が正
である場合には、所定のハイレベル（通常、電源電位）
の出力電圧を出力し、そうでない場合には、所定のロー
レベル（通常、接地電位）の出力電圧を出力する回路で
ある。

【００８９】電圧保持回路５０は、コンパレータ４５の
出力値がハイレベルである時点から所定の時間Ｔだけ、
第１の閾値Ｖｔ以上の電圧を出力する回路である。

【００９０】この電圧保持回路５０において、抵抗４６
は、一端をコンパレータ４５の出力端子に接続され、他
端を抵抗３６の第１の入力端子に接続された抵抗であ
る。抵抗４８は、一端を抵抗４６に接続され、他端を接
地された抵抗である。コンデンサ４９は、一端を抵抗４
６に接続され、他端を接地されたコンデンサである。ま
た、ダイオード４７は、アノードをコンパレータ４５の
出力端子に接続され、カソードを抵抗４６，４８および
コンデンサ４９に接続されたダイオードである。

【００９１】ソフトスタート制御回路１９は、過電流が
発生した場合に正常運転状態に復帰する際にソフトスタ
ートを行うように、抵抗２５，２６，２８およびコンデ
ンサ２７によるソフトスタート回路を制御する回路であ
る。

【００９２】ソフトスタート制御回路１９において、Ｎ
ＰＮ型トランジスタ４１は、エミッタを接地され、ベー
スをレベルシフト回路４０に接続され、コレクタをＰＮ
Ｐ型トランジスタ３０のベースに接続される。また、Ｐ
ＮＰ型トランジスタ３０は、エミッタをコンデンサ２７
の一端に接続され、ベースをＮＰＮ型トランジスタ４１
のコレクタに接続され、コレクタをコンデンサ２７の他
端に接続される。

【００９３】なお、トランス５の二次巻線、ＭＯＳＦＥ
Ｔ６，７、チョークコイル８、出力コンデンサ９および
制御回路１４は、二次側出力回路を構成する。

【００９４】次に上記装置の動作について説明する。

【００９５】まず、正常運転時における動作について説
明する。

【００９６】正常運転時においては、入力端子１，２に
印加された入力信号が、ＭＯＳＦＥＴ４のスイッチング
動作によりパルスとしてトランス５の一次巻線に印加さ
れる。それにより、トランス５の二次巻線には、一次巻
線に印加された電圧に応じた電圧が発生し、ＭＯＳＦＥ
Ｔ６，７により整流され、チョークコイル８および出力
コンデンサ９により平滑され、整流、平滑後の二次側電
圧が出力電圧として出力端子１０，１１に印加される。

【００９７】そして、出力端子１０，１１に印加された
出力電圧は、制御回路１４の誤差検出回路２１により検
出され、その電圧とその定格出力電圧との誤差に対応す
る電圧（以下、誤差電圧という）が、フォトカプラ２２
および抵抗２３，２４により、コンパレータ３３の第２
の入力端子に印加される。

【００９８】また、正常運転時では、コンパレータ３３
の第１の入力端子には、電源電圧＋Ｖｃｃを抵抗２５お
よび抵抗２６で分圧して得られた電圧が印加される。ま
た、コンパレータ３３の第３の入力端子には、三角波発
生器３２により発生された三角波信号が印加される。

【００９９】そしてコンパレータ３３が、抵抗２５およ
び抵抗２６で分圧して得られた電圧および誤差電圧との
和から三角波信号の電圧値を減算した電圧値が正である
場合には、出力電圧をハイレベルとし、そうでない場合
には、ローレベルとする。これにより、ＭＯＳＦＥＴ４
を制御するための制御パルス信号が三角波信号の周波数
と同一周波数で、かつ出力電圧に応じたデューティー比
で得られる。

【０１００】このようにして得られた制御パルス信号
は、正常運転時では、トライステートバッファ３１を介
してＭＯＳＦＥＴ４に入力され、その制御パルス信号の
電圧レベルに応じてＭＯＳＦＥＴ４がスイッチング動作
をする。

【０１０１】したがって、誤差電圧が正であると、出力
電圧がハイレベルである時間を減少させ（すなわち、制
御パルス信号のパルス幅を狭くし）、ＭＯＳＦＥＴ４が
オン状態である時間を短くし、逆に、誤差電圧が負であ
ると、出力電圧がハイレベルである時間を増加させ（す
なわち、制御パルス信号のパルス幅をが広くし）、ＭＯ
ＳＦＥＴ４がオン状態である時間を長くして、ＭＯＳＦ
ＥＴ４がＰＷＭ制御される。これにより、出力端子１
０，１１における出力電圧が定格出力電圧に近づくよう
に制御される。

【０１０２】次に、装置の起動時における動作について
説明する。

【０１０３】装置を起動すると、電源＋Ｖｃｃの電圧が
ゼロから所定の電圧＋Ｖｃｃに変化する。このとき、コ
ンパレータ３３の第１の入力端子への入力電圧、すなわ
ち抵抗２５と抵抗２６との間の接続点の電圧は、抵抗２
５，２６，２８の抵抗値およびコンデンサ２７の静電容
量値で決まる時定数に基づいてゼロから徐々に増加して
いき、定常状態に至ると、抵抗２５および抵抗２６によ
り電圧＋Ｖｃｃを分圧した電圧値になる。すなわち、ソ
フトスタート回路６０では、抵抗２５，２６，２８およ
びコンデンサ２７による所定の時定数で所定の電圧値ま
でコンパレータ３３の第１の入力端子への入力電圧を増
加させていく。

【０１０４】したがって、起動時から時間が経過するに
つれ、コンパレータ３３の第１の入力端子への入力電圧
が増加していく。これにより、コンパレータ３３の出力
電圧がハイレベルである時間が徐々に増加していき、制
御パルス信号のパルス幅が徐々に広くなっていく。これ
によりソフトスタート回路６０で起動時のソフトスター
トが実現される。

【０１０５】最後に、過電流が発生したときの動作につ
いて説明する。

【０１０６】出力電圧が低下していくと（すなわち出力
電流が多くなると）、上述のように、制御回路１４によ
り出力電圧が定格になるように制御され、制御パルス信
号のパルス幅が狭くなっていくが、過電流が生じた場
合、制御回路１４ではパルス幅の調整が困難になる。

【０１０７】そこで、過電流発生時には、瞬時に、過電
流保護回路３４によりＭＯＳＦＥＴ４をオフ状態にする
とともに、正常運転に復帰する際に、ソフトスタート制
御回路１９によりソフトスタートを実行する。

【０１０８】過電流保護回路３４では、抵抗３５の一端
の電位を、抵抗３６およびコンデンサ３７からなる積分
回路を介してレベルシフト回路４０が監視している。

【０１０９】レベルシフト回路４０のコンパレータ４５
は、抵抗３５から検出された電圧を抵抗４２，４３で分
圧した電圧値が基準電圧ＶＲを超えると、その出力電圧
をハイレベルにする。したがって、図３に示すように、
時刻Ｔ１で過電流が発生すると、そのときに抵抗３５で
検出された電圧信号のパルス幅の期間だけ、コンパレー
タ４５の出力電圧がハイレベルになる。このハイレベル
の期間に、主にダイオード４７を介してコンデンサ４９
に電荷が蓄積される。これにより、抵抗３６およびコン
デンサ３７の積分回路があっても、過電流が発生した場
合には、コンパレータ４５の出力電圧が急峻に立ち上が
るため、その時点で正確にコンパレータ３８の第１の入
力端子への入力電圧が基準電圧Ｖｔを超えた電圧にな
る。

【０１１０】その後、コンパレータ４５の出力電圧がロ
ーレベルになると、抵抗４６，４８およびコンデンサ４
９による時定数に応じて、コンパレータ３８の第１の入
力端子への入力電圧は、低下していき、時間Ｔが経過す
ると基準電圧Ｖｔより低くなる。

【０１１１】したがって、この時間Ｔの期間において
は、コンパレータ３８の出力電圧がローレベルになり、
トライステートバッファ３１により、ＭＯＳＦＥＴ４へ
の制御パルス信号の供給が停止され、ＭＯＳＦＥＴ４は
オフ状態になる。

【０１１２】その期間が経過すると、コンパレータ３８
の出力電圧がハイレベルに戻り、装置は正常運転状態に
復帰し、トライステートバッファ３１を介して制御パル
ス信号がＭＯＳＦＥＴ４へ供給される。なお、正常運転
状態に復帰した際に、再度、過電流が発生した場合に
は、その過電流の原因が解消されるまで、上記の動作が
繰り返される。

【０１１３】一方、過電流が検出され、レベルシフト回
路４０の出力電圧が大きくなると、ソフトスタート制御
回路１９のＮＰＮ型トランジスタ４１がオン状態にな
り、それに伴ってＰＮＰ型トランジスタ３０がオン状態
になり、コンデンサ２７の蓄積電荷が放電され、コンパ
レータ３３の第１の入力端子への入力電圧が抵抗２５と
抵抗２６，２８とにより電圧＋Ｖｃｃを分圧した電圧値
に低下する。

【０１１４】そして、レベルシフト回路４０の出力電圧
が低下してくると、ソフトスタート制御回路１９のＮＰ
Ｎ型トランジスタ４１がオフ状態になり、それに伴って
ＰＮＰ型トランジスタ３０がオフ状態になる。ＰＮＰ型
トランジスタ３０がオフ状態になった時点から、コンデ
ンサ２７への電荷の蓄積が再度開始され、それにより、
コンパレータ３３の第１の入力端子への入力電圧が徐々
に増加していく。

【０１１５】したがって、コンパレータ３３から出力さ
れる制御パルス信号のパルスの間隔（すなわち、パルス
周期）は、正常運転状態に至るまで、ＰＮＰ型トランジ
スタ３０がオフ状態になった時点で一端長くなり、その
後徐々に短くなっていく。すなわち、過電流発生時から
正常運転状態に復帰したときにも、装置起動時と同様に
ソフトスタートが実施される。

【０１１６】このように、過電流が発生した場合には、
瞬時にＭＯＳＦＥＴ４がオフ状態になるため、出力電流
が抑制され、図４に示すような垂下特性が得られる。

【０１１７】以上のように、上記実施の形態によれば、
トランス５の一次側に接続されたＭＯＳＦＥＴ４と、装
置の出力電圧に応じた制御パルス信号を生成し、この制
御パルス信号でＭＯＳＦＥＴ４を制御する制御回路１４
と、トランス５の一次側の電流を検出し、その電流値に
対応する値の電圧信号を生成する抵抗３５と、その電圧
信号の電圧値が第１の閾値Ｖｔ以上である場合に制御パ
ルス信号のデューティー比を低下させる過電流保護回路
３４と、抵抗３５で生成された電圧信号の立ち上がりエ
ッジの電圧値が第２の閾値Ｖｔ２以上である場合に、そ
の電圧信号の立ち上がりエッジの電圧値を増加させるレ
ベルシフト回路４０を備えているので、過電流が発生し
ても瞬時に一次側電流および出力電流が抑制され、過電
流による半導体素子の破損を防止することができる。

【０１１８】また、上記実施の形態によれば、レベルシ
フト回路４０が、抵抗３５で検出された電圧信号の立ち
上がりエッジの電圧値が第２の閾値Ｖｔ２以上である場
合に、所定の時間Ｔだけ、その電圧信号の電圧値を第１
の閾値Ｖｔ以上に保つようにしたので、ＭＯＳＦＥＴ４
の動作が停止し、過電流による半導体素子の破損を防止
することができる。

【０１１９】さらに、上記実施の形態によれば、レベル
シフト回路４０に、抵抗３５からの電圧信号と第２の閾
値Ｖｔ２とを比較するための抵抗４２，４３およびコン
パレータ４５と、コンパレータ４５の出力値を最大値と
して所定の時定数で減衰していく電圧をその電圧信号と
して出力する電圧保持回路とを有するので、その所定の
時間ＴだけＭＯＳＦＥＴ４の動作が停止し、過電流によ
る半導体素子の破損を防止することができる。

【０１２０】さらに、上記実施の形態によれば、レベル
シフト回路４０により電圧信号の立ち上がりエッジの電
圧値が第１の閾値Ｖｔ以上にレベルシフトされた場合
に、ソフトスタートを開始するソフトスタート制御回路
１９をさらに備えているので、過電流が発生した場合に
正常運転に復帰する際にもソフトスタートを実行するこ
とができ、正常運転復帰時の過電流による半導体素子の
破損を防止することができる。

【０１２１】さらに、上記実施の形態によれば、出力電
圧の誤差を検出する誤差検出回路２１と、電源投入時に
所定の時定数で所定の電圧値まで電圧を増加させていく
ソフトスタート回路６０と、所定の周波数の三角波を発
生する三角波発生器３２と、誤差検出回路により検出さ
れた誤差に対応する電圧値、ソフトスタート回路の電圧
および三角波発生器により発生された三角波を比較する
コンパレータ３３とを制御回路１４に有し、ソフトスタ
ート制御回路１９が、レベルシフト回路４０により電圧
信号の立ち上がりエッジの電圧値が第１の閾値Ｖｔ以上
にレベルシフトされた場合に、ソフトスタート回路６０
を制御してソフトスタートをするようにしたので、起動
時に使用するソフトスタート回路を利用して、過電流が
発生した場合に正常運転に復帰する際にもソフトスター
トを実行することができ、正常運転復帰時の過電流によ
る半導体素子の破損を防止することができる。

【０１２２】さらに、上記実施の形態によれば、ソフト
スタート回路６０がコンデンサ２７および抵抗２５，２
６，２８で構成され、ソフトスタート制御回路１９がソ
フトスタート回路６０のコンデンサ２７の蓄積電荷を放
電させてソフトスタートを開始するようにしたので、簡
単な回路構成でソフトスタート制御回路１９を実現する
ことができる。

【０１２３】なお、本発明は、上記実施の形態に限定さ
れるものではなく、種々の変形、応用が可能である。例
えば、トランス５の一次側の電流を検出するために、電
流検出抵抗３５の代わりに、カレントトランスを使用し
てもよい。

【０１２４】また、上記実施の形態においては、レベル
シフト回路４０は、図２に示すように構成されている
が、同様な動作をする他の構成の回路を使用しても勿論
よい。例えば、抵抗４２，４３を省略し、基準電圧源４
４の基準電圧をＶｔ２としてもよい。また、例えば、基
準電圧源４４の基準電圧をＶｔとして、基準電圧源３９
と基準電圧源４４とを１つとしてもよい。

【０１２５】さらに、上記実施の形態においては、ＮＰ
Ｎ型トランジスタ４１のベースは、レベルシフト回路４
０に接続されているが、コンパレータ３８の出力端子に
接続するようにしてもよい。それにより、コンパレータ
３８の出力電圧がローレベルからハイレベルへ変化した
時点で正確に、ＰＮＰ型トランジスタ３０の状態がオン
からオフに変化し、コンデンサ２７への電荷の蓄積が開
始されるため、正常運転状態に復帰した時点からソフト
スタートを正確に開始することができる。

【０１２６】

【発明の効果】本発明では、過電流による半導体素子の
破損を防止できるスイッチング電源装置を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態に係るスイッチング電源
装置の構成を示すブロック図である。

【図２】 図１におけるレベルシフト回路の構成例を示
す回路図である。

【図３】 図１におけるレベルシフト回路の出力電圧信
号の一例を示すタイミングチャートである。

【図４】 図１のスイッチング電源装置における垂下特
性を示す図である。

【図５】 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。

【図６】 図５における過電流保護回路のコンパレータ
に入力される電圧信号の一例を示すタイミングチャート
である。

【図７】 従来のスイッチング電源装置の垂下特性を示
す図である。

【符号の説明】

４ ＭＯＳＦＥＴ（半導体素子） ５ トランス １４ 制御回路 １９ ソフトスタート制御回路 ２１ 誤差検出回路 ３２ 三角波発生器 ３３ コンパレータ ３４ 過電流保護回路 ３５ 抵抗（電流検出回路） ４０ レベルシフト回路 ４５ コンパレータ ５０ 電圧保持回路 ６０ ソフトスタート回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開2000−245142（ＪＰ，Ａ) 特開2000−316276（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−41922（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−183415（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02M 3/28 H02H 3/087 H02H 7/00 H02H 7/12

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トランスと、 上記トランスの一次側に接続された半導体素子と、 出力電圧に応じた制御パルス信号を生成し、この制御パ
   ルス信号で上記半導体素子を制御する制御回路と、 上記トランスの一次側の電流を検出し、その電流値に対
   応する値の電圧信号を生成する電流検出回路と、上記電圧信号の高周波ノイズを抑制する積分回路と、 上記電圧信号の電圧値が所定の第１の閾値以上である場
   合に上記制御パルス信号のデューティー比を低下させる
   過電流保護回路と、 上記電圧信号の立ち上がりエッジの電圧値が上記第１の
   閾値より低い所定の第２の閾値以上である場合に、その
   電圧信号の立ち上がりエッジの電圧値を増加させるレベ
   ルシフト回路と、 を備えることを特徴とするスイッチング電源装置。
2. 【請求項２】 前記レベルシフト回路は、前記電流検出
   回路により生成された電圧信号の立ち上がりエッジの電
   圧値が前記第２の閾値以上である場合に、所定の時間だ
   け前記電圧信号の電圧値を前記第１の閾値以上に保つこ
   とを特徴とする請求項１記載のスイッチング電源装置。
3. 【請求項３】 前記レベルシフト回路は、前記電流検出
   回路により生成された電圧信号と前記第２の閾値とを比
   較するコンパレータと、このコンパレータの出力値を最
   大値として所定の時定数で減衰していく電圧を前記電圧
   信号とする電圧保持回路とを有することを特徴とする請
   求項２記載のスイッチング電源装置。
4. 【請求項４】 前記レベルシフト回路により前記電圧信
   号の立ち上がりエッジの電圧値が前記第１の閾値以上に
   レベルシフトされた場合に、ソフトスタートを開始する
   ソフトスタート制御回路を備えることを特徴とする請求
   項１または請求項２記載のスイッチング電源装置。
5. 【請求項５】 前記制御回路は、出力電圧の誤差を検出
   する誤差検出回路と、コンデンサおよび抵抗で構成され
   電源投入時に所定の時定数で所定の電圧値まで電圧を増
   加させていくソフトスタート回路と、所定の周波数の三
   角波を発生する三角波発生器と、上記誤差検出回路によ
   り検出された誤差に対応する電圧値、上記ソフトスター
   ト回路の上記電圧および前記三角波発生器により発生さ
   れた三角波を比較するコンパレータとを有し、 前記ソフトスタート制御回路は、前記レベルシフト回路
   により前記電圧信号の立ち上がりエッジの電圧値が前記
   第１の閾値以上にレベルシフトされた場合に、上記ソフ
   トスタート回路を制御してソフトスタートをすること、 を特徴とする請求項４記載のスイッチング電源装置。
6. 【請求項６】 前記ソフトスタート回路は、コンデンサ
   および抵抗で構成され、 前記ソフトスタート制御回路は、前記ソフトスタート回
   路の上記コンデンサの蓄積電荷を放電させて、ソフトス
   タートを開始すること、 を特徴とする請求項５記載のスイッチング電源装置。