JP3543798B2 - スイッチング電源装置 - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スイッチング電源装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、スイッチング電源装置においては、過負荷などの異常時にスイッチング素子が異常発熱し、損傷に至ることがあった。
【0003】
このため、従来のスイッチング電源装置では、スイッチング素子の放熱フィンを十分に大きくし、スイッチング素子の温度上昇を極力抑制していた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来のスイッチング電源装置では、大きな放熱フィンを設ける必要があるため、装置が大型化するとともに、製造コストが上昇するという課題があった。
【0005】
【発明の開示】
本発明は上記の点に鑑みて提案されたものであって、大きな放熱フィンを設けることなく、スイッチング素子の発熱による損傷を良好に防止できるスイッチング電源装置を提供することを、その目的としている。
【0006】
上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
【0007】
本発明の第1の側面によれば、トランスの1次側巻線に供給される直流電圧をオン・オフさせることによりトランスの2次側巻線に所望の電圧値の誘起電圧を発生させるスイッチング素子と、スイッチング素子を導通状態にするために、1次巻線の直流電圧が供給される端子とスイッチング素子の制御端子との間に設けられる起動抵抗とを有するスイッチング電源装置であって、スイッチング素子の温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段による検出温度が所定の温度以上になると、スイッチング素子のスイッチング動作を停止させるスイッチング動作停止手段と、スイッチング動作停止手段によりスイッチング素子のスイッチング動作が停止させられたとき以降、起動抵抗を流れる電流をスイッチング動作停止手段に流すことにより、温度検出手段による検出温度に係わらず、その停止状態を保持する保持手段とを備えたことを特徴とする、スイッチング電源装置が提供される。
【0008】
好ましい実施の形態によれば、スイッチング素子は、電界効果トランジスタであり、温度検出手段は、電界効果トランジスタと熱的に結合されたサーミスタであり、スイッチング動作停止手段は、サーミスタの両端間電位差に基づいてターンオンするサイリスタを含んでおり、起動抵抗は、電界効果トランジスタのゲート端子に相互に直列に接続された複数の抵抗からなり、保持手段は、起動抵抗のうちの少なくとも1個を除く連続した任意数の抵抗であり、複数の起動用の抵抗のうち保持手段を構成する抵抗と構成しない抵抗との接続点が、サイリスタのアノード端子に接続されている。
【0009】
他の好ましい実施の形態によれば、電界効果トランジスタのゲート端子とサイリスタのアノード端子との間に、電界効果トランジスタのゲート端子側からサイリスタのアノード端子側へと向かう電流が順電流となるように整流素子を設けた。
【0010】
他の好ましい実施の形態によれば、サーミスタは、一端がサイリスタのゲート端子に接続されている。
【0011】
他の好ましい実施の形態によれば、スイッチング動作停止手段は、電界効果トランジスタと直列に接続された抵抗の両端間電位差とサーミスタの両端間電位差との合計と基準電圧とを比較する比較手段を含んでおり、比較手段の出力端子は、サイリスタのゲート端子に接続されている。
【0012】
他の好ましい実施の形態によれば、保持手段によりスイッチング素子のスイッチング動作の停止状態が保持されている期間中、その旨を報知する報知手段を有する。
【0013】
他の好ましい実施の形態によれば、スイッチング素子は、電界効果トランジスタであり、温度検出手段は、電界効果トランジスタと熱的に結合されたサーミスタであり、スイッチング動作停止手段は、サーミスタの両端間電位差に基づいてターンオンするサイリスタを含んでおり、起動抵抗は、電界効果トランジスタのゲート端子に相互に直列に接続された複数の抵抗からなり、保持手段は、起動抵抗のうちの少なくとも1個を除く連続した任意数の抵抗であり、複数の起動用の抵抗のうち保持手段を構成する抵抗と構成しない抵抗との接続点が、サイリスタのアノード端子に接続されており、報知手段は、サイリスタと直列に接続されてサイリスタの保持電流により駆動される発光ダイオードである。
【0014】
本発明によれば、温度検出手段が、スイッチング素子の温度を検出し、スイッチング動作停止手段が、温度検出手段による検出温度が所定の温度以上になると、スイッチング素子のスイッチング動作を停止させ、保持手段が、スイッチング動作停止手段によりスイッチング素子のスイッチング動作が停止させられたとき以降、温度検出手段による検出温度に係わらず、その停止状態を保持するので、スイッチング素子の温度が所定温度に達したときに、スイッチング動作を停止させることができ、しかもその状態を保持できるので、スイッチング素子の温度が所定温度を超えることがない。したがって、大きな放熱フィンを設けることなく、スイッチング素子の発熱による損傷を良好に防止できる。
【0015】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しつつ具体的に説明する。
【0017】
図1は、本発明の一実施形態におけるスイッチング電源装置の電気回路図である。このスイッチング電源装置は、リンギング・チョーク・コンバータ方式のスイッチング電源装置であって、電界効果トランジスタ1、サイリスタ2、トランス3、サーミスタ4、制御回路5、ダイオード7、キャパシタ8、抵抗器9〜12、発光ダイオード13、入力端子15a,15b、および出力端子16a,16bを備えている。トランス3は、1次巻線3a、2次巻線3b、およびベース巻線3cを備えている。サーミスタ4は、電界効果トランジスタ1と熱的に結合されている。たとえば、電界効果トランジスタ1の放熱部にサーミスタ4が接触している。
【0018】
入力端子15aは、抵抗器9の一端およびトランス3の1次巻線3aの一端に接続されている。抵抗器9の他端は、抵抗器10の一端および発光ダイオード13のアノード端子に接続されている。発光ダイオード13のカソード端子は、サイリスタ2のアノード端子に接続されている。1次巻線3aの他端は、電界効果トランジスタ1のドレイン端子に接続されている。抵抗器10の他端は、電界効果トランジスタ1のゲート端子、制御回路5の一端、抵抗器11の一端、およびトランス3のベース巻線3cの一端に接続されている。抵抗器12は、一端が制御用電源Vccに接続されており、他端がサイリスタ2のゲート端子およびサーミスタ4の一端に接続されている。電界効果トランジスタ1のソース端子、制御回路5の他端、抵抗器11の他端、サーミスタ4の他端、サイリスタ2のカソード端子、およびベース巻線3cの他端は、入力端子15bに接続されている。トランス3の2次巻線3bは、一端がダイオード7のアノードに接続されており、他端がキャパシタ8の一端および出力端子16bに接続されている。ダイオード7のカソードは、キャパシタ8の他端および出力端子16aに接続されている。
【0019】
次に動作を説明する。入力端子15a,15b間には、たとえば商用電源を全波整流および平滑した140ボルト程度の直流電圧が供給される。この直流電圧は、起動用の抵抗器9,10とゲート電圧決定用の抵抗器11とによって分圧され、電界効果トランジスタ1のゲート端子に印加される。これにより、電界効果トランジスタ1がオンし、入力端子15a,15b間の直流電圧に起因してトランス3の1次巻線3aに電流が流れる。すると、トランス3のベース巻線3cに誘起電圧が発生し、この誘起電圧によって制御回路5が動作して、電界効果トランジスタ1のゲート電圧を低下させる。これにより、電界効果トランジスタ1がオフし、1次巻線3aに電流が流れなくなって、2次巻線3bの誘起電圧が消滅し、制御回路5の動作が停止される。すると、抵抗器9,10と抵抗器11とによって決定される所定の電圧が電界効果トランジスタ1のゲート端子に印加され、電界効果トランジスタ1が再度オンする。以下同様の動作が繰り返され、電界効果トランジスタ1のスイッチングによりトランス3の2次巻線3bに所定の誘起電圧が発生する。この誘起電圧は、整流用のダイオード7により整流され、平滑用のキャパシタ8により平滑されて、出力端子16a,16bから出力される。もちろん、トランス3の2次巻線3bと出力端子16a,16bとの間に、全波整流回路や定電圧回路などを設けてもよい。
【0020】
ここで、たとえば過負荷などにより電界効果トランジスタ1に過大な電流が流れ、電界効果トランジスタ1が異常発熱すると、それに応じてサーミスタ4の温度が上昇し、抵抗値が大きくなる。抵抗器12とサーミスタ4とによって制御用電源Vccの電圧を分圧しているので、サーミスタ4の抵抗値が大きくなると、サイリスタ2のゲート電圧が高くなり、サイリスタ2がターンオンする。これにより、入力端子15a,15b間に供給されている直流電圧に起因する電流が抵抗器9を介してサイリスタ2に流れ、サイリスタ2のオン状態が保持される。サイリスタ2がオンすると、電界効果トランジスタ1のゲート電圧が低下し、電界効果トランジスタ1がオフする。したがって、電界効果トランジスタ1のスイッチング動作が停止し、電界効果トランジスタ1に電流が流れなくなるので、電界効果トランジスタ1の温度上昇が停止し、電界効果トランジスタ1の損傷が防止される。もちろん、出力端子16a,16bからの出力も無くなる。また、サイリスタ2がオンしている期間中、発光ダイオード13にも電流が流れ、発光ダイオード13が発光して、電界効果トランジスタ1の異常発熱によりスイッチング電源が動作を停止している旨を報知する。なお、入力端子15a,15b間への直流電圧の供給を停止すれば、サイリスタ2がターンオフする。
【0021】
このように、サーミスタ4が、電界効果トランジスタ1の温度を検出し、サイリスタ2が、サーミスタ4による検出温度に基づいて、電界効果トランジスタ1のスイッチング動作を停止させ、抵抗器9が、サイリスタ2のオン状態を保持するので、電界効果トランジスタ1の温度が所定温度に達したときに、スイッチング動作を停止させることができ、しかもその状態を保持できることから、電界効果トランジスタ1の温度が所定温度を超えることがない。したがって、大きな放熱フィンを設けることなく、電界効果トランジスタ1の発熱による損傷を良好に防止できる。
【0022】
また、サイリスタ2により電界効果トランジスタ1のスイッチング動作が停止させられたとき以降、サーミスタ4による検出温度に係わらず、抵抗器9を介して流れる保持電流によりサイリスタ2のオン状態が継続するので、異常発熱付近の温度で電界効果トランジスタ1がスイッチング動作を間欠的に行い、出力端子16a,16bに間欠的に出力が表れるというような、不安定な動作状態に至ることがない。
【0023】
また、起動用の抵抗として2個の抵抗器9,10を設けたので、電界効果トランジスタ1のゲート端子に供給する起動用電流とサイリスタ2のアノード端子に供給する保持用電流とを互いに異なる任意の値に設定でき、容易に最適設計が行える。
【0024】
また、サイリスタ2がオンしている期間中、サイリスタ2の保持電流により発光ダイオード13が発光するので、電界効果トランジスタ1の異常発熱によりスイッチング電源が動作を停止している旨を明瞭に報知できる。
【0025】
図2は、本発明の他の実施形態におけるスイッチング電源装置の電気回路図である。図1に示す実施形態との相違点は、抵抗器10と並列にダイオード21を設けたことである。ダイオード21は、アノード端子が電界効果トランジスタ1のゲート端子に接続されており、カソード端子がサイリスタ2のアノード端子に接続されている。
【0026】
このように、ダイオード21を設ければ、サイリスタ2がターンオンしたときに、電界効果トランジスタ1のゲートの電荷がダイオード21およびサイリスタ2を介して放電される。したがって、電界効果トランジスタ1の異常発熱時に電界効果トランジスタ1を迅速かつ確実にオフさせることができる。
【0027】
すなわち、ダイオード21を設けない場合、サイリスタ2がターンオンしたときに、電界効果トランジスタ1のゲートの電荷は、抵抗器10および抵抗器11を介して放電されるが、抵抗器10,抵抗器11の抵抗値は比較的大きいので、電界効果トランジスタ1のオフが遅れたり、あるいはオフしない場合もあり得る。ダイオード21を設けることにより、このような不都合が解消される。
【0028】
図3は、本発明のさらに他の実施形態におけるスイッチング電源装置の電気回路図である。図2に示す実施形態との相違点は、演算増幅器31、抵抗器32、および基準電源33を設けたことである。
【0029】
演算増幅器31は、出力端子がサイリスタ2のゲート端子に接続されており、非反転入力端子が抵抗器12の他端とサーミスタ4の一端との接続点に接続されている。演算増幅器31の反転入力端子は、基準電源33の正極端子に接続されている。電界効果トランジスタ1のソース端子は、抵抗器32の一端に接続されており、電界効果トランジスタ1のソース端子と抵抗器32の一端との接続点は、サーミスタ4の他端に接続されている。抵抗器32の他端、基準電源33の負極端子、およびサイリスタ2のカソード端子は、入力端子15bに接続されている。なお、抵抗器32を電界効果トランジスタ1のドレイン端子側に接続してもよい。
【0030】
この実施形態においては、抵抗器32の両端間電位差と、サーミスタ4の両端間電位差との合計の電圧が、演算増幅器31により基準電源33の基準電圧と比較され、抵抗器32の両端間電位差とサーミスタ4の両端間電位差との合計電圧が基準電圧を超えたときに、サイリスタ2がターンオンする。
【0031】
この実施形態によれば、電界効果トランジスタ1の温度すなわちサーミスタ4の抵抗値だけでなく、電界効果トランジスタ1を流れる電流の値も考慮してサイリスタ2のターンオン時点が決定されるので、ノイズなどによる誤動作を極力無くすことができる。
【0032】
すなわち、サーミスタ4の両端間電位差のみでサイリスタ2をターンオンさせる構成では、サーミスタ4にノイズが重畳したような場合、電界効果トランジスタ1が異常発熱していないにも係わらずサイリスタ2がターンオンして、スイッチング電源の動作が停止してしまう事態が考えられる。そこでこの実施形態のように、電界効果トランジスタ1を流れる電流が所定値以上になったことと、電界効果トランジスタ1の温度が所定温度以上になったこととの論理積によって、サイリスタ2をターンオンさせるように構成することにより、ノイズなどに起因する誤動作によりスイッチング電源の動作が停止することを極力防止でき、製品の信頼性を向上させることができる。
【0033】
なお、上記各実施形態においては、スイッチング素子として電界効果トランジスタ1を用いたが、スイッチング素子はたとえばバイポーラトランジスタなどの他の素子であってもよい。
【0034】
また、上記各実施形態においては、温度検出手段としてサーミスタ4を用いたが、温度検出手段はたとえばポジスタなどの他の素子あるいはセンサなどであってもよい。
【0035】
また、上記各実施形態においては、スイッチング動作停止手段として、サイリスタ2を用いたが、スイッチング動作停止手段はたとえばバイポーラトランジスタなどの他の素子であってもよい。
【0036】
また、上記各実施形態においては、保持手段を抵抗器9とサイリスタ2との組合せにより実現したが、たとえばバイポーラトランジスタなどを用いて保持回路を構成してもよい。
【0037】
また、上記各実施形態においては、抵抗器9や抵抗器10をそれぞれ1個の抵抗器により実現したが、これら抵抗器9や抵抗器10をそれぞれ複数の抵抗器を直列および/または並列に接続することにより実現してもよい。
【0038】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、温度検出手段が、スイッチング素子の温度を検出し、スイッチング動作停止手段が、温度検出手段による検出温度が所定の温度以上になると、スイッチング素子のスイッチング動作を停止させ、保持手段が、スイッチング動作停止手段によりスイッチング素子のスイッチング動作が停止させられたとき以降、温度検出手段による検出温度に係わらず、その停止状態を保持するので、スイッチング素子の温度が所定温度に達したときに、スイッチング動作を停止させることができ、しかもその状態を保持できることから、スイッチング素子の温度が所定温度を超えることがない。したがって、大きな放熱フィンを設けることなく、スイッチング素子の発熱による損傷を良好に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態におけるスイッチング電源装置の電気回路図である。
【図2】本発明の他の実施形態におけるスイッチング電源装置の電気回路図である。
【図3】本発明のさらに他の実施形態におけるスイッチング電源装置の電気回路図である。
【符号の説明】
1 電界効果トランジスタ
2 サイリスタ
3 トランス
3a 1次巻線
3b 2次巻線
3c ベース巻線
4 サーミスタ
5 制御回路5
9〜12 抵抗器
13 発光ダイオード
【発明の属する技術分野】
本発明は、スイッチング電源装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、スイッチング電源装置においては、過負荷などの異常時にスイッチング素子が異常発熱し、損傷に至ることがあった。
【0003】
このため、従来のスイッチング電源装置では、スイッチング素子の放熱フィンを十分に大きくし、スイッチング素子の温度上昇を極力抑制していた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来のスイッチング電源装置では、大きな放熱フィンを設ける必要があるため、装置が大型化するとともに、製造コストが上昇するという課題があった。
【0005】
【発明の開示】
本発明は上記の点に鑑みて提案されたものであって、大きな放熱フィンを設けることなく、スイッチング素子の発熱による損傷を良好に防止できるスイッチング電源装置を提供することを、その目的としている。
【0006】
上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
【0007】
本発明の第1の側面によれば、トランスの1次側巻線に供給される直流電圧をオン・オフさせることによりトランスの2次側巻線に所望の電圧値の誘起電圧を発生させるスイッチング素子と、スイッチング素子を導通状態にするために、1次巻線の直流電圧が供給される端子とスイッチング素子の制御端子との間に設けられる起動抵抗とを有するスイッチング電源装置であって、スイッチング素子の温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段による検出温度が所定の温度以上になると、スイッチング素子のスイッチング動作を停止させるスイッチング動作停止手段と、スイッチング動作停止手段によりスイッチング素子のスイッチング動作が停止させられたとき以降、起動抵抗を流れる電流をスイッチング動作停止手段に流すことにより、温度検出手段による検出温度に係わらず、その停止状態を保持する保持手段とを備えたことを特徴とする、スイッチング電源装置が提供される。
【0008】
好ましい実施の形態によれば、スイッチング素子は、電界効果トランジスタであり、温度検出手段は、電界効果トランジスタと熱的に結合されたサーミスタであり、スイッチング動作停止手段は、サーミスタの両端間電位差に基づいてターンオンするサイリスタを含んでおり、起動抵抗は、電界効果トランジスタのゲート端子に相互に直列に接続された複数の抵抗からなり、保持手段は、起動抵抗のうちの少なくとも1個を除く連続した任意数の抵抗であり、複数の起動用の抵抗のうち保持手段を構成する抵抗と構成しない抵抗との接続点が、サイリスタのアノード端子に接続されている。
【0009】
他の好ましい実施の形態によれば、電界効果トランジスタのゲート端子とサイリスタのアノード端子との間に、電界効果トランジスタのゲート端子側からサイリスタのアノード端子側へと向かう電流が順電流となるように整流素子を設けた。
【0010】
他の好ましい実施の形態によれば、サーミスタは、一端がサイリスタのゲート端子に接続されている。
【0011】
他の好ましい実施の形態によれば、スイッチング動作停止手段は、電界効果トランジスタと直列に接続された抵抗の両端間電位差とサーミスタの両端間電位差との合計と基準電圧とを比較する比較手段を含んでおり、比較手段の出力端子は、サイリスタのゲート端子に接続されている。
【0012】
他の好ましい実施の形態によれば、保持手段によりスイッチング素子のスイッチング動作の停止状態が保持されている期間中、その旨を報知する報知手段を有する。
【0013】
他の好ましい実施の形態によれば、スイッチング素子は、電界効果トランジスタであり、温度検出手段は、電界効果トランジスタと熱的に結合されたサーミスタであり、スイッチング動作停止手段は、サーミスタの両端間電位差に基づいてターンオンするサイリスタを含んでおり、起動抵抗は、電界効果トランジスタのゲート端子に相互に直列に接続された複数の抵抗からなり、保持手段は、起動抵抗のうちの少なくとも1個を除く連続した任意数の抵抗であり、複数の起動用の抵抗のうち保持手段を構成する抵抗と構成しない抵抗との接続点が、サイリスタのアノード端子に接続されており、報知手段は、サイリスタと直列に接続されてサイリスタの保持電流により駆動される発光ダイオードである。
【0014】
本発明によれば、温度検出手段が、スイッチング素子の温度を検出し、スイッチング動作停止手段が、温度検出手段による検出温度が所定の温度以上になると、スイッチング素子のスイッチング動作を停止させ、保持手段が、スイッチング動作停止手段によりスイッチング素子のスイッチング動作が停止させられたとき以降、温度検出手段による検出温度に係わらず、その停止状態を保持するので、スイッチング素子の温度が所定温度に達したときに、スイッチング動作を停止させることができ、しかもその状態を保持できるので、スイッチング素子の温度が所定温度を超えることがない。したがって、大きな放熱フィンを設けることなく、スイッチング素子の発熱による損傷を良好に防止できる。
【0015】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しつつ具体的に説明する。
【0017】
図1は、本発明の一実施形態におけるスイッチング電源装置の電気回路図である。このスイッチング電源装置は、リンギング・チョーク・コンバータ方式のスイッチング電源装置であって、電界効果トランジスタ1、サイリスタ2、トランス3、サーミスタ4、制御回路5、ダイオード7、キャパシタ8、抵抗器9〜12、発光ダイオード13、入力端子15a,15b、および出力端子16a,16bを備えている。トランス3は、1次巻線3a、2次巻線3b、およびベース巻線3cを備えている。サーミスタ4は、電界効果トランジスタ1と熱的に結合されている。たとえば、電界効果トランジスタ1の放熱部にサーミスタ4が接触している。
【0018】
入力端子15aは、抵抗器9の一端およびトランス3の1次巻線3aの一端に接続されている。抵抗器9の他端は、抵抗器10の一端および発光ダイオード13のアノード端子に接続されている。発光ダイオード13のカソード端子は、サイリスタ2のアノード端子に接続されている。1次巻線3aの他端は、電界効果トランジスタ1のドレイン端子に接続されている。抵抗器10の他端は、電界効果トランジスタ1のゲート端子、制御回路5の一端、抵抗器11の一端、およびトランス3のベース巻線3cの一端に接続されている。抵抗器12は、一端が制御用電源Vccに接続されており、他端がサイリスタ2のゲート端子およびサーミスタ4の一端に接続されている。電界効果トランジスタ1のソース端子、制御回路5の他端、抵抗器11の他端、サーミスタ4の他端、サイリスタ2のカソード端子、およびベース巻線3cの他端は、入力端子15bに接続されている。トランス3の2次巻線3bは、一端がダイオード7のアノードに接続されており、他端がキャパシタ8の一端および出力端子16bに接続されている。ダイオード7のカソードは、キャパシタ8の他端および出力端子16aに接続されている。
【0019】
次に動作を説明する。入力端子15a,15b間には、たとえば商用電源を全波整流および平滑した140ボルト程度の直流電圧が供給される。この直流電圧は、起動用の抵抗器9,10とゲート電圧決定用の抵抗器11とによって分圧され、電界効果トランジスタ1のゲート端子に印加される。これにより、電界効果トランジスタ1がオンし、入力端子15a,15b間の直流電圧に起因してトランス3の1次巻線3aに電流が流れる。すると、トランス3のベース巻線3cに誘起電圧が発生し、この誘起電圧によって制御回路5が動作して、電界効果トランジスタ1のゲート電圧を低下させる。これにより、電界効果トランジスタ1がオフし、1次巻線3aに電流が流れなくなって、2次巻線3bの誘起電圧が消滅し、制御回路5の動作が停止される。すると、抵抗器9,10と抵抗器11とによって決定される所定の電圧が電界効果トランジスタ1のゲート端子に印加され、電界効果トランジスタ1が再度オンする。以下同様の動作が繰り返され、電界効果トランジスタ1のスイッチングによりトランス3の2次巻線3bに所定の誘起電圧が発生する。この誘起電圧は、整流用のダイオード7により整流され、平滑用のキャパシタ8により平滑されて、出力端子16a,16bから出力される。もちろん、トランス3の2次巻線3bと出力端子16a,16bとの間に、全波整流回路や定電圧回路などを設けてもよい。
【0020】
ここで、たとえば過負荷などにより電界効果トランジスタ1に過大な電流が流れ、電界効果トランジスタ1が異常発熱すると、それに応じてサーミスタ4の温度が上昇し、抵抗値が大きくなる。抵抗器12とサーミスタ4とによって制御用電源Vccの電圧を分圧しているので、サーミスタ4の抵抗値が大きくなると、サイリスタ2のゲート電圧が高くなり、サイリスタ2がターンオンする。これにより、入力端子15a,15b間に供給されている直流電圧に起因する電流が抵抗器9を介してサイリスタ2に流れ、サイリスタ2のオン状態が保持される。サイリスタ2がオンすると、電界効果トランジスタ1のゲート電圧が低下し、電界効果トランジスタ1がオフする。したがって、電界効果トランジスタ1のスイッチング動作が停止し、電界効果トランジスタ1に電流が流れなくなるので、電界効果トランジスタ1の温度上昇が停止し、電界効果トランジスタ1の損傷が防止される。もちろん、出力端子16a,16bからの出力も無くなる。また、サイリスタ2がオンしている期間中、発光ダイオード13にも電流が流れ、発光ダイオード13が発光して、電界効果トランジスタ1の異常発熱によりスイッチング電源が動作を停止している旨を報知する。なお、入力端子15a,15b間への直流電圧の供給を停止すれば、サイリスタ2がターンオフする。
【0021】
このように、サーミスタ4が、電界効果トランジスタ1の温度を検出し、サイリスタ2が、サーミスタ4による検出温度に基づいて、電界効果トランジスタ1のスイッチング動作を停止させ、抵抗器9が、サイリスタ2のオン状態を保持するので、電界効果トランジスタ1の温度が所定温度に達したときに、スイッチング動作を停止させることができ、しかもその状態を保持できることから、電界効果トランジスタ1の温度が所定温度を超えることがない。したがって、大きな放熱フィンを設けることなく、電界効果トランジスタ1の発熱による損傷を良好に防止できる。
【0022】
また、サイリスタ2により電界効果トランジスタ1のスイッチング動作が停止させられたとき以降、サーミスタ4による検出温度に係わらず、抵抗器9を介して流れる保持電流によりサイリスタ2のオン状態が継続するので、異常発熱付近の温度で電界効果トランジスタ1がスイッチング動作を間欠的に行い、出力端子16a,16bに間欠的に出力が表れるというような、不安定な動作状態に至ることがない。
【0023】
また、起動用の抵抗として2個の抵抗器9,10を設けたので、電界効果トランジスタ1のゲート端子に供給する起動用電流とサイリスタ2のアノード端子に供給する保持用電流とを互いに異なる任意の値に設定でき、容易に最適設計が行える。
【0024】
また、サイリスタ2がオンしている期間中、サイリスタ2の保持電流により発光ダイオード13が発光するので、電界効果トランジスタ1の異常発熱によりスイッチング電源が動作を停止している旨を明瞭に報知できる。
【0025】
図2は、本発明の他の実施形態におけるスイッチング電源装置の電気回路図である。図1に示す実施形態との相違点は、抵抗器10と並列にダイオード21を設けたことである。ダイオード21は、アノード端子が電界効果トランジスタ1のゲート端子に接続されており、カソード端子がサイリスタ2のアノード端子に接続されている。
【0026】
このように、ダイオード21を設ければ、サイリスタ2がターンオンしたときに、電界効果トランジスタ1のゲートの電荷がダイオード21およびサイリスタ2を介して放電される。したがって、電界効果トランジスタ1の異常発熱時に電界効果トランジスタ1を迅速かつ確実にオフさせることができる。
【0027】
すなわち、ダイオード21を設けない場合、サイリスタ2がターンオンしたときに、電界効果トランジスタ1のゲートの電荷は、抵抗器10および抵抗器11を介して放電されるが、抵抗器10,抵抗器11の抵抗値は比較的大きいので、電界効果トランジスタ1のオフが遅れたり、あるいはオフしない場合もあり得る。ダイオード21を設けることにより、このような不都合が解消される。
【0028】
図3は、本発明のさらに他の実施形態におけるスイッチング電源装置の電気回路図である。図2に示す実施形態との相違点は、演算増幅器31、抵抗器32、および基準電源33を設けたことである。
【0029】
演算増幅器31は、出力端子がサイリスタ2のゲート端子に接続されており、非反転入力端子が抵抗器12の他端とサーミスタ4の一端との接続点に接続されている。演算増幅器31の反転入力端子は、基準電源33の正極端子に接続されている。電界効果トランジスタ1のソース端子は、抵抗器32の一端に接続されており、電界効果トランジスタ1のソース端子と抵抗器32の一端との接続点は、サーミスタ4の他端に接続されている。抵抗器32の他端、基準電源33の負極端子、およびサイリスタ2のカソード端子は、入力端子15bに接続されている。なお、抵抗器32を電界効果トランジスタ1のドレイン端子側に接続してもよい。
【0030】
この実施形態においては、抵抗器32の両端間電位差と、サーミスタ4の両端間電位差との合計の電圧が、演算増幅器31により基準電源33の基準電圧と比較され、抵抗器32の両端間電位差とサーミスタ4の両端間電位差との合計電圧が基準電圧を超えたときに、サイリスタ2がターンオンする。
【0031】
この実施形態によれば、電界効果トランジスタ1の温度すなわちサーミスタ4の抵抗値だけでなく、電界効果トランジスタ1を流れる電流の値も考慮してサイリスタ2のターンオン時点が決定されるので、ノイズなどによる誤動作を極力無くすことができる。
【0032】
すなわち、サーミスタ4の両端間電位差のみでサイリスタ2をターンオンさせる構成では、サーミスタ4にノイズが重畳したような場合、電界効果トランジスタ1が異常発熱していないにも係わらずサイリスタ2がターンオンして、スイッチング電源の動作が停止してしまう事態が考えられる。そこでこの実施形態のように、電界効果トランジスタ1を流れる電流が所定値以上になったことと、電界効果トランジスタ1の温度が所定温度以上になったこととの論理積によって、サイリスタ2をターンオンさせるように構成することにより、ノイズなどに起因する誤動作によりスイッチング電源の動作が停止することを極力防止でき、製品の信頼性を向上させることができる。
【0033】
なお、上記各実施形態においては、スイッチング素子として電界効果トランジスタ1を用いたが、スイッチング素子はたとえばバイポーラトランジスタなどの他の素子であってもよい。
【0034】
また、上記各実施形態においては、温度検出手段としてサーミスタ4を用いたが、温度検出手段はたとえばポジスタなどの他の素子あるいはセンサなどであってもよい。
【0035】
また、上記各実施形態においては、スイッチング動作停止手段として、サイリスタ2を用いたが、スイッチング動作停止手段はたとえばバイポーラトランジスタなどの他の素子であってもよい。
【0036】
また、上記各実施形態においては、保持手段を抵抗器9とサイリスタ2との組合せにより実現したが、たとえばバイポーラトランジスタなどを用いて保持回路を構成してもよい。
【0037】
また、上記各実施形態においては、抵抗器9や抵抗器10をそれぞれ1個の抵抗器により実現したが、これら抵抗器9や抵抗器10をそれぞれ複数の抵抗器を直列および/または並列に接続することにより実現してもよい。
【0038】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、温度検出手段が、スイッチング素子の温度を検出し、スイッチング動作停止手段が、温度検出手段による検出温度が所定の温度以上になると、スイッチング素子のスイッチング動作を停止させ、保持手段が、スイッチング動作停止手段によりスイッチング素子のスイッチング動作が停止させられたとき以降、温度検出手段による検出温度に係わらず、その停止状態を保持するので、スイッチング素子の温度が所定温度に達したときに、スイッチング動作を停止させることができ、しかもその状態を保持できることから、スイッチング素子の温度が所定温度を超えることがない。したがって、大きな放熱フィンを設けることなく、スイッチング素子の発熱による損傷を良好に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態におけるスイッチング電源装置の電気回路図である。
【図2】本発明の他の実施形態におけるスイッチング電源装置の電気回路図である。
【図3】本発明のさらに他の実施形態におけるスイッチング電源装置の電気回路図である。
【符号の説明】
1 電界効果トランジスタ
2 サイリスタ
3 トランス
3a 1次巻線
3b 2次巻線
3c ベース巻線
4 サーミスタ
5 制御回路5
9〜12 抵抗器
13 発光ダイオード
Claims (7)
- トランスの1次側巻線に供給される直流電圧をオン・オフさせることにより前記トランスの2次側巻線に所望の電圧値の誘起電圧を発生させるスイッチング素子と、前記スイッチング素子を導通状態にするために、前記1次巻線の前記直流電圧が供給される端子と前記スイッチング素子の制御端子との間に設けられる起動抵抗とを有するスイッチング電源装置であって、
前記スイッチング素子の温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段による検出温度が所定の温度以上になると、前記スイッチング素子のスイッチング動作を停止させるスイッチング動作停止手段と、
前記スイッチング動作停止手段により前記スイッチング素子のスイッチング動作が停止させられたとき以降、前記起動抵抗を流れる電流を前記スイッチング動作停止手段に流すことにより、前記温度検出手段による検出温度に係わらず、その停止状態を保持する保持手段とを備えたことを特徴とする、スイッチング電源装置。 - 前記スイッチング素子は、電界効果トランジスタであり、
前記温度検出手段は、前記電界効果トランジスタと熱的に結合されたサーミスタであり、
前記スイッチング動作停止手段は、前記サーミスタの両端間電位差に基づいてターンオンするサイリスタを含んでおり、
前記起動抵抗は、前記電界効果トランジスタのゲート端子に相互に直列に接続された複数の抵抗からなり、
前記保持手段は、前記起動抵抗のうちの少なくとも1個を除く連続した任意数の抵抗であり、
前記複数の起動用の抵抗のうち前記保持手段を構成する抵抗と構成しない抵抗との接続点が、前記サイリスタのアノード端子に接続されている、請求項1に記載のスイッチング電源装置。 - 前記電界効果トランジスタのゲート端子と前記サイリスタのアノード端子との間に、前記電界効果トランジスタのゲート端子側から前記サイリスタのアノード端子側へと向かう電流が順電流となるように整流素子を設けた、請求項2に記載のスイッチング電源装置。
- 前記サーミスタは、一端が前記サイリスタのゲート端子に接続されている、請求項2または3に記載のスイッチング電源装置。
- 前記スイッチング動作停止手段は、前記電界効果トランジスタと直列に接続された抵抗の両端間電位差と前記サーミスタの両端間電位差との合計と基準電圧とを比較する比較手段を含んでおり、
前記比較手段の出力端子は、前記サイリスタのゲート端子に接続されている、請求項2または3に記載のスイッチング電源装置。 - 前記保持手段により前記スイッチング素子のスイッチング動作の停止状態が保持されている期間中、その旨を報知する報知手段を有する、請求項1ないし5のいずれかに記載のスイッチング電源装置。
- 前記スイッチング素子は、電界効果トランジスタであり、
前記温度検出手段は、前記電界効果トランジスタと熱的に結合されたサーミスタであり、
前記スイッチング動作停止手段は、前記サーミスタの両端間電位差に基づいてターンオンするサイリスタを含んでおり、
前記起動抵抗は、前記電界効果トランジスタのゲート端子に相互に直列に接続された複数の抵抗からなり、
前記保持手段は、前記起動抵抗のうちの少なくとも1個を除く連続した任意数の抵抗であり、
前記複数の起動用の抵抗のうち前記保持手段を構成する抵抗と構成しない抵抗との接続点が、前記サイリスタのアノード端子に接続されており、
前記報知手段は、前記サイリスタと直列に接続されて前記サイリスタの保持電流により駆動される発光ダイオードである、請求項6に記載のスイッチング電源装置。
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