JP3584606B2

JP3584606B2 - RCC switching system power supply circuit

Info

Publication number: JP3584606B2
Application number: JP11538096A
Authority: JP
Inventors: 真一近田
Original assignee: Noritz Corp
Current assignee: Noritz Corp
Priority date: 1996-04-12
Filing date: 1996-04-12
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2016-04-12
Also published as: JPH09285122A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、ＲＣＣ（リンギングチョ−クコンバータ）スイッチング方式の電源回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来直流ファンモ−タを駆動する電源回路としては、チョッパ−型スイッチングレギュレ−タやフォワ−ド型スイッチングレギュレ−タが使われていたが、チョッパ−型の場合は入力側と出力側が電気的に絶縁出来ない、フォワ−ド型の場合はトランスやコイルを３個必要としコストが高くなりがちである。
【０００３】
図２の従来のフォワ−ド型スイッチングレギュレ−タの概略構成図を用いて動作を説明すると、入力直流電源は入力端子８０、入力側グランド端子８１間に印加され、入力端子８０は主スイッチングトランス８３の１次側センタ−タップに接続され、同極性端と入力グランド端子８１間にダイオ−ド８２が接続され巻線の他端はスイッチングトランジスタ８６のコレクタに接続されエミッタは入力グランド端子８１に接続され、ベ−スには抵抗８７が入力グランド端子８１間に接続され、および抵抗８８がドライブトランス８４の１次側に接続され、１次側の他端は入力グランド端子８１に接続されている。
【０００４】
主スイッチングトランス８３の２次側の１次側と同極性端はダイオ−ド９２のアノ−ドに接続され巻線の他端はダイオ−ド９３のアノ−ド、コンデンサ９４、電流検出抵抗９７に接続されている。
【０００５】
ダイオ−ド９２のカソ−ドはダイオ−ド９３のカソ−ド、チョ−クコイル９１に接続され、チョ−クコイル９１の他端はコンデンサ９４の他端および出力端子９８に接続されている。
【０００６】
電流検出抵抗９７の他端は出力グランド端子９９に接続されており、出力端子９８と出力グランド端子９９間に負荷として直流ファンモ−タが接続されている。
【０００７】
スイッチング制御回路９５は一般にＰＷＭ制御用ＩＣが用いられ、外部制御端子１００、電流検出抵抗９７、出力端子９８、出力グランド端子９９および、入力直流電源とは絶縁された異なる直流電源Ｖｃｃへ接続されている。
【０００８】
ドライブトランス８４の２次側の１次側と同極性端はダイオ−ド９６のカソ−ドに接続されアノ−ドはスイッチング制御回路９５へ接続され、ドライブトランス８４のセンタ−タップは直流電源Ｖｃｃへ接続され、１次側と異極性端はスイッチング制御回路９５へ接続されている。
【０００９】
続いて概略動作について説明すると、入力端子８０、入力グランド端子８１間に印加された入力直流電源は主スイッチングトランス８３を通してスイッチングトランジスタ８６により例えば周波数５０ＫＨＺでスイッチングされ２次側へ伝達される。
尚この際、負荷に必要とされる電圧値への制御は後述するようにＰＷＭ制御が一般的である。
【００１０】
スイッチングトランジスタ８６のオン期間中入力直流電源のエネルギ−は主スイッチングトランス８３の２次側へ伝達される。この際伝達される波高値はトランスの１次２次の巻数比で決まる値であり、又波形幅は負荷ファンモ−タの必要とする電力（Ｖ_Ｍ×Ｉ_Ｍ）で決まる幅である。
【００１１】
そしてオン期間中に同極性で伝達された波形は同極性即ち主スイッチングトランス８３の２次側黒丸印側が正側ゆえ、ダイオ−ド９２が導通し、チョ−クコイル９１、コンデンサ９４で平滑され負荷直流ファンモ−タへ印加される。
【００１２】
スイッチングトランジスタ８６のオフ期間中はトランスに発生した逆電圧によりダイオ−ド８２が導通し入力電源側へ蓄積されたエネルギ−が帰還されトランスのリセットがおこなわれる。
又このオフ期間中、２次側ではチョ−クコイル９１に蓄積されたエネルギ−で、電流がコンデンサ９４および負荷ファンモ−タ、電流検出抵抗９７、ダイオ−ド９３を流れ続ける。
【００１３】
次いでスイッチング制御回路９５の動作概要を説明すると、一般にＰＷＭ制御用ＩＣ（ＩＣの詳細説明はしないが）及び抵抗、コンデンサ等で構成されており、設定された、例えば５０ＫＨＺの周波数で発振しており、外部制御端子１００に加えられる制御電圧により決まるパルス幅の出力でドライブトランス８４の２次側を駆動し、１次側へ伝達されたオン・オフパルスにより抵抗８８を介してスイッチングトランジスタ８６をオン・オフ駆動している、尚抵抗８７はベ−スバイアス抵抗である。
次いでダイオ−ド９６は先の説明と同様にオン期間中にドライブトランス８４に蓄積されたエネルギ−をオフ期間中に直流電源Ｖｃｃへ帰還しトランスのリセットを行うものである。
【００１４】
更にスイッチング制御回路９５は出力端子９８の電圧を監視して出力電圧の変動を押さえ、又電流検出抵抗９７の両端の負荷電流により発生する電圧を監視し過電流になれば駆動パルス幅を狭めて出力電圧を下げる動作を行っている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来のファンモ−タ駆動用のスイッチング電源回路としては、前述の様にチョッパ−型では入力電源側と出力側が電気的に絶縁出来ないため、例えば商用ＡＣ１００Ｖを整流して入力直流電源とする場合負荷のファンモ−タの絶縁耐圧を特に考慮する必要が有るし、又電圧を可変する場合低電圧を得るのが中々むつかしいという問題が有り、又説明記載のごときフォワ−ド型の場合はトランス、コイルが３個必要となりコスト的に高くなる、或いはスペ−ス的に基板設計上不利であり又出力電圧の変化についても零電圧にするのがむつかしい、という様な問題を有していた。
本願発明は上記の点に鑑みて提案されたものであって、ＲＣＣスイッチング方式を用いてコストが安く、信頼性を向上させた、ＲＣＣスイッチング方式電源回路を提供することを、その目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【００１７】
すなわち、本願発明の請求項１に記載したＲＣＣスイッチング方式電源回路は、直流電源に接続される１次巻線と、前記１次巻線と同極性のコントロ−ル巻線および異極性の２次巻線を持つスイッチングトランスと、前記１次巻線を通して直流電源をスイッチングするスイッチング素子を含む主スイッチング回路と、前記２次巻線の電圧を整流平滑して負荷に供給する２次側整流平滑回路と、負荷に流れる電流を検出する電流検出抵抗と、前記電流検出抵抗の両端電圧を判定する過電流検出回路と、外部制御入力電圧を判定・増幅しフォトカプラを介して前記主スイッチング回路を制御し負荷に供給する直流電圧を可変するスイッチング制御回路と、前記直流電源から作成する１次側制御電源回路を備えたＲＣＣスイッチング方式電源回路において、出力直流電圧が必要出力電圧以下の時は異なる第２のフォトカプラを介して前記スイッチング素子を非導通状態にて前記主スイッチング回路を停止させる低出力電圧時発振停止回路と、２次側の制御回路用の、外部直流電源が低下或いは断になれば、異なる第３のフォトカプラを介して前記スイッチング素子を非導通状態にて、前記主スイッチング回路を停止させる外部直流電源低下検出回路とを具備したことを特徴とする。
【００１８】
このＲＣＣスイッチング方式電源回路によれば、トランス１個でスイッチング電源を構成することができ、かつ低出力電圧時には発振を停止することが出来るので、ＲＣＣスイッチング方式の特徴である負荷の電力による発振周波数の変化即ち負荷大の時は発振周波数低、負荷小の時は発振周波数高となる特徴を、更に有効に利用できるよう低出力電圧時は発振停止となるようにしたので動作周波数を全体に高い方へシフトできスイッチングトランスを一層小型化でき、又スイッチング素子の無駄な発熱を押さえることができ、更に非導通で停止するので安全である。
【００１９】
およびフォトカプラにより１次側と２次側を電気的に絶縁しているので前記直流電源と負荷側を分離でき負荷のファンモ−タの絶縁設計に対して有利である。
【００２０】
負荷としてファンモ−タに限らずポンプ等水廻り機器に使えば漏電に対しても更に有効であるのは言うまでもない。
【００２２】
このＲＣＣスイッチング方式電源回路によれば、前述の如き効果に加えて、２次側の制御回路用の外部直流電源の電圧の低下或いは断を検出してスイッチング素子を非導通状態で停止できるので安全であり、又フォトカプラを介して１次側と２次側を電気的に絶縁するのは言うまでもない。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本願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。
【００２４】
図１が本願発明のＲＣＣスイッチング方式電源回路のブロック構成図であって、入力端子１、入力グランド端子２、１次側制御電源回路７、主スイッチング回路１０、スイッチングトランス２０、２次側整流平滑回路２６、過電流検出回路３０、電流検出抵抗３１、スイッチング制御回路４１、低出力電圧時発振停止回路５３、外部直流電源低下検出回路６５、直流出力端子７３、出力側グランド端子７４、外部制御入力端子７５を備えている。
【００２５】
図３は図１の詳細回路図であり、図４は図３における各部の動作波形図であり、以下両図に基づいて詳細に説明する。
【００２６】
入力端子１はコンデンサ５と抵抗４の並列部、スイッチングトランス２０の１次側黒丸、抵抗１９、抵抗９へ接続されている。コンデンサ５と抵抗４の並列部の他端はダイオ−ド６のカソ−ドへ接続されてスナバ回路３を成し、ダイオ−ド６のアノ−ドはスイッチングトランジスタ１４のコレクタおよびスイッチングトランス２０の１次側の他端へ接続されている。抵抗１９の他端はスイッチングトランジスタ１４のベ−スへ接続され起動抵抗となる。抵抗９の他端はツエナ−ダイオ−ド８のカソ−ドへ接続され１次側制御電源回路７を成し１次側の各部へ供給している。
【００２７】
入力グランド端子２は抵抗１３、ツエナダイオ−ド８のアノ−ド、トランジスタ６４のエミッタ、抵抗６３、トランジスタ７２のエミッタ、抵抗７０、フォトカプラ▲３▼６９のエミッタ、トランジスタ１５のエミッタ、スイッチングトランス２０のコントロ−ル巻線で１次巻線の異極性側へ接続され一次側の共通グランドを成している。
【００２８】
スイッチングトランス２０のコントロ−ル巻線で１次巻線の同極性側はダイオ−ド２１のアノ−ド、抵抗１６、ツエナ−ダイオ−ド２５のカソ−ドへ接続されている。抵抗１６の他端はダイオ−ド１７のアノ−ドとコンデンサ１８の並列回路へ接続され、ダイオ−ド１７のカソ−ドとコンデンサの他端はスイッチングトランジスタ１４のベ−スへ接続されている。
ツエナダイオ−ド２５のアノ−ドは抵抗２４に接続され抵抗の他端はトランジスタ１５のベ−ス、抵抗１２、コンデンサ１１、フォトカプラ▲１▼５２のエミッタへ接続されている。コンデンサ２３はフォトカプラ▲１▼５２のコレクタ、エミッタ間へ接続されている。
【００２９】
ダイオ−ド２１のカソ−ドは抵抗２２へ接続され、抵抗の他端はフォトカプラ▲１▼５２のコレクタへ接続されている。
【００３０】
スイッチングトランジスタ１４のエミッタは抵抗１２の他端、コンデンサ１１の他端、抵抗１３の他端へ接続されている。抵抗６２はツエナダイオ−ド８のカソ−ドへ接続され、他端はフォトカプラ▲２▼６１のコレクタへ接続されている。トランジスタ６４のコレクタはスイッチングトランジスタ１４のベ−ス及びトランジスタ７２のコレクタへ接続されベ−スは抵抗６３の他端およびフォトカプラ▲２▼６１のエミッタへ接続されている。
【００３１】
抵抗７１はツエナダイオ−ド８のカソ−ドへ接続され他端はフォトカプラ▲３▼６９のコレクタとトランジスタ７２のベ−スと抵抗７０へ接続されている。
【００３２】
次いで、スイッチングトランス２０の２次側で１次巻線と異極性端はダイオード２９のアノ−ドへ接続されカソ−ドはコンデンサ２７、抵抗２８へ接続され２次側整流平滑回路２６を成し、直流出力端子７３へ接続されている。巻線の他端はコンデンサ２７の他端と抵抗２８の他端および電流検出抵抗３１へ接続され、電流検出抵抗３１の他端は出力側グランド端子７４へ接続されている。
直流出力端子７３は抵抗４５へ接続されている。
【００３３】
出力側グランド端子７４は抵抗３５、抵抗４３、抵抗４４、オペアンプのグランド端子、抵抗５６、ツエナ−ダイオ−ド６８のアノ−ド、抵抗５９、抵抗５１、フォトカプラ▲１▼５２のＬＥＤカソ−ド、フォトカプラ▲２▼６１のＬＥＤカソ−ドへ接続されている。
【００３４】
オペアンプ３８の反転入力端子は抵抗３４、コンデンサ３６へ接続され抵抗の他端は抵抗３３と抵抗３２へ接続され、コンデンサ３６の他端は抵抗３７へ、抵抗３３の他端は抵抗２８へ、抵抗３２の他端は外部直流電源７６へ接続され、抵抗３７の他端はオペアンプ３８の出力端子と抵抗３９へ接続され抵抗３９の他端はダイオ−ド４０のアノ−ドへ接続され、カソ−ドはフォトカプラ▲１▼５２のＬＥＤアノ−ドへ接続され、オペアンプ３８の非反転入力端子は抵抗３５へ接続されて過電流検出回路３０を成している。
【００３５】
オペアンプ４８の反転入力端子は抵抗４２、コンデンサ４６へ接続され抵抗の他端は抵抗４３と外部制御入力端子７５へ接続されている。コンデンサ４６の他端は抵抗４７へ接続され抵抗の他端はオペアンプ４８の出力端子、抵抗４９へ接続され、抵抗４９の他端はダイオ−ド５０のアノ−ドへ接続され、カソ−ドは抵抗５１、フォトカプラ▲１▼５２のＬＥＤアノ−ドへ接続されている。オペアンプ４８の非反転入力端子は抵抗４４、抵抗４５へ接続されスイッチング制御回路４１を成している。
【００３６】
オペアンプ６０の反転入力端子は抵抗５５、抵抗５７へ接続され抵抗５５の他端は外部制御入力端子７５へ接続されている。抵抗５７の他端はオペアンプ６０の出力端子、抵抗５８へ接続され抵抗５８の他端は抵抗５９、フォトカプラ▲２▼６１のＬＥＤアノ−ドへ接続されている。オペアンプ６０の非反転入力端子は抵抗５６、抵抗５４へ接続され、抵抗５４の他端は外部直流電源７６へ接続され低出力電圧時発振停止回路５３を成している。
【００３７】
フォトカプラ▲３▼６９のＬＥＤアノ−ドと抵抗６６は外部直流電源７６へ接続され、カソ−ドと抵抗６６の他端は抵抗６７へ接続され、抵抗６７の他端はツエナ−ダイオ−ド６８のカソ−ドへ接続され外部直流電源低下検出回路６５を成している。
【００３８】
続いて各部の詳細な動作説明をすると、入力端子１、入力グランド端子２間に印加された入力直流電源はスイッチングトランス２０の１次巻線を通してスイッチングトランジスタ１４に印加されている。そして外部制御入力端子７５と出力側グランド端子７４間に加える外部制御電圧（以下Ｖｃｏｎｔと記す）が所定値（本実施例では０．９Ｖとする）以下であると即ち外部直流電源（以下Ｖｃｃと記す）を抵抗５４と抵抗５６で分圧した値〔式１〕以下
〔式１〕Ｖｃｃ×Ｒ５６／（Ｒ５４＋Ｒ５６）＝０．９
であるのでオペアンプ６０はＨｉ出力となり抵抗５８を通してフォトカプラ▲２▼６１のＬＥＤはオンしており即ちトランジスタ側もオンゆえ抵抗６２を通して１次側制御電源回路７の電圧（以下Ｖｄと記す）がトランジスタ６４のベ−スへ印加されトランジスタ６４がオンとなりスイッチングトランジスタ１４のベ−スが零電位ゆえスイッチングトランジスタ１４は非導通状態で発振停止しており、直流出力端子７３と出力側グランド端子７４間には出力電圧はでない。又この状態ではスイッチングトランジスタ１４は非導通ゆえスイッチングトランス２０の１次巻線には電流は流れず安全側で停止している。
【００３９】
続いてＶｃｏｎｔが０．９Ｖを越えると、オペアンプ６０の出力端子はＬｏとなりフォトカプラ▲２▼６１のＬＥＤがオフ、トタンジスタがオフとなり、トランジスタ６４がオフ、そして抵抗１９によりスイッチングトランジスタ１４のベ−スに電圧が印加され導通を始める。スイッチングトランス２０の１次巻線を通して電流が流れ始めると１次巻線と同極性のコントロ−ル巻線よりの誘起電圧が、抵抗１６、ダイオ−ド１７、コンデンサ１８を通してスイッチングトランジスタ１４のベ−スへ印加され一気にオンとなり発振を始める。
同時に誘起電圧はツエナ−ダイオ−ド２５、抵抗２４、を通してコンデンサ１１を充電し始め、トランジスタ１５のＶ_{Ｂｅ}を越えるとトランジスタ１５はオンとなり即ちスイッチングトランジスタ１４のベ−スが零電位となり急速にオフとなる。スイッチングトランジスタ１４がオンの期間中にスイッチングトランス２０に蓄積されたエネルギ−はオフ期間中に２次巻線のダイオ−ド２９接続側が＋側ゆえダイオ−ド２９で整流されコンデンサ２７で平滑されて直流となり、負荷へ供給される。蓄積エネルギ−がなくなるとダイオ−ド２９がオフになるが、その瞬間の逆起電力で即ち２次巻線の黒丸側が＋となり、コントロ−ル巻線の黒丸側が＋となり以下トランジスタ１４のベ−スへ電圧が印加され発振が継続する。
【００４０】
負荷側の直流電圧は１次側に印加される直流電源の値とスイッチングトランス２０の１次と２次の巻数比、およびスイッチングトランジスタ１４のオンの期間により決定されるので、出力電圧の安定化および可変は、ダイオ−ド２１、抵抗２２、フォトカプラ▲１▼５２のトランジスタを通してコンデンサ１１の充電時間を制御してスイッチングトランジスタ１４のオン期間を制御することにより得られる。
【００４１】
この初期スタ−ト時は低出力電圧でファンモ−タの電流値も小なので低出力時ともいえるが、図４（Ｃ），（Ｄ）図の如く初期発振周波数は２００ＫＨＺ／５μｓである。
【００４２】
続いて出力電圧を上げるには、即ち負荷ファンモ−タの電流値が大きくなり高出力時ともいえるが、Ｖｃｏｎｔが大になると、直流出力電圧（以下Ｖｏｕｔと記す）とＶｃｏｎｔの関係はオペアンプ４８の入力端子において〔式２〕であるので、

Ｖｃｏｎｔを３ＶにするとＶｏｕｔは４０Ｖが得られる。
即ちオペアンプ４８の出力がＨｉになれば抵抗４９、ダイオ−ド５０を通してフォトカプラ▲１▼５２のＬＥＤがオンし、トランジスタがオンとなりコンデンサ１１の充電時間を制御するが、Ｖｃｏｎｔが高くなれば〔式２〕よりＶｏｕｔ高になるまでコンデンサ１１の充電時間がおくれ、トランジスタ１５のＶ_{Ｂｅ}を越えるのが遅くなる、即ちスイッチングトランジスタ１４のオン期間が長くなり（周波数が低くなる）スイッチングトランスの蓄積エネルギ−が大となり、Ｖｏｕｔ高（出力電力大）となる。図４（Ａ）、（Ｂ）図の如く、発振周波数は３５ＫＨＺ／２８μｓと低くなっている。
【００４３】
続いて過電流時の動作について説明すると、電流検出抵抗３１で検出される電圧が大になるとオペアンプ３８の出力端子がＨｉとなり抵抗３９、ダイオ−ド４０を通してフォトカプラ▲１▼５２のＬＥＤがオンとなりトランジスタがオン、よってコンデンサ１１の充電時間が速くなり、スイッチングトランジスタ１４のオン時間が図４（Ｅ），（Ｆ）図の如く非常に短くなり、スイッチングトランス２０の蓄積エネルギ−は小となり、出力電圧は、いわゆる“フ”の字特性で下がっていく。又この時は逆起電力も発生しないのでスイッチングトランジスタ１４に加わる電圧は（Ｅ）図の如く入力端子１に印加される電圧（本実施例ではＡＣ１００Ｖを整流した電圧１４０Ｖ）に近い値である。
【００４４】
さらに外部直流電圧低下検出の動作について説明すると、Ｖｃｃは抵抗６６、抵抗６７、ツエナダイオ−ド６８の直列回路に印加されており、例えばツエナダイオ−ドのＶｚが９ＶとするとＶｃｃが１０Ｖ以上であれば（フォトカプラ▲３▼６９のＬＥＤのＶ_Ｆを１Ｖとして）ＬＥＤはオンしており、トランジスタがオンゆえトランジスタ７２のベ−スは零電位でトランジスタ７２はオフとなり、スイッチングトランジスタ１４のベ−スは正常であるが、外部直流電源Ｖｃｃが故障となり１０Ｖ以下或いは零になるとフォトカプラ▲３▼６９のＬＥＤがオフ、トランジスタがオフゆえトランジスタ７２のベ−スには抵抗７１を通してＶｄが印加されてトランジスタ７２オンとなり即ちスイッチングトランジスタ１４のベ−スが零電位となり、スイッチングトランジスタ１４は非導通状態で発振停止し、スイッチングトランス２０の１次巻線には電流が流れない安全状態である。
【００４５】
なお上記実施形態においては、負荷としてファンモ−タについて説明したが、もちろん負荷がファンモ−タに限るものでなく、直流駆動ポンプにおいても電圧可変制御ができ機能向上ができるのは言うまでもない。又スイッチングトランジスタに替えてＦＥＴを使用すれば更に発振周波数を上げることができ、スイッチングトランスの小型化がはかれる。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１の発明によれば、ＲＣＣスイッチング方式を用いることにより、トランスを１個で電源回路を構成でき、加えて負荷が必要とする電圧以下では発振停止するようにしたので動作周波数を高い方へシフト、即ち低電圧出力時に２００ＫＨＺ以上までにしても制御不能になる前に安全に停止でき、更にスイッチングトランスを小型にできるのでコスト的に有利である。
【００４７】
また、外部直流電源の異常時には安全に停止できるので、システムの安全性が向上し、又１次側と２次側をトランス、フォトカプラにより電気的に絶縁したので負荷の漏電に対する設計も有利になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明に係わるＲＣＣスイッチング方式電源回路のブロック構成図である。
【図２】従来のフォワ−ド型スイッチングレギュレ−タのブロック構成図である。
【図３】本願発明に係わるＲＣＣスイッチング方式電源回路の詳細回路図である。
【図４】図３の各部の動作波形図である。
【符号の説明】
１入力端子
２入力グランド端子
３スナバ回路
７１次側制御電源回路
１０主スイッチング回路
１４スイッチングトランジスタ
２０スイッチングトランス
２６２次側整流平滑回路
３０過電流検出回路
３１電流検出抵抗
３８オペアンプ
４１スイッチング制御回路
４８オペアンプ
５２フォトカプラ▲１▼
５３低出力電圧時発振停止回路
６０オペアンプ
６１フォトカプラ▲２▼
６５外部直流電源低下検出回路
６８ツエナ−ダイオ−ド
６９フォトカプラ▲３▼
７３直流出力端子
７４出力側グランド端子
７５外部制御入力端子（Ｖｃｏｎｔ）
７６外部直流電源（Ｖｃｃ）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a power supply circuit of an RCC (ringing choke converter) switching type.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a chopper type switching regulator or a forward type switching regulator has been used as a power supply circuit for driving a DC fan motor, but in the case of a chopper type, the input side and the output side are electrically connected. In the case of the forward type, which cannot be insulated, three transformers and three coils are required, which tends to increase the cost.
[0003]
The operation will be described with reference to the schematic configuration diagram of the conventional forward type switching regulator shown in FIG. 2. An input DC power is applied between an input terminal 80 and an input side ground terminal 81, and the input terminal 80 is connected to a main switching transformer. 83, a diode 82 is connected between the same polarity end and the input ground terminal 81, the other end of the winding is connected to the collector of the switching transistor 86, and the emitter is connected to the input ground terminal 81. A resistor 87 is connected between the input ground terminals 81 to the base, a resistor 88 is connected to the primary side of the drive transformer 84, and the other end of the primary side is connected to the input ground terminal 81. I have.
[0004]
The same polarity end as the secondary side of the primary side of the main switching transformer 83 is connected to the anode of the diode 92, and the other end of the winding is connected to the anode of the diode 93, the capacitor 94, and the current detecting resistor 97. It is connected to the.
[0005]
The cathode of the diode 92 is connected to the cathode of the diode 93 and the choke coil 91, and the other end of the choke coil 91 is connected to the other end of the capacitor 94 and the output terminal 98.
[0006]
The other end of the current detection resistor 97 is connected to an output ground terminal 99, and a DC fan motor is connected between the output terminal 98 and the output ground terminal 99 as a load.
[0007]
The switching control circuit 95 is generally a PWM control IC, and is connected to an external control terminal 100, a current detection resistor 97, an output terminal 98, an output ground terminal 99, and a different DC power supply Vcc insulated from the input DC power supply. I have.
[0008]
The secondary and primary ends of the drive transformer 84 are connected to the cathode of the diode 96, the anode is connected to the switching control circuit 95, and the center tap of the drive transformer 84 is connected to the DC power supply Vcc. The primary side and the opposite polarity terminal are connected to a switching control circuit 95.
[0009]
Next, a description will be given of a schematic operation. The input DC power supply applied between the input terminal 80 and the input ground terminal 81 is switched at a frequency of, for example, 50 KHz by the switching transistor 86 through the main switching transformer 83 and transmitted to the secondary side.
At this time, PWM control is generally used to control the voltage value required for the load, as described later.
[0010]
During the ON period of the switching transistor 86, the energy of the input DC power supply is transmitted to the secondary side of the main switching transformer 83. In this case the peak value being transmitted is a value determined by the primary and secondary turns ratio of the transformer, and the waveform width load Fanmo - a width determined by the power required of the motor (V _{_M} × I _{_M).}
[0011]
Since the waveform transmitted with the same polarity during the ON period has the same polarity, that is, the secondary black circle side of the main switching transformer 83 is the positive side, the diode 92 conducts, and the load is smoothed by the choke coil 91 and the capacitor 94, and the load is smoothed. Applied to the DC fan motor.
[0012]
During the off period of the switching transistor 86, the diode 82 conducts due to the reverse voltage generated in the transformer, the energy stored in the input power supply side is fed back, and the transformer is reset.
During the off period, on the secondary side, the current continues to flow through the capacitor 94, the load fan motor, the current detection resistor 97, and the diode 93 with the energy stored in the choke coil 91.
[0013]
Next, an outline of the operation of the switching control circuit 95 will be described. Generally, the switching control circuit 95 is composed of a PWM control IC (the IC is not described in detail), a resistor, a capacitor, and the like, and oscillates at a set frequency of, for example, 50 KHz. The output of the pulse width determined by the control voltage applied to the external control terminal 100 drives the secondary side of the drive transformer 84, and the on / off pulse transmitted to the primary side turns on / off the switching transistor 86 via the resistor 88. The resistor 87, which is turned off, is a base bias resistor.
Next, the diode 96 returns the energy stored in the drive transformer 84 during the ON period to the DC power supply Vcc during the OFF period to reset the transformer, as described above.
[0014]
Further, the switching control circuit 95 monitors the voltage of the output terminal 98 to suppress the fluctuation of the output voltage, and also monitors the voltage generated by the load current at both ends of the current detection resistor 97, and narrows the drive pulse width if an overcurrent occurs. The output voltage is being reduced.
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional switching power supply circuit for driving a fan motor, the input power supply side and the output side cannot be electrically insulated in the chopper type as described above. It is necessary to particularly consider the withstand voltage of the fan motor of the load, there is a problem that it is difficult to obtain a low voltage when varying the voltage, and in the case of a forward type as described in the description, a transformer, There are problems that three coils are required and the cost is high, or the space is disadvantageous in terms of substrate design, and it is difficult to change the output voltage to zero voltage.
The present invention has been proposed in view of the above points, and an object of the present invention is to provide an RCC switching type power supply circuit which is inexpensive and has improved reliability using an RCC switching type.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention employs the following technical means.
[0017]
That is, an RCC switching power supply circuit according to claim 1 of the present invention comprises a primary winding connected to a DC power supply, a control winding having the same polarity as the primary winding, and a secondary winding having a different polarity. A switching transformer having a winding; a main switching circuit including a switching element for switching a DC power supply through the primary winding; and a rectifying and smoothing circuit for rectifying and smoothing the voltage of the secondary winding and supplying the rectified and smoothed voltage to a load. A current detection resistor for detecting a current flowing through a load, an overcurrent detection circuit for determining a voltage between both ends of the current detection resistor, and controlling and controlling the main switching circuit via a photocoupler by determining and amplifying an external control input voltage. A switching control circuit for varying the DC voltage supplied to the load, and an RCC switching type power supply circuit having a primary-side control power supply circuit created from the DC power supply. There are a low output voltage at oscillation stop circuit for stopping the main switching circuit said switching element via a different second photocoupler when the output DC voltage is below the required output voltage at the non-conductive state, the secondary side An external DC power supply drop detection circuit for stopping the main switching circuit in a non-conductive state through a different third photocoupler when the external DC power supply is lowered or cut off for the control circuit of It is characterized by having .
[0018]
According to this RCC switching type power supply circuit, a switching power supply can be configured with one transformer, and oscillation can be stopped at a low output voltage. In other words, the oscillation frequency is low when the load is large, the oscillation frequency is high when the load is small, and the oscillation is stopped when the output voltage is low so that the operating frequency can be increased. The switching transformer can be further downsized, the switching transformer can be further miniaturized, unnecessary heat generation of the switching element can be suppressed, and the switching element is stopped non-conductively, which is safe.
[0019]
Further, since the primary side and the secondary side are electrically insulated by the photocoupler, the DC power supply and the load side can be separated, which is advantageous for the insulation design of the fan motor of the load.
[0020]
Needless to say, if the load is used not only for a fan motor but also for a water circulating device such as a pump, it is more effective against electric leakage.
[0022]
According to the RCC switching type power supply circuit, in addition to the above-described effects, the switching element can be stopped in a non-conductive state by detecting a drop or disconnection of the voltage of the external DC power supply for the control circuit on the secondary side, thereby providing a safe operation. It goes without saying that the primary side and the secondary side are electrically insulated through the photocoupler.
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
[0024]
FIG. 1 is a block diagram of an RCC switching type power supply circuit according to the present invention, in which an input terminal 1, an input ground terminal 2, a primary-side control power supply circuit 7, a main switching circuit 10, a switching transformer 20, and a secondary-side rectification smoothing. Circuit 26, overcurrent detection circuit 30, current detection resistor 31, switching control circuit 41, low output voltage oscillation stop circuit 53, external DC power supply drop detection circuit 65, DC output terminal 73, output side ground terminal 74, external control input The terminal 75 is provided.
[0025]
FIG. 3 is a detailed circuit diagram of FIG. 1, and FIG. 4 is an operation waveform diagram of each part in FIG. 3, which will be described in detail below with reference to both drawings.
[0026]
The input terminal 1 is connected to the parallel portion of the capacitor 5 and the resistor 4, the primary side black circle of the switching transformer 20, the resistor 19, and the resistor 9. The other end of the parallel portion of the capacitor 5 and the resistor 4 is connected to the cathode of the diode 6 to form the snubber circuit 3. The anode of the diode 6 is connected to the collector of the switching transistor 14 and the switching transformer 20. It is connected to the other end of the primary side. The other end of the resistor 19 is connected to the base of the switching transistor 14 and serves as a starting resistor. The other end of the resistor 9 is connected to a cathode of a Zener diode 8 to form a primary-side control power supply circuit 7 for supplying power to various parts on the primary side.
[0027]
The input ground terminal 2 is connected to the resistor 13, the anode of the Zener diode 8, the emitter of the transistor 64, the resistor 63, the emitter of the transistor 72, the resistor 70, the emitter of the photocoupler (3) 69, the emitter of the transistor 15, and the switching transformer 20. Is connected to the opposite polarity side of the primary winding to form a common ground on the primary side.
[0028]
In the control winding of the switching transformer 20, the same polarity side of the primary winding is connected to the anode of the diode 21, the resistor 16, and the cathode of the Zener diode 25. The other end of the resistor 16 is connected to a parallel circuit of an anode of a diode 17 and a capacitor 18, and the other end of the cathode of the diode 17 and the capacitor is connected to the base of a switching transistor 14. .
The anode of the Zener diode 25 is connected to the resistor 24, and the other end of the resistor is connected to the base of the transistor 15, the resistor 12, the capacitor 11, and the emitter of the photocoupler 52. The capacitor 23 is connected between the collector and the emitter of the photocoupler (1) 52.
[0029]
The cathode of the diode 21 is connected to the resistor 22 and the other end of the resistor is connected to the collector of the photocoupler 52.
[0030]
The emitter of the switching transistor 14 is connected to the other end of the resistor 12, the other end of the capacitor 11, and the other end of the resistor 13. The resistor 62 is connected to the cathode of the Zener diode 8, and the other end is connected to the collector of the photocoupler (2) 61. The collector of the transistor 64 is connected to the base of the switching transistor 14 and the collector of the transistor 72, and the base is connected to the other end of the resistor 63 and the emitter of the photocoupler 61.
[0031]
The resistor 71 is connected to the cathode of the Zener diode 8, and the other end is connected to the collector of the photocoupler (3) 69, the base of the transistor 72 and the resistor 70.
[0032]
Next, on the secondary side of the switching transformer 20, the primary winding and the opposite polarity end are connected to the anode of a diode 29, and the cathode is connected to a capacitor 27 and a resistor 28 to form a secondary side rectifying / smoothing circuit 26. , And a DC output terminal 73. The other end of the winding is connected to the other end of the capacitor 27, the other end of the resistor 28, and the current detection resistor 31, and the other end of the current detection resistor 31 is connected to the output-side ground terminal 74.
The DC output terminal 73 is connected to the resistor 45.
[0033]
The output side ground terminal 74 is a resistor 35, a resistor 43, a resistor 44, a ground terminal of an operational amplifier, a resistor 56, an anode of a Zener diode 68, a resistor 59, a resistor 51, and an LED cathode of a photocoupler (1) 52. And the photocoupler (2) 61 are connected to the LED cathode.
[0034]
The inverting input terminal of the operational amplifier 38 is connected to the resistor 34 and the capacitor 36, the other end of the resistor is connected to the resistor 33 and the resistor 32, the other end of the capacitor 36 is connected to the resistor 37, the other end of the resistor 33 is connected to the resistor 28, The other end of the resistor 32 is connected to the external DC power supply 76, the other end of the resistor 37 is connected to the output terminal of the operational amplifier 38 and the resistor 39, the other end of the resistor 39 is connected to the anode of the diode 40, The non-inverting input terminal of the operational amplifier 38 is connected to the resistor 35 to form the overcurrent detection circuit 30.
[0035]
The inverting input terminal of the operational amplifier 48 is connected to the resistor 42 and the capacitor 46, and the other end of the resistor is connected to the resistor 43 and the external control input terminal 75. The other end of the capacitor 46 is connected to the resistor 47, the other end of the resistor is connected to the output terminal of the operational amplifier 48, the resistor 49, the other end of the resistor 49 is connected to the anode of the diode 50, and the cathode is The resistor 51 is connected to the LED anode of the photocoupler (1) 52. The non-inverting input terminal of the operational amplifier 48 is connected to the

resistors

44 and 45 to form the switching control circuit 41.
[0036]
The inverting input terminal of the operational amplifier 60 is connected to the resistors 55 and 57, and the other end of the resistor 55 is connected to the external control input terminal 75. The other end of the resistor 57 is connected to the output terminal of the operational amplifier 60 and the resistor 58, and the other end of the resistor 58 is connected to the resistor 59 and the LED node of the photocoupler 61. The non-inverting input terminal of the operational amplifier 60 is connected to a resistor 56 and a resistor 54, and the other end of the resistor 54 is connected to an external DC power supply 76 to form a low output voltage oscillation stop circuit 53.
[0037]
The LED anode and the resistor 66 of the photocoupler (3) 69 are connected to an external DC power supply 76, the cathode and the other end of the resistor 66 are connected to a resistor 67, and the other end of the resistor 67 is a Zener diode. An external DC power supply drop detection circuit 65 is connected to a cathode 68.
[0038]
Next, the operation of each part will be described in detail. The input DC power applied between the input terminal 1 and the input ground terminal 2 is applied to the switching transistor 14 through the primary winding of the switching transformer 20. When the external control voltage (hereinafter, referred to as Vcont) applied between the external control input terminal 75 and the output side ground terminal 74 is equal to or less than a predetermined value (0.9 V in the present embodiment), that is, the external DC power supply (hereinafter, referred to as Vcc) Is divided by a resistor 54 and a resistor 56 [Equation 1] and below [Equation 1] Vcc × R56 / (R54 + R56) = 0.9
Therefore, the operational amplifier 60 becomes Hi output and the LED of the photocoupler (2) 61 is turned on through the resistor 58. That is, since the transistor side is also turned on, the voltage of the primary side control power supply circuit 7 (hereinafter referred to as Vd) is passed through the resistor 62. When the voltage is applied to the base of the transistor 64, the transistor 64 is turned on and the base of the switching transistor 14 is at zero potential, the switching transistor 14 is in a non-conductive state and stops oscillating. Has no output voltage. In this state, since the switching transistor 14 is non-conductive, no current flows through the primary winding of the switching transformer 20 and the switching is stopped on the safe side.
[0039]
Subsequently, when Vcont exceeds 0.9 V, the output terminal of the operational amplifier 60 becomes Lo, the LED of the photocoupler (2) 61 is turned off, the transistor is turned off, the transistor 64 is turned off, and the resistor 19 causes the base of the switching transistor 14 to turn off. A voltage is applied to the switch to start conduction. When a current starts to flow through the primary winding of the switching transformer 20, an induced voltage from a control winding having the same polarity as the primary winding is passed through a resistor 16, a diode 17, and a capacitor 18 to the base of the switching transistor 14. Is applied to the source and turns on at once, and starts oscillating.
At the same time induced voltage Zener - diode - de 25, resistor 24, through begins to charge the capacitor 11, the transistor 15 exceeds V _{B e} of the transistor 15 is turned on and becomes i.e. switching transistor 14 base - scan becomes zero potential rapidly Turns off. The energy stored in the switching transformer 20 while the switching transistor 14 is on is rectified by the diode 29 and smoothed by the capacitor 27 because the secondary winding connection side of the diode 29 is positive during the off period. It becomes DC and is supplied to the load. When the stored energy is exhausted, the diode 29 is turned off, but the back electromotive force at that moment, that is, the black circle side of the secondary winding becomes +, and the black circle side of the control winding becomes +, and the transistor 14 base is turned on. The voltage is applied to the source and the oscillation continues.
[0040]
Since the DC voltage on the load side is determined by the value of the DC power supply applied to the primary side, the primary / secondary turns ratio of the switching transformer 20, and the ON period of the switching transistor 14, the output voltage is stabilized. The variable state can be obtained by controlling the charging time of the capacitor 11 through the transistor of the diode 21, the resistor 22, and the photocoupler 1 52 to control the ON period of the switching transistor 14.
[0041]
At the initial start, the output voltage is low and the current value of the fan motor is small, so it can be said that the output is low. However, the initial oscillation frequency is 200 KHZ / 5 μs as shown in FIGS. 4C and 4D.
[0042]
Subsequently, to increase the output voltage, that is, it can be said that the current value of the load fan motor increases and the output is high, but when Vcont increases, the relationship between the DC output voltage (hereinafter referred to as Vout) and Vcont becomes smaller than that of the operational amplifier 48. Since [Equation 2] at the input terminal,

When Vcont is set to 3V, 40V is obtained as Vout.
That is, when the output of the operational amplifier 48 becomes Hi, the LED of the photocoupler 1 52 is turned on through the resistor 49 and the diode 50, the transistor is turned on, and the charging time of the capacitor 11 is controlled. late the charging time of the capacitor 11 until Vout high from equation 2], slower that exceeds V _{B e} of the transistor 15, i.e., the oN period of the switching transistor 14 becomes longer (the frequency becomes lower) accumulation of the switching transformer The energy is large, and Vout is high (output power is large). As shown in FIGS. 4A and 4B, the oscillation frequency is as low as 35 KHZ / 28 μs.
[0043]
Next, the operation at the time of overcurrent will be described. When the voltage detected by the current detection resistor 31 becomes large, the output terminal of the operational amplifier 38 becomes Hi and the LED of the photocoupler 1 52 is turned on through the resistor 39 and the diode 40. 4E, the charging time of the capacitor 11 is shortened, the ON time of the switching transistor 14 becomes very short as shown in FIGS. 4E and 4F, and the stored energy of the switching transformer 20 becomes small. The output voltage decreases due to the so-called "F" -shaped characteristic. At this time, since no back electromotive force is generated, the voltage applied to the switching transistor 14 is a value close to the voltage applied to the input terminal 1 (in this embodiment, 140 V obtained by rectifying 100 V AC) as shown in FIG.
[0044]
To further explain the operation of detecting an external DC voltage drop, Vcc is applied to a series circuit of a resistor 66, a resistor 67, and a Zener diode 68. For example, if Vz of the Zener diode is 9V, if Vcc is 10V or more, LED (photocoupler ▲ 3 ▼ 69 LED 1V as the _{V F} of) is oN, the transistor is turned on because the transistor 72 base - scan the transistor 72 is turned off at zero potential, the switching transistor 14 base - scan Is normal, but when the external DC power supply Vcc becomes faulty and becomes 10 V or less or becomes zero, the LED of the photocoupler (3) 69 is turned off and the transistor is turned off, so that Vd is applied to the base of the transistor 72 through the resistor 71. The transistor 72 turns on, that is, the base of the switching transistor 14 becomes zero potential, The switching transistor 14 stops oscillation in a non-conductive state, and is in a safe state in which no current flows through the primary winding of the switching transformer 20.
[0045]
In the above embodiment, the fan motor is described as the load. However, it goes without saying that the load is not limited to the fan motor, and that the DC drive pump can perform variable voltage control and improve the function. If an FET is used instead of the switching transistor, the oscillation frequency can be further increased, and the size of the switching transformer can be reduced.
[0046]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, by using the RCC switching method, a power supply circuit can be constituted by one transformer, and oscillation is stopped at a voltage lower than a voltage required by a load. Even if the operating frequency is shifted to a higher frequency, that is, up to 200 KHZ or more at the time of low voltage output, it is possible to safely stop before control becomes impossible and further reduce the size of the switching transformer, which is advantageous in cost.
[0047]
In addition, when the external DC power supply is abnormal, it can be safely stopped, improving the safety of the system. The primary and secondary sides are electrically insulated by a transformer and a photocoupler, so that the design against load leakage is also advantageous. Become.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of an RCC switching type power supply circuit according to the present invention.
FIG. 2 is a block diagram of a conventional forward-type switching regulator.
FIG. 3 is a detailed circuit diagram of an RCC switching type power supply circuit according to the present invention.
FIG. 4 is an operation waveform diagram of each unit in FIG. 3;
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 1 input terminal 2 input ground terminal 3 snubber circuit 7 primary-side control power circuit 10 main switching circuit 14 switching transistor 20 switching transformer 26 secondary-side rectifying and smoothing circuit 30 overcurrent detection circuit 31 current detection resistor 38 operational amplifier 41 switching control circuit 48 Operational amplifier 52 Photocoupler (1)
53 Oscillation stop circuit at low output voltage 60 Operational amplifier 61 Photocoupler (2)
65 External DC power supply drop detection circuit 68 Zener diode 69 Photocoupler (3)
73 DC output terminal 74 Output side ground terminal 75 External control input terminal (Vcont)
76 External DC power supply (Vcc)

Claims

A switching transformer having a primary winding connected to a DC power supply, a control winding having the same polarity as the primary winding and a secondary winding having a different polarity, and switching the DC power supply through the primary winding. A main switching circuit including a switching element that performs rectification and smoothing of the voltage of the secondary winding and supplying the rectified and smoothed voltage to a load; a current detection resistor that detects a current flowing through the load; An overcurrent detection circuit that determines the voltage between both ends of the DC power supply; a switching control circuit that determines and amplifies an external control input voltage, controls the main switching circuit via a photocoupler, and varies a DC voltage supplied to a load; In an RCC switching power supply circuit having a primary control power supply circuit created from
When the output DC voltage is equal to or lower than the required output voltage, a low output voltage oscillation stop circuit that stops the main switching circuit in a non-conductive state through a different second photocoupler through a second photocoupler ;
When the external DC power supply for the control circuit on the secondary side is reduced or cut off, the external DC power supply for stopping the main switching circuit with the switching element non-conductive through a different third photocoupler. An RCC switching type power supply circuit , comprising: a detection circuit .