JP3620497B2 - 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、出力過電流に対する保護機能を備えたスイッチング電源装置に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
スイッチング電源装置の回路には負荷短絡時の出力過電流による負荷回路の部品の破壊や発煙、発火を防止するための過電流保護機能が備わっていることが一般的である。過電流保護を行うスイッチング電源回路には過電流の検出手段が設けられる。この過電流の検出手段には様々な回路方式が知られている。例えば、カレントトランスや抵抗体等の電流検出素子を出力電流の経路に挿入して直接検出する方式がある。また、トランスを有する絶縁型スイッチング電源回路の場合には、一次側のスイッチング電流ループにカレントトランスや抵抗体等の電流検出素子を挿入して、そのスイッチング電流ループの交流電流ピーク値を観測することで間接的に出力電流を検出する方式もある。さらに、出力インピーダンスの大きいスイッチング電源回路の場合には、スイッチング素子の時比率制御によって出力電圧の安定化を図っているにも拘わらず出力電圧が低下する場合に過電流状態と判定する簡易的な方式もある。
【０００３】
また、出力過電流を検知した際の保護動作の方式にも様々な方式が知られている。例えば、スイッチング素子の時比率を低下させて出力電圧を垂下させる方式（出力電圧垂下モード）や、出力過電流を検知して一定時間後にスイッチング動作をラッチ停止する方式（ラッチ停止モード）や、出力過電流を検知するとスイッチング動作の動作、停止を周期的に繰り返す方式（ヒカップモード（間欠モード））がある。さらに出力電圧垂下モードと、ラッチ停止モード又はヒカップモードとを組み合わせる方式もある。この場合には、過電流を検知すると瞬間的に出力電圧を垂下させ、この状態で一定時間以上過電流が継続したときには、ラッチ停止モード又はヒカップモードの過電流保護動作を行う。
【０００４】
さらに、出力電流の整流に同期整流器を用いる絶縁型のスイッチング電源回路の場合には、負荷短絡時に出力電圧垂下モードでもって過電流保護が行われると、同期整流器の駆動用の電源を確保できずに同期整流器が過熱してしまう問題が生じるので、出力電圧垂下モードに、他の同期整流器の保護モードを組み合わて過電流保護動作を行うことがある。
【０００５】
上記したような様々な過電流保護方式の中から、例えばスイッチング電源装置の用途に応じて適宜な方式が選択されて採用されている。例えば、出力過電流が検出されてからスイッチング電源回路がリセットされるまでの期間、スイッチング電源が停止し続けた方が好ましい用途の場合には、出力電圧垂下モードとラッチ停止モードを組み合わせて、過電流保護を行えばよい。また、負荷短絡状態が解消された場合に出力電圧の自動的な復帰が望まれる用途では、出力電圧垂下モードとヒカップモードを組み合わせて、過電流保護を行う。
【０００６】
ところで、負荷に供給する出力電力を簡単に増やす手法として、複数のスイッチング電源回路の入出力端子を並列に接続する並列運転が知られている。並列運転されたスイッチング電源回路にも負荷短絡による出力過電流に対する保護が必要である。この場合に、前述のように負荷短絡状態が解消された場合に出力電圧の自動的な復帰が望まれる用途では、ヒカップモードでもって過電流保護動作を行うことが好ましい。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図５には、ヒカップモードの過電流保護を行う２台のスイッチング電源回路（ここでは、スイッチング電源回路α，βと記す）を並列運転させている場合に、負荷短絡が発生してから負荷短絡が解消されて正常状態に移行するまでのスイッチング電源回路の出力電流、出力電圧の波形例が示されている。この図５において、波形ａは、２台のスイッチング電源回路α，βの合計の出力電流であり、波形ｂは、一方側のスイッチング電源回路αの出力電流であり、波形ｃは、他方側のスイッチング電源回路βの出力電流であり、波形ｄは、２台のスイッチング電源回路α，βの合計の出力電圧である。
【０００８】
ヒカップモードでは、通常、過電流が流れてスイッチング動作を停止してから再起動するまでの時間（待機時間）が時定数回路により設定されている。時定数回路を構成する部品ばらつきによって時定数回路のＣ（容量）やＲ（抵抗）がばらつき、これにより、過電流に起因した回路動作の停止から再起動までの待機時間がスイッチング電源回路の個体毎にばらつく可能性がある。
【０００９】
その待機時間のばらつきのために、図５に示すようにＡのタイミングで負荷短絡が発生して過電流状態となり、その後に、並列運転している２台のスイッチング電源回路α，βが過電流保護動作によってほぼ同じタイミング（時間ｔ１）で停止しても、待機時間のばらつきに起因して、一方側のスイッチング電源回路αが他方側のスイッチング電源回路βよりも早く再起動することがある（時間ｔ２）。そして、その再起動したスイッチング電源回路αが出力過電流状態の継続を検知すると、再停止する（時間ｔ３）。その後に、他方側のスイッチング電源回路βが再起動して（時間ｔ４）、同様に出力過電流状態の継続を検知すると、再停止する（時間ｔ５）。
【００１０】
Ｂのタイミングで負荷の短絡状態が解消されたとする。その後、上記同様に、待機時間のばらつきに起因して一方側のスイッチング電源回路αが他方側のスイッチング電源回路βよりも早く再起動すると（時間ｔ６）、先に起動したスイッチング電源回路αは並列運転している２台分の出力電流を１台で出力する。このため、そのスイッチング電源回路αは出力過電流状態が継続していると誤認して再停止してしまう（時間ｔ７）。その後に、例えば時間ｔ８のタイミングで再起動した他方側のスイッチング電源回路βも同様の理由で再停止してしまう（時間ｔ９）。このような現象は、並列運転している２台のスイッチング電源回路α，βの再起動タイミングがたまたま接近して２台のスイッチング電源回路α，βがほぼ同時に再起動する時（図５のタイミングＣ）まで継続する。
【００１１】
このように、並列運転しているスイッチング電源回路α，β毎の待機時間の差違による再起動のタイミングのずれによって、負荷短絡が解消しても正常動作に速やかに復帰できない問題が生じる。
【００１２】
また、タイミングＣで出力電圧が復帰するが、並列運転している各スイッチング電源回路α，βの再起動タイミングがややずれる場合には、例えば、先に再起動したスイッチング電源回路βだけが過電流垂下状態で起動する。これにより、正常状態に復帰するときに、並列運転している２台のスイッチング電源回路α，βの合計の出力電圧波形（図５の波形ｄ参照）が階段状になる。負荷として電子機器が接続されている場合には、このことが原因で電子機器が誤動作するという問題が生じる。
【００１３】
また、前述のように用途によって適当な過電流保護の動作モードが異なる。例えば、出力過電流が検出されてからスイッチング電源回路がリセットされるまでの期間、スイッチング電源回路が停止し続けた方が好ましい用途では、ラッチ停止モードが適している。また、負荷短絡状態が解消された場合に出力電圧の自動的な復帰が望まれる用途では、ヒカップモードが適している。このことから、ラッチ停止モード用に設計されたスイッチング電源回路は、ヒカップモードが望まれる用途、つまり、負荷短絡状態が解消された場合に出力電圧の自動的な復帰が望まれる用途では使用できない問題があった。
【００１４】
本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その第一の目的は、並列運転している複数のスイッチング電源回路を備えたものにおいて、ヒカップモードの過電流保護動作中に負荷短絡状態が解消された以降に、速やかに正常な状態に復帰できるスイッチング電源装置を提供することである。第二の目的は、過電流を検知してから設定の時間（マスク時間）を経過した後にラッチ停止を行う過電流保護動作を行う回路構成を持つスイッチング電源回路を、必要に応じて、見かけ上ヒカップモードの過電流保護動作を行うスイッチング電源回路に、変更することができるスイッチング電源装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明は次に示す構成をもって前記課題を解決するための手段としている。すなわち、第１の発明は、主スイッチのスイッチング回路動作によって負荷に電力を供給するスイッチング電源装置において、負荷に出力する電流の過電流状態を直接的に又は間接的に検出する過電流検出回路部と、過電流状態が検出されてから予め定めた時間が経過した後に回路動作をラッチ停止するラッチ停止モードの過電流保護動作を行わせる過電流保護回路部とが設けられており、また、過電流保護回路部によりラッチ停止してから設定の時間が経過した後にラッチ停止を解除するラッチ停止解除信号出力回路部が内蔵されているか、あるいは、外付けされており、前記ラッチ停止解除信号出力回路部にはラッチ停止からラッチ停止解除までの時間を決める時定数回路が設けられており、前記過電流保護回路部には過電流を検出してからラッチ停止するまでの期間を決める回路が設けられており、前記ラッチ停止解除信号出力回路部と過電流保護回路部との相互の回路動作によって、見かけ上、ヒカップモードの過電流保護動作を行うことを特徴としている。
【００１９】
第２の発明は、第１の発明の構成を備え、過電流検出回路部と、ラッチ停止モードの過電流保護回路部とを備えた複数のスイッチング電源回路が並列に接続され、それらスイッチング電源回路の合計の出力を負荷に供給する構成と成し、ラッチ停止解除信号出力回路部は各スイッチング電源回路に共通に接続されて、各スイッチング電源回路はそれぞれ見かけ上ヒカップモードでもって過電流保護動作を行う構成を備えており、各スイッチング電源回路のヒカップモードの再起動タイミングを揃える手段が設けられていることを特徴としている。
【００２０】
第３の発明は、前記第１の発明の構成を備え、各スイッチング電源回路は、それぞれ、回路動作の停止と起動を制御するスイッチング制御部を備え、過電流保護回路部はスイッチング制御部を制御することで見かけ上のヒカップモードの過電流保護動作を行わせる構成と成しており、各スイッチング電源回路には、それぞれ、スイッチング制御部に導通している一斉起動用接続部が設けられており、各スイッチング電源回路の一斉起動用接続部同士が直接的に又は間接的に相互接続されて各スイッチング電源回路のスイッチング制御部が相互接続されることで、過電流保護回路部による見かけ上のヒカップモードの再起動タイミングが揃えられることを特徴としている。
【００２１】
第４の発明は、第３の発明の構成を備え、各スイッチング電源回路は一斉起動用接続部を介して相互接続されることで、過電流状態が解消された以降には各スイッチング電源回路が一斉に正常状態に復帰することを特徴としている。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明に係る実施形態例を図面に基づいて説明する。
【００２３】
説明の都合上、本実施形態例の説明の前に本願の発明に関連する参考例を説明する。図１には参考例のスイッチング電源装置の回路構成が示されている。図１において、１はスイッチング電源回路、２は別のスイッチング電源回路、３は直流入力電源、４は＋入力端子、５は−入力端子、６は一斉起動用接続部である一斉起動端子、７はトランス、８は主スイッチである。９は、主スイッチ８のスイッチング制御部であるＰＷＭ制御ＩＣであり、このＰＷＭ制御ＩＣの９−１は主スイッチ８のゲート駆動端子、９−２はオン／オフ制御端子、９−３は制御回路駆動電圧Ｖccの供給を受ける端子である。１０は入力電圧監視回路ブロック、１１はレギュレータ回路ブロック、１２はヒカップモードの過電流保護回路部である過電流保護−ヒカップ動作回路ブロック、１３はＮＰＮトランジスタ、１４，２０，２１はダイオード、１５は電流検出抵抗体、１６，１７，１８，１９は抵抗体、２２はチョークコイル、２３はコンデンサ、２４は＋出力端子、２５は−出力端子、２６は負荷である。
【００２４】
この参考例では、スイッチング電源回路１，２は、それぞれ、直流入力−直流出力の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータであり、これらは、負荷２６に供給する電力を増やすために２台並列接続されて並列運転している。
【００２５】
各スイッチング電源回路１，２のＰＷＭ制御ＩＣ９は、それぞれ、出力電圧を安定化すべく、パルス幅制御方式により主スイッチ８のスイッチング動作を制御する構成を有する。このＰＷＭ制御ＩＣ９では、オン／オフ制御端子９−２の電圧がＨレベルになると、主スイッチ８をスイッチング動作させ、Ｌレベルになると主スイッチ８のスイッチング動作を停止する。
【００２６】
入力電圧監視回路ブロック１０は、直流入力電源３からの入力電圧が一定値以下に低下した場合に主スイッチ８のスイッチング動作を停止させる構成を持つ。
【００２７】
レギュレータ回路ブロック１１はＰＷＭ制御ＩＣ９の端子９−３に安定化した電圧Ｖｃｃを供給する。
【００２８】
電流検出抵抗体１５は、負荷２６に出力する電流の過電流状態を間接的に検出する過電流検出回路部を構成するものである。この電流検出抵抗体１５に発生する交流電圧のピーク値が規定値以上となったときに、過電流状態であると検知することができる。
【００２９】
過電流保護−ヒカップ動作回路ブロック１２は、抵抗体１５に発生する電圧に基づいて過電流を検出すると、瞬間的に出力電圧を垂下し、過電流状態が一定期間以上継続すると、主スイッチ８のスイッチング動作のオンとオフ（回路動作の停止と再起動）を周期的に繰り返すヒカップモードの過電流保護動作を行わせる。
【００３０】
例えば、過電流保護−ヒカップ動作回路ブロック１２は内部にマルチバイブレータ等の発振回路を備えており、この発振回路から出力される信号に基づいてダイオード１４を周期的にオン、オフさせる。この参考例では、ダイオード１４がオンすると、オン／オフ制御端子９−２の電圧がＬレベルとなり、ＰＭＷ制御ＩＣ９のスイッチング制御動作によって主スイッチ８のスイッチング動作が停止する。また、ダイオード１４がオフすると、オン／オフ制御端子９−２の電圧がＨレベルになり、ＰＭＷ制御ＩＣ９のスイッチング制御動作によって主スイッチ８がスイッチング動作して回路動作が再起動する。この動作の繰り返しによってヒカップモードの過電流保護動作を実現する。
【００３１】
このような構成のスイッチング電源装置において、負荷２６が何らかの原因で短絡して過電流状態になると、スイッチング電源回路１，２の各電流検出抵抗体１５に発生する交流電圧のピーク値が規定値以上となり、過電流保護−ヒカップ動作回路ブロック１２が瞬間的に出力電圧を垂下させる。そして、過電流状態が一定期間以上継続すると、過電流保護−ヒカップ動作回路ブロック１２はヒカップモードの過電流保護動作を開始させる。
【００３２】
各スイッチング電源回路１，２の過電流保護−ヒカップ動作回路ブロック１２は内蔵の時定数回路によって主スイッチ８のスイッチング動作停止から再起動までの時間、すなわちダイオード１４のオン期間を設定する。時定数回路のＣ、Ｒの部品ばらつきによって、ダイオード１４のオン期間がスイッチング電源回路１，２の個体毎にばらつく可能性がある。そのような場合でも、この参考例では、各スイッチング電源回路１，２の一斉起動端子６同士が相互接続されてＰＭＷ制御ＩＣ９のオン／オフ制御端子９−２同士が接続されているので、各スイッチング電源回路１，２のヒカップモードの再起動タイミングを揃えることができる。
【００３３】
例えば、ヒカップモードの過電流保護動作によりダイオード１４がオンして主スイッチ８が停止した後に、仮にスイッチング電源回路１の方がスイッチング電源回路２よりもダイオード１４のオン期間が短くて先にダイオード１４がオフして主スイッチ８が再起動しようとしても、スイッチング電源回路１，２はそれらの一斉起動端子６が相互接続されているので、スイッチング電源回路２のダイオード１４がオンしていると、スイッチング電源回路１，２の抵抗体１９と一斉起動端子６を通して電流が流れ、スイッチング電源回路１のオン／オフ制御端子９−２はＬレベルに保たれてスイッチング電源回路１の主スイッチ８は再起動しない。
【００３４】
この動作によってスイッチング電源回路１の再起動は、スイッチング電源回路２のダイオード１４がオフして再起動するタイミングまで待たされることになる。この結果、双方のスイッチング電源回路１，２の再起動タイミングが揃う。
【００３５】
図２には参考例の回路で負荷短絡が発生した際の出力電圧と出力電流の波形例が示されている。この図２において、波形ａはスイッチング電源回路１，２の合計の出力電流であり、波形ｂはスイッチング電源回路１の出力電流であり、波形ｃはスイッチング電源回路２の出力電流であり、波形ｄはスイッチング電源回路１，２の合計の出力電圧である。
【００３６】
この波形例に示されるように、この参考例では、ヒカップモードによる過電流保護動作中のスイッチング電源回路１，２の再起動タイミングはほぼ一致している（図２の時間ｔｋ参照）。また同様に、負荷短絡（過電流状態）が解消した後（タイミングＢ以降）もほぼ同時に再起動する（時間ｔｍ参照）。このことから、過電流状態が解消したのにも拘わらず、前述したように先に再起動したスイッチング電源回路が２台分の出力電流を１台で出力することで出力過電流状態が継続していると誤認して再停止する現象は発生しない。そのため、負荷短絡の解消後、正常動作への復帰が速やかに行われる。
【００３７】
また、再起動のタイミングがほぼ揃えられることで、過電流状態が解消された以降に各スイッチング電源回路１，２が一斉に正常状態に復帰することとなり、正常状態移行時の電圧波形が階段状になる現象も発生せず、負荷２６として電子機器が接続されている場合に、その電子機器が誤動作する危険性が回避される。
【００３８】
以下に、本発明に係る実施形態例を説明する。
【００３９】
図３には実施形態例のスイッチング電源装置の回路構成が示されている。図３において、１はスイッチング電源回路、３は直流入力電源、４は＋入力端子、５は−入力端子、６は一斉起動用接続部である一斉起動端子、７はトランス、８は主スイッチ、９は主スイッチ８のスイッチング制御部であるＰＷＭ制御ＩＣであり、このＰＷＭ制御ＩＣ９の９−１が主スイッチ８のゲート駆動端子、９−２がオン／オフ制御端子で、９−３は制御回路電圧Ｖccの供給を受ける端子である。１１はレギュレータ回路ブロック、１３はＮＰＮトランジスタ、１５は電流検出抵抗体、１６，１９，２９，３６，３７，３８，４０は抵抗体、２０，２１，３５はダイオード、２２はチョークコイル、２３，３４，３９はコンデンサ、２４は＋出力端子、２５は−出力端子、２６は負荷、２７はラッチ停止モードの過電流保護回路部である過電流保護−ラッチ停止動作回路ブロック、２８はＮチャネルＭＯＳＦＥＴ、３０はラッチ停止表示端子、３１はリモート端子、３２はスイッチング電源回路１の外部に設けたラッチ停止解除信号出力回路部であるラッチ停止モード−ヒカップモード変換回路ブロック、３３はＰチャネルＭＯＳＦＥＴである。
【００４０】
この実施形態例では、スイッチング電源回路１はスイッチング電源モジュール（絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ）の内部回路で、ラッチ停止モード−ヒカップモード変換回路ブロック３２は、スイッチング電源回路１に外付けされた外部回路である。
【００４１】
スイッチング電源回路１，２の各ＰＷＭ制御ＩＣ９は、それぞれ、出力電圧を安定化すべく、パルス幅制御方式により主スイッチ８のスイッチング動作を制御する構成を有する。このＰＷＭ制御ＩＣ９では、オン／オフ制御端子９−２の電圧がＨレベルになると、主スイッチ８をスイッチング動作させ、Ｌレベルになると、主スイッチ８のスイッチング動作を停止する。
【００４２】
レギュレータ回路ブロック１１は、ＰＷＭ制御ＩＣ９に安定化した電圧Ｖｃｃを供給する。
【００４３】
電流検出抵抗体１５は、負荷２６に出力する電流の過電流状態を間接的に検出する過電流検出回路部を構成するものである。この電流検出抵抗体１５に発生する交流電圧のピーク値が規定値以上となったときに、過電流状態であると検知することができる。
【００４４】
過電流保護−ラッチ停止動作回路ブロック２７は、電流検出抵抗体１５に発生している電圧に基づいて過電流状態を検出すると、瞬間的に出力電圧を垂下する。そして、過電流保護−ラッチ停止動作回路ブロック２７は、過電流状態が一定期間以上継続すると、主スイッチ８のスイッチング動作をラッチ停止すると共にＮチャネルＭＯＳＦＥＴ２８のゲートに電圧を供給してオンさせる。
【００４５】
この実施形態例では、ラッチ停止しているときには、そのように過電流保護−ラッチ停止動作回路ブロック２７によってＮチャネルＭＯＳＦＥＴ２８がオンとなり、通常動作時にはＮチャネルＭＯＳＦＥＴ２８がオフとなる。ラッチ停止表示端子３０は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ２８のオン・オフ動作に基づいて、ラッチ停止の有無を知らせる信号をスイッチング電源回路１の外部に出力する端子である。
【００４６】
リモート端子３１は外部からスイッチング電源回路１のオンオフをコントロールするための信号を入力させる端子である。この実施形態例では、リモート端子３１の電圧をＨレベルにしてＮＰＮトランジスタ１３をオンさせると、ＰＷＭ制御ＩＣ９のオン／オフ制御端子９−２の電圧がＬレベルになり、ＰＭＷ制御ＩＣ９のスイッチング制御動作によって主スイッチ８のスイッチング動作が停止する。また、反対に、リモート端子３１の電圧をＬレベルにしてＮＰＮトランジスタ１３をオフさせると、ＰＷＭ制御ＩＣ９のオン／オフ制御端子９−２の電圧がＨレベルになり、ＰＭＷ制御ＩＣ９のスイッチング制御動作によって主スイッチ８のスイッチング動作が行われる。
【００４７】
過電流保護−ラッチ停止動作回路ブロック２７は、主スイッチ８をラッチ停止させた後にＮＰＮトランジスタ１３がオンすると、リセットされるように構成されている。
【００４８】
このように構成された実施形態例のスイッチング電源装置では、内部回路（スイッチング電源回路１）だけだと過電流時にラッチ停止動作を行うが、外付けされたラッチ停止モード−ヒカップモード変換回路ブロック３２によって、見かけ上、過電流時にはヒカップモードの過電流保護動作を行うようになる。
【００４９】
すなわち、ラッチ停止モード−ヒカップモード変換回路ブロック３２において、通常動作時は、スイッチング電源回路１のＮチャネルＭＯＳＦＥＴ２８がオフであるため、ラッチ停止表示端子３０を介し抵抗体３６，３８，４０を通る経路に電流は流れず、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ３３のゲート−ソース間に電圧が発生しない。このため、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ３３はオフしている。
【００５０】
スイッチング電源回路１の動作中に負荷２６が何らかの原因で短絡して過電流状態になると、前述したように、電流検出抵抗体１５に発生する交流電圧のピーク値が規定値以上となり、過電流保護−ラッチ停止動作回路ブロック２７が瞬間的に出力電圧を垂下する。そして、過電流状態が一定期間以上継続すると、過電流保護−ラッチ停止動作回路ブロック２７はラッチ停止回路部分が作動して、主スイッチ８のスイッチング動作が休止状態となる。これと同時に、過電流保護−ラッチ停止動作回路ブロック２７はＮチャネルＭＯＳＦＥＴ２８をオンさせる。これにより、外部からラッチ停止表示端子３０を通して電流が引き込まれる。
【００５１】
これにより、抵抗体３６，３８，４０を通る経路と、コンデンサ３４，抵抗体３７，３８，４０を通る経路とに電流が流れて、コンデンサ３４は抵抗体３７，３８，４０の直列回路との時定数に従って充電される。このコンデンサ３４の充電電圧（つまり、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ３３のゲート−ソース間電圧）がＰチャネルＭＯＳＦＥＴ３３のスレショルド値以上になると、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ３３がオンする。すると、スイッチング電源回路１のリモート端子３１と抵抗体２９を通してＮＰＮトランジスタ１３のベースに電流が流れてＮＰＮトランジスタ１３がオンする。
【００５２】
これにより、スイッチング電源回路１の抵抗体１９と、ラッチ停止モード−ヒカップモード変換回路ブロック３２のコンデンサ３９とを通して電流が流れて、コンデンサ３４がさらに充電される正帰還動作が行われる。通常、発振回路を構成する際にこのような正帰還動作が必要である。
【００５３】
一方、過電流保護−ラッチ停止動作回路ブロック２７はＮＰＮトランジスタ１３がオンすると、リセットされる。これにより、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ２８がオフする。この実施形態例では、ラッチ停止モード−ヒカップモード変換回路ブロック３２から、スイッチング電源回路１のリモート端子３１と抵抗体２９を通してＮＰＮトランジスタ１３のベースに供給される電流が、前記リセット信号として機能する。また、ラッチ停止してからリセット信号が出力されるまでの時間は、ラッチ停止してからコンデンサ３４の充電電圧がＰチャネルＭＯＳＦＥＴ３３のスレショルド値に達するまでの時間であり、この時間はコンデンサ３４と、抵抗体３７，３８，４０の直列回路とにより定まる時定数によって設定することができる。
【００５４】
前記のように、過電流保護−ラッチ停止動作回路ブロック２７によりＮチャネルＭＯＳＦＥＴ２８がオフすると、抵抗体３７とダイオード３５を通してコンデンサ３４の電荷が、抵抗体３７とコンデンサ３４に基づいた時定数に従って放電する。これにより、コンデンサ３４の充電電圧（ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ３３のゲート−ソース間電圧）がＰチャネルＭＯＳＦＥＴ３３のスレショルド値よりも低下すると、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ３３がオフする。これにより、ラッチ停止モード−ヒカップモード変換回路ブロック３２からＮＰＮトランジスタ１３のベースへの電流供給がストップする。これ以降、過電流保護−ラッチ停止動作回路ブロック２７により再び過電流状態が検出されると、当該過電流保護−ラッチ停止動作回路ブロック２７によって主スイッチ８がラッチ停止する。この実施形態例では、ＮＰＮトランジスタ１３へオン信号（リセット信号）を出力している期間は、コンデンサ３４の放電により当該コンデンサ３４の充電電圧がＰチャネルＭＯＳＦＥＴ３３のスレショルド値よりも低下するまでの時間によって定まり、予め設定することができる。
【００５５】
ダイオード３５はコンデンサ３４の放電時定数を充電時定数よりも小さくする機能を持ち、これによってヒカップモードの過電流保護動作時における主スイッチ８のオン期間の比率を低減している。これにより、過電流状態での通電に起因した部品発熱を抑制する。
【００５６】
以上のようなラッチ停止モード−ヒカップモード変換回路ブロック３２の動作の繰り返しによって、ヒカップモードの過電流保護動作が実現される。
【００５７】
なお、この発明は参考例や実施形態例の形態に限定されるものでなく、様々な形態を採り得る。例えば、参考例や実施形態例では、電力変換回路方式がフォワードコンバータであったが、電力変換回路方式はフォワードコンバータに限定されず、例えばフライバックや、プッシュプルや、ハーフブリッジ等の様々な方式にも対応可能である。
【００５８】
また、参考例や実施形態例に示した整流ダイオード２０，２１に代えて、ＭＯＳＦＥＴの同期整流器を用いてもよい。
【００５９】
さらに、参考例では、スイッチング電源回路の並列運転台数は２台であったが、並列運転台数は２台に限定されず、３台以上であってもよい。３台以上のスイッチング電源回路を並列に接続する際にも、参考例と同様に、例えば、一斉起動用接続部である一斉起動端子６を設け、各スイッチング電源回路の一斉起動端子６同士を直接的に又は間接的に相互接続することにより、各スイッチング電源回路のヒカップモードの過電流保護動作における再起動タイミングを揃えることができる。
【００６０】
さらに、実施形態例に示したスイッチング電源回路においても、並列運転を行わせることが可能である。この場合には、例えば、図４に示すように、複数のスイッチング電源回路を並列に接続する。つまり、各スイッチング電源回路の＋入力端子４同士、−入力端子５同士、＋出力端子２４同士、−出力端子２５同士、ラッチ停止表示端子３０同士、リモート端子３１同士を接続する。この図４に示すように、ラッチ停止モード−ヒカップモード変換回路ブロック３２は、並列運転する複数のスイッチング電源回路に共通の回路と成すことができる。
【００６１】
また、参考例と同様に、並列運転する各スイッチング電源回路に、それぞれ、ＰＷＭ制御ＩＣ９のオン／オフ制御端子９−２に抵抗体１９を介して接続する一斉起動端子６を設け、これら各スイッチング電源回路の一斉起動端子６同士を相互接続するによって、ヒカップモードの過電流保護動作時の再起動タイミングを揃えることができる。なお、図４では、２台のスイッチング電源回路を並列接続させる例を示したが、もちろん、３台以上のスイッチング電源回路を並列に接続させてもよい。
【００６２】
さらに、実施形態例では、ラッチ停止モード−ヒカップモード変換回路ブロック３２はスイッチング電源回路１に外付けされていたが、スイッチング電源回路１に内蔵してもよい。この場合には、スイッチング電源回路１には、過電流保護−ラッチ停止動作回路ブロック２７から成るラッチ停止モードの過電流保護回路部と、過電流保護−ラッチ停止動作回路ブロック２７およびラッチ停止モード−ヒカップモード変換回路ブロック３２から成るヒカップモードの過電流保護回路部とが共に設けられていることとなる。このため、この場合には、例えば、過電流保護モード選択手段として、ラッチ停止モードの過電流保護回路部とヒカップモードの過電流保護回路部とのうちの一方だけを選択的に駆動可能な状態とするための信号を外部から入力させるための端子を設ける。
【００６３】
さらに、そのようなラッチ停止モードの過電流保護回路部とヒカップモードの過電流保護回路部とが共に設けられている複数のスイッチング電源回路を並列に接続してもよい。この場合にも、各スイッチング電源回路にヒカップモードの過電流保護動作を行わせる場合には、各スイッチング電源回路のヒカップモードの再起動タイミングを揃えるための手段を講じることが好ましい。
【００６４】
さらに、参考例では、各スイッチング電源回路の一斉起動端子６同士は直接的に接続されていたが、例えば、各一斉起動端子６は抵抗体を介して間接的に接続してもよい。
【００６５】
さらに、参考例や実施形態例では、過電流状態を間接的に検出する構成であったが、例えば、出力電流を直接的に検出するカレントトランスや抵抗体などの電流検出素子を設けて過電流状態を直接的に検出する構成としてもよい。
【００６７】
さらに、参考例や、実施形態例では、電力変換形態は絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータであったが、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータに限定されず、例えば、非絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータやＡＣ入力−ＤＣ出力のスイッチング電源回路にも、適用可能である。
【００６８】
【発明の効果】
並列運転している各スイッチング電源回路のヒカップモード（見かけ上のヒカップモード）の過電流保護動作による再起動のタイミングを揃える手段が設けられているスイッチング電源装置の発明にあっては、ヒカップモードの再起動タイミングを揃えることができるので、再起動タイミングの不揃いに起因した問題発生を防止することができる。つまり、過電流によるスイッチング動作の停止から再起動までの時間を決める時定数回路のＣ、Ｒの部品ばらつきが原因で、動作停止から再起動までの時間がスイッチング電源回路の個体毎にばらついて再起動タイミングがずれ、負荷短絡解消後（過電流状態が解消した後）に速やかに正常復帰できないという問題や、再起動タイミングのずれによって正常復帰時の電圧波形が階段状になって負荷が誤動作する問題を解決する効果がある。
【００６９】
並列運転している各スイッチング電源回路にヒカップモードの再起動タイミングを揃える手段として例えば、一斉起動用接続部を設け、各スイッチング電源回路の一斉起動用接続部同士を相互接続することで、各スイッチング電源回路のヒカップモードの再起動タイミングを揃える構成としたものにあっては、簡単な回路構成でもってヒカップモードの再起動タイミングを揃えることができて、回路構成の煩雑化を防止することができる。
【００７０】
本発明は、ラッチ停止モードの過電流保護回路部が設けられているスイッチング電源回路にラッチ停止解除信号出力回路部が内蔵されているか、あるいは、外付けされているので、簡単な回路の追加で１台のスイッチング電源回路をラッチ停止モードとヒカップモードのどちらにも対応可能にすることができる。これによってスイッチング電源回路の適用範囲を拡大できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に関連するスイッチング電源装置の参考例を示す概略回路図である。
【図２】参考例に係るスイッチング電源装置の出力電流、出力電圧の波形例を示す図である。
【図３】本発明に係るスイッチング電源装置の実施形態例を示す概略回路図である。
【図４】その他の実施形態例を説明するための回路図である。
【図５】従来の問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
１ スイッチング電源回路
２ スイッチング電源回路
３ 直流入力電源
４ ＋入力端子
５ −入力端子
６ 一斉起動端子
７ トランス
８ 主スイッチ
９ ＰＷＭ制御ＩＣ
９−１ 主スイッチのゲート駆動端子
９−２ オン／オフ制御端子
９−３ 制御回路電圧Ｖｃｃの供給を受ける端子
１０ 入力電圧監視回路ブロック
１１ レギュレータ回路ブロック
１２ 過電流保護−ヒカップ動作回路ブロック
１３ ＮＰＮトランジスタ
１４，２０，２１，３５ ダイオード
１５ 電流検出抵抗体
１６，１７，１８，１９，２９，３６，３７，３８，４０ 抵抗体
２２ チョークコイル
２３，３４，３９ コンデンサ
２４ ＋出力端子
２５ −出力端子
２６ 負荷装置
２７ 過電流保護−ラッチ停止動作回路ブロック
２８ ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ
３０ ラッチ停止表示端子
３１ リモート端子
３２ ラッチ停止モード−ヒカップモード変換回路ブロック
３３ ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ
【発明の属する技術分野】
本発明は、出力過電流に対する保護機能を備えたスイッチング電源装置に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
スイッチング電源装置の回路には負荷短絡時の出力過電流による負荷回路の部品の破壊や発煙、発火を防止するための過電流保護機能が備わっていることが一般的である。過電流保護を行うスイッチング電源回路には過電流の検出手段が設けられる。この過電流の検出手段には様々な回路方式が知られている。例えば、カレントトランスや抵抗体等の電流検出素子を出力電流の経路に挿入して直接検出する方式がある。また、トランスを有する絶縁型スイッチング電源回路の場合には、一次側のスイッチング電流ループにカレントトランスや抵抗体等の電流検出素子を挿入して、そのスイッチング電流ループの交流電流ピーク値を観測することで間接的に出力電流を検出する方式もある。さらに、出力インピーダンスの大きいスイッチング電源回路の場合には、スイッチング素子の時比率制御によって出力電圧の安定化を図っているにも拘わらず出力電圧が低下する場合に過電流状態と判定する簡易的な方式もある。
【０００３】
また、出力過電流を検知した際の保護動作の方式にも様々な方式が知られている。例えば、スイッチング素子の時比率を低下させて出力電圧を垂下させる方式（出力電圧垂下モード）や、出力過電流を検知して一定時間後にスイッチング動作をラッチ停止する方式（ラッチ停止モード）や、出力過電流を検知するとスイッチング動作の動作、停止を周期的に繰り返す方式（ヒカップモード（間欠モード））がある。さらに出力電圧垂下モードと、ラッチ停止モード又はヒカップモードとを組み合わせる方式もある。この場合には、過電流を検知すると瞬間的に出力電圧を垂下させ、この状態で一定時間以上過電流が継続したときには、ラッチ停止モード又はヒカップモードの過電流保護動作を行う。
【０００４】
さらに、出力電流の整流に同期整流器を用いる絶縁型のスイッチング電源回路の場合には、負荷短絡時に出力電圧垂下モードでもって過電流保護が行われると、同期整流器の駆動用の電源を確保できずに同期整流器が過熱してしまう問題が生じるので、出力電圧垂下モードに、他の同期整流器の保護モードを組み合わて過電流保護動作を行うことがある。
【０００５】
上記したような様々な過電流保護方式の中から、例えばスイッチング電源装置の用途に応じて適宜な方式が選択されて採用されている。例えば、出力過電流が検出されてからスイッチング電源回路がリセットされるまでの期間、スイッチング電源が停止し続けた方が好ましい用途の場合には、出力電圧垂下モードとラッチ停止モードを組み合わせて、過電流保護を行えばよい。また、負荷短絡状態が解消された場合に出力電圧の自動的な復帰が望まれる用途では、出力電圧垂下モードとヒカップモードを組み合わせて、過電流保護を行う。
【０００６】
ところで、負荷に供給する出力電力を簡単に増やす手法として、複数のスイッチング電源回路の入出力端子を並列に接続する並列運転が知られている。並列運転されたスイッチング電源回路にも負荷短絡による出力過電流に対する保護が必要である。この場合に、前述のように負荷短絡状態が解消された場合に出力電圧の自動的な復帰が望まれる用途では、ヒカップモードでもって過電流保護動作を行うことが好ましい。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図５には、ヒカップモードの過電流保護を行う２台のスイッチング電源回路（ここでは、スイッチング電源回路α，βと記す）を並列運転させている場合に、負荷短絡が発生してから負荷短絡が解消されて正常状態に移行するまでのスイッチング電源回路の出力電流、出力電圧の波形例が示されている。この図５において、波形ａは、２台のスイッチング電源回路α，βの合計の出力電流であり、波形ｂは、一方側のスイッチング電源回路αの出力電流であり、波形ｃは、他方側のスイッチング電源回路βの出力電流であり、波形ｄは、２台のスイッチング電源回路α，βの合計の出力電圧である。
【０００８】
ヒカップモードでは、通常、過電流が流れてスイッチング動作を停止してから再起動するまでの時間（待機時間）が時定数回路により設定されている。時定数回路を構成する部品ばらつきによって時定数回路のＣ（容量）やＲ（抵抗）がばらつき、これにより、過電流に起因した回路動作の停止から再起動までの待機時間がスイッチング電源回路の個体毎にばらつく可能性がある。
【０００９】
その待機時間のばらつきのために、図５に示すようにＡのタイミングで負荷短絡が発生して過電流状態となり、その後に、並列運転している２台のスイッチング電源回路α，βが過電流保護動作によってほぼ同じタイミング（時間ｔ１）で停止しても、待機時間のばらつきに起因して、一方側のスイッチング電源回路αが他方側のスイッチング電源回路βよりも早く再起動することがある（時間ｔ２）。そして、その再起動したスイッチング電源回路αが出力過電流状態の継続を検知すると、再停止する（時間ｔ３）。その後に、他方側のスイッチング電源回路βが再起動して（時間ｔ４）、同様に出力過電流状態の継続を検知すると、再停止する（時間ｔ５）。
【００１０】
Ｂのタイミングで負荷の短絡状態が解消されたとする。その後、上記同様に、待機時間のばらつきに起因して一方側のスイッチング電源回路αが他方側のスイッチング電源回路βよりも早く再起動すると（時間ｔ６）、先に起動したスイッチング電源回路αは並列運転している２台分の出力電流を１台で出力する。このため、そのスイッチング電源回路αは出力過電流状態が継続していると誤認して再停止してしまう（時間ｔ７）。その後に、例えば時間ｔ８のタイミングで再起動した他方側のスイッチング電源回路βも同様の理由で再停止してしまう（時間ｔ９）。このような現象は、並列運転している２台のスイッチング電源回路α，βの再起動タイミングがたまたま接近して２台のスイッチング電源回路α，βがほぼ同時に再起動する時（図５のタイミングＣ）まで継続する。
【００１１】
このように、並列運転しているスイッチング電源回路α，β毎の待機時間の差違による再起動のタイミングのずれによって、負荷短絡が解消しても正常動作に速やかに復帰できない問題が生じる。
【００１２】
また、タイミングＣで出力電圧が復帰するが、並列運転している各スイッチング電源回路α，βの再起動タイミングがややずれる場合には、例えば、先に再起動したスイッチング電源回路βだけが過電流垂下状態で起動する。これにより、正常状態に復帰するときに、並列運転している２台のスイッチング電源回路α，βの合計の出力電圧波形（図５の波形ｄ参照）が階段状になる。負荷として電子機器が接続されている場合には、このことが原因で電子機器が誤動作するという問題が生じる。
【００１３】
また、前述のように用途によって適当な過電流保護の動作モードが異なる。例えば、出力過電流が検出されてからスイッチング電源回路がリセットされるまでの期間、スイッチング電源回路が停止し続けた方が好ましい用途では、ラッチ停止モードが適している。また、負荷短絡状態が解消された場合に出力電圧の自動的な復帰が望まれる用途では、ヒカップモードが適している。このことから、ラッチ停止モード用に設計されたスイッチング電源回路は、ヒカップモードが望まれる用途、つまり、負荷短絡状態が解消された場合に出力電圧の自動的な復帰が望まれる用途では使用できない問題があった。
【００１４】
本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その第一の目的は、並列運転している複数のスイッチング電源回路を備えたものにおいて、ヒカップモードの過電流保護動作中に負荷短絡状態が解消された以降に、速やかに正常な状態に復帰できるスイッチング電源装置を提供することである。第二の目的は、過電流を検知してから設定の時間（マスク時間）を経過した後にラッチ停止を行う過電流保護動作を行う回路構成を持つスイッチング電源回路を、必要に応じて、見かけ上ヒカップモードの過電流保護動作を行うスイッチング電源回路に、変更することができるスイッチング電源装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明は次に示す構成をもって前記課題を解決するための手段としている。すなわち、第１の発明は、主スイッチのスイッチング回路動作によって負荷に電力を供給するスイッチング電源装置において、負荷に出力する電流の過電流状態を直接的に又は間接的に検出する過電流検出回路部と、過電流状態が検出されてから予め定めた時間が経過した後に回路動作をラッチ停止するラッチ停止モードの過電流保護動作を行わせる過電流保護回路部とが設けられており、また、過電流保護回路部によりラッチ停止してから設定の時間が経過した後にラッチ停止を解除するラッチ停止解除信号出力回路部が内蔵されているか、あるいは、外付けされており、前記ラッチ停止解除信号出力回路部にはラッチ停止からラッチ停止解除までの時間を決める時定数回路が設けられており、前記過電流保護回路部には過電流を検出してからラッチ停止するまでの期間を決める回路が設けられており、前記ラッチ停止解除信号出力回路部と過電流保護回路部との相互の回路動作によって、見かけ上、ヒカップモードの過電流保護動作を行うことを特徴としている。
【００１９】
第２の発明は、第１の発明の構成を備え、過電流検出回路部と、ラッチ停止モードの過電流保護回路部とを備えた複数のスイッチング電源回路が並列に接続され、それらスイッチング電源回路の合計の出力を負荷に供給する構成と成し、ラッチ停止解除信号出力回路部は各スイッチング電源回路に共通に接続されて、各スイッチング電源回路はそれぞれ見かけ上ヒカップモードでもって過電流保護動作を行う構成を備えており、各スイッチング電源回路のヒカップモードの再起動タイミングを揃える手段が設けられていることを特徴としている。
【００２０】
第３の発明は、前記第１の発明の構成を備え、各スイッチング電源回路は、それぞれ、回路動作の停止と起動を制御するスイッチング制御部を備え、過電流保護回路部はスイッチング制御部を制御することで見かけ上のヒカップモードの過電流保護動作を行わせる構成と成しており、各スイッチング電源回路には、それぞれ、スイッチング制御部に導通している一斉起動用接続部が設けられており、各スイッチング電源回路の一斉起動用接続部同士が直接的に又は間接的に相互接続されて各スイッチング電源回路のスイッチング制御部が相互接続されることで、過電流保護回路部による見かけ上のヒカップモードの再起動タイミングが揃えられることを特徴としている。
【００２１】
第４の発明は、第３の発明の構成を備え、各スイッチング電源回路は一斉起動用接続部を介して相互接続されることで、過電流状態が解消された以降には各スイッチング電源回路が一斉に正常状態に復帰することを特徴としている。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明に係る実施形態例を図面に基づいて説明する。
【００２３】
説明の都合上、本実施形態例の説明の前に本願の発明に関連する参考例を説明する。図１には参考例のスイッチング電源装置の回路構成が示されている。図１において、１はスイッチング電源回路、２は別のスイッチング電源回路、３は直流入力電源、４は＋入力端子、５は−入力端子、６は一斉起動用接続部である一斉起動端子、７はトランス、８は主スイッチである。９は、主スイッチ８のスイッチング制御部であるＰＷＭ制御ＩＣであり、このＰＷＭ制御ＩＣの９−１は主スイッチ８のゲート駆動端子、９−２はオン／オフ制御端子、９−３は制御回路駆動電圧Ｖccの供給を受ける端子である。１０は入力電圧監視回路ブロック、１１はレギュレータ回路ブロック、１２はヒカップモードの過電流保護回路部である過電流保護−ヒカップ動作回路ブロック、１３はＮＰＮトランジスタ、１４，２０，２１はダイオード、１５は電流検出抵抗体、１６，１７，１８，１９は抵抗体、２２はチョークコイル、２３はコンデンサ、２４は＋出力端子、２５は−出力端子、２６は負荷である。
【００２４】
この参考例では、スイッチング電源回路１，２は、それぞれ、直流入力−直流出力の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータであり、これらは、負荷２６に供給する電力を増やすために２台並列接続されて並列運転している。
【００２５】
各スイッチング電源回路１，２のＰＷＭ制御ＩＣ９は、それぞれ、出力電圧を安定化すべく、パルス幅制御方式により主スイッチ８のスイッチング動作を制御する構成を有する。このＰＷＭ制御ＩＣ９では、オン／オフ制御端子９−２の電圧がＨレベルになると、主スイッチ８をスイッチング動作させ、Ｌレベルになると主スイッチ８のスイッチング動作を停止する。
【００２６】
入力電圧監視回路ブロック１０は、直流入力電源３からの入力電圧が一定値以下に低下した場合に主スイッチ８のスイッチング動作を停止させる構成を持つ。
【００２７】
レギュレータ回路ブロック１１はＰＷＭ制御ＩＣ９の端子９−３に安定化した電圧Ｖｃｃを供給する。
【００２８】
電流検出抵抗体１５は、負荷２６に出力する電流の過電流状態を間接的に検出する過電流検出回路部を構成するものである。この電流検出抵抗体１５に発生する交流電圧のピーク値が規定値以上となったときに、過電流状態であると検知することができる。
【００２９】
過電流保護−ヒカップ動作回路ブロック１２は、抵抗体１５に発生する電圧に基づいて過電流を検出すると、瞬間的に出力電圧を垂下し、過電流状態が一定期間以上継続すると、主スイッチ８のスイッチング動作のオンとオフ（回路動作の停止と再起動）を周期的に繰り返すヒカップモードの過電流保護動作を行わせる。
【００３０】
例えば、過電流保護−ヒカップ動作回路ブロック１２は内部にマルチバイブレータ等の発振回路を備えており、この発振回路から出力される信号に基づいてダイオード１４を周期的にオン、オフさせる。この参考例では、ダイオード１４がオンすると、オン／オフ制御端子９−２の電圧がＬレベルとなり、ＰＭＷ制御ＩＣ９のスイッチング制御動作によって主スイッチ８のスイッチング動作が停止する。また、ダイオード１４がオフすると、オン／オフ制御端子９−２の電圧がＨレベルになり、ＰＭＷ制御ＩＣ９のスイッチング制御動作によって主スイッチ８がスイッチング動作して回路動作が再起動する。この動作の繰り返しによってヒカップモードの過電流保護動作を実現する。
【００３１】
このような構成のスイッチング電源装置において、負荷２６が何らかの原因で短絡して過電流状態になると、スイッチング電源回路１，２の各電流検出抵抗体１５に発生する交流電圧のピーク値が規定値以上となり、過電流保護−ヒカップ動作回路ブロック１２が瞬間的に出力電圧を垂下させる。そして、過電流状態が一定期間以上継続すると、過電流保護−ヒカップ動作回路ブロック１２はヒカップモードの過電流保護動作を開始させる。
【００３２】
各スイッチング電源回路１，２の過電流保護−ヒカップ動作回路ブロック１２は内蔵の時定数回路によって主スイッチ８のスイッチング動作停止から再起動までの時間、すなわちダイオード１４のオン期間を設定する。時定数回路のＣ、Ｒの部品ばらつきによって、ダイオード１４のオン期間がスイッチング電源回路１，２の個体毎にばらつく可能性がある。そのような場合でも、この参考例では、各スイッチング電源回路１，２の一斉起動端子６同士が相互接続されてＰＭＷ制御ＩＣ９のオン／オフ制御端子９−２同士が接続されているので、各スイッチング電源回路１，２のヒカップモードの再起動タイミングを揃えることができる。
【００３３】
例えば、ヒカップモードの過電流保護動作によりダイオード１４がオンして主スイッチ８が停止した後に、仮にスイッチング電源回路１の方がスイッチング電源回路２よりもダイオード１４のオン期間が短くて先にダイオード１４がオフして主スイッチ８が再起動しようとしても、スイッチング電源回路１，２はそれらの一斉起動端子６が相互接続されているので、スイッチング電源回路２のダイオード１４がオンしていると、スイッチング電源回路１，２の抵抗体１９と一斉起動端子６を通して電流が流れ、スイッチング電源回路１のオン／オフ制御端子９−２はＬレベルに保たれてスイッチング電源回路１の主スイッチ８は再起動しない。
【００３４】
この動作によってスイッチング電源回路１の再起動は、スイッチング電源回路２のダイオード１４がオフして再起動するタイミングまで待たされることになる。この結果、双方のスイッチング電源回路１，２の再起動タイミングが揃う。
【００３５】
図２には参考例の回路で負荷短絡が発生した際の出力電圧と出力電流の波形例が示されている。この図２において、波形ａはスイッチング電源回路１，２の合計の出力電流であり、波形ｂはスイッチング電源回路１の出力電流であり、波形ｃはスイッチング電源回路２の出力電流であり、波形ｄはスイッチング電源回路１，２の合計の出力電圧である。
【００３６】
この波形例に示されるように、この参考例では、ヒカップモードによる過電流保護動作中のスイッチング電源回路１，２の再起動タイミングはほぼ一致している（図２の時間ｔｋ参照）。また同様に、負荷短絡（過電流状態）が解消した後（タイミングＢ以降）もほぼ同時に再起動する（時間ｔｍ参照）。このことから、過電流状態が解消したのにも拘わらず、前述したように先に再起動したスイッチング電源回路が２台分の出力電流を１台で出力することで出力過電流状態が継続していると誤認して再停止する現象は発生しない。そのため、負荷短絡の解消後、正常動作への復帰が速やかに行われる。
【００３７】
また、再起動のタイミングがほぼ揃えられることで、過電流状態が解消された以降に各スイッチング電源回路１，２が一斉に正常状態に復帰することとなり、正常状態移行時の電圧波形が階段状になる現象も発生せず、負荷２６として電子機器が接続されている場合に、その電子機器が誤動作する危険性が回避される。
【００３８】
以下に、本発明に係る実施形態例を説明する。
【００３９】
図３には実施形態例のスイッチング電源装置の回路構成が示されている。図３において、１はスイッチング電源回路、３は直流入力電源、４は＋入力端子、５は−入力端子、６は一斉起動用接続部である一斉起動端子、７はトランス、８は主スイッチ、９は主スイッチ８のスイッチング制御部であるＰＷＭ制御ＩＣであり、このＰＷＭ制御ＩＣ９の９−１が主スイッチ８のゲート駆動端子、９−２がオン／オフ制御端子で、９−３は制御回路電圧Ｖccの供給を受ける端子である。１１はレギュレータ回路ブロック、１３はＮＰＮトランジスタ、１５は電流検出抵抗体、１６，１９，２９，３６，３７，３８，４０は抵抗体、２０，２１，３５はダイオード、２２はチョークコイル、２３，３４，３９はコンデンサ、２４は＋出力端子、２５は−出力端子、２６は負荷、２７はラッチ停止モードの過電流保護回路部である過電流保護−ラッチ停止動作回路ブロック、２８はＮチャネルＭＯＳＦＥＴ、３０はラッチ停止表示端子、３１はリモート端子、３２はスイッチング電源回路１の外部に設けたラッチ停止解除信号出力回路部であるラッチ停止モード−ヒカップモード変換回路ブロック、３３はＰチャネルＭＯＳＦＥＴである。
【００４０】
この実施形態例では、スイッチング電源回路１はスイッチング電源モジュール（絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ）の内部回路で、ラッチ停止モード−ヒカップモード変換回路ブロック３２は、スイッチング電源回路１に外付けされた外部回路である。
【００４１】
スイッチング電源回路１，２の各ＰＷＭ制御ＩＣ９は、それぞれ、出力電圧を安定化すべく、パルス幅制御方式により主スイッチ８のスイッチング動作を制御する構成を有する。このＰＷＭ制御ＩＣ９では、オン／オフ制御端子９−２の電圧がＨレベルになると、主スイッチ８をスイッチング動作させ、Ｌレベルになると、主スイッチ８のスイッチング動作を停止する。
【００４２】
レギュレータ回路ブロック１１は、ＰＷＭ制御ＩＣ９に安定化した電圧Ｖｃｃを供給する。
【００４３】
電流検出抵抗体１５は、負荷２６に出力する電流の過電流状態を間接的に検出する過電流検出回路部を構成するものである。この電流検出抵抗体１５に発生する交流電圧のピーク値が規定値以上となったときに、過電流状態であると検知することができる。
【００４４】
過電流保護−ラッチ停止動作回路ブロック２７は、電流検出抵抗体１５に発生している電圧に基づいて過電流状態を検出すると、瞬間的に出力電圧を垂下する。そして、過電流保護−ラッチ停止動作回路ブロック２７は、過電流状態が一定期間以上継続すると、主スイッチ８のスイッチング動作をラッチ停止すると共にＮチャネルＭＯＳＦＥＴ２８のゲートに電圧を供給してオンさせる。
【００４５】
この実施形態例では、ラッチ停止しているときには、そのように過電流保護−ラッチ停止動作回路ブロック２７によってＮチャネルＭＯＳＦＥＴ２８がオンとなり、通常動作時にはＮチャネルＭＯＳＦＥＴ２８がオフとなる。ラッチ停止表示端子３０は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ２８のオン・オフ動作に基づいて、ラッチ停止の有無を知らせる信号をスイッチング電源回路１の外部に出力する端子である。
【００４６】
リモート端子３１は外部からスイッチング電源回路１のオンオフをコントロールするための信号を入力させる端子である。この実施形態例では、リモート端子３１の電圧をＨレベルにしてＮＰＮトランジスタ１３をオンさせると、ＰＷＭ制御ＩＣ９のオン／オフ制御端子９−２の電圧がＬレベルになり、ＰＭＷ制御ＩＣ９のスイッチング制御動作によって主スイッチ８のスイッチング動作が停止する。また、反対に、リモート端子３１の電圧をＬレベルにしてＮＰＮトランジスタ１３をオフさせると、ＰＷＭ制御ＩＣ９のオン／オフ制御端子９−２の電圧がＨレベルになり、ＰＭＷ制御ＩＣ９のスイッチング制御動作によって主スイッチ８のスイッチング動作が行われる。
【００４７】
過電流保護−ラッチ停止動作回路ブロック２７は、主スイッチ８をラッチ停止させた後にＮＰＮトランジスタ１３がオンすると、リセットされるように構成されている。
【００４８】
このように構成された実施形態例のスイッチング電源装置では、内部回路（スイッチング電源回路１）だけだと過電流時にラッチ停止動作を行うが、外付けされたラッチ停止モード−ヒカップモード変換回路ブロック３２によって、見かけ上、過電流時にはヒカップモードの過電流保護動作を行うようになる。
【００４９】
すなわち、ラッチ停止モード−ヒカップモード変換回路ブロック３２において、通常動作時は、スイッチング電源回路１のＮチャネルＭＯＳＦＥＴ２８がオフであるため、ラッチ停止表示端子３０を介し抵抗体３６，３８，４０を通る経路に電流は流れず、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ３３のゲート−ソース間に電圧が発生しない。このため、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ３３はオフしている。
【００５０】
スイッチング電源回路１の動作中に負荷２６が何らかの原因で短絡して過電流状態になると、前述したように、電流検出抵抗体１５に発生する交流電圧のピーク値が規定値以上となり、過電流保護−ラッチ停止動作回路ブロック２７が瞬間的に出力電圧を垂下する。そして、過電流状態が一定期間以上継続すると、過電流保護−ラッチ停止動作回路ブロック２７はラッチ停止回路部分が作動して、主スイッチ８のスイッチング動作が休止状態となる。これと同時に、過電流保護−ラッチ停止動作回路ブロック２７はＮチャネルＭＯＳＦＥＴ２８をオンさせる。これにより、外部からラッチ停止表示端子３０を通して電流が引き込まれる。
【００５１】
これにより、抵抗体３６，３８，４０を通る経路と、コンデンサ３４，抵抗体３７，３８，４０を通る経路とに電流が流れて、コンデンサ３４は抵抗体３７，３８，４０の直列回路との時定数に従って充電される。このコンデンサ３４の充電電圧（つまり、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ３３のゲート−ソース間電圧）がＰチャネルＭＯＳＦＥＴ３３のスレショルド値以上になると、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ３３がオンする。すると、スイッチング電源回路１のリモート端子３１と抵抗体２９を通してＮＰＮトランジスタ１３のベースに電流が流れてＮＰＮトランジスタ１３がオンする。
【００５２】
これにより、スイッチング電源回路１の抵抗体１９と、ラッチ停止モード−ヒカップモード変換回路ブロック３２のコンデンサ３９とを通して電流が流れて、コンデンサ３４がさらに充電される正帰還動作が行われる。通常、発振回路を構成する際にこのような正帰還動作が必要である。
【００５３】
一方、過電流保護−ラッチ停止動作回路ブロック２７はＮＰＮトランジスタ１３がオンすると、リセットされる。これにより、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ２８がオフする。この実施形態例では、ラッチ停止モード−ヒカップモード変換回路ブロック３２から、スイッチング電源回路１のリモート端子３１と抵抗体２９を通してＮＰＮトランジスタ１３のベースに供給される電流が、前記リセット信号として機能する。また、ラッチ停止してからリセット信号が出力されるまでの時間は、ラッチ停止してからコンデンサ３４の充電電圧がＰチャネルＭＯＳＦＥＴ３３のスレショルド値に達するまでの時間であり、この時間はコンデンサ３４と、抵抗体３７，３８，４０の直列回路とにより定まる時定数によって設定することができる。
【００５４】
前記のように、過電流保護−ラッチ停止動作回路ブロック２７によりＮチャネルＭＯＳＦＥＴ２８がオフすると、抵抗体３７とダイオード３５を通してコンデンサ３４の電荷が、抵抗体３７とコンデンサ３４に基づいた時定数に従って放電する。これにより、コンデンサ３４の充電電圧（ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ３３のゲート−ソース間電圧）がＰチャネルＭＯＳＦＥＴ３３のスレショルド値よりも低下すると、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ３３がオフする。これにより、ラッチ停止モード−ヒカップモード変換回路ブロック３２からＮＰＮトランジスタ１３のベースへの電流供給がストップする。これ以降、過電流保護−ラッチ停止動作回路ブロック２７により再び過電流状態が検出されると、当該過電流保護−ラッチ停止動作回路ブロック２７によって主スイッチ８がラッチ停止する。この実施形態例では、ＮＰＮトランジスタ１３へオン信号（リセット信号）を出力している期間は、コンデンサ３４の放電により当該コンデンサ３４の充電電圧がＰチャネルＭＯＳＦＥＴ３３のスレショルド値よりも低下するまでの時間によって定まり、予め設定することができる。
【００５５】
ダイオード３５はコンデンサ３４の放電時定数を充電時定数よりも小さくする機能を持ち、これによってヒカップモードの過電流保護動作時における主スイッチ８のオン期間の比率を低減している。これにより、過電流状態での通電に起因した部品発熱を抑制する。
【００５６】
以上のようなラッチ停止モード−ヒカップモード変換回路ブロック３２の動作の繰り返しによって、ヒカップモードの過電流保護動作が実現される。
【００５７】
なお、この発明は参考例や実施形態例の形態に限定されるものでなく、様々な形態を採り得る。例えば、参考例や実施形態例では、電力変換回路方式がフォワードコンバータであったが、電力変換回路方式はフォワードコンバータに限定されず、例えばフライバックや、プッシュプルや、ハーフブリッジ等の様々な方式にも対応可能である。
【００５８】
また、参考例や実施形態例に示した整流ダイオード２０，２１に代えて、ＭＯＳＦＥＴの同期整流器を用いてもよい。
【００５９】
さらに、参考例では、スイッチング電源回路の並列運転台数は２台であったが、並列運転台数は２台に限定されず、３台以上であってもよい。３台以上のスイッチング電源回路を並列に接続する際にも、参考例と同様に、例えば、一斉起動用接続部である一斉起動端子６を設け、各スイッチング電源回路の一斉起動端子６同士を直接的に又は間接的に相互接続することにより、各スイッチング電源回路のヒカップモードの過電流保護動作における再起動タイミングを揃えることができる。
【００６０】
さらに、実施形態例に示したスイッチング電源回路においても、並列運転を行わせることが可能である。この場合には、例えば、図４に示すように、複数のスイッチング電源回路を並列に接続する。つまり、各スイッチング電源回路の＋入力端子４同士、−入力端子５同士、＋出力端子２４同士、−出力端子２５同士、ラッチ停止表示端子３０同士、リモート端子３１同士を接続する。この図４に示すように、ラッチ停止モード−ヒカップモード変換回路ブロック３２は、並列運転する複数のスイッチング電源回路に共通の回路と成すことができる。
【００６１】
また、参考例と同様に、並列運転する各スイッチング電源回路に、それぞれ、ＰＷＭ制御ＩＣ９のオン／オフ制御端子９−２に抵抗体１９を介して接続する一斉起動端子６を設け、これら各スイッチング電源回路の一斉起動端子６同士を相互接続するによって、ヒカップモードの過電流保護動作時の再起動タイミングを揃えることができる。なお、図４では、２台のスイッチング電源回路を並列接続させる例を示したが、もちろん、３台以上のスイッチング電源回路を並列に接続させてもよい。
【００６２】
さらに、実施形態例では、ラッチ停止モード−ヒカップモード変換回路ブロック３２はスイッチング電源回路１に外付けされていたが、スイッチング電源回路１に内蔵してもよい。この場合には、スイッチング電源回路１には、過電流保護−ラッチ停止動作回路ブロック２７から成るラッチ停止モードの過電流保護回路部と、過電流保護−ラッチ停止動作回路ブロック２７およびラッチ停止モード−ヒカップモード変換回路ブロック３２から成るヒカップモードの過電流保護回路部とが共に設けられていることとなる。このため、この場合には、例えば、過電流保護モード選択手段として、ラッチ停止モードの過電流保護回路部とヒカップモードの過電流保護回路部とのうちの一方だけを選択的に駆動可能な状態とするための信号を外部から入力させるための端子を設ける。
【００６３】
さらに、そのようなラッチ停止モードの過電流保護回路部とヒカップモードの過電流保護回路部とが共に設けられている複数のスイッチング電源回路を並列に接続してもよい。この場合にも、各スイッチング電源回路にヒカップモードの過電流保護動作を行わせる場合には、各スイッチング電源回路のヒカップモードの再起動タイミングを揃えるための手段を講じることが好ましい。
【００６４】
さらに、参考例では、各スイッチング電源回路の一斉起動端子６同士は直接的に接続されていたが、例えば、各一斉起動端子６は抵抗体を介して間接的に接続してもよい。
【００６５】
さらに、参考例や実施形態例では、過電流状態を間接的に検出する構成であったが、例えば、出力電流を直接的に検出するカレントトランスや抵抗体などの電流検出素子を設けて過電流状態を直接的に検出する構成としてもよい。
【００６７】
さらに、参考例や、実施形態例では、電力変換形態は絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータであったが、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータに限定されず、例えば、非絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータやＡＣ入力−ＤＣ出力のスイッチング電源回路にも、適用可能である。
【００６８】
【発明の効果】
並列運転している各スイッチング電源回路のヒカップモード（見かけ上のヒカップモード）の過電流保護動作による再起動のタイミングを揃える手段が設けられているスイッチング電源装置の発明にあっては、ヒカップモードの再起動タイミングを揃えることができるので、再起動タイミングの不揃いに起因した問題発生を防止することができる。つまり、過電流によるスイッチング動作の停止から再起動までの時間を決める時定数回路のＣ、Ｒの部品ばらつきが原因で、動作停止から再起動までの時間がスイッチング電源回路の個体毎にばらついて再起動タイミングがずれ、負荷短絡解消後（過電流状態が解消した後）に速やかに正常復帰できないという問題や、再起動タイミングのずれによって正常復帰時の電圧波形が階段状になって負荷が誤動作する問題を解決する効果がある。
【００６９】
並列運転している各スイッチング電源回路にヒカップモードの再起動タイミングを揃える手段として例えば、一斉起動用接続部を設け、各スイッチング電源回路の一斉起動用接続部同士を相互接続することで、各スイッチング電源回路のヒカップモードの再起動タイミングを揃える構成としたものにあっては、簡単な回路構成でもってヒカップモードの再起動タイミングを揃えることができて、回路構成の煩雑化を防止することができる。
【００７０】
本発明は、ラッチ停止モードの過電流保護回路部が設けられているスイッチング電源回路にラッチ停止解除信号出力回路部が内蔵されているか、あるいは、外付けされているので、簡単な回路の追加で１台のスイッチング電源回路をラッチ停止モードとヒカップモードのどちらにも対応可能にすることができる。これによってスイッチング電源回路の適用範囲を拡大できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に関連するスイッチング電源装置の参考例を示す概略回路図である。
【図２】参考例に係るスイッチング電源装置の出力電流、出力電圧の波形例を示す図である。
【図３】本発明に係るスイッチング電源装置の実施形態例を示す概略回路図である。
【図４】その他の実施形態例を説明するための回路図である。
【図５】従来の問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
１ スイッチング電源回路
２ スイッチング電源回路
３ 直流入力電源
４ ＋入力端子
５ −入力端子
６ 一斉起動端子
７ トランス
８ 主スイッチ
９ ＰＷＭ制御ＩＣ
９−１ 主スイッチのゲート駆動端子
９−２ オン／オフ制御端子
９−３ 制御回路電圧Ｖｃｃの供給を受ける端子
１０ 入力電圧監視回路ブロック
１１ レギュレータ回路ブロック
１２ 過電流保護−ヒカップ動作回路ブロック
１３ ＮＰＮトランジスタ
１４，２０，２１，３５ ダイオード
１５ 電流検出抵抗体
１６，１７，１８，１９，２９，３６，３７，３８，４０ 抵抗体
２２ チョークコイル
２３，３４，３９ コンデンサ
２４ ＋出力端子
２５ −出力端子
２６ 負荷装置
２７ 過電流保護−ラッチ停止動作回路ブロック
２８ ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ
３０ ラッチ停止表示端子
３１ リモート端子
３２ ラッチ停止モード−ヒカップモード変換回路ブロック
３３ ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ
Claims (4)
- 主スイッチのスイッチング回路動作によって負荷に電力を供給するスイッチング電源装置において、負荷に出力する電流の過電流状態を直接的に又は間接的に検出する過電流検出回路部と、過電流状態が検出されてから予め定めた時間が経過した後に回路動作をラッチ停止するラッチ停止モードの過電流保護動作を行わせる過電流保護回路部とが設けられており、また、過電流保護回路部によりラッチ停止してから設定の時間が経過した後にラッチ停止を解除するラッチ停止解除信号出力回路部が内蔵されているか、あるいは、外付けされており、前記ラッチ停止解除信号出力回路部にはラッチ停止からラッチ停止解除までの時間を決める時定数回路が設けられており、前記過電流保護回路部には過電流を検出してからラッチ停止するまでの期間を決める回路が設けられており、前記ラッチ停止解除信号出力回路部と過電流保護回路部との相互の回路動作によって、見かけ上、ヒカップモードの過電流保護動作を行うことを特徴とするスイッチング電源装置。
- 過電流検出回路部と、ラッチ停止モードの過電流保護回路部とを備えた複数のスイッチング電源回路が並列に接続され、それらスイッチング電源回路の合計の出力を負荷に供給する構成と成し、ラッチ停止解除信号出力回路部は各スイッチング電源回路に共通に接続されて、各スイッチング電源回路はそれぞれ見かけ上ヒカップモードでもって過電流保護動作を行う構成を備えており、各スイッチング電源回路のヒカップモードの再起動タイミングを揃える手段が設けられていることを特徴とした請求項１記載のスイッチング電源装置。
- 各スイッチング電源回路は、それぞれ、回路動作の停止と起動を制御するスイッチング制御部を備え、過電流保護回路部はスイッチング制御部を制御することで見かけ上のヒカップモードの過電流保護動作を行わせる構成と成しており、各スイッチング電源回路には、それぞれ、スイッチング制御部に導通している一斉起動用接続部が設けられており、各スイッチング電源回路の一斉起動用接続部同士が直接的に又は間接的に相互接続されて各スイッチング電源回路のスイッチング制御部が相互接続されることで、過電流保護回路部による見かけ上のヒカップモードの再起動タイミングが揃えられることを特徴とした請求項１記載のスイッチング電源装置。
- 各スイッチング電源回路は一斉起動用接続部を介して相互接続されることで、過電流状態が解消された以降には各スイッチング電源回路が一斉に正常状態に復帰する構成としたことを特徴とする請求項３記載のスイッチング電源装置。
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