JP4098254B2 - スイッチング電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、スイッチング電源出力が地絡時に過電流が流れ発熱することを防止できるスイッチング電源装置に関するものである。

従来のスイッチング電源装置としては、２次側電圧を検出し、２次側電圧が所定電圧以下では、スイッチング動作を停止するというものがあった。

以下、特許文献１の「スイッチングレギュレータ」に関して、図４を参照しながら説明する。

図４は、従来のスイッチング電源装置の回路図であり、８１は１つの基板上に形成される制御部、８２は誤差増幅器、８３はＰＷＭ比較器、８４は発振器、８５はＡＮＤ回路、８６は短絡検知用比較器、８７は電流源、８８はタイマー用比較器、８９はフリップフロップ回路で構成されるラッチ回路、Ｔinは入力端子、Ｔoutは出力端子、ＶＢは高電位側電源電圧、ＧＮＤは低電位側電源電圧、Ｖoutは出力電圧、Ｖccは制御部への電源入力、ＩＮは入力信号、ＯＵＴは出力信号、Ｃ１、Ｃ２はコンデンサ、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は抵抗、Ｌはコイル、Ｔr１、Ｔr２、Ｔr５はＮＰＮトランジスタ、Ｔr３、Ｔr４はＰＮＰトランジスタ、ＶＲ１、ＶＲ２、ＶＲ３は基準電圧である。

まず、地絡状態ではない通常動作状態においては、出力端子Ｔoutには電圧Ｖoutとして、式（４）の電圧を出力する。

Ｖout=ＶＲ１×（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ２ ・・・ （４）
式（４）が成り立っている状態においては、ＶＲ２が誤差増幅器８２の出力電圧よりも高くなるように設定されているため、Ｔr２のベースはＨ（ハイレベル）、Ｔr２のコレクタはＬ（ローレベル）になり、タイマー用比較器８８の出力電圧はＬ、ラッチ回路８９のＱ出力はＬ、Ｔr５はオフ、Ｔr４もオフとなり、Ｔr３のベース電流はＲ３方向に流れることができ、Ｔr３はオンできるモードになる。

また、誤差増幅器８２の出力電圧と発振器８４の出力信号を比較することによるパルスがＰＷＭ比較器８３の出力パルス信号となり、上記よりラッチ回路８９からＡＮＤ回路８５への信号はＨとなるため、Ｔr１ベースには、ＰＷＭ比較器８３の出力信号が、そのままの極性で入力され、Ｔr１のオン／オフ動作によりコイルＬが駆動され、オン状態にあるＴr３を経由して、出力端子ＴoutにはＶoutとして、式（４）の電圧を発生する。

なお、高電位側電源の電圧ＶＢが小さい程、誤差増幅器８２の出力電圧は大きくなり、Ｔr１のオン期間が長くなることで、式（４）の関係を保つようになっている。

次に出力端子Ｔoutが地絡した場合においては、入力信号ＩＮの電圧は、基準電圧ＶＲ１よりも低くなり、誤差増幅器８２の出力電圧は、高い方向に振り切れ、基準電圧ＶＲ２よりも高くなるため、短絡検知用比較器８６の出力はＬとなり、その瞬間からコンデンサＣ２には、電流源８７からの電流が充電されはじめ、基準電圧ＶＲ３の電圧に達するとタイマー用比較器８８の出力がＨに切換わる。そして、この切換りに連動して、ラッチ回路８９のＱ出力はＨとなり、Ｔr５がオン、Ｔr４もオンし、また、ラッチ回路８９からＡＮＤ回路８５への信号はＬのため、Ｔr１はオフ状態となる。このため、コイルＬの駆動は停止され、コイルＬからＴr１を経由したＧＮＤへの過電流ルートもコイルＬからＴr３を経由したＴoutへの過電流ルートもなくなり、コイルＬが磁気飽和することはなく、入力端子Ｔinから過電流が流れ続けることもなくなる。
特開平９−１８２２７７号公報

しかしながら、従来のスイッチング電源装置では、入力端子Ｔinへの電圧供給源として電圧変動が大きい電池などを使用した場合、電池寿命を長くするために高電位側電源電圧ＶＢが極力低い電圧まで出力電圧Ｖoutを発生させ、地絡保護機能も動作させる必要があるが、ＶＢが極力低い電圧まで制御部８１の地絡保護機能を含む全ての回路を正常動作させることは難しく、また、制御部８１の回路電源となるＶccが変動すると、制御部８１の地絡保護機能を含む諸回路の特性が変動しやすく、また、セット機器の仕様として待機時（あるいは未使用時）にスイッチング動作を停止するスタンバイ状態がある場合は、入力端子Ｔinに接続される回路として地絡保護機能の回路が追加されるため、スタンバイ時における消費電流が増えることで、電池寿命が短くなり、また、電池の液漏れによるセット機器への悪影響が生じるといった問題があった。

また、起動・停止時などにおいては、コンデンサＣ２の端子間電圧が初期化されず、また、Ｃ２がＬ状態で起動する場合は、ラッチ回路８９のＳ入力がＬのため、Ｑ出力が不定となり、不安定な起動になるといった問題があった。

また、一旦、地絡保護状態になると、出力端子Ｔoutの地絡状態が解除されることで、入力端子Ｔinの高電位側電源電圧ＶＢが上昇したり、なんらかの形で地絡状態が解除され、その後、入力端子Ｔinへの入力が、電池入力からＡＣアダプタを１次側入力とするレギュレータ出力からの入力に切換るなどにより、入力端子Ｔinの電圧ＶＢが上昇しても、ラッチ状態（地絡保護状態）を解除できず、再起動できないといった問題があった。

本発明は上記従来の問題点を解決するもので、電源電圧供給源の電圧（ＶＢ）が変動しても特性が変動せず、電源電圧供給源の電圧が極力低い電圧まで正常動作する地絡保護機能を有するスイッチング電源装置を提供し、また、スタンバイ時の消費電流を小さくすることで電池寿命が長く、電池液漏れによるセット機器への悪影響もないスイッチング電源装置を提供し、また、起動・停止時などにおいても、安定に動作し、また、地絡状態が解除されることで、電源電圧供給源の電圧が所定電圧以上に上昇したり、地絡状態が解除され、その後、電源電圧供給源が、電池入力からＡＣアダプタを１次側入力とするレギュレータ出力からの入力に切換るなどにより、電源電圧供給源の電圧が所定電圧以上に上昇した場合、ラッチ状態（地絡保護状態）を解除し、再起動できるスイッチング電源装置を提供することを目的としている。

本発明の第１のスイッチング電源装置は、電源電圧を供給する電源電圧供給源と、電源電圧供給源から供給される電圧を第１の設定電圧に変換して出力する第１のＤＣ／ＤＣコンバータと、電源電圧供給源から供給される電圧を第２の設定電圧に変換して出力する第２のＤＣ／ＤＣコンバータと、第１のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧が第１の設定電圧より低い第１の所定電圧よりも低いときに地絡状態と判定して地絡検出信号を発する地絡検出回路と、地絡検出回路から地絡検出信号が発せられてから所定時間経過後に第１のＤＣ／ＤＣコンバータの動作を停止させる停止信号を出力するタイマー回路と、タイマー回路からの停止信号をラッチし、停止信号を第１のＤＣ／ＤＣコンバータへ出力するラッチ回路と、第２のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧が第２の設定電圧より低い第２の所定電圧以下のときにラッチ回路のラッチ状態を初期化するＤＣ／ＤＣコンバータ出力検出回路と、を備えている。

この構成によれば、一旦、地絡保護状態になった後、地絡状態が解除された後、再起動が可能となる。

また、上記構成において、地絡検出回路およびタイマー回路の電源電圧として、第２のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を用いている。

この構成によれば、電源電圧供給源の電圧が大きく変動しても、地絡検出回路やタイマー回路の電源電圧として用いている第２のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧の変動は小さいため、地絡検出回路やタイマー回路などから構成される地絡保護機能などの諸回路の特性変動を小さくすることができる。したがって、電源電圧供給源として電圧変動が大きい電池などを使用した場合でも、電源電圧供給源の電圧が低い電圧まで第１のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を発生させることができ、地絡検出回路やタイマー回路などから構成される地絡保護機能も正常に動作させることが可能になるため、電池寿命を長くすることができる。

また、本発明において、地絡検出回路は、第１のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧が第１の所定電圧以上のときに、タイマー回路を初期化状態にすることを特徴とする。

また、上記第１、第２のスイッチング電源装置において、ラッチ回路は、電源電圧供給源から供給される電圧が上昇時に第３の所定電圧より大きくなるとラッチ状態が解除されるようにしたことを特徴とする。

これにより、一旦、地絡保護状態になった後、地絡状態が解除されることで、電源電圧供給源の電圧が上昇（復帰）したり、なんらかの形で地絡状態が解除され、その後、電源電圧供給源として消耗した電池入力からＡＣアダプタを１次側入力とするレギュレータ（直流電源）出力からの入力に切換えた場合において、電源電圧供給源としての電圧が第３の所定電圧より上昇すると、ラッチ状態（地絡保護状態）を解除でき、再起動できるようになる。

また、上記第１、第２のスイッチング電源装置において、ラッチ回路がタイマー回路からの停止信号をラッチした状態になると、タイマー回路が初期状態に再設定されることを特徴とする。

本発明によれば、電源電圧供給源の電圧が大きく変動しても地絡検出回路やタイマー回路などから構成される地絡保護機能などの諸回路の特性変動を小さくすることができ、電源電圧供給源として電圧変動が大きい電池などを使用した場合、電源電圧供給源の電圧が低い電圧まで第１のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を発生させることができ、地絡検出回路やタイマー回路などから構成される地絡保護機能も正常に動作させることが可能になるため、電池寿命を長くすることができる。

また、起動・停止時などにおいて、タイマー回路を初期化でき、ラッチ回路の論理状態を確定できるため、安定な起動が可能となる。

また、一旦、地絡保護状態になった後、地絡状態が解除されることで、電源電圧供給源の電圧が上昇（復帰）したり、なんらかの形で地絡状態が解除され、その後、電源電圧供給源として消耗した電池入力からＡＣアダプタを１次側入力とするレギュレータ（直流電源）出力からの入力に切換えた場合において、電源電圧供給源としての電圧が所定電圧より上昇すると、ラッチ状態（地絡保護状態）を解除でき、再起動できるようになる。

以下、本発明の実施形態に係るスイッチング電源装置について、図面を参照しながら説明する。

まず、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力端子が地絡された際に流れる過電流のメカニズムを、一例として、図３に示すような昇降圧ＤＣ／ＤＣコンバータの場合について説明にする。

図３において、６１は電源、６２、６３、６４、６５はＮチャネルＭＯＳトランジスタ、６６はコイル、６７は平滑コンデンサ、６８はＤＣ／ＤＣコンバータ出力が地絡時を等価的にオンとみなすスイッチ、６９は制御信号作成回路、７０、７１、７２、７３、７４、７５は信号である。なお、スイッチ６８は前述のように地絡を想定したもので実在はしない。

図３における昇降圧ＤＣ／ＤＣコンバータは、信号７０と信号７１の電圧関係より、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータとして動作するか、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータとして動作するか、あるいは、両方が同時に動作するかが決まる。

信号７０の電圧が信号７１の電圧より低い場合の昇圧モードでは、信号７２がＨでＮチャネルＭＯＳトランジスタ６２はオン、信号７３がＬでＮチャネルＭＯＳトランジスタ６３はオフとなり、信号７４と信号７５は反転関係にあるパルスとなり、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ６４とＮチャネルＭＯＳトランジスタ６５が反転関係でオン／オフすることでコイル６６を駆動し、信号７１に所定の一定ＤＣ電圧を発生する。信号７１の電圧は、制御信号作成回路６９にフィードバックされるが、信号７１の所定ＤＣ電圧より信号７０の電圧が低い程、信号７４のパルスのＨ期間が長くなることで（信号７５のパルスのＬ期間は長くなる）、信号７１のＤＣ電圧は一定に保たれる。なお、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ６４と６５が同時にオンし貫通電流が流れることがないように、信号７４と信号７５の関係は、極性が切換る際に両方の信号がＬとなる期間を設けている（目安として、約１００ｋＨｚの周波数では約５０ｎＳ程度）。

次に、信号７０の電圧が信号７１の電圧より高い場合の降圧モードでは、信号７５がＨでＮチャネルＭＯＳトランジスタ６４はオン、信号７４がＬでＮチャネルＭＯＳトランジスタ６５はオフとなり、信号７２と信号７３は反転関係にあるパルスとなり、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ６２とＮチャネルＭＯＳトランジスタ６３が反転関係でオン／オフすることでコイル６６を駆動し、信号７１に所定の一定ＤＣ電圧を発生する。信号７１の電圧は、制御信号作成回路６９にフィードバックされるが、信号７１の所定ＤＣ電圧より信号７０の電圧が高いほど、信号７３のＨ期間が長くなることで（信号７２のＬ期間が長くなる）、信号７１のＤＣ電圧は一定に保たれる。なお、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ６２と６３が同時にオンし貫通電流が流れることがないように、信号７２と信号７３の関係は、極性が切換る際に両方の信号がＬとなる期間を設けている（目安として、約１００ｋＨｚの周波数では約５０ｎＳ程度）。

以上、昇圧モードと降圧モードについて説明したが、構成方法として、モードが切換る際にスムーズに切換るように、両モードが同時に動作する期間を設けている構成のものもある。

なお、図３の昇降圧ＤＣ／ＤＣコンバータの起動方法としては、信号７１の所定設定電圧の８０％までは、信号７４のＨ期間が２５％で、信号７５は信号７４と反対の極性信号（上述と同様にＮチャネルＭＯＳトランジスタ６４と６５での貫通防止対策はなされている）を入力するものとする。

以上のような昇降圧ＤＣ／ＤＣコンバータの出力となる信号７１が、スイッチ６８がオンすることで地絡を想定した場合、信号７１の所定設定電圧の８０％までは、信号７４のＨ期間が２５％となることで立上がろうとし、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ６２はオン、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ６３はオフであり、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ６４と６５での上述の貫通対策期間以外では、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ６４と６５のどちらかが必ずオンしていて、信号７１もＮチャネルＭＯＳトランジスタ６５のソースも接地状態にあるため、コイル６６は磁気飽和し、電源６１からＮチャネルＭＯＳトランジスタ６２、コイル６６を経由し、接地端子間に過電流が流れてしまう。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態のスイッチング電源装置の構成図であり、１は電源、２、３は基準電圧源、４はコンデンサ、５は電流源、６はＮチャネルＭＯＳトランジスタ、７は電源、８、９は比較器、１０は第１のＤＣ／ＤＣコンバータ、１１は第２のＤＣ／ＤＣコンバータ、１２は地絡検出回路、１３はタイマー回路、１４、１５、１６、１７、１８、１９は信号である。

基準電圧源２の電圧をＶ２、信号１５の電圧をＶ１５とすると、式（１）に示す関係にある時は、
Ｖ２≦Ｖ１５ ・・・ （１）
地絡検出回路１２では地絡状態でないと判定され、信号１７はＨとなり、タイマー回路１３におけるＮチャネルＭＯＳトランジスタ６はオンし、信号１８はＬとなるため、比較器９の出力となる信号１９はＨとなる。なお、信号１９がＨ時には第１のＤＣ／ＤＣコンバータ１０は動作状態であるとする。

次に信号１５が、式（２）に示す関係にある時は、
Ｖ２＞Ｖ１５ ・・・ （２）
地絡検出回路１２では地絡状態と判定され、信号１７はＬとなり、タイマー回路１３におけるＮチャネルＭＯＳトランジスタ６はオフし、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ６がオフした時からコンデンサ４に電流源５から電流が充電され始めるが、コンデンサ４の容量値をＣ４（Ｆ）、電流源５の電流値をＩ５（Ａ）、基準電圧源３の電圧をＶ３（Ｖ）とすると、コンデンサ４に電流源５から充電され始めて、コンデンサ４の端子間電圧がＶ３になり比較器９の出力となる信号１９がＬに切換るまでの時間Ｔa（ｓ）は、式（３）のようになる。

Ｔa＝Ｃ４×Ｖ３／Ｉ５ ・・・ （３）
すなわち、信号１５が地絡状態になって時間Ｔa後に信号１９はＬに切換り、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ１０は停止する。第１のＤＣ／ＤＣコンバータ１０を停止させる方法としては、例えば、図３における昇降圧ＤＣ／ＤＣコンバータの例では、信号７２、７３、７４、７５をＬに落とす構成とすれば良い。

なお、信号１６には第２のＤＣ／ＤＣコンバータ１１により電源１から所定のＤＣ電圧を発生するが、地絡検出回路１２、タイマー回路１３の電源は信号１４ではなく、信号１６で構成している。このため、電源１が電池などの場合で信号１４（電圧）の変動が大きかったり、信号１４に他の多くのデバイスが接続され、大きなノイズを発生していても、信号１６の変動やノイズは小さいため、地絡検出回路１２、タイマー回路１３の特性変動は小さく、安定した特性が得られ、誤動作などが発生しにくくなる。

上記の地絡検出回路１２、タイマー回路１３の電源構成として、有効な箇所のみ信号１６で構成し、他の箇所は信号１４で構成しても良い。例えば、地絡検出回路１２及びタイマー回路１３を構成する複数のトランジスタの全てを信号１６の電源供給で動作させるのではなく、複数のトランジスタの一部（図示せず）について、電源変動の大きな電源１の出力電圧（信号１４）からバイアス供給して回路動作させても良い。更に具体的に云うと、比較器８，９を構成する入力比較部（図示せず）は信号１６の電源供給によって動作させ、その出力部（図示せず）にあるスイッチング動作するトランジスタ（図示せず）は、電源変動の大きい信号１４を用いて、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ１１の負荷電流を削減しても構わない。また、信号１６から降圧あるいは昇圧して地絡検出回路１２、タイマー回路１３の電源としても良い。

以上、信号１５が地絡状態になった時の保護動作を説明したが、信号１６が地絡した場合については、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ１１の出力電流能力を小さい構成とすることで過電流を対策できる。例えば、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ１１を図３におけるような構成と考えた場合、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ６２、６３、６４、６５のオン抵抗を大きく設定したり、コイル６６の抵抗成分を大きく設定することで、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ１１の出力となる信号１６が地絡された場合の過電流を防止することができる。信号１５は大きな負荷電流用として、信号１６は小さな負荷電流用としての用途で使用すれば良い。

なお、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ１１の出力端には安定化された出力電圧（信号１６）が出力され、接続される負荷を短絡される心配が無いことが発明の前提であり、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ１１から出力される信号１６の電圧値については、絶対値を特定するものではない。２つのＤＣ／ＤＣコンバータ１１から出力される信号１５と信号１６は同じ電圧値であっても良いし、異なる電圧値であっても良い。具体的な使い方としては、信号１６を６Ｖを出力するように設定し、信号１５を５Ｖに降圧しても良いし、信号１５を８Ｖに昇圧して用いても良い。

また、セット機器の仕様として、電源１を印加した状態のまま、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ１０、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ１１を停止するようなスタンバイ状態を有する場合については、地絡検出回路１２、タイマー回路１３の電源が信号１４ではなく、スタンバイ時は停止し電圧が低下している信号１６で構成されているため、地絡検出回路１２、タイマー回路１３への電源１からの消費電流は発生せず、スタンバイ時消費電流を削減できる。したがって電源１が電池で構成されていてもその電池寿命を長くし、電池の液漏れによるセット機器への悪影響を軽減できる。

（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態のスイッチング電源装置の構成図であり、１は電源（電池）、２５は電源（ＡＣアダプタ）、２、３、２６、２７は基準電圧源、４はコンデンサ、５は電流源、６、３９はＮチャネルＭＯＳトランジスタ、７、３８は電源、８、９、４０、４１は比較器、１０は第１のＤＣ／ＤＣコンバータ、１１は第２のＤＣ／ＤＣコンバータ、１２は地絡検出回路、４６はタイマー回路、２１、２２、２３、２４は抵抗、２８、２９はスイッチ、３４、３５、３６はインバータ、３０、３１はＮＯＲ回路、３２、３３はＮＡＮＤ回路、３７はフリップフロップ回路、４９はスイッチ２８がオンしスイッチ２９がオフ時に信号５１の電圧から信号５２の電圧を作るレギュレータ回路（直流電源回路）、４２は電源２５が印加されるとスイッチ２８がオン状態でスイッチ２９がオフ状態となり、電源２５が印加されない時はスイッチ２８がオフ状態でスイッチ２９がオン状態となり、スイッチ２８と２９のオン／オフ状態が反対になるスイッチ回路、４３は入力電圧検出回路、４４は地絡以外の保護状態時（電池がなくなった時や信号５１や５２に過電圧が印加された時など）に信号５３にＨを出力する諸保護状態検出回路、４５は第２のＤＣ／ＤＣコンバータ出力検出回路、４７はラッチ回路、４８はラッチ解除回路、１５、１６、１７、１９、５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７、５８、５９は信号である。

ＡＣアダプタあるいは電池で動作させることができる機器において、電源２５はＡＣアダプタの出力電圧を想定し、電源１は電池の電圧を想定し、スイッチ回路４２において、電源２５を印加時にはスイッチ２８がオン、スイッチ２９がオフする構成のため、信号５１には電源２５の電圧が印加され、信号５１はレギュレータ４９に入力されることにより、レギュレータ４９の出力である信号５２にはレギュレータ４９での設定電圧が出力される。また、電源２５を印加していない場合は、スイッチ２８はオフ、スイッチ２９はオンする構成のため、信号５２には電源１の電圧が出力される。

以上のように電源２５か電源１からの電圧により信号５２に電圧が印加されると、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ１１が動作し始め、信号１６の電圧が上昇するが、信号１６の電圧が、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ出力検出回路４５で設定された電圧以下では、信号５６はＬとなるため、ラッチ回路４７は初期化され信号１９はＨとなり、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ１０は動作状態となる。ラッチ回路４７が一旦初期化されると信号１６の電圧が上昇し、信号５６がＨとなっても、後述のように起動時においては信号５５の電圧はＬであり、信号５７がＨである限りは、信号１９はＨを保持する。

第１のＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力となる信号１５が上昇し始め、信号１５の電圧が地絡検出回路１２で設定された電圧以下では、信号１７はＨとなり、信号５４はＬでＮチャネルＭＯＳトランジスタ６がオフ、上述より信号１９はＨでＮチャネルＭＯＳトランジスタ３９もオフのため、コンデンサ４には電流源５からの電流が充電されるが、信号１５が基準電圧源２の電圧まで立上がる時間より信号５５が基準電圧源３の電圧まで立上がる時間の方が充分長くなるようにコンデンサ４、電流源５を設定することにより、起動時において信号５７がＬに切換わることはなく、ラッチ回路４７にてラッチがかかることもなく、信号１９はＨのままで、信号１５の起動が停止されることもない。

次に上記状態から信号１５が基準電圧源２の電圧を超えると信号１７はＬ、信号５４はＨとなり、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ６がオンすることでタイマー回路４６は初期化される。

なお、電池切れ時や信号５１、信号５２に過電圧が入力された際に信号５３にＨを出す諸保護状態検出回路４４の出力信号は、保護が必要な状態でなければＬである。

以上の過程を経た後、信号１５は所定の設定電圧まで上昇する。

次に以上のような過程を経て信号１５が所定の設定電圧にある状態にて信号１５が地絡状態になった場合の動作を説明する。

信号１５が地絡状態になると、地絡検出回路１２の出力信号１７はＨとなるため、信号５４はＬとなり、この時、信号１９はＨのためコンデンサ４には電流源５から充電され始め、前述の式（３）に示す時間Ｔa後に比較器９の出力信号５７はＬに切換る。この時、ラッチ解除回路４８におけるフリップフロップ３７のＱ出力である信号５８はＬにリセットがかかり、信号５６はＨのため、ラッチ回路４７における出力となる信号１９はＬとなり、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ１０の動作を停止し、停止状態を保持する。なお、このようにラッチ回路４７がラッチ状態になるとＮチャネルＭＯＳトランジスタ３９をオンさせ、タイマー回路４６を初期化する構成としている。

以上のように地絡保護機能が動作するが、信号１５が地絡した状態のまま、電源２５あるいは電源１により信号５２に電圧が印加された場合も同様で、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ１１が立上がり、信号５６がＨとなり、タイマー回路４６の出力である信号５７がＬとなることで、信号１９はＬとなり、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ１０は停止状態となる。

また、信号１５が地絡時以外に、電池がなくなったり、信号５１や信号５２に過電圧が印加されるなどの状態時に諸保護状態検出回路４４が動作し、信号５３がＨになった場合も同様に、信号５７がＬ、信号１９がＬとなり、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ１０を停止する。

以上のように、地絡検出回路１２や諸保護状態検出回路４４が動作すると第１のＤＣ／ＤＣコンバータ１０は停止するが、信号１５の地絡状態により信号１９がＬとなった場合については、電源１として電池を使用していた場合などでなんらかの形で地絡状態が解除され信号５２の電圧が上昇（復帰）した場合や、電源１として電池を使用していて地絡保護状態となり、その後、なんらかの形で地絡が解除された後、電源２５にＡＣアダプタの出力電圧が入力され信号５２の電圧が上昇した場合に、入力電圧検出回路４３での設定電圧を信号５２が超えると、出力信号５９がＬからＨに切換り、このクロック信号により、フリップフロップ３７のＱ出力である信号５８はＬからＨに切換り,ラッチ回路４７の出力信号１９はＨとなり、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ１０は動作状態に復帰することができる。また、電池切れなどにより諸保護状態検出回路４４の出力信号５３がＨとなり信号１９がＬとなった場合についても、その後、電源２５としてＡＣアダプタの出力電圧を入力することで信号５２の電圧が入力電圧検出回路４３の設定電圧よりも上昇すると、信号１９はＨとなり、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ１０を動作状態に復帰させることができ、電池がなくなった後、ＡＣアダプタを挿入することでセット機器を引き続き利用することができるようになる。

なお、前述のようにラッチ回路４７にてラッチがかかり、信号１９がＬになると、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ３９により、タイマー回路４６を初期化している理由は、たとえば、電源１での電池がなくなり、信号５３がＨ、信号１９がＬとなった状態で、電源２５にＡＣアダプタの出力電圧を入力した際に、信号５５がＨのままでは、信号５８がＨとなっても、信号５７はＬのため、すぐに信号５８はＬ、信号１９もＬとなり、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ１０を再起動できないためである。

また、電源１として電池を使用時に、信号１５の地絡により、信号１９がＬになった後、電源２５としてＡＣアダプタの出力電圧を入力することで、信号５９がＬからＨに切換り、ラッチ回路４７のラッチ状態が解除され信号１９がＨになっても、信号１５が地絡状態を保持していれば、再度、タイマー回路４６での信号５５がＨとなり、再度、ラッチ回路４７にてラッチがかかり、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ１０を停止することができ、色々な使用パターンにおいて、安全性を確保することができる。

なお、第２の実施形態において、第１の実施形態と同様の効果が得られることは言うまでもない。

第２の実施形態において、信号１６、信号５２を電源電圧として使用する個所については、基本的には、回路動作電圧の精度を必要とされる地絡検出回路１２、タイマー回路４６の電源供給は信号１６を用いて行い、電源電圧変動の影響を受けにくいロジック回路、例えばラッチ回路４７及びラッチ解除回路４８の電源供給は信号５２から行っても良い。このように構成すると、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ１１の負荷電流を削減することができ、装置全体の電源効率を改善することができる。更に云うと、特に動作精度を必要とする比較器８，９を構成する入力比較部（図示せず）の電源供給のみを信号１６から行って、その他の回路部分の電源供給を信号５２で行っても構わない。

以上説明したように、本発明は、スイッチング電源装置の出力の地絡保護方法に有用である。

本発明の第１の実施形態に係るスイッチング電源装置の構成図。 本発明の第２の実施形態に係るスイッチング電源装置の構成図。 昇降圧ＤＣ／ＤＣコンバータにおける出力端子が地絡された際に流れる過電流を説明するためのスイッチング電源装置の構成図。 従来のスイッチング電源装置の構成図。

符号の説明

１、２５、６１ 電源
２、３、２６、２７ 基準電圧源
４ コンデンサ
５ 電流源
６、３９ ＮチャネルＭＯＳトランジスタ
７、３８ 電源
８、９、４０、４１ 比較器
１０ 第１のＤＣ／ＤＣコンバータ
１１ 第２のＤＣ／ＤＣコンバータ
１２ 地絡検出回路
１３、４６ タイマー回路
１４、１５、１６、１７、１８、１９、５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７、５８、５９、７０、７１、７２、７３、７４、７５ 信号
２１、２２、２３、２４ 抵抗
２８、２９ スイッチ
３０、３１ ＮＯＲ回路
３２、３３ ＮＡＮＤ回路
３４、３５、３６ インバータ
３７ フリップフロップ
４２ スイッチ回路
４３ 入力電圧検出回路
４４ 諸保護状態検出回路
４５ 第２のＤＣ／ＤＣコンバータ出力検出回路
４７ ラッチ回路
４８ ラッチ解除回路
４９ レギュレータ
６２、６３、６４、６５ パワーＮチャネルＭＯＳトランジスタ
６６ コイル
６７ 平滑コンデンサ
６８ 地絡想定用スイッチ
６９ 制御信号作成回路
８１ １つの基板上に形成される制御部
８２ 誤差増幅器
８３ ＰＷＭ比較器
８４ 発振器
８５ ＮＡＮＤ回路
８６ 短絡検知用比較器
８７ 電流源
８８ タイマー用比較器
８９ フリップフロップ回路で構成されるラッチ回路
Ｔin 入力端子
Ｔout 出力端子
ＶＢ 高電位側電源電圧
ＧＮＤ 低電位側電源電圧
Ｖout 出力電圧
Ｖcc 制御部への電源入力
ＩＮ 入力信号
ＯＵＴ 出力信号
Ｃ１、Ｃ２ コンデンサ
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３ 抵抗
Ｌ コイル
Ｔr１、Ｔr２、Ｔr５ ＮＰＮトランジスタ
Ｔr３、Ｔr４ ＰＮＰトランジスタ
ＶＲ１、ＶＲ２、ＶＲ３ 基準電圧

Claims (5)

1. 電源電圧を供給する電源電圧供給源と、
   前記電源電圧供給源から供給される電圧を第１の設定電圧に変換して出力する第１のＤＣ／ＤＣコンバータと、
   前記電源電圧供給源から供給される電圧を第２の設定電圧に変換して出力する第２のＤＣ／ＤＣコンバータと、
   前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧が前記第１の設定電圧より低い第１の所定電圧よりも低いときに地絡状態と判定して地絡検出信号を発する地絡検出回路と、
   前記地絡検出回路から地絡検出信号が発せられてから所定時間経過後に前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータの動作を停止させる停止信号を出力するタイマー回路と、
   前記タイマー回路からの前記停止信号をラッチし、前記停止信号を前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータへ出力するラッチ回路と、
   前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧が前記第２の設定電圧より低い第２の所定電圧以下のときに前記ラッチ回路のラッチ状態を初期化するＤＣ／ＤＣコンバータ出力検出回路と、を備えたスイッチング電源装置。
2. 前記地絡検出回路および前記タイマー回路の電源電圧として、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を用いた請求項１記載のスイッチング電源装置。
3. 前記地絡検出回路は、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧が前記第１の所定電圧以上のときに、前記タイマー回路を初期化状態にすることを特徴とする請求項１に記載のスイッチング電源装置。
4. 前記電源電圧供給源から供給される電圧が上昇して第３の所定電圧より大きくなると前記ラッチ回路のラッチ状態が解除されるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のスイッチング電源装置。
5. 前記ラッチ回路が前記タイマー回路からの前記停止信号をラッチした状態になると、前記タイマー回路が初期状態に再設定されることを特徴とする請求項１に記載のスイッチング電源装置。

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