JP4356396B2 - 電圧生成回路およびこれを備えたスイッチング電源 - Google Patents

Description

本発明は、電圧生成回路およびこれを備えたスイッチング電源に係り、より詳しくは、コンデンサと、このコンデンサに入力側が接続されたトランジスタとを備え、トランジスタの出力側から生成した電圧を出力する電圧生成回路に関する。

例えば、ドロッパ電源等の電圧生成回路では、トランジスタのコレクタ側の入力電圧とエミッタ側の出力電圧との差をそのコレクタ・エミッタ間のオン抵抗で分担させており、入力電圧としてはトランスの巻線電圧を整流ダイオードで整流した後、平滑コンデンサで平滑して得るものがある(例えば特許文献１参照。)。
特開平５−１５３７７４号公報(全頁、全図)

このような電圧生成回路をスイッチング電源の制御回路用ＩＣの作動電圧生成用として用いた場合、トランジスタのコレクタ・エミッタに逆極性に接続したダイオードをスイッチング電源起動時の充電供給経路を構成するものとして用いて平滑コンデンサを充電させる。一方、スイッチング電源においては、トランス二次側の過電圧時の検出を二次側のフォトダイオードから一次側のフォトトランジスタを介してフォトダイオードに帰還させ、このフォトトランジスタの導通状態により制御回路用ＩＣで過電圧を検出させ所要の過電圧保護を行わせる。

しかしながら、このような過電圧保護では、過電圧検出回路とフォトカプラ等の各種部品が必要となり、その分、コストがかかる。また、多い部品点数は、機器内部のＩＣ基板等への搭載用として用いた場合、機器の小型化と相俟ってＩＣ基板上での配置レイアウトに制約をもたらす。したがって、本発明は、過電圧保護のための部品点数の削減を図る等、を解決すべき課題とする。

前記課題を解決する手段の１つの態様として、本発明の電圧生成回路は、電圧の生成に用いるコンデンサを起動時に充電させる電圧生成回路において、生成した電圧を所定の電圧に低下させるドロッパ回路と、前記ドロッパ回路を構成するトランジスタのコレクタ−エミッタ間に逆の方向に接続したツェナダイオードとからなり、前記ツェナダイオードは、起動時には順方向に導通して前記コンデンサを充電し、電圧生成回路が過電圧を発生した場合には逆方向に導通して過電圧を検出することを特徴とする。

起動時にコンデンサに充填される電圧は、低い電圧から立ち上がってくる一方、過電圧は起動時の電圧より過大な電圧である。したがって、起動時にはその起動電圧が印加される方向では低い電圧で導通し、過電圧が印加される方向では低い電圧では導通せず、高い電圧で導通するツェナダイオードが好ましい。

上記態様を備えた本発明によれば、ツェナダイオードのみで充電時の充電経路と過電圧時の過電圧経路の構成のために用いることができるから、従来のごとく、過電圧検出回路やフォトカプラ等の各種部品が不要となり、その分、コストがかからずに済む電圧生成回路となる。また、電圧生成回路としての部品点数を削減できるから、例えば、この電圧生成回路をスイッチング電源等の制御回路用ＩＣの作動電圧供給用として用いると、機器の小型化と相俟ってそのＩＣの基板上での配置レイアウトに対する制約を減らせるものとなる。

ツェナダイオードの逆方向に導通するための降伏電圧が一定であるから、その導通時における動作点が正確に定まり、回路としての動作安定性の向上に貢献することができて好ましい。また、ツェナダイオードだけで過電圧検出を構成するから、回路構成が簡素に済むためコスト的にも安価であり、また、メンテナンス性も向上するとともに、スイッチング電源等に組み込む場合に、既存の回路構成を変更する必要もなくなる、などの点で特に好ましい。

また、ツェナダイオードを前記トランジスタの入力側と出力側との間に逆極性でかつ並列に接続した場合、過電圧時にはトランジスタの入力と出力側を短絡した形態となり、トランジスタの動作に影響させずに済んで好ましい。

前記課題を解決する手段の他の態様として、本発明の電圧生成回路は、電圧の生成に用いるコンデンサを起動時に充電させる電圧生成回路において、生成した電圧を所定の電圧に低下させるドロッパ回路と、前記ドロッパ回路を構成するトランジスタのコレクタ−エミッタ間に逆の方向に接続したダイオードと、前記トランジスタのコレクタ側にカソードを接続したツェナダイオードとからなり、前記ダイオードは、起動時には順方向に導通して前記コンデンサを充電し、前記ツェナダイオードは、電圧生成回路が過電圧を発生した場合には逆方向に導通して過電圧を検出することを特徴とする。

さらに、好ましくは、前記過電圧が、当該電圧生成回路が組み込まれるスイッチング電源の出力電圧の過電圧状態に対応した電圧である。

上記他の態様を備えた本発明の場合も、その過電圧保護にツェナダイオードのみで構成できるから、従来のごとく、過電圧検出回路やフォトカプラ等の各種部品が不要となり、その分、コストがかからずに済む電圧生成回路となる。また、電圧生成回路としての部品点数を削減できるから、例えば、この電圧生成回路をスイッチング電源等の制御回路用ＩＣの作動電圧供給用として用いると、機器の小型化と相俟ってそのＩＣの基板上での配置レイアウトに対する制約を減らせるものとなる。

前記課題を解決する手段のさらに他の態様として、本発明のスイッチング電源は、トランスの一次巻線に接続されたスイッチング素子と、このスイッチング素子のオンオフを制御する制御回路用ＩＣと、この制御回路用ＩＣにその作動電圧を生成して出力する電圧生成回路とを含み、この電圧生成回路に上記電圧生成回路のいずれかを用いるとともに、制御回路用ＩＣが備える過電圧検出端子にその電圧生成回路からの過電圧検出出力を入力可能としたことを特徴とする。

上記態様を備えた本発明のスイッチング電源においても、上述と同様に、その過電圧保護に過電圧検出回路やフォトカプラ等の各種部品が不要であり、その分、コストがかからずに済む。また、部品点数を削減できるから、例えばスイッチング電源等の制御回路用ＩＣの作動電圧供給用として用いると、機器の小型化と相俟ってそのＩＣの基板上での配置レイアウトに対する制約を減らせるものとなる。

制御回路用ＩＣを用いたスイッチング電源においてその制御回路用ＩＣの作動電圧として本発明の電圧生成回路からの電圧を用いた場合、スイッチング電源における過電圧保護の部品としてはツェナダイオードだけで済むから、従来の過電圧検出回路やフォトカプラ等を省略でき、結果として、スイッチング電源における部品点数を大幅に減らしてＩＣ基板等の基板のレイアウトに制約を課さずに搭載スペースを確保できる。

図１を参照して本発明の電圧生成回路を備えたスイッチング電源を説明する。このスイッチング電源は、自励かつフライバック方式(ＲＣＣ)方式のものである。スイッチング電源は、基本構成として、交流電源２と、電源スイッチ４と、整流平滑回路６と、起動回路８と、トランス１０と、スイッチング素子１２と、制御回路用ＩＣ１４と、整流平滑回路１６と、出力電圧検出回路１８と、３端子レギュレータ２０と、過電流保護回路２２と、過電流検出抵抗２４と、フォトダイオード２６と、フォトトランジスタ２８とを備える。

スイッチング電源は、さらに、制御回路用ＩＣ１４への作動電圧生成用として、電圧生成回路３０を備える。電圧生成回路３０は、制御巻線３２と、ダイオード３４と、平滑コンデンサ３６と、トランジスタ３８と、ツェナダイオード４０と、バイアス抵抗４２と、ツェナダイオード４４とを備える。

電源スイッチ４が投入されてから、制御回路用ＩＣ１４の制御信号出力端子Ｖｏｕｔからの制御信号によりスイッチング素子１２がオンオフ制御される。これによって、交流電源出力は一対の出力端子ＯＵＴ，ＯＵＴから直流の出力電圧に変換されて出力される。

出力電圧検出回路１８は、出力電圧を検出する。検出した出力電圧が所定値未満のときは３端子レギュレータ２０が非導通となり、出力電圧が所定値以上になるときは３端子レギュレータ２０が導通する。３端子レギュレータ２０の非導通、導通の状態に対応してフォトダイオード２６が非発光、発光し、フォトトランジスタ２８はそれに対応動作する。これによって制御回路用ＩＣ１４はそれに対応した制御動作を行うことにより出力端子ＯＵＴ，ＯＵＴに接続された負荷に所定の直流出力電圧が出力される。

過電流保護回路２２は、過電流検出抵抗２４の両端電圧から過電流か否かを検出する。過電流保護回路２２からの過電流未検出によりフォトダイオード２６は発光を停止し、過電流検出によりフォトダイオード２６は発光する。フォトトランジスタ２８は、フォトダイオードの非発光、発光に応答し、これによって、制御回路用ＩＣ１４は過電流保護状態に対応した制御動作を行う。

電圧生成回路３０は、トランス１０の制御巻線３２に誘起した電圧を整流ダイオード３４で整流し平滑コンデンサ３６で平滑して入力電圧を得る一方、制御回路用ＩＣ１４に対する作動電圧と過電圧の出力用でかつ起動回路８からの起動電圧の入力用の端子Ｖｃｃｏと直列のトランジスタ３８の入力側であるコレクタと出力側であるエミッタとの間の電圧降下を用いてその端子Ｖｃｃｏから制御回路用ＩＣ１４の電源電圧入力用の端子Ｖｃｃｉに所定の作動用電圧を供給する。この制御回路用ＩＣ１４の端子Ｖｃｃｉは、過電圧検出端子を兼用しており、制御回路用ＩＣは、この端子Ｖｃｃｉの電圧状態から過電圧であると検出すると、スイッチング素子１２の発振動作を停止させるなどして過電圧保護の制御を行う。

本実施形態においては、電圧生成回路３０内のトランジスタ３８の入力側と出力側との間に、一方向への導通とこの一方向とは逆の方向への導通が可能な導通素子の例として、ツェナダイオード４４が逆極性かつ並列に接続されている。ツェナダイオード４４は、電源の起動時に端子Ｖｃｃｏに供給される起動回路８の端子Ｖｓからの起動電圧で順方向に導通し、これによって平滑コンデンサ３６を充電させて、電源の起動を可能にしている。

また、本実施形態においては、ツェナダイオード４４は、起動時には順方向に導通して平滑コンデンサ３６の充電経路を構成する一方で、出力電圧が過電圧になって制御巻線３２の巻線電圧が上昇すると、逆方向に導通して制御回路用ＩＣ１４への過電圧検出入力経路を構成する。そうすると、制御回路用ＩＣ１４の端子Ｖｃｃｉには、端子Ｖｃｃｏから逆方向に導通したツェナダイオード４４を介して過大となった平滑コンデンサ３６の電圧に対応する過電圧が入力される。この場合、平滑コンデンサ３６の電圧が過大となるのは、当該電圧生成回路３０を搭載するスイッチング電源の出力電圧が過大となり、それが制御巻線３２に過大な電圧として誘起され、その誘起電圧が整流ダイオード３４で整流され、平滑コンデンサ３６に過大に充電されるからである。

制御回路用ＩＣ１４の端子Ｖｃｃｉは上述したように過電圧検出の端子を兼用しており、制御回路用ＩＣは、その端子Ｖｃｃｉの電圧上昇により、前記過電圧を検出し、スイッチング素子１２の発振動作を停止に制御して過電圧保護をするようになっている。

したがって、本実施形態では出力電圧の過電圧保護機能を部品としてはツェナダイオード４４だけで達成しているから、スイッチング電源に過電圧検出回路を設けたり、過電圧検出回路からの出力を電圧生成回路３０側に送信するためのフォトカプラを省略できるものとなるから、部品点数を大幅に減らすことができるうえ、電圧生成回路３０を制御回路用ＩＣ１４の基板に搭載用の電源とした場合に、その基板上の部品のレイアウトの制約を減らせるものとなる。

図２を参照して、本発明の他の形態を説明する。この形態に係る電源は、 起動時には平滑コンデンサ３６への充電経路を構成するダイオード４６をトランジスタ３８の入力側と出力側に逆極性かつ並列に接続する。

ここで、制御回路用ＩＣ１４は、端子Ｖｃｃｉとは別の端子Ｖｃｃｉ１を備える。電圧生成回路３０も端子Ｖｃｃｏとは別に端子Ｖｃｃｏ１を備える。そして、制御回路用ＩＣ１４の端子Ｖｃｃｉ、Ｖｃｃｉ１が、それぞれ、電圧生成回路３０の端子Ｖｃｃｏ、Ｖｃｃｏ１に接続される。この電圧生成回路３０の端子Ｖｃｃｏにはダイオード４６が接続され、端子Ｖｃｃｏ１にツェナダイオード４８が接続される。これによって、ツェナダイオード４８が巻線電圧の過電圧時に逆方向に導通して、上述の実施形態と同様にして従来必要とされていたフォトカプラ等の部品を省略することができる。

図３を参照して、本発明の参考例を説明する。この参考例に係る電源において図２と異なるのは、ツェナダイオード５０のカソードが出力電圧検出回路１８に接続されていることである。そして、このツェナダイオード５０を出力電圧検出回路１８から所定値を越える検出出力が入力された時に逆方向に導通させるようにしたものであり、この場合も、上述の実施形態と同様にして従来必要とされていたフォトカプラ等の部品を省略することができる。ただし、出力電圧検出回路１８からの出力電圧は、過電圧に対応した検出電圧としてツェナダイオード５０を逆方向に導通させて、制御回路用ＩＣ１４に入力させるようにしてもよいし、過電圧の検出の判定を制御回路用ＩＣ１４において行うようにしてもよい。

本発明は、制御回路用ＩＣの電源にドロッパ電源等の電圧生成回路を用いたスイッチング電源に利用できる。

本発明の最良の形態のスイッチング電源の回路図である。 本発明の他の形態のスイッチング電源の回路図である。 本発明の参考例のスイッチング電源の回路図である。

符号の説明

３０ 電圧生成回路
３６ 平滑コンデンサ
３８ トランジスタ
４４ ツェナダイオード

Claims (4)

1. 電圧の生成に用いるコンデンサを起動時に充電させる電圧生成回路において、
   生成した電圧を所定の電圧に低下させるドロッパ回路と、
   前記ドロッパ回路を構成するトランジスタのコレクタ−エミッタ間に逆の方向に接続したツェナダイオードと、からなり、
   前記ツェナダイオードは、起動時には順方向に導通して前記コンデンサを充電し、電圧生成回路が過電圧を発生した場合には逆方向に導通して過電圧を検出する、ことを特徴とする電圧生成回路。
2. 電圧の生成に用いるコンデンサを起動時に充電させる電圧生成回路において、
   生成した電圧を所定の電圧に低下させるドロッパ回路と、
   前記ドロッパ回路を構成するトランジスタのコレクタ−エミッタ間に逆の方向に接続したダイオードと、
   前記トランジスタのコレクタ側にカソードを接続したツェナダイオードと、からなり、
   前記ダイオードは、起動時には順方向に導通して前記コンデンサを充電し、
   前記ツェナダイオードは、電圧生成回路が過電圧を発生した場合には逆方向に導通して過電圧を検出する、ことを特徴とする電圧生成回路。
3. 前記過電圧が、当該電圧生成回路が組み込まれるスイッチング電源の出力電圧の過電圧状態に対応した電圧である、ことを特徴とする請求項１または２に記載の電圧生成回路。
4. トランスの一次巻線に接続されたスイッチング素子と、このスイッチング素子のオンオフを制御する制御回路用ＩＣと、この制御回路用ＩＣにその作動電圧を生成して出力する電圧生成回路とを含み、この電圧生成回路に請求項１または２に記載の電圧生成回路を用いるとともに、前記制御回路用ＩＣが備える過電圧検出端子にその電圧生成回路からの過電圧検出出力を入力可能とした、ことを特徴とするスイッチング電源。

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