JP4395199B2 - 過電圧保護回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は電源保護回路の分野にあり、特に、変圧器およびこの変圧器の巻線と直列に結合されるスイッチング・トランジスタを有するタイプのスイッチト・モード電源用の過電圧保護回路に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
この種の過電圧保護回路は米国特許第５，３１３，３８１号明細書から既知である。
【０００３】
スイッチト・モードの電源は当業者に周知であり、こうした電源は一般に、良好な調整をしたり（切換えフィードバックによる）、スイッチト・モード電源の動作周波数は一般に高いために、値が小さいフィルタリング部品を用いることができるから、フィルタリング処理を能率的で、しかも経済的に行ったりするのに用いられる。
【０００４】
スイッチト・モード電源では、過電圧保護をすることにより、電源の出力が予定最大値以上にならないようにして、回路の故障及びスイッチト・モード電源によって附勢される回路へのダメージをなくすのが望ましい。
【０００５】
モトローラ社のＭＣ４４６０３電源コントローラＩＣに組み込まれ、且つこのデバイスに対する“Ｔｈｅ Ｍｏｔｏｒｏｌａ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄａｔａ Ｓｈｅｅｔ”の第２２頁の図４４に示されている過電圧保護回路の如き、従来の過電圧保護回路では、ろ波したＤＣ電圧（ＶCC）を抵抗分圧器によって検出し、次いでこの電圧を電圧比較器によって或る電圧基準レベルと比較し、この比較器の出力を、スイッチト・モード電源内のスイッチング・トランジスタをターン・オフさせる信号を発生する回路に供給して、出力電圧を過電圧保護レベル以下に降下させている。同様な回路が米国特許第５，３１３，３８１号明細書の図１に示されている。
【０００６】
このような一般的なタイプの従来の過電圧保護回路を、図１に単純化した形で示してある。この図１の過電圧保護回路１０は、電源変圧器２１における補助巻線２０から取り出されるＡＣ電圧から得られる補助電源電圧ＶCCを検出するのであって、図示の単純化した例では、補助巻線２０から取り出されるＡＣ電圧をダイオード２２により整流し、且つフィルタコンデンサ２４によりろ波して端子２６に電圧ＶCCを発生させる。この電圧ＶCCは、抵抗２８及び３０から成る抵抗分圧器により検出され、ＶCCに比例してスケールダウンされた電圧が電圧比較器３２の非反転（＋）入力端子に結合される。電圧比較器３２の反転（−）入力端子には、端子３４にて基準電圧信号ＶREFが供給される。ライン３６における電圧比較器３２の出力端子は、ここに示したラッチ回路３８のような回路のセット入力端子（Ｓ）に接続され、この回路はその出力端子（Ｑ）に現われる過電圧指示信号ＶOVPを端子４２に供給する。電源回路をその正規の動作状態に復帰させるためには、ラッチ回路３８のリセット（Ｒ）端子４０にリセット信号ＶRESETを供給する。
【０００７】
図１の従来の回路は、整流し、ろ波した電圧ＶCCを検出し、この電圧を抵抗２８と３０とから成る抵抗分圧器を用いてステップダウンしてから、このステップ・ダウンした電圧を比較器３２の非反転入力端子に供給することにより作動する。比較器の反転入力端子３４には基準電圧信号ＶREFを供給し、抵抗分圧器の減衰比及びＶREFの値を適当に選択することにより、ＶCCの公称値を或る選択量だけ越える電圧にて比較器の出力３６がトリップするようにしている。比較器３２がトリップすると、ラッチ回路３８がセットされて、端子４２に過電圧保護信号Ｖovpが発生する。この信号は、スイッチト・モード電源変圧器の一次巻線と直列に結合させる（米国特許第５，３１３，３８１号明細書の図１におけるトランジスタ４０のような）スイッチング・トランジスタに供給されて、トランジスタのスイッチングを禁止して、これにより電源の出力電圧を低減させる。電源の出力が許容レベルに戻ると、ラッチ回路３８がリセット端子４０の信号ＶRESETによってリセットされ、回路は、その正規の動作モードに戻る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図１の回路は十分な過電圧保護をするも、これには幾つかの欠点がある。この過電圧保護回路はコンデンサ２４間の電圧を検出するのであり、このコンデンサは一般に、比較的ゆっくり充電したり、放電したりする大形のコンデンサであるため、この過電圧保護回路は本来、変圧器電圧の増加による過電圧状態を認識するのに時間がかかる。さらに、ＶCCは変圧器の巻数比の公差によるような要因によってＶCCの公称値から３０％も変化し得るから、電圧比較器３２の非反転入力端子に供給されるＶCCのスケールダウンした電圧も同様な割合で変化するため、過電圧保護回路を比較的不正確なものにしている。
【０００９】
従って、既存の過電圧保護回路よりも動作が速くて、しかも正確であるスイッチト・モードの電源用の過電圧保護回路が所望される。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
従って、本発明の目的は従来の回路よりも速く作動し得ると共に従来の回路に比べて正確さも向上するスイッチト・モード電源用の過電圧保護回路を提供することにある。
【００１１】
本発明によるスイッチト・モード電源用の新規の過電圧保護回路は、
変圧器及び該変圧器の巻線に直列に結合されるスイッチング・トランジスタを有しているタイプのスイッチト・モード電源用の過電圧保護回路において、前記変圧器の検出巻線に直接接続される第１端子及び第２端子を有し、前記検出巻線間の電圧に比例する検出電流を発生する検出可変抵抗と、該検出可変抵抗の前記第２端子に入力端子が結合される電流ミラーと、該電流ミラーの出力端子に結合される過電圧基準電流源と、前記検出可変抵抗における前記検出電流に比例する前記電流ミラーからの反射電流を前記過電圧基準電流源によって発生される過電圧基準電流と比較して、前記反射電流が前記過電圧基準電流以上になるとセット信号を出力する電流比較器と、前記セット信号が入力されると、前記スイッチング・トランジスタをターン・オフさせる信号を発生するラッチ回路とを具えていることを特徴とする。
【００１２】
本発明では、検出可変抵抗に発生する電流を調整して、変圧器巻線の巻回比の公差によるような要因による電圧変動を補償することができるようにする。
【００１３】
本発明の好適例では、電流ミラーに遅延回路を設けて、過電圧保護回路が高めの過渡過電圧状態に過度に感応しないようにする。
【００１４】
さらに本発明の他の好適例では、過電圧基準電流源が発生する過電圧基準電流が、前記検出抵抗における公称電流よりも、前記スイッチト・モード電源の公称電圧を越えて前記スイッチング・トランジスタをターン・オフさせる割合にほぼ等しい或る選択した割合だけ高くなるようにする。
【００１５】
【発明の効果】
本発明による過電圧保護回路によれば、このような過電圧保護回路を設けるスイッチト・モードの電源に対して過電圧保護を高速、有効且つ正確に行なうことができるので、かなりの改善が得られる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明のこうした要点及び他の要点を以下実施例につき説明して明らかにする。
【００１７】
好適実施例の説明
図１は上述したような、従来の代表的な過電圧保護回路の単純化した概要図を示す。この回路は整流して、ろ波したコンデンサ２４の電圧を検出することにより作動するから、この回路は本来動作が遅く、従って最適な過電圧保護をせず、回路に故障を来したり、或いは検出回路部品を永久的に破損したりすることがある。さらに、上述したように、コンデンサ２４間の電圧はその公称値からかなり変化し得るから、従来の過電圧保護回路は、一定比率でスケール・ダウンしたコンデンサ電圧とは隔たった電圧で作動し、比較的不正確な過電圧トリガレベルを有することになる。
【００１８】
こうした欠点は、図２に単純化したスイッチト・モードの電源５０にて示してある本発明による過電圧保護回路７０によって克服される。図２の回路では、ＡＣ入力電圧ＶACを通常のダイオードブリッジ整流器５２に供給し、このブリッジ整流器の出力を第１コンデンサ５４及び変圧器２１の一次巻線５６に結合させる。一次巻線５６は、スイッチング・トランジスタ６４及び任意の抵抗６６を経て接地する。変圧器２１の二次巻線５８の出力はダイオード６０を経てフィルタコンデンサ６２に結合させ、このコンデンサの両端からこの回路のＤＣ出力電圧ＶDCを取り出す。変圧器２１の検出又は補助巻線２０は端子２６にＤＣ電圧ＶCCを発生させるためにダイオード２２及びフィルタコンデンサ２４に接続し、このＤＣ電圧ＶCCは電源の制御回路を附勢するのに用いることができる。これまでに述べた回路の部分は構成及び動作の両面において、米国特許第５，３１３，３８１号明細書の図１のものと本来似ているので、さらなる詳細な説明は省略する。
【００１９】
前述した従来の過電圧保護回路とは異なり、本発明による過電圧保護回路７０では、図２に示すように、保護回路の入力を変圧器２１の補助巻線２０から接続点７２にて直接取り出すのであって、補助巻線の出力を整流して、ろ波した端子２６から取り出すのではない。過電圧保護回路へのこの入力は検出抵抗７４、ここでは可変抵抗を経て電流ミラー７８の入力端子７６に結合させて、接続点７２における電圧に比例する入力電流ＩSENSEを電流ミラー７８の入力端子７６に供給する。電流ミラー７８は２個のＭＯＳＦＥＴトランジスタ８０及び８２を通常の電流ミラー構成で具えている。電流ミラー７８にはさらに、抵抗８４とコンデンサ８６とから成るＲＣフィルタ形態の遅延回路を含めることができ、この遅延回路は、持続時間が短い過渡的な雑音信号により過電圧保護回路が誤ってトリガ状態となるのを避けるために任意に含めることができる。実際上、抵抗８４およびコンデンサ８６の値は、約５００ナノ秒の遅延を提供すべく既知の方法にて選択することができる。
【００２０】
電流ミラー７８の出力端子は電流源８８に接続し、この電流源は電力ライン９０に結合されており、しかもｎ・ＩREFの電流を供給する。電流比較器９２が電流源８８と電流ミラー７８のトランジスタ８２との接続点９４に結合された入力端子を有するため、この電流比較器は、電流ミラーのトランジスタ８２における電流が電流源８８の電流値ｎ・ＩREF以上になると、状態が変わり、セット（Ｓ）入力をライン３６でラッチ３８に供給する。これにより今度はラッチ３８が、そのＱ出力端子から端子４２に過電圧保護回路の出力電圧ＶOVPを発生して、スイッチング・トランジスタ６４を不作動状態にして、過電圧状態を低減させる。この過電圧状態がなくなったら、図１の従来回路と同じ方法で、ラッチ３８をそのリセット入力端子４０の信号ＶRESEFによってリセットする。
【００２１】
電流源８８はｎ・ＩREFの電流を供給し、ここに、ＩREFは或る選択した基準電流値とし、抵抗７４は、接続点７２における電圧が、その公称動作電圧値に等しい場合に、電流ＩSENSEがＩREFに等しくなるように設定する。電流ミラー７８は１：１の電流比となるように選択するから、ＭＯＳＦＥＴ８２における電流はＩSENSEに等しく、これは公称状態ではＩREFに等しい。従って、パラメータｎの値を、過電圧の検出及び保護を行なうべき値に等しく選択することにより、所望な過電圧保護レベルを達成することができる。このようなことからして、例えば、ｎを１．２６に設定すれば、過電圧保護回路は、接続点７２における電圧レベル（これは出力ＶDCに比例する）が、その公称値よりも２５パーセント以上に上昇するとトリガすることになる。図２に電流源の記号によって図式的に示してある電流源８８は、基準電流ＩREFの電流源に接続される入力端子を有すると共に１：ｎの電流ミラー比を有している電流ミラーの如き、通常の手段によって作成することができる。
【００２２】
動作中に可変抵抗７４の抵抗値は、ＩSENSEが公称動作状態のもとではＩREFに等しくなるように設定する。この初期調整は回路の公称動作状態を設定するだけでなく、変圧器の巻数比の公差の如き、回路部品の公差による或る特定回路の電圧変動（これは３０％ほども変化し、従って、名目上同一の回路構成の回路間にも同様な電圧変動を来たす）を補償する働きもする。このようにして、図１に示したような従来回路の欠点である所の、部品の公差による電圧変動が過電圧保護回路をトリガする過電圧のレベルにかなりの変動を来たし得るということがなくなる。さらに、本発明による過電圧保護回路への入力は、従来のようにコンデンサ２４間からではなくて、接続点７２にて変圧器巻線から直接取り出すため、コンデンサ２４を充電するのに必要なかなりの時間遅れがなくなるから、過電圧状態をかなり迅速に検出することができる。従って、本発明による過電圧保護回路は従来の回路よりも動作が速く、しかももっと正確である。
過電圧保護回路用の入力を別個の補助巻線から取り出す代わりに、変圧器の二次巻線又は一次巻線を保護回路の入力供給用の検出巻線として用いることもできる。
【００２３】
本発明は上述した例のみに限定されるものでなく、本発明の範囲を逸脱することなく、幾多の変更を加え得ることは当業者に明らかである。
【００２４】
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の過電圧保護回路を単純化した概要図を示す図である。
【図２】本発明により改善した過電圧保護回路を内蔵するスイッチト・モード電源の単純化した概要図を示す図である。
Claims (3)
- 変圧器及び該変圧器の巻線に直列に結合されるスイッチング・トランジスタを有しているタイプのスイッチト・モード電源用の過電圧保護回路において、
前記変圧器の検出巻線に直接接続される第１端子及び第２端子を有し、前記検出巻線間の電圧に比例する検出電流を発生する検出可変抵抗と、
該検出可変抵抗の前記第２端子に入力端子が結合される電流ミラーと、
該電流ミラーの出力端子に結合される過電圧基準電流源と、
前記検出可変抵抗における前記検出電流に比例する前記電流ミラーからの反射電流を前記過電圧基準電流源によって発生される過電圧基準電流と比較して、前記反射電流が前記過電圧基準電流以上になるとセット信号を出力する電流比較器と、
前記セット信号が入力されると、前記スイッチング・トランジスタをターン・オフさせる信号を発生するラッチ回路と、
を具えていることを特徴とする過電圧保護回路。 - 前記電流ミラーが遅延回路を具えていることを特徴とする請求項１に記載の過電圧保護回路。
- 前記過電圧基準電流源が発生する過電圧基準電流が、前記検出可変抵抗における公称電流よりも、前記スイッチト・モード電源の公称電圧を越えて前記スイッチング・トランジスタをターン・オフさせる割合にほぼ等しい或る選択した割合だけ高くなるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の過電圧保護回路。
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