JP4543265B2

JP4543265B2 - スイッチング電源装置

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Publication number: JP4543265B2
Application number: JP2007299988A
Authority: JP
Inventors: 一彦宇田川
Original assignee: Funai Electric Co Ltd
Current assignee: Funai Electric Co Ltd
Priority date: 2007-11-20
Filing date: 2007-11-20
Publication date: 2010-09-15
Anticipated expiration: 2027-11-20
Also published as: US8331111B2; JP2009130948A; US20090129129A1; EP2063522A2

Description

本発明は、電子機器に配設され、商用電源から供給される電力から予め設定された第１電圧値を含む複数の電圧値の直流電圧を生成し、前記電子機器に配設されたデバイスに供給するスイッチング電源装置に関する。

従来、スイッチング電源装置に接続された３端子レギュレータ、チョッパー型レギュレータ等の安定化電源回路において、その出力端子に接続された負荷がショート等することによって安定化電源回路が過負荷状態になった場合には、安定化電源回路が発熱して、焼損してしまう虞があった。上記課題を解消するために、種々の装置、方法等が提案されている。

例えば、３端子レギュレータの出力端子と主出力回路の出力端子との間に接続され、レギュレータ電圧が主出力電圧より低くなったことを検出して、検出信号を出力する検出回路と、この検出信号に応答して電源停止信号を出力する出力回路と、電源停止信号を一次側と二次側とを電気的に絶縁分離して第２の帰還信号としてＰＷＭ制御回路へ送出する第２のフォトカプラと、第２の帰還信号に応答して、スイッチング素子にオンオフ制御信号として当該スイッチング素子をオフする信号を送出して該スイッチング電源装置を停止させるＰＷＭ制御回路と、を備えるスイッチング電源装置が開示されている（特許文献１参照）。
特開２００４−３０４８９８号公報

しかしながら、上記スイッチング電源装置では、検出回路、出力回路、第２のフォトカプラ等を配設する必要があるため、該スイッチング電源装置の製造コストが上昇することになる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、安定化電源回路に接続された負荷が短絡した場合に簡素な構成でスイッチング動作を停止することの可能な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。

上記目的を達成するために請求項１に記載のスイッチング電源装置は、電子機器に配設され、商用電源から供給される電力から予め設定された第１電圧値を含む複数の電圧値の直流電圧を生成し、前記電子機器に配設されたデバイスに供給するスイッチング電源装置であって、スイッチング素子及びトランスを有し、該スイッチング素子及びトランスを介して、商用電源から供給される電力から前記複数の電圧値の直流電圧を生成する直流電圧生成手段と、前記トランスの二次側の電圧に比例する電圧である制御電圧の電圧値を検出する制御電圧検出手段と、前記直流電圧生成手段によって生成された前記第１電圧値に対応する直流電圧に略比例する電流である帰還電流の電流値を検出する帰還電流検出手段と、一方端は前記直流電圧生成手段の出力端子に接続されるとともに、他方端は接地されており、前記出力端子の直流電圧の電圧値が予め設定された所定の電圧閾値以上である場合に前記一方端と前記他方端とが導通状態となる負荷保護部を備える負荷保護手段と、前記トランスの二次側に予め設定された電流閾値以上の電流である過電流が流れた場合に、前記直流電圧生成手段に対して直流電圧の生成を停止させる過電流保護回路を有し、前記制御電圧の電圧値及び前記帰還電流の電流値に基づいて、前記直流電圧生成手段によって生成される直流電圧を制御する制御手段と、前記直流電圧生成手段によって生成された前記第１電圧値に対応する直流電圧が入力され、前記第１電圧値とは異なる第２電圧値を有する直流電圧を出力する定電圧出力手段と、前記定電圧出力手段の負荷側の電圧値が予め設定された所定の電圧閾値以下である場合に、前記帰還電流検出手段に対して、検出される前記帰還電流の電流値を、前記直流電圧生成手段によって生成された直流電圧が前記第１電圧値未満の電圧値である場合の帰還電流の電流値とする帰還電流低減手段と、を備え、前記負荷保護手段は、一方端は前記第１電圧値に対応する直流電圧が出力される前記直流電圧生成手段の出力端子に接続されるとともに、他方端は接地されており、前記第１電圧値が予め設定された所定の第１電圧閾値以上である場合に、前記一方端と前記他方端とが導通状態となる第１負荷保護部を備えることを特徴としている。

請求項２に記載のスイッチング電源装置は、請求項１に記載のスイッチング電源装置であって、前記帰還電流検出手段が、フォトカプラを備え、該フォトカプラを介して、前記制御手段へ前記帰還電流を帰還することを特徴としている。

請求項３に記載のスイッチング電源装置は、請求項２に記載のスイッチング電源装置であって、前記帰還電流低減手段が、前記定電圧出力手段の負荷側の電圧値が予め設定された第２電圧閾値以下である場合に、前記帰還電流の電流値を略零に設定することを特徴としている。

請求項４に記載のスイッチング電源装置は、請求項３に記載のスイッチング電源装置であって、前記帰還電流検出手段が、一方端が前記フォトカプラの発光素子に直列に接続され、他方端が接地されたシャントレギュレータと、前記直流電圧生成手段によって生成された前記第１電圧値に対応する直流電圧から前記帰還電流に対応する帰還電圧を生成し、前記シャントレギュレータに基準電圧として印加する分圧抵抗と、を備え、前記帰還電流低減手段が、前記帰還電圧を前記シャントレギュレータの降伏電圧以下とすることによって、前記帰還電流の電流値を略零とすることを特徴としている。

請求項５に記載のスイッチング電源装置は、請求項４に記載のスイッチング電源装置であって、前記帰還電流低減手段が、一方端が前記定電圧出力手段の出力端に接続され、他方端が前記分圧抵抗の抵抗間に接続され、前記分圧抵抗から前記定電圧出力手段への向きを順方向とするダイオードからなることを特徴としている。

請求項６に記載のスイッチング電源装置は、請求項１〜請求項５のいずれかに記載のスイッチング電源装置であって、前記負荷保護手段が、前記直流電圧生成手段によって生成され、前記複数の電圧値にそれぞれ対応する直流電圧の電圧値が、それぞれ、予め設定された所定の電圧閾値以上である場合に、前記直流電圧生成手段の前記複数の直流電圧にそれぞれ対応する出力端子間の内、少なくとも１の出力端子間を導通状態とすることを特徴としている。

請求項７に記載のスイッチング電源装置は、請求項１〜請求項６のいずれかに記載のスイッチング電源装置であって、前記負荷保護手段が、一方端が前記直流電圧生成手段の出力端子に接続され、他方端が接地されたツェナーダイオードを備えることを特徴としている。

請求項８に記載のスイッチング電源装置は、請求項１〜請求項７のいずれかに記載のスイッチング電源装置であって、前記定電圧出力手段が、ＤＣ−ＤＣコンバータ又はシリーズレギュレータからなることを特徴としている。

請求項９に記載のスイッチング電源装置は、請求項１〜請求項８のいずれかに記載のスイッチング電源装置であって、前記制御電圧検出手段が、前記トランスの一次側に配設された補助巻線を備え、該補助巻線の両端間の電圧を前記制御電圧として検出することを特徴としている。

請求項１０に記載のスイッチング電源装置は、請求項９に記載のスイッチング電源装置であって、前記過電流保護回路が、前記制御電圧検出手段の補助巻線に流れる電流の電流値に基づいて、前記過電流が流れているか否かを判定することを特徴としている。

請求項１に記載のスイッチング電源装置によれば、直流電圧生成手段によって、スイッチング素子及びトランスを介して、商用電源から供給される電力から複数の電圧値の直流電圧が生成され、制御電圧検出手段によって、トランスの二次側の電圧に比例する電圧である制御電圧の電圧値が検出され、帰還電流検出手段によって、生成された複数の電圧値の直流電圧の内、第１電圧値に対応する直流電圧に比例する電圧である帰還電流の電流値が検出される。また、負荷保護手段によって、生成された複数の電圧値にそれぞれ対応する直流電圧の電圧値が、それぞれ、予め設定された所定の電圧閾値以上である場合に、負荷保護部の直流電圧生成手段の出力端子に接続された一方端と接地されている他方端とが導通状態とされる。特に、前記第１電圧値が予め設定された所定の第１電圧閾値以上である場合に、第１負荷保護部の直流電圧生成手段の出力端子に接続された一方端と接地されている他方端とが導通状態とされる。更に、制御手段によって、制御電圧の電圧値及び帰還電流の電流値に基づいて、生成される直流電圧が制御されると共に、トランスの二次側に予め設定された電流閾値以上の電流である過電流が流れた場合に、過電流保護回路を介して、直流電圧の生成が停止される。また、生成された第１電圧値に対応する直流電圧が定電圧出力手段に入力され、第１電圧値とは異なる第２電圧値を有する直流電圧が出力され、この定電圧出力手段の負荷側の電圧値が予め設定された所定の電圧閾値以下である場合に、帰還電流低減手段によって、帰還電流の電流値が、生成された直流電圧が第１電圧値未満の電圧値である場合の帰還電流の電流値とされるため、安定化電源回路（ここでは、定電圧出力手段）に接続された負荷が短絡した場合に簡素な構成でスイッチング動作を停止することができる。

すなわち、安定化電源回路（ここでは、定電圧出力手段）に接続された負荷が短絡した場合には、帰還電流低減手段によって、帰還電流の電流値が、生成された直流電圧が第１電圧値未満の電圧値である場合の帰還電流の電流値とされるため、制御手段によって、生成される直流電圧が増大される。そして、負荷保護手段によって、第１負荷保護部の直流電圧生成手段の出力端子に接続された一方端と接地されている他方端とが導通状態とされる。その結果、トランスの二次側に予め設定された電流閾値以上の電流である過電流が流れることとなり、過電流保護回路によって、直流電圧の生成が停止されるので、安定化電源回路（ここでは、定電圧出力手段）に接続された負荷が短絡した場合に簡素な構成でスイッチング動作を停止することができるのである。

つまり、従来のスイッチング電源装置に、安定化電源回路（ここでは、定電圧出力手段）の負荷側の電圧値が予め設定された所定の電圧閾値以下である場合に、帰還電流の電流値を、生成された直流電圧が第１電圧値未満の電圧値である場合の帰還電流の電流値とする帰還電流低減手段を配設することによって、安定化電源回路（ここでは、定電圧出力手段）に接続された負荷が短絡した場合に簡素な構成でスイッチング動作を停止することができるのである。

請求項２に記載のスイッチング電源装置によれば、帰還電流検出手段がフォトカプラを備え、該フォトカプラを介して、制御手段へ帰還電流が帰還されるため、一次側と二次側とを電気的に絶縁した状態で、制御手段へ帰還電流を帰還することができるので、安定化電源回路（ここでは、定電圧出力手段）に接続された負荷が短絡した場合に確実にスイッチング動作を停止することができる。

請求項３に記載のスイッチング電源装置によれば、帰還電流低減手段によって、安定化電源回路（ここでは、定電圧出力手段）の負荷側の電圧値が予め設定された第２電圧閾値以下である場合に、帰還電流の電流値が略零に設定されるため、制御手段によって、生成される直流電圧が速やかに増大されるので、安定化電源回路（ここでは、定電圧出力手段）に接続された負荷が短絡した場合に速やかにスイッチング動作を停止することができる。

請求項４に記載のスイッチング電源装置によれば、帰還電流検出手段が、一方端がフォトカプラの発光素子に直列に接続され、他方端が接地されたシャントレギュレータを備え、分圧抵抗によって、直流電圧生成手段により生成された第１電圧値に対応する直流電圧から帰還電流に対応する帰還電圧が生成されて、シャントレギュレータに基準電圧として印加され、帰還電流低減手段によって、帰還電圧がシャントレギュレータの降伏電圧以下とされることによって、帰還電流の電流値が略零とされるため、安定化電源回路（ここでは、定電圧出力手段）に接続された負荷が短絡した場合に更に簡素な構成でスイッチング動作を停止することができる。

すなわち、帰還電流検出手段が、一方端がフォトカプラの発光素子に直列に接続され、他方端が接地されたシャントレギュレータを備え、分圧抵抗によって、直流電圧生成手段により生成された第１電圧値に対応する直流電圧から帰還電流に対応する帰還電圧が生成されて、シャントレギュレータに基準電圧として印加されるため、帰還電圧がシャントレギュレータの降伏電圧以下とするべく帰還電流低減手段を簡素な構成で実現することができるので、安定化電源回路（ここでは、定電圧出力手段）に接続された負荷が短絡した場合に更に簡素な構成でスイッチング動作を停止することができるのである。

請求項５に記載のスイッチング電源装置によれば、帰還電流低減手段が、一方端が定電圧出力手段の出力端に接続され、他方端が分圧抵抗の抵抗間に接続され、分圧抵抗から定電圧出力手段への向きを順方向とするダイオードからなるため、帰還電流低減手段を簡素な構成で実現することができるので、安定化電源回路（ここでは、定電圧出力手段）に接続された負荷が短絡した場合に更に簡素な構成でスイッチング動作を停止することができる。

請求項６に記載のスイッチング電源装置によれば、負荷保護手段によって、直流電圧生成手段によって生成され、複数の電圧値にそれぞれ対応する直流電圧の電圧値が、それぞれ、予め設定された所定の電圧閾値以上である場合に、直流電圧生成手段の複数の直流電圧にそれぞれ対応する出力端子間の内、少なくとも１の出力端子間が導通状態とされるため、安定化電源回路（ここでは、定電圧出力手段）に接続された負荷が短絡した場合に更に速やかにスイッチング動作を停止することができる。

すなわち、負荷保護手段によって、直流電圧生成手段によって生成され、複数の電圧値にそれぞれ対応する直流電圧の電圧値が、それぞれ、予め設定された所定の電圧閾値以上である場合に、直流電圧生成手段の複数の直流電圧にそれぞれ対応する出力端子間の内、少なくとも１の出力端子間が導通状態とされるため、制御手段によって、生成される直流電圧が増大された場合に、複数の直流電圧にそれぞれ対応する出力端子間の内、電圧値が電圧閾値を超えたものから順に、導通状態とされるので、安定化電源回路（ここでは、定電圧出力手段）に接続された負荷が短絡した場合に更に速やかにスイッチング動作を停止することができるのである。

請求項７に記載のスイッチング電源装置によれば、負荷保護手段が、一方端が直流電圧生成手段の出力端子に接続され、他方端が接地されたツェナーダイオードを備えるため、簡素な構成で負荷保護手段を実現することができるので、安定化電源回路（ここでは、定電圧出力手段）に接続された負荷が短絡した場合に更に簡素な構成でスイッチング動作を停止することができる。

請求項８に記載のスイッチング電源装置によれば、定電圧出力手段が、ＤＣ−ＤＣコンバータ又はシリーズレギュレータからなるため、ＤＣ−ＤＣコンバータ又はシリーズレギュレータに接続された負荷が短絡した場合に簡素な構成でスイッチング動作を停止することができる。

請求項９に記載のスイッチング電源装置によれば、制御電圧検出手段によって、トランスの一次側に配設された補助巻線の両端間の電圧が制御電圧として検出されるため、簡素な構成で制御電圧検出手段を実現することができるので、安定化電源回路（ここでは、定電圧出力手段）に接続された負荷が短絡した場合に更に簡素な構成でスイッチング動作を停止することができる。

請求項１０に記載のスイッチング電源装置によれば、過電流保護回路によって、制御電圧検出手段の補助巻線に流れる電流の電流値に基づいて、過電流が流れているか否かが判定されるため、簡素な構成で過電流が流れているか否かを判定することができるので、安定化電源回路（ここでは、定電圧出力手段）に接続された負荷が短絡した場合に更に簡素な構成でスイッチング動作を停止することができる。

以下に本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係るスイッチング電源装置の構成の一例を示す構成図であって、図２は、従来のスイッチング電源装置の構成の一例を示す構成図である。なお、本発明に係るスイッチング電源装置１００の構成の内、従来のスイッチング電源装置２００と共通する構成については同一の参照符号を付し、その説明を省略する。まず、図２を用いて、従来のスイッチング電源装置の構成について説明する。

図２に示すように、従来のスイッチング電源装置２００は、商用電源から供給される電力から予め設定された第１電圧値（ここでは、５Ｖ）を含む複数の（ここでは、２個の）電圧値の直流電圧を生成するものであって、一次側回路部１、トランス２、二次側回路部３、及び、定電圧制御部４を備えている。なお、ここでは、スイッチング電源装置２００がＲＣＣ（ＲｉｎｇｉｎｇＣｈｏｋｅＣｏｎｖｅｒｔｅｒ）方式のスイッチング電源である場合について説明する。一次側回路部１は、商用電源から供給された交流電力からトランス２の一次巻線２１に供給するパルス状の直流電圧（＝スイッチング信号）を生成するものであって、整流回路１１、スイッチング部１２、及び、制御部１３を備えている。

整流回路１１（直流電圧生成手段の一部に相当する）は、ダイオードブリッジ回路等からなり、商用電源から供給された交流電圧を整流し、直流電圧を生成して、スイッチング部１２に供給するものである。スイッチング部１２（直流電圧生成手段の一部に相当する）は、ＦＥＴ（ＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のスイッチング素子を備え、制御部１３からの指示に従って、整流回路１１から入力された直流電圧をオンオフして、パルス状の直流電圧（＝スイッチング信号）を生成し、トランス２の一次巻線２１に供給するものである。

制御部１３（制御手段に相当する）は、過電流保護回路１３１を備え、補助巻線２２によって検出される制御電圧Ｖｃの電圧値、及び、定電圧制御部４から出力される帰還電流Ｉｂの電流値に基づいて、スイッチング部１２に対して、二次側の直流電圧ＶＯ１、ＶＯ２を制御するべくオンオフの指示を行うものである。過電流保護回路１３１は、トランス２の二次巻線２３に予め設定された電流閾値以上の電流である過電流が流れた場合に、スイッチング部１２に対して直流電圧の生成を停止させる（＝スイッチング動作を停止させる）ものである。また、過電流保護回路１３１は、補助巻線２２に流れる電流の電流値に基づいて、トランス２の二次巻線２３に過電流が流れているか否かを判定するものである。

トランス２（直流電圧生成手段の一部に相当する）は、スイッチング部１２から出力されるパルス状の電圧（＝スイッチング信号）に対応するスイッチング信号を二次側へ出力すると共に、制御部１３へ制御電圧Ｖｃを出力するものであって、一次巻線２１、補助巻線２２、及び、二次巻線２３を備えている。一次巻線２１は、スイッチング部１２からスイッチング信号が印加され、補助巻線２２及び二次巻線２３にそれぞれ対応する電圧を生成するものである。

二次巻線２３は、一次巻線２１に印加されるスイッチング信号に対応する電圧を生成して、二次側回路部３（後述する高周波整流部３１）へ出力するものである。補助巻線２２（制御電圧検出手段に相当する）は、一次巻線２１に印加されるスイッチング信号に対応する制御電圧Ｖｃを生成して、制御部１３へ出力するものである。また、補助巻線２２には、二次巻線２３に流れる電流に略比例した電流が流れるため、過電流保護回路１３１は、補助巻線２２に流れる電流の電流値に基づいて、トランス２の二次巻線２３に過電流が流れているか否かを判定することができるのである。

二次側回路部３は、二次巻線２３から供給される直流電圧を図略の負荷に印加するものであって、高周波整流部３１、ツェナーダイオードＺＤ３１、ＺＤ３２、及び、レギュレータ３２を備えている。高周波整流部３１（直流電圧生成手段の一部に相当する）は、二次巻線２３から供給される直流電圧に含まれる高周波成分を除去して直流電圧ＶＯ１、ＶＯ２を出力するものである。

ツェナーダイオードＺＤ３１、ＺＤ３２（負荷保護手段に相当する）は、それぞれ、一方端が高周波整流部３１の出力端子に接続されると共に、他方端が接地され、二次巻線２３から供給される複数の（ここでは、２個の）電圧値にそれぞれ対応する直流電圧ＶＯ１、ＶＯ２の電圧値が、それぞれ、予め設定された所定の電圧閾値（ここでは、ツェナー電圧）以上である場合に、複数の直流電圧ＶＯ１、ＶＯ２にそれぞれ対応する出力端子間を導通状態とするものである。

レギュレータ３２（定電圧出力手段に相当する）は、二次巻線２３から供給される第１電圧値（ここでは、５Ｖ）に対応する直流電圧ＶＯ２が入力され、第１電圧値とは異なる第２電圧値（ここでは、３．３Ｖ）を有する直流電圧ＶＯ３を出力するものである。ここでは、レギュレータ３２は、シリーズレギュレータの一種である３端子レギュレータである場合について説明する。

定電圧制御部４（帰還電流検出手段に相当する）は、二次巻線２３から供給される第１電圧値（ここでは、５Ｖ）に対応する直流電圧Ｖ０２に略比例する電流である帰還電流Ｉｂの電流値を検出して、制御部１３へ出力するものであって、フォトカプラ４１、シャントレギュレータＺＤ４、分圧抵抗Ｒ４１、Ｒ４２を備えている。

分圧抵抗Ｒ４１の一方端は、二次巻線２３から供給される第１電圧値（ここでは、５Ｖ）に対応する直流電圧Ｖ０２の出力端子に接続され、他方端が分圧抵抗Ｒ４２の一方端に接続されている。分圧抵抗Ｒ４２の他方端は、接地されている。すなわち、分圧抵抗Ｒ４１、Ｒ４２は、直流電圧Ｖ０２の電圧値をその抵抗値で分圧して帰還電圧を生成し、シャントレギュレータＺＤ４に基準電圧Ｖｒｅｆとして印加するものである。つまり、シャントレギュレータＺＤ４に印加される基準電圧Ｖｒｅｆは、次の（１）式で求められる。
Ｖｒｅｆ＝ＶＯ２×Ｒ４２／（Ｒ４１＋Ｒ４２）（１）

シャントレギュレータＺＤ４は、分圧抵抗Ｒ４１、Ｒ４２から印加される基準電圧Ｖｒｅｆに基づいて、フォトカプラ４１の発光ダイオードに流れる電流を増減するものである。具体的には、シャントレギュレータＺＤ４は、基準電圧Ｖｒｅｆが降伏電圧（例えば、２．４Ｖ）以下である場合には、フォトカプラ４１の発光ダイオードに流れる電流を遮断し、基準電圧Ｖｒｅｆが降伏電圧（ここでは、２．４Ｖ）より大きい場合には、基準電圧Ｖｒｅｆに比例した電流をフォトカプラ４１の発光ダイオードに流すものである。

フォトカプラ４１は、発光ダイオード（発光素子に相当する）及びフォトトランジスタからなり、一次側と二次側とを電気的に絶縁した状態で、シャントレギュレータＺＤ４を介して発光ダイオードに流れる電流に比例した電流がフォトトランジスタのベース及びコレクタに流れ、帰還電流Ｉｂ（＝フォトトランジスタのコレクタ電流）を、制御部１３へ出力するものである。すなわち、フォトカプラ４１は、基準電圧Ｖｒｅｆが降伏電圧（ここでは、２．４Ｖ）より大きい場合には、直流電圧Ｖ０２の電圧値に比例した帰還電流Ｉｂを、制御部１３へ出力するものである。

このようにして構成された従来のスイッチング電源装置２００の電圧制御動作について説明する。例えば、直流電圧Ｖ０２が、設定電圧である５Ｖ（＝第１電圧値）より大きい場合には、上記（１）式に基づいて、分圧抵抗Ｒ４１、Ｒ４２を介して基準電圧Ｖｒｅｆが増大し、フォトカプラ４１を介して帰還電流Ｉｂが増大する。また、補助巻線２２からの制御電圧Ｖｃも増大する。そこで、制御部１３は、直流電圧Ｖ０２を設定電圧である５Ｖ（＝第１電圧値）とするべく、スイッチング部１２に対して、発振周期を小さくするべく指示信号が出力され、直流電圧Ｖ０２が低減される。

逆に、直流電圧Ｖ０２が、設定電圧である５Ｖ（＝第１電圧値）より小さい場合には、上記（１）式に基づいて、分圧抵抗Ｒ４１、Ｒ４２を介して基準電圧Ｖｒｅｆが減少し、フォトカプラ４１を介して帰還電流Ｉｂが減少する。また、補助巻線２２からの制御電圧Ｖｃも減少する。そこで、制御部１３は、直流電圧Ｖ０２を設定電圧である５Ｖ（＝第１電圧値）とするべく、スイッチング部１２に対して、発振周期を大きくするべく指示信号が出力され、直流電圧Ｖ０２が増大される。このようにして、スイッチング電源装置２００において、直流電圧Ｖ０２が、設定電圧である５Ｖ（＝第１電圧値）に制御される。

ここで、直流電圧Ｖ０２が設定電圧である５Ｖ（＝第１電圧値）である状態で、レギュレータ３２の負荷が短絡した場合の従来のスイッチング電源装置２００の動作について説明する。レギュレータ３２の負荷が短絡すると、レギュレータ３２は負荷が重いと判断してレギュレータ３２に流れる電流が増加する。一方、レギュレータ３２の入力側の電圧である直流電圧Ｖ０２は、上述の電圧制御動作によって５Ｖ（＝第１電圧値）に保持されている。

レギュレータ３２に流れる電流が増加する結果、レギュレータ３２において発生するジュール熱も増加し、レギュレータ３２の許容温度を超える場合には、レギュレータ３２が破損する虞がある。

次に、図１を用いて、本発明に係るスイッチング電源装置１００の構成について説明する。本発明に係るスイッチング電源装置１００は、一方端がレギュレータ３２の出力端に接続され、他方端が分圧抵抗Ｒ４１、Ｒ４２の抵抗間に接続され、分圧抵抗Ｒ４１、Ｒ４２からレギュレータ３２への向きを順方向とするダイオードＤ３を備える点で、図２に示す従来のスイッチング電源装置２００と相違している。

ダイオードＤ３（帰還電流低減手段に相当する）は、レギュレータ３２の負荷側の電圧ＶＯ３の電圧値が予め設定された所定の電圧閾値（例えば、２．０Ｖ）以下である場合に、定電圧制御部４に対して、検出される帰還電流Ｉｂの電流値を、高周波整流部３１から出力される直流電圧ＶＯ２が第１電圧値（ここでは、５Ｖ）未満の電圧値である場合の帰還電流Ｉｂの電流値とする（ここでは、帰還電流Ｉｂを「０」とする）ものである。

具体的には、ダイオードＤ３は、帰還電圧（＝基準電圧）ＶｒｅｆをシャントレギュレータＺＤ４の降伏電圧（ここでは、２．４Ｖ）以下とすることによって、帰還電流Ｉｂの電流値を「０」とするものである。

このようにして構成されたスイッチング電源装置１００の電圧制御動作は、図２を用いて上述した従来のスイッチング電源装置２００の電圧制御動作と同様であるので、その説明を省略する。ここで、直流電圧Ｖ０２が設定電圧である５Ｖ（＝第１電圧値）である状態で、レギュレータ３２の負荷が短絡した場合のスイッチング電源装置１００の動作について説明する。

レギュレータ３２の負荷が短絡すると、レギュレータ３２の出力側の直流電圧ＶＯ３が「０」となり、ダイオードＤ３を介して、帰還電圧Ｖｒｅｆが「０」となる。その結果、制御部１３は、直流電圧Ｖ０２が設定電圧である５Ｖ（＝第１電圧値）より小さいと判断し、スイッチング部１２に対して、発振周期を大きくするべく指示信号が出力され、直流電圧ＶＯ１、Ｖ０２が増大される。

そして、ツェナーダイオードＺＤ３１、ＺＤ３２に印加される直流電圧ＶＯ１、ＶＯ２の電圧値が、ツェナーダイオードＺＤ３１、ＺＤ３２のツェナー電圧を超えると、ツェナーダイオードＺＤ３１、ＺＤ３２が降伏し、二次巻線２３に大電流が流れる。その結果、過電流保護回路１３１によって、補助巻線２２を介して、二次巻線２３に過電流が流れていると判定され、スイッチング部１２に対して直流電圧の生成を停止するべく（＝スイッチング動作を停止するべく）指示信号が出力され、スイッチング動作が停止される。

そこで、スイッチング電源装置１００では、レギュレータ３２の負荷が短絡した場合に、レギュレータ３２の破損を防止すると共に、スイッチング動作を停止することができるのである。

このようにして、商用電源から供給される電力から複数の（ここでは、２個の）電圧値の直流電圧ＶＯ１、ＶＯ２が生成され、補助巻線２２によって、トランス２の二次側の電圧に比例する電圧である制御電圧Ｖｃの電圧値が検出され、定電圧制御部４によって、生成された複数の（ここでは、２個の）電圧値の直流電圧ＶＯ１、ＶＯ２の内、第１電圧値（ここでは、５Ｖ）に対応する直流電圧ＶＯ２に比例する電圧である帰還電流Ｉｂの電流値が検出される。また、ツェナーダイオードＺＤ３１、ＺＤ３２によって、生成された複数の（ここでは、２個の）電圧値にそれぞれ対応する直流電圧ＶＯ１、ＶＯ２の電圧値が、それぞれ、予め設定された所定の電圧閾値（ここでは、ツェナー電圧）以上である場合に、複数の（ここでは、２個の）直流電圧ＶＯ１、ＶＯ２にそれぞれ対応する出力端子間が導通状態とされる。更に、制御部１３によって、制御電圧Ｖｃの電圧値及び帰還電流Ｉｂの電流値に基づいて、生成される直流電圧ＶＯ１、ＶＯ２が制御されると共に、トランス２の二次側に予め設定された電流閾値以上の電流である過電流が流れた場合に、過電流保護回路１３１を介して、直流電圧ＶＯ１、ＶＯ２の生成が停止される。また、生成された第１電圧値（ここでは、５Ｖ）に対応する直流電圧ＶＯ２がレギュレータ３２に入力され、第１電圧値（ここでは、５Ｖ）とは異なる第２電圧値（ここでは、３．３Ｖ）を有する直流電圧ＶＯ３が出力され、このレギュレータ３２の負荷側の電圧値が予め設定された所定の電圧閾値以下である場合に、ダイオードＤ３によって、帰還電流Ｉｂの電流値が、生成された直流電圧ＶＯ２が第１電圧値（ここでは、５Ｖ）未満の電圧値である場合の帰還電流Ｉｂの電流値（ここでは、「０」）とされるため、安定化電源回路（ここでは、レギュレータ３２）に接続された負荷が短絡した場合に簡素な構成でスイッチング動作を停止することができる。

すなわち、安定化電源回路（ここでは、レギュレータ３２）に接続された負荷が短絡した場合には、ダイオードＤ３によって、帰還電流Ｉｂの電流値が、生成された直流電圧ＶＯ２が第１電圧値（ここでは、５Ｖ）未満の電圧値である場合の帰還電流Ｉｂの電流値（ここでは、「０」）とされるため、制御部１３によって、生成される直流電圧ＶＯ１、ＶＯ２が増大される。そして、ツェナーダイオードＺＤ３１、ＺＤ３２によって、直流電圧ＶＯ１、ＶＯ２の出力端子間のいずれか一方が導通状態とされる。その結果、トランス２の二次巻線２３に予め設定された電流閾値以上の電流である過電流が流れることとなり、過電流保護回路１３１によって、直流電圧ＶＯ１、ＶＯ２の生成が停止されるので、安定化電源回路（ここでは、レギュレータ３２）に接続された負荷が短絡した場合に簡素な構成でスイッチング動作を停止することができるのである。

つまり、従来のスイッチング電源装置２００に、安定化電源回路（ここでは、レギュレータ３２））の負荷側（＝直流電圧ＶＯ３）の電圧値が予め設定された所定の電圧閾値以下である場合に、帰還電流Ｉｂの電流値を、生成された直流電圧が第１電圧値未満の電圧値である場合の帰還電流Ｉｂの電流値（ここでは、「０」）とするダイオードＤ３を配設することによって、安定化電源回路（ここでは、レギュレータ３２）に接続された負荷が短絡した場合に簡素な構成でスイッチング動作を停止することができるのである。

また、定電圧制御部４が、フォトカプラ４１を備え、該フォトカプラ４１を介して、制御部１３へ帰還電流Ｉｂが帰還されるため、一次側と二次側とを電気的に絶縁した状態で、制御部１３へ帰還電流Ｉｂを帰還することができるので、安定化電源回路（ここでは、レギュレータ３２）に接続された負荷が短絡した場合に確実にスイッチング動作を停止することができる。

更に、ダイオードＤ３によって、安定化電源回路（ここでは、レギュレータ３２）の負荷側の直流電圧ＶＯ３の電圧値が予め設定された第２電圧閾値以下である（ここでは、「０」である）場合に、帰還電流Ｉｂの電流値が「０」に設定されるため、制御部１３によって、生成される直流電圧ＶＯ１、ＶＯ２が速やかに増大されるので、安定化電源回路（ここでは、レギュレータ３２）に接続された負荷が短絡した場合に速やかにスイッチング動作を停止することができる。

加えて、定電圧制御部４が、一方端がフォトカプラ４１の発光ダイオードに直列に接続され、他方端が接地されたシャントレギュレータＺＤ４を備え、分圧抵抗Ｒ４１、Ｒ４２によって、直流電圧ＶＯ２から帰還電流Ｉｂに対応する帰還電圧が生成されて、シャントレギュレータＺＤ４に基準電圧Ｖｒｅｆとして印加され、ダイオードＤ３によって、帰還電圧がシャントレギュレータＺＤ４の降伏電圧（ここでは、２．４Ｖ）以下とされることによって、帰還電流Ｉｂの電流値が「０」とされるため、安定化電源回路（ここでは、レギュレータ３２）に接続された負荷が短絡した場合に更に簡素な構成でスイッチング動作を停止することができる。

すなわち、定電圧制御部４が、一方端がフォトカプラ４１の発光ダイオードに直列に接続され、他方端が接地されたシャントレギュレータＺＤ４を備え、分圧抵抗Ｒ４１、Ｒ４２によって、直流電圧ＶＯ２から帰還電流Ｉｂに対応する帰還電圧が生成されて、シャントレギュレータＺＤ４に基準電圧Ｖｒｅｆとして印加されるため、帰還電圧（＝基準電圧Ｖｒｅｆ）がシャントレギュレータＺＤ４の降伏電圧（ここでは、２．４Ｖ）以下とするべく帰還電流低減手段を簡素な構成で実現することができるので、安定化電源回路（ここでは、レギュレータ３２）に接続された負荷が短絡した場合に更に簡素な構成でスイッチング動作を停止することができるのである。

また、帰還電流低減手段が、一方端がレギュレータ３２の出力端に接続され、他方端が分圧抵抗Ｒ４１、Ｒ４２の抵抗間に接続され、分圧抵抗Ｒ４１、Ｒ４２からレギュレータ３２への向きを順方向とするダイオードＤ３からなるため、帰還電流低減手段を簡素な構成で実現することができるので、安定化電源回路（ここでは、レギュレータ３２）に接続された負荷が短絡した場合に更に簡素な構成でスイッチング動作を停止することができる。

更に、ツェナーダイオードＺＤ３１、ＺＤ３２によって、直流電圧ＶＯ１、ＶＯ２の電圧値が、それぞれ、予め設定された所定の電圧閾値（ここでは、ツェナー電圧）以上である場合に、直流電圧ＶＯ１、ＶＯ２にそれぞれ対応する出力端子間が導通状態とされるため、安定化電源回路（ここでは、レギュレータ３２）に接続された負荷が短絡した場合に更に速やかにスイッチング動作を停止することができる。

すなわち、ツェナーダイオードＺＤ３１、ＺＤ３２によって、直流電圧ＶＯ１、ＶＯ２の電圧値が、それぞれ、予め設定された所定の電圧閾値（ここでは、ツェナー電圧）以上である場合に、直流電圧ＶＯ１、ＶＯ２にそれぞれ対応する出力端子間が導通状態とされるため、制御部１３によって、生成される直流電圧ＶＯ１、ＶＯ２が増大された場合に、複数の直流電圧ＶＯ１、ＶＯ２にそれぞれ対応する出力端子間の内、電圧値が電圧閾値（ここでは、ツェナー電圧）を超えたものから順に、導通状態とされるので、安定化電源回路（ここでは、レギュレータ３２）に接続された負荷が短絡した場合に更に速やかにスイッチング動作を停止することができるのである。

負荷保護手段が、一方端が直流電圧生成手段の出力端子に接続され、他方端が接地されたツェナーダイオードを備えるため、簡素な構成で負荷保護手段を実現することができるので、安定化電源回路（ここでは、定電圧出力手段）に接続された負荷が短絡した場合に更に簡素な構成でスイッチング動作を停止することができる。

加えて、定電圧出力手段が、３端子レギュレータからなるため、３端子レギュレータに接続された負荷が短絡した場合に簡素な構成でスイッチング動作を停止することができる。

また、トランス２の一次側に配設された補助巻線２２の両端間の電圧が制御電圧Ｖｃとして検出されるため、簡素な構成で制御電圧検出手段を実現することができるので、安定化電源回路（ここでは、レギュレータ３２）に接続された負荷が短絡した場合に更に簡素な構成でスイッチング動作を停止することができる。

更に、過電流保護回路１３１によって、補助巻線２２に流れる電流の電流値に基づいて、過電流が流れているか否かが判定されるため、簡素な構成で過電流が流れているか否かを判定することができるので、安定化電源回路（ここでは、レギュレータ３２）に接続された負荷が短絡した場合に更に簡素な構成でスイッチング動作を停止することができる。

なお、本発明は、以下の形態にも適用可能である。
（Ａ）本実施形態では、スイッチング電源装置１００が、ＲＣＣ方式のスイッチング電源である場合について説明したが、スイッチング電源装置１００が、その他の方式（例えば、ＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式等）のスイッチング電源である形態でもよい。

（Ｂ）本実施形態では、帰還電流低減手段がダイオードＤ３からなる場合について説明したが、帰還電流低減手段がその他の素子（例えば、トランジスタ等）からなる形態でもよい。

（Ｃ）本実施形態では、定電圧出力手段が、シリーズレギュレータの一種である３端子レギュレータ３２からなる場合について説明したが、定電圧出力手段が、ＤＣ−ＤＣコンバータ又はシリーズレギュレータからなる形態であればよい。

（Ｄ）本実施形態では、負荷保護手段が、ツェナーダイオードＺＤ３１、ＺＤ３２からなる場合について説明したが、負荷保護手段が、ツェナーダイオードＺＤ３１、ＺＤ３２に他の素子（例えば、ダイオード、抵抗等）が直列に接続されている形態でもよい。

（Ｅ）本実施形態では、負荷保護手段が、直流電圧ＶＯ１、ＶＯ２の出力端子間にそれぞれ配設されている場合について説明したが、負荷保護手段が、直流電圧ＶＯ１、ＶＯ２の出力端子間の少なくとも一方に配設されている形態でもよい。

は、本発明に係るスイッチング電源装置の構成の一例を示す構成図ある。は、従来のスイッチング電源装置の構成の一例を示す構成図である。

符号の説明

１００スイッチング電源装置
１一次側回路部
１１整流回路（直流電圧生成手段の一部）
１２スイッチング部（直流電圧生成手段の一部）
１３制御部（制御手段）
２トランス（直流電圧生成手段の一部）
２１一次巻線
２２補助巻線（制御電圧検出手段）
２３二次巻線
３二次側回路部
ＺＤ３１、ＺＤ３２ツェナーダイオード（負荷保護手段）
３１高周波整流部（直流電圧生成手段の一部）
３２レギュレータ（定電圧出力手段）
４定電圧制御部（帰還電流検出手段）
４１フォトカプラ
ＺＤ４シャントレギュレータ
Ｒ４１、Ｒ４２分圧抵抗
Ｄ３ダイオード（帰還電流低減手段）

Claims

電子機器に配設され、商用電源から供給される電力から予め設定された第１電圧値を含む複数の電圧値の直流電圧を生成し、前記電子機器に配設されたデバイスに供給するスイッチング電源装置であって、
スイッチング素子及びトランスを有し、該スイッチング素子及びトランスを介して、商用電源から供給される電力から前記複数の電圧値の直流電圧を生成する直流電圧生成手段と、
前記トランスの二次側の電圧に比例する電圧である制御電圧の電圧値を検出する制御電圧検出手段と、
前記直流電圧生成手段によって生成された前記第１電圧値に対応する直流電圧に略比例する電流である帰還電流の電流値を検出する帰還電流検出手段と、
一方端は前記直流電圧生成手段の出力端子に接続されるとともに、他方端は接地されており、前記出力端子の直流電圧の電圧値が予め設定された所定の電圧閾値以上である場合に前記一方端と前記他方端とが導通状態となる負荷保護部を備える負荷保護手段と、
前記トランスの二次側に予め設定された電流閾値以上の電流である過電流が流れた場合に、前記直流電圧生成手段に対して直流電圧の生成を停止させる過電流保護回路を有し、前記制御電圧の電圧値及び前記帰還電流の電流値に基づいて、前記直流電圧生成手段によって生成される直流電圧を制御する制御手段と、
前記直流電圧生成手段によって生成された前記第１電圧値に対応する直流電圧が入力され、前記第１電圧値とは異なる第２電圧値を有する直流電圧を出力する定電圧出力手段と、
前記定電圧出力手段の負荷側の電圧値が予め設定された所定の電圧閾値以下である場合に、前記帰還電流検出手段に対して、検出される前記帰還電流の電流値を、前記直流電圧生成手段によって生成された直流電圧が前記第１電圧値未満の電圧値である場合の帰還電流の電流値とする帰還電流低減手段と、
を備え、
前記負荷保護手段は、一方端は前記第１電圧値に対応する直流電圧が出力される前記直流電圧生成手段の出力端子に接続されるとともに、他方端は接地されており、前記第１電圧値が予め設定された所定の第１電圧閾値以上である場合に、前記一方端と前記他方端とが導通状態となる第１負荷保護部を備えることを特徴とするスイッチング電源装置。
前記帰還電流検出手段は、フォトカプラを備え、該フォトカプラを介して、前記制御手段へ前記帰還電流を帰還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。
前記帰還電流低減手段は、前記定電圧出力手段の負荷側の電圧値が予め設定された第２電圧閾値以下である場合に、前記帰還電流の電流値を略零に設定することを特徴とする請求項２に記載のスイッチング電源装置。
前記帰還電流検出手段は、
一方端が前記フォトカプラの発光素子に直列に接続され、他方端が接地されたシャントレギュレータと、
前記直流電圧生成手段によって生成された前記第１電圧値に対応する直流電圧から前記帰還電流に対応する帰還電圧を生成し、前記シャントレギュレータに基準電圧として印加する分圧抵抗と、
を備え、
前記帰還電流低減手段は、前記帰還電圧を前記シャントレギュレータの降伏電圧以下とすることによって、前記帰還電流の電流値を略零とすることを特徴とする請求項３に記載のスイッチング電源装置。
前記帰還電流低減手段は、一方端が前記定電圧出力手段の出力端に接続され、他方端が前記分圧抵抗の抵抗間に接続され、前記分圧抵抗から前記定電圧出力手段への向きを順方向とするダイオードからなることを特徴とする請求項４に記載のスイッチング電源装置。
前記負荷保護手段は、前記直流電圧生成手段によって生成され、前記複数の電圧値にそれぞれ対応する直流電圧の電圧値が、それぞれ、予め設定された所定の電圧閾値以上である場合に、前記直流電圧生成手段の前記複数の直流電圧にそれぞれ対応する出力端子間の内、少なくとも１の出力端子間を導通状態とすることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかにに記載のスイッチング電源装置。
前記負荷保護手段は、一方端が前記直流電圧生成手段の出力端子に接続され、他方端が接地されたツェナーダイオードを備えることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載のスイッチング電源装置。
前記定電圧出力手段は、ＤＣ−ＤＣコンバータ又はシリーズレギュレータからなることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載のスイッチング電源装置。
前記制御電圧検出手段は、前記トランスの一次側に配設された補助巻線を備え、該補助巻線の両端間の電圧を前記制御電圧として検出することを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれかに記載のスイッチング電源装置。
前記過電流保護回路は、前記制御電圧検出手段の補助巻線に流れる電流の電流値に基づいて、前記過電流が流れているか否かを判定することを特徴とする請求項９に記載のスイッチング電源装置。