JP4583248B2 - スイッチング電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、保護回路を有するスイッチング電源装置に関するものである。

スイッチング電源装置は、近年制御系の電子化が進み、軽量、小型化され、電子・電気機器の電源として広く用いられている。これらのスイッチング電源装置では、異常が発生した場合に、回路素子が破壊されたり、出火を防止するために回路を保護する保護回路が接続されている。例えば、過負荷やその他の要因により電源装置の温度が上昇し、異常温度に至った場合は、電源装置の動作を停止するように構成されている（特許文献１）。

図２は、従来のスイッチング電源装置の一例であるスイッチング電源装置１００を示すブロック図である。スイッチング電源装置１００は、入力電源回路９と、起動回路２と、発振回路３と、駆動回路４と、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３と、スイッチングトランスＴ１と、定電圧回路５と、温度保護回路６とにより構成されている。

入力電源回路９は、商用交流電源に接続するプラグＰ１と、ヒューズＦ１と、電源スイッチＳＷ１と、電源から入力される１００Ｖの交流を整流するダイオードＤ１と、整流後の電圧を平滑する電解コンデンサＣ１、Ｃ２により構成されている。電源スイッチＳＷ１は、スイッチング電源装置１００をオンオフするスイッチであり、ヒューズＦ１は、交流電源に異常な電流が流れた場合に切断されるものである。

ダイオードＤ１は、入力される商用交流（例えば、電圧１００Ｖ）を直接整流するもので、整流後の電圧は電解コンデンサＣ１，Ｃ２により平滑される。電源電圧が交流１００Ｖの場合には、Ｃ１，Ｃ２の電圧は、それぞれ約１４０Ｖになる。なお、電解コンデンサＣ２の電圧をＶＣ２とする。

起動回路２は、抵抗Ｒ１，Ｒ２とツェナーダイオードＺＤ１とトランジスタＱ１とダイオードＤ２とにより構成されている。抵抗Ｒ１とツェナーダイオードＺＤ１とは直列に接続され、抵抗Ｒ１の一端は、電解コンデンサＣ２のプラス電極に接続され、ツェナーダイオードＺＤ１の一端は、電解コンデンサＣ２のマイナス電極に接続されている。抵抗Ｒ１とツェナーダイオードＺＤ１とが接続されている接続点には、トランジスタＱ１のベースが接続され、トランジスタＱ１のコレクタと電解コンデンサＣ２のプラス電極との間に抵抗Ｒ２が接続され、トランジスタＱ１のエミッタには、ダイオードＤ２が接続されている。

電源スイッチＳＷ１が投入されると、直列に接続されている抵抗Ｒ１とツェナーダイオードＺＤ１とに電圧ＶＣ２が印加されて電流が流れ、ツェナーダイオードＺＤ１の両端に電圧ＶＺＤ１が発生する。これにより、トランジスタＱ１がシリーズレギュレータとして作動し、抵抗Ｒ２に電流ＩＲ２が流れ、トランジスタＱ１のエミッタに、（ＶＺＤ１−ＶＢＥ（約０．６Ｖ））の電圧が発生する。なお、ＶＢＥは、ベース−エミッタ間電圧である。この電流ＩＲ２がダイオードＤ２を通じて発振回路３に供給される。このときトランジスタＱ１のコレクタに接続された抵抗Ｒ２の両端には、電圧ＶＲ２が発生する。

発振回路３は、所定の周波数で発振するように構成されたもので、起動回路２のダイオードＤ２または、定電圧回路５のダイオードＤ３から供給される電力を直流（ＤＣ）電源として発振する。また、温度保護回路６からダイオードＤ６が接続され、このダイオードＤ６がトランジスタＱ６を介して接地されることにより発振を停止するように構成されている。

発振回路３の発振出力は、駆動回路４に供給される。この駆動回路４は、発振回路３と同様にダイオードＤ２またはダイオードＤ３を通して供給される電力をＤＣ電源とし、発振回路３より供給される発振信号に応じて、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３をそれぞれ駆動する位相が異なる２つの駆動信号を発生する。

スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３は、パワーＭＯＳ−ＦＥＴ（ＭＯＳ型電界効果トランジスタ）により構成され、スイッチング素子Ｑ２のゲート電極が、駆動回路４に接続され、ソース電極が入力電源回路９の電解コンデンサＣ２のマイナス電極に、ドレイン電極がスイッチング素子Ｑ３のソース電極とスイッチングトランスＴ１の一次コイルＰ１の一端に接続されている。

スイッチング素子Ｑ３は、スイッチング素子Ｑ２と同様にゲート電極が、駆動回路４の他方の出力に接続され、ソース電極は、スイッチング素子Ｑ２のドレイン電極およびスイッチングトランスＴ１の一次コイルＰ１の一端に接続され、ドレイン電極は、入力電源回路９の電解コンデンサＣ１のプラス電極に接続されている。

スイッチングトランスＴ１には、一次コイルＰ１と二次コイルＳ１と三次コイルＰ２とが形成されている。一次コイルＰ１の一端は、スイッチング素子Ｑ２のドレイン電極とスイッチング素子Ｑ３のソースとに接続され、他端は、入力電源回路９の電解コンデンサＣ１のマイナス電極に接続されている。二次コイルＳ１は、このスイッチング電源１００の電源出力であり、整流されて機器に送電される。三次コイルＰ２は、発振回路３および駆動回路４の電源を形成するためのコイルである。

定電圧回路５は、ダイオードＤ３，Ｄ４とシリーズレギュレータＩＣ１と電解コンデンサＣ３，Ｃ４，Ｃ５とにより構成されている。ダイオードＤ４のアノードは、三次コイルＰ２の一端に接続され、カソードは、シリーズレギュレータＩＣ１の入力端子に接続されている。シリーズレギュレータＩＣ１は、いわゆる３端子レギュレータとも呼ばれるもので、その入力端子が、ダイオードＤ４のカソードに、出力端子がダイオードＤ３のアノードに、グランド端子が三次コイルの他端にそれぞれ接続されている。ダイオードＤ３のカソードは、起動回路２のダイオードＤ２のカソードと接続され、発振回路３および駆動回路４の電源に接続されている。

電解コンデンサＣ３のプラス電極は、ダイオードＤ３のカソードと、電解コンデンサＣ４のプラス電極は、シリーズレギュレータＩＣ１の出力端子に、電解コンデンサＣ５のプラス電極は、シリーズレギュレータＩＣ１の入力端子とそれぞれ接続され、これらのマイナス電極はシリーズレギュレータＩＣ１のグランド端子と接続されている。したがって、三次コイルＰ２の出力は整流されて定電圧化される。

ダイオードＤ３のカソードは、起動回路２の出力であるダイオードＤ２のカソードと接続され、オア回路を形成している。定電圧回路５により定電圧化された電圧は、起動回路２から供給される電圧より高く設定されているので、定電圧回路５からの電圧の供給が開始されると、起動回路２からの電圧の供給は、停止される。一方、起動時や、何らかの異常により、定電圧回路５から供給される電力の電圧が、起動回路２から供給される電圧より低くなると、起動回路２から電力が供給されることになる。

以上のようにして、発振回路３が起動されると、以後異常がなければ安定して発振回路３により発振が行われ、駆動回路４がスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３をスイッチングしてスイッチングトランスＴ１により二次コイルＳ２により電源供給が行われる。

しかしながら、スイッチング電源装置１００は、内部にスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３などの発熱部品を多く有しており、過負荷やその他の要因により温度が異常に上昇する場合がある。このような異常な場合には、電源装置の動作を停止するように温度保護回路６が備えられている。

温度保護回路６は、抵抗Ｒ２０，Ｒ２１，Ｒ１１と、サーミスタＴＨ２０と、トランジスタＱ６と、ダイオードＤ５，Ｄ６とにより構成されている。スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３は、図示しない放熱器に取り付けられ、その放熱器にサーミスタＴＨ２０が取り付けられている。したがって、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の温度が高くなると、サーミスタＴＨ２０の温度も高くなる。

このサーミスタＴＨ２０は、抵抗Ｒ２０と直列に電解コンデンサＣ２のプラス電極とマイナス電極との間に接続され、サーミスタＴＨ２０の両端は、抵抗Ｒ２１とＲ１１が直列に接続され、抵抗Ｒ２１とＲ１１の接続点には、トランジスタＱ６のベースが接続されている。トランジスタＱ６のエミッタは、電解コンデンサＣ２のマイナス電極に接続され、コレクタは、ダイオードＤ５，Ｄ６のカソードが接続されている。ダイオードＤ５のアノードは、起動回路２のトランジスタＱ１のベースに接続され、ダイオードＤ６のアノードは、発振回路３に接続されている。

サーミスタＴＨ２０は、温度の上昇に伴って、抵抗値が高くなる正特性サーミスタであって、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３がなんらかの原因で温度が上昇し、異常な温度になると、サーミスタＴＨ２０の抵抗値が高くなる。サーミスタＴＨ２０の抵抗値が上昇すると、トランジスタＱ６のベースの電位が上昇してトランジスタＱ６は、オフ状態からオン状態に変化する。

したがって、ダイオードＤ５を介して起動回路２のトランジスタＱ１のベース電位が下がり起動回路２から発振回路３および駆動回路４への電力供給が行われなくなる。同時にダイオードＤ６を介して、発振回路３が強制的に停止され、スイッチングが行われなくなり電源の供給が停止される。
特開２００３−８８１００号公報。

上記したスイッチング電源装置では、装置内の温度が上昇するという異常の場合には、温度保護回路が動作し回路を保護するが、その他の異常の場合には保護されず、起動回路を構成する素子やその他の回路の素子が破壊されたり発火または発煙するという問題点があった。なお、その他の異常や故障には、例えば、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の故障、シリーズレギュレータＩＣ１の故障、スイッチングトランスＴ１のコイルＰ１またはＰ２の断線、発振回路３または駆動回路４の故障などがある。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、異常が発生した場合に、起動回路を構成する素子やその他の回路の素子が破壊されたり発火または発煙することを防ぐことが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。

この目的を達成するために、請求項１記載のスイッチング電源装置は、整流された入力電圧をスイッチングするスイッチイング素子と、所定の周波数で発振する発振回路と、その発振回路の出力により前記スイッチング素子を駆動する駆動回路と、前記スイッチング素子によりスイッチングされた出力を一次コイルに入力し、二次コイルから電源出力を得ると共に、三次コイルを有するトランスと、そのトランスの三次コイルから出力される電圧を整流し前記発振回路の電源として電力を供給する定電圧回路と、その定電圧回路により所定電圧より低い電圧で前記発振回路に電力が供給された場合には、前記発振回路への電力の供給を開始し、前記定電圧回路により前記所定電圧以上の電圧で前記発振回路に電力が供給された場合には、前記発振回路への電力の供給を停止する起動回路とを備えたものであって、前記定電圧回路は、前記起動回路による前記発振回路への電力の供給開始から第一の所定時間以内に前記所定電圧に達するよう設定され、前記起動回路による前記発振回路への電力の供給開始から前記第一の所定時間より長い時間に設定された第二の所定時間を経過した場合には、前記起動回路による前記発振回路への電力の供給を停止するように制御する保護回路を備えている。

請求項２記載のスイッチング電源装置は、請求項１記載のスイッチング電源装置において、前記保護回路は、前記起動回路が前記発振回路へ供給する電力に応じて電圧が徐々に変化する時定数回路を有し、その時定数回路の電圧が所定の電圧に至った場合に、前記起動回路の前記発振回路への電力の供給を停止するスイッチ回路を備えている。

請求項３記載のスイッチング電源装置は、請求項２記載のスイッチング電源装置において、前記保護回路は、前記起動回路が前記発振回路へ供給する電力に応じて電圧が徐々に変化する時定数回路を有し、その時定数回路の電圧が所定の電圧に至った場合に、前記起動回路の前記発振回路への電力の供給を停止するスイッチ回路と前記発振回路の発振を停止する発振停止回路とを備えている。

請求項４記載のスイッチング電源装置は、請求項２または３記載のスイッチング電源装置において、前記保護回路は、前記時定数回路の電圧が所定の電圧に至った場合は、その所定の電圧を保持するラッチ回路を備えている。

請求項５記載のスイッチング電源装置は、請求項１から４のいずれかに記載のスイッチング電源装置において、前記起動回路は、入力電圧をコレクタ側に接続し、エミッタ側から前記発振回路の電源として電力を供給する起動用スイッチ素子を有し、前記保護回路は、前記起動回路が前記発振回路に電力を供給する時間が所定時間より長い場合に、前記起動用スイッチ素子のベース電圧を低下させることにより前記発振回路への電力の供給を停止するものであって、前記保護回路は、前記起動用スイッチ素子のエミッタから供給される電流により前記起動回路が前記発振回路に電力を供給する時間が所定時間より長いか否かを検出するものである。

請求項６記載のスイッチング電源装置は、請求項１から５のいずれかに記載のスイッチング電源装置において、整流された入力電圧を、その入力電圧より低い一定の電圧に変換し、その変換された電圧を前記保護回路に供給する保護回路用定電圧回路を備えている。

請求項１記載のスイッチング電源装置によれば、整流された入力電圧をスイッチングするスイッチング素子と、所定の周波数で発振する発振回路と、その発振回路の出力により前記スイッチング素子を駆動する駆動回路と、スイッチング素子によりスイッチングされた出力を一次コイルに入力し、二次コイルから電源出力を得ると共に、三次コイルを有するトランスと、そのトランスの三次コイルから出力される電圧を整流し発振回路の電源として電力を供給する定電圧回路と、定電圧回路により所定電圧より低い電圧で発振回路に電力が供給された場合には、発振回路への電力の供給を開始し、定電圧回路により所定電圧以上の電圧で発振回路に電力が供給された場合には、発振回路への電力の供給を停止する起動回路と、定電圧回路は、起動回路による発振回路への電力の供給開始から第一の所定時間以内に所定電圧に達するよう設定され、起動回路による発振回路への電力の供給開始から第一の所定時間より長い時間に設定された第二の所定時間を経過した場合には、起動回路による発振回路への電力の供給を停止するように制御する保護回路を備えているので、異常が発生した場合に、起動回路を構成する素子やその他の回路の素子が破壊されたり発火または発煙することを防ぐことができるという効果がある。ここで、異常とは、スイッチング素子の故障、定電圧回路の故障、スイッチングトランスの一次コイルまたは三次コイルの断線、発振回路または駆動回路の故障などが原因で、定電圧回路から電源の供給が正常に行われなくなった場合である。

請求項２記載のスイッチング電源装置によれば、請求項１記載のスイッチング電源装置の奏する効果に加え、保護回路は、起動回路が発振回路へ供給する電力に応じて電圧が徐々に変化する時定数回路を有し、その時定数回路の電圧が所定の電圧に至った場合に、起動回路の発振回路への電圧の供給を停止するスイッチ回路を備えているので、簡単な回路構成で、異常を検出することができるとともに、起動回路の動作を停止させることができ、起動回路を構成する素子の破損や発火を防止することができるという効果がある。

請求項３記載のスイッチング電源装置によれば、請求項２記載のスイッチング電源装置の奏する効果に加え、保護回路は、起動回路が発振回路へ供給する電力に応じて電圧が徐々に変化する時定数回路を有し、その時定数回路の電圧が所定の電圧に至った場合に、起動回路の前記発振回路への電力の供給を停止するスイッチ回路と発振回路の発振を停止する発振停止回路とを備えているので、異常が検出された場合に、起動回路の動作を停止させることができるとともに、発振回路の発振を停止させることができる。よって、スイッチング素子などの破損や発火を防止することができる。

請求項４記載のスイッチング電源装置によれば、請求項２または３記載のスイッチング電源装置の奏する効果に加え、保護回路は、時定数回路の電圧が所定の電圧に至った場合は、その所定の電圧を保持するラッチ回路を備えているので、起動回路の動作および発振回路の発振動作を継続的に停止することができるという効果がある。したがって、スイッチング電源装置に異常が発生した場合に、完全に機能を停止し、安全を確保することができる。

請求項５記載のスイッチング電源装置によれば、請求項１から４のいずれかに記載のスイッチング電源装置の奏する効果に加え、起動回路は、入力電圧をコレクタ側に接続し、エミッタ側から発振回路の電源として電力を供給する起動用スイッチ素子を有し、保護回路は、起動回路が発振回路に電力を供給する時間が所定時間より長い場合に、起動用スイッチ素子のベース電圧を低下させるものであって、保護回路は、起動用スイッチ素子のエミッタから供給される電流により起動回路が発振回路に電力を供給する時間が所定時間より長いか否かを検出するものであるので、起動回路が発振回路に電力を供給する時間が所定時間より長いか否かを検出する回路を構成するトランジスタなどの素子の耐圧を低くすることができるとともに、回路を形成するプリント基板の配線の間隔を狭くする等の低電圧仕様にすることができる。よって、高耐圧のトランジスタを使用したり、高電圧でも問題がないようにプリント基板の配線間の距離を大きくする場合等に比べ、スイッチング電源装置を小型かつ安価に作製することができるという効果がある。

請求項６記載のスイッチング電源装置によれば、請求項１から５のいずれかに記載のスイッチング電源装置の奏する効果に加え、整流された入力電圧を、その入力電圧より低い一定の電圧に変換し、その変換された電圧を保護回路に供給する保護回路用定電圧回路を備えているので、保護回路を構成するトランジスタなどの素子の耐圧を低くすることができるとともに、回路を形成するプリント基板の配線を低電圧のものとすることができる。よって、高耐圧のトランジスタを使用したり、高電圧でも問題が発生しないようにプリント基板の配線間の距離を大きくする場合等に比べ、スイッチング電源装置を小型かつ安価に作製することができるという効果がある。

以下、本発明の好ましい第１の実施形態について、添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態であるスイッチング電源装置１の電気的構成を示したブロック図である。なお、図２を参照して説明した従来のスイッチング電源装置１００と同一の部分には、同一の符号を付してその説明は省略し、異なる部分についてのみ説明する。

第１の実施形態のスイッチング電源装置１は、保護回路７を備えている。この保護回路７は、トランジスタＱ４および抵抗Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６、電解コンデンサＣ６と、トランジスタＱ６、ダイオードＤ２０、抵抗Ｒ２０およびダイオードＤ５，Ｄ６により形成されるスイッチ回路と、トランジスタＱ５および抵抗Ｒ７，Ｒ８，Ｒ９により形成されるラッチ回路とにより構成されている。

スイッチ回路は、起動回路２の抵抗Ｒ２と並列に抵抗Ｒ５とＲ６とが接続され、抵抗Ｒ５とＲ６の接続点に電解コンデンサのマイナス電極が、抵抗Ｒ５の抵抗Ｒ６との接続点とは反対側に電解コンデンサＣ６のプラス電極が接続されている。さらに電解コンデンサＣ６のプラス電極とマイナス電極との間には、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４が直列に接続され、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４との接続点には、トランジスタＱ４のベースが接続されている。トランジスタＱ４のエミッタは、入力電源の電解コンデンサＣ２のプラス電極に接続されると共に、抵抗Ｒ３の抵抗Ｒ４との接続点とは反対側に接続されている。

トランジスタＱ４のコレクタは、抵抗Ｒ７とＲ８を介して、電解コンデンサＣ２のマイナス電極に接続されるとともに、ダイオードＤ２０のアノードに接続されている。ダイオードＤ２０のカソードは、抵抗Ｒ２０を介してトランジスタＱ６に接続されている。トランジスタＱ６のベースには、温度保護回路６の抵抗Ｒ２１が接続され、抵抗Ｒ２０とでオア回路を形成している。

次に、このスイッチ回路の動作について説明する。上述のとおり、電源スイッチＳＷ１が投入された時は、Ｑ１がレギュレータとして動作し、抵抗Ｒ２を介して、発振回路３および駆動回路４へ電力を供給する。発振回路３が発振を開始し、駆動回路４がスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３を駆動すると、トランスＴ１の一次コイルにスイッチングされた信号が入力され、二次コイル、三次コイルに電圧が発生する。三次コイルは、定電圧回路５に接続され、定電圧化された電力は、発振回路３および駆動回路４へ供給される。定電圧化された電圧は、起動回路２により供給される電圧より高く設定されているので、起動回路２からの電力の供給は停止される。起動回路２による発振回路３および駆動回路４への電力の供給から停止までは１００ｍｓｅｃ以内になるように設定されている。

このスイッチ回路は、起動回路２による発振回路３および駆動回路４への電力の供給から約１秒以上経過した場合に、起動回路２による発振回路３および駆動回路４への電力の供給を停止するとともに発振回路３の発振動作を停止するように設定されている。

起動回路２による発振回路３および駆動回路４への電力の供給が行われると、抵抗Ｒ２の両端に電圧ＶＲ２が発生する。この電圧ＶＲ２は、抵抗Ｒ５とＲ６とにより分圧され、抵抗Ｒ５に電圧が発生し、抵抗Ｒ５に並列に接続された電解コンデンサＣ６にチャージが開始される。電解コンデンサＣ６の両端の電圧は、抵抗Ｒ３とＲ４とにより分圧され、抵抗Ｒ３の両端の電圧ＶＲ３がトランジスタＱ４のベース電圧として供給される。

抵抗Ｒ６と電解コンデンサＣ６とにより時定数回路８が形成され、電解コンデンサＣ６にチャージが開始されてから、トランジスタＱ４がオンするまでの時間が約１秒に設定されている。

トランジスタＱ４がオンすると、コレクタに接続された抵抗Ｒ７，Ｒ８に電流が流れ、コレクタに接続されたダイオードＤ２０と抵抗Ｒ２０を介してトランジスタＱ６のベース電圧が上昇し、トランジスタＱ６がオンになり、温度保護回路６の場合と同様にトランジスタＱ１がオフされ、起動回路２の起動動作が停止されるとともに、発振回路３の発振動作が強制的に停止される。

次に、ラッチ回路について説明する。スイッチ回路のトランジスタＱ４のコレクタと入力電源回路９の電解コンデンサＣ２のマイナス電極との間に抵抗Ｒ７と抵抗Ｒ８が直列に接続され、抵抗Ｒ７と抵抗Ｒ８の接続点には、トランジスタＱ５のベースが接続されている。トランジスタＱ５のエミッタは、電解コンデンサＣ２のマイナス電極に接続され、コレクタは、抵抗Ｒ９を介して、トランジスタＱ４のベースと抵抗Ｒ３に接続され、抵抗Ｒ３の他端は、電解コンデンサＣ２のプラス電極に接続されている。

次に、このラッチ回路の動作について説明する。異常時にスイッチ回路が動作すると、トランジスタＱ１がオフされ、抵抗Ｒ２に電流が流れなくなり、電圧ＶＲ２が低下し、やがて電圧ＶＲ３が約０．６ボルト以下になる。このことによりトランジスタＱ４，Ｑ６がオフになり、再度起動回路２が起動することになる。これを防止するために、トランジスタＱ５により、保護動作をラッチするように構成している。

トランジスタＱ４がオンすると、抵抗Ｒ７，Ｒ８に電流が流れ、トランジスタＱ６がオンするとともに、抵抗Ｒ８の両端にも電圧が発生するので、トランジスタＱ６がオンするのに少し遅れてトランジスタＱ５がオンする。トランジスタＱ５がオンすると、抵抗Ｒ９，Ｒ３に電流が流れ、抵抗Ｒ３による電圧降下によりトランジスタＱ４は、オン状態が維持されることになる。したがって、トランジスタＱ１がトランジスタＱ６によりオフとなっても、電源装置１の電源が遮断されるまで起動回路２は、停止されることになる。

なお、温度保護回路６のサーミスタＴＨ２０に発生した電圧は、ダイオードＤ２１および抵抗Ｒ２１を介してトランジスタＱ６のベースに接続され、保護回路７のトランジスタＱ４のコレクタに接続された抵抗Ｒ７，Ｒ８により発生した電圧は、ダイオードＤ２０および抵抗Ｒ２０を介してトランジスタＱ６のベースに接続され、保護回路７が動作した場合または、温度保護回路６が動作した場合のいずれにおいても、トランジスタＱ６がオンするように構成されている。

以上、第１の実施形態に基づいて説明したように、本発明によるスイッチング電源装置１は、電源投入時に、起動回路２が、発振回路３へ電力を供給し、発振回路３が発振を開始してスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３がスイッチングを行い、そのスイッチングによりトランスに発生された電圧を定電圧回路５により整流して発振回路３に電源として供給する。

この定電圧回路５により発振回路３への電力の供給が開始されると、起動回路２からの電力の供給は、停止されるが、何らかの異常により、定電圧回路５から供給される電圧が降下すると、起動回路２が発振回路３への電力の供給を開始する。

保護回路７は、起動回路２が発振回路３へ所定時間以上電力の供給を行ったことを検出した場合に、起動回路２の発振回路３への電力の供給と発振回路３の発振とを停止する。したがって、起動回路２を構成するトランジスタＱ１等の回路素子の破損を防止するとともに、異常状態のまま放置されることにより、他の部分へ影響が及ぶことを防止することができる。

次に、本発明の好ましい第２の実施形態について、図３を参照して説明する。図３は、本発明の第２の実施形態であるスイッチング電源装置２０の電気的構成を示したブロック図である。なお、図１を参照して説明した第１のスイッチング電源装置１と同一の部分には、同一の符号を付してその説明は省略し、異なる部分についてのみ説明する。

第１の実施形態においては、 入力される商用交流を１００Ｖとしたが、日本国外では、２００Ｖを超える交流電源が供給され、このような高圧の交流を入力とする場合は、トランジスタに高耐圧のものを使用しなければならないとともに、プリント基板の配線の線間距離を大きくしなければならず、大型化するとともに高価になるという欠点がある。

そこで、第２の実施形態では、保護回路などにおいて高電圧がかかる部分を抵抗で受けるようにし、低電圧で動作するようにしたものである。入力電源回路９においては、商用交流電源に接続するプラグＰ１と、ヒューズＦ１と、電源スイッチＳＷ１と、電源から入力される１００Ｖ〜２４０Ｖの交流を整流するダイオードＤ１と、整流後の電圧を平滑する電解コンデンサＣ１、Ｃ２とにより構成されている。電源電圧が交流２４０Ｖの場合には、電解コンデンサＣ１のプラス電極と電解コンデンサＣ２のマイナス電極との電圧は、約３４０Ｖにもなる。この電圧が、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３によりスイッチングされる。

電解コンデンサＣ１のマイナス電極と電解コンデンサＣ２のプラス電極との接続点は、スイッチングトランスＴ１の一次側コイルＰ１の一端に、コンデンサ８を介して接続されている。このコンデンサ８は、電流共振コンデンサと称されるもので、ＥＭＩノイズの発生を低減させるものであり、第１の実施形態では省略している。

起動回路２は、抵抗Ｒ１，Ｒ２とツェナーダイオードＺＤ１とトランジスタＱ１と直列に接続されたダイオードＤ２、Ｄ７とにより構成されている。抵抗Ｒ１とツェナーダイオードＺＤ１とは直列に接続され、抵抗Ｒ１の一端は、電解コンデンサＣ１のプラス電極に接続され、ツェナーダイオードＺＤ１の一端は、電解コンデンサＣ２のマイナス電極に接続されている。抵抗Ｒ１とツェナーダイオードＺＤ１とが接続されている接続点には、トランジスタＱ１のベースが接続され、トランジスタＱ１のコレクタと電解コンデンサＣ１のプラス電極との間に抵抗Ｒ２が接続され、トランジスタＱ１のエミッタには、ダイオードＤ２、Ｄ７が直列接続され、ダイオードＤ７のカソードが発振回路３の電源に接続されている。この起動回路２の動作は、第１の実施例と同様であるので、その説明は、省略する。

保護回路７は、トランジスタＱ４および抵抗Ｒ３，Ｒ４，Ｒ６と電解コンデンサＣ６、抵抗Ｒ１７，Ｒ１８，Ｒ２０，Ｒ１１，ダイオードＤ２０、電解コンデンサＣ７、トランジスタＱ６およびダイオードＤ５，Ｄ６とにより形成されるスイッチ回路と、トランジスタＱ５および抵抗Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ１４により形成されるラッチ回路と、抵抗Ｒ１５およびツェナーダイオードＺＤ２とにより構成されている。

次に、スイッチ回路の構成について説明する。スイッチ回路は、起動回路２のダイオードＤ２、Ｄ７と並列に抵抗Ｒ６と電解コンデンサＣ６とが接続され、抵抗Ｒ６と電解コンデンサＣ６のマイナス電極との接続点に抵抗Ｒ４の一端が接続され、抵抗Ｒ４の他端は、抵抗Ｒ３の一端に、電解コンデンサＣ６のプラス電極と抵抗Ｒ３の他端とがそれぞれ接続されている。また、抵抗Ｒ３の一端は、トランジスタＱ４のベースに、抵抗Ｒ３の他端は、トランジスタＱ４のエミッタにそれぞれ接続され、トランジスタＱ４のコレクタには、抵抗Ｒ１７の一端が接続されている。

トランジスタＱ４のコレクタに接続された抵抗Ｒ１７は、抵抗Ｒ１８の一端が接続され、抵抗Ｒ１８の他端は、電解コンデンサＣ２のマイナス電極に接続される。抵抗Ｒ１８の一端には、電解コンデンサＣ７のプラス電極およびダイオードＤ２０のアノードが接続されている。電解コンデンサＣ７のマイナス電極は、電解コンデンサＣ２のマイナス電極と接続され、ダイオードＤ２０のカソードは、抵抗Ｒ２０の一端に接続され抵抗Ｒ２０の他端は、トランジスタＱ６のベースおよび抵抗Ｒ１１の一端に接続されている。抵抗Ｒ１１の他端およびトランジスタＱ６のエミッタは、電解コンデンサＣ２のマイナス電極に接続され、トランジスタＱ６のコレクタは、ダイオードＤ５およびＤ６のカソードに接続されるとともに、抵抗Ｒ１２の一端に接続される。

ダイオードＤ５のアノードは、起動回路２のトランジスタＱ１のベースに、ダイオードＤ６のアノードは、発振回路３の発振を制御する端子にそれぞれ接続されている。

次に、このスイッチ回路の動作について説明する。このスイッチ回路も、第１の実施形態におけるスイッチ回路と同様に起動回路２による発振回路３および駆動回路４への電力の供給の開始から約１秒以上経過した場合に、起動回路２による発振回路３および駆動回路４への電力の供給を停止するように設定されている。

起動回路２による発振回路３および駆動回路４への電力の供給が行われると、ダイオードＤ２、Ｄ７の両端に電圧ＶＤ（約１．２Ｖ）が発生する。この電圧ＶＤは、抵抗Ｒ６と電解コンデンサＣ６とにより形成される時定数回路８に供給され、電解コンデンサＣ６にチャージが開始されてその両端の電圧が徐々に高くなる。電解コンデンサＣ６の両端の電圧は、抵抗Ｒ３とＲ４により分圧され、抵抗Ｒ３の両端の電圧がトランジスタＱ４のベース−エミッタ間に供給され、ベース−エミッタ間の電圧が所定の電圧を超えると、トランジスタＱ４がオンになる。

トランジスタＱ４がオンになると、抵抗Ｒ１７，Ｒ１８に電流が流れ、抵抗Ｒ１７と電解コンデンサＣ７により形成されるローパスフィルタ（時定数回路）１０により所定時間遅延され、ダイオードＤ２０を介して抵抗Ｒ２０と抵抗Ｒ１１により分圧された電圧がトランジスタＱ６のベースに印加され、トランジスタＱ６がオンになる。トランジスタＱ６がオンになると、ダイオードＤ５を介してトランジスタＱ１のベース電圧を０として起動回路２の起動動作を停止するとともに、発振回路３の発振制御端子の電圧を０とし、発振回路３の発振が停止される。

次に、ラッチ回路の構成について説明する。抵抗Ｒ１２の一端は、トランジスタＱ６のコレクタとダイオードＤ５，Ｄ６のカソードと接続され、抵抗Ｒ１２の他端は、トランジスタＱ５のベースおよび抵抗Ｒ１３の一端に接続されている。抵抗Ｒ１３の他端は、トランジスタＱ５のエミッタ、抵抗Ｒ１５の一端およびツェナーダイオードＺＤ２のカソードに接続され、抵抗Ｒ１５の他端は、電解コンデンサＣ１のプラス電極に、ツェナーダイオードＺＤ２のアノードは、電解コンデンサＣ２のマイナス電極にそれぞれ接続されている。したがって、トランジスタＱ５のエミッタには、ツェナーダイオードＺＤ２により設定される低い定電圧が供給される。

温度保護回路６のサーミスタＴＨ２０の一端は、ダイオードＤ２１のアノードに接続され、ダイオードＤ２１のカソードは、抵抗Ｒ２１の一端に接続されている。抵抗Ｒ２１の他端はトランジスタＱ６のベースに接続され、トランジスタＱ６のベースと抵抗Ｒ２１との接続点は、抵抗Ｒ１４を介してトランジスタＱ５のコレクタに接続されている。

次に、ラッチ回路の動作について説明する。このラッチ回路も第１の実施形態と同様に異常時にスイッチ回路が動作すると、そのスイッチ回路の状態を保持するものである。

異常時に、トランジスタＱ６がオンになると、そのコレクタには、抵抗Ｒ１２とＲ１３を介してツェナーダイオードＺＤ２により設定される電圧が印加されているので、抵抗Ｒ１３の両端に電圧が発生、この電圧によりトランジスタＱ５がオンになる。トランジスタＱ５がオンになると、トランジスタＱ５のエミッタには、ツェナーダイオードＺＤ２により設定される電圧が供給されているので、トランジスタＱ５のコレクタに接続された抵抗Ｒ１４と抵抗Ｒ１４に接続された抵抗Ｒ１１とで分圧された電圧がトランジスタＱ６のベースに供給され、トランジスタＱ６がオンに保持される。従って、一度トランジスタＱ６がオンされると、スイッチング電源１０の電源が遮断されるまでトランジスタＱ６はオンに保持される。

なお、第２の実施形態では、２つの時定数回路８および１０を設けることにより、起動回路２が約１秒以上起動動作を行った場合に、保護回路７が起動動作を停止するように作用するものとしている。ここで、例えば、コンデンサＣ６を大容量のコンデンサとすれば、時定数回路を一つにすることができる。

以上、第２の実施形態に基づいて説明したように、起動回路２は、入力電圧をコレクタ側に接続し、エミッタ側から発振回路３の電源として電力を供給するトランジスタＱ１を有し、保護回路７は、起動回路２が発振回路３に電力を供給する時間が所定時間より長い場合に、トランジスタＱ１のベース電圧を低下させる。保護回路７は、トランジスタＱ１のエミッタから供給される電流により起動回路２が発振回路３に電力を供給する時間が所定時間より長いか否かを検出する。よって、起動回路２が発振回路３に電力を供給する時間が所定時間より長いか否かを検出する回路を構成するトランジスタなどの素子の耐圧を低くすることができるとともに、回路を形成するプリント基板の配線の間隔を狭くする等の低電圧仕様にすることができる。

また、整流された入力電圧を、その入力電圧より低い一定の電圧に変換し、その変換された電圧を保護回路７に供給するツェナーダイオードＺＤ２を備えているので、保護回路７を構成するトランジスタＱ４，Ｑ５、Ｑ６に耐圧が低いタイプのものを使用することができるとともに、回路を形成するプリント基板の配線の線間の距離が狭い低電圧のものとすることができる。よって、スイッチング電源装置が大型化し、高価になることを避けることができる。

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。

例えば、上記実施形態では、起動回路２が発振回路３へ電力を供給する時間が所定の時間より長い場合に、トランジスタＱ１をオフにして、発振回路３への電力の供給を停止したが、トランジスタＱ１のエミッタとダイオードＤ２との間にリレーを接続し、起動回路２が発振回路３へ電力を供給する時間が所定の時間より長い場合に、リレーを切断するようにしてもよい。

本発明のスイッチング電源装置の電気的構成を示すブロック図である。 従来技術におけるスイッチング電源装置の電気的構成を示すブロック図である。 第２の実施形態におけるスイッチング電源装置の電気的構成を示すブロック図である。

１ スイッチング電源装置
２ 起動回路
３ 発振回路
４ 駆動回路
５ 定電圧回路
６ 温度保護回路
７ 保護回路
８ 時定数回路
１００ スイッチング電源装置
Ｄ５，Ｄ６ ダイオード（スイッチ回路の一部）
Ｑ２，Ｑ３ 電界効果トランジスタ（スイッチング素子）
Ｑ４ トランジスタ（スイッチ回路の一部）
Ｑ５ トランジスタ（ラッチ回路の一部）
Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６ 抵抗（スイッチ回路の一部））
Ｒ７，Ｒ８，Ｒ９ 抵抗（ラッチ回路の一部）
Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ１４ 抵抗（ラッチ回路の一部）
Ｔ１ スイッチングトランス（トランス）

Claims (6)

1. 整流された入力電圧をスイッチングするスイッチイング素子と、所定の周波数で発振する発振回路と、その発振回路の出力により前記スイッチング素子を駆動する駆動回路と、前記スイッチング素子によりスイッチングされた出力を一次コイルに入力し、二次コイルから電源出力を得ると共に、三次コイルを有するトランスと、そのトランスの三次コイルから出力される電圧を整流し前記発振回路の電源として電力を供給する定電圧回路と、その定電圧回路により所定電圧より低い電圧で前記発振回路に電力が供給された場合には、前記発振回路への電力の供給を開始し、前記定電圧回路により前記所定電圧以上の電圧で前記発振回路に電力が供給された場合には、前記発振回路への電力の供給を停止する起動回路とを備えたスイッチング電源装置において、
   前記定電圧回路は、前記起動回路による前記発振回路への電力の供給開始から第一の所定時間以内に前記所定電圧に達するよう設定され、
   前記起動回路による前記発振回路への電力の供給開始から前記第一の所定時間より長い時間に設定された第二の所定時間を経過した場合には、前記起動回路による前記発振回路への電力の供給を停止するように制御する保護回路を備えていることを特徴とするスイッチング電源装置。
2. 前記保護回路は、前記起動回路が前記発振回路へ供給する電力に応じて電圧が徐々に変化する時定数回路を有し、その時定数回路の電圧が所定の電圧に至った場合に、前記起動回路の前記発振回路への電力の供給を停止するスイッチ回路を備えていることを特徴とする請求項１記載のスイッチング電源装置。
3. 前記保護回路は、前記起動回路が前記発振回路へ供給する電力に応じて電圧が徐々に変化する時定数回路を有し、その時定数回路の電圧が所定の電圧に至った場合に、前記起動回路の前記発振回路への電力の供給を停止するスイッチ回路と前記発振回路の発振を停止する発振停止回路とを備えていることを特徴とする請求項２記載のスイッチング電源装置。
4. 前記保護回路は、前記時定数回路の電圧が所定の電圧に至った場合は、その所定の電圧を保持するラッチ回路を備えていることを特徴とする請求項２または３記載のスイッチング電源装置。
5. 前記起動回路は、入力電圧をコレクタ側に接続し、エミッタ側から前記発振回路の電源として電力を供給する起動用スイッチ素子を有し、前記保護回路は、前記起動回路が前記発振回路に電力を供給する時間が所定時間より長い場合に、前記起動用スイッチ素子のベース電圧を低下させることにより前記発振回路への電力の供給を停止するものであって、
   前記保護回路は、前記起動用スイッチ素子のエミッタから供給される電流により前記起動回路が前記発振回路に電力を供給する時間が所定時間より長いか否かを検出するものであることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のスイッチング電源装置。
6. 整流された入力電圧を、その入力電圧より低い一定の電圧に変換し、その変換された電圧を前記保護回路に供給する保護回路用定電圧回路を備えていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のスイッチング電源装置。
   

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