JP4635334B2 - スイッチング電源装置とこの過電流検出方法 - Google Patents

スイッチング電源装置とこの過電流検出方法 Download PDF

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スイッチング電源装置のスイッチングトランス1次側の過電流検出回路に関し、特に1次側の直流電源電圧が変化した場合においても、一定の負荷電力または所望の負荷電力で過電流検出を行うことができるスイッチング電源装置とこの過電流検出方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
以下に従来のスイッチング電源装置について、図4,図5を用いて説明する。
【0003】
図4は、従来のスイッチング電源の回路を示したものである。図4において、1は入力電力を供給する直流電源、2はスイッチング素子、3は電流検出抵抗、4は抵抗、5はコンデンサ、8は平滑コンデンサ、9はダイオード、12はスイッチング制御用IC、13はスイッチングトランスの1次側巻線、14はスイッチングトランスの1次側補助巻線、15はスイッチングトランスの2次側巻線、16は2次側整流ダイオード、17は2次側平滑コンデンサ、18は出力負荷である。
【0004】
スイッチングトランス1次側のスイッチング素子等の部品における定格オーバーによる破壊防止のため、或いは2次側に伝達させる負荷電力をコントロールするために、スイッチング素子2に流れる電流をスイッチング素子2と直列に接続された電流検出抵抗3をスイッチング制御用IC12の過電流検出端子に接続して過電流の監視を行っている。
【0005】
また図5は、図4に示す回路を改善したもので直流電源1の電圧が変化した場合においても、一定の負荷電力で過電流検出を行うことを目的とし、図5の抵抗6,ツェナーダイオード7,コンデンサ10,ダイオード11から成る過電流検出補助回路を追加したものである。
【0006】
スイッチング素子2に直列に接続される電流検出抵抗3の両端に発生する波形に、スイッチングトランスの1次側補助巻線14より発生する波形をコンデンサ10、ダイオード11によってマイナス整流し、ツェナーダイオード7によってクランプした電圧をバイアス電圧として加え、スイッチング制御用IC12の過電流検出端子に接続したものである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような構成の図4に示すスイッチング電源装置は、直流電源の電圧が著しく変化した場合、例えば、直流電源の前段に交流電源を直流電源に整流させる整流回路を備えたAC−DCコンバーターのように交流電源の電圧が100Vから200V以上まで変化した時に、スイッチング素子に流れる電流のみで1次側過電流検出を行った場合には電源電圧変化により、スイッチング素子に流れる電流も変化してしまうため、一定の負荷電力で制御することができないという問題がある。
【0008】
また、前述した図5のスイッチング電源装置は、直流電源の電圧が変化した場合においても、一定の負荷電力で、過電流検出を行うことを目的とし、過電流検出補助回路を追加したものであるが、図5のc点における図6にその波形を示すように、直流電源1の電圧が上昇してパルス幅が著しく狭くなった場合には、マイナス整流を行った電圧がかなり低レベルとなってしまい、直流電源1の電圧低下時と上昇時とでは、あまり変化が得られず、結果的にe点おいてはバイアス電圧として不足となるため、正確に1次側過電流検出を行うことができないという問題があった。
【0009】
本発明は、前記従来技術の問題を解決することに指向するものであり、スイッチング電源装置の1次側の直流電源電圧が変化した場合に、一定の負荷電力あるいは所望の負荷電力により過電流検出を行うことができるスイッチング電源装置とこの過電流検出方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明に係るスイッチング電源装置とこの過電流検出方法におけるスイッチング電源装置は、スイッチングトランスの1次側巻線と直流電源との間に接続されたスイッチング素子と、スイッチング素子と直流電源との間でスイッチング素子と直列に接続された抵抗と、スイッチングトランスの1次側補助巻線から発生する波形をクランプするツェナーダイオードと、抵抗の両端に発生する波形とツェナーダイオードによりクランプされた波形とを積算して、積算した波形の入力される過電流検出端子を有するスイッチング制御用ICとを備え、直流電源の電圧が変化した場合に、前記スイッチング素子にながれる電流の過電流検出を行うことを特徴とする。
【0012】
また、スイッチング電源装置の過電流検出方法は、スイッチングトランス1次側のスイッチング素子と直流電源との間に直列に接続される抵抗の両端に発生する波形に、スイッチングトランスの1次側補助巻線から発生する波形をツェナーダイオードによってクランプさせた波形を積算し、積算した波形をスイッチング制御用ICの過電流検出端子に入力することにより、1次側の直流電源電圧が変化した場合に、前記スイッチング素子にながれる電流の過電流検出を行うことを特徴とする。
【0013】
前記構成によれば、スイッチング素子と直流電源との間に直列に接続された電流検出抵抗の両端に発生する波形と、1次側補助巻線から発生の波形をツェナーダイオードによってクランプした波形とを積算し、この積算波形をスイッチング制御用ICの過電流検出端子に入力することにより、2次側に伝達させる負荷電力を制御して、一定の負荷電力または所望の負荷電力で過電流検出を設定することができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。
【0015】
図1は本発明の実施の形態1におけるスイッチング電源装置の回路を示す図である。ここで、前記従来例を示す図5において説明した構成部材に対応し実質的に同等の機能を有するものには同一の符号を付してこれを示す。図1において、1は入力電力を供給する直流電源、2はスイッチング素子、3は電流検出抵抗、4は抵抗、5はコンデンサ、6は抵抗、7はツェナーダイオード、8は平滑コンデンサ、9は整流ダイオード、12はスイッチング制御用IC、13はスイッチングトランスの1次側巻線、14はスイッチングトランスの1次側補助巻線、15はスイッチングトランスの2次側巻線、16は2次側整流ダイオード、17は2次側平滑コンデンサ、18は出力負荷である。なお、図中のスイッチング素子2の記号はMOSFETであるが、他にバイポーラ形トランジスタ、IGBT使用時も同様の図で表す。
【0016】
実施の形態1の動作を説明する。スイッチング制御用IC12より出力される波形をスイッチング素子2に加え、直流電源1から供給された電源はスイッチング素子2により、スイッチングトランスの入力波形として変換される。この入力波形は、1次側巻線13に加えられ、巻線の巻数比に比例した波形が1次側補助巻線14と2次側巻線15に出力される。2次側巻線15より出力された波形は、2次側整流ダイオード16,2次側平滑コンデンサ17により安定な直流に変換され、出力負荷18に供給される。
【0017】
一方、1次側補助巻線14より出力された波形は、整流ダイオード9,平滑コンデンサ8により直流に変換され、スイッチング制御用IC12の電源として供給される。スイッチング素子2と直流電源1に直列に接続された電流検出抵抗3は、スイッチング制御用IC12の過電流検出端子に接続されており、スイッチング素子2に流れるパルス電流を常時監視している。スイッチング制御用IC12の内部には、過電流検出を行う閾値が設定されており、過電流により閾値レベルに達した場合には、スイッチング動作を停止させることにより、スイッチング素子等の部品定格オーバーによる破壊防止、あるいは2次側に伝達させる負荷電力をコントロールしている。
【0018】
図2は、2次側の負荷電力を一定とした場合、図1に示す回路中の各点(a点、b点、d点、e点)の波形を示したものである。a点は電流検出抵抗3の両端の波形、b点は1次側補助巻線14の波形、d点はツェナーダイオード7(カソード側)の波形、e点はスイッチング制御用IC12の過電流検出端子の波形をそれぞれ示したものである。
【0019】
図2に示すa点は、電流検出抵抗3の両端の波形を示したもので、直流電源1の電圧が上昇した場合には、パルス波形の波高値が低下する。b点は、1次側補助巻線14の波形を示したもので、1次側巻線13との巻数比に比例した波高値の波形が、1次側補助巻線14と2次側巻線15に出力される。波形の波高値は図2に示す通り、直流電源1の電圧が上昇した場合に高くなる。
【0020】
また、各点における波形変化のタイミングは、スイッチング素子のOFF→ON→OFFの切り替えに同期しており、スイッチング素子のON期間のみ、電圧がマイナス方向に発生する。この変化を利用し、電流検出抵抗に発生する波形と1次側補助巻線より発生する波形を積算することにより、直流電源の電圧変化による過電流保護動作点変化の補正を行うことができる。
【0021】
具体的には、スイッチング素子2に流れる電流を電流検出抵抗3によって検出を行い、抵抗4を通してスイッチング制御用IC12の過電流検出端子に入力させる。さらに、直流電源1の電圧変化による補正手段として、1次側補助巻線14に発生する波形をツェナーダイオード7によってマイナス側の電圧を適切な波形にクランプさせた後、抵抗6を通した波形をスイッチング制御用IC12の過電流検出端子に加えることにより、この直接クランプした電圧を用いることでパルス幅が短くてもスイッチング制御用IC12の過電流検出閾値のレベルで検出でき、1次側の入力電圧が変化した場合においても、一定の負荷電力または所望の負荷電力で過電流検出を設定することが可能なスイッチング電源を得ることができる。
【0022】
図3は本発明の実施の形態2におけるスイッチング電源装置の回路を示す図である。図3において、1は入力電力を供給する直流電源、2はスイッチング素子、3は電流検出抵抗、4は抵抗、5はコンデンサ、6は抵抗、7はツェナーダイオード、8は平滑コンデンサ、9は整流ダイオード、12はスイッチング制御用IC、13はスイッチングトランスの1次側巻線、14はスイッチングトランスの1次側補助巻線、15はスイッチングトランスの2次側巻線、16は2次側整流ダイオード、17は2次側平滑コンデンサ、18は出力負荷、19はダイオードである。
【0023】
前述の実施の形態1と異なる点は、ダイオード19をツェナーダイオード7と直列に追加した点である。通常、ツェナーダイオードは温度が変化するとツェナー電圧も変化する。したがって、実施の形態1で示す回路では、ツェナーダイオード7によるクランプ電圧が温度変化により影響を受ける。その結果として過電流検出値が温度変化に影響を受けることになる。本実施の形態2においては、この点を改善したもので、ツェナーダイオード7のツェナー電圧温度係数が正の場合において有効である。通常使用されるダイオードは、順電圧温度係数が負である。この点を利用し、ツェナーダイオード7のツェナー電圧温度係数が正に対し、互いに温度変化を打ち消し合うように、ダイオード19に順電圧温度係数が負のものを用いることによりクランプ電圧を温度変化に対して一定にさせることができ、これによって過電流検出値を安定動作させることができる。
【0024】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、スイッチング素子と直流電源との間に直列に接続される抵抗の両端に発生する波形に、スイッチングトランスの1次側補助巻線から発生する波形をツェナーダイオードによってクランプさせた波形を加え、スイッチング制御用ICの過電流検出端子に入力することにより、電源の直流電源電圧が変化した場合においても、スイッチングトランスの2次側に伝達させる負荷電力をコントロールさせ、一定の負荷電力または所望の負荷電力で過電流検出を設定でき、また、1次側スイッチング素子等の部品定格オーバーによる破壊防止、出力過負荷を防ぐ、低コストで安全性と信頼性の高い過電流検出を行う、すぐれたスイッチング電源装置を提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1におけるスイッチング電源装置の回路を示す図
【図2】本発明の実施の形態1におけるスイッチング電源装置の回路上の信号波形を示す図
【図3】本発明の実施の形態2におけるスイッチング電源装置の回路を示す図
【図4】従来のスイッチング電源装置の回路を示す図
【図5】従来のスイッチング電源装置の別の回路を示す図
【図6】従来のスイッチング電源装置の回路上の信号波形を示す図
【符号の説明】
1 直流電源
2 スイッチング素子
3 電流検出抵抗
4,6 抵抗
5 コンデンサ
7 ツェナーダイオード
8 平滑コンデンサ
9 整流ダイオード
12 スイッチング制御用IC
13 スイッチングトランスの1次側巻線
14 スイッチングトランスの1次側補助巻線
15 スイッチングトランスの2次側巻線
16 2次側整流ダイオード
17 2次側平滑コンデンサ
18 出力負荷
19 ダイオード

Claims (2)

  1. スイッチングトランスの1次側巻線と直流電源との間に接続されたスイッチング素子と、前記スイッチング素子と前記直流電源との間で前記スイッチング素子と直列に接続された抵抗と、前記スイッチングトランスの1次側補助巻線から発生する波形をクランプするツェナーダイオードと、前記抵抗の両端に発生する波形と前記ツェナーダイオードによりクランプされた波形とを積算して、前記積算した波形の入力される過電流検出端子を有するスイッチング制御用ICとを備え、前記直流電源の電圧が変化した場合に前記スイッチング素子にながれる電流の過電流検出を行うことを特徴とするスイッチング電源装置。
  2. スイッチングトランス1次側のスイッチング素子と直流電源との間に直列に接続される抵抗の両端に発生する波形に、前記スイッチングトランスの1次側補助巻線から発生する波形をツェナーダイオードによってクランプさせた波形を積算し、前記積算した波形をスイッチング制御用ICの過電流検出端子に入力することにより、1次側の直流電源電圧が変化した場合に、前記スイッチング素子にながれる電流の過電流検出を行うことを特徴とするスイッチング電源装置の過電流検出方法。
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