JP4661332B2 - スイッチング電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、スイッチング電源装置に関する。

ビデオテープレコーダ、テレビジョン受像機等の電気機器の安定化電源回路として、１次直流電源回路と２次直流電源回路とがトランス結合され、２次直流電源回路側に、１次直流電源回路側へと電圧信号を送信する発光素子を備え、１次直流電源回路側には発光素子からの電圧信号を受信して１次直流電源回路の発振を制御する発振制御回路を備えたスイッチング電源装置が知られている。

例えば、特許文献１に開示されたスイッチング電源装置（図２）では、２つの出力端子Ｖ０１、Ｖ０２を有し、出力が小さい方の出力端子Ｖ０２に電圧フィードバック用のシャントレギュレータＩＣ１００と発光ダイオードＰＤ１００を接続し、出力端子Ｖ０２の出力電圧を安定化するように図っている。

また、１次側電源回路に、出力電力の監視回路と、その監視回路で基準電力を超えたことを検出したときに、制御端子へ休止信号を出力する保護回路を設けて、どこかの回路素子が故障してフォトカプラの受光素子から制御端子へ休止信号が出力されない異常になっても、保護回路から休止信号が出力されて発振動作が停止されるスイッチング電源回路が知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開平８−６６００７号公報 特開２００２−１３６１１６号公報

ところで、スイッチング電源装置の製品安全試験において、トランスの２次側出力用のピンを順にオープン（接地）とする試験がある。この安全試験において、フィードバック信号を発する発光ダイオードへの電源供給ラインがオープンにされた場合には、発光ダイオードが点灯しなくなるので、１次側の受光用フォトトランジスタが導通せず、出力電圧が無制限に上昇し始め、１次側のＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等の素子が破壊される虞がある。

トランスのピンの数に余裕がある場合には、同系列（同等の電圧）のピン同士をトランス内で予め接続しておけば、上述の虞は回避できるが、ピンの数に余裕がない場合には他の対策を講じなければならない。

例えば、特許文献１に記載の従来装置は、類似の課題に対して、次のように構成して上述の問題を解決しようとしている。つまり、図２に示した従来装置において、発光ダイオードＰＤ１００を介装した出力ラインＶ０２に並列に分圧抵抗Ｒ１０６とＲ１０７を設け、これらの抵抗Ｒ１０６、Ｒ１０７によって分圧された電圧Ｖ１０１によりオンオフするトランジスタＱ１０３を設け、このトランジスタＱ１０３のコレクタ側に他の出力ラインＶ０１を接続すると共に、トランジスタＱ１０３をダイオードＤ１０４を介して発光ダイオードＰＤ１００のアノードへ接続し、出力ラインＶ０２がグランドへショートした場合には、トランジスタＱ１０３がオフとなり、出力ラインＶ０１からダイオードＤ１０４を経て発光ダイオードＰＤ１００へ電流が流れ、発光ダイオードＰＤ１００の発光が維持されるように図っている。

要するに、図２に示した従来装置では、出力ラインＶ０２のオープンによりオフとなるトランジスタＱ１０３を設けることによって、他の出力ラインＶ０１からの電流が発光ダイオードＰＤ１００へ供給されるように構成している。ところが、この従来装置では、トランジスタＱ１０３は平常時にオンであるために、出力ラインＶ０１の電流が、平常時に一定量（少なくとも抵抗Ｒ１０８による電圧降下分）はグランドへと流れ、無駄になってしまう。平常時にこのような無効電流が生じることは、電気機器の安定化電源回路として避けなければならない大きな欠点である。

そこで、本発明は、１次直流電源回路と２次直流電源回路とがトランス結合され、２次直流電源回路側に、１次直流電源回路側へと電圧信号を送信する発光素子を備え、１次直流電源回路側には発光素子からの電圧信号を受信して１次直流電源回路の発振を制御する発振制御回路を備えたスイッチング電源装置において、製品安全試験あるいは不測のトラブルによりトランスの２次側出力ピンがオープンにされた場合に、発光素子が点灯不能になって、出力電圧が無制限に上昇し、その結果回路素子が破壊される等のトラブルが防止できるスイッチング電源装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、１次直流電源回路と２次直流電源回路とがトランス結合され、前記２次直流電源回路側に、前記１次直流電源回路への電圧信号を送信する発光ダイオードを備え、前記１次直流電源回路には前記発光ダイオードからの光を受光して１次直流電源回路側の発振を制御する発振制御回路を備え、前記２次直流電源回路に３本以上の出力ラインを有するスイッチング電源装置において、前記２次直流電源回路の第１の出力ラインに前記発光ダイオードを接続して、第１の出力ラインを前記発光ダイオードへの電源供給ラインにすると共に、前記発光ダイオードのカソード側にシャントレギュレータを接続し、前記２次直流電源回路の第３の出力ラインを前記シャントレギュレータのレファレンス端子に接続して、第３の出力ラインを前記１次直流電源回路へのフィードバックラインとし、前記発光ダイオードのアノード側に、第１の出力ラインの電圧が所定の電圧よりも低下したことを判定する電圧判定回路を接続し、前記電圧判定回路は、ベースを前記第１の出力ラインに接続し、コレクタを前記２次直流電源回路の第２の出力ラインに接続した電圧低下判定用ＮＰＮトランジスタと、ベースを前記電圧低下判定用ＮＰＮトランジスタのコレクタに接続し、コレクタを前記第２の出力ラインに接続した反転用ＮＰＮトランジスタと、ベースを前記反転用ＮＰＮトランジスタのコレクタに接続し、エミッタを前記第２の出力ラインに接続し、コレクタを前記発光ダイオードのアノードに接続したオンオフ用ＰＮＰトランジスタとから構成され、前記電圧判定回路により前記第１の出力ラインの電圧が低下したと判定されたときに、前記オンオフ用ＰＮＰトランジスタがオンとなって、前記第２の出力ラインから前記発光ダイオードに電圧が供給されることを特徴とする。

請求項２の発明は、１次直流電源回路と２次直流電源回路とがトランス結合され、前記２次直流電源回路側に、前記１次直流電源回路への電圧信号を送信する発光素子を備え、前記１次直流電源回路には前記発光素子からの光を受光して１次直流電源回路側の発振を制御する発振制御回路を備え、前記２次直流電源回路に複数の出力ラインを有するスイッチング電源装置において、前記２次直流電源回路の第１の出力ラインに前記発光素子を接続し、前記発光素子のアノード側に、第１の出力ラインの電圧が所定の電圧よりも低下したことを判定する電圧判定回路を接続し、前記電圧判定回路は、ベースを前記第１の出力ラインに接続し、コレクタを前記２次直流電源回路の第２の出力ラインに接続した電圧低下判定用ＮＰＮトランジスタと、ベースを前記電圧低下判定用ＮＰＮトランジスタのコレクタに接続し、コレクタを前記第２の出力ラインに接続した反転用ＮＰＮトランジスタと、ベースを前記反転用ＮＰＮトランジスタのコレクタに接続し、エミッタを前記第２の出力ラインに接続し、コレクタを前記発光素子のアノードに接続したオンオフ用ＰＮＰトランジスタとから構成され、前記電圧判定回路により前記第１の出力ラインの電圧が低下したと判定されたときに、前記オンオフ用ＰＮＰトランジスタがオンとなって、前記第２の出力ラインから前記発光素子に電圧が供給されることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２のスイッチング電源装置において、前記第１の出力ラインに接続した発光素子のカソード側にシャントレギュレータを接続し、このシャントレギュレータのレファレンス端子に、前記第１の出力ラインや前記第２の出力ラインとは別の出力ラインを接続したことを特徴とする。

本発明によれば、スイッチング電源装置において、製品安全試験あるいは不測のトラブルによりトランスの２次側出力ピンがオープンにされた場合に、発光素子が点灯不能になって、出力電圧が無制限に上昇し、その結果回路素子が破壊される等のトラブルを防止することができる。

以下、本発明の一実施形態に係るスイッチング電源装置１について、図１を参照して説明する。本実施形態のスイッチング電源装置１は、１次直流電源回路２Ａと２次直流電源回路２Ｂがトランス３によって結合された回路であり、２次直流電源回路２Ｂの出力巻線４には、それぞれ整流用のダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３とコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３を介して異なった直流電圧を出力する第１、第２及び第３の出力ラインＶＣＣ１、ＶＣＣ２、ＶＣＣ３が設けてある。各出力ラインＶＣＣ１、ＶＣＣ２、ＶＣＣ３の電圧は、ＶＣＣ１＞ＶＣＣ２＞ＶＣＣ３である。１次直流電源回路２Ａの１次巻線５には、整流用のダイオードブリッジＤＢを介して交流電源ＡＣが接続され、１次直流電源回路２Ａの発振制御回路６を構成するスイッチング素子としてのＦＥＴが接続されている。

ＦＥＴのゲートには図示しない帰還巻線に接続したＬＣ回路から生成されるパルス信号ＰＳが入力され、同じく帰還巻線に接続したフォトトランジスタＰＴによって、このパルス信号ＰＳのデューティ比が変更され、１次直流電源回路２Ａの発振が制御されるようになっている。つまり、フォトトランジスタＰＴが後述する発光ダイオードＰＤからの発光を受光しなければ、パルス信号ＰＳのデューティ比が増加し（オン期間が増大し）、２次側の出力電圧が上昇する。正常時には、フォトトランジスタＰＴが発光ダイオードＰＤからの発光を受けて、パルス信号ＰＳのデューティ比を適正に調整し、２次直流電源回路２Ｂ側のフィードバックラインを一定の電圧に制御する。

次に、２次直流電源回路２Ｂについて説明する。２次直流電源回路２Ｂの第１の出力ラインＶＣＣ１には、電圧信号としての光を発する発光ダイオードＰＤを接続し、この発光ダイオードＰＤのカソード側にシャントレギュレータＳＲが接続してある。また、このシャントレギュレータＳＲのレファレンス端子ＳＲａには、分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２を介して分圧された２次直流電源回路２Ｂの第３の出力ラインＶＣＣ３が接続してあり、第３の出力ラインＶＣＣ３がフィードバックラインとなる。

そして、第１の出力ラインＶＣＣ１に接続した発光ダイオードＰＤのアノード側には、次に説明する、第１の出力ラインＶＣＣ１の電圧が所定の電圧よりも低下したことを判定する電圧判定回路７が接続されている。つまり、電圧判定回路７は、そのベースが抵抗Ｒ３を介して第１の出力ラインＶＣＣ１に接続され、そのコレクタが抵抗Ｒ４を介して２次直流電源回路２Ｂの第２の出力ラインＶＣＣ２に接続された電圧低下判定用ＮＰＮトランジスタＱ１と、そのベースが電圧低下判定用ＮＰＮトランジスタＱ１のコレクタに接続され、そのコレクタが抵抗Ｒ５、Ｒ６を介して第２の出力ラインＶＣＣ２に接続された反転用ＮＰＮトランジスタＱ２と、そのベースが反転用ＮＰＮトランジスタＱ２のコレクタに接続され、そのエミッタが抵抗Ｒ６を介して第２の出力ラインＶＣＣ２に接続され、そのコレクタが発光ダイオードＰＤのアノードに接続されたオンオフ用ＰＮＰトランジスタＱ３から構成されている。

従って、第１の出力ラインＶＣＣ１の電圧が、安全試験時のトランス３のピンオープン等により低下すると、まず電圧低下判定用ＮＰＮトランジスタＱ１がオフし、反転用ＮＰＮトランジスタＱ２が反転オンして、オンオフ用ＰＮＰトランジスタＱ３がオンすることで、第２の出力ラインＶＣＣ２から発光ダイオードＰＤへと電源供給され、発光ダイオードＰＤは発光を維持する。なお、オンオフ用ＰＮＰトランジスタＱ３の発光ダイオードＰＤのアノード側への接続点の上流には逆流防止ダイオードＤ４が接続してある。また、第２の出力ラインＶＣＣ２の供給電圧は、発光ダイオードＰＤの動作電圧以上である。

従って、本実施形態のスイッチング電源装置１は、平常時（第１の出力ラインＶＣＣ１の電圧が所定値以上の時）には、電圧判定回路７のオンオフ用ＰＮＰトランジスタＱ３がオフであり、第２の出力ラインＶＣＣ２からの電流が発光ダイオードＰＤ方向へ無駄に流出することがないので、効率が高い。一方、第１の出力ラインＶＣＣ１の電圧が低下したことが判定されたときには、オンオフ用ＰＮＰトランジスタＱ３がオンになって、発光ダイオードＰＤの発光が維持される。また、電圧判定回路７が、電圧低下判定用ＮＰＮトランジスタＱ１と、反転用ＮＰＮトランジスタＱ２と、オンオフ用ＰＮＰトランジスタＱ３のロジック回路から構成されるので、電圧低下の判定が確実に行われ、オンオフ動作も確実である。

さらに、シャントレギュレータＳＲのレファレンス端子ＳＲａには、発光ダイオードＰＤへの電力供給源である第１の出力ラインＶＣＣ１とは別の、第３の出力ラインＶＣＣ３が接続してあり、シャントレギュレータＳＲの機能により、抵抗Ｒ１、Ｒ２で分圧された第３の出力ラインＶＣＣ３の電圧とシャントレギュレータＳＲが有する基準電圧とが比較され、その比較値に基づいて発光ダイオードＰＤに流れる電流量（発光量）が増減されるので、第３の出力ラインＶＣＣ３の出力電圧が一定に制御される。

このように、本来の発光ダイオードＰＤへの電力供給源（第１の出力ラインＶＣＣ１）の電圧低下は、電圧判定回路７により監視されて、電圧が低下すれば第２の出力ラインＶＣＣ２からの電圧がバイパスして発光ダイオードＰＤへ供給され、シャントレギュレータＳＲのレファレンス端子ＳＲａへの電圧供給は、本来の発光ダイオードＰＤへの電力供給源とは別の出力ラインからなされるので、本来の発光ダイオードＰＤへの電力供給源の電圧低下は、シャントレギュレータＳＲの動作に一切影響を与えず、発光ダイオードＰＤの正常な発光を維持することができる。

本発明の一実施形態に係るスイッチング電源装置を示す回路図。 従来のスイッチング電源装置を示す回路図。

符号の説明

１ スイッチング電源装置
２Ａ １次直流電源回路
２Ｂ ２次直流電源回路
３ トランス
６ 発振制御回路
７ 電圧判定回路
ＰＤ 発光ダイオード
Ｑ１ 電圧低下判定用ＮＰＮトランジスタ
Ｑ２ 反転用ＮＰＮトランジスタ
Ｑ３ オンオフ用ＰＮＰトランジスタ
ＳＲ シャントレギュレータ
ＳＲａ レファレンス端子
ＶＣＣ１ 第１の出力ライン
ＶＣＣ２ 第２の出力ライン
ＶＣＣ３ 第３の出力ライン

Claims (3)

1. １次直流電源回路と２次直流電源回路とがトランス結合され、
   前記２次直流電源回路側に、前記１次直流電源回路への電圧信号を送信する発光ダイオードを備え、
   前記１次直流電源回路には前記発光ダイオードからの光を受光して１次直流電源回路側の発振を制御する発振制御回路を備え、前記２次直流電源回路に３本以上の出力ラインを有するスイッチング電源装置において、
   前記２次直流電源回路の第１の出力ラインに前記発光ダイオードを接続して、第１の出力ラインを前記発光ダイオードへの電源供給ラインにすると共に、前記発光ダイオードのカソード側にシャントレギュレータを接続し、
   前記２次直流電源回路の第３の出力ラインを前記シャントレギュレータのレファレンス端子に接続して、第３の出力ラインを前記１次直流電源回路へのフィードバックラインとし、
   前記発光ダイオードのアノード側に、第１の出力ラインの電圧が所定の電圧よりも低下したことを判定する電圧判定回路を接続し、
   前記電圧判定回路は、
   ベースを前記第１の出力ラインに接続し、コレクタを前記２次直流電源回路の第２の出力ラインに接続した電圧低下判定用ＮＰＮトランジスタと、
   ベースを前記電圧低下判定用ＮＰＮトランジスタのコレクタに接続し、コレクタを前記第２の出力ラインに接続した反転用ＮＰＮトランジスタと、
   ベースを前記反転用ＮＰＮトランジスタのコレクタに接続し、エミッタを前記第２の出力ラインに接続し、コレクタを前記発光ダイオードのアノードに接続したオンオフ用ＰＮＰトランジスタとから構成され、
   前記電圧判定回路により前記第１の出力ラインの電圧が低下したと判定されたときに、前記オンオフ用ＰＮＰトランジスタがオンとなって、前記第２の出力ラインから前記発光ダイオードに電圧が供給されることを特徴とするスイッチング電源装置。
2. １次直流電源回路と２次直流電源回路とがトランス結合され、
   前記２次直流電源回路側に、前記１次直流電源回路への電圧信号を送信する発光素子を備え、
   前記１次直流電源回路には前記発光素子からの光を受光して１次直流電源回路側の発振を制御する発振制御回路を備え、前記２次直流電源回路に複数の出力ラインを有するスイッチング電源装置において、
   前記２次直流電源回路の第１の出力ラインに前記発光素子を接続し、
   前記発光素子のアノード側に、第１の出力ラインの電圧が所定の電圧よりも低下したことを判定する電圧判定回路を接続し、
   前記電圧判定回路は、
   ベースを前記第１の出力ラインに接続し、コレクタを前記２次直流電源回路の第２の出力ラインに接続した電圧低下判定用ＮＰＮトランジスタと、
   ベースを前記電圧低下判定用ＮＰＮトランジスタのコレクタに接続し、コレクタを前記第２の出力ラインに接続した反転用ＮＰＮトランジスタと、
   ベースを前記反転用ＮＰＮトランジスタのコレクタに接続し、エミッタを前記第２の出力ラインに接続し、コレクタを前記発光素子のアノードに接続したオンオフ用ＰＮＰトランジスタとから構成され、
   前記電圧判定回路により前記第１の出力ラインの電圧が低下したと判定されたときに、前記オンオフ用ＰＮＰトランジスタがオンとなって、前記第２の出力ラインから前記発光素子に電圧が供給されることを特徴とするスイッチング電源装置。
3. 前記第１の出力ラインに接続した発光素子のカソード側にシャントレギュレータを接続し、このシャントレギュレータのレファレンス端子に、前記第１の出力ラインや前記第２の出力ラインとは別の出力ラインを接続した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。

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