JP4905776B2 - 保護回路およびスイッチング電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、過電流保護回路を備え、過電流保護動作後、任意の時間において過電流の出力を遮断する保護回路およびスイッチング電源装置を提供する。

図７に従来のスイッチング電源装置などによくみられる垂下型の電流特性を示す。横軸にアダプターの出力電流Ｉｏ、縦軸に出力電圧Ｖｏを示したときの特性図である。図７において、スイッチング電源装置は、垂下特性後Ａ点で最終的に間欠発振（動作）または遮断状態へ移行する。
図８にスイッチング電源装置の間欠動作中の負荷電流波形を示す。間欠動作の周期が短い時は、平均電流は小さいが、出力容量にも関係するが、過渡電流が定格電流の３〜４倍セット側に流れる場合がある。そのため最悪の場合、過渡電流によりセットが破壊されることもある。
特許文献１には、補助巻線の直流検出部と１次側の制御回路の電流検出端子間に抵抗を接続して、垂下特性の開始電圧の変動を小さくする技術が開示されている。
特開平８−６６０２１号公報

上述したことに鑑み、本発明の目的はスイッチング電源装置において、過電流動作時に任意の時間に過電流出力を遮断（ラッチ）することである。また、スイッチング電源装置の動作を遮断することにより、過電流によるセットの破壊を防止することである。

本発明の保護回路は、電源装置の出力端子に流れる過電流を防止するための保護回路であって、上記電源装置の出力の過電流に応じて第１の制御信号を発生する制御信号発生回路と、上記第１の制御信号のレベルを検出し、検出した信号が所定レベル以上になると第２の制御信号を出力する信号検出回路と、上記信号検出回路から出力された第２の制御信号で駆動され、動作中に上記第１の制御信号が転送され、該第１の制御信号が所定の時定数で充電され、所定の時間で基準電圧に達するタイマー回路と、上記第１の制御信号が上記タイマー回路で充電されて上記基準電圧以上になったとき、上記電源装置の出力に流れる過電流を防止するための第３の制御信号を発生するラッチ動作部とを有する。

本発明のスイッチング電源装置は、入力電圧をトランスを介してスイッチングしたのち整流し、整流した電圧と電流を検出し、過電流のとき制御信号を上記トランスの１次側の制御回路にフィードバックして電流を制御するスイッチング電源装置において、上記トランスの１次側の制御回路は、上記トランスの２次側の出力の過電流に応じて第１の制御信号を発生する制御信号発生回路と、上記第１の制御信号のレベルを検出し、検出した信号が所定レベル以上になると第２の制御信号出力する信号検出回路と、上記信号検出回路から出力された第２の制御信号で駆動され、動作中に上記第１の制御信号が転送され、該第１の制御信号が所定の時定数で充電されるタイマー回路と、上記第１の制御信号が上記タイマー回路で充電されて所定値以上になったとき、上記過電流を防止するための第３の制御信号を発生するラッチ動作部とを有する。

本発明の過電流用保護回路は、過電流動作時に任意の時間に過電流出力を遮断（ラッチ）することができる。また、スイッチング電源装置の動作を遮断することにより、過電流によるセットの破壊を防止することができる。

図１に本発明の第１の実施形態のスイッチング電源装置１００のブロック構成を示す。
スイッチング電源装置１００は、フライバックタイプ（ＯＮ−ＯＦＦ回路）で、ドライブ回路を含め回路が簡単なことが特徴で、リップル電流があるが、チョークコイルを不要とし、スイッチング素子を改良することにより使用範囲が広がっている。

スイッチング電源装置１００は、ダイオードブリッジ回路１０１、起動回路１０２、制御ＳＷ（スイッチ）１０３、１次制御回路（ＰＷＭなど）１０４、コンデンサ１１０、ダイオードＤ“（１１１）、抵抗Ｒ１（１１２）、コンデンサＣ２（１１３）、ホトカプラー１１４、ラッチ信号発生回路１０５、ラッチ回路１０６、トランス１３０、補助巻線１３１、ダイオードＤ３（１５１）、キャパシタＣ３（１５２）、電流検出回路１４１、２次制御回路１４２、ＣＣ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ；定電流），ＣＶ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｖｏｌｔａｇｅ；定電圧）制御部１４３、ホトカプラー１５３、抵抗Ｒ３（１５７），Ｒ４（１５８），Ｒ５（１５５），Ｒ６（１５６）などで構成される。

端子Ｔ１、Ｔ２はダイオードブリッジ回路１０１の入力に接続され、このダイオードブリッジ回路１０１の一端は、起動回路１０２とコンデンサ１１０の一端とトランス１３０の１次巻線の一端に接続され、他端はグランド（ＧＮＤ）に接続されている。トランス１３０の１次巻線の他端は制御ＳＷ１０３に接続される。
起動回路１０２の一端は、１次制御回路１０４とダイオード１１１のカソードとコンデンサ１１３の一端に接続される。１次制御回路１０４の入力にホトカプラー（ホトトランジスタ）１１４が接続され、電源供給端子（ＶＣＣ）はコンデンサ１１３とダイオード１１１のカソードに接続される。
トランス１３０の１次側の補助巻線１３１の一端は、抵抗１１２の一端に接続され、抵抗１１２の他端はダイオード１１１のアノードに接続される。ダイオード１１１のカソードは起動回路１０２、コンデンサ１１３と１次制御回路１０４に接続される。

トランス１３０の２次巻線の一端は、ダイオード１５１のアノードに接続され、他端は電流検出回路１４１に接続される。ダイオード１５１のカソードは出力端子Ｔ３とコンデンサ１５２の一方の端子に接続される。コンデンサ１５２の他方はグランドＧＮＤに接続される。この電流検出回路１４１の出力は、出力端子Ｔ４に接続され、また他の出力はＣＣ，ＣＶ制御部１４３に接続される。
端子Ｔ３とグランド間に抵抗１５７とＲ１５８が直列接続され、またＴ３はホトカプラー１５３、２次制御回路１４２、ＣＣ，ＣＶ制御部１４３に接続される。
２次制御回路１４２の内蔵のトランジスタＱ１のベースに制御信号が供給され、トランジスタＱ１のエミッタはＣＣ，ＣＶ制御部１４３のＣＣ制御部に接続される。トランジスタＱ１のコレクタは、抵抗１５５を介してホトカプラー（ホトダイオードの他端のカソード）１５３に接続される。また、ホトカプラー１５３の出力は抵抗１５６の一端に接続され、他端はＣＣ，ＣＶ制御部１４３のＣＶ制御部に接続される。

ダイオードブリッジ回路１０１は、ダイオードがブリッジ状に接続され、端子Ｔ１、Ｔ２に商用電源の電源から供給された交流（ＡＣ）電圧が入力され、ダイオードにより整流され、例えば全波整流された電圧波形が出力される。

起動回路１０２は、例えば起動時に動作する（不図示の）電源供給用トランジスタ、ダイオード、基準電圧発生用のツェナーダイオードなどで構成され、このトランジスタの出力にダイオードのアノードが接続され、ダイオードのカソードが１次制御回路１０４とコンデンサ１１３に接続される。電源供給用トランジスタのバイアスは例えばベースとグランド間にツェナーダイオードを接続し、ベースとダイオードブリッジ回路１０１の出力間に抵抗を接続する。
また起動回路１０２に内臓のダイオード（不図示）のカソードがダイオード１１１のカソードに接続され、ダイオード１１１のアノードは抵抗１１２を介して補助巻線１３１の端子に接続される。
起動回路１０２は、電源投入直後に上述の電源供給用トランジスタが起動し、１次制御回路１０４に電源を供給する。１次制御回路１０４の電圧が、所定電圧以上になると電源供給用トランジスタの出力に接続された不図示のダイオードが逆バイアスされてＯＦＦし、起動回路１０２から１次制御回路１０４の電源を供給することを停止する。
補助巻線１３１から抵抗Ｒ１に供給される電圧によりダイオード１１１がＯＮすると、補助巻線１３１で発生した電圧が、抵抗１１２、ダイオード１１１を介してコンデンサ１１３に充電される。その結果、起動回路１０２は、起動直後から所定の電圧になるまで１次制御回路１０４に電源を供給し、その後ＯＦＦする。

制御ＳＷ（スイッチ）１０３は、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタなどのスイッチング素子で構成され、１次制御回路１０４から供給されたＰＷＭ（パルス幅変調）された制御信号により、ＯＮ／ＯＦＦ制御される。
スイッチング素子がＯＮ／ＯＦＦ制御されることにより、ＯＮ期間にトランス１３０の１次巻線に所定の電流を流す。

１次制御回路１０４は、例えば不図示の比較器、発振器、フリップ・フロップ（またはモノマルチバイブレータ）回路、ＡＮＤ回路などで構成され、不図示の比較器に入力された制御電圧を発振器から供給された電圧と比較し、比較された結果得られた制御信号がフリップ・フロップ回路に入力され、この出力により、制御ＳＷ１０３のスイッチング素子がＯＮ／ＯＦＦ制御される。

ホトカプラー１１４は、受光用のホトトランジスタなどで構成され、ホトカプラー（ホトダイオード）１５３から放射された光制御信号を受光して制御電圧に変換する。
ラッチ信号発生回路１０５は後述するように、ＣＣ制御動作して任意の時間経過後に所望の制御電圧を生成し、しき値位置以上の電圧になるとトランジスタをＯＮしてラッチ信号を発生する。また、このＯＮするまでの時間を任意に調整できるようにしている。

電流検出回路１４１は、出力端子Ｔ３，Ｔ４と負荷間に流れる電流を検出し、その結果得られた制御電流、または制御電圧をＣＣ，ＣＶ制御部１４３のＣＣ制御部へ出力する。
２次制御回路１４２は、出力特性が、垂下特性に入り、出力電圧が設定値以下になるとホトカプラー１５３をオフにして発光を停止する。

ＣＣ，ＣＶ制御部１４３は、通常動作のＣＶ制御と、過負荷による過電流を制御するためのＣＣ制御に関する動作を制御する。

次に図１に示す、スイッチング電源装置１００の動作について説明する。
ＡＣ電圧がダイオードブリッジ回路１０１に入力されると、整流されて全波整流された電圧が起動回路１０２、コンデンサ１１０とトランス１３０の１次側に供給される。
起動時、ダイオードブリッジ回路１０１の出力電圧は、起動回路１０２に供給され、起動回路１０２から電圧（電源）が１次制御回路１０４に供給される。１次制御回路１０４から出力された制御パルスは制御ＳＷ１０３に供給されて、スイッチング動作を開始する。補助巻線１３１から導出された電圧が抵抗１１２とダイオード１１１を介してコンデンサ１１３で充電され、１次制御回路１０４に電源を供給する。１次制御回路１０４の電圧が一定値以上になると、起動回路１０２の動作は停止する。そして、１次制御回路１０４で生成された制御パルス（ＰＷＭ）により制御ＳＷ１０３のスイッチング素子（例えばバイポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ）が制御される。

スイッチング素子がＯＮ状態になるとトランス１３０の１次巻線に電圧が加わり、２次巻線に発生する電圧はダイドード１５１に対して逆方向の電圧であるので、電流は流れない。
スイッチング素子がＯＦＦ状態になると、トランス１３０の１次巻線に流れていた電流と同一のアンペア・ターンを保つように、２次巻線にも巻き始めから巻き終わりの方向に電流が流れ、その結果ダイオード１５１は導通する。
トランス１３０の２次巻線のインダクタンスをＬｓ、２次巻線の誘起電圧をＶｓ、２次ピーク電流をＩｓｐ、ダイオード１５１のＯＦＦ期間をＴ_ｏｆｆとすると、ダイオード１５１に流れる電流はＩｓｐ−（Ｖｓ／Ｌｓ）Ｔ_ｏｆｆのスピードで低下しながら、トランス１３０のインダクタンスに蓄積したエネルギーを２次巻線からコンデンサ１５２へ出力する。
また、所定期間過ぎると１次制御回路１０４から供給された、パルス状の制御電圧（または電流）により、制御ＳＷ１０３のスイッチング素子の動作が切り替えられて、ＯＮ動作状態になり、トランス１３０の１次側に電流が流れる。以後このような動作を繰り返す。

このように、トランス１３０の２次側から導出された電圧は、ダイオード１５１とコンデンサ１５２により、電圧が整流されて出力電圧が端子Ｔ３，Ｔ４から導出される。端子Ｔ３の出力電圧は、ホトカプラー（ホトダイオード）１５３と２次制御回路１４２、ＣＣ，ＣＶ制御部１４３に供給される。またトランス１３０と端子Ｔ４間に接続された電流検出回路１４１で出力電流が検出され、その検出結果に応じて、ＣＣ制御とＣＶ制御に切り替えられる。
端子Ｔ３の出力電圧に応じて、ホトカプラー（ホトダイオード）１５３の光照射期間が制御され、その照射された光がホトカプラー１１４で受光され、受光期間に応じた直流電圧が発生し、制御信号として１次制御回路１０４に供給される。この結果、ＰＷＭのパルス幅が制御され、制御ＳＷ１０３のスイッチング素子のスイッチング期間が制御されて、出力電圧が一定になるようにフィードバック制御される。

起動状態と通常動作状態において、抵抗１５７、１５８で検出した出力電圧がＣＣ，ＣＶ制御部１４３に入力され、ＣＶ制御が動作し、抵抗Ｒ６を介してホトカプラー１５３に接続される。このホトカプラー１５３の光はホトカプラー１１４に照射され、フィードバック制御が行われる。

もし、端子Ｔ３，Ｔ４に接続された負荷状態により、過電流が流れると、出力電流は上昇する。この過電流を電流検出回路１４１で検出した結果をＣＣ，ＣＶ制御部１４３に出力する。検出された電流が電流検出点に到達すると、ＣＣ，ＣＶ制御部１４３でＣＶ制御からＣＣ制御に切り替えられる。出力特性は、図７に示したように、垂下特性に入り、電圧は低下する。
出力特性が、垂下特性に入り、出力電圧が設定値以下になるとホトカプラー１５３をオフにして発光を一時停止する。その結果、間欠発振が起こる。
間欠発振になると、１次制御回路１０４からパルス波形のＦＢ（フィードバック）信号が生成され、ラッチ信号発生回路１０５に出力される。ラッチ信号発生回路１０５で、ＦＢ信号が積分されて、所定電圧以上になるとトランジスタがＯＮし、パルス信号を発生する。
ラッチ信号発生回路１０５から出力されたパルスはラッチ回路１０６に供給され、ラッチ動作が行われ、スイッチング電源装置の制御ＳＷをＯＦＦする（一次制御回路１０４の出力パルスを停止する）。

このように、過負荷状態により負荷に過電流が流れ、間欠動作状態になると、１次側の制御回路を遮断（ラッチ）することができ、出力端子から負荷へ流れる過電流を防止することができる。

次に、図２に本発明の実施形態の保護回路（以後ラッチ信号発生回路と称する）２００の回路構成例を示す。このラッチ信号発生回路２００は１次制御回路１０４のＦＢ端子に接続される。ここで、図１と同じ素子には同じ番号を付与する。
ラッチ信号発生回路２００は、ＦＢ電圧検出回路２１０、タイマー（作成）回路２２０、ラッチ動作部２３０の３つのブロックで構成される。
ＦＢ電圧検出回路２１０において、ＦＢ端子にコンデンサＣ１（２１１）の一端が接続され、他端が抵抗Ｒ１（２１２）の一端とＮチャネルＦＥＴＱ１（２１３）のゲートに接続される。抵抗２１２の他端はＧＮＤに接続され、ＮチャネルＦＥＴ２１３のドレインは抵抗Ｒ２（２２３）の一端に接続され、ソースがＧＮＤに接続される。
タイマー回路２２０において、抵抗２２３の他端はＰＮＰトランジスタＱ２（２２１）のベースと抵抗Ｒ３（２２２）の一端に接続され、ＰＮＰトランジスタ２２１のエミッタと抵抗２２２の他端はＦＢ端子に接続される。
ＰＮＰトランジスタ２２１のコレクタはダイオードＤ１（２２４）のアノードに接続され、このカソードは抵抗Ｒ４（２２５）の一端に接続される、抵抗２２５の他端はコンデンサＣ２（２２６）の一端に接続され、コンデンサ２２６の他端はＧＮＤに接続される。
ラッチ動作部２３０において、抵抗２２５の他端とコンデンサ２２６の一端は共通接続されて、ＮチャネルＦＥＴＱ３（２３１）のゲートに接続され、ソースはＧＮＤに接続され、ドレインはラッチ回路１０６に接続される。

次に、ラッチ信号発生回路２００の動作について説明する。
まず、起動状態及び通常状態におけるラッチ信号発生回路２００の動作について説明する。
１次制御回路１０４のＦＢ端子は、通常動作においてＤＣ（直流）である。そのため、ＦＢ電圧検出回路２１０の抵抗２１２に発生する電圧は０［Ｖ］となり、ＮチャネルＦＥＴ２１３のゲート電圧は０［Ｖ］で、常にＯＦＦ状態を維持する。抵抗２２２と抵抗２２３に電流は流れないので、ＰＮＰトランジスタ２２１のベース−エミッタ間に電圧は発生しないので、ＰＮＰトランジスタ２２１はＯＦＦし、積分回路を構成するコンデンサ２２６にＦＢ信号は供給されない。
したがって、ＮチャネルＦＥＴ２３１のゲートは０［Ｖ］であるから、ＯＦＦ動作状態となり、ドレインから制御パルスは出力されない。
ラッチ回路１０６にラッチ信号が供給されないので、ラッチ動作は解除された状態を維持する。

次に、出力に過電流が発生したときのラッチ動作について図３の波形図を参照しながら説明する。電流検出回路１４１で過電流が検出され、ＣＣ，ＣＶ制御部１４３においてＣＶ制御からＣＣ制御に切り替えられた後、１次制御回路１０４のＦＢ端子に矩形波のＦＢ（フィードバック）信号が発生する。例えば、このＦＢ信号の矩形波の振幅は３［Ｖ］、５［Ｖ］等である。

時刻ｔ０〜ｔ１までの期間は通常動作であるので、ＦＢ端子のＦＢ電圧はたとえば０［Ｖ］以上の所定のＤＣ電圧を維持する（図３（ａ））。このとき抵抗２１２に発生する電圧は０［Ｖ］であり、ＮチャネルＦＥＴ２１３はＯＦＦしているので、ＮチャネルＦＥＴ２１３のＤ−Ｓ（ドレインーソース）間電圧は一定電圧（Ｖｐｅａｋ）、ＦＢ端子に発生するＦＢ信号の電圧である。
ＰＮＰトランジスタ２２１がＯＦＦしているので、コンデンサ２２６に電圧は供給されず、充電電圧は０［Ｖ］である。その結果、ゲート電圧は閾値電圧以下であるので、ＮチャネルＦＥＴ２３１はＯＦＦし、ドレインはラッチ回路１０６の接続された電位で、所定電位となる（図３（ｅ））。

時刻ｔ１でＦＢ端子に発生するＦＢ信号（電圧）が、矩形パルス状にＶｐｅａｋに上昇すると（図３（ａ））、抵抗２１２にはその微分波形の電圧が供給される。立ち上がり波形に対して正極性の微分パルスが発生する（図３（ｂ））。ＮチャネルＦＥＴ２１３は、正極性の微分パルスで所定の電圧以上、すなわちＮチャネルＦＥＴ２１３のＶｔｈ（閾値電圧）以上の期間（時刻ｔ１〜ｔ１ａ）、ＯＮする。
ＮチャネルＦＥＴ２１３がＯＮすると、Ｄ−Ｓ（ドレイン−ソース）間の電圧は小さくなり、時刻ｔ１ａまで維持される。その電圧波形を図３（ｃ）に示す。
ＮチャネルＦＥＴ２１３がＯＮし、飽和してＤ−Ｓ間の電圧が減少すると、抵抗２２２と抵抗２２３に電流が流れ、抵抗２２２に発生する電圧が０．７［Ｖ］以上になると、ＰＮＰトランジスタ２２１がＯＮする。ＰＮＰトランジスタ２２１がＯＮすると、ＦＢ信号は、ダイオード２２４と抵抗２２５を介してコンデンサ２２６に供給され、充電されて電圧が上昇する。その波形を図３（ｄ）に示す。しかし、このコンデンサ２２６に蓄積された電圧はまだ、ＮチャネルＦＥＴ２３１の閾値電圧以下であるので、ＯＦＦを維持し、ドレインの電圧は高電位に保たれる（図３（ｅ））。

時刻ｔ１ａになると、抵抗２１２に発生する電圧がＶｔｈ以下となるので、ＮチャネルＦＥＴ２１３はＯＦＦになる。その結果、ドレイン電圧はＶｐｅａｋと高電位になり（図３（ｃ））、ＰＮＰトランジスタ２２１のベース−エミッタ間の電位差がＶｂｅ（約０．７［Ｖ］）以下となるので、ＰＮＰトランジスタ２２１はＯＦＦする。
ＰＮＰトランジスタ２２１がＯＦＦするとＦＢ端子からＦＢ信号がコンデンサ２２６に充電されなくなり、ＯＦＦ直前の電位が維持される。またこのとき、ダイオード２２４が逆方向接続（逆バイアス）されているので、コンデンサに充電された電圧は放電されず、一定電圧を維持する。

時刻ｔ２になると、ＦＢ信号のパルスが矩形状に立下り、これに伴い、抵抗２１２とＮチャネルＦＥＴ２１３のゲートには、負極性の微分パルスが発生する（図３（ｂ））。しかしながら、この波形は負極性であるので、ＮチャネルＦＥＴ２１３のゲートをさらに負方向にバイアスし、ＯＦＦ状態を維持し続ける（図３（ｂ））。
時刻ｔ２〜ｔ３の期間においては、ＦＢ電圧は０［Ｖ］であるから、抵抗２１２とゲートの共通接続点で発生する電圧は０［Ｖ］であるので、ＮチャネルＦＥＴ２１３はＯＦＦし、ドレイン電圧はＶｐｅａｋとなる。

時刻ｔ３において、ＦＢ電圧が０［Ｖ］からＶｐｅａｋ［Ｖ］の振幅をもつ矩形パルスがＰＮＰトランジスタ２２１とＦＢ電圧検出回路２１０に供給される。抵抗２１２に供給されるＦＢ電圧の微分波形の電圧がＶｔｈ以上になるとＮチャネルＦＥＴ２１３がＯＮし、ＰＮＰトランジスタ２２１がＯＮする。そして、コンデンサ２２６に所定期間、ＦＢ信号（電圧）が供給される。そして、ＮチャネルＦＥＴ２１３のゲートに供給されるＦＢ電圧の微分波形の電圧が下がりＶｔｈ以下になるとＰＮＰトランジスタ２２１はＯＦＦする。ＰＮＰトランジスタ２２１がＯＦＦしても、ダイオード２２４があるので、逆バイアスされて、タイマー回路２２０のコンデンサ２２６に蓄積された電圧は放電経路が無く、その充電された電圧を維持する。
２回目の間欠動作が始まる時刻ｔ３のＦＢ電圧は時刻ｔ１のＦＢ電圧の振幅と異なり、時刻ｔ１の通常動作時のＦＢ端子で発生するＤＣ電圧の振幅より大きい。そのため、２回目の間欠動作期間２（時刻ｔ３〜ｔ５）のＮチャネルＦＥＴ２１３のＶｔｈ（閾値電圧）以上の期間は、通常動作期間（時刻ｔ３〜ｔ５）後の１回目の間欠動作期間１（時刻ｔ１〜ｔ３）と比較して長くなり、それに伴いＮチャネルＦＥＴ２１３が動作する期間も長くなる。この結果、コンデンサ２２６に充電される電圧は、１回目の充電電圧の上昇と比較して高くなる（図３（ｄ））。
以下同様に、間欠周期３，４，５において充電動作が繰り返される。

時刻ｔ１１において、ＮチャネルＦＥＴ２１３と、ＰＮＰトランジスタ２２１がＯＮし、コンデンサ２２６にＦＢ信号が充電され、階段状にステップアップした、充電電圧がＮチャネルＦＥＴ２３１の閾値Ｖｔｈ２以上になると（図３（ｄ））、ＯＮ動作し、その結果、ドレイン−ソース（Ｄ−Ｓ）間の電圧は下がる（図３（ｆ））。
この結果、ラッチ動作部２３０のＮチャネルＦＥＴ２３１のドレインから、たとえば０［Ｖ］の電圧のラッチ制御信号がラッチ回路１０６へ出力される。

図３においては、間欠動作が開始してから、５周期でコンデンサ２２６に充電される電圧がＮチャネルＦＥＴ２３１の閾値電圧に達してＯＮ動作させることによりラッチ制御信号を発生する構成としたが、タイマー回路２２０を構成する抵抗２２５とコンデンサ２２６の値を可変することにより、時定数を替えてコンデンサ２２６に充電される時間をコントロールすることが出来る。また、この時定数は、抵抗２２５とコンデンサ２２６の少なくとも一方を替えても良い。
また、スイッチング電源装置の負荷に単発的に過電流が流れたとしても、タイマー回路２２０でラッチ動作部２３０を駆動するには時定数回路により所定期間充電期間がかかるので、ラッチ動作が急激に作動することはなく、安定した動作ができる。

図４に本発明の他の実施形態のラッチ信号発生回路（保護回路）３００の構成図を示す。ラッチ信号発生回路３００は図２に示したラッチ信号発生回路２００の回路構成が一部異なる。具体的には、ＦＢ電圧検出回路３１０とタイマー回路３２０を簡略化している。
ＦＢ電圧検出回路３１０は、ツェナーダイオードＤ２（３１１）で構成され、タイマー回路３２０は、ダイオードＤ１（３２４）、抵抗Ｒ４（３２５）、コンデンサＣ２（３２６）で構成され、ラッチ動作部３３０はＮチャネルＦＥＴＱ３（３３１）で構成される。
１次制御回路１０４のＦＢ端子に、ツェナーダイオード３１１のカソードが接続され、アノードがダイオード３２４のアノードに接続される。ダイオード３２４のカソードは抵抗３２５の一端に接続され、他端はコンデンサ３２６の一端とＮチャネルＦＥＴ３３１のゲートに接続される。コンデンサ３２６の他端はＧＮＤに接続され、ＮチャネルＦＥＴ３３１のソースはＧＮＤに接続され、ドレインはラッチ回路１０６に接続される。

次に、ラッチ信号発生回路３００の動作について説明する。
１次制御回路１０４のＦＢ端子から出力されたＦＢ信号がＦＢ電圧検出回路３１０のツェナーダイオード３１１に供給される。ＦＢ信号の電圧がツェナーダイオード３１１のツェナー電圧とコンデンサ３２６に充電された電圧と（抵抗３２５、）ダイオード３２４の順方向電圧Ｖｆとを加えた電圧になると導通して、コンデンサ３２６を充電する。
すなわち、ＦＢ電圧検出回路２１０で、ＦＢ端子から出力されるＦＢ信号からツェナーダイオード３１１のツェナー電圧だけ降下した電圧とコンデンサ３２６の充電電圧の差が検出され、（その差電圧）／Ｒ４の電流で充電する。
ＦＢ電圧検出回路３１０で検出された差電圧が階段状にコンデンサ３２６に充電され、その充電された電圧がＮチャネルＦＥＴ３３１の閾値電圧以上になると、ＯＮ動作し、ドレインから０［Ｖ］のラッチ制御信号がラッチ回路１０６に出力される。
ラッチ動作部３３０から出力されたラッチ制御信号により、ラッチ回路１０６の動作がラッチされ、スイッチング電源の動作が遮断される。

上述したように、ラッチ信号発生回路３００は、タイマー回路３２０を構成する抵抗３２５またはコンデンサ３２６の値を可変することにより、時定数を替えてコンデンサ３２６に充電される時間をコントロールすることが出来る。特に、コンデンサ３２６の値を可変することにより、ラッチ動作部のＮチャネルＦＥＴ３３１のＶｔｈ電圧までの充電時間を制御することができる。
また、スイッチング電源装置の負荷に単発的に過電流が流れたとしても、タイマー回路３２０でラッチ動作部３３０を駆動するには時定数回路により所定期間充電期間がかかるので、ラッチ動作が急激に作動することはなく、安定した動作ができる。

次に、図５に本発明の他の実施形態のラッチ信号発生回路（保護回路）４００の構成を示す。このラッチ信号発生回路４００は図２に示したラッチ信号発生回路２００を変形した回路例であり、特にＦＢ電圧検出回路４１０の構成が異なる。
ここで、図２と同じ回路ブロックとそれを構成する素子は同じ番号を付与する。ラッチ信号発生回路４００は、図２と同様にＦＢ電圧検出回路４１０、タイマー回路２２０、ラッチ動作部２３０の３つのブロックで構成される。
ＦＢ電圧検出回路４１０において、ＦＢ端子に抵抗Ｒ５（４１１）の一端が接続され、他端が抵抗Ｒ１（４１２）の一端とＮチャネルＦＥＴＱ１（４１３）のゲートに接続される。抵抗４１２の他端はＧＮＤに接続され、ＮチャネルＦＥＴ４１３のドレインはタイマー回路２２０の抵抗Ｒ２（２２３）の一端に接続され、ソースがＧＮＤに接続される。
タイマー回路２２０とラッチ動作部２３０の回路構成は図２と同じであるので、ここでの記載は省略する。

次に、図５に示したラッチ信号発生回路４００の動作について説明する。ただし、図２と同じ回路ブロックのタイマー回路２２０とラッチ動作部２３０についての詳細な説明は省略する。
１次制御回路１０４のＦＢ端子は、通常動作においてＤＣ（直流）である。そのため、ＦＢ電圧検出回路４１０の抵抗４１１と抵抗４１２の共通接続点に発生する電圧は抵抗４１１と抵抗４１２で分圧した電圧となる。通常動作時において、抵抗４１１と抵抗４１２で分割される分割電圧はＮチャネルＦＥＴ４１３の閾値Ｖｔｈ以下になるように設定し、ＯＦＦ動作とする。通常動作期間はＮチャネルＦＥＴ４１３がＯＦＦであるので、タイマー回路２２０のＰＮＰトランジスタ２２１はＯＦＦし、コンデンサ２２６にはＦＢ信号（電圧）が充電されず、その電圧はＮチャネルＦＥＴ２３１の閾値電圧以下である。
その結果、ＮチャネルＦＥＴ２３１はＯＦＦ動作状態となり、ラッチ動作部２３０からラッチ回路１０６へラッチ制御信号は出力されない。

次に、間欠動作になると、１次制御回路１０４のＦＢ端子からＦＢ信号が出力され、ＦＢ電圧検出回路４１０とタイマー回路２２０に供給される。矩形パルスのＦＢ信号がＦＢ電圧検出回路４１０に供給されると、抵抗４１１と抵抗４１２で分圧され、ここで分圧された電圧がＮチャネルＦＥＴ４１３のゲートに供給される。この分圧された電圧はＮチャネルＦＥＴ４１３の閾値電圧以上になるように設定する。
ＦＢ信号の振幅値がたとえば３［Ｖ］のときと５［Ｖ］のときでは、それぞれの場合に応じてＶｔｈ電圧以上になるように抵抗４１１と抵抗４１２の分圧比を設定する。

ＦＢ信号が供給され、ＮチャネルＦＥＴ４１３がＯＮし、それに伴いＰＮＰトランジスタ２２１がＯＮし、そのＯＮ期間に所定の時定数で、ＦＢ信号がタイマー回路２２０のコンデンサ２２６に充電される。
この間欠動作を繰り返し、タイマー回路２２０のコンデンサ２２６に充電される電圧がＮチャネルＦＥＴ２３１のＶｔｈ電圧以上になると、ＯＮし、ドレインから０［Ｖ］のラッチ制御信号が出力される。

上述したように、ラッチ信号発生回路４００は、ＦＢ電圧検出回路のスイッチトランジスタを駆動する入力回路を分圧回路で構成することにより、スイッチ動作できるようにした。微分回路と比較してスイッチ２１３のＯＮ期間が長いため、タイマー回路の動作も速くすることができる。
また、図２と図４のラッチ信号発生回路と同様に、タイマー回路３２０を構成する抵抗２２５とコンデンサ２２６の値を可変することにより、時定数を替えてコンデンサ２２６に充電される時間をコントロールすることが出来る。
さらに、スイッチング電源装置の負荷に単発的に過電流が流れたとしても、タイマー回路３２０でラッチ動作部３３０を駆動するには時定数回路により所定期間充電期間がかかるので、ラッチ動作が急激に作動することはなく、安定した動作ができる。

図６にラッチ信号発生回路５５０とラッチ回路５１０の構成例を示す。
ラッチ回路５１０は、ＶＣＣにＰＮＰトランジスタＱ３（５１１）のエミッタが接続され、コレクタは抵抗Ｒ５（５１２）の一端に接続される。抵抗５１２の他端は抵抗Ｒ６（５１３）の一端とＮＰＮトランジスタＱ２（５１６）のベースに接続され、抵抗５１３の他端はＧＮＤに接続される。ＮＰＮトランジスタ５１６のエミッタはＧＮＤに接続され、コレクタは抵抗Ｒ２（５１５）の一端に接続される。抵抗５１５の他端はＰＮＰトランジスタ５１１のベースと抵抗Ｒ１（５１４）の一端に接続され、抵抗５１４の他端は電源ＶＣＣに接続される。またＮＰＮトランジスタ５１６のベースとＧＮＤ間にコンデンサ５１７が接続される。

ラッチ信号発生回路５５０は、ＦＢ信号が供給されるＦＢ電圧検出回路は省略してある。ＦＢ信号の出力は、ダイオードＤ３（５５３）のアノードとコンデンサＣ８（５５２）の一端に接続され、コンデンサ５５２の他端はＧＮＤに接続される。ダイオード５５３のカソードは抵抗Ｒ１２（５５４）の一端に接続され、他端はＮＰＮトランジスタＱ５（５５７）のベースとコンデンサＣ５（５５５）の一端に接続され、またコンデンサ５５５の他端はＧＮＤに接続される。
ＮＰＮトランジスタ５５７のコレクタは抵抗Ｒ１３（５５６）の一端に接続され、抵抗５５６の他端は電源ＶＣＣに接続される。またＮＰＮトランジスタ５５７のエミッタはＮＰＮトランジスタＱ４（５５８）のベースに接続され、このＮＰＮトランジスタ５５８のエミッタはＧＮＤに接続され、コレクタは抵抗Ｒ３（５１８）を介してラッチ回路の抵抗５１４と抵抗５１５の共通接続点に接続される。
ここで、ＮＰＮトランジスタ５５７とＮＰＮトランジスタ５５８でダーリントン接続の増幅回路を構成している。

次に、ラッチ回路５１０とラッチ信号発生回路５５０を組み合わせたときの動作について説明する。
ここで、信号源Ｖ４から出力される信号（電圧）は、例えば図２におけるタイマー回路２２０のＰＮＰトランジスタＱ２のコレクタ出力に対応する。
まず、通常動作のときの動作について説明する。通常動作期間、ＦＢ電圧はＤＣ電圧であるので、ＦＢ信号は発生しない。
このとき、ＮＰＮトランジスタ５５８はＯＦＦして、コレクタはオープン状態であり、ラッチ信号は発生せず、ラッチ回路５１０の抵抗５１４と抵抗５１５の共通接続点の電位は変化しない。
ラッチ回路５１０にラッチ制御信号が供給されないと、ＰＮＰトランジスタ５１１のベースは電源ＶＣＣから供給される電源電圧Ｖｃｃ［Ｖ］で、ベース−エミッタに電位は発生しないので、ＯＦＦ動作状態であり、またＰＮＰトランジスタ５１１にコレクタ電流が流れないので、抵抗５１２と抵抗５１３の共通接続点の電圧は０［Ｖ］となり、ＮＰＮトランジスタ５１６のベースは０［Ｖ］であるから、ＯＦＦ状態となる。その結果、このラッチ回路５１０の動作は停止している。

次に、間欠動作時におけるラッチ回路５１０とラッチ信号発生回路５５０の動作について説明する。
ＦＢ信号が検出され、矩形波（パルス）が信号源Ｖ４から出力されると、ダイオード５５３と抵抗５５４を介してコンデンサ５５５にＦＢ信号が所定期間、充電される。
間欠動作が繰り返されて、コンデンサ５５５に階段状に充電された電圧が、２＊Ｖｂｅ［Ｖ］以上になると、ダーリントン構成のＮＰＮトランジスタ５５７，５５８が共にＯＮする。ＮＰＮトランジスタ５５８がＯＮすると、コレクタからラッチ制御信号が出力される。
このＮＰＮトランジスタ５５８のコレクタは抵抗Ｒ３（５１８）を介してラッチ回路５１０の抵抗５１４と抵抗５１５の共通接続点に接続されているので、抵抗５１４の両端にコレクタ電流Ｉｃと抵抗５１４の抵抗値を乗算した値の電圧差が発生する。抵抗５１４の両端に発生する電圧差が、ＰＮＰトランジスタ５１１のＶｂｅ［Ｖ］以上になると、ＯＮ動作し、コレクタ電流が抵抗５１２、５１３を介してＧＮＤに流れる。
その結果、抵抗５１３で発生する電圧がＮＰＮトランジスタ５１６のＶｂｅ［Ｖ］以上になると、ＯＮ動作し、コレクタ電流が流れ、抵抗５１４と抵抗５１５の共通接続点の電位が下がり、ＰＮＰトランジスタ５１１のベース電位が下がり、正帰還動作が行われる。その結果、ラッチ回路はラッチ動作モードに移行する。

以上述べたように、本発明の過電流保護回路は、過負荷時に間欠発振するとき、トランスの１次側に設けられた制御回路のＦＢ端子から出力される電圧の波形を検出しているため、通常動作時は動作することがないため、待機電力等に影響を及ぼさない。
過負荷時のＦＢ信号を検出しているため、入力電圧との依存性がなく、同じ検出時間でラッチすることができる。
ラッチ制御信号発生用トランジスタの入力信号を積分回路を用いて生成し、この積分回路の抵抗と容量の時定数により、容量の充電電圧を任意に設定することができる。ラッチ制御信号を出力するトランジスタの閾値に達する時間をコントロールすることができるため、ラッチまでの時間を任意に設定することができる。
また、任意時間後のラッチ動作のため、瞬間短絡等では自己復帰することができる。

第1の実施形態のスイッチング電源装置の回路構成を示す図である。 第２の実施形態のラッチ信号発生回路の回路構成を示す図である。 図２のラッチ信号発生回路の動作を説明するための波形図である。 第３の実施形態のラッチ信号発生回路の回路構成を示す図である。 第４の実施形態のラッチ信号発生回路の回路構成を示す図である。 第５の実施形態のラッチ回路とラッチ信号発生回路の回路構成を示す図である。 スイッチング電源装置の出力の垂下特性を示す図である。 スイッチング電源装置の間欠動作期間中の負荷電流の波形を示す図である。

符号の説明

１００…スイッチング電源装置、１０１…ダイオードブリッジ回路、１０２…起動回路、１０３…制御ＳＷ（スイッチ）、１０４…１次制御回路（ＰＷＭなど）、１０５，２００，３００，４００，５５０…ラッチ信号発生回路（保護回路）、１０６，５１０…ラッチ回路、１３０…トランス、１３１…補助巻線、１１１，１５１，２２４，３２４，５５３…ダイオード、１１４，１５３…ホトカプラー、１４１…電流検出回路、１４２…２次制御回路、１４３…ＣＣ，ＣＶ制御部、１５５，１５６，１５７，１５８，２１２，２２２，２２３，２２５，３２５，４１１，４１２，５１２，５１３，５１４，５１５，５１８，５５４，５５６…抵抗、２１０，３１０，４１０…ＦＢ電圧検出回路、２１１，２２６，３２６，５１７，５５２，５５５…コンデンサ、２１３，２３１，３３１…ＮチャネルＦＥＴ、２２０，３２０…タイマー（作成）回路、２３０，３３０…ラッチ動作部。

Claims (12)

1. 電源装置の出力端子に流れる過電流を防止するための保護回路であって、
   上記電源装置の出力の過電流に応じて第１の制御信号を発生する制御信号発生回路と、
   上記第１の制御信号のレベルを検出し、検出した信号が所定レベル以上になると第２の制御信号を出力する信号検出回路と、
   上記信号検出回路から出力された第２の制御信号で駆動され、動作中に上記第１の制御信号が転送され、該第１の制御信号が所定の時定数で充電され、所定の時間で基準電圧に達するタイマー回路と、
   上記第１の制御信号が上記タイマー回路で充電されて上記基準電圧以上になったとき、上記電源装置の出力に流れる過電流を防止するための第３の制御信号を発生するラッチ動作部と
   を有する保護回路。
2. 上記タイマー回路は積分回路を有し、該積分回路の少なくともコンデンサを含み、該コンデンサの容量値は時定数により規定される
   請求項１記載の保護回路。
3. 上記信号検出回路は、微分回路とスイッチングトランジスタを有し、上記微分回路の抵抗に発生する電圧を検出して上記スイッチングトランジスタを制御する
   請求項１記載の保護回路。
4. 上記信号検出回路は、ツェナーダイオードを有し、該ツェナーダイオードの降伏電圧を越えたとき上記第１の制御信号を検出して上記タイマー回路に供給する
   請求項１記載の保護回路。
5. 上記信号検出回路は、分圧回路とスイッチングトランジスタを有し、上記分圧回路から出力された電圧を検出して上記スイッチングトランジスタを制御する
   請求項１記載の保護回路。
6. 上記ラッチ動作部はダーリントン回路を有する
   請求項１記載の保護回路。
7. 入力電圧をトランスを介してスイッチングしたのち整流し、整流した電圧と電流を検出し、過電流のとき制御信号を上記トランスの１次側の制御回路にフィードバックして電流を制御するスイッチング電源装置において、
   上記トランスの１次側の制御回路は、
   上記トランスの２次側の出力の過電流に応じて第１の制御信号を発生する制御信号発生回路と、
   上記第１の制御信号のレベルを検出し、検出した信号が所定レベル以上になると第２の制御信号出力する信号検出回路と、
   上記信号検出回路から出力された第２の制御信号で駆動され、動作中に上記第１の制御信号が転送され、該第１の制御信号が所定の時定数で充電されるタイマー回路と、
   上記第１の制御信号が上記タイマー回路で充電されて所定値以上になったとき、上記過電流を防止するための第３の制御信号を発生するラッチ動作部と
   を有するスイッチング電源装置。
8. 上記タイマー回路は積分回路を有し、該積分回路のコンデンサの値により時定数が可変される
   請求項７記載のスイッチング電源装置。
9. 上記信号検出回路は、微分回路とスイッチングトランジスタを有し、上記微分回路の抵抗に発生する電圧を検出して上記スイッチングトランジスタを制御する
   請求項７記載のスイッチング電源装置。
10. 上記信号検出回路は、ツェナーダイオードを有し、上記第１の制御信号を検出して上記タイマー回路に供給する
    請求項７記載のスイッチング電源装置。
11. 上記信号検出回路は、分圧回路とスイッチングトランジスタを有し、上記分圧回路から出力された電圧を検出して上記スイッチングトランジスタを制御する
    請求項７記載のスイッチング電源装置。
12. 上記ラッチ動作部はダーリントン回路を有する
    請求項７記載のスイッチング電源装置。

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