JP4919762B2 - Overcurrent protection circuit - Google Patents
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Description
本発明は、負荷電流を検出する電流検出器からの電流検出信号を監視し、この負荷に過電流が流れると、スイッチング素子に供給するパルス駆動信号を変化させて、負荷電圧を低下させる過電流保護回路に関する。 The present invention monitors a current detection signal from a current detector that detects a load current, and when an overcurrent flows through the load, the pulse drive signal supplied to the switching element is changed to reduce the load voltage. It relates to a protection circuit.
一般に、この種の過電流保護回路を備えたスイッチング電源装置は、例えば特許文献1に開示されるように、制御回路から与えられるパルス駆動信号により、スイッチング素子をスイッチングしてトランスの一次巻線に入力電圧を断続的に印加し、これによりトランスの二次巻線に誘起した電圧を整流平滑して、負荷に出力電圧を供給すると共に、負荷の過電流状態を電流検出器により検出すると、パルス駆動信号の導通幅を狭める指令信号を過電流保護回路から制御回路に供給するようになっている。 In general, a switching power supply device equipped with this type of overcurrent protection circuit, as disclosed in, for example, Patent Document 1, switches a switching element by a pulse drive signal provided from a control circuit to form a primary winding of a transformer. When the input voltage is applied intermittently, the voltage induced in the secondary winding of the transformer is rectified and smoothed, the output voltage is supplied to the load, and when the overcurrent state of the load is detected by the current detector, A command signal for narrowing the conduction width of the drive signal is supplied from the overcurrent protection circuit to the control circuit.
図4は、より具体的な回路構成をあらわしたものである。同図において、1,2は直流電圧Viが印加される入力端子、3はいわゆるハーフブリッジ構成のインバータで、これは入力端子1,2間に接続され、前記直流電圧Viを分圧して充電する2個のコンデンサ5,6からなる直列回路と、同じく入力端子1,2間に接続され、後述する制御用IC23からのパルス駆動信号を受けて各々スイッチング動作される2個のスイッチング素子7,8の直列回路と、一次側と二次側とを絶縁する電力伝送用のトランス9とにより構成され、トランス9の一次巻線9Aの一端(ドット側端子)は、スイッチング素子7,8の接続点に接続されると共に、一次巻線9Aの他端(非ドット側端子)は、コンデンサ5,6の接続点に接続される。
FIG. 4 shows a more specific circuit configuration. In the figure,
また、トランス9の二次巻線9Bには、出力整流回路としてのダイオード11,12のアノードが、その一端および他端にそれぞれ接続され、二次巻線9Bのセンタタップとダイオード11,12のカソードどうしを接続した接続点との間に、出力平滑回路を構成するチョークコイル13とコンデンサ14との直列回路が接続される。
The
そして、前記スイッチング素子7,8を、双方がオフになるデッドタイムを設けて交互にオン,オフさせると、スイッチング素子7のオン期間中には、コンデンサ5の充電電圧がトランス9の一次巻線9Aにドット側端子を正極性として印加され、スイッチング素子8のオン期間中には、別なコンデンサ6の充電電圧がトランス9の一次巻線9Aに非ドット側端子を正極性として印加される。そのため、トランス9の二次側では、スイッチング素子7,8が交互にオン,オフするのに同期して、ダイオード11,12もそれぞれ交互にオン,オフし、ここで整流した電圧をチョークコイル13とコンデンサ14で平滑することで、出力端子15,16間に接続した負荷Zに所定の出力電圧Voが供給される。
When the
一方、出力電圧Voを安定化させるための帰還回路として、ここではトランス9の二次側で出力電圧Voの変動を検出し、その検出信号をフォトカプラ21で電気的に絶縁してトランス9の一次側に伝送する出力電圧検出回路22と、前記出力電圧Voの検出信号に基づき、各スイッチング素子7,8に供給するパルス駆動信号の導通幅を可変制御するパルス幅変調制御手段としての制御用IC23が設けられる。これにより、出力電圧Voの上昇時には、フォトカプラ21の発光素子21Aに印加される検出信号の電圧レベルが上昇し、フォトカプラ21の受光素子21Bひいては制御用IC23の制御端子COMPに流れる電流が増加して、制御用IC23は各出力端子OUT1,OUT2からスイッチング素子7,8に供給するパルス駆動信号の導通幅を狭める。逆に、出力電圧Voの低下時には、フォトカプラ21の発光素子21Aに印加される検出信号の電圧レベルが低下し、フォトカプラ21の受光素子21Bひいては制御用IC23の制御端子COMPに流れる電流が減少して、制御用IC23は各出力端子OUT1,OUT2からスイッチング素子7,8に供給するパルス駆動信号の導通幅を広げる。このようなパルス駆動信号の導通幅制御によって、結果的に出力電圧Voの安定化を図っている。
On the other hand, as a feedback circuit for stabilizing the output voltage Vo, here, a change in the output voltage Vo is detected on the secondary side of the
31は、負荷Zを流れる出力電流Ioを検出する電流検出器としてのカレントトランスで、ここではトランス9の一次巻線9Aと直列にその一次巻線31Aが挿入接続され、当該一次巻線31Aとの巻線比に見合う電流検出信号が、カレントトランス31の二次巻線31Bに電流として流れるようになっている。また32は、前記カレントトランス31で得られる電流検出信号を監視して、負荷Zに過電流が流れると、前記スイッチング素子7,8に供給するパルス駆動信号の導通幅を狭めて、出力電圧Voを低下させるような指令信号を、制御用IC23に出力する過電流保護回路である。なお、電流検出器は、カレントトランス31以外に例えば抵抗を用いてもよく、また出力電流Ioを直接的または間接的に検出できる配線路であれば、どの位置に接続してもよい。
31 is a current transformer as a current detector for detecting an output current Io flowing through the load Z. Here, the
過電流保護回路32は、カレントトランス31の二次巻線31Bに流れる電流を全波整流するブリッジ接続されたダイオード35A〜35Dと、ダイオード35A,35Bの接続点とダイオード35C,35Dの接続点との間に接続する抵抗34と、ダイオード35A〜35Dで整流された電流検出信号が供給される抵抗36と、他端を接地する抵抗37と共に並列回路を構成して、前記整流された電流検出信号の電圧が下降する放電区間の時定数を決定するコンデンサ38と、抵抗36,37の接続点から、整流回路であるダイオード35A〜35Dへの電流の流れを阻止する逆流防止ダイオード39と、補助電源回路(図示せず)で生成した一定の動作電圧Vccを分圧する基準電圧生成回路としての抵抗41,42と、抵抗36,37の接続点に発生する電流検出信号に基づく電圧レベルを一方の入力端子(反転入力端子)に入力し、抵抗41,42の接続点における基準となる電圧レベルを他方の入力端子(非反転入力端子)に入力して、その比較結果を出力端子より出力するオペアンプ43と、オペアンプ43の出力端子における電圧レベルが上昇すると、制御用IC23の制御端子COMPに流れる電流を増加させるトランジスタ44と、前記オペアンプ43の出力端子に発生する電圧に見合うベース電流を、トランジスタ44に供給する抵抗45と、制御用IC23の制御端子COMPとトランジスタ44のコレクタとの間に接続されるダイオード46と、により構成される。
The
次に、上記回路構成における動作を、図5に示す各部の波形に基づき説明する。図5には、制御用IC23の出力端子OUT1から一方のスイッチング素子7に供給されるA点におけるパルス駆動信号の電圧波形と、制御用IC23の出力端子OUT2から他方のスイッチング素子8に供給されるB点におけるパルス駆動信号の電圧波形と、ダイオード35A〜35Dから出力されるE点の整流された電流検出信号における電圧波形と、オペアンプ43の非反転入力端子に印加されるF点における電圧波形が、上段より順に示されている。
Next, the operation in the above circuit configuration will be described based on the waveforms of the respective parts shown in FIG. In FIG. 5, the voltage waveform of the pulse drive signal at point A supplied from the output terminal OUT1 of the
制御用IC23の出力端子OUT1,OUT2から各スイッチング素子7,8には、一定のデッドタイムを有して交互にパルス駆動信号が与えられ、これによりトランス9の二次巻線9Bに誘起された電圧がダイオード11,12により整流され、さらにこの整流された電圧がチョークコイル13とコンデンサ14により平滑されることで、負荷Zに所定の出力電圧Voが供給される。また、カレントトランス31は、負荷Zの出力電流Ioに比例したトランス9の一次巻線9Aを流れる電流を電流検出信号として検出し、これを二次巻線31Bに電流として流す。この電流は、過電流保護回路32のダイオード35A〜35Dによって整流され、この整流した電流検出信号の電流を抵抗36からダイオード39を通してコンデンサ38に充電して、コンデンサ38の両端間の電圧レベルと、別な抵抗41,42の接続点に発生する基準電圧レベルが、オペアンプ43によって比較される。
A pulse drive signal is alternately supplied from the output terminals OUT1 and OUT2 of the
カレントトランス31の一次巻線31Aを流れる電流は、スイッチング素子7,8のオン期間中に増加し、スイッチング素子7,8が共にオフするデットタイム中に減少する。したがって、E点に発生する電圧も、スイッチング素子7,8のオン期間中に上昇し、スイッチング素子7,8が共にオフするデットタイム中に下降するが、ブリッジ接続したダイオード35A〜35Dの出力端には、抵抗37とコンデンサ38とを並列接続した時定数回路が接続されているので、図5に示すE点の電圧波形は、スイッチング素子7,8のオン期間中において、抵抗34の両端間に発生する電圧に依存して上昇する一方で(実線を参照)、スイッチング素子7,8が共にオフするデットタイム中において、抵抗37とコンデンサ38とにより決定される時定数に依存して下降する(破線を参照)。また、図5では、F点の波形がなだらかな曲線状に描かれているが、実際にはE点に発生する電圧を平滑したものなので、リプル(脈動)成分が含まれている。
Current through the
ここで、負荷Zへの出力電流Ioが過電流状態ではない定常動作時には、オペアンプ43の非反転入力端子における電圧レベルが、オペアンプ43の反転入力端子における基準電圧レベルよりも低く、トランジスタ44はオフして、過電流保護回路32はいわば制御用IC23の制御端子COMPから切り離された状態になる。従って、この場合の制御用IC23は、出力電圧検出回路22からの検出信号を受けて、出力電圧Voが一定となるように、スイッチング素子7,8へのパルス駆動信号の導通幅を可変制御する。
Here, during steady operation when the output current Io to the load Z is not in an overcurrent state, the voltage level at the non-inverting input terminal of the
一方、負荷Zへの出力電流Ioが増加して、オペアンプ43の非反転入力端子における電圧レベルが、オペアンプ43の反転入力端子における基準電圧レベルよりも高くなり、ダイオード46を介してトランジスタ44のコレクタからエミッタに電流が流れ始めると、これが過電流保護回路32から制御用IC23に向けての過電流保護を開始する指令信号となり、図5における過電流保護動作開始時のA点およびB点の波形に示すように、制御用IC23はスイッチング素子7,8へのパルス駆動信号の導通幅を次第に狭め、出力電圧Voを低下させる。このとき、E点における整流された電流検出信号の電圧波形も、次第に電圧上昇時におけるパルス幅が狭くなるが、電圧下降時すなわち放電時の時定数は一定であるため、E点の電圧波形のリプル成分は増大し、オペアンプ43の非反転入力端子に印加されるF点の電位が低下するような動作となる。しかし、実際にはF点の電位が、抵抗41,42で定められた基準電圧レベルと等しくなるように過電流保護回路32が動作し、このF点の電位を上昇させるために、E点の電圧波形のピークが高くなっていくので、出力電流Ioが過電流保護動作の開始時よりもさらに上昇しながら出力電圧Voが低下する定電力垂下特性を示すようになる。
しかし、上述した従来の過電流保護回路32は、負荷Zに過大な出力電流Ioが流れると、定電力垂下に近い特性で出力電流Ioが増加しながら出力電圧Voが低下するので、内部部品へのストレスが増大する。こうした問題を回避するには、過電流時に定電流垂下特性を有する過電流保護回路を新たに設計すればよいが、その場合は図4に示すような既存の過電流保護回路32に手を加えなければならず、大掛かりな設計変更を余儀なくされる。
However, in the conventional
本発明は上記の各問題点に着目してなされたもので、既存の回路構成に手を加えることなく、過電流時において定電流垂下特性を簡単に実現できる過電流保護回路を提供することを、その目的とする。 The present invention has been made paying attention to each of the above problems, and provides an overcurrent protection circuit that can easily realize a constant current drooping characteristic at the time of overcurrent without modifying the existing circuit configuration. And its purpose.
本発明における請求項1の過電流保護回路は、上記目的を達成するために、制御手段からスイッチング素子に与えられるパルス駆動信号によって、前記スイッチング素子をスイッチングして負荷に出力電圧を供給すると共に、前記出力電圧を安定化させるために、前記出力電圧を出力電圧検出回路で検出し、この出力電圧検出回路からの検出信号に基づいて、前記制御手段が前記パルス駆動信号の導通幅を可変制御するスイッチング電源装置に具備され、前記負荷を流れる出力電流を検出する電流検出器からの電流検出信号を整流するダイオードと、前記スイッチング素子のオン期間中に、前記ダイオードから整流した電流検出信号の電流が流れ込むことにより充電するコンデンサと、前記コンデンサの両端間に接続され、前記スイッチング素子のオフ期間中に、前記コンデンサを放電する抵抗と、を備え、前記コンデンサの両端間の電圧レベルが基準電圧レベルよりも高くなると、前記パルス駆動信号の導通幅を狭めるような指令信号を前記制御手段に向けて流して、前記出力電圧を垂下させる過電流保護回路において、前記パルス駆動信号の導通幅に応じたレベルの電圧を生成する電圧生成回路と、前記電圧生成回路で得た電圧を入力として、前記パルス駆動信号の導通幅に応じて変化する電流を補正信号として生成し、この補正信号の電流によって、前記整流した電流検出信号から前記コンデンサに流れる電流量を調整する可変電流源と、により構成され、前記パルス駆動信号の導通幅が狭くなると、前記補正信号の電流量が減少して、前記コンデンサに流れる電流量を増加させ、前記コンデンサの両端間の電圧レベルが前記基準電圧レベルを超えることにより、前記出力電流が定電流で前記出力電圧を垂下させる垂下特性補正回路を備えている。 In order to achieve the above object, the overcurrent protection circuit according to claim 1 of the present invention switches the switching element and supplies an output voltage to a load by a pulse drive signal given from the control means to the switching element. In order to stabilize the output voltage, the output voltage is detected by an output voltage detection circuit, and the control means variably controls the conduction width of the pulse drive signal based on a detection signal from the output voltage detection circuit. The switching power supply device includes a diode that rectifies a current detection signal from a current detector that detects an output current flowing through the load, and a current of the current detection signal rectified from the diode during an ON period of the switching element. A capacitor charged by flowing in, and connected between both ends of the capacitor, the switching A resistor that discharges the capacitor during the off period of the child, and when the voltage level across the capacitor becomes higher than a reference voltage level, the command signal that narrows the conduction width of the pulse drive signal In an overcurrent protection circuit that flows toward the control means and droops the output voltage, a voltage generation circuit that generates a voltage of a level corresponding to a conduction width of the pulse drive signal, and a voltage obtained by the voltage generation circuit A variable current source that generates, as an input, a current that changes according to the conduction width of the pulse drive signal as an input, and adjusts the amount of current that flows from the rectified current detection signal to the capacitor according to the current of the correction signal. When the conduction width of the pulse drive signal becomes narrow, the amount of current of the correction signal decreases and the amount of current flowing through the capacitor increases. So, the voltage level across the capacitor by more than the reference voltage level, the output current has a drooping characteristic correction circuit for suspending the output voltage at constant current.
請求項1の構成によれば、負荷に過電流が流れると、垂下特性補正回路がスイッチング素子に供給するパルス駆動信号を利用して、このパルス駆動信号の変化に応じた補正信号を生成し、整流した電流検出信号からコンデンサに流れる電流量を調整することで、負荷への出力電流がさらに増加することなく、一定の電流値に保たれたまま出力電圧を垂下させることが可能になる。そしてこれは、既存の回路構成に垂下特性補正回路を追加するだけで、しかも元々はスイッチング素子へのパルス駆動信号を上手く利用して実現できることから、既存の回路構成に手を加えることなく、過電流時において定電流垂下特性を簡単に得ることができる。 According to the configuration of claim 1, when an overcurrent flows through the load, the drooping characteristic correction circuit generates a correction signal according to the change of the pulse drive signal using the pulse drive signal supplied to the switching element, By adjusting the amount of current flowing through the capacitor from the rectified current detection signal, the output voltage can be drooped while maintaining a constant current value without further increasing the output current to the load. This can be realized simply by adding a drooping characteristic correction circuit to the existing circuit configuration, and originally using the pulse drive signal to the switching element well. The constant current drooping characteristic can be easily obtained at the time of current.
また、パルス駆動信号の導通幅が増減するのを利用して、電圧生成回路が可変する電圧レベルを生成し、この電圧に基づいて可変電流源が、整流した電流検出信号からコンデンサに流れる電流量を調整するので、垂下特性補正回路を電圧生成回路と可変電流源で簡単に構成することができる。 Further , the voltage generation circuit generates a variable voltage level using the increase / decrease of the conduction width of the pulse drive signal, and based on this voltage, the amount of current flowing from the rectified current detection signal to the capacitor by the variable current source Therefore, the drooping characteristic correction circuit can be easily configured with a voltage generation circuit and a variable current source.
以下、本発明における過電流保護回路を備えたスイッチング電源装置の好ましい一実施形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、背景技術で説明した箇所と同一部分には同一符号を付し、共通する説明は重複を避けるために極力省略する。 Hereinafter, a preferred embodiment of a switching power supply device having an overcurrent protection circuit according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part same as the location demonstrated by background art, and common description is abbreviate | omitted as much as possible in order to avoid duplication.
図1は、本発明におけるスイッチング電源装置の回路図であり、ここでは従来例として示した図4の回路構成をそのまま共通に使用する一方で、負荷Zが過電流状態になったときに、この負荷Zへの出力電流Ioが定電流で出力電圧Voが垂下するように、制御用IC23からスイッチング素子7,8に与えられるパルス駆動信号から生成される補正信号を生成して、前記整流された電流検出信号の電流量を補正する垂下特性補正回路51を設けている。また、周囲温度による垂下特性の変動を防止するために、基準電圧生成回路としての抵抗41,42と、上記垂下特性補正回路51には、温度補償用素子としてのサーミスタ抵抗52,53がそれぞれ設けられている。つまり、垂下特性補正回路51とサーミスタ抵抗52を付加した以外は、図4と同一の回路構成を有している。
FIG. 1 is a circuit diagram of a switching power supply apparatus according to the present invention. Here, the circuit configuration of FIG. 4 shown as the conventional example is commonly used as it is, and when the load Z enters an overcurrent state, A correction signal generated from a pulse drive signal applied from the
垂下特性補正回路51は、前記パルス駆動信号の導通幅に応じたレベルの電圧を生成する電圧生成回路56と、当該電圧生成回路56で得た電圧を入力として、パルス駆動信号の導通幅に応じて変化する電流を補正信号として生成し、この補正信号の電流によって前記F点のインピーダンスを変化させるような操作を行なう可変電流源としてのカレントミラー回路57とにより構成される。より具体的には、電圧生成回路56は、制御用IC23の出力端子OUT1に一端を接続したダイオード61と抵抗62との直列回路と、制御用IC23の出力端子OUT2に一端を接続した別なダイオード63と抵抗64との直列回路と、これらの直列回路の他端どうしを接続した接続点と接地ラインとの間に接続される充放電用のコンデンサ65と、当該コンデンサ65の両端間に接続される放電抵抗66と、を備えている。またカレントミラー回路57は、ベースどうしを接続したNPN型の同特性を有するトランジスタ68,69と、前記コンデンサ65の両端間に発生する電圧を電流に変換して、一方のトランジスタ68のコレクタおよび双方のトランジスタ68,69のベースに供給する抵抗71,72の直列回路と、抵抗71の両端間に並列接続した温度補償用のサーミスタ抵抗53と、双方のトランジスタ68,69のエミッタと接地ラインとの間にそれぞれ接続され、当該トランジスタ68,69のエミッタ電位を決定する抵抗73,74と、を備えている。
The drooping
本実施例におけるインバータ3は、図示したハーフブリッジ型以外に、フォワード型,フライバック型,フルブリッジ型など、どのような回路方式を採用してもよい。したがって、トランス9の二次側も、シングルエンド構成など種々の回路方式を採用できる。また、スイッチング素子7,8として、図1に示すMOS型FET以外に、トランジスタのような制御端子付きスイッチング素子を用いてもよい。さらに、過電流保護回路32や垂下特性補正回路51も、図1に示す回路構成に限定されない。
The
次に、上記回路構成における動作を、図2に示す各部の波形に基づき説明する。図2には、制御用IC23の出力端子OUT1から一方のスイッチング素子7に供給されるA点におけるパルス駆動信号の電圧波形と、制御用IC23の出力端子OUT2から他方のスイッチング素子8に供給されるB点におけるパルス駆動信号の電圧波形と、コンデンサ65の一端に発生するC点におけるカレントミラー回路57の電源電圧波形と、トランジスタ69のコレクタに流れ込むD点におけるカレントミラー回路57の出力側の電流波形と、ダイオード35A〜35Dから出力されるE点の整流された電流検出信号における電圧波形と、オペアンプ43の非反転入力端子に印加されるF点における電圧波形が、上段より順に示されている。
Next, the operation in the above circuit configuration will be described based on the waveform of each part shown in FIG. In FIG. 2, the voltage waveform of the pulse drive signal at point A supplied from the output terminal OUT1 of the
各スイッチング素子7,8のスイッチング動作により、負荷Zに出力電圧Voを供給し、定常時には出力電圧検出回路22で得た検出信号に基づき、制御用IC23からパルス駆動信号の導通幅を可変制御して出力電圧Voの安定化を図る一連の動作は、背景技術で説明した通りなので、ここではその説明を省略する。
The output voltage Vo is supplied to the load Z by the switching operation of the
垂下特性補正回路51の電圧生成回路56は、制御用IC23の出力端子OUT1からオンパルスが出力されると、ダイオード61を導通して、抵抗62からコンデンサ65に電流を流し、また制御用IC23の出力端子OUT2からオンパルスが出力されると、ダイオード63を導通して、抵抗64を経てコンデンサ65に電流を流し、コンデンサ65を充電する。したがって、コンデンサ65の一端に発生するC点の電圧は、出力端子OUT1,OUT2からスイッチング素子7,8に供給するパルス駆動信号の導通幅が広がれば高くなり、導通幅が狭まれば低くなる。また、このC点の電圧は、カレントミラー回路57に入力する電源電圧となるので、垂下特性補正回路51の補正信号となるトランジスタ69のコレクタからベースに流れるD点の電流は、パルス駆動信号の導通幅が広がれば増加し、導通幅が狭まれば減少する。
When an on-pulse is output from the output terminal OUT1 of the
一方、過電流保護回路32は、カレントトランス31の二次巻線31Bに流れる電流をダイオード35A〜35Dにより整流し、この整流した電流検出信号の電流量を前記補正信号で調整してコンデンサ38に充電して、コンデンサ38の両端間の信号の電圧レベルと、別な抵抗41,42の接続点に発生する基準電圧レベルを、オペアンプ43によって比較する。
On the other hand, the
カレントトランス31の一次巻線31Aを流れる電流は、スイッチング素子7,8のオン期間中に増加し、スイッチング素子7,8が共にオフするデットタイム中に減少する。したがって、E点に発生する電圧も、スイッチング素子7,8のオン期間中に上昇し、スイッチング素子7,8が共にオフするデットタイム中に下降するが、ブリッジ接続したダイオード35A〜35Dの出力端には、抵抗37とコンデンサ38とを並列接続した時定数回路が接続されているので、図2に示すE点の電圧波形は、スイッチング素子7,8のオン期間中において、電流検出信号に依存して上昇する一方で(実線を参照)、スイッチング素子7,8が共にオフするデットタイム中において、抵抗37とコンデンサ38とにより決定される時定数に依存して下降する(破線を参照)。また、図2では、F点の波形がなだらかな曲線状に描かれているが、実際にはE点に発生する電圧を平滑したものなので、リプル成分が含まれている。
The current flowing through the primary winding 31A of the
ここで、負荷Zへの出力電流Ioが過電流状態ではない定常動作時には、カレントトランス31の二次巻線31Bを流れる電流が過電流時よりも少なく、また制御用IC23の各出力端子OUT1,OUT2から発生するパルス駆動信号の導通幅が過電流時よりも広い。そのため、C点におけるカレントミラー回路57の電源電圧が高くなっていて、D点での補正信号の電流量も多いので、ダイオード35A〜35Dの出力端からダイオード39を通してオペアンプ43の非反転入力端子に流れ込む電流が減少し、オペアンプ43の非反転入力端子におけるF点の電圧レベルが、抵抗41,42で定められたオペアンプ43の反転入力端子に印加される基準電圧レベルよりも低くなる。すると、トランジスタ44はオフして、過電流保護回路32はいわば制御用IC23の制御端子COMPから切り離された状態になり、制御用IC23は、出力電圧検出回路22からの検出信号を受けて、出力電圧Voが一定となるように、スイッチング素子7,8へのパルス駆動信号の導通幅を可変制御する。
Here, at the time of steady operation in which the output current Io to the load Z is not in an overcurrent state, the current flowing through the secondary winding 31B of the
一方、負荷Zへの出力電流Ioが増加すると、カレントトランス31の二次巻線31Bを流れる電流が増加し、E点に発生する電圧も上昇する。これに伴ない、オペアンプ43の非反転入力端子における電圧レベルが、オペアンプ43の反転入力端子における基準電圧レベルよりも高くなり、ダイオード46を介してトランジスタ44のコレクタからエミッタに電流が流れ始めると、これが過電流保護回路32から制御用IC23に向けての過電流保護を開始する指令信号となり、図2における過電流保護動作開始時のA点およびB点の波形に示すように、制御用IC23はスイッチング素子7,8へのパルス駆動信号の導通幅を次第に狭め、出力電圧Voを低下させる。
On the other hand, when the output current Io to the load Z increases, the current flowing through the secondary winding 31B of the
このとき、垂下特性補正回路51は、C点におけるカレントミラー回路57の電源電圧が次第に低下し、D点でのカレントミラー回路57への補正信号の電流量も減少するので、ダイオード35A〜35Dの出力端からダイオード39を通してオペアンプ43の非反転入力端子に流れ込む電流が増加し、オペアンプ43の非反転入力端子におけるF点のインピーダンスが大きくなる。つまり、図2に示すE点の電圧波形は、過電流保護回路32からの指令信号によって、スイッチング素子7,8へのパルス駆動信号の導通幅が狭くなると、カレントトランス31により検出した電流検出信号に基づく電圧波形(E点の波形図の斜線部分)に、垂下特性補正回路51で生成された補正信号の電流量を考慮した電圧補正分が加わってさらに上昇する(E点の波形図の実線と波線部分)。
At this time, in the drooping
こうして、過電流保護回路32に与えられる出力電流Ioの電流情報に対して、スイッチング電源装置自体で生成されるパルス駆動信号を用いて、インピーダンスを変化させるような操作を行なうと、出力電圧Voが低下するのに従って、出力電流Ioが増加する従来のような定電力垂下特性ではなく、出力電流Ioが一定の電流値に保たれたまま、出力電圧Voが低下する定電流垂下特性を示すようになる。図3には一例として、従来の垂下特性補正回路51が設けられていない場合と、本実施例における垂下特性補正回路51を設けた場合の、出力電流Ioと出力電圧Voの関係を各々示している。垂下特性補正回路51を付加すると、過電流時において、出力電流Ioが増加することなく、出力電圧Voが低下しているのがわかる。これは垂下特性補正回路51が、スイッチング電源装置自体のパルス駆動信号を用いて、カレントミラー回路57に流れ込む補正信号の電流量を変化させ、実質的にF点の抵抗値を可変操作することで実現している。
In this way, when an operation for changing the impedance is performed on the current information of the output current Io given to the
以上のように本実施例では、制御手段である制御用IC23からスイッチング素子7,8に与えられるパルス駆動信号によって、スイッチング素子7,8をスイッチングして負荷Zに出力電圧Voを供給すると共に、この出力電圧Voを安定化させるために、出力電圧Voを出力電圧検出回路22で検出し、この出力電圧検出回路22からの検出信号に基づいて、制御用IC23がパルス駆動信号の導通幅を可変制御するスイッチング電源装置に具備され、負荷Zへの電流である出力電流Ioを検出する電流検出器たるカレントトランス31からの電流検出信号を整流するダイオード35A〜35Dと、スイッチング素子7,8のオン期間中に、前記整流した電流検出信号の電流が流れ込むことにより充電するコンデンサ38と、コンデンサ38の両端間に接続され、スイッチング素子7,8のオフ期間中に、コンデンサ38を放電する抵抗37と、を備え、コンデンサ38の両端間の電圧レベルが基準電圧レベルよりも高くなると、パルス駆動信号の導通幅を狭めるような指令信号を制御用IC23に向けて流して、負荷Zへの電圧である出力電圧Voを垂下させる過電流保護回路32において、パルス駆動信号の導通幅に応じたレベルの電圧を、例えばコンデンサ65の両端間に生成する電圧生成回路56と、この電圧生成回路56で得た電圧を入力として、パルス駆動信号の導通幅に応じて変化する電流を補正信号として生成し、この補正信号の電流によって、整流した電流検出信号からコンデンサ38に流れる電流量を調整する可変電流源としてのカレントミラー回路57と、により構成されており、パルス駆動信号の導通幅が狭くなると、前記補正信号の電流量が減少して、前記コンデンサ38に流れる電流量を増加させ、コンデンサ38の両端間の電圧レベルが基準電圧レベルを超えることにより、負荷Zへの出力電流Ioを一定に保ったまま出力電圧Voを垂下させる垂下特性補正回路51を備えている。
As described above, in the present embodiment , the
この場合、負荷Zに過電流が流れると、垂下特性補正回路51が、スイッチング素子7,8に供給するパルス駆動信号を利用して、このパルス駆動信号の変化に応じた補正信号を生成し、整流した電流検出信号からコンデンサ38に流れる電流量を調整することで、負荷Zへの出力電流Ioがさらに増加することなく、一定の電流値に保たれたまま出力電圧Voを垂下させることが可能になる。そしてこれは、既存の回路構成に垂下特性補正回路51を追加するだけで、しかも元々はスイッチング素子7,8へのパルス駆動信号を上手く利用して実現できることから、既存の回路構成に手を加えることなく、過電流時において定電流垂下特性を簡単に得ることができる。
In this case, when an overcurrent flows through the load Z, the drooping
また、パルス駆動信号の導通幅が増減するのを利用して、電圧生成回路56が可変する電圧レベルを生成し、この電圧に基づいてカレントミラー回路57が、整流した電流検出信号からコンデンサ38に流れる電流量を調整するので、垂下特性補正回路51を電圧生成回路56とカレントミラー回路57で簡単に構成することができる。
Moreover, by utilizing to increase or decrease the conduction width of the pulse drive signal, the
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲において種々の変形実施が可能である。本実施例における過電流保護回路は、いわゆるスイッチング電源装置に組込まれているが、スイッチング素子に与えるパルス駆動信号によって、負荷電流を変化させることができるあらゆる回路構成に、上述した過電流保護回路を適用させることが可能である。 In addition, this invention is not limited to the said Example, A various deformation | transformation implementation is possible in the range of the summary of this invention. The overcurrent protection circuit in this embodiment is incorporated in a so-called switching power supply device, but the above-described overcurrent protection circuit is incorporated in any circuit configuration that can change the load current by a pulse drive signal applied to the switching element. It is possible to apply.
7,8 スイッチング素子
23 制御用IC(制御手段)
31 カレントトランス(電流検出器)
32 過電流保護回路
35A〜35D ダイオード
37 抵抗
38 コンデンサ
51 垂下特性補正回路
56 電圧生成回路
57 カレントミラー回路(可変電流源)
Z 負荷
7,8 Switching element
23 Control IC (control means)
31 Current transformer (current detector)
32 Overcurrent protection circuit
35A-35D diode
37 Resistance
38
Z load
Claims (1)
前記負荷を流れる出力電流を検出する電流検出器からの電流検出信号を整流するダイオードと、
前記スイッチング素子のオン期間中に、前記ダイオードから整流した電流検出信号の電流が流れ込むことにより充電するコンデンサと、
前記コンデンサの両端間に接続され、前記スイッチング素子のオフ期間中に、前記コンデンサを放電する抵抗と、を備え、
前記コンデンサの両端間の電圧レベルが基準電圧レベルよりも高くなると、前記パルス駆動信号の導通幅を狭めるような指令信号を前記制御手段に向けて流して、前記出力電圧を垂下させる過電流保護回路において、
前記パルス駆動信号の導通幅に応じたレベルの電圧を生成する電圧生成回路と、前記電圧生成回路で得た電圧を入力として、前記パルス駆動信号の導通幅に応じて変化する電流を補正信号として生成し、この補正信号の電流によって、前記整流した電流検出信号から前記コンデンサに流れる電流量を調整する可変電流源と、により構成され、
前記パルス駆動信号の導通幅が狭くなると、前記補正信号の電流量が減少して、前記コンデンサに流れる電流量を増加させ、前記コンデンサの両端間の電圧レベルが前記基準電圧レベルを超えることにより、前記出力電流が定電流で前記出力電圧を垂下させる垂下特性補正回路を備えたことを特徴とする過電流保護回路。
In accordance with a pulse drive signal given from the control means to the switching element, the switching element is switched to supply an output voltage to the load, and the output voltage is detected by an output voltage detection circuit in order to stabilize the output voltage. The control means is provided in a switching power supply device that variably controls the conduction width of the pulse drive signal based on a detection signal from the output voltage detection circuit,
A diode for rectifying a current detection signal from the current detector for detecting an output current flowing through the load,
A capacitor that is charged when a current of a current detection signal rectified from the diode flows during an on period of the switching element;
A resistor connected between both ends of the capacitor, and discharging the capacitor during an off period of the switching element,
When the voltage level between both ends of the capacitor becomes higher than the reference voltage level, an overcurrent protection circuit that causes a command signal to narrow the conduction width of the pulse drive signal to the control means to drop the output voltage In
A voltage generation circuit that generates a voltage at a level corresponding to the conduction width of the pulse drive signal, and a voltage obtained by the voltage generation circuit as an input, and a current that changes according to the conduction width of the pulse drive signal as a correction signal And a variable current source that adjusts the amount of current flowing from the rectified current detection signal to the capacitor by the current of the correction signal,
When the conduction width of the pulse drive signal is narrowed, the amount of current of the correction signal is decreased, the amount of current flowing through the capacitor is increased, and the voltage level across the capacitor exceeds the reference voltage level. An overcurrent protection circuit comprising a drooping characteristic correction circuit that droops the output voltage when the output current is a constant current .
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