JP4919858B2 - スイッチング電源 - Google Patents

Description

本発明は、一次巻線及び補助巻線を有するトランスと、主スイッチとを備えたスイッチング電源に関するものである。

従来の自励式コンバータは、補助巻線電流が流れ終わったタイミングを検出するための制御巻線を一次側に備えてある。しかし、この手段では、補助巻線短絡時に補助巻線にのるノイズ等により、オントリガが入り、スイッチ素子はスイッチング動作を行う。その結果、補助巻線に短絡電流が流れ続け、補助巻線が焼けて煙や臭いが発生した。

そこで、上記課題を解決すべく、入力電圧を検出する手段と主スイッチに流れる電流を検出する手段と、ゼロ電流検出手段とを備え、これらの検出結果に基づいて、補助巻線の短絡を検出して、スイッチング電源の電圧出力を停止させるものが開発された（特許文献１参照）。
特開２００６−２９６１５７公報

従来の具体例として、図５に示す。図５図示のスイッチング電源は、以下のように作用する。マルチプライヤ１３は入力電圧を分圧した電圧ＭＵＬＴと出力電圧を分圧した電圧ＭＯとの積算を行う。コンパレータ１２は主スイッチＱ１に流れる電流に応じた電圧ＣＳとマルチプライヤ１３の乗算結果とを比較する。ドライバ１１はトランスＴ１の補助巻線Ｎｃから出力される電圧Ｚcdとコンパレータ１２における比較結果とに基づいて、主スイッチＱ１のオン・オフ制御を行う。補助巻線短絡保護回路１４は上述した電圧ＭＵＬＴ、電圧ＣＳおよび電圧Ｚcdに基づいて補助巻線Ｎｃの短絡を検知し、検知後、主スイッチＱ１のオフ制御を行い、スイッチング電源の動作を停止する。

しかし、この制御手段は入力電圧を検出し、補助巻線の短絡時間をカウントする手段を採っているため、補助巻線短絡時に入力電圧検出端子波形が理想的な正弦波とならないことが多く、一定期間を正確にカウントすることができずに、補助巻線が短絡していない場合でも、補助巻線が短絡したと判断されるおそれがある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、より確実に補助巻線の短絡を検出するスイッチング電源を提供する。

上記課題を解決するために、本発明に係るスイッチング電源は、一次巻線及び補助巻線を有するトランスと、前記トランスの一次巻線の他端と接続された主スイッチとを備えたスイッチング電源であって、前記主スイッチのオン・オフ制御信号を受けて定電流を流してタイミングコンデンサを充電するコンデンサ充電手段を備え、このコンデンサ充電手段の出力部を補助スイッチの入出力端子に接続してあるとともに、前記補助巻線に接続され、この補助巻線が短絡したことを検出する補助巻線短絡検出手段を備え、この補助巻線短絡検出手段の出力部を前記補助スイッチの制御端子に接続し前記コンデンサが充電されると前記補助巻線が短絡したと判断して、スイッチング電源の動作を停止するようにしてあることを特徴とする。

前記コンデンサ充電手段は、ソフトスタート時においては作動しないように設定してあることを特徴とする。
前記コンデンサ充電手段は、軽負荷時且つ基準より入力電圧が高い場合においては作動しないように設定してあることを特徴とする。

本発明によれば、入力電圧の検出端子波形による影響を受けずに補助巻線の短絡を検出することができるので、補助巻線が短絡していない場合に補助巻線が短絡したと判断されることを防止し、より確実に補助巻線の短絡を検出することができる。また、本発明は出力ダイオード短絡に関しても検出することができ、主スイッチの破損を防止することが出来る。

図１に示すように、本発明の一実施形態におけるスイッチング電源は力率改善型のスイッチング電源である。このスイッチング電源はダイオードブリッジＤＢ１（整流手段）と、トランスＴ１と、ＭＯＳＦＥＴで構成した主スイッチＱ１と、ダイオードＤ１と、コンデンサＣ１，Ｃ１３と、抵抗Ｒ１〜９と、制御回路１０とから構成される。ダイオードブリッジＤＢ１は整流回路をなし、入力端ＡＣinputから入力された交流電圧を整流する。トランスＴ１は、磁気コアに巻回され、且つ、相互に電磁結合された一次巻線Ｎｐと補助巻線Ｎｃとを有する。

入力端ＡＣinputの一端をダイオードブリッジＤＢ１の一方の交流入力端に接続し、入力端ＡＣinputの他端をダイオードブリッジＤＢ１の他方の交流入力端に接続してある。ダイオードブリッジＤＢ１の正の直流出力端を抵抗Ｒ１の一端に接続し、抵抗Ｒ１の他端をコンデンサＣ１の一端、トランスＴ１の一次巻線Ｎｐの負極側及び抵抗Ｒ２の一端に接続してある。

トランスＴ１の一次巻線Ｎｐの正極側を主スイッチＱ１のドレイン及びダイオードＤ１のアノードに接続してある。ダイオードＤ１のカソードを電解コンデンサからなるコンデンサＣ１３の正極側及び出力端outputの正電圧端＋Ｖ並びに抵抗Ｒ８の一端に接続してある。ダイオードブリッジＤＢ１の負の直流出力端をコンデンサＣ１の他端、抵抗Ｒ６、Ｒ７の一端、コンデンサＣ１３の負極側及び出力端outputの負電圧端−Ｖに接続してある。抵抗Ｒ２の他端を抵抗Ｒ３の一端及び制御回路１０の入力端Ａに接続してある。抵抗Ｒ３の他端をグランド電位に接地してある。尚、抵抗Ｒ２，Ｒ３は入力側分圧抵抗をなす。

トランスＴ１の補助巻線Ｎｃの負極側をグランド電位に接地してある。トランスＴ１の補助巻線Ｎｃの正極側は抵抗Ｒ４の一端に接続してある。抵抗Ｒ４の他端を制御回路１０の入力端Ｂに接続してある。主スイッチＱ１のソースを抵抗Ｒ７の他端及び制御回路１０の入力端Ｃに接続してある。尚、抵抗Ｒ７は主スイッチＱ１のスイッチング電流ＩＱ１を検出するための電流検出用の抵抗である。抵抗Ｒ８の他端を抵抗Ｒ９の一端及び制御回路１０の入力端Ｄに接続してある。抵抗Ｒ９の他端をグランド電位に接地してある。尚、抵抗Ｒ８，Ｒ９は出力側分圧抵抗をなす。主スイッチＱ１のゲートを抵抗Ｒ５の一端及び抵抗Ｒ６の他端に接続してある。抵抗Ｒ５の他端を制御回路１０の出力端Ｅに接続してある。

制御回路１０は、ドライバ１１と、コンパレータ１２（スイッチング素子電流検出手段）と、マルチプライヤ１３（入力電圧検出手段）と、コンパレータ１６（出力電圧検出手段）と、補助巻線短絡保護回路２０とから構成され、入力端Ａ〜Ｄにて入力した諸信号に基づいて主スイッチＱ１をオン・オフするための電圧ＶＧＳを生成して出力端Ｅから出力し、スイッチング電源の制御回路として動作する。また、制御回路１０は、内蔵している補助巻線短絡保護回路２０によって、トランスＴ１の補助巻線Ｎｃの短絡を検出並びに判断し、主スイッチＱ１をオフ状態に固定し、補助巻線Ｎｃを破損から保護する。

マルチプライヤ１３の一方の入力端を制御回路１０の入力端Ａに接続し、他方の入力端を、出力電圧検出手段であるコンパレータ１６を介して、制御回路１０の入力端Ｄに接続してある。コンパレータ１２の一方の入力端をマルチプライヤ１３の出力端に接続し、他方の入力端を制御回路１０の入力端Ｃに接続し、出力端をドライバ１１の一方の入力端に接続してある。ドライバ１１の他方の入力端を制御回路１０の入力端Ｂに接続し、出力端を制御回路１０の出力端Ｅに接続してある。

マルチプライヤ１３は二つの入力端において入力した二つの電圧を乗算して出力端から出力する。ドライバ１１は、例えば、トランジスタを用いたスイッチング回路から構成され、トランスＴ１の補助巻線Ｎｃから抵抗Ｒ４を介して入力した電圧またはコンパレータ１２から入力した電圧に基づいて、スイッチング電源１に入力される交流電流の周波数より高い周波数（スイッチング周波数）にて、主スイッチＱ１をオン・オフさせる。尚、ドライバ１１は、上述したように、主スイッチＱ１のゲートをオン・オフさせることができればどんなものでもよい。

次に、補助巻線短絡保護回路２０の構成の概略を説明する。尚、補助巻線短絡保護回路２０について図２に示す。図２に示すように、補助巻線短絡保護回路２０は、コンデンサ充電回路１１０と、補助巻線短絡検出回路１２０と、ＭＯＳＦＥＴで構成した補助スイッチ１３０と、ラッチ回路１４０とから構成される。コンデンサ充電回路１１０の入力端をドライバ１１に接続してある。補助巻線短絡検出回路１２０の入力端を制御回路１０の入力端Ｂに接続してある。コンデンサ充電回路１１０の出力端は補助スイッチ１３０の入出力端子に、本実施例においては補助スイッチ１３０のドレイン端子に接続してある。また、コンデンサ充電回路１１０の出力端はタイミングコンデンサ５０並びにラッチ回路１４０の入力端に接続してある。補助巻線短絡検出回路１２０は補助スイッチ１３０のゲート端子に接続してある。

コンデンサ充電回路１１０はドライバ１１から出力される主スイッチＱ１へのオン・オフ制御信号をIC_OUT端子から入力する。このコンデンサ充電回路１１０ではソフトスタート状態を検出するためのコンパレータ１１２を有する。このコンパレータ１１２は閾値を設けてあり、この閾値を超えたか否かでソフトスタート状態を検出する。閾値を超えていない状態がソフトスタート状態となり、コンパレータ１１２はロー信号を出力する。

このコンデンサ充電回路１１０では軽負荷時を検出するためのエラーアンプ１１３を有する。このエラーアンプ１１３はコンパレータ１６から出力電圧信号を入力し、エラーアンプ１１３に備えた定電圧源の信号が出力電圧信号を超えたか否かで軽負荷時を検出する。

このエラーアンプ１１３の出力端子はＮＡＮＤ回路１１４の一方の入力端に接続し、入力電圧が基準電圧より高いときのみハイ信号を入力するための端子をＮＡＮＤ回路１１４の他方の入力端に設けてある。ＮＡＮＤ回路１１４は軽負荷時且つ基準より入力電圧が高い場合のみロー信号を出力するように構成してある。

IC_OUT端子、コンパレータ１１２の出力端子、及びＮＡＮＤ回路１１４の出力端子にＡＮＤ回路１１１のそれぞれの入力端子に接続してある。このＡＮＤ回路１１１はIC_OUT端子よりハイ信号が入力され、ソフトスタート状態でなく、且つ、軽負荷時且つ基準より入力電圧が高い場合でないのときのみハイ信号を出力する。

ＡＮＤ回路１１１はＲＳフリップフロップ１１５のセット端子に接続してある。ＲＳフリップフロップ１１５のリセット端子にはリスタート信号を入力するように構成してある。このリスタート信号はクロック信号である。このＲＳフリップフロップ１１５は信号を反転させるように構成してあり、ＲＳフリップフロップ１１５の出力端は、二つの定電流源１１８，１１９間に直列に接続された二つのＭＯＳＦＥＴ１１６，１１７の両ゲート端子に接続してある。ハイレベルのＭＯＳＦＥＴ１１６のドレイン端子にハイレベルの定電流源１１８を接続し、ローレベルのＭＯＳＦＥＴ１１７のソース端子にローレベルの定電流源１１９を接続してある。ハイレベルのＭＯＳＦＥＴ１１６のソース端子とローレベルのＭＯＳＦＥＴ１１７のドレイン端子とを接続し、これらの接続点をラッチ回路１４０、補助スイッチ１３０のドレイン端子、並びに外付けのタイミングコンデンサ５０にそれぞれ接続し、補助スイッチ１３０並びにタイミングコンデンサ５０に定電流を流すように構成してある。

補助巻線短絡検出回路１２０の入力端は制御回路１０の入力端Ｂに接続してある。補助巻線短絡検出回路１２０はコンパレータ１２１を備えてある。このコンパレータ１２１は補助巻線Ｎｃが短絡しているか否かを検出する。コンパレータ１２１の出力端はフィルタ１２２を介してＲＳフリップフロップ１２４のセット端子に接続し、補助巻線が正常状態であればコンパレータ１２１がハイ信号を出力し、ＲＳフリップフロップ１２４がセットするように構成してある。ＲＳフリップフロップ１２４のリセット端子にはコンパレータ１２３を接続し、このコンパレータ１２３の負の入力端にコンデンサ充電回路１１０の出力端と接続し、コンデンサ５０の電圧がコンパレータ１２３の正端子に接続された基準電圧より低くなるまで、ＲＳフリップフロップ１２４のセット状態が保持されるように構成してある。ＲＳフリップフロップ１２４の出力端は補助スイッチ１３０のゲート端子に接続し、ＲＳフリップフロップ１２４のセット・リセット信号に応じて補助スイッチ１３０がオン・オフするようにしてある。

次に、スイッチング電源１の動作を説明する。
先ず、主スイッチＱ１が制御回路１０によってオンすると、入力端ＡＣinputから入力された交流電流がダイオードブリッジＤＢ１によって整流され、整流された直流電流が、抵抗Ｒ１、トランスＴ１の一次巻線Ｎｐ、主スイッチＱ１及び抵抗Ｒ７を通じて流れ、一次巻線Ｎｐに電磁エネルギが蓄積される。

次に、主スイッチＱ１が制御回路１０によってオフし、一次巻線Ｎｐに蓄積された電磁エネルギが放出されて、ダイオードＤ１及びおよびコンデンサＣ１３に電流が流れ、コンデンサＣ１３が昇圧充電される。これにより、入力端ＡＣinputから入力された交流電圧より高い値の直流出力電圧がコンデンサＣ１３の両端から、出力端outputにおいて出力される。そして、一次巻線Ｎｐに流れる電流（インダクタ電流）が徐々に減少してゼロまで戻る制御が行われる。

次に、制御回路１０の動作の概略を説明する。
先ず、ここで、主スイッチＱ１がオンすると、入力端Ａにおいて、ダイオードブリッジＤＢ１から出力された直流電圧を抵抗Ｒ２，Ｒ３によって分圧した電圧である電圧ＭＵＬＴＩが入力され、入力端Ｄにおいて、出力端outputにおける直流電圧を抵抗Ｒ８，Ｒ９によって分圧した電圧である電圧ＭＯがエラーアンプ１６の入力端子に入力され、その出力端子と電圧ＭＵＬＴＩをマルチプライヤ１３によって乗算して、交流入力電流の基準信号を生成する。そして、該基準信号の電圧と抵抗Ｒ７の検出電圧とをコンパレータ１２によって比較する。このとき、抵抗Ｒ７の検出電圧が基準電圧より大きいと、コンパレータ１２はドライバ１１を介して、主スイッチＱ１をオフにする。

以上のように、主スイッチＱ１がオンからオフの状態になると、主スイッチＱ１のドレイン端子電圧がコンデンサＣ１３の正端子電圧とほぼ等しくなる。それに伴い、一次巻線ＮｐにはコンデンサＣ１３の正端子電圧と入力電圧との差の電圧が発生し、巻線比に比例して、補助巻線Ｎｃにも電圧が発生し、抵抗Ｒ４を介して、制御回路１０の入力端Ｂにおいて、Ｚcd信号として観測される。以上の動作により、補助巻線Ｎｃによって、制御回路１０において、主スイッチＱ１のオフ期間に１次巻線Ｎｐに流れる電流がゼロになったことを検知することができる。以上のことより、ドライバ１１がＺcd信号を検知すると主スイッチＱ１をオンするように構成することにより、制御回路１０によって主スイッチＱ１のオン・オフ制御が行われることになる。

次に、補助巻線短絡保護回路２０の動作の概略を説明する。
先ずは通常状態の場合の動作について説明する。先ず、コンデンサ充電回路１１０を構成するＡＮＤ回路１１１はIC_OUT端子よりハイ信号が入力され、ソフトスタート状態でなく、且つ、軽負荷時且つ基準より入力電圧が高い場合でないときハイ信号を出力する。ＡＮＤ回路１１１がハイ信号を出力すると、ＲＳフリップフロップ１１５のセット端子に信号が入力され、ＲＳフリップフロップ１１５はセットされる。

ＲＳフリップフロップ１１５がセットされると、ロー信号が出力され、これによりハイレベルのＭＯＳＦＥＴ１１６がオンし、ローレベルのＭＯＳＦＥＴ１１７はオフする。これによりハイレベルの定電流源１１８からＭＯＳＦＥＴ１１６を介して、タイミングコンデンサ５０に定電流が流れる。通常補助スイッチ１３０はオンになっているため、補助スイッチ１３０にも定電流が流れる。

ＲＳフリップフロップ１１５のリセット端子にはリスタート信号が入力される。リスタート信号とは、Ｚcd信号が数十、数百マイクロセカンド単位のある一定期間ドライバ１１へ入力されない場合、Ｚcd信号の代わりとなるワンパルス信号であり、制御回路１０内部で生成される。これにより、軽負荷状態などＡＣinput電圧の１周期の中で、一部しかIC_OUT端子よりハイ信号が入力されない場合に、フリップフロップ１１５をリセットし、タイミングコンデンサ５０への定電流充電を停止する。さらに上記リセット信号によってローレベルのＭＯＳＦＥＴ１１７がオンし、ハイレベルのＭＯＳＦＥＴ１１６はオフする。これにより、タイミングコンデンサ５０からＭＯＳＦＥＴ１１７を介して、ローレベルの定電流源１１９へ定電流が流れる。また補助スイッチ１３０はIC_OUTからハイ信号が入力されるとオン状態になっているため、補助スイッチ１３０へも定電流が流れる。以上の動作を繰り返すことにより、タイミングコンデンサ５０は満充電の状態にならずに維持できる。

一方、補助巻線短絡検出回路１２０を構成するコンパレータ１２１は通常ハイ信号を出力する。このハイ信号はフィルタ１２２を介して、ＲＳフリップフロップ１２４のセット端子に入力され、ＲＳフリップフロップ１２４はセットされる。ＲＳフリップフロップ１２４からセットがかかると、ＲＳフリップフロップ１２４からハイ信号が出力され、補助スイッチ１３０はオンする。これにより、補助スイッチ１３０に電流が流れる。また、タイミングコンデンサ５０の電圧が基準値よりも下がると、コンパレータ１２３からハイ信号を出力し、ＲＳフリップフロップ１２４はリセットされる。ＲＳフリップフロップ１２４からリセットがかかると、ＲＳフリップフロップ１２４からロー信号が出力され、補助スイッチ１３０はオフする。これを繰り返すことにより、補助スイッチ１３０はオン・オフを繰り返し、タイミングコンデンサ５０は満充電の状態にならずに維持できる。

続いて、補助巻線Ｎｃが短絡した場合について説明する。補助巻線Ｎｃが短絡すると、コンパレータ１２１はロー信号を流し続ける状態となる。そのため、ＲＳフリップフロップ１２４はセットがかからない。これに対して、リセットはタイミングコンデンサ５０の電圧により決まるため、リセットはかかる。ＲＳフリップフロップ１２４がリセットをかけるとセットをかけるタイミングが無いため、補助スイッチ１３０はオフ状態が続く。これにより、タイミングコンデンサ５０には常に電流が流れ続けられる状態となり、タイミングコンデンサ５０は充電される。タイミングコンデンサ５０が満充電されると、ラッチ回路１４０はハイ信号を出力し、これによりドライバ１１に停止信号が入力される。これにより、主スイッチＱ１はオフし、スイッチング電源は停止状態となる。

続いて、主スイッチＱ１がＯＮのタイミング、及び入力端ＡＣinputの電圧のピークが出力端outputの電圧とほぼ等しい時など、瞬時的に補助巻線Ｎｃに電圧が発生しない場合について説明する。この場合も、補助巻線Ｎｃが短絡した場合と同様に、ＲＳフリップフロップ１２４にリセットがかかることにより、補助スイッチ１３０はオフし、タイミングコンデンサ５０の充電を開始する。しかし、タイミングコンデンサ５０が満充電状態になるにはＡＣinput電圧の数周期を必要とする為、満充電状態になる前に、補助巻線Ｎｃに再び電圧が発生すると、ＲＳフリップフロップ１２４にセットがかかり、補助スイッチ１３０がオンする。これにより、タイミングコンデンサ５０に充電された電荷は補助スイッチ１３０がオンすることにより放電され、タイミングコンデンサ５０は通常状態と同様になる。そのため、この場合は、ラッチ回路１４０にハイ信号を出力せず、ドライバ１１に何ら影響を与えず、主スイッチＱ１は通常のオン・オフ動作を行う。

以上より、本実施例のスイッチング電源装置は、入力電圧の影響を受けずに補助巻線Ｎｃの短絡を検出することができるので、補助巻線Ｎｃが短絡していない場合に補助巻線Ｎｃが短絡したと判断されることを防止することができ、従来のスイッチング電源装置より確実に補助巻線Ｎｃの短絡を検出することができる。

図３に示すように、本発明の一実施形態におけるスイッチング電源はリンギングチョーク型のスイッチング電源である。このスイッチング電源はダイオードブリッジＤＢ１（整流手段）と、トランスＴ１と、ＭＯＳＦＥＴで構成した主スイッチＱ１と、ダイオードＤ１と、コンデンサＣ１，Ｃ１３と、抵抗Ｒ１〜９と、制御回路１０とから構成される。ダイオードブリッジＤＢ１は整流回路をなし、入力端ＡＣinputから入力された交流電力を整流する。トランスＴ１は、磁気コアに巻回され、且つ、相互に電磁結合された一次巻線Ｎｐ二次巻線Ｎｓと補助巻線Ｎｃとを有する。

入力端ＡＣinputの一端をダイオードブリッジＤＢ１の一方の交流入力端に接続し、入力端ＡＣinputの他端をダイオードブリッジＤＢ１の他方の交流入力端に接続してある。ダイオードブリッジＤＢ１の正の直流出力端を抵抗Ｒ１の一端に接続し、抵抗Ｒ１の他端をコンデンサＣ１の一端及びトランスＴ１の一次巻線Ｎｐの負極側に接続してある。ダイオードブリッジＤＢ１の負の直流出力端をコンデンサＣ１の他端に接続してある。

トランスＴ１の一次巻線Ｎｐの正極側を主スイッチＱ１のドレインに接続してある。トランスＴ１の二次巻線Ｎｓの正極側をダイオードＤ１のアノードに接続してある。ダイオードＤ１のカソードを電解コンデンサからなるコンデンサＣ１３の正極側及び出力端outputの正電圧端＋Ｖ並びに抵抗Ｒ８の一端に接続してある。トランスＴ１の二次巻線Ｎｓの負極側をコンデンサＣ１３の負極側及び出力端outputの二次側グランドに接続してある。

トランスＴ１の補助巻線Ｎｃの負極側を一次側グランド電位に接地してある。トランスＴ１の補助巻線Ｎｃの正極側は抵抗Ｒ４の一端に接続してある。抵抗Ｒ４の他端を制御回路１０の入力端Ｂに接続してある。抵抗Ｒ８の他端を抵抗Ｒ９の一端及びシャントレギュレータＩＣ１のリファレンス端子に接続してある。抵抗Ｒ９の他端をグランド電位に接地してあるとともに、シャントレギュレータＩＣ１のアノードと接続してある。シャントレギュレータＩＣ１のカソードはフォトダイオードＰＣ１のカソードと接続し、このフォトダイオードＰＣ１のアノードを抵抗Ｒ１０を介して抵抗Ｒ８の一端に接続してある。尚、抵抗Ｒ８，Ｒ９は出力側分圧抵抗をなす。フォトダイオードＰＣ１に対するフォトトランジスタＰＣ２を一次側に備え、このフォトトランジスタＰＣ２のコレクタを制御回路１０の入力端Ｄに接続してある。主スイッチＱ１のゲートを抵抗Ｒ５の一端の他端に接続してある。抵抗Ｒ５の他端を制御回路１０の出力端Ｅに接続してある。コンデンサ５０の一端は、制御回路１０の出力端Ｆに接続され、他端はグランドに接続される。

制御回路１０は、ドライバ１１と、オン幅制御回路１７と、補助巻線短絡保護回路２０とから構成され、入力端Ｂ，Ｄにて入力した諸信号に基づいて主スイッチＱ１をオン・オフするための電圧ＶＧＳを生成して出力端Ｅから出力し、スイッチング電源の制御回路として動作する。また、制御回路１０は、内蔵している補助巻線短絡保護回路２０によって、トランスＴ１の補助巻線Ｎｃの短絡を検出並びに判断し、主スイッチＱ１をオフ状態に固定し、補助巻線Ｎｃを破損から保護する。

オン幅制御回路１７の入力端をフォトトランジスタＰＣ２に接続し、出力端をドライバ１１の一方の入力端に接続してある。ドライバ１１の他方の入力端を制御回路１０の入力端Ｂに接続し、出力端を制御回路１０の出力端Ｅに接続してある。

ドライバ１１は、例えば、トランジスタを用いたスイッチング回路から構成され、トランスＴ１の補助巻線Ｎｃから抵抗Ｒ４を介して入力した電圧またはオン幅制御回路１７の出力信号に基づいて、スイッチング電源１に入力される交流電流の周波数より高い周波数（スイッチング周波数）にて、主スイッチＱ１をオン・オフさせる。尚、ドライバ１１は、上述したように、主スイッチＱ１のゲートをオン・オフさせることができればどんなものでもよい。

次に、補助巻線短絡保護回路２０の構成の概略を説明する。尚、補助巻線短絡保護回路２０について図４に示す。また、図４図示の補助巻線短絡保護回路２０と同様の構成についての説明は省略する。図４に示すように、補助巻線短絡保護回路２０は、コンデンサ充電回路１１０と、補助巻線短絡検出回路１２０と、ＭＯＳＦＥＴで構成した補助スイッチ１３０と、ラッチ回路１４０とから構成される。

コンデンサ充電回路１１０の入力端をドライバ１１に接続してある。補助巻線短絡検出回路１２０の入力端を制御回路１０の入力端Ｂに接続してある。コンデンサ充電回路１１０の出力端は補助スイッチ１３０の入出力端子に、本実施例においては補助スイッチ１３０のドレイン端子に接続してある。また、コンデンサ充電回路１１０の出力端はタイミングコンデンサ５０並びにラッチ回路１４０の入力端に接続してある。補助巻線短絡検出回路１２０は補助スイッチ１３０のゲート端子に接続してある。

コンデンサ充電回路１１０はドライバ１１から出力される主スイッチＱ１へのオン・オフ制御信号をIC_OUT端子から入力する。このコンデンサ充電回路１１０ではソフトスタート状態を検出するためのコンパレータ１１２を有する。このコンパレータ１１２は閾値を設けてあり、この閾値を超えたか否かでソフトスタート状態を検出する。閾値を超えていない状態がソフトスタート状態となり、コンパレータ１１２はロー信号を出力する。IC_OUT端子及びコンパレータ１１２の出力端子にＡＮＤ回路１１１のそれぞれの入力端子に接続してある。このＡＮＤ回路１１１はIC_OUT端子よりハイ信号が出力され、ソフトスタート状態でないのときのみハイ信号を出力する。ＡＮＤ回路１１１は図２図示実施例と同様に、ＲＳフリップフロップ１１５のセット端子に接続してある。以下については、図２図示実施例と同様であるため、説明を省略する。また、補助巻線短絡検出回路１２０の構成についても、図２図示実施例と同様であるため、説明を省略する。

次に、スイッチング電源１の動作を説明する。
先ず、主スイッチＱ１が制御回路１０によってオンすると、入力端ＡＣinputから入力された交流電流がダイオードブリッジＤＢ１によって整流され、整流された直流電流が、抵抗Ｒ１、トランスＴ１の一次巻線Ｎｐ、主スイッチＱ１及び抵抗Ｒ７を通じて流れ、一次巻線Ｎｐに電磁エネルギが蓄積される。

次に、主スイッチＱ１が制御回路１０によってオフし、一次巻線Ｎｐに蓄積された電磁エネルギが二次巻線Ｎｓへ放出されて、ダイオードＤ１及びおよびコンデンサＣ１３に電流が流れ、コンデンサＣ１３が充電される。これにより、の直流出力電圧がコンデンサＣ１３の両端から、出力端outputにおいて出力される。そして、一次巻線Ｎｐに流れる電流（インダクタ電流）が徐々に減少してゼロまで戻る制御が行われる。

次に、制御回路１０の動作の概略を説明する。
先ず、ここで、主スイッチＱ１がオンするとトランスＴ１の一次巻線Ｎｐに電磁エネルギが蓄積される。オン幅制御入力により設定された時間に達し主スイッチＱ１がオフするとトランスＴ１に蓄えられた電磁エネルギはダイオードＤ１並びにコンデンサＣ１３を経て出力に供給され、トランスＴ１に蓄えられた電磁エネルギがすべて供給されるとダイオードＤ１の導通がなくなり、二次巻線Ｎｓの電流がゼロになるとトランスＴ１の制御巻線Ｎｃに発生する電圧も正から負へと反転し、制御回路１０により主スイッチＱ１がオンする。

主スイッチＱ１がオンからオフの状態になると、二次巻線Ｎｓの負端子から正端子に対して、コンデンサＣ１３に蓄えられている電圧とほぼ同じ電圧が発生する。それに伴い、一次巻線Ｎｐにも同様の電圧が発生し、巻線比に比例して、補助巻線Ｎｃにも電圧が発生し、抵抗Ｒ４を介して、制御回路１０の入力端Ｂにおいて、Ｚcd信号として観測される。以上の動作により、補助巻線Ｎｃによって、制御回路１０において、主スイッチＱ１のオフ期間に１次巻線Ｎｐに流れる電流がゼロになったことを検知することができる。以上のことより、ドライバ１１がＺcd信号を検知すると主スイッチＱ１をオンするように構成することにより、制御回路１０によって主スイッチＱ１のオン・オフ制御が行われることになる。

次に、補助巻線短絡保護回路２０の動作の概略を説明する。
先ずは通常状態の場合の動作について説明する。先ず、コンデンサ充電回路１１０を構成するＡＮＤ回路１１１はIC_OUT端子よりハイ信号が入力され、ソフトスタート状態でないときハイ信号を出力する。ＡＮＤ回路１１１がハイ信号を出力すると、ＲＳフリップフロップ１１５のセット端子に信号が入力され、ＲＳフリップフロップ１１５はセットされる。

ＲＳフリップフロップ１１５からセットがかかると、ロー信号が出力され、これによりハイレベルのＭＯＳＦＥＴ１１６がオンし、ローレベルのＭＯＳＦＥＴ１１７はオフする。これによりハイレベルの定電流源１１８からＭＯＳＦＥＴ１１６を介して、タイミングコンデンサ５０に定電流が流れる。通常補助スイッチ１３０はオンになっているため、補助スイッチ１３０にも定電流が流れる。

一定時間毎にリスタート信号がＲＳフリップフロップ１１５のリセット端子に出力されている。なお、本実施例においては、リスタート信号を出力するが、図３図示実施例においては、リスタート信号がなくても、通常動作時、補助スイッチ１３０が確実にオンしており、タイミングコンデンサ５０から補助スイッチ１３０へ放電電流が流れている為、必ずしもリスタート信号を入力する必要はない。これにより、ＲＳフリップフロップ１１５はリセットがかかり、ＲＳフリップフロップ１１５からハイ信号が出力される。これによりローレベルのＭＯＳＦＥＴ１１７がオンし、ハイレベルのＭＯＳＦＥＴ１１６はオフする。これにより、タイミングコンデンサ５０からＭＯＳＦＥＴ１１６を介して、ローレベルの定電流源１１９へ定電流が流れる。通常補助スイッチ１３０はオンになっているため、補助スイッチ１３０へも定電流が流れる。以上の動作を繰り返すことにより、タイミングコンデンサ５０は満充電の状態にならずに維持できる。

一方、補助巻線短絡検出回路１２０を構成するコンパレータ１２１は通常ハイ信号を出力する。このハイ信号はフィルタ１２２を介して、ＲＳフリップフロップ１２４のセット端子に入力され、ＲＳフリップフロップ１２４はセットされる。ＲＳフリップフロップ１２４からセットがかかると、ＲＳフリップフロップ１２４からハイ信号が出力され、補助スイッチ１３０はオンする。これにより、補助スイッチ１３０に電流が流れる。また、タイミングコンデンサ５０の電圧が基準値よりも下がると、コンパレータ１２３からハイ信号を出力し、ＲＳフリップフロップ１２４はリセットされる。ＲＳフリップフロップ１２４からリセットがかかると、ＲＳフリップフロップ１２４からロー信号が出力され、補助スイッチ１３０はオフする。これを繰り返すことにより、補助スイッチ１３０はオン・オフを繰り返し、タイミングコンデンサ５０は満充電の状態にならずに維持できる。

続いて、補助巻線Ｎｃが短絡した場合について説明する。補助巻線Ｎｃが短絡すると、コンパレータ１２１はロー信号を流し続ける状態となる。そのため、ＲＳフリップフロップ１２４はセットがかからない。これに対して、リセットはタイミングコンデンサ５０の電圧により決まるため、リセットはかかる。ＲＳフリップフロップ１２４がリセットをかけるとセットをかけるタイミングが無いため、補助スイッチ１３０はオフ状態が続く。これにより、タイミングコンデンサ５０には常に電流が流れ続けられる状態となり、タイミングコンデンサ５０は充電される。タイミングコンデンサ５０が満充電されると、ラッチ回路１４０はハイ信号を出力し、これによりドライバ１１に停止信号が入力される。これにより、主スイッチＱ１はオフし、スイッチング電源は停止状態となる。

続いて、主スイッチＱ１のＯＮタイミングなどの瞬時的に補助巻線Ｎｃに電圧が発生しない場合について説明する。この場合も、補助巻線Ｎｃが短絡した場合と同様に、ＲＳフリップフロップ１２４にリセットがかかることにより、補助スイッチ１３０はオフし、タイミングコンデンサ５０の充電を開始する。しかし、その後、補助巻線Ｎｃに再び電圧が発生すると、ＲＳフリップフロップ１２４にセットがかかり、補助スイッチ１３０がオンする。これにより、タイミングコンデンサ５０に充電された電荷は補助スイッチ１３０がオンすることにより放電され、タイミングコンデンサ５０は通常状態と同様になる。そのため、この場合は、ラッチ回路１４０にハイ信号を出力せず、ドライバ１１に何ら影響を与えず、主スイッチＱ１は通常のオン・オフ動作を行う。

以上より、本実施例のスイッチング電源装置は、入力電圧の検出端子波形による影響を受けずに補助巻線Ｎｃの短絡を検出することができるので、補助巻線Ｎｃが短絡していない場合に補助巻線Ｎｃが短絡したと判断されることを防止することができ、従来のスイッチング電源装置より確実に補助巻線Ｎｃの短絡を検出することができる。

本実施例では、力率改善回路並びにリンギングチョークコンバータの実施例を示したが、本発明は、一次巻線Ｎｐ及び補助巻線Ｎｃを有するトランスＴ１と、トランスＴ１の一次巻線の他端と接続された主スイッチＱ１とを備えたスイッチング電源であれば、全てのスイッチング電源に応用することができる。

次に、本発明の一実施例である図１及び図３において、ダイオードＤ１を短絡した場合の動作について説明する。先ず、図１及び３図示のスイッチング電源主回路において、ダイオードＤ１が短絡されると、主スイッチＱ１がオンすると出力コンデンサＣ１３は短絡状態になる。これにより主スイッチＱ１には過大な短絡電流が流れ、その状態が繰り返されると主スイッチＱ１が破損に至る。しかし、本発明においては、後述するように、補助巻線短絡保護回路２０が働くことによって、上記状態が繰り返される前に電源動作を停止することが出来る。

続いて、補助巻線短絡保護回路２０の動作については、以下に説明する。
先ず、ダイオードＤ１が短絡状態になると、主スイッチＱ１のオン期間が極端に短くなる為、一次巻線Ｎｐに磁気エネルギーを蓄えることができず、電圧が発生しなくなる。それによって制御巻線Ｎｃにも電圧が発生せず、図２図示の制御巻線検出回路１２０がロー信号を出力し、補助スイッチ１３０はオフする。一方コンデンサ充電回路１１０は、IC_OUT信号によってコンデンサＣ５０を充電し続ける為、コンデンサＣ５０は満充電状態となりラッチ回路１４０はハイ信号を出力し、ドライバ１１を停止させる。以上の補助巻線短絡保護回路２０の動作により、電源は停止状態となり、主スイッチＱ１の破損を防止することが出来る。

本発明によれば、入力電圧の検出端子波形による影響を受けずに補助巻線の短絡を検出することができるので、補助巻線が短絡していない場合に補助巻線が短絡したと判断されることを防止し、より確実に補助巻線の短絡を検出することができ、産業上利用可能である。

本発明に係るスイッチング電源装置における発明を実施するための最良の形態の回路図である。 図１図示実施例における要部の回路図である。 図１図示実施例とは別の実施例の回路図である。 図３図示実施例における要部の回路図である。 従来例の回路図である。

符号の説明

ＤＢ１ ダイオードブリッジ（整流手段）
Ｔ１ トランス
Ｎｐ 一次巻線
Ｎｃ 補助巻線
Ｑ１ 主スイッチ
Ｄ ダイオード
Ｃ コンデンサ
Ｒ 抵抗
ＰＣ フォトカプラ
ＩＣ１ シャントレギュレータ
１０ 制御回路
１１ ドライバ
１２ コンパレータ（スイッチング素子電流検出手段）
１３ マルチプライヤ（入力電圧検出手段）
１６ コンパレータ（過電流検出手段）
１７ オン幅制御回路
２０ 補助巻線短絡（巻線ショート）保護回路
１１０ コンデンサ充電回路
１１２ コンパレータ
１１３ エラーアンプ
１１４ ＮＡＮＤ回路
１１１ ＡＮＤ回路
１１５ ＲＳフリップフロップ
１１６，１１７ ＭＯＳＦＥＴ
１１８，１１９ 定電流源
１２０ 補助巻線短絡検出回路
１２１ コンパレータ
１２２ フィルタ
１２３ コンパレータ
１２４ ＲＳフリップフロップ
１３０ 補助スイッチ
１４０ ラッチ回路

Claims (3)

1. 一次巻線及び補助巻線を有するトランスと、前記トランスの一次巻線の他端と接続された主スイッチとを備えたスイッチング電源であって、
   前記主スイッチのオン・オフ制御信号を受けて定電流を流してタイミングコンデンサを充電するコンデンサ充電手段を備え、このコンデンサ充電手段の出力部を補助スイッチの入出力端子に接続してあるとともに、
   前記補助巻線に接続され、この補助巻線が短絡したことを検出する補助巻線短絡検出手段を備え、この補助巻線短絡検出手段の出力部を前記補助スイッチの制御端子に接続し、
   前記コンデンサが充電されると前記補助巻線が短絡したと判断して、スイッチング電源の動作を停止するようにしてあることを特徴とするスイッチング電源。
2. 前記コンデンサ充電手段は、ソフトスタート時においては作動しないように設定してあることを特徴とする請求項１記載のスイッチング電源。
3. 前記コンデンサ充電手段は、軽負荷時且つ基準より入力電圧が高い場合においては作動しないように設定してあることを特徴とする請求項１又は２記載のスイッチング電源装置。

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