JP5137121B2 - スイッチング電源装置 - Google Patents
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Description
具体的には、二次側出力が過電流状態になると、制御回路2のスイッチング素子Q1にも過電流が流れる。この電流は端子OCPを通って抵抗R1に流れ、端子OCPの電圧が上昇する。電流監視部22は、端子OCPの電圧が所定値を超えると過電流状態であると判定する。そして、スイッチング制御部21は、スイッチング素子Q1のデューティ比を変化させ、二次側出力電圧Voutを低下させることにより、過電流状態を緩和する。
なお、過電流状態になると、過電流が流れる経路にある部品(二次巻線T2、整流ダイオードD2)が発熱し、損傷するおそれがある。
例えば、フォトカプラPC、PC’に何らかの異常が発生して、二次側出力電圧Voutが一次側にフィードバックされなくなると、端子FBの電圧が低下する。このとき、制御回路2は、二次側出力電圧Voutが所定値よりも下がっていると判定し、二次側出力電圧Voutを上昇させ続け、過電圧状態となる。
なお、過電圧状態になると、負荷3を損傷するおそれがある。
製品カタログ"STR−A6200シリーズ"、サンケン電気株式会社、インターネット、<http://www.sanken-ele.co.jp/news/contents/str-a6200j.pdf>、2008年2月18現在
一方、図5(B)では、定常時の駆動電圧VCC(=25[V])が過電圧保護設定電圧(=32[V])に近い値に設定され、過電圧状態を早期に解消するようにしている。この場合は、定常時の駆動電圧VCCと動作下限電圧(=10[V])との差電圧が大きいので、過電流状態が長時間続くこととになる。
つまり、従来のスイッチング電源装置1’では、過電流状態の早期解消と、過電圧状態の早期解消とを両立させることはできなかった。
トランスの一次巻線に接続された第1のスイッチング素子と、前記第1のスイッチング素子を制御するスイッチング制御部とを有する制御回路を備え、前記第1のスイッチング素子のスイッチング動作によって前記トランスの二次巻線に誘起される交流電圧を整流および平滑して二次側出力電圧を生成しながら、前記スイッチング制御部に前記二次側出力電圧をフィードバックして前記二次側出力電圧を一定に保つスイッチング電源装置であって、前記トランスの一次側に設けられた補助巻線に誘起される交流電圧を整流および平滑して生成した第1の直流電圧を出力する補助電源部と、前記補助電源部と前記制御回路との間に設けられ、前記第1の直流電圧を第2の直流電圧に降下させ、該第2の直流電圧を、前記制御回路を駆動するための駆動電圧として前記制御回路に出力する電圧降下手段と、前記第1の直流電圧の多寡に応じて、前記電圧降下手段の入力側と出力側とを短絡することが可能な短絡部とを備え、前記第1の直流電圧が所定電圧を超えると、前記短絡部が前記電圧降下手段の入力側と出力側とを短絡することによって、前記電圧降下手段による電圧降下が実行されることなく前記第2の直流電圧が前記第1の直流電圧に向かって強制的に引き上げられ、前記第2の直流電圧が過電圧保護設定電圧に達すると、前記スイッチング制御部が前記第1のスイッチング素子を制御して前記二次側出力電圧を低下させるよう構成されており、かつ、前記第2の直流電圧と前記制御回路の動作下限電圧との差電圧が、前記過電圧保護設定電圧と前記第2の直流電圧との差電圧よりも小さくなるように、前記第2の直流電圧が設定されていることを特徴とする。
なお、本明細書中の用語「短絡」とは、電圧降下手段の入力側と出力側とを接続して、制御回路に入力される電圧値を過電圧保護設定電圧以上とすることを意味する。すなわち、電圧降下手段の入力側と出力側とを接続する接続経路に求められる条件としては、接続経路が有する抵抗成分で発生する電圧降下分を差し引いても、制御回路に入力される電圧値が過電圧保護設定電圧以上となればよい。
スイッチング電源装置1は制御回路2を備える。図2に示すように、制御回路2は、スイッチング素子Q1(本発明の「第1のスイッチング素子」に相当)と、そのスイッチング動作を制御するスイッチング制御部21と、スイッチング素子Q1に流れる電流を監視する電流監視部22と、制御回路2に供給される駆動電圧を監視する電圧監視部23とを備える。本実施形態では、制御回路2としてサンケン電気株式会社製のIC「STR−A6251」を利用している。
また、スイッチング電源装置1は、整流ダイオードD1と平滑コンデンサC1とからなる整流平滑回路を備え、入力された交流電圧Vinは、該整流平滑回路で直流電圧に変換された後、スイッチング素子Q1のスイッチング動作により再び交流電圧に変換される。
具体的には、二次側出力電圧Voutが変化すると、発光側のフォトカプラPCの発光量が増減する。これにより、受光側のフォトカプラPC’のコレクタ−エミッタ間電圧が変動して、端子FBの電圧が変化する。そして、制御回路2のスイッチング制御部21は、二次側出力電圧Voutに応じて変化する端子FBの電圧に基づいて、スイッチング素子Q1のデューティ比を制御する。これにより、二次側出力電圧Voutは一定に保たれる。
そして、時間T2において、電圧VCSが33.6[V](定電圧ダイオードZD2の降伏電圧33[V]とトランジスタQ2のベース−エミッタ間電圧0.6[V]との和、本発明の「所定電圧」に相当)に達すると、定電圧ダイオードZD2が非導通状態から導通状態に切り換わり、抵抗R4および定電圧ダイオードZD2を通ってスイッチング素子Q2のベース電流が流れ始める。これにより、スイッチング素子Q2がONし、定電圧ダイオードZD1の入力側と出力側とが短絡される。
以上の動作をまとめると、トランスの2次側からのフィードバックに異常が発生すると、駆動電圧VCCは15[V]から21.9(=33.6−11.7)[V]まで上昇する。その後、スイッチング素子Q2がONし、定電圧ダイオードZD1の入力側と出力側とが短絡されることによって、駆動電圧VCCは強制的に33.3[V]まで引き上げられる。
したがって、図4に示す従来のスイッチング電源装置1’では、二次側出力電圧Voutが、定常時(10[V])の2.13倍である約21[V]まで上昇して、はじめて過電圧保護動作が実行される。
例えば、制御回路2としてサンケン電気株式会社製のIC「STR−A6251」を使用しているが、これに限定されず、同社製のSTR−Y6400シリーズや他社製相当品も使用することができる。つまり、本願発明の制御回路としては、(i)第1のスイッチング素子とスイッチング制御部とが1パッケージ化されたICに収容され、(ii)過電圧保護動作が第1の直流電圧の大きさに依存し、第1の直流電圧に応じた過電圧保護動作以外にラッチ停止させる機能が内部に存在しないICが好適に使用される。
2 制御回路
21 スイッチング制御部
22 電流監視部
23 電圧監視部
3 負荷
4 補助電源部
5 短絡部
Q1 第1のスイッチング素子
Q2 第2のスイッチング素子
T トランス
T1 一次巻線
T2 二次巻線
TS 補助巻線
VCC 駆動電圧(第2の直流電圧)
VCS 第1の直流電圧
Vout 2次側出力電圧
ZD1 定電圧ダイオード(電圧降下手段)
Claims (5)
- トランスの一次巻線に接続された第1のスイッチング素子と、前記第1のスイッチング素子を制御するスイッチング制御部とを有する制御回路を備え、前記第1のスイッチング素子のスイッチング動作によって前記トランスの二次巻線に誘起される交流電圧を整流および平滑して二次側出力電圧を生成しながら、前記スイッチング制御部に前記二次側出力電圧をフィードバックして前記二次側出力電圧を一定に保つスイッチング電源装置であって、
前記トランスの一次側に設けられた補助巻線に誘起される交流電圧を整流および平滑して生成した第1の直流電圧を出力する補助電源部と、
前記補助電源部と前記制御回路との間に設けられ、前記第1の直流電圧を第2の直流電圧に降下させ、該第2の直流電圧を、前記制御回路を駆動するための駆動電圧として前記制御回路に出力する電圧降下手段と、
前記第1の直流電圧の多寡に応じて、前記電圧降下手段の入力側と出力側とを短絡することが可能な短絡部と、
を備え、
前記第1の直流電圧が所定電圧を超えると、前記短絡部が前記電圧降下手段の入力側と出力側とを短絡することによって、前記電圧降下手段による電圧降下が実行されることなく前記第2の直流電圧が前記第1の直流電圧に向かって強制的に引き上げられ、
前記第2の直流電圧が過電圧保護設定電圧に達すると、前記スイッチング制御部が前記第1のスイッチング素子を制御して前記二次側出力電圧を低下させるよう構成されており、かつ、
前記第2の直流電圧と前記制御回路の動作下限電圧との差電圧が、前記過電圧保護設定電圧と前記第2の直流電圧との差電圧よりも小さくなるように、前記第2の直流電圧が設定されていることを特徴とするスイッチング電源装置。 - 前記所定電圧は前記過電圧保護設定電圧以上に設定されていることを特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源装置。
- 前記短絡部は、エミッタとコレクタとの間に前記電圧降下手段を介装した第2のスイッチング素子と、該第2のスイッチング素子のベースにカソードが接続されるとともにアノードが前記補助巻線の低電位側に接続された定電圧ダイオードとを有し、
前記第1の直流電圧が上昇して前記定電圧ダイオードが非導通状態から導通状態に切り換わることにより、前記第2のスイッチング素子がONし、前記定電圧ダイオードの入力側と出力側とを前記第2のスイッチング素子を介して短絡することを特徴とする請求項1または2に記載のスイッチング電源装置。 - 前記電圧降下手段は定電圧ダイオードであることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のスイッチング電源装置。
- 前記制御回路は、1パッケージ化されたICであることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のスイッチング電源装置。
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