JP5277706B2 - 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。

周知の通り、スイッチング電源装置は、スイッチング素子を用いて直流電力を交流電力に変換してトランスの一次側に供給し、トランスの二次側に伝達される交流電力を整流・平滑することで所定の直流電力を得る電源装置である。現在までに種々の方式のスイッチング電源装置が提案されているが、代表的なものとしては、トランスの一次側から二次側へのエネルギーの伝達をスイッチング素子がオン状態の時に行うシングルフォワード方式のスイッチング電源装置や、スイッチング素子がオフ状態の時に行うフライバック方式のスイッチング電源装置が挙げられる。

図７は、従来のフライバック方式のスイッチング電源装置の要部構成を示す回路図である。図７に示す通り、従来のスイッチング電源装置１００は、トランス１０１、スイッチング素子１０２、制御回路部１０３、起動回路部１０４、出力部１０５、及び補助電源部１０６を備えており、直流電源Ｓ１００から供給される直流電力を所定の直流電力に変換して出力部１０５から出力する。

トランス１０１は、一次巻線１０１ａ、二次巻線１０１ｂ、及び補助電源巻線１０１ｃを備えており、一次巻線１０１ａに供給される交流電力を二次巻線１０１ｂ及び補助電源巻線１０１ｃの各々に伝達する。スイッチング素子１０２は、トランス１０１の一次巻線１０１ａに接続されており、制御回路部１０３の制御の下でスイッチング動作を行うことにより、直流電源Ｓ１００から供給される直流電力をトランス１０１の一次巻線１０１ａに断続的に供給する。これにより、トランスの一次巻線１０１ａには交流電力が供給されることになる。

制御回路部１０３はスイッチング素子１０２のスイッチング動作を制御する回路であり、起動回路部１０４は制御回路部１０３を起動させるための抵抗からなる回路である。出力部１０５は、ダイオード及びコンデンサからなる整流・平滑回路を備えており、トランス１０１の二次巻線１０１ｂに接続されて、二次巻線１０１ｂに伝達された交流電力を整流・平滑して外部に出力する。補助電源部１０６は、ダイオード及びコンデンサからなる整流・平滑回路を備えており、トランス１０１の補助電源巻線１０１ｃに接続されて、補助電源巻線１０１ｃに伝達された交流電力を整流・平滑して制御回路部１０３の電源入力端１０３ａに出力する。

図８は、従来のスイッチング電源装置１００の正常時及び障害発生時の動作を説明するタイミングチャートである。スイッチング電源装置１００の動作が開始されると、直流電源Ｓ１００の直流電力が起動回路部１０４を介して制御回路部１０３に供給され、制御回路部１０３の電源入力端１０３ａに現れる電圧Ｖｃｃが上昇する（時刻ｔ１００〜ｔ１０１）。この電圧Ｖｃｃが開始電圧Ｖ１０１に達すると、制御回路部１０３からパルス信号Ｃ１００が出力されてスイッチング素子１０２に印加される（時刻ｔ１０１）。これにより、スイッチング素子１０２のスイッチング動作が開始されてトランス１０１の一次巻線１０１ａに交流電力が印加される。トランス１０１の一次巻線１０１ａに供給された交流電力は二次巻線１０１ｂに伝達され、出力部１０５で整流・平滑されて外部に出力される。

この間、制御回路部１０３に対しては、直流電源Ｓ１００から起動回路部１０４を介して直流電力が供給され続けるものの、制御回路部１０３の電力消費によって電源入力端１０３ａに現れる電圧Ｖｃｃは若干低下する。また、トランス１０１の一次巻線１０１ａに供給された交流電力は補助電源巻線１０１ｃにも伝達され、補助電源部１０６で整流・平滑されて制御回路部１０３の電源入力端１０３ａに印加される。制御回路部１０３の電源入力端１０３ａに現れる電圧Ｖｃｃが図８に示す停止電圧Ｖ１０２に達する前に補助電源部１０６から電力が供給されれば制御回路部１０３からのパルス信号の出力が継続され、これによりスイッチング素子１０２のスイッチング動作も継続される（時刻ｔ１０１〜ｔ１０２）。

いま、時刻ｔ１０２において、出力部１０５の過負荷（過電流）状態若しくは短絡状態、又はトランス１０１の二次巻線１０１ｂの短絡等の障害が発生したとすると、出力部１０５の出力電圧の低下とともにトランス１０１の補助電源巻線１０１ｃに現れる電圧も低下し、補助電源部１０６から制御回路部１０３に出力される電圧も低下する。これにより、制御回路部１０３の電源入力端１０３ａに現れる電圧Ｖｃｃが停止電圧Ｖ１０２以下になると、制御回路部１０３からのパルス信号Ｃ１００の出力が停止され、これに伴ってスイッチング素子１０２のスイッチング動作が停止される（時刻ｔ１０３）。

ここで、制御回路部１０３に対しては直流電源Ｓ１００から起動回路部１０４を介して常時直流電力が供給されているため、補助電源部１０６から出力される電圧が低下しても、電源入力端１０３ａに現れる電圧Ｖｃｃは徐々に上昇する（時刻ｔ１０３〜ｔ１０４）。電圧Ｖｃｃが開始電圧Ｖ１０１まで上昇すると、制御回路部１０３から再度パルス信号Ｃ１００が出力されてスイッチング素子１０２のスイッチング動作が開始される（時刻ｔ１０４）。

出力部１０５について障害が発生したままであれば、補助電源部１０６から制御回路部１０３に供給される電圧も低下したままである。このため、制御回路部１０３の電力消費によって、電源入力端１０３ａに現れる電圧Ｖｃｃが徐々に低下していって停止電圧Ｖ１０２以下になると、パルス信号Ｃ１００の出力が停止され、スイッチング素子１０２のスイッチング動作が停止される（時刻ｔ１０５）。

以下、出力部１０５で発生した障害が解消されるまで、スイッチング素子１０２のスイッチング動作の起動及び停止が繰り返される（以下、この動作を「間欠動作」という）。ここで、トランス１０１の損失量（発熱量）は、スイッチング素子１０２の動作期間と休止期間との比率によって決定され、休止期間に比べて動作期間が長ければ発熱量が大きくなり、逆に動作期間に比べて休止期間が長ければ発熱量が小さくなる。尚、従来の他のスイッチング電源装置の詳細については、例えば以下の特許文献１を参照されたい。
特開２００３−２５９６３６号公報

ところで、上述した通り、従来のスイッチング電源装置においては、出力部１０５に過負荷（過電流）等の障害が発生したときにスイッチング素子１０２の間欠動作が行われることによって、スイッチング電源装置の過度な発熱が抑えられている。しかしながら、スイッチング素子１０２の間欠動作が行われても、トランス１０１に流れる電流が過大になりすぎると、トランス１０１の鉄損、銅損が増大してトランス１０１の温度が上昇するという問題がある。

また、出力部１０５に過負荷（過電流）等の障害が発生したときには、制御回路部１０３の電源入力端１０３ａに現れる電圧Ｖｃｃを素早く停止電圧Ｖ１０２以下にしてスイッチング素子１０２の間欠動作を開始させ、トランス１０１に入力される交流電力を低く抑える必要がある。しかしながら、制御回路部１０３の消費電力が小さい場合には、トランス１０１の補助電源巻線１０１ｃに現れるサージ電圧によって整流・平滑回路をなすコンデンサがそのサージ電圧のピーク値で充電されてしまい、電源入力端１０３ａに現れる電圧Ｖｃｃを停止電圧Ｖ１０２まで低下させることができず、スイッチング素子１０２の間欠動作が開始されないという問題がある。

上記の２つの問題のうちの前者の問題（トランス１０１の温度上昇の問題）に対しては、以下の（１）〜（３）に示す対策が考えられる。
（１）トランス材料を耐熱性の高いものにする
（２）起動回路部１０４をなす抵抗の抵抗値を増大させて、スイッチング素子１０２のスイッチング動作が休止する休止期間を長くする
（３）トランスの温度を直接又は間接的に検出して、長い休止期間を設ける

また、上記の２つの問題のうちの後者の問題（間欠トランス１０１の間欠動作が開始されない問題）に対しては、以下の（４）、（５）に示す対策が考えられる。
（４）補助電源部１０６の整流・平滑回路をなすダイオードと直列に、補助電源巻線１０１ｃに発生するサージ電圧を抑制するサージ抑制抵抗１０６ａを設ける
（５）補助電源部１０６の出力端の間に、補助電源部１０６から制御回路部１０３に供給される直流電力の消費を増大させるダミー負荷抵抗１０７を設ける

しかしながら、上記の（１）〜（３）に示す対策については、それぞれ以下の（１）〜（３）に示す問題がある。
（１）トランス材料を耐熱の高いものにした場合、コスト増大の問題がある
（２）起動回路部１０４をなす抵抗の抵抗値を増大させた場合、電源投入時の起動時間が長くなりすぎて起動不良との誤解を招く虞がある
（３）トランスの温度を測定するにはサーミスタ回路が必要となり、コスト増大につながるとともにばらつきを考慮した場合の設計保証の難しさがある

また、上記の（４），（５）に示す対策については、以下に示す問題がある。つまり、ダミー負荷抵抗１０７及びサージ抑制抵抗１０６ａの各々の抵抗値を、障害が発生したときに電源入力端１０３ａに現れる電圧Ｖｃｃを停止電圧Ｖ１０２まで素早く低下させ得る値に設定すると、無負荷時（正常時）において、ダミー負荷抵抗１０７及びサージ抑制抵抗１０６ａに流れる電流による電圧降下で電源入力端１０３ａに現れる電圧Ｖｃｃが停止電圧Ｖ１０２に近い電圧まで低下することがありスイッチング電源装置が誤動作する虞がある。このように、ダミー負荷抵抗１０７及びサージ抑制抵抗１０６ａの抵抗値に制限があることから、動作期間（例えば、図８の時刻ｔ１０４〜ｔ１０５の期間）に対する休止期間（例えば、図８の時刻ｔ１０３〜ｔ１０４の期間）の割合を大きくすることもできない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、コスト増大、起動時間の増大、及び設計保証の困難性を招くことなく、トランスの温度上昇を抑制することが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。

上記課題を解決するために、本発明のスイッチング電源装置は、一次巻線（１１ａ）に供給される電力を二次巻線（１１ｂ）及び三次巻線（１１ｃ）に伝達するトランス（１１）と、直流電力を断続的に前記トランスの一次巻線に供給するスイッチング素子（１２）と、当該スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御回路部（１３）と、前記二次巻線に伝達される電力を外部に出力する出力部（１５）と、前記三次巻線に伝達される電力を前記制御回路部に供給する補助電源部（１６、３０）とを備えるスイッチング電源装置（１、２）において、前記出力部の負荷状態に応じて、前記補助電源部の出力端に接続されて前記補助電源部から前記制御回路部に供給される電力を消費する第１抵抗（１７、１８）と前記補助電源部の内部に設けられて前記三次巻線に発生するサージ電圧を抑制する第２抵抗（１６ｃ、３１ａ）との少なくとも一方の抵抗値を動的に変化させる可変制御部（１９、３２）を備えることを特徴としている。
この発明によると、制御回路部によるスイッチング素子のスイッチング動作の制御によってトランスの一次巻線に直流電力が断続的に供給され、一次巻線に供給された電力が二次巻線及び三次巻線に伝達され、出力部から所定の直流電力が出力されるとともに補助電源部から制御回路部に所定の直流電力が供給される。そして、出力部の負荷状態に応じた可変制御部の制御により、補助電源部の出力端に接続されて補助電源部から制御回路部に供給される電力を消費する第１抵抗と補助電源部の内部に設けられて三次巻線に発生するサージ電圧を抑制する第２抵抗との少なくとも一方の抵抗値が動的に変化される。
また、本発明のスイッチング電源装置は、前記第１抵抗が、前記補助電源部の出力端に並列に接続された複数の抵抗（１７、１８）からなり、前記可変制御部は、前記出力部の出力電圧を所定の比率で分圧する分圧抵抗（１９ａ、１９ｂ）と、当該分圧抵抗で分圧された電圧に応じて、前記複数の抵抗のうちの少なくとも１つの抵抗を開放するスイッチ素子（１９ｃ）とを備えることを特徴としている。
また、本発明のスイッチング電源装置は、前記補助電源部が、アノード電極が前記三次巻線の一端に接続されたダイオード（１６ａ）と、当該ダイオードのカソード電極と前記三次巻線の他端との間に接続されたコンデンサ（１６ｂ）とからなる整流・平滑回路を備えることを特徴としている。
また、本発明のスイッチング電源装置は、前記第２抵抗が、前記ダイオードのアノード電極と前記三次巻線の一端との間に接続されていることを特徴としている。
また、本発明のスイッチング電源装置は、前記第２抵抗が、前記ダイオードのアノード電極と前記三次巻線の一端との間に接続された複数の抵抗（１６ｃ、３１ａ）からなり、前記可変制御部は、前記三次巻線に現れるサージ電圧の検出結果に応じて、前記複数の抵抗のうちの少なくとも１つの抵抗を開放する検出制御回路（３２ａ）を備えることを特徴としている。
また、本発明のスイッチング電源装置は、前記検出制御回路が、ダイオード（４１）とコンデンサ（４２）とからなる前記三次巻線に並列接続された検出回路と、当該検出回路をなすコンデンサに現れる電圧と所定の比較電圧（Ｖｄ）とを比較する比較回路（４３）とからなり、当該比較回路の比較結果に応じて前記複数の抵抗のうちの少なくとも１つの抵抗を開放する回路であることを特徴としている。

本発明によれば、出力部の負荷状態に応じて、補助電源部の出力端に接続されて補助電源部から制御回路部に供給される電力を消費する第１抵抗と補助電源部の内部に設けられて三次巻線に発生するサージ電圧を抑制する第２抵抗との少なくとも一方の抵抗値を動的に変化させているため、制御回路部の消費電力が小さい場合であってもスイッチング素子の間欠動作を確実に行わせることができ、これによりトランスの温度上昇を短時間で抑制することができるという効果がある。また、可変制御部は、抵抗、シャントレギュレータ等の汎用的な部品を用いて実現することができるため、コストの大幅な増大や設計保証の困難性を招くこともない。

以下、図面を参照して本発明の実施形態によるスイッチング電源装置について詳細に説明する。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態によるスイッチング電源装置の要部構成を示す回路図である。図１に示す通り、本実施形態のスイッチング電源装置１は、トランス１１、スイッチング素子１２、制御回路部１３、起動回路部１４、出力部１５、補助電源部１６、ダミー負荷抵抗１７，１８（第１抵抗）、可変制御部１９、出力電圧検出部２０、及びフォトカプラ２１を備えており、直流電源Ｓ１から供給される直流電力を所定の直流電力に変換して出力部１５から出力する。尚、図１に示すスイッチング電源装置１は、フライバック方式のスイッチング電源装置である。

トランス１１は、一次巻線１１ａ、二次巻線１１ｂ、及び補助電源巻線１１ｃ（三次巻線）を備えており、一次巻線１１ａに供給される電力を二次巻線１１ｂ及び補助電源巻線１１ｃの各々に伝達する。尚、一次巻線１１ａ、二次巻線１１ｂ、及び補助電源巻線１１ｃの巻数比率は、例えば３０：７：４：２である。スイッチング素子１２は、トランス１１の一次巻線１１ａの一端に接続されており、制御回路部１３の制御の下でスイッチング動作を行うことにより、トランス１１の一次巻線１１ａの他端に接続された直流電源Ｓ１からの直流電力をトランス１１の一次巻線１１ａに断続的に供給する。これにより、トランスの一次巻線１１ａには交流電力が供給されることになる。このスイッチング素子１２としては、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）等の電子的な素子を用いることができる。

制御回路部１３はスイッチング素子１２のスイッチング動作を制御する回路である。具体的には、フォトカプラ２１から出力される検出信号に応じたデューティ比を有するパルス幅変調（ＰＷＭ）されたパルス信号Ｃ１を生成してスイッチング素子１２に出力することにより、スイッチング素子１２のスイッチング動作を制御する。また、制御回路部１３は、直流電源Ｓ１から起動回路部１４を介して供給される直流電力と補助電源部１６から供給される直流電力とが入力される電源入力端１３ａを備えており、この電源入力端１３ａに現れる電圧Ｖｃｃが所定の開始電圧Ｖ１以上になるとスイッチング素子１２に対してパルス信号Ｃ１を出力し、開始電圧Ｖ１よりも低い電圧に設定された停止電圧Ｖ２になるとパルス信号Ｃ１の出力を停止する制御を行う。起動回路部１４は、制御回路部１３を起動させる回路であり、例えば図１に示す通り、抵抗１４ａからなる回路である。

出力部１５は、ダイオード１５ａ及びコンデンサ１５ｂからなる整流・平滑回路を備えており、トランス１１の二次巻線１１ｂに接続されて、トランス１１の二次巻線１１ｂに伝達された交流電力を整流・平滑して外部に出力する。具体的に、ダイオード１５ａは、アノード電極が二次巻線１１ｂの一端に接続されるとともにカソード電極が出力部１５の一方の出力端に接続されており、コンデンサ１５ｂは、出力部１５の出力端の間に接続されている。

補助電源部１６は、ダイオード１６ａ及びコンデンサ１６ｂからなる整流・平滑回路と補助電源巻線１１ｃに発生するサージ電圧を抑制するサージ抑制抵抗１６ｃとを備えており、トランス１１の補助電源巻線１１ｃに接続されて、補助電源巻線１１ｃに伝達された交流電力を整流・平滑して制御回路部１３の電源入力端１３ａに出力する。具体的に、サージ抑制抵抗１６ｃは、一端が補助電源巻線１１ｃの一端に接続されており、他端がダイオード１６ａのアノード電極に接続されている。また、コンデンサ１６ｂは、接地されている補助電源巻線１１ｃの他端と、ダイオード１６ａのカソード電極とに接続されている。即ち、コンデンサ１６ｂは、補助電源部１６の出力端の間に接続されている。

ダミー負荷抵抗１７は、補助電源部１６の出力端の間に接続されており、補助電源部１６から制御回路部１３に供給される直流電力の消費を増大させる抵抗である。ダミー負荷抵抗１８及び可変制御部１９は、補助電源部１６の出力端の間において直列接続されている。ダミー負荷抵抗１８は、ダミー負荷抵抗１７と同様に、補助電源部１６から制御回路部１３に供給される直流電力の消費を増大させる抵抗である。

可変制御部１９は、出力部１５の負荷状態の検出結果に応じて、補助電源部１６の出力端に接続された抵抗（ダミー負荷抵抗１７，１８からなる抵抗）の抵抗値を動的に変化させる。具体的には、フォトカプラ２１から出力される検出信号に応じて、補助電源部１６の出力端の間にダミー負荷抵抗１８を接続し、又はダミー負荷抵抗１８を開放することにより、補助電源部１６の出力端に接続されたダミー負荷抵抗１７，１８の合成抵抗を動的に変化させる。

出力電圧検出部２０は、出力部１５の出力端の間に現れる出力電圧ＶＯを検出する。これにより、出力部１５の負荷状態が検出される。フォトカプラ２１は、出力電圧検出部２０の検出結果に応じた電圧を有する検出信号を出力する。このフォトカプラ２１は、出力電圧検出部２０の検出結果が入力される入力端と、検出信号が出力される出力端とを電気的に絶縁するために設けられる。フォトカプラ２１から出力される信号は、制御回路部１３及び可変制御部１９に供給される。

図２は、本発明の第１実施形態によるスイッチング電源装置の具体的な構成例を示す回路図である。尚、図２においては、図１に示した構成と同一の構成には同一の符号を付してある。図２に示す例においては、ダミー負荷抵抗１８はダミー負荷抵抗１８ａから構成されており、可変制御部１９は抵抗１９ａ，１９ｂ（分圧抵抗）及びシャントレギュレータ１９ｃ（スイッチ素子）から構成されている。

可変制御部１９の一部をなす抵抗１９ａ，１９ｂは、フォトカプラ２１の出力端とグラウンドとの間に接続されており、抵抗１９ａ，１９ｂの抵抗値の比に応じてフォトカプラ２１から出力される検出信号を分圧する。シャントレギュレータ１９ｃは、抵抗１９ａ，１９ｂによって分圧された検出信号を入力としており、ダミー負荷抵抗１８ａと直列接続されて補助電源部１６の出力端の間に接続されている。

このシャントレギュレータ１９ｃは、入力電圧が所定の閾値以上の場合には両端の抵抗値が低くなり、逆に入力電圧がその閾値よりも小さな場合には両端の抵抗値が無限大になる。このため、入力電圧が上記の閾値以上の場合には直列接続されたダミー負荷抵抗１８ａは補助電源部１６の出力端の間に接続され、逆に入力電圧がその閾値よりも小さな場合にはダミー負荷抵抗１８ａは補助電源部１６の出力端の間から開放される（補助電源部１６の出力端の間から切り離された状態とほぼ等しい状態になる）。

次に、上記構成におけるスイッチング電源装置１の正常時及び障害発生時の動作について説明する。図３は、本発明の第１実施形態によるスイッチング電源装置１の正常時及び障害発生時の動作を説明するタイミングチャートである。まず、スイッチング電源装置１の動作が開始された直後においては、出力部１５の出力端に現れる出力電圧ＶＯが零であるため、シャントレギュレータ１９ｃは両端の抵抗値が低い状態であり、ダミー負荷抵抗１８は補助電源部１６の出力端の間に接続されている。

直流電源Ｓ１の直流電力が起動回路部１４をなす抵抗１４ａを介して制御回路部１３に供給されると、制御回路部１３の電源入力端１３ａに現れる電圧Ｖｃｃが上昇する（時刻ｔ０〜ｔ１）。尚、この電圧Ｖｃｃが上昇する傾きは、抵抗１４ａと制御回路部１３の内部に設けられる不図示の容量成分及びダミー負荷抵抗１７，１８等とによる時定数によって決定される。

制御回路部１３の電源入力端１３ａに現れる電圧Ｖｃｃが開始電圧Ｖ１に達すると、制御回路部１３からパルス信号Ｃ１が出力されてスイッチング素子１２に印加される（時刻ｔ１）。これにより、スイッチング素子１２のスイッチング動作が開始されてトランス１１の一次巻線１１ａに交流電力が印加される。トランス１１の一次巻線１１ａに供給された交流電力は二次巻線１１ｂに伝達され、出力部１５で整流・平滑されて外部に出力される。これにより、図３に示す通り、出力部１５の出力電圧ＶＯが徐々に上昇する（時刻ｔ１〜ｔ２）。また、トランス１１の一次巻線１１ａに供給された交流電力は補助電源巻線１１ｃにも伝達され、補助電源部１６で整流・平滑されて出力される。この時、シャントレギュレータ１９ｃの入力電圧は閾値以上となり、シャントレギュレータ１９ｃの両端の抵抗値は低い状態となり、ダミー負荷抵抗１８は補助電源部１６の出力端に接続された状態になっている。

この間、制御回路部１３に対しては、直流電源Ｓ１から起動回路部１４をなす抵抗１４ａを介して直流電力が供給され続けるものの、制御回路部１３及びダミー負荷抵抗１７，１８の電力消費によって電源入力端１３ａに現れる電圧Ｖｃｃは若干低下する。出力部１５の出力電圧ＶＯの上昇が継続されて出力電圧ＶＯが確定すると、シャントレギュレータ１９ｃの入力電圧が所定の閾値以下になる。すると、シャントレギュレータ１９ｃの両端の抵抗値が無限大になってダミー負荷抵抗１８ａは補助電源部１６の出力端の間から開放される。これにより、補助電源部１６の出力端の間にはダミー負荷抵抗１７のみが接続された状態になるため、補助電源部１６の出力端の間にダミー負荷抵抗１７，１８の双方が接続されている場合に比べてサージ抑制抵抗１６ｃによる電圧降下は抑制される。

ここで、制御回路部１３における電力消費によって電源入力端１３ａに現れる電圧Ｖｃｃが停止電圧Ｖ２に達する前に、補助電源部１６の出力電圧ＶＡが停止電圧Ｖ２よりも大きくなれば、スイッチング素子１２のスイッチング動作は維持されることになる。これにより、スイッチング電源装置１の動作は停止することなく継続される。

図３に示す通り、時刻ｔ２〜ｔ３の期間は、制御回路部１３からスイッチング素子１３に対するパルス信号Ｃ１の出力が継続され、出力部１５の出力電圧ＶＯは一定になる。また、この期間の間は、補助電源部１６の出力電圧ＶＡ（電源入力端１３ａに現れる電圧Ｖｃｃ）も一定になる。つまり、補助電源部１６から制御回路部１３に対する一定の直流電力の供給が継続される。

いま、時刻ｔ３において、出力部１５の過負荷（過電流）状態若しくは短絡状態、又はトランス１１の二次巻線１１ｂの短絡等の障害が発生したとすると、出力部１５の出力電圧ＶＯが急激に低下する。すると、可変制御部１９に設けられたシャントレギュレータ１９ｃの入力電圧が所定の閾値以上になって両端の抵抗値が低い状態になり、ダミー負荷抵抗１８が補助電源部１６の出力端の間に接続された状態になる。

これにより、補助電源部１６の出力端の間にはダミー負荷抵抗１７，１８の双方が接続された状態になって、補助電源部１６の出力端の間における抵抗の値が小さくなる。この結果、サージ抑制抵抗１６ｃに流れる電流が増大してサージ抑制抵抗１６ｃによる電圧降下が増大し、電源入力端１３ａに現れる電圧Ｖｃｃが急速に低下することになる。電圧Ｖｃｃが急速に低下して停止電圧Ｖ２以下になると制御回路部１３からのパルス信号Ｃ１の出力が停止され、これに伴ってスイッチング素子１２のスイッチング動作が停止される（時刻ｔ４）。

ここで、制御回路部１３に対しては直流電源Ｓ１から起動回路部１４の抵抗１４ａを介して常時直流電力が供給されているため、電源入力端１３ａに現れる電圧Ｖｃｃは徐々に上昇する（時刻ｔ４〜ｔ５）。電圧Ｖｃｃが開始電圧Ｖ１まで上昇すると、制御回路部１３から再度パルス信号Ｃ１が出力されてスイッチング素子１２のスイッチング動作が開始される（時刻ｔ５）。出力部１５について障害が発生したままであれば、出力部１５の出力電圧ＶＯは低下したままである。このため、可変制御部１９に設けられたシャントレギュレータ１９ｃも両端の抵抗値が低い状態のままであり、補助電源部１６の出力端の間における抵抗の値は低い値に維持される。

スイッチング素子１２のスイッチング動作が行われている時刻ｔ５〜ｔ６の間は、制御回路部１３の電力消費によって電源入力端１３ａに現れる電圧Ｖｃｃが徐々に低下する。そして、電圧Ｖｃｃが停止電圧Ｖ２以下になると、パルス信号Ｃ１の出力が停止され、スイッチング素子１２のスイッチング動作が停止される（時刻ｔ６）。以下、出力部１５で発生した障害が解消されるまで、補助電源部１６の出力端の間における抵抗の値が低い値に維持され、これによりスイッチング素子１２の間欠動作が確実に行われる。

ここで、出力部１５における障害発生時に補助電源巻線１１ｃにサージ電圧が発生し、コンデンサ１６ｂがそのサージ電圧のピーク値で充電されたとしても、電源入力端１３ａに現れる電圧Ｖｃｃを急速に低下させることができる。これは、補助電源部１６の出力端の間における抵抗を低い値に維持してサージ抑制抵抗１６ｃに流れる電流を増大させることにより、サージ抑制抵抗１６ｃでの電圧降下を大きくしているからである。

よって、本実施形態では、出力部１５に障害が生じた場合であっても、スイッチング素子１２の間欠動作を確実に行わせることができ、スイッチング電源装置１の過度な発熱を防止することができる。ここで、本実施形態では、出力部１５の出力電圧ＶＯを出力電圧検出部２０で直接検出し、この検出結果に基づいて補助電源部１６の出力端に接続された抵抗の値を動的に変化させているため、障害を精度良く検出することができるとともに、過度な加熱を短時間で抑制することができる。

また、可変制御部１９の制御によってスイッチング電源装置１の過度な加熱が防止されるため、トランス１１の材料の変更が不要であるとともに、サーミスタ回路等を内蔵する必要がない。また、出力電圧検出部２０、フォトカプラ２１、及び可変制御部１９は、汎用的な部品を用いて実現することができる。このため、コストの大幅な増大や設計保証の困難性を招くこともない。

尚、図２に示す構成のスイッチング電源装置１においては、起動時に出力無負荷の場合であっても、出力部１５の出力が確定するまでは、負荷電流が大きい時と同様にフォトカプラ２１から出力される検出信号が大きな値を示す。このため、可変制御部１９に設けられたシャントレギュレータ１９ｃの入力電圧が閾値以上になり、ダミー負荷抵抗１８ａは補助電源部１６の出力端の間に接続された状態になる。すると、ダミー負荷抵抗１７，１８ａを流れる電流が増加して起動不良が生ずる虞がある。

このような起動不良を防止するには、図４に示す対策を施すことができる。図４は、本発明の第１実施形態によるスイッチング電源装置の具体的な構成の変形例を示す回路図である。図４に示すスイッチング電源装置１は、図２に示すスイッチング電源装置１に逆流防止ダイオード２２とコンデンサ２３とを追加した構成である。逆流防止ダイオード２２は、アノード電極がダミー負荷抵抗１８ａに接続され、カソード電極がダミー負荷抵抗１７に接続されるようダミー負荷抵抗１７，１８ａの間に介挿されている。また、コンデンサ２３は、ダミー負荷抵抗１７と並列接続されている。かかる構成にすることで、起動時のダミー負荷抵抗１８の影響を無くすことができる。

〔第２実施形態〕
図５は、本発明の第２実施形態によるスイッチング電源装置の要部構成を示す回路図である。尚、図５においては、図１に示した構成と同一の構成には同一の符号を付してある。図５に示す通り、本実施形態のスイッチング電源装置２は、図１に示す補助電源部１６に代えて補助電源部３０を備える構成である。

補助電源部３０は、図１に示したダイオード１６ａ及びコンデンサ１６ｂからなる整流・平滑回路及びサージ抑制抵抗１６ｃ（第２抵抗）に加えて、サージ抑制抵抗切替部３１と可変制御部３２とを備える。サージ抑制抵抗切替部３１は、サージ抑制抵抗３１ａ（第２抵抗）とスイッチ３１ｂとを直列接続した回路を備えており、サージ抑制抵抗１６ｃに対して並列に設けられる。スイッチ３１ｂは、可変制御部３２の制御によってオン状態又はオフ状態が切り替えられるスイッチであり、ＭＯＳＦＥＴやトランジスタ等の電子的スイッチを用いることができる。

可変制御部３２は、補助電源巻線１１ｃに現れるサージ電圧の検出結果に応じて、補助電源部３０内に設けられた抵抗（サージ抑制抵抗１６ｃ，３１ａからなる抵抗）の抵抗値を動的に変化させる制御を行う。かかる制御のために、可変制御部３２は、巻線サージ検出回路３２ａ（検出制御回路）を備える。図６は、補助電源部３０の構成例を示す回路図である。図６に示す通り、巻線サージ検出回路３２ａは、ダイオード４１、コンデンサ４２、及びコンパレータ４３（比較回路）からなる回路である。

ダイオード４１とコンデンサ４２とが直列された回路（検出回路）は、補助電源巻き線１１ｃに並列に接続されており、補助電源巻線１１ｃに現れるサージ電圧を検出する。コンパレータ４３は、ダイオード４１とコンデンサ４２との接続点に現れる電圧値と外部から入力される所定の比較電圧Ｖｄとを比較し、ダイオード４１とコンデンサ４２との接続点に現れる電圧値が比較電圧Ｖｄよりも大きければ、サージ抑制抵抗切替部３１に設けられたスイッチ３１ｂをオフ状態にする制御信号を出力する。

以上の構成のスイッチング電源装置２において、出力部１５に障害が生じていない場合には、図６に示すダイオード４１とコンデンサ４２との接続点に現れる電圧値が比較電圧Ｖｄよりも小さいため、巻線サージ検出回路３２ａの制御によってスイッチ３１ｂはオン状態にされる。これにより、補助電源巻線１１ｃの一端とダイオード１６ａのアノード電極との間においてサージ抑制抵抗１６ｃ，３１ａが並列接続された状態になり抵抗値が低くなる。すると、サージ抑制抵抗１６ｃ，３１ａによる電圧降下が小さくなり、電源入力端１３ａに現れる電圧Ｖｃｃの低下を防止することができる。

これに対し、出力部１５に障害が生じて補助電源巻線１１ｃにサージ電圧が現れると、このサージ電圧が巻線サージ検出回路３２ａで検出されてスイッチ３１ｂがオフ状態にされる。これにより、サージ抑制抵抗３１ａが開放され、補助電源巻線１１ｃの一端とダイオード１６ａのアノード電極との間にはサージ抑制抵抗１６ｃのみが接続された状態になり、サージ抑制抵抗１６ｃ，３１ａの双方が接続された場合に比べて抵抗値が高くなる。すると、サージ抑制抵抗１６ｃによる電圧降下が大きくなり、電源入力端１３ａに現れる電圧Ｖｃｃを急速に低下させることができる。よって、補助電源巻線１１ｃに発生するサージ電圧のピークをサージ抑制抵抗１６ｃで減衰させ、電源入力端１３ａに現れる電圧Ｖｃｃを急速に低下させることができる。

以上の通り、本実施形態においても、出力部１５に障害が生じた場合であっても、スイッチング素子１２の間欠動作を確実に行わせることができ、スイッチング電源装置１の過度な発熱を防止することができる。ここで、本実施形態では、補助電源巻き線１１ｃに現れるサージ電圧を直接検出し、この検出結果に基づいて補助電源部１６の内部に設けられた抵抗の値を動的に変化させているため、障害を精度良く検出することができるとともに、過度な加熱を短時間で抑制することができる。

また、可変制御部３２の制御によってスイッチング電源装置１の過度な加熱が防止されるため、トランス１１の材料の変更が不要であるとともに、サーミスタ回路等を内蔵する必要がない。また、サージ抑制抵抗切替部３１及び可変制御部３２は、汎用的な部品を用いて実現することができる。このため、コストの大幅な増大や設計保証の困難性を招くこともない。

以上、本発明の実施形態によるスイッチング電源装置について説明したが、本発明は上述した実施形態に制限されることなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記第１，第２実施形態では、出力部１５の出力電圧ＶＯの検出結果を用いて制御回路部１３がスイッチング素子１３のスイッチング動作を制御する例について説明したが、トランス１１の一次巻線１１ａに入力される電力又は二次巻線１１ｂから出力される電力の検出結果を用いて制御を行っても良い。

また、第１実施形態と第２実施形態とを組み合わせて、補助電源部１６の出力端に接続された抵抗（ダミー負荷抵抗１８，１９）の抵抗値と、補助電源部１６の内部に設けられた抵抗（サージ抑制抵抗１６ｃ，３１ａ）の抵抗値との双方を動的に変化させても良い。また、起動回路部１４が抵抗１４ａで実現されている構成例について説明したが、トランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子やダイオード等からなる構成であっても良く、或いはこれらが含まれる構成であっても良い。更に、上記実施形態では、フライバック方式のスイッチング電源装置を例に挙げて説明したが、本発明はフライバック方式のスイッチング電源装置以外に、シングルフォワード方式のスイッチング電源装置、その他の各種の方式のスイッチング電源装置にも適用することができる。

本発明の第１実施形態によるスイッチング電源装置の要部構成を示す回路図である。 本発明の第１実施形態によるスイッチング電源装置の具体的な構成例を示す回路図である。 本発明の第１実施形態によるスイッチング電源装置１の正常時及び障害発生時の動作を説明するタイミングチャートである。 本発明の第１実施形態によるスイッチング電源装置の具体的な構成の変形例を示す回路図である。 本発明の第２実施形態によるスイッチング電源装置の要部構成を示す回路図である。 補助電源部３０の構成例を示す回路図である。 従来のフライバック方式のスイッチング電源装置の要部構成を示す回路図である。 従来のスイッチング電源装置１００の正常時及び障害発生時の動作を説明するタイミングチャートである。

符号の説明

１，２ スイッチング電源装置
１１ トランス
１１ａ 一次巻線
１１ｂ 二次巻線
１１ｃ 補助電源巻線
１２ スイッチング素子
１３ 制御回路部
１５ 出力部
１６ 補助電源部
１６ａ ダイオード
１６ｂ コンデンサ
１６ｃ サージ抑制抵抗
１７，１８ ダミー負荷抵抗
１９ 可変制御部
１９ａ，１９ｂ 抵抗
１９ｃ シャントレギュレータ
３１ａ サージ抑制抵抗
３２ 可変制御部
３２ａ 巻線サージ検出回路
４１ ダイオード
４２ コンデンサ
４３ コンパレータ

Claims (6)

1. 一次巻線に供給される電力を二次巻線及び三次巻線に伝達するトランスと、直流電力を断続的に前記トランスの一次巻線に供給するスイッチング素子と、当該スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御回路部と、前記二次巻線に伝達される電力を外部に出力する出力部と、前記三次巻線に伝達される電力を前記制御回路部に供給する補助電源部とを備えるスイッチング電源装置において、
   前記出力部の負荷状態に応じて、前記補助電源部の出力端に接続されて前記補助電源部から前記制御回路部に供給される電力を消費する第１抵抗と前記補助電源部の内部に設けられて前記三次巻線に発生するサージ電圧を抑制する第２抵抗との少なくとも一方の抵抗値を動的に変化させる可変制御部を備えることを特徴とするスイッチング電源装置。
2. 前記第１抵抗は、前記補助電源部の出力端に並列に接続された複数の抵抗からなり、
   前記可変制御部は、前記出力部の出力電圧を所定の比率で分圧する分圧抵抗と、当該分圧抵抗で分圧された電圧に応じて、前記複数の抵抗のうちの少なくとも１つの抵抗を開放するスイッチ素子とを備える
   ことを特徴とする請求項１記載のスイッチング電源装置。
3. 前記補助電源部は、アノード電極が前記三次巻線の一端に接続されたダイオードと、当該ダイオードのカソード電極と前記三次巻線の他端との間に接続されたコンデンサとからなる整流・平滑回路を備えることを特徴とする請求項１記載のスイッチング電源装置。
4. 前記第２抵抗は、前記ダイオードのアノード電極と前記三次巻線の一端との間に接続されていることを特徴とする請求項３記載のスイッチング電源装置。
5. 前記第２抵抗は、前記ダイオードのアノード電極と前記三次巻線の一端との間に接続された複数の抵抗からなり、
   前記可変制御部は、前記三次巻線に現れるサージ電圧の検出結果に応じて、前記複数の抵抗のうちの少なくとも１つの抵抗を開放する検出制御回路を備える
   ことを特徴とする請求項４記載のスイッチング電源装置。
6. 前記検出制御回路は、ダイオードとコンデンサとからなる前記三次巻線に並列接続された検出回路と、当該検出回路をなすコンデンサに現れる電圧と所定の比較電圧とを比較する比較回路とからなり、当該比較回路の比較結果に応じて前記複数の抵抗のうちの少なくとも１つの抵抗を開放する回路であることを特徴とする請求項５記載のスイッチング電源装置。

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