JP5470738B2 - 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５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５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、主出力部１０５、副出力部１０６、及び補助電源部１０７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主出力部１０５及び副出力部１０６からそれぞれ出力する。

トランス１０１は、一次巻線１０１ａ、二次巻線１０１ｂ，１０１ｃ、及び補助電源巻線１０１ｄ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，１０１ｃ及び補助電源巻線１０１ｄ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からトランス１０１の一次巻線１０１ａに供給される直流電力を交流電力に変換する。

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を起動させる回路である。主出力部１０５、副出力部１０６、及び補助電源部１０７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，１０１ｃ及び補助電源巻線１０１ｄにそれぞれ接続される。主出力部１０５及び副出力部１０６は、トランス１０１の二次巻線１０１ｂ，１０１ｃに伝達された交流電力をそれぞれ整流・平滑して外部に出力する。補助電源部１０７は、補助電源巻線１０１ｄ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６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，１０１ｃにそれぞれ伝達され、主出力部１０５及び副出力部１０６でそれぞれ整流・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１０１ｄにも伝達され、補助電源部１０７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６に示す停止電圧Ｖ１０２に達する前に補助電源部１０７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、主出力部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、主出力部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１０１ｄに現れる電圧も低下し、補助電源部１０７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１０７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、主出力部１０５及び副出力部１０６の各々から所定の直流電力が出力される（時刻ｔ１０４）。

主出力部１０５について障害が発生したままであれば、補助電源部１０７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、主出力部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。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２００８−０７２８３０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、障害が発生したときに、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、これにより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、図５に示すスイッチング電源装置１００のように、複数の出力部を備える場合には、主出力部１０５以外の副出力部１０６において短絡等の障害が生じた場合には、副出力部１０６が接続される二次巻線１０１ｃと一次巻線１０１ａとの結合度が低いため、主出力部１０５において短絡等の障害が生じた場合のように、補助電源部１０７から制御回路部１０３に供給される電圧が低下しないという状況が生ずることがある。かかる状況が生ずると、二次巻線１０１ｃに連続して短絡電流が流れるため、二次巻線１０１ｃが過度に発熱する虞がある。

トランス１０１の過度な発熱によるトランス１０１の故障を防止するには、トランス１０１を構成する材料の耐熱温度を超えないようにする必要がある。このためには、スイッチング電源装置に以下の（１）〜（３）に示す対策を施すことが考えられる。
（１）トランス材料を耐熱性の高いものにする
（２）短絡時に巻線を開放するヒューズを内部に設ける
（３）トランスの温度を直接又は間接的に検出して、スイッチング動作の起動及び停止が繰り返されるモードへ移行する機能を設ける

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）ヒューズを設けた場合、コスト増大とともに部品点数の増大による信頼性の低下を招く問題がある
（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り、更には過度の発熱が生じても短時間で確実にそれ以上の発熱を防止できる高い制御性が必要になるという問題がある

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短時間で抑制することができる制御性の高い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、直流電力を交流電力に変換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、一次巻線（１１ａ）に供給される前記交流電力を第１，第２の二次巻線（１１ｂ、１１ｃ）と三次巻線（１１ｄ）とに伝達するトランス（１１）と、前記第１，第２の二次巻線に伝達される交流電力をそれぞれ整流して出力する第１，第２の出力部（１５、１６、２１）と、前記三次巻線に伝達される交流電力を整流して前記制御回路部に出力する補助電源部（１７）と、前記直流電力の一部を前記制御回路部に供給する起動回路部（１４）とを備えるスイッチング電源装置（１、２）において、前記第２の出力部の出力電圧を検出する検出回路部（１８、２２）と、前記補助電源部と前記制御回路部との間に配置され、前記検出回路部の検出結果に基づいて、前記起動回路部から前記制御回路部への電力供給を停止することなく前記補助電源部から前記制御回路部への電力供給を停止する制御回路停止部（１９）とを備え、前記三次巻線に対する前記第１の二次巻線の巻線比率が、前記第１の二次巻線又は前記第１の出力部に障害が生じた場合に前記三次巻線に現れる電圧の低下が生ずる比率に設定されており、前記三次巻線に対する前記第２の二次巻線の巻線比率が、前記三次巻線に対する前記第１の二次巻線の巻線比率よりも小に設定されていることを特徴としている。
この発明によると、起動回路部によって制御回路部が起動されると、制御回路部によってスイッチング素子のスイッチング動作が制御されてトランスの一次巻線に交流電力が供給され、この交流電力が第１，第２の二次巻線及び三次巻線に伝達され、その後に第１，第２の出力部からそれぞれ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。第２の出力部の出力電圧は検出回路部によって検出されており、短絡等の障害によって第２出力部の出力電圧が所定の電圧値よりも低くなると、起動回路部から制御回路部への電力供給が停止されることなく補助電源部から制御回路部への電力供給が停止される。
また、本発明のスイッチング電源装置は、前記検出回路部が、前記第２の出力部における出力端の間にツェナーダイオード（１８ａ）とフォトカプラ（１８ｂ）とが直列接続され、前記出力端の間に現れる電圧が前記ツェナーダイオードのツェナー電圧よりも小さい場合に前記フォトカプラがオフ状態になる回路であ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、前記制御回路停止部が、前記フォトカプラの状態に連動してオン状態又はオフ状態になるトランジスタ（１９ａ）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において、前記第２の出力部は、グラウンドが補助電源部と共用され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において、前記検出回路部は、前記第２の出力部の出力電圧を分圧する分圧抵抗（２２ａ、２２ｂ）と、当該分圧抵抗によって分圧された電圧に応じてオン状態又はオフ状態になるトランジスタ（２２ｃ）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において、前記制御回路停止部が、前記検出回路部が備える前記トランジスタの状態に連動してオン状態又はオフ状態になるトランジスタ（１９ａ）を備えることを特徴としている。

本発明によれば、第２の出力部の出力電圧を検出回路部で検出し、その出力部の出力電圧が所定の電圧値よりも低くなった場合に、起動回路部から制御回路部への電力供給を停止させることなく補助電源部から制御回路部への電力供給を停止しているため、補助電源部の出力電圧が低下しなくとも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、検出回路部及び制御回路停止部は、フォトカプラ、ツェナーダイオード、抵抗、トランジス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、主出力部１５、副出力部１６、補助電源部１７、検出回路部１８、及び制御回路停止部１９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主出力部１５及び副出力部１６からそれぞれ出力する。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，１１ｃ、及び補助電源巻線１１ｄ（三次巻線）を備えており、一次巻線１１ａに供給される交流電力を二次巻線１１ｂ，１１ｃ及び補助電源巻線１１ｄの各々に伝達する。尚、一次巻線１１ａ、二次巻線１１ｂ，１１ｃ、及び補助電源巻線１１ｄ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から一次巻線１１ａに供給される直流電力を交流電力に変換する。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り、起動回路部１４は制御回路部１３を起動させる回路である。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１７から制御回路停止部１９を介して供給される直流電力とが入力される電源入力端１３ａを備える。制御回路部１３は、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。

主出力部１５及び副出力部１６は、ダイオード１５ａ及びコンデンサ１５ｂからなる整流・平滑回路及びダイオード１６ａ及びコンデンサ１６ｂからなる整流・平滑回路をそれぞれ備えており、トランス１１の二次巻線１１ｂ，１１ｃにそれぞれ接続される。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主出力部１５の一方の出力端に接続されており、コンデンサ１５ｂは、主出力部１５の出力端の間に接続されている。同様に、ダイオード１６ａは、アノード電極が二次巻線１１ｃの一端に接続されるとともにカソード電極が出力部１６の一方の出力端に接続されており、コンデンサ１６ｂは、主出力部１６の出力端の間に接続されている。主出力部１５及び副出力部１６は、トランス１１の二次巻線１１ｂ，１１ｃに伝達された交流電力をそれぞれ整流・平滑して外部に出力する。

補助電源部１７は、ダイオード１７ａ及びコンデンサ１７ｂからなる整流・平滑回路を備えており、トランス１１の補助電源巻線１１ｄに接続される。具体的に、ダイオード１７ａは、アノード電極が補助電源巻線１１ｄの一端に接続されるとともにカソード電極が制御回路停止部１９に接続されており、コンデンサ１７ｂは、接地されている補助電源巻線１１ｄの他端と、ダイオード１７ａのカソード電極と制御回路停止部１９との接続点との間に接続されている。補助電源部１７は、補助電源巻線１１ｄに伝達された交流電力を整流・平滑して制御回路停止部１９を介して制御回路部１３の電源入力端１３ａに出力する。

検出回路部１８は、副出力部１６の出力端の間に現れる出力電圧ＶＯ２を検出する。制御回路停止部１９は、検出回路部１８の検出結果に基づいて、補助電源部１７から制御回路部１３への直流電力の供給を停止する。これら検出回路部１８及び制御回路停止部１９は、副出力部１６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１１ｃの短絡等の障害が発生した場合に、障害を検出して補助電源部１７から制御回路部１３への直流電力の供給を停止することで、スイッチング電源装置１の過度な発熱を抑えるものである。

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、起動回路部１４は抵抗１４ａから構成されており、検出回路部１８はツェナーダイオード１８ａ及びフォトカプラ１８ａから構成されており、制御回路停止部１９はトランジスタ１９ａから構成されている。

起動回路部１４をなす抵抗１４ａは、直流電源Ｓ１と制御回路部１３の電源入力端１３ａとの間に配置され、抵抗値を変えることで電源入力端１３ａに現れる電圧Ｖｃｃの立ち上がり時間を変化させることができる。つまり、起動回路部１４をなす抵抗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とによってＲＣ回路が形成されており、抵抗１４ａの抵抗値を変えればそのＲＣ回路の時定数が変わるため、電源入力端１３ａに現れる電圧Ｖｃｃの立ち上がり時間を変化させることが可能である。

検出回路部１８をなすツェナーダイオード１８ａ及びフォトカプラ１８ａは直列接続されており、かかる回路が副出力部１６の出力端の間に接続されている。この回路は、副出力部１６の出力端の間に現れる電圧がツェナーダイオード１８ａのツェナー電圧Ｖｚよりも低い場合にフォトカプラ１８ａがオフ状態になる回路である。制御回路停止部１９をなすトランジスタ１９ａは、ベース電極、エミッタ電極、及びコレクタ電極が、フォトカプラ１８ｂのコレクタ端子、補助電源部１７に設けられたダイオード１７ａのカソード電極、及び制御回路部１３の電源入力端１３ａにそれぞれ接続されたＰＮＰ型のトランジスタであり、フォトカプラ１８ｂの状態に連動してオン状態又はオフ状態になる。

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が動作していない状態では、副出力部１６の出力端に現れる出力電圧ＶＯ２は零であるため、検出回路部１８に設けられたフォトカプラ１８及び制御回路停止部１９に設けられたトランジスタ１９ａは共にオフ状態である。

スイッチング電源装置１の動作が開始されると、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、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，１１ｃにそれぞれ伝達され、主出力部１５及び副出力部１６でそれぞれ整流・平滑されて外部に出力される。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１１ｄにも伝達され、補助電源部１７で整流・平滑されて出力される。

これにより、図３に示す通り、主出力部１５の出力電圧ＶＯ１、副出力部１６の出力電圧ＶＯ２、及び補助電源部１７の出力電圧ＶＡが徐々に上昇する（時刻ｔ１〜ｔ２）。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。

主出力部１５の出力電圧ＶＯ１、副出力部１６の出力電圧ＶＯ２、及び補助電源部１７の出力電圧ＶＡの上昇が継続し、副出力部１６の出力電圧ＶＯ２が検出回路部１８に設けられたツェナーダイオード１８ａのツェナー電圧Ｖｚ以上になると、検出回路部１８に設けられたフォトカプラ１８ｂがオン状態になる。これにより、制御回路停止部１９に設けられたトランジスタ１９ａもオン状態になり、補助電源部１７から制御回路停止部１９を介した制御回路部１３への直流電力の供給が開始される（時刻ｔ２）。

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１７から制御回路部１３への直流電力の供給が開始されれば、スイッチング素子１２のスイッチング動作は維持され、スイッチング電源装置１の動作は継続される。よって、動作不良を防止するために、スイッチング電源装置１は、図３中の時刻ｔ１〜ｔ２の期間が極力短時間になるように設計される。

図２に示す通り、制御回路停止部１９に設けられたトランジスタ１９ａがオン状態である時刻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、主出力部１５及び副出力部１６の出力電圧ＶＯ１，ＶＯ２はそれぞれ一定になる。また、この期間の間は、補助電源部１７の出力電圧ＶＡは一定になり、補助電源部１７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、副出力部１６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１１ｃの短絡等の障害が発生したとすると、副出力部１６の出力電圧ＶＯ２が急激に低下する。副出力部１６の出力電圧ＶＯ２が検出回路部１８に設けられたツェナーダイオード１８ａのツェナー電圧Ｖｚよりも低くなると検出回路部１８に設けられたフォトカプラ１８ｂがオフ状態になる。これにより、制御回路停止部１９に設けられたトランジスタ１９ａもオフ状態になって補助電源部１７から制御回路停止部１９を介した制御回路部１３への直流電力の供給が停止される。

ここで、図３を参照すると、副出力部１６の出力電圧ＶＯ２が急激に低下しているにも拘わらず、補助電源部１７の出力電圧ＶＡは全く変化がないことが分かる。このため、仮に制御回路停止部１９に設けられたトランジスタ１９ａがオン状態のままである場合には、スイッチング素子１２の動作が継続されてスイッチング電源装置１の過度な発熱が生ずる虞が考えられる。本実施形態では、かかる過度な発熱を防止すべく、制御回路停止部１９に設けられたトランジスタ１９ａによって、補助電源部１７から制御回路部１３への直流電力の供給を強制的に停止している。

以上の強制的な電力供給の停止を行うことにより、制御回路部１３の電源入力端１３ａに現れる電圧Ｖｃｃが徐々に低下していき、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）。すると、図３に示す通り、主出力部１５の出力電圧ＶＯ１とともに、補助電源部１７の出力電圧ＶＡが徐々に低下する。

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、補助電源部１７からの直流電流の供給が停止されても、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、主出力部１５の出力電圧ＶＯ１及び補助電源部１７の出力電圧ＶＡが徐々に上昇する（時刻ｔ５〜ｔ６）。

副出力部１６について障害が発生したままであれば、副出力部１６の出力電圧ＶＯ２はツェナーダイオード１８ａのツェナー電圧Ｖｚよりも低下したままである。このため、検出回路部１８に設けられたフォトカプラ１８及び制御回路停止部１９に設けられたトランジスタ１９ａは共にオフ状態のままになり、補助電源部１７から制御回路部１３への直流電力の供給は停止されたままである。すると、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が徐々に低下していって停止電圧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、副出力部１６で発生した障害が解消されるまで、補助電源部１７から制御回路部１３への直流電力の供給停止が継続され、これによりスイッチング素子１２のスイッチング動作の起動及び停止が繰り返される。かかる動作により、副出力部１６に障害が生じた場合であっても、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、副出力部１６の出力電圧ＶＯ２を検出回路部１８で直接検出して補助電源部１７から制御回路部１３への直流電力の供給を強制的に中断しているため、二次巻線１１ｃと補助電源巻線１１ｄとの磁気結合が弱くとも、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、検出回路部１８及び制御回路停止部１９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、ヒューズ等を内蔵する必要がない。また、検出回路部１８及び制御回路停止部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。

〔第２実施形態〕
図４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４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４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に示す副出力部１６及び検出回路部１８に代えて、副出力部２１及び検出回路部２２を備える構成である。

副出力部２１は、ダイオード２１ａ及びコンデンサ２１ｂ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１１ｃに接続されて二次巻線１１ｃ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２１ａは、カソード電極が二次巻線１１ｃの一端に接続されるとともにアノード電極が検出回路部２２に接続されており、コンデンサ２１ｂは、ダイオード２１ａのアノード電極と二次巻線１１ｃの他端の間に接続されている。ここで、コンデンサ２１ｂとトランス１１の二次巻線１１ｃとの接続点は、補助電源部１７のコンデンサ１７ｂと補助電源巻線１１ｄとの接続点（接地されている接続点）に接続されている。このため、副出力部２１は、グラウンドが補助電源部１７と共用される。

検出回路部２２は、抵抗２２ａ，２２ｂ（分圧抵抗）、トランジスタ２２ｃ、及び抵抗２２ｄから構成されている。検出回路部２２の一部をなす抵抗２２ａ，２２ｂは、副出力部２１の出力端とグラウンドとの間に直列接続されており、抵抗２２ａ，２２ｂの抵抗値の比に応じて副出力部２１の出力電圧ＶＯ２を分圧する。トランジスタ２２ｃは、ベース電極が抵抗２２ａと抵抗２２ｂとの接続点に接続され、エミッタ電極２２ｃが副出力部２１の出力端に接続され、コレクタ電極が抵抗２２ｄを介して制御回路停止部１９に設けられたトランジスタ１９ａのベース電極に接続されている。

以上の構成のスイッチング電源装置２では、副出力部２１の出力電圧２１が検出回路部２２で検出される。副出力部２１で短絡等の障害が発生して副出力部２１の出力電圧ＶＯ２が抵抗２２ａ，２２ｂの抵抗値の比に応じた所定の電圧よりも低くなると、検出回路部２２に設けられたトランジスタ２２ｃがオフ状態になる。これにより、制御回路停止部１９に設けられたトランジスタ１９ａもオフ状態になって補助電源部１７から制御回路停止部１９を介した制御回路部１３への直流電力の供給が停止される。その後、第１実施形態と同様に、スイッチング素子１２のスイッチング動作の起動及び停止が繰り返され、これにより、副出力部２１に障害が生じた場合であっても、スイッチング電源装置２の過度な発熱を防止することができる。

ここで、本実施形態においても、副出力部２１の出力電圧ＶＯ２を検出回路部２２で直接検出して補助電源部１７から制御回路部１３への直流電力の供給を強制的に中断しているため、二次巻線１１ｃと補助電源巻線１１ｄとの磁気結合が弱くとも、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、検出回路部２２及び制御回路停止部１９によってスイッチング電源装置２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、ヒューズ等を内蔵する必要がない。また、検出回路部２２及び制御回路停止部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。

更に、本実施形態では、副出力部２１が補助電源部１７とグラウンドを共用する構成である。このため、第１実施形態のスイッチング電源装置１のようにフォトカプラ１８ｂ等の絶縁手段を用いることなく、検出回路部２２の検出結果によって制御回路停止部１９に設けられたトランジスタ１９ａを直接駆動することができる。

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、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。制御回路停止部１９についても、トランジスタ１９ａに代えてＭＯＳＦＥＴを用いることが可能である。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。 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，１１ｃ 二次巻線
１１ｄ 補助電源巻線
１２ スイッチング素子
１３ 制御回路部
１４ 起動回路部
１５ 主出力部
１６ 副出力部
１７ 補助電源部
１８ 検出回路部
１８ａ ツェナーダイオード
１８ｂ フォトカプラ
１９ 制御回路停止部
１９ａ トランジスタ
２１ 副出力部
２２ 検出回路部
２２ａ，２２ｂ 抵抗
２２ｃ トランジスタ

Claims (6)

1. 直流電力を交流電力に変換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、一次巻線に供給される前記交流電力を第１，第２の二次巻線と三次巻線とに伝達するトランスと、前記第１，第２の二次巻線に伝達される交流電力をそれぞれ整流して出力する第１，第２の出力部と、前記三次巻線に伝達される交流電力を整流して前記制御回路部に出力する補助電源部と、前記直流電力の一部を前記制御回路部に供給する起動回路部とを備えるスイッチング電源装置において、
   前記第２の出力部の出力電圧を検出する検出回路部と、
   前記補助電源部と前記制御回路部との間に配置され、前記検出回路部の検出結果に基づいて、前記起動回路部から前記制御回路部への電力供給を停止することなく前記補助電源部から前記制御回路部への電力供給を停止する制御回路停止部と
   を備え、
   前記三次巻線に対する前記第１の二次巻線の巻線比率は、前記第１の二次巻線又は前記第１の出力部に障害が生じた場合に前記三次巻線に現れる電圧の低下が生ずる比率に設定されており、
   前記三次巻線に対する前記第２の二次巻線の巻線比率は、前記三次巻線に対する前記第１の二次巻線の巻線比率よりも小に設定されている
   ことを特徴とするスイッチング電源装置。
2. 前記検出回路部は、前記第２の出力部における出力端の間にツェナーダイオードとフォトカプラとが直列接続され、前記出力端の間に現れる電圧が前記ツェナーダイオードのツェナー電圧よりも小さい場合に前記フォトカプラがオフ状態になる回路で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装置。
3. 前記制御回路停止部は、前記フォトカプラの状態に連動してオン状態又はオフ状態になるトランジスタを備えることを特徴とする請求項２記載のスイッチング電源装置。
4. 前記第２の出力部は、グラウンドが補助電源部と共用され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。
5. 前記検出回路部は、前記第２の出力部の出力電圧を分圧する分圧抵抗と、当該分圧抵抗によって分圧された電圧に応じてオン状態又はオフ状態になるトランジスタと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. 前記制御回路停止部は、前記検出回路部が備える前記トランジスタの状態に連動してオン状態又はオフ状態になるトランジスタを備え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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