JP5590084B2

JP5590084B2 - スイッチング電源装置

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Publication number: JP5590084B2
Application number: JP2012206568A
Authority: JP
Inventors: 勝中村
Original assignee: Sanken Electric Co Ltd
Current assignee: Sanken Electric Co Ltd
Priority date: 2012-09-20
Filing date: 2012-09-20
Publication date: 2014-09-17
Anticipated expiration: 2028-01-08
Also published as: JP2012249524A

Description

本発明は、起動端子とパワーＭＯＳＦＥＴのドレイン端子とが共通に接続されたパワーＩＣにおいて、過電圧保護回路を動作した後に、交流入力電圧をオフしてから動作禁止状態を解除するために要する時間が非常に長いのを回避するために、交流入力電圧を監視し、交流入力電圧がしきい値以下となった時にスイッチング素子の動作禁止状態を解除することで、入力平滑コンデンサの容量値が大きな大電力電源システムにおいても、交流電源オフ後に即座にスイッチング素子の動作禁止状態を解除するスイッチング電源装置に関する。

従来のスイッチング電源装置として、出力電圧検出回路が開放状態になる等のアブノーマル状態により２次側出力電圧が過電圧となった時に、トランスを介して１次側電源電圧にて２次側出力電圧の過電圧状態を間接的に検出してスイッチング動作を停止させ、ＡＣコンセントを抜くまでの間、動作禁止状態を保持することでスイッチング素子の保護を行うものがある。

図８は従来のこの種のスイッチング電源装置の一例を示す回路図である。このスイッチング電源装置は、入力整流平滑回路１０、トランス２０、１次巻線２１、ドライブ巻線２３、起動回路３０、スイッチ３１、ツェナーダイオード３２、インバータ３３、スイッチ３４、整流平滑回路４０、低電圧誤動作防止回路５０、基準電圧回路６０、帰還制御回路７０、スイッチング素子８０、電流検出回路９０、ＰＷＭ制御回路１００、ノア回路１１０、ドライブ回路１２０、低入力保護回路１６０、過電圧保護回路１８０、制御回路からなる集積回路１９０ｅを有している。

図９に示すタイミングチャートを用いて各部の構成及び動作を説明する。入力整流平滑回路１０は、交流電源の交流入力電圧Ｖ１をダイオード１１〜１４で整流し平滑コンデンサ１５で平滑して直流入力電圧Ｖ２をトランス２０の１次巻線２１を介してスイッチング素子８０に供給する。

スイッチング素子８０は、オン／オフすることにより直流入力電圧Ｖ２を交流電圧に変換しトランス２０の１次巻線２１から２次巻線２２及びドライブ巻線２３にエネルギーを伝達する。

起動回路３０は、直流入力電圧Ｖ２が上昇して該電圧がツェナーダイオード３２のブレークダウン電圧Ｖ３に達すると、起動電流Ｉ３をコンデンサ４２に対して供給する。

整流平滑回路４０は、起動時には起動電流Ｉ３によりコンデンサ４２を充電することで電源電圧Ｖ４を上昇させ、スイッチング動作開始後にはドライブ巻線２３に誘起される電圧から電源電圧Ｖ４を生成し制御回路からなる集積回路１９０ｅへ供給する。

基準電圧回路（ＲＥＧ）６０は、電源電圧Ｖ４が低電圧誤動作防止回路５０の第１しきい値Ｖ５ａに達すると動作して、基準電圧Ｖ６を各回路ブロックへ供給することでスイッチング素子８０がスイッチング動作を開始し、同時にインバータ３３を介してスイッチ３４を開放状態にすることで、起動電流Ｉ３を停止させる。

過電流検出回路９０は、スイッチング素子８０のオン期間に流れる三角波形の電流Ｉ１を電流検出抵抗９１により電圧で検出し、ローパスフィルタ９２により、検出電圧の低周波成分のみを通過させて過電流信号Ｖ８をコンパレータ７５に出力する。

帰還制御回路７０は、出力電圧検出回路１４０からの誤差増幅信号に基づき制御電圧Ｖ７を生成し、ＰＷＭコンパレータ７５により制御電圧Ｖ７と過電流信号Ｖ８とを比較し、過電流信号Ｖ８が制御電圧Ｖ７以上となった時にスイッチング素子８０のオフ・トリガー信号をＰＷＭ制御回路１００に出力することでスイッチング素子８０のＰＷＭ制御を行う。

低入力保護回路１６０は、劣悪な電源事情等により交流入力電圧Ｖ１に低い電圧が印加された際に、スイッチング素子８０のオン・デューティーが過渡に広がり破壊するのを防ぐための回路で、分圧抵抗１６１，１６２、平滑コンデンサ１６３、入力検出コンパレータ１６４から構成されている。

分圧抵抗１６１，１６２は、交流入力電圧Ｖ１を降圧し半波整流電圧として平滑コンデンサ１６３に供給する。平滑コンデンサ１６３は、降圧された半波整流電圧を平滑することで、交流入力電圧Ｖ１に比例した入力検出信号Ｖ１０を生成して入力検出コンパレータ１６４に出力する。入力検出コンパレータ１６４は、入力検出信号Ｖ１０と、入力検出しきい値Ｖ９とを比較し、入力検出信号Ｖ１０が入力検出しきい値Ｖ９を下回った時に低入力状態と判断し、動作禁止信号Ｖ１２をＬレベルからＨレベルに切替えることで、スイッチング素子８０のスイッチング動作を停止させてスイッチング素子８０の保護を行う。

過電圧保護回路１８０は、出力電圧検出回路１４０が開放状態になる等の異常が発生し、出力電圧Ｖ１１がしきい値以上に上昇した時に、出力電圧Ｖ１１の過電圧状態を、トランス２０を介して、電源電圧Ｖ４により間接的に検出することでスイッチング素子８０のスイッチング動作を停止させて過電圧保護を行う。過電圧保護回路の詳細な動作について、図９のタイミングチャートを参照しながら説明する。

まず、定常動作時の電源電圧Ｖ４には、ツェナーダイオード１４３のブレークダウン電圧によって決定される出力電圧Ｖ１１に対して、ドライブ巻線２３と２次巻線２２の巻数比倍の電圧が発生している。

出力電圧検出回路１４０が開放状態となるような異常が発生し、出力電圧Ｖ１１が上昇すると（過電圧状態）、電源電圧Ｖ４も出力電圧Ｖ１１に比例して上昇する。電源電圧Ｖ４が過電圧検出しきい値Ｖ１３以上となった時に、過電圧検出コンパレータ１８１は、過電圧ラッチ１８２のセット端子に対してセット信号を出力することで、過電圧動作禁止信号Ｖ１４はＬレベルからＨレベルに切替る。

この時、過電圧動作禁止信号Ｖ１４は、ノア回路１１０を介してスイッチング素子８０のスイッチング動作を禁止させると同時にスイッチ３１を導通状態にする。

その後、電源電圧Ｖ４が起動回路３０内で決まるしきい値電圧まで低下すると、起動回路３０が起動電流Ｉ３を供給することで、電源電圧Ｖ４が過電圧ラッチ１８２の解除しきい値Ｖ１８まで低下することを防止する。これにより、スイッチング素子８０の動作禁止状態を保持する（動作禁止期間）。

次に、動作禁止状態を解除するために、交流入力電圧Ｖ１をオフすると、直流入力電圧Ｖ２が平滑コンデンサ１５を放電しながらゆっくり低下し、ツェナーダイオード３２のブレークダウン電圧まで低下すると、起動電流Ｉ３が停止するために電源電圧Ｖ４が低下し始める（交流電源オフ期間）。

電源電圧Ｖ４が過電圧ラッチ解除しきい値Ｖ１８以下まで低下すると、ラッチ解除コンパレータ１８３が、過電圧ラッチ１８２のリセット端子に対して解除信号を出力する。これにより、過電圧動作禁止信号Ｖ１４がＨレベルからＬレベルに切替り、動作禁止状態が解除される（動作禁止解除期間）。

ところで、過電圧が検出された後に、交流入力電圧をオフしてから動作禁止状態を解除するための時間である動作禁止解除期間は、極力短いことが理想とされている。

また、従来の技術の関連技術として、特許文献１に記載された無停電電源装置が知られている。この無停電電源装置は、出力過電圧を検出した後に、一旦、電源動作を停止させ、交流入力の脈流電圧を検出して交流電源の周期毎に電源を自動復帰させる。且つ、過電圧状態が継続している場合には、自動復帰回数をカウントした後に自動復帰を停止する。

特開２００７−２６８５０１号公報

しかしながら、図８に示す従来のスイッチング電源装置では、比較的大きな容量値の平滑コンデンサ１５を放電するための負荷電流は、起動電流Ｉ３であり、１ｍＡ程度と比較的少ない。このため、平滑コンデンサ１５の電荷を十分に放電させてから動作禁止状態を解除するのに要する時間は、数十秒程度と非常に長い。また、電源セットの電力容量が大きくなる程、平滑コンデンサ１５は、より大きな容量が必要となるため、さらに動作禁止状態を解除するのに要する時間が長くなってしまう。

また、特許文献１では、自動復帰する度に、負荷回路には余計な過電圧が印加されてしまう。また、自動復帰を停止した後には復帰させる手段がないという課題を有していた。

本発明は、入力平滑コンデンサの容量値が大きくても、過電圧保護動作後で且つ交流電源オフ後に即座にスイッチング素子の動作禁止状態を解除して、動作禁止状態を解除する時間を短くできるスイッチング電源装置を提供することにある。

前記課題を解決するために、請求項１の発明は、交流電源からの交流入力電圧を整流平滑して直流入力電圧を出力する入力整流平滑回路と、前記入力整流平滑回路の出力端にトランスの１次巻線を介して接続されたスイッチング素子と、前記トランスの２次巻線に誘起する電圧を整流平滑して直流出力電圧を取り出す出力整流平滑回路と、前記スイッチング素子のオン／オフを制御する制御回路とを備え、前記制御回路は、前記直流出力電圧に応じた電圧を検出する過電圧保護回路と、前記過電圧保護回路に接続され、前記スイッチング素子のオン・デューティが過渡に広がり破壊するのを防止するための回路で前記交流入力電圧に応じた電圧を検出する低入力保護回路とを備え、前記低入力保護回路は、前記交流電源の一方の端子とグランド間に直列に接続された２つの抵抗と、前記２つの抵抗のうちグランド側に接続された抵抗と並列にコンデンサと、入力検出コンパレータとから構成され、前記２つの抵抗の接続点の電圧を前記交流入力電圧に応じた電圧として検出し、前記過電圧保護回路は、前記直流出力電圧に応じた電圧が第１しきい値以上になった時に前記スイッチング素子のオン／オフ動作を禁止するための過電圧動作禁止信号を出力し、前記低入力保護回路に入力された前記交流入力電圧が低下し前記コンデンサの電圧が第２しきい値未満になった時に前記過電圧動作禁止信号を解除するための信号を出力し、前記低入力保護回路の前記入力検出コンパレータの入力端子が前記コンデンサの電圧を検出するための前記過電圧保護回路の入力端子と集積回路上で共通に接続されたことを特徴とする。

請求項２の発明は、交流入力電圧を整流平滑して直流入力電圧を出力する入力整流平滑回路と、前記入力整流平滑回路の出力端にトランスの１次巻線を介して接続されたスイッチング素子と、前記トランスの２次巻線に誘起する電圧を整流平滑して直流出力電圧を取り出す出力整流平滑回路と、前記スイッチング素子のオン／オフを制御する制御回路とを備え、前記制御回路は、前記直流出力電圧に応じた電圧を検出する過電圧保護回路と、前記過電圧保護回路に接続され、前記スイッチング素子のオン・デューティが過渡に広がり破壊するのを防止するための回路で前記交流入力電圧に応じた電圧を検出する低入力保護回路とを備え、前記過電圧保護回路は、前記直流出力電圧に応じた電圧が第１しきい値以上になった時に前記スイッチング素子のオン／オフ動作を禁止するための過電圧動作禁止信号を出力し、前記低入力保護回路は、タイマ回路を備え、前記交流入力電圧の一方の端子とグランド間に直列に接続された２つの抵抗と、入力検出コンパレータとから構成され、前記２つの抵抗の接続点の電圧を前記交流入力電圧に応じた電圧として検出し、前記２つの抵抗のうちグランド側に接続された抵抗の電圧が第２しきい値未満になってから前記タイマ回路はカウントを開始し、前記カウントが前記交流入力電圧の周期の２倍に対して十分長い遅延時間継続すると、前記制御回路の前記過電圧保護回路のリセット端子にリセット信号を出力し、前記過電圧動作禁止信号が解除されることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２記載のスイッチング電源装置において、前記低入力保護回路は、電流入力方式の入力検出コンパレータを備え、前記入力検出コンパレータは、基準電流源と、入力端子に前記交流入力電圧の波高値に比例する脈流電圧が入力され、出力端子に前記基準電源が接続されたカレントミラー回路と、
を有することを特徴とする。

本発明によれば、過電圧保護回路は、直流出力電圧に応じた電圧が第１しきい値以上になった時にスイッチング素子のオン／オフ動作を禁止するための過電圧動作禁止信号を出力し、交流入力電圧が低下し交流入力電圧に応じた電圧が第２しきい値未満になった時に過電圧動作禁止信号を解除することで、入力平滑コンデンサの容量値が大きな大電力電源システムにおいても、交流入力電圧オフ後に即座に動作禁止状態を解除できる。これによって、動作禁止状態を解除する時間を短くできる。従って、交流入力電圧を再投入することにより、大電力電源システムの再起動を速やかに行うことができる。低入力保護回路は、交流入力電圧に応じた電圧を検出し、スイッチング素子のオン・デューティが過渡に広がり破壊するのを防止することができる。

実施例１のスイッチング電源装置の回路図である。実施例１のスイッチング電源装置の動作を示すタイミングチャートである。実施例２のスイッチング電源装置の回路図である。実施例３のスイッチング電源装置の回路図である。実施例３のスイッチング電源装置の動作を示すタイミングチャートである。実施例４のスイッチング電源装置の回路図である。実施例５のスイッチング電源装置の回路図である。従来のスイッチング電源装置の一例を示す回路図である。従来のスイッチング電源装置の動作を示すタイミングチャートである。

以下、本発明のスイッチング電源装置の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は実施例１のスイッチング電源装置の回路図である。図１に示すスイッチング電源装置は、入力整流平滑回路１０、トランス２０、１次巻線２１、ドライブ巻線２３、起動回路３０、スイッチ３１、ツェナーダイオード３２、インバータ３３、スイッチ３４、整流平滑回路４０、低電圧誤動作防止回路５０、基準電圧回路６０、帰還制御回路７０、スイッチング素子８０、電流検出回路９０、ＰＷＭ制御回路１００、ノア回路１１０、ドライブ回路１２０、低入力保護回路１６０ａ、過電圧保護回路１８０ａ、制御回路からなる集積回路１９０を有している。トランス２０の２次側回路は、２次巻線２２、整流平滑回路１３０、出力電圧検出回路１４０、出力負荷１５０を有している。

図１に示す回路構成は、図８に示す構成に対して、過電圧保護回路１８０ａ、低入力保護回路１６０ａのみが異なるので、これらのみの構成を説明し、その他の構成の説明は省略する。

低入力保護回路１６０ａは、劣悪な電源事情等により交流入力電圧Ｖ１に低い電圧が印加された際に、スイッチング素子８０のオン・デューティーが過渡に広がり破壊するのを防ぐための回路で、分圧抵抗１６１，１６２、平滑コンデンサ１６３、入力検出コンパレータ１６４から構成されている。分圧抵抗１６１，１６２は、交流入力電圧Ｖ１を降圧し半波整流電圧として平滑コンデンサ１６３に供給する。平滑コンデンサ１６３は、降圧された半波整流電圧を平滑することで、交流入力電圧Ｖ１に比例した入力検出信号Ｖ１０を生成して入力検出コンパレータ１６４の反転入力端子及び過電圧保護回路１８０ａのコンパレータ１８３の反転入力端子に出力する。

入力検出コンパレータ１６４は、入力検出信号Ｖ１０と、入力検出しきい値Ｖ９とを比較し、入力検出信号Ｖ１０が入力検出しきい値Ｖ９を下回った時に低入力状態と判断し、動作禁止信号Ｖ１２をＬレベルからＨレベルに切替えることで、スイッチング素子８０のスイッチング動作を停止させてスイッチング素子８０の保護を行う。

過電圧保護回路１８０ａは、過電圧検出コンパレータ１８１、フリップフロップからなる過電圧ラッチ１８２、過電圧ラッチ解除コンパレータ１８３を有する。過電圧検出コンパレータ１８１は、出力電圧検出回路１４０等のフィードバック系回路に異常が発生し、出力電圧Ｖ１１が規定値以上に上昇した時に、出力電圧Ｖ１１の過電圧状態を、トランス２０を介して、電源電圧Ｖ４により間接的に検出することで過電圧保護を行う。過電圧ラッチ解除コンパレータ１８３は、入力検出信号Ｖ１０がラッチ解除しきい値Ｖ１８以下まで低下すると、過電圧ラッチ１８２のリセット端子に対してラッチ解除信号を出力する。

次に、過電圧保護回路１８０ａの詳細な動作について、図２のタイミングチャートを参照しながら説明する。

その後、電源電圧Ｖ４が起動回路３０内で決まるしきい値電圧まで低下すると、起動回路３０が起動電流Ｉ３を供給することで、電源電圧Ｖ４が、低電圧誤動作防止回路５０の第２しきい値Ｖ５ｂまで低下することを防止する。これにより、動作禁止状態を保持する（動作禁止期間）。

次に動作禁止状態を解除するために、交流入力電圧Ｖ１をオフすると、容量が比較的小さな平滑コンデンサ１６３を放電しながら即座に入力検出信号Ｖ１０は低下する。

入力検出信号Ｖ１０がラッチ解除しきい値Ｖ１８以下まで低下すると、過電圧ラッチ解除コンパレータ１８３は、過電圧ラッチ１８２のリセット端子に対してラッチ解除信号を出力することで動作禁止状態が解除され、同時にスイッチ３１が非道通となるため、起動電流Ｉ３は停止する。

このため、電源電圧Ｖ４は、一旦、低入力誤動作防止回路５０の第２しきい値Ｖ５ｂまで低下すると、スイッチ３４がオンし、入力平滑コンデンサ１５に十分に電荷が残っている場合には、再度、起動電流Ｉ３をコンデンサ４２に対して供給することで電源電圧Ｖ４は上昇する。

このとき、電源電圧Ｖ４が低入力誤動作防止回路５０の第１しきい値Ｖ５ａに達し、スイッチ３４がオフしても、動作禁止信号Ｖ１２がＨレベルとなっているため、再度、電源電圧Ｖ４が低下し起動動作を繰り返す（交流電源オフ期間）。その後、再び、交流入力電圧Ｖ１が印加され、入力検出信号Ｖ１０が入力検出しきい値Ｖ９を超えると、コンパレータ１６４は、Ｌレベルをノア回路１１０に出力するので、ノア回路１１０からのＨレベルによりスイッチング素子１９０は、スイッチング動作を再開する（定常動作）。

このように実施例１のスイッチング電源装置によれば、交流入力電圧Ｖ１を監視し、交流入力電圧Ｖ１がしきい値以下となった時に動作禁止状態を解除することで、入力平滑コンデンサ１５の容量値が大きな大電力電源システムにおいても、交流入力電圧Ｖ１オフ後に即座にスイッチング素子８０の動作禁止状態を解除できる。

また、交流入力電圧Ｖ１を監視するための端子を、既存の低入力保護回路（ブラウンアウト保護回路）の入力端子と兼用することで、端子数の少ないＤＩＰ８のような小型パッケージで実現でき、電源システムを省スペース化できる。

さらに、交流入力電圧を監視するための回路を、既存の入力検出回路（ブラウンアウト保護回路）と共有化することで、安価な電源システムを提供できる。

図３は実施例２のスイッチング電源装置の回路図である。図３に示す実施例２は、図１に示す実施例１に対して、過電圧ラッチ解除コンパレータ１８３を削除し、過電圧検出コンパレータ１８１、低入力保護回路１６０の入力検出コンパレータ１６４の動作禁止信号Ｖ１２をリセット信号としてリセット端子に入力する過電圧ラッチ１８２を有する過電圧保護回路１８０ｂを有する。

このような実施例２の構成によれば、実施例１の動作と同様に動作するので、実施例１の効果と同様な効果が得られるとともに、過電圧ラッチ解除コンパレータ１８３を削除したことで、より安価で且つ省スペース化を図ることができる電源システムを提供できる。

また、実施例２では、実施例１に対して、交流入力電圧Ｖ１を監視するための回路を、既存の入力検出回路（ブラウンアウト保護回路）と兼用することで安価な電源システムを提供できる。

図４は実施例３のスイッチング電源装置の回路図である。実施例３は、図１に示す実施例１に対して、低入力保護回路１６０ｂの構成が異なる。

低入力保護回路１６０ｂは、分圧抵抗１６１，１６２、入力検出コンパレータ１６４、ワンショット回路１６５、入力検出ラッチ１６６、インバータ１６７、タイマ１６８、オア回路１６９から構成されている。入力検出コンパレータ１６４、ワンショット回路１６５、フリップフロップからなる入力検出ラッチ１６６、インバータ１６７、タイマ１６８、オア回路１６９は、集積回路１９０ｂ内に設けられ、分圧抵抗１６１，１６２は、集積回路１９０ｂの外部に設けられている。

これにより、図１、図３に示す集積回路１９０の外付け部品として必要である平滑コンデンサ１６３を削除できるため、より安価で且つ省スペース化を図ることができる電源システムを提供できる。

インバータ１６７は、入力検出コンパレータ１６４の出力を反転してその反転出力を入力検出ラッチ１６６のリセット端子Ｒに出力する。ワンショット回路１６５は、電源起動時に入力検出ラッチ１６６のセット端子Ｓに対してＨレベルのトリガ信号を供給する。オア回路１６９は、入力検出ラッチ１６６の出力とタイマ１６８の出力とのオアをとる。ノア回路１１０は、オア回路１６９の出力とＰＷＭ制御回路１００の出力とタイマ１６８の出力とのノアをとる。

次に、低入力保護回路１６０ｂによる低入力保護動作について説明する。

まず、電源電圧Ｖ４が上昇して、低電圧保護回路５０の第１しきい値Ｖ５ａ以上となると、基準電圧回路６０が基準電圧Ｖ６を各ブロックに供給する。このとき、ワンショット回路１６５が入力検出ラッチ１６６のセット端子に対してセットトリガ信号を出力する。

このため、第１動作禁止信号Ｖ１６は、ＬレベルからＨレベルに切替わり、オア回路１６９を介してＨレベルの動作禁止信号Ｖ１２がノア回路１１０に出力されるので、スイッチング素子８０のスイッチング動作が禁止される。

分圧抵抗１６１と分圧抵抗１６２とは、交流入力電圧Ｖ１を降圧し半波整流された入力検出信号Ｖ１０を入力検出コンパレータ１６４に出力する。

入力検出コンパレータ１６４は、入力検出信号Ｖ１０と入力検出しきい値Ｖ９とを比較し、入力検出信号Ｖ１０が入力検出しきい値Ｖ９を上回ると、交流入力電圧Ｖ１が正常入力状態であると判断し、インバータ１６７を介して入力検出ラッチ１６６のリセット端子Ｒに対してリセット信号を供給する。このとき、第１動作禁止信号Ｖ１６は、ＨレベルからＬレベルに切り替わるので、スイッチング素子８０のスイッチング動作が開始される。

一方、入力検出信号Ｖ１０が入力検出しきい値Ｖ９を下回った時には、入力検出コンパレータ１６４は、交流入力電圧Ｖ１が低入力状態であると判断し、タイマ１６８のセット端子に対してカウント開始信号Ｖ１５を供給する。

タイマ１６８は、カウント開始信号Ｖ１５を受けてカウント動作を開始し、入力検出信号Ｖ１０が入力検出しきい値Ｖ９を下回っている期間が、タイマ１６８内部で生成される商用電源周期の２倍に対して十分長い遅延時間（Ｔ＞＞２０ｍｓ）継続すると、第２動作禁止信号１７をＬレベルからＨレベルに切替えて、オア回路１６９に出力する。

オア回路１６９は、ノア回路１１０にＨレベルの動作禁止信号Ｖ１２を出力するので、スイッチング素子８０のスイッチング動作が停止される。以上の動作により、低入力保護動作を行うことができる。

次に、過電保護回路１８０ｂが動作した後の、交流入力電圧Ｖ１を低下させて、動作禁止状態を解除させる一連の動作について図５のタイミングチャートを参照しながら説明する。

出力電圧検出回路１４０が開放状態となるような異常が発生し、出力電圧Ｖ１１が上昇すると（過電圧状態）、電源電圧Ｖ４も出力電圧Ｖ１１に比例して上昇する。電源電圧Ｖ４が過電圧検出しきい値Ｖ１３以上となった時に、過電圧検出コンパレータ１８１は、過電圧ラッチ１８２のセット端子に対してＨレベルのセット信号を出力する。これにより、過電圧ラッチ１８２の出力端子Ｑの過電圧動作禁止信号Ｖ１４はＬレベルからＨレベルに切替る。

この時、過電圧動作禁止信号Ｖ１４は、ノア回路１１０を介してスイッチング素子８０のスイッチング動作を禁止させることで、動作禁止期間に入る。このため、スイッチング素子８０に電流が流れないため、過電圧電流検出信号Ｖ８はゼロとなるとともに、出力電圧Ｖ１１も急激にゼロとなる。また、同時に過電圧動作禁止信号Ｖ１４は、スイッチ３１を導通状態にする。

その後、電源電圧Ｖ４が起動回路３０内で決まるしきい値電圧まで低下すると、ツェナーダイオード３２が降伏し、起動回路３０が起動電流Ｉ３を供給することで、コンデンサ４２を充電し、電源電圧Ｖ４が、低電圧誤動作防止回路５０の第２しきい値Ｖ５ｂまで低下することを防止する。これにより、動作禁止状態を保持する（動作禁止期間）。

なお、この動作禁止期間では、入力検出コンパレータ１６４は、入力検出信号Ｖ１０が入力検出しきい値Ｖ９未満であるとき、カウント開始信号Ｖ１５として、Ｈレベルをタイマ１６８及びインバータ１６７に出力し、入力検出信号Ｖ１０が入力検出しきい値Ｖ９以上であるとき、Ｌレベルをタイマ１６８及びインバータ１６７に出力する。

次に、交流入力電圧Ｖ１をオフすると、入力検出信号Ｖ１０が即座に低下し始める。入力検出信号Ｖ１０が入力検出しきい値Ｖ９以下まで低下すると、入力検出コンパレータ１６４がタイマ１６８のセット端子に対してＨレベルのカウント開始信号Ｖ１５を供給する。

タイマ１６８は、Ｈレベルのカウント開始信号Ｖ１５を受けてカウント動作を開始し、入力検出信号Ｖ１０が入力検出しきい値Ｖ９を下回っている期間が、タイマ１６８内部で生成される商用電源周期の２倍に対して十分長い遅延時間（Ｔ＞＞２０ｍｓ）継続すると、タイマ１６８の出力である第２動作禁止信号Ｖ１７をＬレベルからＨレベルに切替える。そして、Ｈレベルの第２動作禁止信号Ｖ１７をオア回路１６９を介して過電圧ラッチ１８２のリセット端子に対してリセット信号として出力する。

すると、過電圧ラッチ１８２の出力端子Ｑの過電圧動作禁止信号Ｖ１４は、ＨレベルからＬレベルに切替わり、この過電圧動作禁止信号Ｖ１４は、スイッチ３１及びノア回路１１０に出力される。これにより、一旦、動作禁止状態が解除される。

これと同時に、スイッチ３１が開放状態となることで起動電流Ｉ３の供給が停止する。このため、電源電圧Ｖ４は、一旦、低入力誤動作防止回路５０の第２しきい値Ｖ５ｂまで低下すると、低入力誤動作防止回路５０がＬレベルを基準電圧回路６０に出力し、基準電圧回路６０が停止する。このため、インバータ３３からスイッチ３４にＨレベルが出力されるので、スイッチ３４がオンする。入力平滑コンデンサ１５に十分電荷が残っている場合には、再度、起動電流Ｉ３をコンデンサ４２に対して供給することで電源電圧Ｖ４が上昇する。

電源電圧Ｖ４が低入力誤動作防止回路５０の第１しきい値Ｖ５ａに達すると、基準電圧回路６０が動作する。これと同時に、スイッチ３４がオフし、ワンショット回路１６５が入力検出ラッチ１６６に対してセット信号を出力することにより、第１動作禁止信号Ｖ１６がＨレベルとなり動作禁止状態となる。

スイッチ３４がオフであるため、その後、再度、電源電圧Ｖ４は低電圧保護回路５０の第２しきい値Ｖ５ｂまで低下し、再起動を繰り返すことで動作禁止状態を保持する（交流入力オフ期間）。

次に、交流入力電圧Ｖ１を再投入すると、入力検出信号Ｖ１０が即座に上昇し始める。入力検出信号Ｖ１０が入力検出しきい値Ｖ９以上となると、入力検出コンパレータ１６４は、インバータ１６７にＬレベルを出力する。インバータ１６７は、Ｈレベルを入力検出ラッチ１６６のリセット端子に対して出力する。このため、第１動作禁止信号Ｖ１６がＨレベルからＬレベルへ切替る。オア回路１６９は、Ｌレベルの第１動作禁止信号Ｖ１６とタイマ１６８からのＬレベルとによりＬレベルの信号Ｖ１２をノア回路１１０に出力する。

ノア回路１１０は、過電圧ラッチ１８２からのＬレベルとオア回路１６９からのＬレベルとインバータ１０３からのＬレベルによりＨレベルをドライブ回路１２０を介してスイッチング素子１９０ｂに出力する。このため、スイッチング素子８０のスイッチング動作が開始される（定常動作）。

以上の一連の動作により、交流入力電圧Ｖ１の半波整流電圧を直接検出することにより、実施例１で集積回路１９０の外付け部品として必要であった平滑コンデンサ１６３を削除できるため、安価で且つ省スペース化を図ることができる電源システムを提供できる。

図６は実施例４のスイッチング電源装置の回路図である。図６に示す実施例４では、図４に示す実施例３の電圧入力方式の入力検出コンパレータ１６４を電流入力方式の入力検出コンパレータ１６４ｂに変更し、実施例３の集積回路１９０ｂの外付け部品である抵抗１６２を削除したものである。

入力検出コンパレータ１６４ｂの構成及び動作について説明する。入力検出コンパレータ１６４ｂは、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ１７０とＮ型ＭＯＳＦＥＴ１７１とからなるカレントミラー回路と、基準電流源Ｉ６とで構成されている。

このような構成において、カレントミラー回路の入力には、交流入力電圧Ｖ１を抵抗１６１により電流変換した電流信号Ｉ４が入力されると、この電流信号Ｉ４に基づいてＮ型ＭＯＳＦＥＴ１７０とＮ型ＭＯＳＦＥＴ１７１とに流れる入力電流信号Ｉ５が生成される。

交流入力電圧Ｖ１が高く、入力電流信号Ｉ５が基準電流Ｉ６よりも大きい時には、入力比較電圧Ｖ１５はＬレベルとなる。交流入力電圧Ｖ１が低く、入力電流信号Ｉ５が基準電流Ｉ６よりも小さい時には、入力比較電圧Ｖ１５はＨレベルとなる。

従って、図６に示す入力検出コンパレータ１６４ｂを用いても、図４に示す入力検出コンパレータ１６４と同様な効果が得られる。

また、実施例４では、実施例３に対して、入力検出コンパレータ１６４を電圧入力方式から電流入力方式へと変更することで、実施例３では集積回路１９０ｂの外付け部品として必要であった抵抗１６２が不要になる。このため、さらに安価で且つ省スペース化を図ることができる電源システムを提供できる。

図７は実施例５のスイッチング電源装置の回路図である。図７に示す実施例５は、図１に示す実施例１の過電圧保護回路１８０ａの機能と低入力保護回路１６０ａの機能とを有する過電圧保護回路１８０ｃを設けたものである。

過電圧保護回路１８０ｃは、分圧抵抗１８４，１８５、コンデンサ１８６、過電圧検出コンパレータ１８１、過電圧ラッチ１８２、コンデンサ１８６の入力検出信号Ｖ１０を反転入力端子に入力するラッチ解除コンパレータ１８３を有し、図１に示す入力検出コンパレータ１６４を設けていない。

このような構成によれば、過電圧の場合には過電圧検出コンパレータ１８１と過電圧ラッチ１８２とを用いて動作禁止信号をスイッチング素子８０に出力して過電圧保護を行うことができる。

また、ラッチ解除コンパレータ１８３で交流入力電圧Ｖ１を監視し、交流入力電圧Ｖ１がしきい値以下となった時に動作禁止状態を解除することで、入力平滑コンデンサ１５の容量値が大きな大電力電源システムにおいても、交流入力電圧Ｖ１オフ後に即座にスイッチング素子８０の動作禁止状態を解除できる。

なお、本発明は上述した実施例１乃至実施例５に限定されるものではない。例えば、図３に示す実施例２の変形例として、図３に示す入力検出コンパレータ１６４を削除してコンデンサ１６３の出力を直接、過電圧ラッチ１８２のリセット端子Ｒのみに接続し、分圧抵抗１６１，１６２、コンデンサ１６３、過電圧検出コンパレータ１８１、過電圧ラッチ１８２を有する過電圧保護回路を設けても良い。

このような構成によれば、実施例２の効果と同様な効果が得られる。

また、例えば、図４に示す実施例３の変形例として、過電圧保護回路１８０ｂと低入力保護回路１６０ｂとを有し、オア回路１６９の出力を過電圧ラッチ１８２のリセット端子Ｒのみに接続した構成を、過電圧保護回路としても良い。このような構成によれば、実施例３の効果と同様な効果が得られる。

また、例えば、図６に示す実施例４の変形例として、過電圧保護回路１８０ｂと低入力保護回路１６０ｃとを有し、オア回路１６９の出力を過電圧ラッチ１８２のリセット端子Ｒのみに接続した構成を、過電圧保護回路としても良い。このような構成によれば、実施例４の効果と同様な効果が得られる。

１０入力整流平滑回路
１１〜１４，４１，１３１整流ダイオード
１５，４２，１３２，１６３平滑コンデンサ
２０トランス
２１１次巻線
２２２次巻線
２３ドライブ巻線
３０起動回路
３１，３４スイッチ
３２，１４３ツェナーダイオード
３３，１０３，１６７インバータ
４０１次側整流平滑回路
５０低電圧誤動作防止回路
６０基準電圧回路
７０帰還制御回路
７１位相補償コンデンサ
７２〜７４分圧抵抗
７５コンパレータ
８０スイッチング素子
９０過電流検出回路
９１電流検出抵抗
９２ローパスフィルタ
１００ＰＷＭ制御回路
１０１ＰＷＭラッチ
１０２発振器
１１０ノア回路
１２０ドライブ回路
１３０２次側整流平滑回路
１４０出力電圧検出回路
１４１ａ，１４１ｂフォトカプラ
１４２電流制限抵抗
１５０２次側負荷回路
１６０，１６０ａ，１６０ｂ低入力保護回路
１６１，１６２抵抗
１６４，１６４ｂ入力検出コンパレータ
１６５ワンショット回路
１６６入力検出ラッチ
１６８タイマ
１６９オア回路
１７０，１７１ＭＯＳＦＥＴ
１８０，１８０ａ〜１８０ｃ過電圧保護回路
１８１過電圧検出コンパレータ
１８２過電圧ラッチ
１８３ラッチ解除コンパレータ
１９０，１９０ａ〜１９０ｅ集積回路

Claims

交流電源からの交流入力電圧を整流平滑して直流入力電圧を出力する入力整流平滑回路と、
前記入力整流平滑回路の出力端にトランスの１次巻線を介して接続されたスイッチング素子と、
前記トランスの２次巻線に誘起する電圧を整流平滑して直流出力電圧を取り出す出力整流平滑回路と、
前記スイッチング素子のオン／オフを制御する制御回路とを備え、
前記制御回路は、前記直流出力電圧に応じた電圧を検出する過電圧保護回路と、前記過電圧保護回路に接続され、前記スイッチング素子のオン・デューティが過渡に広がり破壊するのを防止するための回路で前記交流入力電圧に応じた電圧を検出する低入力保護回路とを備え、
前記低入力保護回路は、前記交流電源の一方の端子とグランド間に直列に接続された２つの抵抗と、前記２つの抵抗のうちグランド側に接続された抵抗と並列にコンデンサと、入力検出コンパレータとから構成され、前記２つの抵抗の接続点の電圧を前記交流入力電圧に応じた電圧として検出し、
前記過電圧保護回路は、前記直流出力電圧に応じた電圧が第１しきい値以上になった時に前記スイッチング素子のオン／オフ動作を禁止するための過電圧動作禁止信号を出力し、前記低入力保護回路に入力された前記交流入力電圧が低下し前記コンデンサの電圧が第２しきい値未満になった時に前記過電圧動作禁止信号を解除するための信号を出力し、
前記低入力保護回路の前記入力検出コンパレータの入力端子が前記コンデンサの電圧を検出するための前記過電圧保護回路の入力端子と集積回路上で共通に接続されたことを特徴とするスイッチング電源装置。
交流入力電圧を整流平滑して直流入力電圧を出力する入力整流平滑回路と、
前記入力整流平滑回路の出力端にトランスの１次巻線を介して接続されたスイッチング素子と、
前記トランスの２次巻線に誘起する電圧を整流平滑して直流出力電圧を取り出す出力整流平滑回路と、
前記スイッチング素子のオン／オフを制御する制御回路とを備え、
前記制御回路は、前記直流出力電圧に応じた電圧を検出する過電圧保護回路と、前記過電圧保護回路に接続され、前記スイッチング素子のオン・デューティが過渡に広がり破壊するのを防止するための回路で前記交流入力電圧に応じた電圧を検出する低入力保護回路とを備え、
前記過電圧保護回路は、前記直流出力電圧に応じた電圧が第１しきい値以上になった時に前記スイッチング素子のオン／オフ動作を禁止するための過電圧動作禁止信号を出力し、
前記低入力保護回路は、タイマ回路を備え、前記交流入力電圧の一方の端子とグランド間に直列に接続された２つの抵抗と、入力検出コンパレータとから構成され、前記２つの抵抗の接続点の電圧を前記交流入力電圧に応じた電圧として検出し、前記２つの抵抗のうちグランド側に接続された抵抗の電圧が第２しきい値未満になってから前記タイマ回路はカウントを開始し、前記カウントが前記交流入力電圧の周期の２倍に対して十分長い遅延時間継続すると、前記制御回路の前記過電圧保護回路のリセット端子にリセット信号を出力し、前記過電圧動作禁止信号が解除されることを特徴とするスイッチング電源装置。
前記低入力保護回路は、電流入力方式の入力検出コンパレータを備え、
前記入力検出コンパレータは、基準電流源と、
入力端子に前記交流入力電圧の波高値に比例する脈流電圧が入力され、出力端子に前記基準電源が接続されたカレントミラー回路と、
を有す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。