JP6822914B2 - 電源装置の過熱保護回路、及び、これを備えた電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、電源装置の過熱保護回路、及び、これを備えた電源装置に関する。

電源装置において、過熱保護回路を設ける技術が知られている（特許文献１参照）。特許文献１の過熱保護回路は、トランスの二次巻線に接続された整流ダイオードと、当該整流ダイオードと熱的に結合されたショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）とを含み、ＳＢＤの逆方向漏れ電流の増大が検出された場合に、二次側の出力電力を制限する。

特開２００７−１７４７５３号公報

特許文献１では、トランスの二次側にＳＢＤが配置されており、当該ＳＢＤを用いて過熱検知を行うため、以下の理由により、過熱検知の精度が低くなり、過熱保護が適切に機能しない可能性がある。一つ目の理由として、一般に、トランスの二次側よりも一次側の方が発熱量が多く、二次側に配置されたＳＢＤは、一次側から離れた位置にあるため、一次側からの発熱を検知し難い。二つ目の理由として、二次側に配置されたＳＢＤには、定常動作状態での熱暴走を防ぐため、放熱器が必要となる場合が多い。放熱器があると、過負荷動作状態においてＳＢＤの熱が緩和されてしまい、過熱検知が困難となる。

本発明の目的は、過熱検知の精度が高く、過熱保護を適切に行うことができる、電源装置の過熱保護回路、及び、これを備えた電源装置を提供することである。

本発明に係る電源装置の過熱保護回路は、一次巻線、二次巻線及び補助巻線を有するトランスを含む電源装置に設けられる過熱保護回路であって、前記電源装置は、トランジスタのスイッチング動作によって変換された交流が前記一次巻線に供給され、前記二次巻線に誘起された交流が整流、平滑されて出力されるように構成されており、前記補助巻線に接続され、前記補助巻線に誘起された電圧を整流して出力する整流ダイオードと、前記トランスの一次側に配置されるとともに前記整流ダイオードと熱的に結合された過熱検知ダイオードと、前記過熱検知ダイオードに接続され、前記過熱検知ダイオードの温度による逆方向漏れ電流の変化を検出する検出部と、前記整流ダイオードから出力される電圧を駆動電圧とし、前記検出部に接続され、前記検出部により前記逆方向漏れ電流の増大が検出された場合に、前記二次巻線からの出力を制限する制御部と、を備えたことを特徴とする。

本発明に係る電源装置は、一次巻線、二次巻線及び補助巻線を有するトランスと、前記補助巻線に接続された過熱保護回路と、を備えた電源装置であって、トランジスタのスイッチング動作によって変換された交流が前記一次巻線に供給され、前記二次巻線に誘起された交流が整流、平滑されて出力されるように構成されており、前記過熱保護回路は、前記補助巻線に接続され、前記補助巻線に誘起された電圧を整流して出力する整流ダイオードと、前記トランスの一次側に配置されるとともに前記整流ダイオードと熱的に結合された過熱検知ダイオードと、前記過熱検知ダイオードに接続され、前記過熱検知ダイオードの温度による逆方向漏れ電流の変化を検出する検出部と、前記整流ダイオードから出力される電圧を駆動電圧とし、前記検出部に接続され、前記検出部により前記逆方向漏れ電流の増大が検出された場合に、前記二次巻線からの出力を制限する制御部と、を含むことを特徴とする。

本発明によると、補助巻線に整流ダイオードが接続され、整流ダイオードに過熱検知ダイオードが熱的に結合している。過熱検知ダイオードは、トランスの一次側に配置されているため、一次側からの発熱を検知し易い。また、補助巻線に接続された整流ダイオードは、二次巻線に接続されたダイオードよりも損失が小さくなるため、過熱検知の妨げとなる放熱器を設ける必要がない。したがって、放熱器がある場合に過熱検知が困難となる問題を抑制することができる。すなわち、本発明によれば、過熱検知の精度が高く、過熱保護を適切に行うことができる。

前記過熱検知ダイオードと前記整流ダイオードとは、一体的に形成され、単一のパッケージ部品として構成されてもよい。この場合、過熱検知ダイオードと整流ダイオードとの熱的な結合を確実にすることができる。また、過熱検知ダイオードと整流ダイオードとで構成されたパッケージ部品を、過熱検知を必要とする箇所（トランスのピンの根元等）に配置し易い。

前記パッケージ部品は、前記トランスのピンの根元に配置されてもよい。この場合、過負荷動作状態において、過熱検知ダイオードは、トランスの発熱によって速やかに昇温し、逆方向漏れ電流の増大により過熱検知をより精確に行うことができる。

前記制御部は、電流検出端子を有し、前記検出部により検出された前記逆方向漏れ電流の値が閾値を超えた場合に、前記電流検出端子への信号入力により前記二次巻線からの出力をラッチ停止させてよい。この場合、電源装置を簡便かつ確実に保護することができる。

本発明によれば、過熱検知の精度が高く、過熱保護を適切に行うことができる。

本発明の一実施形態に係る電源装置を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る過熱保護回路を構成するショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）がトランスのピンの根元に配置された状態を示す概略図である。 ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）のＩＲ−ＶＲ特性を示すグラフである。

本発明の一実施形態に係る電源装置１は、スイッチング電源装置である。電源装置１は、図１に示すように、一次巻線Ｔ１ａ、二次巻線Ｔ１ｂ及び一次巻線Ｔ１ａと同じ側に設けられた補助巻線Ｔ１ｃを有するトランスＴ１と、過熱保護回路１０とを含む。

一次巻線Ｔ１ａは交流電源１１に接続され、二次巻線Ｔ１ｂは負荷１２に接続されている。交流電源１１から入力された交流は、ブリッジダイオードＤ１によって整流され、コンデンサＣ１によって平滑された後、トランジスタＱ１のスイッチング動作によって再び交流に変換され、一次巻線Ｔ１ａに供給される。一次巻線Ｔ１ａに供給された交流は、トランスＴ１によって変圧され、二次巻線Ｔ１ｂに誘起される。二次巻線Ｔ１ｂに誘起された交流は、ダイオードＤ５によって整流され、コンデンサＣ３によって平滑された後、負荷１２に出力される。

補助巻線Ｔ１ｃには、過熱保護回路１０が設けられている。過熱保護回路１０は、ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）Ｄ４と、ＰＮＰ型のトランジスタＱ２と、抵抗Ｒ３，Ｒ４と、ドライバＩＣ１３とを含む。

ショットキーバリアダイオードＤ４は、補助巻線Ｔ１ｃに接続された整流ダイオードＤ４ａと、トランスＴ１の一次側に配置されるとともに整流ダイオードＤ４ａと熱的に結合された過熱検知ダイオードＤ４ｂとを含む。ショットキーバリアダイオードＤ４は、図２に示すように、３Ｐｉｎタイプであり、整流ダイオードＤ４ａと過熱検知ダイオードＤ４ｂとが一体的に形成され、封止材等の外装体に収容された単一のパッケージ部品として構成されている。ショットキーバリアダイオードＤ４（すなわち、整流ダイオードＤ４ａと過熱検知ダイオードＤ４ｂとで構成されたパッケージ部品）は、トランスＴ１の一次側のピンＴｐの根元に配置されている。整流ダイオードＤ４ａ及び過熱検知ダイオードＤ４ｂは、外装されたチップＤ４ｃ内部にレイアウトされており、互いに熱的に結合している。チップＤ４ｃは、ボンディングワイヤＷを介してパッケージ部品の電極端子に接続されている。

整流ダイオードＤ４ａのカソードは、ドライバＩＣ１３のＶＣＣ端子に接続されている。整流ダイオードＤ４ａのアノードは、補助巻線Ｔ１ｃの一端に接続されている。補助巻線Ｔ１ｃに誘起された電圧が、整流ダイオードＤ４ａにより整流され、ドライバＩＣ１３のＶＣＣ電圧として供給される。

過熱検知ダイオードＤ４ｂのアノードに、抵抗Ｒ３，Ｒ４が直列に接続されている。抵抗Ｒ３，Ｒ４の接続点には、トランジスタＱ２のベースが接続されている。トランジスタＱ２のエミッタは、整流ダイオードＤ４ａ及び過熱検知ダイオードＤ４ｂの共通のカソードに接続されている。トランジスタＱ２のコレクタは、ドライバＩＣ１３の電流検出端子ＣＳに接続されている。

過熱検知ダイオードＤ４ｂのジャンクション温度の上昇によって、ショットキーバリアダイオードＤ４から抵抗Ｒ３、さらに抵抗Ｒ４へと流れる逆方向漏れ電流ＩＲが増加する。逆方向漏れ電流ＩＲは、図３に示すように、ショットキーバリアダイオードＤ４のジャンクション温度Ｔｊの上昇に伴い、急激に増大する特性を有する。

定常動作状態では、ショットキーバリアダイオードＤ４の温度が低いため、逆方向漏れ電流ＩＲの値が小さく、トランジスタＱ２はＯＦＦのままである。このとき、ドライバＩＣ１３の電流検出端子ＣＳに信号が入力されないため、電源装置１は正常に動作する。

過負荷動作状態では、トランスＴ１の発熱（特に、トランスＴ１の一次側からの発熱）に応じてショットキーバリアダイオードＤ４の温度が上昇し、これに伴い、過熱保護回路１０が動作する。具体的には、ショットキーバリアダイオードＤ４の温度が上昇して逆方向漏れ電流ＩＲが増大し、逆方向漏れ電流ＩＲの値が閾値を超えると、トランジスタＱ２がＯＦＦからＯＮに切り替わる。すなわち、トランジスタＱ２は、逆方向漏れ電流ＩＲの変化を検出する検出部として機能する。トランジスタＱ２がＯＮすると、ドライバＩＣ１３の電流検出端子ＣＳに信号が入力され、ドライバＩＣ１３が二次巻線Ｔ１ｂからの出力を制限する。具体的には、ドライバＩＣ１３は、電流検出端子ＣＳへの信号入力をトリガーとして（電流検出端子ＣＳへの信号入力により）、二次巻線Ｔ１ｂからの出力をラッチ停止させる。

なお、補助巻線Ｔ１ｃに接続されたショットキーバリアダイオードＤ４は、二次巻線Ｔ１ｂに接続されたダイオードＤ５よりも、損失が小さい。例えば、ショットキーバリアダイオードＤ４とダイオードＤ５とに同じ定格のショットキーバリアダイオードを用いた場合に、逆方向電圧による損失及びスイッチング損失を無視すると、ショットキーバリアダイオードＤ４の損失は「ドライバＩＣ１３の駆動電流×順方向電圧」で算出され、ダイオードＤ５の損失は「二次側の出力電流×順方向電圧」で算出される。ここで、ドライバＩＣ１３の駆動電流＝１０ｍＡ、二次側の出力電流＝１Ａ、順方向電圧＝０．５Ｖの場合、ショットキーバリアダイオードＤ４の損失は「５ｍＷ」、ダイオードＤ５の損失は「５００ｍＷ」となる。

以上に述べたように、本実施形態によれば、補助巻線Ｔ１ｃに整流ダイオードＤ４ａが接続され、整流ダイオードＤ４ａに過熱検知ダイオードＤ４ｂが熱的に結合している（図１参照）。また、過熱検知ダイオードＤ４ｂは、トランスＴ１の一次側に配置されているため、二次側に比べ発熱量の多い一次側からの発熱を検知し易い。また、上記のとおり、補助巻線Ｔ１ｃに接続されたショットキーバリアダイオードＤ４は、二次巻線Ｔ１ｂに接続されたダイオードＤ５よりも損失が小さくなるため、過熱検知の妨げとなる放熱器を設ける必要がない。したがって、放熱器がある場合に過熱検知が困難となる問題を抑制することができる。すなわち、本実施形態によれば、過熱検知の精度が高く、過熱保護を適切に行うことができる。

過熱検知ダイオードＤ４ｂと整流ダイオードＤ４ａとは、一体的に形成され、単一のパッケージ部品として構成されている（図２参照）。この場合、過熱検知ダイオードＤ４ｂと整流ダイオードＤ４ａとの熱的な結合を確実にすることができる。また、過熱検知ダイオードＤ４ｂと整流ダイオードＤ４ａとで構成されたパッケージ部品（ショットキーバリアダイオードＤ４）を、過熱検知を必要とする箇所（トランスＴ１のピンＴｐの根元等）に配置し易い。

過熱検知ダイオードＤ４ｂと整流ダイオードＤ４ａとで構成されたパッケージ部品（ショットキーバリアダイオードＤ４）は、トランスＴ１のピンＴｐの根元に配置されている（図２参照）。この場合、過負荷動作状態において、過熱検知ダイオードＤ４ｂは、トランスＴ１の発熱によって速やかに昇温し、逆方向漏れ電流の増大により過熱検知をより精確に行うことができる。

ドライバＩＣ１３は、電流検出端子ＣＳを有し、トランジスタＱ２により検出された逆方向漏れ電流ＩＲの値が閾値を超えた場合に、電流検出端子ＣＳへの信号入力により二次巻線Ｔ１ｂからの出力をラッチ停止させる。この場合、電源装置１を簡便かつ確実に保護することができる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能である。

・過熱検知ダイオードと整流ダイオードとで構成されたパッケージ部品は、トランスのピンの根元に配置されることに限定されず、トランス以外の発熱部品（例えば、ＦＥＴ）の近傍に配置されてもよい。この場合、トランス以外に発熱が懸念される発熱部品が電源装置に実装されていても、トランスの補助巻線に接続された整流ダイオードを当該発熱部品に配置することで、整流ダイオードに熱的に結合された過熱検知ダイオードにより電源装置の過熱保護を的確に行うことができる。
・過熱検知ダイオードと整流ダイオードとは、一体的に形成されることに限定されず、互いに熱的に結合されている限り、個別に設けられてもよい。
・制御部は、検出部により検出された逆方向漏れ電流の値が閾値を超えた場合に、二次巻線からの出力を停止させることに限定されず、例えば二次巻線の出力電圧を低下させてもよい。

１ 電源装置
１０ 過熱保護回路
１１ 電源
１２ 負荷
１３ ドライバＩＣ（制御部）
Ｃ１，Ｃ３ コンデンサ
ＣＳ 電流検出端子
Ｄ１，Ｄ５ ダイオード
Ｄ４ ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）（パッケージ部品）
Ｄ４ａ 整流ダイオード
Ｄ４ｂ 過熱検知ダイオード
IＲ 逆方向漏れ電流
Ｑ１ トランジスタ
Ｑ２ トランジスタ（検出部）
Ｒ３，Ｒ４ 抵抗
Ｔ１ トランス
Ｔ１ａ 一次巻線
Ｔ１ｂ 二次巻線
Ｔ１ｃ 補助巻線
Ｔｐ ピン

Claims (5)

1. 一次巻線、二次巻線及び補助巻線を有するトランスを含む電源装置に設けられる過熱保護回路であって、
   前記電源装置は、トランジスタのスイッチング動作によって変換された交流が前記一次巻線に供給され、前記二次巻線に誘起された交流が整流、平滑されて出力されるように構成されており、
   前記補助巻線に接続され、前記補助巻線に誘起された電圧を整流して出力する整流ダイオードと、
   前記トランスの一次側に配置されるとともに前記整流ダイオードと熱的に結合された過熱検知ダイオードと、
   前記過熱検知ダイオードに接続され、前記過熱検知ダイオードの温度による逆方向漏れ電流の変化を検出する検出部と、
   前記整流ダイオードから出力される電圧を駆動電圧とし、前記検出部に接続され、前記検出部により前記逆方向漏れ電流の増大が検出された場合に、前記二次巻線からの出力を制限する制御部と、
   を備えたことを特徴とする電源装置の過熱保護回路。
2. 前記過熱検知ダイオードと前記整流ダイオードとは、一体的に形成され、単一のパッケージ部品として構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電源装置の過熱保護回路。
3. 前記パッケージ部品は、前記トランスのピンの根元に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の電源装置の過熱保護回路。
4. 前記制御部は、電流検出端子を有し、前記検出部により検出された前記逆方向漏れ電流の値が閾値を超えた場合に、前記電流検出端子への信号入力により前記二次巻線からの出力をラッチ停止させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電源装置の過熱保護回路。
5. 一次巻線、二次巻線及び補助巻線を有するトランスと、
   前記補助巻線に接続された過熱保護回路と、を備えた電源装置であって、
   トランジスタのスイッチング動作によって変換された交流が前記一次巻線に供給され、前記二次巻線に誘起された交流が整流、平滑されて出力されるように構成されており、
   前記過熱保護回路は、
   前記補助巻線に接続され、前記補助巻線に誘起された電圧を整流して出力する整流ダイオードと、
   前記トランスの一次側に配置されるとともに前記整流ダイオードと熱的に結合された過熱検知ダイオードと、
   前記過熱検知ダイオードに接続され、前記過熱検知ダイオードの温度による逆方向漏れ電流の変化を検出する検出部と、
   前記整流ダイオードから出力される電圧を駆動電圧とし、前記検出部に接続され、前記検出部により前記逆方向漏れ電流の増大が検出された場合に、前記二次巻線からの出力を制限する制御部と、を含むことを特徴とする電源装置。