JPH0130845Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、予め設定されている電圧範囲外の入
力電圧が印加されている時に、自動的に電源とし
ての動作を停止しつづけるような回路を設けた電
源装置に関するものである。

電源装置の仕様として「入力電圧範囲」という
ものが規定されている。例えばAC100V入力の場
合、ラインの電圧変動を考慮して定められた、入
力電圧AC100V±10％あるいは±20％という範囲
がそれである。そして、そのように予め定められ
た範囲内の入力電圧が印加されている間、その電
源装置は正常に動作するように保証されている。
ところが、従来の電源装置は、この入力電圧範囲
よりも低い電圧あるいは高い電圧が印加されたか
らといつて直ちに動作しなくなるということはな
く、実際には入力電圧範囲の上限、下限を外れて
も動作している。

このような従来の電源装置において、仕様に合
わせて設計製造され、検査されて出荷されたもの
が、ユーザー側においてあやまつて入力電圧範囲
を超えて使用された場合でも、その原因を追求す
ることは非常に難しいという問題があつた。この
典型的な例としては、AC100V用に設計されてい
る電源装置をあやまつてAC200Vのコンセントに
接続したような場合がある。このような所謂「誤
接」というような極端な場合のみならず、何らか
の原因により入力電圧範囲を超える高い電圧で使
用されているような場合には、メーカー側におい
ては電源装置の正常な動作は保証できない。たと
え過大入力電圧が短時間加わり、その後、入力電
圧範囲で使用されていて正常に動作しているよう
に思われる場合であつても、一時的に過大な電圧
が印加されていたことにより部品特性の変化や劣
化が生じていることもあり、もはや装置の寿命は
信頼性を保証することができなくなつてしまう。

また、入力電圧が仕様で定められている入力電
圧範囲よりも低いときにも、出力電圧も仕様を外
れるのが一般的である。例えば出力電圧の仕様が
＋5V±0.25Vとなつているとすると、それは入力
電圧が仕様で定められている入力電圧範囲に入つ
ていることが条件であり、前記入力電圧範囲から
外れていれば、そのような出力電圧精度は保証し
えない。ところが、通常電源スイツチを投入した
時あるいは遮断した時のような過渡時には、入力
側平滑回路の出力は徐々に上昇もしくは下降する
ものであり、入力電圧は前記入力電圧範囲を外れ
てしまう。つまり、電源の出力も0Vから＋5Vあ
るいは＋5Vから0Vに瞬時に切り換わるのではな
く、その中間の電圧状態を経過しつつ遷移するこ
とになる。ところが、このような過程において
は、その電源によつて動作する各種機器が誤動作
をおこすことがあり、信頼性並びに安全性の面で
大きな問題となる。

更に、このような問題を極力避けるため、入力
電圧範囲を超えてかなり広い電圧範囲で正常に動
作させようとすれば、部品のマージンが少なくな
り、耐圧の高い高価な部品が必要になつたり、回
路構成も複雑化しがちであり、設計も難しくなる
等の問題が生じ、電源装置は必要以上に高価なも
のとなり、小型化するのが難しくなる。

ところで従来技術としては、特開昭58−215919
号公報に見られるように、低入力電圧に対する保
護回路としてツエナーダイオードのような電圧検
出素子と、ホトカプラのような制御回路への伝達
素子と、制御回路の動作を断続させる機能を備え
た回路がある。また特開昭50−45941号公報に見
られるように、入力電圧が異常に高くなつた場合
に負荷を保護する電源装置として、ツエナーダイ
オードのような検出手段と、検出電圧と基準電圧
との比較回路を有し、比較回路出力で出力段の動
作を停止させる装置がある。しかしいずれにして
も前記のような技術的課題は部分的にしか解決さ
れない。

本考案の目的は、上記のような技術的課題を解
決し、電源装置の仕様で定められている入力電圧
範囲から外れた入力電圧が印加された場合に、そ
れが低い場合のみならず高い場合であつても、構
成部品を保護し、電源装置の負荷となる機器の正
常な動作を保証し、それらの安全性と信頼性を高
めると共に、電源装置本体の使用部品を共用して
部品点数を削減した電源装置を提供することにあ
る。

このような目的を達成できる本考案は、過小入
力電圧及び過大入力電圧を検出する回路と、それ
らに基づきオン・オフ制御されるスイツチ回路と
を有し、両スイツチ回路の一方のトランジスタス
イツチと電源用のスイツチングトランジスタのタ
ーンオフ時のベース電流引き抜き用トランジスタ
とを兼用し、該スイツチ回路のオア動作によつて
過小または過大入力電圧時における電源装置の動
作を強制的に停止させるように構成したものであ
る。

以下、図面に基づき本考案について更に詳しく
説明する。第１図は本考案にかかる電源装置の一
実施例を示す回路図であり、１石式オン・オフコ
ンバータに適用した場合の例である。この種のコ
ンバータは周知であるが、予め概略説明してお
く。まず交流入力ACはダイオードブリツジ１で
整流され、平滑コンデンサC₁によつて平滑化さ
れて直流入力となる。この直流入力は、トランス
Ｔの一次巻線とスイツチングトランジスタQ₁と
の直列回路に供給される。トランジスタＴの二次
側には、整流ダイオードD₁と、チヨークコイル
Ｌおよび平滑コンデンサC₂等が設けられ、直流
出力DCが取り出される。この直流電圧は、パル
ス幅制御部２を介して前記スイツチングトランジ
スタQ₁のベースに帰還される。

このような電源装置において、基本的な動作は
次の如くである。まず、スイツチングトランジス
タQ₁がスイツチングすることによつて、トラン
スＴの二次側に交番電圧が誘起される。つまり、
スイツチングトランジスタQ₁の導通時において
は、トランスＴの一次巻線には励磁電流と負荷回
路の電流が流れ、それによりトランスＴの二次巻
線には、誘起電圧が生じ、整流ダイオードD₁お
よびチヨークコイルＬを通してコンデンサC₂お
よび負荷回路に電流が供給される。また、スイツ
チングトランジスタQ₁が非導通となつている間
は、チヨークコイルＬの電流がフライホイールダ
イオードD₂を通して負荷回路に供給される。こ
の出力電圧はパルス幅制御部２で検出され、それ
に基づいてスイツチングトランジスタQ₁のパル
ス幅が制御され出力の定電圧化が図られるのであ
る。

さて、本考案が従来技術と顕著に相違する点の
一つは、一次側に過小入力電圧と過大入力電圧の
両方を阻止する回路が組込まれている点である。
つまり、第１図において、符号３で示すブロツク
がこれに該当する。この入力電圧範囲検出制御回
路３は、過小入力電圧検出回路とそれによつて制
御される第１のスイツチ回路とからなる過小入力
電圧検出制御部３ａ、及び過大入力電圧検出回路
とそれによつて制御される第２のスイツチ回路と
からなる過大入力電圧検出制御部３ｂとで構成さ
れる。過小入力電圧検出制御部３ａは、電流制限
抵抗R₁と下限入力電圧以上の電圧が印加された
時に導通する第１のツエナーダイオードZD₁と、
抵抗R₂とを直列に接続した過小入力電圧検出回
路を入力側に並列に設けるとともに、前記第１の
ツエナーダイオードZD₁のオン・オフ動作によつ
て切り換えられるトランジスタスイツチQ₂およ
びQ₃からなる第１のスイツチ回路を設けた構成
であり、トランジスタスイツチQ₃のオン動作に
よつて過小入力電圧時にスイツチングトランジス
タQ₁のスイツチング動作を強制的に停止させる
ように構成したものである。つまりこのスイツチ
回路は、２個のトランジスタスイツチQ₂，Q₃を
直結した非反転増幅スイツチであり、スイツチン
グトランジスタQ₁のベース回路に組込まれる。
ここで、第１のツエナーダイオードZD₁は、、前
記のように下限入力電圧以上の電圧の印加時に導
通する特性のものが選ばれ、過小入力電圧を検出
する機能を果たす。例えば、入力電圧範囲が
AC100V±10％であるとした時、AC90V以上の
電圧が印加された場合に導通するようなものであ
る。また抵抗R₁は、ツエナーダイオードZD₁が導
通した時に過大な電流が流れないようにするため
の電流制限抵抗であり、抵抗R₂はトランジスタ
スイツチQ₂のベースバイアス用の抵抗である。

また、過大入力電圧検出制御部３ｂは、電流制
限抵抗R₃と過大入力電圧時に導通する第２のツ
エナーダイオードZD₂と、抵抗R₄とを直列に接続
し入力側に並列に設けた過大入力電圧検出回路
と、前記第２のツエナーダイオードZD₂のオン・
オフ動作によつて切り換えられる第２のスイツチ
回路（トランジスタスイツチQ₄）からなり、該
トランジスタスイツチQ₄のオン動作によつて過
大入力電圧時にスイツチングトランジスタQ₁の
スイツチング動作を強制的に停止させるように構
成したものである。つまりこの回路においても、
トランジスタスイツチQ₄は、スイツチングトラ
ンジスタQ₁のベース回路に組込まれる。ここで、
第２のツエナーダイオードZD₂は、前記のように
過大入力電圧時に導通する特性のものが選ばれ、
過大入力電圧を検出する機能を果たす。例えば、
入力電圧範囲がAC100V＋10％であるとした時、
AC110Vを超える電圧が印加された場合に導通す
るようなものである。また抵抗R₃は、第２のツ
エナーダイオードZD₂が導通した時に過大な電流
が流れないようにするための電流制限抵抗であ
り、抵抗R₄はトランジスタスイツチQ₄のベース
バイアス用の抵抗である。

ところでこの種のスイツチング電源において
は、スイツチングトランジスタQ₁のターンオフ
時間が短くなるようにすることが重要である。ス
イツチングトランジスタQ₁のコレクタ−エミツ
タ間電圧の立ち上がり波形をできるだけ急峻にし
て、スピードを上げることによつて、電力損失を
抑えることができるからである。このために、ス
イツチングトランジスタQ₁のベース−エミツタ
間にベース電流引き抜き用のトランジスタを設け
てターンオフ時にベースに蓄積されている電荷を
抜き取り、ターンオフ時間を短縮させる回路が用
いられる。本考案の特微の一つは、このベース電
流引き抜き用トランジスタをスイツチ回路のトラ
ンジスタスイツチと兼用させた点にある。

このため抵抗R₄の端子電圧をダイオードD₃を
介してトランジスタスイツチQ₄のベースに印加
するとともに、駆動トランスT₁の出力をダイオ
ードD₄を介して前記トランジスタスイツチQ₄の
ベースに印加する。

この回路の動作は次の如くである。入力電圧が
正常な範囲内にある場合には、第１のツエナーダ
イオードZD₁は導通し、第２のツエナーダイオー
ドZD₂は非導通であり、トランジスタスイツチ
Q₃，Q₄はオフの状態にある。そして、パルス幅
制御部２の出力により、駆動トランジスタQ₅が
出力電圧に応じたパルス幅でオン・オフ制御さ
れ、駆動トランジスタT₁を介してスイツチング
トランジスタQ₁のオン幅を制御して出力電圧の
定電圧化を図る。スイツチングトランジスタQ₁
のターンオフ時には、駆動トランジスタT₁の別
の巻線にパルスが生じ、ダイオードD₄を介して
トランジスタスイツチQ₄を駆動し、スイツチン
グトランジスタQ₁のベースに蓄積されている電
荷を引き抜き、スイツチングのスピードアツプを
図り、電力損失を低減化させるのである。これに
対して、過小入力電圧が印加された場合には、第
１のツエナーダイオードZD₁が非導通となり、抵
抗R₂の電流が遮断される。その時トランジスタ
スイツチQ₂がオフし、トランジスタスイツチQ₃
をオンしてスイツチングトランジスタQ₁を強制
的にオフさせるのである。逆に、過大入力電圧が
印加された場合には、第２のツエナーダイオード
ZD₂が導通し、抵抗R₄に電流が流れる。その時ダ
イオードD₃が導通し、トランジスタスイツチQ₄
をオンしてスイツチングトランジスタQ₁を強制
的にオフさせるのである。このようにして、電源
装置の動作は強制的に停止しつづけ、電源装置の
保護が図られることになる。つまりトランジスタ
スイツチQ₄は、正常な入力電圧時においては、
スイツチングトランジスタQ₁のベース引き抜き
用回路の一部となり、また過大入力電圧時におい
ては、スイツチングトランジスタQ₁を強制的に
オフさせるためのスイツチとして動作するため、
常に使用されることになり、部品使用効率は高い
ものとなる。なお、ダイオードD₃，D₄は逆流防
止用であり、トランジスタスイツチ回Q₄の入力
回路においてオア回路を構成するものである。ま
た、このダイオードオア回路は、トランジスタス
イツチQ₃のベース側に設けるようにしてもよい。

以上本考案の実施例について詳述したが、本考
案はかかる回路構成のみに限定されるものでない
こと無論であり、様々なスイツチング電源に適用
することができる。

本考案は上記のように構成した許容入力電圧範
囲を有する電源装置であるから、誤接のような人
為的なミスのみならず電源のオン・オフのような
過渡時あるいはなんらかの障害等によつて電源装
置の仕様で定められている範囲を外れた入力電圧
が印加されたような場合、電源装置そのものの動
作を強制的に停止させることができるので、電源
本体のみならずそれを用いる各種機器の異常な動
作を防ぎ、障害発生を未然に防止でき、それら装
置の信頼性、安全性を著しく高めることができる
し、保守や修理作業を不要とし、誤接等のミスが
あつても適正な電源に接続しなおすことによつて
すぐに使用でき、また装置全体に高耐圧、高価格
の部品を使用する必要がないなど実用的効果は極
めて大である。

また本考案では、第１または第２のスイツチ回
路のトランジスタスイツチと電源用のスイツチン
グトランジスタのターンオフ時のベース電流引き
抜き用トランジスタを兼用しているため、正常な
入力電圧時にはスイツチングトランジスタのベー
ス電流引き抜き回路の一部となり、また過大もし
くは過小入力電圧時にはスイツチングトランジス
タを強制的にオフさせるためのスイツチとして動
作するから、タイミングによつて機能が異なり部
品の有効活用が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る電源装置の一実施例を示
す回路図である。 １……ダイオードブリツジ、２……パルス幅制
御部、３……入力電圧検出回路、３ａ……過小入
力電圧検出制御部、３ｂ……過大入力電圧検出制
御部、Ｔ……トランス、Q₁……スイツチングト
ランジスタ、R₁，R₃……電流制限抵抗、ZD₁…
…第１のツエナーダイオード、ZD₂……第２のツ
エナーダイオード、Q₂，Q₃，Q₄……トランジス
タスイツチ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. トランスの一次巻線に直列にスイツチングトラ
   ンジスタを接続し、そのスイツチングにより直流
   入力をオン・オフし、トランスで電圧変換し、二
   次巻線に接続した整流平滑回路から直流出力を取
   り出す電源装置において、電流制限抵抗と下限入
   力電圧以上の電圧が印加された時に導通する第１
   のツエナーダイオードとを直列に接続した過小入
   力電圧検出回路と、第１のツエナーダイオードに
   より過小入力電圧時に導通するよう制御されるト
   ランジスタスイツチを有する第１のスイツチ回路
   と、電流制限抵抗と過大入力電圧印加時に導通す
   る第２のツエナーダイオードとを直列に接続した
   過大入力電圧検出回路と、第２のツエナーダイオ
   ードにより過大入力電時に導通するよう制御され
   るトランジスタスイツチを有する第２のスイツチ
   回路を電源の入力側に設け、第１及び第２のスイ
   ツチ回路のトランジスタスイツチは共に前記スイ
   ツチングトランジスタのベース−エミツタ間に接
   続され、且つそれら２つのトランジスタスイツチ
   の一方は前記スイツチングトランジスタのターン
   オフ時のベース電流引き抜き用トランジスタを兼
   ねていて、そのベースにはツエナーダイオードに
   よる制御信号とターンオフ時のベース電流引き抜
   き信号がそれぞれダイオードを介して入力するよ
   う接続され、前記第１及び第２のスイツチ回路の
   オア動作によつて過小及び過大入力電圧時にスイ
   ツチングトランジスタのスイツチング動作を強制
   的に停止させるようにした許容入力電圧範囲を有
   する電源装置。