JPH02164222A - ショート保護回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、ＤＣ／ＤＣＣ／式−タのショート保護回路
に係り、特に正電圧の電圧低下を検知して動作するショ
ート保護回路を内蔵したＤ　Ｃ／Ｄ　Ｃコンバータ用制
御回路を使用して、同一トランスから正電圧と負電圧の
各直流出力回路を有するＤＣ／ＤＣＣ／式−タを作製す
る場合に、負電圧側出力の負荷短絡時にも確実に保護回
路が動作するようにしたショート保護回路に関する。

〔従来の技術〕

従来より、直流電源から所望の値の直流出力電圧に変換
する電源として、Ｄ　Ｃ／Ｄ　Ｃコンバータが知られて
いる。このＤ　Ｃ／Ｄ　Ｃコンバータは、先ず直流入力
電圧をスイッチングして高周波電圧に変換し、次いで高
周波トランスによりレベル変換してこれを整流し、所望
のレベルの直流出力電圧を得るよう構成されている。こ
の場合、直流出力電圧を一定に保持するなめ、直流出力
電圧を検出し、この誤差に基づいてスイッチング動作の
パルス幅をフィードバック制御する制御回路が使用され
る。また、−船釣に、このようなりＣ／ＤＣコンバータ
用制御回路には、負荷短絡を生じた場合に高周波電圧発
生用スイッチング素子の動作を停止して、回路を保護す
るショート保護回路が内蔵されている。上記したＤＣ／
ＤＣコンバータ用制御回路として、例えばテキサスイン
スツルメンツ社製のデュアル・スイッチング・レギュレ
ータ・コントローラＴＬ１４５Ｌなどが挙げられる。

同一トランスを使用して正電圧と負電圧の２種類の出力
を得るよう構成したＤ　Ｃ／Ｄ　Ｃコンバータの場合に
、ＤＣ／ＤＣコンバータ用制御回路に内蔵されるショー
ト保護回路は、正電圧側出力回路の負荷短絡時には、そ
の出力電圧の電圧低下を検出してシゴートｇＡ脛動作を
行い、負電圧側出力回路の負荷短絡時にはＭ絡による過
大電流でもってトランスおよびスイッチングトランジス
タが飽和して取り出せる電力が制限され、従って、正電
圧側出力回路の出力電圧が低下するため、この電圧低下
を検出することによりショート保護回路が動作する。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、前述したショート保護回路によれば、負
電圧側出力回路の負荷短絡時にＤＣ／ＤＣコンバータの
内部インピーダンス（ラインインピーダンス、平滑回路
用チョークコイルの直流抵抗分、ダイオードの順方向電
圧■２．トランスの直流抵抗分等）により収り出される
電力が制限されるが、この時、この内部インピーダンス
で制限される制限レベル以上にトランスが電力供給可能
な場合には、正電圧側出力回路の電圧低下がなく、従っ
てショート保護回路が動作せず、スイッチングトランジ
スタやダイオード等の構成部品に対するストレスが増大
し、最悪時には素子の破壊に至ることがある。

そこで、本発明の目的は、同一トランスを使用して正負
の２つの直流出力電圧を取り出すＤＣ／ＤＣコンバータ
において、負電圧側の出力回路が負荷短絡した際にも部
品に与えるストレスが少なく、保護動作を確実に行うこ
とができるショート保護回路を提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係るショート保護回路は、トランスの１次側コ
イルに供給される直流電圧をスイッチングして高周波電
圧に変換するスイッチング素子と、該スイッチング素子
をパルス幅制御する制御回路と、それぞれ互いに逆極性
に巻回された２個の２次側コイルと、該２次側コイルに
それぞれ誘起された前記高周波電圧から整流・平滑して
互いに逆極性の直流電圧を得る整流・平滑回路を有する
２回路の各直流電圧出力回路とを備え、前記ｉ１Ｊ１回
路は正電圧を出力する前記一方の直流電圧出力回路の負
荷短絡時の電圧低下を検出して一定時間経過後に前記ス
イッチング素子をオフ状態にするタイマーラッチ式ショ
ート保護回路と、前記制御回路の出力パルスのオンデユ
ーテイを制限するデッドタイムコントロール端子とを設
けてなるＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、 負電圧を出力する前記他方の直流電圧出力回路の負荷短
絡時に前記保護回路が動作するよう前記他方の直流電圧
出力回路の出力電圧を前記デッドタイムコントロール端
子に印加してデッドタイムコントロール端子の電位を設
定する回路を設けることを特徴とする特〔作　用〕 本発明に係るショート保護回路によれば、制御回路は正
電圧を出力する直流電圧出力回路の負荷短絡時の電圧低
下を検出して、一定時間経過後にスイッチング素子をオ
フ状態にするタイマーラッチ式ショート保護回路と、制
御回路の出力パルスのオンデユーテイを制限するデッド
タイムコントロール端子とを有しており、さらに負電圧
側直流電圧出力回路の出力電圧を前記デッドタイムコン
トロール端子に印加してデッドタイムコントロール端子
の電圧を設定する回路を新たに設けたことにより、負電
圧側出力回路が負荷短絡したときには負電圧側出力回路
の電圧は接地電位に上昇するので、デッドタイムコント
ロール端子電位も上昇し、これにより制御回路のパルス
出力のオンデユーテイが狭くなるようコントロールされ
、正電圧側出力回路の電位が下がるために、この電圧低
下を検知して制御回路に内蔵されるタイマーラッチ式シ
ョート保護回路を確実に動作させることができる。

〔実施例〕

次に、本発明に係るショート保護回路の実施例につき、
添付図面を参照しながら以下詳細に説明する。

第１図は、本発明に係るショート保護回路の一実施例を
示す正負の２つの直流出力回路を有するフライバック方
式のＤＣ／ＤＣコンバータの要部回路図である。第１図
において、参照符号１０はｐｎｐスイッチングトランジ
スタを示し、このｐｎｐスイッチングトランジスタ１０
のエミッタには直流入力端子１を接続すると共にコンデ
ンサ１２を介して接地し、エミッタ・ベース間には抵抗
１４を接続する。コレクタはトランスＴの１次側コイル
１６を介して接地し、ベースはベース抵抗１８を介して
制御回路６０の出力端子ＯＵＴに接続する。なお、ここ
で制御図Ｆ！＠６０としては、例えばテキサスインスツ
ルメンツ社製のＴＬ１４５１を使用する。従って、この
場合、制御回路６０のＯＵＴ端子は第２図で示すように
、オープンコレクタ構成の出力端子となっている。トラ
ンスＴの２次側コイル２０．３０は、それぞれ互いに逆
極性に巻回し、２次側コイル２０の一端はダイオード２
２のカソードに接続すると共に他端を接地する。また、
２次側コイル３０の一端はダイオード３２のアノードに
接続すると共に他端を接地する。前記ダイオード２２の
アノードは、コンデンサ２４を介して接地すると共にチ
ョークコイル２６の一端に接続する。チョークコイル２
６の他端は出力端子２に接続し、さらにコンデンサ２８
を介して接地すると共に抵抗５０を介して制御回路６０
のデッドタイムコントロール端子ＤＴＣおよび抵抗５２
と抵抗５４との接続点に接続する。ダイオード３２のカ
ソードは、コンデンサ３４を介して接地すると共にチョ
ークコイル３６の一端および抵抗４２の一端に接続する
。チョークコイル３６の他端は、出力端子３に接続する
と共にコンデンサ３８を介して接地する。抵抗４２の他
端は、制御回路６０の非反転入力端子ＩＮに接続すると
共に抵抗４４を介して接地する。そして制御回路６０の
基準電圧端子ＲＢＦとデッドタイムコントロール端子Ｄ
ＴＣとの間にコンデンサ５６と抵抗５２との並列回路を
接続する。さらに、制御回路６０に内蔵されるタイマー
ラッチ式ショート＠護回路用の端子ＳＣＰは、コンデン
サ４６を介して接地する。

ここで、使用する制御回路６０の主要内部回路構成を第
２図に示し、その動作につき、簡単に説明する。

入力端子ＩＮには、Ｄ　Ｃ／Ｄ　Ｃコンバータの正電圧
側出力回路の電圧十■。を抵抗４２と４４で分圧した電
圧■。′が入力され、誤差増幅器７６はこの入力電圧Ｖ
ｏ゛と電圧源８２の電圧と比較する。ＤＣ／ＤＣコンバ
ータが正常動作時には、この誤差増幅器７６の出力電圧
ｖ１とデッドタイムコントロール端子ＤＴＣの電圧ＶＤ
ＴｃとがＯＲ回路８０を介してＰＷＭ比較器７４に入力
される。ＰＷＭ比較器７４は、この電圧と三角波発生器
７０の出力電圧とを比較し、比較結果に応じたパルス幅
を有するパルスを出力する。この出力パルスにより、ｎ
ｐｎ）ランジスタロ２のベースをＯＮ・ＯＦＦ駆動する
。これにより、出力端子ＯＵＴに接続されたスイッチン
グトランジスタ１０が０Ｎ−ＯＦＦ制御される。

ＰＷＭ比較器７４のパルス出力は、ＯＲ回路８０の出力
電圧が高くなるとパルス幅が狭くなるよう動作する。な
お、ＤＣ／ＤＣコンバータが正常動作している時には、
誤差増幅器７６の出力電圧と電圧源８４の電圧とを比較
する比較器７８の出力は、ハイレベルとなるように設定
されており、ｎｐｎトランジスタ６６をＯＮ状態とする
ので、ＳＣＰ端子およびラッチ回路７２のリセット端子
Ｒはローレベル（このとき、セット端子Ｓはハイレベル
）に保持される。このため、ラッチ回路７２のＱ出力は
ハイレベルの、ｔまであり、ｐｎｐトランジスタ６４の
ベース・エミッタ間には順方向電流、すなわち、ベース
電流が流れないため、ｐｎｐトランジスタ６４はＯＦＦ
状態である。従って、デッドタイムコントロール端子Ｄ
ＴＣに印加される電圧ＶＤＴｃがＯＲ回路８０の一方の
入力となる。

ここで、ＤＣ／ＤＣコンバータの正電圧側出力回路で負
荷短絡が生じたときの制御回路６０のショート保護動作
について説明する。

この時には、入力端子ＩＮの電圧■。′が低下するので
、誤差増幅器７６の出力電圧Ｖ。

が低下する。比較器７８の電圧源８４の電圧より低下す
ると比較器７８の出力はローレベルになり、ｎｐｎトラ
ンジスタ６６をＯＦＦ状態にする。従って、ＳＣＰ端子
は、抵抗６８を介して内部電源ｖｃによる電圧が印加さ
れるが、ＳＣＰ端子にはコンデンサ４６が接続されてお
り、抵抗６８を介して内部電源■。によりこのコンデン
サ４６を充電し始め、徐々にＳＣＰ端子の電圧が上昇す
る。このＳＣＰ端子の電圧が所定の電圧値に達するまで
に、誤差増幅器７６の出力電圧■１が正常な電圧範囲に
復帰しないと、その所定の電圧値がラッチ回路７２のリ
セット端子Ｒをハイレベルζ；する（この時、セット端
子Ｓはローレベル）ので、ラッチ回路７２のＱ出力はロ
ーレベルとなり、ｐｎｐトランジスタ６４のベース・エ
ミッタ間に電流が流れる。すなわち、ｐｎｐトランジス
タ６４がＯＮ状態となる。これにより、ｐｎｐトランジ
スタ６４のコレクタ電圧は、エミッタに接続される電圧
源８６の電圧ｖ２　（ここでＶ　ｔ　＞　Ｖ　ｏ〒Ｃ）
近くまで上昇する。電圧ｖ２は電圧ｖｌよりも大となっ
ているため、ＯＲ回路８０の出力電圧は■２となり、電
圧■２がＰＷＭ比較器７４に入力される。電圧Ｖ２を三
角波発生器７０のピーク電圧よりも高い電圧に設定して
おくことで、ＰＷＭ比較器７４の出力パルス幅は零とな
り、ｎｐｎトランジスタ６２はＯＦＦ状態となる。従っ
て、ＯＵＴ端子に接続されるスイッチングトランジスタ
１０もＯＦＦ状懸となり１００％休止期間となるので、
ＤＣ／ＤＣコンバータは負荷短絡から保護される。すな
わち、タイマーラッチ式ショート保護回路が動作する。

なお、ここで電圧源８２．８４は、実際には電池を用い
ずに、端子ＲＥＦに接続される図示しない内部の基準電
圧回路による温度補償された基準電圧値Ｖ□２を用いて
、Ｖ□２／２に設定し、電圧源８６の電圧値は■。。

に設定されている。ＴＬ１４５１の場合、この基準電圧
値Ｖ□、は２．５■であり、ラッチ回路のリセット端子
Ｒがハイレベルになるコンデンサ４６の所定の電圧値は
トランジスタのベース・エミッタ間電圧ＶＩＩＫ１個分
の電圧で約０．６ｖである。

次に、このような制御回路６０を用いて構成する第１図
の本実施例回路の動作につき説明する。

本実ｊｔＡ例回路のＤＣ／ＤＣコンバータにおいては、
ｐｎｐスイッチングトランジスタ１０は制御回路６０の
０ＵＴｆ＠子からの出力パルスにより０Ｎ−ＯＦＦ制御
される。すなわち、ＯＵＴ端子がローレベルの時に抵抗
１４およびベース抵抗１８を介して流れるＯＵＴ端子の
吸い込み電流により、ｐｎｐスイッチングトランジスタ
１０にベース電流が流れるため、ｐｎｐスイッチングト
ランジスタ１０はＯＮ状態となる。ＯＵＴ端子がハイレ
ベルの時には、ＯＵＴ端子は電流を吸い込まないので、
ベース電流が流れない、従って、ｐｎｐスイッチングト
ランジスタ１０は、ＯＦＦ状態となる。このように、制
御回路６０のＯＵＴ端子からのパルス出力によりｐｎｐ
スイッチングトランジスタ１０がＯＮ・ＯＦＦ動作し、
トランスＴの１次側コイル１６を流れる電流をスイッチ
ングすることにより、２次側コイル２０．３０に高周波
電圧が誘起される。このフライバック方式のＤＣ／ＤＣ
コンバータは、ｐｎｐスイッチングトランジスタ１０が
ＯＮ状態のときにトランスＴにエネルギを蓄え、ＯＦＦ
状態となったときに出力へ電力を送るよう動作する。２
次側コイル２０に誘起された高周波電圧はダイオード２
２によりマイナス整流され、コンデンサ２４．２８とチ
ョークコイル２６とで平滑されて負電圧−■。出力とし
て取り出される。

一方、２次側コイル３０に誘起される高周波電圧はダイ
オード３２によりプラス整流され、コンデンサ３４．３
８とチョークコイル３６とで平滑されて正電圧子ｖ０出
力として取り出される。この±ｖ０出力は抵抗４２と抵
抗４４とにより分圧されて制御回路６０のＩＮ端子に入
力され、これに基づいて制御回路６０は、ＤＣ／ＤＣコ
ンバータの出力電圧が所望の電圧となるようパルス幅制
御する。また、本実施例では、ＲＥＦ端子の基準電圧値
ｖ■Ｐと負電圧出力−Ｖ。との電位差を抵抗５０．５２
．５４を用いて分圧し、ＤＴＣ端子に印加することによ
り、デッドタイムコントロールの電位を設定している。

なお、基準電圧端子ＲＥＦとＤＴＣ端子との間に接続さ
れるコンデンサ５６は、電源起動時に、ＤＴＣ端子電圧
をその充電特性により変化させ、電源起動および出力立
ち上がり特性をソフトスタートする働きをしている。す
なわち、電源投入時、端子はコンデンサ５６を介して充
電電流が流れるのでＤＴＣ端子の電圧■Ｄ７ｃが基準電
圧値■□２に持ち上げられ充電と共に電圧が、抵抗５２
．５４．５０で設定される電圧に下がる。この電圧Ｖ。

ＴＣが電圧■１よりも大きい間は、ＯＲ回路８０を介し
てＰＷＭ比較器７４に電圧ＶＩ）ＴＣが入力され、休止
期間が、１００％から徐々に正常設定値に移行するよう
動作する。

さて、ここで正電圧側出力回路が何等かの原因で負荷短
絡を生じた場合には、制御出力回路６０のＩＮ端子に入
力される電圧は接地レベルに低下する。従って、これを
検知して、制御回路６０は前述したタイマーラッチ式シ
ョート保護回路動作を行う。

次に、本発明に係る負電圧側出力回路の負荷短絡時のシ
ョート保護回路動作について説明する。負電圧側出力回
路が何等かの原因で負荷短絡を生じた場合には、出力端
子３の電圧レベルが負電圧−Ｖｏから接地レベルに上昇
する。従って、この電圧上昇が新たに設けた抵抗５０を
介してＤＴＣ＠子に印加されるなめ、ＤＴＣ端子電圧は
正常動作時の設定電圧よりも高くなる。この電圧ｖ　ｏ
Ｔｅは、正常動作している正電圧側出力回路の出力電圧
の分圧値ｖ０°を入力とする誤差増幅器７６の出力電圧
■１よりも高いので、ＯＲ回路８０を介して電圧Ｖｏ７
ｃがＰＷＭ比較器７４に入力される。これにより、ｎｐ
ｎトランジスタ６２を駆動するＰＷＭ比較器７４の出力
パルスは、パルス幅が狭くなる。すなわち、ＯＵ　Ｔ　
ｆＭ子の出力パルスのオンデユーテイを狭くし、ＤＣ／
ＤＣコンバータの正電圧側出力回路の出力電圧±Ｖ０を
下げるようコントロールする。この結果、正電圧側出力
回路の出力電圧十ｖ０が低下し、この電圧を検出してい
るＩＮｆｔｆＡ子電圧Ｖｏ’　も低下する。この時のＩ
Ｎ端子電電圧０°は、誤差増幅器７６の出力電圧Ｖ、が
電圧源８４　（＝　Ｖ＊ｇｐ　／　２　）より低い電圧
であるので、比較器７８の出力がローレベルになり、ｎ
ｐｎ）ランジスタロ６はＯＦＦ状態となる。従って、Ｓ
ＣＰ端子に接続される外付はコンデンサ４６の充電を開
始し、ＳＣＰ端子の電圧が上昇し、所定の電圧値に達す
るまでにＩＮ端子の入力電圧ｖ０°が正常な電圧範囲に
復帰しないと、前記と同様のタイマーラッチ式ショート
保護回路が確実に動作することとなる。すなわち、出力
パルスの休止時間が１００％に設定される。

このようにして、本実施例によれば、正電圧側出力回路
または負電圧側出力回路のどちらに負荷短絡事故が生じ
た場合でも、確実に制御回路６０に内蔵されるタイマー
ラッチ式ショート保護回路を動作させることができる。

なお、スイッチング素子としてｐｎｐ）ランジスタを使
用したＤ　Ｃ／Ｄ　Ｃコンバータの例で説明したが、若
干の回路変更により、ｎｐｎトランジスタあるいはパワ
ーＭＯ８ＦＥＴを使用できることは言うまでもない。

〔発明の効果〕

前述した実施例から明らかなように、本発明によれば、
同一トランスから正電圧と負電圧の直流出力電圧を収り
出すＤ　Ｃ／Ｄ　Ｃコンバータを、タイマーラッチ式シ
ョート保護回路とデッドタイムコントロール端子を有す
るＤＣ／ＤＣコンバータ用制御回路を使用して作製する
場合に、新たに負電圧側出力回路の出力電力を抵抗を介
してデッドタイムコントロール端子に印加し、デッドタ
イムコントロールの電圧設定をするよう構成することに
より、正電圧側出力回路の負荷短絡時のみならず、負電
圧側出力回路の負荷短絡時も確実にタイマーラッチ式シ
ョート保護回路を動作させることができ、負電圧側出力
回路の負荷短絡が生じた場合でも、従来のように負電圧
側ショートループのラインインピーダンス等に影響され
ることは無く、しかもショート保護回路が一定時間経過
後に確実に動作するため、ショート時の電力および部品
に対するストレスを小さくすることができる。

また、本発明に係るショート保護回路は、負電圧側出力
回路の電圧を抵抗を介してデッドタイムコントロール端
子に印加し、デッドタイムコントロールの電圧設定をす
るといらう簡単な構成で実現できるため信頼性の向上と
共にコスト低減にも寄与することができる。

以上、本発明の好適な実施例について説明したが、本発
明は前記実施例に限定されることなく、本発明の精神を
逸脱しない範囲内において種々の設計変更をなし得るこ
とは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るショート保護回路を使用したＤ
　Ｃ／Ｄ　Ｃコンバータの一実施例を示す要部回路図、
第２図は第１図で使用する制御回路の内部構成を示す要
部回路ブロック図である。 １０・・・ｐｎｐスイッチングトランジスタ１２・・・
コンデンサ　　　１４・・・抵抗１６・・・１次側コイ
ル　　１８・・・抵抗２０．３０・・・２次側コイル ２２．３２・・・ダイオード　２４．２８・・・コンデ
ンサ２６、３６・・・チョークコイル ３４．３８・・・コンデンサ　４２．４４・・・抵抗４
６．５６・・・コンデンサ　５０，５２．５４・・・抵
抗６０・・・制御回路 ６２・・・ｎｐｎｈランジスタ ロ４・・・ｐｎｐトランジスタ ６６・・・ｎｐｎトランジスタ ６８・・・抵抗　　　　　　７０・・・三角波発生器７
２・・・ラッチ回路　　　７４・・・ＰＷＭ比較器７６
・・・誤差増幅器 ７８・・・比較器 ８０・・・ＯＲ回路 ８２．８４．８６・・・電圧源 Ｔ・・・トランス

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）トランスの１次側コイルに供給される直流電圧を
   スイッチングして高周波電圧に変換するスイッチング素
   子と、該スイッチング素子をパルス幅制御する制御回路
   と、それぞれ互いに逆極性に巻回された２個の２次側コ
   イルと、該２次側コイルにそれぞれ誘起された前記高周
   波電圧から整流・平滑して互いに逆極性の直流電圧を得
   る整流・平滑回路を有する２回路の各直流電圧出力回路
   とを備え、前記制御回路は正電圧を出力する前記一方の
   直流電圧出力回路の負荷短絡時の電圧低下を検出して一
   定時間経過後に前記スイッチング素子をオフ状態にする
   タイマーラッチ式ショート保護回路と、前記制御回路の
   出力パルスのオンデューティを制限するデッドタイムコ
   ントロール端子とを設けてなるＤＣ／ＤＣコンバータに
   おいて、 負電圧を出力する前記他方の直流電圧出力 回路の負荷短絡時に前記保護回路が動作するよう前記他
   方の直流電圧出力回路の出力電圧を前記デッドタイムコ
   ントロール端子に印加してデッドタイムコントロール端
   子の電位を設定する回路を設けることを特徴とするショ
   ート保護回路。