JPH04125061A - スイッチングレギュレータの出力短絡保護回路 - 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） 本発明は、スイッチングレギュレータにおけるスイッチ
ングトランスの巻線あるいは負荷等の出力短絡の際、ス
イッチングトランスの巻線や回路素子からの発煙２発火
を防止する、スイッチングレギュレータの出力短絡保護
回路に関する。

（従来の技術） 電気機器に用いられる電源回路として、従来から、安定
した出力電圧が得られるスイッチングレギュレータが使
用されており、そのスイッチングレギュレータには、自
己発振する自励式スイッチングレギュレータと、スイッ
チングレギュレータの外部から発振信号を供給する他励
式スイッチングレギュレータがあることは周知の通りで
あり、その他励式スイッチングレギュレータには、負荷
あるいはスイッチングトランスの巻線等の出力短絡の際
、発煙９発火を防止するための出力短絡保護回路が必要
である。

従来のスイッチングレギュレータの出力短絡保護回路と
しては、出力ラインにヒユーズを挿入する方法や、負荷
特性がフの字形になる電流検出型保護回路が一般的であ
る。

第３図は従来の電流検出型保護回路であり、同図におい
て、１，２は入力端子、４．５は出力端子、６は比較増
幅器であり、その出力端子３は図示せぬパルス幅変調可
能なパルス発振器に接続されている。

第３図に示す電流検出型保護回路は、出力ラインに負荷
電流検出用抵抗Ｒ８を設け、その電圧降下分を比較増幅
器６に入力し、電流を制限する方法である。

負荷電流検出用抵抗Ｒ５よりも前（入力側）の電位を抵
抗Ｒ１とＲ２で分割して比較増幅器６の反転入力端子に
接続している。

比較増幅器６の非反転入力端子には、負荷電流検出用抵
抗Ｒ９よりも後（出力側）の電位を抵抗Ｒ１とＲ４で分
割して接続すると共に、主電源スイッチが切断されない
限り電圧が供給されている起動電源電圧ＶＳＴの電圧を
抵抗Ｒ６とダイオードを介して接続している。

この第３図に示す電流検出型保護回路の負荷特性は、出
力端子３よりの出力信号により、スイッチングレギュレ
ータのパルス幅を制御することにより結果として、第４
図に示すように、負荷電流１、が一定値を越えると電流
制限が始まり、その値は出力電圧Ｖ。の減少に伴って減
少し、カタカナのフの字のような形状となる。

ここで、■、及び■２は、それぞれ Ｉ　ｍ　＝　（Ｖｓｔ／　Ｒｓ　）　Ｘ　［Ｒ３Ｒａ　
／（Ｒ８（Ｒ３＋Ｒ４）　＋Ｒ３Ｒ４）　］ＩＭ　＝　
（Ｖｏ　／Ｒｓ　）　ｘ　（Ｒ４／　（Ｒ３＋Ｒ４）−
Ｒ２／　（Ｒ１＋Ｒ２）　） である。

また、第５図は別の従来のスイッチングレギュレータの
出力短絡保護回路である。

第５図において、交流電源ＡＣより主電源スイッチＳＷ
１を介し商用交流電圧が、ブリッジダイオードＤ、で整
流され、さらにコンデンサＣ１で平滑されて直流電圧と
なる。

そして、その直流電圧はスイッチングトランスＴの１次
巻線Ｌ１及び電圧レギュレータ７に入力され、電圧レギ
ュレータフにおいては電圧降下され、比較増幅器１０に
入力される。

パルス幅変調可能なパルス発振器８の出力パルスは、パ
ルス駆動回路９で増幅され、スイッチング素子であるス
イッチングトランジスタＱ、のオンオフ制御（スイッチ
ング）を行なっている。

これによって、スイッチングトランスＴの１次巻線Ｌ１
に入力された直流電圧は交流化され、２次巻線Ｌ２に伝
達され、２次巻線Ｌ２には交流パルス電圧が取り出され
る。

この交流パルス電圧は、ダイオードＤ２及びコンデンサ
Ｃ２にて再び整流平滑され、出力端子ｇに所望の直流電
圧が取り出され、負荷ＲＬで消費される。

また、出力端子ｇの出力電圧を安定化させるため、その
出力電圧は１次側にあるパルス発振器８にフィードバッ
クされ、２次側の出力電圧が変動した場合には、パルス
発振器８から出力されるパルスのパルス幅を変調する（
変化させる）ことにより、２次側の出力電圧が常に一定
となるような安定化動作を行っている。

そして、その出力電圧は比較増幅器１０の反転入力端子
に接続され、比較増幅器１０の非反転入力端子には基準
電圧Ｖｒを印加することにより、負荷ＲＬあるいはスイ
ッチングトランスＴの２次巻線Ｌ２が短絡すれば、比較
増幅器１０の出力は比較増幅器１０の電源電圧値、つま
り電圧レギュレータフの出力電圧まで上昇し、抵抗Ｒ６
を介し、パルス発振器８のリセット端子８ＲをＨ（ハイ
）レベルとすることにより、パルス発振器８の発振を停
止させる。

即ち、負荷ＲＬあるいはスイッチングトランスＴの２次
巻線Ｌ２が短絡すれば、比較増幅器１０がそれを検知し
、スイッチングトランスＴあるいは回路素子からの発煙
２発火を防止するよう、保護動作が働くことになる。

ところで、主電源スイッチＳＷ１投入（短絡）直後にお
いては、回路の各部の電位は０ボルトであり、負荷Ｒ０
が短絡しているのと同一の状態にある。

従って、主電源スイッチＳＷ、投入直後では、上記した
出力短絡時の保護動作を働かせないようにする必要があ
り、スイッチングトランスＴの２次巻線Ｌ２に所定の電
圧が発生するまで、比較増幅器１０の出力をアースに短
絡させるスイッチ回路ＳＷ２を設けている。

ここで、スイッチ回路ＳＷ２は、主電源スイッチＳＷ１
投入と同時にオンオフ制御器１１により比較増幅器１０
の出力をアースに短絡させるようになされてあり、抵抗
Ｒ７とコンデンサＣ３よりなる時定数回路１２において
所定の時定数を設定し、所定の時間の後にオンオフ制御
器１１によりスイッチ回路ＳＷ２を切断（開放）し、保
護回路を動作可能状態としている。

そして、主電源スイッチＳＷ、を切断した後、次に主電
源スイッチＳＷ、を投入した時に時定数回路１２を再び
初期状態の時定数にて動作させるように、時定数回路１
２に蓄積された電荷を放電させるための放電回路１３を
備えている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述した第３図に示す従来の電流検出型
保護回路では、負荷電流検出用抵抗Ｒ６よりも前（入力
側）のスイッチングトランスの巻線短絡等には役に立た
ないという問題がある。

また、第５図に示すスイッチングレギュレータの出力短
絡保護回路においては、スイッチ回路Ｓ！２の短絡及び
開放を制御するオンオフ制御器１１を充電回路（時定数
回路）１２において所定の時定数により保護回路不動作
時間を設定しているので、不動作時間の設定時間を長（
すると、コンデンサの容量が大きい電解コンデンサを使
用する必要があり、容量値のばらつきが大きく、容量値
の温度特性も悪くなる。

それゆえ、スイッチングトランスＴの２次巻線Ｌ２に所
定の電圧が発生する前にスイッチ回路ＳＷ２が切断した
り、逆に電圧が発生しているにも拘らずスイッチ回路Ｓ
Ｗ２が切断しないという、保護回路の誤動作が生じると
いう問題がある。

また、コンデンサの容量が大きければ、放電時間は長く
なり、時定数回路１２のリセットを迅速に行うことがで
きず、電源プラグがコンセントから抜けかかっているよ
うな状態や、あるいは、停電等によるスイッチのオン・
オフを短時間に繰り返してしまうような、いわゆるチャ
タリング状態においても、スイッチングトランスＴの２
次巻線Ｌ２に電圧が発生する前に、スイッチＳＷ２が切
断されてしまい、主電源スイッチＳＷ１が投入されてい
るにも拘らず、スイッチングレギュレータのスイッチン
グ動作を開始しないという問題がある。

そして、上述したような保護回路の誤動作は、負荷ＲＬ
あるいはスイッチングトランスＴの２次巻線Ｌ２等の出
力短絡が発生した場合、発煙１発火という事故を招きか
ねない。

（課題を解決するための手段） 本発明は、上述した従来の技術の課題を解決するため、
交流電源よりの交流電圧を主電源スイッチを介して整流
平滑して直流電圧とし、この直流電圧をパルス発振器よ
り出力されるパルスによりスイッチングして交流化し、
スイッチングトランスを介して２次側に取り出したパル
ス電圧を再び整流平滑して直流電圧を得て、この２次側
の直流電圧によって、前記パルス発振器の出力パルスの
パルス幅を制御することにより、２次側の直流電圧を安
定化してなるスイッチングレギュレータにおいて、基準
電圧と前記２次側の直流電圧とを比較することにより出
力短絡を検知した際、その出力信号により、前記パルス
発振器のパルスの発振を停止させる出力短絡検知手段と
、前記主電源供給の切断を検知し、切断信号を出力する
切断検知手段と、前記切断信号によりリセットされ、前
記主電源スイッチの投入より所定時間は前記出力短絡検
知手段の動作を停止させる動作停止手段とより構成され
てなることを特徴とするスイッチングレギュレータの出
力短絡保護回路を提供するものである。

（実施例） 以下、本発明のスイッチングレギュレータの出力短絡保
護回路について、添付図面を参照して説明する。

第１図は本発明のスイッチングレギュレータの出力短絡
保護回路の一実施例を示す回路図であり、第５図と同一
部分には同一符号を付しである。第２図は、第１図のａ
点〜ｄ点における電圧波形図である。

第１図において、交流側ＩＣより主電源スイッチＳＷ１
を介し商用交流電圧が、ブリッジダイオードＤ、で整流
され、さらにコンデンサＣ０で平滑されて直流電圧とな
る。

ここでコンデンサＣ５は、リップルを除去することがで
き、主電源スイッチＳＷ１を切断しても、スイッチング
トランスＴの２次巻線Ｌ２の出力電圧が負荷ＲＬで消費
されて電圧が降下する時間よりも十分長く電圧を維持す
るよう、大きな容量値に設定しである。

このように整流平滑された後、例えばｅ点においては第
１の直流電圧となり、この第１の直流電圧の放電時定数
は上記の如く大きく、そして、電圧レギュレータフにお
いて電圧降下され、ｆ点において第２の直流電圧とされ
る。第２の直流電圧の放電時定数は、第１の直流電圧の
放電時定数が大きいので勿論大きい。そして、この第２
の直流電圧は、比較増幅器１０に入力される。

一方、上述のように整流平滑された第１の直流電圧はス
イッチングトランスＴの１次巻線Ｌ１に入力されている
。

パルス幅変調可能なパルス発振器８の出力パルスは、パ
ルス駆動回路９で増幅され、そしてスイッチングトラン
ジスタＱ、のオンオフ制御（スイッチング）を行ってい
る。

これによって、スイッチングトランスＴの１次巻線Ｌ１
に入力された直流電圧は交流化され、２次巻線Ｌ２に伝
達され、２次巻線Ｌ２には交流パルス電圧が取り出され
る。

この交流パルス電圧は、ダイオードＤ２及びコンデンサ
Ｃ２にて再び整流平滑され、出力端子ｇに所望の直流電
圧が取り出され、負荷ＲＬで消費される。

また、出力端子ｇの出力電圧を安定化するため、その出
力電圧は１次側にあるパルス発振器８にフィードバック
され、２次側の出力電圧が変動した場合には、パルス発
振器８から出力されるパルスのパルス幅を変調すること
により、２次側の出力電圧が常に一定となるような安定
化動作を行っている。

そして、その出力電圧は、比較増幅器１０の反転入力端
子に接続され、比較増幅器１０の非反転入力端子には基
準電圧Ｖｒを印加することにより、負荷ＲＬあるいはス
イッチングトランスＴの２次巻線Ｌ２が短絡すれば、比
較増幅器１０の出力は比較増幅器１０の電源電圧値（第
２の直流電圧）まで上昇し、抵抗Ｒ６を介し、パルス発
振器８のリセット端子８ＲをＨ（ハイ）レベルとするこ
とにより、パルス発振器８の発振を停止させる。

即ち、負荷Ｒ４あるいはスイッチングトランスＴの２次
巻線Ｌ２等の出力が短絡すれば、比較増幅器１０がそれ
を検知し、スイッチングトランスＴあるいは回路素子か
らの発煙１発火を防止するよう、保護動作が働く。つま
り、比較増幅器１０は出力短絡検知手段として働くこと
になる。

ところで、主電源スイッチＳＷ、投入直後においては回
路の各部の電位は０ボルトであり、負荷ＲＬが短絡して
いるのと同一の状態にある。

従って、主電源スイッチＳＷ１投入直後では、上記した
出力短絡時の保護動作を働かせないようにする必要があ
り、スイッチングトランスＴの２次巻線に所定の電圧が
発生するまで、比較増幅器１０の出力をアースに短絡さ
せるスイッチ回路ＳＷ２を設けている。

ここで、スイッチ回路ＳＷ２は、主電源スイッチＳＷ、
投入と同時にオンオフ制御器１１により比較増幅器１０
の出力をアースに短絡するようになされてあり、後述す
るタイマー回路１８において約１．８秒後にオンオフ制
御器１１によりスイッチ回路ＳＷ２を切断し、保護回路
を動作可能状態としている。

このタイマー回路１８は、リセット器１９９発振器２０
１分周器２１．増幅器２２よりなり、リセット器１９に
Ｈレベルの電圧が入力すると、リセットがかかるように
なっている。

そして、抵抗Ｒ１＋及びコンデンサＣ４よりなる時定数
によって決まる発振出力を発振器２０で発振させ、さら
にその発振出力を分周器２１で分周することにより、所
定の時間を設定可能である。

本実施例においては、上述したタイマー回路１８として
、三菱集積回路〈リニアＩＣ＞Ｍ５１８４９Ｌを用いて
いる。

まず、主電源スイッチＳＷｌが投入されると、それと同
時にスイッチ回路ＳＷ２も投入して保護回路が動作しな
いようにし、スイッチングレギュレータのスイッチング
動作が開始し、スイッチングトランスＴの２次巻線Ｌ２
に所定の電圧が発生していると思われる、約１．８秒後
にスイッチ回路ＳＷ２が切断され、出力短絡保護回路が
働き、スイッチングレギュレータは動作状態となる。

次に、上述したタイマー回路１８のリセット動作につい
て、第２図と併せて詳細に説明する。

第１図に示すように交流電源ＡＣに並列にフォトカプラ
１４の発光ダイオードＤ、を接続し、フォトカプラ１４
の受光部であるフォトトランジスタＱ、のコレクタ端子
には、第２の直流電圧である電圧レギュレータフの出力
を抵抗Ｒ１ｏを介して電圧降下させて接続しである。こ
こで、抵抗Ｒ２゜の代わりに第２の電圧レギュレータを
用いて電圧降下させてもよい。

ここで、ａ点において第２図（Ａ）に示す商用交流電圧
は、ダイオードＤ４により半波整流され、ｂ点において
は第２図（Ａ）に示す電圧波形が得られ、フォトカプラ
１４により増幅器１５に接続されている。ここで、０点
においては、第２図（Ａ）に示す方形波電圧が得られる
。

そして積分器１６により積分されて、ｄ点においては第
２図（Ａ）に示すようにＬ（ロー）レベルとなり、レベ
ル検出器１７はＬレベルを出力し、タイマー回路１８の
リセット器１９に入力される。

しかし、レベル検出器１７の出力はＬレベルであるので
、タイマー回路１８のリセットはかからない。

そして、主電源スイッチＳＷ１が切断された瞬間、第２
図（Ａ）に示す方形波のパルスは、第２図（Ｂ）に示す
ように瞬時にして第２の直流電圧にまで上昇し、積分器
１６の出力はＨレベルとなり、レベル検出器１７はＨレ
ベルを出力し、タイマー回路１８を素早くリセットする
。

即ち、交流電源ＡＣに直接接続されたフォトカプラ１４
の出力電圧と、電圧レギュレータ７の出力電圧とにより
、積分器１６及びレベル検出器１７が主電源スイッチＳ
Ｗ１の切断を検知し、タイマー回路１８を確実にリセッ
トする。

つまり、主電源供給の切断が検知され、切断信号を出力
し、その切断信号がタイマー回路１８を確実にリセット
することになる。

上述したように、本発明のスイッチングレギュレータの
出力短絡保護回路においては、主電源スイッチＳＷ１に
直接フォトカプラを接続させているので、主電源スイッ
チＳＷ１の切断に対する応答性は極めて速く、主電源ス
イッチＳＷ、が短時間のうちにオン・オフを繰り返して
しまうチャタリング状態においても、確実にタイマー回
路１８はリセットされ、保護回路が誤動作することはな
い。

また、上記した抵抗Ｒ１＋及びコンデンサＣ４よりなる
時定数は小さく設定すればよく、コンデンサＣ４の容量
値は小さくてよいので、温度特性の良いフィルムコンデ
ンサ等を使用することができ、温度変化による保護回路
の誤動作も発生することはない。

本実施例においては、レベル検出器１７がＨレベルある
いはＬレベルを検出し、その出力がＨレベルであればタ
イマー回路１８をリセット器１９によりリセットするよ
うになされているが、積分器１６の出力電圧自体で、タ
イマー回路をリセットするようにしてもよいことは勿論
ある。

さらに、第２の直流電圧よりもフォトカプラ１４の出力
である方形電圧の波高値が十分に小さければ、第２の直
流電圧をＨレベル、方形波電圧をＬレベルとし得るので
、積分器１６を省略することもできる。

さらに、本実施例においては、交流電源ＡＣからフォト
カプラ１４により電圧を取り出しているが、フォトカプ
ラ１４の代わりにトランスを用いてもよいことは勿論で
ある。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明のスイッチングレギ
ュレータの出力短絡保護回路は、上述のごとく構成され
ているので、主電源供給の切断に対する応答性が極めて
速（、保護回路を安全確実に動作させることができ、出
力短絡事故による発煙２発火などを確実に防止すること
ができる等、実用上極めて優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のスイッチングレギュレータの出力短絡
保護回路の一実施例を示す回路図、第２図は第１図にお
ける電圧波形図、第３図は従来の電流検出型保護回路を
示す回路図、第４図は第３図の負荷特性図、第５図は別
の従来のスイッチングレギュレータの出力短絡保護回路
である。 ８・・・パルス発振器、１０・・・比較増幅器、１１・
・・オンオフ制御器、１４・・・フォトカプラ、１６・
・・積分器、１７・・・レベル検出器、１８・・・タイ
マー回路、１９・・・リセット器、２０・・・発振器、
２１・・・分周器、ＡＣ・・・交流電源、ＳＷｌ・・・
主電源スイッチ、ＳＷ２・・・スイッチ回路、Ｔ・・・
スイッチングトランス、Ｌ、・・・１次巻線、Ｌ２・・
・２次巻線、ＲＬ・・・負荷。 特許出願人　日本ビクター株式会社 （Ａ　）　ＳＷ、設入時 （Ｂ）ＳＷは角顆直後 第 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 交流電源よりの交流電圧を主電源スイッチを介して整流
   平滑して直流電圧とし、 この直流電圧をパルス発振器より出力されるパルスによ
   りスイッチングして交流化し、スイッチングトランスを
   介して２次側に取り出したパルス電圧を再び整流平滑し
   て直流電圧を得て、 この２次側の直流電圧によって、前記パルス発振器の出
   力パルスのパルス幅を制御することにより、２次側の直
   流電圧を安定化してなるスイッチングレギュレータにお
   いて、 基準電圧と前記２次側の直流電圧とを比較することによ
   り出力短絡を検知した際、その出力信号により、前記パ
   ルス発振器のパルスの発振を停止させる出力短絡検知手
   段と、 前記主電源供給の切断を検知し、切断信号を出力する切
   断検知手段と、 前記切断信号によりリセットされ、前記主電源スイッチ
   の投入より所定時間は前記出力短絡検知手段の動作を停
   止させる動作停止手段とより構成されてなることを特徴
   とするスイッチングレギュレータの出力短絡保護回路。