JPH0622544A - スイッチングレギュレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 出力に現れる異常な高電圧を抑制すると共に
出力の立下りを調整することにより、接続された負荷の
暴走や破壊を防止する。 【構成】 各基準電圧をＶｓ１＜Ｖｓ２＜Ｖｓ３と設定
し、電圧Ｖｓ１に制御されている出力Ｖ１が電圧Ｖｓ２
を超えると、過電圧保護回路６は制御回路２にＦＥＴＱ
１のスイッチングを停止させて過電圧を防止するが、そ
の間の遅れで出力Ｖ１がさらに上昇すると動作電圧Ｖｓ
３のツェナダイオードＺＤ３が動作して、出力Ｖ１をク
ランプするから一瞬でも過電圧になることはない。ま
た、電源オフ等で電力が供給されなくなると、検出用整
流平滑回路７の出力Ｖ２の電圧降下を検出して放電回路
８が動作し、コンデンサＣ４の電荷を放電して出力Ｖ１
を急速に降下させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スイッチングレギュレ
ータに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えばＯＡ機器等、多くの電気装置にお
いて直流電源が使用されているが、最近は高周波スイッ
チング方式のＤＣ−ＤＣコンバータを用いたスイッチン
グレギュレータが小型軽量で低コストであり、しかも変
換効率が高いので、直流電源として広く使用されてい
る。

【０００３】このような電源装置は、交流電力を整流平
滑する１次整流平滑回路と、その直流出力をオン・オフ
するスイッチング素子と、オン・オフされた出力が１次
巻線に入力するトランスと、該トランスの出力用２次巻
線に接続された２次整流平滑回路と、該回路の直流出力
が予め設定された基準電圧に合致するようにスイッチン
グ素子の駆動パルスをパルス幅変調する定電圧制御回路
とからなるＤＣ−ＤＣコンバータを備えている。

【０００４】このＤＣ−ＤＣコンバータは、その直流出
力電圧を安定化するために、入力直流電源すなわち１次
整流平滑回路に、電圧変換用のトランスの１次巻線とス
イッチング素子との直列回路を接続し、出力電圧（２次
整流平滑回路の直流出力）をデューティコントローラに
フィードバックすることにより、出力電圧に応じてスイ
ッチング素子の駆動パルスをパルス幅変調する。即ち、
スイッチング素子のスイッチングデューティを調整する
ことにより、負荷変動や入力変動等にかかわらず、出力
電圧を基準電圧に維持する。

【０００５】しかしながら、定電圧制御回路系が故障し
たとき、例えば出力電圧検出系が異常低電圧を示す検出
信号を発生したとき、またはデューティコントローラが
異常な高デューティの駆動パルスを出力し、例えば定格
出力５Ｖが１０Ｖ、定格出力２４Ｖが４０Ｖになる等、
出力電圧が異常に上昇する場合がある。また、電源スイ
ッチの遮断あるいは何等かの障害でトランスに電力が供
給されなくなった時に、軽負荷又は無負荷の場合は出力
電圧が長時間減衰しないので思わぬ事故を発生する場合
がある。

【０００６】そのため、例えば特開昭６４−３４１７５
号公報に示されたように、直流出力端に接続したツェナ
ダイオードで設定電圧を越える異常電圧を検知し、フォ
トカプラを介して異常電圧発生信号をデューティコント
ローラに出力し、スイッチング素子のオン、オフ動作を
停止させるという提案があった。

【０００７】また、例えば特開昭６３−９５８５３号公
報に示されたように、交流電源の遮断を１次整流平滑回
路と並列に接続された時定数の小さな整流平滑回路で検
知し、その検知信号がフォトカプラを介して入力する
と、２次整流平滑回路の平滑コンデンサを強制放電させ
る放電回路を設けるという提案もあった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
提案は、最近のＤＣ−ＤＣコンバータがスイッチング周
波数の増大に伴い応答速度が早くなっているため、出力
電圧の異常を示すフィードバック信号に応答してスイッ
チング素子のオン・オフ動作を停止しても、ＤＣ−ＤＣ
コンバータの出力端のコンデンサを放電するまでに異常
な高電圧が或る時間継続し、この出力に接続された負
荷、例えば各装置の制御回路等を破損してしまうことが
ある。

【０００９】後者の提案は、入力交流電源の遮断を検出
して出力の平滑コンデンサを強制放電するため、雷サー
ジ等により入力電源に瞬断現象が発生した場合にも放電
回路が働き、瞬断の度にこの直流電源に接続された装置
が一時停止してしまうことがある。また、交流電源オン
の状態で何等かの異常によりトランスに電力が供給され
なくなった場合、この放電回路が作動しないという問題
があった。

【００１０】この発明は上記の点に鑑みてなされたもの
であり、異常な高電圧の発生を抑制しかつ出力用整流平
滑回路の立下りを調整することにより、接続された負荷
の暴走や破壊を防止することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明は上記の目的を
達成するため、交流電源から入力する交流電力を整流平
滑する１次整流平滑回路と、その直流電力をオン・オフ
するスイッチング素子と、オン・オフされた出力が１次
巻線に入力するトランスと、該トランスの出力用２次巻
線に接続された２次整流平滑回路と、該回路の直流出力
が予め設定された第１基準電圧に合致するように前記ス
イッチング素子の駆動パルスをパルス幅変調する定電圧
制御手段とを備えたスイッチングレギュレータにおい
て、次のようにしたものである。

【００１２】第１の発明は、２次整流平滑回路の直流出
力が第１基準電圧より高く設定した第２基準電圧を越え
たときにスイッチング素子のオン・オフ動作を停止させ
る過電圧保護手段と、トランスに検出用２次巻線を設け
て、該２次巻線に接続した検出用整流平滑回路と、該回
路の出力が予め設定した値以下になったときに２次整流
平滑回路の平滑コンデンサの電荷を放電する放電回路と
を設けたものである。

【００１３】第２の発明は、２次整流平滑回路の直流出
力が第１基準電圧より高く設定した第２基準電圧を越え
たときにスイッチング素子のオン・オフ動作を停止させ
る過電圧保護手段と、出力用２次巻線に２次整流平滑回
路と並列に接続した検出用整流平滑回路と、該回路の出
力が予め設定した値以下になったときに２次整流平滑回
路の平滑コンデンサの電荷を放電する放電回路とを設け
たものである。

【００１４】上記の発明において、検出用整流平滑回路
の立上り及び立ち下りを２次整流平滑回路に比べて速く
設定するとよい。また、２次整流平滑回路の出力に並列
に第２基準電圧より高い第３基準電圧で動作する定電圧
素子を設けてもよい。

【００１５】

【作用】上記のように構成したスイッチングレギュレー
タは、第１基準電圧を維持するように制御されている直
流出力が、何等かの原因で予めより高く設定した第２基
準電圧を越えた場合に、過電圧保護手段がスイッチング
素子のオン・オフ動作を停止させて直流出力の電圧上昇
を防止する。

【００１６】それと共に、電源スイッチの遮断あるいは
何等かの故障でトランスに電力が供給されなくなった場
合に、トランスに設けた検出用２次巻線に接続するか、
２次整流平滑回路と並列に出力用２次巻線に接続した検
出用整流平滑回路の出力電圧が低下し、その出力が予め
設定した値以下になった時に放電回路が２次整流平滑回
路の平滑コンデンサの電荷を放電するから、接続された
負荷の暴走や破壊が防止される。

【００１７】検出用整流回路の立上り及び立下りを２次
整流平滑回路に比べて速く設定することにより、電力供
給の停止を速やかに検出することが出来る。また、第２
基準電圧より高い第３基準電圧で動作する定電圧素子
は、出力が瞬間的にも第３基準電圧より上昇することを
より確実に防止する。

【００１８】

【実施例】図１は、第１の発明による第１実施例である
スイッチングレギュレータの構成を示す回路図である。
交流電源１から入力する交流電力は、それぞれ１次整流
平滑回路を構成する全波整流ブリッジＤＢで直流に変換
され、コンデンサＣ１により平滑化される。

【００１９】コンデンサＣ１の端子間には、トランス３
の１次巻線Ｎ１とスイッチング素子であるＦＥＴ（電界
効果型トランジスタ）Ｑ１との直列回路が接続されてい
る。定電圧制御手段である制御回路２が出力するパルス
幅変調された駆動パルスによるＦＥＴＱ１のオン・オフ
によりトランス３の出力用２次巻線Ｎ２に誘起された電
力は、それぞれ２次整流平滑回路を構成するダイオード
Ｄ４，転流ダイオードＤ５で整流され、リアクタＬ１，
平滑コンデンサＣ４で平滑される。この直流出力Ｖ１
が、出力端子４から図示しない負荷に印加される。

【００２０】抵抗Ｒ１，Ｒ２は、図示しない電源スイッ
チのオン直後に、コンデンサＣ１に充電された電力を分
圧しダイオードＤ１を介して制御回路２に供給する。Ｆ
ＥＴＱ１がオン・オフを開始すると、内部出力用２次巻
線Ｎ３に誘起された電力がダイオードＤ３，コンデンサ
Ｃ３により整流平滑されて制御回路２に供給され、ダイ
オードＤ１は逆流防止用として作用する。ダイオードＤ
２，コンデンサＣ２，抵抗Ｒ３は、ＦＥＴＱ１のオン・
オフにより１次巻線Ｎ１に発生する異常電圧を吸収する
スナバ回路を構成する。

【００２１】直流出力Ｖ１が設定出力電圧である第１基
準電圧Ｖｓ１未満のときは、ツェナダイードＺＤ１，フ
ォトカプラＰＣ１の発光素子，抵抗Ｒ６〜Ｒ８からなる
出力電圧検知回路５のフォトカプラＰＣ１の発光素子
（ＬＥＤ）は発光せず、その受光素子（フォトトランジ
スタ）はオフであるが、第１基準電圧Ｖｓ１に達すると
ツェナダイオードＺＤ１に電流が流れて、フォトカプラ
ＰＣ１の発光素子が発光し、その受光素子がオンにな
る。

【００２２】フォトカプラＰＣ１の受光素子がオン又は
オフに切り換わると、制御回路２は受光素子がオフのと
きは駆動パルスのパルス幅を広げてＦＥＴＱ１の通電デ
ューティが高く、オンのときはパルス幅を狭くして通電
デューティが低くなるようにそれぞれ制御する。これに
より時系列平均で出力電圧Ｖ１は実質上第１基準電圧Ｖ
ｓ１と等しくなる。

【００２３】したがって、出力電圧検知回路５の断線等
の事故によりフォトカプラＰＣ１の発光素子が発光しな
くなると、その受光素子がオフ状態に留まるため、制御
回路２によりＦＥＴＱ１の通電デューティが高くなるか
ら、出力電圧Ｖ１（平滑コンデンサＣ４の端子間電圧）
が急激に上昇する。

【００２４】出力電圧Ｖ１が、予め第１基準電圧Ｖｓ１
より高く設定した第２基準電圧Ｖｓ２に達すると、ツェ
ナダイオードＺＤ２，フォトカプラＰＣ２の発光素子，
抵抗Ｒ９からなり過電圧保護手段である過電圧保護回路
６のツェナダイオードＺＤ２に電流が流れて、フォトカ
プラＰＣ２の発光素子が発光し、その受光素子がオフか
らオンになる。フォトカプラＰＣ２の受光素子がオンに
なると制御回路２が駆動パルスの出力を停止し、ＦＥＴ
Ｑ１をオフにする。このオフの状態は、交流電源１から
の入力が遮断されるまで維持される。

【００２５】ＦＥＴＱ１がオフになると、トランス３に
設けた検出用２次巻線Ｎ４に接続された、ダイオードＤ
２０，コンデンサＣ２０，抵抗Ｒ２０からなる検出用整
流平滑回路７に電力が供給されなくなるから、該回路７
の出力（抵抗Ｒ２０の端子間電圧）Ｖ２は、その時定数
に応じて立下る。出力Ｖ２が予め設定した値以下まで下
ると、常時オンであったトランジスタＱ２０はオフに反
転する。

【００２６】トランジスタＱ２０オフになると、抵抗Ｒ
２５と共に放電回路８を構成するトランジスタＱ２１が
オフからオンに反転するから、平滑コンデンサＣ４の電
荷は抵抗Ｒ２５を介して放電され、直流出力Ｖ１は急速
に降下する。検出用整流平滑回路７の立下り時間が放電
回路８のないときの２次整流平滑回路の立下り時間より
充分小さくなるように、コンデンサＣ２０と抵抗Ｒ２０
の値を選択すれば、過電圧保護回路６が動作すると放電
回路８は直ちに動作する。

【００２７】２次整流平滑回路の出力端子４に並列に設
けた、第２基準電圧Ｖｓ２より高い第３基準電圧Ｖｓ３
で動作する定電圧素子であるツェナダイオードＺＤ３
は、過電圧保護回路６が動作してから放電回路８が動作
するまでの間に発生する、異常高電圧を第３基準電圧Ｖ
ｓ３以下に抑制する。

【００２８】図示しない電源スイッチがオフされた場合
も同様に、１次整流平滑回路の出力低下に伴いＦＥＴＱ
１のスイッチング動作が停止し、２次整流平滑回路の直
流出力Ｖ１はダミー抵抗Ｒ５により徐々に低下しようと
するが、検出用整流平滑回路７の出力Ｖ２が直ちに降下
して放電回路８が動作し、２次整流平滑回路の直流出力
Ｖ１は急速に低下してゼロになる。何等かの障害により
ＦＥＴＱ１の動作が停止した場合も同様である。

【００２９】図２は、第２の発明による第２実施例であ
るスイッチングレギュレータの構成を示す回路図であ
り、図１に示した第１実施例と同一部分には同一符号を
付して説明を省略する。図２に示した第２実施例が第１
実施例（図１）と異なる所は、独立した検出用２次巻線
Ｎ４を有するトランス３の代りに検出用２次巻線のない
通常のトランス３ａを使用し、その出力用２次巻線Ｎ２
に、２次整流平滑回路と並列に検出用整流平滑回路７を
接続したことである。

【００３０】検出用整流平滑回路７と放電回路８の作用
は第１実施例と全く同様であるから詳しい説明は省略す
るが、第１実施例は検出用２次巻線Ｎ４の巻線を変える
ことにより、構成各素子の特性に合わせた出力Ｖ２が得
られるから、設計の自由度が大きい。第２実施例は特別
な２次巻線を必要としないから、トランス３ａのコスト
が下ると共に、従来のスイッチングレギュレータに検出
用整流平滑回路７と放電回路８とを追加するだけで、簡
単にこの発明を適用することが出来る。

【００３１】図３は、電源スイッチが遮断された時の電
圧変化の一例を示す波形図であり、図３の（Ａ）は実線
で示した実施例（第１，第２共通）と破線で示した従来
例の各直流出力Ｖ１、同図の（Ｂ）は検出用整流平滑回
路７の出力Ｖ２の各波形をそれぞれ示す。ｔ０で電源ス
イッチが遮断されると、若干遅れてｔ１でＦＥＴＱ１の
動作が停止し、トランス３又は３ａに電力が供給されな
くなるから、直流出力Ｖ１と出力Ｖ２の電圧降下が始ま
る。

【００３２】直流出力Ｖ１の当初の降下は、図３の
（Ａ）に示したように実施例（実線）、従来例（破線）
とも同様に除々に変化しているが、出力Ｖ２は図３の
（Ｂ）に示したように急速に降下する。出力Ｖ２がｔ２
で予め設定した値になると放電回路８が動作するから、
従来例がそのまま除々に降下し続けるのに対して、実施
例は急速に降下してゼロになる。

【００３３】図４は、何等かの障害で直流出力Ｖ１に異
常な高電圧が発性した時の電圧変化の一例を示す波形図
であり、図４の（Ａ）は従来例、同図の（Ｂ）は実施例
（第１，第２共通）のそれぞれ直流出力Ｖ１の各波形を
示す。

【００３４】ｔ０で直流出力Ｖ１に異常な高電圧が発生
して第２基準電圧Ｖｓ２を超えると、それを検出して過
電圧保護回路６が動作し始めるが、ＦＥＴＱ１が動作を
停止するまで僅かではあるが時間がかかるので、従来例
では図４の（Ａ）に示したように、直流出力Ｖ１は一度
異常電圧まで上昇したのち除々に降下し始めるから、相
当な時間第１基準電圧Ｖｓ１を超えていることになり、
接続された半導体素子等が破壊される。

【００３５】実施例では図４の（Ｂ）に示したように、
直流出力Ｖ１が第２基準電圧Ｖｓ２を超えて第３基準電
圧Ｖｓ３に達すると、ツェナダイオードＺＤ３が動作開
始してクランプするから、直流出力Ｖ１は第３基準電圧
Ｖｓ３を超えることがない。若干遅れてＦＥＴＱ１が動
作を停止すると、直流出力Ｖ１は第３基準電圧Ｖｓ３か
ら降下を開始するが、僅か遅れて放電回路８が動作する
ため直流出力Ｖ１は急速に降下してゼロになる。

【００３６】各基準電圧は、予めＶｓ１＜Ｖｓ２＜Ｖｓ
３に設定されているがその差は小さいから、直流出力Ｖ
１が第１基準電圧Ｖｓ１を超えて第３基準電圧Ｖｓ３ま
で上昇しても、接続された負荷が破壊されることはな
く、その時間も従来例に比べて格段に短いから、負荷の
暴走や破壊を確実に防止することが出来る。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明によるスイ
ッチングレギュレータは、異常な高電圧の発生を抑制し
かつ出力用（２次）整流平滑回路の立下りを調整するこ
とにより、接続された負荷の暴走や破壊を防止すること
が出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の発明による第１実施例であるスイッチン
グレギュレータの構成を示す回路図である。

【図２】第２の発明による第２実施例であるスイッチン
グレギュレータの構成を示す回路図である。

【図３】電源スイッチが遮断された時の電圧変化の一例
を示す波形図である。

【図４】直流出力に異常電圧が発生した時の電圧変化の
一例を示す波形図である。

【符号の説明】

１ 交流電源 ２ 制御回路
（定電圧制御手段） ３，３ａ トランス ５ 出力電圧
検知回路 ６ 過電圧保護回路（過電圧保護手段） ７ 検出用整
流平滑回路 ８ 放電回路 Ｃ４ 平滑コ
ンデンサ Ｎ１ １次巻線 Ｎ２ 出力用
２次巻線 Ｎ４ 検出用２次巻線 Ｖ１ 直流出
力 Ｖｓ１〜Ｖｓ３ 第１乃至第３基準電圧 ＰＣ１〜ＰＣ
３ フォトカプラ Ｑ１ ＦＥＴ（電界効果型トランジスタ；スイッチング
素子） ＺＤ３ ツェナダイオード（第３基準電圧で動作する定
電圧素子）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電源から入力する交流電力を整流平
   滑する１次整流平滑回路と、その直流電力をオン・オフ
   するスイッチング素子と、オン・オフされた出力が１次
   巻線に入力するトランスと、該トランスの出力用２次巻
   線に接続された２次整流平滑回路と、該回路の直流出力
   が予め設定された第１基準電圧に合致するように前記ス
   イッチング素子の駆動パルスをパルス幅変調する定電圧
   制御手段とを備えたスイッチングレギュレータにおい
   て、 前記２次整流平滑回路の直流出力が前記第１基準電圧よ
   り高く設定した第２基準電圧を越えたときに前記スイッ
   チング素子のオン・オフ動作を停止させる過電圧保護手
   段と、 前記トランスに検出用２次巻線を設けて該２次巻線に接
   続した検出用整流平滑回路と、 該回路の出力が予め設定した値以下になったときに前記
   ２次整流平滑回路の平滑コンデンサの電荷を放電する放
   電回路とを設けたことを特徴とするスイッチングレギュ
   レータ。
2. 【請求項２】 交流電源から入力する交流電力を整流平
   滑する１次整流平滑回路と、その直流電力をオン・オフ
   するスイッチング素子と、オン・オフされた出力が１次
   巻線に入力するトランスと、該トランスの出力用２次巻
   線に接続された２次整流平滑回路と、該回路の直流出力
   が予め設定された第１基準電圧に合致するように前記ス
   イッチング素子の駆動パルスをパルス幅変調する定電圧
   制御手段とを備えたスイッチングレギュレータにおい
   て、 前記２次整流平滑回路の直流出力が前記第１基準電圧よ
   り高く設定した第２基準電圧を越えたときに前記スイッ
   チング素子のオン・オフ動作を停止させる過電圧保護手
   段と、 前記出力用２次巻線に前記２次整流平滑回路と並列に接
   続した検出用整流平滑回路と、 該回路の出力が予め設定した値以下になったときに前記
   ２次整流平滑回路の平滑コンデンサの電荷を放電する放
   電回路とを設けたことを特徴とするスイッチングレギュ
   レータ。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載のスイッチングレギ
   ュレータにおいて、前記検出用整流平滑回路の立上り及
   び立ち下りを前記２次整流平滑回路に比べて速く設定し
   たことを特徴とするスイッチングレギュレータ。
4. 【請求項４】 請求項１又は２記載のスイッチングレギ
   ュレータにおいて、前記２次整流平滑回路の出力に並列
   に前記第２基準電圧より高い第３基準電圧で動作する定
   電圧素子を設けたことを特徴とするスイッチングレギュ
   レータ。