JPH0662567A - スイッチング電源における過電流保護回路 - Google Patents

スイッチング電源における過電流保護回路

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Publication number
JPH0662567A
JPH0662567A JP20645692A JP20645692A JPH0662567A JP H0662567 A JPH0662567 A JP H0662567A JP 20645692 A JP20645692 A JP 20645692A JP 20645692 A JP20645692 A JP 20645692A JP H0662567 A JPH0662567 A JP H0662567A
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JP
Japan
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power supply
photocoupler
transistor
turned
power
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Pending
Application number
JP20645692A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshimasa Hara
祥雅 原
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Brother Industries Ltd
Original Assignee
Brother Industries Ltd
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Filing date
Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 電源立ち上げ時にスイッチング素子に過電流
を流すことなく、立ち上がるスイッチング電源における
過電流保護回路を提供することを目的としている。 【構成】 2次側電圧出力に並列に、ツェナーダイオー
ド6と抵抗5とホトカプラのダイオード部1bを直列に
接続した回路の挿入回路と、1次側ドライブ回路に前記
ホトカプラのトランジスタ部1aと、抵抗3と、トラン
ジスタ2を挿入した回路から構成された過電流保護回路
を有しているので、電源立ち上げ時にスイッチング素子
であるパワーMOSFET21のドレイン電流のピーク
値を制限するので、電源立ち上げ時にスイッチング素子
であるパワーMOSFET21さらには入力フィルタ1
1、ダイオードブリッジ12に過電流を流すことなく、
電源を立ち上げることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、発振周波数変動型スイ
ッチング電源のスイッチング素子の過電流保護回路に関
する。
【0002】
【従来の技術】従来の発振周波数変動型スイッチング電
源を回路構成を図3に示す。この回路の動作を説明す
る。入力フィルタ11を通ってきた交流は、ダイオード
ブリッジ12とコンデンサ13により整流され直流とな
る。この直流は、起動抵抗22を通ってスイッチング素
子であるパワーMOSFET21のゲートに作用し、パ
ワーMOSFET21をONにする。
【0003】パワーMOSFET21がONにされる
と、トランス29の1次巻線29aを通じてパワーMO
SFET21にドレイン電流が流れる。1次巻線29a
に電流が流れると、ゲート巻線29bに電圧が発生し、
抵抗24およびコンデンサ25を通じてパワーMOSF
ET21のゲートに電圧が加わりパワーMOSFET2
1のON抵抗が更に減少し、ドレイン電流が増加する。
ドレイン電流が増加すれば1次巻線29aに流れる電流
が増加し、ゲート巻線29bの電圧が増加し、パワーM
OSFET21のON抵抗が更に低下する。以上のルー
プによりパワーMOSFET21は瞬時にONにされる
(図4参照)。
【0004】この後コンデンサ25が充電されると、ゲ
ートに加わる電圧は上昇しなくなり、パワーMOSFE
T21のON抵抗が急激に上昇して瞬時にOFFにな
る。このとき、2次巻線29cに電力が発生してダイオ
ード31とコンデンサ32により整流されて負荷に供給
される。
【0005】また、出力電圧を一定にする制御は次のよ
うにして行う。即ち、出力電圧は検出抵抗38,39と
誤差増幅器34により検出され、ホトカプラの2次側ダ
イオード28bを駆動してホトカプラの1次側トランジ
スタ28aのインピーダンスを変えて、トランジスタ2
3のインピーダンスを変え、パワーMOSFET21の
ゲート電圧を制御して発振周波数を変える。トランス2
9の1次巻線29aのインダクタンスは一定であるか
ら、発振周波数が高くなればパワーMOSFET21の
ドレイン電流はそのピーク値が小さくなり、出力電圧が
下がり、逆に発振周波数が低くなればパワーMOSFE
T21のドレイン電流はそのピーク値が大きくなり、出
力電圧は上がる。
【0006】かかる基本動作をなすスイッチング電源回
路における「軽負荷時」のパワーMOSFET21のド
レイン・ソース間電圧を図4(A)に示し、「軽負荷
時」のパワーMOSFET21のドレイン電流を図4
(B)に示す。また、「大負荷時」のパワーMOSFE
T21のドレイン・ソース間電圧を図4(C)に示し、
「大負荷時」のパワーMOSFET21のドレイン電流
を図4(D)に示す。
【0007】このようにして「軽負荷時」は高い周波数
で発振し、「大負荷時」は低い周波数で発振することに
より出力電圧を一定に保っている。また、「過負荷時」
にはパワーMOSFET21のドレイン電流を抵抗51
により検出して、抵抗52,抵抗53,コンデンサ5
4,抵抗55を介してトランジスタ23をONにしてパ
ワーMOSFET21を過電流から保護している。この
方式は、一般にはRCC(Ringing Choke Converter )
方式と呼ばれる。
【0008】このような電源においては、電源立ち上げ
時には、コンデンサ32に電荷が溜まっていないので出
力電圧が低く、パワーMOSFET21には前記過電流
保護で規定されている電流値までドレイン電流が流れ
る。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電源立
ち上げ時に毎回パワーMOSFET21に大電流が流れ
ると、入力フィルタ11,ダイオードブリッジ12等に
大電流が流れることになり、これらの部品は許容電流が
大きなものが必要になり、部品の大きさや価格の点でも
不利になる。また、電源立ち上げ時に毎回大電流が流れ
るため回路の構成部品の劣化を早め、回路の信頼性にお
いても不利となる。
【0010】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、電源立ち上げ時にスイッチング
素子に過電流を流すことなく立ち上げることが可能なス
イッチング電源における過電流保護回路を提供すること
を目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明は、トランスの二次側に出力電圧の変化分を検
出する第1ホトカプラのダイオード部を含む検出回路を
備え、前記トランスの一次側に電流をオン・オフするス
イッチング素子と、このスイッチング素子をドライブす
るためドライブ回路を備え、前記検出回路の検出結果に
応じて前記ドライブ回路を構成する前記第1ホトカプラ
のトランジスタ部のインピーダンスを制御することによ
り前記スイッチング素子の発振周波数を変化せしめて出
力電圧を一定に制御する発振周波数変動型スイッチング
電源において、前記トランスの二次側に挿入された定電
圧素子と第2ホトカプラのダイオード部とを備えた直列
回路と、前記検出回路を構成する第1ホトカプラのトラ
ンジスタ部のコレクタ・エミッタ間に接続された前記第
2ホトカプラのトランジスタ部を含むインピーダンス制
御回路とを備え、電源スイッチ投入時には前記定電圧素
子の不動作により前記第2ホトカプラのダイオード部を
オフにせしめて前記スイッチング素子をオフにし、前記
スイッチング素子のオン・オフ動作を停止せしめるよう
に構成した。
【0012】
【作用】電源スイッチが投入されるとトランスの作用に
よりスイッチング素子はONになる。しかし、電源スイ
ッチ投入直後には直列回路を構成する定電圧素子がON
にならないので、第2フォトカプラのダイオード部はO
Nしない。従って、第2フォトカプラのトランジスタ部
はONしないので、インピーダンス制御部のインピーダ
ンスが低くなりスイッチング素子をOFFにする。この
ようにしてスイッチング素子はON・OFFを繰り返し
つつ、出力側の出力電圧の上昇と共に過電流を流すこと
なく徐々に電源を立ち上げていく。
【0013】
【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図面を
参照して説明する。なお、既に説明した部分には同一符
号を付し、重複記載を省略する。
【0014】図1に、本発明の実施例のスイッチング電
源の回路図を示す。図1に示すように、2次出力側に
は、抵抗5,ツェナーダイオード6,第2ホトカプラの
ダイオード部1bからなる直列回路が接続されている。
また、第1ホトカプラのトランジスタ部28aのコレク
タ・エミッタ間にはNPN型トランジスタ2のコレクタ
およびエミッタが接続され、このトランジスタ2のベー
ス・コレクタ間には抵抗3が挿入され、前記トランジス
タ2のベース・エミッタ間には前記第2ホトカプラのト
ランジスタ部1aのコレクタ・エミッタが接続されてい
る。
【0015】次に、動作を説明する。基本動作 基本的な動作原理は、前記図3に示した従来例と同一で
ある。即ち、入力された交流の整流→起動抵抗22によ
るパワーMOSFET21の起動→パワーMOSFET
21のONによるトランス1次巻線29aを通じてパワ
ーMOSFET21にドレイン電流の供給→1次巻線2
9aに電流が流れることによるゲート巻線29bにおけ
る電圧発生→この電圧の抵抗24,コンデンサ25を介
してのパワーMOSFET21のゲートへの電圧印加→
パワーMOSFET21のON抵抗の更なる減少に伴う
ドレイン電流の増加→ドレイン電流の増加による1次巻
線29aの電流増加→この電流増加によるゲート巻線2
9bの電圧増加によるパワーMOSFET21のON抵
抗のさらなる低下→以上のループを繰り返してパワーM
OSFET21の瞬時のON→2次巻線29cの電力発
生→ダイオード31とコンデンサ32による整流→負荷
への電力供給。
【0016】出力電圧は検出抵抗38および39と誤差
増幅器34により検出され、第1ホトカプラのダイオー
ド28bを駆動して第1ホトカプラのトランジスタ28
aのインピーダンスを変えて、トランジスタ23のイン
ピーダンスを変え、パワーMOSFET21のゲート電
圧を制御して発振周波数を変化させる。トランス29の
1次巻線29aのインダクタンスは一定であるから、発
振周波数が高くなればパワーMOSFET21のドレイ
ン電流はそのピーク値が小さくなり、出力電圧が下が
り、逆に発振周波数が低くなればパワーMOSFET2
1のドレイン電流はそのピーク値が大きくなり、出力電
圧は上がる。このようにして「軽負荷時」は高い周波数
で発振し、「大負荷時」は低い周波数で発振することに
より出力電圧を一定に保っている。
【0017】また、「過負荷時」にはパワーMOSFE
T21のドレイン電流を抵抗51により検出して、抵抗
52,抵抗53,コンデンサ54,抵抗55を介してト
ランジスタ23をONしてゲート巻線29bの電圧をバ
イパスし、パワーMOSFET21をOFFにしてパワ
ーMOSFET21を過電流から保護している。本発明の要旨に係る動作 「電源の立ち上げ時」には、2次側の出力電圧は低いの
で、第1ホトカプラのダイオード部28bはOFFにな
っていて、第1ホトカプラのトランジスタ部28aをO
FFにしてトランジスタ23にベース電流を供給しない
ので、このままではパワーMOSFET21は低い周波
数で発振し、そのドレイン電流のピークは大きな値にな
る。
【0018】ところがこの時、2次側出力に抵抗5を介
して接続されているツェナーダイオード6はOFFにな
っているので、第2ホトカプラのダイオード1bはOF
Fになっている。従って、第2ホトカプラのトランジス
タ1aはOFFになる。従って、トランジスタ2は抵抗
3よりベース電流を提供されインピーダンスが小さくな
りトランジスタ23のベースに電流を供給してトランジ
スタ23をONにし、パワーMOSFET21をOFF
にする。
【0019】この後、パワーMOSFET21はON・
OFFを繰り返して、2次側コンデンサ32に徐々に電
荷が蓄積され、電源立ち上げ時に過電流を流すことな
く、徐々に電源を立ち上げる(図2(A))。そして、
ツェナーダイオード6がONになる電圧になると、第2
ホトカプラのダイオード部1bがONになり、第2ホト
カプラのトランジスタ部1aをONにしてトランジスタ
2がOFFになり、トランジスタ23にベース電流を供
給しなくなる。
【0020】以上に説明したこの電源の立ち上げ時のパ
ワーMOSFETの動作波形を図2(A)に示す。ま
た、従来例のスイッチング電源の電源立ち上げ時のパワ
ーMOSFET21の動作波形を図2(B)に示す。
【0021】これらの図2(A),(B)を比較しても
明らかなように、本実施例(図2(A))によれば電源
スイッチを投入後、パワーMOSFET21のドレイン
電流は、時間の経過と共に徐々に増加しているので、パ
ワーMOSFET21のドレインには過電流が流れるこ
とがない。これに対して従来の場合は(図2(B))、
電源スイッチの投入直後にパワーMOSFET21のド
レインに過電流が流れ、時間の経過と共に徐々に減少し
ている。
【0022】前記トランジスタ23にベース電流を供給
しなくなった後は、電源を切るまでツェナータイオード
6はONし続けるので、第2ホトカプラのダイオード部
1bがONし続けて第2ホトカプラのトランジスタ部1
aをONし続け,トランジスタ2がOFFし続けトラン
ジスタ23の動作に関与しなくなる。
【0023】
【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明によれば、電源立ち上げ時にスイッチング素子で
あるパワーMOSFETのドレイン電流のピーク値を制
限するので、電源立ち上げ時にスイッチング素子である
パワーMOSFET,入力フィルタ,ダイオードブリッ
ジ等に過電流が流れることがなく、部品の劣化を抑える
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例のスイッチング電源の回路図で
ある。
【図2】(A)は本実施例のスイッチング電源の立ち上
げ時のパワーMOSFETの動作波形図であり、(B)
は従来のスイッチング電源の立ち上げ時のパワーMOS
FETの動作波形図である。
【図3】従来のスイッチング電源の回路図である。
【図4】(A)は従来のスイッチング電源の軽負荷時の
パワーMOSFETのドレインソース間電圧を示し、
(B)は軽負荷時のパワーMOSFETのドレインソー
ス間電圧を示す。(C)は従来のスイッチング電源の大
負荷時のパワーMOSFETのドレインソース間電圧を
示し、(D)は大負荷時のパワーMOSFETのドレイ
ンソース間電圧を示す。
【符号の説明】
1a…第2ホトカプラのトランジスタ部 1b…第2ホトカプラのダイオード部 2…トランジスタ 5…抵抗 6…ツェナーダイオード(定電圧素子) 21…パワーMOSFET(スイッチング素子) 2…トランジスタ 28a…第1ホトカプラのトランジスタ部 28b…第1ホトカプラのダイオード部 32…コンデンサ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 トランスの二次側に出力電圧の変化分を
    検出する第1ホトカプラのダイオード部を含む検出回路
    を備え、前記トランスの一次側に電流をオン・オフする
    スイッチング素子と、このスイッチング素子をドライブ
    するためドライブ回路を備え、前記検出回路の検出結果
    に応じて前記ドライブ回路を構成する前記第1ホトカプ
    ラのトランジスタ部のインピーダンスを制御することに
    より前記スイッチング素子の発振周波数を変化せしめて
    出力電圧を一定に制御する発振周波数変動型スイッチン
    グ電源において、 前記トランスの二次側に挿入された定電圧素子と第2ホ
    トカプラのダイオード部とを備えた直列回路と、 前記検出回路を構成する第1ホトカプラのトランジスタ
    部のコレクタ・エミッタ間に接続された前記第2ホトカ
    プラのトランジスタ部を含むインピーダンス制御回路と
    を備え、 電源スイッチ投入時には前記定電圧素子の不動作により
    前記第2ホトカプラのダイオード部をオフにせしめて前
    記スイッチング素子をオフにし、前記スイッチング素子
    のオン・オフ動作を停止せしめるようにしたことを特徴
    とするスイッチング電源における過電流保護回路。
JP20645692A 1992-08-03 1992-08-03 スイッチング電源における過電流保護回路 Pending JPH0662567A (ja)

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