JPH0687654B2 - スイツチング電源回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はスイツチング電源回路に係り、特に入力側およ
び出力側の過電圧から回路を保護するに好適な過電圧保
護回路を有するスイツチング電源回路に関する。

〔従来の技術〕

従来一般に電力線交流電圧は世界の各地域によつて異な
り、大別するとAC100V〜120V付近とAC200V〜240V付近が
主に使用されていて、この２種の交流電源電圧は一方が
他方の約２倍である。このため従来のスイツチング電源
回路では交流入力電圧の100V系と200V系とで整流方式を
切り換えて両方に適用できるようにしていた。

第３図は従来のこの種のスイツチング電源回路での整流
回路方式の切換えの説明用回路図である。第３図におい
て、１は交流入力端子、３は整流ダイオードブリツジ、
４は交流電圧切換スイツチ、5,6は平滑用コンデンサで
ある。この構成で、交流入力端子１の交流入力が100V系
では切換スイツチ４をオンにして入力整流回路を倍電圧
整流回路として動作させる一方、交流入力が200V系では
切換スイツチ４をオフにして全波整流回路として動作さ
せるように整流方式を切換えることにより、ほぼ同等な
直流入力電圧をインバータ部分に供給するようにしてい
る。

しかしこの整流方式の切換スイツチ４を誤つて切り換え
ると、交流入力がAC200V系の場合にAC100系の場合のよ
うに切換スイツチ４をオンにしたときには、AC200Vを倍
電圧整流するので整流された直流入力電圧は所定の電圧
の２倍になるため、インバータ部分のスイツチング素子
の破壊もしくは寿命低下をまねく結果になるが、この素
子に異常をきたすまでユーザには切換スイツチ４の誤設
定が判らない問題がある。このような問題を防止する手
段として、たとえば特開昭58−151817号公報のスイツチ
ング方式の電源回路の過電圧保護回路が開示されてい
る。

第４図は従来のスイツチング電源回路の過電圧保護回路
の要部を例示する１次側過電圧検出回路図である。第４
図において、８はパルス幅変調回路、９はスイツチング
トランジスタ、11はスイツチングトランス、12はツエナ
ーダイオード、13はトランジスタ、25は整流ダイオー
ド、26は平滑用コンデンサ、36は検出抵抗である。この
構成で、直流入力電圧が高くなると検出抵抗36の電圧降
下が大きくなるので、トランジスタ13のオン電圧より大
きくなるとトランジスタ13がオン状態となり、したがつ
てスイツチングトランジスタ９のベースにパルス幅変調
回路８のパルスが加わらなくなり、これによりトランジ
スタ９はオフとなつてトランジスタ９が保護されるとと
もに、出力電圧が出なくなつて回路の動作を停止させ
る。一方でスイツチング電源回路での出力電圧の安定化
はスイツチングトランス11の１次側のスイツチングトラ
ンジスタ９のオン期間の制御により行なつているが、こ
の制御部のパルス幅変調回路８などが故障したときに、
２次側の電圧がある所定値よりも上らないように保護す
る必要がある。

第５図は従来のスイツチング電源回路の過電圧保護回路
の要部を例示する２次側過電圧検出回路図である。第５
図において、第４図と同一符号は同一部分を示すほか、
27はフオトカプラー、28は誤差増幅器、29は基準電圧
源、30は電圧調整用可変抵抗、37は２次側の過電圧の検
出回路、38はツエナーダイオード、39はフオトカプラー
である。この構成で、一般に２次側の検出回路37でスイ
ツチングトランス11の２次側の直流電圧の過電圧を検出
し、フオトカプラー39を介して１次側のスイツチングト
ランジスタ９のオン期間を短かくすることにより回路を
保護している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このように従来技術のスイツチング電源回路では、過電
圧保護回路の１次側の過電圧検出と２次側の過電圧検出
を別々の検出回路で行なつているため、両方の過電圧保
護を実現しようとする回路が複雑になる問題点があるう
え、整流出力直流電圧が検出点付近で変動する場合には
回路の動作が停止したり再び動作したりすることになる
ので、そのような動作に対して負荷される機器の動作が
不安定となる悪影響について配慮などがなされていなか
つた。

本発明の目的は１次側および２次側の過電圧を簡略な回
路で容易に検出して、交流入力100V/200Vの交流電圧切
換スイツチ（１次側電圧切換スイツチ）の誤設定による
回路故障や負荷異常動作をおこさずに誤設定をユーザに
容易に検知させうる過電圧保護回路を有する安全かつ高
信頼性で経済的なスイツチング電源回路を提供するにあ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、スイツチング電源回路のスイツチングトラ
ンスの１次側に過電圧の検出巻線を設け、この検出巻線
より１次側直流電圧および２次側出力電圧の両方を検出
するとともに、少なくとも一方の極性で過電圧を検出し
たときスイッチングトランジスタをオフする過電圧保護
回路を設けたことにより達成される。また過電圧保護回
路として、上記過電圧になったときにスイッチングトラ
ンジスタをオフするとそのオフ状態をホールドするラッ
チ回路を設け、かつ該ラツチ回路の電源を１次側直流電
圧とからとつて電源スイツチをオフしないとこの状態を
解除できないようにすることにより達成される。

〔作用〕

本発明のスイツチング電源回路の過電圧保護回路は１次
側および２次側の両方の過電圧を１次側の同一の検出巻
線より検出し同一の制御回路で過電圧保護の制御を行な
つているので回路が簡略化されるとともに、ラツチ回路
を設けているので電圧切換スイツチの誤設定による負荷
異常動作に対して電源回路および負荷を共に保護するこ
とができ、かつ過電圧を検出して動作を停止させるので
ユーザに対して容易に異常を検知せしめうる。

〔実施例〕

以下に本発明の一実施例を第１図および第２図により説
明する。

第１図は本発明によるスイツチング電源回路の一実施例
を示す回路図である。第１図において、１は交流入力端
子、２は入力フイルタ、３は整流ダイオードブリツジ、
４は交流電圧切換スイツチ（１次側電圧切換スイツ
チ）、5,6は平滑用コンデンサ、７はスイツチング用発
振回路、８はパルス幅変調回路（PWM回路）、９はスイ
ツチングトランジスタ、10は過電流検出抵抗、11はスイ
ツチングトランスである。12はツエナーダイオード、13
はトランジスタ、14はダイオード、15,16はトランジス
タ、17はコンデンサ、18はトランジスタ、19はツエナー
ダイオード、20,21はダイオード、22はツエナーダイオ
ード、23は抵抗、24はダイオードである。25は整流ダイ
オード、26は平滑用コンデンサ、27はフオトカプラー、
28は誤差増幅器、29は基準電源、30は電圧調整用可変抵
抗である。31は過電圧の検出巻線、32は１次側巻線（入
力巻線）、33は１次側巻線（入力巻線）コールド側、34
は２次側巻線（出力巻線）、35は出力端子である。

この構成で、交流入力端子１に交流入力電圧が入力さ
れ、入力フイルタ（ノイズフイルタ）２を通して、整流
ダイオード（ブリツジ）３と平滑用コンデンサ5,6と入
力交流電圧切換スイツチ（１次側電圧切換スイツチ）４
とからなる整流回路で直流電圧に変換され、この直流電
圧がスイツチングトランス11の１次側巻線32とスイツチ
ングトランジスタ９の直列回路に供給される。このさ
い、上記のような交流入力が100V系の場合には切換スイ
ツチ４をオンとして倍電圧整流動作させる一方、交流入
力が200V系の場合には切換スイツチ４をオフとして全波
整流動作させることにより、ほぼ同等の直流電圧を供給
できる。スイツチングトランジスタ９のゲートにはスイ
ツチング用発振回路７よりパルス幅変調回路（PWM回
路）８を介してスイツチングパルスが供給され、これに
よりスイツチングトランジスタ９がオン・オフされる。
スイツチングトランス11の２次側巻線34にはスイツチン
グトランジスタ９のオン期間に蓄えられたエネルギーが
オフ期間に伝達され、整流ダイオード25と平滑用コンデ
ンサ26で整流・平滑されて所定の直流電圧となつて出力
端子35から出力され、フライバツク形のスイツチング電
源回路としての動作を行なう。出力端子35の直流電圧は
電圧調整用可変抵抗30で分圧されて誤差増幅器28に入力
され、基準電源29の基準電圧と比較されてその比較出力
が１次側と２次側を分離するためのフオトカプラー27を
介してパルス幅変調回路８に制御入力として供給され、
これにより出力端子35の直流電圧の変動に対してパルス
幅変調回路８のパルス幅が変化されて出力直流電圧が一
定値に保たれる。このスイツチング電源回路のスイツチ
ングトランス11の１次側には過電圧の検出巻線31が設け
られる。

第２図は第１図のスイツチングトランス11の１次側巻線
コールド側33の電圧波形および検出巻線31の電圧波形例
図である。第２図において、１次側巻線（入力巻線）コ
ールド側33の電圧はスイツチングトランジスタ９のオフ
期間に入力直流電圧（１次側直流電圧）V_Iと出力直流電
圧（２次側直流電圧）V₀による（ni/n₀）・V₀とリンケ
ージインダクタンスによる電圧Vlとの和の電圧となる。
ただしniはトランス11の１次側巻線（入力巻線）32の巻
線、n₀は２次側巻線（出力巻線）34の巻数である。これ
により１次側に設けられた検出巻線31に発生する電圧は
スイツチングトランジスタ９のオン期間の電圧V₁とする
と次式となる。

V₁＝（n₂/ni）・V_I ……（１） ただしn₂は検出巻線31の巻数である。（１）式よりオン
期間の電圧V₁は１次側直流電圧（入力直流電圧）V_Iに比
例する。またスイツチングトランジスタ９のオフ期間の
電圧V₂とすると次式となる。

V₂＝−（n₂/n₀）・V₀ ……（２） （２）式よりオフ期間の電圧V₂は２次側直流電圧（出力
直流電圧）V₀に比例する。したがつてスイツチングトラ
ンス11の入力側に設けた１個の検出巻線31より１次側
（入力側）の過電圧および２次側（出力側）の過電圧を
共に検出することができる。

この過電圧の検出巻線31のホツト側（巻始め側）にダイ
オード20とダイオード24を逆極性に並列接続し、ダイオ
ード20で検出巻線31に発生する負の電圧つまり２次側の
過電圧を検出して、ツエナーダイオード19で決まる電圧
以下になるとトランジスタ18のベース電圧を下つてトラ
ンジスタ18がオンになる。トランジスタ18がオンになる
とトランジスタ13およびトランジスタ16がオンする。ト
ランジスタ13がオンすると、メインのスイツチングトラ
ンジスタ９のゲートにパルス幅変調回路８のスイツチン
グパルスが加わらないのでスイツチングトランジスタ９
はオフ状態となり、したがつて２次側の電圧は発生され
なくなつて２次側の過電圧から保護される。またトラン
ジスタ16がオンすることにより、トランジスタ18のベー
ス電圧が下つて一巡ループがこの状態をホールドし、２
次側の出力電圧が下つてツエナーダイオード19がオフし
てもスイツチングトランジスタ９のオフ状態をホールド
し続ける。トランジスタ18のベースのコンデンサ17はこ
のラツチ回路の誤動作防止の役目をする。

またダイオード24で検出巻線31に発生する正の電圧つま
り１次側の過電圧を検出して、ツエナーダイオード22で
決まる電圧以上になるとツエナーダイオード22がオンし
て抵抗23の電圧が上がり、これによりダイオード21を介
してトランジスタ16のベース電圧が上つてトランジスタ
16がオンになる。トランジスタ16がオンになるとトラン
ジスタ18のベース電圧が下つてトランジスタ18がオン
し、さらにトランジスタ18がオンするとトランジスタ13
がオンする。トランジスタ13がオンすると、メインのス
イツチングトランジスタ９のゲートにスイツチングパル
スが加わらないのでスイツチングトランジスタ９はオフ
状態となり、したがつて１次側の過電圧から保護され
る。またトランジスタ18がオンすることにより、トラン
ジスタ16のベース電圧が上つて一巡ループがこの状態を
ホールドし、１次側の入力電圧が下つてツエナーダイオ
ード22がオフしてもスイツチングトランジスタ９のオフ
状態をホールドし続ける。この状態は１次側の直流電圧
がなくなるまで維持される。このようにして１次側の過
電圧を検出して回路の動作を停止させ、ユーザに交流電
圧切換スイツチ（１次側電圧切換スイツチ）４の誤設定
を容易に検知させる。なお過電流の検出抵抗10を流れる
電流が所定値を越えるのをダイオード14で検出し、トラ
ンジスタ15のベース電圧がオン電圧を越えるとトランジ
スタ15がオンして、上記と同様にトランジスタ18がオン
し、さらにトランジスタ13,16がオンしてその状態をホ
ールドし、メインのスイツチングトランジスタ９をオフ
状態にして過電流から保護する。

このように本実施例によれば、スイツチングトランスの
１次側に過電圧の検出巻線を設け、検出巻線の端子間電
圧を両極性について監視することにより同一巻線で１次
側および２次側の両方の過電圧を検出し、少なくとも一
方の極性について１次側または２次側の過電圧を検出し
た場合には共用の制御回路によりスイツチングトランジ
スタをオフする回路構成のため、過電圧保護回路が集約
して簡略化され経済的である。さらにこの過電圧保護回
路をラツチ回路により構成してかつ該ラツチ回路の電源
を１次側の直流電圧からとつているため、過電圧を一度
検出すると電圧が低下してもスイツチングトランジスタ
のオフ状態をホールドして１次側の直流電圧がなくなる
までホールドを維持し、したがつて電源スイツチをオフ
してから再びオンしなければラツチ回路の電源が起動し
ないので、確実に回路を保護してユーザにも容易に異常
を検知せしめうる。かくしてスイツチング電源回路の入
力交流電圧切換スイツチ（１次側電圧検出スイツチ）を
誤操作した場合には、整流された１次側の直流電圧また
は２次側の出力電圧が規定値を越えると、スイツチング
トランジスタをオンさせ回路の動作を停止させて過電圧
から電源回路および負荷を保護することができて安全性
が向上する。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、スイツチング電源回路の
入力交流電圧切換スイツチ（１次側電圧切換スイツチ）
の誤操作時などの１次側および２次側の過電圧を同一の
検出巻線により検出し、１次側および２次側の少なくと
も一方の極性で過電圧になったときスイッチングトラン
ジスタをオフして過電圧保護するようにしたので、１次
側および２次側の過電圧保護が同一の回路で達成でき、
過電圧保護回路を集約・簡略化して電源回路および負荷
を保護できるので安全性・信頼性・経済性が向上する効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるスイツチング電源回路の一実施例
を示す回路図、第２図は第１図のスイツチングトランス
の１次側巻線コールド側および検出巻線の電圧波形例
図、第３図は従来のスイツチング電源回路の整流方式の
切換え回路図、第４図は従来のスイツチング電源回路の
１次側過電圧検出回路図、第５図は従来のスイツチング
電源回路の２次側過電圧検出回路図である。 １……交流入力端子、３……整流ダイオードブリツジ、 ４……交流電圧切換スイツチ（１次側電圧切換スイツ
チ）、5,6……平滑用コンデンサ、７……スイツチング
用発振回路、８……パルス幅変調回路、９……スイツチ
ングトランジスタ、10……過電流検出抵抗、11……スイ
ツチングトランス、13……トランジスタ、15……トラン
ジスタ、16……トランジスタ、17……コンデンサ、18…
…トランジスタ、19……ツエナーダイオード、20,21…
…ダイオード、22……ツエナーダイオード、23……抵
抗、24……ダイオード、25……整流ダイオード、26……
平滑用コンデンサ、27……フオトカプラー、28……誤差
増幅器、29……基準電源、30……可変抵抗、31……過電
圧検出巻線、32……１次側巻線、34……２次側巻線、35
……出力端子。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭53−50456（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−6389（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−27492（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭56−94191（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭58−121186（ＪＰ，Ｕ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】交流入力を整流回路により整流したスイッ
   チングトランス１次側直流電圧をスイッチングトランジ
   スタによりスイッチングし、スイッチングトランス２次
   側にエネルギーを伝達して直流出力電圧をうるスイッチ
   ング電源回路において、上記スイッチングトランス１次
   側に過電圧検出巻線を設け、該過電圧検出巻線両端間電
   圧を両極性について監視し少なくとも一方の極性で所定
   値以上の過電圧になったときに上記スイッチングトラン
   ジスタをオフする過電圧保護回路を有することを特徴と
   するスイッチング電源回路。
2. 【請求項２】上記過電圧保護回路は、上記過電圧になっ
   たときに上記スイッチングトランジスタをオフするとそ
   のオフ状態を上記スイッチングトランス１次側直流電圧
   が所定値以下に低下するまでホールドすることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載のスイッチング電源回
   路。