JPH07123711A - スイッチング電源の過負荷・短絡保護回路 - Google Patents

スイッチング電源の過負荷・短絡保護回路

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JPH07123711A
JPH07123711A JP5260938A JP26093893A JPH07123711A JP H07123711 A JPH07123711 A JP H07123711A JP 5260938 A JP5260938 A JP 5260938A JP 26093893 A JP26093893 A JP 26093893A JP H07123711 A JPH07123711 A JP H07123711A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 応答が良く構成が簡単なスイッチング電源の
保護回路を提供することをその目的とする。 【構成】 本発明のスイッチング電源の過負荷・短絡保
護回路は、スイッチング電源のトランス114の1次側
電流又はスイッチング電源110の負荷電流の一方ある
いは両方が所定の基準電圧134,144を越えている
か否かを検出する第1の手段132〜146と、第1の
手段の検出出力に応じて、1次側電流あるいは負荷電流
が基準電圧134,144を越えている場合に、スイッ
チング電源110への電源の供給を一定期間停止する第
2の手段120,152,154とを備えることを特徴
とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、スイッチング電源のト
ランスの1次側電流又はスイッチング電源の負荷電流を
検出して過負荷状態・短絡状態でスイッチング電源の保
護をするための回路技術に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、高効率であることから安定化電源
としてスイッチング電源が多くの機器に用いられるよう
になっている。スイッチング電源の類型としては、例え
ば、「トランジスタ技術special No.28 」にあるよう
に、パワートランジスタの回路形式によってシングルタ
イプ−プッシュプルタイプ,自励式−他励式と大別で
き、安定化制御方式としてPWM方式,RCC方式など
様々なものがある。この様な、スイッチング電源におい
て過負荷や出力が短絡していたりすると、トランスなど
に接続されたパワートランジスタやパワーFETが破壊
してしまうことから、垂下特性,フの字特性をもたせる
ことなどにより、何等かの保護対策がなされる。
【0003】また、例えば、公報「特公平1−2080
8」の第3図にあるように、PWM方式のスイッチング
電源において、双安定マルチバイブレータを用いて、一
定期間過電流があったときにパワートランジスタやパワ
ーFETに電流が流れないようにしてしまうものがあ
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述の公報のような保
護回路では、一度過電流が検出されると、双安定マルチ
バイブレータがセットされ電流が流れない状態が保持さ
れ、過電流が流れなくなったとしてもこれを手動でリセ
ットしなければ動作状態に復帰しない。すなわち、自動
復帰機能がなく、ユーザにとって使い難いものになって
いる。また、過電流は一定期間無ければ検出されず、連
続短絡状態の検出の場合応答が遅く、さらに、回路の部
品が多い即ち回路が複雑でコストが大きなものになる。
【0005】そこで、本発明は、応答が良く構成が簡単
なスイッチング電源の保護回路を提供することをその目
的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明のスイッチング電源の過負荷・短絡保護回路
は、スイッチング電源のトランスの1次側電流又はスイ
ッチング電源の負荷電流の一方あるいは両方が所定の基
準値を越えているか否かを検出する第1の手段と、第1
の手段の検出出力に応じて、1次側電流あるいは負荷電
流の一方あるいは両方が基準値を越えている場合に、ス
イッチング電源への電源の供給を一定期間停止する第2
の手段とを備えることを特徴とする。
【0007】ここで、第1の手段は、スイッチング電源
のトランスに流れる電流値を微分して1次側電流の値を
検出する1次側電流検出回路と、負荷電流の値を検出す
る負荷電流検出回路と、1次側電流及び負荷電流検出回
路の検出出力と所定の基準電圧とを比較し、1次側電流
又は負荷電流のいずれかが基準値を越えているか否かを
検出する比較回路とを含んで構成され、第2の手段は、
スイッチング電源への電源の供給を制御するスイッチ素
子と、比較回路の比較結果から、スイッチ素子のオンオ
フを制御する制御回路と、1次側電流又は負荷電流が第
1又は第2の基準値を越えている場合に、一定期間スイ
ッチ素子をオフにするためのタイマ回路とを含んで構成
されていることを特徴としても良い。
【0008】比較回路は、1次側電流の値と所定の第1
の基準電圧とを比較し、1次側電流が第1の基準値を越
えているか否かを検出する第1の比較部と、負荷電流の
値を検出する負荷電流検出回路と、負荷電流検出回路の
検出出力と所定の第2の基準電圧とを比較し、負荷電流
が第2の基準値を越えているか否かを検出する第2の比
較部とを含んで構成され、第1及び第2の比較部の比較
結果から1次側電流又は負荷電流のいずれかが基準値を
越えているか否かを検出することを特徴としても良い。
【0009】比較回路は、負荷電流検出回路の検出出力
と1次側電流の検出出力と加えて所定の基準電圧とを比
較し、1次側電流又は負荷電流のいずれかが基準電圧を
越えているか否かを検出することを特徴としても良い。
【0010】
【作用】本発明の過負荷・短絡保護回路では、第1の手
段でスイッチング電源の1次側電流が所定の第1の基準
値を越えているか否かが検出され、第2の手段でスイッ
チング電源の負荷電流が所定の第2の基準値を越えてい
るか否かが検出される。第1及び第2の手段の検出出力
に応じてスイッチング電源への電源の供給は、第3の手
段で制御されており、1次側電流が第1の基準値を越え
ているか、あるいは、負荷電流が第2の基準値を越えて
いる場合に、スイッチング電源への電源の供給が停止し
た状態になる。したがって、1次側電流あるいは負荷電
流が上記基準値を越えるような過負荷状態あるいは短絡
状態であると、スイッチング電源への電源の供給が一定
期間停止状態になる。
【0011】そして、この一定期間経過後、1次側電流
あるいは負荷電流が上記基準値を越えていなければ、ス
イッチ素子がオンになり、スイッチング電源へ電源が供
給される。即ち、自動的に動作状態に復帰し得る。
【0012】上記基準値を越えていれば、1次側電流あ
るいは負荷電流が検出され、電源の供給が再び一定期間
停止される。ここで、1次側電流あるいは負荷電流が上
記基準値を越えた状態が続いていれば、1次側電流ある
いは負荷電流の検出、電源の供給の停止という動作が一
定期間の周期で繰り返されるようになって、過負荷状態
あるいは短絡状態が短い周期でチャタリングするのが押
さえられる。そのため、スイッチング電源が過負荷状態
あるいは短絡状態で発熱し破壊するのが防止され、スイ
ッチング電源への電源の回路の保護をすることができ
る。
【0013】
【実施例】本発明の実施例を図面を参照して説明する。
図1は、本発明の過負荷・短絡保護回路のブロック構成
図を示したもので、他励式プッシュプルタイプのスイッ
チング電源の場合の例を示したものである。図のスイッ
チング電源110は、その電源からの入力Vinを発振回
路112のスイッチ素子でスイッチングし、トランス1
14で昇圧した後に整流回路116で整流し、安定化出
力Vout としている。出力電圧Vout は、発振回路11
2にフィードバックしてPWM方式で安定化制御するな
ど周知の方法で安定化される。
【0014】トランス114の1次側電流は、1次側電
流検出部132によって検出され、基準電圧源134の
電圧Vref1と比較される。トランスの1次側電流が基準
電圧Vref1よりも大きければ、比較回路136から検出
信号が出力される。
【0015】一方、スイッチング電源110の負荷電流
は、負荷電流検出部142によって検出され、基準電圧
源144の電圧Vref2と比較される。負荷電流が基準電
圧Vref2よりも大きければ、比較回路146から検出信
号が出力される。OR回路154は、比較回路136,
146からの検出信号のORをとり、いずれか一方から
検出信号があれば、単安定マルチバイブレータ152に
トリガパルスを出力する。これらによって第1の手段が
構成される。
【0016】単安定マルチバイブレータ152は、OR
回路154からのトリガパルスがあると、スイッチング
電源110への電源の供給を制御する制御回路120に
一定期間の制御パルスを送って、制御回路120からス
イッチング電源110へ電源を供給するのをその一定期
間停止する。そして、一定期間経過後、スイッチング電
源110へ電源が供給され、1次側電流検出部132に
よってトランスの1次側電流が、負荷電流検出部142
によって負荷電流がモニタされ、これらにいずれかが上
記基準電圧Vref1,Vref2を越えていれば、上記動作に
よってスイッチング電源110への電源の供給が停止さ
れる。
【0017】制御回路120は、後述するようにトリガ
パルスによって制御されるスイッチ素子で構成される。
これらによって第2の手段が構成される。
【0018】図2は、図1に示した過負荷・短絡保護回
路のブロック構成を具体的な回路で構成した一例を示し
たものであり、図1の構成各部に相当するものを同一の
符号を用いて示している。
【0019】スイッチング電源110のスイッチ素子と
しては、発振回路112によってトランス114に流れ
る電流をスイッチするパワートランジスタTr1 を用い、
整流回路116には、トランス114で昇圧した電圧を
さらに昇圧する倍電圧回路を用いている。その整流出力
は、抵抗を介して安定化出力Vout としている。また、
出力電圧Vout を発振回路112にフィードバックして
安定化制御がなされている。
【0020】パワートランジスタTr1 のエミッタには、
小さな値のエミッタ抵抗Re が接続されており、パワー
トランジスタTr1 が発振回路112からの方形波によっ
てオンになると、トランス114に電流が流れる。この
電流に比例した電圧がエミッタ抵抗Re に現れる。これ
を微分することによってトランス114の1次側電流を
検出し得る。比較器136の正入力に接続された抵抗R1
32,コンデンサC132はそのための回路(符号132)で
ある。抵抗R132,コンデンサC132を小さな値にすること
により抵抗Re の立上がり時に電流が流れるとともに速
やかにCを充電することによって、微分した電圧が比較
器136の正入力に現れる。抵抗Re を小さくすること
でCの放電を速やかに行っている。こうして微分回路が
構成されている。
【0021】比較器136は、その正入力が負入力の基
準電圧134よりも大きければ(トランスの1次側電流
が所定の基準値よりも大きければ)、その出力はハイ状
態になり、小さければロー状態になる。比較器136及
び基準電圧134の回路構成については周知の方法で構
成できるのでその説明は省略する。
【0022】整流回路116の出力のグランド側には、
小さな値の抵抗R142と平滑用コンデンサC142(符号14
2)が接続されており、整流回路116の負荷電流に比
例した電圧がこれらの両端に現れる。比較器146は、
その正入力が負入力の基準電圧144よりも大きければ
(負荷電流が所定の基準値よりも大きければ)、その出
力はハイ状態になり、小さければロー状態になる。比較
器146及び基準電圧144の回路構成については周知
の方法で構成できるのでその説明は省略する。
【0023】OR回路154は、図のように、ダイオー
ドロジック及びトランジスタによるインバータを用いて
構成され、1次側電流及び負荷電流が所定の基準値より
も大きければ、単安定マルチバイブレータ152にトリ
ガパルスを出力する。このトリガパルスは負論理である
(OR回路154は正確に表現すればNOR回路であ
る)。単安定マルチバイブレータ152の回路は周知の
ものであり、そのパルス幅は、コンデンサC12,抵抗
R12,R14で任意に決定することができる。この出
力も負論理であり、ローレベルのときにトランジスタT
r120はオフ、ハイレベルのときにトランジスタTr
120はオンになる。
【0024】スイッチング電源110の出力が短絡状態
あるいは1次側電流及び負荷電流が所定の基準値よりも
大きければ、これが回路132,142で検出され、O
R回路154から単安定マルチバイブレータ152にト
リガパルスが出力される。単安定マルチバイブレータ1
52の出力により、ローレベルのときにトランジスタT
r120はオフ状態となって、トランスの1次側に電流
が流れなくなってスイッチング電源110の出力を停止
させる。
【0025】そして単安定マルチバイブレータ152の
出力は、コンデンサC12,抵抗R12,R14で設定
されたパルス幅の一定期間経過後、ハイレベルとなり、
トランジスタTr120はオンになる。スイッチング電
源110の動作が再開され、トランスの1次側に電流が
流れるとともに安定化電源出力が現れる。
【0026】ここで、短絡状態あるいは1次側電流及び
負荷電流が所定の基準値よりも大きければ、回路13
2,142で検出され、スイッチング電源110は停止
状態に戻る。このとき、負荷電流を検出するだけであれ
ば、トランスの1次側に大きな突入電流が流れ、1次側
の回路、特にトランジスタTr1の発熱が大きくなる
が、トランスの1次側電流を検出することにより、この
突入電流を速やかに検出することができるようになり、
トランスの1次側電流の平均値を減少させ得るようにな
り、発熱などを減少させ、短絡状態での回路の保護を良
好に行うことができる。
【0027】図3は、負荷の状態によって比較器136
の正入力(トランスの1次側電流の微分値),マルチバ
イブレータ出力,負荷電流の様子を示したものである
(最上段aは、負荷の状態を示したもので、上になるほ
ど負荷が大きい)。
【0028】まず、領域Iのように負荷が定格よりも大
きくなると、負荷電流の増加とともに(最下段d)、1
次側電流の微分値も大きくなる(2段目b)。1次側電
流又は負荷電流がしきい値を越えるまでは、スイッチン
グ電源110は通常の動作とほぼ同じで、安定化電源と
して動作する。
【0029】領域IIのように負荷が大きくなり、1次側
電流又は負荷電流がしきい値を越えると、比較器13
6,146の出力はハイになり、単安定マルチバイブレ
ータ152にトリガパルスが出力される。単安定マルチ
バイブレータ152で決められた一定期間、トランジス
タTr120はオフ状態になり、スイッチング電源11
0への電力の供給が停止する。
【0030】負荷が大きく、1次側電流又は負荷電流が
しきい値を越える状態が続いていると、一定期間経過後
単安定マルチバイブレータ152の状態が復帰し、トラ
ンジスタTr120はオンになってスイッチング電源1
10が動作する。1次側電流又は負荷電流が検出され、
単安定マルチバイブレータ152にトリガパルスが出力
されて、一定期間トランジスタTr120はオフ状態に
なる。これを示したのが、領域II〜IVであり、過負荷状
態であるいは短絡状態でスイッチング電源110が動作
する期間が相対的に非常に短くなっている。領域III ,
IVのように負荷が大きくなり、短絡状態になると、1次
側電流が増加するが、スイッチング電源110が動作す
る期間は非常に短い。
【0031】そして、領域Vのように定格負荷に戻る
と、単安定マルチバイブレータ152の状態が復帰し、
スイッチング電源110が動作したときに、1次側電流
又は負荷電流がしきい値以下になっているので、トラン
ジスタTr120はオンのままになり、スイッチング電
源110の動作が復帰する。この様に、自動的に動作状
態に復帰し、また、過負荷状態あるいは短絡状態ではあ
れば、スイッチング電源110が動作する期間が非常に
短く、発熱で破壊するのを防止される。この様に、回路
の保護をするとともに自動的に動作状態に復帰ことを簡
単な構成で実現できる。
【0032】また、単安定マルチバイブレータ152の
パルス幅を、コンデンサC12,抵抗R12,R14に
て適度に設定することにより、負荷短絡時におけるトラ
ンスの1次側電流の平均値を定格負荷時の1/10程度
にすることができる。
【0033】図4は、他の構成例を示したものであり、
図1又は2の構成各部に相当するものを同一の符号を用
いて示している。前述の図1又は2では、動作を分かり
易くするために、2つの比較回路136,146を用
い、その比較結果をOR演算する場合を示した。図2の
構成では、基準電圧134,144を適当に定めること
で、トランスの1次側電流,負荷電流に対する設定値を
それぞれ自由に定め得るという利点が有る。
【0034】一方、エミッタ抵抗Re 及び抵抗R142を適
当に定めることにより、基準電圧134,144を同じ
値にすることができ、構成を簡素化し得る。図4の構成
では、こうして構成を簡素化するために1次側電流検出
部132及び負荷電流検出部142の検出結果を加えた
後、トランスの1次側電流または負荷電流が基準値を越
えているかどうかによって単安定マルチバイブレータ1
52にトリガパルスを出力するようにしたものである。
【0035】図4の回路では、比較器Q154の正入力
に接続された抵抗R132,コンデンサC132は、図2と同
様、エミッタ抵抗Re に現れる電圧を微分するための回
路である。また、抵抗R142,コンデンサC142は、整流回
路116の負荷電流を検出するための回路である。これ
ら抵抗R132,コンデンサC132及び抵抗R142,コンデンサ
C142の検出出力は、比較器Q154の正入力に接続され
ており、比較器Q154の負入力の基準電圧Vref0より
も大きければ(トランスの1次側電流または負荷電流が
所定の基準値よりも大きければ)、その出力はハイ状態
になり、小さければロー状態になる。この回路では、こ
の基準値を定格負荷の130%のレベルに設定してい
る。そして、図2と同様に、トランジスタTr120の
オン,オフの制御を行っている。なお、抵抗R132及び抵
抗R142を比較的小さい値にしている事から、コンデンサ
C132の放電を速やかに行うようになっている。
【0036】負荷の状態を図3(a)のように変化させ
たときの動作は図2の場合とほぼ同じであり、トランス
の1次側電流の微分値,マルチバイブレータ出力,負荷
電流、図3に示したようになる。トランスの1次側電流
すなわち負荷の状態が定格負荷の130%以上になった
ときに、トランジスタTr120はオフになる(領域II
以降)。
【0037】図4の構成においても、負荷電流を検出す
るだけであれば、過負荷あるいは短絡状態では、トラン
スの1次側に定格負荷の130%をこえる大きな突入電
流が流れ、1次側の回路、特にトランジスタTr1への
ダメージが大きい(これについてはトランスの1次側電
流を積分して検出する場合も同じである)。しかし、図
4の構成では、トランスの1次側電流の微分値もあわせ
て検出することにより、突入電流が定格負荷の130%
をこえればこれを速やかに検出することができるように
なり、上述のダメージを押さえることができるのであ
る。
【0038】1次側電流の微分値だけを検出するように
した場合、定格負荷時において、電源起動の際には突入
電流が流れ、その後の定常状態でのトランスの1次側電
流はこの突入電流の1/2以下になる。そのため、電源
起動の際と定常状態とで異なった基準値を設定する必要
がある。もし、同じ設定であると、定格負荷の定常状態
の2倍以上で保護をするような基準値になってしまう。
【0039】しかし、図4の構成では、定格負荷の定常
状態では抵抗R142に負荷電流に応じた電流が流れ、一定
の電圧がかかっており、電源起動の際ではこの抵抗R142
の両端電圧は0である。そのため、回路の定数を適当に
定めることで、定格負荷時の電源起動の際の突入電流と
過負荷時の電源起動の際の突入電流との差を信号として
取り出すことができ、トランスの1次側電流及び負荷電
流の両方について定格負荷の130%の基準値にするこ
とが非常に簡単な構成でできる。また、この基準値をこ
えた場合のスイッチング電源110を保護する動作を迅
速に行うことができる。
【0040】
【発明の効果】以上の通り本発明によれば、トランスの
1次側電流あるいは負荷電流の検出、電源の供給の停止
という動作が一定期間の周期で繰り返されるようになっ
て、この一定期間経過後、トランスの1次側電流あるい
は負荷電流が上記基準値を越えていなければ、スイッチ
素子がオンになり、自動的に動作状態に復帰し得る。ま
た、過負荷状態あるいは短絡状態であれば、スイッチン
グ電源が過負荷状態あるいは短絡状態で発熱し破壊する
のを防止しつつスイッチング電源への電源の供給を停止
して、回路の保護をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の過負荷・短絡保護回路のブロック構成
図。
【図2】本発明の過負荷・短絡保護回路の回路図。
【図3】本発明の過負荷・短絡保護回路の動作を示す
図。
【図4】本発明の過負荷・短絡保護回路の回路図。
【符号の説明】 110…スイッチング電源、114…トランス、116
…整流回路、120…制御回路、132…1次側電流検
出部、134…基準電圧源、144…負荷電流検出部、
136…比較回路、144…基準電圧源、146…比較
回路、154…OR回路、152…単安定マルチバイブ
レータ、 Tr120…トランジスタ。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 スイッチング電源のトランスの1次側電
    流又は前記スイッチング電源の負荷電流の一方あるいは
    両方が所定の基準値を越えているか否かを検出する第1
    の手段と、 前記第1の手段の検出出力に応じて、前記1次側電流あ
    るいは前記負荷電流の一方あるいは両方が前記基準値を
    越えている場合に、前記スイッチング電源への電源の供
    給を一定期間停止する第2の手段とを備えることを特徴
    とするスイッチング電源の過負荷・短絡保護回路。
  2. 【請求項2】 前記第1の手段は、前記スイッチング電
    源のトランスに流れる電流値を微分して前記1次側電流
    の値を検出する1次側電流検出回路と、前記負荷電流の
    値を検出する負荷電流検出回路と、前記1次側電流及び
    前記負荷電流検出回路の検出出力と所定の基準電圧とを
    比較し、前記1次側電流又は前記負荷電流のいずれかが
    前記基準値を越えているか否かを検出する比較回路とを
    含んで構成され、 前記第2の手段は、前記スイッチング電源への電源の供
    給を制御するスイッチ素子と、前記比較回路の比較結果
    から、前記スイッチ素子のオンオフを制御する制御回路
    と、前記1次側電流又は前記負荷電流が前記第1又は第
    2の基準値を越えている場合に、一定期間前記スイッチ
    素子をオフにするためのタイマ回路とを含んで構成され
    ていることを特徴とする請求項1記載のスイッチング電
    源の過負荷・短絡保護回路。
  3. 【請求項3】 前記比較回路は、 1次側電流の値と所定の第1の基準電圧とを比較し、1
    次側電流が第1の基準値を越えているか否かを検出する
    第1の比較部と、 負荷電流の値を検出する負荷電流検出回路と、負荷電流
    検出回路の検出出力と所定の第2の基準電圧とを比較
    し、負荷電流が第2の基準値を越えているか否かを検出
    する第2の比較部とを含んで構成され、 第1及び第2の比較部の比較結果から前記1次側電流又
    は前記負荷電流のいずれかが前記基準値を越えているか
    否かを検出することを特徴とする請求項2記載のスイッ
    チング電源の過負荷・短絡保護回路。
  4. 【請求項4】 前記比較回路は、前記負荷電流検出回路
    の検出出力と前記1次側電流の検出出力と加えて所定の
    基準電圧とを比較し、前記1次側電流又は前記負荷電流
    のいずれかが前記基準電圧を越えているか否かを検出す
    ることを特徴とする請求項2記載のスイッチング電源の
    過負荷・短絡保護回路。
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