JPH0715953A - スイッチング電源装置の保護回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 出力短絡等によるスイッチング素子の劣化を
防止し、電源の動作信頼性を向上させる。 【構成】 スイッチング素子近傍の温度を検出する温度
センサ19と、該温度センサ出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ
変換器14と、該Ａ／Ｄ変換器によりタイマ作動時間を可
変できるタイマ回路15とを備え、スイッチング素子近傍
の温度により、負荷短絡検出時から動作停止に至るまで
の時間を決定するような構成をとる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、負荷短絡や過負荷に対
する保護機能を備えたスイッチング電源装置の保護回路
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体技術の進歩とともに、電子
機器は小型軽量化が進み、これらに使用される電源も小
型軽量化が要求されるようになってきた。そこで、小
型，高効率を特長とするスイッチング電源が急速に普及
している。さらに、コンピュータ等の情報処理装置に搭
載されるスイッチング電源においては、高信頼性や安全
性も要求されており、短絡や過熱といった異常状態に対
する保護機能が重要になってきている。例えば、出力短
絡に対しては過電流保護回路等を設け、部品の破壊や発
火が生じないように電流と電圧とを十分低下させる方法
等が採用されている。

【０００３】ここで、図５および図６を用いて従来のス
イッチング電源装置の保護回路の動作を説明する。図５
において、１は交流電圧源、２は交流入力を整流するブ
リッジダイオード、３は整流された入力を平滑するため
のコンデンサ、４は平滑された入力電圧をスイッチング
するスイッチング素子で、ＭＯＳＦＥＴが使用されてい
る。５は一次巻線および二次巻線を有するトランス、６
および７はトランス５の二次巻線に発生するパルス状の
電圧を整流するダイオード、８および９はそれぞれ整流
された電圧を平滑するチョークコイルおよび電解コンデ
ンサ、10はスイッチング素子(ＦＥＴ)４に流れる電流を
電圧に変換する抵抗、11は抵抗10の検出電圧に応じて、
デューティを決定する電流検出回路、12はＦＥＴ４の駆
動周波数を決定する発振器、13は出力電圧と出力設定電
圧との差を検出する誤差検出回路18の出力信号を増幅す
る誤差増幅器、16は発振器12の出力を波形成形するクロ
ック回路、17は発振器12の出力と誤差増幅器13の出力を
比較する比較器、20はＦＥＴ４の駆動出力信号27を制御
する駆動出力制御回路、30はＦＥＴ４の駆動出力信号27
の電圧を検出する駆動出力検出回路である。

【０００４】このような構成のスイッチング電源装置の
保護回路において、正常動作状態(図６のＡの期間)で
は、電流検出回路11の出力信号26は、異常を示す過負荷
検出レベルまで到達していないので、発振器12は一定の
周期Ｔ１で発振する。したがって、クロック回路16の出
力信号25と比較器17の出力信号24により、駆動出力制御
回路20が、二次側出力電圧を一定にするようにＦＥＴ４
の駆動出力信号27を出力する。この状態のとき、ＦＥＴ
４の駆動出力信号27のパルス幅は、比較器17の出力信号
24とクロック回路16の出力信号25により決定される。

【０００５】次に、過負荷等の異常が生じた場合、電流
検出回路11の出力信号26が過負荷検出レベルまで到達す
ると(図６のＣ点)、発振器12は立ち下がりの時定数を変
更し、発振周期を大きくする。したがって、発振器12を
波形成形して得られるクロック回路16の出力信号25の周
波数は大きくなる。また、比較器17の出力信号24により
決定されていたＦＥＴ４の駆動出力信号27のパルス幅
は、電流検出回路11の出力信号26により決定されるよう
になり、その結果、正常状態の場合よりＦＥＴ４の駆動
出力信号27のパルス幅を縮小するように作用する(図６
のｔ１で示される部分)。さらに、過負荷状態が進行
し、発振器12がＴ２，Ｔ３へと大きくなるにつれて、Ｆ
ＥＴ４の駆動出力検出電圧29が次第に低下していき、最
大周期設定電圧まで到達すると、発振器12は予め設定さ
れた最大周期Ｔnにて発振する。このとき、駆動出力制
御回路20は、電流検出回路11の出力信号26によりＦＥＴ
４の駆動出力信号27を最小のパルス幅にするとともに、
その周期を最大にして、過負荷状態に対して、スイッチ
ング素子等に過大なストレスがかからないようにしてい
る。以後、過負荷等の異常状態が解除されない限り、発
振器12は最大周期Ｔnにて発振を継続する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例の構成では、過負荷や短絡状態から最大周期動作に
入るまでの時間が動作温度によらず、一義的に設定され
ているため、高温環境下での過負荷や短絡等の異常に対
し、瞬時的にスイッチング素子等の構成部品にストレス
がかかり、部品の信頼性や安全性が低下するという問題
が生じていた。本発明は上記従来の問題を解決するもの
であり、出力短絡等によるスイッチング素子の劣化を防
止し、電源の信頼性を向上させるスイッチング電源装置
の保護回路を提供することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、トランス一次巻線に流れる電流を検出
する電流検出回路と、該電流検出回路により出力される
信号に応じてデューティを変化させる発振器と、該発振
器からの出力を波形成形するクロック回路と、二次側の
出力電圧と出力設定電圧の差を増幅する誤差増幅器と、
該誤差増幅器と前記発振器の出力を比較する比較器と、
該比較器と前記クロック回路の出力とによりスイッチン
グ素子の駆動パルス幅を決定する駆動出力制御回路と、
該駆動出力制御回路の出力電圧を検出する駆動出力検出
回路と、スイッチング素子近傍の温度を検出する温度セ
ンサと、該温度センサ出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換
器と、該Ａ／Ｄ変換器によりタイマ作動時間を可変でき
るタイマ回路とを備え、スイッチング素子近傍の温度に
応じて、過負荷状態から動作停止に至るまでの時間を決
定するような構成とするものである。

【０００８】

【作用】本発明は上記の構成により、スイッチング素子
の動作温度に応じて過負荷および短絡検出から、スイッ
チング電源の動作停止に至る時間を設定でき、いかなる
動作温度においても構成部品の安全動作領域内で動作さ
せることができる。

【０００９】

【実施例】本発明の一実施例を図１および図２を用いて
説明する。ここで、図１および図２において、従来例の
図５および図６と重複する部分の説明は省略する。すな
わち、本実施例においては、図１に示すように、スイッ
チング素子(ＦＥＴ)４近傍の温度を検出する温度センサ
19と、温度センサ19の出力信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ
変換器14と、Ａ／Ｄ変換器14の出力により作動時間を設
定するタイマ回路15とを設け、スイッチング素子近傍の
温度に応じて、過負荷状態から動作停止に至るまでの時
間を決定するような構成をとる。このような構成のスイ
ッチング電源装置の保護回路において、正常動作状態で
は、従来例と同様の動作をする。

【００１０】次に、過負荷等の異常状態が発生した場
合、電流検出回路11の出力信号26が過負荷検出レベルま
で到達すると(図２のＣ点)、発振器12は立ち下がりの時
定数を変更し、発振周期を大きくする。したがって、発
振器12を波形成形して得られるクロック回路16の出力信
号25の周波数は大きくなる。また、比較器17の出力信号
24により決定されていたＦＥＴ４の駆動出力信号27のパ
ルス幅は、電流検出回路11の出力信号26により決定され
るようになり、その結果、正常状態の場合よりＦＥＴ４
の駆動出力信号27のパルス幅を縮小するように作用する
(図２のｔ１で示される部分)。ここまでの動作は、従来
例と同様の動作を行う。さらに、過負荷状態が進行し、
発振器12の発振周期がＴ２，Ｔ３へと大きくなるにつれ
て、ＦＥＴ４の駆動出力検出電圧29が次第に低下してい
き、タイマ起動電圧まで到達すると、タイマ回路15が動
作を開始する。タイマの動作時間は、温度センサ19の出
力電圧をＡ／Ｄ変換することにより、２のｎ乗通り(ｎ
はＡ／Ｄ変換器の出力ビット数)に分類されている設定
値の中から１つが選ばれる。Ａ／Ｄ変換器14により設定
された所定の時間が経過すると、駆動出力制御回路20に
より、ＦＥＴ４の駆動出力信号27を遮断し、スイッチン
グ電源としての動作を停止させる。高温動作状態では、
スイッチング素子の安全動作領域の境界近傍で動作して
いるので、タイマ時間を短く設定することにより、スイ
ッチング素子へストレスがかからないようにする。

【００１１】ここで、図３および図４を用いて、さらに
本発明の一実施例を詳しく説明する。図３は温度センサ
にサーミスタを使用し、４ビットのＡ／Ｄ変換器を用い
た場合の検出温度とタイマ設定値の関係を示す説明図、
図４はスイッチング素子の温度と許容損失の関係を示す
説明図である。サーミスタは温度が高くなるにつれて、
その抵抗値が小さくなることを利用した温度センサであ
り、図３に示すように検出温度、すなわちサーミスタの
抵抗値に対してＡ／Ｄコンバータの出力を設定する。ま
た、検出温度が大きくなるにつれて、Ａ／Ｄコンバータ
の出力が小さくなり、タイマ値も小さくなるようにして
いる。

【００１２】このように設定されたスイッチング電源装
置の保護回路において、スイッチング素子温度が30℃で
動作しているときに(図４の点Ｐ１で動作)、負荷の短絡
が発生した場合、タイマ設定値は30℃において1.3μ秒
であり、この時間を経過後にスイッチング電源の動作は
停止する。短絡検出時点において、スイッチング素子の
許容損失はＰ２−Ｐ１の余裕があるため、スイッチング
素子の動作点が許容損失の最大点に達するまでに(ここ
では、1.3μ秒に設定されている)、スイッチングの動作
を停止すればよい。一方、スイッチング素子温度が90℃
で動作しているときに(図４の点Ｐ３で動作)負荷の短絡
が発生した場合、タイマ設定値は90℃において0.7μ秒
であり、動作停止に至る時間はより短くなる。なぜな
ら、短絡検出時点においてスイッチング素子の許容損失
はＰ４−Ｐ３の余裕しかないため、より早くスイッチン
グ素子の動作を停止しなければならないからである。

【００１３】

【発明の効果】本発明は上記実施例から明らかなよう
に、スイッチング素子の動作温度に応じて、出力短絡や
過負荷状態検出時点から動作停止に至る時間を設定する
ことができ、最大定格負荷状態における出力短絡の発生
等によるスイッチング素子の劣化を防止することができ
るという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例におけるスイッチング電源装
置の保護回路の構成図である。

【図２】本発明の一実施例におけるスイッチング電源装
置の保護回路の動作説明図である。

【図３】本発明の一実施例における検出温度とタイマ設
定値の関係を示す説明図である。

【図４】本発明の一実施例におけるスイッチング素子温
度と許容損失の関係を示す説明図である。

【図５】従来例によるスイッチング電源装置の保護回路
の構成図である。

【図６】従来例によるスイッチング電源装置の保護回路
の動作説明図である。

【符号の説明】 １…交流電圧源、 ２…ブリッジダイオード、 ３…コ
ンデンサ、 ４…スイッチング素子(ＭＯＳＦＥＴ)、
５…トランス、 ６，７…ダイオード、 ８…チョーク
コイル、 ９…電解コンデンサ、 10…抵抗、 11…電
流検出回路、 12…発振器、 13…誤差増幅器、 14…
Ａ／Ｄ変換器、 15…タイマ回路、 16…クロック回
路、 17…比較器、 18…誤差検出回路、 19…温度セ
ンサ、 20…駆動出力制御回路、 30…駆動出力検出回
路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 過負荷や短絡等の異常状態をトランス一
   次巻線に流れる電流により検出するスイッチング電源の
   保護回路において、トランス一次巻線に流れる電流を検
   出する電流検出回路と、該電流検出回路により出力され
   る信号に応じてデューティを変化させる発振器と、該発
   振器からの出力を波形成形するクロック回路と、前記ト
   ランスの二次側の出力電圧と出力設定電圧の差を増幅す
   る誤差増幅器と、該誤差増幅器と前記発振器の出力を比
   較する比較器と、該比較器と前記クロック回路の出力と
   によりスイッチング素子の駆動パルス幅を決定する駆動
   出力制御回路と、該駆動出力制御回路の出力電圧を検出
   する駆動出力検出回路と、スイッチング素子近傍の温度
   を検出する温度センサと、該温度センサ出力をＡ／Ｄ変
   換するＡ／Ｄ変換器と、該Ａ／Ｄ変換器によりタイマ作
   動時間を可変できるタイマ回路とを備え、負荷短絡等発
   生時に前記温度センサの出力により決定されるタイマ値
   により負荷短絡検出時からスイッチング電源の動作停止
   に至るまでの時間を決定することを特徴とするスイッチ
   ング電源装置の保護回路。