JPH07177737A

JPH07177737A - 安定化直流電源装置

Info

Publication number: JPH07177737A
Application number: JP31760993A
Authority: JP
Inventors: Shigeji Yamashita; 茂治山下; Kazuomi Watanabe; 和臣渡辺; Kazutoshi Fuchigami; 和利渕上
Original assignee: Fujitsu Telecom Networks Ltd
Current assignee: Fujitsu Telecom Networks Ltd
Priority date: 1993-12-17
Filing date: 1993-12-17
Publication date: 1995-07-14
Anticipated expiration: 2012-09-03
Also published as: JP2650018B2

Abstract

(57)【要約】【目的】安定化直流電源装置の有効利用を図る。【構成】メイントランス１の一次側に接続したスイッ
チングトランジスタ２のオン期間を、メイントランス１
の二次側に接続した整流平滑回路３の出力電圧が設定値
となるように、パルス幅制御部１０からのパルス信号に
よって制御し、且つ電流検出部１２により検出した負荷
電流が過電流設定値を超えた時に、出力電圧を垂下させ
るように、スイッチングトランジスタ２を制御する制御
回路４を備えている。この制御回路４は、出力電圧と基
準電圧とを比較して、スイッチングトランジスタ２のオ
ン期間を制御する第１の比較器５と、負荷電流の検出値
と過電流設定値とを比較して、出力電圧を垂下させるよ
うに、スイッチングトランジスタ２を制御する第２の比
較器６と、設定基準電圧用電源８からの設定基準電圧に
反比例するように過電流設定値を形成する過電流設定回
路７とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スイッチングトランジ
スタのオン期間を制御して、負荷に安定化直流電圧を供
給する安定化直流電源装置に関する。各種の電子回路装
置に於いては、安定化直流電源装置から設定値となるよ
うに安定化された直流電圧が供給されて動作するもので
ある。又安定化直流電源装置としては、各種の電子回路
装置に対応できるように、安定化直流電圧を任意に設定
可能の構成が採用されている。又負荷短絡等による過電
流を検出し、直流電圧を垂下させて安定化直流電源装置
を保護する構成も採用されている。

【０００２】

【従来の技術】図４は従来例の説明図であり、３１はメ
イントランス、３２はスイッチングトランジスタ、３３
はパルス幅制御部（ＰＷＭ）、３４は負荷、３５は第１
の比較器、３６は第２の比較器、３７は電流検出用差動
増幅器、３８は設定基準電圧用電源、３９は過電流設定
値用電源、４０は電流検出器、４１はフォトカプラー、
４２，４３はダイオード、４４は整流平滑回路、４５は
直流電源、４６はコンデンサ、４７，４８は出力電圧分
圧用抵抗である。設定基準電圧用電源３８は、安定化直
流電源装置を並列運転する時に、複数の安定化直流電源
装置に対して共通化し、１個の設定基準電圧用電源３８
によって負荷３４に供給する出力電圧を設定するもので
ある。

【０００３】又メイントランス３１の一次側に接続した
スイッチングトランジスタ３２を、パルス幅制御部３３
によりオン，オフ制御して、直流電源４５からメイント
ランス３１の一次側に流れる電流をオン，オフする。そ
れによって、メイントランス３１の二次側に電圧が誘起
し、その電圧を整流平滑回路４４のダイオードで整流
し、インダクタンスとコンデンサとからなる平滑回路に
より平滑化して負荷３４に供給する。

【０００４】この整流平滑回路４４の出力電圧を抵抗４
７，４８により分圧し、その分圧電圧と設定基準電圧用
電源３８からの設定基準電圧と第１の比較器３５により
比較し、出力電圧が設定値より高くなると、分圧電圧も
高くなり、比較器３５の出力はローレベルとなる。それ
によって、ダイオード４３を介してフォトカプラー４１
の発光ダイオードに電圧Ｖ_CCによって電流が流れ、発光
ダイオードの発光によってフォトダイオードはオン状態
となり、パルス幅制御部３３は、スイッチングトランジ
スタ３２のオン期間を短くするように、スイッチングト
ランジスタ３２のベースに加えるパルス信号のパルス幅
を制御する。従って、出力電圧は設定値に落ちつくよう
に制御される。

【０００５】又電流検出器４０を抵抗により構成した場
合、負荷３４に流れる電流によってその抵抗の両端に電
圧降下が生じるから、それを差動増幅器３７により検出
し、第２の比較器３６に入力し、過電流設定値用電源３
９からの過電流設定値と比較し、負荷電流が過電流設定
値を超えると、第２の比較器３６の出力はローレベルと
なる。それによって、ダイオード４２を介してフォトカ
プラー４１の発光ダイオードに電圧Ｖ_CCに電流が流れ、
発光ダイオードの発光によりフォトトランジスタはオン
状態となり、パルス幅制御部３３は、スイッチングトラ
ンジスタ３２のベースに加えるパルス信号のパルス幅を
制御し、スイッチングトランジスタ３２のオン期間を零
に近づけて、出力電圧を垂下させる。それによって、過
電流から安定化直流電源装置を保護する。

【０００６】図５は従来例の出力特性説明図であり、出
力電圧は、設定基準電圧用電源３８による設定基準電圧
を調整することにより、Ｖ₁，Ｖ₂，Ｖ₃のように調整
することができる。そして、第２の比較器３６の出力が
ローレベルとなるまで、即ち、過電流Ｉ_maxとなるま
で、設定された直流電圧は安定化され、過電流Ｉ_maxと
なると、出力電圧は垂下される。それによって、過電流
から安定化直流電源装置を保護することができる。

【０００７】図６は従来例の要部説明図であり、負荷電
流をメイントランスの一次側で検出する場合を示す。同
図に於いて、５１はメイントランス、５２はスイッチン
グトランジスタ、５３はパルス幅制御部（ＰＷＭ）、５
４は整流平滑回路、５５は直流電源、５６はカレントト
ランス、５７はダイオード、５８は抵抗、５９はコンデ
ンサである。

【０００８】整流平滑回路５４の出力電圧を検出して、
スイッチングトランジスタ５２のオン期間を制御する構
成は図示を省略しており、負荷電流が増加すると、メイ
ントランス５１の一次側とスイッチングトランジスタ５
２とを介して流れる電流が増加する。メイントランス５
１の一次側に流れる電流をカレントトランス５６によっ
て検出し、ダイオード５７により整流し、抵抗５８とコ
ンデンサ５９とにより平滑化して、パルス幅制御部５３
に入力し、パルス幅制御部５３内で、過電流設定値と比
較し、過電流状態となると、出力電圧を垂下するよう
に、スイッチングトランジスタ５２のオン期間を制御す
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする問題点】従来例の安定化直流
電源装置に於いては、安定化直流電圧を供給する電子回
路装置に対応して、それぞれ必要とする出力電圧の電源
装置を用意するか、或いは設定基準電圧を調整する場合
が一般的であり、これに対して、過電流設定値は、設定
基準電圧とは別個に、製造，出荷時点に於いて設定され
て固定される場合が一般的である。従って、図５に示す
ように、Ｉ_maxを設定すると、それ以下の出力電流の場
合には、出力電圧Ｖ₁，Ｖ₂，Ｖ₃のように安定化さ
れ、出力電圧がＩ_maxを超えると、出力電圧は垂下され
る。

【００１０】出力電圧Ｖ₁を最大値とすると、この安定
化直流電源装置の最大出力電力は、Ｖ₁×Ｉ_maxとな
る。しかし、出力電圧をＶ₂，Ｖ₃のように低くする
と、最大電流Ｉ_maxは変わらないから、安定化直流電源
装置の出力容量は余裕が有り過ぎるものとなる。即ち、
安定化直流電源装置の有効利用を図ることができないこ
とになる。本発明は、出力電圧の設定に連動して過電流
設定値を変更し、安定化直流電源装置の有効利用を図る
ことを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の安定化直流電源
装置は、図１を参照して説明すると、メイントランス１
の一次側に接続したスイッチングトランジスタ２を、メ
イントランス１の二次側に接続した整流平滑回路３の出
力電圧が設定値となるように制御し、且つ負荷電流が設
定値を超えた時に、出力電圧を垂下させるように制御す
る制御回路４とを備えた安定化直流電源装置に於いて、
制御回路４は、整流平滑回路３の出力電圧又は該出力電
圧に比例した調整可能の安定基準電圧とを比較して、ス
イッチングトランジスタ２のオン期間を制御する第１の
比較器５と、負荷電流と過電流設定値とを比較して、負
荷電流が過電流設定値を超えた時に、整流平滑回路３の
出力電圧を垂下させるように、スイッチングトランジス
タ２を制御する第２の比較器６と、設定基準電圧を低下
させた時に、過電流設定値を大きくして、最大出力電力
をほぼ一定とする過電流設定回路７とを備えており、８
は設定基準電圧用電源、９はフォトカプラー、１０はパ
ルス幅制御部（ＰＷＭ）、１１は直流電源、１２は電流
検出部、１３，１４は出力電圧分圧用抵抗を示す。

【００１２】又制御回路４の過電流設定回路７に、過電
流設定値を所定の最大値に制限する過電流設定値制限回
路を設けることができる。

【００１３】

【作用】整流平滑回路３の出力電圧を図示を省略した負
荷に供給し、その出力電圧又はその出力電圧に比例した
電圧、例えば、抵抗１３，１４により分圧して出力電圧
に比例させた電圧と、設定基準電圧用電源８による設定
基準電圧と第１の比較器５により比較し、出力電圧が設
定値を超えた時に、第１の比較器５の出力がローレベル
となって、フォトカプラー９の発光ダイオードに電流が
流れて発光し、フォトトランジスタはオン状態となる。
それによって、パルス幅制御部１０によりスイッチング
トランジスタ２のオン期間を短くするように制御する。

【００１４】又負荷電流を電流検出部１２により検出し
て、過電流設定値と第２の比較器６に於いて比較し、負
荷電流が過電流設定値を超えた時に、第２の比較器６の
出力がローレベルとなって、フォトカプラー９の発光ダ
イオードに電流が流れて発光し、フォトトランジスタは
オン状態となる。それによって、パルス幅制御部１０に
よりスイッチングトランジスタ２のオン期間を零近くに
制御して、出力電圧を垂下させる。

【００１５】又過電流設定回路７は、設定基準電圧を基
に第２の比較器６に加える過電流設定値を形成するもの
であり、設定基準電圧を低下させて、出力電圧を低く設
定した場合に、過電流設定値を大きくして、出力電圧が
垂下するまでの出力電流を大きくできるようにし、出力
電圧の設定を変化させても、最大出力電力をほぼ一定と
する。

【００１６】又過電流設定回路７は、設定基準電圧を低
下させた時に、それに対応して過電流設定値を大きく
し、負荷に供給する電流の最大許容値を大きくすること
になるが、安定化直流電源装置として許容できる最大電
流に制限する必要がある。そこで、過電流設定値制限回
路を設けて、最大許容電流を超える過電流設定値となら
ないように、過電流設定値を制限するものである。

【００１７】

【実施例】図２は本発明の実施例の説明図であり、２１
はメイントランス、２２はスイッチングトランジスタ、
２３はパルス幅制御部（ＰＷＭ）、２４は負荷、２５は
第１の比較器を構成する演算増幅器、２６は第２の比較
器を構成する演算増幅器、２７は電流検出用の差動増幅
器、２８は過電流設定回路を構成する演算増幅器、２９
は設定基準電圧用電源、３０はフォトカプラー、Ｄ１〜
Ｄ５はダイオード、Ｃ１，Ｃ２はコンデンサ、Ｒ１〜Ｒ
１９は抵抗、Ｌ１はインダクタンス、ＳＲは３端子レギ
ュレータである。

【００１８】メイントランス２１の一次側にスイッチン
グトランジスタ２２を介して、図示を省略した直流電源
が接続される。この直流電源は、商用交流電源を整流し
て直流電圧を出力する構成が一般的である。又ダイオー
ドＤ１，Ｄ２とインダクタンスＬ１とコンデンサＣ１と
により、図１の整流平滑回路３を構成し、メイントラン
ス２１の二次側の誘起電圧を整流して負荷２４に供給す
る。又パルス幅制御部２３，演算増幅器２５，２６，２
８，差動増幅器２７等により、図１の制御回路４を構成
し、演算増幅器２８や抵抗Ｒ８〜Ｒ１６等により、図１
の過電流設定回路７を構成し、ダイオードＤ５と抵抗Ｒ
１３とを含む構成により、過電流設定値制限回路を構成
している。

【００１９】又整流平滑回路の出力電圧を抵抗Ｒ１８，
Ｒ１９によって分圧し、第１の比較器を構成する演算増
幅器２５の反転端子（−）に入力し、非反転端子（＋）
に設定基準電圧用電源からの設定基準電圧を入力する。
出力電圧が設定基準電圧より低下すると、演算増幅器２
５の出力はローレベルとなり、電圧Ｖ_CCが印加される抵
抗Ｒ８，発光ダイオード，ダイオードＤ３の経路で電流
が流れて、発光ダイオードが発光し、フォトトランジス
タはオン状態となる。それによって、パルス幅制御部２
３は、スイッチングトランジスタ２２のオン期間を短く
するようにパルス幅制御を行う。パルス幅制御部２３
は、既に知られている各種の構成を採用できるもので、
例えば、フォトカプラー３０のフォトトランジスタがオ
ンとなることによりコンデンサを充電し、そのコンデン
サの充電電圧と鋸歯状波発生器からの鋸歯状波電圧と比
較して、コンデンサの充電電圧が高い程、スイッチング
トランジスタ２２のオン期間を短くするようにパルス幅
を狭くする構成を用いることができる。

【００２０】又抵抗Ｒ１は、負荷２４に供給する電流を
検出する為のもので、この抵抗Ｒ１の両端の電圧を差動
増幅器２７によって検出し、抵抗Ｒ６を介して第２の比
較器を構成する演算増幅器２６の反転端子（−）に入力
する。なお、抵抗Ｒ１による電流検出器の代わりにカレ
ントトランスによる電流検出器を設けることも可能であ
る。又演算増幅器２６の非反転端子（＋）に過電流設定
値を入力する。過電流設定値は、演算増幅器２８によっ
て形成される場合を示し、３端子レギュレータＳＲによ
って、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２の直列回路及び抵抗Ｒ１５，
Ｒ１６の直列回路に印加される電圧を一定化する。

【００２１】従って、抵抗Ｒ１５，Ｒ１６により分圧さ
れて、演算増幅器２８の非反転端子（＋）に入力される
電圧は一定の基準電圧となる。又抵抗Ｒ１１，Ｒ１２の
接続点には、設定基準電圧用電源２９が接続され、且つ
抵抗Ｒ１０を介して演算増幅器２８の反転端子（−）に
接続される。

【００２２】抵抗Ｒ１３を省略し、且つダイオードＤ５
を短絡した構成に於いては、設定基準電圧用電源２９か
らの設定基準電圧を低くすると、スイッチングトランジ
スタ２２のオン期間が短くなるようにパルス幅制御部２
３によって制御される。そして、過電流設定回路を構成
する演算増幅器２８の反転端子（−）に入力される電圧
も設定基準電圧に対応して低くなる。従って、第２の比
較器を構成する演算増幅器２６の非反転端子（＋）に入
力される過電流設定値は大きくなる。この場合の過電流
設定値は制限を受けないことになる。

【００２３】反対に、設定基準電圧を高くすると、スイ
ッチングトランジスタ２２のオン期間が長くなるように
パルス幅制御部２３によって制御される。そして、演算
増幅器２８の反転端子（−）に入力される電圧は設定基
準電圧に対応して高くなる。即ち、過電流設定値は小さ
くなる。従って、出力電圧を高くすると、最大出力電流
は小さくなるように制御され、出力電圧を低くすると、
最大出力電流は大きくなるように制御され、最大出力電
力をほぼ一定とすることができる。

【００２４】安定化直流電源装置に於ける最大出力電圧
は、整流平滑回路の耐圧等によって決まり、又最大出力
電流は、整流平滑回路のダイオードＤ１，Ｄ２の電流容
量等によって決まる。従って、過電流設定値の上限を考
慮する必要がある。そこで、ダイオードＤ５を演算増幅
器２８の出力端子と演算増幅器２６の非反転端子（＋）
との間に接続し、帰還用の抵抗Ｒ９を演算増幅器２８の
反転端子（−）と演算増幅器２６の非反転端子（＋）と
の間に接続し、抵抗Ｒ１４，Ｒ１２の接続点と演算増幅
器２６の非反転端子（＋）との間に抵抗Ｒ１３を接続す
る。

【００２５】従って、設定基準電圧を低くするに伴って
演算増幅器２６の非反転端子（＋）に入力する過電流設
定値は大きくなるが、上限値に達すると、演算増幅器２
８の出力はハイレベルとなり、ダイオードＤ５は逆バイ
アス状態となる。それによって、抵抗Ｒ１３を介して一
定化された電圧が過電流設定値となり、設定基準電圧を
所定値以下に低くした場合の過電流設定値を、所定の最
大値に制限することができる。

【００２６】図３は本発明の実施例の出力特性説明図で
あり、従来例に於いては、耐圧等の関係により最大出力
電圧をＶ₁とすると、過電流設定値により出力電流がＩ
₁となると、出力電圧は垂下制御される。そして、出力
電圧をＶ₂に低下させた時も過電流設定値は変化しない
から、出力電流がＩ₁となると、出力電圧は垂下制御さ
れる特性となる。

【００２７】これに対して、本発明の実施例に於いて
は、前述の場合と同様に、最大出力電圧をＶ₁とする
と、過電流設定値により出力電流がＩ₁の時に、出力電
圧は垂下制御される。しかし、出力電圧をＶ₂に低下さ
せるように設定基準電圧を低下させると、過電流設定回
路によって過電流設定値が大きくなるように制御され
る。従って、出力電流がＩ₂（Ｉ₂＞Ｉ₁）の時に、出
力電圧は垂下制御される。

【００２８】出力電圧をＶ₂，Ｖ₃，Ｖ₄，Ｖ₅の順に
低下させると、過電流設定値は順に大きくなり、出力電
流はＩ₂，Ｉ₃，Ｉ₄，Ｉ_maxとなると、出力電圧は垂
下制御される。従って、Ｖ₁×Ｉ₁＝Ｖ₂×Ｉ₂＝Ｖ₃
×Ｉ₃＝Ｖ₄×Ｉ₄＝Ｖ₅×Ｉ₅の関係となり、出力電
圧がＶ₁〜Ｖ₅の範囲に於いては、最大出力電力は一定
となる。従って、安定化直流電源装置を有効利用できる
ことになる。

【００２９】しかし、最大出力電流以上に過電流を負荷
に供給することができないから、出力電圧をＶ₅以下に
低下しても、過電流設定値は変化しないように、前述の
ダイオードＤ５と抵抗Ｒ１３とを含む過電流設定値制限
回路によって過電流設定値を最大値に制限するものであ
る。それにより、出力電圧をＶ₆，Ｖ₇，Ｖ₈のように
低く設定しても、最大電流Ｉ_maxになると、出力電圧は
垂下されて、安定化直流電源装置は保護されることにな
る。

【００３０】本発明は、前述の実施例にのみ限定される
ものではなく、種々付加変更することができるものであ
り、例えば、スイッチングトランジスタ２２は、電界効
果トランジスタ等を用いることも可能であり、又ダイオ
ードＤ３，Ｄ４を介してフォトカプラー３０の発光ダイ
オードに対してワイヤードオア接続しているが、演算増
幅器２５，２６の出力をそれぞれ別個にパルス幅制御部
２３に入力する構成とすることもできる。又電流検出部
１２は、抵抗やカレントトランス等によって構成するこ
とができる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、出力電
圧又はその出力電圧に比例した電圧と調整可能の設定基
準電圧とを第１の比較器５により比較して、スイッチン
グトランジスタ２のオン期間を制御し、又負荷電流を検
出して過電流設定値と第２の比較器６により比較して、
出力電圧の垂下させるようにスイッチングトランジスタ
２を制御し、且つ設定基準電圧を変更した時に、過電流
設定回路７により過電流設定値を変更し、ほぼ出力電力
が一定となるように制御するもので、それによって、安
定化直流電源装置の出力電力容量を有効に利用できる利
点がある。

【００３２】又出力電圧を低下させるに伴って出力電流
を大きくできるように過電流設定値を大きくするもので
あるが、供給可能の最大出力電流に制限する為に、過電
流設定値制限回路を設けて、過電流設定値を最大値に制
限し、過電流から安定化直流電源装置を保護することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理説明図である。

【図２】本発明の実施例の説明図である。

【図３】本発明の実施例の出力特性説明図である。

【図４】従来例の説明図である。

【図５】従来例の出力特性説明図である。

【図６】従来例の要部説明図である。

【符号の説明】

１メイントランス２スイッチングトランジスタ３整流平滑回路４制御回路５第１の比較器６第２の比較器７過電流設定回路８設定基準電圧用電源９フォトカプラー１０パルス幅制御部（ＰＷＭ）１１直流電源１２電流検出部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】メイントランス（１）の一次側に接続し
たスイッチングトランジスタ（２）を、前記メイントラ
ンス（１）の二次側に接続した整流平滑回路（３）の出
力電圧が設定値となるように制御し、且つ負荷電流が設
定値を超えた時に、前記出力電圧を垂下させるように制
御する制御回路（４）を備えた安定化直流電源装置に於
いて、前記制御回路（４）は、前記整流平滑回路（３）の出力
電圧又は該出力電圧に比例した電圧と調整可能の設定基
準電圧とを比較して、前記スイッチングトランジスタ
（２）のオン期間を制御する第１の比較器（５）と、前記負荷電流と過電流設定値とを比較して、前記負荷電
流が前記過電流設定値を超えた時に、前記整流平滑回路
（３）の出力電圧を垂下させるように、前記スイッチン
グトランジスタ（２）を制御する第２の比較器（６）
と、前記設定基準電圧を低下させた時に、前記過電流設定値
を大きくして、最大出力電力をほぼ一定とする過電流設
定回路（７）とを備えていることを特徴とする安定化直
流電源装置。
【請求項２】前記制御回路（４）の前記過電流設定回
路（７）に、前記過電流設定値を所定の最大値に制限す
る過電流設定値制限回路を設けたことを特徴とする請求
項１記載の安定化直流電源装置。