JPH07213051A - トランス結合型スイッチング電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】過電流や過電圧が発生した場合には１次直流電
源回路側を停止させスイッチング素子等の焼損等を完全
に防止することのできる取扱容易なトランス結合型スイ
ッチング電源装置を提供する。 【構成】過電流保護回路５０を電流設定回路（Ｃ７１）
と第１開閉素子（ＳＣＲ７１）とから形成し、かつ過電
流保護回路６０を電圧設定回路（Ｃ７１）と第２開閉素
子（ＳＣＲ７１）とから形成し、電流検出抵抗Ｒ５０で
検出された電流値（電流相当電圧Ｖａ）が予めセットさ
れた設定電流値（設定電流相当電圧Ｖｇ）以上となった
場合および電圧検出回路（Ｒ６１，ＺＤ６１）で検出さ
れた２次直流電源電圧Ｖ２１の値が予めセットされた設
定電圧値（Ｖｇ）以上となった場合にスイッチング素子
１５を強制してＯＦＦしかつそのＯＦＦ状態をホールド
するように構成してある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、１次直流電源回路と２
次直流電源回路とをトランスを介して結合接続し、かつ
過電流保護回路と過電圧保護回路とを設けたトランス結
合型スイッチング電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３に、従来のトランス結合型スイッチ
ング電源装置を示す。同図において、１０は１次直流電
源回路，２０はトランス，３０は２次直流電源回路であ
る。

【０００３】１次直流電源回路１０は、整流回路１４，
平滑コンデンサＣ１０，スイッチング素子１５，制御回
路４０等を含み形成され、スイッチング素子１５はトラ
ンス２０の１次巻線Ｌ１１に直列接続されている。ま
た、制御回路４０は、自励方式（周波数変動型）とさ
れ、その制御電源（制御信号Ｓ）は補助巻線Ｌ１２から
誘起されダイオードＤ１０，抵抗Ｒ１０を通して生成出
力されてスイッチング素子１５の制御端子Ｄに入力され
る。Ｌｐは整流回路１４の正極側電路，Ｌｎは負荷側電
路である。

【０００４】一方、２次直流電源回路３０は、トランス
２０の第１の２次巻線Ｌ２１に接続されたダイオードＤ
２１，平滑コンデンサＣ２１１・Ｃ２１２を含む第１の
電源系（３１）と、第２の２次巻線Ｌ２２に接続された
ダイオードＤ２２，平滑コンデンサＣ２２１，Ｃ２２２
や抵抗Ｒ２２を含む第２の電源系（３２）と、から形成
されている。

【０００５】そして、第１の電源系（３１）は、第１の
２次直流電源（電圧Ｖ２１）すなわち電圧変動許容範囲
が小さい例えば＋５Ｖの制御電源を生成出力することか
ら電圧の安定化回路４５が設けられ、安定電源系３１を
形成する。これに対し、第２の電源系（３２）は、第２
の２次直流電源（電圧Ｖ２２）すなわち例えば＋２４Ｖ
のモータ動力等の駆動電源を生成出力するもので、電圧
変動許容範囲は比較的に大きいので、安定電源系３１に
追従させるものとされている。したがって、第２の電源
系（３２）は、非安定電源系３２となる。なお、安定化
回路４５の出力は、１次側（１０）と２次側（３０）と
を電気的に絶縁するホトカプラ４６を介して、トランジ
スタ等からなる制御回路４０へフィードバックされる。

【０００６】かくして、かかる周波数変動型では、安定
電源系３１の負荷が軽い場合には制御回路４０によるス
イッチング素子１５のＯＮ−ＯＦＦ制御の周波数が高く
なり、また、非安定電源系３２における電圧，電流は、
安定電源系３１に追従する。

【０００７】すなわち、かかるトランス結合型スイッチ
ング電源装置では、各２次電源系（３１，３２）の各負
荷は比例的に増減することを前提とし、かつ技術的，経
済的観点からそのうち最も電圧変動許容範囲の小さな２
次電源系（３１）に安定化回路４５を設けて、全体とし
てフィードバック制御系を構成している。

【０００８】ここに、過電流保護回路５０は、スイッチ
ング素子１５に流れる電流Ｉを検出してスイッチング素
子１５等を過電流から保護するもので、スイッチング素
子１５と直列接続された電流検出抵抗Ｒ５０と，ダイオ
ードＤ５０と，補助巻線Ｌ１２とスイッチング素子１５
の制御端子Ｄとを結ぶ電路Ｌと整流回路１４の負極側電
路Ｌｎとの間に接続された保護用素子（トランジスタ）
７０とから形成されている。電流検出抵抗Ｒ５０で検出
された電流相当電圧ＶａがダイオードＤ５０で設定され
た動作電圧Ｖｓ以上になると保護用素子７０がＯＮし
て、制御信号Ｓを動作電圧Ｖｓの値に応じて垂下させ
る。したがって、スイッチング素子１５を過電流（Ｉ）
から保護することができる。

【０００９】また、過電圧保護回路６０は、安定電源系
３１に設けられた電圧検出回路〔抵抗Ｒ６１，定電圧素
子（ツェナーダイオードＺＤ６１）〕と，ホトカプラ６
６と，ダイオードＤ６０と，上記と兼用の保護用素子７
０とから形成され、電圧検出回路（Ｒ６１，ＺＤ６１）
で検出された２次直流電源電圧Ｖ２１がツェナーダイオ
ードＺＤ６１でセットされた設定電圧値以上になると、
ホトカプラ６６，ダイオードＤ６０を介して動作電圧Ｖ
ｓを確立して保護用素子７０をＯＮし、制御信号Ｓを動
作電圧Ｖｓの値に応じて垂下させ、１次側（１０）から
２次側（３０）への供給電力エネルギー量を抑制する。
したがって、２次直流電源回路３０（３１，３２）およ
びこれに接続された各負荷を過電圧から保護することが
できる。これにより、安定化回路４５のバックアップ機
能を発揮する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来例
の過電流保護回路５０（Ｒ５０，Ｄ５０，７０）および
過電圧保護回路６０（Ｒ６１，ＺＤ６１，６６，Ｄ６
０，７０）はいずれも制御信号Ｓの一部を負極側電路Ｌ
ｎに逃がすことによってスイッチング素子１５のＯＮ−
ＯＦＦ制御を抑制してスイッチング素子１５に流れる電
流Ｉを垂下させる構成とされているので、次のような問
題がある。

【００１１】 構造簡単で低コストであるが、過電流
保護回路５０と過電圧保護回路６０とが一旦動作して
も、その後に電流Ｉおよび２次直流電源電圧Ｖ２１が過
電流保護回路５０および過電圧保護回路６０の動作前の
状態に戻ると、再び動作してしまう。つまり、ハンチン
グが生じ易い。

【００１２】 ２次直流電源回路３０（３１，３２）
や負荷が例えばショートしている明らかな故障が発生し
た場合でも、制御系は垂下されているものの動作状態が
保持されるので、危険でありかつ構成要素や負荷の焼損
を招く。制御回路４０に異常が発生した場合も同様であ
る。

【００１３】そこで、各所にヒューズを設けた装置が
提案されているが、ヒューズはその特性選択が難しく、
また一旦溶断すると交換しなければならないので、煩わ
しくかつコスト高となる。しかも、予備ヒューズが切れ
ていると、復旧を大幅に遅らせる。

【００１４】本発明の目的は、過電流や過電圧が発生し
た場合には１次直流電源回路側を停止させスイッチング
素子等の焼損や電圧破壊等を完全に防止することのでき
る取扱容易なトランス結合型スイッチング電源装置を提
供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明に係るトランス結
合型スイッチング電源装置は、整流回路，スイッチング
素子，制御回路を有する１次直流電源回路と，安定化回
路を有する２次直流電源回路とをトランスを介して結合
接続し、かつスイッチング素子に流れる電流を検出して
スイッチング素子を過電流から保護するように形成され
た過電流保護回路と，２次直流電源電圧を検出して２次
直流電源回路を過電圧から保護するように形成された過
電圧保護回路とを設けたトランス結合型スイッチング電
源装置において、前記過電流保護回路を、電流設定回路
と，前記トランスの補助巻線と前記スイッチング素子の
制御端子とを結ぶ電路と前記整流回路の負極側電路との
間に接続された第１開閉素子とを含み、検出された前記
スイッチング素子に流れる電流の値が該電流設定回路に
セットされた設定電流値以上となったときに該第１開閉
素子をＯＮしかつＯＮ状態をホールドするように形成
し、前記過電圧保護回路を、電圧設定回路と，前記トラ
ンスの補助巻線と前記スイッチング素子の制御端子とを
結ぶ電路と前記整流回路の負極側電路との間に接続され
た第２開閉素子とを含み、検出された２次直流電源電圧
の値が該電圧設定回路にセットされた設定電圧値以上と
なったときに該第２開閉素子をＯＮしかつＯＮ状態をホ
ールドするように形成した、ことを特徴とする。

【００１６】

【作用】上記構成による本発明の場合、スイッチング素
子を流れる電流の値が電流設定回路にセットされた設定
電流値以上になると、第１開閉素子がＯＮされかつＯＮ
状態がホールドされる。すなわち、過電流保護回路が、
スイッチング素子を強制的にＯＦＦして１次直流電源回
路を停止する。よって、スイッチング素子等を過電流か
ら完全に保護できる。

【００１７】また、２次直流電源電圧が高くなり、その
電圧値が電圧設定回路にセットされた設定電圧値以上と
なると、第２開閉素子がＯＮされかつＯＮ状態がホール
ドされる。つまり、過電圧保護回路が、スイッチング素
子を強制的にＯＦＦして１次直流電源回路を停止する。
したがって、２次直流電源回路側への供給電力エネルギ
ーが断たれるので、２次直流電源回路や負荷を過電圧か
ら確実に保護できる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。 （第１実施例）本トランス結合型スイッチング電源装置
は、図１に示す如く、基本的構成（１０，２０，３０）
が従来例（図３）の場合と同じとされ、かつ過電流保護
回路５０と過電圧保護回路６０とをそれぞれにホールド
型に形成し、一旦過電流（Ｉ）や過電圧（Ｖ２１）とな
った場合にはスイッチング素子１５を強制的にＯＦＦと
して停止させることによりスイッチング素子１５等の完
全な保護を達成できるように構成されている。但し、図
１では非安定電源系３２を図示省略している。

【００１９】なお、従来例（図３）と共通する部分につ
いては同一の符号を付し、それらの説明は簡略または省
略する。

【００２０】過電流保護回路５０は、電流検出抵抗Ｒ５
０と，電流設定回路（Ｃ７１）と，第１開閉素子（ＳＣ
Ｒ７１）とから形成され、検出されたスイッチング素子
１５に流れる電流Ｉの値（電流相当電圧Ｖａ）が電流設
定回路（Ｃ７１）にセットされた設定電流値（該定電流
相当電圧Ｖｇ）以上になったときに、第１開閉素子（Ｓ
ＣＲ７１）をＯＮしかつＯＮ状態をホールドするように
形成されてある。

【００２１】すなわち、電流検出抵抗Ｒ５０は、スイッ
チング素子１５と直列接続され、スイッチング素子１５
に流れる電流Ｉを検出する。つまり、電流相当電圧Ｖａ
を出力する。電流設定回路は、コンデンサＣ７１から形
成され、第１開閉素子（ＳＣＲ７１）と並列接続されて
いる。この第１開閉素子（ＳＣＲ７１）は、電流設定回
路（Ｃ７１）にセットされた設定電流値相当電圧Ｖｇを
トリガー・パルスとしてスイッチング動作してＯＮとな
りかつＯＮ状態をホールドするサイリスタＳＣＲ７１か
ら形成され、トランス２０の補助巻線Ｌ１２とスイッチ
ング素子１５の制御端子Ｄとの間を結ぶ電路Ｌと整流回
路１４の負極側電路Ｌｎとの間に接続されている。な
お、第１開閉素子は、トライアック，ＳＳＳダイアック
やＧＴＯ素子から形成してもよい。

【００２２】一方の過電圧保護回路６０は、電圧検出回
路（Ｒ６１，ＺＤ６１）と，ホトカプラ６６と，電圧設
定回路（Ｃ７１）と，トランス２０の補助巻線Ｌ１２と
スイッチング素子１５の制御端子Ｄとを結ぶ電路Ｌと整
流回路１４の負極側電路Ｌｎとの間に接続された第２開
閉素子（ＳＣＲ７１）とを含み、検出された２次直流電
源電圧Ｖ２１の値が電圧設定回路（Ｃ７１）にセットさ
れた設定電圧値（Ｖｇ）以上となったときに第２開閉素
子（ＳＣＲ７１）をＯＮしかつそのＯＮ状態をホールド
するように構成されている。

【００２３】この第１実施例では、電圧設定回路を上記
コンデンサＣ７１から形成し、かつ第２開閉素子を上記
サイリスタＳＣＲ７１から形成している。つまり、過電
流保護回路５０の電流検出回路（Ｃ７１）と第２開閉素
子（ＳＣＲ７１）とを兼用可能に形成してある。

【００２４】かかる構成の第１実施例によれば、制御回
路４０が、安定化回路４５からのフィードバック信号を
受けて、スイッチング素子１５をＯＮ−ＯＦＦ制御す
る。すると、１次直流電源回路１０から２次直流電源回
路３０にトランス２０（Ｌ１１，Ｌ２１）を介して電力
エネルギーが供給され、安定化された２次直流電源電圧
Ｖ２１を負荷に供給する定常状態となる。

【００２５】ここに、負荷変動等により供給電力エネル
ギーが増大してスイッチング素子１５に流れる電流Ｉが
過電流となると、つまり電流検出抵抗Ｒ５０で検出され
た電流相当電圧Ｖａが電流設定回路（Ｃ７１）にセット
された設定電流相当電圧Ｖｇ以上になると、トリガー・
パルスが発生し第１開閉素子を形成するサイリスタＳＣ
Ｒ７１をＯＮさせる。電流設定回路がコンデンサＣ７１
から形成されているので、ＯＮ状態がホールドされる。

【００２６】すなわち、スイッチング素子１５の制御端
子Ｄに入力される制御信号Ｓを負極側電路Ｌｎに逃がす
ことにより、スイッチング素子１５を強制してＯＦＦさ
せかつＯＦＦ状態を保持する。したがって、スイッチン
グ素子１５を過電流（Ｉ）から完全に保護できる。ま
た、ＯＦＦ状態中にその原因を分析して対処することが
できる。

【００２７】なお、スイッチング素子１５のＯＦＦ状態
を解除するには、コンデンサＣ７１の蓄積エネルギーを
放電抵抗（図示省略）で消費すればよい。もっとも、自
然放電により自動解除されるまで待ってもよい。

【００２８】一方、負荷が急激に減少あるいは安定化回
路４５に異常が発生したために、２次直流電源電圧Ｖ２
１が電圧検出回路（Ｒ６１、ＺＤ６１）にセットされた
設定検出電圧値以上となる。つまり、電圧設定回路（Ｃ
７１）にセットされた設定電圧値（Ｖｇ）以上となると
第２開閉素子（ＳＣＲ７１）がＯＮしかつＯＮ状態をホ
ールドする。したがって、過電流保護回路５０の場合と
同様にスイッチング素子１５をＯＦＦさせた状態とする
ので、２次直流電源回路３０側への供給電力エネルギー
が遮断されるから、２次直流電源回路３１やその負荷を
過電圧から完全に保護できる。

【００２９】しかして、この第１実施例によれば、過電
流保護回路５０を電流設定回路（Ｃ７１）と第１開閉素
子（ＳＣＲ７１）とから形成し、かつ過電圧保護回路６
０を電圧設定回路（Ｃ７１）と第２開閉素子（ＳＣＲ７
１）とから形成し、電流検出抵抗Ｒ５０で検出された電
流値（電流相当電圧Ｖａ）が予めセットされた設定電流
値（設定電流相当電圧Ｖｇ）以上となった場合および電
圧検出回路（Ｒ６１，ＺＤ６１）で検出された２次直流
電源電圧Ｖ２１の値が予めセットされた設定電圧値（Ｖ
ｇ）以上となった場合にスイッチング素子１５を強制し
てＯＦＦしかつそのＯＦＦ状態をホールドするように構
成されているので、スイッチング素子１５等の焼損や電
圧破壊を完全に防止できるとともに、ハンチングによる
不都合の立入る余地がなく負荷のショート等に対しても
安全で、かつヒューズの交換等が不要なので取扱容易で
あり早急に復旧させることができる。

【００３０】また、電流設定回路および電圧設定回路が
共通のコンデンサＣ７１から形成され、かつ第１開閉素
子および第２開閉素子が共通のサイリスタＳＣＲ７１か
ら形成されているので、構造簡単で低コストであり、か
つスイッチング素子１５のＯＦＦ状態を確実に保護でき
る。

【００３１】（第２実施例）この第２実施例は、図２に
示される。この第２実施例によるトランス結合型スイッ
チング電源装置は、基本的構成（１０，２０，３０）が
第１実施例（図１）および従来例（図３）の場合と同じ
とされ、かつ第１実施例（図１）の場合と同じ過電圧保
護回路６０が設けられている。しかし、過電流保護回路
５０は、第１実施例（図１）の場合がスイッチング素子
１５を流れる電流Ｉつまり１次直流電源回路１０側の電
流を直接検出するものと形成されていたのに対し、この
第２実施例では、図２に示すように、２次直流電源回路
３０側の安定電源系３１の電流Ｉ２Ａと非安定電源系３
２の電流Ｉ２Ｂとのそれぞれを検出する安定系電流検出
回路５５Ａと非安定系電流検出回路５５Ｂとを設け、各
検出電流Ｉ２Ａ，Ｉ２Ｂが各設定電流値以上となった場
合にスイッチング素子１５つまり１次直流電流電源回路
１０を停止するように構成してある。

【００３２】なお、第１実施例（図１）の場合と同様に
１次直流電源回路１０側の電流検出抵抗Ｒ５０を用いて
行う過電流保護回路も制御回路４０内に設けてある。

【００３３】さて、安定電流検出回路５５Ａは、電流検
出抵抗Ｒ５５Ａと，検出電流設定回路（抵抗Ｒ５６Ａ，
Ｒ５７Ａ）と、誤差増幅器Ｃ５８Ａとから形成され、電
流Ｉ２Ａが設定検出電流値以上となったことを自動検出
する。

【００３４】また、非安定電流検出回路５５Ｂは、電流
検出抵抗Ｒ５５Ｂと，検出電流設定回路（抵抗Ｒ５６
Ｂ，Ｒ５７Ｂ）と，誤差増幅器Ｃ５８Ｂとから形成さ
れ、電流Ｉ２Ｂが設定検出電流値以上となったことを自
動検出する。

【００３５】さらに、誤差増幅器Ｃ５８Ａは、電圧検出
回路（抵抗Ｒ６１，ツェナーダイオードＺＤ６１）の出
力端子Ｔに接続されかつ誤差増幅器Ｃ５８Ｂはダイオー
ドＤ５５を介して出力端子Ｔに接続されている。すなわ
ち、安定電源系３１が過電圧となった場合，安定電源系
３１が過電流となった場合及び非安定電源系３２が過電
流となった場合のいずれの場合でも、出力端子Ｔに同一
電圧が発生するように各定数を選択設定してある。

【００３６】したがって、いずれの場合にも、ホトカプ
ラ６６を介して電流（電圧）設定回路を形成するコンデ
ンサＣ７１でトリガーパルスＶｇを発生させ、第１およ
び第２開閉素子を形成する共通のサイリスタＳＣＲ７１
をＯＮしてスイッチング素子１５をＯＦＦしかつそのＯ
ＦＦ状態をホールドすることができる。

【００３７】しかして、この第２実施例によれば、第１
実施例の場合と同様にスイッチング素子１５，２次直流
電源回路３０（３１，３２）および各負荷等を焼損や電
圧破壊から完全に保護することができる他、さらに過電
流保護回路を安定電源系３１と非安定電源系３２とのそ
れぞれに設けているので、一段と各負荷の状況に即応さ
せた保護が図れる。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、過電流保護回路を電流
設定回路と第１開閉素子とから形成し、かつ過電流保護
回路を電圧設定回路と第２開閉素子とから形成し、電流
検出抵抗で検出された電流値（電流相当電圧）が予めセ
ットされた設定電流値（設定電流相当電圧）以上となっ
た場合および電圧検出回路で検出された２次直流電源電
圧の値が予めセットされた設定電圧値以上となった場合
にスイッチング素子を強制してＯＦＦしかつそのＯＦＦ
状態をホールドするように構成されているので、スイッ
チング素子等の焼損や電圧破壊を完全に防止できるとと
もに、ハンチングによる不都合の立入る余地がなく負荷
のショート等に対しても安全で、かつヒューズの交換が
不要なので取扱容易であり早急に復旧させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す回路図である。

【図２】第２実施例を示す回路図である。

【図３】従来例を説明するための回路図である。

【符号の説明】

１０ １次直流電源回路 １４ 整流回路 Ｌｐ 正極側電路 Ｌｎ 負極側電路 Ｃ１０ 平滑コンデンサ １５ スイッチング素子 Ｉ 電流 Ｄ 制御端子 Ｓ 制御信号 Ｌ 電路 ２０ トランス Ｌ１１ １次巻線 Ｌ１２ 補助巻線 Ｌ２１ 第１の２次巻線 Ｌ２２ 第２の２次巻線 ３０ ２次直流電源回路 ３１ 安定電源系 Ｖ２１ ２次直流電源電圧 ３２ 非安定電源系 Ｖ２２ ２次直流電源電圧 ４０ 制御回路 ４５ 安定化回路 ５０ 過電流保護回路 Ｒ５０ 電流検出抵抗 ５５Ａ，５５Ｂ 電流検出回路 Ｒ５５Ａ，Ｒ５５Ｂ 電流検出抵抗 Ｒ５６Ａ，Ｒ５７Ａ 検出電流設定回路 Ｒ５６Ｂ，Ｒ５７Ｂ 検出電流設定回路 Ｃ５８Ａ，Ｃ５８Ｂ 誤差増幅器 Ｄ５５ ダイオード ６０ 過電圧保護回路 Ｒ６１ 抵抗 ＺＤ６１ ツェナーダイオード Ｃ７１ コンデンサ（電流設定回路，電圧設定回
路） ＳＣＲ７１ サイリスタ（第１開閉素子，第２開閉素
子）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 整流回路，スイッチング素子，制御回路
   を有する１次直流電源回路と，安定化回路を有する２次
   直流電源回路とをトランスを介して結合接続し、かつス
   イッチング素子に流れる電流を検出してスイッチング素
   子を過電流から保護するように形成された過電流保護回
   路と，２次直流電源電圧を検出して２次直流電源回路を
   過電圧から保護するように形成された過電圧保護回路と
   を設けたトランス結合型スイッチング電源装置におい
   て、 前記過電流保護回路を、電流設定回路と，前記トランス
   の補助巻線と前記スイッチング素子の制御端子とを結ぶ
   電路と前記整流回路の負極側電路との間に接続された第
   １開閉素子とを含み、検出された前記スイッチング素子
   に流れる電流の値が該電流設定回路にセットされた設定
   電流値以上となったときに該第１開閉素子をＯＮしかつ
   ＯＮ状態をホールドするように形成し、 前記過電圧保護回路を、電圧設定回路と，前記トランス
   の補助巻線と前記スイッチング素子の制御端子とを結ぶ
   電路と前記整流回路の負極側電路との間に接続された第
   ２開閉素子とを含み、検出された２次直流電源電圧の値
   が該電圧設定回路にセットされた設定電圧値以上となっ
   たときに該第２開閉素子をＯＮしかつＯＮ状態をホール
   ドするように形成した、ことを特徴とするトランス結合
   型スイッチング電源装置。