JPH0799773A - スイッチング電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】最大負荷状態および定常負荷状態のいずれでも
妥当性ある過電流保護を達成できるようにする。 【構成】過電流保護回路４０を切替可能な小抵抗値の第
１電流検出素子４１および大抵抗値の第２電流検出素子
４２とスイッチング素子Ｑ１をＯＦＦさせるための開閉
素子４５とから形成するとともに、第１および第２電流
検出素子４１，４２を選択的に切替える選択切替手段５
１とこれに加える選択切替信号Ｖ２を生成出力する選択
切替信号生成出力手段５５とを設け、過電流保護回路４
０を動作させる設定電流値を２段階（Ｉｓｐ，Ｉｓｎ）
に自動切替えすることができる構成である。

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結合して形成されたスイッ
チング電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３に、スイッチング電源装置の構成を
示す。同図において、１次直流電源回路１０は、整流回
路ＤＢ１，この整流回路ＤＢ１の直流正極側電路Ｌｐと
直流負極側電路Ｌｎとの間に接続された平滑コンデンサ
Ｃ１，スイッチング素子Ｑ１，電圧制御回路１５とから
形成されている。１は商用交流電源，２は電源スイッ
チ，３はノイズフィルターである。

【０００３】２次直流電源回路３０は、ダイオードＤ
２，平滑コンデンサＣ１・Ｃ２，安定化回路３５を含
み、入力側はトランスの２次巻線Ｎｓ１と１次巻線Ｎｐ
１とを介して１次直流電源回路１０に接続され、かつ出
力側には負荷１００が接続されている。

【０００４】上記安定化回路３５は、２次直流電源電圧
を検出しホトカプラ３６を介してフィードバック信号ｆ
を上記電圧制御回路１５へ送る。この電圧制御回路１５
は、トランス２０の補助巻線Ｎｐ２で生成出力されダイ
オードＤ１を介して入力された駆動電源で駆動され、制
御信号Ｓを出力してスイッチング素子Ｑ１をＯＮ−ＯＦ
Ｆ制御する。

【０００５】かかるスイッチング電源装置（１０，２
０，３０）では、電源スイッチ２をＯＮして商用交流電
源１（例えば、１００Ｖ）を投入すると、トランス２０
の補助巻線Ｎｐ２から駆動電源が生成出力され、これに
より電圧制御回路１５がスイッチング素子Ｑ１を図４に
示す周期ＴでＯＮ−ＯＦＦ制御する。したがって、２次
直流電源回路３０側には、１次直流電源電圧と半サイク
ルずれた２次直流電源電圧が生じ、その負荷１００に対
応した電力量がトランス２０を介して１次側から２次側
へ供給される。

【０００６】２次直流電源電圧は、平滑コンデンサＣ
１，Ｃ２で平滑され、かつ安定化回路３５と電圧制御回
路１５との協働により一定電圧値にコントロールされ
る。ところで、負荷１００の変動や商用交流電源１の電
圧変動等により、１次側直流電源回路１０が過負荷とな
る場合が生じ得る。そこで、過電流保護回路４０Ｐを設
けて対処している。

【０００７】すなわち、従来の過電流保護回路４０Ｐ
は、図３に示す通り、スイッチング素子Ｑ１に直列接続
された電流検出素子（抵抗）４１と，スイッチング素子
（トランジスタ）Ｑ１のベースと直流負極側電路Ｌｎと
の間に接続された開閉素子（ＦＥＴ）４５とから形成さ
れ、スイッチング素子Ｑ１に流れる電流Ｉが設定電流値
（Ｉｓ）となる、つまり設定電流値相当電圧Ｖｓが検出
されたときに開閉素子４５をＯＮとして、スイッチング
素子Ｑ１を強制的にＯＦＦするように形成されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】かかるスイッチング電
源装置も例外でなく小型・軽量化と低コスト化が一段と
強く求められていることから、過電流保護回路４０Ｐも
１つの電流検出素子４１と１つの開閉素子４５とから形
成されている。したがって、設定電流値（Ｉｓ）は、実
状に応じた値として慎重に選択設定されている。一般的
には、図４に示す如く、定常負荷時の定常電流Ｉｎより
も電源投入後の起動時における最大負荷時の過渡電流Ｉ
ｐの方が大きいので、この過渡電流Ｉｐに基づきその最
大値よりもやや高めの設定電流値Ｉｓに選択設定してい
る。この設定電流値相当電圧Ｖｓは、開閉素子４５の動
作電圧と等しい。

【０００９】ところで、負荷１００の多様性からより大
きな負荷変動にも適用可能とすべしとの要請が強くなり
つつある。一方において、２次直流電源電圧のリップル
等の品位を一段と高めたいとの要求も高まっている。

【００１０】したがって、最大負荷が２次直流電源回路
３０の平滑コンデンサ（出力用コンデンサ）Ｃ１，Ｃ２
が充電されていない場合に生ずるところ、２次直流電源
回路３０の平滑コンデンサＣ１，Ｃ２の容量が大きくな
る傾向にあるために、定常負荷に対する最大負荷の比率
が一層高くなって来ている。かくして、設定電流値Ｉｓ
を最大負荷（過渡電流Ｉｐ）に対するものとして選択し
ていたのでは、定常負荷時における必要十分で妥当性あ
る過電流保護ができなくなる虞れがある。

【００１１】本発明の目的は、最大負荷および定常負荷
のいずれに対しても妥当性ある過電流保護を行えるスイ
ッチング電源装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明に係るスイッチン
グ電源装置は、整流回路，スイッチング素子を含む１次
直流電源回路と負荷が接続された２次直流電源回路とを
トランスを介して結合接続し、スイッチング素子をＯＮ
−ＯＦＦ制御して１次側から２次側へ電力供給をするよ
うに形成され、かつスイッチング素子に流れる電流が設
定電流値以上となったことを検出してスイッチング素子
をＯＦＦさせる過電流保護回路を設けたスイッチング電
源装置において、前記過電流保護回路を、前記スイッチ
ング素子に切替接続可能な小抵抗値の第１電流検出素子
および大抵抗値の第２電流検出素子と，第１電流検出素
子または第２電流検出素子で当該各設定電流値以上の電
流が検出された場合に前記スイッチング素子をＯＦＦさ
せる開閉素子とから形成するとともに、第１電流検出素
子と第２電流検出素子とを選択的に切替えて前記スイッ
チング素子に直列接続可能に形成された選択切替手段
と，前記１次直流電源回路の電源が投入されたときから
設定時間が経過した後に第２電流検出素子を前記スイッ
チング素子に直列接続させるための選択切替信号を選択
切替手段に出力する選択切替信号生成出力手段とを設
け、前記設定電流値を２段階に自動切替設定可能に構成
した、ことを特徴とする。

【００１３】

【作用】上記構成による本発明の場合、１次直流電源回
路の電源投入時およびその後の起動時には選択切替信号
生成出力手段は働いていない。したがって、スイッチン
グ素子には小抵抗値の第１電流検出素子が直列接続され
た状態にあるから、最大負荷時における電流が大きな設
定電流値となったときに所定の設定電流値相当電圧が発
生される。つまり、動作電圧以上となるので、開閉素子
がスイッチング素子を強制してＯＦＦさせる。

【００１４】一方、電源を投入してから設定時間が経過
すると、選択切替信号生成出力手段が働いて選択切替手
段に選択切替信号を生成出力する。すると、選択切替手
段は、選択切替動作してスイッチング素子に大抵抗値の
第２電流検出素子を直列接続させる。したがって、定常
負荷時における電流が小さな設定電流値となったときに
開閉素子の動作電圧が確立されるから，スイッチング素
子をＯＦＦすることができる。

【００１５】よって、２次直流電源回路の平滑コンデン
サの容量および電源投入後の過渡電流や定常電流に照
し、第１電流検出素子，第２電流検出素子の各抵抗値お
よび設定時間を適宜な値に予め選択設定しておけば、過
渡的な最大負荷および定常負荷のいずれに対しても必要
十分で妥当性ある過電流保護を行うことができる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。本スイッチング電源装置は、図１に示す如く、基
本的構成が従来例（図３）と同じとされているが、過電
流保護回路４０を第１電流検出素子４１と第２電流検出
素子４２と開閉素子４５とから形成する、とともに選択
切替手段５１と選択切替信号生成出力手段５５とからな
る設定電流値自動切替装置５０を設け、起動時における
最大負荷状態および定常負荷状態のいずれにおいても所
定の各設定電流値（Ｉｓｐ，Ｉｓｎ）となったときにス
イッチング素子Ｑ１を強制的にＯＦＦさせて１次直流電
源回路１０や負荷１００を過電流から完全に保護できる
ように形成されている。

【００１７】なお、従来例（図３，図４）と共通する部
分については同一の符号を付しそれらについての説明は
簡略または省略する。

【００１８】図１において、過電流保護回路４０は、ス
イッチング素子Ｑ１と整流回路ＤＢ１の直流負極側電路
Ｌｎとの間に並列的に接続された２つの電流検出素子
（抵抗）４１，４２と、トランジスタから形成されたス
イッチング素子Ｑ１のベースと直流負極側電路Ｌｎとの
間に接続された開閉素子（ＦＥＴ）４５から形成されて
いる。

【００１９】この開閉素子４５は、一定の動作電圧Ｖｓ
以上となったときにＯＮして、スイッチング素子Ｑ１に
流れ込んでいた制御信号Ｓの電流を直流負極側電路Ｌｎ
へ落し込ませてスイッチング素子Ｑ１を強制的にＯＦＦ
することができるものと選択されている。

【００２０】第１電流検出素子４１は、比較的に小さな
抵抗値を持つものとされ、スイッチング素子Ｑ１に流れ
る電流Ｉが図２に示す最大負荷時における過渡電流Ｉｐ
よりもやや高い第１設定電流値Ｉｓｐ以上となったこと
を検出して、上記動作電圧Ｖｓを生成出力することがで
きる。

【００２１】第２電流検出素子４２は、比較的に大きな
抵抗値を持つものとされ、スイッチング素子Ｑ１に流れ
る電流Ｉが定常負荷時における定常電流Ｉｎよりもやや
高い第２設定電流値Ｉｓｎ以上となったことを検出し
て、動作電圧Ｖｓを生成出力することができる。

【００２２】すなわち、第１設定電流値Ｉｓｐは最大負
荷における過電流に対して主に回路構成要素（Ｑ１等）
を保護し、かつ第２設定電流値Ｉｓｎは定常負荷におけ
る過電流に対して主に負荷１００を保護するように２段
階として選択設定され、第１および第２電流検出素子４
１，４２の各抵抗値は、これを満すものとして決められ
る。

【００２３】ここに、設定電流値自動切替装置５０は、
電源投入後の起動時における最大負荷時と定常負荷時と
における各設定電流値（Ｉｓｐ，Ｉｓｎ）を自動的に切
替える装置である。

【００２４】これを形成する選択切替手段５１は、第１
電流検出素子４１側の端子Ｔ１と第２電流検出素子４２
側の端子Ｔ２とを選択的にスイッチング素子Ｑ１に直列
接続するスイッチ５４を含み、トランジスタ５２がＯＮ
されたときにコイル５３を励磁してスイッチ５４が端子
Ｔ２を選択し、非励磁の場合に端子Ｔ１を選択するよう
に形成されている。

【００２５】また、選択切替信号生成出力手段５５は、
電路Ｌｐ−Ｌｎ間に直列接続された充電抵抗５６および
コンデンサ５７からなるタイマーと、このコンデンサ５
７に並列接続された放電抵抗５８とから形成されてい
る。図２に示す設定時間Ｔｓは、充電抵抗５６とコンデ
ンサ５７との時定数としてセットされる。したがって、
電源を投入してから設定時間Ｔｓが経過したときに、選
択切替信号Ｖ２が生成出力される。

【００２６】かかる構成の実施例によれば、停止状態で
は選択切替手段５１を形成するスイッチ５４が端子Ｔ１
に接触している。したがって、スイッチング素子Ｑ１に
は、第１電流検出素子４１が直列接続されている。つま
り、図２に示す大きな第１設定電流値Ｉｓｐが選択設定
されている。

【００２７】ここに、電源スイッチ２をＯＮさせて電源
を投入すると、電圧制御回路１５がスイッチング素子Ｑ
１を周期ＴでＯＮ−ＯＦＦ制御しトランス２０（Ｎｐ
１，Ｎｓ１）を介して２次直流電源回路３０側に電力供
給する。したがって、２次側の平滑コンデンサＣ１，Ｃ
２が徐々に充電されるので、スイッチング素子Ｑ１に流
れる電流Ｉ（過渡電流Ｉｐ）は、図２に示すように徐々
に小さくなる。

【００２８】この起動時の最大負荷状態における過渡電
流Ｉｐが第１設定電流値Ｉｓｐを越えるような過負荷
（過電流）となると、第１電流検出素子４１によって動
作電圧Ｖｓが確立されるので、開閉素子４５がＯＮして
スイッチング素子Ｑ１を強制してＯＦＦさせる。したが
って、最大負荷時でも妥当性ある過電流保護ができる。
回路構成要素（Ｑ１等）を過電流（Ｉｐ）から完全に保
護することができる。

【００２９】この期間中も選択切替信号生成出力手段５
５を形成するコンデンサ５７は徐々に充電されている。
そして、設定時間Ｔｓが経過する時点において、選択切
替信号Ｖ２が生成出力される。すると、選択切替手段を
形成するトランジスタ５２がＯＮとなりコイル５３が励
磁される。したがって、スイッチ５４は端子Ｔ１から端
子Ｔ２に切替えられる。

【００３０】すなわち、第２電流検出素子４２がスイッ
チング素子Ｑ１に直列接続されるから、設定電流値は第
２設定電流値Ｉｓｎに切替設定されたことになる。この
頃には、２次側の平滑コンデンサＣ１，Ｃ２が十分に充
電されているので、スイッチング素子Ｑ１に流れる電流
は負荷１００に応じた図２に示す定常電流Ｉｎとなって
いる。

【００３１】かくして、スイッチング素子Ｑ１を流れる
定常電流Ｉｎが第２設定電流値Ｉｓｎ以上となると、過
電流保護回路４０（４５）が働き、スイッチング素子Ｑ
１を強制的にＯＦＦして過電流から保護する。負荷１０
０の焼損等を確実に防止できる。

【００３２】しかして、この実施例によれば、過電流保
護回路４０を切替可能な小抵抗値の第１電流検出素子４
１および大抵抗値の第２電流検出素子４２とスイッチン
グ素子Ｑ１をＯＦＦさせるための開閉素子４５とから形
成するとともに、第１および第２電流検出素子４１，４
２を選択的に切替える選択切替手段５１とこれに加える
選択切替信号Ｖ２を生成出力する選択切替信号生成出力
手段５５とを設け、過電流保護回路４０を動作させる設
定電流値を２段階（Ｉｓｐ，Ｉｓｎ）に自動切替えする
ことができる構成とされているので、電源投入後の起動
時における最大負荷状態および定常負荷状態のいずれの
場合でも妥当性ある過電流保護運転ができる、とともに
各設定電流値Ｉｓｐ，Ｉｓｎの選択設定が容易で取扱い
も極めて簡単となり、かつ装置（Ｑ１）および負荷１０
０を過電流から完全に保護できる信頼性の高いものとな
る。

【００３３】また、第１電流検出素子４１と第２電流検
出素子４２との各抵抗値が最大負荷時の過渡電流Ｉｐお
よび定常電流Ｉｎに応じて選択された各設定電流値Ｉｓ
ｐ，Ｉｓｎ以上となった場合に同一の動作電圧Ｖｓを確
立するものと選択されているので、１つの開閉素子４５
を用いて過電流保護回路４０を構成できる。したがっ
て、小型・軽量化および低コスト化に支障を来たさな
い。

【００３４】また、選択切替信号生成出力手段５５が、
整流回路ＤＢ１に接続された充電抵抗５６とコンデンサ
５７とから形成されているので、設定時間Ｔｓの選択設
定が簡単でかつ適用性も広がる。また、格別の電源装置
も不要である。

【００３５】また、最大負荷時と定常負荷時とでは別異
の各設定電流値Ｉｓｐ，Ｉｓｎで過電流保護を行うもの
とされているので、２次側の平滑コンデンサＣ１，Ｃ２
の容量の選択自由性を大幅に拡大でき、耐負荷変動特性
や電圧高品位性を一段と向上できる。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、過電流保護回路を切替
可能な小抵抗値の第１電流検出素子および大抵抗値の第
２電流検出素子とスイッチング素子をＯＦＦさせるため
の開閉素子とから形成するとともに、第１および第２電
流検出素子を選択的に切替える選択切替手段とこれに加
える選択切替信号を生成出力する選択切替信号生成出力
手段とを設け、過電流保護回路を動作させる設定電流値
を２段階に自動切替えすることができる構成とされてい
るので、電源投入後の起動時における最大負荷状態およ
び定常負荷状態のいずれの場合でも妥当性ある過電流保
護運転ができる、とともに各設定電流値の選択設定が容
易で取扱いも極めて簡単となり、かつ装置および負荷を
過電流から完全に保護できる信頼性の高いスイッチング
電源装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す回路図である。

【図２】同じく、設定電流値の切替動作を説明するため
のタイミングチャートである。

【図３】従来例を説明するための回路図である。

【図４】従来動作を説明するためのタイミングチャート
である。

【符号の説明】

１ 商用交流電源 ２ 電源スイッチ １０ １次直流電源回路 ＤＢ１ 整流回路 Ｃ１ 平滑コンデンサ Ｑ１ スイッチング素子 １５ 電圧制御回路 ２０ トランス Ｎｐ１ １次巻線 Ｎｐ２ 補助巻線 Ｎｓ１ ２次巻線 ３０ ２次直流電源回路 Ｄ２ ダイオード Ｃ１，Ｃ２ 平滑コンデンサ ３５ 安定化回路 ４０ 過電流保護回路 ４１ 第１電流検出素子 ４２ 第２電流検出素子 ４５ 開閉素子 Ｖｓ 動作電圧（各設定電流値相当電圧） Ｔ１，Ｔ２ 端子 ５０ 設定電流値自動切替装置 ５１ 選択切替手段 ５２ トランジスタ ５３ コイル ５４ スイッチ ５５ 選択切替信号生成出力手段 ５６ 充電抵抗 ５７ コンデンサ Ｖ２ 選択切替信号 ５８ 放電抵抗 １００ 負荷

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 整流回路，スイッチング素子を含む１次
   直流電源回路と負荷が接続された２次直流電源回路とを
   トランスを介して結合接続し、スイッチング素子をＯＮ
   −ＯＦＦ制御して１次側から２次側へ電力供給をするよ
   うに形成され、かつスイッチング素子に流れる電流が設
   定電流値以上となったことを検出してスイッチング素子
   をＯＦＦさせる過電流保護回路を設けたスイッチング電
   源装置において、 前記過電流保護回路を、前記スイッチング素子に切替接
   続可能な小抵抗値の第１電流検出素子および大抵抗値の
   第２電流検出素子と，第１電流検出素子または第２電流
   検出素子で当該各設定電流値以上の電流が検出された場
   合に前記スイッチング素子をＯＦＦさせる開閉素子とか
   ら形成するとともに、第１電流検出素子と第２電流検出
   素子とを選択的に切替えて前記スイッチング素子に直列
   接続可能に形成された選択切替手段と，前記１次直流電
   源回路の電源が投入されたときから設定時間が経過した
   後に第２電流検出素子を前記スイッチング素子に直列接
   続させるための選択切替信号を選択切替手段に出力する
   選択切替信号生成出力手段とを設け、前記設定電流値を
   ２段階に自動切替設定可能に構成した、ことを特徴とす
   るスイッチング電源装置。