JPH1155942A - スイッチング電源およびスイッチング電源の保護方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高機能化されてＩＣ化されたものにおいては
保護回路が備えられているものの高価であった。 【解決手段】 発振制御回路１２によってスイッチング
トランジスタ１１へのベース電流を間欠的に供給するよ
うに制御しつつ、シャントレギュレータ制御回路２０の
帰還フォトカプラ２１の出力である制御電流をバイパス
回路３０のトランジスタ３１に対してベース電流として
供給することにより、二次側の正常稼働時には同トラン
ジスタ３１がオンとなるとともにトランジスタ３２はオ
フとなり、スイッチングトランジスタ１１は発振を続け
るが、二次側に事故が生じて帰還フォトカプラ２１のフ
ォトトランジスタ２１ｂが非導通となると、トランジス
タ３１がオフとなるとともにトランジスタ３２がオンと
なり、これによってスイッチングトランジスタ１１のベ
ース電流がバイパスされ、発振を停止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スイッチング電源
およびスイッチング電源の保護方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のスイッチング電源では保護回路ま
で含めた高機能化されたものはＩＣ化されて供給されて
いる。一方、必要十分な電源とするためにスイッチング
トランジスタを使用してＲＣＣ方式のスイッチング電源
を構成するような場合は適当な保護回路がないため、負
荷側が短絡してしまったようなときにスイッチングトラ
ンジスタを破壊しかねない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のスイッ
チング電源においては、高機能化されてＩＣ化されたも
のにおいては保護回路が備えられているものの高価であ
るし、スイッチングトランジスタを使用してスイッチン
グ電源を構成する場合には保護回路がないという課題が
あった。本発明は、上記課題にかんがみてなされたもの
で、簡易な構成でスイッチング電源のスイッチングトラ
ンジスタを保護することが可能なスイッチング電源およ
びスイッチング電源の保護方法の提供を目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１にかかる発明は、所定周期でオンオフされ
るスイッチングトランジスタを有するスイッチング電源
であって、負荷側に接続されて正常作動時に電流が流れ
るとともに負荷異常時に電流が遮断される負荷監視手段
と、この負荷監視手段の電流が遮断されたときに上記ス
イッチングトランジスタの動作を停止させる動作停止手
段とを具備する構成としてある。

【０００５】上記のように構成した請求項１にかかる発
明においては、スイッチングトランジスタを所定周期で
オンオフさせてスイッチング電源を構成するにあたり、
負荷監視手段は負荷側に接続されており、正常作動時に
電流が流れるとともに負荷異常時に電流が遮断される。
一方、この負荷監視手段の電流が流れているときには上
記スイッチングトランジスタは動作を継続でき、スイッ
チング電源として負荷側に必要な電力を供給することに
なる。しかし、負荷異常が生じると負荷監視手段の電流
が遮断されるため動作停止手段は上記スイッチングトラ
ンジスタの動作を停止させ、以降は負荷側に必要な電力
を供給しなくなる。

【０００６】負荷監視手段は負荷側に接続されることに
より、正常作動時に電流が流れるとともに負荷異常時に
電流が遮断されるようなものであればよく、各種の構成
が可能である。例えば、負荷と並行に接続されるもので
あれば負荷が短絡しない限り電流が流れるし、仮に負荷
と直列に接続されたとしても負荷が断線しない限り電流
が流れることになる。前者の一例として、請求項２にか
かる発明は、請求項１に記載のスイッチング電源におい
て、上記負荷監視手段は、上記負荷と平行に接続された
ＬＥＤとホトトランジスタからなる帰還ホトカプラを備
え、同ホトトランジスタのオン状態によって正常作動時
に電流が流れるとともに、同ホトトランジスタのオフ状
態によって負荷異常時に電流が遮断されるように構成し
てある。

【０００７】上記のように構成した請求項２にかかる発
明においては、帰還ホトカプラのＬＥＤが負荷と平行に
接続されており、正常動作時は電流が流れて発光する。
すると対面するホトトランジスタは導通し、所定の電流
を流すことができる。しかしながら、負荷が短絡などす
る負荷異常時は電流が流れなくなってＬＥＤが発光しな
くなり、対面するホトトランジスタは非導通となり、所
定の電流を流すことができなくなり遮断される。

【０００８】このような帰還ホトカプラは独立して設け
ることもできるし、例えばシャントレギュレータを利用
してＬＥＤに電流供給するようなものであっても良い。
動作停止手段は負荷監視手段の電流が遮断されたときに
スイッチングトランジスタの動作を停止させることがで
きればよく、各種の構成が可能である。むろん、動作を
停止させるにあたってはオフ動作させるのが好ましい。
そのような回路構成は多々あるが、その一例として、請
求項３にかかる発明は、請求項２のいずれかに記載のス
イッチング電源において、上記動作停止手段は、上記ホ
トトランジスタの出力でオン・オフするバイパススイッ
チングトランジスタにて上記スイッチングトランジスタ
のスイッチング制御電流をバイパスしてオフ動作させる
バイパス回路を有する構成としてある。

【０００９】上記のように構成した請求項３にかかる発
明においては、上記動作停止手段のバイパス回路がスイ
ッチングトランジスタに接続され、そのスイッチング制
御電流をバイパス可能となっている。すなわち、上記ホ
トトランジスタの出力でオン・オフするバイパススイッ
チングトランジスタがバイパス回路に含まれており、ホ
トトランジスタから所定の電流が流れている場合には同
バイパス回路が作動せず、スイッチング制御電流がスイ
ッチングトランジスタに供給されて所定の周期でオン・
オフするが、同ホトトランジスタからの電流が遮断され
ると同バイパス回路が作動してバイパススイッチングト
ランジスタがスイッチング制御電流をバイパスすること
になり、スイッチングトランジスタはオフ動作となる。

【００１０】このように負荷側に異常が生じたときに電
流が流れなくなることにより、スイッチングトランジス
タの動作を停止させる手法は、必ずしも実体のある装置
に限定されず、その一例として、請求項４にかかる発明
は、所定周期でオンオフされるスイッチングトランジス
タを有するスイッチング電源の保護方法であって、負荷
側が正常動作時に電流が流れるようにするとともに負荷
異常時に電流が流れないようにし、この電流が流れると
きには上記スイッチングトランジスタを動作させるとと
もに同電流が流れないときには上記スイッチングトラン
ジスタを停止させるようにした構成としてある。

【００１１】すなわち、必ずしも実体のある装置で修正
する作業に限らず、その方法としても有効であることに
相違はない。

【００１２】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、簡易な構
成でスイッチングトランジスタを有効に保護することが
可能なスイッチング電源を提供することができる。ま
た、請求項２にかかる発明によれば、帰還ホトカプラと
いう簡易な構成で負荷監視手段を構成することができ
る。

【００１３】さらに、請求項３にかかる発明によれば、
バイパス回路でスイッチングトランジスタのスイッチン
グ制御電流をバイパスさせるだけであるたため、回路構
成が簡易になる。さらに、請求項４にかかる発明によれ
ば、同様に簡易な手法でスイッチングトランジスタを保
護することが可能なスイッチング電源の保護方法を提供
することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面にもとづいて本発明の
実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態にか
かるスイッチング電源を回路図により示している。

【００１５】同図において、スイッチング主回路１０は
スイッチングトランジスタ１１と発振制御回路１２とパ
ルストランス１３などから構成されている。この場合、
パルストランス１３の一次巻線には直流電源が接続され
るとともにスイッチングトランジスタ１１のコレクタ−
エミッタ間が直列に接続され、発振制御回路１２はベー
ス抵抗１４を介してスイッチングトランジスタ１１に対
して間欠的にベース電流が供給されるように制御してい
る。これにより、パルストランス１３の一次巻線には間
欠的に電流が流れることになり、図示しない二次巻線に
は巻き数比に応じた出力電圧が得られる。

【００１６】このようなスイッチング主回路１０の構成
は多様であり、必ずしも上述した構成のものに限られる
わけではない。シャントレギュレータ制御回路２０は負
荷側に並行に接続され、帰還電流に基づいて上記発振制
御回路１２を制御している。このシャントレギュレータ
制御回路２０には二次側電流を帰還するための帰還フォ
トカプラ２１が備えられており、二次側が正常稼働して
いる場合に同帰還フォトカプラ２１内のＬＥＤ２１ａに
帰還電流が流れて発光する。すると、このＬＥＤ２１ａ
に対面するフォトトランジスタ２１ｂが受光してオンと
なり、制御電流が流れて上記発振制御回路１２をフィー
ドバック制御することになる。

【００１７】このシャントレギュレータ制御回路２０は
発振制御回路１２をフィードバック制御する意味がある
一方、二次側が正常稼働している状態でフォトトランジ
スタ２１ｂに制御電流が流れるという意味では、この制
御電流の有無が二次側の稼働状態を示しているとも言え
る。従って、この帰還フォトカプラ２１が負荷監視手段
を構成していると言える。むろん、負荷監視手段として
はかかる構成に限定されるものではなく、二次側が正常
稼働している状態で制御電流が流れればよいので適宜変
更可能である。この場合、負荷異常は負荷短絡であった
り、過大電流など、各種のものに適用可能である。

【００１８】この負荷監視手段における上記制御電流は
動作停止手段としてのバイパス回路３０に供給されてい
る。このバイパス回路３０は二つのトランジスタ３１，
３２を備えており、トランジスタ３１は上記制御電流に
よってオン・オフ制御され、トランジスタ３２はこのト
ランジスタ３１によってオン・オフ制御されている。そ
して、トランジスタ３２がオンとなると、上記スイッチ
ングトランジスタ１１のベース電流をバイパスすること
により、同スイッチングトランジスタ１１の発振を停止
させる。

【００１９】以下、このバイパス回路３０について詳細
に説明する。フォトトランジスタ２１ｂのエミッタはス
イッチングダイオード３３ａと抵抗３４ａとを介してエ
ミッタ接地のトランジスタ３１におけるベースに接続さ
れており、上記制御電流が流れているときには同トラン
ジスタ３１がオン状態となる。また、スイッチングダイ
オード３３ａは抵抗３４ｂを介して接地されているた
め、上記制御電流が流れているときには同トランジスタ
３１のベースは抵抗３４ａ，３４ｂを介して接地されオ
フ状態となる。

【００２０】一方、上述したスイッチングトランジスタ
１１のベース抵抗１４には電源側から起動抵抗４１，４
２を介してベース電流を供給可能となっているが、同ベ
ース抵抗１４と同スイッチングトランジスタ１１のベー
スとの接続点が上記トランジスタ３２のコレクタに接続
され、当該トランジスタ３２のエミッタが接地されてい
る。従って、このトランジスタ３２にベース電流が供給
されない状態においてはトランジスタ３２がオフとなっ
ているのでスイッチングトランジスタ１１へのベース電
流が供給されるものの、トランジスタ３２にベース電流
が供給されると当該トランジスタ３２はオンとなり、ス
イッチングトランジスタ１１へのベース電流はトランジ
スタ３２のコレクタ−エミッタ間を介してバイパスされ
てスイッチングトランジスタ１１には供給されなくな
る。

【００２１】トランジスタ３２に対するベース電流は起
動抵抗４１，４２の中間点から抵抗３４ｃとスイッチン
グダイオード３３ｂを介して供給されることになるが、
この抵抗３４ｃとスイッチングダイオード３３ｂとの接
続点に上記トランジスタ３１のコレクタを接続してあ
る。従って、通常時、トランジスタ３１がオンしている
間は当該トランジスタ３１のコレクタ−エミッタ間を介
してバイパスされ、トランジスタ３２に供給されること
はない。しかしながら、上述したようにフォトトランジ
スタ２１ｂからの制御電流が途絶えてトランジスタ３１
がオフとなったときにはスイッチングダイオード３３ｂ
を介してトランジスタ３２にベース電流が供給され、導
通することになる。なお、抵抗３４ｃとスイッチングダ
イオード３３ｂとの接続点は電解コンデンサ３５を介し
て接地されており、このようにしてトランジスタ３１が
オフしても微少時間だけ遅れてベース電流が供給される
ことになる。

【００２２】ところで、このスイッチング電源の始動直
後、二次側には電力が供給されておらず、フォトトラン
ジスタ２１ｂには制御電流が流れない。すると、上述し
たようにスイッチングトランジスタ１１のベース電流が
バイパスされることになってしまい、本スイッチング電
源が起動しなくなってしまう。このため、始動直後はト
ランジスタ３１に対してベース電流を供給する必要があ
り、起動抵抗４１，４２の中間点からコンデンサ３６と
抵抗３４ｄと抵抗３４ａとを介して同トランジスタ３１
のベース電流を供給するようにしている。

【００２３】むろん、このような動作停止手段としての
バイパス回路３０は各種の構成が可能であり、上述した
構成回路は一例に過ぎない。例えば、制御電流をアンド
回路における一方の入力とするとともに他方の入力にス
イッチングトランジスタ１１のベース電流を供給し、同
アンド回路の出力をスイッチングトランジスタ１１のベ
ース電流とするというのも一例である。次に、上記構成
からなる本実施形態の動作を説明する。このスイッチン
グ電源自体の電源をオンにした直後、起動抵抗４１とコ
ンデンサ３６と抵抗３４ｄと抵抗３４ａを介してトラン
ジスタ３１にベース電流が供給され、当該トランジスタ
３１はオン状態となる。このとき、起動抵抗４１と抵抗
３４ｃを介してスイッチングダイオード３３ｂからトラ
ンジスタ３２にベース電流を供給する回路も形成されそ
うになるが、コンデンサ３６の働きによって先にトラン
ジスタ３１が導通するし、電解コンデンサ３５に充電す
るのに時間を要してトランジスタ３２は導通できない。

【００２４】すると、これに遅れて発振制御回路１２が
スイッチングトランジスタ１１に対する間欠的なベース
電流を供給するように制御し始めるとパルストランス１
３の一次巻線には間欠的に電流が流れ、二次巻線には巻
き数比に応じた出力電圧が得られる。二次巻線には図示
しない整流回路などを介して負荷が接続されるととも
に、シャントレギュレータ制御回路２０が二次側の電流
を一部帰還フォトカプラ２１へ供給するため、ＬＥＤ２
１ａが発光するとともにフォトトランジスタ２１ｂが受
光し、制御電流が当該フォトトランジスタ２１ｂに流れ
ることになる。むろん、この制御電流はスイッチングダ
イオード３３ａを介してトランジスタ３１のベース電流
にもなる。このようにして二次側に電力が供給されるよ
うになってくる頃には、コンデンサ３６に充電されて起
動抵抗４１からのトランジスタ３１へのベース電流の供
給ルートは絶たれることになるが、その時点では既に帰
還フォトカプラ２１を介して制御電流の一部がベース電
流として供給されるようになるため、問題はない。

【００２５】二次側が正常に稼働している場合には上述
したようにしてスイッチングトランジスタ１１には間欠
的にベース電流が供給される。しかしながら、二次側に
短絡事故などが生じると、帰還フォトカプラ２１のＬＥ
Ｄ２１ａへの電流が絶たれるため、当該ＬＥＤ２１ａは
消灯する。すると、フォトトランジスタ２１ｂはオフと
なるため、制御電流が絶たれることになり、トランジス
タ３１にもベース電流が流れなくなり、オフとなる。

【００２６】トランジスタ３１がオフとなると、それま
でコレクタ−エミッタ間の抵抗値が殆ど「０」に近かっ
たものが急に大きくなり、これによって電解コンデンサ
３５が充電され始めるとともにスイッチングダイオード
３３ｂを介してトランジスタ３２にベース電流が供給さ
れることになる。すると、同トランジスタ３２は導通
し、スイッチングトランジスタ１１へ供給されるはずの
ベース電流がこのトランジスタ３２のコレクタ−エミッ
タ間を介してバイパスされ、トランジスタ３２の発進は
停止される。

【００２７】本来、二次側が短絡すれば瞬時にスイッチ
ングトランジスタ１１に大きな電流が流れるようになっ
てしまうが、このような保護回路が働くことによってス
イッチングトランジスタ１１の発振が停止し、スイッチ
ングトランジスタ１１を保護することができる。このよ
うに、発振制御回路１２によってスイッチングトランジ
スタ１１へのベース電流を間欠的に供給するように制御
しつつ、シャントレギュレータ制御回路２０の帰還フォ
トカプラ２１の出力である制御電流をバイパス回路３０
のトランジスタ３１に対してベース電流として供給する
ことにより、二次側の正常稼働時には同トランジスタ３
１がオンとなるとともにトランジスタ３２はオフとな
り、スイッチングトランジスタ１１は発振を続けるが、
二次側に事故が生じて帰還フォトカプラ２１のフォトト
ランジスタ２１ｂが非導通となると、トランジスタ３１
がオフとなるとともにトランジスタ３２がオンとなり、
これによってスイッチングトランジスタ１１のベース電
流がバイパスされ、発振を停止する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態にかかるスイッチング電源
の回路図である。

【符号の説明】

１０…スイッチング主回路 １１…スイッチングトランジスタ １２…発振制御回路 １３…パルストランス １４…ベース抵抗 ２０…シャントレギュレータ制御回路 ２１…帰還フォトカプラ ２１ａ…ＬＥＤ ２１ｂ…フォトトランジスタ ３０…バイパス回路 ３１…トランジスタ ３２…トランジスタ ３３ａ，３３ｂ…スイッチングダイオード ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ…抵抗 ３５…電解コンデンサ ３６…コンデンサ ４１，４２…起動抵抗

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定周期でオンオフされるスイッチング
   トランジスタを有するスイッチング電源であって、 負荷側に接続されて正常作動時に電流が流れるとともに
   負荷異常時に電流が遮断される負荷監視手段と、 この負荷監視手段の電流が遮断されたときに上記スイッ
   チングトランジスタの動作を停止させる動作停止手段と
   を具備することを特徴とするスイッチング電源。
2. 【請求項２】 上記請求項１に記載のスイッチング電源
   において、上記負荷監視手段は、上記負荷と平行に接続
   されたＬＥＤとホトトランジスタからなる帰還ホトカプ
   ラを備え、同ホトトランジスタのオン状態によって正常
   作動時に電流が流れるとともに、同ホトトランジスタの
   オフ状態によって負荷異常時に電流が遮断されるように
   したことを特徴とするスイッチング電源。
3. 【請求項３】 上記請求項２のいずれかに記載のスイッ
   チング電源において、上記動作停止手段は、上記ホトト
   ランジスタの出力でオン・オフするスイッチングトラン
   ジスタにて上記スイッチングトランジスタのスイッチン
   グ制御電流をバイパスしてオフ動作させるバイパス回路
   を有することを特徴とするスイッチング電源。
4. 【請求項４】 所定周期でオンオフされるスイッチング
   トランジスタを有するスイッチング電源の保護方法であ
   って、負荷側が正常動作時に電流が流れるようにすると
   ともに負荷異常時に電流が流れないようにし、この電流
   が流れるときには上記スイッチングトランジスタを動作
   させるとともに同電流が流れないときには上記スイッチ
   ングトランジスタを停止させるようにしたことを特徴と
   するスイッチング電源の保護方法。