JPS648525B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はスイツチング電源装置を過電流から保
護するための過電流検出回路に関する。

〔従来の技術〕

直流−直流変換電源装置として、従来から第２
図に示されているようなスイツチング電源装置が
用いられている。すなわち、スイツチングトラン
ジスタ１と、このトランジスタ１のコレクタに１
次側コイルの一端が接続されたスイツチングトラ
ンス２を備えている。そしてスイツチングトラン
ス２の１次側コイルの他端とトランジスタ１のエ
ミツタとの間に直流電源３を接続して、トランジ
スタ１のベースにドライブ回路４からパルス信号
を印加すると、直流電源３からの直流入力電圧に
対応してスイツチングトランス２の１次側コイル
を流れる直流電流がトランジスタ１によりスイツ
チングされたパルス電流Ｉを発生し、これにより
スイツチングトランス２の２次側コイルにパルス
電圧が誘起される。このパルス電圧は整流・平滑
回路５で整流かつ平滑され、出力端子６から所望
の直流電圧が取り出されるようになされている。

一方、出力端子６に得られる直流出力電圧は、
出力電圧検出回路７によつて監視され、その変動
が検出されればこの出力電圧検出回路７に出力が
発生して制御回路８に印加され、制御回路８は、
ドライブ回路４からトランジスタ１のベースに与
えられるパルス信号の周波数およびデユーテイを
変化させることにより、直流出力電圧を安定化し
ている。

さらに、第２図に示されているスイツチング電
源装置には、出力端短絡等によつてスイツチング
トランス２およびスイツチングトランジスタ１に
過大な電流が流れるのを防止するために、保護回
路が設けられており、そのための過電流検出回路
９を備えている。

ところで、この過電流検出に関し、低電力のス
イツチング電源においては、一般に流れる電流も
少ないため、保護すべき部品を流れる電流の通路
に抵抗を挿入して、これにより過電流を検出して
いるが、大電力のスイツチング電源では、流れる
電流も多いため、高価な大電力用抵抗を必要とす
るのみでなく、電流通路への抵抗の挿入は電源全
体の変換効率を低下させ、スイツチング電源の特
長である高効率を損う不都合がある。また制御回
路８が一般にスイツチングトランス２の２次側回
路に接続されているため、過電流に対する保護の
対象がスイツチングトランス２の１次側にある場
合、その１次側で検出された電流値をあらわす電
圧を２次側まで伝えなければならないが、このこ
とは１次・２次間の絶縁性を低めることになり、
世界各国の安全規格で定められている１次・２次
間の絶縁性に関する規格を満足しないことにもな
つた。

そこで従来より過電流検出回路９に、第２図に
示すように、１次・２次間の絶縁性が高く、かつ
挿入損失も少ないカレントトランス１０が用いら
れるようになつた。第２図においては、カレント
トランス１０の１次側コイルが、スイツチングト
ランジスタ１のコレクタとスイツチングトランス
２の１次側コイルとの間に挿入され、カレントト
ランス１０の２次側コイルにダイオードD₁とコ
ンデンサC₁とよりなる整流回路が接続され、こ
の整流回路の出力電圧を誤差増幅回路１１に印加
し、過電流が検出されれば誤差増幅回路１１の出
力が制御回路８に与えられ、これによりスイツチ
ングトランジスタ１およびスイツチングトランス
２の１次側コイルを流れるパルス電流が減少する
ようにトランジスタ１が制御される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、第２図に示されている従来の過
電流検出回路９においても、以下に述べるような
問題点を有する。すなわち、カレントトランス１
０の１次側コイルを流れるパルス電流Ｉの波高値
が一定であつても、スイツチング電源の入力直流
電圧の変化によりパルス電流Ｉのデユーテイが変
化すると、過電流検出回路９の整流回路の出力電
圧が変動し、したがつて過電流検出回路９の動作
点が設定値よりずれることである。

いま、カレントトランス１０の１次側コイルに
第３図ａに示すようなパルス電流Ｉが流れている
場合、このパルス電流Ｉの各周期のうちの電流流
通時間をt₁、非流通時間をt₂とすると、そのデユ
ーテイｄは下記の(1)式であらわされる。

ｄ＝t₁／t₁＋t₂ ……(1) 一般にt₁は２〜10μsec、t₂は10〜30μsec.程度に
選ばれており、このようなパルス電流Ｉがカレン
トトランス１０の１次側コイルに流れると、その
２次側コイルの両端には、第３図ｂに示すよう
に、パルス電流Ｉに対応する波形を有しかつパル
ス電流Ｉの波高値に対応したｐ−ｐ値を有するパ
ルス電圧Ｖが誘起される。このパルス電圧Ｖはパ
ルス電流Ｉの電流流通時に対応する正の電圧分v₁
と、非流通時に対応する負の電圧分v₂とを含み、
電圧v₁、v₂は下記の(2)式の関係を有する。

v₁＝t₂／t₁v₂ ……(2) したがつて(1)、(2)式より v₁＝（ｄ／１−１）v₂ ……(3) 電圧v₁とデユーテイｄとの関係は第４図に示さ
れている。

ところで、第２図に示されたスイツチング電源
装置において、入力直流電圧が10％変化すると、
一般にパルス電流Ｉのデユーテイｄが10％程度の
変化を受けるように制御されている。したがつ
て、デユーテイｄを0.3として、入力直流電圧が
10％高くなつた場合の電圧v₁、v₂をそれぞれv₁′、
v₂′とすると、 v₁＝（１／0.3−１）v₂＝2.33v₂ v₁′＝（１／0.3×1.1−１）v₂′＝2.03v₂′ ここでv₁＋v₂＝v₁′＋v₂′（パルス電流Ｉの波高値
一定）であるから、v₁′／v₁＝0.957となり、約４
％の変動を生じることになる。したがつて、過電
流検出回路９のダイオードD₁とコンデンサC₁と
よりなる整流回路によつて、第４図のようにデユ
ーテイｄの変化によつて変動する電圧v₁を検出し
た場合、過電流検出回路９の動作に誤差を生じる
ことになる。

したがつて、上述した従来のスイツチング電源
装置においては、若干の過電流が流れることを考
慮して保護すべき部品、例えばスイツチングトラ
ンスおよびスイツチングトランジスタ等の耐力を
必要以上に大きくとらざるを得なかつたため、ス
イツチング電源装置の価格を上昇させる一因とな
つていた。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで本発明者は、パルス電流のデユーテイｄ
の変化に影響されることなく、保護すべき部分を
流れるパルス電流の変動を正確に検出するには、
如何なる手段を用いればよいかにつき種々考察し
た結果、カレントトランスの１次側コイルを流れ
るパルス電流の波高値が一定の場合、カレントト
ランスの２次側コイルに誘起されるパルス電圧の
ｐ−ｐ値がパルス電流のデユーテイｄの変化に関
係なく一定であることに着目して本発明に想到し
た。

すなわち、本発明は、カレントトランスの１次
側コイルを流れるパルス電流の各周期のうちの電
流流通時および非流通時にそれぞれ対応してカレ
ントトランスの２次側コイルに誘起される互いに
逆方向の電流をそれぞれ整流しかつこれにより得
られる第１および第２の直流電圧を加算する手段
をカレントトランスの２次側コイルに接続し、こ
の整流・加算手段より得られる電圧に基づいて制
御回路を動作させるようにしたものである。

〔作用〕

このようにカレントトランスの２次側コイルに
誘起される互いに逆方向の電流をそれぞれ整流し
かつこれにより得られる第１および第２の直流電
圧を加算する手段を設けることにより、カレント
トランスの２次側コイルに誘起されるパルス電圧
のｐ−ｐ値が検出されることになる。

〔実施例〕

第１図は本発明による過電流検出回路を備えた
スイツチング電源装置を示し、その過電流検出回
路が備えている整流回路を除いては第２図に示さ
れた装置と同一の構成を有している。このため、
第１図においては、第２図との対応部分に同一の
符号が付してあり、対応部分の詳細な説明は省略
するが、第１図の装置における過電流検出回路９
は、その整流回路が２個のダイオードD₁および
D₂と、２個のコンデンサC₁およびC₂とによつて
構成されている。すなわち、ダイオードD₁のア
ノードとダイオードD₂のカソードが接続され、
その接続点Ａとカレントトランス１０の２次側コ
イルの一端との間にコンデンサC₂が接続されて
いる。またダイオードD₁のカソードにコンデン
サC₁の一端が接続され、コンデンサC₁の他端お
よびダイオードD₂のアノードがカレントトラン
ス１０の２次側コイルの他端に接続されている。
整流出力はコンデンサC₁の両端から取り出され
る。

以上の構成において、いまカレントトランス１
０の２次側コイルに第３図ｂに示されている負の
電圧v₂が誘起される非流通時間t₂においては、ダ
イオードD₂からコンデンサC₂に向う充電電流が
流れ、コンデンサC₂は電圧v₂に充電される。次に
正の電圧v₁が誘起される電流流通時間t₁において
は、ダイオードD₁からコンデンサC₁に向う充電
電流が流れ、コンデンサC₁はこの充電電流によ
る電圧v₁と、コンデンサC₂に充電されていた電圧
v₂とを加算した電圧v₁＋v₂に充電される。この電
圧v₁＋v₂はコンデンサC₁の両端から取り出されて
誤差増幅回路１１に印加され、この誤差増幅回路
１１の出力が制御回路８に与えられる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、カレン
トトランス１０の２次側コイルに誘起されるパル
ス電圧のｐ−ｐ値を、きわめて簡単な構成によつ
て検出することができる。このパルス電圧のｐ−
ｐ値は、カレントトランス１０の１次側コイルに
流れるパルス電流Ｉの波高値に対応し、パルス電
流Ｉのデユーテイｄの変化に影響されることがな
いから、スイツチング電源の直流入力電圧の変動
によつてデユーテイｄが変化しても、過電流とし
て設定した電流のポイントがずれることはなく、
したがつてあらかじめ設定した値の過電流が正確
に検出できる。そのため保護すべき部品に設定値
以上の電流が流れるおそれがなくなるから、それ
ら部品の耐力を小さくできるのみでなく、スイツ
チング電源の設計が容易になり、かつその調整・
検査に要する時間を短縮できるから、スイツチン
グ電源装置を安価に製作できる利点がある。

また、本発明によれば、第３図ａに示すような
一方向に流れるパルス電流のみでなく、反対方向
に交互に流れるパルス電流に対し、その一方の方
向もしくは双方の方向の電流に過電流が発生した
場合でもこれを検出することができる利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による過電流検出回路を備えた
スイツチング電源装置のブロツク図、第２図は従
来の過電流検出回路を備えたスイツチング電源装
置のブロツク図、第３図ａはカレントトランスの
１次側コイルを流れるパルス電流の波形図、第３
図ｂはカレントトランスの２次側コイルに誘起さ
れるパルス電圧の波形図、第４図はパルス電流の
デユーテイとカレントトランスの２次側コイルに
誘起される正の電圧との関係を示すグラフであ
る。 図中、１はスイツチングトランジスタ、２はス
イツチングトランス、４はドライブ回路、８は制
御回路、９は過電流検出回路、１０はカレントト
ランス、１１は誤差増幅回路をそれぞれ示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 直流入力電圧に対応して流れる直流電流をス
   イツチング回路によりスイツチングして得られる
   パルス電流に基づいてパルス電圧を発生し、この
   パルス電圧を直流電圧に変換して取り出しうるよ
   うになされたスイツチング電源装置のための過電
   流検出回路であつて、前記スイツチング時に発生
   しうる過電流の通路内に１次側が接続されたカレ
   ントトランスを具備し、このカレントトランスの
   １次側に前記パルス電流を流し、これにより前記
   カレントトランスの２次側に誘起されるパルス電
   流を整流して直流電圧を得、この直流電圧に基づ
   いて前記スイツチング回路を制御するようになさ
   れた過電流検出回路において、 前記カレントトランスの１次側を流れるパルス
   電流の各周期のうちの電流流通時および非流通時
   にそれぞれ対応して前記カレントトランスの２次
   側に誘起される互いに逆方向の電流をそれぞれ整
   流しかつこれにより得られる第１および第２の直
   流電圧を加算する手段を前記カレントトランスの
   ２次側に接続し、前記整流・加算手段より得られ
   る電圧に基づいて前記スイツチング回路を制御す
   るようにしたことを特徴とするスイツチング電源
   装置のための過電流検出回路。