JP2004215444A

JP2004215444A - Switching power supply

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Publication number: JP2004215444A
Application number: JP2003001387A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Konno; 義弘今野; Michihito Kobayashi; 路仁小林
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2003-01-07
Filing date: 2003-01-07
Publication date: 2004-07-29
Anticipated expiration: 2023-01-07
Also published as: JP4329341B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent the parts of a switching power supply from excessively heating when the switching power supply is connected to an electronic transformer. <P>SOLUTION: The switching power supply is so designed as to convert an input voltage into a desired voltage and output it. If a control portion 130 detects that the input voltage has not reached a predetermined voltage when operation of a switching element is started, the control portion controls the operation of a driving portion 142 and causes it to stop the operation of the switching element in the switching element portion 143. Before the driving of the switching element is started, the output voltage of the electronic transformer is low. Therefore, when the switching power supply is connected to the electronic transformer, it is not driven, and its parts are prevented from excessively heating. When the switching power supply is connected to an AC outlet, the input voltage reaches the predetermined voltage. Therefore, the switching power supply can be properly operated. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、スイッチング電源に関する。詳しくは、スイッチング素子の駆動開始時に入力電圧が所定電圧に達していないとき、スイッチング素子の駆動を停止させるものである。
【０００２】
【従来の技術】
携帯可能な電気製品等を商用電源電圧の異なる場所で用いる場合、例えば国内向けの機器を海外で使用する場合、機器側が各国の商用電源電圧に対応していないときには、トラベルコンバータ等と呼ばれている小型軽量の電子式変圧器を用いて電圧変換を行い、海外でも国内向けの機器が使用可能とされている。
【０００３】
この電子式変圧器の出力電圧波形や出力電流波形は、例えば図３に示すようにパルス状ものとなっている。また、負荷に供給する電力が大きい場合、出力電圧波形や出力電流波形は、図４に示すものとなり、図３に比べてパルス幅が広くなるとともにピーク電圧値やピーク電流値も高くなる。なお、図３および図４は、出力波形を説明するためのものであり、ピーク値やパルス幅は例示的なものである。
【０００４】
このようなパルス状の波形の電圧がスイッチング電源に供給された場合、スイッチング電源の部品例えば入力段に設けられたラインフィルタトランスに大きなラッシュ電流が流れて、ラインフィルタトランスでの発熱量が大きくなってしまう場合がある。このため、特許文献１に示すように、ラインフィルタトランスに温度ヒューズ等の温度検出素子を一体に設けて、ラインフィルタトランスの温度が一定以上の温度となったときに機器の動作を停止させることが行われる。また、他の方法としては、ラインフィルタトランスの入力側にヒューズを設け、温度上昇によってラインフィルタトランスでの巻線ショートが発生したときに流れる過大電流でヒューズを溶断することで、機器の動作を停止させることも可能である。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−６６０３６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、温度ヒューズやヒューズを用いて保護を行う場合、温度ヒューズやヒューズが溶断されてしまうと、温度ヒューズが一体とされたラインフィルタトランスの交換、あるいはヒューズとラインフィルタトランスの交換が完了するまで機器を使用できなくなってしまう。
【０００７】
そこで、この発明では電子式変圧器に接続されたとき、部品の過大な発熱を防止できるスイッチング電源を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るスイッチング電源は、スイッチング素子を駆動することにより、入力電圧を所望の電圧に変換して出力するスイッチング電源であって、スイッチング素子の駆動開始時に入力電圧が所定電圧に達していないとき、スイッチング素子の駆動を停止させる制御手段を設けたものである。
【０００９】
この発明においては、スイッチング電源の駆動開始時に、入力電圧がスイッチング電源に供給可能な商用電源電圧の最低値に対する所定の割合に達していないとき、スイッチング素子の駆動停止状態が維持される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照しながら、この発明の実施の一形態について説明する。図１は、スイッチング電源の構成を示す図である。商用電源電圧が供給される入力端子１０１は、ヒューズ１０２を介してラインフィルタトランス１０３とコンデンサ１０４に接続される。このラインフィルタトランス１０３とコンデンサ１０４によって、外来ノイズを減衰されるとともにスイッチング電源内で生じたノイズが外部に出力されてしまうことを防止する。なお、コンデンサ１０４の端子間には、コンデンサ１０４に蓄積された電荷を放電するための抵抗器１０５が接続される。
【００１１】
ラインフィルタトランス１０３の出力側端子は、ダイオードブリッジ１１０の交流入力端子と接続される。また、ダイオードブリッジ１１０の正極側出力端子と負極側出力端子間には、平滑用コンデンサ１１１が接続される。さらに、ダイオードブリッジ１１０の正極側出力端子は、トランス１２０の一次巻線１２０ａの一端とサージアブソーバ１２１のアノードおよび制御部１３０の抵抗器１３１の一端が接続される。
【００１２】
トランス１２０の一次巻線１２０ａの他端は、トランジスタをスイッチング素子として用いたスイッチング素子部１４３とダイオード１２２のアノードに接続される。サージアブソーバ１２１のカソードは、ダイオード１２２のカソードと接続されて、サージアブソーバ１２１とダイオード１２２によって一次巻線１２０ａの端子間に生ずるサージ電圧が吸収される。
【００１３】
トランス１２０の一次巻線１２０ｂの一端は整流用ダイオード１２３のカソードに接続されるとともに、他端はダイオードブリッジ１１０の負極側出力端子と接続される。整流用ダイオード１２３のカソードとアノード間には、平滑コンデンサ１２４が接続される。この整流用ダイオード１２３のカソード側から得られる直流電圧は、制御部１３０および後述する発振部１４１と駆動部１４２に供給される。なお、スイッチング素子部１４３のスイッチング素子が駆動されて整流用ダイオード１２３のカソード側から電力供給が行われるまでは、起動抵抗１２５を介して制御部１３０や発振部１４１および駆動部１４２に対する電力供給が行われる。
【００１４】
制御部１３０における抵抗器１３１の他端は、抵抗器１３２を介してダイオードブリッジ１１０の負極側出力端子と接続される。また、抵抗器１３１と抵抗器１３２の接続点は、ＮＰＮ形トランジスタ１３３のベースと接続されており、平滑用コンデンサ１１１の端子間の直流電圧を抵抗器１３１と抵抗器１３２によって分圧した電圧がトランジスタ１３３のベースに供給される。
【００１５】
トランジスタ１３３のエミッタはダイオードブリッジ１１０の負極側出力端子に接続されるとともに、コレクタは抵抗器１３５を介して整流用ダイオード１２３のカソードに接続される。また、コレクタと抵抗器１３５の接続点には、ＮＰＮ形トランジスタ１３６のベースが接続される。抵抗器１３５の他端は整流用ダイオード１２３のカソードと接続される。
【００１６】
トランジスタ１３６のエミッタはダイオードブリッジ１１０の負極側出力端子に接続されるとともに、コレクタは駆動部１４２と接続される。また、トランジスタ１３６のエミッタとコレクタ間には、スイッチング電源をソフトスタートさせるためのソフトスタート用コンデンサ１４４が接続される。
【００１７】
トランス１２０の二次巻線１２０ｃの一方の端子は整流用ダイオード２０１のアノードに接続される。整流用ダイオード２０１のカソードは平滑用コンデンサ２０２の一方の端子に接続されるとともに、平滑用コンデンサ２０２の他方の端子は二次巻線１２０ｃの他方の端子に接続されて、この平滑用コンデンサ２０２の端子間に接続された負荷２３０に対して電力供給が行われる。
【００１８】
整流用ダイオード２０１のカソードは、電流制限用抵抗器２１０を介してホトカプラ２１５の発光ダイオード２１５ａのアノードと接続される。また、整流用ダイオード２０１のカソードは、誤差検出部２２０と接続される。
【００１９】
平滑用コンデンサ２０２の端子間には直列接続された抵抗器２２１，２２２が設けられており、誤差検出部２２０は、抵抗器２２１と抵抗器２２２との接続点の電圧と基準電源２２３の電圧との電圧差に応じて発光ダイオード２１５ａを駆動する。
【００２０】
ホトカプラ２１５のホトトランジスタ２１５ｂは、エミッタがダイオードブリッジ１１０の負極側出力端子と接続されるとともに、コレクタが駆動部１４２と接続される。
【００２１】
発振部１４１は、固定周波数の三角波発振信号を生成して駆動部１４２に供給する。駆動部１４２では、三角波発振信号とソフトスタート用コンデンサ１４４の端子電圧およびホトトランジスタ２１５ｂのコレクタ電圧を比較して、パルス幅変調駆動信号を生成してスイッチング素子部１４３に供給する。すなわち、駆動部１４２では、ソフトスタート用コンデンサ１４４の端子電圧と三角波発振信号を比較してパルス幅変調駆動信号のデューティを制御し、端子電圧の上昇に従いスイッチング素子のオン期間を広げて、ソフトスタートを行わせる。また、ソフトスタート用コンデンサ１４４の端子電圧の上昇後は、ホトトランジスタ２１５ｂのコレクタ電圧に基づいてパルス幅変調駆動信号のデューティを制御して、抵抗器２２１と抵抗器２２２との接続点の電圧と基準電源２２３の電圧が等しくなるようにスイッチング素子を駆動することで、所望の電圧で負荷２３０に対して電力供給を行う。
【００２２】
また、制御部１３０の抵抗器１３１と抵抗器１３２の抵抗値は、入力端子１０１に供給される入力電圧が、スイッチング電源に供給可能な商用電源電圧の最低値に対して所定の割合に達しているとき、トランジスタ１３３がオン状態となるように決定する。例えば、スイッチング電源を使用可能とする地域において供給される商用電源電圧の最低値に対して７０％程度以上の電圧が供給されたとき、トランジスタ１３３がオン状態となるように決定する。また、入力電圧が動作を保証する電源電圧以下であるとき、トランジスタ１３３がオフ状態となるように抵抗値を設定するものとしても良い。
【００２３】
ここで、商用電源電圧が入力端子１０１に供給されたとき、入力電圧が所定電圧よりも高いことからトランジスタ１３３がオン状態となり、トランジスタ１３６はオフ状態となる。このため、スイッチング素子の駆動開始時には、ソフトスタート用コンデンサ１４４の端子電圧の上昇に伴いスイッチング素子のオン期間が広げられて、ソフトスタートが行われる。さらに、ソフトスタート後は、負荷２３０に対して所望の電圧で電力供給を行うようにスイッチング素子部１４３が駆動されるので、スイッチング電源を正しく動作させることができる。
【００２４】
入力端子１０１に電子式変圧器が接続された場合、電子式変圧器では負荷が軽いとき、すなわちスイッチング電源の動作が行われていないとき、出力電圧が図２に示すように電圧レベルの低下した正弦波状となり、トランジスタ１３３はオフ状態が保持される。また、トランジスタ１３３がオフ状態であることから、発振部１４１や駆動部１４２に電源電圧が供給されてスイッチング素子の駆動が開始されるときに、トランジスタ１３６がオン状態となる。このため、ソフトスタート用コンデンサ１４４の端子間が短絡されて、駆動部１４２でのソフトスタート動作が開始されることがなく、スイッチング素子の駆動動作は停止された状態が保持される。すなわち、電子式変圧器とスイッチング電源が接続されて、スイッチング素子の駆動開始時に入力端子１０１に供給されている電圧が所定電圧レベルに達していないとき、スイッチング素子の駆動が停止されるので、ラインフィルタトランスでの発熱を防止できる。
【００２５】
【発明の効果】
この発明によれば、スイッチング素子の駆動開始時に入力電圧が所定電圧に達していないとき、スイッチング素子の駆動を停止させる制御手段が設けられる。
このため、電子式変圧器とスイッチング電源が接続されたとき、入力電圧が所定電圧に達しないため、スイッチング素子の駆動が停止されたままとなり、部品の発熱を防止できるとともに、温度ヒューズ等の溶断も防止できる。また、電子式変圧器を介することなく商用電源がスイッチング電源に供給されたときには、入力電圧が所定電圧に達するため、スイッチング素子の駆動が行われて、所望の電圧で負荷に対して電力供給を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】スイッチング電源の構成を示す図である。
【図２】スイッチング電源を接続したときの電子式変圧器の出力波形を示す図である。
【図３】電力を供給している負荷が軽いときの電子式変圧器の出力波形を示す図である。
【図４】電力を供給している負荷が重いときの電子式変圧器の出力波形を示す図である。
【符号の説明】
１０１・・・入力端子、１０３・・・ラインフィルタトランス、１１０・・・ダイオードブリッジ、１１１，１２４，２０２・・・平滑用コンデンサ、１２０・・・トランス、１２３，２０１・・・整流用ダイオード、１３０・・・制御部、１４１・・・発振部、１４２・・・駆動部、１４３・・・スイッチング素子部、１４４・・・ソフトスタート用コンデンサ、２１５・・・ホトカプラ、２２０・・・誤差検出部、２２３・・・基準電源、２３０・・・負荷[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a switching power supply. Specifically, when the input voltage does not reach a predetermined voltage at the start of driving of the switching element, the driving of the switching element is stopped.
[0002]
[Prior art]
When portable electronic products are used in places where the commercial power supply voltage is different, for example, when domestic equipment is used overseas, and when the equipment side does not support the commercial power supply voltage of each country, it is called a travel converter etc. It uses a small, lightweight electronic transformer to convert the voltage, and it is said that domestic equipment can be used overseas.
[0003]
The output voltage waveform and the output current waveform of the electronic transformer are in a pulse form, for example, as shown in FIG. When the power supplied to the load is large, the output voltage waveform and the output current waveform are as shown in FIG. 4, and the pulse width is wider and the peak voltage value and the peak current value are higher than those in FIG. 3 and 4 are for explaining the output waveform, and the peak value and the pulse width are exemplary.
[0004]
When such a pulse-shaped waveform voltage is supplied to the switching power supply, a large rush current flows through the components of the switching power supply, for example, a line filter transformer provided at the input stage, and the amount of heat generated by the line filter transformer increases. In some cases. For this reason, as shown in Patent Document 1, a line filter transformer is provided with a temperature detecting element such as a temperature fuse, and the operation of the device is stopped when the temperature of the line filter transformer reaches a certain temperature or higher. Is performed. Another method is to install a fuse on the input side of the line filter transformer and blow the fuse with an excessive current that flows when a short circuit occurs in the line filter transformer due to a rise in temperature. It is also possible to stop it.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-8-66036
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when protection is performed using a thermal fuse or a fuse, if the thermal fuse or the fuse is blown, the replacement of the line filter transformer integrated with the thermal fuse or the replacement of the fuse and the line filter transformer is completed. The equipment cannot be used.
[0007]
Accordingly, the present invention provides a switching power supply that can prevent excessive heat generation of components when connected to an electronic transformer.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
A switching power supply according to the present invention is a switching power supply that converts an input voltage to a desired voltage and outputs the same by driving the switching element, and when the input voltage does not reach a predetermined voltage at the start of driving of the switching element. And control means for stopping the driving of the switching element.
[0009]
According to the present invention, when the switching power supply is started to be driven, when the input voltage has not reached a predetermined ratio with respect to the minimum value of the commercial power supply voltage that can be supplied to the switching power supply, the driving stop state of the switching element is maintained.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a switching power supply. An input terminal 101 to which a commercial power supply voltage is supplied is connected to a line filter transformer 103 and a capacitor 104 via a fuse 102. External noise is attenuated by the line filter transformer 103 and the capacitor 104, and noise generated in the switching power supply is prevented from being output to the outside. Note that a resistor 105 for discharging the electric charge accumulated in the capacitor 104 is connected between the terminals of the capacitor 104.
[0011]
An output terminal of the line filter transformer 103 is connected to an AC input terminal of the diode bridge 110. A smoothing capacitor 111 is connected between the positive output terminal and the negative output terminal of the diode bridge 110. Further, the positive output terminal of the diode bridge 110 is connected to one end of the primary winding 120 a of the transformer 120, the anode of the surge absorber 121 and one end of the resistor 131 of the control unit 130.
[0012]
The other end of the primary winding 120a of the transformer 120 is connected to the switching element unit 143 using a transistor as a switching element and the anode of the diode 122. The cathode of the surge absorber 121 is connected to the cathode of the diode 122, and the surge voltage generated between the terminals of the primary winding 120a by the surge absorber 121 and the diode 122 is absorbed.
[0013]
One end of the primary winding 120b of the transformer 120 is connected to the cathode of the rectifying diode 123, and the other end is connected to the negative output terminal of the diode bridge 110. A smoothing capacitor 124 is connected between the cathode and the anode of the rectifying diode 123. The DC voltage obtained from the cathode side of the rectifying diode 123 is supplied to the control unit 130 and an oscillating unit 141 and a driving unit 142 described later. Until the switching element of the switching element unit 143 is driven and power is supplied from the cathode side of the rectifying diode 123, power is supplied to the control unit 130, the oscillation unit 141, and the driving unit 142 via the starting resistor 125. Done.
[0014]
The other end of the resistor 131 in the control unit 130 is connected to the negative output terminal of the diode bridge 110 via the resistor 132. The connection point between the resistor 131 and the resistor 132 is connected to the base of the NPN transistor 133, and the voltage obtained by dividing the DC voltage between the terminals of the smoothing capacitor 111 by the resistor 131 and the resistor 132 is obtained. The signal is supplied to the base of the transistor 133.
[0015]
The emitter of the transistor 133 is connected to the negative output terminal of the diode bridge 110, and the collector is connected to the cathode of the rectifying diode 123 via the resistor 135. The connection point between the collector and the resistor 135 is connected to the base of the NPN transistor 136. The other end of the resistor 135 is connected to the cathode of the rectifying diode 123.
[0016]
The emitter of the transistor 136 is connected to the negative output terminal of the diode bridge 110, and the collector is connected to the driver 142. A soft-start capacitor 144 for soft-starting the switching power supply is connected between the emitter and the collector of the transistor 136.
[0017]
One terminal of the secondary winding 120c of the transformer 120 is connected to the anode of the rectifying diode 201. The cathode of the rectifying diode 201 is connected to one terminal of the smoothing capacitor 202, and the other terminal of the smoothing capacitor 202 is connected to the other terminal of the secondary winding 120c. Power is supplied to the load 230 connected between the terminals.
[0018]
The cathode of the rectifying diode 201 is connected to the anode of the light emitting diode 215a of the photocoupler 215 via the current limiting resistor 210. In addition, the cathode of the rectifying diode 201 is connected to the error detection unit 220.
[0019]
The resistors 221 and 222 connected in series are provided between the terminals of the smoothing capacitor 202, and the error detection unit 220 detects the voltage of the connection point between the resistors 221 and 222, the voltage of the reference power supply 223, The light emitting diode 215a is driven according to the voltage difference of.
[0020]
The phototransistor 215 b of the photocoupler 215 has an emitter connected to the negative output terminal of the diode bridge 110 and a collector connected to the drive unit 142.
[0021]
The oscillating unit 141 generates a fixed-frequency triangular-wave oscillating signal and supplies the signal to the driving unit 142. The drive unit 142 compares the triangular wave oscillation signal with the terminal voltage of the soft start capacitor 144 and the collector voltage of the phototransistor 215b, generates a pulse width modulation drive signal, and supplies the pulse width modulation drive signal to the switching element unit 143. That is, the drive unit 142 controls the duty of the pulse width modulation drive signal by comparing the terminal voltage of the soft start capacitor 144 with the triangular wave oscillation signal, and widens the ON period of the switching element as the terminal voltage rises. Is performed. After the terminal voltage of the soft start capacitor 144 rises, the duty of the pulse width modulation drive signal is controlled based on the collector voltage of the phototransistor 215b, and the voltage at the connection point between the resistor 221 and the resistor 222 is reduced. By driving the switching element so that the voltage of the reference power supply 223 becomes equal, power is supplied to the load 230 at a desired voltage.
[0022]
The resistance values of the resistor 131 and the resistor 132 of the control unit 130 are such that the input voltage supplied to the input terminal 101 reaches a predetermined ratio with respect to the minimum value of the commercial power supply voltage that can be supplied to the switching power supply. Is determined, the transistor 133 is turned on. For example, it is determined that the transistor 133 is turned on when a voltage of about 70% or more of the minimum value of the commercial power supply voltage supplied in an area where the switching power supply is available is supplied. Alternatively, the resistance value may be set so that the transistor 133 is turned off when the input voltage is equal to or lower than the power supply voltage at which operation is guaranteed.
[0023]
Here, when the commercial power supply voltage is supplied to the input terminal 101, the transistor 133 is turned on and the transistor 136 is turned off because the input voltage is higher than the predetermined voltage. Therefore, at the start of driving of the switching element, the on-period of the switching element is extended with the rise of the terminal voltage of the soft start capacitor 144, and the soft start is performed. Further, after the soft start, the switching element unit 143 is driven so as to supply power to the load 230 at a desired voltage, so that the switching power supply can be correctly operated.
[0024]
When an electronic transformer is connected to the input terminal 101, when the load of the electronic transformer is light, that is, when the operation of the switching power supply is not performed, the output voltage decreases as shown in FIG. In a sinusoidal shape, the transistor 133 is kept off. In addition, since the transistor 133 is off, the transistor 136 is turned on when a power supply voltage is supplied to the oscillator 141 and the driver 142 to start driving the switching element. Therefore, the terminals of the soft-start capacitor 144 are short-circuited, and the soft-start operation in the driving unit 142 is not started, and the state in which the driving operation of the switching element is stopped is maintained. That is, when the electronic transformer and the switching power supply are connected and the voltage supplied to the input terminal 101 does not reach the predetermined voltage level at the start of driving of the switching element, the driving of the switching element is stopped. Heat generation in the filter transformer can be prevented.
[0025]
【The invention's effect】
According to the present invention, the control means for stopping the driving of the switching element when the input voltage has not reached the predetermined voltage at the start of the driving of the switching element is provided.
For this reason, when the electronic transformer and the switching power supply are connected, the input voltage does not reach the predetermined voltage, so that the driving of the switching element remains stopped, which can prevent heat generation of parts and blow out the thermal fuse and the like. Can also be prevented. Also, when the commercial power is supplied to the switching power supply without passing through the electronic transformer, the input voltage reaches a predetermined voltage, so that the switching element is driven to supply power to the load at a desired voltage. It can be carried out.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a switching power supply.
FIG. 2 is a diagram showing an output waveform of an electronic transformer when a switching power supply is connected.
FIG. 3 is a diagram showing an output waveform of an electronic transformer when a load supplying electric power is light.
FIG. 4 is a diagram showing an output waveform of an electronic transformer when a load supplying electric power is heavy.
[Explanation of symbols]
101 ... input terminal, 103 ... line filter transformer, 110 ... diode bridge, 111, 124, 202 ... smoothing capacitor, 120 ... transformer, 123, 201 ... rectifying diode, 130 ... control unit, 141 ... oscillation unit, 142 ... drive unit, 143 ... switching element unit, 144 ... soft start capacitor, 215 ... photocoupler, 220 ... error detection Part, 223: reference power supply, 230: load

Claims

スイッチング素子を駆動することにより、入力電圧を所望の電圧に変換して出力するスイッチング電源において、
前記スイッチング素子の駆動開始時に前記入力電圧が所定電圧に達していないとき、前記スイッチング素子の駆動を停止させる制御手段を設けたことを特徴とするスイッチング電源。In a switching power supply that converts an input voltage to a desired voltage and outputs the same by driving the switching element,
A switching power supply, further comprising control means for stopping driving of the switching element when the input voltage has not reached a predetermined voltage at the start of driving of the switching element.

前記所定電圧は、前記スイッチング電源に供給可能な商用電源電圧の最低値に基づいて設定することを特徴とする請求項１記載のスイッチング電源。The switching power supply according to claim 1, wherein the predetermined voltage is set based on a minimum value of a commercial power supply voltage that can be supplied to the switching power supply.