JP2013135551A - スイッチング電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】交流電源からの電源供給が遮断される電源遮断時においてアクロス・ザ・ライン・コンデンサに蓄えられた電荷を安全かつ確実に放電せるとともに、通常の電源供給時における電力損失を低減することで省電力化を図る。
【解決手段】電源遮断時放電回路３４を構成する放電動作用トランジスタＱ3がオン状態になると、１次側整流・平滑回路３０を構成するコンデンサＣ2に蓄えられている電荷と、交流電源２からの交流電圧Ｖinが印加される電源ラインへの帰還ノイズを低減するにあたりアクロス・ザ・ライン・コンデンサ３３に蓄えられている電荷とがそれぞれ、放電抵抗Ｒ1の作用により消費されるため、アクロス・ザ・ライン・コンデンサの残留電圧を安全な電圧レベルまで低下させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、スイッチング電源装置に係り、特に、負荷への過電圧保護機能を有するスイッチング電源装置に関する。

従来から、この種のスイッチング電源装置として、図２の回路ブロック図に示す構成のスイッチング電源装置が提案されている。

図２に示すスイッチング電源装置には、家電機器等の負荷１０１と、交流電源（商用電源）１０２と、交流電源１０２から電源供給される交流電圧Ｖinが印加され、この交流電圧Ｖinを直流電圧に変換するための電源入力制御部１０３と、負荷１０１を動作させるための出力電圧Ｖoutを生成する電源出力制御部１０４と、１次側である電源入力制御部１０３及び２次側である電源出力制御部１０４の間を絶縁し、１次側の直流電圧を２次側に伝達するためのスイッチングトランス１０５と、負荷１が接続される２つの端子（以下、それぞれ出力端子、ＧＮＤ端子という。）Ｐ101、Ｐ102とが設けられている。

このスイッチング電源装置において、スイッチングトランス１０５には、１次側である電源入力制御部１０３からの直流電圧を２次側である電源出力制御部１０４に伝達するための１次巻線１５０及び２次巻線１５１と、１次巻線１５０へのスイッチング動作を制御するための動作電圧を電源供給する補助巻線１５２とが備えられている。

また、電源入力制御部１０３には、交流電源１０２から電源供給される交流電圧Ｖinを整流・平滑するための１次側整流・平滑回路１３０と、スイッチングトランス１５０の補助巻線１５２からの電源供給に基づいて当該スイッチングトランス（を構成する１次巻線１５０）のスイッチング動作を行うための（電界効果型の）トランジスタ１３１と、電源出力制御部１０４の後述する定電圧制御回路１４１からのフィードバック制御によりトランジスタ１３１のスイッチング動作、すなわち、オン（オン状態）／オフ（オフ状態）を切り換えるためのスイッチング制御回路１３２と、交流電源１０２からの交流電圧Ｖinが印加される電源ラインへの帰還ノイズを低減するためのアクロス・ザ・ライン・コンデンサ１３３と、アクロス・ザ・ライン・コンデンサ１３３に並列接続され、このコンデンサ１３３に蓄えられた電荷を放電するための放電抵抗１３４とが備えられている。

さらに、電源出力制御部１０４には、スイッチングトランス１５０の１次巻線１５０から誘起された後、２次巻線１５１にて受電される直流電圧を整流・平滑して出力電圧Ｖoutを生成し、負荷１０１に電源供給するための２次側整流・平滑回路１４０と、２次側整流・平滑回路１４０の出力電圧Ｖoutを、電源入力制御部１０３のスイッチング制御回路１３２を経由して一定に保つ制御を行うための定電圧制御回路１４１とが備えられている。

このように構成された従来例のスイッチング電源装置によれば、交流電源１０２からの電源供給が遮断されると、電源入力制御部１０３を構成するアクロス・ザ・ライン・コンデンサ１３３に蓄えられた電荷が、放電抵抗１３４の作用により消費されるため、コンデンサ１３３の残留電圧を安全な電圧レベルまで低下させることができる。

なお、アクロス・ザ・ライン・コンデンサ１３３に放電抵抗１３４が並列接続されるスイッチング電源装置として、例えば、特許文献１記載の当該装置が開示されている。

特開２０１１−２１１２８３号公報

しかしながら、背景技術に記載した図２に示すスイッチング電源装置によれば、電源入力制御部１０３を構成するアクロス・ザ・ライン・コンデンサ１３３に並列接続される放電抵抗１３４に常時、電圧が印加されるため、この放電抵抗１３４において常時、電力損失が発生することになる。

ここで、交流電源１０２からの電源供給を遮断して一定時間後におけるアクロス・ザ・ライン・コンデンサ１３３の残留電圧には、安全規格に基づく制限があるため、特に、コンデンサ１３３の容量が大きい大容量の当該電源を用いるにあたっては、放電抵抗１３４の抵抗値を小さくせねばならず、放電抵抗１３４における電力損失が大きくなるため、欧州のＥｒＰ指令等の省エネルギー規制により制限される無負荷時電力や待機時電力に適合させることが困難であった。

本発明は、このような難点を解消するためになされたもので、交流電源からの電源供給が遮断される電源遮断時においてアクロス・ザ・ライン・コンデンサに蓄えられた電荷を安全かつ確実に放電せるとともに、通常の電源供給時における電力損失を低減することで省電力化を図ることができるスイッチング電源装置を提供することを目的としている。

前述の目的を達成するため、本発明の第１の態様であるスイッチング電源装置は、交流電源から電源供給される交流電圧を直流電圧に変換するための１次側整流・平滑回路と、１次側整流・平滑回路にて生成される１次側の直流電圧の電力を２次側に伝達するための１次巻線及び２次巻線並びに１次巻線へのスイッチング動作を制御するための動作電圧を電源供給するための補助巻線を有するスイッチングトランスと、補助巻線の出力電圧に基づいてスイッチングトランスを駆動させるためのトランジスタと、トランジスタのスイッチング動作を制御して負荷への過電圧保護を行うための制御ＩＣを有するスイッチング制御回路と、スイッチングトランスの２次巻線の電圧を整流・平滑して負荷に電源供給するための２次側整流・平滑回路と、２次側整流・平滑回路の出力電圧を、制御ＩＣを経由して一定に保つ制御を行うための定電圧制御回路と、交流電源からの交流電圧が印加される電源ラインへの帰還ノイズを低減するためのアクロス・ザ・ライン・コンデンサと、１次側整流・平滑回路のダイオードブリッジの出力電圧を監視し、出力電圧が所定の閾値レベル以下になったとき、交流電源からの電源供給が遮断されたことを検出してアクロス・ザ・ライン・コンデンサに蓄えられた電荷を放電するための電源遮断時放電回路とを備えるものである。

本発明の第１の態様によれば、出力電圧の定電圧制御が可能となるばかりでなく、安全かつ確実に過電圧の発生から負荷が保護され、さらには、交流電源からの電源供給が遮断されたことを検出し、アクロス・ザ・ライン・コンデンサに蓄えられた電荷を放電することで残留電圧を安全な電圧レベルまで低下させることができる。

また、本発明の第２の態様であるスイッチング電源装置は、本発明の第１の態様において、電源遮断時放電回路は、電源遮断のための所定の閾値レベルの電圧を設定する電源遮断用設定抵抗と、アクロス・ザ・ライン・コンデンサの両端電圧が電源遮断用設定抵抗にて設定される電圧レベル以下となったときにオフ状態からオン状態に切り換わる状態遷移トランジスタと、状態遷移トランジスタがオン状態のとき、アクロス・ザ・ライン・コンデンサに蓄えられた電荷を放電させる放電動作を行うための放電動作用トランジスタとを有するものである。

本発明の第２の態様によれば、交流電源からの電源供給が遮断されたことを電源遮断時放電回路にて検出し、この電源遮断時放電回路の制御により、アクロス・ザ・ライン・コンデンサに蓄えられた電荷を放電することができる。

また、本発明の第３の態様であるスイッチング電源装置は、本発明の第１の態様又は第２の態様において、１次側整流・平滑回路は、逆流防止用ダイオードを介在して一対のコンデンサが並列接続されるものである。

本発明の第３の態様によれば、１次側整流・平滑回路を構成するダイオードブリッジの出力電圧を平滑するためのコンデンサとして、逆流防止用ダイオードを介在して並列接続される一対のコンデンサを適用することができる。

また、本発明の第４の態様であるスイッチング電源装置は、本発明の第３の態様において、一対のコンデンサのうち一方のコンデンサは、１次側整流・平滑回路のダイオードブリッジの出力電圧を平滑し、逆流防止用ダイオードを経由して放電が阻止されるものである。

本発明の第４の態様によれば、１次側整流・平滑回路のダイオードブリッジの出力電圧を平滑するコンデンサに蓄えられている電荷は、逆流防止用ダイオードの作用によりその放電を阻止することができる。

また、本発明の第５の態様であるスイッチング電源装置は、本発明の第３の態様において、一対のコンデンサのうち他方のコンデンサは、放電動作用トランジスタに並列接続され、電源遮断時に放電されるものである。

本発明の第５の態様によれば、電源遮断時において、放電動作用トランジスタに並列接続されたコンデンサとアクロス・ザ・ライン・コンデンサにそれぞれ蓄えられている電荷を放電することで、それらの残留電圧を安全な電圧レベルまで低下させることができる。

本発明のスイッチング電源装置によれば、交流電源からの交流電源の電源供給が遮断されると、１次側整流・平滑回路のコンデンサに蓄えられている電荷と、交流電源からの交流電圧が印加される電源ラインへの帰還ノイズを低減するにあたりアクロス・ザ・ライン・コンデンサに蓄えられている電荷とがそれぞれ、電源遮断時放電回路を構成する放電抵抗に作用により消費されるため、アクロス・ザ・ライン・コンデンサの残留電圧を安全な電圧レベルまで低下させることができる。また、通常の電源供給時によれば、放電抵抗における電力損失を低減することができるため、欧州のＥｒＰ指令等の省エネルギー規制により制限される無負荷時電力や待機時電力に容易に適合可能となり、省電力化が図られる。

本発明の実施例によるスイッチング電源装置の具体的な構成を示す回路ブロック図。 従来例によるスイッチング電源装置の具体的な構成を示す回路ブロック図。

以下、本発明のスイッチング電源装置を適用した実施の形態例について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施例によるスイッチング電源装置の具体的な構成を示す回路ブロック図である。このスイッチング電源装置には、家電機器等の負荷１と、交流電源（商用電源）２と、交流電源２から電源供給される交流電圧Ｖinが印加され、この交流電圧Ｖinを直流電圧に変換するための電源入力制御部３と、負荷１を動作させるための出力電圧Ｖoutを生成する電源出力制御部４と、１次側である電源入力制御部３及び２次側である電源出力制御部４の間を絶縁し、１次側の直流電圧を２次側に伝達するためのスイッチングトランス５と、負荷１が接続される２つの端子（以下、それぞれ出力端子、ＧＮＤ端子という。）Ｐ1、Ｐ2とが設けられている。

このスイッチング電源装置において、スイッチングトランス５には、１次側である電源入力制御部３からの直流電圧を２次側である電源出力制御部４に伝達するための１次巻線５０及び２次巻線５１と、１次巻線５０へのスイッチング動作を制御するための動作電圧を電源供給する補助巻線５２とが備えられている。

次に、電源入力制御部３には、交流電源２から電源供給される交流電圧Ｖinを整流・平滑して直流電圧に変換するための１次側整流・平滑回路３０と、スイッチングトランス５を構成する補助巻線５２からの電源供給に基づいて当該スイッチングトランス（を構成する１次巻線５０）のスイッチング動作を駆動させるための（電界効果型の）トランジスタ３１と、トランジスタ３１のスイッチング動作、すなわち、オン（オン状態）／オフ（オフ状態）の切り換えを制御するための制御ＩＣ３２０を有するスイッチング制御回路３２と、交流電源２からの交流電圧Ｖinが印加される電源ラインへの帰還ノイズを低減するためのアクロス・ザ・ライン・コンデンサ３３と、１次側整流・平滑回路３０の後述するダイオードブリッジＤＢの出力電圧を監視し、この出力電圧が所定の閾値レベル以下となったとき、交流電源２からの電源供給が遮断されたことを検出してアクロス・ザ・ライン・コンデンサ３３に蓄えられた電荷を放電するための電源遮断時放電回路３４とが備えられている。

この電源入力制御部３において、１次側整流・平滑回路３０は、ダイオードブリッジＤＢ、一対の（電解）コンデンサＣ1、Ｃ2を有している。また、スイッチング制御回路３２は、ダイオードＤ1、（電解）コンデンサＣ3、フォトカプラＰＣを構成する（ＮＰＮ型の）トランジスタ（以下、スイッチング制御用トランジスタという。）Ｑ1及び制御ＩＣ３２０を有している。さらに、電源遮断時放電回路３４には、ダイオードＤ2、ダイオード（以下、逆流防止用ダイオードという。）Ｄ3、放電抵抗Ｒ1、第１の分圧抵抗（以下、電源遮断用設定抵抗という。）Ｒ2、Ｒ3、第２の分圧抵抗（以下、放電動作用設定抵抗という。）Ｒ4、Ｒ5、安定抵抗Ｒ6、（ＰＮＰ型の）トランジスタ（以下、状態遷移トランジスタ）Ｑ2及び（電界効果型の）トランジスタ（以下、放電動作用トランジスタという。）Ｑ3を有している。

電源入力制御部３の具体的な接続の態様として、１次側整流・平滑回路３０を構成するダイオードブリッジＤＢの整流側の一方及び他方間には、交流電源２が並列接続されているとともに、アクロス・ザ・ライン・コンデンサ３３の両端が接続されている。また、ダイオードブリッジＤＢの（＋）端子及び（−）端子の両端子間には、一対のコンデンサＣ1、Ｃ2がそれぞれ、電源遮断時放電回路３４を構成する逆流防止用ダイオードＤ3を介在するように並列接続されている。また、ダイオードブリッジＤＢの（＋）端子には、逆流防止用ダイオードＤ3、スイッチングトランス５を構成する１次巻線５０（の両端）を経由して、トランジスタ３１のドレインが接続されており、このトランジスタ３１のゲートには、スイッチング制御回路３２を構成する制御ＩＣ３２０の制御端子Ｐ320aが接続されている。また、トランジスタ３１のソースには、基準電位点が接続されている。また、ダイオードブリッジＤＢの（＋）端子と逆流防止用ダイオードＤ3（のアノード）との間には、電源遮断時放電回路３４を構成する放電抵抗Ｒ1を経由して放電動作用トランジスタＱ3のドレインと、電源遮断用設定抵抗Ｒ2、Ｒ3を順次経由して基準電位点とがそれぞれ接続されている。

スイッチング制御回路３２を構成する制御ＩＣ３２０において、フィードバック端子Ｐ320bには、フォトカプラＰＣを構成するスイッチング制御用トランジスタＱ1を経由して基準電位点が接続されている。また、電源端子Ｐ320cには、ダイオードＤ1、スイッチングトランス５を構成する補助巻線５２（の両端）を順次経由して基準電位点が接続されている。さらに、電源端子Ｐ320cとダイオードＤ1のカソードとの間であって当該電源端子と基準電位点との間には、コンデンサＣ3が並列接続されており、他端側が基準電位点に接続されたコンデンサＣ3の一端側には、電源遮断時放電回路３４を構成する状態遷移トランジスタＱ2のエミッタが接続されている。

電源遮断時放電回路３４において、状態遷移トランジスタＱ2のベース−エミッタ間には、安定抵抗Ｒ6が接続されている。また、状態遷移トランジスタＱ2のコレクタには、放電動作用設定抵抗Ｒ4、Ｒ5を順次経由して基準電位点が接続されており、直列接続された抵抗Ｒ4、Ｒ5の間には、放電動作用トランジスタＱ3のゲートが接続されている。また、放電動作用トランジスタＱ3のソースには、基準電位点が接続されている。さらに、電源遮断用設定抵抗Ｒ2、Ｒ3の間には、ダイオードＤ2を経由して状態遷移トランジスタＱ2のベースが接続されている。

なお、電源入力制御部３において、逆流防止用ダイオードＤ3は、前述のような電源遮断時放電回路３４の構成部として設ける態様に限定されるものではなく、例えば、１次側整流・平滑回路３０の構成部として設けることもできる。

次に、電源出力制御部４には、スイッチングトランス５を構成する１次巻線５０から誘起された後、２次巻線５１にて受電される直流電圧を整流・平滑して出力電圧Ｖoutを生成し、負荷１に電源供給するための２次側整流・平滑回路４０と、２次側整流・平滑回路４０の出力電圧Ｖoutを、電源入力制御部３のスイッチング制御回路３２を構成する制御ＩＣ３２０を経由して一定に保つ制御を行うための定電圧制御回路４１とが備えられている。

この電源出力制御部４において、２次側整流・平滑回路４０は、ダイオードＤ4、（電解）コンデンサＣ4を有している。また、定電圧制御回路４１は、抵抗（分圧抵抗を含む。）Ｒ7〜Ｒ10、フォトカプラＰＣを構成するダイオード（以下、スイッチング制御用ダイオードという。）Ｄ5及びシャントレギュレータＳＲを有している。

電源出力制御部４の具体的な接続の態様として、２次側整流・平滑回路４０を構成するダイオードＤ4のアノードには、スイッチングトランス５を構成する２次巻線５１（の両端）を経由して基準電位点が接続されており、このダイオードＤ4のカソードには、出力端子Ｐ1が接続されている。また、ダイオードＤ4のカソード及び出力端子Ｐ1の間には、コンデンサＣ4が並列接続されているとともに、定電圧制御回路４１を構成する分圧抵抗Ｒ9、Ｒ10を順次経由して基準電位点が接続されている。さらに、２次巻線５１の他端及びＧＮＤ端子Ｐ2間には、基準電位点が接続されている。

定電圧制御回路４１において、フォトカプラＰＣを構成するスイッチング制御用ダイオードＤ5のアノードは、抵抗Ｒ7を経由して、２次側整流・平滑回路４０を構成するダイオードＤ4のカソード及び出力端子Ｐ1の間に接続されている。また、スイッチング制御用ダイオードＤ5のカソード及びシャントレギュレータＳＲのカソード間は、抵抗Ｒ8を経由して、ダイオードＤ4のカソード及び出力端子Ｐ1の間に接続されている。また、シャントレギュレータＳＲのリファレンスは、直列接続された分圧抵抗Ｒ9、Ｒ10の間に接続されており、出力端子Ｐ1の電位を分圧して当該シャントレギュレータのリファレンスに供給している。さらに、シャントレギュレータＳＲのアノードには、基準電位点が接続されている。

このように構成された本発明の実施例によるスイッチング電源装置において、以下、具体的な動作について説明する。

図１において、電源入力制御部３の１次側整流・平滑回路３０を構成するダイオードブリッジＤＢの整流側の一方及び他方の両端間に、交流電源２からの交流電圧Ｖinが印加されると、この交流電圧Ｖinは、ダイオードブリッジＤＢを経由して整流された後、（一対のコンデンサのうち一方の）コンデンサＣ1を経由して平滑されることにより、直流電圧が生成される。また、前述の直流電圧は、スイッチングトランス５を構成する１次巻線５０に印加されるため、スイッチング制御回路３２を構成する制御ＩＣ３２０の電源端子Ｐ320cの端子電圧は所定の最低動作電圧が確保されることにより、この制御ＩＣ３２０が駆動して動作状態となる。また、動作状態の制御ＩＣ３２０は、制御端子Ｐ320aからトランジスタ３１にゲート電流を供給することにより、このトランジスタ３１がオフ状態からオン状態に切り換えられる。さらに、前述のように１次巻線５０に直流電圧が印加されると、この１次巻線５０から誘起された（＋）電圧が補助巻線５２にて受電されるとともに、同様に誘起された（−）電圧が２次巻線５１にて受電される。なお、コンデンサＣ1を経由して平滑される直流電圧は、電源遮断時放電回路３４を構成する逆流防止用ダイオードＤ3の作用により、当該コンデンサの放電動作に基づくコンデンサＣ2への電流の流れ込みが防止されるように、所謂、放電が阻止されている。

ここで、スイッチングトランス５を構成する補助巻線５２にて受電された（＋）電圧は、電源入力制御部３のスイッチング制御回路３２を構成するダイオードＤ1、コンデンサＣ3を順次経由して整流・平滑された後、制御ＩＣ３２０の電源端子Ｐ320cに印加されることにより、この電源端子Ｐ320cの端子電圧は、当該制御ＩＣを駆動させて動作状態とする最低動作電圧の電圧レベルよりも十分に高い一方、後述する負荷１への過電圧保護に必要な閾値電圧（以下、スレッシュ電圧という。）の電圧レベルよりも十分に低い値で確保される。このような電源供給が行われると、制御ＩＣ３２０は、制御端子Ｐ320aからのゲート電流の供給に基づいて、トランジスタ３１をオン状態のまま保持することができる。

一方、スイッチングトランス５を構成する２次巻線５１にて受電された（−）電圧は、電源出力制御部４の２次側整流・平滑回路４０を構成するダイオードＤ4に逆方向の電圧で印加されるため、出力電圧Ｖoutが生成されることはなく、これと同時に、補助巻線５２に接続された（電源入力制御部３の）スイッチング制御回路３２を構成する制御ＩＣ３２０の電源端子Ｐ320cまでの電源供給路が形成され、形成された電源供給路上のコンデンサＣ3を充電させて電荷を蓄える。このとき、制御ＩＣ３２０は、制御端子Ｐ320aからのゲート電流の供給を遮断し、トランジスタ３１をオン状態からオフ状態に切り換えることで１次巻線５０に逆起電力が発生する。これにより、１次巻線５０から誘起された（−）電圧が補助巻線５２にて受電されるとともに、同様に誘起された（＋）電圧が２次巻線５１にて受電される。

また、スイッチングトランス５を構成する補助巻線５２にて受電された（−）電圧は、前述の（＋）電圧の電源供給時と同様、電源入力制御部３のスイッチング制御回路３２を構成するダイオードＤ1、コンデンサＣ3を順次経由して整流・平滑された後、制御ＩＣ３２０の電源端子Ｐ320cに印加される。このような電源供給が行われると、制御ＩＣ３２０は、制御端子Ｐ320aからのゲート電流の供給遮断に基づいて、トランジスタ３１をオフ状態のまま保持することができる。

さらに、スイッチングトランス５を構成する２次巻線５１にて受電された（＋）電圧は、電源出力制御部４の２次側整流・平滑回路４０を構成するダイオードＤ4に順方向の電圧で印加されるため、コンデンサＣ4に電荷が蓄えられるとともに放電状態となって出力電圧Ｖoutを生成する。この後、２次巻線５１のエネルギーが放出され、当該２次巻線の（−）電圧及び補助巻線５２の（＋）電圧がそれぞれ「０Ｖ」になると、電源入力制御部３を構成するトランジスタ３１はオフ状態から反転して、再びオン状態に切り換えられる。

したがって、前述までの動作が繰り返されることで、電源入力制御部３を構成するトランジスタ３１のオン状態／オフ状態が切り換えられるようなスイッチング動作が継続する。

次に、電源出力制御部４の定電圧制御回路４１を構成する分圧抵抗Ｒ9、Ｒ10を順次経由して分圧された出力電圧Ｖoutにより、シャントレギュレータＳＲに流れるシャント電流が所定の閾値（電流量）を超えると、このシャントレギュレータＳＲはオフ状態からオン状態に切り換えられ、抵抗Ｒ7を経由してフォトカプラＰＣを構成するスイッチング制御用ダイオードＤ5にアノード電流が流れる。また、この動作に連動するフィードバック制御によって、（電源入力制御部３の）スイッチング制御回路３２のフォトカプラＰＣを構成するスイッチング制御用トランジスタＱ1は、オフ状態からオン状態に切り換えられる。

ここで、出力電圧Ｖoutが上昇した場合には、電源出力制御部４の定電圧制御回路４１を構成するシャントレギュレータＳＲが電流を引き込み、フォトカプラＰＣを構成するスイッチング制御用ダイオードＤ5に電流を流すことにより、これに連動するフィードバック制御によって、（電源入力制御部３の）スイッチング制御回路３２のフォトカプラＰＣを構成するスイッチング制御用トランジスタＱ1のインピーダンスを下げることで、出力電圧Ｖout（の電圧レベル）を低下させて定電圧制御を行うことができる。一方、出力電圧Ｖoutが低下した場合には、シャントレギュレータＳＲが電流を引き込まず、スイッチング制御用ダイオードＤ5に電流を流さないことにより、これに連動するフィードバック制御によって、スイッチング制御用トランジスタＱ1のインピーダンスを上げることで、出力電圧Ｖout（の電圧レベル）を上昇させて定電圧制御を行うことができる。

次に、前述のような電源入力制御部３を構成するトランジスタ３１のスイッチング動作が継続している状態において、出力端子Ｐ1及びＧＮＤ端子Ｐ2にそれぞれ接続された負荷１にて例えば、破損又は故障が発生し、出力電圧Ｖoutが異常上昇して（例えば、軽度の）過電圧が発生すると、この過電圧は、スイッチングトランス５を構成する２次巻線５１から誘起された後、補助巻線５２にて受電される。なお、補助巻線５２にて受電された過電圧の電圧レベルは、当該補助巻線の巻数及び２次巻線５１の巻数に対応して、当該２次巻線に発生した（＋）電圧の電圧レベルよりも低い値であり、電源入力制御部３のスイッチング制御回路３２を構成するダイオードＤ1を導通させ、このダイオードＤ1、コンデンサＣ3を経由して整流・平滑された後、制御ＩＣ３２０の電源端子Ｐ320cに印加される。

また、電源入力制御部３のスイッチング制御回路３２を構成する制御ＩＣ３２０は、電源端子Ｐ320cの端子電圧が、負荷１への過電圧保護に必要なスレッシュ電圧よりも高いことを検出し、制御端子Ｐ320aにゲート接続されたトランジスタ３１へのスイッチング動作を制御、すなわち、制御端子Ｐ320aからのゲート電流の供給を遮断することで、その動作をオン状態からオフ状態に切り換えてラッチ停止させることができる。これにより、安全かつ確実に過電圧の発生から負荷１が保護される。

次に、前述のような電源入力制御部３を構成するトランジスタ３１のスイッチング動作が継続している状態であり、安全かつ確実に過電圧の発生から負荷１が保護されるような状態で当該装置が使用されているとき、電源入力制御部３の１次側整流・平滑回路３０を構成する（一対のコンデンサのうち他方の）コンデンサＣ2には、ダイオードブリッジＤＢからの出力電圧を平滑する目的で、電荷が蓄えられている。

ここで、交流電源２からの交流電源Ｖinの電源供給が遮断されると、電源入力制御部３の１次側整流・平滑回路３０を構成するコンデンサＣ2に蓄えられている電荷は、電源遮断時放電回路３４を構成する、直列接続された電源遮断用設定抵抗Ｒ2、Ｒ3の作用により消費されるため、このコンデンサＣ2の両端電圧にかかる電圧レベル（以下、両端電圧「Ｖ1」という。）は低下する。ここで、直流電圧を「Ｖcc」、状態遷移トランジスタＱ2のベース−エミッタ電圧を「Ｖbe」、ダイオードＤ2の順方向電圧を「Ｖf」と仮定すると、電源遮断用設定抵抗Ｒ2、Ｒ3により設定される閾値レベルの電圧（以下、閾値電圧という。）「Ｖ0」は、式（１）で表される。

前述のような閾値電圧「Ｖ0」とコンデンサＣ2の両端電圧「Ｖ1」との比較において、「Ｖ1≦Ｖ0」の関係のような、両端電圧「Ｖ1」が閾値電圧「Ｖ0」以下になると、状態遷移トランジスタＱ2はオフ状態からオン状態に切り換わり、エミッタ−コレクタ間が導通することによって、スイッチング制御回路３２の電源端子Ｐ320cから状態遷移トランジスタＱ2にエミッタ電流が流れる。この後、直列接続された放電動作用設定抵抗Ｒ4、Ｒ5を経由して分圧されたゲート電流が放電動作用トランジスタＱ3に流れるため、状態遷移トランジスタＱ2のスイッチング状態に対応して、放電動作用トランジスタＱ3についてもオフ状態からオン状態に切り換わる。

また、電源入力制御部３において、電源遮断時放電回路３４を構成する放電動作用トランジスタＱ3がオン状態になると、１次側整流・平滑回路３０構成するコンデンサＣ2に蓄えられている電荷と、交流電源２からの交流電圧Ｖinが印加される電源ラインへの帰還ノイズを低減するにあたりアクロス・ザ・ライン・コンデンサ３３に蓄えられている電荷とがそれぞれ、放電抵抗Ｒ1の作用により消費されるため、アクロス・ザ・ライン・コンデンサ３３の残留電圧を安全な電圧レベルまで低下させることができる。

なお、交流電源２からの交流電源Ｖinの電源供給が正常に行われている通常の電源供給時において、電源入力制御部３の１次側整流・平滑回路３０を構成するコンデンサＣ2に蓄えられている電荷は、電源遮断時放電回路３４を構成する、直列接続された電源遮断用設定抵抗Ｒ2、Ｒ3の作用により消費されることはなく、前述の「Ｖ1≦Ｖ0」の関係のような、両端電圧「Ｖ1」が閾値電圧「Ｖ0」以下になることはなく、「Ｖ1＞Ｖ0」の関係を有しているため、状態遷移トランジスタＱ2、放電動作用トランジスタＱ3はそれぞれオフ状態で保持されるため、放電抵抗Ｒ1が作用することはない。

したがって、通常の電源供給時によれば、放電抵抗Ｒ1における電力損失を低減することができるため、欧州のＥｒＰ指令等の省エネルギー規制により制限される無負荷時電力や待機時電力に容易に適合可能となり、省電力化が図られる。

なお、本発明のスイッチング電源装置においては、特定の実施の形態をもって説明してきたが、この形態に限定されるものでなく、本発明の効果を奏する限り、これまで知られた如何なる構成のスイッチング電源装置であっても採用できるということはいうまでもないことである。

具体的に、本発明の実施例によれば、スイッチングトランス５を構成する補助巻線５２の出力電圧に基づいて当該スイッチングトランスを駆動させるためのトランジスタとして、電界効果型のトランジスタ３１を適用したが、この態様に限定されるものではない。例えば、ベースがスイッチング制御回路３２を構成する制御ＩＣ３２０の制御端子Ｐ320aに、コレクタがスイッチングトランス５を構成する１次巻線５０に、エミッタが基準電位点に、それぞれ接続されるＮＰＮ型の当該トランジスタを適用することもできる。

また、交流電源２と電源入力制御部３の１次側整流・平滑回路３０を構成するダイオードブリッジＤＢの整流側の一方との間には、交流電源２からの交流電圧Ｖinが過電流となるのを防止するためのヒューズ（過電圧保護部）を接続することもできる。この態様によれば、スイッチング制御回路３２を構成する制御ＩＣ３２０の制御によるラッチ停止以外にも、異常電流が流れたときにヒューズを溶断させることでスイッチング動作をラッチ停止させることができる。

１……負荷
２……交流電源
Ｖin……交流電圧
５……スイッチングトランス
５０……１次巻線
５１……２次巻線
５２……補助巻線
３０……１次側整流・平滑回路
ＤＢ……ダイオードブリッジ
Ｃ1……一対のコンデンサのうち一方のコンデンサ
Ｃ2……一対のコンデンサのうち他方のコンデンサ
３１……トランジスタ
３２……スイッチング制御回路
３２０……制御ＩＣ
３３……アクロス・ザ・ライン・コンデンサ
３４……電源遮断時放電回路
Ｄ3……逆流防止用ダイオード
Ｒ2、Ｒ3……電源遮断用設定抵抗
Ｑ2……状態遷移トランジスタ
Ｑ3……放電動作用トランジスタ
４０……２次側整流・平滑回路
４１……定電圧制御回路

Claims (5)

1. 交流電源（２）から電源供給される交流電圧（Ｖin）を直流電圧に変換するための１次側整流・平滑回路（３０）と、
   前記１次側整流・平滑回路にて生成される１次側の直流電圧の電力を２次側に伝達するための１次巻線（５０）及び２次巻線（５１）並びに前記１次巻線へのスイッチング動作を制御するための動作電圧を電源供給するための補助巻線（５２）を有するスイッチングトランス（５）と、
   前記補助巻線の出力電圧に基づいて前記スイッチングトランスを駆動させるためのトランジスタ（３１）と、
   前記トランジスタのスイッチング動作を制御して負荷（１）への過電圧保護を行うための制御ＩＣ（３２０）を有するスイッチング制御回路（３２）と、
   前記スイッチングトランスの前記２次巻線の電圧を整流・平滑して前記負荷に電源供給するための２次側整流・平滑回路（４０）と、
   前記２次側整流・平滑回路の出力電圧を、前記制御ＩＣを経由して一定に保つ制御を行うための定電圧制御回路（４１）と、
   前記交流電源からの前記交流電圧が印加される電源ラインへの帰還ノイズを低減するためのアクロス・ザ・ライン・コンデンサ（３３）と、
   前記１次側整流・平滑回路のダイオードブリッジ（ＤＢ）の出力電圧を監視し、前記出力電圧が所定の閾値レベル以下になったとき、前記交流電源からの電源供給が遮断されたことを検出して前記アクロス・ザ・ライン・コンデンサに蓄えられた電荷を放電するための電源遮断時放電回路（３４）とを備えることを特徴とするスイッチング電源装置。
2. 前記電源遮断時放電回路は、電源遮断のための前記所定の閾値レベルの電圧を設定する電源遮断用設定抵抗（Ｒ2、Ｒ3）と、前記アクロス・ザ・ライン・コンデンサの両端電圧が前記電源遮断用設定抵抗にて設定される電圧レベル以下となったときにオフ状態からオン状態に切り換わる状態遷移トランジスタ（Ｑ2）と、前記状態遷移トランジスタがオン状態のとき、前記アクロス・ザ・ライン・コンデンサに蓄えられた電荷を放電させる放電動作を行うための放電動作用トランジスタ（Ｑ3）とを有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装置。
3. 前記１次側整流・平滑回路は、逆流防止用ダイオード（Ｄ3）を介在して一対のコンデンサ（Ｃ1、Ｃ2）が並列接続されることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のスイッチング電源装置。
4. 前記一対のコンデンサのうち一方のコンデンサ（Ｃ1）は、前記１次側整流・平滑回路の前記ダイオードブリッジの出力電圧を平滑し、前記逆流防止用ダイオードを経由して放電が阻止されることを特徴とする請求項３記載のスイッチング電源装置。
5. 前記一対のコンデンサのうち他方のコンデンサ（Ｃ2）は、前記放電動作用トランジスタに並列接続され、電源遮断時に放電されることを特徴とする請求項３記載のスイッチング電源装置。

Images