JP2014096921A - Switching power supply device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、トランスの1次巻線に印加される入力電圧をスイッチングし、トランスの2次巻線に誘起される電圧を整流平滑して負荷に出力するスイッチング電源装置に関し、特に、入力電圧をスイッチング制御する制御回路と、この制御回路を起動する起動回路とを備えたスイッチング電源装置に関する。 The present invention relates to a switching power supply device that switches an input voltage applied to a primary winding of a transformer, rectifies and smoothes a voltage induced in a secondary winding of the transformer, and outputs the voltage to a load. The present invention relates to a switching power supply device including a control circuit that performs switching control and a start-up circuit that activates the control circuit.
近年、様々な電子機器において、スイッチング電源装置が使用されている。スイッチング電源装置は、交流電源(商用電源)に接続された整流回路と、この整流回路からの整流電圧が供給されるトランスと、整流回路からの整流電圧がトランスの1次巻線を介して供給されるスイッチング素子とを有している。そして、スイッチング素子のオン/オフ制御により2次巻線に誘起される電圧を整流することで直流電圧出力を得ている。スイッチング素子のオン/オフ制御には、通常、1チップの電源制御用IC(制御回路)が用いられ、この制御回路に電力を供給する補助電源回路と、制御回路を起動するための起動回路とを備える構成が用いられている(例えば、特許文献1)。 In recent years, switching power supply devices are used in various electronic devices. The switching power supply device includes a rectifier circuit connected to an AC power supply (commercial power supply), a transformer supplied with a rectified voltage from the rectifier circuit, and a rectified voltage supplied from the rectifier circuit via a primary winding of the transformer. Switching element. The DC voltage output is obtained by rectifying the voltage induced in the secondary winding by the on / off control of the switching element. For the on / off control of the switching element, a one-chip power supply control IC (control circuit) is usually used, an auxiliary power supply circuit for supplying power to the control circuit, and an activation circuit for activating the control circuit; (For example, patent document 1) is used.
特許文献1に記載のスイッチング電源装置は、トランスの3次巻線に生ずる電圧から制御回路に電力を供給する補助電源部と、入力電源から制御回路に電力を供給する起動回路部と、3次巻線に発生する電圧を検出する検出部と、制御回路が再起動するまでの期間を設定するタイマ部と、検出部からの信号を受け、タイマ部がタイムアップするまでの間、起動回路部を停止させる起動回路停止部とを備えている。そして、過負荷状態時、出力短絡状態時、2次巻線の短絡等の故障時に、タイマ部がタイムアップするまでの間、起動回路部を停止させることで制御回路が再起動される頻度を抑え、故障時のトランスの温度上昇を抑制している。
The switching power supply device described in
しかし、特許文献1の構成の場合、故障時に制御回路が再起動される頻度は少なくなるものの、制御回路が再起動されて起動状態と停止状態とを周期的に繰り返すため、トランスの鉄損、銅損が増大し、絶縁破壊を引き起こす可能性を有している。
However, in the case of the configuration of
本発明は、このような問題を解決するためになされたものである。すなわち、本発明は、故障時に制御回路を確実に停止させることにより、電力損失が少なく、且つ安全性の高いスイッチング電源装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such problems. That is, an object of the present invention is to provide a switching power supply device with low power loss and high safety by reliably stopping a control circuit when a failure occurs.
上記目的を達成するため、本発明のスイッチング電源装置は、トランスの1次巻線に印加される入力電圧をスイッチングし、トランスの2次巻線に誘起される電圧を整流平滑して負荷に出力するスイッチング電源装置において、入力電圧をスイッチング制御し、2次巻線から出力される出力電圧が所定電圧となるように制御する、又は、2次巻線から出力される出力電流が所定電流となるように制御する制御回路と、入力電圧から制御回路に電力を供給し、制御回路を起動する起動回路と、1次巻線と磁気的に結合された補助巻線と、制御回路の起動後に、補助巻線に誘起される電圧を整流平滑して制御回路に電力を供給する補助電源回路と、を備え、起動回路は、入力電圧が1次巻線に印加されたときに、制御回路に対して電力の供給を開始し、制御回路の起動後であって、入力電圧が1次巻線に印加されたときから所定時間経過したときに、制御回路に対して電力の供給を停止することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the switching power supply device of the present invention switches the input voltage applied to the primary winding of the transformer, rectifies and smoothes the voltage induced in the secondary winding of the transformer, and outputs it to the load. In the switching power supply apparatus, the input voltage is switched and controlled so that the output voltage output from the secondary winding becomes a predetermined voltage, or the output current output from the secondary winding becomes a predetermined current. A control circuit for controlling the power supply from the input voltage to the control circuit, starting the control circuit, an auxiliary winding magnetically coupled to the primary winding, and after starting the control circuit, An auxiliary power supply circuit that rectifies and smoothes a voltage induced in the auxiliary winding and supplies power to the control circuit, and the start-up circuit is connected to the control circuit when the input voltage is applied to the primary winding. Open the power supply And, even after activation of the control circuit, when a predetermined time has elapsed from when the input voltage is applied to the primary winding, characterized by stopping the supply of power to the control circuit.
このような構成によれば、起動回路は、入力電圧が印加されてから所定時間経過に制御回路への電力供給を停止するため、制御回路は確実に起動される。また、起動回路は、1次巻線に印加される入力電圧を検出して制御回路に電力を供給するため、故障時に補助巻線に誘起される電圧がなくなったとしても、制御回路が再起動されることはない。従って、スイッチング電源装置の故障状態が継続されたとしても、制御回路は確実に停止した状態を維持するため、トランスの鉄損、銅損が増大したり、絶縁破壊が引き起こされることはない。 According to such a configuration, the startup circuit stops the power supply to the control circuit after a predetermined time has elapsed after the input voltage is applied, so that the control circuit is started up reliably. In addition, since the startup circuit detects the input voltage applied to the primary winding and supplies power to the control circuit, the control circuit restarts even if there is no voltage induced in the auxiliary winding at the time of failure It will never be done. Therefore, even if the failure state of the switching power supply device continues, the control circuit reliably maintains the stopped state, so that iron loss and copper loss of the transformer do not increase and dielectric breakdown does not occur.
また、補助電源回路は、補助巻線に誘起される電圧によって充電され、蓄積された電力を制御回路に供給するコンデンサを備え、起動回路は、コンデンサに対して入力電圧を印加するか否かを制御するスイッチ回路を備え、スイッチ回路が、コンデンサに対して入力電圧を印加したときに、制御回路に対して電力が供給されるように構成することができる。 The auxiliary power supply circuit includes a capacitor that is charged by the voltage induced in the auxiliary winding and supplies the stored power to the control circuit, and the startup circuit determines whether or not to apply the input voltage to the capacitor. A switch circuit for controlling may be provided, and the switch circuit may be configured to supply power to the control circuit when an input voltage is applied to the capacitor.
また、起動回路は、入力電圧が所定の第1の閾値電圧よりも高くなったときに、制御回路に対して電力の供給を開始するように構成することができる。 In addition, the activation circuit can be configured to start supplying power to the control circuit when the input voltage becomes higher than a predetermined first threshold voltage.
また、起動回路は、入力電圧が所定の第2の閾値電圧よりも高くなったときに、所定時間を計時するタイマ回路を備え、タイマ回路は、所定時間を計時したときに、スイッチ回路を制御してコンデンサに対する入力電圧の印加を停止させ、制御回路に対して電力の供給を停止するように構成することができる。このような構成によれば、入力電圧がスローアップするような場合であっても制御回路を確実に起動した上で、起動回路による起動動作を停止させることができる。 The starter circuit includes a timer circuit that measures a predetermined time when the input voltage becomes higher than a predetermined second threshold voltage, and the timer circuit controls the switch circuit when the predetermined time is measured. Thus, the application of the input voltage to the capacitor can be stopped, and the supply of power to the control circuit can be stopped. According to such a configuration, even if the input voltage slows up, the starting operation by the starting circuit can be stopped after the control circuit is reliably started.
また、タイマ回路は、入力電圧から所定の基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、基準電圧に基づいて生成される電圧の上昇を所定時間だけ遅延させることにより所定時間を計時する時定数回路と、を備える構成とすることができる。このような構成によれば、タイマ回路は、入力電圧に拘わらず所定時間を正確に計時することが可能となる。 The timer circuit includes a reference voltage generation circuit that generates a predetermined reference voltage from the input voltage, and a time constant circuit that measures a predetermined time by delaying an increase in the voltage generated based on the reference voltage by a predetermined time; It can be set as the structure provided with these. According to such a configuration, the timer circuit can accurately measure the predetermined time regardless of the input voltage.
また、起動回路は、制御回路の起動後、入力電圧が所定の第3の閾値電圧よりも低くなったときに、所定時間が計時可能となるようにタイマ回路をリセットし、制御回路に対して電力の供給を可能にするリセット回路を備えることができる。このような構成によれば、瞬停等によって入力電圧が一時的に低下した場合には、タイマ回路がリセットされ、制御回路が再起動される。 In addition, the activation circuit resets the timer circuit so that a predetermined time can be measured when the input voltage becomes lower than the predetermined third threshold voltage after the activation of the control circuit. A reset circuit that enables power supply may be provided. According to such a configuration, when the input voltage temporarily decreases due to a momentary power interruption or the like, the timer circuit is reset and the control circuit is restarted.
以上のように本発明によれば、故障時に制御回路が確実に停止するため、電力損失が少なく、且つ安全性の高いスイッチング電源装置が提供される。 As described above, according to the present invention, since the control circuit is surely stopped at the time of failure, a switching power supply device with low power loss and high safety is provided.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施の形態に係るスイッチング電源装置1の回路図である。本実施形態に係るスイッチング電源装置1は、1次側回路に入力される交流電力をトランス500によって変換し、2次側回路から一定の直流電流を出力する定電流型の電源装置である。トランス500は、1次側巻線120、1次側補助巻線150、2次側巻線320を有する。スイッチング電源装置1の1次側回路は、ダイオードブリッジ回路110、コンデンサ115、1次側巻線120、FET125、抵抗126、127、制御用IC(制御回路)130、1次側補助巻線150、ダイオード155、コンデンサ145、フォトトランジスタ140、起動回路200(点線部)で構成される。また、スイッチング電源装置1の2次側回路は、2次側巻線320、ダイオード310、コンデンサ330、抵抗340、発光ダイオード350、2次側制御IC360、抵抗370、380、390とによって構成される。発光ダイオード350とフォトトランジスタ140は、フォトカプラ400(点線部)を構成し、発光ダイオード350から出射された光はフォトトランジスタ140で受光され光電変換される。なお、実際の回路においては、ノイズフィルタ等の回路部品をさらに備えているが、図1においては、説明の便宜上、回路を簡略化して示している。
FIG. 1 is a circuit diagram of a switching
ダイオードブリッジ回路110に入力(印加)される商用電源(AC90〜240V)は、ダイオードブリッジ回路110によって整流され、コンデンサ115の端子間に1次直流電圧V1を生成する。なお、コンデンサ115の負極側は、ダイオードブリッジ回路110の負極側と接続され1次側回路の接地電位(GND1)となっている。そして、1次直流電圧V1は、トランス500の1次側巻線120の一端及び起動回路200に供給される。起動回路200は、制御用IC130を起動するための回路である(詳細は後述)。
The commercial power supply (AC 90 to 240 V) input (applied) to the
1次側巻線120の他端は、FET125のドレイン端子に接続される。また、FET125のソース端子は、抵抗126を介して1次側回路のGND1(グラウンド)に接続され、ゲート端子は、制御用IC130のOUT端子に接続される。
The other end of the
FET125は、例えば、パワーMOSFET(Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor)であり、ゲート端子に入力される電圧によって、ドレイン端子−ソース端子間に流れる電流が制御される。本実施形態のFET125は、N型のMOSFETであり、ゲート端子に入力される電圧が上昇するとドレイン端子−ソース端子間に電流が流れる(すなわち、オンする)ように構成されている。
The FET 125 is, for example, a power MOSFET (Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor), and a current flowing between the drain terminal and the source terminal is controlled by a voltage input to the gate terminal. The
制御用IC130は、FET125のオン/オフを制御するためのICである。制御用IC130は、内部にクロック(不図示)を有しており、所定の周波数のスイッチングパルスを生成して制御用IC130のOUT端子より出力する。スイッチングパルスが、FET125のゲート端子に入力されると、FET125がオンし、1次直流電圧V1に起因する電流(1次電流)が1次側巻線120、FET125及び抵抗126を通って1次側回路のGND1に流れる。FET125がオンしている期間、1次側巻線120を流れる電流によって、1次側巻線120に磁気エネルギーが蓄えられる。そして、FET125がオフすることによって、1次側巻線120に蓄えられた磁気エネルギーが、1次側巻線120とは逆極性となるように構成された2次側巻線320に伝達される。すなわち、制御用IC130の制御によりFET125が断続的にオン/オフすることにより、2次側巻線320に断続的な電圧が誘起される。そして、2次側巻線320に電圧が誘起されると、2次側巻線320と同極性となるように構成された1次側補助巻線150にも電圧が誘起される。
The
1次側補助巻線150に誘起された電圧は、ダイオード155によって整流され、コンデンサ145によって平滑化されて、制御用IC130のVcc端子(電源端子)に印加される。なお、本実施形態のスイッチング電源装置1の起動時(すなわち、商用電源の印加時)には、1次側補助巻線150に電圧が誘起されないため、起動回路200が、1次直流電圧V1に起因する電流をコンデンサ145に供給し、これによって制御用IC130が起動するようになっている。
The voltage induced in the primary side
制御用IC130のIS端子には、抵抗127を介してFET125のソース端子が接続される。FET125と抵抗126は、いわゆるソースフォロアを構成し、FET125のソース端子の電圧は、FET125を流れる電流に比例する。制御用IC130は、IS端子に印加される電圧を監視することにより、過電流(つまり、過負荷状態)を検出している。
The source terminal of the FET 125 is connected to the IS terminal of the
制御用IC130のFB端子には、フォトトランジスタ140のコレクタが接続され、フォトトランジスタ140のエミッタはGND1に接続される。フォトトランジスタ140は、後述するように、2次直流電流I2(不図示の負荷に供給される電流)の電流値によって光量が変化する発光ダイオード350からの光を受光し、光電変換することによってその受光量に応じた電流を流す。制御用IC130は、フォトトランジスタ140を流れる電流から2次直流電流I2の電流値を検出し、2次直流電流I2の電流値が一定となるように、FET125に供給するスイッチングパルスのデューティー比を変化させる。上述のように、FET125のデューティー比(すなわち、オンしている時間)を制御することは、1次側巻線120に蓄えられる磁気エネルギーを制御することに他ならないため、これによって2次側巻線320に誘起される電圧を制御することが可能となる。以上のように、発光ダイオード350とフォトトランジスタ140によって、2次直流電流I2の電流値が、電気的に絶縁された1次側回路にフィードバックされることとなる。
The collector of the
2次側巻線320の両端に断続的に誘起された電圧は、ダイオード310によって整流され、コンデンサ330によって平滑化されて、2次直流電圧V2を生成する。そして、2次直流電圧V2に起因する2次直流電流I2が、DC出力として不図示の負荷に供給される。
The voltage intermittently induced across the secondary winding 320 is rectified by the
発光ダイオード350、2次側制御IC360、抵抗340、370、380、390は、2次直流電流I2のモニタ回路を構成している。
The
2次側制御IC360は、第1アンプ360aと、第2アンプ360bとを内蔵し、発光ダイオード350を流れる電流を制御する1チップICである。抵抗390は、DC出力のグラウンド側端子と2次側回路の接地電位(GND2)との間に挿入され、負荷に流れる2次直流電流I2を検出する抵抗である。第1アンプ360aの反転入力端子には、DC出力のグラウンド側端子の電圧が印加される。また、抵抗370と380は、2次直流電圧V2と2次側回路の接地電位(GND2)間に直列に挿入され、第2アンプ360bの反転入力端子には、抵抗370と380の接続点の電圧が印加される。第1アンプ360aの出力端子、及び第2アンプ360bの出力端子は、アノード端子が抵抗340を介して2次直流電圧V2に接続された発光ダイオード350のカソード端子に接続される。
The secondary
DC出力に負荷が接続されている場合、2次直流電流I2が負荷に供給されるため、抵抗390には負荷からのリターン電流が流れる。このため、DC出力のグラウンド側端子には、2次直流電流I2に応じた電圧が発生する。第1アンプ360aは、このDC出力のグラウンド側端子に発生した電圧(つまり、抵抗390の電位差)と、第1アンプ360aの非反転入力端子に入力される2次側制御IC360の内部基準電圧とを比較し、両者の差がゼロとなるように、第1アンプ360aの出力電流を制御する。第1アンプ360aの出力電流を制御すると、抵抗340を介して発光ダイオード350に流れる電流、すなわち発光ダイオード350の発光量が制御される。そして、発光ダイオード350の光は、フォトトランジスタ140で受光されて、上述のフィードバック制御がなされる。従って、第1アンプ360aが、抵抗390の電位差と内部基準電圧とが略等しくなるように出力電流を制御すると、2次直流電流I2が略一定となるように、制御用IC130からFET125に供給されるスイッチングパルスのデューティー比が自動制御される。
When a load is connected to the DC output, the secondary direct current I2 is supplied to the load, so that a return current from the load flows through the
なお、DC出力に負荷が接続されていない場合には、抵抗390の両端に電位差が生じないため、上述のような第1アンプ360aによる発光ダイオード350の発光量の制御ができなくなる。そこで、本実施形態においては、DC出力に負荷が接続されていない場合(つまり、抵抗390の両端に電位差が生じていない場合)には、第2アンプ360bを動作させて、かかる問題を解決している。つまり、抵抗390の両端に電位差が生じていない場合、第2アンプ360bは、反転入力端子の電圧(すなわち、抵抗370と380の接続点の電圧)と、第2アンプ360bの非反転入力端子に入力される2次側制御IC360の内部基準電圧とを比較し、両者の差がゼロとなるように、第2アンプ360bの出力電流を制御する。第2アンプ360bの出力電流を制御すると、第1アンプ360aと同様、発光ダイオード350の発光量が制御され、上述のフィードバック制御がなされる。ここで、第2アンプ360bの反転入力端子の電圧は、抵抗370と380の接続点の電圧であるから、第2アンプ360bの反転入力端子の電圧を内部基準電圧と等しくなるように制御することは、2次直流電圧V2を制御することに他ならない。従って、第2アンプ360bが、反転入力端子の電圧と内部基準電圧とが略等しくなるように出力電流を制御すると、2次直流電圧V2が所定の電圧となるように、制御用IC130からFET125に供給されるスイッチングパルスのデューティー比が自動制御される。このように、本実施形態においては、DC出力に負荷が接続されていない場合には、DC出力として一定の電圧が出力されるように構成されている。
Note that when no load is connected to the DC output, no potential difference occurs between both ends of the
なお、本実施形態においては、第1アンプ360a及び第2アンプ360bのリファレンス電圧(非反転入力端子に入力される電圧)として2次側制御IC360の内部基準電圧を用いているが、例えば、2次側制御IC360の外部に基準電圧生成回路を設け、その基準電圧生成回路からの出力電圧をリファレンス電圧として使用することもできる。
In this embodiment, the internal reference voltage of the
次に、本発明の特徴部分である起動回路200の構成及び動作について説明する。図1に示すように、本実施形態の起動回路200は、コンデンサ145に電流を供給する電流供給部201と、所定時間経過後に電流供給部201の電流供給動作を停止させる電流供給停止制御部202とを備えている。
Next, the configuration and operation of the
電流供給部201は、抵抗211、213、214、FET212、ダイオード215、ツェナーダイオード216で構成される。FET212は、コンデンサ145への電流供給を制御するN型のMOSFETである。FET212のドレイン端子は、抵抗211を介して1次直流電圧V1に接続され、ソース端子は、カソード端子が制御用IC130のVcc端子(電源端子)及びコンデンサ145の正極に接続されたダイオード215のアノード端子に接続される。また、FET212のゲート端子は、抵抗213を介して1次直流電圧V1に接続されると共に、抵抗214を介してダイオード215のアノード端子に接続される。また、FET212のゲート端子は、アノード端子がGND1に接続されたツェナーダイオード216のカソード端子に接続される。
The
電流供給停止制御部202は、ダイオード220、228、抵抗221、223、225、227、230、232、FET222、コンデンサ224、229、ツェナーダイオード226、231で構成される。FET222は、FET212の動作を制御するN型のMOSFETである。FET222のソース端子は、GND1に接続される。また、FET222のゲート端子は、並列に接続された抵抗223及びコンデンサ224を介してGND1に接続される。また、FET222のゲート端子は、抵抗227を介してツェナーダイオード226のアノード端子に接続されると共に、ダイオード228のアノード端子に接続される。
The current supply
ダイオード228のカソード端子は、並列に接続された抵抗230及びコンデンサ229を介してGND1に接続される。また、ダイオード228のカソード端子は、抵抗232を介して、アノード端子が1次直流電圧V1に接続されたダイオード220のカソード端子に接続される。ダイオード220のカソード端子は、抵抗225を介してツェナーダイオード226のカソード端子に接続されると共に、アノード端子がGND1に接続されたツェナーダイオード231のカソード端子に接続される。
The cathode terminal of the
図2は、本発明の実施の形態に係るスイッチング電源装置1の起動時の動作波形図(タイミングチャート)であり、図1のA〜Eで示される各ポイントの電圧波形を示している。つまり、図2の波形Aは1次直流電圧V1(入力電圧)を示し、波形BはFET212のゲート電圧を示し、波形Cは制御用IC130のVcc端子(電源端子)電圧を示し、波形DはFET222のゲート電圧を示し、波形Eは1次側補助巻線150に誘起される電圧を示している。
FIG. 2 is an operation waveform diagram (timing chart) at the time of startup of the switching
図2中、波形Aで示すように、スイッチング電源装置1に商用電源が入力されると(時刻t0)、商用電源はダイオードブリッジ回路110によって整流され、コンデンサ115によって平滑化される。このため、1次直流電圧V1(つまり、コンデンサ115の正極端子電圧)は、入力される商用電源の電圧に応じた所定の電圧まで上昇する。
As shown by waveform A in FIG. 2, when the commercial power is input to the switching power supply 1 (time t0), the commercial power is rectified by the
また、スイッチング電源装置1に商用電源が入力され、1次直流電圧V1が所定の電圧よりも上昇すると、抵抗213を介してツェナーダイオード216にツェナー電流が流れるため、FET212のゲート電圧はツェナーダイオード216のツェナー電圧(例えば、22V)まで上昇する(波形B)。そして、FET212のゲート電圧がゲートの閾値電圧(第1の閾値電圧)まで上昇すると、FET212がオンし、1次直流電圧V1に起因した電流が抵抗211、FET212、ダイオード215を介してコンデンサ145に供給される。
Further, when commercial power is input to the switching
1次直流電圧V1に起因した電流がコンデンサ145に供給されると、コンデンサ145の正極の電圧(つまり、制御用IC130のVcc端子(電源端子)電圧)が徐々に上昇する(波形C)。そして、制御用IC130のVcc端子(電源端子)電圧が制御用IC130の動作電圧範囲Vr内に入るまで上昇すると(時刻t1)、制御用IC130が動作を開始するため(つまり、FET125のオン/オフ制御を開始するため)、1次側補助巻線150に電圧が誘起される(波形E)。なお、本実施形態のスイッチング電源装置1は、AC90〜240Vの範囲の商用電源で動作するように構成されているため、1次直流電圧V1は入力される商用電源の電圧に応じて変動する。そして、1次直流電圧V1が変動すると、コンデンサ145に供給される電流値も変動するため、制御用IC130の起動時間(つまり、t0からt1までの時間)も変動することとなるが、本実施形態の制御用IC130は、200ms〜500msの時間内で確実に起動されるようになっている。
When the current resulting from the primary DC voltage V1 is supplied to the
また、本実施形態においては、コンデンサ115の容量を比較的小さく設定しているため(例えば、0.47μF)、制御用IC130が動作を開始すると、1次直流電圧V1(波形A)は、商用電源(交流波形)の全波整流波形になる(つまり、脈流が発生する)。
In this embodiment, since the capacitance of the
また、制御用IC130が動作を開始すると、電流供給部201からコンデンサ145に供給された電流が制御用IC130によって消費されるため、制御用IC130のVcc端子(電源端子)電圧は一時的に降下する。しかし、一方で、1次側補助巻線150に誘起された電圧がダイオード155を介してコンデンサ145に印加されるため、コンデンサ145が充電され、制御用IC130のVcc端子(電源端子)電圧は、制御用IC130の動作電圧範囲Vr内において略一定に維持される(波形C)。つまり、制御用IC130は、電流供給部201から供給される1次直流電圧V1に起因する電流によって起動された後、1次側補助巻線150からの電力(電流)の供給によって安定的に動作する。
When the
ここで、出力短絡、2次巻線の短絡等の故障が発生した場合には、2次側巻線320の電圧がゼロとなるため、1次側補助巻線150に誘起される電圧がなくなる。そして、1次側補助巻線150に誘起される電圧がなくなると、制御用IC130のVcc端子(電源端子)電圧は徐々に低下し、動作電圧範囲Vrを下回ると、制御用IC130自体が動作を停止する。
Here, when a failure such as an output short-circuit or a secondary winding short-circuit occurs, the voltage of the secondary-side winding 320 becomes zero, and thus no voltage is induced in the primary-side auxiliary winding 150. . When the voltage induced in the primary side auxiliary winding 150 disappears, the Vcc terminal (power supply terminal) voltage of the
制御用IC130が動作を停止すると、その消費電流はほぼゼロになるため、上述した起動回路200の電流供給部201が有効に機能していると、1次直流電圧V1に起因した電流が抵抗211、FET212、ダイオード215を介してコンデンサ145に再び供給され、制御用IC130が再び起動される。そして、故障状態が継続されると、制御用IC130が起動と停止とを周期的に繰り返すため、トランス500の鉄損、銅損が増大し、最終的には絶縁破壊を引き起こす可能性がある。そこで、本実施形態においては、かかる問題を解決するため、電流供給停止制御部202を設け、故障時に制御用IC130が再起動されることを確実に防止している。
When the
図1に示すように、スイッチング電源装置1に商用電源が入力され、1次直流電圧V1が所定電圧よりも上昇すると、ダイオード220、抵抗225を介してツェナーダイオード226、231に電流が流れ、ツェナーダイオード226、231のカソード端子は、ツェナーダイオード231のツェナー電圧(例えば、90V)に設定される。そして、ツェナーダイオード231にツェナー電圧が発生すると、FET222のゲート端子には、ツェナーダイオード226のツェナー電圧、抵抗227、223の抵抗値に応じた電圧(例えば、2V)が印加される。ここで、FET222のゲート端子に接続される抵抗223、227及びコンデンサ224は、いわゆる時定数回路を構成しており、一種のタイマ回路として機能する。つまり、FET222のゲート端子の電圧は、ツェナーダイオード226、231が機能してから(すなわち、1次直流電圧V1が所定電圧以上になってから)、抵抗223、227及びコンデンサ224で設定される所定の時間(例えば、500ms〜1sec)をかけてゆっくりと上昇する(図2の波形D)。そして、所定の時間を経過後、FET222のゲート電圧は、ツェナーダイオード226のツェナー電圧、抵抗227、223の抵抗値に応じた電圧となり、FET222がオンされる(図2の時刻t2)。FET222がオンすると、FET222のドレイン端子に抵抗221を介して接続されているFET212のゲート端子が略0Vまで低下するため、FET212がオフされ、FET212を介して行われるコンデンサ145の充電が停止される(つまり、電流供給部201の電流供給動作が停止される)。
As shown in FIG. 1, when commercial power is input to the switching
このように、本実施形態においては、スイッチング電源装置1の起動時、FET222がFET212よりも所定時間遅れてオンするように構成し、制御用IC130が確実に動作した後に電流供給部201の電流供給動作を停止している。また、FET222は、1次直流電圧V1に基づいて(つまり、1次直流電圧V1をモニタして)オン/オフする構成となっているため、故障時に1次側補助巻線150に誘起される電圧がなくなり、制御用IC130のVcc端子(電源端子)電圧が低下したとしても、それによってFET222がオフされることはなく(つまり、電流供給部201の電流供給動作が再開することはなく)、制御用IC130の再起動は確実に防止される(図2の時刻t3)。従って、スイッチング電源装置1の故障状態が継続されたとしても、制御用IC130は確実に停止した状態を維持するため、トランス500の鉄損、銅損が増大したり、絶縁破壊が引き起こされることはない。
As described above, in this embodiment, when the switching
なお、上述したように、本実施形態のスイッチング電源装置1には、AC90〜240Vの範囲の商用電源が入力されるため、1次直流電圧V1が変動する。そして、1次直流電圧V1が変動した場合に、FET222のゲート電圧が変動すると、それに応じてFET222のオンするタイミングが変動することとなる。そこで、本実施形態においては、FET222のゲート電圧が変動しないように、ツェナーダイオード231(基準電圧生成回路)を設けている。つまり、本実施形態においては、商用電源が変動したとしても、ツェナーダイオード231のツェナー電圧(基準電圧)によってFET222のゲート電圧が決定されるため、抵抗223、227及びコンデンサ224で設定される所定の時間経過後、FET222が確実にオンするように構成されている。なお、スイッチング電源装置1に入力される商用電源の電圧範囲が狭い場合(例えば、AC90〜100Vの場合)には、ツェナーダイオード231を省略することも可能である。
As described above, since the commercial power supply in the range of AC 90 to 240 V is input to the switching
また、スイッチング電源装置1に入力される商用電源がスローアップされた場合など、1次直流電圧V1がゆっくり上昇する場合には、制御用IC130が起動するよりも先にFET222がオンしてしまい、電流供給部201が機能せず、制御用IC130が正常に起動されないことが考えられる。そこで、本実施形態においては、1次直流電圧V1が所定の電圧に満たないときには、抵抗223、227及びコンデンサ224で構成される時定数回路に電圧が発生しないように(つまり、コンデンサ224に電流が供給されないように)、ツェナーダイオード226を設けている。つまり、本実施形態においては、商用電源が所定の電圧まで上昇し、1次直流電圧V1が所定電圧(第2の閾値電圧)よりも上昇したときに、ツェナーダイオード226が機能し(つまり、ツェナー電圧が発生し)、抵抗223、227及びコンデンサ224で構成される時定数回路に所定の電圧が発生するように構成されている。なお、制御用IC130が確実に起動された後にFET222がオンするように、ツェナーダイオード226のツェナー電圧は、ツェナーダイオード216のツェナー電圧よりも高く設定されていることが望ましい。
Further, when the primary DC voltage V1 rises slowly, such as when the commercial power input to the switching
また、本実施形態においては、抵抗223、227及びコンデンサ224で構成される時定数回路によってFET222がオンするタイミングを遅らせる構成としているが、このような構成を採ると、瞬間的な停電(すなわち、商用電源の瞬停)等によって1次直流電圧V1が低下した場合にもFET222がオフするタイミングが遅れてしまうため(つまり、FET222のゲート電圧の低下が遅れるため)、制御用IC130を再起動できないといった問題がある。そこで、本実施形態においては、ダイオード228、抵抗230、232、コンデンサ229で構成されるFET222のリセット回路を用い、かかる問題を解決している(図1)。
Further, in the present embodiment, the time constant circuit configured by the
スイッチング電源装置1に商用電源が入力されると、ダイオード228のカソード電圧は、FET222のゲート電圧よりも十分高くなり、ダイオード228がオフするように構成されている。抵抗230とコンデンサ229は、抵抗223、227及びコンデンサ224で構成される時定数回路と同様、時定数回路を構成しているが、時定数は抵抗223、227及びコンデンサ224で構成される時定数回路に比較して十分に小さく設定されている(例えば、1ms〜5ms)。従って、瞬停等によって商用電源からの入力が一時的になくなった場合には(つまり、1次直流電圧V1が所定電圧(第3の閾値電圧)よりも低下した場合には)、ダイオード228のカソード電圧は、FET222のゲート電圧よりも速く降下する。そして、ダイオード228のカソード電圧がFET222のゲート電圧(すなわち、アノード電圧)に対してダイオード228の動作電圧以上に下回るとダイオード228がオンするため、コンデンサ224に充電された電流が一気に放電されてFET222のゲート電圧が一気に引き下げられ、抵抗223、227及びコンデンサ224で構成される時定数回路(タイマ回路)がリセットされる。そして、時定数回路がリセットされると、FET222のゲート電圧が初期状態となり(つまり、リセットされ)、FET222がオフするため、商用電源が瞬停から復旧したときには、制御用IC130が再起動されることとなる。このように、本実施形態の電流供給停止制御部202は、瞬停等によって商用電源からの入力が一時的になくなった場合には、抵抗223、227及びコンデンサ224で構成される時定数回路を瞬時にリセットすることで、制御用IC130を再起動し、スイッチング電源装置1が安定して動作を継続するように構成している。
When commercial power is input to the switching
以上が本実施形態の説明であるが、本発明は、上記の構成に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。例えば、本実施形態においては、FET212及びFET222は、MOSFETであるとしたが、バイポーラトランジスタ等、他のスイッチング素子を適用することも可能である。
The above is description of this embodiment, However, This invention is not limited to said structure, A various deformation | transformation is possible in the range of the technical idea of this invention. For example, in the present embodiment, the
また、本実施形態においては、FET222の動作を遅延させるために、抵抗223、227及びコンデンサ224で構成された時定数回路を用いたが、このような回路に限定されるものではなく、周知のタイマ回路を適用することができる。
In this embodiment, a time constant
また、本実施形態のスイッチング電源装置1は、2次側回路から一定の直流電流を出力する定電流型の電源装置であるものとして説明したが、この構成に限定されるものではなく、2次側回路から一定の直流電圧を出力する定電圧型の電源装置であってもよい。その場合、発光ダイオード350とフォトトランジスタ140によって、2次直流電圧V2の電圧値が、電気的に絶縁された1次側回路にフィードバックされる。
Moreover, although the switching
1 スイッチング電源装置
110 ダイオードブリッジ回路
115、145、224、229、330 コンデンサ
126、127、211、213、214、221、223、225、227、230、232、340、370、380、390 抵抗
120 1次側巻線
125、212、222 FET
130 制御用IC
140 フォトトランジスタ
150 1次側補助巻線
155、215、220、228、310 ダイオード
200 起動回路
201 電流供給部
202 電流供給停止制御部
216、226、231 ツェナーダイオード
320 2次側巻線
350 発光ダイオード
360 2次側制御IC
360a 第1アンプ
360b 第2アンプ
400 フォトカプラ
500 トランス
DESCRIPTION OF
130 IC for control
140
360a
Claims (6)
前記入力電圧をスイッチング制御し、前記2次巻線から出力される出力電圧が所定電圧となるように制御する、又は、前記2次巻線から出力される出力電流が所定電流となるように制御する制御回路と、
前記入力電圧から前記制御回路に電力を供給し、前記制御回路を起動する起動回路と、
前記1次巻線と磁気的に結合された補助巻線と、
前記制御回路の起動後に、前記補助巻線に誘起される電圧を整流平滑して前記制御回路に電力を供給する補助電源回路と、
を備え、
前記起動回路は、
前記入力電圧が前記1次巻線に印加されたときに、前記制御回路に対して電力の供給を開始し、
前記制御回路の起動後であって、前記入力電圧が前記1次巻線に印加されたときから所定時間経過したときに、前記制御回路に対して電力の供給を停止する
ことを特徴とするスイッチング電源装置。 In the switching power supply device that switches the input voltage applied to the primary winding of the transformer, rectifies and smoothes the voltage induced in the secondary winding of the transformer, and outputs it to the load.
Control the switching of the input voltage so that the output voltage output from the secondary winding becomes a predetermined voltage, or control the output current output from the secondary winding to be a predetermined current. A control circuit to
A starting circuit for supplying power to the control circuit from the input voltage and starting the control circuit;
An auxiliary winding magnetically coupled to the primary winding;
An auxiliary power supply circuit for rectifying and smoothing a voltage induced in the auxiliary winding and supplying electric power to the control circuit after starting the control circuit;
With
The starting circuit is
When the input voltage is applied to the primary winding, it starts supplying power to the control circuit;
After the activation of the control circuit, when a predetermined time elapses from when the input voltage is applied to the primary winding, the supply of power to the control circuit is stopped. Power supply.
前記起動回路は、前記コンデンサに対して前記入力電圧を印加するか否かを制御するスイッチ回路を備え、前記スイッチ回路が、前記コンデンサに対して前記入力電圧を印加したときに、前記制御回路に対して電力が供給される
ことを特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源装置。 The auxiliary power circuit includes a capacitor that is charged by a voltage induced in the auxiliary winding and supplies the stored power to the control circuit;
The starter circuit includes a switch circuit that controls whether or not the input voltage is applied to the capacitor, and when the switch circuit applies the input voltage to the capacitor, The switching power supply according to claim 1, wherein power is supplied to the switching power supply.
前記タイマ回路は、前記所定時間を計時したときに、前記スイッチ回路を制御して前記コンデンサに対する前記入力電圧の印加を停止させ、前記制御回路に対して電力の供給を停止する
ことを特徴とする請求項2又は請求項2を引用する請求項3に記載のスイッチング電源装置。 The activation circuit includes a timer circuit that counts the predetermined time when the input voltage becomes higher than a predetermined second threshold voltage.
The timer circuit controls the switch circuit to stop the application of the input voltage to the capacitor and stop the supply of power to the control circuit when the predetermined time is counted. The switching power supply device according to claim 3, wherein the switching power supply device is referred to claim 2 or claim 2.
The activation circuit resets the timer circuit so that the predetermined time can be measured when the input voltage becomes lower than a predetermined third threshold voltage after the activation of the control circuit, and the control circuit The switching power supply device according to claim 4, further comprising a reset circuit that enables power supply to the circuit.
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