JP3542768B2 - 安定化電源における過電圧保護回路 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、安定化電源における過電圧保護回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、従来の安定化電源における過電圧保護回路の一例を示す回路図である。安定化電源は、入力端子１，２、平滑コンデンサ３、メインスイッチ用ＭＯＳＦＥＴ４およびトランス５の一次巻線からなる一次側駆動回路と、整流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ６、還流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ７、チョークコイル８、出力コンデンサ９、出力端子１０，１１、分圧抵抗１２，１３、および制御回路１４からなる二次側出力回路とから構成される同期整流式フォワード型スイッチング電源である。
【０００３】
過電圧保護回路１５は、出力端子１０に接続された分圧抵抗１６，１７と、分圧抵抗１５，１６による分圧電圧Ｖｏが一方の入力端子に入力されるコンパレータ１８と、コンパレータ１８の他方の入力端子に接続され、第１の過電圧検出用基準電圧Ｖref1を有する基準電圧源１９と、コンパレータ１８の出力端子に接続されたフォトダイオード２０ａとフォトトランジスタ２０ｂとからなるフォトカップラ２０と、フォトカップラ２０のフォトトランジスタ２０ｂと接地間に接続された誤動作防止用コンデンサ２１と、入力端子が、フォトトランジスタ２０ｂとコンデンサ２１の接続点に接続され、かつ出力端子が、制御回路１４の動作制御ポートに接続されたラッチ回路２２とからなる。
【０００４】
上述の構成において、メインスイッチ用ＭＯＳＦＥＴ４は、制御回路１４により、出力端子１０，１１から得られる出力電圧が安定するようにＰＷＭ制御される。
【０００５】
過電圧保護回路１５の保護動作は、次のように行われる。まず、負荷（図示しない）が接続された出力端子１０，１１における出力電圧が、通常の範囲内にある場合は、過電圧保護回路１５は動作しない。この場合は、制御回路１４の動作制御ポートに接続されたラッチ回路２２の出力電圧、すなわち制御電圧Ｖｇは、ハイレベルになっており、制御回路１４のＰＷＭ制御動作に影響を与えない。
【０００６】
次に、出力端子１０，１１から得られる出力電圧が、何らかの原因で過電圧になると、図４に示すように、分圧抵抗１６，１７による分圧電圧Ｖ0 が、基準電圧源１９の過電圧検出電圧Ｖref1を超える。それにより、コンパレータ１８の出力電圧Ｖc がハイレベルからローレベルになり、フォトカップラ２０のフォトダイオード２０ａに＋Ｖcc1 電源から電流が流れて発光し、フォトトランジスタ２０ｂはオンする。フォトトランジスタ２０ｂがオンすると、ラッチ回路２２の入力側は、ローレベルからハイレベルになる。
【０００７】
それにより、ラッチ回路２２の出力電圧、すなわち制御回路停止信号Ｖｇは、遅延時間ｔ後にローレベルからハイレベルにラッチされ、制御回路１４のＰＷＭ制御をラッチ停止させ、出力端子１０，１１における過電圧が解消される。なお、遅延時間ｔは、フォトカップラ２０、誤動作防止用コンデンサ２１およびラッチ回路２による遅れである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述の電圧保護回路１５の保護動作としては、出力電圧が過電圧になった時、出力端子１０，１１に接続される負荷（図示しない）に過大な電圧が印加されないようにするため、過電圧を検出してから停止までできるだけ早く保護動作を行う必要がある。すなわち、遅延時間ｔもできるだけ小さくする必要がある。
【０００９】
しかし、その停止動作を早く応答させればさせるほど、真の過電圧だけでなく、その他の外的要因（たとえば、ノイズ、雷サージ、垂下開放時等）による誤動作を引き起こす可能性が高くなり、システム上の信頼性が低くなるという問題がある。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、外的要因による誤動作のない信頼性の高い安定化電源における過電圧保護回路を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記した目的に鑑みて、本発明による安定化電源における過電圧保護回路は、過電圧検出時に安定化電源の出力電圧を過電圧設定電圧以下の所定の電圧までクランプする第１の保護手段と、第１の保護手段によるクランプ動作が一定時間以上継続した場合に、安定化電源の動作をラッチ停止させる第２の保護手段とを備え、第１の保護手段は、出力電圧が過電圧設定電圧を超えたことを検出するコンパレータと、出力端子の両端子間に接続されたコンパレータの出力によりオン／オフされ、出力電圧をクランプするトランジスタとを有し、第２の保護手段は、第１の保護手段におけるコンパレータの出力値に基づき、第１の保護手段によるクランプ動作が一定時間以上継続したことを検出し、安定化電源のスイッチング動作をラッチ停止させるようにしている。
【００１２】
それにより、真の過電圧時のみ動作し、その他の外的要因（たとえば、ノイズ、雷サージ、垂下開放時等）においては動作しない信頼性の高い過電圧防止が行われる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１は、本発明による安定化電源における過電圧保護回路の実施の形態を示す回路図である。図１において、図３の従来回路図と同一の構成要素は同一符号を付して説明するが、安定化電源は、図３の従来回路図と同一構成の同期整流式フォワード型スイッチング電源である。
【００１５】
過電圧保護回路１５は、出力端子１０に接続された分圧抵抗１６，１７と、分圧抵抗１５，１６による分圧電圧Ｖ0 がプラス入力端子に入力されるコンパレータ１８と、コンパレータ１８のマイナス入力端子に接続され、第１の過電圧検出用基準電圧Ｖref1を有する基準電圧源１９と、コンパレータ１８の出力端子と出力端子１１間に接続されたフォトカップラ２０のフォトダイオード２０ａと、コンパレータ１８のマイナス入力端子と出力端子間に接続された抵抗２３と、ゲートが、コンパレータ１８の出力端子に接続され、ドレインが出力端子１０に接続され、ソースが出力端子１１に接続されたＭＯＳＦＥＴ２４とからなる第１の保護手段１５Ａを有する。
【００１６】
なお、この第１の保護手段１５Ａは、後述するように、過電圧検出時に出力電圧を過電圧設定電圧以下のクランプレベルにクランプするものである。
【００１７】
過電圧保護回路１５は、さらに、一端が＋Ｖcc電源に接続されたフォトカップラ２０のフォトトランジスタ２０ｂと、フォトトランジスタ２０ｂと接地間に接続された抵抗２５および抵抗２６の直列接続体と、抵抗２５および抵抗２６の直列接続点と接地間に接続されたコンデンサ２７と、プラス入力端子が抵抗２５と抵抗２６の直列接続点に接続されたコンパレータ２８と、コンパレータ２８のマイナス入力端子と接地間に接続された、第２の過電圧検出用基準電圧Ｖｒｅｆ２を有する基準電圧源２９と、入力端子がコンパレータ２８の出力端子に接続されかつ出力端子が制御回路１４の動作制御ポートに接続されたラッチ回路２２とからなる第２の保護手段１５Ｂを有する。この第２の保護手段１５Ｂは、後述するように、第１の保護手段１５Ａによるクランプ動作が一定時間以上継続した場合に、安定化電源の動作をラッチ停止させるものである。
【００１８】
以下、上述の構成の過電圧保護回路１５の保護動作について、図２に示す各部の信号タイミング図を参照しながら説明する。まず、負荷（図示しない）が接続された出力端子１０，１１における出力電圧Ｖout が、制御回路１４のＰＷＭ制御による安定電圧Ｖcst から一定の範囲内にある場合は、過電圧保護回路１５は動作しない。この場合は、分圧抵抗１６、１７による分圧電圧は、基準電圧源１０の第１の過電圧検出用基準電圧Ｖref1を超えないので、コンパレータ１８の出力電圧Ｖc1は、ローレベルであり、フォトカップラ２０のフォトダイオード２０ａおよびＭＯＳＦＥＴ２４は、共にオフとなっている。
【００１９】
また、フォトカップラ２０のフォトダイオード２０ａのオフにより、フォトトランジスタ２０ｂも、オフとなっているので、抵抗２５と抵抗２６の直列接続点の電圧Ｖc2はローレベルであり、基準電圧源２９の第２の過電圧検出用基準電圧Ｖref2以下になっている。したがって、コンパレータ２８の出力は、ローレベルになっており、ラッチ回路２２の出力電圧もローレベルになっている。よって、制御回路１４の動作制御ポートに印加される制御回路停止信号Ｖgは、ローレベルであり、ＰＷＭ制御動作に影響を与えない。
【００２０】
次に、出力端子１０，１１から得られる出力電圧Ｖout が、何らかの原因で安定電圧Ｖcst から上昇して過電圧状態になると、第１の保護手段１５Ａにおける分圧抵抗１６，１７による分圧電圧Ｖo が、基準電圧源１９の第１の過電圧検出用基準電圧Ｖref1を超える。それにより、コンパレータ１８の出力電圧Ｖc1が、ローレベルからハイレベルになり、ＭＯＳＦＥＴ２４がオンとなる。また、ハイレベルの出力電圧Ｖc1は、コンパレータ１８のマイナス入力端子にフィードバックされる。
【００２１】
その結果、出力端子１０，１１の出力電圧Ｖout は、安定電圧Ｖcst よりわずかに高いクランプレベルＶm でクランプされる。このクランプレベルは、過電圧設定電圧（すなわち、負荷に対して過電圧であると設定される電圧）以下の電圧レベルである。
【００２２】
上述の第１の保護手段１５Ａによるクランプ動作は、出力端子１０，１１における過電圧状態が持続する限り継続される。しかし、出力端子１０，１１が過電圧状態でなくなると、コンパレータ１８の出力はローレベルに戻り、ＭＯＳＦＥＴ２４はオフとなる。したがって、安定化電源は、正常動作に自動復旧し、出力端子１０，１１の出力電圧Ｖout は、安定電圧Ｖcst に復帰する。
【００２３】
一方、第１の保護手段１５Ａによるクランプ動作中は、コンパレータ１８の出力電圧Ｖc1が、ハイレベルになっているので、フォトカップラ２０のフォトダイオード２０ａに電流が流れて発光し、フォトトランジスタ２０ｂはオンとなる。フォトトランジスタ２０ｂがオンすると、＋Ｖcc電源から抵抗２５，２６に電流が流れ、抵抗２５と抵抗２６の直列接続点の電圧Ｖc2が、抵抗２５とコンデンサ２６による充電時定数にしたがって上昇する。
【００２４】
そして、抵抗２５と抵抗２６の直列接続点の電圧Ｖc2が、基準電圧源２９の第２の過電圧検出用基準電圧Ｖref2を超えると、コンパレータ２８の出力は、ローレベルからハイレベルになり、ラッチ回路２２をラッチ動作させる。
【００２５】
それにより、ラッチ回路２２の出力電圧、すなわち制御回路停止信号Ｖｇは、フォトトランジスタ２０ｂがオンになった時点（すなわち、過電圧が検出された時点）ｔ1 から、上述の電圧Ｖc2が第２の過電圧検出用基準電圧Ｖref2を超えた時点ｔ2 までの一定時間Ｔの経過後に、ローレベルからハイレベルにラッチされる。それにより、制御回路１４のＰＷＭ制御がラッチ停止され、クランプレベルＶm にクランプされている出力端子１０，１１の出力電圧が時点ｔ3 から低下し、過電圧状態が解消される。
【００２６】
以上のように、過電圧検出時には、第１の保護手段１５Ａにより、出力電圧は、クランプレベルにクランプされる。そして、第１の保護手段１５Ａによるクランプ動作が一定時間Ｔ以上継続すると、第２の保護手段１５Ｂにより、制御回路１４のＰＷＭ制御がラッチ停止され、過電圧状態が解消される。また、過電圧状態が、上述の一定時間（上述の時間Ｔ）内に検出されなくなると、安定化電源は、正常動作に自動復旧となる。
【００２７】
それにより、真の過電圧時にはラッチ停止ができ、その他の外的要因（たとえば、ノイズ、雷サージ、垂下開放時等）による過電圧検出誤動作時には動作しないので、システム上の信頼性が高くなる。また、上述の保護動作は、従来のスイッチング電源の制御応答に左右されず、負荷に過大な電圧が印加されることがなくなる。
【００２８】
以上の通り、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限らず、種々の変形、応用が可能である。
【００２９】
たとえば、上述の実施の形態では、ラッチ回路２８は、入力にハイレベルが印加されたときハイレベルのラッチ信号を出力するものであるが、その他の構成要素との論理関係に応じて、入力および出力は、ローレベルとハイレベルのいずれの組み合わせになるように構成することができる。
【００３０】
また、上述の実施の形態では、制御回路１４は、動作制御ポートにハイレベルの制御電圧Ｖｇが印加されたとき、動作停止となるものであるが、その他の構成要素との論理関係に応じて、動作制御ポートにローレベルの制御電圧Ｖｇが印加されたとき、動作停止となるように構成しても良い。
【００３１】
また、上述の実施の形態では、同期整流式フォワード型スイッチング電源における過電圧保護について説明したが、他の形態の安定化電源に適用可能である。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、真の過電圧検出時のみ動作し、その他の外的要因（たとえば、ノイズ、雷サージ、垂下開放時等）においては動作しない信頼性の高い過電圧防止が行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による安定化電源における保護回路の実施の形態を示す回路図である。
【図２】図１の回路図における各部の信号のタイミング図である。
【図３】従来の安定化電源における保護回路の実施の形態を示す回路図である。
【図４】図３の回路図における各部の信号のタイミング図である。
【符号の説明】
１５ 過電圧保護回路
１５Ａ 第１の保護手段
１５ｂ 第２の保護手段

Claims (1)

1. 過電圧検出時に安定化電源の出力電圧を過電圧設定電圧以下の所定の電圧までクランプする第１の保護手段と、上記第１の保護手段によるクランプ動作が一定時間以上継続した場合に、上記安定化電源の動作をラッチ停止させる第２の保護手段とを備え、
   上記第１の保護手段は、上記出力電圧が過電圧設定電圧を超えたことを検出するコンパレータと、出力端子の両端子間に接続された上記コンパレータの出力によりオン／オフされ、上記出力電圧をクランプするトランジスタとを有し、
   上記第２の保護手段は、上記第１の保護手段における上記コンパレータの出力値に基づき、上記第１の保護手段によるクランプ動作が一定時間以上継続したことを検出し、上記安定化電源のスイッチング動作をラッチ停止させること、
   を特徴とする安定化電源における過電圧保護回路。

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