JP3543798B2 - スイッチング電源装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スイッチング電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、スイッチング電源装置においては、過負荷などの異常時にスイッチング素子が異常発熱し、損傷に至ることがあった。
【０００３】
このため、従来のスイッチング電源装置では、スイッチング素子の放熱フィンを十分に大きくし、スイッチング素子の温度上昇を極力抑制していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来のスイッチング電源装置では、大きな放熱フィンを設ける必要があるため、装置が大型化するとともに、製造コストが上昇するという課題があった。
【０００５】
【発明の開示】
本発明は上記の点に鑑みて提案されたものであって、大きな放熱フィンを設けることなく、スイッチング素子の発熱による損傷を良好に防止できるスイッチング電源装置を提供することを、その目的としている。
【０００６】
上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
【０００７】
本発明の第１の側面によれば、トランスの１次側巻線に供給される直流電圧をオン・オフさせることによりトランスの２次側巻線に所望の電圧値の誘起電圧を発生させるスイッチング素子と、スイッチング素子を導通状態にするために、１次巻線の直流電圧が供給される端子とスイッチング素子の制御端子との間に設けられる起動抵抗とを有するスイッチング電源装置であって、スイッチング素子の温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段による検出温度が所定の温度以上になると、スイッチング素子のスイッチング動作を停止させるスイッチング動作停止手段と、スイッチング動作停止手段によりスイッチング素子のスイッチング動作が停止させられたとき以降、起動抵抗を流れる電流をスイッチング動作停止手段に流すことにより、温度検出手段による検出温度に係わらず、その停止状態を保持する保持手段とを備えたことを特徴とする、スイッチング電源装置が提供される。
【０００８】
好ましい実施の形態によれば、スイッチング素子は、電界効果トランジスタであり、温度検出手段は、電界効果トランジスタと熱的に結合されたサーミスタであり、スイッチング動作停止手段は、サーミスタの両端間電位差に基づいてターンオンするサイリスタを含んでおり、起動抵抗は、電界効果トランジスタのゲート端子に相互に直列に接続された複数の抵抗からなり、保持手段は、起動抵抗のうちの少なくとも１個を除く連続した任意数の抵抗であり、複数の起動用の抵抗のうち保持手段を構成する抵抗と構成しない抵抗との接続点が、サイリスタのアノード端子に接続されている。
【０００９】
他の好ましい実施の形態によれば、電界効果トランジスタのゲート端子とサイリスタのアノード端子との間に、電界効果トランジスタのゲート端子側からサイリスタのアノード端子側へと向かう電流が順電流となるように整流素子を設けた。
【００１０】
他の好ましい実施の形態によれば、サーミスタは、一端がサイリスタのゲート端子に接続されている。
【００１１】
他の好ましい実施の形態によれば、スイッチング動作停止手段は、電界効果トランジスタと直列に接続された抵抗の両端間電位差とサーミスタの両端間電位差との合計と基準電圧とを比較する比較手段を含んでおり、比較手段の出力端子は、サイリスタのゲート端子に接続されている。
【００１２】
他の好ましい実施の形態によれば、保持手段によりスイッチング素子のスイッチング動作の停止状態が保持されている期間中、その旨を報知する報知手段を有する。
【００１３】
他の好ましい実施の形態によれば、スイッチング素子は、電界効果トランジスタであり、温度検出手段は、電界効果トランジスタと熱的に結合されたサーミスタであり、スイッチング動作停止手段は、サーミスタの両端間電位差に基づいてターンオンするサイリスタを含んでおり、起動抵抗は、電界効果トランジスタのゲート端子に相互に直列に接続された複数の抵抗からなり、保持手段は、起動抵抗のうちの少なくとも１個を除く連続した任意数の抵抗であり、複数の起動用の抵抗のうち保持手段を構成する抵抗と構成しない抵抗との接続点が、サイリスタのアノード端子に接続されており、報知手段は、サイリスタと直列に接続されてサイリスタの保持電流により駆動される発光ダイオードである。
【００１４】
本発明によれば、温度検出手段が、スイッチング素子の温度を検出し、スイッチング動作停止手段が、温度検出手段による検出温度が所定の温度以上になると、スイッチング素子のスイッチング動作を停止させ、保持手段が、スイッチング動作停止手段によりスイッチング素子のスイッチング動作が停止させられたとき以降、温度検出手段による検出温度に係わらず、その停止状態を保持するので、スイッチング素子の温度が所定温度に達したときに、スイッチング動作を停止させることができ、しかもその状態を保持できるので、スイッチング素子の温度が所定温度を超えることがない。したがって、大きな放熱フィンを設けることなく、スイッチング素子の発熱による損傷を良好に防止できる。
【００１５】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しつつ具体的に説明する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態におけるスイッチング電源装置の電気回路図である。このスイッチング電源装置は、リンギング・チョーク・コンバータ方式のスイッチング電源装置であって、電界効果トランジスタ１、サイリスタ２、トランス３、サーミスタ４、制御回路５、ダイオード７、キャパシタ８、抵抗器９〜１２、発光ダイオード１３、入力端子１５ａ，１５ｂ、および出力端子１６ａ，１６ｂを備えている。トランス３は、１次巻線３ａ、２次巻線３ｂ、およびベース巻線３ｃを備えている。サーミスタ４は、電界効果トランジスタ１と熱的に結合されている。たとえば、電界効果トランジスタ１の放熱部にサーミスタ４が接触している。
【００１８】
入力端子１５ａは、抵抗器９の一端およびトランス３の１次巻線３ａの一端に接続されている。抵抗器９の他端は、抵抗器１０の一端および発光ダイオード１３のアノード端子に接続されている。発光ダイオード１３のカソード端子は、サイリスタ２のアノード端子に接続されている。１次巻線３ａの他端は、電界効果トランジスタ１のドレイン端子に接続されている。抵抗器１０の他端は、電界効果トランジスタ１のゲート端子、制御回路５の一端、抵抗器１１の一端、およびトランス３のベース巻線３ｃの一端に接続されている。抵抗器１２は、一端が制御用電源Ｖｃｃに接続されており、他端がサイリスタ２のゲート端子およびサーミスタ４の一端に接続されている。電界効果トランジスタ１のソース端子、制御回路５の他端、抵抗器１１の他端、サーミスタ４の他端、サイリスタ２のカソード端子、およびベース巻線３ｃの他端は、入力端子１５ｂに接続されている。トランス３の２次巻線３ｂは、一端がダイオード７のアノードに接続されており、他端がキャパシタ８の一端および出力端子１６ｂに接続されている。ダイオード７のカソードは、キャパシタ８の他端および出力端子１６ａに接続されている。
【００１９】
次に動作を説明する。入力端子１５ａ，１５ｂ間には、たとえば商用電源を全波整流および平滑した１４０ボルト程度の直流電圧が供給される。この直流電圧は、起動用の抵抗器９，１０とゲート電圧決定用の抵抗器１１とによって分圧され、電界効果トランジスタ１のゲート端子に印加される。これにより、電界効果トランジスタ１がオンし、入力端子１５ａ，１５ｂ間の直流電圧に起因してトランス３の１次巻線３ａに電流が流れる。すると、トランス３のベース巻線３ｃに誘起電圧が発生し、この誘起電圧によって制御回路５が動作して、電界効果トランジスタ１のゲート電圧を低下させる。これにより、電界効果トランジスタ１がオフし、１次巻線３ａに電流が流れなくなって、２次巻線３ｂの誘起電圧が消滅し、制御回路５の動作が停止される。すると、抵抗器９，１０と抵抗器１１とによって決定される所定の電圧が電界効果トランジスタ１のゲート端子に印加され、電界効果トランジスタ１が再度オンする。以下同様の動作が繰り返され、電界効果トランジスタ１のスイッチングによりトランス３の２次巻線３ｂに所定の誘起電圧が発生する。この誘起電圧は、整流用のダイオード７により整流され、平滑用のキャパシタ８により平滑されて、出力端子１６ａ，１６ｂから出力される。もちろん、トランス３の２次巻線３ｂと出力端子１６ａ，１６ｂとの間に、全波整流回路や定電圧回路などを設けてもよい。
【００２０】
ここで、たとえば過負荷などにより電界効果トランジスタ１に過大な電流が流れ、電界効果トランジスタ１が異常発熱すると、それに応じてサーミスタ４の温度が上昇し、抵抗値が大きくなる。抵抗器１２とサーミスタ４とによって制御用電源Ｖｃｃの電圧を分圧しているので、サーミスタ４の抵抗値が大きくなると、サイリスタ２のゲート電圧が高くなり、サイリスタ２がターンオンする。これにより、入力端子１５ａ，１５ｂ間に供給されている直流電圧に起因する電流が抵抗器９を介してサイリスタ２に流れ、サイリスタ２のオン状態が保持される。サイリスタ２がオンすると、電界効果トランジスタ１のゲート電圧が低下し、電界効果トランジスタ１がオフする。したがって、電界効果トランジスタ１のスイッチング動作が停止し、電界効果トランジスタ１に電流が流れなくなるので、電界効果トランジスタ１の温度上昇が停止し、電界効果トランジスタ１の損傷が防止される。もちろん、出力端子１６ａ，１６ｂからの出力も無くなる。また、サイリスタ２がオンしている期間中、発光ダイオード１３にも電流が流れ、発光ダイオード１３が発光して、電界効果トランジスタ１の異常発熱によりスイッチング電源が動作を停止している旨を報知する。なお、入力端子１５ａ，１５ｂ間への直流電圧の供給を停止すれば、サイリスタ２がターンオフする。
【００２１】
このように、サーミスタ４が、電界効果トランジスタ１の温度を検出し、サイリスタ２が、サーミスタ４による検出温度に基づいて、電界効果トランジスタ１のスイッチング動作を停止させ、抵抗器９が、サイリスタ２のオン状態を保持するので、電界効果トランジスタ１の温度が所定温度に達したときに、スイッチング動作を停止させることができ、しかもその状態を保持できることから、電界効果トランジスタ１の温度が所定温度を超えることがない。したがって、大きな放熱フィンを設けることなく、電界効果トランジスタ１の発熱による損傷を良好に防止できる。
【００２２】
また、サイリスタ２により電界効果トランジスタ１のスイッチング動作が停止させられたとき以降、サーミスタ４による検出温度に係わらず、抵抗器９を介して流れる保持電流によりサイリスタ２のオン状態が継続するので、異常発熱付近の温度で電界効果トランジスタ１がスイッチング動作を間欠的に行い、出力端子１６ａ，１６ｂに間欠的に出力が表れるというような、不安定な動作状態に至ることがない。
【００２３】
また、起動用の抵抗として２個の抵抗器９，１０を設けたので、電界効果トランジスタ１のゲート端子に供給する起動用電流とサイリスタ２のアノード端子に供給する保持用電流とを互いに異なる任意の値に設定でき、容易に最適設計が行える。
【００２４】
また、サイリスタ２がオンしている期間中、サイリスタ２の保持電流により発光ダイオード１３が発光するので、電界効果トランジスタ１の異常発熱によりスイッチング電源が動作を停止している旨を明瞭に報知できる。
【００２５】
図２は、本発明の他の実施形態におけるスイッチング電源装置の電気回路図である。図１に示す実施形態との相違点は、抵抗器１０と並列にダイオード２１を設けたことである。ダイオード２１は、アノード端子が電界効果トランジスタ１のゲート端子に接続されており、カソード端子がサイリスタ２のアノード端子に接続されている。
【００２６】
このように、ダイオード２１を設ければ、サイリスタ２がターンオンしたときに、電界効果トランジスタ１のゲートの電荷がダイオード２１およびサイリスタ２を介して放電される。したがって、電界効果トランジスタ１の異常発熱時に電界効果トランジスタ１を迅速かつ確実にオフさせることができる。
【００２７】
すなわち、ダイオード２１を設けない場合、サイリスタ２がターンオンしたときに、電界効果トランジスタ１のゲートの電荷は、抵抗器１０および抵抗器１１を介して放電されるが、抵抗器１０，抵抗器１１の抵抗値は比較的大きいので、電界効果トランジスタ１のオフが遅れたり、あるいはオフしない場合もあり得る。ダイオード２１を設けることにより、このような不都合が解消される。
【００２８】
図３は、本発明のさらに他の実施形態におけるスイッチング電源装置の電気回路図である。図２に示す実施形態との相違点は、演算増幅器３１、抵抗器３２、および基準電源３３を設けたことである。
【００２９】
演算増幅器３１は、出力端子がサイリスタ２のゲート端子に接続されており、非反転入力端子が抵抗器１２の他端とサーミスタ４の一端との接続点に接続されている。演算増幅器３１の反転入力端子は、基準電源３３の正極端子に接続されている。電界効果トランジスタ１のソース端子は、抵抗器３２の一端に接続されており、電界効果トランジスタ１のソース端子と抵抗器３２の一端との接続点は、サーミスタ４の他端に接続されている。抵抗器３２の他端、基準電源３３の負極端子、およびサイリスタ２のカソード端子は、入力端子１５ｂに接続されている。なお、抵抗器３２を電界効果トランジスタ１のドレイン端子側に接続してもよい。
【００３０】
この実施形態においては、抵抗器３２の両端間電位差と、サーミスタ４の両端間電位差との合計の電圧が、演算増幅器３１により基準電源３３の基準電圧と比較され、抵抗器３２の両端間電位差とサーミスタ４の両端間電位差との合計電圧が基準電圧を超えたときに、サイリスタ２がターンオンする。
【００３１】
この実施形態によれば、電界効果トランジスタ１の温度すなわちサーミスタ４の抵抗値だけでなく、電界効果トランジスタ１を流れる電流の値も考慮してサイリスタ２のターンオン時点が決定されるので、ノイズなどによる誤動作を極力無くすことができる。
【００３２】
すなわち、サーミスタ４の両端間電位差のみでサイリスタ２をターンオンさせる構成では、サーミスタ４にノイズが重畳したような場合、電界効果トランジスタ１が異常発熱していないにも係わらずサイリスタ２がターンオンして、スイッチング電源の動作が停止してしまう事態が考えられる。そこでこの実施形態のように、電界効果トランジスタ１を流れる電流が所定値以上になったことと、電界効果トランジスタ１の温度が所定温度以上になったこととの論理積によって、サイリスタ２をターンオンさせるように構成することにより、ノイズなどに起因する誤動作によりスイッチング電源の動作が停止することを極力防止でき、製品の信頼性を向上させることができる。
【００３３】
なお、上記各実施形態においては、スイッチング素子として電界効果トランジスタ１を用いたが、スイッチング素子はたとえばバイポーラトランジスタなどの他の素子であってもよい。
【００３４】
また、上記各実施形態においては、温度検出手段としてサーミスタ４を用いたが、温度検出手段はたとえばポジスタなどの他の素子あるいはセンサなどであってもよい。
【００３５】
また、上記各実施形態においては、スイッチング動作停止手段として、サイリスタ２を用いたが、スイッチング動作停止手段はたとえばバイポーラトランジスタなどの他の素子であってもよい。
【００３６】
また、上記各実施形態においては、保持手段を抵抗器９とサイリスタ２との組合せにより実現したが、たとえばバイポーラトランジスタなどを用いて保持回路を構成してもよい。
【００３７】
また、上記各実施形態においては、抵抗器９や抵抗器１０をそれぞれ１個の抵抗器により実現したが、これら抵抗器９や抵抗器１０をそれぞれ複数の抵抗器を直列および／または並列に接続することにより実現してもよい。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、温度検出手段が、スイッチング素子の温度を検出し、スイッチング動作停止手段が、温度検出手段による検出温度が所定の温度以上になると、スイッチング素子のスイッチング動作を停止させ、保持手段が、スイッチング動作停止手段によりスイッチング素子のスイッチング動作が停止させられたとき以降、温度検出手段による検出温度に係わらず、その停止状態を保持するので、スイッチング素子の温度が所定温度に達したときに、スイッチング動作を停止させることができ、しかもその状態を保持できることから、スイッチング素子の温度が所定温度を超えることがない。したがって、大きな放熱フィンを設けることなく、スイッチング素子の発熱による損傷を良好に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態におけるスイッチング電源装置の電気回路図である。
【図２】本発明の他の実施形態におけるスイッチング電源装置の電気回路図である。
【図３】本発明のさらに他の実施形態におけるスイッチング電源装置の電気回路図である。
【符号の説明】
１ 電界効果トランジスタ
２ サイリスタ
３ トランス
３ａ １次巻線
３ｂ ２次巻線
３ｃ ベース巻線
４ サーミスタ
５ 制御回路５
９〜１２ 抵抗器
１３ 発光ダイオード

Claims (7)

1. トランスの１次側巻線に供給される直流電圧をオン・オフさせることにより前記トランスの２次側巻線に所望の電圧値の誘起電圧を発生させるスイッチング素子と、前記スイッチング素子を導通状態にするために、前記１次巻線の前記直流電圧が供給される端子と前記スイッチング素子の制御端子との間に設けられる起動抵抗とを有するスイッチング電源装置であって、
   前記スイッチング素子の温度を検出する温度検出手段と、
   前記温度検出手段による検出温度が所定の温度以上になると、前記スイッチング素子のスイッチング動作を停止させるスイッチング動作停止手段と、
   前記スイッチング動作停止手段により前記スイッチング素子のスイッチング動作が停止させられたとき以降、前記起動抵抗を流れる電流を前記スイッチング動作停止手段に流すことにより、前記温度検出手段による検出温度に係わらず、その停止状態を保持する保持手段とを備えたことを特徴とする、スイッチング電源装置。
2. 前記スイッチング素子は、電界効果トランジスタであり、
   前記温度検出手段は、前記電界効果トランジスタと熱的に結合されたサーミスタであり、
   前記スイッチング動作停止手段は、前記サーミスタの両端間電位差に基づいてターンオンするサイリスタを含んでおり、
   前記起動抵抗は、前記電界効果トランジスタのゲート端子に相互に直列に接続された複数の抵抗からなり、
   前記保持手段は、前記起動抵抗のうちの少なくとも１個を除く連続した任意数の抵抗であり、
   前記複数の起動用の抵抗のうち前記保持手段を構成する抵抗と構成しない抵抗との接続点が、前記サイリスタのアノード端子に接続されている、請求項１に記載のスイッチング電源装置。
3. 前記電界効果トランジスタのゲート端子と前記サイリスタのアノード端子との間に、前記電界効果トランジスタのゲート端子側から前記サイリスタのアノード端子側へと向かう電流が順電流となるように整流素子を設けた、請求項２に記載のスイッチング電源装置。
4. 前記サーミスタは、一端が前記サイリスタのゲート端子に接続されている、請求項２または３に記載のスイッチング電源装置。
5. 前記スイッチング動作停止手段は、前記電界効果トランジスタと直列に接続された抵抗の両端間電位差と前記サーミスタの両端間電位差との合計と基準電圧とを比較する比較手段を含んでおり、
   前記比較手段の出力端子は、前記サイリスタのゲート端子に接続されている、請求項２または３に記載のスイッチング電源装置。
6. 前記保持手段により前記スイッチング素子のスイッチング動作の停止状態が保持されている期間中、その旨を報知する報知手段を有する、請求項１ないし５のいずれかに記載のスイッチング電源装置。
7. 前記スイッチング素子は、電界効果トランジスタであり、
   前記温度検出手段は、前記電界効果トランジスタと熱的に結合されたサーミスタであり、
   前記スイッチング動作停止手段は、前記サーミスタの両端間電位差に基づいてターンオンするサイリスタを含んでおり、
   前記起動抵抗は、前記電界効果トランジスタのゲート端子に相互に直列に接続された複数の抵抗からなり、
   前記保持手段は、前記起動抵抗のうちの少なくとも１個を除く連続した任意数の抵抗であり、
   前記複数の起動用の抵抗のうち前記保持手段を構成する抵抗と構成しない抵抗との接続点が、前記サイリスタのアノード端子に接続されており、
   前記報知手段は、前記サイリスタと直列に接続されて前記サイリスタの保持電流により駆動される発光ダイオードである、請求項６に記載のスイッチング電源装置。

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