JP3939587B2 - 昇圧型スイッチング電源装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、昇圧型スイッチング電源装置に係るもので、過電流保護機能を具えた昇圧型スイッチング電源装置の回路構成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自励式のスイッチング電源は、回路構成がシンプルで所望の出力電圧を得ることができるので、コスト面でも安価に構成でき、比較的小電力の電源を中心に広く用いられている。図４は、主スイッチング素子Ｑ1のオンオフによってトランスＴの１次巻線に間欠的に電圧を印加し、オン時に蓄えられたエネルギをオフ時に出力するものである。その出力は整流ダイオードで整流され、平滑コンデンサで平滑されて昇圧された出力電圧が得られる。
【０００３】
このように構成された昇圧型スイッチング電源装置において、出力側に接続される負荷に何らかの異常が生じて過負荷状態となると、過電流状態が生じて電流経路を構成する回路素子の損焼が生じるという欠点を有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、スイッチング電源に接続される負荷が短絡を含む過負荷状態となっても、回路素子の損焼等を生じる過電流状態の発生を防止できる昇圧型スイッチング電源装置を提供するものである。また、過負荷状態が解除されると自動的に定常動作に復帰することが可能な装置を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、出力側に定電流回路を付加し、またその回路の過負荷状態検出結果をスイッチング素子にフィードバックしてスイッチング動作を停止させることによって、上記の課題を解決するものである。
【０００６】
すなわち、主スイッチング素子に直列に接続されたインダクタンス素子の出力側に整流ダイオードを接続して直流出力を得る昇圧型スイッチング電源装置において、直流出力に応じた帰還信号によって主スイッチング素子の動作を制御する制御回路を具えるとともに、整流ダイオードと出力端子間に定電流回路を具え、定電流回路が、出力側に供給される電流を検出するための検出抵抗と、出力側に電流を供給するための第１の能動素子と、出力側に供給される電流が過電流状態になったときに制御回路を制御する第１のコレクタと該第１の能動素子を制御する第２のコレクタとを備えたマルチコレクタトランジスタからなる第２の能動素子と、を具え、出力側に供給される電流が過電流状態になったときに、定電流回路を構成する２つの能動素子によって制御回路を制御して主スイッチング素子をオフさせて昇圧機能を停止させ、かつ、前記定電流回路によって出力側に所定の大きさに制限された電流を供給することに特徴を有するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明は、自励式、他励式を問わず適用できる。また、自励型の場合トランスの２次巻線から帰還をかけて発振させるものだけでなく、単一巻線でマルチバイブレータ構成にして発振させるタイプでもよい。定電流回路の回路構成もその機能の得られる範囲で任意に選択することができる。
【０００８】
【実施例】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。図１は、本発明の実施例を示す回路図である。図の破線で囲んだ部分Ｘ以外は、図４に示した従来例とほぼ同じ回路構成で、また、トランスの２次巻線からの帰還による自励発振を行い、出力側から補助トランジスタＱ２に帰還をかけるものである。
【０００９】
この例においては、出力端子ＶＯ側の電流経路に検出抵抗ＲＳ、トランジスタＱ3の主電流路を直列に接続し、エミッタが抵抗ＲＳの入力側に接続され、ベースが抵抗ＲＳとトランジスタＱ3の間に接続され、マルチコレクタの一方がバイアス電流経路の抵抗Ｒ４とトランジスタＱ3のベースに接続されたトランジスタＱ4を具えている。トランジスタＱ4はマルチコレクタ構造となっており、他のコレクタが抵抗Ｒ5を介して、カソードがダイオードＤ1と抵抗Ｒｓの間に接続された定電圧ダイオードＺＤ1のアノードと、主スイッチング素子の動作を制御するトランジスタＱ2のベースに接続されている。
【００１０】
この回路を用いた場合の正常な負荷状態での動作について説明する。図４の従来の回路と同様に、平滑コンデンサＣ2の両端には
Ｖ０＞ＶＩＮ、かつ
Ｖ0≒ＶZD1
（VZD1はダイオードZD1のツエナー電圧）
の電圧が発生し、抵抗RSを介して直流スイッチ素子Q3のベース・エミッタ間を正バイアスし、出力電圧が負荷RLに供給される。
【００１１】
負荷RLが正常動作後に短絡またはその負荷が短絡したまま電源VINが投入された場合について説明する。検出抵抗RSによりマルチコレクタトランジスタQ4の
ベース・エミッタを正バイアスし、トランジスタQ４のコレクタ・エミッタ間が導通するに足りる電圧降下が生じ、トランジスタQ４のコレクタ・エミッタ間は導通する。
【００１２】
すると、抵抗R5を介してトランジスタQ2のベース・エミッタ間は十分な正バイアスを受け、それまでアクテイブな動作をしていた状態から完全なオン状態に移行し、主スイッチングトランジスタQ1をオフさせる。これによって、トランジスタQ1のスイッチングは停止し、トランジスタQ3のコレクタ・エミッタ間の電圧はほぼVINとなる。
【００１３】
同時に、トランジスタQ3とトランジスタQ4で構成される定電流回路によって、あらかじめ抵抗RSによって設定された短絡電流ISが短絡経路を通じてグラウンド（GND）へ流入する。しかし、上述のように、主スイッチング素子のスイッチング停止によって昇圧機能は停止しており、トランジスタQ3によるパワーロスはほぼＶIN×ISに止まる。
【００１４】
仮にトランジスタQ4がマルチコレクタトランジスタではなく、抵抗R5に接続されるコレクタが存在しないとすれば、トランジスタQ3のパワーロスは大幅に増大する。例えば、蛍光表示管用電源ではVOは50V前後の電圧を必要とするため、VINを12Vとすれば約５倍のパワーロスが発生する。言い換えればトランジスタQ4をマルチコレクタトランジスタとし、トランジスタQ２をオフさせる機能を加えたことで、トランジスタQ3のパワーロスを１／５に低減できることになる。
【００１５】
上記の例では、トランスの2次巻線に誘起された交流電圧を主スイッチング素子であるバイポーラトランジスタＱ1のベースに帰還し、自励型としているが、図２に示したようなマルチバイブレータ型の自励式としてもよい。もちろんスイッチング素子をＭＯＳＦＥＴとしてもよい。
【００１６】
また、図１の破線で囲んだ部分を図２で破線で囲んだ回路に代えることもできる。これは、検出抵抗を抵抗ＲS1、RS2に分割しトランジスタQ5のベースをその接続点に接続したものである。この例ではトランジスタQ6を付加してそのベースと抵抗RS2の出力端側とを接続し、エミッタを抵抗RS1の入力側と接続し、コレクタを抵抗R5を介して補助トランジスタＱ12のベースと接続したものである。この構成による場合はマルチコレクタトランジスタを使用する必要はない。
【００１７】
本発明は、自励式の昇圧型スイッチング電源に限られるものではなく、他励式にも適用できる。例えば、図３に示すように、破線で囲んだ部分Ｚの回路は図１の波線で囲んだ部分Ｘの回路または図２の破線で囲んだ部分Ｙの回路を用いて、抵抗Ｒ５をＰＷＭコントローラ（制御回路）３０のデッドタイム端子に接続することによって同じ機能を果たすことができる。この場合、デッドタイム機能の理論によっては極性反転のためのインターフェイスを使用する。
【００１８】
過負荷状態が解消されると検出抵抗による検出される電圧降下が小さくなり、電流経路のスイッチ素子のトランジスタはその動作を維持したまま、補助トランジスタあるいは制御回路の動作を元に戻すことができる。これによって、主スイッチング素子のオンオフが行われる定常動作に戻すことができる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、スイッチング電源に接続される負荷が短絡を含む過負荷状態となっても、素子の損焼等を生じる過電流状態の発生を防止できる昇圧型スイッチング電源装置が得られる。また、過負荷状態が解除されると自動的に定常動作に復帰することも可能なである利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例を示す回路図
【図２】 本発明の他の実施例を示す回路図
【図３】 本発明の他の実施例を示す回路図
【図４】 従来の昇圧型スイッチング電源を示す回路図
【符号の説明】
Q1：主スイッチング素子
Q2：補助スイッチング素子
30：PWMコントローラ
Claims (1)
- 主スイッチング素子に直列に接続されたインダクタンス素子の出力側に整流ダイオードを接続して直流出力を得る昇圧型スイッチング電源装置において、
直流出力に応じた帰還信号によって主スイッチング素子の動作を制御する制御回路を具えるとともに、上記整流ダイオードと出力端子間に定電流回路を具え、
前記定電流回路が、出力側に供給される電流を検出するための検出抵抗と、出力側に電流を供給するための第１の能動素子と、出力側に供給される電流が過電流状態になったときに前記制御回路を制御する第１のコレクタと該第１の能動素子を制御する第２のコレクタとを備えたマルチコレクタトランジスタからなる第２の能動素子と、
を具え、出力側に供給される電流が過電流状態になったときに、前記定電流回路を構成する２つの能動素子によって前記制御回路を制御して主スイッチング素子をオフさせて昇圧機能を停止させ、かつ、前記定電流回路によって出力側に所定の大きさに制限された電流を供給することを特徴とする昇圧型スイッチング電源装置。
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