JP4013162B2 - スイッチング電源装置 - Google Patents
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Description
背景技術としては、スイッチング電源回路の出力側が短絡されたとき、スイッチング電源回路のスイッチングトランスの2次側巻線の各出力側の整流用ダイオードのカソード電圧の異常低下を検知して、スイッチング電源回路のスイッチングトランスの1次側巻線への電流の供給を停止させるようにしたものがあった(例えば、特許文献1参照)。
また、スイッチング電源回路の出力側が短絡されたとき、スイッチングトランスの2次側巻線の出力側に接続された電圧異常検出用ダイオードを導通させてスイッチング電源回路の出力側の短絡を検知し、スイッチング電源回路のスイッチングトランスの1次側巻線への出力電圧を抑えてスイッチングトランスの2次側巻線の出力電圧を低下させるようにしたものがあった(例えば、特許文献2参照)。
また、スイッチング電源回路の出力側が短絡されたとき、スイッチングトランスの2次側巻線の出力側に接続された電圧異常検出用ダイオードを導通させてスイッチング電源回路の出力側の短絡を検知し、スイッチング電源回路のスイッチングトランスの1次側巻線への出力電圧を抑えてスイッチングトランスの2次側巻線の出力電圧を低下させることができたが、上記同様、スイッチング電源装置の出力側短絡時に、スイッチング電源回路の出力を停止させるようにしたものであって、スイッチング電源装置の出力側に接続されている電子回路の出力側が短絡されたとき、スイッチング電源装置の出力を停止させて電子回路の発熱・焼損を防止するようにしたものではなかった。
本発明は、背景技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、スイッチング電源装置の出力側に接続された電子回路の出力側が短絡されたときに、スイッチング電源装置のスイッチング動作を停止させて、短絡電流による電子回路の発熱・焼損を防止することができるスイッチング電源装置を提供しようとするものである。
まず、図1の本発明の一実施例のスイッチング電源装置の回路図を基に説明する。
スイッチング電源装置10は、交流電源ACから供給された交流電力を整流平滑して直流電力に変換するダイオードブリッジDB1、コンデンサC1からなる整流平滑回路11と、整流平滑回路11により整流平滑された直流電力をスイッチングトランスT1の1次側巻線N1に供給して、スイッチングトランスT1の1次側巻線N1に流れる電流をスイッチングし、制御巻線N2に発生した電圧に応じてスイッチング動作をON/OFFして、スイッチングトランスT1の複数の2次側巻線N3、N4、N5にそれぞれ交流電力を発生するスイッチングトランジスタQ1、トランジスタQ2、抵抗R1、R2、R3、コンデンサC2からなる自励発振式のスイッチング回路12と、スイッチングトランスT1の2次側巻線N3に発生した交流電力を整流用ダイオードD1、コンデンサC3により整流平滑した電圧V1の直流電力を電圧Voの直流電力に安定化してコンデンサC6に接続された負荷(図示せず)に出力する3端子レギュレータ13と、短絡検出用ダイオードD5、D6、D7の導通の有無により3端子レギュレータ13の出力側の短絡を検出する短絡検出回路14と、スイッチングトランスT1の2次側巻線N5に発生した交流電力を整流用ダイオードD3、コンデンサC5により整流平滑してツェナダイオードZD1に印加された電圧V3の直流電力が抵抗R4を介して供給され、スイッチングトランスT1の2次側巻線N4に発生した交流電力を整流用ダイオードD2、コンデンサC4により整流平滑した直流電力の電圧V2を抵抗R5、R6により分圧した電圧Vrefと短絡検出回路14からの信号とに応じてスイッチング制御信号を出力するシャントレギュレータIC1、抵抗R4、R5、R6からなる電圧検出回路15と、スイッチングトランスT1の1次側巻線N1、制御巻線N2と複数の2次側巻線N3、N4、N5とをそれぞれ電気的に絶縁し、電圧検出回路15からのスイッチング制御信号をスイッチング回路12に光学的に伝達するホトカプラPC1、ダイオードD4からなるフィードバック回路16と、短絡検出回路14により3端子レギュレータ13の出力側の短絡が検出されたとき、スイッチング回路12に制御信号を出力して、スイッチング回路12のスイッチング動作を停止させ、スイッチング回路12のスイッチング動作の停止状態を保持するラッチ回路17とで構成されている。なお、GND1はスイッチングトランスT1の1次側接地であり、GND2はスイッチングトランスT1の2次側接地であり、スイッチングトランスT1の1次側巻線N1、制御巻線N2と2次側巻線N3、N4、N5とはそれぞれ電気的に絶縁されている。
以上のように構成されたスイッチング電源装置について、以下その動作について説明する。
スイッチング電源装置10に交流電源ACから交流電力が供給され、整流平滑回路11により直流電力に整流平滑されて、スイッチング回路12の抵抗R2、R3を介してスイッチングトランジスタQ1のゲートに正極性の電圧が印加されると、スイッチングトランジスタQ1がONになってスイッチングトランスT1の1次側巻線N1に電流が流れ、スイッチングトランスT1の2次側巻線N3、N4、N5にそれぞれ電流が流れる。スイッチングトランスT1の1次側巻線N1に電流が流れると、スイッチングトランスT1の制御巻線N2に負極性の電圧が発生して、コンデンサC2を介してスイッチングトランジスタQ1のゲートに負極性の電圧が印加され、スイッチングトランジスタQ1がOFFになる。スイッチングトランジスタQ1がOFFになると、抵抗R2、R3を介してスイッチングトランジスタQ1のゲートに正極性の電圧が印加されているので、スイッチングトランジスタQ1が再びONになり、スイッチングトランジスタQ1がON/OFFを繰り返してスイッチング回路12のスイッチング動作が継続され、スイッチングトランスT1の2次側巻線N3、N4、N5にそれぞれ交流電力が発生する。スイッチング回路12のスイッチングトランジスタQ1のスイッチング動作によりスイッチングトランスT1の2次側巻線N3、N4、N5に交流電力が発生すると、スイッチングトランスT1の2次側巻線N3、N4、N5に発生した交流電力が整流用ダイオードD1、コンデンサC3、整流用ダイオードD2、コンデンサC4、整流用ダイオードD3、コンデンサC5によりそれぞれ整流平滑されて電圧V1、V2、V3の直流電力が出力される。
スイッチングトランスT1の2次側巻線N4に発生した交流電力から整流平滑された直流電力の電圧V2が所定の電圧より高くなり、電圧検出回路15のシャントレギュレータIC1に印加されている電圧Vrefが高くなると、電圧検出回路15のシャントレギュレータIC1のカソード電流が増加して、フィードバック回路16のホトカプラPC1の発光ダイオードのアノード電流が増加し、ホトカプラPC1の発光ダイオードの発光強度が強くなって、ホトカプラPC1のホトトランジスタのコレクタ電流が増加し、ダイオードD4を介してスイッチング回路12のトランジスタQ2のベースに流れ込むベース電流を増加して、トランジスタQ2のコレクタ電流が増加し、スイッチング回路12のスイッチングトランジスタQ1のゲート電圧が低くなって、スイッチングトランジスタQ1のドレイン電流が減少し、スイッチングトランスT1の1次側巻線N1に流れる電流が減少して、スイッチングトランスT1の2次側巻線N3、N4、N5に発生する交流電力の電圧が所定の電圧になるように制御される。
また、スイッチングトランスT1の2次側巻線N4に発生した交流電力から整流平滑された直流電力の電圧V2が所定の電圧より低くなり、電圧検出回路15のシャントレギュレータIC1に印加されている電圧Vrefが低くなると、電圧検出回路15のシャントレギュレータIC1のカソード電流が減少して、フィードバック回路16のホトカプラPC1の発光ダイオードのアノード電流が減少し、ホトカプラPC1の発光ダイオードの発光強度が弱くなって、ホトカプラPC1のホトトランジスタのコレクタ電流が減少し、ダイオードD4を介してスイッチング回路12のトランジスタQ2のベースに流れ込むベース電流を減少して、トランジスタQ2のコレクタ電流が減少し、スイッチング回路12のスイッチングトランジスタQ1のゲート電圧が高くなって、スイッチングトランジスタQ1のドレイン電流が増加し、スイッチングトランスT1の1次側巻線N1に流れる電流が増加して、スイッチングトランスT1の2次側巻線N3、N4、N5に発生する交流電力の電圧が所定の電圧になるように制御される。
そして、何らかの原因により3端子レギュレータ13の出力側に接続されたコンデンサC6が短絡された場合、コンデンサC6の端子電圧Voが0Vになる。コンデンサC6の端子電圧Voが0Vになると、通常導通していない短絡検出回路14の短絡検出用ダイオードD5、D6、D7が導通して、電圧検出回路15のシャントレギュレータIC1に印加されている電圧Vrefが短絡検出ダイオードD5、D6、D7の順電圧まで異常低下する。電圧検出回路15のシャントレギュレータIC1に印加されている電圧Vrefが異常低下すると、電圧検出回路15のシャントレギュレータIC1のカソード電流が減少して、フィードバック回路16のホトカプラPC1の発光ダイオードのアノード電流が減少し、ホトカプラPC1の発光ダイオードの発光強度が弱くなって、ホトカプラPC1のホトトランジスタのコレクタ電流が減少し、ダイオードD4を介してスイッチング回路12のトランジスタQ2のベースに流れ込むベース電流が減少して、トランジスタQ2のコレクタ電流が減少し、スイッチング回路12のスイッチングトランジスタQ1のゲート電圧が高くなって、スイッチングトランジスタQ1のドレイン電流が増加し、スイッチングトランスT1の1次側巻線N1に流れる電流が増加して、スイッチングトランスT1の2次側巻線N5に発生する交流電力の電圧V3が上昇してツェナダイオードZD1のツェナ電圧を越え、ツェナダイオードZD1がブレークダウンする。ツェナダイオードZD1がブレークダウンすると、フィードバック回路16のホトカプラPC1の発光ダイオードのアノード電流が異常減少して、ホトカプラPC1の発光ダイオードの発光強度が弱くなり、フィードバック回路16のホトトランジスタのコレクタ電流が異常に減少して、ラッチ回路17が動作してスイッチング回路12のスイッチング動作を停止させ、スイッチング電源装置10からの出力を停止する。これにより、スイッチング電源装置10の出力側の短絡時にスイッチング電源装置10の発熱・焼損を防止するラッチ回路17をスイッチング電源装置10の出力側に接続された3端子レギュレータ13の出力側が短絡された場合にも動作させることができ、スイッチング電源装置10の出力側に接続された3端子レギュレータ13の発熱・焼損を防止することができる。なお、交流電源ACからの交流電力がスイッチング電源装置に供給されている間、ラッチ回路17の動作が継続されて、スイッチング回路12のスイッチング動作の停止状態が保持されるようになっている。
また、図2の本発明の他の実施例のスイッチング電源装置の回路図を基に説明する。
図2において図1と同一の構成要素に対しては同一の符号を付して、その説明を省略する。図2のスイッチング電源装置10は、図1のスイッチング電源装置の3端子レギュレータ13を駆動回路18とした点が図1と異なる。また、図2のスイッチング電源装置の動作については、図1で説明したものと同様であるので重複する説明は省略する。何らかの原因によりスイッチング電源装置10の出力側に接続された駆動回路18の出力側が短絡され場合、駆動回路18の負荷を駆動する出力電圧Vdが異常低下する。スイッチング電源装置10の出力側に接続された駆動回路18の出力側が短絡された場合、短絡検出回路14の短絡検出用ダイオードD5、D6、D7が導通して、電圧検出回路15のシャントレギュレータIC1に印加されている電圧Vrefが異常低下するので、上述したように、ラッチ回路17が動作してスイッチング回路12のスイッチング動作を停止させ、スイッチング電源装置10からの出力を停止する。これにより、スイッチング電源装置10の出力側の短絡時にスイッチング電源装置10の発熱・焼損を防止するラッチ回路17をスイッチング電源装置10の出力側に接続された駆動回路18の出力側が短絡された場合にも動作させることができ、スイッチング電源装置10の出力側に接続された駆動回路18の発熱・焼損を防止することができる。
以上、本発明を実施するための最良の形態について詳述したが、本発明はこれに限定されるものではなく、当業者の通常の知識の範囲内でその変形や改良が可能であることはいうまでもない。例えば、3個の短絡検出用ダイオードの導通の有無によりスイッチング電源装置の出力側に接続された電子回路の出力側の短絡を検出することを説明したが、ツェナダイオードの導通の有無によりスイッチング電源装置の出力側に接続された電子回路の出力側の短絡を検出するようにしてもよい。
11 整流平滑回路
12 スイッチング回路
13 3端子レギュレータ
14 短絡検出回路
15 電圧検出回路
16 フィードバック回路
17 ラッチ回路
18 駆動回路
Q1 スイッチングトランジスタ
Q2 トランジスタ
IC1 シャントレギュレータ
PC1 ホトカプラ
DB1 整流用ダイオードブリッジ
D1、D2、D3 整流用ダイオード
D4 ダイオード
D5、D6、D7 短絡検出用ダイオード
ZD1 ツェナダイオード
R1、R2、R3、R4、R5、R6 抵抗
C1、C2、C3、C4、C5、C6 コンデンサ
T1 スイッチングトランス
N1 1次側巻線
N2 制御巻線
N3、N4、N5 2次側巻線
GND1 1次側接地
GND2 2次側接地
Claims (1)
- 主スイッチング素子が、これの制御端子に直流電源から常時供給されている正極性の電圧によりONし、且つそのON時にスイッチングトランスの1次側巻線に流れる電流により前記1次側の制御巻線に発生する負極性の電圧が前記制御端子に印加されて前記主スイッチング素子がOFFし、前記主スイッチング素子がON/OFFを繰り返して前記スイッチングトランスの少なくとも3つの第1〜第3の2次側巻線のそれぞれに交流電力を発生させる自励発振式のスイッチング手段と、
前記第1の2次側巻線に発生した交流電力を整流平滑した直流電力が供給される電子回路の出力側に、コンデンサおよび前記出力側に向け順方向配置の複数のダイオードがそれぞれ接続され、前記ダイオードの導通に基づき前記電子回路の出力側の短絡を検出する短絡検出手段と、
前記第2の2次側巻線に発生した交流電力を整流平滑した直流電力の電圧から得られた誤差電圧が印加されるシャントレギュレータ素子のリファレンス端子に前記ダイオードのアノード側が接続され、前記第3の2次側巻線に発生した交流電力を整流平滑した直流電力が定電圧素子を介してシャントレギュレータ素子の出力側に印加され、前記シャントレギュレータ素子の出力側から前記誤差電圧に対応したスイッチング制御信号を出力する電圧検出手段と、
前記主スイッチング素子の制御端子の印加電圧を可変制御する従スイッチング素子の制御端子に前記電圧検出手段からのスイッチング制御信号を光学的に伝達して前記各2次側巻線に発生する交流電圧を定電圧化するフィードバック手段と、
前記短絡検出手段により前記電子回路の出力側の短絡が検出されたときに前記スイッチング制御信号に基づき作動して前記スイッチング手段のスイッチング動作を停止させたのちに停止状態に保持する停止手段とを備え、
前記電子回路の出力側のコンデンサが短絡されたときに、前記コンデンサの端子電圧が0Vになって前記各ダイオードが導通するのに伴い前記シャントレギュレータ素子のリファレンス端子の印加電圧が異常低下し、前記スイッチング制御信号を受けた前記従スイッチング素子が前記主スイッチング素子の制御端子の印加電圧を増大させて前記スイッチングトランスの1次側巻線の電流が増大し、且つ前記各2次側巻線の発生電圧が上昇するのに伴い前記定電圧素子がブレークダウンすることにより、前記スイッチング制御信号が異常低下して前記停止手段が作動するように構成されていることを特徴とするスイッチング電源装置。
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