JP4973916B2

JP4973916B2 - 保護回路およびスイッチング電源装置

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Publication number: JP4973916B2
Application number: JP2006211344A
Authority: JP
Inventors: 啓明高田; 仁之溝口
Original assignee: Tamura Corp
Current assignee: Tamura Corp
Priority date: 2006-08-02
Filing date: 2006-08-02
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2026-08-02
Also published as: JP2008042996A

Description

本発明は、垂下型の過電流保護回路を備え、過電流時の任意の出力電圧において、間欠発振または出力遮断（ラッチ）する保護回路およびスイッチング電源装置を提供する。

図４に従来のスイッチング電源装置などによくみられる過電流特性を示す。これは、横軸にアダプターの出力電流Ｉｏ、縦軸に出力電圧Ｖｏを示したときの特性図である。図４において、垂下特性後Ａ点で最終的に、間欠発振または遮断状態へ移行する。このＡ点が決定されるには２つ条件があり、第１は出力電圧が２次側制御回路の動作電圧ＶＣＣ以下になるときであり、第２は１次側の制御回路の動作電圧ＶＣＣ以下になるときである。
後者の条件は、入力電圧により起動回路から供給される電流が異なるため、間欠動作中の間欠周期にばらつきが発生する。
図５に間欠動作中の負荷電流波形を示す。間欠動作の周期が短い時は、平均電流も小さくならず、出力容量にも関係するが、過渡電流が定格電流の３〜４倍セット側に流れる。その結果、過電流により最悪の場合、セットが破壊されることもある。
特許文献１には、補助巻線の直流検出部と１次側の制御回路の電流検出端子間に抵抗を接続して、垂下特性の開始電圧の変動を小さくする技術が開示されている。
特開平８−６６０２１号公報

上述したことに鑑み、本発明の目的は保護回路と該保護回路を有するスイッチング電源装置において、トランスの２次側に設けた２次制御回路により、１次制御回路へ制御信号をフィードバックする手段、たとえばホトカプラーをＯＮ／ＯＦＦ制御することにより、過電流時において、フィードバック経路を遮断することにより、フィードバック制御を停止することである。またこの状態において、ホトカプラーが発光しないため、過負荷や過電圧と同様の扱いとなり、１次側制御回路の特性により、間欠動作（発振）、または遮断（ラッチ）状態とする。

本発明の、電源装置の出力の過電流を防止する保護回路は、
上記電源装置の第１の出力端子に直列に接続された第１の抵抗と第２の抵抗と、上記第２の抵抗にカソードが接続された第１のツェナーダイオードと、上記第１の出力端子にカソードが接続された第２のツェナーダイオードと、上記第２のツェナーダイオードのアノードに接続された第３の抵抗と、上記第１のツェナーダイオードのアノードにコレクタが接続され、ベースが上記第３の抵抗に接続された第１のトランジスタと、上記第１の出力端子にエミッタが接続され、上記第１の抵抗と上記第２の抵抗の共通接続点がベースに接続され、コレクタが第４の抵抗を介して上記第１のトランジスタのベースに接続された第２のトランジスタと、上記第２のトランジスタのコレクタにベースが接続され、上記第１の出力端子と上記電源装置の第２の出力端子間の電圧が変化したとき上記電源装置の出力の過電流を防止する制御信号をコレクタまたはエミッタから出力する第３のトランジスタとを有する。

また本発明の、電源装置の出力の過電流を保護する保護回路は、
上記電源装置の第１の出力端子に一端が接続され、第１の基準電圧を発生する第１の基準電圧発生回路と、上記第１の出力端子に一端が接続され、第２の基準電圧を発生する第２の基準電圧発生回路と、上記第１の基準電圧発生回路の他端と上記電源装置の第２の出力端子間に接続され、上記第２の基準電圧発生回路で生成される第２の基準電圧で制御される第１のトランジスタと、上記第１の出力端子に出力の一端が接続され、上記第１の基準電圧発生回路により生成される第１の基準電圧で制御される第２のトランジスタと、上記第２のトランジスタの出力の他端と上記電源装置の第２の端子間に接続され、上記第１のトランジスタを制御する電圧を発生する制御回路と、上記電源装置の第１の出力端子と上記電源装置の第２の出力端子間の電圧が可変し、上記第２のトランジスタが動作したとき、該第２のトランジスタにより制御されて、上記電源装置の第１の出力端子と上記第２の出力端子間に流れる過電流を防止する制御電圧を出力する第３のトランジスタとを有する。

本発明によれば、トランスの１次側に接続され、１次コイルに流れる電流をスイッチングする制御スイッチング回路と、上記トランスの２次側の状態に応じて該制御スイッチング回路のスイッチング周期を制御する第１の制御回路と、上記トランスの２次側に接続され、当該２次側の過電流を検出する電流検出回路と、上記トランスの２次側の出力端子に接続され、該２次側の出力端子の電圧と上記電流検出回路で検出した電流により、上記トランスの２次側の電圧と電流を制御する電圧電流制御回路と、上記第１の制御回路に制御信号をフィードバックするため、上記トランスの２次側の出力端子に接続され、上記電流検出回路で検出した電流値に応じて上記電圧電流検出回路が電流制御モードに設定されたとき、上記トランスの２次側の出力端子の電圧が所定値以下であることを検出して、上記第１の制御回路に上記制御信号をフィードバックすることを停止する第２の制御回路とを有し、
上記第２の制御回路は、上記トランスの２次側の第１の出力端子に直列に接続された第１の抵抗と第２の抵抗と、上記第２の抵抗にカソードが接続された第１のツェナーダイオードと、上記トランスの２次側の第１の出力端子にカソードが接続された第２のツェナーダイオードと、上記第２のツェナーダイオードのアノードが接続された第３の抵抗と、上記第１のツェナーダイオードのアノードにコレクタが接続され、ベースが上記第３の抵抗に接続された第１のトランジスタと、上記トランスの２次側の第１の出力端子にエミッタが接続され、上記第１の抵抗と上記第２の抵抗の共通接続点がベースに接続され、コレクタが第４の抵抗を介して上記第１のトランジスタのベースに接続される第２のトランジスタと、上記第２のトランジスタのコレクタにベースが接続され、上記トランスの２次側の上記第１の出力端子と第２の出力端子間の電圧が変化したとき制御信号をコレクタまたはエミッタから出力する第３のトランジスタとを有する、
スイッチング電源装置が提供される。

本発明の過電流を防止する保護回路は、任意の出力電圧で垂下特性から間欠発振または出力ラッチへ移行することができる。また、出力電圧の検出点を所望の電圧に設定して、任意に間欠発振または遮断状態へ移行できるため、バッテリ負荷などにおいて、放電時間を長く設定することができる。さらに、本発明では、過電流防止のための制御動作が入力電圧に影響されないため、制御回路がもつ間欠発振を保持できる。

図１に本発明の第１の実施形態のスイッチング電源装置１００のブロック構成を示す。スイッチング電源装置１００は、フライバックタイプ（ＯＮ−ＯＦＦ回路）で、ドライブ回路を含め回路が簡単であることが特徴で、リップル電流が生じるが、チョークコイルを不要とし、スイッチング素子を改良することにより使用範囲が広がっている。

スイッチング電源装置１００は、ダイオードブリッジ回路１０１、起動回路１０２、制御ＳＷ（スイッチ）１０３、１次制御回路１０４、コンデンサＣ１（１１０）、ダイオードＤ２（１１１）、抵抗Ｒ１（１１２）、コンデンサＣ２（１１３）、ホトカプラー１１４、トランス１３０、トランス１３０の補助巻線１３１、ダイオードＤ３（１５１）、コンデンサＣ３（１５２）、電流検出回路１４１、２次制御回路１４２、ＣＣ，ＣＶ制御部１４３、ホトカプラー１５３、抵抗Ｒ３（１５７），Ｒ４（１５８），Ｒ５（１５４），Ｒ６（１５５）などで構成される。

端子Ｔ１、Ｔ２はダイオードブリッジ回路１０１の入力に接続され、このダイオードブリッジ回路１０１の一端は、起動回路１０２とコンデンサ１１０の一端とトランス１３０の１次巻線の一端に接続され、他端はグランド（ＧＮＤ）に接続されている。トランス１３０の１次巻線の他端は制御ＳＷ１０３に接続される。
起動回路１０２の一端は、１次制御回路（ＰＷＭなど）１０４とダイオード１１１のカソードとコンデンサ１１３の一端の電源ＶＣＣに接続される。１次制御回路１０４の入力はホトカプラー（ホトトランジスタ）１１４の出力が接続され、出力は制御ＳＷ１０３に接続される。
トランス１３０の１次側の補助巻線１３１の一端は、抵抗１１２の一端に接続され、抵抗１１２の他端はダイオード１１１のアノードに接続される。ダイオード１１１のカソードは起動回路１０２、コンデンサ１１３と１次制御回路１０４に接続される。

トランス１３０の２次巻線の一端は、ダイオード１５１のアノードに接続され、他端は電流検出回路１４１に接続される。ダイオード１５１のカソードは出力端子Ｔ３とコンデンサ１５２の一方の端子に接続される。コンデンサ１５２の他方はグランドＧＮＤに接続される。この電流検出回路１４１の出力は、出力端子Ｔ４に接続され、また他の出力はＣＣ，ＣＶ制御部１４３に接続される。
端子Ｔ３とグランド間に抵抗１５７と抵抗１５８が直列接続され、また端子Ｔ３はホトカプラー（ホトダイオード）１５３、２次制御回路１４２、ＣＣ，ＣＶ制御部１４３に接続される。
２次制御回路１４２は後述する図２に示すように、ＮＰＮトランジスタＱ１（２１１）を内蔵し、ベースにラッチ動作を制御するための制御信号を印加し、エミッタはＣＣ，ＣＶ制御部１４３のＣＣ制御部に接続される。またＮＰＮトランジスタ２１１のコレクタは、抵抗１５４を介してホトカプラー（ホトダイオードの他端のカソード）１５３に接続される。またホトカプラー１５３の出力は抵抗１５５を介してＣＣ，ＣＶ制御部１４３のＣＶ制御部に接続される。

ダイオードブリッジ回路１０１は、ダイオードがブリッジ状に接続され、端子Ｔ１、Ｔ２に商用電源の電源から供給された交流（ＡＣ）電圧が入力されると、このダイオードにより整流され、例えば全波整流された電圧波形が出力される。さらに、コンデンサ１１０により整流される。

起動回路１０２は、例えば起動時に動作する不図示の電源供給用トランジスタ、ダイオード、基準電圧発生用のツェナーダイオードなどで構成され、例えば、このトランジスタの出力にダイオードのアノードが接続され、ダイオードのカソードが１次制御回路（ＰＷＭなど）１０４とコンデンサ１１３に接続される。電源供給用トランジスタは例えばベースとグランド間にツェナーダイオードを接続し、ベースとダイオードブリッジ回路１０１の出力間に抵抗を接続する。
また不図示の電源供給用トランジスタのエミッタに接続された（起動回路１０２に内蔵の）ダイオードのカソードがダイオード１１１のカソードに接続され、ダイオード１１１のアノードは抵抗１１２を介してトランス１３０の補助巻線１３１の端子に接続される。
起動回路１０２は、電源投入直後に１次制御回路１０４に電源を供給し、１次制御回路１０４が所定電圧以上になると上述の電源供給用トランジスタの出力に接続された不図示のダイオードが逆バイアスされてＯＦＦし、起動回路１０２から１次制御回路１０４へ電源を供給することを停止する。
補助巻線１３１で発生する電圧が上昇し、ダイオード１１１がＯＮすると、補助巻線１３１で発生した電圧が抵抗１１２、ダイオード１１１を介してコンデンサ１１３に充電され、１次制御回路１０４は動作を継続する。
このように、起動回路１０２は、起動直後から所定の電圧になるまで１次制御回路１０４に電源を供給し、その後ＯＦＦする。

制御ＳＷ（スイッチ）１０３は、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタなどのスイッチング素子で構成され、１次制御回路１０４から供給されたＰＷＭ（パルス幅変調）された制御信号により、ＯＮ／ＯＦＦ制御される。
スイッチング素子がＯＮ／ＯＦＦ制御されることにより、ＯＮ期間にトランス１３０の１次巻線に所定の電流を流す。

１次制御回路１０４は、例えば、比較器、発振器、フリップ・フロップ（またはモノマルチバイブレータ）回路、ＡＮＤ回路などで構成され、不図示の比較器に入力された制御電圧を発振器から供給された電圧と比較し、比較された結果得られた制御信号がフリップ・フロップ回路に入力され、この出力により、制御ＳＷ１０３のスイッチング素子がＯＮ／ＯＦＦ制御される。

ホトカプラー１１４は、受光用のホトトランジスタなどで構成され、ホトカプラー（ホトダイオード）１５３から放射された光制御信号を制御電圧に変換する。

電流検出回路１４１は、出力端子Ｔ３，Ｔ４と負荷間に流れる電流を検出し、その結果得られた制御電流、または制御電圧をＣＣ，ＣＶ制御部１４３のＣＣ制御部へ出力する。
出力に過大電流が流れると、垂下特性に入り、出力特性が低下する。２次制御回路１４２は、出力電圧が所定電圧（図４の電圧点Ａ）以下になった時、内蔵のトランジスタＱ１（２１１）をＯＦＦにし、ホトカプラー（ホトダイオード）１５３をオフにして発光を停止する。また、２次制御回路１４２の基準電圧を制御することにより、垂下特性の検出電圧のＡ点をコントロールすることができる。

ＣＣ，ＣＶ制御部１４３は、通常動作のＣＶ制御と、過負荷による過電流を制御するためのＣＣ制御に関する切り替え動作を行う。

次に図１に示す、スイッチング電源装置１００の動作について説明する。
ＡＣ電圧が端子Ｔ１，Ｔ２からダイオードブリッジ回路１０１に入力されると、全波整流された電圧が起動回路１０２、コンデンサ１１０とトランス１３０の１次側に供給される。
起動時、ダイオードブリッジ回路１０１とコンデンサ１１０で整流された出力電圧は、起動回路１０２に供給され、起動回路１０２から電圧（電源）が１次制御回路（ＰＷＭなど）１０４に供給される。１次制御回路１０４から出力された制御パルスは制御ＳＷ１０３に供給されて、スイッチング動作を開始する。補助巻線１３１から導出された電圧が抵抗１１２とダイオード１１１を介してコンデンサ１１３に供給され、１次制御回路１０４に電源を供給する。１次制御回路１０４の電圧が一定値以上になると、起動回路１０２の動作は停止する。そして、１次制御回路１０４で生成された制御パルス（ＰＷＭ）により制御ＳＷ１０３のスイッチング素子が制御される。

スイッチング素子がＯＮ状態になるとトランス１３０の１次巻線に電圧が加わり、２次巻線に発生する電圧はダイオード１５１に対して逆方向の電圧であるので、電流は流れない。
スイッチング素子がＯＦＦ状態になると、トランス１３０の１次巻線に流れていた電流と同一のアンペア・ターンを保つように、２次側にも巻き始めから巻き終わりの方向に電流が流れ、その結果ダイオード１５１は導通する。
トランス１３０の２次巻線のインダクタンスをＬｓ、２次巻線の誘起電圧をＶｓ、２次ピーク電流をＩｓｐ、ダイオード１５１のＯＦＦ期間をＴ_ｏｆｆとすると、ダイオード１５１に流れる電流はＩｓｐ−（Ｖｓ／Ｌｓ）Ｔ_ｏｆｆのスピードで低下しながら、トランス１３０のインダクタンスに蓄積されていたエネルギーを端子Ｔ３，Ｔ４へ出力する。
所定期間が過ぎると、１次制御回路（ＰＷＭなど）１０４から供給された、パルス状の制御電圧（または電流）により、制御ＳＷ１０３のスイッチング素子が切り替えられ、ＯＮ動作状態になり、トランス１３０の１次側に電流が流れる。以後このような動作を繰り返す。

このように、トランス１３０の２次側から導出された電圧は、ダイオード１５１とコンデンサ１５２により、電圧が整流されて出力電圧が端子Ｔ３，Ｔ４から導出される。端子Ｔ３の出力電圧は、ホトカプラー１５３と２次制御回路１４２、ＣＣ，ＣＶ制御部１４３に供給される。またトランス１３０と端子Ｔ４間に接続された電流検出回路１４１で出力電流が検出され、その検出結果に応じて、ＣＣ制御とＣＶ制御に切り替えられる。
端子Ｔ３の出力電圧に応じて、ホトカプラー１５３の光照射期間が制御され、その照射された光がホトカプラー１１４で受光され、受光期間に応じた電圧または電流が発生し、制御信号として１次制御回路１０４に供給される。この結果、ＰＷＭのパルス幅が制御され、制御ＳＷ１０３のスイッチング素子のスッチング期間が制御されて、出力電圧が一定になるように制御される。

起動状態と通常動作状態において、抵抗１５７、抵抗１５８で検出した出力電圧がＣＣ，ＣＶ制御部１４３に入力され、ＣＶ制御が動作し、抵抗１５５を介してホトカプラー１５３に接続される。また、電流検出回路１４１で電流変化を検出してＣＣ，ＣＶ制御部１４３を制御してホトカプラー１５３、１１４を介して１次制御回路１０４に制御信号をフィードバックしてスイッチング素子のスイッチング期間を制御し、その結果、出力電流を制御する。

次に、端子Ｔ３，Ｔ４に接続された負荷状態により、過電流が流れると、出力電流は上昇する。この過電流を電流検出回路１４１で検出し、所定電流以上になると、ＣＣ，ＣＶ制御部１４３でＣＶ制御からＣＣ制御に切り替えられる。
出力電圧が低下し、垂下特性の検出電圧（図４のＡ点）になると、２次制御回路１４２のＮＰＮトランジスタ２１１がＯＮ状態からＯＦＦ状態へ遷移する。その結果、ホトカプラー１５３はオープン状態になり、ホトカプラー１５３、抵抗１５４とＮＰＮトランジスタ２１１に電流は流れないので、ホトカプラー１５３は発光せず、１次制御回路１０４の特性により間欠動作またはラッチ状態へ移行する。
このように、負荷状態により、過電流が流れても２次制御回路１４２によりホトカプラー１５３，１１４を遮断することにより、１次制御回路１０４へのフィードバック動作を停止する。ホトカプラー１５３の発光を停止することにより、過負荷や過電圧と同様な扱いとなり、１次制御回路１０４の特性により間欠動作、または遮断（ラッチ）へ移行できる。

次に、図２に本発明の実施形態の制御回路２００の回路構成を示す。この制御回路２００は図１に示した２次制御回路１４２とホトカプラー１５３で構成される。
出力電圧が端子Ｔ５とＴ６に供給され、この端子Ｔ５に抵抗Ｒ１１（２０１）の一端が接続され、抵抗２０１の他端が抵抗Ｒ１２（２０２）の一端とＰＮＰトランジスタＱ２（２０７）のベースに接続される。抵抗２０２の他端はツェナーダイオードＤ５（２０３）のカソードに接続され、ツェナーダイオード２０３のアノードはＮＰＮトランジスタＱ３（２０４）のコレクタに接続される。ＮＰＮトランジスタ２０４のエミッタは端子Ｔ６に接続され、ベースは抵抗Ｒ１０（２０６）と抵抗Ｒ９（２１０）の一端に接続される。
抵抗２０６の他端はツェナーダイオードＤ４（２０５）のアノードに接続され、カソードは端子Ｔ５に接続される。
ＰＮＰトランジスタ２０７のエミッタは端子Ｔ５に接続され、コレクタは抵抗Ｒ７（２０８）とＲ８（２０９）の一端に接続され、抵抗２０９の他端は抵抗２０６と抵抗２１０に接続される。
抵抗２０８の他端はＮＰＮトランジスタＱ１（２１１）のベースに接続され、トランジスタ２１１のコレクタは抵抗Ｒ５（２１２）の一端に接続され、エミッタはＣＣ制御部へ接続される。
また、抵抗２１２の他端はホトカプラー１５３のカソードと抵抗Ｒ６（２１３）の一端に接続される。ホトカプラー２１４のアノードは端子Ｔ５に接続され、抵抗２１３の他端はＣＶ制御部へ接続される。

次に、制御回路２００の動作について説明する。
まず、起動状態及び通常状態における制御回路２００の動作について説明する。
端子Ｔ５に供給される出力電圧が上昇し、ＮＰＮトランジスタ２０４のベース・エミッタ間電圧（Ｖｂｅ）とツェナーダイオード２０５のツェナー電圧Ｖｚ４を加算した電圧に達すると、ＮＰＮトランジスタ２０４のベースに電流が流れ、ＯＮ動作状態となる。
ここで、Ｖｚ５（ツェナーダイオード２０３のツェナー電圧）＜Ｖｚ４（ツェナーダイオード２０５のツェナー電圧）となるように設定する。この条件において、ツェナーダイオード２０３が導通し、抵抗２０１の両端に発生する電圧がＰＮＰトランジスタ２０７のＶｂｅ（ベース・エミッタ順方向）電圧より大きくなると、ＰＮＰトランジスタ２０７はＯＮ（導通）する。
ＰＮＰトランジスタ２０７が導通し、コレクタ電流が抵抗２０９と抵抗２１０に流れる。抵抗２０９、抵抗２１０で発生した電圧は、分圧されてＮＰＮトランジスタ２０４のベース−エミッタ間の電圧は常に０．７［Ｖ］に保たれる。すなわち、ＰＮＰトランジスタ２０７とＮＰＮトランジスタ２０４はサイリスタ結合され、ＯＮ動作状態を維持する。
ＰＮＰトランジスタ２０７がＯＮ動作状態で、ＮＰＮトランジスタ２１１のＶｂｅも０．７［Ｖ］以上となり、ＯＮ動作状態となる。
この結果、通常動作状態において、ＮＰＮトランジスタＱ１は常時ＯＮしている。

次に、過電流動作時における、制御回路２００の動作について説明する。
出力電流が上昇し、電流検出の基準点に達するとＣＶ制御からＣＣ制御へ移行する。図４に示すように、垂下特性に入り、出力電圧Ｖｏは下降していく。
出力電圧Ｖｏが下降し、ＶＴ５（端子Ｔ５における出力電圧）＜Ｖｂｅ（ＰＮＰトランジスタ２０７）＋Ｖｚ５となった時点で、ツェナーダイオード２０３に電流は流れず、抵抗２０１の両端に発生する電圧差がＰＮＰトランジスタ２０７のベース・エミッタ間の順方向電圧より小さくなるで、ＰＮＰトランジスタ２０７はＯＦＦする。
ここで、ＶｂｅはＰＮＰトランジスタ２０７のベース・エミッタ間の順方向電圧、またＶｚ５はツェナーダイオード２０３のツェナー電圧とする。
ＰＮＰトランジスタ２０７がＯＦＦのとき、ＰＮＰトランジスタ２０７とＮＰＮトランジスタ２０４で構成されたサイリスタ結合は解除され、ＮＰＮトランジスタ２０４もＯＦＦする。
また、ＰＮＰトランジスタ２０７がＯＦＦしているので、ＮＰＮトランジスタ２１１のベースに電流が供給されず、ＯＦＦする。ＮＰＮトランジスタ２１１がＯＦＦすると、ホトカプラー（ホトダイオード）１５３のカソードはＣＣ制御部から切り離され、その結果ホトカブラー１５３は発光せず、フィードバック制御は停止される。その結果、間欠動作またラッチ動作（状態）へ移行する。

間欠動作（発振）の場合、再び１次制御回路１０４のドライブにより制御ＳＷ１０３がＯＮするが、垂下特性のＡ点でＯＦＦした出力インピーダンスにより、出力電圧がＮＰＮトランジスタ２０４のＶｂｅ＋Ｖｚ４［Ｖ］に達しなければ制御回路２００は動作しない。但し、このときＶｚ５（ツェナーダイオードＤ５のツェナー電圧）＜Ｖｚ４（ツェナーダイオードＤ４のツェナー電圧）とする。

上述したように、図２に示した制御回路２００のツェナーダイオード２０３のツェナー電圧Ｖｚ５を任意に設定することにより、垂下特性の検出電圧を制御することができる。

図２に示した制御回路２００は図１に示すフライバックコンバータ回路のスイッチング電源装置１００に適用した実施形態例を示したが、これ以外に他のスイッチング電源装置にも適用できる。
図３に本発明の第３の実施形態である、フォワード回路のスイッチング電源装置３００のブロック構成を示す。
このスイッチング電源装置３００は、図１のスイッチング電源装置１００と比較してトランス３３０の２次側の回路構成が異なる。

スイッチング電源装置３００は、フォワード回路（ＯＮ−ＯＮ回路）で、ドライブ回路を含め回路が簡単であることが特徴で、チョークコイルを備え、スイッチング素子を改良することにより使用範囲が広がっている。
スイッチング電源装置３００は、ダイオードブリッジ回路３０１、起動回路３０２、制御ＳＷ（スイッチ）３０３、１次制御回路（ＰＷＭなど）３０４、コンデンサＣ１（３１０）、ダイオードＤ２（３１１）、抵抗Ｒ１（３１２）、コンデンサＣ２（３１３）、ホトカプラー３１４、トランス３３０、補助巻線３３１、ダイオードＤ３（３５１）、コンデンサＣ３（３５２）、電流検出回路３４１、２次制御回路３４２、ＣＣ，ＣＶ制御部３４３、ホトカプラー３５３、抵抗Ｒ３（３５７），Ｒ４（３５８），Ｒ５（３５４），Ｒ６（３５５）で構成される。

端子Ｔ１１、Ｔ１２はダイオードブリッジ回路３０１の入力に接続され、このダイオードブリッジ回路３０１の一端は、起動回路３０２とコンデンサ３１０の一端とトランス３３０の１次巻線の一端に接続され、他端はグランド（ＧＮＤ）に接続されている。トランス３３０の１次巻線の他端は制御ＳＷ３０３に接続される。
起動回路３０２の一端は、１次制御回路３０４とダイオード３１１のカソードとコンデンサ３１３の一端に接続される。１次制御回路３０４の入力はホトカプラー３１４に接続され、電源供給端子はコンデンサ３１３とダイオード３１１のカソードに接続される。
トランス３３０の補助巻線３３１の一端は、抵抗３１２の一端に接続され、抵抗３１２の他端はダイオード３１１のアノードに接続される。

トランス３３０の２次巻線の一端は、ダイオード３５１のアノードに接続され、他端は電流検出回路３４１に接続される。ダイオード３５１のカソードはダイオード３６０のカソードとチョークコイルＬ１（３６１）の一端に接続され、ダイオード３６０のアノードはトランス３３０の２次巻線の他端に接続されている。また、チョークコイル３６１の他端は出力端子Ｔ１３とコンデンサ３５２の一方の端子に接続される。コンデンサ３５２の他端はグランドに接続される。トランス３３０の２次巻線の他端は、電流検出回路３４１の入力に接続される。この電流検出回路３４１の出力は、出力端子Ｔ１４に接続され、また他の出力はＣＣ，ＣＶ制御部３４３に接続される。
端子Ｔ１３とグランド間に抵抗３５７と抵抗３５８が直列接続され、また端子Ｔ１３はホトカプラー３５３、２次制御回路３４２、ＣＣ，ＣＶ制御部３４３に接続される。
２次制御回路３４２は内蔵されたトランジスタのベースに制御信号が供給され、エミッタはＣＣ，ＣＶ制御部３４３のＣＣ制御部に接続される。内蔵されたトランジスタのコレクタは、抵抗３５４を介してホトカプラー（ホトダイオード）３５３の他端のカソードに接続される。ホトカプラー３５３のカソードは抵抗３５５の一端に接続され、他端はＣＣ，ＣＶ制御部３４３のＣＶ制御部に接続される。

図３に示すスイッチング電源装置３００の動作は図１に示したスイッチング電源装置１００と動作が異なる。また、リセット巻線３３３とＧＮＤ間にダイオードＤ５（３３４）が接続されている。
スイッチング素子がＯＮのとき、２次巻線の巻き始めがプラス電位となり、ダイオード３５１が導通し、チョークコイル３６１を介してコンデンサ３５２に電圧が充電される。
一方、スイッチング素子がＯＦＦのとき、チョークコイル３６１の逆起電力によりダイオード３６０を介してコンデンサ３５２に充電される。
このように、ダイオード３５１，３６０により出力ＡＣ電圧が全波整流され、チョークコイル３６１とコンデンサ３５２で整流されて、出力端子Ｔ１３，Ｔ１４からＤＣ電圧が負荷に供給される。

２次制御回路３４２は、スイッチング電源装置３００においても、図１に示したスイッチング電源装置１００と同様に動作する。通常動作状態のときは、内蔵のＮＰＮトランジスタ（２１１）はＯＮし、ホトカプラー３５３は正常動作する。
一方、出力電流が上昇し、端子Ｔ１３の電圧が低下し、垂下特性の検出電圧Ａ点になると、ＮＰＮトランジスタ２１１がＯＦＦ状態となる。ホトカプラー３５３のカソードに接続された抵抗３５４からＣＣ制御部はオープンとなり、ホトカブラー３１４は発光せず、１次制御回路３０４へ制御信号はフィードバックされない。その結果、１次制御回路３０４の特性により、間欠動作またラッチ状態へ移行する。

上述した過電流によるスイッチング電源装置を保護するための過電流保護回路は、フライバック回路やフォワード回路に限定するものでなく、プッシュプル回路、ハーフブリッジ回路またフルブリッジ回路などにも適用できる。

以上述べたように本発明は、垂下特性の任意の出力電圧で間欠発振または出力ラッチへ移行することができる。また、検出点を所望の電圧に設定して、任意に間欠発振または遮断状態へ移行できるため、バッテリ負荷などにおいて、放電時間を長く設定することができる。さらに、本発明では、制御動作が入力電圧に影響されないため、制御回路がもつ間欠発振を保持できる。

第1の実施形態のスイッチング電源装置の回路構成を示す図である。第２の実施形態の制御回路の回路構成を示す図である。第３の実施形態のスイッチング電源装置の回路構成を示す図である。スイッチング電源装置の出力特性を示す図である。スイッチング電源装置の動作説明図である。

符号の説明

１００，３００…スイッチング電源装置、１０１，３０１…ダイオードブリッジ回路、１０２，３０２…起動回路、１０３，３０３…制御ＳＷ（スイッチ）、１０４，３０４…１次制御回路（ＰＷＭなど）、１１０，１１３，１５２，３１０，３１３，３５２…コンデンサ、１１１，１５１，３１１，３３４，３５１，３６０…ダイオード、１１２，１５４，１５５，１５７，１５８，２０１，２０２，２０６，２０９，２１０，２１２，２１３，３１２，３５４，３５５，３５７，３５８…抵抗、１１４，１５３，２１４，３１４，３５３…ホトカプラー、１３０，３３０…トランス、１３１，３３１…補助巻線、１４１，３４１…電流検出回路、１４２，３４２…２次制御回路、１４３，３４３…ＣＣ，ＣＶ制御部、２００…制御回路、２０３，２０５…ツェナーダイオード、２０４，２１１…ＮＰＮトランジスタ、２０７…ＰＮＰトランジスタ、３３３…リセット巻線、３６１…チョークコイル。

Claims

電源装置の出力の過電流を防止する保護回路であって、
上記電源装置の第１の出力端子に直列に接続された第１の抵抗と第２の抵抗と、
上記第２の抵抗にカソードが接続された第１のツェナーダイオードと、
上記第１の出力端子にカソードが接続された第２のツェナーダイオードと、
上記第２のツェナーダイオードのアノードに接続された第３の抵抗と、
上記第１のツェナーダイオードのアノードにコレクタが接続され、ベースが上記第３の抵抗に接続された第１のトランジスタと、
上記第１の出力端子にエミッタが接続され、上記第１の抵抗と上記第２の抵抗の共通接続点がベースに接続され、コレクタが第４の抵抗を介して上記第１のトランジスタのベースに接続された第２のトランジスタと、
上記第２のトランジスタのコレクタにベースが接続され、上記第１の出力端子と上記電源装置の第２の出力端子間の電圧が変化したとき上記電源装置の出力の過電流を防止する制御信号をコレクタまたはエミッタから出力する第３のトランジスタと
を有する、保護回路。
上記第１のツェナーダイオードのツェナー電圧は、上記第２のツェナーダイオードのツェナー電圧と上記第１のトランジスタの閾値電圧を加えた電圧より小さい
請求項１記載の保護回路。
電源装置の出力の過電流を保護する保護回路であって、
上記電源装置の第１の出力端子に一端が接続され、第１の基準電圧を発生する第１の基準電圧発生回路と、
上記第１の出力端子に一端が接続され、第２の基準電圧を発生する第２の基準電圧発生回路と、
上記第１の基準電圧発生回路の他端と上記電源装置の第２の出力端子間に接続され、上記第２の基準電圧発生回路で生成される第２の基準電圧で制御される第１のトランジスタと、
上記第１の出力端子に出力の一端が接続され、上記第１の基準電圧発生回路により生成される第１の基準電圧で制御される第２のトランジスタと、
上記第２のトランジスタの出力の他端と上記電源装置の第２の端子間に接続され、上記第１のトランジスタを制御する電圧を発生する制御回路と、
上記電源装置の第１の出力端子と上記電源装置の第２の出力端子間の電圧が可変し、上記第２のトランジスタが動作したとき、該第２のトランジスタにより制御されて、上記電源装置の第１の出力端子と上記第２の出力端子間に流れる過電流を防止する制御電圧を出力する第３のトランジスタと
を有する、
保護回路。
上記第１の基準電圧発生回路と上記第２の基準電圧発生回路は、それぞれ、ツェナーダイオードと抵抗を有し、上記第１の基準電圧、上記第２の基準電圧として、上記第１のトランジスタと上記第２のトランジスタにバイアスを供給する
請求項３記載の保護回路。
上記第１の基準電圧発生回路のツェナーダイオードのツェナー電圧は、上記第２の基準電圧発生回路のツェナーダイオードのツェナー電圧と上記第１のトランジスタの閾値電圧を加えた電圧より小さい
請求項４記載の保護回路。
トランスの１次側に接続され、１次コイルに流れる電流をスイッチングする制御スイッチング回路と、
上記トランスの２次側の状態に応じて該制御スイッチング回路のスイッチング周期を制御する第１の制御回路と、
上記トランスの２次側に接続され、当該２次側の過電流を検出する電流検出回路と、
上記トランスの２次側の出力端子に接続され、該２次側の出力端子の電圧と上記電流検出回路で検出した電流により、上記トランスの２次側の電圧と電流を制御する電圧電流制御回路と、
上記第１の制御回路に制御信号をフィードバックするため、上記トランスの２次側の出力端子に接続され、上記電流検出回路で検出した電流値に応じて上記電圧電流検出回路が電流制御モードに設定されたとき、上記トランスの２次側の出力端子の電圧が所定値以下であることを検出して、上記第１の制御回路に上記制御信号をフィードバックすることを停止する第２の制御回路と
を有し、
上記第２の制御回路は、
上記トランスの２次側の第１の出力端子に直列に接続された第１の抵抗と第２の抵抗と、
上記第２の抵抗にカソードが接続された第１のツェナーダイオードと、
上記トランスの２次側の第１の出力端子にカソードが接続された第２のツェナーダイオードと、
上記第２のツェナーダイオードのアノードが接続された第３の抵抗と、
上記第１のツェナーダイオードのアノードにコレクタが接続され、ベースが上記第３の抵抗に接続された第１のトランジスタと、
上記トランスの２次側の第１の出力端子にエミッタが接続され、上記第１の抵抗と上記第２の抵抗の共通接続点がベースに接続され、コレクタが第４の抵抗を介して上記第１のトランジスタのベースに接続される第２のトランジスタと、
上記第２のトランジスタのコレクタにベースが接続され、上記トランスの２次側の上記第１の出力端子と第２の出力端子間の電圧が変化したとき制御信号をコレクタまたはエミッタから出力する第３のトランジスタと
を有する、
スイッチング電源装置。
上記第１のツェナーダイオードのツェナー電圧は、上記第２のツェナーダイオードのツェナー電圧と上記第１のトランジスタの閾値電圧を加えた電圧より小さい
請求項６記載のスイッチング電源装置。