JP5502179B2 - Switching power supply - Google Patents
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Description
本発明は、トランスの１次巻線に印加される入力電圧をスイッチングし、トランスの２次巻線に誘起される電圧を整流平滑して負荷に出力するスイッチング電源装置に関し、特に、入力電圧をスイッチング制御する制御回路と、この制御回路を起動する起動回路とを備えたスイッチング電源装置に関する。 The present invention relates to a switching power supply device that switches an input voltage applied to a primary winding of a transformer, rectifies and smoothes a voltage induced in a secondary winding of the transformer, and outputs the voltage to a load. The present invention relates to a switching power supply device including a control circuit that performs switching control and a start-up circuit that activates the control circuit.
近年、様々な電子機器において、スイッチング電源装置が使用されている。スイッチング電源装置は、交流電源（商用電源）に接続された整流回路と、この整流回路からの整流電圧が供給されるトランスと、整流回路からの整流電圧がトランスの１次巻線を介して供給されるスイッチング素子とを有している。そして、スイッチング素子のオン／オフ制御により２次巻線に誘起される電圧を整流することで直流電圧出力を得ている。スイッチング素子のオン／オフ制御には、通常、１チップの電源制御用ＩＣ（制御回路）が用いられ、この制御回路に電力を供給する補助電源回路と、制御回路を起動するための起動回路とを備える構成が用いられている（例えば、特許文献１）。 In recent years, switching power supply devices are used in various electronic devices. The switching power supply device includes a rectifier circuit connected to an AC power supply (commercial power supply), a transformer supplied with a rectified voltage from the rectifier circuit, and a rectified voltage supplied from the rectifier circuit via a primary winding of the transformer. Switching element. The DC voltage output is obtained by rectifying the voltage induced in the secondary winding by the on / off control of the switching element. For the on / off control of the switching element, a one-chip power supply control IC (control circuit) is usually used, an auxiliary power supply circuit for supplying power to the control circuit, and an activation circuit for activating the control circuit; (For example, patent document 1) is used.
特許文献１に記載のスイッチング電源装置は、トランスの３次巻線に生ずる電圧から制御回路に電力を供給する補助電源部と、入力電源から制御回路に電力を供給する起動回路部と、３次巻線に発生する電圧を検出する検出部と、制御回路が再起動するまでの期間を設定するタイマ部と、検出部からの信号を受け、タイマ部がタイムアップするまでの間、起動回路部を停止させる起動回路停止部とを備えている。そして、過負荷状態時、出力短絡状態時、２次巻線の短絡等の故障時に、タイマ部がタイムアップするまでの間、起動回路部を停止させることで制御回路が再起動される頻度を抑え、故障時のトランスの温度上昇を抑制している。
The switching power supply device described in
しかし、特許文献１の構成の場合、故障時に制御回路が再起動される頻度は少なくなるものの、制御回路が再起動されて起動状態と停止状態とを周期的に繰り返すため、トランスの鉄損、銅損が増大し、絶縁破壊を引き起こす可能性を有している。
However, in the case of the configuration of
本発明は、このような問題を解決するためになされたものである。すなわち、本発明は、故障時に制御回路を確実に停止させることにより、電力損失が少なく、且つ安全性の高いスイッチング電源装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such problems. That is, an object of the present invention is to provide a switching power supply device with low power loss and high safety by reliably stopping a control circuit when a failure occurs.
上記目的を達成するため、本発明のスイッチング電源装置は、トランスの１次巻線に印加される入力電圧をスイッチングし、トランスの２次巻線に誘起される電圧を整流平滑して負荷に出力するスイッチング電源装置において、入力電圧をスイッチング制御し、２次巻線から出力される出力電圧が所定電圧となるように制御する、又は、２次巻線から出力される出力電流が所定電流となるように制御する制御回路と、入力電圧から制御回路に電力を供給し、制御回路を起動する起動回路と、１次巻線と磁気的に結合された補助巻線と、制御回路の起動後に、補助巻線に誘起される電圧を整流平滑して制御回路に電力を供給する補助電源回路と、を備え、起動回路は、入力電圧が１次巻線に印加されたときに、制御回路に対して電力の供給を開始し、制御回路の起動後であって、入力電圧が１次巻線に印加されたときから所定時間経過したときに、制御回路に対して電力の供給を停止することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the switching power supply device of the present invention switches the input voltage applied to the primary winding of the transformer, rectifies and smoothes the voltage induced in the secondary winding of the transformer, and outputs it to the load. In the switching power supply apparatus, the input voltage is switched and controlled so that the output voltage output from the secondary winding becomes a predetermined voltage, or the output current output from the secondary winding becomes a predetermined current. A control circuit for controlling the power supply from the input voltage to the control circuit, starting the control circuit, an auxiliary winding magnetically coupled to the primary winding, and after starting the control circuit, An auxiliary power supply circuit that rectifies and smoothes a voltage induced in the auxiliary winding and supplies power to the control circuit, and the start-up circuit is connected to the control circuit when the input voltage is applied to the primary winding. Open the power supply And, even after activation of the control circuit, when a predetermined time has elapsed from when the input voltage is applied to the primary winding, characterized by stopping the supply of power to the control circuit.
このような構成によれば、起動回路は、入力電圧が印加されてから所定時間経過に制御回路への電力供給を停止するため、制御回路は確実に起動される。また、起動回路は、１次巻線に印加される入力電圧を検出して制御回路に電力を供給するため、故障時に補助巻線に誘起される電圧がなくなったとしても、制御回路が再起動されることはない。従って、スイッチング電源装置の故障状態が継続されたとしても、制御回路は確実に停止した状態を維持するため、トランスの鉄損、銅損が増大したり、絶縁破壊が引き起こされることはない。 According to such a configuration, the startup circuit stops the power supply to the control circuit after a predetermined time has elapsed after the input voltage is applied, so that the control circuit is started up reliably. In addition, since the startup circuit detects the input voltage applied to the primary winding and supplies power to the control circuit, the control circuit restarts even if there is no voltage induced in the auxiliary winding at the time of failure It will never be done. Therefore, even if the failure state of the switching power supply device continues, the control circuit reliably maintains the stopped state, so that iron loss and copper loss of the transformer do not increase and dielectric breakdown does not occur.
また、補助電源回路は、補助巻線に誘起される電圧によって充電され、蓄積された電力を制御回路に供給するコンデンサを備え、起動回路は、コンデンサに対して入力電圧を印加するか否かを制御するスイッチ回路を備え、スイッチ回路が、コンデンサに対して入力電圧を印加したときに、制御回路に対して電力が供給されるように構成することができる。 The auxiliary power supply circuit includes a capacitor that is charged by the voltage induced in the auxiliary winding and supplies the stored power to the control circuit, and the startup circuit determines whether or not to apply the input voltage to the capacitor. A switch circuit for controlling may be provided, and the switch circuit may be configured to supply power to the control circuit when an input voltage is applied to the capacitor.
また、起動回路は、入力電圧が所定の第１の閾値電圧よりも高くなったときに、制御回路に対して電力の供給を開始するように構成することができる。 In addition, the activation circuit can be configured to start supplying power to the control circuit when the input voltage becomes higher than a predetermined first threshold voltage.
また、起動回路は、入力電圧が所定の第２の閾値電圧よりも高くなったときに、所定時間を計時するタイマ回路を備え、タイマ回路は、所定時間を計時したときに、スイッチ回路を制御してコンデンサに対する入力電圧の印加を停止させ、制御回路に対して電力の供給を停止するように構成することができる。このような構成によれば、入力電圧がスローアップするような場合であっても制御回路を確実に起動した上で、起動回路による起動動作を停止させることができる。 The starter circuit includes a timer circuit that measures a predetermined time when the input voltage becomes higher than a predetermined second threshold voltage, and the timer circuit controls the switch circuit when the predetermined time is measured. Thus, the application of the input voltage to the capacitor can be stopped, and the supply of power to the control circuit can be stopped. According to such a configuration, even if the input voltage slows up, the starting operation by the starting circuit can be stopped after the control circuit is reliably started.
また、タイマ回路は、入力電圧から所定の基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、基準電圧に基づいて生成される電圧の上昇を所定時間だけ遅延させることにより所定時間を計時する時定数回路と、を備える構成とすることができる。このような構成によれば、タイマ回路は、入力電圧に拘わらず所定時間を正確に計時することが可能となる。 The timer circuit includes a reference voltage generation circuit that generates a predetermined reference voltage from the input voltage, and a time constant circuit that measures a predetermined time by delaying an increase in the voltage generated based on the reference voltage by a predetermined time; It can be set as the structure provided with these. According to such a configuration, the timer circuit can accurately measure the predetermined time regardless of the input voltage.
また、起動回路は、制御回路の起動後、入力電圧が所定の第３の閾値電圧よりも低くなったときに、所定時間が計時可能となるようにタイマ回路をリセットし、制御回路に対して電力の供給を可能にするリセット回路を備えることができる。このような構成によれば、瞬停等によって入力電圧が一時的に低下した場合には、タイマ回路がリセットされ、制御回路が再起動される。 In addition, the activation circuit resets the timer circuit so that a predetermined time can be measured when the input voltage becomes lower than the predetermined third threshold voltage after the activation of the control circuit. A reset circuit that enables power supply may be provided. According to such a configuration, when the input voltage temporarily decreases due to a momentary power interruption or the like, the timer circuit is reset and the control circuit is restarted.
以上のように本発明によれば、故障時に制御回路が確実に停止するため、電力損失が少なく、且つ安全性の高いスイッチング電源装置が提供される。 As described above, according to the present invention, since the control circuit is surely stopped at the time of failure, a switching power supply device with low power loss and high safety is provided.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図１は、本発明の実施の形態に係るスイッチング電源装置１の回路図である。本実施形態に係るスイッチング電源装置１は、１次側回路に入力される交流電力をトランス５００によって変換し、２次側回路から一定の直流電流を出力する定電流型の電源装置である。トランス５００は、１次側巻線１２０、１次側補助巻線１５０、２次側巻線３２０を有する。スイッチング電源装置１の１次側回路は、ダイオードブリッジ回路１１０、コンデンサ１１５、１次側巻線１２０、ＦＥＴ１２５、抵抗１２６、１２７、制御用ＩＣ（制御回路）１３０、１次側補助巻線１５０、ダイオード１５５、コンデンサ１４５、フォトトランジスタ１４０、起動回路２００（点線部）で構成される。また、スイッチング電源装置１の２次側回路は、２次側巻線３２０、ダイオード３１０、コンデンサ３３０、抵抗３４０、発光ダイオード３５０、２次側制御ＩＣ３６０、抵抗３７０、３８０、３９０とによって構成される。発光ダイオード３５０とフォトトランジスタ１４０は、フォトカプラ４００（点線部）を構成し、発光ダイオード３５０から出射された光はフォトトランジスタ１４０で受光され光電変換される。なお、実際の回路においては、ノイズフィルタ等の回路部品をさらに備えているが、図１においては、説明の便宜上、回路を簡略化して示している。
FIG. 1 is a circuit diagram of a switching
ダイオードブリッジ回路１１０に入力（印加）される商用電源（ＡＣ９０〜２４０Ｖ）は、ダイオードブリッジ回路１１０によって整流され、コンデンサ１１５の端子間に１次直流電圧Ｖ１を生成する。なお、コンデンサ１１５の負極側は、ダイオードブリッジ回路１１０の負極側と接続され１次側回路の接地電位（ＧＮＤ１）となっている。そして、１次直流電圧Ｖ１は、トランス５００の１次側巻線１２０の一端及び起動回路２００に供給される。起動回路２００は、制御用ＩＣ１３０を起動するための回路である（詳細は後述）。
The commercial power supply (AC 90 to 240 V) input (applied) to the
１次側巻線１２０の他端は、ＦＥＴ１２５のドレイン端子に接続される。また、ＦＥＴ１２５のソース端子は、抵抗１２６を介して１次側回路のＧＮＤ１（グラウンド）に接続され、ゲート端子は、制御用ＩＣ１３０のＯＵＴ端子に接続される。
The other end of the
ＦＥＴ１２５は、例えば、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor）であり、ゲート端子に入力される電圧によって、ドレイン端子−ソース端子間に流れる電流が制御される。本実施形態のＦＥＴ１２５は、Ｎ型のＭＯＳＦＥＴであり、ゲート端子に入力される電圧が上昇するとドレイン端子−ソース端子間に電流が流れる（すなわち、オンする）ように構成されている。
The FET 125 is, for example, a power MOSFET (Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor), and a current flowing between the drain terminal and the source terminal is controlled by a voltage input to the gate terminal. The
制御用ＩＣ１３０は、ＦＥＴ１２５のオン／オフを制御するためのＩＣである。制御用ＩＣ１３０は、内部にクロック（不図示）を有しており、所定の周波数のスイッチングパルスを生成して制御用ＩＣ１３０のＯＵＴ端子より出力する。スイッチングパルスが、ＦＥＴ１２５のゲート端子に入力されると、ＦＥＴ１２５がオンし、１次直流電圧Ｖ１に起因する電流（１次電流）が１次側巻線１２０、ＦＥＴ１２５及び抵抗１２６を通って１次側回路のＧＮＤ１に流れる。ＦＥＴ１２５がオンしている期間、１次側巻線１２０を流れる電流によって、１次側巻線１２０に磁気エネルギーが蓄えられる。そして、ＦＥＴ１２５がオフすることによって、１次側巻線１２０に蓄えられた磁気エネルギーが、１次側巻線１２０とは逆極性となるように構成された２次側巻線３２０に伝達される。すなわち、制御用ＩＣ１３０の制御によりＦＥＴ１２５が断続的にオン／オフすることにより、２次側巻線３２０に断続的な電圧が誘起される。そして、２次側巻線３２０に電圧が誘起されると、２次側巻線３２０と同極性となるように構成された１次側補助巻線１５０にも電圧が誘起される。
The
１次側補助巻線１５０に誘起された電圧は、ダイオード１５５によって整流され、コンデンサ１４５によって平滑化されて、制御用ＩＣ１３０のＶｃｃ端子（電源端子）に印加される。なお、本実施形態のスイッチング電源装置１の起動時（すなわち、商用電源の印加時）には、１次側補助巻線１５０に電圧が誘起されないため、起動回路２００が、１次直流電圧Ｖ１に起因する電流をコンデンサ１４５に供給し、これによって制御用ＩＣ１３０が起動するようになっている。
The voltage induced in the primary side
制御用ＩＣ１３０のＩＳ端子には、抵抗１２７を介してＦＥＴ１２５のソース端子が接続される。ＦＥＴ１２５と抵抗１２６は、いわゆるソースフォロアを構成し、ＦＥＴ１２５のソース端子の電圧は、ＦＥＴ１２５を流れる電流に比例する。制御用ＩＣ１３０は、ＩＳ端子に印加される電圧を監視することにより、過電流（つまり、過負荷状態）を検出している。
The source terminal of the FET 125 is connected to the IS terminal of the
制御用ＩＣ１３０のＦＢ端子には、フォトトランジスタ１４０のコレクタが接続され、フォトトランジスタ１４０のエミッタはＧＮＤ１に接続される。フォトトランジスタ１４０は、後述するように、２次直流電流Ｉ２（不図示の負荷に供給される電流）の電流値によって光量が変化する発光ダイオード３５０からの光を受光し、光電変換することによってその受光量に応じた電流を流す。制御用ＩＣ１３０は、フォトトランジスタ１４０を流れる電流から２次直流電流Ｉ２の電流値を検出し、２次直流電流Ｉ２の電流値が一定となるように、ＦＥＴ１２５に供給するスイッチングパルスのデューティー比を変化させる。上述のように、ＦＥＴ１２５のデューティー比（すなわち、オンしている時間）を制御することは、１次側巻線１２０に蓄えられる磁気エネルギーを制御することに他ならないため、これによって２次側巻線３２０に誘起される電圧を制御することが可能となる。以上のように、発光ダイオード３５０とフォトトランジスタ１４０によって、２次直流電流Ｉ２の電流値が、電気的に絶縁された１次側回路にフィードバックされることとなる。
The collector of the
２次側巻線３２０の両端に断続的に誘起された電圧は、ダイオード３１０によって整流され、コンデンサ３３０によって平滑化されて、２次直流電圧Ｖ２を生成する。そして、２次直流電圧Ｖ２に起因する２次直流電流Ｉ２が、ＤＣ出力として不図示の負荷に供給される。
The voltage intermittently induced across the secondary winding 320 is rectified by the
発光ダイオード３５０、２次側制御ＩＣ３６０、抵抗３４０、３７０、３８０、３９０は、２次直流電流Ｉ２のモニタ回路を構成している。
The
２次側制御ＩＣ３６０は、第１アンプ３６０ａと、第２アンプ３６０ｂとを内蔵し、発光ダイオード３５０を流れる電流を制御する１チップＩＣである。抵抗３９０は、ＤＣ出力のグラウンド側端子と２次側回路の接地電位（ＧＮＤ２）との間に挿入され、負荷に流れる２次直流電流Ｉ２を検出する抵抗である。第１アンプ３６０ａの反転入力端子には、ＤＣ出力のグラウンド側端子の電圧が印加される。また、抵抗３７０と３８０は、２次直流電圧Ｖ２と２次側回路の接地電位（ＧＮＤ２）間に直列に挿入され、第２アンプ３６０ｂの反転入力端子には、抵抗３７０と３８０の接続点の電圧が印加される。第１アンプ３６０ａの出力端子、及び第２アンプ３６０ｂの出力端子は、アノード端子が抵抗３４０を介して２次直流電圧Ｖ２に接続された発光ダイオード３５０のカソード端子に接続される。
The secondary
ＤＣ出力に負荷が接続されている場合、２次直流電流Ｉ２が負荷に供給されるため、抵抗３９０には負荷からのリターン電流が流れる。このため、ＤＣ出力のグラウンド側端子には、２次直流電流Ｉ２に応じた電圧が発生する。第１アンプ３６０ａは、このＤＣ出力のグラウンド側端子に発生した電圧（つまり、抵抗３９０の電位差）と、第１アンプ３６０ａの非反転入力端子に入力される２次側制御ＩＣ３６０の内部基準電圧とを比較し、両者の差がゼロとなるように、第１アンプ３６０ａの出力電流を制御する。第１アンプ３６０ａの出力電流を制御すると、抵抗３４０を介して発光ダイオード３５０に流れる電流、すなわち発光ダイオード３５０の発光量が制御される。そして、発光ダイオード３５０の光は、フォトトランジスタ１４０で受光されて、上述のフィードバック制御がなされる。従って、第１アンプ３６０ａが、抵抗３９０の電位差と内部基準電圧とが略等しくなるように出力電流を制御すると、２次直流電流Ｉ２が略一定となるように、制御用ＩＣ１３０からＦＥＴ１２５に供給されるスイッチングパルスのデューティー比が自動制御される。
When a load is connected to the DC output, the secondary direct current I2 is supplied to the load, so that a return current from the load flows through the
なお、ＤＣ出力に負荷が接続されていない場合には、抵抗３９０の両端に電位差が生じないため、上述のような第１アンプ３６０ａによる発光ダイオード３５０の発光量の制御ができなくなる。そこで、本実施形態においては、ＤＣ出力に負荷が接続されていない場合（つまり、抵抗３９０の両端に電位差が生じていない場合）には、第２アンプ３６０ｂを動作させて、かかる問題を解決している。つまり、抵抗３９０の両端に電位差が生じていない場合、第２アンプ３６０ｂは、反転入力端子の電圧（すなわち、抵抗３７０と３８０の接続点の電圧）と、第２アンプ３６０ｂの非反転入力端子に入力される２次側制御ＩＣ３６０の内部基準電圧とを比較し、両者の差がゼロとなるように、第２アンプ３６０ｂの出力電流を制御する。第２アンプ３６０ｂの出力電流を制御すると、第１アンプ３６０ａと同様、発光ダイオード３５０の発光量が制御され、上述のフィードバック制御がなされる。ここで、第２アンプ３６０ｂの反転入力端子の電圧は、抵抗３７０と３８０の接続点の電圧であるから、第２アンプ３６０ｂの反転入力端子の電圧を内部基準電圧と等しくなるように制御することは、２次直流電圧Ｖ２を制御することに他ならない。従って、第２アンプ３６０ｂが、反転入力端子の電圧と内部基準電圧とが略等しくなるように出力電流を制御すると、２次直流電圧Ｖ２が所定の電圧となるように、制御用ＩＣ１３０からＦＥＴ１２５に供給されるスイッチングパルスのデューティー比が自動制御される。このように、本実施形態においては、ＤＣ出力に負荷が接続されていない場合には、ＤＣ出力として一定の電圧が出力されるように構成されている。
Note that when no load is connected to the DC output, no potential difference occurs between both ends of the
なお、本実施形態においては、第１アンプ３６０ａ及び第２アンプ３６０ｂのリファレンス電圧（非反転入力端子に入力される電圧）として２次側制御ＩＣ３６０の内部基準電圧を用いているが、例えば、２次側制御ＩＣ３６０の外部に基準電圧生成回路を設け、その基準電圧生成回路からの出力電圧をリファレンス電圧として使用することもできる。
In this embodiment, the internal reference voltage of the
次に、本発明の特徴部分である起動回路２００の構成及び動作について説明する。図１に示すように、本実施形態の起動回路２００は、コンデンサ１４５に電流を供給する電流供給部２０１と、所定時間経過後に電流供給部２０１の電流供給動作を停止させる電流供給停止制御部２０２とを備えている。
Next, the configuration and operation of the
電流供給部２０１は、抵抗２１１、２１３、２１４、ＦＥＴ２１２、ダイオード２１５、ツェナーダイオード２１６で構成される。ＦＥＴ２１２は、コンデンサ１４５への電流供給を制御するＮ型のＭＯＳＦＥＴである。ＦＥＴ２１２のドレイン端子は、抵抗２１１を介して１次直流電圧Ｖ１に接続され、ソース端子は、カソード端子が制御用ＩＣ１３０のＶｃｃ端子（電源端子）及びコンデンサ１４５の正極に接続されたダイオード２１５のアノード端子に接続される。また、ＦＥＴ２１２のゲート端子は、抵抗２１３を介して１次直流電圧Ｖ１に接続されると共に、抵抗２１４を介してダイオード２１５のアノード端子に接続される。また、ＦＥＴ２１２のゲート端子は、アノード端子がＧＮＤ１に接続されたツェナーダイオード２１６のカソード端子に接続される。
The
電流供給停止制御部２０２は、ダイオード２２０、２２８、抵抗２２１、２２３、２２５、２２７、２３０、２３２、ＦＥＴ２２２、コンデンサ２２４、２２９、ツェナーダイオード２２６、２３１で構成される。ＦＥＴ２２２は、ＦＥＴ２１２の動作を制御するＮ型のＭＯＳＦＥＴである。ＦＥＴ２２２のソース端子は、ＧＮＤ１に接続される。また、ＦＥＴ２２２のゲート端子は、並列に接続された抵抗２２３及びコンデンサ２２４を介してＧＮＤ１に接続される。また、ＦＥＴ２２２のゲート端子は、抵抗２２７を介してツェナーダイオード２２６のアノード端子に接続されると共に、ダイオード２２８のアノード端子に接続される。
The current supply
ダイオード２２８のカソード端子は、並列に接続された抵抗２３０及びコンデンサ２２９を介してＧＮＤ１に接続される。また、ダイオード２２８のカソード端子は、抵抗２３２を介して、アノード端子が１次直流電圧Ｖ１に接続されたダイオード２２０のカソード端子に接続される。ダイオード２２０のカソード端子は、抵抗２２５を介してツェナーダイオード２２６のカソード端子に接続されると共に、アノード端子がＧＮＤ１に接続されたツェナーダイオード２３１のカソード端子に接続される。
The cathode terminal of the
図２は、本発明の実施の形態に係るスイッチング電源装置１の起動時の動作波形図（タイミングチャート）であり、図１のＡ〜Ｅで示される各ポイントの電圧波形を示している。つまり、図２の波形Ａは１次直流電圧Ｖ１（入力電圧）を示し、波形ＢはＦＥＴ２１２のゲート電圧を示し、波形Ｃは制御用ＩＣ１３０のＶｃｃ端子（電源端子）電圧を示し、波形ＤはＦＥＴ２２２のゲート電圧を示し、波形Ｅは１次側補助巻線１５０に誘起される電圧を示している。
FIG. 2 is an operation waveform diagram (timing chart) at the time of startup of the switching
図２中、波形Ａで示すように、スイッチング電源装置１に商用電源が入力されると（時刻ｔ０）、商用電源はダイオードブリッジ回路１１０によって整流され、コンデンサ１１５によって平滑化される。このため、１次直流電圧Ｖ１（つまり、コンデンサ１１５の正極端子電圧）は、入力される商用電源の電圧に応じた所定の電圧まで上昇する。
As shown by waveform A in FIG. 2, when the commercial power is input to the switching power supply 1 (time t0), the commercial power is rectified by the
また、スイッチング電源装置１に商用電源が入力され、１次直流電圧Ｖ１が所定の電圧よりも上昇すると、抵抗２１３を介してツェナーダイオード２１６にツェナー電流が流れるため、ＦＥＴ２１２のゲート電圧はツェナーダイオード２１６のツェナー電圧（例えば、２２Ｖ）まで上昇する（波形Ｂ）。そして、ＦＥＴ２１２のゲート電圧がゲートの閾値電圧（第１の閾値電圧）まで上昇すると、ＦＥＴ２１２がオンし、１次直流電圧Ｖ１に起因した電流が抵抗２１１、ＦＥＴ２１２、ダイオード２１５を介してコンデンサ１４５に供給される。
Further, when commercial power is input to the switching
１次直流電圧Ｖ１に起因した電流がコンデンサ１４５に供給されると、コンデンサ１４５の正極の電圧（つまり、制御用ＩＣ１３０のＶｃｃ端子（電源端子）電圧）が徐々に上昇する（波形Ｃ）。そして、制御用ＩＣ１３０のＶｃｃ端子（電源端子）電圧が制御用ＩＣ１３０の動作電圧範囲Ｖｒ内に入るまで上昇すると（時刻ｔ１）、制御用ＩＣ１３０が動作を開始するため（つまり、ＦＥＴ１２５のオン／オフ制御を開始するため）、１次側補助巻線１５０に電圧が誘起される（波形Ｅ）。なお、本実施形態のスイッチング電源装置１は、ＡＣ９０〜２４０Ｖの範囲の商用電源で動作するように構成されているため、１次直流電圧Ｖ１は入力される商用電源の電圧に応じて変動する。そして、１次直流電圧Ｖ１が変動すると、コンデンサ１４５に供給される電流値も変動するため、制御用ＩＣ１３０の起動時間（つまり、ｔ０からｔ１までの時間）も変動することとなるが、本実施形態の制御用ＩＣ１３０は、２００ｍｓ〜５００ｍｓの時間内で確実に起動されるようになっている。
When the current resulting from the primary DC voltage V1 is supplied to the
また、本実施形態においては、コンデンサ１１５の容量を比較的小さく設定しているため（例えば、０．４７μＦ）、制御用ＩＣ１３０が動作を開始すると、１次直流電圧Ｖ１（波形Ａ）は、商用電源（交流波形）の全波整流波形になる（つまり、脈流が発生する）。
In this embodiment, since the capacitance of the
また、制御用ＩＣ１３０が動作を開始すると、電流供給部２０１からコンデンサ１４５に供給された電流が制御用ＩＣ１３０によって消費されるため、制御用ＩＣ１３０のＶｃｃ端子（電源端子）電圧は一時的に降下する。しかし、一方で、１次側補助巻線１５０に誘起された電圧がダイオード１５５を介してコンデンサ１４５に印加されるため、コンデンサ１４５が充電され、制御用ＩＣ１３０のＶｃｃ端子（電源端子）電圧は、制御用ＩＣ１３０の動作電圧範囲Ｖｒ内において略一定に維持される（波形Ｃ）。つまり、制御用ＩＣ１３０は、電流供給部２０１から供給される１次直流電圧Ｖ１に起因する電流によって起動された後、１次側補助巻線１５０からの電力（電流）の供給によって安定的に動作する。
When the
ここで、出力短絡、２次巻線の短絡等の故障が発生した場合には、２次側巻線３２０の電圧がゼロとなるため、１次側補助巻線１５０に誘起される電圧がなくなる。そして、１次側補助巻線１５０に誘起される電圧がなくなると、制御用ＩＣ１３０のＶｃｃ端子（電源端子）電圧は徐々に低下し、動作電圧範囲Ｖｒを下回ると、制御用ＩＣ１３０自体が動作を停止する。
Here, when a failure such as an output short-circuit or a secondary winding short-circuit occurs, the voltage of the secondary-side winding 320 becomes zero, and thus no voltage is induced in the primary-side auxiliary winding 150. . When the voltage induced in the primary side auxiliary winding 150 disappears, the Vcc terminal (power supply terminal) voltage of the
制御用ＩＣ１３０が動作を停止すると、その消費電流はほぼゼロになるため、上述した起動回路２００の電流供給部２０１が有効に機能していると、１次直流電圧Ｖ１に起因した電流が抵抗２１１、ＦＥＴ２１２、ダイオード２１５を介してコンデンサ１４５に再び供給され、制御用ＩＣ１３０が再び起動される。そして、故障状態が継続されると、制御用ＩＣ１３０が起動と停止とを周期的に繰り返すため、トランス５００の鉄損、銅損が増大し、最終的には絶縁破壊を引き起こす可能性がある。そこで、本実施形態においては、かかる問題を解決するため、電流供給停止制御部２０２を設け、故障時に制御用ＩＣ１３０が再起動されることを確実に防止している。
When the
図１に示すように、スイッチング電源装置１に商用電源が入力され、１次直流電圧Ｖ１が所定電圧よりも上昇すると、ダイオード２２０、抵抗２２５を介してツェナーダイオード２２６、２３１に電流が流れ、ツェナーダイオード２２６、２３１のカソード端子は、ツェナーダイオード２３１のツェナー電圧（例えば、９０Ｖ）に設定される。そして、ツェナーダイオード２３１にツェナー電圧が発生すると、ＦＥＴ２２２のゲート端子には、ツェナーダイオード２２６のツェナー電圧、抵抗２２７、２２３の抵抗値に応じた電圧（例えば、２Ｖ）が印加される。ここで、ＦＥＴ２２２のゲート端子に接続される抵抗２２３、２２７及びコンデンサ２２４は、いわゆる時定数回路を構成しており、一種のタイマ回路として機能する。つまり、ＦＥＴ２２２のゲート端子の電圧は、ツェナーダイオード２２６、２３１が機能してから（すなわち、１次直流電圧Ｖ１が所定電圧以上になってから）、抵抗２２３、２２７及びコンデンサ２２４で設定される所定の時間（例えば、５００ｍｓ〜１ｓｅｃ）をかけてゆっくりと上昇する（図２の波形Ｄ）。そして、所定の時間を経過後、ＦＥＴ２２２のゲート電圧は、ツェナーダイオード２２６のツェナー電圧、抵抗２２７、２２３の抵抗値に応じた電圧となり、ＦＥＴ２２２がオンされる（図２の時刻ｔ２）。ＦＥＴ２２２がオンすると、ＦＥＴ２２２のドレイン端子に抵抗２２１を介して接続されているＦＥＴ２１２のゲート端子が略０Ｖまで低下するため、ＦＥＴ２１２がオフされ、ＦＥＴ２１２を介して行われるコンデンサ１４５の充電が停止される（つまり、電流供給部２０１の電流供給動作が停止される）。
As shown in FIG. 1, when commercial power is input to the switching
このように、本実施形態においては、スイッチング電源装置１の起動時、ＦＥＴ２２２がＦＥＴ２１２よりも所定時間遅れてオンするように構成し、制御用ＩＣ１３０が確実に動作した後に電流供給部２０１の電流供給動作を停止している。また、ＦＥＴ２２２は、１次直流電圧Ｖ１に基づいて（つまり、１次直流電圧Ｖ１をモニタして）オン／オフする構成となっているため、故障時に１次側補助巻線１５０に誘起される電圧がなくなり、制御用ＩＣ１３０のＶｃｃ端子（電源端子）電圧が低下したとしても、それによってＦＥＴ２２２がオフされることはなく（つまり、電流供給部２０１の電流供給動作が再開することはなく）、制御用ＩＣ１３０の再起動は確実に防止される（図２の時刻ｔ３）。従って、スイッチング電源装置１の故障状態が継続されたとしても、制御用ＩＣ１３０は確実に停止した状態を維持するため、トランス５００の鉄損、銅損が増大したり、絶縁破壊が引き起こされることはない。
As described above, in this embodiment, when the switching
なお、上述したように、本実施形態のスイッチング電源装置１には、ＡＣ９０〜２４０Ｖの範囲の商用電源が入力されるため、１次直流電圧Ｖ１が変動する。そして、１次直流電圧Ｖ１が変動した場合に、ＦＥＴ２２２のゲート電圧が変動すると、それに応じてＦＥＴ２２２のオンするタイミングが変動することとなる。そこで、本実施形態においては、ＦＥＴ２２２のゲート電圧が変動しないように、ツェナーダイオード２３１（基準電圧生成回路）を設けている。つまり、本実施形態においては、商用電源が変動したとしても、ツェナーダイオード２３１のツェナー電圧（基準電圧）によってＦＥＴ２２２のゲート電圧が決定されるため、抵抗２２３、２２７及びコンデンサ２２４で設定される所定の時間経過後、ＦＥＴ２２２が確実にオンするように構成されている。なお、スイッチング電源装置１に入力される商用電源の電圧範囲が狭い場合（例えば、ＡＣ９０〜１００Ｖの場合）には、ツェナーダイオード２３１を省略することも可能である。
As described above, since the commercial power supply in the range of AC 90 to 240 V is input to the switching
また、スイッチング電源装置１に入力される商用電源がスローアップされた場合など、１次直流電圧Ｖ１がゆっくり上昇する場合には、制御用ＩＣ１３０が起動するよりも先にＦＥＴ２２２がオンしてしまい、電流供給部２０１が機能せず、制御用ＩＣ１３０が正常に起動されないことが考えられる。そこで、本実施形態においては、１次直流電圧Ｖ１が所定の電圧に満たないときには、抵抗２２３、２２７及びコンデンサ２２４で構成される時定数回路に電圧が発生しないように（つまり、コンデンサ２２４に電流が供給されないように）、ツェナーダイオード２２６を設けている。つまり、本実施形態においては、商用電源が所定の電圧まで上昇し、１次直流電圧Ｖ１が所定電圧（第２の閾値電圧）よりも上昇したときに、ツェナーダイオード２２６が機能し（つまり、ツェナー電圧が発生し）、抵抗２２３、２２７及びコンデンサ２２４で構成される時定数回路に所定の電圧が発生するように構成されている。なお、制御用ＩＣ１３０が確実に起動された後にＦＥＴ２２２がオンするように、ツェナーダイオード２２６のツェナー電圧は、ツェナーダイオード２１６のツェナー電圧よりも高く設定されていることが望ましい。
Further, when the primary DC voltage V1 rises slowly, such as when the commercial power input to the switching
また、本実施形態においては、抵抗２２３、２２７及びコンデンサ２２４で構成される時定数回路によってＦＥＴ２２２がオンするタイミングを遅らせる構成としているが、このような構成を採ると、瞬間的な停電（すなわち、商用電源の瞬停）等によって１次直流電圧Ｖ１が低下した場合にもＦＥＴ２２２がオフするタイミングが遅れてしまうため（つまり、ＦＥＴ２２２のゲート電圧の低下が遅れるため）、制御用ＩＣ１３０を再起動できないといった問題がある。そこで、本実施形態においては、ダイオード２２８、抵抗２３０、２３２、コンデンサ２２９で構成されるＦＥＴ２２２のリセット回路を用い、かかる問題を解決している（図１）。
Further, in the present embodiment, the time constant circuit configured by the
スイッチング電源装置１に商用電源が入力されると、ダイオード２２８のカソード電圧は、ＦＥＴ２２２のゲート電圧よりも十分高くなり、ダイオード２２８がオフするように構成されている。抵抗２３０とコンデンサ２２９は、抵抗２２３、２２７及びコンデンサ２２４で構成される時定数回路と同様、時定数回路を構成しているが、時定数は抵抗２２３、２２７及びコンデンサ２２４で構成される時定数回路に比較して十分に小さく設定されている（例えば、１ｍｓ〜５ｍｓ）。従って、瞬停等によって商用電源からの入力が一時的になくなった場合には（つまり、１次直流電圧Ｖ１が所定電圧（第３の閾値電圧）よりも低下した場合には）、ダイオード２２８のカソード電圧は、ＦＥＴ２２２のゲート電圧よりも速く降下する。そして、ダイオード２２８のカソード電圧がＦＥＴ２２２のゲート電圧（すなわち、アノード電圧）に対してダイオード２２８の動作電圧以上に下回るとダイオード２２８がオンするため、コンデンサ２２４に充電された電流が一気に放電されてＦＥＴ２２２のゲート電圧が一気に引き下げられ、抵抗２２３、２２７及びコンデンサ２２４で構成される時定数回路（タイマ回路）がリセットされる。そして、時定数回路がリセットされると、ＦＥＴ２２２のゲート電圧が初期状態となり（つまり、リセットされ）、ＦＥＴ２２２がオフするため、商用電源が瞬停から復旧したときには、制御用ＩＣ１３０が再起動されることとなる。このように、本実施形態の電流供給停止制御部２０２は、瞬停等によって商用電源からの入力が一時的になくなった場合には、抵抗２２３、２２７及びコンデンサ２２４で構成される時定数回路を瞬時にリセットすることで、制御用ＩＣ１３０を再起動し、スイッチング電源装置１が安定して動作を継続するように構成している。
When commercial power is input to the switching
以上が本実施形態の説明であるが、本発明は、上記の構成に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。例えば、本実施形態においては、ＦＥＴ２１２及びＦＥＴ２２２は、ＭＯＳＦＥＴであるとしたが、バイポーラトランジスタ等、他のスイッチング素子を適用することも可能である。
The above is description of this embodiment, However, This invention is not limited to said structure, A various deformation | transformation is possible in the range of the technical idea of this invention. For example, in the present embodiment, the
また、本実施形態においては、ＦＥＴ２２２の動作を遅延させるために、抵抗２２３、２２７及びコンデンサ２２４で構成された時定数回路を用いたが、このような回路に限定されるものではなく、周知のタイマ回路を適用することができる。
In this embodiment, a time constant
また、本実施形態のスイッチング電源装置１は、２次側回路から一定の直流電流を出力する定電流型の電源装置であるものとして説明したが、この構成に限定されるものではなく、２次側回路から一定の直流電圧を出力する定電圧型の電源装置であってもよい。その場合、発光ダイオード３５０とフォトトランジスタ１４０によって、２次直流電圧Ｖ２の電圧値が、電気的に絶縁された１次側回路にフィードバックされる。
Moreover, although the switching
１ スイッチング電源装置
１１０ ダイオードブリッジ回路
１１５、１４５、２２４、２２９、３３０ コンデンサ
１２６、１２７、２１１、２１３、２１４、２２１、２２３、２２５、２２７、２３０、２３２、３４０、３７０、３８０、３９０ 抵抗
１２０ １次側巻線
１２５、２１２、２２２ ＦＥＴ
１３０ 制御用ＩＣ
１４０ フォトトランジスタ
１５０ １次側補助巻線
１５５、２１５、２２０、２２８、３１０ ダイオード
２００ 起動回路
２０１ 電流供給部
２０２ 電流供給停止制御部
２１６、２２６、２３１ ツェナーダイオード
３２０ ２次側巻線
３５０ 発光ダイオード
３６０ ２次側制御ＩＣ
３６０ａ 第１アンプ
３６０ｂ 第２アンプ
４００ フォトカプラ
５００ トランス
DESCRIPTION OF
130 IC for control
140
360a
Claims (5)
前記入力電圧をスイッチング制御し、前記２次巻線から出力される出力電圧が所定電圧となるように制御する、又は、前記２次巻線から出力される出力電流が所定電流となるように制御する制御回路と、
前記入力電圧から前記制御回路に電力を供給し、前記制御回路を起動する起動回路であって、前記入力電圧が前記１次巻線に印加されたときに、前記制御回路に対して電力の供給を開始し、前記制御回路の起動後であり且つ前記入力電圧が前記１次巻線に印加されたときから所定時間経過したときに、前記制御回路に対して電力の供給を停止するものと、
前記１次巻線と磁気的に結合された補助巻線と、
前記制御回路の起動後に、前記補助巻線に誘起される電圧を整流平滑して前記制御回路に電力を供給する補助電源回路と、
を備え、
前記起動回路は、
前記入力電圧が所定の第１の閾値電圧よりも高くなったときに、前記所定時間を計時するタイマ回路と、
前記制御回路の起動後、前記入力電圧が所定の第２の閾値電圧よりも低くなったときに、前記所定時間が計時可能となるように前記タイマ回路をリセットし、前記制御回路に対して電力の供給を可能にするリセット回路と、
を備える、
スイッチング電源装置。 In the switching power supply device that switches the input voltage applied to the primary winding of the transformer, rectifies and smoothes the voltage induced in the secondary winding of the transformer, and outputs it to the load.
Control the switching of the input voltage so that the output voltage output from the secondary winding becomes a predetermined voltage, or control the output current output from the secondary winding to be a predetermined current. A control circuit to
An activation circuit that supplies power to the control circuit from the input voltage and activates the control circuit, and supplies power to the control circuit when the input voltage is applied to the primary winding. The power supply to the control circuit is stopped after a predetermined time has elapsed since the start of the control circuit and after the input voltage is applied to the primary winding ;
An auxiliary winding magnetically coupled to the primary winding;
An auxiliary power supply circuit for rectifying and smoothing a voltage induced in the auxiliary winding and supplying electric power to the control circuit after starting the control circuit;
With
The starting circuit is
A timer circuit for timing the predetermined time when the input voltage becomes higher than a predetermined first threshold voltage;
After the control circuit is activated, when the input voltage becomes lower than a predetermined second threshold voltage, the timer circuit is reset so that the predetermined time can be measured, and power is supplied to the control circuit. A reset circuit that enables the supply of
Ru with a,
Switching power supply.
前記補助巻線に誘起される電圧によって充電され、蓄積された電力を前記制御回路に供給するコンデンサ
を備え、
前記起動回路は、
前記コンデンサに対して前記入力電圧を印加するか否かを制御するスイッチ回路
を備え、
前記スイッチ回路が、
前記コンデンサに対して前記入力電圧を印加したときに、前記制御回路に対して電力が供給される、
請求項１に記載のスイッチング電源装置。 The auxiliary power circuit is
A capacitor that is charged by a voltage induced in the auxiliary winding and supplies the stored power to the control circuit;
The starting circuit is
A switch circuit for controlling whether to apply the input voltage to the capacitor;
The switch circuit is
When the input voltage is applied to the capacitor, power is supplied to the control circuit .
The switching power supply device according to claim 1.
前記入力電圧が所定の第３の閾値電圧よりも高くなったときに、前記制御回路に対して電力の供給を開始する、
請求項１又は請求項２に記載のスイッチング電源装置。 The starting circuit is
Starting supplying power to the control circuit when the input voltage becomes higher than a predetermined third threshold voltage ;
The switching power supply device according to claim 1 or 2.
前記所定時間を計時したときに、前記スイッチ回路を制御して前記コンデンサに対する前記入力電圧の印加を停止させ、前記制御回路に対して電力の供給を停止する、
請求項２又は請求項２を引用する請求項３に記載のスイッチング電源装置。 The timer circuit is
When the predetermined time is counted, the switch circuit is controlled to stop the application of the input voltage to the capacitor, and the supply of power to the control circuit is stopped .
The switching power supply device according to claim 3, wherein the switching power supply device is referred to claim 2 or claim 2.
前記入力電圧から所定の基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、
前記基準電圧に基づいて生成される電圧の上昇を前記所定時間だけ遅延させることにより前記所定時間を計時する時定数回路と、
を備える、
請求項１から請求項４の何れか一項に記載のスイッチング電源装置。 The timer circuit is
A reference voltage generation circuit for generating a predetermined reference voltage from the input voltage;
A time constant circuit that counts the predetermined time by delaying an increase in voltage generated based on the reference voltage by the predetermined time;
Equipped with a,
The switching power supply device according to any one of claims 1 to 4.
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