JPH02188165A - スイツチングレギユレータの突入電流防止回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、スイッチングレギュレータの突入電流防止
回路に関する。

〔従来の技術〕

スイッチングレギュレータ（以下単に「レギュレータ」
という）は、一般に交流電源の平滑整流回路がコンデン
サ入力型であるため、メインスイッチをオンにした時に
過大な突入電流が流れ、メインスイッチの溶着やフユー
ズ、ブレーカの作動、或いは交流電源の瞬時電圧降下に
よる他の機器の誤動作等のトラブルが生じ易い。

この過大な突入電流を防止するため、例えば実開昭６３
−１１３４８６号あるいは特開昭６０−９１８６２号に
見られるような提案がなされていた。

前者は、第２図に示すように、整流器（全波整流回路）
１と平滑コンデンサ２との間に突入電流防止用の抵抗Ｒ
を介挿し、平滑コンデンサ２の両端電圧を検出して或る
レベルに達すると、抵抗Ｒと並列に接続したトランジス
タＴＲをオンにして抵抗Ｒをショートするようにしてい
る。

後者は、第３図に示すように、交流電源３と整流器１と
の間に突入電流防止用のサーミスタＴＨを介挿し、変換
トランス４の検出コイルＬ３の出力電圧が或るレベルに
達すると、サーミスタＴＨと並列に接続したトライアッ
クＴＲＩをオンにしてサーミスタＴＨをショートするよ
うにしている。

このように、いずれも平滑コンデンサ２がチャージされ
ていない初期時には、充電電流が抵抗Ｒまたはサーミス
タＴＨ等の抵抗素子を通って流れることにより過大な突
入電流の発生を防止し、定常状態になると並列に接続し
たトランジスタＴＲまたはトライアックＴＲＩ等のスイ
ッチ素子をオンにして、抵抗ＲまたはサーミスタＴＨの
抵抗分による電圧降下あるいは発熱が生じないようにし
ている。

しかしながら、何等かの原因でスイッチ素子が故障して
オンにならなくなった場合は、突入電流防止用の抵抗素
子が発熱状態のままとなり、発煙発火等の重大事故を招
く恐れがあった。

そのために、例えば第３図におけるサーミスタＴＨの代
りに、温度ヒユーズと抵抗からなる直列回路を設け、異
常な発熱による温度上昇が発生すれば温度ヒユーズが溶
断して回路を遮断し、発煙発火を防止するようになって
いるものもあり、温度ヒユーズを内蔵した交換容易な構
造を有する抵抗が市販されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、市販されている温度ヒユーズ内蔵抵抗（
例えば内構金属製Ａ５３に１０Ω等）はその種類が限定
され、また構造上その容量に制限があってせいぜい２Ｗ
程度までであるから、通過許容電流も或る程度以下に制
限される。

レギュレータの出力容量すなわち出力電圧と出力電流の
積（出力電力）が大きくなると、整流器を通る電流が増
大し、平滑コンデンサの容量も必然的に大きくなるので
突入電流も増大するから、突入電流防止用の抵抗素子の
抵抗値も大きくしなければならない。

したがって、抵抗素子の電力損失すなわち発熱が大きく
なり、メインスイッチのオン・オフがひんばんに繰返さ
れると、スイッチオン時に温度ヒユーズの溶断が発生し
易い。

そのために、大出力容量のレギュレータにおいては、複
数の温度ヒユーズ内蔵抵抗を並列に接続して使用しなけ
ればならないので、コスト上昇の一因となっていた。

また、突入電流防止用抵抗素子を整流器より後に設けた
場合は、スイッチ素子としてトランジスタを使ってもよ
いが、整流器より前に設ける場合には双方向性のトライ
アックが使用されている。

しかるに、トライフックはオン状態でも１ｖ〜２ｖの飽
和電圧があるため、定常状態の時もその電圧分だけ抵抗
素子に電流が流れるから、フルパワーで長時間使用して
いると温度ヒユーズが溶断するという問題もあった。

この発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、仕
様が限定された市販の温度ヒユーズ内蔵抵抗を１個使用
するだけで、レギュレータの出力容量に適合して所期の
性能を満足すると共に、コストを抑えた突入電流防止回
路を槓成することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明は上記の目的を達成するため、交流電源を平滑
整流して得られた直流電圧に変換トランスの１次コイル
とスイッチング素子とを直列に接続し、そのスイッチン
グ素子をオン・オフすることにより変換トランスの２次
コイルに誘起された電圧を平滑整流して直流出力を得る
と共に、この直流出力電圧に応じてスイッチング素子の
デユーティ比を制御して直流出力電圧を安定化するレギ
ュレータにおいて、交流電源と整流器との間又は整流器
と平滑コンデンサとの間に、温度ヒユーズ内蔵抵抗と外
部抵抗との直列回路とその直列回路に並列に接続したス
イッチ素子とを介挿し、交流電源が印加されてレギュレ
ータが或る電圧レベルまで立上った時に前記スイッチ素
子をオンにするようにしたものである。

〔作　用〕

この発明は、上記のように構成したから、温度ヒユーズ
内蔵抵抗に直列に接続する外部抵抗としてレギュレータ
の出力容量に応じて適切な抵抗値および電力容量を有す
る抵抗を選定することにより、初期の突入電流□を抑制
すると共に、温度ヒユーズ内蔵抵抗がメインスイッチオ
ンからスイッチ素子オンまでの間の消費電力量および定
常状態におけるスイッチ素子の飽和電圧による消費電力
では温度ヒユーズが熔断せず、スイッチ素子がオンにな
らない場合に過大電流が流れた時は可及的速やかに熔断
するように設定することが出来る。

〔実施例〕

以下、この発明を実施例に基いて具体的に説明する。

第１図はこの発明の一実施例を示す回路図であり、第２
図及び第３図に示した従来例と同一部分には同一符号を
付しである。

温度ヒユーズ内蔵抵抗５は、温度ヒユーズＴＦと抵抗Ｒ
１どの直列回路により構成されている。

その温度ヒユーズ内蔵抵抗５と外部抵抗Ｒ２との直列回
路に並列に、スイッチ素子であるトライアック（双方向
３端子サイリスタ）ＴＲＩが接続されて突入電流防止回
路６が構成されている。

交流電源３はメインスイッチ７を経て２分され。

一方は突入電流防止回路６を通ってパワーダイオードブ
リッジよりなる整流器１に、他方は補助電源２３にそれ
ぞれ供給される。

整流器１によって両波整流された脈流は、コンデンサ入
力型平滑回路を構成する平滑コンデンサ２を充電してほ
ぼ平滑化される。

平滑化された直流は、変換トランス４の１次コイルＬ１
とスイッチング素子であるトランジスタＱとの直列回路
に供給される。

変換トランス４の１次コイルＬ１には、はぼ−定の比較
的高い周波数でオン・オフするトランジスタＱによって
断続された直流が供給されるため１、その２次コイルＬ
２及び検出コイルＬ３にそれぞれ１次コイルＬ１の印加
電圧及び巻数比に応じた電圧を有する電力が誘起される
。

トランジスタＱがオンになった時、２次コイルＬ２に誘
起された電力はパワーダイオードＤ１とチョークＣＨの
コイルを通って出力コンデンサＣｏｕｔを充電し、その
一部は磁気の形でチョークＣＨの鉄芯に残留する。

トランジスタＱがオフになった時は、チョークＣＨの鉄
芯に残留していた電力がパワーダイオードＤ２を通って
出力コンデンサＣｏｕｔを充電する。

このチョーク入力型平滑回路によって完全に平滑化され
、出力コンデンサＣｏｕｔに蓄積された直流電力は、直
流出力端子１０から出力される。

その出力電圧Ｅｏを一定に制御するフィードバック回路
２０は制御回路２１．ドライブ回路２２およびトランス
Ｔから構成され、それに必要な直流電源は補助電源２３
から供給される。

図示しないが、補助電源２３の交流入力側と直流出力側
とは絶縁され、ドライブ回路の出力もトランスＴにより
トランジスタＱとは絶縁されているから、レギュレータ
の直流出力側は交流電源側とは直流的に絶縁されている
。

直流出力端子１０の直流電圧ＥＯは電圧信号として制御
回路２１に入力し、内部の基準電圧と比較されてその差
信号が増幅され、ドライブ回路２２に出力される。

ドライブ回路２２は、その差信号に応じて直流電圧ＥＯ
が高い（低い）時はトランジスタＱのオンデユーテイ比
を下げる（上げる）ようにパルス幅変調されたパルス信
号を出力し、トランスＴを介してトランジスタＱのベー
ス・エミッタ間に出力する。

このパルス信号によりトランジスタＱのオン・オフ時間
が制御され、レギュレータの直流出力電圧Ｅｏが所定の
電圧に保たれる。

一方、検出コイルＬ３に誘起された電圧は。

Ｒ３と０３よりなるローパスフィルタを介してトライア
ックＴＲＩのゲートに印加されている。

メインスイッチ７がオンになると、当初は平滑コンデン
サ２の端子電圧がＯであるから整流器１を通って初期充
電電流すなわち突入電流が流れるが、温度ヒユーズ内蔵
抵抗５の抵抗Ｒ１と外部抵抗Ｒ２とが直列に挿入されて
いるために、そのピーク値が抑制される。

その充電電流によって平滑コンデンサ２の端子電圧は次
第に上昇してくるが、補助電源２３はすぐに立上って制
御回路２１．ドライブ回路２２に電力を供給するから、
ドライブ回路２２は発振を開始し、トランジスタＱをド
ライブする。

したがって、平滑コンデンサ２の端子電圧の上昇にとも
なって変換トランス４の検出コイルＬ３の誘起電圧も上
昇し、あるレベルに達するとトライアックＴＲＩをトリ
ガーする。

すなわち、平滑コンデンサ２の端子電圧がその定常電圧
に近づいた時点でトライフックＴＲＩがオンになり、温
度ヒユーズ内蔵抵抗５と外部抵抗Ｒ２との直列回路をシ
ョートする。

メインスイッチ７がオンになってからトライアックＴＲ
Ｉがオンになるまでの時間だけ、抵抗Ｒ１＋　Ｒ２に突
入電流が流れて電力が消費され、熱が発生する。

レギュレータの出力容量が大きいとその発熱量も大きく
なるが、温度ヒユーズ内蔵抵抗自体の発熱量はその総発
熱量のＲ１／　（Ｒｔ　十Ｒ２）であるから、レギュレ
ータの出力容量あるいは各部品の定格値に応じて外部抵
抗Ｒ２の抵抗値を設定すれば、突入電流を適当な値に抑
制しながら温度ヒユーズ内蔵抵抗５の発熱量を減少し、
容量の小さい温度ヒユーズ内蔵抵抗を使用しても正常な
突入電流によって温度ヒユーズＴＦが熔断しないように
することが出来る。

このようにすると、温度ヒユーズ内蔵抵抗の発熱量が減
少する代りに外部抵抗Ｒ２も発熱することになるが、外
部抵抗Ｒ２には構造上の容量制限がないから、１個の大
容量の抵抗を使用するか複数の抵抗を合成して使用すれ
ば問題はない。また。

例えばサイズに比して容量の大きいセメント抵抗等を使
用すれば小型にまとめることも出来る。

また、トライアックＴＲＩがオンになってもその両端に
は１ｖ〜２■の飽和電圧があるため、抵抗Ｒ１ｔ　Ｒｚ
をオーム単位とすれば、使用状態において常に（１〜２
）／　（Ｒ１＋Ｒ２）アンペアの電流が流れ、若干の発
熱は生じているが、温度ヒユーズ内蔵抵抗５の消費電力
はたかだか（１〜４）Ｒ１／　（Ｒ１＋Ｒ２）２ワット
程度であるから、大出力容量のレギュレータを定格−杯
に長時間使用したとしても、そのために温度ヒユーズＴ
Ｆが熔断することがないように設定することが出来る。

もし、何等かの障害によってトライアックＴＲＩがオン
にならなかった場合、大電流負荷がかかつて発煙発火の
恐れがあれば、その前に温度ヒユーズが熔断して重大事
故を未然に防止することはいうまでもない。

この実施例では、突入電流防止回路６が交流電源３と整
流器１との間に設けられた場合について説明したが、第
２図に示した従来例の突入電流防止用の抵抗Ｒのように
、整流器１と平滑コンデンサ２との間に設けてもその効
果は変らない。

以上説明したように、容量の小さい温度ヒユーズ内蔵抵
抗を大出力容量のレギュレータに使用する場合でも、コ
ストの安い外部抵抗を直列に接続することにより１個の
温度ヒユーズ内蔵抵抗で済むから製造コストを抑えるこ
とが出来る。

また、スイッチ素子がオンにならない時に、従来のよう
に複数個の温度ヒユーズ内蔵抵抗を並列に使用した場合
は次々と連鎖的にすべての温度ヒユーズが熔断して了う
が、この発明によれば１個の温度ヒユーズが熔断するだ
けで目的を達するから、維持コストも安くなる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、仕様が限定さ
れている市販の温度ヒユーズ内蔵抵抗を１個使用するだ
けで、レギュレータの出力容量に適合して所期の性能を
満足すると共に、コストを抑えた突入電流防止回路を構
成することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す回路図。 第２図及び第３図はそれぞれ従来の突入電流防止回路を
設けたスイッチングレギュレータの異なる例を示す回路
図である。 １・・・整流器　　　　　　　　２・・・平滑コンデン
サ３・・・交流電源　　　　　　　４・・・変換トラン
ス５・・・温度ヒユーズ内蔵抵抗 ６・・・突入電流防止回路　　　７・・・メインスイッ
チ２０・・・フィードバック回路　ＴＦ・・・温度ヒユ
ーズＲ２・・・外部抵抗 ＴＲＩ・・・トライアック（スイッチ素子）Ｑ・・・ト
ランジスタ（スイッチング素子）第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　交流電源を平滑整流して得られた直流電圧に変換ト
   ランスの１次コイルとスイッチング素子とを直列に接続
   し、そのスイッチング素子をオン・オフすることにより
   前記変換トランスの２次コイルに誘起された電圧を平滑
   整流して直流出力を得ると共に、この直流出力電圧に応
   じて前記スイッチング素子のデューティ比を制御して前
   記直流出力電圧を安定化するスイッチングレギュレータ
   において、 前記交流電源と整流器との間又は整流器と平滑コンデン
   サとの間に、温度ヒューズ内蔵抵抗と外部抵抗との直列
   回路とその直列回路に並列に接続したスイッチ素子とを
   介挿し、交流電源が印加されてスイッチングレギュレー
   タが或る電圧レベルまで立上つた時に前記スイッチ素子
   をオンにするようにしたことを特徴とするスイッチング
   レギュレータの突入電流防止回路。