JPH05130773A - 過電流保護方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 フライバックコンバータの負荷側短絡による
過電流から負荷側電子機器やコンバータ電源自体の焼損
を安価な過電流保護方式で防止する。 【構成】 コンバータトランスにＰＷＭ制御集積回路に
ＤＣ電圧を供給する補助電源用巻線を設け、このＤＣ電
圧を分圧して負荷側電流の基準電圧を設定し、負荷側電
流に対応した１次側電流による電流検出用抵抗の電圧降
下が基準電圧より大きい場合は、１次側電圧を低下せし
め、この１次側電圧の低下に伴いない基準電圧も低下
し、電流検出用抵抗の電圧降下＞基準電圧の条件を維持
させ、負荷側の電圧、電流が連続して減少させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はフライバックコンバータ
において、２次側回路短絡時に流れる過大電流を制御
し、２次側電子機器及びコンバータ自身を保護する過電
流保護方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、フライバックコンバータはその
性質上コンバータトランスの１次側エネルギーと２次側
エネルギーとが等しくなるように動作するために２次側
が短絡した場合に、過大な短絡電流による２次側の２次
災害を起こしたり、コンバータ電源自体を焼損させたり
する。

【０００３】この従来例を更に詳しく図面によって説明
する。図３は従来例におけるフライバックコンバータの
過電流保護方式の回路図であり、図４は図３における２
次側短絡時の電圧−電流特性を表す特性図である。図に
おける回路構成は、コンバータトランスＴ１の１次巻線
Ｗ１の一端にはメインスイッチＳ１を介して過電流検出
用抵抗Ｒｃｓが直列に接続されている。２次巻線Ｗ２に
は整流器Ｒｃ１及びコンデンサーＣ１が接続され、Ｖｏ
は２次側出力ＤＣ電圧、Ｉｏは２次側出力ＤＣ電流であ
る。

【０００４】ＰＷＭ制御集積回路ＩＣ１には過電流検出
用演算増幅器Ａ１が設けられており、この過電流検出用
演算増幅器Ａ１の反転入力端子（−表示）に基準電圧を
電池Ｅ１で与えている。Ａ点は１次側電流による過電流
検出用抵抗Ｒｃｓの電圧降下が現れる点である。Ｃ点は
ＰＷＭ制御集積回路ＩＣ１の制御信号の出力端子となっ
ており、このＣ点からの制御信号によりメインスイッチ
Ｓ１を駆動し、１次側電流のパルス幅を制御する。すな
わち、メインスイッチＳ１が閉じている時間（Ｔｏｎ）
が短くなるとパルス幅が狭くなり、１次側のピーク電流
が減少する。メインスイッチＳ１と過電流検出用抵抗Ｒ
ｃｓとの接合Ａ点と過電流検出用演算増幅器Ａ１の非反
転入力端子（＋表示）が接続されている。

【０００５】次に動作について説明する。２次側出力Ｄ
Ｃ電圧Ｖｏの短絡で２次側出力ＤＣ電流Ｉｏが増加する
と、これに伴って１次側電流が増加し、過電流検出用抵
抗Ｒｃｓの電圧降下が大きくなりＡ点の電圧（電位）は
高くなる。Ａ点の電圧が基準電圧を超えた場合は、過電
流検出用演算増幅器Ａ１の比較、増幅による制御信号を
Ｃ点を経由して出力し、メインスイッチＳ１を駆動して
１次側電流のパルス幅（メインスイッチＳ１の閉じてい
る時間（Ｔｏｎ））を狭くし、その結果、１次側電圧及
び２次側電圧を低下させる。

【０００６】２次側出力ＤＣ電流Ｉｏが増加し、基準電
圧に達した時点から１次側電圧がＰＷＭ制御集積回路Ｉ
Ｃ１からの制御信号により低下する。１次側電圧の低下
に伴い、図４に示すように２次側出力ＤＣ電圧Ｖｏも低
下するが、２次側出力ＤＣ電流Ｉｏは減少しないで逆に
増加を続ける。フライバックコンバータが丈夫に製作さ
れ、余裕がある程この傾向がある。従って、過大電流に
より整流器Ｒｃ１を焼損したり、２次災害を引き起こし
たり、コンバータ自体を焼損するす危険がある。

【０００７】上記の図４で示されるような２次側短絡時
の電圧−電流特性を図６のように改善したフライバック
コンバータの過電流保護方式の回路図を図５に示す。図
３と同一符号を付したものは同一要素を示しており説明
を省略する。この方式では図５に示す通り、過電流検出
用抵抗の代わりにカレントトランスＣＴ１が２次側に設
けられている。このカレントトランスＣＴ１が２次側電
流を検出し、変換された電圧は過電流検出用演算増幅器
Ａ１の非反転入力端子（＋表示）に入力され、反転入力
端子（−表示）に入力されている電池Ｅ１の基準電圧と
比較、増幅される。この過電流保護方式によれば比較的
早く２次側ＤＣ電流Ｉｏの増加を防止することができ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例における過電流保護方式による２次側短絡時の電圧
−電流特性（図６）からも明らかなように、保護回路の
動作によっても依然として短絡電流は増加している。ま
た、カレントトランスを使用することによりコストアッ
プとなり、スペースファクターも悪くなる。

【０００９】本発明は上記の点に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、カレントトランスを省略
し、かつ２次側負荷の短絡による短絡電流を減少させ、
２次災害やフライバックコンバータ自体の焼損を防止す
る過電流保護方式を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の過電流保護方式は、保護回路を有するＰＷＭ
（パルス幅変調）方式のフライバックコンバータの過電
流保護方式において、コンバータトランスにＰＷＭ制御
集積回路にＤＣ電圧を供給する補助電源用巻線を設け、
２次側出力ＤＣ電流に対応した基準電圧を前記ＤＣ電圧
を分圧して設定し、１次側巻線の一端にメインスイッチ
を介して過電流検出用抵抗を設け、前記２次側出力ＤＣ
電流に対応した１次側電流による前記過電流検出用抵抗
の電圧降下と前記基準電圧を比較し、前記電圧降下が前
記基準電圧より大きい場合は、前記メインスイッチを駆
動して１次側電圧を下げるように制御し、２次側電圧及
び補助電源用巻線に発生する電圧の低下に伴って、前記
基準電圧も低下することにより、２次側電圧、電流を連
続して減少させることに特徴を有している。

【００１１】

【作用】ＰＷＭ制御集積回路にＤＣ電圧を供給する補助
電源用巻線をコンバータトランスに設ける。２次側出力
ＤＣ電流に対応した基準電圧を前記ＤＣ電圧を分圧して
設定する。１次側巻線の一端にメインスイッチを介して
過電流検出用抵抗を設ける。２次側出力ＤＣ電流に対応
した１次側電流による過電流検出用抵抗の電圧降下と基
準電圧を比較することにより、メインスイッチを駆動し
てコンバータトランスの１次側パルス電流のパルス幅を
制御してパルス電流を加減する。１次側電流による過電
流検出用抵抗の電圧降下が基準電圧より大きい場合は、
コンバータトランスの１次側パルス電流のパルス幅を狭
くし、２次側電圧及び補助電源用巻線に発生する電圧を
下げる。補助電源用巻線の電圧の低下に伴って基準電圧
も低下する。

【００１２】このように、メインスイッチの閉じている
時間（Ｔｏｎ）が短くなり、コンバータトランスの１次
側巻線に流れるピーク電流が減少するために、１次側電
圧、補助電源用巻線に発生する電圧が低下し、これに伴
って基準電圧も低下する。コンバータトランスの１次側
巻線に流れるピーク電流の減少により、過電流検出用抵
抗の電圧降下も減少するが、基準電圧の低下により、電
圧降下＞基準電圧の条件が維持され、２次側出力ＤＣ電
圧も２次側出力ＤＣ電流も共に順次減少する。従って、
２次災害やコンバータ自体の焼損等の危険を排除するこ
とができる。

【００１３】

【実施例】以下、図面に沿って本発明を説明する。図１
は本発明の一実施例を示すフライバックコンバータの過
電流保護方式の回路図であり、図２は図１における２次
側短絡時の電圧−電流特性を表す特性図である。コンバ
ータトランスＴ１は１次巻線Ｗ１、２次巻線Ｗ２及び補
助電源用巻線Ｗ３を有している。コンバータトランスＴ
１の１次巻線Ｗ１の一端にはパルス幅を制御するメイン
スイッチＳ１を介して過電流検出用抵抗Ｒｃｓが接続さ
れ、この過電流検出用抵抗Ｒｃｓの他端は接地されてい
る。メインスイッチＳ１と過電流検出用抵抗Ｒｃｓとの
接続点がＡ点であり、１次側電流による過電流検出用抵
抗Ｒｃｓの電圧降下分が電位として現れる。コンバータ
トランスＴ１の２次側は、整流器Ｒｃ１により２次側出
力ＤＣ電圧Ｖｏを作り、負荷に２次側出力ＤＣ電流Ｉｏ
を供給している。Ｃ１はコンデンサーである。

【００１４】コンバータトランスＴ１の補助電源用巻線
Ｗ３に発生する電圧は整流器Ｒｃ２で整流され、この整
流されたＤＣ電圧は抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２によって分圧さ
れ、この分圧点がＢ点である。このＢ点は基準電圧とし
て設定されている。勿論、抵抗以外の回路素子を用いて
ＤＣ電圧を分圧し、基準電圧を設定することもできる。
ＰＷＭ制御集積回路ＩＣ１には過電流検出用演算増幅器
Ａ１、誤差増幅器Ａ２及び論理素子オア２を有してお
り、論理素子オア２の出力に基づく制御信号はＣ点から
出力される。メインスイッチＳ１と過電流検出用抵抗Ｒ
ｃｓとの接続点であるＡ点を過電流検出用演算増幅器Ａ
１の反転入力端子（−表示）に接続し、基準電圧のＢ点
を過電流検出用演算増幅器Ａ１の非反転入力端子（＋表
示）に接続してある。

【００１５】但し、制御回路の方式によっては前記と逆
になり、Ａ点を非反転入力端子に、Ｂ点を反転入力端子
に接続する。ＰＷＭ制御回路は一般にＩＣ化されてお
り、前記接続の場合は反転入力の電位が非反転入力の電
位よりも大きくなった時に出力パルス幅を狭めるように
制御回路が構成されている場合に用いる。なお一般に
は、Ａ点の電位はＲＣフィルターを通過させた後、過電
流検出用演算増幅器Ａ１に入力されるが、図１では省略
してある。Ｃ２はコンデンサーであり、Ｒｓは起動抵抗
である。２次側出力ＤＣ電圧Ｖｏラインからのフィード
パックは、フォトカプラ−１を介して誤差増幅器Ａ２に
接続されている。このフィトカプラー１の代わりにトラ
ンスを用いてもよい。過電流検出用演算増幅器Ａ１の出
力と誤差増幅器Ａ２の出力の論理和による制御信号が論
理素子オア２から出力され出力端子Ｃ点からメインスイ
ッチＳ１に出力される。

【００１６】次に動作について説明する。コンバータト
ランスＴ１の１次巻線Ｗ１には２次側出力ＤＣ電流Ｉｏ
に対応したパルス電流が流れる。２次側出力ＤＣ電流Ｉ
ｏが増加すると、メインスイッチＳ１の閉じる時間（Ｔ
ｏｎ）が長くなって１次巻線Ｗ１に流れるパルス電流の
パルス幅が広がり、ピーク電流が増加する。過電流検出
用抵抗Ｒｃｓによる電圧降下によりＡ点の電位ピーク値
が増加し、Ｂ点に設定されている基準電圧を超えた場合
（例えば、負荷を短絡した場合）は、過電流検出用演算
増幅器Ａ１の出力により論理素子オア２を介してＣ点か
らメインスイッチＳ１を駆動する。メインスイッチＳ１
は１次巻線Ｗ１に流れるパルス電流のパルス幅を狭め
る。

【００１７】その結果、補助電源用巻線Ｗ３の出力ＤＣ
電圧は低下し、Ｂ点の基準電圧は低下する。基準電圧が
低下することにより、１次巻線Ｗ１のピーク電流による
過電流検出用抵抗Ｒｃｓの電圧降下、すなわちＡ点の電
位ピーク値がより小さな値でも過電流検出用演算増幅器
Ａ１が動作し、更に出力パルス幅を狭める。この動作を
繰り返すことにより図２のような２次側短絡時の電圧−
電流特性を表す。一方、２次側出力ＤＣ電圧Ｖｏライン
からのフィードパックは、フォトカプラ−１を介して誤
差増幅器Ａ２に接続されている。２次側出力ＤＣ電圧Ｖ
ｏラインが上昇すると誤差増幅器Ａ２の出力により、制
御信号が論理素子オア２から出力され出力端子Ｃ点から
メインスイッチＳ１に出力される。メインスイッチＳ１
の１次側パルス電流の幅を狭めることにより２次側出力
ＤＣ電圧Ｖｏを規定の電圧まで下げる。

【００１８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ＰＷＭ制
御集積回路にＤＣ電圧を供給する補助電源用巻線をコン
バータトランスに設け、２次側出力ＤＣ電流に対応した
基準電圧を前記ＤＣ電圧を分圧して設定し、コンバータ
トランスの１次側巻線の一端にメインスイッチを介して
過電流検出用抵抗を設け、２次側出力ＤＣ電流に対応し
たコンバータトランスの１次側電流による過電流検出用
抵抗の電圧降下と基準電圧を比較し、電圧降下が基準電
圧より大きい場合は、メインスイッチを駆動してコンバ
ータトランスの１次側電圧を下げるように制御し、２次
側電圧及び補助電源用巻線に発生する電圧が同時に低下
することによる基準電圧の低下により、２次側の電圧、
電流を連続して減少させるようにしたので、２次側回路
の整流器の焼損、２次災害やコンバータ自体の焼損等の
危険を排除することができ、かつカレントトランスの省
略によりコストダウン、スペースファクターの改善等が
図られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すフライバックコンバー
タの過電流保護方式の回路図である。

【図２】図１における２次側短絡時の電圧−電流特性を
表す特性図である。

【図３】従来例におけるフライバックコンバータの過電
流保護方式の回路図である。

【図４】図３における２次側短絡時の電圧−電流特性を
表す特性図である。

【図５】他の従来例におけるフライバックコンバータの
過電流保護方式の回路図である。

【図６】図５における２次側短絡時の電圧−電流特性を
表す特性図である。

【符号の説明】

ＩＣ１ ＰＷＭ制御集積回路ＩＣ Ａ１ 過電流検出用換算増幅器 Ａ２ 誤差増幅器 Ｒｓ 起動抵抗 Ｓ１ メインスイッチ Ｔ１ コンバータトランス Ｗ１ Ｔ１の１次巻線 Ｗ２ Ｔ１の２次巻線 Ｗ３ 補助電源用巻線 Ｒｃｓ 過電流検出用抵抗 Ｖｏ ２次側出力ＤＣ電圧 Ｉｏ ２次側出力ＤＣ電流 Ｒｃ１ 整流器 Ｒｃ２ 整流器 Ｃ１ コンデンサー Ｃ２ コンデンサー Ｒ１ 抵抗 Ｒ２ 抵抗 １ フォトカプラ ２ 論理素子オア

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 保護回路を有するＰＷＭ（パルス幅変
   調）方式のフライバックコンバータの過電流保護方式に
   おいて、コンバータトランスにＰＷＭ制御集積回路にＤ
   Ｃ電圧を供給する補助電源用巻線を設け、２次側出力Ｄ
   Ｃ電流に対応した基準電圧を前記ＤＣ電圧を分圧して設
   定し、１次側巻線の一端にメインスイッチを介して過電
   流検出用抵抗を設け、前記２次側出力ＤＣ電流に対応し
   た１次側電流による前記過電流検出用抵抗の電圧降下と
   前記基準電圧を比較し、前記電圧降下が前記基準電圧よ
   り大きい場合は、前記メインスイッチを駆動して１次側
   電圧を下げるように制御し、２次側電圧及び補助電源用
   巻線に発生する電圧の低下に伴って、前記基準電圧も低
   下することにより、２次側電圧、電流を連続して減少さ
   せることを特徴とする過電流保護方式。