JPH089634A - スイッチング電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】最大負荷および定常負荷のいずれに対しても妥
当性ある過電流保護機能を発揮することのできるスイッ
チング電源装置を提供する。 【構成】本装置は、過電流保護用素子１６と直列接続さ
れた定電圧素子５５と，この定電圧素子５５と並列接続
された電流値切換素子５６と，発振周波数（ｆ２）が低
い大負荷を検出して電流値切換素子５６をＯＦＦさせる
ための信号を出力する周波数検出回路５０とを設け、過
電流保護用の設定電流値ＤＩを起動時の最大負荷に対応
させた設定高電流値ＤＩ２と定常負荷時の軽負荷に対応
させた設定低電流値ＤＩ１との２段階に実際の負荷に応
じて自動切換可能に構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、１次直流電源回路と２
次直流電源回路とをトランスを介して接続結合してな
り、かつ過電流保護機能を備えたスイッチング電源装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３において、１次直流電源回路１０と
２次直流電源回路３０とはトランス２０を介して接続結
合されている。１次直流電源回路１０は、交流電源１
１，スイッチ１２，ノイズフィルター１３，整流回路１
４，平滑コンデンサＣ１０，スイッチング素子１５，電
圧制御素子（トランジスタ）４０を含み形成され、スイ
ッチング素子１５はトランスの１次巻線Ｌ１１と整流回
路１４の負極電路Ｌｎとの間に接続されている。また、
制御電源（電圧Ｖｃ）はトランス２０の補助巻線Ｌ１２
から誘起されダイオードＤ１０を介して発振生成されか
つ抵抗Ｒ１０を通して供給される。

【０００３】また、２次直流電源回路３０は、トランス
２０の２次巻線Ｌ２１に接続されたダイオードＤ２１、
平滑コンデンサＣ２１，Ｃ２２を含み形成され、負荷３
５に接続される。４５は安定化回路で、ホトカプラを含
むフィードバック信号発生回路４６にフィードバック信
号を生成出力するための電圧検出信号を入力する。

【０００４】かくして、かかるＲＣＣ方式の自励発振型
（周波数変動型）のトランス結合型スイッチング電源装
置では、電圧制御素子４０をフィードバック信号で図４
に示す周期ＴでＯＮ−ＯＦＦさせること、つまり制御電
源（Ｖｃ）を用いてスイッチング素子１５をＯＮ−ＯＦ
Ｆ制御して１次巻線Ｌ１１から２次巻線Ｌ２１に電力エ
ネルギーを供給する。１次直流電源電圧と２次直流電源
電圧とでは半サイクルずれる。

【０００５】２次直流電源回路３０では、ダイオードＤ
２１で整流し、かつ平滑コンデンサＣ２１，Ｃ２２で平
滑して２次直流電源を生成し負荷３５に供給する。負荷
３５の変動は、２次直流電源電圧の変動として安定化回
路４５で検出されフィードバック信号生成回路４６に出
力される。これにより、２次直流電源電圧が安定化され
る。

【０００６】したがって、負荷３５が軽い場合には、図
４（Ａ）に示す如くスイッチング素子１５に流れる電流
Ｉが減少して発振周波数ｆ１が高くなる。周期Ｔ１は短
い。一方、負荷３５が重くなると、同（Ｂ）に示す如く
スイッチング素子１５に流れる電流Ｉが増大し発振周波
数ｆ２は低くなる。周期Ｔ２は長い。電圧制御素子４０
によるスイッチング素子１５のＯＮデューティーが一定
のためによる。

【０００７】ところで、２次直流電源電圧は、平滑コン
デンサＣ２１，Ｃ２２で平滑され、かつ安定化回路４５
と電圧制御素子４０との協働により一定電圧値にコント
ロールされる。しかし、負荷３５の変動や交流電源１１
の電圧変動等により、１次側直流電源回路１０が過負荷
となる場合が生じ得る。そこで、過電流保護回路を設け
て対処している。

【０００８】すなわち、従来の過電流保護回路は、図３
に示す通り、スイッチング素子１５に直列接続された電
流検出抵抗１８と，スイッチング素子（トランジスタ）
１５のベースと負極電路Ｌｎとの間に接続された過電流
保護用素子（ＭＯＳ・ＦＥＴ）１６とから形成され、ス
イッチング素子１５に流れる電流Ｉが設定電流値ＤＩと
なる、つまり設定電流値相当電圧の駆動電圧Ｖｄが検出
されたときに過電流保護用素子１６をＯＮとして、スイ
ッチング素子１５への流れ込み電流Ｉｂを負極電路Ｌｎ
側に落し込んで減衰させることによってスイッチング素
子１５を強制的にＯＦＦするように形成されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、かかるスイ
ッチング電源装置も例外でなく小型・軽量化と低コスト
化が一段と強く求められていることから、過電流保護回
路は１つの電流検出抵抗１８と１つの過電流保護用素子
１６とから形成されている。したがって、設定電流値Ｄ
Ｉは、実状に応じた値として慎重に選択設定されてい
る。一般的には、図４（Ａ）に示す定常負荷（軽負荷）
時の定常電流Ｉｎよりも同（Ｂ）に示す電源投入後の起
動（最大負荷）時における過渡電流Ｉｐの方が大きいの
で、この過渡電流Ｉｐに基づきその最大値よりもやや高
めの設定電流値ＤＩに選択設定している。この設定電流
値相当電圧（Ｖｄ）は、過電流保護用素子１６の駆動電
圧Ｖｄと等しい。

【００１０】ところで、負荷３５の多様性からより大き
な負荷変動にも適用可能とすべしとの要請が強くなりつ
つある。一方において、２次直流電源電圧のリップル等
の品位を一段と高めたいとの要求も高まっている。

【００１１】したがって、最大負荷が２次直流電源回路
３０の平滑コンデンサ（出力用コンデンサ）Ｃ２１，Ｃ
２２が十分に充電されていない場合に生ずるところ、２
次直流電源回路３０の平滑コンデンサＣ２１，Ｃ２２の
容量が大きくなる傾向にあるために、定常負荷に対する
最大負荷の比率が一層高くなって来ている。かくして、
設定電流値ＤＩを最大負荷（過渡電流Ｉｐ）に対するも
のとして選択していたのでは、定常負荷時における必要
十分で妥当性ある過電流保護ができなくなる虞れがあ
る。

【００１２】本発明の目的は、最大負荷および定常負荷
のいずれに対しても妥当性ある過電流保護機能を発揮さ
せることのできるスイッチング電源装置を提供すること
にある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、コスト低減，
大電流消費および過熱防止の観点から従来例の場合と同
様に電流検出抵抗を１つの抵抗から形成するとともに固
定抵抗値としながら、定電圧素子と電流値切換素子と周
波数検出回路とを設け、定常負荷時に対する過電流保護
用の設定電流値と最大負荷時に対する設定電流値とを実
際負荷に応じて２段階（設定高電流値，設定低電流値）
に自動切換可能として、前記目的を達成するものであ
る。

【００１４】すなわち、本発明に係るスイッチング電源
装置は、整流回路，スイッチング素子を含む１次直流電
源回路と負荷が接続された２次直流電源回路とをトラン
スを介して接続結合し、スイッチング素子をＯＮ−ＯＦ
Ｆ制御して１次側から２次側へ電力供給をするように形
成され、かつ電流検出抵抗を用いてスイッチング素子に
流れる電流が設定電流値以上となったと検出された場合
に過電流保護用素子を介してスイッチング素子をＯＦＦ
させる過電流保護回路を設けたスイッチング電源装置に
おいて、前記過電流保護用素子と前記整流回路の負極電
路との間に前記過電流保護用素子の見掛動作電圧を高め
るための定電圧素子を接続しかつこの定電圧素子に電流
値切換素子を接続するとともに、前記トランスの補助巻
線の正極側と前記整流回路の負極電路との間に直列接続
された充電抵抗および充電用コンデンサと，この充電用
コンデンサと並列でかつ充電抵抗と直列に接続された放
電抵抗とから形成された周波数検出回路を設け、かつ充
電抵抗と充電用コンデンサとの間と該電流値切換素子の
駆動端子とを接続した、ことを特徴とする。

【００１５】

【作用】上記構成による本発明の場合、１次直流電源回
路の電源投入時およびその後の起動時には、２次直流電
源回路側の平滑コンデンサが充電未了であるから大きな
電流が流れる。１次直流電源回路側から見れば最大負荷
である。したがって、スイッチング素子に流れる電流が
増大し発振周波数は低くなる。つまり、制御電源の発振
周波数が低下しその周期が長くなる。

【００１６】この周期が、周波数検出回路を形成する充
電時定数相当時間よりも長くなると、充電電圧が高くな
り電流値切換素子をＯＦＦする。したがって、過電流保
護用素子に定電圧素子が実質的に直列接続されるので、
過電流保護用素子の見掛動作電圧が定電圧素子の動作電
圧分だけ高まる。つまり、過電流保護用の設定電流値を
高い設定電流値に切換える。したがって、円滑な起動が
できる。

【００１７】定常負荷となると、スイッチング素子に流
れる電流が減少し発振周波数が高くなり周期が短くな
る。この周期が、周波数検出回路の充電時定数相当時間
よりも短くなると、電流値切換素子がＯＮとなる。した
がって、定電圧素子がバイパスされるので、過電流保護
用素子の所定の動作電圧となる。つまり、設定電流値を
低い設定低電流値に切換えられるから、定常負荷時の軽
い負荷に対しても必要十分な過電流保護を行える。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。本スイッチング電源装置は、図１に示す如く、基
本的構造が従来例（図３）の場合と同じＲＣＣ方式の自
励発振型（周波数変動型）とされ、かつ定電圧素子５５
と，電流値切換素子５６と周波数検出回路５０とを設
け、過電流保護用の設定電流値を起動時の最大負荷に対
応させた設定高電流値ＤＩ２と定常負荷時の軽負荷に対
応させた設定低電流値ＤＩ１との２段階に実際の負荷に
応じて自動切換可能に構成されている。

【００１９】なお、従来例（図４）の場合と共通する部
分については同一の符号を付し、それらの説明について
は簡略化または省略する。

【００２０】図１において、ＭＯＳ・ＦＥＴからなる過
電流保護用素子１６のドレインと整流回路１４の負極電
路Ｌｎとの間には、ツェナーダイオードからなる定電圧
素子５５が接続されている。この定電圧素子５５は、そ
の動作電圧Ｖｚ分だけ過電流保護用素子１６の駆動電圧
（動作電圧）Ｖｄを見掛上高める。つまり、見掛上の動
作電圧を（Ｖｄ＋Ｖｚ）とする。すなわち、過電流保護
用の設定電流値を図２に示す設定高電流値ＤＩ２に切換
えるものである。

【００２１】また、過電流保護用素子１６のドレインと
負極電路Ｌｎとの間には、電流値切換用素子（トランジ
スタ）５６が定電圧素子５５と並列に接続されている。
したがって、この電流値切換用素子５６をＯＮさせれ
ば、定電圧素子５５をバイパスできるから過電流保護用
素子１６の動作電圧（Ｖｄ）を所定値に切換えることが
できる。すなわち、設定電流値を図２に示す設定低電流
値ＤＩ１に切換えることができる。

【００２２】次に、周波数検出回路５０は、トランス２
０の補助巻線Ｌ１２の正極側の制御電源Ｖｃを発振生成
するダイオードＤ１０と抵抗Ｒ１０との間と、整流回路
１４の負極電路Ｌｎとの間に、接続されている。

【００２３】すなわち、充電抵抗５１と充電用コンデン
サＣ５１とを直列接続し、かつこの充電用コンデンサＣ
５１に放電抵抗５２を並列接続した構成とされている。
そして、充電抵抗Ｒ５１と充電用コンデンサＣ５１との
間と、電流値切換素子（トランジスタ）５６の駆動端子
（ベース）とを電路で接続してある。

【００２４】さて、スイッチング素子１５に印加される
電圧と流れる電流とは、従来例（図４）の場合と同様
に、負荷３５が軽い定常負荷時には図２に示すように定
常電流Ｉｎのもとに発振周波数ｆ１（周期Ｔ１）が高い
（短い）が、起動時における最大負荷の場合は過渡電流
Ｉｐのもとに発振周波数ｆ２（周期Ｔ２）が低く（長
く）なる。

【００２５】したがって、周波数検出回路５０の充電時
定数（Ｒ５１×Ｃ５１）を最大負荷時の周期Ｔ２以上に
設定しておけば、最大負荷において充電電圧Ｖａが確立
され、定常負荷を含むそれ以下の負荷では充電電圧Ｖａ
が確立されない。つまり、設定電流値（ＤＩ２，ＤＩ
１）の切換ポイント（周波数ｆ２以上）を検出できる。

【００２６】かかる構成の実施例において、交流電源１
１をＯＮして１次直流電源回路１０を起動すると、２次
直流電源回路３０の平滑コンデンサＣ２１，Ｃ２２への
充電のために大きな電流が流れるので最大負荷となる。
すなわち、スイッチング素子１５の電圧波形と電流波形
とは図２に示す如くなる。電圧は電圧制御素子４０で一
定化されるが、過渡電流Ｉｐは非常に大きく、かつ発振
周波数ｆ２が低く周期Ｔ２は長い。

【００２７】したがって、発振生成される制御電源（Ｖ
ｃ）が周波数検出回路５０に流れ、その周期Ｔ２が充電
時定数以上となるので充電電圧Ｖａが確立される。これ
により、電流値切換素子５６はＯＦＦとなり、定電圧素
子５５の過電流保護用素子１６との直列接続を有効とす
る。

【００２８】かくして、過電流保護用素子１６の動作電
圧（駆動電圧Ｖｄ）が、定電圧素子５５の動作電圧Ｖｚ
分だけ見掛上高まる。すなわち、過電流保護用の設定電
流値を設定高電流値ＤＩ２に切換える。つまり、スイッ
チング素子１５に流れる大きな過渡電流Ｉｐを電流検出
抵抗１８で検出したとしても大きな設定高電流値ＤＩ２
に切換えられているので、過電流保護用素子１６はＯＮ
しない。したがって、無用な過電流保護動作に入ってし
まうことを防止でき最大負荷でも円滑な起動ができる。

【００２９】図２において、時刻ｔを経過すると、２次
直流電源回路３０の平滑コンデンサＣ２１，Ｃ２２も十
分に充電されるので、負荷３５に対応する軽い定常負荷
となる。したがって、スイッチング素子１５に流れる定
常電流Ｉｎは小さく、電圧は一定である。この際の発振
周波数ｆ１は高く、周期Ｔ１は短い。

【００３０】この周期Ｔ１は周波数検出回路５０の充電
時定数を越えないから、充電電圧Ｖａは確立されない。
つまり、電流値切換素子５６がＯＮとなり、定電圧素子
５５はバイパスされる。すなわち、設定電流値を、設定
低電流値ＤＩ１に切換えることができる。したがって、
各構成要素の電流ストレスを小さくかつ消費電力を軽減
する等の妥当性ある過電流保護を行える。

【００３１】しかして、この実施例によれば、定電圧素
子５５と電流値切換素子５６と周波数検出回路５０とを
設け、過電流保護用の設定電流値を起動時の最大負荷に
対応させた設定高電流値ＤＩ２と定常負荷時の軽負荷に
対応させた設定低電流値ＤＩ１との２段階に実際の負荷
に応じて自動切換可能に構成されているので、最大負荷
および定常負荷のいずれに対しても妥当性ある過電流保
護機能を発揮させることができる。したがって、起動時
における無用な過電流保護動作を回避でき、定常時の過
電流保護による構成要素の電流ストレスを小さくかつ消
費電力を軽減でき、しかも電流検出抵抗１８の設定が容
易となり適用性も拡大できる。

【００３２】また、過電流保護用素子１６に直列接続さ
せた定電圧素子５５をバイパスさせるか否かで設定電流
値を２段階（ＤＩ２，ＤＩ２）に切換えるものと形成さ
れているので、回路構成が非常に簡単であるとともに、
電流検出抵抗１８の抵抗値を大きくしたり複数個を設け
てなくてもよいので、消費電力を一段と軽減できかつ過
熱を防止できる。

【００３３】また、周波数検出回路５０がトランス２０
の補助巻線Ｌ１２に接続された充電抵抗５６と充電用コ
ンデンサＣ５１とから形成されているので、検出周波数
（時間）の選択設定が簡単で適用性も広い。また、格別
の電源装置も不要である。

【００３４】また、最大負荷時と定常負荷時とでは別異
の各設定電流値ＤＩ２，ＤＩ１で過電流保護を行うもの
とされているので、２次側の平滑コンデンサＣ１，Ｃ２
の容量の選択自由性を大幅に拡大でき、耐負荷変動特性
や電圧高品位性を一段と向上できる。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、定電圧素子と電流値切
換素子と周波数検出回路とを設け、過電流保護用の設定
電流値を起動時の最大負荷に対応させた設定高電流値と
定常負荷時の軽負荷に対応させた設定低電流値との２段
階に実際の負荷に応じて自動切換可能に構成されている
ので、定電圧素子と電流値切換素子と周波数検出回路と
を設け、過電流保護用の設定電流値を起動時の最大負荷
に対応させた設定高電流値と定常負荷時の軽負荷に対応
させた設定低電流値の２段階に実際の負荷に応じて自動
切換可能に構成されているので、最大負荷および定常負
荷のいずれに対しても妥当性ある過電流保護機能を発揮
させることができる。したがって、起動時における無用
な過電流保護動作を回避でき、定常時の過電流保護によ
る構成要素の電流ストレスを小さくかつ消費電力を軽減
でき、しかも電流検出抵抗の設定が容易となり適用性も
拡大できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す回路図である。

【図２】同じく、動作を説明するためのタイミングチャ
ートである。

【図３】従来例を説明するための回路図である。

【図４】同じく、動作を説明するためのタイミングチャ
ートである。

【符号の説明】

１０ １次直流電源回路 １１ 交流電源 １２ スイッチ １３ ノイズフィルター １４ 整流回路 １５ スイッチング素子 １６ 過電流保護用素子 １８ 電流検出抵抗 ２０ トランス ３０ ２次直流電源回路 ３５ 負荷 ４０ 電圧制御素子 ４５ 安定化回路 ４６ フィードバック信号発生回路 ５０ 周波数検出回路 ５５ 定電圧素子 ５６ 電流値切換素子 Ｃ１０ 平滑コンデンサ Ｃ５１ 充電用コンデンサ ＤＩ 設定電流値 ＤＩ１ 設定低電流値 ＤＩ２ 設定高電流値 Ｉ 電流 Ｌ１２ 補助巻線 Ｌｎ 負極電路 Ｒ５１ 充電抵抗 Ｒ５２ 放電抵抗 Ｖａ 充電電圧 Ｖｃ 制御電圧 Ｖｄ 駆動電圧 Ｖｚ 動作電圧

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 整流回路，スイッチング素子を含む１次
   直流電源回路と負荷が接続された２次直流電源回路とを
   トランスを介して接続結合し、スイッチング素子をＯＮ
   −ＯＦＦ制御して１次側から２次側へ電力供給をするよ
   うに形成され、かつ電流検出抵抗を用いてスイッチング
   素子に流れる電流が設定電流値以上となったと検出され
   た場合に過電流保護用素子を介してスイッチング素子を
   ＯＦＦさせる過電流保護回路を設けたスイッチング電源
   装置において、 前記過電流保護用素子と前記整流回路の負極電路との間
   に前記過電流保護用素子の見掛動作電圧を高めるための
   定電圧素子を接続しかつこの定電圧素子に電流値切換素
   子を接続するとともに、前記トランスの補助巻線の正極
   側と前記整流回路の負極電路との間に直列接続された充
   電抵抗および充電用コンデンサと，この充電用コンデン
   サと並列でかつ充電抵抗と直列に接続された放電抵抗と
   から形成された周波数検出回路を設け、かつ充電抵抗と
   充電用コンデンサとの間と該電流値切換素子の駆動端子
   とを接続した、ことを特徴とするスイッチング電源装
   置。