JPS6219103Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、カレントトランスを用いたスイツチ
ングレギユレータの過電流検出回路に関し、更に
詳しくは、入力電圧や出力電圧の変化によつてス
イツチングパルス幅が変動しても過電流保護回路
の設定値が変動しないように工夫した過電流検出
回路に関するものである。

１石式オン／オン式のパルス幅制御型スイツチ
ングレギユレータを例にとつて説明する。このタ
イプのレギユレータは、第１図からも判るよう
に、トランジスタＱがスイツチング動作をするこ
とによつてトランスＴの２次側には電力が誘起さ
れ、整流平滑回路１によつて直流化される。その
直流出力電圧は制御回路２に印加され、該制御回
路２はその直流出力電圧が安定化されるようにト
ランジスタＱのオン時間（パルス幅）を制御す
る。１次側回路のトランジスタＱに流れるコレク
タ電流Icとコレクタ−エミツタ間電圧Ｖ_CEの関係
は、例えば第２図に示すようになる。ここで電源
の入力電圧が高い時（例えば115V…実線で示
す）と低い時（例えば85V…破線で示す）の電流
波形（太線で示す）と電圧波形（細線で示す）を
比較してみると、入力電圧が低い時の方がトラン
ジスタＱのオン幅が広がり、エミツタ−コレクタ
間電圧は小さくなる。このとき、コレクタ電流は
そのピーク値は変らないが導通期間は長くなる。

さて、このようなパルス幅制御型スイツチング
レギユレータの過電流検出回路として、従来、第
１図、第３図に示すものが使用されていた。すな
わち、１次側回路に取付けられるカレントトラン
スCTと、その出力に接続される終端抵抗R₁と、
該終端抵抗R₁に接続されるダイオードD₁と抵抗
R₂の組合せ回路と、該抵抗R₂と並列に接続され
るコンデンサＣとを備え、該コンデンサＣの端子
間電圧を検知するようになつている。そして、こ
の検知出力はコンパレータ３により基準電圧Ｖ_RE
Ｆと比較して、制御回路２でトランジスタＱの動
作を制御するのである。ところが、このような回
路では、パルス幅が変動することにより過電流検
出回路の動作値が大きく変動してしまうという欠
点があつた。この理由は次の通りである。第４図
に示すように、１次側回路を流れるコレクタ電流
Ic（同図Ａ参照）は、カレントトランスCTでセ
ンシングされ、終端抵抗R₁間には同図Ｂで示す
ような電圧波形を得る。この電圧波形はOVを中
心に（＋）側の面積と（−）側の面積が等しくな
る。負荷電流が一定で入力電圧のみ変化したと
き、コレクタ電流Icのピーク値は変らないでパル
ス幅のみが変わるので、終端抵抗R₁間の電圧波
形のピーク値は同一（V₁＝V₂）であるが（＋）側
の面積と（−）側の面積が等しくなるレベルが
OVになるので、OVを固定するとＶ_IN115Vの時
よりＶ_IN85Vの時の方が（＋）側のピークレベル
が下がる。平滑コンデンサＣを削除した状態で抵
抗R₂間の電圧波形をみると、同図Ｃに示すよう
に、同図Ｂの電圧波形の（＋）側のみの波形が得
られ、入力電圧の差によりV′₁−V′₂＝ΔＶだけの
差が生じる。平滑コンデンサＣを挿入すると、同
図Ｄに示すように、ピーク保持されるから、前記
電位差ΔＶがそのまま現われてしまう。

このように、従来技術によれば、入力電圧や出
力電圧などが変化してパルス幅が変動したとき、
コレクタ電流に対する検知電圧は大きく変動して
しまう。換言すれば、パルス幅が広くなると過電
流保護の動作値は遅くなるため見かけの設定値は
高くなり、逆に、パルス幅が狭くなれば過電流保
護の動作値は早くなるため見かけの設定値は低く
なつてしまうという不都合があつたのである。

本考案の目的は、このような従来技術の欠点を
解消し、スイツチングトランジスタのパルス幅が
変動したとしても、過電流保護回路の設定値変動
を抑えることができるような、つまり、検出すべ
き電流と過電流検出回路の出力電圧とのリニアリ
テイが非常に良好な回路を提供することにある。

上記のような従来技術の欠点を解消するため、
本考案者等は種々の実験を行なつた。まず、第５
図に示すように、カレントトランスCTの出力に
ダイオードＤと抵抗Ｒとの直列回路を接続し、該
抵抗Ｒの端子間電圧Ｖ_Rを測定してみた。その結
果、第６図に示すような電圧波形が得られ、パル
ス幅の変動に対してピーク値がほぼ一定になるこ
とが判明した。そこで、次に、第７図に示すよう
に、第５図の回路の抵抗Ｒに平行に平滑コンデン
サＣを接続して直流化したところ、従来技術と同
様にパルス幅の変動時に平滑された出力電圧も大
きく変動してしまうことが確認され、所期の目的
を達成することはできなかつた。

本考案は、前記のような従来技術の実情と、そ
の欠点を解決すべく行なつた一連の実験の結果を
ふまえて、更に回路構成に検討を加え、試作測定
した結果、遂に完成するに至つたものである。

すなわち本考案は、過電流を検知すべき個所に
取付けられるカレントトランスと、該カレントト
ランス出力に接続される終端抵抗と、該終端抵抗
に接続されるダイオードと抵抗の組合せ回路と、
該抵抗と並列に接続されるコンデンサとを備え、
該コンデンサの端子間電圧を検出して過電流を検
出する回路において、カレントトランスとその終
端抵抗との間に第２のダイオードを挿入するよう
構成されたスイツチングレギユレータの過電流検
出回路である。

以下、図面に基づき本考案について説明する。
第８図は本考案の一実施例を示す回路図である。
スイツチングレギユレータの１次側回路に取付け
られスイツチングトランジスタＱのコレクタ電流
を検出するカレントトランスCTに第２のダイオ
ードD₂と終端抵抗R₁の直列回路が接続され、該
終端抵抗R₁に並列にダイオードD₁と抵抗R₂との
直列回路が接続され、該抵抗R₂に並列に平滑コ
ンデンサＣを接続した構成である。このように構
成された回路各部の波形は第９図のようになる。
スイツチングレギユレータは負荷一定であり、入
力電圧が低い場合（例えば85V）と高い場合（例
えば115V）についてのスイツチングトランジス
タＱのコレクタ電流Icは同図Ａに示す通りであ
る。本実施例においては、コレクタ電流Icが流れ
るとカレントトランスCTの２次側の（＋）側に
は第２のダイオードD₂を通る順方向電流Ｉ_Nが流
れ、終端抵抗R₁の両端にはコレクタ電流Icに忠実
な電圧が得られる。次にコレクタ電流Icが零にな
るとカレントトランスCTに励磁されている電流
をリセツトしなければならないので逆方向の電流
Ｉ_Rが流れるが、この電流Ｉ_RはダイオードD₂に
阻止されるため、ダイオードのリーク電流分しか
流れない。従つて、その分、逆方向に発生する電
圧は大きくなる。カレントトランスCTの両端に
生じる電圧波形を同図Ｂに示す。入力電圧が85V
から115Vまで変化すると（＋）側はコレクタ電
流のパルス幅に忠実に変化し、第２のダイオード
D₂が挿入されているので直流と考えられるか
ら、OV−ピーク値間の電位差はパルス幅の変化
によつては変らない。他方、（−）方向について
は、パルスのオン幅が増大すればするほどリセツ
ト量が大きくなるので発生電圧は増大し、V₃→
V₄のような電圧波形になる。なお、電圧波形が
矩形波でなくなるのは、ダイオード、トランスの
巻線等に浮遊容量があるためである。

終端抵抗R₁間の電圧波形を同図Ｃに示す。こ
れは、カレントトランスCTの両端間に発生した
電圧（＋）側のみを取出したもので、パルス幅が
変つてもピーク値は変らない（V₃′＝V₄′）。終端
抵抗R₁間に発生した電圧を更にダイオードD₂を
通してコンデンサＣで平滑して直流電圧を得る。
この電圧は、終端抵抗R₁間の電圧のピーク電圧
が一定のため直流レベルとしては一定となる
（V₅＝V₆，同図Ｄ参照）。使用する抵抗の抵抗値
としては、終端抵抗R₁が数百Ω、抵抗R₂が十数
〜数十ＫΩが望ましい。

以上の結果より、特に第９図と第４図とを見比
べれば明らかなように、パルス幅の変化によるカ
レントトランス出力電圧の変化を非常に小さく抑
えられるので負荷電流の変化分のみを忠実にセン
スすることができる。因に、このパルス幅変動に
よる過電流保護のための設定値の変動は、入力電
圧を±15％、周囲温度０〜50℃まで変化した全て
の条件下において、従来技術によるものが約±９
％であるに対して本考案回路によれば約±２％と
することができた。

なお、上記の説明並びに実験は１石式オン−オ
ン方式のものについてのものであるが、２石式ハ
ーフブリツジ方式や４石式フルブリツジ方式のも
のに対しても適用できること言うまでもなし、過
電流検出回路の構成も適宜変更できることは勿論
である。

本考案は上記のように構成された過電流検出回
路であるから、スイツチングトランジスタのパル
ス幅が変動しても、検出すべき電流と過電流検出
回路の出力電圧とのリニアリテイが非常に良好で
あり、それ故、過電流保護回路の設定値変動を抑
えることができ、しかも結果的にはダイオードを
付加するだけだから回路構成も複雑化することも
ない。従つて、従来回路を用いた場合には、電気
的並びに熱的な観点からかなり大きなマージンを
もたなければならないが、本考案回路を用いると
過電流保護の設定値の精度が向上するため、電源
のパワーリミツトを定格値ぎりぎりで設計できる
ので非常に有効でコストダウンを計ることができ
るし、信頼性も向上するなど実用的効果は極めて
大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のスイツチングレギユレータの一
例を示す回路図、第２図にそのコレクタ電流及び
コレクタ−エミツタ間電圧波形図、第３図は従来
回路の一例を示す回路図、第４図はその動作波形
図、第５図は実験回路図、第６図はその動作波形
図、第７図は他の実験回路図、第８図は本考案の
一実施例を示す回路図、第９図はその動作波形図
である。 １……整流平滑回路、２……制御回路、３……
コンパレータ、Ｑ……トランジスタ、R₁……終
端抵抗、D₁……ダイオード、R₂……抵抗、D₂…
…第２のダイオード、Ｃ……コンデンサ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 過電流を検知すべき個所に取付けられるカレン
   トトランスと、該カレントトランス出力に接続さ
   れる終端抵抗と、該終端抵抗に接続されるダイオ
   ードと抵抗の組合せ回路と、該抵抗と並列に接続
   されるコンデンサとを備え、該コンデンサの端子
   間電圧を検出して過電流を検出する回路におい
   て、カレントトランスとその終端抵抗との間に第
   ２のダイオードを挿入することを特徴とするスイ
   ツチングレギユレータの過電流検出回路。