(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力伝送トランスによって入力と出力が電気的に絶縁され、前記電力伝送トランスの１次側に少なくとも１個の電力スイッチを備えて入力電力をスイッチングし、２次側に少なくとも１個の整流素子と、出力フィルタとを備え、負荷装置に電力を供給する絶縁型スイッチング電源であって、
実質的に互いに独立な、電力伝送トランス部及び信号伝送トランス部を一対のコアを共用して一体形成した複合トランスを備え、
絶縁型スイッチング電源又は前記負荷装置の異常を検出する異常検出回路、及び前記異常検出回路が異常を検出すると前記信号伝送トランス部を介して２次側から１次側へ、正常状態の信号とは異なる異常状態信号を伝送する異常状態信号伝送回路を２次側に備え、
前記異常状態信号を受けて、絶縁型スイッチング電源又は前記負荷装置の保護動作を行う保護動作実施回路を１次側に備え、
前記異常状態信号伝送回路は、正常時にパルス信号を繰り返し発生して、そのパルス信号を前記信号伝送トランス部を介して前記保護動作実施回路へ与えるパルス信号発生回路を含み、
前記保護動作実施回路は、前記パルス信号が検知されなくなることで異常状態と判定して、前記保護動作を行い、
前記保護動作実施回路は、絶縁型スイッチング電源の正常な起動直後から前記パルス信号が発生されるまでの期間をマスキングして前記保護動作に至らないようにする遅延回路を含む、
絶縁型スイッチング電源。
【請求項２】
前記異常状態信号の発生時に警報信号を出力する警報信号出力回路を１次側又は２次側に備えた、請求項１に記載の絶縁型スイッチング電源。
【請求項３】
前記保護動作実施回路の保護動作は前記電力スイッチのオンデューティの低減又は前記電力スイッチのラッチ停止、若しくはヒカップ動作によって行われる、請求項１または２に記載の絶縁型スイッチング電源。
【請求項４】
前記異常検出回路が検出する絶縁型スイッチング電源の異常は、入力の低電圧状態、入力の過電圧状態、出力の低電圧状態、出力の過電圧状態、入力電流の過電流状態、出力電流の過電流状態、又は絶縁型スイッチング電源の構成部品の過熱状態、の少なくとも何れかである、請求項１〜３の何れかに記載の絶縁型スイッチング電源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１次−２次間の電力伝送・電圧変換機能や１次−２次間の信号伝送機能等を有する複合トランスを備えた絶縁型スイッチング電源に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
１対のコアを用いて互いに独立と見なせる複合トランスと、それを用いた絶縁型スイッチング電源が特許文献１、特許文献２、及び特許文献３が開示されている。
【０００３】
図１（Ａ），図１（Ｂ）は、特許文献３の第２の実施形態に示された複合トランスをプリント基板に形成した際の配線例を示している。また、図２（Ａ）は信号伝送トランス部の磁路、図２（Ｂ）は電力伝送トランス部の磁路を示している。図１（Ａ）は両面基板１００ａの平面図、図１（Ｂ）は両面基板１００ｂの平面図であり、これらが積層されて４層基板が構成される。図１（Ａ），図１（Ｂ）には、５本脚のトランスコア（Ｅ−Ｉ形状、もしくはＥ−Ｅ形状の）の磁脚部分１０６ａａ，１０６ａｂ，１０６ｂ，１０６ｃａ，１０６ｃｂの断面が表れている。中心の磁脚１０６ｂの周囲には、３ターンの渦巻き状の１次コイル１０１ａが両面基板１００ａに形成されている。また、２ターンの渦巻き状の２次コイル１０３ａが両面基板１００ｂに形成されている。そのため、両面基板１００ａ，１００ｂを同軸状に積層すると、１次側３ターン：２次側２ターンの電力伝送トランスが構成される。
【０００４】
両面基板１００ａ，１００ｂ上において、磁脚１０６ａａと磁脚１０６ａｂに反対方向に１ターンずつ巻かれたコイルが直列接続され、第１の信号伝送トランス部の１次コイル１０２ａと２次コイル１０４ａが形成されている。磁脚１０６ａａと磁脚１０６ａｂは中心の磁脚１０６ｂからの距離が等しく、断面積も同じため、電力伝送トランスによって磁脚１０６ａａに巻かれたコイルに誘起される電圧と、磁脚１０６ａｂに巻かれたコイルに誘起される電圧とが、逆極性で、かつ同一電圧値になり打ち消しあう。これによって、前記第１の信号伝送トランス部の１次コイル１０２ａ、２次コイル１０４ａの出力端には電力伝送トランスによって誘起された電圧が表れない。一方、第１の信号伝送トランス部の磁脚１０６ａａに巻かれたコイルで発生する磁束と、磁脚１０６ａｂに巻かれたコイルで発生する磁束とは、逆方向であり、かつ磁束量が等しいため、中心の磁脚１０６ｂでは打ち消しあう。前述の動作により、電力伝送トランス部と第１の信号伝送トランス部は、見かけ上、互いに独立であるかのように動作する。
【０００５】
同様の原理で、磁脚１０６ｃａと磁脚１０６ｃｂには反対方向に１ターンずつ巻かれた１次コイル１２２ａと２次コイル１２３ａとで形成された第２の信号伝送トランスと、電力伝送トランス部とは見かけ上、互いに独立であるかのように動作する。また、第１の信号伝送トランス部と第２の信号伝送トランス部は位置的に離れて形成されているので、互いにほとんど影響を与えない。このような原理で、１対のコアで、見かけ上独立な、１個の電力伝送トランス部と、２個の信号伝送トランス部が構成できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２６０６３９号公報
【特許文献２】特開２００４−３４９２９３号公報
【特許文献３】国際公開第２００７／０６９４０３号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献３には、出力過電圧保護、出力低電圧保護、過熱保護回路等の保護回路への適用が言及されているものの、その具体的な構成例は示されていない。
【０００８】
本発明の目的は、複合トランスを用いた絶縁型スイッチング電源の保護回路についての具体的な回路構成を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は前記課題を解決するために次のように構成する。
本発明の絶縁型スイッチング電源は、電力伝送トランスによって入出力が絶縁され、１次側に少なくとも１個の電力スイッチを備えて入力電力をスイッチングし、２次側に少なくとも１個の整流器と、出力フィルタとを備え、負荷装置に電力を供給するものであって、
実質的に互いに独立な、電力伝送トランス部及び信号伝送トランス部を一対のコアを共用して一体形成した複合トランスを備え、
絶縁型スイッチング電源又は前記負荷回路の異常を検出する異常検出回路、及び前記異常検出回路が異常を検出すると前記信号伝送トランス部を介して２次側から１次側へ、正常状態の信号とは異なる異常状態信号を伝送する異常状態信号伝送回路を２次側に備え、
前記異常状態信号を受けて、絶縁型スイッチング電源又は前記負荷装置の保護動作を行う保護動作実施回路を１次側に備える。
【００１０】
また、本発明の別の絶縁型スイッチング電源は、電力伝送トランスによって入出力が絶縁され、１次側に少なくとも１個の電力スイッチを備えて入力電力をスイッチングし、２次側に少なくとも１個の整流器と、出力フィルタとを備え、負荷装置に電力を供給するものであって、
実質的に互いに独立な、電力伝送トランス部及び信号伝送トランス部を一対のコアを共用して一体形成した複合トランスを備え、
絶縁型スイッチング電源又は前記負荷回路の異常を検出する異常検出回路、及び前記異常検出回路が異常状態を検出すると絶縁型スイッチング電源又は前記負荷装置の保護動作を実施する保護動作実施回路を１次側に備え、
前記異常検出回路が異常を検出すると前記信号伝送トランス部を介して１次側から２次側へ、正常状態の信号とは異なる異常状態信号を伝送する異常状態信号伝送回路を１次側に備え、
前記異常状態信号の発生時に警報信号を出力する警報信号出力回路を２次側に備える。
【００１１】
本発明の更に別の絶縁型スイッチング電源は、電力伝送トランスによって入出力が絶縁され、１次側に少なくとも１個の電力スイッチを備えて入力電力をスイッチングし、２次側に少なくとも１個の整流器と、出力フィルタとを備え、負荷装置に電力を供給するものであって、
実質的に互いに独立な、電力伝送トランス部及び信号伝送トランス部を一対のコアを共用して一体形成した複合トランスを備え、
絶縁型スイッチング電源の異常状態又は前記負荷回路の異常を検出し、異常のとき、前記信号伝送トランス部に正常状態の信号とは異なる異常状態信号を励起し、前記信号伝送トランスに励起された信号が１次側から２次側へ、及び２次側から１次側へ、双方向伝送する異常検出伝送回路を備え、
前記異常状態信号を受けて、絶縁型スイッチング電源又は前記負荷装置の保護動作を実施する保護動作実施回路を１次側に備える。
【００１２】
前記異常検出回路は、必要に応じて１次側又は２次側に備えて、絶縁型スイッチング電源における異常状態を検出する。絶縁型スイッチング電源における異常状態とは、入力の低電圧状態、入力の過電圧状態、出力の低電圧状態、出力の過電圧状態、入力電流の過電流状態、出力電流の過電流状態、又は回路素子の過熱状態の少なくとも何れかである。
【００１３】
また、異常状態と判定すると、電力スイッチのデューティの低減、前記電力スイッチのラッチ停止、又はヒカップ動作などによって絶縁型スイッチング電源及び負荷装置を保護する保護動作実施回路を１次側に備える。
【００１４】
必要に応じて警報信号出力回路を１次側又は２次側に備え、前記異常検出回路が絶縁型スイッチング電源の異常状態を検出すると、絶縁型スイッチング電源の外部に警報信号を出力する。
【００１５】
前記異常検出回路、保護動作実施回路、及び警報信号出力回路が、１次側にのみ配置できるか、２次側にのみ配置できる場合には、１次−２次間の信号伝送は不要である。しかし、前記異常検出回路、保護動作実施回路、又は警報信号出力回路が１次−２次間に分離されて配置される場合には、１次−２次間で保護動作に関連する信号のやり取りが必要になる。本発明は、複合トランスの信号伝送トランス部を用いて、保護動作に関連する信号をやり取りする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば次のような効果を奏する。
異常検出回路、保護動作実施回路、警報信号出力回路を必要に応じて１次−２次間に分離して配置でき、異常発生の可能性がある部位を直接検出できるので、高精度の異常検出が可能である。
【００１７】
異常を検出した部位に関わらず、警報信号を１次側、２次側のどちらにも出力できるので、絶縁型スイッチング電源、及びその周辺回路の保護、メンテナンスに都合が良い。
【００１８】
最高使用温度が１００℃程度に限定されて、ＣＴＲの経年劣化もあるフォトカプラを１次−２次間の信号伝送に使用する必要がないので高信頼性が確保できる。
【００１９】
基板のパターンでコイルを形成した複合トランスを用いる事で、小型、低コストの絶縁型スイッチング電源を実現できる。
【００２０】
信号伝送トランスはフォトカプラと異なり、２次側から１次側へ、１次側から２次側へ、の双方向で伝送が可能なため、保護回路の設計自由度が高くなる。
【００２１】
更に、特許文献３の第２の実施形態に示された複合トランスは、電力伝送トランス部の他に、複数の信号伝送トランス部を形成できるので、他の信号伝送トランス部を同期整流器の駆動や、出力電圧の安定化制御などに用いる事ができる。このことによって高機能な絶縁型スイッチング電源を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１（Ａ），図１（Ｂ）は、特許文献３の第２の実施形態に示された複合トランスをプリント基板に形成した際の配線例を示す図である。
【図２】図２（Ａ）は信号伝送トランス部の磁路、図２（Ｂ）は電力伝送トランス部の磁路をそれぞれ示す図である。
【図３】第１の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源９１の回路図である。
【図４】図３各部の波形図である。
【図５】第２の実施形態係る絶縁型スイッチング電源９２の回路図である。
【図６】図５各部の波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
《第１の実施形態》
図３は第１の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源９１の回路図、図４はその絶縁型スイッチング電源９１の各部の波形図である。
第１の実施形態の絶縁型スイッチング電源９１は、出力電圧が規格値以下に低下した場合にヒカップ保護動作を行うとともに、外部に警報信号を出力する機能を備えている。
【００２４】
図３に示す絶縁型スイッチング電源９１は、＋入力端子「＋Ｖｉｎ」、−入力端子「−Ｖｉｎ」、＋出力端子「＋Ｖｏｕｔ」、−出力端子「−Ｖｏｕｔ」を備えている。また、絶縁型スイッチング電源９１は、絶縁型スイッチング電源の動作／停止を外部から制御するリモートコントロール端子ＲＣ、絶縁型スイッチング電源の出力電圧が一定値以下に低下した際に電流を引き込む警報信号出力端子ＶＡＬＭを備えている。
【００２５】
絶縁型スイッチング電源９１は次の構成要素を備えている。
それぞれＮチャネルＭＯＳＦＥＴであるスイッチ素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ１４、
ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３、
コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４、
抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８、
コンパレータＣＭＰ１，ＣＭＰ２、
ＮＯＲゲートで構成したマルチバイブレータＭＶ１，ＭＶ２，ＭＶ３、
一つの複合トランスに構成されたトランス部Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３、
入力フィルタ５１、
入力低電圧監視及びリモートコントロール回路５２、
ヒカップ制御回路５３、
遅延回路５４、
電流・電圧増幅回路５５、
クランプスイッチＱ２の駆動回路５６、
ゼロ電圧状態検出回路５７、
出力フィルタ５８、
及び過電流保護回路５９。
【００２６】
前記スイッチ素子Ｑ１は電力スイッチ（主スイッチ）、スイッチ素子Ｑ２はクランプスイッチである。前記ダイオードＤ１は絶縁型スイッチング電源９１の整流ダイオードである。前記抵抗Ｒ８は出力電流検出抵抗である。前記マルチバイブレータＭＶ１，ＭＶ２，ＭＶ３のそれぞれは、発振／停止の制御端子ｃｎｔ及び出力端子ｏｕｔを備えている。
【００２７】
前記トランス部Ｔ１は電力伝送トランス部であり、１次コイルｎ１１、２次コイルｎ１２、３次コイルｎ１３、４次コイルｎ１４、及び５次コイルｎ１５を備えている。また、前記トランス部Ｔ２は第１の信号伝送トランス部であり、１次コイルｎ２１及び２次コイルｎ２２を備えている。さらに、前記トランス部Ｔ３は第２の信号伝送トランス部であり、１次コイルｎ３１及び２次コイルｎ３２を備えている。
【００２８】
図４には、絶縁型スイッチング電源９１の出力電圧波形（ａ）、電力スイッチＱ１のゲート−ソース間電圧波形（ｂ）、電力スイッチＱ１のドレイン−ソース間電圧波形（ｃ）、電圧伝送トランス部Ｔ１の１次コイルｎ１１の電流波形（＝電力スイッチＱ１のドレイン電流波形）（ｄ）、電圧伝送トランス部Ｔ１の２次コイルｎ１２の電流波形（＝整流ダイオードＤ１の電流波形）（ｅ）、第１の信号伝送トランス部Ｔ２の入出力電圧波形（ｆ）、第２の信号伝送トランス部Ｔ３の入出力電圧波形（ｇ）、ヒカップ制御回路５３の出力電圧波形（ｈ）がそれぞれ示されている。
【００２９】
図４は、Ａ点で出力が短絡して過電流保護回路５９が作動し、その結果、絶縁型スイッチング電源９１の出力電圧が垂下した様子を示している。
【００３０】
ヒカップ制御回路５３は単安定マルチバイブレータで構成されていて、パルス信号が入力された後、一定時間だけ出力電圧をＨレベルにする。出力電圧がＬレベルからＨレベルになると、マルチバイブレータＭＶ１の自由発振が停止してスイッチング動作が停止する。
【００３１】
第１の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源９１は、電流臨界モードで動作し、ゼロ電圧スイッチングするフライバックコンバータである。絶縁型スイッチング電源９１の入力端子「＋Ｖｉｎ」−「−Ｖｉｎ」間に入力された直流電力は、電力スイッチＱ１でスイッチングされて交流電力に変換される。電力スイッチＱ１がオンすると、図４で波形（ｄ）に示すように、電力伝送トランス部Ｔ１の１次コイルｎ１１の電流が直線的に増加し、励磁インダクタンスに電磁エネルギーが蓄積される。電力スイッチＱ１がオフすると、Ｑ１と並列に存在する寄生容量に電荷が充電され、電力スイッチＱ１のドレイン−ソース間電圧が増加する。Ｑ１のドレイン−ソース間電圧がコンデンサＣ１の両端電圧Ｖｃ１を越えると、クランプスイッチＱ２の寄生ダイオードが導通してコンデンサＣ１に電流が流れ込み、電力伝送トランス部Ｔ１の電磁エネルギーがコンデンサＣ１の静電エネルギーに変換される。
【００３２】
また、ここで、１次コイルｎ１のターン数をｎ１、２次コイルのターン数をｎ２で表すと、前記コンデンサＣ１の両端電圧Ｖｃ１と絶縁型スイッチング電源９１の出力電圧Ｖｏｕｔとは以下の関係があるため、クランプスイッチＱ２の寄生ダイオードの導通と同時に整流ダイオードＤ１も導通して出力フィルタ５８に電力が伝送される。
【００３３】
Ｖｃ１≒ｎ１１／ｎ１２・Ｖｏｕｔ
整流ダイオードＤ１を介して供給される直流電流は、出力フィルタ５８によってリップル成分が低減されて、＋Ｖｏｕｔ、−Ｖｏｕｔ端子から出力される。クランプスイッチＱ２の寄生ダイオードの導通期間中にクランプスイッチＱ２をオンすると、電力伝送トランス部Ｔ１の電磁エネルギーが全てコンデンサＣ１の静電エネルギーに変換された後もＬＣ共振が継続し、クランプスイッチＱ２のドレインからソース方向に電流が流れる。クランプスイッチＱ２の駆動回路５６は内部に時定数回路を有しており、クランプスイッチＱ２の寄生ダイオードが導通してから一定の期間を経るとＱ２をオフさせる。
【００３４】
クランプスイッチＱ２の駆動回路５６がクランプスイッチＱ２をオフすると、電力伝送トランス部Ｔ１のインダクタンスと共にＬＣ共振するコンデンサの容量は“Ｑ１に対して並列に存在する寄生容量”＋“コンデンサＣ１の容量”から“Ｑ１に対して並列に存在する寄生容量”に変化する。そのため、電力スイッチＱ１のドレイン−ソース間電圧が急激に低下する。
【００３５】
前記ＬＣ共振によって電力スイッチＱ１のドレイン−ソース間電圧がほぼゼロボルトになると、ゼロ電圧状態検出回路５７がＨレベルのパルス信号を発生する。このパルス信号がダイオードＤ２を介してマルチバイブレータＭＶ１に加わると、マルチバイブレータＭＶ１の出力が反転する。その結果、電流・電圧増幅回路５５を介して電力スイッチＱ１のゲートに電荷が充電されて、電力スイッチＱ１がオンする。
【００３６】
前述の動作によってゼロ電圧スイッチング動作が繰り返されるが、電力スイッチＱ１のオフタイミングは、第１の信号伝送トランス部Ｔ２を経由して２次側から１次側に伝送されるパルス信号によって規定される。
【００３７】
整流ダイオードＤ１の電圧を抵抗Ｒ４，Ｒ５、コンデンサＣ２で積分する事で、平均値が絶縁型スイッチング電源９１の出力電圧に比例するランプ波が形成される。前記ランプ波は、コンパレータＣＭＰ１で基準電圧Ｖｒｅｆと比較され、前記ランプ波電圧が基準電圧Ｖｒｅｆを超えたとき（タイミング）で、コンパレータＣＭＰ１の出力電圧がＨレベルからＬレベルに反転する。
【００３８】
一方、電力伝送トランス部Ｔ１の５次コイルｎ１５の電圧を抵抗Ｒ２，Ｒ３で分圧された電圧がダイオードＤ３を介してマルチバイブレータＭＶ２に入力される。したがって、マルチバイブレータＭＶ２は、電力スイッチＱ１のオン期間で、かつコンパレータＣＭＰ１の出力電圧がＬレベルになると自由発振して、ｏｕｔ端子からパルス信号が発生される。
【００３９】
前記パルス信号は、第１の信号伝送トランス部Ｔ２の２次コイルｎ２２から１次コイルｎ２１に伝送され、スイッチ素子Ｑ３をオンする。スイッチ素子Ｑ３がオンすると、マルチバイブレータＭＶ１が反転し、電流・電圧増幅回路５５を介して電力スイッチＱ１のゲートの蓄積電荷が放電され、電力スイッチＱ１がオフする。前述のように、Ｑ１のオフするタイミングがコンパレータＣＭＰ１で制御される事で電力スイッチＱ１のオンデューティが制御され、出力電圧がほぼ一定値になるよう安定化される。
【００４０】
絶縁型スイッチング電源９１において、正常時には、抵抗Ｒ６，Ｒ７で分圧された電圧が基準電圧Ｖｒｅｆより大きいため、コンパレータＣＭＰ２の出力電圧はＬレベルである。そのため、マルチバイブレータＭＶ３が自由発振して矩形波状のパルス信号を発生する。このパルス信号が第２の信号伝送トランス部Ｔ３の２次コイルｎ３２及び１次コイルｎ３１を介して遅延回路５４へ伝送される。（パルス信号が伝送される状態が継続される。）
前記パルス信号が遅延回路５４を介してヒカップ制御回路５３に加わっている間は、ヒカップ制御回路５３の出力電圧はＬレベルを維持し、マルチバイブレータＭＶ１の発振動作を妨げないので、電力スイッチＱ１のスイッチング動作が継続される。
【００４１】
図４中の波形（ａ）に示すように、Ａ点において絶縁型スイッチング電源の出力が短絡されると、出力電流検出抵抗Ｒ８の降下電圧が増加して過電流保護回路５９によって第１の信号伝送トランスで２次側から１次側に伝送されるパルス信号の伝送タイミングが早められて電力スイッチＱ１のデューティが低減される。
【００４２】
電力スイッチＱ１のオンデューティの低減によって出力電圧が垂下すると、抵抗Ｒ６，Ｒ７で分圧された電圧が低下して、その電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ以下になると、コンパレータＣＭＰ２の出力電圧がＬレベルからＨレベルに反転する。コンパレータＣＭＰ２出力電圧がＨレベルになると、マルチバイブレータＭＶ３の発振が停止して、パルス信号が出力されなくなる。同時にスイッチ素子Ｑ１４がオンして警報信号出力端子ＶＡＬＭから電流が引き込まれる事で、絶縁型スイッチング電源９１の外部に警報信号が出力される。前記警報信号は、負荷装置の保護動作やメンテナンスに利用される。
【００４３】
前述のように、絶縁型スイッチング電源９１の出力電圧が低下し、マルチバイブレータＭＶ３が発振しなくなると、正常時に第２の信号伝送トランス部Ｔ３を介して２次側から１次側に伝送されていた信号が伝送されなくなる。第２の信号伝送トランス部Ｔ３からパルス信号が出力されなくなると、遅延回路５４で規定される遅延時間の後に、ヒカップ制御回路５３の出力電圧はＬレベルからＨレベルに反転する。ヒカップ制御回路５３の出力電圧がＨレベルになると、マルチバイブレータＭＶ１の発振が停止し、電力スイッチＱ１のスイッチング動作が停止する。
【００４４】
ヒカップ制御回路５３は、出力電圧をＨレベルにする事でスイッチング動作を休止させた後、一定の休止期間を経て、再び、出力電圧をＨレベルからＬレベルに反転させる。ヒカップ制御回路５３の出力電圧がＨレベルからＬレベルに反転すると、マルチバイブレータＭＶ１が再度発振する。その結果、電力スイッチＱ１のスイッチング動作が再開される。
【００４５】
電力スイッチＱ１のスイッチング動作の再開後も出力の短絡状態が維持されていると、出力電圧が垂下された状態であるので、マルチバイブレータＭＶ３が発振せず、第２の信号伝送トランス部Ｔ３を介するパルス信号が伝送されない。そのため、遅延回路５４で規定される遅延時間の後に、ヒカップ制御回路５３の出力電圧（マルチバイブレータＭＶ１のｃｎｔ端子電圧）がＬレベルからＨレベルに反転し、電力スイッチＱ１のスイッチング動作が再び停止する。
【００４６】
出力の短絡状態が維持されている間は、前述のサイクルに従って動作→停止→動作→停止が繰り返され、ヒカップ保護動作が行われる。出力の短絡状態が解除されると、再起動時にコンパレータＣＭＰ２の出力がＬレベルに反転する。そのため、マルチバイブレータＭＶ３が発振してパルス信号が発生し、第２の信号伝送トランス部Ｔ３を介して２次側から１次側にパルス信号が伝送され。その結果、正常なスイッチング動作に復帰する。
【００４７】
絶縁型スイッチング電源９１の入力電圧が規定値未満である場合や、リモートコントロール端子ＲＣに絶縁型スイッチング電源９１を停止させる信号が入力されていると、入力低電圧監視及びリモートコントロール回路５２がマルチバイブレータＭＶ１のｃｎｔ端子の電圧をＨレベルにする。そのため、マルチバイブレータＭＶ１の発振が停止して、電力スイッチＱ１のスイッチング動作は行われない。入力電圧が規定値以上になり、かつリモートコントロール端子ＲＣに停止信号が入力されないと、電力スイッチＱ１がスイッチング動作を開始する。
【００４８】
絶縁型スイッチング電源９１の正常な起動時、及びヒカップ動作の再起動時には、出力フィルタ５８内の平滑コンデンサの充電が行われ、出力電圧が緩やかに増加するので、起動直後の一定期間は出力低電圧保護回路のしきい値未満になる。また、起動直後は２次側にマルチバイブレータＭＶ３を駆動する電力源が形成されていないので、絶縁型スイッチング電源９１が起動してからマルチバイブレータＭＶ３が発振を始めるまでにも、遅延時間が生じる。前記平滑コンデンサの充電期間及びマルチバイブレータＭＶ３の起動遅延時間より、遅延回路５４で形成される遅延時間の方が長くなるように設定しておけば、起動直後でもヒカップ制御回路５３の出力電圧がＬレベルに維持される。そのため、マルチバイブレータＭＶ１の発振動作は妨げられず、電力スイッチＱ１のスイッチング動作が継続される。
【００４９】
《第２の実施形態》
図５は第２の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源９２の回路図、図６はその絶縁型スイッチング電源９２の各部の波形図である。
第２の実施形態の絶縁型スイッチング電源９２は、回路素子の温度が規格値以上に上昇した場合にラッチ停止する保護動作機能を備えている。また、１次側の回路素子である電力スイッチが過熱した場合だけでなく、２次側回路素子である同期整流器が過熱した場合にもラッチ停止するので、安全性の高い過熱保護動作を行う事ができる。
【００５０】
図５に示す絶縁型スイッチング電源９２は、絶縁型スイッチング電源の＋入力端子「＋Ｖｉｎ」、絶縁型スイッチング電源の−入力端子「−Ｖｉｎ」、絶縁型スイッチング電源の＋出力端子「＋Ｖｏｕｔ」、絶縁型スイッチング電源の−出力端子「−Ｖｏｕｔ」、１次制御回路を駆動するための補助電源入力端子Ｖｃｃを備えている。
【００５１】
絶縁型スイッチング電源９２は次の構成要素を備えている。
それぞれＮチャネルＭＯＳＦＥＴであるスイッチ素子Ｑ１、Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６、
ＮＰＮトランジスタＱ７，Ｑ１０、
ＰＮＰトランジスタＱ８，Ｑ１１、
サイリスタＱ９、
ダイオードＤ４，Ｄ５，Ｄ６、
第１のポジティブサーミスタＰＴＨ１、
第２のポジティブサーミスタＰＴＨ２、
コンデンサＣ５，Ｃ６，Ｃ７，Ｃ８，Ｃ９，Ｃ１０，Ｃ１１、
チョークコイルＬ１、
抵抗Ｒ９，Ｒ１０，Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ１４，Ｒ１５，Ｒ１６，Ｒ１７、
一つの複合トランスに構成されたトランス部Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３、
ＰＷＭ制御ＩＣ６０、
及び警報信号出力回路６１。
【００５２】
前記スイッチ素子Ｑ１は電力スイッチ（主スイッチ）、前記スイッチ素子Ｑ４は整流側同期整流器、前記スイッチ素子Ｑ５は転流側同期整流器である。
【００５３】
前記ポジティブサーミスタＰＴＨ１は電力スイッチＱ１の近傍に実装されていて、電力スイッチＱ１の温度を検出する。また、前記ポジティブサーミスタＰＴＨ２は同期整流器Ｑ４，Ｑ５の近傍に実装されていて、同期整流器Ｑ４，Ｑ５の温度を検出する。
前記コンデンサＣ５は入力電圧を平滑し、前記コンデンサＣ１０は出力電圧を平滑する。
【００５４】
前記トランス部Ｔ１は電力伝送トランス部であり、１次コイルｎ１１、２次コイルｎ１２、３次コイルｎ１３を備えている。また、前記トランス部Ｔ２は第１の信号伝送トランス部であり、１次コイルｎ２１及び２次コイルｎ２２を備えている。さらに、前記トランス部Ｔ３は第２の信号伝送トランス部であり、１次コイルｎ３１及び２次コイルｎ３２を備えている。
【００５５】
前記ＰＷＭ制御ＩＣ６０は、補助電源入力端子Ｖｃｃ、電力スイッチＱ１のゲート駆動信号出力端子ｏｕｔ、グランド端子ｇｎｄ、スイッチング動作の制御端子ｃｎｔを備えている。
【００５６】
前記ｃｎｔ端子の電圧がＨレベルだとｏｕｔ端子からゲート駆動信号が出力される。前記ｃｎｔ端子の電圧がＬレベルになるとｏｕｔ端子はｇｎｄ端子の電位となって電力スイッチＱ１はオフ状態を保つ。
【００５７】
図６には、絶縁型スイッチング電源９２の電力スイッチＱ１のゲート−ソース間電圧波形（ａ）、電力スイッチＱ１のドレイン−ソース間電圧波形（ｂ）、電力伝送トランス部Ｔ１の１次コイルｎ１１の電流波形（ｃ）、同期整流器Ｑ５のドレイン−ソース間電圧（ｄ）、第１の信号伝送トランス部Ｔ２の入出力電圧波形（ｅ）、第１のポジティブサーミスタＰＴＨ１の両端電圧（ｆ）、第２のポジティブサーミスタＰＴＨ２の両端電圧（ｇ）、第２の信号伝送トランス部Ｔ３の入出力電圧波形（ｈ）、ＰＷＭ制御ＩＣ６０のｃｎｔ端子の電圧波形（ｉ）がそれぞれ示されている。
【００５８】
図６において、左半分は、Ａ点において電力スイッチＱ１が過熱状態になりポジティブサーミスタＰＴＨ１の抵抗値が急増した様子を示している。右半分は、Ｂ点において同期整流器Ｑ４又はＱ５が過熱状態になりポジティブサーミスタＰＴＨ２の抵抗が急増した様子を示している。
【００５９】
第２の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源９２は、整流側及び転流側の整流器を同期整流器で構成した共振リセットフォワードコンバータである。絶縁型スイッチング電源９２の入力端子「＋Ｖｉｎ」−「−Ｖｉｎ」間に入力された直流電力は、コンデンサＣ５で平滑された後、電力スイッチＱ１でスイッチングされて交流電力に変換される。前記交流電力は、電力伝送トランス部Ｔ１の１次コイルｎ１１から２次コイルｎ１２に伝送され、相補的なタイミングで駆動される整流側同期整流器Ｑ４及び転流側同期整流器Ｑ５によって整流される。そして、チョークコイルＬ１とコンデンサＣ１０で構成される出力フィルタによって平滑されて、出力端子「＋Ｖｏｕｔ」−「−Ｖｏｕｔ」間から直流電力として出力される。
【００６０】
絶縁型スイッチング電源９２において、整流側同期整流器Ｑ４は、電力伝送トランス部Ｔ１の２次コイルｎ１２に発生する電圧によって電力スイッチＱ１のオン期間にオン、電力スイッチのオフ期間にオフするように駆動される。
【００６１】
転流側同期整流器Ｑ５は、電力スイッチＱ１のオフ直後に電力伝送トランス部Ｔ１の３次コイルｎ１３に生じるリセット電圧によって、スイッチ素子Ｑ６のソース→スイッチ素子Ｑ６のドレイン→３次コイルｎ１３→転流側同期整流器Ｑ５のゲートの経路で電流が流れる。そのため、転流側同期整流器Ｑ５の入力容量が充電されて転流側同期整流器Ｑ５がオンする。
【００６２】
電力伝送トランス部Ｔ１から共振リセット電圧が供給されなくなっても、スイッチ素子Ｑ６がオフしていると、転流側同期整流器Ｑ５のゲート蓄積電荷は放電せずに転流側同期整流器Ｑ５はオンし続ける。ＰＷＭ制御ＩＣ６０のｏｕｔ端子にゲート駆動信号が現れると、ゲート駆動信号による電力スイッチＱ１の入力容量の充電動作によって、第１の信号伝送トランス部Ｔ２にパルス信号が発生する。このパルス信号が、第１の信号伝送トランス部Ｔ２の１次コイルｎ２１から２次コイルｎ２２に伝送され、スイッチ素子Ｑ６のゲート−ソース間に加わり、スイッチ素子Ｑ６がオンする。スイッチ素子Ｑ６がオンすると、転流側同期整流器Ｑ５のゲートに蓄積した電荷が、転流側同期整流器Ｑ５のゲート→電力伝送トランス部Ｔ１の３次コイルｎ１３→スイッチ素子Ｑ６のドレイン→スイッチ素子Ｑ６のソースの経路で放電し、転流側同期整流器Ｑ５がオフする。
【００６３】
前述の動作により、電力スイッチＱ１のオン直前に転流側同期整流器Ｑ５がオフする事で、転流側同期整流器Ｑ５のターンオフ遅れによる短絡電流が流れず、高効率に電力変換できる。
【００６４】
図５においては、図示を省略しているが、絶縁型スイッチング電源９２の出力電圧を基準電圧と比較して生成した誤差信号がＰＷＭ制御ＩＣ６０にフィードバックされ、ＰＷＭ制御ＩＣ６０が電力スイッチＱ１のオンデューティを制御する事で、出力電圧が安定化される。
【００６５】
前述のような動作のスイッチング電源において、正常動作時は電力スイッチＱ１、同期整流器Ｑ４，Ｑ５の温度は十分低く保たれており、ポジティブサーミスタＰＴＨ１，ＰＴＨ２も抵抗値が小さい状態になる。抵抗Ｒ９、コンデンサＣ６、ポジティブサーミスタＰＴＨ１の直列回路、及び、抵抗Ｒ１４、コンデンサＣ９、ポジティブサーミスタＰＴＨ２の直列回路はそれぞれＲＣスナバ回路を形成しているが、ポジティブサーミスタＰＴＨ１，ＰＴＨ２の抵抗値が抵抗Ｒ９，Ｒ１４の抵抗値に対して小さいので、電力スイッチＱ１、転流側同期整流器Ｑ５の両端電圧の変動によるポジティブサーミスタＰＴＨ１、ＰＴＨ２両端電圧の変動幅は小さく、トランジスタＱ７，Ｑ１０はオフ状態を維持する。
【００６６】
何らかの異常により、図６のＡ点において電力スイッチＱ１の温度が上昇すると、電力スイッチＱ１の近傍に実装されたポジティブサーミスタＰＴＨ１の抵抗値が大きくなる。そのため、図６中の波形（ｆ）に現れているように、電力スイッチＱ１のオフ時にポジティブサーミスタＰＴＨ１の両端にパルス状の電圧が発生する。
【００６７】
前記パルス電圧でトランジスタＱ７がオンすると、トランジスタＱ８がオンしてコンデンサＣ７を通して第２の信号伝送トランス部Ｔ３の１次コイルｎ３１に電流が流れる。このことにより、図６中の波形（ｈ）に現れているように、第２の信号伝送トランス部Ｔ３にパルス電圧が発生する。このパルス電圧がトリガーになりサイリスタＱ９がオンするので、ＰＷＭ制御ＩＣ６０のｃｎｔ端子電圧がＬレベルにラッチされ、絶縁型スイッチング電源９２がラッチ停止する。
【００６８】
また、何らかの異常により、図６中のＢ点において同期整流器Ｑ４又はＱ５の温度が上昇すると、同期整流器Ｑ４，Ｑ５の近傍に実装されたポジティブサーミスタＰＴＨ２の抵抗値が大きくなる。そのため、図６中、波形（ｆ）に現れているように、電力スイッチＱ１のオフ時にポジティブサーミスタＰＴＨ２の両端にパルス状の電圧が発生する。このパルス状の電圧でトランジスタＱ１０がオンすると、トランジスタＱ１１がオンして、コンデンサＣ１１を通して第２の信号伝送トランス部Ｔ３の２次コイルｎ３２に電流が流れる。このことにより、図６中、波形（ｈ）に示すように、第２の信号伝送トランス部Ｔ３にパルス電圧が発生する。このパルス電圧がトリガーになりサイリスタＱ９がオンするので、ＰＷＭ制御ＩＣ６０のｃｎｔ端子電圧がＬレベルにラッチされ、絶縁型スイッチング電源がラッチ停止する。
【００６９】
なお、第２の信号伝送トランス部Ｔ３の２次コイルｎ３２に接続されたダイオードＤ６は、第２の信号伝送トランス部Ｔ３が正のパルス信号を伝送した直後の負電圧を導通させて、第２の信号伝送トランス部Ｔ３の励磁をリセットさせる。
【００７０】
警報信号出力回路６１は第２の信号伝送トランス部Ｔ３の２次コイルｎ３２に発生する（又は印加される）パルス信号を検出すれば警報信号を外部へ出力する。第２の信号伝送トランス部Ｔ３は異常検出信号を双方向に伝送するものであるので、第２の信号伝送トランス部Ｔ３の１次コイルｎ３１に警報信号出力回路を接続することにより、警報信号出力回路を１次側に設けることもできる。
【００７１】
以上に述べたように、１次側の回路素子である電力スイッチＱ１が過熱するか、又は２次側の回路素子である同期整流器Ｑ４，Ｑ５が過熱すると、サイリスタＱ９がオンしてラッチ停止の保護動作を行う。このように、１次−２次に亘って複数の回路素子の温度を監視するので安全性の高い過熱保護動作を行う事ができる。
【００７２】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されず、様々な応用展開が可能である。保護回路の検知する異常モードは、前記の出力の低電圧状態、回路素子の過熱状態以外にも、入力の低電圧状態、入力の過電圧状態、出力の過電圧状態、入力電流の過電流状態、又は出力電流の過電流状態等に適用可能である。また、異常状態を示す信号は２次側から１次側へ伝送するだけでなく、１次側から２次側へ伝送する事も可能である。また、例えば同期整流器の駆動信号やフィードバック信号と混合して他の信号を１つのパルストランスで伝送し、受信後に各信号を分離する事も可能である。また、異常状態を示す信号をデジタル信号の形態で伝送しても良い。
【符号の説明】
【００７３】
ＣＭＰ１，ＣＭＰ２…コンパレータ
ｃｎｔ…制御端子
Ｄ１…整流ダイオード
ｇｎｄ…グランド端子
Ｌ１…チョークコイル
ＭＶ１，ＭＶ２，ＭＶ３…マルチバイブレータ
ｎ１１…１次コイル
ｎ１２…２次コイル
ｎ１３…３次コイル
ｎ１４…４次コイル
ｎ１５…５次コイル
ｎ２１…１次コイル
ｎ２２…２次コイル
ｎ３１…１次コイル
ｎ３２…２次コイル
ｏｕｔ…出力端子
ＰＴＨ１，ＰＴＨ２…ポジティブサーミスタ
Ｑ１…スイッチ素子（電力スイッチ）
Ｑ２…スイッチ素子（クランプスイッチ）
Ｑ４…整流側同期整流器
Ｑ５…転流側同期整流器
Ｑ９…サイリスタ
Ｒ８…出力電流検出抵抗
ＲＣ…リモートコントロール端子
Ｔ１…電力伝送トランス部
Ｔ２…第１の信号伝送トランス部
Ｔ３…第２の信号伝送トランス部
ＶＡＬＭ…警報信号出力端子
Ｖｃｃ…補助電源入力端子
Ｖｒｅｆ…基準電圧
５１…入力フィルタ
５２…入力低電圧監視及びリモートコントロール回路
５３…ヒカップ制御回路
５４…遅延回路
５５…電流・電圧増幅回路
５６…クランプスイッチＱ２の駆動回路
５７…ゼロ電圧状態検出回路
５８…出力フィルタ
５９…過電流保護回路
６０…ＰＷＭ制御ＩＣ
９１，９２…絶縁型スイッチング電源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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