(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流の出力電圧を検出して制御回路に入力し、該制御回路によりスイッチングトランジスタのオン，オフを制御して、前記出力電圧を安定化するスイッチング電源装置の過電流保護回路に於いて、
前記スイッチングトランジスタを一次巻線に接続したトランスの一次巻線又は二次巻線に流れる電流を検出するカレントトランスと、
該カレントトランスの二次巻線に接続した第１のダイオードと抵抗との直列回路と、
前記抵抗の両端の電圧を第２のダイオードを介して充電するコンデンサと、
前記電流が過電流状態となった時の前記コンデンサの端子電圧がツェナー電圧を超えて前記制御回路に前記出力電圧を垂下させる検出信号として入力させるツェナーダイオードと
を備えたことを特徴とする過電流保護回路。
【請求項２】
前記制御回路の入力端子に接続したホトカプラに、前記出力電圧の検出信号と、前記カレントトランスにより検出した電流が過電流状態を示す時の前記ツェナーダイオードを介した信号とを入力する構成としたことを特徴とする請求項１記載の過電流保護回路。
【請求項３】
トランスの一次巻線にスイッチングトランジスタを接続し、該トランスの二次巻線に整流平滑回路を接続したコンバータを複数個設け、前記整流平滑回路を介した出力電圧を共通の負荷に印加するスイッチング電源装置の過電流保護回路に於いて、  前記複数のコンバータのトランスの一次巻線又は二次巻線に流れる電流を検出する前記トランス対応のカレントトランスと、
該カレントトランスの二次巻線に接続した第１のダイオードと抵抗との直列回路と、
前記抵抗の両端の電圧を第２のダイオードを介して充電するコンデンサと、
該コンデンサの充電電圧をそれぞれダイオードを介して共通に印加し、前記電流が過電流状態となった時の前記コンデンサの端子電圧がツェナー電圧を超えて前記制御回路に前記出力電圧を垂下させる検出信号として入力させるツェナーダイオードと
を備えたことを特徴とする過電流保護回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種の電子回路等の負荷に、安定化した直流電圧を供給するスイッチング電源装置に於いて、過電流が流れた時に、直流電圧を垂下させて保護を行う過電流保護回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は従来例の説明図であり、トランスＴ１の一次巻線にスイッチングトランジスタＱ１を介して直流の入力電圧Ｖｉｎを印加し、制御回路ＣＮＴによりスイッチングトランジスタＱ１のオン，オフを制御する。又トランスＴ１の二次巻線にダイオードＤ１，Ｄ２とコンデンサＣ１とチョークコイルＬ１とを含む整流平滑回路を接続し、二次巻線の誘起電圧を整流平滑化して負荷に直流の出力電圧Ｖｏｕｔを印加する。
【０００３】
又この出力電圧ＶｏｕｔをシャントレギュレータＭ１を介してホトカプラＰＣ１１の発光ダイオードに印加し、シャントレギュレータＭ１を介して流れる電流を、抵抗Ｒ２，Ｒ３の分圧電圧に従って制御する。従って、制御回路ＣＮＴに、出力電圧Ｖｏｕｔの検出信号がホトカプラＰＣ１１を介して入力され、出力電圧Ｖｏｕｔが一定となるように、制御回路ＣＮＴによってスイッチングトランジスタＱ１のオン期間が制御される。
【０００４】
又負荷に供給される電流Ｉを、抵抗Ｒｓにより検出し、演算増幅器Ａ１に入力する。又トランスＴ１の二次巻線の誘起電圧をダイオードＤ３１により整流し、コンデンサＣ３１により平滑化し、抵抗Ｒ３１を介してツェナーダイオードＺＤ３に印加して一定の電圧とし、演算増幅器Ａ１の動作電源電圧とする。又抵抗Ｒ３２とツェナーダイオードＺＤ４とにより基準電圧を形成して、比較器Ａ２に入力し、演算増幅器Ａ１の出力電圧の比較する。
【０００５】
負荷電流Ｉが増大して過電流状態となると、演算増幅器Ａ１の出力電圧が増加し、比較器Ａ２の出力電圧を抵抗Ｒ３４を介してホトカプラＰＣ１２の発光ダイオードに印加するから、ホトカプラＰＣ１２のホトトランジスタがオン状態となって、出力電圧Ｖｏｕｔが急上昇した場合と同様になり、制御回路ＣＮＴは、スイッチングトランジスタＱ１のオン期間を短縮する。それにより、出力電圧Ｖｏｕｔが垂下されて、過電流に対して保護することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
直流電流の検出には、抵抗Ｒｓのように、抵抗を用いる場合が一般的である。しかし、抵抗による電力損失が発生し、過電流時の発熱等の問題がある。又この電流Ｉを検出する為の抵抗Ｒｓの値を小さくして、電力損失を低減することになるが、それにより、検出電圧が小さいから、演算増幅器Ａ１のような増幅器を必要とし、その為の電源も必要となる。図５に示す構成に於いては、トランスＴ１の二次巻線の誘起電圧を利用して、演算増幅器Ａ１の電源を形成した場合を示すが、出力電圧Ｖｏｕｔを垂下させた時は、この演算増幅器Ａ１の電源電圧を確保できなくなる。
本発明は、電流検出による電力損失を無視できるようにし、且つ演算増幅器等を省略して、過電流保護を可能とすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の過電流保護回路は、（１）直流の出力電圧Ｖｏｕｔを検出して制御回路ＣＮＴに入力し、この制御回路ＣＮＴによりスイッチングトランジスタＱ１のオン，オフを制御して、出力電圧Ｖｏｕｔを安定化するスイッチング電源装置の過電流保護回路であって、スイッチングトランジスタＱ１を一次巻線に接続したトランスＴ１の一次巻線又は二次巻線に流れる電流を検出するカレントトランスＣＴ１と、このカレントトランスＣＴ１の二次巻線に接続した第１のダイオードＤ３と抵抗Ｒ１との直列回路と、この抵抗Ｒ１の両端の電圧を第２のダイオードＤ４を介して充電するコンデンサＣ２と、電流が過電流状態となった時のコンデンサＣ２の端子電圧がツェナー電圧を超えて制御回路ＣＮＴに、出力電圧Ｖｏｕｔを垂下させる検出信号として入力させるツェナーダイオードＺＤ１とを備えている。
【０００８】
又（２）制御回路ＣＮＴの入力端子に接続したホトカプラＰＣ１に、出力電圧Ｖｏｕｔの検出信号と、カレントトランスＣＴ１により検出した電流が過電流状態を示す時のツェナーダイオードＺＤ１を介した信号とを入力する構成とする。
【０００９】
又（３）トランスの一次巻線にスイッチングトランジスタを接続し、このトランスの二次巻線に整流平滑回路を接続したコンバータを複数個設け、整流平滑回路を介した出力電圧を共通の負荷に印加するスイッチング電源装置の過電流保護回路であって、複数のコンバータのトランスの一次巻線又は二次巻線に流れる電流を検出するトランス対応のカレントトランスと、このカレントトランスの検出電流を整流して充電するコンデンサと、このコンデンサの充電電圧をそれぞれダイオードを介して共通に印加し、電流が過電流状態となった時のコンデンサの端子電圧がツェナー電圧を超えて制御回路に、出力電圧を垂下させる検出信号として入力させるツェナーダイオードとを備えている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１の実施の形態の説明図であり、Ｔ１はトランス、Ｑ１はスイッチングトランジスタ、Ｄ１〜Ｄ４はダイオード、Ｌ１はチョークコイル、Ｃ１，Ｃ２はコンデンサ、Ｒ１〜Ｒ３は抵抗、ＣＮＴは制御回路、ＰＣ１はホトカプラ、Ｍ１はシャントレギレータ、ＺＤ１はツェナーダイオード、ＣＴ１はカレントトランスを示す。
【００１１】
トランスＴ１の一次巻線にスイッチングトランジスタＱ１を介して直流の入力電圧Ｖｉｎを印加し、このスイッチングトランジスタＱ１のオン，オフを制御回路ＣＮＴにより制御して、トランスＴ１の一次巻線に流れる電流をオン，オフし、それによるトランスＴ１の二次巻線の誘起電圧を、ダイオードＤ１，Ｄ２とチョークコイルＬ１とコンデンサＣ１とによる整流平滑回路により整流，平滑化して直流の出力電圧Ｖｏｕｔとし、この出力電圧Ｖｏｕｔを図示を省略した負荷に供給するフォワード型コンバータの場合を示している。
【００１２】
この出力電圧Ｖｏｕｔを抵抗Ｒ２，Ｒ３により分圧してシャントレギュレータＭ１を制御し、シャントレギュレータＭ１によりホトカプラＰＣ１の発光ダイオードに流れる電流を出力電圧Ｖｏｕｔに対応して制御し、ホトカプラＰＣ１のホトトランジスタの出力信号を制御回路ＣＮＴの入力端子に、出力電圧Ｖｏｕｔの検出信号として入力し、出力電圧Ｖｏｕｔが一定値となるように、スイッチングトランジスタＱ１のオン期間を制御する。
【００１３】
又トランスＴ１の二次巻線に流れる電流をカレントトランスＣＴ１により検出するもので、そのカレントトランスＣＴ１の二次巻線に、第１のダイオードＤ３と抵抗Ｒ１との直列回路を接続し、抵抗Ｒ１の両端の電圧を第２のダイオードＤ４を介してコンデンサＣ２に充電し、このコンデンサＣ２の端子電圧をツェナーダイオードＺＤ１に印加する。この場合のコンデンサＣ２の端子電圧は、カレントトランスＣＴ１の二次巻線により検出した検出電流値をピーク整流したものに相当する。前述のコンデンサＣ２の端子電圧は、トランスＴ１の二次巻線に流れる電流に比例したものとなるから、過電流状態に於いては、このコンデンサＣ２の端子電圧が、ツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧を超えることになり、このツェナーダイオードＺＤ１を介してホトカプラＰＣ１の発光ダイオードに、シャントレギュレータＭ１を介した電流以上の電流が流れる。それにより、制御回路ＣＮＴは、出力電圧Ｖｏｕｔが急上昇した場合と同様にスイッチングトランジスタＱ１のオン期間を短縮するように制御する。
【００１４】
即ち、図示を省略した負荷の短絡等による過電流が流れた時に、カレントトランスＣＴ１による電流検出値が大きくなるから、コンデンサＣ２の端子電圧がツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧を超える状態となる。それによって、制御回路ＣＮＴにホトカプラＰＣ１を介して入力される検出値が大きくなり、出力電圧Ｖｏｕｔが上昇した場合に相当し、スイッチングトランジスタＱ１のオン期間を短縮するように制御する。それによって、出力電圧Ｖｏｕｔを垂下させて、過電流保護を行うことができる。
【００１５】
この実施の形態は、電流を抵抗によって検出するものではないから、電流検出の為の電力損失を無視できるようにし、又比較器や演算増幅器を不要とすることにより、回路規模の縮小並びに経済化を図ることができる。
【００１６】
図２は本発明の第２の実施の形態の説明図であり、図１と同一符号は同一部分を示し、ＣＴ２はカレントトランスであり、カレントトランスＣＴ２をトランスＴ１の一次巻線側に設けた場合を示す。即ち、スイッチング電源装置のトランスＴ１の一次巻線に流れる電流は、スイッチングトランジスタＱ１によりオン，オフされるものであるから、カレントトランスＣＴ２により検出することができる。そして、カレントトランスＣＴ２により電流を検出してコンデンサＣ２を充電し、このコンデンサＣ２の端子電圧がツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧を超える状態となると、過電流状態であるから、ホトカプラＰＣ１の出力により、スイッチングトランジスタＱ１のオン期間を短縮して、出力電圧Ｖｏｕｔを垂下させる。それにより、過電流保護を行うことができる。
【００１７】
図３は本発明の第３の実施の形態の説明図であり、図１と同一符号は同一部分を示し、ＰＣ２はホトカプラを示す。図１に示す実施の形態は、ホトカプラＰＣ１の入力側の発光ダイオードに於いて過電流検出値と電圧検出値とを合成して制御回路ＣＮＴに入力するものであるが、図３に示す実施の形態は、ホトカプラＰＣ１，ＰＣ２の出力側のホトトランジスタに於いて合成する場合に相当する。なお、過電流検出による出力電圧Ｖｏｕｔの垂下制御の作用は、図１に示す場合と同様であるから、重複した説明は省略する。
【００１８】
図４は本発明の第４の実施の形態の説明図であり、Ｔ１，Ｔ２はトランス、Ｑ１，Ｑ２はスイッチングトランジスタ、ＣＴ１，ＣＴ２はカレントトランス、Ｄ１１〜Ｄ１５，Ｄ２１〜Ｄ２５はダイオード、Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ２１，Ｃ２２はコンデンサ、Ｌ１，Ｌ２はチョークコイル、Ｒ２，Ｒ３，Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ２１，Ｒ２２は抵抗、ＣＮＴは制御回路、ＺＤはツェナーダイオード、ＰＣ１はホトカプラ、Ｍ１はシャントレギュレータを示す。
【００１９】
この実施の形態は、フォワード型コンバータを２個並列運転するスイッチング電源装置の場合を示し、各コンバータに共通の直流の入力電圧Ｖｉｎを印加し、スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ２を共通の制御回路ＣＮＴによってオン，オフ制御し、トランスＴ１，Ｔ２の二次巻線の誘起電圧を整流平滑回路により整流して平滑化し、共通の負荷に出力電圧Ｖｏｕｔを印加するものである。
【００２０】
又シャントレギュレータＭ１と抵抗Ｒ２，Ｒ３とホトカプラＰＣ１との構成は、図１に於ける構成と同様である。この実施の形態は、各コンバータのトランスＴ１，Ｔ２の一次巻線に流れる電流をそれぞれ検出するカレントトランスＣＴ１，ＣＴ２を設け、それらのカレントトランスＣＴ１，ＣＴ２の検出電流を整流してコンデンサＣ１２，Ｃ２２に充電し、各コンデンサＣ１２，Ｃ２２の端子電圧を、ダイオードＤ１５，Ｄ２５（オア接続構成）を介して、ツェナーダイオードＺＤ１に印加する。このツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧を超える電圧が印加された時に、ホトカプラＰＣ１の発光ダイオードに電流が流れて、ホトカプラＰＣ１のホトトランジスタによって制御回路ＣＮＴに、過電流検出信号として入力する。
【００２１】
なお、シャントレギュレータＭ１を介して出力電圧Ｖｏｕｔに対応した電圧がホトカプラＰＣ１の発光ダイオードに印加されるから、ホトカプラＰＣ１のホトトランジスタによって、出力電圧Ｖｏｕｔに対応した信号を制御回路ＣＮＴに入力する。従って、制御回路ＣＮＴは、出力電圧Ｖｏｕｔに対応してスイッチングトランジスタＱ１，Ｑ２のオン期間を制御して、出力電圧Ｖｏｕｔの安定化を図るものである。又何れか一方又は両方のコンバータが過電流状態の時に、コンデンサＣ１２，Ｃ２２の端子電圧が、ツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧を超えることになり、その時のホトカプラＰＣ１を介した大きな信号が制御回路ＣＮＴに入力されることにより、スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ２のオン期間を短縮して、出力電圧Ｖｏｕｔを垂下させる。
【００２２】
従って、複数のコンバータを並列運転するスイッチング電源装置に於いても、各コンバータ対応の過電流状態の場合のコンデンサＣ１２，Ｃ２２の端子電圧がツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧を超えることにより、出力電圧Ｖｏｕｔを垂下させて、過電流保護を行うことができる。この場合も、カレントトランスＣＴ１，ＣＴ２をトランスＴ１，Ｔ２の二次巻線に流れる電流を検出するように設けることもできる。又２個のコンバータの並列運転のみでなく、更に多数のコンバータの並列運転構成に於いても、それぞれカレントトランスを設けて電流を検出し、過電流状態の時のコンデンサの端子電圧がツェナー電圧を超えることにより、出力電圧Ｖｏｕｔの垂下制御を行うことができる。
【００２３】
本発明は、前述の各実施の形態のみに限定されるものではなく、種々付加変更することが可能であり、例えば、フォワード型コンバータの構成のみでなく、他の形式のコンバータを用いた場合にも適用可能である。又出力電圧Ｖｏｕｔの検出手段として、抵抗Ｒ２，Ｒ３とシャントレギュレータＭ１とホトカプラＰＣ１とを用いた場合を示すが、他の検出手段を適用することも可能である。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、スイッチングトランジスタＱ１を一次巻線に接続したトランスＴ１の一次巻線又は二次巻線に流れる電流を検出するカレントトランスＣＴ１，ＣＴ２を設け、このカレントトランスの検出電流をダイオードＤ３，Ｄ４等により整流してコンデンサＣ２に充電し、このコンデンサＣ２の端子電圧が、過電流状態の時にツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧を超えることにより、制御回路ＣＮＴは、スイッチングトランジスタＱ１のオン期間を短縮して、出力電圧Ｖｏｕｔを垂下させ、過電流保護を行うものであり、電流検出の為の抵抗を用いないことにより、電力損失，発熱等の問題を解決し、又演算増幅器や比較器等の動作電源を必要とする回路部品を省略可能として、小型且つ経済化を図ることができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の説明図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態の説明図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態の説明図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態の説明図である。
【図５】従来例の説明図である。
【符号の説明】
Ｔ１  トランス
Ｑ１  スイッチングトランジスタ
ＣＮＴ  制御回路
ＣＴ１  カレントトランス
Ｄ１〜Ｄ４  ダイオード
Ｃ１，Ｃ２  コンデンサ
ＺＤ１  ツェナーダイオード
Ｒ１〜Ｒ３  抵抗
Ｍ１  シャントレギュレータ
ＰＣ１  ホトカプラ
Ｌ１  チョークコイル
【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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