(57)【要約】      （修正有）【課題】電源レベルに異常があった場合、スイッチング電源回路におけるフィードバック制御が可能な限り適正に行われるようにしたスイッチング電源回路。【解決手段】トランス１００に設けられる１次側巻線１０４の負極側にダイオード１３１のアノードを接続し、ダイオード１３１のカソードとグランドとの間にコンデンサ１３２を接続し、さらにトランジスタ１３３の、コレクタをダイオード１３１のカソードと接続し、ベースをツェナダイオード１１１のカソードと抵抗１１３との間に接続し、エミッタをフォトカプラ１２１に備えられるフォトトランジスタ１２１ａのコレクタに接続することによって、フォトトランジスタ電源回路１３０を構成し、当該フォトトランジスタ電源回路１３０により、１次側巻線１０１によって蓄積された磁気エネルギーの放出によって１次側巻線１０４の両端に得られる起電力をフォトトランジスタ１２１ａに供給する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電圧が印加される第１の１次側巻線と負荷が接続される２次側巻線とを有するトランスと、前記第１の１次側巻線をスイッチングするスイッチング回路と、前記２次側巻線から前記負荷への電源ラインの電圧レベルに応じて前記スイッチング回路の動作を制御するフィードバック回路と、を備え、前記スイッチング回路が、正極側の端子にコンデンサと抵抗の直列回路が接続され負極側の端子がグランドに接地された前記トランスに備えられる第２の１次側巻線と、カソードを前記コンデンサと抵抗の直列回路の他端に接続されアノードをグランドに接地されることにより前記コンデンサと抵抗の直列回路及び前記第２の１次側巻線と並列に接続される第１のダイオードと、前記第１の１次側巻線が接続されるライン上に備えられ且つ前記第１のダイオードのカソード側が制御端子に接続されることにより前記第１の１次側巻線をスイッチングするスイッチング素子と、を備え、前記フィードバック回路における２次側から１次側への信号伝達がフォトカプラによって行われる電気機器であって、前記フォトカプラに備えられるフォトトランジスタの駆動電源の全部に、前記スイッチング回路の前記スイッチング素子がオフとされることによる前記トランスに蓄積された磁気エネルギーの放出によって前記トランスに備えられた巻線から得られる起電力を用いたことを特徴とするスイッチング電源回路を備えた電気機器。
【請求項２】
前記トランスに第３の１次側巻線を設け、当該第３の１次側巻線の正極側をグランドに接地し、負極側に第２のダイオードのアノードを接続し、当該第２のダイオードのカソードとグランドとの間にコンデンサを接続し、さらにトランジスタが、コレクタを前記第２のダイオードのカソードと接続され、ベースを前記第１のダイオードのカソードと前記コンデンサと抵抗の直列回路の他端との間に接続され、エミッタを前記フォトカプラに備えられるフォトトランジスタのコレクタに接続されることによって構成されるフォトトランジスタ電源回路を備えることにより、前記フォトカプラに備えられるフォトトランジスタの駆動電源に、前記スイッチング回路の前記スイッチング素子がオフとされることによる前記トランスに蓄積された磁気エネルギーの放出によって前記第３の１次側巻線から得られる起電力を用いたことを特徴とする請求項１記載のスイッチング電源回路を備えた電気機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング電源回路を備えた電気機器に関するものであり、特に、スイッチング電源回路のフィードバック回路における２次側から１次側への信号伝達を行うフォトカプラのフォトトランジスタの駆動電源に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気機器の電源部には、１次側（電源側）と２次側（負荷側）との電気的な絶縁を保つためや、変圧のために、トランスを介して１次側から２次側への電力供給を行うスイッチング電源回路が広く用いられている。スイッチング電源回路には、２次側での電源出力を適正な値に保つため、２次側の出力レベルに応じて１次側のスイッチング動作を制御させるフィードバック回路が備えられ、当該フィードバック回路における２次側から１次側への信号の伝達には、１次側と２次側との電気的な絶縁を保つためフォトカプラが用いられている。このようなスイッチング電源回路に関する従来技術が特許文献１や特許文献２などによって開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−２５２７３８号公報
【特許文献２】特開２００３−１８９６０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図４に従来のスイッチング電源回路の一例を示した。図中のフォトカプラ１２１に備えられるフォトトランジスタ１２１ａの電源電圧は、コンデンサ１４１から供給されるものであり電源３の電圧に比例した電圧となる。従って、電源３の出力電圧が所定のレベルを有している限り、フォトトランジスタ１２１ａの駆動電源が不足することはないが、例えば、電力事情（電源の品質）が良くない地域などにおいて、電源３の出力電圧が一定値を下回ってしまうような場合には、フォトトランジスタ１２１ａの駆動電源が不足し、フォトカプラ１２１における信号の受信が行われなくなることとなる。フォトカプラ１２１における信号の受信が行われなくなると、フィードバック回路１２０によるスイッチング回路１１０の制御が行われないこととなり、２次側の電圧制御ができず、２次側に接続される負荷（各種回路やマイコンなど）の破損や暴走を生ずるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上述した点に鑑み、電源レベルに異常があった場合においても、スイッチング電源回路におけるフィードバック制御が、可能な限り適正に行われるようにしたスイッチング電源回路を備えた電気機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１のスイッチング電源回路を備えた電気機器は、直流電圧が印加される第１の１次側巻線と負荷が接続される２次側巻線とを有するトランスと、前記第１の１次側巻線をスイッチングするスイッチング回路と、前記２次側巻線から前記負荷への電源ラインの電圧レベルに応じて前記スイッチング回路の動作を制御するフィードバック回路と、を備え、前記スイッチング回路が、正極側の端子にコンデンサと抵抗の直列回路が接続され負極側の端子がグランドに接地された前記トランスに備えられる第２の１次側巻線と、カソードを前記コンデンサと抵抗の直列回路の他端に接続されアノードをグランドに接地されることにより前記コンデンサと抵抗の直列回路及び前記第２の１次側巻線と並列に接続される第１のダイオードと、前記第１の１次側巻線が接続されるライン上に備えられ且つ前記第１のダイオードのカソード側が制御端子に接続されることにより前記第１の１次側巻線をスイッチングするスイッチング素子と、を備え、前記フィードバック回路における２次側から１次側への信号伝達がフォトカプラによって行われる電気機器であって、前記フォトカプラに備えられるフォトトランジスタの駆動電源の全部に、前記スイッチング回路の前記スイッチング素子がオフとされることによる前記トランスに蓄積された磁気エネルギーの放出によって前記トランスに備えられた巻線から得られる起電力を用いたことを特徴とする。
【０００７】
上記構成によれば、フォトトランジスタの駆動電源が、スイッチング回路のスイッチング素子がオフとされることによってトランスに蓄積された磁気エネルギーが放出される際に、トランスに備えられた巻線から得られる起電力によって供給されるため、２次側に一定の電力供給が行われている状態である限りフォトトランジスタの駆動電源が不足することがない。すなわち、例えば図４における電源３の出力が一定の値を有しており、２次側への電力供給がなされている状態ではあるものの、電源３の出力が所定のレベルを下回っており、これに比例する電圧ではフォトトランジスタ１２１ａを駆動させることができない状態となっている場合であっても、上記構成によれば、２次側に一定の電力供給が行われている状態である限りフォトトランジスタを駆動させることができる。
【０００８】
請求項２のスイッチング電源回路を備えた電気機器は、請求項１記載のスイッチング電源回路を備えた電気機器であって、前記トランスに第３の１次側巻線を設け、当該第３の１次側巻線の正極側をグランドに接地し、負極側に第２のダイオードのアノードを接続し、当該第２のダイオードのカソードとグランドとの間にコンデンサを接続し、さらにトランジスタが、コレクタを前記第２のダイオードのカソードと接続され、ベースを前記第１のダイオードのカソードと前記コンデンサと抵抗の直列回路の他端との間に接続され、エミッタを前記フォトカプラに備えられるフォトトランジスタのコレクタに接続されることによって構成されるフォトトランジスタ電源回路を備えることにより、前記フォトカプラに備えられるフォトトランジスタの駆動電源に、前記スイッチング回路の前記スイッチング素子がオフとされることによる前記トランスに蓄積された磁気エネルギーの放出によって前記第３の１次側巻線から得られる起電力を用いたことを特徴とする。
【０００９】
上記構成によれば、フォトトランジスタの駆動電源が、スイッチング回路のスイッチング素子がオフとされることによってトランスに蓄積された磁気エネルギーが放出される際に、第３の１次側巻線から得られる起電力によって供給される（第３の１次側巻線に生じる起電力がコンデンサに蓄えられ、当該コンデンサに蓄えられた電力が、トランジスタを介してフォトトランジスタへ供給される）ため、２次側に一定の電力供給が行われている状態である限りフォトトランジスタの駆動電源が不足することがない。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の請求項１の、直流電圧が印加される第１の１次側巻線と負荷が接続される２次側巻線とを有するトランスと、前記第１の１次側巻線をスイッチングするスイッチング回路と、前記２次側巻線から前記負荷への電源ラインの電圧レベルに応じて前記スイッチング回路の動作を制御するフィードバック回路と、を備え、前記スイッチング回路が、正極側の端子にコンデンサと抵抗の直列回路が接続され負極側の端子がグランドに接地された前記トランスに備えられる第２の１次側巻線と、カソードを前記コンデンサと抵抗の直列回路の他端に接続されアノードをグランドに接地されることにより前記コンデンサと抵抗の直列回路及び前記第２の１次側巻線と並列に接続される第１のダイオードと、前記第１の１次側巻線が接続されるライン上に備えられ且つ前記第１のダイオードのカソード側が制御端子に接続されることにより前記第１の１次側巻線をスイッチングするスイッチング素子と、を備え、前記フィードバック回路における２次側から１次側への信号伝達がフォトカプラによって行われる電気機器であって、前記フォトカプラに備えられるフォトトランジスタの駆動電源の全部に、前記スイッチング回路の前記スイッチング素子がオフとされることによる前記トランスに蓄積された磁気エネルギーの放出によって前記トランスに備えられた巻線から得られる起電力を用いたことを特徴とするスイッチング電源回路を備えた電気機器によれば、フォトトランジスタの駆動電源の全部が、スイッチング回路のスイッチング素子がオフとされることによってトランスに蓄積された磁気エネルギーが放出される際に、トランスに備えられた巻線から得られる起電力によって供給されるため、２次側に一定の電力供給が行われている状態である限りフォトトランジスタの駆動電源が不足することがない。従って、２次側に一定の電力供給が行われているにも関わらず、２次側の電圧制御ができず（フォトトランジスタが駆動できず）、これにより２次側の電圧が暴走し、２次側に接続される負荷（各種回路やマイコンなど）の破損や暴走を生ずるということを有効に防止することができる。
【００１１】
本発明の請求項２の、前記トランスに第３の１次側巻線を設け、当該第３の１次側巻線の正極側をグランドに接地し、負極側に第２のダイオードのアノードを接続し、当該第２のダイオードのカソードとグランドとの間にコンデンサを接続し、さらにトランジスタが、コレクタを前記第２のダイオードのカソードと接続され、ベースを前記第１のダイオードのカソードと前記コンデンサと抵抗の直列回路の他端との間に接続され、エミッタを前記フォトカプラに備えられるフォトトランジスタのコレクタに接続されることによって構成されるフォトトランジスタ電源回路を備えることにより、前記フォトカプラに備えられるフォトトランジスタの駆動電源に、前記スイッチング回路の前記スイッチング素子がオフとされることによる前記トランスに蓄積された磁気エネルギーの放出によって前記第３の１次側巻線から得られる起電力を用いたことを特徴とする請求項１記載のスイッチング電源回路を備えた電気機器によれば、簡単な回路構成により、フォトトランジスタの駆動電源を、スイッチング回路のスイッチング素子がオフとされることによってトランスに蓄積された磁気エネルギーが放出される際に、トランスに備えられた巻線から得られる起電力によって供給させるようにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の具体的実施例について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施態様は、本発明を具体化する際の一形態であって、本発明をその範囲内に限定するためのものではない。
【実施例１】
【００１３】
図１は本実施例の電気機器に備えられるスイッチング電源回路部分の概略を示した回路図であり、図２は図１中の各点に生じる電圧波形の一例を示した図である。
【００１４】
図１に示されるように、本実施例の電気機器に備えられるスイッチング電源回路１は、直流電圧（商用電源３を、整流・平滑回路１４０によって整流・平滑して得られる）が印加される第１の１次側巻線１０１と負荷２が整流・平滑回路１５０を介して接続される２次側巻線１０２などを有するトランス１００と、１次側巻線１０１をスイッチングするスイッチング回路１１０と、２次側巻線１０２から負荷２への電源ライン４の電圧レベルに応じてスイッチング回路１１０の動作を制御するフィードバック回路１２０と、フィードバック回路１２０に備えられるフォトトランジスタ１２１ａへの電源供給を行うフォトトランジスタ電源回路１３０などを備える。スイッチング回路１１０は、正極側の端子にコンデンサ１１２と抵抗１１３の直列回路が接続され負極側の端子がグランドに接地されたトランス１００に備えられる第２の１次側巻線１０３と、カソードをコンデンサ１１２と抵抗１１３の直列回路の他端に接続されアノードをグランドに接地されるツェナダイオード１１１と、１次側巻線１０１が接続されるライン上にドレインとソースが直列に接続され且つツェナダイオード１１１のカソード側がゲートに接続されることにより１次側巻線１０１をスイッチングするＦＥＴ１１５などを備える。フィードバック回路１２０には、電圧検出回路１２２や、２次側から１次側への信号伝達を光学的に行うフォトカプラ１２１などが備えられる。
【００１５】
フォトトランジスタ電源回路１３０は、トランス１００に設けられる第３の１次側巻線１０４の正極側をグランドに接地し、負極側に第２のダイオード１３１のアノードを接続し、ダイオード１３１のカソードとグランドとの間にコンデンサ１３２を接続し、さらにトランジスタ１３３が、コレクタをダイオード１３１のカソードと接続され、ベースをツェナダイオード１１１のカソードと、コンデンサ１１２と抵抗１１３の直列回路の他端との間に接続され、エミッタをフォトカプラ１２１に備えられるフォトトランジスタ１２１ａのコレクタに接続されることによって構成される。なお、図２にはそれぞれ、図１の点Ｘ（１次側巻線１０４の負極側）に生じる電圧波形（図２ａ）と、図１の点Ｙ（ツェナダイオード１１１のカソード側）に生じる電圧波形（図２ｂ）の一例を示した。前述したような構成により、ＦＥＴ１１５がオフである期間にトランス１００に蓄積された磁気エネルギーが放出されることで１次側巻線１０４の両端に生じる起電力がコンデンサ１３２に蓄えられ、当該コンデンサ１３２に蓄えられた電力が、トランジスタ１３３によってスイッチングされることにより、ＦＥＴ１１５がオンである期間にフォトトランジスタ１２１ａに供給されることとなる。
【００１６】
図４には従来のスイッチング電源回路の一例を示した。なお、本実施例と同様の構成については同一の符号を使用している。図４に示される従来例では、フィードバック回路１２０に備えられるフォトトランジスタ１２１ａへの電源供給を行うフォトトランジスタ電源回路４００が、１次側巻線１０３の正極側にアノードを接続されたダイオード４０１と、ダイオード４０１のカソードとグランドの間に接続されたコンデンサ４０２とを備え、ダイオード４０１のカソードがフォトトランジスタ１２１ａのコレクタに接続されることによって構成されている。このような構成により、フォトトランジスタ１２１ａは、１次側巻線１０３に発生する両端電圧のうちの正成分の電圧（ＦＥＴ１１５がオンである期間に発生する電圧）によって駆動されることとなる。図５には図４の点Ｚ（１次側巻線１０３の正極側）に生じる電圧波形の一例を示した。点Ｚでは、ＦＥＴ１１５がオンである期間は電源３の電圧に比例した正成分の電圧（図５中のＡ）が発生し、ＦＥＴ１１５がオフである期間にはトランス１００に蓄積された磁気エネルギーが放出されることによって生じる負成分の電圧（図５中のＢ）が発生する。電源３の出力が良好である場合には、図５ａに示されるように、正成分の電圧のレベルも電源３に比例して良好なものとなるため、フォトトランジスタ１２１ａも問題なく動作するが、電源３の出力が低下すると、図５ｂに示されるように、正成分の電圧のレベルも電源３に比例して低下してしまうため、フォトトランジスタ１２１ａが動作するのに必要な電圧を得られなくなる場合が生じる。一方、１次側巻線１０１に流れる電流は、抵抗１１４の抵抗値が小さく、電源３の出力電圧がある程度低下しても所定の値に達することができるため、１次側から２次側への電力供給はおこなわれることとなる（すなわち、図５ｂに示されるように点Ｚにおける負成分の電圧レベルＢが一定であることを意味する）。この結果、図４に示されるような従来のスイッチング電源回路４０では、２次側への電力供給がなされているにも関わらず、フィードバック制御が行われないため（フォトトランジスタ１２１ａが動作しないため）、２次側の電圧が暴走し、２次側に接続された負荷２を破壊するなどの不具合が生じる場合があった。
【００１７】
これに対し、本実施例のスイッチング電源回路１によれば、フォトトランジスタ１２１ａの駆動電源が、スイッチング回路１１０のＦＥＴ１１５がオフとされることによってトランス１００に蓄積された磁気エネルギーが放出される際にトランス１００に備えられた１次側巻線１０４から得られる起電力によって供給される（１次側巻線１０４に生じる起電力がコンデンサ１３２に蓄えられ、当該コンデンサ１３２に蓄えられた電力が、トランジスタ１３３を介してフォトトランジスタ１２１ａへ供給される）ため、２次側への電力供給がなされている限りは、フォトトランジスタ１２１ａを動作させ続けることができ（フィードバック制御を行うことができ）、従って、２次側の電圧が暴走し２次側に接続された負荷２を破壊するなどの不具合が生じることが防止されるのである。
【実施例２】
【００１８】
図３は、本実施例の電気機器に備えられるスイッチング電源回路部分の概略を示した回路図である。なお、実施例１と同様の構成要素については同一の符号を使用し、ここでの説明を省略する。
【００１９】
本実施例では図３に示されるように、フィードバック回路１２０に備えられるフォトトランジスタ１２１ａへの電源供給を行うフォトトランジスタ電源回路３００が、１次側巻線１０３の正極側にコンデンサ３０１を介してアノードを接続されたダイオード４０１と、ダイオード４０１のカソードとグランドの間に接続されたコンデンサ４０２と、ダイオード４０１のアノードにカソードを接続され且つグランドにアノードを接続されたダイオード３０２と、を備え、ダイオード４０１のカソードがフォトトランジスタ１２１ａのコレクタに接続されることによって構成されている。このような構成により、ＦＥＴ１１５がオンである期間に発生する電圧と、ＦＥＴ１１５がオフである期間に発生する電圧との双方によって、フォトトランジスタ１２１ａが駆動されることとなる。
【００２０】
本実施例によれば、簡単な回路構成により、ＦＥＴ１１５がオフとされることによってトランス１００に蓄積された磁気エネルギーが放出される際に、トランス１００に備えられた１次側巻線１０３から得られる起電力を、フォトトランジスタ１２１ａに供給させるようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施例１の電気機器に備えられるスイッチング電源回路部分の概略を示した回路図
【図２】図１中の各点に生じる電圧波形の一例を示した図
【図３】実施例２の電気機器に備えられるスイッチング電源回路部分の概略を示した回路図
【図４】従来のスイッチング電源回路の一例
【図５】図４中の点Ｚに生じる電圧波形の一例を示した図
【符号の説明】
【００２２】
１・３０・４０  スイッチング電源回路
２      負荷
１００  トランス
１０１  １次側巻線（第１の１次側巻線）
１０２  ２次側巻線
１０３  １次側巻線（第２の１次側巻線）
１０４  １次側巻線（第３の１次側巻線）
１１０  スイッチング回路
１１１  ツェナダイオード（第１のダイオード）
１１２・１３２  コンデンサ
１１３  抵抗
１１５  ＦＥＴ（スイッチング素子）
１２０  フィードバック回路
１２１  フォトカプラ
１２１ａ  フォトトランジスタ
１３０・３００・４００  フォトトランジスタ電源回路
１３１  ダイオード（第２のダイオード）
１３３  トランジスタ
【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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