(57)【要約】【課題】異常時に動作停止を保持する保護機能を有する電源装置において、専用の制御ＩＣを使用する事無く、任意の時間に保持をリセットできる保護機能を備える。【解決手段】電源装置に入力される電圧を検出する入力電圧検出回路と、入力電圧を安定な直流に変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、所定の期間経過を計時するタイマと、状態を切り換える事で動作停止の保持を解除できるスイッチと、入力電圧検出回路とタイマとから出力される信号に応じて、スイッチのオンオフを制御するリセット信号を出力するリセット信号発生器とを備える。スイッチのオンオフを制御するリセット信号を生成し、リセット信号は一旦生成されると保持し続け、リセット信号が、電源装置に入力される電圧が所定値内で有れば、リセット信号は出力されず、異常時に動作停止を保持する機能が動作するとタイマが計時され、タイマが所定の時間を計時すると、リセット信号は出力される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
異常時に動作停止を保持する保護機能を有する電源装置であって、
電源装置に入力される電圧を検出する入力電圧検出回路と、
入力電圧を安定な直流に変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、
所定の期間経過を計時するタイマと、
オンまたはオフする事で前記保護機能を解除できるスイッチと、
前記入力電圧検出回路と前記タイマから生成される信号に応じて、前記スイッチのオンオフを制御するリセット信号を生成するリセット信号発生器と、
を備えることを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記リセット信号発生器は、
前記スイッチのオンオフを制御するリセット信号を生成し、
前記リセット信号は、生成されたら信号を保持し続け、
前記リセット信号は、前記電源装置に入力される電圧が所定値内で有れば、リセット信号は出力されず、
異常時に動作停止を保持する機能が動作した場合は、前記タイマが計時され、前記タイマが所定の時間を計時した後、前記リセット信号は出力される
ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記スイッチは、ＤＣ／ＤＣコンバータの動作を制御する制御回路の電源電圧を生成するコンデンサを放電することを特徴とする請求項１乃至請求項２に記載の電源装置。
【請求項４】
前記電源装置に入力される電圧が入力されている間はタイマをゼロクリアすることを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の電源装置。
【請求項５】
前記タイマが計時する所定の時間は、電源装置の瞬断保持時間より十分に長いことを特徴とする請求項１乃至請求項４に記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異常時に出力の遮断を保持する保護回路を備えたスイッチング電源装置に関し、特に遮断から復帰するまでの再起動時間を短縮させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くのスイッチング電源装置は、動作が異常になった時に、これを検出して負荷又は電源装置自身を保護する保護回路を備える。特に出力電圧が異常に上昇したときに動作する過電圧保護回路は、保護動作が働くと変換動作を停止し、停止状態を保持する。このため、負荷や電源自身を保護する事が出来る。停止状態の保持から再稼働するためには、入力を遮断し、制御回路がリセットされる時間まで待った後に再度入力を投入する。しかし、制御回路がリセットする時間は比較的長く掛かるので、いろいろな方法で短くすることが提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１は、異常が発生して保護回路が動作すると、一定時間後に保護回路をリセットする機能を備える。このため、ノイズ等で遮断保持が働いても一定時間後にはリセットされるので、保護動作による遮断保持の時間を短くすることができる。
【０００４】
一般的に保護回路は、引用文献２のように、制御用の集積回路内に内蔵される。また、制御用の集積回路は入力される電源電圧が低下すると、リセットされる機能を有する。引用文献２は出力が過電圧になると、制御ＩＣが過電圧動作禁止信号を出力して動作を停止し、さらに低入力保護回路を備え、交流入力電圧が低下すると、過電圧動作禁止信号を解除する。このため、交流入力が遮断すると直ちに過電圧動作禁止信号が解除され、保護動作による遮断保持がリセットされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】：特開平１１−１７８１９３号公報
【特許文献２】：特開２０１２−２４９５２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献２は、制御ＩＣの内部構成を変更するので、過電圧動作禁止信号を解除する機能が制御ＩＣに備わっていないと、使うことが出来ない。また、リセットするまでの時間を任意に設定する事が出来ない。そこで、本発明のスイッチング電源装置は、制御ＩＣに過電圧動作禁止信号を解除する機能が無い場合でも、専用の制御ＩＣを使用する事無く、任意の時間にリセットできる保護機能を容易に備える事が出来る。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以上の課題を解決するため、本発明のスイッチング電源装置は、異常時に動作停止を保持する保護機能を有し、電源装置に入力される電圧を検出する交流電圧検出回路と、入力電圧を安定な直流に変換するＤＣ／ＤＣ変換器と、所定の期間経過を計時するタイマと、状態を切り換える事で動作停止の保持を解除できるスイッチと、交流電圧検出回路とタイマとから出力される信号に応じて、スイッチのオンオフを制御するリセット信号を出力するリセット信号発生器とを備える。
【０００８】
さらに、本発明のスイッチング電源装置では、リセット信号発生器が以下の機能を有すると良い。
条件１  リセット信号は、一旦出力されたら出力を継続する
条件２  リセット信号は、交流電圧１が入力されている期間は出力されない
条件３  交流電圧が入力されている期間はタイマをゼロクリアする（タイマの設定時間をゼロにする）
条件４  タイマの設定時間は、必要な瞬断保持時間より十分長い時間とする
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、過電圧保護回路を内蔵しその状態を保持する既存の電源制御ＩＣを用いて、無駄な消費電力を発生させること無く、小型、安価な追加部品のみでラッチ解除を行うことができ、且つそのラッチ解除時間を自由に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明のスイッチング電源装置の実施例を示すブロック図である。
【図２】本発明の動作を説明するシーケンス図である。
【図３】本発明の動作を説明するシーケンス図２（発明）である。
【図４】本発明の動作を説明するシーケンス図３（発明）である。
【図５】本発明の動作を説明するシーケンス図４（発明）（ゼロクリアなし）である。
【図６】本発明の動作を説明するシーケンス図５（発明）（ゼロクリアあり）である。
【図７】本発明のＤＣ／ＤＣコンバータ回路の例である。
【図８】本発明のスイッチと周辺回路の例である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１１】
図１に本発明を実施した電源装置のブロック図を示す。
図１に使用した電源制御ＩＣ６は、出力電圧が上昇すると、出力電圧検出回路４が出力電圧の異常を検出し、フォトカプラ等の絶縁伝達手段（図示せず）で情報を伝達する。電源制御ＩＣ６はスイッチ素子Ｑ１の駆動信号ＤＲＶの出力を停止し、この状態を保持する。これらの動作は一般的な電源制御ＩＣが備える機能である。スイッチ素子Ｑ１のオンオフが停止するのでトランスＴ１の補助巻線Ｎ３からの電圧供給が停止する。しかしこのとき、電源制御ＩＣ６の内蔵スイッチＳＷ１００が自動的にオンする。これによりコンデンサＣ１の電荷が起動回路３を介して電源制御ＩＣ６のＳＴ端子に供給され、ＳＴＡＲＴ ＵＰブロックを介してＶｃｃ端子に電圧が印加される。一般的にコンデンサＣ１の容量は非常に大きいため、長時間にわたって起動回路３を介してＶｃｃ端子に電圧が印加されることになる。
【００１２】
ラッチを解除するためには、電源制御ＩＣ６のＶｃｃ端子の電圧をラッチ解除電圧以下に低下させなければならない。そのために、Ｖｃｃ端子にスイッチＳＷ１を接続し、ラッチ解除したいときにスイッチＳＷ１をオンさせてＶｃｃ電圧を低下させる。その後、電源を動作させたいタイミングでスイッチＳＷ１をオフする。このようにすることで、任意のタイミングでラッチ解除が可能となる。なお、ラッチ解除は、入力である交流電圧１が接続されていない状態を検知し、接続されていないときにラッチ解除すると良い。
【００１３】
図１に示した電源装置が出力過電圧異常によってラッチ停止してから復帰させるまでのシーケンスを図２に示す。以下、図１と図２を使って説明する。
図２のＡ時点において、出力過電圧異常が発生したとする。電源制御ＩＣ６が備える機能によってすぐに動作を停止する。動作が停止すると、トランスＴ１の補助巻線Ｎ３から供給される電圧が発生しなくなる。この状態において、交流電圧検出回路８、タイマ９、リセット信号発生部１２、スイッチＳＷ１を駆動するための電源が必要であるが、これはコンデンサＣ１の電圧を入力とするＤＣ／ＤＣコンバータ７を新たに用意してそれぞれに電力を供給する。
Ｂ時点において、ユーザ等により交流電圧１が切断されたとする。ここからタイマ９で時間をカウントする。予め設定した所定の時間を経過しＣ時点になると、タイマ９は判定回路１０へ信号を出力する。判定回路１０はタイマからの信号と交流電圧検出回路８からの信号から上記の条件１〜４を満足するかを判定し、満足する場合はスイッチＳＷ１をオンする。これにより、電源制御ＩＣ６のＶｃｃ端子電圧を短時間でラッチ解除電圧以下に低下させることができる。コンデンサＣ２の容量は一般的に小さいので、短い時間で放電できる。放電が終われば、電源制御ＩＣ６はラッチ解除される。
その後、Ｄ時点においてユーザが交流電圧１を再投入したとする。その時点でスイッチＳＷ１をオフにすることにより、通常通り起動回路３を介してＶｃｃ端子に電圧を供給する。これにより、電源は通常通り正常に起動する。コンデンサＣ２の電荷はコンデンサＣ１の電荷に比べて極めて小さく設計されるので、この放電による電力ロスは非常に小さい。また、通常の電源動作時ではスイッチＳＷ１はオフしているので、このときの電力ロスは全くない。
【００１４】
本発明では、リセット信号の役割が重要である。タイマ９と交流電圧検出回路８の出力信号を使用してリセット信号を生成する。以下、リセット信号の生成に関する詳細説明を記す。
リセット信号は、スイッチＳＷ１をオンオフさせるタイミングを決める信号である。本発明では、リセット信号およびタイマ９は下記の条件を満たす。
条件１  リセット信号は、一旦出力されたら出力を継続する
条件２  リセット信号は、交流電圧１が入力されている期間は出力されない
条件３  交流電圧１が入力されている期間はタイマ９をゼロクリアする（タイマ９の設定時間をゼロにする）
条件４  タイマ９の設定時間は、必要な瞬断保持時間より十分長い時間とする
【００１５】
条件１が有効な理由を、図１のブロック図と図３のシーケンス図で説明する。図３のＡ時点にて出力過電圧異常が発生し、電源がラッチ停止し、Ｂ時点にてユーザが交流電圧１を切断したとする。その後、タイマ９の設定時間後のＣ時点でスイッチＳＷ１がオンされたとする。そして、条件１が無い場合は、交流電圧１が無いのにもかかわらずＣ’時点にてスイッチＳＷ１をオフすることが起こり得る。Ｃ’時点でコンデンサＣ１に電荷があれば、この時点で出力電圧が発生する。このように不要な出力を避けるためには、条件１の適用が重要である。
【００１６】
条件２が有効な理由を、図１のブロック図と図４のシーケンス図で説明する。図４のＡ時点にて出力過電圧異常が発生し、ラッチ停止した後、Ｂ時点にてユーザが交流電圧１を切断したとする。その後、タイマ９で時間を計時し所定の時間経過後にスイッチＳＷ１をオンしたのがＣ時点である。そして、Ｄ時点にて交流電圧１が再投入されたとする。そしてスイッチＳＷ１はＥ時点までオンしたままの例である。本来であればＤ時点で出力電圧が立ち上り始めるべきであるが、スイッチＳＷ１がオンしているので電源制御ＩＣ６のＶｃｃ電圧が供給されず、ＤＲＶ端子の出力が開始されない。ＤＲＶ端子の出力が出始めるのは、スイッチＳＷ１がオフするＥ時点である。このように条件２を適用することにより、再起動が遅れるのを避けることができる。
【００１７】
条件３が有効な理由を、図１のブロック図と図５を使って説明する。ここではラッチ停止ではなく、正常動作時に交流電圧１の切断／再投入を考える。条件３が無い場合、次のような不具合が発生する。図５のＡ時点にて交流電圧１が切断され、電源は正常に停止している。交流電圧１が遮断されたので、タイマ９がカウントを開始している。Ｃ時点にてカウント終了する予定だが、その前にＢ時点にて交流電圧１が再度投入されたとする。この時点で電源は正常に起動する。しかし、Ｃ時点にてタイマ９のカウントが終了するのでスイッチＳＷ１がオンため、この時点で電源が停止する。しかし、条件３を適用すれば、図６のように交流電圧検出回路８が交流入力を検出すると同時にタイマ９のカウンタがゼロクリアされるので、不要なところでスイッチＳＷ１がオンすることは無い。
【００１８】
条件４が有効な理由を以下で説明する。一般的に電源は、瞬断保持時間として数１０ｍｓの時間が要求されることが多い。交流電圧１の切断が起きてもこの時間は電源として出力を継続しなければならない。タイマ９に設定する時間としては、数秒〜数十秒といった値を設定すると良い。タイマ９設定時間が必要な瞬断保持時間より短い場合、交流電圧１が切断した後、瞬断保持時間内でスイッチＳＷ１がオンする。すると電源装置が停止する。このようなことが起きないようにするためには、必要な瞬断保持時間よりおおきな時間をタイマ９が計時できるとよい。
例として以下を考える。必要な瞬断保持時間が２０ｍｓである電源があったとする。この電源のタイマ９に１０秒を設定したとする。こうすると、瞬断開始から２０ｍｓ以内にＳＷ１がオンしてしまうことはない。また、ラッチ停止した場合でも１０秒間放置するだけでラッチ解除ができる。
【００１９】
以上のように、条件１〜４は有用である。条件１、２はラッチ停止した場合のラッチ解除の手法である。それに対して条件３、４は、条件１、２が正常動作時の動作に悪影響を与えないための手法である。この4つの条件を適用することにより、正常動作時、ラッチ停止時のどちらでも正しく動作する。つまり、わざわざラッチ停止状態か非ラッチ状態かを判定してスイッチＳＷ１を動作させるか動作させないかの場合分けをする、などといった複雑なシステムは必要ない。ラッチ解除のために必要な条件１、２を準備できれば条件３、４は安価に簡単に実現できる利点がある。以上が本発明の詳細なメカニズムである。条件１〜４が満足するか否かを判定回路１０で判定して、リセット信号を出力する。
【００２０】
次に、図１に示した各ブロックの実際の例を示す。
［ＤＣ／ＤＣコンバータ］
使用するＤＣ／ＤＣコンバータ７の一例を図７−ａ、図７−ｂ、図７−ｃに示す。ＤＣ／ＤＣコンバータ７は、コンデンサＣ１からの高い電圧を、必要な電圧に降圧することを目的とする。ＤＣ／ＤＣコンバータ７は、交流電圧１の切断時に交流電圧検出回路８、タイマ９、リセット信号発生部１２、スイッチＳＷ１を駆動するための電源である。必要なパワーは小さく、多くの場合、１Ｗ以下で十分である。もちろん電源の種類や回路構成は問わない。１次側で使用する電源なので、安全規格で定められるような強化絶縁も必要ない。安価なフライバック型電源で実現できる（図７−ａ）。さらに安価なチョッパ電源でも実現できる（図７−ｂ）。また、必要なパワーが小さければ、図７−ｃのようないわゆるドロッパ型電源（シリーズレギュレータ）でもよい。また、小容量電源用ＩＣも多数市販されているのでこれを使用してもよい。
［タイマ］
タイマ機能の実現方法としては、マイコン、タイマＩＣ、ＣＲ時定数回路などの利用、などさまざまある。計時できればどのような方法でも良い。
［スイッチ回路］
スイッチとその周辺回路の例を図８に示す。トランジスタを用いた半導体スイッチでよい。また、電源制御ＩＣ６のＶｃｃ端子には、一般的に数ｕＦ〜数１０ｕＦ程度のコンデンサを入れることが多い（図８のＣ２）。スイッチをオンしてこの電荷を放電させるのだが、放電ループに抵抗成分がないとスイッチに瞬間的に過大電流が流れてしまい、ノイズが発生してしまう懸念がある。また、スイッチの電流定格を増やさなくてはならなくなることも考えられる。そのため、スイッチと直列に抵抗Ｒ１を入ると良い。
スイッチに流れる電流値は以下のようになる。スイッチをオンすると、図１において下記のルートで電流が流れる。
ルート１：Ｃ２→Ｒ１→ＳＷ１
ルート２：Ｃ１→起動回路３→ＳＴＡＲＴ ＵＰ→ＳＷ１００→Ｖｃｃ→Ｒ１→ＳＷ１
本発明はルート１の電流によりＶｃｃ端子電圧を降下させるものであるが、同時にルート２の経路も存在する。ルート２の経路は、一般的に起動回路３とＳＴＡＲＴ ＵＰブロックを合わせたインピーダンスは数ＭΩ以上と非常に大きい。そのため、ルート２の電流量は非常に少ない。コンデンサＣ１の放電には大きく寄与しないが、スイッチＳＷ１をオンしてもスイッチＳＷ１に流れる電流は小さく、ロスは非常に少ない。部品も安価で小さなものを使用できる利点がある。
【符号の説明】
【００２１】
１    交流電圧
２    整流器
３    起動回路
４    出力電圧検出回路
５    負荷
６    電源制御ＩＣ
７    ＤＣ／ＤＣコンバータ
８    交流電圧検出回路
９    タイマ
１０  判定回路
１１  スイッチ回路
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４  コンデンサ
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３  ダイオード
ＳＷ１  スイッチ
ＳＷ１００  内蔵スイッチ
Ｒ１  抵抗
Ｔ１  トランス
【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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【図７】
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【図８】
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