(57)【要約】      （修正有）【課題】同期整流素子および駆動回路の異常を確実に検出して、発火等の重大事故を未然に防ぐスイッチング電源装置を提供する。【解決手段】スイッチング電源装置は、断続電圧発生回路１２、同期整流を行う整流回路１４及び平滑回路１５で構成される。整流回路１４の同期整流素子ＴＲ２１，ＴＲ２２は第１基板２４に実装され、同期整流素子駆動回路１８は別の第２基板２６に実装されている。同期整流素子駆動電流モニタ回路２０は、同期整流素子駆動回路１８が同期整流素子ＴＲ２１，ＴＲ２２を駆動する際に流れる電流を検出して、モニタ信号Ｖｍｏｎを出力する。異常判定回路２２は、モニタ信号Ｖｍｏｎの状態に応じて、同期整流素子ＴＲ２１，ＴＲ２２を駆動するための電圧信号の伝達経路の断線等の異常を判定し、スイッチング電源装置の動作を停止させる停止信号を出力する。【選択図】図１
2018098845.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
断続電圧発生回路、整流回路、平滑回路、及び同期整流素子駆動回路を備え、
前記断続電圧発生回路は、スイッチング素子を備え、前記スイッチング素子のオンオフによって外部の入力電源からの入力電圧を断続電圧に変換して前記整流回路に供給する回路であり、
前記整流回路は、同期整流素子を備え、前記スイッチング素子のオンオフに同期して前記同期整流素子のオンオフが行われることで、前記断続電圧発生回路から供給された断続電圧を整流して前記平滑回路に供給する回路であり、
前記同期整流素子駆動回路は、前記スイッチング素子のオンオフに同期して前記同期整流素子をオンオフするためのＨレベルとＬレベルの電圧信号を前記同期整流素子の駆動用端子に対して出力する回路を備えたスイッチング電源装置に於いて、
同期整流素子駆動電流モニタ回路及び異常判定回路を備え、
前記同期整流素子駆動電流モニタ回路は、前記同期整流素子駆動回路が前記同期整流素子を駆動する際に流れる電流を検出して、モニタ信号を出力する回路であり、
前記異常判定回路は、前記モニタ信号の状態に応じて、前記同期整流素子を駆動するための電圧信号の伝達経路の異常を検出し、スイッチング電源装置の動作を停止させる停止信号を出力する回路であることを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項２】
請求項１記載のスイッチング電源装置に於いて、
前記同期整流素子駆動電流モニタ回路は、電流電圧変換を行うためのインピーダンス素子と、２つの入力端子と１つの出力端子を備えたスイッチ素子で構成され、
前記同期整流素子駆動回路が前記同期整流素子を駆動するための信号の伝達経路に前記インピーダンス素子が挿入され、
前記スイッチ素子の入力端子の一方が前記インピーダンス素子の一端に接続され、前記スイッチ素子の入力端子の他方が前記インピーダンス素子の他端に接続されており、
前記同期整流素子駆動回路が前記同期整流素子を駆動する際に前記伝達経路に電流が流れた時に、前記インピーダンス素子に発生する電圧で前記スイッチ素子をオンさせることで、前記スイッチ素子の前記出力端子から前記モニタ信号を出力させることを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項３】
請求項１記載のスイッチング電源装置に於いて、
前記同期整流素子駆動電流モニタ回路は、第１抵抗と、前記第１抵抗に並列に接続されたコンデンサと、２つの入力端子と１つの出力端子を備えたスイッチ素子で構成され、
前記同期整流素子の駆動用端子間には第２抵抗が並列に接続されており、
前記同期整流素子駆動回路が前記同期整流素子を駆動するための電圧信号の伝達経路に前記第１抵抗が挿入され、
前記スイッチ素子の入力端子の一方が前記第１抵抗の一端に接続され、前記スイッチ素子の入力端子の他方が前記第１抵抗の他端に接続されており、
前記同期整流素子駆動回路が前記同期整流素子を駆動する際に、前記第１抵抗に発生する電圧で前記スイッチ素子をオンさせることで、前記スイッチ素子の前記出力端子から前記モニタ信号を出力させることを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項４】
請求項３記載のスイッチング電源装置に於いて、
前記第１抵抗と前記コンデンサで構成される並列回路の時定数が、前記第２抵抗と前記同期整流素子の駆動用端子間の容量で構成される並列回路の時定数と同じか、もしくは、大きくなるように前記第１抵抗、前記コンデンサ、前記第２抵抗及び前記同期整流用素子の駆動用端子間の容量の各値が設定されていることを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項５】
請求項１記載のスイッチング電源装置に於いて、
前記断続電圧発生回路は、相補的に動作する２組のスイッチング素子を備えた非安定型コンバータであり、
相補的に動作する前記整流回路内の２組の前記同期整流素子に対して、２組の前記同期整流素子駆動電流モニタ回路を備え、
前記異常判定回路は、前記２組の同期整流素子駆動電流モニタ回路がそれぞれで出力するモニタ信号を合わせた信号の状態に応じて、それぞれの前記同期整流素子を駆動するための電圧信号の伝達経路の異常を検出して、スイッチング電源装置の動作を停止させる停止信号を出力することを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項６】
請求項５記載のスイッチング電源装置に於いて、
前記２組の同期整流素子駆動電流モニタ回路の各々は、第１抵抗と、前記第１抵抗に並列に接続されたコンデンサと、２つの入力端子と１つの出力端子を備えたスイッチ素子で構成され、
前記同期整流素子の駆動用端子間には第２抵抗が並列に接続されており、
前記同期整流素子駆動回路が前記同期整流素子を駆動するための電圧信号の伝達経路に前記第１抵抗が挿入され、
前記スイッチ素子の入力端子の一方が前記第１抵抗の一端に接続され、前記スイッチ素子の入力端子の他方が前記第１抵抗の他端に接続されており、
前記同期整流素子駆動回路が前記同期整流素子を駆動する際に、前記第１抵抗に発生する電圧で前記スイッチ素子をオンさせることで、前記スイッチ素子の前記出力端子から前記モニタ信号を出力させ、
更に、前記第１抵抗と前記コンデンサで構成される並列回路の時定数が、前記第２抵抗と前記同期整流素子の駆動用端子間の容量で構成される並列回路の時定数と同じか、もしくは、大きくなるように前記第１抵抗、前記コンデンサ、前記第２抵抗及び前記同期整流素子の駆動用端子間の容量の各値が設定されていることを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れかに記載のスイッチング電源装置に於いて、
前記同期整流素子を備えた前記整流回路が第１基板に実装され、前記同期整流素子駆動回路が第２基板に実装され、前記第１基板と前記第２基板は信号線により接続した接続点を持つことを特徴とするスイッチング電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力電圧を所望の電圧に変換し電子機器に供給するためのスイッチング電源装置に関し、特にＭＯＳ−ＦＥＴ等の同期整流素子を用いて同期整流を行うスイッチング電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、同期整流素子としてＭＯＳ−ＦＥＴ等を用いて同期整流を行うスイッチング電源装置が知られている。このスイッチング電源装置は、同期整流素子を低損失で動作させることができるため、同期整流素子の放熱構造を簡略化することが可能となる。従って、ヒートシンク等の大型で高価な放熱用の部品を省略することが可能となり、スイッチング電源装置の小型化、低コスト化が容易となる。
【０００３】
スイッチング電源装置の損失を低減するためには、スイッチング電源装置内のトランスから出力される電流が流れる配線を短くし、配線の導通抵抗やリーケージインダクタンスを低減させることが望ましい。そこで、トランスの直近に同期整流素子等のトランスから出力される電流が流れる部品を実装し、他の部品を別の基板に実装することでトランスから出力される電流が流れる経路の配線を最短にする方法が特許文献１に開示されている。
【０００４】
この従来例では、スイッチング電源装置のトランスの２次側の巻線を基板上のコイルパターンで形成し、コイルパターンと同一の基板上にＭＯＳ−ＦＥＴを用いた同期整流素子を実装する。また、同期整流素子が実装されていない別の基板を設けて、ここに、スイッチング電源装置を構成する他の部品を実装する。そして、コイルパターンと同期整流素子が実装された基板と、スイッチング電源装置を構成する他の部品を実装した基板とを立体的に接続する構造とすることで、スイッチング電源装置の電流が流れる配線を最適化して最短に配線することを実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−０８７３６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、同期整流素子であるＭＯＳ−ＦＥＴ等のオンオフの制御を行うためには、同期整流素子を制御するための駆動回路が必要になる。特許文献１では開示されていないが、スイッチング電源装置内の電流が流れる配線を最適化するためには、同期整流素子の駆動回路も同期整流素子が実装されていない側の基板に実装される方が良い。
【０００７】
ここで、同期整流素子と駆動回路が別々の基板に実装されている状態で同期整流素子と駆動回路が接続されている場合において、スイッチング電源装置に振動や衝撃が加わると、同期整流素子と駆動回路の接続部分が機械的に断線する可能性が残る。
【０００８】
図１２は同期整流を行うブリッジコンバータを用いた従来のスイッチング電源装置を示している。図１２に示すように、ブリッジコンバータは、スイッチング素子ＴＲ１１〜ＴＲ１４及びトランスＴを備えた断続電圧発生回路１０２、同期整流素子ＴＲ２１，ＴＲ２２を備えた整流回路１０４、及び平滑回路１０６で構成され、外部の入力電源１００からの入力電圧をスイッチング素子ＴＲ１１〜ＴＲ１４のオンオフによって断続電圧に変換し、トランスＴを介して整流回路１０４に供給し、スイッチング素子ＴＲ１１、ＴＲ１４の組とスイッチング素子ＴＲ１２，ＴＲ１３の組の相補的なオンオフに同期して同期整流素子ＴＲ２１，ＴＲ２２のオンオフが行われることで断続電圧を整流して平滑回路１０６に供給し、出力端子から負荷に直流電力を供給している。
【０００９】
同期整流素子ＴＲ２１、ＴＲ２２が第１基板１１４に実装されており、同期整流素子駆動回路１０８ａ、１０８ｂが第２基板１１６に実装されている。第１基板１１４と第２基板１１６はａ点〜ｄ点の４箇所で接続されおり、ａ点およびｂ点が同期整流素子ＴＲ２１と同期整流素子駆動回路１０８ａを接続する部分であり、ｃ点およびｄ点が同期整流素子ＴＲ２２と同期整流素子駆動回路１０８ｂを接続する部分である。ａ点もしくｂ点が断線すると同期整流素子ＴＲ２１の動作が停止する。また、ｃ点もしくｄ点が断線すると同期整流素子ＴＲ２２の動作が停止する。
【００１０】
ここで、ａ〜ｄ点の何れかが断線すると同期整流動作は停止するが、同期整流素子ＴＲ２１，ＴＲ２２がＭＯＳ−ＦＥＴの場合はソースからドレインに向かって寄生ダイオードＤｐａｒａを持っているため、ダイオード整流の状態で整流動作が継続する。寄生ダイオードＤｐａｒａはシリコンのＰＮ接合と同じ順方向電圧降下を持つ素子であるため、同期整流が停止すると大きな損失が発生した状態で動作が継続されることになり、発火等の事故の発生原因となる。
【００１１】
以下、例を挙げて説明する。図１２のスイッチング電源装置は、出力電流５０アンペアで動作しているものとする。同期整流素子ＴＲ２１と同期整流素子ＴＲ２２は相補的にオンオフしており、同期整流素子ＴＲ２１、ＴＲ２２がオンしているときの抵抗値を０．５ミリオームとし、それぞれ、デューティ０．５（５０％）でオンオフしているものとする。
【００１２】
同期整流素子ＴＲ２１、ＴＲ２２の寄生ダイオードＤｐａｒａの順方向電圧降下を０．７ボルトとする。同期整流が正常に動作している場合の各素子の損失は、電流の２乗と同期整流素子の導通抵抗とデューティの積であるので、
５０アンペア×５０アンペア×０．５ミリオーム×０．５＝０．６２５ワット
となり、十分に小さな損失で動作する。従って、発熱も小さく、ヒートシンク等を用いる必要が無い。
【００１３】
ところが同期整流動作が停止すると、同期整流素子の寄生ダイオードＤｐａｒａに電流が流れるため、各素子の損失は、ダイオードの順方向電圧降下と電流とデューティの積であるので、
０．７ボルト×５０アンペア×０．５＝１７．５ワット
となり、非常に大きな損失が発生する。
【００１４】
図１２のスイッチング電源装置は、同期整流が動作している場合の発熱が十分に小さいことから同期整流素子にヒートシンク等が取り付けられていないため、同期整流動作が停止すると同期整流素子ＴＲ２１，ＴＲ２２が激しく発熱することになり、このまま動作を続けると発火等の事故の発生原因となる可能性がある。
【００１５】
このように、同期整流動作を前提で設計されたスイッチング電源装置は、同期整流素子の放熱構造が簡略化されているため大きな損失に対する発熱を処理できず、最悪の場合には発火等の重大な事故を発生させる可能性が残ることになる。
【００１６】
本発明は、同期整流素子および駆動回路の異常を確実に検出して、発火等の重大事故を未然に防ぐようにした同期整流を行うスイッチング電源装置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】
【００１７】
（スイッチング電源装置）
本発明は、
断続電圧発生回路、整流回路、平滑回路、及び同期整流素子駆動回路を備え、
断続電圧発生回路は、スイッチング素子を備え、スイッチング素子のオンオフによって外部の入力電源からの入力電圧を断続電圧に変換して整流回路に供給する回路であり、
整流回路は、同期整流素子を備え、スイッチング素子のオンオフに同期して同期整流素子のオンオフが行われることで、断続電圧発生回路から供給された断続電圧を整流して平滑回路に供給する回路であり、
同期整流素子駆動回路は、スイッチング素子のオンオフに同期して同期整流素子をオンオフするためのＨレベルとＬレベルの電圧信号を同期整流素子の駆動用端子に対して出力する回路を備えたスイッチング電源装置に於いて、
同期整流素子駆動電流モニタ回路及び異常判定回路を備え、
同期整流素子駆動電流モニタ回路は、同期整流素子駆動回路が同期整流素子を駆動する際に流れる電流を検出して、モニタ信号を出力する回路であり、
異常判定回路は、モニタ信号の状態に応じて、同期整流素子を駆動するための電圧信号の伝達経路の異常を検出し、スイッチング電源装置の動作を停止させる停止信号を出力する回路であることを特徴とする。
【００１８】
（同期整流素子駆動電流モニタ回路１）
同期整流素子駆動電流モニタ回路は、電流電圧変換を行うためのインピーダンス素子と、２つの入力端子と１つの出力端子を備えたスイッチ素子で構成され、
同期整流素子駆動回路が同期整流素子を駆動するための信号の伝達経路にインピーダンス素子が挿入され、
スイッチ素子の入力端子の一方がインピーダンス素子の一端に接続され、スイッチ素子の入力端子の他方がインピーダンス素子の他端に接続されており、
同期整流素子駆動回路が同期整流素子を駆動する際に伝達経路に電流が流れた時に、インピーダンス素子に発生する電圧でスイッチ素子をオンさせることで、スイッチ素子の出力端子からモニタ信号を出力させる。
【００１９】
（同期整流素子駆動電流モニタ回路２）
同期整流素子駆動電流モニタ回路は、第１抵抗と、第１抵抗に並列に接続されたコンデンサと、２つの入力端子と１つの出力端子を備えたスイッチ素子で構成され、
同期整流素子の駆動用端子間には第２抵抗が並列に接続されており、
同期整流素子駆動回路が同期整流素子を駆動するための電圧信号の伝達経路に第１抵抗が挿入され、
スイッチ素子の入力端子の一方が第１抵抗の一端に接続され、スイッチ素子の入力端子の他方が第１抵抗の他端に接続されており、
同期整流素子駆動回路が同期整流素子を駆動する際に、第１抵抗に発生する電圧でスイッチ素子をオンさせることで、スイッチ素子の出力端子からモニタ信号を出力させる。
【００２０】
（同期整流素子駆動電流モニタ回路２の時定数）
第１抵抗とコンデンサで構成される並列回路の時定数が、第２抵抗と同期整流素子の駆動用端子間の容量で構成される並列回路の時定数と同じか、もしくは、大きくなるように第１抵抗、コンデンサ、第２抵抗及び同期整流素子の駆動用端子間の容量の各値が設定されている。
【００２１】
（非安定型コンバータ）
断続電圧発生回路は、相補的に動作する２組のスイッチング素子を備えた非安定型コンバータであり、
相補的に動作する整流回路内の２組の同期整流素子に対して、２組の同期整流素子駆動電流モニタ回路を備え、
異常判定回路は、２組の同期整流素子駆動電流モニタ回路がそれぞれで出力するモニタ信号を合わせた信号の状態に応じて、それぞれの同期整流素子を駆動するための電圧信号の伝達経路の異常を検出して、スイッチング電源装置の動作を停止させる停止信号を出力する。
【００２２】
（非安定型コンバータ対応の同期整流素子駆動電流モニタ回路）
２組の同期整流素子駆動電流モニタ回路の各々は、第１抵抗と、第１抵抗に並列に接続されたコンデンサと、２つの入力端子と１つの出力端子を備えたスイッチ素子で構成され、
同期整流素子の駆動用端子間には第２抵抗が並列に接続されており、
同期整流素子駆動回路が同期整流素子を駆動するための電圧信号の伝達経路に第１抵抗が挿入され、
スイッチ素子の入力端子の一方が第１抵抗の一端に接続され、スイッチ素子の入力端子の他方が第１抵抗の他端に接続されており、
同期整流素子駆動回路が同期整流素子を駆動する際に、第１抵抗に発生する電圧でスイッチ素子をオンさせることで、スイッチ素子の出力端子からモニタ信号を出力させ、
更に、第１抵抗とコンデンサで構成される並列回路の時定数が、第２抵抗と同期整流素子の駆動用端子間の容量で構成される並列回路の時定数と同じか、もしくは、大きくなるように第１抵抗、コンデンサ、第２抵抗及び同期駆動素子の駆動用端子間の容量の各値が設定されている。
【００２３】
（第１基板と第２基板）
同期整流素子を備えた整流回路が第１基板に実装され、同期整流素子駆動回路が第２基板に実装され、第１基板と第２基板は信号線により接続した接続点を持つ。
【発明の効果】
【００２４】
（基本的な効果）
本発明は、断続電圧発生回路、整流回路、平滑回路、及び同期整流素子駆動回路を備え、断続電圧発生回路は、スイッチング素子を備え、スイッチング素子のオンオフによって外部の入力電源からの入力電圧を断続電圧に変換して整流回路に供給する回路であり、整流回路は、同期整流素子を備え、スイッチング素子のオンオフに同期して同期整流素子のオンオフが行われることで、断続電圧発生回路から供給された断続電圧を整流して平滑回路に供給する回路であり、同期整流素子駆動回路は、スイッチング素子のオンオフに同期して同期整流素子をオンオフするためのＨレベルとＬレベルの電圧信号を同期整流素子の駆動用端子に対して出力する回路を備えたスイッチング電源装置に於いて、同期整流素子駆動電流モニタ回路及び異常判定回路を備え、同期整流素子駆動電流モニタ回路は、同期整流素子駆動回路が同期整流素子を駆動する際に流れる電流を検出して、モニタ信号を出力する回路であり、異常判定回路は、モニタ信号の状態に応じて、同期整流素子を駆動するための電圧信号の伝達経路の異常を検出し、スイッチング電源装置の動作を停止させる停止信号を出力する回路としたため、スイッチング電源装置の動作中に同期整流素子と同期整流素子駆動回路との接続が断線すると、同期整流素子駆動電流モニタ回路のモニタ信号から異常判定回路が断線による異常を判定してスイッチング電源装置を停止させることができるため、同期整流素子の寄生ダイオードによる整流動作が継続されるといった異常な状態が継続することが無くなり、発煙発火と言った重大な事故を引き起こすことが確実に防止され、同期整流を行うスイッチング電源装置の信頼性を向上可能とする。
【００２５】
（同期整流素子駆動電流モニタ回路１による効果）
また、同期整流素子駆動電流モニタ回路は、電流電圧変換を行うためのインピーダンス素子と、２つの入力端子と１つの出力端子を備えたスイッチ素子で構成され、同期整流素子駆動回路が同期整流素子を駆動するための信号の伝達経路にインピーダンス素子が挿入され、スイッチ素子の入力端子の一方がインピーダンス素子の一端に接続され、スイッチ素子の入力端子の他方がインピーダンス素子の他端に接続されており、同期整流素子駆動回路が同期整流素子を駆動する際に伝達経路に電流が流れた時に、インピーダンス素子に発生する電圧でスイッチ素子をオンさせることで、スイッチ素子の出力端子からモニタ信号を出力させるようにしたため、同期整流素子の駆動用の配線を流れる電流の断線による異常を、少ない部品点数の同期整流素子駆動電流モニタ回路により検出しているモニタ信号から確実に判定し、スイッチング電源装置を安全に停止させることができる。
【００２６】
（同期整流素子駆動電流モニタ回路２による効果）
また、同期整流素子駆動電流モニタ回路は、第１抵抗と、第１抵抗に並列に接続されたコンデンサと、２つの入力端子と１つの出力端子を備えたスイッチ素子で構成され、同期整流素子の駆動用端子間には第２抵抗が並列に接続されており、同期整流素子駆動回路が同期整流素子を駆動するための電圧信号の伝達経路に第１抵抗が挿入され、スイッチ素子の入力端子の一方が第１抵抗の一端に接続され、スイッチ素子の入力端子の他方が第１抵抗の他端に接続されており、同期整流素子駆動回路が同期整流素子を駆動する際に、第１抵抗に発生する電圧でスイッチ素子をオンさせることで、スイッチ素子の出力端子からモニタ信号を出力させるようにしたため、前述した同期整流素子駆動電流モニタ回路１と比較してモニタ信号が出力される時間を長くすることができ、同期整流の異常を検出してモニタ信号がＨレベルからＬレベルとなった場合に、モニタ信号のＨレベルによる充電レベルを異常判定のしきい値電圧に放電低下させるための時定数が小さく設定できることで、同期整流の異常を速く判定することが可能となり、さらに安全性を向上させることができる。
【００２７】
（同期整流素子駆動電流モニタ回路２の時定数による効果）
また、第１抵抗とコンデンサで構成される並列回路の時定数が、第２抵抗と同期整流素子の駆動用端子間の容量で構成される並列回路の時定数と同じか、もしくは、大きくなるように第１抵抗、コンデンサ、第２抵抗及び同期駆動素子の駆動用端子間の容量の各値が設定されているため、同期整流素子がオフの際の駆動電圧をマイナスの電圧にすることが可能となり、同期整流素子として使用するＭＯＳ−ＦＥＴにドレインに急峻に変化する高い電圧を印加した場合でも、ＭＯＳ−ＦＥＴの誤点弧を防ぐことができる。
【００２８】
（非安定型コンバータによる効果）
また、断続電圧発生回路は、相補的に動作する２組のスイッチング素子を備えた非安定型コンバータであり、相補的に動作する整流回路内の２組の同期整流素子に対して、２組の同期整流素子駆動電流モニタ回路を備え、異常判定回路は、２組の同期整流素子駆動電流モニタ回路がそれぞれで出力するモニタ信号を合わせた信号の状態に応じて、それぞれの同期整流素子を駆動するための電圧信号の伝達経路の異常を検出して、スイッチング電源装置の動作を停止させる停止信号を出力するようにしたため、非安定型コンバータは、動作中に同期整流素子と同期整流素子駆動回路との接続が断線すると、同期整流素子駆動電流モニタ回路が断線を検出してスイッチング電源装置を停止させることができるため、同期整流素子の寄生ダイオードによる整流動作が継続されると言った異常な状態が継続することが無く、発煙発火と言った重大な事故を引き起こすことを確実に防止可能とする。
【００２９】
また、異常判定回路に入力するモニタ信号は、２組の同期整流素子駆動電流モニタ回路の出力を合わせることで、Ｈレベル状態がほぼ連続するモニタ信号となり、同期整流の異常を検出してモニタ信号がＨレベルからＬレベルとなった場合に、モニタ信号のＨレベルによる充電レベルを異常判定のしきい値電圧に放電低下させるための時定数が更に小さく設定でき、前述した同期整流素子駆動電流モニタ回路２と比較して、同期整流の異常を更に速く判定することが可能となり、安全性を向上させることができる。
【００３０】
（非安定型コンバータ対応の同期整流素子駆動電流モニタ回路による効果）
また、２組の同期整流素子駆動電流モニタ回路の各々は、第１抵抗と、第１抵抗に並列に接続されたコンデンサと、２つの入力端子と１つの出力端子を備えたスイッチ素子で構成され、同期整流素子の駆動用端子間には第２抵抗が並列に接続されており、同期整流素子駆動回路が同期整流素子を駆動するための電圧信号の伝達経路に第１抵抗が挿入され、スイッチ素子の入力端子の一方が第１抵抗の一端に接続され、スイッチ素子の入力端子の他方が第１抵抗の他端に接続されており、同期整流素子駆動回路が同期整流素子を駆動する際に、第１抵抗に発生する電圧でスイッチ素子をオンさせることで、スイッチ素子の出力端子からモニタ信号を出力させたため、少ない部品点数の２組の同期整流素子駆動電流モニタ回路により、非安定型コンバータにおける同期整流の異常を速く判定することができる。
【００３１】
更に、第１抵抗とコンデンサで構成される並列回路の時定数が、第２抵抗と同期整流素子の駆動用端子間の容量で構成される並列回路の時定数と同じか、もしくは、大きくなるように第１抵抗、コンデンサ、第２抵抗及び同期整流素子の駆動用端子間の容量の各値が設定されているため、同期整流素子がオフの際の駆動電圧をマイナスの電圧にすることが可能となり、同期整流素子として使用するＭＯＳ−ＦＥＴにドレインに急峻に変化する高い電圧を印加した場合でも、ＭＯＳ−ＦＥＴの誤点弧を防ぐことができる。
【００３２】
（第１基板と第２基板に対する効果）
また、同期整流素子を備えた整流回路が第１基板に実装され、同期整流素子駆動回路が第２基板に実装され、第１基板と第２基板は信号線により接続した接続点を持つようにしたため、振動や衝撃等により接続点が機械的に断線する可能性があっても、同期整流素子駆動電流モニタ回路のモニタ信号から異常判定回路が断線による異常を判定してスイッチング電源装置を停止させることができるため、第１基板に同期整流素子を実装することでトランスから同期整流素子に出力電流が流れる配線を最短にして損失を低減することでヒートシンク構造を不要にしても、発煙発火といった重大な事故を引き起こすことが確実に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明によるスイッチング電源装置の第１実施形態の基本構成を示した回路ブロック図
【図２】図１のスイッチング電源装置の具体例を示した回路ブロック図
【図３】図２のスイッチング電源装置の各部の動作波形を示したタイムチャート
【図４】本発明によるスイッチング電源装置の第２実施形態を示した回路ブロック図
【図５】図４のスイッチング電源装置の各部の動作波形を示したタイムチャート
【図６】図４において同期整流素子駆動電流モニタ回路２０の抵抗Ｒ３１とコンデンサＣ３１との並列回路の時定数と同期整流素子ＴＲ２１側の抵抗Ｒ２１と入力容量Ｃｉｓｓとの並列回路の時定数が同じ場合の動作波形を示したタイムチャート
【図７】図４において同期整流素子駆動電流モニタ回路２０の抵抗Ｒ３１とコンデンサＣ３１との並列回路の時定数が同期整流素子ＴＲ２１側の抵抗Ｒ２１と入力容量Ｃｉｓｓとの並列回路の時定数よりも大きい場合の動作波形を示したタイムチャート
【図８】図４において同期整流素子駆動電流モニタ回路２０の抵抗Ｒ３１とコンデンサＣ３１との並列回路の時定数が同期整流素子ＴＲ２１側の抵抗Ｒ２１と入力容量Ｃｉｓｓとの並列回路の時定数よりも小さい場合の動作波形を示したタイムチャート
【図９】非安定コンバータを用いた本発明によるスイッチング電源装置の第３実施形態を示した回路ブロック図
【図１０】図９のスイッチング電源装置の各部の動作波形を示したタイムチャート
【図１１】本発明によるスイッチング電源装置の第４実施形態を示した回路ブロック図
【図１２】同期整流を行うブリッジコンバータを用いた従来のスイッチング電源装置を示した回路ブロック図
【発明を実施するための形態】
【００３４】
［スイッチング電源装置の第１実施形態］
（回路構成と動作の概要）
図１は本発明によるスイッチング電源装置の第１実施形態の基本構成を示した回路ブロック図である。
【００３５】
図１に示すように、本実施形態のスイッチング電源装置は、ブリッジ型コンバータを例にとっており、断続電圧発生回路１２のスイッチング素子ＴＲ１１、ＴＲ１２、ＴＲ１３、および、ＴＲ１４がトランスＴの１次側巻線Ｌ１に接続され、トランスＴの２次側巻線Ｌ２１，Ｌ２２に整流回路１４を構成する同期整流素子ＴＲ２１、ＴＲ２２が接続され、同期整流素子ＴＲ２１、ＴＲ２２に平滑回路１５が接続され、平滑回路１５から負荷に直流電力を供給する出力端子１６ａ，１６ｂが取り出されている。
【００３６】
また、整流回路１４の同期整流素子ＴＲ２１、ＴＲ２２は、同期整流素子駆動電流モニタ回路２０を介して同期整流素子駆動回路１８に接続されている。同期整流素子駆動電流モニタ回路２０は、同期整流素子ＴＲ２１、ＴＲ２２の駆動電流の有無を検出してモニタ信号Ｖｍｏｎを異常判定回路２２に出力する。異常判定回路２２は、モニタ信号Ｖｍｏｎの状態から同期整流素子ＴＲ２１、ＴＲ２２の制御の異常を検出した場合に停止信号を出力してスイッチング電源装置の動作を停止させる。
【００３７】
図１はスイッチング素子ＴＲ１１〜ＴＲ１４のオンオフを制御するための制御回路の記載を省略してあるが、スイッチング素子ＴＲ１１とスイッチング素子ＴＲ１４の組み合わせとスイッチング素子ＴＲ１２とスイッチング素子ＴＲ１３の組み合わせが相補的にオンオフするように制御が行われている。また、制御回路は出力電圧を所定値に安定させるようにスイッチング素子ＴＲ１１〜ＴＲ１４のデューティを制御している。
【００３８】
スイッチング素子ＴＲ１１〜ＴＲ１４が所定の周波数とデューティでオンオフされることで、入力電源１０から供給される入力電圧を断続電圧に変換し、断続電圧がトランスＴの１次側巻線Ｌ１に入力され、トランスＴの２次側巻線Ｌ２１，Ｌ２２では交流電圧が発生する。
【００３９】
同期整流素子ＴＲ２１，ＴＲ２２は、スイッチング素子ＴＲ１１〜ＴＲ１４のオンオフに同期して制御が行われることでトランスＴの２次側巻線Ｌ２１，Ｌ２２に発生した交流電圧を整流する。スイッチング素子ＴＲ１１とスイッチング素子ＴＲ１４の組み合わせがオンする期間は、同期整流素子ＴＲ２１がオンするように制御が行われ、スイッチング素子ＴＲ１２とスイッチング素子ＴＲ１３の組み合わせがオンする期間は、同期整流素子ＴＲ２２がオンするように制御が行われる。
【００４０】
同期整流素子ＴＲ２１，ＴＲ２２は第１基板２４に実装されており、同期整流素子駆動電流モニタ回路２０および同期整流素子駆動回路１８は第２基板２６に実装されている。
【００４１】
図１では、ブリッジ型コンバータを例に記載したが、同期整流を用いているコンバータであれば、シングルエンデッドフォワードコンバータやフライバックコンバータ、非絶縁のチョッパー回路等のすべてのコンバータ回路に適用できる。
【００４２】
図２は図１のスイッチング電源装置の具体例を示した回路ブロック図である。図２に示すように、スイッチング素子ＴＲ１１〜ＴＲ１４、および、同期整流素子ＴＲ２１,ＴＲ２２はｎチャネルのＭＯＳ−ＦＥＴを用いて構成している。図２でも図１と同様にスイッチング素子ＴＲ１１〜ＴＲ１４を駆動するための制御回路の記載を省略している。
【００４３】
また、図２では同期整流素子ＴＲ２１に対してのみ具体例を記載し、同期整流素子ＴＲ２２に接続される回路の記載を省略しているが、同期整流素子ＴＲ２１と同様の回路が接続されているものとする。本実施例の動作は、同期整流素子ＴＲ２１および同期整流素子ＴＲ２２に対して同じ動作であるため、以下では同期整流素子ＴＲ２１に対する動作のみを記載する。
【００４４】
図３は、図２のスイッチング電源装置の各部の動作波形を示したタイムチャートである。ここで、図３（Ａ）はスイッチング素子ＴＲ１１，ＴＲ１４のスイッチング素子駆動電圧ＶＧＳ１１，１４を示し、図３（Ｂ）は同期整流素子ＴＲ２１の駆動電圧ＶＣＴＬを示し、図３（Ｃ）は同期整流素子ＴＲ２１の駆動電流ＩＣＴＬを示し、図３（Ｄ）は同期整流素子駆動電流モニタ回路２０の抵抗Ｒ３１の電圧波形ＶＲ３１を示し、図３（Ｅ）はモニタ信号Ｖｍｏｎを示し、図３（Ｆ）は異常判定回路２２のコンデンサＣ５１の電圧波形ＶＣ５１を示し、図３（Ｇ）は停止信号を示す。図２及び図３を基に本実施例の動作の詳細を示す。
【００４５】
（回路構成と動作）
図２に示すように、同期整流素子駆動回路１８は、制御回路２８とトーテムポール接続されたトランジスタＴＲ４１およびトランジスタＴＲ４２による出力部で構成されている。制御回路２８によりトランジスタＴＲ４１がオンすると、同期整流素子駆動回路１８の出力端子はＨレベルの同期整流素子駆動電圧ＶＣＴＬを出力する。ここで、Ｈレベルは制御回路用電源Ｖｃｃの電圧となる。また、制御回路２８によりトランジスタＴＲ４２がオンすると、同期整流素子駆動回路１８の出力端子はＬレベルの同期整流素子駆動電圧ＶＣＴＬを出力する。ここで、Ｌレベルは制御回路用電源のグランドレベルの電圧となる。
【００４６】
同期整流素子駆動電流モニタ回路２０は、同期整流素子駆動回路１８の出力端子と同期整流素子ＴＲ２１の駆動端子経路、即ち、同期整流素子ＴＲ２１にＭＯＳ−ＦＥＴを用いた場合はゲート端子経路に挿入される回路であり、抵抗Ｒ３１、トランジスタＴＲ３１、および、抵抗Ｒ３２で構成されている。
【００４７】
抵抗Ｒ３１は、同期整流素子駆動回路１８の出力端子と同期整流素子ＴＲ２１のゲート端子間に挿入される構成となるため、同期整流素子駆動回路１８の出力端子から同期整流素子ＴＲ２１のゲート端子に向かって流れる電流である同期整流素子駆動電流ＩＣＴＬを電圧に変換することができる。なお、抵抗Ｒ３１は駆動経路に挿入すれば良いため、同期整流素子ＴＲ２１のソース端子から同期整流素子駆動回路１８のグランドに戻る配線に挿入しても構わない。
【００４８】
抵抗Ｒ３１の一端に抵抗Ｒ３２を介してトランジスタＴＲ３１のベースを接続し、抵抗Ｒ３１の他端にトランジスタＴＲ３１のエミッタを接続し、トランジスタＴＲ３１のコレクタからモニタ信号Ｖｍｏｎを出力する構成とすることで、抵抗Ｒ３１に電流が流れると、モニタ信号Ｖｍｏｎが出力される動作となる。抵抗Ｒ３２はトランジスタＴＲ３１のベース電流を制限する抵抗であるので削除することもできる。
【００４９】
ここで、同期整流素子駆動電流モニタ回路２０の抵抗Ｒ３１は電流電圧変換を行うためのインピーダンス素子として機能し、トランジスタＴＲ３１はエミッタとベースを２つの入力端子とし、コレクタを１つの出力端子としたスイッチ素子として機能する。
【００５０】
同期整流素子駆動電流モニタ回路２０から出力されたモニタ信号Ｖｍｏｎは異常判定回路２２に入力されており、異常判定回路２２はモニタ信号Ｖｍｏｎの状態に応じてスイッチング電源装置の動作を停止させる制御を行う。
【００５１】
異常判定回路２２は、ダイオードＤ５１、抵抗Ｒ５１、コンデンサＣ５１、抵抗Ｒ５２、ＮＰＮ型のトランジスタＴＲ５１、抵抗５３で構成される。異常判定回路２２はモニタ信号Ｖｍｏｎが入力されると、モニタ信号ＶｍｏｎのＨレベルの電圧がコンデンサＣ５１に充電される。コンデンサＣ５１は抵抗Ｒ５１で放電される時間のあいだトランジスタＴＲ５１をオンさせる。トランジスタＴＲ５１がオンの期間は、停止信号はＬレベルとなる。コンデンサＣ５１が放電しトランジスタＴＲ５１がオフすると、停止信号はＨレベルとなり、スイッチング電源装置の動作を停止する。
【００５２】
（同期整流が正常に動作している場合）
図３の期間Ａは、図２のスイッチング電源装置の第１基板２４と第２基板２６を接続するａ点およびｂ点が正常に接続されている状態の動作波形を示す。
【００５３】
スイッチング素子ＴＲ１１、ＴＲ１４は、図３（Ａ）に示すように、スイッチング素子駆動電圧ＶＧＳ１１、ＶＧＳ１４がＨレベルの時にオン、Ｌレベルの時にオフする動作となる。同期整流素子ＴＲ２１は、図３（Ｂ）に示すように、同期整流素子駆動電圧ＶＣＴＬがＨレベルの時にオン、Ｌレベルの時にオフする動作となる。
【００５４】
同期整流素子ＴＲ２１のオンオフは、スイッチング素子ＴＲ１１、ＴＲ１４のオンオフに同期して制御が行われており、スイッチング素子ＴＲ１１、ＴＲ１４がオンの時は同期整流素子ＴＲ２１がオンするように制御が行われ、スイッチング素子ＴＲ１１、ＴＲ１４がオフの時は同期整流素子ＴＲ２１がオフするように制御が行われる。
【００５５】
図３（Ｂ）の同期整流素子駆動電圧ＶＣＴＬがＬレベルからＨレベルに変化する時、同期整流素子ＴＲ２１のドレイン・ゲート間の容量となる入力容量Ｃｉｓｓを充電する動作となり、図３（Ｃ）に示すように、同期整流素子駆動回路１８の出力端子から同期整流素子ＴＲ２１のゲート端子に向かってプラス方向のパルス状の電流である同期整流素子駆動電流ＩＣＴＬが流れる。
【００５６】
また、図３（Ｂ）の同期整流素子駆動電圧ＶＣＴＬがＨレベルからＬレベルに変化するとき、同期整流素子ＴＲ２１の入力容量Ｃｉｓｓを放電する動作となり、図３（Ｃ）に示すように、同期整流素子ＴＲ２１のゲート端子から同期整流素子駆動回路１８の出力端子に向かってマイナス方向のパルス状の電流である同期整流素子駆動電流ＩＣＴＬが流れる。
【００５７】
同期整流素子駆動回路１８の出力端子と同期整流素子ＴＲ２１のゲート端子の間には、同期整流素子駆動電流モニタ回路２０内の抵抗Ｒ３１が挿入されており、同期整流素子駆動電流ＩＣＴＬが流れると抵抗Ｒ３１の両端に図３（Ｄ）に示す電圧波形ＶＲ３１が発生する。
【００５８】
抵抗Ｒ３１の両端はトランジスタＴＲ３１のベース・エミッタ間に接続されているため、抵抗Ｒ３１の両端にプラス方向にパルス状となる電圧波形ＶＲ３１が発生するとトランジスタＴＲ３１がオンすることで、図３（Ｅ）のようにモニタ信号ＶｍｏｎがＨレベルとなる。モニタ信号Ｖｍｏｎは、パルス状の同期整流素子駆動電流ＩＣＴＬによって発生する電圧信号であるためパルス状の電圧信号となる。
【００５９】
同期整流素子ＴＲ２１は、図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、スイッチング素子ＴＲ１１、ＴＲ１４と同期してオンオフしているため、図３（Ｃ）のパルス状の同期整流素子駆動電流ＩＣＴＬもスイッチング素子ＴＲ１１、ＴＲ１４のオンオフと同期して流れることになり、図３（Ｅ）のモニタ信号Ｖｍｏｎもこれらに同期したパルス状の電圧信号となる。スイッチング素子ＴＲ１１およびＴＲ１４とのオンオフは所定のスイッチング周期で動作しているため、モニタ信号Ｖｍｏｎも所定のスイッチング周波数で出力される電圧信号となる。
【００６０】
異常判定回路２２は、所定の周期を持つパルス状の電圧信号であるモニタ信号ＶｍｏｎのＨレベルの電圧が入力されることで、図３（Ｆ）に示すように、コンデンサＣ５１が充電される。モニタ信号ＶｍｏｎがＬレベルに変化すると、コンデンサＣ５１は抵抗Ｒ５１で放電されて電圧が低下するが、モニタ信号Ｖｍｏｎ は所定のスイッチング周波数で出力されているため、コンデンサＣ５１の電圧はトランジスタＴＲ５１がオフするしきい値電圧まで低下する前に、再度、充電が行われる。これにより、整流回路１４の同期整流が正常に動作している場合は、ＴＲ５１がオン状態を維持することができるため、停止信号が出力されることがない。
【００６１】
（ａ点もしくはｂ点が断線した場合の動作）
図３の期間Ａと期間Ｂの間となる時刻ｔ１で、図２のスイッチング電源装置の第１基板２４と第２基板２６を接続するａ点もしくはｂ点の断線が発生したものとする。期間Ｂは、断線によって同期整流動作が異常になっている状態の動作波形を示す。
【００６２】
期間Ｂでは、図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、期間Ａと同様に、同期整流素子駆動回路１８が同期整流素子ＴＲ２１をオンオフさせるために同期整流素子駆動電圧ＶＣＴＬを出力する。同期整流素子駆動電圧ＶＣＴＬは、期間Ａと同様にスイッチング素子ＴＲ１１およびＴＲ１４のオンオフに同期して制御される。
【００６３】
同期整流素子駆動電圧ＶＣＴＬがＬレベルからＨレベルに変化するとき、期間Ａでは、同期整流素子ＴＲ２１の入力容量を充電する動作が行われていたが、期間Ｂでは、Ａ点もしくはＢ点が断線しているため同期整流素子ＴＲ２１の入力容量を充電するための電流が流れる経路が断線している状態となり、同期整流素子駆動電流ＩＣＴＬが流れない。
【００６４】
期整流素子駆動電流ＩＣＴＬが流れないと、同期整流素子駆動電流モニタ回路２０内の抵抗Ｒ３１に電圧が発生しないため、トランジスタＴＲ３１がオンすることができず、モニタ信号ＶｍｏｎがＨレベルの電圧信号を出力することができなくなり、Ｌレベルで継続する状態となる。
【００６５】
モニタ信号ＶｍｏｎがＬレベルで継続すると異常判定回路２２内のコンデンサＣ５１の電圧が図３（Ｆ）の電圧波形ＶＣ５１に示すように低下する。コンデンサＣ５１の電圧が低下してトランジスタＴＲ５１がオフするしきい値電圧に時刻ｔ２で達すると、トランジスタＴＲ５１がオフして、停止信号がＨレベルとなる。
【００６６】
期間Ｂと期間Ｃの間となる時刻ｔ２で、異常判定回路２２からの停止信号がＨレベルとなることで、スイッチング電源装置は、同期整流素子駆動回路１８の断線を判定して動作を停止する。期間Ｃはスイッチング電源装置の動作が停止している状態である。
【００６７】
（第１実施形態のメリット）
図１及び図２に示したスイッチング電源装置の第１実施形態は、動作中に同期整流素子ＴＲ２１と同期整流素子駆動回路１８との接続が断線すると同期整流素子駆動電流モニタ回路２０が断線を検出してスイッチング電源装置を停止させることができるため、断線により同期整流素子ＴＲ２１の寄生ダイオードＤｐａｒａによる整流動作が継続されて非常に大きな損失により発熱するといった異常な状態が継続することが無いため、発煙発火といった重大な事故を引き起こすことを確実に防止可能とする。
【００６８】
［スイッチング電源装置の第２実施形態］
図４は本発明によるスイッチング電源装置の第２実施形態を示した回路ブロック図である。
【００６９】
（回路構成）
図４に示すように、第２実施形態のスイッチング電源装置は、図２に示した第１実施形態における同期整流素子駆動電流モニタ回路２０の抵抗Ｒ３１（第１抵抗）と並列に接続されたコンデンサＣ３１を追加し、また、同期整流素子ＴＲ２１に抵抗Ｒ２１（第２抵抗）を追加した回路である。
【００７０】
第１実施形態のモニタ信号Ｖｍｏｎは、図３（Ｅ）に示すように、パルス幅の狭い電圧信号であったが、第２実施形態では同期整流素子駆動電圧ＶＣＴＬに同期した広いパルス幅のモニタ信号Ｖｍｏｎを得ることができる。これにより、異常判定回路２２内のコンデンサＣ５１の放電を速く設定することが可能となり、同期整流の異常を速く検出できるようになる。
【００７１】
図５は図４のスイッチング電源装置の各部の動作波形を示したタイムチャートである。ここで、図５（Ａ）はスイッチング素子ＴＲ１１，ＴＲ１４のスイッチング素子駆動電圧ＶＧＳ１１，１４を示し、図５（Ｂ）は同期整流素子ＴＲ２１の駆動電圧ＶＣＴＬを示し、図５（Ｃ）は同期整流素子ＴＲ２１の駆動電流ＩＣＴＬを示し、図５（Ｄ）は同期整流素子駆動電流モニタ回路２０の抵抗Ｒ３１の電圧波形ＶＲ３１を示し、図５（Ｅ）は同期整流素子ＴＲ２１側に追加した抵抗Ｒ２１の電圧波形ＶＲ２１を示し、
図５（Ｆ）はモニタ信号Ｖｍｏｎを示し、図５（Ｇ）は異常判定回路２２のコンデンサＣ５１の電圧波形ＶＣ５１を示し、図５（Ｈ）は停止信号を示す。以下、図４、図５を基に本実施例の動作の詳細を示す。
【００７２】
（同期整流が正常に動作している場合）
図５の期間Ａは、図４のスイッチング電源装置の第１基板２４と第２基板２６を接続するａ点およびｂ点が正常に接続されている状態の動作波形を示す。
【００７３】
図２の第１実施形態と同様、図５（Ａ）（Ｂ）に示すように、スイッチング素子ＴＲ１１、ＴＲ１４は、スイッチング素子駆動電圧ＶＧＳ１１、ＶＧＳ１４がＨレベルの時にオン、Ｌレベルの時にオフする動作となり、同期整流素子ＴＲ２１は、同期整流素子駆動電圧ＶＣＴＬがＨレベルの時にオン、Ｌレベルの時にオフする動作となる。
【００７４】
図２の第１実施形態と同様、同期整流素子駆動電圧ＶＣＴＬがＬレベルからＨレベルに変化するとき、コンデンサＣ３１を介して同期整流素子ＴＲ２１の入力容量Ｃｉｓｓを充電する動作となり、図５（Ｃ）に示すように、同期整流素子駆動回路１８の出力端子から同期整流素子ＴＲ２１のゲート端子に向かってプラス方向となるパルス状の電流である同期整流素子駆動電流ＩＣＴＬが流れる。
【００７５】
また、同期整流素子駆動電圧ＶＣＴＬがＨレベルからＬレベルに変化するとき、同期整流素子ＴＲ２１の入力容量を放電する動作となり、図５（Ｃ）に示すように、同期整流素子ＴＲ２１のゲート端子から同期整流素子駆動回路１８の出力端子に向かってマイナス方向となるパルス状の電流である同期整流素子駆動電流ＩＣＴＬが流れる。
【００７６】
図２の第１実施形態では、同期整流素子ＴＲ２１の入力容量Ｃｉｓｓの充電が完了すると、図３（Ｃ）に示したように、同期整流素子駆動電流ＩＣＴＬが流れなくなるが、第２実施形態では、同期整流素子ＴＲ２１のゲート・ソース間の抵抗Ｒ２１があるため、（同期整流素子駆動回路１８の出力）→（抵抗Ｒ３１）→（抵抗Ｒ２１）→（同期整流素子駆動回路１８のグランドの経路）で電流が継続的に流れる。
【００７７】
入力容量Ｃｉｓｓの充電が完了した後の電流は、抵抗Ｒ３１および抵抗Ｒ２１の値で決定されるが、入力容量Ｃｉｓｓの充電はコンデンサＣ３１を介して流れることから、抵抗Ｒ３１を大きな値に設定しても同期整流素子ＴＲ２１の駆動速度に影響を与えないため、同期整流素子駆動電流ＩＣＴＬに比較して十分小さな電流に設定することができる。
【００７８】
これにより、式（１）、式（２）のように、同期整流素子駆動電圧ＶＣＴＬを抵抗Ｒ３１と抵抗Ｒ２１の抵抗値の比率で分配した電圧ＶＲ３１，ＶＲ２１が各抵抗Ｒ３１，Ｒ２１に印加されることになる。
ＶＲ３１＝Ｒ３１／（Ｒ３１+Ｒ２１）×ＶＣＴＬ      （１）
ＶＲ２１＝Ｒ２１／（Ｒ３１+Ｒ２１）×ＶＣＴＬ      （２）
【００７９】
抵抗Ｒ３１、コンデンサＣ３１、抵抗Ｒ２１、および、入力容量Ｃｉｓｓの値は、抵抗Ｒ３１とコンデンサＣ３１で構成される並列回路の時定数と、抵抗Ｒ２１と入力容量Ｃｉｓｓで構成される並列回路の時定数が同じになるように、抵抗Ｒ３１、Ｒ２１の各抵抗値とコンデンサＣ３１の容量値の設定を行うことを基本とし、場合に応じて、抵抗Ｒ３１とコンデンサＣ３１で構成される並列回路の時定数が抵抗Ｒ２１と入力容量Ｃｉｓｓで構成される並列回路の時定数よりも大きくなるように設計しても良い。また、入力容量Ｃｉｓｓに対して、時定数を調整する目的でコンデンサを並列に接続してもかまわない。ここで、抵抗Ｒ３１は第１抵抗となり、抵抗Ｒ２１は第２抵抗となる。
【００８０】
抵抗Ｒ３１とコンデンサＣ３１で構成される並列回路の時定数が抵抗Ｒ２１と入力容量Ｃｉｓｓで構成される並列回路の時定数よりも小さくなる設計は行ってはいけない。抵抗Ｒ３１とコンデンサＣ３１で構成される並列回路の時定数と抵抗Ｒ２１と入力容量Ｃｉｓｓで構成される並列回路の時定数の関係については後述することとし、以下は、両者の時定数が同じ場合について説明を行う。
【００８１】
図６は図４において同期整流素子駆動電流モニタ回路２０の抵抗Ｒ３１とコンデンサＣ３１の並列回路の時定数と同期整流素子ＴＲ２１側の抵抗Ｒ２１と入力容量Ｃｉｓｓとの並列回路の時定数が同じ場合の動作波形を示したタイムチャートである。
【００８２】
図４において、抵抗Ｒ３１とコンデンサＣ３１で構成される並列回路の時定数と抵抗Ｒ２１と入力容量Ｃｉｓｓで構成される並列回路の時定数が同じになるように各抵抗値と容量値の設定を行うと、図６（Ｃ）（Ｄ）に示すように、各並列回路の抵抗Ｒ３１，Ｒ２１に印加される電圧波形ＶＲ３１、ＶＲ２１は、図６（Ｂ）に示す同期整流素子ＴＲ２１の同期整流素子駆動電圧ＶＣＴＬと相似形の波形が得られる。
【００８３】
また、抵抗Ｒ３１の電圧波形ＶＲ３１および抵抗Ｒ２１の電圧波形ＶＲ２１は、式（１）、式（２）のように、同期整流素子駆動電圧ＶＣＴＬを抵抗Ｒ３１と抵抗Ｒ２１の抵抗値の比率で分配した電圧が各並列回路に印加される電圧となる。そこで、同期整流素子ＴＲ２１がオンするために必要な電圧とトランジスタＴＲ３１がオンするために必要な電圧を考えて抵抗Ｒ３１と抵抗Ｒ２１の抵抗値を決定する。入力容量Ｃｉｓｓは選定した同期整流素子ＴＲ２１で決定される。これらから、時定数が同じになるようにコンデンサＣ３１の値を決定する。
【００８４】
例えば、Ｒ３１＝５キロオーム、Ｃ３１=２００００ピコファラド、Ｒ２１=１０キロオーム、Ｃｉｓｓ=１００００ピコファラドの場合において、同期整流素子駆動電圧ＶＣＴＬが０ボルトと１５ボルトの電圧振幅の矩形波だとすると、電圧波形ＶＲ３１は０ボルトと５ボルトの電圧振幅の矩形波となり、電圧波形ＶＲ２１は０ボルトと１０ボルトの電圧振幅の矩形波となる。
【００８５】
抵抗Ｒ３１は５キロオームと大きな抵抗値を用いているが、同期整流素子ＴＲ２１の入力容量Ｃｉｓｓを充電する電流である同期整流素子駆動電流ＩＣＴＬはコンデンサＣ３１を介して流れるため、十分に大きな電流を流すことができるため問題になることはない。従って、抵抗Ｒ３１は５キロオームよりもさらに大きな値を使用しても構わない。
【００８６】
また、抵抗Ｒ３１の抵抗値を大きくすることで抵抗Ｒ２１の抵抗値も大きくすることができるので、入力容量Ｃｉｓｓの充電が完了した後に流れる電流を小さくすることができるため、回路の消費電力を低減できる。
【００８７】
同期整流素子駆動電流モニタ回路２０は、第１実施形態では、図３（Ｃ）に示したように、同期整流素子駆動電流ＩＣＴＬが流れる短い期間だけしか抵抗Ｒ３１に電圧を発生させることができなかったため、図３（Ｅ）に示したように、モニタ信号Ｖｍｏｎも細いパルス幅の電圧信号となっている。
【００８８】
第２実施形態の同期整流素子駆動電流モニタ回路２０では、図５（Ｂ）に示す同期整流素子駆動電圧ＶＣＴＬの出力がＨレベルの期間は、抵抗Ｒ３１、コンデンサＣ３１に電圧が発生しているため、同期整流素子駆動電圧ＶＣＴＬの出力がＨレベルの期間はトランジスタＴＲ３１をオンすることができる。従って、図５（Ｆ）に示すように、第１実施形態と比較して広いパルス幅のモニタ信号Ｖｍｏｎを出力することができる。
【００８９】
異常判定回路２２は、所定の周期を持つパルス状の電圧信号であるモニタ信号ＶｍｏｎのＨレベルの電圧が入力されることで、図５（Ｇ）に示すように、コンデンサＣ５１が充電される。モニタ信号ＶｍｏｎがＬレベルに変化すると、コンデンサＣ５１は抵抗Ｒ５１で放電されて電圧が低下するが、同期整流素子駆動回路１８が正常に動作している場合は、一定周期でモニタ信号ＶｍｏｎがＨレベルになるため、トランジスタＴＲ５１がオン状態を維持することができる。従って、停止信号が出力されることがない。
【００９０】
（ａ点もしくはｂ点が断線した場合の動作）
図５の期間Ａと期間Ｂの間となる時刻ｔ１で、図４のスイッチング電源装置の第１基板２４と第２基板２６を接続するａ点もしくはｂ点の断線が発生したものとする。期間Ｂは、断線によって同期整流動作が異常になっている状態の動作波形を示す。
【００９１】
期間Ｂでは、図５（Ａ）（Ｂ）に示すように、期間Ａと同様に同期整流素子駆動回路１８が同期整流素子ＴＲ２１をオンオフさせるために同期整流素子駆動電圧ＶＣＴＬを出力する。同期整流素子駆動電圧ＶＣＴＬは、期間Ａと同様にスイッチング素子ＴＲ１１およびＴＲ１４のオンオフに同期して制御される。
【００９２】
期間Ａでは、同期整流素子駆動電圧ＶＣＴＬがＨレベルの時、抵抗Ｒ３１とコンデンサＣ３１で構成される並列回路に抵抗Ｒ２１と入力容量Ｃｉｓｓで構成される並列回路が直列に接続された回路に対して、同期整流素子駆動電圧ＶＣＴＬが印加されていたが、期間Ｂでは、ａ点もしくはｂ点が断線しているため、各並列回路に同期整流素子駆動電圧ＶＣＴＬが印加されなくなり、抵抗Ｒ３１に電圧が発生しない状態となる。従って、同期整流素子駆動電圧ＶＣＴＬがＨレベルになってもトランジスタＴＲ３１がオンできない状態となり、モニタ信号ＶｍｏｎがＨレベルの電圧信号を出力することができなくなり、Ｌレベルで継続する状態となる。
【００９３】
異常判定回路２２は、図５（Ｇ）に示すように、モニタ信号ＶｍｏｎがＬレベルのときコンデンサＣ５１は抵抗Ｒ５１で放電されて電圧が低下する。第２実施形態では、第１実施形態と比較してモニタ信号ＶｍｏｎがＨレベルになっている期間が長いため、第２実施形態では、抵抗Ｒ５１とコンデンサＣ５１の時定数を小さくすることで、コンデンサＣ５１の放電時間を速く設定しても、同期整流動作が正常に行われているときのトランジスタＴＲ５１の動作に影響を及ぼさない。
【００９４】
このため第２実施形態では、コンデンサＣ５１の放電時間を短く設定できることで、時刻ｔ１でａ点又はｂ点が断線してから時刻ｔ２で異常判定回路２２が停止信号を出力するまでの時間を短くすることができ、同期整流素子駆動回路１８の異常を第１実施形態よりも速く検出できるようになる。
【００９５】
（第２実施形態の定数設定）
第２実施形態の回路は、抵抗Ｒ３１とコンデンサＣ３１で構成される並列回路の時定数が抵抗Ｒ２１と入力容量Ｃｉｓｓで構成される並列回路の時定数よりも大きくなるように設計しても良いが、抵抗Ｒ３１とコンデンサＣ３１で構成される並列回路の時定数が抵抗Ｒ２１と入力容量Ｃｉｓｓで構成される並列回路の時定数よりも小さくなる設計は行ってはいけない理由を以下に述べる。
【００９６】
図７は図４において同期整流素子駆動電流モニタ回路２０の抵抗Ｒ３１とコンデンサＣ３１の並列回路の時定数が同期整流素子ＴＲ２１側の抵抗Ｒ２１と入力容量Ｃｉｓｓとの並列回路の時定数よりも大きい場合の動作波形を示したタイムチャート、図８は図４において同期整流素子駆動電流モニタ回路２０の抵抗Ｒ３１とコンデンサＣ３１の並列回路の時定数が同期整流素子ＴＲ２１側の抵抗Ｒ２１と入力容量Ｃｉｓｓとの並列回路の時定数よりも小さい場合の動作波形を示したタイムチャートである。
【００９７】
まず、抵抗Ｒ３１とコンデンサＣ３１で構成される並列回路の時定数が抵抗Ｒ２１と入力容量Ｃｉｓｓで構成される並列回路の時定数よりも大きくなるように設計した場合であるが、図７（Ｃ）に示すように、抵抗Ｒ３１の電圧波形ＶＲ３１はプラスの電圧に重畳された電圧振幅となり、図７（Ｄ）に示すように、抵抗Ｒ２１の電圧波形ＶＲ２１をマイナスの電圧に振幅させることができる。
【００９８】
電圧波形ＶＲ２１をマイナスの電圧に振幅させることは、同期整流素子ＴＲ２１として使用するＭＯＳ−ＦＥＴをオフさせている時の誤点弧防止のための有効な手段になる。ＭＯＳ−ＦＥＴは、ゲートの電圧を低下させてオフを維持している状態でドレインに急峻に変化する高い電圧を印加すると、ドレインとゲート間の寄生容量を介してゲートの電圧が上昇して誤点弧が発生してしまう特性（ｄｖ/ｄｔ誤点弧）を持っている。
【００９９】
このため、通常では、ドレインに急峻に変化する高い電圧が印加されないような設計を行うため、部品点数増加、コスト増加、損失増加等の問題が発生するが、本回路を用いて、ドレインとゲート間の寄生容量による電圧上昇分を見込んで、予めゲートにマイナスの電圧を与えておくように時定数を設定すれば、ＭＯＳ−ＦＥＴのドレインに急峻に変化する高い電圧を印加してもｄｖ/ｄｔ誤点弧が発生しない。
【０１００】
例えば、Ｒ３１＝５キロオーム、Ｃ３１=０.１マイクロファラド、Ｒ２１=１０キロオーム、Ｃｉｓｓ=１００００ピコファラドの場合において、同期整流素子駆動電圧ＶＣＴＬが０ボルトと１５ボルトの電圧振幅の矩形波だとすると、電圧波形ＶＲ３１は約１.８ボルトと約３.２ボルトの電圧振幅の矩形波となり、電圧波形ＶＲ２１は約−１.８ボルトと約１１.８ボルトの電圧振幅の矩形波となる。これにより、ドレインに急峻に変化する高い電圧を印加したときのゲートの電圧上昇を、ゲートにマイナス電圧を印加しないときよりも１.８ボルト分だけ許容できる状態となる。
【０１０１】
次に、抵抗Ｒ３１とコンデンサＣ３１で構成される並列回路の時定数が抵抗Ｒ２１と入力容量Ｃｉｓｓの時定数よりも小さくなるように設計した場合であるが、図８（Ｃ）（Ｄ）に示すように、先とは逆に、抵抗Ｒ２１の電圧波形ＶＲ２１がプラスの電圧に重畳された電圧振幅となり、抵抗Ｒ３１の電圧波形ＶＲ３１がマイナスの電圧まで振幅する状態となる。
【０１０２】
電圧波形ＶＲ２１がプラスの電圧に重畳した状態では、同期整流素子ＴＲ２１がオフできなくなる状態となるため、スイッチング電源装置としての同期整流動作を行うことができなくなる。
【０１０３】
例えば、Ｒ３１＝５キロオーム、Ｃ３１=２００００ピコファラド、Ｒ２１=１００キロオーム、Ｃｉｓｓ=１００００ピコファラドの場合において、同期整流素子駆動電圧ＶＣＴＬが０ボルトと１５ボルトの電圧振幅の矩形波だとすると、電圧波形ＶＲ３１は約−２.２ボルトと約２.８ボルトの電圧振幅の矩形波となり、電圧波形ＶＲ２１は約２.２ボルトと１２.２ボルトの電圧振幅の矩形波となる。
【０１０４】
同期整流素子ＴＲ２１に使用されるＭＯＳ−ＦＥＴとしてゲート電圧のしきい値が１.５ボルト程度のものが用いられる場合が多いため、上記の条件では同期整流素子ＴＲ２１がすべての状態でオンすることになってしまうため、同期整流動作を行うことができなくなる。
【０１０５】
（第２実施形態のメリット）
第２実施形態によるスイッチング電源装置は、動作中に同期整流素子ＴＲ２１と同期整流素子駆動回路１８との接続が断線すると、第１実施形態と同様に、同期整流素子駆動電流モニタ回路２０が断線を検出してスイッチング電源装置を停止させることができるため、断線により同期整流素子ＴＲ２１の寄生ダイオードＤｐａｒａによる整流動作が継続されて非常に大きな損失により発熱するといった異常な状態が継続することが無く、発煙発火と言った重大な事故を引き起こすことを確実に防止可能とする。
【０１０６】
また、第１実施形態と比較してモニタ信号Ｖｍｏｎが出力される時間を長くすることができるため、抵抗Ｒ５１とコンデンサＣ５１の時定数を小さくすることが可能となることで同期整流の異常を速く判定することが可能となり、さらに安全性を向上させることができる。
【０１０７】
さらには、抵抗Ｒ３１とコンデンサＣ３１で構成される並列回路の時定数が抵抗Ｒ２１と入力容量Ｃｉｓｓで構成される並列回路の時定数よりも大きくなるように設計することで、同期整流素子ＴＲ２１がオフの際の駆動電圧をマイナスの電圧にすることが可能となり、同期整流素子ＴＲ２１に使用しているＭＯＳ−ＦＥＴにドレインに急峻に変化する高い電圧を印加した場合でもＭＯＳ−ＦＥＴの誤点弧を防ぐことができる。
【０１０８】
［スイッチング電源装置の第３実施形態］
図９は非安定型コンバータを用いた本発明によるスイッチング電源装置の第３実施形態を示した回路ブロック図である。
【０１０９】
図９に示すように、本発明によるスイッチング電源装置の第３実施形態は、非安定型コンバータを対象としている。非安定型コンバータは、ブリッジ型コンバータやプッシュプル型コンバータにおけるスイッチング素子ＴＲ１１〜ＴＲ１４のオンデューティを約５０%で固定して用いられるコンバータのことであり、第３実施形態では第２実施形態と比較して同期整流の異常をさらに速く検出できるようになる。以下、詳細を説明する。
【０１１０】
（回路構成）
図９に示すように、第３実施形態では、スイッチング電源装置を非安定型コンバータとして動作させるために、スイッチング素子ＴＲ１１及びスイッチング素子ＴＲ１４の組み合わせとスイッチング素子ＴＲ１２とスイッチング素子ＴＲ１３の組み合わせは、相補的にオンオフするように制御されており、それぞれ、オンデューティが約５０%で動作している。
【０１１１】
第２基板２６には、同期整流素子ＴＲ２１，ＴＲ２２に対応して、２組の同期整流素子駆動回路１８ａ，１８ｂと同期整流素子駆動電流モニタ回路２０ａ，２０ｂを実装している。同期整流素子駆動回路１８ａ，１８ｂと同期整流素子駆動電流モニタ回路２０ａ，２０ｂは図４の第２実施形態と同じ回路構成であり、また、同期整流素子ＴＲ２１，ＴＲ２２側には抵抗Ｒ２１，Ｒ２２が追加されている。
【０１１２】
同期整流素子駆動回路１８ａは、スイッチング素子ＴＲ１１及びスイッチング素子ＴＲ１４の組み合わせのオンオフに同期して同期整流素子ＴＲ２１がオンオフするように同期整流素子駆動電圧ＶＣＴＬ１を出力する。同期整流素子駆動回路１８ｂは、スイッチング素子ＴＲ１２とスイッチング素子ＴＲ１３の組み合わせのオンオフに同期して同期整流素子ＴＲ２２がオンオフするように同期整流素子駆動電圧ＶＣＴＬ２を出力する。
【０１１３】
同期整流素子駆動電流モニタ回路２０ａ、２０ｂは、モニタ信号出力端子３０ａおよびモニタ信号出力端子３０ｂを接続した信号線によりモニタ信号Ｖｍｏｎを取り出し、異常判定回路２２に入力している。
【０１１４】
図１０は図９のスイッチング電源装置の各部の動作波形を示したタイムチャートである。ここで、図１０（Ａ）はスイッチング素子ＴＲ１１，ＴＲ１４のスイッチング素子駆動電圧ＶＧＳ１１，１４を示し、図１０（Ｂ）はスイッチング素子ＴＲ１２，ＴＲ１３のスイッチング素子駆動電圧ＶＧＳ１２，１３を示し、図１０（Ｃ）は同期整流素子ＴＲ２１の駆動電圧ＶＣＴＬ１を示し、図１０（Ｄ）は同期整流素子ＴＲ２１の駆動電流ＩＣＴＬ１を示し、図１０（Ｅ）は同期整流素子駆動電流モニタ回路２０ａの抵抗Ｒ３１ａの電圧波形ＶＲ３１ａを示し、図１０（Ｆ）は同期整流素子ＴＲ２１側に追加した抵抗Ｒ２１の電圧波形ＶＲ２１を示し、図１０（Ｇ）は同期整流素子ＴＲ２２の駆動電圧ＶＣＴＬ２を示し、図１０（Ｈ）は同期整流素子ＴＲ２２の駆動電流ＩＣＴＬ２を示し、図１０（Ｉ）は同期整流素子駆動電流モニタ回路２０ｂの抵抗Ｒ３１ｂの電圧波形ＶＲ３１ｂを示し、図１０（Ｊ）は同期整流素子ＴＲ２２側に追加した抵抗Ｒ２１の電圧波形ＶＲ２１を示し、図１０（Ｋ）はモニタ信号Ｖｍｏｎを示し、図１０（Ｌ）は異常判定回路２２のコンデンサＣ５１の電圧波形ＶＣ５１を示し、図１０（Ｍ）は停止信号を示す。以下、図９及び図１０を基に本実施例の動作の詳細を示す。
【０１１５】
（同期整流が正常に動作している場合）
図１０の期間Ａは、図９のスイッチング電源装置の第１基板２４と第２基板２６を接続するａ点〜ｄ点が正常に接続されている状態の動作波形を示す。
【０１１６】
フルブリッジ型コンバータは、スイッチング素子ＴＲ１１とスイッチング素子ＴＲ１４の組み合わせが同時にオンオフ、スイッチング素子ＴＲ１２とスイッチング素子ＴＲ１３の組み合わせが同時にオンオフするように制御されている。また、スイッチング素子ＴＲ１１とスイッチング素子ＴＲ１４の組み合わせとスイッチング素子ＴＲ１２とスイッチング素子ＴＲ１３の組み合わせは、相補的にオンオフするように制御されており、それぞれ、オンデューティが約５０%で動作している。
【０１１７】
同期整流素子駆動回路１８ａは、スイッチング素子ＴＲ１１とスイッチング素子ＴＲ１４の組み合わせのオンオフに同期して同期整流素子ＴＲ２１がオンオフするように同期整流素子駆動電圧ＶＣＴＬ１を出力する。
【０１１８】
同期整流素子駆動回路１８ｂは、スイッチング素子ＴＲ１２と及びスイッチング素子ＴＲ１３の組み合わせのオンオフに同期して同期整流素子ＴＲ２２がオンオフするように同期整流素子駆動電圧ＶＣＴＬ２を出力する。
【０１１９】
同期整流素子駆動回路１８ａの出力端子と同期整流素子ＴＲ２１のゲート端子の間には同期整流素子駆動電流モニタ回路２０ａ内の抵抗Ｒ３１ａ（第１抵抗）が挿入されており、抵抗Ｒ３１ａと並列にコンデンサＣ３１ａ接続されている。同期整流素子ＴＲ２１のゲート端子とソース端子間は入力容量Ｃｉｓｓ１を持ち、入力容量Ｃｉｓｓ１と並列に抵抗Ｒ２１（第２抵抗）が接続されている。これより、抵抗Ｒ３１ａとコンデンサＣ３１ａで構成される並列回路に、抵抗Ｒ２１と入力容量Ｃｉｓｓ１で構成される並列回路が直列に接続された回路に対して、同期整流素子駆動電圧ＶＣＴＬ１が印加されることになる。
【０１２０】
同期整流素子駆動回路１８ｂの出力端子と同期整流素子ＴＲ２２のゲート端子の間には同期整流素子駆動電流モニタ回路２０ｂ内の抵抗Ｒ３１ｂが挿入されており、抵抗Ｒ３１ｂ（第１抵抗）と並列にコンデンサＣ３１ｂが接続されている。同期整流素子ＴＲ２２のゲート端子とソース端子間は入力容量Ｃｉｓｓ２を持ち、入力容量Ｃｉｓｓ２と並列に抵抗Ｒ２２（第２抵抗）が接続されている。これより、抵抗Ｒ３１ｂとコンデンサＣ３１ｂで構成される並列回路に、抵抗Ｒ２２と入力容量Ｃｉｓｓ２で構成される並列回路が直列に接続された回路に対して、同期整流素子駆動電圧ＶＣＴＬ２が印加されることになる。
【０１２１】
図４に示した第２実施形態と同様に、抵抗Ｒ３１ａとコンデンサＣ３１ａで構成される並列回路の時定数と抵抗Ｒ２１と入力容量Ｃｉｓｓ１で構成される並列回路の時定数が同じになるように各抵抗値と容量値の設定を行うことを基本とし、場合に応じて、抵抗Ｒ３１ａとコンデンサＣ３１ａで構成される並列回路の時定数が抵抗Ｒ２１と入力容量Ｃｉｓｓ１で構成される並列回路の時定数よりも大きくなるように設計しても良い。
【０１２２】
抵抗Ｒ３１ａとコンデンサＣ３１ａで構成される並列回路の時定数が抵抗Ｒ２１と入力容量Ｃｉｓｓ１で構成される並列回路の時定数よりも小さくなる設計は行ってはいけない。抵抗Ｒ３１ｂとコンデンサＣ３１ｂで構成される並列回路の時定数と抵抗Ｒ２２と入力容量Ｃｉｓｓ２で構成される並列回路の時定数に関しても同様の設定を行う。
【０１２３】
抵抗Ｒ３１ａとコンデンサＣ３１ａで構成される並列回路の時定数と抵抗Ｒ２１と入力容量Ｃｉｓｓ１で構成される並列回路の時定数が同じになるように各抵抗値と容量値の設定を行うと、第２実施形態と同様、図１０（Ｃ）（Ｅ）（Ｆ）に示すように、各並列回路に印加される電圧波形ＶＲ３１ａおよび電圧波形ＶＲ２１は、同期整流素子駆動電圧ＶＣＴＬ１と相似形の波形が得られる。
【０１２４】
また、電圧波形ＶＲ３１ａおよび電圧波形ＶＲ２１は、式（３）、式（４）のように、同期整流素子駆動電圧ＶＣＴＬ１を抵抗Ｒ３１ａと抵抗Ｒ２１の抵抗値の比率で分配した電圧が各並列回路に印加される電圧となる。
ＶＲ３１ａ=Ｒ３１ａ／（Ｒ３１ａ+Ｒ２１）×ＶＣＴＬ１        （３）
ＶＲ２１  =Ｒ２１  ／（Ｒ３１ａ+Ｒ２１）×ＶＣＴＬ１        （４）
【０１２５】
同期整流素子ＴＲ２１がオンするために必要な電圧とトランジスタＴＲ３１ａがオンするために必要な電圧を考えて抵抗Ｒ３１ａと抵抗Ｒ２１の値を決定する。入力容量Ｃｉｓｓ１は選定した同期整流素子ＴＲ２１で決定される。これらから、時定数が同じになるようにコンデンサＣ３１ａの値を決定する。
【０１２６】
同期整流素子ＴＲ２２に対しても、同期整流素子駆動回路１８ｂ、同期整流素子駆動電流モニタ回路２０ｂを用いて、上記と同様に、抵抗Ｒ３１ｂとコンデンサＣ３１ｂで構成される並列回路の時定数と抵抗Ｒ２２と入力容量Ｃｉｓｓ２の時定数が同じになるように各抵抗値と容量値の設定を行うと、図１０（Ｇ）（Ｉ）（Ｊ）に示すように、各並列回路に印加される電圧波形ＶＲ３１ｂおよび電圧波形ＶＲ２２は、同期整流素子駆動電圧ＶＣＴＬ２と相似形の波形が得られる。
【０１２７】
また、電圧波形ＶＲ３１ｂおよび電圧波形ＶＲ２２は、式（５）、式（６）のように、同期整流素子駆動電圧ＶＣＴＬ２を抵抗Ｒ３１ｂと抵抗Ｒ２２の抵抗値の比率で分配した電圧が各並列回路に印加される電圧となる。
ＶＲ３１ｂ=Ｒ３１ｂ／（Ｒ３１ｂ+Ｒ２２）×ＶＣＴＬ２        （５）
ＶＲ２２  =Ｒ２２  ／（Ｒ３１ｂ+Ｒ２２）×ＶＣＴＬ２        （６）
【０１２８】
図４の第２実施形態と同様に、図９の同期整流素子駆動電流モニタ回路２０ａでは、同期整流素子ＴＲ２１がオンしている期間は抵抗Ｒ３１ａに電圧が発生しているため、トランジスタＴＲ３１ａをオンすることができる。同期整流素子駆動電流モニタ回路２０ｂでも、同期整流素子ＴＲ２２がオンしている期間はコンデンサＣ３１ｂに電圧が発生しているため、トランジスタＴＲ３１ｂをオンすることができる。
【０１２９】
図９の第３実施形態は非安定型コンバータであるので、同期整流素子ＴＲ２１と同期整流素子ＴＲ２２がオンデューティ約５０%で相補的にオンオフしているため、トランジスタＴＲ３１ａとトランジスタＴＲ３１ｂが相補的にオンオフすることになり、図１０（Ｋ）に示すように、モニタ信号Ｖｍｏｎがほとんど全ての期間でＨレベルとなる動作が得られる。なお、同期整流素子ＴＲ２１および同期整流素子ＴＲ２２のオンデューティにデッドタイムを設けて５０%に満たない設計とした場合、僅かな期間だけ、モニタ信号ＶｍｏｎがＬレベルとなる。
【０１３０】
図９の第３実施形態の異常判定回路２２は、図２の第１実施形態や図４の第２実施形態と比較してコンデンサＣ５１の放電時間が速くなるように設定される。モニタ信号Ｖｍｏｎが入力されることでコンデンサＣ５１が充電されて電圧がモニタ信号ＶｍｏｎのＨレベルとなる。モニタ信号ＶｍｏｎがＬレベルになると、コンデンサＣ５１は抵抗Ｒ５１で放電されて電圧が低下するが、図１０（Ｋ）のように、モニタ信号Ｖｍｏｎはほとんど全ての期間Ｈレベルとなっているので、トランジスタＴＲ５１がオン状態を維持することができるため、図１０（Ｍ）のように、停止信号が出力されることがない。
【０１３１】
（ａ点もしくはｂ点が断線した場合の動作）
図１０の期間Ａと期間Ｂの間の時刻ｔ１で、図９のスイッチング電源装置の第１基板２４と第２基板２６を接続するａ点もしくはｂ点に断線が発生したものとする。期間Ｂは、断線によって同期整流動作が異常になっている状態の動作波形を示す。
【０１３２】
期間Ｂでは、期間Ａと同様に同期整流素子駆動回路１８ａが同期整流素子ＴＲ２１をオンオフさせるために同期整流素子駆動電圧ＶＣＴＬ１を出力する。同期整流素子駆動電圧ＶＣＴＬ１は、期間Ａと同様にスイッチング素子ＴＲ１１およびスイッチング素子ＴＲ１４のオンオフに同期して制御される。
【０１３３】
期間Ａでは、同期整流素子駆動電圧ＶＣＴＬ１がＨレベルの時、抵抗Ｒ３１ａとコンデンサＣ３１ａで構成される並列回路に、抵抗Ｒ２１と入力容量Ｃｉｓｓ１で構成される並列回路が直列に接続された回路に対して、同期整流素子駆動電圧ＶＣＴＬ１が印加されていたが、期間Ｂでは、ａ点もしくはｂ点が断線しているため、各並列回路に同期整流素子駆動電圧ＶＣＴＬ１が印加されなくなり、コンデンサＣ３１ａに電圧が発生しない状態となる。同期整流素子駆動電圧ＶＣＴＬ１がＨレベルになってもトランジスタＴＲ３１ａがオンできない状態となる。
【０１３４】
同期整流素子ＴＲ２１，ＴＲ２２が正常に動作している期間Ａでは、モニタ信号Ｖｍｏｎがほとんど全ての期間でＨレベルとなるため、第３実施形態では、第１実施形態や第２実施形態と比較して、異常判定回路２２の抵抗Ｒ５１とコンデンサＣ５１の時定数を少なく設定することができる。
【０１３５】
このため時刻ｔ１でａ点もしくはｂ点に断線が発生としてモニタ信号ＶｍｏｎがＬレベルを継続すると、図１０（Ｌ）に示すように、異常判定回路２２のコンデンサＣ５１の電圧波形ＶＣ５１は急速に放電して時刻ｔ２でトランジスタＴＲ５１がオフするしきい値電圧に達し、図１０（Ｍ）に示すように、停止信号がＨレベルとなり、第２実施形態に比較して同期整流素子の異常を更に速く判定してスイッチング電源装置の動作を停止することができる。
【０１３６】
（第３実施形態のメリット）
非安定型コンバータに適用した第２実施形態によるスイッチング電源装置は、動作中に同期整流素子ＴＲ２１，ＴＲ２２と同期整流素子駆動回路１８ａ，１８ｂとの接続が断線すると、第１実施形態や第２実施形態と同様に、同期整流素子駆動電流モニタ回路２０ａ，２０ｂが断線を検出してスイッチング電源装置を停止させることができるため、断線により同期整流素子の寄生ダイオードによる整流動作が継続されて非常に大きな損失により発熱するといった異常な状態が継続することが無く、発煙発火と言った重大な事故を引き起こすことを確実に防止可能とする。
【０１３７】
また、第１実施形態や第２実施形態と比較して、同期整流の異常を速く判定することが可能となり、さらに安全性を向上させることができる。
【０１３８】
（第３実施形態の変形例）
図９の第３実施形態では、同期整流素子駆動電流モニタ回路２０ａのモニタ信号出力端子３０ａと同期整流素子駆動電流モニタ回路２０ｂのモニタ信号出力端子３０ｂを直接接続して異常判定回路２２に出力していたが、モニタ信号出力端子３０ａ，３０ｂからダイオードを介して接続しても良い。
【０１３９】
また、図９の第３実施形態では２組の同期整流素子駆動電流モニタ回路２０ａ，２０ｂを１つの異常判定回路２２に入力していたが、異常判定回路２２も同期整流素子駆動電流モニタ回路２０ａ，２０ｂに対応して２組設けるようにしても構わない。
【０１４０】
［スイッチング電源装置の第４実施形態］
図１１は本発明によるスイッチング電源装置の第４実施形態を示した回路ブロック図である。
【０１４１】
図２の第１実施形態、図４の第２実施形態、及び図９の第３実施形態の同期整流素子駆動電流モニタ回路２０，２０ａ，２０ｂでは、スイッチ素子としてＰＮＰ型のトランジスタＴＲ３１，ＴＲ３１ａ，ＴＲ３１ｂを使用した回路例を示したが、本実施形態のように、同期整流素子駆動電流モニタ回路２０にＮＰＮトランジスタＴＲ６１を用いても構わない。
【０１４２】
図１１の同期整流素子駆動電流モニタ回路２０は、抵抗Ｒ６１，Ｒ６２、ＮＰＮトランジスタＴＲ６１で構成されている。
【０１４３】
抵抗Ｒ２１は、同期整流素子ＴＲ２１のソース端子から同期整流素子駆動回路１８のグランドに戻る経路に挿入される構成となるため、（同期整流素子駆動回路１８の出力）→（抵抗Ｒ２１）→（抵抗Ｒ６１）→（同期整流素子駆動回路１８のグランドの経路）で流れる電流である同期整流素子駆動電流ＩＣＴＬを電圧に変換することができる。
【０１４４】
抵抗Ｒ６１の一端に抵抗Ｒ６２を介してＮＰＮトランジスタＴＲ６１のベースを接続し、抵抗Ｒ６１の他端にＮＰＮトランジスタＴＲ６１のエミッタを接続し、ＮＰＮトランジスタＴＲ６１のコレクタからモニタ信号Ｖｍｏｎを出力する構成とすることで、抵抗Ｒ６１に電流が流れると、モニタ信号Ｖｍｏｎが出力される動作となる。抵抗Ｒ６２はＮＰＮトランジスタＴＲ６１のベース電流を制限する抵抗であるので削除することもできる。
【０１４５】
ここで、同期整流素子駆動電流モニタ回路２０の抵抗Ｒ６１は電流電圧変換を行うためのインピーダンス素子として機能し、ＮＰＮトランジスタＴＲ６１はエミッタとベースを２つの入力端子とし、コレクタを１つの出力端子としたスイッチ素子として機能する。
【０１４６】
［本発明の変形例］
本発明は、その目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含み、更に上記の実施形態に示した数値による限定は受けない。
【符号の説明】
【０１４７】
１０：入力電源
１２：断続電圧発生回路
１４：整流回路
１５：平滑回路
１６ａ，１６ｂ：出力端子
１８，１８ａ，１８ｂ：同期整流素子駆動回路
２０，２０ａ，２０ｂ：同期整流素子駆動電流モニタ回路
２２：異常判定回路
２４：第１基板
２６：第２基板
２８，２８ａ，２８ｂ：制御回路
ＴＲ１１〜ＴＲ１４：スイッチング素子
ＴＲ２１，ＴＲ２２：同期整流素子
【図１】
2018098845.tif 000003
【図２】
2018098845.tif 000004
【図３】
2018098845.tif 000005
【図４】
2018098845.tif 000006
【図５】
2018098845.tif 000007
【図６】
2018098845.tif 000008
【図７】
2018098845.tif 000009
【図８】
2018098845.tif 000010
【図９】
2018098845.tif 000011
【図１０】
2018098845.tif 000012
【図１１】
2018098845.tif 000013
【図１２】
2018098845.tif 000014