(57)【要約】【課題】負荷を交流駆動する場合に、周波数・電圧変換器によって過電流状態を検出し、負荷を過電流から保護するスイッチング電源装置を提供する。【解決手段】直流電源からの直流電圧を入力とするスイッチング素子と、スイッチング素子をスイッチング制御する制御部と、スイッチング素子からのスイッチング出力が供給される１次巻線と、スイッチング出力によって交流電圧が励起される２次巻線を有するコンバータトランスと、コンバータトランスの２次巻線に接続され交流電圧が供給される負荷回路と、２次巻線に励起された交流電圧の周波数を電圧に変換する周波数・電圧変換器を含み周波数・電圧変換器の出力電圧が規定電圧以上になったときに制御部を制御してスイッチング出力を抑制する過電流保護回路と、を具備する。【選択図】図２
2011062047.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源からの直流電圧を入力とするスイッチング素子と、
前記スイッチング素子をスイッチング制御する制御部と、
前記スイッチング素子からのスイッチング出力が供給される１次巻線と、前記スイッチング出力によって交流電圧が励起される２次巻線を有するコンバータトランスと、
前記コンバータトランスの２次巻線に接続され、前記交流電圧が供給される負荷回路と、
前記２次巻線に励起された前記交流電圧の周波数を電圧に変換する周波数・電圧変換器を含み、前記周波数・電圧変換器の出力電圧が規定電圧以上になったときに前記制御部を制御して前記スイッチング出力を抑制する過電流保護回路と、を具備したことを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項２】
前記コンバータトランスの前記１次巻線に直列に接続されたコンデンサを含み、前記スイッチング素子のスイッチング動作により、前記コンバータトランスの１次巻線と前記コンデンサの直列回路が電流共振するようにしたことを特徴とする請求項１記載のスイッチング電源装置。
【請求項３】
前記過電流保護回路は、前記周波数・電圧変換器の出力電圧と第１の基準電圧とを比較し、前記周波数・電圧変換器の出力電圧が前記第１の基準電圧以上になったときに第１の比較出力を発生する第１の比較器と、
前記第１の比較出力を積分する時定数回路と、
前記時定数回路の出力電圧と第２の基準電圧とを比較し、前記時定数回路の出力電圧が前記第２の基準電圧以上になったときに第２の比較出力を発生する第２の比較器と、を具備し、
前記第２の比較出力によって前記制御部を制御して前記スイッチング出力を抑制することを特徴とする請求項１記載のスイッチング電源装置。
【請求項４】
前記負荷回路は、前記２次巻線に励起された前記交流電圧を整流した直流電圧で駆動されることを特徴とする請求項１記載のスイッチング電源装置。
【請求項５】
直流電源からの直流電圧をスイッチング素子に入力し、
前記スイッチング素子を制御部によってスイッチング制御し、
前記スイッチング素子からのスイッチング出力をコンバータトランスの１次巻線に供給し、前記スイッチング出力によって前記コンバータトランスの２次巻線に交流電圧を励起し、
前記２次巻線に励起された前記交流電圧を負荷回路に供給し、
前記２次巻線に励起された前記交流電圧の周波数を周波数・電圧変換器で電圧に変換し、前記周波数・電圧変換器の出力電圧が規定電圧以上になったときに前記制御部を制御して前記スイッチング出力を抑制し、前記負荷回路を過電流から保護する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、周波数可変型のスイッチング電源装置に係り、特に過電流保護回路を備えたスイッチング電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ハロゲンランプ等の負荷を駆動するため、スイッチング電源装置が使用されている。スイッチング電源装置は、スイッチング素子とコンバータトランスを有し、スイッチング素子を高周波でスイッチングして直流電圧を高周波の交流電圧に変換し、高周波の交流電圧を整流・平滑して負荷回路に供給するようにしている。負荷回路としてランプを接続した場合は、ランプを直流点灯することができる。
【０００３】
ところで、従来のスイッチング電源装置では、ランプを定格電流で点灯させるように制御しているが、何らかの原因で定格電流を越える場合があり、定格電流以上の電流が所定時間以上流れるとランプが破損してしまう。このため、負荷回路（ランプ）に定格電流以上の電流が流れた場合にスイッチング素子を停止して過電流保護動作が働くようにしている。
【０００４】
特許文献１には、過電流保護機能を備えたスイッチング電源装置が開示されている。特許文献１の例では、商用交流電源を整流する整流回路と、整流した直流電圧を入力してスイッチングを行うスイッチング手段と、整流回路と一次側アース間に挿入した力率改善回路を備え、かつ力率改善回路と一次側アース間に過電流検出抵抗を挿入し、過電流検出抵抗の両端電圧に基づいて負荷レベルを検出してスイッチング手段を制御し、過電流保護動作を行うようにしている。
【０００５】
しかしながら、特許文献１の例は、通電中は常に過電流検出抵抗に電流が流れるため電力ロスが発生してしまう。またスイッチング手段の出力側に電流共振回路を設け、負荷回路（例えばランプ）を交流駆動する場合、駆動周波数は変化するものの駆動電圧の波高値は一定であるため、過電流検出抵抗の両端電圧の振幅が変化しないため、過電流保護動作ができないという不具合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−３１８７７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来のスイッチング電源装置では、過電流検出抵抗の両端電圧に基づいて負荷レベルを検出してスイッチング手段を制御し、過電流保護動作を行うようにしているが、通電中、常に過電流検出抵抗に電流が流れるため電力ロスが発生してしまう。また負荷（例えばランプ）を交流駆動する周波数可変型のスイッチング電源装置の場合、過電流検出抵抗の両端電圧の振幅が変化しないため、過電流保護動作ができないという不具合がある。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、負荷（例えばランプ）を交流駆動する場合に、周波数・電圧変換器（Ｆ／Ｖ変換器）によって周波数を電圧に変換することで過電流状態を検出し、過電流保護と電力ロスの低減を図った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】
【０００９】
請求項１記載の本発明のスイッチング電源装置は、直流電源からの直流電圧を入力とするスイッチング素子と、前記スイッチング素子をスイッチング制御する制御部と、前記スイッチング素子からのスイッチング出力が供給される１次巻線と、前記スイッチング出力によって交流電圧が励起される２次巻線を有するコンバータトランスと、前記コンバータトランスの２次巻線に接続され、前記交流電圧が供給される負荷回路と、前記２次巻線に励起された前記交流電圧の周波数を電圧に変換する周波数・電圧変換器を含み、前記周波数・電圧変換器の出力電圧が規定電圧以上になったときに前記制御部を制御して前記スイッチング出力を抑制する過電流保護回路と、を具備したことを特徴とする。
【００１０】
また請求項５記載の本発明のスイッチング電源装置は、直流電源からの直流電圧をスイッチング素子に入力し、前記スイッチング素子を制御部によってスイッチング制御し、前記スイッチング素子からのスイッチング出力をコンバータトランスの１次巻線に供給し、前記スイッチング出力によって前記コンバータトランスの２次巻線に交流電圧を励起し、前記２次巻線に励起された前記交流電圧を負荷回路に供給し、前記２次巻線に励起された前記交流電圧の周波数を周波数・電圧変換器で電圧に変換し、前記周波数・電圧変換器の出力電圧が規定電圧以上になったときに前記制御部を制御して前記スイッチング出力を抑制し、前記負荷回路を過電流から保護することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のスイッチング電源装置では、負荷回路を交流駆動する場合に、周波数・電圧変換器（Ｆ／Ｖ変換器）によって周波数を電圧に変換することで過電流状態を検出することができ、確実に過電流から負荷回路を保護することができる。またＦ／Ｖ変換器を使用することで電力ロスを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係るスイッチング電源装置の構成を示す回路図。
【図２】同実施形態における過電流保護回路の一例を示す回路図。
【図３】同実施形態におけるＦ／Ｖ変換器の動作の一例を示す波形図。
【図４】本発明のスイッチング電源装置の変形例を示す回路図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、この発明のスイッチング電源装置の一実施形態について図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は、本発明のスイッチング電源装置１００の構成を示す回路図である。スイッチング電源装置１００は、交流電源１１、全波整流回路１２、ＰＦＣ（Power Factor Correction）回路１３、共振型のコンバータ１５、負荷回路１８及び過電流保護回路２０を含む。尚、以下の説明では、負荷回路１８としてハロゲンランプ等のランプ１８を接続した例を述べる。
【００１５】
交流電源１１は全波整流回路１２によって全波整流され、直流化した電圧がＰＦＣ回路１３に供給される。ＰＦＣ回路１３は力率改善回路であり、全波整流回路１２で整流した直流電圧を昇圧する。ＰＦＣ回路１３は、インダクタンス素子Ｌ１及びダイオードＤ１を含む昇圧コンバータと、インダクタンス素子Ｌ１とダイオードＤ１との接続点に接続されたスイッチング素子Ｑ１と、平滑コンデンサＣ１及び制御ＩＣ１４を有してなる。
【００１６】
平滑コンデンサＣ１の両端電圧は、ＰＦＣ回路１３の出力電圧に比例しており、この出力電圧を制御ＩＣ１４にフィードバックする。制御ＩＣ１４からはスイッチング素子Ｑ１を駆動する制御パルスが出力され、フィードバック電圧に応じてスイッチング素子Ｑ１をオン・オフ制御することで出力電圧を安定化する。このようなＰＦＣ回路１３はアクティブフィルタとも呼ばれる。尚、ＰＦＣ回路１３はコンバータ１５に対する直流電圧源を構成する。
【００１７】
コンバータ１５は、ＰＦＣ回路１３の出力端と基準電位点（アース）間に直列に接続したスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３を含む。スイッチング素子Ｑ２のドレインにはＰＦＣ回路１３からの直流電圧が入力され、ソースはスイッチング素子Ｑ３のドレインに接続し、スイッチング素子Ｑ３のソースは基準電位点（アース）に接続している。スイッチング素子Ｑ２とＱ３の接続点とアース間には、コンバータトランスＴの1次巻線Ｔ１とコンデンサＣ２から成る直列共振回路が接続されている。またスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３のゲートには、制御部１６からのＰＷＭ信号が供給され、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３は、ＰＷＭ信号によって所定の周波数で相補的にスイッチング動作する。
【００１８】
トランスＴの２次巻線Ｔ２の両端には、負荷回路として例えばランプ１８が接続されている。またトランスＴの３次巻線Ｔ３には、ダイオードＤ２とコンデンサＣ３から成る整流・平滑回路が接続されており、整流・平滑した出力電圧を抵抗Ｒ１とＲ２の直列回路によって分圧することで、コンバータ１５の出力電圧に比例した検出電圧Ｖ０を得ることができる。検出電圧Ｖ０はフィードバック回路１７に供給され、フィードバック回路１７は検出電圧Ｖ０の変化に応じて制御部１６を制御し、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３のオン・オフ周期を制御する。制御部１６は、集積回路（ＩＣ）で構成されている。
【００１９】
スイッチング素子Ｑ２とＱ３の接続点にはスイッチング出力が得られ、このスイッチング出力によってトランスＴの一次巻線Ｔ１とコンデンサＣ２の直列回路は電流共振し、トランスＴの２次巻線Ｔ２には交流電圧が励起される。したがって、ランプ１８は２次巻線Ｔ２の交流電圧によってＡＣ点灯する。こうして、コンバータ１５は電流共振型として動作し、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３のオン・オフをＰＷＭ信号によって制御することで、トランスＴの２次巻線Ｔ２の出力交流電圧の周波数が変化する。
【００２０】
さらに本発明では、ランプ１８に過電流が流れるのを防ぐために過電流保護回路２０を設けている。ランプ１８に過電流が流れた場合、トランスＴの２次巻線Ｔ２の交流電圧の周波数が規定の周波数よりも低くなる。そこで過電流保護回路２０は、トランスＴの２次巻線Ｔ２に生じる交流電圧の周波数を電圧に変換するＦ／Ｖ変換器（周波数・電圧変換器）を含み、周波数の変化を電圧に変換し、変換した電圧が予め設定した規定値を越えたときに制御部１６を制御して、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３を停止し、スイッチング出力を停止する。或いはスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３を休止と発振を交互に繰り返す間欠駆動にしてスイッチング出力を停止状態に近づける。
【００２１】
即ち、コンバータ１５は、負荷回路（ランプ１８）を定格電流で点灯させるように制御しているが、何らかの原因で定格電流を越える場合があり、定格電流が所定時間以上流れるとランプ１８の破損を招く。このため、ランプ１８の定格電流に対して所定値以上の電流が流れるような周波数になった場合に保護動作が働くようにしている。
【００２２】
以下、過電流保護回路２０の詳細について図２を参照して説明する。過電流保護回路２０は、図２で示すように、Ｆ／Ｖ変換器２１と、比較器を構成するオペアンプＡ２１，Ａ２２を含む。Ｆ／Ｖ変換器２１は、トランスＴの２次巻線Ｔ２の出力交流電圧の周波数を電圧に変換するもので、例えば交流電圧を整形して矩形波に変換し、矩形波を積分することで電圧に変換する。
【００２３】
図３は、Ｆ／Ｖ変換器２１の動作を示す波形図である。図３（ａ）はトランスＴの２次巻線Ｔ２の交流電圧波形を示す。この交流電圧（ａ）はコンパレータで整形され、図３（ｂ）に示すような矩形波に変換される。矩形波（ｂ）はコンデンサを含む積分回路で積分され、図３（ｃ）のような鋸歯状波に変換される。そしてこの鋸歯状波（ｃ）のピーク値をサンプリング・アンド・ホールド回路によってピークホールドすることにより所定の電圧を得ることができる。Ｆ／Ｖ変換器２１の出力電圧Ｖ１は、トランスＴの２次巻線Ｔ２の交流電圧の周波数が低くなるほど高くなる。尚、Ｆ／Ｖ変換器２１の構成としては、図３で示したような動作をするもの以外に、他の回路構成を採用することができる。
【００２４】
図２に戻って、Ｆ／Ｖ変換器２１の出力電圧Ｖ１は、オペアンプＡ２１の非反転入力端子（＋）に供給され、反転入力端子（−）に供給された基準電圧Ｖ２１と比較される。Ｆ／Ｖ変換器２１の出力電圧Ｖ１が基準電圧Ｖ２１以上になるとオペアンプＡ２１からはハイレベルの比較出力電圧Ｖ２が出力される。
【００２５】
比較出力電圧Ｖ２は、抵抗Ｒ２１及びコンデンサＣ２１による時定数回路で積分されて、オペアンプＡ２２の非反転入力端子（＋）に供給され、反転入力端子（−）に供給された基準電圧Ｖ２２と比較される。そして積分出力Ｖ３が、基準電圧Ｖ２２以上になるとオペアンプＡ２２からはハイレベルの比較出力電圧Ｖ４が出力され、制御部１６に供給される。制御部１６は、オペアンプＡ２２から出力電圧Ｖ４が供給されたときにスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３を停止、又は間欠駆動してスイッチング出力を抑制する。これにより、ランプ１８に過電流が流れるのを防ぐ。
【００２６】
尚、比較出力電圧Ｖ２を抵抗Ｒ２１及びコンデンサＣ２１の時定数回路によって積分しているが、これは過電流が所定の時間以上（例えば数１００mm sec．程度）継続して流れた場合に、過電流保護動作が働くようにするためのものであり、過電流が瞬間的であってランプ１８に対する影響が少ない場合は、過剰に保護動作が働くのを防ぐようにしている。
【００２７】
このように、本発明では、負荷回路１８を交流駆動する場合に、Ｆ／Ｖ変換器２１によって周波数を電圧に変換することで、過電流状態を検出することができ、的確に過電流から負荷回路１８を保護することができる。また従来のように、過電流検出抵抗を用いた場合は、常に過電流検出抵抗による電力ロスを生じるが、Ｆ／Ｖ変換器２１を使用することで電力ロスを低減することができる。
【００２８】
また負荷回路１８を交流駆動する場合は、交流電圧の波高値は一定であり、過電流検出抵抗を用いても両端電圧の振幅が変化しないため、過電流保護動作ができないという不具合があるが、本発明では、Ｆ／Ｖ変換器２１を使用することで確実に過電流を検出することができる。
【００２９】
次に本発明の変形例について図４を参照して説明する。図４は、負荷回路１８を直流電圧で駆動するものである。
【００３０】
図４では、トランスＴの２次巻線Ｔ２の両端に整流用のダイオードＤ３，Ｄ４のアノードを接続し、ダイオードＤ３，Ｄ４のカソードを互いに接続して平滑回路１９に接続している。またトランスＴの２次巻線Ｔ２の中間端子（アース）を平滑回路１９に接続している。
【００３１】
トランスＴの２次巻線Ｔ２に生じる交流電圧は、ダイオードＤ３，Ｄ４及び平滑回路１９で直流化され、負荷回路１８（ランプ１８）を直流電圧によって駆動し、ランプ１８を直流点灯する。またトランスＴの２次巻線Ｔ２に生じる交流電圧は、Ｆ／Ｖ変換回路２１を含む過電流検出回路２０に供給される。過電流保護動作は、図１の例と同様であり、ランプ１８の定格電流に対して所定値以上の電流が流れるような周波数になった場合に保護動作が働くようにしている。
【００３２】
このように、本発明のスイッチング電源装置では、負荷回路を交流駆動する場合に、Ｆ／Ｖ変換器によって周波数を電圧に変換することで過電流状態を検出することができ、確実に過電流から負荷回路を保護することができる。またＦ／Ｖ変換器を使用することで電力ロスを低減することができる。
【００３３】
尚、本発明の実施形態は、以上説明した構成に限定されるものではない。例えば、負荷回路としてハロゲンランプを駆動する例を述べたが、他の負荷回路を駆動する場合にも適用することができる。また特許請求の範囲を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１００…スイッチング電源装置
１１…交流電源
１２…全波整流回路
１３…ＰＦＣ回路
１４…制御ＩＣ
１５…コンバータ
１６…制御部
１７…フィードバック回路
１８…負荷回路（ランプ）
２０…過電流保護回路
２１…Ｆ／Ｖ変換器（周波数・電圧変換器）
Ｑ２，Ｑ３…スイッチング素子
Ｔ…コンバータトランス
Ｔ１…１次巻線
Ｔ２…２次巻線
Ｃ２…コンデンサ（電流共振用）
Ａ２１，Ａ２２…オペアンプ（比較器）
Ｒ２１，Ｃ２１…時定数回路
【図１】
2011062047.tif 000003
【図２】
2011062047.tif 000004
【図３】
2011062047.tif 000005
【図４】
2011062047.tif 000006