(57)【要約】【課題】  入力電圧Ｖｉｎの変動により、過電流保護回路の電流の制限値が大きく変化するという問題があった。【解決手段】  分圧抵抗１４、１５、トランジスタ１７、ツェナーダイオード１８、抵抗１９、および電流信号補正用抵抗２０からなる回路を設け、分圧抵抗１４、１５、トランジスタ１７により、入力電圧に比例した信号を作り、電流信号に重畳される電圧が、ＲＣフィルタ１２、１３による信号の減衰分を打ち消すようにツェナーダイオード１８のツェナー電圧、および、電流信号補正用抵抗２０の抵抗値を設定することにより、電流信号のＲＣフィルタ１２、１３による減衰分を補正し、スイッチング電源の入力電圧変動による電流の制限値の変化を抑制する。【選択図】      図１
2011188677.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源からの入力電圧に基いて、出力電圧を制御するスイッチング素子と、
上記スイッチング素子の検出電流が入力されるローパスフィルタと、
上記スイッチング素子にパルス信号を出力して当該スイッチング素子のＰＷＭ制御を行うとともに、上記ローパスフィルタを通過する電流信号から過電流を検出すると当該パルス信号の出力を停止する制御回路と、
内部電源が供給されるとともに、直流電源からの入力電圧に応じた電圧が入力されるトランジスタと、
上記トランジスタの出力に逆方向接続される定電圧ダイオードと、
上記定電圧ダイオードとグランドとの間に接続された抵抗と、
上記定電圧ダイオードと抵抗との間に一端が接続され、上記ローパスフィルタに他端が接続されて、上記ローパスフィルタを通過する電流信号に重畳電圧を印加する電流信号補正用抵抗と、
を備えたスイッチング電源の過電流保護回路。
【請求項２】
上記定電圧ダイオードは、ツェナーダイオードであることを特徴とする請求項１記載のスイッチング電源の過電流保護回路。
【請求項３】
上記電流信号に重畳される補正電圧が、上記ローパスフィルタによる信号の減衰分を打ち消すように、上記電流信号補正用抵抗の抵抗値と上記ツェナーダイオードのツェナー電圧を設定することを特徴とする請求項２記載のスイッチング電源の過電流保護回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電子機器に使用されるスッチング電源に組み込まれる、過電流保護回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
スイッチング電源は、小型化及び高効率化が可能であることから、電子回路用電源として広く使用されているが、負荷の電子回路の異常によりその負荷の入力インピーダンスが低くなった場合においても、負荷に流れ込む電流を適切に制限するための、過電流保護機能を有することが必要となる。従来、スイッチング電源の過電流保護回路として、パルスバイパルス制御を行う過電流保護回路が知られている。パルスバイパルス制御を行う過電流保護回路ではスイッチング電源の電力スイッチ素子に流れるパルス状の電流波形を検出し、検出した電流波形を制御回路にて閾値と比較し、電流波形が閾値を超えると電力スイッチ素子をターンオフさせ電流を制限する。
【０００３】
このとき、検出した電流波形に発生するノイズにより回路が誤動作する恐れがあり、これを防止するために、通常、ＲＣフィルタを設け、検出した電流波形からノイズを除去した信号をつくり、この信号を制御回路の過電流信号検出端子に入力している。ところが、このＲＣフィルタはノイズを除去するだけでなく、パルス状の電流波形を鈍らせるため、過電流信号検出端子に入力される信号は検出された電流波形より小さな値となり、電流の制限値を大きくしてしまう働きがある。ＲＣフィルタによる鈍りの効果はパルス幅が小さいときほど顕著になり、一般にスイッチング電源においては入力電圧Ｖｉｎが高いときほどオンデューティが小さくなるので、結果的に、入力電圧Ｖｉｎが高い時ほど電流の制限値が大きくなってしまう。
【０００４】
この問題に対処するため、例えば特許文献１の図３に示す過負荷保護回路では、補正用抵抗とツェナーダイオードを、スイッチング電源の入力端子と制御回路の過電流信号検出端子の間に直列に接続することにより、過電流信号検出端子に入力される信号に補正のための電圧を重畳している。ＲＣフィルタの抵抗の抵抗値をＲＦ、補正用抵抗の抵抗値をＲＣ、ツェナーダイオードのツェナー電圧ＶＺとすると、補正のために重畳される電圧ＶＡは次式（１）のようになる。
【０００５】
【数１】
2011188677.tif 000003
【０００６】
数１に示すように、重畳電圧ＶＡは入力電圧Ｖｉｎの一次関数となっており、入力電圧Ｖｉｎが高いほどＶＡは大きくなる。従って、入力電圧Ｖｉｎが高くなり、ＲＣフィルタによる信号の減衰量が大きくなると、重畳電圧ＶＡが大きくなり、ＲＣフィルタによる信号の減衰の影響が小さくなる。電流信号補正用抵抗の抵抗値ＲＣおよびツェナーダイオードのツェナー電圧ＶＺを適切に設定することにより、この重畳電圧特性を、ＲＣフィルタによる信号の減衰電圧の特性に近づけることができる。このため、入力電圧Ｖｉｎの変動による電流の制限値の変化を小さくすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−２６１１００
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ツェナーダイオードのツェナー電圧ＶＺは、理想的には常に一定の値であるが、ツェナーダイオードに流れるツェナー電流が十分でない場合、このツェナー電流によりＶＺが変化し、ツェナー電流が小さいときほどＶＺは小さくなる。ツェナー電流が小さくなるのは入力電圧Ｖｉｎが低いときであり、このため、入力電圧Ｖｉｎが低くなるとＶＺは小さくなり、ＶＡは期待していた値に比べ大きくなってしまう。
【０００９】
電流信号を補正するための重畳電圧ＶＡは入力電圧が低いときほど小さく、逆に高いときほど大きくなることによって、入力電圧Ｖｉｎの変動による電流の制限値の変化を小さくするものであるが、このツェナー電圧ＶＺの変化はこの効果を低減してしまうという問題があった。
【００１０】
なお、電流信号補正用抵抗に流れる電流は、スイッチング電源の入力電源から供給されるため、入力電圧が高い場合、電流信号補正用抵抗およびツェナーダイオードでの消費電力が大きくなり、ツェナーダイオードに使用する部品が大きくなるとともに、スイッチング電源の効率が悪化するという問題もあった。
【００１１】
この発明は係る課題を解決するためになされたものであり、スッチング電源の入力電圧（Ｖｉｎ）の変動により、過電流保護回路の電流の制限値の変化を抑えることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明によるスイッチング電源の過電流保護回路は、直流電源からの入力電圧に基いて、出力電圧を制御するスイッチング素子と、上記スイッチング素子の検出電流が入力されるローパスフィルタと、上記スイッチング素子にパルス信号を出力して当該スイッチング素子のＰＷＭ制御を行うとともに、上記ローパスフィルタを通過する電流信号から過電流を検出すると当該パルス信号の出力を停止する制御回路と、内部電源が供給されるとともに、直流電源からの入力電圧に応じた電圧が入力されるトランジスタと、上記トランジスタの出力に逆方向接続される定電圧ダイオードと、上記定電圧ダイオードとグランドとの間に接続された抵抗と、上記定電圧ダイオードと抵抗との間に一端が接続され、上記ローパスフィルタに他端が接続されて、上記ローパスフィルタを通過する電流信号に補正電圧を重畳する電流信号補正用抵抗とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、定電圧ダイオードとグランドとの間に抵抗を接続することにより、常に定電圧ダイオードに電流を流すことで、定電圧ダイオードの電圧を安定化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の実施の形態１による過電流保護回路を組み込んだスイッチング電源の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
実施の形態１．
以下、図を用いてこの発明に係る実施の形態１について説明する。図１は実施の形態１による過電流保護回路が絶縁型のスイッチング電源に組み込まれた状態を示す構成図である。
【００１６】
図１において、実施の形態１によるスイッチング電源１は、直流電源２と、負荷３と、電力スイッチ素子５と、制御回路６と、トランス７と、整流回路８と、平滑回路９と、フィードバック回路１０と、電流検出抵抗１１と、抵抗１２と、コンデンサ１３と、分圧抵抗１４,１５と、内部電源１６と、トランジスタ１７と、ツェナーダイオード１８と、抵抗１９と、電流信号補正用抵抗２０を備えて構成される。また、制御回路６と、電流検出抵抗１１と、抵抗１２と、コンデンサ１３と、分圧抵抗１４，１５と、内部電源１６と、トランジスタ１７と、定電圧ダイオードであるツェナーダイオード１８と、抵抗１９と、電流信号補正用抵抗２０は、スイッチング電源１に組み込まれた過電流保護回路を構成する。
【００１７】
直流電源２はスイッチング電源１に入力電圧Ｖｉｎを供給する。負荷３はスイッチング電源１から電力を供給される。入力端子４は直流電源２からの入力電圧Ｖｉｎが印加される。電力スイッチ素子５は出力電圧を制御するためのスイッチング素子であり、例えばＭＯＳＦＥＴで構成される。制御回路６は電力スイッチ素子５をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）方式で制御する、例えばＰＷＭ制御ＩＣである。制御回路６は、電力スイッチ素子制御用端子６Ａから電力スイッチ素子５のスイッチング動作を制御するためのパルス信号を出力し、電力スイッチ素子５のゲート端子に入力する。制御回路６は、過電流信号検出端子６Ｂから入力される電流信号によって過電流を検出すると、直ちにパルス信号を停止する。また、制御回路６は、デューティ制御端子６Ｃからパルス信号のデューティ比を調節するためのフィードバック信号が入力される。トランス７は、一次巻線７Ａと、二次巻線７Ｂを備える。トランス７の一次巻線７Ａは、入力端子４と電力スイッチ素子５のドレイン端子の間に接続される。整流回路８はダイオードで構成され、トランス７の二次巻線７Ｂに並列に接続される。平滑回路９は整流回路８の出力電圧を平滑化し、負荷３に出力する。フィードバック回路１０はスイッチング電源１の平滑回路９の出力電圧をフィードバックして、制御回路６のデューティ制御端子６Ｃにフィードバック信号を入力する。
【００１８】
電流検出抵抗１１は電力スイッチ素子５のソース端子とグランド（以下、ＧＮＤ）の間に接続される。電流検出抵抗１１と電力スイッチ素子５のソース端子の間に抵抗１２の一端が接続される。抵抗１２の他端は過電流信号検出端子６Ｂに接続される。抵抗１２と過電流信号検出端子６Ｂの間には、一方の電極がＧＮＤに接続されたコンデンサ１３の他方の電極が接続される。抵抗１２とコンデンサ１３はＲＣフィルタ（ローパスフィルタ）を構成し、誤動作の原因となる電流検出抵抗１１に誘起される高周波ノイズを除去するために設けられている。分圧抵抗１４と分圧抵抗１５は一端同士が直列に接続され、分圧抵抗１４の他端は入力端子４とトランス７の一次巻線７Ａの間に接続される。トランジスタ１７は、ベース端子が抵抗１４と分圧抵抗１５の間に接続される。トランジスタ１７のコレクタ端子は、内部電源１６に接続される。トランジスタ１７のエミッタ端子は、ツェナーダイオード１８のカソードに逆方向接続（逆方向電圧で接続）される。ツェナーダイオード１８のアノードは、抵抗１９の一端に接続される。抵抗１９の他端はＧＮＤに接続される。電流信号補正用抵抗２０はツェナーダイオード１８と抵抗１９の間に接続される。
なお、トランジスタ１７はバイポーラトランジスタを例示しているが、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を用いても良く、この場合、トランジスタ１７のベース端子がゲート端子、エミッタ端子がソース端子、コレクタ端子がドレイン端子に対応する。
【００１９】
実施の形態１によるスイッチング電源１は以上のように構成され、次のように動作する。図１において、電力スイッチ素子５のオン・オフのスイッチング動作によって、直流電源２からトランス７の一次巻線７Ａへの電力供給が制御されて直流電力が交流電力に変換される。この交流電力は一次巻線７Ａから二次巻線７Ｂに伝達されて出力される。二次巻線７Ｂから出力された交流電力は整流回路８により整流され、また、平滑回路９により平滑され直流電力に変換され、スイッチング電源１の出力電圧として負荷３に出力される。スイッチング電源の出力電圧はフィードバック回路１０を介して制御回路６のデューティ制御端子６Ｃに入力され、制御回路６はデューティ制御端子６Ｃに入力されるフィードバック信号により電力スイッチ素子５をＰＷＭ制御し、電力スイッチ素子５をオン・オフするデューティ比を調節して、スイッチング電源１の出力電圧を安定化する。
【００２０】
次に、スイッチング電源１に組み込まれた過電流保護回路の動作について説明する。
電力スイッチ素子５に過電流が流れると、電流検出抵抗１１の検出電圧が大きくなり、この検出電圧は、抵抗１２とコンデンサ１３にて構成されるＲＣフィルタ１２、１３にてノイズを除去され、制御回路６の過電流信号検出端子６Ｂに入力される。制御回路６は過電流信号検出端子６Ｂの電圧が閾値に達すると、内部ラッチをセットし、この内部ラッチがセットされている状態では、制御回路６は電力スイッチ素子５へのパルス信号を停止し、電力スイッチ素子５を強制的にオフにする。そして次の周期になるとラッチが解除され再び電力スイッチ素子５はオンになる。このように動作することにより、スイッチング電源１は電力検出抵抗１１に制限値以上の電流が流れることを防止し、過電流に対する回路の保護を実現している。
【００２１】
このとき、ＲＣフィルタ１２、１３はノイズを除去すると同時にパルス状の電流波形を鈍らせてしまうため、分圧抵抗１４，１５、トランジスタ１７、ツェナーダイオード１８、抵抗１９、および電流信号補正用抵抗２０からなる回路により、この鈍りを補正している。すなわち、分圧抵抗１４、１５からなる分圧回路で入力電圧Ｖｉｎが分圧され、トランジスタ１７のベースに入力される。このとき、分圧抵抗１４、１５の抵抗値をＲ１４、Ｒ１５とし、トランジスタ１７のベース−エミッタ間電圧を無視すると、トランジスタ１７はバッファ回路として動作し、トランジスタ１７のエミッタ電圧ＶＥは次式（２）で表される。
【００２２】
【数２】
2011188677.tif 000004
【００２３】
通常、過電流信号検出端子６Ｂの電圧ＶＣＬＭは上記ＶＥに比べて小さいため、電流信号補正用抵抗２０には、トランジスタ１７のエミッタ電圧ＶＥからツェナーダイオード１８のツェナー電圧ＶＺを引いた値にほぼ比例した電流が流れる。このため、抵抗１２に重畳される（印加される）電圧ＶＡは次式（３）のようになり、入力電圧が高いときほど大きな値となるので、この重畳電圧（補正電圧）により、ＲＣフィルタ１２、１３による信号の減衰による影響が緩和される。
【００２４】
【数３】
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【００２５】
このとき、ツェナーダイオード１８のアノードに接続された抵抗１９により、ツェナーダイオード１８には常に電流が流れるため、入力電圧Ｖｉｎの変化によりツェナー電圧ＶＺが大きく変動することはなく、抵抗１２に重畳される電圧ＶＡを期待通りの値とすることが可能となる。
【００２６】
また、電流信号補正用抵抗２０に流れる電流は、内部電源１６から供給される。通常、内部電源１６の電圧は入力電圧Ｖｉｎに比べ小さいため発熱が小さくなり、部品の小型化が可能となり、かつ、スイッチング電源の効率を改善することができる。
【００２７】
以上説明したとおり、実施の形態１によるスイッチング電源の過電流保護回路は、直流電源２からの入力電圧Ｖｉｎに基いて、出力電圧を制御する電力スイッチ素子５（スイッチング素子）と、電力スイッチ素子５の検出電流が入力されるＲＣフィルタ（抵抗１２とコンデンサ１３からなるローパスフィルタ）と、電力スイッチ素子５にパルス信号を出力して電力スイッチ素子５のＰＷＭ制御を行うとともに、ＲＣフィルタの通過した電流信号から過電流を検出すると当該パルス信号の出力を停止する制御回路６と、内部電源１６が（コレクタへ）供給されるとともに、直流電源２からの入力電圧Ｖｉｎに応じた電圧が（ベースに）入力されるトランジスタ１７と、トランジスタ１７の出力（エミッタ）に逆方向接続されるツェナーダイオード１８（定電圧ダイオード）と、ツェナーダイオード１８とグランドとの間に接続された抵抗１９と、ツェナーダイオード１８と抵抗１９との間に一端が接続され、ＲＣフィルタに他端が接続されて、ＲＣフィルタを通過する電流信号に重畳電圧を印加する電流信号補正用抵抗２０とを備えたものである。
【００２８】
より具体的には、入力電圧Ｖｉｎを分圧してトランジスタ１７のベースに入力し、トランジスタ１７をバッファー回路として動作させ、ツェナーダイオード１８および電流補正用抵抗２０に流れる電流を内部電源１６から供給する。また、制御回路６の過電流信号検出端子６Ｂへの入力電流信号に重畳される電圧が、ＲＣフィルタによる信号の減衰分を打ち消すように電流信号補正用抵抗２０の抵抗値とツェナーダイオード１８のツェナー電圧を設定する。さらに、ツェナーダイオード１８のアノードとグランドとの間に抵抗１９を接続することにより、常にツェナーダイオード１８に電流を流しツェナー電圧を安定化させることができる。
【００２９】
かくして、ＲＣフィルタによりノイズを除去して負荷の過電流を検出し、スイッチング電源の過電流を保護する過電流保護回路において、ＲＣフィルタによる過電流検出信号の減衰分を補償するツェナーダイオード１８について、ツェナー電圧を安定化させることができる。
【符号の説明】
【００３０】
１  スイッチング電源、２  直流電源、３  負荷、４  入力端子、５  電力スイッチ素子、６  制御回路、６Ａ  駆動信号出力端子、６Ｂ  過電流信号検出端子、６Ｃ  デューティ制御端子、７  トランス、７Ａ  一次巻線、７Ｂ  二次巻線、８  整流回路、９  平滑回路、１０  フィードバック回路、１１  電流検出抵抗、１２  抵抗、１３  コンデンサ、１４  分圧抵抗、１５  分圧抵抗、１６  内部電源、１７  トランジスタ、１８  ツェナーダイオード、１９  抵抗、２０  電流信号補正用抵抗。
【図１】
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