(57)【要約】【課題】出力過負荷をフィードバック回路にて検出することで、フィードバック回路の小型化への支障、またはフィードバック回路の遅延時間を持つことに対して、スイッチング電源または負荷へのストレスとなる。【解決手段】補助巻線７−３へ電力が供給され、負荷１５の出力電圧の制御が開始される。負荷１５の出力電圧検出は、トランス７の補助巻線７−３に接続された、補助巻線電圧波形加工回路１０−１、ピーク電圧ホールド回路１０−２、及びリセット回路２２から構成された出力電圧検出回路１０により行われる。これは、トランス７の二次側７−２の両端に発生する電圧に比例した電圧がトランス７の補助巻線７−３に発生するため、電圧波形は補助巻線電圧波形加工回路１０−１によりホールドされ、この電圧を比較回路２３にて基準電圧と比較し、直流出力電圧の過負荷を検出することで、スイッチング素子８のピーク電流値を低下させる。【選択図】図１
2008125266.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次側、二次側、及び補助巻線からなるトランスと、前記トランスの一次側に接続されたスイッチング素子と、前記スイッチング素子のオン／オフ制御を行う制御回路と、前記トランスの補助巻線により出力側の状態を前記制御回路に帰還信号として伝達する絶縁型スイッチング電源において、
前記制御回路は前記出力の帰還信号レベルを検出する過負荷検出回路を有し、
前記過負荷検出回路は、前記トランスの補助巻線に接続された補助巻線電圧波形加工回路と、
前記補助巻線電圧波形加工回路の出力段に接続されたピーク電圧ホールド回路と、
前記ピーク電圧ホールド回路に接続され、ホールドされた電圧をリセットさせるリセット回路と、
前記ピーク電圧ホールド回路の出力段に接続されたホールドされた巻線電圧と基準電圧の比較回路と、
前記比較回路の出力段に過負荷を検出することで前記スイッチング素子の電流値を低下させる電流制限回路と、からなることを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項２】
前記比較回路の出力段にさらにラッチ回路が接続され、出力の過負荷を検出することで、スイッチング素子の動作を停止させ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３】
前記制御回路において、制御回路の電源電圧が起動開始電圧以上となり動作開始した後、過負荷未検出時間を設けることで、補助巻線電圧値に関係なく未検出時間内はスイッチング素子がスイッチング動作することを特徴とした請求項１または２記載のスイッチング電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスイッチング電源装置に関するものであり、特に絶縁された出力電圧を検出することで、出力電圧の過負荷検出回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図６は従来の過負荷検出を有するスイッチング電源を示す（特許文献１参照）。
【０００３】
従来の過負荷検出回路を有するスイッチング電源装置は、ＡＣ電源１、整流回路２、コンデンサ３、レギュレータ４、コンデンサ５、スナバ回路６、トランス７（一次側７−１、二次側７−２、補助巻線７−３）、スイッチング素子８、制御回路９、過負荷検出回路１０、ダイオード１１、コンデンサ１２、コイル１３、コンデンサ１４、負荷１５、コンデンサ１６、直流出力電圧を検出する電圧検出回路２６と電圧検出回路２６からの検出信号を受信する電圧レベル検出回路２７から構成される。
【０００４】
従来のスイッチング電源における過負荷検出回路による制御について説明する。ＡＣ電源１は整流回路２により整流され、コンデンサ３により平滑される。この平滑電圧はレギュレータ４を介してコンデンサ５に充電され、コンデンサ５の両端電圧は徐々に上昇する。制御回路９は、このコンデンサ５の両端電圧を電源電圧として動作し、制御回路９内で規定された起動電圧と停止電圧の範囲で、スイッチング素子８のオン／オフ制御を行う。制御回路９によりスイッチング素子８がオン／オフ制御を開始すると、トランス７による一次側７−１から二次側７−２、及び補助巻線７−３へ電力が供給され、負荷１５の両端電圧（即ち、出力電圧）の制御が開始される。
【０００５】
負荷１５の直流電圧検出は、電圧検出回路２６からの検出信号を電圧レベル検出回路２７が受信する。電圧レベル検出回路２７が受信した電圧が制御回路内での基準電圧レベル以上になると、スイッチング素子８に流れる電流ＩＤの絶対値レベルを下げることで、出力電圧を調整する。過負荷時は電圧レベル検出手段で受信した電圧レベルが制御回路内で設定した過負荷用の基準電圧レベル以上になるとスイッチング素子８のスイッチング動作を停止させ、直流出力電圧は低下することになる。これにより過負荷時のスイッチング動作を停止させることで、一時側のスイッチング素子８、二次側のダイオード１１とコンデンサ１２とコイル１３と電圧検出回路２６とコンデンサ１４からなる出力電圧平滑回路、負荷の破壊を防ぐことができる。
【特許文献１】特開２００３−２９９３５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に示されている従来例のスイッチング電源装置には以下の課題がある。
【０００７】
スイッチング素子８のスイッチング動作時に過負荷を検出した時、電圧検出手段と電圧レベル検出手段からなる回路にて検出信号を伝達し、スイッチング素子８の動作を停止させるが、検出信号を伝達する回路では一般的にフォトカプラが使用されるが、フォトカプラには遅延時間を持っていることから、フィードバック回路での遅延時間内ではスイッチング素子８に大電流が流れる。
【０００８】
以上より、電圧検出手段からの信号でスイッチング素子８の動作停止させる前に、スイッチング素子８に大電流が流れてしまうことでスイッチング素子８が破壊する可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のスイッチング電源装置は、一次側、二次側、及び補助巻線からなるトランスと、前記トランスの一次側に接続されたスイッチング素子と、前記スイッチング素子のオン／オフ制御を行う制御回路と、前記トランスの補助巻線により出力側の状態を前記制御回路に帰還信号として伝達する絶縁型スイッチング電源において、前記制御回路は前記出力の帰還信号レベルを検出する過負荷検出回路を有し、前記過負荷検出回路は、前記トランスの補助巻線に接続された補助巻線電圧波形加工回路と、前記補助巻線電圧波形加工回路の出力段に接続されたピーク電圧ホールド回路と、前記ピーク電圧ホールド回路に接続され、ホールドされた電圧をリセットさせるリセット回路と、前記ピーク電圧ホールド回路の出力段に接続されたホールドされた巻線電圧と基準電圧の比較回路と、前記比較回路の出力段に過負荷を検出することで前記スイッチング素子の電流値を低下させる電流制限回路と、からなることを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、スイッチング素子がスイッチング動作毎にピーク電圧ホールド回路の出力電圧を基準電圧と比較することにより、二次側の出力電圧レベルを検出することで、過負荷を検出した時は、スイッチング素子のピーク電流値を低下させる機能を持つことで、スイッチング素子の破壊保護を実現することができ、且つスイッチング電源の出力側に必要となるフォトカプラとシャントレギュレータ等で構成されるフィードバック回路が不要となり、スイッチング電源の小型化を同時に実現することができる。
【００１１】
さらに比較回路の出力段に、ラッチ回路が接続され、過負荷を検出することで、スイッチング素子の動作を停止させることを特徴としてもよい。
【００１２】
この構成によれば、ピーク電圧ホールド回路の出力電圧を基準電圧と比較することにより、二次側の出力電圧レベルを検出することで、過負荷を検出した時は、パワートランジスタの動作を停止させる機能を持つことで、スイッチング素子の破壊保護を実現することができ、且つスイッチング電源の出力側に必要となるフォトカプラとシャントレギュレータ等で構成されるフィードバック回路が不要となり、スイッチング電源の小型化を同時に実現する。
【００１３】
また前記制御回路において、電源電圧が起動開始電圧以上となり動作が開始すると、電源電圧が変化することで、変化している間は電圧波形加工回路の電圧値によらずパワートランジスタのスイッチング動作を行うことを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、前記制御回路は電源起動時設定された期間は電圧波形加工回路の電圧によらずスイッチング動作することができ、起動時の出力電圧が低い状態を過負荷状態であると判定せずに、誤動作を防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、電磁誘導現象を利用した過負荷検出回路を有する装置において、検出精度を向上し、制御の安定と装置の小型化を同時に実現することができる。特にスイッチング電源において有益である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明のスイッチング電源の好適な実施の形態について図１から図３を参照して説明する。
【００１７】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１のスイッチング電源装置を図１から図３を参照して説明する。
【００１８】
図１は本発明の実施の形態１のスイッチング電源装置の回路図である。
【００１９】
図２、図３は本発明の実施の形態１のスイッチング電源装置のタイムチャートである。
【００２０】
ＡＣ電源１は整流回路２により整流され、コンデンサ３により平滑される。この平滑電圧はレギュレータ４を介してコンデンサ５に充電され、コンデンサ５の両端電圧は徐々に上昇する。制御回路９は、このコンデンサ５の両端電圧を電源電圧として動作し、制御回路９内で規定された起動電圧と停止電圧の範囲で、スイッチング素子８のオン／オフ制御を行う。制御回路９によりスイッチング素子８がオン／オフ制御を開始すると、トランス７による一次側７−１から二次側７−２、及び補助巻線７−３へ電力が供給され、負荷１５の両端電圧（即ち、出力電圧）の制御が開始される。負荷１５の出力電圧検出は、トランス７の補助巻線７−３に接続された、補助巻線電圧波形加工回路１０−１、ピーク電圧ホールド回路１０−２、及びリセット回路２２から構成された出力電圧検出回路１０により行われる。これは、トランス７の二次側７−２の両端に発生する電圧に比例した電圧がトランス７の補助巻線７−３に発生するため、補助巻線電圧波形加工回路１０−１の１７、１８の構成された抵抗分割で設定した電圧に補助巻線電圧をA点の電圧に変換する。Ａの電圧波形は補助巻線電圧波形加工回路１０−１により図２のようになる。ショットキーバリアダイオード１９はA電圧がマイナスに変動することを防ぐためのものである。ピーク電圧ホールド回路１０−２により前記抵抗分割されたA点の電圧はダイオード２０からコンデンサ２１に充電することで、B点の電圧はA点の電圧がピークホールドされた電圧となる。この電圧を基準電圧Ｖｔｈと比較回路２３で比較することで、比較の結果ピークホールドされた電圧が過負荷状態と判断されると、次のスイッチング動作時に電流制限回路２４にてスイッチング素子のON時間を変更することで、スイッチング素子に流れるピーク電流を低下させる。その後リセット回路２２によりピーク電圧がホールドされたＢ電圧がリセットされ、出力電圧のスイッチング素子８のオン／オフ制御ごとに出力電圧を検出することで、スイッチング動作毎に出力電圧の検出を行なう。
【００２１】
実施の形態１のスイッチング電源装置の効果を以下に詳細に説明する。
【００２２】
スイッチング動作毎に出力電圧を検出することで、出力電力の異常状態の検出時間を短くすることができ、スイッチング素子のピーク電流値を低減することで電気的ストレスを低減することができる。
【００２３】
スイッチング素子のオン／オフ制御毎に出力電圧の検出を行なうことで、補助巻線による過負荷検出となるため、一般的なフォトカプラ・シャントレギュレータで構成される帰還回路は不要となり、装置全体の小型化と低価格化を同時に実現できる。本効果は以下の実施の形態でもいえることができる。
【００２４】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２のスイッチング電源装置を図４を参照して説明する。
【００２５】
図４は本発明の実施の形態２のスイッチング電源装置の回路図である。
【００２６】
図４は図１中の比較回路の出力端子がラッチ回路２５に接続されている以外は図１と構成、基本動作は同じであるため、実施の形態１と同じ動作の説明は割愛する。
【００２７】
ピークホールドされた電圧が基準電圧Ｖｔｈと比較回路２３で比較され、比較回路２３の出力端子はラッチ回路２５のＳ端子と接続されている。出力端子の過負荷を検出した時はラッチ回路２５により、スイッチング素子８のオン／オフ制御を停止させるラッチをし、スイッチング電源装置の動作を停止させる。
【００２８】
実施の形態２のスイッチング電源装置の効果を以下に詳細に説明する。
【００２９】
スイッチング動作毎に出力電圧を検出することで、出力電力の異常状態の検出時間を短くすることができ、スイッチング素子８の動作を停止することで、スイッチング素子の破壊を防ぐことができる。
【００３０】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３のスイッチング電源装置を図５を参照して説明する。
【００３１】
図５は本発明の実施の形態３のスイッチング電源装置のタイムチャートである。
【００３２】
実施の形態３は図１中の制御回路９の起動回路以外は図１と構成、基本動作は同じであるため、実施の形態１と同じ動作の説明は割愛する。
【００３３】
ＡＣ電源１は整流回路２により整流され、コンデンサ３により平滑される。この平滑電圧はレギュレータ４を介してコンデンサ５に充電され、コンデンサ５両端電圧は徐々に上昇する。制御回路９は、このコンデンサ５の両端電圧を電源電圧として動作し、制御回路９内で規定された起動電圧１となることでスイッチング素子８のオン／オフの制御を行う。図５に示すようにオン／オフ制御後起動電圧２に制御回路の電源電圧が達するまで、補助巻線電圧を利用しての出力電圧検出回路の出力を検出しない回路とする。
【００３４】
実施の形態３のスイッチング電源装置の効果を以下に詳細に説明する。
【００３５】
電源起動時の出力電圧が低い状態での検出回路の結果を検出しないことで、電源起動時の検出回路での誤動作を防ぐことができ、正常に動作することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
スイッチング電源を有する装置・機器全般に利用可能であり、特に、スイッチング電源の安全性を必要とする装置・機器に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係る半導体装置の実施の形態１の回路図
【図２】本発明に係る半導体装置の実施の形態１でのタイミングチャート
【図３】本発明に係る半導体装置の実施の形態１でのタイミングチャート
【図４】本発明に係る半導体装置の実施の形態２の回路図
【図５】本発明に係る半導体装置の実施の形態３でのタイミングチャート
【図６】従来の技術による過負荷検出回路の構成を示す回路図
【符号の説明】
【００３８】
１  ＡＣ電源
２  整流回路
３  平滑コンデンサ
４  レギュレータ
５  コンデンサ
６  スナバ回路
７  トランス
８  スイッチング素子
９  制御回路
１０  出力電圧検出回路
１１  ダイオード
１２  コンデンサ
１３  コイル
１４  コンデンサ
１５  負荷
１６  コンデンサ
１７  抵抗
１８  抵抗
１９  ショットキーダイオード
２０  ダイオード
２１  コンデンサ
２２  リセット回路
２３  比較回路
２４  電流制限回路
２５  ラッチ回路
２６  電圧検出回路
２７  電圧レベル検出回路
【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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