(57)【要約】【課題】内部補助電源や外部電源などを使用しない簡単な構成で、一次側回路から絶縁された状態で外部からオン・オフ制御する。【解決手段】一次巻線２ａと絶縁してトランス２に巻装された補助巻線２ｄと、この補助巻線２ｄ間を開放または短絡するオン・オフ制御端子１３，１４とからなるオン・オフ制御回路１２を備える。また、補助巻線２ｄの短絡時に出力電圧Ｖｏｕｔを低下させてＭＯＳＦＥＴ３の動作を停止させる抵抗４を備える。これにより、オン・オフ制御端子１３，１４を利用して補助巻線２ｄ間を短絡状態にすれば、ＭＯＳＦＥＴ３に与えられるパルス駆動信号のデューティ比が極端に低下して、出力電圧Ｖｏｕｔを低下させることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング素子のスイッチングによりトランスの一次巻線に直流入力電圧を断続的に印加し、前記トランスの二次巻線に誘起した電圧を整流平滑して直流出力電圧を得るスイッチング電源装置において、
前記一次巻線と絶縁して前記トランスに巻装された補助巻線と、この補助巻線間を開放または短絡するオン・オフ制御端子とからなるオン・オフ制御回路を備えると共に、前記補助巻線の短絡時に前記スイッチング素子へのパルス駆動信号を停止またはパルス駆動信号のデューティ比を低下させる過電流保護回路を備えたことを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項２】
前記過電流保護回路は、前記補助巻線の短絡時に前記一次巻線を流れる電流と前記出力電圧との関係がフの字垂下特性となるように構成されたもの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装置。
【請求項３】
前記補助巻線間に制御端子付きスイッチ素子を接続し、このスイッチ素子の制御端子を前記オン・オフ制御端子に接続したことを特徴とする請求項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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オン・オフ制御端子を利用して外部から装置のオン・オフを制御できるスイッチング電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来回路の一例として、例えば特許文献１に示すスイッチング電源回路のオン・オフ制御回路では、交流電源をスイッチング電源回路に印加する入力電圧ラインの一端に電源スイッチを設ける他に、制御端子としてのオン・オフ制御端子を備え、このオン・オフ制御信号に制御信号を印加することにより、スイッチング電源回路内部の制御用ＩＣを起動または停止するようにしたものが開示されている。
【０００３】
こうしたオン・オフ制御端子を備えた電源装置の回路例を図４〜図６に示す。先ず図４の回路例において、１は直流入力電圧Ｖｉｎを供給する直流電源で、この直流電源１の両端間には、トランス２の一次巻線２ａと、主スイッチング素子であるＭＯＳＦＥＴ３と、電流制限用抵抗４とからなる直列回路が接続される。電流制限用抵抗４は、トランス２の二次側出力が短絡して過電流が流れた場合に、一次側回路にも過電流が流れてＭＯＳＦＥＴ３が破損することのないように、電流を制限するものである。前記ＭＯＳＦＥＴ３の制御端子すなわちゲートには、直流電源１の起動時にゲート電圧を印加するための起動抵抗５が接続される。また、このＭＯＳＦＥＴ３のゲートと、マイナス側直流入力電圧ラインとの間には、抵抗６，コンデンサ７およびトランス２に巻装される帰還巻線２ｃの直列回路が接続される。
【０００４】
一方、トランス２の二次側回路として、このトランス２の二次巻線２ｂには整流ダイオード８と平滑ンデンサ９からなる出力整流平滑回路が接続され、平滑コンデンサ９の両端間に出力端子１０，１１がそれぞれ接続される。また１７は、トランス２の一次側回路から絶縁され、直流電源１とは別の内部補助電源１８を備えたオン・オフ制御回路である。このオン・オフ制御回路１７は、電源装置の外部に設けられる一対のオン・オフ制御端子１３，１４と、このオン・オフ制御端子１３，１４の両端間に接続される内部補助電源１８，フォトカプラ１９の発光素子１９ａ，および抵抗２０の直列回路とにより構成される。そして、フォトカプラ１９の受光素子であるフォトトランジスタ１９ｂのコレクタ・エミッタが、ＭＯＳＦＥＴ３のゲートとマイナス側直流入力電圧ラインとの間に接続される。
【０００５】
そしてこの回路例では、直流電源１から入力電圧Ｖｉｎが入力されると、起動抵抗５を介してＭＯＳＦＥＴ３のゲートへ電圧が供給され、ＭＯＳＦＥＴ３が導通する。するとトランス２の一次巻線２ａに入力電圧Ｖｉｎが印加され、帰還巻線２ｃではドット側を正極性とする電圧が誘起されるので、コンデンサ７と抵抗６を介してＭＯＳＦＥＴ３のゲートに正帰還電圧が印加され、ＭＯＳＦＥＴ３は急速にオン状態になる。
【０００６】
この時、二次巻線２ｂではドット側を正極性とする電圧が誘起されるが、整流ダイオード８には逆方向電圧として印加されるため、整流ダイオード８は導通せず、トランス２に磁気エネルギーが蓄えられて行く。
【０００７】
そしてＭＯＳＦＥＴ３のゲートに帰還巻線２ｃからの正帰還電圧が印加されてゲートがある一定電圧になり、ドレイン・ソース間の電圧が高まって、ピンチオフ電圧を超えてなお上昇すると、ドレイン・ソース間のチャンネルが遮断され、ドレイン・ソース間を流れるドレイン電流が飽和し、ＭＯＳＦＥＴ３はオフする。こうなると、トランス２に蓄えた磁気エネルギーにより逆起電力が発生して、二次巻線２ｂには非ドット側を正極性とする電圧が誘起される。この電圧は整流ダイオード８に順方向電圧として印加されるので、整流ダイオード８が導通し、平滑コンデンサ９側にエネルギーが送り出される。これにより、平滑コンデンサ９で平滑された電圧が、出力端子１０，１１間に出力電圧Ｖｏｕｔとして発生する。
【０００８】
トランス２に蓄えられた磁気エネルギーが放出し終わると、帰還巻線２ｃに僅かに残っている磁気エネルギーで、ＭＯＳＦＥＴ３のゲートへ電圧が印加されて再び導通し、上述した動作を繰り返す。
【０００９】
以上はオン・オフ制御端子１３，１４を開放したときの動作であるが、オン・オフ制御端子１３，１４間を例えばショートバー１５などで短絡すると、内部補助電源１８の動作電圧がフォトカプラ１９の発光素子１９ａに印加され、発光素子１９ａが発光してフォトトランジスタ１９ｂがオンする。こうなると、ＭＯＳＦＥＴ３のゲート・ソース間が電流制限用抵抗４を介在した状態で短絡するので、ＭＯＳＦＥＴ３のスイッチング動作が停止する。一方、ショートバー１５を外して、オン・オフ制御端子１３，１４を開放すれば、フォトトランジスタ１９ｂはオフして、ＭＯＳＦＥＴ３のゲートに再びゲート電圧が印加されるようになり、スイッチング動作が再開する。
【００１０】
図５は従来の別な回路例で、これは図４におけるオン・オフ制御回路１７に対し、内部補助電源１８を備えていない点だけが異なる。すなわち、この回路例では、オン・オフ制御端子１３，１４に外部電源２１を接続することで、フォトカプラ１９の発光素子１９ａに外部電源２１の動作電圧を印加して、ＭＯＳＦＥＴ３のスイッチング動作を停止する一方で、オン・オフ制御端子１３，１４を開放すれば、フォトトランジスタ１９ｂはオフして、前記ＭＯＳＦＥＴ３によるスイッチング動作が再開する。
【００１１】
図６は、更に別な回路例で、ここではオン・オフ制御回路１７をトランス２の一次側回路に組み込むことで、前記図５や図６に示すような絶縁用のフォトカプラ１９の構成を省略している。具体的には、ＭＯＳＦＥＴ３のゲートとマイナス側直流入力電圧ラインとの間に、ＰＮＰ型トランジスタ２２のエミッタ・コレクタを接続し、このトランジスタ２２のベースと前記マイナス側直流入力電圧ラインに、オン・オフ制御端子１３，１４を接続して、オン・オフ制御回路１７が構成される。
【００１２】
そしてこの場合は、オン・オフ制御端子１３，１４間を短絡してトランジスタ２２のベースをＬ（低）レベルにすると、ＭＯＳＦＥＴ３のゲート・ソース間が電流制限用抵抗４を介在した状態で短絡して、ＭＯＳＦＥＴ３のスイッチング動作が停止する。一方、オン・オフ制御端子１３，１４を開放すれば、トランジスタ２２はオフして、ＭＯＳＦＥＴ３のゲートに再びゲート電圧が印加されるようになり、スイッチング動作が再開する。
【００１３】
【特許文献１】
特開平７−１２３３４１号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上記図４および図５に示すオン・オフ制御回路１７では、フォトカプラ１９によりオン・オフ制御端子１３，１４がトランス２の一次側回路から絶縁されるという利点はあるものの、ＭＯＳＦＥＴ３のスイッチング動作を停止するために、フォトカプラ１９の発光素子１９ａを発光させてフォトトランジスタ１９ｂをオンにする必要があり、オン・オフ制御回路１７に内部補助電源１８を備えるか、さもなければ外部電源２１からの電圧供給が自ずと必要になる。このため、回路構成が複雑化して、小型化が難しくなるなどの問題を有していた。
【００１５】
また、図６に示すオン・オフ制御回路１７は、ＭＯＳＦＥＴ３のスイッチング動作を停止させる際に、上述のような電源を必要としないが、トランジスタ２２がトランス２の一次側にあって、オン・オフ制御端子１３，１４を一次側回路から絶縁できず、外部からのオン・オフ制御が簡単には行えないものとなっていた。
【００１６】
本願発明は上記問題点に鑑み、内部補助電源や外部電源などを使用しない簡単な構成で、一次側回路から絶縁された状態で外部からオン・オフ制御できるスイッチング電源装置を提供することをその目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１のスイッチング電源装置は、スイッチング素子のスイッチングによりトランスの一次巻線に直流入力電圧を断続的に印加し、前記トランスの二次巻線に誘起した電圧を整流平滑して直流出力電圧を得るスイッチング電源装置において、前記一次巻線と絶縁して前記トランスに巻装された補助巻線と、この補助巻線間を開放または短絡するオン・オフ制御端子とからなるオン・オフ制御回路を備えると共に、前記補助巻線の短絡時に前記スイッチング素子へのパルス駆動信号を停止またはパルス駆動信号のデューティ比を低下させる過電流保護回路を備えている。
【００１８】
この場合、オン・オフ制御端子を利用して補助巻線間を短絡状態にすれば、スイッチング素子の動作を停止またはスイッチング素子に与えられるパルス駆動信号のデューティ比を低下させて、出力電圧を低下することができる。しかも、オン・オフ制御回路は内部補助電源や外部電源などが不要であり、しかも補助巻線が一次巻線と絶縁した状態でトランスに巻装されているので、トランスの一次側回路から絶縁された状態で、オン・オフ制御端子により外部からオン・オフ制御を行なうことが可能になる。
【００１９】
また、本発明の請求項２のスイッチング電源装置は、前記補助巻線の短絡時に前記一次巻線を流れる電流と前記出力電圧との関係がフの字垂下特性となるように、前記過電流保護回路が構成される。
【００２０】
このようにすると、トランスの一次側回路を構成するスイッチング素子を流れる電流も少なくなり、補助巻線を短絡した状態でのスイッチング素子の損失を低減できる。
【００２１】
また、本発明の請求項３のスイッチング電源装置は、前記補助巻線間に制御端子付きスイッチ素子を接続し、このスイッチ素子の制御端子を前記オン・オフ制御端子に接続している。
【００２２】
このようにすると、オン・オフ制御端子に適当な閾値の電圧や電流を印加または遮断することで、外部からオン・オフ制御を行なうことが可能になる。
【００２３】
【発明の実施形態】
以下、本発明の好ましいスイッチング電源装置の一実施例について、添付図面である図１〜図３を参照して詳細に説明する。なお、図４〜図６に示す従来の回路例と構成が重複するものについては同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００２４】
全体構成を示す図１において、スイッチング素子としてのＭＯＳＦＥＴ３のスイッチングにより、絶縁トランス２の一次巻線２ａに直流入力電圧Ｖｉｎを断続的に印加し、トランス２の二次巻線２ｂに誘起した電圧を整流ダイオード８および平滑コンデンサ９により整流平滑して、平滑コンデンサ９の両端間に接続した出力端子１０，１１間に出力電圧Ｖｏｕｔを得る点は、従来の図４〜図６に示す回路例と共通している。
【００２５】
しかし、本実施例における新規なオン・オフ制御回路１２は、前記トランス２に設けられた各巻線２ａ，２ｂ，２ｃとは絶縁した状態で、このトランス２に巻装された補助巻線２ｄと、補助巻線２ｄの両端にそれぞれ接続されるオン・オフ制御端子１３，１４だけで構成される。また、オン・オフ制御端子１３，１４を短絡して補助巻線２ｄに過電流を流したときに、一次巻線２ａに直列接続される電流制限用抵抗４に発生する電圧降下により、ＭＯＳＦＥＴ３に与えられるパルス駆動信号のデューティ比が極端に低下またはＭＯＳＦＥＴ３のスイッチング動作が停止するように、抵抗４の抵抗値が設定されている。すなわち、ここでの抵抗４は、補助巻線２ｄの短絡時に出力電圧Ｖｏｕｔの電圧を低下させる過電流保護回路に相当する。本実施例における過電流保護回路は、特に補助巻線２ｄの短絡時において、トランス２の一次巻線２ａを流れる一次側電流と、出力端子１０，１１間に発生する出力電圧Ｖｏｕｔとの関係が、出力電圧Ｖｏｕｔが低下するのに伴なって一次側電流も減少するフの字垂下特性となるように構成するのが好ましい。
【００２６】
次に、上記構成について、その作用を図２をも参照しながら説明する。オン・オフ制御回路１２を除く各部の動作は、図４〜図６に示すものと共通している。すなわち、直流電源１から入力電圧Ｖｉｎを入力し、起動抵抗５を介してＭＯＳＦＥＴ３のゲートへ電圧を供給して、ＭＯＳＦＥＴ３を導通する。これによりトランス２の一次巻線２ａに入力電圧Ｖｉｎを印加し、帰還巻線２ｃに誘起された電圧により、コンデンサ７と抵抗６を介してＭＯＳＦＥＴ３のゲートに正帰還電圧を印加することで、ＭＯＳＦＥＴ３を急速にオン状態にする。ＭＯＳＦＥＴ３のオン時には、トランス２の二次巻線２ｂにドット側を正極性とする電圧が誘起されるが、整流ダイオード８は導通しないので、トランス２に磁気エネルギーが蓄えられて行く。
【００２７】
その後、ＭＯＳＦＥＴ３のゲートがある一定電圧になり、ドレイン・ソース間の電圧が高まって、ピンチオフ電圧を超えてなお上昇すると、ドレイン・ソース間のチャンネルが遮断され、ドレイン・ソース間を流れるドレイン電流が飽和し、ＭＯＳＦＥＴ３はオフする。こうなると、トランス２に蓄えた磁気エネルギーにより逆起電力が発生して、二次巻線２ｂには非ドット側を正極性とする電圧が誘起される。この電圧は整流ダイオード８に順方向電圧として印加されるので、整流ダイオード８が導通し、平滑コンデンサ９側にエネルギーが送り出される。これにより、平滑コンデンサ９で平滑された電圧が、出力端子１０，１１間に出力電圧Ｖｏｕｔとして発生する。
【００２８】
トランス２に蓄えられた磁気エネルギーが放出し終わると、帰還巻線２ｃに僅かに残っている磁気エネルギーで、ＭＯＳＦＥＴ３のゲートへ電圧が印加されて再び導通し、上述した動作を繰り返す。
【００２９】
以上はオン・オフ制御端子１３，１４を開放したときの動作であるが、オン・オフ制御端子１３，１４間を例えばショートバー１５などで短絡すると、トランス２の一次側ではこれに見合う一次側電流を一次巻線２ａに流そうとする。しかし、抵抗４の電圧降下によって一次側電流の制限が始まり、ＭＯＳＦＥＴ３への駆動信号のデューティ比を低下させる。これにより、トランス２の二次巻線２ｂひいては出力電圧Ｖｏｕｔや、帰還巻線２ｃに発生する電圧も急激に低下する。
【００３０】
このとき、図２に示すように、出力端子１０，１１間に発生する出力電圧Ｖｏｕｔが低下するのに伴なって一次側電流も減少するような過電流保護特性の回路であれば、一次巻線２ａに直接接続するＭＯＳＦＥＴ３を流れる電流も少なくなり、補助巻線２ｄを短絡した状態でのＭＯＳＦＥＴ３の損失を低減できる。
【００３１】
一方、ショートバー１５を外して、オン・オフ制御端子１３，１４を開放すれば、ＭＯＳＦＥＴ３のスイッチング動作に関係するパルス駆動信号のデューティ比が元に戻り、出力電圧Ｖｏｕｔが規定値に戻る。このように本実施例では、従来の内部補助電源１８や外部電源２１などをわざわざ備えなくても、オン・オフ制御端子１３，１４を短絡または開放するだけで、電源装置のオンまたはオフの各動作を外部から制御することができる。このとき、補助巻線２ｄは一次巻線２ａや二次巻線２ｂと絶縁して巻装されており、トランス２の一次側回路や二次側回路から絶縁された状態で、電源装置をオンまたはオフすることができる。
【００３２】
以上のように本実施例では、スイッチング素子であるＭＯＳＦＥＴ３のスイッチングによりトランス２の一次巻線２ａに直流入力電圧Ｖｉｎを断続的に印加し、トランス２の二次巻線２ｂに誘起した電圧を整流平滑して直流出力電圧Ｖｏｕｔを得るスイッチング電源装置において、一次巻線２ａと絶縁してトランス２に巻装された補助巻線２ｄと、この補助巻線２ｄ間を開放または短絡するオン・オフ制御端子１３，１４とからなるオン・オフ制御回路１２を備えると共に、補助巻線２ｄの短絡時にＭＯＳＦＥＴ３へのパルス駆動信号を停止またはパルス駆動信号のデューティ比を低下させる過電流保護回路としての抵抗４を備えている。
【００３３】
このようにすると、オン・オフ制御端子１３，１４を利用して補助巻線２ｄ間を短絡状態にすれば、ＭＯＳＦＥＴ３の動作を停止またはスイッチング素子に与えられるパルス駆動信号のデューティ比を低下させて、出力電圧Ｖｏｕｔを低下することができる。しかも、オン・オフ制御回路１２は内部補助電源１８や外部電源２１などが不要であり、しかも補助巻線２ｄが一次巻線２ａと絶縁した状態でトランス２に巻装されているので、トランス２の一次側回路から絶縁された状態で、オン・オフ制御端子１３，１４により外部からオン・オフ制御を行なうことが可能になる。
【００３４】
また、上記抵抗４に相当する過電流保護回路に関し、補助巻線２ｄの短絡時に一次巻線を流れる電流と出力電圧Ｖｏｕとの関係がフの字垂下特性（図２参照）となるように構成するのが好ましい。このようにすると、トランスの一次側回路を構成するＭＯＳＦＥＴ３を流れる電流も少なくなり、補助巻線２ｄを短絡した状態でのＭＯＳＦＥＴ３の損失を低減できる。
【００３５】
図３は、オン・オフ制御回路１２の別の変形例を示したもので、ここでは補助巻線２ｄの両端に制御端子付きスイッチ素子であるＮＰＮ型のトランジスタ１６のコレクタとエミッタを接続し、このトランジスタ１６の制御端子であるベースとエミッタ間にオン・オフ制御端子１３，１４を接続している。ここでいう制御端子付きスイッチ素子とは、制御端子を利用してスイッチオンまたはオフできる素子のことで、具体的にはＮＰＮまたはＰＮＰ型のトランジスタのみならず、ＦＥＴなども利用できる。図３に示すオン・オフ制御回路１２では、オン・オフ制御端子１３，１４にトランジスタ１６をオンにできるバイアス電圧、即ちＴＴＬレベルの電圧を印加または遮断することで、電源装置のオン・オフ動作を行えるようにしている。
【００３６】
しかして、オン・オフ制御端子１３，１４間に所定のバイアス電圧を印加すると、トランジスタ１６がオンし、補助巻線２ｄの両端を短絡してＭＯＳＦＥＴ３の動作を停止させることができる。また、オン・オフ制御端子１３，１４間を開放すれば、トランジスタ１６はオフして補助巻線２ｄの短絡状態が解除されるので、ＭＯＳＦＥＴ３を再び動作させることができる。
【００３７】
以上のように、ここでは補助巻線２ｄ間に制御端子付きスイッチ素子であるトランジスタ１６を接続し、このトランジスタ１６の制御端子であるベースを一方のオン・オフ制御端子１３に接続している。このようにすると、オン・オフ制御端子１３，１４に適当なスレッシュレベル（閾値）の電圧や電流を印加または遮断することで、外部からオン・オフ制御を行なうことが可能になる。
【００３８】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲において種々の変形実施が可能である。例えば、実施例では自励リンギングチョークコンバータ方式のスイッチング電源装置について説明したが、他励フォワードまたはフライバック方式のものでもよい。その場合、過電流保護回路は、出力電圧Ｖｏｕｔや一次側電流を監視する制御回路内の構成を利用してもよい。すなわち、補助巻線２ｄを短絡したときの出力電圧Ｖｏｕｔの急激な低下や、一次側電流の急激な増大を監視して、過電流保護回路がスイッチング素子への駆動パルスを停止する構成としてもよい。こうすれば、上述の回路例と同様の効果を得ることができる。またこの場合も、補助巻線の短絡時に一次側電流と出力電圧との関係がフの字垂下特性となるように、過電流保護回路を構成するのが好ましい。
【００３９】
【発明の効果】
請求項１のスイッチング電源装置によれば、内部補助電源や外部電源などを使用しない簡単な構成で、一次側回路から絶縁された状態で外部からオン・オフ制御できる。
【００４０】
請求項２のスイッチング電源装置によれば、補助巻線を短絡した状態でのスイッチング素子の損失を低減できる。
【００４１】
請求項３のスイッチング電源装置によれば、オン・オフ制御端子に適当な閾値の電圧や電流を印加または遮断することで、外部からオン・オフ制御を行なうことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例におけるスイッチング電源装置の一例を示す回路図である。
【図２】同上、補助巻線短絡時における出力電圧と一次側電流の特性を示す図である。
【図３】同上、別の変形例を示すオン・制御回路の回路図である。
【図４】従来のスイッチング電源装置の一例を示す回路図である。
【図５】従来の別なスイッチング電源装置の例を示す回路図である。
【図６】従来のさらに別なスイッチング電源装置の例を示す回路図である。
【符号の説明】
２  トランス
２ａ  一次巻線
２ｂ  二次巻線
２ｄ  補助巻線
３  ＭＯＳＦＥＴ（スイッチング素子）
４  抵抗（過電流保護回路）
１２  オン・オフ制御回路
１３，１４  オン・オフ端子
１６  トランジスタ（制御端子付きスイッチ素子）
【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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