(57)【要約】【課題】定電圧スイッチング電源回路の高周波トランスの二次側に何らかの異常が発生した際に、スイッチングトランジスタの制御が不能になって直流出力電圧が過電圧になってしまうことを防止する。【解決手段】「電圧比較検出部」に異常が発生すると、定電圧制御が効かなくなり、スイッチングトランジスタＱ１が出力する高周波パルスの正の電圧が上昇し、第２の一次側巻線Ｐ２に誘起される高周波パルスの負の電圧も上昇し、ツェナーダイオードＺＤ３１のツェナー電圧を超える電圧まで上昇すると、ツェナーダイオードＺＤ３１の逆方向電流がトランジスタＱ３のベースに流れてトランジスタＱ３がＯＮし、トランジスタＱ４がＯＮする。スイッチングトランジスタＱ１のゲートは、ダイオードＤ２、トランジスタＱ３、トランジスタＱ４を介して放電され、スイッチングトランジスタＱ１がＯＦＦする一定の電圧まで低下する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源が出力する交流電圧を直流電圧に変換する平滑回路と、該平滑回路が出力する直流電圧を高周波パルスに変換するスイッチングトランジスタと、該スイッチングトランジスタが出力する高周波パルスを変圧する高周波トランスと、該高周波トランスによって変圧された高周波パルスを整流して直流出力電圧を得る高周波整流回路と、前記直流出力電圧の電圧変動を検出する電圧比較検出部と、該電圧比較検出部が検出した電圧変動に応じて前記スイッチングトランジスタが出力する高周波パルスのデューティー比を調節するデューティー比制御部とを備えた定電圧スイッチング電源回路の出力過電圧保護回路であって、
前記スイッチングトランジスタが出力する高周波パルスの電圧を前記高周波トランスの一次側で監視し、該電圧が所定の電圧に達した時点で、前記スイッチングトランジスタをＯＦＦにする、ことを特徴とした出力過電圧保護回路。
【請求項２】
請求項１において、前記スイッチングトランジスタのベース電圧を、該スイッチングトランジスタがＯＦＦとなる一定の電圧に維持するスイッチングトランジスタＯＦＦ回路と、前記スイッチングトランジスタが出力する高周波パルスの電圧を前記高周波トランスの一次側で監視し、該電圧が所定の電圧に達した時点で、前記スイッチングトランジスタＯＦＦ回路を動作させる過電圧検出部とを備える、ことを特徴とした出力過電圧保護回路。
【請求項３】
請求項２において、前記高周波トランスは、前記スイッチングトランジスタが出力する高周波パルスが印加される第１の一次側巻線と、該第１の一次側巻線に印加された高周波パルスが誘起される第２の一次側巻線とを備え、前記過電圧検出部は、前記第２の一次側巻線に誘起された高周波パルスの電圧を監視する、ことを特徴とした出力過電圧保護回路。
【請求項４】
請求項３において、前記過電圧検出部は、ツェナーダイオードを備え、前記第２の一次側巻線に誘起された高周波パルスの電圧が、前記ツェナーダイオードのツェナー電圧に達した時点で流れる前記ツェナーダイオードの逆方向電流で前記スイッチングトランジスタＯＦＦ回路を動作させる、ことを特徴とした出力過電圧保護回路。
【請求項５】
請求項４において、前記過電圧検出部は、前記第２の一次側巻線に誘起された高周波パルスの電圧とＧＮＤとの電位差が前記ツェナーダイオードのツェナー電圧に達した時点で流れる前記ツェナーダイオードの逆方向電流で前記スイッチングトランジスタＯＦＦ回路を動作させる、ことを特徴とした出力過電圧保護回路。
【請求項６】
請求項５において、ベースがＧＮＤに接続され、エミッタに接続された前記ツェナーダイオードの逆方向電流でベース電流が流れてＯＮするトランジスタを備え、ＯＮした前記トランジスタのコレクタ電流で前記スイッチングトランジスタＯＦＦ回路が動作する、ことを特徴とした出力過電圧保護回路。
【請求項７】
請求項６において、前記過電圧検出部は、前記ツェナーダイオードの順方向電流が前記スイッチングトランジスタＯＦＦ回路に流れ込むことによる前記スイッチングトランジスタＯＦＦ回路の誤動作を防止するための誤動作防止用ダイオードを備えている、ことを特徴とした出力過電圧保護回路。
【請求項８】
請求項２〜７のいずれか１項において、前記スイッチングトランジスタＯＦＦ回路は、前記スイッチングトランジスタが出力する高周波パルスの電圧が所定の電圧に達して、前記スイッチングトランジスタのベース電圧を、該スイッチングトランジスタがＯＦＦとなる一定の電圧に維持した後、前記スイッチングトランジスタが出力する高周波パルスの電圧が所定の電圧値未満になっても前記スイッチングトランジスタがＯＦＦとなる一定の電圧に維持し続ける自己保持回路である、ことを特徴とした出力過電圧保護回路。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の出力過電圧保護回路を備えた定電圧スイッチング電源回路。
【請求項１０】
請求項９において、前記スイッチングトランジスタは、電界効果トランジスタである、ことを特徴とした定電圧スイッチング電源回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、定電圧スイッチング電源回路の出力過電圧保護回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
定電圧スイッチング電源回路は、スイッチングトランジスタがＯＮ−ＯＦＦのスイッチ動作を繰り返すだけなので、不要な電力をトランジスタで熱として放出することが少ない。また、変圧器も小型で損失の少ない高周波トランスを使用しているので、電力損失が少ないという利点がある。図３は、従来の定電圧スイッチング電源回路の一例を示した回路図である。
【０００３】
整流ブリッジＤＢ１とコンデンサＣ１１から成る「平滑回路」で、ＡＣ電源Ｖｉｎの交流電圧を平滑して直流電圧に変換する。その直流電圧をスイッチングトランジスタ（電界効果トランジスタ）Ｑ１でスイッチングして高周波パルスに変換する。さらに、高周波パルスを高周波トランスＴ１で変圧し、「高周波整流回路」で再び直流電圧に戻してＶｏｕｔ端子とＧＮＤ端子間に出力する。出力電圧に変動があると、「電圧比較検出部」が電圧変動を検出し、フォトカプラＰＣ１を介して「デューディー比制御部」へ伝える。「デューティー比制御部」は、スイッチングトランジスタＱ１のＯＮ−ＯＦＦ間隔を変えて、高周波パルスのデューティー比をコントロールする。高周波パルスの平均電圧が直流出力電圧となり、デューティー比によって出力電圧がコントロールされるので、直流出力電圧が高いときには、ＯＮデューティーを狭く、直流出力電圧が低いときは、ＯＮデューティーを広くなるように高周波パルスのデューティー比を制御する。
【０００４】
このような構成を成す従来の定電圧スイッチング電源回路は、ＡＣ電源Ｖｉｎの交流電圧が、整流ブリッジＤＢ１とコンデンサＣ１１から成る平滑回路によって直流電圧に変換され、その直流電圧によって、起動抵抗Ｒ１に電流が流れてスイッチングトランジスタＱ１のゲート電圧が上昇する。すると、スイッチングトランジスタＱ１がＯＮして高周波トランスＴ１の第１の一次側巻線Ｐ１に電圧が発生し、位相が反転された巻き数に応じた電圧が第２の一次側巻線Ｐ２に発生する。第２の一次側巻線Ｐ２に発生した電圧は、コンデンサＣ１及び抵抗Ｒ２を介してスイッチングトランジスタＱ１のゲートに＋の正帰還をかけ、トランジスタＱ２のベースは、直流出力電圧の変動をフィードバックしているフォトカプラＰＣ１のカプラ電流と、ツェナーダイオードＺＤ１を流れる電流にて充電される。
【０００５】
第１の一次側巻線Ｐ１に電流が流れると、高周波トランスＴ１の二次側巻線Ｓ１にも電流が流れようとするが、ダイオードＤ１により電流は流れないため、エネルギーが高周波トランスＴ１に蓄えられる。そして、トランジスタＱ２のベース電圧がＯＮ電圧に達すると、スイッチングトランジスタＱ１がターンＯＦＦし、二次側巻線Ｓ１からエネルギーが伝達される。第２の一次側巻線Ｐ２には逆バイアスが掛かり、トランジスタＱ２のベースが放電される。高周波トランスＴ１に蓄えられたエネルギーが二次側巻線Ｓ１から全て放出されると、逆起電力により再びスイッチングトランジスタＱ１がターンＯＮを始める。
【０００６】
以上の動作を繰り返すことによって高周波パルスが発生する。そして、直流出力電圧の変動をフィードバックしているフォトカプラＰＣ１のカプラ電流によってトランジスタＱ２がＯＮ−ＯＦＦ制御される。それによって、スイッチングトランジスタＱ１がＯＮ−ＯＦＦ制御されて、高周波パルスのデューティー比が制御され、直流出力電圧には、ツェナーダイオードＺＤ２によって規定される電圧が安定して出力されることになる。
【０００７】
また、「過電圧検出部」は、ツェナーダイオードＺＤ３によって規定される直流出力電圧の過電圧を検出し、フォトカプラＰＣ２を介して「スイッチングトランジスタＯＦＦ回路」へ伝える。「過電圧検出部」は、直流出力電圧が過電圧になったときにフォトカプラＰＣ２がＯＮして、フォトカプラＰＣ２のカプラ電流によって「スイッチングトランジスタＯＦＦ回路」を動作させる。「スイッチングトランジスタＯＦＦ回路」は、スイッチングトランジスタＱ１をＯＦＦ制御し、それによって、スイッチングトランジスタＱ１のスイッチング動作が停止する。したがって、例えば、「電圧比較検出部」のフォトカプラＰＣ１が故障して定電圧制御が不能になり、直流出力電圧が異常に上昇して過電圧になったときには、「過電圧検出部」が過電圧を検出して定電圧スイッチング電源回路の動作を停止させ、過電圧による発火や発煙を防止することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、「電圧比較検出部」及び「過電圧検出部」は、高周波トランスＴ１の一次側と二次側にまたがったフォトカプラに頼った回路構成となっている。そのため、高周波トランスＴ１の二次側に接続されている負荷の故障等によって、高周波トランスＴ１の二次側に何らかの異常が発生すると、フォトカプラＰＣ１及びフォトカプラＰＣ２がともに故障する虞がある。そして、それによって、高周波トランスＴ１の一次側の「デューティー比制御部」及び「スイッチングトランジスタＯＦＦ回路」の双方が機能しなくなり、スイッチングトランジスタＱ１の制御が一切不能になって直流出力電圧が過電圧になってしまう虞があった。
【０００９】
本願発明は、このような状況に鑑み成されたものであり、その課題は、定電圧スイッチング電源回路の高周波トランスの二次側に何らかの異常が発生した際に、スイッチングトランジスタの制御が不能になって直流出力電圧が過電圧になってしまうことを防止することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するため、本願請求項１に記載の発明は、交流電源が出力する交流電圧を直流電圧に変換する平滑回路と、該平滑回路が出力する直流電圧を高周波パルスに変換するスイッチングトランジスタと、該スイッチングトランジスタが出力する高周波パルスを変圧する高周波トランスと、該高周波トランスによって変圧された高周波パルスを整流して直流出力電圧を得る高周波整流回路と、前記直流出力電圧の電圧変動を検出する電圧比較検出部と、該電圧比較検出部が検出した電圧変動に応じて前記スイッチングトランジスタが出力する高周波パルスのデューティー比を調節するデューティー比制御部とを備えた定電圧スイッチング電源回路の出力過電圧保護回路であって、前記スイッチングトランジスタが出力する高周波パルスの電圧を前記高周波トランスの一次側で監視し、該電圧が所定の電圧に達した時点で、前記スイッチングトランジスタをＯＦＦにする、ことを特徴とした出力過電圧保護回路である。
【００１１】
高周波トランスの二次側に出力される高周波パルスを整流して得られる直流出力電圧が上昇すると、一次側の高周波パルスの電圧も上昇するので、高周波トランスの一次側の電圧を監視することによって、直流出力電圧の過電圧を検出することができる。そこで、従来のように高周波トランスの二次側で直流出力電圧を直接監視するのではなく、高周波トランスの一次側でスイッチングトランジスタが出力する高周波パルスの電圧を監視することによって、間接的に直流出力電圧を監視する。そして、高周波パルスの電圧が所定の電圧に達した時点で、つまり直流出力電圧が過電圧になった時点で、スイッチングトランジスタをＯＦＦ制御することによって、直流出力電圧が過電圧になった際に定電圧スイッチング電源回路のスイッチング動作を停止させることができる。したがって、高周波トランスの二次側に何らかの異常が発生しても、その影響を受けることなく直流出力電圧の過電圧を監視して、過電圧を検出した際には、すみやかに定電圧スイッチング電源回路のスイッチング動作を停止させることができる。
【００１２】
これにより、本願請求項１に記載の発明に係る出力過電圧保護回路によれば、高周波トランスの一次側でスイッチングトランジスタが出力する高周波パルスの電圧を監視することによって、高周波トランスの二次側に何らかの異常が発生しても、その影響を受けることなく直流出力電圧の過電圧を監視して、過電圧を検出した際には、すみやかに定電圧スイッチング電源回路のスイッチング動作を停止させることができるので、定電圧スイッチング電源回路の高周波トランスの二次側に何らかの異常が発生した際に、スイッチングトランジスタの制御が不能になって直流出力電圧が過電圧になってしまうことを防止することができるという作用効果が得られる。
【００１３】
また、従来、高周波トランスの一次側と二次側にまたがって配置されていたフォトカプラは、一次側に接続される端子と二次側に接続される端子との間に一定以上の間隔を設けた高い絶縁性を有するフォトカプラを実装する必要があることから比較的大型のフォトカプラを実装しなければならなかったが、本発明は、高周波トランスの一次側で、直流出力電圧の過電圧を検出するので、従来の過電圧検出用のフォトカプラが不要になり、回路の部品点数を削減できるので、定電圧スイッチング電源回路の部品実装スペースを小型化することができるという作用効果も得られる。
【００１４】
本願請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記スイッチングトランジスタのベース電圧を、該スイッチングトランジスタがＯＦＦとなる一定の電圧に維持するスイッチングトランジスタＯＦＦ回路と、前記スイッチングトランジスタが出力する高周波パルスの電圧を前記高周波トランスの一次側で監視し、該電圧が所定の電圧に達した時点で、前記スイッチングトランジスタＯＦＦ回路を動作させる過電圧検出部とを備える、ことを特徴とした出力過電圧保護回路である。
【００１５】
このように、過電圧検出部は、スイッチングトランジスタが出力する高周波パルスの電圧を高周波トランスの一次側で監視し、その電圧が所定の電圧に達した時点でスイッチングトランジスタＯＦＦ回路を動作させる。そして、スイッチングトランジスタＯＦＦ回路は、スイッチングトランジスタのベース電圧を、スイッチングトランジスタがＯＦＦとなる一定の電圧に維持する。
【００１６】
これにより、本願請求項２に記載の発明に係る出力過電圧保護回路によれば、スイッチングトランジスタが出力する高周波パルスの電圧を高周波トランスの一次側で監視し、その電圧が所定の電圧に達した時点でスイッチングトランジスタＯＦＦ回路を動作させる過電圧検出部によって、前述した本願請求項１に記載の発明による作用効果を得ることができる。
【００１７】
本願請求項３に記載の発明は、請求項２において、前記高周波トランスは、前記スイッチングトランジスタが出力する高周波パルスが印加される第１の一次側巻線と、該第１の一次側巻線に印加された高周波パルスが誘起される第２の一次側巻線とを備え、前記過電圧検出部は、前記第２の一次側巻線に誘起された高周波パルスの電圧を監視する、ことを特徴とした出力過電圧保護回路である。
【００１８】
第２の一次側巻線には、第１の一次側巻線に印加された高周波パルスが、第１の一次側巻線と第２の一次側巻線との巻線比に応じた電圧で誘起される。したがって、過電圧検出部が第２の一次側巻線に誘起される高周波パルスの電圧を監視することで、スイッチングトランジスタが出力する高周波パルスの電圧を監視することができる。
【００１９】
これにより、本願請求項３に記載の発明に係る出力過電圧保護回路によれば、過電圧検出部が第２の一次側巻線に誘起される高周波パルスの電圧を監視することで、スイッチングトランジスタが出力する高周波パルスの電圧を監視することができ、それによって、前述した本願請求項２に記載の発明による作用効果を得ることができる。
【００２０】
本願請求項４に記載の発明は、請求項３において、前記過電圧検出部は、ツェナーダイオードを備え、前記第２の一次側巻線に誘起された高周波パルスの電圧が、前記ツェナーダイオードのツェナー電圧に達した時点で流れる前記ツェナーダイオードの逆方向電流で前記スイッチングトランジスタＯＦＦ回路を動作させる、ことを特徴とした出力過電圧保護回路である。
【００２１】
前述したように、スイッチングトランジスタが出力する高周波パルスが第１の一次側巻線に印加されると、高周波トランスの第２の一次側巻線には、第１の一次側巻線と第２の一次側巻線との巻線比に応じた電圧比で高周波パルスが誘起される。したがって、スイッチングトランジスタが出力する高周波パルスの電圧が上昇すると、第２の一次側巻線に誘起される高周波パルスの電圧も上昇する。そこで、過電圧検出部のツェナーダイオードのツェナー電圧を、直流出力電圧が過電圧になったときに第２の一次側巻線に誘起される高周波パルスの電圧に設定する。そして、第２の一次側巻線に誘起される高周波パルスの電圧が、ツェナーダイオードのツェナー電圧に達した時点で流れるツェナーダイオードの逆方向電流でスイッチングトランジスタＯＦＦ回路を動作させることによって、直流出力電圧が過電圧になったときに、定電圧スイッチング電源回路のスイッチング動作を停止させることができる。
【００２２】
これにより、本願請求項４に記載の発明に係る出力過電圧保護回路によれば、直流出力電圧が過電圧になったときに流れるツェナーダイオードの逆方向電流でスイッチングトランジスタＯＦＦ回路を動作させる過電圧検出部によって、前述した本願請求項３に記載の発明による作用効果を得ることができる。
【００２３】
本願請求項５に記載の発明は、請求項４において、前記過電圧検出部は、前記第２の一次側巻線に誘起された高周波パルスの電圧とＧＮＤとの電位差が前記ツェナーダイオードのツェナー電圧に達した時点で流れる前記ツェナーダイオードの逆方向電流で前記スイッチングトランジスタＯＦＦ回路を動作させる、ことを特徴とした出力過電圧保護回路である。
【００２４】
このように、第２の一次側巻線に誘起された高周波パルスの電圧と、電圧変動が小さいＧＮＤとの電位差を監視して直流出力電圧の過電圧を検出するので、より高い精度で過電圧を検出することができるという作用効果が得られる。
【００２５】
本願請求項６に記載の発明は、請求項５において、ベースがＧＮＤに接続され、エミッタに接続された前記ツェナーダイオードの逆方向電流でベース電流が流れてＯＮするトランジスタを備え、ＯＮした前記トランジスタのコレクタ電流で前記スイッチングトランジスタＯＦＦ回路が動作する、ことを特徴とした出力過電圧保護回路である。
【００２６】
本願請求項６に記載の発明に係る出力過電圧保護回路によれば、第２の一次側巻線に誘起された高周波パルスの電圧と、ＧＮＤにトランジスタのベース−エミッタ間電圧を加えた電圧との電位差がツェナー電圧に達した時点で、スイッチングトランジスタＯＦＦ回路を動作させることができ、それによって、前述した本願請求項５に記載の発明による作用効果を得ることができる。
【００２７】
本願請求項７に記載の発明は、請求項６において、前記過電圧検出部は、前記ツェナーダイオードの順方向電流が前記スイッチングトランジスタＯＦＦ回路に流れ込むことによる前記スイッチングトランジスタＯＦＦ回路の誤動作を防止するための誤動作防止用ダイオードを備えている、ことを特徴とした出力過電圧保護回路である。
【００２８】
本願請求項７に記載の発明に係る出力過電圧保護回路によれば、本願請求項６に記載の発明による作用効果に加えて、ツェナーダイオードの順方向電流がスイッチングトランジスタＯＦＦ回路に流れ込むことによってスイッチングトランジスタＯＦＦ回路の誤動作を防止することができるので、より誤動作の少ない出力過電圧保護回路を構成することができるという作用効果が得られる。
【００２９】
本願請求項８に記載の発明は、請求項２〜７のいずれか１項において、前記スイッチングトランジスタＯＦＦ回路は、前記スイッチングトランジスタが出力する高周波パルスの電圧が所定の電圧に達して、前記スイッチングトランジスタのベース電圧を、該スイッチングトランジスタがＯＦＦとなる一定の電圧に維持した後、前記スイッチングトランジスタが出力する高周波パルスの電圧が所定の電圧値未満になっても前記スイッチングトランジスタがＯＦＦとなる一定の電圧に維持し続ける自己保持回路である、ことを特徴とした出力過電圧保護回路である。
【００３０】
出力過電圧保護回路によって過電圧を検出し、スイッチングトランジスタＯＦＦ回路が動作したときは、直流電圧出力側に接続されている負荷側に何らかの異常が起きている可能性が高い。そのため、出力過電圧保護回路が過電圧を検出していない状態に復帰しても再度、過電圧を検出してしまうことになる。したがって、スイッチングトランジスタＯＦＦ回路を自己保持回路とし、一旦過電圧が検出された後は、過電圧が検出されていない状態に復帰してもスイッチングトランジスタのベース電圧をスイッチングトランジスタがＯＦＦとなる一定の電圧に維持し続けることによって、直流電圧出力側に電圧が出力されない状態を維持し続けることができる。
【００３１】
これにより、本願請求項８に記載の発明に係る出力過電圧保護回路によれば、本願請求項２〜７のいずれか１項に記載の発明による作用効果に加えて、一旦過電圧が検出された後は、過電圧が検出されていない状態に復帰しても直流電圧出力側に電圧が出力されない状態を維持し続けることができるので、定電圧スイッチング電源回路の出力過電圧保護を、より安全で確実に行うことができるという作用効果が得られる。
【００３２】
本願請求項９に記載の発明は、請求項１〜８のいずれか１項に記載の出力過電圧保護回路を備えた定電圧スイッチング電源回路である。
本願請求項９に記載の発明に係る定電圧スイッチング電源回路によれば、定電圧スイッチング電源回路において、前述した本願請求項１〜８のいずれか１項に記載の発明による作用効果を得ることができる。
【００３３】
本願請求項１０に記載の発明は、請求項９において、前記スイッチングトランジスタは、電界効果トランジスタである、ことを特徴とした定電圧スイッチング電源回路である。
本願請求項１０に記載の発明に係る定電圧スイッチング電源回路によれば、本願請求項９に記載の発明による作用効果に加えて、電界効果トランジスタは、バイポーラトランジスタより少ない電流で動作させることができるので、より安定したスイッチング動作が可能になり、より安定した直流電圧を出力することができるという作用効果が得られる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本願発明に係る「定電圧スイッチング電源回路」を示した回路図である。図２は、本願発明に係る「定電圧スイッチング電源回路」の要部の電圧波形を示したグラフである。以下、図１及び図２を参照しながら、まず、本願発明に係る「定電圧スイッチング電源回路」の概略構成について説明する。
【００３５】
整流ブリッジＤＢ１とコンデンサＣ１１から成る「平滑回路」で、ＡＣ電源Ｖｉｎの交流電圧を平滑して直流電圧に変換する。その直流電圧をスイッチングトランジスタＱ１でスイッチングして高周波パルスに変換する。さらに、高周波パルスを高周波トランスＴ１で変圧し、「高周波整流回路」で再び直流電圧に戻してＶｏｕｔ端子とＧＮＤ端子間に出力する。出力電圧に変動があると、「電圧比較検出部」が電圧変動を検出し、フォトカプラＰＣ１を介して「デューディー比制御部」へ伝える。「デューティー比制御部」は、スイッチングトランジスタＱ１のＯＮ−ＯＦＦ間隔を変えて、高周波パルスのデューティー比をコントロールする。高周波パルスの平均電圧が直流出力電圧となり、デューティー比によって出力電圧がコントロールされるので、直流出力電圧が高いときには、ＯＮデューティーを狭く、直流出力電圧が低いときは、ＯＮデューティーを広くなるように高周波パルスのデューティー比を制御する。
【００３６】
尚、当該実施の形態においては、スイッチングトランジスタＱ１は、電界効果トランジスタである。電界効果トランジスタは、バイポーラトランジスタと比較して、少ない電流で動作させることができるので、より安定したスイッチング動作が可能になり、より安定した直流電圧を出力することができる。
【００３７】
「定電圧スイッチング電源回路」は、本願発明に係る「出力過電圧保護回路」を構成する「過電圧検出部」と「スイッチングトランジスタＯＦＦ回路」とを備えている。「過電圧検出部」は、スイッチングトランジスタＱ１が出力する高周波パルスの電圧を高周波トランスＴ１の第２の一次側巻線Ｐ２で監視し、第２の一次側巻線Ｐ２に誘起される高周波パルスの負の電圧が所定の電圧に達した時点で、「スイッチングトランジスタＯＦＦ回路」を動作させる。「スイッチングトランジスタＯＦＦ回路」は、スイッチングトランジスタＱ１のベース電圧をスイッチングトランジスタＱ１がＯＦＦとなる一定の電圧に維持する。
【００３８】
次に、本願発明に係る「定電圧スイッチング電源回路」の動作について説明する。ＡＣ電源Ｖｉｎの交流電圧は、整流ブリッジＤＢ１とコンデンサＣ１１から成る平滑回路によって直流電圧に変換され、その直流電圧によって、起動抵抗Ｒ１に電流が流れてスイッチングトランジスタＱ１のゲート電圧が上昇する。すると、スイッチングトランジスタＱ１がＯＮして高周波トランスＴ１の第１の一次側巻線Ｐ１に電圧が発生し、位相が反転された巻き数に応じた電圧が第２の一次側巻線Ｐ２に発生する。第２の一次側巻線Ｐ２に発生した電圧は、コンデンサＣ１及び抵抗Ｒ２を介してスイッチングトランジスタＱ１のゲートに＋の正帰還をかけ、トランジスタＱ２のベースは、直流出力電圧の変動をフィードバックしているフォトカプラＰＣ１のカプラ電流と、ツェナーダイオードＺＤ１を流れる電流にて充電される。
【００３９】
第１の一次側巻線Ｐ１に電流が流れると、高周波トランスＴ１の二次側巻線Ｓ１にも電流が流れようとするが、ダイオードＤ１により電流は流れないため、エネルギーが高周波トランスＴ１に蓄えられる。そして、トランジスタＱ２のベース電圧がＯＮ電圧に達すると、スイッチングトランジスタＱ１がターンＯＦＦし、二次側巻線Ｓ１からエネルギーが伝達される。第２の一次側巻線Ｐ２には逆バイアスが掛かり、トランジスタＱ２のベースが放電される。高周波トランスＴ１に蓄えられたエネルギーが二次側巻線Ｓ１から全て放出されると、逆起電力により再びスイッチングトランジスタＱ１がターンＯＮを始める。
【００４０】
以上の動作を繰り返すことによって高周波パルスが発生する。そして、直流出力電圧の変動をフィードバックしているフォトカプラＰＣ１のカプラ電流によってトランジスタＱ２がＯＮ−ＯＦＦ制御される。それによって、スイッチングトランジスタＱ１がＯＮ−ＯＦＦ制御されて、高周波パルスのデューティー比が制御され、直流出力電圧には、ツェナーダイオードＺＤ２によって規定される電圧が安定して出力されることになる。
【００４１】
つづいて、本願発明に係る「出力過電圧保護回路」の動作について説明する。前述したように「出力過電圧保護回路」は、「過電圧検出部」と「スイッチングトランジスタＯＦＦ回路」とで構成されている。
【００４２】
ここで、フォトカプラＰＣ１が故障する等で「電圧比較検出部」に何らかの異常が発生すると、「デューティー比制御部」による定電圧制御が効かなくなり、スイッチングトランジスタＱ１が出力する高周波パルス（図２のＰ１波形）の正の電圧が上昇していく（図２のＰ１波形の一点鎖線で示した波形）。それによって、第２の一次側巻線Ｐ２に誘起される高周波パルス（図２のＰ２波形）の負の電圧も上昇していく（図２のＰ２波形の一点鎖線で示した波形）。このとき、「デューティー比制御部」をコントロールするトランジスタＱ２のベースにフォトカプラＰＣ１から定電圧制御用の充電電流が流れない状態となり、スイッチングトランジスタＱ１は、ツェナーダイオードＺＤ１からの充放電電流でＯＮ−ＯＦＦし続ける状態となり（図２のＱ１ゲート波形）、スイッチングトランジスタＱ１が出力する高周波パルスの電圧は、デューティー比が一定のままで上昇していくことになる。したがって、高周波トランスＴ１の二次側巻線Ｓ１の高周波パルスの電圧（図２のＳ１波形）が上昇し（図２のＳ１波形の一点鎖線で示した波形）、直流出力電圧が上昇して過電圧になってしまう。
【００４３】
「過電圧検出部」は、第２の一次側巻線Ｐ２に誘起される高周波パルス（図２のＰ２波形）の負の電圧が上昇し、ツェナーダイオードＺＤ３１のツェナー電圧を超える電圧まで上昇すると、ツェナーダイオードＺＤ３１のツェナー電圧に達した時点で、ツェナーダイオードＺＤ３１に逆方向電流が流れる。そのツェナーダイオードＺＤ３１の逆方向電流によって、「スイッチングトランジスタＯＦＦ回路」」を動作させる。尚、抵抗Ｒ３１は、ツェナーダイオードＺＤ３１の逆方向電流の電流制限抵抗であり、抵抗Ｒ３１の抵抗値でトランジスタＱ３のゲートに流れる電流値が決まる。また、ダイオードＤ３１は、第２の一次側巻線Ｐ２に誘起された高周波パルスの正の電圧によって、「スイッチングトランジスタＯＦＦ回路」に電流が流れ込んで、トランジスタＱ３又はトランジスタＱ４が誤動作することを防止するためのものである。
【００４４】
「スイッチングトランジスタＯＦＦ回路」は、「過電圧検出部」のツェナーダイオードＺＤ３１に流れる逆方向電流によって、スイッチングトランジスタＱ１のベース電圧を、スイッチングトランジスタＱ１がＯＦＦとなる一定の電圧に維持する。ツェナーダイオードＺＤ３１に流れる逆方向電流によって、トランジスタＱ３のベース電流が流れてトランジスタＱ３がＯＮし、それによって、トランジスタＱ４のベース電流が流れてトランジスタＱ４がＯＮする。スイッチングトランジスタＱ１のゲートは、ダイオードＤ２、トランジスタＱ３、及びトランジスタＱ４を介して放電されて、スイッチングトランジスタＱ１がＯＦＦする一定の電圧まで低下する。
【００４５】
そして、「スイッチングトランジスタＯＦＦ回路」は、自己保持回路になっており、トランジスタＱ４のコレクタ電流がトランジスタＱ３のベースに流れることによって、トランジスタＱ３のＯＮ状態が保持される。よって、第２の一次側巻線Ｐ２に誘起された高周波パルスの負の電圧が、ツェナーダイオードＺＤ３１のツェナー電圧未満に低下してもトランジスタＱ３及びトランジスタＱ４のＯＮ状態が保持され、スイッチングトランジスタＱ１のゲート電圧をスイッチングトランジスタＱ１がＯＦＦする電圧に維持し続けることができる。いわゆるヒステリシス性を有したヒステリシス回路であるとも言える。尚、コンデンサＣ３１は、ノイズによる「スイッチングトランジスタＯＦＦ回路」の誤動作を防止するためのものである。また、ダイオードＤ３２は、スイッチングトランジスタＱ１のゲート電圧を安定させるためのものである。
【００４６】
このようにして、高周波トランスＴ１の一次側で直流出力電圧の過電圧を検出してスイッチングトランジスタＱ１のスイッチング動作を停止させるので、「定電圧スイッチング電源回路」の高周波トランスＴ１の二次側に何らかの異常が発生した際に、スイッチングトランジスタＱ１の制御が不能になって直流出力電圧が過電圧になってしまうことを防止することができる。そして、過電圧を検出する電圧は、「過電圧検出部」のツェナーダイオードＺＤ３１のツェナー電圧によって決定され、過電圧を検出する直流出力電圧に相当する第２の一次側巻線に誘起される高周波パルスの負の電圧を、ツェナーダイオードＺＤ３１のツェナー電圧とすることで、「定電圧スイッチング電源回路」の適切な出力過電圧保護ができる。さらに、従来、高周波トランスの一次側と二次側にまたがって配置されていたフォトカプラＰＣ２（図３）が不要になり、回路の部品点数を削減できるので、定電圧スイッチング電源回路の部品実装スペースを小型化することができる。
【００４７】
また、他の実施の形態としては、上記実施の形態において、スイッチングトランジスタＱ１をバイポーラトランジスタとした「定電圧スイッチング電源回路」が挙げられる。バイポーラトランジスタは、電界効果トランジスタと比較して消費電力が大きく、その分スイッチング特性がやや劣るが安価なので、「定電圧スイッチング電源回路」のコストを低減させることができる。
【００４８】
さらに、他の実施の形態としては、上記実施例に加えて、「過電圧検出部」と「スイッチングトランジスタＯＦＦ回路」との間にトランジスタを設けたものが挙げられる。
【００４９】
図４は、本願発明に係る「定電圧スイッチング電源回路」の他の実施の形態を示した回路図である。
トランジスタＱ５は、ベースがＧＮＤに接続されており、エミッタがダイオード３１を介して「過電圧検出部」のツェナーダイオードＺＤ３１に接続されており、コレクタが「スイッチングトランジスタＯＦＦ回路」のトランジスタＱ４に接続されている。尚、トランジスタＱ５のベース−エミッタ間に接続されている抵抗Ｒ３２は、リーク電流によってトランジスタＱ５が誤動作することを防止するためのリーク電流吸収用抵抗であり、コンデンサＣ３２は、高周波のノイズによってトランジスタＱ５が誤動作することを防止するための高周波ノイズ吸収用のコンデンサである。
【００５０】
「過電圧検出部」は、第２の一次側巻線Ｐ２に誘起される高周波パルスの負の電圧が上昇し、高周波パルスの負の電圧とトランジスタＱ５のエミッタ電圧との間の電位差がツェナーダイオードＺＤ３１のツェナー電圧を超える電圧まで上昇すると、ツェナーダイオードＺＤ３１のツェナー電圧に達した時点で、ツェナーダイオードＺＤ３１に逆方向電流が流れる。つまり、電圧が上昇し、高周波パルスの負の電圧とＧＮＤとの電位差がトランジスタＱ５のベース−エミッタ間電圧とダイオードＤ３１の電圧とツェナーダイオードＺＤ３１のツェナー電圧との和に達した時点で、ツェナーダイオードＺＤ３１に逆方向電流が流れる。そして、そのツェナーダイオードＺＤ３１の逆方向電流によって、「スイッチングトランジスタＯＦＦ回路」を動作させる。
【００５１】
図１に示した「定電圧スイッチング電源回路」は、第２の一次側巻線Ｐ２に誘起される高周波パルスの負の電圧とスイッチングトランジスタＱ１のゲート電圧との電位差がツェナーダイオードＺＤ３１のツェナー電圧に達した時点でツェナーダイオードＺＤ３１に逆方向電流が流れる。図２に示したように、スイッチングトランジスタＱ１のゲート電圧は、高周波トランスＴ１への入力電圧（第１の一次側巻線Ｐ１の電圧）の変動によって、ＧＮＤに対する電圧変動が生じるが、当該実施の形態に示した「定電圧スイッチング電源回路」は、トランジスタＱ５のエミッタ電圧がＧＮＤにトランジスタＱ５のベース−エミッタ間電圧を引いた電圧であり、高周波トランスＴ１への入力電圧に対する電圧変動が極めて少ないことからより高い精度で直流出力電圧の過電圧を検出することができる。
【００５２】
尚、本願発明は上記実施例に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で、種々の変形が可能であり、それらも本願発明の範囲内に含まれるものであることは言うまでもない。
【００５３】
本願発明によれば、定電圧スイッチング電源回路の高周波トランスの二次側に何らかの異常が発生した際に、スイッチングトランジスタの制御が不能になって直流出力電圧が過電圧になってしまうことを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明に係る「定電圧スイッチング電源回路」を示した回路図。
【図２】本願発明に係る「定電圧スイッチング電源回路」の要部の電圧波形を示したグラフ。
【図３】従来の定電圧スイッチング電源回路の一例を示した回路図。
【図４】本願発明に係る「定電圧スイッチング電源回路」の他の実施の形態を示した回路図。
【符号の説明】
Ｖｉｎ　ＡＣ電源、　　ＤＢ１　整流ブリッジ、　　Ｑ１　スイッチングトランジスタ、　　Ｒ１　起動抵抗、　　ＰＣ１、ＰＣ２　フォトカプラ、　　Ｔ１　高周波トランス、　　Ｐ１　第１の一次側巻線、　　Ｐ２　第２の一次側巻線、
Ｓ　二次側巻線、　　ＺＤ３１　ツェナーダイオード
【図１】
2004032979.tif 000003
【図２】
2004032979.tif 000004
【図３】
2004032979.tif 000005
【図４】
2004032979.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成15年4月28日(2003.4.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
また、「過電圧検出部」は、ツェナーダイオードＺＤ３によって規定される直流出力電圧の過電圧を検出し、フォトカプラＰＣ２を介して「スイッチングトランジスタＯＦＦ回路」へ伝える。「過電圧検出部」は、直流出力電圧が過電圧になったときにフォトカプラＰＣ２がＯＮして、フォトカプラＰＣ２のカプラ電流によって「スイッチングトランジスタＯＦＦ回路」を動作させる。「スイッチングトランジスタＯＦＦ回路」は、スイッチングトランジスタＱ１をＯＦＦ制御し、それによって、スイッチングトランジスタＱ１のスイッチング動作が停止する。したがって、例えば、「電圧比較検出部」のフォトカプラＰＣ１が故障して定電圧制御が不能になり、直流出力電圧が異常に上昇して過電圧になったときには、「過電圧検出部」が過電圧を検出して定電圧スイッチング電源回路の動作を停止させ、過電圧による発火や発煙を防止することができる（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開平８−２５６４７４号公報