(57)【要約】      （修正有）【課題】出力直流電圧の過電圧を検出して保護するようにしたときに出力直流電圧が過電圧のままとはならないようにする。【解決手段】直流電圧に対してハーフブリッジ接続された一対のスイッチング素子２ａ，２ｂを駆動回路３により交互にオン・オフすると共にこの一対のスイッチング素子２ａ，２ｂの接続点から共振用コンデンサ８を介してコンバータトランス７の１次巻線７ａに交番電圧を供給するようにし、このコンバータトランス７に夫々第１及び第２の同期整流素子１１ａ及び１１ｂを接続した電流共振型スイッチング電源回路において、この１次巻線７ａの過電流を検出する過電流検出手段１０と、この出力直流電圧の過電圧を検出する過電圧検出手段２２を設けて、この過電圧検出手段２２が過電圧を検出したときに、この第１及び第２の同期整流素子１１ａ及び１１ｂをオン状態として、この１次巻線７ａに過電流を流すようにした。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電圧に対してハーフブリッジ接続された一対のスイッチング素子を駆動回路により交互にオン・オフすると共に前記一対のスイッチング素子の接続点から共振用コンデンサを介してコンバータトランスの１次巻線に交番電圧を供給するようにし、前記コンバータトランスの２次巻線の一端及び他端に夫々第１及び第２の同期整流素子を接続すると共に、前記第１及び第２の同期整流素子を前記２次巻線に得られる信号に同期して交互にオン・オフするようにし、前記２次巻線の中間点と前記第１及び第２の同期整流素子の接続点との間に出力直流電圧を得るようにした電流共振型スイッチング電源回路において、
前記１次巻線の過電流を検出する過電流検出手段を設けると共に前記出力直流電圧の過電圧を検出する過電圧検出手段を設け、該過電圧検出手段が過電圧を検出したときに、前記第１及び第２の同期整流素子をオン状態として、前記１次巻線に過電流を流すようにし、前記過電流検出手段が過電流を検出したときに、前記駆動回路を不動作とするようにしたことを特徴とする電流共振型スイッチング電源回路。
【請求項２】
請求項１記載の電流共振型スイッチング電源回路において、
前記過電圧検出手段が過電圧を検出したときに、前記第１及び第２の同期整流素子をオン状態とし前記出力直流電圧をグランドレベルとするようにしたことを特徴とする電流共振型スイッチング電源回路。
【請求項３】
請求項１又は２記載の電流共振型スイッチング電源回路において、
前記第１及び第２の同期整流素子が電界効果トランジスタであることを特徴とする電流共振型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】
本発明は、コンピュータ、通信機器等の電源回路として使用して好適な電流共振型スイッチング電源回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球環境の省エネルギー化にともなって、各種電源回路の一層の高効率化と低ノイズ化とが求められている。特に、コンピュータ、通信機器等の電源回路としては低電圧出力においても高い効率を維持し、且つノイズの少ない電源回路が要求されている。
【０００３】
ところで、一般的には低電圧出力にすると、同一の消費電力を有する場合は出力電流が大電流化することになり、ＤＣ−ＤＣコンバータの場合は２次巻線側の整流ダイオードによる抵抗損失が大きな電力損失を示すようになる。
【０００４】
そこで比較的ノイズが少なく、且つ高効率とされている電流共振型スイッチング電源回路と、２次巻線側の出力を低オン抵抗となる同期整流素子例えば電界効果トランジスタを使用して同期整流方式で整流して直流出力電圧を得るものが提案されている（特許文献１）。
【０００５】
ところで、従来この電流共振型スイッチング電源回路と、２次巻線側の出力を低オン抵抗となる同期整流素子例えば電界効果トランジスタとを使用して同期整流方式で整流して直流出力電圧を得る電源回路の過電圧を保護する回路としては、この出力直流電圧をマイクロコンピュータで検出し、この検出電圧が過電圧であるときには、このマイクロコンピュータよりの制御信号をホトカップラを介して、コンバータトランスの１次側のスイッチング素子を駆動する駆動回路に供給し、このスイッチング素子のスイッチングを停止し、保護する如くしていた。
【０００６】
【特許文献】
特開平１１−２９９２３２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
然しながら、上述従来の如く出力直流電圧が過電圧であることをマイクロコンピュータで検出し、このマイクロコンピュータよりの制御信号で、コンバータトランスの１次側のスイッチング素子をスイッチング駆動する駆動回路を不動作とし、スイッチング素子のスイッチングを停止したときには、コンバータトランスの２次側の出力直流電圧は過電圧状態で保持されたままとなり、負荷にストレスを与えたままとなる不都合があった。
【０００８】
本発明は、斯かる点に鑑み出力直流電圧の過電圧を検出して保護するようにしたときに、出力直流電圧が過電圧のままとはならないようにすることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明電流共振型スイッチング電源回路は、直流電圧に対してハーフブリッジ接続された一対のスイッチング素子を駆動回路により交互にオン・オフすると共にこの一対のスイッチング素子の接続点から共振用コンデンサを介してコンバータトランスの１次巻線に交番電圧を供給するようにし、このコンバータトランスの２次巻線の一端及び他端に夫々第１及び第２の同期整流素子を接続すると共に、この第１及び第２の同期整流素子をこの２次巻線に得られる信号に同期して交互にオン・オフするようにし、この２次巻線の中間点とこの第１及び第２の同期整流素子の接続点との間に出力直流電圧を得るようにした電流共振型スイッチング電源回路において、この１次巻線の過電流を検出する過電流検出手段を設けると共にこの出力直流電圧の過電圧を検出する過電圧検出手段を設け、この過電圧検出手段が過電圧を検出したときに、この第１及び第２の同期整流素子をオン状態として、この１次巻線に過電流を流すようにし、この過電流検出手段が過電流を検出したときに、この駆動回路を不動作とするようにしたものである。
【００１０】
斯かる本発明によれば出力直流電圧の過電圧を検出したときに、第１及び第２の同期整流素子をオン状態として、コンバータトランスの１次巻線に過電流を流し、過電流検出手段がこの過電流を検出したときに、駆動回路を不動作としスイッチング素子のスイッチングを停止するので、この電流共振型スイッチング電源回路を保護することが出来ると共にこの第１及び第２の同期整流素子を同時にオン状態としているので、出力直流電圧は過電圧状態のまま保持されることがなく、グランドレベルとなり、負荷にストレスを与えることなく安全で速やかな保護ができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図１を参照して本発明電流共振型スイッチング電源回路の実施の形態の例につき説明する。
【００１２】
図１例において、１ａ及び１ｂは所定の直流電圧が供給される一方及び他方の直流電圧入力端子を示し、この一方の直流電圧入力端子１ａをスイッチング素子を構成するｎｐｎ形の電界効果トランジスタ２ａのドレインに接続し、この電界効果トランジスタ２ａのソースをスイッチング素子を構成するｎｐｎ形の電界効果トランジスタ２ｂのドレインに接続し、この電界効果トランジスタ２ｂのソースを他方の直流電圧入力端子１ｂに接続する。この電界効果トランジスタ２ａ、２ｂは寄生ダイオードを有している。
【００１３】
この一対のスイッチング素子を構成する電界効果トランジスタ２ａ及び２ｂは一方及び他方の直流電圧入力端子１ａ及び１ｂに供給される入力直流電圧に対してハーフブリッジ接続となっている。
【００１４】
また図１において、３はスイッチング駆動回路制御手段を示し、このスイッチング駆動回路制御手段３は所定周波数のスイッチング信号を発生する如くなしたもので、このスイッチング駆動回路制御手段３に得られるスイッチング信号を抵抗器４及びコンデンサ５の直列回路を介して駆動トランス６の１次巻線６ａに供給する。
【００１５】
この駆動トランス６に互いに逆相の信号が得られる如く、２次巻線６ｂ及び３次巻線６ｃを設け、この駆動トランスの２次巻線６ｂに得られる第１のスイッチング信号をこの電界効果トランジスタ２ａのゲート及びソース間に供給すると共に、この駆動トランス６の３次巻線６ｃに得られる第１のスイッチング信号とは逆相の第２のスイッチング信号を電界効果トランジスタ２ｂのゲート及びソース間に供給する。
【００１６】
この場合、スイッチング素子を構成する一対の電界効果トランジスタ２ａ及び２ｂは交互にオン・オフを繰り返すスイッチングを行う。
【００１７】
この電界効果トランジスタ２ａのソース及び電界効果トランジスタ２ｂのドレインの接続点をコンバータトランス７の１次巻線７ａ、共振コンデンサ８及び抵抗器９の直列回路を介して他方の直流電圧入力端子１ｂに接続する。
【００１８】
本例においては、このコンデンサ８及び抵抗器９の接続点に得られる信号を、このコンバータトランス７の１次巻線７ａの過電流を検出する過電流検出回路１０に供給し、この過電流検出回路１０が過電流を検出したときはスイッチング駆動回路制御手段に過電流検出信号を送信し、このスイッチング信号の発生を停止する如くする。
【００１９】
また本例においては、このコンバータトランス７の２次巻線７ｂの一端を同期整流素子を構成するｎｐｎ形の電界効果トランジスタ１１ａのドレインに接続すると共にこのコンバータトランジスタ７の２次巻線７ｂの他端を同期整流素子を構成するｎｐｎ形の電界効果トランジスタ１１ｂのドレインに接続する。この電界効果トランジスタ１１ａ，１１ｂは寄生ダイオードを有している。
【００２０】
この第１及び第２の同期整流素子である電界効果トランジスタ１１ａ及び１１ｂの夫々のソースを互いに接続し、このソースの接続点を出力直流電圧を出力するグランド側（共通端子）の他方の出力端子１２ｂに接続する。
【００２１】
またコンバータトランス７の２次巻線７ｂの中間点（センタータップ）を平滑回路を構成するチョークコイル１３及び逆流防止用のダイオード１４の直列回路を介して出力直流電圧が得られる一方の出力端子１２ａに接続する。このダイオード１４は出力直流電圧が外部より変動を受けない如くするものである。
【００２２】
またチョークコイル１３及びダイオード１４の接続点を平滑回路を構成するコンデンサ１５を介して他方の出力端子１２ｂに接続する。
【００２３】
また、このコンバータトランス７に３次巻線７ｃを設け、この３次巻線７ｃの一端を逆流防止用のダイオード１６及び抵抗器１７の直列回路を介して第１の同期整流素子を構成する電界効果トランジスタ１１ａのゲートに接続すると共にこの３次巻線７ｃの他端を逆流防止用のダイオード１８及び抵抗器１９の直列回路を介して第２の同期整流素子を構成する電界効果トランジスタ１１ｂのゲートに接続し、この３次巻線７ｃの中間点（センタータップ）を、この電界効果トランジスタ１１ａ及び１１ｂのソースの互の接続点に接続する。
【００２４】
この場合、３次巻線７ｃの一端及び他端には２次巻線７ｂの電流に同期した互に逆相の電流が得られ、従って、この第１及び第２の同期整流素子を構成する電界効果トランジスタ１１ａ及び１１ｂは、２次巻線７ｂに得られる電流に同期して交互にオン・オフを繰り返し、これにより同期整流による両波整流がなされ一方及び他方の出力端子１２ａ及び１２ｂ間に出力直流電圧が得られる。
【００２５】
この第１及び第２の同期整流素子を構成する電界効果トランジスタ１１ａ及び１１ｂは低オン抵抗である。
【００２６】
また本例においてはチョークコイル１３及びダイオード１４の接続点を出力直流電圧検出用の抵抗器２０及び２１の直列回路を介して他方の出力端子１２ｂに接続する。
【００２７】
この抵抗器２０及び２１の接続中点に得られる出力直流電圧の検出信号を過電圧検出回路２２を構成する演算増幅回路２２ａの非反転入力端子＋に供給し、この演算増幅回路２２ａの反転入力端子−を過電圧の基準電圧を得る電池２２ｂを介して接地する。
【００２８】
本例においては、この過電圧検出回路２２に過電圧検出信号が得られたときに、この過電圧検出信号を同期整流ラッチ回路２３に供給する。この同期整流ラッチ回路２３はこの過電圧検出信号が供給されたときにこの同期整流ラッチ回路２３の出力端子をハイレベルとする如くする。
【００２９】
この同期整流ラッチ回路２３の出力端子を逆流防止用のダイオード２４を介してダイオード１６及び抵抗器１７の接続点に接続すると共にこの同期整流ラッチ回路２３の出力端子を逆流防止用のダイオード２５を介してダイオード１８及び抵抗器１９の接続点に接続する。
【００３０】
本例は上述の如く構成されているので、過電圧検出回路２２が出力直流電圧の過電圧を検出したときに過電圧検出信号を同期整流ラッチ回路２３に供給し、この同期整流ラッチ回路２３の出力端子がハイレベルとなる。
【００３１】
この同期整流ラッチ回路２３の出力端子がハイレベルとなったときは第１及び第２の同期整流素子を構成する電界効果トランジスタ１１ａ及び１１ｂのゲートにこのハイレベル信号がダイオード２４，２５及び抵抗器１７，１９を介して供給され、この電界効果トランジスタ１１ａ及び１１ｂが共にオンとなり、コンデンサ１５にチャージされた電荷がチョークコイル１３→コンバータトランス７の２次巻線７ｂ→電界効果トランジスタ１１ｂ→他方の出力端子１２ｂと放電され、この一方及び他方の出力端子１２ａ及び１２ｂ間の電圧及び電流がなくなる。
【００３２】
この状態の間、コンバータトランス７の２次巻線７ｂに過電流が流れ、この２次巻線７ｂに過電流が流れることにより、これに相応しこのコンバータトランス７の１次巻線７ａに過電流が流れ、この１次巻線７ａの過電流を過電流検出回路１０が検出し、この過電流検出回路１０よりの過電流検出信号をスイッチング駆動回路制御手段３に供給し、このスイッチング駆動回路制御手段３のスイッチング信号の発生を停止し、駆動回路を不動作としスイッチング素子を構成する電界効果トランジスタ２ａ及び２ｂのスイッチングを停止し、この電流共振型スイッチング電源回路を保護することができる。
【００３３】
また本例においては、このとき、第１及び第２の同期整流素子を構成する電界効果トランジスタ１１ａ及び１１ｂを同時にオン状態としているので、出力直流電圧はグランドレベルとなり、過電圧によるコンデンサ１５へのストレスを回避できると共に負荷へのストレスを回避できる。
【００３４】
また本例によればコンバータトランス７の１次巻線７ａに過電流が流れたときに、この過電流を過電流検出回路１０が検出して過電流検出信号を発生し、これによりスイッチング信号の発生を停止しスイッチング素子を構成する電界効果トランジスタ２ａ及び２ｂのスイッチングを停止するので、１次入力電源ラインにヒューズ等の保護部品を必要としない。
【００３５】
尚本発明は上述例に限ることなく本発明の要旨を逸脱することなく、その他種々の構成が採り得ることは勿論である。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば出力直流電圧の過電圧を検出したときに第１及び第２の同期整流素子をオン状態として、コンバータトランスの１次巻線に過電流を流し、過電流検出手段が、この過電流を検出したときに駆動回路を不動作としスイッチング素子のスイッチングを停止するので、この電流共振型スイッチング電源回路を保護することができる。
【００３７】
また、本発明によれば、この出力直流電圧の過電圧を検出したときに第１及び第２の同期整流素子を同時にオン状態としているので、出力直流電圧はグランドレベルとなり、過電圧によるコンデンサへのストレスを回避できると共に負荷へのストレスを回避できる。
【００３８】
また本発明によればコンバータトランスの１次巻線に過電流が流れたときに、この過電流を過電流検出回路が検出して過電流検出信号を発生し、これによりスイッチング信号の発生を停止しスイッチング素子を停止するので、１次入力電源ラインにヒューズ等の保護部品を必要としない利益がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明電流共振型スイッチング電源回路の実施の形態の例を示す構成図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ‥‥直流電圧入力端子、２ａ，２ｂ‥‥スイッチング素子、３‥‥スイッチング駆動回路制御手段、６‥‥駆動トランス、７‥‥コンバータトランス、７ａ‥‥１次巻線、７ｂ‥‥２次巻線、７ｃ‥‥３次巻線、８‥‥共振コンデンサ、９，１７，１９，２０，２１‥‥抵抗器、１０‥‥過電流検出回路，１１ａ，１１ｂ‥‥同期整流素子、１２ａ，１２ｂ‥‥出力端子、１３‥‥チョークコイル、１４，１６，１８，２４，２５‥‥ダイオード、１５‥‥コンデンサ、２２‥‥過電圧検出回路、２３‥‥同期整流ラッチ回路
【図１】
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