(57)【要約】【課題】出力端子より出力される負荷電流が過電流になり過電流保護が動作するまでに遅延時間が存在すること。【解決手段】制御手段の動作周波数を決める発振手段の動作をリセットするリセット手段を備え、過電流判定手段が第一及び第二のスイッチの少なくとも一方又は両方に流れる電流について過電流であると判定すると、瞬時に前記リセット手段にて前記発振手段の動作をリセットすることにより、前記第一及び第二のスイッチのスイッチング周波数が瞬時に高くなるので、前記電流のピ−ク値を前記過電流判定手段の過電流しきい値どおりに抑制できる。共振型スイッチング電源装置の安全性を向上することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源の一端と他端との間に接続された第一及び第二のスイッチの直列回路と、前記第一及び第二のスイッチの相互接続中点に接続された共振用コンデンサと共振用インダクタンスとの直列回路と、前記第一及び第二のスイッチに流れる電流を検出する為の電流検出手段と、電流がしきい値を越えたかどうかを判定する過電流判定手段と、前記第一及び第二のスイッチを交互にオン・オフする為の制御信号を形成する制御手段と、前記制御手段の動作周波数を決める発振手段と、前記発振手段動作をリセットするリセット手段とを備え、前記過電流判定手段が前記第一及び第二のスイッチの少なくとも一方又は両方に流れる電流について過電流であると判定すると、瞬時に前記リセット手段により前記発振手段の動作がリセットされることを特徴とする共振型スイッチング電源装置。
【請求項２】
ラッチ手段を有し、前記過電流判定手段が２回以上過電流であると判定した場合に、前記リセット手段が前記発振手段を停止させ、これを前記ラッチ手段が保持することを特徴とする、請求項１に記載の共振型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、ＬＣ直列共振を使用したハ−フブリッジ型インバ−タの共振型スイッチング電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種のハ−フブリッジ型インバ−タの共振型スイッチング電源装置は、制御手段が負荷電流の過電流を検出した場合、インバ−タ回路のスイッチング周波数を上昇させ、負荷電流を減少させている。（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特許第２８３８８２２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の構成では、制御手段のクロックの生成において三角波発生用コンデンサの充電作用に依存している為に、出力端子より出力される負荷電流の過電流保護が動作するまでに遅延時間が存在する。この間にも出力端子より出力される負荷電流ピ−ク値は高くなっていくので、予め設定された過電流しきい値を超える場合もある。最悪の場合、回路素子の定格電流を前記負荷電流ピ−ク値が超えて、これら回路素子が故障する場合が考えられる。また、逆に前記遅延時間を考慮して前記回路素子の電流定格に設計余裕を大きくとって使用する必要があり、このことが製品コストの上昇を招くことになる。
【０００５】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、過電流保護を迅速に行うことができ、且つ、正常運転への移行を迅速に行うことが可能である共振型スイッチング電源装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記従来の課題を解決する為に、本発明の共振型スイッチング電源装置は、過電流判定手段が過電流であると判定すると、瞬時に発振手段の動作がリセットされるようにしたものであり、これによって回路素子を保護し、製品コストを従来よりも抑えることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、直流電源の一端と他端との間に接続された第一及び第二のスイッチの直列回路と、前記第一及び第二のスイッチの相互接続中点に接続された共振用コンデンサと共振用インダクタンスとの直列回路と、前記第一及び第二のスイッチに流れる電流を検出する為の電流検出手段と、電流がしきい値を越えたかどうかを判定する過電流判定手段と、前記第一及び第二のスイッチを交互にオン・オフする為の制御信号を形成する制御手段と、前記制御手段の動作周波数を決める発振手段と、前記発振手段動作をリセットするリセット手段とを備え、前記過電流判定手段が前記第一及び第二のスイッチの少なくとも一方又は両方に流れる電流について過電流であると判定すると、瞬時に前記リセット手段により前記発振手段の動作をリセットすることにより、前記第一及び第二のスイッチに流れる電流のピ−ク値を過電流しきい値どおりに抑制することができる過電流保護を実現することが可能となる。そして、前記第一及び第二のスイッチ等の回路素子の電流定格以下に前記過電流しきい値を設定しておけば、問題無く前記回路素子を保護することができるし、逆に前記回路素子の定格電流について設計余裕を切り詰めることができるので、製品コストを従来よりも抑えることができる。また、共振型スイッチング電源装置の安全性を向上することができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、特に、請求項１に記載の共振型スイッチング電源装置において、ラッチ手段を有し、前記過電流判定手段が２回以上過電流であると判定した場合に、前記リセット手段が前記発振手段を停止させて負荷への電力出力を中断、これを前記ラッチ手段が保持することにより、繰り返される過電流を原因とする負荷の発熱を防止することができる。
【０００９】
（実施の形態１）
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１０】
図２は、本発明の一実施の形態における放電灯を点灯させる為の共振型スイッチング電源装置の回路を示すものである。
図２において、商用交流電源に高調波成分除去用のラインフィルタを介して接続された整流平滑回路又は整流器等から成る直流電源５１の一端と他端との間に絶縁ゲ−ト型電界効果トランジスタから成る第一及び第二のスイッチ５２、５３の直列回路が接続されている。この実施例では第一及び第二のスイッチ５２、５３はソ−ス・ドレイン間に並列にダイオ−ドを内蔵する形式の絶縁ゲ−ト型電界効果トランジスタから成るが、バイポ−ラトランジスタ等の他の半導体スイッチを逆並列接続したものとすることもできる。
【００１１】
ＤＣカットコンデンサ５４と、共振用インダクタンス５５、放電灯フィラメント５７、共振用コンデンサ５８、放電灯フィラメント５９、電流検出手段としての抵抗器６０の直列回路が、第二のスイッチ５３に対して並列に接続されている。トランジスタ６８、６９は、カレントミラ−回路８０を形成している。トランジスタ６９のエミッタは、抵抗器６７を介して直流電源端子６５に接続され、コレクタは三角波発生手段コンデンサ７１を介してＧＮＤに接続されている。トランジスタ６８のエミッタは、抵抗器７０を介してＧＮＤに接続されている。
【００１２】
三角波発生手段コンデンサ７１の上端のＡ２で示す点に図３（Ａ）に示す三角波を発生させ、これを基に図３（Ｈ）（Ｉ）の出力パルス波形を得る為の制御手段の回路８１が設けられている。前記制御手段の回路８１は、図２に示す様に、３つの比較器６１、６３、７３と、１つのＪＫフリップフロップ回路７９と、１つの３入力ＮＡＮＤゲ−ト７５と、第１及び第２のインバ−タ回路７６，７７等にて構成されている。比較器７３の反転入力端子は三角波発生手段コンデンサ７１の上端Ａ２（電位Ｖａ２）に接続され、反転入力端子は基準電圧源７４（電位Ｖ７４）に接続されている。  電流検出手段としての抵抗器６０のスイッチ５３ＧＮＤ側と反対側の一端（電位Ｅ６０）が、比較器６１の反転入力端子、比較器６３の非反転入力端子にそれぞれ接続されている。比較器６１の非反転入力端子、比較器６３の反転入力端子にはそれぞれ基準電圧源６２（電位＋Ｅ）、６４（電位−Ｅ）が接続されている（Ｅ＞０）。ただし、比較器６１、６３の出力はいずれも、電流検出手段としての抵抗器６０に流れる電流が正常な場合は、Ｈレベル出力になっている。前記比較器６１、６３の出力及び比較器７３の出力は、３入力ＮＡＮＤゲ−ト７５の３つの入力にそれぞれ接続されている。    また、３入力ＮＡＮＤゲ−ト７５の出力は、第一のインバ−タ回路７６の入力に接続されている。第一のインバ−タ回路７６の出力はＪＫフリップフロップ回路７９のＣＫ端子と第二のインバ−タ回路７７の入力に接続されている。第二のインバ−タ回路７７の出力は、三角波発生手段コンデンサ７１と並列に接続されているリセット手段としてのトランジスタ７２のベ−スに抵抗器７８を介して接続されている。それと、ＪＫフリップフロップ回路７９の２つの出力Ｑ、Ｑは、それぞれ入力Ｋ、Ｊに接続されている。
【００１３】
制御手段の回路８１内において、カレントミラ−回路８０、三角波発生手段コンデンサ７１、リセット手段としてのトランジスタ７２、比較器７３、基準電圧源７４、３入力ＮＡＮＤゲ−ト７５、第一のインバ−タ回路７６と第二のインバ−タ回路７７は、三角波発生を行う発振手段回路を構成している。
以上のように構成された共振型スイッチング電源装置について、以下その動作、作用を説明する。
まず、電流検出手段としての抵抗器６０に流れる電流、即ち、前記第一又は第二のスイッチ５２、５３に流れる電流が正常である定常状態における制御手段の回路８１の動作を説明する。比較器７３の出力は最初Ｌレベル出力であり、三角波発生手段コンデンサ７１はカレントミラ−回路８０にて定電流充電されるので、三角波発生手段コンデンサ７１の上端Ａ２の電位Ｖａ２が直線的に上昇していく。そして、電位Ｖａ２が基準電圧源７４電位Ｅ７４に達する時点を比較器７３が検出すると、比較器７３出力はこの時点で一瞬反転してＬレベルになる。これが３入力ＮＡＮＤゲ−ト７５に入力され、これの出力はＨレベルに反転する。これが第一のインバ−タ回路７６に入力され、第一のインバ−タ回路７６出力よりＪＫフリップフロップ回路７９のＣＫ端子と第二のインバ−タ回路７７の入力にＬレベル信号が入力される。
【００１４】
ＪＫフリップフロップ回路７９は、出力Ｑ＝Ｈレベルであると仮定すると、各入力はＪ＝Ｌレベル、Ｋ＝Ｈレベルとなり、ＣＫ端子入力信号（第一のインバ−タ回路７６出力）のＨレベル→Ｌレベルへの転換時点即ち図３のｔ１１、ｔ１３等の後縁をトリガとして、自身の２出力をそれぞれ反転させる。よって、Ｑ＝Ｌレベル、Ｑ＝Ｈレベルとなる。この時、第二のインバ−タ回路７７の出力はＨレベルとなり、リセット手段としてのトランジスタ７２のベ−スにこれが入力されて、リセット手段としてのトランジスタ７２はオンし、三角波発生手段コンデンサ７１上端Ａ２電位Ｖａ２はＬレベルになる。
【００１５】
これにより、比較器７３出力はＨレベル、３入力ＮＡＮＤ回路７５の出力はＬレベル、第一のインバ−タ回路７６出力はＨレベル、第二のインバ−タ回路７７の出力はＬレベルとなり、リセット手段としてのトランジスタ７２はオフする。次の瞬間より三角波発生手段コンデンサ７１はカレントミラ−回路８０により定電流充電が再開され、三角波発生手段コンデンサ７１上端Ａ２の電位Ｖａ２は再び直線的に上昇していく。上記の動作が繰り返されて、ＪＫフリップフロップ回路７９は、出力Ｑ、Ｑを周期的に反転させ続ける。これら出力に基づき、第一及びに第二のスイッチ５２、５３は交互にオン・オフする。
本実施例の共振型スイッチング電源装置にて、前記第一及びに第二のスイッチに流れる電流の過電流保護を行う為に、過電流判定回路８３、８４を設けている。過電流判定回路８３は電流検出手段の抵抗器６０を正方向（５２ドレイン→ソ−ス方向）に流れる電流に対して、過電流判定回路８４は負方向（５３ドレイン→ソ−ス方向）に流れる電流に対してそれぞれ過電流であるかどうかの判定を行う。比較器６１は、電流検出手段の抵抗器６０に流れる正方向の過電流によって電位Ｅ６０が＋Ｅに達した時点でＬレベル出力になる。また、比較器６３は、抵抗器６０に流れる負方向の過電流によって電位Ｅ６０が−Ｅに達した時点でＬレベル出力になる。
比較器６１、６３のいずれか１つの出力がＬレベルになると、３入力ＮＡＮＤゲ−ト７５出力はＨレベル、第一のインバ−タ回路７６出力はＬレベル、第二のインバ−タ回路７７出力はＨレベルとなる。また、ＪＫフリップフロップ回路
７９の２出力Ｑ、Ｑはそれぞれ反転する。第二のインバ−タ回路７７出力がＨレベルとなるので、リセット手段としてのトランジスタ７２はオンし、三角波発生手段コンデンサ７１上端Ａ２の電位Ｖａ２はＬレベルになる。これにより、三角波発生を行う発振手段回路の動作がリセットされる。
それと同時に、第一及び第二のスイッチ５２、５３は反転する。この時点にて第一又は第二のスイッチ５２、５３に流れる電流の過電流状態もリセットされる。この時、比較器７３出力はＨレベル、３入力ＮＡＮＤゲ―ト７５の出力はＬレベル、第一のインバ−タ回路７６出力はＨレベル、第二のインバ−タ回路７７の出力はＬレベルとなるので、リセット手段としてのトランジスタ７２はオフする。次の瞬間より再び三角波発生手段のコンデンサ７１はカレントミラ−回路８０により定電流充電が再開され、コンデンサ７１上端Ａ２の電位Ｖａ２は直線的に上昇していく。そして、負荷の異常等による過電流が発生する要因が消滅している場合にはそのまま正常に動作を続けるが、そうでない場合は上記動作が再び繰り返される。
【００１６】
以上のように本実施の形態において、電流検出手段としての抵抗器６０と比較器６１、６３を用いた過電流判定回路８３、８４を設け、これらの出力に基づいて瞬時に、三角波発生を行う発振手段回路の動作をリセットするにより、前記第一及び第二のスイッチに流れる電流のピ−ク値を過電流しきい値どおりに抑制することができる過電流保護を実現することが可能となる。そして、前記第一及び第二のスイッチ等の回路素子の電流定格以下に前記過電流しきい値を設定しておけば、問題無く前記回路素子を保護することができるし、逆に前記回路素子の定格電流について設計余裕を切り詰めることができるので、製品コストを従来よりも抑えることができる。また、共振型スイッチング電源装置の安全性を向上することができる。
【００１７】
（実施の形態２）
図４は、本発明の他の実施の形態の共振型スイッチング電源装置の回路図である。図４において、９１は２入力ＮＡＮＤゲ−ト、９２はカウンタ回路、９３はラッチ手段の回路、９４、９５は逆流防止用ダイオ−ドであり、実施の形態１と異なるところは、これら９１〜９５を追加して設けた点である。
【００１８】
以上のように構成された共振型スイッチング電源装置について、実施の形態１と異なるところについて、その動作、作用を説明する。比較器６１、６３の出力は、３入力ＮＡＮＤゲ−ト７５の入力と共に２入力ＮＡＮＤゲ−ト９１の２つの入力にそれぞれ接続されており、２入力ＮＡＮＤゲ−ト９１の出力はカウンタ回路９２を介してラッチ手段の回路９３入力に接続されている。そして、ラッチ手段の回路９３出力は、逆流防止用ダイオ−ド９５を介して、抵抗器７８と共にリセット手段としてのトランジスタ７２のベ−スに接続されている。
【００１９】
抵抗器６０に流れる過電流により比較器６１、６３出力のいずれか一方がＬレベル出力になった場合には、２入力ＮＡＮＤゲ−ト９１の出力はＨレベル出力になり、これがカウンタ回路９２に入力され、「１」をカウントする。この時、３入力ＮＡＮＤゲ−ト７５の入力の１つにＬレベル信号が比較器６１又は６３より入力されるので、三角波発生を行う発振手段回路の動作はリセットされる。そして、再び抵抗器６０に流れる過電流により比較器６１、６３出力のいずれか一方がＬレベル出力になった場合には、再び２入力ＮＡＮＤゲ−ト９１の出力はＨレベル出力になり、これがカウンタ回路９２に入力され、「２」をカウントする。すると、カウンタ回路９２よりラッチ手段の回路９３に停止信号が入力され、ラッチ手段の回路９３出力はＨレベル出力にてラッチする。これにより、リセット手段としてのトランジスタ７２はオンし続けるので、三角波発生を行う発振手段は継続して発振停止し、第一及び第二のスイッチ５２、５３もスイッチングを停止継続する。
【００２０】
以上のように、本実施の形態においては、カウンタ回路９２とラッチ手段の回路９３を設け、過電流である状態を２回以上カウントした場合に第一及び第二のスイッチのスイッチングを停止させて負荷への電力出力を中断、これを保持することにより、繰り返される過電流を原因とする負荷の発熱を防止することができる。即ち、共振型スイッチング電源装置の安全性を向上することができる。
【００２１】
【発明の効果】
以上のように、請求項１、２に記載の発明によれば、共振型スイッチング電源装置の製品コストを抑えることを可能とすると共に、これの安全性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を表す回路ブロック図
【図２】本発明の実施の形態１における共振型スイッチング電源装置の回路図
【図３】本発明の実施の形態１における共振型スイッチング電源装置のタイムチャ−ト
【図４】本発明の実施の形態２における共振型スイッチング電源装置の回路図
【符号の説明】
５１  直流電源
５２  第一のスイッチ
５３  第二のスイッチ
５５  共振用インダクタンス
５７    放電灯フィラメント
５８  共振用コンデンサ
５９  放電灯フィラメント
６０  電流検出手段としての抵抗器
６１  比較器
６２  基準電圧源
６３  比較器
６４  基準電圧源
７１  三角波発生手段コンデンサ
７２  リセット手段としてのトランジスタ
７３  比較器
７４  基準電圧源
７５  ３入力ＮＡＮＤゲ−ト
７６  第一のインバ−タ回路
７７  第二のインバ−タ回路
７９  ＪＫフリップフロップ回路
８０  カレントミラ−回路
８１  制御手段の回路
８２  放電灯
８３、８４  過電流判定回路
９１  ２入力ＮＡＮＤゲ−ト
９２  カウンタ回路
９３  ラッチ手段の回路
【図１】
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【図２】
2004173462.tif 000004
【図３】
2004173462.tif 000005
【図４】
2004173462.tif 000006