(57)【要約】【課題】多出力電源電圧系を有するスイッチング電源の過電流保護回路において、低い電源電圧系の過電流を検出することで、より簡単で低コストな回路構成でもってトランス巻線の過負荷対策を可能とする。【解決手段】２次側に流れる電流を検出するための電流検出抵抗３３と、この電流検出によりオンするトランジスタ５３，５２と、それによりオンオフ動作するフォトカプラ５０と、それに応じてパワーＭＯＳＦＥＴ６のオンデューティを制御し過電流を阻止するスイッチング電源コントロール７とを備える。ここに、電流検出抵抗３３は、低い電圧を出力する２次側巻線３０のラインに設けら、これにより、２次側巻線に流れる電流を個別に制限しうる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランスの１次側巻線に印加される直流電流をパワースイッチング素子によりオンオフして複数の２次側巻線に誘起される電流をそれぞれ整流平滑して複数の電源電圧系として異なる直流電圧を２次出力するスイッチング電源の過電流保護回路において、
１次側及び２次側に流れる電流をそれぞれ検出するための電流検出抵抗と、
前記２次側の電流検出抵抗の両端電圧が所定値を超えたときに導通する第１のスイッチ素子と、
この第１のスイッチ素子の導通によりオンする第２のスイッチ素子と、
この第２のスイッチ素子の状態に応じてオンオフ動作する第１のフォトカプラと、
２次側が所定の出力電圧より減少したことを検出する電圧検出抵抗と、
この電圧検出抵抗による検出電圧に応じて導通状態が変わる第３のスイッチ素子と、
この第３のスイッチ素子の状態に応じてオンオフ動作する第２のフォトカプラと、
これら第１及び第２のフォトカプラのオンオフ並びに１次側の電流検出値に応じて、前記パワースイッチング素子のオンデューティを制御するスイッチング制御回路とを備え、
前記２次側の電流検出抵抗は、複数の電源電圧系のうち低い電圧を出力する２次側巻線のラインのみに設けられ、２次側巻線に流れる電流を許容最大電流値内に個別に制限しうるようにしたことを特徴とするスイッチング電源の過電流保護回路。
【請求項２】
トランスの１次側巻線に印加される直流電流をパワースイッチング素子によりオンオフして複数の２次側巻線に誘起される電流をそれぞれ整流平滑して複数の電源電圧系として異なる直流電圧を２次出力するスイッチング電源の過電流保護回路において、
２次側に流れる電流を検出するための電流検出抵抗と、
この電流検出抵抗の両端電圧が所定値を超えたときに導通するスイッチ素子と、
このスイッチ素子の状態によりオンオフ動作するフォトカプラと、
このフォトカプラのオンオフに応じて、前記パワースイッチング素子のオンデューティを制御するスイッチング制御回路とを備え、
前記電流検出抵抗は、複数の電源電圧系のうち少なくとも低い電圧を出力する２次側巻線のラインに設けられていることを特徴とするスイッチング電源の過電流保護回路。
【請求項３】
前記スイッチング制御回路は、さらに１次側の電流検出値に応じても前記パワースイッチング素子のオンデューティを制御することを特徴とする請求項２に記載のスイッチング電源の過電流保護回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザプリンタ等に搭載されている複数の電源電圧系を持つスイッチング電源の過電流保護回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、この種のスイッチング電源の過電流保護回路として、フォーワード方式の多出力タイプのものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に示されるスイッチング電源回路は、スイッチング動作させるトランスの２次側の出力電圧が、３．３Ｖの低い電源電圧系と、５Ｖの高い電源電圧系で構成される複数出力タイプの電源である。このスイッチング電源回路は、各電源電圧系の２次側出力ラインに設けられた抵抗に流れる電流値が過電流検出値に到達したことを過電流検出（ＯＣＰ；Ｏｖｅｒ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｐｒｏｔｅｃｔ）用のコンパレータにより検出し、その検出出力によりフォトカプラをオンさせ、もって、１次側のパワースイッチ素子のオンデューティをコントロールし、回路全体をシャットダウンさせる。
【０００３】
この多出力電源電圧系を有するスイッチング電源回路は、例えば、５Ｖ系出力電源の出力電圧が低下していく一方で、３．３Ｖ系の出力電源が定格内の出力電圧値を維持するとすると、５Ｖ系出力電圧が過負荷モードになり、徐々に下降していき、これが３．３Ｖ近辺以下に低下し、両出力の電圧の大小が逆転すると、これら２電源を供給しているＩＣ等の電子部品がラッチアップ現象等による破壊を起こす虞がある。この問題に対処するため、特許文献１に記載の発明においては、高い方の電源電圧が低下して低い方の電源電圧近傍になったときに電源全体をシャットダウンするようにしている。
【０００４】
また、多出力電源電圧系ではなく、単出力のスイッチング電源回路において、１次側制御回路の制御限界を超える過電流に対してもスイッチング電源を保護する過電流保護回路が知られている（例えば、特許文献２参照）。この回路においては、２次側が短絡状態又はそれに近い状態になって出力電圧が減少したことを検出し、その信号をフォトカプラを通して１次側制御回路に入力し、この制御回路のパルス幅変調によりスイッチング素子を制御し、出力電圧を一定値に保持しようとする。このとき、スイッチング素子のオン時間が増加し、過電流が流れる。これを１次側の過電流検出用抵抗の両端電圧を分圧して、１次側制御回路に印加し、パルス幅を狭める過電流保護動作を行う。
【０００５】
また、２次側の出力電圧の帰還信号と過電圧保護信号を重畳して１個のフォトカプラで１次側に伝送するスイッチング電源装置において、フォトカプラの故障のような異常発生時にも電源装置の動作停止を行うことができるようにしたものが知られている（例えば、特許文献３参照）。この電源装置においては、フォトカプラを介して伝送される帰還信号を複数のレベルに分けて検出する手段を１次側に設けている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−３２２１３３公報（段落０００７〜００１３、００２２、図１）
【特許文献２】
特開平５−２１１７１５号公報（段落００１２、図１）
【特許文献３】
特開２０００−１５６９７２公報（段落００２１、図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記特許文献１の多出力電源電圧系を有するスイッチング電源回路においては、高い方の電源電圧が低下して低い方の電源電圧近傍になったときに電源全体をシャットダウンすることができるが、１次側でトータルでの過電流検出を行って電源全体をシャットダウンする構成でないために、２次側の各電源電圧系に過電流検出（ＯＣＰ回路）回路を必要とし、しかも、その回路にコンパレータを用いていることから、回路コストが高くつく。特に、この特許文献１には、多出力電源電圧系を有する回路において、低い電源電圧系の過電流を検出することで、トランスの該当巻線の絶縁破壊等に対する過負荷対策が可能となるとの考え方はない。
【０００８】
また、特許文献２に示される過電流保護回路においては、多出力電源電圧系を有するものでなく、しかも、２次側の出力電圧を検出するが、２次側の過電流を検出して保護動作するものではない。
【０００９】
さらにまた、特許文献３に示されるスイッチング電源装置においても、２次側の過電流を検出して保護動作するものではない。
【００１０】
本発明は、上記のような問題を解消するものであり、多出力電源電圧系を有するものにあって、少なくとも低い電源電圧系の過電流を検出することで、より簡単で低コストな回路構成でもってトランス巻線の過負荷対策が可能で機器の安全性を高めることができるスイッチング電源の過電流保護回路を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、トランスの１次側巻線に印加される直流電流をパワースイッチング素子によりオンオフして複数の２次側巻線に誘起される電流をそれぞれ整流平滑して複数の電源電圧系として異なる直流電圧を２次出力するスイッチング電源の過電流保護回路において、１次側及び２次側に流れる電流をそれぞれ検出するための電流検出抵抗と、前記２次側の電流検出抵抗の両端電圧が所定値を超えたときに導通する第１のスイッチ素子と、この第１のスイッチ素子の導通によりオンする第２のスイッチ素子と、この第２のスイッチ素子の状態に応じてオンオフ動作する第１のフォトカプラと、２次側が所定の出力電圧より減少したことを検出する電圧検出抵抗と、この電圧検出抵抗による検出電圧に応じて導通状態が変わる第３のスイッチ素子と、この第３のスイッチ素子の状態に応じてオンオフ動作する第２のフォトカプラと、これら第１及び第２のフォトカプラのオンオフ並びに１次側の電流検出値に応じて、前記パワースイッチング素子のオンデューティを制御するスイッチング制御回路とを備え、前記２次側の電流検出抵抗は、複数の電源電圧系のうち低い電圧を出力する２次側巻線のラインのみに設けられ、２次側巻線に流れる電流を許容最大電流値内に個別に制限しうるようにしたものである。
【００１２】
本発明によれば、トランスの２次側の出力電流が過電流となると、それが２次側の電流検出抵抗により検出され、第１のスイッチ素子が導通し、それにより第２のスイッチ素子が導通し、それに応じて第１のフォトカプラがオン動作する。また、２次側が短絡状態又は短絡状態に近い状態となって２次側電圧が所定電圧より減少したことが電圧検出抵抗により検出されると、第３のスイッチ素子の導通状態が変わり、それに応じて第２のフォトカプラがオン動作する。また、１次側のトータルの電流が過電流になると、それが１次側の電流検出抵抗により検出される。これらフォトカプラからの帰還信号及び１次側の過電流検出に基づき、スイッチング制御回路は１次側のパワースイッチング素子のオンデューティを下げるように制御して、過電流を阻止する。
【００１３】
ここに、２次側の電流検出抵抗は、低い電圧を出力する２次側巻線に流れる電流を検出するので、２次側巻線に流れる電流を個別に制限しうることになり、一般にトランスの低電圧出力用の２次側巻線は高電圧出力用のそれに比べて巻線の線径が細いために絶縁破壊に陥り易いが、その問題が解消され、機器の安全性が高まる。さらにまた、２次側の各電源電圧系に過電流検出回路を必要としないこと、その回路にコンパレータを必要としないことから、構成は簡単で、回路コストが安くなる。
【００１４】
請求項２の発明は、トランスの１次側巻線に印加される直流電流をパワースイッチング素子によりオンオフして複数の２次側巻線に誘起される電流をそれぞれ整流平滑して複数の電源電圧系として異なる直流電圧を２次出力するスイッチング電源の過電流保護回路において、２次側に流れる電流を検出するための電流検出抵抗と、この電流検出抵抗の両端電圧が所定値を超えたときに導通するスイッチ素子と、このスイッチ素子の状態によりオンオフ動作するフォトカプラと、このフォトカプラのオンオフに応じて、前記パワースイッチング素子のオンデューティを制御するスイッチング制御回路とを備え、前記電流検出抵抗は、複数の電源電圧系のうち少なくとも低い電圧を出力する２次側巻線のラインに設けられているものである。
【００１５】
本発明によれば、トランスの２次側の出力電流が過電流となると、それが２次側の電流検出抵抗により検出され、スイッチ素子が導通し、それに応じてフォトカプラがオン動作する。このフォトカプラからの帰還信号に基づき、スイッチング制御回路は１次側のパワースイッチング素子のオンデューティを下げるように制御して、過電流を阻止する。ここに、２次側の電流検出抵抗は、低い電圧を出力する２次側巻線に流れる電流を検出するので、２次側巻線に流れる電流を個別に制限しうることになり、一般にトランスの低電圧出力用の２次側巻線は高電圧出力用のそれに比べて巻線の線径が細いために絶縁破壊に陥り易いが、その問題が解消され、機器の安全性が高まる。さらにまた、２次側の過電流検出回路にコンパレータを必要としないことから、構成は簡単で、回路コストが安くなる。
【００１６】
請求項３の発明は、請求項２に記載のスイッチング電源の過電流保護回路において、スイッチング制御回路は、さらに１次側の電流検出値に応じても前記パワースイッチング素子のオンデューティを制御するものである。本発明によれば、１次側に流れるトータルの電流が過電流となったときにも、過電流保護動作を行うので、機器の安全性が高まる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態によるスイッチング電源の過電流保護回路について図面を参照して説明する。図１は、レーザプリンタ等の電子機器に搭載されるスイッチング電源回路の過電流保護回路構成を示す。このスイッチング電源回路は、複数種の電源電圧、ここでは、２４Ｖ系及び５Ｖ系の出力電圧を持つ多出力タイプの電源回路である。商用電源１は、ダイオードブリッジ２とコンデンサ３とによりＤＣ電源に変換され、このＤＣ電源をパワーＭＯＳＦＥＴ（パワースイッチング素子）６と、トランス４とにより断続的に２次側へエネルギを伝達する。
【００１８】
スイッチング電源コントロール（スイッチング制御回路）７は、１次側に流れる電流を検出する抵抗（電流検出抵抗）８による検出される電圧と、後述するフォトカプラ４０，５０からの帰還信号に基づいて、パワーＭＯＳＦＥＴ６のオンデューティをコントロールする。スナバ回路５は、トランス４のリセットを行う。この回路においては、出力端子２４，３４への出力（２４Ｖ及び５Ｖの電源電圧系）は、一定電圧にコントロールされる。この場合、スイッチング電源コントロール７は、一定周波数で発振し、オンデューティでコントロールする。スイッチング電源コントロール７の発振がスタートすると、トランス４の補助巻線１２に誘起される電流がダイオード９を通してコンデンサ１０の両端に供給され、その両端電圧が電源となる。なお、スイッチング電源コントロール７の起動時電源の詳細は図示を省略している。
【００１９】
トランス４の２４Ｖ系出力の２次側では、２次側巻線２０に発生する断続的なエネルギをダイオード２１とコンデンサ２２により整流平滑し、チョーク２３を経てＤＣ電源として出力端子２４へ出力する。同様に、５Ｖ系出力の２次側では、２次側巻線３０に発生する断続的なエネルギをダイオード３１とコンデンサ３２により整流平滑してＤＣ電源として出力端子３４へ出力する。
【００２０】
この過電流保護回路は、２次側の過電流を検出して２次側巻線に流れる電流を許容最大電流値内に個別に制限するための構成（ＯＣＰ）、及び２次側電圧を検出するための構成であって、例えば２次側が短絡状態又はそれに近い状態になって２次側電圧が所定電圧より減少したことを検出するための構成を有している。
【００２１】
まず、２次側の過電流を検出するための構成を説明する。２次側の電流検出抵抗３３は、複数の電源電圧系のうち、低い電圧を出力する５Ｖ系出力の２次側巻線３０のラインのみに設けられている。トランジスタ（第１のスイッチ素子）５３は、２次側の電流検出抵抗３３の両端電圧が所定値を超えたときに導通するものであり、そのエミッタが電流検出抵抗３３の巻線側端に、ベースが電流検出抵抗３３の他端すなわち出力端子３４に抵抗５４と温度補償用のダイオード５５を介して接続され、コレクタが抵抗５６を介して後記トランジスタ５２のベースに接続されている。電流検出抵抗３３は、例えば、２次側過電流検知レベルを１０Ａとした場合、０．１Ωとして、両端に１Ｖの電圧差を生じたときにトランジスタ５３がオンするような構成とすればよい。
【００２２】
トランジスタ（第２のスイッチ素子）５２は、上記トランジスタ５３の導通によりオンするものであり、コレクタがフォトカプラ５０の発光素子のカソードに、エミッタがＧＮＤに接続されている。そのベースとＧＮＤとの間には放電抵抗５７と電源立上がり時の誤動作防止のためのコンデンサ５８とが並列接続されている。フォトカプラ（第１のフォトカプラ）５０は、上記トランジスタ５２の状態に応じてオンオフ動作するもので、発光素子のエミッタが抵抗５１を介して電流検出抵抗３３の巻線側端に接続されている。
【００２３】
次に、２次側の電圧を検出するための構成について説明する。この電圧検出の構成は、低い電圧を出力する５Ｖ系出力に設けられ、２次側電圧が所定電圧より減少したことを検出するものである。電圧検出抵抗４３，４４は、出力端子３４とＧＮＤとの間に直列接続されている。スイッチ素子（第３のスイッチ素子）４２は電圧検出抵抗４３，４４の分圧点に検出される電圧に応じ、所定の出力電圧より減少したときにオンするものである。フォトカプラ（第２のフォトカプラ）４０は、上記スイッチ素子４２の状態に応じてオンオフ動作するもので、発光素子のエミッタは抵抗５１を介して電流検出抵抗３３の巻線側端に接続されている。
【００２４】
次に、上記過電流保護回路の動作について、図２の回路作動を説明するフローを参照して説明する。電源がオンされ（＃１）、正常動作時には定格電流負荷状態となる（＃２）。いま、何らかの原因により２次側の５Ｖ系出力が過負荷状態で出力電流が過電流となったとすると（＃３）、それが電流検出抵抗３３により検出され、トランジスタ５３がオンし（＃４）、それによりトランジスタ５２がオンし（＃５）、それに応じてフォトカプラ５０がオン動作する（＃６）。このフォトカプラ５０からの帰還信号に基づき、スイッチング電源コントロール７は１次側のパワーＭＯＳＦＥＴ６のオンデューティを下げるように制御して、回路全体をシャットダウンさせ（＃７）、過電流を阻止する。なお、図２では２次側の５Ｖ系出力が過負荷状態となった場合のみを示している。
【００２５】
次に、２次側の５Ｖ系出力が短絡状態又は短絡状態に近い状態となった場合を説明する。この場合、２次側電圧が所定電圧より減少し、それが電圧検出抵抗４３，４４により検出され、スイッチ素子４２が導通状態となり、それに応じてフォトカプラ４０がオン動作する。
【００２６】
また、２次側の２４Ｖ系出力に過電流が生じた場合は、５Ｖ系出力の場合に比べて電流量は大きくて電源回路全体に対する影響が大きいので、１次側のトータルの過電流として１次側の電流検出抵抗８により検出される。
【００２７】
上記のようにフォトカプラ５０，４０からの帰還信号、及び１次側の過電流検出に基づいて、スイッチング電源コントロール７は１次側のパワーＭＯＳＦＥＴ６のオンデューティを下げるように制御して、回路全体をシャットダウンさせ、過電流を阻止する。
【００２８】
このように本実施形態による２次側の電流検出は、低い電圧を出力する２次側巻線３０に流れる電流を検出するようにしたので、２次側巻線３０に流れる電流を個別に制限しうる。これにより、一般にトランス４の低電圧出力用の２次側巻線は高電圧出力用のそれに比べ巻線線径が細いために、過電流による発熱により絶縁破壊に陥り易いが、そのような問題が解消され、機器の安全性が高まる。さらに、２次側の過電流検出にコンパレータを必要としないので、構成は簡単で、回路が安価となる。
【００２９】
なお、本発明は上記実施形態の構成に限られることなく種々の変形が可能であり、例えば、少なくとも低い電圧を出力する２次側巻線の過電流を検出してフォトカプラ５０による１次側への帰還制御を行うものとすれば所期の効果は得られるので、２次側の電圧検出によるフォトカプラ４０による１次側への帰還や、１次側の電流検出結果に基づくスイッチング制御構成は省くことも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るスイッチング電源の過電流保護回路の構成図。
【図２】同回路の動作を示すフロー図。
【符号の説明】
４    トランス
６    パワーＭＯＳＦＥＴ（パワースイッチング素子）
７    スイッチング電源コントロール（スイッチング制御回路）
８    抵抗（電流検出抵抗）
２０，３０    ２次側巻線
２４，３４    出力端子（２４Ｖ及び５Ｖの電源電圧系）
３３    電流検出抵抗
４０    フォトカプラ（第２のフォトカプラ）
４２    スイッチ素子（第３のスイッチ素子）
４３，４４    電圧検出抵抗
５０    フォトカプラ（第１のフォトカプラ）
５２    トランジスタ（第２のスイッチ素子）
５３    トランジスタ（第１のスイッチ素子）
【図１】
2004312901.tif 000003
【図２】
2004312901.tif 000004