(57)【要約】【課題】スイッチング電源装置において、過電流保護制御用の誤差増幅器を追加することなく、過電流検出後の電流特性をフの字特性とすることができる回路を提供する。【解決手段】出力電圧の安定化を行うための誤差増幅器ＯＰ２を有するスイッチング電源の、電圧制御のための分圧抵抗Ｒ２とＲ３とは異なる、分圧抵抗Ｒ４とＲ５と、その中点とトランジスタＱ２のコレクタ間に接続された抵抗Ｒ９とを備えることにより、過電流制御の誤差増幅器を用いることなく、定電圧制御の誤差増幅器のみでフの字特性の実現を行う。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力電圧を分圧する抵抗と、
その分圧値と定められた基準電圧とを比較する誤差増幅器と、
前記誤差増幅器の出力により動作するトランジスタと、
前記トランジスタに流れる電流に応じて１次側のスイッチング周波数を制御する制御回路と、
前記制御回路からの出力状態に応じてスイッチング動作を行うスイッチングトランジスタと、
前記出力電圧と接地との間に直列に接続された第１および第２の出力電圧分圧抵抗と、
該両出力電圧分圧抵抗の接続点と前記トランジスタのコレクタとの間に接続された第３の抵抗とを具備した、
ことを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項２】
請求項１記載のスイッチング電源装置において、
定電圧制御状態では、第３の抵抗には電流が流れない、
ことを特徴とする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、スイッチング電源装置に関し、特にその過電流保護回路に特徴を有するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来からスイッチング電源装置には、保護装置が必要で、特に過電流保護回路は最も必要な保護手段の一つである。
【０００３】
この方法も、さまざまな方式が提案されており、大別すると、スイッチングトランスの出力側で電流を、検出抵抗等の検出手段を用いることにより検出する方法（例えば、特許文献１参照）と、スイッチングトランジスタに流れる電流を検出したり、スイッチング周波数を可変することにより、出力電圧の安定化を図る自励式のコンバーターでは、制御できるスイッチング周波数に下限を持たせることにより、過電流保護を実現する、１次側での過電流を検出する方式、とがある（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
また、かかるスイッチング電源装置の過電流保護動作時の電流特性としても、スイッチング電源が接続される機器によりさまざまな要求がある。
【０００５】
すなわち、この過電流保護動作時の電流特性としては、図２に示すような、過電流検出後も出力電圧は低下するが出力電流は増え続けるへの字特性、  図３に示すような、過電流検出時の電流をそのまま維持する垂下特性、  図４に示すような、過電流検出後負荷の増加とともに出力電流が減少するフの字特性、  がある。また、ある負荷まではへの字特性となっており、ある負荷以上になるとフの字特性が望ましい、というような機器も存在する。
【０００６】
以上の過電流検出後の負荷電流特性としては、前述の１次側で過電流の検出を行う装置の場合には、ヘの字特性を有するものであることが一般的である  （特許文献３の図６、参照）。なぜなら、かかる装置では過電流状態を１次側のスイッチングトランジスタに流れる電流により検出しているために、過電流の検出後においても１次側から供給される電力は過電流検出後も一定となるため、負荷が重くなると２次側の出力電圧が下がるが、電流は増加する傾向を示すからである。
【０００７】
このヘの字特性を有するものの場合、スイッチングトランジスタの保護は行えるが、２次側の整流ダイオードは電流が保護状態でも増加するため、過電流保護としては好ましくない。そのため、電源が接続される機器の特性上ヘの字特性が好ましい場合でも、出力電圧がある値以下、すなわち２次側の電流値がある値以上となると、それまでのヘの字特性からフの字特性へと変化するものとすることが一般的である。
【０００８】
この過電流動作時におけるフの字特性の電流特性を実現するためには、出力電圧の降下とともに出力電流を減少させる必要があるため、何らかの正帰還をかける必要がある。この正帰還の代表的なものとしては、出力側に検出抵抗を設け、その両端の電圧を誤差増幅器でスイッチングトランジスタ制御手段に入力することにより制御するのが一般的である（特許文献１の図１、参照）。
【０００９】
図５は、該特許文献１の図１に示されるスイッチング電源装置の構成を示す概略図である。
図５に示すスイッチング電源装置１００において、入力につながるコンデンサＣ２により整流された電圧は、スイッチングトランスＴ１の１次巻き線を介してスイッチングトランジスタＱ１でスイッチング動作を行うことにより、２次側に電力を伝達する。それにより、スイッチングトランスＴ１の２次巻き線に電圧が発生し、その電圧をダイオードＤ１とコンデンサＣ１で整流し、さらにチョークコイルＬ１を介することにより直流出力電圧Ｖ０を得る。
【００１０】
上記スイッチングトランスＴ１の２次巻き線の一端のダイオードＤ１を経た直流電圧を分圧抵抗Ｒ２とＲ３で分圧した電圧と、定められた基準電圧Ｂ２とは、定電圧制御の誤差増幅器ＯＰ２に入力され、上記分圧電圧値が基準電圧Ｂ２よりも高いと、誤差増幅器ＯＰ２はその出力に接続したトランジスタＱ２をオンするよう動作する。ここで、該トランジスタＱ２のベースには、さらに、上記２次巻き線の一端のダイオードＤ１を経た直流電圧を分圧抵抗Ｒ４とＲ５で分圧した電圧と、上記直流出力電圧Ｖ０と定められた基準電圧Ｂ２との差の電圧を分圧抵抗Ｒ６とＲ７で分圧した電圧とを、２入力とする過電流制御の誤差増幅器ＯＰ１の出力にダイオードＤ２を接続した、そのダイオードＤ２のカソードが接続されている。
【００１１】
上記トランジスタＱ２のコレクタはスイッチングトランジスタＱ１を制御する制御回路５０に入力され、該コレクタの電圧の大きさにより、スイッチングトランジスタＱ１によるスイッチング周波数を決定する。
【００１２】
この図５の回路では、出力電流が流れるとチョークコイルＬ１にも電流が流れ、その抵抗成分により、チョークコイルの両端には電圧が発生する。出力電流値が増加し、分圧抵抗Ｒ６とＲ７により分圧した電圧より、分圧抵抗Ｒ４とＲ５で分圧した電圧のほうが高くなると、誤差増幅器ＯＰ１の出力はダイオードＤ２を介してトランジスタＱ２をオンする。それによりスイッチング周波数は高くなり、出力電力を抑制し過電流保護状態となる。
【００１３】
この状態になると出力電圧が定電圧状態よりも降下し始める。このとき、基準電圧Ｂ１の存在により、出力電圧の降下に対するＲ４とＲ５の中点の電圧の降下の割合よりもＲ６とＲ７の中点の電圧の降下の割合のほうが小さくなる。
【００１４】
そのため、出力電圧が降下するほど、誤差増幅器ＯＰ１の両方の入力端子間の電位差が大きくなることとなり、ますますトランジスタＱ２に電流を流し、スイッチング周波数は高くなり、出力電力を抑制する動作となり、正帰還の働きをし、フの字特性を実現している。
【００１５】
【特許文献１】
特開平６−２６９１５９号公報
【特許文献２】
特許第３２８７０３９号公報
【特許文献３】
特開２００２−３００７７７号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のスイッチング電源装置においては、出力電圧の安定化の誤差増幅器と、過電流保護の検出のための誤差増幅器と、の２つの誤差増幅器を有し、電流値検出を出力に直列に検出抵抗を挿入することで行っており、検出抵抗での電圧降下により、回路効率が悪くなってしまうという問題があった。
【００１７】
また、過電流を検出しても、検出後の電流特性がフの字特性でないと、２次側の整流ダイオードに過大電流が流れてしまい、出力電圧が低い状態では、１次側のスイッチング素子を保護することはできても、２次側のダイオードが破壊してしまうという問題点があった。
【００１８】
本発明は上記従来の問題点を解決するものであり、簡単な構成でフの字特性を実現することにより、２次側整流素子が破壊する問題のない、過電流保護回路を有するスイッチング電源装置を提供することを目的とするものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明（請求項１）にかかるスイッチング電源装置は、出力電圧を分圧する抵抗と、その分圧値と定められた基準電圧とを比較する誤差増幅器と、前記誤差増幅器の出力により動作するトランジスタと、前記トランジスタに流れる電流に応じて１次側のスイッチング周波数を制御する制御回路と、前記制御回路からの出力状態に応じてスイッチング動作を行うスイッチングトランジスタと、前記出力電圧と接地間に直列に接続された第１、および第２の出力電圧分圧抵抗と、該両出力電圧分圧抵抗の接続点と前記トランジスタのコレクタとの間に接続された第３の抵抗とを具備した、ことを特徴とするものである。
【００２０】
また、本発明（請求項２）にかかるスイッチング電源装置は、定電圧制御状態では、第３の抵抗には電流が流れない、ことを特徴とするものである。
【００２１】
これにより、簡単な構成でフの字特性を実現することにより、２次側整流素子が破壊する問題のない、スイッチング電源装置を得ることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１にかかるスイッチング電源装置は、出力電圧を分圧する抵抗と、その分圧値と定められた基準電圧とを比較する誤差増幅器と、前記誤差増幅器の出力により動作するトランジスタと、前記トランジスタに流れる電流に応じてスイッチング周波数を制御する制御回路と、前記制御回路からの出力状態に応じてスイッチング動作を行うスイッチングトランジスタと、前記出力電圧と接地との間に直列に接続された第１および第２の出力電圧分圧抵抗と、該両出力電圧分圧抵抗の接続点と前記トランジスタのコレクタとの間に接続された第３の抵抗とを具備した、ことを特徴とするものであり、過電流制御の誤差増幅器を用いることなく、定電圧制御の誤差増幅器のみで、フの字特性を実現することができるという作用がある
【００２３】
また、請求項２にかかるスイッチング電源装置は、請求項１に記載のスイッチング電源装置において、定電圧制御状態では、第３の抵抗に電流が流れない、ことを特徴とするものであり、定電圧状態時の出力電圧安定度を向上することができるという作用がある。
【００２４】
（実施の形態１）
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は本発明の実施の形態１によるスイッチング電源装置の構成図である。
【００２５】
図１において、入力につながるコンデンサＣ２により整流された電圧は、スイッチングトランスＴ１の１次巻き線を介してスイッチングトランジスタＱ１で、スイッチング動作を行うことにより、２次側に電力を伝達する。それにより、スイッチングトランスＴ１の２次巻き線に電圧が発生し、その電圧をダイオードＤ１とコンデンサＣ１で整流することにより直流出力電圧Ｖ０を得る。
【００２６】
該直流出力電圧Ｖ０を分圧抵抗Ｒ２とＲ３で分圧した電圧と、定められた基準電圧Ｂ２とを誤差増幅器ＯＰ２に入力し、基準電圧Ｂ２よりも出力電圧分圧値が高いと、誤差増幅器ＯＰ２はその出力に接続したトランジスタＱ２をオンし、トランジスタＱ２のエミッタにつながる抵抗Ｒ１１に電流を流す。トランジスタＱ２のコレクタはスイッチングトランジスタＱ１を制御する制御回路５０に入力され、スイッチングトランジスタＱ１によるスイッチング周波数を、抵抗Ｒ１０と制御回路５０内部のコンデンサとの時定数で決定している。そのため、抵抗Ｒ１０は、抵抗値が大きいほど時定数が長くなってスイッチング周波数が下がり、抵抗Ｒ１０の値が小さいと、スイッチング周波数は高くなる。
【００２７】
よって、出力電圧が高くなりトランジスタＱ２がオンすると、スイッチング周波数を決定する抵抗Ｒ１０に並列に抵抗Ｒ１１が接続されたこととなり、スイッチング周波数は高くなる。そのため、１次側からの電力供給量が減り、２次側の出力が下がる。また、出力電圧が低くなると今度は逆の動作を行い、出力電圧を上げる負帰還の動作を行っている。
【００２８】
今回、電圧制御のための分圧抵抗（Ｒ２とＲ３）とは異なる、出力電圧を分圧する第１および第２の分圧抵抗Ｒ４とＲ５と、該両抵抗Ｒ４とＲ５の中点とトランジスタＱ２のコレクタとの間に接続した抵抗Ｒ９を追加している。抵抗Ｒ１０とで規定される周波数で、制御回路５０が動作しているとき、抵抗Ｒ１０の両端に、すなわちトランジスタＱ２のコレクタに、定められた電圧（Ｖｒ）が発生する。
【００２９】
出力電圧が定常状態（定電圧制御状態）にあるときに、分圧抵抗Ｒ４とＲ５の中点電圧を、上記Ｖｒとなるように設定しておく。このとき、抵抗Ｒ９の電位差はゼロとなるので、電流は流れず、制御回路５０のスイッチング周波数は、抵抗Ｒ１０と、トランジスタＱ２がオンすることによる抵抗Ｒ１１、とによって決定される。
【００３０】
しかしながら、制御回路５０の働きにより、スイッチング周波数がある定めた値以下に下がらないとか、ある定めたスイッチング周波数以下にしても２次側への出力が増加しないなどの理由より、出力電圧が定電圧制御状態より降下すると、トランジスタＱ２のコレクタから、抵抗Ｒ９を介して抵抗Ｒ５に向かって、電流が流れはじめ、制御回路５０のスイッチング周波数は、定電圧制御状態のときよりもさらに周波数が上がる。この状態になると、出力電圧は定めた値以下となっているので、トランジスタＱ２はオフ状態となる。よって、スイッチング周波数は、抵抗Ｒ１０と、抵抗Ｒ９に流れる電流で決定され、出力電圧が下がれば下がるほど、スイッチング周波数が上がり、ますます出力電力は引き出せなくなる正帰還がかかるということになる。
【００３１】
さらに、出力電圧の降下が進み、出力電圧がＶｒ以下となると、抵抗Ｒ４にも抵抗Ｒ９からの電流が流れはじめ、正帰還は加速される。これにより、簡単な構成で、フの字特性を実現することができるものである。
【００３２】
このような本実施の形態１のスイッチング電源装置においては、定電圧制御の誤差増幅器ＯＰ２を用いた出力電圧制御回路に、第１及び第２の出力電圧分圧抵抗Ｒ４、Ｒ５、および第３の抵抗Ｒ９を追加するだけで、良好なフの字特性を持った過電流保護回路を備えたスイッチング電源装置を提供することができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように、本発明のスイッチング電源装置によれば、出力電圧を分圧する抵抗と、その分圧値と定められた基準電圧とを比較する誤差増幅器と、前記誤差増幅器の出力により動作するトランジスタと、前記トランジスタに流れる電流に応じて１次側のスイッチング周波数を制御する制御回路と、前記制御回路からの出力状態に応じてスイッチング動作を行うスイッチングトランジスタと、前記出力電圧と接地間に直列に接続された第１および第２の出力電圧分圧抵抗と、該両出力電圧分圧抵抗の接続点と前記トランジスタのコレクタとの間に接続された第３の抵抗とを具備した、ことを特徴とするものとしたので、定電圧制御の誤差増幅器を用いた出力電圧制御回路に抵抗を追加するだけで、良好なフの字特性を持った過電流保護回路を備えたスイッチング電源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１によるスイッチング電源装置の回路図
【図２】従来例のヘの字特性を示す電圧と電流の特性図
【図３】従来例の垂下特性を示す電圧と電流の特性図
【図４】従来例のフの字特性を示す電圧と電流の特性図
【図５】従来のスイッチング電源装置の回路図
【符号の説明】
Ｃ２  入力用平滑コンデンサ
Ｑ１  スイッチングトランジスタ
Ｔ１  スイッチングトランス
Ｄ１  ２次側出力整流ダイオード
Ｃ１  ２次側出力平滑コンデンサ
Ｒ２、Ｒ３  出力電圧分圧抵抗
ＯＰ２  出力電圧制御用誤差増幅器
Ｂ１  基準電源
Ｑ２  トランジスタ
Ｒ１０  制御回路の発振周波数設定抵抗
Ｒ１１  出力電圧制御用抵抗
Ｒ３、Ｒ４  第１、第２の正帰還用分圧抵抗
Ｒ９  第３の抵抗
【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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