(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の整流素子と、
１次巻線および補助巻線からなるトランスと、
前記１次巻線に接続されるスイッチングトランジスタと、
充電キャパシタと、
前記第１の整流素子と前記充電キャパシタとの間に配置されるスタートアップ回路と、
保護回路と、
を備え、
前記補助巻線は、前記充電キャパシタと第２の整流素子とを介して前記スイッチングトランジスタに供給電圧を提供し、
前記保護回路は、
前記供給電圧を低減するため、および過電圧状態の場合に前記スイッチングトランジスタのスイッチング周期をディスエーブル状態にするために、スイッチング素子および閾値回路を備えて、前記充電キャパシタに接続されるクランプ回路と、
第３の整流素子を介して前記補助巻線に接続され、かつ、抵抗を介して前記クランプ回路と前記充電キャパシタとに接続され、前記過電圧状態の場合に前記クランプ回路に保持電流を供給する第２のキャパシタを備える保持回路と、
を備える
ことを特徴とするスイッチモード電源。
【請求項２】
前記過電圧状態の場合にスイッチング電圧を供給するため前記閾値回路は、前記スイッチング素子と接続されたツェナダイオードを有している、請求項１記載のスイッチモード電源。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、本発明は、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に対し充電キャパシタと整流素子を介して給電電圧を供給するため１次巻線および補助巻線を備えたトランスが設けられている、スイッチモード電源（switched mode power supply）ないしはスイッチング電源のための保護回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のスイッチモード電源はたとえばヨーロッパ特許出願 EP-A-0 936 726 から公知であり、これによればフライバックモードで動作する自励式スイッチモード電源が開示されている。殊に EP-A-0 936 726 の図２には、スイッチングトランジスタとしてのＭＯＳＦＥＴとゲートドライバ回路を備えたスイッチモード電源が示されている。その際、ゲートドライバ回路は充電キャパシタを有しており、これはダイオードを介して補助巻線と接続されており、この補助巻線はゲートドライバ回路に対し給電電圧を供給する。さらにこれには閾値回路が設けられており、これはスイッチモード電源のスイッチオン後、ゲートドライバ回路の給電電圧が補助巻線に関して所定の閾値を超えるまで、ゲートドライバ回路をターンオフ状態に保持する。さらにこれには光結合器も設けられており、これは出力電圧安定化のためゲートドライバ回路に対し電源の２次側から調整電圧を供給する。
【０００３】
上述のスイッチモード電源には保護回路が含まれており、これを図１に示す。この回路はスイッチングトランジスタＴ２０を有しており、その電流入力側は図示されていないトランスの１次巻線Ｗ１と接続されており、電流出力側は抵抗Ｒ２０を介してアースと接続されている。１次巻線Ｗ１は通常のようにして整流素子ＢＲと接続されており、これによって主電圧ＵＭから整流電圧が供給される。
【０００４】
トランスはさらに、給電電圧Ｖｃｃを供給するために補助巻線Ｗ２を有している。電圧Ｖｃｃは整流され平滑化された電圧であり、補助巻線Ｗ２の端子３と接続されているダイオードＤ２５，Ｄ２６によって整流され、キャパシタＣ２５，Ｃ２４およびツェナダイオードＤ２７によって安定化される。さらにこの電源は抵抗Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７を備えたスタートアップ回路を有しており、これはキャパシタＣ２５，Ｃ２４、整流素子ＢＲならびにゲートドライバ回路ＧＤと接続されている。
【０００５】
ゲートドライバ回路ＧＤはトランジスタＴ２５をコントロールする。トランジスタＴ２５へは給電電圧Ｖｃｃが供給され、これによってスイッチングトランジスタＴ２０の制御電極へ抵抗Ｒ２１，Ｒ２７を介してスイッチオン電圧が供給され、このトランジスタによってスイッチングが行われる。ゲートドライバ回路ＧＤによって電源の出力電圧が安定化される。このような種類の制御回路については、たとえば EP-A-0 936 726 で説明されている。
【０００６】
トランジスタＴ２５のベースはゲートドライバ回路ＧＤとともに、ツェナダイオードＤ２３および抵抗Ｒ２４，Ｒ２６を有する閾値回路と接続されており、給電電圧Ｖｃｃが電源のスタートアップのために十分な高電圧値に達するまで、電源のスイッチオン後、トランジスタＴ２５をオフ状態に保持する。電源はさらに小さいキャパシタＣ２３およびＣ２６を有しており、これらによってそれぞれ対応するダイオードの電圧スパイクを抑圧する。
【０００７】
図１のツェナダイオードＤ２７は電源に対する過電圧保護も行う。補助巻線Ｗ２における出力電圧が急上昇する誤ったモードでは、キャパシタＣ２４，Ｃ２５における電圧Ｖｃｃもそれに応じて上昇してしまうが、ツェナダイオードＤ２７によってこの例では２０Ｖにクランプされる。したがってツェナダイオードＤ２７を流れる電流は上昇していき、所定の電流値に到達したときにこのダイオードを最終的に破壊する。ツェナダイオードＤ２７が壊されるとそれはショートした状態になり、給電電圧Ｖｃｃが低下することからスイッチモード電源がただちに遮断する。
【０００８】
図１のスイッチモード電源はアンダードライブ（underdrive）保護機能も有しており、たとえ誤った状態においても、これによりスイッチングトランジスタＴ２０によるスイッチングのために十分なゲートドライブが常に保証されるようになる。このような要求は安全上の理由から必要とされる。そしてこの問題は、２つのダイオードＤ２５，Ｄ２６と２つのキャパシタＣ２４，Ｃ２５を互いに並列に配置して、ダイオードの一方またはキャパシタの一方がたとえ開路状態になっても、給電電圧Ｖｃｃを常に供給することによって解決される。
【０００９】
既述の過電圧保護は、たとえば７０Ｗのようにかなり大きい出力電圧のスイッチモード電源においてしか動作せず、約３０Ｗに制限されたスイッチモード電源では動作しない。動作しない理由は過電圧の誤ったモードが発生したとき、ツェナダイオードＤ２７を流れる電流がそのツェナダイオードを壊すには小さすぎるからである。この場合、電源の出力電圧は上昇し続け、キャパシタや集積回路など装置の個々のコンポーネントを損傷してしまうことになる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
したがって本発明の課題は、低電力のスイッチモード電源においても高い信頼性で動作する保護回路を提供すること、対応するスイッチモード電源を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明によればこの課題は、エラー発生時たとえば過電圧発生時に給電電圧を低減するためスイッチング素子を備えたクランプ回路と、保持回路が設けられており、前記クランプ回路は前記充電キャパシタと接続されており、前記保持回路は前記補助巻線と接続されており、該保持回路は、前記クランプ回路と接続されたキャパシタを有しており、エラー発生時に前記クランプ回路のために保持電流を供給することにより解決される。従属請求項には本発明の有利な実施形態が示されている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
この場合、保持電流によって、エラー発生時のスイッチオフ時間が引き延ばされ、このことで給電電圧が減少したときに電源が即座にスタートアップして、急激変動過程（hiccup stage）が引き起こされてしまうことが回避される。
【００１３】
クランプ回路は有利には閾値回路を有しており、これは給電電圧が電圧上限に達したときにスイッチング素子に対しスイッチング電圧を供給する。スイッチング素子は充電キャパシタと接続されており、これによってスイッチングトランジスタのための給電電圧が供給され、この給電電圧が減少するとスイッチングトランジスタのスイッチングがディスエーブル状態になる。
【００１４】
また、保持回路は詳しくはキャパシタを有しており、これは抵抗を介してクランプ回路と接続され、殊に閾値回路と接続されており、エラーモードにおいても付加的な電流を供給するようにしている。１つの特別な実施形態によれば、保持回路のキャパシタは整流素子を介してトランスの補助巻線と接続されているが、電源の他の入力電圧源とも接続することができる。
【００１５】
この保護回路は、たとえば以下のようなスイッチモード電源のために使用することができる。すなわちこのスイッチモード電源は、１次巻線および補助巻線を備えたトランスとスイッチングトランジスタとを有しており、その際、スイッチングトランジスタは１次巻線と接続されていて、フライバックモードで動作する。これは低い電力で適用される電源だけでなく、高い出力電力を供給する電源においても動作する。かなり小さいスイッチモード電源のために殊に有利であるのは、スイッチングトランジスタとしてＭＯＳＦＥＴを用いることであり、したがってクランプ回路は過電圧状態発生時にＭＯＳＦＥＴのゲートドライブをダイレクトにディスエーブル状態にする。たとえば３０Ｗの出力電力をもつ低電力の電源を、たとえば消費者電子製品の装置内における第２の電源として使用することができる。
【００１６】
次に、図面を参照しながら有利な実施例に基づき本発明について詳しく説明する。
【００１７】
【実施例】
図２にはスイッチモード電源ないしはスイッチング電源（switched mode power supply）の１次側が示されており、スイッチングトランジスタＴ２０としてＭＯＳＦＥＴが設けられている。スイッチングトランジスタＴ２０の電流入力側は（図示されていない）トランスの１次巻線Ｗ１と接続されており、その電流出力側は抵抗Ｒ２０を介してアースに接続されている。他のタイプのスイッチングトランジスタを相応に使用してもよい。１次巻線Ｗ１の他方の端部には周知のようにしてＤＣ電圧が加えられ、これはこの実施形態では整流素子ＢＲを介して主電圧ＵＭから供給される。また、整流素子ＢＲには、抵抗Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７を有するスタートアップ回路が接続されている。
【００１８】
スイッチングトランジスタＴ２０の制御入力側はトランジスタＴ２５により制御され、トランジスタＴ２５の電流入力側には給電電圧Ｖｃｃが供給される。給電電圧Ｖｃｃはトランスの補助巻線Ｗ２から整流素子Ｄ２５を介して供給され、充電キャパシタＣ２５によって平滑化される。略示されているゲートドライバ回路ＧＤはトランジスタＴ２５に対するスイッチングパルスを供給して、電源の出力力電圧を調整する。
【００１９】
トランジスタＴ２５が導通すると、給電電圧Ｖｃｃは抵抗Ｒ２１，Ｒ２７を介してスイッチングトランジスタＴ２０のゲート電極へ供給され、トランジスタＴ２５が阻止されると、スイッチングトランジスタＴ２０もゲートドライバ回路ＧＤを介して阻止される。
【００２０】
図２に示されているスイッチモード電源の基本コンポーネントは図１を参照してすでに説明した回路と類似しており、その動作原理については EP-A-0 936 726 で述べられている。図２中、図１と同じ回路コンポーネントには同じ参照番号が付されている。
【００２１】
過電圧保護機能を提供するため、充電キャパシタＣ２５にクランプ回路ＣＬが接続されている。クランプ回路ＣＬはスイッチング素子Ｔ２１この実施例ではサイリスタを有しており、これは導通時に給電電圧Ｖｃｃをアースに導くことで、スイッチングトランジスタＴ２０のゲートドライブをディスエーブル状態にする。スイッチング素子Ｔ２１の制御電極は、ツェナダイオードＤ２４と抵抗Ｒ３８を有する閾値回路によって制御され、この閾値回路は給電電圧Ｖｃｃが所定の閾値を超えたときこの実施例では２０Ｖを越えたときに制御電圧Ｕｅを供給する。ツェナダイオードＤ２４が導通を開始すると制御電圧Ｕｅが上昇し、それによりスイッチング素子Ｔ２１がトリガされる。スイッチング素子Ｔ２１の制御電極は、抵抗Ｒ３９およびキャパシタＣ２８を介してアースに対し並列に接続されており、ツェナダイオードＤ２４が導通を停止すると、制御電圧Ｕｅをディスエーブルにする。
【００２２】
給電電圧Ｖｃｃが閾値回路Ｄ２４，Ｒ３８の閾値よりも下に減少すると制御電圧Ｕｅも低下し、これによってスイッチング素子Ｔ２１が阻止される。その後、電源は再びスタートアップし、過電圧状態が依然として生じているならば、閾値を超えたときに再び遮断することになる。このような場合、電源は急激変動過程（しゃっくり過程、hiccup stage）となってしまい、これは電源に対し付加的なストレスとなるし、スイッチング音がユーザに聞こえてしまうことになる。
【００２３】
このような急激変動過程を抑えるため、電源に保持回路ＨＯが設けられている。この保持回路ＨＯはクランプ回路ＣＬのために付加的な電流を供給して、スイッチング素子Ｔ２１をさらに長い期間にわたりターンオンさせる。保持回路ＨＯは、通常動作中に電荷を蓄えるキャパシタＣ３７を有しており、これは抵抗Ｒ３７を介してクランプ回路ＣＬと接続されている。この実施形態ではキャパシタＣ３７はトランスの補助巻線Ｗ２と接続されているが、電源の他の部分と接続してもよく、たとえばスタートアップ回路と接続することができる。付加的な保持電流によって、急減変動過程における邪魔なスイッチング音がずっと滑らかなトーンに変えられる。
【００２４】
クランプ回路ＣＬは、閾値回路Ｄ２４，Ｒ３８およびスイッチング素子Ｔ２１が設けられていることから、給電電圧Ｖｃｃの過電圧状態に対し非常に敏感である。したがって、大きい出力電力をもつスイッチモード電源のためにも小さい出力電力をもつスイッチモード電源のためにも、過電圧保護機能が提供される。これに加えて、図２からわかるようにクランプ回路ＣＬは保持回路ＨＯとともにアンダードライブ保護機能も提供している。ダイオードＤ２５は開路状態にある場合、電源は充電キャパシタＣ２５を充電するために、Ｄ３７とＲ３７を経由する付加的な電流経路をとる。また、キャパシタＣ２５が開路状態にある場合、スイッチングトランジスタＴ２０のために必要とされるゲートドライブ電圧を供給するために、キャパシタＣ３７を利用することができる。このため僅かな付加的なコンポーネントだけしか用いずに、過電圧保護機能もアンダードライブ保護機能も提供する信頼性の高い回路が得られる。上述のような過電圧保護回路は、図２を参照しながら説明したような電源との使用に限定されるわけではなく、たとえばＤＣ−ＤＣコンバータなど他の電源にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】スイッチモード電源のために過電圧保護機能を提供するツェナダイオードを備えた回路を示す図である。
【図２】本発明によるクランプ回路と保持回路を備えた保護回路を示す図である。
【符号の説明】
ＣＬ  クランプ回路
ＨＯ  保護回路
Ｗ１  １次巻線
Ｗ２  補助巻線
ＵＭ  主電圧
ＢＲ  整流素子
ＧＤ  ゲートドライバ
【図１】
0004651831.tif 000002
【図２】
0004651831.tif 000003