(57)【要約】【目的】ＡＣ入力電圧が低下及び上昇してもスイッチングトランジスタが過度に発熱するのを防止できるスイッチング電源を提供する。【構成】トランスＴ１の２次側ＬＯＷ＋Ｂ巻線の正側端に接続された整流ダイオードＤ１０１及び平滑用コンデンサＣ１０１によって正側平滑電圧Ｖ１が生成され、整流ダイオードＤ１０２及び平滑用コンデンサＣ１０２によって負側平滑電圧−Ｖ２が生成される。そして、抵抗Ｒ１０１と抵抗Ｒ１０２との接続点Ａにおいて中間電圧値Ｖａが生成され、抵抗Ｒ１０３を介してスイッチ用トランジスタＱ１０１のベースに供給される。また、接続点ＡにはツェナーダイオードＤ１０５が接続される。ＡＣ入力電圧が所定範囲を超えて低下及び上昇するとマイコン１００のＰＲＯＴＥＣＴ用ピンがＬｏｗになる。【選択図】                図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次側に入力巻き線と帰還巻き線を有し、２次側に複数の出力巻き線を有するトランスと、前記入力巻き線に直列に接続されたスイッチング素子と帰還巻き線からの電圧を使用して前記スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを制御する自励式発振回路と、を備えたスイッチング電源において、前記２次側出力巻き線に発生する正電圧を平滑して一定平滑正電圧を供給する手段と、前記入力巻き線への入力電圧に比例して前記２次側出力巻き線に発生する負電圧を平滑して変動平滑負電圧を供給する手段と、前記変動平滑負電圧の変化に基づいて入力電圧変位出力を行う変位出力手段と、この入力電圧変位出力を入力して電源関連処理を実行する制御手段と、を備えたことを特徴とするスイッチング電源。
【請求項２】
請求項１に記載のスイッチング電源において、前記変位出力手段は一定平滑正電圧と変動平滑負電圧との中間電圧を取り出し、この中間電圧の値が上基準値を越えた場合及び下基準値を下回った場合に前記入力電圧変位出力としてＨｉｇｈ又はＬｏｗの信号を出力するように構成されたことを特徴とするスイッチング電源。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のスイッチング電源において、モニタと、オンスクリーンディスプレイ回路と、を備え、前記制御手段は、前記入力電圧変位出力が入力電圧異常を示す場合に前記オンスクリーンディスプレイ回路にて前記モニタにエラー表示を行うように構成されたことを特徴とするスイッチング電源。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載のスイッチング電源において、点灯制御回路を備え、前記制御手段は、前記入力電圧変位出力が入力電圧異常を示す場合に前記点灯制御回路にて発光手段をエラー表示駆動するように構成されたことを特徴とするスイッチング電源。
【請求項５】
請求項１又は請求項２に記載のスイッチング電源において、前記制御手段は、前記入力電圧変位出力が入力電圧異常を示す場合に自動的に電源停止処理を実行するように構成されたことを特徴とするスイッチング電源。
【請求項６】
請求項１又は請求項２に記載のスイッチング電源において、前記制御手段は、前記入力電圧変位出力が入力電圧異常を示す場合に自動的にスタンバイ状態を形成するように構成されたことを特徴とするスイッチング電源。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のスイッチング電源において、前記正電圧を平滑して一定平滑正電圧を供給する手段はレギュレータ回路を備えていることを特徴とするスイッチング電源。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、例えばテレビジョン受像機などに設けられるスイッチング電源に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は従来のスイッチング電源を示した回路図である。コンバータトランスＴ１の入力側には、入力巻線Ｎ１、及び正帰還をかけるための帰還巻線Ｎ２が設けられており、これら巻線Ｎ１，Ｎ２には、ＡＣ整流回路１、起動回路２、ドライブ回路３、制御回路４、及びこの発明に係わる動作停止回路６が接続されている。そして、上記入力巻線Ｎ１、帰還巻線Ｎ２、起動抵抗回路２を構成している抵抗Ｒ２，Ｒ７、ドライブ回路３を構成しているドライブ抵抗Ｒ６，トランジスタＱ２，Ｑ３、制御回路４を構成している電流検出抵抗Ｒ１５，制御トランジスタＱ４、及び電界効果型のスイッチングトランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）Ｑ１によって自励発振回路が構成されている。そして、コンバータトランスＴ１の出力側には、出力巻線Ｎ３，Ｎ４，Ｎ５，Ｎ６が設けられており、出力巻線Ｎ３にはフォトカプラ駆動回路５が設けられている。
【０００３】
ＡＣ整流回路１は、ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４、コンデンサーＣ５等を備えて成る。ＡＣ入力電圧はＡＣ整流回路１によって平滑され、これによって得られた直流電圧は入力巻線Ｎ１に印加される。そして、スイッチングトランジスタＱ１の起動電圧は、起動抵抗Ｒ２，Ｒ７の分割電圧によって決まり、これがスイッチングトランジスタＱ１のゲートオン電圧より高くなると自励発振回路が発振を開始する。
【０００４】
出力制御は、出力巻線Ｎ３から整流ダイオードＤ８と整流コンデンサＣ１１とにより得られた整流電圧にてフォトカプラＰＣ１を駆動することで行う。ここで、上記整流電圧が上昇したとすると、抵抗Ｒ１６，Ｒ１７，ＶＲ１とトランジスタＱ５のベースとの接続点の電圧が上昇し、前記トランジスタＱ５のコレクタ電流が増加し、フォトカプラＰＣ１の発光ダイオードの発光量が増大し、フォトカプラＰＣ１の受光側であるフォトトランジスタのコレクタ電流が増加する。そして、このコレクタ電流の増大により前記制御トランジスタＱ４のベース電位が上昇することになる。また、制御トランジスタＱ４のベースには、電流検出抵抗Ｒ１５に発生するノコギリ波電圧が抵抗Ｒ１０によって重畳されており、このノコギリ波電圧は制御トランジスタＱ４のベース電位の上昇によって持ち上げられることになる。このため、制御トランジスタＱ４のオンタイミングが早くなり、スイッチングトランジスタＱ１のオン期間が短くなり、整流電圧が低下する。一方、整流電圧が低下した場合には、この逆の動作が生じて整流電圧が上昇するため、電圧が一定範囲に保たれることになる。
【０００５】
駆動停止回路６は、トランジスタＱ６，Ｑ７、ダイオードＤ１３、及びツェナーダイオードＤ１４等を備えて構成される。トランジスタＱ７のコレクタはドライブ回路３のトランジスタＱ３のベースに接続され、トランジスタＱ７のベースはトランジスタＱ６のコレクタに接続されている。ダイオードＤ１３はアノード側を帰還巻線Ｎ２に接続し、カソード側をツェナーダイオードＤ１４のカソード側に接続している。ツェナーダイオードＤ１４のアノード側は抵抗Ｒ２１を介してトランジスタＱ６のベースに接続されている。また、トランジスタＱ６のコレクタは抵抗Ｒ２４を介して前記ダイオードＤ１３とツェナーダイオードＤ１４との接続点に接続されている。
【０００６】
ツェナーダイオードＤ１４のツェナー電位（検出電位）は、帰還巻線Ｎ２の帰還電圧（ＡＣ入力電圧が制御範囲内での帰還電圧）よりも低く設定されている。従って、ＡＣ入力電圧が制御範囲内のときには、スイッチングトランジスタＱ１がオンしているときにツェナーダイオードＤ１４はオンすることになり、このツェナーダイオードＤ１４がオンしているときには、トランジスタＱ６がオンし、トランジスタＱ７がオフすることになる。すなわち、この場合にはスイッチング電源の動作には何の影響も与えない。一方、ＡＣ入力電圧が制御範囲よりも低下すると、帰還巻線Ｎ２の帰還電圧はツェナーダイオードＤ１４のツェナー電位よりも低くなり、ツェナーダイオードＤ１４はオフする。このため、トランジスタＱ６がオフし、トランジスタＱ７がオンすることになる。トランジスタＱ７がオンすると、ドライブ回路３のトランジスタＱ３がオンし、スイッチングトランジスタＱ１のゲート電圧が引き抜かれる（バイパスされる）ため、スイッチングトランジスタＱ１はオフする。そして、起動抵抗Ｒ２，Ｒ７で決まる起動電圧よりもツェナーダイオードＤ１４による検出電位を低くしているため、スイッチングトランジスタＱ１がオフすると、次の周期にはスイッチングトランジスタＱ１のゲート電圧が起動電圧に達しないため、発振は停止したままとなる（特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−３３５６７１号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のスイッチング電源では、コンバータトランスＴ１の入力側（１次側）の帰還巻線を利用してスイッチングトランジスタＱ１をＯＦＦ制御しており、ＡＣ入力電圧が低下したときにはスイッチングトランジスタＱ１をＯＦＦさせることができるので、このスイッチングトランジスタが過度に発熱するのを防止できるものの、ＡＣ入力電圧が上昇した場合にもスイッチングトランジスタが発熱することになり、これへの対策は十分ではなかった。更に、電源がストップした時の情報が無く、原因が判りにくい面があった。また、一次側回路で構成すると部品故障時に制御回路に多大な影響を与えるため、２次側で構成した方が良い。
【０００９】
この発明は、上記の事情に鑑み、スイッチング電源における２次側の比較的電圧が低い巻線を利用してＡＣ入力電圧変動に対する十分な対策を図ることができるスイッチング電源を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明のスイッチング電源は、上記の課題を解決するために、一次側に入力巻き線と帰還巻き線を有し、２次側に複数の出力巻き線を有するトランスと、前記入力巻き線に直列に接続されたスイッチング素子と帰還巻き線からの電圧を使用して前記スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを制御する自励式発振回路と、を備えたスイッチング電源において、前記２次側出力巻き線に発生する正電圧を平滑して一定平滑正電圧を供給する手段と、前記入力巻き線への入力電圧に比例して前記２次側出力巻き線に発生する負電圧を平滑して変動平滑負電圧を供給する手段と、前記変動平滑負電圧の変化に基づいて入力電圧変位出力を行う変位出力手段と、この入力電圧変位出力を入力して電源関連処理を実行する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
上記構成であれば、変動平滑負電圧の変化に基づいて入力電圧変位出力が行われるので、入力電圧が制御保証電圧外に低下したときだけに限らず、制御保証電圧外に上昇したときにも、前記入力電圧変位出力に基づいて電源関連処理を実行できることになる。
【００１２】
前記変位出力手段は、一定平滑正電圧と変動平滑負電圧との中間電圧を取り出し、この中間電圧の値が上基準値を越えた場合及び下基準値を下回った場合に前記入力電圧変位出力としてＨｉｇｈ又はＬｏｗの信号を出力するように構成されていてもよい。
【００１３】
モニタと、オンスクリーンディスプレイ回路と、を備え、前記制御手段は、前記入力電圧変位出力が入力電圧異常を示す場合に前記オンスクリーンディスプレイ回路にて前記モニタにエラー表示を行うように構成されていてもよい。
【００１４】
点灯制御回路を備え、前記制御手段は、前記入力電圧変位出力が入力電圧異常を示す場合に前記点灯制御回路にて発光手段をエラー表示駆動するように構成されていてもよい。
【００１５】
また、前記制御手段は、前記入力電圧変位出力が入力電圧異常を示す場合に自動的に電源停止処理を実行するように構成されていてもよい。また、前記制御手段は、前記入力電圧変位出力が入力電圧異常を示す場合に自動的にスタンバイ状態を形成するように構成されていてもよい。
【００１６】
正電圧を平滑して一定平滑正電圧を供給する手段はレギュレータ回路を備えていてもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を図１乃至図５に基づいて説明する。
【００１８】
図１は、この実施形態のスイッチング電源の主要部を示した回路図である。電源全体としての回路図は示していないが、例えば、従来構成の図６において駆動停止回路６を取り除いたものを採用できるものであり、前記主要部はコンバータトランスＴ１の２次側のＬＯＷ＋Ｂの巻線（Ｎ５）側において構成できるものである。
【００１９】
コンバータトランスＴ１の２次側ＬＯＷ＋Ｂ巻線の正側端には直列に整流ダイオードＤ１０１が接続され、また、そのカソード側には並列に平滑用コンデンサＣ１０１が接続されている。これら整流ダイオードＤ１０１と平滑用コンデンサＣ１０１とによって正側交流電圧が平滑されて正側平滑電圧Ｖ１を生成できることになる。また、同正側端には、整流ダイオードＤ１０２のカソードが接続されており、そのアノード側には平滑用コンデンサＣ１０２が直列接続されている。これら整流ダイオードＤ１０２と平滑用コンデンサＣ１０２との接続点に負側平滑電圧−Ｖ２が生成されることになる。
【００２０】
前記平滑用コンデンサＣ１０１と平滑用コンデンサＣ１０２とは抵抗Ｒ１０１と抵抗Ｒ１０２とを介して接続され、これら両抵抗Ｒの接続点（以下、接続点Ａとし、ここでの電圧値を中間電圧値Ｖａとする）は抵抗Ｒ１０３を介してスイッチ用トランジスタＱ１０１のベースに接続されている。
【００２１】
前記トランジスタＱ１０１のエミッタはアース接続されている。また、トランジスタＱ１０１のコレクタには、電圧ドロップ用抵抗Ｒ１０４によって正側平滑電圧Ｖ１が電圧降下されて供給される。また、トランジスタＱ１０１のコレクタには逆耐阻止用のダイオードＤ１０３のカソード側が接続され、このダイオードＤ１０３のアノード側はマイコン１００のＰＲＯＴＥＣＴ用ピンに接続される。更に、トランジスタＱ１０１のコレクタ（ダイオードＤ１０３のカソード側）は、マイコン１００の電圧検出用ピンに接続され、また、コンデンサＣ１０３が並列に接続されたことで電圧安定化が図られている。
【００２２】
また、前記接続点ＡにはツェナーダイオードＤ１０５のアノード側が接続されている。ツェナーダイオードＤ１０５のカソード側は、抵抗Ｒ１０５と逆耐阻止用のダイオードＤ１０４とを介してマイコン１００のＰＲＯＴＥＣＴ用ピンに接続されている。
【００２３】
マイコン１００は、ＰＲＯＴＥＣＴ用ピンで検出された情報や電圧検出用ピンで検出された情報に基づいて各種回路を制御する。この制御内容については図３のフローチャートを用いて後述する。
【００２４】
次に、入力電圧の変化によって中間電圧値Ｖａが変化する様子を図２に基づいて説明する。ここで、Ｒ１０１とＲ１０２が同じ値とすれば、例えば、仮にＡＣ入力電圧が１００Ｖであるときに仮にデューティー比が１対１くらいで正側平滑電圧Ｖ１が１０Ｖ程、負側平滑電圧−Ｖ２が−１０Ｖ程出ているものとする。このとき、同図（ａ）に示しているように、ＡＣ入力電圧が１００Ｖであれば、中間電圧値Ｖａは０Ｖとなり、仮にＡＣ入力電圧が８５Ｖに低下し、負側平滑電圧が−５Ｖ程になれば、中間電圧値Ｖａは２．５Ｖとなり、仮にＡＣ入力電圧が１１５Ｖに上昇し、負側平滑電圧が−１５Ｖ程になれば、中間電圧値Ｖａは−２．５Ｖとなる。
【００２５】
次に、上記回路の抵抗値設定等について説明する。電源回路のＯＮ／ＯＦＦ動作のデューティ比が例えば１：１程度であれば抵抗Ｒ１０１と抵抗Ｒ１０２の抵抗値をほぼ同じ値に設定して上記中間電圧値Ｖａを生成する。そして、ＡＣ入力電圧を変化させてみることにより中間電圧値Ｖａがどのように変化するかを確認する。制御電圧の範囲外の低い方で停止させたいＡＣ入力電圧に変化させた時、中間電圧値Ｖａが上昇してトランジスタＱ１０１のベースよりも高くなるように抵抗Ｒ１０１と抵抗Ｒ１０２の抵抗値を決定する。また、制御電圧の範囲外の高い方で停止させたいＡＣ入力電圧に変化させた時、中間電圧値Ｖａが降下してトランジスタＱ１０１のベースよりも低くなってツェナーダイオードＤ１０５が導通するように当該ツェナーダイオードＤ１０５の降伏電圧値を決める。
【００２６】
次に、上記回路の動作について説明する。中間電圧値ＶａがトランジスタＱ１０１のベース電圧を超えて上昇すればコレクタ電流が流れ始め、抵抗Ｒ１０４による電圧降下が始まり、マイコン１００の電圧検出ピンにおいて電圧値の変動を確認できることになり、これによって電源関連処理（後で詳述する）を実行することになる。一方、中間電圧値Ｖａの変化によりＰＲＯＴＥＣＴピンの電圧が仮に３．５Ｖより下がったときに、マイコン１００が動作するように設定しておくことで、トランジスタＱ１０１のコレクタ電圧が２．８Ｖ付近（３．５Ｖ−０．７Ｖ（ダイオードＤ１０３の動作電位）＝２．８Ｖ）になると、マイコン１００は電源関連処理を実行する。また、ＡＣ入力電圧が制御範囲外の高い方に変位して中間電圧値Ｖａが下降し、中間電圧値Ｖａがマイナス数ボルト程度になってツェナーダイオードＤ１０５が導通し、ＰＲＯＴＥＣＴピンの電圧が３．５Ｖより下がるとマイコン１００は電源関連処理を実行する。
【００２７】
（電源関連処理）：この実施形態では、電源関連処理として以下の処理の一つ又は複数を実行する。
▲１▼ＬＥＤ点灯処理（ＬＥＤは装置筐体の表面側に設けられる）
▲２▼ＬＥＤ点滅処理（ＬＥＤは装置筐体の表面側に設けられる）
▲３▼モニタ画面エラー表示処理：このエラー表示処理は、当該スイッチング電源を備える装置が映像信号生成装置（テレビジョンセット等）であるとし、電源異常の検出の際に、後述の▲４▼処理及び▲５▼処理は行わずに、ＯＳＤ（オンスクリーンディスプレイ）回路を動作させて、例えば「電源異常です」といった文字表示信号を生成して画面表示を行うことになる。
▲４▼強制スタンバイモード実行処理：この処理は、フォトカプラＰＣ１（図６参照）の２次側のフォトダイオードに流れる電流を間欠発振回路（図示せず）にて制御することにより間欠発振（スタンバイ）状態を形成させればよい。
▲５▼強制電源停止処理：この処理は、ＡＣ入力ラインにリレーを設けておいてこのリレーをＯＦＦすることで完全に電源の１次側を動作させないようにすることも可能であるし、フォトカプラＰＣ１（図６参照）の２次側のフォトダイオードに電流を過剰に流すことで１次側ドライブ電流を一気に引き抜き、完全に起動を停止することによっても可能である。
【００２８】
上記処理は、マイコン１００がその電圧検出ピンにおいて異常を検出したとき及び／又はＰＲＯＴＥＣＴピンにおいて異常を検出したときに行う。
【００２９】
次に、電源関連処理を含む制御例を図３のフローチャート及び図４の説明図に基づいて説明していく。ユーザ操作で電源スイッチがＯＮされると（ステップＳ１）、マイコン１００はその電圧検出端子の電圧値が基準電圧より高いかどうかを判断する（ステップＳ２）。基準電圧より高くないと判断すると（電圧検出異常判定）、マイコン１００はＬＥＤ出力端子からＬＥＤ点滅信号を出力し、電源異常を報知する（ステップＳ３）。そして、ＰＲＯＴＥＣＴ端子が基準電圧より高いかどうかを判断する（ステップＳ４）。一方、ステップＳ２において電圧検出端子が基準電圧より高いと判断された場合には、ステップＳ３を経ずにステップＳ４に進む。ステップＳ４において、ＰＲＯＴＥＣＴ端子が基準電圧より高いと判断したときにはステップＳ２に戻るが、高くないと判断したときは（ＰＲＯＴＥＣＴ判定）、マイコン１００はそのＰＯＷＥＲ−ＯＮ／ＯＦＦ端子からＯＦＦ信号を出力してスタンバイ状態（電源ＯＦＦ）とし、更にＬＥＤ端子からも信号を出力してＬＥＤを点灯させ（ステップＳ５）、ステップＳ１に戻る。
【００３０】
なお、上記制御例に限るものではなく、例えば、ＰＲＯＴＥＣＴ判定がなされときに数秒間のエラー画面表示を実行した後に電源停止処理や電源スタンバイ処理を実行するようになっていてもよい。また、上記例では電圧検出異常判定による処理を組み入れているが、これを必須の処理とするものではない。また、図４はＡＣ入力電圧が制御範囲外の低い方に変位したときの説明となるが、ＡＣ入力電圧が制御範囲外の高い方に変位しときには、電源検出端子の電圧がＶ１であるとしても、ツェナーダイオードＤ１０５の動作によってＰＲＯＴＥＣＴ判定がなされることになる。
【００３１】
図５に他の回路例を示す。ＡＣ入力電圧が低い又は高い場合にＶ１の電圧が不安定になる場合は、この回路例に示すように、Ｖ１生成ポイントにレギュレータ回路ＲＥＧを組み入れて安定化電圧Ｖ３を生成するのがよい。勿論、このような回路例に限るものではなく、実施回路のパターン配置にもよるため、最適な構成を選択すればよい。
【００３２】
このように、かかる発明のスイッチング電源によれば、コンバータトランスＴ１の１次側の入力電圧に比例した電圧情報を利用して、簡単な回路で制御保証電圧範囲外での使用時に電源保護動作を行わせることができる。
【００３３】
なお、ＡＣ入力が正常範囲（セットの保証範囲）に戻れば再度電源をＯＮしてやれば回路は問題なく動作することになる。またＡＣが低い状態で続けて電源をＯＮにしても保護動作を繰り返すので電源回路が破壊されることはない。また、上記の例では、ＰＲＯＴＥＣＴ用ピンの電圧が仮に３．５Ｖより下がったときにマイコン１００が保護動作することとしたが、これに限るものではなく、ＩＣの種類により多少閾値電圧は異なる。
【００３４】
また、例えば、二つの比較回路を備え、各比較回路の第１入力端子には中間電圧値Ｖａを印加し、一方の比較回路の第２入力端子には正基準電圧を印加し、他方の比較回路の第２入力端子には負基準電圧を印加することとし、各比較回路の出力をマイコン１００に供給するといった構成を採用してもよいものである。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、ＡＣ入力電圧が制御保証電圧外に低下したときだけに限らず、制御保証電圧外に上昇したときにも保護動作を行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態のスイッチング電源を示した回路図である。
【図２】同図（ａ）（ｂ）（ｃ）はそれぞれＡＣ入力電圧変化による２次側電圧変化を示した説明図である。
【図３】制御内容を示したフローチャートである。
【図４】制御内容を示した説明図である。
【図５】他の実施形態のスイッチング電源を示した回路図である。
【図６】従来のスイッチング電源を示した回路図である。
【符号の説明】
１００    マイコン
Ｔ１      コンバータトランス
Ｄ１０１  整流ダイオード
Ｃ１０１  平滑用コンデンサ
Ｄ１０２  整流ダイオード
Ｃ１０２  平滑用コンデンサ
Ｒ１０１  抵抗
Ｒ１０２  抵抗
Ｒ１０３  抵抗
Ｑ１０１  スイッチ用トランジスタ
Ｄ１０５  ツェナーダイオード
【図１】
2005006367.tif 000003
【図２】
2005006367.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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