(57)【要約】【課題】  小形、低コストのスイッチング電源を提供する。【解決手段】  主スイッチのオンオフによりトランスの一次巻線に入力電圧を印加し、前記トランスの二次巻線に発生する電圧から出力電圧を生成するスイッチング電源において、前記入力電圧と前記一次巻線と前記主スイッチとの直列回路に対して直列に接続するヒューズと、アノードに前記主スイッチの制御端子を接続し、カソードに前記トランスの補助巻線から生成する補助電圧を接続するツェナーダイオードとを備えることを特徴とするスイッチング電源。【選択図】                    図１
2005198408.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主スイッチのオンオフによりトランスの一次巻線に入力電圧を印加し、前記トランスの二次巻線に発生する電圧から出力電圧を生成するスイッチング電源において、
前記入力電圧と前記一次巻線と前記主スイッチとの直列回路に対して直列に接続するヒューズと、
アノードに前記主スイッチの制御端子を接続し、カソードに前記トランスの補助巻線から生成する補助電圧を接続するツェナーダイオードと
を備えることを特徴とするスイッチング電源。
【請求項２】
前記入力電圧と前記ヒューズとの直列回路に対して並列に接続するコンデンサを備え、
前記出力電圧は、前記主スイッチがオフのときに前記二次巻線に発生する電圧から生成すると共に、前記補助電圧は、前記主スイッチがオフのときに前記補助巻線に発生する電圧から生成し、前記主スイッチの制御回路に電力を供給することを特徴とする請求項１記載のスイッチング電源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過電圧保護を有するスイッチング電源に関し、特に、低コストのスイッチング電源に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のスイッチング電源（昇圧電源回路）は、交流入力電電源Ｖａｃを備え、高耐圧のツェナ-ダイオードを備えるものもある（例えば、特許文献１参照。）。その詳細について、図３を用いて説明する。図３は、従来のスイッチング電源を示す構成図である。
【０００３】
同図において、交流入力電源Ｖａｃの一端は、ヒューズＦ１０とダイオードブリッジＤＢ１とを介して、電圧Ｖ１及びコンデンサＣ１０の一端に接続する。さらに、交流入力電源Ｖａｃの他端は、ダイオードブリッジＤＢ１を介して、共通電位ＣＯＭ及びコンデンサＣ１０の他端に接続する。
【０００４】
また、インダクタＬ１、主スイッチＱ１０の直列回路は、コンデンサＣ１０に並列に接続する。さらに、インダクタＬ１、ダイオードＤ１０、コンデンサＣ２（出力電圧Ｖｏｕｔ）の直列回路は、コンデンサＣ１０に並列に接続する。
【０００５】
そして、インダクタＬ１、主スイッチＱ１０、ダイオードＤ１０、コンデンサＣ２は、電圧Ｖ１を出力電圧Ｖｏｕｔに変換する昇圧型のコンバータを形成する。
【０００６】
さらに、出力電圧Ｖｏｕｔ及びコンデンサＣ２に並列に負荷Ｌｏａｄを接続する。
【０００７】
また、制御回路Ｕ１０は、出力電圧Ｖｏｕｔを入力し、駆動電圧Ｖｐｕｌｓｅを生成する。さらにまた、駆動電圧Ｖｐｕｌｓｅは主スイッチＱ１０の制御端子に接続する。そして、制御回路Ｕ１０は、出力電圧Ｖｏｕｔが所定の値となるように、駆動電圧Ｖｐｕｌｓｅの時比率を変化させる。
【０００８】
さらに、出力電圧Ｖｏｕｔと主スイッチＱ１０の制御端子（駆動電圧Ｖｐｕｌｓｅ）との間にツェナーダイオードＤ１１を接続する。
【０００９】
このような、図３の従来例における過電圧のときの動作を説明する。
出力電圧Ｖｏｕｔが所定の電圧を超えると、ツェナーダイオードＤ１１に電流が流れ、電圧Ｖｐｕｌｓｅは上昇し、主スイッチＱ１０のオンが持続し、ヒューズＦ１０が溶断し、停止する。
【００１０】
【特許文献１】特開２００３−１４３８３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、ツェナーダイオードＤ１１には、高電圧の出力電圧Ｖｏｕｔが直接印加される。よって、図３の従来例は高耐圧のツェナーダイオードＤ１１が必要という課題がある。
また、ヒューズＦ１０には、交流入力電源Ｖａｃが直接印加される。よって、図３の従来例は高い信頼性のヒューズＦ１０が必要である。
【００１２】
したがって、従来のスイッチング電源のツェナーダイオードＤ１１及びヒューズＦ１０は、大形、高価となるという課題がある。このようなことから、従来のスイッチング電源は、大形、高価という課題がある。
【００１３】
本発明の目的は、以上説明した課題を解決するものであり、小形、低コストのスイッチング電源を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
このような目的を達成する本発明は、次の通りである。
（１）主スイッチのオンオフによりトランスの一次巻線に入力電圧を印加し、前記トランスの二次巻線に発生する電圧から出力電圧を生成するスイッチング電源において、前記入力電圧と前記一次巻線と前記主スイッチとの直列回路に対して直列に接続するヒューズと、アノードに前記主スイッチの制御端子を接続し、カソードに前記トランスの補助巻線から生成する補助電圧を接続するツェナーダイオードとを備えることを特徴とするスイッチング電源。
【００１５】
（２）前記入力電圧と前記ヒューズとの直列回路に対して並列に接続するコンデンサを備え、前記出力電圧は、前記主スイッチがオフのときに前記二次巻線に発生する電圧から生成すると共に、前記補助電圧は、前記主スイッチがオフのときに前記補助巻線に発生する電圧から生成し、前記主スイッチの制御回路に電力を供給することを特徴とする（１）記載のスイッチング電源。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
本発明によれば、小形、低コストのスイッチング電源を提供できる。また、本発明によれば、スイッチング電源のツェナーダイオード及びヒューズを小形、低コストにできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に図１に基づいて本発明を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施例を示す構成図である。
【００１８】
図１の実施例の特徴は、トランスＴ１の補助巻線ＮｃｃとヒューズＦ１とツェナーダイオードＤｏｖｐとの構成にある。
【００１９】
同図において、入力電圧Ｖｉｎの正極は、ヒューズＦ１を介して、トランスＴ１の一次巻線Ｎ１の一端に接続する。また、一次巻線Ｎ１の他端は、主スイッチの一端（ドレイン）に接続する。さらに、主スイッチの他端（ソース）は、共通電位ＣＯＭ及び入力電圧Ｖｉｎの負極に接続する。
【００２０】
即ち、ヒューズＦ１は、入力電圧Ｖｉｎと一次巻線Ｎ１と主スイッチＱ１との直列回路に対して直列に接続する。
【００２１】
また、トランスＴ１の二次巻線Ｎ２の一端は共通電位ＧＮＤに接続する。さらに、二次巻線Ｎ２の他端は、ダイオードＤ１を介して、出力電圧Ｖｏｕｔに接続する。そして、一次巻線における入力電圧Ｖｉｎの正極から主スイッチＱ１への極性と、二次巻線Ｎ２における共通電位ＧＮＤからダイオードＤ１への極性とは一致する。また、コンデンサＣ２と負荷Ｌｏａｄとは、出力電圧Ｖｏｕｔと並列に接続する。
【００２２】
さらに、トランスＴ１の補助巻線Ｎｃｃの一端は共通電位ＧＮＤに接続する。また、補助巻線Ｎｃｃの他端は、ダイオードＤ２を介して、補助電圧Ｖｃｃに接続する。そして、一次巻線における入力電圧Ｖｉｎの正極から主スイッチＱ１への極性と、補助巻線Ｎ２における共通電位ＣＯＭからダイオードＤ２への極性とは一致する。さらに、コンデンサＣ３と制御回路Ｕ１とは、補助電圧Ｖｃｃと並列に接続する。
【００２３】
また、誤差増幅器Ｕ２の反転入力は、出力電圧Ｖｏｕｔに接続する。さらに、誤差増幅器Ｕ２の非反転入力は、基準電圧Ｖｒｅｆに接続する。また、誤差増幅器Ｕ２の出力は、制御回路Ｕ１の入力に接続する。そして、誤差増幅器Ｕ２の出力と制御回路Ｕ１の入力との接続点の電圧を電圧Ｖｆｂとする。
【００２４】
さらに、制御回路Ｕ１の出力は、主スイッチＱ１の制御端子（ゲート）に接続する。そして、制御回路Ｕ１の出力と主スイッチＱ１の制御端子との接続点の電圧を電圧Ｖｐｕｌｓｅとする。
【００２５】
また、ツェナーダイオードＤｏｖｐのアノードは、制御回路Ｕ１の出力と主スイッチＱ１の制御端子との接続点、即ち電圧Ｖｐｕｌｓｅに接続する。さらに、ツェナーダイオードＤｏｖｐのカソードは、ダイオードＤ２のアノードとコンデンサＣ３と制御回路Ｕ１との接続点、即ち補助電圧Ｖｃｃに接続する。
【００２６】
さらに、コンデンサＣ１は、入力電圧ＶｉｎとヒューズＦ１との直列回路に対して並列に接続する。
【００２７】
まず、このような図１の実施例における定常動作を説明する。
主スイッチＱ１がオンのとき、ダイオードＤ１はオフ、ダイオードＤ２はオフ、ツェナーダイオードＤｏｖｐはオフとなる。このとき、一次巻線Ｎ１には、入力電圧Ｖｉｎが印加される。
【００２８】
また、主スイッチＱ１がオフのとき、ダイオードＤ１はオン、ダイオードＤ２はオン、ツェナーダイオードＤｏｖｐはオフとなる。このとき、二次巻線Ｎ２にはフライバック電圧が発生し、補助巻線Ｎｃｃにもフライバック電圧が発生する。
【００２９】
そして、二次巻線Ｎ２に発生する電圧は、ダイオードＤ１で整流され、コンデンサＣ２で平滑され、出力電圧Ｖｏｕｔとなる。また、補助巻線Ｎｃｃに発生する電圧は、ダイオードＤ２で整流され、コンデンサＣ３で平滑され、補助電圧Ｖｃｃとなる。
【００３０】
さらに、出力電圧Ｖｏｕｔは、負荷Ｌｏａｄに電力を供給する。また、補助電圧Ｖｃｃは、制御回路Ｕ１に電力を供給する。
【００３１】
また、出力電圧Ｖｏｕｔが基準電圧Ｖｒｅｆよりも大きいときは、誤差増幅器Ｕ２の出力は低下し、電圧Ｖｆｂは低下し、制御回路Ｕ１は電圧Ｖｐｕｌｓｅの時比率を小さくし、主スイッチＱ１の時比率は小さくなり、出力電圧Ｖｏｕｔは低下する。
【００３２】
さらに、出力電圧Ｖｏｕｔが基準電圧Ｖｒｅｆよりも小さいときは、誤差増幅器Ｕ２の出力は上昇し、電圧Ｖｆｂは上昇し、制御回路Ｕ１は電圧Ｖｐｕｌｓｅの時比率を大きくし、主スイッチＱ１の時比率は大きくなり、出力電圧Ｖｏｕｔは上昇する。
【００３３】
こうして、出力電圧Ｖｏｕｔは、基準電圧Ｖｒｅｆと等しくなる。
次に、図１の実施例における過電圧のときの動作について、図２を用いて説明する。図２は、図１の実施例の動作波形である。
【００３４】
図２（ａ）は、補助電圧Ｖｃｃの波形及び電圧Ｖｐｕｌｓｅの波形である。また、図２（ｂ）は、主スイッチＱ１の電流Ｉｄの波形である。
【００３５】
また、電圧Ｖｔｈ−ｏｎは、主スイッチＱ１の制御端子のスレッショルド電圧である。さらに、電圧Ｖｏｖｐは、ツェナーダイオードＤｏｖｐのツェナー電圧Ｖｄｏｖｐと、電圧Ｖｔｈ−ｏｎとの和であり、式（１）を満足する。
Ｖｏｖｐ＝Ｖｄｏｖｐ＋Ｖｔｈ−ｏｎ    （１）
【００３６】
まず、期間Ｓ１は、図１の実施例が正常に動作する期間、即ち、定常動作の期間である。このとき、ツェナーダイオードＤｏｖｐはオフとなり、電圧Ｖｐｕｌｓｅは所定の時比率で安定となり、主スイッチＱ１は所定の時比率でオンオフし、電流Ｉｄは所定の値で安定となり、補助電圧Ｖｃｃは所定の値で安定となる。また、出力電圧も所定の値で安定となる。
【００３７】
そして、時刻ｔ１において、例えば、誤差増幅器Ｕ２が故障し、期間Ｓ１から期間Ｓ２に遷移する。
【００３８】
次に、期間Ｓ２は、図１の実施例における初期の故障状態の期間である。このとき、ツェナーダイオードＤｏｖｐはオフとなり、電圧Ｖｐｕｌｓｅの時比率及び振幅は増加し、主スイッチＱ１の時比率は増加しながらオンオフし、電流Ｉｄは増加し、補助電圧Ｖｃｃは増加する。また、出力電圧も増加する。
【００３９】
そして、時刻ｔ２において、電圧Ｖｐｕｌｓｅが電圧Ｖｔｈ−ｏｎより大きくなり、期間Ｓ２から期間Ｓ３に遷移する。
【００４０】
また、次に、期間Ｓ３は、図１の実施例における後期の故障状態の期間である。このとき、ツェナーダイオードＤｏｖｐはオンとなり、電圧Ｖｐｕｌｓｅは電圧Ｖｔｈ−ｏｎより大きくなり、主スイッチＱ１はオンを保持し、電流Ｉｄは増加する。そして、電流Ｉｄが増加すると、ヒューズＦ１の電流は増加し、そして、ヒューズＦ１は溶断する。
【００４１】
このようにして、図１の実施例が過電圧のときは、確実にヒューズＦ１が溶断し、図１の実施例は確実に停止する。したがって、図１の実施例は、高い信頼性を有する。
【００４２】
また、補助電圧Ｖｃｃと出力電圧Ｖｏｕｔとは連動するため、出力電圧Ｖｏｕｔの過電圧は所定の値に抑制される。
【００４３】
詳しくは、ツェナーダイオードＤｏｖｐのツェナー電圧Ｖｄｏｖｐを大きくすると、出力電圧Ｖｏｕｔの過電圧は大きくなり、ツェナーダイオードＤｏｖｐのツェナー電圧Ｖｄｏｖｐを小さくすると、出力電圧Ｖｏｕｔの過電圧は小さくなる。
【００４４】
したがって、図１の実施例は、ツェナーダイオードＤｏｖｐのツェナー電圧Ｖｄｏｖｐを変更することにより、広いアプリケーションに応用できる。
【００４５】
さらに、図１の実施例のツェナーダイオードＤｏｖｐには、低い電圧の補助電圧Ｖｃｃが印加される。よって、ツェナーダイオードＤｏｖｐは低耐圧でよい。
【００４６】
また、図１の実施例のコンデンサＣ１は、主スイッチＱ１のオンオフによる電流Ｉｄのリプルが流れる。このため、ヒューズＦ１には、主スイッチＱ１のオンオフによる電流Ｉｄのリプルが流れない。よって、図１の実施例のヒューズＦ１はノイズを発生しない。また、図１の実施例のヒューズＦ１における溶断特性の信頼性は高くなる。
【００４７】
さらに、ヒューズＦ１には、入力電源Ｖｉｎが印加される。よって、図１の実施例のヒューズＦ１は、必ずしも、交流入力電源に接続するような高い信頼性が必要とは限らない。
【００４８】
以上のことにより、図１の実施例は、小形、低コストのスイッチング電源となる。
【００４９】
また、前述の例では、フライバック型のスイッチング電源の例であったが、これとは別に、フォワード型のスイッチング電源においても、同等の構成とすれば、同様の作用及び効果が得られる。
【００５０】
このように、本発明は、前述の実施例に限定されることなく、その本質を逸脱しない範囲で更に多くの変更及び変形を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図２】図１の実施例の動作波形である。
【図３】従来のスイッチング電源を示す構成図である。
【符号の説明】
【００５２】
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３  コンデンサ
Ｄ１，Ｄ２  ダイオード
Ｄｏｖｐ  ツェナーダイオード
Ｌｏａｄ  負荷
Ｎ１  一次巻線
Ｎ２  二次巻線
Ｎｃｃ  補助巻線
Ｑ１  主スイッチ
Ｔ１  トランス
Ｕ１  制御回路
Ｕ２  誤差増幅器
Ｖｉｎ  入力電圧
Ｖｏｕｔ  出力電圧
Ｖｒｅｆ  基準電圧
ＣＯＭ，ＧＮＤ  共通電位
【図１】
2005198408.tif 000003
【図２】
2005198408.tif 000004
【図３】
2005198408.tif 000005