(57)【要約】【課題】出力電流検出回路による電力損失を低減でき，かつ簡単な構成で最大出力電流の変更が可能なスイッチング電源装置を提供することを目的とする。【解決手段】１つのコンバータ部５０に出力電流を検出する出力電流検出回路３１を接続するとともに、残りのコンバータ部５１には状態検出回路５２を接続し、この状態検出回路５２の信号により前記残りのコンバータ部５１の動作を制御または停止することにより、出力電流検出回路３１での電力損失を低減でき、かつ簡単な構成で最大出力電流の変更が可能なスイッチング電源装置を提供するものである。【選択図】図１
2005151715.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力を受けスイッチング素子と平滑回路を通して出力される出力電圧を前記スイッチング素子のオンオフ比によって制御するコンバータ部を二つ以上並列に接続し、前記出力電圧と基準電圧との差を検出する誤差増幅器と、前記スイッチング素子に流れる電流を検出する入力電流検出回路と、基本波発振器が発生する周波数を用いて前記誤差増幅器の出力と前記入力電流検出回路の出力とに基づき前記スイッチング素子のオンオフ比を決めるパルス幅変調回路とを備え、前記コンバータ部の一つに出力電流を検出する出力電流検出回路を接続するとともに、残りのコンバータ部には状態検出回路を接続し、この状態検出回路の信号により前記残りのコンバータ部の動作を制御するように構成したスイッチング電源装置。
【請求項２】
状態検出回路を一つ以上の温度検出回路で構成した請求項１に記載のスイッチング電源装置。
【請求項３】
状態検出回路を入力電圧検出回路で構成した請求項１に記載のスイッチング電源装置。
【請求項４】
状態検出回路を出力電圧検出回路で構成した請求項１に記載のスイッチング電源装置。
【請求項５】
状態検出回路を外部信号入力端子とした請求項１に記載のスイッチング電源装置。
【請求項６】
基本波発振器が発生する周波数に位相差をつけてスイッチング素子を制御させるようにした請求項１〜５のいずれか１つに記載のスイッチング電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は各種電子機器に用いるスイッチング電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図６に電流モードで制御する従来の非絶縁型降圧チョッパ方式のスイッチング電源装置の構成例を示す。同図において直流電源１から電源電圧の脈動低減用のコンデンサ２を介して入力電流を検出する入力電流検出回路３に接続され、その後段のスイッチング素子４で直流電源１をオンオフし、スイッチング素子４の出力電圧をその後段に接続したリアクトル５とコンデンサ６において平滑化し、スイッチング素子４のオフ時にはダイオード７を介してリアクトル５の電流を維持する。これらのコンデンサ２、入力電流検出回路３、スイッチング素子４、リアクトル５、コンデンサ６、ダイオード７によって構成されたコンバータ部５０から出力される平滑化された出力電圧は外部の負荷８に供給され、このとき負荷８に流れる出力電流は出力電流検出抵抗９に発生する電圧によって検出し、抵抗１０を介して基準電圧１５との差を検出する誤差増幅器１７の反転入力端子に接続される。また出力電圧は抵抗１２，１３によって分圧され、基準電圧１４との差を検出する誤差増幅器１６の反転入力端子に接続される。
【０００３】
誤差増幅器１６の出力は、ダイオード５３を介して誤差増幅器出力２０として比較器２５に接続される。誤差増幅器出力２０はある一定の上限値を持つように設定し、ダイオード１８を介して誤差増幅器１７に接続される。比較器２５は入力電流検出回路３の入力電流検出信号１９と誤差増幅器出力２０の電圧を比較し、その出力はパルス幅変調回路２４に接続される。パルス幅変調回路２４は基本波発振器２１、フリップフロップ回路２２、ＡＮＤ回路２３で構成されている。パルス幅変調回路２４は基本波発振器２１の周期と比較器２５の出力に基づきスイッチング素子４をオンオフする。通常時は出力電圧を一定とするようにスイッチング素子４のオンオフ比を制御する。
【０００４】
また、負荷８に流れる出力電流が過大となり出力電流検出抵抗９の両端電圧が増え、誤差増幅器１７の反転入力端子電圧が基準電圧１５を越えるような電圧に達すると、誤差増幅器出力２０の電圧を小さくするように動作してスイッチング素子４のオン比率を絞り、いわゆる垂下特性の形で出力電圧を降下させて過電流保護を行う。装置などに異常な過熱があった場合は、温度検出回路５４でその温度を検出してスイッチ２７をオンさせ、抵抗１１、抵抗２８、スイッチ２６を介して電流を流し抵抗１０に電圧を発生させる。このとき出力電流検出抵抗９に発生する電圧と抵抗１０に発生した電圧が足し合わされて誤差増幅器１７の反転入力端子に印加され、一時的に最大出力電流を小さくするよう制御されてスイッチング電源装置の異常な過熱を防ぐことができる。
【０００５】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【特許文献１】特許第２７６９０４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来例においては、図６に示す出力電流検出抵抗９の電力損失が大きいということが問題となる。出力電流検出抵抗９には負荷８に供給するすべての出力電流が流れるので、出力電流の大きいものでは出力電流検出抵抗９での電力損失が数Ｗ程度にも達する場合もある。
【０００７】
本発明はこの課題を解決するもので、出力電流検出回路での電力損失を低減でき、かつ簡単な構成で最大出力電流の変更が可能な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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有する。
【０００９】
本発明の請求項１に記載の発明は、直流電力を受けスイッチング素子と平滑回路を通して出力される出力電圧を前記スイッチング素子のオンオフ比によって制御するコンバータ部を二つ以上並列に接続し、前記出力電圧と基準電圧との差を検出する誤差増幅器と、前記スイッチング素子に流れる電流を検出する入力電流検出回路と、基本波発振器が発生する周波数を用いて前記誤差増幅器の出力と前記入力電流検出回路の出力とに基づき前記スイッチング素子のオンオフ比を決めるパルス幅変調回路とを備え、前記コンバータ部の一つに出力電流を検出する出力電流検出回路を接続するとともに、残りのコンバータ部には状態検出回路を接続し、この状態検出回路の信号により前記残りのコンバータ部の動作を制御または停止するように構成することにより、出力電流検出回路を流れる電流を少なくして出力電流検出回路での電力損失を低減し、かつ簡単な構成で最大出力電流の変更が可能なスイッチング電源装置を提供できるという作用効果が得られる。
【００１０】
本発明の請求項２に記載の発明は、状態検出回路を一つ以上の温度検出回路で構成したもので、検出した温度がある一定値を越えると出力電流検出回路を持たないコンバータ部の動作を制御または停止させることにより、最大出力電流を下げて温度検出部位の異常過熱を防ぐことができるという作用効果が得られる。
【００１１】
本発明の請求項３に記載の発明は、状態検出回路を入力電圧検出回路で構成したもので、検出した入力電圧がある一定値を越えるか、あるいはある一定値を下回ると出力電流検出回路を持たないコンバータ部の動作を制御または停止させることにより、設定された入力電圧範囲以外で最大出力電流を下げてスイッチング電源装置の異常過熱を防ぐことができるという作用効果が得られる。
【００１２】
本発明の請求項４に記載の発明は、状態検出回路を出力電圧検出回路で構成したもので、検出した入力電圧がある一定値を越えるか、あるいはある一定値を下回ると出力電流検出回路を持たないコンバータ部の動作を制御または停止させることにより、設定された出力電圧範囲以外で最大出力電流を下げてスイッチング電源装置の異常過熱を防ぐことができるという作用効果が得られる。
【００１３】
本発明の請求項５に記載の発明は、状態検出回路を外部信号入力端子としたものであり、外部信号によって出力電流検出回路を持たないコンバータ部の動作を制御または停止させることで最大出力電流の変更が容易にできるという作用効果が得られる。
【００１４】
本発明の請求項６に記載の発明は、基本波発振器が発生する周波数に位相差をつけてスイッチング素子を制御させる構成とすることにより、複数個並列に接続したコンバータ部の入力段および出力段のコンデンサに流れるリップル電流を小さくすることができるので、小型のコンデンサを用いることが可能となり低コスト化が図れるという作用効果が得られる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のスイッチング電源装置は、コンバータ部の一つに出力電流を検出する出力電流検出回路を接続するとともに、残りのコンバータ部には状態検出回路を接続し、この状態検出回路の信号により前記残りのコンバータ部の動作を制御または停止することにより、出力電流検出回路での電力損失を低減でき、かつ簡単な構成で最大出力電流の変更が可能なスイッチング電源装置を提供できるという作用効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１から図６において同一符号は同一の機能を有する部品を示す。
【００１７】
（実施の形態１）
図１は実施の形態１におけるスイッチング電源装置の構成図である。図１は従来例を示す図６における出力電流検出抵抗９、抵抗１０、抵抗１１、抵抗２８、スイッチ２６、スイッチ２７、直流電源２９、温度検出回路５４をとり除き、コンバータ部５０の出力には出力電流検出回路３１を接続し、出力電流検出回路３１から出力される出力電流検出信号４０を誤差増幅器１７の反転入力端子に接続している。またコンデンサ３２、入力電流検出回路３３、スイッチング素子３４、リアクトル３５、コンデンサ３６、ダイオード３７によって構成されるコンバータ部５１をコンバータ部５０と並列に接続する。
【００１８】
比較器４５は入力電流検出回路３３の電流検出信号３９と誤差増幅器出力２０の電圧を比較し、その出力はパルス幅変調回路４４に接続される。パルス幅変調回路４４は基本波発振器４１、フリップフロップ回路４２、ＡＮＤ回路４３で構成されている。パルス幅変調回路４４は基本波発振器４１の周期と比較器４５の出力に基づきスイッチ３８を介して、スイッチング素子３４をオンオフする。スイッチ３８は、状態検出回路５２の出力信号によってオンオフされる構成となっている。
【００１９】
図１の回路において、比較器２５と比較器４５に入力される誤差増幅器出力２０は共通としているため、コンバータ部５０およびコンバータ部５１に流れる電流は等しくなるように制御される。スイッチ３８がオンされているときに負苛８に過電流が流れた場合、出力電流検出回路３１から出力される出力電流検出信号４０の電圧が上がり、誤差増幅器１７の反転入力端子電圧が基準電圧１５を超えるような電圧に達すると、誤差増幅器出力２０の電圧を小さくするように動作してスイッチング素子４およびスイッチング素子３４のオン比率を絞り、いわゆる垂下特性の形で出力電圧を降下させて過電流保護を行う。
【００２０】
このとき、このスイッチング電源装置の最大出力電流は出力電流検出回路３１に流れる電流値の二倍となる。一方、スイッチング素子４、３４の温度や入力電圧、出力電圧などの状態を検出する状態検出回路５２を設け、その状態検出回路５２の信号によりスイッチ３８がオフされるとコンバータ部５１のスイッチング素子３４の動作が停止することにより、このスイッチング電源装置の最大出力電流は半分の値に低下する。以上の構成により、出力電流検出回路３１での電力損失を低減でき、かつ簡単な構成で最大出力電流の変更が可能なスイッチング電源装置を得ることができる。
【００２１】
ここでは説明の便宜上、非絶縁型降圧チョッパ方式のスイッチング電源装置の例をあげて説明したが、電流モード制御をするスイッチング電源装置であれば、トランスを用いた絶縁型のスイッチング電源装置や昇圧するスイッチング電源装置などにおいても同様の効果が得られるのはいうまでもない。
【００２２】
（実施の形態２）
図２は実施の形態２におけるスイッチング電源装置の構成図である。図２は実施の形態１で示した図１の状態検出回路５２を温度検出回路４６で構成したものである。温度検出回路４６で検出した温度がある一定値を越えると、出力電流検出回路３１を持たないコンバータ部５１の動作を停止させることにより、出力電流検出回路３１での電力損失を低減し、かつ簡単な構成で最大出力電流を下げて温度検出部位の異常過熱を防ぐことができる。
【００２３】
（実施の形態３）
図３は実施の形態３におけるスイッチング電源装置の構成図である。図３は実施の形態１で示した図１の状態検出回路５２を入力電圧検出回路４７で構成したものである。入力電圧検出回路４７で検出した入力電圧がある一定値を越えるか、あるいはある一定値を下回ると出力電流検出回路３１を持たないコンバータ部５１の動作を停止させることにより、出力電流検出回路３１での電力損失を低減し、かつ簡単な構成で設定された入力電圧範囲以外において最大出力電流を下げてスイッチング電源装置の異常過熱を防ぐことが可能となる。
【００２４】
（実施の形態４）
図４は実施の形態４におけるスイッチング電源装置の構成図である。図４は実施の形態１で示した図１の状態検出回路５２を出力電圧検出回路４８で構成したものである。出力電圧検出回路４８で検出した出力電圧がある一定値を越えるか、あるいはある一定値を下回ると出力電流検出回路３１を持たないコンバータ部５１の動作を停止させることにより、出力電流検出回路３１での電力損失を低減し、かつ簡単な構成で設定された出力電圧範囲以外で最大出力電流を下げてスイッチング電源装置の異常過熱を防ぐことが可能となる。
【００２５】
（実施の形態５）
図５は実施の形態５におけるスイッチング電源装置の構成図である。図５は実施の形態１で示した図１の状態検出回路５２を外部信号入力端子４９としたものである。外部信号入力端子４９から入力される外部信号によって出力電流検出回路３１を持たないコンバータ部５１の動作を停止させることで最大出力電流の変更が容易にできることになる。
【００２６】
（実施の形態６）
動作については、実施の形態１〜５に示した通りであるが、スイッチング素子４とスイッチング素子３４のオンオフ制御を行うにあたり、基本波発振器２１が発生する周波数と基本波発振器４１が発生する周波数との間に１８０度の位相差をつけてスイッチング制御を行う構成とすることにより、入力段および出力段のコンデンサに流れるリップル電流を最も小さくすることができるので、小型のコンデンサを用いることが可能となり低コスト化が図れ、かつ実施の形態１〜５と同様の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明にかかるスイッチング電源装置は、出力電流検出回路での電力損失を低減でき、かつ簡単な構成で最大出力電流の変更を行うことが可能であり、自動車や産業機器などの大電力を取り扱うスイッチング電源装置に最適である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態１におけるスイッチング電源装置の回路図
【図２】本発明の実施の形態２におけるスイッチング電源装置の回路図
【図３】本発明の実施の形態３におけるスイッチング電源装置の回路図
【図４】本発明の実施の形態４におけるスイッチング電源装置の回路図
【図５】本発明の実施の形態５におけるスイッチング電源装置の回路図
【図６】従来のスイッチング電源装置の回路図
【符号の説明】
【００２９】
１  直流電源
２  コンデンサ
３、３３  入力電流検出回路
４、３４  スイッチング素子
５、３５  リアクトル
６、３６  コンデンサ
７、３７、５３  ダイオード
８  負苛
１３  抵抗
１４、１５  基準電圧
１６、１７  誤差増幅器
１８  ダイオード
１９、３９  入力電流検出信号
２０  誤差増幅器出力
２１、４１  基本波発振器
２２、４２  フリップフロップ回路
２３、４３  ＡＮＤ回路
２４、４４  パルス幅変調回路
２５、４５  比較器
３１  出力電流検出回路
３２  コンデンサ
３８  スイッチ
４０  出力電流検出信号
４６  温度検出回路
４７  入力電圧検出回路
４８  出力電圧検出回路
４９  外部信号入力端子
５０、５１  コンバータ部
５２  状態検出回路
【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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【図６】
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