(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流が入力されるトランスの１次巻線にスイッチング素子を接続すると共にトランスの２次巻線に整流ダイオード、チョークコイル及び平滑コンデンサを順次接続し、制御回路による前記スイッチング素子のオン、オフ制御によりトランス２次巻線に誘起される電圧を整流ダイオード、チョークコイル及び平滑コンデンサにより整流平滑して負荷に一定電圧に安定化した直流出力を供給するスイッチングレギュレータ電源装置に於いて、
負荷の過負荷又は短絡状態を検出して前記制御回路に保護動作信号を出力する保護回路と、
前記チョークコイルに入力する一定の入力電圧に対し巻線比に応じて比例する電圧を発生して前記保護回路を動作させるチョークサブ巻線と、
を備え、
前記チョークサブ巻線を前記チョークコイルの出力側に接続して同相に巻き、他端に熱動作スイッチ、サージ抑制用抵抗及びフォトカプラ発光部を直列に接続したこと、
を特徴とするスイッチングレギュレータ電源装置。
【請求項２】
請求項１記載のスイッチングレギュレータ電源装置に於いて、
前記保護回路は、負荷の過負荷又は短絡状態を検出して保護動作信号を出力させる検知回路を備えたことを特徴とするスイッチングレギュレータ電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スイッチング素子のオン、オフ制御によりトランス２次巻線に誘起される電圧を整流ダイオード、チョークコイル及び平滑コンデンサにより整流平滑して負荷に一定電圧に安定化した直流出力を供給するスイッチングレギュレータ電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、スイッチングレギュレータ電源装置において、２次側の出力電圧を利用して過負荷又は短絡状態での発熱に対し保護動作を行う回路としては例えば図３に示すものがある。
【０００３】
図３において、入力端子１ａ，１ｂに印加されたＡＣ入力は、整流回路２で整流された後、コンデンサを備えた平滑回路３で平滑され、直流に変換される。平滑回路３に続いてフォワードコンバータが設けられる。フォワードコンバータは、１次巻線４ａと２次巻線４ｂを備えたトランス４、ＭＯＳ−ＦＥＴを用いたスイッチング素子５、整流ダイオード６，７、チョークコイル８及び平滑コンデンサ９で構成され、出力端子１０ａ，１０ｂから負荷にＤＣ出力を供給する。
【０００４】
スイッチング素子５は、制御回路１１及び主制御回路１３により出力ＤＣ電圧を一定に保つようにオン、オフ制御される。尚、１４は過電流検出抵抗である。
【０００５】
スイッチング素子５のオン、オフ動作により１次巻線４ａを流れる電流を断続すると、２次巻線４ｂに同相の２次電圧が誘起され、チョークコイル８のインダクタンスＬと平滑コンデンサ９の容量Ｃで構成されるＬＣ低周波フィルタにスイッチング素子５のオン時間を幅とする矩形波の電圧が加えられ、このときチョークコイル８には大きな直流電流に小さな三角波の交流電流を重畳した形の電流が流れる。このチョークコイル８に流れる電流は、その直流電流が出力電流となり、三角波の交流電流は平滑コンデンサ９に流れるが、交流電流は十分小さいことからリプル電圧は小さい。
【０００６】
制御回路１１は、ＤＣ出力電圧を基準電圧と比較し、誤差に応じた信号を出力してＬＥＤをを用いたフォトカプラ発光部１２ａを発光駆動し、フォトトランジスタを用いたフォトカプラ受光部１２ｂで電気信号に変換し、主制御回路１３により出力電圧を一定に保つように、スイッチング素子５のオン時間を制御する。
【０００７】
またスイッチチングレギュレータ電源装置の２次側には、負荷の過負荷又は短絡状態を検知して主制御回路１３に保護動作を行わせる保護回路が設けられる。図３の従来回路は、熱動作スイッチ１６、抵抗１８及びフォトカプラ発光部２０ａによって保護回路を構成している。
【０００８】
出力端子に接続している負荷が過負荷又は短絡状態となって過電流状態になると、このときの回路の発熱を熱動作スイッチ１６が感知して接点をオンし、フォトカプラ発光部２０ａを発光駆動し、フォトカプラ受光部２０ｂで電気信号に戻して主制御回路１３に入力し、例えばスイッチング素子５をオフ状態に固定することで、過電流を抑止する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のスイッチングレギュレータ電源装置において、２次側の出力電圧を利用して保護回路の動作を行う場合、出力電圧が保護回路を動作させるに必要な電圧を出力している範囲においては、保護回路動作が可能であるが、出力短絡状態においては、出力電圧が低下もしくは零となり、保護回路を動作するための電圧を確保できない問題があった。
【００１０】
この問題を解決するために、図４のように、２次側に配置した熱動作スイッチ１６を信号線によって１次側の主制御回路１３に接続し、出力短絡状態においては出力電圧が低下もしくは零となっても、熱動作スイッチ１６のオンにより直接に１次側の主制御回路１３による保護動作を行っている。
【００１１】
しかし、熱動作スイッチ１６を直接主制御回路１３に接続する場合には、熱動作スイッチ１６について１次側と２次側の絶縁性能が要求される。このような絶縁性能の要求から、熱動作スイッチ１６への絶縁性要求だけでなく装置全体の絶縁性要求を満足する構造が必要となり、構造が複雑化し高コスト化する問題があった。
【００１２】
本発明は、このような従来の問題点を解決して、過負荷又は短絡状態で２次側の保護回路を確実に動作させ、装置全体の絶縁構成を簡易にし装置コストの上昇を抑えるスイッチングレギュレータ電源装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明のスイッチングレギュレータ電源装置は、次のように構成する。
【００１４】
まず本発明は、直流電圧が入力されるトランスの１次巻線にスイッチング素子を接続すると共にトランスの２次巻線に整流ダイオード、チョークコイル及び平滑コンデンサを順次接続し、制御回路によるスイッチング素子のオン、オフ制御によりトランス２次巻線に誘起される電圧を整流ダイオード、チョークコイル及び平滑コンデンサにより整流平滑して負荷に一定電圧に安定化した直流出力を供給するスイッチングレギュレータ電源装置を対象とする。
【００１５】
このようなスイッチングレギュレータ電源装置につき本発明は、負荷の過負荷又は短絡状態を検出して制御回路に保護動作信号を出力する保護回路と、チョークコイルに入力する一定電圧に対し巻線比に比例した電圧を発生して保護回路を動作させるチョークサブ巻線とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
ここで保護回路は、負荷の過負荷又は短絡状態による回路の異常発熱を感知して接点をオンすることにより保護動作信号を出力させる熱動作スイッチを備える。また保護回路は、負荷の過負荷又は短絡状態を検出して保護動作信号を出力させる検知回路を備えてもよい。
【００１７】
このような本発明のスイッチングレギュレータ電源装置によれば、負荷が過負荷又は短絡状態となることで過大な電流が流れて出力電圧が低下もしくは零となっても、チョークコイルには、出力電圧の変動にも関わらず、一定の電圧が入力しており、このためチョークサブ巻線にもチョークコイルとの巻線比で決まるチョーク入力電圧に比例した一定の電圧が発生し、保護回路を確実に動作させることができる。また保護回路を２次側で独立した回路構成とすることで、装置全体の絶縁構成を簡易にし、装置コストの上昇を抑える。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施形態の回路図である。図１において、入力端子１ａ，１ｂに印加されたＡＣ入力は、整流回路２で整流された後、コンデンサを備えた平滑回路３で平滑され、直流に変換される。平滑回路３に続いてフォワードコンバータが設けられる。
【００１９】
フォワードコンバータは、１次巻線４ａと２次巻線４ｂを備えたトランス４、ＭＯＳ−ＦＥＴを用いたスイッチング素子５、整流ダイオード６，７、チョークコイル（チョーク主巻線）８及び平滑コンデンサ９で構成され、出力端子１０ａ，１０ｂから負荷にＤＣ出力を供給する。
【００２０】
スイッチング素子５は、制御回路１１及び主制御回路１３により、出力ＤＣ電圧を一定に保つようにオン、オフ制御される。尚、スイッチング素子５と直列には過電流検出抵抗１４が接続され、主制御回路１３で過電流保護動作を行わせるようにしている。
【００２１】
主制御回路１３は、スイッチング素子５のオン、オフ動作により１次巻線４ａを流れる電流を断続する。このためスイッチング素子５のオン、オフ動作によってトランス４の２次巻線４ｂに同相の２次電圧が誘起され、チョークコイル８のインダクタンスＬと平滑コンデンサ９の容量Ｃで構成されるＬＣ低周波フィルタにスイッチング素子５のオン時間を幅とする矩形波の電圧が加えられ、このときチョークコイル８には大きな直流電流に小さな三角波の交流電流を重畳した形の電流が流れる。
【００２２】
チョークコイル８に流れる電流は、その直流電流が出力電流となり、三角波の交流電流は平滑コンデンサ９に流れ、交流電流が小さくまた平滑コンデンサ９の交流インピーダンスは十分に低いことからリプル電圧は小さい。
【００２３】
２次側の制御回路１１は、ＤＣ出力電圧を内部の基準電圧と比較し、誤差に応じた信号を出力してＬＥＤを用いたフォトカプラ発光部１２ａを発光駆動し、フォトトランジタを用いたフォトカプラ受光部１２ｂで電気信号に変換し、主制御回路１３により出力電圧を一定に保つように、スイッチング素子５のオン時間を制御する。
【００２４】
このようなスイッチングレギュレータ電源装置の２次側には、負荷の過負荷又は短絡状態を検知して主制御回路１３に保護動作を行わせる保護回路が設けられる。この保護回路は、熱動作スイッチ（ＴＨＳＷ：サーマルスイッチ）１６、サージ抑制用の抵抗１８及びフォトカプラ発光部２０ａの直列回路で構成される。
【００２５】
更にスイッチングレギュレータ電源装置の２次側のチョークコイル８（チョーク主巻線）には、本発明にあってはチョークサブ巻線１５を設けている。チョークサブ巻線１５は、一端をチョークコイル８の出力側に接続して同相に巻き、他端を保護回路の熱動作スイッチ１６の一端に接続している。
【００２６】
このチョークコイル８には、スイッチング素子５のオン動作に同期して矩形波電圧が整流ダイオード６，７を介して入力しており、主制御回路１３による出力電圧の安定化は、スイッチング素子５のオン時間を調整して行っていることから、オン時間のタイミングでチョークコイル８に対する入力電圧は、負荷に対する出力電圧の状態に関わらず常に一定電圧となっている。
【００２７】
このためチョークサブ巻線１５に発生する電圧も、チョークコイル８の巻き数Ｎ１とサブ巻線の巻き数Ｎ２に基づく巻線比（Ｎ２／Ｎ１）で決まるチョーク入力電圧に比例した一定電圧となっている。このチョークコイル８に設けたチョークサブ巻線１５に発生する一定電圧は、熱動作スイッチ１６、ダイオード１７、サージ吸収用の抵抗１８及びフォトカプラ発光部２０を直列接続した動作回路に加えられている。
【００２８】
保護回路のフォトカプラ発光部２０ａに対応して１次側の主制御回路１３にはフォトカプラ受光部２０ｂが接続されており、熱動作スイッチ１６のオンによりフォトカプラ発光部２０ａの発光信号をフォトカプラ受光部２０ｂで受光して主制御回路１３に入力すると、主制御回路１３は、例えばスイッチング素子５をオフ状態に固定することで、負荷の過負荷または短絡状態による過電流を抑止するように制御する。
【００２９】
次に図１の実施形態の動作を説明する。通常の動作状態にあっては、保護回路の熱動作スイッチ１６はオフとなっており、フォトカプラ発光部２０ａを消灯し、主制御回路１３は制御回路１１からの誤差に応じた信号に基づき、出力電圧を一定に保つようにスイッチング素子５のオン時間を制御している。
【００３０】
このような使用状態で負荷が過負荷又は短絡状態となって過大な電流が流れると、２次側の回路素子の発熱を保護回路の熱動作スイッチ１６が感知して接点をオンする。このとき出力電圧は大きく低下するか又は零となるが、この出力電圧の変動に関わらず、チョークサブ巻線１５にはチョークコイル（チョーク主巻線）８に対する一定の入力電圧に比例した巻線比（Ｎ２／Ｎ１）で決まる一定の電圧が発生している。
【００３１】
このため出力電圧の変動に影響されることなく、熱動作スイッチ１６がオンすると、ダイオード１７を介して抵抗１８で決まる駆動電流をフォトカプラ発光部２０ａに流して発光駆動し、１次側のフォトカプラ受光部２０ｂで受光した動作信号を主制御回路１３に入力し、スイッチング素子５のオン時間を最小とするか又はオフに固定（オン時間ゼロ）とする過電流の抑止制御を行う。
【００３２】
図２は本発明の他の実施形態であり、この実施形態にあっては、保護回路に、図１の熱動作スイッチ１６に代えて、負荷の過電流又は短絡状態を検知してオンする検知回路２１を設けたことを特徴とする。
【００３３】
この場合にも、検知回路２１を備えた保護回路に対しては、チョークコイル８に設けたチョークサブ巻線１５に発生する一定の電圧が供給されて動作状態となっており、負荷の過負荷又は短絡状態により出力電圧が低下又は零となっても、この出力電圧の影響を受けることなく、保護回路に一定の電圧を印加して保護動作を保証することができる。
【００３４】
図２の検知回路２１としては、負荷の過負荷又は短絡状態での加熱に対しインピーダンスが変化するサーミスタやバリスタ等の素子を使用することができる。
【００３５】
尚、上記の実施形態にあっては、２次側の保護回路からの保護動作信号をフォトカプラを使用して１次側の主制御回路に供給する場合を例にとっているが、２次側に設けた制御回路に信号線接続により保護動作信号を供給するようにしてもよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、負荷が過負荷又は短絡状態となることで出力電圧が低下もしくは零となっても、チョークコイルに設けたサブチョーク巻線には、出力電圧の変動にも関わらず、チョーク入力電圧に比例した一定の電圧が電圧が発生しており、保護回路を確実に動作させることができる。
【００３７】
また保護回路を２次側で独立した回路構成とすることで、装置全体の絶縁構成を簡単且つ容易にし、装置コストの上昇を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の回路図
【図２】本発明の他の実施形態の回路図
【図３】従来例の回路図
【図４】他の従来例の回路図
【符号の説明】
１ａ，１ｂ：入力端子
２：整流回路
３：平滑回路
４：トランス
４ａ：１次巻線
４ｂ：２次巻線
５：スイッチング素子
６，７：整流ダイオード
８：チョークコイル（チョーク主巻線）
９：平滑コンデンサ
１０ａ，１０ｂ：出力端子
１１：制御回路
１２ａ，２０ａ：フォトカプラ発光部
１２ｂ，２０ｂ：フォトカプラ受光部
１３：主制御部
１４：過電流検出抵抗
１５：チョークサブ巻線
１６：熱動作スイッチ（サーマルスイッチ：ＴＨＳＷ）
１８：サージ抑制用抵抗
２１：検知回路
【図１】
0004507366.tif 000002
【図２】
0004507366.tif 000003
【図３】
0004507366.tif 000004
【図４】
0004507366.tif 000005