(57)【要約】【課題】飽和磁束密度が高く放熱性の良い磁性体をトランス又はチョークコイルのコアとして使用すると共に、過大な電流が巻線に流れることによる巻線の温度上昇を迅速かつ正確に検出して発熱による事故を防止することができる磁気デバイスを提供する。【解決手段】この磁気デバイスは、（ａ）アモルファス金属の磁性体を含むコアと、コアに回巻された１次側巻線及び２次側巻線を含む巻線群とを有するトランスと、（ｂ）１組の１次側端子及び１組の２次側端子と、（ｃ）トランスの１次側巻線の一端と１組の１次側端子の一方との間、又は、トランスの２次側巻線の一端と１組の２次側端子の一方との間に直列に接続されると共に、巻線群の内側又は外側に固定され、アモルファス金属のキューリー点より低い温度で切断されるヒューズとを具備する。【選択図】図２Ａ
2007330086.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アモルファス金属の磁性体を含むコアと、前記コアに回巻された１次側巻線及び２次側巻線を含む巻線群とを有するトランスと、
１組の１次側端子及び１組の２次側端子と、
前記トランスの１次側巻線の一端と前記１組の１次側端子の一方との間、又は、前記トランスの２次側巻線の一端と前記１組の２次側端子の一方との間に直列に接続されると共に、前記巻線群の内側又は外側に固定され、前記アモルファス金属のキューリー点より低い温度で切断されるヒューズと、
を具備する磁気デバイス。
【請求項２】
アモルファス金属の磁性体を含むコアと、前記コアに回巻された１次側巻線及び２次側巻線を含む巻線群とを有するトランスと、
１組の１次側端子及び１組の２次側端子と、
前記巻線群の内側又は外側に固定され、前記アモルファス金属のキューリー点より低い温度に温度特性の変化点を有する温度センサと、
を具備する磁気デバイス。
【請求項３】
アモルファス金属の磁性体を含む少なくとも１つのコアと、前記少なくとも１つのコアに回巻された１次側巻線及び２次側巻線を含む巻線群を有し、１次側巻線と２次側巻線との間で電磁結合により電力を伝送する電力伝送回路と、
１組の１次側端子及び１組の２次側端子と、
（ｉ）前記電力伝送回路の１次側巻線の一端と前記１組の１次側端子の一方との間、又は、前記電力伝送回路の２次側巻線の一端と前記１組の２次側端子の一方との間に直列に接続されると共に、前記巻線群の内側又は外側に固定され、前記アモルファス金属のキューリー点より低い温度で切断されるヒューズ、又は、（ii）前記巻線群の内側又は外側に固定され、前記アモルファス金属のキューリー点より低い温度に温度特性の変化点を有する温度センサと、
を具備する磁気デバイス。
【請求項４】
前記ヒューズ又は温度センサが、前記巻線群の内側に巻き込まれている、請求項１〜３のいずれか１項記載の磁気デバイス。
【請求項５】
アモルファス金属の磁性体を含むコアと、前記コアに回巻された巻線とを有するチョークコイルと、
第１の端子及び第２の端子と、
前記チョークコイルの巻線の一端と前記第１の端子との間、又は、前記チョークコイルの巻線の他端と前記第２の端子との間に直列に接続されると共に、前記巻線の内側又は外側に固定され、前記アモルファス金属のキューリー点より低い温度で切断されるヒューズと、
を具備する磁気デバイス。
【請求項６】
アモルファス金属の磁性体を含むコアと、前記コアに回巻された巻線とを有するチョークコイルと、
第１の端子及び第２の端子と、
前記巻線の内側又は外側に固定され、前記アモルファス金属のキューリー点より低い温度に温度特性の変化点を有する温度センサと、
を具備する磁気デバイス。
【請求項７】
前記ヒューズ又は温度センサが、前記巻線の内側に巻き込まれている、請求項５又は６記載の磁気デバイス。
【請求項８】
請求項２記載の磁気デバイスと、
前記トランスの１次側巻線と直列に接続され、駆動信号に従って前記トランスの１次側巻線に交流電流を流すスイッチング素子と、
前記トランスの２次側巻線に発生する電圧に基づいて出力電圧を生成する出力回路と、
前記トランスの１次側巻線に流れる電流及び／又は前記出力回路の出力電圧に基づいて前記駆動信号を生成する制御回路と、
を具備し、前記制御回路が、前記温度センサを用いて検知された温度が前記アモルファス金属のキューリー点よりも低くなるように前記トランスの１次側巻線に流れる電流を制限する、スイッチング電源回路。
【請求項９】
請求項６記載の磁気デバイスと、
前記チョークコイルの巻線と直列に接続され、駆動信号に従って前記チョークコイルの巻線に電流を流すスイッチング素子と、
前記チョークコイルと前記スイッチング素子との接続点に発生する電圧に基づいて出力電圧を生成する出力回路と、
前記チョークコイルの巻線に流れる電流及び／又は前記出力回路の出力電圧に基づいて前記駆動信号を生成する制御回路と、
を具備し、前記制御回路が、前記温度センサを用いて検知された温度が前記アモルファス金属のキューリー点よりも低くなるように前記チョークコイルの巻線に流れる電流を制限する、スイッチング電源回路。
【請求項１０】
請求項２記載の磁気デバイスと、前記トランスの１次側巻線と直列に接続され、駆動信号に従って前記トランスの１次側巻線に交流電流を流すスイッチング素子と、前記トランスの２次側巻線に発生する電圧に基づいて出力電圧を生成する出力回路とを含むスイッチング電源回路の制御方法であって、
前記トランスの１次側巻線に流れる電流及び／又は前記出力回路の出力電圧に基づいて前記駆動信号を生成するステップ（ａ）と、
前記温度センサを用いて温度を検知するステップ（ｂ）と、
ステップ（ｂ）において検知された温度が前記アモルファス金属のキューリー点よりも低くなるように前記トランスの１次側巻線に流れる電流を制限するステップ（ｃ）と、
を具備する制御方法。
【請求項１１】
請求項６記載の磁気デバイスと、前記チョークコイルの巻線と直列に接続され、駆動信号に従って前記チョークコイルの巻線に電流を流すスイッチング素子と、前記チョークコイルと前記スイッチング素子との接続点に発生する電圧に基づいて出力電圧を生成する出力回路とを含むスイッチング電源回路の制御方法であって、
前記チョークコイルの巻線に流れる電流及び／又は前記出力回路の出力電圧に基づいて前記駆動信号を生成するステップ（ａ）と、
前記温度センサを用いて温度を検知するステップ（ｂ）と、
ステップ（ｂ）において検知された温度が前記アモルファス金属のキューリー点よりも低くなるように前記チョークコイルの巻線に流れる電流を制限するステップ（ｃ）と、
を具備する制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁性体のコアを有するトランス又はチョークコイルを含む磁気デバイスに関し、さらに、そのような磁気デバイスを用いたスイッチング電源回路及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年においては、電子機器の小型軽量化に伴い、小型軽量で効率良く電力を取り出すことのできるスイッチング電源が広く使用されている。スイッチング電源において、入力側と出力側との間で電気的な絶縁を必要とする場合には、トランスが用いられる。一方、入力側と出力側との間で電気的な絶縁を必要としない場合には、トランスの替わりにチョークコイルを使用したチョッパ方式のスイッチング電源も用いられている。
【０００３】
一般に、トランス又はチョークコイルのコアとなる磁性体としては、低損失で効率の良いフェライトが用いられる。しかしながら、フェライトは磁気的に飽和し易いので、コアに巻かれた巻線の電流が一定値を超えると、コアが飽和して磁気特性が低下してしまう。また、フェライトは熱伝導率が低いので、コアの発熱が問題となる。
【０００４】
特に、インパクトプリンタにおいては、印字ヘッドを駆動するプランジャのソレノイドに十分な電流を供給するために、過負荷状態になっても電流を出力することが可能なスイッチング電源が望まれる。
【０００５】
そこで、フェライトよりも飽和磁束密度が高く放熱性の良い金属の磁性体をトランス又はチョークコイルのコアとして使用することも考えられる。その場合には、巻線に流れるピーク電流を大きくすることができるため、プリンタ等の負荷がダイナミックに変動した場合でも、それに対応した電流を出力することが可能となる。
【０００６】
その反面、過大な電流が巻線に流れて巻線が発熱し、絶縁膜が焼損することによる層間短絡（レアーショート）や発煙等の事故を起こしたりすることがあるので、保護対策が必要となる。
【０００７】
関連する技術として、下記の特許文献１には、中央脚に巻線を巻装した日字形鉄心の中央脚の延長線上に溝を設け、この溝内に過熱保護装置を設けたことを特徴とする巻線装置が開示されている。この巻線装置によれば、レアーショート発生の際に急激に磁気飽和を生じさせて、溝部の発熱を促進させ、過熱保護装置の遮断動作を早めることが可能となる。しかしながら、この巻線装置は、鉄心の温度上昇を検出するものであり、巻線の温度上昇を検出することに関しては、特に開示されていない。
【特許文献１】特開昭６３−８６４０８（第１−２頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、飽和磁束密度が高く放熱性の良い磁性体をトランス又はチョークコイルのコアとして使用すると共に、過大な電流が巻線に流れることによる巻線の温度上昇を迅速かつ正確に検出して発熱による事故を防止することができる磁気デバイスを提供することを目的とする。さらに、本発明は、そのような磁気デバイスを用いたスイッチング電源回路及びその制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の１つの観点に係る磁気デバイスは、（ａ）アモルファス金属の磁性体を含むコアと、コアに回巻された１次側巻線及び２次側巻線を含む巻線群とを有するトランスと、（ｂ）１組の１次側端子及び１組の２次側端子と、（ｃ）トランスの１次側巻線の一端と１組の１次側端子の一方との間、又は、トランスの２次側巻線の一端と１組の２次側端子の一方との間に直列に接続されると共に、巻線群の内側又は外側に固定され、アモルファス金属のキューリー点より低い温度で切断されるヒューズとを具備する。
【００１０】
また、本発明の１つの観点に係るスイッチング電源回路は、上記の磁気デバイスと、トランスの１次側巻線と直列に接続され、駆動信号に従ってトランスの１次側巻線に交流電流を流すスイッチング素子と、トランスの２次側巻線に発生する電圧に基づいて出力電圧を生成する出力回路と、トランスの１次側巻線に流れる電流及び出力回路の出力電圧に基づいて駆動信号を生成する制御回路とを具備し、制御回路が、温度センサを用いて検知された温度がアモルファス金属のキューリー点よりも低くなるようにトランスの１次側巻線に流れる電流を制限する。
【００１１】
さらに、本発明の１つの観点に係る制御方法は、上記の磁気デバイスと、トランスの１次側巻線と直列に接続され、駆動信号に従ってトランスの１次側巻線に交流電流を流すスイッチング素子と、トランスの２次側巻線に発生する電圧に基づいて出力電圧を生成する出力回路とを含むスイッチング電源回路の制御方法であって、トランスの１次側巻線に流れる電流及び出力回路の出力電圧に基づいて駆動信号を生成するステップ（ａ）と、温度センサを用いて温度を検知するステップ（ｂ）と、ステップ（ｂ）において検知された温度がアモルファス金属のキューリー点よりも低くなるようにトランスの１次側巻線に流れる電流を制限するステップ（ｃ）とを具備する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の１つの観点によれば、飽和磁束密度が高く放熱性の良いアモルファス金属の磁性体をトランス又はチョークコイルのコアとして使用すると共に、トランス又はチョークコイルの巻線と端子との間に直列に接続されると共に、巻線群の内側又は外側に固定され、アモルファス金属のキューリー点より低い温度で切断されるヒューズを用いることにより、過大な電流が巻線に流れることによる巻線の温度上昇を迅速かつ正確に検出して発熱による事故を防止することができる磁気デバイス、及び、そのような磁気デバイスを用いたスイッチング電源回路を提供することをすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る磁気デバイスの構成を示す図である。磁気デバイス１００は、交流電圧が印加される１次側端子１０１及び１０２と、１次側端子１０１に一端が接続された温度ヒューズ１０と、温度ヒューズ１０の他端及び１次側端子１０２に１次側が接続され、１次側の交流電圧を昇圧又は降圧して２次側に出力するトランス２０と、トランス２０によって昇圧又は降圧された電圧を出力する２次側端子１０３及び１０４とを有している。
【００１４】
温度ヒューズ１０は、１次側端子１０１とトランスの１次側巻線２１との間に直列に接続され、トランスの巻線２１又は２２に流れる電流が所定値に達すると、その電流に伴う巻線２１又は２２の発熱及び自己の発熱によって回路の遮断動作を行う。
【００１５】
トランス２０は、磁性体のコア２３と、コア２３に回巻された１次側巻線２１及び２次側巻線２２とを有している。１次側巻線２１の巻数をＮ１とし、２次側巻線２２の巻数をＮ２とすると、損失がないとした場合に、１次側と２次側との間の昇圧比は、Ｎ２／Ｎ１となる。さらに、トランス２０に、補助巻線２５を設けるようにしても良い。なお、トランス２０に付されたドットの記号は、巻線の極性を示している。
【００１６】
本実施形態においては、トランスのコア２３として、高い飽和磁束密度及び高い熱伝導率を有するアモルファス金属の磁性体が用いられる。具体的な材料としては、例えば、鉄（Ｆｅ）とコバルト（Ｃｏ）を含むアモルファス合金Ｆｅ−Ｃｏ（６０〜８０ｗｔ％）を用いることができる。コアのタイプとしては、粉末材料を焼結することにより成型したバルクタイプや、リボン状のコアを積層したラミネートタイプを用いることができる。
【００１７】
アモルファス金属の磁性体は、フェライトよりも飽和磁束密度及び熱伝導率が高く、温度による磁気特性の変化が小さく、ヒステリシス損失や渦電流損失が小さく高周波特性が良いという特徴を有している。また、アモルファス金属の磁性体をトランス又はチョークコイルのコアとして使用することにより、コアが磁気的に飽和し難く、発熱量も小さいので、フェライトを用いる場合の２倍以上の電力を供給できると共に、コアにギャップを形成する必要がないので、ギャップからの磁束の漏洩が問題とならなくなる。
【００１８】
ただし、アモルファス金属の磁性体を用いる場合には、フェライトを用いる場合と比較して、巻数当りのインダクタンス（「ＡＬ値」ともいう）が小さくなるので、巻数をある程度増やしても巻線のインダクタンスが小さくなり、巻線に流れる電流が増加する。また、アモルファス金属の磁性体は飽和し難いので、巻線に流れるピーク電流を大きくすることができる。
【００１９】
ところで、トランスやチョークコイルにおいては、巻線に電流が流れることによって発生するジュール熱に代表される銅損と、ヒステリシス損失や渦電流損失に代表される鉄損とが、熱の発生原因となる。コア材料としてフェライトを用いた場合には、フェライトの熱伝導率が低いので、コアにおいて発生した熱がコア内に蓄積され易い。従って、巻線の銅損による発熱よりも、コアの鉄損による発熱が問題となる。
【００２０】
一方、アモルファス金属はフェライトに比べて熱伝導率が高いため、トランスのコアにおいて発生した熱が外部に伝達し易い。従って、コア材料としてアモルファス金属を用いた場合には、コアの鉄損による発熱よりも、巻線の銅損による発熱が問題となる。
【００２１】
図２Ａは、図１に示す磁気デバイスの斜視図であり、図２Ｂは、図１に示す磁気デバイスのトランス中央付近における水平断面図である。図２Ａ及び図２Ｂに示すように、トランスのＥＥ型のコア２３にボビン２４が組み込まれており、その周囲に巻線２１及び２２が回巻されている。ここで、１次側巻線２１を内側に巻いて２次側巻線２２を外側に巻いてもよいし、２次側巻線２２を内側に巻いて１次側巻線２１を外側に巻いてもよいし、１次側巻線２１及び２次側巻線２２を同時に巻いても良い。補助巻線２５（図１）を設ける場合には、例えば、補助巻線２５を内側に巻いて、最外周には１次側巻線２１又は２次側巻線２２が巻かれるようにする。
【００２２】
また、コア２３が取り付けられている基板２８には、複数の取り付け用ピン端子が設けられており、それらの内の４つに巻線２１及び２２からの引き出し線２６がスルーホール２７を介して接続されて、１次側端子１０１及び１０２と２次側端子１０３及び１０４とを構成している。なお、基板２８としては、絶縁基板を用いても良いし、金属等の導電性の基板を用いて端子の周囲のみを絶縁しても良い。
【００２３】
温度ヒューズ１０は、巻線２１又は２２の内側又は外側に固定されることにより、巻線との間で熱結合が図られている。例えば、図２Ｂに示すように、温度ヒューズ１０が、巻線２１又は２２の表層付近において巻線に巻き込まれるようにしても良い。あるいは、温度ヒューズ１０が、巻線２１又は２２の外側にテーピングによって固定されるようにしても良い。このように、温度ヒューズ１０が巻線２１又は２２に固定される構成とすることによって、巻線２１又は２２に流れる過電流に伴う発熱を、迅速かつ確実に温度ヒューズ１０に伝えることができる。
【００２４】
なお、温度ヒューズ１０が巻線の深層（ボビン２４の近く）に位置する場合には、巻線機を用いて巻線をボビン２４に回巻する際に、巻線の形状がシンメトリにならずに、温度ヒューズ１０が位置する部分に偏りが生じてしまう。その結果、巻線に物理的なストレスが加わり、断線等の事故につながるので、温度ヒューズ１０は、図２Ｂに示すように、巻線２１又は２２の表層付近に巻き込むことが好ましい。
【００２５】
通常、スイッチング電源回路においては、制御回路が１次側電流及び２次側電圧の変動を監視してスイッチング素子に供給すべき駆動信号を制御し、スイッチング素子の破壊を防ぐことにより、電気的な保護対策が施されている。しかしながら、トランス又はチョークコイルのコアにアモルファス金属を用いた場合には、アモルファス金属の特性上、負荷のダイナミックな変動に対応する過電流が瞬間的に巻線に流れる場合がある。そのような場合には、過電流による発熱によって巻線の絶縁膜が焼損したり、発煙を起こしたりするおそれがある。従って、制御回路のような電気的な保護対策の他に、瞬間的な過電流に伴う発熱に対する保護対策が必要となる。
【００２６】
本実施形態においては、トランスの１次側巻線２１に直列に接続された温度ヒューズ１０が１次側巻線２１又は２次側巻線２２に固定されているので、１次側巻線２１及び２次側巻線２２に過電流が流れた場合に、温度ヒューズ１０自体の発熱に加えて１次側巻線２１又は２次側巻線２２の発熱によって温度ヒューズ１０が溶断し、１次側端子１０１とトランスの１次側巻線２１との間の電流経路を遮断することによって、発熱による巻線の絶縁膜の焼損や発煙等の事故を防止することができる。
【００２７】
ここで、温度ヒューズ１０が溶断する温度（溶断温度）は、コア２３に用いられるアモルファス金属のキューリー点（磁性体が磁性を失う温度）よりも低くなるように設定される。アモルファス金属の磁性体は、温度の上昇に伴って結晶化が進み、温度がキューリー点を超えたときに非晶質としての特性を失い、再び温度をキューリー点以下に下げても非晶質としての特性を回復しない。従って、温度ヒューズ１０の溶断温度を上記のように設定することにより、アモルファス金属の磁気特性を維持することができる。
【００２８】
次に、本発明の第１の実施形態に係る磁気デバイスを用いたスイッチング電源回路について説明する。
図３は、本発明の第１の実施形態に係るスイッチング電源回路の構成を示す図である。このスイッチング電源回路は、交流電源電圧の入力端子１及び２に接続された整流平滑回路４０と、先に説明した磁気デバイス１００と、磁気デバイス１００に含まれているトランスの１次側巻線２１に直列に接続され、パルス状の駆動信号に従ってトランスの１次側巻線２１に電流を流すスイッチング素子５０と、トランスの１次側巻線２１に流れる電流を検出する１次側電流検出回路６０とを有している。
【００２９】
また、このスイッチング電源回路は、磁気デバイス１００の１次側端子１０１と１０２との間に直列に接続されたサーミスタ４１とコンデンサ４２とスイッチング素子４３とを有している。これらの素子は、磁気デバイス１００の１次側端子間に発生する電圧を一定範囲内に制限するためのアクティブクランプ回路を構成している。スイッチング素子４３は、通常はオフ状態であるが、スイッチング素子５０がオフ状態となった直後に一時的にオン状態となり、トランスのコア２３に蓄積されたエネルギーの一部をコンデンサ４２に蓄積し、パルス状の過電圧からトランス２０又はスイッチング素子５０を保護する。アクティブクランプ回路のコンデンサ４２に蓄えられたエネルギーは、電源系統に電力回生される等、有効に利用される。また、スイッチング素子４３は、制御回路９０によって制御される。スイッチング素子５０がオフ状態となりスイッチング素子４３がオン状態となってアクティブクランプ回路が動作した場合に、大電流によってアクティブクランプ回路が破壊しないように、本実施形態におけるアクティブクランプ回路においてはサーミスタ４１が用いられ、アクティブクランプ回路に過電流が流れることを防止している。
【００３０】
さらに、このスイッチング電源回路は、トランスの２次側巻線２２に発生する電圧を半波整流するダイオード７１と、整流された電圧を平滑するコンデンサ７２と、コンデンサ７２の両端における平滑された電圧を検出する２次側電圧検出回路８０と、１次側電流検出回路６０の検出結果及び２次側電圧検出回路８０の検出結果に基づいて駆動信号を生成すると共に、トランスの１次側巻線２１に電流を流す期間に制限を設ける制御回路９０とを有している。２次側電圧検出回路８０から制御回路９０への帰還信号経路の一部には、フォトカプラ等の光信号伝送素子が用いられる。
【００３１】
整流平滑回路４０は、例えば、ダイオードブリッジとコンデンサとを含んでおり、入力端子１と入力端子２との間に印加される交流電圧をダイオードブリッジによって全波整流し、コンデンサによって平滑する。
【００３２】
一般に、スイッチング電源において、トランスの１次側から２次側への電力伝達方式としては、スイッチング素子がオンした時に１次側から２次側に電力を伝達するフォワード方式と、スイッチング素子がオフした時に１次側から２次側に電力を伝達するフライバック方式とがある。本発明においては、どのどちらにも適用できるが、本実施形態においては、フライバック方式を採用している。
【００３３】
図３に示すようなフライバック型のスイッチング電源においては、トランスの１次側巻線２１と２次側巻線２２とが逆極性の関係となっており、スイッチング素子５０がオンしている間は、トランス２０の１次側電流は増加するが、トランス２０の２次側においてはダイオードで逆バイアスされているので２次側電流は流れない。トランス２０は、スイッチング素子５０がオンしている時に、コア２３にエネルギーを蓄える。
【００３４】
次に、スイッチング素子５０がオフすると、磁場が電流を維持しようとするので、トランス２０の電圧極性が反転して、トランス２０の２次側において電流が流れる。トランス２０の２次側電流は、トランスの２次側巻線２２に直列接続されたダイオード７１を介してコンデンサ７２に充電されることにより、出力端子３と出力端子４との間に直流出力電圧を発生させる。
【００３５】
しかしながら、ピーク電流が大きくなると、スイッチング素子が破壊され易くなるという問題がある。そこで、本実施形態においては、回路的な工夫をすることによって、スイッチング素子を保護している。
【００３６】
図４は、図３に示す２次側電圧検出回路等の構成例を示す回路図である。この例において、２次側電圧検出回路８０は、コンデンサ７２の両端子間に接続された抵抗８１と発光ダイオード８２とシャントレギュレータ８３との直列接続回路と、コンデンサ７２の両端子間に発生する電圧を分圧するための抵抗８４及び８５とを有している。抵抗８４及び８５によって分圧された電圧は、シャントレギュレータ８３の制御端子に印加される。これにより、２次側電圧が所定の電圧を超えると発光ダイオード８２に電流が流れるようになっており、発光ダイオード８２が電流の大きさに応じた強度で発光して光信号を生成する。
【００３７】
図５は、図３に示す制御回路等の構成を詳しく示す図である。本実施形態においては、図３に示すスイッチング素子５０として、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ５１が用いられ、図３に示す１次側電流検出回路６０として、抵抗６１が用いられる。ＭＯＳＦＥＴ５１は、トランスの１次側巻線２１に接続されたドレインと、抵抗６１を介して整流平滑回路４０に接続されたソースと、ゲートドライバ９６から駆動信号が印加されるゲートとを有している。抵抗６１の両端に発生する電圧を測定すれば、トランスの１次側巻線２１に流れる電流に比例した検出電圧を得ることができる。
【００３８】
トランスの１次側巻線２１とＭＯＳＦＥＴ５１のドレイン・ソース経路と抵抗６１とは直列に接続され、整流平滑回路４０において交流電源電圧を整流及び平滑することにより得られた電圧が、これらの直列回路に供給される。ＭＯＳＦＥＴ５１は、ゲートに印加されるパルス状の駆動信号に従って、トランスの１次側巻線２１に電流を流す。
【００３９】
制御回路９０は、駆動信号を生成するコントロールブロックを一体化して収めたＤＳＰ（Digital Signal Processor：デジタル・シグナル・プロセッサ）９１と、ソフトウェア（制御プログラム）やデータを格納する不揮発性メモリ等の格納部９２と、Ａ／Ｄコンバータ９３及び９４と、光電変換回路９５と、ゲートドライバ９６とを有している。格納部９２は、データテーブルを格納しており、このデータテーブルには、スイッチング電源回路の動作を制御するために用いられる各種の設定情報が含まれている。
【００４０】
Ａ／Ｄコンバータ９３は、抵抗６１によって得られるアナログの１次側電流検出信号をディジタル信号に変換してＤＳＰ９１に出力する。発光ダイオード８２（図４）及び光電変換回路９５としては、典型的にはフォトカプラが用いられる。光電変換回路９５は、図４に示す２次側電圧検出回路８０の発光ダイオード８２によって生成された光信号を受けて、その強度に応じた信号を出力する。この信号は、２次側電圧検出信号として用いられる。Ａ／Ｄコンバータ９４は、光電変換回路９５によって得られるアナログの２次側電圧検出信号をディジタル信号に変換してＤＳＰ９１に出力する。なお、格納部９２と、Ａ／Ｄコンバータ９３及び９４とは、ＤＳＰに内蔵されているものを用いて、これらの部分９１〜９４を１チップで構成しても良い。
【００４１】
ＤＳＰ９１は、少なくとも１次側電流検出回路６１及び２次側電圧検出回路８０から出力される検出信号に基づいてパルス幅変調（ＰＷＭ）を行うことにより、駆動信号（ＰＷＭ信号）を生成する。駆動信号は、ゲートドライバ９６によって、ＭＯＳＦＥＴ５１のゲートに印加される。
【００４２】
ここで、図３に示すスイッチング電源回路の動作について、図３〜図７を参照しながら説明する。図６は、図５に示すＤＳＰの基本的な制御動作の一例を示すフローチャートである。図７は、図３に示すスイッチング電源回路の出力電流−出力電圧特性（２次側電流−２次側電圧特性）を示す図である。
【００４３】
図６を参照すると、まず、ステップＳ１１において、ＤＳＰ９１が、Ａ／Ｄコンバータ９４の出力値によって表される２次側電圧が一定となる定電圧安定化動作を行うように、駆動信号のパルス幅を制御する。さらに、ステップＳ１２において、ＤＳＰ９１は、Ａ／Ｄコンバータ９３の出力値によって表される１次側電流がしきい値を超えたか否かを判定し、１次側電流がしきい値を超えるまでは、定電圧安定化動作を行うように駆動信号のパルス幅を制御する。
【００４４】
図７において矢印（１）で示すように、２次側電流が増加して行って、Ａ点において１次側電流がしきい値に到達し、さらに、１次側電流がしきい値を超えると、ＤＳＰ９１は、駆動信号のパルス幅を一定に維持して、定電圧安定化動作を停止する（ステップＳ１３）。
【００４５】
これ以降、２次側電圧は一定とならず、負荷回路（例えば、インパクトプリンタ内のソレノイド）のインピーダンス状態によって２次側電流が増加して行くと、図７において矢印（２）で示すように、２次側電圧は徐々に低下して行く。ただし、２次側電圧が低下しても、２次側電圧がしきい値以上であって、２次側電流が維持されていれば、スイッチング電源回路は許容動作範囲内にあると考えることができる。インパクトプリンタにおいて印字ヘッドを駆動するソレノイドは、電流によって駆動されるので、電源電圧が多少低下しても動作が可能である。従って、上記のような折れ線状の出力電流−出力電圧特性を有するスイッチング電源を用いれば、スイッチング電源の出力電圧が多少低下しても、印字動作を継続することができる。
【００４６】
ステップＳ１４において、ＤＳＰ９１は、所定期間内に１次側電流がしきい値を超えた回数が許容範囲内であるか否かを判定する。所定期間内に１次側電流がしきい値を超えた回数が許容範囲内である場合には、処理がステップＳ１５に移行し、所定期間内に１次側電流がしきい値を超えた回数が許容範囲を超える場合には、処理がステップＳ１６に移行する。
【００４７】
ステップＳ１５において、ＤＳＰ９１は、２次側電圧がしきい値よりも低下したか否かを判定する。２次側電圧がしきい値よりも低下していない場合には、処理がステップＳ１２に移行し、２次側電圧がしきい値よりも低下した場合には、処理がステップＳ１６に移行する。
【００４８】
ステップＳ１６において、ＤＳＰ９１は、ＭＯＳＦＥＴ５１が電流ストレスによって破壊されるおそれがあるので、駆動信号を非活性化してＭＯＳＦＥＴ５１のスイッチング動作を停止させ、１次側巻線に流れる電流を遮断する。
【００４９】
以上において、１次側電流のしきい値に関する設定情報、２次側電圧のしきい値に関する情報、１次側電流がしきい値を超えた場合の許容範囲に関する設定情報等は、格納部９２においてデータテーブルに格納されている。
【００５０】
このように、スイッチング電源回路においては、回路素子を保護するために電気的な制御が行われているが、アモルファス金属をトランスのコア材料として用いる場合には、負荷のダイナミックな変動により突発的に過電流が流れ、トランス又はチョークコイルの巻線の温度が瞬間的に最大動作許容温度を超える場合がある。そこで、本実施形態においては、磁気デバイス１００に含まれている温度ヒューズ１０の溶断による保護対策が施されている。
【００５１】
図８の（ａ）は、図３に示すスイッチング電源回路の２次側電流の変化を表す図であり、図８の（ｂ）は、トランスの巻線温度の変化を表す図である。図８の（ａ）に示すように、時間ｔ１〜ｔ２において２次側電流値がＩ１である場合には、２次側電流に対応して１次側電流も流れ、トランスの巻線温度は、図８の（ｂ）にＡ点〜Ｂ点で示すようにＴ１まで上昇する。次に、時間ｔ２〜ｔ３においては、２次側電流及び１次側電流が流れていないので、トランスの巻線温度は、図８の（ｂ）にＢ点〜Ｃ点で示すように下降する。また、時間ｔ３〜ｔ５において、２次側電流が図８の（ａ）に示すように変化した場合には、トランスの巻線温度は、図８の（ｂ）にＣ点〜Ｄ点で示すようにＴ２まで上昇し、その後、Ｄ点〜Ｅ点で示すように下降する。図８に示すように、トランスの巻線における温度上昇の急峻さは、２次側電流の値とその継続時間とによって定まる。
【００５２】
図８の（ｂ）において、ＴＦは、温度ヒューズの溶断温度を示している。図８の（ａ）に示すように、時間ｔ５〜ｔ６において過電流ＩＦがパルス的に流れた場合に、トランスの巻線温度は、図８の（ｂ）にＥ点〜Ｆ点で示すように、温度ヒューズの溶断温度ＴＦまで急峻に上昇する。温度ヒューズは、周辺温度（トランスの巻線温度とほぼ等しい）が溶断温度ＴＦに達すると切断され、トランスの１次側の電流経路を遮断して、過電流による発熱事故等を防止することができる。
【００５３】
このように、本実施形態に係るスイッチング電源回路においては、図１〜図２Ｂに示すように、アモルファスコアのキューリー点ＴＣ以下の溶断温度ＴＦを有する温度ヒューズをトランスの巻線に固定することにより温度ヒューズとトランスとが一体となった磁気デバイス１００を用いることによって、巻線に流れる過電流による焼損や発煙等の事故を防止し、また、キューリー点を超える温度上昇によるアモルファスコアの磁気特性の消失を防ぐことができる。さらに、ＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子の破壊も防止することができる。
【００５４】
本実施形態においては、トランスの１次側巻線に直列に温度ヒューズが接続される構成となっているが、温度ヒューズが接続される巻線は、１次側巻線に限定されるものではない。巻線からの発熱量と巻線の熱容量とを考慮することにより、温度ヒューズを１次側巻線に直列に接続しても良いし、温度ヒューズを２次側巻線に直列に接続しても良い。
【００５５】
図９は、本発明の第２の実施形態に係るスイッチング電源回路の構成を示す図である。本実施形態においては、図１に示す磁気デバイス１００の替わりに図９に示す磁気デバイス２００を用い、制御回路９０の替わりに、制御回路１１０を用いている。それ以外は、図３に示すスイッチング電源回路と同じである。
【００５６】
図１に示すように温度ヒューズがトランスの巻線に固定された磁気デバイス１００を用いる場合には、過電流に伴う温度上昇によって温度ヒューズが溶断した際に、磁気デバイス１００を取り替えたり、修理したりする必要がある。そこで、本実施形態においては、過電流に伴う温度上昇に対して、巻線に直列に接続された温度ヒューズを用いて回路を遮断するのではなく、サーミスタ等の温度センサ１１を用いてスイッチング素子を制御することによって過電流を低減するようにしている。
【００５７】
本発明の第２の実施形態に係る磁気デバイスにおいては、温度センサ１１が、巻線２１又は２２の内側又は外側に固定されることにより、巻線との間で熱結合が図られている。例えば、温度センサ１１が、巻線２１又は２２の表層付近において巻線に巻き込まれるようにしても良い。あるいは、図１０に示すように、温度センサ１１が、トランスの巻線２１又は２２の外側にテープ１２で固定されるようにしても良い。
【００５８】
温度センサ１１は、トランスの１次側巻線２１又は２次側巻線２２の温度を検出する。本実施形態においては、温度センサ１１として、小型で感度の良いサーミスタが用いられる。このように、温度センサ１１がテープでトランスの巻線２１又は２２に固定されることによって、トランスの巻線における温度を迅速かつ正確に検出することができる。温度センサ１１による検出結果は、制御回路１１０に入力される。
【００５９】
図９に示すスイッチング電源回路の動作と出力電流−出力電圧特性（２次側電流−２次側電圧特性）は、図６及び図７に示すのと同じである。また、２次側電流の変化に伴うトランスの巻線温度の変化は、図８に示すのと同様である。
【００６０】
スイッチング電源回路の負荷がダイナミックに変動して、図８の（ａ）に示すように、時間ｔ１〜ｔ５において２次側電流値が変化した場合に、トランスの巻線温度（温度センサ１１によって検出される温度とほぼ等しい）は、図８の（ｂ）に点Ａ〜点Ｅで示すように変化する。さらに、図８の（ａ）に示す時間ｔ５〜ｔ６において、瞬間的に過電流ＩＦが流れた場合には、トランスの巻線温度が、図８の（ｂ）に示す所定の温度ＴＦまで急峻に上昇する。本実施形態においては、温度センサ１１によって検出された温度が、所定の温度ＴＦに達すると、制御回路１１０が、スイッチング素子５０を制御することにより、トランスの１次側電流を低減させる。第１の実施形態における温度ヒューズの場合と同様に、所定の温度ＴＦは、トランスのコア２３のキューリー点よりも低いことが必要である。
【００６１】
図１１は、図９に示す制御回路等の構成を詳しく示す図である。ＤＳＰ９１と、格納部９２と、Ａ／Ｄコンバータ９３及び９４と、光電変換回路９５と、ゲートドライバ９６とによる構成は、図５に示す制御回路９０における構成と同じである。また、温度センサ１１からの出力信号は、Ａ／Ｄコンバータ９７を介してＤＳＰ９１に入力される。
【００６２】
温度センサ１１として用いられるサーミスタには、温度の上昇に対して抵抗値が増大するタイプ（ＰＴＣサーミスタ）と、温度の上昇に対して抵抗値が減少するタイプ（ＮＴＣサーミスタ）と、ある特定の温度（温度特性の変化点）を超えると抵抗値が急激に減少するタイプ（ＣＴＲサーミスタ）とがあるが、本実施形態においては、温度特性の変化点がトランスのコア２３のキューリー点よりも低いようなＣＴＲサーミスタが用いられる。
【００６３】
図１１を参照しながら詳しく説明すると、温度センサ１１として用いられるサーミスタに一定の電流を流すと、サーミスタの抵抗値に比例する電圧（温度検出信号）がサーミスタの両端に発生する。この温度検出信号は、Ａ／Ｄコンバータ９７によってディジタル信号に変換されてＤＳＰ９１に出力される。ＤＳＰ９１は、Ａ／Ｄコンバータ９７から温度検出信号を受信した場合に、優先度の高い割込み信号として処理し、温度検出信号によって表される温度が所定の温度ＴＦ以上になると、ＭＯＳＦＥＴ５１に供給される駆動信号のデューティを小さくして、トランスの１次側巻線２１に流れる電流を制限する。例えば、ＭＯＳＦＥＴ５１をオフ状態として、１次側の電流経路を遮断するようにしても良い。
【００６４】
本実施形態によれば、磁気デバイスを損傷することなく、負荷のダイナミックな変動による過電流に対して１次側回路の遮断を行い、トランスの巻線の焼損等の事故を防止することができる。
【００６５】
図１２は、本発明の第３の実施形態に係るスイッチング電源回路の構成を示す図である。このスイッチング電源回路は、交流電源電圧の入力端子１及び２に接続され、力率の改善を図るＰＦＣ回路１２０と、所望の出力電圧を得る電圧変換回路１３０とを含んでいる。電圧変換回路１３０の構成は、整流平滑回路４０が存在しないことを除き、図９に示すスイッチング電源回路の構成と同じである。但し、図１２においては、温度センサ１１は、ＰＦＣ回路１２０に接続される。
【００６６】
図１３は、図１２に示すＰＦＣ回路の構成例を示す図である。ＰＦＣ回路１２０は、交流電圧の入力端子１及び２に接続された整流回路１４０と、整流回路１４０に一端が接続され、巻線に流れる電流によって発生する磁気エネルギーをコアに蓄えるチョークコイル１５０と、チョークコイル１５０の他端に接続され、パルス状の駆動信号に従ってチョークコイル１５０に電流を流すスイッチング素子１６０と、スイッチング素子１６０に流れる電流を検出するスイッチング電流検出回路１７０とを有している。ここで、チョークコイル１５０としてトランスの１次側巻線を用いる場合には、トランスの２次側巻線を内部電源の生成用に利用することができる。
【００６７】
さらに、ＰＦＣ回路１２０は、チョークコイル１５０の他端に発生する電圧を半波整流するダイオード１６１と、整流された電圧を平滑することによりＰＦＣ出力電圧を生成してＰＦＣ出力端子５及び６に供給するコンデンサ１６２と、ＰＦＣ出力端子５及び６におけるＰＦＣ出力電圧を検出する出力電圧検出回路１８０と、駆動信号のパルス幅を設定する制御回路１９０とを有している。
【００６８】
整流回路１４０は、例えば、ダイオードブリッジによって構成され、入力端子１と入力端子２との間に印加される交流電圧を全波整流する。チョークコイル１５０は、スイッチング素子１６０がオンしている時に、コアにエネルギーを蓄える。次に、スイッチング素子１６０がオフすると、磁場が電流を維持しようとするので、チョークコイル１５０の電流がダイオード１６１を介してコンデンサ１６２に流れ、コンデンサ１６２が充電されることにより、出力端子５と出力端子６との間に直流出力電圧を発生させる。
【００６９】
スイッチング電流検出回路１７０及び出力電圧検出回路１８０の構成と動作は、図９に示す１次側電流検出回路６０及び２次側電圧検出回路８０と同様である。また、制御回路１９０の構成と動作は、図９に示す制御回路１１０と同様である。但し、図１３においては、出力電圧検出回路１８０から制御回路１９０にフィードバックされる信号は電気信号であるため、図１１に示す光電変換回路９５が省略される。
【００７０】
本実施形態においては、図１２に示す温度センサ１１によって生成される温度検出信号が、図１３に示す制御回路１９０に入力される。図１１を参照しながら説明したのと同様に、制御回路１９０内のＤＳＰは、ディジタル信号に変換された温度検出信号を優先度の高い割込み信号として処理し、温度検出信号によって表される温度が所定の温度ＴＦ以上になると、チョークコイル１５０及びスイッチング素子１６０に流れる電流を制限するように駆動信号を生成する。図１２に示すスイッチング電源回路における負荷のダイナミックな変動に対する２次側電流の変化と、それに伴うトランスの巻線温度の変化は、図８に示すのと同様である。
【００７１】
図９に示すスイッチング電源回路においては、温度センサ１１がトランスの巻線温度を検出し、制御回路１１０がトランスの１次側巻線２１に直列に接続されたスイッチング素子５０を制御するが、本実施形態においては、電圧変換回路１３０における温度センサ１１の検出結果に基づいて、電圧変換回路１３０の前段に設置されたＰＦＣ回路１２０において、制御回路１９０がスイッチング素子１６０を制御する。これによっても、過電流によるトランスの巻線の焼損等の事故を防止することができる。
【００７２】
図１４は、本発明の第３の実施形態に係る磁気デバイスの構成を示す図である。図１に示す第１の実施形態に係る磁気デバイス１００においては、トランスの１次側巻線２１の一端に温度ヒューズ１０の一端が接続されているが、本実施形態に係る磁気デバイス３００においては、チョークコイル３０の巻線の一端に温度ヒューズ１０の一端が接続される。
【００７３】
また、磁気デバイス３００は、温度ヒューズ１０の他端に接続された第１の端子３０１と、チョークコイル３０の巻線の他端に接続された第２の端子３０２とを有している。さらに、チョークコイル３０としてトランスの１次側巻線を用いて、トランスの２次側巻線をスイッチング電源回路等の内部電源の生成用に利用するようにしても良い。
【００７４】
磁気デバイス３００の形状は、巻線の数を除き、図２Ａ及び図２Ｂを参照しながら説明したものと同様である。即ち、温度ヒューズ１０は、チョークコイル３０の巻線の内側又は外側に固定されることにより、巻線との間で熱結合が図られている。例えば、温度ヒューズ１０が、チョークコイル３０の巻線の表層付近において巻線に巻き込まれるようにしても良い。あるいは、温度ヒューズ１０が、チョークコイル３０の巻線の外側にテーピングによって固定されるようにしても良い。
【００７５】
第１の実施形態と同様に、チョークコイル３０のコアの材料として、アモルファス金属の磁性体が用いられる。チョークコイル３０の巻線に過電流が流れた場合には、温度ヒューズ１０自体の発熱に加えてチョークコイル３０の巻線の発熱によって温度ヒューズ１０が溶断し、入力端子３０１とチョークコイル３０の巻線との間の電流経路を遮断することによって、発熱による巻線の絶縁膜の焼損や発煙等の事故を防止することができる。
【００７６】
ここで、温度ヒューズ１０が溶断する温度（溶断温度）は、チョークコイル３０のコアに用いられるアモルファス金属のキューリー点よりも低くなるように設定される。アモルファス金属の磁性体は、温度の上昇に伴って結晶化が進み、温度がキューリー点を超えたときに非晶質としての特性を失い、再び温度をキューリー点以下に下げても非晶質としての特性を回復しない。従って、温度ヒューズ１０の溶断温度を上記のように設定することにより、アモルファス金属の磁気特性を維持することができる。
【００７７】
次に、本発明の第３の実施形態に係る磁気デバイスを用いたスイッチング電源回路について説明する。
図１５は、本発明の第４の実施形態に係るスイッチング電源回路の構成を示す図である。本実施形態に係るスイッチング電源回路は、交流電源電圧の入力端子１及び２に接続された整流平滑回路４０と、整流平滑回路４０から出力される電圧を変換する電圧変換回路２１０と、所望の周波数を有する交流電圧を出力するインバータ回路２２０と、制御回路２３０とを含んでいる。
【００７８】
電圧変換回路２１０は、第１の端子３０１が整流平滑回路４０に接続された磁気デバイス３００と、磁気デバイス３００の第２の端子３０２に接続され、パルス状の駆動信号に従って磁気デバイス３００に電流を流すトランジスタ２４１と、トランジスタ２４１に流れる電流を検出するスイッチング電流検出回路２５０とを有している。ここで、チョークコイル３０としてトランスの１次側巻線を用いる場合には、トランスの２次側巻線を内部電源の生成用に利用することができる。
【００７９】
さらに、電圧変換回路２１０は、チョークコイル３０の他端に発生する電圧を整流及び平滑することによって出力電圧を生成して電圧変換回路の出力端子７及び８に供給するダイオード２４２及びコンデンサ２４３と、出力端子７及び８における出力電圧を検出する出力電圧検出回路２６０とを有している。
【００８０】
インバータ回路２２０において、トランジスタ２２１のコレクタは、電圧変換回路２１０の出力端子７に接続され、エミッタは、出力端子４に接続される。また、トランジスタ２２２のコレクタは、出力端子４に接続され、エミッタは、電圧変換回路２１０の出力端子８に接続される。一方、トランジスタ２２３のコレクタは、出力端子７に接続され、エミッタは、コイル２２５の一端に接続される。また、トランジスタ２２４のコレクタは、コイル２２５の一端に接続され、エミッタは、電圧変換回路２１０の出力端子８に接続される。コイル２２５の他端は、出力端子３に接続される。また、出力端子３及び４の間には、コンデンサ２２６が接続される。
【００８１】
制御回路２３０は、スイッチング電流検出回路２５０の検出結果及び出力電圧検出回路２６０の検出結果に基づいて、スイッチング動作を行うトランジスタ２４１に供給する駆動信号を生成する。また、制御回路２３０から出力される複数の制御信号は、トランジスタ２２１〜２２４のベースに供給され、それぞれのトランジスタのスイッチング制御を行う。その結果、電圧変換回路２１０から出力された直流電圧が交流電圧に変換され、出力端子３及び４から出力される。
【００８２】
電圧変換回路２１０において、磁気デバイス３００のチョークコイル３０は、トランジスタ２４１がオンしている時に、コアにエネルギーを蓄える。次に、トランジスタ２４１がオフすると、磁場が電流を維持しようとするので、チョークコイル３０からコンデンサ２４３に電流が流れ、コンデンサ２４３が充電されることにより、出力端子７と出力端子８との間に直流出力電圧を発生させる。
【００８３】
本実施形態においても、第１〜３の実施形態に係るスイッチング電源装置と同様に、高い飽和磁束密度を有するアモルファス金属の磁性体が磁気デバイスのコアとして用いられるので、スイッチング素子に流れるピーク電流を大きくすることができる。また、チョークコイル３０の巻線に固定されたヒューズ１０を用いることによって、巻線の温度が上昇して温度ヒューズ１０の溶断温度ＴＦに達すると、温度ヒューズ１０が磁気デバイス３００の入力端子３０１と出力端子３０２との間の電流経路を遮断するので、過電流による巻線の絶縁膜の焼損や発煙等の事故を防止することができる。
【００８４】
図１６は、本発明の第５の実施形態に係るスイッチング電源回路の構成を示す図である。本実施形態においては、図１５に示す磁気デバイス３００の替わりに図１６に示す磁気デバイス４００を用い、制御回路２３０の替わりに、制御回路２７０を用いている。それ以外は、図１５に示すスイッチング電源回路（インバータ回路を除く）と同じである。
【００８５】
図１５に示すように温度ヒューズがチョークコイルの巻線に固定された磁気デバイス３００を用いる場合には、過電流に伴う温度上昇によって温度ヒューズが溶断した際に、磁気デバイス３００を取り替えたり、修理したりする必要がある。そこで、本実施形態においては、過電流に伴う温度上昇に対して、巻線に直列に接続された温度ヒューズを用いて回路を遮断するのではなく、サーミスタ等の温度センサ１１を用いてスイッチング素子を制御することによって過電流を低減するようにしている。
【００８６】
本発明の第４の実施形態に係る磁気デバイスにおいては、温度センサ１１が、チョークコイル３０の巻線の内側又は外側に固定されることにより、巻線との間で熱結合が図られている。例えば、温度センサ１１が、チョークコイルの巻線の表層付近において巻線に巻き込まれるようにしても良い。あるいは、図１０に示すのと同様に、温度センサ１１が、チョークコイルの巻線の外側にテープ１２で固定されるようにしても良い。
【００８７】
温度センサ１１は、チョークコイル３０の巻線の温度を検出する。温度センサ１１による検出結果は、制御回路２７０に入力される。制御回路２７０の構成及び動作は、図１１に示す制御回路と同様である。制御回路２７０は、温度センサ１１によって生成される温度検出信号によって表される温度が所定の温度ＴＦ以上になると、トランジスタ２４１に供給される駆動信号のデューティを小さくして、チョークコイル３０の巻線に流れる電流を制限する。例えば、トランジスタ２４１をオフ状態として、チョークコイル３０の電流経路を遮断するようにしても良い。
【００８８】
本実施形態によれば、磁気デバイスを損傷することなく、負荷のダイナミックな変動による過電流に対してスイッチング回路の遮断を行い、チョークコイルの巻線の焼損等の事故を防止することができる。
【００８９】
次に、本発明の第５の実施形態に係る磁気デバイスについて説明する。
図１７は、本発明の第５の実施形態に係る磁気デバイスの断面図である。本実施形態に係る磁気デバイスは、１次側巻線用のコアと２次側巻線用のコアとが分離された構造を有している。以下においては、ビデオテープレコーダ等に一般的に用いられるロータリートランスを用いた磁気デバイスを例にとって説明する。
【００９０】
図１７を参照すると、ロータリートランス２３０は、図示されていない回転ドラム部に接続される回転軸２３１と、回転軸２３１に固定されて回転軸２３１と共に回転するロータ２３２と、ロータ２３２と空隙を介して対向する静止側のステータ２３３とを有している。ステータ２３３には、回転軸２３１を中心とする円周領域にコイル溝２３４及び２３５が形成されていて、例えば、１次側巻線２１がコイル溝２３５内に回巻されている。同様に、ロータ２３２には、回転軸２３１を中心とする円周領域にコイル溝２３６及び２３７が形成されていて、例えば、２次側巻線２２がコイル溝２３７内に回巻されている。
【００９１】
一般に、ロータ２３２及びステータ２３３に形成されているコイル溝の内、対向するコイル溝、例えば、コイル溝２３４とコイル溝２３６とは、同じ幅を有している。しかしながら、本実施形態においては、ステータ２３３に形成されているコイル溝２３５の円周内の少なくとも一部が、対向するコイル溝２３７よりも広い幅を有しており、そこに温度ヒューズ１０が収納されている。温度ヒューズ１０は、図１に示すのと同様に、１次側端子１０１と１次側巻線２１との間に直列に接続されている。
【００９２】
ロータリートランス２３０は、ステータ２３３側からロータ２３２側に、又は、ロータ２３２側からステータ２３３側に電気信号を伝送する。ロータリートランス２３０の等価回路は、補助巻線２５を除いて、図１に示す磁気デバイス１００と同じであり、温度ヒューズ１０の動作も、図１に示す温度ヒューズ１０の動作と同様である。
【００９３】
あるいは、本実施形態において、温度ヒューズ１０の替わりに温度センサを設けても良い。なお、その場合には、温度センサは１次側巻線２１に接続されない。本実施形態における温度センサの動作は、図９に示す温度センサ１１の動作と同様である。さらに、本実施形態に係る磁気デバイスは、電気自動車において電磁結合によってエネルギーを供給するために用いられるカプラー等に適用することが可能である。
【００９４】
図１において説明したような、温度ヒューズがトランスの１次側端子と１次側巻線又は２次側巻線との間に直列に接続された構成は、図２Ａで説明したような、コアとボビンと１次側巻線及び２次側巻線とから構成されるトランスに限って適用されるものではない。
例えば、小型電子機器においてトランスが実装される場合には、図２Ａで示すようなタイプのトランスではなく、１次側巻線及び２次側巻線が多層基板の表裏層及び内層において１次側導体パターン及び２次側導体パターンとして構成されたシートトランスが用いられることがある。そのようなタイプのトランスにおいても、温度ヒューズを図１に示すように接続することにより、１次側導体パターン又は２次側導体パターンに流れる電流が所定値に達すると、温度ヒューズが、その電流に伴う発熱によって回路の遮断動作を行うことができる。その場合に、電流による発熱を迅速かつ確実に温度ヒューズに伝えるために、１次側導体パターン又は２次側導体パターンが多層構成された基板に貫通孔を設けて、温度ヒューズを挿入するような構成としても良い。
また、図１４に示すチョークコイルの構成は、上記のシートトランスの場合と同様に、巻線が多層基板の表裏層又は内層において導体パターンとして構成されたシート型のチョークコイルにも適用される。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明は、磁性体のコアを有するトランス又はチョークコイルを含む磁気デバイス、及び、そのような磁気デバイスを用いたスイッチング電源回路において利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る磁気デバイスの構成を示す図である。
【図２Ａ】図１に示す磁気デバイスの斜視図である。
【図２Ｂ】図１に示す磁気デバイスのトランス中央付近における水平断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るスイッチング電源回路の構成を示す図である。
【図４】図３に示す２次側電圧検出回路等の構成例を示す回路図である。
【図５】図３に示す制御回路等の構成を詳しく示す図である。
【図６】図５に示すＤＳＰの基本的な制御動作の一例を示すフローチャートである。
【図７】図３に示すスイッチング電源回路の出力電流−出力電圧特性を示す図である。
【図８】（ａ）は、図３に示すスイッチング電源回路の２次側電流の変化を表す図であり、（ｂ）は、トランスの巻線温度の変化を表す図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係るスイッチング電源回路の構成を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る磁気デバイスの構成を示す図である。
【図１１】図９に示す制御回路等の構成を詳しく示す図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係るスイッチング電源回路の構成を示す図である。
【図１３】図１２に示すＰＦＣ回路の構成を示す図である。
【図１４】本発明の第３の実施形態に係る磁気デバイスの構成を示す図である。
【図１５】本発明の第４の実施形態に係るスイッチング電源回路の構成を示す図である。
【図１６】本発明の第５の実施形態に係るスイッチング電源回路の構成を示す図である。
【図１７】本発明の第５の実施形態に係る磁気デバイスの断面図である。
【符号の説明】
【００９７】
１、２  入力端子
３、４  出力端子
５、６  ＰＦＣ出力端子
７、８  電圧変換回路出力端子
１０  温度ヒューズ
１１  温度センサ
１２  テープ
２０  トランス
２１  １次側巻線
２２  ２次側巻線
２３  コア
２４  ボビン
２５  補助巻線
２６  引き出し線
２７  スルーホール
２８  基板
３０  チョークコイル
４０  整流平滑回路
４１  サーミスタ
４３、５０、１６０  スイッチング素子
５１  ＭＯＳＦＥＴ
６０  １次側電流検出回路
６１、８１、８４、８５  抵抗
７１、１６１、２４２  ダイオード
４２、７２、１６２、２２６、２４３  コンデンサ
８０  ２次側電圧検出回路
８２  発光ダイオード
８３  シャントレギュレータ
９０、１１０、１９０、２３０、２７０  制御回路
９１  ＤＳＰ
９２  格納部
９３、９４、９７  Ａ／Ｄコンバータ
９５  光電変換回路
９６  ゲートドライバ
１００、２００、３００、４００  磁気デバイス
１０１〜１０４、３０１、３０２  磁気デバイスの端子
１２０  ＰＦＣ回路
１３０、２１０  電圧変換回路
１４０  整流回路
１５０  チョークコイル
１７０  スイッチング電流検出回路
１８０  出力電圧検出回路
２２０  インバータ回路
２２１〜２２４、２４１  トランジスタ
２２５  コイル
２３０  ロータリートランス
２３１  回転軸
２３２  ロータ
２３３  ステータ
２３４〜２３７  コイル溝
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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