(57)【要約】【課題】スイッチング電源回路二次側出力の負荷に対する過電圧保護用のツェナ・ダイオードが短絡故障した場合、直ちにスイッチング電源回路の動作を停止し、ツェナ・ダイオードの異常発熱に起因する各種の問題、危険の発生を未然に防ぐ。【解決手段】スイッチング・トランス17の一次巻線17aに供給される直流電流をスイッチング素子16のオン・オフにより断続することで二次巻線17bに現れる脈流を整流すると共に、整流された二次側直流電圧をツェナ・ダイオード31でクランプし、二次側直流電圧が所定の値を超えて上昇するのを防ぐように構成されているスイッチング電源回路において、ツェナ・ダイオード31に直列に挿入したシャント抵抗32の両端電圧を監視し、当該両端電圧が許容電圧以上となるとスイッチング素子16の動作を停止する強制停止回路33を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源からスイッチング・トランスの一次巻線に供給される直流電流をスイッチング素子のオン・オフにより断続することで該スイッチング・トランスの二次巻線に現れる脈流を整流すると共に、該整流された二次側直流電圧をツェナ・ダイオードでクランプし、該二次側直流電圧が所定の値を超えて上昇するのを防ぐように構成されているスイッチング電源回路であって；
上記ツェナ・ダイオードに直列に挿入したシャント抵抗の両端電圧を監視し、該両端電圧が許容電圧以上となると上記スイッチング素子の動作を停止する強制停止回路を設けたこと；
を特徴とするスイッチング電源回路。
【請求項２】
請求項１記載のスイッチング電源回路であって；
上記強制停止回路が上記スイッチング素子の動作を停止させた場合には、上記電源が一旦遮断された後、再投入されたときにのみ、該強制停止回路がリセットされ、該スイッチング素子の再稼働が許されるように構成されていること；
を特徴とするスイッチング電源回路。
【請求項３】
請求項１記載のスイッチング電源回路であって；
上記強制停止回路が上記スイッチング素子の動作を停止させるときには可視的警報、可聴的警報のいずれか一方または双方を発する警報装置を有すること；
を特徴とするスイッチング電源回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスイッチング・トランスの一次巻線に供給される直流電流を断続することで二次巻線に現れる脈流を整流し、所望の電圧値の直流電流を得るスイッチング電源回路に関し、特に、二次側直流電圧値を所定の値以下に抑えるために設けられている過電圧保護素子としてのツェナ・ダイオードが短絡故障しても、当該ツェナ・ダイオードの発熱に起因する問題ないし危険を未然に防ぎ得るようにするための改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
上述のようなスイッチング電源回路としては、自励発振型、他励発振型のいずれにおいてもこれまで多くの回路形式が提案されてきた。因みに最近では、簡単な構成で廉価な割に効率の良い回路方式として、例えば下記特許文献１等に認められるような、自励発振型に属するRCC(Ringing Choke Converter)方式のスイッチング電源回路(以下、単に“RCC電源回路”と称する）が汎用されるに至っている。
【特許文献１】特開2002-204572号公報
【０００３】
その動作原理は周知でもあるし、後に本発明の望ましい実施形態に関しての説明中でも触れるのでここでは省略するが、こうしたRCC電源回路に代表される各種のスイッチング電源回路では、大体どれも、スイッチング・トランス二次巻線出力を整流した後の回路部分に負荷と並列にツェナ・ダイオードを設け、二次側直流電圧をこのツェナ降伏電圧でクランプし、これにより当該二次側直流電圧が所定の値を超えて上昇するのを防ぎ、負荷及び回路自身の損傷を防ぐ構成とされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、万が一にでもツェナ・ダイオードがある程度の抵抗値をもって短絡故障したような場合、当該ツェナ・ダイオード自体における消費電力が大きくなってしまい、異常発熱を起こす可能性がある。仮にその時点ではまだ負荷への過電圧印加が抑制されていたとしても、そのような発熱が継続すると、例えば当該ツェナ・ダイオードと配線基板との間の接合半田の溶融によって実質的にオープン状態となり、結果としてツェナ・ダイオードが接続されていないのと同じことになって過電圧保護機能が働かなくなり、二次側負荷に過電圧が印加されたり、最悪の場合、自身及び周辺部品の発火や発煙を招き、使用者に危害が及ぶ可能性もある。
【０００５】
本発明はこの点に鑑みて成されたもので、スイッチング電源回路二次側出力の負荷に対する過電圧保護を本来の目的とするツェナ・ダイオードが短絡故障した場合にも、その状況を速やかに検出し、直ちにスイッチング電源回路の動作を停止して、異常発熱に基づき結果として負荷に過電圧が印加されてしまう状況や、さらに深刻な状況の発生するおそれを未然に防ぐことのできる、言わば優れた二重安全機能を持つスイッチング電源回路を提供せんとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明では、
電源からスイッチング・トランスの一次巻線に供給される直流電流をスイッチング素子のオン・オフにより断続することで二次巻線に現れる脈流を整流すると共に、整流された二次側直流電圧をツェナ・ダイオードでクランプし、二次側直流電圧が所定の値を超えて上昇するのを防ぐように構成されているスイッチング電源回路であって；
ツェナ・ダイオードに直列に挿入したシャント抵抗の両端電圧を監視し、当該両端電圧が許容電圧以上となると上記のスイッチング素子の動作を停止する強制停止回路を設けたこと；
を特徴とするスイッチング電源回路を提案する。
【０００７】
この構成を満たした上で、本発明ではまた、強制停止回路がスイッチング素子の動作を停止させた場合には、電源が一旦遮断された後、再投入されたときにのみ、強制停止回路がリセットされ、スイッチング素子の再稼働が許されるようにすることも提案する。
【０００８】
さらに望ましくは、強制停止回路がスイッチング素子の動作を停止させるときには可視的警報、可聴的警報のいずれか一方または双方を発する警報装置も有するスイッチング電源回路も提案する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、極めて簡単，廉価な回路の付加のみで、スイッチング電源回路二次側出力に設けられている過電圧保護用ツェナ・ダイオードが短絡故障した場合にも、その状況を速やかに検出し、直ちにスイッチング電源回路の動作を停止させ、異常発熱やそれに基づく重大な危険の発生を確実に防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１には本発明を適用して構成されたスイッチング電源回路の望ましい一実施形態が示されており、特にこの実施形態では、限定的ではないものの、既述したRCC電源回路に対する改良となっている。
【００１１】
まずは通常のRCC電源回路と同様であって良い構成部分に就き、動作を追いながら説明を始めると、商用交流電源11をダイオード・ブリッジ等による整流回路12で整流し、平滑コンデンサ13で平滑化された直流電源電圧は分圧抵抗14，15の接続中点を介しスイッチング素子16の制御端子に印加される。スイッチング素子16が電界効果トランジスタで構成されているときには当該制御端子はゲートであり、バイポーラ・トランジスタで構成されているときにはベースとなる。
【００１２】
制御端子に印加される電圧が所定の大きさ以上になると当該スイッチング素子16はターン・オンし、スイッチング・トランス17の一次巻線17aと直列になっている当該スイッチング素子16の主電流通路が導通する。主電流通路はもちろん、スイッチング素子16が電界効果トランジスタの場合にはソース−ドレイン間電流通路であり、バイポーラ・トランジスタの場合にはエミッタ−コレクタ間電流通路である。
【００１３】
スイッチング素子16の主電流通路が導通すると、整流回路12からの直流電源電流が当該スイッチング・トランス17の一次巻線17aに供給され、一次巻線17aに通電されている間に当該スイッチング・トランス17にはエネルギが蓄積されるが、帰還巻線17fに発生する電圧はスイッチング制御回路23にて監視されており、これが所定の電圧になると電界効果トランジスタもしくはバイポーラ・トランジスタで構成された制御トランジスタ24がオンとなり、これがスイッチング素子16の制御端子を例えば接地電位に引き落とす等してスイッチング素子16をターン・オフする。
【００１４】
これにより、スイッチング・トランス17の一次巻線17aへの供給電流が急激に絶たれると、スイッチング・トランス17に蓄積されたエネルギは二次巻線17bに転送され、二次巻線17bに電流を生じさせ、この電流はダイオード19等の整流回路19を介して整流され、平滑コンデンサ20を充電する。
【００１５】
この充電を介して二次巻線エネルギが低減すると、電流は振動し、あたかも逆転するように帰還巻線17fに再び電流を生じ、それにより現れる電圧で帰還回路18を介しスイッチング素子16がターン・オンして、以降、上述した正帰還を伴うスイッチング動作が繰り返され、スイッチング・トランス17の二次側に所定の電圧の直流電圧出力が効率良く得られる。
【００１６】
なお、図中において二次側に設けられている出力電圧制御回路21は、当該二次側の直流電圧がある一定値以上に上昇すると例えばフォト・カプラ22を介する等して制御信号を一次側のスイッチング制御回路23に送り、スイッチング素子16をターン・オフさせるように働き、これにより一連のスイッチング動作を微調整して、得るべき所望の直流電圧値を守るように働く。
【００１７】
しかるに、このようなRCC電源回路に限らずとも、各種スイッチング電源回路では二次側直流電圧の過上昇から図示していない負荷を保護するため、一般には負荷と並列にツェナ・ダイオード31が設けられて、当該二次側直流電圧をそのツェナ電圧でクランプし、二次側直流電圧が所定の値を超えて上昇するのを防ぐように構成されている。
【００１８】
ところが、既に述べたように、当該ツェナ・ダイオード31がある程度の抵抗値を残しながら短絡したような場合、ここを流れる短絡電流により、ツェナ・ダイオード自体の異常発熱からひいては回路装置全体の破損や焼損に繋がるおそれもある。
【００１９】
そこで本発明では、この実施形態に認められるように、ツェナ・ダイオード31に直列に挿入したシャント抵抗32の両端電圧を監視し、ツェナ・ダイオード31がある程度の抵抗値を残しながら短絡故障したような場合に認められるように、ツェナ・ダイオード31を介して流れる電流の増加に伴って上昇する当該シャント抵抗32の両端電圧が許容電圧以上となるとこれを強制停止回路33にて検出し、スイッチング制御回路23を介する等してスイッチング素子16の動作を強制的に停止させるように図っており、負荷の保護、回路自体の保護を確実なものとしている。
【００２０】
そして、この停止は、先に述べた出力電圧制御回路21による一時的な停止とは異なり、望ましくは電源11が一旦完全に落とされ、その後に再投入されたときにのみ、強制停止回路33がリセットされてスイッチング素子16の再稼働が許され、それで初めて再び正規のスイッチング動作に入れるように構成するのが望ましい。
【００２１】
強制停止回路33はそれ自体専用のハード・ウエア装置として構成されてももちろん良いが、図示実施形態のように、そもそもスイッチング制御回路23がスイッチング素子16を遮断する機能も持っているのであるから、このスイッチング制御回路23をスイッチング素子16の遮断のために併用ないし流用し、強制停止回路33はそれに対して指令を出す回路として構成することができる。そして、このようにする場合には、例えば当該強制停止回路33はツェナ・ダイオード31のシャント抵抗32の両端電圧をアナログ／デジタル変換するインタフェイスを介して検出し、これが所定の値以上となるとスイッチング制御回路23に作用してスイッチング素子16をターン・オフ状態に付けるようにプログラムされたマイクロコンピュータで実質的に構成することもできる。
【００２２】
また、実用的に望ましくは、強制停止回路33がスイッチング素子16のスイッチング動作を停止させるときには可視的警報、可聴的警報のいずれか一方または双方の警報faを発する警報装置34も併設するのが良い。このようなスイッチング電源により稼動する昨今の機器ではリモートコントローラを有するものもあるが、そこに例えば液晶ディスプレイなどがある場合には、そのディスプレイを介しての文字表記や点滅表記等をして可視的な警報手段とすることもできるし、可聴的警報には適当なるブザー等を用いることができる。
【００２３】
以上、本発明の望ましい実施形態に即し説明したが、既に述べた通り、本発明は図示されているRCC電源回路以外のスイッチング電源回路にももちろん適用できる。また、図示の場合にはスイッチング・トランス一次巻線17aに選択的に供給される直流電流は商用交流電源11を整流回路12により整流した直流電源から得られるが、電源として電池等を用いるスイッチング電源回路にもまた適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明スイッチング電源回路の望ましい一実施形態の概略構成図である。
【符号の説明】
【００２５】
11  交流電源
12  整流回路
13  平滑コンデンサ
14，15  抵抗
16  スイッチング素子
17  スイッチング・トランス
17a スイッチング・トランス一次巻線
17b スイッチング・トランス二次巻線
17f スイッチング・トランス帰還巻線
18  帰還回路
19  整流回路
20  平滑コンデンサ
23  スイッチング制御回路
31  ツェナ・ダイオード
32  シャント抵抗
33  強制停止回路
34  警報装置
【図１】
2007312554.tif 000003