(57)【要約】【課題】スイッチング電源回路において、負荷の完全短絡以外の異常をも検出可能な低コストの保護回路を提供する。【解決手段】トランジスタＱ１は、商用電源１の交流電圧を整流して得た直流電圧のスイッチングを行う。スイッチング制御ＩＣ３は、スイッチングトランスＴの二次側から出力される出力電圧が一定に保たれるように、トランジスタＱ１の駆動パルスのパルス幅を制御する。異常検出回路１０は、トランジスタＱ１の駆動パルスのパルス幅を検出し、当該パルス幅が許容範囲外になると、スイッチング制御ＩＣ３にトランジスタＱ１の動作を停止する保護動作を行わせる。【選択図】図１
2012105448.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源のスイッチングを行うスイッチング素子と、
出力電圧が一定に保たれるように前記スイッチング素子の駆動パルスのパルス幅を制御し、前記駆動パルスを前記スイッチング素子に供給するスイッチング制御回路と、
前記駆動パルスのパルス幅を検出し、当該パルス幅が許容範囲外になると所定の保護動作を実行させる異常検出回路とを備える
ことを特徴とするスイッチング電源回路。
【請求項２】
前記電源のスイッチングを行うスイッチング素子と、
出力電圧が一定に保たれるように前記スイッチング素子の駆動パルスの周波数を制御し、前記駆動パルスを前記スイッチング素子に供給するスイッチング制御回路と、
前記駆動パルスの周波数を検出し、当該周波数が許容範囲外になると所定の保護動作を実行させる異常検出回路とを備える
ことを特徴とするスイッチング電源回路。
【請求項３】
前記電源並びに前記スイッチング素子が接続する一次巻線および前記出力電圧が出力される二次巻線を含むトランスと、
前記出力電圧の変動を前記スイッチング制御回路に伝達するフォトカプラとをさらに備える
請求項１または請求項２記載のスイッチング電源回路。
【請求項４】
前記保護動作は、前記スイッチング制御回路に前記スイッチング素子を動作を停止させるものである
請求項１から請求項３のいずれか一項記載の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、例えばテレビジョン受信機等に使用されるスイッチング方式定電圧制御電源回路（スイッチング電源回路）に関し、特に、負荷の異常を検知して機器を保護する保護回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電源回路では、当該電源回路の負荷が何らかの原因で短絡した時、回路部品の損傷や発火、発煙等を防止するために、回路内にヒューズや電子遮断回路を設けるなどの措置がとられていた。しかしヒューズは一般的に高価である上、一度溶断すると交換する必要があるためコスト高になる。また電子遮断回路を設ける場合は、電源回路の製造コストの上昇を招く。
【０００３】
この改善策として、比較的簡単な回路構成でコスト上昇を抑えたスイッチング方式定電圧制御電源回路（スイッチング電源回路）の短絡保護回路が提案されている（例えば特許文献１）。特許文献１のスイッチング電源回路では、スイッチングトランスの二次側に接続した負荷に発生する電圧の情報が、フォトカプラを介して一次側のスイッチングトランジスタの制御回路にフィードバックされ、定電圧制御が行われる。この電源回路では、負荷が短絡して電圧が無くなるとスイッチングトランジスタのエミッタ電流を増大させるように制御される。当該電源回路に設けられた短絡保護回路は、スイッチングトランジスタのエミッタ電流の増大を検出することで負荷の短絡を検知し、短絡発生時にスイッチングトランジスタの動作を停止させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１２１５３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の電源回路に用いられている短絡保護回路は、基本的に負荷が完全に短絡した場合に動作するものであり、負荷がある程度の抵抗値を維持した状態での異常を検出することはできない。また、検出可能な異常は、負荷の短絡による電圧低下のみであり、例えば回路の断線や部品故障などによる負荷の開放や軽負荷となる異常を検出することはできない。
【０００６】
本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、スイッチング電源回路において、負荷の完全短絡以外の異常をも検出可能な保護回路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】
【０００７】
本発明に係るスイッチング電源回路は、電源のスイッチングを行うスイッチング素子と、出力電圧が一定に保たれるように前記スイッチング素子の駆動パルスのパルス幅（または周波数）を制御し、前記駆動パルスを前記スイッチング素子に供給するスイッチング制御回路と、前記駆動パルスのパルス幅（または周波数）を検出し、それが許容範囲外になると所定の保護動作を実行させる異常検出回路とを備えるものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、出力電圧に基づいて制御される駆動パルスのパルス幅（または周波数）の変化に基づいて回路の異常を検出するため、負荷の完全短絡以外の異常をも検出することが可能である。また負荷の異常のみならず、電源やスイッチング制御回路の異常も検出可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態に係る電源回路の回路図である。
【図２】異常検出回路の異常判定ＩＣの入力信号を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る電源回路の保護動作を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１に係るスイッチング電源回路の回路図である。当該電源回路において、商用電源１の交流電圧は、４つのダイオードから構成されるブリッジ整流回路Ｄ１で整流され、平滑用のコンデンサＣ１を経て、スイッチングトランスＴの一次巻線Ｎ１の一端に供給される。
【００１１】
一次巻線Ｎ１の他端は、スイッチング用のＦＥＴであるトランジスタＱ１（スイッチング素子）のドレインに接続される。トランジスタＱ１のゲートは、抵抗Ｒ２を介して、トランジスタＱ１の駆動パルスのパルス幅（デューティ）を制御するスイッチング制御ＩＣ３の出力端子ＯＵＴに接続される。スイッチング制御ＩＣ３からの駆動パルスは、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ８により分圧されてトランジスタＱ１のゲートに入力される。トランジスタＱ１のソースは電流検出用の抵抗Ｒ１に接続される。
【００１２】
抵抗Ｒ１に発生する電圧信号（電流検出信号）は、抵抗Ｒ９を介してスイッチング制御ＩＣ３の保護端子ＣＳに入力される。コンデンサＣ５はノイズ除去用である。スイッチング制御ＩＣ３は、保護端子ＣＳに入力される電圧が、所定値を超えると、トランジスタＱ１の動作を停止させる（オフを維持する）保護動作を行う。
【００１３】
スイッチングトランスＴの一次側の巻線Ｎ３は、スイッチング制御ＩＣ３の電源電圧を得るためのものである。巻線Ｎ３に発生した交流電圧は、整流用のダイオードＤ３と平活用のコンデンサＣ３により直流電圧に変換され、さらにシリーズレギュレータ２によって安定化されて、スイッチング制御ＩＣ３の電源端子ＶＣＣに供給される。コンデンサＣ４はノイズ除去用である。
【００１４】
スイッチングトランスＴの二次側の巻線Ｎ２に発生する交流電圧は、整流用のダイオードＤ２と平滑用のコンデンサＣ２により出力電圧としての直流電圧（＋Ｂ）に変換され、負荷（例えばテレビジョン受信機の各回路）に供給される。
【００１５】
図１のように、直流電圧（＋Ｂ）が出力されるダイオードＤ２のカソードは、抵抗Ｒ３を介してフォトカプラＱ２のフォトダイオード部のアノードに接続される。フォトカプラＱ２のフォトダイオード部のカソードは、シャントレギュレータＱ３のカソードに接続される。シャントレギュレータＱ３のアノードは接地されている。シャントレギュレータＱ３のゲートには、二次側の直流電圧（＋Ｂ）を抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ５で分圧した電圧が供給される。なお、抵抗Ｒ４は、フォトカプラＱ２のフォトダイオード部およびシャントレギュレータＱ３の電流の適正化するためのものであり、コンデンサＣ６はノイズ除去用である。
【００１６】
シャントレギュレータＱ３は、ゲート電圧を制御することによって、そのカソード電圧を制御できる素子である。シャントレギュレータＱ３のゲートには二次側の直流電圧（＋Ｂ）を抵抗Ｒ４，Ｒ５で分圧した電圧が入力されるので、シャントレギュレータＱ３のカソード電圧は、二次側の直流電圧（＋Ｂ）の電圧変動に応じて変動することになる。よって、フォトカプラＱ２のフォトダイオード部に流れる電流も、二次側の直流電圧（＋Ｂ）の電圧変動に応じて変動することになる。
【００１７】
またフォトカプラＱ２のフォトトランジスタ部には、フォトダイオード部の電流に応じた電流が流れる。よってフォトカプラＱ２のフォトトランジスタ部に流れる電流も、二次側の直流電圧（＋Ｂ）の電圧変動に応じて変動する。フォトカプラＱ２のフォトトランジスタ部のコレクタは、スイッチング制御ＩＣ３の帰還端子ＦＢに接続される。コンデンサＣ７はノイズ除去用である。
【００１８】
スイッチング制御ＩＣ３は、帰還端子ＦＢの電圧に基づき、二次側の直流電圧（＋Ｂ）が一定値に保たれるように、トランジスタＱ１の駆動パルスのデューティを制御して、トランジスタＱ１のオン／オフ期間の比（デューティ）を調整する。例えば、二次側の直流電圧（＋Ｂ）が低下すると、スイッチング制御ＩＣ３は、二次側の直流電圧（＋Ｂ）を高めるためにトランジスタＱ１のオン期間を長くする。逆に、二次側の直流電圧（＋Ｂ）が高くなった場合は、二次側の直流電圧（＋Ｂ）を下げるためにトランジスタＱ１のオン期間を短くする。
【００１９】
仮に、負荷が短絡して二次側の直流電圧（＋Ｂ）が０になったとすると、トランジスタＱ１の電流が急激に増加し、応じてスイッチング制御ＩＣ３の保護端子ＣＳの電圧が大きくなる。スイッチング制御ＩＣ３は、保護端子ＣＳの電圧が所定レベルを超えると、負荷の短絡が生じたと判断して、トランジスタＱ１の動作を停止させる保護動作を行う。
【００２０】
ただしこの手法では、特許文献１と同様に、負荷の完全短絡以外の異常を検出することはできない。本実施の形態の電源回路は、以下に説明する異常検出回路１０を備えることによりその問題を解決している。
【００２１】
異常検出回路１０は、スイッチング制御ＩＣ３からトランジスタＱ１のゲートに供給される駆動パルスのパルス幅（つまりトランジスタＱ１のオン期間の長さ）を検出し、その長さが、予め設定された許容範囲内にあるか否かを判断する。そして駆動パルスの幅が許容範囲から外れた場合に、スイッチング制御ＩＣ３の保護端子ＣＳの電圧を制御して、トランジスタＱ１の動作を停止する保護動作を実行させるように機能する。
【００２２】
図１の如く、異常検出回路１０は、抵抗Ｒ６，Ｒ７，Ｒ１１、トランジスタＱ４、ダイオードＤ４および異常判定ＩＣ４によって構成されている。スイッチング制御ＩＣ３が生成したトランジスタＱ１の駆動パルスは、抵抗Ｒ６，Ｒ１１によって分圧されて、トランジスタＱ４のゲートに入力される。トランジスタＱ４のドレインは、抵抗Ｒ７を介してシリーズレギュレータ２の出力に接続され、トランジスタＱ４のソースは接地されている。
【００２３】
異常判定ＩＣ４の入力端子ＩＮは、トランジスタＱ４と抵抗Ｒ７との接続ノードに接続される。また異常判定ＩＣ４の出力端子ＯＵＴは、ダイオードＤ４を介してスイッチング制御ＩＣ３の保護端子ＣＳに接続される。また異常判定ＩＣ４の電源としては、シリーズレギュレータ２の出力が供給されている。
【００２４】
図２は、トランジスタＱ１の駆動パルスと異常判定ＩＣ４の入力信号との関係を示す図である。図２の如く、トランジスタＱ１の駆動パルスがＨ（High）レベルの期間（トランジスタＱ１のオン期間）は、トランジスタＱ４がオンするため、異常判定ＩＣ４の入力端子ＩＮはＬ（Low）レベルになる。逆に、トランジスタＱ１の駆動パルスがＬレベルの期間（トランジスタＱ１のオフ期間）は、トランジスタＱ４がオフするため、異常判定ＩＣ４の入力端子ＩＮはＨレベルになる。つまり、異常判定ＩＣ４の入力端子ＩＮには、トランジスタＱ１の駆動パルスの反転信号が入力される。ここで、トランジスタＱ１の駆動パルスのパルス幅（トランジスタＱ１のオン期間の長さ）、すなわち入力端子ＩＮの信号がＬレベルになる期間の長さをＴONと定義する。
【００２５】
異常判定ＩＣ４は、入力端子ＩＮの信号がＬレベルになる期間の長さＴONが上記の許容範囲内であるか否かを判定して、許容範囲外の場合に出力端子ＯＵＴをＨレベルにするよう動作する。上記したように、スイッチング制御ＩＣ３は、保護端子ＣＳの電圧が所定レベルを超えるとトランジスタＱ１の動作を停止させる保護動作を行う。異常判定ＩＣ４の出力端子ＯＵＴに出力されるＨレベルの電圧は、スイッチング制御ＩＣ３が保護動作を行う程度に高く設定されている。従って、異常判定ＩＣ４は、トランジスタＱ１の駆動パルスの幅ＴONが許容範囲外のときに、スイッチング制御ＩＣ３に保護動作を行わせるように動作することとなる。
【００２６】
以下、本実施の形態に係る電源回路の保護動作を説明する。トランジスタＱ１の駆動パルスの幅の許容範囲は予め設定されており、異常判定ＩＣ４に記憶されている。ここで、当該許容範囲の上限をＴMAX、下限をＴMINと定義する。電源回路や負荷に異常がない状態（正常時）では、図３（ａ）のように、異常判定ＩＣ４の入力端子ＩＮに入力される信号のＬレベル期間の長さＴONは、ＴMAXとＴMINとの間になる（ＴMIN＜ＴON＜ＴMAX）。
【００２７】
例えば負荷や配線の短絡などにより二次側の直流電圧（＋Ｂ）が大きく低下した場合、スイッチング制御ＩＣ３は、トランジスタＱ１の駆動パルス幅ＴONを長くする。このとき図３（ｂ）のようにＴONがＴMAX以上になると、異常判定ＩＣ４は、異常が発生したと判断し、異常判定ＩＣ４の保護端子ＣＳをＨレベルにする。応じて、異常判定ＩＣ４は駆動パルスをＬレベルに固定し、トランジスタＱ１の動作を停止させる保護動作を行う。
【００２８】
また例えば負荷や配線の開放などにより二次側の直流電圧（＋Ｂ）が大きく上昇した場合、スイッチング制御ＩＣ３は、トランジスタＱ１の駆動パルス幅ＴONを短くする。このとき図３（ｃ）のようにＴONがＴMIN以下になると、この場合も異常判定ＩＣ４は異常が発生したと判断し、異常判定ＩＣ４の保護端子ＣＳをＨレベルにする。応じて、異常判定ＩＣ４は、駆動パルスをＬレベルに固定し、トランジスタＱ１の動作を停止させる保護動作を行う。
【００２９】
このように本実施の形態の電源回路では、異常検出回路１０がトランジスタＱ１の駆動パルス幅ＴONの変化に基づいて異常を検出するため、負荷の完全短絡以外の異常をも検出することができる。例えばトランジスタＱ１の駆動パルス幅の許容範囲の上限ＴMAXを低目に設定しておけば、負荷がある程度の抵抗値を維持した状態での異常を検出可能である。またトランジスタＱ１の駆動パルス幅の許容範囲に下限ＴMINが設けられているため、負荷や回路の開放による異常も検出可能である。また負荷側（二次側）の異常のみならず、一次側の商用電源１、スイッチング制御ＩＣ３等の異常も検出することができる。
【００３０】
図１からも分かるように異常検出回路１０は簡単な構成の回路で実現でき、また電源回路が異常検出回路１０を有することによりヒューズや電子遮断回路を設ける必要もないため、コスト削減にも寄与できる。
【００３１】
＜実施の形態２＞
実施の形態１では、スイッチング制御ＩＣ３が、トランジスタＱ１（スイッチングトランジスタ）をパルス幅変調（ＰＷＭ）方式によって制御する例を示したが、スイッチング電源回路の中には、スイッチングトランジスタの駆動パルスの周波数を制御して定電圧出力を得る方式（周波数変調方式）もある。
【００３２】
本発明を、周波数変調方式のスイッチング電源回路に適用する場合は、図１の異常判定ＩＣ４として、入力端子ＩＮに入力される信号（トランジスタＱ１の駆動パルスの反転信号）の周波数を測定し、それが予め設定された許容範囲内にあるか否かを判定するものを使用する。この場合、異常判定ＩＣ４は、トランジスタＱ１の駆動パルスの周波数が許容範囲から外れた場合を異常の発生と判断し、スイッチング制御ＩＣ３に保護動作を行わせる。このように構成したスイッチング回路においても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００３３】
１  商用電源、２  シリーズレギュレータ、３  スイッチング制御ＩＣ、４  異常判定ＩＣ、１０  異常検出回路、Ｄ１  ブリッジ整流回路、Ｄ２〜Ｄ４  ダイオード、Ｃ１〜Ｃ７  コンデンサ、Ｒ１〜Ｒ１１  抵抗、Ｔ  スイッチングトランス、Ｑ１，Ｑ４  トランジスタ、Ｑ２  フォトカプラ、Ｑ３  シャントレギュレータ。
【図１】
2012105448.tif 000003
【図２】
2012105448.tif 000004
【図３】
2012105448.tif 000005