(57)【要約】【課題】スイッチング電源装置において、過電流状態と判定されるときの消費電力設定の自由度を高める。【解決手段】入力端に印加される直流電圧をスイッチング素子で交流に変換し、トランスの１次側に印加するスイッチング電源装置であって、電流検出端子を有し、電流検出端子の電圧値が所定の閾値に達すると過電流状態と判定する制御部と、入力端と電流検出端子との間で直列に接続された第１抵抗、第２抵抗と、電流検出端子と接地端との間に接続された第３抵抗と、トランスの１次側電流を検出する電流検出抵抗と、電流検出抵抗に生じる電圧を第３抵抗とで分圧する第４抵抗と、第１抵抗と第２抵抗との接続点と接地端との間に逆バイアス方向で接続されたツェナーダイオードとを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力端に印加される直流電圧をスイッチング素子で交流に変換し、トランスの１次側に印加するスイッチング電源装置であって、
電流検出端子を有し、前記電流検出端子の電圧値が所定の閾値に達すると過電流状態と判定する制御部と、
前記入力端と前記電流検出端子との間で直列に接続された第１抵抗、第２抵抗と、
前記電流検出端子と接地端との間に接続された第３抵抗と、
前記トランスの１次側電流を検出する電流検出抵抗と、
前記電流検出抵抗に生じる電圧を前記第３抵抗とで分圧する第４抵抗と、
前記第１抵抗と前記第２抵抗との接続点と前記接地端との間に逆バイアス方向で接続されたツェナーダイオードと、を備えたことを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項２】
前記ツェナーダイオードと直列に、順バイアス方向のダイオードを接続したことを特徴とする請求項１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、スイッチング電源装置に関し、特に、過電流状態と判定されるときの消費電力設定の自由度を高める技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
スイッチング電源装置は、スイッチング素子を用いて直流電力を交流電力に変換してトランスの１次側に供給する。そして、トランスの２次側に伝達される交流電力を整流・平滑化することで所定の直流電力を得る。
【０００３】
図６は、スイッチング電源装置として代表的なフライバック方式のスイッチング電源装置の従来の概略回路例を示す図である。本図において、スイッチング電源装置３００は、交流電圧Ｖｉｎを入力し、所定の直流電圧Ｖｏに変換して、負荷ＲＬに供給する。
【０００４】
入力電圧Ｖｉｎは、ダイオードブリッジＤＢ、コンデンサＣｂにより整流、平滑化され、入力電圧Ｖｉｎに応じた値の直流電圧Ｖｐとなる。入力電圧Ｖｉｎは、一般に商用電源が用いられるが、国毎に電圧が異なり、また使用環境も異なることから、汎用型の電源装置とするためには、９０Ｖ〜２６４Ｖ程度の範囲に対応できるようにしておく必要がある。
【０００５】
スイッチング電源装置３００は、制御ＩＣ３１０を備えている。制御ＩＣ３１０は、スイッチング素子Ｑをスイッチングさせることにより、直流電圧Ｖｐを高周波交流に変換してトランスＴｒの１次側に印加する。このエネルギーがトランスＴｒの２次側に伝達されるので、ダイオードＤｒで整流し、コンデンサＣｒで平滑化することで、直流電圧Ｖｏが出力される。
【０００６】
直流電圧Ｖｏの値は、図示しない出力電圧監視回路によって制御ＩＣ３１０にフィードバックされ、直流電圧Ｖｏが所定の値になるように、制御ＩＣ３１０が、スイッチング素子Ｑのスイッチング動作を調整する。起動時において、制御ＩＣ３１０は、起動抵抗Ｒ４を介して初期駆動用電力の供給を受け、スイッチング動作開始後は、トランスＴｒの図示しない補助巻線から動作電力の供給を受けることで制御動作を継続する。
【０００７】
スイッチング電源装置３００は、トランスＴｒの１次巻線に流れる電流Ｉｐを検出するための電流検出抵抗Ｒ５を備えている。電流検出抵抗Ｒ５で生じる電圧降下を、抵抗Ｒ６と抵抗Ｒ３（Ｒ３、Ｒ６≫Ｒ５）とで分圧した値を制御ＩＣ３１０の電流検出端子ＩＳに入力する。そして、制御ＩＣ３１０は、電流検出端子ＩＳの電圧が所定の閾値に達すると過電流状態と判断し、温度上昇等から部品を保護するためスイッチング素子Ｑスイッチング動作を一時的に停止させる。
【０００８】
上述のように、汎用型の電源装置は広範囲の入力電圧Ｖｉｎに対応する必要があるが、同じ電力を出力する場合であっても、高電圧入力時は、図７（ａ）に示すように、低電圧入力時よりも電流Ｉｐは小さくなる。電流Ｉｐが小さいと、電流検出抵抗Ｒ５の電圧降下も小さくなるため、高電圧入力時は、電流検出端子ＩＳの電圧が閾値に達して過電流状態と判定される際の消費電力が、低電圧入力時よりも非常に大きくなってしまう。
【０００９】
このため、スイッチング電源装置３００では、入力電圧Ｖｉｎを整流・平滑化して得られた直流電圧Ｖｐを、入力補正抵抗Ｒ１、Ｒ３（Ｒ１≫Ｒ５）を用いて分圧し、図７（ｂ）に示すように、入力電圧に比例したバイアス電圧を制御ＩＣ３１０の電流検出端子ＩＳに印加している。
【００１０】
この結果、制御ＩＣ３１０の電流検出端子ＩＳの電圧は、図７（ｃ）に示すように、バイアス電圧と電流Ｉｐに比例する電圧とを重畳した波形となり、高電圧入力時に、過電流状態と判定される際の消費電力が抑えられるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００９−２６８２２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
入力補正抵抗Ｒ１、Ｒ３を用いて、バイアス電圧を電流検出端子ＩＳに印加することで、高電圧入力時に過電流状態と判定される際の消費電力が抑えられるようになる。図８は、従来のスイッチング電源装置３００において、入力電圧Ｖｉｎを整流・平滑化して得られた直流電圧Ｖｐ毎の、電流検出端子ＩＳの電圧が閾値に達して過電流状態と判定されたときの消費電力Ｐｉｎを示す図である。なお、図中の破線は、入力補正抵抗がない場合の特性を示しており、入力補正抵抗を用いることにより、高電圧入力時に過電流状態と判定される際の消費電力Ｐｉｎが抑えられていることがわかる。
【００１３】
しかしながら、入力補正抵抗を設けることにより、本図に示すように、消費電力の特性が凸状となり、高電圧入力時の過電流状態での消費電力に比べ、中程度の電圧入力時の過電流状態での消費電力が大きくなる。
【００１４】
消費電力特性は、入力補正抵抗Ｒ１、Ｒ３の比を変更することにより上下させることができるが、全入力電圧範囲で同傾向の変動になる。例えば、抵抗Ｒ３の比率を大きく設定することで、中程度の電圧入力時の過電流状態となる消費電力を小さくすることができる。ところが、高電圧入力時の特性も同様に変化するため、高電圧入力時の過電流状態となる消費電力が小さくなりすぎて、電力消費量の大きい起動時に過電流状態となって、正常に起動できなくなってしまうおそれが生じる。
【００１５】
一方で、高電圧入力時の起動不良を避けるために、高電圧入力時の過電流状態となる消費電力が大きくなるように入力補正抵抗を設定すると、中程度の電圧入力時の過電流状態となる消費電力も大きくなる。この場合、トランスＴｒの磁化飽和を避けるためにコアのサイズを大きくしたり、発熱軽減のために線径を太くしなければならず、スイッチング電源装置の大型化を招いてしまう。
【００１６】
そこで、本発明は、スイッチング電源装置において、過電流状態と判定されるときの消費電力設定の自由度を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するため、本発明のスイッチング電源装置は、入力端に印加される直流電圧をスイッチング素子で交流に変換し、トランスの１次側に印加するスイッチング電源装置であって、電流検出端子を有し、前記電流検出端子の電圧値が所定の閾値に達すると過電流状態と判定する制御部と、前記入力端と前記電流検出端子との間で直列に接続された第１抵抗、第２抵抗と、前記電流検出端子と接地端との間に接続された第３抵抗と、前記トランスの１次側電流を検出する電流検出抵抗と、前記電流検出抵抗に生じる電圧を前記第３抵抗とで分圧する第４抵抗と、前記第１抵抗と前記第２抵抗との接続点と前記接地端との間に逆バイアス方向で接続されたツェナーダイオードとを備えたことを特徴とする。
例えば、第１抵抗は、実施例の抵抗Ｒ１に相当し、第２抵抗は、実施例の抵抗Ｒ２に相当し、第３抵抗は、実施例の抵抗Ｒ３に相当し、第４抵抗は、実施例の抵抗Ｒ６に相当し、電流検出抵抗は、実施例の抵抗Ｒ５に相当する。
ツェナーダイオードの温度による特性変動の影響を抑えるために、前記ツェナーダイオードと直列に、順バイアス方向のダイオードを接続してもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、スイッチング電源装置において、過電流状態と判定されるときの消費電力設定の自由度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施形態に係るスイッチング電源装置の構成を示すブロック図である。
【図２】制御ＩＣの電流検出端子ＩＳに印加されるバイアス電圧を示す図である。
【図３】本実施形態のスイッチング電源装置における過電流状態と判定されるときの消費電力特性を示す図である。
【図４】直流電源を用いた場合のスイッチング電源装置を示すブロック図である。
【図５】温度補償用のダイオードを接続したスイッチング電源装置を示すブロック図である。
【図６】スイッチング電源装置として代表的なフライバック方式のスイッチング電源装置の従来の概略回路例を示す図である。
【図７】高電圧入力時と低電圧入力時における各部の波形を示す図である。
【図８】従来のスイッチング電源装置における過電流状態と判定されるときの消費電力特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係るスイッチング電源装置の構成を示すブロック図である。本図に示すように、本実施形態に係るスイッチング電源装置１００は、交流電圧Ｖｉｎを入力し、所定の直流電圧Ｖｏに変換して、負荷ＲＬに供給する。
【００２１】
入力電圧Ｖｉｎは、ダイオードブリッジＤＢ、コンデンサＣｂにより整流、平滑化され、入力電圧Ｖｉｎに応じた値の直流電圧Ｖｐとなる。なお、直流電圧Ｖｐが印加される部位を入力端と称し、トランスＴｒの１次側の接地部位を接地端と称する。
【００２２】
スイッチング電源装置１００は、制御ＩＣ１１０を備えている。制御ＩＣ１１０は、スイッチング素子Ｑをスイッチングさせることにより、直流電圧Ｖｐを高周波交流に変換してトランスＴｒの１次側に印加する。このエネルギーがトランスＴｒの２次側に伝達されるので、ダイオードＤｒで整流し、コンデンサＣｒで平滑化することで、直流電圧Ｖｏが出力される。
【００２３】
直流電圧Ｖｏの値は、図示しない出力電圧監視回路によって制御ＩＣ１１０にフィードバックされ、直流電圧Ｖｏが所定の値になるように、制御ＩＣ１１０が、スイッチング素子Ｑのスイッチング動作を調整する。起動時において、制御ＩＣ１１０は、起動抵抗Ｒ４を介して初期駆動用電力の供給を受け、スイッチング動作開始後は、トランスＴｒの図示しない補助巻線から動作電力の供給を受けることで制御動作を継続する。
【００２４】
スイッチング電源装置１００は、トランスＴｒの１次巻線に流れる電流Ｉｐを検出するための電流検出抵抗Ｒ５を備えている。電流検出抵抗Ｒ５で生じる電圧降下を、抵抗Ｒ６と抵抗Ｒ３（Ｒ３、Ｒ６≫Ｒ５）とで分圧した値を制御ＩＣ１１０の電流検出端子ＩＳに入力する。このとき、抵抗Ｒ３が、接地端と制御ＩＣ１１０の電流検出端子ＩＳとに接続されている。そして、制御ＩＣ１１０は、電流検出端子ＩＳの電圧が所定の閾値に達すると過電流状態と判断し、温度上昇等から部品を保護するためスイッチング素子Ｑスイッチング動作を一時的に停止させる。
【００２５】
以上の構成は、従来のスイッチング電源装置３００と同様であるが、本実施形態のスイッチング電源装置１００では、入力端と制御ＩＣ１１０の電流検出端子ＩＳとを接続している従来の入力補正抵抗Ｒ１を、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との直列接続で構成する。そして、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の接続点と接地端とをツェナーダイオードＤｚで接続した構成となっている。
【００２６】
ツェナーダイオードＤｚは、逆バイアス方向に接続され、入力端の電圧Ｖｐが、Ｖｐｚ以上になると、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３にかかる電圧を、入力端の電圧Ｖｐの値にかかわらず、ツェナー電圧Ｖｚと等しくする。ここで、Ｖｐｚは、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３にかかる電圧が、ツェナー電圧Ｖｚと同じになるときの入力端の電圧値である。
【００２７】
一方、入力端の電圧がＶｐｚ以下の場合、ツェナーダイオードＤｚに電流は流れない。このため、制御ＩＣ１１０の電流検出端子ＩＳに印加されるバイアス電圧は、図２に示すように、入力端電圧ＶｐがＶｐｚ以下では、入力端電圧Ｖｐに比例し、入力端電圧ＶｐがＶｐｚ以上では、ほぼ一定となる。
【００２８】
入力端の電圧がＶｐｚ以下の範囲では、制御ＩＣ１１０の電流検出端子ＩＳに印加されるバイアス電圧が入力端電圧Ｖｐに比例するため、過電流状態と判定されるときの消費電力特性は、補助入力抵抗を用いた従来と同様に凸形状となる。入力端の電圧がＶｐｚ以上の範囲では、制御ＩＣ１１０の電流検出端子ＩＳに印加されるバイアス電圧が一定となるため、過電流状態と判定されるときの消費電力特性は、従来において補助入力抵抗を用いない場合と同様に、入力端電圧Ｖｐが高くなるにつれて大きくなっていく。
【００２９】
このため、本実施形態のスイッチング電源装置１００における過電流状態と判定されるときの消費電力特性は、図３に示すように、入力端電圧Ｖｐｚを境に、凸形状と右上がりの形状とが繋がった形状となる。
【００３０】
このとき、入力端電圧Ｖｐｚ以下の凸形状は、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、抵抗Ｒ３、抵抗Ｒ５、抵抗Ｒ６の値によって設定することができ、入力端電圧Ｖｐｚ以上の右上がりの形状は、ツェナー電圧Ｖｚ、抵抗Ｒ２、抵抗Ｒ３、抵抗Ｒ５、抵抗Ｒ６の値によって設定することができる。
【００３１】
このため、中程度の入力電圧時において過電流状態と判定されるときの消費電力Ｐｉｎが大きすぎないように、また、高入力電圧時において、過電流状態と判定されるときの消費電力Ｐｉｎが小さすぎないように、個別に設定することが可能となる。すなわち、過電流状態と判定されるときの消費電力設定の自由度が高まることになる。
【００３２】
例えば、抵抗Ｒ３の値を相対的に大きくして、中程度の入力電圧時のバイアス電圧を高くし、過電流状態と判定されるときの消費電力を小さくするとともに、ツェナーダイオードＤｚの効果によりバイアス電圧の上昇を抑え、高入力電圧時において、過電流状態と判定されるときの消費電力を高くすることができる。
【００３３】
この結果、中程度の入力電圧時において過電流状態と判定されるときの消費電力が大きいことによるトランスの大型化等を防ぐとともに、高電圧入力時の起動時に過電流状態となって、正常に起動できなくなることを防ぐことが可能となる。
【００３４】
なお、スイッチング電源装置１００は、図４に示すように、電圧Ｖｐの直流電源Ｅを入力端に接続するようにしてもよい。この場合、ダイオードブリッジＤＢは、不要となる。
【００３５】
また、ツェナーダイオードＤｚと直列に、ツェナーダイオードＤｚと逆の温度特性を持つダイオードＤｃを順バイアス方向に接続するようにしてもよい。これにより、ツェナーダイオードＤｚの温度による特性変動の影響を抑えることができる。ダイオードＤｃに代えて、ダイオード接続したトランジスタを用いてもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１００…スイッチング電源装置
３００…スイッチング電源装置
１１０…制御ＩＣ
３１０…制御ＩＣ
【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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【図７】
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【図８】
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