(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次巻線と制御用補助巻線と複数の二次巻線とを有するトランスと、前記一次巻線に直流電圧を印加する為の電源スイッチ及び前記直流電圧をスイッチングして印加する為のスイッチングトランジスタと、前記制御用補助巻線の誘起電圧を前記スイッチングトランジスタのゲートにパルス電圧として印加する為の直列接続の抵抗とコンデンサと、前記スイッチングトランジスタのゲートに印加する前記パルス電圧をバイパスする為の制御トランジスタと、前記複数の二次巻線の中の第一の二次巻線の誘起電圧を整流した直流電圧を印加した時に突入電流が流れる負荷に前記直流電圧を供給する第一の整流平滑化回路と、前記負荷に印加する直流電圧が設定値を超えた時に前記制御トランジスタをオンとする為の第一のツェナーダイオードと、前記複数の二次巻線の中の第二の二次巻線の誘起電圧を直流電圧として負荷に供給する第二の整流平滑化回路と、前記第二の二次巻線の誘起電圧を直流電圧として負荷に供給する前記第二の整流平滑化回路の出力直流電圧が設定値を超えた時に、該出力直流電圧を前記制御トランジスタのベースに印加して、該制御トランジスタをオンとし、前記スイッチングトランジスタをオフ状態とする第二のツェナーダイオードを設けた
ことを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項２】
前記トランスの前記第一の二次巻線の誘起電圧を前記第一の整流平滑化回路により整流して平滑化した直流電圧とし、該直流電圧を印加した時に突入電流が流れる前記負荷を、ＤＣ／ＤＣコンバータとしたことを特徴とする請求項１記載のスイッチング電源装置。
【請求項３】
前記トランスの前記第一の二次巻線の誘起電圧を前記第一の整流平滑化回路により整流して平滑化した直流電圧とし、該直流電圧を印加した時に突入電流が流れる前記負荷を、空冷用のファンモータとしたことを特徴とする請求項１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】
本願発明は、負荷に安定化した直流電圧を供給するスイッチング電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
直流電源からトランスの一次巻線に供給する電流をスイッチングトランジスタによりオン、オフし、そのトランスの二次巻線に誘起した電圧を整流平滑化した直流電圧を負荷に供給し、その直流電圧と設定基準電圧と比較し、誤差分に応じてスイッチングトランジスタのオン期間を制御することにより、負荷に供給する直流電圧を安定化するスイッチング電源装置は、既に各種の構成が提案され、且つ実用化されている。例えば、図３は従来例のスイッチング電源装置を示すものであり、ＤＣは直流電源で、電池として図示しているが、通常は、商用交流電圧を整流して平滑化した直流電圧を供給する構成が一般的である。又Ｔは一次巻線ｎ１と第一の二次巻線ｎ２−１と第二の二次巻線ｎ２−２と制御用補助巻線ｎ３とを有するトランス、ＳＷは電源スイッチ、Ｑ１は電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）等のスイッチングトランジスタ、Ｑ２は制御トランジスタ、ＰＣはフィードバック用のフォトカプラ、ＬＤ１，ＬＤ２は半導体集積回路（ＩＣ）等の負荷、ＦＭは冷却用ファンを駆動する為のファンモータ、Ｄ１，Ｄ２はダイオード、ＺＤ１はツェナーダイオード、Ｒ１〜Ｒ４は抵抗、Ｃ１〜Ｃ３はコンデンサを示す。なお、抵抗Ｒ１は起動用の高抵抗値のものであり、起動後は切り離す構成とすることも可能である。又コンデンサＣ１，Ｃ２は、ダイオードＤ１，Ｄ２により整流された電圧の平滑回路を構成するコンデンサであって、リアクトルや抵抗等は図示を省略している。又コンデンサＣ３と抵抗Ｒ３とは、スイッチングトランジスタＱ１をスイッチング駆動する為のパルス発生回路に相当する。
【０００３】
電源スイッチＳＷをオンとすると、スイッチングトランジスタＱ１のゲートに、起動用の抵抗Ｒ１を介して電圧が加えられて、スイッチングトランジスタＱ１はオンとなり、直流電源ＤＣからトランスＴの一次巻線ｎ１に電流が流れ、二次巻線ｎ２−１，ｎ２−２及び制御用補助巻線ｎ３に電圧が誘起する。その制御用補助巻線ｎ３の誘起電圧を、抵抗Ｒ３とコンデンサＣ３との直列回路を介してスイッチングトランジスタＱ１のゲートに電圧Ｖ４として印加する。この電圧Ｖ４は、抵抗Ｒ３とコンデンサＣ３とによる時定数に従ったパルス電圧であり、このパルス電圧のパルス幅及び周期に従ってスイッチングトランジスタＱ１のオン、オフのスイッチング動作が繰り返される。なお、制御トランジスタＱ２がオンとなると、スイッチングトランジスタＱ１のゲートにパルス電圧が印加されないで、スイッチングトランジスタＱ１はオフとなる。
【０００４】
又第二の二次巻線ｎ２−２の誘起電圧を、ダイオードＤ１により整流し、コンデンサＣ１により平滑化して負荷ＬＤ２に直流電圧Ｖ２を供給する。又第一の二次巻線ｎ２−１の誘起電圧を、ダイオードＤ２により整流し、コンデンサＣ２により平滑化して負荷ＬＤ１とファンモータＦＭとに対して直流電圧Ｖ１を供給する。この直流電圧Ｖ１がツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧を超えると、即ち、直流電圧Ｖ１が設定値を超えると、フォトカプラＰＣがオン状態となり、制御トランジスタＱ２のベースに、オン状態のフォトカプラＰＣと抵抗Ｒ２とを介して、制御用補助巻線ｎ３の誘起電圧を印加し、制御トランジスタＱ２をオンとして、スイッチングトランジスタＱ１をオフとする。それにより、負荷ＬＤ１とファンモータＦＭとに印加する電圧Ｖ１を安定化することができる。この場合、負荷ＬＤ１に供給する直流電圧Ｖ１と、負荷ＬＤ２に供給する直流電圧Ｖ２とを同一とする構成又は異なる構成とすることができる。
【０００５】
又トランスの二次側の誘起電圧を整流平滑化して負荷に供給し、その負荷に供給する電圧を検出し、フォトカプラを介してトランスの一次側にフィードバックし、負荷に供給する電圧の安定化と、過電圧保護とを行うスイッチング電源装置も知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平５−１４６１４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来例の図３に示すスイッチング電源装置は、スイッチングトランジスタＱ１のオン、オフを制御する為に、鋸歯状波、三角波等のタイミング制御の為の信号発生器を含むパルス幅制御回路や、出力電圧と基準電圧とを比較して、パルス幅制御回路のパルス幅の制御信号を入力するフィードバック制御用の誤差増幅器等を省略可能とした比較的簡単な構成であり、トランスＴの第一の二次巻線ｎ２−１にダイオードＤ２を介して負荷ＬＤ１のみに直流電圧Ｖ１を供給する場合、即ち、ファンモータＦＭを接続していない場合は、電源スイッチＳＷをオンとして起動した時に、所望の直流電圧を供給することが可能である。しかし、種々の状況によって、空冷用のファンを駆動する為の図示のようなファンモータＦＭや、ＤＣ／ＤＣコンバータ等の起動時に突入電流が流れる負荷を接続する必要が発生する。このような場合、電源スイッチＳＷをオンとして起動した時に、トランスＴの第一の二次巻線ｎ２−１の誘起電圧を整流して印加するファンモータＦＭ等の負荷に、大きな突入電流が流れる。この場合でも、二次巻線ｎ２−１の誘起電圧を整流した直流電圧Ｖ１をフィードバックしてスイッチングトランジスタＱ１のスイッチング制御を行うものであるから、直流電圧Ｖ１は設定値以上には上昇しないように制御される。このように、第一の二次巻線ｎ２−１の誘起電圧を安定化できるが、第二の二次巻線ｎ２−２の誘起電圧は、直接フィードバック制御に寄与しないものであるから、一方の直流電圧Ｖ１を設定値となるように制御しても、他方の直流電圧Ｖ２は設定値を超えることになり、負荷ＬＤ２に対しては、過電圧印加の状態が発生し、負荷ＬＤ２を破損する可能性の問題がある。特に負荷ＬＤ２が半導体集積回路等の場合には、過電圧によって障害が発生する。
【０００７】
例えば、図４に、前述の負荷ＬＤ１，ＬＤ２にそれぞれ印加する直流電圧Ｖ１，Ｖ２と、スイッチングトランジスタＱ１のゲートに印加する電圧Ｖ４として示すパルスデューティと、ファンモータＦＭに流れる電流Ｉ１との起動時の概要特性を示すもので、横軸は時間ｔ、縦軸は電圧Ｖと電流Ｉとを示す。電源スイッチＳＷをオンとしてからの時間経過に従って、負荷ＬＤ１，ＬＤ２に印加する直流電圧Ｖ１，Ｖ２は上昇を開始し、又ファンモータＦＭに流れる電流Ｉ１も上昇し、ファンモータＦＭが所定の回転数に達すると、電流Ｉ１は一定値となる。この電流Ｉ１の上昇時には、直流電圧Ｖ１を一定に維持する為に、スイッチングトランジスタＱ１のゲートに抵抗Ｒ３とコンデンサＣ３とを介して印加する電圧Ｖ４としてのパルスのデューティは、制御トランジスタＱ２がオンとならないので、最大値ＭＡＸとなる。その為に、負荷ＬＤ１及びファンモータＦＭに印加する一方の直流電圧Ｖ１を安定化しても、負荷ＬＤ２に印加する他方の直流電圧Ｖ２は、負荷ＬＤ２に対して許容最大値ＭＡＸを超える問題がある。
【０００８】
本発明は、前述の従来例の問題点を解決することを目的とするもので、電源スイッチをオンとして、第一の二次巻線ｎ２−１の誘起電圧を整流した直流電圧を印加する負荷が、前述のファンモータＦＭやＤＣ／ＤＣコンバータのように突入電流が流れる特性の場合、フィードバック制御していない第二の二次巻線ｎ２−２側の直流電圧が設定値を超えて上昇しないように、低コストでもって保護するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のスイッチング電源装置は、一次巻線と制御用補助巻線と複数の二次巻線を有するトランスと、このトランスの一次巻線に直流電圧を印加する為の電源スイッチ及びスイッチングトランジスタと、トランスの制御用補助巻線の誘起電圧を、スイッチングトランジスタのゲートにパルス電圧として印加する為の直列接続の抵抗とコンデンサと、スイッチングトランジスタのゲートに印加するパルス電圧を、オン状態によりバイパスする制御トランジスタと、複数の二次巻線の中の第一の二次巻線の誘起電圧を直流電圧として印加した時に突入電流が流れる負荷に供給する整流平滑化回路と、その負荷に印加する直流電圧が設定値を超えた時に、制御トランジスタをオンとするように接続した第一のツェナーダイオードと、複数の二次巻線の中の第二の二次巻線の誘起電圧を直流電圧として負荷に供給する整流平滑化回路とを含むスイッチング電源装置であって、第二の二次巻線の誘起電圧を直流電圧として負荷に供給する整流平滑化回路の出力直流電圧が設定値を超えた時に、この出力直流電圧を、制御トランジスタのベースに印加するように接続した第二のツェナーダイオードを設けた構成を有するものであり、又直流電圧を印加した時に突入電流が流れる負荷として、直流電源側からは容量性負荷のように見えるＤＣ／ＤＣコンバータ又は直流モータにより空冷用のファンを駆動する構成のファンモータ等がある。
【発明の効果】
【００１０】
フィードバック制御により出力直流電圧の安定化を図る第一の二次巻線側に対して、第二の二次巻線側は、従来フィードバック制御を行う構成でないことにより、設定直流電圧を超える直流電圧となるが、第二のツェナーダイオードを介して第二の二次巻線側の整流平滑化した直流電圧を制御トランジスタのベースに供給する簡単な構成によって、第二の二次巻線側の負荷に印加する直流電圧を設定値に抑制することができる。なお、第二の二次巻線側の負荷と並列に第二のツェナーダイオードを接続して過電圧保護を行う場合、電力損失が増大し、スイッチング電源装置としての効率が多少低下するが、前述の構成により、効率を低下させることなく、簡単且つ廉価な構成により、突入電流による問題を解決することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明のスイッチング電源装置は、図１を参照すると、一次巻線（ｎ１）と制御用補助巻線（ｎ３）と複数の二次巻線（ｎ２−１，ｎ２−２）とを有するトランス（Ｔ）と、前記一次巻線（ｎ１）に直流電圧を印加する為の電源スイッチ（ＳＷ）及び前記直流電圧をスイッチングして印加する為のスイッチングトランジスタ（Ｑ１）と、前記制御用補助巻線（ｎ３）の誘起電圧を前記スイッチングトランジスタ（Ｑ１）のゲートにパルス電圧として印加する為の直列接続の抵抗とコンデンサ（Ｒ３，Ｃ３）と、前記スイッチングトランジスタ（Ｑ１）のゲートに印加する前記パルス電圧をバイパスする為の制御トランジスタ（Ｑ２）と、前記複数の二次巻線の中の第一の二次巻線（ｎ２−１）の誘起電圧を整流した直流電圧を印加した時に突入電流が流れる負荷（ＲＤ）に前記直流電圧を供給する第一の整流平滑化回路（Ｄ２，Ｃ２）と、前記負荷（ＲＤ）に印加する直流電圧が設定値を超えた時に、前記制御トランジスタ（Ｑ２）をオンとする為の第一のツェナーダイオード（ＺＤ１）と、前記複数の二次巻線の中の第二の二次巻線（ｎ２−２）の誘起電圧を直流電圧として負荷に供給する第二の整流平滑化回路（Ｃ１，Ｄ１）と、前記第二の二次巻線（ｎ２−２）の誘起電圧を直流電圧として負荷（ＬＤ２）に供給する前記第二の整流平滑化回路（Ｄ１，Ｃ１）の出力直流電圧が設定値を超えた時に、該出力直流電圧を前記制御トランジスタ（Ｑ２）のベースに印加して、該制御トランジスタ（Ｑ２）をオンとし、前記スイッチングトランジスタ（Ｑ１）をオフ状態とする第二のツェナーダイオード（ＺＤ２）を設けた構成を備えている。
【実施例１】
【００１２】
図１は、本発明の実施例の説明図であり、ＤＣは直流電源、Ｔはトランス、ｎ１は一次巻線、ｎ２−１，ｎ２−２は第一、第二の二次巻線、ｎ３は制御用補助巻線、ＳＷは電源スイッチ、Ｑ１は電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）等のスイッチングトランジスタ、Ｑ２は制御トランジスタ、ＰＣはフィードバック用のフォトカプラ、ＬＤ１，ＬＤ２は半導体集積回路（ＩＣ）等の負荷、ＲＤは直流電圧印加時に突入電流が流れる負荷、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータや空冷用のファンモータ等の負荷、Ｄ１，Ｄ２はダイオード、ＺＤ１，ＺＤ２は第一、第二のツェナーダイオード、Ｒ１〜Ｒ４は抵抗、Ｃ１〜Ｃ３はコンデンサを示す。なお、抵抗Ｒ１は起動用の高抵抗値のものであり、起動後は切り離す構成とすることもできる。又従来例の構成と同様に、コンデンサＣ１，Ｃ２は、ダイオードＤ１，Ｄ２により整流された電圧の平滑回路を構成するコンデンサであって、リアクトルや抵抗等は図示を省略している。又コンデンサＣ３と抵抗Ｒ３とは、スイッチングトランジスタＱ１をスイッチング駆動する為のパルス発生回路に相当する。又直流電源ＤＣは、従来例と同様に、商用交流電圧を整流平滑化した構成とすることができる。
【００１３】
スイッチングトランジスタＱ１をオン、オフして、負荷ＬＤ１，ＬＤ２及び負荷ＲＤに印加する直流電圧Ｖ１，Ｖ２を安定化する定常状態の動作は、従来例と同様であり、前述の説明と重複する内容は省略する。この実施例は、制御トランジスタＱ２のベースに、第二のツェナーダイオードＺＤ２を介して、負荷ＬＤ２に印加する直流電圧Ｖ２を入力できるように構成したものである。この第二のツェナーダイオードＺＤ２は、負荷ＬＤ２に印加する直流電圧Ｖ２が設定値に対応して選定したツェナー電圧を超えると、オンとなって、制御トランジスタＱ２のベースにその直流電圧Ｖ２を印加し、制御トランジスタＱ２をオンとして、スイッチングトランジスタＱ１を強制的にオフとする。それにより、負荷ＬＤ２に印加する直流電圧Ｖ２の上昇を抑制する。
【００１４】
図２は、本発明の実施例１の動作説明図であり、電源スイッチＳＷをオンとして、負荷ＬＤ１，ＬＤ２にそれぞれ印加する直流電圧Ｖ１，Ｖ２と、スイッチングトランジスタＱ１のゲートに印加する電圧Ｖ４として示すパルスデューティと、ＤＣ／ＤＣコンバータやファンモータ等の負荷ＲＤに流れる電流Ｉ１との概要特性を示し、横軸は時間ｔ、縦軸は電圧Ｖと電流Ｉとパルスデューティとを示す。電源スイッチＳＷをオンとしてからの時間経過に従って、負荷ＬＤ１，ＬＤ２に印加する直流電圧Ｖ１，Ｖ２は上昇を開始し、又付加ＲＤに流れる電流Ｉ１も上昇し、負荷ＲＤとしての例えばファンモータが所定の回転数に達した時、又はＤＣ／ＤＣコンバータが安定動作状態となった時、電流Ｉ１は一定値となる。
【００１５】
この場合のファンモータ、ＤＣ／ＤＣコンバータ、容量性負荷等の突入電流が流れる負荷ＲＤの起動過程に於いて、負荷ＬＤ２に印加する直流電圧Ｖ２が設定値を超えると、ツェナーダイオードＺＤ２を介して制御トランジスタＱ２をオンとし、スイッチングトランジスタＱ１をオフとする。従って、Ｖ４として示すパルスデューティは、最大値ＭＡＸにはならない。それにより、負荷ＬＤ２に印加する直流電圧Ｖ２を最大値ＭＡＸ以下の所定値に維持することができる。その場合に、負荷ＬＤ１及びファンモータやＤＣ／ＤＣコンバータ等の負荷に印加する直流電圧Ｖ１は、設定値に上昇するまでの時間が多少長くなるが、ファンモータやＤＣ／ＤＣコンバータ等の負荷に流れる突入電流Ｉ１を抑制すると共に、第二の二次巻線ｎ２−２側の負荷ＬＤ２に印加する直流電圧Ｖ２の異常上昇を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例１の説明図である。
【図２】本発明の実施例１の動作説明図である。
【図３】従来例の説明図である。
【図４】従来例の動作説明図である。
【符号の説明】
【００１７】
ＤＣ  直流電源
Ｑ１  スイッチングトランジスタ
Ｑ２  制御トランジスタ
Ｔ  トランス
ｎ１  一次巻線
ｎ２−１  第一の二次巻線
ｎ２−２  第二の二次巻線
ｎ３  制御用補助巻線
ＳＷ  電源スイッチ
ＰＣ  フォトカプラ
ＬＤ１，ＬＤ２  負荷
ＲＤ  突入電流が流れる負荷
Ｄ１，Ｄ２  ダイオード
ＺＤ１，ＺＤ２  第一、第二のツェナーダイオード
Ｃ１〜Ｃ３  コンデンサ
Ｒ１〜Ｒ４  抵抗
【図１】
0004937958.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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