(57)【要約】【課題】  一次側より電圧の低い二次側の回路において、トランスの温度上昇を検出し、異常時に二次側の回路から一次側のスイッチング回路を制御してスイッチングを停止させるように動作することで、安価な部品構成で異常状態に対応できる電源装置を提供すること。【解決手段】  一次側と二次側をトランスで絶縁した電源装置において、一次側でスイッチング動作によってトランスを経由して二次側に電力を伝達するスイッチング手段と、トランス直下の温度を二次側の感温素子で検出する温度検出手段と、検出温度が所定温度以上かどうかを判断する温度判断手段と、温度判断手段によって所定温度以上に達したと判断した時に二次側から一次側にスイッチング停止を指示するスイッチング停止指示手段と、一次側のスイッチングを停止するスイッチング停止手段を有している構成。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次側と二次側をトランスで絶縁した電源装置において、
一次側でスイッチング動作によってトランスを経由して二次側に電力を伝達するスイッチング手段と、
トランス直下の温度を二次側の感温素子で検出する温度検出手段と、
検出温度が所定温度以上かどうかを判断する温度判断手段と、
温度判断手段によって所定温度以上に達したと判断した時に二次側から一次側にスイッチング停止を指示するスイッチング停止指示手段と、
一次側のスイッチングを停止するスイッチング停止手段を有していることを特徴とする電源装置。
【請求項２】
請求項１記載の電源装置において、
温度判断手段にて判断する所定温度を基板の耐熱温度以下とすることを特徴とする電源装置。
【請求項３】
請求項１および２記載の電源装置において、
温度検出手段はトランスの二次側巻線の端子近傍温度を検出することを特徴とする電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力電圧をトランスによって一次側と二次側に絶縁し、一次側でのスイッチング動作で二次側に電力を伝達する電源装置に関するものである。例えば、商用電力を供給源として、コンセントからＡＣ１００Ｖを入力し一次側で整流と平滑化を行ってＤＣ電圧化し、一次側のスイッチング動作によって二次側へトランスを介して電力を伝達する電源装置を挙げることができる。
【背景技術】
【０００２】
電源装置は、ＡＣ（交流）ラインからの電圧を変換してＤＣ（直流）電圧を生成し、その他の装置や接続されているユニットに供給するものがある。ＡＣ入力電圧をＤＣ電圧化して出力する電源装置としてスイッチング方式の電源が広く使用されている。またＡＣ電圧を降圧もしくは昇圧して負荷へ供給する電源装置や、周波数を変更して負荷に供給する電源装置もある。
【０００３】
これらの装置では、入力電源と出力を一次側巻線と二次側巻線で磁気結合するようにコア材と組み合わせて構成した、トランスを使用している場合がある。トランスには前述のように巻線が使用されており、銅線等の導電性材料に絶縁皮膜を付加して使用している。また、一次側と二次側の巻線は絶縁されている。
【０００４】
トランスの一次側と二次側は絶縁した構成であるが、電源装置が異常状態となり出力負荷の増大や周辺回路の異常動作によって巻線の温度上昇が大きくなった場合、絶縁を確保できなくなる可能性がある。このような異常状態を防止するため、例えば、特許文献１のように、基板に密着しているトランスのコア温度を間接的に検出する装置がある。
【０００５】
一般的に、このような異常状態を温度で検出する手段として、サーミスタ感温素子のような温度検出素子を用いる。そして検出された温度に基づいてトランスへの電力供給を制限するように制御し、トランスの温度上昇を防止する方法がある。
【特許文献１】特開平０８−２９８７８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１では、ＡＣラインからの入力電圧を整流して平滑化した一次側の回路内に温度検出素子を配置し、温度検出手段としての回路を一次側で構成している。このため、数百ボルトの耐電圧を考慮した部品を組み合わせて回路を構成する必要があり、高価な部品を使用する必要がある。また、トランスのコア材が基板に密着した状態での温度検出を前提としており、トランスの実装時に基板からの浮きが無いことを条件とする必要がある。
【０００７】
さらに、トランスの温度を直接検出するように温度検出素子をトランスの巻線に密着するように巻き込むことや、コア材に密着させて実装する方法もあるが、トランスの端子数の増大によるコスト上昇やトランス製造工程の複雑化が考えられ、結果としてコスト上昇が考えられる。
【０００８】
そこで本出願に係る第１の発明の目的は、一次側より電圧の低い二次側の回路において、トランスの温度上昇を検出し、異常時に二次側の回路から一次側のスイッチング回路を制御してスイッチングを停止させるように動作することで、安価な部品構成で異常状態に対応できる電源装置を提供することである。
【０００９】
また、第２の発明の目的は、基板の耐熱温度以下の条件で異常状態の温度上昇検出を行い、スイッチングを停止するようにすることで、トランスと基板の温度上昇に対応できる電源装置を提供することである。
【００１０】
また、第３の発明の目的は、トランスの二次側端子近傍の温度を検出することでトランス巻線の温度上昇検出を行い、スイッチングを停止するようにすることで、トランスの温度上昇を正確に検出可能な電源装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本出願にかかる第1の発明は、一次側と二次側をトランスで絶縁した電源装置において、一次側でスイッチング動作によってトランスを経由して二次側に電力を伝達するスイッチング手段と、トランス直下の温度を二次側の感温素子で検出する温度検出手段と、検出温度が所定温度以上かどうかを判断する温度判断手段と、温度判断手段によって所定温度以上に達したと判断した時に二次側から一次側にスイッチング停止を指示するスイッチング停止指示手段と、一次側のスイッチングを停止するスイッチング停止手段を有していることを特徴とする。
【００１２】
また、本出願にかかる第２の発明は、第１の発明における温度判断手段にて判断する所定温度を基板の耐熱温度以下とすることを特徴とする。
【００１３】
また、本出願にかかる第３の発明は、第１および第２の発明における温度検出手段はトランスの二次側巻線の端子近傍温度を検出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明によれば、二次側で電源装置の異常状態を検出して一次側のスイッチング動作を制御するように構成することで、耐電圧特性の低い、安価な部品を用いて異常状態に対応できる電源装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（実施例１）
以下に本発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施例に係る電源装置の回路構成を表す図である。
【００１７】
商用電源等の交流（ＡＣ）供給源から電圧を、電源装置内で直流（ＤＣ）出力のＶｃｃ１およびＶｃｃ２に変換するスイッチング電源である。
【００１８】
１００はスイッチ、１０１はブリッジ整流回路である。１０２平滑用コンデンサには、全波整流後のＤＣ電圧が印加され、電圧を平滑する。
【００１９】
１０３は電源ＩＣであり、一次側のスイッチング動作を制御するＩＣであり、１０４スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ制御を行う。
【００２０】
１０５はスイッチングトランスである。１０５ａは一次側のメイン巻線である。整流後のＤＣＨとＤＣＬ間の電圧が、１０３電源ＩＣで制御される１０４スイッチング素子によってパルス状に印加される。１０５ｂは１０３電源ＩＣに動作電力を供給する補助巻線である。１０５ｃは２次側出力のＶｃｃ１出力巻線であり、１０５ｄは二次側出力のＶｃｃ２出力巻線である。
【００２１】
１０６は１０４スイッチング素子によって通電される電流を検出する電流検出抵抗である。
【００２２】
１０７ダイオードは１０５ｃ巻線からの出力を整流する整流ダイオードであり、１０８は平滑コンデンサである。平滑化された電圧はＶｃｃ１となる。
【００２３】
１０９ダイオードは１０５ｄ巻線からの出力を整流する整流ダイオードであり、１１０は平滑コンデンサである。平滑化された電圧はＶｃｃ２となる。
【００２４】
本実施例では、Ｖｃｃ１＜Ｖｃｃ２とし、Ｖｃｃ１電圧フィードバック部１１１およびフォトカプラ１１２はＶｃｃ１の電位を安定させるための回路であり、Ｖｃｃ２はＶｃｃ１の出力に対応して変動するものとする。また、１１２フォトカプラは一次側と二次側を絶縁して分離し、発光部の発光状態によって二次側からの出力を一次側に伝達する。
【００２５】
Ｖｃｃ１の電圧制御フィードバックとＶｃｃ２との組み合わせに関しては、特に方法や構成を限定するものではない。
【００２６】
１１３は温度を検出するサーミスタ等の感温素子である温度センサであり、温度上昇とともに抵抗値が低下する負特性を有する。１１３温度検出素子は、１１４抵抗と接続されており、１１４抵抗はＶｃｃ１の出力に接続されている。
【００２７】
１１５および１１６抵抗はＶｃｃ１の出力を分圧し、１１７コンパレータに基準電圧Ｖ_tとして入力されている。抵抗特性を有する１１３温度検出素子と１１４抵抗とで分圧された電圧も１１７コンパレータにセンサ検出電圧Ｖ_ｔｈとして入力されている。検出対象の温度上昇に伴って１１３温度検出素子の抵抗値が低下することでＶ_ｔｈが低下する。
【００２８】
Ｖ_ｔ＞Ｖ_ｔｈの関係が成立すると、１１７コンパレータ出力は反転してＬｏｗ出力となる。
【００２９】
１１８抵抗は１２０ＰＮＰ型トランジスタの電流制限抵抗であり、１１９抵抗は１２０トランジスタを安定させるプルアップ抵抗である。
【００３０】
１１７コンパレータ出力がＬｏｗ出力となると、１２０トランジスタがＯＮする構成となっている。
【００３１】
１２０トランジスタがＯＮすると、１２１抵抗を経由してＶｃｃ２からの電圧が１２２フォトカプラの発光部に印加されて発光部がＯＮする。１２２フォトカプラは一次側と二次側を絶縁して分離し、発光部の発光状態によって二次側からの出力を一次側に伝達する。１２２フォトカプラの発光部がＯＮすることで、受光部のトランジスタがＯＮし、トランス１０５ｂ補助巻線の電位をＤＣＬに低下させる。補助巻線１０５ｂの電位が低下すると、１０３電源ＩＣの動作は停止する。つまり、１１３温度検出素子によって測定対象の温度が所定温度より高くなった場合、二次側の回路が１２２フォトカプラを経由して一次側の１０３電源ＩＣの動作を停止させる。
【００３２】
図２は本発明の実施例に係る電源装置の部品の配置を表す図である。
【００３３】
２００は電源装置の部品を実装した基板である。基板の材質は特に限定するものではないが、耐熱温度の上限は約１３０℃程度であるものとする。
【００３４】
電源のＡＣ入力側を一次側とし、絶縁しているＤＣ出力側を二次側とした場合、前述の図１で示した１０２平滑コンデンサおよび１０３電源ＩＣは一次側に有り、１０５スイッチングトランスは一次側と二次側にまたがって配置されている。本実施例では、１０５トランスの巻線１０５ａと１０５ｃは一次側と二次側に分離されているが、絶縁テープ等で一次側と二次側に絶縁して重ねて同一コア材に巻き込んだ構成であってもよい。
【００３５】
１０８および１１０コンデンサは二次側に有り、１１３温度検出素子は１０５トランスの直下の基板に実装されている。１１３温度検出素子の配置は二次側である。本実施例では、１１３温度検出素子は面実装型のものであり、２００基板に密着して実装されているものとする。ただし、１１３温度検出素子は２００基板の温度を検出できるものであれば、特に実装方法や形状を限定するものではない。
【００３６】
１１７コンパレータも二次側に配置されており、その他、温度検出で使用する抵抗やトランジスタ類も二次側に配置されているものとする。
【００３７】
図３は本発明の実施例に係る電源装置の温度上昇と異常状態検出後の温度低下の状態を表す図である。
【００３８】
前述の図１で示した１１５および１１６抵抗の分圧で設定されるＶ_ｔを１１３温度検出素子の検出温度にあわせて設定して異常検出温度を設定する。本実施例では約９５℃に設定したものを示している。
【００３９】
電源装置や接続されている装置の異常状態によって、Ｖｃｃ１やＶｃｃ２の二次側の出力負荷である電流増大が長時間継続した場合、１０５スイッチングトランスの温度が上昇し、図３のグラフのように２００基板の温度が上昇する。異常検出温度まで上昇すると、前述したように１１３温度検出素子の抵抗値の低下によってＶ_ｔ＞Ｖ_ｔｈの関係が成立する。その後、１０３電源ＩＣの動作が停止する。そして１０５スイッチングトランスの温度が低下し、２００基板の温度も図３のように低下する。
【００４０】
以上述べたように、直接スイッチングトランスの温度を検出することなく、二次側で温度を検出することで、スイッチングトランスの温度を間接的に検出し、電源の異常状態を検出することができる。そして出力を停止するように電源のスイッチング動作を停止し、電源装置の異常状態に対応することができる。つまり、スイッチングトランスが絶縁不良となるような温度上昇の防止と、基板の温度上昇を防止することが可能となる。そして、二次側で異常状態の検出回路を構成することで、異常状態に対応でき、かつ、安価な電源装置を提供することが可能となる。
【００４１】
（実施例２）
以下に本発明の第２の実施形態について図面を参照して説明する。
【００４２】
図４は、本発明の実施例に係る電源装置の基板とトランスと温度検出部品の配置を表す図である。１０５トランスを点線で示し、１０５トランスの基板実装面に対して反対側からみた図である。１１３は温度検出部品である感温素子のサーミスタである。
【００４３】
３００から３０２は１０５トランスの巻線に接続した端子を半田付けする回路パターンであり、銅等の導電性のある金属であり、二次側の巻線に半田にて接続している。
【００４４】
３０３から３０５も１０５トランスの巻線に接続された端子を半田付けする回路パターンであり、一次側の巻線に半田にて接続している。
【００４５】
ここで、１１３温度検出素子は二次側の巻線の端子付近に設置しており、巻線の温度上昇によって端子温度も上昇することから、巻線の温度変化を検出しやすい位置にある。
【００４６】
図５は、図４と同様に、電源装置の基板とトランスと温度検出部品の配置を表す図である。
【００４７】
ここで、１１３温度検出素子は３００と３０１回路パターン間に配置し、１０５トランスの端子近傍にある。そして、３００回路パターンの一部が１１３温度検出素子の下部まで伸びており、端子の温度上昇をより検出しやすい構成となっている。つまり、１０５トランスの巻線の温度上昇をより検知しやすい構成となっている。
【００４８】
そして、前述の実施例１と同様に、電源装置や接続されている装置の異常状態によって、二次側の出力負荷である電流増大が長時間継続した場合、１０５スイッチングトランスの温度が上昇し、図３のグラフのように温度が上昇する。異常検出温度まで上昇すると、前述したように１１３温度検出素子の抵抗値の低下によってＶ_ｔ＞Ｖ_ｔｈの関係が成立する。その後、図１で示した１０３電源ＩＣの動作が停止する。そして１０５スイッチングトランスの温度が低下し、検出温度も図３のように低下する。
【００４９】
以上述べたように、トランスの温度上昇を検出するために巻線が接続されている端子近傍の温度を検出することで、トランスの温度上昇を正確に検出可能な電源装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施例１に係る電源装置の回路構成を表す図。
【図２】本発明の実施例１に係る電源装置の基板とトランスと温度検出部品とその他部品の配置を表す図。
【図３】本発明の実施例１に係る電源装置の温度上昇と異常状態検出後の温度低下の状態を表す図。
【図４】本発明の実施例２に係る電源装置の基板とトランスと温度検出部品の配置を表す図。
【図５】本発明の実施例２に係る電源装置の基板とトランスと温度検出部品の配置を表す図。
【符号の説明】
【００５１】
１００  スイッチ
１０１  ブリッジ整流回路
１０２  一次側平滑コンデンサ
１０３  電源ＩＣ
１０４  スイッチング素子
１０５  スイッチングトランス
１０７、１０９  二次側整流ダイオード
１０８、１１０  二次側平滑コンデンサ
１１１  電圧フィードバック回路
１１３  温度検出素子（サーミスタ）
１１７  コンパレータ
１１２、１２２  フォトカプラ
２００  基板
３００〜３０５  回路パターン（トランス端子に接続）
【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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