スイッチング電源装置
【課題】簡単な構成で装置を小型化、薄型化することができるとともに、異常な発熱等の発生を防止することができるスイッチング電源装置を提供する。
【解決手段】１次側巻線同士が並列接続され、1次側巻線が電源装置のスイッチング素子Ｑ１と直列に挿入された同一の２つのカレントトランスＣＴ１，ＣＴ２と、カレントトランスＣＴ１，ＣＴ２の２次側巻線の各々に並列接続され、スイッチング素子Ｑ１のオン期間の電流を整流する２つの整流回路１４，１６を有する。２つの整流回路１４，１６の出力の各々に並列接続され、抵抗値が同一である２つの電流検出抵抗ＲＳ１，ＲＳ２を備える。カレントトランスＣＴ１，ＣＴ２の２次側に接続された各整流回路１４，１６が直列に接続され、電流検出抵抗ＲＳ１，ＲＳ２が直列に接続されている。２つの整流回路１４，１６の出力の中点と、２つの電流検出抵抗ＲＳ１，ＲＳ２の中点とに両端が接続された異常電流検出抵抗Ｒｘを備える。
【解決手段】１次側巻線同士が並列接続され、1次側巻線が電源装置のスイッチング素子Ｑ１と直列に挿入された同一の２つのカレントトランスＣＴ１，ＣＴ２と、カレントトランスＣＴ１，ＣＴ２の２次側巻線の各々に並列接続され、スイッチング素子Ｑ１のオン期間の電流を整流する２つの整流回路１４，１６を有する。２つの整流回路１４，１６の出力の各々に並列接続され、抵抗値が同一である２つの電流検出抵抗ＲＳ１，ＲＳ２を備える。カレントトランスＣＴ１，ＣＴ２の２次側に接続された各整流回路１４，１６が直列に接続され、電流検出抵抗ＲＳ１，ＲＳ２が直列に接続されている。２つの整流回路１４，１６の出力の中点と、２つの電流検出抵抗ＲＳ１，ＲＳ２の中点とに両端が接続された異常電流検出抵抗Ｒｘを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、スイッチング電源装置のスイッチング電流の制御のため、電流−電圧変換回路にカレントトランスを備えたスイッチング電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スイッチング電源においては、スイッチング電流を検出する方法として、カレントトランスで構成した電流−電圧変換回路が用いられる。例えば、１次側巻線を１ターン、２次側巻線を１５０ターンとしたカレントトランスの場合であれば、１次側巻線にスイッチング電流が１次側巻線に流れると、２次側巻線からその１５０分の１の小電流が発生し、その電流が流出する経路に設けた電流検出抵抗に発生する電圧降下をもって電圧信号に変換する方法が一般的である。
【０００３】
この方法は、スイッチング電流（大電流）の経路に電流検出抵抗を直接挿入して電圧信号に変換する方法に比べ、電力損失が少なく、発熱が小さくできるという特徴がある。すなわち、カレントトランスで構成した電流−電圧変換回路の場合、電力損失としてはスイッチング電流（大電流）が流れる１次側巻線の抵抗損失がその多くを占めるが、カレントトランスの１次側巻線は例えば１ターンという少ない巻数でよいため、太い電線や銅板を用いるなどの設計的な工夫によって比較的容易に抵抗値を低く抑えることができ、全体として低損失な変換回路を実現していた。
【０００４】
特に近年、スイッチング電源装置の小型化、薄型化、大電流化のニーズが高まり、内部に使用するカレントトランスにおいても、より一層小型、薄型の形状で、かつ低損失のものが求められるようになってきた。しかしながら、１次側巻線の抵抗値を低く抑えるにも上記のような設計的な工夫のみでは構造的制約上の限界があるため、小型、薄型のカレントトランスを２つ使用し、その１次側巻線を並列接続して使用する回路がある。
【０００５】
このような２つのカレントトランスで構成した電流−電圧変換回路を備えたスイッチング電源装置の例を、図４の回路図を基に説明する。スイッチング電源装置３０は一般的なシングルフォワード方式に構成された回路であって、入力電圧を供給する直流電源Ｅｉnの両端間には、カレントトランスＣＴ１，ＣＴ２の１次側巻線ＣＴ１ａ，ＣＴ２ａの並列回路と、例えばＭＯＳ型ＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ１と、出力トランスＴ１の１次側巻線Ｔ１ａとの直列回路が接続されている。出力トランスＴ１の２次側巻線Ｔ１ｂには、出力整流平滑回路１０が接続されており、これは周知のように整流ダイオードＤ１１とフライホイルダイオードＤ１２、およびチョークコイルＬ１１と平滑コンデンサＣ１１により構成され、１次側巻線Ｔ１ｂに誘起された電圧を整流平滑するものである。平滑コンデンサＣ１１の両端間には負荷１２が接続され、出力電圧Ｖｏを供給している。
【０００６】
さらに、出力電圧Ｖｏの変動に応じた信号が図示しないパルス幅制御回路に帰還入力され、パルス導通幅が可変制御された駆動パルス信号によってスイッチング素子Ｑ１が駆動され、出力電圧Ｖｏが安定化制御されている。
【０００７】
カレントトランスＣＴ１，ＣＴ２は同一のものであって、共に１次側巻線ＣＴ１ａ，ＣＴ２ａが１ターン、２次側巻線ＣＴ１ｂ，ＣＴ２ｂが所定の複数Ｎターンに形成されている。カレントトランスＣＴ１の２次側巻線ＣＴ１ｂの両端間には、スイッチング素子Ｑ１がオンのときに流れる電流を整流出力する整流ダイオードＤ１からなる整流回路１４が接続され、さらに整流回路１４の出力には電流検出抵抗ＲＳ１が並列に接続されている。同様に、カレントトランスＣＴ２の２次側巻線ＣＴ２ｂの両端間には、スイッチング素子Ｑ１がオンのときに流れる電流を整流出力する整流ダイオードＤ２からなる整流回路１６が接続され、さらに整流回路１６の出力には、電流検出抵抗ＲＳ２が並列に接続されている。電流検出抵抗ＲＳ１，ＲＳ２は直列回路を構成し、その両端が電流制御部１８に接続されている。
【０００８】
電流制御部１８は、後述する所定の基準電圧Ｖｒ１と、電流検出抵抗ＲＳ１，ＲＳ２の発生電圧の合計値Ｖｓとを比較する比較器ＣＰと、比較器ＣＰの出力に応じた駆動パルスを発生する駆動回路１８ａを備え、駆動回路１８ａの出力はスイッチング素子Ｑ１の駆動端子に接続されている。
【０００９】
次に、スイッチング電流を検知してスイッチング素子Ｑ１を制御する動作について説明する。スイッチング素子Ｑ１は断続的にオン・オフを繰り返す動作をし、オンの期間のみ電流が流れるため、スイッチング電流Ｉは略台形状を繰り返すパルス波形となる。このスイッチング電流Ｉは、並列接続された１次側巻線ＣＴ１ａ，ＣＴ２ａに分流するが、カレントトランスＣＴ１，ＣＴ２は同一の部品を用いているため、Ｉ／２の電流がそれぞれに均等に流入する。
【００１０】
１次側巻線ＣＴ１ａに流入した電流は、カレントトランスＣＴ１の巻数比によりＩ／（２・Ｎ）に変換され２次側巻線ＣＴ１ｂから流出し、整流ダイオードＤ１を介して電流検出抵抗ＲＳ１に流れ込む。同様に、１次側巻線ＣＴ２ａに流入した電流は、カレントトランスＣＴ２の巻数比によりＩ／（２・Ｎ）に変換され２次側巻線ＣＴ２ｂから流出し、整流ダイオードＤ２を介して電流検出抵抗ＲＳ２に流れ込む。ここで、電流検出抵抗ＲＳ１，ＲＳ２は同一の抵抗値ＲＳを有しているので、電流検出抵抗ＲＳ１，ＲＳ２の電圧降下はともにＲＳ・Ｉ／（２・Ｎ）となり、電流検出抵抗ＲＳ１，ＲＳ２の直列回路の両端には、各々の電圧降下分が合算された電圧Ｖｓ＝ＲＳ・Ｉ／Ｎが発生する。このように、スイッチング電流Ｉは、それにほぼ比例した電圧信号Ｖｓに変換される。
【００１１】
電流制御部１８は、スイッチング電流Ｉが正常な場合は動作せず、スイッチング電流Ｉが想定以上に増大し、そのピーク値がある値を超えたときに動作するように設定されている。例えば負荷１２の故障などによりスイッチング電流Ｉが増大したとき、それに比例して増大した電圧信号Ｖｓは電流制御部１８の比較器ＣＰに入力され、基準電圧Ｖｒ１と比較される。基準電圧Ｖｒ１はスイッチング電源装置および負荷の安全性を考慮して規定されており、比較器ＣＰは、入力された電圧信号Ｖｓのピーク値が基準電圧Ｖｒ１を超えると、異常が発生したものと判断してその出力が反転し、その反転信号を受けた駆動回路１８ａは、スイッチ素子Ｑ１のデューティを狭める動作を開始する。これによってスイッチング電源装置３０は電力供給能力が制限され、負荷１２やスイッチング電源回路自体の内部部品の発煙、発火などの事故を防止することができるものである。したがって、スイッチング電流Ｉが正常値を示している場合には、電圧信号Ｖｓのピーク値は基準電圧Ｖｒ１を超えることがなく、電流制御部１８は動作しない。
【００１２】
また、２つのカレントトランスで構成した電流−電圧変換回路を用いたスイッチング電源装置の他の例を、図５の回路図を基に説明する。ここで、図４のスイッチング電源装置３０と同様の構成部分は、同一の符号を付して説明を省略する。スイッチング電源装置４０は、スイッチング電源装置３０の整流回路１４，１６の出力を並列に接続し、電流検出抵抗ＲＳ１，ＲＳ２の直列回路に代えて、電流検出抵抗ＲＳ３を設けたものである。
【００１３】
次に、スイッチング電源装置４０において、スイッチング電流Ｉを検知してスイッチング素子Ｑ１を制御する動作について説明する。スイッチング素子Ｑ１は断続的にオン・オフを繰り返す動作をし、オンの期間のみ電流が流れるため、スイッチング電流Ｉは略台形状を繰り返すパルス波形となる。このスイッチング電流Ｉは、並列接続された１次側巻線ＣＴ１ａ，ＣＴ２ａに分流するが、カレントトランスＣＴ１，ＣＴ２は同一の部品を用いているため、Ｉ／２の電流がそれぞれに均等に流入する。
【００１４】
１次側巻線ＣＴ１ａに流入した電流は、カレントトランスＣＴ１の巻数比によりＩ／（２・Ｎ）に変換され２次側巻線ＣＴ１ｂから流出し、整流ダイオードＤ１を介して電流検出抵抗ＲＳ３に流れ込む。同様に、１次側巻線ＣＴ２ａに流入した電流は、カレントトランスＣＴ２の巻数比によりＩ／（２・Ｎ）に変換され２次側巻線ＣＴ２ｂから流出し、整流ダイオードＤ２を介して電流検出抵抗ＲＳ３に流れ込む。すなわち、電流検出抵抗ＲＳ３には合わせてＩ／Ｎの電流が流れ、Ｖｓ＝ＲＳ３・Ｉ／Ｎなる電圧が発生する。このように、スイッチング電流Ｉは、それにほぼ比例した電圧信号Ｖｓに変換される。
【００１５】
その他、スイッチング電源装置４０の電流制御部１８の動作等については、前述のスイッチング電源装置３０と同様である。
【００１６】
以上説明したスイッチング電源装置３０，４０においては、カレントトランスＣＴ１，ＣＴ２は小型で薄型のものを２つ使用することができる。カレントトランスの損失の多くを占める１次側巻線ＣＴ１ａ，ＣＴ２ａの抵抗損失については、並列接続した一方の１次側巻線にはスイッチング電流の半分のＩ／２しか流さなくて済むのでカレントトランス１つ当たりの損失は低減される。同時に、電流が少ないことにより小型の部品を使用することができ、カレントトランスを２つ並べて実装すれば結果的に部品の低背実装が実現される。それに対し、部品高さが同じで抵抗損失も同じとなるカレントトランスを１つで実現しようとすると、その構成材料である磁性コアや絶縁ボビンは必然的にその床面積が広く扁平な形状となり、金型によるプレス、焼成、成形などの製造工程における歩留まりの問題を考慮すると量産化が困難なものであった。
【００１７】
また、特許文献１に開示されているように、複数のカレントトランスの１次側巻線を複数の出力トランス巻線に各々直列に挿入し、２次側巻線出力に接続した電流検出抵抗に発生する各々の電圧信号の差分を検出して、電源の異常を検出する方法が提案されている。
【特許文献１】特開２００２−５１５４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかし、従来のスイッチング電源装置３０，４０においては、カレントトランスＣＴ１，ＣＴ２の巻線自体が断線故障したとき、カレントトランスＣＴ１又はＣＴ２がプリント基板へハンダ付け実装された接続部分に環境負荷によるクラック断線が発生したとき、あるいはスイッチング電源装置の組み立て工程でカレントトランスＣＴ１又はＣＴ２に端子未接続の実装不良が発生したとき等に、スイッチング電源装置の安全性に問題が生じる場合があった。
【００１９】
例えば、スイッチング電源装置３０において１次側巻線ＣＴ１ａの一端が断線となった場合、スイッチング電流Ｉのうち１次側巻線ＣＴ１ａに流れるはずのＩ／２も合わせて１次側巻線ＣＴ２ａに流れ込む。従って、１次側巻線ＣＴ２ａには正常時の２倍の電流が流れ、その抵抗損失は想定の４倍となる。
【００２０】
このとき、断線した１次側巻線ＣＴ１ａには電流が流れないので、２次側巻線ＣＴ１ｂから電流は流出せず、整流ダイオードＤ１を介して接続された電流検出抵抗ＲＳ１に電圧降下は発生しない。一方、スイッチング電流Ｉは全て１次側巻線ＣＴ２ａに流れ込み、カレントトランスＣＴ２の巻数比によりＩ／Ｎに変換され２次側巻線ＣＴ２ｂから流れ出し、整流ダイオードＤ２を介して電流検出抵抗ＲＳ２に流れる。ここで、電流検出抵抗ＲＳ１，ＲＳ２は同一の抵抗値ＲＳを有しているので、電流検出抵抗ＲＳ１，ＲＳ２の直列回路の両端には、各々の電圧降下分が合算された電圧Ｖｓ＝ＲＳ・Ｉ／Ｎが発生する。すなわち、１次側巻線ＣＴ１ａの一端が断線故障したときも、故障のない正常なときと同じ電圧信号Ｖｓが発生するため、電流制御部１８は正常に動作しているものと判断し、スイッチ素子Ｑ１のデューティを狭める動作を行わない。
【００２１】
従って、カレントトランスＣＴ２ａは想定を大きく超える４倍の抵抗損失により異常に発熱し、かつ、スイッチング素子Ｑ１のデューティを狭めて電力供給能力を制限する動作も行わないので、その発熱状態が継続し、結果、カレントトランスＣＴ２の発熱により発煙、発火などの事故に至るおそれがあった。
【００２２】
また、２次側巻線ＣＴ１ｂの一端の接続が断線となった場合においても、スイッチング電流Ｉが１次側巻線ＣＴ２ａに大きく偏り、１次側巻線ＣＴ２ａは想定を大きく超える２〜３倍程度の抵抗損失により異常に発熱し、かつ、スイッチング素子Ｑ１のデューティを狭めて電力供給能力を制限する動作も行わないので、その発熱状態が継続し、結果、カレントトランスＣＴ２の発熱により発煙、発火などの事故に至るおそれがあった。
【００２３】
さらに、カレントトランスＣＴ１と対称の関係にあるカレントトランスＣＴ２に断線が発生した場合であっても、上記のカレントトランスＣＴ１の断線時と同様の動作となり、結果、カレントトランスＣＴ１の発熱により発煙、発火などの事故に至るおそれがあった。また、スイッチング電源装置４０においても、スイッチング電源装置３０と同様に、断線していない方のカレントトランスの発熱により発煙、発火などの事故に至るおそれがあった。
【００２４】
特許文献１に開示された回路にあっては、スイッチング電流は複数の出力トランスの巻線に分流され、各トランス巻線電流は、複数のカレントトランスを介して各々独立した電圧信号に変換され、いずれかレベルの大きい信号のみが過電流検出回路に入力されているため、スイッチング電流全体を精度良く検出するものではなかった。また、ＤＣ−ＤＣコンバータの一方に出力回路の異常が発生したときに生じる前記各々独立した電圧信号のアンバランスは、差分検出回路という複雑な回路手段によって単一の電圧信号に変換される技術が開示されているだけで、特に小型、ローコストのスイッチング電源装置においてはその複雑な回路手段を採用することは困難なものであった。
【００２５】
この発明は上記背景技術に鑑みて成されたもので、簡単な構成で装置を小型化、薄型化することができるとともに、異常な発熱等の発生を防止することができるスイッチング電源装置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】
【００２６】
この発明は、入力電源に接続されたスイッチング素子と出力トランスの１次側巻線の直列回路と、前記直列回路に流れる電流に対応した電圧信号が入力され、その電圧信号のピーク値が規定値を超えると前記スイッチング素子のデューティを狭める電流制御部と、１次側巻線同士が並列接続されその1次側巻線が前記スイッチング素子と直列に挿入された同一の２つのカレントトランスと、前記２つのカレントトランスの２次側巻線の各々に並列接続され、前記スイッチング素子のオン期間の電流を整流する２つの整流回路と、前記２つの整流回路の出力の各々に並列接続され、その抵抗値が同一である２つの電流検出抵抗とを備えたスイッチング電源装置であって、前記２つのカレントトランスの２次側に接続された各整流回路が直列に接続されているとともに、前記２つの電流検出抵抗も直列に接続され、その電流検出抵抗の直列回路の両端は前記電流制御部の入力に接続され、直列接続された前記２つの整流回路出力の中点と、前記２つの電流検出抵抗の中点とに両端が接続された異常電流検出抵抗を設けたスイッチング電源装置である。
【００２７】
前記異常電流検出抵抗に発生する電圧をモニタし、その電圧が規定値を超えたときに前記スイッチング素子のデューティを狭める制御を行う異常時制御部を備えたものである。
【００２８】
前記異常電流検出抵抗に発生する電圧をモニタし、その電圧が規定値を超えたときに前記スイッチング素子のスイッチング動作をラッチ停止させる異常時制御部を備えたものである。
【００２９】
さらに、前記２つの整流回路の出力には、整流された電流を阻止する向きの転流ダイオードが各々並列接続され、前記異常電圧検出抵抗は、前記転流ダイオードの順方向インピーダンスと前記電流検出抵抗インピーダンスの合計値よりも大きな値に設定されているスイッチング電源装置である。
【発明の効果】
【００３０】
この発明のスイッチング電源装置によれば、１次側巻線が並列に接続された２つのカレントトランスが有する何れかの巻線に発生した断線故障を簡単な回路で検出することができ、電源装置の製造工場の出荷検査段階でも容易に故障製品を発見して除外することができる。また、出荷後の稼働中に断線故障が発生した場合も、電力制限動作によってカレントトランスの発熱による発煙、発火などの事故を防止することが可能である。また、２つの薄型のカレントトランスを使用しているので、小型、薄型、低損失、かつ安全性の高い電流−電圧変換回路とすることができ、ひいては電源装置の小型化、薄型化にも寄与する。さらに、２つのカレントトランスの１次側巻線に分流したスイッチング電流は、カレントトランスを介して各々電圧信号に変換された後、電圧検出抵抗の直列回路にて合算されるので、スイッチング電流に比例した電圧信号を精度良く得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、この発明スイッチング電源装置の第一の実施形態について、図１を基に説明する。スイッチング電源装置５０は一般的なシングルフォワード方式に構成された回路であって、入力電圧を供給する直流電源Ｅｉｎの両端間には、カレントトランスＣＴ１，ＣＴ２の１次側巻線ＣＴ１ａ，ＣＴ２ａの並列回路と、例えばＭＯＳ型ＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ１と、出力トランスＴ１の１次側巻線Ｔ１ａとの直列回路が接続されている。出力トランスＴ１の２次側巻線Ｔ１ｂには、出力整流平滑回路１０が接続されており、これは周知のように整流ダイオードＤ１１とフライホイルダイオードＤ１２、およびチョークコイルＬ１１と平滑コンデンサＣ１１により構成され、２次側巻線Ｔ１ｂに誘起された電圧を整流平滑するものである。平滑コンデンサＣ１１の両端間には負荷１２が接続され、出力電圧Ｖｏを供給している。
【００３２】
さらに、出力電圧Ｖｏの変動に応じた信号が図示しないパルス幅制御回路に帰還入力され、パルス導通幅が可変制御された駆動パルス信号によってスイッチング素子Ｑ１が駆動され、出力電圧Ｖｏが安定化制御されている。
【００３３】
カレントトランスＣＴ１，ＣＴ２は同一のものであって、共に１次側巻線が１ターン、２次側巻線が所定の複数Ｎターンに形成されている。カレントトランスＣＴ１の２次側巻線ＣＴ１ｂの両端間には、スイッチング素子Ｑ１がオンのときに流れる電流を整流出力する整流回路１４が接続され、さらに整流回路１４の出力には電流検出抵抗ＲＳ１が並列に接続されている。同様に、カレントトランスＣＴ２の２次側巻線ＣＴ２ｂの両端間には、スイッチング素子Ｑ１がオンのときに流れる電流を整流出力する整流回路１６が接続され、さらに整流回路１６の出力には、電流検出抵抗ＲＳ２が並列に接続されている。電流検出抵抗ＲＳ１，ＲＳ２は直列回路を構成し、その両端が電流制御部１８に接続されている。電流制御部１８は、後述する所定の基準電圧Ｖｒ１と、電流検出抵抗ＲＳ１，ＲＳ２の発生電圧の合計値Ｖｓとを比較する比較器ＣＰと、比較器ＣＰの出力に応じた駆動パルスを発生する駆動回路１８ａを備え、駆動回路１８ａの出力はスイッチング素子Ｑ１の駆動端子に接続されている。
【００３４】
以上は従来のスイッチング電源装置３０と実質同一の構成であるが、本実施形態においては、整流回路１４，１６の直列回路の中点と、電流検出抵抗ＲＳ１，ＲＳ２の直列回路の中点との短絡接続を切り離し、そこに異常検出抵抗Ｒｘが挿入されている。さらに、異常検出抵抗Ｒｘ両端は、後述する異常時制御部２０に入力され、その異常時制御部２０が出力する制御信号は、電流制御部１８の入力１８ｂに入力されるよう構成されている。
【００３５】
次に、スイッチング電流Ｉを検知してスイッチング素子Ｑ１を制御する動作について説明する。スイッチング素子Ｑ１は断続的にオン・オフを繰り返す動作をし、オンの期間のみ電流が流れるため、スイッチング電流Ｉは略台形状を繰り返すパルス波形となる。このスイッチング電流Ｉは、並列接続されたカレントトランスＣＴ１，ＣＴ２の１次巻線ＣＴ１ａ，ＣＴ２ａに分流するが、カレントトランスＣＴ１，ＣＴ２は同一の部品を用いているため、Ｉ／２の電流がそれぞれに均等に流入する。
【００３６】
１次側巻線ＣＴ１ａに流入した電流は、カレントトランスＣＴ１の巻数比によりＩ／（２・Ｎ）に変換され２次側巻線ＣＴ１ｂから流出し、整流ダイオードＤ１を介して電流検出抵抗ＲＳ１及び異常検出抵抗Ｒｘに流れ込む。同様に、２次側巻線ＣＴ２ａに流入した電流は、カレントトランスＣＴ２の巻数比によりＩ／（２・Ｎ）に変換され２次側巻線ＣＴ２ｂから流出し、整流ダイオードＤ２を介して電流検出抵抗ＲＳ２及び異常検出抵抗Ｒｘに流れ込む。ここで、電流検出抵抗ＲＳ１，ＲＳ２は同一の抵抗値ＲＳを有しているので、電流検出抵抗ＲＳ１，ＲＳ２の電圧降下はともにＲＳ・Ｉ／（２・Ｎ）となり、電流検出抵抗ＲＳ１，ＲＳ２の直列回路の両端には、各々の電圧降下分が合算された電圧Ｖｓ＝ＲＳ・Ｉ／Ｎが発生する。結果、スイッチング電流Ｉは、それにほぼ比例した電圧信号Ｖｓに変換される。
【００３７】
一方、２次側巻線ＣＴ１ｂ，ＣＴ２ｂから流出し、異常検出抵抗Ｒｘに流れる電流は、その値はそれぞれ等しくＩ／（２・Ｎ）であって、かつその向きが逆であるため、結果的に相殺され、異常検出抵抗Ｒｘの両端には電圧降下が生じない。つまり、実質的には、異常検出抵抗Ｒｘが短絡除去された従来のスイッチング電源装置３０と同様の動作をする。また、異常検出抵抗Ｒｘの両端に電圧降下が生じないので、後述する異常時制御回路２０も動作しない。
【００３８】
電流制御部１８は、スイッチング電流Ｉが正常な場合は動作せず、スイッチング電流Ｉが想定以上に増大し、そのピーク値がある値を超えたときに動作するように設定されている。例えば負荷１２の故障などによりスイッチング電流Ｉが増大したとき、それに比例して増大した電圧信号Ｖｓは電流制御部１８の比較器ＣＰに入力され、基準電圧Ｖｒ１と比較される。基準電圧Ｖｒ１はスイッチング電源装置および負荷の安全性を考慮して規定されており、比較器ＣＰは、入力された電圧信号Ｖｓのピーク値が基準電圧Ｖｒ１を超えると異常が発生したものと判断してその出力が反転し、その反転信号を受けた駆動回路１８ａは、スイッチ素子Ｑ１のデューティを狭める動作を開始する。したがって、スイッチング電流Ｉが正常値を示している場合には、電圧信号Ｖｓのピーク値は基準電圧Ｖｒ１を超えることがなく、電流制御部１８は動作しない。
【００３９】
次に、カレントトランスＣＴ１の１次側巻線ＣＴ１ａの一端が断線した場合の動作を説明する。１次側巻線ＣＴ１ａが断線すると、スイッチング電流Ｉのうち１次側巻線ＣＴ１ａに流れるはずのＩ／２も合わせてカレントトランスＣＴ２ａに流れ込む。従って、１次側巻線ＣＴ２ａには正常時の２倍の電流が流れ、その抵抗損失は想定の４倍となる。
【００４０】
このときの、断線した１次側巻線ＣＴ１ａには電流が流れないので、１次側巻線ＣＴ１ｂから電流は流出せず、整流ダイオードＤ１を介して接続された電流検出抵抗ＲＳ１に電圧降下は発生しない。一方、スイッチング電流Ｉは全て１次側巻線ＣＴ２ａに流れ込み、カレントトランスＣＴ２の巻数比によりＩ／Ｎに変換され２次側巻線ＣＴ２ｂから流れ出し、整流ダイオードＤ２を介して電流検出抵抗ＲＳ２及び異常検出抵抗Ｒｘに流れる。ここで、電流検出抵抗ＲＳ１，ＲＳ２は同一の抵抗値ＲＳを有しているので、電流検出抵抗ＲＳ１，ＲＳ２の直列回路の両端には、各々の電圧降下分が合算された電圧Ｖｓ＝ＲＳ・Ｉ／Ｎという１次側巻線ＣＴ１ａが正常なときと同じ電圧信号が発生している。しかし、異常検出抵抗Ｒｘには２次側巻線ＣＴ２ｂから流れ出す電流Ｉ／Ｎのみが流れ、それを相殺する電流が供給されないため、一定の電圧降下が生じる。
【００４１】
同様に、２次側巻線ＣＴ１ｂの一端が断線した場合は、異常検出抵抗Ｒｘには、１次側巻線ＣＴ１ａが断線したときと同一方向に一定の電圧降下が発生する。また、１次側巻線ＣＴ２ａまたは２次側巻線ＣＴ２ｂの一端が断線した場合には、異常検出抵抗Ｒｘには、上記と逆方向に一定の電圧降下が発生する。従って、カレントトランスＣＴ１またはカレントトランスＣＴ２の一端が断線故障したことを、異常検出抵抗Ｒｘの両端に発生する電圧をモニタすることによって検出することができる。
【００４２】
次に、異常検出抵抗Ｒｘの両端の電圧が入力される異常時制御部２０について、図２を基に説明する。異常時制御部２０は、異常電流検知回路２２とバイアス回路２４を備えている。異常検知回路２２は、異常検出抵抗Ｒｘの両端電圧と正の基準電圧Ｖｒ２とを比較する比較器ＣＰ１と、異常検出抵抗Ｒｘの両端電圧と負の基準電圧Ｖｒ３とを比較する比較器ＣＰ２と、比較器ＣＰ１，ＣＰ２の出力が入力されるＯＲ回路２６を備えている。バイアス回路２４は、ＯＲ回路２６の出力信号に応じてオン・オフするスイッチＳＷと、内部電源Ｅ１とバイアス抵抗Ｒを備えている。
【００４３】
次に、異常時制御部２０の動作を説明する。カレントトランスＣＴ１又はカレントトランスＣＴ２の何れかの巻線が断線したときに異常検出抵抗Ｒｘの両端に正方向または負方向に電圧が発生し、その発生電圧は、基準電圧Ｖｒ２，Ｖｒ３と比較される。基準電圧Ｖｒ２，Ｖｒ３は、２つのカレントトランスＣＴ１，ＣＴ２の特性のばらつきや外来ノイズの影響等によって異常検出抵抗Ｒｘ両端に発生する電圧よりも高い値であって、かつ、カレントトランスＣＴ１またはＣＴ２の断線を確実に検知できる低い値に設定してある。格別の理由がなければ、基準電圧Ｖｒ２，Ｖｒ３は同じ値とすることが適切である。異常検出抵抗Ｒｘの両端の電圧が基準電圧Ｖｒ２またはＶｒ３を超えると、比較器ＣＰ１またはＣＰ２の一方の出力が反転し、同時にＯＲ回路２６の出力が反転する。ＯＲ回路２６が反転すると、スイッチＳＷがオンし、内部電源Ｅ１からバイアス抵抗Ｒ１０を介してバイアス電流を供給することが可能な状態になる。
【００４４】
異常時制御部２０の出力は、電流制御部１８の入力部１８ａに接続され、上記バイアス電流は電流検出抵抗ＲＳ１，ＲＳ２からなる直列回路に流れて電圧信号Ｖｓを強制的に上昇させ、基準電圧Ｖｒ１を超える電圧を発生させる。結果、比較器ＣＰは、異常が発生したものと判断してその出力が反転し、その反転信号を受けた駆動回路１８ａは、スイッチ素子Ｑ１のデューティを狭める動作を開始する。これによってスイッチング電源装置は電力供給能力が制限され、カレントトランスＣＴ１，ＣＴ２に流れる電流を制限し、発煙、発火などの事故に至ることを防止することができる。
【００４５】
この実施形態のスイッチング電源装置５０によれば、異常時制御部２０を備えることにより、正確に２つのカレントトランスＣＴ１，ＣＴ２の異常を正確に検知することができ、電源装置の出荷検査段階でも容易に断線等のある不良品を発見して除外することができる。さらに、出荷後の稼働中に断線故障が発生した場合も、電力制限動作によってカレントトランスＣＴ１，ＣＴ２の発熱による発煙、発火などの事故を確実に防止することができる。また、２つの薄型のカレントトランスを使用しているので、小型、薄型の電流−電圧変換回路とすることができ、電源装置の小型化、薄型化にも寄与する。
【００４６】
次に、この発明のスイッチング電源装置の第二の実施形態について、図３を基に説明する。ここで、第一の実施形態のスイッチング電源装置５０と同様の構成部分は、同一の符号を付して説明を省略する。本実施形態は、スイッチング電源装置５０の整流回路１４，１６を整流ダイオードＤ１，Ｄ２で構成し、また異常時制御部２０の代わりに整流回路１４，１６の出力に転流ダイオードＤ３，Ｄ４を、整流ダイオードＤ１，Ｄ２の電流を阻止する向きに各々並列に接続したものである。
【００４７】
スイッチング電流を検知してスイッチング素子Ｑ１を制御する動作については、カレントトランスＣＴ１，ＣＴ２に故障等なく正常なときは、第一の実施形態と同様であって、電流検出抵抗ＲＳ１，ＲＳ２の電圧降下はともにＲＳ・Ｉ／（２・Ｎ）となり、電流検出抵抗ＲＳ１，ＲＳ２の直列回路の両端には、各々の電圧降下分が合算された電圧Ｖｓ＝ＲＳ・Ｉ／Ｎが発生する。このとき、スイッチング電流Ｉは正常値であるので電圧信号Ｖｓのピーク値は基準電圧Ｖｒ１を超えることがなく、電流制御部１８は動作しない。また、転流ダイオードＤ３，Ｄ４には逆電圧が印可されており、電流は流れず動作しない。
【００４８】
次に、１次側巻線ＣＴ１ａの一端が断線した場合の動作を説明する。１次側巻線ＣＴ１ａが断線すると、スイッチング電流Ｉのうち１次側巻線ＣＴ１ａに流れるはずのＩ／２も合わせて１次側巻線ＣＴ２ａに流れ込む。従って、１次側巻線ＣＴ２ａには正常時の２倍の電流が流れ、その抵抗損失は想定の４倍となる。
【００４９】
このとき、断線した１次側巻線ＣＴ１ａには電流が流れないので、２次側巻線ＣＴ１ｂから電流は流出しない。一方、スイッチング電流Ｉは全て１次側巻線ＣＴ２ａに流れ込み、カレントトランスＣＴ２の巻数比によりＩ／Ｎに変換され２次側巻線ＣＴ２ｂから流れ出し、整流ダイオードＤ２で整流される。整流ダイオードＤ２で整流された電流Ｉ／Ｎは、転流ダイオードＤ３と電流検出抵抗ＲＳ１の直列回路と異常検出抵抗Ｒｘからなる並列回路を経由して電流検出抵抗ＲＳ２に流れる。ここで、転流ダイオードＤ３の順方向インピーダンスをＺ３としたとき、Ｒｘ＞Ｚ３＋ＲＳ１の関係を有するように異常検出抵抗Ｒｘの抵抗値が設定されており、整流ダイオードＤ２から流出する電流Ｉ／Ｎは、異常検出抵抗Ｒｘには少ししか流れず、その多くが転流ダイオードＤ３と電流検出抵抗ＲＳ１を経由して電流検出抵抗ＲＳ２に流れ、電流検出抵抗ＲＳ１両端に電圧降下が発生する。例えば、Ｒｘ＞＞Ｚ３＋ＲＳ１の関係を有するように異常検出抵抗Ｒｘを設定しておけば、整流ダイオードＤ２から流出する電流Ｉ／Ｎのほとんどが転流ダイオードＤ３と電流検出抵抗ＲＳ１を経由して電流検出抵抗ＲＳ２に流れることになり、同一の抵抗値ＲＳを有している電流検出抵抗ＲＳ１，ＲＳ２の直列回路の両端には、各々の電圧降下分が合算された電圧Ｖｓ＝２・ＲＳ・Ｉ／Ｎが発生する。これは、１次側巻線ＣＴ１ａが断線せず正常なときの発生電圧Ｖｓ＝ＲＳ・Ｉ／Ｎに比べて２倍の電圧に相当する。
【００５０】
基準電圧Ｖｒ１は、ＲＳ・Ｉ／Ｎ＜Ｖｒ１＜２・ＲＳ・Ｉ／Ｎの関係を有するように設定されており、このとき、電圧信号Ｖｓには基準電圧Ｖｒ１を超える電圧が発生しているので、比較器ＣＰ１は異常が発生したものと判断してその出力が反転し、その反転信号を受けた駆動回路１８ａは、スイッチ素子Ｑ１のデューティを狭める動作を開始する。これによってスイッチング電源装置は電力供給能力が制限され、カレントトランスに流れる電流を減少させ、カレントトランスの発熱による発煙、発火などの事故を防止することができる。
【００５１】
なお、ＲｘはＲｘ＞＞Ｚ３＋ＲＳ１の関係を有するような大きな値を選定すると異常の検出感度が高くなるが、カレントトランスＣＴ１，ＣＴ２の部品特性のばらつきや外来ノイズなどの影響によって誤動作しやすくなるおそれがあり、異常検出抵抗Ｒｘは、Ｒｘ＝（５〜２０）・（Ｚ４＋ＲＳ２）程度において、好ましい動作特性が得られる。
【００５２】
また、２次側巻線ＣＴ１ｂの一端が断線した場合においても、１次側巻線ＣＴ１ａが断線したときと同様な動作により発煙、発火などの事故を防止することができる。
【００５３】
次に、１次側巻線ＣＴ２ａの一端が断線した場合の動作を説明する。１次側巻線ＣＴ２ａが断線すると、スイッチング電流Ｉのうち１次側巻線ＣＴ２ａに流れるはずのＩ／２も合わせて１次側巻線ＣＴ１ａに流れ込む。従って、１次側巻線ＣＴ１ａには正常時の２倍の電流が流れ、その抵抗損失は想定の４倍となる。
【００５４】
このとき、断線した１次側巻線ＣＴ２ａには電流が流れないので、２次側巻線ＣＴ２ｂから電流は流出しない。一方、スイッチング電流Ｉは全て１次側巻線ＣＴ１ａに流れ込み、カレントトランスＣＴ１の巻数比によりＩ／Ｎに変換され、１次側巻線ＣＴ１ｂから流れ出し、整流ダイオードＤ１で整流される。整流ダイオードＤ１で整流された電流Ｉ／Ｎは、転流ダイオードＤ４と電流検出抵抗ＲＳ２の直列回路と異常検出抵抗Ｒｘからなる並列回路を経由して電流検出抵抗ＲＳ１に流れる。ここで、転流ダイオードＤ４の順方向インピーダンスをＺ４としたとき、Ｒｘ＞Ｚ４＋ＲＳ２の関係を有するようにＲｘが設定されており、整流ダイオードＤ１から流出する電流Ｉ／Ｎは、異常検出抵抗Ｒｘには少ししか流れず、その多くが転流ダイオードＤ４と電流検出抵抗ＲＳ２を経由して電流検出抵抗ＲＳ１に流れ、電流検出抵抗ＲＳ２両端に電圧降下が発生する。例えば、Ｒｘ＞＞Ｚ４＋ＲＳ２の関係を有するようにＲｘを設定しておけば、整流ダイオードＤ２から流出する電流Ｉ／Ｎのほとんどが転流ダイオードＤ４と電流検出抵抗ＲＳ２を経由して電流検出抵抗ＲＳ１に流れることになり、同一の抵抗値ＲＳを有している電流検出抵抗ＲＳ１，ＲＳ２の直列回路の両端には、各々の電圧降下分が合算された電圧Ｖｓ＝２・ＲＳ・Ｉ／Ｎが発生する。これは、２次側巻線ＣＴ２ａが断線せず正常なときの発生電圧Ｖｓ＝ＲＳ・Ｉ／Ｎに比べて２倍の電圧に相当する。
【００５５】
ここで基準電圧Ｖｒ１は、ＲＳ・Ｉ／Ｎ＜Ｖｒ１＜２・ＲＳ・Ｉ／Ｎの関係を有するように設定されており、このとき、電圧信号Ｖｓには基準電圧Ｖｒ１を超える電圧が発生しているので、比較器ＣＰ１は異常が発生したものと判断してその出力が反転し、その反転信号を受けた駆動回路１８ａは、スイッチ素子Ｑ１のデューティを狭める動作を開始する。これによってスイッチング電源装置は電力供給能力が制限され、カレントトランスに流れる電流を減少させ、カレントトランスの発熱による発煙、発火などの事故を防止することができる。
【００５６】
なお、ＲｘはＲｘ＞＞Ｚ４＋ＲＳ２の関係を有するような大きな値を選定すると異常の検出感度が高くなるが、カレントトランスＣＴ１，ＣＴ２の部品特性のばらつきや外来ノイズなどの影響によって誤動作しやすくなるおそれがあり、異常検出抵抗Ｒｘは、Ｒｘ＝（５〜２０）・（Ｚ４＋ＲＳ２）程度に設定したときに、好ましい回路特性が得られる。
【００５７】
また、２次側巻線ＣＴ２ｂの一端が断線した場合においても、１次側巻線ＣＴ２ａが断線したときと同様な動作により発煙、発火などの事故を防止することができる。
【００５８】
なお本発明は、上記実施形態に限定するものではなく、整流回路１４，１６は、例えばダイオードやその他半導体素子で構成したものであればよい。また、異常電流検知回路２２は、異常検出抵抗Ｒｘの発生電圧が所定の規定値を超えたときにロジック反転した信号を出力するものであればよく、本実施形態の回路構成に限定するものではない。また、バイアス回路２４は、異常を示すロジック信号が入力されたときに、入力部１８ａにバイアス電流を供給し、基準電圧Ｖｒを超える電圧を発生させる機能を有するものであればよく、本実施形態に限定するものではない。また、異常時制御部２０は、スイッチング素子Ｑ１を制御してスイッチング電源装置の電力供給能力を制限するものであれば、例えば、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作自体をラッチ停止させるものや、出力電圧を制御するパルス幅変調回路に信号入力してデューティを狭めるものであってもよく、本実施形態で示した回路構成や機能に限定するものではない。
【００５９】
また、スイッチング電源装置の電力変換方式はシングルフォワード方式に限定するものではなく、スイッチングによる電力変換であれば、公知のフライバック方式、ハーフブリッジ方式、プッシュプル方式、或いはチョッパ方式などでもよい。また、本発明が目的とする回路動作が確実に行われるようにする目的のものであれば、例えば異常検出抵抗Ｒｘ、電流検出抵抗Ｒｓ１，Ｒｓ２にサージ吸収コンデンサを接続したり、２次側巻線ＣＴ１ｂ，ＣＴ２ｂにカレントトランスの励磁リセット動作の補助用コンデンサや抵抗を接続したり、これらに相当する誤動作防止用の部品等が付加されても差し支えない。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】この発明のスイッチング電源装置の第一の実施形態を示す概略回路図である。
【図２】この実施形態が備える異常時制御部の一例を示す回路ブロック図である。
【図３】この発明のスイッチング電源装置の第二の実施形態を示す概略回路図である。
【図４】一般的なスイッチング電源装置を示す概略回路図である。
【図５】他の一般的なスイッチング電源装置を示す概略回路図である。
【符号の説明】
【００６１】
１０ 出力整流平滑回路
１２ 負荷
１４，１６ 整流回路
１８ 電流制御部
１８ａ 駆動回路
２０ 異常時制御部
２２ 異常電流検知回路
２４ バイアス回路
３０，４０，５０，６０ スイッチング電源装置
Ｅｉｎ 直流電源
Ｔ１ 出力トランス
Ｑ１ スイッチング素子
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ１１ 整流ダイオード
Ｄ１２ フライホイルダイオード
Ｌ１１ チョークコイル
Ｃ１１ 平滑コンデンサ
ＣＴ１，ＣＴ２ カレントトランス
ＣＴ１ａ，ＣＴ２ａ １次側巻線
ＣＴ１ｂ，ＣＴ２ｂ ２次側巻線
ＲＳ１，ＲＳ２，ＲＳ３ 電流検出抵抗
Ｒｘ 異常電流検出抵抗
ＣＰ，ＣＰ１，ＣＰ２ 比較器
Ｖｒ１，Ｖｒ２ 基準電圧
Ｄ３，Ｄ４ 転流ダイオード
【技術分野】
【０００１】
この発明は、スイッチング電源装置のスイッチング電流の制御のため、電流−電圧変換回路にカレントトランスを備えたスイッチング電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スイッチング電源においては、スイッチング電流を検出する方法として、カレントトランスで構成した電流−電圧変換回路が用いられる。例えば、１次側巻線を１ターン、２次側巻線を１５０ターンとしたカレントトランスの場合であれば、１次側巻線にスイッチング電流が１次側巻線に流れると、２次側巻線からその１５０分の１の小電流が発生し、その電流が流出する経路に設けた電流検出抵抗に発生する電圧降下をもって電圧信号に変換する方法が一般的である。
【０００３】
この方法は、スイッチング電流（大電流）の経路に電流検出抵抗を直接挿入して電圧信号に変換する方法に比べ、電力損失が少なく、発熱が小さくできるという特徴がある。すなわち、カレントトランスで構成した電流−電圧変換回路の場合、電力損失としてはスイッチング電流（大電流）が流れる１次側巻線の抵抗損失がその多くを占めるが、カレントトランスの１次側巻線は例えば１ターンという少ない巻数でよいため、太い電線や銅板を用いるなどの設計的な工夫によって比較的容易に抵抗値を低く抑えることができ、全体として低損失な変換回路を実現していた。
【０００４】
特に近年、スイッチング電源装置の小型化、薄型化、大電流化のニーズが高まり、内部に使用するカレントトランスにおいても、より一層小型、薄型の形状で、かつ低損失のものが求められるようになってきた。しかしながら、１次側巻線の抵抗値を低く抑えるにも上記のような設計的な工夫のみでは構造的制約上の限界があるため、小型、薄型のカレントトランスを２つ使用し、その１次側巻線を並列接続して使用する回路がある。
【０００５】
このような２つのカレントトランスで構成した電流−電圧変換回路を備えたスイッチング電源装置の例を、図４の回路図を基に説明する。スイッチング電源装置３０は一般的なシングルフォワード方式に構成された回路であって、入力電圧を供給する直流電源Ｅｉnの両端間には、カレントトランスＣＴ１，ＣＴ２の１次側巻線ＣＴ１ａ，ＣＴ２ａの並列回路と、例えばＭＯＳ型ＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ１と、出力トランスＴ１の１次側巻線Ｔ１ａとの直列回路が接続されている。出力トランスＴ１の２次側巻線Ｔ１ｂには、出力整流平滑回路１０が接続されており、これは周知のように整流ダイオードＤ１１とフライホイルダイオードＤ１２、およびチョークコイルＬ１１と平滑コンデンサＣ１１により構成され、１次側巻線Ｔ１ｂに誘起された電圧を整流平滑するものである。平滑コンデンサＣ１１の両端間には負荷１２が接続され、出力電圧Ｖｏを供給している。
【０００６】
さらに、出力電圧Ｖｏの変動に応じた信号が図示しないパルス幅制御回路に帰還入力され、パルス導通幅が可変制御された駆動パルス信号によってスイッチング素子Ｑ１が駆動され、出力電圧Ｖｏが安定化制御されている。
【０００７】
カレントトランスＣＴ１，ＣＴ２は同一のものであって、共に１次側巻線ＣＴ１ａ，ＣＴ２ａが１ターン、２次側巻線ＣＴ１ｂ，ＣＴ２ｂが所定の複数Ｎターンに形成されている。カレントトランスＣＴ１の２次側巻線ＣＴ１ｂの両端間には、スイッチング素子Ｑ１がオンのときに流れる電流を整流出力する整流ダイオードＤ１からなる整流回路１４が接続され、さらに整流回路１４の出力には電流検出抵抗ＲＳ１が並列に接続されている。同様に、カレントトランスＣＴ２の２次側巻線ＣＴ２ｂの両端間には、スイッチング素子Ｑ１がオンのときに流れる電流を整流出力する整流ダイオードＤ２からなる整流回路１６が接続され、さらに整流回路１６の出力には、電流検出抵抗ＲＳ２が並列に接続されている。電流検出抵抗ＲＳ１，ＲＳ２は直列回路を構成し、その両端が電流制御部１８に接続されている。
【０００８】
電流制御部１８は、後述する所定の基準電圧Ｖｒ１と、電流検出抵抗ＲＳ１，ＲＳ２の発生電圧の合計値Ｖｓとを比較する比較器ＣＰと、比較器ＣＰの出力に応じた駆動パルスを発生する駆動回路１８ａを備え、駆動回路１８ａの出力はスイッチング素子Ｑ１の駆動端子に接続されている。
【０００９】
次に、スイッチング電流を検知してスイッチング素子Ｑ１を制御する動作について説明する。スイッチング素子Ｑ１は断続的にオン・オフを繰り返す動作をし、オンの期間のみ電流が流れるため、スイッチング電流Ｉは略台形状を繰り返すパルス波形となる。このスイッチング電流Ｉは、並列接続された１次側巻線ＣＴ１ａ，ＣＴ２ａに分流するが、カレントトランスＣＴ１，ＣＴ２は同一の部品を用いているため、Ｉ／２の電流がそれぞれに均等に流入する。
【００１０】
１次側巻線ＣＴ１ａに流入した電流は、カレントトランスＣＴ１の巻数比によりＩ／（２・Ｎ）に変換され２次側巻線ＣＴ１ｂから流出し、整流ダイオードＤ１を介して電流検出抵抗ＲＳ１に流れ込む。同様に、１次側巻線ＣＴ２ａに流入した電流は、カレントトランスＣＴ２の巻数比によりＩ／（２・Ｎ）に変換され２次側巻線ＣＴ２ｂから流出し、整流ダイオードＤ２を介して電流検出抵抗ＲＳ２に流れ込む。ここで、電流検出抵抗ＲＳ１，ＲＳ２は同一の抵抗値ＲＳを有しているので、電流検出抵抗ＲＳ１，ＲＳ２の電圧降下はともにＲＳ・Ｉ／（２・Ｎ）となり、電流検出抵抗ＲＳ１，ＲＳ２の直列回路の両端には、各々の電圧降下分が合算された電圧Ｖｓ＝ＲＳ・Ｉ／Ｎが発生する。このように、スイッチング電流Ｉは、それにほぼ比例した電圧信号Ｖｓに変換される。
【００１１】
電流制御部１８は、スイッチング電流Ｉが正常な場合は動作せず、スイッチング電流Ｉが想定以上に増大し、そのピーク値がある値を超えたときに動作するように設定されている。例えば負荷１２の故障などによりスイッチング電流Ｉが増大したとき、それに比例して増大した電圧信号Ｖｓは電流制御部１８の比較器ＣＰに入力され、基準電圧Ｖｒ１と比較される。基準電圧Ｖｒ１はスイッチング電源装置および負荷の安全性を考慮して規定されており、比較器ＣＰは、入力された電圧信号Ｖｓのピーク値が基準電圧Ｖｒ１を超えると、異常が発生したものと判断してその出力が反転し、その反転信号を受けた駆動回路１８ａは、スイッチ素子Ｑ１のデューティを狭める動作を開始する。これによってスイッチング電源装置３０は電力供給能力が制限され、負荷１２やスイッチング電源回路自体の内部部品の発煙、発火などの事故を防止することができるものである。したがって、スイッチング電流Ｉが正常値を示している場合には、電圧信号Ｖｓのピーク値は基準電圧Ｖｒ１を超えることがなく、電流制御部１８は動作しない。
【００１２】
また、２つのカレントトランスで構成した電流−電圧変換回路を用いたスイッチング電源装置の他の例を、図５の回路図を基に説明する。ここで、図４のスイッチング電源装置３０と同様の構成部分は、同一の符号を付して説明を省略する。スイッチング電源装置４０は、スイッチング電源装置３０の整流回路１４，１６の出力を並列に接続し、電流検出抵抗ＲＳ１，ＲＳ２の直列回路に代えて、電流検出抵抗ＲＳ３を設けたものである。
【００１３】
次に、スイッチング電源装置４０において、スイッチング電流Ｉを検知してスイッチング素子Ｑ１を制御する動作について説明する。スイッチング素子Ｑ１は断続的にオン・オフを繰り返す動作をし、オンの期間のみ電流が流れるため、スイッチング電流Ｉは略台形状を繰り返すパルス波形となる。このスイッチング電流Ｉは、並列接続された１次側巻線ＣＴ１ａ，ＣＴ２ａに分流するが、カレントトランスＣＴ１，ＣＴ２は同一の部品を用いているため、Ｉ／２の電流がそれぞれに均等に流入する。
【００１４】
１次側巻線ＣＴ１ａに流入した電流は、カレントトランスＣＴ１の巻数比によりＩ／（２・Ｎ）に変換され２次側巻線ＣＴ１ｂから流出し、整流ダイオードＤ１を介して電流検出抵抗ＲＳ３に流れ込む。同様に、１次側巻線ＣＴ２ａに流入した電流は、カレントトランスＣＴ２の巻数比によりＩ／（２・Ｎ）に変換され２次側巻線ＣＴ２ｂから流出し、整流ダイオードＤ２を介して電流検出抵抗ＲＳ３に流れ込む。すなわち、電流検出抵抗ＲＳ３には合わせてＩ／Ｎの電流が流れ、Ｖｓ＝ＲＳ３・Ｉ／Ｎなる電圧が発生する。このように、スイッチング電流Ｉは、それにほぼ比例した電圧信号Ｖｓに変換される。
【００１５】
その他、スイッチング電源装置４０の電流制御部１８の動作等については、前述のスイッチング電源装置３０と同様である。
【００１６】
以上説明したスイッチング電源装置３０，４０においては、カレントトランスＣＴ１，ＣＴ２は小型で薄型のものを２つ使用することができる。カレントトランスの損失の多くを占める１次側巻線ＣＴ１ａ，ＣＴ２ａの抵抗損失については、並列接続した一方の１次側巻線にはスイッチング電流の半分のＩ／２しか流さなくて済むのでカレントトランス１つ当たりの損失は低減される。同時に、電流が少ないことにより小型の部品を使用することができ、カレントトランスを２つ並べて実装すれば結果的に部品の低背実装が実現される。それに対し、部品高さが同じで抵抗損失も同じとなるカレントトランスを１つで実現しようとすると、その構成材料である磁性コアや絶縁ボビンは必然的にその床面積が広く扁平な形状となり、金型によるプレス、焼成、成形などの製造工程における歩留まりの問題を考慮すると量産化が困難なものであった。
【００１７】
また、特許文献１に開示されているように、複数のカレントトランスの１次側巻線を複数の出力トランス巻線に各々直列に挿入し、２次側巻線出力に接続した電流検出抵抗に発生する各々の電圧信号の差分を検出して、電源の異常を検出する方法が提案されている。
【特許文献１】特開２００２−５１５４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかし、従来のスイッチング電源装置３０，４０においては、カレントトランスＣＴ１，ＣＴ２の巻線自体が断線故障したとき、カレントトランスＣＴ１又はＣＴ２がプリント基板へハンダ付け実装された接続部分に環境負荷によるクラック断線が発生したとき、あるいはスイッチング電源装置の組み立て工程でカレントトランスＣＴ１又はＣＴ２に端子未接続の実装不良が発生したとき等に、スイッチング電源装置の安全性に問題が生じる場合があった。
【００１９】
例えば、スイッチング電源装置３０において１次側巻線ＣＴ１ａの一端が断線となった場合、スイッチング電流Ｉのうち１次側巻線ＣＴ１ａに流れるはずのＩ／２も合わせて１次側巻線ＣＴ２ａに流れ込む。従って、１次側巻線ＣＴ２ａには正常時の２倍の電流が流れ、その抵抗損失は想定の４倍となる。
【００２０】
このとき、断線した１次側巻線ＣＴ１ａには電流が流れないので、２次側巻線ＣＴ１ｂから電流は流出せず、整流ダイオードＤ１を介して接続された電流検出抵抗ＲＳ１に電圧降下は発生しない。一方、スイッチング電流Ｉは全て１次側巻線ＣＴ２ａに流れ込み、カレントトランスＣＴ２の巻数比によりＩ／Ｎに変換され２次側巻線ＣＴ２ｂから流れ出し、整流ダイオードＤ２を介して電流検出抵抗ＲＳ２に流れる。ここで、電流検出抵抗ＲＳ１，ＲＳ２は同一の抵抗値ＲＳを有しているので、電流検出抵抗ＲＳ１，ＲＳ２の直列回路の両端には、各々の電圧降下分が合算された電圧Ｖｓ＝ＲＳ・Ｉ／Ｎが発生する。すなわち、１次側巻線ＣＴ１ａの一端が断線故障したときも、故障のない正常なときと同じ電圧信号Ｖｓが発生するため、電流制御部１８は正常に動作しているものと判断し、スイッチ素子Ｑ１のデューティを狭める動作を行わない。
【００２１】
従って、カレントトランスＣＴ２ａは想定を大きく超える４倍の抵抗損失により異常に発熱し、かつ、スイッチング素子Ｑ１のデューティを狭めて電力供給能力を制限する動作も行わないので、その発熱状態が継続し、結果、カレントトランスＣＴ２の発熱により発煙、発火などの事故に至るおそれがあった。
【００２２】
また、２次側巻線ＣＴ１ｂの一端の接続が断線となった場合においても、スイッチング電流Ｉが１次側巻線ＣＴ２ａに大きく偏り、１次側巻線ＣＴ２ａは想定を大きく超える２〜３倍程度の抵抗損失により異常に発熱し、かつ、スイッチング素子Ｑ１のデューティを狭めて電力供給能力を制限する動作も行わないので、その発熱状態が継続し、結果、カレントトランスＣＴ２の発熱により発煙、発火などの事故に至るおそれがあった。
【００２３】
さらに、カレントトランスＣＴ１と対称の関係にあるカレントトランスＣＴ２に断線が発生した場合であっても、上記のカレントトランスＣＴ１の断線時と同様の動作となり、結果、カレントトランスＣＴ１の発熱により発煙、発火などの事故に至るおそれがあった。また、スイッチング電源装置４０においても、スイッチング電源装置３０と同様に、断線していない方のカレントトランスの発熱により発煙、発火などの事故に至るおそれがあった。
【００２４】
特許文献１に開示された回路にあっては、スイッチング電流は複数の出力トランスの巻線に分流され、各トランス巻線電流は、複数のカレントトランスを介して各々独立した電圧信号に変換され、いずれかレベルの大きい信号のみが過電流検出回路に入力されているため、スイッチング電流全体を精度良く検出するものではなかった。また、ＤＣ−ＤＣコンバータの一方に出力回路の異常が発生したときに生じる前記各々独立した電圧信号のアンバランスは、差分検出回路という複雑な回路手段によって単一の電圧信号に変換される技術が開示されているだけで、特に小型、ローコストのスイッチング電源装置においてはその複雑な回路手段を採用することは困難なものであった。
【００２５】
この発明は上記背景技術に鑑みて成されたもので、簡単な構成で装置を小型化、薄型化することができるとともに、異常な発熱等の発生を防止することができるスイッチング電源装置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】
【００２６】
この発明は、入力電源に接続されたスイッチング素子と出力トランスの１次側巻線の直列回路と、前記直列回路に流れる電流に対応した電圧信号が入力され、その電圧信号のピーク値が規定値を超えると前記スイッチング素子のデューティを狭める電流制御部と、１次側巻線同士が並列接続されその1次側巻線が前記スイッチング素子と直列に挿入された同一の２つのカレントトランスと、前記２つのカレントトランスの２次側巻線の各々に並列接続され、前記スイッチング素子のオン期間の電流を整流する２つの整流回路と、前記２つの整流回路の出力の各々に並列接続され、その抵抗値が同一である２つの電流検出抵抗とを備えたスイッチング電源装置であって、前記２つのカレントトランスの２次側に接続された各整流回路が直列に接続されているとともに、前記２つの電流検出抵抗も直列に接続され、その電流検出抵抗の直列回路の両端は前記電流制御部の入力に接続され、直列接続された前記２つの整流回路出力の中点と、前記２つの電流検出抵抗の中点とに両端が接続された異常電流検出抵抗を設けたスイッチング電源装置である。
【００２７】
前記異常電流検出抵抗に発生する電圧をモニタし、その電圧が規定値を超えたときに前記スイッチング素子のデューティを狭める制御を行う異常時制御部を備えたものである。
【００２８】
前記異常電流検出抵抗に発生する電圧をモニタし、その電圧が規定値を超えたときに前記スイッチング素子のスイッチング動作をラッチ停止させる異常時制御部を備えたものである。
【００２９】
さらに、前記２つの整流回路の出力には、整流された電流を阻止する向きの転流ダイオードが各々並列接続され、前記異常電圧検出抵抗は、前記転流ダイオードの順方向インピーダンスと前記電流検出抵抗インピーダンスの合計値よりも大きな値に設定されているスイッチング電源装置である。
【発明の効果】
【００３０】
この発明のスイッチング電源装置によれば、１次側巻線が並列に接続された２つのカレントトランスが有する何れかの巻線に発生した断線故障を簡単な回路で検出することができ、電源装置の製造工場の出荷検査段階でも容易に故障製品を発見して除外することができる。また、出荷後の稼働中に断線故障が発生した場合も、電力制限動作によってカレントトランスの発熱による発煙、発火などの事故を防止することが可能である。また、２つの薄型のカレントトランスを使用しているので、小型、薄型、低損失、かつ安全性の高い電流−電圧変換回路とすることができ、ひいては電源装置の小型化、薄型化にも寄与する。さらに、２つのカレントトランスの１次側巻線に分流したスイッチング電流は、カレントトランスを介して各々電圧信号に変換された後、電圧検出抵抗の直列回路にて合算されるので、スイッチング電流に比例した電圧信号を精度良く得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、この発明スイッチング電源装置の第一の実施形態について、図１を基に説明する。スイッチング電源装置５０は一般的なシングルフォワード方式に構成された回路であって、入力電圧を供給する直流電源Ｅｉｎの両端間には、カレントトランスＣＴ１，ＣＴ２の１次側巻線ＣＴ１ａ，ＣＴ２ａの並列回路と、例えばＭＯＳ型ＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ１と、出力トランスＴ１の１次側巻線Ｔ１ａとの直列回路が接続されている。出力トランスＴ１の２次側巻線Ｔ１ｂには、出力整流平滑回路１０が接続されており、これは周知のように整流ダイオードＤ１１とフライホイルダイオードＤ１２、およびチョークコイルＬ１１と平滑コンデンサＣ１１により構成され、２次側巻線Ｔ１ｂに誘起された電圧を整流平滑するものである。平滑コンデンサＣ１１の両端間には負荷１２が接続され、出力電圧Ｖｏを供給している。
【００３２】
さらに、出力電圧Ｖｏの変動に応じた信号が図示しないパルス幅制御回路に帰還入力され、パルス導通幅が可変制御された駆動パルス信号によってスイッチング素子Ｑ１が駆動され、出力電圧Ｖｏが安定化制御されている。
【００３３】
カレントトランスＣＴ１，ＣＴ２は同一のものであって、共に１次側巻線が１ターン、２次側巻線が所定の複数Ｎターンに形成されている。カレントトランスＣＴ１の２次側巻線ＣＴ１ｂの両端間には、スイッチング素子Ｑ１がオンのときに流れる電流を整流出力する整流回路１４が接続され、さらに整流回路１４の出力には電流検出抵抗ＲＳ１が並列に接続されている。同様に、カレントトランスＣＴ２の２次側巻線ＣＴ２ｂの両端間には、スイッチング素子Ｑ１がオンのときに流れる電流を整流出力する整流回路１６が接続され、さらに整流回路１６の出力には、電流検出抵抗ＲＳ２が並列に接続されている。電流検出抵抗ＲＳ１，ＲＳ２は直列回路を構成し、その両端が電流制御部１８に接続されている。電流制御部１８は、後述する所定の基準電圧Ｖｒ１と、電流検出抵抗ＲＳ１，ＲＳ２の発生電圧の合計値Ｖｓとを比較する比較器ＣＰと、比較器ＣＰの出力に応じた駆動パルスを発生する駆動回路１８ａを備え、駆動回路１８ａの出力はスイッチング素子Ｑ１の駆動端子に接続されている。
【００３４】
以上は従来のスイッチング電源装置３０と実質同一の構成であるが、本実施形態においては、整流回路１４，１６の直列回路の中点と、電流検出抵抗ＲＳ１，ＲＳ２の直列回路の中点との短絡接続を切り離し、そこに異常検出抵抗Ｒｘが挿入されている。さらに、異常検出抵抗Ｒｘ両端は、後述する異常時制御部２０に入力され、その異常時制御部２０が出力する制御信号は、電流制御部１８の入力１８ｂに入力されるよう構成されている。
【００３５】
次に、スイッチング電流Ｉを検知してスイッチング素子Ｑ１を制御する動作について説明する。スイッチング素子Ｑ１は断続的にオン・オフを繰り返す動作をし、オンの期間のみ電流が流れるため、スイッチング電流Ｉは略台形状を繰り返すパルス波形となる。このスイッチング電流Ｉは、並列接続されたカレントトランスＣＴ１，ＣＴ２の１次巻線ＣＴ１ａ，ＣＴ２ａに分流するが、カレントトランスＣＴ１，ＣＴ２は同一の部品を用いているため、Ｉ／２の電流がそれぞれに均等に流入する。
【００３６】
１次側巻線ＣＴ１ａに流入した電流は、カレントトランスＣＴ１の巻数比によりＩ／（２・Ｎ）に変換され２次側巻線ＣＴ１ｂから流出し、整流ダイオードＤ１を介して電流検出抵抗ＲＳ１及び異常検出抵抗Ｒｘに流れ込む。同様に、２次側巻線ＣＴ２ａに流入した電流は、カレントトランスＣＴ２の巻数比によりＩ／（２・Ｎ）に変換され２次側巻線ＣＴ２ｂから流出し、整流ダイオードＤ２を介して電流検出抵抗ＲＳ２及び異常検出抵抗Ｒｘに流れ込む。ここで、電流検出抵抗ＲＳ１，ＲＳ２は同一の抵抗値ＲＳを有しているので、電流検出抵抗ＲＳ１，ＲＳ２の電圧降下はともにＲＳ・Ｉ／（２・Ｎ）となり、電流検出抵抗ＲＳ１，ＲＳ２の直列回路の両端には、各々の電圧降下分が合算された電圧Ｖｓ＝ＲＳ・Ｉ／Ｎが発生する。結果、スイッチング電流Ｉは、それにほぼ比例した電圧信号Ｖｓに変換される。
【００３７】
一方、２次側巻線ＣＴ１ｂ，ＣＴ２ｂから流出し、異常検出抵抗Ｒｘに流れる電流は、その値はそれぞれ等しくＩ／（２・Ｎ）であって、かつその向きが逆であるため、結果的に相殺され、異常検出抵抗Ｒｘの両端には電圧降下が生じない。つまり、実質的には、異常検出抵抗Ｒｘが短絡除去された従来のスイッチング電源装置３０と同様の動作をする。また、異常検出抵抗Ｒｘの両端に電圧降下が生じないので、後述する異常時制御回路２０も動作しない。
【００３８】
電流制御部１８は、スイッチング電流Ｉが正常な場合は動作せず、スイッチング電流Ｉが想定以上に増大し、そのピーク値がある値を超えたときに動作するように設定されている。例えば負荷１２の故障などによりスイッチング電流Ｉが増大したとき、それに比例して増大した電圧信号Ｖｓは電流制御部１８の比較器ＣＰに入力され、基準電圧Ｖｒ１と比較される。基準電圧Ｖｒ１はスイッチング電源装置および負荷の安全性を考慮して規定されており、比較器ＣＰは、入力された電圧信号Ｖｓのピーク値が基準電圧Ｖｒ１を超えると異常が発生したものと判断してその出力が反転し、その反転信号を受けた駆動回路１８ａは、スイッチ素子Ｑ１のデューティを狭める動作を開始する。したがって、スイッチング電流Ｉが正常値を示している場合には、電圧信号Ｖｓのピーク値は基準電圧Ｖｒ１を超えることがなく、電流制御部１８は動作しない。
【００３９】
次に、カレントトランスＣＴ１の１次側巻線ＣＴ１ａの一端が断線した場合の動作を説明する。１次側巻線ＣＴ１ａが断線すると、スイッチング電流Ｉのうち１次側巻線ＣＴ１ａに流れるはずのＩ／２も合わせてカレントトランスＣＴ２ａに流れ込む。従って、１次側巻線ＣＴ２ａには正常時の２倍の電流が流れ、その抵抗損失は想定の４倍となる。
【００４０】
このときの、断線した１次側巻線ＣＴ１ａには電流が流れないので、１次側巻線ＣＴ１ｂから電流は流出せず、整流ダイオードＤ１を介して接続された電流検出抵抗ＲＳ１に電圧降下は発生しない。一方、スイッチング電流Ｉは全て１次側巻線ＣＴ２ａに流れ込み、カレントトランスＣＴ２の巻数比によりＩ／Ｎに変換され２次側巻線ＣＴ２ｂから流れ出し、整流ダイオードＤ２を介して電流検出抵抗ＲＳ２及び異常検出抵抗Ｒｘに流れる。ここで、電流検出抵抗ＲＳ１，ＲＳ２は同一の抵抗値ＲＳを有しているので、電流検出抵抗ＲＳ１，ＲＳ２の直列回路の両端には、各々の電圧降下分が合算された電圧Ｖｓ＝ＲＳ・Ｉ／Ｎという１次側巻線ＣＴ１ａが正常なときと同じ電圧信号が発生している。しかし、異常検出抵抗Ｒｘには２次側巻線ＣＴ２ｂから流れ出す電流Ｉ／Ｎのみが流れ、それを相殺する電流が供給されないため、一定の電圧降下が生じる。
【００４１】
同様に、２次側巻線ＣＴ１ｂの一端が断線した場合は、異常検出抵抗Ｒｘには、１次側巻線ＣＴ１ａが断線したときと同一方向に一定の電圧降下が発生する。また、１次側巻線ＣＴ２ａまたは２次側巻線ＣＴ２ｂの一端が断線した場合には、異常検出抵抗Ｒｘには、上記と逆方向に一定の電圧降下が発生する。従って、カレントトランスＣＴ１またはカレントトランスＣＴ２の一端が断線故障したことを、異常検出抵抗Ｒｘの両端に発生する電圧をモニタすることによって検出することができる。
【００４２】
次に、異常検出抵抗Ｒｘの両端の電圧が入力される異常時制御部２０について、図２を基に説明する。異常時制御部２０は、異常電流検知回路２２とバイアス回路２４を備えている。異常検知回路２２は、異常検出抵抗Ｒｘの両端電圧と正の基準電圧Ｖｒ２とを比較する比較器ＣＰ１と、異常検出抵抗Ｒｘの両端電圧と負の基準電圧Ｖｒ３とを比較する比較器ＣＰ２と、比較器ＣＰ１，ＣＰ２の出力が入力されるＯＲ回路２６を備えている。バイアス回路２４は、ＯＲ回路２６の出力信号に応じてオン・オフするスイッチＳＷと、内部電源Ｅ１とバイアス抵抗Ｒを備えている。
【００４３】
次に、異常時制御部２０の動作を説明する。カレントトランスＣＴ１又はカレントトランスＣＴ２の何れかの巻線が断線したときに異常検出抵抗Ｒｘの両端に正方向または負方向に電圧が発生し、その発生電圧は、基準電圧Ｖｒ２，Ｖｒ３と比較される。基準電圧Ｖｒ２，Ｖｒ３は、２つのカレントトランスＣＴ１，ＣＴ２の特性のばらつきや外来ノイズの影響等によって異常検出抵抗Ｒｘ両端に発生する電圧よりも高い値であって、かつ、カレントトランスＣＴ１またはＣＴ２の断線を確実に検知できる低い値に設定してある。格別の理由がなければ、基準電圧Ｖｒ２，Ｖｒ３は同じ値とすることが適切である。異常検出抵抗Ｒｘの両端の電圧が基準電圧Ｖｒ２またはＶｒ３を超えると、比較器ＣＰ１またはＣＰ２の一方の出力が反転し、同時にＯＲ回路２６の出力が反転する。ＯＲ回路２６が反転すると、スイッチＳＷがオンし、内部電源Ｅ１からバイアス抵抗Ｒ１０を介してバイアス電流を供給することが可能な状態になる。
【００４４】
異常時制御部２０の出力は、電流制御部１８の入力部１８ａに接続され、上記バイアス電流は電流検出抵抗ＲＳ１，ＲＳ２からなる直列回路に流れて電圧信号Ｖｓを強制的に上昇させ、基準電圧Ｖｒ１を超える電圧を発生させる。結果、比較器ＣＰは、異常が発生したものと判断してその出力が反転し、その反転信号を受けた駆動回路１８ａは、スイッチ素子Ｑ１のデューティを狭める動作を開始する。これによってスイッチング電源装置は電力供給能力が制限され、カレントトランスＣＴ１，ＣＴ２に流れる電流を制限し、発煙、発火などの事故に至ることを防止することができる。
【００４５】
この実施形態のスイッチング電源装置５０によれば、異常時制御部２０を備えることにより、正確に２つのカレントトランスＣＴ１，ＣＴ２の異常を正確に検知することができ、電源装置の出荷検査段階でも容易に断線等のある不良品を発見して除外することができる。さらに、出荷後の稼働中に断線故障が発生した場合も、電力制限動作によってカレントトランスＣＴ１，ＣＴ２の発熱による発煙、発火などの事故を確実に防止することができる。また、２つの薄型のカレントトランスを使用しているので、小型、薄型の電流−電圧変換回路とすることができ、電源装置の小型化、薄型化にも寄与する。
【００４６】
次に、この発明のスイッチング電源装置の第二の実施形態について、図３を基に説明する。ここで、第一の実施形態のスイッチング電源装置５０と同様の構成部分は、同一の符号を付して説明を省略する。本実施形態は、スイッチング電源装置５０の整流回路１４，１６を整流ダイオードＤ１，Ｄ２で構成し、また異常時制御部２０の代わりに整流回路１４，１６の出力に転流ダイオードＤ３，Ｄ４を、整流ダイオードＤ１，Ｄ２の電流を阻止する向きに各々並列に接続したものである。
【００４７】
スイッチング電流を検知してスイッチング素子Ｑ１を制御する動作については、カレントトランスＣＴ１，ＣＴ２に故障等なく正常なときは、第一の実施形態と同様であって、電流検出抵抗ＲＳ１，ＲＳ２の電圧降下はともにＲＳ・Ｉ／（２・Ｎ）となり、電流検出抵抗ＲＳ１，ＲＳ２の直列回路の両端には、各々の電圧降下分が合算された電圧Ｖｓ＝ＲＳ・Ｉ／Ｎが発生する。このとき、スイッチング電流Ｉは正常値であるので電圧信号Ｖｓのピーク値は基準電圧Ｖｒ１を超えることがなく、電流制御部１８は動作しない。また、転流ダイオードＤ３，Ｄ４には逆電圧が印可されており、電流は流れず動作しない。
【００４８】
次に、１次側巻線ＣＴ１ａの一端が断線した場合の動作を説明する。１次側巻線ＣＴ１ａが断線すると、スイッチング電流Ｉのうち１次側巻線ＣＴ１ａに流れるはずのＩ／２も合わせて１次側巻線ＣＴ２ａに流れ込む。従って、１次側巻線ＣＴ２ａには正常時の２倍の電流が流れ、その抵抗損失は想定の４倍となる。
【００４９】
このとき、断線した１次側巻線ＣＴ１ａには電流が流れないので、２次側巻線ＣＴ１ｂから電流は流出しない。一方、スイッチング電流Ｉは全て１次側巻線ＣＴ２ａに流れ込み、カレントトランスＣＴ２の巻数比によりＩ／Ｎに変換され２次側巻線ＣＴ２ｂから流れ出し、整流ダイオードＤ２で整流される。整流ダイオードＤ２で整流された電流Ｉ／Ｎは、転流ダイオードＤ３と電流検出抵抗ＲＳ１の直列回路と異常検出抵抗Ｒｘからなる並列回路を経由して電流検出抵抗ＲＳ２に流れる。ここで、転流ダイオードＤ３の順方向インピーダンスをＺ３としたとき、Ｒｘ＞Ｚ３＋ＲＳ１の関係を有するように異常検出抵抗Ｒｘの抵抗値が設定されており、整流ダイオードＤ２から流出する電流Ｉ／Ｎは、異常検出抵抗Ｒｘには少ししか流れず、その多くが転流ダイオードＤ３と電流検出抵抗ＲＳ１を経由して電流検出抵抗ＲＳ２に流れ、電流検出抵抗ＲＳ１両端に電圧降下が発生する。例えば、Ｒｘ＞＞Ｚ３＋ＲＳ１の関係を有するように異常検出抵抗Ｒｘを設定しておけば、整流ダイオードＤ２から流出する電流Ｉ／Ｎのほとんどが転流ダイオードＤ３と電流検出抵抗ＲＳ１を経由して電流検出抵抗ＲＳ２に流れることになり、同一の抵抗値ＲＳを有している電流検出抵抗ＲＳ１，ＲＳ２の直列回路の両端には、各々の電圧降下分が合算された電圧Ｖｓ＝２・ＲＳ・Ｉ／Ｎが発生する。これは、１次側巻線ＣＴ１ａが断線せず正常なときの発生電圧Ｖｓ＝ＲＳ・Ｉ／Ｎに比べて２倍の電圧に相当する。
【００５０】
基準電圧Ｖｒ１は、ＲＳ・Ｉ／Ｎ＜Ｖｒ１＜２・ＲＳ・Ｉ／Ｎの関係を有するように設定されており、このとき、電圧信号Ｖｓには基準電圧Ｖｒ１を超える電圧が発生しているので、比較器ＣＰ１は異常が発生したものと判断してその出力が反転し、その反転信号を受けた駆動回路１８ａは、スイッチ素子Ｑ１のデューティを狭める動作を開始する。これによってスイッチング電源装置は電力供給能力が制限され、カレントトランスに流れる電流を減少させ、カレントトランスの発熱による発煙、発火などの事故を防止することができる。
【００５１】
なお、ＲｘはＲｘ＞＞Ｚ３＋ＲＳ１の関係を有するような大きな値を選定すると異常の検出感度が高くなるが、カレントトランスＣＴ１，ＣＴ２の部品特性のばらつきや外来ノイズなどの影響によって誤動作しやすくなるおそれがあり、異常検出抵抗Ｒｘは、Ｒｘ＝（５〜２０）・（Ｚ４＋ＲＳ２）程度において、好ましい動作特性が得られる。
【００５２】
また、２次側巻線ＣＴ１ｂの一端が断線した場合においても、１次側巻線ＣＴ１ａが断線したときと同様な動作により発煙、発火などの事故を防止することができる。
【００５３】
次に、１次側巻線ＣＴ２ａの一端が断線した場合の動作を説明する。１次側巻線ＣＴ２ａが断線すると、スイッチング電流Ｉのうち１次側巻線ＣＴ２ａに流れるはずのＩ／２も合わせて１次側巻線ＣＴ１ａに流れ込む。従って、１次側巻線ＣＴ１ａには正常時の２倍の電流が流れ、その抵抗損失は想定の４倍となる。
【００５４】
このとき、断線した１次側巻線ＣＴ２ａには電流が流れないので、２次側巻線ＣＴ２ｂから電流は流出しない。一方、スイッチング電流Ｉは全て１次側巻線ＣＴ１ａに流れ込み、カレントトランスＣＴ１の巻数比によりＩ／Ｎに変換され、１次側巻線ＣＴ１ｂから流れ出し、整流ダイオードＤ１で整流される。整流ダイオードＤ１で整流された電流Ｉ／Ｎは、転流ダイオードＤ４と電流検出抵抗ＲＳ２の直列回路と異常検出抵抗Ｒｘからなる並列回路を経由して電流検出抵抗ＲＳ１に流れる。ここで、転流ダイオードＤ４の順方向インピーダンスをＺ４としたとき、Ｒｘ＞Ｚ４＋ＲＳ２の関係を有するようにＲｘが設定されており、整流ダイオードＤ１から流出する電流Ｉ／Ｎは、異常検出抵抗Ｒｘには少ししか流れず、その多くが転流ダイオードＤ４と電流検出抵抗ＲＳ２を経由して電流検出抵抗ＲＳ１に流れ、電流検出抵抗ＲＳ２両端に電圧降下が発生する。例えば、Ｒｘ＞＞Ｚ４＋ＲＳ２の関係を有するようにＲｘを設定しておけば、整流ダイオードＤ２から流出する電流Ｉ／Ｎのほとんどが転流ダイオードＤ４と電流検出抵抗ＲＳ２を経由して電流検出抵抗ＲＳ１に流れることになり、同一の抵抗値ＲＳを有している電流検出抵抗ＲＳ１，ＲＳ２の直列回路の両端には、各々の電圧降下分が合算された電圧Ｖｓ＝２・ＲＳ・Ｉ／Ｎが発生する。これは、２次側巻線ＣＴ２ａが断線せず正常なときの発生電圧Ｖｓ＝ＲＳ・Ｉ／Ｎに比べて２倍の電圧に相当する。
【００５５】
ここで基準電圧Ｖｒ１は、ＲＳ・Ｉ／Ｎ＜Ｖｒ１＜２・ＲＳ・Ｉ／Ｎの関係を有するように設定されており、このとき、電圧信号Ｖｓには基準電圧Ｖｒ１を超える電圧が発生しているので、比較器ＣＰ１は異常が発生したものと判断してその出力が反転し、その反転信号を受けた駆動回路１８ａは、スイッチ素子Ｑ１のデューティを狭める動作を開始する。これによってスイッチング電源装置は電力供給能力が制限され、カレントトランスに流れる電流を減少させ、カレントトランスの発熱による発煙、発火などの事故を防止することができる。
【００５６】
なお、ＲｘはＲｘ＞＞Ｚ４＋ＲＳ２の関係を有するような大きな値を選定すると異常の検出感度が高くなるが、カレントトランスＣＴ１，ＣＴ２の部品特性のばらつきや外来ノイズなどの影響によって誤動作しやすくなるおそれがあり、異常検出抵抗Ｒｘは、Ｒｘ＝（５〜２０）・（Ｚ４＋ＲＳ２）程度に設定したときに、好ましい回路特性が得られる。
【００５７】
また、２次側巻線ＣＴ２ｂの一端が断線した場合においても、１次側巻線ＣＴ２ａが断線したときと同様な動作により発煙、発火などの事故を防止することができる。
【００５８】
なお本発明は、上記実施形態に限定するものではなく、整流回路１４，１６は、例えばダイオードやその他半導体素子で構成したものであればよい。また、異常電流検知回路２２は、異常検出抵抗Ｒｘの発生電圧が所定の規定値を超えたときにロジック反転した信号を出力するものであればよく、本実施形態の回路構成に限定するものではない。また、バイアス回路２４は、異常を示すロジック信号が入力されたときに、入力部１８ａにバイアス電流を供給し、基準電圧Ｖｒを超える電圧を発生させる機能を有するものであればよく、本実施形態に限定するものではない。また、異常時制御部２０は、スイッチング素子Ｑ１を制御してスイッチング電源装置の電力供給能力を制限するものであれば、例えば、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作自体をラッチ停止させるものや、出力電圧を制御するパルス幅変調回路に信号入力してデューティを狭めるものであってもよく、本実施形態で示した回路構成や機能に限定するものではない。
【００５９】
また、スイッチング電源装置の電力変換方式はシングルフォワード方式に限定するものではなく、スイッチングによる電力変換であれば、公知のフライバック方式、ハーフブリッジ方式、プッシュプル方式、或いはチョッパ方式などでもよい。また、本発明が目的とする回路動作が確実に行われるようにする目的のものであれば、例えば異常検出抵抗Ｒｘ、電流検出抵抗Ｒｓ１，Ｒｓ２にサージ吸収コンデンサを接続したり、２次側巻線ＣＴ１ｂ，ＣＴ２ｂにカレントトランスの励磁リセット動作の補助用コンデンサや抵抗を接続したり、これらに相当する誤動作防止用の部品等が付加されても差し支えない。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】この発明のスイッチング電源装置の第一の実施形態を示す概略回路図である。
【図２】この実施形態が備える異常時制御部の一例を示す回路ブロック図である。
【図３】この発明のスイッチング電源装置の第二の実施形態を示す概略回路図である。
【図４】一般的なスイッチング電源装置を示す概略回路図である。
【図５】他の一般的なスイッチング電源装置を示す概略回路図である。
【符号の説明】
【００６１】
１０ 出力整流平滑回路
１２ 負荷
１４，１６ 整流回路
１８ 電流制御部
１８ａ 駆動回路
２０ 異常時制御部
２２ 異常電流検知回路
２４ バイアス回路
３０，４０，５０，６０ スイッチング電源装置
Ｅｉｎ 直流電源
Ｔ１ 出力トランス
Ｑ１ スイッチング素子
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ１１ 整流ダイオード
Ｄ１２ フライホイルダイオード
Ｌ１１ チョークコイル
Ｃ１１ 平滑コンデンサ
ＣＴ１，ＣＴ２ カレントトランス
ＣＴ１ａ，ＣＴ２ａ １次側巻線
ＣＴ１ｂ，ＣＴ２ｂ ２次側巻線
ＲＳ１，ＲＳ２，ＲＳ３ 電流検出抵抗
Ｒｘ 異常電流検出抵抗
ＣＰ，ＣＰ１，ＣＰ２ 比較器
Ｖｒ１，Ｖｒ２ 基準電圧
Ｄ３，Ｄ４ 転流ダイオード
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力電源に接続されたスイッチング素子と出力トランスの１次側巻線の直列回路と、前記直列回路に流れる電流に対応した電圧信号が入力され、その電圧信号のピーク値が規定値を超えると前記スイッチング素子のデューティを狭める電流制御部と、１次側巻線同士が並列接続されその1次側巻線が前記スイッチング素子と直列に挿入された同一の２つのカレントトランスと、前記２つのカレントトランスの２次側巻線の各々に並列接続され、前記スイッチング素子のオン期間の電流を整流する２つの整流回路と、前記２つの整流回路の出力の各々に並列接続され、その抵抗値が同一である２つの電流検出抵抗とを備えたスイッチング電源装置において、
前記２つのカレントトランスの２次側に接続された各整流回路が直列に接続されているとともに、前記２つの電流検出抵抗も直列に接続され、その電流検出抵抗の直列回路の両端は前記電流制御部の入力に接続され、直列接続された前記２つの整流回路出力の中点と、前記２つの電流検出抵抗の中点とに両端が接続された異常電流検出抵抗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】
前記異常電流検出抵抗に発生する電圧をモニタし、その電圧が規定値を超えたときに前記スイッチング素子のデューティを狭める制御を行う異常時制御部を備え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】
前記異常電流検出抵抗に発生する電圧をモニタし、その電圧が規定値を超えたときに前記スイッチング素子のスイッチング動作をラッチ停止させる異常時制御部を備え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４】
前記２つの整流回路の出力には、整流された電流を阻止する向きの転流ダイオードが各々並列接続され、前記異常電圧検出抵抗は、前記転流ダイオードの順方向インピーダンスと前記電流検出抵抗インピーダンスの合計値よりも大きな値に設定されている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１】
入力電源に接続されたスイッチング素子と出力トランスの１次側巻線の直列回路と、前記直列回路に流れる電流に対応した電圧信号が入力され、その電圧信号のピーク値が規定値を超えると前記スイッチング素子のデューティを狭める電流制御部と、１次側巻線同士が並列接続されその1次側巻線が前記スイッチング素子と直列に挿入された同一の２つのカレントトランスと、前記２つのカレントトランスの２次側巻線の各々に並列接続され、前記スイッチング素子のオン期間の電流を整流する２つの整流回路と、前記２つの整流回路の出力の各々に並列接続され、その抵抗値が同一である２つの電流検出抵抗とを備えたスイッチング電源装置において、
前記２つのカレントトランスの２次側に接続された各整流回路が直列に接続されているとともに、前記２つの電流検出抵抗も直列に接続され、その電流検出抵抗の直列回路の両端は前記電流制御部の入力に接続され、直列接続された前記２つの整流回路出力の中点と、前記２つの電流検出抵抗の中点とに両端が接続された異常電流検出抵抗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】
前記異常電流検出抵抗に発生する電圧をモニタし、その電圧が規定値を超えたときに前記スイッチング素子のデューティを狭める制御を行う異常時制御部を備え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】
前記異常電流検出抵抗に発生する電圧をモニタし、その電圧が規定値を超えたときに前記スイッチング素子のスイッチング動作をラッチ停止させる異常時制御部を備え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４】
前記２つの整流回路の出力には、整流された電流を阻止する向きの転流ダイオードが各々並列接続され、前記異常電圧検出抵抗は、前記転流ダイオードの順方向インピーダンスと前記電流検出抵抗インピーダンスの合計値よりも大きな値に設定されている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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−５００７１（Ｐ２００９−５００７１Ａ）
【公開日】平成２１年３月５日（２００９．３．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２１２９０２（Ｐ２００７−２１２９０２）
【出願日】平成１９年８月１７日（２００７．８．１７）
【出願人】（０００１０３２０８）コーセル株式会社 (80)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年３月５日（２００９．３．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月１７日（２００７．８．１７）
【出願人】（０００１０３２０８）コーセル株式会社 (80)
【Ｆターム（参考）】
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