スイッチング電源装置
【課題】過負荷時での自動復帰機能を内蔵した電源制御ＩＣを使用して、その外部回路を工夫するだけで自動復帰を抑制するようにしたスイッチング電源装置を提供する。
【解決手段】スイッチング電源装置は、ダイオードブリッジＤ１で整流した交流電源ＡＣからの交流入力電圧を、スイッチング素子Ｑ１によって所望の直流電圧に変換して出力する。このスイッチング電源装置は、過負荷時自動復帰機能を内蔵する電源制御ＩＣ１００によって制御される。電源制御ＩＣ１００は、その電源端子ＶＣＣと１次側回路の平滑コンデンサＣ１との間が抵抗Ｒ０によって接続されていて、過負荷時に補助巻線Ｌｂからの電流供給がなくなっても、平滑コンデンサＣ１側から電源端子ＶＣＣに電流が流れる。従って、電源制御ＩＣ１００は、その電源端子ＶＣＣの電圧を所定のレベルに維持することができ、過負荷時での自動復帰動作が妨げられ、スイッチング停止状態を保持できる。
【解決手段】スイッチング電源装置は、ダイオードブリッジＤ１で整流した交流電源ＡＣからの交流入力電圧を、スイッチング素子Ｑ１によって所望の直流電圧に変換して出力する。このスイッチング電源装置は、過負荷時自動復帰機能を内蔵する電源制御ＩＣ１００によって制御される。電源制御ＩＣ１００は、その電源端子ＶＣＣと１次側回路の平滑コンデンサＣ１との間が抵抗Ｒ０によって接続されていて、過負荷時に補助巻線Ｌｂからの電流供給がなくなっても、平滑コンデンサＣ１側から電源端子ＶＣＣに電流が流れる。従って、電源制御ＩＣ１００は、その電源端子ＶＣＣの電圧を所定のレベルに維持することができ、過負荷時での自動復帰動作が妨げられ、スイッチング停止状態を保持できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過負荷時での自動復帰機能を内蔵した電源制御ＩＣを使用したスイッチング電源装置に関し、特に電源制御ＩＣの外部回路を工夫することにより過負荷時にスイッチング動作の停止状態が保持可能なスイッチング電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スイッチング電源装置は、商用交流電力を整流平滑して直流電力とした後、高耐圧の半導体素子のスイッチング動作により高周波電力に変換して小型のトランスに電力転送し、転送電力を整流平滑して低圧直流電力を得るものとして開発されている。フライバック方式のＡＣ／ＤＣスイッチング電源は、従来から、最小の部品点数で安定した直流電源回路を構成することができるスイッチング電源装置として知られている。
【０００３】
ところで、この種のスイッチング電源でトランスの２次側回路に接続された負荷回路で負荷短絡などの異常があると、出力端子とグランド端子がショートして負荷回路に大電流が流れ、負荷回路やスイッチング電源装置が破壊されるおそれがあった。そこで、フライバック方式のＡＣ／ＤＣスイッチング電源などでは、２次側出力が低下すると電源制御ＩＣのフィードバック信号検出用の入力端子（以下、ＦＢ端子という。）の電圧が上昇することから、ＦＢ端子の電圧により接続された負荷回路の過負荷状態を検出して過負荷から保護するようにしていた。こうした過負荷状態が検出されたとき、その過負荷状態が設定された一定時間だけ続いていれば、出力電圧を制御する電源制御ＩＣは一旦スイッチング動作を強制的に停止させる。さらに、電源制御ＩＣに対しては、一定時間だけスイッチング動作を停止させた後にスイッチング動作を再開させる機能が要求される場合があった。このような電源制御ＩＣの機能は、スイッチング電源の過負荷時自動復帰機能と呼ばれている。
【０００４】
ところが、スイッチング電源装置の用途によっては、過負荷時に自動復帰しないでそのまま停止させることが必要なものもある。例えば電源起動時以外は過負荷状態となることが想定されない設備電源などでは、一度立ち上がって正常にスイッチング動作している最中に、負荷短絡などで過負荷状態となって電源異常が発生すると、電源を完全に停止する必要があった。また、負荷容量が大きくなると、過負荷状態で自動復帰させるには大電力が必要であり、安全性のうえでも問題があるため、ラッチ停止型（自動復帰しないもの）の過負荷保護を行うのが適当である。
【０００５】
特許文献１には、スイッチング素子の動作により出力部に供給するエネルギーの過負荷を検出する複数の構成を備え、ラッチ停止型、自己復帰型の保護を選択可能とした半導体装置が提案されている。この提案では、スイッチング素子に流れるドレイン電流のピーク値（ＩＤＰ）が所定値以上になることを検出してラッチ停止型の過負荷保護を行うか、あるいは電源端子電圧ＶＣＣが所定値まで低下することを検出して自動復帰する自己復帰型の過負荷保護を行うことができる構成となっている。そして、こうした２種類の検出機能を内蔵することによって、２通りの過負荷保護を選択して実行できるため、スイッチング電源の設計自由度が向上するのである。
【特許文献１】特開２００７−１１６８９０号公報（段落番号［００２３］〜［００７０］、図１〜図４など）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のスイッチング電源では、その設計自由度を向上させるために２種類の検出機能が内蔵され、過負荷時に自動復帰するか、あるいはラッチ停止するかを選択するようにしていた。従って、２通りの機能を切り替えて使用するために、専用ピンなどを電源制御ＩＣに追加する必要が生じる。また、電源装置としての仕様変更に対応しづらく、例えば異なる交流入力電圧系統である１００Ｖ系と２００Ｖ系で、別のスイッチング電源として電源制御ＩＣを設計しなくてはならない。
【０００７】
ところが、過負荷時のラッチ停止型と自動復帰型との使い分けが外部回路の工夫により同一の電源制御ＩＣによって実現できれば、電源制御ＩＣの端子数や機種数を増やさないですむことから、電源メーカにとってはコストが低減でき、しかも開発効率を向上させることができる。
【０００８】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、過負荷時での自動復帰機能を内蔵した電源制御ＩＣを使用する際に、その外部回路を工夫するだけで自動復帰を抑制するようにした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】
【０００９】
本発明では、上記問題を解決するために、入力電圧源が接続されるトランスの１次巻線側でスイッチング素子を制御し所望の直流電圧を前記トランスの２次巻線側の負荷に出力するスイッチング電源装置が提供される。
【００１０】
このスイッチング電源装置では、前記トランスの補助巻線から電源供給を受ける電源端子、前記直流電圧のフィードバック信号に基づいて前記負荷の過負荷状態を検知する検知手段、該検知手段の出力に応じて前記スイッチング素子のスイッチング動作を停止させる保護手段、および該保護手段で前記スイッチング動作が停止された所定時間後に前記スイッチング動作を自動復帰させる起動手段を有する電源制御ＩＣと、前記電源制御ＩＣの前記電源端子を前記入力電圧源に接続する抵抗回路と、を備え、前記抵抗回路を介して前記電源端子に継続して電流を流すことによって、前記負荷の過負荷状態が検知されると前記スイッチング動作の停止状態を維持するようにした。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、自動復帰型の過負荷保護機能を備えた電源制御ＩＣに過負荷時の停止機能が内蔵されていなくても、過負荷時に停止状態の保持が可能となる。そのために、過負荷時自動復帰／停止機能を内蔵する複数の機種を持たなくて済むこと、しかも両機能の切り替え専用ピンを追加する必要性がなくなることによって、スイッチング電源装置の経済性、および開発の効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、ＡＣ／ＤＣスイッチング電源装置の一例を示すブロック図である。
【００１３】
このスイッチング電源装置において、交流電源ＡＣからの交流入力電圧は、ダイオードブリッジＤ１および平滑コンデンサＣ１により整流・平滑されて直流の入力電圧ＶINとなる。すなわち、交流電源ＡＣ、ダイオードブリッジＤ１および平滑コンデンサＣ１は、入力電圧ＶINを供給する入力電圧源を構成している。トランスＴ１は、その１次巻線Ｌｐのインダクタンス（Ｌｐ）とスイッチング素子Ｑ１に並列接続された共振用のコンデンサＣｒのキャパシタンス（これはスイッチング素子Ｑ１の寄生容量だけで構成することもできる。）からなるＬＣ共振回路を備えている。入力電圧ＶINは平滑コンデンサＣ１の一端とトランスＴ１の１次巻線Ｌｐにそれぞれ供給され、１次巻線Ｌｐの他端がスイッチング素子Ｑ１のドレインと接続されている。スイッチング素子Ｑ１のソースはセンス抵抗Ｒｓを介して平滑コンデンサＣ１の他端に接続され、ゲートは抵抗Ｒ１を介して電源制御用の集積回路（ＩＣ）１００（以下、電源制御ＩＣ１００という。）の出力端子ＯＵＴに接続されている。センス抵抗Ｒｓは電流検出素子として機能するものである。
【００１４】
電源制御ＩＣ１００は、ゼロ電流検出用の入力端子ＺＣＤ、フィードバック信号検出用の入力端子（ＦＢ端子）、電流センス信号の入力端子ＩＳ、接地端子ＧＮＤ、高電圧入力端子ＶＨ、電源端子ＶＣＣおよびスイッチング素子Ｑ１のゲート制御信号を出力するための出力端子ＯＵＴを備えている。また、その内部には、ＦＢ端子へのフィードバック信号に基づいて過負荷状態を検知する検知回路、検知手段の出力に応じて前記スイッチング素子のスイッチング動作を停止させる保護回路、およびスイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作を自動復帰させる起動回路（Start Up Circuit）などを備えている。
【００１５】
トランスＴ１の１次巻線Ｌｐ、２次巻線Ｌｓおよび補助巻線Ｌｂは、いずれもトランスＴ１の同一コアに巻かれている。なお、２次巻線ＬｓのインダクタンスをＬｓとし、補助巻線ＬｂのインダクタンスをＬｂとする。共振用のコンデンサＣｒは、スイッチング素子Ｑ１とセンス抵抗Ｒｓの直列回路に並列接続されているが、１次巻線Ｌｐと並列に取り付けても同じ効果がある。補助巻線Ｌｂには、電源制御ＩＣ１００の電源を作るための整流用ダイオードＤ２と抵抗Ｒ２と平滑コンデンサＣ２が接続されている。
【００１６】
抵抗Ｒ３はスイッチング素子Ｑ１とセンス抵抗Ｒｓとの接続点電圧を電流センス信号入力端子ＩＳに供給するものであり、Ｒ４は補助巻線Ｌｂの電圧を整流せずにそのまま電源制御ＩＣ１００の入力端子ＺＣＤに入力するための抵抗である。また、電源制御ＩＣ１００の高電圧入力端子ＶＨは、抵抗Ｒａを介して平滑コンデンサＣ１の一端に接続されている。
【００１７】
トランスＴ１の２次巻線Ｌｓには、２次巻線Ｌｓに発生した電圧を整流するためのダイオードＤ３、平滑コンデンサＣ３が設けられている。ダイオードＤ３のアノードは２次巻線Ｌｓの一端に接続され、カソードは電源出力端子Ｖｏｕｔに接続されるとともに平滑コンデンサＣ３の一端に接続されている。平滑コンデンサＣ３の他端は２次巻線Ｌｓの他端に接続されるとともに接地端子Ｇｎｄに接続されている。
【００１８】
電源制御ＩＣ１００は、その出力端子ＯＵＴの電位がハイ／ロウ（Ｈｉｇｈ／Ｌｏｗ）レベルに変化してスイッチング素子Ｑ１のゲートを駆動し、スイッチング素子Ｑ１をオン／オフさせることにより、トランスＴ１の２次巻線Ｌｓ側で平滑された所望の直流電圧を電源出力端子Ｖｏｕｔと接地端子Ｇｎｄ間に生成する。このときスイッチング素子Ｑ１には、そのオン期間にドレイン電流が流れ、そこに接続されたトランスＴ１の１次巻線Ｌｐ側に電流が流れてエネルギーが蓄えられる。スイッチング素子Ｑ１はその後にオフするが、このトランスＴ１に蓄えられたエネルギーにより、スイッチング素子Ｑ１のオフ期間にトランスＴ１の２次巻線Ｌｓ側でダイオードＤ３を通して平滑コンデンサＣ３に電流を流す。こうして、電源出力端子Ｖｏｕｔと接地端子Ｇｎｄ間には、トランスＴ１の２次巻線Ｌｓ側で平滑された直流電圧が生成される。
【００１９】
電源出力端子Ｖｏｕｔと接地端子Ｇｎｄの間には、抵抗Ｒ５，Ｒ６の直列回路と、抵抗Ｒ７、フォトトランジスタＰＴとフォトカプラを構成する発光ダイオードＰＤ、コンデンサＣ４およびシャントレギュレータＤ４からなる出力検知回路が構成されている。ここでは、発光ダイオードＰＤには出力電圧に応じた電流が流れて（出力電圧が高いほど流れる電流は大きくなる。）、補助巻線Ｌｂと電源制御ＩＣ１００のＦＢ端子との間に接続されているフォトトランジスタＰＴにフィードバック信号が供給され、図示しない負荷の変動に対応する電力を供給できるようにしている。また、電源制御ＩＣ１００の入力端子ＺＣＤは、コンデンサＣ５を介して接地されている。
【００２０】
つぎに、図１に示すスイッチング電源装置が有する過負荷時における自動復帰機能について説明する。
図２は、スイッチング電源装置の自動復帰動作を示す波形図である。ここでは、最初に通常の起動動作について説明する。
【００２１】
通常動作時に電源制御ＩＣ１００が利用できる電源は、トランスＴ１の補助巻線Ｌｂから電源端子ＶＣＣに供給されている電力のみである。電源の起動時は、電源端子ＶＣＣの電圧Ｖｃｃが低いので、電源制御ＩＣ１００内部の起動回路が動作し、電源制御ＩＣ１００の高電圧入力端子ＶＨから電源端子ＶＣＣに向けて平滑コンデンサＣ２を充電する充電電流を供給する。そして、この電圧Ｖｃｃが誤動作防止用のＵＶＬＯ回路（ＵＶＬＯ：Under Voltage Lock Out）で設定されているオンスレッシュ電圧（図２（ａ）では、例として１０．２Ｖが示されている。）まで上昇すると、電源制御ＩＣ１００の出力端子ＯＵＴから制御信号が出力されスイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作が始まって、トランスＴ１の２次側回路へ電力供給が開始される。このとき、トランスＴ１の補助巻線Ｌｂから電源端子ＶＣＣへの電力供給も開始され、当該電力供給が開始されると電源制御ＩＣ１００の起動回路はオフし、高電圧入力端子ＶＨから電源端子ＶＣＣへの電流供給が停止する。
【００２２】
このような起動回路は、図２（ａ）に示すように電源端子ＶＣＣの電圧Ｖｃｃが低いとき、高電圧入力端子ＶＨから電源端子ＶＣＣに外付けされた平滑コンデンサＣ２を充電するために電源制御ＩＣ１００の内部に設けられた回路である。図２（ｂ）に示すようにスイッチング電源装置の電源出力端子Ｖｏｕｔが低下していない通常動作時は、電源が立ち上がって補助巻線Ｌｂから電源端子ＶＣＣに動作時電流を供給し続ける。
【００２３】
起動回路の停止電圧は、電源端子ＶＣＣの電圧Ｖｃｃ（平滑コンデンサＣ２の両端電圧）がその値まで上昇したら高電圧入力端子ＶＨからの供給を遮断する電圧レベルであり、図２（ａ）では、例として１２．４Ｖが示されている。スイッチング電源装置の起動後は、トランスＴ１の補助巻線Ｌｂから電源端子ＶＣＣに電流が供給されることになる。起動回路のリセット電圧は、電源端子ＶＣＣの電圧Ｖｃｃが低くなったとき、再び起動回路が動作して高電圧入力端子ＶＨから電流供給を行う電圧レベル（図２（ａ）では、例として１０．２Ｖが示されている。）である。
【００２４】
ＵＶＬＯ回路で設定されるオフスレッシュ電圧とは、電源制御ＩＣ１００が低い電源電圧で誤動作しないように設けた誤動作防止電源電圧レベル（図２（ａ）では、例として９．０Ｖが示されている。）である。また、オンスレッシュ電圧は、電源制御ＩＣ１００の電源端子ＶＣＣの電圧Ｖｃｃがこの電圧レベルまで上昇しないと電源制御ＩＣ１００が動作開始しない電源電圧レベル（図２（ａ）では、例として１０．２Ｖが示されている。）である。そして、ＵＶＬＯ回路では、これらのオン・オフスレッシュ電圧に一定のヒステリシス幅を持たせている。
【００２５】
つぎに、過負荷時の自動復帰動作について説明する。本発明のスイッチング電源装置で使用される電源制御ＩＣ１００は、そのフィードバック信号検出用の入力端子ＦＢがトランスＴ１の２次側回路からのフィードバック信号の入力端子となっている。ここでは、図２（ｃ）に示すように帰還電圧の電圧値が３．３Ｖ以上になると過負荷状態であると判定する。帰還電圧の電圧値により過負荷状態が検出されてから、電源制御ＩＣ１００の内部に設けたＯＬＰ（Over Load Protection）タイマ回路によって設定された過負荷保護遅延時間Ｔｏｌｐ（２００ｍｓ）以内で過負荷状態が解除されれば、通常のスイッチング動作に戻る。しかし、この過負荷保護遅延時間Ｔｏｌｐ以上に過負荷状態が続くと、強制的にスイッチング動作を停止させ、その後、さらに過負荷保護の停止時間Ｔｏｆｆ（１４００ｍｓ）の間はスイッチング動作停止状態を維持する（図２（ｄ）参照）。この停止時間Ｔｏｆｆの期間中は、補助巻線Ｌｂから電源端子ＶＣＣへの電流供給がなくなり、起動回路は電源端子ＶＣＣの電圧Ｖｃｃが１０．２Ｖになると動作し、１２．４Ｖになると停止することによって、電源端子ＶＣＣの電圧Ｖｃｃが起動回路の停止電圧１２．４Ｖと起動回路のリセット電圧１０．２Ｖとの間に維持される。
【００２６】
図２（ｇ）は、スイッチングパルスの状態を示している。ここでは、過負荷状態検出から１６００ｍｓ（＝Ｔｏｌｐ＋Ｔｏｆｆ）が経過した時点で、起動回路が動作停止して、高電圧入力端子ＶＨからの電流供給がなくなるから、電源端子ＶＣＣの電圧Ｖｃｃは低下していく。電圧ＶｃｃがＵＶＬＯオフスレッシュ電圧である９．０Ｖまで低下すると、電源制御ＩＣ１００は一度リセットされ、起動回路が動き出し自動復帰動作を行う。過負荷時自動復帰機能内蔵の電源制御ＩＣ１００を使用した電源では、過負荷状態が継続していれば、電源制御ＩＣ１００が起動と停止動作を繰り返し、その後、負荷状態が正常に復帰して、帰還電圧の電圧値が３．３Ｖ以下になると通常動作に戻る。
【００２７】
図３は、スイッチング電源装置の過負荷時停止動作を示す波形図である。電源制御ＩＣ１００で過負荷状態を検出し、スイッチング動作を停止した後、電圧ＶｃｃがＵＶＬＯのオン・オフスレッシュ電圧である１２．４Ｖと１０．２Ｖの間に維持されれば、ＵＶＬＯオフスレッシュ電圧まで下がらないで、スイッチング電源装置は再起動せずに停止状態が保持される。すなわち、過負荷時自動復帰機能内蔵のスイッチング電源装置においては、過負荷状態が検出されると、電源端子ＶＣＣの電圧Ｖｃｃが一定時間後にＵＶＬＯ回路で設定したオフスレッシュ電圧まで下がるため、電源制御ＩＣ１００がリセットされて、スイッチング動作が再開される。
【００２８】
ここでは、以下に説明するように電源制御ＩＣ１００の外部回路との接続状態を変更することによって、過負荷検出後の電源端子ＶＣＣの電圧ＶｃｃをＵＶＬＯ回路のオフスレッシュ電圧まで低下させないようにした。
【００２９】
図４は、過負荷時に停止動作を実現するための接続状態を示すブロック図である。
ここでは、スイッチング電源装置の１次側回路の過負荷時停止動作に関わる回路部分だけを示しており、図１の回路構成と対応する部分には同じ符号を付けている。自動復帰機能内蔵の電源制御ＩＣ１００は、１次側回路の平滑コンデンサＣ１と電源端子ＶＣＣとの間が抵抗Ｒ０によって接続されている点で、図１のものと異なっている。ここで、電源制御ＩＣ１００の通常動作時の消費電流（１．４ｍＡ）は、この抵抗Ｒ０と、補助巻線Ｌｂの両方から供給される。
【００３０】
図５は、過負荷停止時における電源端子ＶＣＣに流れる消費電流特性を示す図である。電源制御ＩＣ１００にはクランプ回路が内蔵されており、その電源端子ＶＣＣの電圧Ｖｃｃは３０Ｖでクランプされる。
【００３１】
図６は、抵抗Ｒ０を２２０ｋΩに設定した場合の消費電流特性を示す図である。図６には、抵抗Ｒ０の負荷特性（右下がりの直線）と、電圧Ｖｃｃが１０Ｖ以下の部分も含む図５の消費電流特性（太い曲線）が示されている。なお、このときの図１のＶINは、ＶIN＝１４０Ｖとしている。電源制御ＩＣ１００が過負荷停止状態になると、電源端子ＶＣＣの電圧Ｖｃｃは、２２０ｋΩの抵抗Ｒ０から供給される電流と電源制御ＩＣ１００で消費される電流とがバランスする電圧値に決まる。この場合、過負荷停止状態の電圧Ｖｃｃは２２．５Ｖ、抵抗Ｒ０から供給される電流は５３０μＡ（０．５３ｍＡ）である。
【００３２】
つぎに、電源制御ＩＣ１００の電流消費のバラツキを考慮して、抵抗Ｒ０として使用可能な抵抗値の範囲を求める。
抵抗値の上限、および下限の大きさは、以下の条件によって決められる。
【００３３】
抵抗値上限については、起動回路のリセット電圧の最大値１０．２Ｖと、電源制御ＩＣ１００の過負荷停止時の最大消費電流から算出される。抵抗Ｒ０から供給される電流で過負荷停止状態を維持するためには、電源制御ＩＣ１００の過負荷停止時の消費電流が最大のときに、電圧Ｖｃｃが起動回路のリセット電圧の最大値１０．２Ｖ以下に低下しない必要がある。
【００３４】
電源制御ＩＣ１００の過去ロットの試験結果によれば、電源端子ＶＣＣの電圧値が１０．２Ｖでの過負荷停止時の消費電流の最大は、０．５ｍＡであった。この条件で計算すると、
（１４０Ｖ−１０．２Ｖ）／０．５ｍＡ≒２６０ｋΩ
となるから、抵抗値上限は２６０ｋΩと求めることができる。
【００３５】
抵抗値下限については、電源端子ＶＣＣの過電圧スレッシュレベルの最小値２６Ｖと、電源制御ＩＣ１００の最小動作時の消費電流から算出される。抵抗Ｒ０から供給される電流が電源制御ＩＣ１００の消費電流を上回ると、電源端子ＶＣＣの電圧Ｖｃｃが上昇してしまう。従って、抵抗値下限は電源制御ＩＣ１００の動作時消費電流が少ない場合に、電源端子ＶＣＣが電源制御ＩＣ１００の過電圧スレッシュレベルの最小値２６Ｖ（電源制御ＩＣ１００に対する過電圧）まで上昇しない抵抗値とする必要がある。
【００３６】
電源制御ＩＣ１００の過去ロットの試験結果によれば、電源端子ＶＣＣの電圧値が２６Ｖでの動作時消費電流の最小値は、０．８ｍＡである。この条件で計算すると、
（１４０Ｖ−２６Ｖ）／０．８ｍＡ≒１４０ｋΩ
となるから、抵抗値下限は１４０ｋΩと求めることができる。
【００３７】
以上の結果をまとめると、１００Ｖ系のＡＣ電圧（１４０Ｖ）では抵抗値１４０ｋΩ〜２６０ｋΩの抵抗Ｒ０を、１次側回路の平滑コンデンサＣ１と電源端子ＶＣＣの間に追加することにより、過負荷時自動復帰機能を有する電源制御ＩＣ１００であっても過負荷時の停止動作が可能になる。
【００３８】
このように、過負荷時自動復帰機能を備えた電源制御ＩＣ１００は、過負荷検出後２００ｍｓ経過したら強制的にスイッチング動作が停止され、さらに過負荷状態の開始時から１６００ｍｓが経過した時点で起動回路が強制停止し、電圧Ｖｃｃが低下していく。ところが、電源端子ＶＣＣがＵＶＬＯ回路のオフスレッシュ電圧まで低下すると、電源制御ＩＣ１００が一度リセットされ、再び起動開始動作を始める。従って、過負荷時に起動回路が停止してもＶＣＣ端子電圧がオフスレッシュ電圧まで低下しないように抵抗Ｒ０による電流供給を追加すれば、過負荷停止後にスイッチング停止状態を維持することができる。なお、過負荷停止状態のときにコンセントを抜いてＡＣ電源の供給を停止すれば、停止状態が解除される。
【００３９】
ただし、このような過負荷停止方式では、電圧Ｖｃｃが１次側回路における平滑コンデンサＣ１の電圧の影響を受けるので、１００Ｖ系と２００Ｖ系とで抵抗Ｒ０の抵抗値を別々に設定する必要がある。
【００４０】
また、図４に示すように１次側回路の平滑コンデンサＣ１とＶＣＣ端子との間を抵抗Ｒ０だけで接続すると、１次側回路の高電圧ラインから電源制御ＩＣ１００の電源端子ＶＣＣに、常時電流が供給されることになるので、消費電力が大きくなるという問題がある。さらに、１００Ｖ系／２００Ｖ系の共通電源に対応することができないといった問題もある。
【００４１】
第２の実施の形態では、これらの問題を解決するための回路構成について説明する。
（第２の実施の形態）
図７は、第２の実施の形態に係る過負荷時停止機能を実現するための接続状態を示すブロック図である。
【００４２】
ここでは、スイッチング電源装置の１次側回路の過負荷時停止動作に関わる回路部分だけを示しており、図４の回路構成と対応する部分には同じ符号を付けている。また、自動復帰機能内蔵の電源制御ＩＣ１００は、その電源端子ＶＣＣと１次側回路の平滑コンデンサＣ１との間に、トランジスタＱ２を含む制御回路１０が抵抗Ｒ０と直列に設けられている点で、図４のものと異なっている。
【００４３】
制御回路１０のトランジスタＱ３は、電源端子ＶＣＣの電圧ＶｃｃからツェナーダイオードＤ７のツェナー電圧を差し引いた電圧の、抵抗ＲｃとＲｄによる分圧でオンオフ制御されるものであって、通常動作時には補助巻線Ｌｂに誘導される電圧によってオンすることにより、スイッチ素子としてのトランジスタＱ２をオフ状態に保持している。ダイオードＤ５は、トランジスタＱ２のベースエミッタ間電圧Ｖｂｅの逆耐圧が５Ｖ〜７Ｖ程度であるため、トランジスタＱ２がオフした際の逆バイアスを防止するためのものである。
【００４４】
ツェナーダイオードＤ６は、トランジスタＱ２のベース端子と接地との間に設けられており、抵抗ＲｂはトランジスタＱ２のベース端子とコレクタ端子との間に設けられている。このツェナーダイオードＤ６は、電源端子ＶＣＣにトランジスタＱ２のエミッタ電流を供給する際に、その電圧Ｖｃｃを何Ｖでクランプするかを決めている（まずトランジスタＱ２のベース電圧がツェナーダイオードＤ６のツェナー電圧でクランプされ、このベース電圧からトランジスタＱ２のベースエミッタ間電圧ＶｂｅとダイオードＤ６の順方向電圧だけドロップした電圧で電圧Ｖｃｃがクランプされる。）。ここでは、電圧Ｖｃｃが過電圧スレッシュレベルの最小値２６Ｖを超えない電圧値（例えば、２３Ｖ）としている。
【００４５】
ツェナーダイオードＤ７は、カソードが電源端子ＶＣＣと接続され、アノードが抵抗Ｒｄを介してトランジスタＱ３のベースに接続されている。このツェナーダイオードＤ７と抵抗Ｒｄ，Ｒｃは、通常動作時に補助巻線Ｌｂにより電源端子ＶＣＣに誘導される電圧でトランジスタＱ３をオンし、また電源端子ＶＣＣの電圧Ｖｃｃが通常動作時の電圧以下で起動回路のリセット電圧（１０．２Ｖ）以上の場合はトランジスタＱ３をオフするように機能する。なお、スイッチ素子となるトランジスタＱ２には、１次側回路のＡＣライン相当の耐圧（例えば、５００Ｖ）が必要である。
【００４６】
つぎに、抵抗Ｒ０の上下限値を算出する方法について説明する。
電源制御ＩＣ１００の動作開始に必要な起動電流としては、トランジスタＱ２を経由する電流だけでなく、高電圧入力端子ＶＨを経由する電流の両方が電源端子ＶＣＣに供給される。電源端子ＶＣＣの電圧ＶｃｃがＵＶＬＯオンスレッシュ１２．４Ｖまで達すると、高電圧入力端子ＶＨからの電流供給が停止するとともに、スイッチング素子Ｑ１のスイッチングが開始される。こうして補助巻線Ｌｂの誘導電圧が上昇するから、トランジスタＱ３がオンしてトランジスタＱ２からの電流供給も停止される。
【００４７】
過負荷時にスイッチング動作が停止すると、補助巻線Ｌｂから電源制御ＩＣ１００への電力供給がなくなって、トランジスタＱ２から電源端子ＶＣＣへの電流供給が再開されるため、過負荷時の停止状態が保持できる。このときの電源端子ＶＣＣは起動回路のリセット電圧の最大値１０．２Ｖ以下に低下しないから、高電圧入力端子ＶＨの起動回路は停止したままとなる。制御回路１０では、トランジスタＱ２から電源端子ＶＣＣに電流供給する際の電圧Ｖｃｃの上昇は、ツェナーダイオードＤ６で抑えられているので、抵抗Ｒ０の抵抗値が低くても電源端子ＶＣＣの電圧Ｖｃｃが上昇するおそれはない。従って、抵抗Ｒ０の下限値は特に規定する必要はない。
【００４８】
一方、抵抗Ｒ０の上限値については、まず１００Ｖ系のＶIN＝１４０Ｖで電源制御ＩＣ１００の過負荷停止時に最大の消費電流を供給することを考えると、実施例１と同様に２６０ｋΩとなる。２００Ｖ系ではこれ以上の電流が抵抗Ｒ０に流れるから、抵抗Ｒ０の抵抗値が２６０ｋΩ以下であれば、交流入力電圧系統が異なる１００Ｖ系／２００Ｖ系の両方に適用できる。
【００４９】
第２の実施の形態でも、図４のスイッチング電源装置の場合と同様に、過負荷時停止状態を保持するためには過負荷停止時の電流供給が必要になる。しかし、図４の構成では抵抗Ｒ０に常に電流が流れているため、消費電力が大きい。これに対して、図７に示す構成であれば、通常動作時には２次側回路から補助巻線Ｌｂを介して電源端子ＶＣＣに電流供給を行い、かつトランジスタＱ２をオフすることで１次側回路のＡＣラインからの電流供給を遮断することができる。
【００５０】
また、過負荷停止時に補助巻線Ｌｂからの電流が流れなくなって電源端子ＶＣＣの電圧Ｖｃｃが減少するとトランジスタＱ３がオフし、トランジスタＱ２がオンして、１次側回路のＡＣラインから電流供給を行うことができる。すなわち、制御回路１０では、電源端子ＶＣＣの電圧Ｖｃｃに応じてトランジスタＱ２のオンオフ制御が実行される。
【００５１】
この制御回路１０では、ツェナーダイオードＤ７を設けなくてもトランジスタＱ２のオンオフ制御を実行できる。その場合、トランジスタＱ３のオンオフは、抵抗ＲｃとＲｄの分圧比だけで決まる。しかし、ツェナーダイオードＤ７を設けることで、制御回路１０が動いているかどうかを明確に判断することが可能になる（少なくとも電源端子ＶＣＣの電圧ＶｃｃがツェナーダイオードＤ７のツェナー電圧を超えるまでは、制御回路１０はトランジスタＱ２をオンさせている。）。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】ＡＣ／ＤＣスイッチング電源装置の一例を示すブロック図である。
【図２】スイッチング電源装置の自動復帰動作を示す波形図である。
【図３】スイッチング電源装置の過負荷時停止動作を示す波形図である。
【図４】過負荷時に停止動作を実現するための接続状態を示すブロック図である。
【図５】過負荷停止時における電源端子ＶＣＣに流れる消費電流特性を示す図である。
【図６】抵抗Ｒ０を２２０ｋΩに設定した場合の消費電流特性を示す図である。
【図７】第２の実施の形態に係る過負荷時停止機能を実現するための接続状態を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０ 制御回路
１００ 電源制御ＩＣ
ＡＣ 交流電源
Ｃ１〜Ｃ３ 平滑コンデンサ
Ｃｒ，Ｃ４，Ｃ５ コンデンサ
Ｄ１ ダイオードブリッジ
Ｄ２ 整流用ダイオード
Ｄ６，Ｄ７ ツェナーダイオード
Ｌｐ １次巻線
Ｌｓ ２次巻線
Ｌｂ 補助巻線
Ｑ１ スイッチング素子
Ｑ２ トランジスタ（スイッチ素子）
Ｑ３ トランジスタ
Ｒ０，Ｒ１〜Ｒ７，Ｒａ〜Ｒｄ 抵抗
Ｔ１ トランス
ＰＤ 発光ダイオード
ＰＴ フォトトランジスタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過負荷時での自動復帰機能を内蔵した電源制御ＩＣを使用したスイッチング電源装置に関し、特に電源制御ＩＣの外部回路を工夫することにより過負荷時にスイッチング動作の停止状態が保持可能なスイッチング電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スイッチング電源装置は、商用交流電力を整流平滑して直流電力とした後、高耐圧の半導体素子のスイッチング動作により高周波電力に変換して小型のトランスに電力転送し、転送電力を整流平滑して低圧直流電力を得るものとして開発されている。フライバック方式のＡＣ／ＤＣスイッチング電源は、従来から、最小の部品点数で安定した直流電源回路を構成することができるスイッチング電源装置として知られている。
【０００３】
ところで、この種のスイッチング電源でトランスの２次側回路に接続された負荷回路で負荷短絡などの異常があると、出力端子とグランド端子がショートして負荷回路に大電流が流れ、負荷回路やスイッチング電源装置が破壊されるおそれがあった。そこで、フライバック方式のＡＣ／ＤＣスイッチング電源などでは、２次側出力が低下すると電源制御ＩＣのフィードバック信号検出用の入力端子（以下、ＦＢ端子という。）の電圧が上昇することから、ＦＢ端子の電圧により接続された負荷回路の過負荷状態を検出して過負荷から保護するようにしていた。こうした過負荷状態が検出されたとき、その過負荷状態が設定された一定時間だけ続いていれば、出力電圧を制御する電源制御ＩＣは一旦スイッチング動作を強制的に停止させる。さらに、電源制御ＩＣに対しては、一定時間だけスイッチング動作を停止させた後にスイッチング動作を再開させる機能が要求される場合があった。このような電源制御ＩＣの機能は、スイッチング電源の過負荷時自動復帰機能と呼ばれている。
【０００４】
ところが、スイッチング電源装置の用途によっては、過負荷時に自動復帰しないでそのまま停止させることが必要なものもある。例えば電源起動時以外は過負荷状態となることが想定されない設備電源などでは、一度立ち上がって正常にスイッチング動作している最中に、負荷短絡などで過負荷状態となって電源異常が発生すると、電源を完全に停止する必要があった。また、負荷容量が大きくなると、過負荷状態で自動復帰させるには大電力が必要であり、安全性のうえでも問題があるため、ラッチ停止型（自動復帰しないもの）の過負荷保護を行うのが適当である。
【０００５】
特許文献１には、スイッチング素子の動作により出力部に供給するエネルギーの過負荷を検出する複数の構成を備え、ラッチ停止型、自己復帰型の保護を選択可能とした半導体装置が提案されている。この提案では、スイッチング素子に流れるドレイン電流のピーク値（ＩＤＰ）が所定値以上になることを検出してラッチ停止型の過負荷保護を行うか、あるいは電源端子電圧ＶＣＣが所定値まで低下することを検出して自動復帰する自己復帰型の過負荷保護を行うことができる構成となっている。そして、こうした２種類の検出機能を内蔵することによって、２通りの過負荷保護を選択して実行できるため、スイッチング電源の設計自由度が向上するのである。
【特許文献１】特開２００７−１１６８９０号公報（段落番号［００２３］〜［００７０］、図１〜図４など）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のスイッチング電源では、その設計自由度を向上させるために２種類の検出機能が内蔵され、過負荷時に自動復帰するか、あるいはラッチ停止するかを選択するようにしていた。従って、２通りの機能を切り替えて使用するために、専用ピンなどを電源制御ＩＣに追加する必要が生じる。また、電源装置としての仕様変更に対応しづらく、例えば異なる交流入力電圧系統である１００Ｖ系と２００Ｖ系で、別のスイッチング電源として電源制御ＩＣを設計しなくてはならない。
【０００７】
ところが、過負荷時のラッチ停止型と自動復帰型との使い分けが外部回路の工夫により同一の電源制御ＩＣによって実現できれば、電源制御ＩＣの端子数や機種数を増やさないですむことから、電源メーカにとってはコストが低減でき、しかも開発効率を向上させることができる。
【０００８】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、過負荷時での自動復帰機能を内蔵した電源制御ＩＣを使用する際に、その外部回路を工夫するだけで自動復帰を抑制するようにした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】
【０００９】
本発明では、上記問題を解決するために、入力電圧源が接続されるトランスの１次巻線側でスイッチング素子を制御し所望の直流電圧を前記トランスの２次巻線側の負荷に出力するスイッチング電源装置が提供される。
【００１０】
このスイッチング電源装置では、前記トランスの補助巻線から電源供給を受ける電源端子、前記直流電圧のフィードバック信号に基づいて前記負荷の過負荷状態を検知する検知手段、該検知手段の出力に応じて前記スイッチング素子のスイッチング動作を停止させる保護手段、および該保護手段で前記スイッチング動作が停止された所定時間後に前記スイッチング動作を自動復帰させる起動手段を有する電源制御ＩＣと、前記電源制御ＩＣの前記電源端子を前記入力電圧源に接続する抵抗回路と、を備え、前記抵抗回路を介して前記電源端子に継続して電流を流すことによって、前記負荷の過負荷状態が検知されると前記スイッチング動作の停止状態を維持するようにした。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、自動復帰型の過負荷保護機能を備えた電源制御ＩＣに過負荷時の停止機能が内蔵されていなくても、過負荷時に停止状態の保持が可能となる。そのために、過負荷時自動復帰／停止機能を内蔵する複数の機種を持たなくて済むこと、しかも両機能の切り替え専用ピンを追加する必要性がなくなることによって、スイッチング電源装置の経済性、および開発の効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、ＡＣ／ＤＣスイッチング電源装置の一例を示すブロック図である。
【００１３】
このスイッチング電源装置において、交流電源ＡＣからの交流入力電圧は、ダイオードブリッジＤ１および平滑コンデンサＣ１により整流・平滑されて直流の入力電圧ＶINとなる。すなわち、交流電源ＡＣ、ダイオードブリッジＤ１および平滑コンデンサＣ１は、入力電圧ＶINを供給する入力電圧源を構成している。トランスＴ１は、その１次巻線Ｌｐのインダクタンス（Ｌｐ）とスイッチング素子Ｑ１に並列接続された共振用のコンデンサＣｒのキャパシタンス（これはスイッチング素子Ｑ１の寄生容量だけで構成することもできる。）からなるＬＣ共振回路を備えている。入力電圧ＶINは平滑コンデンサＣ１の一端とトランスＴ１の１次巻線Ｌｐにそれぞれ供給され、１次巻線Ｌｐの他端がスイッチング素子Ｑ１のドレインと接続されている。スイッチング素子Ｑ１のソースはセンス抵抗Ｒｓを介して平滑コンデンサＣ１の他端に接続され、ゲートは抵抗Ｒ１を介して電源制御用の集積回路（ＩＣ）１００（以下、電源制御ＩＣ１００という。）の出力端子ＯＵＴに接続されている。センス抵抗Ｒｓは電流検出素子として機能するものである。
【００１４】
電源制御ＩＣ１００は、ゼロ電流検出用の入力端子ＺＣＤ、フィードバック信号検出用の入力端子（ＦＢ端子）、電流センス信号の入力端子ＩＳ、接地端子ＧＮＤ、高電圧入力端子ＶＨ、電源端子ＶＣＣおよびスイッチング素子Ｑ１のゲート制御信号を出力するための出力端子ＯＵＴを備えている。また、その内部には、ＦＢ端子へのフィードバック信号に基づいて過負荷状態を検知する検知回路、検知手段の出力に応じて前記スイッチング素子のスイッチング動作を停止させる保護回路、およびスイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作を自動復帰させる起動回路（Start Up Circuit）などを備えている。
【００１５】
トランスＴ１の１次巻線Ｌｐ、２次巻線Ｌｓおよび補助巻線Ｌｂは、いずれもトランスＴ１の同一コアに巻かれている。なお、２次巻線ＬｓのインダクタンスをＬｓとし、補助巻線ＬｂのインダクタンスをＬｂとする。共振用のコンデンサＣｒは、スイッチング素子Ｑ１とセンス抵抗Ｒｓの直列回路に並列接続されているが、１次巻線Ｌｐと並列に取り付けても同じ効果がある。補助巻線Ｌｂには、電源制御ＩＣ１００の電源を作るための整流用ダイオードＤ２と抵抗Ｒ２と平滑コンデンサＣ２が接続されている。
【００１６】
抵抗Ｒ３はスイッチング素子Ｑ１とセンス抵抗Ｒｓとの接続点電圧を電流センス信号入力端子ＩＳに供給するものであり、Ｒ４は補助巻線Ｌｂの電圧を整流せずにそのまま電源制御ＩＣ１００の入力端子ＺＣＤに入力するための抵抗である。また、電源制御ＩＣ１００の高電圧入力端子ＶＨは、抵抗Ｒａを介して平滑コンデンサＣ１の一端に接続されている。
【００１７】
トランスＴ１の２次巻線Ｌｓには、２次巻線Ｌｓに発生した電圧を整流するためのダイオードＤ３、平滑コンデンサＣ３が設けられている。ダイオードＤ３のアノードは２次巻線Ｌｓの一端に接続され、カソードは電源出力端子Ｖｏｕｔに接続されるとともに平滑コンデンサＣ３の一端に接続されている。平滑コンデンサＣ３の他端は２次巻線Ｌｓの他端に接続されるとともに接地端子Ｇｎｄに接続されている。
【００１８】
電源制御ＩＣ１００は、その出力端子ＯＵＴの電位がハイ／ロウ（Ｈｉｇｈ／Ｌｏｗ）レベルに変化してスイッチング素子Ｑ１のゲートを駆動し、スイッチング素子Ｑ１をオン／オフさせることにより、トランスＴ１の２次巻線Ｌｓ側で平滑された所望の直流電圧を電源出力端子Ｖｏｕｔと接地端子Ｇｎｄ間に生成する。このときスイッチング素子Ｑ１には、そのオン期間にドレイン電流が流れ、そこに接続されたトランスＴ１の１次巻線Ｌｐ側に電流が流れてエネルギーが蓄えられる。スイッチング素子Ｑ１はその後にオフするが、このトランスＴ１に蓄えられたエネルギーにより、スイッチング素子Ｑ１のオフ期間にトランスＴ１の２次巻線Ｌｓ側でダイオードＤ３を通して平滑コンデンサＣ３に電流を流す。こうして、電源出力端子Ｖｏｕｔと接地端子Ｇｎｄ間には、トランスＴ１の２次巻線Ｌｓ側で平滑された直流電圧が生成される。
【００１９】
電源出力端子Ｖｏｕｔと接地端子Ｇｎｄの間には、抵抗Ｒ５，Ｒ６の直列回路と、抵抗Ｒ７、フォトトランジスタＰＴとフォトカプラを構成する発光ダイオードＰＤ、コンデンサＣ４およびシャントレギュレータＤ４からなる出力検知回路が構成されている。ここでは、発光ダイオードＰＤには出力電圧に応じた電流が流れて（出力電圧が高いほど流れる電流は大きくなる。）、補助巻線Ｌｂと電源制御ＩＣ１００のＦＢ端子との間に接続されているフォトトランジスタＰＴにフィードバック信号が供給され、図示しない負荷の変動に対応する電力を供給できるようにしている。また、電源制御ＩＣ１００の入力端子ＺＣＤは、コンデンサＣ５を介して接地されている。
【００２０】
つぎに、図１に示すスイッチング電源装置が有する過負荷時における自動復帰機能について説明する。
図２は、スイッチング電源装置の自動復帰動作を示す波形図である。ここでは、最初に通常の起動動作について説明する。
【００２１】
通常動作時に電源制御ＩＣ１００が利用できる電源は、トランスＴ１の補助巻線Ｌｂから電源端子ＶＣＣに供給されている電力のみである。電源の起動時は、電源端子ＶＣＣの電圧Ｖｃｃが低いので、電源制御ＩＣ１００内部の起動回路が動作し、電源制御ＩＣ１００の高電圧入力端子ＶＨから電源端子ＶＣＣに向けて平滑コンデンサＣ２を充電する充電電流を供給する。そして、この電圧Ｖｃｃが誤動作防止用のＵＶＬＯ回路（ＵＶＬＯ：Under Voltage Lock Out）で設定されているオンスレッシュ電圧（図２（ａ）では、例として１０．２Ｖが示されている。）まで上昇すると、電源制御ＩＣ１００の出力端子ＯＵＴから制御信号が出力されスイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作が始まって、トランスＴ１の２次側回路へ電力供給が開始される。このとき、トランスＴ１の補助巻線Ｌｂから電源端子ＶＣＣへの電力供給も開始され、当該電力供給が開始されると電源制御ＩＣ１００の起動回路はオフし、高電圧入力端子ＶＨから電源端子ＶＣＣへの電流供給が停止する。
【００２２】
このような起動回路は、図２（ａ）に示すように電源端子ＶＣＣの電圧Ｖｃｃが低いとき、高電圧入力端子ＶＨから電源端子ＶＣＣに外付けされた平滑コンデンサＣ２を充電するために電源制御ＩＣ１００の内部に設けられた回路である。図２（ｂ）に示すようにスイッチング電源装置の電源出力端子Ｖｏｕｔが低下していない通常動作時は、電源が立ち上がって補助巻線Ｌｂから電源端子ＶＣＣに動作時電流を供給し続ける。
【００２３】
起動回路の停止電圧は、電源端子ＶＣＣの電圧Ｖｃｃ（平滑コンデンサＣ２の両端電圧）がその値まで上昇したら高電圧入力端子ＶＨからの供給を遮断する電圧レベルであり、図２（ａ）では、例として１２．４Ｖが示されている。スイッチング電源装置の起動後は、トランスＴ１の補助巻線Ｌｂから電源端子ＶＣＣに電流が供給されることになる。起動回路のリセット電圧は、電源端子ＶＣＣの電圧Ｖｃｃが低くなったとき、再び起動回路が動作して高電圧入力端子ＶＨから電流供給を行う電圧レベル（図２（ａ）では、例として１０．２Ｖが示されている。）である。
【００２４】
ＵＶＬＯ回路で設定されるオフスレッシュ電圧とは、電源制御ＩＣ１００が低い電源電圧で誤動作しないように設けた誤動作防止電源電圧レベル（図２（ａ）では、例として９．０Ｖが示されている。）である。また、オンスレッシュ電圧は、電源制御ＩＣ１００の電源端子ＶＣＣの電圧Ｖｃｃがこの電圧レベルまで上昇しないと電源制御ＩＣ１００が動作開始しない電源電圧レベル（図２（ａ）では、例として１０．２Ｖが示されている。）である。そして、ＵＶＬＯ回路では、これらのオン・オフスレッシュ電圧に一定のヒステリシス幅を持たせている。
【００２５】
つぎに、過負荷時の自動復帰動作について説明する。本発明のスイッチング電源装置で使用される電源制御ＩＣ１００は、そのフィードバック信号検出用の入力端子ＦＢがトランスＴ１の２次側回路からのフィードバック信号の入力端子となっている。ここでは、図２（ｃ）に示すように帰還電圧の電圧値が３．３Ｖ以上になると過負荷状態であると判定する。帰還電圧の電圧値により過負荷状態が検出されてから、電源制御ＩＣ１００の内部に設けたＯＬＰ（Over Load Protection）タイマ回路によって設定された過負荷保護遅延時間Ｔｏｌｐ（２００ｍｓ）以内で過負荷状態が解除されれば、通常のスイッチング動作に戻る。しかし、この過負荷保護遅延時間Ｔｏｌｐ以上に過負荷状態が続くと、強制的にスイッチング動作を停止させ、その後、さらに過負荷保護の停止時間Ｔｏｆｆ（１４００ｍｓ）の間はスイッチング動作停止状態を維持する（図２（ｄ）参照）。この停止時間Ｔｏｆｆの期間中は、補助巻線Ｌｂから電源端子ＶＣＣへの電流供給がなくなり、起動回路は電源端子ＶＣＣの電圧Ｖｃｃが１０．２Ｖになると動作し、１２．４Ｖになると停止することによって、電源端子ＶＣＣの電圧Ｖｃｃが起動回路の停止電圧１２．４Ｖと起動回路のリセット電圧１０．２Ｖとの間に維持される。
【００２６】
図２（ｇ）は、スイッチングパルスの状態を示している。ここでは、過負荷状態検出から１６００ｍｓ（＝Ｔｏｌｐ＋Ｔｏｆｆ）が経過した時点で、起動回路が動作停止して、高電圧入力端子ＶＨからの電流供給がなくなるから、電源端子ＶＣＣの電圧Ｖｃｃは低下していく。電圧ＶｃｃがＵＶＬＯオフスレッシュ電圧である９．０Ｖまで低下すると、電源制御ＩＣ１００は一度リセットされ、起動回路が動き出し自動復帰動作を行う。過負荷時自動復帰機能内蔵の電源制御ＩＣ１００を使用した電源では、過負荷状態が継続していれば、電源制御ＩＣ１００が起動と停止動作を繰り返し、その後、負荷状態が正常に復帰して、帰還電圧の電圧値が３．３Ｖ以下になると通常動作に戻る。
【００２７】
図３は、スイッチング電源装置の過負荷時停止動作を示す波形図である。電源制御ＩＣ１００で過負荷状態を検出し、スイッチング動作を停止した後、電圧ＶｃｃがＵＶＬＯのオン・オフスレッシュ電圧である１２．４Ｖと１０．２Ｖの間に維持されれば、ＵＶＬＯオフスレッシュ電圧まで下がらないで、スイッチング電源装置は再起動せずに停止状態が保持される。すなわち、過負荷時自動復帰機能内蔵のスイッチング電源装置においては、過負荷状態が検出されると、電源端子ＶＣＣの電圧Ｖｃｃが一定時間後にＵＶＬＯ回路で設定したオフスレッシュ電圧まで下がるため、電源制御ＩＣ１００がリセットされて、スイッチング動作が再開される。
【００２８】
ここでは、以下に説明するように電源制御ＩＣ１００の外部回路との接続状態を変更することによって、過負荷検出後の電源端子ＶＣＣの電圧ＶｃｃをＵＶＬＯ回路のオフスレッシュ電圧まで低下させないようにした。
【００２９】
図４は、過負荷時に停止動作を実現するための接続状態を示すブロック図である。
ここでは、スイッチング電源装置の１次側回路の過負荷時停止動作に関わる回路部分だけを示しており、図１の回路構成と対応する部分には同じ符号を付けている。自動復帰機能内蔵の電源制御ＩＣ１００は、１次側回路の平滑コンデンサＣ１と電源端子ＶＣＣとの間が抵抗Ｒ０によって接続されている点で、図１のものと異なっている。ここで、電源制御ＩＣ１００の通常動作時の消費電流（１．４ｍＡ）は、この抵抗Ｒ０と、補助巻線Ｌｂの両方から供給される。
【００３０】
図５は、過負荷停止時における電源端子ＶＣＣに流れる消費電流特性を示す図である。電源制御ＩＣ１００にはクランプ回路が内蔵されており、その電源端子ＶＣＣの電圧Ｖｃｃは３０Ｖでクランプされる。
【００３１】
図６は、抵抗Ｒ０を２２０ｋΩに設定した場合の消費電流特性を示す図である。図６には、抵抗Ｒ０の負荷特性（右下がりの直線）と、電圧Ｖｃｃが１０Ｖ以下の部分も含む図５の消費電流特性（太い曲線）が示されている。なお、このときの図１のＶINは、ＶIN＝１４０Ｖとしている。電源制御ＩＣ１００が過負荷停止状態になると、電源端子ＶＣＣの電圧Ｖｃｃは、２２０ｋΩの抵抗Ｒ０から供給される電流と電源制御ＩＣ１００で消費される電流とがバランスする電圧値に決まる。この場合、過負荷停止状態の電圧Ｖｃｃは２２．５Ｖ、抵抗Ｒ０から供給される電流は５３０μＡ（０．５３ｍＡ）である。
【００３２】
つぎに、電源制御ＩＣ１００の電流消費のバラツキを考慮して、抵抗Ｒ０として使用可能な抵抗値の範囲を求める。
抵抗値の上限、および下限の大きさは、以下の条件によって決められる。
【００３３】
抵抗値上限については、起動回路のリセット電圧の最大値１０．２Ｖと、電源制御ＩＣ１００の過負荷停止時の最大消費電流から算出される。抵抗Ｒ０から供給される電流で過負荷停止状態を維持するためには、電源制御ＩＣ１００の過負荷停止時の消費電流が最大のときに、電圧Ｖｃｃが起動回路のリセット電圧の最大値１０．２Ｖ以下に低下しない必要がある。
【００３４】
電源制御ＩＣ１００の過去ロットの試験結果によれば、電源端子ＶＣＣの電圧値が１０．２Ｖでの過負荷停止時の消費電流の最大は、０．５ｍＡであった。この条件で計算すると、
（１４０Ｖ−１０．２Ｖ）／０．５ｍＡ≒２６０ｋΩ
となるから、抵抗値上限は２６０ｋΩと求めることができる。
【００３５】
抵抗値下限については、電源端子ＶＣＣの過電圧スレッシュレベルの最小値２６Ｖと、電源制御ＩＣ１００の最小動作時の消費電流から算出される。抵抗Ｒ０から供給される電流が電源制御ＩＣ１００の消費電流を上回ると、電源端子ＶＣＣの電圧Ｖｃｃが上昇してしまう。従って、抵抗値下限は電源制御ＩＣ１００の動作時消費電流が少ない場合に、電源端子ＶＣＣが電源制御ＩＣ１００の過電圧スレッシュレベルの最小値２６Ｖ（電源制御ＩＣ１００に対する過電圧）まで上昇しない抵抗値とする必要がある。
【００３６】
電源制御ＩＣ１００の過去ロットの試験結果によれば、電源端子ＶＣＣの電圧値が２６Ｖでの動作時消費電流の最小値は、０．８ｍＡである。この条件で計算すると、
（１４０Ｖ−２６Ｖ）／０．８ｍＡ≒１４０ｋΩ
となるから、抵抗値下限は１４０ｋΩと求めることができる。
【００３７】
以上の結果をまとめると、１００Ｖ系のＡＣ電圧（１４０Ｖ）では抵抗値１４０ｋΩ〜２６０ｋΩの抵抗Ｒ０を、１次側回路の平滑コンデンサＣ１と電源端子ＶＣＣの間に追加することにより、過負荷時自動復帰機能を有する電源制御ＩＣ１００であっても過負荷時の停止動作が可能になる。
【００３８】
このように、過負荷時自動復帰機能を備えた電源制御ＩＣ１００は、過負荷検出後２００ｍｓ経過したら強制的にスイッチング動作が停止され、さらに過負荷状態の開始時から１６００ｍｓが経過した時点で起動回路が強制停止し、電圧Ｖｃｃが低下していく。ところが、電源端子ＶＣＣがＵＶＬＯ回路のオフスレッシュ電圧まで低下すると、電源制御ＩＣ１００が一度リセットされ、再び起動開始動作を始める。従って、過負荷時に起動回路が停止してもＶＣＣ端子電圧がオフスレッシュ電圧まで低下しないように抵抗Ｒ０による電流供給を追加すれば、過負荷停止後にスイッチング停止状態を維持することができる。なお、過負荷停止状態のときにコンセントを抜いてＡＣ電源の供給を停止すれば、停止状態が解除される。
【００３９】
ただし、このような過負荷停止方式では、電圧Ｖｃｃが１次側回路における平滑コンデンサＣ１の電圧の影響を受けるので、１００Ｖ系と２００Ｖ系とで抵抗Ｒ０の抵抗値を別々に設定する必要がある。
【００４０】
また、図４に示すように１次側回路の平滑コンデンサＣ１とＶＣＣ端子との間を抵抗Ｒ０だけで接続すると、１次側回路の高電圧ラインから電源制御ＩＣ１００の電源端子ＶＣＣに、常時電流が供給されることになるので、消費電力が大きくなるという問題がある。さらに、１００Ｖ系／２００Ｖ系の共通電源に対応することができないといった問題もある。
【００４１】
第２の実施の形態では、これらの問題を解決するための回路構成について説明する。
（第２の実施の形態）
図７は、第２の実施の形態に係る過負荷時停止機能を実現するための接続状態を示すブロック図である。
【００４２】
ここでは、スイッチング電源装置の１次側回路の過負荷時停止動作に関わる回路部分だけを示しており、図４の回路構成と対応する部分には同じ符号を付けている。また、自動復帰機能内蔵の電源制御ＩＣ１００は、その電源端子ＶＣＣと１次側回路の平滑コンデンサＣ１との間に、トランジスタＱ２を含む制御回路１０が抵抗Ｒ０と直列に設けられている点で、図４のものと異なっている。
【００４３】
制御回路１０のトランジスタＱ３は、電源端子ＶＣＣの電圧ＶｃｃからツェナーダイオードＤ７のツェナー電圧を差し引いた電圧の、抵抗ＲｃとＲｄによる分圧でオンオフ制御されるものであって、通常動作時には補助巻線Ｌｂに誘導される電圧によってオンすることにより、スイッチ素子としてのトランジスタＱ２をオフ状態に保持している。ダイオードＤ５は、トランジスタＱ２のベースエミッタ間電圧Ｖｂｅの逆耐圧が５Ｖ〜７Ｖ程度であるため、トランジスタＱ２がオフした際の逆バイアスを防止するためのものである。
【００４４】
ツェナーダイオードＤ６は、トランジスタＱ２のベース端子と接地との間に設けられており、抵抗ＲｂはトランジスタＱ２のベース端子とコレクタ端子との間に設けられている。このツェナーダイオードＤ６は、電源端子ＶＣＣにトランジスタＱ２のエミッタ電流を供給する際に、その電圧Ｖｃｃを何Ｖでクランプするかを決めている（まずトランジスタＱ２のベース電圧がツェナーダイオードＤ６のツェナー電圧でクランプされ、このベース電圧からトランジスタＱ２のベースエミッタ間電圧ＶｂｅとダイオードＤ６の順方向電圧だけドロップした電圧で電圧Ｖｃｃがクランプされる。）。ここでは、電圧Ｖｃｃが過電圧スレッシュレベルの最小値２６Ｖを超えない電圧値（例えば、２３Ｖ）としている。
【００４５】
ツェナーダイオードＤ７は、カソードが電源端子ＶＣＣと接続され、アノードが抵抗Ｒｄを介してトランジスタＱ３のベースに接続されている。このツェナーダイオードＤ７と抵抗Ｒｄ，Ｒｃは、通常動作時に補助巻線Ｌｂにより電源端子ＶＣＣに誘導される電圧でトランジスタＱ３をオンし、また電源端子ＶＣＣの電圧Ｖｃｃが通常動作時の電圧以下で起動回路のリセット電圧（１０．２Ｖ）以上の場合はトランジスタＱ３をオフするように機能する。なお、スイッチ素子となるトランジスタＱ２には、１次側回路のＡＣライン相当の耐圧（例えば、５００Ｖ）が必要である。
【００４６】
つぎに、抵抗Ｒ０の上下限値を算出する方法について説明する。
電源制御ＩＣ１００の動作開始に必要な起動電流としては、トランジスタＱ２を経由する電流だけでなく、高電圧入力端子ＶＨを経由する電流の両方が電源端子ＶＣＣに供給される。電源端子ＶＣＣの電圧ＶｃｃがＵＶＬＯオンスレッシュ１２．４Ｖまで達すると、高電圧入力端子ＶＨからの電流供給が停止するとともに、スイッチング素子Ｑ１のスイッチングが開始される。こうして補助巻線Ｌｂの誘導電圧が上昇するから、トランジスタＱ３がオンしてトランジスタＱ２からの電流供給も停止される。
【００４７】
過負荷時にスイッチング動作が停止すると、補助巻線Ｌｂから電源制御ＩＣ１００への電力供給がなくなって、トランジスタＱ２から電源端子ＶＣＣへの電流供給が再開されるため、過負荷時の停止状態が保持できる。このときの電源端子ＶＣＣは起動回路のリセット電圧の最大値１０．２Ｖ以下に低下しないから、高電圧入力端子ＶＨの起動回路は停止したままとなる。制御回路１０では、トランジスタＱ２から電源端子ＶＣＣに電流供給する際の電圧Ｖｃｃの上昇は、ツェナーダイオードＤ６で抑えられているので、抵抗Ｒ０の抵抗値が低くても電源端子ＶＣＣの電圧Ｖｃｃが上昇するおそれはない。従って、抵抗Ｒ０の下限値は特に規定する必要はない。
【００４８】
一方、抵抗Ｒ０の上限値については、まず１００Ｖ系のＶIN＝１４０Ｖで電源制御ＩＣ１００の過負荷停止時に最大の消費電流を供給することを考えると、実施例１と同様に２６０ｋΩとなる。２００Ｖ系ではこれ以上の電流が抵抗Ｒ０に流れるから、抵抗Ｒ０の抵抗値が２６０ｋΩ以下であれば、交流入力電圧系統が異なる１００Ｖ系／２００Ｖ系の両方に適用できる。
【００４９】
第２の実施の形態でも、図４のスイッチング電源装置の場合と同様に、過負荷時停止状態を保持するためには過負荷停止時の電流供給が必要になる。しかし、図４の構成では抵抗Ｒ０に常に電流が流れているため、消費電力が大きい。これに対して、図７に示す構成であれば、通常動作時には２次側回路から補助巻線Ｌｂを介して電源端子ＶＣＣに電流供給を行い、かつトランジスタＱ２をオフすることで１次側回路のＡＣラインからの電流供給を遮断することができる。
【００５０】
また、過負荷停止時に補助巻線Ｌｂからの電流が流れなくなって電源端子ＶＣＣの電圧Ｖｃｃが減少するとトランジスタＱ３がオフし、トランジスタＱ２がオンして、１次側回路のＡＣラインから電流供給を行うことができる。すなわち、制御回路１０では、電源端子ＶＣＣの電圧Ｖｃｃに応じてトランジスタＱ２のオンオフ制御が実行される。
【００５１】
この制御回路１０では、ツェナーダイオードＤ７を設けなくてもトランジスタＱ２のオンオフ制御を実行できる。その場合、トランジスタＱ３のオンオフは、抵抗ＲｃとＲｄの分圧比だけで決まる。しかし、ツェナーダイオードＤ７を設けることで、制御回路１０が動いているかどうかを明確に判断することが可能になる（少なくとも電源端子ＶＣＣの電圧ＶｃｃがツェナーダイオードＤ７のツェナー電圧を超えるまでは、制御回路１０はトランジスタＱ２をオンさせている。）。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】ＡＣ／ＤＣスイッチング電源装置の一例を示すブロック図である。
【図２】スイッチング電源装置の自動復帰動作を示す波形図である。
【図３】スイッチング電源装置の過負荷時停止動作を示す波形図である。
【図４】過負荷時に停止動作を実現するための接続状態を示すブロック図である。
【図５】過負荷停止時における電源端子ＶＣＣに流れる消費電流特性を示す図である。
【図６】抵抗Ｒ０を２２０ｋΩに設定した場合の消費電流特性を示す図である。
【図７】第２の実施の形態に係る過負荷時停止機能を実現するための接続状態を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０ 制御回路
１００ 電源制御ＩＣ
ＡＣ 交流電源
Ｃ１〜Ｃ３ 平滑コンデンサ
Ｃｒ，Ｃ４，Ｃ５ コンデンサ
Ｄ１ ダイオードブリッジ
Ｄ２ 整流用ダイオード
Ｄ６，Ｄ７ ツェナーダイオード
Ｌｐ １次巻線
Ｌｓ ２次巻線
Ｌｂ 補助巻線
Ｑ１ スイッチング素子
Ｑ２ トランジスタ（スイッチ素子）
Ｑ３ トランジスタ
Ｒ０，Ｒ１〜Ｒ７，Ｒａ〜Ｒｄ 抵抗
Ｔ１ トランス
ＰＤ 発光ダイオード
ＰＴ フォトトランジスタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力電圧源が接続されるトランスの１次巻線側でスイッチング素子を制御し所望の直流電圧を前記トランスの２次巻線側の負荷に出力するスイッチング電源装置において、
前記トランスの補助巻線から電源供給を受ける電源端子、前記直流電圧のフィードバック信号に基づいて前記負荷の過負荷状態を検知する検知手段、該検知手段の出力に応じて前記スイッチング素子のスイッチング動作を停止させる保護手段、および該保護手段で前記スイッチング動作が停止された所定時間後に前記スイッチング動作を自動復帰させる起動手段を有する電源制御ＩＣと、
前記電源制御ＩＣの前記電源端子を前記入力電圧源に接続する抵抗回路と、
を備え、
前記抵抗回路を介して前記電源端子に継続して電流を流すことによって、前記負荷の過負荷状態が検知されると前記スイッチング動作の停止状態を維持するようにし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１次巻線側のコンデンサと前記電源端子との間で前記抵抗回路と直列に接続されたスイッチ素子を備え、
前記スイッチ素子は、前記電源端子の電圧が所定値以上であるとオフす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】
入力電圧源が接続されるトランスの１次巻線側でスイッチング素子を制御し所望の直流電圧を前記トランスの２次巻線側の負荷に出力するスイッチング電源装置において、
前記トランスの補助巻線から電源供給を受ける電源端子、前記直流電圧のフィードバック信号に基づいて前記負荷の過負荷状態を検知する検知手段、該検知手段の出力に応じて前記スイッチング素子のスイッチング動作を停止させる保護手段、および該保護手段で前記スイッチング動作が停止された所定時間後に前記スイッチング動作を自動復帰させる起動手段を有する電源制御ＩＣと、
前記電源制御ＩＣの前記電源端子を前記入力電圧源に接続する抵抗回路と、
を備え、
前記抵抗回路を介して前記電源端子に継続して電流を流すことによって、前記負荷の過負荷状態が検知されると前記スイッチング動作の停止状態を維持するようにし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１次巻線側のコンデンサと前記電源端子との間で前記抵抗回路と直列に接続されたスイッチ素子を備え、
前記スイッチ素子は、前記電源端子の電圧が所定値以上であるとオフす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６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−４１８３４（Ｐ２０１０−４１８３４Ａ）
【公開日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２０２５２０（Ｐ２００８−２０２５２０）
【出願日】平成２０年８月６日（２００８．８．６）
【出願人】（５９１０８３２４４）富士電機システムズ株式会社 (1,717)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月６日（２００８．８．６）
【出願人】（５９１０８３２４４）富士電機システムズ株式会社 (1,717)
【Ｆターム（参考）】
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