スイッチング電源装置
【課題】過電流時において、トランスに対する過電流をより抑えることができ、周囲温度の変化による、制御回路の電流検出端子の電圧変動を小さくすることができ、過電流保護動作のバラツキを抑制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】制御回路１５は、トランスＴの１次巻線Ｎ１に直列接続される主スイッチング素子Ｑ１と、主スイッチング素子Ｑ１をＰＷＭ制御して過電流保護動作を行う。スイッチング周波数設定回路１６と制御回路１５のグランド端子との間に接続された制御スイッチング素子Ｑ２は、第３の巻線Ｎ３に発生する出力電圧が所定の設定値以下に低下した時にオンし、スイッチング周波数設定回路１６への電流の一部をバイパスする。電源出力電圧を検出する制御回路１５の電流検出端子は、分圧回路１８における抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続部位に接続される。
【解決手段】制御回路１５は、トランスＴの１次巻線Ｎ１に直列接続される主スイッチング素子Ｑ１と、主スイッチング素子Ｑ１をＰＷＭ制御して過電流保護動作を行う。スイッチング周波数設定回路１６と制御回路１５のグランド端子との間に接続された制御スイッチング素子Ｑ２は、第３の巻線Ｎ３に発生する出力電圧が所定の設定値以下に低下した時にオンし、スイッチング周波数設定回路１６への電流の一部をバイパスする。電源出力電圧を検出する制御回路１５の電流検出端子は、分圧回路１８における抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続部位に接続される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電圧を所望の電圧に変換するスイッチング電源装置であって、特に過電流保護回路を備えたスイッチング電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
過電流保護回路を備えたスイッチング電源装置として、例えば、図３（特許文献１の図３に相当）に示されるような、直流電源Ｅ２が接続される入力端子３１・３２間に、トランスＴ２の１次巻線Ｎ２１とＭＯＳ−ＦＥＴを用いた主スイッチング素子Ｑ２１とからなる直列回路が接続され、トランスＴ２の１次巻線Ｎ２１のドットのある側（巻き始め側）には、入力端子３１側に接続され、ドットのない側（巻き終わり側）には、主スイッチング素子Ｑ２１が接続されたスイッチング電源装置１０がある。
【０００３】
トランスＴ２の２次側回路においては、トランスＴ２の２次巻線Ｎ２２のドットのない側（巻き終わり側）と出力端子４１との間に、ダイオードＤ２１を用いた整流用素子が接続されている。出力端子４１・４２間には負荷抵抗Ｒ２９が接続される。負荷抵抗Ｒ２９の一方の端子が出力端子４１に接続される一方、負荷抵抗Ｒ２９の他方の端子が基準電位である出力端子４２に接続されている。そして、２次巻線Ｎ２２のドットのある側（巻き始め側）は、出力端子４２に接続されている。
また、トランスＴ２の２次巻線Ｎ２２および負荷抵抗Ｒ２９と並列に、平滑用コンデンサＣ２４が接続されている。
【０００４】
さらに、トランスＴ２の１次側回路には、制御回路３５が設けられている。
制御回路３５の基準電圧端子は、抵抗Ｒ２５とコンデンサＣ２２の直列回路からなるスイッチング周波数設定回路３６を介して、グランド電位である入力端子３２に接続されている。
制御回路３５のスイッチング周波数設定端子は、スイッチング周波数設定回路３６の抵抗Ｒ２５とコンデンサＣ２２との接続点に接続され、制御回路３５のＧＮＤ端子は、入力端子３２に接続されている。
【０００５】
制御回路３５の電流検出端子は、主スイッチング素子Ｑ２１のソースに抵抗Ｒ２７を介して接続されると共に、抵抗Ｒ２７および抵抗Ｒ２８を介して入力端子３２に接続されている。なお、抵抗Ｒ２７および抵抗Ｒ２８によって電流検出回路３７を構成しており、主スイッチング素子Ｑ２１に流れる電流を検出している。
また、制御回路３５の電流検出端子は、制御回路３５内で過電流保護回路（図示せず）に接続されており、電流検出回路３７から検出された電流を検出して過電流保護回路に検知させている。
また、制御回路３５の制御パルスを出力する駆動端子は、主スイッチング素子Ｑ２１のゲートに接続されている。
【０００６】
さらに、制御回路３５の電源端子は、抵抗Ｒ２６を介して入力端子３１に接続されると共に、ダイオードＤ２２のカソードに接続されている。
また、ダイオードＤ２２のカソードは、コンデンサＣ２３を介して入力端子３２に接続されている。
ダイオードＤ２２のアノードは、制御回路３５の駆動電源となる第３の巻線Ｎ２３のドットのある側（巻き始め側）に接続されている。
また、第３の巻線Ｎ２３のドットのない側（巻き終わり側）は、入力端子３２に接続されている。
【０００７】
以上のような構成を有するスイッチング電源装置１０は、制御回路３５により駆動される主スイッチング素子Ｑ２１がオン、オフし、主スイッチング素子Ｑ２１がターンオフしたときに、トランスＴ２の２次側回路の整流用素子であるダイオードＤ２１に電流が流れて平滑用コンデンサＣ２４を充電する。そして、この動作を繰り返すことによって、出力端子に接続された負荷抵抗Ｒ２９に電圧を出力できるようになっている。
【０００８】
しかしながら、上記のような構成を有するスイッチング電源装置１０において、過電流が発生した場合は、主スイッチング素子Ｑ２１に流れる電流のピーク値を検出して、それに基づき、制御回路３５によって主スイッチング素子Ｑ２１に流れる電流を抑えるだけである。
そのため、過電流により出力電圧の低下が続くと、出力電流が増加し続け、トランスＴ２の２次側回路におけるダイオードＤ２１やトランスＴ２の巻線に過大な電流が流れてしまう問題があった。したがって、トランスＴ２やダイオードＤ２１を大型化させる必要があり、スイッチング電源装置１０の小型化や低コスト化の妨げになっていた。
【０００９】
そこで、特許文献１には、図４（特許文献１の図２に相当）に示すような、出力電圧が低下した際の過電流を、過電流保護回路により効果的に抑制するスイッチング電源装置が開示されている。
図４におけるスイッチング電源装置３０は、トランスＴ２の１次側に、主スイッチング素子Ｑ３１の他にＮＰＮ型トランジスタＴｒ３２を有し、ＮＰＮ型トランジスタＴｒ３２のベースに抵抗Ｒ４２を接続し、エミッタに抵抗Ｒ３３を介して電流検出回路３７を接続すると共に、制御回路３５の電流検出端子を接続し、コレクタに抵抗Ｒ３５とコンデンサ３２からなるスイッチング周波数設定回路３６を介して制御回路３５のスイッチング周波数設定端子を接続している。
また、電源出力検出回路４２に接続された抵抗Ｒ４２とＲ４１との接続点がＮＰＮ型トランジスタＴｒ３２のベースに接続されている。
この図４におけるスイッチング電源装置３０によると、電源出力検出回路４２により電源出力電圧に比例した負の電圧が得られる。そして、抵抗Ｒ４１およびＲ４２の接続点の電位が電流検出端子の電位とＮＰＮ型トランジスタＴｒ３２のベース−エミッタ間電位を加算した値よりも大きくなると、ＮＰＮ型トランジスタＴｒ３２がオンし、スイッチング周波数設定回路３６に流れる電流がＮＰＮ型トランジスタＴｒ３２にバイパスされることによって、電流検出回路３７にその電流を検知させて制御回路３５が主スイッチング素子Ｑ３１に流れる電流を抑えるようになっている。
また、ＮＰＮ型トランジスタＱ３１がオンしてスイッチング周波数設定回路３６に流れる電流がバイパスされることによって、主スイッチング素子Ｑ３１を駆動するスイッチング周波数が低下し、主スイッチング素子Ｑ３１の駆動パルスのデューティ比を小さくすることによって主スイッチング素子Ｑ３１に流れる電流を抑えるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００４−３２０９１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
図４のスイッチング電源装置３０によると、電源出力検出回路３２により電源出力電圧に比例した負の電圧が得られ、抵抗Ｒ４１およびＲ４２の接続点の電位が電流検出端子の電位とＮＰＮ型トランジスタＴｒ３２のベース−エミッタ間電位を加算した値よりも大きくなると、ＮＰＮ型トランジスタＴｒ３２がオンし、スイッチング周波数設定回路１６に流れる電流がＮＰＮ型トランジスタＴｒ２にバイパスされることによって、電流検出回路１７にその電流を検知させて制御ＩＣが主スイッチング素子Ｑ１に流れる電流を抑えるようになっている。
しかしながら、上記の回路構成では、周囲温度の変化による、制御回路３５の電流検出端子の電圧変動を十分に抑制できるものとはいえなかった。
【００１２】
本発明は、過電流時において、周囲温度の変化による、制御回路の電流検出端子の電圧変動を十分に抑制でき、過電流保護動作のバラツキを抑制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】
【００１３】
本発明のスイッチング電源装置は、トランスの１次巻線に直列接続された主スイッチング素子により、入力端子間に印加される入力直流電圧を制御回路によるＰＷＭ制御の下にスイッチングし、前記トランスの２次巻線に誘起された電圧を直流化して得た電圧を出力電圧として出力端子間に接続された負荷に供給するスイッチング電源装置において、
前記制御回路のスイッチング周波数設定端子に接続され、前記主スイッチング素子のスイッチング周波数を定めるスイッチング周波数設定回路と、前記制御回路の電流検出端子に接続され、前記主スイッチング素子に流れる電流を検出する電流検出回路と、過電流により前記出力電圧が低下するとオフからオンに切り換わる制御スイッチング素子と、
をさらに備え、
前記制御回路は、前記電流検出回路を介して検出される前記主スイッチング素子に流れる電流が上昇し所定の閾値を超えると、過電流保護動作を実行するものであり、
前記トランスには、前記出力電圧に応じた電圧が発生する第３の巻線が設けられ、
前記第３の巻線の両端にはダイオードとコンデンサとが直列接続され、前記ダイオードと前記コンデンサとの接続部位と前記スイッチング周波数設定回路との間に、第１の抵抗と第２の抵抗とからなる直列回路と、第３の抵抗と第４の抵抗とからなる直列回路とが並列に接続され、前記第３の抵抗と前記第４の抵抗との接続部位に前記制御スイッチング素子の制御端子が接続され、前記制御スイッチング素子の電流路の一端が前記スイッチング周波数設定回路に接続され、前記制御スイッチング素子の電流路の他端が前記入力直流電圧の基準電位側に導通接続され、前記第１の抵抗と前記第２の抵抗との接続部位が前記制御回路の電流検出端子と前記電流検出回路とに接続され、
過電流により前記出力電圧が低下すると、前記第１の抵抗と前記第２の抵抗との接続部位の電位が上昇することにより、前記制御回路の電流検出端子の電圧を上昇させるとともに、前記第３の抵抗と前記第４の抵抗との接続部位の電位の上昇により前記制御スイッチング素子がオンし、前記スイッチング周波数設定回路のコンデンサから流れる充電電流の一部をバイパスさせ、前記主スイッチング素子のスイッチング周波数を低下させることを特徴とする。
【００１４】
上記の構成によれば、主スイッチング素子に流れる電流が上昇し所定の閾値を超えると、過電流保護動作が実行される。ここで、過電流により出力電圧が低下すると、
（１）第１の抵抗と第２の抵抗との接続部位の電位が上昇することにより、制御回路の電流検出端子の電圧が上昇する。これにより、過電流時に主スイッチング素子に流れる電流値が絞り込まれる。
（２）また、第３の抵抗と第４の抵抗との接続部位の電位の上昇により制御スイッチング素子がオンし、スイッチング周波数設定回路のコンデンサから流れる充電電流の一部がバイパスされ、主スイッチング素子のスイッチング周波数が低下する。これにより、主スイッチング素子の駆動パルスのデューティ比がさらに小さくなり、過電流時に主スイッチング素子に流れる電流値が絞り込まれる。
このように、上記（１）の作用と（２）の作用とにより、過電流時における主スイッチング素子に流れる電流値の絞り込みを速やかに行うことができ、過電流垂下特性を改善することができる。
しかも、制御回路の電流検出端子に第１の抵抗と前記第２の抵抗との接続部位を接続しているので、周囲温度の変化による電流検出端子の電圧変動を比較的小さく抑えることができる。これにより、周囲温度の変化による過電流保護動作のバラツキを抑え、過電流時の保護動作を確実に実行させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のスイッチング電源装置によると、電源出力電圧が所定の設定値以下に低下した場合に、制御スイッチング素子がオンになり、スイッチング周波数設定回路に流れる電流の一部が制御スイッチング素子にバイパスされる。これにより、スイッチング周波数設定回路によって定められたスイッチング周波数が低下するため、制御回路によって主スイッチング素子の駆動パルスのデューティ比が小さくされ、主スイッチング素子に流れる電流が抑えられる。
これにより、トランスやトランス２次側の整流用素子を大きくする必要がなくなり、スイッチング電源装置を小型化および軽量化することができる。
さらに、制御回路の電流検出端子に、第１の抵抗と第２の抵抗との接続部位が接続されているため、周囲温度の変化による、電流検出端子の電圧変動を小さくすることができ、過電流保護動作のバラツキを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施形態に係るスイッチング電源装置の回路図である。
【図２】本実施形態に係るスイッチング電源装置の過電流保護動作が働く状態の出力電圧と出力電流を示すグラフである。
【図３】従来のスイッチング電源装置の回路図である。
【図４】従来の他のスイッチング電源装置の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１８】
（スイッチング電源装置の回路構成）
図１に示すように、本実施形態に係るスイッチング電源装置１は、過電流保護回路を制御回路１５内に備えたものであり、直流電源Ｅに接続される入力端子１１・１２間に、トランスＴの１次巻線Ｎ１とＭＯＳＦＥＴの主スイッチング素子Ｑ１とからなる直列回路が接続されている。トランスＴの１次巻線Ｎ１のドットのある側（巻き始め側）は、入力端子１１側に接続され、ドットのない側（巻き終わり側）には、主スイッチング素子Ｑ１が接続されている。
【００１９】
トランスＴの２次側回路においては、トランスＴの２次巻線Ｎ２のドットのない側（巻き終わり側）に、整流用素子であるダイオードＤ１が負荷抵抗Ｒ９と直列に接続されており、負荷抵抗Ｒ９の一方の端子は基準電位であるグランド端子に接続されている。そして、２次巻線Ｎ２のドットのある側（巻き始め側）は、基準電位であるグランド電位に接続されている。
また、トランスＴ２の２次巻線Ｎ２および負荷抵抗Ｒ９と並列に、平滑用コンデンサＣ４が接続されている。
【００２０】
さらに、トランスＴの１次側回路には、制御回路１５が設けられている。制御回路１５は、一定の周期内で主スイッチング素子Ｑ１をＰＷＭ制御して過電流を抑える過電流保護動作を行うものであり、基準電圧端子、電源端子、駆動端子、スイッチング周波数設定端子、ＧＮＤ端子、および、電流検出端子を有している。
制御回路１５の基準電圧端子は、抵抗Ｒ５とコンデンサＣ２の直列回路からなるスイッチング周波数設定回路１６を介して、グランド電位である入力端子１２に接続されている。
スイッチング周波数設定回路１６の抵抗Ｒ５とコンデンサＣ２との接続点には、制御回路１５のスイッチング周波数設定端子が接続され、制御回路１５のＧＮＤ端子は、入力端子１２に接続されている。
【００２１】
制御回路１５の電流検出端子は、主スイッチング素子Ｑ１のソースに抵抗Ｒ７を介して接続されると共に、抵抗Ｒ７および抵抗Ｒ８を介して入力端子１２に接続されている。なお、抵抗Ｒ７および抵抗Ｒ８によって、電流検出回路１７を構成しており、主スイッチング素子Ｑ１に流れる電流を検出している。
また、制御回路１５の電流検出端子は、制御回路１５内で図示しない過電流保護回路に接続されており、電流検出回路１７から検出された電流を検出して過電流保護回路に検知させている。
また、制御回路１５の制御パルスを出力する駆動端子は、主スイッチング素子Ｑ１のゲートに接続されている。
【００２２】
さらに、制御回路１５の電源端子は、抵抗Ｒ６を介して入力端子１１に接続されると共に、ダイオードＤ２のカソードに接続されている。
また、ダイオードＤ２のカソードは、コンデンサＣ３を介して入力端子１２に接続されている。なお、このコンデンサＣ３は、電源電圧を安定させるためのものである。
ダイオードＤ２のアノードは、制御回路１５の駆動電源となる第３の巻線Ｎ３のドットのある側（巻き始め側）に接続されている。
また、第３の巻線Ｎ３のドットのない側（巻き終わり側）は、入力端子１２に接続されている。
ここで、第３の巻線Ｎ３は、トランスＴに設けられることで、２次巻線Ｎ２に係る電源出力電圧に応じた電圧が発生されるようになっている。
【００２３】
さらに、ダイオードＤ２のアノードは、電源出力検出回路１９に接続されている。
電源出力検出回路１９は、ダイオードＤ２のアノードに接続されたダイオードＤ３と、ダイオードＤ３のアノードに直列接続されたコンデンサＣ１とから構成され、コンデンサＣ１の他方側はトランスＴの第３の巻線Ｎ３のドットのない側に接続されていると共に、入力端子１２に接続されている。換言すれば、電源出力検出回路１９は、第３の巻線Ｎ３に並列に接続される。
【００２４】
また、制御回路１５の基準電圧端子には、ＮＰＮトランジスタからなる制御スイッチング素子Ｑ２のコレクタが接続されている。
制御スイッチング素子Ｑ２のエミッタは、抵抗Ｒ１０を介して入力端子１２に接続されている。
制御スイッチング素子Ｑ２のベースには、第３の抵抗である抵抗Ｒ３および第４の抵抗である抵抗Ｒ４が接続されており、抵抗Ｒ３の他方側は制御スイッチング素子Ｑ２のコレクタおよび制御回路１５の基準電圧端子に接続され、抵抗Ｒ４の他方側はダイオードＤ３のアノードとコンデンサＣ１との接続点に接続されている。つまり、制御スイッチング素子Ｑ２は、ベース（制御端子）が抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４との接続部位に接続され、エミッタ（電流路の一端）がスイッチング周波数設定回路１６に接続され、コレクタ（電流路の他端）が入力直流電圧の基準電位側に導通接続されている。
【００２５】
さらに、制御回路１５の基準電圧端子には、分圧回路１８が接続されている。
分圧回路１８は、基準電圧端子に接続された第１の抵抗である抵抗Ｒ１と、ダイオードＤ３とコンデンサＣ１との接続点に接続された第２の抵抗である抵抗Ｒ２とから構成される。具体的に、分圧回路１８は、スイッチング周波数設定回路１６に接続される抵抗Ｒ１に、抵抗Ｒ２の一端が直列接続されてなるものである。抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続部位は、制御回路１５の電流検出端子に接続されると共に、電流検出回路１７の抵抗Ｒ７に接続されている。
つまり、分圧回路１８は、抵抗Ｒ３および抵抗Ｒ４と並列にされて制御回路１５の基準電圧端子に接続されており、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ４は電源出力検出回路１９のコンデンサＣ１を介してグランド電位である入力端子１２に接続されている。
換言すれば、分圧回路１８は、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続部位に電流検出端子が接続され、抵抗Ｒ１とスイッチング周波数設定回路１６との接続部位に前記基準電圧端子が接続されるように設けられる。また、抵抗Ｒ３および抵抗Ｒ４は、一端が抵抗Ｒ１に接続される抵抗Ｒ２の他端と制御回路１５の基準電圧端子との間に直列接続されるように設けられる。
【００２６】
（スイッチング電源装置の動作）
上記のような構成を有するスイッチング電源装置１の動作を説明する。
先ず、制御回路１５の制御パルスにより主スイッチング素子Ｑ１がターンオンすると、１次巻線Ｎ１および２次巻線Ｎ２のドットのある側が夫々プラスの電位となる。この時、整流用素子であるダイオードＤ１により、２次巻線Ｎ２には電流は流れない。
その後、制御回路１５により、負荷などに合わせてＰＷＭ制御されて主スイッチング素子Ｑ１がターンオフする。これにより、２次巻線Ｎ２のドットのない側の端子にプラス電圧が発生し、同時に第３の巻線Ｎ３のドットのある側の端子にプラス電圧が発生する。そして、ダイオードＤ１を介して平滑用コンデンサＣ４が充電される。
このように、制御回路１５によってこの動作が繰り返されることにより、出力端子４１・４２間に接続された負荷抵抗Ｒ９に出力する。
【００２７】
一方、電源出力検出回路１９においては、コンデンサＣ１が充電されて出力電圧に比例した負の電圧が得られる。
そして、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４とにより分圧された電圧が、制御スイッチング素子Ｑ２のベースに印加される。
【００２８】
ここで、過電流によって電源出力電圧が所定の設定値以下に低下した場合、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４との分圧点の電位が次第に高くなる。つまり、制御スイッチング素子Ｑ２のベースの電位が次第に高くなっていく。この時、制御スイッチング素子Ｑ２のベース電位が、制御スイッチング素子Ｑ２のベース−エミッタ間の電位よりも大きくなった場合に、制御スイッチング素子Ｑ２がオフからオンに切り換わる。
なお、この制御スイッチング素子Ｑ２がオンに切り換わる電源出力電圧の設定値は、電源出力の過電流保護動作が制御回路１５により行われて出力電圧が低下している状態で、さらに過電流保護動作が必要な状態となる適宜の電圧に設定することができる。
【００２９】
これにより、制御スイッチング素子Ｑ２に、制御回路１５の基準電圧端子からスイッチング周波数設定回路１６の抵抗Ｒ５、コンデンサＣ２に流れる電流の一部がバイパスされる。
その結果、スイッチング周波数設定回路１６によって定められたスイッチング周波数が低下する。そのため、制御回路１５によって第１過電流保護動作が行われ、主スイッチング素子Ｑ１の駆動パルスのデューティ比が小さくなり、主スイッチング素子Ｑ１に流れる電流が抑えられる。
【００３０】
また、同時に、過電流によって電源出力電圧が所定の設定値以下に低下した場合、分圧回路１８における抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続部位（分圧点）の電位が高くなる。つまり、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続部位（分圧点）に、電源出力電圧に比例した電圧が印加されており、この電圧は電源出力電圧が上昇するほど、高くなる。
そして、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との分圧点に印加された電圧は、制御回路１５の電流検出端子に入力される。
これにより、過電流によって電源出力電圧が所定の設定値以下に低下した場合、制御回路１５によって第２過電流保護動作が行われ、制御回路１５の電流検出端子に入力された電圧に基づいて、主スイッチング素子Ｑ１に流れる電流が抑えられる。
このとき、制御回路１５の電流検出端子に、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続部位が接続されているため、制御回路１５が、電源出力検出回路１９が検出した電源出力電圧を分圧回路１８を介して検出することになる。これにより、周囲温度の変化による、電流検出端子の電圧変動を小さくすることができ、過電流保護動作のバラツキを抑制することができる。
【００３１】
このように、過電流によって電源出力電圧が所定の設定値以下に低下した場合、制御回路１５によって第１過電流保護動作および第２過電流保護動作の２段階の制御が行われ、過電流時に主スイッチング素子Ｑ１に流れるピーク電流をより絞り込むことができる。
例えば、図２に示すように、従来、電源出力電圧の低下に対して、破線で示したようなカーブで出力電流を抑えていたが、本実施形態に係るスイッチング電源装置１によれば、実線で示したようなカーブで、出力電流を抑えることができる。
【００３２】
以上のように、本実施形態に係るスイッチング電源装置によれば、制御回路１５が、電源出力電圧が所定の設定値以下に低下した場合に、制御スイッチング素子Ｑ２がオフからオンに切り換わってスイッチング周波数設定回路１６に流れる電流の一部がバイパスされ、スイッチング周波数が下がることによって、主スイッチング素子Ｑ１に流れる電流を抑える第１過電流保護動作と、電源出力電圧が所定の設定値以下に低下した場合に、分圧回路１８の電圧を電流検出端子から検出し、この電圧に基づいて主スイッチング素子Ｑ１に流れる電流を抑える第２過電流保護動作とをさらに行っている。
【００３３】
これによれば、電源出力電圧が所定の設定値以下に低下した場合、制御スイッチング素子Ｑ２がオンになり、スイッチング周波数設定回路１６に流れる電流の一部が制御スイッチング素子Ｑ２にバイパスされる。これにより、スイッチング周波数設定回路１６によって定められたスイッチング周波数が低下するため、制御回路１５によって主スイッチング素子Ｑ１の駆動パルスのデューティ比が小さくされ、主スイッチング素子Ｑ１に流れる電流が抑えられる。このように、制御回路１５の第１過電流保護動作によって、主スイッチング素子Ｑ１に流れる電流を抑えることで、トランスＴに対する過電流を抑えることができる。
一方、電源出力電圧が所定の設定値以下に低下した場合に、分圧回路１８の電圧が電流検出端子に入力される。
これにより、電源出力電圧に基づいて制御回路１５によって主スイッチング素子Ｑ１に流れる電流が抑えられる。このように、制御回路１５の第２過電流保護動作によって、主スイッチング素子Ｑ１に流れる電流を抑えることで、トランスＴに対する過電流を抑えることができる。
以上のように、制御回路１５は、トランスＴがオンされることに基づく第１過電流保護動作と、電圧検出回路１８から検出された電圧に基づく第２過電流保護動作を実行し、このような２段階の制御によって、トランスに対する過電流を抑える。そのため、スイッチング電源装置１の信頼性をより高いものとすることができる。これにより、トランスＴやトランス２次側の整流用素子Ｄ１を大きくする必要がなくなり、スイッチング電源装置１を小型化および軽量化することができる。
また、制御回路１５の電流検出端子に抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続部位が接続されているため、周囲温度の変化による、電流検出端子の電圧変動を小さくすることができ、過電流保護動作のバラツキを抑制することができる。
【００３４】
また、本実施形態に係るスイッチング電源装置１は、第３の巻線Ｎ３に並列に接続されるダイオードＤ３およびコンデンサＣ１から構成され、電源出力電圧を検出する電源出力検出回路１９をさらに備え、制御スイッチング素子Ｑ２は、ダイオードＤ３とコンデンサＣ１との接続点に接続された分圧回路１８の電圧に基づいてオンされる。
【００３５】
これによれば、電源出力電圧が所定の設定値以下に低下した場合に、電源出力検出回路１９のコンデンサＣ１には、電源出力電圧に比例した電圧が充電される。これに伴い、制御スイッチング素子Ｑ２にかかる電圧が変化してオンになり、スイッチング周波数設定回路１６に流れる電流の一部が制御スイッチング素子Ｑ２にバイパスされる。
そして、スイッチング周波数設定回路１６によって定められたスイッチング周波数が低下するため、制御回路１５によって主スイッチング素子Ｑ１の駆動パルスのデューティ比が小さくされ、主スイッチング素子Ｑ１に流れる電流が抑えられる。
【００３６】
以上、本発明の実施例を説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に本発明を限定するものではなく、具体的構成などは、適宜設計変更可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、過電流保護回路を備えたスイッチング電源装置に適用することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１ スイッチング電源装置
１０ スイッチング電源装置
１１ 入力端子
１２ 入力端子
１５ 制御回路
１６ スイッチング周波数設定回路
１７ 電流検出回路
１８ 分圧回路
１９ 電源出力検出回路
３１ 入力端子
３２ 入力端子
３５ 制御回路
３６ スイッチング周波数設定回路
３７ 電流検出回路
４１ 出力端子
４２ 出力端子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電圧を所望の電圧に変換するスイッチング電源装置であって、特に過電流保護回路を備えたスイッチング電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
過電流保護回路を備えたスイッチング電源装置として、例えば、図３（特許文献１の図３に相当）に示されるような、直流電源Ｅ２が接続される入力端子３１・３２間に、トランスＴ２の１次巻線Ｎ２１とＭＯＳ−ＦＥＴを用いた主スイッチング素子Ｑ２１とからなる直列回路が接続され、トランスＴ２の１次巻線Ｎ２１のドットのある側（巻き始め側）には、入力端子３１側に接続され、ドットのない側（巻き終わり側）には、主スイッチング素子Ｑ２１が接続されたスイッチング電源装置１０がある。
【０００３】
トランスＴ２の２次側回路においては、トランスＴ２の２次巻線Ｎ２２のドットのない側（巻き終わり側）と出力端子４１との間に、ダイオードＤ２１を用いた整流用素子が接続されている。出力端子４１・４２間には負荷抵抗Ｒ２９が接続される。負荷抵抗Ｒ２９の一方の端子が出力端子４１に接続される一方、負荷抵抗Ｒ２９の他方の端子が基準電位である出力端子４２に接続されている。そして、２次巻線Ｎ２２のドットのある側（巻き始め側）は、出力端子４２に接続されている。
また、トランスＴ２の２次巻線Ｎ２２および負荷抵抗Ｒ２９と並列に、平滑用コンデンサＣ２４が接続されている。
【０００４】
さらに、トランスＴ２の１次側回路には、制御回路３５が設けられている。
制御回路３５の基準電圧端子は、抵抗Ｒ２５とコンデンサＣ２２の直列回路からなるスイッチング周波数設定回路３６を介して、グランド電位である入力端子３２に接続されている。
制御回路３５のスイッチング周波数設定端子は、スイッチング周波数設定回路３６の抵抗Ｒ２５とコンデンサＣ２２との接続点に接続され、制御回路３５のＧＮＤ端子は、入力端子３２に接続されている。
【０００５】
制御回路３５の電流検出端子は、主スイッチング素子Ｑ２１のソースに抵抗Ｒ２７を介して接続されると共に、抵抗Ｒ２７および抵抗Ｒ２８を介して入力端子３２に接続されている。なお、抵抗Ｒ２７および抵抗Ｒ２８によって電流検出回路３７を構成しており、主スイッチング素子Ｑ２１に流れる電流を検出している。
また、制御回路３５の電流検出端子は、制御回路３５内で過電流保護回路（図示せず）に接続されており、電流検出回路３７から検出された電流を検出して過電流保護回路に検知させている。
また、制御回路３５の制御パルスを出力する駆動端子は、主スイッチング素子Ｑ２１のゲートに接続されている。
【０００６】
さらに、制御回路３５の電源端子は、抵抗Ｒ２６を介して入力端子３１に接続されると共に、ダイオードＤ２２のカソードに接続されている。
また、ダイオードＤ２２のカソードは、コンデンサＣ２３を介して入力端子３２に接続されている。
ダイオードＤ２２のアノードは、制御回路３５の駆動電源となる第３の巻線Ｎ２３のドットのある側（巻き始め側）に接続されている。
また、第３の巻線Ｎ２３のドットのない側（巻き終わり側）は、入力端子３２に接続されている。
【０００７】
以上のような構成を有するスイッチング電源装置１０は、制御回路３５により駆動される主スイッチング素子Ｑ２１がオン、オフし、主スイッチング素子Ｑ２１がターンオフしたときに、トランスＴ２の２次側回路の整流用素子であるダイオードＤ２１に電流が流れて平滑用コンデンサＣ２４を充電する。そして、この動作を繰り返すことによって、出力端子に接続された負荷抵抗Ｒ２９に電圧を出力できるようになっている。
【０００８】
しかしながら、上記のような構成を有するスイッチング電源装置１０において、過電流が発生した場合は、主スイッチング素子Ｑ２１に流れる電流のピーク値を検出して、それに基づき、制御回路３５によって主スイッチング素子Ｑ２１に流れる電流を抑えるだけである。
そのため、過電流により出力電圧の低下が続くと、出力電流が増加し続け、トランスＴ２の２次側回路におけるダイオードＤ２１やトランスＴ２の巻線に過大な電流が流れてしまう問題があった。したがって、トランスＴ２やダイオードＤ２１を大型化させる必要があり、スイッチング電源装置１０の小型化や低コスト化の妨げになっていた。
【０００９】
そこで、特許文献１には、図４（特許文献１の図２に相当）に示すような、出力電圧が低下した際の過電流を、過電流保護回路により効果的に抑制するスイッチング電源装置が開示されている。
図４におけるスイッチング電源装置３０は、トランスＴ２の１次側に、主スイッチング素子Ｑ３１の他にＮＰＮ型トランジスタＴｒ３２を有し、ＮＰＮ型トランジスタＴｒ３２のベースに抵抗Ｒ４２を接続し、エミッタに抵抗Ｒ３３を介して電流検出回路３７を接続すると共に、制御回路３５の電流検出端子を接続し、コレクタに抵抗Ｒ３５とコンデンサ３２からなるスイッチング周波数設定回路３６を介して制御回路３５のスイッチング周波数設定端子を接続している。
また、電源出力検出回路４２に接続された抵抗Ｒ４２とＲ４１との接続点がＮＰＮ型トランジスタＴｒ３２のベースに接続されている。
この図４におけるスイッチング電源装置３０によると、電源出力検出回路４２により電源出力電圧に比例した負の電圧が得られる。そして、抵抗Ｒ４１およびＲ４２の接続点の電位が電流検出端子の電位とＮＰＮ型トランジスタＴｒ３２のベース−エミッタ間電位を加算した値よりも大きくなると、ＮＰＮ型トランジスタＴｒ３２がオンし、スイッチング周波数設定回路３６に流れる電流がＮＰＮ型トランジスタＴｒ３２にバイパスされることによって、電流検出回路３７にその電流を検知させて制御回路３５が主スイッチング素子Ｑ３１に流れる電流を抑えるようになっている。
また、ＮＰＮ型トランジスタＱ３１がオンしてスイッチング周波数設定回路３６に流れる電流がバイパスされることによって、主スイッチング素子Ｑ３１を駆動するスイッチング周波数が低下し、主スイッチング素子Ｑ３１の駆動パルスのデューティ比を小さくすることによって主スイッチング素子Ｑ３１に流れる電流を抑えるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００４−３２０９１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
図４のスイッチング電源装置３０によると、電源出力検出回路３２により電源出力電圧に比例した負の電圧が得られ、抵抗Ｒ４１およびＲ４２の接続点の電位が電流検出端子の電位とＮＰＮ型トランジスタＴｒ３２のベース−エミッタ間電位を加算した値よりも大きくなると、ＮＰＮ型トランジスタＴｒ３２がオンし、スイッチング周波数設定回路１６に流れる電流がＮＰＮ型トランジスタＴｒ２にバイパスされることによって、電流検出回路１７にその電流を検知させて制御ＩＣが主スイッチング素子Ｑ１に流れる電流を抑えるようになっている。
しかしながら、上記の回路構成では、周囲温度の変化による、制御回路３５の電流検出端子の電圧変動を十分に抑制できるものとはいえなかった。
【００１２】
本発明は、過電流時において、周囲温度の変化による、制御回路の電流検出端子の電圧変動を十分に抑制でき、過電流保護動作のバラツキを抑制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】
【００１３】
本発明のスイッチング電源装置は、トランスの１次巻線に直列接続された主スイッチング素子により、入力端子間に印加される入力直流電圧を制御回路によるＰＷＭ制御の下にスイッチングし、前記トランスの２次巻線に誘起された電圧を直流化して得た電圧を出力電圧として出力端子間に接続された負荷に供給するスイッチング電源装置において、
前記制御回路のスイッチング周波数設定端子に接続され、前記主スイッチング素子のスイッチング周波数を定めるスイッチング周波数設定回路と、前記制御回路の電流検出端子に接続され、前記主スイッチング素子に流れる電流を検出する電流検出回路と、過電流により前記出力電圧が低下するとオフからオンに切り換わる制御スイッチング素子と、
をさらに備え、
前記制御回路は、前記電流検出回路を介して検出される前記主スイッチング素子に流れる電流が上昇し所定の閾値を超えると、過電流保護動作を実行するものであり、
前記トランスには、前記出力電圧に応じた電圧が発生する第３の巻線が設けられ、
前記第３の巻線の両端にはダイオードとコンデンサとが直列接続され、前記ダイオードと前記コンデンサとの接続部位と前記スイッチング周波数設定回路との間に、第１の抵抗と第２の抵抗とからなる直列回路と、第３の抵抗と第４の抵抗とからなる直列回路とが並列に接続され、前記第３の抵抗と前記第４の抵抗との接続部位に前記制御スイッチング素子の制御端子が接続され、前記制御スイッチング素子の電流路の一端が前記スイッチング周波数設定回路に接続され、前記制御スイッチング素子の電流路の他端が前記入力直流電圧の基準電位側に導通接続され、前記第１の抵抗と前記第２の抵抗との接続部位が前記制御回路の電流検出端子と前記電流検出回路とに接続され、
過電流により前記出力電圧が低下すると、前記第１の抵抗と前記第２の抵抗との接続部位の電位が上昇することにより、前記制御回路の電流検出端子の電圧を上昇させるとともに、前記第３の抵抗と前記第４の抵抗との接続部位の電位の上昇により前記制御スイッチング素子がオンし、前記スイッチング周波数設定回路のコンデンサから流れる充電電流の一部をバイパスさせ、前記主スイッチング素子のスイッチング周波数を低下させることを特徴とする。
【００１４】
上記の構成によれば、主スイッチング素子に流れる電流が上昇し所定の閾値を超えると、過電流保護動作が実行される。ここで、過電流により出力電圧が低下すると、
（１）第１の抵抗と第２の抵抗との接続部位の電位が上昇することにより、制御回路の電流検出端子の電圧が上昇する。これにより、過電流時に主スイッチング素子に流れる電流値が絞り込まれる。
（２）また、第３の抵抗と第４の抵抗との接続部位の電位の上昇により制御スイッチング素子がオンし、スイッチング周波数設定回路のコンデンサから流れる充電電流の一部がバイパスされ、主スイッチング素子のスイッチング周波数が低下する。これにより、主スイッチング素子の駆動パルスのデューティ比がさらに小さくなり、過電流時に主スイッチング素子に流れる電流値が絞り込まれる。
このように、上記（１）の作用と（２）の作用とにより、過電流時における主スイッチング素子に流れる電流値の絞り込みを速やかに行うことができ、過電流垂下特性を改善することができる。
しかも、制御回路の電流検出端子に第１の抵抗と前記第２の抵抗との接続部位を接続しているので、周囲温度の変化による電流検出端子の電圧変動を比較的小さく抑えることができる。これにより、周囲温度の変化による過電流保護動作のバラツキを抑え、過電流時の保護動作を確実に実行させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のスイッチング電源装置によると、電源出力電圧が所定の設定値以下に低下した場合に、制御スイッチング素子がオンになり、スイッチング周波数設定回路に流れる電流の一部が制御スイッチング素子にバイパスされる。これにより、スイッチング周波数設定回路によって定められたスイッチング周波数が低下するため、制御回路によって主スイッチング素子の駆動パルスのデューティ比が小さくされ、主スイッチング素子に流れる電流が抑えられる。
これにより、トランスやトランス２次側の整流用素子を大きくする必要がなくなり、スイッチング電源装置を小型化および軽量化することができる。
さらに、制御回路の電流検出端子に、第１の抵抗と第２の抵抗との接続部位が接続されているため、周囲温度の変化による、電流検出端子の電圧変動を小さくすることができ、過電流保護動作のバラツキを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施形態に係るスイッチング電源装置の回路図である。
【図２】本実施形態に係るスイッチング電源装置の過電流保護動作が働く状態の出力電圧と出力電流を示すグラフである。
【図３】従来のスイッチング電源装置の回路図である。
【図４】従来の他のスイッチング電源装置の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１８】
（スイッチング電源装置の回路構成）
図１に示すように、本実施形態に係るスイッチング電源装置１は、過電流保護回路を制御回路１５内に備えたものであり、直流電源Ｅに接続される入力端子１１・１２間に、トランスＴの１次巻線Ｎ１とＭＯＳＦＥＴの主スイッチング素子Ｑ１とからなる直列回路が接続されている。トランスＴの１次巻線Ｎ１のドットのある側（巻き始め側）は、入力端子１１側に接続され、ドットのない側（巻き終わり側）には、主スイッチング素子Ｑ１が接続されている。
【００１９】
トランスＴの２次側回路においては、トランスＴの２次巻線Ｎ２のドットのない側（巻き終わり側）に、整流用素子であるダイオードＤ１が負荷抵抗Ｒ９と直列に接続されており、負荷抵抗Ｒ９の一方の端子は基準電位であるグランド端子に接続されている。そして、２次巻線Ｎ２のドットのある側（巻き始め側）は、基準電位であるグランド電位に接続されている。
また、トランスＴ２の２次巻線Ｎ２および負荷抵抗Ｒ９と並列に、平滑用コンデンサＣ４が接続されている。
【００２０】
さらに、トランスＴの１次側回路には、制御回路１５が設けられている。制御回路１５は、一定の周期内で主スイッチング素子Ｑ１をＰＷＭ制御して過電流を抑える過電流保護動作を行うものであり、基準電圧端子、電源端子、駆動端子、スイッチング周波数設定端子、ＧＮＤ端子、および、電流検出端子を有している。
制御回路１５の基準電圧端子は、抵抗Ｒ５とコンデンサＣ２の直列回路からなるスイッチング周波数設定回路１６を介して、グランド電位である入力端子１２に接続されている。
スイッチング周波数設定回路１６の抵抗Ｒ５とコンデンサＣ２との接続点には、制御回路１５のスイッチング周波数設定端子が接続され、制御回路１５のＧＮＤ端子は、入力端子１２に接続されている。
【００２１】
制御回路１５の電流検出端子は、主スイッチング素子Ｑ１のソースに抵抗Ｒ７を介して接続されると共に、抵抗Ｒ７および抵抗Ｒ８を介して入力端子１２に接続されている。なお、抵抗Ｒ７および抵抗Ｒ８によって、電流検出回路１７を構成しており、主スイッチング素子Ｑ１に流れる電流を検出している。
また、制御回路１５の電流検出端子は、制御回路１５内で図示しない過電流保護回路に接続されており、電流検出回路１７から検出された電流を検出して過電流保護回路に検知させている。
また、制御回路１５の制御パルスを出力する駆動端子は、主スイッチング素子Ｑ１のゲートに接続されている。
【００２２】
さらに、制御回路１５の電源端子は、抵抗Ｒ６を介して入力端子１１に接続されると共に、ダイオードＤ２のカソードに接続されている。
また、ダイオードＤ２のカソードは、コンデンサＣ３を介して入力端子１２に接続されている。なお、このコンデンサＣ３は、電源電圧を安定させるためのものである。
ダイオードＤ２のアノードは、制御回路１５の駆動電源となる第３の巻線Ｎ３のドットのある側（巻き始め側）に接続されている。
また、第３の巻線Ｎ３のドットのない側（巻き終わり側）は、入力端子１２に接続されている。
ここで、第３の巻線Ｎ３は、トランスＴに設けられることで、２次巻線Ｎ２に係る電源出力電圧に応じた電圧が発生されるようになっている。
【００２３】
さらに、ダイオードＤ２のアノードは、電源出力検出回路１９に接続されている。
電源出力検出回路１９は、ダイオードＤ２のアノードに接続されたダイオードＤ３と、ダイオードＤ３のアノードに直列接続されたコンデンサＣ１とから構成され、コンデンサＣ１の他方側はトランスＴの第３の巻線Ｎ３のドットのない側に接続されていると共に、入力端子１２に接続されている。換言すれば、電源出力検出回路１９は、第３の巻線Ｎ３に並列に接続される。
【００２４】
また、制御回路１５の基準電圧端子には、ＮＰＮトランジスタからなる制御スイッチング素子Ｑ２のコレクタが接続されている。
制御スイッチング素子Ｑ２のエミッタは、抵抗Ｒ１０を介して入力端子１２に接続されている。
制御スイッチング素子Ｑ２のベースには、第３の抵抗である抵抗Ｒ３および第４の抵抗である抵抗Ｒ４が接続されており、抵抗Ｒ３の他方側は制御スイッチング素子Ｑ２のコレクタおよび制御回路１５の基準電圧端子に接続され、抵抗Ｒ４の他方側はダイオードＤ３のアノードとコンデンサＣ１との接続点に接続されている。つまり、制御スイッチング素子Ｑ２は、ベース（制御端子）が抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４との接続部位に接続され、エミッタ（電流路の一端）がスイッチング周波数設定回路１６に接続され、コレクタ（電流路の他端）が入力直流電圧の基準電位側に導通接続されている。
【００２５】
さらに、制御回路１５の基準電圧端子には、分圧回路１８が接続されている。
分圧回路１８は、基準電圧端子に接続された第１の抵抗である抵抗Ｒ１と、ダイオードＤ３とコンデンサＣ１との接続点に接続された第２の抵抗である抵抗Ｒ２とから構成される。具体的に、分圧回路１８は、スイッチング周波数設定回路１６に接続される抵抗Ｒ１に、抵抗Ｒ２の一端が直列接続されてなるものである。抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続部位は、制御回路１５の電流検出端子に接続されると共に、電流検出回路１７の抵抗Ｒ７に接続されている。
つまり、分圧回路１８は、抵抗Ｒ３および抵抗Ｒ４と並列にされて制御回路１５の基準電圧端子に接続されており、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ４は電源出力検出回路１９のコンデンサＣ１を介してグランド電位である入力端子１２に接続されている。
換言すれば、分圧回路１８は、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続部位に電流検出端子が接続され、抵抗Ｒ１とスイッチング周波数設定回路１６との接続部位に前記基準電圧端子が接続されるように設けられる。また、抵抗Ｒ３および抵抗Ｒ４は、一端が抵抗Ｒ１に接続される抵抗Ｒ２の他端と制御回路１５の基準電圧端子との間に直列接続されるように設けられる。
【００２６】
（スイッチング電源装置の動作）
上記のような構成を有するスイッチング電源装置１の動作を説明する。
先ず、制御回路１５の制御パルスにより主スイッチング素子Ｑ１がターンオンすると、１次巻線Ｎ１および２次巻線Ｎ２のドットのある側が夫々プラスの電位となる。この時、整流用素子であるダイオードＤ１により、２次巻線Ｎ２には電流は流れない。
その後、制御回路１５により、負荷などに合わせてＰＷＭ制御されて主スイッチング素子Ｑ１がターンオフする。これにより、２次巻線Ｎ２のドットのない側の端子にプラス電圧が発生し、同時に第３の巻線Ｎ３のドットのある側の端子にプラス電圧が発生する。そして、ダイオードＤ１を介して平滑用コンデンサＣ４が充電される。
このように、制御回路１５によってこの動作が繰り返されることにより、出力端子４１・４２間に接続された負荷抵抗Ｒ９に出力する。
【００２７】
一方、電源出力検出回路１９においては、コンデンサＣ１が充電されて出力電圧に比例した負の電圧が得られる。
そして、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４とにより分圧された電圧が、制御スイッチング素子Ｑ２のベースに印加される。
【００２８】
ここで、過電流によって電源出力電圧が所定の設定値以下に低下した場合、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４との分圧点の電位が次第に高くなる。つまり、制御スイッチング素子Ｑ２のベースの電位が次第に高くなっていく。この時、制御スイッチング素子Ｑ２のベース電位が、制御スイッチング素子Ｑ２のベース−エミッタ間の電位よりも大きくなった場合に、制御スイッチング素子Ｑ２がオフからオンに切り換わる。
なお、この制御スイッチング素子Ｑ２がオンに切り換わる電源出力電圧の設定値は、電源出力の過電流保護動作が制御回路１５により行われて出力電圧が低下している状態で、さらに過電流保護動作が必要な状態となる適宜の電圧に設定することができる。
【００２９】
これにより、制御スイッチング素子Ｑ２に、制御回路１５の基準電圧端子からスイッチング周波数設定回路１６の抵抗Ｒ５、コンデンサＣ２に流れる電流の一部がバイパスされる。
その結果、スイッチング周波数設定回路１６によって定められたスイッチング周波数が低下する。そのため、制御回路１５によって第１過電流保護動作が行われ、主スイッチング素子Ｑ１の駆動パルスのデューティ比が小さくなり、主スイッチング素子Ｑ１に流れる電流が抑えられる。
【００３０】
また、同時に、過電流によって電源出力電圧が所定の設定値以下に低下した場合、分圧回路１８における抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続部位（分圧点）の電位が高くなる。つまり、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続部位（分圧点）に、電源出力電圧に比例した電圧が印加されており、この電圧は電源出力電圧が上昇するほど、高くなる。
そして、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との分圧点に印加された電圧は、制御回路１５の電流検出端子に入力される。
これにより、過電流によって電源出力電圧が所定の設定値以下に低下した場合、制御回路１５によって第２過電流保護動作が行われ、制御回路１５の電流検出端子に入力された電圧に基づいて、主スイッチング素子Ｑ１に流れる電流が抑えられる。
このとき、制御回路１５の電流検出端子に、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続部位が接続されているため、制御回路１５が、電源出力検出回路１９が検出した電源出力電圧を分圧回路１８を介して検出することになる。これにより、周囲温度の変化による、電流検出端子の電圧変動を小さくすることができ、過電流保護動作のバラツキを抑制することができる。
【００３１】
このように、過電流によって電源出力電圧が所定の設定値以下に低下した場合、制御回路１５によって第１過電流保護動作および第２過電流保護動作の２段階の制御が行われ、過電流時に主スイッチング素子Ｑ１に流れるピーク電流をより絞り込むことができる。
例えば、図２に示すように、従来、電源出力電圧の低下に対して、破線で示したようなカーブで出力電流を抑えていたが、本実施形態に係るスイッチング電源装置１によれば、実線で示したようなカーブで、出力電流を抑えることができる。
【００３２】
以上のように、本実施形態に係るスイッチング電源装置によれば、制御回路１５が、電源出力電圧が所定の設定値以下に低下した場合に、制御スイッチング素子Ｑ２がオフからオンに切り換わってスイッチング周波数設定回路１６に流れる電流の一部がバイパスされ、スイッチング周波数が下がることによって、主スイッチング素子Ｑ１に流れる電流を抑える第１過電流保護動作と、電源出力電圧が所定の設定値以下に低下した場合に、分圧回路１８の電圧を電流検出端子から検出し、この電圧に基づいて主スイッチング素子Ｑ１に流れる電流を抑える第２過電流保護動作とをさらに行っている。
【００３３】
これによれば、電源出力電圧が所定の設定値以下に低下した場合、制御スイッチング素子Ｑ２がオンになり、スイッチング周波数設定回路１６に流れる電流の一部が制御スイッチング素子Ｑ２にバイパスされる。これにより、スイッチング周波数設定回路１６によって定められたスイッチング周波数が低下するため、制御回路１５によって主スイッチング素子Ｑ１の駆動パルスのデューティ比が小さくされ、主スイッチング素子Ｑ１に流れる電流が抑えられる。このように、制御回路１５の第１過電流保護動作によって、主スイッチング素子Ｑ１に流れる電流を抑えることで、トランスＴに対する過電流を抑えることができる。
一方、電源出力電圧が所定の設定値以下に低下した場合に、分圧回路１８の電圧が電流検出端子に入力される。
これにより、電源出力電圧に基づいて制御回路１５によって主スイッチング素子Ｑ１に流れる電流が抑えられる。このように、制御回路１５の第２過電流保護動作によって、主スイッチング素子Ｑ１に流れる電流を抑えることで、トランスＴに対する過電流を抑えることができる。
以上のように、制御回路１５は、トランスＴがオンされることに基づく第１過電流保護動作と、電圧検出回路１８から検出された電圧に基づく第２過電流保護動作を実行し、このような２段階の制御によって、トランスに対する過電流を抑える。そのため、スイッチング電源装置１の信頼性をより高いものとすることができる。これにより、トランスＴやトランス２次側の整流用素子Ｄ１を大きくする必要がなくなり、スイッチング電源装置１を小型化および軽量化することができる。
また、制御回路１５の電流検出端子に抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続部位が接続されているため、周囲温度の変化による、電流検出端子の電圧変動を小さくすることができ、過電流保護動作のバラツキを抑制することができる。
【００３４】
また、本実施形態に係るスイッチング電源装置１は、第３の巻線Ｎ３に並列に接続されるダイオードＤ３およびコンデンサＣ１から構成され、電源出力電圧を検出する電源出力検出回路１９をさらに備え、制御スイッチング素子Ｑ２は、ダイオードＤ３とコンデンサＣ１との接続点に接続された分圧回路１８の電圧に基づいてオンされる。
【００３５】
これによれば、電源出力電圧が所定の設定値以下に低下した場合に、電源出力検出回路１９のコンデンサＣ１には、電源出力電圧に比例した電圧が充電される。これに伴い、制御スイッチング素子Ｑ２にかかる電圧が変化してオンになり、スイッチング周波数設定回路１６に流れる電流の一部が制御スイッチング素子Ｑ２にバイパスされる。
そして、スイッチング周波数設定回路１６によって定められたスイッチング周波数が低下するため、制御回路１５によって主スイッチング素子Ｑ１の駆動パルスのデューティ比が小さくされ、主スイッチング素子Ｑ１に流れる電流が抑えられる。
【００３６】
以上、本発明の実施例を説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に本発明を限定するものではなく、具体的構成などは、適宜設計変更可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、過電流保護回路を備えたスイッチング電源装置に適用することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１ スイッチング電源装置
１０ スイッチング電源装置
１１ 入力端子
１２ 入力端子
１５ 制御回路
１６ スイッチング周波数設定回路
１７ 電流検出回路
１８ 分圧回路
１９ 電源出力検出回路
３１ 入力端子
３２ 入力端子
３５ 制御回路
３６ スイッチング周波数設定回路
３７ 電流検出回路
４１ 出力端子
４２ 出力端子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランスの１次巻線に直列接続された主スイッチング素子により、入力端子間に印加される入力直流電圧を制御回路によるＰＷＭ制御の下にスイッチングし、前記トランスの２次巻線に誘起された電圧を直流化して得た電圧を出力電圧として出力端子間に接続された負荷に供給するスイッチング電源装置において、
前記制御回路のスイッチング周波数設定端子に接続され、前記主スイッチング素子のスイッチング周波数を定めるスイッチング周波数設定回路と、
前記制御回路の電流検出端子に接続され、前記主スイッチング素子に流れる電流を検出する電流検出回路と、
過電流により前記出力電圧が低下するとオフからオンに切り換わる制御スイッチング素子と、
をさらに備え、
前記制御回路は、前記電流検出回路を介して検出される前記主スイッチング素子に流れる電流が上昇し所定の閾値を超えると、過電流保護動作を実行するものであり、
前記トランスには、前記出力電圧に応じた電圧が発生する第３の巻線が設けられ、
前記第３の巻線の両端にはダイオードとコンデンサとが直列接続され、前記ダイオードと前記コンデンサとの接続部位と前記スイッチング周波数設定回路との間に、第１の抵抗と第２の抵抗とからなる直列回路と、第３の抵抗と第４の抵抗とからなる直列回路とが並列に接続され、前記第３の抵抗と前記第４の抵抗との接続部位に前記制御スイッチング素子の制御端子が接続され、前記制御スイッチング素子の電流路の一端が前記スイッチング周波数設定回路に接続され、前記制御スイッチング素子の電流路の他端が前記入力直流電圧の基準電位側に導通接続され、前記第１の抵抗と前記第２の抵抗との接続部位が前記制御回路の電流検出端子と前記電流検出回路とに接続され、
過電流により前記出力電圧が低下すると、前記第１の抵抗と前記第２の抵抗との接続部位の電位が上昇することにより、前記制御回路の電流検出端子の電圧を上昇させるとともに、前記第３の抵抗と前記第４の抵抗との接続部位の電位の上昇により前記制御スイッチング素子がオンし、
前記スイッチング周波数設定回路のコンデンサから流れる充電電流の一部をバイパスさせ、前記主スイッチング素子のスイッチング周波数を低下させることを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項１】
トランスの１次巻線に直列接続された主スイッチング素子により、入力端子間に印加される入力直流電圧を制御回路によるＰＷＭ制御の下にスイッチングし、前記トランスの２次巻線に誘起された電圧を直流化して得た電圧を出力電圧として出力端子間に接続された負荷に供給するスイッチング電源装置において、
前記制御回路のスイッチング周波数設定端子に接続され、前記主スイッチング素子のスイッチング周波数を定めるスイッチング周波数設定回路と、
前記制御回路の電流検出端子に接続され、前記主スイッチング素子に流れる電流を検出する電流検出回路と、
過電流により前記出力電圧が低下するとオフからオンに切り換わる制御スイッチング素子と、
をさらに備え、
前記制御回路は、前記電流検出回路を介して検出される前記主スイッチング素子に流れる電流が上昇し所定の閾値を超えると、過電流保護動作を実行するものであり、
前記トランスには、前記出力電圧に応じた電圧が発生する第３の巻線が設けられ、
前記第３の巻線の両端にはダイオードとコンデンサとが直列接続され、前記ダイオードと前記コンデンサとの接続部位と前記スイッチング周波数設定回路との間に、第１の抵抗と第２の抵抗とからなる直列回路と、第３の抵抗と第４の抵抗とからなる直列回路とが並列に接続され、前記第３の抵抗と前記第４の抵抗との接続部位に前記制御スイッチング素子の制御端子が接続され、前記制御スイッチング素子の電流路の一端が前記スイッチング周波数設定回路に接続され、前記制御スイッチング素子の電流路の他端が前記入力直流電圧の基準電位側に導通接続され、前記第１の抵抗と前記第２の抵抗との接続部位が前記制御回路の電流検出端子と前記電流検出回路とに接続され、
過電流により前記出力電圧が低下すると、前記第１の抵抗と前記第２の抵抗との接続部位の電位が上昇することにより、前記制御回路の電流検出端子の電圧を上昇させるとともに、前記第３の抵抗と前記第４の抵抗との接続部位の電位の上昇により前記制御スイッチング素子がオンし、
前記スイッチング周波数設定回路のコンデンサから流れる充電電流の一部をバイパスさせ、前記主スイッチング素子のスイッチング周波数を低下させることを特徴とするスイッチング電源装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−２４９４９９（Ｐ２０１２−２４９４９９Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２１７７５（Ｐ２０１１−１２１７７５）
【出願日】平成２３年５月３１日（２０１１．５．３１）
【出願人】（０００００４６０６）ニチコン株式会社 (656)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月３１日（２０１１．５．３１）
【出願人】（０００００４６０６）ニチコン株式会社 (656)
【Ｆターム（参考）】
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