スイッチング電源装置
【課題】過負荷状態検出から所定時間経過後に動作を停止する制御部を備えたスイッチング電源装置において大型化することなく起動不良を防止する。
【解決手段】出力電圧に基づく電圧監視信号を入力する電圧監視端子を備え、電圧監視信号が所定の値に達したことを検出後、その状態が所定時間継続するとスイッチング動作のためのパルス出力を停止する制御部を備えたスイッチング電源装置であって、電圧監視端子に、電圧監視信号入力路と並列にコンデンサを接続したスイッチング電源装置。コンデンサと電圧監視端子との間にコンデンサの充電方向を順方向としたダイオードを挿入することができる。パルス出力が停止すると、コンデンサに蓄積された電荷を放電する放電回路をさらに備えるようにしてもよい。
【解決手段】出力電圧に基づく電圧監視信号を入力する電圧監視端子を備え、電圧監視信号が所定の値に達したことを検出後、その状態が所定時間継続するとスイッチング動作のためのパルス出力を停止する制御部を備えたスイッチング電源装置であって、電圧監視端子に、電圧監視信号入力路と並列にコンデンサを接続したスイッチング電源装置。コンデンサと電圧監視端子との間にコンデンサの充電方向を順方向としたダイオードを挿入することができる。パルス出力が停止すると、コンデンサに蓄積された電荷を放電する放電回路をさらに備えるようにしてもよい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング電源装置に関し、特に、過負荷状態検出から所定時間経過後に動作を停止する制御部を備えたスイッチング電源装置において起動不良を防止する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
スイッチング電源装置は、スイッチング素子を用いて直流電力を交流電力に変換してトランスの１次側に供給する。そして、トランスの２次側に伝達される交流電力を整流・平滑化することで所定の直流電力を得る電源装置である。
【０００３】
図３は、スイッチング電源装置として代表的なフライバック方式のスイッチング電源装置の従来の概略回路例を示す図である。本図に示すように従来のスイッチング電源装置３００は、トランスＴ１、スイッチング素子Ｑ１、起動抵抗Ｒ１、電流検出抵抗Ｒ２、制御ＩＣ３１０、出力部３２０、補助電源部３３０、出力電圧監視部３４０を備えており、直流電源Ｖｉｎから供給される直流電圧を直流電圧に変換して、出力部３２０からＶｏｕｔとして出力する。
【０００４】
トランスＴ１は、１次巻線ｎ１、２次巻線ｎ２０、補助巻線ｎ１１を備えており、１次巻線ｎ１に供給される交流電力を２次巻線ｎ２０、補助巻線ｎ１１に伝達する。スイッチング素子Ｑ１は、１次巻線ｎ１に接続されており、制御ＩＣ３１０の制御の下でスイッチング動作を行なうことにより、直流電源Ｖｉｎから供給される直流電源を１次巻線ｎ１に供給する。これにより、トランスＴ１の１次巻線ｎ１に交流電力が供給されることになる。
【０００５】
出力部３２０は、ダイオードＤ２０、コンデンサＣ２０からなる整流・平滑化回路を備えており、トランスＴ１の２次巻線ｎ２０に接続されて、２次巻線ｎ２０に伝達された交流電力を整流・平滑化して外部に出力する。
【０００６】
補助電源部３３０は、ダイオードＤ１１、コンデンサＣ１１からなる整流・平滑化回路を備えており、トランスＴ１の補助巻線ｎ１１に接続されて、補助巻線ｎ１１に伝達された交流電力を整流・平滑化して制御ＩＣ３１０の電源入力端子Ｖｃｃに出力する。
【０００７】
電流検出抵抗Ｒ２は、スイッチング素子Ｑ１および制御ＩＣ３１０の電流検出端子ＩＳに接続され、制御ＩＣ３１０が、トランスＴ１の１次巻線ｎ１に流れる電流を検出するために用いられる。
【０００８】
出力電圧監視部３４０は、抵抗Ｒ２１、フォトカプラＰＣ１の発光部、ツェナーダイオードＤ５が直列に接続されて構成され、出力部３２０の出力電圧Ｖｏｕｔを監視し、出力電圧Ｖｏｕｔに基づく電圧をフォトカプラＰＣ１の受光部から制御ＩＣ３１０のフィードバック端子ＦＢに出力する。具体的には、出力電圧Ｖｏｕｔが低下すると、フォトカプラＰＣ１の発光部の発光量が減少し、受光部の電流が減少または開放状態となるため、フィードバック端子ＦＢの電位が上昇する。逆に、出力電圧Ｖｏｕｔが上昇すると、フォトカプラＰＣ１の発光部の発光量が増加し、受光部の電流が増加するため、フィードバック端子ＦＢの電位が低下する。
【０００９】
スイッチング電源装置３００の起動時において、直流電源Ｖｉｎから電力が供給されると、起動抵抗Ｒ１を通じてコンデンサＣ１１の充電が開始され、制御ＩＣ３１０の電源入力端子Ｖｃｃの電位が上昇していく。そして、電源入力端子Ｖｃｃの電位が制御ＩＣ３１０の起動電圧に達すると、制御ＩＣ３１０は、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作を開始する。
【００１０】
これにより、トランスＴ１の１次巻線ｎ１、２次巻線ｎ２０、補助巻線ｎ１１に電圧が発生し、２次巻線ｎ２０に発生した電圧は、出力部３２０で整流・平滑化されＶｏｕｔとして出力される。補助巻線ｎ１１に発生した電圧は、補助電源部３３０で整流・平滑化され、制御ＩＣ３１０の電源入力端子Ｖｃｃに入力され、制御ＩＣ３１０の動作が安定して継続する。
【００１１】
一般に、スイッチング電源装置３００には、定格電力Ｗ１が定められており、出力電力Ｗ１内であれば、継続して出力することが可能である。一方で、一時的に出力可能であるが連続して出力することはできない電力として過負荷時保護電力（ＯＬＰ電力）Ｗ２が設定されている。過負荷時保護電力Ｗ２は、回路バラツキを考慮して定格電力Ｗ１の２倍程度に設定される。
【００１２】
制御ＩＣ３１０として用いられるＩＣチップの中には、過負荷（過電流）状態の過負荷時保護電力が所定時間継続すると、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作を一時的に停止して温度上昇等から部品を保護する機能を備えているものがある。
【００１３】
図４は、このような制御ＩＣ３１０の過負荷状態からの保護機能に関する構成を説明するブロック図である。
【００１４】
図４に示すように、制御ＩＣ３１０は、過負荷状態からの保護機能に関する構成として、スイッチング制御部３１１、電流検出部３１２、電圧検出部３１３、タイマ３１４を備えている。スイッチング制御部３１１は、通常の動作時において、電圧検出部３１３が検出する出力部３２０の出力電圧に基づいて、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作におけるパルス幅を制御する。
【００１５】
電流検出部３１２は、電流検出抵抗Ｒ２の電圧効果に基づいてトランスＴ１の１次巻線に流れる電流を検出し、スイッチング制御部３１１に通知する。スイッチング制御部３１１は、トランスＴ１の１次巻線に流れる電流が所定の基準値を超えると、出力電力を制限するため、スイッチング動作のパルス幅を絞る制御を行なう。
【００１６】
電圧検出部３１３は、フィードバック端子ＦＢの入力電圧に基づいて、出力部３２０の出力電圧Ｖｏｕｔを検出する。また、電圧検出部３１３は、トランスＴ１の１次巻線に流れる電流が所定の基準値を超えてスイッチング動作のパルス幅が絞られた結果、出力部３２０の出力電圧が低下し、フィードバック端子ＦＢの入力電圧が基準電圧値Ｖ１以上になると、過負荷状態と判定し、タイマ３１４を起動させる。なお、フィードバック端子ＦＢは、制御ＩＣ３１０の内部において抵抗を介して電源に接続されている。
【００１７】
タイマ３１４は、起動すると、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作を停止させるまでの第１基準時間と、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作を再開させるまでの第２基準時間を計時してスイッチング制御部３１１に通知する。スイッチング制御部３１１は、電圧検出部３１３により過負荷状態が検出されてから第１基準時間まで過負荷状態が継続するとパルス出力を停止し、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作を停止させる。そして、第２基準時間後に、パルス出力を再開し、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作を再開させる。
【００１８】
図５は、制御ＩＣ３１０の過負荷状態からの保護機能に関する動作を説明するフローチャートである。制御ＩＣ３１０は、負荷電流の増加を検出すると（Ｓ１０１：Ｙｅｓ）、出力電力を制限するため、スイッチング動作のパルス幅を絞る制御を行なう（Ｓ１０２）。
【００１９】
これにより、出力部３２０の出力電圧Ｖｏｕｔが低下し、フィードバック端子ＦＢの入力電圧が基準値Ｖ１を超えると（Ｓ１０３）、過負荷時保護電力状態と認識して、タイマ３１４がスタートする（Ｓ１０４）。
【００２０】
タイマ３１４が第１基準時間を計時するまで、負荷電流が正常に戻らない場合（Ｓ１０５：Ｎｏ、Ｓ１０６：Ｙｅｓ）は、保護のためパルス出力を停止し、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作を停止させる（Ｓ１０７）。
【００２１】
そして、タイマ３１４が第２基準時間を計時すると（Ｓ１０８：Ｙｅｓ）、パルス出力を再開し、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作を再開させる（Ｓ１０９）。
【００２２】
再開後も、過負荷状態であれば、パルス出力停止、パルス出力再開を繰り返す。これにより、使用している部品の過度な温度上昇等を抑えるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２３】
【特許文献１】特開２００９−２６８２２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
スイッチング電源装置３００の起動時に、制御ＩＣ３１０が動作を開始してから出力部３２０の出力電圧Ｖｏｕｔが規定の電圧まで上昇するまでは、フィードバック端子ＦＢの入力電圧が基準値Ｖ１を超えるため、過負荷時保護電力状態と判定され、タイマ３１４がスタートする。規定の出力電圧Ｖｏｕｔがそれほど高くなければ、第１基準時間内に規定の電圧値に達するため、過負荷時保護電力状態が解除されてスイッチング電源装置３００は正常に動作を開始することができる。
【００２５】
しかしながら、規定の出力電圧Ｖｏｕｔが高く、出力部３２０に大きな容量のコンデンサＣ２０が使用されていると、起動時にコンデンサＣ２０を充電するための大きな電力が必要となる。このため、出力電圧Ｖｏｕｔが第１基準時間内に規定の電圧値に達せず、過負荷時保護電力状態が継続してスイッチング動作が停止してしまい、スイッチング電源装置３００が起動不良を起こすおそれがある。
【００２６】
例えば、図６に示すように、時刻ｔ０において、電源入力端子Ｖｃｃの電圧が制御ＩＣ３１０の起動電圧Ｖｓに達し、制御ＩＣ３１０が起動してスイッチング動作のためのパルス出力を開始したとする。この時点で、出力電圧Ｖｏｕｔは０であるため、フィードバック端子ＦＢの入力電圧は基準値Ｖ１を超え、タイマ３１４がスタートする。
【００２７】
出力電圧Ｖｏｕｔの規定値Ｖ０が高く、コンデンサＣ２０の容量が大きい場合は、第１基準時間経過後の時刻ｔ１になっても出力電圧Ｖｏｕｔが規定値Ｖ０に達せず、制御ＩＣ３１０はパルス出力を停止し、出力電圧Ｖｏｕｔは低下する。第２基準時間経過後の時刻ｔ２にパルス出力を再開しても同じ状態が繰り返されるので、スイッチング電源装置３００は起動不良を起こしてしまう。
【００２８】
起動不良を回避するため、過負荷時保護電力Ｗ２を大きくし、大きな電力で起動させることが考えられる。しかしながら、より大きな電力を供給できる直流電源Ｖｉｎが必要になるに加え、大型のトランスＴ１が必要になり、スイッチング電源装置３００の大型化を招くことになる。また、一般に制御ＩＣ３１０は既製のＩＣチップが用いられるため設計変更を行なうことは容易でない。
【００２９】
そこで、本発明は、過負荷状態検出から所定時間経過後に動作を停止する制御部を備えたスイッチング電源装置において大型化することなく起動不良を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
上記課題を解決するため、本発明のスイッチング電源装置は、出力電圧に基づく電圧監視信号を入力する電圧監視端子を備え、前記電圧監視信号が所定の値に達したことを検出後、その状態が所定時間継続するとスイッチング動作のためのパルス出力を停止する制御部を備えたスイッチング電源装置であって、前記電圧監視端子に、前記電圧監視信号入力路と並列にコンデンサを接続したことを特徴とする。
【００３１】
前記コンデンサと前記電圧監視端子との間に前記コンデンサの充電方向を順方向としたダイオードを挿入するようにしてもよい。
【００３２】
また、前記パルス出力が停止すると、前記コンデンサに蓄積された電荷を放電する放電回路をさらに備えるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、過負荷状態検出から所定時間経過後に動作を停止する制御部を備えたスイッチング電源装置において大型化することなく起動不良を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本実施形態に係るスイッチング電源装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本実施形態に係るスイッチング電源装置の起動シーケンスを説明する図である。
【図３】フライバック方式のスイッチング電源装置の従来の概略回路例を示す図である。
【図４】制御ＩＣの過負荷状態からの保護機能に関する構成を説明するブロック図である。
【図５】制御ＩＣの過負荷状態からの保護機能に関する動作を説明するフローチャートである。
【図６】スイッチング電源装置の起動不良について説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係るスイッチング電源装置１００の構成を示すブロック図である。本図に示すようにスイッチング電源装置１００は、トランスＴ１、スイッチング素子Ｑ１、起動抵抗Ｒ１、電流検出抵抗Ｒ２、制御ＩＣ３１０、出力部１２０、補助電源部１３０、出力電圧監視部１４０、起動補助部１５０を備えており、直流電源Ｖｉｎから供給される直流電圧を直流電圧に変換して、出力部１２０からＶｏｕｔとして出力する。制御ＩＣ３１０は、従来の制御ＩＣ３１０と同じＩＣチップである。
【００３６】
トランスＴ１は、１次巻線ｎ１、２次巻線ｎ２０、補助巻線ｎ１１を備えており、１次巻線ｎ１に供給される交流電力を２次巻線ｎ２０、補助巻線ｎ１１に伝達する。スイッチング素子Ｑ１は、１次巻線ｎ１に接続されており、制御ＩＣ３１０の制御の下でスイッチング動作を行なうことにより、直流電源Ｖｉｎから供給される直流電源を１次巻線ｎ１に供給する。これにより、トランスＴ１の１次巻線ｎ１に交流電力が供給されることになる。なお、巻線の数を増やしてより多くの出力部を備えさせるようにしてもよい。
【００３７】
出力部１２０は、ダイオードＤ２０、コンデンサＣ２０からなる整流・平滑化回路を備えており、トランスＴ１の２次巻線ｎ２０に接続されて、２次巻線ｎ２０に伝達された交流電力を整流・平滑化して外部に出力する。
【００３８】
電流検出抵抗Ｒ２は、スイッチング素子Ｑ１および制御ＩＣ３１０の電流検出端子ＩＳに接続され、制御ＩＣ３１０が、トランスＴ１の１次巻線ｎ１に流れる電流を検出するために用いられる。
【００３９】
出力電圧監視部１４０は、抵抗Ｒ２１、フォトカプラＰＣ１の発光部、ツェナーダイオードＤ５が直列に接続されて構成され、出力部３２０の出力電圧Ｖｏｕｔを監視し、出力電圧Ｖｏｕｔに基づく電圧をフォトカプラＰＣ１の受光部から制御ＩＣ３１０のフィードバック端子ＦＢに出力する。具体的には、出力電圧Ｖｏｕｔが低いと、フォトカプラＰＣ１の発光部の発光量が減少し、受光部の電流が減少または開放状態となるため、フィードバック端子ＦＢの電位が上昇する。逆に、出力電圧Ｖｏｕｔが高いと、フォトカプラＰＣ１の発光部の発光量が増加し、受光部の電流が増加するため、フィードバック端子ＦＢの電位が低下する。このため、フィードバック端子ＦＢは、電圧監視信号を入力する電圧監視端子として機能する。
【００４０】
補助電源部１３０は、ダイオードＤ１１、コンデンサＣ１１からなる整流・平滑化回路を備えており、後述する起動補助部１５０のダイオードＤ１２、コンデンサＣ１２とともに、補助巻線ｎ１１に伝達された交流電力を整流・平滑化して制御ＩＣ３１０の電源入力端子Ｖｃｃに出力する。
【００４１】
起動補助部１５０は、スイッチング電源装置１００の起動不良を防止するために追加された回路であり、制御ＩＣ３１０の起動時にフィードバック端子ＦＢの電圧上昇を遅らせるコンデンサＣ１３と、通常動作時にコンデンサＣ１３をフィードバック端子ＦＢから切り離すためのダイオードＤ１３と、パルス停止時にコンデンサＣ１３の電荷を速やかに放電するためのダイオードＤ１４、抵抗Ｒ１２、コンデンサＣ１２を備えている。
【００４２】
本実施形態において、コンデンサＣ１３は、充電方向を順方向としたダイオードＤ１３を介してフィードバック端子ＦＢに接続される。また、ダイオードＤ１２とコンデンサＣ１２は、補助巻線ｎ１１に伝達された交流電力を整流・平滑化する回路としても機能し、抵抗Ｒ１２は、コンデンサＣ１２と並列に接続される。コンデンサＣ１３は、ダイオードＤ１３と並列に、放電方向を順方向としたダイオードＤ１４を介して抵抗Ｒ１２の一端に接続される。
【００４３】
従来のスイッチング電源装置３００では、制御ＩＣ３１０が動作を開始した瞬間、フォトカプラＰＣ１の受光部は開放状態であり、フィードバック端子ＦＢの入力電圧が制御ＩＣ３１０の起動と同時に基準値Ｖ１を超える。このため、過負荷時保護電力状態と判定され、即座にタイマ３１４がスタートする。タイマ３１４がスタートした後は、制御ＩＣ３１０の仕様に従って第１基準時間が計時されるため、パルスが停止するまでの時間を外部から制御することはできない。
【００４４】
そこで、本実施形態では、制御ＩＣ３１０の起動時にタイマ３１４のスタート時間を遅らせるようにし、このために、フォトカプラＰＣ１の受光部と並列にコンデンサＣ１３を接続している。これにより、フィードバック端子ＦＢの入力電圧が基準値Ｖ１に達するまでの時間を遅くすることができる。この結果、制御ＩＣ３１０が動作を開始してからタイマ３１４が第１基準時間を計測するまでの時間が従来よりも長くなる。この間に、出力部１２０のコンデンサＣ２０が充電され、出力電圧Ｖｏｕｔが規定値まで上昇することにより、過負荷時保護電力状態が解除されるので、スイッチング電源装置１００は、正常に起動することができるようになる。
【００４５】
例えば、図２に示すように、直流電源Ｖｉｎから電力が供給され、時刻ｔ０において、電源入力端子Ｖｃｃの電圧が制御ＩＣ３１０の起動電圧Ｖｓに達し、スイッチング動作のためのパルス出力を開始したとする。この時点で、出力電圧Ｖｏｕｔは０であるため、フィードバック端子ＦＢの入力電圧が上昇するが、コンデンサＣ１３の影響により、上昇速度が抑えられる。このため、基準値Ｖ１に達するまでの時間を遅らせることができる。
【００４６】
時刻ｔ３にフィードバック端子ＦＢの入力電圧が基準値Ｖ１に達してタイマ３１４がスタートするが、この時点で出力電圧Ｖｏｕｔは上昇している。このため、第１基準時間が経過する時刻ｔ５よりも前の時刻ｔ４に出力電圧Ｖｏｕｔは規定値Ｖ０に達することができる。この結果、フィードバック端子ＦＢの入力電圧が低下して、過負荷時保護電力状態が解除されるため、スイッチング動作のためのパルスの出力が継続し、スイッチング電源装置１００は正常に起動することができる。
【００４７】
なお、コンデンサＣ１３は、直接フィードバック端子ＦＢに接続すると通常動作時において、出力部１２０の出力電圧Ｖｏｕｔが変化した場合の応答特性を遅らせる要因となる。このため、本実施形態では、ダイオードＤ１３を介してフィードバック端子ＦＢに接続している。通常動作時において、フィードバック端子ＦＢの入力電圧は、基準値Ｖ１よりも低い値となるため、ダイオードＤ１３を挿入することにより、通常動作時はコンデンサＣ１３がフィードバック端子ＦＢから切り離されることになる。したがって、出力電圧Ｖｏｕｔが変化した場合の応答特性への悪影響は生じない。
【００４８】
また、正常起動後に過負荷時保護電力状態が継続してパルスを停止した後、パルスを再開する際に、コンデンサＣ１３が既に充電状態にあると、タイマ３１４のスタート時間を十分に遅らせることができない。
【００４９】
このため、パルス出力が停止して、スイッチング動作が停止すると、速やかにコンデンサＣ１３の電荷を放電する必要がある。そこで、放電用のダイオードＤ１４を電源入力端子Ｖｃｃに接続し、パルス出力が停止した場合には、コンデンサＣ１１に並列に接続された抵抗Ｒ１２を経由してコンデンサＣ１３の電荷を放電するようにしている。ただし、コンデンサＣ１１の容量が大きい場合には、コンデンサＣ１３の電荷を速やかに放電することができないため、本実施形態では小容量のコンデンサＣ１２を抵抗Ｒ１２と並列に接続し、ダイオードＤ１２とともに整流・平滑化回路を構成している。このため、整流・平滑化回路が補助電源部１３０との２段構成となっている。ただし、速やかにコンデンサＣ１３の電荷を放電する回路は一例であり、別回路で実現してもよい。
【００５０】
以上説明したように、本実施形態のスイッチング電源装置１００によれば、コンデンサＣ１３を用いて、起動時にフィードバック端子ＦＢの電圧上昇を遅らせることにより、タイマ３１４のスタート時間を遅らせるようにしている。このため、出力部１２０の出力電圧Ｖｏｕｔが規定値に達するまでの時間を確保することができ、大型化することなく起動不良を防止することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１００…スイッチング電源装置
１２０…出力部
１３０…補助電源部
１４０…出力電圧監視部
１５０…起動補助部
３００…スイッチング電源装置
３１０…制御ＩＣ
３１１…スイッチング制御部
３１２…電流検出部
３１３…電圧検出部
３１４…タイマ
３２０…出力部
３３０…補助電源部
３４０…出力電圧監視部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング電源装置に関し、特に、過負荷状態検出から所定時間経過後に動作を停止する制御部を備えたスイッチング電源装置において起動不良を防止する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
スイッチング電源装置は、スイッチング素子を用いて直流電力を交流電力に変換してトランスの１次側に供給する。そして、トランスの２次側に伝達される交流電力を整流・平滑化することで所定の直流電力を得る電源装置である。
【０００３】
図３は、スイッチング電源装置として代表的なフライバック方式のスイッチング電源装置の従来の概略回路例を示す図である。本図に示すように従来のスイッチング電源装置３００は、トランスＴ１、スイッチング素子Ｑ１、起動抵抗Ｒ１、電流検出抵抗Ｒ２、制御ＩＣ３１０、出力部３２０、補助電源部３３０、出力電圧監視部３４０を備えており、直流電源Ｖｉｎから供給される直流電圧を直流電圧に変換して、出力部３２０からＶｏｕｔとして出力する。
【０００４】
トランスＴ１は、１次巻線ｎ１、２次巻線ｎ２０、補助巻線ｎ１１を備えており、１次巻線ｎ１に供給される交流電力を２次巻線ｎ２０、補助巻線ｎ１１に伝達する。スイッチング素子Ｑ１は、１次巻線ｎ１に接続されており、制御ＩＣ３１０の制御の下でスイッチング動作を行なうことにより、直流電源Ｖｉｎから供給される直流電源を１次巻線ｎ１に供給する。これにより、トランスＴ１の１次巻線ｎ１に交流電力が供給されることになる。
【０００５】
出力部３２０は、ダイオードＤ２０、コンデンサＣ２０からなる整流・平滑化回路を備えており、トランスＴ１の２次巻線ｎ２０に接続されて、２次巻線ｎ２０に伝達された交流電力を整流・平滑化して外部に出力する。
【０００６】
補助電源部３３０は、ダイオードＤ１１、コンデンサＣ１１からなる整流・平滑化回路を備えており、トランスＴ１の補助巻線ｎ１１に接続されて、補助巻線ｎ１１に伝達された交流電力を整流・平滑化して制御ＩＣ３１０の電源入力端子Ｖｃｃに出力する。
【０００７】
電流検出抵抗Ｒ２は、スイッチング素子Ｑ１および制御ＩＣ３１０の電流検出端子ＩＳに接続され、制御ＩＣ３１０が、トランスＴ１の１次巻線ｎ１に流れる電流を検出するために用いられる。
【０００８】
出力電圧監視部３４０は、抵抗Ｒ２１、フォトカプラＰＣ１の発光部、ツェナーダイオードＤ５が直列に接続されて構成され、出力部３２０の出力電圧Ｖｏｕｔを監視し、出力電圧Ｖｏｕｔに基づく電圧をフォトカプラＰＣ１の受光部から制御ＩＣ３１０のフィードバック端子ＦＢに出力する。具体的には、出力電圧Ｖｏｕｔが低下すると、フォトカプラＰＣ１の発光部の発光量が減少し、受光部の電流が減少または開放状態となるため、フィードバック端子ＦＢの電位が上昇する。逆に、出力電圧Ｖｏｕｔが上昇すると、フォトカプラＰＣ１の発光部の発光量が増加し、受光部の電流が増加するため、フィードバック端子ＦＢの電位が低下する。
【０００９】
スイッチング電源装置３００の起動時において、直流電源Ｖｉｎから電力が供給されると、起動抵抗Ｒ１を通じてコンデンサＣ１１の充電が開始され、制御ＩＣ３１０の電源入力端子Ｖｃｃの電位が上昇していく。そして、電源入力端子Ｖｃｃの電位が制御ＩＣ３１０の起動電圧に達すると、制御ＩＣ３１０は、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作を開始する。
【００１０】
これにより、トランスＴ１の１次巻線ｎ１、２次巻線ｎ２０、補助巻線ｎ１１に電圧が発生し、２次巻線ｎ２０に発生した電圧は、出力部３２０で整流・平滑化されＶｏｕｔとして出力される。補助巻線ｎ１１に発生した電圧は、補助電源部３３０で整流・平滑化され、制御ＩＣ３１０の電源入力端子Ｖｃｃに入力され、制御ＩＣ３１０の動作が安定して継続する。
【００１１】
一般に、スイッチング電源装置３００には、定格電力Ｗ１が定められており、出力電力Ｗ１内であれば、継続して出力することが可能である。一方で、一時的に出力可能であるが連続して出力することはできない電力として過負荷時保護電力（ＯＬＰ電力）Ｗ２が設定されている。過負荷時保護電力Ｗ２は、回路バラツキを考慮して定格電力Ｗ１の２倍程度に設定される。
【００１２】
制御ＩＣ３１０として用いられるＩＣチップの中には、過負荷（過電流）状態の過負荷時保護電力が所定時間継続すると、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作を一時的に停止して温度上昇等から部品を保護する機能を備えているものがある。
【００１３】
図４は、このような制御ＩＣ３１０の過負荷状態からの保護機能に関する構成を説明するブロック図である。
【００１４】
図４に示すように、制御ＩＣ３１０は、過負荷状態からの保護機能に関する構成として、スイッチング制御部３１１、電流検出部３１２、電圧検出部３１３、タイマ３１４を備えている。スイッチング制御部３１１は、通常の動作時において、電圧検出部３１３が検出する出力部３２０の出力電圧に基づいて、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作におけるパルス幅を制御する。
【００１５】
電流検出部３１２は、電流検出抵抗Ｒ２の電圧効果に基づいてトランスＴ１の１次巻線に流れる電流を検出し、スイッチング制御部３１１に通知する。スイッチング制御部３１１は、トランスＴ１の１次巻線に流れる電流が所定の基準値を超えると、出力電力を制限するため、スイッチング動作のパルス幅を絞る制御を行なう。
【００１６】
電圧検出部３１３は、フィードバック端子ＦＢの入力電圧に基づいて、出力部３２０の出力電圧Ｖｏｕｔを検出する。また、電圧検出部３１３は、トランスＴ１の１次巻線に流れる電流が所定の基準値を超えてスイッチング動作のパルス幅が絞られた結果、出力部３２０の出力電圧が低下し、フィードバック端子ＦＢの入力電圧が基準電圧値Ｖ１以上になると、過負荷状態と判定し、タイマ３１４を起動させる。なお、フィードバック端子ＦＢは、制御ＩＣ３１０の内部において抵抗を介して電源に接続されている。
【００１７】
タイマ３１４は、起動すると、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作を停止させるまでの第１基準時間と、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作を再開させるまでの第２基準時間を計時してスイッチング制御部３１１に通知する。スイッチング制御部３１１は、電圧検出部３１３により過負荷状態が検出されてから第１基準時間まで過負荷状態が継続するとパルス出力を停止し、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作を停止させる。そして、第２基準時間後に、パルス出力を再開し、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作を再開させる。
【００１８】
図５は、制御ＩＣ３１０の過負荷状態からの保護機能に関する動作を説明するフローチャートである。制御ＩＣ３１０は、負荷電流の増加を検出すると（Ｓ１０１：Ｙｅｓ）、出力電力を制限するため、スイッチング動作のパルス幅を絞る制御を行なう（Ｓ１０２）。
【００１９】
これにより、出力部３２０の出力電圧Ｖｏｕｔが低下し、フィードバック端子ＦＢの入力電圧が基準値Ｖ１を超えると（Ｓ１０３）、過負荷時保護電力状態と認識して、タイマ３１４がスタートする（Ｓ１０４）。
【００２０】
タイマ３１４が第１基準時間を計時するまで、負荷電流が正常に戻らない場合（Ｓ１０５：Ｎｏ、Ｓ１０６：Ｙｅｓ）は、保護のためパルス出力を停止し、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作を停止させる（Ｓ１０７）。
【００２１】
そして、タイマ３１４が第２基準時間を計時すると（Ｓ１０８：Ｙｅｓ）、パルス出力を再開し、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作を再開させる（Ｓ１０９）。
【００２２】
再開後も、過負荷状態であれば、パルス出力停止、パルス出力再開を繰り返す。これにより、使用している部品の過度な温度上昇等を抑えるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２３】
【特許文献１】特開２００９−２６８２２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
スイッチング電源装置３００の起動時に、制御ＩＣ３１０が動作を開始してから出力部３２０の出力電圧Ｖｏｕｔが規定の電圧まで上昇するまでは、フィードバック端子ＦＢの入力電圧が基準値Ｖ１を超えるため、過負荷時保護電力状態と判定され、タイマ３１４がスタートする。規定の出力電圧Ｖｏｕｔがそれほど高くなければ、第１基準時間内に規定の電圧値に達するため、過負荷時保護電力状態が解除されてスイッチング電源装置３００は正常に動作を開始することができる。
【００２５】
しかしながら、規定の出力電圧Ｖｏｕｔが高く、出力部３２０に大きな容量のコンデンサＣ２０が使用されていると、起動時にコンデンサＣ２０を充電するための大きな電力が必要となる。このため、出力電圧Ｖｏｕｔが第１基準時間内に規定の電圧値に達せず、過負荷時保護電力状態が継続してスイッチング動作が停止してしまい、スイッチング電源装置３００が起動不良を起こすおそれがある。
【００２６】
例えば、図６に示すように、時刻ｔ０において、電源入力端子Ｖｃｃの電圧が制御ＩＣ３１０の起動電圧Ｖｓに達し、制御ＩＣ３１０が起動してスイッチング動作のためのパルス出力を開始したとする。この時点で、出力電圧Ｖｏｕｔは０であるため、フィードバック端子ＦＢの入力電圧は基準値Ｖ１を超え、タイマ３１４がスタートする。
【００２７】
出力電圧Ｖｏｕｔの規定値Ｖ０が高く、コンデンサＣ２０の容量が大きい場合は、第１基準時間経過後の時刻ｔ１になっても出力電圧Ｖｏｕｔが規定値Ｖ０に達せず、制御ＩＣ３１０はパルス出力を停止し、出力電圧Ｖｏｕｔは低下する。第２基準時間経過後の時刻ｔ２にパルス出力を再開しても同じ状態が繰り返されるので、スイッチング電源装置３００は起動不良を起こしてしまう。
【００２８】
起動不良を回避するため、過負荷時保護電力Ｗ２を大きくし、大きな電力で起動させることが考えられる。しかしながら、より大きな電力を供給できる直流電源Ｖｉｎが必要になるに加え、大型のトランスＴ１が必要になり、スイッチング電源装置３００の大型化を招くことになる。また、一般に制御ＩＣ３１０は既製のＩＣチップが用いられるため設計変更を行なうことは容易でない。
【００２９】
そこで、本発明は、過負荷状態検出から所定時間経過後に動作を停止する制御部を備えたスイッチング電源装置において大型化することなく起動不良を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
上記課題を解決するため、本発明のスイッチング電源装置は、出力電圧に基づく電圧監視信号を入力する電圧監視端子を備え、前記電圧監視信号が所定の値に達したことを検出後、その状態が所定時間継続するとスイッチング動作のためのパルス出力を停止する制御部を備えたスイッチング電源装置であって、前記電圧監視端子に、前記電圧監視信号入力路と並列にコンデンサを接続したことを特徴とする。
【００３１】
前記コンデンサと前記電圧監視端子との間に前記コンデンサの充電方向を順方向としたダイオードを挿入するようにしてもよい。
【００３２】
また、前記パルス出力が停止すると、前記コンデンサに蓄積された電荷を放電する放電回路をさらに備えるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、過負荷状態検出から所定時間経過後に動作を停止する制御部を備えたスイッチング電源装置において大型化することなく起動不良を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本実施形態に係るスイッチング電源装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本実施形態に係るスイッチング電源装置の起動シーケンスを説明する図である。
【図３】フライバック方式のスイッチング電源装置の従来の概略回路例を示す図である。
【図４】制御ＩＣの過負荷状態からの保護機能に関する構成を説明するブロック図である。
【図５】制御ＩＣの過負荷状態からの保護機能に関する動作を説明するフローチャートである。
【図６】スイッチング電源装置の起動不良について説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係るスイッチング電源装置１００の構成を示すブロック図である。本図に示すようにスイッチング電源装置１００は、トランスＴ１、スイッチング素子Ｑ１、起動抵抗Ｒ１、電流検出抵抗Ｒ２、制御ＩＣ３１０、出力部１２０、補助電源部１３０、出力電圧監視部１４０、起動補助部１５０を備えており、直流電源Ｖｉｎから供給される直流電圧を直流電圧に変換して、出力部１２０からＶｏｕｔとして出力する。制御ＩＣ３１０は、従来の制御ＩＣ３１０と同じＩＣチップである。
【００３６】
トランスＴ１は、１次巻線ｎ１、２次巻線ｎ２０、補助巻線ｎ１１を備えており、１次巻線ｎ１に供給される交流電力を２次巻線ｎ２０、補助巻線ｎ１１に伝達する。スイッチング素子Ｑ１は、１次巻線ｎ１に接続されており、制御ＩＣ３１０の制御の下でスイッチング動作を行なうことにより、直流電源Ｖｉｎから供給される直流電源を１次巻線ｎ１に供給する。これにより、トランスＴ１の１次巻線ｎ１に交流電力が供給されることになる。なお、巻線の数を増やしてより多くの出力部を備えさせるようにしてもよい。
【００３７】
出力部１２０は、ダイオードＤ２０、コンデンサＣ２０からなる整流・平滑化回路を備えており、トランスＴ１の２次巻線ｎ２０に接続されて、２次巻線ｎ２０に伝達された交流電力を整流・平滑化して外部に出力する。
【００３８】
電流検出抵抗Ｒ２は、スイッチング素子Ｑ１および制御ＩＣ３１０の電流検出端子ＩＳに接続され、制御ＩＣ３１０が、トランスＴ１の１次巻線ｎ１に流れる電流を検出するために用いられる。
【００３９】
出力電圧監視部１４０は、抵抗Ｒ２１、フォトカプラＰＣ１の発光部、ツェナーダイオードＤ５が直列に接続されて構成され、出力部３２０の出力電圧Ｖｏｕｔを監視し、出力電圧Ｖｏｕｔに基づく電圧をフォトカプラＰＣ１の受光部から制御ＩＣ３１０のフィードバック端子ＦＢに出力する。具体的には、出力電圧Ｖｏｕｔが低いと、フォトカプラＰＣ１の発光部の発光量が減少し、受光部の電流が減少または開放状態となるため、フィードバック端子ＦＢの電位が上昇する。逆に、出力電圧Ｖｏｕｔが高いと、フォトカプラＰＣ１の発光部の発光量が増加し、受光部の電流が増加するため、フィードバック端子ＦＢの電位が低下する。このため、フィードバック端子ＦＢは、電圧監視信号を入力する電圧監視端子として機能する。
【００４０】
補助電源部１３０は、ダイオードＤ１１、コンデンサＣ１１からなる整流・平滑化回路を備えており、後述する起動補助部１５０のダイオードＤ１２、コンデンサＣ１２とともに、補助巻線ｎ１１に伝達された交流電力を整流・平滑化して制御ＩＣ３１０の電源入力端子Ｖｃｃに出力する。
【００４１】
起動補助部１５０は、スイッチング電源装置１００の起動不良を防止するために追加された回路であり、制御ＩＣ３１０の起動時にフィードバック端子ＦＢの電圧上昇を遅らせるコンデンサＣ１３と、通常動作時にコンデンサＣ１３をフィードバック端子ＦＢから切り離すためのダイオードＤ１３と、パルス停止時にコンデンサＣ１３の電荷を速やかに放電するためのダイオードＤ１４、抵抗Ｒ１２、コンデンサＣ１２を備えている。
【００４２】
本実施形態において、コンデンサＣ１３は、充電方向を順方向としたダイオードＤ１３を介してフィードバック端子ＦＢに接続される。また、ダイオードＤ１２とコンデンサＣ１２は、補助巻線ｎ１１に伝達された交流電力を整流・平滑化する回路としても機能し、抵抗Ｒ１２は、コンデンサＣ１２と並列に接続される。コンデンサＣ１３は、ダイオードＤ１３と並列に、放電方向を順方向としたダイオードＤ１４を介して抵抗Ｒ１２の一端に接続される。
【００４３】
従来のスイッチング電源装置３００では、制御ＩＣ３１０が動作を開始した瞬間、フォトカプラＰＣ１の受光部は開放状態であり、フィードバック端子ＦＢの入力電圧が制御ＩＣ３１０の起動と同時に基準値Ｖ１を超える。このため、過負荷時保護電力状態と判定され、即座にタイマ３１４がスタートする。タイマ３１４がスタートした後は、制御ＩＣ３１０の仕様に従って第１基準時間が計時されるため、パルスが停止するまでの時間を外部から制御することはできない。
【００４４】
そこで、本実施形態では、制御ＩＣ３１０の起動時にタイマ３１４のスタート時間を遅らせるようにし、このために、フォトカプラＰＣ１の受光部と並列にコンデンサＣ１３を接続している。これにより、フィードバック端子ＦＢの入力電圧が基準値Ｖ１に達するまでの時間を遅くすることができる。この結果、制御ＩＣ３１０が動作を開始してからタイマ３１４が第１基準時間を計測するまでの時間が従来よりも長くなる。この間に、出力部１２０のコンデンサＣ２０が充電され、出力電圧Ｖｏｕｔが規定値まで上昇することにより、過負荷時保護電力状態が解除されるので、スイッチング電源装置１００は、正常に起動することができるようになる。
【００４５】
例えば、図２に示すように、直流電源Ｖｉｎから電力が供給され、時刻ｔ０において、電源入力端子Ｖｃｃの電圧が制御ＩＣ３１０の起動電圧Ｖｓに達し、スイッチング動作のためのパルス出力を開始したとする。この時点で、出力電圧Ｖｏｕｔは０であるため、フィードバック端子ＦＢの入力電圧が上昇するが、コンデンサＣ１３の影響により、上昇速度が抑えられる。このため、基準値Ｖ１に達するまでの時間を遅らせることができる。
【００４６】
時刻ｔ３にフィードバック端子ＦＢの入力電圧が基準値Ｖ１に達してタイマ３１４がスタートするが、この時点で出力電圧Ｖｏｕｔは上昇している。このため、第１基準時間が経過する時刻ｔ５よりも前の時刻ｔ４に出力電圧Ｖｏｕｔは規定値Ｖ０に達することができる。この結果、フィードバック端子ＦＢの入力電圧が低下して、過負荷時保護電力状態が解除されるため、スイッチング動作のためのパルスの出力が継続し、スイッチング電源装置１００は正常に起動することができる。
【００４７】
なお、コンデンサＣ１３は、直接フィードバック端子ＦＢに接続すると通常動作時において、出力部１２０の出力電圧Ｖｏｕｔが変化した場合の応答特性を遅らせる要因となる。このため、本実施形態では、ダイオードＤ１３を介してフィードバック端子ＦＢに接続している。通常動作時において、フィードバック端子ＦＢの入力電圧は、基準値Ｖ１よりも低い値となるため、ダイオードＤ１３を挿入することにより、通常動作時はコンデンサＣ１３がフィードバック端子ＦＢから切り離されることになる。したがって、出力電圧Ｖｏｕｔが変化した場合の応答特性への悪影響は生じない。
【００４８】
また、正常起動後に過負荷時保護電力状態が継続してパルスを停止した後、パルスを再開する際に、コンデンサＣ１３が既に充電状態にあると、タイマ３１４のスタート時間を十分に遅らせることができない。
【００４９】
このため、パルス出力が停止して、スイッチング動作が停止すると、速やかにコンデンサＣ１３の電荷を放電する必要がある。そこで、放電用のダイオードＤ１４を電源入力端子Ｖｃｃに接続し、パルス出力が停止した場合には、コンデンサＣ１１に並列に接続された抵抗Ｒ１２を経由してコンデンサＣ１３の電荷を放電するようにしている。ただし、コンデンサＣ１１の容量が大きい場合には、コンデンサＣ１３の電荷を速やかに放電することができないため、本実施形態では小容量のコンデンサＣ１２を抵抗Ｒ１２と並列に接続し、ダイオードＤ１２とともに整流・平滑化回路を構成している。このため、整流・平滑化回路が補助電源部１３０との２段構成となっている。ただし、速やかにコンデンサＣ１３の電荷を放電する回路は一例であり、別回路で実現してもよい。
【００５０】
以上説明したように、本実施形態のスイッチング電源装置１００によれば、コンデンサＣ１３を用いて、起動時にフィードバック端子ＦＢの電圧上昇を遅らせることにより、タイマ３１４のスタート時間を遅らせるようにしている。このため、出力部１２０の出力電圧Ｖｏｕｔが規定値に達するまでの時間を確保することができ、大型化することなく起動不良を防止することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１００…スイッチング電源装置
１２０…出力部
１３０…補助電源部
１４０…出力電圧監視部
１５０…起動補助部
３００…スイッチング電源装置
３１０…制御ＩＣ
３１１…スイッチング制御部
３１２…電流検出部
３１３…電圧検出部
３１４…タイマ
３２０…出力部
３３０…補助電源部
３４０…出力電圧監視部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力電圧に基づく電圧監視信号を入力する電圧監視端子を備え、前記電圧監視信号が所定の値に達したことを検出後、その状態が所定時間継続するとスイッチング動作のためのパルス出力を停止する制御部を備えたスイッチング電源装置であって、
前記電圧監視端子に、前記電圧監視信号入力路と並列にコンデンサを接続したことを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項２】
前記コンデンサと前記電圧監視端子との間に前記コンデンサの充電方向を順方向としたダイオードが挿入されていることを特徴とする請求項１に記載のスイッチング電源装置。
【請求項３】
前記パルス出力が停止すると、前記コンデンサに蓄積された電荷を放電する放電回路をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のスイッチング電源装置。
【請求項１】
出力電圧に基づく電圧監視信号を入力する電圧監視端子を備え、前記電圧監視信号が所定の値に達したことを検出後、その状態が所定時間継続するとスイッチング動作のためのパルス出力を停止する制御部を備えたスイッチング電源装置であって、
前記電圧監視端子に、前記電圧監視信号入力路と並列にコンデンサを接続したことを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項２】
前記コンデンサと前記電圧監視端子との間に前記コンデンサの充電方向を順方向としたダイオードが挿入されていることを特徴とする請求項１に記載のスイッチング電源装置。
【請求項３】
前記パルス出力が停止すると、前記コンデンサに蓄積された電荷を放電する放電回路をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−２１７４７（Ｐ２０１３−２１７４７Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５０６３１（Ｐ２０１１−１５０６３１）
【出願日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【出願人】（０００００６５０７）横河電機株式会社 (4,443)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【出願人】（０００００６５０７）横河電機株式会社 (4,443)
【Ｆターム（参考）】
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