説明

電源回路

【課題】 過大電流が外部から流入しても、素子が破損するのを防止すること。
【解決手段】 トランスTの二次側に、前記FET2および3とチョークコイルLとコンデンサCとの他、フォトカプラPC1,PC2と、トランジスタTr1,Tr2とを有し、トランスTの一次側の主スイッチ1が故障したとき、外部電源Eから過電流が流入しても、これらフォトカプラPC1,PC2とトランジスタTr1,Tr2とによってFET2,FET3の双方がオンするのを防止できるように構成されている。

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、直流入力電圧をスイッチング素子によって矩形状のパルス電圧に変換し、変換されたパルス電圧をトランスの一次巻線に印加し、トランスの二次巻線から取り出された電圧を、整流,平滑して直流電圧を出力端子に出力する電源回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図2は、従来の電源回路を示す回路図である。この電源回路は、トランスTの一次側に,図示しない直流電源,MOS−FETからなる主スイッチ1を有し、トランスTの二次側に同期整流用のMOS−FET(以下、FETという)2,転流用のMOS−FET(以下、FETという)3,出力用のチョークコイルL,平滑用のコンデンサCをそれぞれ有している。なお、主スイッチ1のオン/オフに同期して、同期整流用のFET2がオン/オフし、また転流用のFET3がオフ/オンする。
【0003】そして、主スイッチ1がオンすると、直流電源の電圧がトランスTの一次巻線に印加され、トランスTの二次巻線が誘起されることによって電圧が発生する。この二次巻線の電圧によりFET2のゲートが正電圧となってFET2がオンし、出力用のチョークコイルLを介して負荷に所望電圧が供給される。
【0004】一方、主スイッチ1がオフすると、トランスTに蓄えられた電磁エネルギーによって二次巻線にフライバック電圧が発生する。この電圧により、FET3のゲートが正電圧となってFET3がオンし、チョークコイルLに蓄えられた電磁エネルギーがFET3を介して負荷に供給される一方、FET2のゲートが負電圧となってオフする。また、上記フライバック電圧がゼロになると、FET3のゲート電圧がゼロになってFET3がオフし、このとき主スイッチ1がオンすることにより、上述と同様の動作が繰り返されることとなる。
【0005】上記電源回路は、複数が並列接続されており、一方の電源回路が何等かの事情によって動作しなくなった場合には、他方の電源回路側に設けられている外部電源Eによって負荷に電力が供給できるよう並列運転されるようになっている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記に示す従来の電源回路は、元々はトランスTの二次側にダイオードを用いていて発熱量が大きく、ヒートシンク等の放熱体を必要としてスペースの増大を招くことから、発熱量の小さなMOS−FET用い、小型化を実現できるようにしている。しかしながら、従来の電源回路は、複数の電源回路の並列運転時、一方の電源回路の主スイッチ1が故障等によって停止した場合、その電源回路の出力端子t3,t4に外部電源Eからの過大電流が流入すると、その電流により、停止している電源回路側のFET2もしくはFET3が破損するおそれがある。
【0007】つまり、電源回路の一次側の主スイッチ1が停止したとき、外部電源Eから過大電流が流入すると、その電流が抵抗r1,r2によって分圧されてFET2のゲートに充電されることによりFET2がオンしたり、また抵抗r3,r4によって分圧されたFET3のゲートに充電されるこによりFET3がオンしたりする。そのようにFET2或いはFET3の何れかがオンすると、過大電流により多量に発熱して素子が破損するという問題があった。
【0008】本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、その目的とするところは、並列運転時、外部電源からの過大電流が流入しても素子が破損するのを防止することができる電源回路を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するために本発明においては、以下の手段を採用した。請求項1記載の発明は、直流入力電圧をスイッチング素子によって所定電圧に変換し、変換した所定電圧をトランスの一次巻線に印加し、トランスの二次巻線から取り出された電圧を、同期整流用のFETと転流用のFETとチョークコイルと平滑用コンデンサとにより平滑化して出力端子に出力する電源回路において、前記スイッチング素子のオフ時、前記出力端子に接続されている外部電源から同期整流用のFET及び転流用のFETの双方に電流が流れるのを防止する防止手段を有することを特徴とする。また請求項2記載の発明は、請求項1記載の電源回路において、前記防止手段は、フォトカプラと、NPN型トランジスタとを有することを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図1に基づいて説明する。図1は本発明の一実施の形態に係る電源回路を示し、図2と同一部分もしくは相当する部分には同一符号を付している。この電源回路は、トランスTの一次側に、入力端子t1,t2に接続される直流入力電源(図示せず)と、直流入力電圧をスイッチングして所望電圧に変換する、MOS−FETからなる主スイッチ1を有している(図2参照)。一方、トランスTの二次側には、同期整流用のMOS−FET(以下、単にFETと略称す)2と、転流用のFET3と、出力用のチョークコイルLと、平滑用のコンデンサCとがそれぞれ設けられ、二次側に発生した電圧がチョークコイルLとコンデンサCとによって整流,平滑化して出力端子t3,t4に出力するようになっている。この点は従来技術と同様である。なお、図1ではトランスTの一次側が省略して図示されている。
【0011】そして、本実施形態においては、トランスTの二次側に、前記FET2および3とチョークコイルLとコンデンサCとの他、フォトカプラPC1,PC2と、トランジスタTr1,Tr2とを有し、トランスTの一次側の主スイッチ1が故障したとき、外部電源Eから過電流が流入しても、これらフォトカプラPC1,PC2とトランジスタTr1,Tr2とによってFET2,FET3の双方がオンするのを防止できるように構成されている。
【0012】即ち、トランスTの二次巻線の端子AとBとの間に、フォトカプラPC1のダイオードおよび抵抗R1からなる直列回路が順方向に接続されると共に、その直列回路に対し、抵抗R2およびフォトカプラPC2のダイオードからなる直列回路が接続されている。
【0013】フォトカプラPC1のトランジスタのコレクタが端子Aに接続され、そのエミッタがトランジスタTr1のベースに接続されている。トランジスタTr1は、そのコレクタが端子Aに接続されると共に、そのエミッタが抵抗R3およびダイオードD1間の接続部に接続されている。また、抵抗R3とFET2のゲートとが直列接続され、FET2のソースがコンデンサCとチョークコイルLを介して端子Aに接続されると共に、FET2のドレインが端子Bに接続されている。FET2のソースとゲート間に抵抗R4が接続されている。
【0014】フォトカプラPC2のトランジスタは、そのコレクタが端子B側における抵抗R1とフォトカプラPC2のダイオードとの間に接続されると共に、そのエミッタがトランジスタTr2のベースに接続されている。トランジスタTr2は、そのエミッタがダイオードD2と抵抗R5との間に接続され、そのコレクタがフォトカプラPC2のトランジスタのコレクタ側に接続されている。
【0015】抵抗R5と抵抗R6とが直列に接続され、その間の接続部がFET3のゲートに接続されている。FET3は、ソースがFET2を介して二次巻線のB端子に接続され、そのドレインが二次巻線のA端子に接続されている。
【0016】上記のように構成された電源回路の動作について説明する。電源回路が正常に動作する場合には、まず、主スイッチ1がオンし、トランスTの一次側に直流電源が投入されると、二次巻線に誘起電流が発生することによって電圧が発生し、A端子が+になると共にB端子が−になる。これにより、フォトカプラPC1と抵抗R1との直列回路に電流が流れ、フォトカプラPC1の発光ダイオードがオンすると、フォトカプラPC1のトランジスタもオンしてトランジスタTr1をオンさせ、抵抗R3を介してFET2のゲートが所定電圧となることにより、FET2がオンする。
【0017】このFET2のオンにより、二次巻線によって発生した電圧がチョークコイルLとコンデンサCによって平滑され、かつ出力端子t3,t4から図示しない負荷に供給されることとなる。
【0018】その後、主スイッチ1がオン状態からオフすると、トランスTの二次巻線に逆起電力が発生し、端子Aが−になると共に端子Bが+になるので、フォトカプラPC1の発光ダイオードがオフする一方、フォトカプラPC2の発光ダイオードがオンしてそのトランジスタもオンする。これにより、トランジスタTr2がオンしてFET3のゲートが正電圧となるので、出力端子t3,t4に電圧が出力される。また、フォトカプラPC1の発光ダイオードがオフすると、フォトカプラPC1のトランジスタもオフするので、トランジスタTr1がオフし、FET2のゲート容量に蓄積された電荷が放電されるので、FET2がオフする。
【0019】そして、再び主スイッチ1がオンすると、トランスTの二次巻線の端子Aに+、端子Bに−の極性の電圧が発生し、フォトカプラPC1のオンによってFET2がオンする。このとき、FET3のゲート容量に蓄積されていた電荷はダイオードD2を介して放電され、FET3がオフする。以下、上記動作が交互に繰り返されることにより、負荷に所望電圧が供給される。
【0020】上記電源回路の動作持、一次側の主スイッチ1が何等かの事情によって故障等して停止した場合、複数の電源回路が並列運転されていることから、他の電源回路の外部電源Eが入力されると、過電流が流入するおそれがあり、その際、トランスの二次巻線の端子Aと端子B間の電位がほぼ0Vであって、電位が発生しないので、端子Bに、外部電源Eの+側の過大な電圧が印加されることとなる。
【0021】ところが、フォトカプラPC2がオフ状態のままであって、かつトランジスタTr1がNPN型トランジスタであるので、トランジスタTr1がオンせず、FET2もオンしない。また、トランジスタTr2のコレクタに外部電源Eの+側の電圧が発生するが、トランジスタTr2もNPN型トランジスタであるので、エミッタ電流が流れず、したがってトランジスタTr2がオンしないので、FET3のゲート容量が充電されないので、FET3がオンしない。
【0022】即ち、一次側が故障した場合に他の電源回路の外部電源Eから過大電流が流入しても、同期整流用のFET2や転流防止用のFET3がオフ状態を維持するので、従来のように発熱して素子が破損するのを確実に防止することができる。これにより、低電圧大電流化に極めて有益となる。
【0023】また、トランスTの二次側にフォトカプラPC1,PC2と、トランジスタTr1,Tr2とを用いることにより、素子の破損を防止できるので、簡単に構成することができる。しかも、トランジスタTr1,Tr2として、NPN型のものを用いているので、ノイズマージンが大きく、そのため、ノイズからの悪影響を受けるおそれがないので、それだけ信頼性を高めることができる。
【0024】なお、図示実施形態においては、主スイッチ1が故障した場合について述べた例を示したが、これに限らず、主スイッチ1がオフ状態にある場合で、外部電源Eから過電流が流入した場合にも同様の作用効果を得ることができ、同様に対処することができる。
【0025】
【発明の効果】以上述べたように、請求項1記載の本発明によれば、一次側が故障した場合に外部電源から過大電流が流入しても、同期整流用のFETや転流防止用のFETがオフ状態を維持するように構成したので、素子が破損するのを確実に防止することができ、特に、低電圧大電流化に好適な効果を得ることができる。
【0026】請求項2記載の本発明によれば、トランジスタとしてNPN型のものを用いているので、ノイズマージンが大きく、そのため、ノイズからの悪影響を受けるおそれがないので、それだけ信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態に係る電源回路を示す一次側省略の回路図である。
【図2】従来の電源回路を示す全体回路図である。
【符号の説明】
1 主スイッチ
2 同期整流用のMOS−FET
3 転流用のMOS−FET
Tr1,Tr2 NPN型トランジスタ
PC1,PC2 フォトカプラ
t1,t2 入力端子
t3,t4 出力端子

【特許請求の範囲】
【請求項1】 直流入力電圧をスイッチング素子によって所定電圧に変換し、変換した所定電圧をトランスの一次巻線に印加し、トランスの二次巻線から取り出された電圧を、同期整流用のFETと転流用のFETとチョークコイルと平滑用コンデンサとにより平滑化して出力端子に出力する電源回路において、前記スイッチング素子のオフ時、前記出力端子に接続されている外部電源から同期整流用のFET及び転流用のFETの双方に電流が流れるのを防止する防止手段を有することを特徴とする電源回路。
【請求項2】 請求項1記載の電源回路において、前記防止手段は、フォトカプラと、NPN型トランジスタとを有することを特徴とする電源回路。

【図1】
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【図2】
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【公開番号】特開2003−224969(P2003−224969A)
【公開日】平成15年8月8日(2003.8.8)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2002−54927(P2002−54927)
【出願日】平成14年1月25日(2002.1.25)
【出願人】(000233295)日立ハイブリッドネットワーク株式会社 (195)
【Fターム(参考)】