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公開番号2021090325
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210610
出願番号2019220884
出願日20191206
発明の名称スイッチング電源制御装置
出願人ニチコン株式会社
代理人個人
主分類H02M 3/28 20060101AFI20210514BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】ラッチ解除を行う外部信号を利用しながら,通常動作モードで直流電力の出力停止機能を確実に実現できるようにする。
【解決手段】制御部8は、異常検出信号Sdを検出するとスイッチング素子7に対するスイッチング制御を停止しその状態を保持する機能を有する。制御部電源回路9は、一次巻線L1に磁気結合された補助巻線L3に誘起される電圧で制御部8の電源端子Vccに電源を供給する。これらを備えたスイッチング電源制御装置において、制御部電源回路8と接地ラインとの間に第1の電圧降下回路13を挿入する。また、制御部8における端子であって接地短絡によって制御部8の発振を停止させることが可能なフィードバック端子(発振停止可能端子)FBに着目する。このフィードバック端子FBと接地ラインとの間に第2の電圧降下回路14を挿入する。そして、第1の電圧降下回路13と第2の電圧降下回路14を外部信号Soを“L”レベルにすることによって接地短絡させる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
一次側入力回路と二次側出力回路との間に介装された絶縁トランスの一次巻線に接続された電力変換用のスイッチング素子をスイッチング制御するもので、異常検出信号を検出すると前記スイッチング素子に対するスイッチング制御を停止しその状態を保持するラッチ動作の機能を有する制御部と、
前記一次巻線に磁気結合された補助巻線に誘起される電圧で前記制御部の電源端子に電源を供給する制御部電源回路と、
外部信号によってオン/オフ制御され、前記制御部の電源端子に供給される電圧を前記制御部の動作停止電圧以下に降下させることが可能な第1の電圧降下回路と、
前記外部信号によってオン/オフ制御され、前記制御部における前記電源端子以外の他の端子に印加されている電圧を降下させることで前記スイッチング制御に必要な前記制御部の発振動作を停止させることが可能な第2の電圧降下回路と
を備え、
前記外部信号によって前記ラッチ動作を解除する際に前記第1の電圧降下回路に加えて前記第2の電圧降下回路を動作させることを特徴とするスイッチング電源制御装置。
続きを表示(約 510 文字)【請求項2】
前記第1の電圧降下回路は、前記制御部電源回路と接地ラインとの間を短絡することで前記制御部の電源端子に供給される電圧を前記制御部の動作停止電圧以下に降下させるように構成されている請求項1に記載のスイッチング電源制御装置。
【請求項3】
前記第2の電圧降下回路は、前記他の端子と接地ラインとの間を短絡することで前記スイッチング制御に必要な前記制御部の発振動作を停止させるように構成されている請求項1または2に記載のスイッチング電源制御装置。
【請求項4】
前記第1の電圧降下回路と前記第2の電圧降下回路を動作させるタイミングに関して、前記第2の電圧降下回路を動作させるタイミングの方を優先するように構成してある請求項1ないし3のいずれかに記載のスイッチング電源制御装置。
【請求項5】
前記制御部の発振動作を停止させる前記他の端子は、前記二次側出力回路の出力電圧を所定範囲内に制御するための、前記二次側出力回路で検出されて前記制御部にフィードバックされる電圧を入力するフィードバック端子である請求項1ないし4のいずれかに記載のスイッチング電源制御装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、一次側入力回路に入力した交流電力をスイッチングして絶縁トランスの一次巻線から二次巻線に誘導し、直流電力に変換して二次側出力回路から出力するスイッチング電源制御装置に関する。詳しくは、一次巻線に対して直列に接続された電力変換用のスイッチング素子をスイッチング制御する制御部と、一次巻線に磁気結合された補助巻線に誘起される電圧で前記制御部の電源端子に電源を供給する制御部電源回路とを備え、さらに、前記制御部は異常検出信号を入力すると前記スイッチング素子に対するスイッチング制御を停止し保持するラッチ動作の機能を有しているスイッチング電源制御装置に関する。
続きを表示(約 6,400 文字)【背景技術】
【0002】
図3はこの種のスイッチング電源制御装置の従来例を示す(例えば特許文献1,2参照)。
【0003】
リレー61はAC入力部51をダイオードブリッジ52に対して継断するための手段として設けられている。電源投入に伴いAC入力部51から入力されてくる交流電圧はダイオードブリッジ52と平滑コンデンサ53とによって直流電圧に変換される。この直流電圧によって図示しない起動回路が駆動され、ICで構成される制御部56によるスイッチング素子55に対するスイッチング制御が開始される。絶縁トランス54における一次巻線54aからコア(鉄心)を介して磁気結合された二次巻線54bに対し変圧(降圧または昇圧)された電圧が二次側出力回路に誘導され、図示しない要素(整流ダイオードと平滑コンデンサ)により直流電圧に変換されて負荷回路へ出力される。同様に、一次巻線54aからコアを介して磁気結合された補助巻線54cに誘起された電圧が図示しない要素(整流ダイオードと平滑コンデンサ)により直流電圧に変換されて制御部56の電源端子Vccに印加され、これ以降はこの電源端子Vccに供給される電圧によって制御部56の駆動が維持される(起動回路は停止)。なお、62はフライホイールダイオードである。
【0004】
上記の電源投入に伴う起動に際してはリレー61におけるリレー接点61aが閉じられている必要がある。すなわち、外部信号Soが“H”レベルとなって、NPN型のトランジスタ64が導通し、連動してPNP型のトランジスタ67も導通し、リレーコイル61bの励磁によりリレー接点61aが閉じられる。
【0005】
装置が正常に動作している通常動作モードにおいて、任意に二次側出力回路からの出力をオフ状態に切り替え操作する場合には、外部信号Soを“L”レベルに切り替える。すると、上記の動作とは逆に、トランジスタ64およびトランジスタ67がターンオフし、リレーコイル61bが消磁されてリレー接点61aがオープンとなり、AC入力が遮断される。このAC入力の遮断に引き続いてAC入力を再投入すると、二次側出力回路からの直流電圧の出力が再開される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
特開2006−166561号公報
特開2018−174633号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
スイッチング電源における制御部(制御IC)には通常、出力が短絡するなど異常状態が発生した際に、安全のためスイッチングを停止し、出力を停止する保護機能が搭載されている。この保護機能については、自動復帰型とラッチ型が存在する。自動復帰型は異常状態が解除されれば再びスイッチングを開始し通常動作をするが、ラッチ型は異常状態が解除されても、出力がゼロのまま保持され、制御ICの電源端子Vccを一度オフし、再度入れ直すまで復帰せず、スイッチング動作を停止し続けるといった特徴がある。
【0008】
上記のラッチ型の従来例においては、ラッチ動作後のラッチ解除を行うためには、
制御ICの電源端子Vccに供給される電圧をラッチ解除電圧以下にするため、AC入力のOFF→ONの切り替え操作が必要となっている。そして、このAC入力のOFF→ONの切り替え操作を実現するための手段として、AC入力部51とダイオードブリッジ52との電源ライン中にリレー61のリレー接点61aを介装するとともに、このリレー61を制御するための外部信号Soによって動作する回路要素を設けている。
【0009】
しかしながら、このようにリレーおよびリレー制御回路を設けるとなると、部品コストが高くなり、スペース的にも不利となる。さらには、リレーは電気接点方式ではなく物理接点方式であるため、オン/オフの切り替え動作の繰り返しや異物混入などに起因して摩耗・品質劣化等の問題を生じる懸念がある。
【0010】
図4は比較例としてのスイッチング電源制御装置を示す。これは、本発明者において、図3の従来例のラッチ解除の手段としてのリレー61に代えて、外部信号Soを利用することによってラッチ解除の要件を満たすように考えたものである。
【0011】
図4において、9は一次巻線L1に磁気結合された補助巻線L3に誘起される電圧で制御部8の電源端子Vccに電源を供給する制御部電源回路、13は外部信号Soによってオン/オフ制御されるもので、制御部電源回路9と接地ラインとの間に挿入された電圧降下回路である。
【0012】
制御部電源回路9は、平滑コンデンサ15、NPN型のトランジスタ16、整流ダイオード17、バイアス用の抵抗素子18、ツェナーダイオード19を備えている。すなわち、補助巻線L3の出力ラインと接地ラインとの間に平滑コンデンサ15が接続され、平滑コンデンサ15の正極端子と制御部8における電源端子Vccとの間にトランジスタ16と整流ダイオード17の直列回路が接続され、トランジスタ16のコレクタ・ベース間に抵抗素子18が接続され、トランジスタ16のベースと接地ラインとの間にツェナーダイオード19が接続されている。
【0013】
電圧降下回路13は、絶縁型信号伝達素子としてのフォトカプラ23、抵抗素子24,25、コンデンサ26、NPN型のトランジスタ27、ツェナーダイオード28、抵抗素子29および抵抗素子30を備えている。23aはフォトカプラ23における発光ダイオードなどの発光素子、23bはフォトトランジスタなどの受光素子である。受光素子23bの正極端子(コレクタ)と接地ラインとの間に抵抗素子24,25の抵抗分割回路が接続されている。抵抗素子25の両端子間にコンデンサ26が接続され、コンデンサ26と抵抗素子24,25の共通接続点にNPN型のトランジスタ27のベースが接続されている。トランジスタ27のエミッタは接地され、コレクタはツェナーダイオード28と抵抗素子29を介して制御部8の電源端子Vccに接続されている。また、抵抗素子30が受光素子23bの正極端子(コレクタ)と抵抗素子24とを接続するラインと、電源端子Vccとを繋ぐように介装されている。
【0014】
20は制御部8における電源端子Vccと接地ラインとの間に接続されたコンデンサ、21は同じ回路構成の平滑コンデンサである。
【0015】
過電流(過負荷)発生などの異常事態の発生が検出されたとき、異常検出信号(ラッチ信号)Sdによって制御部8は電力変換用のスイッチング素子7のスイッチング動作を停止する。これに伴って、二次側出力回路からの直流電力の出力が停止するとともに、一次巻線L1に磁気結合された補助巻線L3に誘起される電圧が消失する。
【0016】
そして、その後異常状態が解除されても、制御部の電源端子Vccに供給される電圧がラッチ解除電圧を下回るまで、スイッチング動作は停止し続ける。具体的には、<a1>スイッチング駆動停止、<a2>DC出力停止、<a3>補助巻線電圧消失、<a4>制御部がラッチ状態を保持の4つの状況が発現する(ラッチ動作)。
【0017】
なお、この段階では外部信号Soは“H”レベルのままであり、電圧降下回路13は不動作(非接地)状態であるので、制御部8の電源端子Vccに供給される電圧はラッチ解除電圧よりも高い状態を保っている(ラッチ解除までには至っていない)。
【0018】
その後、制御部8におけるラッチ解除を行うために、外部信号Soを“L”レベルにすると、電圧降下回路13が動作する。すなわち、定常状態において電圧降下回路13のトランジスタ27をオフ状態とするため“H”レベルとしていた外部信号Soを“L”レベルに切り替えると、フォトカプラ23が非動作状態となり、受光素子23bがターンオフするためノードAの電位が反転して“H”レベルとなる。その結果、トランジスタ27が反転してターンオンし、電圧降下回路13が導通状態に切り替わる。そして、導通状態となった電圧降下回路13を介して制御部電源回路9つまりは制御部8の電源端子Vccの電圧降下(接地電位引き込み)が開始される。
【0019】
この電源端子Vccの電圧降下が行われる場合に考えられる動作として、電源端子Vccに供給される電圧が制御部8のラッチ解除電圧以下まで降下すれば、制御部8のラッチ状態が解除される。これは一次側入力回路1におけるAC入力の遮断と同等の効果であり、外部信号Soの反転によるラッチ解除も可能となる。
【0020】
ところで、ラッチ動作時ではなく通常動作時において、二次側出力回路からの直流電圧の出力を停止しようとする場合に、次のような課題が残っていることが分かった。以下、図4に示す比較例に認められた不都合について説明する。
【0021】
通常動作時において外部信号Soを“L”レベルに切り替えると、上記のように電圧降下回路13が導通して制御部8の電源端子Vccを接地ラインに接続することになるが、ラッチ動作時ではなく通常動作時であるために、電源端子Vccに供給される電圧が上記のように速やかに降下する動作が期待できない。それは、ラッチ動作時とは違って、スイッチング素子7のスイッチング動作の停止がなく、補助巻線L3には引き続き電圧誘起が保持されていて、制御部電源回路9から制御部8の電源端子Vccに対して継続的に電力が供給され、電源端子Vccに供給される電圧の降下速度がかなり小さなものになってしまうからである。
【0022】
このため、電圧降下回路13が導通状態であるにもかかわらず、電源端子Vccに供給される電圧はスイッチング動作開始電圧(V
thH
)まで降下するのに比較的長時間を要することになる。その結果として、導通状態に切り替わったトランジスタ27に過大な電流が流れてしまうことが避けられず、トランジスタ27が破壊されるに至るという重大問題が残っている。ツェナーダイオード28と抵抗素子29とを付加することによってトランジスタ27に流れ込む電流を制限する対策を講じてはいるが、その対策が有効になっても今度は電源端子Vccに供給される電圧を動作停止電圧まで降下させることができず、制御部8の発振を停止させることができない(つまり当初の目的である直流電圧の出力停止が実現できない)という課題が残ってしまうこととなる。
【0023】
本発明はこのような事情に鑑みて創作したものであり、異常検出信号を検出するとスイッチング素子に対するスイッチング制御を停止し保持するラッチ動作の機能を有する制御部と、一次巻線に磁気結合された補助巻線に誘起される電圧で前記制御部の電源端子に電源を供給する制御部電源回路とを有するスイッチング電源制御装置に関して、ラッチ解除を行う外部信号を利用しながら通常動作モードで直流電力の出力停止機能を確実に実現できるようにすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0024】
本発明は、次の手段を講じることにより上記の課題を解決する。
【0025】
本発明によるスイッチング電源制御装置は、
一次側入力回路と二次側出力回路との間に介装された絶縁トランスの一次巻線に接続された電力変換用のスイッチング素子をスイッチング制御するもので、異常検出信号を検出すると前記スイッチング素子に対するスイッチング制御を停止しその状態を保持するラッチ動作の機能を有する制御部と、
前記一次巻線に磁気結合された補助巻線に誘起される電圧で前記制御部の電源端子に電源を供給する制御部電源回路と、
外部信号によってオン/オフ制御され、前記制御部の電源端子に供給される電圧を前記制御部の動作停止電圧以下に降下させることが可能な第1の電圧降下回路と、
前記外部信号によってオン/オフ制御され、前記制御部における前記電源端子以外の他の端子に印加されている電圧を降下させることで前記スイッチング制御に必要な前記制御部の発振動作を停止させることが可能な第2の電圧降下回路と
を備え、
前記外部信号によって前記ラッチ動作を解除する際に前記第1の電圧降下回路に加えて前記第2の電圧降下回路を動作させることを特徴とする。
【0026】
本発明の上記の構成によれば、次のような作用が発揮される。
【0027】
(a)ラッチ動作モード解除時
過電流(過負荷)発生などの異常事態の発生があったとき、異常検出信号が制御部で検出され、電力変換用のスイッチング素子のスイッチング動作が停止され、二次側出力回路からの直流電力の出力が停止する。また、絶縁トランスの一次巻線に磁気結合された補助巻線に誘起される電圧が消失する。なお、この段階では第1の電圧降下回路も第2の電圧降下回路も不動作状態(端子電圧降下が機能していない状態)であるので、制御部の電源端子に供給される電圧はラッチ解除電圧よりも高い状態を保っている(制御部はラッチ状態)。
【0028】
その後、制御部におけるラッチ解除を行うために、外部信号のオン/オフ状態が切り替わると、第1の電圧降下回路と第2の電圧降下回路が動作する。すなわち、第1の電圧降下回路により制御部の電源端子に供給される電圧が制御部の動作停止電圧以下に降下するとともに、第2の電圧降下回路により電源端子以外の他の端子に印加されている電圧が降下し、スイッチング制御に必要な制御部の発振動作が停止する。両者が実行されることにより、電源端子に供給される電圧が制御部のラッチ解除電圧以下まで速やかに降下し、ラッチ解除できる。これは一次側入力回路によるAC入力の遮断と同等の効果であり、外部信号の反転によるラッチ解除も可能となる。
【0029】
(b)通常動作モードでの出力停止時
一方、装置が正常に動作している通常動作モードにおいて、任意に二次側出力回路からの出力をオン/オフ切り替え操作する場合には(ラッチとは無関係)、次のようになる。
【0030】
二次側出力回路からの出力をオフするべく外部信号のオン/オフ状態が切り替わると、上記(a)で説明したのと同様に、第1の電圧降下回路と第2の電圧降下回路が動作する。すなわち、第1の電圧降下回路により制御部の電源端子に供給される電圧が制御部の動作停止電圧以下に降下するとともに、第2の電圧降下回路により電源端子以外の他の端子に印加されている電圧が降下し、スイッチング制御に必要な制御部の発振動作が停止する。両者が実行されることにより、電源端子に供給される電圧がスイッチング動作開始電圧(V
thH
)を下回るレベルまで速やかに降下し、短時間のうちに、電力変換用のスイッチング素子はスイッチング動作を停止するとともに、一次巻線に磁気結合された補助巻線に誘起される電圧が消失する。また、二次側出力回路からの直流電力の出力が停止する。
(【0031】以降は省略されています)

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