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公開番号2024082474
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-06-20
出願番号2022196346
出願日2022-12-08
発明の名称スイッチング電源
出願人ニチコン株式会社
代理人個人
主分類H02M 3/28 20060101AFI20240613BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】出力電圧を切り替えるスイッチング電源においてトランスの2次側に過電圧検出回路を設けることなく外来ノイズの影響を抑制しながら過電圧保護動作を実行するスイッチング電源を提供する。
【解決手段】1次巻線、2次巻線および補助巻線を有するトランスT1と、トランスの1次巻線に接続されたスイッチング回路と、スイッチング回路を制御する制御回路と、2次巻線に誘起された電圧を切り替えて出力電圧として出力する出力電圧切替回路と、フィードバック回路とを備え、補助巻線に誘起された電圧により制御回路を駆動するスイッチング電源であって、補助巻線に誘起された電圧に基づき制御回路の電源電圧端子に印加される電圧を切り替えるVCC切替回路を備える。VCC切替回路は、出力電圧が上昇し異常が発生すると、VCC切替回路が制御回路の電源電圧端子に印加される電圧を制御回路が有する過電圧保護動作を実行する閾値以上の電圧に切り替える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
1次巻線、2次巻線および補助巻線を有するトランスと、
前記トランスの1次巻線に接続されたスイッチング回路と、
該スイッチング回路を制御する制御回路と、
前記2次巻線に誘起された電圧を直流化する直流化回路と、
前記直流化回路により直流化された電圧を出力抵抗を用いて切り替えて出力電圧として出力する出力電圧切替回路と、
前記出力電圧に応じた信号を前記制御回路にフィードバックするフィードバック回路とを備え、
前記補助巻線に誘起された電圧を前記制御回路の電源電圧端子に印加して前記制御回路を駆動するとともに、前記制御回路が前記フィードバック回路からの前記出力電圧に応じた信号に基づき前記スイッチング回路を制御するスイッチング電源において、
前記補助巻線に誘起された電圧に基づき前記制御回路の電源電圧端子に印加される電圧を切り替えるVCC切替回路をさらに備え、
前記出力電圧が上昇し異常が発生すると、前記VCC切替回路が前記制御回路の電源電圧端子に印加される電圧を、前記制御回路が有する過電圧保護動作を実行する閾値以上の電圧に切り替えることを特徴とするスイッチング電源。
続きを表示(約 610 文字)【請求項2】
請求項1に記載のスイッチング電源において、
前記補助巻線は誘起電圧の高い第1の巻線と、誘起電圧の低い第2の巻線とを有し、
前記VCC切替回路はレギュレータ回路を有し、前記第1の巻線に誘起される電圧を前記レギュレータ回路により降圧して前記制御回路に供給する一方、前記第2の巻線に誘起された電圧を用いて前記レギュレータ回路の出力電圧を切り替えることで前記制御回路の電源電圧端子に印加される電圧を切り替えることを特徴とするスイッチング電源。
【請求項3】
請求項2に記載のスイッチング電源において、
前記レギュレータ回路は、降圧レギュレータ素子と、前記降圧レギュレータ素子の制御端子に直列接続された複数のツェナーダイオードとを有し、前記複数のツェナーダイオードの少なくとも一つを前記第2の巻線に誘起された電圧に応じて短絡することで前記レギュレータ回路の出力電圧を切り替えることを特徴とするスイッチング電源。
【請求項4】
請求項3に記載のスイッチング電源において、
前記VCC切替回路は、前記複数のツェナーダイオードの少なくとも一つに並列に接続されたスイッチを有し、前記第2の巻線に誘起された電圧が所定値未満のときは、前記スイッチはオンし、前記第2の巻線に誘起された電圧が所定値以上のときは、前記スイッチをオフするスイッチング電源。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、出力電圧を切替可能なスイッチング電源の保護回路に関し、詳しくは出力電圧の過電圧を検出して出力を停止するスイッチング電源に関する。
続きを表示(約 2,600 文字)【背景技術】
【0002】
従来、スイッチング電源の1つとして、トランスの1次側コイルに間欠的に電流を流すためのスイッチング素子としてのMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)および該スイッチング素子をオン/オフ制御する制御回路を備え、1次側コイルに電流を流すことで2次側コイルに誘起された電流をダイオードおよびコンデンサにより整流・平滑して出力するスイッチング電源がある。
【0003】
この種のスイッチング電源には、負荷のショートなどによって過大な出力電流が流れたり2次側回路が断線したりして過電圧が発生した場合に、1次側の制御回路へ2次側の異常を知らせてスイッチング動作を停止させる保護機能が設けられているものがある。
例えば、特許文献1には、トランス2次側回路の異常を、フォトカプラを介して1次側の制御回路へ伝達するようにしたスイッチング電源装置が記載されている。
【0004】
特許文献1に記載されているスイッチング電源装置は、図6に示すように、直流電源電圧Vinを入力電圧として印加してスイッチング素子によりオン/オフして2次側で整流・平滑した後に出力電圧Voutを出力する電源であり、定電圧制御回路で2次側の出力電圧が一定になるように制御し、2次側の出力電圧に応じたフィードバック信号をフォトカプラを介して1次側の制御回路へ伝達するとともに、2次側に異常検出回路を設け、2次側回路に異常が発生したときフィードバック信号をオフする機能を備えている。さらに、2次側で過電圧となったとき、トランスの補助巻線電圧が上昇してスイッチング動作を停止する機能も有している。つまり、特許文献1に記載の発明は、フィードバック信号と補助巻線電圧を併用することで、スイッチング電源制御用ICの動作を停止する発明である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
特開2020―58166号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
前述の特許文献1に記載の発明には次のような問題がある。すなわち、このスイッチング電源は、トランスの補助巻線電圧を整流・平滑しスイッチング回路の制御回路の電源として使用する一方、同じ補助巻線電圧を抵抗で分圧して降下した電圧をスイッチング回路の異常検出用の電圧として制御回路の外部端子(DMG端子)に入力している。このように同じ補助巻線電圧を利用して制御回路の電源電圧を生成するとともに、電圧を降下して異常検出を行った場合、異常電圧の検出値によっては制御回路の電源電圧が定格電圧を超えるおそれがあった。
【0007】
特に、出力電圧が高い電圧(例えば24V)と低い電圧(例えば6V等)を切り替える機能を有しているスイッチング電源のトランス巻数を設計する場合、スイッチング回路の制御回路(スイッチング電源制御用IC)の電源電圧(VCC)をトランスの補助巻線から供給するためにトランス巻数は低い出力電圧を基準に設計する。
しかし、その場合には、出力電圧が高い電圧のときスイッチング電源制御用ICの電源電圧VCCが最大定格以上となるケースが多く、降圧レギュレータでトランスの補助巻線電圧を降圧させてからスイッチング電源制御用ICへ供給する必要がある。
一方、降圧レギュレータを使用した場合には、スイッチング電源制御用ICが備える電源電圧VCC端子の過電圧保護が機能しなくなり、当該VCC端子の過電圧保護機能の代替手段として、トランス2次側にツェナーダイオードとフォトカプラ等で構成する過電圧検出回路を実装する必要がありコスト上昇や実装位置の制限などが課題となっていた。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明は、上記の課題を解決するもので、以下のとおりに構成されるスイッチング電源である。
すなわち、1次巻線、2次巻線および補助巻線を有するトランスと、トランスの1次巻線に接続されたスイッチング回路と、該スイッチング回路を制御する制御回路と、2次巻線に誘起された電圧を直流化する直流化回路と、直流化回路により直流化された電圧を出力抵抗を用いて切り替えて出力電圧として出力する出力電圧切替回路と、出力電圧に応じた信号を制御回路にフィードバックするフィードバック回路とを備え、補助巻線に誘起された電圧を制御回路の電源電圧端子に印加して制御回路を駆動するとともに、制御回路がフィードバック回路からの出力電圧に応じた信号に基づきスイッチング回路を制御するスイッチング電源において、補助巻線に誘起された電圧に基づき制御回路の電源電圧端子に印加される電圧を切り替えるVCC切替回路をさらに備え、出力電圧が上昇し異常が発生すると、VCC切替回路が制御回路の電源電圧端子に印加される電圧を、制御回路が有する過電圧保護動作を実行する閾値以上の電圧に切り替えることを特徴とするスイッチング電源である。
【0009】
この構成によれば、制御回路の電源電圧端子(VCC端子)に印加される電圧をVCC切替回路により閾値以上の電圧に切り替えることで過電圧保護動作を実行するので、トランスの2次側に過電圧検出回路を設けることなく、2次側の過電圧を検出しスイッチング動作を停止させて回路の保護を図ることができる。また、制御回路の電源電圧端子の過電圧保護機能を利用するため、従来技術のような制御回路の外部端子(DMG端子)を使用して異常検出しスイッチング動作を停止させる構成と比較して、外来ノイズの影響を抑制することができる。
【0010】
また、本発明は、補助巻線は誘起電圧の高い第1の巻線と、誘起電圧の低い第2の巻線とを有し、VCC切替回路はレギュレータ回路を有し、第1の巻線に誘起される電圧をレギュレータ回路により降圧して制御回路に供給する一方、第2の巻線に誘起された電圧を用いてレギュレータ回路の出力電圧を切り替えることで制御回路の電源電圧端子に印加される電圧を切り替えることを特徴とする。
このような構成により、制御回路の外部端子を使用することなく、過電圧時にスイッチング動作を停止させることができる。
(【0011】以降は省略されています)

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