JP2006014465A - Switching power supply - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、起動回路を有する制御回路を備えた、他励式のAC−DCコンバータといったスイッチング電源装置に関するものである。 The present invention relates to a switching power supply device such as a separately excited AC-DC converter provided with a control circuit having a start circuit.
従来、スイッチング電源装置は、電圧変換効率を高め、かつ小型化・軽量化が可能なものとして知られている。これは、スイッチング電源装置においては、トランスの一次側の巻線を流れる電流を高周波数にてスイッチング(断接)することで、トランスの二次側に流れる交流を制御して所望する電圧に変換することから、上記トランスでの変換効率を向上でき、また上記トランスを小型化・軽量化できるからである。 2. Description of the Related Art Conventionally, switching power supply devices are known as devices that can increase the voltage conversion efficiency and can be reduced in size and weight. This is because in a switching power supply, the current flowing through the primary winding of the transformer is switched (connected) at a high frequency, and the alternating current flowing through the secondary side of the transformer is controlled and converted to the desired voltage. Therefore, the conversion efficiency of the transformer can be improved, and the transformer can be reduced in size and weight.
上記スイッチング電源装置には、上記スイッチングを制御するための制御ICを用いた他励式のスイッチング制御のものと、この制御ICを使用しない自励式のスイッチング制御のものとが知られている。 As the switching power supply device, there are known a separately-excited switching control using a control IC for controlling the switching and a self-excited switching control not using this control IC.
このような他励式のスイッチング制御を用いたスイッチング電源装置の第一従来例を図6に示す。上記スイッチング電源装置は、交流入力を整流回路(D1〜D4)で整流した直流を主スイッチング素子Q1で任意の周波数にてスイッチングした交流が、トランスT1の一次側主巻線N1に印加され、トランスT1の二次側巻線N2から所望する電圧の交流を整流用ダイオードD6および平滑用コンデンサC5を介し直流に変換して出力するものである。 FIG. 6 shows a first conventional example of a switching power supply using such separately excited switching control. In the switching power supply, an alternating current obtained by switching a direct current rectified by an rectifier circuit (D1 to D4) at an arbitrary frequency by the main switching element Q1 is applied to the primary main winding N1 of the transformer T1, and the transformer A desired voltage alternating current is converted from the secondary winding N2 of T1 into a direct current via a rectifying diode D6 and a smoothing capacitor C5 and output.
このとき、二次側の直流電圧を検出する出力電圧検出部21からフォトカプラPCを介してフィードバックされる出力電圧情報に応じて前記主スイッチング素子Q1を、例えばPWM(Pulse Width Modulation)制御する制御回路(制御手段)22が制御ICとして設けられていることで、前記直流の出力電圧を所望とする値に安定化できるようになっている。
At this time, for example, PWM (Pulse Width Modulation) control is performed on the main switching element Q1 in accordance with output voltage information fed back from the output
上記スイッチング電源装置においては、制御回路22に対する電源(補助電源)として、入力初期時には整流回路(D1〜D4)および平滑用コンデンサC3により整流した直流を各抵抗R1、R2による所定電圧の直流、出力安定時にはトランスT1の1次側副巻線N3からの交流を整流用ダイオードD6および平滑用コンデンサC5により整流した所定電圧の直流が使用されている。各抵抗R1、R2については、耐圧を考慮して複数使用されている。
In the switching power supply device, as a power supply (auxiliary power supply) for the
ところが、第一従来例のスイッチング電源装置は、入力電圧が低下すると、補助電源電圧も低下するため、制御回路22による主スイッチング素子Q1のスイッチング制御が不安定となって、定常時よりスイッチングロスが増大化し、また主スイッチング素子Q1が破壊される危険性も生じるという不都合を有している。
However, in the switching power supply device of the first conventional example, when the input voltage is lowered, the auxiliary power supply voltage is also lowered. Therefore, the switching control of the main switching element Q1 by the
そこで、上記不都合を回避するために、低電圧シャットダウン機能が付加されているスイッチング電源回路が第二従来例として知られている。第二従来例のスイッチング電源回路においては、例えば図7に示すように、整流回路(D1〜D4)および平滑用コンデンサC3により整流した直流の電圧を検出する電圧検出回路41と、電圧検出回路41からの出力信号により、制御回路22への補助電源の直流をショートによりオフするためのスイッチ回路31とが設けられている。
Therefore, in order to avoid the above inconvenience, a switching power supply circuit to which a low voltage shutdown function is added is known as a second conventional example. In the switching power supply circuit of the second conventional example, for example, as shown in FIG. 7, a
電圧検出回路41は、各ツエナーダイオードZD1、ZD2と各抵抗R3、R4とを互いにシリーズに接続して有している。ツエナーダイオードZD1の他の端子は、平滑用コンデンサC3とトランスT1の一次側主巻線N1との間に接続されている。抵抗R4の他の端子はアースされている。ツエナーダイオードZD2と抵抗R3との中点に一方の端子が接続されたダイオードD5を備えている。
The
スイッチ回路31は、抵抗R5と、スイッチとしてのトランジスタQ2とを有している。抵抗R5は、制御回路22の補助電源とトランジスタQ2のエミッタとの間に接続されている。トランジスタQ2のベースにはダイオードD5の他方の端子が接続されている。トランジスタQ2のコレクタはアースされている。
The
次に、第二従来例のスイッチング電源回路の動作について説明する。電圧検出回路41は、ブリッジダイオードでの整流後に接続されており、AC入力電圧が通常の動作状態のAC100V入力から電源がオフになると、電源入力電圧から零ボルトに向かって降下する途中、各ツエナーダイオードZD1、ZD2のツエナー電圧以下になり、各ツエナーダイオードZD1、ZD2の電流がゼロになりスイッチング用のダイオードD5のカソード側の電圧がアノード側より低くなってダイオードD5から各抵抗R3、R4を介してアースに電流が流れる。
Next, the operation of the switching power supply circuit of the second conventional example will be described. The
そして、トランジスタQ2のベース電圧がエミッタ電圧より低くなってトランジスタQ2がオンして抵抗R5とトランジスタQ2のエミッタ・コレクタを通してアースに電流が流れ、制御回路22の補助電源(Vcc)の電圧がトランジスタQ1の飽和電圧の0.2V程度に下がり制御回路22は動作停止する。これにより、第二従来例のスイッチング電源回路は、低電圧シャットダウン機能を有している。
Then, the base voltage of the transistor Q2 becomes lower than the emitter voltage, the transistor Q2 is turned on, a current flows to the ground through the resistor R5 and the emitter / collector of the transistor Q2, and the voltage of the auxiliary power supply (Vcc) of the
第三従来例として、特開平5−83933号公報に記載のスイッチング電源が挙げられる。第三従来例のスイッチング電源は、整流平滑回路の出力端子に一端を接続した第1の抵抗R1と、抵抗R1の他端に一端を接続した第2〜4の抵抗R2〜R4と、抵抗R2の他端に、カソードを接続した第1のツエナーダイオードZ1と、ベースをツエナーダイオードZ1のアノードにコレクタを抵抗R3の他端に接続した第1のNPNトランジスタQ1と、ベースをトランジスタQ1のコレクタに、コレクタを抵抗R4の他端に接続した第2のNPNトランジスタQ2と、トランジスタQ2のコレクタに一端を接続した第5の抵抗R5と、ベースを抵抗R5の他端にエミッタをスイッチング制御回路の基準電圧端子に接続した第1のPNPトランジスタQ3と、一端をトランジスタQ3のコレクタに他端をスイッチング制御回路のデッドタイム制御端子に接続した第6の抵抗R6とからなる交流電圧検出回路を設けたものである。
上記第二従来例のスイッチング電源回路の問題点を、その動作図である図8を用いて説明する。上記第二従来例のスイッチング電源回路では、入力電源オフ時(平滑用コンデンサC3の電圧が降下し始めたとき)、出力端子P3の電圧もオフするが、約3秒後に出力電圧にパルスが現れて、後段に接続される機器が誤動作する(例えば、音響機器の場合、ボツ音がスピーカから発生する)という問題点が生じている。 The problems of the switching power supply circuit of the second conventional example will be described with reference to FIG. In the switching power supply circuit of the second conventional example, when the input power is off (when the voltage of the smoothing capacitor C3 starts to drop), the voltage at the output terminal P3 is also turned off, but a pulse appears in the output voltage after about 3 seconds. As a result, there is a problem that a device connected to the subsequent stage malfunctions (for example, in the case of an audio device, a noise is generated from a speaker).
この問題点の動作メカニズムは、入力電源オフ後、出力電圧が降下して第二従来例のスイッチング電源回路におけるトランスT1の1次側副巻線N3に発生する電圧も同時に降下し、制御回路22のVcc電圧も降下して制御回路22が一旦動作停止する。次に、平滑用コンデンサC3に残っていた電気が各抵抗R1、R2を介して流れ込み制御回路22のVcc電圧が動作図の図8のごとく上昇して、約3秒後に制御回路22が起動して出力に電圧が発生する。このとき入力電源はオフされたままであるため出力電圧はすぐに降下してしまう。
The operation mechanism of this problem is that, after the input power is turned off, the output voltage drops and the voltage generated in the primary side auxiliary winding N3 of the transformer T1 in the switching power supply circuit of the second conventional example also drops at the same time. The Vcc voltage also drops and the
次に、上記第二従来例のスイッチング電源回路は入力電圧がオフ時に平滑用コンデンサC3の整流電圧が各ツエナーダイオードZD1、ZD2のツエナー電圧より降下したときに制御回路22が動作を停止する。この問題点としては一般的にツエナーダイオードZD1とツエナーダイオードZD2のツエナー電圧は上限で36V程度であるために、平滑用コンデンサC3の電圧が72V以下になったときに、動作するのである(入力電源電圧に換算すると約50V)。
Next, when the input voltage is off, the
しかしながら、この場合では、入力電源電圧が230Vのとき、入力電圧が50Vに降下しないと動作しないことになる。この場合50V動作時のトランジスタQ1やヒューズを流れる電流は電圧の降下に反比例して増加するためにヒューズが切れたりトランジスタQ1が破壊されたりすることがある。 However, in this case, when the input power supply voltage is 230V, it does not operate unless the input voltage drops to 50V. In this case, the current flowing through the transistor Q1 and the fuse during 50 V operation increases in inverse proportion to the voltage drop, so the fuse may be blown or the transistor Q1 may be destroyed.
さらに、トランスT1の1次側副巻線N3の端子に発生する電圧の出力インピーダンスは低いため、トランジスタQ2に流れ込む電流が大きくなることによりトランジスタQ2が破壊されることもある。このような問題点は、前記第三従来例のスイッチング電源においても同様に生じるものである。 Furthermore, since the output impedance of the voltage generated at the terminal of the primary side auxiliary winding N3 of the transformer T1 is low, the current flowing into the transistor Q2 may be increased and the transistor Q2 may be destroyed. Such a problem also occurs in the switching power supply of the third conventional example.
本発明に係るスイッチング電源装置は、上記課題を解決するために、他励式にて、主スイッチング素子を制御して、直流入力を所望する電圧に安定化して直流出力として出力するための制御手段を有するスイッチング電源装置において、前記直流入力により前記制御手段を起動するための起動用電源を生成する複数の起動用抵抗を互いにシリーズに接続して有している起動用電源回路と、前記直流入力の電圧をツエナーダイオードにより検出し、上記電圧値が所定値以下となると、第一制御信号を出力する電圧検出スイッチ回路とを備え、前記制御手段は、前記第一制御信号の入力により前記主スイッチング素子の制御を一時停止するためのミュート部を備え、前記電圧検出スイッチ回路は、前記起動用電源回路における複数の起動用抵抗間の接続点の何れかの直流を前記ツエナーダイオードによりモニターするようになっていることを特徴としている。 In order to solve the above-described problem, the switching power supply according to the present invention has a control means for controlling the main switching element by a separately excited type, stabilizing the DC input to a desired voltage and outputting it as a DC output. In the switching power supply device, the start-up power supply circuit having a plurality of start-up resistors connected to each other in series to generate a start-up power supply for starting up the control means by the direct-current input, and the direct-current input circuit A voltage detection switch circuit for detecting a voltage with a Zener diode and outputting a first control signal when the voltage value is equal to or lower than a predetermined value; and the control means receives the first control signal to input the main switching element A mute unit for temporarily stopping control of the power supply circuit, and the voltage detection switch circuit includes a plurality of activation resistors in the activation power supply circuit. It is characterized by being adapted to monitor the one of the DC connection point the Zener diode.
上記構成によれば、前記電圧検出スイッチ回路が、前記起動回路の複数の抵抗間の接続点の直流をモニターすることで、電圧検出スイッチ回路に入力され、検出される直流の電圧を低下させることができる。これにより、上記構成は、ツエナーダイオードやスイッチ素子の耐圧が小さいものを用いることができて、従来のように耐圧を確保するために複数のツエナーダイオードを互いにシリーズに用いる必要がなくなり、回路構成を簡便化できる。 According to the above configuration, the voltage detection switch circuit monitors a direct current at a connection point between a plurality of resistors of the activation circuit, thereby reducing a direct current voltage input to the voltage detection switch circuit and detected. Can do. As a result, the above-described configuration can use a Zener diode or a switching element with a low breakdown voltage, and there is no need to use a plurality of Zener diodes in series in order to ensure a breakdown voltage as in the prior art. It can be simplified.
さらに、上記構成は、制御手段への補助電源のための整流回路に使用されるコンデンサと、電圧検出スイッチ回路との間に、複数の起動用抵抗の少なくとも一つの起動用抵抗が介在した上で、第一制御信号を前記制御手段のミュート部のミュート端子に入力して、主スイッチング素子への制御を停止するから、制御手段への補助電源のための整流回路に使用されるコンデンサの影響を防止できて、従来生じていた、主トランジスタ素子の破壊や他の電子装置への悪影響を回避できる。 Further, in the above configuration, at least one starting resistor among the plurality of starting resistors is interposed between the capacitor used in the rectifier circuit for the auxiliary power supply to the control means and the voltage detection switch circuit. Since the control to the main switching element is stopped by inputting the first control signal to the mute terminal of the mute unit of the control means, the influence of the capacitor used in the rectifier circuit for the auxiliary power supply to the control means is affected. This can prevent the destruction of the main transistor element and the adverse effects on other electronic devices, which have occurred in the past.
上記スイッチング電源装置では、前記電圧検出スイッチ回路は、前記ツエナーダイオードの検出結果に応じて作動して前記第一制御信号を出力するためのスイッチ素子とを有していてもよい。 In the switching power supply device, the voltage detection switch circuit may include a switch element that operates according to a detection result of the Zener diode and outputs the first control signal.
上記スイッチング電源装置においては、前記スイッチ素子は、トランジスタで有り、前記電圧検出スイッチ回路は、前記トランジスタの保護用のダイオードを、前記ツエナーダイオードと前記トランジスタとの間に備えていてもよい。 In the switching power supply device, the switch element may be a transistor, and the voltage detection switch circuit may include a diode for protecting the transistor between the Zener diode and the transistor.
上記構成によれば、保護用のダイオードを備えたことで、用いるスイッチ素子のトランジスタの耐圧が小さくできて、低コスト化や小型化できる。 According to the above configuration, since the protective diode is provided, the withstand voltage of the transistor of the switch element to be used can be reduced, and the cost and size can be reduced.
上記スイッチング電源装置では、前記電圧検出スイッチ回路は、前記ツエナーダイオードに対する第一のバイアス抵抗を有していてもよい。 In the switching power supply device, the voltage detection switch circuit may include a first bias resistor for the Zener diode.
上記構成によれば、第一のバイアス抵抗を有することにより、用いるツエナーダイオードの耐圧の小さいものを使用できて、低コスト化や小型化できる。 According to the above configuration, since the first bias resistor is provided, a Zener diode having a small withstand voltage can be used, and the cost and size can be reduced.
上記スイッチング電源装置においては、印加電圧を分圧により低減するための、第二のバイアス抵抗を有していてもよい。 The switching power supply device may have a second bias resistor for reducing the applied voltage by voltage division.
上記構成によれば、さらに、第二のバイアス抵抗を有することにより、用いるツエナーダイオードの耐圧のさらに小さいものを使用できて、低コスト化や小型化できる。 According to the above configuration, since the second bias resistor is further provided, a Zener diode having a smaller withstand voltage can be used, and the cost and size can be reduced.
上記スイッチング電源装置では、前記電圧検出スイッチ回路は、過電流防止のための電流制限用抵抗を備えていてもよい。 In the switching power supply device, the voltage detection switch circuit may include a current limiting resistor for preventing overcurrent.
上記スイッチング電源装置においては、さらに、交流入力から、前記直流入力を生成するための入力側整流回路を備えていてもよい。 The switching power supply device may further include an input-side rectifier circuit for generating the DC input from an AC input.
上記スイッチング電源装置では、Vinが交流入力の電圧を示し、Vzd1がツエナーダイオードのツエナー電圧を示し、kが前記制御を一時停止する、交流入力の電圧の低下率の設定値を示すとき、前記起動用電源回路における、電圧が検出される接続点の前後の第一の起動抵抗と第2の起動抵抗との比(R1/R2)が、下記の式(1)に基づき、
R1/R2=((Vin×√2×k)/Vzd1)−1 …式(1)
設定されていてもよい。
In the switching power supply device, when Vin indicates an AC input voltage, Vzd1 indicates a Zener voltage of a Zener diode, and k indicates a set value of a rate of decrease of the AC input voltage at which the control is temporarily stopped, the activation is performed. The ratio (R1 / R2) of the first starting resistance and the second starting resistance before and after the connection point at which the voltage is detected in the power supply circuit for power is based on the following formula (1):
R1 / R2 = ((Vin × √2 × k) / Vzd1) −1 Formula (1)
It may be set.
本発明に係るスイッチング電源装置は、以上のように、起動回路は、複数の抵抗を互いにシリーズに接続して有しており、前記制御手段は、前記主スイッチング素子の制御を一時停止するためのミュート部を備え、前記電圧検出スイッチ回路は、前記起動回路の複数の抵抗間の接続点の直流をツエナーダイオードにてモニターするようになっており、かつ、前記停止制御信号が前記ミュート部のミュート端子に入力されるようになっている構成である。 In the switching power supply device according to the present invention, as described above, the starting circuit has a plurality of resistors connected in series with each other, and the control means temporarily stops the control of the main switching element. The voltage detection switch circuit is configured to monitor a direct current at a connection point between a plurality of resistors of the start circuit with a Zener diode, and the stop control signal is a mute of the mute unit. In this configuration, the signal is input to the terminal.
それゆえ、上記構成では、前記電圧検出スイッチ回路が、前記起動回路の複数の抵抗間の接続点の直流をモニターすることで、電圧検出スイッチ回路に入力され、検出される直流の電圧を低下させて、ツエナーダイオードやスイッチ素子の耐圧が小さいものを用いることができて、従来のように耐圧を確保するために複数のツエナーダイオードをシリーズに用いる必要がなくなり、回路構成を簡便化できる。 Therefore, in the above configuration, the voltage detection switch circuit monitors the direct current at the connection point between the plurality of resistors of the start-up circuit, thereby reducing the DC voltage input to the voltage detection switch circuit and detected. Thus, it is possible to use a Zener diode or a switching element having a low withstand voltage, and it is not necessary to use a plurality of Zener diodes in series in order to ensure a withstand voltage as in the prior art, and the circuit configuration can be simplified.
その上、上記構成は、停止制御信号を前記制御手段のミュート部のミュート端子に入力して、主スイッチング素子の制御を停止するから、制御手段への補助電源のための支流回路に使用されるコンデンサの影響を、前記起動回路の複数の抵抗間の接続点の直流をモニターすることで防止できて、従来生じていた、主トランジスタ素子の破壊や他の電子装置への悪影響を回避できるという効果を奏する。 In addition, the above configuration is used in a branch circuit for auxiliary power to the control means because a stop control signal is input to the mute terminal of the mute section of the control means to stop the control of the main switching element. The effect of the capacitor can be prevented by monitoring the direct current at the connection point between the plurality of resistors of the start-up circuit, and the damage to the main transistor element and other adverse effects on other electronic devices, which have occurred in the past, can be avoided. Play.
本発明に係るスイッチング電源装置の実施の各形態について図1ないし図5に基づいて説明すると以下の通りである。 Embodiments of the switching power supply device according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5 as follows.
(実施の第一形態)
本発明に係る実施の第一形態のスイッチング電源装置には、図1に示すように、例えば100V、60Hzの商用の交流電源が入力される各入力端子P1、P2と、各入力端子P1、P2からの交流がヒューズを介して入力されるラインフィルタL1と、ラインフィルタL1の前後にそれぞれ設けられたノイズ除去用の各ラインコンデンサC1、C2とが設けられている。なお、上記商用の交流電源の電圧としては、他に、117Vや200Vや220Vなどが挙げられる。
(First embodiment)
In the switching power supply according to the first embodiment of the present invention, as shown in FIG. 1, for example, input terminals P1 and P2 to which commercial AC power of 100 V and 60 Hz is input and input terminals P1 and P2 are input. Are provided with a line filter L1 to which an alternating current is input through a fuse, and noise removing line capacitors C1 and C2 provided before and after the line filter L1, respectively. In addition, examples of the voltage of the commercial AC power supply include 117V, 200V, and 220V.
上記スイッチング電源装置では、ラインフィルタL1からのノイズが除去された交流入力が入力される、ホイーストンブリッジ型に組み合わされた各ダイオードD1〜D4と、各ダイオードD1〜D4からのリップル成分を備えた直流をさらに整流して、上記交流入力から直流入力を出力するための平滑用コンデンサC3とが設けられている。 The switching power supply device includes the diodes D1 to D4 combined in a Wheatstone bridge type to which an AC input from which noise from the line filter L1 is removed is input, and ripple components from the diodes D1 to D4. A smoothing capacitor C3 for further rectifying the direct current and outputting the direct current input from the alternating current input is provided.
また、上記スイッチング電源装置においては、平滑用コンデンサC3からの直流入力が入力される一次側主巻線N1と一次側主巻線N1とは極性が逆方向となる二次側巻線N2と、補助電源用の一次側副巻線N3とを有するトランスT1が設けられている。一次側副巻線N3は、上記トランスT1において、一次側主巻線N1と極性が順方向にて形成されている。 In the switching power supply device, the primary side main winding N1 to which the DC input from the smoothing capacitor C3 is input and the primary side main winding N1 have a secondary side winding N2 having a reverse polarity, A transformer T1 having a primary side auxiliary winding N3 for auxiliary power is provided. In the transformer T1, the primary side auxiliary winding N3 is formed in the forward direction with the primary side main winding N1.
さらに、トランスT1の一次側主巻線N1に接続されて、上記一次側主巻線N1に流れる電流をスイッチング(断接)する電界効果型トランジスタであるFET(主スイッチング素子)Q1が、直流入力から負荷へ印加される負荷電圧を所望値に設定するために所定の周波数の交流に変換するように設けられている。本実施の形態では、上記FETQ1は、N型であるが必要に応じてP型も使用可能であり、さらに、スイッチング機能を有していれば、他のタイプの、例えばバイポーラトランジスタも使用可能である。 Further, a FET (main switching element) Q1, which is a field effect transistor that is connected to the primary main winding N1 of the transformer T1 and switches (disconnects) the current flowing through the primary main winding N1, is connected to the DC input. In order to set the load voltage applied to the load to a desired value, it is provided so as to convert it into alternating current of a predetermined frequency. In the present embodiment, the FET Q1 is an N type, but a P type can be used if necessary. Further, other types of transistors such as bipolar transistors can be used as long as they have a switching function. is there.
よって、FETQ1のドレインは、一次側主巻線N1のアース側に接続され、FETQ1のソースが各ダイオードD1〜D4のアース側に接続され、FETQ1のゲート(制御端子)が後述する制御回路12の出力端子OUTに接続されている。
Therefore, the drain of the FET Q1 is connected to the ground side of the primary main winding N1, the source of the FET Q1 is connected to the ground side of each of the diodes D1 to D4, and the gate (control terminal) of the FET Q1 is the
一方、上記トランスT1の二次側巻線N2には、二次側巻線N2から出力される、昇圧または降圧されて電圧が所望値に調整された出力交流を整流して直流出力として出力するための整流用ダイオードD6および平滑用コンデンサC5と、上記直流出力を外部に取り出すための各出力端子P3、P4とが設けられている。さらに、各出力端子P3、P4に対しパラレルに接続された出力電圧検出部11が上記直流出力の電圧を検出するために設けられている。さらに、上記トランスT1の二次側巻線N2では、出力電圧検出部11にて検出された出力電圧値を、非接触な光学的に一次側に伝達するためのフォトカプラPCの発光部PCaが取り付けられている。
On the other hand, the secondary side winding N2 of the transformer T1 rectifies the output alternating current output from the secondary side winding N2 and whose voltage is adjusted to a desired value by being stepped up or down and outputs it as a direct current output. There are provided a rectifying diode D6 and a smoothing capacitor C5, and output terminals P3 and P4 for taking out the DC output to the outside. Further, an
前記制御回路12は、フォトカプラPCの受光部PCbからの、出力電圧値を示す検知信号がフィードバック端子FBに入力されて、その検知信号に基づきFETQ1のゲートへの制御信号(スイッチングパルス信号)つまりFETQ1のスイッチング動作すなわちスイッチング周波数やスイッチングパルス信号のデューティー比を変える、例えばPWM制御できるようになっている制御ICである。
The
制御回路12には、前述の出力端子OUTとフィードバック端子FBとの他に、少なくとも、電源端子Vccと、ミュート端子Mとが設けられている。電源端子Vccは、制御回路12を駆動するための電源電圧(12V〜25V)を印加するためのものである。
In addition to the output terminal OUT and the feedback terminal FB, the
トランスT1の一次側副巻線N3には、制御回路12の電源端子Vccに所定電圧の直流を補助電源として供給できるように、整流用ダイオードD6と平滑用コンデンサC4とが設けられている。平滑用コンデンサC4は、整流用および起動時の各起動用抵抗R1、R2からの起動電流蓄積用コンデンサである。
The primary side sub-winding N3 of the transformer T1 is provided with a rectifying diode D6 and a smoothing capacitor C4 so that a direct current of a predetermined voltage can be supplied to the power supply terminal Vcc of the
さらに、制御回路12の電源端子Vccには、制御回路12の起動用のために、各ダイオードD1〜D4からの直流入力から各起動用抵抗R1、R2を介して生成された所定電圧の直流も入力されるようになっている。
Further, the power supply terminal Vcc of the
そして、本発明のスイッチング電源装置では、制御回路12に対し、予め設定された停止制御信号(第一制御信号)の入力により、FETQ1のスイッチング動作を一時停止するミュート機能(ミュート部)が付与されており、かつ、各ダイオードD1〜D4からの直流の電圧をモニターするための電圧検出回路2と、その電圧検出回路2からの検出信号により停止制御信号を出力するためのスイッチ回路1とが設けられている。
In the switching power supply device of the present invention, the
上記ミュート機能のためのミュート端子Mでは、その動作インピーダンスが数キロオームに設定されている。ミュート端子Mは、それに印加されている電圧が、所定値、例えば0.4V〜1.0V以下となると、出力端子OUTからFETQ1への制御信号を停止(ミュート)するためのものである。このようなミュート機能を発揮するための一例として、制御回路12では、ミュート端子Mに接続された反転入力端子を有する比較器(図示せず)が設けられている。上記比較器の反転入力端子には、電源電圧が定電流源(3μA〜10μA)を介して印加されている。一方、上記比較器の非反転入力端子には、0.4V〜1.0Vの所定の電圧値、例えば0.8Vが常時印加されている。
The operation impedance of the mute terminal M for the mute function is set to several kilohms. The mute terminal M is used to stop (mute) the control signal from the output terminal OUT to the FET Q1 when the voltage applied to the mute terminal M becomes a predetermined value, for example, 0.4 V to 1.0 V or less. As an example for exhibiting such a mute function, the
よって、ミュート端子Mを、抵抗を介してショートさせることで、上記反転入力端子の電圧を所定の電圧値、例えば0.8V以下とすることで、上記比較器からの出力を変化させ、その出力の変化により、制御回路12の出力端子OUTからのFETQ1への制御信号を停止(ミュート)することが可能となる。
Therefore, by short-circuiting the mute terminal M through a resistor, the voltage of the inverting input terminal is set to a predetermined voltage value, for example, 0.8 V or less, so that the output from the comparator is changed, and the output This makes it possible to stop (mute) the control signal from the output terminal OUT of the
電圧検出回路2は、電圧を検出するためのツエナーダイオードZD1のアノード端子と第一のバイアス抵抗R3とを互いにシリーズに接続して有し、かつ、ツエナーダイオードZD1と第一のバイアス抵抗R3との接続点に対し、カソード端子が接続されたダイオードD5を備えている。ダイオードD5は、後述のトランジスタQ2の耐圧保護用である。
The
電圧検出回路2においては、ツエナーダイオードZD1のカソード端子が、各起動用抵抗R1、R2の間の接続点に接続されている。つまり、ツエナーダイオードZD1に対しては、各ダイオードD1〜D4からの直流入力を各起動用抵抗R1、R2により分圧した直流が印加されることになる。第一のバイアス抵抗R3の他の端子はトランスT1の一次側副巻線N3のマイナス側に接続されている。
In the
スイッチ回路1は、ダイオードD5のアノード端子が、ベースに接続されたトランジスタQ2と、トランジスタQ2のエミッタに接続された抵抗R5とを備えている。抵抗R5は、トランジスタQ2の電流制限用抵抗である。トランジスタQ2のコレクタは、トランスT1の一次側副巻線N3のマイナス側に接続されており、抵抗R5の他の端子は、制御回路12のミュート端子Mに接続されている。
The switch circuit 1 includes a transistor Q2 having an anode terminal of a diode D5 connected to the base, and a resistor R5 connected to the emitter of the transistor Q2. The resistor R5 is a current limiting resistor for the transistor Q2. The collector of the transistor Q2 is connected to the negative side of the primary side auxiliary winding N3 of the transformer T1, and the other terminal of the resistor R5 is connected to the mute terminal M of the
その上、各起動用抵抗R1、R2の各抵抗値の設定は、以下の式(1)にて設定することが好ましい。このような設定は、後述する他の実施の形態でも同様に好ましい。Vinは、各入力端子P1、P2に印加する交流入力電圧を示し、Vzd1は、ツエナーダイオードZD1のツエナー電圧を示す。 In addition, it is preferable to set the resistance values of the starting resistors R1 and R2 by the following equation (1). Such setting is also preferable in other embodiments described later. Vin represents an AC input voltage applied to each of the input terminals P1 and P2, and Vzd1 represents a Zener voltage of the Zener diode ZD1.
R1/R2=((Vin×√2×k)/Vzd1)−1 …式(1)
R1とR2の接続点の電圧(Vr2)は((R2/R1+R2)*(Vin*0.7*√2)となり、トランジスタQ2がオンして制御回路12が停止するときのVr2の電圧はVzd1のツエナー電圧と等しくなることから、式(1)を導き出すことができる。
R1 / R2 = ((Vin × √2 × k) / Vzd1) −1 Formula (1)
The voltage (Vr2) at the connection point between R1 and R2 is ((R2 / R1 + R2) * (Vin * 0.7 * √2)), and the voltage of Vr2 when the transistor Q2 is turned on and the
kは、交流入力電圧オフ時より、所定値、例えば70%に降下したときに制御回路12が、そのミュート機能を発動させてFETQ1の動作を停止させる係数で、この値kを変えることで動作停止する電圧を任意の値に設定できる。上記所定値が70%のときは、k=0.7となる。
k is a coefficient by which the
次に、本実施の第一形態の作用・効果について説明する。本実施の形態は、ミュート機能の有する制御回路12のミュート端子Mに対し、入力電源の電圧検出信号である停止制御信号を接続して入力するスイッチ回路1および電圧検出回路2と、各起動用抵抗R1、R2の接続点から電圧検出回路1に接続して、さらに好ましくは式(1)の如く各起動用抵抗R1、R2の比を設定して組み合わせることである。
Next, the operation and effect of the first embodiment will be described. In the present embodiment, a switch circuit 1 and a
本実施の形態では、上記のように設定することで交流入力電圧に対して約70%(R1とR2の比を変えることで、約70%の値は任意の値に調整可能となった)となると、FETQ1の動作を強制的に停止させることができて、従来の問題点を回避することが可能となる。すなわち、本実施の形態では、入力電源電圧に関係なくR1とR2の比を調整することにより、任意の入力電源電圧の低下で制御回路12を動作停止する回路構成が可能となり、さらに安全に、FETQ1などの部品を破壊することなく動作停止させることができる。
In the present embodiment, by setting as described above, the AC input voltage is about 70% (the value of about 70% can be adjusted to an arbitrary value by changing the ratio of R1 and R2). Then, the operation of the FET Q1 can be forcibly stopped, and the conventional problems can be avoided. In other words, in the present embodiment, by adjusting the ratio of R1 and R2 regardless of the input power supply voltage, a circuit configuration that stops the operation of the
また、電圧検出回路2への直流入力の電圧値の検出のために入力される電圧を、制御回路12への起動用電源と兼用することで、回路構成の簡便化を図りながら、電圧検出回路2への入力電圧が従来に比較して低くできるため、電圧検出回路2の構成を簡素化することが可能となる。
In addition, the voltage input for detecting the voltage value of the DC input to the
また、制御回路12のミュート端子は動作インピーダンスが一般的に数キロオームと高いために、トランジスタQ2は小型品で耐圧、電流とも低い素子が使用可能となった。また、トランジスタQ2の破壊の心配が無くなり安全に動作するようになった。
Further, since the mute terminal of the
電圧検出回路2の回路は、従来のスイッチング電源回路の電圧検出回路41の回路よりツエナーダイオードZD2と抵抗R4とを省くことができる。これは電圧検出回路2への入力電圧が、従来のスイッチング電源回路より低く設定することが可能となったためである。これにより、本実施形態においては、一般的な1/2ワット抵抗の消費電力が少なくなり1個で実現できるようになった。また、ツエナーダイオードも1個で式(1)のとおり可能となる。
The circuit of the
(実施の第二形態)
本実施の第二形態では、図2に示すように、図1に示す電圧検出回路2に対し、ツエナーダイオードZD1と、第一のバイアス抵抗R3およびダイオードD5との間に、第二のバイアス抵抗R7をシリーズに追加した電圧検出回路3が設けられている。これは、ダイオードD5のカソード電圧が第一のバイアス抵抗R3と第二のバイアス抵抗R7とにより分圧されて低く設定することが可能となり、耐圧の低いダイオードD5が使用できるようになり、低コスト化が可能となる。例えば、従来は500V耐圧品のダイオードD5を使用していたが、本実施の形態では、一般的な50Vの耐圧品のダイオードD5が使用できた結果、安価で小型部品が使用できるようになった。
(Second embodiment)
In the second embodiment, as shown in FIG. 2, the second bias resistor is connected between the Zener diode ZD1, the first bias resistor R3, and the diode D5 with respect to the
(実施の第三形態)
本実施の第三形態においては、図3に示すように、図1に示す電圧検出回路2に対し、ダイオードD5を省いた電圧検出回路4が設けられている。ところで、従来のスイッチング電源回路では、ダイオードD5を省くと、トランジスタQ2のベース電圧が高すぎて一般部品ではそこまで耐圧の耐えられるものはなかった。本実施の形態では、ダイオードD5を省いても、電圧検出回路4への入力電圧を低く設定されているので、トランジスタQ2において、ベース電圧の耐圧の高いものを採用する必要があるが、一般部品を用いることが可能となった。
(Third embodiment)
In the third embodiment, as shown in FIG. 3, a
本実施の形態は、ミュート機能付の制御回路12との組み合せによるスイッチング電源装置において、本実施の第一形態よりダイオードD5を省いた回路で従来のスイッチング電源装置の回路よりトランジスタQ2のベース電圧が低くなるので耐圧の高いもの(約100V)を採用することにより可能となった。ただし、従来のスイッチング電源回路ではトランジスタQ2のベース電圧は約330Vになるので高すぎて一般部品ではそこまでの耐圧に耐えられるものはなかった。特殊部品はあるが部品価格が10倍程度高く、形状寸法も大きくなる。
The present embodiment is a switching power supply device in combination with a
(実施の第四形態)
本実施の第四形態においては、図4に示すように、図3に示す電圧検出回路4に対し、トランジスタQ2への接続点と、第一のバイアス抵抗R3およびダイオードD5との間に、第二のバイアス抵抗R7を追加した電圧検出回路5が設けられている。本実施の形態では、トランジスタQ2のベース電圧が第二のバイアス抵抗R7と第一のバイアス抵抗R3とで分割されて低くなり、トランジスタQ2に対し、耐圧の低く、安価な部品が採用できるようになった。
(Fourth embodiment)
In the fourth embodiment, as shown in FIG. 4, with respect to the
すなわち、本実施の形態においては、ミュート機能付の制御回路12との組み合せによる電圧検出回路3よりダイオードD5を省き、第二のバイアス抵抗R7を追加したもので、トランジスタQ2のベース電圧の耐圧が80V程度の比較的低いトランジスタを採用することが可能となった。
That is, in the present embodiment, the diode D5 is omitted from the
上記の実施の第一ないし第四の各形態に記載の何れの回路においても、交流入力電源オフ後の直流出力の電圧に、動作図である図5に示すように、スパイクノイズの発生が防止されている。このように交流入力電源電圧が任意の電圧降下時(たとえば70%に降下した時)において、制御回路12を強制的に動作停止させることが上記スパイクノイズの発生を防止しながら可能となり、誤動作や他の部品が破壊やダメージを受けることを回避して、制御回路12およびFETQ1の動作を安全に停止することができる。
In any of the circuits described in the first to fourth embodiments, spike noise is prevented from occurring in the DC output voltage after the AC input power is turned off, as shown in FIG. Has been. In this way, when the AC input power supply voltage drops arbitrarily (for example, when it drops to 70%), it is possible to forcibly stop the operation of the
本発明のスイッチング電源装置は、簡便な回路構成により、誤動作や他の部品に対する破壊やダメージを与えることなく、安全に動作停止することができることによって、オーディオや照明やパソコンなどの電気装置および電子装置の電源として好適に利用できる。 The switching power supply device of the present invention can be safely stopped with a simple circuit configuration without causing malfunction or damage or damage to other components, so that an electrical device and an electronic device such as an audio device, a lighting device, and a personal computer can be used. It can be suitably used as a power source.
1:スイッチ回路
2:電圧検出回路
11:出力電圧検出部
12:制御回路(制御手段)
P1&P2:商用電源の交流入力端子
HS1:ヒューズ
L1:ラインフィルタ
C1&C2:ラインコンデンサ
D1、D2、D3、D4:整流用ダイオード
C3:ブロックコンデンサ(整流コンデンサ)
R1&R2:起動用抵抗
ZD1:電圧検出用のツエナーダイオード
R3&R4:ツエナーダイオードZD1のバイアス抵抗
D5:トランジスタQ2の耐圧保護用ダイオード
Q2:スイッチ用のトランジスタ
R5:トランジスタQ2の電流制限用抵抗
PC:フォトカプラ
C4:整流用および起動時の起動抵抗からの起動電流蓄積用コンデンサ
D6:補助電源整流用ダイオード
N3:1次側副巻線
N1:1次側主巻線
Q1:SW用素子(FET)
N2:二次側巻線
D6:出力電圧整流用ダイオード
C5:出力電圧整流用コンデンサ
P3&P4:直流出力端子
1: Switch circuit 2: Voltage detection circuit 11: Output voltage detection unit 12: Control circuit (control means)
P1 & P2: AC input terminal of commercial power supply HS1: Fuse L1: Line filter C1 & C2: Line capacitors D1, D2, D3, D4: Rectifier diode C3: Block capacitor (rectifier capacitor)
R1 & R2: Start-up resistor ZD1: Zener diode R3 & R4 for voltage detection: Bias resistor D5 of Zener diode ZD1: Diode withstand voltage protection for transistor Q2 Q2: Switch transistor R5: Current limit resistor for transistor Q2 PC: Photocoupler C4 : Capacitor D6 for starting current accumulation from starting resistor for rectification and startup D6: Auxiliary power supply rectifier diode N3: Primary side secondary winding N1: Primary side main winding Q1: SW element (FET)
N2: Secondary winding D6: Diode for output voltage rectification C5: Capacitors for output voltage rectification P3 & P4: DC output terminal
Claims (8)
前記直流入力により前記制御手段を起動するための起動用電源を生成する複数の起動用抵抗を互いにシリーズに接続して有している起動用電源回路と、
前記直流入力の電圧をツエナーダイオードにより検出し、上記電圧値が所定値以下となると、第一制御信号を出力する電圧検出スイッチ回路とを備え、
前記制御手段は、前記第一制御信号の入力により前記主スイッチング素子の制御を一時停止するためのミュート部を備え、
前記電圧検出スイッチ回路は、前記起動用電源回路における複数の起動用抵抗間の接続点の何れかの直流を前記ツエナーダイオードによりモニターするようになっていることを特徴とするスイッチング電源装置。 In the separately-excited type, in the switching power supply device having the control means for controlling the main switching element, stabilizing the DC input to a desired voltage and outputting it as a DC output,
A starting power supply circuit having a plurality of starting resistors connected in series with each other to generate a starting power supply for starting the control means by the DC input;
A voltage detection switch circuit that detects a voltage of the DC input with a Zener diode and outputs a first control signal when the voltage value is a predetermined value or less;
The control means includes a mute unit for temporarily stopping control of the main switching element by the input of the first control signal,
The switching power supply device characterized in that the voltage detection switch circuit monitors a direct current at any of connection points between a plurality of starting resistors in the starting power supply circuit by the Zener diode.
前記電圧検出スイッチ回路は、前記トランジスタの保護用のダイオードを、前記ツエナーダイオードと前記トランジスタとの間に備えていることを特徴とする請求項2記載のスイッチング電源装置。 The switch element is a transistor,
3. The switching power supply device according to claim 2, wherein the voltage detection switch circuit includes a diode for protecting the transistor between the Zener diode and the transistor.
R1/R2=((Vin×√2×k)/Vzd1)−1 …式(1)
設定されていることを特徴とする請求項7記載のスイッチング電源装置。 When Vin indicates the voltage of the AC input, Vzd1 indicates the Zener voltage of the Zener diode, and k indicates the set value of the rate of decrease of the voltage of the AC input that temporarily stops the control, the voltage in the starting power supply circuit The ratio (R1 / R2) of the first starting resistance and the second starting resistance before and after the connection point at which is detected is based on the following equation (1):
R1 / R2 = ((Vin × √2 × k) / Vzd1) −1 Formula (1)
8. The switching power supply device according to claim 7, wherein the switching power supply device is set.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004186963A JP2006014465A (en) | 2004-06-24 | 2004-06-24 | Switching power supply |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007225537A (en) * | 2006-02-27 | 2007-09-06 | Fujitsu Ltd | Electronic device testing apparatus and electronic device testing method |
US8084893B2 (en) | 2008-04-28 | 2011-12-27 | Fuji Electric Systems Co., Ltd. | Semiconductor device for controlling switching power supply |
-
2004
- 2004-06-24 JP JP2004186963A patent/JP2006014465A/en not_active Withdrawn
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