JP6904188B2 - Switching power supply - Google Patents
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Description
本発明は、スイッチング電源装置に関する。 The present invention relates to a switching power supply device.
電気機器で使用されているスイッチング電源装置は、例えば、商用交流電力を一次側で整流平滑して一次直流電力を出力する一次整流平滑回路と、得られた一次直流電力の電流をオン状態とオフ状態に切り替えるスイッチング素子と、オン状態とオフ状態に切り替えられた電流が一次巻線に流れるトランスと、該トランスの二次巻線にそれぞれ接続された二次側の整流平滑回路と、該二次側の整流平滑回路の出力電圧を安定化するためにスイッチング素子の駆動パルスをパルス幅変調する定電圧制御回路を有している。 Switching power supplies used in electrical equipment include, for example, a primary rectifying and smoothing circuit that rectifies and smoothes commercial AC power on the primary side and outputs primary DC power, and turns the obtained primary DC power current on and off. A switching element that switches to a state, a transformer in which a current switched between an on state and an off state flows in the primary winding, a rectifying and smoothing circuit on the secondary side connected to the secondary winding of the transformer, and the secondary. It has a constant voltage control circuit that pulse width modulates the drive pulse of the switching element in order to stabilize the output voltage of the rectifying and smoothing circuit on the side.
このような電源装置では、各国の安全規格を遵守した設計を要求される。例えば安全規格のIEC61010規格において、機器内の着火リスクを低減するために、9.4エネルギー被制限回路に適合させる方法がある。このエネルギー被制限回路の規格では、出力電流を規定のレベル以下に制限する要求がある。そして、調整回路網を利用して最大限利用可能な電流を制限する場合には、調整回路網の一部に故障が生じた場合においても、その要求を満足する必要がある。 Such power supply devices are required to be designed in compliance with the safety standards of each country. For example, in the safety standard IEC61010, there is a method of conforming to a 9.4 energy restricted circuit in order to reduce the ignition risk in the device. This energy-limited circuit standard requires that the output current be limited below a specified level. When the adjustment network is used to limit the maximum available current, it is necessary to satisfy the requirement even if a part of the adjustment network fails.
また、アメリカの安全規格であるUL規格においては、機器の発火及び炎の拡散のリスクを低減するため、有限電源(LPS;Limited Power Source)や限定電圧/電流回路(Limited Voltage/Current)に適合させる方法がある。UL規格では、有限電源や限定電圧/電流回路は、出力電力および出力電流を規定のレベル以下に制限する要求が有り、回路の一部に故障が生じた場合であっても、その要求を満足する必要がある。また、これらの安全規格の要求によれば、例えば出力電圧や出力電流を制限する回路の一部に故障が生じた場合であっても、安全規格が要求するレベルに電流や電力を制限する必要がある。 In addition, the UL standard, which is an American safety standard, conforms to a limited power supply (LPS) and a limited voltage / current circuit (Limited Voltage / Current) in order to reduce the risk of ignition of equipment and diffusion of flames. There is a way to make it. According to the UL standard, finite power supplies and limited voltage / current circuits have a requirement to limit the output power and output current to below the specified level, and even if a part of the circuit fails, the requirement is satisfied. There is a need to. In addition, according to the requirements of these safety standards, it is necessary to limit the current and power to the level required by the safety standards even if a part of the circuit that limits the output voltage or output current fails. There is.
スイッチング電源装置において、出力電圧、出力電流、および出力電力を制限する手法としては、例えばスイッチング電源の一次側のスイッチング素子のドレイン電流のピーク値を制限することで出力電力を制限する手法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
また、スイッチング電源装置において、出力電圧、出力電流、および出力電力を制限する手法としては、例えば二次側の出力経路にヒューズなどの過電流保護デバイスを設ける手法、二次側の出力電流を検出して一次側のスイッチング素子を制御する手法などが提案されている。
As a method for limiting the output voltage, output current, and output power in a switching power supply device, for example, a method for limiting the output power by limiting the peak value of the drain current of the switching element on the primary side of the switching power supply has been proposed. (See, for example, Patent Document 1).
Further, in the switching power supply device, as a method of limiting the output voltage, output current, and output power, for example, a method of providing an overcurrent protection device such as a fuse in the output path on the secondary side, and detecting the output current on the secondary side. Then, a method of controlling the switching element on the primary side has been proposed.
しかしながら、特許文献1に記載の従来技術では、出力電圧、出力電流、および出力電力を制限する回路が二重化されていなかったので、安全規格を満足することができなかった。また、特許文献1には、二重化する手法が示唆も開示もされていなかった。また、特許文献1に記載の従来技術では、制御するコンバータの形式によって二次側の電流の制限値に、ばらつきが生じるという問題点があった。なお、このようなばらつきは、例えば、スイッチング素子のドレイン電流の検出精度等に依存していた。特に、例えば100V系と200V系それぞれの商用交流電圧に対応可能なスイッチング電源装置では、ドレイン電流のピーク値のばらつきが更に大きくなるという課題があった。
以上のように従来技術では、二次側の電流の制限値のばらつきが大きいことから、安全規格の要求する二次側の電流限度値を満足するために、装置の定格電流を低く設定しなければならない、という課題があった。
また、過電流保護にヒューズ等の過電流保護デバイスを設ける手法では、過電流保護デバイスの作動時間および動作点のばらつきや、周囲温度の影響により、過電流保護動作点のばらつきが大きくなることから、安全規格の要求する二次側の電流限度値に対して、装置の定格電流を低く設定しなければならないという課題があった。
However, in the prior art described in
As described above, in the prior art, since the variation of the current limit value on the secondary side is large, the rated current of the device must be set low in order to satisfy the current limit value on the secondary side required by the safety standard. There was a problem that it had to be done.
In addition, in the method of providing an overcurrent protection device such as a fuse for overcurrent protection, the variation in the operating time and operating point of the overcurrent protection device and the influence of the ambient temperature increase the variation in the overcurrent protection operating point. There is a problem that the rated current of the device must be set lower than the current limit value on the secondary side required by the safety standard.
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、安全規格に適合でき、従来より大きな定格電流を得ることができるスイッチング電源装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a switching power supply device that can comply with safety standards and can obtain a larger rated current than before.
(1)上記目的を達成するため、本発明の一態様に係るスイッチング電源装置は、スイッチング素子が接続される一次側巻線と、出力部に接続される第1の二次側巻線と、第2の二次側巻線を有するトランスと、前記第1の二次側巻線に流れる過電流を、第1閾値と比較して検出する第1過電流保護部と、前記第1の二次側巻線に流れる過電流を、第1閾値とは異なる第2閾値と比較して検出する第2過電流保護部と、前記第1過電流保護部の検出結果および前記第2過電流保護部の検出結果のうち少なくとも1つに基づいて、前記スイッチング素子を制御する制御部と、を備え、前記第1過電流保護部は、前記第2の二次側巻線側から電力が供給される。 (1) In order to achieve the above object, the switching power supply device according to one aspect of the present invention includes a primary side winding to which a switching element is connected, a first secondary side winding to be connected to an output unit, and the like. A transformer having a second secondary winding, a first overcurrent protection unit that detects an overcurrent flowing through the first secondary winding by comparing it with a first threshold, and the first two. A second overcurrent protection unit that detects the overcurrent flowing in the next winding by comparing it with a second threshold value different from the first threshold value, a detection result of the first overcurrent protection unit, and the second overcurrent protection. A control unit that controls the switching element is provided based on at least one of the detection results of the unit, and the first overcurrent protection unit is supplied with electric power from the second secondary winding side. To.
(2)また、本発明の一態様に係るスイッチング電源装置において、前記第2過電流保護部は、前記第1の二次側巻線側から電力が供給されるようにしてもよい。 (2) Further, in the switching power supply device according to one aspect of the present invention, the second overcurrent protection unit may be supplied with electric power from the first secondary winding side.
(3)また、本発明の一態様に係るスイッチング電源装置は、前記トランスは、第3の二次側巻線を備え、前記第2過電流保護部は、前記第3の二次側巻線側から電力が供給されるようにしてもよい。 (3) Further, in the switching power supply device according to one aspect of the present invention, the transformer includes a third secondary winding, and the second overcurrent protection unit includes the third secondary winding. Power may be supplied from the side.
(4)また、本発明の一態様に係るスイッチング電源装置において、前記第1閾値は、前記第2閾値以下であり、前記第1過電流保護部の出力が出力電流抑制要求を示す信号であり、前記第1の二次側巻線に発生する電圧に基づく電圧値と第1の所定値とを比較して出力電圧の誤差を、出力電圧を定電圧制御するための帰還信号として生成する誤差増幅部、を備え、前記第1過電流保護部の出力と、前記誤差増幅部の出力のうち、出力抑制要求の強い方の出力を前記第1過電流保護部の検出結果として出力するようにしてもよい。 (4) Further, in the switching power supply device according to one aspect of the present invention, the first threshold value is equal to or lower than the second threshold value, and the output of the first overcurrent protection unit is a signal indicating an output current suppression request. , An error of comparing the voltage value based on the voltage generated in the first secondary winding with the first predetermined value and generating an output voltage error as a feedback signal for controlling the output voltage to a constant voltage. An amplification unit is provided, and the output of the first overcurrent protection unit and the output of the error amplification unit, whichever has the stronger output suppression request, is output as the detection result of the first overcurrent protection unit. You may.
(5)また、本発明の一態様に係るスイッチング電源装置において、前記第2過電流保護部の出力が2値信号であり、前記第1の二次側巻線に発生する電圧に基づく電圧値と第2の所定値とを比較して過電圧態を検出して検出した結果を2値信号で出力する過電圧検出部、を備え、前記第2過電流保護部の出力と、前記過電圧検出部の出力のうち一方を検出したとき前記第2過電流保護部の検出結果として出力するようにしてもよい。 (5) Further, in the switching power supply device according to one aspect of the present invention, the output of the second overcurrent protection unit is a binary signal, and the voltage value based on the voltage generated in the first secondary winding. The overvoltage detection unit is provided with an overvoltage detection unit that compares the second predetermined value with the second predetermined value to detect the overvoltage state and outputs the detected result as a binary signal, and the output of the second overcurrent protection unit and the overvoltage detection unit. When one of the outputs is detected, it may be output as the detection result of the second overcurrent protection unit.
(6)また、本発明の一態様に係るスイッチング電源装置において、前記制御部は、前記第1過電流保護部の検出結果に基づいて、第1の期間、出力を停止または抑制するように前記スイッチング素子を制御するようにしてもよい。 (6) Further, in the switching power supply device according to one aspect of the present invention, the control unit stops or suppresses the output for the first period based on the detection result of the first overcurrent protection unit. The switching element may be controlled.
(7)また、本発明の一態様に係るスイッチング電源装置において、前記制御部は、前記第1過電流保護部と該前記第1過電流保護部に電力を供給する電源系統に故障が発生した場合に、前記第2過電流保護部の検出結果に基づいて、第1の期間とは異なる第2の期間、出力を停止または抑制するように前記スイッチング素子を制御するようにしてもよい。 (7) Further, in the switching power supply device according to one aspect of the present invention, the control unit has a failure in the first overcurrent protection unit and the power supply system that supplies power to the first overcurrent protection unit. In this case, the switching element may be controlled so as to stop or suppress the output for a second period different from the first period based on the detection result of the second overcurrent protection unit.
(8)また、本発明の一態様に係るスイッチング電源装置において、前記制御部は、前記第1過電流保護部の出力と前記誤差増幅部の出力のうち出力抑制要求の強い方の信号レベルに応じて出力を抑制し、過電流状態が発生している場合に、出力電流を予め定められている電流値に抑制するように前記スイッチング素子を制御するようにしてもよい。 (8) Further, in the switching power supply device according to one aspect of the present invention, the control unit sets the signal level of the output of the first overcurrent protection unit and the output of the error amplification unit, whichever has the stronger output suppression request. The output may be suppressed accordingly, and the switching element may be controlled so as to suppress the output current to a predetermined current value when an overcurrent state occurs.
(9)また、本発明の一態様に係るスイッチング電源装置において、前記制御部は、前記第1の二次側巻線に発生する電圧に基づく電圧値と第2の所定値とを比較して過電圧状態を検出して検出した結果を2値信号で出力する過電圧検出部であって、前記第2過電流保護部の出力と前記過電圧検出部の出力のうち一方を検出したとき、出力を停止するように前記スイッチング素子を制御するようにしてもよい。 (9) Further, in the switching power supply device according to one aspect of the present invention, the control unit compares the voltage value based on the voltage generated in the first secondary winding with the second predetermined value. An overvoltage detection unit that detects an overvoltage state and outputs the detected result as a binary signal. When one of the output of the second overvoltage protection unit and the output of the overvoltage detection unit is detected, the output is stopped. The switching element may be controlled so as to do so.
本発明によれば、安全規格に適合でき、従来より大きな定格電流を得ることができるスイッチング電源装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a switching power supply device that can comply with safety standards and can obtain a larger rated current than before.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[第1実施形態]
図1は、本実施形態に係るスイッチング電源装置1の構成例を示すブロック図である。図1に示すように、スイッチング電源装置1は、直流電源2、電源入力部3、コンバータ部4、二次側巻線N22(第2の二次側巻線)、ダイオードD22、コンデンサC22、第1過電流保護部5、第2過電流保護部6、第1伝達部53、第2伝達部63、および制御部7を備える。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of the switching
コンバータ部4は、トランスT1、コンデンサC1、スイッチング素子Q1、ダイオードD21、コンデンサC21、抵抗R1を備える。
トランスT1は、一次側巻線N11、二次側巻線N21(第1の二次側巻線)、および二次側巻線N22を備える。
The
The transformer T1 includes a primary winding N11, a secondary winding N21 (first secondary winding), and a secondary winding N22.
第1過電流保護部5は、抵抗R21、Vref51、比較器52を備える。
第2過電流保護部6は、抵抗R22、Vref61、比較器62を備える。
制御部7は、第1出力停止回路71、第2出力停止回路72、およびPWM制御部73を備える。
The first
The second
The control unit 7 includes a first
次に、スイッチング電源装置1の接続関係を説明する。
直流電源2は、正極が電源入力部3の第1入力部に接続され、負極が電源入力部3の第2入力部に接続されている。
Next, the connection relationship of the switching
In the
電源入力部3は、第1出力部がコンデンサC1の正極とトランスT1の一次側巻線N11の一端に接続され、第2出力部が一次側のGND(グランド)に接地されている。
In the
トランスT1は、一次側巻線N11の巻き始めである他端がスイッチング素子Q1のドレインに接続されている。 In the transformer T1, the other end of the primary winding N11, which is the start of winding, is connected to the drain of the switching element Q1.
スイッチング素子Q1は、例えばNチャネルの電界効果トランジスタであり、ソースが抵抗R1の一端とPWM制御部73のCS信号入力部に接続され、ゲートがPWM制御部73の出力部と接続されている。なお、ダイオードD1は、寄生ダイオードであり、スイッチング素子Q1に含まれる。
The switching element Q1 is, for example, an N-channel field effect transistor, in which the source is connected to one end of the resistor R1 and the CS signal input unit of the
抵抗R1は、他端が一次側のGNDに接地されている。
コンデンサC1は、負極側が一次側のGNDに接地されている。
The other end of the resistor R1 is grounded to the GND on the primary side.
The negative electrode side of the capacitor C1 is grounded to the primary side GND.
トランスT1の二次側巻線N21は、巻き始めである一端がダイオードD21のアノードに接続され、他端が二次側のGNDに接地されている。また、トランスT1の二次側巻線N21の他端は、抵抗R21の一端とVref51の負電源V−端子と比較器52の負電源V−端子に接続されている。
抵抗R21は、他端が抵抗R22の一端と比較器52の正入力部とVref61のV−端子と比較器62の負電源V−端子に接続されている。
抵抗R22は、他端がスイッチング電源装置1のGND出力と比較器62の正入力部に接続されている。
One end of the secondary winding N21 of the transformer T1 at the start of winding is connected to the anode of the diode D21, and the other end is grounded to the secondary GND. Further, the other end of the secondary winding N21 of the transformer T1 is connected to one end of the resistor R21, the negative power supply V-terminal of the
The other end of the resistor R21 is connected to one end of the resistor R22, the positive input portion of the
The other end of the resistor R22 is connected to the GND output of the switching
ダイオードD21は、カソードがコンデンサC21の正極とスイッチング電源装置1の出力部Voutと比較器62の正電源V+に接続されている。
コンデンサC21は、負極が二次側のCOMに接地されている。
The cathode of the diode D21 is connected to the positive electrode of the capacitor C21, the output unit Vout of the switching
The negative electrode of the capacitor C21 is grounded to the COM on the secondary side.
トランスT1の二次側巻線N22は、一端がダイオードD22のアノードに接続され、巻き始めである他端が二次側のCOMに接地されている。
ダイオードD22は、カソードがコンデンサC22の正極と比較器52の正電源V+とVref51の正電源V+に接続されている。
コンデンサC22は、負極が二次側のCOMに接地されている。
One end of the secondary winding N22 of the transformer T1 is connected to the anode of the diode D22, and the other end, which is the start of winding, is grounded to the COM on the secondary side.
The cathode of the diode D22 is connected to the positive electrode of the capacitor C22, the positive power supply V + of the
The negative electrode of the capacitor C22 is grounded to the COM on the secondary side.
比較器52は、負入力部がVref51の出力部と接続され、正入力部が抵抗R21の他端(A点)に接続され、出力部が第1伝達部53の入力部に接続されている。
比較器62は、負入力部がVref61の出力部と接続され、正入力部が抵抗R22の他端(B点)に接続され、出力部が第2伝達部63の入力部に接続されている。
In the
In the
第1伝達部53は、出力部(C点)が第1出力停止回路71の入力部に接続されている。
第2伝達部63は、出力部(D点)が第2出力停止回路72の入力部に接続されている。
In the
In the
第1出力停止回路71は、出力部がPWM制御部73の第1入力部に接続されている。
第2出力停止回路72は、出力部がPWM制御部73の第2入力部に接続されている。
The output unit of the first
The output unit of the second
次に、各構成要素の動作の概要を説明する。
電源入力部3は、直流電源2が出力した電力を、トランスT1に出力する。
Next, the outline of the operation of each component will be described.
The
コンバータ部4は、電源入力部3が出力した電圧を、トランスT1の一次側と二次側の巻数比に応じた電圧に変圧する。コンバータ部4は、PWM制御部73の制御に応じてスイッチング素子Q1のオン状態とオフ状態とのパルス幅が制御されることで、二次側にパルス状の電力を発生させる。
コンバータ部4は、二次側に発生した電力をダイオードD21とコンデンサC21によって整流平滑する。
二次側巻線N22に発生した電力は、ダイオードD22とコンデンサC22によって、整流平滑される。
The
The
The electric power generated in the secondary winding N22 is rectified and smoothed by the diode D22 and the capacitor C22.
第1過電流保護部5は、二次巻線N22に発生する電圧を電源として、Vref51が第1閾値Vref1を生成する。第1過電流保護部5の比較器52は、二次巻線N22に発生する電圧値によって駆動される。比較器52は、Vref51が生成した第1閾値Vref1と、抵抗R21の他端であるA点の電圧値を比較し、比較した結果を第1伝達部53に出力する。なお、比較器52の出力は、H(ハイ)レベルとL(ロー)レベルである。このため、比較器52は、A点の電圧値が第1閾値Vref1未満の場合にLレベルを出力し、A点の電圧値が第1閾値Vref1以上の場合にHレベルを出力する。第1伝達部53は、二次側と一次側とのアイソレータであり、例えばフォトカプラである。第1伝達部53は、比較器52が出力した情報(Hレベル、Lレベル)を第1出力停止回路71に出力する。
In the first
第2過電流保護部6は、二次巻線N21に発生する電圧を電源として、Vref61が第2閾値Vref2を生成する。第2過電流保護部6の比較器62は、二次巻線N21に発生する電圧値によって駆動される。比較器62は、Vref61が生成した第2閾値Vref2と、抵抗R22の他端であるB点の電圧値を比較し、比較した結果を第2伝達部63に出力する。なお、比較器62の出力は、HレベルとLレベルである。このため、比較器62は、B点の電圧値が第2閾値Vref2未満の場合にLレベルを出力し、B点の電圧値が第2閾値Vref2以上の場合にHレベルを出力する。第2伝達部63は、二次側と一次側とのアイソレータであり、例えばフォトカプラである。第2伝達部63は、比較器62が出力した情報(Hレベル、Lレベル)を第2出力停止回路72に出力する。
In the second
制御部7は、第1過電流保護部5と第2過電流保護部6の出力に応じてコンバータ部4のスイッチング素子Q1の駆動状態を制御する。第1出力停止回路71は、第1過電流保護部5がHレベルを出力したとき、過電流が発生していると判断して、出力を停止する指示をPWM制御部73に出力する。第2出力停止回路72は、第2過電流保護部6がHレベルを出力したとき、過電流が発生していると判断して、出力を停止する指示をPWM制御部73に出力する。PWM制御部73は、第1出力停止回路71が出力を停止する指示を出力したとき、第1の所定時間T1の間、出力を停止するようにスイッチング素子Q1を制御する。PWM制御部73は、第2出力停止回路72が出力を停止する指示を出力したとき、第2の所定時間T2の間、出力を停止するようにスイッチング素子Q1を制御する。また、PWM制御部73は、出力Voutに基づく不図示の帰還信号に応じて、スイッチング素子Q1のオン状態とオフ状態のデューティー比を制御する。なお、制御部7は、スイッチング素子Q1に流れる電流値をCS信号によって検出し、検出値を所定値と比較し、比較した結果、検出値が所定値以上の場合に過電流が流れたと判別して出力の上限を制限する。これにより、制御部7は、スイッチング素子Q1のドレイン電流のピーク値を制限し、二次側出力電流を過電流保護動作点であるI_olp_convに抑制する。なお、ドレイン電流検出による過電流保護は、一般的なフィードバック制御のスイッチング電源に一般的に備わっている回路である。
The control unit 7 controls the drive state of the switching element Q1 of the
以上のように、スイッチング電源装置1において、第1過電流保護部5は、出力Voutとは異なる二次巻線N22に発生する電圧を用いて、第1閾値Vref1を生成し、過電流の検出を行う比較器52を駆動している。そして、第2過電流保護部6は、出力Voutと同じ二次巻線N21に発生する電圧を用いて、第2閾値Vref2を生成し、過電流の検出を行う比較器62を駆動している。この構成により、本実施形態によれば、2系統の過電流保護部(第1過電流保護部5、第2過電流保護部6)を別の電源で駆動しているので、1系統が故障した場合であっても、残りの過電流保護部を用いて過電流の発生を検出して出力を停止させることができる。
As described above, in the switching
なお、本実施形態では、二次側巻線N21が装置の出力となり、二次側巻線N21に負荷が接続されている。出力が短絡して出力電圧Voutを維持できないほどの過電流が流れる場合が考え得る。この場合は、第1過電流保護部5および第2過電流保護部6の過電流保護が機能せず、ドレイン電流検出による過電流保護が機能する。ドレイン電流検出による過電流保護は、スイッチング素子Q1の破損を防止するためにスイッチングの1パルス毎に所定値と比較して即座に過電流を検出するためである。
In this embodiment, the secondary winding N21 is the output of the device, and the load is connected to the secondary winding N21. It is conceivable that the output is short-circuited and an overcurrent that cannot maintain the output voltage Vout flows. In this case, the overcurrent protection of the first
ここで、出力が短絡して出力電圧Voutを維持できないほどの過電流が流れた場合の動作について説明する。PWM制御部73は、不図示の帰還信号に応じて、スイッチング素子Q1のオンパルス幅を広げる動作を行う。オンパルス幅が広がり、スイッチング素子Q1のドレイン電流が増加する。ドレイン電流が増加して、CS信号が所定値を超えると、PWM制御部73は、パルス幅を狭めて、スイッチング素子Q1のドレイン電流ピーク値を制限する。その結果、出力電流Ioは、過電流保護動作点I_olp_convに制限される。過電流状態が発生してから比較的短時間の所定時間が経過した後、PWM制御部73は、ヒカップ動作、または出力を停止する。ここで、ヒカップ動作とは一時的に出力を遮断し、その後自動復帰させる動作である。
したがって、出力が短絡して出力電圧Voutを維持できないほどの過電流が流れた場合は、第1過電流保護部5および第2過電流保護部6は動作しない。
Here, the operation when the output is short-circuited and an overcurrent that cannot maintain the output voltage Vout flows will be described. The
Therefore, when the output is short-circuited and an overcurrent that cannot maintain the output voltage Vout flows, the first
なお、図1において、ダイオードD22のカソードと、Vref51および比較器52との間に、定電圧回路を備えていてもよい。
In FIG. 1, a constant voltage circuit may be provided between the cathode of the diode D22 and the Vref 51 and the
次に、第1過電流保護部5のVref51が出力する電圧値、第2過電流保護部6のVref61が出力する電圧値について説明する。なお、安全規格で要求される制限電流値をI_limitとする。
第1過電流保護部5において、検出電流値の閾値をI_olp1とすると、Vref51が出力する第1閾値Vref1は、次式(1)の関係となる。
Next, the voltage value output by the
Assuming that the threshold value of the detected current value in the first
第2過電流保護部6において、検出電流値の閾値をI_olp2とすると、Vref61が出力する第2閾値Vref2は、次式(2)の関係となる。
Assuming that the threshold value of the detected current value in the second
なお、抵抗R21と抵抗R22の抵抗値は同じであるとする。なお、抵抗R21と抵抗R22の抵抗値は閾値との関係性が満足できればよく、異なってもよい。また、第2閾値Vref2は第1閾値Vref1より大きい電圧であるとする。 It is assumed that the resistance values of the resistor R21 and the resistor R22 are the same. The resistance values of the resistors R21 and R22 may be different as long as the relationship with the threshold value is satisfied. Further, it is assumed that the second threshold value Vref2 is a voltage larger than the first threshold value Vref1.
次に、スイッチング電源装置1の動作と各部の波形例を説明する。
図2は、本実施形態に係るスイッチング電源装置1の動作と各部の波形例を示す図である。図2において、横軸は時刻を表し、縦軸は信号のレベルを表す。
Next, the operation of the switching
FIG. 2 is a diagram showing an operation of the switching
<1.第1過電流保護部5、第2過電流保護部6のいずれも故障していない場合の動作>
まず、第1過電流保護部5、第2過電流保護部6のいずれも故障していない場合に過電流が発生した例を説明する。なお、時刻t1以前、出力電流値が定電流でI1であり、電圧値がV1であるとする。
<1. Operation when neither the first
First, an example in which an overcurrent occurs when neither the first
時刻t1のとき、過電流が発生し、出力電流値が、第1過電流保護部5の検出電流閾値であるI_olp1以上になる。この結果、抵抗R21に流れる出力電流I0が増加して、A点の電圧値が第1閾値Vref1より高くなる。このため、比較器52が作動して、C点の信号がLレベルからHレベルに変化する。
なお、過電流により発生した電流値がI_olp2以下であるため、電圧値が第2閾値Vref2以下である。このため、比較器62は動作しない。
ここで、時刻t1から時刻t2までの期間T3は、過電流が発生してから、第1伝達部53の出力C点の信号がLレベルからHレベルになるまでの時間であり、この間出力は保護されていないので、出力電流はI_olp1以上、I_olp_conv以下となる。例えば、一時的な過負荷を許容するために、積分回路等で検出信号の出力を遅らせることにより、期間T3の時間を長く設定することができる。期間T3の設定時間の上限は、安全規格の要求に合致するように設定する。
At time t1, an overcurrent occurs and the output current value becomes equal to or greater than I_olp1, which is the detection current threshold value of the first
Since the current value generated by the overcurrent is I_olp2 or less, the voltage value is the second threshold value Vref2 or less. Therefore, the
Here, the period T3 from the time t1 to the time t2 is the time from the occurrence of the overcurrent until the signal at the output C point of the
なお、電流値I_olp_convは、スイッチング素子Q1のドレイン電流を検出することで制限される電流値のため、ばらつきが大きい。I_olp_convが閾値I_olp1より大きい場合は、比較器52が動作するので、図2に示した動作となる。
一方、電流値I_olp_convが、閾値I_olp1より小さい場合は、一次側のCS信号に応じてPWM制御部73が過電流をI_olp_convに制限するので比較器52が動作しないが、出力はI_limit以内に制限されるので、安全規格を満足する。このため、電流値I_olp_convは、スイッチング電源装置1の出力定格電流値以上であればよい。
Since the current value I_olp_conv is a current value limited by detecting the drain current of the switching element Q1, there is a large variation. When I_olp_conv is larger than the threshold value I_olp1, the
On the other hand, when the current value I_olp_conv is smaller than the threshold value I_olp1, the
時刻t2のとき、第1出力停止回路71は、比較器52が第1伝達部53を介して出力したHレベルの信号に応じて、T1の期間、出力を停止する指示をPWM制御部73に出力する。これにより、PWM制御部73は、T1の期間、出力を停止するようにスイッチング素子Q1を制御する。この結果、出力電圧Voutは、T1の期間、出力が停止され0[V]となり、出力電流も0[A]となる。
At time t2, the first
時刻t2からT1の期間経過後の時刻t3のとき、第1出力停止回路71は、出力を再開する指示をPWM制御部73に出力する。これにより、PWM制御部73は、出力を再開するようにスイッチング素子Q1を制御する。これにより、図2のように、出力電圧Vout、出力電流I0が復帰する。
At time t3 after the period from time t2 to T1, the first
例えば、IEC61010規格9.4エネルギー被制限回路において、出力電流の制限値は、交流実効値または直流値で制限されている。このため、期間T1は、コンバータ部4が出力を開始させる際に、再度過電流が発生した場合においても、出力電流の実効値が安全規格で要求される制限電流I_limit以下になるように設定する。
すなわち、期間T3と期間T1で構成されるパルスのデューティー比を予め設定することにより、再度過電流が発生した場合においても、出力実効電流は、I_limit以下となる。そのため出力実効電流は、安全規格の要求を満たすことができる。なお、制御部7は、比較器52が第1伝達部53を介して出力したHレベルの信号を受けた後、再起動せず出力停止状態を維持し続けるように構成してもよい。
For example, in the IEC61010 standard 9.4 energy restricted circuit, the output current limit value is limited by an AC effective value or a DC value. Therefore, the period T1 is set so that the effective value of the output current is equal to or less than the limit current I_limit required by the safety standard even if an overcurrent occurs again when the
That is, by presetting the duty ratio of the pulse composed of the period T3 and the period T1, the output effective current becomes I_limit or less even when the overcurrent occurs again. Therefore, the output effective current can meet the requirements of the safety standard. The control unit 7 may be configured so that after the
なお、図2に示す例では、時刻t2のときに第1出力停止回路71がHレベルを出力する例を示したが、過電流の大きさによっては、第2出力停止回路72もHレベルを出力する場合がある。PWM制御部73は、第1出力停止回路71と第2出力停止回路72のうち少なくとも1つがHレベルを出力した場合に、出力を停止するように制御するようにしてもよい。
In the example shown in FIG. 2, the first
<2.第2過電流保護部6の経路の一部に故障が発生している場合の動作>
次に、第2過電流保護部6の一部、またはその電源部、第2伝達部63、第2出力停止回路72に故障が発生している場合に過電流が発生した例を説明する。なお、第2過電流保護部6の電源部とは、二次側巻線N21、ダイオードD21、コンデンサC21である。
この場合は、図2の第1過電流保護部5、第2過電流保護部6のいずれも故障していない場合で説明した動作と同様に、第1過電流保護部5が動作する。この動作状態は、第1過電流保護部5、第2過電流保護部6のいずれも故障していない場合の動作と同様である。
<2. Operation when a failure occurs in a part of the path of the second
Next, an example in which an overcurrent occurs when a part of the second
In this case, the first
したがって、第2過電流保護部6の一部、またはその電源部、第2伝達部63、第2出力停止回路に故障が発生していても、第1過電流保護部5の動作に影響を及ぼさない。なお、仮に抵抗R22が開放となる故障が発生した場合、抵抗R21と抵抗R22はコンバータ部4から出力電流が供給される経路に直列に接続されているので、出力電流経路が遮断され抵抗R21に流れる電流が0[A]となる。これにより、スイッチング電源装置1に接続されている負荷に電流が流れなくなるので、過電流状態が解消される。
従って、本実施形態によれば、第2過電流保護部6の一部、またはその電源部に故障が発生していても、出力電流の制限値が安全規格の要求を満足する。
Therefore, even if a part of the second
Therefore, according to the present embodiment, the limit value of the output current satisfies the requirement of the safety standard even if a failure occurs in a part of the second
<3.第1過電流保護部5の経路の一部に故障が発生している場合の動作>
次に、第1過電流保護部5の一部、またはその電源部、第1伝達部53、第1出力停止回路71に故障が発生している場合に過電流が発生した例を説明する。なお、第1過電流保護部5の電源部とは、二次側巻線N22、ダイオードD22、コンデンサC22である。
<3. Operation when a failure occurs in a part of the path of the first
Next, an example in which an overcurrent occurs when a part of the first
例えば、第1過電流保護部5の一部、またはその電源部に故障が発生した場合は、電流値がI_olp1を超える、すなわち第1閾値Vref1を超えても比較器52は動作するが、過電流保護は機能しない。
時刻t7のとき、過電流が発生する。この結果、抵抗R22に流れる出力電流I0が増加して、B点の電圧値が第2閾値Vref2より高くなる。このため、比較器62が作動して、C点の信号がLレベルからHレベルに変化する。
For example, when a failure occurs in a part of the first
At time t7, an overcurrent occurs. As a result, the output current I 0 flowing through the resistor R22 increases, and the voltage value at point B becomes higher than the second threshold value Vref2. Therefore, the
ここで、時刻t7から時刻t8までの期間は、過電流が発生してから、第2伝達部63の出力D点の信号がLレベルからHレベルになるまでの時間であり、この間、出力は保護されていないので、出力電流がI_olp2以上、I_olp_conv以下となる。例えば、一時的な過負荷を許容するために、積分回路等で検出信号の出力を遅らせることにより、時刻t7から時刻t8までの期間を長く設定することができるが、その設定時間の上限は、安全規格の要求に合致するように設定する。
Here, the period from the time t7 to the time t8 is the time from the occurrence of the overcurrent until the signal at the output D point of the
なお、電流値I_olp_convは、スイッチング素子Q1のドレイン電流を検出することで制限される電流値のため、ばらつきが大きい。I_olp_convが閾値I_olp2より大きい場合は、比較器62が動作するので、図2の第1過電流保護部5の経路の一部に故障が発生している場合に示した動作となる。
一方、電流値I_olp_convが、閾値I_olp2より小さい場合は、一次側のCS信号に応じてPWM制御部73が過電流をI_olp_convに制限するので比較器62が動作しないが、出力がI_limit以内に制限されるので、安全規格を満足する。このため、電流値I_olp_convは、スイッチング電源装置1の出力定格電流値以上であればよい。
Since the current value I_olp_conv is a current value limited by detecting the drain current of the switching element Q1, there is a large variation. When I_olp_conv is larger than the threshold value I_olp2, the
On the other hand, when the current value I_olp_conv is smaller than the threshold value I_olp2, the
時刻t8のとき、第2出力停止回路72は、比較器62が第2伝達部63を介して出力したHレベルの信号に応じて、T2の期間、出力を停止する指示をPWM制御部73に出力する。これにより、PWM制御部73は、T2の期間、出力を停止するようにスイッチング素子Q1を制御する。この結果、出力電圧Voutは、T2の期間、出力が停止され0[V]となり、出力電流も0[A]となる。
At time t8, the second
時刻t8からT2の期間経過後の時刻t9のとき、第2出力停止回路72は、出力を再開する指示をPWM制御部73に出力する。これにより、PWM制御部73は、出力を再開するようにスイッチング素子Q1を制御する。これにより、図2のように、出力電圧Vout、出力電流I0が復帰する。
At time t9 after the period from time t8 to T2 has elapsed, the second
ここで、期間T2は、コンバータ部4が出力を開始させる際に、再度過電流が発生した場合においても、出力電流の実効値が安全規格で要求される制限電流I_limit以下になるように設定する。
すなわち、時刻t7〜t8の期間と期間T2で構成されるパルスのデューティー比を予め設定することにより、再度過電流が発生した場合においても、出力実効電流は、I_limit以下となる。そのため出力実効電流は、安全規格の要求を満たすことができる。
Here, the period T2 is set so that the effective value of the output current is equal to or less than the limit current I_limit required by the safety standard even if an overcurrent occurs again when the
That is, by presetting the duty ratio of the pulse composed of the period t7 to t8 and the period T2, the effective output current is I_limit or less even when the overcurrent occurs again. Therefore, the output effective current can meet the requirements of the safety standard.
このように、第1過電流保護部5の一部、またはその電源部、第1伝達部53、第1出力停止回路71に故障が発生していても、第2過電流保護部6の動作に影響を及ぼさない。なお、仮に抵抗R21が開放となる故障が発生した場合、抵抗R21と抵抗R22はコンバータ部4から出力電流が供給される経路に直列に接続されているので、出力電流経路が遮断され抵抗R22に流れる電流が0[A]となる。これにより、スイッチング電源装置1に接続されている負荷に電流が流れなくなるので、過電流状態が解消される。
従って、本実施形態によれば、第1過電流保護部5の一部、またはその電源部に故障が発生していても、出力電流の制限値が安全規格の要求を満足する。
As described above, even if a part of the first
Therefore, according to the present embodiment, the limit value of the output current satisfies the requirement of the safety standard even if a failure occurs in a part of the first
<4.出力が短絡して出力電圧Voutを維持できないほどの過電流が流れた場合(出力短絡時、回路故障なし)の動作>
この場合は、時刻t10以降のように、PWM制御部73は、CS信号が所定値以上である、すなわちスイッチング素子Q1に過電流が発生し、一次側のスイッチング素子Q1のドレイン電流のピーク値を制限するように制御することで、過電流保護動作点I_olp_convに出力電流I0を制限する。過電流状態が発生してから所定の時間が経過した後、PWM制御部73は、ヒカップ動作を行うように制御する。ここで、ヒカップ動作とは一時的に出力を遮断し、その後自動復帰させる動作である。ヒカップ動作中の出力実効電流が安全規格で要求される制限電流I_limit以下となるように、I_olp_conv、ヒカップ動作の周期、出力と停止のパルスのディーティー比等を予め設定する。このように設定を行うことで、ヒカップ動作における出力実行電流は、安全規格の要求を満たすことができる。
また、時刻t10以降のヒカップ動作中、抵抗R21の両端にはA点波形の信号が発生し、抵抗R22の両端にはB点波形の信号が発生する。比較器52にA点波形の信号が入力されるため、比較器52は、第1伝達部53を介してC点波形の信号を出力する。なお、時刻t10以降に比較器52が出力する信号の幅は、期間T3より短い。なお、比較器62には、B点波形の信号が入力されるが、比較器62に供給される電力が喪失しているため、比較器62は動作しない。
なお、図2では、出力電流I0はI_limitを超えているが、I_limitを超えている期間がわずかであり、かつ過電流保護動作点I_olp_conv以下であり、出力実効電流が安全規格で要求される制限電流I_limit(例えば定格出力電流)以下になっているので安全規格の要求を満たしている。または出力を停止してもよい。
なお、ヒカップ動作は、出力短絡状態が解除されるまで継続し、出力短絡状態が解除された時点で定常動作に復帰する。
<4. Operation when the output is short-circuited and an overcurrent that cannot maintain the output voltage Vout flows (when the output is short-circuited, there is no circuit failure)>
In this case, as in time t10 or later, the
Further, during the hi-cup operation after the time t10, a point A waveform signal is generated at both ends of the resistor R21, and a B point waveform signal is generated at both ends of the resistor R22. Since the signal of the point A waveform is input to the
In FIG. 2, the output current I 0 exceeds I_limit, but the period exceeding I_limit is short, and it is equal to or less than the overcurrent protection operating point I_olp_conv, and the effective output current is required by the safety standard. Since it is below the limit current I_limit (for example, rated output current), it meets the requirements of safety standards. Alternatively, the output may be stopped.
The hi-cup operation continues until the output short-circuit state is released, and returns to the steady operation when the output short-circuit state is released.
以上のように、第1過電流保護部5と第2過電流保護部6、それらの電源部、第1出力伝達部53、第2出力伝達部63、第1出力停止回路71、および第2出力停止回路72のいずれかの部品に故障が生じた場合であっても、また、出力が短絡した場合においても、上述したように出力電流の制限値が安全規格を満足する。すなわち、本実施形態による過電流保護動作は、検出回路や保護回路を二重化した上、安全規格を満足することができる。
As described above, the first
次に、スイッチング電源装置1が行う処理手順例を説明する。
図3は、本実施形態に係るスイッチング電源装置1が行う過電流発生時の保護処理手順例のフローチャートである。
Next, an example of the processing procedure performed by the switching
FIG. 3 is a flowchart of an example of a protection processing procedure when an overcurrent occurs, which is performed by the switching
(ステップS1)PWM制御部73は、CS信号レベルが所定値以上か否かを判別する。PWM制御部73は、CS信号レベルが所定値以上であると判別した場合(ステップS1;YES)、ステップS2に処理を進める。PWM制御部73は、CS信号レベルが所定値以上ではないと判別した場合(ステップS1;NO)、ステップS3に処理を進める。
(Step S1) The
(ステップS2)PWM制御部73は、出力電流値I0をI_olp_convに制限するようにスイッチング素子Q1を制御する。処理後、PWM制御部73は、ステップS1に処理を戻す。
(Step S2) The
(ステップS3)PWM制御部73は、第1出力停止回路71および第2出力停止回路72のうち少なくとも1つが、出力を停止する指示を出力したか否かを判別する。PWM制御部73は、第1出力停止回路71および第2出力停止回路72のうち少なくとも1つが、出力を停止する指示を出力していないと判別した場合(ステップS3;NO)、ステップS1に処理を戻す。PWM制御部73は、第1出力停止回路71および第2出力停止回路72のうち少なくとも1つが、出力を停止する指示を出力したと判別した場合(ステップS3;YES)、ステップS4に処理を進める。
(Step S3) The
(ステップS4)PWM制御部73は、第1出力停止回路71と第2出力停止回路72のいずれが、出力を停止する指示を出力したか否かを判別する。PWM制御部73は、第1出力停止回路71が、出力を停止する指示を出力したと判別した場合(ステップS4;第1)、ステップS5に処理を進める。PWM制御部73は、第2出力停止回路72が、出力を停止する指示を出力したと判別した場合(ステップS4;第2)、ステップS6に処理を進める。
(Step S4) The
(ステップS5)PWM制御部73は、T1の期間、出力を停止するようにスイッチング素子Q1を制御した後、出力を再開する。処理後、PWM制御部73は、ステップS1に処理を戻す。
(Step S5) The
(ステップS6)PWM制御部73は、T2の期間、出力を停止するようにスイッチング素子Q1を制御した後、出力を再開する。処理後、PWM制御部73は、ステップS1に処理を戻す。
(Step S6) The
これにより、本実施形態によれば、IEC6101規格におけるエネルギー被制限回路、UL規格における有限電源(LPS)、限定電圧/電流回路(Limited Voltage/Current)に適合できるスイッチング電源装置1の定格出力電流を、これらの要求値に近づけることが可能な過電流保護回路を実現できる。また、本実施形態によれば、前記の安全規格を満足し、かつ従来より大きな定格出力電流を有するスイッチング電源装置1を提供できる。従来より大きな定格出力電流を供給できる理由は、従来の手法では、スイッチング素子に流れる電流の検出精度や、過電流保護デバイスのばらつきを考慮して、定格出力を低めに設定しておく必要があった。一方、本実施形態によれば、図1に示した構成により精度良く過電流を検出できるので、従来のようにマージンを大きくする必要が無く、定格通りに出力することができるので、従来より大きな定格出力電流を供給できる。
Thereby, according to the present embodiment, the rated output current of the switching
安全規格であるIEC61010規格における9.4エネルギー被制限回路や、UL規格における有限電源や限定電圧/電流回路に適合した電源回路および電源装置は、発火や外部への火炎が燃え広がるリスクが低減されているとみなされる。このため、本実施形態によれば、規格に適合したスイッチング電源装置1は、スイッチング電源装置1の筐体に要求される防火エンクロージャーとしての構造的要求事項が緩和され、結果としてスイッチング電源装置1のコスト削減や設計の融通性を向上させることができる。また、規格に適合したスイッチング電源装置1は、負荷側に接続される回路や装置に対する安全規格上の要求事項、例えば火災リスクのアセスメントが容易になり、検証試験の実施が不要になるなど、スイッチング電源装置1の設計時間の短縮を図ることができる。さらに、本実施形態によれば、負荷側に接続される回路および装置に対する安全規格上の要求試験の実施が不要になるなど、設計上の利便性を保ったまま、従来より多くの負荷電流を供給するとともに、装置全体の付加価値の向上に寄与することができる。
The 9.4 energy-limited circuit in the IEC61010 standard, which is a safety standard, and the power supply circuit and power supply device that conform to the finite power supply and limited voltage / current circuit in the UL standard reduce the risk of ignition and the spread of flames to the outside. Is considered to be. Therefore, according to the present embodiment, the switching
なお、図1に示した例では、第2過電流保護部6のVref61、比較器62に、二次側巻線N21から電力を供給する例を示したが、これに限られない。図4に示すように、スイッチング電源装置1Aは、二次側巻線N23、ダイオードD23、およびコンデンサC23をさらに備えるようにしてもよい。図4は、本実施形態にスイッチング電源装置1Aの他の構成例を示すブロック図である。
In the example shown in FIG. 1, an example in which power is supplied from the secondary winding N21 to the
図4に示すように、トランスT1Aは、一次側巻線N11、二次側巻線N21(第1の二次側巻線)、二次側巻線N22(第2の二次側巻線)、二次側巻線N23(第3の二次側巻線)を備える。 As shown in FIG. 4, the transformer T1A includes a primary winding N11, a secondary winding N21 (first secondary winding), and a secondary winding N22 (second secondary winding). , Secondary side winding N23 (third secondary side winding) is provided.
図4に示す例において、トランスT1Aの二次側巻線N23は、一端がダイオードD23のアノードに接続され、巻き始めである他端が二次側のCOMに接地されている。
ダイオードD23は、カソードがコンデンサC23の正極と比較器62の正電源V+とVref61の正電源V+に接続されている。
コンデンサC23は、負極が二次側のCOMに接地されている。
In the example shown in FIG. 4, one end of the secondary winding N23 of the transformer T1A is connected to the anode of the diode D23, and the other end at the beginning of winding is grounded to the COM on the secondary side.
The cathode of the diode D23 is connected to the positive electrode of the capacitor C23, the positive power supply V + of the
The negative electrode of the capacitor C23 is grounded to the COM on the secondary side.
図4に示した構成によれば、図1に示した構成に加え、第2過電流保護部6のVref61、比較器62に二次巻線N21側および二次巻線N22と独立した二次巻線N23から電力を供給するようにした。これにより、本実施形態の変形例によれば、二次巻線N21側が短絡した場合や、第1過電流保護部5と、その電源部の一部に故障が発生した場合に、1次側のドレイン電流検出による過電流保護回路がなくても、第2過電流保護部6によって過電圧状態や過電流状態を検出して保護することができる。
According to the configuration shown in FIG. 4, in addition to the configuration shown in FIG. 1, the
なお、図4において、ダイオードD22のカソードと、Vref51および比較器52との間に、定電圧回路を備えていてもよく、同様にダイオードD23のカソードと、Vref61および比較器62との間に、定電圧回路を備えていてもよい。
In FIG. 4, a constant voltage circuit may be provided between the cathode of the diode D22 and the Vref 51 and the
以上のように、図4に示す構成のスイッチング電源装置1Aであっても、図1に示した構成のスイッチング電源装置1と同様の効果を得ることができるスイッチング電源装置1Aによれば、二次巻線N21、ダイオードD21、コンデンサC21のいずれかに故障が発生した場合であっても、第2過電流保護部6のVref61、比較器62に、二次側巻線N21、N22とは異なるN23から電力を供給するため、過電流が発生した場合に、より適切に過電流に対する保護を行うことができる。
As described above, even with the switching
[第2実施形態]
図5は、本実施形態に係るスイッチング電源装置1Bの構成例を示すブロック図である。図5に示すように、スイッチング電源装置1Bは、直流電源2、電源入力部3、コンバータ部4、二次側巻線N22、ダイオードD22、コンデンサC22、第1過電流保護部5B、第1伝達部53、第2過電流保護部6B、第2伝達部63、制御部7B、抵抗R31、抵抗R32、抵抗R33、抵抗R34、ダイオードD81、OR回路64、過電圧検出部83、および誤差増幅部84を備える。なお、スイッチング電源装置1と同じ機能を有する機能部については、同じ符号を用いて説明を省略する。
[Second Embodiment]
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration example of the switching
また、第1過電流保護部5Bは、抵抗R21、Vref51、比較器52B、ダイオードD51、抵抗R51、抵抗R52、抵抗R53、およびコンデンサC51を備えている。
第2過電流保護部6Bは、抵抗R22、Vref61、比較器62、抵抗R61、コンデンサC61を備えている。
制御部7Bは、PWM制御部73B、コンパレータ75、ラッチ保護部76、およびバッファ回路77を備えている。
Further, the first
The second
The
次に、スイッチング電源装置1Bにおいて、スイッチング電源装置1と異なる接続関係を説明する。
抵抗R21は、他端が抵抗R22の一端と抵抗R51の一端とVref61のV−端子と比較器62の負電源V−端子に接続されている。
抵抗R22は、他端がスイッチング電源装置1のGND出力と抵抗R61の一端に接続されている。
Next, the connection relationship of the switching
The other end of the resistor R21 is connected to one end of the resistor R22, one end of the resistor R51, the V-terminal of the
The other end of the resistor R22 is connected to the GND output of the switching
抵抗R51は、他端がコンデンサC51の一端と比較器52Bの負入力部に接続されている。
Vref51は、出力部が抵抗R52の一端に接続されている。
比較器52Bは、負入力部が抵抗R51の他端とコンデンサC51の一端に接続され、正入力部が抵抗R52の他端と抵抗R53の一端に接続され、出力部がコンデンサC51の他端と抵抗R53の他端とダイオードD51のカソードに接続されている。なお、抵抗R51、抵抗R52、抵抗R53、コンデンサC51、および比較器52Bで積分器を形成している。なお、比較器52Bは、積分回路を備えていなくてもよい。
The other end of the resistor R51 is connected to one end of the capacitor C51 and the negative input portion of the
The output unit of
In the
抵抗R33は、一端がダイオードD21のカソードとコンデンサC21の正極と誤差増幅部84の電源部に接続されている。
誤差増幅部84は、出力部がダイオードD81のカソードに接続されている。
ダイオードD51は、アノードがダイオードD81のアノードと第1伝達部53の入力部(E点)に接続されている。なお、ダイオードD51とダイオードD81は、加算回路を形成している。
第1伝達部53は、出力部(FB)がPWM制御部73Bの第2入力部に接続されている。
One end of the resistor R33 is connected to the cathode of the diode D21, the positive electrode of the capacitor C21, and the power supply unit of the
The output unit of the
The anode of the diode D51 is connected to the anode of the diode D81 and the input unit (point E) of the
In the
抵抗R61は、他端がコンデンサC61の一端と比較器62の正入力部に接続されている。
コンデンサC61は、他端が抵抗R22の一端とVref61のV−端子と比較器62の負電源V−端子に接続されている。
比較器62は、負入力部がVref61の出力部と接続され、正入力部が抵抗R61の他端に接続され、出力部がOR回路64の一方の入力部に接続されている。
The other end of the resistor R61 is connected to one end of the capacitor C61 and the positive input portion of the
The other end of the capacitor C61 is connected to one end of the resistor R22, the V-terminal of Vref61, and the negative power supply V-terminal of the
In the
過電圧検出部83は、入力部が抵抗R31の他端と抵抗R32の一端に接続され、出力部がOR回路64の他方の入力部に接続されている。
OR回路64は、出力部(F点)が第2伝達部63の入力部に接続されている。
第2伝達部63は、出力部(OVP)がコンパレータ75の第2入力部に接続されている。
The
In the
In the
コンパレータ75は、第1入力部が比較電圧源と接続され、出力部がラッチ保護部76の入力部に接続されている。
ラッチ保護部76は、出力部がPWM制御部73Bの第1入力部に接続されている。
PWM制御部73Bは、第3入力部がコンバータ部4のスイッチング素子Q1のソースと抵抗R1の一端(CS)に接続され、出力部がバッファ回路77の入力部に接続されている。
バッファ回路77は、出力部がスイッチング素子Q1のゲートに接続されている。
In the
The output unit of the
In the
The output unit of the
次に、各構成要素の動作の概要を説明する。
比較器52Bは、第1閾値Vref1と抵抗R21の他端との電圧を比較した結果を、ダイオードD51を介して第1伝達部53に出力する。なお、比較器52Bは、比較結果をHとLレベルではなくアナログ値で出力する。なお、比較器52Bは、積分器により、過電流保護の反応時間を遅らせている。
Next, the outline of the operation of each component will be described.
The
図5に示すように、比較器52Bが誤差増幅部84にダイオードD51とD81を介して接続されている。このため、比較器52Bが動作した場合は、PWM制御部73Bの制御によって、図6を用いて後述するように定電流I_olp1が流れ続け、出力電圧は過電流が発生していないときの電圧V1に対して低い電圧になる。ここで、Vref51が、例えば2つの第1閾値Vref1と、第1閾値Vref1より小さい値の第1’閾値Vref1’と備えているとする。比較器52Bは、まず第1閾値Vref1と比較してHレベルを出力し、これに基づいて、閾値を第1閾値Vref1から第1’閾値Vref1’に切り替える。閾値が第1’閾値Vref1’に切り替わった結果、定電流がI_olp2より小さい電流値の定電流になるように制御される。このように複数の閾値を切り替えた場合は、過電流が検出された後の保護状態を、より安全な状態に制御することができる。なお、比較器52Bがヒステリシス機能を有し、上記のような動作を行うようにしてもよい。
As shown in FIG. 5, the
誤差増幅部84は、出力電圧が抵抗R33と抵抗R34で分圧され抵抗R34に発生する電圧を出力電圧の誤差とし、この誤差を増幅する。さらに、誤差増幅部84は、適切な位相補償を施した帰還信号を生成し、生成した帰還信号を、ダイオードD81を介して第1伝達部53に出力する。なお、誤差増幅部84は、一般的なフィードバック制御のスイッチング電源に一般的に備わっている回路であり、帰還信号をHとLレベルではなくアナログ値で出力する。
The
第1伝達部53には、ダイオードD51とダイオードD81によって、比較器52Bが比較した結果と誤差増幅部84の出力とのうち、低い方の電圧値が入力される。換言すると、第1伝達部53は、通常動作時は出力Voutを定電圧制御するための帰還信号経路として機能しているが、過電流発生時は過電流検出信号を伝達する経路として機能する。
The lower voltage value of the result of comparison by the
比較器62は、第2閾値Vref2と抵抗R22の他端との電圧を比較した結果を、OR回路64に出力する。なお、比較器62は、比較結果をHとLレベルで出力する。
The
過電圧検出部83は、出力電圧が抵抗R31と抵抗R32で分圧され抵抗R32に発生する電圧値を所定の電圧値と比較する。過電圧検出部83は、分圧された電圧が所定の電圧値以上の場合に過電圧が発生していると検出し、Hレベルの検出信号をOR回路64に出力する。過電圧検出部83は、分圧された電圧が所定の電圧値未満の場合に過電圧が発生していないと検出し、Lレベルの検出信号をOR回路64に出力する。なお、過電圧検出部83は、出力過電圧保護を有するスイッチング電源に一般的に備わっている回路である。
The
第2伝達部63は、OR回路64によって、過電圧検出部83の出力と比較器62が比較した結果のうち一方がHレベルの場合、Hレベルを出力する。
The
コンパレータ75は、比較電圧源の所定の電圧値とOVP信号の電圧値を比較し、OVP信号の電圧値が所定の電圧値以上の場合、Hレベルの信号をラッチ保護部76に出力する。コンパレータ75は、OVP信号の電圧値が所定の電圧値未満の場合、Lレベルの信号をラッチ保護部76に出力する。
The
ラッチ保護部76は、コンパレータ75がHレベルを出力したとき、すなわち過電圧を検出したとき、出力を所定の期間停止させる(ラッチ停止させるともいう)ラッチ信号をPWM制御部73Bに出力する。
When the
PWM制御部73Bは、CS信号に応じて、スイッチング素子Q1のドレイン電流のピーク値を制限し、二次側の出力電流を過電流保護動作電流I_olp_convに抑制するようにスイッチング素子Q1を制御する。PWM制御部73Bは、ラッチ保護部76が出力するラッチ信号に応じて、二次側の出力電流を停止させるようにスイッチング素子Q1を制御する。また、PWM制御部73Bは、第1伝達部53が出力するFB信号のレベルに応じて、スイッチング素子Q1を制御し、通常時に誤差増幅部の出力に応じて出力電圧Voutが一定となるように制御を行い、過電流発生時に第1過電流保護部5Bの出力に応じて出力電流I0が閾値I_olp1に制限された定電流になるようにスイッチング素子Q1を制御する。
The
バッファ回路77は、PWM制御部73Bが出力した信号をスイッチング素子Q1のゲートに出力する。
The
以上のように、スイッチング電源装置1Bは、第1伝達部53が比較器52Bの検出信号と誤差増幅部84の検出信号の出力伝達を兼用し、第2伝達部63が比較器62の検出信号と過電圧検出部83の検出信号の出力伝達を兼用している。また、スイッチング電源装置1Bは、第1過電流保護部5BのVref51と比較器52Bに二次側巻線N21とは異なる二次側巻線N22側から電力が供給される。
As described above, in the switching
なお、第1過電流保護部5BのVref51が出力する電圧値、第2過電流保護部6BのVref61が出力する電圧値は第1実施形態の式(1)、式(2)と同様の条件である。また、安全規格で要求される制限電流値をI_limitとする。
The voltage value output by the
なお、図5に示した例では、過電圧検出部83と誤差増幅部84を備えている例を説明したが、スイッチング電源装置1Bは、誤差増幅部84を備えていればよく過電圧検出部83を備えていなくてもよい。スイッチング電源装置1Bが過電圧検出部83を備えていない場合は、比較器62の出力が直接、第2伝達部63の入力部に接続されているようにしてもよい。また、積分回路やヒステリシス機能を比較器62が備えていてもよい。
なお、積分回路等で検出信号の出力を遅らせる場合は、比較器52Bに対して比較器62の出力タイミングが遅くなることが好ましい。この理由は、比較器62が動作した場合、負荷の過電流状態が解消した後に入力をオフしてラッチを解除する必要があり、自動復帰できないからである。また、図5においても、第1実施例と同様に、Vref51の第1閾値Vref1の方が、Vref61の第2閾値Vref2より小さい。
In the example shown in FIG. 5, an example in which the
When the output of the detection signal is delayed by an integrator circuit or the like, it is preferable that the output timing of the
また、スイッチング電源装置1Bは、図4と同様に、Vref61と比較器62の電源部として、二次側巻線N23、ダイオードD23、コンデンサC23を備えていてもよい。
なお、二次側巻線N21側と異なる系統から電力を得る場合は、Vref51と比較器52Bが好ましい。この理由は、図6を用いて後述するように、誤差増幅部84が動作しても出力電圧Voutを一定電圧になるように制御するので出力電圧Voutは低くならないが、比較器52Bが動作すると、出力電圧Voutの電圧値が低くなる。このため、過電流が発生して保護状態の時、VoutからVref51や比較器52Bに電力を供給した場合、Vref51や比較器52Bの動作が保証されないことになる。比較器52Bは、検出後も検出信号を出力し続ける必要がある。従って、本実施形態では、二次側巻線N21側と異なる二次側巻線N22側からVref51と比較器52Bに電力を供給する構成としている。一方、Vref61と比較器62は、検出後、出力が停止されるため、検出時に電力が供給されていればよい。従って、Vref61と比較器62に供給される電力は、二次側巻線N21側からでもよい。
Further, the switching
When power is obtained from a system different from that of the secondary winding N21 side,
次に、スイッチング電源装置1Bの動作と各部の波形例を説明する。
図6は、本実施形態に係るスイッチング電源装置1Bの動作と各部の波形例を示す図である。図6において、横軸は時刻を表し、縦軸は信号のレベルを表す。また、波形g101は、比較器52Bの出力波形を表し、波形g102は、誤差増幅部84の出力波形を表し、波形g103は、第1伝達部53に入力されるE点の波形(以下、E点波形ともいう)を表している。なお、波形g101に示すように、比較器52Bの出力信号は、出力電流抑制要求を示す信号であり、出力電流抑制要求が高いとき信号のレベルが低くなる。また、波形g102に示すように、誤差増幅部84の出力信号は、出力電圧抑制要求を示す信号であり、出力電圧抑制要求が高いとき信号のレベルが低くなる。
Next, the operation of the switching
FIG. 6 is a diagram showing an operation of the switching
<1.第1過電流保護部5、第2過電流保護部6のいずれも故障していない場合の動作>
まず、第1過電流保護部5、第2過電流保護部6のいずれも故障していない場合に過電流が発生した例を説明する。なお、時刻t101以前、出力電流値が定電流でI1であり、電圧値がV1であるとする。
<1. Operation when neither the first
First, an example in which an overcurrent occurs when neither the first
時刻t101〜時刻t102の期間、出力電流I0がI1から上昇し、過電流が発生する。
時刻t102のとき、出力電流値が、第1過電流保護部5の検出電流閾値であるI_olp1以上になる。この結果、抵抗R21に流れる出力電流I0が増加して、比較器52Bの負入力部の電圧値が第1閾値Vref1と同等になるように比較器52Bはアナログ信号を出力する。結果として出力電流はI_olp1を維持する。なお、第1閾値Vref1は第2閾値Vref2よりも低く設定されていることから、比較器62は動作しない。この結果、波形g101のように比較器52Bの出力が下がる。この時、過電流により出力電圧は低下するため、波形g102のように誤差増幅部84の出力は上昇する。これにより、E点波形は、波形g103に示すように、波形g101と波形g102を加算した波形となる。なお、第1伝達部53の出力信号であるFB信号波形は、E点波形と同等である。PWM制御部73Bが、第1伝達部53が出力するFB信号に応じて、スイッチング素子Q1を制御した結果、出力電流I0は閾値I_olp1に制限した定電流になる。
During the period from time t101 to time t102, the output current I 0 rises from I 1 and an overcurrent occurs.
At time t102, the output current value becomes equal to or higher than I_olp1, which is the detection current threshold value of the first
時刻t102から時刻t103の期間、PWM制御部73Bの制御によって、出力電流I0は閾値I_olp1に制限(抑制)され、結果的に出力電圧VoutはV1より低い電圧値に低下する。
このように、第1過電流保護部5の動作中には出力電圧Voutが低下する。しかしながら、二次側巻線N22は、スイッチング素子Q1がオン状態になったときに整流用のダイオードD22が導通するように構成されているので、スイッチング素子Q1がスイッチング動作していれば第1過電流保護部5Bに電力が供給され続ける。これにより、過電流保護動作が維持される。
During the period from time t102 to time t103, the output current I 0 is limited (suppressed) to the threshold value I_olp1 by the control of the
In this way, the output voltage Vout drops during the operation of the first
時刻t103のとき、過電流状態が解消して出力電流I0が閾値I_olp1を下回ると、比較器52Bのアナログ出力信号のレベルが高くなる。PWM制御部73Bは、定電流制御を解除するようにスイッチング素子Q1を制御する。これにより、出力電圧Voutの電圧値が上昇し、誤差増幅部84による定電圧制御状態に復帰する。なお、図6に示す例では、比較器52Bの積分回路を備えていない場合の波形を示している。なお、比較器52Bが積分回路を備えている場合は、第1過電流保護部5Bの動作が積分時定数に応じて、積分回路を備えていない場合よりゆっくり動作する。また、比較器52Bがヒステリシスを備えている場合は、比較器52Bが動作したとき、それに伴って検出閾値が低下するため、コンバータ部4の出力抑制がさらに強まるので、出力電圧Voutは、比較器52Bがヒステリシスを備えていない場合と比較して急激に低下する。
At time t103, when the overcurrent state is resolved and the output current I 0 falls below the
本実施形態によれば、上述した一連の動作において、閾値I_olp1が安全規格の要求値I_limitを上回らないように設定されているので、出力電流I0がI_limit以下になる。 According to the present embodiment, in the series of operations described above, the threshold value I_olp1 is set so as not to exceed the required value I_limit of the safety standard, so that the output current I 0 becomes I_limit or less.
<2.第2過電流保護部6Bの経路の一部に故障が発生している場合の動作>
次に、第2過電流保護部6Bの一部、またはその電源部、または第2伝達部63、比較器75、ラッチ保護部76に故障が発生している場合に過電流が発生した例を説明する。
この場合は、図2で説明した動作と同様に、第1過電流保護部5Bが動作する。この動作状態は、第1過電流保護部5、第2過電流保護部6のいずれも故障していない場合の動作と同様である。
<2. Operation when a failure occurs in a part of the path of the second
Next, an example in which an overcurrent occurs when a part of the second
In this case, the first
<3.過電圧が発生している場合(過電圧発生時、回路故障なし)の動作>
次に、過電圧が発生している場合の動作を説明する。
時刻t104のとき、出力電圧Voutが所定の電圧値を越えて過電圧状態が発生したとき過電圧検出部83が動作する。そして、時刻t104〜t105のとき、過電圧検出部83は、出力信号をLレベルからHレベルに切り替える。なお、この場合、比較器62の出力はLレベルである。これにより、PWM制御部73Bは、第2伝達部63が出力するOVP信号に応じて、出力を停止するようにスイッチング素子Q1を制御する。この結果、出力電圧Voutがラッチ停止される。この場合、E点波形とFB信号は、0Vの信号となる。
なお、ラッチ停止による出力停止は、スイッチング電源装置1Bの電源がオフ状態にされるまで継続する。
<3. Operation when overvoltage occurs (when overvoltage occurs, no circuit failure)>
Next, the operation when an overvoltage is generated will be described.
At time t104, the
The output stop due to the latch stop continues until the power supply of the switching
<4.第1過電流保護部5Bの経路の一部に故障が発生している場合の動作>
次に、第1過電流保護部5Bの一部、またはその電源部、または第1伝達部53に故障が発生している場合に過電流が発生した例を説明する。この場合は、第1過電流保護部5Bと第2過電流保護部6Bとの電源部が別であるため、第1過電流保護部5Bと、その電源の一部に故障が発生しても、第2過電流保護部6Bの動作に影響を及ばさない。なお、波形g102に示すように、誤作動増幅部84の出力は、電源が喪失したため、ハイインピーダンス状態となる。また、E点波形は、第1過電流保護部5、第2過電流保護部6のいずれも故障していない場合の動作と同様に波形g103に示すように、波形g101と波形g102を加算した波形となる。また、第1伝達部53の出力信号であるFB信号波形は、E点波形と同等である。また、F点波形に示すように、第2過電流保護部6は動作しない。このため、OVP信号もLレベルの信号である。
なお、ラッチ停止による出力停止は、スイッチング電源装置1Bの電源がオフ状態にされるまで継続する。
<4. Operation when a failure occurs in a part of the path of the first
Next, an example in which an overcurrent occurs when a failure occurs in a part of the first
The output stop due to the latch stop continues until the power supply of the switching
時刻t106のとき、抵抗R22に流れる出力電流I0が増加して閾値I_olp2を超えて過電流状態が発生したとき比較器62が動作する。そして、時刻t106〜t107のとき、比較器62は、出力信号をLレベルからHレベルに切り替える。なお、この場合、過電圧検出部83の出力はLレベルである。これにより、PWM制御部73Bは、第2伝達部63が出力するOVP信号に応じて、出力を停止するようにスイッチング素子Q1を制御する。この結果、出力電圧Voutがラッチ停止される。なお、この場合は、閾値I_olp2も安全規格の要求値I_limit以下に設定されているので、出力電流IoもI_limit以下になる。なお、図6では、出力電流I0が、I_limitを超えているが、I_limitを超えている期間がわずかであり、出力実効電流は安全規格で要求される制限電流I_limit以下となることから、安全規格の要求を満たしている。
At time t106, the comparator 62 operates when the output current I 0 flowing through the resistor R22 increases and the threshold value I_olp2 is exceeded and an overcurrent state occurs. Then, at times t106 to t107, the
<5.出力が短絡して出力電圧Voutを維持できないほどの過電流が流れた場合(出力短絡時、回路故障なし)の動作>
次に、出力短絡時の動作について説明する。
この場合は、時刻t108以降のように、PWM制御部73Bは、CS信号が所定値以上である、すなわちスイッチング素子Q1に過電流が発生し、一次側のスイッチング素子Q1のドレイン電流のピーク値を制限するように制御することで、過電流保護動作点I_olp_convに出力電流I0を制限する。過電流状態が発生してから所定の時間が経過した後、PWM制御部73Bは、ヒカップ動作を行うように制御する。ここで、ヒカップ動作とは一時的に出力を遮断し、その後自動復帰させる動作である。ヒカップ動作中の出力実効電流が安全規格で要求される制限電流I_limit以下となるように、I_olp_conv、ヒカップ動作の周期、出力と停止のパルスのディーティー比等を予め設定する。このように設定を行うことで、ヒカップ動作における出力実行電流は、安全規格の要求を満たすことができる。なお、図6では、出力電流I0はI_limitを超えているが、I_limitを超えている期間がわずかであり、かつ過電流保護動作点I_olp_conv以下であり、出力実効電流が安全規格で要求される制限電流I_limit(例えば定格出力電流)以下になっているので安全規格の要求を満たしている。
なお、ヒカップ動作は、出力短絡状態が解除されるまで継続し、出力短絡状態が解除された時点で定常動作に復帰する。
<5. Operation when the output is short-circuited and an overcurrent that cannot maintain the output voltage Vout flows (when the output is short-circuited, there is no circuit failure)>
Next, the operation when the output is short-circuited will be described.
In this case, as in time t108 or later, the
The hi-cup operation continues until the output short-circuit state is released, and returns to the steady operation when the output short-circuit state is released.
次に、スイッチング電源装置1Bが行う処理手順例を説明する。
図7は、本実施形態に係るスイッチング電源装置1Bが行う過電流発生時の保護処理手順例のフローチャートである。
Next, an example of the processing procedure performed by the switching
FIG. 7 is a flowchart of an example of a protection processing procedure when an overcurrent occurs, which is performed by the switching
(ステップS101)PWM制御部73Bは、CS信号が所定値以上であるか否かを判別する。PWM制御部73Bは、CS信号が所定値以上であると判別した場合(ステップS102;YES)、ステップS107の処理に進める。PWM制御部73Bは、CS信号が所定値未満であると判別した場合(ステップS102;NO)、ステップS102の処理に進める。
(Step S101) The
(ステップS102)PWM制御部73Bは、ラッチ信号がHレベルであるか否かを判別する。PWM制御部73Bは、ラッチ信号がHレベルであると判別した場合(ステップS102;YES)、ステップS103に処理を進める。PWM制御部73Bは、ラッチ信号がLレベルであると判別した場合(ステップS102;NO)、ステップS105に処理を進める。
(Step S102) The
(ステップS103)PWM制御部73Bは、出力を停止するようにスイッチング素子Q1を制御する。処理後、PWM制御部73Bは、ステップS104の処理に進める。
(Step S103) The
(ステップS104)PWM制御部73Bは、ラッチ停止状態になるように制御する。なお、ラッチ停止状態とは、出力電圧Voutが0Vであり、出力電流I0が0Aの状態である。
(Step S104) The
(ステップS105)PWM制御部73Bは、FB信号のレベルが低下しているか否かを判別する。PWM制御部73Bは、FB信号のレベルが低下したと判別した場合(ステップS105;YES)、ステップS106の処理に進める。PWM制御部73Bは、FB信号のレベルが低下していないと判別した場合(ステップS105;NO)、ステップS101の処理に戻す。
(Step S105) The
(ステップS106)PWM制御部73Bは、出力電流I0を閾値I_olp1に制限した定電流になるようにスイッチング素子Q1を制御する。処理後、PWM制御部73Bは、ステップS101の処理に戻す。
(Step S106) The
(ステップS107)PWM制御部73Bは、一次側のスイッチング素子Q1のドレイン電流のピーク値を制限するように制御することで、過電流保護動作点I_olp_convに出力電流I0を制限する。続けて、過電圧状態が発生してから所定の時間が経過した後、PWM制御部73Bは、ヒカップ動作を行うように制御する。
(Step S107) The PWM control unit 73B limits the output current I 0 to the overcurrent protection operating point I_olp_conv by controlling so as to limit the peak value of the drain current of the switching element Q1 on the primary side. Subsequently, after a predetermined time has elapsed from the occurrence of the overvoltage state, the
CS信号は、スイッチングパルス毎にスイッチング素子Q1の電流を監視している。そして、CS信号が所定値以上になると、即座に、FB信号の状態とは無関係に、制御部7Bは、スイッチング素子スイッチング素子Q1をI_olp_convに制限する。CS信号による過電流保護は、1スイッチングパルス毎に実施されるため、最優先で機能する過電流保護である。FB信号は、定常動作においては出力定電圧制御に利用され、出力電圧が上昇するとFB信号レベルが低下する。このため、定常状態において制御部7Bは、FB信号をCS信号と比較することでパルス幅を抑制する。本実施形態では、この原理を利用して二次側が過電流状態になった場合に、制御部7Bが、FB信号レベルを低下させパルス幅を抑制することで過電流保護を行っている。
The CS signal monitors the current of the switching element Q1 for each switching pulse. Then, as soon as the CS signal exceeds a predetermined value, the
また、本実施形態において、CS信号による動作が優先されるため、CS信号で過電流が検出され、ヒカップ動作に移行した場合は、二次側の保護回路は動作しない。このため、CS信号による出力抑制動作中にラッチ信号がHレベルになることはない。すなわち、二次側は、検出時間が長いため、検出する前にヒカップで出力が停止する。 Further, in the present embodiment, since the operation by the CS signal is prioritized, when the overcurrent is detected in the CS signal and the operation shifts to the hi-cup operation, the protection circuit on the secondary side does not operate. Therefore, the latch signal does not reach the H level during the output suppression operation by the CS signal. That is, on the secondary side, since the detection time is long, the output is stopped by the hi-cup before the detection.
以上のように、第1過電流保護部5B、第2過電流保護部6B、それらの電源部のいずれかの部品が故障した場合であっても、本実施形態によれば、過電流状態や過電圧状態が発生しても、出力電流の制限値が安全規格の要求を満足するため、安全規格の要求を満たすことができる。
As described above, even if any of the parts of the first
このように、本実施形態では、比較器52Bによる過電流保護の検出信号と、誤差増幅部84の出力信号とを、ダイオードD51とD81で加算することで、1つの第1伝達部53で兼用した。また、本実施形態では、比較器62による過電流保護の検出信号と、過電圧検出部83の出力信号とを、OR回路64を介すことで、1つの第2伝達部63で兼用した。これにより、本実施形態によれば、スイッチング電源装置1Bの部品点数を削減し、さらにコストや実装面積の低減を達成することができる。
As described above, in the present embodiment, the detection signal of the overcurrent protection by the
なお、上述した実施形態では、スイッチング電源装置1(1A,1B)を以下の(I.)〜(V.)の方針で保護する例を説明したが、保護の優先順位等は、実施形態で説明した限りではない。スイッチング電源装置1(1A,1B)の使用用途や安全規格に応じたものであればよい。
(I.)出力短絡により過電流が流れ、出力電圧が低下した場合に一次側の過電流保護が最優先で動作する。
(II.)過電流が発生しているが、出力電圧が維持されている場合には、二次側の過電流保護回路の二つのうち一つが動作する。
(III.)二次側の二つの過電流保護回路に供給する電源は、1故障に備えてそれぞれ別の巻線から生成する必要がある。
(IV.)二次側の過電流保護回路の電源を出力巻線から供給している場合、出力が短絡すると当該の過電流保護回路が動作できない、という問題があるため、出力短絡した場合は、一次側の過電流保護機能を設ける必要がある。
(V.)二次側の二つの過電流保護回路に供給する電源に出力巻線を使用せず、それぞれ別の巻線から生成している場合は、一次側の過電流保護機能は必要ない。
In the above-described embodiment, an example of protecting the switching power supply device 1 (1A, 1B) according to the following policies (I.) to (V.) has been described. Not as far as I explained. Any device that meets the intended use and safety standards of the switching power supply 1 (1A, 1B) may be used.
(I.) When an overcurrent flows due to an output short circuit and the output voltage drops, the overcurrent protection on the primary side operates with the highest priority.
(II.) When an overcurrent is generated but the output voltage is maintained, one of the two overcurrent protection circuits on the secondary side operates.
(III.) The power supply to be supplied to the two overcurrent protection circuits on the secondary side needs to be generated from different windings in case of one failure.
(IV.) When the power of the overcurrent protection circuit on the secondary side is supplied from the output winding, there is a problem that the overcurrent protection circuit cannot operate if the output is short-circuited. , It is necessary to provide an overcurrent protection function on the primary side.
(V.) If the output windings are not used for the power supply to the two overcurrent protection circuits on the secondary side and they are generated from different windings, the overcurrent protection function on the primary side is not necessary. ..
なお、本発明における制御部7(7B)の機能の全てまたは一部を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより制御部7(7B)が行う処理の全てまたは一部を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境(あるいは表示環境)を備えたWWWシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ(RAM)のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。 A program for realizing all or part of the functions of the control unit 7 (7B) in the present invention is recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on the recording medium is read into the computer system. , All or part of the processing performed by the control unit 7 (7B) may be performed by executing. The term "computer system" as used herein includes hardware such as an OS and peripheral devices. Further, the "computer system" shall also include a WWW system provided with a homepage providing environment (or display environment). Further, the "computer-readable recording medium" refers to a portable medium such as a flexible disk, a magneto-optical disk, a ROM, or a CD-ROM, or a storage device such as a hard disk built in a computer system. Furthermore, a "computer-readable recording medium" is a volatile memory (RAM) inside a computer system that serves as a server or client when a program is transmitted via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. In addition, it shall include those that hold the program for a certain period of time.
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク(通信網)や電話回線等の通信回線(通信線)のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であってもよい。 Further, the program may be transmitted from a computer system in which this program is stored in a storage device or the like to another computer system via a transmission medium or by a transmission wave in the transmission medium. Here, the "transmission medium" for transmitting a program refers to a medium having a function of transmitting information, such as a network (communication network) such as the Internet or a communication line (communication line) such as a telephone line. Further, the above program may be for realizing a part of the above-mentioned functions. Further, it may be a so-called difference file (difference program) that can realize the above-mentioned function in combination with a program already recorded in the computer system.
以上、本発明を実施するための形態について実施形態を用いて説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形および置換を加えることができる。 Although the embodiments for carrying out the present invention have been described above using the embodiments, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and substitutions are made without departing from the gist of the present invention. Can be added.
1,1A,1B…スイッチング電源装置、2…直流電源、3…電源入力部、4…コンバータ部、5,5B…第1過電流保護部、6,6B…第2過電流保護部、7,7B…制御部、51…Vref、52,52B…比較器、53…第1伝達部、61…Vref、62…比較器、63…第2伝達部、71…第1出力停止回路、72…第2出力停止回路、73,73B…PWM制御部、83…過電圧検出部、84…誤差増幅部、T1,T1A…トランス、C1.C21,C22,C51,C61…コンデンサ、Q1…スイッチング素子、D1,D21,D22…ダイオード、R1,R31,R32,R33,R34,R51,R52,R53,R61…抵抗、N11…一次側巻線、N21,N22…二次側巻線 1,1A, 1B ... Switching power supply device, 2 ... DC power supply, 3 ... Power supply input unit, 4 ... Converter unit, 5,5B ... 1st overcurrent protection unit, 6,6B ... 2nd overcurrent protection unit, 7, 7B ... control unit, 51 ... Vref, 52, 52B ... comparator, 53 ... first transmission unit, 61 ... Vref, 62 ... comparator, 63 ... second transmission unit, 71 ... first output stop circuit, 72 ... first 2 output stop circuit, 73, 73B ... PWM control unit, 83 ... overvoltage detection unit, 84 ... error amplification unit, T1, T1A ... transformer, C1. C21, C22, C51, C61 ... Capacitor, Q1 ... Switching element, D1, D21, D22 ... Diode, R1, R31, R32, R33, R34, R51, R52, R53, R61 ... Resistance, N11 ... Primary winding, N21, N22 ... Secondary winding
Claims (9)
前記第1の二次側巻線に流れる過電流を、第1閾値と比較して検出する第1過電流保護部と、
前記第1の二次側巻線に流れる過電流を、第1閾値とは異なる第2閾値と比較して検出する第2過電流保護部と、
前記第1過電流保護部の検出結果および前記第2過電流保護部の検出結果のうち少なくとも1つに基づいて、前記スイッチング素子を制御する制御部と、
を備え、
前記第1過電流保護部は、前記第2の二次側巻線側から電力が供給される、
スイッチング電源装置。 A primary winding to which a switching element is connected, a first secondary winding connected to an output unit, and a transformer having a second secondary winding.
A first overcurrent protection unit that detects the overcurrent flowing through the first secondary winding by comparing it with the first threshold value.
A second overcurrent protection unit that detects the overcurrent flowing through the first secondary winding by comparing it with a second threshold value different from the first threshold value.
A control unit that controls the switching element based on at least one of the detection result of the first overcurrent protection unit and the detection result of the second overcurrent protection unit.
With
The first overcurrent protection unit is supplied with electric power from the second secondary winding side.
Switching power supply.
請求項1に記載のスイッチング電源装置。 The second overcurrent protection unit is supplied with electric power from the first secondary winding side.
The switching power supply device according to claim 1.
前記第2過電流保護部は、前記第3の二次側巻線側から電力が供給される、
請求項1に記載のスイッチング電源装置。 The transformer comprises a third secondary winding.
The second overcurrent protection unit is supplied with electric power from the third secondary winding side.
The switching power supply device according to claim 1.
前記第1過電流保護部の出力が出力電流抑制要求を示す信号であり、
前記第1の二次側巻線に発生する電圧に基づく電圧値と第1の所定値とを比較して出力電圧の誤差を、出力電圧を定電圧制御するための帰還信号として生成する誤差増幅部、を備え、
前記第1過電流保護部の出力と、前記誤差増幅部の出力のうち、出力抑制要求の強い方の出力を前記第1過電流保護部の検出結果として出力する、
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のスイッチング電源装置。 The first threshold value is equal to or lower than the second threshold value.
The output of the first overcurrent protection unit is a signal indicating an output current suppression request.
Error amplification that compares the voltage value based on the voltage generated in the first secondary winding with the first predetermined value and generates an error of the output voltage as a feedback signal for controlling the output voltage to a constant voltage. Department, equipped with
Of the output of the first overcurrent protection unit and the output of the error amplification unit, the output with the stronger output suppression request is output as the detection result of the first overcurrent protection unit.
The switching power supply device according to any one of claims 1 to 3.
前記第1の二次側巻線に発生する電圧に基づく電圧値と第2の所定値とを比較して過電圧態を検出して検出した結果を2値信号で出力する過電圧検出部、を備え、
前記第2過電流保護部の出力と、前記過電圧検出部の出力のうち一方を検出したとき前記第2過電流保護部の検出結果として出力する、
請求項4に記載のスイッチング電源装置。 The output of the second overcurrent protection unit is a binary signal,
It is provided with an overvoltage detection unit that compares a voltage value based on the voltage generated in the first secondary winding with a second predetermined value, detects an overvoltage state, and outputs the detected result as a binary signal. ,
When one of the output of the second overcurrent protection unit and the output of the overvoltage detection unit is detected, the output is output as the detection result of the second overcurrent protection unit.
The switching power supply device according to claim 4.
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のスイッチング電源装置。 The control unit controls the switching element so as to stop or suppress the output during the first period based on the detection result of the first overcurrent protection unit.
The switching power supply device according to any one of claims 1 to 3.
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のスイッチング電源装置。 The control unit is based on the detection result of the second overcurrent protection unit when a failure occurs in the first overcurrent protection unit and the power supply system that supplies power to the first overcurrent protection unit. The switching element is controlled so as to stop or suppress the output for a second period different from the first period.
The switching power supply device according to any one of claims 1 to 3.
請求項4または請求項5に記載のスイッチング電源装置。 The control unit suppresses the output according to the signal level of the output of the first overcurrent protection unit and the output of the error amplification unit, whichever has the stronger output suppression request, and when an overcurrent state occurs. , The switching element is controlled so as to suppress the output current to a predetermined current value.
The switching power supply device according to claim 4 or 5.
請求項8に記載のスイッチング電源装置。 The control unit compares a voltage value based on the voltage generated in the first secondary winding with a second predetermined value, detects an overvoltage state, and outputs the detected result as a binary signal. The detection unit controls the switching element so as to stop the output when one of the output of the second overcurrent protection unit and the output of the overvoltage detection unit is detected.
The switching power supply device according to claim 8.
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