JP2002262557A - スイッチングレギュレータの保護回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】スイッチングレギュレータの保護機能の増加に
対して、制御回路の規模増大を抑制できるスイッチング
レギュレータの保護回路を提供する。 【解決手段】変圧器６と、変圧器６の接続をON-OFFする
主スイッチング素子４と、主スイッチング素子４が OFF
のとき誘起される電圧を整流・平滑する整流平滑回路7,
8 と、出力電圧Voutを制御するために用いられ入力信号
Fbによって主スイッチング素子４のオン時間比率を制御
するＰＷＭ制御回路11と、このＰＷＭ制御回路11の駆動
電源Vdd を供給し過負荷電流を抑制する手段を有する安
定化電圧源13と、安定化電圧源13の出力電圧Vdd を監視
しこの出力電圧Vdd が予め定められた電圧に低下したと
きＰＷＭ制御回路11を停止させる低電圧停止回路12と、
安定化電圧源13の出力端子に並列に接続されるスイッチ
素子２と、を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体スイッチの
オン・オフにより直流電圧の変換を行うスイッチングレ
ギュレータの保護回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】図８に従来技術によるフライバックコン
バータにおける低電圧停止回路と、出力過電圧保護回路
の例を図示する。図８において、フライバックコンバー
タ（スイッチングレギュレータ）は、図示例では、交流
電源を整流回路５で構成した直流電源回路 (出力電圧Vi
n)に接続されるフライバック変圧器６と、この変圧器６
と直流電源回路との接続をON-OFFする主スイッチング素
子４（半導体スイッチ）と、この主スイッチング素子４
が OFFのとき誘起される電圧を整流７・平滑８して直流
電圧を出力する整流・平滑回路7,8 と、を備えて構成さ
れる。

【０００３】かかる構成により、主スイッチング素子４
をON-OFFすることにより、整流回路５の出力電圧Vin を
変換して、容量８に直流電圧を発生する。即ち、主スイ
ッチング素子４をONすることにより、電圧Vin からフラ
イバック変圧器６に励磁電流を流し、次に主スイッチン
グ素子４を OFFすることにより、フライバック変圧器６
は逆方向の誘起電圧を誘起し、整流器７を介して容量８
に充電電流を流す。容量８に発生する直流出力電圧Vout
は、容量８から負荷への放電電流と容量８への上記充電
電流とのバランスで定まる。

【０００４】また、図８の点線枠で囲われた保護・制御
回路1Gは、出力電圧Voutを制御するために用いられ入力
信号Fbによって前記主スイッチング素子４のオン時間比
率を制御するＰＷＭ制御回路11と、このＰＷＭ制御回路
11に安定化電圧を供給するレギュレータ13と、この安定
化電圧の出力電圧Vdd を監視し，この出力電圧Vdd が予
め定められた電圧に低下とき上記ＰＷＭ制御回路11を停
止させる低電圧停止回路12と、スイッチングレギュレー
タ５の出力電圧Voutの過電圧保護回路1Dと、からなり、
このスイッチングレギュレータの保護回路を含めた出力
電圧制御回路が構成されている。

【０００５】かかる構成において、ＰＷＭ制御回路11
は、スイッチングレギュレータの直流出力電圧Voutと基
準電圧Vrefとの誤差を増幅する誤差増幅器９の出力信号
Fbによって主スイッチング素子４の駆動信号1aのオン時
間比率を制御し、直流出力電圧Voutを予め定められた目
標値になる様に制御する。また、低電圧停止回路12は、
ＰＷＭ制御回路11の電源電圧Vdd を監視し、この電源電
圧Vdd が予め定められた電圧値以下に降下したとき、Ｐ
ＷＭ制御回路11を停止する。また、過電圧保護回路1D
は、過電圧検出回路10A によって直流出力電圧Voutの過
大出力状態を検出し、例えば、フォトカプラ2Aによって
伝達された直流出力電圧Voutの過大出力状態OVP によっ
て、出力電圧Voutの過電圧時にＰＷＭ制御回路11を停止
することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した様に、従来技
術のスイッチングレギュレータの保護回路は、低電圧停
止回路と、出力過電圧保護機能がそれぞれ別の回路で構
成されている。この様に、異なる保護機能をそれぞれ別
の回路で構成するとき、保護機能の増加に伴い、制御回
路の規模が増加する、と言う問題がある。

【０００７】本発明は上記の点にかんがみてなされたも
のであり、その目的は前記した課題を解決して、スイッ
チングレギュレータの保護機能の増加に対して、制御回
路の規模増大を抑制できるスイッチングレギュレータの
保護回路を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、直流電源回路に接続される変圧器と、こ
の変圧器と直流電源回路との接続をON-OFFする主スイッ
チング素子と、この主スイッチング素子が OFFのとき誘
起される電圧を整流・平滑して直流電圧を出力する整流
・平滑回路と、を備えてなるスイッチングレギュレータ
の保護回路において、出力電圧を制御するために用いら
れ入力信号によって主スイッチング素子のオン時間比率
を制御するＰＷＭ制御回路と、このＰＷＭ制御回路の駆
動電源を供給する安定化電圧源と、この安定化電圧源の
出力電圧を監視し，この出力電圧が予め定められた電圧
に低下したときＰＷＭ制御回路を停止させる低電圧停止
回路と、安定化電圧源の出力端子に並列に接続されるス
イッチ素子と、を備えるものとする。

【０００９】かかる構成により、後述する各保護機能を
当該保護回路が検出したとき、ＰＷＭ制御回路の駆動電
源を供給する安定化電圧源の出力端子に並列に接続され
るスイッチ素子を導通させ、この結果、低電圧停止回路
がこの安定化電圧源の出力電圧低下を検出して、ＰＷＭ
制御回路に停止信号を出力して、主スイッチング素子の
オフ状態を維持して、スイッチング動作を停止させ、ス
イッチングレギュレータの出力電圧を降下させることが
できる。

【００１０】また、スイッチングレギュレータは、出力
電圧の過電圧検出回路を備え、この過電圧検出回路が出
力電圧の過電圧を検出したとき、スイッチ素子を導通す
ることができる。かかる構成により、スイッチングレギ
ュレータの出力電圧を降下させて、このスイッチングレ
ギュレータの負荷回路を保護することができる。

【００１１】また、スイッチングレギュレータは、出力
電流の過電流検出回路を備え、この過電流検出回路が出
力電流の過電流を検出したとき、スイッチ素子を導通す
ることができる。かかる構成により、スイッチングレギ
ュレータの主スイッチング素子のスイッチング動作を停
止させ、主スイッチング素子の保護やさらには変圧器の
保護を行うことができる。

【００１２】また、スイッチングレギュレータは、入力
電圧の過電圧検出回路を備え、この過電圧検出回路が入
力電圧の過電圧を検出したとき、スイッチ素子を導通す
ることができる。かかる構成により、スイッチングレギ
ュレータの主スイッチング素子のスイッチング動作を停
止させることにより、主スイッチング素子に加わる過電
圧破壊からの防止や、ＰＷＭ制御不能による出力電圧の
過電圧による負荷回路破壊からの保護を行うことができ
る。

【００１３】また、スイッチングレギュレータは、入力
電流の過電流検出回路を備え、この過電流検出回路が出
力電流の過電流を検出したとき、スイッチ素子を導通す
ることができる。また、スイッチングレギュレータは、
変圧器や、主スイッチング素子の温度監視手段を備え、
この温度監視手段が予め定められた温度以上に上昇し、
過熱状態を検出したとき、スイッチ素子を導通すること
ができる。かかる構成により、スイッチングレギュレー
タの主スイッチング素子のスイッチング動作を停止させ
ることにより、主スイッチング素子や変圧器などのスイ
ッチングレギュレータの主回路の熱的破壊からの保護を
行うことができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は本発明によるスイッチング
レギュレータの保護回路の原理図、図２は一実施例によ
るスイッチングレギュレータの出力電圧の過電圧保護回
路図、図３はスイッチングレギュレータの入力電圧の過
電圧保護回路図、図４はスイッチングレギュレータの出
力電流の過電流保護回路図、図５はスイッチングレギュ
レータの入力電流の過電流保護回路図、図６はスイッチ
ングレギュレータの主回路素子の過熱保護回路図、図７
は本発明による他の実施例によるスイッチングレギュレ
ータの保護回路の原理図であり、図８に対応する同一部
材には同じ符号が付してある。 （実施形態１）図１において、本発明は、図示例では、
交流電源AC INPUTを整流回路５で整流・平滑して構成し
た直流電源回路 (出力電圧Vin)あるいは直流電源回路に
直接接続される変圧器６と、この変圧器６と直流電源回
路との接続をON-OFFする主スイッチング素子４と、この
主スイッチング素子４が OFFのとき誘起される電圧を整
流・平滑して直流電圧Voutを出力する整流・平滑回路
７，８と、を備えてなるスイッチングレギュレータの保
護回路において、出力電圧Voutを制御するために用いら
れ入力信号Fbによって主スイッチング素子４のオン時間
比率を制御するＰＷＭ制御回路11と、このＰＷＭ制御回
路11の駆動電源(Vddで図示) を供給し予め定められた負
荷電流を越えたときこの過負荷電流を抑制する手段を有
するレギュレータ回路で図示される安定化電圧源13と、
この安定化電圧源13の出力電圧Vdd を監視し，この出力
電圧Vdd が予め定められた電圧に低下したときＰＷＭ制
御回路11を停止させる低電圧停止回路12と、安定化電圧
源13の出力端子Vdd に並列に接続されるスイッチ素子２
と、を備えて構成することができる。

【００１５】かかる構成により、実施例で後述する各保
護機能、例えば、入出力電圧の過電圧状態または入出力
電流の過電流状態あるいは主回路の過熱状態など、の当
該保護回路(10A〜10E)が異常を検出したとき、ＰＷＭ制
御回路11の駆動電源Vdd を供給する安定化電圧源13の出
力端子に並列に接続されるスイッチ素子２を導通させ、
この結果、低電圧停止回路12がこの安定化電圧源13の出
力電圧低下を検出して、ＰＷＭ制御回路11に停止信号1b
を出力して、主スイッチング素子４のオフ状態を維持し
て、スイッチング動作を停止させ、スイッチングレギュ
レータの出力電圧を降下させることができる。

【００１６】

【実施例】（実施例１）図１において、上記実施形態で
の説明を補足する。スイッチングレギュレータは、電力
損失が少なくて安定化直流出力電圧が得られるので高範
囲にわたって使用されている。例えば、電池などから給
電されるDC24V 電源から商用電源のAC100V〜AC220V,AC2
40V など国内外の電源に適合して、負荷として接続され
る機器を動作させるなど、色々な機器にスイッチングレ
ギュレータが内蔵されている。

【００１７】商用電源への適用では、図１に図示した様
に、整流回路５で交流電圧を直流に整流・平滑して利用
され、このスイッチングレギュレータの出力回路は、人
的安全性や電気的ノイズから機器の隔離と言う点からも
変圧器６で一次側と二次側回路の絶縁し、レギュレータ
の二次側出力電圧の安定化は、基準電圧Vrefと出力電圧
Voutとの誤差信号を絶縁誤差増幅器９で増幅してＰＷＭ
制御回路に負帰還して制御を行っている。また、後述す
る保護回路はフォトカプラ2Aなどを介して絶縁処理が行
われる。

【００１８】また、このスイッチングレギュレータの安
定化出力電力が大きいとき、特に、商用電源回路に接続
されて出力電力が大きいとき、ＰＷＭ制御回路11の出力
信号1aは、主スイッチング素子４のオン・オフ特性が予
め定められたスイッチング損失内に収まることが保証し
得る励振振幅と適切なスイッチング速度を満たす必要が
ある。この様な観点からＰＷＭ制御回路11への供給電源
電圧Vdd を低電圧停止回路12で監視し、上記主スイッチ
ング素子４の予め定められたスイッチング特性を保証で
きる限界値を越えて低下するとき、ＰＷＭ制御回路11の
オン・オフ制御信号1aを停止し、主スイッチング素子４
のオフ状態を維持する信号1bを出力することができる。

【００１９】また、上記観点からＰＷＭ制御回路11は、
図示省略してあるが、ＰＷＭ変調器11A と, そのドライ
バ回路11B と, から構成し、ＰＷＭ制御回路11への電源
電圧は、単一あるいは複数の電圧で給電することもでき
る。図１の図示例では、ＰＷＭ制御回路11の給電は、例
えば、ロジック電圧Vdd=5Vの１電源のみを図示している
が、上記主スイッチング素子４が高電圧の大電力をスイ
ッチングする場合には、5V電源以外に主スイッチング素
子４駆動用電源として、例えば、Vdd2=12V電源も使用す
ることがある。この様な場合では、低電圧停止回路12
は、5V電源と12V電源の両者の電圧を監視制御すること
ができる。

【００２０】この様な場合、本発明によるＰＷＭ制御回
路11への給電電圧(Vdd) 回路にスイッチ素子２を挿入し
ているが、例えば、Vdd2=12V電源側を用いてもよい。し
かし、実際上どちらの電源を用いるかは、消費電力の少
ない側を用いる方が好ましく、かつ、スイッチ素子２を
挿入する電源回路側のレギュレータ回路13の出力特性
は、予め定められた負荷電流を越えたときこの過負荷電
流を抑制する手段を有する安定化電圧源、図示省略して
いるが、例えば、この安定化電圧源の出力回路がエミッ
タフォロワ回路またはソースフォロワ回路で構成されて
いるときは、コレクタ回路あるいはドレィン回路に短絡
保護抵抗を付加して構成することができる。さらに安定
化電圧源回路の出力容量が大きいときは、過負荷保護回
路を付加して短絡電流を抑制してもよい。 （実施例２）以下、図２〜図６を用いて各保護回路例を
説明する。

【００２１】図２において、スイッチングレギュレータ
は、出力電圧Voutの過電圧検出回路10A を備え、この過
電圧検出回路10A が出力電圧Voutの過電圧を検出したと
き、フォトカプラ2Aを介してスイッチ素子２を導通する
ことができる。かかる構成により、スイッチングレギュ
レータの出力電圧Voutを降下させて、このスイッチング
レギュレータの負荷回路を保護することができる。

【００２２】また、図３において、スイッチングレギュ
レータは、入力電圧Vin の過電圧検出回路10B を備え、
この過電圧検出回路10B が入力電圧Vin の過電圧を検出
したとき、トランジスタ2Bで図示されるスイッチ素子2B
を導通することができる。かかる構成により、スイッチ
ングレギュレータの主スイッチング素子４のスイッチン
グ動作を停止させることにより、主スイッチング素子４
に加わる過電圧破壊からの防止や、ＰＷＭ制御不能によ
る出力電圧Voutの過電圧による負荷回路破壊からの保護
を行うことができる。

【００２３】また、図４において、スイッチングレギュ
レータは、出力電流Ioutを検出する電流トランスCTと、
過電流検出回路10C と、を備え、この過電流検出回路10
C が出力電流Ioutの過電流を検出したとき、フォトカプ
ラ2Aを介してスイッチ素子２を導通することができる。
かかる構成により、スイッチングレギュレータの主スイ
ッチング素子４のスイッチング動作を停止させ、主スイ
ッチング素子４の保護やさらには変圧器６の保護を行う
ことができる。

【００２４】また、図５において、スイッチングレギュ
レータは、入力電流Iin を検出する電流トランスCTと、
過電流検出回路10D と、を備え、この過電流検出回路10
D が入力電流Iin の過電流を検出したとき、トランジス
タ2Bで図示されるスイッチ素子2Bを導通することができ
る。また、図６において、スイッチングレギュレータ
は、変圧器６の鉄心部分あるいは変圧器６のコイル温度
を測定するセンサや、主スイッチング素子４の放熱器に
温度センサと、これらの温度センサが検出する温度を監
視する温度監視手段10E を備え、この温度監視手段10E
が予め定められた温度以上に上昇し過熱状態を検出した
とき、トランジスタ2Cで図示されるスイッチ素子2Cを導
通することができる。

【００２５】かかる構成により、スイッチングレギュレ
ータの主スイッチング素子４のスイッチング動作を停止
させることにより、主スイッチング素子４や変圧器６な
どのスイッチングレギュレータの主回路の熱的破壊から
の保護を行うことができる。 （実施例３）また、図７において、本発明の他の実施例
として、スイッチングレギュレータのＰＷＭ制御回路へ
の給電は、レギュレータ回路13の代わりに、変圧器６に
第３巻線6Cを構成し、この第３巻線6Cに誘起する電圧を
整流器7Bと平滑容量３とでＰＷＭ制御回路への駆動電圧
を形成することができる。この図７の図示例は、図１の
原理図に対応し、実施例２で説明した図２〜図６の各保
護手段を、個別説明は省略するが、この図７に図示する
スイッチングレギュレータで実施することができる。

【００２６】また、図２〜図６の各保護手段は、単独で
用いても良いが、複数の保護手段を用いて，スイッチ素
子２の箇所に、例えば、トランジスタ2Bとフォトカプラ
2Aとを並列に接続して、複数の保護手段を実施すること
ができる。特に、スイッチ素子２の箇所に複数のトラン
ジスタ2Bが接続されるときは、１つのトランジスタ2Bを
用いて、このトランジスタ2Bのベース回路に複数の抵抗
を接続して、OR回路を構成してもよい。

【００２７】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、ＰＷ
Ｍ制御回路への給電電圧にスイッチ素子２を接続するこ
とにより、低電圧停止回路と、他の保護機能と，を共用
化することができ、保護回路を含む制御回路の回路規模
を縮小することができる。また、保護回路を含む制御回
路を集積回路として一体化したとき、従来技術と較べて
端子数を削減することができ、集積回路化のメリットを
享受することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるスイッチングレギュレータの保護
回路の原理図

【図２】一実施例によるスイッチングレギュレータの出
力電圧の過電圧保護回路図

【図３】スイッチングレギュレータの入力電圧の過電圧
保護回路図

【図４】スイッチングレギュレータの出力電流の過電流
保護回路図

【図５】スイッチングレギュレータの入力電流の過電流
保護回路図

【図６】スイッチングレギュレータの主回路素子の過熱
保護回路図

【図７】本発明による他の実施例によるスイッチングレ
ギュレータの保護回路の原理図

【図８】従来技術によるスイッチングレギュレータの保
護回路図

【符号の説明】

１,1F,1G 保護・制御回路 11 低電圧停止回路 12 ＰＷＭ制御回路 13 レギュレータ回路 ２ スイッチ素子 ３、８ 容量 ４ 主スイッチング素子 ５ 整流回路 ６ 変圧器 ７,7A,7B 整流器 ９ 誤差増幅器 10A,10B 過電圧検出回路 10C,10D 過電流検出回路 10E 過熱検出回路

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直流電源回路に接続される変圧器と、この
   変圧器と直流電源回路との接続をON-OFFする主スイッチ
   ング素子と、この主スイッチング素子が OFFのとき誘起
   される電圧を整流・平滑して直流電圧を出力する整流・
   平滑回路と、を備えてなるスイッチングレギュレータの
   保護回路において、 出力電圧を制御するために用いられ入力信号によって前
   記主スイッチング素子のオン時間比率を制御するＰＷＭ
   制御回路と、このＰＷＭ制御回路の駆動電源を供給する
   安定化電圧源と、この安定化電圧源の出力電圧を監視
   し，この出力電圧が予め定められた電圧に低下したとき
   前記ＰＷＭ制御回路を停止させる低電圧停止回路と、安
   定化電圧源の出力端子に並列に接続されるスイッチ素子
   と、を備える、ことを特徴とするスイッチングレギュレ
   ータの保護回路。
2. 【請求項２】請求項１に記載のスイッチングレギュレー
   タの保護回路において、スイッチングレギュレータは、
   出力電圧の過電圧検出回路を備え、この過電圧検出回路
   が出力電圧の過電圧を検出したとき、スイッチ素子を導
   通する、 ことを特徴とするスイッチングレギュレータの保護回
   路。
3. 【請求項３】請求項１または請求項２に記載のスイッチ
   ングレギュレータの保護回路において、 スイッチングレギュレータは、出力電流の過電流検出回
   路を備え、この過電流検出回路が出力電流の過電流を検
   出したとき、スイッチ素子を導通する、 ことを特徴とするスイッチングレギュレータの保護回
   路。
4. 【請求項４】請求項１ないし請求項３のいずれかの項に
   記載のスイッチングレギュレータの保護回路において、 スイッチングレギュレータは、入力電圧の過電圧検出回
   路を備え、この過電圧検出回路が入力電圧の過電圧を検
   出したとき、スイッチ素子を導通する、 ことを特徴とするスイッチングレギュレータの保護回
   路。
5. 【請求項５】請求項１ないし請求項４のいずれかの項に
   記載のスイッチングレギュレータの保護回路において、 スイッチングレギュレータは、入力電流の過電流検出回
   路を備え、この過電流検出回路が出力電流の過電流を検
   出したとき、スイッチ素子を導通する、 ことを特徴とするスイッチングレギュレータの保護回
   路。
6. 【請求項６】請求項１ないし請求項５のいずれかの項に
   記載のスイッチングレギュレータ保護回路において、 スイッチングレギュレータは、変圧器や、主スイッチン
   グ素子の温度監視手段を備え、この温度監視手段が予め
   定められた温度以上に上昇し、過熱状態を検出したと
   き、スイッチ素子を導通する、 ことを特徴とするスイッチングレギュレータの保護回
   路。