CN105814783A - 直流-直流变换器 - Google Patents
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Abstract
一种直流?直流变换器，对切换晶体管的与电感连接的一侧的连接点A的电压Vd和在切换晶体管进行切换动作期间的连接点A的电压Vd的变动范围内设定的阈值电压Vth进行比较，若对电压Vd和阈值电压Vth作了比较后的极性在比驱动信号的上述特定周期长的检测期间Td中不变化，则判定为是切换晶体管会产生发热的危险的主动状态下的动作。
Description
技术领域
本发明涉及将直流电压转换为适于负载的稳定直流电压的直流-直流变换器，更详细而言，涉及利用切换晶体管的开闭动作使在电感中流动的电流产生断续并转换为与输入电压相异的直流输出电压的直流-直流变换器。
背景技术
直流-直流变换器是将直流输入电压转换为相异的直流输出电压并朝负载输出的器件，其设置在笔记本电脑等各种电子产品内的以相异的直流电压进行动作的各电子电路中，将输入电压转换为该电子电路所需要的稳定的直流电压并输出。直流-直流变换器基于其动作原理可分为利用变压器使输入电压升降的绝缘型直流-直流变换器以及利用切换晶体管使在电感中流动的电流产生断续并转换为与直流输入电压相异的电压或极性的直流输出电压的非绝缘型直流-直流变换器，但是，在输入电压和输出电压并不会有大幅度的差异的上述各电子电路中，采用的是能够用较为简单的电路元件构成的非绝缘型的直流-直流变换器。
非绝缘型的直流-直流变换器可进一步分为将直流输入电压升压并作为直流输出电压的升压型直流-直流变换器、将直流输入电压降压并作为直流输出电压的降压型直流-直流变换器、以及使直流输入电压的极性反转并作为直流输出电压的反转型直流-直流变换器。
以下，使用图7，对其中的降压型的现有技术的直流-直流变换器100进行说明。在高压侧电源端子30a和低压侧电源端子30b间，产生直流输入电压Vi的直流输入电源30如图7所示，在其间串联连接以从低压侧朝向高压侧的方向作为顺方向的二极管D1和切换晶体管Tr1，从而形成闭电路。
二极管D1和切换晶体管Tr1间的连接点A1经由电感L1而与另一侧为高压侧输出端子32a的高压侧输出线32连接，另外，二极管D1和低压侧电源端子30b间的连接点与另一侧为低压侧输出端子33a的低压侧输出线33连接。在高压侧输出线32和低压侧输出线33间，为了对连接在高压侧输出端子32a和低压侧输出端子33a的间的负载RL输出稳定的输出电压Vo，而连接有电容器C1。
切换晶体管Tr1例如由FET(场效应晶体管)构成，并利用从定电压控制电路40输出至切换晶体管Tr1的栅极的驱动信号进行开闭控制。在切换晶体管Tr1被作闭控制(接通控制)而以饱和状态进行动作的期间，电流从直流输入电源30朝电感L1流动，并对电容器C1充电，但是，成为输出电压Vo的电容器C1的充电电压会因电感L1的自感而成为比输入电压Vi低的电压。另外，在切换晶体管Tr1被作开控制(断开控制)而以切断状态进行动作的期间，在电感L1中积蓄的电能成为通过二极管D1而环流的充电电流，并对电容器C1充电，维持成为输出电压Vo的电容器C1的充电电压。
输出电压Vo能够基于每单位时间中的切换晶体管Tr1的闭控制时间来对其电压进行控制，因此，定电压控制电路40根据输出电压Vo使对切换晶体管Tr1进行闭控制的驱动信号的接通比(on duty)作负反馈，并以使输出电压Vo成为负载RL的动作电压的方式进行定电压控制。因此，定电压控制电路40具备连接于高压侧输出线32和低压侧输出线33间的一对分压电阻R1、R2，并利用比较器41对分压电阻R1、R2的连接点的电压和基于负载RL的动作电压而调整为特定电位的基准电源电压Vref进行比较，然后朝脉宽调制电路PWM输出。脉宽调制电路PWM利用比较器41的比较信号对从信号发射器OSC输出的一定周期的发送信号进行脉宽调制并朝驱动电路42输出，驱动电路42将根据比较器41的比较信号对接通比进行了调整的驱动信号朝切换晶体管Tr1的栅极输出。藉此，例如，在输出电压Vo比负载RL的动作电压高的情况下，从驱动电路42朝切换晶体管Tr1的栅极输出使接通比降低后的驱动信号，每单位时间内的接通控制时间被缩短，因此，输出电压Vo降低。相反地，在输出电压Vo比负载RL的动作电压低的情况下，朝切换晶体管Tr1的栅极输出使接通比增加后的驱动信号，每单位时间内的接通控制时间被延长，因此，输出电压Vo上升，故而，输出电压Vo针对每一负载RL而被定电压控制为相异的特定动作电压。
一般而言，在此种直流-直流变换器中，若成为过负载或者输出线短路等非预期的异常动作状态，则负载RL的电路会发生破损，或者会造成火灾等危险，因此，设置有保护电路，其检测出输出电压的降低或输出电流的异常上升等并将输出线32、33切断(专利文献1～3)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第4452384号公报
专利文献2：日本特开平9-163722号公报
专利文献3：日本专利第4651428号公报
发明内容
发明所要解决的课题
另一方面，有时会因打雷或者其他的某些原因而导致定电压控制电路40的脉宽调制电路PWM等发生故障，并从驱动电路42朝切换晶体管Tr1的栅极(基极)输出将切换晶体管Tr1设为主动状态的一定电位的驱动信号。若切换晶体管Tr1以主动状态进行动作，则图7所示的直流-直流变换器100会将切换晶体管Tr1始终设为闭状态(接通状态)，并作为利用切换晶体管Tr1的接通电阻来消耗输入电力并将其转换为比输入电压低的输出电压的串联式稳压器(dropper circuit)而动作。
然而，在使切换晶体管Tr1处的切换损失尽可能地降低而以高效率将输入电压转换为直流输出电压的直流-直流变换器中，与使用对散热对策有所考虑的功率MOS或者功率晶体管的串联式稳压器不同，因接通电阻而产生的热能无法发散，因此，会有导致切换晶体管Tr1发热并发生火灾的重大事故的危险性。例如，若在输入电压Vin为10V、输出电压Vo为5V的状态下1A的电流朝主动状态的切换晶体管Tr1持续流动，则在切换晶体管Tr1处会产生相当于5W的热能，因此，切换晶体管Tr1会发热。
并且，即便切换晶体管Tr1以主动状态进行动作，输出电压和输出电流也不会相对于设定值发生大幅度的变动，因此，在现有技术的专利文献1～3等中具备的根据它们的异常值将输出线32、33切断的保护电路中，无法将该异常动作检测出，此外，由于多数的直流-直流变换器被配置在电子产品的框体内，因此无法从外部通过目视或感觉来检测出切换晶体管Tr1的异常发热，从而有在从电子产品的内部起火之前无法发现异常动作的危险性。
上述的定电压控制电路40的一部分发生故障并连续地输出将切换晶体管Tr1设为主动状态的驱动信号的现象是极少发生的，但是，一旦发生此种故障，由于现有技术的直流-直流变换器无法将此故障检测出来，因此有会以高机率导致火灾事故的极为重大的问题。
本发明是鉴于此种现有技术的问题而完成的，其目的在于提供一种直流-直流变换器，其可利用简单的电路结构检测出切换晶体管Tr1的在主动状态下的异常动作。
另外，其目的在于提供一种直流-直流变换器，其无需对现有的直流-直流变换器的结构进行变更，便能够在以主动状态进行动作的切换晶体管Tr1发生异常发热之前停止来自直流输入电源的输入，以防止火灾的发生于未然。
用于解决课题的手段
为了达成上述目的，技术方案1所述的直流-直流变换器具备：切换晶体管，其与直流输入电源串联连接，并与直流输入电源形成闭电路；驱动电路，其朝切换晶体管的控制端子输出以特定周期对切换晶体管进行开闭控制的驱动信号；电容器，其连接于与负载相连接的一对高压侧输出线和低压侧输出线之间；电感，其通过切换晶体管的开闭动作使从直流输入电源流来的电流产生断续，并将一对高压侧输出线和低压侧输出线间的输出电压转换为与直流输入电源的输入电压相异的直流电压；以及定电压控制电路，其根据一对高压侧输出线和低压侧输出线间的输出电压对由驱动信号所致的切换晶体管的闭时间进行控制，以对输出电压进行定电压控制，该直流-直流变换器的特征在于，还具备：比较电路，其对连接点A的电压Vd和阈值电压Vth进行比较，其中，连接点A位于切换晶体管的与电感连接的一侧，阈值电压Vth是在切换晶体管进行切换动作期间的连接点A的电压Vd的变动范围内任意设定的；以及异常判定电路，其在对电压Vd和阈值电压Vth作了比较后的比较电路的极性在比驱动信号的上述特定周期长的检测期间Td中不变化的情况下，判定为是在主动状态下的切换晶体管的动作。
切换晶体管的与电感连接的一侧的连接点A的电压Vd在切换晶体管反复成为饱和状态和切断状态而正常地进行切换动作的期间的变动范围中变动，比较电路的对电压Vd和阈值电压Vth作了比较后的极性在切换晶体管进行开闭的特定周期内变化。若切换晶体管以主动状态进行动作，则由于输入电压Vi大致一定并且连接点A的电压Vd亦保持大致一定的电位，因此比较电路的对电压Vd和阈值电压Vth作了比较后的极性就算是在比切换晶体管进行开闭的特定周期长的检测期间Td中也不会变化，因此，能够与切换晶体管的正常的切换动作相区分，并判定出主动状态下的动作。
技术方案2所述的直流-直流变换器的特征在于，具备保护电路，当异常判定电路判定为是在主动状态下的切换晶体管的动作时，保护电路对连接于上述闭电路的直流输入电源和切换晶体管间的紧急停止开关进行开控制。
若异常判定电路判定出切换晶体管的主动状态的动作，则从直流输入电源流动至切换晶体管的电流停止，因此，因主动状态的动作而导致的切换晶体管的发热消失。
技术方案3所述的直流-直流变换器的特征在于，是电感将一对高压侧输出线和低压侧输出线间的输出电压转换为比直流输入电源的输入电压低的直流电压的降压型直流-直流变换器，在将二极管的二极管压降设为Vf并将输入电压设为Vi时，阈值电压Vth被设定为-Vf～+Vi间的任意电位，其中，上述二极管以从低压侧端子朝向切换晶体管的方向作为顺方向而连接在上述闭电路的直流输入电源的低压侧端子和切换晶体管之间。
切换晶体管的与电感连接的一侧的连接点A的电压Vd在切换晶体管被作了闭控制的饱和状态下成为+Vi，在被作了开控制的切断状态下成为-Vf，在切换晶体管正常地进行切换动作的期间以特定的周期在-Vf和+Vi间交替变动，若以主动状态进行动作，则保持于大致一定的电位。故而，异常判定电路能够根据对电压Vd和设定为-Vf和+Vi间的任意电位的阈值电压Vth作了比较后的极性在比特定周期长的检测期间Td中也不变化这一情况，来与正常的切换动作相区分并判定出主动状态下的动作。
技术方案4所述的直流-直流变换器的特征在于，是电感将一对高压侧输出线和低压侧输出线间的输出电压转换为比直流输入电源的输入电压高的直流电压的升压型直流-直流变换器，在将输入电压设为Vi并将因切换晶体管从闭控制转为开控制而在电感处产生的感应电压设为Vfb时，阈值电压Vth被设定为接地电位～+Vi+Vfb间的任意电位。
切换晶体管的与电感连接的一侧的连接点A的电压Vd在切换晶体管被作了闭控制的饱和状态下成为接地电位，在被作了开控制的切断状态下成为Vi+Vfb，在切换晶体管正常地进行切换动作的期间以特定的周期在接地电位和Vi+Vfb间交替变动，若以主动状态进行动作，则保持于大致一定的电位。故而，异常判定电路能够根据对电压Vd和设定为接地电位和Vi+Vfb间的任意电位的阈值电压Vth作了比较后的极性在比特定周期长的检测期间Td中也不变化这一情况，来与正常的切换动作相区分并判定出主动状态下的动作。
技术方案5所述的直流-直流变换器的特征在于，是电感将一对高压侧输出线和低压侧输出线间的输出电压转换为极性与直流输入电源的输入电压相异的直流电压的反转型直流-直流变换器，在将因切换晶体管从闭控制转为开控制而在电感处产生的感应电压设为Vfb并将输入电压设为Vi时，阈值电压Vth被设定为-Vfb～+Vi间的任意电位。
切换晶体管的与电感连接的一侧的连接点A的电压Vd在切换晶体管被作了闭控制的饱和状态下成为+Vi，在被作了开控制的切断状态下成为电感的感应电压即-Vfb，在切换晶体管正常地进行切换动作的期间以特定的周期在-Vfb和+Vi间交替变动，若以主动状态进行动作，则保持于大致一定的电位。故而，异常判定电路能够根据对电压Vd和设定为-Vfb和+Vi间的任意电位的阈值电压Vth作了比较后的极性在比特定周期长的检测期间Td中也不变化这一情况，来与正常的切换动作相区分并判定出主动状态下的动作。
发明效果
根据技术方案1的发明，即便定电压控制电路的一部分或切换晶体管自身发生故障，切换晶体管以主动状态进行动作，亦能够将该主动状态的动作与正常的切换动作相区分并进行判定，因此，诸如对使用者告知切换晶体管的发热的危险或者将直流-直流变换器的动作停止等，能够采取预防火灾发生于未然的火灾避免手段。
另外，仅需要对切换晶体管的与电感连接的一侧的连接点A的电压Vd进行监视，便能够检测出切换晶体管的主动状态的动作，因此，仅需要对现有的直流-直流变换器追加比较电路和异常判定电路，便能够检测出至今为止的保护电路所无法检测出的异常动作。
根据技术方案2的发明，在切换晶体管异常发热前便使该发热停止，能够防止火灾的发生于未然。
根据技术方案3的发明，即便降压型直流-直流变换器的切换晶体管以主动状态进行动作，亦能够将该主动状态的动作与正常的切换动作相区分并进行判定，因此，诸如对使用者告知切换晶体管的发热的危险或者将降压型直流-直流变换器的动作停止等，能够采取预防火灾发生于未然的火灾避免手段。
根据技术方案4的发明，即便升压型直流-直流变换器的切换晶体管以主动状态进行动作，亦能够将该主动状态的动作与正常的切换动作相区分并进行判定，因此，诸如对使用者告知切换晶体管的发热的危险或者是将升压型直流-直流变换器的动作停止等，能够采取预防火灾发生于未然的火灾避免手段。
根据技术方案5的发明，即便反转型直流-直流变换器的切换晶体管以主动状态进行动作，亦能够将该主动状态的动作与正常的切换动作相区分并进行判定，因此，诸如对使用者告知切换晶体管的发热的危险或者是将反转型直流-直流变换器的动作停止等，能够采取预防火灾发生于未然的火灾避免手段。
附图说明
图1为本发明一实施方式的降压型直流-直流变换器1的电路图。
图2为保护电路2的框图。
图3为表示切换晶体管Tr1进行正常的切换动作时的直流-直流变换器1的各部分的波形的波形图。
图4为表示切换晶体管Tr1进行主动状态的异常动作时的直流-直流变换器1的各部分的波形的波形图。
图5为其他实施方式的升压型直流-直流变换器10的图，其中，(a)是电路图，(b)是当切换晶体管Tr1进行正常的切换动作时的A2处的重要部分波形图。
图6为其他实施方式的反转型直流-直流变换器20的图，其中，(a)是电路图，(b)是当切换晶体管Tr1进行正常的切换动作时的A3处的重要部分波形图。
图7为现有技术的直流-直流变换器100的电路图。
具体实施方式
本发明一实施方式的直流-直流变换器为将12V的直流输入电压Vi转换为5V的直流输出电压Vo的降压型直流-直流变换器1，以下，使用图1～图4对此降压型直流-直流变换器1作说明。图1为降压型直流-直流变换器1的电路图，通过与图7所示的现有技术的直流-直流变换器100比较可以明确，直流-直流变换器1并不改变直流-直流变换器100的基本结构，其追加了保护电路2和被连接于高压侧电源端子30a与切换晶体管Tr1间的作为紧急停止开关的切换晶体管Tr2。故而，在主要的电路结构上与上述现有技术的降压型直流-直流变换器100是相通的，因此，针对实质相同或者具有同样的作用的结构标注相同的符号，并省略其详细说明。
直流输入电源30为直流输入电压Vi会产生10％左右的电压变动的不稳定的电源，在+12V的高压侧电源端子30a和0V的低压侧电源端子30b间，将上述切换晶体管Tr2、成为主切换元件的切换晶体管Tr1以及以从低压侧朝向高压侧的方向作为顺方向的二极管D1作串联连接，藉此，形成闭电路。
切换晶体管Tr1、Tr2均为P通道FET(场效应晶体管)，切换晶体管Tr1使栅极与由控制用集成电路构成的定电压控制电路40的驱动电路42连接，并利用从驱动电路42输出的驱动信号进行接通、断开控制。另外，切换晶体管Tr2使栅极与保护电路2的后述的RS触发器电路5的输出连接，并利用RS触发器电路5的输出信号进行接通、断开控制。此处，所谓切换晶体管Tr1、Tr2的接通控制，是指使该切换晶体管Tr1、Tr2成为饱和状态而对漏极-源极间进行闭控制，所谓断开控制，是指使该切换晶体管Tr1、Tr2成为切断状态而对漏极-源极间进行开控制。
如图3所示，从驱动电路42输出的驱动信号例如为以1μsec的固定周期T而反复0V的接通时间和+12V的断开时间的脉冲信号。在从驱动电路42对切换晶体管Tr1的栅极输出+0V的驱动信号的期间，切换晶体管Tr1被作接通控制，对电容器C1进行充电的充电电流从直流输入电源30朝电感L1流动。此接通控制时间中的成为输出电压Vo的电容器C1的充电电压因电感L1的自感而成为比+12V的输入电压Vi低的+5V的电压。
另外，若从驱动电路42对切换晶体管Tr1的栅极输出+12V的驱动信号，则切换晶体管Tr1被作断开控制，在断开控制时间中，在电感L1中积蓄的电能成为通过二极管D1而环流的充电电流，并以与充电电压相同的极性来对电容器C1进行充电，将因负载RL的电力消耗而降低的输出电压Vo(电容器C1的充电电压)维持于+5V。
利用定电压控制电路40，以使此输出电压Vo成为负载RL的动作电压的方式进行定电压控制。定电压控制电路40具备：连接于高压侧输出线32和低压侧输出线33间的一对分压电阻R1、R2；对分压电阻R1、R2的连接点的电压和基于负载RL的动作电压而调整为特定电位的基准电源电压Vref进行比较的比较器41；利用比较器41的输出来对从信号发射器OSC输出的1MHz的固定频率的脉冲信号进行脉宽调制的脉宽调制电路PWM；以及将从脉宽调制电路PWM输出的被调制信号作为驱动信号朝切换晶体管Tr1的栅极输出的驱动电路42。
在输出电压Vo比负载RL的动作电压高的情况下，通过脉宽调制电路PWM，脉冲信号的1μsec的固定频率T中的接通时间被作缩短控制，使接通比(onduty)降低的驱动信号被输出至切换晶体管Tr1的栅极。其结果是，切换晶体管Tr1的单位时间内的接通控制时间被缩短，输出电压Vo是降低。相反地，在输出电压Vo比负载RL的动作电压低的情况下，使接通比增加的驱动信号被输出至切换晶体管Tr1的栅极，在单位时间内的接通控制时间被延长，因此，输出电压Vo上升，输出电压Vo针对每一负载RL被定电压控制为相异的特定的动作电压。
图3表示利用如上所述那样正常动作的定电压控制电路40将输出电压Vo定电压控制为负载RL的动作电压即5V的降压型直流-直流变换器1的各部分的信号波形，在图示的例中，将接通比为44％的驱动信号朝切换晶体管Tr1的栅极输出并对切换晶体管Tr1进行开关控制，从而将12V的直流输出电压Vi转换为5V的输出电压Vo。此处，切换晶体管Tr1正常进行切换动作期间的切换晶体管Tr1和电感L1间的连接点A1的电位，在切换晶体管Tr1被作接通控制的期间成为与高压侧电源端子30a的电位相等的+12V，在切换晶体管Tr1被作断开控制的期间则成为从低压侧电源端子30b的接地电位降低了约0.5V的由二极管D1引起的二极管下降量Vf的-0.5V，从而在-0.5V～+12V间变化。
如图1、2所示，本实施方式的保护电路2为了对切换晶体管Tr1和电感L1间的连接点A1的电位进行监视，而具备使检测用端子Da与连接点A1连接的异常判定电路4以及与异常判定电路4的输出连接的RS触发器电路5。异常判定电路4和RS触发器电路5连接于与高压侧电源端子30a连接的定电流电路6和低压侧电源端子30b间，并将被定电流电路6转换为稳定电位的直流输入电源30作为电源而动作。
异常判定电路4具备未图示的比较电路，该比较电路对连接点A1的电压Vd和在切换晶体管Tr1进行切换动作期间的电压Vd的变动范围内任意设定的阈值电压Vth作比较。在本实施方式中，连接点A1的电压Vd在0.5V～+5V间变动，因此，将上述阈值电压Vth设定为此范围中的+0.5V。
当切换晶体管Tr1正常进行切换动作时，比较电路的极性至少会在1μsec的固定周期T内反转。另一方面，若脉宽调制电路PWM等因某些原因而发生故障，如图4所示，朝切换晶体管Tr1的栅极输出的驱动信号成为一定的电位，则切换晶体管Tr1以主动状态而异常动作，直流输入电压Vi成为大致一定的电位，因此，连接点A1的电压Vd亦成为一定的电位，比较电路的输出的极性在固定周期T内并不会反转。故而，若在设定为比驱动电路42的固定周期T长的2μsec的检测期间Td中比较电路的输出的极性并未作任何的反转，则异常判定电路4判定为是主动状态下的异常动作，并将通常是“L”电平的输出反转为“H”电平，从而输出至RS触发器电路5的置位输入。
RS触发器电路5在被输入了“L”电平的复位信号后，直到被输入从异常判定电路4传来的“H”电平的置位信号为止，均朝切换晶体管Tr2的栅极输出“L”电平的输出信号，对切换晶体管Tr2进行接通控制，并使由切换晶体管Tr1的切换动作所致的通常动作持续进行。另一方面，若从异常判定电路4被输入“H”电平的置位信号，则直到下一次被输入“L”电平的复位信号为止，均朝切换晶体管Tr2的栅极输出“H”电平的输出信号，对切换晶体管Tr2进行断开控制。其结果是，从直流输入电源30流动至切换晶体管Tr1的电流被切断，因主动状态下的动作而引起的切换晶体管Tr1的发热停止。
在使切换晶体管Tr1成为主动状态的故障原因被消除并成为进行切换动作的状态的情况下，通过对RS触发器电路5输入“L”电平的复位信号，能够对切换晶体管Tr2进行接通控制，并使其恢复至正常的动作。
图5表示将直流输入电压Vi转换为升压后的直流输出电压Vo的本发明其他实施方式的升压型直流-直流变换器10，针对与图1的降压型直流-直流变换器1相同或者具备同样的作用的结构，标注相同的符号并省略其说明。
如该图的(a)所示，此升压型直流-直流变换器10在直流输入电源30的高压侧电源端子30a和低压侧电源端子30b间将切换晶体管Tr2、电感L1以及成为主切换元件的切换晶体管Tr1作串联连接，藉此，形成闭电路，并且，以从切换晶体管Tr1和电感L1间的连接点A2起朝向高压侧输出端子32a的方向作为顺方向的二极管D1与高压侧输出线32连接。在本实施方式中，切换晶体管Tr1使用N通道FET。
若从驱动电路42输出对切换晶体管Tr1进行接通控制的驱动信号，则电流从直流输入电源30朝电感L1流动，若输出进行断开控制的驱动信号，则在电感L1处产生高的感应电压Vfb，利用通过二极管D1而流动的充电电流，以在输入电压Vi上加上感应电压Vfb后的充电电压对电容器C1进行充电。另外，二极管D1阻止在对切换晶体管Tr1进行接通控制的期间想要从电容器C1流出的放电电流，而将电容器C1的充电电压保持为在输入电压Vi上加上感应电压Vfb后的电位。电容器C1两端的充电电压是与负载RL连接的输出端子32a、33a间的输出电压Vo，因此，升压型直流-直流变换器10将输入电压Vi转换为在输入电压Vi上加上感应电压Vfb后的输出电压Vo。
另外，若从驱动电路42对切换晶体管Tr1的栅极输出0V的驱动信号，则切换晶体管Tr1被作断开控制，在断开控制时间中，在电感L1中积蓄的电能成为通过二极管D1而环流的充电电流，并以与充电电压相同的极性对电容器C1充电，维持因负载RL的电力消耗而降低的输出电压Vo(电容器C1的充电电压)。
升压型直流-直流变换器10也具备切换晶体管Tr2和保护电路2，其中，切换晶体管Tr2作为紧急停止开关，经由电感L1而被连接于高压侧电源端子30a与切换晶体管Tr1间，保护电路2与第1实施方式结构相同，将异常判定电路4的检测用端子Da连接于切换晶体管Tr1的和电感L1连接的一侧的连接点A2。
在切换晶体管Tr1正常地进行切换动作的期间，连接点A2的电压Vd如图5(b)所示在0V和Vi+Vfb间变动，因此，利用比较电路进行比较的阈值电压Vth被设定成0V和Vi+Vfb间的任意电位。藉此，异常判定电路4能够检测出切换晶体管Tr1的主动状态的动作，并对RS触发器电路5输入“H”电平，从而能够对切换晶体管Tr2进行开控制。
图6表示将直流输入电压Vi转换为使极性作了反转的直流输出电压Vo的本发明又一其他实施方式的反转型直流-直流变换器10，针对与图1的降压型直流-直流变换器1相同或者具备同样的作用的结构，标注相同的符号并省略其说明。
如该图的(a)所示，此反转型直流-直流变换器10在直流输入电源30的高压侧电源端子30a和低压侧电源端子30b间将切换晶体管Tr2、成为主切换元件的切换晶体管Tr1以及电感L1作串联连接，藉此，形成闭电路，并且，以从低压侧电源端子30b和电感L1的连接点起朝向低压侧输出端子33a的方向作为顺方向的二极管D1与低压侧输出线33连接。
若从驱动电路42输出对切换晶体管Tr1进行接通控制的驱动信号，则电流从直流输入电源30朝电感L1流动，若输出进行断开控制的驱动信号，则在电感L1的与低压侧电源端子30b间的连接侧产生高的感应电压Vfb，利用通过二极管D1而流动的充电电流，以感应电压Vfb对电容器C1进行充电。另外，二极管D1阻止在切换晶体管Tr1被作接通控制的期间想要从电容器C1流出的放电电流，从而将电容器C1的充电电压保持为感应电压Vfb的电位。此处，对于作为电容器C1的充电电压的感应电压Vfb的极性，相较于高压侧输出端子32a，低压侧输出线33成为高压，直流输入电压Vi被转换为使极性作了反转的感应电压Vfb的输出电压Vo。
反转型直流-直流变换器20也同样具备切换晶体管Tr2和保护电路2，其中，切换晶体管Tr2被连接于高压侧电源端子30a与切换晶体管Tr1间，保护电路2与上述实施方式结构相同，将异常判定电路4的检测用端子Da连接于切换晶体管Tr1和电感L1间的连接点A3。
在切换晶体管Tr1正常地进行切换动作的期间，切换晶体管Tr1和电感L1间的连接点A3的电位如图6(b)所示，在切换晶体管Tr1进行接通动作期间的输入电压Vi和进行断开动作期间的作为电感L1的感应电压的-Vfb间变动。故而，将利用比较电路进行比较的阈值电压Vth设定为+Vi和-Vfb间的任意电位，藉此，异常判定电路4能够检测出切换晶体管Tr1的主动状态的动作，并对RS触发器电路5输入“H”电平，从而能够对切换晶体管Tr2进行开控制。
在上述的实施方式中，作为切换晶体管Tr1、Tr2，使用了P信道FET和N信道FET，但是，亦可采用将漏极和源极的连接设为相反的N信道FET和P信道FET，另外，亦可使用双极晶体管。另外，只要当异常判定电路4判定出切换晶体管Tr1的主动状态的动作时，能够将从直流输入电源30朝切换晶体管Tr1流动的电流切断，则紧急停止开关的结构并不被限定于晶体管。
另外，当异常判定电路4判定出切换晶体管Tr1的主动状态的动作时，亦能够在对紧急停止开关进行开控制时，同时地或者是相互独立地启动未图示的警报手段，并利用警报声或警报显示来对用户通知异常动作状态。
另外，在上述的实施方式中，针对因驱动信号的异常而导致切换晶体管Tr1以主动状态进行动作的例子作了说明，但是，在因切换晶体管Tr1自身的故障或者电路元件间的连接异常等其他原因而导致切换晶体管Tr1以主动状态进行动作的情况下，亦能够适用。
工业上的可利用性
本发明适用于非绝缘型的直流-直流变换器的切换元件使用了晶体管的直流-直流变换器。
符号说明
1：降压型直流-直流变换器
2：保护电路
4：异常判定电路
10：升压型直流-直流变换器
20：反转型直流-直流变换器
30：直流输入电源
32：高压侧输出线
33：低压侧输出线
40：定电压控制电路
42：驱动电路
Vi：输入电压
Vo：输出电压
L1：电感
Tr1：切换晶体管
Tr2：切换晶体管(紧急停止开关)
RL：负载
C1：电容器(电容)
Td：检测时间
T：驱动信号的周期。
Claims (5)
1.一种直流-直流变换器，具备：
切换晶体管，其与直流输入电源串联连接，并与直流输入电源形成闭电路；
驱动电路，其朝切换晶体管的控制端子输出以特定周期对切换晶体管进行开闭控制的驱动信号；
电容器，其连接于与负载相连接的一对高压侧输出线和低压侧输出线之间；
电感，其通过切换晶体管的开闭动作使从直流输入电源流来的电流产生断续，并将一对高压侧输出线和低压侧输出线间的输出电压转换为与直流输入电源的输入电压相异的直流电压；以及
定电压控制电路，其根据一对高压侧输出线和低压侧输出线间的输出电压对由驱动信号所致的切换晶体管的闭时间作控制，以对输出电压进行定电压控制，
其特征在于，还具备：
比较电路，其对连接点A的电压Vd和阈值电压Vth进行比较，其中，所述连接点A位于切换晶体管的与电感连接的一侧，所述阈值电压Vth是在切换晶体管进行切换动作期间的连接点A的电压Vd的变动范围内任意设定的；以及
异常判定电路，其在对电压Vd和阈值电压Vth作了比较后的比较电路的极性在比驱动信号的所述特定周期长的检测期间Td中不变化的情况下，判定为是在主动状态下的切换晶体管的动作。
2.如权利要求1所述的直流-直流变换器，其特征在于，具备保护电路，当异常判定电路判定为是在主动状态下的切换晶体管的动作时，所述保护电路对连接于所述闭电路的直流输入电源和切换晶体管之间的紧急停止开关进行开控制。
3.如权利要求1或2所述的直流-直流变换器，其特征在于，
所述直流-直流变换器是电感将一对高压侧输出线和低压侧输出线间的输出电压转换为比直流输入电源的输入电压低的直流电压的降压型直流-直流变换器，
在将二极管的二极管压降设为Vf，并将输入电压设为Vi时，阈值电压Vth被设定为-Vf～+Vi间的任意电位，其中，所述二极管以从低压侧端子朝向切换晶体管的方向作为顺方向而连接在所述闭电路的直流输入电源的低压侧端子和切换晶体管之间。
4.如权利要求1或2所述的直流-直流变换器，其特征在于，
所述直流-直流变换器是电感将一对高压侧输出线和低压侧输出线间的输出电压转换为比直流输入电源的输入电压高的直流电压的升压型直流-直流变换器，
在将输入电压设为Vi，并将因切换晶体管从闭控制转为开控制而在电感处产生的感应电压设为Vfb时，阈值电压Vth被设定为接地电位～+Vi+Vfb间的任意电位。
5.如权利要求1或2所述的直流-直流变换器，其特征在于，
所述直流-直流变换器是电感将一对高压侧输出线和低压侧输出线间的输出电压转换为极性与直流输入电源的输入电压相异的直流电压的反转型直流-直流变换器，
在将因切换晶体管从闭控制转为开控制而在电感处产生的感应电压设为Vfb，并将输入电压设为Vi时，阈值电压Vth被设定为-Vfb～+Vi间的任意电位。
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