JP2005080336A - Switching power supply for vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両に搭載され、外部電源からの入力を一定電圧に制御して車両内の各種負荷へ供給する車両用スイッチング電源装置に関する。 The present invention relates to a switching power supply device for a vehicle that is mounted on a vehicle and that supplies an input from an external power source to various loads in the vehicle by controlling the input to a constant voltage.
近年、車載コンピュータやそれによって制御される駆動装置などの各種車載電子機器の消費電力は増加傾向にある。そのため、これら車載電子機器の電源装置としては、小型化でき、しかも装置の発熱を抑えるために、変換効率の高いスイッチング電源装置の使用が主流となっている。そして、スイッチング電源装置には一般に、過負荷などによって過大な電流が負荷側に流れるのを防ぐための過負荷保護機能を備えているものが多い。 In recent years, power consumption of various in-vehicle electronic devices such as in-vehicle computers and drive devices controlled by the in-vehicle computers has been increasing. Therefore, as a power supply device for these on-vehicle electronic devices, the use of a switching power supply device with high conversion efficiency has become the mainstream in order to reduce the size and to suppress the heat generation of the device. Many switching power supply devices generally have an overload protection function for preventing an excessive current from flowing to the load side due to an overload.
このような過負荷保護機能の一つとして、スイッチング素子のスイッチングデューティ比をある値以上にならないよう制限して、負荷に過大な電流が流れないようにするデューティ制限機能が知られている。 As one of such overload protection functions, a duty limiting function is known in which the switching duty ratio of the switching element is limited so as not to exceed a certain value so that an excessive current does not flow through the load.
また、出力電流を検出して、所定電流値以上となったら出力電流を下げるよう定電流制御し、更に過電流となったら出力を遮断する出力遮断機能も知られている(例えば、特許文献1参照。)。 There is also known an output cutoff function that detects an output current, performs constant current control so as to decrease the output current when the current exceeds a predetermined current value, and further shuts down the output when an overcurrent occurs (for example, Patent Document 1). reference.).
この出力遮断機能は、上記特許文献1ではスイッチング電源装置の出力電流に基づいて動作するものとして開示されているが、出力電圧に基づいて動作するものもある。即ち、出力電圧が低下して一定時間定電圧制御できなかった場合は、過負荷などの負荷異常が考えられるため、負荷への電力供給を遮断するのである。
This output cutoff function is disclosed in
上記構成の過負荷保護機能を備えたスイッチング電源装置を自動車に搭載して用いる場合、車載バッテリ・オルタネータからの入力電圧をレギュレートするのが一般的である。具体的には、スイッチング電源装置への入力電圧(例えば12V〜14V)を、車載コンピュータ用の電源電圧(例えば5V)或いは車載駆動装置用の電源電圧(例えば8V)など、所望の電圧にレギュレートしている。
しかしながら、車載バッテリからは自動車のスタータモータへの給電も行っているため、エンジンスタート時にはバッテリ電圧が通常時よりも低下(例えば通常時の12Vから9V以下に低下)し、それよってスイッチング電源装置の出力電圧も低下してしまい、所望の電源電圧を負荷側へ供給できなくなる場合がある。 However, since the on-board battery also supplies power to the starter motor of the automobile, the battery voltage is lower than normal at the time of engine start (for example, from normal 12V to 9V or less), and thus the switching power supply device In some cases, the output voltage also decreases, and a desired power supply voltage cannot be supplied to the load side.
この場合、スイッチング電源装置の動作としては、出力電圧を正常値に維持するために、スイッチングデューティ比を増加させることで入力電圧(バッテリ電圧)の低下分を補おうとする。しかし、上記のデューティ制限機能を備えたスイッチング電源装置では、デューティ比が制限されているため、所望の出力電圧を得るために必要なデューティ比がデューティ制限機能によるデューティ比の上限値(以下「デューティ上限値」という)より大きい場合、所望の電圧を出力できず、負荷の動作が停止してしまうおそれがある。 In this case, as an operation of the switching power supply device, in order to maintain the output voltage at a normal value, an attempt is made to compensate for a decrease in the input voltage (battery voltage) by increasing the switching duty ratio. However, in the switching power supply device having the above-described duty limiting function, the duty ratio is limited. Therefore, the duty ratio necessary for obtaining a desired output voltage is the upper limit value of the duty ratio (hereinafter referred to as “duty”). If it is larger than the “upper limit value”, a desired voltage cannot be output and the operation of the load may stop.
また、出力電圧に基づいて動作する上記出力遮断機能を備えたスイッチング電源装置においても、入力電圧の低下に起因して出力電圧が低下することにより定電圧制御ができなくなった場合、過負荷・過電流ではないにもかかわらずこの出力遮断機能が動作して、負荷への電力供給が遮断され、負荷の動作が停止してしまうおそれがある。 In addition, even in a switching power supply device having the above-described output cutoff function that operates based on the output voltage, if the constant voltage control cannot be performed due to the decrease in the output voltage due to the decrease in the input voltage, Although the current is not a current, the output cutoff function operates to interrupt the power supply to the load, and the load operation may stop.
つまり、過負荷状態ではないにもかかわらず上記のように各種過負荷保護機能が動作することにより、デューティ比が制限されて所望の出力電圧を得られない、或いは、電源出力自体が遮断されてしまって、負荷の動作が停止してしまうのである。 That is, the duty ratio is limited and the desired output voltage cannot be obtained due to the operation of various overload protection functions as described above in spite of not being in an overload state, or the power output itself is cut off. In other words, the operation of the load stops.
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、過負荷保護機能を備えた車両用スイッチング電源装置において、入力電圧の低下に起因して意図せず過負荷保護機能が動作することにより負荷への電力供給が不足又は停止してしまうのを抑制することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and in a vehicle switching power supply device having an overload protection function, an overload protection function operates unintentionally due to a decrease in input voltage. It aims at suppressing that power supply is insufficient or stops.
上記課題を解決するためになされた請求項1記載の車両用スイッチング電源装置は、車載電源から電力供給対象へ至る電力供給経路に、スイッチング素子と、そのスイッチング素子からの出力電圧を平滑化して電力供給対象へ供給する出力平滑化手段とが直列に設けられており、出力平滑化手段からの電圧が予め定められた設定電圧となるように、制御手段が制御信号を出力してスイッチング素子のオン・オフをデューティ制御するよう構成されたものである。
The switching power supply device for a vehicle according to
そして、本発明(請求項1)では更に、制御手段によるデューティ制御の際のデューティ比が所定の上限値を超えないように制限すると共に、その上限値が、当該車両用スイッチング電源装置へ入力される車載電源からの電源電圧(以下「入力電圧」という)の低下に伴って高くなるよう構成された、デューティ制限手段を備えている。 Further, in the present invention (Claim 1), the duty ratio at the time of duty control by the control means is restricted so as not to exceed a predetermined upper limit value, and the upper limit value is inputted to the vehicle switching power supply device. A duty limiter configured to increase with a decrease in power supply voltage (hereinafter referred to as “input voltage”) from a vehicle-mounted power supply.
上記構成の車両用スイッチング電源装置によれば、入力電圧が低下した場合、制御手段はデューティ比を高くして所望の設定電圧を得るように制御するが、このとき、入力電圧の低下に伴ってデューティ比の上限値も高くなる。そのため、デューティ比を100%にしても所望の設定電圧が得られなくなる程度にまで入力電圧が低下しない限り、デューティ制限手段によるデューティ比の制限を実際に受けることなく所望の設定電圧を電力供給対象へ供給することが可能となる。 According to the switching power supply device for a vehicle having the above configuration, when the input voltage decreases, the control unit performs control so as to obtain a desired set voltage by increasing the duty ratio. At this time, as the input voltage decreases, The upper limit value of the duty ratio is also increased. Therefore, as long as the input voltage does not drop to such an extent that the desired set voltage cannot be obtained even if the duty ratio is 100%, the desired set voltage is supplied to the power supply without actually being limited by the duty ratio by the duty limiter. It becomes possible to supply to.
なお、ここでいう「デューティ比」とは、デューティサイクルの一周期におけるスイッチング素子のオン期間の割合を示す、いわゆるオンデューティを意味する。
請求項2記載の車両用スイッチング電源装置は、車載電源から電力供給対象へ至る電力供給経路にスイッチング素子と出力平滑化手段とが直列に設けられていることと、制御手段からの制御信号によってスイッチング素子がデューティ制御されることについては、請求項1記載の車両用スイッチング電源装置と同様である。
Here, the “duty ratio” means a so-called on-duty that indicates a ratio of the on-period of the switching element in one cycle of the duty cycle.
According to a second aspect of the present invention, there is provided a switching power supply for a vehicle, wherein a switching element and output smoothing means are provided in series on a power supply path from an in-vehicle power supply to a power supply target, and switching is performed by a control signal from the control means The duty control of the element is the same as in the vehicle switching power supply device according to
そして、本発明(請求項2)の車両用スイッチング電源装置では、出力遮断手段が、出力平滑化手段からの出力電圧が上記設定電圧より低い所定の制御下限電圧より小さくなったときに当該車両用スイッチング電源装置から電力供給対象への電力供給を遮断するが、入力電圧が、出力平滑化手段から少なくとも制御下限電圧以上の出力電圧を供給可能な所定の入力下限電圧より小さくなったときは、遮断停止手段が出力遮断手段による遮断動作を停止させる。 In the vehicular switching power supply device of the present invention (Claim 2), the output cut-off means is for the vehicular when the output voltage from the output smoothing means becomes smaller than a predetermined control lower limit voltage lower than the set voltage. The power supply from the switching power supply to the power supply target is cut off, but is cut off when the input voltage becomes lower than a predetermined input lower limit voltage that can supply an output voltage at least equal to or lower than the control lower limit voltage from the output smoothing means. The stopping means stops the blocking operation by the output blocking means.
上記構成の車両用スイッチング電源装置によれば、入力電圧が低下した場合、遮断停止手段によって、出力平滑化手段からの出力電圧が制限下限電圧より小さくなる前に出力遮断手段による遮断動作を停止させることができるため、入力電圧の低下に起因して意図せず電力供給対象への電力供給が遮断されないようにすることが可能となる。 According to the vehicular switching power supply device having the above configuration, when the input voltage decreases, the shutoff operation is stopped by the shutoff stopping unit before the output voltage from the output smoothing unit becomes smaller than the limit lower limit voltage. Therefore, it is possible to prevent the power supply to the power supply target from being unintentionally interrupted due to the decrease in the input voltage.
次に、請求項3記載の車両用スイッチング電源装置は、請求項1記載の車両用スイッチング電源装置を構成する上記各手段と請求項2記載の車両用スイッチング電源装置を構成する上記各手段とを共に備えたものである。 Next, a vehicle switching power supply device according to a third aspect of the present invention comprises the above-described means constituting the vehicle switching power supply device according to the first aspect and the respective means constituting the vehicle switching power supply device according to the second aspect. We have both.
即ち、車載電源から電力供給対象へ至る電力供給経路にスイッチング素子と出力平滑化手段とが直列に設けられると共に、スイッチング素子のオン・オフをデューティ制御するための制御手段を備えており、更に、上記デューティ制限手段と、上記出力遮断手段と、上記遮断停止手段と、を備えている。 That is, the switching element and the output smoothing means are provided in series on the power supply path from the in-vehicle power source to the power supply target, and further includes a control means for duty-controlling on / off of the switching element. The duty limiting means, the output cutoff means, and the cutoff stop means.
従って、請求項3記載の車両用スイッチング電源装置によれば、デューティ比を100%にしても所望の設定電圧が得られなくなる程度にまで入力電圧が低下しない限り、デューティ制限手段によるデューティ比の制限を受けることなく所望の設定電圧を電力供給対象へ供給することが可能となり、且つ、遮断停止手段によって、意図せず電力供給対象への電力供給が遮断されないようにすることも可能となる。 Therefore, according to the switching power supply for a vehicle according to the third aspect, the duty ratio is limited by the duty limiting means as long as the input voltage does not decrease to such an extent that a desired set voltage cannot be obtained even if the duty ratio is 100%. It is possible to supply a desired set voltage to the power supply target without receiving the power, and to prevent the power supply to the power supply target from being unintentionally interrupted by the cutoff stop means.
このように構成された請求項3記載の車両用スイッチング電源装置は、より具体的には、例えば請求項4に記載のように構成してもよい。即ち、デューティ制限手段は、デューティ比が上記の上限値であるパルス信号を出力する制限用パルス出力手段と、該制限用パルス出力手段からのパルス信号がオンの期間にのみ制御手段からスイッチング素子への制御信号の出力を許可する制御信号出力許可手段とからなり、出力遮断手段は、出力平滑化手段からの出力電圧が制御下限電圧より小さくなったときに、その旨を示す出力低下信号を制御信号出力許可手段へ出力する。そして制御信号出力許可手段は、この出力低下信号が入力されたとき、制御手段からスイッチング素子へ制御信号を出力させないようにすることによりスイッチング素子を強制的にオフにし、遮断停止手段は、車載電源からの電源電圧が前記入力下限電圧より小さくなったときに、出力遮断手段から制御信号出力許可手段への出力低下信号を無効とする。
More specifically, the switching power supply for a vehicle according to claim 3 configured as described above may be configured as described in
上記構成の車両用スイッチング電源装置によれば、制御信号出力許可手段が、制限用パルス出力手段からのパルス信号に基づく上記デューティ比の制限と、出力遮断手段からの出力低下信号に基づく電力供給対象への電力供給の遮断とを共に実行するよう構成されており、遮断停止手段が上記出力低下信号を無効とするだけで上記遮断動作を停止させることができるため、当該車両用スイッチング電源装置の構成を簡素化でき、装置全体のコストダウンも可能となる。 According to the vehicle switching power supply device having the above-described configuration, the control signal output permission unit is configured to supply power based on the duty ratio limitation based on the pulse signal from the limiting pulse output unit and the output reduction signal from the output cutoff unit. The power supply to the vehicle is cut off together, and the cut-off stopping means can stop the cut-off operation only by invalidating the output reduction signal. The cost of the entire apparatus can be reduced.
そして、本発明(請求項1〜4)の車両用スイッチング電源装置は、例えば請求項5に記載のように、上記車載電源が、エンジンを始動するエンジン始動装置への電源供給を行う車載バッテリである場合、エンジン始動時に入力電圧が低下しても十分なデューティ比を確保することができ、又は、その入力電圧低下によって出力電圧が低下しても電力供給が遮断されないため、特に効果的である。 And the switching power supply device for vehicles of this invention (Claims 1-4) is a vehicle-mounted battery which supplies the power supply to the engine starting device which the said vehicle-mounted power supply starts an engine like Claim 5 for example. In some cases, a sufficient duty ratio can be ensured even when the input voltage is reduced when the engine is started, or the power supply is not cut off even if the output voltage is reduced due to the input voltage drop, which is particularly effective. .
以下に、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本実施形態の車載電子制御装置1の概略構成を示す構成図である。図示の如く、車載電子制御装置1は、車載バッテリ11からの入力電圧Vinをもとにスイッチング電源回路13が定電圧を生成して負荷である駆動回路12へ供給し、その供給された電源によって駆動回路12が動作して図示しない各種アクチュエータ等を駆動するよう構成されたものである。
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a schematic configuration of an in-vehicle
車載バッテリ11からの供給電圧は、通常は12Vであり、スイッチング電源回路13をはじめ、図示しない各種車載電子機器へ供給される。また、車載バッテリ11は、図示は省略したものの、エンジン動作中はエンジンにより駆動される発電機(オルタネータ)により充電される。そのため、エンジン動作中は主としてオルタネータからの電圧(例えば14V前後)がスイッチング電源回路13への入力電圧Vinとなり、エンジン停止中は車載バッテリ11の電圧(12V)が入力電圧Vinとなる。
The supply voltage from the in-vehicle battery 11 is normally 12 V, and is supplied to various in-vehicle electronic devices (not shown) including the switching
本発明のエンジン始動装置としてのスタータモータ15は、図示しないエンジンの始動時にエンジンを回転させるための周知のモータであり、イグニションスイッチ14をオンすることにより回転駆動し、エンジンを始動させる。
The
駆動回路12は、コンピュータ回路17からの制御信号に従って図示しない各種アクチュエータ等を駆動するよう構成されたものであり、スイッチング電源回路13からの出力電圧Voutの供給を受けて動作する。
The
コンピュータ回路17は、本車載電子制御装置1の中核をなす部分であり、図示は省略したもののスイッチング電源回路13と同様の構成の電源回路から電力供給を受けて動作し、駆動回路12へ制御信号を出力する。具体的には、例えば地図データや外部から提供される車両位置情報などに基づいて自車走行位置や所定の目的地までの走行ルートに関する情報を提供したり、或いは、車両各部の動作状態(速度、エンジン回転数、温度など)に基づいて燃料噴射料を制御したりするなどの、車両内で行われる種々の制御処理が考えられる。そして、コンピュータ回路17による各制御処理の制御対象(図示略)を駆動回路12が実際に駆動することになる。
The
本発明の車両用スイッチング電源装置であるスイッチング電源回路13は、車載バッテリ11或いは図示しないオルタネータからの入力電圧Vinを、駆動回路12に必要な安定した定電圧(例えば8V)に変換して出力電圧Voutとして出力するものである。この定電圧(8V)は本発明の設定電圧に相当するものである。コンピュータ回路17に対しても、既述の通り図示しないスイッチング電源回路から定電圧(例えば5V)が供給される。以下、スイッチング電源回路13について詳述する。
A switching
本実施形態のスイッチング電源回路13は、出力電圧Voutを二つの分圧抵抗R2,R3で分圧した分圧値(以下「出力フィードバック値」という)Vodをフィードバックしてスイッチング素子としてのスイッチングトランジスタ(以下「SWトランジスタ」という)T1のスイッチング動作をデューティ制御することにより一定の出力電圧Voutを供給するものである。SWトランジスタT1でスイッチングされた入力電圧Vinは、インダクタL1,平滑コンデンサC1,及びダイオードD1からなる出力平滑回路により平滑化され、直流8Vの出力電圧Voutとして駆動回路12へ供給される。
The switching
このように動作する本実施形態のスイッチング電源回路13は、より具体的には、出力電圧Voutを一定に保持するために必要な各種基準信号を生成する三角波発振器OSC及び基準電圧回路CUR1を備えるほか、過負荷保護機能の一つとしての、SWトランジスタT1のオン時間を制限するオン時間制限機能を実現するためのオン時間制限電圧回路CUR2と、過負荷保護機能の一つとしての、出力電圧Voutが低下して一定電圧に制御できなくなったときにSWトランジスタT1を強制的にオフして負荷側を保護する出力遮断機能を実現するための制御範囲外検出電圧回路CUR3とを備える。
More specifically, the switching
三角波発振器OSCは、SWトランジスタT1のスイッチングデューティ比を決める(即ち、SWトランジスタT1のベースに入力されるパルスをPWM制御する)際の基準となる基準三角波Vtriを生成する。 The triangular wave oscillator OSC generates a reference triangular wave Vtri serving as a reference when determining the switching duty ratio of the SW transistor T1 (that is, PWM control of a pulse input to the base of the SW transistor T1).
基準電圧回路CUR1は、出力電圧Voutを一定電圧に保持するための、出力フィードバック値Vodの比較対象である基準電圧Vrefを生成する。そして、差動アンプAMPが、出力フィードバック値Vodと基準電圧Vrefとの差を増幅し、両者の差に応じた誤差信号を出力する。 The reference voltage circuit CUR1 generates a reference voltage Vref that is a comparison target of the output feedback value Vod for maintaining the output voltage Vout at a constant voltage. The differential amplifier AMP amplifies the difference between the output feedback value Vod and the reference voltage Vref, and outputs an error signal corresponding to the difference between the two.
オン時間制限電圧回路CUR2は、オン時間制限機能においてSWトランジスタT1のオン時間の上限を決める基準となるオン時間制限電圧Vlonを出力する回路である。ここで、オン時間制限機能と既述のデューティ制限機能は同義であり、オン時間制限機能におけるオン時間とは、SWトランジスタT1のデューティ制御一周期内においてSWトランジスタT1がオンされる時間をいう。そして、オン時間が所定の上限時間(以下「オン上限時間」という)より大きくならないようにされており、オン時間がオン上限時間のときのデューティ比が、既述のデューティ上限値である。 The on-time limit voltage circuit CUR2 is a circuit that outputs an on-time limit voltage Vlon serving as a reference for determining the upper limit of the on-time of the SW transistor T1 in the on-time limit function. Here, the on-time limiting function and the above-described duty limiting function are synonymous, and the on-time in the on-time limiting function refers to a time during which the SW transistor T1 is turned on within one cycle of duty control of the SW transistor T1. The ON time is set not to be longer than a predetermined upper limit time (hereinafter referred to as “ON upper limit time”), and the duty ratio when the ON time is the ON upper limit time is the above-described duty upper limit value.
本実施形態では、オン時間制限電圧Vlonを一定にせずスイッチング電源回路13への入力電圧Vinに応じて変化させることにより、オン上限時間が入力電圧Vinに応じて変化(換言すれば、デューティ上限値が入力電圧Vinに応じて変化)するようにしている。具体的には、図6(詳細は後述)に一点鎖線で示すように、入力電圧Vinの変化に追随してデューティ上限値が変化するよう、オン時間制限電圧Vlonを変化させるのであり、入力電圧Vinの低下に伴ってオン時間制限電圧Vlonも低下する。
In the present embodiment, the on-time limit voltage Vlon is not made constant, but is changed according to the input voltage Vin to the switching
制御範囲外検出電圧回路CUR3は、出力遮断機能を実現するために設けられているものである。即ち、本スイッチング電源回路13の出力電圧Voutが低下して定電圧制御可能範囲を外れた場合にRSフリップフロップ(以下「RS−FF」という)16をリセットしてSWトランジスタT1を強制的にオフするための基準となる、制御範囲外検出電圧Vdetを出力する。本実施形態では、出力電圧Voutが定電圧8Vより低い所定の保護実行出力しきい電圧(例えば、7.5V以上8V未満における任意の値)を下回った場合に範囲外検出用比較器CMP3からの出力がHighレベルとなってSWトランジスタT1がオフするよう、制御範囲外検出電圧Vdetを設定している。この保護実行出力しきい電圧は本発明の制御下限電圧に相当するものであり、範囲外検出用比較器CMP3からのHighレベル出力が本発明の出力低下信号に相当するものである。
The out-of-control-range detection voltage circuit CUR3 is provided to realize an output cutoff function. That is, when the output voltage Vout of the switching
出力制御用比較器CMP1は、三角波発振器OSCからの基準三角波Vtriと差動アンプAMPからの誤差信号とを比較し、基準三角波Vtriが差動アンプAMPからの誤差信号より大きいときにその出力(以下「制御パルス」という)P1がHighレベルとなる。この制御パルスは本発明の制御信号に相当するものである。 The output control comparator CMP1 compares the reference triangular wave Vtri from the triangular wave oscillator OSC with the error signal from the differential amplifier AMP, and outputs an output when the reference triangular wave Vtri is larger than the error signal from the differential amplifier AMP (below). P1) (referred to as “control pulse”) goes high. This control pulse corresponds to the control signal of the present invention.
オン制限用比較器CMP2は、三角波発振器OSCからの基準三角波Vtriとオン時間制限電圧回路CUR2からのオン時間制限電圧Vlonとを比較し、基準三角波Vtriがオン時間制限電圧Vlonより大きいときにその出力(以下「オン時間制限パルス」という)P2がHighレベルとなる。 The on-limit comparator CMP2 compares the reference triangular wave Vtri from the triangular wave oscillator OSC with the on-time limiting voltage Vlon from the on-time limiting voltage circuit CUR2, and outputs when the reference triangular wave Vtri is larger than the on-time limiting voltage Vlon. P2 (hereinafter referred to as “on-time limit pulse”) becomes the high level.
範囲外検出用比較器CMP3は、差動アンプAMPからの誤差信号と制御範囲外検出電圧回路CUR3からの制御範囲外検出電圧Vdetとを比較し、差動アンプAMPからの誤差信号が制御範囲外検出電圧Vdetより小さくなったときに出力がHighレベルとなる。既述の通り、本実施形態では、出力電圧Voutが保護実行出力しきい電圧を下回ったときに誤差信号が制御範囲外検出電圧Vdetより小さくってRS−FF16がリセットされ、SWトランジスタT1がオフすることになる。 The out-of-range detection comparator CMP3 compares the error signal from the differential amplifier AMP with the out-of-control detection voltage Vdet from the out-of-control detection voltage circuit CUR3, and the error signal from the differential amplifier AMP is out of the control range. When the voltage becomes lower than the detection voltage Vdet, the output becomes a high level. As described above, in this embodiment, when the output voltage Vout falls below the protection execution output threshold voltage, the error signal is smaller than the detection voltage Vdet outside the control range, the RS-FF 16 is reset, and the SW transistor T1 is turned off. It will be.
範囲外検出用比較器CMP3からの出力は、抵抗R4及びコンデンサC2からなる遅延回路を介してRS−FF16のリセット入力端子に入力される。つまり、範囲外検出用比較器CMP3の出力が、所定の時間(遅延回路による遅延時間)を経てRS−FF16に伝達されることになる。そのため、出力電圧Voutの低下によって範囲外検出用比較器CMP3の出力がHighレベルになると、それが遅延回路を介してRS−FF16のリセット入力端子に入力される。 An output from the out-of-range detection comparator CMP3 is input to a reset input terminal of the RS-FF 16 via a delay circuit including a resistor R4 and a capacitor C2. That is, the output of the out-of-range detection comparator CMP3 is transmitted to the RS-FF 16 after a predetermined time (delay time by the delay circuit). Therefore, when the output of the out-of-range detection comparator CMP3 becomes High level due to the decrease in the output voltage Vout, it is input to the reset input terminal of the RS-FF 16 via the delay circuit.
保護動作禁止電圧回路CUR4は、範囲外検出用比較器CMP3からの出力状態に拘わらずRS−FF16がリセットされないようにして出力遮断機能の動作を禁止させるための基準となる、所定の保護動作禁止電圧Vstpを出力する。 The protection operation prohibition voltage circuit CUR4 is a predetermined protection operation prohibition that serves as a reference for prohibiting the operation of the output cutoff function so that the RS-FF 16 is not reset regardless of the output state from the out-of-range detection comparator CMP3. The voltage Vstp is output.
この保護動作禁止電圧Vstpは、保護禁止用比較器CMP4にて、入力電圧Vinを二つの分圧抵抗R6,R7で分圧した分圧値(以下「入力分圧値」という)Vidと比較される。そして、入力分圧値Vidが保護動作禁止電圧Vstpを下回ったときに保護禁止用比較器CMP4の出力がHighレベルとなる。本実施形態では、入力電圧Vinが所定の保護禁止入力しきい電圧(例えば10V)を下回ったときに保護禁止用比較器CMP4がHighレベルとなるよう、保護動作禁止電圧Vstpが設定されている。この保護禁止入力しきい電圧は本発明の入力下限電圧に相当するものである。 This protection operation prohibiting voltage Vstp is compared with a divided value (hereinafter referred to as “input divided value”) Vid obtained by dividing the input voltage Vin by the two voltage dividing resistors R6 and R7 by the protection prohibiting comparator CMP4. The When the input divided voltage value Vid falls below the protection operation prohibiting voltage Vstp, the output of the protection prohibiting comparator CMP4 becomes high level. In the present embodiment, the protection operation prohibition voltage Vstp is set so that the protection prohibition comparator CMP4 is at a high level when the input voltage Vin falls below a predetermined protection prohibition input threshold voltage (for example, 10V). This protection prohibiting input threshold voltage corresponds to the input lower limit voltage of the present invention.
保護禁止用比較器CMP4は、上記の通り、入力分圧値Vidと保護動作禁止電圧Vstpとを比較するものであり、その出力端子はベース抵抗R5を介してトランジスタT2のベースに接続されている。そして、入力電圧Vinが保護禁止入力しきい電圧(10V)以上のときは保護禁止用比較器CMP4の出力はLow レベルであるため、トランジスタT2はオフとなる。そのためこの場合は、範囲外検出用比較器CMP3からの出力が遅延回路を介してそのままRS−FF16に入力されることになる。 As described above, the protection prohibiting comparator CMP4 compares the input voltage dividing value Vid and the protection operation prohibiting voltage Vstp, and its output terminal is connected to the base of the transistor T2 via the base resistor R5. . When the input voltage Vin is equal to or higher than the protection prohibiting input threshold voltage (10 V), the output of the protection prohibiting comparator CMP4 is at a low level, and the transistor T2 is turned off. Therefore, in this case, the output from the out-of-range detection comparator CMP3 is directly input to the RS-FF 16 via the delay circuit.
一方、入力電圧Vinが10Vを下回ると、保護禁止用比較器CMP4の出力がHighレベルとなって、トランジスタT2はオンし、RS−FF16のリセット入力端子は接地電位となる。そのためこの場合は、範囲外検出用比較器CMP3の出力状態に拘わらず、RS−FFのリセット入力端子はLow レベルに保持され、RS−FF16の出力Qのセット状態(Highレベル)が保持される。 On the other hand, when the input voltage Vin falls below 10V, the output of the protection prohibiting comparator CMP4 becomes high level, the transistor T2 is turned on, and the reset input terminal of the RS-FF 16 becomes the ground potential. Therefore, in this case, regardless of the output state of the out-of-range detection comparator CMP3, the reset input terminal of the RS-FF is held at the low level, and the set state (high level) of the output Q of the RS-FF 16 is held. .
RS−FF16は、周知のリセット・セット型フリップフロップであり、本実施形態では、スイッチング電源回路13が起動した時にセット入力端子がHighレベルとなり、以後、リセット入力端子がHighレベルとならない限り出力Qはセット状態(Highレベル)に保持される。なお、スイッチング電源回路13の起動後、出力電圧Voutが安定するまでの一定期間は、リセット入力端子への入力が禁止される。
The RS-FF 16 is a well-known reset / set type flip-flop. In this embodiment, the set input terminal is set to the high level when the switching
ゲート回路G1は、出力制御用比較器CMP1,オン制限用比較器CMP2,及びRS−FF16の各出力の論理積をとる回路であり、この論理積が、SWトランジスタT1をスイッチングさせるためのデューティ信号(以下「ゲート出力パルス」という)Pgとして出力される。 The gate circuit G1 is a circuit that takes the logical product of the outputs of the output control comparator CMP1, the on-limit comparator CMP2, and the RS-FF 16, and this logical product is a duty signal for switching the SW transistor T1. It is output as Pg (hereinafter referred to as “gate output pulse”).
ドライバ回路G2は、ゲート回路G1からのゲート出力パルスPgに従ってSWトランジスタT1を駆動するための回路であり、ゲート出力パルスPgを、SWトランジスタT1を駆動できる程度のレベルに増幅し、その増幅後の信号(以下「スイッチングパルス」という)Psをベース抵抗R1を介してSWトランジスタT1のベースに入力する。SWトランジスタT1は、このスイッチングパルスPsに従ってドライブ(スイッチング)される。 The driver circuit G2 is a circuit for driving the SW transistor T1 in accordance with the gate output pulse Pg from the gate circuit G1, and amplifies the gate output pulse Pg to a level that can drive the SW transistor T1, A signal (hereinafter referred to as “switching pulse”) Ps is input to the base of the SW transistor T1 via the base resistor R1. The SW transistor T1 is driven (switched) in accordance with the switching pulse Ps.
上記のように構成された車載電子制御装置1の動作につき、特にスイッチング電源回路13の動作について説明する。図2は、入力電圧Vinが一定であって、且つ、出力電圧Voutが保護実行出力しきい電圧を下回らない(つまりRS−FFがセット状態を保持している)場合のスイッチング電源回路13の定電圧制御を表すタイムチャートである。尚、以下の説明において「パルス幅」とは、Highレベル状態の幅(時間)を意味するものとする。
Regarding the operation of the on-vehicle
図2に示す如く、ゲート回路G1からのゲート出力パルスPgは、出力制御用比較器CMP1からの制御パルスP1及びオン制限用比較器CMP2からのオン時間制限パルスP2が共にHighレベルのときにHighレベルとなる。そして、このゲート出力パルスPgに対応してSWトランジスタT1がスイッチングすることになる。つまり、ゲート出力パルスPgのデューティ比が基本的にはそのままドライバ回路G2からのスイッチングパルスPsのデューティ比、延いてはSWトランジスタT1のスイッチングデューティ比となる。 As shown in FIG. 2, the gate output pulse Pg from the gate circuit G1 is high when the control pulse P1 from the output control comparator CMP1 and the on-time limit pulse P2 from the on-limit comparator CMP2 are both at the high level. Become a level. Then, the SW transistor T1 is switched corresponding to the gate output pulse Pg. That is, the duty ratio of the gate output pulse Pg basically becomes the duty ratio of the switching pulse Ps from the driver circuit G2, and thus the switching duty ratio of the SW transistor T1.
まず、時刻t1〜t4の間は、出力電圧Voutが安定しており、制御パルスP1のパルス幅はオン時間制限パルスP2のパルス幅に対して十分余裕を持っている。しかし、時刻t4以降、過負荷等の何らかの要因により出力電圧Voutが低下して差動アンプAMPの出力が低下すると、制御パルスP1のパルス幅が広がって、それに伴いゲート出力パルスPgのパルス幅も広がり、結果としてドライバ回路G2からのスイッチングパルスPsのパルス幅が広がる。つまり、SWトランジスタT1のスイッチングデューティ比を高くして出力電圧Voutを上昇させるよう制御する(時刻t4〜t6)。 First, the output voltage Vout is stable between times t1 and t4, and the pulse width of the control pulse P1 has a sufficient margin with respect to the pulse width of the on-time limit pulse P2. However, after time t4, when the output voltage Vout decreases due to some factor such as overload and the output of the differential amplifier AMP decreases, the pulse width of the control pulse P1 widens, and accordingly the pulse width of the gate output pulse Pg also increases. As a result, the pulse width of the switching pulse Ps from the driver circuit G2 increases. That is, control is performed to increase the output voltage Vout by increasing the switching duty ratio of the SW transistor T1 (time t4 to t6).
一方、ゲート出力パルスPgのパルス幅は、オン時間制限機能により制限される。即ち、ゲート出力パルスPgをオン(Highレベル)できる時間は、オン時間制限パルスP2がオンの期間中に制限される。そのため、出力電圧Voutがさらに低下して、差動アンプAMPの出力レベルが制御範囲外検出電圧Vdetより低くなると、制御パルスP1のパルス幅はその出力電圧Voutの低下に応じて広がっていくものの、ゲート出力パルスPgのパルス幅は、オン時間制限パルスP2のパルス幅を超えることはない。 On the other hand, the pulse width of the gate output pulse Pg is limited by the on-time limiting function. That is, the time during which the gate output pulse Pg can be turned on (High level) is limited during the period when the on-time limiting pulse P2 is on. Therefore, when the output voltage Vout further decreases and the output level of the differential amplifier AMP becomes lower than the detection voltage Vdet outside the control range, the pulse width of the control pulse P1 increases according to the decrease in the output voltage Vout. The pulse width of the gate output pulse Pg does not exceed the pulse width of the on-time limit pulse P2.
即ち、制御パルスP1のオン期間であって、且つ、オン時間制限パルスP2のオン期間に、ゲート出力パルスPgがオンすることになる(時刻t6〜t8)。このオン時間制限パルスP2のパルス幅が、上記のオン上限時間であり、そのデューティ比が上記のデューティ上限値である。 That is, the gate output pulse Pg is turned on during the on period of the control pulse P1 and the on period of the on time limit pulse P2 (time t6 to t8). The pulse width of the on-time limit pulse P2 is the above-described on-up upper limit time, and the duty ratio thereof is the above-described duty upper-limit value.
そして、更に出力電圧Voutが低下して保護実行出力しきい電圧を下回ると、出力遮断機能の動作によってSWトランジスタT1が強制的にオフされる。この出力遮断機能について、図3に基づいて説明する。図3は、入力電圧Vinが一定であって、且つ、出力電圧Voutが保護実行出力しきい電圧を下回る(つまりRS−FF16がリセットされる)場合のスイッチング電源回路13の定電圧制御を表すタイムチャートである。
When the output voltage Vout further decreases and falls below the protection execution output threshold voltage, the SW transistor T1 is forcibly turned off by the operation of the output cutoff function. This output cutoff function will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows a time representing constant voltage control of the switching
出力電圧Voutが保護実行出力しきい電圧以上のときは、差動アンプAMPの出力レベルが制御範囲外検出電圧Vdet以上である。そのためこの間は、図3に示す如く、範囲外検出用比較器CMP3の出力はLow レベルであって、RS−FF16のリセット入力端子はLow レベルに保持され、その出力Qはセット状態(Highレベル)に保持される。従って、ゲート回路G1からは制御パルスP1に応じたゲート出力パルスPgが出力される。但し、オン時間制限機能による制限は受ける。 When the output voltage Vout is equal to or higher than the protection execution output threshold voltage, the output level of the differential amplifier AMP is equal to or higher than the detection voltage Vdet outside the control range. Therefore, during this period, as shown in FIG. 3, the output of the out-of-range detection comparator CMP3 is at the low level, the reset input terminal of the RS-FF 16 is held at the low level, and the output Q is in the set state (high level). Retained. Therefore, the gate output pulse Pg corresponding to the control pulse P1 is output from the gate circuit G1. However, it is restricted by the on-time restriction function.
一方、出力電圧Voutの低下が続き、差動アンプAMPの出力が制御範囲外検出電圧Vdetを下回ると(時刻t11)、範囲外検出用比較器CMP3の出力がHighレベルとなる。これにより、遅延回路を構成するコンデンサC2が充電されて徐々にその充電電圧(つまりRS−FF16のリセット入力端子に印加される電圧)が上昇し、リセットしきい電圧を越えると、RS−FF16はリセットされ、ゲート出力パルスPgがオフ(Low レベル)になってスイッチング電源回路13からの電源出力が停止する(時刻t12)。範囲外検出用比較器CMP3がHighレベルになってからRS−FF16がリセットされるまでのt11〜t12間が、上記遅延回路による遅延時間である。
On the other hand, when the output voltage Vout continues to decrease and the output of the differential amplifier AMP falls below the out-of-control detection voltage Vdet (time t11), the output of the out-of-range detection comparator CMP3 goes high. As a result, the capacitor C2 constituting the delay circuit is charged and its charging voltage (that is, the voltage applied to the reset input terminal of the RS-FF 16) gradually rises. When the reset threshold voltage is exceeded, the RS-FF 16 The gate output pulse Pg is turned off (low level) and the power output from the switching
このように、オン時間制限機能によってゲート出力パルスPgのパルス幅を制限、延いてはスイッチングパルスPsのパルス幅を制限することにより、過負荷等によって出力電圧Voutが低下しても負荷側に過大な電流が流れないようにしている。また、出力遮断機能によって、出力電圧Voutが保護実行出力しきい電圧を下回ったときはSWトランジスタT1を強制的にオフするようにしている。 As described above, the pulse width of the gate output pulse Pg is limited by the on-time limiting function, and further, the pulse width of the switching pulse Ps is limited. Therefore, even if the output voltage Vout decreases due to overload or the like, Is prevented from flowing. Further, the output cutoff function forcibly turns off the SW transistor T1 when the output voltage Vout falls below the protection execution output threshold voltage.
しかし、出力電圧Voutが低下する要因は、必ずしも過負荷などの出力側異常とは限らず、スタータモータ15の駆動時における車載バッテリ11の一時的な電圧低下によっても出力電圧Voutが低下する。そこで本実施形態では、入力電圧Vinが低下したとき、オン時間制限機能を緩和し、更に出力遮断機能を停止させることにより、スイッチングパルスPsのデューティ比を高めて入力電圧Vinの低下を補うようにしている。以下、このことについて図4〜図8に基づいて説明する。
However, the cause of the decrease in the output voltage Vout is not necessarily an output-side abnormality such as an overload, and the output voltage Vout also decreases due to a temporary voltage drop in the in-vehicle battery 11 when the
まず、スイッチング電源回路13における入力電圧Vinと出力電圧Voutとの関係を図4に示す。図示の如く、入力電圧VinがSWトランジスタT1でスイッチングされることにより、SWトランジスタT1からの出力(出力平滑回路への入力)はパルス状の電圧波形となる。そしてこのパルス状の電圧が出力平滑回路にて平滑化され、ほぼ一定値の出力電圧Voutとして出力される。この出力電圧Voutは、一般に次式で表される。
First, the relationship between the input voltage Vin and the output voltage Vout in the switching
Vout = Vin * (Ton−α)/ Tsw
ここで、TonはスイッチングパルスPsのパルス幅であり、αはスイッチング損失分に相当するパルス幅であり、Tswはスイッチング周期である。即ち、変換効率が100%の理想的なスイッチング電源の場合はαが0となり、出力電圧と入力電圧の比Vout/Vinがそのままスイッチングデューティ比Ton/Tswとなる。しかし実際には損失分があり、同じ出力電圧Voutを得るために、この損失分に相当するパルス幅αの分だけ、等価的にスイッチングパルス幅Tonが長くなる。
Vout = Vin * (Ton-α) / Tsw
Here, Ton is the pulse width of the switching pulse Ps, α is the pulse width corresponding to the switching loss, and Tsw is the switching period. That is, in the case of an ideal switching power supply with a conversion efficiency of 100%, α is 0, and the ratio Vout / Vin between the output voltage and the input voltage becomes the switching duty ratio Ton / Tsw as it is. However, there is actually a loss, and in order to obtain the same output voltage Vout, the switching pulse width Ton is equivalently increased by the pulse width α corresponding to the loss.
そして、オン時間制限パルスP2ののパルス幅Tlonは、上記損失分に相当するパルス幅αを見込んだスイッチングパルス幅Tonよりさらに長い時間に設定する。換言すれば、オン時間制限パルスP2のデューティ比(デューティ上限値)をスイッチングパルスPsのデューティ比(以下「スイッチングデューティ比」ともいう)より大きく設定する。 The pulse width Tlon of the on-time limit pulse P2 is set to a time longer than the switching pulse width Ton that allows for the pulse width α corresponding to the loss. In other words, the duty ratio (duty upper limit value) of the on-time limit pulse P2 is set larger than the duty ratio of the switching pulse Ps (hereinafter also referred to as “switching duty ratio”).
このデューティ上限値は、従来は一定値(例えば80%)であって、これにより、出力電圧Voutが低下して制御パルスP1のデューティ比が大きくなっていってもスイッチングデューティ比は80%を越えないよう制限されていた。しかし本実施形態では、入力電圧Vinに応じてデューティ上限値を変化させることで、入力電圧Vin低下時のオン時間制限機能の緩和を実現している。 This duty upper limit value is conventionally a constant value (for example, 80%), so that the switching duty ratio exceeds 80% even if the output voltage Vout decreases and the duty ratio of the control pulse P1 increases. There were no restrictions. However, in the present embodiment, the duty upper limit value is changed according to the input voltage Vin, thereby realizing the relaxation of the on-time limiting function when the input voltage Vin decreases.
具体的には、図5に一点鎖線で示すように、入力電圧Vinが低下するのに伴ってデューティ上限値を上げていく。図5は、変換効率が90%であって8Vの出力電圧Voutを生成する場合における、入力電圧Vinに対するデューティ上限値及び理論的なスイッチングデューティ比の変化を示す説明図である。 Specifically, as indicated by the alternate long and short dash line in FIG. 5, the duty upper limit value is increased as the input voltage Vin decreases. FIG. 5 is an explanatory diagram showing changes in the duty upper limit value and the theoretical switching duty ratio with respect to the input voltage Vin when the conversion efficiency is 90% and the output voltage Vout of 8V is generated.
図5に示す如く、出力電圧Voutを8V一定に保持するためには、入力電圧Vinが例えば15Vの場合はスイッチングデューティ比を約60%、入力電圧Vinが例えば13Vの場合はスイッチングデューティ比を約70%、入力電圧Vinが例えば10Vの場合はスイッチングデューティ比を約90%とする必要がある。この場合に、デューティ上限値を例えば80%に固定しておくと、入力電圧Vinが約11V以下では、上限の80%のデューティ比にてSWトランジスタT1をスイッチングしても、所望の定電圧8Vを得ることができなくなる。 As shown in FIG. 5, in order to keep the output voltage Vout constant at 8V, the switching duty ratio is approximately 60% when the input voltage Vin is 15V, for example, and the switching duty ratio is approximately when the input voltage Vin is 13V, for example. When the input voltage Vin is 70 V, for example, 70%, the switching duty ratio needs to be about 90%. In this case, if the upper limit of the duty is fixed at 80%, for example, if the input voltage Vin is about 11V or less, the desired constant voltage of 8V can be obtained even if the SW transistor T1 is switched at the duty ratio of 80% of the upper limit. You will not be able to get.
このため、デューティ上限値を、入力電圧Vinの変化に応じて変化させるようにしている。具体的には、例えば入力電圧Vinが15Vの場合は約70%、13Vの場合は約80%、11V以下のときは約100%となるように可変設定するのである。このようにすることで、入力電圧Vinが例えば10V程度に低下しても、8Vの安定した出力電圧Voutを得ることができるようになる。 For this reason, the duty upper limit value is changed according to the change of the input voltage Vin. Specifically, for example, the input voltage Vin is set to be about 70% when the input voltage Vin is 15V, about 80% when the input voltage Vin is 13V, and about 100% when the input voltage Vin is 11V or less. By doing so, even if the input voltage Vin drops to about 10V, for example, a stable output voltage Vout of 8V can be obtained.
なお、デューティ上限値の変化は、実際には、オン時間制限電圧回路CUR2からのオン時間制限電圧Vlonを変化させることにより実現される。即ち、図1に示したようにオン時間制限電圧回路CUR2には入力電圧Vinが入力されており、この入力電圧Vinの変化に従って、結果的にデューティ上限値(つまりオン制限用比較器CMP2からのオン時間制限パルスP2のデューティ比)が図5のように変化するよう、オン時間制限電圧Vlonを変化させるのである。 The change in the duty upper limit value is actually realized by changing the on-time limit voltage Vlon from the on-time limit voltage circuit CUR2. That is, as shown in FIG. 1, the input voltage Vin is input to the on-time limit voltage circuit CUR2, and as a result, the duty upper limit value (that is, from the on-limit comparator CMP2) is changed according to the change of the input voltage Vin. The on-time limit voltage Vlon is changed so that the duty ratio of the on-time limit pulse P2 changes as shown in FIG.
入力電圧Vinの低下によりデューティ上限値が100%となって実質的にデューティ制限がなくなった後、更に低下が続いて、出力電圧Voutが保護実行出力しきい電圧を下回ると、差動アンプAMPの出力が制御範囲外検出電圧Vdetを下回る。このとき、仮に出力遮断機能の動作を停止する機能を備えていない場合、出力遮断機能が動作することになる。即ち、範囲外検出用比較器CMP3の出力がHighレベルとなり、RS−FF16がリセットされてスイッチングパルスPsの出力が停止する。その後、入力電圧Vinが通常値(12V)に復帰したとしても、RS−FF16のリセット状態は継続するため、再び定電圧Voutを出力するためには、スイッチング電源回路13を再起動する必要がある。
When the upper limit of the duty becomes 100% due to the decrease of the input voltage Vin and the duty limit is substantially eliminated, and further decreases, and the output voltage Vout falls below the protection execution output threshold voltage, the differential amplifier AMP The output falls below the out-of-control detection voltage Vdet. At this time, if the function for stopping the operation of the output cutoff function is not provided, the output cutoff function operates. That is, the output of the out-of-range detection comparator CMP3 becomes a high level, the RS-FF 16 is reset, and the output of the switching pulse Ps stops. After that, even if the input voltage Vin returns to the normal value (12 V), the reset state of the RS-FF 16 continues, so that the switching
しかし本実施形態では、入力電圧Vinの低下時に出力遮断機能の動作を停止する機能を備えている。具体的には、入力電圧Vinが、スイッチングデューティ比を100%にしても所望の出力電圧Voutが得られなくなる直前の電圧を下回ったときに、保護禁止用比較器CMP4の出力がHighレベルとなる。これによりトランジスタT2がオンし、RS−FF16のリセット入力端子がLow レベルに保持されて出力遮断機能の動作が停止されるのである。 However, this embodiment has a function of stopping the operation of the output cutoff function when the input voltage Vin decreases. Specifically, when the input voltage Vin falls below a voltage just before the desired output voltage Vout cannot be obtained even when the switching duty ratio is 100%, the output of the protection prohibiting comparator CMP4 becomes high level. . As a result, the transistor T2 is turned on, the reset input terminal of the RS-FF 16 is held at a low level, and the operation of the output cutoff function is stopped.
本実施形態では、図6に示すように、入力電圧Vinが保護禁止入力しきい電圧(10V)以上の場合に出力電圧Voutが保護実行出力しきい電圧を下回ったら、出力遮断機能を動作させてスイッチングパルスPsの出力を停止する。つまり、範囲外検出用比較器CMP3からの出力を無効としてRS−FF16のリセット端子に反映されないようにする。 In this embodiment, as shown in FIG. 6, when the input voltage Vin is equal to or higher than the protection prohibited input threshold voltage (10V), the output cutoff function is activated when the output voltage Vout falls below the protection execution output threshold voltage. The output of the switching pulse Ps is stopped. That is, the output from the out-of-range detection comparator CMP3 is made invalid and is not reflected on the reset terminal of the RS-FF 16.
一方、入力電圧Vinが10Vを下回ったら出力遮断機能の動作を停止させるため、このとき仮に出力電圧Voutが保護実行出力しきい電圧を下回ったとしても、出力遮断機能は動作しない。そのため、入力電圧Vinの低下によって、スイッチングデューティ比を100%にしても所望の定電圧8Vが得られなくなると、出力電圧Voutは図示のように入力電圧Vinとともに垂下し、再び入力電圧Vinが正常値に戻った時には出力電圧Voutも正常に8V一定となる。このため、スイッチング電源回路13の再起動処置をする必要がなくなる。
On the other hand, since the operation of the output cutoff function is stopped when the input voltage Vin falls below 10V, even if the output voltage Vout falls below the protection execution output threshold voltage at this time, the output cutoff function does not operate. Therefore, if the desired constant voltage 8V cannot be obtained even if the switching duty ratio is set to 100% due to the decrease of the input voltage Vin, the output voltage Vout drops together with the input voltage Vin as shown in the figure, and the input voltage Vin is normal again. When the value returns, the output voltage Vout is also normally 8V constant. This eliminates the need for restarting the switching
そして、本実施形態の駆動回路12は、定格では8V電源で動作することになっているものの、8Vより低くてもある程度までなら(例えば5〜6V程度までなら)動作するよう構成されている。そのため駆動回路12は、入力電圧Vinが低下して定電圧8Vが得られなくなっても、出力遮断機能が動作することなく、そのときの入力電圧Vinによって生成し得る最大限の出力電圧Voutによって動作を継続することができる。
The
以上詳述した本実施形態のスイッチング電源回路13によれば、車両のエンジン始動時に車載バッテリ11の電圧が低下して入力電圧Vinが低下すると、デューティ上限値も高くなる(つまりオン時間制限パルスP2のパルス幅が長くなる)ため、スイッチングデューティ比を高くして入力電圧Vinの低下分を補い、所定の定電圧8Vを保持することが可能となる。
According to the switching
また、入力電圧Vinが更に低下して定電圧制御できなくなっても、出力遮断機能の動作を停止させることにより、そのときの入力電圧Vinによって生成し得る最大限の出力電圧Voutによって負荷の動作を継続させることができる。 Even if the input voltage Vin further decreases and the constant voltage control cannot be performed, the operation of the load is controlled by the maximum output voltage Vout that can be generated by the input voltage Vin at that time by stopping the operation of the output cutoff function. Can continue.
これにより、負荷に対してより低い電源電圧まで供給できるスイッチング電源回路13の提供が可能となり、入力電圧Vinの低下に起因して出力電圧Voutが低下しても、負荷を動作させることができる。
This makes it possible to provide the switching
ここで、本実施形態の構成要素と本発明の構成要素の対応関係を明らかにする。本実施形態において、出力平滑回路は本発明の出力平滑化手段に相当し、二つの分圧抵抗R2,R3と、差動アンプAMPと、基準電圧回路CUR1と、三角波発振器OSCと、出力制御用比較器CMP1と、により本発明の制御手段が構成され、制御範囲外検出電圧回路CUR3と、範囲外検出用比較器CMP3と、により本発明の出力遮断手段が構成され、分圧抵抗R6,R7と、保護動作禁止電圧回路CUR4と、保護禁止用比較器CMP4と、ベース抵抗R5と、トランジスタT2と、により本発明の遮断停止手段が構成され、三角波発振器OSCと、オン時間制限電圧回路CUR2と、オン制限用比較器CMP2と、により本発明の制限用パルス出力手段が構成される。また、ゲート回路G1は本発明の制御信号出力許可手段に相当する。 Here, the correspondence between the components of the present embodiment and the components of the present invention will be clarified. In this embodiment, the output smoothing circuit corresponds to the output smoothing means of the present invention, and includes two voltage dividing resistors R2, R3, a differential amplifier AMP, a reference voltage circuit CUR1, a triangular wave oscillator OSC, and an output control circuit. The comparator CMP1 constitutes the control means of the present invention, and the out-of-range detection voltage circuit CUR3 and the out-of-range detection comparator CMP3 constitute the output cutoff means of the present invention, and the voltage dividing resistors R6, R7. The protection operation prohibiting voltage circuit CUR4, the protection prohibiting comparator CMP4, the base resistor R5, and the transistor T2 constitute a cutoff stop means of the present invention. The triangular wave oscillator OSC, the on-time limiting voltage circuit CUR2, The on-limit comparator CMP2 constitutes the limiting pulse output means of the present invention. The gate circuit G1 corresponds to the control signal output permission means of the present invention.
尚、本発明の実施の形態は、上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。
例えば、上記実施形態では、出力遮断機能による電力供給の遮断を、SWトランジスタT1を強制的にオフさせることにより行うようにしたが、これに限らず、例えば駆動回路12への電力供給経路上にスイッチを設け、これをオフすることにより遮断するようにしてもよい。
The embodiment of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that various forms can be adopted as long as it belongs to the technical scope of the present invention.
For example, in the above embodiment, the power supply cutoff by the output cutoff function is performed by forcibly turning off the SW transistor T1. However, the present invention is not limited to this. For example, on the power supply path to the
また、スイッチング電源回路13からの電源供給対象として、上記実施形態では車載電子制御装置1における駆動回路12を例に挙げたが、これはあくまでも一例であって、所定の定電圧電源を受けて動作するあらゆる車載電子機器を電源供給対象とすることができる。
In the above embodiment, the
1…車載電子制御装置、11…車載バッテリ、12…駆動回路、13…スイッチング電源回路、14…イグニションスイッチ、15…スタータモータ、16…RS−FF、17…コンピュータ回路、AMP…差動アンプ、C1…平滑コンデンサ、C2…コンデンサ、CMP1…出力制御用比較器、CMP2…オン制限用比較器、CMP3…範囲外検出用比較器、CMP4…保護禁止用比較器、CUR1…基準電圧回路、CUR2…オン時間制限電圧回路、CUR3…制御範囲外検出電圧回路、CUR4…保護動作禁止電圧回路、D1…ダイオード、G1…ゲート回路、G2…ドライバ回路、L1…インダクタ、OSC…三角波発振器、R1,R5…ベース抵抗、R2,R3,R6,R7…分圧抵抗、T1…SWトランジスタ、T2…トランジスタ
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記電力供給経路における前記スイッチング素子と前記電力供給対象との間に設けられ、前記スイッチング素子の出力電圧を平滑化して前記電力供給対象へ供給する出力平滑化手段と、
該出力平滑化手段により平滑化された電圧が予め定められた設定電圧となるように前記スイッチング素子のオン・オフをデューティ制御するための、前記制御信号を出力する制御手段と、
該制御手段による前記デューティ制御の際のデューティ比が所定の上限値を超えないように制限するデューティ制限手段と、
を備えた車両用スイッチング電源装置であって、
前記デューティ制限手段は、当該車両用スイッチング電源装置へ入力される前記車載電源からの電源電圧の低下に伴って、前記上限値を高くするよう構成されている
ことを特徴とする車両用スイッチング電源装置。 A switching element that is provided in series in a power supply path from an in-vehicle power source to a power supply target, and is turned on / off according to a control signal;
Output smoothing means provided between the switching element and the power supply target in the power supply path, and smoothing the output voltage of the switching element and supplying the output voltage to the power supply target;
Control means for outputting the control signal for duty-controlling on / off of the switching element so that the voltage smoothed by the output smoothing means becomes a predetermined set voltage;
Duty limiting means for limiting the duty ratio in the duty control by the control means so as not to exceed a predetermined upper limit;
A vehicle switching power supply device comprising:
The duty switching means is configured to increase the upper limit value as the power supply voltage from the in-vehicle power supply input to the vehicle switching power supply decreases. .
前記電力供給経路における前記スイッチング素子と前記電力供給対象との間に設けられ、前記スイッチング素子の出力電圧を平滑化して前記電力供給対象へ供給する出力平滑化手段と、
該出力平滑化手段により平滑化された電圧が予め定められた設定電圧となるように前記スイッチング素子のオン・オフをデューティ制御するための前記制御信号を出力する制御手段と、
前記出力平滑化手段からの出力電圧が前記設定電圧より低い所定の制御下限電圧より小さくなったときに当該車両用スイッチング電源装置から前記電力供給対象への電力供給を遮断する出力遮断手段と、
を備えた車両用スイッチング電源装置であって、
当該車両用スイッチング電源装置へ入力される前記車載電源からの電源電圧が、前記出力平滑化手段から少なくとも前記制御下限電圧以上の出力電圧を供給可能な所定の入力下限電圧より小さくなったときに、前記出力遮断手段による前記遮断動作を停止させる遮断停止手段を備えている
ことを特徴とする車両用スイッチング電源装置。 A switching element that is provided in series in a power supply path from an in-vehicle power source to a power supply target, and is turned on / off according to a control signal;
Output smoothing means provided between the switching element and the power supply target in the power supply path, and smoothing the output voltage of the switching element and supplying the output voltage to the power supply target;
Control means for outputting the control signal for duty-controlling on / off of the switching element so that the voltage smoothed by the output smoothing means becomes a predetermined set voltage;
An output shut-off means for shutting off the power supply from the vehicular switching power supply device to the power supply target when the output voltage from the output smoothing means becomes smaller than a predetermined control lower limit voltage lower than the set voltage;
A vehicle switching power supply device comprising:
When the power supply voltage from the in-vehicle power supply input to the vehicle switching power supply apparatus becomes smaller than a predetermined input lower limit voltage that can supply at least an output voltage equal to or higher than the control lower limit voltage from the output smoothing means, A vehicle switching power supply device comprising: a shut-off stopping unit that stops the shut-off operation by the output shut-off unit.
前記電力供給経路における前記スイッチング素子と前記電力供給対象との間に設けられ、前記スイッチング素子の出力電圧を平滑化して前記電力供給対象へ供給する出力平滑化手段と、
該出力平滑化手段により平滑化された電圧が予め定められた設定電圧となるように前記スイッチング素子のオン・オフをデューティ制御するための、前記制御信号を出力する制御手段と、
該制御手段による前記デューティ制御の際のデューティ比が所定の上限値を超えないように制限するデューティ制限手段と、
前記出力平滑化手段からの出力電圧が前記設定電圧より低い所定の制御下限電圧より小さくなったときに当該車両用スイッチング電源装置から前記電力供給対象への電力供給を遮断する出力遮断手段と、
を備えた車両用スイッチング電源装置であって、
前記デューティ制限手段は、当該車両用スイッチング電源装置へ入力される前記車載電源からの電源電圧の低下に伴って、前記上限値を高くするよう構成されており、
更に、
当該車両用スイッチング電源装置へ入力される前記車載電源からの電源電圧が、前記出力平滑化手段から少なくとも前記制御下限電圧以上の出力電圧を供給可能な所定の入力下限電圧より小さくなったときに、前記出力遮断手段による前記遮断動作を停止させる遮断停止手段を備えている
ことを特徴とする車両用スイッチング電源装置。 A switching element that is provided in series in a power supply path from an in-vehicle power source to a power supply target, and is turned on / off according to a control signal;
Output smoothing means provided between the switching element and the power supply target in the power supply path, and smoothing the output voltage of the switching element and supplying the output voltage to the power supply target;
Control means for outputting the control signal for duty-controlling on / off of the switching element so that the voltage smoothed by the output smoothing means becomes a predetermined set voltage;
Duty limiting means for limiting the duty ratio in the duty control by the control means so as not to exceed a predetermined upper limit;
An output shut-off means for shutting off the power supply from the vehicular switching power supply device to the power supply target when the output voltage from the output smoothing means becomes smaller than a predetermined control lower limit voltage lower than the set voltage;
A vehicle switching power supply device comprising:
The duty limiting means is configured to increase the upper limit value as the power supply voltage from the in-vehicle power supply input to the vehicle switching power supply apparatus decreases.
Furthermore,
When the power supply voltage from the in-vehicle power supply input to the vehicle switching power supply apparatus becomes smaller than a predetermined input lower limit voltage that can supply at least an output voltage equal to or higher than the control lower limit voltage from the output smoothing means, A vehicle switching power supply device comprising: a shut-off stopping unit that stops the shut-off operation by the output shut-off unit.
前記出力遮断手段は、前記出力平滑化手段からの出力電圧が前記制御下限電圧より小さくなったときに、その旨を示す出力低下信号を前記制御信号出力許可手段へ出力し、
前記制御信号出力許可手段は、前記出力低下信号が入力されたとき、前記制御手段から前記スイッチング素子へ前記制御信号を出力させないようにすることにより前記スイッチング素子を強制的にオフにするよう構成され、
前記遮断停止手段は、前記車載電源からの電源電圧が前記入力下限電圧より小さくなったときに、前記出力遮断手段から前記制御信号出力許可手段への前記出力低下信号を無効とするよう構成されている
ことを特徴とする請求項3記載の車両用スイッチング電源装置。 The duty limiting means includes a limiting pulse output means for outputting a pulse signal whose duty ratio is the upper limit value, and the control means to the switching element only during a period when the pulse signal from the limiting pulse output means is on. Control signal output permission means for permitting the output of the control signal of,
When the output voltage from the output smoothing means becomes smaller than the control lower limit voltage, the output cutoff means outputs an output reduction signal indicating that to the control signal output permission means,
The control signal output permission means is configured to forcibly turn off the switching element by preventing the control signal from being output from the control means to the switching element when the output reduction signal is input. ,
The cutoff stop means is configured to invalidate the output reduction signal from the output cutoff means to the control signal output permission means when a power supply voltage from the in-vehicle power source becomes smaller than the input lower limit voltage. The switching power supply device for vehicles according to claim 3 characterized by things.
The switching power supply for a vehicle according to any one of claims 1 to 4, wherein the on-vehicle power supply is an on-vehicle battery that supplies power to an engine starter that starts an engine.
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