JP2008125180A - スイッチング昇圧電源回路 - Google Patents

Abstract

【課題】大容量のスイッチング素子を用いることなく、スイッチング素子を突入電流から保護することができ、且つ、スイッチング制御の適切な開始及び安定した制御を可能とするスイッチング昇圧電源回路を提供する。
【解決手段】スイッチング昇圧電源回路１は、少なくとも、電源スイッチ４と、昇圧回路５と、スイッチング制御部６と、電圧検出部７と、ディレイ回路８とを備える。電圧検出部７は、電圧検出位置Ａの入力電圧値が電圧しきい値７ａを超えているか否かを判定し、ディレイ回路８は、入力電圧値が電圧しきい値７ａを超えた後、上昇ディレイ時間Ｔ１を経過後にスイッチング制御部６に許可信号８ａを発信する。さらに、ディレイ回路８は、入力電圧値が電圧しきい値７ａより小さくなった場合、ノイズフィルタ時間Ｔ２内であれば許可信号８ａを継続して発信する。
【選択図】図１

Description

本発明は、スイッチング昇圧電源回路に関するものである。

スイッチング昇圧電源回路は、直流電源とコンデンサとの間に、スイッチング素子を含む昇圧回路と、スイッチング素子のオン（ＯＮ）／オフ（ＯＦＦ）を制御するスイッチング制御部とを備えている。昇圧回路は、例えば、コイル、ダイオード、及びトランジスタ等のスイッチング素子で構成される（例えば、特許文献１参照）。このスイッチング昇圧電源回路では、最終的に、昇圧回路で昇圧された電圧によって、より大きなエネルギーをコンデンサに充電することができる。

つまり、スイッチング昇圧電源回路は、起動時にコンデンサを充電する。この起動直後において、充電されていないコンデンサは、等価インピーダンスがほぼゼロの状態である。したがって、スイッチング昇圧電源回路には、起動時に大電流、すなわち、突入電流（ラッシュカレントともいう）が流れる。この突入電流とは、静電容量をもつ電気負荷に直流電源を投入したときに、一時的に流れる大電流のことである。

また、スイッチング昇圧電源回路の起動直後、直流電源の入力電圧は、回路の構成上、直流電源の最大電圧値まで徐々に上昇する。そして、突入電流は、起動直後において、この入力電圧が最大電圧値となるまでの期間に流れることが多い。

スイッチング昇圧電源回路では、この突入電流が流れている期間に、スイッチング素子であるトランジスタがオンされると、そのトランジスタに突入電流が流れ込んでしまう。これにより、トランジスタは、破損及び故障してしまうことがある。そこで、従来は、スイッチング素子を突入電流に耐えうる大容量のものを採用していた。

また、マイクロコンピュータ等の制御装置を、充電されるコンデンサよりも後段に設け、そのマイクロコンピュータ等がスイッチング制御部の起動を制御するものがある。この場合、突入電流が流れている期間にスイッチング素子がオンすることは、防止することができる。
特開平７−１２３７０８号公報

しかしながら、スイッチング素子を突入電流に耐えうる大容量スイッチング素子とした場合、大容量スイッチング素子は費用が高く、コスト面で問題がある。

また、マイクロコンピュータでスイッチング制御回路を制御した場合、マイクロコンピュータ自体の立ち上がり時間及びセルフチェック時間を経過後でなければスイッチング制御部を制御できない。このため、スイッチング制御部の制御開始が、突入電流が流れる期間を超えて、必要以上に遅れることがある。この場合、昇圧回路での昇圧開始に遅延が生じてしまう。

さらに、マイクロコンピュータは、直流電源及び昇圧回路から供給される電圧を、その定格電圧にまで降圧しなければ作動しない。つまり、マイクロコンピュータは、降圧回路でその定格電圧まで降圧された電圧によって起動する。したがって、マイクロコンピュータが起動するまでにさらに時間を要することになり、昇圧開始はさらに遅れることになる。なお、定格電圧とは、電気機器が正常に作動する電圧である。

また、この場合、スイッチング制御部の制御開始は、マイクロコンピュータが起動したか否かが第一の基準となる。つまり、スイッチング制御の開始は、直流電源から降圧回路を通過後の電圧を第一の基準としている。これは、直接的に直流電源の電圧を基準としておらず、スイッチング制御開始をさらに遅延させる原因となる。

通常、マイクロコンピュータは、定格電圧を受けた後も、電圧が定格電圧で安定するまではリセットがかけられ、起動しないことが多い。これも、スイッチング制御開始をさらに遅延させる原因である。すなわち、マイクロコンピュータによるスイッチング制御部の制御は、スイッチング開始時期を必要以上に遅延させることがある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、低コストで、突入電流がスイッチング素子に流れるのを防止でき、且つ、スイッチング素子の制御を適切に開始することができるスイッチング昇圧電源回路を提供することを目的とする。

本発明のスイッチング昇圧電源回路は、電源スイッチと、昇圧回路と、スイッチング制御部と、電圧検出部と、ディレイ回路とを備える。電源スイッチは、静電容量をもつ電気負荷と直流電源とを接続する。静電容量をもつ電気負荷とは、供給される電力を充電し、且つ、平滑して出力する機能を有するものであり、例えばコンデンサが挙げられる。直流電源とは、直流電圧を出力するものであり、例えば、バッテリ、直流安定化電源、もしくは、充電されたコンデンサ等でもよい。また、電源スイッチは、２点間を接続／開放する機能を有し、例えば、車両においてイグニッションがオンされると同時に２点間を接続する励磁スイッチ等が挙げられる。

昇圧回路は、電源スイッチから電気負荷への電力供給ラインに設けられ電源スイッチと直列接続されるコイルと、電力給電ラインに設けられコイルよりも電気負荷側で電源スイッチと直列接続されるダイオードと、コイルとダイオードとの間に電源スイッチと並列接続されるスイッチング素子とを有する。スイッチング制御部は、スイッチング素子のオン、オフを制御する。スイッチング素子には、主にトランジスタが用いられる。

電圧検出部は、直流電源の最大電圧値以下の値である電圧しきい値が予め設定され、電力供給ラインの所定位置の電圧である入力電圧値を検出し、入力電圧値が電圧しきい値を超えているか否かを判定する。そして、ディレイ回路は、入力電圧値が前記電圧しきい値を超えた場合、入力電圧値が電圧しきい値を超えた後の第一所定時間を経過後に前記スイッチング制御部の動作を許可する許可信号を前記スイッチング制御部に発信する。なお、最大電圧値とは、配置された直流電源の規定された電圧値、すなわち、最大の電圧値を意味する。

本発明のスイッチング昇圧電源回路の特徴的な作用を以下に説明する。すなわち、電源スイッチがオンされると、電圧検出部は、電力供給ラインの所定位置の入力電圧値、すなわち、スイッチング素子を除く電源スイッチから電気負荷までの間の所定位置での電圧値を検出する。そして、電圧検出部は、入力電圧値と予め直流電源の最大電圧値以下に設定された電圧しきい値とを比較する。ここで、入力電圧値が電圧しきい値を超えたと判定された後、ディレイ回路は、第一所定時間を経過後にスイッチング制御部に許可信号を発信する。スイッチング制御部は、この許可信号を受けて初めて、スイッチング素子のオン／オフ制御を開始する。スイッチング制御部の動作は、許可信号を受けていない状態にあっては禁止される。

ここで、第一所定時間は、入力電圧値が電圧しきい値を超えた時点からスイッチング制御部に許可信号を発信する直前までの時間である。つまり、本発明のスイッチング昇圧電源回路では、入力電圧値が電圧しきい値を超えた後に、ディレイ回路により第一所定時間を経過後でなければスイッチング制御部は制御開始を行わない。すなわち、スイッチング昇圧電源回路が起動してから、入力電圧値が電圧しきい値になるまでの期間、及び入力電圧値が電圧しきい値となった後の第一所定時間にあっては、スイッチング素子はオンされない（スイッチング制御が禁止された状態）。スイッチング素子がオンされなければ、スイッチング素子に電流は流れない。つまり、本発明では、起動後、一定時間（入力電圧値が電圧しきい値に達する時間と第一所定時間）はスイッチング素子に電流を流さない構成となる。

ここで、ディレイ回路の第一所定時間は、設計者等により自由に設定可能であるが、突入電流がなくなる時点より僅かに後に第一所定時間が終了するように設定される。すなわち、第一所定時間は、起動後から突入電流が流れる期間よりも、起動後から入力電圧値が電圧しきい値になるまでの期間と第一所定時間とを併せた期間の方が僅かに大きくなるように設定される。（以下、入力電圧値が電圧しきい値を超えてから第一所定時間の経過を待って許可信号を発信する機能を「ディレイ機能」とも称する。）

したがって、本発明のスイッチング昇圧電源回路は、電圧検出部及びディレイ機能を有することにより、突入電流がスイッチング素子に流れることを防止し、且つ、スイッチング制御の開始を遅延なく行うことができる。

ここで、突入電流とは、上記したように、起動後に一時的に流れる大電流のことである。この突入電流は、実験等によると、電源スイッチがオンされた直後（起動直後）、入力電圧値が直流電源の最大電圧値となる期間に顕著に発生している（図３参照）。つまり、電源スイッチがオンされた直後、入力電圧値が最大電圧値となる期間は、突入電流が流れていることになる。したがって、第一所定時間の終了は、起動後、少なくとも入力電圧値が最大電圧値に達した後である方が好ましい。

すなわち、第一所定時間は、入力電圧値が電圧しきい値から最大電圧値に達する時間以上の時間であることが好ましい。これにより、本発明のスイッチング昇圧電源回路は、スイッチング制御部を、突入電流が顕著に発生する期間から、より確実に遅らせて開始させることができる。

また、電圧検出部が入力電圧値を検出する検出位置、すなわち、電力供給ラインの所定位置は、電源スイッチからコイルまでの間の位置であることが好ましい。これにより、直流電源の電圧をより正確に検出することができる。つまり、コイル及びダイオードによる電圧変動を考慮する必要がなく、遅延なく直流電源の電圧値を検出することができる。入力電圧を遅延なく検出することにより、ディレイ機能をより精度よく発揮することができる。

さらに、所定位置は、電源スイッチの電気負荷側の端子の位置であることが好ましい。つまり、電圧検出部は、電源スイッチのバッテリ側と電気負荷側との端子のうち、電気負荷側の端子に直接接続される位置で入力電圧値を検出するほうがよい。ここで、直接接続とは、電源スイッチの電気負荷側に素子を介さずに（例えば、配線のみで）接続されていることを意味する。換言すれば、所定位置は、電源スイッチからコイルまでの間で、且つ、電源スイッチからある素子までの間の位置である。これにより、電圧検出部は、スイッチング昇圧電源回路の起動後の電圧をより直接的に検出することができる。したがって、ディレイ回路は、より反応よく機能することができる。つまり、スイッチング昇圧電源回路は、突入電流のスイッチング素子への流入を精度よく防止し、遅延なくスイッチング制御を開始することが可能となる。

また、ディレイ回路は、許可信号を発信中において、入力電圧値が電圧しきい値より小さい状態が第二所定時間を超える時間継続したときに許可信号の発信を停止し、入力電圧値が電圧しきい値より小さい状態が第二所定時間継続しない限りは許可信号を継続して発信することが好ましい。これにより、許可信号発信中に、入力電圧値が何らかのノイズ等で電圧しきい値より小さくなった場合であっても、その状態が第二所定時間内であれば、継続して許可信号を発信することができる。すなわち、ディレイ回路は、直流電源がノイズ等で瞬断した場合であっても、第二所定時間は許可信号を継続して発信することができる。ディレイ回路は、このような瞬断状態が、第二所定時間より長く継続した場合は、許可信号を停止する。

すなわち、ディレイ回路は、第二所定時間内の瞬断については、入力電圧値が電圧しきい値を超えている状態と同様に、継続して許可信号を発信することができる。これにより、本発明のスイッチング昇圧電源回路は、ノイズ等による瞬断があっても、許可信号を停止して再度ディレイ機能をかけることはなく、スイッチング制御を遅延なく実行させることができる。

例えば、ノイズパルスによる周期的な瞬断に対しても、そのパルス幅が第二所定時間内であれば、ディレイ回路は、ディレイ機能を発生させることなく、継続して許可信号を発信することができる。したがって、本発明のスイッチング昇圧電源回路は、ノイズ等による入力電圧値の瞬断等があっても、スイッチング制御部は継続してスイッチング素子を制御でき、よりスムーズで安定した昇圧を可能とする。

なお、第二所定時間は、設計者等により自由に設定可能であるが、発生が予想されるノイズパルスのパルス幅に相当する時間に設定される。例えば、ノイズ等は瞬間的なものが多いため、第二所定時間はごく短い時間に設定される。

ここで、本発明のスイッチング昇圧電源回路において、さらに、マイクロコンピュータと、降圧回路と、リセット回路とを備えることが好ましい。このマイクロコンピュータは、本発明において、ダイオードと電気負荷との間に設けられた接続点から電気負荷と並列接続される。降圧回路は、接続点とマイクロコンピュータとの間に設けられ、直流電源又は電気負荷から供給される電圧をマイクロコンピュータの定格電圧に降圧する。なお、マイクロコンピュータの定格電圧とは、マイクロコンピュータが正常に作動する電圧を意味する。

そして、リセット回路は、一方が降圧回路に接続され他方がマイクロコンピュータ及びディレイ回路に接続され、降圧回路により降圧された電圧である降圧電圧値を検出し、降圧電圧値が定格電圧となった後、第三所定時間を経過後にマイクロコンピュータを起動させる起動信号をマイクロコンピュータ及びディレイ回路に発信する。この第三所定時間は、マイクロコンピュータの発信回路安定時間である。すなわち、ディレイ回路が起動信号を受けるのは、電気負荷が十分に充電された後となる。

ここで、ディレイ回路は、起動信号を受けた状態においては、入力電圧値が電圧しきい値を超えた時点で許可信号をスイッチング制御部に発信する。すなわち、ディレイ回路は、リセット回路より起動信号を受けた後は、ディレイ機能をかけることなく、入力電圧値が電圧しきい値を超えた時点で許可信号を発信することができる。これにより、本発明は、起動信号を受けた後には、ディレイ機能を繰り返すことなく、よりスムーズにスイッチング制御することができる。例えば、起動信号を受けた後においては、周期的なノイズ等を受けた場合であっても、ディレイ機能の無限ループによる昇圧機能の低下は防止される。

ここで、第三所定時間は、少なくともマイクロコンピュータの発信回路安定時間以上の時間に設定される。これは、電源スイッチがオンされた直後の入力電圧値が直流電源の最大電圧値に達するまでの時間以上の時間である。すなわち、リセット回路は、突入電流が顕著に流れている期間に起動信号を発信することはない。

また、通常、マイクロコンピュータに用いられるリセット回路では、入力された電圧が定格電圧となって、十分安定してから起動信号を出すため、突入電流が流れる期間よりもかなり長い時間リセット状態となる。したがって、本発明では、通常マイクロコンピュータに用いられるリセット回路を採用してもよい。つまり、各所定時間の関係は、おおよそ第二所定時間＜第一所定時間＜第三所定時間となる。また、リセット回路は、ディレイ回路と同様の構成としてもよく、この場合も、第三所定時間は設定可能である。

本発明のスイッチング昇圧電源回路によれば、大容量のスイッチング素子を用いることなく、スイッチング素子を突入電流から保護することができ、且つ、スイッチング制御の適切な開始及び安定した制御を可能とすることができる。

以下、本発明のスイッチング昇圧電源回路の好適な実施形態について図面を参照して説明する。まず、図１を参照して具体的構成について説明する。図１は、本実施形態におけるスイッチング昇圧電源回路１の回路図である。

図１に示すように、スイッチング昇圧電源回路１は、まず、バッテリ２と出力コンデンサ３とを接続する電源スイッチ４と、昇圧回路５と、スイッチング制御部６と、電圧検出部７と、ディレイ回路８と、マイクロコンピュータ９と、降圧回路１０と、リセット回路１１とを備えている。また、このスイッチング昇圧電源回路１は、バッテリ２の電圧を安定させる素子、すなわち、ダイオード１２ａ、１２ｂ及び平滑コンデンサ１２ｃとをも備えている。

バッテリ２（本発明における「直流電源」に相当する）は、正極が電源スイッチ４の一方に接続され、負極が車両ＧＮＤ（グランド）に導通されている。バッテリ２は、電源スイッチ４がオンされると、出力コンデンサ３（本発明における「電気負荷」に相当する）に電力を供給する。ここで、電源スイッチ４から出力コンデンサ３までを電力供給ラインと称する。なお、電源スイッチ４がオンされた直後の充電されていない出力コンデンサ３は、等価インピーダンスがゼロである。このため、電源スイッチ４がオンされた直後に、突入電流（一時的な大電流）が流れる。この突入電流が流れる時間は、実験等により、予め測定することが可能である。

出力コンデンサ３は、電力を充電し、且つ、平滑した電圧を出力する機能を有する。この出力コンデンサ３は、大容量（例えば、７０００μＦ）であり、主にバッテリ２のバックアップとして用いられる。例えば、スイッチング昇圧電源回路１を車両のエアバック装置に電力供給用として配置した場合、車両衝突時の衝撃でバッテリ２が機能しなくなったとしても、出力コンデンサ３によりエアバック装置に電力が供給され、エアバック装置は作動する。

電源スイッチ４は、一方がバッテリ２の正極に接続され、他方が電圧検出位置Ａ（本発明における「所定位置」に相当する）を介してダイオード１２ａ、１２ｂの各アノードに接続されている。ここで、ダイオード１２ｂのカソードは、電圧検出部７に接続されている。つまり、電圧検出部７は、電圧検出位置Ａにおける電圧値（本発明における「入力電圧値」に相当する）（以下、「入力電圧値」と称する）を検出する。この電圧検出位置Ａは、図１に示すように、電源スイッチ４の電気負荷３側の端子に、何ら素子を介さず接続される位置である。すなわち、電圧検出位置Ａは、電源スイッチ４の電気負荷３側の端子の位置である。

昇圧回路５は、コイル５ａと、ダイオード５ｂと、スイッチング素子である電界効果トランジスタ５ｃとからなる。コイル５ａは、磁気エネルギーを蓄積、放出するとともに電圧を誘起する素子である。このコイル５ａは、電力供給ラインに設けられ、一方がダイオード１２ａのカソードと平滑コンデンサ１２ｃの一方との接続点Ｂに接続されている。つまり、コイル５ａは、電力供給ライン上で電源スイッチ４と直列接続されている。ここで、平滑コンデンサ１２は、バッテリ２の電圧を平滑する素子であり、他方が車両ＧＮＤに導通している。また、コイル５ａの他方は、ダイオード５ｂのアノードと電界効果トランジスタ５ｃのドレインとの接続点Ｃに接続されている。

電界効果トランジスタ５ｃは、コイル５ａに流れる電流を制御するためのスイッチング素子である。電界効果トランジスタ５ｃのドレインは接続点Ｃに、ゲートはスイッチング制御部６にそれぞれ接続され、ソースは車両ＧＮＤに導通されている。つまり、電界効果トランジスタ５ｃは、接続点Ｃで電源スイッチ４と並列接続されている。

ダイオード５ｂのカソードは、スイッチング制御部６の電圧監視位置Ｄを介して、出力コンデンサ３と降圧回路１０との接続点Ｅに接続されている。つまり、ダイオード５ｂは、電力供給ライン上でコイル５ａよりも電気負荷３側で電源スイッチ４と直列接続されている。ここで、電圧監視位置Ｄは、ダイオード５ｂのカソードと接続点Ｅとの間に設けられる。スイッチング制御部６は、その電圧（Ｄでの電圧）を監視し、入力電圧が適切に昇圧されるよう電界効果トランジスタ５ｃを制御する。

スイッチング制御部６は、電界効果トランジスタ５ｃをスイッチングするための駆動信号６ａ（オン）を出力する。すなわち、スイッチング制御部６は、電界効果トランジスタ５ｃのオン、オフを制御する。このスイッチング制御部６は、三方に接続され、その一方が電界効果トランジスタ５ｃのゲートに、他方が電圧監視位置Ｄに、もう一方がディレイ回路８にそれぞれ接続されている。スイッチング制御部６の動作は、ディレイ回路８から発信される許可信号８ａを受けた状態で行われる。

出力コンデンサ３は、一方が接続点Ｅに接続され、他方が車両ＧＮＤに導通されている。降圧回路１０は、バッテリ２又は出力コンデンサ３から供給される電圧を降圧し、その降圧された電圧（以下、「降圧電圧値」と称する）をマイクロコンピュータ９（その他、電気的な負荷）に供給する。ここで、降圧回路１０は、降圧電圧値がマイクロコンピュータ９の正常作動電圧、すなわち、定格電圧９ａとなるように設定されている。この降圧回路１０は、三方に接続され、その一方が接続点Ｅ（本発明における「接続点」に相当する）に、他方がマイクロコンピュータ９に、もう一方がリセット回路１１にそれぞれ接続されている。

すなわち、マイクロコンピュータ９は、接続点Ｄと電気負荷３との間の接続点Ｅから並列接続されている。また、降圧回路１０は、接続点Ｅとマイクロコンピュータ９との間に設けられる。

リセット回路１１は、降圧電圧値が安定してからマイクロコンピュータ９に起動信号１１ａを発信する回路である。起動信号１１ａは、マイクロコンピュータ９を起動させる信号である。ここで、本実施形態において、起動信号１１ａは、ディレイ回路８にも発信される。すなわち、リセット回路１１は、降圧電圧値を検出し、降圧電圧値が定格電圧９ａとなった後、リセット時間Ｔ３（本発明における「第三所定時間」に相当する）を経過後に起動信号１１ａをマイクロコンピュータ９及びディレイ回路８に発信する。このリセット時間Ｔ３は、降圧電圧値が定格電圧９ａで安定するのに十分な時間である。そして、リセット回路１１の一方は降圧回路１０に、他方はディレイ回路８とマイクロコンピュータ９との接続点Ｆにそれぞれ接続されている。

マイクロコンピュータ９は、例えば車両におけるエアバックＥＣＵ（電子制御ユニット）であり、エアバック装置等を制御する機能を有する。このマイクロコンピュータ９の一方は、降圧回路１０とその後段の負荷（図示せず）との接続点Ｇに、他方は、接続点Ｆにそれぞれ接続されている。

ここで、電圧検出部７及びディレイ回路８について図１〜４を参照して説明する。図２は、各位置における電圧（図の上から入力電圧値、リセット回路１１出力、スイッチング制御部６出力、昇圧後の電圧、ディレイ回路８出力）を示す図である。図２の横軸は時間、縦軸は電圧を示す。図３は、スイッチング昇圧電源回路１の入力電圧値と電流とを示す図である。図３の横軸は時間、縦軸は電圧及び電流を示す。図４は、電圧検出部７とディレイ回路８の回路図である。なお、図２の入力電圧及び昇圧電圧における電圧の上昇は、説明の便宜上、直線的に示されている。

まず、図１に示すように、電圧検出部７は、電圧検出位置Ａからダイオード１２ｂを介して接続されている。電圧検出部７には、予め電圧しきい値７ａが設定されている。図２に示すように、この電圧しきい値７ａは、バッテリ２の最大電圧値２ａ以下の値である。そして、電圧検出部７は、電圧検出位置Ａで検出される入力電圧値と電圧しきい値７ａとを比較して、入力電圧値が電圧しきい値を超えているか否かを判定する。

電圧検出部７で入力電圧値が電圧しきい値を超えていると判定されると、この情報がディレイ回路８に伝送される。ディレイ回路８は、これを受けて、上昇ディレイ時間Ｔ１（本発明における「第一所定時間」に相当する）を経過後にスイッチング制御部６の動作を許可する許可信号８ａをスイッチング制御部６に発信する。すなわち、ディレイ回路８は、入力電圧値が電圧しきい値７ａを超えた後、上昇ディレイ時間Ｔ１を経過後に許可信号８ａをスイッチング制御部６に発信する。

さらに、ディレイ回路８は、許可信号８ａを発信中において、入力電圧値が電圧しきい値７ａより小さい状態がノイズフィルタ時間Ｔ２（本発明における「第二所定時間」に相当する）を超える時間継続したときに許可信号８ａの発信を停止する。そして、ディレイ回路８は、入力電圧値が電圧しきい値７ａより小さい状態がノイズフィルタ時間Ｔ２継続しない限りは許可信号８ａを継続して発信する。

すなわち、ディレイ回路８には、予め上昇ディレイ時間Ｔ１とノイズフィルタ時間Ｔ２とが設定されている。ここで、上昇ディレイ時間Ｔ１は、入力電圧値が電圧しきい値７ａとなってから突入電流がほぼ完全に消えるまでの時間に相当する。図３に示すように、スイッチング昇圧電源回路１が起動された（電源スイッチ４がオンされた）後、突入電流は、入力電圧値が最大電圧値２ａで安定するまで流れている。つまり、上昇ディレイ時間Ｔ１は、入力電圧値が電圧しきい値７ａから最大電圧値２ａに達する時間を僅かに超える時間に設定されている。

ノイズフィルタ時間Ｔ２は、発生が予想されるノイズパルスのパルス幅に相当する。ノイズパルスの多くは、入力電圧値を周期的に瞬断させるものである。したがって、本実施形態では、ノイズフィルタ時間Ｔ２は、上昇ディレイ時間Ｔ１よりも短い、極めて短い時間に設定されている。

＜電圧検出部７及びディレイ回路の実施例＞
ここで、電圧検出部７及びディレイ回路８の回路構成を一つの実施例を挙げて説明する。電圧検出部７及びディレイ回路８は、例えば、図４に示す回路構成となる。図４に示すように、電圧検出部７は、コンパレータ７１、７２と基準電圧源７３とからなる。ディレイ回路８は、ＯＲ回路８０１、８０２と、ディレイフリップフロップ８０３〜８０６と、ＡＮＤ回路８０７〜８０９と、ＮＯＴ回路８１０とからなる。

なお、ＯＲ回路とは、２つ以上の入力の少なくとも１つがオンであれば、オンで出力する回路である。また、ＡＮＤ回路とは、２つ以上の入力がすべてオンであれば、オンで出力する回路である。ＮＯＴ回路とは、入力を反転（オンならばオフ、オフならばオン）して出力する回路である。ディレイフリップフロップ（以下、「ＤＦＦ回路」と称する）は、入力端子（Ｄ端子）からの入力を遅延させて出力端子（Ｑ端子）から出力する回路である。

コンパレータ７１の非反転端子（＋）はダイオード１２ｂのカソードに、反転端子（−）は基準電圧源７３にそれぞれ接続されている。コンパレータ７２の非反転端子は基準電圧源７３に、反転端子はダイオード１２ｂのカソードにそれぞれ接続されている。基準電圧源７３は、電圧しきい値７ａとなる電圧をコンパレータ７１の反転端子及びコンパレータ７２の非反転端子に入力する。つまり、コンパレータ７１、７２は、電圧検出位置Ａの電圧値、すなわち、入力電圧値と電圧しきい値７ａとを比較する。

コンパレータ７１は、入力電圧値が電圧しきい値７ａを超えた場合に出力する。このコンパレータ７１の出力端子は、ＯＲ回路８０１の一方の入力端子に接続されている。また、コンパレータ７２は、入力電圧値が電圧しきい値７ａよりも小さい場合に出力する。このコンパレータ７２の出力端子は、ＤＦＦ回路８０６のＤ端子、及びＡＮＤ回路８０９の一方の入力端子に接続されている。

まず、コンパレータ７１側（図４の回路図上側）について説明する。ＯＲ回路８０１の他方の入力端子は、ＡＮＤ回路８０９の出力端子に接続されている。ＯＲ回路８０１の出力端子は、ＡＮＤ回路８０７の一方の入力端子、及びＤＦＦ回路８０３のＤ端子に接続されている。

ＤＦＦ回路８０３のＱ端子は、ＤＦＦ回路８０４のＤ端子及びＡＮＤ回路８０８の入力端子（Ｘ）に接続されている。ＤＦＦ回路８０４のＱ端子は、ＤＦＦ回路８０５のＤ端子及びＡＮＤ回路８０８の入力端子（Ｙ）に接続されている。そして、ＤＦＦ回路８０５のＱ端子は、ＡＮＤ回路８０８の入力端子（Ｚ）に接続されている。ＤＦＦ回路８０３〜８０５のＣＫ端子には、クロック信号が入力される。

ＡＮＤ回路８０８の出力端子は、ＯＲ回路８０２の一方の入力端子に接続されている。このＯＲ回路８０２の他方の入力端子には、リセット回路１１が接続点Ｆを介して接続されている。ＯＲ回路８０２の出力は、ＡＮＤ回路８０７の他方の入力端子に接続されている。そして、ＡＮＤ回路８０７の出力端子は、スイッチング制御部６に接続されている。

続いて、コンパレータ７２側（図４の回路図下側）について説明する。上記のとおり、コンパレータ７２の出力端子は、ＤＦＦ回路８０６のＤ端子、及びＡＮＤ回路８０９の一方の入力端子に接続されている。ＤＦＦ回路８０６のＱ端子は、ＮＯＴ８１０の入力端子に接続されている。また、ＤＦＦ回路８０６のＣＫ端子には、クロック信号が入力される。ＮＯＴ回路８１０の出力端子は、ＡＮＤ回路８０９の他方の入力端子に接続されている。そして、ＡＮＤ回路の出力端子は、ＯＲ回路８０１の他方の入力端子に接続されている。

次に、この電圧検出部７及びディレイ回路８の動作について説明する。まず、入力電圧値が電圧しきい値７ａを超えた場合について説明する。電圧検出位置Ａの入力電圧値は、コンパレータ７１で電圧しきい値７ａと比較される。コンパレータ７１は、入力電圧値が電圧しきい値７ａを超えると、ＯＲ回路８０１にオンを出力する。ＯＲ回路８０１は、これを受けて、ＡＮＤ回路８０７の一方の入力端子とＤＦＦ回路８０３のＤ端子とにオンを出力する。ＤＦＦ回路８０３は、これを受けてから遅れて、Ｑ端子からＤＦＦ回路８０４のＤ端子及びＡＮＤ回路８０８のＸ端子にオンを出力する。

ＤＦＦ回路８０４及び８０５は、ＤＦＦ回路８０３と同様に、出力を遅らせてＡＮＤ回路８０８のＹ端子及びＺ端子にオンを出力する。ＡＮＤ回路８０８は、ＸからＺのすべての入力端子がオンとなった後に、ＯＲ回路８０２を介してＡＮＤ回路８０７の他方の入力端子にオンを出力する。

ＡＮＤ回路８０７の一方の入力端子は、ＯＲ回路８０１から直接オンを受け、他方の入力端子は、ＤＦＦ回路８０３〜８０５を介してオンを受ける。つまり、ＡＮＤ回路８０７は、ＤＦＦ回路８０３〜８０５によって遅延したオンを受けた後に、オン（許可信号８ａ）をスイッチング制御部８０７に発信する。すなわち、ＤＦＦ回路８０３〜８０５によるオン出力の遅延時間は、上昇ディレイ時間Ｔ１に相当する。以下、ＤＦＦ回路８０３〜８０５及びＡＮＤ回路８０８を、「上昇ディレイ回路」とも称する。

続いて、許可信号８ａ発信中に、入力電圧値が電圧しきい値７ａより小さくなった場合について説明する。この場合、コンパレータ７１の出力はオフになり、ＯＲ回路８０１の一方の入力端子にはオンが入力されなくなる。コンパレータ７２は、入力電圧値が電圧しきい値７ａより小さくなると、ＤＦＦ回路のＤ端子及びＡＮＤ回路８０９の一方の入力端子にオンを出力する。ＤＦＦ回路８０６は、これを受けてから遅れて、Ｑ端子からＮＯＴ回路８１０の入力端子にオンを出力する。ＮＯＴ回路８１０は、これを受けて、出力をオフにする。すなわち、このとき、ＮＯＴ回路８１０の出力端子は、ＡＮＤ回路８０９の他方の入力端子にオンを出力しなくなる。

ここで、入力電圧値が電圧しきい値７ａを超えている場合、ＮＯＴ回路８１０は、入力がオフであるため、ＡＮＤ回路８０９の他方の入力端子にオンを出力している。そして、入力電圧値が電圧しきい値７ａより小さくなった後に、ＤＦＦ回路８０６で遅延されたオンを受け、オンの出力を停止状態（すなわち、オフ）にする。

入力電圧値が電圧しきい値７ａより小さくなった直後において、ＡＮＤ回路８０９は、一方の入力端子でコンパレータ７２からのオンを受け、他方の入力端子では、ＮＯＴ回路８１０から入力電圧値が電圧しきい値７ａを超えているときのオンを受けている。すなわち、ＡＮＤ回路８０９は、コンパレータ７２から出力されるオンがＤＦＦ回路８０６で遅延され、ＮＯＴ回路８１０でオフになるまでの間は、オンを出力する。このＡＮＤ回路８０９のオン出力は、ＯＲ回路８０１を介して、コンパレータ７１のオン出力と同様に、ＡＮＤ回路８０７及びＤＦＦ８０３に入力される。

つまり、許可信号８ａ発信中に、入力電圧値が電圧しきい値７ａより小さくなったとき、ＡＮＤ回路８０７は、ＤＦＦ回路８０６によるオン出力の遅延時間内であれば、継続して許可信号８ａを発信することができる。すなわち、ＤＦＦ回路８０６によるオン出力の遅延時間は、ノイズフィルタ時間Ｔ２に相当する。なお、ＮＯＴ回路８１０の出力がオフになればＡＮＤ回路８０９の出力はオフになり、コンパレータ７１の出力もオフであるため、許可信号８ａは発信されない。

また、ディレイ回路８は、リセット回路１１から出力される起動信号１１ａも受けている。ＯＲ回路８０２の他方の入力端子には、リセット回路１１からの起動信号１１ａ（オン）が入力される。このＯＲ回路８０２は、上昇ディレイ回路の後段に設けられている。すなわち、起動信号１１ａが発信されている間は、上昇ディレイ回路による遅延時間（上昇ディレイ時間Ｔ１）を待つことなく、ＡＮＤ回路８０７にオンが出力される。したがって、リセット回路１１が起動信号１１ａを発信している間は、上昇ディレイ時間Ｔ１はキャンセルされる。

＜スイッチング昇圧電源回路１の動作＞
次に、本実施形態のスイッチング昇圧電源回路１の動作について図１及び図２を参照して説明する。

まず、図１に示すように、スイッチング昇圧電源回路１が起動（電源スイッチ４がオン）されると、バッテリ２の電圧が出力コンデンサ３に入力される。同時に、電圧検出部７は、電圧検出位置Ａにおける入力電圧値を検出する。

図２に示すように、入力電圧値は、最大電圧値２ａとなるまで徐々に上昇する。そして、入力電圧値が電圧しきい値７ａを超えると、ディレイ回路８は、電圧検出部７からの判定を受けて、上昇ディレイ時間Ｔ１を経過後、スイッチング制御部６に許可信号８ａを発信する。すなわち、起動後、入力電圧値が電圧しきい値７ａとなるまでの時間と、上昇ディレイ時間Ｔ１内は、スイッチング制御部６は作動していない。

スイッチング制御部６は、許可信号８ａを受けて、電界効果トランジスタ５ｃのゲートに駆動信号６ａを出力する。電界効果トランジスタ５ｃがスイッチング制御部６の駆動信号６ａに基づいてスイッチングすることにより、バッテリ２の電圧は昇圧されて出力コンデンサ３に入力される。出力コンデンサ３は、昇圧された電圧によって、さらに充電される。

昇圧された電圧は、降圧回路１０で定格電圧９ａに降圧される。降圧された電圧は、マイクロコンピュータ９及びリセット回路１１に供給される。リセット回路１１は、この降圧電圧値が定格電圧９ａになると、リセット時間Ｔ３を経過後、マイクロコンピュータ９及びディレイ回路８に起動信号１１ａを出力する。マイクロコンピュータ９は、この起動信号１１ａを受けて起動する。さらに、ディレイ回路８は、この起動信号１１ａを受けて、上昇ディレイ時間Ｔ１をキャンセルする。つまり、図２に示すように、ディレイ回路８が起動信号１１ａを受けている間は、入力電圧値が電圧しきい値７ａを超えると同時に許可信号８ａを発信する。

ここで、許可信号８ａ発信中、入力電圧値がノイズ等により瞬断した場合について説明する。入力電圧値が電圧しきい値７ａより小さくなった場合、ディレイ回路８は、ノイズフィルタ時間Ｔ２中、許可信号８ａを発信する。すなわち、ノイズのパルス幅（瞬断時間）がノイズフィルタ時間Ｔ２内であれば、スイッチング制御は途切れることなく継続して行われる。また、図２に示すように、ノイズのパルス幅がノイズフィルタ時間Ｔ２より大きかった場合、ノイズフィルタ時間Ｔ２を経過後に、許可信号８ａは停止される。

以上、説明したとおり、本実施形態のスイッチング昇圧電源回路１によれば、大容量トランジスタを用いることなく、電界効果トランジスタ５ｃを突入電流から保護することができ、且つ、スイッチング制御部６の適切な制御開始及び安定した制御を可能とすることができる。

本実施形態におけるスイッチング昇圧電源回路１の回路図である。 各位置における電圧を示す図である。 スイッチング昇圧電源回路１の入力電圧値と電流とを示す図である。 電圧検出部７とディレイ回路８の回路図である。

符号の説明

１：スイッチング昇圧電源回路
２：バッテリ、２ａ：最大電圧値
３：出力コンデンサ、４：電源スイッチ
５：昇圧回路
５ａ：コイル、５ｂ：ダイオード、５ｃ：電界効果トランジスタ
６：スイッチング制御部、６ａ：駆動信号
７：電圧検出部、７ａ：電圧しきい値
８：ディレイ回路、８ａ：許可信号
９：マイクロコンピュータ、１０：降圧回路
１１：リセット回路、１１ａ：起動信号
Ａ：電圧検出位置

Claims (7)

1. 静電容量をもつ電気負荷と直流電源とを接続する電源スイッチと、
   前記電源スイッチから前記電気負荷への電力供給ラインに設けられ前記電源スイッチと直列接続されるコイルと、前記電力給電ラインに設けられ前記コイルよりも前記電気負荷側で前記電源スイッチと直列接続されるダイオードと、前記コイルと前記ダイオードとの間に前記電源スイッチと並列接続されるスイッチング素子とを有する昇圧回路と、
   前記スイッチング素子のオン、オフを制御するスイッチング制御部と、
   前記直流電源の最大電圧値以下の値である電圧しきい値が予め設定され、前記電力供給ラインの所定位置の電圧である入力電圧値を検出し、前記入力電圧値が前記電圧しきい値を超えているか否かを判定する電圧検出部と、
   前記入力電圧値が前記電圧しきい値を超えた場合、前記電圧しきい値を超えた後の第一所定時間を経過後に前記スイッチング制御部の動作を許可する許可信号を前記スイッチング制御部に発信するディレイ回路と、
   を備えることを特徴とするスイッチング昇圧電源回路。
2. 前記第一所定時間は、前記入力電圧値が前記電圧しきい値から前記最大電圧値に達する時間以上の時間である請求項１に記載のスイッチング昇圧電源回路。
3. 前記所定位置は、前記電源スイッチと前記コイルとの間の位置である請求項１又は２に記載のスイッチング昇圧電源回路。
4. 前記所定位置は、前記電源スイッチの前記電気負荷側の端子の位置である請求項１〜３の何れか一項に記載のスイッチング昇圧電源回路。
5. 前記ディレイ回路は、前記許可信号を発信中において、前記入力電圧値が前記電圧しきい値より小さい状態が第二所定時間を超える時間継続したときに前記許可信号の発信を停止し、前記入力電圧値が前記電圧しきい値より小さい状態が前記第二所定時間継続しない限りは前記許可信号を継続して発信する請求項１〜４の何れか一項に記載のスイッチング昇圧電源回路。
6. 前記ダイオードと前記電気負荷との間に設けられた接続点から前記電気負荷と並列接続されるマイクロコンピュータと、
   前記接続点と前記マイクロコンピュータとの間に設けられ、前記直流電源又は前記電気負荷から供給される電圧を前記マイクロコンピュータの定格電圧に降圧する降圧回路と、
   一方が前記降圧回路に接続され他方が前記マイクロコンピュータ及び前記ディレイ回路に接続され、前記降圧回路により降圧された電圧である降圧電圧値を検出し、前記降圧電圧値が前記定格電圧となった後、第三所定時間を経過後に前記マイクロコンピュータを起動させる起動信号を前記マイクロコンピュータ及び前記ディレイ回路に発信するリセット回路と、
   をさらに備え、
   前記ディレイ回路は、前記起動信号を受けた状態においては、前記入力電圧値が前記電圧しきい値を超えた時点で、前記第一所定時間を待つことなく、前記許可信号を前記スイッチング制御部に発信する請求項１〜５の何れか一項に記載のスイッチング昇圧電源回路。
7. 前記第三所定時間は、前記マイクロコンピュータの発信回路安定時間以上の時間である請求項６に記載のスイッチング昇圧電源回路。

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