JP4207117B2 - 電源回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は電源回路に係り、特に出力電圧制御を行う電源回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
出力電圧の制御を行う電源回路、例えば昇圧型電源回路では、負荷短絡時に短絡電流が流れないようにするため、入力/出力間に遮断用のスイッチング素子を設けた例が知られている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
この電源回路では、図2に示すように、スイッチング素子Q200よりも入力側の接続点Sにおいて抵抗器R100および抵抗器R200を用いて出力電圧を検出し、該検出結果に基づいてスイッチング素子Q100をオン/オフすることにより出力電圧を一定の値に制御(昇圧制御)している。
【0004】
また、上記電源回路では、接続点Sにおける出力電圧の検出結果を異常検出部130にも入力し、異常検出部130が負荷短絡による異常を検出した時にはスイッチ制御部120を介してスイッチング素子Q200をオフにし、入力側と出力側とを遮断して短絡電流が流れないようにしている。
【0005】
【特許文献1】
特開2001−327067号公報(第2図)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の例に示すような従来の電源回路では、負荷短絡による電圧降下が起きた時に、昇圧のためのコイルL100やスイッチング素子Q100は昇圧制御を行って電流を流しつづけようとし、またスイッチング素子Q200が遅れ要素として作用するため、負荷の電圧降下が起きても検出点Sでの電圧は直ちには降下しない。そのため、負荷短絡が起きてから異常検出回路が異常を検出してスイッチング素子Q200をオフするまでに時間的な遅れが生じ、短絡による過電流が負荷に流れて負荷を破損する可能性がある。
【0007】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、負荷保護の制御を迅速に行い、負荷を確実に保護する電源回路を提供することを目的とする。
【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、本発明の第1の態様に係る電源回路は、入力された直流電圧を所定の電圧に昇圧して負荷に供給する昇圧制御部と、前記昇圧制御部と前記負荷との間に直列に設けられ、導通状態または非導通状態のいずれかの状態にあるスイッチ部であって、導通状態では前記昇圧制御部の出力電圧を前記負荷に供給し、非導通状態では前記負荷に供給される電流をすべて遮断するスイッチ部と、前記スイッチ部を導通状態または非導通状態に制御するスイッチ制御部と、前記負荷の電圧変動範囲に応じて、前記負荷に供給される電圧の異常変化を監視するためのしきい値を設定するしきい値設定部と、前記スイッチ部と前記負荷との間の接続点であって、前記負荷に供給される電流がすべて流れ込む接続点における電圧を検出し、前記接続点における電圧が前記しきい値を超えない時には前記スイッチ制御部を介して前記スイッチ部を導通状態に保持し、前記接続点における電圧が前記しきい値を超えた時は前記スイッチ制御部を介して前記スイッチ部を非導通状態に制御するとともに前記昇圧制御部の動作を停止する監視保護制御部とを備えることを特徴とする。
【0009】
上記第1の態様では、昇圧制御部が、入力された直流電圧を所定の電圧に昇圧して負荷に供給する。監視保護制御部は、スイッチ部と負荷との間の接続点での電圧を検出し、該電圧とあらかじめ定められたしきい値とを比較する。このしきい値は、1ないし複数のしきい値を設定することができる。更に、しきい値設定部により、しきい値が負荷に供給される電圧の異常変化を監視するための所定の値に設定できるので、想定される負荷の電圧変動範囲や電圧降下の大きさを考慮したしきい値を設定することができる。
【0010】
監視保護制御部は、上記の電圧があらかじめ定められたしきい値を超えない時には前記スイッチ制御部を介して前記スイッチ部を導通状態に保持し、該電圧があらかじめ定められたしきい値を超えた時は前記スイッチ制御部を介して前記スイッチ部を非導通状態に制御するとともに前記昇圧制御部の動作を停止する。ここで、監視制御部が上記比較に用いる接続点での電圧は、スイッチ部と負荷との間にあるため、負荷の電圧降下が起きると接続点での電圧も直ちに降下する。
【0011】
このため、負荷の短絡による電圧降下等、しきい値を超えた電圧変動が起きた時は、直ちに昇圧制御部の動作が停止し、また直ちにスイッチ部が非導通状態に制御され入力側と出力側が遮断されるので、負荷に過電流が流れるのを防ぐことができる。
【0012】
このようにして、負荷保護の制御を迅速に行い、負荷を確実に保護することができる。
【0013】
本発明の第2の態様に係る電源回路は、上記第1の態様において、前記しきい値設定部が、前記直流電圧の供給先の負荷の電圧変動範囲に応じて前記しきい値を複数設定することを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に従って本発明に係る電源回路の好ましい実施の形態について詳説する。
【0016】
図1に、本実施の形態が適用された昇圧型電源回路10の構成を示す。昇圧型電源回路10は、入力端子Tin、出力端子Tout、コイルL1、ダイオードD、コンデンサC、抵抗器R1、抵抗器R2、スイッチングトランジスタQ1、コイルL2、スイッチングトランジスタQ2、演算増幅器12、参照電源14、ドライブ回路16、スイッチ制御部18、監視保護回路制御部20を備えている。
【0017】
入力端子Tinから入力された直流電圧は、コイルL1、ダイオードD、コイルL2、トランジスタQ2、および出力端子Toutを介して負荷へ供給される。
【0018】
コンデンサCの一端はダイオードDおよびコイルL2に接続され、他端は接地される。コイルL2の他端はスイッチングトランジスタQ2に接続される。
【0019】
抵抗器R1と抵抗器R2とは直列に接続されており、抵抗器R1の他端はコンデンサCおよびコイルL2に接続され、抵抗器R2の他端は接地される。
【0020】
演算増幅器12の一方の入力端子には抵抗器R1と抵抗器R2との間の接続点Aでの電圧(以下、検出電圧という)が供給され、他方の入力端子には参照電源14の電圧(以下、参照電圧という)が供給される。演算増幅器12は、検出電圧と参照電圧との差を増幅してドライブ回路16に出力する。
【0021】
なお、参照電圧は、負荷に供給する電圧に応じて設定してよい。
【0022】
ドライブ回路16は、演算増幅器12の出力に応じたデューティ(=パルスオン時間÷パルス周期)のパルス波を一定の周期で連続的に生成し、このパルスがオンの時はスイッチングトランジスタQ1をオンにし、パルスがオフの時はスイッチングトランジスタQ1をオフにする。
【0023】
監視保護回路制御部20は、1ないし複数のしきい値を設定可能に構成されている。このしきい値は、1つの値を設定してもよいし、負荷の電圧変動範囲を考慮した上限値および下限値等、複数の値を設定するようにしてもよい。
【0024】
監視保護回路制御部20には、スイッチングトランジスタQ2と負荷との間の接続点Pでの電圧(以下、接続点電圧という)が供給される。監視保護回路制御部20は接続点電圧と上述のしきい値とを比較し、接続点電圧がしきい値を超えていない時にはスイッチ制御部18を介してスイッチングトランジスタQ2をオンに保持し、接続点電圧がしきい値を超えた時はスイッチ制御部18を介してスイッチングトランジスタQ2をオフにする。
【0025】
次に、上記実施の形態の作用を説明する。
【0026】
ドライブ回路16の出力によってスイッチングトランジスタQ1がオンになると、コイルL1に電流が流れる。所定の時間(ドライブ回路16が生成するパルス波のオン時間)が経過すると、ドライブ回路16はスイッチングトランジスタQ1をオフにする。これによりコイルL1に流れる電流が変化して起電力が生じ、入力電圧とコイルL1の起電力の和に相当する電圧が負荷側へ供給される。
【0027】
スイッチングトランジスタQ1がオフにされると、時間の経過とともに出力電圧が低下するが、所定の時間(パルスのオフ時間)が経過するとパルスが再びオンになり、上記動作が繰り返されて入力電圧が昇圧される。
【0028】
昇圧型電源回路10は、このようにして入力された電圧を所定の値に昇圧し、保持することができる。
【0029】
また、電流がダイオードDを通って負荷側に流れ、コンデンサCに電荷が蓄積される。負荷に大電流が流れたとき、入力端子Tinに供給される電流だけでは不足する場合があるが、このときコンデンサCに蓄積されていた電荷が放電することで、不足した電流を補うことができる。昇圧型電源回路10は、このコンデンサCとコイルL2とにより出力電流の平滑化を行う。
【0030】
接続点電圧がしきい値を超えていない時、監視保護回路制御部20は、スイッチ制御部18を介してスイッチングトランジスタQ2をオンに保持する。これにより、上記所定の値に昇圧された電圧が負荷に供給され、電流が負荷に流れる。
【0031】
また、上記昇圧された電圧に対し、抵抗器R1と抵抗器R2とにより、接続点Aで電圧が検出され、該電圧は検出電圧として演算増幅器12に入力される。演算増幅器12は検出電圧と参照電圧とを比較し、検出電圧と参照電圧との差を増幅してドライブ回路16に出力する。
【0032】
検出電圧が参照電圧を下回ると、ドライブ回路16は演算増幅器12の出力、すなわち検出電圧と参照電圧との差の大きさに応じてスイッチングトランジスタQ1のオン/オフ動作のデューティ(=オン時間÷動作周期)を変化させる。例えば、検出電圧が参照電圧よりも大きいときには、スイッチングトランジスタQ1のオン/オフ動作のデューティを低くして出力電圧が小さくなるようにし、逆に検出電圧が参照電圧よりも小さいときには、スイッチングトランジスタQ1のオン/オフ動作のデューティを高くして出力電圧が大きくなるようにする。
【0033】
このように、昇圧型電源回路10は、スイッチングトランジスタQ1のオン/オフ動作のデューティを変化させることにより、電圧変動が起きた場合でも必要な電圧を負荷に供給することができる。
【0034】
また、スイッチングトランジスタQ2と負荷との間の接続点Pでも出力電圧(接続点電圧)を検出し、監視保護回路制御部20に入力する。監視保護回路制御部は、入力された接続点電圧を前述のしきい値と比較し、比較結果に基づいて以下に示すようにスイッチングトランジスタQ2およびドライブ回路16の制御を行う。負荷の電圧が変動してから上記接続点Aでの電圧が変動するまでには時間的な遅れがあるが、接続点Pでの電圧は直ちに変動する。
【0035】
接続点電圧がしきい値を超えていない時、監視保護回路制御部20はスイッチ制御部18を介してスイッチングトランジスタQ2をオンに保持し、負荷の短絡等により電圧が想定範囲を超えて変動した時、すなわち接続点電圧がしきい値を超えた時には、監視保護回路制御部20はドライブ回路16の動作を停止させるとともに、スイッチ制御部20を介してスイッチングトランジスタQ2をオフにすることにより電源回路と負荷との間を遮断し、負荷に過電流が流れないようにする。
【0036】
このように、昇圧型電源回路10は、接続点電圧に基づいて制御を行うので、負荷保護の制御を迅速に行うことができ、また負荷を確実に保護することができる。
【0037】
以上説明したように、本実施の形態が適用された昇圧型電源回路10は、入力電圧を所定の電圧に昇圧し、これを保持して負荷に供給するとともに、負荷の電圧変動が起きた場合でも必要な電圧を負荷に供給することができる。
【0038】
また、昇圧型電源回路10は、負荷短絡等による大きな電圧変動が起きた場合でも負荷保護の制御を迅速に行い、負荷を確実に保護することができる。
【0039】
なお、本発明の電源回路は、特定の負荷の接続を前提とするものではなく、入力電圧の昇圧が必要な負荷一般に適用することが可能であるが、入力される小さな電圧を負荷に必要な電圧に昇圧して出力するので、乾電池1〜2本程度に相当する小さな電圧を入力とするハンディ機器、例えば携帯電話、コンパクトカメラ、デジタルカメラ、ビデオカメラ等に対して特に有効である。
【0040】
本発明の電源回路をこのような機器に対して用いる場合、入力電圧は1.5〜3.6V程度であり、この入力電圧を5V程度に昇圧して出力する。この出力電圧に対して、機器で想定される電圧変動の範囲、例えば±0.1Vをしきい値とすれば、短絡等により電圧がこの範囲を超えて変動した場合、監視保護制御部が直ちに昇圧制御部を停止させるとともにスイッチ部を非導通状態(オフ)にして入出力間を遮断し、機器を保護する。
【0041】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の電源回路によれば、負荷保護の制御を迅速に行い、負荷を確実に保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一の実施形態に係る昇圧型電源回路の構成図である。
【図2】従来の昇圧型電源回路の例を示す構成図である。
【符号の説明】
10・・・昇圧型電源回路、12・・・演算増幅器、14・・・参照電源、16・・・ドライブ回路、18・・・スイッチ制御部、20・・・監視保護回路制御部、Tin・・・入力端子、Tout・・・出力端子、L1およびL2・・・コイル、Q1およびQ2・・・スイッチングトランジスタ、D・・・ダイオード、C・・・コンデンサ、R1およびR2・・・抵抗器、PおよびA・・・接続点
Claims (1)
- 入力された直流電圧を所定の電圧に昇圧して負荷に供給する昇圧制御部と、
前記昇圧制御部と前記負荷との間に直列に設けられ、導通状態または非導通状態のいずれかの状態にあるスイッチ部であって、導通状態では前記昇圧制御部の出力電圧を前記負荷に供給し、非導通状態では前記負荷に供給される電流をすべて遮断するスイッチ部と、
前記スイッチ部を導通状態または非導通状態に制御するスイッチ制御部と、
前記負荷の電圧変動範囲に応じて、前記負荷に供給される電圧の異常変化を監視するためのしきい値を設定するしきい値設定部と、
監視保護回路制御部とを備え、
前記監視保護回路制御部は、前記スイッチ部と前記負荷との間の接続点であって、前記負荷までの間に前記監視保護回路制御部をつなぐラインのみが接続されている接続点における電圧を検出し、前記接続点における電圧が前記しきい値を超えない時には前記スイッチ制御部を介して前記スイッチ部を導通状態に保持し、前記接続点における電圧が前記しきい値を超えた時は前記スイッチ制御部を介して前記スイッチ部を非導通状態に制御するとともに前記昇圧制御部の動作を停止し、
前記しきい値設定部は、前記直流電圧の供給先の負荷の電圧変動範囲に応じて前記しきい値を複数設定することを特徴とする電源回路。
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