JP6747163B2 - 電源装置 - Google Patents
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Description
まず、本発明の要旨について説明する。本発明は、電源装置に関するものである。本発明に係る電源装置は、1つの突入電流防止回路により、電源装置の電源投入時の突入電流、2次的な突入電流、及び瞬断や瞬低からの復帰時に発生しうる突入電流を抑制することを要旨の一つとする。
図1に示すように、本実施形態に係る電源装置100は、昇圧コンバーター回路として構成される。電源装置100は、入力端子101と、突入電流制限素子102と、突入電流制限素子102を短絡するためのスイッチ素子103と、を備えている。また、電源装置100は、昇圧コンバーター120を備えている。また、電源装置100は、昇圧コンバーター120の出力電圧(VA)を分圧して分圧電圧(VB)を出力するための第1出力分圧抵抗111及び第2出力分圧抵抗112と、比較器113と、基準電圧源114と、を備えている。
次に、本実施形態に係る電源装置100の動作及び効果について説明する。図2において、横軸は時間の経過を表している。縦軸は、後述する各電圧または各電流の変動を表している。なお、縦軸の所定の位置が特定の具体的な数値(電圧値や電流値)を表すものではない。縦軸に沿って並んでいる複数の波形は、図1中に明示した符合に対応する電圧または電流にそれぞれ対応している。
時点a1から時点b1は、電源装置100の電源が投入されてから、昇圧コンバーター120の出力電圧(VA)が設定電圧(VSET)に達するまでの時間に相当する。電源装置100において、電源が投入される直前(時点a1よりも前)は、昇圧コンバーター120の出力電圧(VA)はゼロである。したがって、その分圧電圧(VB)もゼロである。分圧電圧(VB)がゼロのとき、比較器113は比較対象の入力がないので動作せず、比較器113の出力に相当する比較出力(Vsw)はゼロになる。比較出力(Vsw)がゼロである場合、スイッチ素子103は動作をしない。したがって、スイッチ素子103の接点を開放したままになる。また、DCDCコンバーター115もOFFである。
時点b1から時点c1は、電源装置100の昇圧コンバーター120の出力電圧(VA)が設定電圧(VSET)に達してから定常動作に移行するまでの時間に相当する。昇圧コンバーター120の出力電圧(VA)が設定電圧(VSET)に達したときに分圧電圧(VB)と基準電圧源114の供給する基準電圧(VREF)が等しくなるように、第1出力分圧抵抗111、第2出力分圧抵抗112、基準電圧源114の値を設定しておく。これによって、昇圧コンバーター120の出力電圧(VA)が、設定電圧(VSET)に達したことを、比較器113の出力である比較出力(Vsw)によって検知することができる。
時点c1から時点d1は、電源装置100において瞬断や瞬低が発生してから復帰するまでの時間に相当する。なお、「瞬断」とは、入力電圧である電源電圧(VIN)が瞬間的にゼロになる現象である。また、「瞬低」とは、入力電圧である電源電圧(VIN)が瞬間的に低下する現象である。
時点d1から時点e1は、発生した瞬断や瞬低から復帰して、昇圧コンバーター120の出力電圧(VA)が設定電圧(VSET)に戻るまでの時間に相当する。瞬断や瞬低から復帰した時(時点d1)、昇圧コンバーター120の出力電圧(VA)に対する分圧電圧(VB)は基準電圧(VREF)より低いままである。したがって、比較器113からの比較出力(VSW)は、Lowレベルであって、スイッチ素子103はOFFのままである。
時点e1以降は、瞬断や瞬低が発生した後において、昇圧コンバーター120の出力電圧(VA)が設定電圧(VSET)に達してから、電源装置100が定常動作に移行するまでの時間に相当する。
次に、本発明に係る電源装置の別の実施形態について図3及び図4を用いて説明する。図3は、本発明に係る電源装置の第2実施形態を示す回路図である。また、図4は、第2実施形態に係る電源装置200の動作シーケンスを説明するためのタイミングチャートである。
次に、本実施形態に係る電源装置200の動作及び効果について説明する。図4において、横軸は時間の経過を表している。縦軸は、後述する各電圧または各電流の変動を表している。図4は、図2と同様に、縦軸の所定の位置が特定の具体的な数値(電圧値や電流値)を表すものではない。縦軸に沿って並んでいる複数の波形は、図3中に明示した符合に対応する電圧または電流にそれぞれ対応している。
時点a2から時点b2は、電源装置100の電源が投入されてから、昇圧コンバーター120の出力電圧(VA)が設定電圧(VSET)に達するまでの時間に相当する。電源装置100において、電源が投入される直前(時点a2よりも前)は、昇圧コンバーター120の出力電圧(VA)はゼロである。したがって、その分圧電圧(VB)もゼロである。分圧電圧(VB)がゼロのとき、比較器113は比較対象の入力がないので動作せず、比較器113の出力はゼロになる。この場合、第2比較器207の出力である比較出力(VSW)もゼロになるので、スイッチ素子103は動作をしない。したがって、スイッチ素子103の接点を開放したままになる。また、DCDCコンバーター115もOFFである。
時点b2から時点c2は、昇圧コンバーター120の出力電圧(VA)の分圧電圧(VB)が第1基準電圧(VREF1)に達してから一定の遅延を持たせる期間に相当する。分圧電圧(VB)が第1基準電圧(VREF1)を超えると、比較器113の出力はHiレベルになる。比較器113からの出力電流は、時定数抵抗204を通過し、時間を掛けて時定数コンデンサ205を充電する。充電された時定数コンデンサ205の両端電圧(VCAP)が第2基準電圧(VREF2)を超えると第2比較器207の出力がHiレベルになる。
時点c2から時点d2は、上記の如く第2比較器207が動作してから定常動作に移行するまでの時間に相当する。すでに説明をした遅延期間を十分に取ることで、出力電圧(VA)が設定電圧(VSET)に達してから第2比較器207の出力である比較出力(VSW)をHiレベルにする。比較出力(VSW)がHiレベルになると、スイッチ素子103とDCDCコンバーター115はONになる。
時点d2から時点e2は、電源装置100において瞬断や瞬低が発生してから、昇圧コンバーター120の出力電圧(VA)が低下して、分圧電圧(VB)が第1基準電圧(VREF1)を下回るまでの期間である。瞬断や瞬低が発生しても、DCDCコンバーター115は負荷116への電源供給のために、電流を引いているので、昇圧コンバーター120は、入力端子101からの電力供給が不十分な状態でDCDCコンバーター115に電力を供給する状態になる。このとき、昇圧コンバーター120の出力電圧(VA)は、低下しているので、当然ながら分圧電圧(VB)は、第1基準電圧(VREF1)よりも低くなる。
時点e2から時点f2は、分圧電圧(VB)が第1基準電圧(VREF1)を下回ってから、瞬断又は瞬低から復帰するまでの時間に相当する。電源装置200において、分圧電圧(VB)が第1基準電圧(VREF1)を下回ると、比較器113は出力を停止する。比較器113の出力が停止すると、コンデンサ放電用ダイオード203を介して時定数コンデンサ205は瞬時に放電される。そうすると、時定数コンデンサ205の両端電圧(VCAP)はゼロになるので、第2比較器207の出力である比較出力(VSW)はLowレベルになる。比較出力(VSW)がLowレベルになると、スイッチ素子103とDCDCコンバーター115はOFFになる。これによって、スイッチ素子103の接点は開放されるので、突入電流制限素子102は短絡状態ではなくなる。
時点f2から時点g2は、瞬断・瞬低から復帰した後、一定の遅延を持たせる期間である。瞬断・瞬低から復帰すると、分圧電圧(VB)は第1基準電圧(VREF1)を超えるので、比較器113の出力はHiレベルになる。このとき、比較器113の出力電流は時定数抵抗204を介して、時間を掛けて時定数コンデンサ205を充電する。これによって、時定数コンデンサ205の両端電圧(VCAP)が第2基準電圧(VREF2)を超えると第2比較器207の出力である比較出力(VSW)がHiレベルになる。この期間を十分に取ることにより、出力平滑コンデンサ125の充電が完了した後に第2比較器207を動作させることができる。
時点g2以降は、第2比較器207が動作してから定常動作に移行するまでの時間に相当する。電源装置200は、前記遅延期間を十分に取ることにより、昇圧コンバーター120の出力電圧(VA)が設定電圧(VSET)に達し、出力平滑コンデンサ125の充電電流がゼロとなってから第2比較器207の比較出力(VSW)をHiレベルにする。これによって、スイッチ素子103及びDCDCコンバーター115をONにする。
次に、本発明に係る電源装置のさらに別の実施形態について図5及び図6を用いて説明する。図5は、本発明に係る電源装置の第3実施形態を示す回路図である。また、図6は、第3実施形態に係る電源装置300の動作シーケンスを説明するためのタイミングチャートである。
次に、本実施形態に係る電源装置300の動作及び効果について説明する。図6において、横軸は時間の経過を表している。縦軸は、後述する各電圧または各電流の変動を表している。図6は、図2及び図4と同様に、縦軸の所定の位置が特定の具体的な数値(電圧値や電流値)を表すものではない。縦軸に沿って並んでいる複数の波形は、図5中に明示した符合に対応する電圧または電流にそれぞれ対応している。
時点a3から時点b3は、電源装置100の電源が投入されてから、昇圧コンバーター120の出力電圧(VA)が設定電圧(VSET)に達するまでの時間に相当する。電源装置100において、電源が投入される直前(時点a3よりも前)は、昇圧コンバーター120の出力電圧(VA)はゼロである。したがって、その分圧電圧(VB)もゼロである。分圧電圧(VB)がゼロのとき、比較器113は比較対象の入力がないので動作せず、比較器113の出力は、ゼロになる。この場合、第2比較器207の出力である比較出力(VSW)もゼロになる。比較出力(VSW)がゼロである場合、スイッチ素子103は動作をしない。したがって、スイッチ素子103の接点を開放したままになる。また、DCDCコンバーター115もOFFである。
時点b3から時点c3は、昇圧コンバーター120の出力電圧(VA)の分圧電圧(VB)が第1基準電圧VREF1に達してから一定の遅延を持たせる期間に相当する。分圧電圧(VB)が第1基準電圧(VREF1)を超えると、比較器113の出力はHiレベルになる。比較器113からの出力電流は、時定数抵抗204を通過し、時間を掛けて時定数コンデンサ205を充電する。充電された時定数コンデンサ205の両端電圧(VCAP)が第2基準電圧(VREF2)を超えると第2比較器207の出力がHiレベルになる。
時点c2から時点d2は、上記の如く第2比較器207が動作してから定常動作に移行するまでの時間に相当する。すでに説明をした遅延期間を十分に取ることで、出力電圧(VA)が設定電圧(VSET)に達してから第2比較器207の出力である比較出力(VSW)をHiレベルにする。比較出力(VSW)がHiレベルになると、スイッチ素子103とDCDCコンバーター115はONになる。
時点d2から時点e2は、電源装置100において瞬断や瞬低が発生してから、昇圧コンバーター120の出力電圧(VA)が低下して、分圧電圧(VB)が第3基準電圧(VREF3)を下回るまでの期間である。瞬断や瞬低が発生しても、DCDCコンバーター115は負荷116への電源供給のために、電流を引いているので、昇圧コンバーター120は、入力端子101からの電力供給が不十分な状態でDCDCコンバーター115に電力を供給する状態になる。このとき、昇圧コンバーター120の出力電圧(VA)は、低下しているので、当然ながら分圧電圧(VB)は、第3基準電圧(VREF3)よりも低くなる。
時点e3から時点f3は、分圧電圧(VB)が第3基準電圧(VREF3)を下回ってから、瞬断又は瞬低から復帰するまでの時間に相当する。電源装置300において、分圧電圧(VB)が第3基準電圧(VREF3)を下回ると、比較器113は出力を停止する。比較器113の出力が停止すると、コンデンサ放電用ダイオード203を介して時定数コンデンサ205は瞬時に放電される。そうすると、時定数コンデンサ205の両端電圧(VCAP)はゼロになるので、第2比較器207の出力である比較出力(VSW)はLowレベルになる。比較出力(VSW)がLowレベルになると、スイッチ素子103とDCDCコンバーター115はOFFになる。ここで、第2スイッチ素子301もOFFになるので、比較器113への基準入力は、第3基準電圧(VREF3)から第1基準電圧(VREF1)へと切り替える。
時点f3から時点g3は、瞬断・瞬低から復帰した後、一定の遅延を持たせる期間である。瞬断・瞬低から復帰すると、分圧電圧(VB)は第1基準電圧(VREF1)を超えるので、比較器113の出力はHiレベルになる。このとき、比較器113の出力電流は時定数抵抗204を介して、時間を掛けて時定数コンデンサ205を充電する。これによって、時定数コンデンサ205の両端電圧(VCAP)が第2基準電圧(VREF2)を超えると第2比較器207の出力である比較出力(VSW)がHiレベルになる。この期間を十分に取ることにより、出力平滑コンデンサ125の充電が完了した後に第2比較器207を動作させることができる。
点g3以降は、第2比較器207が動作してから定常動作に移行するまでの時間に相当する。電源装置300は、前記遅延期間を十分に取ることにより、昇圧コンバーター120の出力電圧(VA)が設定電圧(VSET)に達し、出力平滑コンデンサ125の充電電流がゼロとなってから第2比較器207の比較出力(VSW)をHiレベルにする。これによって、スイッチ素子103及びDCDCコンバーター115をONにする。
101 入力端子
102 突入電流制限素子
103 スイッチ素子
111 第1出力分圧抵抗
112 第2出力分圧抵抗
113 比較器
114 基準電圧源
115 DCDCコンバーター
116 負荷
120 昇圧コンバーター
121 入力コンデンサ
122 コイル
123 スイッチング素子
124 ダイオード
125 出力平滑コンデンサ
126 第1分圧抵抗
127 第2分圧抵抗
128 制御部
200 電源装置
203 コンデンサ放電用ダイオード
204 時定数抵抗
205 時定数コンデンサ
206 第2基準電圧源
207 第2比較器
220 遅延回路
300 電源装置
301 第2スイッチ素子
302 第3基準電圧源
Claims (3)
- 昇圧コンバーターを含む電源装置であって、
前記昇圧コンバーターへの突入電流を制限する突入電流制限素子と、
前記昇圧コンバーターの出力電圧が設定電圧に達したか否かの検知をし、前記出力電圧が前記設定電圧に達したときの前記検知を遅延させて出力する遅延回路を含む検知回路と、
前記突入電流制限素子を短絡するスイッチ素子と、
前記検知に基づいて前記スイッチ素子を動作させて前記突入電流制限素子を短絡する制御回路と、を備え、
前記制御回路は、
前記検知を遅延させて出力し、前記突入電流制限素子を短絡するように前記スイッチ素子を動作させ、
前記検知を遅延させずに出力し、前記突入電流制限素子を短絡しないように前記スイッチ素子を動作させる、
ことを特徴とする電源装置。 - 前記検知回路は、前記出力電圧を分圧する分圧回路と、前記分圧回路の出力と比較するための基準電圧源と、を備え、
前記分圧回路の出力が前記基準電圧源の出力を超えたときに、前記出力電圧が前記設定電圧に達したことを示す前記検知を出力する、ことを特徴とする請求項1に記載の電源装置。 - 前記検知回路は、前記基準電圧源を複数備え、
前記制御回路は、前記検知回路の前記検知に基づいて、前記基準電圧源を切り替える第2スイッチ素子を備える、ことを特徴とする請求項2に記載の電源装置。
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