CN105827108A - 电源装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供电源装置,能判别过电压异常的原因。在由开关元件(Q1、Q2)、电感器(L1)以及电容器(C1)形成的转换器部分、与连接直流电源(V2)的外部连接端子(13)之间连接开关元件(S1)。在接通开关元件(S1)、使开关元件(Q1、Q2)接通断开的第1控制状态下,检测电感器(L1)与开关元件(S1)的连接点的电压值(Vs)。在Vs≥Vth1的情况下,执行断开开关元件(S1)、对开关元件(Q1、Q2)进行开关控制的第2控制状态。在第2控制状态下Vs≤Vth2的情况下,判定为直流电源(V2)的异常,在Vs>Vth2的情况下,判定为转换器部分的异常。
Description
技术领域
本发明涉及对直流电压升压或降压的电源装置。
背景技术
在专利文献1中,公开了在与直流电源连接的DC/DC转换器等的电源装置发生异常时的异常判定方法。在专利文献1记载的判定方法中,在给定位置检测出的电压不足给定值的情况下,异常判定为转换器的回流用半导体元件为短路状态,或者转换器的开关元件为断开状态。
专利文献
专利文献1:JP专利第5611302号公报
在电源装置(DC/DC转换器)中,并不限于元件的短路异常或断开异常成为电压异常的原因,例如与电源装置连接的直流电源有时也会成为电压异常的原因。但在专利文献1所记载的判定方法中,不能在直流电源中确定有电压异常的原因,从而有时不能合适地进行电压异常检测后的应对。特别在直流电源为过电压异常的情况下,由于元件被施加过电压,有可能会造成损坏,因此需要合适地进行电压异常时的应对。
发明内容
为此,本发明的目的在于,提供能判别过电压异常的原因的电源装置。
本发明所涉及的电源装置的特征在于,具备:连接第1直流电源的第1连接部;连接第2直流电源的第2连接部;依次串联连接在所述第1连接部与接地之间的第1开关元件以及第2开关元件;依次串联连接在所述第1开关元件以及所述第2开关元件的连接点与接地之间的电感器以及电容器;连接在所述电感器以及电容器的连接点与所述第2连接部之间的第3开关元件;检测所述电感器与所述第3开关元件的连接点的电压的电压检测部;控制部,其执行接通所述第3开关元件、将所述第1开关元件以及所述第2开关元件的至少一方接通断开的第1控制状态,在所述第1控制状态下由所述电压检测部检测出的电压为第1阈值以上的情况下,执行断开所述第3开关元件、将在所述第1控制状态下接通断开了的所述第1开关元件或所述第2开关元件接通断开的第2控制状态;和判定部,其在所述第2控制状态下由所述电压检测部检测出的电压为第2阈值以下的情况下,通过所述第3开关元件判定为所述第2连接部侧的异常,在所述电压大于所述第2阈值的情况下,通过所述第3开关元件判定为所述第1连接部侧的异常。
在该构成中,由于能判别过电压异常的原因是位于所述第1连接部与所述第3开关元件之间(转换器部分),还是位于与第2连接部连接的第2直流电源,因此能合适地进行应对。另外,通过在检测过电压时断开第2直流电源与电感器之间的第3开关元件,能防止过电压向第2直流电源或电感器施加,能防止元件击穿。
在本发明中,优选在所述判定部通过所述第3开关元件判定为所述第1连接部侧的异常的情况下,所述控制部执行将在所述第2控制状态下接通断开了的所述第1开关元件或所述第2开关元件断开的第3控制状态,在所述第3控制状态下由所述电压检测部检测出的电压为第3阈值以上的情况下,所述判定部判定为所述第1开关元件的异常,在所述电压不足所述第3阈值的情况下,所述判定部判定为控制系统的异常。
在该构成中,在判定为过电压异常的原因位于转换器部分的情况下,能进一步判别是第1开关元件的异常,还是控制系统的异常。所谓控制系统的异常,例如是第1开关元件以及第2开关元件的占空比的异常的情况。由此能进一步合适地进行异常检测后的应对。
在本发明中,优选所述第3开关元件是由连接成使体二极管的方向相互成为相反方向的2个MOS-FET构成的双向开关元件。
在该构成中,在断开MOS-FET时,也由于2个MOS-FET的体二极管是相互相反方向,因此能防止从第1直流电源向第2直流电源,或反过来地流过电流。
发明的效果
根据本发明,由于能判别过电压异常的原因,因此能合适地进行异常检测后的应对。
附图说明
图1是实施方式1所涉及的电源装置的电路图。
图2是判定电源装置的过电压异常的处理的流程图。
图3是判定电源装置的过电压异常的处理的流程图。
图4是实施方式2所涉及的电源装置的电路图。
标号的说明
1、2电源装置
11外部连接端子(第1连接部)
12、14外部连接端子
13外部连接端子(第2连接部)
15控制器(控制部)
21、22MOS-FET
151转换器控制部
152电压检测部
153异常判定部
C1电容器
D1、D2体二极管
L1电感器
Q1开关元件(第1开关元件)
Q2开关元件(第2开关元件)
R1、R2分压电阻
S1、S2开关元件(第3开关元件)
V1直流电源(第1直流电源)
V2直流电源(第2直流电源)
具体实施方式
(实施方式1)
图1是实施方式1所涉及的电源装置1的电路图。
电源装置1具备外部连接端子11、12、13、14。在外部连接端子11、12连接直流电源V1。在外部连接端子13、14连接直流电源V2。外部连接端子12、14的连接线与接地连接。在本实施方式中,电源装置1作为对从外部连接端子11、12输入的直流电压进行降压并从外部连接端子13、14输出的降压型转换器进行说明。
直流电源V1相当于本发明所涉及的“第1直流电源”。直流电源V2相当于本发明所涉及的“第2直流电源”。另外,外部连接端子11相当于本发明所涉及的“第1连接部”,外部连接端子13相当于本发明所涉及的“第2连接部”。
在外部连接端子11、12依次串联连接开关元件Q1、Q2。开关元件Q1、Q2是MOS-FET。开关元件Q1相当于本发明所涉及的“第1开关元件”。开关元件Q2相当于本发明所涉及的“第2开关元件”。另外,开关元件Q2也可以是二极管。这种情况下,二极管的阴极与开关元件Q1连接。
在开关元件Q1、Q2的连接端,依次串联连接电感器L1和电容器C1。电感器L1和电容器C1的连接点经由开关元件S1与外部连接端子13连接。开关元件S1是MOS-FET,相当于本发明所涉及的“第3开关元件”。
电源装置1具备控制器15。控制器15具有:转换器控制部151、电压检测部152以及异常判定部153。
转换器控制部151对开关元件Q1、Q2进行开关控制,将从外部连接端子11、12输入的直流电压降压。另外,在开关元件Q2是二极管的情况下,转换器151仅对开关元件Q1进行开关控制。
电压检测部152检测电感器L1和开关元件S1的连接点中的电压、即通过转换器动作而降压的直流电压的电压值Vs。串联连接的分压电阻R1、R2与电容器C1并联连接。电压检测部152以由分压电阻R1、R1检测出的电压为基础来检测电压值Vs。
异常判定部153判定电源装置1的过电压异常的有无、以及过电压的异常的原因。异常判定部153平时使开关元件S1接通。在开关元件S1为接通的状态下,转换器控制部151对开关元件Q1、Q2进行开关控制。由此从外部连接端子11、12输入的直流电压被降压,从外部连接端子13、14输出。以下将该状态称作第1控制状态。在该第1控制状态下,电源装置1进行通常的降压动作。
在第1控制状态下,异常判定部153判定由电压检测部152检测出的电压值Vs是否为阈值Vth1以上。阈值Vth1是使电源装置1产生过电压所引起的不良状况的电压值,根据形成电源装置1的元件的耐压等来设定。在电压值Vs为阈值Vth1以上的情况下,异常判定部153判断为发生过电压异常,将开关元件S1断开。通过断开开关元件S1,能防止在因开关元件Q1或转换器控制的异常而产生过电压异常的情况下,过电流流向外部连接端子13、14,能防止对直流电源V2施加异常时的压力。
在开关元件S1断开的状态下,转换器控制部151对开关元件Q1、Q2进行开关控制。以下将该状态称作地2控制状态。在第2控制状态下,电压检测部151检测电压值Vs。异常判定部153判定电压值Vs是否为阈值Vth2以下。阈值Vth2根据转换器的输出设定电压值、或直流电源V2正常动作的电压范围等来设定。假设在直流电源V2是过电压异常的原因的情况下,虽然电压值Vs由于直流电源V2的影响而变高,但通过使开关元件S1断开,消除了该影响,电压值Vs下降。因此,在电压值Vs为阈值Vth2以下的情况下,异常判定部153判定为外部连接端子13、14侧、即直流电源V2是过电压异常的原因。
在电压值Vs不是阈值Vth2以下的情况下,转换器控制部151停止开关元件Q1、Q2的开关控制,使开关元件Q1、Q2断开。以下将该状态称作第3控制状态。在第3控制状态下,电压检测部152检测电压值Vs。判定由电压检测部152检测出的电压值Vs是否为阈值Vth3以上。阈值Vth3例如根据直流电源V1的电压等来设定。例如在开关元件Q1为短路击穿(就算施加正的栅极电压,漏极-源极间也成为导通状态)的情况下,从转换器输出直流电源V1的电压。为此,在电压值Vs为阈值Vth3以上的情况下,异常判定部153判定为开关元件Q1的绝缘击穿是过电压异常的原因。详细地,就算开关元件Q1断开,但由于电压值Vs较高,因此异常判定部153判定为是开关元件Q1的短路击穿所引起的过电压异常。
在电压值Vs不足阈值Vth3的情况下,异常判定部153判定为是控制系统的异常。所谓控制系统的异常,例如是转换器控制的占空比的异常,或者反馈控制的不良状况(电压监视线的异常)等。
如以上那样,由于能判别在直流电源V2、开关元件Q1或控制系统的哪一者中有过电压异常的原因,因此能在过电压异常检测后进行合适的应对。例如,能消除就算在控制系统中没有异常也得在过电压检测后重新检查控制系统的设定这样的无谓的作业。另外,能抑制就算开关元件Q1或直流电源V2中没有异常也得更换这些部件这样的情况。
图2以及图3是判定电源装置1的过电压异常的处理的流程图。图2以及图3所示的处理由控制器15执行。
控制器15执行第1控制状态(S1)。即,在接通开关元件S1的状态下,转换器控制部151对开关元件Q1、Q2进行开关控制。由此,从外部连接端子11、12输入的直流电压被降压,从外部连接端子13、14输出。接下来,控制器15待机给定时间(例如10ms)(S2)。之后,电压检测部152检测电压值Vs(S3)。
异常判定部153判定电压值Vs是否为阈值Vth1以上(Vs≥Vth1)(S4)。在不是Vs≥Vth1的情况下(S4:“否”),控制器15再执行S2的处理。在Vs≥Vth1的情况下(S4:“是”),异常判定部153断开开关元件S1来执行第2控制状态(S5)。电压检测部152检测电压值Vs(S6),判定电压值Vs是否为阈值Vth2以下(Vs≤Vth2)(S7)。
在Vs≤Vth2(S7:“是”)的情况下,异常判定部153判定为是直流电源V2的过电压异常(S9)。之后,控制器15例如用状态异常等来进行警告(S14),结束本处理。
在不是Vs≤Vth2的情况下(S7:“否”),转换器控制部151断开开关元件Q1、Q2,执行第3状态控制(S8)。电压检测部152检测电压值Vs(S10),判定电压值Vs是否为阈值Vth3以上(Vs≥Vth3)(S11)。
在Vs≥Vth3的情况下(S11:“是”),异常判定部153判定为是开关元件Q1的短路击穿所引起的过电压异常(S12)。在不是Vs≥Vth3的情况下(S11:“否”),异常判定部153判定为是控制系统异常(S13)。在S12、S13的判定后,控制器15进行警告(S14),结束本处理。在S14执行的警告例如用灯来进行。
另外在本实施方式中,将电源装置1说明为降压转换器,但电源装置1也可以是将从外部连接端子13、14输入的直流电压升压的升压转换器。在这种情况下,也是控制器15通过检测电感器L1与开关元件S1之间的电压值Vs来判定过电压异常。在该情况下,异常判定部153判定直流电源V2的过电压异常、或者开关元件Q1的短路击穿所引起的过电压异常的某一者。另外,在升压转换器的情况下,开关元件Q1也可以是二极管,在该情况下,转换器控制部151仅对开关元件Q2进行开关控制。
(实施方式2)
图4是实施方式2所涉及的电源装置2的电路图。
在该示例中,连接在电感器L1与外部连接端子13之间的开关元件S2是双向开关元件。
开关元件S2由2个MOS-FET21、22构成。将MOS-FET21、22连接成使各自的体二极管D1、D2的方向相互相反。通过使体二极管D1、D2的方向为相反方向,在直流电源V2侧成为比直流电源V1侧高的电位的情况下,能阻断从外部连接端子13、14流向电感器L1的电流。由此,在直流电源V2的过电压异常稳定地出现的情况下,异常判定部153(参考图1)能不受直流电源V2的过电压异常的影响地检测断开开关元件S2时的电压值Vs。然后能精度良好地进行过电压异常的判定。
另外,通过阻断从外部连接端子13、14流向电感器L1的电流,能防止电流流入开关元件Q2,其结果,能抑制异常时的元件破坏。
另外,开关元件S2也可以是未形成体二极管的IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor,绝缘栅双极型晶体管)或Gan-FET。这种情况下,由于开关元件S2能由1个部件构成,因此能谋求省空间化。
Claims (3)
1.一种电源装置,具备:
连接第1直流电源的第1连接部;
连接第2直流电源的第2连接部;
依次串联连接在所述第1连接部与接地之间的第1开关元件以及第2开关元件;
依次串联连接在所述第1开关元件以及所述第2开关元件的连接点与接地之间的电感器以及电容器;
连接在所述电感器以及电容器的连接点与所述第2连接部之间的第3开关元件;
检测所述电感器与所述第3开关元件的连接点的电压的电压检测部;
控制部,其执行第1控制状态和第2控制状态,在该第1控制状态中接通所述第3开关元件、将所述第1开关元件以及所述第2开关元件的至少一方接通断开,在该第2控制状态中,在所述第1控制状态下由所述电压检测部检测出的电压为第1阂值以上的情况下,断开所述第3开关元件、将在所述第1控制状态下接通断开了的所述第1开关元件或所述第2开关元件接通断开;和
判定部,其在所述第2控制状态下由所述电压检测部检测出的电压为第2阈值以下的情况下,通过所述第3开关元件判定为所述第2连接部侧的异常,在所述电压大于所述第2阈值的情况下,通过所述第3开关元件判定为所述第1连接部侧的异常。
2.根据权利要求1所述的电源装置,其中,
在所述判定部通过所述第3开关元件判定为所述第1连接部侧的异常的情况下,所述控制部执行将在所述第2控制状态下接通断开了的所述第1开关元件或所述第2开关元件断开的第3控制状态,
在所述第3控制状态下由所述电压检测部检测出的电压为第3阈值以上的情况下,所述判定部判定为所述第1开关元件的异常,在所述电压不足所述第3阈值的情况下,所述判定部判定为控制系统的异常。
3.根据权利要求1或2所述的电源装置,其中,
所述第3开关元件是由连接成使体二极管的方向相互成为相反方向的2个MOS-FET构成的双向开关元件。
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WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |