【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カメラ一体型ＶＴＲ等や携帯電話、携帯情報端末機器のような電子機器の小型・軽量化、低消費電力化に際し、スイッチング電源を備えた安定化電源装置の保護回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、カメラ一体型ＶＴＲ等や携帯電話、携帯情報端末機器のような電子機器の小型・軽量化を目的とした開発が急速に進められており、電子機器の各機能部分に電源を供給する電源装置についても同様である。また、小型化の中での異物や、結露によるショートやアウトドア商品使用環境の中で結露、埃等によりショートが発生しやすくなっている。このような異常モードに対し商品保護の観点で電源保護回路の開発はさまざまな方法でなされている。
【０００３】
以下、図面を参照しながら、上述した従来の安定化電源装置の一例について説明する。
【０００４】
図４は従来の安定化電源装置の構成回路図を示すものである。図４において、１００ａは入力端子、１００ｂは出力端子、１はヒューズ、２はスイッチング用のトランジスタ、３はコイル、４はダイオード、５は平滑用のフィルター回路を構成するコンデンサで、６ａは入力フィルター回路を構成するコイル、６ｂはフィルター回路を構成するコンデンサ、７ａは出力フィルター回路を構成するコイル、７ｂはフィルター回路を構成するコンデンサ、８は電源制御回路である。９は出力電圧検出回路、１０は増幅回路、１１はデッドタイムコントロール回路、１２は比較回路、１３は保護回路で、これらの構成で電源保護回路８を構成している。
【０００５】
図５は電源制御回路の詳細構成図を示すものである。図５において、１４ａは出力電圧検出回路９を構成する抵抗、１４ｂは出力電圧検出回路９を構成する抵抗、１５は増幅回路１０を構成する基準電圧発生回路、１６は増幅回路１０を構成する増幅器、１７ａはデッドタイムコントロール回路１１を構成する抵抗、１７ｂはデッドタイムコントロール回路１１を構成するコンデンサ、１７ｃはデッドタイムコントロール回路１１を構成する抵抗、１８は比較回路１２を構成する三角波発生回路、１９ａは比較回路１２を構成する比較器、１９ｂは比較回路１２を構成するプルアップ抵抗、２０ａは保護回路１３を構成する比較器、２０ｂは保護回路１３を構成するプルアップ抵抗、２１は保護回路１３を構成する基準電圧発生回路である。
【０００６】
図６はデッドタイムコントロール回路の動作波形と動作説明図である。同図（ａ）は電源スイッチの動作、同図（ｂ）はデッドタイムコントロール回路１１で発生する信号と三角波との関係、同図（ｃ）は比較回路１２の出力信号である。
【０００７】
以上のように構成された従来の安定化電源装置について、以下その動作について説明する。
【０００８】
入力端子１００ａより電池（図示せず）等の非安定化電圧が入力され、電源投入されると（図６（ａ）がＨになるタイミング）、増幅回路１０、デッドタイムコントロール回路１１、比較回路１２、基準電圧発生回路１５、三角波発生回路１８が起動する。電源投入直後、出力は０Ｖである。出力電圧検出回路９により出力電圧の状態を０Ｖと検出し、増幅回路１０により基準電圧発生回路１４の基準電圧との誤差増幅をする。このとき、増幅回路１０の出力はローレベル（以下、Ｌと略す）である。
【０００９】
しかし、電源投入で電源印加された基準電圧発生回路１５が電圧を発生し、デッドタイムコントロール回路１１で発生される信号が図６（ｂ）の波形Ｄのような動作をする。この時、三角波発生回路１８の出力信号Ｔと波形Ｄとで比較された出力、すなわち、図６（ｃ）に図示した波形が比較器１９ａより出力される。
【００１０】
よって、電源投入後、図６（ｃ）の波形Ｐ１のデューティで設定されるドライブパルス信号によりトランジスタ２にオンパルスが印加され、コイル３の２次側から出力パルスを得ることになる。トランジスタ２は、図６（ｃ）のドライブパルスのＬ期間にオンになり、Ｈ期間にオフになるよう動作する。ダイオード４はトランジスタ２がオフの時、コイル３に蓄えられたエネルギーを放出される時の電流ループを形成するように作用し、コンデンサ５は出力パルスを平滑するよう作用する。また、出力パルスはコイル７ａ、コンデンサ７ｂで構成される出力フィルターでさらに出力電圧を平滑され、出力端子１００ｂに出力電圧として伝えられる。
【００１１】
次に発生した出力電圧は、出力電圧検出回路９に再び送られ、出力電圧検出回路９はハイレベル（以下、Ｈと略す）を検出し、増幅回路１０で誤差増幅、比較回路１２で比較の処理を行い、図６（ｃ）に示すようにＰＷＭ制御をし、一定の出力電圧を得ることになる。
【００１２】
また、出力電圧検出回路９で検出された電圧は、保護回路１３にも送られている。保護回路１３では、コンデンサ７ｂが結露や埃などによりショートした時に低下する出力電圧を検出し、スイッチングトランジスタ２を停止させるものである。つまり、コンデンサ７ｂのショート時に出力電圧検出回路９で検出した電圧値と、基準電圧発生回路２１で発生する基準電圧とを比較器２０ａで比較し、出力電圧検出回路９からの電圧値が基準電圧よりも低くなると、スイッチングトランジスタ２をオフさせるよう制御するものである。
【００１３】
ここで、従来では出力端子１００ｂの出力電圧の異常時（出力の完全ショートやパーシャルショート）には、保護回路１３が出力端子１００ｂの出力電圧のＬレベル信号を出力電圧検出回路９で検出しトランジスタ２をオフさせて保護したり、入力のヒューズ１を切り保護するなど工夫されてきた。
【００１４】
また、保護する感度について基準電圧発生回路２１の電圧値を変えたり、ヒューズ１の特性や電流遮断値を変えたり、さまざまな方法が考えられてきた。
【００１５】
【特許文献１】
特開平９−２８５１１１号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記の従来の構成では、コイル３において被覆が剥がれるなどの部品不良によりショートが発生した時に、入力端子１００ａと出力端子１００ｂとがショートしてしまうこととなる。入出力端子がショートしてしまうと、増幅回路１０にはダイナミックレンジを超えた高電圧が入力されてしまい、増幅回路１０からは連続したＬレベル信号がデッドタイムコントロール回路１１に出力される。デッドタイムコントロール回路１１では増幅回路１０からのＬレベル信号に基づき、図６（ｄ）のＤ信号に示すようなＬレベルの信号を比較回路１２に出力する。比較回路１２では、図６（ｄ）に示すように、三角波Ｔ信号とＤ信号とを比較し、図６（ｅ）に示すような連続したＬレベルの信号を出力する。比較回路１２から出力されたＬレベル信号がスイッチングトランジスタ２へ入力され、スイッチングトランジスタ２は常時オン状態となってしまい、スイッチングトランジスタ２とコイル３と電源制御回路８とで構成されるループにおいて、スイッチングトランジスタ２は増幅動作を開始する。スイッチングトランジスタ２が増幅動作を開始すると、上記ループにおける電圧値は上昇し、それに伴い電流値も上昇し、スイッチングトランジスタ２が異常発熱し故障してしまう可能性があるという問題を有していた。ここで、電流値の異常な上昇を防止するためにヒューズ１が設けられているが、ヒューズ１は上記ループ外に配置されているため、ヒューズ１に入力される電流には何等変化はなく、当然ながらヒューズ１も切断されず、回路は保護されない。
【００１７】
本発明は上記従来の問題点を解決するもので、出力電圧にスイッチング用のコイルの被覆のショート等による入出力のショートによる入力の高い電圧が加わった時でも、正確かつ確実に電源回路を保護する定化電源装置を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために本発明の安定化電源装置は、入力端子に入力される入力電圧を安定化させて出力端子から出力する安定化電源装置であって、入力電圧をスイッチングして出力するスイッチ手段と、前記スイッチ手段の出力電圧を平滑する平滑手段と、前記平滑手段で平滑された前記スイッチ手段の出力電圧を基準電圧と比較し差動増幅する増幅手段と、前記増幅手段からの出力に基づきパルス幅制御の動作点を決めるため前記増幅手段の出力の直流電位を決定するデッドタイムコントロール手段と、前記デッドタイムコントロール手段からの直流電位と三角波との比較結果により前記スイッチ手段のスイッチング動作を制御する比較手段と、前記スイッチ手段から所定電圧よりも高い電圧が入力されるとオンとなり前記デッドタイムコントロール手段に前記高い電圧を出力する高出力電圧検出手段を備え、前記高出力電圧検出手段に所定電圧よりも高い電圧が入力された時、前記比較手段は前記スイッチ手段の動作を停止させるものである。
【００１９】
この構成によって、高い電圧が発生した場合に高出力電圧検出回路でデッドタイムコントロール回路にＨ電圧を伝え強制的に比較回路の出力をＨとしＰＷＭコントロールを停止しスイッチングトランジスタの動作を停止させ、確実かつ正確に安価で電源回路を保護できる安定化電源装置が得られる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、入力端子に入力される入力電圧を安定化させて出力端子から出力する安定化電源装置であって、入力電圧をスイッチングして出力するスイッチ手段と、前記スイッチ手段の出力電圧を平滑する平滑手段と、前記平滑手段で平滑された前記スイッチ手段の出力電圧を基準電圧と比較し差動増幅する増幅手段と、前記増幅手段からの出力に基づきパルス幅制御の動作点を決めるため前記増幅手段の出力の直流電位を決定するデッドタイムコントロール手段と、前記デッドタイムコントロール手段からの直流電位と三角波との比較結果により前記スイッチ手段のスイッチング動作を制御する比較手段と、前記スイッチ手段から所定電圧よりも高い電圧が入力されるとオンとなり前記デッドタイムコントロール手段に前記高い電圧を出力する高出力電圧検出手段を備え、前記高出力電圧検出手段に所定電圧よりも高い電圧が入力された時、前記比較手段は前記スイッチ手段の動作を停止させるものである。
【００２１】
これにより、高い電圧が発生した場合に高出力電圧検出回路でデッドタイムコントロール回路にＨ信号を伝え強制的に比較回路の出力をＨとしＰＷＭコントロールを停止しスイッチングトランジスタの動作を停止させ、確実かつ正確に安価で電源回路を保護できる安定化電源装置が得られる。
【００２２】
本発明の請求項２に記載の発明は、高出力電圧検出手段は、ダイオードで構成されたものである。これにより、小型・軽量かつ低コストで高性能な安定化電源装置が得られるという作用を有する。
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００２４】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態の安定化電源装置の構成を示すブロック図であり、図１において、１００ａは電池や交流電源などから電源が入力される入力端子、１００ｂは出力端子、１０１は過電流を検知して自ら電気的に切断することで回路を保護するヒューズ、１０２はオン／オフすることで安定した電圧を得ることができるスイッチ手段であるスイッチングトランジスタ、１０３はコイル、１０４はダイオード、１０５は平滑用のフィルター回路を構成するコンデンサで、１０６ａは入力フィルター回路を構成するコイル、１０６ｂはフィルター回路を構成するコンデンサ、１０７ａは出力フィルター回路を構成するコイル、１０７ｂはフィルター回路を構成するコンデンサで、タンタルコンデンサなどからなる。１０８は電源制御手段である電源制御回路、１０９は電源制御回路１０８を構成する出力電圧検出手段である出力電圧検出回路、１１０は電源制御回路１０８を構成し出力電圧検出回路１０９で検出した電圧と基準電圧とで差動増幅を行う増幅手段である増幅回路、１１１は電源制御回路１０８を構成しＰＷＭ制御の動作点を決めるため増幅回路１１０の出力の直流電位（図３のＤ信号）を決定するデッドタイムコントロール手段であるデッドタイムコントロール回路、１１２は電源制御回路１０８を構成しデッドタイムコントロール回路１１１からの直流電位と三角波とを比較しその比較結果に基づきスイッチングトランジスタ１０２のスイッチング動作を制御する比較手段である比較回路、１１３は電源制御回路１０８を構成し出力側のショートによる出力電圧を低下を検出しスイッチングトランジスタ１０２の動作を停止させる保護手段である保護回路、１３０は電源制御回路１０８を構成し出力側に得られた高電圧を検出する高出力電圧検出手段である高出力電圧検出回路である。
【００２５】
図２に電源制御回路の詳細構成の回路図を示す。図２において、１１４ａは出力電圧検出回路１０９を構成する抵抗、１１４ｂは出力電圧検出回路１０９を構成する抵抗、１１５は増幅回路１１０を構成する基準電圧発生回路で、電池や発振回路などからなる。１１６は基準電圧発生回路１１５からの基準電圧と出力電圧検出回路１０９で検出した電圧との差分を増幅して出力する増幅器で、増幅回路１１０を構成している。１１７ａはデッドタイムコントロール回路１１１を構成する抵抗、１１７ｂはデッドタイムコントロール回路１１１を構成するコンデンサ、１１７ｃはデッドタイムコントロール回路１１１を構成する抵抗、１１８は比較回路１１２を構成し三角波を発生する三角波発生回路、１１９ａは比較回路１１２を構成し三角波発生回路１１８からの三角波とデッドタイムコントロール回路１１１からの信号とを比較する比較器、１１９ｂは比較回路１１２を構成するプルアップ抵抗である。１２０ａは保護回路１１３を構成し基準電圧発生回路１２１からの基準電圧と出力電圧検出回路１０９からの電圧とを比較する比較器、１２０ｂは保護回路１１３を構成するプルアップ抵抗、１２１は保護回路１１３を構成する基準電圧発生回路である。
【００２６】
また、１３０は出力電圧検出回路１０９で検出した電圧が高電圧になったことを検出する高出力電圧検出回路で、「高出力電圧」とは本実施の形態では三角波の電圧よりも大きい値をさし、例えば三角波が１Ｖの場合、１Ｖよりも高い値を検出する。また検出する電圧値の上限は、入力端子１００ａに接続された電源の種類により異なるが、例えばビデオカメラのバッテリが接続されている場合は、最大値が約６．５Ｖであるため、１Ｖから６．５Ｖの範囲の電圧を、高出力電圧として検出する。なお、上記電圧値は一例であり、他の値であっても構わない。１３１ａ及び１３１ｂは高電圧検出回路１３０を構成するダイオードである。
【００２７】
図３はデッドタイムコントロール制御回路と高電圧検出回路の動作波形図、動作説明図である。同図（ａ）は電源スイッチの動作で、例えばビデオカメラの場合、ビデオカメラ本体に設けられた電源ボタンの動作に相当する。同図（ｂ）はデッドタイムコントロール回路１１１で発生する信号と三角波との関係、同図（ｃ）は通常動作時の比較回路１１２の出力信号、同図（ｄ）は高出力電圧検出回路１３０で高電圧を検出した時にデッドタイムコントロール回路１１１で発生する信号と三角波との関係、同図（ｅ）は同図（ｄ）の時の比較回路１１２の出力信号である。
【００２８】
以上のように構成された本実施の形態の安定化電源装置について、図面を用いてその動作を説明する。
【００２９】
まず、安定した電圧を得るための基本動作について説明する。
【００３０】
入力端子１００ａより電池（図示せず）等の非安定化電圧が入力され、電源投入（図３（ａ）のＨになるタイミング）されると、増幅回路１１０、デッドタイムコントロール回路１１１、比較回路１１２、基準電圧発生回路１１５、三角波発生回路１１８が起動する。
【００３１】
電源投入直後、出力は０Ｖである。出力電圧検出回路１０９により出力電圧の状態を０Ｖと検出し、増幅器１１６において基準電圧発生回路１１５の基準電圧との誤差増幅をする。このとき、増幅器１１６の出力はローレベル（以下、Ｌと略す）である。しかし、電源投入で電源印加された基準電圧発生回路１１５が基準電圧を発生し、その基準電圧と出力電圧検出回路１０９からの電圧とを誤差増幅した電圧が増幅回路１１０から出力される。増幅回路１１０から出力された電圧はデッドタイムコントロール回路１１１に入力され、図３（ｂ）のＤ信号に示すようなデッドタイムコントロール信号（以下、Ｄ信号と記す）を出力する。
【００３２】
デッドタイムコントロール回路１１１から出力されたＤ信号は比較回路１１２に入力され、比較回路１１２内で三角波発生回路１１８の出力信号（図３（ｂ）のＴ信号）と比較される。比較回路１１２では、Ｄ信号とＴ信号とを比較し、Ｄ信号がＴ信号よりも高い時はＨレベル、低い時はＬレベルの信号、すなわち、図３（ｃ）に図示したように、Ｈ／Ｌレベルを交互に繰り返す波形が比較回路１１２より出力される。
【００３３】
図３（ｃ）に示すような比較回路１１２の出力信号がスイッチングトランジスタ１０２に入力され、スイッチングトランジスタ１０２はＮＰＮ型であるため、比較回路１１２からの信号がＬレベルの時にオンになり、Ｈレベルの時にオフになるよう動作する。つまり、図３（ｃ）に示すようにＨ／Ｌレベルを交互に繰り返すような信号では、オン／オフを交互に切り換えるよう動作し、コイル１０３の２次側から安定した出力パルスを得ることになる。
【００３４】
なお、ダイオード１０４はスイッチングトランジスタ１０２がオフの時、コイル１０３に蓄えられたエネルギーを放出される時の電流ループを形成するように作用し、コンデンサ１０５は出力パルスを平滑するよう作用する。また、出力パルスはコイル１０７ａ、コンデンサ１０７ｂで構成される出力フィルターでさらに出力電圧を平滑され、出力端子１００ｂに出力電圧として伝えられる。
【００３５】
次に発生した出力電圧は、出力電圧検出回路１０９に再び送られ、出力電圧検出回路１０９はハイレベル（以下、Ｈと略す）を検出し、増幅回路１１０で誤差増幅、比較回路１１２で比較の処理を行い、図３（ｃ）がＬレベルの時にスイッチングトランジスタ１０２をオンにし、Ｈレベルの時にオフにするよう制御（ＰＷＭ制御）をし、スイッチングトランジスタ１０２を所定周期でオン／オフさせることにより、一定の出力電圧を得ることになる。
【００３６】
次に、保護回路１１３の動作について説明する。
【００３７】
出力電圧検出回路１０９で検出された電圧は、保護回路１１３にも送られている。保護回路１１３では、コンデンサ１０７ｂが結露や埃などによりショートした時に低下する出力電圧を検出し、スイッチングトランジスタ１０２を停止させるものである。つまり、コンデンサ１０７ｂのショート時に出力電圧検出回路１０９で検出した電圧値と、基準電圧発生回路１２１で発生する基準電圧とを比較器１２０ａで比較し、出力電圧検出回路１０９からの電圧値が基準電圧よりも低くなると、本回路の出力電圧がショートしたと判断し、スイッチングトランジスタ１０２をオフさせるよう制御するものである。
【００３８】
次に、出力端子１００ｂや電源制御回路１０８に、本装置の入出力間においてショートが発生し高電圧が印加された時の動作について説明する。
【００３９】
コイル１０３が、経年変化や部品不良などによる被覆剥離などが生じた場合、コイル１０３の入出力がショートしてしまい、平滑動作を行うことができなくなり、出力端子１００ｂには入力電圧が平滑されずにそのまま伝達されることになる。この入力電圧は出力電圧検出回路１０９に入力され、電圧値が所定値を超える場合は高出力電圧検出回路１３０がオンになり増幅回路１１０がカットオフとなる。また、電圧値が所定値以下の場合は、高出力電圧検出回路１３０がカットオフとなり、増幅回路１１０がオンとなる。
【００４０】
高出力電圧検出回路１３０では、出力電圧検出回路１０９からの電圧値が所定値（本実施の形態では１Ｖ）よりも高くなった場合に電圧が流れるようなダイナミックレンジを有しており、入力電圧がこのダイナミックレンジ内であれば高出力電圧検出回路１３０がオンとなる。本実施の形態では、高出力電圧検出回路１３０はダイオード１３１ａと１３１ｂのように２個のダイオードで構成したが、所定電圧値よりも高い電圧を検出できる構成であれば、他の構成でもよい。
【００４１】
また、増幅回路１１０は、高出力電圧検出回路１３０よりも低いダイナミックレンジを有しており、入力電圧がこのダイナミックレンジ内であれば増幅回路１１０がオンになるように動作する。なお増幅回路１１０のダイナミックレンジは、本装置が正常動作する範囲に設定されている。このように、高出力電圧検出回路１３０と増幅回路１１０とが、それぞれ異なるダイナミックレンジを有することにより、入力電圧の電圧値に応じて、いずれか一方がオンになり他方がオフになるように動作する。
【００４２】
このようにして高出力電圧検出回路１３０で検出した高電圧は、デッドタイムコントロール回路１１１に入力される。
【００４３】
デッドタイムコントロール回路１１１では、高出力電圧検出回路１３０からの高電圧に基づき、図３（ｄ）のＤ信号に示すように、三角波であるＴ信号の最大値よりも高い信号（Ｈレベル信号）を比較回路１１２に出力する。比較回路１１２では、デッドタイムコントロール回路１１１からのＨレベル信号（図３（ｄ）のＤ信号）と三角波発生回路１１８から出力される三角波（図３（ｄ）のＴ信号）とを比較し、Ｈ／Ｌを交互に切り換える信号ではなく、図３（ｅ）に示すような連続したＨレベルの信号を出力する。このようなＨレベルの信号がスイッチングトランジスタ１０２に入力されると、スイッチングトランジスタ１０２は連続したオフ状態となる。よって、強制的にスイッチングトランジスタ２は比較回路１１２からのＨレベルの信号によりオフされることとなり、スイッチング動作が停止させ、入力端子１００ａから入力される入力電圧がトランジスタ１０２よりも出力側へ流れるのを停止させることができる。
【００４４】
一方、通常時（出力端子１００ｂに正常値の電圧が出力されている時）は、入力端子１００ａから入力される入力電圧が、出力端子１００ｂとともに出力電圧検出回路１０９にも入力される、出力電圧検出回路１０９に入力された電圧は高出力電圧検出回路１３０と増幅回路１１０とに入力されるが、入力電圧が正常値（つまり増幅回路１１０のダイナミックレンジ内の電圧値）であるため、高出力電圧検出回路１３０はカットオフとなり、増幅回路１１０はオンとなる。すると前述のように通常のＰＷＭ動作を継続し、安定した出力電圧を供給することができるのである。
【００４５】
以上のように本実施の形態によれば、コイル１０３のショートにより高い電圧が発生した場合に、高出力電圧検出回路１３０で高電圧を検出し、その高電圧をデッドタイムコントロール回路１１１に出力することで、デッドタイムコントロール回路１１１は強制的に比較回路１１２の出力をＨとしＰＷＭコントロールを停止させ、スイッチングトランジスタの動作を停止させるようにしたことにより、確実かつ正確に電源回路を保護できる安定化電源装置が得られるのである。
【００４６】
また、一般的な電圧検出回路は基準電圧発生回路と比較器とで構成されるが、本実施の形態の高出力電圧検出回路１３０は２個のダイオードのみで構成できるため、非常に安価で小型に実現できるものである。
【００４７】
なお、実施の形態においてスイッチ素子としてトランジスタとコイルの例をあげたが、必ずしもこれに限るものでもない。さらに、入力端子と出力端子との間にトランスで構成される電源回路を構成してもかまわない。
【００４８】
【発明の効果】
以上のように本発明は、回路部品の不良等によって万一高い電圧が発生した場合にも、確実かつ正確に安価で電源回路を保護できるという優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の安定化電源装置の実施の形態１におけるブロック図
【図２】同、電源制御回路の詳細回路図
【図３】同、デッドタイムコントロール回路と高出力電圧検出回路の動作波形図
【図４】従来の安定化電源装置におけるブロック図
【図５】同、電源制御回路の詳細回路図
【図６】同、デッドタイムコントロール回路の動作波形図
【符号の説明】
１０２ スイッチングトランジスタ
１０３ コイル
１０８ 電源制御回路
１０９ 出力電圧検出回路
１１０ 増幅回路
１１１ デッドタイムコントロール回路
１１２ 比較回路
１１３ 保護回路
１３０ 高電圧検出回路[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a protection circuit for a stabilized power supply device equipped with a switching power supply for reducing the size, weight, and power consumption of electronic devices such as a camera-integrated VTR, a mobile phone, and a portable information terminal device. .
[0002]
[Prior art]
In recent years, developments aimed at reducing the size and weight of electronic devices such as camera-integrated VTRs, mobile phones, and personal digital assistants have been rapidly progressing. The same applies to the device. In addition, a short circuit is likely to occur due to a foreign substance in a miniaturization, a short circuit due to dew condensation, or dew condensation or dust in an outdoor product use environment. For such an abnormal mode, a power supply protection circuit has been developed in various ways from the viewpoint of product protection.
[0003]
Hereinafter, an example of the above-described conventional stabilized power supply device will be described with reference to the drawings.
[0004]
FIG. 4 shows a configuration circuit diagram of a conventional stabilized power supply device. In FIG. 4, 100a is an input terminal, 100b is an output terminal, 1 is a fuse, 2 is a switching transistor, 3 is a coil, 4 is a diode, 5 is a capacitor constituting a smoothing filter circuit, and 6a is an input filter. A coil constituting a circuit, 6b represents a capacitor constituting a filter circuit, 7a represents a coil constituting an output filter circuit, 7b represents a capacitor constituting a filter circuit, and 8 represents a power supply control circuit. Reference numeral 9 denotes an output voltage detection circuit, 10 denotes an amplification circuit, 11 denotes a dead time control circuit, 12 denotes a comparison circuit, and 13 denotes a protection circuit. These components constitute a power supply protection circuit 8.
[0005]
FIG. 5 shows a detailed configuration diagram of the power supply control circuit. In FIG. 5, reference numeral 14a denotes a resistor forming the output voltage detecting circuit 9, 14b denotes a resistor forming the output voltage detecting circuit 9, 15 denotes a reference voltage generating circuit forming the amplifying circuit 10, and 16 denotes an amplifier forming the amplifying circuit 10. , 17a are resistors forming the dead time control circuit 11, 17b is a capacitor forming the dead time control circuit 11, 17c is a resistor forming the dead time control circuit 11, 18 is a triangular wave generating circuit forming the comparison circuit 12, 19a Is a comparator that forms the comparison circuit 12, 19b is a pull-up resistance that forms the comparison circuit 12, 20a is a comparator that forms the protection circuit 13, 20b is a pull-up resistance that forms the protection circuit 13, and 21 is a protection circuit 13 Is a reference voltage generating circuit.
[0006]
FIG. 6 is an operation waveform and operation explanatory diagram of the dead time control circuit. 2A shows the operation of the power switch, FIG. 2B shows the relationship between the signal generated by the dead time control circuit 11 and the triangular wave, and FIG. 2C shows the output signal of the comparison circuit 12.
[0007]
The operation of the conventional stabilized power supply configured as described above will be described below.
[0008]
When an unstabilized voltage such as a battery (not shown) is input from the input terminal 100a and the power is turned on (the timing when FIG. 6A becomes H), the amplifier circuit 10, the dead time control circuit 11, the comparison circuit 12, the reference voltage generation circuit 15 and the triangular wave generation circuit 18 are activated. Immediately after power-on, the output is 0V. The output voltage detection circuit 9 detects the state of the output voltage as 0 V, and the amplification circuit 10 amplifies the error with respect to the reference voltage of the reference voltage generation circuit 14. At this time, the output of the amplifier circuit 10 is at a low level (hereinafter, abbreviated as L).
[0009]
However, when the power is turned on, the reference voltage generating circuit 15 to which the power is applied generates a voltage, and the signal generated by the dead time control circuit 11 operates as a waveform D in FIG. 6B. At this time, an output obtained by comparing the output signal T of the triangular wave generation circuit 18 with the waveform D, that is, the waveform shown in FIG. 6C is output from the comparator 19a.
[0010]
Therefore, after the power is turned on, an on-pulse is applied to the transistor 2 by the drive pulse signal set by the duty of the waveform P1 in FIG. 6C, and an output pulse is obtained from the secondary side of the coil 3. The transistor 2 operates to be turned on during the L period of the drive pulse in FIG. 6C and turned off during the H period. The diode 4 acts to form a current loop when the energy stored in the coil 3 is released when the transistor 2 is off, and the capacitor 5 acts to smooth the output pulse. The output pulse of the output pulse is further smoothed by an output filter including a coil 7a and a capacitor 7b, and transmitted to the output terminal 100b as the output voltage.
[0011]
Next, the output voltage generated is sent again to the output voltage detection circuit 9, which detects a high level (hereinafter abbreviated as “H”), amplifies the error in the amplifier circuit 10, and compares the error in the comparison circuit 12. Processing is performed, and PWM control is performed as shown in FIG. 6C to obtain a constant output voltage.
[0012]
The voltage detected by the output voltage detection circuit 9 is also sent to the protection circuit 13. The protection circuit 13 detects an output voltage that decreases when the capacitor 7b is short-circuited due to condensation or dust, and stops the switching transistor 2. That is, the voltage value detected by the output voltage detection circuit 9 when the capacitor 7b is short-circuited is compared with the reference voltage generated by the reference voltage generation circuit 21 by the comparator 20a, and the voltage value from the output voltage detection circuit 9 is compared with the reference voltage. If it is lower than the threshold value, the switching transistor 2 is controlled to be turned off.
[0013]
Here, conventionally, when the output voltage of the output terminal 100b is abnormal (complete short-circuit or partial short-circuit of the output), the protection circuit 13 detects the L level signal of the output voltage of the output terminal 100b by the output voltage detection circuit 9 and outputs the transistor. 2 has been devised, for example, by turning off and protecting the input fuse 1.
[0014]
Various methods have been considered for changing the voltage value of the reference voltage generating circuit 21 or changing the characteristics of the fuse 1 and the current cutoff value for the sensitivity to be protected.
[0015]
[Patent Document 1]
JP-A-9-285111
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional configuration, when a short circuit occurs due to a component defect such as a peeling of the coating in the coil 3, the input terminal 100a and the output terminal 100b are short-circuited. If the input / output terminal is short-circuited, a high voltage exceeding the dynamic range is input to the amplifier circuit 10, and a continuous L level signal is output from the amplifier circuit 10 to the dead time control circuit 11. The dead time control circuit 11 outputs an L level signal as shown by a D signal in FIG. 6D to the comparison circuit 12 based on the L level signal from the amplifier circuit 10. The comparison circuit 12 compares the triangular wave T signal with the D signal as shown in FIG. 6D, and outputs a continuous L level signal as shown in FIG. 6E. The L level signal output from the comparison circuit 12 is input to the switching transistor 2, and the switching transistor 2 is always turned on. In the loop including the switching transistor 2, the coil 3, and the power supply control circuit 8, The transistor 2 starts an amplification operation. When the switching transistor 2 starts the amplifying operation, the voltage value in the above-mentioned loop rises, and the current value also rises therewith, causing a problem that the switching transistor 2 may generate abnormal heat and break down. Here, the fuse 1 is provided to prevent an abnormal increase in the current value. However, since the fuse 1 is disposed outside the loop, the current input to the fuse 1 does not change at all. Naturally, the fuse 1 is not blown, and the circuit is not protected.
[0017]
The present invention solves the above-described conventional problems, and accurately and reliably protects a power supply circuit even when a high input voltage is applied to an output voltage due to a short circuit of an input / output due to a short circuit of a switching coil coating or the like. It is an object of the present invention to provide a stabilized power supply device.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve this object, a stabilized power supply device according to the present invention is a stabilized power supply device that stabilizes an input voltage input to an input terminal and outputs the input voltage from an output terminal. Switch means, a smoothing means for smoothing an output voltage of the switch means, an amplifying means for comparing the output voltage of the switch means smoothed by the smoothing means with a reference voltage to differentially amplify, and an output from the amplifying means A dead time control means for determining the DC potential of the output of the amplifying means for determining an operating point of the pulse width control based on the switching operation of the switch means based on a comparison result between the DC potential from the dead time control means and a triangular wave. And a switch which turns on when a voltage higher than a predetermined voltage is input from the switch means. The control means includes high output voltage detection means for outputting the high voltage, and when a voltage higher than a predetermined voltage is input to the high output voltage detection means, the comparison means stops the operation of the switch means. is there.
[0019]
With this configuration, when a high voltage is generated, the H output is transmitted to the dead time control circuit by the high output voltage detection circuit, the output of the comparison circuit is forcibly set to H, the PWM control is stopped, and the operation of the switching transistor is stopped. In addition, a stabilized power supply that can accurately and inexpensively protect the power supply circuit can be obtained.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An invention according to claim 1 of the present invention is a stabilized power supply device that stabilizes an input voltage input to an input terminal and outputs the input voltage from an output terminal, and a switch unit that switches and outputs the input voltage; Smoothing means for smoothing the output voltage of the switch means, amplifying means for comparing the output voltage of the switch means smoothed by the smoothing means with a reference voltage to differentially amplify, and a pulse width based on an output from the amplifying means A dead time control means for determining a DC potential of an output of the amplifying means for determining an operating point of control; and a comparison for controlling a switching operation of the switch means based on a comparison result between the DC potential from the dead time control means and a triangular wave. Means for turning on when a voltage higher than a predetermined voltage is input from the switch means, and the dead time control means With high output voltage detecting means for outputting the high voltage, when the voltage higher than a predetermined voltage to the high output voltage detecting means is inputted, the comparison means is one for stopping the operation of said switch means.
[0021]
Thereby, when a high voltage is generated, the H signal is transmitted to the dead time control circuit by the high output voltage detection circuit, the output of the comparison circuit is forcibly set to H, the PWM control is stopped, and the operation of the switching transistor is stopped. A stabilized power supply that can accurately and inexpensively protect the power supply circuit can be obtained.
[0022]
According to a second aspect of the present invention, the high output voltage detecting means is constituted by a diode. This has the effect of providing a small, lightweight, low-cost, high-performance stabilized power supply.
[0023]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0024]
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a stabilized power supply device according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, 100a is an input terminal to which power is input from a battery or an AC power supply, 100b is an output terminal, and 101 is an output terminal. A fuse that protects a circuit by detecting an overcurrent and electrically disconnecting itself, 102 is a switching transistor that is a switch unit that can obtain a stable voltage by turning on / off, 103 is a coil, 104 is a diode , 105 are capacitors forming a filter circuit for smoothing, 106a is a coil forming an input filter circuit, 106b is a capacitor forming a filter circuit, 107a is a coil forming an output filter circuit, and 107b is a filter circuit. Capacitors, such as tantalum capacitors. Reference numeral 108 denotes a power supply control circuit serving as a power supply control means, 109 denotes an output voltage detection circuit which is an output voltage detection means constituting the power supply control circuit 108, 110 denotes a power supply control circuit 108 and a voltage detected by the output voltage detection circuit 109. An amplifying circuit 111 is an amplifying means for performing differential amplification with a reference voltage. The amplifying circuit 111 configures a power supply control circuit 108 and determines a DC potential (D signal in FIG. 3) of an output of the amplifying circuit 110 to determine an operation point of PWM control. A dead time control circuit 112 is a power supply control circuit 108, compares the DC potential from the dead time control circuit 111 with a triangular wave, and controls the switching operation of the switching transistor 102 based on the comparison result. A comparison circuit 113, which is a comparison means, constitutes a power supply control circuit 108 and A protection circuit 130 is a protection means for detecting a decrease in output voltage due to short circuit and stopping the operation of the switching transistor 102. A protection circuit 130 is a high output voltage detection means for forming a power supply control circuit 108 and detecting a high voltage obtained on the output side. This is a high output voltage detection circuit.
[0025]
FIG. 2 is a circuit diagram of a detailed configuration of the power supply control circuit. 2, reference numeral 114a denotes a resistor constituting the output voltage detecting circuit 109; 114b, a resistor constituting the output voltage detecting circuit 109; 115, a reference voltage generating circuit constituting the amplifying circuit 110; Reference numeral 116 denotes an amplifier for amplifying and outputting the difference between the reference voltage from the reference voltage generation circuit 115 and the voltage detected by the output voltage detection circuit 109, and constitutes the amplification circuit 110. 117a is a resistor forming the dead time control circuit 111, 117b is a capacitor forming the dead time control circuit 111, 117c is a resistor forming the dead time control circuit 111, 118 is a triangular wave generating forming a comparison circuit 112 and generating a triangular wave The circuit 119a constitutes the comparison circuit 112 and a comparator for comparing the triangular wave from the triangular wave generation circuit 118 with the signal from the dead time control circuit 111, and 119b is a pull-up resistor constituting the comparison circuit 112. Reference numeral 120a denotes a comparator which forms the protection circuit 113 and compares a reference voltage from the reference voltage generation circuit 121 with a voltage from the output voltage detection circuit 109. Reference numeral 120b denotes a pull-up resistor which forms the protection circuit 113. Reference numeral 121 denotes a protection circuit 113. Is a reference voltage generating circuit.
[0026]
Reference numeral 130 denotes a high output voltage detection circuit that detects that the voltage detected by the output voltage detection circuit 109 has become a high voltage. In this embodiment, “high output voltage” refers to a value larger than the voltage of the triangular wave in the present embodiment. For example, when the triangular wave is 1V, a value higher than 1V is detected. The upper limit of the voltage value to be detected varies depending on the type of the power supply connected to the input terminal 100a. For example, when the battery of the video camera is connected, the maximum value is about 6.5V, so that the maximum value is about 6.5V. A voltage in the range of 0.5 V is detected as a high output voltage. Note that the above voltage value is an example, and another value may be used. 131a and 131b are diodes constituting the high voltage detection circuit 130.
[0027]
FIG. 3 is an operation waveform diagram and an operation explanatory diagram of the dead time control control circuit and the high voltage detection circuit. FIG. 5A shows the operation of a power switch, which corresponds to the operation of a power button provided on the video camera body in the case of a video camera, for example. FIG. 4B shows the relationship between the signal generated by the dead time control circuit 111 and the triangular wave, FIG. 4C shows the output signal of the comparison circuit 112 during normal operation, and FIG. 4D shows the high output voltage detection circuit 130. 5E shows the relationship between the signal generated by the dead time control circuit 111 when a high voltage is detected and the triangular wave, and FIG. 6E shows the output signal of the comparison circuit 112 in FIG.
[0028]
The operation of the stabilized power supply of the present embodiment configured as described above will be described with reference to the drawings.
[0029]
First, a basic operation for obtaining a stable voltage will be described.
[0030]
When an unstabilized voltage of a battery (not shown) or the like is input from the input terminal 100a and the power is turned on (at the timing of H in FIG. 3A), the amplifier circuit 110, the dead time control circuit 111, and the comparison circuit 112, the reference voltage generation circuit 115, and the triangular wave generation circuit 118 are activated.
[0031]
Immediately after power-on, the output is 0V. The output voltage detection circuit 109 detects the state of the output voltage as 0 V, and the amplifier 116 amplifies the error with respect to the reference voltage of the reference voltage generation circuit 115. At this time, the output of the amplifier 116 is at a low level (hereinafter, abbreviated as L). However, when the power is turned on, the reference voltage generation circuit 115 to which the power is applied generates the reference voltage, and a voltage obtained by error-amplifying the reference voltage and the voltage from the output voltage detection circuit 109 is output from the amplification circuit 110. The voltage output from the amplifier circuit 110 is input to the dead time control circuit 111, and outputs a dead time control signal (hereinafter, referred to as a D signal) as shown by a D signal in FIG.
[0032]
The D signal output from the dead time control circuit 111 is input to the comparison circuit 112, where it is compared with the output signal of the triangular wave generation circuit 118 (T signal in FIG. 3B). The comparison circuit 112 compares the D signal and the T signal, and when the D signal is higher than the T signal, the signal is at the H level, and when the D signal is lower than the T signal, the signal is at the L level, that is, as shown in FIG. A waveform that alternately repeats / L level is output from comparison circuit 112.
[0033]
An output signal of the comparison circuit 112 as shown in FIG. 3C is input to the switching transistor 102. Since the switching transistor 102 is of the NPN type, it is turned on when the signal from the comparison circuit 112 is at the L level, and is at the H level. It works to turn off at the time of. That is, as shown in FIG. 3C, in the case of a signal which alternates between H / L levels alternately, it operates to alternately switch on / off, and obtains a stable output pulse from the secondary side of the coil 103. Become.
[0034]
When the switching transistor 102 is turned off, the diode 104 acts to form a current loop when the energy stored in the coil 103 is released, and the capacitor 105 acts to smooth the output pulse. The output pulse of the output pulse is further smoothed by an output filter including a coil 107a and a capacitor 107b, and transmitted to the output terminal 100b as the output voltage.
[0035]
Next, the output voltage generated is sent to the output voltage detection circuit 109 again, and the output voltage detection circuit 109 detects a high level (hereinafter, abbreviated as H). By performing processing (FIG. 3C), the switching transistor 102 is turned on when it is at the L level, and is controlled to be turned off when it is at the H level (PWM control), and the switching transistor 102 is turned on / off at a predetermined cycle. , A constant output voltage is obtained.
[0036]
Next, the operation of the protection circuit 113 will be described.
[0037]
The voltage detected by the output voltage detection circuit 109 is also sent to the protection circuit 113. The protection circuit 113 detects an output voltage that decreases when the capacitor 107b is short-circuited due to condensation or dust, and stops the switching transistor 102. That is, the voltage value detected by the output voltage detection circuit 109 when the capacitor 107b is short-circuited is compared with the reference voltage generated by the reference voltage generation circuit 121 by the comparator 120a, and the voltage value from the output voltage detection circuit 109 is compared with the reference voltage. If it becomes lower than this, it is determined that the output voltage of this circuit is short-circuited, and the switching transistor 102 is controlled to be turned off.
[0038]
Next, an operation when a short circuit occurs between the input and output of the device and a high voltage is applied to the output terminal 100b and the power supply control circuit 108 will be described.
[0039]
When the coil 103 undergoes coating stripping due to aging or component failure, the input and output of the coil 103 are short-circuited, so that the smoothing operation cannot be performed, and the input voltage is not smoothed to the output terminal 100b. Will be transmitted as it is. This input voltage is input to the output voltage detection circuit 109. When the voltage value exceeds a predetermined value, the high output voltage detection circuit 130 is turned on and the amplifier circuit 110 is cut off. When the voltage value is equal to or less than the predetermined value, the high output voltage detection circuit 130 is cut off and the amplifier circuit 110 is turned on.
[0040]
The high output voltage detection circuit 130 has a dynamic range in which a voltage flows when the voltage value from the output voltage detection circuit 109 becomes higher than a predetermined value (1 V in the present embodiment). Is within this dynamic range, the high output voltage detection circuit 130 is turned on. In the present embodiment, the high output voltage detection circuit 130 is configured by two diodes such as the diodes 131a and 131b, but other configurations may be used as long as the configuration can detect a voltage higher than a predetermined voltage value.
[0041]
Further, the amplifier circuit 110 has a lower dynamic range than the high output voltage detection circuit 130, and operates so that the amplifier circuit 110 is turned on when the input voltage is within the dynamic range. Note that the dynamic range of the amplifier circuit 110 is set to a range in which the present device operates normally. As described above, since the high output voltage detection circuit 130 and the amplification circuit 110 have different dynamic ranges, they operate such that one of them is turned on and the other is turned off according to the voltage value of the input voltage. I do.
[0042]
The high voltage detected by the high output voltage detection circuit 130 is input to the dead time control circuit 111.
[0043]
In the dead time control circuit 111, based on the high voltage from the high output voltage detection circuit 130, a signal (H level signal) higher than the maximum value of the T signal, which is a triangular wave, as shown by the D signal in FIG. Is output to the comparison circuit 112. The comparison circuit 112 compares the H level signal (D signal in FIG. 3D) from the dead time control circuit 111 with the triangular wave (T signal in FIG. 3D) output from the triangular wave generation circuit 118. Instead of a signal for switching H / L alternately, a continuous H level signal as shown in FIG. 3E is output. When such an H-level signal is input to the switching transistor 102, the switching transistor 102 is continuously turned off. Therefore, the switching transistor 2 is forcibly turned off by the H-level signal from the comparison circuit 112, stopping the switching operation, and the input voltage input from the input terminal 100a flows to the output side more than the transistor 102. Can be stopped.
[0044]
On the other hand, during normal times (when a normal value voltage is output to the output terminal 100b), the input voltage input from the input terminal 100a is input to the output voltage detection circuit 109 together with the output terminal 100b. The voltage input to the detection circuit 109 is input to the high output voltage detection circuit 130 and the amplifier circuit 110. However, since the input voltage is a normal value (that is, a voltage value within the dynamic range of the amplifier circuit 110), the high output voltage The voltage detection circuit 130 is cut off, and the amplification circuit 110 is turned on. Then, the normal PWM operation is continued as described above, and a stable output voltage can be supplied.
[0045]
As described above, according to the present embodiment, when a high voltage is generated due to the short circuit of coil 103, high output voltage detection circuit 130 detects the high voltage and outputs the high voltage to dead time control circuit 111. As a result, the dead time control circuit 111 forcibly sets the output of the comparison circuit 112 to H, stops the PWM control, and stops the operation of the switching transistor, thereby stabilizing the power supply circuit reliably and accurately. A power supply is obtained.
[0046]
Further, a general voltage detection circuit is composed of a reference voltage generation circuit and a comparator, but the high output voltage detection circuit 130 of the present embodiment can be composed of only two diodes. It can be realized in
[0047]
Note that, in the embodiments, examples of a transistor and a coil have been described as switch elements, but the present invention is not necessarily limited thereto. Further, a power supply circuit including a transformer may be provided between the input terminal and the output terminal.
[0048]
【The invention's effect】
As described above, the present invention has an excellent effect that the power supply circuit can be protected reliably, accurately, and inexpensively even if a high voltage is generated due to a failure of a circuit component or the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a stabilized power supply device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a detailed circuit diagram of a power supply control circuit. FIG. 3 is an operation of a dead time control circuit and a high output voltage detection circuit. FIG. 4 is a block diagram of a conventional stabilized power supply device. FIG. 5 is a detailed circuit diagram of a power supply control circuit. FIG. 6 is an operation waveform diagram of a dead time control circuit.
102 Switching transistor 103 Coil 108 Power supply control circuit 109 Output voltage detection circuit 110 Amplification circuit 111 Dead time control circuit 112 Comparison circuit 113 Protection circuit 130 High voltage detection circuit
