JP2004159444A - 安定化電源装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】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に、高電圧を検出できなかった。
【解決手段】コイル１０３のショートによる３Ｖ出力側の回路保護が可能なのはもちろん、コイル２０３のショートによる２Ｖ出力側の回路保護も可能になる。なおかつ、２Ｖ出力側において１個のダイオードからなる高電圧伝達回路２３０を設け、高電圧検出回路１３０に接続してデッドタイムコントロールさせることで、安価な構成で両出力の回路保護を行うことができる。つまり、出力電圧系統数をｎとすると、ｎ＋１個のダイオード追加という最小部品点数で実現することができるものである。
【選択図】 図１
【解決手段】コイル１０３のショートによる３Ｖ出力側の回路保護が可能なのはもちろん、コイル２０３のショートによる２Ｖ出力側の回路保護も可能になる。なおかつ、２Ｖ出力側において１個のダイオードからなる高電圧伝達回路２３０を設け、高電圧検出回路１３０に接続してデッドタイムコントロールさせることで、安価な構成で両出力の回路保護を行うことができる。つまり、出力電圧系統数をｎとすると、ｎ＋１個のダイオード追加という最小部品点数で実現することができるものである。
【選択図】 図１
Description
【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。この様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（例えば特許文献１参照）。
【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は電池や交流電源などから電源が入力される入力端子、２００ａは３Ｖ電圧を出力する３Ｖ出力端子、２００ｂは２Ｖ電圧を出力する２Ｖ出力端子、１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、２ａ及び２ｂ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、３ａ及び３ｂはコイル、４ａ及び４ｂはダイオード、５ａ及び５ｂ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及び６ｃはフィルター回路を構成するコンデンサ、７ａ及び７ｃは出力フィルター回路を構成するコイル、７ｂ及び７ｄ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。８ａ及び８ｂは電源制御手段である電源制御回路、９ａ及び９ｂは電源制御回路８ａ及び８ｂを構成する出力電圧検出手段である出力電圧検出回路、１０ａ及び１０ｂは電源制御回路８ａ及び８ｂを構成し出力電圧検出回路９ａ及び９ｂ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、１１ａ及び１１ｂは電源制御回路８ａ及び８ｂを構成しＰＷＭ制御の動作点を決めるため増幅回路１０ａ及び１０ｂ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、１２ａ及び１２ｂは電源制御回路８ａ及び８ｂを構成しデッドタイムコントロール回路１１ａ及び１１ｂ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２ａ及び２ｂ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、１３ａ及び１３ｂは電源制御回路８ａ及び８ｂ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２ａ及び２ｂの動作を停止させる保護手段である保護回路、３０ａ〜３０ｂは電源制御回路８ａ及び８ｂ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電圧検出回路である。高電圧検出回路３０は出力電圧検出回路９ａ及び９ｂで検出した電圧が高電圧になったことを検出するもので、「高出力電圧」とは本構成では三角波の電圧よりも大きい値を差し、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。
【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〜１４ｄは出力電圧検出回路９ａ及び９ｂを構成する抵抗、１５ａ及び１５ｂは増幅回路１０ａ及び１０ｂを構成する基準電圧発生回路、１６ａ及び１６ｂは増幅回路１０ａ及び１０ｂを構成する増幅器、１７ａ及び１７ｂはデッドタイムコントロール回路１１ａを構成する抵抗、１７ｃ及び１７ｄはデッドタイムコントロール回路１１ｂを構成する抵抗、１７ｅ及び１７ｆはデッドタイムコントロール回路１１ａ及び１１ｂを構成するコンデンサ、１８は比較回路１２ａを構成する三角波発生回路、１９ａ及び１９ｄは比較回路１２ａ及び１２ｂを構成する比較器、１９ｂ及び１９ｃは比較回路１２ａ及び１２ｂを構成するプルアップ抵抗、２０ａ及び２０ｃは保護回路１３ａ及び１３ｂを構成する比較器、２０ｂ及び２０ｄは保護回路１３ａ及び１３ｂを構成するプルアップ抵抗、２１ａ及び２１ｂは保護回路１３ａ及び１３ｂを構成する基準電圧発生回路、２２は全回路停止回路である。
【０００６】
図３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１１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１２の出力信号、同図（ｄ）は高電圧検出回路３０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１１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】
まず、安定した電圧を得るための基本動作について、３Ｖ出力端子２００ａから出力を得る構成を例に説明する。なお、２Ｖ出力端子２００ｂから出力を得る場合は、異なる回路を用いるが動作はほぼ同様であるため説明は省略する。
【０００９】
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１０ａ、デッドタイムコントロール回路１１ａ、比較回路１２ａ、基準電圧発生回路１５ａ、三角波発生回路１８ａが起動する。
【００１０】
電源投入直後、出力は０Ｖである。出力電圧検出回路９ａにより出力電圧の状態を０Ｖと検出し、増幅器１６ａにおいて基準電圧発生回路１５ａの基準電圧との誤差増幅をする。このとき、増幅器１６ａ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１５ａが基準電圧を発生し、その基準電圧と出力電圧検出回路９ａからの電圧とを誤差増幅した電圧が増幅回路１０ａから出力される。増幅回路１０ａから出力された電圧はデッドタイムコントロール回路１１ａ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。
【００１１】
デッドタイムコントロール回路１１ａから出力されたＤ信号は比較回路１２ａに入力され、比較回路１２ａ内で三角波発生回路１８ａの出力信号（図３（ｂ）のＴ信号）と比較される。比較回路１２ａ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１２ａより出力される。
【００１２】
図３（ｃ）に示すような比較回路１２ａの出力信号がスイッチングトランジスタ２ａに入力され、スイッチングトランジスタ２ａはＮＰＮ型であるため、比較回路１２ａ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３ａの２次側から安定した出力パルスを得ることになる。
【００１３】
なお、ダイオード４ａはスイッチングトランジスタ２ａがオフの時、コイル３ａ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５ａ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、３Ｖ出力端子２００ａに出力電圧として伝えられる。
【００１４】
次に発生した出力電圧は、出力電圧検出回路９ａに再び送られ、出力電圧検出回路９ａはハイレベル（以下、Ｈと略す）を検出し、増幅回路１０ａで誤差増幅、比較回路１２ａ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２ａ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２ａ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。
【００１５】
次に、保護回路１３ａの動作について説明する。
【００１６】
出力電圧検出回路９ａで検出された電圧は、保護回路１３ａにも送られている。保護回路１３ａ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２ａ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９ａで検出した電圧値と、基準電圧発生回路２１ａ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９ａ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２ａをオフさせるよう制御するものである。
【００１７】
次に、３Ｖ出力端子２００ａや電源制御回路８ａ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。
【００１８】
コイル３ａ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３ａ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、３Ｖ出力端子２００ａ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９ａに入力され、電圧値が所定値を超える場合は高電圧検出回路３０ａがオンになり増幅回路１０ａがカットオフとなる。また、電圧値が所定値以下の場合は、高電圧検出回路３０ａがカットオフとなり、増幅回路１０ａがオンとなる。
【００１９】
高電圧検出回路３０ａでは、出力電圧検出回路９ａ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電圧検出回路３０ａがオンとなる。本構成では、高電圧検出回路３０ａはダイオード３１ａと３１ｂのように２個のダイオードで構成した。
【００２０】
また、増幅回路１０ａは、高電圧検出回路３０ａ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１０ａがオンになるように動作する。なお増幅回路１０ａ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、高電圧検出回路３０ａと増幅回路１０ａ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。
【００２１】
このようにして高電圧検出回路３０ａで検出した高電圧は、デッドタイムコントロール回路１１ａに入力される。
【００２２】
デッドタイムコントロール回路１１ａでは、高電圧検出回路３０ａ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１２ａに出力する。比較回路１２ａでは、デッドタイムコントロール回路１１ａからのＨレベル信号（図３（ｄ）のＤ信号）と三角波発生回路１８ａ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２ａに入力されると、スイッチングトランジスタ２ａ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２ａは比較回路１２ａ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２ａよりも出力側へ流れるのを停止させることができる。
【００２３】
一方、通常時（３Ｖ出力端子２００ａ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、３Ｖ出力端子２００ａとともに出力電圧検出回路９ａにも入力される、出力電圧検出回路９ａに入力された電圧は高電圧検出回路３０ａと増幅回路１０ａとに入力されるが、入力電圧が正常値（つまり増幅回路１０ａのダイナミックレンジ内の電圧値）であるため、高電圧検出回路３０ａはカットオフとなり、増幅回路１０ａ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。
【００２４】
以上の３Ｖ電源出力と同様に２Ｖ電源出力を２Ｖ出力端子２００ｂから得るには、スイッチングトランジスタ２ｂ、コイル３ｂ及び７ｃ、ダイオード４ｂ、コンデンサ５ｂ及び６ｃ及び７ｄ、電源制御回路８ｂを用いて、同様に動作させることで、２Ｖ出力端子２００ｂから２Ｖ出力を得ることができる。また、コイル３ｂがショートして入出力がショートしたとしても、高電圧検出回路３０ｂとデッドタイムコントロール回路１１ｂの動作によりスイッチングトランジスタ２ｂをＯＦＦにし、回路を保護するようにしている。
【００２５】
さらに、保護回路１３ａ、１３ｂはいずれかが動作すると、相手側の動作を止める全回路停止動作をし、全システムが停止することとなる。
【００２６】
【特許文献１】
実開平０５−５０９９２号公報
【００２７】
【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、１電源出力のシステムに対しては高出力検出回路３０ａ及び３０ｂを構成するダイオードをそれぞれ２点設け、２電源出力のシステムに対してはさらにダイオードを２点設け、ｎ電源出力のシステムについては２×ｎのダイオードを設けなくてはならず、出力電源数に対しダイオードの数が２倍必要であり、部品点数が多くコストアップになってしまうという問題点を有していた。
【００２８】
本発明は上記従来の問題点を解決するもので、高出力伝達ダイオードを設け、ｎ＋１のダイオードを構成するだけでいずれの出力電圧にスイッチング様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スイッチングトランジスタが発煙破壊する又は、ヒューズが切れるといった不安定な保護動作で電源回路を保護するのではく正確かつ確実に最小限の部品構成で電源回路を保護する安定化電源装置を提供することを目的とする。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決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第１及び第２のスイッチ手段と、前記第１のスイッチ手段のスイッチング動作を制御するとともに前記第１のスイッチ手段から所定電圧よりも高い電圧が出力された時は前記第１のスイッチ手段のスイッチング動作を停止させるよう制御する第１の電源制御手段と、前記第２のスイッチ手段のスイッチング動作を制御するとともに前記第２のスイッチ手段から所定電圧よりも高い電圧が出力された時は前記第１の電源制御手段に前記高電圧を伝達し前記第１のスイッチ手段のスイッチング動作を停止させるよう制御する第２の電源制御手段と、前記第１または第２のスイッチ手段からの出力電圧が所定値よりも低くなった時に前記第１及び第２のスイッチ手段の動作を停止させる保護手段とを備え、前記第２の電源制御手段に所定電圧よりも高い電圧が入力された時、前記高電圧を前記第１の電源制御手段に伝達して前記第１のスイッチ手段の動作を停止させ、前記第１のスイッチ手段の動作停止に伴う電圧低下により前記保護手段が前記第２のスイッチ手段の動作を停止させるものである。
【００３０】
この構成によって、いずれの出力電圧端子に高い電圧が発生した場合に、高出力を高出力伝達回路によって高電圧検出回路に伝えることができる。伝えられた電圧は高電圧検出回路により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、ヒューズの様に非復帰型で発煙等の不安感を与えず確実かつ正確に安価で電源素子を保護できる安定化電源装置が得られる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１〜３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第１及び第２のスイッチ手段と、前記第１のスイッチ手段のスイッチング動作を制御するとともに前記第１のスイッチ手段から所定電圧よりも高い電圧が出力された時は前記第１のスイッチ手段のスイッチング動作を停止させるよう制御する第１の電源制御手段と、前記第２のスイッチ手段のスイッチング動作を制御するとともに前記第２のスイッチ手段から所定電圧よりも高い電圧が出力された時は前記第１の電源制御手段に前記高電圧を伝達し前記第１のスイッチ手段のスイッチング動作を停止させるよう制御する第２の電源制御手段と、前記第１または第２のスイッチ手段からの出力電圧が所定値よりも低くなった時に前記第１及び第２のスイッチ手段の動作を停止させる保護手段とを備え、前記第２の電源制御手段に所定電圧よりも高い電圧が入力された時、前記高電圧を前記第１の電源制御手段に伝達して前記第１のスイッチ手段の動作を停止させ、前記第１のスイッチ手段の動作停止に伴う電圧低下により前記保護手段が前記第２のスイッチ手段の動作を停止させるものであり、これにより、最小部品点数で小型・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。
【００３２】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図３を用いて説明する。
【００３３】
（実施の形態１）
図１は本発明の安定化電源装置の構成図であり、図１において、１００ａは電池や交流電源などから非安定電源が入力される入力端子、２００ａは３Ｖ電圧が出力される３Ｖ出力端子、２００ｂは２Ｖ電圧が出力される２Ｖ出力端子で、例えばビデオカメラの場合、３Ｖ電圧は記録再生手段に供給し、２Ｖ電圧は表示手段及び撮像手段に供給する。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である。
【００３４】
１０２及び２０２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第１及び第２のスイッチ手段であるスイッチングトランジスタで、ベースにＨ信号が入力されると出力がＬとなり、ベースにＬ信号が入力されるとＨ信号が出力される動作をするＮＰＮ型トランジスタを用いた。１０３及び２０３はコイル、１０４及び２０４はダイオードで、コイル１０３及び２０３とダイオード１０４及び２０４とで平滑手段である平滑回路を構成している。またコイル１０３及び２０３のインダクタンスを異ならせることにより、３Ｖ出力端子２００ａに３Ｖ電圧を出力させることができ、２Ｖ出力端子２００ｂに２Ｖ電圧を出力させることができる。１０５及び２０５は平滑用のフィルター回路を構成するコンデンサで、１０６ａはフィルター回路を構成するコイル、１０６ｂ及び２０６ｂはフィルター回路を構成するコンデンサ、１０７ａ及び２０７ａは出力フィルター回路を構成するコイル、１０７ｂ及び２０７ｂ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。
【００３５】
１０８及び２０８は第１及び第２の電源制御手段である電源制御回路で、電源制御回路１０８は出力電圧検出回路１０９と増幅回路１１０とデッドタイムコントロール回路１１１と比較回路１１２と保護回路１１３とを備えている。また電源制御回路２０８は出力電圧検出回路２０９と増幅回路２１０とデッドタイムコントロール回路２１１と比較回路２１２と保護回路２１３とを備えている。なお保護回路１１３及び２１３は電源制御回路１０８及び２０８外に設けてもよい。
【００３６】
１０９及び２０９は電源制御回路１０８及び２０８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及び２１０は電源制御回路１０８及び２０８を構成し出力電圧検出回路１０９及び２０９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及び２１１は電源制御回路１０８及び２０８を構成しＰＷＭ制御の動作点を決めるため増幅回路１１０及び２１０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及び２１２は電源制御回路１０８及び２０８を構成しデッドタイムコントロール回路１１１及び２１１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及び２０２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及び２１３は電源制御回路１０８及び２０８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及び２０２の動作を停止させる保護手段である保護回路で、図示では２個の保護回路を設けたように記載しているが、実際は１個の保護回路で構成され、出力電圧検出回路１０９及び２０９の出力が１個の保護回路に接続されている。図示は説明をわかりやすくするために２個の保護回路を表現した。また本実施の形態の保護回路１１３及び２１３は、ＯＲ回路で構成され、出力電圧検出回路１０９及び２０９のいずれか一方からＬｏｗ信号（低電圧）が入力されるとＨｉ信号を出力する。１３０は電源制御回路１０８及び２０８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電圧検出回路、２３０は出力電圧検出回路２０９からの高出力電圧を高電圧検出回路１３０に伝達する高電圧伝達回路で、１個のダイオードからなり、この回路の出力は高電圧検出回路１３０内の２個のダイオードのうち一方のダイオードに直列接続されている。
【００３７】
上記構成において、スイッチングトランジスタ１０２、コイル１０３及び１０７ａ、ダイオード１０４，コンデンサ１０５及び１０７ｂ、電源制御回路１０８で、第１の安定化電源手段を構成している。また、スイッチングトランジスタ２０２、コイル２０３及び２０７ａ、ダイオード２０４，コンデンサ２０５及び２０７ｂ、電源制御回路２０８で、第２の安定化電源手段を構成している。
【００３８】
図２に電源制御回路の詳細構成図を示す。図２において、１０９ａは出力電圧検出回路１０９を構成する抵抗、１０９ｂ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、１１６は増幅回路１１０を構成する増幅器、１１７ａはデッドタイムコントロール回路１１１を構成する抵抗、１１７ｃ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、１１７ｂ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を構成する三角波発生回路、１１９ａは比較回路１１２を構成する比較器、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装置である。１３１ａは高電圧検出回路１３０を構成するダイオード、１３１ｂも高電圧検出回路１３０を構成するダイオードである。
【００３９】
２０９ａは出力電圧検出回路２０９を構成する抵抗、２０９ｂは出力電圧検出回路２０９を構成する抵抗、２１５は増幅回路２１０を構成する基準電圧発生回路、２１６は増幅回路２１０を構成する増幅器、２１７ａはデッドタイムコントロール回路２１１を構成する抵抗、２１７ｂはデッドタイムコントロール回路２１１を構成する抵抗、２１７ｃはデッドタイムコントロール回路２１１を構成するコンデンサ、２１９ａは比較回路２１２を構成する比較器、２１９ｂは比較回路２１２を構成するプルアップ抵抗である。２２０ａは保護回路２１３を構成する比較器、２２０ｂは保護回路２１３を構成するプルアップ抵抗、２２１は保護回路２１３を構成する基準電圧発生回路である。また、２３１は高電圧伝達回路２３０を構成するダイオードである。
【００４０】
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である。
【００４１】
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１〜図３を用いてその動作を説明する。
【００４２】
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。
【００４３】
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及び２１０、デッドタイムコントロール回路１１１及び２１１、比較回路１１２及び２１２、基準電圧発生回路１１５及び２１５、三角波発生回路１１８が起動する。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
次に、保護回路１１３の動作について説明する。
【００５０】
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。保護回路１１３は保護回路２１３とともに１つの保護回路を構成しており、前述のように出力電圧検出回路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をオフさせるとともに、保護回路２１３はスイッチングトランジスタ２０２をオフさせるよう制御する。
【００５１】
次に、出力端子２００ａ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。
【００５２】
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２００ａ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。
【００５３】
高電圧検出回路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電圧検出回路１３０がオンとなる。本実施の形態では、高電圧検出回路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。
【００５４】
また、増幅回路１１０は、高電圧検出回路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。
【００５５】
このようにして高電圧検出回路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。
【００５６】
デッドタイムコントロール回路１１１では、高電圧検出回路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。
【００５７】
一方、通常時（３Ｖ出力端子２００ａ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２００ａ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。
【００５８】
次に、２Ｖ出力端子２００ｂから２Ｖ電圧を出力する時の動作について説明する。
【００５９】
電源投入（図示せず）されると、増幅回路１１０及び２１０、デッドタイムコントロール回路１１１及び２１１、比較回路１１２及び２１２、基準電圧発生回路１１５及び２１５、三角波発生回路１１８が起動する。電源投入直後、出力は０Ｖである。
【００６０】
出力電圧検出回路２０９により出力電圧の状態を０Ｖと検出し、増幅器２１６により基準電圧発生回路２１５の基準電圧との誤差増幅をする。このとき、増幅器２１６の出力はＬ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２１５が電圧を発生し、デッドタイムコントロール回路２１１で発生される信号が図３（ａ）の波形Ｄのような動作をする。この時、三角波発生回路１１８の出力信号Ｔと図３（ａ）の波形Ｄとで比較された出力、すなわち、図３（ｂ）に図示した波形が比較器２１９ａより出力される。よって、電源投入されると、図３（ｂ）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ＯＮ／ＯＦＦパルスが印加され、コイル２０３の２次側から出力パルスを得ることになる。
【００６１】
ダイオード２０４はトランジスタ２０２がＯＦＦの時コイル２０３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様に作用し、コンデンサ２０５は出力パルスを平滑する様作用する。また、出力パルスはコイル２０７ａ、コンデンサ２０７ｂ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２００ｂに出力電圧として伝えられる。
【００６２】
次に発生した出力電圧は、出力電圧検出回路２０９に再び送られ、出力電圧検出回路２０９はＨを検出し、増幅回路２１０で誤差増幅、比較回路２１２で比較の処理を行い、図３（ｂ）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。また、出力電圧検出回路２０９で検出された電圧は保護回路２１３に送られ、出力電圧がショートされた時に基準電圧２２１と出力電圧検出回路２０９から伝えられるＬ信号とを比較した比較器２０の出力がトランジスタ２０２をＯＦＦさせる様に作用する。
【００６３】
次に、コイル２０３の入出力がショートした時について説明する。
【００６４】
コイル２０３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２０３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、２Ｖ出力端子２００ｂ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２０９に入力され、電圧値が所定値を超える場合は高電圧伝達回路２３０がオンになり増幅回路２１０がカットオフとなる。また、電圧値が所定値以下の場合は、高電圧伝達回路２３０がカットオフとなり、増幅回路２１０がオンとなる。
【００６５】
高電圧伝達回路２３０では、出力電圧検出回路２０９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電圧伝達回路２３０がオンとなる。本実施の形態では、高電圧伝達回路２３０は１個のダイオード２３１で構成されており、高電圧検出回路１３０内のダイオード１３１ａに直列接続されている。つまり、ダイオード２３０とダイオード１３１ａとで、高電圧検出回路１３０内と同等の構成を実現できている。
【００６６】
また、増幅回路２１０は、高電圧伝達回路２３０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２１０がオンになるように動作する。なお増幅回路２１０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、高電圧伝達回路２３０と増幅回路２１０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。
【００６７】
このようにして高電圧伝達回路２３０で検出した高電圧は、高電圧検出回路１３０に入力される。高電圧検出回路１３０では、前述のコイル１０３にショートが発生し高電圧が印加された時と同様に、デッドタイムコントロール回路１１１を制御する。
【００６８】
デッドタイムコントロール回路１１１では、高電圧検出回路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。
【００６９】
このようにスイッチングトランジスタ１０２のスイッチングが停止することにより出力電圧がＬとなる。このＬ信号が出力電圧検出回路１０９を介して保護回路１１３に入力される。保護回路１１３は図２に示すように基準電圧発生回路１２１からの基準電圧と比較され、入力電圧が基準電圧未満であればＨ信号を出力する。本説明では入力信号はＬ信号で基準電圧未満なので、出力信号はＨ信号となる。前述したように、保護回路１１３と保護回路２１３は単一回路であり、保護回路１１３からＨ信号が出力されるということは、保護回路２１３からＨ信号が出力されるのと等価である。
【００７０】
そして、保護回路２１３から出力されたＨ信号はスイッチングトランジスタ２０２に入力され、スイッチングトランジスタ２０２はＯＦＦとなる。スイッチングトランジスタ２０２がＯＦＦになると、スイッチングトランジスタ２０２の二次側には電圧が供給されず、以降、回路を高電圧から保護することができる。
【００７１】
このように、第１または第２の安定化電源手段のうちいずれか一方が故障などで停止した場合、保護回路１１３または２１３により他方の安定化電源手段の動作も停止させるよう動作する。本実施の形態では第１及び第２の安定化電源手段のように、２個の安定化電源手段を設けた構成に基づき説明したが、安定化電源手段の数が３個以上であっても、そのうち１つの安定化電源手段が停止した場合、保護回路により全ての安定化電源手段が停止することとなる。そうすることにより、例えば本安定化電源手段を備えた電子機器を使用者が操作中に、回路の一部がショートなどにより故障した場合、全ての安定化電源手段を停止させ、電子機器の各種機能を使用できなくすることにより、電子機器が故障していることを使用者に早期に知らせることができる。
【００７２】
従来技術のように、安定化電源手段毎に動作を停止させた場合は、例えば第１の安定化電源手段が故障により動作停止した状態でも、第２の安定化電源手段は動作するため、第２の安定化電源手段から電源が供給される回路による機能は動作することとなる。したがって、回路の一部が故障しているにもかかわらず、使用者はこの故障状態を知らないまま他の機能を使用できてしまい、故障発見が遅れてしまうという問題がある。例えばビデオカメラの場合、第１の安定化電源手段に記録再生回路（メカニズムの駆動回路や映像信号処理回路など）が接続され、第２の安定化電源手段に撮像手段（レンズ制御回路など）が接続されていて、第１の安定化電源手段が故障したとしても第２の安定化電源手段は動作しているため、記録再生回路による記録動作は停止しても撮像手段による撮像動作は実行される。すると使用者は、撮像手段が動作しているので良好に撮影及び記録が行われているものと思っているにも関わらず、実際には記録再生回路が停止しているため記録動作は行われていないということとなる。
【００７３】
本実施の形態では、複数の安定化電源手段のうち１つでも安定化電源手段が停止した時は全ての安定化電源手段を停止させ、内部回路への電源供給を停止させて回路が持つ機能を停止させることにより、故障状態を使用者に早期に知らせることができる。
【００７４】
以上のように本実施の形態によれば、コイル１０３のショートによる３Ｖ出力側の回路保護が可能なのはもちろん、コイル２０３のショートによる２Ｖ出力側の回路保護も可能になる。なおかつ、２Ｖ出力側において１個のダイオードからなる高電圧伝達回路２３０を設け、高電圧検出回路１３０に接続してデッドタイムコントロールさせることで、安価な構成で両出力の回路保護を行うことができる。つまり、出力電圧系統数をｎとすると、ｎ＋１個のダイオード追加という最小部品点数で実現することができるものである。
【００７５】
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。また、出力電圧は２チャンネルとしたが、ｎチャンネルとしても当然かまわない。
【００７６】
【発明の効果】
以上のように本発明は、スイッチング出力の抵抗分割信号を前記のデッドタイムコントロール回路に伝え作動するダイオードで構成された高電圧伝達回路によって、いずれの出力電源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高電圧検出回路、高出力伝達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、ヒューズの様に非復帰型で発煙等の不安感を与えず確実かつ正確に安価で電源素子を保護できる安定化電源装置が得られ、出力電圧系統をｎとすると、ｎ＋１のダイオード追加という最小部品点数で小型・軽量かつ低コストで高性能な絶対安全を確保できる安定化電源装置が得られることとなる。
【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
【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
２３０ 高電圧伝達回路
【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。この様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（例えば特許文献１参照）。
【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は電池や交流電源などから電源が入力される入力端子、２００ａは３Ｖ電圧を出力する３Ｖ出力端子、２００ｂは２Ｖ電圧を出力する２Ｖ出力端子、１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、２ａ及び２ｂ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、３ａ及び３ｂはコイル、４ａ及び４ｂはダイオード、５ａ及び５ｂ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及び６ｃはフィルター回路を構成するコンデンサ、７ａ及び７ｃは出力フィルター回路を構成するコイル、７ｂ及び７ｄ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。８ａ及び８ｂは電源制御手段である電源制御回路、９ａ及び９ｂは電源制御回路８ａ及び８ｂを構成する出力電圧検出手段である出力電圧検出回路、１０ａ及び１０ｂは電源制御回路８ａ及び８ｂを構成し出力電圧検出回路９ａ及び９ｂ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、１１ａ及び１１ｂは電源制御回路８ａ及び８ｂを構成しＰＷＭ制御の動作点を決めるため増幅回路１０ａ及び１０ｂ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、１２ａ及び１２ｂは電源制御回路８ａ及び８ｂを構成しデッドタイムコントロール回路１１ａ及び１１ｂ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２ａ及び２ｂ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、１３ａ及び１３ｂは電源制御回路８ａ及び８ｂ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２ａ及び２ｂの動作を停止させる保護手段である保護回路、３０ａ〜３０ｂは電源制御回路８ａ及び８ｂ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電圧検出回路である。高電圧検出回路３０は出力電圧検出回路９ａ及び９ｂで検出した電圧が高電圧になったことを検出するもので、「高出力電圧」とは本構成では三角波の電圧よりも大きい値を差し、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。
【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〜１４ｄは出力電圧検出回路９ａ及び９ｂを構成する抵抗、１５ａ及び１５ｂは増幅回路１０ａ及び１０ｂを構成する基準電圧発生回路、１６ａ及び１６ｂは増幅回路１０ａ及び１０ｂを構成する増幅器、１７ａ及び１７ｂはデッドタイムコントロール回路１１ａを構成する抵抗、１７ｃ及び１７ｄはデッドタイムコントロール回路１１ｂを構成する抵抗、１７ｅ及び１７ｆはデッドタイムコントロール回路１１ａ及び１１ｂを構成するコンデンサ、１８は比較回路１２ａを構成する三角波発生回路、１９ａ及び１９ｄは比較回路１２ａ及び１２ｂを構成する比較器、１９ｂ及び１９ｃは比較回路１２ａ及び１２ｂを構成するプルアップ抵抗、２０ａ及び２０ｃは保護回路１３ａ及び１３ｂを構成する比較器、２０ｂ及び２０ｄは保護回路１３ａ及び１３ｂを構成するプルアップ抵抗、２１ａ及び２１ｂは保護回路１３ａ及び１３ｂを構成する基準電圧発生回路、２２は全回路停止回路である。
【０００６】
図３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１１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１２の出力信号、同図（ｄ）は高電圧検出回路３０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１１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】
まず、安定した電圧を得るための基本動作について、３Ｖ出力端子２００ａから出力を得る構成を例に説明する。なお、２Ｖ出力端子２００ｂから出力を得る場合は、異なる回路を用いるが動作はほぼ同様であるため説明は省略する。
【０００９】
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１０ａ、デッドタイムコントロール回路１１ａ、比較回路１２ａ、基準電圧発生回路１５ａ、三角波発生回路１８ａが起動する。
【００１０】
電源投入直後、出力は０Ｖである。出力電圧検出回路９ａにより出力電圧の状態を０Ｖと検出し、増幅器１６ａにおいて基準電圧発生回路１５ａの基準電圧との誤差増幅をする。このとき、増幅器１６ａ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１５ａが基準電圧を発生し、その基準電圧と出力電圧検出回路９ａからの電圧とを誤差増幅した電圧が増幅回路１０ａから出力される。増幅回路１０ａから出力された電圧はデッドタイムコントロール回路１１ａ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。
【００１１】
デッドタイムコントロール回路１１ａから出力されたＤ信号は比較回路１２ａに入力され、比較回路１２ａ内で三角波発生回路１８ａの出力信号（図３（ｂ）のＴ信号）と比較される。比較回路１２ａ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１２ａより出力される。
【００１２】
図３（ｃ）に示すような比較回路１２ａの出力信号がスイッチングトランジスタ２ａに入力され、スイッチングトランジスタ２ａはＮＰＮ型であるため、比較回路１２ａ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３ａの２次側から安定した出力パルスを得ることになる。
【００１３】
なお、ダイオード４ａはスイッチングトランジスタ２ａがオフの時、コイル３ａ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５ａ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、３Ｖ出力端子２００ａに出力電圧として伝えられる。
【００１４】
次に発生した出力電圧は、出力電圧検出回路９ａに再び送られ、出力電圧検出回路９ａはハイレベル（以下、Ｈと略す）を検出し、増幅回路１０ａで誤差増幅、比較回路１２ａ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２ａ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２ａ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。
【００１５】
次に、保護回路１３ａの動作について説明する。
【００１６】
出力電圧検出回路９ａで検出された電圧は、保護回路１３ａにも送られている。保護回路１３ａ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２ａ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９ａで検出した電圧値と、基準電圧発生回路２１ａ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９ａ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２ａをオフさせるよう制御するものである。
【００１７】
次に、３Ｖ出力端子２００ａや電源制御回路８ａ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。
【００１８】
コイル３ａ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３ａ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、３Ｖ出力端子２００ａ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９ａに入力され、電圧値が所定値を超える場合は高電圧検出回路３０ａがオンになり増幅回路１０ａがカットオフとなる。また、電圧値が所定値以下の場合は、高電圧検出回路３０ａがカットオフとなり、増幅回路１０ａがオンとなる。
【００１９】
高電圧検出回路３０ａでは、出力電圧検出回路９ａ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電圧検出回路３０ａがオンとなる。本構成では、高電圧検出回路３０ａはダイオード３１ａと３１ｂのように２個のダイオードで構成した。
【００２０】
また、増幅回路１０ａは、高電圧検出回路３０ａ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１０ａがオンになるように動作する。なお増幅回路１０ａ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、高電圧検出回路３０ａと増幅回路１０ａ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。
【００２１】
このようにして高電圧検出回路３０ａで検出した高電圧は、デッドタイムコントロール回路１１ａに入力される。
【００２２】
デッドタイムコントロール回路１１ａでは、高電圧検出回路３０ａ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１２ａに出力する。比較回路１２ａでは、デッドタイムコントロール回路１１ａからのＨレベル信号（図３（ｄ）のＤ信号）と三角波発生回路１８ａ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２ａに入力されると、スイッチングトランジスタ２ａ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２ａは比較回路１２ａ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２ａよりも出力側へ流れるのを停止させることができる。
【００２３】
一方、通常時（３Ｖ出力端子２００ａ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、３Ｖ出力端子２００ａとともに出力電圧検出回路９ａにも入力される、出力電圧検出回路９ａに入力された電圧は高電圧検出回路３０ａと増幅回路１０ａとに入力されるが、入力電圧が正常値（つまり増幅回路１０ａのダイナミックレンジ内の電圧値）であるため、高電圧検出回路３０ａはカットオフとなり、増幅回路１０ａ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。
【００２４】
以上の３Ｖ電源出力と同様に２Ｖ電源出力を２Ｖ出力端子２００ｂから得るには、スイッチングトランジスタ２ｂ、コイル３ｂ及び７ｃ、ダイオード４ｂ、コンデンサ５ｂ及び６ｃ及び７ｄ、電源制御回路８ｂを用いて、同様に動作させることで、２Ｖ出力端子２００ｂから２Ｖ出力を得ることができる。また、コイル３ｂがショートして入出力がショートしたとしても、高電圧検出回路３０ｂとデッドタイムコントロール回路１１ｂの動作によりスイッチングトランジスタ２ｂをＯＦＦにし、回路を保護するようにしている。
【００２５】
さらに、保護回路１３ａ、１３ｂはいずれかが動作すると、相手側の動作を止める全回路停止動作をし、全システムが停止することとなる。
【００２６】
【特許文献１】
実開平０５−５０９９２号公報
【００２７】
【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、１電源出力のシステムに対しては高出力検出回路３０ａ及び３０ｂを構成するダイオードをそれぞれ２点設け、２電源出力のシステムに対してはさらにダイオードを２点設け、ｎ電源出力のシステムについては２×ｎのダイオードを設けなくてはならず、出力電源数に対しダイオードの数が２倍必要であり、部品点数が多くコストアップになってしまうという問題点を有していた。
【００２８】
本発明は上記従来の問題点を解決するもので、高出力伝達ダイオードを設け、ｎ＋１のダイオードを構成するだけでいずれの出力電圧にスイッチング様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スイッチングトランジスタが発煙破壊する又は、ヒューズが切れるといった不安定な保護動作で電源回路を保護するのではく正確かつ確実に最小限の部品構成で電源回路を保護する安定化電源装置を提供することを目的とする。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決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第１及び第２のスイッチ手段と、前記第１のスイッチ手段のスイッチング動作を制御するとともに前記第１のスイッチ手段から所定電圧よりも高い電圧が出力された時は前記第１のスイッチ手段のスイッチング動作を停止させるよう制御する第１の電源制御手段と、前記第２のスイッチ手段のスイッチング動作を制御するとともに前記第２のスイッチ手段から所定電圧よりも高い電圧が出力された時は前記第１の電源制御手段に前記高電圧を伝達し前記第１のスイッチ手段のスイッチング動作を停止させるよう制御する第２の電源制御手段と、前記第１または第２のスイッチ手段からの出力電圧が所定値よりも低くなった時に前記第１及び第２のスイッチ手段の動作を停止させる保護手段とを備え、前記第２の電源制御手段に所定電圧よりも高い電圧が入力された時、前記高電圧を前記第１の電源制御手段に伝達して前記第１のスイッチ手段の動作を停止させ、前記第１のスイッチ手段の動作停止に伴う電圧低下により前記保護手段が前記第２のスイッチ手段の動作を停止させるものである。
【００３０】
この構成によって、いずれの出力電圧端子に高い電圧が発生した場合に、高出力を高出力伝達回路によって高電圧検出回路に伝えることができる。伝えられた電圧は高電圧検出回路により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、ヒューズの様に非復帰型で発煙等の不安感を与えず確実かつ正確に安価で電源素子を保護できる安定化電源装置が得られる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１〜３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第１及び第２のスイッチ手段と、前記第１のスイッチ手段のスイッチング動作を制御するとともに前記第１のスイッチ手段から所定電圧よりも高い電圧が出力された時は前記第１のスイッチ手段のスイッチング動作を停止させるよう制御する第１の電源制御手段と、前記第２のスイッチ手段のスイッチング動作を制御するとともに前記第２のスイッチ手段から所定電圧よりも高い電圧が出力された時は前記第１の電源制御手段に前記高電圧を伝達し前記第１のスイッチ手段のスイッチング動作を停止させるよう制御する第２の電源制御手段と、前記第１または第２のスイッチ手段からの出力電圧が所定値よりも低くなった時に前記第１及び第２のスイッチ手段の動作を停止させる保護手段とを備え、前記第２の電源制御手段に所定電圧よりも高い電圧が入力された時、前記高電圧を前記第１の電源制御手段に伝達して前記第１のスイッチ手段の動作を停止させ、前記第１のスイッチ手段の動作停止に伴う電圧低下により前記保護手段が前記第２のスイッチ手段の動作を停止させるものであり、これにより、最小部品点数で小型・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。
【００３２】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図３を用いて説明する。
【００３３】
（実施の形態１）
図１は本発明の安定化電源装置の構成図であり、図１において、１００ａは電池や交流電源などから非安定電源が入力される入力端子、２００ａは３Ｖ電圧が出力される３Ｖ出力端子、２００ｂは２Ｖ電圧が出力される２Ｖ出力端子で、例えばビデオカメラの場合、３Ｖ電圧は記録再生手段に供給し、２Ｖ電圧は表示手段及び撮像手段に供給する。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である。
【００３４】
１０２及び２０２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第１及び第２のスイッチ手段であるスイッチングトランジスタで、ベースにＨ信号が入力されると出力がＬとなり、ベースにＬ信号が入力されるとＨ信号が出力される動作をするＮＰＮ型トランジスタを用いた。１０３及び２０３はコイル、１０４及び２０４はダイオードで、コイル１０３及び２０３とダイオード１０４及び２０４とで平滑手段である平滑回路を構成している。またコイル１０３及び２０３のインダクタンスを異ならせることにより、３Ｖ出力端子２００ａに３Ｖ電圧を出力させることができ、２Ｖ出力端子２００ｂに２Ｖ電圧を出力させることができる。１０５及び２０５は平滑用のフィルター回路を構成するコンデンサで、１０６ａはフィルター回路を構成するコイル、１０６ｂ及び２０６ｂはフィルター回路を構成するコンデンサ、１０７ａ及び２０７ａは出力フィルター回路を構成するコイル、１０７ｂ及び２０７ｂ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。
【００３５】
１０８及び２０８は第１及び第２の電源制御手段である電源制御回路で、電源制御回路１０８は出力電圧検出回路１０９と増幅回路１１０とデッドタイムコントロール回路１１１と比較回路１１２と保護回路１１３とを備えている。また電源制御回路２０８は出力電圧検出回路２０９と増幅回路２１０とデッドタイムコントロール回路２１１と比較回路２１２と保護回路２１３とを備えている。なお保護回路１１３及び２１３は電源制御回路１０８及び２０８外に設けてもよい。
【００３６】
１０９及び２０９は電源制御回路１０８及び２０８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及び２１０は電源制御回路１０８及び２０８を構成し出力電圧検出回路１０９及び２０９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及び２１１は電源制御回路１０８及び２０８を構成しＰＷＭ制御の動作点を決めるため増幅回路１１０及び２１０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及び２１２は電源制御回路１０８及び２０８を構成しデッドタイムコントロール回路１１１及び２１１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及び２０２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及び２１３は電源制御回路１０８及び２０８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及び２０２の動作を停止させる保護手段である保護回路で、図示では２個の保護回路を設けたように記載しているが、実際は１個の保護回路で構成され、出力電圧検出回路１０９及び２０９の出力が１個の保護回路に接続されている。図示は説明をわかりやすくするために２個の保護回路を表現した。また本実施の形態の保護回路１１３及び２１３は、ＯＲ回路で構成され、出力電圧検出回路１０９及び２０９のいずれか一方からＬｏｗ信号（低電圧）が入力されるとＨｉ信号を出力する。１３０は電源制御回路１０８及び２０８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電圧検出回路、２３０は出力電圧検出回路２０９からの高出力電圧を高電圧検出回路１３０に伝達する高電圧伝達回路で、１個のダイオードからなり、この回路の出力は高電圧検出回路１３０内の２個のダイオードのうち一方のダイオードに直列接続されている。
【００３７】
上記構成において、スイッチングトランジスタ１０２、コイル１０３及び１０７ａ、ダイオード１０４，コンデンサ１０５及び１０７ｂ、電源制御回路１０８で、第１の安定化電源手段を構成している。また、スイッチングトランジスタ２０２、コイル２０３及び２０７ａ、ダイオード２０４，コンデンサ２０５及び２０７ｂ、電源制御回路２０８で、第２の安定化電源手段を構成している。
【００３８】
図２に電源制御回路の詳細構成図を示す。図２において、１０９ａは出力電圧検出回路１０９を構成する抵抗、１０９ｂ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、１１６は増幅回路１１０を構成する増幅器、１１７ａはデッドタイムコントロール回路１１１を構成する抵抗、１１７ｃ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、１１７ｂ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を構成する三角波発生回路、１１９ａは比較回路１１２を構成する比較器、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装置である。１３１ａは高電圧検出回路１３０を構成するダイオード、１３１ｂも高電圧検出回路１３０を構成するダイオードである。
【００３９】
２０９ａは出力電圧検出回路２０９を構成する抵抗、２０９ｂは出力電圧検出回路２０９を構成する抵抗、２１５は増幅回路２１０を構成する基準電圧発生回路、２１６は増幅回路２１０を構成する増幅器、２１７ａはデッドタイムコントロール回路２１１を構成する抵抗、２１７ｂはデッドタイムコントロール回路２１１を構成する抵抗、２１７ｃはデッドタイムコントロール回路２１１を構成するコンデンサ、２１９ａは比較回路２１２を構成する比較器、２１９ｂは比較回路２１２を構成するプルアップ抵抗である。２２０ａは保護回路２１３を構成する比較器、２２０ｂは保護回路２１３を構成するプルアップ抵抗、２２１は保護回路２１３を構成する基準電圧発生回路である。また、２３１は高電圧伝達回路２３０を構成するダイオードである。
【００４０】
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である。
【００４１】
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１〜図３を用いてその動作を説明する。
【００４２】
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。
【００４３】
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及び２１０、デッドタイムコントロール回路１１１及び２１１、比較回路１１２及び２１２、基準電圧発生回路１１５及び２１５、三角波発生回路１１８が起動する。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
次に、保護回路１１３の動作について説明する。
【００５０】
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。保護回路１１３は保護回路２１３とともに１つの保護回路を構成しており、前述のように出力電圧検出回路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をオフさせるとともに、保護回路２１３はスイッチングトランジスタ２０２をオフさせるよう制御する。
【００５１】
次に、出力端子２００ａ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。
【００５２】
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２００ａ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。
【００５３】
高電圧検出回路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電圧検出回路１３０がオンとなる。本実施の形態では、高電圧検出回路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。
【００５４】
また、増幅回路１１０は、高電圧検出回路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。
【００５５】
このようにして高電圧検出回路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。
【００５６】
デッドタイムコントロール回路１１１では、高電圧検出回路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。
【００５７】
一方、通常時（３Ｖ出力端子２００ａ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２００ａ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。
【００５８】
次に、２Ｖ出力端子２００ｂから２Ｖ電圧を出力する時の動作について説明する。
【００５９】
電源投入（図示せず）されると、増幅回路１１０及び２１０、デッドタイムコントロール回路１１１及び２１１、比較回路１１２及び２１２、基準電圧発生回路１１５及び２１５、三角波発生回路１１８が起動する。電源投入直後、出力は０Ｖである。
【００６０】
出力電圧検出回路２０９により出力電圧の状態を０Ｖと検出し、増幅器２１６により基準電圧発生回路２１５の基準電圧との誤差増幅をする。このとき、増幅器２１６の出力はＬ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２１５が電圧を発生し、デッドタイムコントロール回路２１１で発生される信号が図３（ａ）の波形Ｄのような動作をする。この時、三角波発生回路１１８の出力信号Ｔと図３（ａ）の波形Ｄとで比較された出力、すなわち、図３（ｂ）に図示した波形が比較器２１９ａより出力される。よって、電源投入されると、図３（ｂ）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ＯＮ／ＯＦＦパルスが印加され、コイル２０３の２次側から出力パルスを得ることになる。
【００６１】
ダイオード２０４はトランジスタ２０２がＯＦＦの時コイル２０３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様に作用し、コンデンサ２０５は出力パルスを平滑する様作用する。また、出力パルスはコイル２０７ａ、コンデンサ２０７ｂ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２００ｂに出力電圧として伝えられる。
【００６２】
次に発生した出力電圧は、出力電圧検出回路２０９に再び送られ、出力電圧検出回路２０９はＨを検出し、増幅回路２１０で誤差増幅、比較回路２１２で比較の処理を行い、図３（ｂ）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。また、出力電圧検出回路２０９で検出された電圧は保護回路２１３に送られ、出力電圧がショートされた時に基準電圧２２１と出力電圧検出回路２０９から伝えられるＬ信号とを比較した比較器２０の出力がトランジスタ２０２をＯＦＦさせる様に作用する。
【００６３】
次に、コイル２０３の入出力がショートした時について説明する。
【００６４】
コイル２０３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２０３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、２Ｖ出力端子２００ｂ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２０９に入力され、電圧値が所定値を超える場合は高電圧伝達回路２３０がオンになり増幅回路２１０がカットオフとなる。また、電圧値が所定値以下の場合は、高電圧伝達回路２３０がカットオフとなり、増幅回路２１０がオンとなる。
【００６５】
高電圧伝達回路２３０では、出力電圧検出回路２０９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電圧伝達回路２３０がオンとなる。本実施の形態では、高電圧伝達回路２３０は１個のダイオード２３１で構成されており、高電圧検出回路１３０内のダイオード１３１ａに直列接続されている。つまり、ダイオード２３０とダイオード１３１ａとで、高電圧検出回路１３０内と同等の構成を実現できている。
【００６６】
また、増幅回路２１０は、高電圧伝達回路２３０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２１０がオンになるように動作する。なお増幅回路２１０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、高電圧伝達回路２３０と増幅回路２１０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。
【００６７】
このようにして高電圧伝達回路２３０で検出した高電圧は、高電圧検出回路１３０に入力される。高電圧検出回路１３０では、前述のコイル１０３にショートが発生し高電圧が印加された時と同様に、デッドタイムコントロール回路１１１を制御する。
【００６８】
デッドタイムコントロール回路１１１では、高電圧検出回路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。
【００６９】
このようにスイッチングトランジスタ１０２のスイッチングが停止することにより出力電圧がＬとなる。このＬ信号が出力電圧検出回路１０９を介して保護回路１１３に入力される。保護回路１１３は図２に示すように基準電圧発生回路１２１からの基準電圧と比較され、入力電圧が基準電圧未満であればＨ信号を出力する。本説明では入力信号はＬ信号で基準電圧未満なので、出力信号はＨ信号となる。前述したように、保護回路１１３と保護回路２１３は単一回路であり、保護回路１１３からＨ信号が出力されるということは、保護回路２１３からＨ信号が出力されるのと等価である。
【００７０】
そして、保護回路２１３から出力されたＨ信号はスイッチングトランジスタ２０２に入力され、スイッチングトランジスタ２０２はＯＦＦとなる。スイッチングトランジスタ２０２がＯＦＦになると、スイッチングトランジスタ２０２の二次側には電圧が供給されず、以降、回路を高電圧から保護することができる。
【００７１】
このように、第１または第２の安定化電源手段のうちいずれか一方が故障などで停止した場合、保護回路１１３または２１３により他方の安定化電源手段の動作も停止させるよう動作する。本実施の形態では第１及び第２の安定化電源手段のように、２個の安定化電源手段を設けた構成に基づき説明したが、安定化電源手段の数が３個以上であっても、そのうち１つの安定化電源手段が停止した場合、保護回路により全ての安定化電源手段が停止することとなる。そうすることにより、例えば本安定化電源手段を備えた電子機器を使用者が操作中に、回路の一部がショートなどにより故障した場合、全ての安定化電源手段を停止させ、電子機器の各種機能を使用できなくすることにより、電子機器が故障していることを使用者に早期に知らせることができる。
【００７２】
従来技術のように、安定化電源手段毎に動作を停止させた場合は、例えば第１の安定化電源手段が故障により動作停止した状態でも、第２の安定化電源手段は動作するため、第２の安定化電源手段から電源が供給される回路による機能は動作することとなる。したがって、回路の一部が故障しているにもかかわらず、使用者はこの故障状態を知らないまま他の機能を使用できてしまい、故障発見が遅れてしまうという問題がある。例えばビデオカメラの場合、第１の安定化電源手段に記録再生回路（メカニズムの駆動回路や映像信号処理回路など）が接続され、第２の安定化電源手段に撮像手段（レンズ制御回路など）が接続されていて、第１の安定化電源手段が故障したとしても第２の安定化電源手段は動作しているため、記録再生回路による記録動作は停止しても撮像手段による撮像動作は実行される。すると使用者は、撮像手段が動作しているので良好に撮影及び記録が行われているものと思っているにも関わらず、実際には記録再生回路が停止しているため記録動作は行われていないということとなる。
【００７３】
本実施の形態では、複数の安定化電源手段のうち１つでも安定化電源手段が停止した時は全ての安定化電源手段を停止させ、内部回路への電源供給を停止させて回路が持つ機能を停止させることにより、故障状態を使用者に早期に知らせることができる。
【００７４】
以上のように本実施の形態によれば、コイル１０３のショートによる３Ｖ出力側の回路保護が可能なのはもちろん、コイル２０３のショートによる２Ｖ出力側の回路保護も可能になる。なおかつ、２Ｖ出力側において１個のダイオードからなる高電圧伝達回路２３０を設け、高電圧検出回路１３０に接続してデッドタイムコントロールさせることで、安価な構成で両出力の回路保護を行うことができる。つまり、出力電圧系統数をｎとすると、ｎ＋１個のダイオード追加という最小部品点数で実現することができるものである。
【００７５】
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。また、出力電圧は２チャンネルとしたが、ｎチャンネルとしても当然かまわない。
【００７６】
【発明の効果】
以上のように本発明は、スイッチング出力の抵抗分割信号を前記のデッドタイムコントロール回路に伝え作動するダイオードで構成された高電圧伝達回路によって、いずれの出力電源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高電圧検出回路、高出力伝達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、ヒューズの様に非復帰型で発煙等の不安感を与えず確実かつ正確に安価で電源素子を保護できる安定化電源装置が得られ、出力電圧系統をｎとすると、ｎ＋１のダイオード追加という最小部品点数で小型・軽量かつ低コストで高性能な絶対安全を確保できる安定化電源装置が得られることとなる。
【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
【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
２３０ 高電圧伝達回路
Claims (3)
- 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第１及び第２のスイッチ手段と、前記第１のスイッチ手段のスイッチング動作を制御するとともに前記第１のスイッチ手段から所定電圧よりも高い電圧が出力された時は前記第１のスイッチ手段のスイッチング動作を停止させるよう制御する第１の電源制御手段と、前記第２のスイッチ手段のスイッチング動作を制御するとともに前記第２のスイッチ手段から所定電圧よりも高い電圧が出力された時は前記第１の電源制御手段に前記高電圧を伝達し前記第１のスイッチ手段のスイッチング動作を停止させるよう制御する第２の電源制御手段と、前記第１または第２のスイッチ手段からの出力電圧が所定値よりも低くなった時に前記第１及び第２のスイッチ手段の動作を停止させる保護手段とを備え、
前記第２の電源制御手段に所定電圧よりも高い電圧が入力された時、前記高電圧を前記第１の電源制御手段に伝達して前記第１のスイッチ手段の動作を停止させ、前記第１のスイッチ手段の動作停止に伴う電圧低下により前記保護手段が前記第２のスイッチ手段の動作を停止させることを特徴とする安定化電源装置。 - 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第１のスイッチ手段と、前記第１のスイッチ手段の出力電圧を平滑する第１の平滑手段と、前記第１の平滑手段で平滑された前記第１の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第１の増幅手段と、前記第１の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第１の増幅手段の出力の直流電位を決定する第１のデッドタイムコントロール手段と、前記第１の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第１のスイッチ手段のスイッチング動作を制御する第１の比較手段と、前記第１の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第１の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とからなる第１の安定化電源手段と、
入力電圧をスイッチングして出力する第２のスイッチ手段と、前記第２のスイッチ手段の出力電圧を平滑する第２の平滑手段と、前記第２の平滑手段で平滑された前記第２の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第２の増幅手段と、前記第２の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第２の増幅手段の出力の直流電位を決定する第２のデッドタイムコントロール手段と、前記第２の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第２のスイッチ手段のスイッチング動作を制御する第２の比較手段と、前記第２の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高出力電圧検出手段に前記高い電圧を伝達する高出力電圧伝達手段とからなる第２の安定化電源手段と、
前記第１または第２の平滑手段からの出力電圧が所定値よりも低くなった時に前記第１及び第２のスイッチ手段の動作を停止させる保護手段とからなり、
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、前記第１の比較手段は前記第１のスイッチ手段の動作を停止させ、
前記高出力電圧伝達手段に所定電圧よりも高い電圧が入力された時、前記高出力電圧伝達手段は前記高出力電圧検出手段に高電圧を伝達して前記第１のスイッチ手段の動作を停止させ、前記第１のスイッチ手段の動作停止に伴う電圧低下により前記保護手段が前記第２のスイッチ手段の動作を停止させることを特徴とする安定化電源装置。 - 高出力電圧検出手段は直列接続された第１及び第２のダイオードからなり、高出力電圧伝達手段は第３のダイオードからなり、前記第３のダイオードは前記第１のダイオードのみに直列接続されていることを特徴とする請求項２記載の安定化電源装置。
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| JP2002323448A JP2004159444A (ja) | 2002-11-07 | 2002-11-07 | 安定化電源装置 |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006006407A1 (ja) * | 2004-07-14 | 2006-01-19 | Rohm Co., Ltd | 電源装置 |
| JP2008054384A (ja) * | 2006-08-23 | 2008-03-06 | Hitachi Ltd | 電力変換装置 |
| JP2010220415A (ja) * | 2009-03-17 | 2010-09-30 | Toshiba Tec Corp | 直流電源装置 |
-
2002
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