JP2005130593A

JP2005130593A - 降圧型チョッパ回路

Info

Publication number: JP2005130593A
Application number: JP2003363132A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Suzuki; 健一鈴木; Kenichi Kubota; 健一久保田; Kenichi Yoshida; 健一善田
Original assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2003-10-23
Filing date: 2003-10-23
Publication date: 2005-05-19

Abstract

【課題】本発明は、整流スイッチの状態と出力電圧の状態を監視することで、整流スイッチの短絡障害による負荷への二次障害を防止する降圧型チョッパ回路を提供する。
【解決手段】ＭＯＳＦＥＴで構成した整流スイッチＳ１及び転流スイッチＳ２を備えた降圧型チョッパ回路において、整流スイッチＳ１のゲート端子及び転流スイッチＳ２のドレイン端子に制御回路１０を接続し、この制御回路１０は、整流スイッチＳ１が短絡状態にあるか否かを検出し、整流スイッチＳ１のゲート電圧がオフの状態で、転流スイッチＳ２のドレイン電圧が上昇した場合に、転流スイッチＳ２をオンさせるとともに、入力側に設けたヒューズＦを切断することにより負荷側の電圧上昇を抑えるように構成してあることを特徴とする降圧型チョッパ回路。
【選択図】図１

Description

本発明は、スイッチング電源回路に関するものであり、特に負荷の過電圧対策した降圧型チョッパ回路に関するものである。

従来の降圧型チョッパ回路に設けた整流スイッチＳ１が短絡状態で故障した場合、入出力が絶縁されていないため、出力端に高い電圧が発生してしまう。負荷装置がＣＰＵなどで高価なものの場合、電源故障における二次障害の影響が大きくなる。

そこで、例えば、図４に示すような、整流スイッチＳ１の入力端にヒューズＦを接続し、転流スイッチＳ２に並列に還流ダイオードＤを接続してあるものがある（特許文献１参照）。整流スイッチＳ１がショートすると、転流スイッチＳ２をオンさせて、短絡ループが形成され、ヒューズＦが溶断して短絡ループが開になり、負荷に流れる電流が遮断されるようにしてある。整流スイッチＳ２がショートすると、整流スイッチＳ２がオンし、ヒューズＦが溶断して負荷は保護される。
特開平９−２４７９２７号公報

しかしながら、上記構成の降圧型チョッパ回路では、整流スイッチＳ１の状態の検出を行わないため、外来ノイズ等による過電圧との整流スイッチの故障の区別がつかない。このため過電圧回路が動作してしまうと、状況にかかわらずヒューズが切断してしまうという課題がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、整流スイッチの状態と出力電圧の状態を監視することで、整流スイッチの短絡障害による負荷への二次障害を防止する降圧型チョッパ回路を提供する。

上記課題を解決するために、本発明降圧型チョッパ回路は、ＭＯＳＦＥＴで構成した整流スイッチ及び転流スイッチを備えた降圧型チョッパ回路において、前記整流スイッチのゲート端子及び転流スイッチのドレイン端子に制御回路を接続し、この制御回路は、前記整流スイッチが短絡状態にあるか否かを検出し、前記整流スイッチのゲート電圧がオフの状態で、転流スイッチのドレイン電圧が上昇した場合に、前記転流スイッチをオンさせるとともに、入力側に設けたヒューズを切断することにより負荷側の電圧上昇を抑えるように構成してある。

前記制御回路は、前記整流スイッチが短絡状態にあるか否かを検出し、前記整流スイッチのゲート電圧がオフの状態で、転流スイッチのドレイン電圧が上昇した場合に、前記整流スイッチが短絡したと判断する整流スイッチ短絡検出回路と、前記整流スイッチ短絡検出回路が前記整流スイッチが短絡したと判断した場合に、前記転流スイッチをオンさせるとともに、入力側に設けたヒューズを切断させるＰＷＭ制御回路とを備えてある。

前記整流スイッチ短絡検出回路は、前記整流スイッチのゲート端子及び前記転流スイッチのドレイン端子に接続し、前記整流スイッチのゲート電圧がオフの状態で、転流スイッチのドレイン電圧が上昇した場合に、前記転流スイッチをオンさせるようにしてある。

前記整流スイッチ短絡検出回路は比較器とＡＮＤ回路を設け、前記比較器で前記転流スイッチのドレイン電圧が基準値を超えて上昇した場合に、前記転流スイッチのドレイン電圧が上昇したと判断し、前記比較器の出力端子並びに前記整流スイッチのゲート端子に前記ＡＮＤ回路を接続し、前記整流スイッチのゲート電圧がオフの状態で、前記転流スイッチのドレイン電圧が上昇した場合に、前記整流スイッチが短絡したと判断するように構成してある。

前記制御回路は、出力電圧が基準を超えて上昇した場合に、過電圧と判断する過電圧検出回路を備え、この過電圧検出回路が過電圧と判断した際に、前記整流スイッチ及び前記転流スイッチをオフさせるＰＷＭ制御回路とを備えてある。

前記過電圧検出回路は比較器を備え、この比較器で出力電圧が基準値を超えて上昇した場合に、出力電圧が過電圧であると判断するように構成してある。

本発明によれば、整流スイッチの状態を監視することで、整流スイッチの短絡障害による負荷への二次障害を防止することができる効果がある。

また、整流スイッチの状態を監視する機能に加え、出力電圧の状態を監視する機能を設けたことにより、整流スイッチの短絡障害による負荷への二次障害を防止することができるとともに、外来ノイズ等の過電圧では通常の過電圧としてスイッチを停止させるため、安易に整流スイッチが短絡したと判断するおそれがなく、そのうえ、不必要な電源障害を取り除くことができる効果がある。

発明を実施するための最良の形態の回路図を図１に示す。本発明の降圧型チョッパ回路は、ＭＯＳＦＥＴで構成した整流スイッチＳ１及び転流スイッチＳ２を備えてあり、整流スイッチＳ１の入力端にヒューズＦの一端を接続してある。整流スイッチＳ１の出力端と負荷１の一端との間に出力チョークＬを接続し、この降圧型チョッパ回路の出力側に、且つ負荷１と並列に平滑コンデンサＣを接続してある。

整流スイッチＳ１のゲート端子及び転流スイッチＳ２のドレイン端子には制御回路１０を接続してある。この制御回路１０は、整流スイッチＳ１が短絡状態にあるか否かを検出し、整流スイッチＳ１のゲート電圧がオフの状態で、転流スイッチＳ２のドレイン電圧が上昇した場合に、転流スイッチＳ２をオンさせるとともに、前記ヒューズＦを切断することにより負荷１側の電圧上昇を抑えるように構成してある。

以上のように構成してある降圧型チョッパ回路は以下のように作用する。先ず、通常状態の場合は、整流スイッチＳ１はオンの状態にあるのに対し、転流スイッチＳ２はオフの状態にあり、負荷１に電流が流れる。

整流スイッチＳ１が短絡状態になると、転流スイッチＳ２のドレイン電圧が上昇し、これに伴い出力電圧も上昇する。これを制御回路１０が検出する。

制御回路１０は整流スイッチＳ１のゲート端子及び転流スイッチＳ２のドレインに接続してあることから、制御回路１０は整流スイッチＳ１のゲート電圧及び転流スイッチＳ２のドレインを計測し、整流スイッチＳ１の状態を判定する。整流スイッチＳ１が短絡であると判断されると、制御回路１０は転流スイッチＳ２のゲート端子にオン信号を送信し、転流スイッチＳ２はオンする。さらにヒューズＦを切断する。これにより、負荷１に過大電圧が発生することを抑えることができる。

実施例１の回路図を図２に示す。本実施例の降圧型チョッパ回路は、ＭＯＳＦＥＴで構成した整流スイッチＳ１及び転流スイッチＳ２を備えてあり、整流スイッチＳ１の入力端にヒューズＦの一端を接続してある。整流スイッチＳ１の出力端と負荷１の一端との間に出力チョークＬを接続し、この降圧型チョッパ回路の出力側に、且つ負荷１と並列に平滑コンデンサＣを接続してある。

整流スイッチＳ１及び転流スイッチＳ２の各ゲート端子には制御回路１０を接続してある。この制御回路１０は、整流スイッチ短絡検出回路１４と、過電圧検出回路１５と、ＰＷＭ制御回路１６とを備えてある。

整流スイッチ短絡検出回路１４は、整流スイッチＳ１が短絡状態にあるか否かを検出し、整流スイッチＳ１のゲート電圧がオフの状態で、転流スイッチＳ２のドレイン電圧が上昇した場合に、整流スイッチＳ１が短絡したと判断する回路である。具体例を以下で示す。

本実施例の整流スイッチ短絡検出回路１４は比較器１２及びＡＮＤ回路１３を備えてある。この比較器１２は転流スイッチＳ２のドレイン端子に接続し、比較器１２の出力は論理ＡＮＤ回路１３に入力している。またＡＮＤ回路１３は整流スイッチＳ１のゲート端子にも接続されており整流スイッチのゲート電圧がＨｉ（整流スイッチＳ１がオフ状態）と転流スイッチのドレイン電圧が比較器１２に接続してある基準電圧Ｖａより高い場合に短絡と判断するようにしてある。

過電圧検出回路１５は、出力電圧が基準を超えて上昇した場合に、過電圧と判断する回路である。具体例を以下で示す。

過電圧検出回路１５は比較器１１を備えてある。この比較器１１は出力電圧と基準電圧Ｖｂと比較し、出力電圧が基準電圧Ｖｂより高い場合には、過電圧と判断するようにしてある。

ＰＷＭ制御回路１６は整流スイッチＳ１及び転流スイッチＳ２のゲート端子に接続してあり、整流スイッチ短絡検出回路１４が整流スイッチＳ１が短絡したと判断した場合に、転流スイッチＳ２をオンさせるとともに、入力側に設けたヒューズを切断させるようにしてある。また、過電圧検出回路１５が過電圧と判断した場合には、整流スイッチＳ１及び転流スイッチＳ２をオフさせるようにしてある。

以上のように構成してある降圧型チョッパ回路は以下のように作用する。先ず、通常状態の場合について説明する。通常状態の場合の動作波形図を図３（ａ）に示す。通常状態にある場合は、整流スイッチＳ１はオンの状態にあるのに対し、転流スイッチＳ２はオフの状態にあり、入力源から流れる電流は整流スイッチＳ１及び出力チョークＬを介して負荷１に電流が流れる。この状態では整流スイッチ短絡検出回路１４及び過電圧検出回路１５は動作しない。

続いて、整流スイッチＳ１が短絡状態になった場合について説明する。整流スイッチＳ１が短絡状態になった場合の動作波形図を図３（ｂ）に示す。整流スイッチＳ１が短絡状態になると出力電圧が上昇する。出力電圧が上昇すると制御回路１０が動作し整流スイッチＳ１のゲートをオフさせる。しかしながら整流スイッチＳ１が短絡状態のため出力電圧は上昇を続けてしまう。

整流スイッチＳ１が短絡状態になると転流スイッチＳ２のドレイン電圧も上昇する。ドレイン電圧が上昇して整流スイッチ短絡検出回路１４に備えた比較器１２に接続する基準電圧Ｖａより高くなり、比較器１２から信号がＡＮＤ回路１３に出力される。また、この際、整流スイッチ短絡検出回路１４では整流スイッチＳ１のゲート電圧を計測し、整流スイッチＳ１のゲート電圧がオフの状態にあることを検出するとこの信号がＡＮＤ回路１３に出力され、短絡であると判断される。短絡であると判断されると、ＡＮＤ回路１３から転流スイッチＳ２のゲート端子にオン信号を送信し、転流スイッチＳ２はオンする。さらにヒューズＦを切断する。これにより、負荷１に過大電圧が発生することを抑えることができる。

続いて、出力電圧が単に過電圧の場合について説明する。過電圧状態の場合の動作波形図を図３（ｃ）に示す。過電圧状態の場合、出力電圧が上昇する。出力電圧が上昇すると、過電圧検出回路１５に備えた比較器１１に接続する基準電圧Ｖｂより高くなり、過電圧と判断される。これにより、比較器１１から信号が出力され、整流スイッチＳ１及び転流スイッチＳ２がオフする。

過電圧状態の場合、整流スイッチＳ１のゲート端子がオフの時に転流スイッチＳ２のドレイン電圧は上昇しない。そのため、ドレイン電圧は整流スイッチ短絡検出回路１４に備えた比較器１２に接続する基準電圧Ｖａより低い。ＡＮＤ回路１３は作動しないため、転流スイッチＳ２はオフのままである。転流スイッチＳ２はオフのままであることより、これに伴いヒューズＦを切断することもない。整流スイッチＳ１及び転流スイッチＳ２をオフ状態にしたことにより、これ以上の過電圧を防止することができる。

以上のような構成及び作用をする降圧型チョッパ回路を一実施例として取り上げたが、これは単なる一実施例に過ぎない。本発明は整流スイッチＳ１のゲート端子及び転流スイッチＳ２のドレイン端子に整流スイッチ短絡検出回路１４を接続し、整流スイッチ短絡検出回路１４は、整流スイッチＳ１が短絡状態にあるか否かを検出し、整流スイッチＳ１のゲート電圧がオフの状態で、転流スイッチのドレイン電圧が上昇した場合に、転流スイッチＳ２をオンさせるとともに、入力側に設けたヒューズＦを切断することにより負荷側の電圧上昇を抑えるように構成してあればよい。

また、本実施例では回路図を用いて説明してあるが、制御回路１０を一つ以上の集積回路に組み込むことは可能である。

本発明によれば、整流スイッチの状態を監視することで、整流スイッチの短絡障害による負荷への二次障害を防止することができる。

また、整流スイッチの状態を監視する機能に加え、出力電圧の状態を監視する機能を設けたことにより、整流スイッチの短絡障害による負荷への二次障害を防止することができるとともに、外来ノイズ等の過電圧では通常の過電圧としてスイッチを停止させるため、安易に整流スイッチが短絡したと判断するおそれがなく、そのうえ、不必要な電源障害を取り除くことができる。

本発明に係る発振回路における発明を実施するための最良の形態の回路図である。実施例１の回路図である。図２図示実施例１の動作波形図である。従来の発振回路の例を示した回路図である。

符号の説明

１負荷
１０制御回路
１１，１２比較器
１３ＡＮＤ回路
１４整流スイッチ短絡検出回路
１５過電圧検出回路
１６ＰＷＭ制御回路
Ｓ１整流スイッチ
Ｓ２転流スイッチ
Ｆヒューズ
Ｌ出力チョーク
Ｃ平滑コンデンサ

Claims

ＭＯＳＦＥＴで構成した整流スイッチ及び転流スイッチを備えた降圧型チョッパ回路において、前記整流スイッチのゲート端子及び転流スイッチのドレイン端子に制御回路を接続し、この制御回路は、前記整流スイッチが短絡状態にあるか否かを検出し、前記整流スイッチのゲート電圧がオフの状態で、転流スイッチのドレイン電圧が上昇した場合に、前記転流スイッチをオンさせるとともに、入力側に設けたヒューズを切断することにより負荷側の電圧上昇を抑えるように構成してあることを特徴とする降圧型チョッパ回路。
前記制御回路は、前記整流スイッチが短絡状態にあるか否かを検出し、前記整流スイッチのゲート電圧がオフの状態で、転流スイッチのドレイン電圧が上昇した場合に、前記整流スイッチが短絡したと判断する整流スイッチ短絡検出回路と、前記整流スイッチ短絡検出回路が前記整流スイッチが短絡したと判断した場合に、前記転流スイッチをオンさせるとともに、入力側に設けたヒューズを切断させるＰＷＭ制御回路とを備えてあることを特徴とする請求項１記載の降圧型チョッパ回路。
前記整流スイッチ短絡検出回路は、前記整流スイッチのゲート端子及び前記転流スイッチのドレイン端子に接続し、前記整流スイッチのゲート電圧がオフの状態で、転流スイッチのドレイン電圧が上昇した場合に、前記転流スイッチをオンさせるようにしてあることを特徴とする請求項２記載の降圧型チョッパ回路。
前記整流スイッチ短絡検出回路は比較器とＡＮＤ回路を設け、前記比較器で前記転流スイッチのドレイン電圧が基準値を超えて上昇した場合に、前記転流スイッチのドレイン電圧が上昇したと判断し、前記比較器の出力端子並びに前記整流スイッチのゲート端子に前記ＡＮＤ回路を接続し、前記整流スイッチのゲート電圧がオフの状態で、前記転流スイッチのドレイン電圧が上昇した場合に、前記整流スイッチが短絡したと判断するように構成してあることを特徴とする請求項３記載の降圧型チョッパ回路。
前記制御回路は、出力電圧が基準を超えて上昇した場合に、過電圧と判断する過電圧検出回路を備え、この過電圧検出回路が過電圧と判断した際に、前記整流スイッチ及び前記転流スイッチをオフさせるＰＷＭ制御回路とを備えてあることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の降圧型チョッパ回路。
前記過電圧検出回路は比較器を備え、この比較器で出力電圧が基準値を超えて上昇した場合に、出力電圧が過電圧であると判断するように構成してあることを特徴とする請求項５記載の降圧型チョッパ回路。