JP2005210845A - Power supply circuit - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、スイッチング制御により電力変換を行う電源回路に関し、特に、過電流検出機構を利用して出力短絡の判定を行う電源回路に関する。 The present invention relates to a power supply circuit that performs power conversion by switching control, and more particularly, to a power supply circuit that determines an output short circuit using an overcurrent detection mechanism.
電力源の出力をスイッチング制御により電力変換して負荷に供給する電源回路においては、故障等の要因によって負荷側で短絡が発生すると、電圧が一気に降下するとともに過電流が流れ、電源回路自体の破壊や負荷損傷の原因となり得る。 In a power supply circuit that converts the output of the power source into power by switching control and supplies it to the load, if a short circuit occurs on the load side due to a failure or other cause, the voltage drops all at once and overcurrent flows, causing damage to the power supply circuit itself Or load damage.
このため、負荷側の短絡を早期に検出し保護をかけることが望まれる。この要求に応えるべく、従来の電源回路では、電源回路の出力電圧をモニタし、この出力電圧の異常低下を検証することで、短絡状態を判定する手法が提案されている。この手法では、出力電圧が所定電圧以下に降下した時間を計測し、この計測結果が一定基準以上となったときに、短絡が発生したものと見なして保護をかける構成を採用している。下記特許文献1には、上記手法で用いられる時間計測の具体的手段が開示されている。
即ち、不完全短絡が発生した場合は、何V以下に電圧降下したときを異常とするかの判定が難しく、また、電圧降下時間に関しても、判定基準としての厳密性を求めることが困難である。一方で、不完全短絡の判定精度を向上させるべく、降下電圧の判断基準値を高めに設定したり、降下時間の判断基準値を短めに設定すると、電源回路の起動時に発生する過電流や負荷変動による電圧降下との区別がつかず、保護機構が誤動作する原因になる。 That is, when an incomplete short circuit occurs, it is difficult to determine how many volts or less the voltage drop is abnormal, and it is also difficult to determine the strictness as a criterion for the voltage drop time. . On the other hand, if the reference voltage value is set high or the drop time reference value is set short in order to improve the accuracy of incomplete short-circuit detection, the overcurrent and load generated when the power supply circuit starts up It cannot be distinguished from a voltage drop due to fluctuations, which causes the protection mechanism to malfunction.
また、上記の従来手法では、短絡状態を検出するために数ms〜数10msの時間計測が必要であり、これを実現するためには、数1000pFの容量を備えた時定数回路が必要になる。このような大容量の時定数回路を含めてIC化することは非常に困難であり、仮に集積化できたとしても、サイズやコスト面で望ましくない結果となり得る。 Further, in the above conventional method, it is necessary to measure time of several ms to several tens of ms in order to detect a short circuit state, and in order to realize this, a time constant circuit having a capacity of several thousand pF is necessary. . It is very difficult to make an IC including such a large-capacity time constant circuit, and even if it can be integrated, an undesirable result may be obtained in terms of size and cost.
このような時定数回路を使用せずに、デジタルカウンタ回路で時間計測を行う手法も考えられるが、スイッチング電源回路のクロック周波数は、年々高周波化しており、MHzクラスのクロックで動作する電源回路では、10段以上のカウンタ回路が必要になるため、このような手法は小型化の要求に答え難い。 A method of measuring time with a digital counter circuit without using such a time constant circuit is also conceivable, but the clock frequency of the switching power supply circuit is increasing year by year, and in a power supply circuit that operates with an MHz class clock, Since a counter circuit with 10 or more stages is required, such a method is difficult to meet the demand for miniaturization.
一方、出力短絡を判定する手段としては、下記に示す特許文献2、3に示されたように、過電流の検出回数を計数し、この結果に基づいて短絡状態の判定を行う技術が知られている。
また、上記特許文献2および3に記載された手段では、過電流の検出回数を計数するのみであり、この計数を実際に実現するための構成や、より精度を向上させた構成が望まれる。
The means described in
そこで、本発明では、集積化と判定精度の向上に有効な短絡判定技術を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a short circuit determination technique effective for integration and improvement of determination accuracy.
上記目的を達成すべく、請求項1記載の発明は、電力供給源と負荷との間に配置されたスイッチング素子を制御することにより電力変換を行う電源回路において、前記スイッチング素子の制御タイミングとなるクロック信号を生成するクロック生成回路と、前記クロック信号に基づき前記スイッチング素子を制御するPWM回路と、前記電力供給源から前記負荷に向けて流れる電流の値を検出し、該電流値が所定の基準値以上となったときに、前記クロック信号に同期したタイミングで過電流パルスを発生するOCP回路と、前記OCP回路が発生した過電流パルスの数を計数することで前記負荷の短絡状態を判定する短絡判定回路とを具備し、前記PWM回路は、前記OCP回路が発生した過電流パルスと前記短絡判定回路の判定結果に基づいて、前記スイッチング素子を制御することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to
ここで、電力供給源としては、電池や別の電力変換回路の出力等、本電源回路に電力供給を行う対象が該当し、負荷としては、IC等の能動回路の他、ランプ等の抵抗負荷や電力駆動を行うモータや各種機器等が該当し、単数接続される場合も複数接続される場合も本発明の範囲内である。 Here, the power supply source corresponds to a target for supplying power to the power supply circuit, such as an output of a battery or another power conversion circuit, and the load includes an active circuit such as an IC or a resistive load such as a lamp. In addition, a motor for driving electric power, various devices, and the like are applicable, and a single connection or a plurality of connections are within the scope of the present invention.
スイッチング素子としては、一般にパワー用FETで構成することが望ましく、クロック生成回路としては、一般に用いられている発振回路により構成可能であり、MHzクラスの周波数で前記スイッチング素子を駆動させる構成とすることが望ましい。 As a switching element, it is generally desirable to configure with a power FET, and as a clock generation circuit, it can be configured with a commonly used oscillation circuit, and the switching element is driven at a MHz class frequency. Is desirable.
PWM回路は、前記クロック信号を利用して、ON/OFF間隔のデューティーが制御されたパルス信号を生成し、このパルス信号を前記スイッチング素子に出力し、レギュレーションされた電圧を前記負荷に出力する。 The PWM circuit uses the clock signal to generate a pulse signal in which the duty of the ON / OFF interval is controlled, outputs the pulse signal to the switching element, and outputs the regulated voltage to the load.
OCP回路は、前記電力供給源から前記負荷に向けて流れる電流の値を検出するが、この検出ポイントは、前記スイッチング素子の前段、後段、その他、負荷の直前のいずれでも良く、電力供給源から負荷の間の任意のポイントで検出すれば良い。 The OCP circuit detects the value of the current flowing from the power supply source toward the load, and this detection point may be any of the preceding stage, the rear stage, and immediately before the load of the switching element, from the power supply source. It may be detected at an arbitrary point between the loads.
また、このOCP回路は、クロック信号に同期したタイミングで過電流の発生を判断し、過電流の発生を確認すると、所定長の過電流パルスをPWM回路と短絡判定回路の両方に出力する。過電流パルスの長さは、過電流が発生している期間と同じであっても、インパルス信号であっても良く、クロック周期ごとに過電流の発生状態が確認できれば本発明の効果を得ることができる。 The OCP circuit determines the occurrence of overcurrent at a timing synchronized with the clock signal, and when the occurrence of overcurrent is confirmed, outputs an overcurrent pulse of a predetermined length to both the PWM circuit and the short circuit determination circuit. The length of the overcurrent pulse may be the same as the period in which the overcurrent is generated or may be an impulse signal. If the overcurrent generation state can be confirmed for each clock cycle, the effect of the present invention can be obtained. Can do.
短絡判定回路は、前記OCP回路が発生した過電流パルスの数を計数し、この計数結果が所定数に達したときに短絡状態と判定し、短絡判定信号をPWM回路に出力する。 The short circuit determination circuit counts the number of overcurrent pulses generated by the OCP circuit, determines that the short circuit state is reached when the count result reaches a predetermined number, and outputs a short circuit determination signal to the PWM circuit.
PWM回路は、前記OCP回路が発生した過電流パルスと前記短絡判定回路の判定結果の双方を利用して前記スイッチング素子を制御する。即ち、PWM回路は、過電流パルスが発生した場合には、一定期間スイッチング素子をOFF状態に固定することで、過電流状態が解消されるまで負荷への電力供給を中断し、過電流状態が解消された後、通常のスイッチング制御を再開するが、これに拘わらず、短絡判定回路が短絡状態を検出した場合には、強制的にスイッチング素子をOFF状態に固定する。 The PWM circuit controls the switching element using both the overcurrent pulse generated by the OCP circuit and the determination result of the short circuit determination circuit. That is, when an overcurrent pulse occurs, the PWM circuit stops the power supply to the load until the overcurrent state is resolved by fixing the switching element to the OFF state for a certain period of time. After the cancellation, normal switching control is resumed. Regardless of this, when the short circuit determination circuit detects a short circuit state, the switching element is forcibly fixed to the OFF state.
このように、OCP回路が発生した過電流パルスを過電流保護と短絡判定の両方に有効に活用することで、集積化に適した回路構成で過電流保護と短絡保護の両方を実現することが可能になる。 Thus, by effectively utilizing the overcurrent pulse generated by the OCP circuit for both overcurrent protection and short circuit determination, it is possible to realize both overcurrent protection and short circuit protection with a circuit configuration suitable for integration. It becomes possible.
また、本発明では、スイッチング制御の基準となるクロック信号を利用して、PWM制御、過電流パルスの生成、過電流パルスの計数が行えるため、最小限の構成で短絡保護機能を組み込むことが可能になるとともに、クロック信号の周期に匹敵した分解能での高精度な短絡判定が可能になる。 In addition, in the present invention, it is possible to incorporate a short circuit protection function with a minimum configuration because PWM control, overcurrent pulse generation, and overcurrent pulse counting can be performed using a clock signal that is a reference for switching control. At the same time, it is possible to make a highly accurate short-circuit determination with a resolution comparable to the period of the clock signal.
尚、本発明に係る電源回路は、昇圧型、降圧型、昇降圧型、反転型のいずれの形態にも適用可能である。 Note that the power supply circuit according to the present invention can be applied to any of a step-up type, a step-down type, a step-up / down type, and an inversion type.
また、請求項2記載の発明は、電力供給源と負荷との間に配置されたスイッチング素子を制御することにより電力変換を行う電源回路において、前記スイッチング素子の制御タイミングとなるクロック信号を生成するクロック生成回路と、前記クロック信号に基づき前記スイッチング素子を制御するPWM回路と、前記電力供給源から前記負荷に向けて流れる電流の値を検出し、該電流値が所定の基準値以上となったときに、前記クロック信号に同期したタイミングで過電流パルスを発生するOCP回路と、前記OCP回路が発生した過電流パルスの連続性を検出することで前記負荷の短絡状態を判定する短絡判定回路とを具備することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in a power supply circuit that performs power conversion by controlling a switching element disposed between a power supply source and a load, a clock signal serving as a control timing of the switching element is generated. A clock generation circuit, a PWM circuit that controls the switching element based on the clock signal, and a value of a current flowing from the power supply source toward the load are detected, and the current value is equal to or greater than a predetermined reference value. An OCP circuit that generates an overcurrent pulse at a timing synchronized with the clock signal, and a short-circuit determination circuit that determines a short-circuit state of the load by detecting continuity of the overcurrent pulse generated by the OCP circuit; It is characterized by comprising.
ここで、本請求項に係る発明の各構成要素は、請求項1と同様に構成可能であるが、この発明では、過電流パルスの連続性を検出する構成を具備し、これによって、より高精度な短絡判定が可能となる。 Here, each component of the invention according to the present invention can be configured in the same manner as in the first invention. However, the present invention has a configuration for detecting the continuity of the overcurrent pulse, thereby further enhancing the configuration. Accurate short-circuit determination is possible.
過電流パルスの連続性は、例えば、請求項3に記載した手法で検出、評価することが可能であり、この連続性を評価することで、過電流の発生が完全短絡に起因するものか、不完全短絡に起因するものか、負荷変動に起因するものか、起動期間に起因するものかを区別することが可能になる。
The continuity of the overcurrent pulse can be detected and evaluated by, for example, the method described in
例えば、完全短絡の場合は、負荷側のインピーダンスが限りなく0Ωに近くなるため、過電流パルスが継続的に発生し、電力供給源または負荷のいずれかが切り離されるまで連続して出力されるが、負荷変動の場合は、負荷側の動作電流の変化に応じて連続/不連続が不定期に現れる。また、不完全短絡の場合は、短絡インピーダンスが低い場合は、長い期間連続するが、短絡インピーダンスが比較的高い場合は、不連続点が現れることもあり得る。 For example, in the case of a complete short circuit, the impedance on the load side is as close to 0Ω as possible, so an overcurrent pulse is continuously generated and continuously output until either the power supply source or the load is disconnected. In the case of load fluctuation, continuous / discontinuous appears irregularly according to the change of the operating current on the load side. In the case of incomplete short-circuiting, if the short-circuit impedance is low, it continues for a long period of time, but if the short-circuit impedance is relatively high, discontinuous points may appear.
そこで、この発明では、従来技術のように単に計数するだけでなく、過電流パルスの連続性を評価することで、短絡判定精度の向上を図っている。連続性の定義としては、後述の実施形態で述べるように、過電流パルスがクロック信号と同時して発生し続ける場合のみならず、たとえ過電流パルスが1パルス抜けたとしても、これを誤差要因と判断して連続と見なす構成を取ることも可能である。 Therefore, in the present invention, the accuracy of short circuit determination is improved by evaluating the continuity of the overcurrent pulse as well as simply counting as in the prior art. The definition of continuity is not limited to the case where an overcurrent pulse continues to be generated simultaneously with a clock signal, as will be described in the later-described embodiment. It is also possible to adopt a configuration in which it is determined that the data is continuous.
また、請求項3記載の発明は、請求項2記載の発明において、前記短絡判定回路は、前記過電流パルスをトリガとして前記クロック信号の周期よりも長いマスクパルスを出力し、このマスクパルスのレベル変化を見ることで前記過電流パルスの連続性を検出することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, the short circuit determination circuit outputs a mask pulse longer than a period of the clock signal using the overcurrent pulse as a trigger, and a level of the mask pulse. The continuity of the overcurrent pulse is detected by observing the change.
このように、クロック信号の周期よりも長いマスクパルスを使用することで、クロック信号に同期して出力される過電流パルスの連続性を検出することが可能になる。ここで、連続性の冗長度を高めたい場合には、クロック信号の2周期に相当する長さのマスクパルスを使用すれば良い。 Thus, by using a mask pulse longer than the period of the clock signal, it is possible to detect the continuity of the overcurrent pulse output in synchronization with the clock signal. Here, in order to increase the redundancy of continuity, a mask pulse having a length corresponding to two cycles of the clock signal may be used.
また、請求項4記載の発明は、請求項3記載の発明において、前記短絡判定回路は、前記過電流パルスの数を計数するカウンタを具備し、前記マスクパルスと前記クロック信号との論理積を取ることで、前記カウンタのリセット信号を生成することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the present invention, the short circuit determination circuit includes a counter that counts the number of the overcurrent pulses, and calculates a logical product of the mask pulse and the clock signal. By taking the counter, a reset signal of the counter is generated.
このように、過電流パルスの計数をカウンタで行い、該カウンタのリセットをマスクパルスで制御することで、過電流パルスの連続時間が検出できるとともに、カウンタリセットによる次の連続性評価の準備を行うことができる。 In this way, by counting overcurrent pulses with a counter and controlling the reset of the counter with a mask pulse, the continuous time of the overcurrent pulse can be detected, and preparation for the next continuity evaluation by counter reset is performed. be able to.
また、請求項5記載の発明は、請求項2記載の発明において、前記短絡判定回路は、前記負荷への出力電圧が安定するまでの起動期間以外の期間に前記過電流パルスの連続性を検出することを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the second aspect of the invention, the short circuit determination circuit detects the continuity of the overcurrent pulse during a period other than a start-up period until the output voltage to the load is stabilized. It is characterized by doing.
このように構成することで、起動期間に発生する過電流との混同が防止され、より精度の高い短絡判定が実現できる。 By configuring in this way, confusion with the overcurrent generated during the startup period is prevented, and more accurate short-circuit determination can be realized.
また、請求項6記載の発明は、電力供給源と負荷との間に配置されたスイッチング素子を制御することにより電力変換を行う電源回路において、前記スイッチング素子の制御タイミングとなるクロック信号を生成するクロック生成回路と、前記クロック信号に基づき前記スイッチング素子を制御するPWM回路と、前記電力供給源から前記負荷に向けて流れる電流の値を検出し、該電流値が所定の基準値以上となったときに、前記クロック信号に同期したタイミングで過電流パルスを発生するOCP回路と、前記OCP回路が発生した過電流パルスの不連続点を検出することで前記負荷の短絡状態を判定する短絡判定回路とを具備することを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in a power supply circuit that performs power conversion by controlling a switching element disposed between a power supply source and a load, a clock signal serving as a control timing of the switching element is generated. A clock generation circuit, a PWM circuit that controls the switching element based on the clock signal, and a value of a current flowing from the power supply source toward the load are detected, and the current value is equal to or greater than a predetermined reference value. An OCP circuit that generates an overcurrent pulse at a timing synchronized with the clock signal, and a short-circuit determination circuit that determines a short-circuit state of the load by detecting a discontinuous point of the overcurrent pulse generated by the OCP circuit It is characterized by comprising.
ここで、本請求項に係る発明の各構成要素は、請求項1と同様に構成可能であるが、この発明では、過電流パルスの不連続点を検出する構成を具備し、これによって、より高精度な短絡判定が可能となる。請求項2記載の発明では過電流パルスの連続性を評価したが、本請求項に係る発明では、不連続点を検出している点が特徴であり、所定周期の過電流パルス列が1パルスでも欠けた場合や過電流パルスの発生周期が変化した場合を含む。不連続点の検出に冗長度を持たせたい場合は、数パルス連続して欠けた場合を不連続と定義しても良い。
Here, each component of the invention according to the present invention can be configured in the same manner as in the first invention. However, in the present invention, a configuration for detecting a discontinuous point of an overcurrent pulse is provided. High-precision short-circuit determination is possible. In the invention according to
また、請求項7記載の発明は、請求項6記載の発明において、前記短絡判定回路は、前記過電流パルスをトリガとして前記クロック信号の周期よりも長いマスクパルスを出力し、このマスクパルスのレベル変化を見ることで前記過電流パルスの不連続点を検出することを特徴とする。 According to a seventh aspect of the invention, in the sixth aspect of the invention, the short circuit determination circuit outputs a mask pulse longer than the period of the clock signal using the overcurrent pulse as a trigger, and the level of the mask pulse. A discontinuous point of the overcurrent pulse is detected by observing the change.
また、請求項8記載の発明は、請求項7記載の発明において、前記短絡判定回路は、前記過電流パルスの数を計数するカウンタを具備し、前記マスクパルスと前記クロック信号との論理積を取ることで、前記カウンタのリセット信号を生成することを特徴とする。
The invention according to
また、請求項9記載の発明は、請求項6記載の発明において、前記短絡判定回路は、前記負荷への出力電圧が安定するまでの起動期間以外の期間に前記過電流パルスの不連続点を検出することを特徴とする。 According to a ninth aspect of the present invention, in the sixth aspect of the invention, the short circuit determination circuit detects the discontinuity point of the overcurrent pulse during a period other than the start-up period until the output voltage to the load is stabilized. It is characterized by detecting.
以上説明したように、本発明によれば、OCP回路が発生した過電流パルスと短絡判定回路の判定結果に基づいて、PWM回路がスイッチング制御を行うため、IC化に適した構成で高精度な短絡判定が可能となる。 As described above, according to the present invention, the PWM circuit performs switching control based on the overcurrent pulse generated by the OCP circuit and the determination result of the short circuit determination circuit. Short circuit determination is possible.
また、本発明では、過電流パルスの連続性や不連続点を検出し、その結果に基づいて短絡状態の判定が行われるため、より高精度な短絡判定が可能となる。 In the present invention, the continuity and discontinuity of the overcurrent pulse are detected, and the short-circuit state is determined based on the result, so that the short-circuit determination can be performed with higher accuracy.
以下、本発明に係る電源回路の実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。尚、本発明は以下説明する実施形態の構成に限らず適宜変更可能である。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a power supply circuit according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention is not limited to the configuration of the embodiment described below, and can be modified as appropriate.
図1は、本発明に係る電源回路の一実施形態を示す回路ブロック図である。同図に示すように、本実施形態に係る電源回路10は、入力側に接続された電池100の入力電圧Vinを所定の出力電圧Voutに降圧して負荷102に出力する電力変換回路として使用される。
FIG. 1 is a circuit block diagram showing an embodiment of a power supply circuit according to the present invention. As shown in the figure, the
この電源回路10は、スイッチング素子SWと、該スイッチング素子を制御する制御部12と、整流素子として機能するダイオードD1と、スイッチング素子SWの出力を平滑するインダクタLおよびキャパシタCと、電源回路10の出力電圧Voutを制御部12にフィードバックするための分圧抵抗R1およびR2と、制御部12の基本クロックを生成するクロック生成部19とから構成される。
The
制御部12は、分圧抵抗R1およびR2から得られたフィードバック電圧FBに基づいてPWM(Pulse Width Modulation)制御を行うPWM回路14と、スイッチング素子SWを流れる電流値を検出し、OCP(Over Current Protection)制御を行うOCP回路16と、該OCP回路が生成した過電流パルスに基づいて電源回路10の出力短絡を判定する短絡判定回路18とで構成される。
The
図2は、図1に示したOCP回路の一実施形態を示す回路ブロック図である。同図に示すように、OCP回路16は、スイッチング素子SWを流れるハイサイド電流I−Hを検出する抵抗R3およびトランジスタTrと、この検出したハイサイド電流I−Hを所定の基準レベルV1と比較することで過電流発生の有無を判断するOCPレベル比較器20と、過電流発生と判断した場合に過電流パルスを生成するモノマルチ回路22とで構成される。
FIG. 2 is a circuit block diagram showing an embodiment of the OCP circuit shown in FIG. As shown in the figure, the
ここで、スイッチング素子SWとトランジスタTrとは、カレントミラーを構成し、抵抗R3には、ハイサイド電流I−Hのn分の1の電流(I−H)/nが流れる。OCPレベル比較器20は、このn分の1の電流(I−H)/nにより発生した検出電圧VIdと、入力電圧Vinと基準電圧V1との差分Vin−V1とを比較する。このとき、検出電圧VIdが差分電圧Vin−V1より小さくなると、すなわち、ハイサイド電流I−Hが所定の値より大きくなると、OCPレベル比較器20から過電流検出信号がモノマルチ回路22に出力されて、過電流パルスOCPが生成される。
Here, the switching element SW and the transistor Tr constitute a current mirror, and a current (IH) / n of 1 / n of the high side current IH flows through the resistor R3. The
図3は、図1に示した短絡判定回路の一実施形態を示す回路ブロック図である。同図に示すように、短絡判定回路18は、OCP回路16が生成した過電流パルスOCPの数を計数するカウンタ34と、カウンタ34の計数結果が所定の基準値に達したことを検出するデコーダ36と、デコーダ36の出力でセットされ外部からの起動信号Power onでリセットされるRSフィリップフロップ38と、過電流パルスOCPのパルス長を時定数C2・R4で決定される長さに延長するモノマルチ回路30と、モノマルチ回路30の出力となるマスク信号Maskと図1に示したクロック生成部19が生成したクロック信号CLKとの論理積を取りカウンタ34のリセット信号を生成するAND素子32とから構成される。
FIG. 3 is a circuit block diagram showing an embodiment of the short circuit determination circuit shown in FIG. As shown in the figure, the short
図4は、図1に示したPWM回路の一実施形態を示す回路ブロック図である。同図に示すように、PWM回路14は、スイッチング素子SWのON/OFF制御信号となるPWM波形を生成する波形生成回路46と、OCP回路16が生成した過電流パルスOCPと短絡判定回路18の出力信号とに基づいて波形生成回路46の出力をマスクし、スイッチング素子SWへのゲート信号を生成するAND素子42およびNOT素子44とから構成される。即ち、このAND素子42は、OCP回路16が生成した過電流パルスOCPと短絡判定回路18が生成した判定信号のいずれか一方が入力されると、波形生成回路46が生成したPWM波形をマスクして、過電流状態と出力短絡の双方が解消されるまで、スイッチング素子SWをOFF状態に維持し、電源回路10を保護する。
FIG. 4 is a circuit block diagram showing an embodiment of the PWM circuit shown in FIG. As shown in the figure, the
図5は、図1に示した電源回路の基本動作を示すタイミングチャートである。同図に示すように、図1に示したクロック生成部19は、所定の周波数、例えば1MHzのクロック信号CLKを生成し、制御部12に出力する。制御部12は、このクロック信号に同期したゲート信号を生成し、スイッチング素子SWを制御する。尚、このゲート信号は、過電流パルスOCPがHiレベルにあるときは、図4のAND素子42によりマスクされてLowレベルを維持し、過電流状態が解消すると波形生成回路46の出力がゲート信号となる。
FIG. 5 is a timing chart showing the basic operation of the power supply circuit shown in FIG. As shown in the figure, the clock generator 19 shown in FIG. 1 generates a clock signal CLK having a predetermined frequency, for example, 1 MHz, and outputs it to the
OCP回路16は、スイッチング素子SWに流れるハイサイド電流I−Hを検出して、この値がVocpを超えた期間Hiレベルとなる過電流パルスOCPを発生する。短絡判定回路18は、図3に示したカウンタ34を使用して、過電流パルスOCPの数を計数するとともに、モノマルチ回路30を使用して、過電流パルスOCPが期間T1に延長されたマスクパルスを生成する。
The
このマスクパルスは、過電流パルスOCPがモノマルチ回路30に入力される度に、図5に示す如くShot1、Shot2・・・と連続的に生成され、その結果、モノマルチ回路30の反転出力端子から出力されたマスクパルスMaskは、過電流パルスOCPが連続して出力されている期間、即ち、過電流パルスの発生周期がモノマルチ回路30の延長期間T1より短い間はLowレベルの出力を維持し、過電流パルスOCPの発生が停止した後にHiレベルに復帰する。
Each time the overcurrent pulse OCP is input to the mono-
図3のAND素子32は、このマスクパルスMaskを利用して、過電流パルスOCPが連続発生している間は、クロック信号CLKをマスクし、過電流パルスOCPの発生が停止すると、クロック信号CLKを利用してカウンタ34をリセットする。
The AND
図6は、図1に示した電源回路の第1の動作例を示すタイミングチャートである。同図に示す例は、電源回路内または負荷側に短絡が発生しているものと判定し、負荷への電力供給を停止させる場合の動作例を示したものである。 FIG. 6 is a timing chart showing a first operation example of the power supply circuit shown in FIG. The example shown in the figure shows an operation example when it is determined that a short circuit has occurred in the power supply circuit or on the load side, and the power supply to the load is stopped.
同図に示すように、電源回路内または負荷側に短絡が発生している場合には、過電流パルスOCPが連続して出力される。このように過電流パルスOCPが連続出力される場合、図1の電源回路10は、過電流パルスOCPの計数結果が所定の基準回数、例えば13回に達すると、出力短絡が発生したと見なして判別信号を出力し、PWM回路14の出力をマスクして、スイッチング素子SWへのゲート信号を停止させる。その結果、スイッチング素子SWがOFF状態となり、負荷102が電池100から切り離されて、図3に示した起動信号によるRSフリップフロップ38へのリセット信号が入るまで、電池から負荷への電力供給が停止する。
As shown in the figure, when a short circuit occurs in the power supply circuit or on the load side, the overcurrent pulse OCP is continuously output. When the overcurrent pulse OCP is continuously output in this way, the
図7は、図1に示した電源回路の第2の動作例を示すタイミングチャートである。同図に示す例は、過電流パルスの発生はあっても出力短絡と判定しない場合、例えば負荷急変によって過電流が発生した場合の動作例を示したものである。 FIG. 7 is a timing chart showing a second operation example of the power supply circuit shown in FIG. The example shown in the figure shows an operation example in the case where an overcurrent pulse is generated but it is not determined that the output is short-circuited, for example, when an overcurrent occurs due to a sudden load change, for example.
同図に示すように、負荷急変が発生した場合の過電流パルスOCPは、長期間の連続出力ではなく、一定周期で出力された過電流パルス列の随所に不連続点が形成されたパルス列となる。この不連続点は、負荷側が安定状態に入り急変が終了した時期に発生するため、このような不連続点がある場合は、短絡ではなく負荷急変による過電流発生であると見なすことができる。 As shown in the figure, the overcurrent pulse OCP when a sudden load change occurs is not a long-term continuous output, but a pulse train in which discontinuous points are formed everywhere in the overcurrent pulse train output at a constant period. . Since this discontinuous point occurs at the time when the load side enters a stable state and the sudden change is completed, if there is such a discontinuous point, it can be regarded as an overcurrent occurrence due to a sudden load change rather than a short circuit.
この不連続点が発生すると、モノマルチ回路30の作用によりカウンタ34がリセットされて判別信号は出力されないため、波形生成回路46の出力PWMがゲート信号となる。ここで、図7からは判別しにくいが前述のように、過電流パルスがHiレベルにあるときは、ゲート信号は図4のAND素子42によりマスクされてLowレベルを維持し、過電流状態が解消すると、波形生成回路46の出力PWMがゲート信号となる。即ち、この図7に示した例では、過電流パルスによる保護は行われるが短絡保護は行われないことになる。
When this discontinuity occurs, the
図8は、図1に示した電源回路の変形設定例を示すタイミングチャートである。同図に示す例は、図3に示したモノマルチ回路30の時定数C2・R4をクロック信号CLKの2周期分よりもやや長いT2に設定することで、過電流パルスの連続性判断に冗長を持たせたときの動作例である。同図に示すように、モノマルチ回路30の出力パルス長がT2に設定されている場合には、クロック信号2周期の期間中に過電流パルスが発生すれば、モノマルチ回路30の出力パルスがShot1、Shot2・・・と連続し、マスク信号MaskはLowレベルを維持する。
FIG. 8 is a timing chart showing a modified setting example of the power supply circuit shown in FIG. In the example shown in the figure, the time constants C2 and R4 of the mono-
図9は、図8に示した変形設定例における図1に示した電源回路の動作例を示すタイミングチャートである。同図に示すように、モノマルチ回路の時定数がT2に設定された場合には、過電流パルスOCPの計数値がn=6となった時点で1パルス分の不連続点が生じても、クロック信号2周期以内の不連続点はT2の長さを有するマスクパルスには影響しないため、カウンタはリセットされずに過電流パルスの計数を継続し、n=13となった時点で判別信号が出力される。 FIG. 9 is a timing chart illustrating an operation example of the power supply circuit illustrated in FIG. 1 in the modification setting example illustrated in FIG. As shown in the figure, when the time constant of the mono-multi circuit is set to T2, even if a discontinuous point for one pulse occurs when the count value of the overcurrent pulse OCP reaches n = 6. Since the discontinuous point within two cycles of the clock signal does not affect the mask pulse having the length of T2, the counter is not reset and the counting of the overcurrent pulse is continued, and the discrimination signal is reached when n = 13. Is output.
図10は、図1に示した短絡判定回路の別の構成例を示す回路ブロック図である。同図に示す例は、起動時の過電流発生と短絡時の過電流発生との判別精度を向上させたい場合に有効な構成例である。短絡判定回路が誤動作を起こす原因の一つに電源の起動時がある。電源の起動時は、出力短絡と同じく出力端がOVの状態から始まるため、デコーダの設定値が小さい場合には、起動時に短絡と判定してしまう場合がある。このような誤動作を防止するため、起動時間を規定するタイマーを設け、カウンタのリセット信号にOR接続したのが本構成例である。 FIG. 10 is a circuit block diagram showing another configuration example of the short circuit determination circuit shown in FIG. The example shown in the figure is a configuration example that is effective when it is desired to improve the discrimination accuracy between overcurrent generation at startup and overcurrent generation at short circuit. One cause of malfunction of the short-circuit determination circuit is when the power supply is started. When the power supply is started, the output terminal starts from OV in the same manner as the output short circuit. If the set value of the decoder is small, it may be determined that the short circuit occurs at the start time. In this configuration example, in order to prevent such a malfunction, a timer for defining the activation time is provided and ORed to the reset signal of the counter.
同図に示す短絡判定回路18は、図3に示した短絡判定回路18の構成要素に加えて、電源回路10の起動時間を計測する起動タイマ52と、この起動タイマ52の出力信号をカウンタ34のリセット信号として加えるOR素子50とをさらに具備する。
In addition to the components of the short
起動タイマ52は、電源回路10への電源投入後、出力電圧Voutが所定の基準レベルに達して安定するまでの時間を計測し、出力電圧Voutが不安定な期間はHiレベルを出力し、出力電圧Voutの安定後はLowレベルを出力する。その結果、電源回路10の起動直後の過渡期は、常にカウンタ34がリセットされるため、短絡判定回路18は、負荷への出力電圧Voutが安定するまでの起動期間以外の期間に過電流パルスOCPの連続性を検出することになる。このような構成により、起動時の短絡判定の誤動作が防止される。
The start-up
このような起動タイマ52は、電源回路10のソフトスタートタイマーの出力を利用して構成することが可能であり、また、上述したような出力電圧Voutが安定するまでの時間を計測する構成に替えて、起動直後からの経過時間を計測し、該計測の結果が安定状態に至るまでに必要な標準時間に至ったときにLowレベルを出力する構成としても良い。
Such a start-up
さらに、各種要因による短絡判定の誤動作をより厳密に防止したい場合には、本電源回路10に接続される負荷の動作モード仕様や実際の動作テスト結果から、負荷変動と短絡が区別できるカウント数(上述の例ではn=13と設定)をより厳密に求め、デコーダ36の値に設定しておくことが望ましい。例えば、負荷急変による誤動作を防止するために、複数回の実機テストを繰り返して負荷急変の最大時間を割り出し、この最大時間に対応するクロック数以上の値をデコーダに設定しておくことで、負荷急変による誤動作が好適に防止される。
Furthermore, when it is desired to more strictly prevent the malfunction of the short circuit determination due to various factors, the count number that can distinguish the load fluctuation and the short circuit from the operation mode specification of the load connected to the
また、より判定精度を上げるために、図8に示した負荷変動との誤動作防止機構や、図10に示した起動時の誤動作防止機構を適宜組み合わせて使用することも可能であり、さらに、サイズ的に許されるのであれば、前述の特許文献1に記載された技術、即ち、電源回路10の出力電圧Voutをモニタし、検出した出力電圧Voutが所定電圧以下に降下した時間を計測し、この計測結果が一定基準以上となったときに、短絡が発生したものと見なして保護をかける構成を組み合わせても良い。
In addition, in order to further increase the determination accuracy, it is possible to use a combination of the malfunction prevention mechanism with the load fluctuation shown in FIG. 8 and the malfunction prevention mechanism at the time of startup shown in FIG. If allowed, the technique described in the above-mentioned
図11は、図1に示したOCP回路の第2の実施形態を示す回路ブロック図である。同図に示すOCP回路は、過電流判断の基準となるOCPレベルを大小2つ設けることで、起動時の誤動作防止を図った構成例である。 FIG. 11 is a circuit block diagram showing a second embodiment of the OCP circuit shown in FIG. The OCP circuit shown in the figure is a configuration example in which malfunctions at the start-up are prevented by providing two large and small OCP levels serving as a reference for overcurrent determination.
同図に示すOCP回路は、基準電圧VrefがOCPレベル比較器20の非反転端子に接続され、スイッチング素子SWとトランジスタTrで構成されたカレントミラーの出力がOCPレベル切替スイッチ21を介してOCPレベル比較器20の反転端子に接続されて構成される。
In the OCP circuit shown in the figure, the reference voltage Vref is connected to the non-inverting terminal of the
ここで、OCPレベル切替スイッチ21は、起動タイマ52のカウント時間に応じて切り替えられ、起動タイマ52が起動時間をカウントしている期間は、OCPレベル切替スイッチ21の”1”側が選択されて、電圧VI1がOCPレベル比較器20の反転端子に入力され、起動時間が経過した後は、OCPレベル切替スイッチ21の”0”側が選択されて、電圧VI2がOCPレベル比較器20の反転端子に入力される。
Here, the OCP
起動時間に選択される電圧VI1と起動時間経過後に選択される電圧VI2との間には、「電圧VI1<電圧VI2」の関係があるため、結果として起動時間の方が過電流と判断される基準が高くなり、出力短絡との誤動作が生じにくくなる。尚、同図中のスイッチ素子SW2は、図1のダイオードD1と同様に機能する整流素子であり、これらはいずれを用いても良い。 Since there is a relationship of “voltage VI1 <voltage VI2” between the voltage VI1 selected at the start-up time and the voltage VI2 selected after the start-up time has elapsed, the start-up time is determined to be an overcurrent as a result. The standard becomes higher, and malfunctions with output short circuits are less likely to occur. The switch element SW2 in the figure is a rectifying element that functions in the same manner as the diode D1 in FIG. 1, and any of these may be used.
図12は、図1に示したOCP回路の第3の実施形態を示す回路ブロック図である。同図に示す例は、OCPレベル比較器20に対する基準電圧の接続形態を図11の例と逆にしたときの構成例である。同図に示す例では、OCPレベル比較器20の非反転端子にOCPレベル切替スイッチ21を介して大小2つの基準値VI1およびVI2が接続され、OCPレベル比較器20の反転入力端子にカレントミラーの出力が接続される。このような構成によっても、図11と同様に、起動時間の基準レベルVI1を起動時間経過後の基準レベルVI2よりも低く設定することで、起動時と短絡時との誤判定が好適に防止される。
FIG. 12 is a circuit block diagram showing a third embodiment of the OCP circuit shown in FIG. The example shown in the figure is a configuration example when the connection form of the reference voltage to the
本発明によれば、集積化に適した構成で出力短絡の判定精度を向上させることができるため、より小型で高精度な制御が要求される電源回路への適用が期待される。 According to the present invention, output short-circuit determination accuracy can be improved with a configuration suitable for integration, and therefore, application to a power supply circuit that requires smaller and more accurate control is expected.
10…電源回路、12…制御部、14…PWM回路、16…OCP回路、18…短絡判定回路、19…クロック生成部、20…OCPレベル比較器、21…OCPレベル切替スイッチ、22、30…モノマルチ回路、32、42…AND素子、34…カウンタ、36…デコーダ、38…RSフリップフロップ、44…NOT素子、46…波形生成回路、50…OR素子、52…起動タイマ、100…電池、102…負荷
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記スイッチング素子の制御タイミングとなるクロック信号を生成するクロック生成回路と、
前記クロック信号に基づき前記スイッチング素子を制御するPWM回路と、
前記電力供給源から前記負荷に向けて流れる電流の値を検出し、該電流値が所定の基準値以上となったときに、前記クロック信号に同期したタイミングで過電流パルスを発生するOCP回路と、
前記OCP回路が発生した過電流パルスの数を計数することで前記負荷の短絡状態を判定する短絡判定回路とを具備し、
前記PWM回路は、前記OCP回路が発生した過電流パルスと前記短絡判定回路の判定結果に基づいて、前記スイッチング素子を制御することを特徴とする電源回路。 In a power supply circuit that performs power conversion by controlling a switching element disposed between a power supply source and a load,
A clock generation circuit for generating a clock signal to be a control timing of the switching element;
A PWM circuit for controlling the switching element based on the clock signal;
An OCP circuit that detects a value of a current flowing from the power supply source toward the load, and generates an overcurrent pulse at a timing synchronized with the clock signal when the current value exceeds a predetermined reference value; ,
A short-circuit determination circuit that determines the short-circuit state of the load by counting the number of overcurrent pulses generated by the OCP circuit;
The PWM circuit controls the switching element based on an overcurrent pulse generated by the OCP circuit and a determination result of the short circuit determination circuit.
前記スイッチング素子の制御タイミングとなるクロック信号を生成するクロック生成回路と、
前記クロック信号に基づき前記スイッチング素子を制御するPWM回路と、
前記電力供給源から前記負荷に向けて流れる電流の値を検出し、該電流値が所定の基準値以上となったときに、前記クロック信号に同期したタイミングで過電流パルスを発生するOCP回路と、
前記OCP回路が発生した過電流パルスの連続性を検出することで前記負荷の短絡状態を判定する短絡判定回路とを具備することを特徴とする電源回路。 In a power supply circuit that performs power conversion by controlling a switching element disposed between a power supply source and a load,
A clock generation circuit for generating a clock signal to be a control timing of the switching element;
A PWM circuit for controlling the switching element based on the clock signal;
An OCP circuit that detects a value of a current flowing from the power supply source toward the load, and generates an overcurrent pulse at a timing synchronized with the clock signal when the current value exceeds a predetermined reference value; ,
A power supply circuit comprising: a short circuit determination circuit that determines a short circuit state of the load by detecting continuity of an overcurrent pulse generated by the OCP circuit.
前記スイッチング素子の制御タイミングとなるクロック信号を生成するクロック生成回路と、
前記クロック信号に基づき前記スイッチング素子を制御するPWM回路と、
前記電力供給源から前記負荷に向けて流れる電流の値を検出し、該電流値が所定の基準値以上となったときに、前記クロック信号に同期したタイミングで過電流パルスを発生するOCP回路と、
前記OCP回路が発生した過電流パルスの不連続点を検出することで前記負荷の短絡状態を判定する短絡判定回路とを具備することを特徴とする電源回路。 In a power supply circuit that performs power conversion by controlling a switching element disposed between a power supply source and a load,
A clock generation circuit for generating a clock signal to be a control timing of the switching element;
A PWM circuit for controlling the switching element based on the clock signal;
An OCP circuit that detects a value of a current flowing from the power supply source toward the load, and generates an overcurrent pulse at a timing synchronized with the clock signal when the current value exceeds a predetermined reference value; ,
A power supply circuit comprising: a short circuit determination circuit that determines a short circuit state of the load by detecting a discontinuous point of an overcurrent pulse generated by the OCP circuit.
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