JP2006025547A - Switching power supply device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は,スイッチング素子を介して負荷に電力を供給するスイッチング電源装置に関する。さらに詳細には,過電流に対する保護機能を備えたスイッチング電源装置に関するものである。 The present invention relates to a switching power supply apparatus that supplies power to a load via a switching element. More specifically, the present invention relates to a switching power supply device having a protection function against overcurrent.
従来から,この種の電源装置においては短絡等による過電流時に備えて保護機能を備えるようにしているものがある。過電流が流れると負荷を破壊させたりあるいは電源装置自身の内部の部品が破壊したりするからである。そのために例えば特許文献1に記載されている装置では,短絡状態検出用の素子を備えている。そして,短絡信号が検出される状態が所定時間以上継続した場合に,短絡と判定し,短絡処理として回路の停止を行うこととしている。これにより,短絡による過電流からの保護を図っている。
しかしながら,前記した従来の電源装置には,次のような問題点があった。すなわち,短絡判定がなされた場合には,その原因を問わず一律に回路が停止の内容の短絡処理が行われることになる。その一方,短絡判定の原因には色々あるので,原因によっては過剰な保護となってしまう。例えば,並列に接続された複数の負荷の一部に短絡が生じたような場合には,短絡していない正常な負荷に対する電力供給までも停止されてしまう。 However, the above-described conventional power supply device has the following problems. That is, when a short circuit determination is made, a short circuit process is performed in which the circuit is stopped regardless of the cause. On the other hand, there are various causes of short-circuit determination, and depending on the cause, there is excessive protection. For example, when a short circuit occurs in some of a plurality of loads connected in parallel, power supply to a normal load that is not short-circuited is also stopped.
本発明は,前記した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは,過電流の際に,その原因に応じて,過剰にならない適切な対処ができるようにしたスイッチング電源装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art. That is, an object of the present invention is to provide a switching power supply apparatus that can take an appropriate measure so as not to become excessive according to the cause in the case of an overcurrent.
この課題の解決を目的としてなされた本発明のスイッチング電源装置は,パルス信号に応じて電流供給をスイッチングするスイッチング素子と,スイッチング素子によりスイッチングされる電流経路上のコイルとを備えたものであって,スイッチング素子の過電流を,第1の基準値との比較により検知する第1過電流検知手段と,スイッチング素子の過電流を,第1の基準値に対応する電流より大きい電流に対応する第2の基準値との比較により検知する第2過電流検知手段と,第1過電流検知手段および第2過電流検知手段による過電流検知の時間差に応じて2種類以上の異常信号のいずれかを出力する異常判別部と,異常判別部の異常信号に応じて異なる保護動作を行う保護部とを有している。 The switching power supply device of the present invention made for the purpose of solving this problem includes a switching element that switches a current supply in response to a pulse signal, and a coil on a current path that is switched by the switching element. , A first overcurrent detection means for detecting an overcurrent of the switching element by comparison with a first reference value, and a first overcurrent of the switching element corresponding to a current larger than a current corresponding to the first reference value. The second overcurrent detection means for detecting by comparison with the reference value of 2 and any one of two or more types of abnormal signals depending on the time difference between the overcurrent detection by the first overcurrent detection means and the second overcurrent detection means An abnormality determination unit that outputs data and a protection unit that performs different protection operations according to an abnormality signal of the abnormality determination unit.
このスイッチング電源装置では,スイッチング素子により負荷へ供給される電流が,第1過電流検知手段および第2過電流検知手段により監視されている。電流が通常より増大して第1の基準値に対応する電流に達すると,またはこれを超えると,第1過電流検知手段が過電流を検知する。電流がさらに増大して第2の基準値に対応する電流に達すると,またはこれを超えると,第2過電流検知手段が過電流を検知する。ここで,両検知手段による過電流検知の時間差によって,異常判別部が2種類以上の異常信号のいずれかを出力する。すると保護部では,この異常信号に応じた保護動作を行う。 In this switching power supply device, the current supplied to the load by the switching element is monitored by the first overcurrent detection means and the second overcurrent detection means. When the current increases more than usual and reaches or exceeds the current corresponding to the first reference value, the first overcurrent detection means detects the overcurrent. When the current further increases and reaches or exceeds the current corresponding to the second reference value, the second overcurrent detection means detects the overcurrent. Here, the abnormality determination unit outputs one of two or more types of abnormality signals depending on the time difference between the overcurrent detections by both detection means. Then, the protection unit performs a protection operation according to the abnormal signal.
このように過電流検知の時間差によって保護動作の内容を変更するのは,過電流の原因によって,行うべき保護動作の内容が異なるからである。そして,過電流の原因によって,過電流検知の時間差が異なるからである。例えば,負荷に短絡が発生したことにより電流が増大する場合を考える。この場合には,スイッチング素子の電流経路上に設けられているコイルのインダクタンスがなお存在する。よって,電流の増大に時間が掛かるので時間差が大きい。この場合には,比較的軽い保護動作で十分である。一方,当該コイル自体が短絡した場合を考える。この場合にはコイルのインダクタンスがもはや存在しない。よって,速やかに電流が増大するので時間差が小さい。この場合には過電流による影響も大きくなりがちなので,保護動作の内容もそれに適したものである必要がある。 The reason why the content of the protection operation is changed according to the time difference of the overcurrent detection is that the content of the protection operation to be performed differs depending on the cause of the overcurrent. This is because the time difference of overcurrent detection differs depending on the cause of overcurrent. For example, consider the case where the current increases due to a short circuit in the load. In this case, there is still an inductance of the coil provided on the current path of the switching element. Therefore, the time difference is large because it takes time to increase the current. In this case, a relatively light protection operation is sufficient. On the other hand, consider the case where the coil itself is short-circuited. In this case, the coil inductance no longer exists. Therefore, since the current increases quickly, the time difference is small. In this case, the influence of overcurrent tends to be large, so the content of the protection operation needs to be suitable for it.
ここにおいて,異常判別部は,時間差が第1の基準時間より短い場合に異常信号を出力する第1異常信号出力部と,第1過電流検知手段による過電流の検出後,第1の基準時間より短くない第2の基準時間が経過しても第2過電流検知手段が過電流を検知しない場合に異常信号を出力する第2異常信号出力部とを有することが望ましい。この場合に保護部は,第1異常信号出力部の異常信号によりスイッチング素子をオフさせる出力停止操作部を有することが望ましい。さらに,第2異常信号出力部の異常信号によりスイッチング素子へのパルス信号のデューティ比を低下させるデューティ低下操作部と,第2異常信号出力部の異常信号により少なくとも一部の負荷への電流供給を遮断する負荷切り離し操作部との少なくとも一方を有することが望ましい。 Here, the abnormality determination unit includes a first abnormality signal output unit that outputs an abnormality signal when the time difference is shorter than the first reference time, and a first reference time after detection of the overcurrent by the first overcurrent detection means. It is desirable to have a second abnormal signal output unit that outputs an abnormal signal when the second overcurrent detection means does not detect an overcurrent even when a second reference time that is not shorter has elapsed. In this case, it is desirable that the protection unit has an output stop operation unit that turns off the switching element by the abnormality signal of the first abnormality signal output unit. In addition, a duty reduction operation unit that reduces the duty ratio of the pulse signal to the switching element by the abnormal signal of the second abnormal signal output unit, and current supply to at least some of the loads by the abnormal signal of the second abnormal signal output unit It is desirable to have at least one of the load separation operation part to interrupt.
このようにすると,コイルに短絡が発生した場合のように急速な過電流の場合には,両検知手段による過電流検知の時間差が第1の基準時間より短い。このため異常判別部では,第1異常信号出力部により異常信号が出力される。これにより保護部では,出力停止操作部により,スイッチング素子をオフさせる処理が行われる。かくして,急速な過電流に対する適切な保護が働く。 In this way, in the case of a rapid overcurrent, such as when a short circuit occurs in the coil, the time difference between overcurrent detections by both detection means is shorter than the first reference time. For this reason, in the abnormality determination part, an abnormality signal is output by the first abnormality signal output part. As a result, the protection unit performs a process of turning off the switching element by the output stop operation unit. Thus, adequate protection against rapid overcurrent is activated.
一方,負荷に短絡が発生した場合のように緩やかな過電流の場合には,両検知手段による過電流検知の時間差が第2の基準時間より長い。このため異常判別部では,第2異常信号出力部により異常信号が出力される。これにより保護部では,デューティ低下操作部または負荷切り離し操作部による処理が行われる。すなわち,スイッチング素子へのパルス信号のデューティ比が低下させられるか,または,少なくとも一部の負荷への電流供給が遮断される。もしくはその両方の処理がなされる。かくして,緩やかな過電流に対する過剰でない適切な保護が働く。 On the other hand, in the case of a gradual overcurrent, such as when a short circuit occurs in the load, the time difference between the overcurrent detections by both detection means is longer than the second reference time. For this reason, in the abnormality determination part, an abnormal signal is output by the second abnormality signal output part. Thereby, in the protection unit, processing by the duty reduction operation unit or the load separation operation unit is performed. That is, the duty ratio of the pulse signal to the switching element is reduced, or current supply to at least some of the loads is interrupted. Alternatively, both processes are performed. Thus, adequate protection against excessive overcurrent is provided.
ここで,第2の基準時間が第1の基準時間より長いこととするとよい。このようにすると,異常判別部に,時間差が第1の基準時間より長く第2の基準時間より短い場合に異常信号を出力する第3異常信号出力部を備えることができる。これにより,両検知手段による過電流検知の時間差を3段階に分類し,それぞれに適した処理を行うことができる。 Here, it is preferable that the second reference time is longer than the first reference time. In this case, the abnormality determination unit can include a third abnormality signal output unit that outputs an abnormality signal when the time difference is longer than the first reference time and shorter than the second reference time. Thereby, the time difference of the overcurrent detection by both detection means can be classified into three stages, and processing suitable for each can be performed.
本発明のスイッチング電源装置においては,第1過電流検知手段による過電流の検知から第2過電流検知手段による過電流の検知までカウントを行うカウンタを有することが望ましい。このカウンタを有することにより,第1異常信号出力部は,カウンタのカウント値が第1の基準時間に相当する値に達する前に第2過電流検知手段が過電流を検知すると,異常信号を出力することができる。また,第2異常信号出力部は,カウンタのカウント値が第2の基準時間に相当する値に達すると,異常信号を出力することができる。カウント値が第2の基準時間に相当する値に達したということは,第2の基準時間が経過しても,未だ第2過電流検知手段が過電流を検知していないということだからである。さらに,第3異常信号出力部は,カウンタのカウント値が第1の基準時間に相当する値に達してから第2の基準時間に相当する値に達するまでの間に第2過電流検知手段が過電流を検知すると,異常信号を出力することができる。 In the switching power supply of the present invention, it is desirable to have a counter that counts from detection of overcurrent by the first overcurrent detection means to detection of overcurrent by the second overcurrent detection means. By having this counter, the first abnormal signal output unit outputs an abnormal signal when the second overcurrent detection means detects an overcurrent before the count value of the counter reaches a value corresponding to the first reference time. can do. The second abnormality signal output unit can output an abnormality signal when the count value of the counter reaches a value corresponding to the second reference time. The fact that the count value has reached a value corresponding to the second reference time is that the second overcurrent detection means has not yet detected an overcurrent even after the second reference time has elapsed. . Further, the third abnormality signal output unit is configured so that the second overcurrent detection means detects whether the counter value reaches a value corresponding to the second reference time after the count value of the counter reaches a value corresponding to the first reference time. When an overcurrent is detected, an abnormal signal can be output.
本発明によれば,過電流の際に,その原因に応じて,過剰にならない適切な対処ができるようにしたスイッチング電源装置が提供されている。 According to the present invention, there is provided a switching power supply apparatus that can take an appropriate measure not to be excessive in accordance with the cause of an overcurrent.
以下,本発明を具体化した最良の形態について,添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態に係るスイッチング電源装置は,図1の回路図に示すように構成されている。すなわち本形態のスイッチング電源装置100は,元電源1と,出力トランジスタ2と,コイル3と,コンデンサ4とを有している。これにより本形態のスイッチング電源装置は基本的に,元電源1からの電流供給を出力トランジスタ2でスイッチングし,コイル3およびコンデンサ4で平滑化して負荷5,6に供給するものである。このため本形態のスイッチング電源装置は,さらに以下の各要素を備えている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the best mode for embodying the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The switching power supply according to this embodiment is configured as shown in the circuit diagram of FIG. That is, the switching
まず,出力トランジスタ2をデューティ制御するための,コンパレータ7およびレベルシフタ8を有している。コンパレータ7の負入力端子には三角波が,正入力端子にはエラーアンプ出力が,それぞれ入力されるようになっている。エラーアンプ出力のレベルは,通常の動作状態では三角波のピーク−ピーク間にある。これにより,エラーアンプ出力のレベルに応じたデューティ比のパルス信号を,出力トランジスタ2のゲート電極に入力するようになっている。本形態のスイッチング電源装置にはさらに,逆流バイパス用ダイオード9が設けられている。
First, a
本形態に係るスイッチング電源装置ではこれらの他に,過電流に対処するための構成が設けられている。まず,過電流を検知するたるめのものとして,抵抗10,コンパレータ11,12がある。抵抗10は,元電源1と出力トランジスタ2との間に設けられている。抵抗10と出力トランジスタ2との間のノードの電圧は,出力トランジスタ2の出力電流による。以下,この電圧を検出電圧と呼ぶこととする。コンパレータ11,12はそれぞれ,検出電圧を所定の基準値と比較するものである。これにより,出力電流がそれぞれの基準値に対応する電流を上回ったときに,コンパレータ11,12の出力が反転するようになっている。そして,コンパレータ12の基準値である第2の基準値は,コンパレータ11の基準値である第1の基準値と比較して,より大きな電流に対応する値とされている。
In addition to these, the switching power supply according to the present embodiment is provided with a configuration for dealing with overcurrent. First, there are a
さらに,コンパレータ11,12の出力に応じて,過電流の種類を判別する異常判別部13が設けられている。異常判別部13は,動作停止信号101,負荷遮断信号102,最大デューティ低下信号103の3種類の異常信号を出力するようになっている。そして,動作停止信号101によってオンする動作停止用トランジスタ14,負荷遮断信号102によってオフする負荷遮断用トランジスタ15,最大デューティ低下信号103によって動作する最大デューティ低下操作部16が設けられている。動作停止用トランジスタ14は,出力トランジスタ2と接地との間に設けられている。負荷遮断用トランジスタ15は,コイル3と負荷6との間に設けられている。負荷遮断用トランジスタ15のゲート電極にはレベルシフタ17が付設されている。最大デューティ低下操作部16は,コンパレータ7の正入力端子に接続されている。動作停止用トランジスタ14,負荷遮断用トランジスタ15,および最大デューティ低下操作部16は,異常判別部13での異常検知に応じて保護動作を行うものである。
Further, an
異常判別部13は,図2の回路図に示すように構成されている。コンパレータ11,12の出力を受ける異常判別部13には,SRフリップフロップ21が設けられている。そのセット端子にはコンパレータ11の出力信号が,リセット端子にはコンパレータ12の出力信号が,それぞれ入力されるようになっている。そして異常判別部13には,カウンタ22が設けられている。カウンタ22のイネーブル端子にSRフリップフロップ21の出力信号が入力されるようになっている。カウンタ22のクロック端子には,異常判別部13の動作クロックが入力されるようになっている。これによりカウンタ22は,SRフリップフロップ21の出力がハイである間に限り,動作クロックのパルス数を計数するのである。カウンタ22は複数の出力端子Q1,Q2,……を有している。各出力端子の出力により,カウンタ値が2進法で表されるようになっている。なお,カウンタ22のクリア端子には,後述するアンドゲート31の反転出力が入力されるようになっている。
The
異常判別部13にはさらに,オアゲート23が設けられている。その一方の入力端子は,カウンタ22の出力端子Qnと接続されている。異常判別部13にはまた,Dフリップフロップ24が設けられている。そのD端子には,オアゲート23の出力信号が入力されている。そのクロック端子には動作クロックが入力されている。その出力端子Qの出力信号は,オアゲート23の他方の入力端子に入力されている。そして異常判別部13には,アンドゲート25が設けられている。その一方の入力端子には,Dフリップフロップ24の出力端子Qの出力信号が反転入力されるようになっている。そのもう一方の入力端子には,コンパレータ12の出力信号が入力されるようになっている。さらに異常判別部13には,オアゲート26が設けられている。その一方の入力端子は,アンドゲート25の出力端子と接続されている。異常判別部13にはまた,Dフリップフロップ27が設けられている。そのD端子には,オアゲート26の出力信号が入力されている。そのクロック端子には動作クロックが入力されている。その出力端子Qの出力信号は,オアゲート26の他方の入力端子に入力されるとともに,動作停止信号101として図1中の動作停止用トランジスタ14のゲート電極へ入力される。
The
そして異常判別部13には,オアゲート28が設けられている。その一方の入力端子は,カウンタ22の出力端子Qm(n<m)と接続されている。出力端子Qmは,必ずしも最終番の出力端子でなくてもよい。異常判別部13にはさらに,アンドゲート29が設けられている。その一方の入力端子には,デューティ制限自己復帰信号が入力されている。デューティ制限自己復帰信号は,動作クロックより長周期なパルス信号である。異常判別部13にはまた,アンドゲート30が設けられている。これには,オアゲート28の出力とアンドゲート29の反転出力とが入力される。アンドゲート29の反転出力は前述のように,カウンタ22のクリア端子にも入力される。そして異常判別部13には,Dフリップフロップ31が設けられている。そのD端子は,アンドゲート30の出力端子と接続されている。そのクロック端子には動作クロックが入力されている。その出力端子Qの出力信号は,オアゲート28およびアンドゲート29の他方の入力端子に入力されるとともに,最大デューティ低下信号103として図1中の最大デューティ低下操作部16へ入力される。
The
さらに異常判別部13には,オアゲート32が設けられている。その一方の入力端子は,Dフリップフロップ31の出力端子と接続されている。その出力信号は負荷遮断信号102として,図1中のレベルシフタ17を介して負荷遮断用トランジスタ15のゲート電極へ入力される。異常判別部13にはまた,Dフリップフロップ33が設けられている。そのD端子には,オアゲート32の出力信号が入力されるようになっている。そのクロック端子には動作クロックが入力されている。その出力端子Qの出力信号は,オアゲート32の他方の入力端子に入力されている。
Further, the
そして異常判別部13には,多入力アンドゲート34が設けられている。これには,コンパレータ12の出力信号,Dフリップフロップ24の出力端子Qの出力信号,Dフリップフロップ31の出力端子Qの出力の反転信号,Dフリップフロップ33の出力端子Qの出力の反転信号,の4つの信号が入力されるようになっている。異常判別部13にはさらに,オアゲート35が設けられている。その一方の入力端子は,多入力アンドゲート34の出力端子と接続されている。異常判別部13にはまた,Dフリップフロップ36が設けられている。そのD端子は,オアゲート35の出力端子と接続されている。そのクロック端子には動作クロックが入力されている。その出力端子Qの出力信号は,オアゲート35の他方の入力端子に入力されるとともに,過電圧検知信号104とされる。
The
図1中の最大デューティ低下操作部16の回路図を図3に示す。最大デューティ低下操作部16は,トランジスタ41を中心に構成されている。トランジスタ41のエミッタが図1中のコンパレータ7の正入力端子に接続されている。そして,トランジスタ41のベース電圧は,サブ電源42の電圧を分圧した電圧とされるようになっている。そして,トランジスタ41のベース電圧を操作するトランジスタ43が設けられている。トランジスタ43のベース電圧は,最大デューティ低下信号103によって変更されるようになっている。そして,最大デューティ低下信号103がローであるときに図1中のエラーアンプ出力がコンパレータ7に正常に入力されるように,図3中の各抵抗の抵抗値が設定されている。
FIG. 3 shows a circuit diagram of the maximum duty
次に,本形態のスイッチング電源装置100の動作を説明する。スイッチング電源装置100の動作は,元電源1から負荷5,6への電流供給を,出力トランジスタ2のスイッチングによりコントロールすることである。すなわち,コンパレータ7の作用により,エラーアンプ出力のレベルに応じたデューティ比のパルス波が出力される。レベルシフタ8を介してこれを出力トランジスタ2のゲート電極に入力することにより,電流をデューティ制御するのである。電流は,コイル3およびコンデンサ4により平滑化される。
Next, the operation of the switching
ここで,出力トランジスタ2を流れる電流は,抵抗10により検出電圧としてコンパレータ11,12へ出力される。コンパレータ11,12ではこれを第1,第2の基準値と比較する。通常の動作状態では検出電圧が第1,第2の基準値のいずれをも上回ることはないので,コンパレータ11,12の出力はいずれもローである。このため異常判別部13が作動することはない。すなわち,動作停止信号101,負荷遮断信号102,最大デューティ低下信号103はいずれもローのままである。動作停止信号101がローであることにより,動作停止用トランジスタ14はオフ状態である。このため,出力トランジスタ2のゲート電極にレベルシフタ8の出力が入力される。負荷遮断信号102がローであることにより,負荷遮断用トランジスタ15はオフ状態である。このため,負荷5のみならず負荷6にも電流が供給される。最大デューティ低下信号103がローであることにより,エラーアンプ出力がコンパレータ7に正常に入力される。
Here, the current flowing through the
続いて,異常時の動作を説明する。ここでは異常として,出力トランジスタ2を流れる電流が過大になった場合を想定する。出力トランジスタ2の電流が過大となる主な原因としては,図1中の負荷5または負荷6に異常が生じることと,図1中のコイル3が短絡することとの2通りがある。
Next, the operation at the time of abnormality will be described. Here, it is assumed that the current flowing through the
まず,負荷5または負荷6に異常が生じて過電流となる場合(以下,負荷異常という)を考える。この場合には,図4に示すように,電流が次第に増加してくる。コイル3のインダクタンスが効いているからである。このため,出力トランジスタ2の電流が第1の基準値に達して(時刻t1)から第2の基準値に達する(時刻t2)までの間に若干のタイムラグがある。過電流の程度によっては,出力トランジスタ2の電流が第2の基準値に達しないこともありうるが,その場合でも処置は同じである。負荷異常が起こった際の図1のスイッチング電源装置100の動作を,図5のタイミングチャートを参照して説明する。
First, consider a case where an abnormality occurs in the load 5 or 6 and an overcurrent occurs (hereinafter referred to as a load abnormality). In this case, the current gradually increases as shown in FIG. This is because the inductance of the
出力トランジスタ2の電流が第1の基準値に達すると(時刻t1),コンパレータ11の出力がハイアップする。これにより,図2のSRフリップフロップ21の出力がハイアップする。このためカウンタ22によるクロック信号のカウントアップが開始される。負荷異常の場合には,時刻t2でコンパレータ12の出力がハイアップするより先に,カウンタ22の出力端子QnおよびQmの出力がハイアップする。前述のように時刻t1から時刻t2までの間に若干のタイムラグがあるからである。言い替えると,負荷異常の場合のタイムラグの間にハイアップする出力端子が出力端子Qmとして選択されている。出力端子Qnとしては当然,出力端子Qmより先にハイアップする出力端子が選択されている。
When the current of the
カウンタ22のカウント値が2n-1 を超えると出力端子Qnの出力がハイアップする。これによりこれ以後Dフリップフロップ24の出力がハイに維持される。すなわち,アンドゲート25への一方の入力がこれ以後ローに維持される。このため,その後の時刻t2でコンパレータ12の出力がハイアップしても,アンドゲート25の出力がハイアップすることはない。よって,動作停止信号101がハイアップすることはない。
When the count value of the
カウンタ22のカウント値が2m-1 を超えると出力端子Qmの出力がハイアップする。これにより,アンドゲート30の出力がハイアップする。続くクロックでこれがDフリップフロップ31にラッチされる。かくして,最大デューティ低下信号103がハイアップする。すなわち図1中の最大デューティ低下操作部16により,最大デューティを低下させるデューティ制限操作が行われる。
When the count value of the
また,Dフリップフロップ31の出力がハイアップすることにより,オアゲート32の出力,すなわち負荷遮断信号102もハイアップする。このため,負荷遮断用トランジスタ15がオフされる。これにより,負荷6が出力トランジスタ2から遮断される。なお,遮断されるのは負荷6のみで,負荷5は遮断されない。
Further, when the output of the D flip-
その後,デューティ制限自己復帰信号のパルスにより,アンドゲート29の反転出力が一時的にローダウンする。これにより,カウンタ22のカウント値がリセットされるとともに,Dフリップフロップ31の出力がローダウンする。
Thereafter, the inverted output of the AND
なお,負荷異常の場合には,Dフリップフロップ27の出力,すなわち動作停止信号101がハイアップすることはない。時刻t2までコンパレータ12の出力がローであり,その一方で時刻t2より早くにDフリップフロップ24の出力がハイアップしてしまう。このため,アンドゲート25の出力がハイアップすることがないからである。また,Dフリップフロップ36の出力,すなわち過電圧検知信号104がハイアップすることもない。時刻t2までコンパレータ12の出力がローであり,その一方で時刻t2より早くにオアゲート32の出力がハイアップしてしまう。このため,多入力アンドゲート34の出力がハイアップすることがないからである。
In the case of a load abnormality, the output of the D flip-
以上が,負荷異常の際の動作である。これから明らかなように負荷異常の際には,一部の負荷の遮断と,最大デューティ低下操作とが行われる。このうちの最大デューティ低下操作について,図3と図6とを参照して説明する。図6は,コンパレータ7の入出力信号と最大デューティ低下信号103との関係を示すタイミングチャートである。
The above is the operation when the load is abnormal. As is clear from this, when a load abnormality occurs, a part of the load is cut off and the maximum duty reduction operation is performed. Of these, the maximum duty reduction operation will be described with reference to FIGS. FIG. 6 is a timing chart showing the relationship between the input / output signal of the
図6中の左半分の部分は,最大デューティ低下操作が行われる前の状況を示している。エラーアンプ出力のレベルに応じてデューティ比が定まる。最大デューティ低下信号103がハイアップすると,それに伴って,図3中のトランジスタ43のベース電圧が上昇する。これによりトランジスタ43がオンして,トランジスタ41のベース電圧が下がる。すると,トランジスタ41のベース−エミッタ間電圧が一定であるため,トランジスタ41のエミッタ電圧も下がることとなる。このため,コンパレータ7の正入力端子への入力電圧が強制的に下げられ,図6中の右半分の状況となる。これが最大デューティ低下操作である。すなわち,エラーアンプ出力を通常時より強制的に下げることによって,コンパレータ7の出力パルスのデューティ比を低下させるである。これにより,出力トランジスタ2の電流を下げて,過電流状態が続くのを防ぐのである。
The left half portion in FIG. 6 shows the situation before the maximum duty reduction operation is performed. The duty ratio is determined according to the error amplifier output level. When the maximum
負荷異常の際には,異常が生じても電流が急峻に上昇するわけではない。このため,スイッチング電源装置の動作そのものを停止させてしまう必要はない。そこで本形態では前述のように,一部の負荷の遮断と最大デューティ低下操作とに止めているのである。これにより,過電流異常への対処中であっても,負荷5への電流供給は続行される。よって,可能な限り電流供給を停止したくない負荷は,負荷遮断用トランジスタ15を介さず直接に接続すればよい。これが負荷5である。逆に,そこまでして電流供給を続ける必要のない負荷は,負荷遮断用トランジスタ15を介して接続すればよい。これが負荷6である。あるいは,故障しやすい負荷を負荷6とし,故障しにくい負荷を負荷5としてもよい。その場合には,故障したと思われる負荷6への電流供給を停止しつつ,故障していないと思われる負荷5へは電流供給が続行されることとなる。
In the case of a load abnormality, the current does not rise sharply even if an abnormality occurs. For this reason, it is not necessary to stop the operation of the switching power supply device itself. Therefore, in this embodiment, as described above, a part of the load is cut off and the maximum duty reduction operation is stopped. Thereby, the current supply to the load 5 is continued even when the overcurrent abnormality is being dealt with. Therefore, a load for which current supply is not to be stopped as much as possible may be connected directly without going through the
次に,図1中のコイル3が短絡して過電流となる場合(以下,コイル異常という)を考える。この場合には,図7に示すように,異常発生とともに急峻に電流値が立ち上がる。コイル3のインダクタンスが作用しないからである。このため,出力トランジスタ2の電流が第1の基準値に達してから第2の基準値に達するまでのタイムラグが非常に短く,図7中ではほとんど同時のように見える。コイル異常が起こった際の図1のスイッチング電源装置100の動作を,図8のタイミングチャートを参照して説明する。
Next, let us consider a case where the
出力トランジスタ2の電流が第1の基準値に達すると(時刻t1),コンパレータ11の出力がハイアップする。これにより,図2のSRフリップフロップ21の出力がハイアップする。このためカウンタ22によるクロック信号のカウントアップが開始される。コイル異常の場合には,カウンタ22の出力端子QnおよびQmの出力がハイアップしないうちに,時刻t2でコンパレータ12の出力がハイアップする。前述のように時刻t1から時刻t2までのタイムラグがごく僅かだからである。言い替えると,コイル異常の場合のタイムラグの間にはハイアップしない出力端子が出力端子Qnとして選択されている。出力端子Qmとしては当然,出力端子Qnより後でハイアップする出力端子が選択されている。
When the current of the
よって,時刻t2まででカウンタ22のカウントアップは停止する。このため,カウンタ22の出力端子Qnの出力がハイアップすることはない。したがって,Dフリップフロップ24の出力がハイアップすることはない。このため,コンパレータ12の出力がハイアップした時刻t2にてアンドゲート25の出力がハイアップする。続くクロックでこれがDフリップフロップ27にラッチされる。かくして,動作停止信号101がハイアップする。これにより,図1中の動作停止用トランジスタ14がオンし,出力トランジスタ2のゲート電圧が接地レベルとなる。このため出力トランジスタ2がオフされる。すなわち,スイッチング電源装置の動作自体が停止するのである。
Therefore, the
また,コイル異常の場合には,カウンタ22の出力端子Qmの出力もハイアップすることはない。このため,オアゲート28およびアンドゲート30の出力もハイアップすることはない。したがって,Dフリップフロップ31の出力がハイアップすることはない。すなわち,負荷遮断信号102および最大デューティ低下信号103がハイアップすることはない。
Further, when the coil is abnormal, the output of the output terminal Qm of the
なお,Dフリップフロップ24の出力がハイアップしないことにより,多入力アンドゲート34の出力がハイアップすることがない。このため,Dフリップフロップ36の出力,すなわち過電圧検知信号104がハイアップすることもない。
In addition, since the output of the D flip-
以上が,コイル異常の際の動作である。これから明らかなようにコイル異常の際には,スイッチング電源装置の動作自体が停止させられる。コイル異常の場合には,前述のように電流値が急峻に立ち上がるので,最大デューティ低下や一部の負荷の切り離し等では保護が不十分だからである。 The above is the operation when the coil is abnormal. As is clear from this, when the coil is abnormal, the operation of the switching power supply itself is stopped. In the case of a coil abnormality, the current value rises steeply as described above, so that protection is insufficient when the maximum duty is reduced or some loads are disconnected.
次に,出力トランジスタ2の電流が第1の基準値に達して(時刻t1)から第2の基準値に達する(時刻t2)までのタイムラグが,負荷異常の場合とコイル異常の場合との中間的な値である場合を考える。この場合には,カウンタ22の出力端子Qnの出力は時刻t2にてハイアップするが,出力端子Qmの出力はハイアップしない。このような異常が起こる原因としては例えば,図1中の元電源1に何らかの異常が生じてその電圧が上昇することが考えられる。以下これを過電圧異常という。過電圧異常が起こった際の図1のスイッチング電源装置100の動作を,図9のタイミングチャートを参照して説明する。
Next, the time lag from when the current of the
出力トランジスタ2の電流が第1の基準値に達すると(時刻t1),コンパレータ11の出力がハイアップする。これにより,図2のSRフリップフロップ21の出力がハイアップする。このためカウンタ22によるクロック信号のカウントアップが開始される。過電圧異常の場合には,カウンタ22の出力端子Qnの出力がハイアップした後であって,出力端子Qmの出力がハイアップしないうちに,時刻t2でコンパレータ12の出力がハイアップする。よって,時刻t2まででカウンタ22のカウントアップは停止する。このため,カウンタ22の出力端子Qmの出力がハイアップすることはない。
When the current of the
カウンタ22のカウント値が2n-1 を超えると出力端子Qnの出力がハイアップする。これによりこれ以後Dフリップフロップ24の出力がハイに維持される。よって,時刻t2でコンパレータ12の出力がハイアップするとともに,多入力アンドゲート34の出力がハイアップする。続くクロックでこれがDフリップフロップ36にラッチされる。かくして,過電圧検知信号104がハイアップする。これにより,過電圧異常が起こったことが検知される。
When the count value of the
なお,過電圧異常の場合には,Dフリップフロップ27の出力,すなわち動作停止信号101がハイアップすることはない。時刻t2までコンパレータ12の出力がローであり,その一方で時刻t2より早くにDフリップフロップ24の出力がハイアップしてしまう。このため,アンドゲート25の出力がハイアップすることがないからである。また,カウンタ22の出力端子Qmの出力がハイアップしないことから,Dフリップフロップ31の出力,すなわち最大デューティ低下信号103がハイアップすることもない。同様の理由により,オアゲート32の出力,すなわち負荷遮断信号102がハイアップすることもない。以上が,過電圧異常の際の動作である。
In the case of an abnormal overvoltage, the output of the D flip-
以上詳細に説明したように本形態に係るスイッチング電源装置では,出力トランジスタ2の出力電流による検出電圧を,2水準の基準値と比較することとしている。そして,検出電圧が第1の基準値に達してから第2の基準値に達するまでの間に限り,カウンタ22によりクロック信号がカウントされるようにしている。
As described above in detail, in the switching power supply according to the present embodiment, the detection voltage due to the output current of the
そして,カウンタ22のカウント値が2n-1 に達しない(出力端子Qnがハイアップしない)うちに,検出電圧が第2の基準値に達した場合には,スイッチング電源装置の動作自体を停止するようにしている。すなわち,コイル異常のように急峻に電流が立ち上がる異常の場合には,速やかに電流供給を強制的に停止するのである。これにより,コイル3以外の各部を保護するのである。
If the detected voltage reaches the second reference value before the count value of the
また,検出電圧が第2の基準値に達する前にカウンタ22のカウント値が2m-1 に達した(出力端子Qmがハイアップした)場合には,最大デューティ低下操作と負荷の一部切り離しを行うようにしている。すなわち,負荷異常のように電流の立ち上がりがさほど急激でない場合には,電流を抑制しつつ,一部の負荷(負荷5)にのみ電流供給を続行するのである。
In addition, when the count value of the
これにより,過電流の際に,その原因に応じて,過剰にならない適切な対処ができるようにしたスイッチング電源装置が実現されている。 As a result, a switching power supply apparatus has been realized that can take an appropriate measure in the event of an overcurrent in accordance with the cause of the overcurrent.
なお,本形態は単なる例示であり,本発明を何ら限定するものではない。本発明は当然に,その趣旨を逸脱しない範囲内で様々な変形・改良が可能なものである。例えば図1等の回路図において,回路の具体的構成は図示の通りでなくてもよい。同様の機能を有する他の構成であってもよい。また,過電圧異常が検出された場合に何らかの具体的な処置を講ずる(最大デューティ低下等)ようにしてもよい。 This embodiment is merely an example and does not limit the present invention. Naturally, the present invention can be variously modified and improved without departing from the spirit of the present invention. For example, in the circuit diagram of FIG. 1 and the like, the specific configuration of the circuit may not be as illustrated. Other configurations having similar functions may be used. Further, when an overvoltage abnormality is detected, some specific measures may be taken (maximum duty reduction or the like).
あるいは逆に,過電圧異常の検出をしないこととしてもよい。その場合には,図2に示した異常判別部13に代えて,図10の異常判別部53を用いればよい。異常判別部53は,図2の異常判別部13から,オアゲート23,Dフリップフロップ24,多入力アンドゲート34,オアゲート35,Dフリップフロップ36を除去し,アンドゲート25の反転入力端子にDフリップフロップ31の出力端子Qの出力信号を入力させたものである。図10の異常判別部53を用いたスイッチング電源装置の動作は,過電圧異常の検出以外は本形態で説明したのと同じである。
Or conversely, overvoltage abnormality may not be detected. In that case, the
また,異常の判定方法を変更することもできる。具体的には,図4のような異常により最大デューティ低下操作を行った場合に,それでも異常が収まらないことも考えられる。その場合にコイル異常と判断して動作停止することとしてもよい。また,図7のような異常が検出された場合に,まずは最大デューティ低下操作を行い,それでも異常が収まらない場合にコイル異常と判断して動作停止することとしてもよい。 It is also possible to change the abnormality determination method. Specifically, when the maximum duty reduction operation is performed due to the abnormality as shown in FIG. In that case, it may be determined that the coil is abnormal and the operation is stopped. When an abnormality as shown in FIG. 7 is detected, the maximum duty reduction operation is first performed, and if the abnormality still does not disappear, it is determined that the coil is abnormal and the operation is stopped.
2 出力トランジスタ(スイッチング素子)
3 コイル
11 コンパレータ(第1過電流検知手段)
12 コンパレータ(第2過電流検知手段)
13 異常判別部
14 動作停止用トランジスタ(出力停止操作部)
15 負荷遮断用トランジスタ(負荷切り離し操作部)
16 最大デューティ低下操作部
22 カウンタ
26 オアゲート(第1異常信号出力部)
27 Dフリップフロップ(同)
30 アンドゲート(第2異常信号出力部)
31 Dフリップフロップ(同)
32 オアゲート(同)
34 多入力アンドケート(第3異常信号出力部)
35 オアゲート(同)
36 Dフリップフロップ(同)
2 Output transistor (switching element)
3
12 Comparator (second overcurrent detection means)
13
15 Load cutoff transistor (load disconnection operation unit)
16 Maximum duty
27 D flip-flop (same as above)
30 AND GATE (second abnormal signal output part)
31 D flip-flop (same as above)
32 or gate (same)
34 Multi-input AND Kate (Third abnormal signal output part)
35 OR Gate (same as above)
36 D flip-flop (same as above)
Claims (6)
前記スイッチング素子の過電流を,第1の基準値との比較により検知する第1過電流検知手段と,
前記スイッチング素子の過電流を,第1の基準値に対応する電流より大きい電流に対応する第2の基準値との比較により検知する第2過電流検知手段と,
前記第1過電流検知手段および前記第2過電流検知手段による過電流検知の時間差に応じて2種類以上の異常信号のいずれかを出力する異常判別部と,
前記異常判別部の異常信号に応じて異なる保護動作を行う保護部とを有することを特徴とするスイッチング電源装置。 In a switching power supply comprising a switching element that switches current supply in response to a pulse signal, and a coil on a current path that is switched by the switching element,
First overcurrent detection means for detecting an overcurrent of the switching element by comparison with a first reference value;
Second overcurrent detection means for detecting an overcurrent of the switching element by comparison with a second reference value corresponding to a current larger than a current corresponding to the first reference value;
An abnormality determination unit that outputs one of two or more types of abnormality signals according to a time difference between overcurrent detections by the first overcurrent detection unit and the second overcurrent detection unit;
A switching power supply device comprising: a protection unit that performs different protection operations according to an abnormality signal of the abnormality determination unit.
前記異常判別部は,
時間差が第1の基準時間より短い場合に異常信号を出力する第1異常信号出力部と, 前記第1過電流検知手段による過電流の検出後,第1の基準時間より短くない第2の基準時間が経過しても前記第2過電流検知手段が過電流を検知しない場合に異常信号を出力する第2異常信号出力部とを有し,
前記保護部は,
前記第1異常信号出力部の異常信号により前記スイッチング素子をオフさせる出力停止操作部と,
前記第2異常信号出力部の異常信号により前記スイッチング素子へのパルス信号のデューティ比を低下させるデューティ低下操作部とを有することを特徴とするスイッチング電源装置。 The switching power supply device according to claim 1,
The abnormality determination unit
A first abnormality signal output unit that outputs an abnormality signal when the time difference is shorter than the first reference time; and a second reference that is not shorter than the first reference time after the overcurrent is detected by the first overcurrent detection means. A second abnormal signal output unit that outputs an abnormal signal when the second overcurrent detection means does not detect an overcurrent even if time has elapsed;
The protective part is
An output stop operation unit for turning off the switching element by an abnormal signal of the first abnormal signal output unit;
A switching power supply device comprising: a duty reduction operation unit that reduces a duty ratio of a pulse signal to the switching element by an abnormal signal of the second abnormal signal output unit.
前記異常判別部は,
時間差が第1の基準時間より短い場合に異常信号を出力する第1異常信号出力部と, 前記第1過電流検知手段による過電流の検出後,第1の基準時間より短くない第2の基準時間が経過しても前記第2過電流検知手段が過電流を検知しない場合に異常信号を出力する第2異常信号出力部とを有し,
前記保護部は,
前記第1異常信号出力部の異常信号により前記スイッチング素子をオフさせる出力停止操作部と,
前記第2異常信号出力部の異常信号により少なくとも一部の負荷への電流供給を遮断する負荷切り離し操作部を有することを特徴とするスイッチング電源装置。 The switching power supply device according to claim 1,
The abnormality determination unit
A first abnormality signal output unit that outputs an abnormality signal when the time difference is shorter than the first reference time; and a second reference that is not shorter than the first reference time after the overcurrent is detected by the first overcurrent detection means. A second abnormal signal output unit that outputs an abnormal signal when the second overcurrent detection means does not detect an overcurrent even if time has elapsed;
The protective part is
An output stop operation unit for turning off the switching element by an abnormal signal of the first abnormal signal output unit;
A switching power supply apparatus comprising: a load separation operation unit that cuts off current supply to at least a part of a load by an abnormality signal of the second abnormality signal output unit.
第2の基準時間が第1の基準時間より長く,
前記異常判別部は,時間差が第1の基準時間より長く第2の基準時間より短い場合に異常信号を出力する第3異常信号出力部を有することを特徴とするスイッチング電源装置。 In the switching power supply device according to claim 2 or 3,
The second reference time is longer than the first reference time,
The switching power supply apparatus according to claim 1, wherein the abnormality determination unit includes a third abnormality signal output unit that outputs an abnormality signal when the time difference is longer than the first reference time and shorter than the second reference time.
前記第1過電流検知手段による過電流の検知から前記第2過電流検知手段による過電流の検知までカウントを行うカウンタを有し,
前記第1異常信号出力部は,前記カウンタのカウント値が第1の基準時間に相当する値に達する前に前記第2過電流検知手段が過電流を検知すると異常信号を出力するものであり,
前記第2異常信号出力部は,前記カウンタのカウント値が第2の基準時間に相当する値に達すると異常信号を出力するものであることを特徴とするスイッチング電源装置。 In the switching power supply device according to claim 2 or 3,
A counter that counts from detection of overcurrent by the first overcurrent detection means to detection of overcurrent by the second overcurrent detection means;
The first abnormal signal output unit outputs an abnormal signal when the second overcurrent detection means detects an overcurrent before the count value of the counter reaches a value corresponding to a first reference time.
The switching power supply device, wherein the second abnormality signal output unit outputs an abnormality signal when a count value of the counter reaches a value corresponding to a second reference time.
前記第1過電流検知手段による過電流の検知から前記第2過電流検知手段による過電流の検知までカウントを行うカウンタを有し,
前記第3異常信号出力部は,前記カウンタのカウント値が第1の基準時間に相当する値に達してから第2の基準時間に相当する値に達するまでの間に前記第2過電流検知手段が過電流を検知すると異常信号を出力するものであることを特徴とするスイッチング電源装置。 The switching power supply device according to claim 4,
A counter that counts from detection of overcurrent by the first overcurrent detection means to detection of overcurrent by the second overcurrent detection means;
The third abnormal signal output unit includes the second overcurrent detection means between the time when the count value of the counter reaches a value corresponding to a first reference time and a value corresponding to a second reference time. A switching power supply that outputs an abnormal signal when an overcurrent is detected.
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