JP2006025547A - Switching power supply device - Google Patents

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Atsuko Yokoyama
敦子 横山
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Toyota Motor Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a switching power supply device that can properly cope with an overcurrent in accordance with its cause in a range not to be excessive. <P>SOLUTION: In the switching power supply device that feeds current supply from a master power supply 1 to load 5, 6 by switching it by an output transistor 2 and smoothing it by a coil 3 and a capacitor 4, a voltage detected by an output current of the output transistor 2 is compared with reference values of two levels by comparators 11, 12, and counted by a counter 22 only in a period that the detected voltage reaches the second reference value after reaching the first reference value. When the detected voltage reaches the second reference value before the counter 22 reaches a first reference time, the current supply is stopped. When the counter 22 reaches a second reference time before the detected voltage reaches the second reference value, a duty ratio is lowered and the load 6 is disconnected. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

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。
実公平7−46981号公報
Conventionally, some power supply devices of this type have a protection function in case of overcurrent due to a short circuit or the like. This is because, when an overcurrent flows, the load is destroyed or components inside the power supply device itself are destroyed. Therefore, for example, the device described in Patent Document 1 includes an element for detecting a short-circuit state. Then, when the state in which the short circuit signal is detected continues for a predetermined time or more, it is determined that the short circuit has occurred, and the circuit is stopped as a short circuit process. This protects against overcurrent caused by a short circuit.
No. 7-46981

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 power supply device 100 of the present embodiment has a main power supply 1, an output transistor 2, a coil 3, and a capacitor 4. As a result, the switching power supply of the present embodiment basically switches the current supply from the original power supply 1 by the output transistor 2, smoothes it by the coil 3 and the capacitor 4, and supplies it to the loads 5 and 6. For this reason, the switching power supply of this embodiment further includes the following elements.

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 comparator 7 and a level shifter 8 are provided for duty control of the output transistor 2. A triangular wave is input to the negative input terminal of the comparator 7, and an error amplifier output is input to the positive input terminal. The level of the error amplifier output is between the peaks and peaks of the triangular wave in the normal operating state. As a result, a pulse signal having a duty ratio corresponding to the level of the error amplifier output is input to the gate electrode of the output transistor 2. The switching power supply of this embodiment is further provided with a backflow bypass diode 9.

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 resistor 10 and comparators 11 and 12 for detecting an overcurrent. The resistor 10 is provided between the main power supply 1 and the output transistor 2. The voltage at the node between the resistor 10 and the output transistor 2 depends on the output current of the output transistor 2. Hereinafter, this voltage is referred to as a detection voltage. Each of the comparators 11 and 12 compares the detected voltage with a predetermined reference value. Thereby, when the output current exceeds the current corresponding to each reference value, the outputs of the comparators 11 and 12 are inverted. The second reference value that is the reference value of the comparator 12 is a value that corresponds to a larger current compared to the first reference value that is the reference value of the comparator 11.

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 abnormality determination unit 13 that determines the type of overcurrent according to the outputs of the comparators 11 and 12 is provided. The abnormality determination unit 13 outputs three types of abnormality signals, that is, an operation stop signal 101, a load cutoff signal 102, and a maximum duty reduction signal 103. An operation stop transistor 14 that is turned on by the operation stop signal 101, a load cutoff transistor 15 that is turned off by the load cut signal 102, and a maximum duty reduction operation unit 16 that is operated by the maximum duty reduction signal 103 are provided. The operation stop transistor 14 is provided between the output transistor 2 and the ground. The load breaking transistor 15 is provided between the coil 3 and the load 6. A level shifter 17 is attached to the gate electrode of the load cutoff transistor 15. The maximum duty reduction operation unit 16 is connected to the positive input terminal of the comparator 7. The operation stop transistor 14, the load cutoff transistor 15, and the maximum duty reduction operation unit 16 perform a protective operation in response to an abnormality detected by the abnormality determination unit 13.

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 abnormality determination unit 13 is configured as shown in the circuit diagram of FIG. In the abnormality determination unit 13 that receives the outputs of the comparators 11 and 12, an SR flip-flop 21 is provided. The output signal of the comparator 11 is input to the set terminal, and the output signal of the comparator 12 is input to the reset terminal. The abnormality determination unit 13 is provided with a counter 22. The output signal of the SR flip-flop 21 is input to the enable terminal of the counter 22. An operation clock of the abnormality determination unit 13 is input to the clock terminal of the counter 22. Thus, the counter 22 counts the number of pulses of the operation clock only while the output of the SR flip-flop 21 is high. The counter 22 has a plurality of output terminals Q1, Q2,. The counter value is expressed in binary notation by the output of each output terminal. Note that an inverted output of an AND gate 31, which will be described later, is input to the clear terminal of the counter 22.

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 abnormality determination unit 13 is further provided with an OR gate 23. One of the input terminals is connected to the output terminal Qn of the counter 22. The abnormality determination unit 13 is also provided with a D flip-flop 24. The output signal of the OR gate 23 is input to the D terminal. An operation clock is input to the clock terminal. The output signal of the output terminal Q is input to the other input terminal of the OR gate 23. The abnormality determination unit 13 is provided with an AND gate 25. The output signal of the output terminal Q of the D flip-flop 24 is inverted and input to one of the input terminals. The output signal of the comparator 12 is input to the other input terminal. Further, the abnormality determination unit 13 is provided with an OR gate 26. One of the input terminals is connected to the output terminal of the AND gate 25. The abnormality determination unit 13 is also provided with a D flip-flop 27. The output signal of the OR gate 26 is input to the D terminal. An operation clock is input to the clock terminal. The output signal of the output terminal Q is input to the other input terminal of the OR gate 26 and input to the gate electrode of the operation stop transistor 14 in FIG.

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 abnormality determination unit 13 is provided with an OR gate 28. One of the input terminals is connected to the output terminal Qm (n <m) of the counter 22. The output terminal Qm is not necessarily the final output terminal. The abnormality determination unit 13 is further provided with an AND gate 29. The duty limit self-return signal is input to one of the input terminals. The duty limit self-return signal is a pulse signal having a longer period than the operation clock. The abnormality determination unit 13 is also provided with an AND gate 30. To this, the output of the OR gate 28 and the inverted output of the AND gate 29 are input. The inverted output of the AND gate 29 is also input to the clear terminal of the counter 22 as described above. The abnormality determination unit 13 is provided with a D flip-flop 31. The D terminal is connected to the output terminal of the AND gate 30. An operation clock is input to the clock terminal. The output signal of the output terminal Q is input to the other input terminal of the OR gate 28 and the AND gate 29, and is input to the maximum duty reduction operation unit 16 in FIG.

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 abnormality determination unit 13 is provided with an OR gate 32. One of the input terminals is connected to the output terminal of the D flip-flop 31. The output signal is input as a load cutoff signal 102 to the gate electrode of the load cutoff transistor 15 via the level shifter 17 in FIG. The abnormality determination unit 13 is also provided with a D flip-flop 33. The output signal of the OR gate 32 is input to the D terminal. An operation clock is input to the clock terminal. The output signal of the output terminal Q is input to the other input terminal of the OR gate 32.

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 abnormality determination unit 13 is provided with a multi-input AND gate 34. This includes the output signal of the comparator 12, the output signal of the output terminal Q of the D flip-flop 24, the inverted signal of the output of the output terminal Q of the D flip-flop 31, the inverted signal of the output of the output terminal Q of the D flip-flop 33, These four signals are input. The abnormality determination unit 13 is further provided with an OR gate 35. One input terminal is connected to the output terminal of the multi-input AND gate 34. The abnormality determination unit 13 is also provided with a D flip-flop 36. The D terminal is connected to the output terminal of the OR gate 35. An operation clock is input to the clock terminal. The output signal of the output terminal Q is input to the other input terminal of the OR gate 35 and also serves as an overvoltage detection signal 104.

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 reduction operation unit 16 in FIG. The maximum duty reduction operation unit 16 is configured around the transistor 41. The emitter of the transistor 41 is connected to the positive input terminal of the comparator 7 in FIG. The base voltage of the transistor 41 is a voltage obtained by dividing the voltage of the sub power supply 42. A transistor 43 for operating the base voltage of the transistor 41 is provided. The base voltage of the transistor 43 is changed by the maximum duty reduction signal 103. The resistance value of each resistor in FIG. 3 is set so that the error amplifier output in FIG. 1 is normally input to the comparator 7 when the maximum duty reduction signal 103 is low.

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 power supply apparatus 100 of this embodiment will be described. The operation of the switching power supply device 100 is to control the current supply from the main power supply 1 to the loads 5 and 6 by switching the output transistor 2. That is, a pulse wave with a duty ratio corresponding to the level of the error amplifier output is output by the action of the comparator 7. The current is duty-controlled by inputting it to the gate electrode of the output transistor 2 via the level shifter 8. The current is smoothed by the coil 3 and the capacitor 4.

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 output transistor 2 is output to the comparators 11 and 12 as a detection voltage by the resistor 10. The comparators 11 and 12 compare this with the first and second reference values. In a normal operation state, the detected voltage does not exceed either the first or second reference value, so that the outputs of the comparators 11 and 12 are both low. For this reason, the abnormality determination part 13 does not operate. That is, the operation stop signal 101, the load cutoff signal 102, and the maximum duty reduction signal 103 all remain low. Since the operation stop signal 101 is low, the operation stop transistor 14 is off. Therefore, the output of the level shifter 8 is input to the gate electrode of the output transistor 2. Since the load shedding signal 102 is low, the load shedding transistor 15 is off. For this reason, current is supplied not only to the load 5 but also to the load 6. Since the maximum duty reduction signal 103 is low, the error amplifier output is normally input to the comparator 7.

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 output transistor 2 becomes excessive as an abnormality. There are two main causes for the current of the output transistor 2 being excessive, that is, an abnormality occurs in the load 5 or 6 in FIG. 1 and a short circuit of the coil 3 in FIG.

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 coil 3 is effective. Therefore, there is a slight time lag between the time when the current of the output transistor 2 reaches the first reference value (time t1) and the second reference value (time t2). Depending on the degree of overcurrent, the current of the output transistor 2 may not reach the second reference value, but the procedure is the same even in that case. The operation of the switching power supply apparatus 100 of FIG. 1 when a load abnormality occurs will be described with reference to the timing chart of FIG.

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 output transistor 2 reaches the first reference value (time t1), the output of the comparator 11 goes up. As a result, the output of the SR flip-flop 21 in FIG. Therefore, the counter 22 starts counting up the clock signal. In the case of a load abnormality, the outputs of the output terminals Qn and Qm of the counter 22 rise up before the output of the comparator 12 goes up at time t2. This is because there is a slight time lag between time t1 and time t2 as described above. In other words, the output terminal that rises during the time lag in the case of load abnormality is selected as the output terminal Qm. As an output terminal Qn, an output terminal that goes up higher than the output terminal Qm is naturally selected.

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 counter 22 exceeds 2 n−1 , the output of the output terminal Qn increases. As a result, the output of the D flip-flop 24 is kept high thereafter. That is, one input to the AND gate 25 is kept low thereafter. For this reason, even if the output of the comparator 12 goes up at the subsequent time t2, the output of the AND gate 25 does not go up. Therefore, the operation stop signal 101 does not rise up.

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 counter 22 exceeds 2 m−1 , the output of the output terminal Qm increases. As a result, the output of the AND gate 30 increases. This is latched in the D flip-flop 31 at the subsequent clock. Thus, the maximum duty reduction signal 103 is increased. That is, a duty limiting operation for reducing the maximum duty is performed by the maximum duty reduction operation unit 16 in FIG.

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-flop 31 is increased, the output of the OR gate 32, that is, the load cutoff signal 102 is also increased. For this reason, the load breaking transistor 15 is turned off. As a result, the load 6 is disconnected from the output transistor 2. Only the load 6 is interrupted, and the load 5 is not interrupted.

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 gate 29 is temporarily lowered by the pulse of the duty limit self-return signal. As a result, the count value of the counter 22 is reset and the output of the D flip-flop 31 is lowered.

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-flop 27, that is, the operation stop signal 101 does not rise up. Until the time t2, the output of the comparator 12 is low, while the output of the D flip-flop 24 goes up earlier than the time t2. For this reason, the output of the AND gate 25 does not increase. Further, the output of the D flip-flop 36, that is, the overvoltage detection signal 104 does not rise up. Until the time t2, the output of the comparator 12 is low, while the output of the OR gate 32 goes up earlier than the time t2. For this reason, the output of the multi-input AND gate 34 does not rise up.

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 comparator 7 and the maximum duty reduction signal 103.

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 duty reduction signal 103 increases, the base voltage of the transistor 43 in FIG. 3 increases accordingly. As a result, the transistor 43 is turned on, and the base voltage of the transistor 41 is lowered. Then, since the base-emitter voltage of the transistor 41 is constant, the emitter voltage of the transistor 41 also decreases. For this reason, the input voltage to the positive input terminal of the comparator 7 is forcibly lowered, resulting in the situation on the right half in FIG. This is the maximum duty reduction operation. That is, the duty ratio of the output pulse of the comparator 7 is lowered by forcibly lowering the error amplifier output from the normal time. As a result, the current of the output transistor 2 is lowered to prevent the overcurrent state from continuing.

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 load breaking transistor 15. This is the load 5. Conversely, a load that does not need to continue to supply current may be connected via the load breaking transistor 15. This is the load 6. Alternatively, a load that is likely to fail may be the load 6, and a load that is unlikely to fail may be the load 5. In this case, the current supply to the load 5 that is considered not to be in failure is continued while the current supply to the load 6 that is considered to be out of order is stopped.

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 coil 3 in FIG. In this case, as shown in FIG. 7, the current value rises sharply with the occurrence of an abnormality. This is because the inductance of the coil 3 does not act. For this reason, the time lag from when the current of the output transistor 2 reaches the first reference value until it reaches the second reference value is very short, and it looks almost the same in FIG. The operation of the switching power supply device 100 of FIG. 1 when a coil abnormality occurs will be described with reference to the timing chart of FIG.

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 output transistor 2 reaches the first reference value (time t1), the output of the comparator 11 goes up. As a result, the output of the SR flip-flop 21 in FIG. Therefore, the counter 22 starts counting up the clock signal. In the case of a coil abnormality, the output of the comparator 12 increases at time t2 before the outputs of the output terminals Qn and Qm of the counter 22 increase. This is because the time lag from time t1 to time t2 is very small as described above. In other words, an output terminal that does not increase during the time lag in the case of a coil abnormality is selected as the output terminal Qn. Of course, the output terminal Qm is selected as an output terminal that goes up after the output terminal Qn.

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 counter 22 stops counting up to time t2. For this reason, the output of the output terminal Qn of the counter 22 does not rise up. Therefore, the output of the D flip-flop 24 does not rise up. For this reason, the output of the AND gate 25 is increased at time t2 when the output of the comparator 12 is increased. This is latched in the D flip-flop 27 in the subsequent clock. Thus, the operation stop signal 101 is increased. As a result, the operation stop transistor 14 in FIG. 1 is turned on, and the gate voltage of the output transistor 2 becomes the ground level. For this reason, the output transistor 2 is turned off. That is, the operation of the switching power supply device stops.

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 counter 22 does not increase. For this reason, the outputs of the OR gate 28 and the AND gate 30 do not increase. Therefore, the output of the D flip-flop 31 does not rise up. That is, the load cutoff signal 102 and the maximum duty reduction signal 103 do not increase up.

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-flop 24 does not increase, the output of the multi-input AND gate 34 does not increase. For this reason, the output of the D flip-flop 36, that is, the overvoltage detection signal 104 does not rise up.

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 output transistor 2 reaches the first reference value (time t1) to the second reference value (time t2) is an intermediate between the case of load abnormality and the case of coil abnormality. Consider the case of a typical value. In this case, the output of the output terminal Qn of the counter 22 increases at time t2, but the output of the output terminal Qm does not increase. As a cause of such an abnormality, for example, it is conceivable that some abnormality occurs in the main power supply 1 in FIG. 1 and the voltage rises. This is hereinafter referred to as overvoltage abnormality. 1 will be described with reference to the timing chart of FIG. 9 when an overvoltage abnormality occurs.

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 output transistor 2 reaches the first reference value (time t1), the output of the comparator 11 goes up. As a result, the output of the SR flip-flop 21 in FIG. Therefore, the counter 22 starts counting up the clock signal. In the case of an overvoltage abnormality, the output of the comparator 12 goes up at time t2 after the output of the output terminal Qn of the counter 22 goes up and before the output of the output terminal Qm goes up. Therefore, the counter 22 stops counting up to time t2. For this reason, the output of the output terminal Qm of the counter 22 does not rise up.

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 counter 22 exceeds 2 n−1 , the output of the output terminal Qn increases. As a result, the output of the D flip-flop 24 is kept high thereafter. Therefore, at time t2, the output of the comparator 12 is raised, and the output of the multi-input AND gate 34 is raised. This is latched in the D flip-flop 36 at the subsequent clock. Thus, the overvoltage detection signal 104 is increased. Thereby, it is detected that an overvoltage abnormality has occurred.

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-flop 27, that is, the operation stop signal 101 does not rise up. Until the time t2, the output of the comparator 12 is low, while the output of the D flip-flop 24 goes up earlier than the time t2. For this reason, the output of the AND gate 25 does not increase. Further, since the output of the output terminal Qm of the counter 22 does not increase up, the output of the D flip-flop 31, that is, the maximum duty reduction signal 103 does not increase up. For the same reason, the output of the OR gate 32, that is, the load cutoff signal 102 does not rise up. The above is the operation when an overvoltage abnormality occurs.

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 output transistor 2 is compared with a reference value of two levels. The counter 22 counts the clock signal only during the period from when the detected voltage reaches the first reference value until it reaches the second reference value.

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 counter 22 reaches 2 n−1 (the output terminal Qn does not rise up), the operation of the switching power supply device is stopped. Like to do. That is, the current supply is forcibly stopped immediately in the case of an abnormality in which the current rises steeply, such as a coil abnormality. Thereby, each part other than the coil 3 is protected.

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 counter 22 reaches 2 m-1 before the detection voltage reaches the second reference value (the output terminal Qm rises high), the maximum duty reduction operation is partially disconnected from the load. Like to do. That is, when the current rise is not so rapid as in the case of load abnormality, current supply is continued only to a part of the loads (load 5) while suppressing the current.

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 abnormality determination unit 53 of FIG. 10 may be used instead of the abnormality determination unit 13 shown in FIG. The abnormality determination unit 53 removes the OR gate 23, the D flip-flop 24, the multi-input AND gate 34, the OR gate 35, and the D flip-flop 36 from the abnormality determination unit 13 of FIG. The output signal of the output terminal Q of the group 31 is input. The operation of the switching power supply using the abnormality determination unit 53 of FIG. 10 is the same as that described in this embodiment except for the detection of an overvoltage abnormality.

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.

実施の形態に係るスイッチング電源装置の回路図である。1 is a circuit diagram of a switching power supply device according to an embodiment. 異常判別部の回路図である。It is a circuit diagram of an abnormality determination part. 最大デューティ低下操作部の回路図である。It is a circuit diagram of a maximum duty reduction operation part. 負荷異常による過電流のグラフである。It is a graph of the overcurrent by load abnormality. 負荷異常の際のスイッチング電源装置の動作を説明するタイミングチャートである。It is a timing chart explaining operation | movement of the switching power supply device at the time of load abnormality. コンパレータの入出力信号と第3異常信号との関係を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the relationship between the input / output signal of a comparator, and a 3rd abnormality signal. コイル異常による過電流のグラフである。It is a graph of the overcurrent by coil abnormality. コイル異常の際のスイッチング電源装置の動作を説明するタイミングチャートである。It is a timing chart explaining operation | movement of the switching power supply device at the time of coil abnormality. 過電圧異常の際のスイッチング電源装置の動作を説明するタイミングチャートである。It is a timing chart explaining operation | movement of the switching power supply device at the time of overvoltage abnormality. 変形例に係る異常判別部の回路図である。It is a circuit diagram of the abnormality discrimination | determination part which concerns on a modification.

符号の説明Explanation of symbols

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 Coil 11 Comparator (first overcurrent detection means)
12 Comparator (second overcurrent detection means)
13 Abnormality determination unit 14 Operation stop transistor (output stop operation unit)
15 Load cutoff transistor (load disconnection operation unit)
16 Maximum duty reduction operation unit 22 Counter 26 OR gate (first abnormal signal output unit)
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)

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,前記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スイッチング電源装置において,
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.
請求項1に記載のスイッチング電源装置において,
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.
請求項1に記載のスイッチング電源装置において,
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.
請求項2または請求項3に記載のスイッチング電源装置において,
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.
請求項2または請求項3に記載のスイッチング電源装置において,
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.
請求項4に記載のスイッチング電源装置において,
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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