JP2006230111A - Ｄｃ／ｄｃコンバータ - Google Patents

Abstract

【課題】 バックアップ機能を備えたＤＣ／ＤＣコンバータの安全性を向上させる。
【解決手段】 主回路１０は、直流電源２００の出力を変換することにより所望の電圧を生成する。バックアップ回路４０は、主回路１０に並列に設けられる。制御回路２０は、通常動作時は、出力電圧が目標電圧に保持されるように主回路１０の主スイッチ１１２を制御する。入力電圧異常、出力電圧異常、温度異常が発生すると、制御回路２０は、主回路１０を停止するとともに、バックアップ回路４０を起動する。出力電流異常のときは、制御回路２０は、主回路１０を停止し、また、バックアップ回路４０を起動しない。
【選択図】 図１

Description

本発明は、バックアップ機能を備えるＤＣ／ＤＣコンバータに係わる。

従来より、様々な用途にＤＣ／ＤＣコンバータが使用されている。ＤＣ／ＤＣコンバータは、ある直流電圧を所望の直流電圧に変換する機器であり、例えば、２４Ｖバッテリ車において、１２Ｖ用のアクセサリ部品等を駆動するために使用される。

ＤＣ／ＤＣコンバータの信頼性を上げるための方策として、バックアップ回路を設ける構成が知られている（例えば、特許文献１参照。）。以下、図３を参照しながら、公知のバックアップ回路を備えるＤＣ／ＤＣコンバータについて説明する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１００は、直流電源２００の出力電圧を所望の直流電圧に変換する。ここでは、直流電源２００は２４Ｖバッテリであり、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００は１２Ｖを生成するものとする。ＤＣ／ＤＣコンバータ１００の主回路１１０は、入力フィルタ回路１１１、主スイッチ１１２、ドライブ回路１１３、コイルＬ、出力コンデンサＣなどを備える。そして、制御回路１２０は、出力電圧が１２Ｖに保持されるようにドライブ回路１１３を介して主スイッチ１１２を制御する。

バックアップ回路１３０は、ダイオードＤにより実現される。このダイオードＤのアノードは、直流電源２００の中間電圧端子に接続され、カソードは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００の出力端子に接続される。ここで、直流電源２００の中間電圧端子は、直流の１２Ｖを出力するものとする。

上記構成のＤＣ／ＤＣコンバータ１００において、通常動作時は、主回路１１０により直流の１２Ｖが生成されて出力される。このとき、バックアップ回路１３０のダイオードＤを介して電流が流れることはない。

一方、上記ＤＣ／ＤＣコンバータ１００において動作異常が発生すると、制御回路１２０は、主スイッチ１１２をオフ状態に保持することにより主回路１１０を停止する。そうすると、バックアップ回路１３０のダイオードＤのカソードの電位（実質的に、ゼロ）に対してそのアノードの電位（約１２Ｖ）が高くなるので、ダイオードＤを介して電流が流れる。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００の出力として、概ね１２Ｖ（すなわち、直流電源２００の中間電圧端子の出力電圧）が得られる。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００の動作異常とは、例えば、入力電圧が上限閾値を超えた場合、入力電圧が下限閾値を下回った場合、出力電圧が上限閾値を超えた場合、出力電流が上限閾値を超えた場合などを想定する。

このように、図３に示すＤＣ／ＤＣコンバータ１００は、その動作異常時には、バックアップ回路１３０を利用して必要な電圧を負荷に供給することができる。
特開平５−２２７６０７号公報（図１、明細書の段落０００８〜００１２）

上述した従来のＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、たとえば、負荷がショートすることにより出力過電流状態が発生したとする。この場合、制御回路１２０が主回路１１０を停止し、バックアップ回路１３０がその負荷に対して電力を供給しようとする。したがって、このようなケースでは、直流電源２００がショートして破壊に至るおそれがある。

また、上述の構成では、主回路１１０の停止時にバックアップ回路１３０が負荷に対して常時電力を供給してしまうので、直流電源２００を浪費してしまったり、あるいは負荷に常に電圧が印加された状態を引き起こしてしまう。

本発明の目的は、バックアップ機能を備えたＤＣ／ＤＣコンバータの安全性を向上させることである。

本発明のＤＣ／ＤＣコンバータは、直流電源から得られる第１の電圧を第２の電圧に変換して出力する主回路と、上記第１の電圧、上記第２の電圧、上記主回路の周辺温度の少なくとも１つを検出する第１の検出手段と、上記主回路の出力電流を検出する第２の検出手段と、上記第１または第２の検出手段により異常状態が検出されたときに、上記主回路を停止する制御手段と、上記直流電源に接続され、上記主回路の停止時にその動作をバックアップするバックアップ回路、を有する。そして、上記制御手段は、上記第１の検出手段により異常状態が検出されたときは、上記バックアップ回路を起動し、上記第２の検出手段により異常状態が検出されたときは、上記バックアップ回路を起動しない。

上記ＤＣ／ＤＣコンバータにおいては、第１の電圧（入力電圧）、第２の電圧（出力電圧）、または主回路の周辺温度が異常状態になると、主回路が停止されるとともに、バックアップ回路が起動される。一方、出力電流が異常状態になったときは、バックアップ回路を起動することなく、単に主回路を停止する。これにより、直流電源等がショート等してしまうことを回避できる。

上記バックアップ回路は、たとえば、上記主回路に並列に設けられたスイッチを含む構成である。この場合、上記制御手段は、上記第２の検出手段により検出される出力電流が予め決められた閾値を超えると、上記バックアップ回路のスイッチを非導通状態に制御する。これによれば、出力電流の異常時に動作しなくなるバックアップ回路を簡単な構成で実現できる。

本発明によれば、バックアップ機能を備えたＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、出力電流の異常時にそのバックアップ機能を停止するようにしたので、安全性が向上する。

図１は、本発明の実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータの構成を示す図である。なお、本発明の実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータ１は、直流電源２００により得られる２４Ｖ（第１の電圧）を１２Ｖ（第２の電圧）に変換して負荷に供給するものとする。

主回路１０は、基本的には、図３を参照しながら説明した主回路１１０と同じであり、入力フィルタ回路１１１、主スイッチ１１２、ドライブ回路１１３、コイルＬ、出力コンデンサＣなどを備える。そして、制御回路（制御手段）２０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力電圧が１２Ｖに保持されるように、ドライブ回路１１３を介して主スイッチ１１２を制御する。

入力電圧検出センサ（第１の検出手段）３１は、主回路１０の入力電圧を検出する。なお、入力電圧検出センサ３１は、図１では入力フィルタ回路１１１の出力電圧をモニタしているが、直流電源２００の出力電圧をモニタするようにしてもよい。出力電圧検出センサ（第１の検出手段）３２は、主回路１０の出力電圧を検出する。温度検出センサ（第１の検出手段）３３は、主回路１０の周辺温度を検出する。具体的には、温度検出センサ３３は、例えば、発熱源となる主スイッチ１１２またはコイルＬの近傍に設けられる。電流検出センサ（第２の検出手段）３４は、シャント抵抗Ｒs を利用してＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力電流を検出する。

バックアップ回路４０は、互いに直列的に接続されたダイオードＤおよびスイッチ４１を含んで構成される。スイッチ４１は、例えば、パワー半導体素子（例えば、ＭＯＳトランジスタ、ＩＧＢＴ、ＳＩＴなど）である。ダイオードＤのアノードは、直流電源２００の中間電圧端子に接続される。ここで、直流電源２００の中間電圧端子は、直流の１２Ｖを出力する。また、ダイオードＤのカソードは、スイッチ４１の入力端子に接続される。さらに、スイッチ４１の出力端子は、シャント抵抗Ｒs の入力側に接続されている。すなわち、バックアップ回路４０は、主回路１０に並列に設けられる。そして、スイッチ４１は、ドライブ回路４２を介して制御回路２０により制御される。

上記構成のＤＣ／ＤＣコンバータ１において、通常動作時は、制御回路２０が主スイッチ１１２を適切に制御することで主回路１０によって直流の１２Ｖが生成されて負荷に供給される。このとき、制御回路２０は、バックアップ回路４０のスイッチ４１をオフ状態（非導通状態）に制御する。すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の通常動作時は、バックアップ回路４０を介して電流は流れない。なお、通常動作時は、バックアップ回路４０の入力側および出力側がほぼ同電位になるので、スイッチ４１がオン状態（導通状態）であってもバックアップ回路４０を介して電流は流れない。よって、通常動作時には、必ずしもスイッチ４１をオフ状態にする必要はない。

一方、ＤＣ／ＤＣコンバータ１において動作異常が発生すると、制御回路２０は、主スイッチ１１２をオフ状態に保持することにより主回路１０の動作を停止する。ここで、ＤＣ／ＤＣコンバータ１において動作異常とは、例えば、以下の要因をいうものとする。
１．入力電圧検出センサ３１により検出される電圧が上限閾値を超える
２．入力電圧検出センサ３１により検出される電圧が下限閾値を下回る
３．出力電圧検出センサ３２により検出される電圧が上限閾値を超える
４．温度検出センサ３３により検出される温度が上限閾値を超える
５．電流検出センサ３４により検出される出力電流が上限閾値を超える
制御回路２０は、上記要因１〜４に起因して主回路１０を停止したときは、スイッチ４１をオン状態に制御する。これにより、バックアップ回路４０が起動し、直流電源２００の中間電圧端子の出力電圧（すなわち、１２Ｖ）がダイオードＤおよびスイッチ４１を経由して負荷に供給される。

これに対して、上記要因５に起因して主回路１０を停止したときは、制御回路２０は、スイッチ４１をオフ状態に制御する。すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力電流が上限閾値を超えたことに起因して主回路１０を停止したときは、バックアップ回路４０を起動しない。この理由は、以下の通りである。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力電流が上限閾値を超える原因として最も可能性が高いものは、負荷のショート（負荷が正常時と比較して低抵抗状態となることを含む）である。そして、仮に、負荷がショートしているときにスイッチ４１をオン状態にしたとすると、直流電源２００の中間電圧端子がダイオードＤ、スイッチ４１、およびその負荷を介してグランド（接地）等にショートしてしまう。すなわち、回路ショートによって大電流が流れ、直流電源２００が故障に至るおそれがある。そこで、実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータ１では、バックアップ回路４０の中にスイッチ４１を設け、出力電流が上限閾値を超えたことに起因して主回路１０を停止したときは、そのスイッチ４１をオフ状態（すなわち、非導通状態）に保持することで、直流電源２００（場合によっては、電流経路上の他の部品も含む）を保護するようにしている。これにより、バックアップ機能を備えたＤＣ／ＤＣコンバータの安全性が向上する。

図２は、制御回路２０の動作を説明するためのフローチャートである。なお、このフローチャートの処理は、例えば、所定時間間隔で繰り返し実行される。
ステップＳ１では、各センサ（入力電圧検出センサ３１、出力電圧検出センサ３２、温度検出センサ３３、電流検出センサ３４）の出力を読み込む。ステップＳ２では、各センサの出力が正常であるか否かを調べる。すなわち、上述した要因１〜５が発生しているか否かを調べる。そして、すべてのセンサ出力が正常であれば、ステップＳ１４において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力電圧を目標値に保持するためのＰＷＭ信号を生成し、ドライブ回路１１３を介して主スイッチ１１２を駆動する。

上述した要因１〜５の中の１つ以上の要因が発生していたときは、ステップＳ３において、主スイッチ１１２をオフ状態にすることにより主回路１０の動作を停止する。ステップＳ４〜Ｓ７では、上記要因１〜５のいずれが発生したのかを調べる。このとき、出力電流異常（ステップＳ４：Ｙｓｅ）であれば、ステップＳ１１においてバックアップ回路４０の起動を禁止する。一方、入力電圧異常（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、出力電圧異常（ステップＳ６：Ｙｓｅ）、あるいは温度異常（ステップＳ７：Ｙｓｅ）であれば、ステップＳ１２においてバックアップ回路４０を起動する。なお、いずれの要因にも該当しない場合には、ステップＳ１３においてエラー処理を実行する。

このように、実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータ１においては、動作異常が発生すると、バックアップ回路４０を起動して主回路１０の動作をバックアップするが、出力電流が過電流状態になったときは、バックアップ回路４０の起動を禁止することにより、安全性の向上を図っている。

本発明の実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータの構成を示す図である。 制御回路の動作を説明するためのフローチャートである。 公知のバックアップ回路を備えるＤＣ／ＤＣコンバータの構成図である。

符号の説明

１ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１０ 主回路
２０ 制御回路
３１ 入力電圧検出センサ
３２ 出力電圧検出センサ
３３ 温度検出センサ
３４ 電流検出センサ
４０ バックアップ回路
４１ スイッチ
２００ 直流電源

Claims (2)

1. 直流電源から得られる第１の電圧を第２の電圧に変換して出力する主回路と、
   上記第１の電圧、上記第２の電圧、上記主回路の周辺温度の少なくとも１つを検出する第１の検出手段と、
   上記主回路の出力電流を検出する第２の検出手段と、
   上記第１または第２の検出手段により異常状態が検出されたときに、上記主回路を停止する制御手段と、
   上記直流電源に接続され、上記主回路の停止時にその動作をバックアップするバックアップ回路、を有し、
   上記制御手段は、上記第１の検出手段により異常状態が検出されたときは、上記バックアップ回路を起動し、上記第２の検出手段により異常状態が検出されたときは、上記バックアップ回路を起動しない、ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ。
2. 上記バックアップ回路は、上記主回路に並列に設けられたスイッチを含み、
   上記制御手段は、上記第２の検出手段により検出される出力電流が予め決められた閾値を超えると、上記バックアップ回路のスイッチを非導通状態に制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
   
   
   

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