JP2006340471A - 電源保護装置 - Google Patents

Abstract

【課題】負荷が接続されていない状態でも安定した昇圧定電流回路動作をするＤＣ−ＤＣコンバータ電源を提供する。
【解決手段】電源保護装置は負荷に流れる電流を電圧に変換する手段を持ち、その電圧を誤差増幅器の基準電圧と比較し、負荷に流れる電流を一定に保つ昇圧定電流型ＤＣ−ＤＣコンバータ形式の電源装置において、負荷が接続されていない場合に、あらかじめツェナーダイオードと抵抗で設定した電圧と電流で昇圧定電流回路動作が安定することを特徴とする。さらに、本発明の電源保護装置は設定電流と電圧を容易にしかも安価に実現出来る。
【選択図】図１

Description

本発明は、昇圧定電流制御型ＤＣ−ＤＣコンバータの保護回路に関する。

電圧変換により一次側のＤＣ電圧を二次側出力ＤＣ電圧に変換するＤＣ−ＤＣコンバータと呼ばれる回路は広く電子機器に採用されている。昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータは二次側で一次側電圧より高い電圧を必要とする場合に用いる回路形式であり、さらに出力側の電流を一定に保つ昇圧定電流制御型ＤＣ−ＤＣコンバータは液晶表示を用いた電子機器のＬＥＤを使ったバックライト回路等に広く採用されている。

例えば、特許文献１には、昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて出力電圧が異常に高くなり耐圧を超える場合の対策方法が記載されている。これはスイッチング素子のＯＮする時間（ＯＮ Ｄｕｔｙ）を制御して異常に出力電圧が高くなるのを防ぐ方法であるが、本発明は出力に流れる電流を一定にし、さらに出力電圧もツェナーダイオードで任意に設定出来ることが特徴である。

図３は、従来の昇圧定電流制御型ＤＣ−ＤＣコンバータの構成を示す回路図である。図４は、従来の昇圧定電流制御型ＤＣ−ＤＣコンバータの動作を示す図である。

回路動作としては、ＶＣＣは入力電源で、ＴＲ１によってスイッチング動作をしてＬ１のエネルギーをダイオードＤ２にて整流しコンデンサＣ１に充電する。負荷Ｄ３とＤ４は液晶バックライトの発光ダイオードを例にしていて、その電圧は入力電圧より高い電圧を必要としている。Ｄ３とＤ４に流れる電流は電流検出抵抗Ｒ２に流れ、その電流とＲ２の抵抗値の積が検出電圧としてＲ２の両端に表れる。Ｒ２の電圧は電源コントローラの誤差増幅器のマイナス側に入力され基準電圧Ｖｒｅｆと比較され、そのＶｒｅｆとマイナス側の電圧が同一になるようにＴＲ１のスイッチＯＮ時間を制御している。つまり、入力電圧を昇圧しているが電流検出抵抗Ｒ２に流れる電流を基に出力電圧を制御する定電流制御となっている。

ここで、負荷Ｄ３、Ｄ４が接続されない場合の回路動作は、Ｒ２に電流が流れなくなるためにＲ２に電圧が発生せず、誤差増幅器のマイナス側端子の電圧はゼロ電位となる。Ｖｒｅｆより低い場合は誤差増幅器の出力はスイッチング素子ＴＲ１のＯＮ時間を長くするように動作し出力電圧を上昇させる動作となる。本来は負荷の変化に対して誤差増幅器のマイナス入力電圧がＶｒｅｆと同一になれば安定領域となるが、負荷が接続されていないために電源コントローラの持っている最大ＯＮ時間までＴＲ１がＯＮし続けることになり、その結果出力電圧はＶｒｅｆとＤ３、Ｄ４の順方向電圧で決まる電圧を超えＤ２、ＴＲ１の耐圧を超えてしまい破壊やダメージを与えることになる。電源コントローラによっては誤差増幅器に入力がない場合に一定時間経過後にその回路動作を停止する保護回路付きの構成もある。

また、電子機器の製造過程において液晶バックライト等のＬＥＤ負荷は回路部品を構成するプリント基板と組み込むのは後工程になり、プリント基板は事前にその動作を検査するのが一般的である。このプリント基板を検査する場合はＬＥＤバックライト等は通常接続されない状態であるために昇圧定電流制御型ＤＣ−ＤＣコンバータでは負荷が接続されない状態で検査することがある。
特開２００５−５１９３２号公報

従来の定電流制御型ＤＣ−ＤＣコンバータは負荷が接続されていない場合にはその回路の能力一杯まで昇圧動作をする為にスイッチング素子や整流ダイオードの耐圧を超えることがあり、破壊またはダメージを与えることになる。また、回路の方式によっては誤差増幅器に一定時間の間電流検出の電圧が入力されないために回路動作を停止してしまい、本来の回路動作を確認する手段がなくなることもある。このような保護回路を有する構成においても回路停止までの間は耐圧を超えることになる。

本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、負荷が接続されていない場合でも回路部品の耐圧を超えることがなくツェナーダイオードで設定した電圧で出力電圧が安定した動作をすることを目的とする。

以上の課題を解決するために本発明の電源保護装置は、負荷に流れる電流を電圧に変換する手段を持ち、その電圧を誤差増幅器の基準電圧と比較し、負荷に流れる電流を一定に保つ昇圧定電流制御型ＤＣ−ＤＣコンバータの電源装置において、負荷が接続されていない場合に、あらかじめ設定した電圧と電流で昇圧回路動作が安定することを特徴とする。

さらに、本発明の電源保護装置は設定電流と電圧を容易にしかも安価に実現出来る。

以上のように本発明の電源保護装置は昇圧定電流制御型ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて負荷が接続されていない状態でもスイッチング素子の耐圧を超えることがなく安定した回路動作をする。

負荷が接続されていない状態でも安定した動作をするように、また通常の動作には全く影響がないようにしかも安価に実現出来るように図１に示すようにツェナーダイオードと抵抗のみで実現した。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１の電源保護装置の構成を示す回路図を図１に示す。ＶＣＣは入力電源で、ＴＲ１によってスイッチング動作をしてＬ１のエネルギーをダイオードＤ２にて整流しコンデンサＣ１に充電する。負荷Ｄ３とＤ４は液晶バックライトの発光ダイオードを例にしていて、その電圧は入力電圧より高い電圧を必要としている。Ｄ３とＤ４に流れる電流は電流検出抵抗Ｒ２に流れ、その電流とＲ２の抵抗値の積が検出電圧としてＲ２の両端に表れる。Ｒ２の電圧は電源コントローラの誤差増幅器のマイナス側に入力され基準電圧Ｖｒｅｆと比較され、そのＶｒｅｆとマイナス側の電圧が同一になるようにＴＲ１のスイッチＯＮ時間を制御している。つまり、入力電圧を昇圧しているが電流検出抵抗Ｒ２に流れる電流を基に出力電圧を制御する定電流制御となっている。

図１に示すように、本発明ではツェナーダイオードＤ１のカソードを電圧出力（Ｄ２とＣ１の交点）端子に、アノードは誤差増幅器のマイナス入力端子に接続している。又、ツェナーダイオードＤ１の電流制限抵抗Ｒ１は誤差増幅器のマイナス入力端子と負荷電流検出抵抗Ｒ２の間に接続している。Ｒ１は誤差増幅器の入力インピーダンスに比べて十分小さくその動作には影響がない。

図２は、本実施の形態１の電源保護装置の動作を示す図である。負荷が接続されていない場合は昇圧回路が持っている能力一杯まで昇圧しようとするが、ツェナーダイオードＤ１とツェナーダイオード電流制限抵抗Ｒ２を追加することによりＤ１とＲ１を経由して負荷電流検出抵抗Ｒ２に電流が流れ誤差増幅器のマイナス側に電圧が入力され、ツェナーダイオードＤ１とＲ１、Ｒ２の抵抗値で決まる出力電圧で回路動作は安定し、スイッチング素子の耐圧を超えることなく昇圧定電流型ＤＣ−ＤＣコンバータの回路動作は安定する。

ツェナーダイオードＤ１は本来必要とされる出力電圧より高く設定しているので通常負荷が接続された状態では動作しないようになっている。Ｒ１はツェナーダイオードＤ１に流れる電流を制限するものであり、ツェナーダイオードＤ１での消費電力を低減することを目的としている。この抵抗Ｒ１により、より定格消費電力の小さいツェナーダイオードが使用出来ることになりコストの低減につながる。

以上のように、本発明の実施の形態１の電源保護装置は、負荷Ｄ３、Ｄ４を接続可能な電源保護装置であって、昇圧回路と、電源コントローラと、抵抗Ｒ１、Ｒ２と、ツェナーダイオードＤ１と、を備える。昇圧回路は、インダクタＬ１、トランジスタＴＲ１とからなり、電源の電圧を増加させる。電源コントローラは、昇圧回路で昇圧され、接続された負荷に供給される電源の電流を一定に保つよう電源を制御する。抵抗Ｒ１は、接続された負荷の一端に接続される。抵抗Ｒ２は、接続された負荷の一端を接地する接地手段である。ツェナーダイオードＤ１は、抵抗Ｒ１と接続された負荷Ｄ３、Ｄ４の他端とを接続する。

これにより、負荷Ｄ３、Ｄ４が接続されていない場合に、あらかじめツェナーダイオードＤ１と抵抗Ｒ１、Ｒ２で設定した電圧と電流で、昇圧回路動作が安定する。

本発明にかかる電源保護装置は昇圧定電流型ＤＣ−ＤＣコンバータ電源において、負荷を接続しない状態でも回路素子の耐圧を超えることがなく、接続ミスや負荷の接続が容易ではない生産工程において適用できる。

本発明の実施の形態における電源保護装置の構成を示す回路図 本発明の実施の形態における電源保護装置の動作を説明するための図 従来の昇圧定電流ＤＣ−ＤＣコンバータの構成を示す回路図 従来の昇圧定電流ＤＣ−ＤＣコンバータの動作を説明するための図

符号の説明

Ｌ１ チョークコイル
ＴＲ１ スイッチングＦＥＴ
Ｃ１ 平滑コンデンサツェナーダイオード
Ｄ１ ツェナーダイオード
Ｄ２ ダイオード
Ｒ１ ツェナーダイオード電流制限抵抗
Ｒ２ バックライト電流検出抵抗
Ｄ３ バックライト用ＬＥＤ
Ｄ４ バックライト用ＬＥＤ

Claims (1)

1. 負荷を接続可能な電源保護装置であって、
   電源の電圧を増加させる昇圧回路と、
   前記昇圧回路で昇圧され、前記接続された負荷に供給される電源の電流を一定に保つよう電源を制御する電源コントローラと、
   前記接続された負荷の一端に接続された抵抗と、
   前記接続された負荷の一端を接地する接地手段と、
   前記抵抗と前記接続された負荷の他端とを接続するツェナーダイオードと、
   を備える電源保護装置。

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