JP2007151339A - 過熱保護装置および過熱保護方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 冷却ファンに取り込まれる雰囲気が異常に高温になった場合でも、機器の温度制御を遅延なく行い、機器や冷却ファンの熱的破壊を確実に防止する過熱保護装置および過熱保護方法を提供する。
【解決手段】 過熱保護装置は、パワー部１に送風する冷却ファン２１と、冷却風温度ＣＷＴＥＭＰを検知し、検知信号ＶＤＴ２を出力する冷却風温度検知部と、検知信号ＶＤＴ２またはファン回転信号ＦＮに応じて、負荷率制御信号ＦＬＭＴを出力する冷却制御部４と、負荷率制御信号ＦＬＭＴに応じて、パワー部１の負荷率を２５％に制限するパワー制御部３とを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高温下における機器の保護に関するものであり、特に高温下においても機器が熱的な破壊に至らずに動作を継続することに資する過熱保護装置および過熱保護方法に関する。

図７に示すように、特許文献１に開示されている過熱保護装置は、入力部１３１からの電力をスイッチング部１３３によりスイッチング制御し、負荷部１３７に供給するパワー部１０３と、スイッチング部１３３のスイッチング動作を制御する制御部１０１とを備える。温度検知部１２１において、検知される環境温度ＴＥＭＰがパワー部１０３の動作を制限すべき動作制限温度である場合に、制限指示部１１１から制限指示信号ＶＬＭＴが出力される。さらに、最大電流設定部１１５において最大許容電流が制限されるように、最大電流設定信号ＶＭＳＥＴが出力されてパワー部１０３の電流制限がなされる。また、環境温度ＴＥＭＰがさらに上昇すると停止指示部１１３により停止指示信号ＶＳＨＤＮが出力され、パワー部１０３の動作が停止される。これにより、パワー部１０３の通電動作に伴う発熱量を抑制することができ、ひいては、パワー部１０３の熱的破壊を防止することができる。

また、図８に示すように、特許文献２に開示されている電源装置は、プロセッサユニット２１０と、プロセッサユニット２１０に電力を供給する電源部２０９と、プロセッサユニット２１０を冷却する冷却用ファン２１６と、冷却用ファン２１６の異常を検知するファン異常判定部２１５とを備える。冷却用ファン２１６に異常が発生すると、ファン異常判定部２１５はファン異常警報信号を、電源部２０９に含まれる制御回路２０６に出力する。制御回路２０６は、ファン異常警報信号を検知すると、プロセッサユニット２１０への電力供給を制御または停止する。これにより、プロセッサユニット２１０への冷却効果の減少によるプロセッサユニット２１０内の温度過熱異常を事前に検知し、電力供給を制御または停止することにより、プロセッサユニット２１０内の温度上昇を予測し、異常過熱を防止することができる。
特開２００４−３２６４９７ 特開平６−３８３５７

しかしながら、特許文献１の技術において、冷却ファンに取り込まれる雰囲気が高温になる場合には、機器の温度は、高温の風の送風により、自身の電力消費による発熱温度を上回ることになり、環境温度に応じた動作制限の制御が間に合わず、温度制御の限界を超えて破損するおそれが生じる。

このような場合には、温度を検知して冷却ファンを停止し、高温の雰囲気の送風を防止することも可能ではある。仮に冷却ファンを停止したとしても、冷却ファンの停止による機器の冷却能力の低下による温度上昇に対して、温度制御が間に合わず機器の動作における温度の限界値を超えて機器が熱的破壊に至ったり、高温の雰囲気を送風する冷却ファン自身が熱的破壊に至ったりするおそれが生じ問題である。

また、特許文献２の技術では、冷却ファンの異常の発生に応じて、電力供給を制御または停止することにより、機器の温度上昇を予測し、異常過熱を防止する。しかしながら、冷却ファンに取り込まれる雰囲気が高温になる場合には、冷却ファンに異常が発生するまで、機器に高温の風が送風されることとなる。このような場合には、特許文献２の技術を用いたとしても、機器が異常に高温となり、熱的破壊に至るおそれが生じ問題である。

本発明は、前記背景技術の問題点に鑑みなされたものであり、冷却ファンに取り込まれる雰囲気が異常に高温になった場合でも、機器の温度制御を遅延なく行い、機器や冷却ファンの熱的破壊を確実に防止する過熱保護装置および過熱保護方法を提供することを目的とする。

その解決手段は、保護対象である機器に対して、冷却風を送風する冷却部と、前記冷却風の温度が、閾値温度を上回ったことを検知する冷却風温度検知部と、前記冷却部を制御し、前記冷却風温度検知部の検知結果または前記冷却部の送風能力の低下を報知する信号に応じて、負荷率制御信号を出力する冷却制御部と、前記機器の温度を検知する温度検知部と、前記負荷率制御信号に応じて前記機器の動作の上限負荷率を決定し、前記温度検知部の検知温度に応じて前記上限負荷率以下で前記機器の動作の負荷率を決定する負荷率決定部と、を備えることを特徴とする過熱保護装置。である。

また、他の解決手段は、保護対象である機器に対して、冷却風を送風する冷却部を有する機器の過熱保護方法であって、前記冷却風の温度を検知するステップと、前記冷却部の送風能力の低下を報知するステップと、前記冷却風の温度の検知結果または前記冷却部の送風能力の低下を報知する信号に応じて、負荷率制御信号を出力するステップと、前記機器の温度を検知するステップと、前記負荷率制御信号に応じて、前記機器の動作の上限負荷率を決定し、前記機器の温度検知結果に応じて前記上限負荷率以下で負荷率を決定するステップと、を備えることを特徴とする過熱保護方法である。

請求項１にかかる過熱保護装置および請求項７にかかる過熱保護方法では、冷却風温度が閾値温度を上回った場合、または、送風能力が低下した場合において、上限負荷率が決定され、この上限負荷率以下となるように、出力電力が制限される。これにより、機器における動作の出力電力の負荷率の制限にかかる制御を迅速に行うことができ、制御の遅延による機器の熱破壊を防止することができる。

また、請求項１に記載の過熱保護装置であって、前記冷却制御部は、前記冷却風温度検知部の検知結果に応じて、前記冷却部の動作を停止することを特徴とする過熱保護装置とすると良い。

あるいは、請求項７に記載の過熱保護方法であって、前記冷却風の温度の検知結果に応じて、前記冷却部の動作を停止するステップをさらに備えることを特徴とする過熱保護方法とすると良い。

請求項２にかかる過熱保護装置および請求項８にかかる過熱保護方法では、冷却風温度が閾値温度を上回る場合には冷却部が停止される。これにより、高温となった冷却風の送風に対し、温度制御の遅延による機器の熱破壊を防止することができる。また、高温の雰囲気の送風による冷却部自身の熱破壊を防止することができる。

また、請求項１に記載の過熱保護装置であって、前記上限負荷率は、あらかじめ定められた最高使用温度において、前記機器が動作可能な負荷率であることを特徴とする過熱保護装置とすると良い。これにより、負荷率が上限負荷率に制限されたとしても、最高使用温度において動作が保障されることとなる。

また、請求項１に記載の過熱保護装置であって、前記温度検知部の検知温度と、複数領域に分割された温度範囲の各々とを比較し、比較結果に応じて前記検知温度の属する前記温度範囲である検知温度範囲を決定する検知温度範囲決定部をさらに備え、前記負荷率決定部は、あらかじめ設定され互いに異なる多段階の負荷率候補のうち前記検知温度範囲決定部で決定された前記温度範囲に対応する負荷率候補と、前記上限負荷率とのうち低い方を前記負荷率として決定することを特徴とする過熱保護装置とすると良い。

請求項４にかかる過熱保護装置では、複数領域に分割された温度範囲のうち、検知温度が属する温度範囲に対応する負荷率候補と、上限負荷率とのうち低い方が負荷率として決定される。これにより、単純な比較により検知温度範囲を決定することができるため、検知温度範囲決定部を簡単な回路で構成することができる。

また、請求項４に記載の過熱保護装置であって、前記検知温度範囲決定部は、前記検知温度と前記温度範囲との各々の比較において、前記検知温度が該温度範囲の上限値未満であることを検知する第１コンパレータ、および、前記検知温度が該温度範囲の下限値以上であることを検知する第２コンパレータのうち少なくともいずれかを含み、前記第１コンパレータの検知結果および/または前記第２コンパレータの検知結果に基づき、前記検知温度範囲が決定されることを特徴とする過熱保護装置とすると良い。

請求項５にかかる過熱保護装置では、第１コンパレータの検知結果および第２コンパレータの検知結果の論理演算を行い、検知温度範囲の決定が行なわれている。これにより、コンパレータおよび論理演算回路を用いて、検知温度範囲決定部を容易に構成することができる。

また、請求項４に記載の過熱保護装置であって、前記負荷率決定部は、所定の基準電位と接地電位との間に直列接続される複数の抵抗素子と、前記検知温度範囲に応じて、前記複数の抵抗素子における接続端のうちいずれか一つを選択する接続端選択部とを含むことを特徴とする過熱保護装置とすると良い。

請求項６にかかる過熱保護装置では、所定の基準電位と接地電位との間に直列接続される複数の抵抗素子の接続点のうちいずれか一つを、検知温度範囲に応じて選択している。これにより、選択された接続点における抵抗値の按分比に応じた電圧または電流を出力することができ、この電圧または電流により、負荷率の制限を容易に行なうことができる。

本発明により、冷却ファンに取り込まれる雰囲気が異常に高温になった場合でも、機器の温度制御を遅延なく行い、機器や冷却ファンの熱的破壊を確実に防止する過熱保護装置および過熱保護方法を提供することができる。

以下、本発明の原理及び具体化した実施形態を図１〜図６を参照しつつ詳細に説明する。

図１に本実施形態の回路ブロック図を示す。ＤＣ−ＤＣコンバータ動作を行うパワー部１と、パワー部１を冷却する冷却部２と、パワー部１の出力制御を行うパワー制御部３と、冷却部２の停止制御を行い、負荷率制御信号ＦＬＭＴを出力する冷却制御部４と、冷却部２から送風される冷却風ＣＷの温度を検知する冷却風温度検知部５とを備えている。

パワー部１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ動作のための電力制御を行う回路であり、負荷に対して必要な電力を供給する。入力部１１から供給される電源等の電力がスイッチング部１２によりスイッチング制御されて出力部１４に供給される。出力部１４に供給される電力は、スイッチング部１２から出力部１４に至る電流経路上に設けられる負荷電流検出部１３において検出される。ここで、スイッチング部１２におけるスイッチング制御は、後述するパワー制御部３に設けられる駆動制御部３５から出力される制御信号ＣＮＴに応じて行われる。この場合、制御信号ＣＮＴは必要に応じて出力部１４からのフィードバック信号ＦＢに基づき制御される。また、負荷電流検出部１３において検出される検出電流ＩＤはパワー制御部３に出力される。

パワー部１では電力制御に伴う損失が熱となって発生する。この発熱に応じて上昇する環境温度ＴＥＭＰを検知するのが温度検知部１５である。電力制御がスイッチング制御により行われる場合には、スイッチング部１２を構成するスイッチ素子等のスイッチング損失や導通損失が大きなものとなり、スイッチング部１２での発熱が大きい場合が考えられる。この場合にはスイッチング部１２の近傍に温度検知部１５を配置すると好ましい。温度検知部１５において検知されるスイッチング部１２の近傍の環境温度ＴＥＭＰは、検知信号ＶＴＤ１としてパワー制御部３に出力される。
検知信号ＶＴＤ１は、環境温度ＴＥＭＰが高いほど高い値となる電圧値である。本実施形態では、検知信号ＶＴＤ１は、環境温度ＴＥＭＰ＝Ｔ１のとき、後述する参照電圧Ｖ０と同じ電圧となる。また、環境温度ＴＥＭＰ＝Ｔ２のとき、後述する参照電圧Ｖ１と同じ電圧となる。また、環境温度ＴＥＭＰ＝Ｔ３のとき、後述する参照電圧Ｖ２と同じ電圧となる。なお、Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３とする。

なお、温度検知部１５により検知される環境温度ＴＥＭＰは、スイッチング部１２を構成するスイッチ素子やその他の構成部品の表面温度や、これらの部品が取り付けられている放熱板等の温度である。電力制御に伴い熱損失により発熱する構成部品の温度を直接に検知することができる。

冷却部２は、パワー部１に冷却風ＣＷを送風するための回路部である。冷却部２は、公知の冷却ファン２１と、冷却ファン２１に駆動するための電力を供給するドライバ部２２とを備えている。冷却ファン２１は、回転状態を外部に報知するための図示しないホール素子を備え、ファン回転信号ＦＮを出力する。ドライバ部２２では、後述する冷却制御部４から入力されるファン回転制御信号ＦＣＮＴに応じて、冷却ファン２１に対する給電が制御される。

冷却風温度検知部５では、冷却風ＣＷの冷却風温度ＣＷＴＥＭＰが所定の閾値温度ＭＡＸＴＥＭＰを上回るか否かが検知され、検知結果に応じた検知信号ＶＤＴ２が出力される。本実施形態では、閾値温度ＭＡＸＴＥＭＰは、樹脂からなる冷却ファン２１の羽根部（不図示）が融解するなど熱的な破壊に至らない温度に設定されているが、ドライバ部２２の回路が熱的な破壊に至らない温度に設定してもよい。また、熱によるファンモータ磁石の減磁に関して、例えば、減磁により要求するファンモータ回転力が得られなくなる温度に設定してもよい。

冷却制御部４には、冷却ファン２１からのファン回転信号ＦＮおよび冷却風温度検知部５からの冷却風ＣＷの温度の検知信号ＶＤＴ２が入力される。また、冷却制御部４からは、負荷率制御信号ＦＬＭＴおよびファン回転制御信号ＦＣＮＴが出力される。

負荷率制御信号ＦＬＭＴは、冷却風温度ＣＷＴＥＭＰが閾値温度ＭＡＸＴＥＭＰを上回り、検知信号ＶＤＴ２が出力される場合、もしくは、冷却ファン２１の回転数が低下あるいは停止してファン回転信号ＦＮに異常が生じる場合に出力される。

また、ファン回転制御信号ＦＣＮＴは、冷却風温度ＣＷＴＥＭＰが閾値温度ＭＡＸＴＥＭＰを上回る場合にドライバ部２２に出力され、ドライバ部２２において、冷却ファン２１への給電が停止される。すなわち、冷却風温度ＣＷＴＥＭＰが閾値温度ＭＡＸＴＥＭＰを上回るような高温となる場合には、冷却ファン２１への給電が停止され、パワー部１への送風が停止される。

パワー制御部３は、パワー部１の動作を制御する回路部である。スイッチング部１２に対してスイッチング制御を指令する制御信号ＣＮＴは駆動制御部３５から出力される。制御信号ＣＮＴは、後述するコントローラ５１からの電力制御指令に基づき生成され、あるいは出力部１４からのフィードバック信号ＦＢに応じて生成される。また、駆動制御部３５には、後述する負荷率決定部３３から最大電流基準信号ＶＭＲＦと、負荷電流検出部１３からの検出電流ＩＤとが入力される。

負荷率決定部３３では、選択負荷率制限部３２から入力される負荷率決定信号ＶＴ１Ｘ〜ＶＴ４Ｘに応じて、あらかじめ設定される０％、２５％、８０％および１００％の負荷率候補の中から決定され、最大電流基準信号ＶＭＲＦとして出力される。選択負荷率制限部３２では、冷却制御部４からの負荷率制御信号ＦＬＭＴに応じて、負荷率の上限値の決定が行なわれる。また、検知温度範囲決定部３１には、温度検知部１５からの環境温度ＴＥＭＰの検知信号ＶＤＴ１が入力される。さらに、検知温度範囲決定部３１では、検知信号ＶＤＴ１と、所定の温度範囲に応じた参照電圧Ｖ０〜Ｖ２とが比較され、比較結果に応じて、第１検知温度範囲信号ＶＴ１〜第４検知温度範囲信号ＶＴ４のいずれか一つにハイレベルが出力される。

さらに、パワー制御部３について、図２〜図５を参照して詳細に説明する。
図２は、検知温度範囲決定部３１、選択負荷率制限部３２および負荷率決定部３３を詳細に示す回路図である。

検知温度範囲決定部３１は、コンパレータＣＰ１１，ＣＰ１２と、ウインドウコンパレータＷＣＰ１１，ＷＣＰ１２とを備えている。

図３にウインドウコンパレータＷＣＰ１１（ＷＣＰ１２）の等価回路の回路図を示す。ウインドウコンパレータＷＣＰ１１（ＷＣＰ１２）は、コンパレータＣＰ４１，ＣＰ４２と、ＡＮＤゲートＡＮＤ４１とを備える。コンパレータＣＰ４１には、非反転入力に上限入力端子Ｕが、反転入力に入力端子ＩＮが接続されている。また、コンパレータＣＰ４２には、非反転入力に入力端子ＩＮが、反転入力に下限入力端子Ｌが接続されている。ＡＮＤゲートＡＮＤ４１には、コンパレータＣＰ４１およびＣＰ４２の出力がそれぞれ接続されている。
コンパレータＣＰ４１では、入力端子ＩＮのレベルが上限入力端子Ｕのレベルを下回る場合にハイレベルが出力される。また、コンパレータＣＰ４２では、入力端子ＩＮのレベルが下限入力端子Ｌのレベルを上回る場合にハイレベルが出力される。従って、ウインドウコンパレータＷＣＰ１１では、入力端子ＩＮのレベルが上限入力端子Ｕのレベルを下回り、かつ、下限入力端子Ｌのレベルを上回る場合に出力端子ＯＵＴからハイレベルが出力されることとなる。言い換えると、下限入力端子Ｌから上限入力端子Ｕに至る範囲のレベルに、入力端子ＩＮのレベルがあるとき出力端子ＯＵＴからハイレベルが出力されることとなる。

次いで、図２に戻り、検知温度範囲決定部３１について説明を続ける。
コンパレータＣＰ１１において、非反転入力には検知信号ＶＤＴ１が接続され、反転入力には参照電圧Ｖ２が接続されている。ウインドウコンパレータＷＣＰ１１において、上限入力端子Ｕには参照電圧Ｖ２が接続され、入力端子ＩＮには検知信号ＶＤＴ１が接続され、下限入力端子Ｌには参照電圧Ｖ１が接続されている。ウインドウコンパレータＷＣＰ１２において、上限入力端子Ｕには参照電圧Ｖ１が接続され、入力端子ＩＮには検知信号ＶＤＴ１が接続され、下限入力端子Ｌには参照電圧Ｖ０が接続されている。コンパレータＣＰ１２において、非反転入力には参照電圧Ｖ０が接続され、反転入力には検知信号ＶＤＴ１が接続されている。ここで、参照電圧Ｖ０〜Ｖ２は、それぞれの電圧レベルが異なり、Ｖ０＜Ｖ１＜Ｖ２の関係を有する参照電圧である。

従って、検知信号ＶＤＴ１＞参照電圧Ｖ２の場合、コンパレータＣＰ１１の出力である第４検知温度範囲信号ＶＴ４にハイレベルが出力される。また、参照電圧Ｖ２＞検知信号ＶＤＴ１＞参照電圧Ｖ１の場合、ウインドウコンパレータＷＣＰ１１の出力である第３検知温度範囲信号ＶＴ３にハイレベルが出力される。あるいは、参照電圧Ｖ１＞検知信号ＶＤＴ１＞参照電圧Ｖ０の場合、ウインドウコンパレータＷＣＰ１２の出力である第２検知温度範囲信号ＶＴ２にハイレベルが出力される。さらに、参照電圧Ｖ０＞検知信号ＶＤＴ１の場合、コンパレータＣＰ１２の出力である第１検知温度範囲信号ＶＴ１にハイレベルが出力される。

なお、温度検知部１５における環境温度ＴＥＭＰと検知信号ＶＤＴ１との特性に応じて、参照電圧Ｖ０〜Ｖ２を設定することにより、複数の検知温度範囲を設定することができる。検知温度範囲決定部３１では、環境温度ＴＥＭＰが、このように設定された検知温度範囲のうち、いずれの検知温度範囲に属するかを決定することができる。

引き続き、図２を参照して、選択負荷率制限部３２を説明する。
選択負荷率制限部３２は、インバータＩＮＶ２１、ＡＮＤゲートＡＮＤ２１，ＡＮＤ２２，ＡＮＤ２３およびＯＲゲートＯＲ２１，ＯＲ２２を備えている。選択負荷率制限部３２には、第１検知温度範囲信号ＶＴ１、第２検知温度範囲信号ＶＴ２、第３検知温度範囲信号ＶＴ３、第４検知温度範囲信号ＶＴ４および負荷率制御信号ＦＬＭＴが入力される。

ＡＮＤゲートＡＮＤ２１およびＡＮＤ２２の一方の入力には、負荷率制御信号ＦＬＭＴがインバータＩＮＶ２１を介して入力される。ＡＮＤゲートＡＮＤ２１の他方の入力には、第１検知温度範囲信号ＶＴ１が入力され、ＡＮＤゲートＡＮＤ２２の他方の入力には、第２検知温度範囲信号ＶＴ２が入力されている。従って、負荷率制御信号ＦＬＭＴがローレベルの場合のみ、第１検知温度範囲信号ＶＴ１および第２検知温度範囲信号ＶＴ２の論理値が、第１負荷率決定信号ＶＴ１Ｘおよび第２負荷率決定信号ＶＴ２Ｘに伝播することとなる。

また、ＯＲゲートＯＲ２１には、第１検知温度範囲信号ＶＴ１および第２検知温度範囲信号ＶＴ２が入力されている。ＡＮＤゲートＡＮＤ２３には、ＯＲゲートＯＲ２１の出力および負荷率制御信号ＦＬＭＴが入力されている。また、ＯＲゲートＯＲ２２には、ＡＮＤゲートＡＮＤ２３の出力および第３検知温度範囲信号ＶＴ３が入力されている。これにより、負荷率制御信号ＦＬＭＴがハイレベルの場合には、第１検知温度範囲信号ＶＴ１、第２検知温度範囲信号ＶＴ２または第３検知温度範囲信号ＶＴ３のレベルが、第３負荷率決定信号ＶＴ３Ｘに伝播することとなる。また、第４負荷率決定信号ＶＴ４Ｘには、第４検知温度範囲信号ＶＴ４のレベルがそのまま伝播する。

図４は、選択負荷率制限部３２にかかる第１検知温度範囲信号ＶＴ１〜第４検知温度範囲信号ＶＴ４、負荷率制御信号ＦＬＭＴおよび第１負荷率決定信号ＶＴ１Ｘ〜第４負荷率決定信号ＶＴ４Ｘの真理値を示す図である。
負荷率制御信号ＦＬＭＴがローレベルの場合には、第１負荷率決定信号ＶＴ１Ｘ〜第４負荷率決定信号ＶＴ４Ｘには、第１検知温度範囲信号ＶＴ１〜第４検知温度範囲信号ＶＴ４のレベルがそのまま出力される。

一方、負荷率制御信号ＦＬＭＴがハイレベルの場合には、第１検知温度範囲信号ＶＴ１または第２検知温度範囲信号ＶＴ２がハイレベルの場合には、それらのレベルは伝播せずに、第３負荷率決定信号ＶＴ３Ｘがハイレベルにされる。なお、第４検知温度範囲信号ＶＴ４がハイレベルの場合には、負荷率制御信号ＦＬＭＴのレベルとは無関係に、第４負荷率決定信号ＶＴ４Ｘにハイレベルが出力される。

次いで、負荷率決定部３３について説明する。
負荷率決定部３３は、電源電位ＶＰおよび接地電位ＧＮＤの間に直列接続された抵抗Ｒ３１〜Ｒ３４と、一端が接地電位ＧＮＤ〜抵抗Ｒ３１〜Ｒ３４における各々の接続点ＴＰ１〜ＴＰ４に、他端が接地電位ＧＮＤに接続されたスイッチＳＷ３１〜ＳＷ３４とを備えている。スイッチＳＷ３１〜ＳＷ３４は、それぞれ、第１負荷率決定信号ＶＴ１Ｘ〜第４負荷率決定信号ＶＴ４Ｘにより、導通が制御されている。これにより、最大電流基準信号ＶＭＲＦには、スイッチＳＷ３１〜ＳＷ３４の導通により決定される抵抗Ｒ３１〜Ｒ３４の按分比に応じた電圧が出力される。

具体的には、検知温度範囲信号ＴｎＸ（ｎ＝１〜４）がハイレベルの場合の最大電流基準信号ＶＭＲＦをＶＭＲＦ（ｎ）とするとき、ＶＭＲＦ（１）＝（Ｒ３１＋Ｒ３２＋Ｒ３３）／（Ｒ３１＋Ｒ３２＋Ｒ３３＋Ｒ３４）＊ＶＰ、ＶＭＲＦ（２）＝（Ｒ３２＋Ｒ３３）／（Ｒ３２＋Ｒ３３＋Ｒ３４）＊ＶＰ、ＶＭＲＦ（３）＝Ｒ３３／（Ｒ３３＋Ｒ３４）、ＶＭＲＦ（４）＝０となる。
なお、本実施形態では、パワー部１の負荷率について、ＶＭＲＦ（１）の場合には負荷率が１００％、ＶＭＲＦ（２）の場合には負荷率が８０％、ＶＭＲＦ（３）の場合には負荷率が２５％、ＶＭＲＦ（４）の場合には負荷率が０％となるように動作する。各負荷率は、最大電流基準信号ＶＭＲＦに比例して決定されるため、ＶＭＲＦ（１）：ＶＭＲＦ（２）：ＶＭＲＦ（３）：ＶＭＲＦ（４）＝１００：８０：２５：０となるように、抵抗Ｒ３１〜Ｒ３４が設定されている。

次いで、駆動制御部３５について、図５を参照して説明する。
駆動制御部３５は、パワー部１の負荷電流検出部１３により検出される検出電流ＩＤの入力端子に抵抗素子Ｒ４１およびＲ４２の一端子が接続されている。抵抗素子Ｒ４１の他端子は接地電圧に接続され、抵抗素子Ｒ４２の他端子は、他端子が接地電圧に接続されているコンデンサ素子Ｃ４１と抵抗素子Ｒ４３に接続されている。抵抗素子Ｒ４３は抵抗素子Ｒ４４を介して接地電圧に接続されている。入力される検出電流ＩＤは抵抗素子Ｒ４１に流れ電圧値に変換された後、抵抗素子Ｒ４２を介してコンデンサ素子Ｃ４１に検出電圧ＶＩＤとして保持される。検出電流ＩＤはパワー部１におけるスイッチング制御に伴い所定周期で変化する電流であり、抵抗素子Ｒ４１により変換された電圧値も周期的に変化するが、抵抗素子Ｒ４２およびコンデンサ素子Ｃ４１を介して積分された上でコンデンサ素子Ｃ４１に保持される検出電圧ＶＩＤは検出電流ＩＤが平均化された電圧値となる。この平均化された検出電圧ＶＩＤは、抵抗素子Ｒ４３、Ｒ４４により分圧され、後述のコントローラ５１のコントロール端子ＩＣＴＲＬに入力される。

駆動制御部３５は、コントローラ５１を備えている。パワー部１からのフィードバック信号ＦＢ等が、コントローラ５１のコントロール端子ＶＣＴＲＬまたはフィードバック端子ＦＢに入力される。コントロール端子ＩＣＴＲＬに入力される検出電流ＩＤを示す電圧と、コントロール端子ＶＣＴＲＬに入力されるフィードバック信号ＦＢ（出力電圧）の値に応じて、パワー部１のスイッチング制御を行う制御信号ＣＮＴが出力される。

負荷率決定部３３からの最大電流基準信号ＶＭＲＦは、コントローラ５１の電流制限端子ＭＡＸに接続されている。コントローラ５１では、検出電流ＩＤを示すコントロール端子ＩＣＴＲＬに入力される電圧と、最大電流基準信号ＶＭＲＦを示す電流制限端子ＭＡＸに入力される電圧が比較される。電流制限端子ＭＡＸに入力される電圧より、コントロール端子ＩＣＴＲＬに入力される電圧が高くなるとコントローラ５１は出力電力を制限するように（決定された負荷率となるように）スイッチング制御を行う制御信号ＣＮＴが出力される。

なお、コントローラ５１は、ローレベル信号の入力に対して反応する動作禁止端子ＩＮＨを備えており、図示しない停止指示部からの出力信号である停止指示信号ＶＳＨＤＮが入力される。停止指示部は、環境温度ＴＥＭＰが上昇して、所定の閾値温度を上回る場合、停止指示信号ＶＳＨＤＮをローレベルに反転する。この停止指示信号ＶＳＨＤＮのローレベルへの遷移に応じて、コントローラ５１における制御信号ＣＮＴの出力動作が禁止され、パワー部１のスイッチング制御動作が停止される。

次いで、図６に基づき本実施形態における具体的な回路動作を説明する。
図６は、検出電流ＩＤに対する出力電圧Ｖｏｕｔの特性を示している。
実線のグラフは、負荷率１００％の場合の特性を示している。すなわち、負荷率制御信号ＦＬＭＴがローレベルであり、環境温度ＴＥＭＰが検知温度範囲信号Ｔ１未満である場合に適用される。パワー部１は、例えば、最大電力が一定になるように制御されている。このため、検出電流ＩＤが負荷率１００％における最大電流ＩＭ（１）を下回る場合には、出力電圧Ｖｏｕｔは、電圧ＶＭに保たれる。一方、検出電流ＩＤが最大電流ＩＭ（１）を上回る場合には、出力電圧Ｖｏｕｔは、電力が電圧ＶＭ×最大電流ＩＭ（１）の関係となるような垂下特性となる。

負荷率１００％の場合の特性の左側に位置する破線で示されるグラフは、負荷率８０％および２５％の場合の特性を示している。すなわち、負荷率８０％の場合の特性は、負荷率制御信号ＦＬＭＴがローレベルであり、環境温度ＴＥＭＰが第１検知温度範囲信号ＶＴ１〜第２検知温度範囲信号ＶＴ２に属する場合の特性である。また、負荷率２５％の場合の特性は、負荷率制御信号ＦＬＭＴがローレベルでありＴ２＜ＴＥＭＰ＜Ｔ３の場合、もしくは、負荷率制御信号ＦＬＭＴがハイレベルでありＴＥＭＰ＜Ｔ３の場合の特性である。負荷率が８０％または２５％の場合の特性は、いずれも負荷率１００％の場合の特性と同様に、最大電流ＩＭ（２）またはＩＭ（３）を上回る場合、出力電圧Ｖｏｕｔは垂下特性を呈する。なお、Ｔ３＜ＴＥＭＰの場合は、負荷率０％、すなわち、パワー部１の動作が停止されるため、出力電圧Ｖｏｕｔは０Ｖとなる。

以上、詳細に説明したように、本実施形態にでは、冷却ファン２１は、パワー部１に対し、冷却のために送風する制御を行い、冷却風温度検知部５は、冷却風温度ＣＷＴＥＭＰが閾値温度ＭＡＸＴＥＭＰを上回るか否かを検知し、ファン回転信号ＦＮまたは検知信号ＶＤＴ２に応じて、負荷率制御信号ＦＬＭＴを出力し、パワー制御部３は、負荷率制御信号ＦＬＭＴに応じて、パワー部１の出力電力の負荷率を２５％に制限する。

これにより、パワー部１の出力電力の負荷率を２５％とする制御を迅速に行うことができ、制御の遅延によるパワー部１の熱破壊を防止することができる。また、パワー部１が負荷率２５％で動作する場合には、最高使用温度での動作が保障される。例えば、パワー部１をハイブリッド車におけるＤＣ−ＤＣコンバータとする場合、負荷率２５％に制限される際には補機バッテリへの充電に対してのみ電力を振り分けるように外部で制御すれば、少なくとも補機バッテリ上がりを防止することができる。

また、本実施形態では、冷却制御部４は、冷却風温度ＣＷＴＥＭＰが閾値温度ＭＡＸＴＥＭＰを上回る場合に、冷却ファン２１の送風が停止される。これにより、高温となった冷却風の送風に対し、温度制御の遅延によるパワー部１の熱破壊を防止することができる。また、高温の雰囲気の送風による冷却ファン２１の熱破壊を防止することができる。

なお、本実施形態において、パワー部１は機器の一例、冷却部２は冷却部の一例を示している。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることは言うまでもない。
例えば、本実施形態においては、パワー部１の具体例としてＤＣ−ＤＣコンバータを例示して説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、スイッチング制御する構成であればモータ制御等のほかの回路構成においても同様に適用することが出来ることは言うまでもない。
また、負荷率制御信号ＦＬＭＴとして、ハイレベルおよびローレベルの２値信号を用いている。これに対して、例えば、冷却ファン２１の回転速度に応じて変化する多値の信号を負荷率制御信号ＦＬＭＴとし、一つの上限負荷率（本実施形態では２５％）で制限するのではなく、負荷率制御信号ＦＬＭＴの値に応じて複数の上限負荷率に制限する方式としてもよい。

本実施形態の構成を示す回路ブロック図である。 検知温度範囲決定部および負荷率決定部の具体例を示す回路図である。 ウインドウコンパレータの等価回路の具体例を示す回路図である。 選択負荷率制限部における論理動作の真理値を示す図である。 駆動制御部の具体例を示す回路図である。 本実施形態の具体的動作を示すグラフである。 従来技術を示す回路ブロック図である。 従来技術を示す回路ブロック図である。

符号の説明

１ パワー部（機器）
２ 冷却部
３ パワー制御部
４ 冷却制御部
５ 冷却風温度検知部
３１ 検知温度範囲決定部
３２ 選択負荷率制限部
３３ 負荷率決定部
３５ 駆動制御部
ＦＬＭＴ 負荷率制御信号

Claims (8)

1. 保護対象である機器に対して、冷却風を送風する冷却部と、
   前記冷却風の温度が、閾値温度を上回ったことを検知する冷却風温度検知部と、
   前記冷却部を制御し、前記冷却風温度検知部の検知結果または前記冷却部の送風能力の低下を報知する信号に応じて、負荷率制御信号を出力する冷却制御部と、
   前記機器の温度を検知する温度検知部と、
   前記負荷率制御信号に応じて前記機器の動作の上限負荷率を決定し、前記温度検知部の検知温度に応じて前記上限負荷率以下で前記機器の動作の負荷率を決定する負荷率決定部と、
   を備えることを特徴とする過熱保護装置。
2. 請求項１に記載の過熱保護装置であって、
   前記冷却制御部は、前記冷却風温度検知部の検知結果に応じて、前記冷却部の動作を停止することを特徴とする過熱保護装置。
3. 請求項１に記載の過熱保護装置であって、
   前記上限負荷率は、あらかじめ定められた最高使用温度において、前記機器が動作可能な負荷率であることを特徴とする過熱保護装置。
4. 請求項１に記載の過熱保護装置であって、
   前記温度検知部の検知温度と、複数領域に分割された温度範囲の各々とを比較し、比較結果に応じて前記検知温度の属する前記温度範囲である検知温度範囲を決定する検知温度範囲決定部をさらに備え、
   前記負荷率決定部は、あらかじめ設定され互いに異なる多段階の負荷率候補のうち前記検知温度範囲決定部で決定された前記温度範囲に対応する負荷率候補と、前記上限負荷率とのうち低い方を前記負荷率として決定することを特徴とする過熱保護装置。
5. 請求項４に記載の過熱保護装置であって、
   前記検知温度範囲決定部は、
   前記検知温度と前記温度範囲との各々の比較において、
   前記検知温度が該温度範囲の上限値未満であることを検知する第１コンパレータ、および、
   前記検知温度が該温度範囲の下限値以上であることを検知する第２コンパレータのうち少なくともいずれかを含み、
   前記第１コンパレータの検知結果および/または前記第２コンパレータの検知結果に基づき、前記検知温度範囲が決定されることを特徴とする過熱保護装置。
6. 請求項４に記載の過熱保護装置であって、
   前記負荷率決定部は、
   所定の基準電位と接地電位との間に直列接続される複数の抵抗素子と、
   前記検知温度範囲に応じて、前記複数の抵抗素子における接続端のうちいずれか一つを選択する接続端選択部とを含むことを特徴とする過熱保護装置。
7. 保護対象である機器に対して、冷却風を送風する冷却部を有する機器の過熱保護方法であって、
   前記冷却風の温度を検知するステップと、
   前記冷却部の送風能力の低下を報知するステップと、
   前記冷却風の温度の検知結果または前記冷却部の送風能力の低下を報知する信号に応じて、負荷率制御信号を出力するステップと、
   前記機器の温度を検知するステップと、
   前記負荷率制御信号に応じて、前記機器の動作の上限負荷率を決定し、前記機器の温度検知結果に応じて前記上限負荷率以下で負荷率を決定するステップと、
   を備えることを特徴とする過熱保護方法。
8. 請求項７に記載の過熱保護方法であって、
   前記冷却風の温度の検知結果に応じて、前記冷却部の動作を停止するステップをさらに備えることを特徴とする過熱保護方法。

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