JP2007170881A - 電圧監視回路、ゲートドライバー回路およびスイッチング電源回路 - Google Patents
電圧監視回路、ゲートドライバー回路およびスイッチング電源回路 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】簡単な構成により2点間の電位差を安定して監視する。
【解決手段】VDCa点とVDCb点との間の電位差を監視するための電圧監視回路において、3端子レギュレータICのカソード端子Kが高電位側に接続され、アノード端子Aが低電位側に接続されるように、フォトカプラPCのLEDと3端子レギュレータICとを直列接続して配置し、直列接続された抵抗R1,R2をLEDおよび3端子レギュレータICに対して並列接続し、抵抗R1,R2の間のP2点と3端子レギュレータICのレファレンス端子REFとを接続し、VDCa点とVDCb点との電位差が所定値未満の時、カソード端子Kとアノード端子Aとの間にかかる電圧が3端子レギュレータICのレギュレーション電圧未満になり、その電位差が前記所定値に到達した時、カソード端子Kとアノード端子Aとの間にかかる電圧が3端子レギュレータICのレギュレーション電圧に到達するように、3端子レギュレータICのレギュレーション電圧を設定した。
【選択図】図2
【解決手段】VDCa点とVDCb点との間の電位差を監視するための電圧監視回路において、3端子レギュレータICのカソード端子Kが高電位側に接続され、アノード端子Aが低電位側に接続されるように、フォトカプラPCのLEDと3端子レギュレータICとを直列接続して配置し、直列接続された抵抗R1,R2をLEDおよび3端子レギュレータICに対して並列接続し、抵抗R1,R2の間のP2点と3端子レギュレータICのレファレンス端子REFとを接続し、VDCa点とVDCb点との電位差が所定値未満の時、カソード端子Kとアノード端子Aとの間にかかる電圧が3端子レギュレータICのレギュレーション電圧未満になり、その電位差が前記所定値に到達した時、カソード端子Kとアノード端子Aとの間にかかる電圧が3端子レギュレータICのレギュレーション電圧に到達するように、3端子レギュレータICのレギュレーション電圧を設定した。
【選択図】図2
Description
本発明は、2点間の電位差を監視するための電圧監視回路およびそれが適用されたゲートドライバー回路並びにスイッチング電源回路に関し、特には、簡単な構成により2点間の電位差を安定して監視することができる電圧監視回路およびそれが適用されたゲートドライバー回路並びにスイッチング電源回路に関する。
詳細には、本発明は、監視対象の電圧以外に別個の電圧を設ける必要なく、3端子レギュレータの代わりにゼナーダイオードが用いられる場合よりも安定して2点間の電位差を監視することができる電圧監視回路およびそれが適用されたゲートドライバー回路並びにスイッチング電源回路に関する。
従来から、2点間の電位差を監視するための電圧検出回路(電圧監視回路)が知られている。この種の電圧検出回路(電圧監視回路)の例としては、例えば特開平7−46835号公報に記載されたものがある。特開平7−46835号公報では、電圧検出回路(電圧監視回路)が絶縁形スイッチングレギュレータに適用されている。
図9は特開平7−46835号公報の図3に相当する図、図10は特開平7−46835号公報の図1に相当する図である。図9において、1は絶縁形スイッチングレギュレータを示しており、2は絶縁形トランスを示しており、3は1次側の主巻線を示している。4はMOSFETを示しており、5は2次巻線を示しており、6はダイオードを示しており、7はコンデンサを示しており、8は整流部を示しており、9はフェライトビーズを示している。10は制御回路用1次巻線を示しており、11は制御回路を示しており、12は整流部を示しており、13は電圧検出回路を示している。14はダイオードを示しており、15はコンデンサを示しており、16は直流電源回路を示しており、17は負荷を示している。
また、図10において、21はスイッチング電源装置を示しており、22は直流電源回路を示しており、23は電気的負荷を示しており、24は絶縁形スイッチングレギュレータを示している。25は絶縁形トランスを示しており、26は1次側の主巻線を示しており、27はMOSFETを示しており、28は2次巻線を示しており、29はダイオードを示している。30はコンデンサを示しており、31は整流部を示しており、32はフェライトビーズを示しており、33は制御回路用1次巻線を示しており、34は制御回路を示している。35は整流部を示しており、36は電圧検出回路を示しており、37はダイオードを示しており、38はコンデンサを示しており、39はフェライトビーズを示している。
特開平7−46835号公報では、絶縁形スイッチングレギュレータに適用されている電圧検出回路(電圧監視回路)13,36について詳細に記載されていない。
また、従来から、2点間の電位差を監視するための電圧検出手段(電圧監視回路)として、例えば特開平9−233810号公報に記載されたものが知られている。特開平9−233810号公報では、電圧検出手段(電圧監視回路)がスイッチング電源回路に適用されている。
図11は特開平9−233810号公報の図4に相当する図、図12は特開平9−233810号公報の図1に相当する図である。図11および図12において、112は電源トランスを示しており、112aは1次コイルを示しており、112bは2次コイルを示しており、114は端子を示している。116はスイッチングトランジスタを示しており、118はスイッチングレギュレータを示しており、120は整流平滑回路を示しており、124は負荷を示しており、130はシリーズレギュレータを示しており、132はトランジスタを示している。134は電圧検出手段(電圧監視回路)を示しており、134aは抵抗器を示しており、134bは抵抗器を示しており、136は基準電圧を示しており、138は差動アンプを示している。141はスイッチング素子を示しており、142は基準電圧手段を示しており、142aは抵抗器を示しており、142bは抵抗器を示しており、142cはコンデンサを示しており、144はオペアンプを示しており、146はローパスフィルタを示している。
図11に示すスイッチング電源回路では、負荷124側の出力電圧が電圧検出手段(電圧監視回路)134によって検出され、その検出電圧が基準電圧136と共に差動アンプ138に供給され、差動出力がトランジスタ132に対する制御電圧として帰還され、負荷124に印加される電圧の変動が最小となるようにトランジスタ132が制御されている。
ところで、図11に示すスイッチング電源回路では、上述したように、出力電圧を検出(監視)するために、基準電圧136が差動アンプ138に供給されている。そのため、図11に示すスイッチング電源回路では、出力電圧とは別個に差動アンプ138用の基準電圧136を設けなければ、出力電圧を検出(監視)することができない。つまり、図11に示すスイッチング電源回路では、検出(監視)対象の電圧以外に別個の電圧を設けることなく、検出(監視)対象の電圧を安定して監視することができない。
また、図12に示すスイッチング電源回路においても、+12Vの電圧および−12Vの電圧がオペアンプ144に供給されている。そのため、図12に示すスイッチング電源回路では、出力電圧とは別個にオペアンプ144用の電源電圧(+12V、−12V)を設けなければ、出力電圧を検出(監視)することができない。つまり、図12に示すスイッチング電源回路によっても、検出(監視)対象の電圧以外に別個の電圧を設けることなく、検出(監視)対象の電圧を安定して監視することができない。
また、従来から、電圧を監視するための電圧監視回路として、例えば特開2005−6464号公報に記載されたものが知られている。特開2005−6464号公報では、電圧監視回路がIGBTのコレクタ電圧およびゲート電圧を監視するために用いられている。
図13は特開2005−6464号公報の図1に相当する図である。図13において、201はIGBTを示しており、202はソフト遮断指令回路を示しており、203は駆動回路を示している。図13に示す電圧監視回路では、IGBT201のコレクタ電圧が比較器COMP1によって監視され、IGBT201のゲート電圧が比較器COMP2によって監視されている。
ところで、図13に示す電圧監視回路では、IGBT201のコレクタ電圧を監視するために、基準電圧V1が比較器COMP1に供給されている。そのため、図13に示す電圧監視回路では、IGBT201のコレクタ端子に供給される電圧(Vcc)とは別個に比較器COMP1用の基準電圧V1を設けなければ、IGBT201のコレクタ端子に供給される電圧(Vcc)を監視することができない。
同様に、図13に示す電圧監視回路では、IGBT201のゲート電圧を監視するために、基準電圧V2が比較器COMP2に供給されている。そのため、図13に示す電圧監視回路では、制御回路203からIGBT201のゲート端子に供給される電圧とは別個に比較器COMP2用の基準電圧V2を設けなければ、制御回路203からIGBT201のゲート端子に供給される電圧(Vcc)を監視することができない。
つまり、図13に示すスイッチング電源回路では、監視対象の電圧以外に別個の電圧を設けることなく、監視対象の電圧を安定して監視することができない。
前記問題点に鑑み、簡単な構成により2点間の電位差を安定して監視することができる電圧監視回路およびそれが適用されたゲートドライバー回路並びにスイッチング電源回路を提供することを目的とする。
詳細には、本発明は、監視対象の電圧以外に別個の電圧を設ける必要なく、3端子レギュレータの代わりにゼナーダイオードが用いられる場合よりも安定して2点間の電位差を監視することができる電圧監視回路およびそれが適用されたゲートドライバー回路並びにスイッチング電源回路を提供することを目的とする。
請求項1に記載の発明によれば、2点間の電位差を監視するための電圧監視回路において、3端子レギュレータのカソード端子が高電位側に接続され、3端子レギュレータのアノード端子が低電位側に接続されるように、電位差の監視対象の2点のうちの一方の点と他方の点とを結ぶライン上にフォトカプラのLEDと3端子レギュレータとを直列接続して配置し、直列接続された2つの抵抗をフォトカプラのLEDおよび3端子レギュレータに対して並列接続し、その2つの抵抗の間の点と3端子レギュレータのレファレンス端子とを接続し、監視対象の2点間の電位差が所定値未満の時には、3端子レギュレータのカソード端子とアノード端子との間にかかる電圧が3端子レギュレータのレギュレーション電圧未満になって、フォトカプラのLEDに電流が流れず、監視対象の2点間の電位差が前記所定値に到達した時には、3端子レギュレータのカソード端子とアノード端子との間にかかる電圧が3端子レギュレータのレギュレーション電圧に到達し、フォトカプラのLEDに電流が流れるように、3端子レギュレータのレギュレーション電圧を設定したことを特徴とする電圧監視回路が提供される。
請求項2に記載の発明によれば、定電流ダイオードのカソード端子が高電位側に接続され、定電流ダイオードのアノード端子が低電位側に接続されるように、電位差の監視対象の2点のうちの一方の点と他方の点とを結ぶライン上に定電流ダイオードとフォトカプラのLEDと3端子レギュレータとを直列接続して配置したことを特徴とする請求項1に記載の電圧監視回路が提供される。
請求項3に記載の発明によれば、電位差の監視対象の2点と、フォトカプラのLEDおよび3端子レギュレータとの間に整流回路を配置したことを特徴とする請求項1又は2に記載の電圧監視回路が提供される。
請求項4に記載の発明によれば、IGBTのコレクタ電圧またはゲート電圧を監視するために請求項1〜3のいずれか一項に記載された電圧監視回路が適用されたゲートドライバー回路が提供される。
請求項5に記載の発明によれば、負荷にかかる電圧を監視するために請求項1〜3のいずれか一項に記載された電圧監視回路が適用されたスイッチング電源回路が提供される。
請求項1に記載の電圧監視回路では、3端子レギュレータのカソード端子が高電位側に接続され、3端子レギュレータのアノード端子が低電位側に接続されるように、電位差の監視対象の2点のうちの一方の点と他方の点とを結ぶライン上にフォトカプラのLEDと3端子レギュレータとが直列接続して配置され、直列接続された2つの抵抗がフォトカプラのLEDおよび3端子レギュレータに対して並列接続され、その2つの抵抗の間の点と3端子レギュレータのレファレンス端子とが接続されている。
更に、請求項1に記載の電圧監視回路では、監視対象の2点間の電位差が所定値未満の時には、3端子レギュレータのカソード端子とアノード端子との間にかかる電圧が3端子レギュレータのレギュレーション電圧未満になって、フォトカプラのLEDに電流が流れず、監視対象の2点間の電位差が前記所定値に到達した時には、3端子レギュレータのカソード端子とアノード端子との間にかかる電圧が3端子レギュレータのレギュレーション電圧に到達し、フォトカプラのLEDに電流が流れるように、3端子レギュレータのレギュレーション電圧が設定されている。
つまり、請求項1に記載の電圧監視回路では、フォトカプラと3端子レギュレータと2つの抵抗とが設けられているものの、比較器も比較器用レファレンス電源も設けられていない。そのため、請求項1に記載の電圧監視回路によれば、比較器用レファレンス電源を設ける必要なく、監視対象の電圧を用いることにより、2点間の電位差を監視することができる。
また、請求項1に記載の電圧監視回路では、電位差の監視対象の2点のうちの一方の点と他方の点とを結ぶライン上にフォトカプラのLEDとゼナーダイオードとが直列接続して配置されるのではなく、代わりに、電位差の監視対象の2点のうちの一方の点と他方の点とを結ぶライン上にフォトカプラのLEDと3端子レギュレータとが直列接続して配置されている。
その上、請求項1に記載の電圧監視回路では、直列接続された2つの抵抗がフォトカプラのLEDおよび3端子レギュレータに対して並列接続され、その2つの抵抗の間の点と3端子レギュレータのレファレンス端子とが接続されている。
そのため、請求項1に記載の電圧監視回路によれば、フォトカプラのLEDとゼナーダイオードとが直列接続して配置される場合よりも、温度変化に伴ってフォトカプラのLEDに電流が流れ始める時の監視対象の2点間の電位差が変動してしまうのを抑制することができる。換言すれば、請求項1に記載の電圧監視回路によれば、フォトカプラのLEDとゼナーダイオードとが直列接続して配置される場合よりも、温度変化の影響を受けることなく安定して2点間の電位差を監視することができる。
つまり、請求項1に記載の電圧監視回路によれば、簡単な構成により2点間の電位差を安定して監視することができる。
詳細には、請求項1に記載の電圧監視回路によれば、監視対象の電圧以外に別個の電圧を設ける必要なく、3端子レギュレータの代わりにゼナーダイオードが用いられる場合よりも安定して2点間の電位差を監視することができる。
請求項2に記載の電圧監視回路では、定電流ダイオードのカソード端子が高電位側に接続され、定電流ダイオードのアノード端子が低電位側に接続されるように、電位差の監視対象の2点のうちの一方の点と他方の点とを結ぶライン上に定電流ダイオードとフォトカプラのLEDと3端子レギュレータとが直列接続して配置されている。
そのため、請求項2に記載の電圧監視回路によれば、定電流ダイオードが設けられていない場合よりも、3端子レギュレータのレギュレーション電圧を小さい値に設定することができる。
換言すれば、請求項2に記載の電圧監視回路によれば、レギュレーション電圧の小さい3端子レギュレータを用いつつ、大きい電圧を監視することができる。
請求項3に記載の電圧監視回路では、電位差の監視対象の2点と、フォトカプラのLEDおよび3端子レギュレータとの間に整流回路が配置されている。そのため、監視対象の電圧が交流電圧である場合にも、2点間の電位差を安定して監視することができる。
請求項4に記載のゲートドライバー回路によれば、簡単な構成によりIGBTのコレクタ電圧またはゲート電圧を安定して監視することができる。
請求項5に記載のスイッチング電源回路によれば、簡単な構成により負荷にかかる電圧を安定して監視することができる。
本発明の電圧監視回路を説明する前に、比較例の電圧監視回路について説明する。図1は比較例の電圧監視回路A’を示した図である。図1に示すように、比較例の電圧監視回路A’では、ゼナーダイオードZDのカソード端子Kが高電位側に接続され、ゼナーダイオードZDのアノード端子Aが低電位側に接続されるように、電位差の監視対象のVDCa点とVDCb点とを結ぶライン上にフォトカプラPCのLEDとゼナーダイオードZDとが直列接続して配置されている。
詳細には、比較例の電圧監視回路A’では、監視対象のVDCa点とVDCb点との間の電位差が閾値VDCTH未満の時には、ゼナーダイオードZDのカソード端子Kとアノード端子Aとの間にかかる電圧がゼナーダイオードZDの逆耐圧未満になって、フォトカプラPCのLEDに電流が流れず、監視対象のVDCa点とVDCb点との間の電位差が閾値VDCTHに到達した時には、ゼナーダイオードZDのカソード端子Kとアノード端子Aとの間にかかる電圧がゼナーダイオードZDの逆耐圧に到達し、フォトカプラPCのLEDに電流が流れるように、ゼナーダイオードZDの逆耐圧が設定されている。
つまり、比較例の電圧監視回路A’では、フォトカプラPCとゼナーダイオードZDとが設けられているものの、比較器も比較器用レファレンス電源も設けられていない。そのため、比較例の電圧監視回路A’によれば、比較器用レファレンス電源を設ける必要なく、監視対象の電圧VDCを用いることにより、VDCa点とVDCb点との間の電位差を監視することができる。
ところが、比較例の電圧監視回路A’では、比較例の電圧監視回路A’の使用環境の変化に伴ってゼナーダイオードZDの温度が変化すると、ゼナーダイオードZDの逆耐圧が変動してしまい、その結果、フォトカプラPCのLEDに電流が流れ始める時における監視対象のVDCa点とVDCb点との間の電位差が変動してしまうことが、発明者らの研究により確認された。つまり、比較例の電圧監視回路A’では、ゼナーダイオードZDの温度が変化すると、VDCa点とVDCb点との間の電位差の変動を正確に監視できなくなることが確認された。
そこで、本発明の電圧監視回路では、上述した比較例の電圧監視回路A’の問題点を解消するための改良が盛り込まれている。
図2は本発明の電圧監視回路Aを示した図である。図2に示すように、本発明の電圧監視回路Aでは、3端子レギュレータICのカソード端子Kが高電位側に接続され、3端子レギュレータICのアノード端子Aが低電位側に接続されるように、電位差の監視対象のVDCa点とVDCb点とを結ぶライン上にフォトカプラPCのLEDと3端子レギュレータICとが直列接続して配置されている。
また、本発明の電圧監視回路Aでは、監視対象のVDCa点とVDCb点との間の電位差が閾値VDCTH未満の時には、3端子レギュレータICのカソード端子Kとアノード端子Aとの間にかかる電圧が3端子レギュレータICのレギュレーション電圧未満になって、フォトカプラPCのLEDに電流が流れず、監視対象のVDCa点とVDCb点との間の電位差が閾値VDCTHに到達した時には、3端子レギュレータICのカソード端子Kとアノード端子Aとの間にかかる電圧が3端子レギュレータICのレギュレーション電圧に到達し、フォトカプラPCのLEDに電流が流れるように、3端子レギュレータICのレギュレーション電圧が設定されている。
そのため、本発明の電圧監視回路Aによれば、図1に示した比較例の電圧監視回路A’と同様に、比較器用レファレンス電源を設ける必要なく、監視対象の電圧VDCを用いることにより、VDCa点とVDCb点との間の電位差を監視することができる。
更に、図2に示すように、本発明の電圧監視回路Aでは、直列接続された2つの抵抗R1,R2が、フォトカプラPCのLEDおよび3端子レギュレータICに対して並列接続され、抵抗R1と抵抗R2との間のP2点と、3端子レギュレータICのレファレンス端子REFとが接続されている。
そのため、本発明の電圧監視回路Aによれば、図1に示した比較例の電圧監視回路A’のようにフォトカプラPCのLEDとゼナーダイオードZDとが直列接続して配置される場合よりも、フォトカプラPCのLEDに電流が流れ始める時における監視対象のVDCa点とVDCb点との間の電位差が温度変化に伴って変動してしまうのを抑制することができる。換言すれば、本発明の電圧監視回路Aによれば、図1に示した比較例の電圧監視回路A’のようにフォトカプラPCのLEDとゼナーダイオードZDとが直列接続して配置される場合よりも、温度変化の影響を受けることなく安定してVDCa点とVDCb点との間の電位差を監視することができる。
具体的には、3端子レギュレータICとして、そのレファレンス端子REFの電圧がVref(V)に設定されたものを用い、抵抗R1として、その抵抗値がr1(Ω)に設定されたものを用い、抵抗R2として、その抵抗値がr2(Ω)に設定されたものを用いる場合には、P1点とP3点との間にかかる電圧Vpが((r1+r2)/r2)×Vref(V)未満の時に3端子レギュレータICのカソード端子Kからアノード端子Aに電流が流れず、P1点とP3点との間にかかる電圧Vpが((r1+r2)/r2)×Vref(V)に到達した時に3端子レギュレータICのカソード端子Kからアノード端子Aに電流が流れ始める。
以下、本発明の電圧監視回路の第1の実施形態について説明する。図3は第1の実施形態の電圧監視回路A1を示した図である。図3に示すように、第1の実施形態の電圧監視回路A1では、3端子レギュレータICのカソード端子Kが高電位側に接続され、3端子レギュレータICのアノード端子Aが低電位側に接続されるように、電位差の監視対象のVDCa点とVDCb点とを結ぶライン上にフォトカプラPCのLEDと3端子レギュレータICとが直列接続して配置されている。
また、第1の実施形態の電圧監視回路A1では、監視対象のVDCa点とVDCb点との間の電位差が閾値VDCTH未満の時には、3端子レギュレータICのカソード端子Kとアノード端子Aとの間にかかる電圧が3端子レギュレータICのレギュレーション電圧未満になって、フォトカプラPCのLEDに電流が流れず、監視対象のVDCa点とVDCb点との間の電位差が閾値VDCTHに到達した時には、3端子レギュレータICのカソード端子Kとアノード端子Aとの間にかかる電圧が3端子レギュレータICのレギュレーション電圧に到達し、フォトカプラPCのLEDに電流が流れるように、3端子レギュレータICのレギュレーション電圧が設定されている。
そのため、第1の実施形態の電圧監視回路A1によれば、比較器用レファレンス電源を設ける必要なく、監視対象の電圧VDCを用いることにより、VDCa点とVDCb点との間の電位差を監視することができる。
詳細には、第1の実施形態の電圧監視回路A1によれば、フォトカプラPCのLEDに電流が流れず、フォトカプラPCがOFF状態の時には、監視対象のVDCa点とVDCb点との間の電位差が閾値VDCTH未満であると判断することができる。一方、フォトカプラPCのLEDに電流が流れ、フォトカプラPCがON状態の時には、監視対象のVDCa点とVDCb点との間の電位差が閾値VDCTHに到達していると判断することができる。
更に、図3に示すように、第1の実施形態の電圧監視回路A1では、直列接続された2つの抵抗R1,R2が、フォトカプラPCのLEDおよび3端子レギュレータICに対して並列接続され、抵抗R1と抵抗R2との間のP2点と、3端子レギュレータICのレファレンス端子REFとが接続されている。
そのため、第1の実施形態の電圧監視回路A1によれば、温度変化の影響を受けることなく安定してVDCa点とVDCb点との間の電位差を監視することができる。
また、図3に示すように、第1の実施形態の電圧監視回路A1では、定電流ダイオードCRDのカソード端子Kが高電位側に接続され、定電流ダイオードCRDのアノード端子Aが低電位側に接続されるように、VDCa点とP1点との間に配置されている。詳細には、電位差の監視対象のVDCa点とVDCb点とを結ぶライン上に定電流ダイオードCRDとフォトカプラPCのLEDと3端子レギュレータICとが直列接続して配置されている。
そのため、第1の実施形態の電圧監視回路A1によれば、定電流ダイオードCRDが設けられていない場合よりも、3端子レギュレータICのレギュレーション電圧を小さい値に設定することができる。換言すれば、第1の実施形態の電圧監視回路A1によれば、レギュレーション電圧の小さい3端子レギュレータICを用いつつ、大きい電圧VDCを監視することができる。
以下、本発明の電圧監視回路の第2の実施形態について説明する。図4は第2の実施形態の電圧監視回路A2を示した図である。図4に示すように、第2の実施形態の電圧監視回路A2では、3端子レギュレータICのカソード端子Kが高電位側に接続され、3端子レギュレータICのアノード端子Aが低電位側に接続されるように、電位差の監視対象のVDCa点とVDCb点とを結ぶライン上にフォトカプラPCのLEDと3端子レギュレータICとが直列接続して配置されている。
また、第2の実施形態の電圧監視回路A2では、監視対象のVDCa点とVDCb点との間の電位差が閾値VDCTH未満の時には、3端子レギュレータICのカソード端子Kとアノード端子Aとの間にかかる電圧が3端子レギュレータICのレギュレーション電圧未満になって、フォトカプラPCのLEDに電流が流れず、監視対象のVDCa点とVDCb点との間の電位差が閾値VDCTHに到達した時には、3端子レギュレータICのカソード端子Kとアノード端子Aとの間にかかる電圧が3端子レギュレータICのレギュレーション電圧に到達し、フォトカプラPCのLEDに電流が流れるように、3端子レギュレータICのレギュレーション電圧が設定されている。
そのため、第2の実施形態の電圧監視回路A1によれば、比較器用レファレンス電源を設ける必要なく、監視対象の電圧VDCを用いることにより、VDCa点とVDCb点との間の電位差を監視することができる。
詳細には、第2の実施形態の電圧監視回路A2によれば、フォトカプラPCのLEDに電流が流れず、フォトカプラPCがOFF状態の時には、監視対象のVDCa点とVDCb点との間の電位差が閾値VDCTH未満であると判断することができる。一方、フォトカプラPCのLEDに電流が流れ、フォトカプラPCがON状態の時には、監視対象のVDCa点とVDCb点との間の電位差が閾値VDCTHに到達していると判断することができる。
更に、図4に示すように、第2の実施形態の電圧監視回路A2では、直列接続された2つの抵抗R1,R2が、フォトカプラPCのLEDおよび3端子レギュレータICに対して並列接続され、抵抗R1と抵抗R2との間のP2点と、3端子レギュレータICのレファレンス端子REFとが接続されている。
そのため、第2の実施形態の電圧監視回路A2によれば、温度変化の影響を受けることなく安定してVDCa点とVDCb点との間の電位差を監視することができる。
更に、第2の実施形態の電圧監視回路A2では、VDCa点とP1点との間にトランジスタQ5が配置されている。また、直列接続されたトランジスタQ4,Q1,Q2,Q3が、直列接続されたQ5および抵抗R1,R2に対して並列接続され、トランジスタQ4のベース端子とトランジスタQ5のベース端子とが接続されている。更に、直列接続された抵抗Rc,Reが、直列接続されたトランジスタQ4,Q1,Q2,Q3に対して並列接続され、抵抗Rcと抵抗Reとの間のP8点と、トランジスタQ1のベース端子とが接続されている。
以下、本発明の電圧監視回路の第3の実施形態について説明する。図5は第3の実施形態の電圧監視回路A3を示した図である。図5に示すように、第3の実施形態の電圧監視回路A3では、3端子レギュレータICのカソード端子Kが高電位側に接続され、3端子レギュレータICのアノード端子Aが低電位側に接続されるように、電位差の監視対象のVACa点とVACb点とを結ぶライン上にフォトカプラPCのLEDと3端子レギュレータICとが直列接続して配置されている。
また、第3の実施形態の電圧監視回路A3では、監視対象のVACa点とVACb点との間の電位差が閾値VACTH未満の時には、3端子レギュレータICのカソード端子Kとアノード端子Aとの間にかかる電圧が3端子レギュレータICのレギュレーション電圧未満になって、フォトカプラPCのLEDに電流が流れず、監視対象のVACa点とVACb点との間の電位差が閾値VACTHに到達した時には、3端子レギュレータICのカソード端子Kとアノード端子Aとの間にかかる電圧が3端子レギュレータICのレギュレーション電圧に到達し、フォトカプラPCのLEDに電流が流れるように、3端子レギュレータICのレギュレーション電圧が設定されている。
そのため、第3の実施形態の電圧監視回路A3によれば、比較器用レファレンス電源を設ける必要なく、監視対象の電圧VACを用いることにより、VACa点とVACb点との間の電位差を監視することができる。
詳細には、第3の実施形態の電圧監視回路A3によれば、フォトカプラPCのLEDに電流が流れず、フォトカプラPCがOFF状態の時には、監視対象のVACa点とVACb点との間の電位差が閾値VACTH未満であると判断することができる。一方、フォトカプラPCのLEDに電流が流れ、フォトカプラPCがON状態の時には、監視対象のVACa点とVACb点との間の電位差が閾値VACTHに到達していると判断することができる。
更に、図5に示すように、第3の実施形態の電圧監視回路A3では、直列接続された2つの抵抗R1,R2が、フォトカプラPCのLEDおよび3端子レギュレータICに対して並列接続され、抵抗R1と抵抗R2との間のP2点と、3端子レギュレータICのレファレンス端子REFとが接続されている。
そのため、第3の実施形態の電圧監視回路A3によれば、温度変化の影響を受けることなく安定してVACa点とVACb点との間の電位差を監視することができる。
また、図5に示すように、第3の実施形態の電圧監視回路A3では、定電流ダイオードCRDのカソード端子Kが高電位側に接続され、定電流ダイオードCRDのアノード端子Aが低電位側に接続されるように、VACa点とP1点との間に配置されている。詳細には、電位差の監視対象のVACa点とVACb点とを結ぶライン上に定電流ダイオードCRDとフォトカプラPCのLEDと3端子レギュレータICとが直列接続して配置されている。
そのため、第3の実施形態の電圧監視回路A3によれば、定電流ダイオードCRDが設けられていない場合よりも、3端子レギュレータICのレギュレーション電圧を小さい値に設定することができる。換言すれば、第3の実施形態の電圧監視回路A3によれば、レギュレーション電圧の小さい3端子レギュレータICを用いつつ、大きい電圧VACを監視することができる。
更に、図5に示すように、第3の実施形態の電圧監視回路A3では、電位差の監視対象のVACa点およびVACb点と、フォトカプラPCのLEDおよび3端子レギュレータICとの間に、ダイオードDA,DB,DC,DDからなる整流回路が配置されている。そのため、監視対象の電圧VACが直流電圧である場合のみならず、交流電圧である場合にも、VACa点とVACb点との間の電位差を安定して監視することができる。
以下、本発明の電圧監視回路がIGBTのコレクタ電圧を監視するために適用された第4の実施形態について説明する。第4の実施形態では、本発明の電圧監視回路が、IGBTのコレクタ電圧を監視するためにゲートドライバ回路に適用されている。
図6は本発明の電圧監視回路Aが適用されたゲートドライバ回路の一部を示した図である。図6に示すように、第4の実施形態では、本発明の電圧監視回路AのVDCa点がIGBTのコレクタ端子に接続され、本発明の電圧監視回路AのVDCb点が例えば接地されている。
図6に示すように、第4の実施形態では、3端子レギュレータICのカソード端子Kが高電位側に接続され、3端子レギュレータICのアノード端子Aが低電位側に接続されるように、電位差の監視対象のVDCa点とVDCb点とを結ぶライン上にフォトカプラPCのLEDと3端子レギュレータICとが直列接続して配置されている。
また、第4の実施形態では、監視対象のVDCa点とVDCb点との間の電位差が閾値VDCTH未満の時には、3端子レギュレータICのカソード端子Kとアノード端子Aとの間にかかる電圧が3端子レギュレータICのレギュレーション電圧未満になって、フォトカプラPCのLEDに電流が流れず、監視対象のVDCa点とVDCb点との間の電位差が閾値VDCTHに到達した時には、3端子レギュレータICのカソード端子Kとアノード端子Aとの間にかかる電圧が3端子レギュレータICのレギュレーション電圧に到達し、フォトカプラPCのLEDに電流が流れるように、3端子レギュレータICのレギュレーション電圧が設定されている。
そのため、第4の実施形態では、比較器用レファレンス電源を設ける必要なく、監視対象の電圧VCCを用いることにより、VDCa点とVDCb点との間の電位差を監視することができる。
詳細には、第4の実施形態では、フォトカプラPCのLEDに電流が流れず、フォトカプラPCがOFF状態の時には、監視対象のVDCa点とVDCb点との間の電位差が閾値VDCTH未満であり、IGBTのコレクタ端子に高い電圧がかかっていないと判断することができる。一方、フォトカプラPCのLEDに電流が流れ、フォトカプラPCがON状態の時には、監視対象のVDCa点とVDCb点との間の電位差が閾値VDCTHに到達しており、IGBTのコレクタ端子に高い電圧がかかっていると判断することができる。
具体的には、第4の実施形態では、例えば、IGBTのゲート端子に駆動信号が入力され、IGBTのコレクタ電圧、つまり、監視対象のVDCaの電位が低くなっている時に、フォトカプラPCのLEDに電流が流れず、IGBTのゲート端子に駆動信号が入力されず、IGBTのコレクタ電圧、つまり、監視対象のVDCa点の電位が高くなっている時に、フォトカプラPCのLEDに電流が流れるように、3端子レギュレータICのレギュレーション電圧が設定されている。
そのため、第4の実施形態では、IGBTのコレクタ電圧の監視中、IGBTのゲート端子に駆動信号が入力されているにもかかわらず、フォトカプラPCのLEDに電流が流れ、フォトカプラPCがON状態になっている場合には、IGBTのコレクタ端子とエミッタ端子とがオープンになり、IGBTがON状態にならない異常が発生したと判断することができる。
また、第4の実施形態では、IGBTのコレクタ電圧の監視中、IGBTのゲート端子に駆動信号が入力されていないにもかかわらず、フォトカプラPCのLEDに電流が流れず、フォトカプラPCがOFF状態になっている場合には、IGBTのコレクタ端子とエミッタ端子とが短絡し、IGBTがOFF状態にならない異常が発生したと判断することができる。
更に、図6に示すように、第4の実施形態では、直列接続された2つの抵抗R1,R2が、フォトカプラPCのLEDおよび3端子レギュレータICに対して並列接続され、抵抗R1と抵抗R2との間のP2点と、3端子レギュレータICのレファレンス端子REFとが接続されている。
そのため、第4の実施形態では、温度変化の影響を受けることなく安定してVDCa点とVDCb点との間の電位差を監視することができる。
以下、本発明の電圧監視回路がIGBTのゲート電圧を監視するために適用された第5の実施形態について説明する。第5の実施形態では、本発明の電圧監視回路が、IGBTのゲート電圧を監視するためにゲートドライバ回路に適用されている。
図7は本発明の電圧監視回路Aが適用されたゲートドライバ回路の一部を示した図である。図7に示すように、第5の実施形態では、本発明の電圧監視回路AのVDCa点がIGBTのゲート端子に接続され、本発明の電圧監視回路AのVDCb点が例えば接地されている。
図7に示すように、第5の実施形態では、3端子レギュレータICのカソード端子Kが高電位側に接続され、3端子レギュレータICのアノード端子Aが低電位側に接続されるように、電位差の監視対象のVDCa点とVDCb点とを結ぶライン上にフォトカプラPCのLEDと3端子レギュレータICとが直列接続して配置されている。
また、第5の実施形態では、監視対象のVDCa点とVDCb点との間の電位差が閾値VDCTH未満の時には、3端子レギュレータICのカソード端子Kとアノード端子Aとの間にかかる電圧が3端子レギュレータICのレギュレーション電圧未満になって、フォトカプラPCのLEDに電流が流れず、監視対象のVDCa点とVDCb点との間の電位差が閾値VDCTHに到達した時には、3端子レギュレータICのカソード端子Kとアノード端子Aとの間にかかる電圧が3端子レギュレータICのレギュレーション電圧に到達し、フォトカプラPCのLEDに電流が流れるように、3端子レギュレータICのレギュレーション電圧が設定されている。
そのため、第5の実施形態では、比較器用レファレンス電源を設ける必要なく、監視対象の電圧VCCを用いることにより、VDCa点とVDCb点との間の電位差を監視することができる。
詳細には、第5の実施形態では、フォトカプラPCのLEDに電流が流れず、フォトカプラPCがOFF状態の時には、監視対象のVDCa点とVDCb点との間の電位差が閾値VDCTH未満であり、IGBTのゲート端子に高い電圧がかかっていないと判断することができる。一方、フォトカプラPCのLEDに電流が流れ、フォトカプラPCがON状態の時には、監視対象のVDCa点とVDCb点との間の電位差が閾値VDCTHに到達しており、IGBTのゲート端子に高い電圧がかかっていると判断することができる。
更に、図7に示すように、第5の実施形態では、直列接続された2つの抵抗R1,R2が、フォトカプラPCのLEDおよび3端子レギュレータICに対して並列接続され、抵抗R1と抵抗R2との間のP2点と、3端子レギュレータICのレファレンス端子REFとが接続されている。
そのため、第5の実施形態では、温度変化の影響を受けることなく安定してVDCa点とVDCb点との間の電位差を監視することができる。
図示しないが、第6の実施形態では、図6に示した第4の実施形態と、図7に示した第5の実施形態とが組み合わされている。具体的には、IGBTのコレクタ電圧およびゲート電圧を監視するために、本発明の電圧監視回路Aが2個、ゲートドライバ回路に適用されている。
以下、本発明の電圧監視回路が負荷にかかる電圧を監視するために適用された第7の実施形態について説明する。第7の実施形態では、本発明の電圧監視回路が、負荷にかかる電圧を監視するためにスイッチング電源回路に適用されている。
図8は本発明の電圧監視回路A7が適用されたスイッチング電源回路を示した図である。図8に示すように、第7の実施形態では、本発明の電圧監視回路A7のVDCa点とVDCb点とが負荷の両端に接続されている。
図8に示すように、第7の実施形態の電圧監視回路A7では、3端子レギュレータICのカソード端子Kが高電位側に接続され、3端子レギュレータICのアノード端子Aが低電位側に接続されるように、電位差の監視対象のVDCa点とVDCb点とを結ぶライン上にフォトカプラPCのLEDと3端子レギュレータICとが直列接続して配置されている。
また、第7の実施形態の電圧監視回路A7では、監視対象のVDCa点とVDCb点との間の電位差が閾値VDCTH未満の時には、3端子レギュレータICのカソード端子Kとアノード端子Aとの間にかかる電圧が3端子レギュレータICのレギュレーション電圧未満になって、フォトカプラPCのLEDに電流が流れず、監視対象のVDCa点とVDCb点との間の電位差が閾値VDCTHに到達した時には、3端子レギュレータICのカソード端子Kとアノード端子Aとの間にかかる電圧が3端子レギュレータICのレギュレーション電圧に到達し、フォトカプラPCのLEDに電流が流れるように、3端子レギュレータICのレギュレーション電圧が設定されている。
そのため、第7の実施形態の電圧監視回路A7によれば、比較器用レファレンス電源を設ける必要なく、監視対象の電圧である負荷の両端にかかる電圧を用いることにより、VDCa点とVDCb点との間の電位差、つまり、負荷にかかる電圧を監視することができる。
詳細には、第7の実施形態の電圧監視回路A7によれば、フォトカプラPCのLEDに電流が流れず、フォトカプラPCがOFF状態の時には、監視対象のVDCa点とVDCb点との間の電位差が閾値VDCTH未満であると判断することができる。一方、フォトカプラPCのLEDに電流が流れ、フォトカプラPCがON状態の時には、監視対象のVDCa点とVDCb点との間の電位差が閾値VDCTHに到達していると判断することができる。
更に、図8に示すように、第7の実施形態の電圧監視回路A7では、直列接続された2つの抵抗R1,R2が、フォトカプラPCのLEDおよび3端子レギュレータICに対して並列接続され、抵抗R1と抵抗R2との間のP2点と、3端子レギュレータICのレファレンス端子REFとが接続されている。
そのため、第7の実施形態の電圧監視回路A7によれば、温度変化の影響を受けることなく安定してVDCa点とVDCb点との間の電位差を監視することができる。
また、図8に示すように、第1の実施形態の電圧監視回路A7では、VDCa点とP1点との間に容量の大きい抵抗Rinが配置されている。詳細には、電位差の監視対象のVDCa点とVDCb点とを結ぶライン上に抵抗RinとフォトカプラPCのLEDと3端子レギュレータICとが直列接続して配置されている。
そのため、第7の実施形態の電圧監視回路A7によれば、容量の大きい抵抗Rinが設けられていない場合よりも、3端子レギュレータICのレギュレーション電圧を小さい値に設定することができる。換言すれば、第7の実施形態の電圧監視回路A7によれば、レギュレーション電圧の小さい3端子レギュレータICを用いつつ、負荷の両端にかかる大きい電圧を監視することができる。
詳細には、第7の実施形態では、図8に示すように、電圧監視回路A7のフォトカプラPCの受光素子としてのトランジスタQの出力(コレクタ信号およびエミッタ信号)が、電源トランスの1次側のトランジスタQ11の制御回路にフィードバックされている。
更に詳細には、第7の実施形態では、例えば150V/60AのDC電源が電源トランスの1次側に入力され、これがトランジスタQ11によってスイッチングされる。そのスイッチングされた電圧は、トランス(例えば、n比=5.3)を介して交流となり、これが2次側のダイオードD1,D2を介してコイルLに送られ、コンデンサCを介して平滑化され、例えば(800V/10A)8kW型のDC出力が負荷に供給される。
第7の実施形態では、負荷にかかる800Vのうちの780Vが、電圧監視回路A7の抵抗Rinの両端にかかるように、抵抗Rinの容量(80kΩ)が設定されている。
A 電圧監視回路
IC 3端子レギュレータ
PC フォトカプラ
Q トランジスタ
R1,R2 抵抗
IC 3端子レギュレータ
PC フォトカプラ
Q トランジスタ
R1,R2 抵抗
Claims (5)
- 2点間の電位差を監視するための電圧監視回路において、3端子レギュレータのカソード端子が高電位側に接続され、3端子レギュレータのアノード端子が低電位側に接続されるように、電位差の監視対象の2点のうちの一方の点と他方の点とを結ぶライン上にフォトカプラのLEDと3端子レギュレータとを直列接続して配置し、直列接続された2つの抵抗をフォトカプラのLEDおよび3端子レギュレータに対して並列接続し、その2つの抵抗の間の点と3端子レギュレータのレファレンス端子とを接続し、監視対象の2点間の電位差が所定値未満の時には、3端子レギュレータのカソード端子とアノード端子との間にかかる電圧が3端子レギュレータのレギュレーション電圧未満になって、フォトカプラのLEDに電流が流れず、監視対象の2点間の電位差が前記所定値に到達した時には、3端子レギュレータのカソード端子とアノード端子との間にかかる電圧が3端子レギュレータのレギュレーション電圧に到達し、フォトカプラのLEDに電流が流れるように、3端子レギュレータのレギュレーション電圧を設定したことを特徴とする電圧監視回路。
- 定電流ダイオードのカソード端子が高電位側に接続され、定電流ダイオードのアノード端子が低電位側に接続されるように、電位差の監視対象の2点のうちの一方の点と他方の点とを結ぶライン上に定電流ダイオードとフォトカプラのLEDと3端子レギュレータとを直列接続して配置したことを特徴とする請求項1に記載の電圧監視回路。
- 電位差の監視対象の2点と、フォトカプラのLEDおよび3端子レギュレータとの間に整流回路を配置したことを特徴とする請求項1又は2に記載の電圧監視回路。
- IGBTのコレクタ電圧またはゲート電圧を監視するために請求項1〜3のいずれか一項に記載された電圧監視回路が適用されたゲートドライバー回路。
- 負荷にかかる電圧を監視するために請求項1〜3のいずれか一項に記載された電圧監視回路が適用されたスイッチング電源回路。
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