JP2007228654A - Switching power supply - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スイッチング素子がオン、オフすることにより入力電力を所定の電力に変換して出力するスイッチング電源に関し、特に、スイッチング電源の入力段に設けられるコンデンサのショートを判断するための構成に関する。 The present invention relates to a switching power supply that converts input power into predetermined power when a switching element is turned on and off, and more particularly to a configuration for determining a short circuit of a capacitor provided in an input stage of the switching power supply.
一般に、スイッチング電源の入力段には、スイッチング電源へ入力されるリップル電流を抑えるためにコンデンサが設けられる。
また、コンデンサの耐圧を上げたり、コンデンサが破損してもスイッチング電源の動作を継続させたりする場合などでは、複数のコンデンサを互いに直列接続したものがスイッチング電源の入力段に設けられる。
Generally, a capacitor is provided in the input stage of the switching power supply in order to suppress a ripple current input to the switching power supply.
Further, when the breakdown voltage of the capacitor is increased or the operation of the switching power supply is continued even if the capacitor is damaged, a plurality of capacitors connected in series are provided at the input stage of the switching power supply.
しかしながら、このように、複数のコンデンサを互いに直列接続したものをスイッチング電源の入力段に設ける構成では、あるコンデンサがショートすると、他のコンデンサに入力電圧が集中し連鎖的に他のコンデンサもショートする可能性がある。 However, in such a configuration in which a plurality of capacitors connected in series are provided in the input stage of the switching power supply, when one capacitor is short-circuited, the input voltage is concentrated on the other capacitor and the other capacitors are also short-circuited. there is a possibility.
そこで、1つのコンデンサがショートすることにより連鎖的に他のコンデンサがショートしてしまうという問題を解決するための構成として、例えば、スイッチング電源の入力段に設けられる2つのコンデンサの接続点とスイッチング電源のマイナス母線との間の電圧に基づいて各コンデンサにかかる電圧のアンバランスを調べるものがある。そして、そのアンバランスが重度のときマイナス母線に設けられるスイッチを開けて各コンデンサに電圧がかからないようにする(例えば、特許文献1参照)。 Therefore, as a configuration for solving the problem that one capacitor is short-circuited and another capacitor is short-circuited, for example, a connection point between two capacitors provided in the input stage of the switching power supply and the switching power supply There is a technique for examining the imbalance of the voltage applied to each capacitor based on the voltage between the negative bus and the negative bus. When the imbalance is severe, a switch provided on the negative bus is opened so that no voltage is applied to each capacitor (see, for example, Patent Document 1).
また、1つのコンデンサがショートすることにより連鎖的に他のコンデンサがショートしてしまうという問題を解決するための他の構成として、例えば、スイッチング電源と、スイッチング電源の動作を制御する制御回路とをそれぞれ異なる系統の電力により動作させ、その制御回路がスイッチング電源の入力段に設けられる2つのコンデンサの接続点の電圧に基づいて一方のコンデンサのショートを判断するものがある。この制御回路は、上記接続点の電圧が過電圧異常レベルより大きいとスイッチング電源のプラス母線側のコンデンサがショートしたと判断し上記接続点の電圧が不足電圧異常レベルより小さいとスイッチング電源のマイナス母線側のコンデンサがショートしたと判断する。そして、制御回路は、一方のコンデンサのショートを判断すると、スイッチング電源への入力電力を止めて他方のコンデンサに電圧が集中することを防止する(例えば、特許文献2参照)。
しかしながら、上述のように、2つのコンデンサの接続点とスイッチング電源のマイナス母線との間の電圧に基づいて各コンデンサにかかる電圧のアンバランスを調べる構成では、2つのコンデンサの接続点の電位とスイッチング電源のマイナス母線の電位とをそれぞれ検出する必要があるため、それら2点の電位を検出するための構成を追加する分、回路構成が複雑となりコストがかかるという問題がある。 However, as described above, in the configuration in which the voltage imbalance applied to each capacitor is checked based on the voltage between the connection point of the two capacitors and the negative bus of the switching power supply, the potential of the connection point of the two capacitors and the switching Since it is necessary to detect the potential of the negative bus of the power source, there is a problem in that the circuit configuration becomes complicated and the cost is increased by adding a configuration for detecting the potential of these two points.
また、上述のように、スイッチング電源を動作させる電力と異なる系統の電力により動作する制御回路が2つのコンデンサの接続点の電圧に基づいて一方のコンデンサのショートを判断する構成では、制御回路は、スイッチング電源のマイナス母線側に接続されるコンデンサがショートしたことにより2つのコンデンサの接続点の電圧が不足電圧異常レベルより小さくなったのか、スイッチング電源への入力電力が止まったことにより2つのコンデンサの接続点の電圧が不足電圧異常レベルより小さくなったのかを判断することができない。そのため、スイッチング電源への入力電力が止まっているか否かを判断するための構成を追加する必要があり、その分回路構成が複雑になりコストがかかるという問題がある。 Further, as described above, in the configuration in which the control circuit that operates with the power of the system different from the power that operates the switching power supply determines whether one capacitor is short-circuited based on the voltage at the connection point of the two capacitors, If the capacitor connected to the negative bus side of the switching power supply is short-circuited, the voltage at the connection point of the two capacitors has become lower than the undervoltage abnormal level, or if the input power to the switching power supply has stopped, It cannot be determined whether the voltage at the connection point has become smaller than the undervoltage abnormal level. Therefore, it is necessary to add a configuration for determining whether or not the input power to the switching power supply is stopped, and there is a problem that the circuit configuration becomes complicated and the cost increases accordingly.
そこで、本発明では、互いに直列接続されスイッチング電源の入力段に設けられる2つのコンデンサのうち一方のコンデンサのショートを判断するための構成を簡単にしてコストを抑えることが可能なスイッチング電源を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention provides a switching power supply capable of simplifying the configuration for determining whether one of the two capacitors connected in series with each other and provided in the input stage of the switching power supply is short-circuited, thereby reducing the cost. For the purpose.
上記の課題を解決するために本発明では、以下のような構成を採用した。
すなわち、本発明のスイッチング電源は、スイッチング素子を備えそのスイッチング素子がオン、オフすることにより入力電力を所定の電力に変換して出力するスイッチング部と、スイッチング素子のオン、オフを制御する制御回路と、スイッチング部へ電力を入力するための電源とスイッチング部との間に設けられ、互いに直列接続される第1及び第2のコンデンサとを備える。また、上記制御回路は、スイッチング部へ入力される電力により動作し、第1及び第2のコンデンサの接続点の電位に基づいて、第1のコンデンサまたは第2のコンデンサがショートしたことを判断する。
In order to solve the above problems, the present invention adopts the following configuration.
That is, the switching power supply of the present invention includes a switching unit that includes a switching element and converts the input power into predetermined power by turning on and off the switching element, and a control circuit that controls on / off of the switching element. And a first capacitor and a second capacitor, which are provided between the power source for inputting power to the switching unit and the switching unit, and are connected in series with each other. The control circuit operates with electric power input to the switching unit, and determines that the first capacitor or the second capacitor is short-circuited based on the potential at the connection point of the first and second capacitors. .
このように、本発明のスイッチング電源は、制御回路が第1及び第2のコンデンサの接続点の電位に基づいて一方のコンデンサのショートを判断しているので、第1及び第2のコンデンサの接続点の電位以外の電位、例えば、スイッチング電源のマイナス母線の電位などを制御回路が検出する必要がないため、その分回路構成を簡単にしてコストを抑えることができる。 As described above, in the switching power supply according to the present invention, since the control circuit determines that one of the capacitors is short-circuited based on the potential at the connection point of the first and second capacitors, the connection of the first and second capacitors is determined. Since it is not necessary for the control circuit to detect a potential other than the potential at the point, for example, the potential of the negative bus of the switching power supply, the circuit configuration can be simplified and the cost can be reduced.
また、本発明のスイッチング電源の制御回路は、スイッチング部へ入力される電力により動作する構成であるため、スイッチング部への入力電力が止まっているとき自身の動作も停止する。そのため、制御回路が一方のコンデンサのショートを判断することができるのは、スイッチング部への入力電力が止まっていないときである。従って、本発明のスイッチング電源は、第1及び第2のコンデンサのうちスイッチング電源のマイナス母線に接続されるコンデンサがショートしているか否かを判断する際にスイッチング部への入力電力が止まっているか否かを判断する必要がないので、スイッチング部への入力電力が止まっているか否かを判断するための構成を追加しない分、回路構成を簡単してコストを抑えることができる。 In addition, since the control circuit for the switching power supply according to the present invention is configured to operate with the electric power input to the switching unit, the operation of the switching power supply stops when the input power to the switching unit is stopped. Therefore, the control circuit can determine whether one capacitor is short-circuited when the input power to the switching unit is not stopped. Therefore, in the switching power supply of the present invention, the input power to the switching unit is stopped when determining whether the capacitor connected to the negative bus of the switching power supply among the first and second capacitors is short-circuited. Since it is not necessary to determine whether or not the input power to the switching unit is stopped, the circuit configuration can be simplified and the cost can be reduced by not adding the configuration for determining whether or not the input power to the switching unit is stopped.
また、本発明のスイッチング電源は、第1及び第2のコンデンサが複数互いに並列接続され、制御回路が、互いに接続される第1及び第2のコンデンサの接続点の電位に基づいて、各コンデンサのうち何れかのコンデンサがショートしたことを判断するように構成してもよい。 The switching power supply according to the present invention includes a plurality of first and second capacitors connected in parallel to each other, and a control circuit configured based on the potential at the connection point of the first and second capacitors connected to each other. It may be configured to determine that any one of the capacitors is short-circuited.
本発明によれば、互いに直列接続されスイッチング電源の入力段に設けられる2つのコンデンサのうち一方のコンデンサのショートを判断するための構成を簡単にしてコストを抑えることができる。 According to the present invention, it is possible to simplify the configuration for determining a short circuit of one of the two capacitors connected in series to each other and provided in the input stage of the switching power supply, thereby reducing the cost.
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
図1は、本発明の実施形態のスイッチング電源を示す図である。
図1に示すスイッチング電源1は、スイッチング素子を備えそのスイッチング素子がオン、オフすることにより電源2から入力される電力を所定の電力に変換して出力するスイッチング部3と、電源2とスイッチング部3との間すなわちスイッチング電源1の入力段に設けられ互いに直列接続されるコンデンサ4、5と、スイッチング部3のスイッチング素子のオン、オフを制御する制御回路6(例えば、マイクロコンピュータなど)と、電源2からスイッチング部3へ入力される電力を制御回路6を動作させるための電力に変換して制御回路6へ出力するDC−DCコンバータ7とを備えて構成されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a switching power supply according to an embodiment of the present invention.
The switching power supply 1 shown in FIG. 1 includes a
また、図1に示すスイッチング電源1は、スイッチング電源1のプラス母線Pに接続されるコンデンサ4と並列接続される抵抗8と、スイッチング電源1のマイナス母線Nに接続されるコンデンサ5と並列接続されると共に抵抗8と直列接続される抵抗9と、互いに直列接続されコンデンサ4、5の接続点とスイッチング電源1のマイナス母線Nとの間に設けられる抵抗10、11とを備えて構成されている。
1 is connected in parallel with a resistor 8 connected in parallel with the capacitor 4 connected to the plus bus P of the switching power supply 1 and a capacitor 5 connected to the minus bus N of the switching power supply 1. The switching power supply 1 shown in FIG. And a
上記コンデンサ4、5は、互いに特性が同一のものを使用する。
上記抵抗8、9は、電源2からスイッチング部3へ入力される電圧Vinを1/2の電圧に分圧するためのバランス抵抗である。なお、抵抗8、9の接続点の電圧、すなわち、コンデンサ4、5の接続点の電圧をVaとする。
The capacitors 4 and 5 have the same characteristics.
The
上記抵抗10、11は、電圧Vaを制御回路6に入力可能な電圧に分圧するための抵抗であり、抵抗10、11の各抵抗値は、抵抗9の抵抗値よりも十分大きな値とする。なお、抵抗10、11の接続点の電位をVbとする。
The
例えば、抵抗10の抵抗値をR1、抵抗11の抵抗値をR2とする場合、電圧Vbは、通常時(コンデンサ4、5が共にショートしていないとき)、電圧Vin×(1/(2×(R2/R1+R2)))となる。
For example, when the resistance value of the
上記制御回路6は、スイッチング部3に備えるスイッチング素子のオン、オフを制御する以外に、電位Vbに基づいてコンデンサ4またはコンデンサ5がショートしたことを判断する。
The control circuit 6 determines that the capacitor 4 or the capacitor 5 is short-circuited based on the potential Vb, in addition to controlling on / off of the switching element provided in the
次に、コンデンサ4またはコンデンサ5のショートを判断する際の制御回路6の動作について説明する。
まず、制御回路6がコンデンサ4のショートを判断する際の制御回路6の動作について説明する。
Next, the operation of the control circuit 6 when determining whether the capacitor 4 or the capacitor 5 is short-circuited will be described.
First, the operation of the control circuit 6 when the control circuit 6 determines that the capacitor 4 is short-circuited will be described.
制御回路6は、電位Vbが予め制御回路6内に記録しておいた通常時の電位Vbの2倍になると、コンデンサ4がショートしたものと判断する。これは、コンデンサ4がショートした場合、電圧Vaは電圧Vinと同電位になるため、ある電圧Vinに対して電位Vbでは通常時の電位Vbの2倍になるためである。 The control circuit 6 determines that the capacitor 4 is short-circuited when the potential Vb becomes twice the normal potential Vb recorded in the control circuit 6 in advance. This is because when the capacitor 4 is short-circuited, the voltage Va becomes the same potential as the voltage Vin, and therefore the potential Vb is twice the normal potential Vb with respect to a certain voltage Vin.
ここで、電圧Vinが通常時ある範囲で変動する場合を考える。なお、このときの電圧Vinの変動範囲の最大値はコンデンサ4、5の耐圧を超えない値とする。
このような場合、制御回路6は、電位Vbが予め制御回路6内に記録しておいた通常時の電位Vbの変動範囲(通常時の電圧Vinの変動範囲に対応して変動する電位Vbの範囲)の最大値以上になると、コンデンサ4がショートしたものと判断する。電圧Vinが通常時の電圧Vinの変動範囲の最大値の1/2以上の場合に、電位Vbが通常時の電位Vbの2倍になると、電位Vbが通常時の電位Vbの変動範囲の最大値以上になるため、制御回路6はコンデンサ4がショートしたものと判断することができる。
Here, consider a case where the voltage Vin normally varies within a certain range. At this time, the maximum value of the fluctuation range of the voltage Vin is a value that does not exceed the withstand voltage of the capacitors 4 and 5.
In such a case, the control circuit 6 has the fluctuation range of the normal potential Vb recorded in the control circuit 6 in advance (the potential Vb that varies in accordance with the fluctuation range of the normal voltage Vin). When the value exceeds the maximum value of (range), it is determined that the capacitor 4 is shorted. When the voltage Vin is ½ or more of the maximum value of the fluctuation range of the normal voltage Vin and the potential Vb becomes twice the normal voltage Vb, the potential Vb is the maximum of the fluctuation range of the normal voltage Vb. Since the value exceeds the value, the control circuit 6 can determine that the capacitor 4 is short-circuited.
なお、電圧Vinが通常時の電圧Vinの変動範囲の最大値の1/2より小さい場合に、電位Vbが通常時の電位Vbの2倍になる場合では、電位Vbが通常時の電位Vbの変動範囲の最大値より小さくなるため、コンデンサ4、5に耐圧以上の電圧がかからず問題ない。 When the voltage Vin is smaller than half the maximum value of the fluctuation range of the normal voltage Vin and the potential Vb is twice the normal potential Vb, the potential Vb is equal to the normal potential Vb. Since the voltage is smaller than the maximum value of the fluctuation range, no voltage exceeding the withstand voltage is applied to the capacitors 4 and 5, so that there is no problem.
次に、制御回路6がコンデンサ5のショートを判断する際の制御回路6の動作について説明する。
制御回路6は、電位Vbがゼロまたは異常に小さくなる場合、コンデンサ5がショートしたものと判断する。これは、コンデンサ5がショートした場合、電圧Vaがゼロまたは異常に小さくなるため、電位Vbもゼロまたは異常に小さくなるためである。
Next, the operation of the control circuit 6 when the control circuit 6 determines that the capacitor 5 is short-circuited will be described.
When the potential Vb is zero or abnormally small, the control circuit 6 determines that the capacitor 5 is short-circuited. This is because when the capacitor 5 is short-circuited, the voltage Va is zero or abnormally small, and the potential Vb is also zero or abnormally small.
そして、制御回路6は、例えば、コンデンサ4またはコンデンサ5がショートしたと判断すると、スイッチング部3のスイッチング素子の動作を停止させてコンデンサ4、5のうちショートしていないコンデンサに電圧がかからないようにする。
For example, when the control circuit 6 determines that the capacitor 4 or the capacitor 5 is short-circuited, the control circuit 6 stops the operation of the switching element of the
これにより、コンデンサ4、5のうち一方のコンデンサがショートすることにより、他方のコンデンサに電圧が集中することを防ぎ、連鎖的にコンデンサがショートすることを防止することができる。 As a result, when one of the capacitors 4 and 5 is short-circuited, it is possible to prevent the voltage from being concentrated on the other capacitor and to prevent the capacitors from being short-circuited in a chain.
このように、制御回路6は、コンデンサ4、5の接続点の電位のみに基づいて一方のコンデンサのショートを判断しているので、コンデンサ4、5の接続点の電位以外の電位、例えば、スイッチング電源1のマイナス母線Nの電位などを検出する必要がなく、その分回路構成を簡単にしてコストを抑えることができる。 In this way, the control circuit 6 determines whether one capacitor is short-circuited based on only the potential at the connection point of the capacitors 4 and 5, so that a potential other than the potential at the connection point of the capacitors 4 and 5, for example, switching It is not necessary to detect the potential of the negative bus N of the power supply 1, and the circuit configuration can be simplified correspondingly to reduce the cost.
また、制御回路6にさらに電圧Vinを入力し、電位Vbより求められる電圧Vaが電圧Vinと同じになったときコンデンサ4がショートしたものと制御回路6に判断させる構成も考えられるが、スイッチング電源1は、この構成に比べて、電圧Vinを制御回路6に入力するための構成(分圧抵抗など)を設ける必要がない分、部品点数や実装面積を低減することができる。 A configuration in which the voltage Vin is further input to the control circuit 6 and the control circuit 6 determines that the capacitor 4 is short-circuited when the voltage Va obtained from the potential Vb becomes equal to the voltage Vin is also conceivable. Compared with this configuration, the number of components and mounting area 1 can be reduced because it is not necessary to provide a configuration (such as a voltage dividing resistor) for inputting the voltage Vin to the control circuit 6.
また、制御回路6は、スイッチング部3へ入力される電力により動作する構成であるため、スイッチング部3への入力電力が止まっているとき自身の動作も停止する。そのため、コンデンサ4またはコンデンサ5のショートを判断することができるのは、スイッチング部3への入力電力が止まっていないときである。従って、制御回路6は、コンデンサ4、5のうちスイッチング電源1のマイナス母線Nに接続されるコンデンサ5がショートしているか否かを判断する際にスイッチング部3への入力電力が止まっているか否かを判断する必要がない。これにより、スイッチング電源1は、スイッチング部3への入力電力が止まっているか否かを判断するための構成を追加しない分、回路構成を簡単にしてコストを抑えることができる。
Further, since the control circuit 6 is configured to operate with the electric power input to the
なお、上記実施形態では、コンデンサ4、5を1組スイッチング電源1の入力段に設ける構成であるが、コンデンサ4、5を複数互いに並列接続し、それらコンデンサ4、5の各接続点を互いに接続してもよい。このように構成する場合、例えば、制御回路6は、電位Vbが通常時の電位Vbの変動範囲の最大値以上になると、スイッチング電源1のプラス母線Pに接続される何れかのコンデンサがショートしたものと判断し、電位Vbがゼロまたは異常に小さくなると、スイッチング電源1のマイナス母線Nに接続される何れかのコンデンサがショートしたものと判断し、何れかのコンデンサのショートを判断すると、スイッチング部3のスイッチング素子の動作を停止させるように構成してもよい。
In the above embodiment, the capacitors 4 and 5 are provided in the input stage of the set switching power supply 1. However, a plurality of capacitors 4 and 5 are connected in parallel to each other, and the connection points of the capacitors 4 and 5 are connected to each other. May be. In the case of such a configuration, for example, when the potential Vb is equal to or greater than the maximum fluctuation range of the normal potential Vb, any capacitor connected to the positive bus P of the switching power supply 1 is short-circuited. If the potential Vb is zero or abnormally small, it is determined that any capacitor connected to the negative bus N of the switching power supply 1 is short-circuited, and if any capacitor is short-circuited, the switching unit The operation of the
1 スイッチング電源
2 電源
3 スイッチング部
4 コンデンサ
5 コンデンサ
6 制御回路
7 DC−DCコンバータ
8 抵抗
9 抵抗
10 抵抗
11 抵抗
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (2)
前記スイッチング素子のオン、オフを制御する制御回路と、
前記スイッチング部へ電力を入力するための電源と前記スイッチング部との間に設けられ、互いに直列接続される第1及び第2のコンデンサと、
を備え、
前記制御回路は、前記スイッチング部へ入力される電力により動作し、前記第1及び第2のコンデンサの接続点の電位に基づいて、前記第1及び第2のコンデンサのうちの一方のコンデンサがショートしたことを判断する、
ことを特徴とするスイッチング電源。 A switching unit that includes a switching element and converts the input power into predetermined power by turning the switching element on and off, and outputs the power; and
A control circuit for controlling on and off of the switching element;
First and second capacitors provided between a power source for inputting power to the switching unit and the switching unit and connected in series with each other;
With
The control circuit is operated by electric power input to the switching unit, and one of the first and second capacitors is short-circuited based on a potential at a connection point of the first and second capacitors. To judge what,
A switching power supply characterized by that.
前記第1及び第2のコンデンサが複数互いに並列接続され、
前記制御回路は、互いに接続される前記第1及び第2のコンデンサの接続点の電位に基づいて、前記各コンデンサのうち何れかのコンデンサがショートしたことを判断する、
ことを特徴とするスイッチング電源。
The switching power supply according to claim 1,
A plurality of the first and second capacitors connected in parallel to each other;
The control circuit determines that one of the capacitors is short-circuited based on a potential at a connection point of the first and second capacitors connected to each other;
A switching power supply characterized by that.
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