JP2008104261A

JP2008104261A - 電源装置

Info

Publication number: JP2008104261A
Application number: JP2006282991A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Yamazaki; 哲也山▲崎▼; Yoshiaki Oshima; 義敬尾島; Tomosuke Moriya; 友介森谷
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-10-17
Filing date: 2006-10-17
Publication date: 2008-05-01

Abstract

【課題】本発明は、構成部品の大きさ等を抑えつつ、一時的に過大な電流を流すことができる、電源装置の提供を目的とする。
【解決手段】基準電源１からの入力電圧を調整して負荷２側に電圧を出力する電源装置であって、電源装置を介して流れる電流を検出する電流検出部５０を備え、電流検出部５０によって第１の閾値電流以上の電流が検出された後の電流検出部５０によって検出された電流の積分値が所定の許容値に到達した場合や電流検出部５０によって第１の閾値電流以上の電流が検出された時間が所定の許容時間に到達した場合に、前記第１の閾値電流で又は前記第１の閾値電流より小さい第２の閾値電流で出力電流を制限することを特徴とする、電源装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、入力された電圧を調整した電圧を出力する電圧調整手段を備える電源装置に関する。

従来から、１次側の電圧を２次側の電圧に昇圧する昇圧型コンバータが知られている（例えば、特許文献１参照）。この昇圧型コンバータは、２次側に瞬間的なピーク電流が流れた場合でも、所定の２次出力電圧の維持を図ろうとするものである。この昇圧型コンバータのように、電圧調整を行う技術が背景技術として存在している。
特開平７−１７７７３５号公報

ところで、上述のような従来技術において電源装置を設計する場合、最悪値を想定してそれに耐え得る設計をすることが一般的である。しかしながら、例えば、平均電流より大きく瞬間的に生ずるピーク電流を連続定格として設計すると、取り扱い可能な電流が実際よりも大きくなりすぎるために、スイッチング素子やインダクタ等の電源装置を構成する部品の大きさ等が大きくなりやすい。逆に、平均電流のみを考慮して設計すると、そのようなピーク電流を流すことができなくなってしまう。

そこで、本発明は、構成部品の大きさ等を抑えつつ、一時的に過大な電流を流すことができる、電源装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、第１の発明に係る電源装置は、
入力電圧を調整した電圧を出力する電圧調整手段と、
前記電圧調整手段を介して流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段によって第１の閾値電流以上の電流が検出された後の前記電流検出手段によって検出された電流の積分値が所定の許容値に到達した場合に、前記第１の閾値電流で又は前記第１の閾値電流より小さい第２の閾値電流で前記電圧調整手段の出力電流を制限する電流制限手段とを備えることを特徴とする。

これによって、検出電流が或る許容できる電流量に到達するまで一時的に過大なピーク電流を流すことができるとともに、検出電流がその許容電流量に到達すれば出力電流をピーク電流の最大値（最悪値）より小さい前記第１の閾値電流で又は前記第２の閾値電流で制限することができるので、そのようなピーク電流を流すことを許容しても電源装置のスイッチング素子等の構成部品の大きさや定格等の仕様が過大になることを抑えることができる。

また、上記目的を達成するため、第２の発明に係る電源装置は、
入力電圧を調整した電圧を出力する電圧調整手段と、
前記電圧調整手段を介して流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段によって第１の閾値電流以上の電流が検出された時間が所定の許容時間に到達した場合に、前記第１の閾値電流で又は前記第１の閾値電流より小さい第２の閾値電流で前記電圧調整手段の出力電流を制限する電流制限手段とを備えることを特徴とする。

これによって、検出電流が或る許容できる時間に到達するまで一時的に過大なピーク電流を流すことができるとともに、検出電流がその許容時間に到達すれば出力電流をピーク電流の最大値（最悪値）より小さい前記第１の閾値電流で又は前記第２の閾値電流で制限することができるので、そのようなピーク電流を流すことを許容しても電源装置のスイッチング素子等の構成部品の大きさや定格等の仕様が過大になることを抑えることができる。

また、第３の発明は、第２の発明に係る電源装置であって、
前記第１の閾値電流以上の電流が検出された時間は、前記電流検出手段によって検出された電流が前記第１の閾値電流を超えるか否かによって増減することを特徴とする。これにより、電流値によって変動する電源装置の構成部品の実温度の変動に応じて、前記許容時間に到達するまでの時間を変化させることができる。

また、第４の発明は、第１から３のいずれかの発明に係る電源装置であって、
前記電流制限手段は、更に、前記第１の閾値電流より大きい第３の閾値電流で前記電圧調整手段の出力電流を制限することを特徴とする。

これにより、電源装置の構成部品が破壊するほどの電流に対しては前記第３の閾値電流によって制限する一方で、電源装置の構成部品が破壊しない程度の一時的な過大電流に対しては許容限度を超えた場合に限り前記第１の閾値電流で又は前記第２の閾値電流で制限することができる。したがって、構成部品が破壊することなく、実質的に流れる電流に応じた最適な構成部品を選択して設計することができる。

本発明によれば、構成部品の大きさ等を抑えつつ、一時的に過大な電流を流すことができる。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。図１は、本発明に係る電源装置を昇圧型の電源装置とした場合の一実施形態を示した図である。本実施形態の昇圧型電源装置は、基準電源１の電力を負荷２に供給する電源装置であって、基準電源１の電圧変動や負荷２の消費電流（負荷電流）の変動に対して、一定の電圧を負荷２側に出力する電源装置（いわゆる、レギュレータ）である。本実施形態の昇圧型電源装置が車両に搭載された場合には、例えば、基準電源１は車載バッテリに相当し、負荷２は車載の電気負荷に相当する。車両に搭載される電気負荷は多種多様であり、各電気負荷の消費電流の違いにより車載バッテリの電圧は変動しやすいため、本実施形態のような昇圧型電源装置を搭載することは効果的である。また、本実施形態の昇圧型電源装置は、複数の電圧系（例えば、１２Ｖ系と３６Ｖ系）を有する車両において、両電圧系間の電圧変換を行うコンバータとして用いても、効果的である。

本実施形態の昇圧型電源装置は、基準電源１側の電圧を昇圧変換して変換した電圧を負荷２側に出力する昇圧型スイッチングレギュレータである。出力電圧は、所定の目標電圧となるようにフィードバック制御される。この出力電圧が、負荷２の印加電圧に相当する。制御部４０は、出力電圧検出部３０によってフィードバックされた出力電圧を所定の目標電圧となるようにゲート駆動部１３に対して指令信号を出力する。ゲート駆動部１３によってスイッチング素子１１はスイッチング動作を行うことによって、基準電源１側の電圧の昇圧がなされる。

本実施形態の昇圧型電源装置の入力側に接続される基準電源１は、例えば車両に搭載される場合には、約１２Ｖ程度の出力電圧を有する蓄電装置や発電機である。蓄電装置の具体例として、鉛バッテリ、リチウムイオンバッテリ、ニッケル水素電池、あるいは電気二重層キャパシタなどが挙げられ、また、それらのいずれかを組み合わせたものでもよい。また、発電機は、車両の回生ブレーキや車両動力の一つである車両エンジンの回転により発電する。

本実施形態の昇圧型電源装置の出力側に接続される負荷２は、例えば車両に搭載される場合には、その具体例として、ブロワモータ、コンプレッサ、電熱ヒータ、カーオーディオなどの電気負荷が挙げられる。

本実施形態の昇圧型電源装置は、スイッチング素子１１、ダイオード１２、インダクタ１６、入力側コンデンサ１７、出力側コンデンサ１８などによって昇圧動作を行う昇圧回路を有している。インダクタ１６は、昇圧型電源装置の入力側と出力側とを結ぶ線路上に直列に接続されている。入力側コンデンサ１７は、インダクタ１６の入力側端子と接地端子との間に接続されている。また、出力側コンデンサ１８は、インダクタ１６の出力側端子に接続されるダイオード１２のカソード側端子と接地端子との間に接続されている。入力側コンデンサ１７及び出力側コンデンサ１８によって、入力電圧と出力電圧が平滑化され得る。

また、スイッチング素子１１は、ＩＧＢＴ，ＭＯＳＦＥＴ，バイポーラトランジスタ等の半導体から構成されるスイッチング素子である。スイッチング素子１１は、一端がインダクタ１６の出力側の端子に接続されかつ他端が接地されたものとなっている。さらに、ダイオード１２は、そのアノードがインダクタ１６の出力側の端子に接続されかつそのカソードが昇圧型電源装置の出力側に接続されたものとなっている。

制御部４０は、ゲート駆動部１３を介して、スイッチング素子１１のゲートに接続されており、昇圧型電源装置の入力側から出力側への昇圧動作を実現すべく、スイッチング素子１１をスイッチング駆動する。スイッチング素子１１は、制御部４０からの指令信号に従ってスイッチング動作する。

ここで、本実施形態の昇圧型電源装置の昇圧動作について説明する。負荷２の作動が要求されると、本実施形態の昇圧型電源装置の昇圧回路部を介して基準電源１から負荷２に対し電力供給が行われる。この場合に、負荷２の作動が可能になる。

制御部４０は、バッファ３１と出力抵抗３２から構成される出力電圧検出部３０によって検出された出力電圧に応じて、出力電圧が所定の目標電圧になるように所定のデューティ比でスイッチング素子１１を駆動制御する。すなわち、制御部４０は、出力電圧が目標電圧となるように入力電圧を目標電圧まで昇圧させる昇圧制御信号をＰＷＭ（パルス幅変調）信号で出力するため、出力電圧検出部３０による検出電圧に基づき、積分回路（コンデンサ４２，オペアンプ４３）とＰＷＭ制御部４１を介して、目標電圧をＰＷＭ信号のＤｕｔｙ比に変換してゲート駆動部１３に出力する。制御部４０は、一定周期のＰＷＭ信号のＤｕｔｙ比と昇圧型電源装置によって出力され得る出力電圧とは一対一に対応しているため、昇圧型電源装置に出力させたい出力電圧の目標電圧に対応するＤｕｔｙ比の信号をゲート駆動部１３に出力する。

制御部４０は、積分回路（コンデンサ４２，オペアンプ４３）及びＰＷＭ制御部４１で設定されたデューティ比に応じてスイッチング素子１１をオン・オフする。スイッチング素子１１がオン動作すると、インダクタ１６に入力側からスイッチング素子１１に電流が流れることで、そのインダクタ１６に電力が蓄積される。制御部４０は、インダクタ１６に電力が蓄積された状態で、次に、設定デューティ比に応じてスイッチング素子１１をオフする。スイッチング素子１１がオフ動作すると、インダクタ１６に蓄積されていた電力がダイオード１２を介して出力側コンデンサ１８に蓄電される。これによって、昇圧型電源回路の入力側よりも高い電圧が平滑された状態でその出力側に出力される。

したがって、本実施形態の昇圧型電源装置によれば、スイッチング素子１１を所定のデューティ比でオン・オフ駆動をすることにより昇圧動作をさせて、入力側の電圧を所望のとおり昇圧し、入力側の有する電力を出力側に供給することが可能となっている。

ところで、一般的に、電源装置では自身の保護機能として電流制限機能を備えている。電源装置は、負荷２が所定の電流制限値を超える負荷電流を必要とした場合にその電流制限値で負荷電流（出力電流）を一定にする制御を実施する。従来の電源装置では、電流制限値を超える負荷電流が発生した場合には、出力電流が制限されることにより出力電圧が低下して、その電圧低下による負荷２の機能不良やリセットなどが発生する場合がある。図２は、負荷２の負荷電流の増大により出力電圧が低下した状態を示した図である。（ｉ）は電源装置の出力電圧、（ｉｉ）は負荷電流波形、（ｉｉｉ）は電源装置の電流制限値、（ｉｖ）は負荷電流の平均値、（ｖ）は負荷電流のピーク電流値を示す。図２に示されるように、負荷電流波形（ｉｉ）にピーク電流が生じた場合には、電源装置の出力電圧（ｉ）は低下している。

このように負荷電流が大きく変動する場合において、電源装置を設計する段階では、平均電流を大きく超える一時的なピーク電流が生じても発熱上問題ないように、負荷電流の最悪値としてピーク電流が連続定格もしくはそれと同等の定格となるように部品選定や回路・放熱設計する場合がある。しかしながら、短時間のピーク電流を連続定格として設計を行うと、平均電流を連続定格として設計した場合に比べて、電源装置のサイズが大きくなったりコストが高くなったりする。

そこで、本実施形態の昇圧型電源装置には、構成部品の大きさを抑えつつ、一時的に過大なピーク電流を流すことができるようにするため、負荷２の負荷電流（昇圧型電源装置の出力電流）を制限する閾値である二つの限界値（電流制限値Ｉ_ＬＩＭ１，Ｉ_ＬＩＭ２）が設けられている。電流制限値Ｉ_ＬＩＭ１は、負荷２のピーク電流を連続定格として熱的に許容可能な設計をした場合に設定される電流制限値である。電流制限値Ｉ_ＬＩＭ２は、負荷２の平均電流を連続定格として熱的に許容可能な設計をした場合に設定される電流制限値である。したがって、電流制限値Ｉ_ＬＩＭ２は、電流制限値Ｉ_ＬＩＭ１より小さい値となる。本実施形態の昇圧型電源装置は、以下に詳述するように電流制限値Ｉ_ＬＩＭを可変することによって、構成部品の大きさを抑えつつ、一時的に過大なピーク電流を流すことができるようにする。

それでは、図１を参照しながら、本実施形態の昇圧型電源装置の特徴部について説明する。本実施形態の昇圧型電源装置は、電流制限値Ｉ_ＬＩＭを可変するにあたり、電流検出部５０、過電流判定部６０、カウント部７０、電流制限値変更部９０、電流制限部１００を備える。

電流検出部５０は、昇圧型電源装置の入力側あるいは出力側の給電ライン上に配設されている（図１の場合、入力側に配設）。電流検出部５０は、電流プローブやシャント抵抗を用いて、昇圧型電源装置を介して負荷２に流れる電流Ｉ_Ｄに応じた電圧信号を出力する。電流検出部５０の出力信号は、過電流判定部６０及び電流制限部１００に入力される。

過電流判定部６０は、コンパレータとして機能し、基準電圧（電源６１の抵抗６２と６３による分圧値により規定）と電流検出部５０の出力電圧とを比較することによって、基準電圧に相当する電流以上の電流（過電流）が流れたか否かを判定する。過電流判定部６０は、電流検出部５０の出力電圧が基準電圧より大きい場合には電流検出部５０によって検出された電流は過電流と判定してＬｏレベルを出力し、電流検出部５０の出力電圧が基準電圧より小さい場合には電流検出部５０によって検出された電流は過電流ではないと判定してＨｉレベルを出力する。なお、過電流判定部６０の基準電圧に相当する電流値は、電流制限値Ｉ_ＬＩＭ２に相当する。

カウント部７０は、電流制限値を切り替えるまでの時間を測定する。過電流判定部６０によって過電流が流れていると判定された場合には、トランジスタ７１のゲートにはＬｏレベルが印加されることによって、トランジスタ７１はオンする。過電流判定部６０によって過電流が流れていないと判定された場合には、トランジスタ７１のゲートにはＨｉレベルが印加されることによって、トランジスタ７１はオフする。トランジスタ７１がオンした場合には、コンデンサ７６に電源７２から電荷が充電されることによってコンパレータ８０の非反転入力端子Ｖ_＋の電圧は増加する。トランジスタ７１がオフした場合には、コンデンサ７６の電荷がダイオード７５を介して放電されることによってコンパレータ８０の非反転入力端子Ｖ_＋の電圧は減少する。カウント部７０は、非反転入力端子Ｖ_＋の電圧が増加することによって過電流を流すことを許容できる許容時間（限界時間）に相当する基準電圧（電源７７の抵抗７８と７９による分圧値により規定）を超えた場合には、過電流を許容できる時間が経過したとみなして、電流制限値をＩ_ＬＩＭ１からＩ_ＬＩＭ２に切り替えるために、Ｈｉレベルを出力する。一方、カウント部７０は、非反転入力端子Ｖ_＋の電圧が減少することによって過電流を流すことが許容できない休憩時間に相当する基準電圧（電源７７の抵抗７８と７９による分圧値により規定）を下回った場合には、過電流を流すために必要な休憩時間（冷却期間）が経過したとみなして、電流制限値をＩ_ＬＩＭ２からＩ_ＬＩＭ１に切り替えるために、Ｌｏレベルを出力する。このようにカウント部７０を構成することによって、電流検出部５０によって検出された検出電流を過電流判定部６０によって過電流が流れていると判定された時点から積分することと同等のことを実現している。

電流制限値変更部９０は、カウント部７０の判定結果である出力電圧に基づいて、電源装置が最大限流すことができる電流制限値Ｉ_ＬＩＭを切り替える。カウント部７０によって過電流を許容できる時間が経過したとみなされた場合には、トランジスタ９１のゲートにはＨｉレベルが印加されることによって、トランジスタ９１はオンする。カウント部７０によって過電流を流すために必要な休憩時間が経過したとみなされた場合には、トランジスタ９１のゲートにはＬｏレベルが印加されることによって、トランジスタ９１はオフする。過電流を許容できる時間が経過したとみなされたことによりトランジスタ９１がオンした場合、電流制限部１００のオペアンプ１０１の非反転入力端子Ｖ_＋には電源９２の抵抗９３と９４と９５による分圧値Ｖｔｈ２が印加される。過電流を流すために必要な休憩時間が経過したとみなされたことによりトランジスタ９１がオフした場合、電流制限部１００のオペアンプ１０１の非反転入力端子Ｖ_＋には電源９２の抵抗９３と９５による分圧値Ｖｔｈ１が印加される。すなわち、分圧値がＶｔｈ１からＶｔｈ２に切り替わることによって電流制限値がＩ_ＬＩＭ１からＩ_ＬＩＭ２に切り替わることに相当し、分圧値がＶｔｈ２からＶｔｈ１に切り替わることによって電流制限値がＩ_ＬＩＭ２からＩ_ＬＩＭ１に切り替わることに相当する。

電流制限部１００は、オペアンプ１０１の反転入力端子に入力される電流検出部５０の出力電圧とオペアンプ１０１の非反転入力端子に入力されるＶｔｈ１もしくはＶｔｈ２とに基づいて、出力電圧検出部３０によって検出された電源装置の出力電圧を分圧し、その分圧値を制御部４０の積分回路（コンデンサ４２，オペアンプ４３）の反転入力端子に出力する。これによって、そのときの電流制限値Ｉ_ＬＩＭに従って出力電流の制限が可能となる。

それでは、上述の図１に示した本実施形態の昇圧型電源装置の過電流検出後の動作について図３及び図４を参照しながら説明する。

図３は、本実施形態の昇圧型電源装置が過電流を検出する場合の第１のタイミングチャートである。いま、電源装置の出力電流を制限する電流制限値は電流制限値変更部９０によってＩ_ＬＩＭ１に設定されているとする。電流検出部５０による検出電流Ｉ_Ｄが電流制限値Ｉ_ＬＩＭ２を超えた時、過電流判定部６０の出力電圧Ｖ_ＤＯＵＴはＬｏレベルからＨｉレベルに切り替わり、カウント部７０は電流制限値の切替時間Ｔｃのカウントアップを所定のカウントアップ率で開始する（図３（ａ）参照）。また、電流検出部５０による検出電流Ｉ_Ｄが電流制限値Ｉ_ＬＩＭ２を下回った時、過電流判定部６０の出力電圧Ｖ_ＤＯＵＴはＨｉレベルからＬｏレベルに切り替わり、カウント部７０は電流制限値の切替時間Ｔｃのカウントダウンを所定のカウントダウン率で開始する（図３（ａ）参照）。

そして、図３（ｂ）に示されるようにカウント部７０の切替時間Ｔｃが許容時間限界値Ｔ_ＬＩＭに到達しない場合には、図３（ｃ）に示されるように電流制限値変更部９０によって電流制限値は変更されずにＩ_ＬＩＭ１のままである。したがって、検出電流Ｉ_Ｄが電流制限値Ｉ_ＬＩＭ２を超えていたとしても、カウント時間Ｔｃが許容時間限界値Ｔ_ＬＩＭに到達しないかぎり、あるいは、電流制限値Ｉ_ＬＩＭ１を超えない限り、出力電流は制限されないため、図３（ａ）に示されるように出力電圧ＶＯＵＴは一定電圧が保たれることとなる。

図４は、本実施形態の昇圧型電源装置が過電流を検出する場合の第２のタイミングチャートである。いま、電源装置の出力電流を制限する電流制限値は電流制限値変更部９０によってＩ_ＬＩＭ１に設定されているとする。電流検出部５０による検出電流Ｉ_Ｄが電流制限値Ｉ_ＬＩＭ２を超えた時、過電流判定部６０の出力電圧Ｖ_ＤＯＵＴはＬｏレベルからＨｉレベルに切り替わり、カウント部７０は電流制限値の切替時間Ｔｃのカウントアップを所定のカウントアップ率で開始する（図４（ａ）参照）。また、電流検出部５０による検出電流Ｉ_Ｄが電流制限値Ｉ_ＬＩＭ２を下回った時、過電流判定部６０の出力電圧Ｖ_ＤＯＵＴはＨｉレベルからＬｏレベルに切り替わり、カウント部７０は電流制限値の切替時間Ｔｃのカウントダウンを所定のカウントダウン率で開始する（図４（ａ）参照）。

そして、図４（ｂ）に示されるようにカウント部７０の切替時間Ｔｃが許容時間限界値Ｔ_ＬＩＭに到達した場合には、図４（ｃ）に示されるように電流制限値変更部９０によって電流制限値はＩ_ＬＩＭ１からＩ_ＬＩＭ２に変更される。電流制限値がＩ_ＬＩＭ２に変更されることにより、検出電流Ｉ_Ｄは図４（ａ）に示されるように電流制限値Ｉ_ＬＩＭ２に等しくなるような波形となり、この場合、電源装置の出力電流は電流制限値Ｉ_ＬＩＭ２に制限される。

また、電流制限値がＩ_ＬＩＭ１からＩ_ＬＩＭ２に変更されると、過電流検出部５０によって検出される電流は電流制限値Ｉ_ＬＩＭ２を超えないように制限されるため、過電流判定部６０によって過電流と判定されないため、過電流判定部６０の出力電圧Ｖ_ＤＯＵＴはＬｏレベルとなり、カウント部７０は切替時間Ｔｃを所定のカウントダウン率でカウントダウンする。カウント部７０は切替時間Ｔｃをカウントダウンすることによって、切替時間Ｔｃが上述の休憩時間を経過すると、電流制限値変更部９０によって電流制限値はＩ_ＬＩＭ２からＩ_ＬＩＭ１に変更される。

また、電流検出部５０による検出電流Ｉ_Ｄが電流制限値Ｉ_ＬＩＭ１を超えた場合には、検出電流Ｉ_Ｄは図４（ａ）に示されるように電流制限値Ｉ_ＬＩＭ１に等しくなるような波形となり、この場合、電源装置の出力電流は電流制限値Ｉ_ＬＩＭ１に制限される。

また、電流検出部５０による検出電流Ｉ_Ｄが電流制限値Ｉ_ＬＩＭ１を超え、且つ、カウント部７０の切替時間Ｔｃが許容時間限界値Ｔ_ＬＩＭに到達した場合には、図４（ｃ）に示されるように電流制限値変更部９０によって電流制限値はＩ_ＬＩＭ１からＩ_ＬＩＭ２に変更される。

本実施形態の昇圧型電源装置によれば、このように電流制限値Ｉ_ＬＩＭを可変することによって、電源装置の構成部品の大きさを抑えつつ、一時的に過大なピーク電流を流すことができる。

ところで、カウント部７０での切替時間Ｔｃのカウントアップ率やカウントダウン率は、図１の場合、コンデンサ７６の容量と７３，７４の定電流源によって決められる。図１に示されるカウント部７０の回路構成の場合には、図５（ａ）に示されるように時間の経過とともに略一定の傾きで切替時間Ｔｃのカウントアップがなされ、図５（ｂ）に示されるように時間の経過とともに略一定の傾きで切替時間Ｔｃのカウントダウンがなされる。例えば、出力電流が図５（ｃ）に示されるような出力電流が流れた場合に、図５（ａ）に示されるような略一定の傾きのカウントアップは有効である。

また、図６（ａ）に示されるように検出電流Ｉ_Ｄの違いによって経過時間に対するカウントアップの傾きＲを変化させてもよく、図６（ｂ）に示されるように検出電流Ｉ_Ｄの違いによって経過時間に対するカウントダウンの傾きＲを変化させてもよい。図６（ａ）の場合検出電流Ｉ_ＤがＩ_０の場合にはカウントアップの傾きがＲ_０となるように設定されることになり、図６（ｂ）の場合検出電流Ｉ_ＤがＩ_４の場合にはカウントアップの傾きがＲ_４となるように設定される。すなわち、図６（ａ）に示されるように、検出電流Ｉ_Ｄが小さいほど小さく設定されたカウントアップの傾きで切替時間Ｔｃのカウントアップがなされ、図６（ｂ）に示されるように、検出電流Ｉ_Ｄが小さいほど大きく設定されたカウントダウンの傾きで切替時間Ｔｃのカウントダウンがなされる。

また、図７（ａ）に示されるように、カウントアップされる切替時間Ｔｃが経過時間の２乗で変化するように、検出電流Ｉ_Ｄの違いによって経過時間に対するカウントアップ率を変化させてもよく、検出電流Ｉ_Ｄの値が小さいほど小さく設定されたカウントアップ率で切替時間Ｔｃのカウントアップがなされる。また、図７（ｂ）に示されるように、カウントダウンされる切替時間Ｔｃが経過時間の２乗で変化するように、検出電流Ｉ_Ｄの違いによって経過時間に対するカウントダウン率を変化させてもよく、検出電流Ｉ_Ｄの値が小さいほど大きく設定されたカウントダウン率で切替時間Ｔｃのカウントダウンがなされる。例えば電源装置の放熱性能が悪い場合には、図７に示されるようなカウント率とすると効果的である。電流に対し直線的に所定値までカウントアップする場合、電流の値が半分になると当該所定値までカウントアップする時間は２倍となる。しかしながら、実際の損失は電流の２乗に比例するので、電流の値が半分になれば当該所定値までカウントアップする時間は４倍となる。したがって、電源装置の放熱性能が悪い場合には、図７に示されるようなカウント率とした場合、電流に対し直線的なカウント率の場合に比べ、電流制限されるまでの時間を４倍長くすることができる。

また、基板上に素子が実装された状態での温度変化はある温度から温度変化率が小さくなるため、図８（ａ）に示されるように或る時間まで時間の経過とともに電流の２乗に比例してそれ以降は略一定の傾きで切替時間Ｔｃのカウントアップがなされるようにし、図８（ｂ）に示されるように或る時間まで時間の経過とともに電流の２乗に比例してそれ以降は略一定の傾きで切替時間Ｔｃのカウントダウンがなされるようにしてもよい。例えば電源装置の放熱性能が良い場合には、図８に示されるようなカウント率とすると効果的であり、トランジスタ等の発熱体の影響によりその周囲にある素子等が破壊を起こすおそれがある場合に効果的である。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、図９は、本発明に係る電源装置を降圧型の電源装置とした場合の一実施形態を示した図である。図９に示される本実施形態の降圧型電源装置は、上述の昇圧型電源装置と同様に、基準電源１の電力を負荷２に供給する電源装置であって、基準電源１の電圧変動や負荷２の消費電流（負荷電流）の変動に対して、一定の電圧を負荷２側に出力する電源装置（いわゆる、レギュレータ）である。

本実施形態の降圧型電源装置は、基準電源１側の電圧を降圧変換して変換した電圧を負荷２側に出力する降圧型スイッチングレギュレータである。出力電圧は、所定の目標電圧となるようにフィードバック制御される。この出力電圧が、負荷２の印加電圧に相当する。制御部４０は、出力電圧検出部３０によってフィードバックされた出力電圧を所定の目標電圧となるようにゲート駆動部１３に対して指令信号を出力する。ゲート駆動部１３によってスイッチング素子１１はスイッチング動作を行うことによって、基準電源１側の電圧の降圧がなされる。

制御部４０は、積分回路（コンデンサ４２，オペアンプ４３）及びＰＷＭ制御部４１で設定されたデューティ比に応じてスイッチング素子１５をオン・オフする。スイッチング素子１５がオン動作すると、インダクタ１６に入力側から出力側に向けて電流が流れ、出力側コンデンサ１８に蓄電される。制御部４０は、次に、設定デューティ比に応じてスイッチング素子１３をオフする。スイッチング素子１３がオフ動作すると、インダクタ１６に流れていた電流を流し続けようと、インダクタ１６と出力側コンデンサ１８とダイオード１４と間で電流が還流する。これによって、降圧型電源回路の入力側よりも低い電圧が平滑された状態でその出力側に出力される。

このような降圧型電源装置であっても、上述の昇圧型電源装置と同様に、電流制限値Ｉ_ＬＩＭを可変することによって、構成部品の大きさを抑えつつ、一時的に過大なピーク電流を流すことができる。

また、上述の実施形態ではスイッチングレギュレータの構成を例に挙げたが、シリーズレギュレータの構成でも、上述のスイッチングレギュレータの実施形態と同様に、電流制限値Ｉ_ＬＩＭを可変することによって、構成部品の大きさを抑えつつ、一時的に過大なピーク電流を流すことができる。

本発明に係る電源装置を昇圧型の電源装置とした場合の一実施形態を示した図である。負荷２の負荷電流の増大により出力電圧が低下した状態を示した図である。本実施形態の昇圧型電源装置が過電流を検出する場合の第１のタイミングチャートである。本実施形態の昇圧型電源装置が過電流を検出する場合の第２のタイミングチャートである。時間の経過とともに略一定の傾きで切替時間Ｔｃをカウントする場合の図である。検出電流Ｉ_Ｄの違いによって経過時間に対するカウントの傾きＲを変化させる場合の図である。時間の経過とともに電流の２乗に比例して切替時間Ｔｃをカウントする場合の図である。或る時間まで時間の経過とともに電流の２乗に比例してそれ以降は略一定の傾きで切替時間Ｔｃのカウントする場合の図である。本発明に係る電源装置を降圧型の電源装置とした場合の一実施形態を示した図である。

符号の説明

１基準電源
２負荷
１１，１５スイッチング素子
１２，１４ダイオード
１６インダクタ
１７入力側コンデンサ
１８出力側コンデンサ
３０出力電圧検出部
４０制御部
５０電流検出部
６０過電流判定部
７０カウント部
９０電流制限値変更部
１００電流制限部

Claims

入力電圧を調整した電圧を出力する電圧調整手段と、
前記電圧調整手段を介して流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段によって第１の閾値電流以上の電流が検出された後の前記電流検出手段によって検出された電流の積分値が所定の許容値に到達した場合に、前記第１の閾値電流で又は前記第１の閾値電流より小さい第２の閾値電流で前記電圧調整手段の出力電流を制限する電流制限手段とを備える、電源装置。
入力電圧を調整した電圧を出力する電圧調整手段と、
前記電圧調整手段を介して流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段によって第１の閾値電流以上の電流が検出された時間が所定の許容時間に到達した場合に、前記第１の閾値電流で又は前記第１の閾値電流より小さい第２の閾値電流で前記電圧調整手段の出力電流を制限する電流制限手段とを備える、電源装置。
前記第１の閾値電流以上の電流が検出された時間は、前記電流検出手段によって検出された電流が前記第１の閾値電流を超えるか否かによって増減する、請求項２に記載の電源装置。
前記電流制限手段は、更に、前記第１の閾値電流より大きい第３の閾値電流で前記電圧調整手段の出力電流を制限する、請求項１から３のいずれかに記載の電源装置。