JP2008257525A

JP2008257525A - 電源装置

Info

Publication number: JP2008257525A
Application number: JP2007099811A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Katsumi; 吉昭勝見
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2007-04-05
Filing date: 2007-04-05
Publication date: 2008-10-23

Abstract

【課題】スイッチング電源回路とシリーズ電源回路とを備えた電源装置において、シリーズ電源回路の制御トランジスタの熱破壊を防止する。
【解決手段】スイッチング素子１４のオンオフ状態をスイッチング制御回路３０によって制御することで、入力電圧Ｖｉｎを中間出力電圧Ｖｏｕｔ１に変換して出力するスイッチング電源回路１６と、制御トランジスタ４２導通状態を調節することによって中間出力電圧Ｖｏｕｔ１を目標出力電圧まで電圧降下させて出力するシリーズ電源回路４０とを備えた電源装置１０において、中間出力電圧Ｖｏｕｔ１が予め設定された入力上限電圧以上である場合には制御トランジスタ４２をオフにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、スイッチング電源回路とシリーズ電源回路とを備える電源装置に関するものである。

シリーズ電源回路は、出力電圧に応じた電圧値を検出して、この検出電圧と所定の基準電圧とを比較する。その比較結果に応じて、制御トランジスタのオン状態における導通状態、すなわち、コレクタ・エミッタ間の電圧の大きさを制御する。具体的には、検出電圧が基準電圧よりも高ければコレクタ・エミッタ間電圧を高め、逆に低ければコレクタ・エミッタ間電圧を低下させる。これにより出力電圧が安定化するので、シリーズ電源回路は、入力電圧から目標とする出力電圧を高精度に発生することができる。

しかしながら、シリーズ電源回路では、入力電圧を電圧降下させることによって出力電圧を発生させているので、必然的に比較的大きな電力損失が発生してしまう。この電力損失は入力電圧と出力電圧の差が大きいほど大きくなる。

一方、電力損失を低減可能な電源回路としてスイッチング電源回路が知られている。このスイッチング電源回路では、入力電圧をスイッチング素子のオンオフ動作によって断続させ、コイルとコンデンサとによって平滑化する。このように、スイッチング電源回路は、スイッチング素子のオンオフ動作によって出力電圧の調整を行なうので、電力損失を低減することができる。

しかしながら、スイッチング電源回路では、スイッチング素子のオンオフ動作に伴って、リップル電圧等のノイズが発生してしまう。

このため、例えば特許文献１に開示されるように、スイッチング電源回路とシリーズ電源回路とを直列に接続した電源装置が提案されている。この電源装置によれば、入力電圧は、スイッチング電源回路で予め電圧降下された後にシリーズ電源回路に与えられるので、電力損失の低減を図ることができるとともに、スイッチング電源回路によるノイズはシリーズ電源回路によって平滑化されるため、ノイズの抑制も図ることができる。
特開２００４−２０１４６６号公報

シリーズ電源回路の制御トランジスタに入力される電圧が高いほど、そこで発生する電力損失が大きくなるとともに、発生する熱量が大きくなる。従って、何らかの原因で前段のスイッチング電源回路がオン状態で故障してしまうと、シリーズ電源回路の制御トランジスタにおいて発生する熱量が大きくなる。そのため、スイッチング電源回路がオン状態で故障してしまうと、シリーズ電源回路の制御トランジスタが熱破壊する恐れがある。

本発明は、この事情に基づいて成されたものであり、その目的とするところは、スイッチング電源回路とシリーズ電源回路とを備えた電源装置において、シリーズ電源回路の制御トランジスタの熱破壊を防止することにある。

その目的を達成するための請求項１記載の発明は、スイッチング素子のオンオフ状態をスイッチング制御回路によって制御することで、入力電圧を当該入力電圧よりも低い中間出力電圧に変換して出力するスイッチング電源回路と、制御トランジスタを備え、当該制御トランジスタのオン状態における導通状態を調節することによって、前記中間出力電圧を所定の目標出力電圧まで電圧降下させて出力するシリーズ電源回路とを備えた電源装置であって、前記シリーズ電源回路は、前記中間出力電圧が予め設定された入力上限電圧以上であるか否かを判定することによって、前記中間出力電圧が過電圧であるか否かを判定する過電圧判定部を備え、その過電圧判定部によって過電圧であると判定された場合には前記制御トランジスタをオフにすることを特徴とする。

スイッチング電源回路がオン状態で故障すると、スイッチング電源回路から出力される中間出力電圧が高くなる。この場合、請求項１の発明では、過電圧検出部によって中間出力電圧が過電圧であると判定されて、制御トランジスタがオフされる。従って、制御トランジスタの熱破壊が防止できる。

以下、本発明の電源装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明が適用された電源装置１０全体の概略構成を示す図である。

図1において、入力端子１２は、図示しない車載バッテリに接続されており、その車載バッテリから入力電圧Ｖｉｎの信号が入力される。この入力端子１２は、その下流側にノーマリオン型のＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子１４が接続されている。このスイッチング素子１４は、後述するスイッチング制御回路３０から与えられる駆動パルス信号ＳＰによってオンオフ動作する。

スイッチング素子１４の下流には、スイッチング素子１４から断続して出力される電圧を平滑化するために、平滑回路２０が接続されている。平滑回路２０は、スイッチング素子１４の出力側（ソース）に接続されたチョークコイル２２と、このチョークコイル２２の両端とグランド側との間に接続されたフリーホイールダイオード２４およびコンデンサ２６とから構成される。

平滑回路２０の出力は、スイッチング制御回路３０に入力される。このスイッチング制御回路３０は、スイッチング素子１４のオンオフ状態を制御するものであり、スイッチング素子１４、平滑回路２０、およびこのスイッチング制御回路３０によって、スイッチング電源回路１６が構成される。

スイッチング制御回路３０は、抵抗直列回路３１および基準電源回路３２を備えている。抵抗直列回路３１は、抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ２が直列接続されたものであり、入力された電圧に応じた帰還電圧Ｖｆ１を生成する。基準電源回路３２は、平滑回路２０の出力電圧の基準となる第１基準電圧Ｖｒｅｆ１を発生させる。

基準電源回路３２にて発生する第１基準電圧Ｖｒｅｆ１および抵抗直列回路３１によって生成された帰還電圧Ｖｆ１はエラーアンプ３３に入力される。エラーアンプ３３は入力された第１基準電圧Ｖｒｅｆ１と帰還電圧Ｖｆ１との差を増幅して出力する。

スイッチング制御回路３０は、さらに、スイッチング素子１４をオンオフ動作させるための駆動パルス信号ＳＰを生成するＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）回路３４を備えている。エラーアンプ３３からの増幅出力と三角波発生回路３５で発生した三角波とがこのＰＷＭ回路３４に入力される。ＰＷＭ回路３４は、エラーアンプ３３の増幅出力と三角波発生回路３５で発生した三角波とを比較し、三角波が増幅出力を上回っている期間にＬｏレベルの信号を発生し、下回っている期間にＨｉレベルの信号を発生することによって、スイッチング素子１４を駆動するための駆動パルス信号ＳＰを生成する。

なお、本実施形態のスイッチング素子１４はノーマリオン型のＭＯＳＦＥＴからなるため、ＰＷＭ回路３４からＬｏレベルの信号が出力されたときにオンし、Ｈｉレベルの信号が出力されたときにオフする。駆動回路３６は、ＰＷＭ回路３４から出力された駆動パルス信号ＳＰを、スイッチング素子１４を駆動できるレベルまで増幅する回路である。

スイッチング素子１４がオン・オフされることによって入力電圧Ｖｉｎの信号はＰＷＭ変調される。そして、ＰＷＭ変調された信号が平滑回路２０で平滑化されることによって、後述するシリーズ電源回路４０の目標出力電圧に近い所定の中間出力電圧Ｖｏｕｔ１の信号となる。この中間出力電圧Ｖｏｕｔ１は、抵抗Ｒ１、Ｒ２の値および基準電源回路３２にて発生させる第１基準電圧Ｖｒｅｆ１を調整することによって調整可能であり、たとえば、目標出力電圧を５Ｖとすると、中間出力電圧Ｖｏｕｔ１は６．５Ｖに設定される。

上記構成のスイッチング電源回路１６にシリーズ電源回路４０が直列に接続されている。このシリーズ電源回路４０は、ＰＮＰ型である制御トランジスタ４２、およびコントロール回路４４を備えている。

コントロール回路４４には中間出力電圧Ｖｏｕｔ１が入力される。また、制御トランジスタ４２の出力電圧Ｖｏｕｔ２は、出力端子４８に出力されるとともに、コントロール回路４４にも入力される。

コントロール回路４４は、出力電圧Ｖｏｕｔ２に応じて制御トランジスタ４２のベース電流を制御することで、その出力電圧Ｖｏｕｔ２を目標出力電圧（５Ｖ）に制御する。ただし、中間出力電圧Ｖｏｕｔ１が予め設定された入力上限電圧以上である場合には制御トランジスタ４２をオフにする。

図２は、上記コントロール回路４４の具体的回路構成例を示す図である。図２に示すコントロール回路４４は、抵抗直列回路４４１、基準電圧生成回路４４２、エラーアンプ４４３を備えている。

抵抗直列回路４４１は、抵抗Ｒ３および抵抗Ｒ４が直列接続されたものであり、抵抗Ｒ３の一方の端（抵抗Ｒ４側とは反対側の端）の電位は出力電圧Ｖｏｕｔ２である。この抵抗直列回路４４１は、出力電圧Ｖｏｕｔ２を分圧して帰還電圧Ｖｆ２を生成する。

基準電圧生成回路４４２は所定の第２基準電圧Ｖｒｅｆ２を発生させる。ただし、この基準電圧生成回路４４２は過電圧判定部としても機能しており、中間出力電圧Ｖｏｕｔ１が予め設定された入力上限電圧以上である場合には、中間出力電圧Ｖｏｕｔ１が過電圧であると判定する。そして、制御トランジスタ４２をオフにするために、第２基準電圧Ｖｒｅｆ２を０Ｖにする。なお、入力上限電圧は、正常時の中間出力電圧Ｖｏｕｔ１の変動範囲の上限値よりも大きい値であって、入力電圧Ｖｉｎよりも低い値に設定されている。

エラーアンプ４４３は、第２基準電圧Ｖｒｅｆ２と帰還電圧Ｖｆ２の差を増幅して出力する。この出力は制御トランジスタ４２のベースに入力される。このように構成されていることにより、エラーアンプ４４３の出力によって制御トランジスタ４２のベース電流が制御され、また、制御トランジスタ４２の出力電圧Ｖｏｕｔ２は式１に示す値となる。
（式１）Ｖｏｕｔ２＝Ｖｒｅｆ２・（Ｒ３＋Ｒ４）／Ｒ４
上記式１からも分かるように、第２基準電圧Ｖｒｅｆ２が０Ｖのときは、出力電圧Ｖｏｕｔ２は０Ｖ、すなわち制御トランジスタ４２はオフとなる。

以上、説明したように本実施形態の電源装置１０によれば、仮に、スイッチング電源回路１６がオン状態で故障し、スイッチング電源回路１６から出力される中間出力電圧Ｖｏｕｔ１が高くなったとしても、基準電圧生成回路４４２にて中間出力電圧Ｖｏｕｔ１が過電圧であると判定されて、制御トランジスタ４２がオフされる。従って、制御トランジスタ４２の熱破壊が防止できる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

本発明が適用された電源装置１０全体の概略構成を示す図である。図１の記コントロール回路４４の具体的回路構成例を示す図である。

符号の説明

１０：電源装置
１４：スイッチング素子
１６：スイッチング電源回路
３０：スイッチング制御回路
４０：シリーズ電源回路
４２：制御トランジスタ
４４：コントロール回路
４４１：抵抗直列回路
４４２：基準電圧生成回路（過電圧生成回路）
４４３：エラーアンプ

Claims

スイッチング素子のオンオフ状態をスイッチング制御回路によって制御することで、入力電圧を当該入力電圧よりも低い中間出力電圧に変換して出力するスイッチング電源回路と、
制御トランジスタを備え、当該制御トランジスタのオン状態における導通状態を調節することによって、前記中間出力電圧を所定の目標出力電圧まで電圧降下させて出力するシリーズ電源回路とを備えた電源装置であって、
前記シリーズ電源回路は、前記中間出力電圧が予め設定された入力上限電圧以上であるか否かを判定することによって、前記中間出力電圧が過電圧であるか否かを判定する過電圧判定部を備え、その過電圧判定部によって過電圧であると判定された場合には前記制御トランジスタをオフにすることを特徴とする電源装置。