JP2009194960A - 電源回路及びその制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】DC-DCコンバータと、DC-DCコンバータを保護するリモートセンス保護回路とを有する電源回路において、DC-DCコンバータの負荷側に異常が発生した際に、DC-DCコンバータとリモートセンス保護回路とを切り離す手段を備えた。
【選択図】図1
Description
電源回路はこのような多種多様な要求に対して適切な電圧を安定して給電することが使命となる。
しかし電源回路出力電圧と実際の論理回路供給電圧には配線抵抗などによるドロップが生じるため規定の電圧を供給できていない可能性がある。
特にDC-DCコンバータから負荷までの配線が長い設計や供給電圧が低い場合にこの影響は顕著である。
リモートセンス機能の一般的な動作原理としては、電圧ドロップにより出力電圧より低くなった供給電圧をリモートセンス機能によりフィードバックし、供給電圧が規定値より高い場合は電源回路内のコンバータPWM(Pulse Width Modulation:パルス幅変調)制御のデューティ比を減少、低い場合は増加させるように制御することにより出力電圧を補正して規定値に安定化することが出来る。
つまりDC-DCコンバータのフィードバック制御系において負荷からの外乱を防止する手段が無いため、負荷側の影響から電源回路を保護することが困難である。
特許文献1に記載のリモートセンシング電位検出型車両用電源装置は、直流出力電圧を負荷(バッテリを含んでもよい)に出力する出力端子と、直流出力電圧を制御するスイッチング素子とを有するスイッチング電源回路部と、読み込まれる出力端子の電位としてのローカル電位並びに負荷の電位としてのリモートセンシング電位のうち、リモートセンシング電位が正常である場合にはリモートセンシング電位に基づいて決定したPWM制御信号により直流出力電圧を制御し、リモートセンシング電位が異常低下した場合にはローカル電位に基づいて決定したPWM制御信号により直流出力電圧を制御する電圧制御回路部とを備えるリモートセンシング電位検出型車両用電源装置において、電圧制御回路部は、リモートセンシング電位と所定のリモートセンシング基準電位との差であるリモートセンシング電位差を検出するリモートセンシング電位差検出回路と、ローカル電位と所定のローカル基準電位との差であってリモートセンシング電位差より正常時に大きく設定されたローカル電位差を検出するローカル電位差検出回路と、両電位差のうち小さい方の電位差に対応して形成したPWM制御信号によりスイッチング電源回路部のスイッチング素子をPWM制御するPWM制御回路と、を備えるものである。
特に電源出力端から論理回路までの配線抵抗やコンデンサ容量によるRC遅延、VR回路などの漏れ電圧およびその他のノイズなどによる外乱によって供給電圧が出力電圧よりも瞬時もしくは常時高くなる場合、以下のようなコンバータのPWM制御誤動作が懸念される。
本発明に関連するリモートセンスでは電源回路へ伝達された負荷側の電圧値を参照してコンバータPWMデューティ比が制御されるため、供給電圧が出力電圧よりも高くなった場合に実際の電源出力電圧および電流量に対し適正値(設計値)よりも低いデューティ比で制御されるような現象が生じる。
このようにデューティ比が適性値よりも低い場合、PWM制御が破綻しているためコンバータ内のチョークコイルの電流連続性より電流変動に対する出力電圧変動が正にも負にも非常に大きくなる。
よって図5に示すように大きく電流増加もしくは電流減少した場合に出力電圧変動によるレギュレーション逸脱が容易に発生し、最悪の場合機器の破損や保護機能による電源回路の停止に至る可能性が示唆される。
図5は、本発明に関連する電源回路の問題点を説明するための説明図である。
同図より、1〜4の問題点が挙げられる。
1.負荷(論理回路)近傍での外乱により、出力電圧>参照電圧となる。
2.参照電圧が高いという誤情報をリモートセンスが電源回路にフィードバックする。
3.PWMduty比が適正値より低くなり、チョークコイル制御が破綻する。
4.出力側の急激な電流変動により出力電圧不安定となる。
そこで、本発明の目的は、負荷側の異常に対する電源回路を保護を十分に行える電源回路及びその制御方法を提供することにある。
なお、上述した実施の形態は、本発明の好適な実施の形態の一例を示すものであり、本発明はそれに限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲内において、種々変形実施が可能である。
図1は、本発明に係る電源回路の制御方法を適用した電源回路の一実施例を示す概念図である。
[構成の説明]
本発明に係るリモートセンス保護回路は図1に示すように負荷側の異常を検出するための検出回路と電源回路にフィードバックする参照電圧を決定するフィードバック回路から構成される。
検出回路は電源回路出力電圧Voと負荷側供給電圧Vrsを比較し、負荷側の異常を検出する回路である。
さらに検出回路からの情報を参照してフィードバック回路が選択的に自動で電源回路フィードバック系に返す参照電圧Vsenceを決定する。
図2は、図1に示した電源回路の制御方法を説明するための動作原理図である。
上述のように比較回路に入力される出力電圧Voと負荷への供給電圧Vrsとを常時比較し、Vrs>Voの時を異常動作とする。
異常の際には供給電圧Vrsを切り離し出力電圧Voをフィードバックすることを基本原理として、検出回路で低い方の値を参照電圧Vsenceとしてフィードバックするものである。
まず正常時には配線抵抗を考慮すると基本的に検出回路内ではVo > Vrsが成り立つので、従来のリモートセンスと同様に参照電圧Vsense = Vrsとなるようにフィードバック回路が制御を行い、供給電圧Vrsが電源回路にフィードバックされる。
供給電圧Vrsがショートした場合は参照電圧Vsense = 0であるため電源回路は自動的に停止する。
ただしこれは設計方針にて自在に変更可能である。
上記の動作を自動で繰り返すことにより正常な場合は供給電圧Vrsを、異常な場合は出力電圧Voを選択的にフィードバック系に返すことでDC-DCコンバータのPWM制御を常に安定して持続可能とすることができる。
図3は、本発明に係る電源回路の制御方法を適用した電源回路の他の実施例を示す回路図である。同図は、本発明の一実現方法としてコンパレータとMOSFETを用いたリモートセンス保護回路を作成し、一般的なバックコンバータに適応した例を示す。
同図に示すバックコンバータは、リモートセンス保護回路と、抵抗Z1、Z2、コンパレータ、MOSFETを用いたインバータ、チョークコイルL、及びコンデンサCで構成されたリモートセンス回路とで構成されている。
同図のリモートセンスフィルタのMOSFETが切り離す手段を構成している。
図4に示す回路において、Vrs > Voの異常時にフィードバックループを変更させることで上記の課題を解決できる。
本実施例により負荷側の供給電圧に異常が生じた際にはリモートセンスが遮断されるため、電源回路のフィードバック制御系を外乱から保護することが出来る。
また異常時にも出力側からのフィードバックを受けてPWM制御できるため、常に出力変動に対して適正なデューティ比により安定したDC-DCコンバータの制御を常に持続可能とすることができる。
Ro 負荷
Vsense 参照電圧
Vo 出力電圧
Vrs 供給電圧
Rs : Interconnection Resistance 配線抵抗
L チョークコイル
C コンデンサ
R 抵抗
Vref DC-DCコンバータリファレンス電圧
Vi 入力電圧
+/-E 内部電圧、駆動電圧
Claims (8)
- DC-DCコンバータと、前記DC-DCコンバータを保護するリモートセンス保護回路とを有する電源回路において、
前記DC-DCコンバータの負荷側に異常が発生した際に、前記DC-DCコンバータと前記リモートセンス保護回路とを切り離す手段を備えたことを特徴とする電源回路。 - 前記リモートセンス保護回路は、前記負荷側の異常を検出する検出回路と、前記DC-DCコンバータにフィードバックするフィードバック回路とを備えたことを特徴とする請求項1記載の電源回路。
- 前記検出回路は、DC-DCコンバータからの供給電圧と前記負荷側の出力電圧とを比較し、前記供給電圧が前記出力電圧より高い場合を異常として検出することを特徴とする請求項2記載の電源回路。
- 前記フィードバック回路は、正常時は前記リモートセンス保護回路の出力電圧を選択的に参照電圧とし、異常時は前記負荷側の出力電圧を選択的に参照電圧としてフィードバックすることを特徴とする請求項2記載の電源回路。
- DC-DCコンバータを保護する電源回路の制御方法において、
前記DC-DCコンバータの負荷側に異常が発生した際に、前記DC-DCコンバータと前記リモートセンス保護回路とを切り離すことを特徴とする電源回路の制御方法。 - 前記負荷側の異常を検出し、前記DC-DCコンバータにフィードバックすることを特徴とする請求項5記載の電源回路の制御方法。
- 前記DC-DCコンバータからの供給電圧と前記負荷側の出力電圧とを比較し、前記供給電圧が前記出力電圧より高い場合を異常として検出することを特徴とする請求項2記載の電源回路の制御方法。
- 正常時はリモートセンス保護回路の出力電圧を選択的に参照電圧とし、異常時は前記負荷側の出力電圧を選択的に参照電圧としてフィードバックすることを特徴とする請求項7記載の電源回路の制御方法。
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