JP2011083163A - インターリーブ型スイッチング電源 - Google Patents

Abstract

【課題】配線パターンの断線等の異常状態が発生した場合に、スイッチング電源の特徴を損なうことなく、一方のコンバータのみが動作するような状態で生じる電源の発熱等を防止する。
【解決手段】商用電源を整流する整流回路と、整流回路の出力をそれぞれ昇圧チョッピングするマスター側およびスレーブ側の臨界型昇圧チョッピングコンバータとからなるインターリーブ型スイッチング電源において、マスター側およびスレーブ側の臨界型昇圧チョッピングコンバータのいずれかが、異常状態により動作を停止した場合に、もう一方の臨界型昇圧チョッピングコンバータの動作を停止させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、マスター側スイッチングコンバータとスレーブ側スイッチングコンバータとからなるインターリーブ型スイッチング電源について、特に、パターンの断線等の異常状態が発生した場合であっても、電源の発熱等を防止するインターリーブ型スイッチング電源に関する。

従来のインターリーブ型スイッチング電源としては、特許文献１に示されるようなものが知られている。

具体的には、図１２に示すように、コンバータ電源回路１００は、交流電源１０１を整流する全波整流器１０２と、全波整流器１０２の出力を平滑化するローパスフィルタ１０３とを備える。ローパスフィルタ１０３は、全波整流器１０２の出力端に直列に接続されたチョークコイル１０４とこのチョークコイル１０４の両端と基準電位点（接地点）との間にそれぞれ接続されたコンデンサ１０５、１０６とで構成される。

ローパスフィルタ１０３の出力は、チョッパ回路群１０７に接続される。チョッパ回路群１０７は、例えば、並列に接続された４個のチョッパ回路１０８、１０９、１１０、１１１で構成され、各チョッパ回路１０８〜１１１は全く同一の回路として構成されている。

すなわち、チョッパ回路は、ローパスフィルタ１０３の出力端に直列に接続されたチョークコイルＬ（１〜４）とこのチョークコイルＬにアノードが接続された順方向ダイオードＤ（１〜４）の直列接続と、チョークコイルＬとダイオードＤの接続点と基準電位点との間にそのドレイン−ソース間が接続されたスイッチングトランジスタ（ＦＥＴ：Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）Ｑ（１〜４）からなる。

各チョッパ回路１０８〜１１１のダイオードＤ１〜Ｄ４のカソードは、平滑コンデンサ１１２と負荷１１３の並列接続を介して基準電位点に接続されている。

さらにまた、平滑コンデンサ１１２の端子電圧を検出する電圧検出部１１４が設けられ、平滑コンデンサ１１２の端子電圧と基準電圧Ｖｒとの差を検出する。

電圧検出部１１４の検出結果は、制御回路１１５に供給され、制御回路１１５は、検出された差電圧値に基づいて駆動回路１１６を制御する。駆動回路１１６は、チョッパ回路１０８〜１１１のスイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４をオンオフさせる駆動信号を出力するもので、各スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４は、電圧検出部１１４の検出結果に応じた所定のタイミングでオンオフが切換えられる。

駆動回路１１６から出力される駆動信号は、それぞれ同一周波数で位相のみが異なる信号であり、それによって各スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４をオン期間が重ならないように駆動する。

さらに、平滑コンデンサ１１２の端子電圧が低ければ、全てのチョッパ回路１０８〜１１１が動作するように全てのスイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４を駆動し、平滑コンデンサ１１２の端子電圧が高くなれば、全てのチョッパ回路を動作させず、例えば３個のチョッパ回路のみを動作させたり、２個のチョッパ回路で対応するように駆動する。

各チョッパ回路１０８〜１１１の個々の回路自体は、周知の回路であり詳細な説明は省略するが、簡単に動作を説明すると、スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４がオンの期間に、チョークコイルＬ１〜Ｌ４に蓄えられたエネルギーが、スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４がオフになったときに、入力電圧に重畳されて平滑コンデンサ１１２に供給されるように動作するものである。

そして、従来は、こうした構成により、入力リップル電流の低減やコンバータ１つあたりの出力容量の低減を実現していた。

特開２００６−１８７１４０号公報

しかしながら、マスター側スイッチングコンバータとスレーブ側スイッチングコンバータとからなるインターリーブ型スイッチング電源において、配線パターンの断線やＩＣピンの破損、部品の破損等の異常状態が発生し、どちらか一方のコンバータのみが動作を継続するような場合、従来は、こうした状況を回避できなかったために、この種の電源の特徴である入力リップル電流の低減やコンバータ１つあたりの出力容量の低減といったメリットを生かした設計ができないという問題があった。

そこで、本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、配線パターンの断線等の異常状態が発生した場合であっても、スイッチング電源の特徴を損なうことなく、電源の発熱等を防止するインターリーブ型スイッチング電源を提供することを目的とする。

本発明は、上記の課題を解決するために、以下の事項を提案している。

（１）本発明は、商用電源を整流する整流回路と、前記整流回路の出力をそれぞれ昇圧チョッピングするマスター側およびスレーブ側の臨界型昇圧チョッピングコンバータとからなるインターリーブ型スイッチング電源において、前記マスター側およびスレーブ側の臨界型昇圧チョッピングコンバータのいずれかが、異常状態により動作を停止した場合に、もう一方の臨界型昇圧チョッピングコンバータの動作を停止させ、前記マスター側およびスレーブ側の臨界型昇圧チョッピングコンバータが、それぞれ制御巻線を備えるとともに、前記それぞれの制御巻線の電圧の積分値を加算した値と所定の閾値とを比較して、前記マスター側あるいはスレーブ側の臨界型昇圧チョッピングコンバータの動作の停止を判断する判断手段を備えたことを特徴とするインターリーブ型スイッチング電源を提案している。

この発明によれば、マスター側およびスレーブ側の臨界型昇圧チョッピングコンバータのいずれかが、異常状態により動作を停止した場合に、もう一方の臨界型昇圧チョッピングコンバータの動作を停止させる。したがって、もう一方の臨界型昇圧チョッピングコンバータが動作を続けることにより生じる電源の異常な発熱等を防止することができる。また、マスター側およびスレーブ側の臨界型昇圧チョッピングコンバータが、それぞれ制御巻線を備えるとともに、判断手段が、それぞれの制御巻線の電圧の積分値を加算した値と所定の閾値とを比較して、マスター側あるいはスレーブ側の臨界型昇圧チョッピングコンバータの動作の停止を判断する。つまり、マスター側およびスレーブ側の臨界型昇圧チョッピングコンバータがともに正常に動作している場合には、それぞれの制御巻線の電圧の積分値を加算した値は、一定値を維持するが、マスター側またはスレーブ側の臨界型昇圧チョッピングコンバータの一方が停止した場合には、それぞれの制御巻線の電圧の積分値を加算した値が変化するため、この値をモニターすれば、マスター側またはスレーブ側の臨界型昇圧チョッピングコンバータの一方が停止したことを検出できる。したがって、この検出結果にもとづいて、通常動作を行っているマスター側またはスレーブ側の臨界型昇圧チョッピングコンバータの一方を停止させることができる。

（２）本発明は、（１）のインターリーブ型スイッチング電源について、前記マスター側の臨界型昇圧チョッピングコンバータに設けられた制御巻線の一端に第１の一方向性素子と第１の抵抗とが直列に接続され、前記スレーブ側の臨界型昇圧チョッピングコンバータに設けられた制御巻線の一端に前記第１の一方向性素子とは向きが異なる第２の一方向性素子と第２の抵抗とが直列に接続され、前記第１の抵抗の他端と前記第２の抵抗の他端とが接続され、さらに、容量素子が接地電位との間に接続され、前記判断手段が、前記容量素子の電位を検出して、前記マスター側あるいはスレーブ側の臨界型昇圧チョッピングコンバータの動作の停止を判断することを特徴とするインターリーブ型スイッチング電源を提案している。

この発明によれば、マスター側の臨界型昇圧チョッピングコンバータに設けられた制御巻線の一端に第１の一方向性素子と第１の抵抗とが直列に接続され、スレーブ側の臨界型昇圧チョッピングコンバータに設けられた制御巻線の一端に第１の一方向性素子とは向きが異なる第２の一方向性素子と第２の抵抗とが直列に接続され、第１の抵抗の他端と第２の抵抗の他端とが接続され、さらに、容量素子が接地電位との間に接続され、判断手段が、容量素子の電位を検出して、マスター側あるいはスレーブ側の臨界型昇圧チョッピングコンバータの動作の停止を判断する。したがって、簡単な回路構成で、マスター側あるいはスレーブ側の臨界型昇圧チョッピングコンバータの動作の停止を判断することができる。

（３）本発明は、（１）または（２）のインターリーブ型スイッチング電源について、前記マスター側およびスレーブ側の臨界型昇圧チョッピングコンバータに設けられた制御巻線の極性が互いに異なることを特徴とするインターリーブ型スイッチング電源を提案している。

この発明によれば、マスター側およびスレーブ側の臨界型昇圧チョッピングコンバータに設けられた制御巻線の極性が互いに異なる。したがって、マスター側およびスレーブ側の制御巻線電圧の極性が反転するため、抵抗により一方の制御巻線電圧から変換された電流が容量素子を充電し、もう一方の制御巻線電圧から変換された電流が容量素子の放電を行うため、通常動作時でも、小さな容量の容量素子で、一定の電圧を蓄電することができる。

（４）本発明は、（１）から（３）のインターリーブ型スイッチング電源について、前記マスター側およびスレーブ側の臨界型昇圧チョッピングコンバータに設けられた制御巻線と対をなすチョークコイルとの巻線比が前記マスター側およびスレーブ側の臨界型昇圧チョッピングコンバータで等しいことを特徴とするインターリーブ型スイッチング電源を提案している。

この発明によれば、マスター側およびスレーブ側の臨界型昇圧チョッピングコンバータに設けられた制御巻線と対をなすチョークコイルとの巻線比がマスター側およびスレーブ側の臨界型昇圧チョッピングコンバータで等しい。つまり、制御巻線電圧を示す各パルス電圧のエネルギーは、制御巻線と対をなすチョークコイルとの巻線比によって決まる。したがって、マスター側およびスレーブ側の臨界型昇圧チョッピングコンバータに設けられた制御巻線と対をなすチョークコイルとの巻線比をマスター側およびスレーブ側の臨界型昇圧チョッピングコンバータとで等しくすることにより、マスター側およびスレーブ側の制御巻線電圧である各パルス電圧のエネルギーが等しくなり、これにより、容量素子を充放電するため、通常動作には、容量素子の端子電圧がほぼゼロになる。このため、容量素子の端子電圧の変化を簡単に検出することができる。

（５）本発明は、商用電源を整流する整流回路と、前記整流回路の出力をそれぞれ昇圧チョッピングするマスター側およびスレーブ側の臨界型昇圧チョッピングコンバータとからなり、前記マスター側の臨界型昇圧チョッピングコンバータから前記スレーブ側の臨界型昇圧チョッピングコンバータに、スイッチング素子のオンタイミングを伝達するオントリガ信号とオン幅を伝達するオン幅伝達信号とを出力するインターリーブ型スイッチング電源において、前記マスター側およびスレーブ側の臨界型昇圧チョッピングコンバータが、それぞれ制御巻線を備えるとともに、前記それぞれの制御巻線の電圧の積分値を加算した値と所定の閾値とを比較して、前記マスター側あるいはスレーブ側の臨界型昇圧チョッピングコンバータの動作の停止を判断する判断手段を備えたことを特徴とするインターリーブ型スイッチング電源を提案している。

この発明によれば、マスター側の臨界型昇圧チョッピングコンバータからスレーブ側の臨界型昇圧チョッピングコンバータに、スイッチング素子のオンタイミングを伝達するオントリガ信号とオン幅を伝達するオン幅伝達信号とを出力するインターリーブ型スイッチング電源においても、いずれかが異常状態により動作を停止した場合に、もう一方の臨界型昇圧チョッピングコンバータの動作を停止させる。したがって、もう一方の臨界型昇圧チョッピングコンバータが動作を続けることにより生じる電源の異常な発熱等を防止することができる。

（６）本発明は、（１）から（５）のインターリーブ型スイッチング電源について、前記マスター側の臨界型昇圧チョッピングコンバータが、出力電圧が過電圧状態であることを検出する過電圧検出手段と、該過電圧を検出したときに、スレーブ側の動作を不連続とする制御手段とを備え、該過電圧検出手段により、過電圧が検出されたときには、前記判断手段の動作を停止することを特徴とするインターリーブ型スイッチング電源を提案している。

この発明によれば、過電圧検出手段により、過電圧が検出されたときには、判断手段の動作を停止する。つまり、過電圧を検出したときには、スレーブ側の動作が不連続となり、動作が停止状態になる。この場合には、異常状態によりスレーブ側のコンバータが動作を停止しているわけではないため、誤検出を防止するために、判断手段の動作を停止する。

（７）本発明は、商用電源を整流する整流回路と、前記整流回路の出力をそれぞれ昇圧チョッピングする複数の臨界型昇圧チョッピングコンバータが多段構成されてなるインターリーブ型スイッチング電源において、前記複数の臨界型昇圧チョッピングコンバータのいずれかが、異常状態により動作を停止した場合に、他のすべての臨界型昇圧チョッピングコンバータの動作を停止させることを特徴とするインターリーブ型スイッチング電源を提案している。

本発明においては、複数の臨界型昇圧チョッピングコンバータが多段構成されてなるインターリーブ型スイッチング電源においても、複数の臨界型昇圧チョッピングコンバータのいずれかが、異常状態により動作を停止した場合に、他のすべての臨界型昇圧チョッピングコンバータの動作を停止させる。したがって、他のすべての臨界型昇圧チョッピングコンバータが動作を続けることにより生じる電源の異常な発熱等を防止することができる。

本発明によれば、配線パターンの断線等の異常状態が発生した場合に、スイッチング電源の特徴を損なうことなく、一方のコンバータのみが動作するような状態で生じる電源の発熱等を防止することができる。

第１の実施形態に係るインターリーブ型スイッチング電源の一例を示す接続図である。 第１の実施形態に係るインターリーブ型スイッチング電源のマスター側制御回路の構成図である。 第１の実施形態に係るインターリーブ型スイッチング電源の動作波形図である。 第２の実施形態に係るインターリーブ型スイッチング電源の一例を示す接続図である。 第２の実施形態に係るマスター側制御回路の構成図である。 第２の実施形態に係るスレーブ側制御回路の構成図である。 第２の実施形態に係るインターリーブ型スイッチング電源の動作波形図である。 第３の実施形態に係るインターリーブ型スイッチング電源の一例を示す接続図である。 第３の実施形態の変形例に係るインターリーブ型スイッチング電源の一例を示す接続図である。 第３の実施形態に係るスレーブ側制御回路の構成図である。 本発明を適用した場合の波形図である。 従来例に係る電源の電気的構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、本実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。

＜第１の実施形態＞
図１から図３および図１１を用いて、本発明に係る第１の実施形態について説明する。なお、本実施形態では、２つの臨界型昇圧チョッピングコンバータからなるインターリーブ型スイッチング電源を例示して説明する。

＜インターリーブ型スイッチング電源の構成＞
本実施形態に係るインターリーブ型スイッチング電源は、主として、図１に示すように、整流回路１０と、チョークコイルＬ１および制御巻線Ｌ２とからなるトランス２０と、チョークコイルＬ３および制御巻線Ｌ４とからなるトランス２１と、マスター側制御回路３０ａと、スレーブ側制御回路３０ｂと、トリガ伝達回路４０と、出力電圧検出回路５０とから構成されている。また、制御巻線Ｌ２の一端には、ダイオードＤ４と抵抗Ｒ４とコンデンサＣ３とが直列に接続されるとともに、抵抗Ｒ４とコンデンサＣ３と接続点は、抵抗Ｒ５ダイオードＤ５とが直列に制御巻線Ｌ４の一端に接続されている。

整流回路１０は、商用電源の交流を全波整流して得られる脈流をトランス２０およびトランス２１に供給する。トランス２０およびトランス２１は、後述するマスター側制御回路３０ａ、スレーブ側制御回路３０ｂ内のスイッチング素子がオンの場合に、入出力の電圧差に相当するエネルギーをチョークコイルＬ１、Ｌ３に蓄積し、スイッチング素子がオフの場合に、チョークコイルＬ１、Ｌ３に蓄積したエネルギーを負荷に供給する。制御巻線Ｌ２、Ｌ４は、チョークコイルＬ１、Ｌ３を流れる電流に対応した信号を出力するとともに、制御巻線Ｌ２は、マスター側制御回路３０ａのＶＺ端子に接続されている。この信号は、マスター側制御回路３０ａにおけるスイッチング素子をオンするためのトリガ信号となる。

マスター側制御回路３０ａおよびスレーブ側制御回路３０ｂは、ＶＺ端子およびＦＢ端子に入力される信号により、スイッチング素子のオンタイミングとオン時間幅とを制御する。なお、詳細については、後述する。トリガ伝達回路４０は、制御巻線Ｌ２から出力される信号を利用して、マスター側のオフタイミングで、スレーブ側の制御回路にオントリガを供給する。これにより、２つのスイッチング素子を交互にオン状態とすることができる。

なお、本回路では、常に、マスター側制御回路３０ａから動作を開始し、スレーブ側制御回路３０ｂが上述のように、マスター側制御回路３０ａから供給されるＶＺ信号、ＦＢ信号、トリガ伝達回路４０から出力される信号によって、動作を行うため、スレーブ側に配線パターンの断線等の異常状態が発生して動作が停止した場合でも、マスター側制御回路３０ａは、動作を続行するが、マスター側に配線パターンの断線等の異常状態が発生して動作が停止した場合には、マスター側制御巻線からトリガ伝達回路４０への信号がなくなる為、スレーブ側制御回路３０ｂは、自動的に停止してしまう。そのため、スレーブ側制御回路３０ｂは、強制的に動作を停止するための機能を有する必要はない。

出力電圧検出回路５０は、出力電圧を検出するための抵抗Ｒ１、Ｒ２と、基準電圧源Ｖｃと、出力電圧を抵抗Ｒ１、Ｒ２で分圧した分圧値をマイナス入力に、基準電圧源Ｖｃをプラス入力に接続し、フィードバック抵抗Ｒ３を有するオペアンプＯＰ１とから構成されている。出力電圧検出回路５０の出力は、マスター側制御回路３０ａ、スレーブ側制御回路３０ｂのＦＢ端子に接続され、出力電圧の分圧値が基準電圧よりも高くなると、両者の電位差に応じた電流をＦＢ端子から引き抜くように動作する。

＜マスター側制御回路の構成＞
本実施形態に係るマスター側制御回路は、図２に示すように、スイッチング素子Ｑ３１と、ＯＮ／ＯＦＦ時間設定回路３１と、定電流源３２と、電圧監視回路３４と、抵抗Ｒ３１とから構成されており、ＦＢ端子、ＶＺ端子、ＬＡＴＣＨ端子を有している。

スイッチング素子Ｑ３１は、ＯＮ／ＯＦＦ時間設定回路３１からの出力信号により、オン／オフ動作を行う。具体的には、ＶＤＳ−ＧＮＤ間をオープン状態、ショート状態とする。

ＯＮ／ＯＦＦ時間設定回路３１は、ＦＢ端子およびＶＺ端子に接続され、ＶＺ端子に接続される制御巻線Ｌ２からの信号により、スイッチング素子Ｑ３１をオンとするトリガを得るとともに、ＦＢ端子の電圧値に応じて、スイッチング素子Ｑ３１のオン時間幅を決定し、これに準じた信号をスイッチング素子Ｑ３１に供給する。

電圧監視回路３４は、図１に示すコンデンサＣ３の端子電圧を監視し、この電圧が所定の条件を充足すると、ＯＮ／ＯＦＦ時間設定回路３１の動作を停止する信号を出力して、マスター側制御回路の動作を停止する。なお、詳細については、詳述する。

＜インターリーブ型スイッチング電源の動作＞
次に、図３の動作波形を参照しながら、本実施形態に係るインターリーブ型スイッチング電源の動作について、説明する。

図３に示すように、マスター側制御回路３０ａのスイッチング素子Ｑ３１のゲート信号と、オントリガ伝達信号とは同様の波形であり、これによりマスター側のチョークコイルＬ１には、スイッチング素子Ｑ３１がオンのときに充電し、オフのときに放電する三角波状の電流が流れる。そして、スイッチング素子Ｑ３１がオフのときに、マスター側の制御巻線Ｌ２には、図３に示すような矩形波の電圧が印加される。

一方、スレーブ側のスイッチング素子のゲート信号は、マスター側制御回路３０ａのスイッチング素子Ｑ３１のゲート信号に対して、異なる位相の信号となり、これによりスレーブ側のチョークコイルＬ３には、スイッチング素子がオンのときに充電し、オフのときに放電する三角波状の電流が流れる。そして、スイッチング素子がオフのときに、スレーブ側の制御巻線Ｌ４には、図３に示すような矩形波の電圧が印加される。

また、図１に示したように、マスター側の制御巻線Ｌ２は、ダイオードＤ４のアノード側に接続され、抵抗Ｒ４を通って、コンデンサＣ３に接続されている。また、スレーブ側の制御巻線Ｌ４は、ダイオードＤ５のカソード側に接続され、抵抗Ｒ５を通って、コンデンサＣ３に接続されている。

したがって、マスター側の制御巻線Ｌ２に現れた電圧は、ダイオードＤ４を通過することにより、図３のマスター巻線電圧の斜線部のみが、抵抗Ｒ４に印加され、この抵抗で電流に変換されたのち、コンデンサＣ３を充電し、エネルギーを蓄積する。一方、スレーブ側の制御巻線Ｌ４に現れた電圧は、ダイオードＤ５を通過することにより、図３のスレーブ巻線電圧の斜線部のみが、抵抗Ｒ５に印加され、この抵抗で電流に変換されたのち、コンデンサＣ３に充電されたエネルギーを放電する。

ここで、ダイオードＤ４を通過した後のエネルギーは、トランス２０の入力電圧をＶｉｎ、電源の出力電圧をＶｏ、チョークコイルの巻数をＮｃ１、制御巻線の巻数をＮｐ１としたときに、Ｅｍ＝（Ｖｏ−Ｖｉｎ）×（Ｎｃ１／Ｎｐ１）となり、ダイオードＤ５を通過した後のエネルギーは、トランス２１の入力電圧をＶｉｎ、電源の出力電圧をＶｏ、チョークコイルの巻数をＮｃ２、制御巻線の巻数をＮｐ２としたときに、Ｅｓ＝（Ｖｏ−Ｖｉｎ）×（Ｎｃ２／Ｎｐ２）となる。また、制御巻線Ｌ２、Ｌ４の極性が互いに異なるため、（Ｎｃ１／Ｎｐ１）＝（Ｎｃ２／Ｎｐ２）であれば、コンデンサＣ３に充電されるエネルギーと放電されるエネルギーとが等しくなるため、マスター側制御回路３０ａとスレーブ側制御回路３０ｂの双方が通常動作をしている場合には、コンデンサＣ３の端子電圧は、ほぼゼロとなる。

一方、例えば、マスター側制御回路３０ａのみが通常動作を行っており、スレーブ側制御回路３０ｂが動作停止状態の場合には、コンデンサＣ３は、マスター側の制御巻線Ｌ２から供給されるエネルギーにより充電されるため、コンデンサＣ３の端子電圧は、正の値を示す。

今、図３の点線部で示す箇所において、配線パターンの断線等の異常状態が発生してスレーブ側の制御回路３０ｂの動作が停止した場合には、コンデンサＣ３の端子電圧が、スレーブ側の制御回路３０ｂの動作の停止を境に正の電圧となる。そのため、コンデンサＣ３の端子電圧を図２の「ＬＡＴＣＨ」端子を介して、電圧監視回路３４でモニターし、コンデンサＣ３の端子電圧が所定の電圧値を越えた場合には、電圧監視回路３４がＯＮ／ＯＦＦ時間設定回路３１に信号を出力することにより、マスター側制御回路３０ａの動作を確実に停止することができる。本実施形態が適用された場合のスレーブ巻線電圧、コンデンサ端子電圧、マスター巻線電圧、マスターチョーク電流のそれぞれの波形を図１１に示す。

したがって、本実施形態によれば、インターリーブ型スイッチング電源において、図１に示したコンデンサＣ３の端子電圧をモニターすることにより、一方のコンバータのみが動作を行っている状態を把握し、通常動作を行っているコンバータの動作を停止することにより、一方のコンバータのみが動作するような状態で生じる電源の発熱等を防止することができる。

＜第２の実施形態＞
図４から図７を用いて、本発明の第２の実施形態について説明する。
第１の実施形態においては、マスター側の制御巻線Ｌ２により、チョークコイルＬ１を流れる電流に対応した信号をマスター側制御回路６０ａが検出し、これをトリガ伝達回路４０を介して、スレーブ側制御回路６０ｂにおけるスイッチング素子をオンするためのトリガ信号とする例について述べたが、本実施形態では、マスター側制御回路６０ａにおけるスイッチング素子がオフしたタイミングで、スレーブ側制御回路６０ｂにおけるスイッチング素子をオンするタイミングを生成している。

具体的には、図４に示すように、マスター側制御回路６０ａにオン幅伝達出力端子とオントリガ伝達出力端子を備えるとともに、スレーブ側制御回路６０ｂにオン幅伝達入力端子とオントリガ伝達入力端子を備え、マスター側制御回路６０ａが、スレーブ側制御回路６０ｂにマスター側制御回路６０ａで検出したオントリガとオン幅（オン時間幅）を伝達し、スレーブ側制御回路が伝達されたオン時間幅でスイッチング素子を制御するようにしている。

＜制御回路の構成＞
図５および図６を用いて、本実施形態に係るマスター側制御回路６０ａの構成とスレーブ側制御回路６０ｂの構成について、詳細に説明する。

＜マスター側制御回路の構成＞
図５に示すように、マスター側制御回路６０ａの基本構成は、第１の実施形態に対して、過電圧検出回路３３、タイマ回路３５、スレーブ伝達信号生成回路３９が付加され、さらに、スレーブ伝達信号生成回路３９の出力に接続されたオントリガ伝達出力端子とオン幅伝達出力端子とを有している点において、相違している。

マスター側制御回路６０ａは、ＯＮ／ＯＦＦ時間設定回路３１によって、Ｖｚ端子およびＦＢ端子から入力される信号によりスイッチング素子Ｑ３１のオンタイミングとオン時間幅とを制御する。

ここで、ＦＢ端子には、定電流源３２と抵抗Ｒ３１とが接続されるとともに、過電圧検出回路３３を介して、前述の出力電圧検出回路５０の出力も接続されている。したがって、出力電圧の分圧値が基準電圧と略等しい場合には、ＦＢ端子の電圧値は、定電流源３２と抵抗Ｒ３１とで得られる一定の電圧となり、スイッチング素子Ｑ３１のオン時間幅（Ｔ_ＯＮ）は、ある一定の幅となるが、出力電圧の分圧値が基準電圧よりも高くなると、出力電圧検出回路５０の出力は、両者の電位差に応じた電流をＦＢ端子から引き抜くように動作するため、ＦＢ端子の電圧値が低下して、スイッチング素子Ｑ３１のオン時間幅（Ｔ_ＯＮ）が、ＦＢ端子の電圧値が低下に応じて、狭くなる。したがって、出力電圧の変動に応じて、ＦＢ端子の電圧を制御することにより、簡単な構成で、スイッチング素子Ｑ３１のオン時間幅（Ｔ_ＯＮ）を適切にコントロールすることができる。

過電圧検出回路３３は、出力電圧検出端子に接続され、出力電圧が所定の電圧値を超えた場合に過電圧検出信号（ＯＶＰ信号）を出力する。タイマ回路３５は、図示しない時定数回路を備え、過電圧検出回路３３から過電圧検出信号（ＯＶＰ信号）を入力すると、この時定数回路を動作させ、時定数回路の電圧が所定の閾値を越えると、この越えている時間に相当する幅のパルス信号（ＯＶＰタイマ出力信号）を出力する。

さらに、過電圧検出回路３３は、出力電圧検出端子から、出力電圧が過電圧である旨の信号を受け取ったときに、電圧監視回路３４の動作を停止させる。これは、過電圧を検出したときに、スレーブ側が電流連続動作にならないよう、不連続となるような機能が働くためである。つまり、スレーブ側の動作が不連続の状態では、動作を停止する状態になるが、この場合には、異常状態によりスレーブ側のコンバータが動作を停止しているわけではないため、誤検出を防止するために、電圧監視回路３４の動作を停止するものである。

スレーブ伝達信号生成回路３９は、スイッチング素子Ｑ３１のゲート信号と、タイマ回路３５からのパルス信号（ＯＶＰタイマ出力信号）と、過電圧検出回路３３からの過電圧検出信号（ＯＶＰ信号）とを入力し、図示しないＯＲ演算器により、これらの信号のＯＲをとって生成した信号をオントリガ伝達信号、オン幅伝達信号として、オントリガ伝達端子、オン幅伝達端子からスレーブ側制御回路３０ｂに出力する。

＜スレーブ側制御回路の構成＞
図３に示すように、スレーブ側制御回路３０ｂは、スレーブ側のスイッチング素子Ｑ３２と、ＯＮ時間計測回路３６と、オントリガ生成回路３７と、ディレイ回路３８とから構成されている。また、ＯＮ時間計測回路３６は、オン幅伝達入力端子に接続され、オントリガ生成回路３７は、オントリガ伝達入力端子に接続されている。

ＯＮ時間計測回路３６は、マスター側制御回路３０ａのオン幅伝達出力端子から出力される信号をオン幅伝達入力端子で入力し、入力した信号に基づいて、マスター側と等しいＯＮ時間幅をスレーブ側で生成する。

オントリガ生成回路３７は、オントリガ伝達入力端子を介して、マスター側制御回路３０ａからオントリガ伝達信号を入力する。また、ＯＮ時間計測回路３６からの信号を入力する。そして、ＯＮ時間計測回路３６から入力された信号によって、ＯＮ時間が所定値以上であると認識した場合のみ、次のオントリガ伝達信号の立ち上がりまでの長さに等しいパルス幅を持ったマスク信号を生成し、この期間のオントリガ伝達信号をマスクしたオントリガ伝達信号を生成する。

ディレイ回路３８は、オントリガ生成回路３７が生成したオントリガ伝達信号とＯＮ時間計測回路３６により出力される信号を元に、マスター側制御回路３０ａのスイッチング素子のオフタイミング時に、マスターＯＮ幅と等しいＯＮ状態をスレーブ側のスイッチング素子Ｑ３２のゲートに出力することによって、スレーブ側制御回路３０ｂのスイッチング素子Ｑ３２を制御する。

つまり、本実施形態に係るインターリーブ型スイッチング電源の動作は、図７に示すように、第１の実施形態とほぼ同様であるが、本実施形態に係るインターリーブ型スイッチング電源では、過電圧検出回路３３が、出力電圧検出端子から、出力電圧が過電圧である旨の信号を受け取ったときに、スレーブ側が電流連続動作にならない用、スレーブ側の動作が不連続つまり、停止状態となるが、これは、配線パターンの断線等の異常状態が発生して動作が停止するモードではないため、過電圧検出回路３３が、出力電圧検出端子から、出力電圧が過電圧である旨の信号を受け取ったときは、電圧監視回路３４の動作を停止する。

したがって、本実施形態によれば、インターリーブ型スイッチング電源において、図１に示したコンデンサＣ３の端子電圧をモニターすることにより、一方のコンバータのみが動作を行っている状態を把握し、通常動作を行っているコンバータの動作を停止することにより、一方のコンバータのみが動作するような状態で生じる電源の発熱等を防止することができる。さらに、出力電圧が過電圧になって、スレーブ側の動作が不連続となった場合には、誤検出を防止するために、電圧監視回路３４の動作を停止する。

＜第３の実施形態＞
図８を用いて、本発明の第３の実施形態について説明する。
本実施形態は、図８に示すように、第１の実施形態に対して、スレーブ側制御回路を複数備え、これらを多段に結合する構成となっている。

つまり、図８の例によれば、マスター側制御回路３０ａがマスター側制御回路であり、これに対するスレーブ側制御回路３０ｂに対して、制御巻線Ｌ２からトリガ伝達回路４０ａが生成するトリガ伝達信号を出力して、コントロールを行う。また、スレーブ側制御回路３０ｃに対しては、スレーブ側制御回路３０ｂがマスターとなって、制御巻線Ｌ５からトリガ伝達回路４０ｃが生成するトリガ伝達信号を出力して、コントロールを行う構成になっている。

また、制御巻線Ｌ２の一端にダイオードＤ４と抵抗Ｒ４とが直列に接続され、制御巻線Ｌ４の一端にダイオードＤ４とは向きが異なるダイオードＤ５抵抗Ｒ５とが直列に接続され、抵抗Ｒ４の他端と抵抗Ｒ５の他端とが接続され、この接続点とグランドとの間にコンデンサＣ３が設けられている。また、同様に、制御巻線Ｌ２の一端にダイオードＤ６と抵抗Ｒ６とが直列に接続され、制御巻線Ｌ７の一端にダイオードＤ６とは向きが異なるダイオードＤ７抵抗Ｒ７とが直列に接続され、抵抗Ｒ６の他端と抵抗Ｒ７の他端とが接続され、この接続点とグランドとの間にコンデンサＣ４が設けられている。

さらに、コンデンサＣ３の端子電圧が、マスター側制御回路３０ａのＬＡＴＣＨ端子に入力され、コンデンサＣ４の端子電圧が、スレーブ側制御回路３０ｂのＬＡＴＣＨ端子に入力されている。マスター側制御回路３０ａおよびスレーブ側制御回路３０ｂは、ＬＡＴＣＨ端子に入力され信号の電位を検出して、各々の臨界型昇圧チョッピングコンバータの動作の停止を判断する。

したがって、本実施形態によれば、多段構成のインターリーブ型スイッチング電源においても、この電源を構成する臨界型昇圧チョッピングコンバータのいずれかが、異常状態により動作を停止した場合には、すべての臨界型昇圧チョッピングコンバータの動作を停止させる。したがって、異常状態により動作を停止した臨界型昇圧チョッピングコンバータ以外の臨界型昇圧チョッピングコンバータが動作を続けることにより生じる電源の異常な発熱等を防止することができる。

＜第３の実施形態の変形例＞
図９および図１０を用いて、本発明の第３の実施形態の変形例について説明する。
本実施形態は、図９に示すように、第２の実施形態に対して、スレーブ側制御回路を複数備え、これらを多段に結合する構成となっている。

つまり、図９の例によれば、マスター側制御回路６０ａがマスター側制御回路であり、これに対するスレーブ側制御回路６０ｂに対して、オントリガ伝達信号とオン幅伝達信号を出力して、コントロールを行う。また、スレーブ側制御回路６０ｃに対しては、スレーブ側制御回路６０ｂがマスターとなって、上記と同様のコントロールを行う構成になっている。

また、制御巻線Ｌ２の一端にダイオードＤ４と抵抗Ｒ４とが直列に接続され、制御巻線Ｌ４の一端にダイオードＤ４とは向きが異なるダイオードＤ５と抵抗Ｒ５とが直列に接続され、抵抗Ｒ４の他端と抵抗Ｒ５の他端とが接続され、この接続点とグランドとの間にコンデンサＣ３が設けられている。また、同様に、制御巻線Ｌ２の一端にダイオードＤ６と抵抗Ｒ６とが直列に接続され、制御巻線Ｌ６の一端にダイオードＤ６とは向きが異なるダイオードＤ７と抵抗Ｒ７とが直列に接続され、抵抗Ｒ６の他端と抵抗Ｒ７の他端とが接続され、この接続点とグランドとの間にコンデンサＣ４が設けられている。

さらに、コンデンサＣ３の端子電圧が、マスター側制御回路６０ａのＬＡＴＣＨ端子に入力され、コンデンサＣ４の端子電圧が、スレーブ側制御回路６０ｂのＬＡＴＣＨ端子に入力されている。マスター側制御回路６０ａおよびスレーブ側制御回路６０ｂは、ＬＡＴＣＨ端子に入力され信号の電位を検出して、各々の臨界型昇圧チョッピングコンバータの動作の停止を判断する。

＜スレーブ側制御回路の構成＞
図１０を参照して、本実施形態に係るスレーブ側制御回路の構成について説明する。
なお、マスター側制御回路の構成については、第１の実施形態と同様であるため、その説明は、省略する。

図１０に示すように、本実施形態に係るスレーブ側制御回路は、スイッチング素子Ｑ３２と、電圧監視回路６４と、ＯＮ時間計測回路６５と、オントリガ生成回路６６と、ディレイ回路６８とから構成されている。また、オントリガ伝達入力端子と、オン幅伝達入力端子と、ＬＡＴＣＨ端子とを有している。

電圧監視回路６４は、ＬＡＴＣＨ端子に入力される電圧を監視し、この電圧が所定の電圧値になると、電圧監視回路６４の出力を停止する。また、電圧監視回路６４には、オントリガ伝達入力端子およびオン幅伝達入力端子から入力されたオントリガ伝達信号をオントリガ生成回路６６に、オン幅伝達信号をＯＮ時間計測回路６５に出力する。

ＯＮ時間計測回路６５は、オン幅伝達入力端子から入力した信号に基づいて、マスター側と等しいＯＮ時間幅をスレーブ側で生成する。

オントリガ生成回路６６は、オントリガ伝達入力端子を介して、オントリガ伝達信号を入力する。また、ＯＮ時間計測回路６５からの信号を入力する。そして、ＯＮ時間計測回路６５から入力された信号によって、ＯＮ時間が所定値以上であると認識した場合のみ、次のオントリガ伝達信号の立ち上がりまでの長さに等しいパルス幅を持ったマスク信号を生成し、この期間のオントリガ伝達信号をマスクしたオントリガ伝達信号を生成する。

ディレイ回路６８は、オントリガ生成回路６６が生成したオントリガ伝達信号とＯＮ時間計測回路６５により出力される信号を元に、マスター側制御回路６０ａのスイッチング素子のオフタイミング時に、マスターＯＮ幅と等しいＯＮ幅をスレーブ側のスイッチング素子Ｑ３２のゲートに出力することによって、スレーブ側制御回路３０ｂのスイッチング素子Ｑ３２を制御する。

したがって、本変形例によれば、多段構成のインターリーブ型スイッチング電源においても、この電源を構成する臨界型昇圧チョッピングコンバータのいずれかが、異常状態により動作を停止した場合には、すべての臨界型昇圧チョッピングコンバータの動作を停止させる。したがって、異常状態により動作を停止した臨界型昇圧チョッピングコンバータ以外の臨界型昇圧チョッピングコンバータが動作を続けることにより生じる電源の異常な発熱等を防止することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上述した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様々な変形や応用が可能である。なお、上記の実施形態では、マスター側制御回路がスレーブ側制御回路をコントロールする形態のインターリーブ型スイッチング電源を例にとって説明したが、これに限らず、他の方法によりインターリーブ制御を行うようなインターリーブ型スイッチング電源についても適用することができる。しかし、その場合は、マスター側が何らかの以上で停止した場合に、スレーブ側のみで動作し続ける可能性がある為、例えばコンデンサＣ３の端子電圧入力端である「ＬＡＴＣＨ」端子にマイナス電圧の閾値を設ける必要がある。

１０；整流回路
２０、２１、２２；トランス
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、６０ａ、６０ｂ、６０ｃ；制御回路
３１；ＯＮ／ＯＦＦ時間設定回路
３２；定電流源
３４、６４；電圧監視回路
３５；タイマ回路
３６、６５；ＯＮ時間計測回路
３７、６６；オントリガ生成回路
３８、６８；ディレイ回路
３９；スレーブ伝達信号生成回路
４０；トリガ伝達回路
５０；出力電圧検出回路
Ｃ１、Ｃ２；平滑コンデンサ
Ｃ３、Ｃ４；検出用コンデンサ
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３；平滑ダイオード
Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６、Ｄ７；整流ダイオード
Ｌ１、Ｌ３、Ｌ６；チョークコイル
Ｌ２、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ７；制御巻線
ＯＰ１；オペアンプ
Ｑ３１；スイッチング素子（マスター側）
Ｑ３２；スイッチング素子（スレーブ側）
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ３１；抵抗
Ｖｃ；基準電圧源

Claims (7)

1. 商用電源を整流する整流回路と、前記整流回路の出力をそれぞれ昇圧チョッピングするマスター側およびスレーブ側の臨界型昇圧チョッピングコンバータとからなるインターリーブ型スイッチング電源において、
   前記マスター側およびスレーブ側の臨界型昇圧チョッピングコンバータのいずれかが、異常状態により動作を停止した場合に、もう一方の臨界型昇圧チョッピングコンバータの動作を停止させ、
   前記マスター側およびスレーブ側の臨界型昇圧チョッピングコンバータが、それぞれ制御巻線を備えるとともに、
   前記それぞれの制御巻線の電圧の積分値を加算した値と所定の閾値とを比較して、前記マスター側あるいはスレーブ側の臨界型昇圧チョッピングコンバータの動作の停止を判断する判断手段を備えたことを特徴とするインターリーブ型スイッチング電源。
2. 前記マスター側の臨界型昇圧チョッピングコンバータに設けられた制御巻線の一端に第１の一方向性素子と第１の抵抗とが直列に接続され、前記スレーブ側の臨界型昇圧チョッピングコンバータに設けられた制御巻線の一端に前記第１の一方向性素子とは向きが異なる第２の一方向性素子と第２の抵抗とが直列に接続され、前記第１の抵抗の他端と前記第２の抵抗の他端とが接続され、さらに、容量素子が接地電位との間に接続され、前記判断手段が、前記容量素子の電位を検出して、前記マスター側あるいはスレーブ側の臨界型昇圧チョッピングコンバータの動作の停止を判断することを特徴とする請求項１に記載のインターリーブ型スイッチング電源。
3. 前記マスター側およびスレーブ側の臨界型昇圧チョッピングコンバータに設けられた制御巻線の極性が互いに異なることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインターリーブ型スイッチング電源。
4. 前記マスター側およびスレーブ側の臨界型昇圧チョッピングコンバータに設けられた制御巻線と対をなすチョークコイルとの巻線比が前記マスター側およびスレーブ側の臨界型昇圧チョッピングコンバータで等しいことを特徴とする請求項１から請求項３に記載のインターリーブ型スイッチング電源。
5. 商用電源を整流する整流回路と、前記整流回路の出力をそれぞれ昇圧チョッピングするマスター側およびスレーブ側の臨界型昇圧チョッピングコンバータとからなり、前記マスター側の臨界型昇圧チョッピングコンバータから前記スレーブ側の臨界型昇圧チョッピングコンバータに、スイッチング素子のオンタイミングを伝達するオントリガ信号とオン幅を伝達するオン幅伝達信号とを出力するインターリーブ型スイッチング電源において、
   前記マスター側およびスレーブ側の臨界型昇圧チョッピングコンバータが、それぞれ制御巻線を備えるとともに、
   前記それぞれの制御巻線の電圧の積分値を加算した値と所定の閾値とを比較して、前記マスター側あるいはスレーブ側の臨界型昇圧チョッピングコンバータの動作の停止を判断する判断手段を備えたことを特徴とするインターリーブ型スイッチング電源。
6. 前記マスター側の臨界型昇圧チョッピングコンバータが、出力電圧が過電圧状態であることを検出する過電圧検出手段と、該過電圧を検出したときに、スレーブ側の動作を不連続とする制御手段を備え、
   該過電圧検出手段により、過電圧が検出されたときには、前記判断手段の動作を停止することを特徴とする請求項１から請求項５に記載のインターリーブ型スイッチング電源。
7. 商用電源を整流する整流回路と、前記整流回路の出力をそれぞれ昇圧チョッピングする複数の臨界型昇圧チョッピングコンバータが多段構成されてなるインターリーブ型スイッチング電源において、
   前記複数の臨界型昇圧チョッピングコンバータのいずれかが、異常状態により動作を停止した場合に、他のすべての臨界型昇圧チョッピングコンバータの動作を停止させることを特徴とするインターリーブ型スイッチング電源。

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