JP2011097662A

JP2011097662A - 過電流保護回路および過電流保護方法

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Publication number: JP2011097662A
Application number: JP2009246185A
Authority: JP
Inventors: Takashi Oikawa; 崇及川; Tomohiro Tanabe; 智宏田邊
Original assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2009-10-27
Filing date: 2009-10-27
Publication date: 2011-05-12
Anticipated expiration: 2029-10-27
Also published as: JP5586208B2

Abstract

【課題】過電流保護の制御をマイクロコンピュータで実行することにより、自由度が高く、安定した保護動作を実現する。
【解決手段】スイッチ素子の温度を検出し、その検出した温度が所定の温度範囲にある場合に、検出した温度に対応して、過電流検出のための閾値電圧を決定する。次に、スイッチ素子の温度が所定の温度範囲よりも高い場合に、過温度検出カウンターをカウントアップし、過温度検出カウンターのカウント値が所定のカウント値よりも大きい場合に、スイッチ素子の駆動を停止する。一方、過温度検出カウンターのカウント値が所定のカウント値よりも小さい場合に、スイッチ素子の駆動電流と過電流検出の閾値とを比較し、スイッチ素子の駆動電流が過電流検出の閾値よりも大きい場合に、過電流検出カウンターをカウントアップして、過電流検出カウンターのカウント値が所定のカウント値よりも大きい場合に、スイッチ素子の駆動を停止する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電源装置において、過負荷状態や負荷の短絡状態等の異常状態となった場合に、過電流による電源装置、特に、スイッチ素子の損傷を防止する過電流保護回路および過電流保護方法に関する。

従来より、出力電流を監視してその過電流保護を行う直流安定化電源装置が種々開示・提案されている。

これら従来の直流安定化電源装置の多くは、出力電流と出力電圧との相関特性が、いわゆる「定電流型垂下特性」ないしは、「変形フの字型垂下特性」を示すように、その過電流保護を行う回路が構成されていた。

ところが、上記従来の直流安定化電源装置では、出力電流が上限値に達した後、出力電圧が垂下的に低減される期間に過大な出力電流が流れ続けるため、大きな電力損失が生じる上、最悪の場合には、当該期間中に素子が破壊されるおそれもあった。

そのため、こうした問題に対応すべく、入力端子と出力端子との間に直列に接続される第１トランジスタと、第１のトランジスタと並列に接続され、負荷への出力電流の一部を検出電流として引き込む第２のトランジスタと、出力電圧が所定の目標値となるように第１および第２トランジスタの制御電圧を生成する制御電圧生成手段と、第１の定電流を生成する第１の定電流源と、出力電圧に応じた可変電流を生成する可変電流源と、第１の定電流と可変電流との合算電流に応じた参照電圧を生成する第１の抵抗と、第２の定電流を生成する第２の定電流源と、第２の定電流と検出電流との合算電流に応じた検出電圧を生成する第２の抵抗と、参照電圧と検出電圧に応じて制御電圧にオフセットを与えるオフセット回路と、から構成された電源装置が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

上記の電源装置のうち、可変電流源は、出力電圧の低下に応じて可変電流を低減し、参照電圧および検出電圧は、第１および第２抵抗に各々流れる電流の低減に応じて電圧値が上昇する。オフセット回路は、検出電圧が参照電圧よりも高いときは、制御電圧にオフセットを与えることなく、逆に、検出電圧が参照電圧よりも低いときは、その差電圧の増大に応じて第１および第２トランジスタを閉じるように、制御電圧にオフセットを与える構成とされている。

特開２００７−２５７２２９号公報

しかしながら、上記の従来技術では、回路構成がハードウェアのみによるものであるため、回路構成が複雑になり、素子のもつ特性のバラツキ等を考慮すると安定的な動作が期待できないという問題がある。また、上記のように可変電流源により、設定値を可変するとしても、ハードウェアのみの構成であるために、自由度が低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、過電流保護の制御をデジタル制御あるいはメモリ機能を有した素子によって実行することにより、自由度が高く、安定した保護動作を実現できる過電流保護回路および過電流保護方法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、電源装置に搭載され、出力電流を抵抗により変換した電圧と任意の基準電圧とを比較器により比較して、過電流に対する保護動作を行う過電流保護回路であって、スイッチ素子の温度情報を取り込み、該取り込んだ温度情報対応するパラメータを出力する制御回路と、該パラメータを入力し、前記パラメータに対応した抵抗値を選定し、前記比較器に前記基準電圧を出力するデジタルポテンション回路と、前記比較器の出力信号に応じて、前記スイッチ素子の出力電流を減少させるような駆動信号を前記スイッチ素子に出力するドライブ回路と、を備えたことを特徴とする過電流保護回路を提案している。

この発明によれば、制御回路が、スイッチ素子の温度情報を取り込み、その取り込んだ温度情報対応するパラメータをデジタルポテンション回路に出力し、デジタルポテンション回路が、パラメータに対応した抵抗値を選定し、比較器に前記基準電圧を出力する。そして、ドライブ回路は、比較器の出力信号に応じて、スイッチ素子の出力電流を減少させるような駆動信号をスイッチ素子に出力する。したがって、デジタルデータで、過電流の保護動作をコントロールすることにより、自由度が高く、しかも安定した保護動作を実現できる。

（２）本発明は、電源装置に搭載され、出力電流を抵抗により変換した電圧と任意の基準電圧とを比較器により比較して、過電流に対する保護動作を行う過電流保護回路であって、抵抗値が重み付けされた複数の抵抗の一端が個々に接続されるとともに、スイッチ素子の温度情報を取り込み、前記複数の抵抗の中から該取り込んだ温度情報対応する抵抗を選択して、所定の電圧を印加する制御回路と、前記複数の抵抗の一端がともに接続され、前記比較器に前記基準電圧を出力する加算器と、前記加算器の出力信号に応じて、前記スイッチ素子の出力電流を減少させるような駆動信号を前記スイッチ素子に出力するドライブ回路と、を備えたことを特徴とする過電流保護回路を提案している。

この発明によれば、制御回路に抵抗値が重み付けされた複数の抵抗の一端が個々に接続され、スイッチ素子の温度情報を取り込んで、複数の抵抗の中から取り込んだ温度情報対応する抵抗を選択して、所定の電圧を印加する。複数の抵抗の一端は、加算器の入力端でともに接続され、比較器に基準電圧を出力する。そして、ドライブ回路が、加算器の出力信号に応じて、スイッチ素子の出力電流を減少させるような駆動信号をスイッチ素子に出力する。したがって、抵抗値が重み付けされた複数の抵抗の中から取り込んだ温度情報対応する抵抗を選択して、所定の電圧を印加することによって、過電流の保護動作をコントロールすることにより、自由度が高く、しかも安定した保護動作を実現できる。

（３）本発明は、電源装置に搭載され、出力電流を抵抗により変換した電圧と任意の基準電圧とを比較器により比較して、過電流に対する保護動作を行う過電流保護回路であって、スイッチ素子の温度情報を取り込むとともに、ＰＷＭ信号を出力し、該ＰＷＭ信号を微分器にて微分した電圧信号を取り込んで、該取り込んだ電圧信号が、前記温度情報対応する電圧値になるように前記ＰＷＭ信号のデューティー比を制御し、前記温度情報対応する電圧値を前記比較器に前記基準電圧として出力する制御回路と、前記比較器の出力信号に応じて、前記スイッチ素子の出力電流を減少させるような駆動信号を前記スイッチ素子に出力するドライブ回路と、を備えたことを特徴とする過電流保護回路を提案している。

この発明によれば、制御回路が、スイッチ素子の温度情報を取り込むとともに、ＰＷＭ信号を出力し、そのＰＷＭ信号を微分器にて微分した電圧信号を取り込んで、その取り込んだ電圧信号が、温度情報対応する電圧値になるようにＰＷＭ信号のデューティー比を制御して、温度情報対応する電圧値を比較器に基準電圧として出力する。そして、ドライブ回路が、比較器の出力信号に応じて、スイッチ素子の出力電流を減少させるような駆動信号をスイッチ素子に出力する。したがって、取り込んだ電圧信号が、温度情報対応する電圧値になるようにＰＷＭ信号のデューティー比を制御して、温度情報対応する電圧値を比較器に基準電圧として出力することで、過電流の保護動作をコントロールすることにより、自由度が高く、しかも安定した保護動作を実現できる。

（４）本発明は、ＰＷＭ信号によりスイッチ素子を制御する電源装置に搭載され、出力電流を抵抗により変換した電圧と任意の基準電圧とを比較器により比較して、過電流に対する保護動作を行う過電流保護回路であって、前記スイッチ素子の温度情報を取り込み、該取り込んだ温度情報対応するパラメータを出力する制御回路と、該パラメータを入力し、前記パラメータに対応した抵抗値を選定し、前記比較器に前記基準電圧を出力するデジタルポテンション回路と、前記比較器の出力信号に応じて、前記スイッチ素子のオン時間をマスクして、出力電流を減少させるような駆動信号を前記スイッチ素子に出力するドライブ回路と、を備えたことを特徴とする過電流保護回路を提案している。

この発明によれば、制御回路が、スイッチ素子の温度情報を取り込み、その取り込んだ温度情報対応するパラメータをデジタルポテンション回路に出力し、デジタルポテンション回路が、パラメータに対応した抵抗値を選定し、比較器に前記基準電圧を出力する。そして、ドライブ回路は、比較器の出力信号に応じて、スイッチ素子のオン時間をマスクして、出力電流を減少させるような駆動信号をスイッチ素子に出力する。したがって、デジタルデータで、過電流の保護動作をコントロールすることにより、自由度が高く、しかも安定した保護動作を実現できる。

（５）本発明は、ＰＷＭ信号によりスイッチ素子を制御する電源装置に搭載され、出力電流を抵抗により変換した電圧と任意の基準電圧とを比較器により比較して、過電流に対する保護動作を行う過電流保護回路であって、抵抗値が重み付けされた複数の抵抗の一端が個々に接続されるとともに、前記スイッチ素子の温度情報を取り込み、前記複数の抵抗の中から該取り込んだ温度情報対応する抵抗を選択して、所定の電圧を印加する制御回路と、前記複数の抵抗の一端がともに接続され、前記比較器に前記基準電圧を出力する加算器と、前記加算器の出力信号に応じて、前記スイッチ素子のオン時間をマスクして、出力電流を減少させるような駆動信号を前記スイッチ素子に出力するドライブ回路と、を備えたことを特徴とする過電流保護回路を提案している。

この発明によれば、制御回路に抵抗値が重み付けされた複数の抵抗の一端が個々に接続され、スイッチ素子の温度情報を取り込んで、複数の抵抗の中から取り込んだ温度情報対応する抵抗を選択して、所定の電圧を印加する。複数の抵抗の一端は、加算器の入力端でともに接続され、比較器に基準電圧を出力する。そして、ドライブ回路が、加算器の出力信号に応じて、スイッチ素子のオン時間をマスクして、出力電流を減少させるような駆動信号をスイッチ素子に出力する。したがって、抵抗値が重み付けされた複数の抵抗の中から取り込んだ温度情報対応する抵抗を選択して、所定の電圧を印加することによって、過電流の保護動作をコントロールすることにより、自由度が高く、しかも安定した保護動作を実現できる。

（６）本発明は、ＰＷＭ信号によりスイッチ素子を制御する電源装置に搭載され、出力電流を抵抗により変換した電圧と任意の基準電圧とを比較器により比較して、過電流に対する保護動作を行う過電流保護回路であって、前記スイッチ素子の温度情報を取り込むとともに、ＰＷＭ信号を出力し、該ＰＷＭ信号を微分器にて微分した電圧信号を取り込んで、該取り込んだ電圧信号が、前記温度情報対応する電圧値になるように前記ＰＷＭ信号のデューティー比を制御し、前記温度情報対応する電圧値を前記比較器に前記基準電圧として出力する制御回路と、前記比較器の出力信号に応じて、前記スイッチ素子のオン時間をマスクして、出力電流を減少させるような駆動信号を前記スイッチ素子に出力するドライブ回路と、を備えたことを特徴とする過電流保護回路を提案している。

この発明によれば、制御回路が、スイッチ素子の温度情報を取り込むとともに、ＰＷＭ信号を出力し、そのＰＷＭ信号を微分器にて微分した電圧信号を取り込んで、その取り込んだ電圧信号が、温度情報対応する電圧値になるようにＰＷＭ信号のデューティー比を制御して、温度情報対応する電圧値を比較器に前記基準電圧として出力する。そして、ドライブ回路が、比較器の出力信号に応じて、スイッチ素子のオン時間をマスクして、出力電流を減少させるような駆動信号をスイッチ素子に出力する。したがって、取り込んだ電圧信号が、温度情報対応する電圧値になるようにＰＷＭ信号のデューティー比を制御して、温度情報対応する電圧値を比較器に基準電圧として出力することで、過電流の保護動作をコントロールすることにより、自由度が高く、しかも安定した保護動作を実現できる。

（７）本発明は、（１）から（６）の過電流保護回路について、前記制御回路が、マイクロコンピュータにより構成されていることを特徴とする過電流保護回路を提案している。

この発明によれば、制御回路がマイクロコンピュータで構成されているため、簡単な構成で、精度の高い保護動作を実現することができる。また、本発明においては、検出した温度情報に基づいて、マイクロコンピュータから出力されるデジタル信号を外部回路において、アナログ信号に変換する構成となっているため、廉価なマイクロコンピュータで過電流保護回路を実現できるため、回路全体のコストダウンに寄与することができる。

（７）本発明は、電源装置において、過電流に対する保護動作を行う過電流保護方法であって、スイッチ素子の温度を検出する第１のステップと、該検出した温度が所定の温度範囲にある場合に、前記検出した温度に対応して、過電流検出のための閾値電圧を決定する第２のステップと、スイッチ素子の温度が所定の温度範囲よりも高い場合に、過温度検出カウンターをカウントアップする第３のステップと、前記過温度検出カウンターのカウント値が所定のカウント値よりも大きい場合に、スイッチ素子の駆動を停止する第４のステップと、前記過温度検出カウンターのカウント値が所定のカウント値よりも小さい場合に、スイッチ素子の駆動電流と過電流検出の閾値とを比較する第５のステップと、前記スイッチ素子の駆動電流が過電流検出の閾値よりも大きい場合に、過電流検出カウンターをカウントアップする第６のステップと、前記過電流検出カウンターのカウント値が所定のカウント値よりも大きい場合に、前記スイッチ素子の駆動を停止する第７のステップと、からなることを特徴とする過電流保護方法を提案している。

この発明によれば、スイッチ素子の温度を検出し、その検出した温度が所定の温度範囲にある場合に、検出した温度に対応して、過電流検出のための閾値電圧を決定する。次に、スイッチ素子の温度が所定の温度範囲よりも高い場合に、過温度検出カウンターをカウントアップし、過温度検出カウンターのカウント値が所定のカウント値よりも大きい場合に、スイッチ素子の駆動を停止する。一方、過温度検出カウンターのカウント値が所定のカウント値よりも小さい場合に、スイッチ素子の駆動電流と過電流検出の閾値とを比較し、スイッチ素子の駆動電流が過電流検出の閾値よりも大きい場合に、過電流検出カウンターをカウントアップして、過電流検出カウンターのカウント値が所定のカウント値よりも大きい場合に、スイッチ素子の駆動を停止する。したがって、ソフトウェアによって、過電流の保護動作をコントロールすることにより、自由度が高く、しかも安定した保護動作を実現できる

本発明によれば、マイクロコンピュータに代表されるデジタル制御あるいはメモリ機能を有した素子によって、過電流の保護動作をコントロールすることにより、過電流検出の閾値を動的に設定することができるという効果がある。また、過電流検出の閾値を動的に設定することができるため、最悪の条件を考慮して、スイッチ素子等を選定する制約が緩くなり、電源装置全体のコストダウンと信頼性の向上を両立できるという効果がある。また、本発明において、マイクロコンピュータを用いて過電流保護動作を行う場合、検出した温度情報に基づいて、マイクロコンピュータから出力されるデジタル信号を外部回路において、アナログ信号に変換する構成となっているため、廉価なマイクロコンピュータで過電流保護回路を実現できるため、回路全体のコストダウンに寄与することができる。

本発明の第１の実施形態に係る過電流保護回路を備えた電源装置の構成を示す図である。本発明の第１の実施形態に係る過電流保護回路の構成を示す図である。本発明の第１の実施形態の変形例に係る過電流保護回路の構成を示す図である。本発明の第１の実施形態の変形例に係る過電流保護回路の構成を示す図である。本発明の第２の実施形態に係る過電流保護回路を備えた電源装置の構成を示す図である。本発明の第２の実施形態に係る過電流保護回路の構成を示す図である。本発明の第２の実施形態の変形例に係る過電流保護回路の構成を示す図である。本発明の第２の実施形態の変形例に係る過電流保護回路の構成を示す図である。本発明の過電流保護回路における処理フローである。本発明の過電流保護回路における処理フローである。

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＞
以下、図１から図４および図９、図１０を用いて、本発明の第１の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明においては、制御回路としてマイクロコンピュータを例示して、説明するが、これに限るものではない。

＜電源装置の構成＞
本実施形態に係る電源装置は、図１に示すように、ＣＰＵ１０１と、積分回路１０２と、ＰＷＭ生成回路１０３と、ゲートドライブ回路１０４と、温度センサ１０５と、出力電流検出部１０６と、加算回路１０７と、ＣＰＵ１０１とともに過電流を制御するブロックを形成する可変電圧出力回路２００と比較器３００と、ブリッジ回路を形成するスイッチ素子Ｑ１、スイッチ素子Ｑ２、コンデンサＣ１、コンデンサＣ２と、整流回路を形成するトランスＴ２、ダイオードＤ１、ダイオードＤ２、コンデンサＣ３と、出力電流を取り出すトランスＴ１とから構成されている。

積分回路１０２は、ＣＰＵ１０１から出力される矩形波状の信号を積分して三角波状の信号を生成し、ＰＷＭ生成回路１０３に出力する。ＰＷＭ生成回路１０３は、積分回路１０２から入力した三角波状の信号と加算回路１０７からの入力電圧に基づいて、ＰＷＭ信号を生成し、ゲートドライブ回路１０４に出力する。ゲートドライブ回路１０４は、入力したＰＷＭ信号に基づいて、ブリッジ回路を形成するスイッチ素子Ｑ１およびスイッチ素子Ｑ２のゲートにドライブ信号を供給する。

温度センサ１０５は、スイッチ素子Ｑ１の近傍に配置され、スイッチ素子Ｑ１の温度を測定し、その情報をデジタル信号に変換してＣＰＵ１０１のＡ／Ｄ変換ポートに入力する。出力電流検出部１０６は、トランスＴ１の２次側から出力電流を検出し、検出した電流値に対応した電圧を比較器３００に入力する。

ＣＰＵ１０１は、Ａ／Ｄ変換ポートから入力した値に応じたパラメータ等をＩＯ出力から可変電圧出力回路２００に供給する。可変電圧出力回路２００は、入力したパラメータに基づいて電圧を発生させ、これを比較器３００に供給する。比較器３００は、入力した電圧値を基準電圧として、出力電流検出部１０６から入力した電圧値と比較し、その比較結果を加算回路１０７に出力する。

加算回路１０７は、比較器３００の比較結果とＣＰＵ１０１のＤ／Ａ出力から与えられる制御目標値および出力側からフィードバックされる出力電圧とを加算して、ＰＷＭ生成回路１０３に出力する。

＜過電流保護回路の構成＞
図２に示すように、本実施形態に係る過電流保護回路およびその周辺回路は、ＣＰＵ１０１と、積分回路１０２を形成するオペアンプＩＣ１、コンデンサＣ１０、抵抗Ｒ１０と、ＰＷＭ生成回路１０３と加算回路１０７の機能をなすオペアンプＩＣ２と、ゲートドライブ回路１０４と、温度センサ１０５であるサーミスタＴＨ１と抵抗Ｒ１３と、出力電流検出部１０６である抵抗Ｒ１２と、可変電圧出力回路２００であるデジタルポテンションメータ２０１と、比較器３００であるオペアンプＩＣ３とから構成されている。

サーミスタＴＨ１は、スイッチ素子Ｑ１の温度によって、その抵抗値が変化する。その結果、抵抗Ｒ１３と構成される分圧回路の分圧値が変化する。これにより、スイッチ素子Ｑ１の温度を電圧値に変換して検出することができる。この分圧値は、ＣＰＵ１０１のＡ／Ｄ変換端子に入力される。

ＣＰＵ１０１は、Ａ／Ｄ変換端子に入力された電圧値に対応したパラメータを可変電圧出力回路２００であるデジタルポテンションメータ２０１に出力する。デジタルポテンションメータ２０１は、分圧器であり、入力されるパラメータに応じた分圧値を出力する。この出力される電圧が比較器３００であるオペアンプＩＣ３の基準電圧となり、オペアンプＩＣ３のマイナス端子に入力される。一方、オペアンプＩＣ３のプラス端子には、スイッチ素子Ｑ１の出力電流を抵抗Ｒ１２で変換した電圧が入力される。オペアンプＩＣ３は、上記の基準電圧と出力電流を変換した電圧とを比較し、その差分値を加算回路１０７であるオペアンプＩＣ２のマイナス端子入力抵抗Ｒ１１に出力する。

積分回路１０２を構成するオペアンプＩＣ１とコンデンサＣ１０は、ＣＰＵ１０１のキャリア端子から出力される矩形波状の信号を積分して、三角波状の信号を生成し、加算回路１０７であるオペアンプＩＣ２のマイナス端子入力抵抗Ｒ１１に出力する。一方、加算回路１０７であるオペアンプＩＣ２のプラス端子には、ＣＰＵ１０１のＤ／Ａ出力端子から出力される目標値に相当する電圧が入力される。そのため、加算回路１０７であるオペアンプＩＣ２の出力端子からは、積分回路１０２が出力する三角波状の信号に対して、オペアンプＩＣ３の出力電圧とＣＰＵ１０１のＤ／Ａ出力端子から出力される目標値に相当する電圧との差分に相当する電圧でオフセットされた信号がゲートドライブ回路１０４に入力される。ゲートドライブ回路１０４は、オペアンプＩＣ２から入力された信号に基づいて、ドライブ信号を生成し、スイッチ素子Ｑ１を駆動する。

したがって、本実施形態における過電流保護回路によれば、スイッチ素子Ｑ１の温度に応じて、能動的にオフセット電圧を変化させて適切な保護動作を実行することができる。また、デジタルポテンションメータを用いて、ソフトウェアによって、過電流の保護動作をコントロールすることから、自由度が高く、安定した保護動作を実現することができる。

＜過電流保護回路の第１の変形例＞
本変形例に係る過電流保護回路および周辺回路は、図３に示すように、ＣＰＵ１０１と、積分回路１０２を形成するオペアンプＩＣ１、コンデンサＣ１０、抵抗Ｒ１０と、加算回路１０７の機能をなすオペアンプＩＣ２と、ゲートドライブ回路１０４と、温度センサであるサーミスタＴＨ１、抵抗Ｒ１３と、出力電流検出部１０６である抵抗Ｒ１２と、可変電圧出力回路２００を形成する抵抗Ｒ１４、Ｒ１５、Ｒ１６、Ｒ１７、Ｒ１８、Ｒ１９、オペアンプＩＣ４、オペアンプＩＣ５とからなる回路群２０２と、比較器３００であるオペアンプＩＣ３とから構成されている。なお、可変電圧出力回路２００を形成する回路群２０２以外の構成は、上記実施形態における過電流保護回路と同様であるため、その詳細な説明は省略する。

可変電圧出力回路２００を形成する回路群２０２は、抵抗値が重みづけされ、各抵抗Ｒ１４、Ｒ１５、Ｒ１６の一端がＣＰＵ１０１の出力ポートに接続され、他端がともにオペアンプＩＣ４のマイナス入力端に接続された反転増幅器と、Ｒ１８を入力抵抗とし、フィードバック抵抗をＲ１９とした反転増幅器とから構成されている。

サーミスタＴＨ１と抵抗Ｒ１３とにより構成される分圧回路の分圧値は、ＣＰＵ１０１のＡ／Ｄ変換端子に入力される。ＣＰＵ１０１は、Ａ／Ｄ変換端子に入力された電圧値に対応した出力ポートを選択し、所望の電圧を出力する。なお、選択する出力ポートは、複数であってもよい。

出力ポートが選択され、電圧が与えられると、選択された出力ポートに接続された抵抗の抵抗値（複数の場合は、それらの並列値）とフィードバック抵抗Ｒ１７の抵抗値で定まるゲインで増幅され、さらに、オペアンプＩＣ５、抵抗Ｒ１８、Ｒ１９とからなる反転増幅器で反転され、比較器３００であるオペアンプＩＣ３の基準電圧となる。

したがって、本実施形態における過電流保護回路によれば、スイッチ素子Ｑ１の温度に応じて、能動的にオフセット電圧を変化させて適切な保護動作を実行することができる。また、ＣＰＵの出力ポートに接続され、抵抗値が重みづけされた抵抗値をソフトウェアによって選択することにより、過電流の保護動作をコントロールすることから、自由度が高く、安定した保護動作を実現することができる。

＜過電流保護回路の第２の変形例＞
本変形例に係る過電流保護回路および周辺回路は、図４に示すように、ＣＰＵ１０１と、積分回路１０２を形成するオペアンプＩＣ１、コンデンサＣ１０、抵抗Ｒ１０と、加算回路１０７の機能をなすオペアンプＩＣ２と、ゲートドライブ回路１０４と、温度センサであるサーミスタＴＨ１、抵抗Ｒ１３と、出力電流検出部１０６である抵抗Ｒ１２と、可変電圧出力回路２００を形成する抵抗Ｒ２０、コンデンサＣ１１と、オペアンプＩＣ６とからなる回路群２０３と、比較器３００であるオペアンプＩＣ３とから構成されている。なお、可変電圧出力回路２００を形成する回路群２０３以外の構成は、上記実施形態における過電流保護回路と同様であるため、その詳細な説明は省略する。

可変電圧出力回路２００を形成する回路群２０３は、抵抗Ｒ２０とコンデンサＣ１１およびオペアンプＩＣ６とにより、微分回路で構成されている。

サーミスタＴＨ１と抵抗Ｒ１３とにより構成される分圧回路の分圧値は、ＣＰＵ１０１のＡ／Ｄ変換端子に入力される。ＣＰＵ１０１は、Ａ／Ｄ変換端子に入力された電圧値に対応したデューティのＰＷＭ信号をＡ／Ｄ出力ポートから出力する。

Ａ／Ｄ出力ポートから出力されたＰＷＭ信号は、微分回路で構成される可変電圧出力回路２００に入力され、直流電圧に変換される。この電圧が、比較器３００であるオペアンプＩＣ３の基準電圧となる。

したがって、本実施形態における過電流保護回路によれば、スイッチ素子Ｑ１の温度に応じて、能動的にオフセット電圧を変化させて適切な保護動作を実行することができる。また、ＣＰＵから出力されるＰＷＭ信号により、比較器の基準電圧を生成することにより、過電流の保護動作をコントロールすることから、自由度が高く、安定した保護動作を実現することができる。

＜過電流保護回路の動作＞
図９および図１０を用いて、本実施形態に係る過電流保護回路の動作について、詳細に説明する。なお、ＣＰＵ１０１には、過温度カウンターと過電流カウンターとが内蔵されている。

まず、ＣＰＵ１０１は、スイッチ素子Ｑ１およびＱ２が駆動中であるか否かを確認し（ステップＳ１０１）、スイッチ素子Ｑ１およびＱ２が駆動中でない場合には、過温度カウンターに「０」をセットする（ステップＳ１０１の「Ｎｏ」）。一方で、スイッチ素子Ｑ１およびＱ２が駆動中である場合には、スイッチ素子の温度がＸ１以上であるか否かを確認する（ステップＳ１０２）。

スイッチ素子の温度がＸ１以下である場合（ステップＳ１０２の「Ｙｅｓ」）には、過電流検出の閾値をＹ１とするように、可変電圧出力回路２００にパラメータを出力する、あるいは、第１の変形例の場合には、所望の抵抗値の組み合わせを選択し、対応する出力ポートから電圧を出力する。また、第２の変形例の場合には、所望のＰＷＭ信号を出力し、（ステップＳ１０３）過温度検出カウンターに「０」をセットする（ステップＳ１１６）。

スイッチ素子の温度がＸ１以上である場合（ステップＳ１０２の「Ｎｏ」）には、スイッチ素子の温度がＸ１よりも高く、かつ、Ｘ２以下であるか否かを確認する（ステップＳ１０４）。スイッチ素子の温度がＸ１よりも高く、かつ、Ｘ２以下である場合（ステップＳ１０４の「Ｙｅｓ」）には、ステップＳ１０３と同様の処理で、過電流検出の閾値をＹ２とする処理を行い（ステップＳ１０５）、過温度検出カウンターに「０」をセットする（ステップＳ１１６）。

スイッチ素子の温度がＸ１よりも高く、かつ、Ｘ２以下でない場合（ステップＳ１０４の「Ｎｏ」）には、スイッチ素子の温度がＸ２よりも高く、かつ、Ｘ３以下であるか否かを確認する（ステップＳ１０６）。スイッチ素子の温度がＸ２よりも高く、かつ、Ｘ３以下である場合（ステップＳ１０６の「Ｙｅｓ」）には、ステップＳ１０３と同様の処理で、過電流検出の閾値をＹ３とする処理を行い（ステップＳ１０７）、過温度検出カウンターに「０」をセットする（ステップＳ１１６）。

スイッチ素子の温度がＸ２よりも高く、かつ、Ｘ３以下でない場合（ステップＳ１０６の「Ｎｏ」）には、スイッチ素子の温度がＸ３よりも高く、かつ、Ｘ４以下であるか否かを確認する（ステップＳ１０８）。スイッチ素子の温度がＸ３よりも高く、かつ、Ｘ４以下である場合（ステップＳ１０８の「Ｙｅｓ」）には、ステップＳ１０３と同様の処理で、過電流検出の閾値をＹ４とする処理を行い（ステップＳ１０９）、過温度検出カウンターに「０」をセットする（ステップＳ１１６）。

スイッチ素子の温度がＸ３よりも高く、かつ、Ｘ４以下でない場合（ステップＳ１０８の「Ｎｏ」）には、スイッチ素子の温度がＸ４よりも高く、かつ、Ｘ５以下であるか否かを確認する（ステップＳ１１０）。スイッチ素子の温度がＸ４よりも高く、かつ、Ｘ５以下である場合（ステップＳ１１０の「Ｙｅｓ」）には、ステップＳ１０３と同様の処理で、過電流検出の閾値をＹ５とする処理を行い（ステップＳ１１１）、過温度検出カウンターに「０」をセットする（ステップＳ１１６）。

スイッチ素子の温度がＸ４よりも高く、かつ、Ｘ５以下でない場合（ステップＳ１１０の「Ｎｏ」）には、スイッチ素子の温度がＸ５よりも高く、かつ、Ｘ６以下であるか否かを確認する（ステップＳ１１２）。スイッチ素子の温度がＸ５よりも高く、かつ、Ｘ６以下である場合（ステップＳ１１２の「Ｙｅｓ」）には、ステップＳ１０３と同様の処理で、過電流検出の閾値をＹ６とする処理を行い（ステップＳ１１３）、過温度検出カウンターに「０」をセットする（ステップＳ１１６）。

スイッチ素子の温度がＸ５よりも高く、かつ、Ｘ６以下でない場合（ステップＳ１１２の「Ｎｏ」）には、スイッチ素子の温度がＸ６よりも高く、かつ、Ｘ７以下であるか否かを確認する（ステップＳ１１４）。スイッチ素子の温度がＸ６よりも高く、かつ、Ｘ７以下である場合（ステップＳ１１４の「Ｙｅｓ」）には、ステップＳ１０３と同様の処理で、過電流検出の閾値をＹ７とする処理を行い（ステップＳ１１５）、過温度検出カウンターに「０」をセットする（ステップＳ１１６）。

スイッチ素子の温度がＸ８よりも高い場合（ステップＳ１１７）、過温度検出カウンターをカウントアップする（ステップＳ１１８）。そして、過温度検出カウンターのカウント値がＺ１よりも大きいか否かを確認し（ステップＳ１１９）、過温度検出カウンターのカウント値がＺ１よりも大きい場合（ステップＳ１１９の「Ｙｅｓ」）には、スイッチ素子の駆動を一定期間停止し（ステップＳ１２４）、スタートに戻る。

一方で、過温度検出カウンターのカウント値がＺ１よりも小さい場合（ステップＳ１１９の「Ｎｏ」）には、スイッチ素子の駆動電流が過電流検出の閾値よりも大きいか否かを確認し（ステップＳ１２０）、スイッチ素子の駆動電流が過電流検出の閾値よりも小さい場合（ステップＳ１２０の「Ｎｏ」）には、過電流カウンターに「０」をセットする（ステップＳ１２１）。

他方、スイッチ素子の駆動電流が過電流検出の閾値よりも大きい場合（ステップＳ１２０の「Ｙｅｓ」）には、過電流カウンターをカウントアップする（ステップＳ１２２）。そして、過電流カウンターのカウント値がＷ１よりも大きいか否かを確認（ステップＳ１２３）し、過電流カウンターのカウント値がＷ１よりも大きい場合（ステップＳ１２３の「Ｙｅｓ」）には、スイッチ素子の駆動を一定期間停止し（ステップＳ１２４）、スタートに戻る。一方、過電流カウンターのカウント値がＷ１よりも小さい場合（ステップＳ１２３の「Ｎｏ」）には、そのまま、スタートに戻る。

したがって、本実施形態によれば、ソフトウェアによって、過電流の保護動作をコントロールすることにより、過電流検出の閾値を動的に設定することができ、また、過電流検出の閾値を動的に設定することができるため、最悪の条件を考慮して、スイッチ素子等を選定する制約が緩くなり、電源装置全体のコストダウンと信頼性の向上を両立できる。

＜第２の実施形態＞
以下、図５から図８を用いて、本発明の第２の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明においては、制御回路としてマイクロコンピュータを例示して、説明するが、これに限るものではない。

＜電源装置の構成＞
本実施形態に係る電源装置は、図５に示すように、ＣＰＵ１０１と、ゲートドライブ回路１０４と、温度センサ１０５と、出力電流検出部１０６と、ＣＰＵ１０１とともに過電流を制御するブロックを形成する可変電圧出力回路２００と比較器３００と、ＡＮＤ回路ＩＣ１０１、ＩＣ１０２と、ブリッジ回路を形成するスイッチ素子Ｑ１、スイッチ素子Ｑ２、コンデンサＣ１、コンデンサＣ２と、整流回路を形成するトランスＴ２、ダイオードＤ１、ダイオードＤ２、コンデンサＣ３と、出力電流を取り出すトランスＴ１とから構成されている。なお、第１の実施形態と同一の符号を付す構成要素については、同様の機能を奏することからその詳細な説明は、省略する。

ＣＰＵ１０１は、Ａ／Ｄ変換ポートから入力した値に応じたパラメータ等をＩＯ出力から可変電圧出力回路２００に供給する。可変電圧出力回路２００は、入力したパラメータに基づいて電圧を発生させ、これを比較器３００に供給する。比較器３００は、入力した電圧値を基準電圧として、出力電流検出部１０６から入力した電圧値と比較し、その比較結果をＡＮＤ回路ＩＣ１０１、ＩＣ１０２に出力する。

ＡＮＤ回路ＩＣ１０１、ＩＣ１０２のもう一方の端子には、ＣＰＵ１０１のＰＷＭ出力端子からそれぞれＰＷＭ信号が入力され、このＰＷＭ信号と比較器３００からの出力信号のＡＮＤ演算が行われ、過電流時には、比較器３００からの出力信号によりスイッチ素子のオン時間を間引くことにより、過電流を抑制する。

＜過電流保護回路の構成＞
図６に示すように、本実施形態に係る過電流保護回路およびその周辺回路は、ＣＰＵ１０１と、ゲートドライブ回路１０４と、温度センサ１０５であるサーミスタＴＨ１と抵抗Ｒ１３と、出力電流検出部１０６である抵抗Ｒ１２と、可変電圧出力回路２００であるデジタルポテンションメータ２０１と、比較器３００であるオペアンプＩＣ３と、ＡＮＤ回路ＩＣ１０１とから構成されている。

ＣＰＵ１０１は、Ａ／Ｄ変換端子に入力された電圧値に対応したパラメータを可変電圧出力回路２００であるデジタルポテンションメータ２０１に出力する。デジタルポテンションメータ２０１は、分圧器であり、入力されるパラメータに応じた分圧値を出力する。この出力される電圧が比較器３００であるオペアンプＩＣ３の基準電圧となり、オペアンプＩＣ３のマイナス端子に入力される。一方、オペアンプＩＣ３のプラス端子は、ＡＮＤ回路ＩＣ１０１の入力端子に接続されている。また、ＡＮＤ回路ＩＣ１０１のもう一方の入力端子には、ＣＰＵ１０１のＰＷＭ出力端子からＰＷＭ信号が入力されている。

このＰＷＭ信号と比較器３００からの出力信号のＡＮＤ演算が行われ、過電流時には、比較器３００からの出力信号によりスイッチ素子のオン時間を間引くような信号がゲートドライブ回路１０４に入力される。ゲートドライブ回路１０４は、ＡＮＤ回路ＩＣ１０１から入力された信号に基づいて、ドライブ信号を生成し、スイッチ素子Ｑ１を駆動する。これにより、結果的に、過電流を抑制する。

＜過電流保護回路の第１の変形例＞
本変形例に係る過電流保護回路および周辺回路は、図７に示すように、ＣＰＵ１０１と、ゲートドライブ回路１０４と、温度センサであるサーミスタＴＨ１、抵抗Ｒ１３と、出力電流検出部１０６である抵抗Ｒ１２と、可変電圧出力回路２００を形成する抵抗Ｒ１４、Ｒ１５、Ｒ１６、Ｒ１７、Ｒ１８、Ｒ１９、オペアンプＩＣ４、オペアンプＩＣ５とからなる回路群２０２と、比較器３００であるオペアンプＩＣ３と、ＡＮＤ回路ＩＣ１０１とから構成されている。なお、可変電圧出力回路２００を形成する回路群２０２以外の構成は、上記実施形態における過電流保護回路と同様であるため、その詳細な説明は省略する。

＜過電流保護回路の第２の変形例＞
本変形例に係る過電流保護回路および周辺回路は、図８に示すように、ＣＰＵ１０１と、ゲートドライブ回路１０４と、温度センサであるサーミスタＴＨ１、抵抗Ｒ１３と、出力電流検出部１０６である抵抗Ｒ１２と、可変電圧出力回路２００を形成する抵抗Ｒ２０、コンデンサＣ１１と、オペアンプＩＣ６とからなる回路群２０３と、比較器３００であるオペアンプＩＣ３と、ＡＮＤ回路ＩＣ１０１とから構成されている。なお、可変電圧出力回路２００を形成する回路群２０３以外の構成は、上記実施形態における過電流保護回路と同様であるため、その詳細な説明は省略する。

＜応用例＞
上記実施形態では、単独の電源装置における過電流保護回路について、説明したが、例えば、図１に示すような電源装置を直列に接続したシステムや並列に接続したシステムにおいても本発明を適用することができる。

つまり、従来の電源装置では、例えば、直列接続を行った場合、短絡保護字時に片側に負荷が偏り、これにより、正常に定格を出力することができないという問題があった。しかしながら、本発明においては、検出した温度情報に対して、各電源装置における過電流保護のばらつきが生じない精度の高い制御を実行できることから、複数の電源装置が接続された場合においても、相互の電源装置間での負荷の偏りが発生しない。

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。例えば、本実施形態においては、制御回路の一例として、マイクロコンピュータを例示して説明したが、これに限らず、ＤＳＰ（ＤｉｇｉｔａｌＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＣＰＬＤ（ＣｏｍｐｌｅｘＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＬｏｇｉｃＤｅｖｉｃｅ）、ＦＰＧＡ（ＦｉｅｌｄＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＧａｔｅＡｒｒａｙ）等のデジタル回路にも利用することも可能である。

１０１；ＣＰＵ
１０２；積分回路
１０３；ＰＷＭ生成回路
１０４；ゲートドライブ回路
１０５；温度センサ
１０６；出力電流検出部
１０７；加算回路
２００；可変電圧出力回路
２０１；可変電圧出力回路
２０２；可変電圧出力回路
２０３；可変電圧出力回路
３００；比較器
Ｃ１；コンデンサ
Ｃ２；コンデンサ
Ｃ３；コンデンサ
Ｃ１０；コンデンサ
Ｃ１１；コンデンサ
Ｄ１；ダイオード
Ｄ２；ダイオード
ＩＣ１；オペアンプ
ＩＣ２；オペアンプ
ＩＣ３；オペアンプ
ＩＣ４；オペアンプ
ＩＣ５；オペアンプ
ＩＣ６；オペアンプ
Ｑ１；スイッチ素子
Ｑ２；スイッチ素子
Ｒ１０；抵抗
Ｒ１１；抵抗
Ｒ１２；抵抗
Ｒ１３；抵抗
Ｒ１４；抵抗
Ｒ１５；抵抗
Ｒ１６；抵抗
Ｒ１７；フィードバック抵抗
Ｒ１８；入力抵抗
Ｒ１９；フィードバック抵抗
Ｒ２０；抵抗
Ｔ１；トランス
Ｔ２；トランス

Claims

電源装置に搭載され、出力電流を抵抗により変換した電圧と任意の基準電圧とを比較器により比較して、過電流に対する保護動作を行う過電流保護回路であって、
スイッチ素子の温度情報を取り込み、該取り込んだ温度情報対応するパラメータを出力する制御回路と、
該パラメータを入力し、前記パラメータに対応した抵抗値を選定し、前記比較器に前記基準電圧を出力するデジタルポテンション回路と、
前記比較器の出力信号に応じて、前記スイッチ素子の出力電流を減少させるような駆動信号を前記スイッチ素子に出力するドライブ回路と、
を備えたことを特徴とする過電流保護回路。
電源装置に搭載され、出力電流を抵抗により変換した電圧と任意の基準電圧とを比較器により比較して、過電流に対する保護動作を行う過電流保護回路であって、
抵抗値が重み付けされた複数の抵抗の一端が個々に接続されるとともに、スイッチ素子の温度情報を取り込み、前記複数の抵抗の中から該取り込んだ温度情報対応する抵抗を選択して、所定の電圧を印加する制御回路と、
前記複数の抵抗の一端がともに接続され、前記比較器に前記基準電圧を出力する加算器と、
前記加算器の出力信号に応じて、前記スイッチ素子の出力電流を減少させるような駆動信号を前記スイッチ素子に出力するドライブ回路と、
を備えたことを特徴とする過電流保護回路。
電源装置に搭載され、出力電流を抵抗により変換した電圧と任意の基準電圧とを比較器により比較して、過電流に対する保護動作を行う過電流保護回路であって、
スイッチ素子の温度情報を取り込むとともに、ＰＷＭ信号を出力し、該ＰＷＭ信号を微分器にて微分した電圧信号を取り込んで、該取り込んだ電圧信号が、前記温度情報対応する電圧値になるように前記ＰＷＭ信号のデューティー比を制御し、前記温度情報対応する電圧値を前記比較器に前記基準電圧として出力する制御回路と、
前記比較器の出力信号に応じて、前記スイッチ素子の出力電流を減少させるような駆動信号を前記スイッチ素子に出力するドライブ回路と、
を備えたことを特徴とする過電流保護回路。
ＰＷＭ信号によりスイッチ素子を制御する電源装置に搭載され、出力電流を抵抗により変換した電圧と任意の基準電圧とを比較器により比較して、過電流に対する保護動作を行う過電流保護回路であって、
前記スイッチ素子の温度情報を取り込み、該取り込んだ温度情報対応するパラメータを出力する制御回路と、
該パラメータを入力し、前記パラメータに対応した抵抗値を選定し、前記比較器に前記基準電圧を出力するデジタルポテンション回路と、
前記比較器の出力信号に応じて、前記スイッチ素子のオン時間をマスクして、出力電流を減少させるような駆動信号を前記スイッチ素子に出力するドライブ回路と、
を備えたことを特徴とする過電流保護回路。
ＰＷＭ信号によりスイッチ素子を制御する電源装置に搭載され、出力電流を抵抗により変換した電圧と任意の基準電圧とを比較器により比較して、過電流に対する保護動作を行う過電流保護回路であって、
抵抗値が重み付けされた複数の抵抗の一端が個々に接続されるとともに、前記スイッチ素子の温度情報を取り込み、前記複数の抵抗の中から該取り込んだ温度情報対応する抵抗を選択して、所定の電圧を印加する制御回路と、
前記複数の抵抗の一端がともに接続され、前記比較器に前記基準電圧を出力する加算器と、
前記加算器の出力信号に応じて、前記スイッチ素子のオン時間をマスクして、出力電流を減少させるような駆動信号を前記スイッチ素子に出力するドライブ回路と、
を備えたことを特徴とする過電流保護回路。
ＰＷＭ信号によりスイッチ素子を制御する電源装置に搭載され、出力電流を抵抗により変換した電圧と任意の基準電圧とを比較器により比較して、過電流に対する保護動作を行う過電流保護回路であって、
前記スイッチ素子の温度情報を取り込むとともに、ＰＷＭ信号を出力し、該ＰＷＭ信号を微分器にて微分した電圧信号を取り込んで、該取り込んだ電圧信号が、前記温度情報対応する電圧値になるように前記ＰＷＭ信号のデューティー比を制御し、前記温度情報対応する電圧値を前記比較器に前記基準電圧として出力する制御回路と、
前記比較器の出力信号に応じて、前記スイッチ素子のオン時間をマスクして、出力電流を減少させるような駆動信号を前記スイッチ素子に出力するドライブ回路と、
を備えたことを特徴とする過電流保護回路。
前記制御回路が、マイクロコンピュータにより構成されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の過電流保護回路。
電源装置において、過電流に対する保護動作を行う過電流保護方法であって、
スイッチ素子の温度を検出する第１のステップと、
該検出した温度が所定の温度範囲にある場合に、前記検出した温度に対応して、過電流検出のための閾値電圧を決定する第２のステップと、
スイッチ素子の温度が所定の温度範囲よりも高い場合に、過温度検出カウンターをカウントアップする第３のステップと、
前記過温度検出カウンターのカウント値が所定のカウント値よりも大きい場合に、スイッチ素子の駆動を停止する第４のステップと、
前記過温度検出カウンターのカウント値が所定のカウント値よりも小さい場合に、スイッチ素子の駆動電流と過電流検出の閾値とを比較する第５のステップと、
前記スイッチ素子の駆動電流が過電流検出の閾値よりも大きい場合に、過電流検出カウンターをカウントアップする第６のステップと、
前記過電流検出カウンターのカウント値が所定のカウント値よりも大きい場合に、前記スイッチ素子の駆動を停止する第７のステップと、
からなることを特徴とする過電流保護方法。