JP2013106331A - Switching circuit and power supply unit - Google Patents

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Takuya Yoshinari
拓家 吉成
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Koki Holdings Co Ltd
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Hitachi Koki Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a switching circuit capable of restraining a semiconductor switch from being broken.SOLUTION: A power supply unit 1 includes: a main FET 131 that is disposed in a current path and can be turned on and off; a control section 19 that allows the main FET 131 to execute on and off operations; a first thermister 134 that detects temperatures of the main FET 131; and a sub FET 132 that is disposed in parallel to the main FET 131 in the current path to execute on and off operations. The control section 19, when a temperature of the main FET 131 exceeds a predetermined temperature, switches the FET that executes on and off operations from the main FET 131 to the sub FET 132.

Description

本発明は、スイッチング回路に関する。   The present invention relates to a switching circuit.

従来より、電流路に配置された半導体スイッチを高速スイッチングさせることにより直流電力を交流電力に変換するスイッチング回路が知られている。特許文献１に記載の発明では、半導体スイッチが故障した場合のバックアップのために、電流路に複数の半導体スイッチを配置している（例えば、特許文献１参照）。   2. Description of the Related Art Conventionally, a switching circuit that converts DC power into AC power by switching a semiconductor switch arranged in a current path at high speed is known. In the invention described in Patent Document 1, a plurality of semiconductor switches are arranged in a current path for backup when a semiconductor switch fails (see, for example, Patent Document 1).

特開２００８−１６０９５２号公報JP 2008-160952 A

本発明は、半導体スイッチが故障することを抑制することのできるスイッチング回路を提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the switching circuit which can suppress that a semiconductor switch fails.

上記目的を達成するために、本発明は、電流路内に配置されオン・オフ動作可能なメイン半導体スイッチと、前記メイン半導体スイッチにオン・オフ動作を行わせる制御部と、を備えたスイッチング回路であって、前記メイン半導体スイッチの温度を検出する第１温度検出部と、前記電流路内において前記メイン半導体スイッチと並列に配置されオン・オフ動作可能なサブ半導体スイッチと、を更に備え、前記制御部は、前記メイン半導体スイッチの温度が所定温度を超えた場合に、前記オン・オフ動作を行わせる半導体スイッチを前記メイン半導体スイッチから前記サブ半導体スイッチに切り替えることを特徴とするスイッチング回路を提供している。   In order to achieve the above object, the present invention provides a switching circuit comprising a main semiconductor switch arranged in a current path and capable of on / off operation, and a control unit for causing the main semiconductor switch to perform on / off operation. A first temperature detection unit for detecting the temperature of the main semiconductor switch; and a sub semiconductor switch arranged in parallel with the main semiconductor switch in the current path and capable of on / off operation, The control unit provides a switching circuit characterized in that when the temperature of the main semiconductor switch exceeds a predetermined temperature, the semiconductor switch for performing the on / off operation is switched from the main semiconductor switch to the sub semiconductor switch. doing.

このような構成によれば、メイン半導体スイッチが温度上昇により故障することを抑制することができる。   According to such a configuration, it is possible to suppress the failure of the main semiconductor switch due to the temperature rise.

また、本発明のスイッチング回路は、前記サブ半導体スイッチの温度を検出する第２温度検出部を更に備え、前記制御部は、前記サブ半導体スイッチの温度が所定温度を超えた場合に、前記オン・オフ動作を行わせる半導体スイッチを前記サブ半導体スイッチから前記メイン半導体スイッチに切り替えることが好ましい。   The switching circuit of the present invention further includes a second temperature detection unit that detects a temperature of the sub semiconductor switch, and the control unit is configured to turn on / off the sub semiconductor switch when the temperature of the sub semiconductor switch exceeds a predetermined temperature. It is preferable to switch the semiconductor switch to be turned off from the sub semiconductor switch to the main semiconductor switch.

このような構成によれば、サブ半導体スイッチが温度上昇により故障することを抑制することができる。   According to such a configuration, it is possible to suppress the failure of the sub semiconductor switch due to the temperature rise.

また、本発明のスイッチング回路は、交流電力の電圧を変圧する変圧回路を更に備え、前記メイン半導体スイッチ及び前記サブ半導体スイッチは、前記オン・オフ動作を行うことにより直流電力を交流電力に変換し、前記変圧回路は、前記メイン半導体スイッチ及び前記サブ半導体スイッチにより変換された交流電力の電圧を変圧することが好ましい。   The switching circuit of the present invention further includes a transformer circuit that transforms the voltage of AC power, and the main semiconductor switch and the sub-semiconductor switch convert the DC power to AC power by performing the on / off operation. The transformer circuit preferably transforms the voltage of the AC power converted by the main semiconductor switch and the sub semiconductor switch.

また、本発明のスイッチング回路は、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路を更に備え、前記メイン半導体スイッチ及び前記サブ半導体スイッチは、前記インバータ回路の一部として、前記オン・オフ動作を行うことにより直流電力を交流電力に変換することが好ましい。   The switching circuit of the present invention further includes an inverter circuit that converts direct current power into alternating current power, and the main semiconductor switch and the sub semiconductor switch perform the on / off operation as a part of the inverter circuit. It is preferable to convert direct current power into alternating current power.

また、本発明のスイッチング回路は、前記メイン半導体スイッチ及び前記サブ半導体スイッチは、それぞれ、ＦＥＴから構成されていることが好ましい。   In the switching circuit of the present invention, it is preferable that each of the main semiconductor switch and the sub semiconductor switch is composed of an FET.

また、本発明のスイッチング回路は、前記電流路において、前記メイン半導体スイッチと直列に接続された保護スイッチを更に備え、前記制御部は、前記メイン半導体スイッチにオン・オン動作を行わせる期間には前記保護スイッチをオンさせ、前記メイン半導体スイッチにオン・オン動作を行わせない期間には前記保護スイッチをオフさせることが好ましい。   In addition, the switching circuit of the present invention further includes a protection switch connected in series with the main semiconductor switch in the current path, and the control unit performs the on / on operation of the main semiconductor switch. Preferably, the protection switch is turned on, and the protection switch is turned off during a period in which the main semiconductor switch is not turned on / on.

このような構成によれば、オン・オフ動作を行わせない期間にメイン半導体スイッチに電流が流れることを確実に防止することができる。   According to such a configuration, it is possible to reliably prevent a current from flowing through the main semiconductor switch during a period when the on / off operation is not performed.

また、別の観点による本発明は、電流路内に配置されオン・オフ動作可能なメイン半導体スイッチと、前記電流路内において前記メイン半導体スイッチと並列に配置されオン・オフ動作可能なサブ半導体スイッチと、前記メイン半導体スイッチの温度を検出する第１温度検出部と、前記メイン半導体スイッチにオン・オフ動作を行わせる制御部と、を備え、前記制御部は、前記メイン半導体スイッチの温度が所定温度を超えた場合に、前記オン・オフ動作を行わせる半導体スイッチを前記メイン半導体スイッチから前記サブ半導体スイッチに切り替えることを特徴とする電源装置を提供している。   According to another aspect of the present invention, there are provided a main semiconductor switch disposed in a current path and capable of on / off operation, and a sub semiconductor switch disposed in parallel with the main semiconductor switch in the current path and capable of on / off operation. A first temperature detection unit that detects the temperature of the main semiconductor switch, and a control unit that causes the main semiconductor switch to perform an on / off operation, wherein the control unit has a predetermined temperature of the main semiconductor switch. There is provided a power supply device characterized in that a semiconductor switch for performing the on / off operation is switched from the main semiconductor switch to the sub semiconductor switch when a temperature is exceeded.

本発明のスイッチング回路によれば、半導体スイッチが故障することを抑制することができる。   According to the switching circuit of the present invention, failure of the semiconductor switch can be suppressed.

本発明の実施の形態による電源装置の回路図The circuit diagram of the power supply device by embodiment of this invention 本発明の実施の形態による昇圧回路に対する切替制御のフローチャートFlowchart of switching control for a booster circuit according to an embodiment of the present invention 本発明の実施の形態によるインバータ回路に対する切替制御のフローチャートFlowchart of switching control for an inverter circuit according to an embodiment of the present invention 本発明の変形例による電源装置の回路図The circuit diagram of the power supply device by the modification of this invention 本発明の変形例による昇圧回路に対する切り替え制御のフローチャートFlowchart of switching control for a booster circuit according to a modification of the present invention 本発明の変形例によるインバータ回路に対する切り替え制御のフローチャートFlowchart of switching control for an inverter circuit according to a modification of the present invention.

以下、本発明のスイッチング回路の一実施の形態による電源装置１について添付図面を参照して説明する。   Hereinafter, a power supply device 1 according to an embodiment of a switching circuit of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図１に示すように、電源装置１は、電池パック２と電動工具３との間に接続されることにより、電池パック２から供給された直流電力を所定の交流電力に変換して電動工具３のＡＣモータ３１に出力可能であり、電池電圧検出部１１と、電源部１２と、昇圧回路１３と、整流・平滑回路１４と、昇圧電圧検出部１５と、インバータ回路１６と、電流検出抵抗１７と、ＰＷＭ信号出力部１８と、制御部１９と、を備えている。   As shown in FIG. 1, the power supply device 1 is connected between the battery pack 2 and the electric tool 3, thereby converting the DC power supplied from the battery pack 2 into predetermined AC power to convert the electric power tool 3. The battery voltage detector 11, the power supply unit 12, the booster circuit 13, the rectifier / smoothing circuit 14, the booster voltage detector 15, the inverter circuit 16, and the current detection resistor 17. A PWM signal output unit 18 and a control unit 19.

電池電圧検出部１１は、抵抗１１１及び１１２から構成されており、プラス端子１Ａ及びマイナス端子１Ｂを介して電池パック２から供給された電池電圧の抵抗１１１及び１１２による分圧電圧を制御部１９に出力する。   The battery voltage detection unit 11 is composed of resistors 111 and 112, and the voltage divided by the resistors 111 and 112 of the battery voltage supplied from the battery pack 2 via the plus terminal 1 </ b> A and the minus terminal 1 </ b> B is supplied to the control unit 19. Output.

電源部１２は、主に、電源スイッチ１２１と、三端子レギュレータ１２２と、から構成されており、ユーザにより電源スイッチ１２１がオンされると、三端子レギュレータ１２２は、電池パック２から供給された電池電圧を所定の直流電圧ＶＣＣ（例えば、５Ｖ）に変換し、制御部１９に駆動電力として出力する。なお、電源スイッチ１２１がオフされると、制御部１９に駆動電力が供給されなくなるので、電源装置１全体がオフされることとなる。   The power supply unit 12 mainly includes a power switch 121 and a three-terminal regulator 122. When the power switch 121 is turned on by the user, the three-terminal regulator 122 is supplied from the battery pack 2. The voltage is converted into a predetermined DC voltage VCC (for example, 5V) and output to the control unit 19 as drive power. Note that when the power switch 121 is turned off, the driving power is not supplied to the control unit 19, so that the entire power supply device 1 is turned off.

昇圧回路１３は、主に、メインＦＥＴ１３１と、サブＦＥＴ１３２と、トランス１３３と、第１サーミスタ１３４と、第２サーミスタ１３５と、第１抵抗１３６と、第２抵抗１３７と、から構成されている。   The booster circuit 13 mainly includes a main FET 131, a sub FET 132, a transformer 133, a first thermistor 134, a second thermistor 135, a first resistor 136, and a second resistor 137.

メインＦＥＴ１３１及びサブＦＥＴ１３２は、電池パック２とトランス１３３の一次側との間に形成された電流路内に並列に配置されており、後述する制御部１９からの第１のＰＷＭ信号に応じてメインＦＥＴ１３１及びサブＦＥＴ１３２のいずれか一方がオン・オフ動作を行う。これにより、電池パック２から供給された電池電圧は、交流電圧に変換された上で、トランス１３３において昇圧される。   The main FET 131 and the sub FET 132 are arranged in parallel in a current path formed between the battery pack 2 and the primary side of the transformer 133. The main FET 131 and the sub FET 132 are arranged in accordance with a first PWM signal from the control unit 19 described later. One of the FET 131 and the sub-FET 132 performs an on / off operation. As a result, the battery voltage supplied from the battery pack 2 is converted into an AC voltage and then boosted by the transformer 133.

また、第１サーミスタ１３４は、メインＦＥＴ１３１に近接して配置されており、メインＦＥＴ１３１の温度を検出して制御部１９に出力する。詳細には、電源部１２から出力された駆動電圧ＶＣＣの第１抵抗１３６及び第１サーミスタ１３４による分圧電圧を制御部１９に出力する。   The first thermistor 134 is disposed close to the main FET 131, detects the temperature of the main FET 131, and outputs it to the control unit 19. Specifically, the voltage divided by the first resistor 136 and the first thermistor 134 of the drive voltage VCC output from the power supply unit 12 is output to the control unit 19.

同様に、第２サーミスタ１３５は、サブＦＥＴ１３２に近接して配置されており、サブＦＥＴ１３２の温度を検出して制御部１９に出力する。詳細には、電源部１２から出力された駆動電圧ＶＣＣの第２抵抗１３７及び第２サーミスタ１３５による分圧電圧を制御部１９に出力する。制御部１９は、検出された温度に基づき、メインＦＥＴ１３１及びサブＦＥＴ１３２の制御を行うが、詳細については後述する。   Similarly, the second thermistor 135 is disposed close to the sub-FET 132, detects the temperature of the sub-FET 132, and outputs it to the control unit 19. Specifically, the divided voltage of the drive voltage VCC output from the power supply unit 12 by the second resistor 137 and the second thermistor 135 is output to the control unit 19. The control unit 19 controls the main FET 131 and the sub FET 132 based on the detected temperature, details of which will be described later.

整流・平滑回路１４は、主に、整流ダイオード１４１及び１４２と、平滑コンデンサ１４３と、から構成されており、これらにより、昇圧回路１３から出力された交流電力は整流・平滑される。   The rectifying / smoothing circuit 14 is mainly composed of rectifying diodes 141 and 142 and a smoothing capacitor 143, whereby the AC power output from the booster circuit 13 is rectified and smoothed.

昇圧電圧検出部１５は、主に、抵抗１５１及び１５２から構成されており、整流・平滑回路１４から出力された直流電圧（例えば、１４１Ｖ）の抵抗１５１と抵抗１５２とによる分圧電圧を制御部１９に出力する。   The boosted voltage detector 15 is mainly composed of resistors 151 and 152, and controls the divided voltage of the DC voltage (for example, 141 V) output from the rectifier / smoothing circuit 14 by the resistor 151 and the resistor 152. 19 output.

インバータ回路１６は、主に、４つのＦＥＴ１６１−１６４と、から構成されており、直列に接続されたＦＥＴ１６１及び１６２と、直列に接続されたＦＥＴ１６３及び１６４とが、平滑コンデンサ１４３に並列に接続されている。詳細には、ＦＥＴ１６１のドレインは、整流ダイオード１４１及び１４２のカソードと接続され、ＦＥＴ１６１のソースは、ＦＥＴ１６２のドレインに接続されている。また、ＦＥＴ１６３のドレインは、整流ダイオード１４１及び１４２のカソードと接続され、ＦＥＴ１６３のソースは、ＦＥＴ１６４のドレインに接続されている。   The inverter circuit 16 is mainly composed of four FETs 161 to 164. The FETs 161 and 162 connected in series and the FETs 163 and 164 connected in series are connected in parallel to the smoothing capacitor 143. ing. Specifically, the drain of the FET 161 is connected to the cathodes of the rectifier diodes 141 and 142, and the source of the FET 161 is connected to the drain of the FET 162. The drain of the FET 163 is connected to the cathodes of the rectifier diodes 141 and 142, and the source of the FET 163 is connected to the drain of the FET 164.

また、ＦＥＴ１６１のソース及びＦＥＴ１６２のドレイン、ＦＥＴ１６３のソース及びＦＥＴ１６４のドレインは、それぞれ、第１出力端子１ａ及び第２出力端子１ｂと接続されている。ＦＥＴ１６１−１６４のゲートには、ＦＥＴ１６１−１６４をオン・オフさせるための第２のＰＷＭ信号がＰＷＭ信号出力部１８から入力され、ＦＥＴ１６−１６４のオン・オフにより、整流・平滑回路１４から出力された直流電圧は交流電圧（例えば、ＡＣ１００Ｖ）に変換されて出力される。   Further, the source of the FET 161 and the drain of the FET 162, the source of the FET 163, and the drain of the FET 164 are connected to the first output terminal 1a and the second output terminal 1b, respectively. A second PWM signal for turning on / off the FET 161-164 is input from the PWM signal output unit 18 to the gate of the FET 161-164, and is output from the rectifying / smoothing circuit 14 by turning on / off the FET 16-164. The direct current voltage is converted into an alternating voltage (for example, AC 100 V) and output.

また、インバータ回路１６は、更に、サブＦＥＴ１６５と、第３サーミスタ１６６と、第４サーミスタ１６７と、第３抵抗１６８と、第４抵抗１６９と、を備えている。サブＦＥＴ１６５は、トランス１３３の二次側とＡＣモータ３１との間に形成された電流路内にＦＥＴ１６４（以下、メインＦＥＴ１６４）と並列に配置されており、第２のＰＷＭ信号に応じてメインＦＥＴ１６４及びサブＦＥＴ１６５のいずれか一方がオン・オフ動作を行う。   The inverter circuit 16 further includes a sub FET 165, a third thermistor 166, a fourth thermistor 167, a third resistor 168, and a fourth resistor 169. The sub-FET 165 is arranged in parallel with the FET 164 (hereinafter referred to as main FET 164) in a current path formed between the secondary side of the transformer 133 and the AC motor 31, and the main FET 164 corresponds to the second PWM signal. One of the sub-FETs 165 performs an on / off operation.

また、第３サーミスタ１６６は、メインＦＥＴ１６４に近接して配置されており、メインＦＥＴ１６４の温度を検出して制御部１９に出力する。詳細には、電源部１２から出力された駆動電圧ＶＣＣの第３抵抗１６８及び第３サーミスタ１６６による分圧電圧を制御部１９に出力する。   The third thermistor 166 is disposed close to the main FET 164, detects the temperature of the main FET 164, and outputs the detected temperature to the control unit 19. Specifically, the divided voltage of the drive voltage VCC output from the power supply unit 12 by the third resistor 168 and the third thermistor 166 is output to the control unit 19.

同様に、第４サーミスタ１６７は、サブＦＥＴ１６５に近接して配置されており、サブＦＥＴ１６５の温度を検出して制御部１９に出力する。詳細には、電源部１２から出力された駆動電圧ＶＣＣの第４抵抗１６９及び第４サーミスタ１６７による分圧電圧を制御部１９に出力する。制御部１９は、検出された温度に基づき、メインＦＥＴ１６４及びサブＦＥＴ１６５の制御を行うが、詳細については後述する。   Similarly, the fourth thermistor 167 is disposed close to the sub FET 165, detects the temperature of the sub FET 165, and outputs the detected temperature to the control unit 19. Specifically, the divided voltage of the drive voltage VCC output from the power supply unit 12 by the fourth resistor 169 and the fourth thermistor 167 is output to the control unit 19. The control unit 19 controls the main FET 164 and the sub FET 165 based on the detected temperature, details of which will be described later.

電流検出抵抗１７は、ＦＥＴ１６２のソース及びＦＥＴ１６４のソースと、マイナス端子１Ｂとの間に接続されており、電流検出抵抗１７の高電圧側の端子は制御部１９と接続されている。このような構成により、電流検出抵抗１７は、インバータ回路１６に流れる電流を抵抗の電圧降下により検出し、電圧として制御部１９に出力する。   The current detection resistor 17 is connected between the source of the FET 162 and the source of the FET 164 and the negative terminal 1 </ b> B, and the terminal on the high voltage side of the current detection resistor 17 is connected to the control unit 19. With such a configuration, the current detection resistor 17 detects the current flowing through the inverter circuit 16 based on the voltage drop of the resistor, and outputs it as a voltage to the control unit 19.

制御部１９は、昇圧電圧検出部１５によって検出された直流電圧（昇圧電圧）に基づき、平滑コンデンサ１４３の電圧が目標昇圧電圧（例えば、１４１Ｖ）になるように第１のＰＷＭ信号をメインＦＥＴ１３１又はサブＦＥＴ１３２の一方のゲートに出力するフィードバック制御を行う。   Based on the DC voltage (boosted voltage) detected by the boosted voltage detecting unit 15, the control unit 19 sends the first PWM signal to the main FET 131 or so that the voltage of the smoothing capacitor 143 becomes the target boosted voltage (for example, 141V). Feedback control to be output to one gate of the sub-FET 132 is performed.

また、制御部１９は、昇圧電圧検出部１５によって検出された直流電圧（昇圧電圧）から目標実効値（例えば、１００Ｖ）を有する交流電力がインバータ回路１６から出力されるような第２のＰＷＭ信号をＰＷＭ信号出力部１８を介してＦＥＴ１６１−１６４のゲートに出力する。本実施の形態では、制御部１９は、ＦＥＴ１６１とＦＥＴ１６４（以降、第１のセット）と、ＦＥＴ１６２とＦＥＴ１６３（以降、第２のセット）とを、それぞれ１セットとして、第１のセットと第２のセットを交互にオン・オフさせるような第２のＰＷＭ信号を出力する。   The control unit 19 also outputs a second PWM signal such that AC power having a target effective value (for example, 100 V) is output from the inverter circuit 16 from the DC voltage (boost voltage) detected by the boost voltage detection unit 15. Is output to the gates of the FETs 161 to 164 via the PWM signal output unit 18. In the present embodiment, the control unit 19 includes the FET 161 and the FET 164 (hereinafter referred to as the first set), the FET 162 and the FET 163 (hereinafter referred to as the second set) as one set, and the first set and the second set. A second PWM signal for alternately turning on and off the set of the signals is output.

また、制御部１９は、電池電圧検出部１１により検出された電池パック２の電池電圧が所定値以下（過放電状態）であった場合には、電池パック２の過放電を防止するために、第１及び第２のＰＷＭ信号の少なくとも一方の出力を停止させることにより、電源装置１からの出力を停止させる。   In addition, when the battery voltage of the battery pack 2 detected by the battery voltage detection unit 11 is equal to or lower than a predetermined value (overdischarge state), the control unit 19 prevents the battery pack 2 from being overdischarged. The output from the power supply device 1 is stopped by stopping the output of at least one of the first and second PWM signals.

また、本実施の形態では、電池パック２は、その内部に保護回路（保護ＩＣやマイコン）を備えており、保護回路によって電池パック２を構成する電池セルの１つでも過放電と判断された場合には、ＬＤ端子を介して制御部１９に放電停止信号を入力する構成となっており、制御部１９は、放電停止信号が入力された場合には、第１及び第２のＰＷＭ信号の少なくとも一方を停止させることにより、電源装置１からの出力を停止させる。   Further, in the present embodiment, the battery pack 2 includes a protection circuit (protection IC or microcomputer) inside, and it is determined that one of the battery cells constituting the battery pack 2 is overdischarged by the protection circuit. In this case, the discharge stop signal is input to the control unit 19 via the LD terminal. The control unit 19 receives the first and second PWM signals when the discharge stop signal is input. The output from the power supply device 1 is stopped by stopping at least one of them.

また、制御部１９は、電流検出抵抗１７によって検出された電流（電圧）に基づき過電流の判断を行う。詳細には、電流検出抵抗１７によって検出された電流がインバータ回路１６のＦＥＴ１６１−１６４の過電流閾値を超えた場合に、メインＦＥＴ１３１又はサブＦＥＴ１３２のオン・オフ動作を停止させるための第１のＰＷＭ信号をメインＦＥＴ１３１又はサブＦＥＴ１３２のゲートに出力し、ＦＥＴ１６１−１６４のオン・オフ動作を停止させるための第２のＰＷＭ信号をＦＥＴ１６１−１６４のゲートに出力する。   In addition, the control unit 19 determines overcurrent based on the current (voltage) detected by the current detection resistor 17. Specifically, the first PWM for stopping the on / off operation of the main FET 131 or the sub FET 132 when the current detected by the current detection resistor 17 exceeds the overcurrent threshold of the FETs 161 to 164 of the inverter circuit 16. A signal is output to the gate of the main FET 131 or the sub FET 132, and a second PWM signal for stopping the on / off operation of the FET 161-164 is output to the gate of the FET 161-164.

これにより、インバータ回路１６への電力の供給が停止されるので、過電流によりインバータ回路１６（特に、ＦＥＴ１６１−１６４）が故障することを防止することができる。なお、メインＦＥＴ１３１又はサブＦＥＴ１３２と、ＦＥＴ１６１−１６４の一方のオン・オフ動作を停止するようにしても良い。   Thereby, since the supply of electric power to the inverter circuit 16 is stopped, it is possible to prevent the inverter circuit 16 (particularly, the FETs 161 to 164) from being damaged due to overcurrent. Note that the on / off operation of one of the main FET 131 or the sub FET 132 and the FETs 161 to 164 may be stopped.

また、ＦＥＴ１６１−１６４の過電流閾値ではなく、電池パック２あるいはモータ３１の過電流閾値（定格電流）を超えた場合にＦＥＴのスイッチング動作を停止するようにすれば、電池パック２の寿命低下やモータ３１の故障を防止することができる。   Moreover, if the switching operation of the FET is stopped when the overcurrent threshold (rated current) of the battery pack 2 or the motor 31 is exceeded instead of the overcurrent threshold of the FET 161-164, the life of the battery pack 2 may be reduced. A failure of the motor 31 can be prevented.

ところで、ＦＥＴは、熱に弱いため、オン・オフ動作を継続して温度が上昇すると、破損する虞がある。   By the way, since the FET is vulnerable to heat, if the temperature rises by continuing the on / off operation, the FET may be damaged.

そこで、本実施の形態による電源装置１では、電流路内にメインＦＥＴ１３１と並列にサブＦＥＴ１３２を並列に配置し、第１サーミスタ１３４により検出されたメインＦＥＴ１３１の温度が所定温度（本実施の形態では、１００度）を超えた場合に、オン・オフ動作を行うＦＥＴをメインＦＥＴ１３１からサブＦＥＴ１３２に切り替える切り替え制御を行う。   Therefore, in the power supply device 1 according to this embodiment, the sub FET 132 is arranged in parallel with the main FET 131 in the current path, and the temperature of the main FET 131 detected by the first thermistor 134 is a predetermined temperature (in this embodiment). , 100 degrees), switching control is performed to switch the FET that performs the on / off operation from the main FET 131 to the sub FET 132.

同様に、第２サーミスタ１３５により検出されたサブＦＥＴ１３２の温度が所定温度を超えた場合にも、オン・オフ動作を行うＦＥＴをサブＦＥＴ１３２からメインＦＥＴ１３１に切り替える制御を行う。   Similarly, when the temperature of the sub FET 132 detected by the second thermistor 135 exceeds a predetermined temperature, control is performed to switch the FET that performs the on / off operation from the sub FET 132 to the main FET 131.

また、第３サーミスタ１６６により検出されたメインＦＥＴ１６４の温度が所定温度を超えた場合にも、オン・オフ動作を行うＦＥＴをメインＦＥＴ１６４からサブＦＥＴ１６５に切り替える制御を行う。   Further, even when the temperature of the main FET 164 detected by the third thermistor 166 exceeds a predetermined temperature, control is performed to switch the FET that performs the on / off operation from the main FET 164 to the sub FET 165.

同様に、第４サーミスタ１６７により検出されたサブＦＥＴ１６５の温度が所定温度を超えた場合にも、オン・オフ動作を行うＦＥＴをサブＦＥＴ１６５からメインＦＥＴ１６４に切り替える制御を行う。   Similarly, when the temperature of the sub FET 165 detected by the fourth thermistor 167 exceeds a predetermined temperature, control is performed to switch the FET that performs the on / off operation from the sub FET 165 to the main FET 164.

すなわち、メインＦＥＴとサブＦＥＴの一方が高温となった場合には他方のＦＥＴに切り替える制御を行う。   That is, when one of the main FET and the sub FET becomes high temperature, control is performed to switch to the other FET.

ここで、図２及び図３のフローチャートを用いて、本実施の形態による切り替え制御について説明する。図２は、昇圧回路１３に対する切り替え制御を説明するフローチャート、図３は、インバータ回路１６に対する切り替え制御を説明するフローチャートであり、両者は並行して行われる。   Here, the switching control according to the present embodiment will be described with reference to the flowcharts of FIGS. FIG. 2 is a flowchart for explaining the switching control for the booster circuit 13, and FIG. 3 is a flowchart for explaining the switching control for the inverter circuit 16. Both are performed in parallel.

なお、図２及び図３のフローチャートは、電池パック２が電源装置１に装着されている状態で電源スイッチ１２１がオンされた時、又は、電源スイッチ１２１がオンされた状態で電池パック２が電源装置１に装着された時にスタートする。なお、電源スイッチ１２１がオンされると、三端子レギュレータ１２２により電池パック２の電池電圧から制御部１９の駆動電圧ＶＣＣが生成され、この駆動電圧ＶＣＣにより制御部１９が駆動されることとなる。   2 and 3, the battery pack 2 is turned on when the power switch 121 is turned on while the battery pack 2 is attached to the power supply device 1 or when the power switch 121 is turned on. Starts when attached to the device 1. When the power switch 121 is turned on, the drive voltage VCC of the control unit 19 is generated from the battery voltage of the battery pack 2 by the three-terminal regulator 122, and the control unit 19 is driven by this drive voltage VCC.

図２では、まず、制御部１９は、平滑コンデンサ１４３の電圧が目標昇圧電圧（１４１Ｖ）となるように第１のＰＷＭ信号をメインＦＥＴ１３１のゲートに出力してフィードバック制御する（Ｓ１０１）。   In FIG. 2, the control unit 19 first performs feedback control by outputting the first PWM signal to the gate of the main FET 131 so that the voltage of the smoothing capacitor 143 becomes the target boosted voltage (141 V) (S101).

続いて、メインＦＥＴ１３１の温度が１００度を超えたか否かを判断し（Ｓ１０２）、１００度を超えた場合には（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、第１のＰＷＭ信号を出力するＦＥＴをメインＦＥＴ１３１からサブＦＥＴ１３２に切り替える（Ｓ１０３）。   Subsequently, it is determined whether or not the temperature of the main FET 131 has exceeded 100 degrees (S102). If the temperature has exceeded 100 degrees (S102: YES), the FET that outputs the first PWM signal is subtracted from the main FET 131. Switch to FET 132 (S103).

続いて、サブＦＥＴ１３２の温度が１００度を超えたか否かを判断し（Ｓ１０４）、１００度を超えた場合には（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、第１のＰＷＭ信号を出力するＦＥＴをサブＦＥＴ１３２からメインＦＥＴ１３１に切り替え（Ｓ１０５）、Ｓ１０２に戻る。   Subsequently, it is determined whether or not the temperature of the sub FET 132 has exceeded 100 degrees (S104). If the temperature has exceeded 100 degrees (S104: YES), the FET that outputs the first PWM signal is transferred from the sub FET 132 to the main FET. Switch to FET 131 (S105) and return to S102.

また、図３では、まず、制御部１９は、目標実効値を有する交流電力がインバータ回路１６から出力されるような第２のＰＷＭ信号をＦＥＴ１６１−１６４のゲートに出力する（Ｓ２０１）。   In FIG. 3, first, the control unit 19 outputs a second PWM signal such that AC power having a target effective value is output from the inverter circuit 16 to the gates of the FETs 161 to 164 (S201).

続いて、メインＦＥＴ１６４の温度が１００度を超えたか否かを判断し（Ｓ２０２）、１００度を超えた場合には（Ｓ２０２：ＹＥＳ）、第２のＰＷＭ信号を出力するＦＥＴをメインＦＥＴ１６４からサブＦＥＴ１６５に切り替える（Ｓ２０３）。   Subsequently, it is determined whether or not the temperature of the main FET 164 exceeds 100 degrees (S202). If the temperature exceeds 100 degrees (S202: YES), the FET that outputs the second PWM signal is subtracted from the main FET 164. Switch to the FET 165 (S203).

続いて、サブＦＥＴ１６５の温度が１００度を超えたか否かを判断し（Ｓ２０４）、１００度を超えた場合には（Ｓ２０４：ＹＥＳ）、第２のＰＷＭ信号を出力するＦＥＴをサブＦＥＴ１６５からメインＦＥＴ１６４に切り替え（Ｓ２０５）、Ｓ２０２に戻る。   Subsequently, it is determined whether or not the temperature of the sub FET 165 exceeds 100 degrees (S204). When the temperature exceeds 100 degrees (S204: YES), the FET that outputs the second PWM signal is transferred from the sub FET 165 to the main FET. Switch to FET 164 (S205) and return to S202.

以上、説明したように、本実施の形態による電源装置１では、電流路内にメインＦＥＴと並列にサブＦＥＴを並列に配置し、メインＦＥＴの温度が所定温度を超えた場合に、オン・オフ動作を行うＦＥＴをメインＦＥＴからサブＦＥＴに切り替えているので、メインＦＥＴが温度上昇により故障することを抑制している。   As described above, in the power supply device 1 according to the present embodiment, the sub FET is arranged in parallel with the main FET in the current path, and when the temperature of the main FET exceeds a predetermined temperature, the power supply device 1 is turned on / off. Since the FET that performs the operation is switched from the main FET to the sub FET, the main FET is prevented from failing due to a temperature rise.

また、本実施の形態による電源装置１では、サブＦＥＴの温度が所定温度を超えた場合にも、オン・オフ動作を行うＦＥＴをサブＦＥＴからメインＦＥＴに切り替えているので、サブＦＥＴが温度上昇により故障することを抑制している。   Further, in the power supply device 1 according to the present embodiment, even when the temperature of the sub FET exceeds a predetermined temperature, the FET that performs the on / off operation is switched from the sub FET to the main FET. This prevents the failure.

このように、一方のＦＥＴが高温になった場合に他方のＦＥＴに動作を切り替えることにより、一方のＦＥＴは、停止中に温度が低下する。そして、その後、他方のＦＥＴが高温となり、一方のＦＥＴに動作を切り替えたとしても、一方のＦＥＴは低温状態から動作させることができる。従って、本実施の形態により電源装置１では、両方のＦＥＴが同じタイミングで高温になることを防止することができ、これにより、同じタイミングで故障することを抑制することができる。   As described above, when one FET becomes high temperature, the operation of one FET is switched to the other FET, so that the temperature of one FET is lowered during the stop. After that, even if the other FET becomes high temperature and the operation is switched to one FET, one FET can be operated from a low temperature state. Therefore, in the power supply device 1 according to the present embodiment, it is possible to prevent both FETs from reaching a high temperature at the same timing, thereby suppressing failure at the same timing.

本発明によるスイッチング回路は、上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。   The switching circuit according to the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and improvements can be made within the scope described in the claims.

例えば、上記実施の形態では、昇圧回路１２とインバータ回路１６の両方でＦＥＴを並列接続したが、いずれか一方のみでＦＥＴを並列接続してもよい。   For example, in the above embodiment, the FETs are connected in parallel in both the booster circuit 12 and the inverter circuit 16, but the FETs may be connected in parallel by only one of them.

また、上記実施の形態では、インバータ回路１６においては、ＦＥＴ１６４のみにサブＦＥＴ１６５を設けたが、他のＦＥＴ１６１−１６３のいずれかに設けてもよいし、各ＦＥＴ１６１−１６４に設けてもよい。   In the above embodiment, in the inverter circuit 16, the sub FET 165 is provided only in the FET 164. However, the sub FET 165 may be provided in any of the other FETs 161-163, or may be provided in each of the FETs 161-164.

また、上記実施の形態では、本発明の半導体スイッチとしてＦＥＴを用いたが、ＦＥＴには限定されない。本発明の半導体スイッチとしては、温度上昇により故障する虞のあるものを用いることができ、例えば、トランジスタ等が挙げられる。   Moreover, in the said embodiment, although FET was used as a semiconductor switch of this invention, it is not limited to FET. As the semiconductor switch of the present invention, a switch that may fail due to a temperature rise can be used, and examples thereof include a transistor.

また、上記実施の形態では、本発明の変圧回路として昇圧回路を用いたが、昇圧回路に限定されるものではなく、例えば、降圧回路であってもよい。   In the above embodiment, the booster circuit is used as the transformer circuit of the present invention. However, the present invention is not limited to the booster circuit, and may be a step-down circuit, for example.

また、図４に示すように、電池パック２とトランス１３３の一次側との間に形成された電流路内にメインＦＥＴ１３１と直列に保護ＦＥＴ１３１ａを更に配置し、メインＦＥＴ１３１にオン・オフ動作を行わせる期間には保護ＦＥＴ１３１ａをオンさせ、メインＦＥＴ１３１にオン・オフ動作を行わせない期間には保護ＦＥＴ１３１ａをオフさせるように制御してもよい。   Further, as shown in FIG. 4, a protective FET 131a is further arranged in series with the main FET 131 in a current path formed between the battery pack 2 and the primary side of the transformer 133, and the main FET 131 is turned on / off. It may be controlled so that the protection FET 131a is turned on during the period during which the protection FET 131a is turned on and the protection FET 131a is turned off during the period during which the main FET 131 is not turned on / off.

このような構成によれば、オン・オフ動作を行わせない期間にメインＦＥＴ１３１に電流が流れることを確実に防止することができる。   According to such a configuration, it is possible to reliably prevent a current from flowing through the main FET 131 during a period when the on / off operation is not performed.

なお、図４では、サブＦＥＴ１３２、メインＦＥＴ１６４、サブＦＥＴ１６５にも、保護ＦＥＴ１３２ａ、保護ＦＥＴ１６４ａ、保護ＦＥＴ１６５ａが、それぞれ設けられている。   In FIG. 4, the sub FET 132, the main FET 164, and the sub FET 165 are also provided with a protection FET 132a, a protection FET 164a, and a protection FET 165a, respectively.

なお、図４に示す構成の場合には、制御部１９は、図５及び図６に示す切り替え制御を行う。図５は、昇圧回路１３に対する切り替え制御を説明するフローチャート、図６は、インバータ回路１６に対する切り替え制御を説明するフローチャートであり、両者は並行して行われる。   In the case of the configuration illustrated in FIG. 4, the control unit 19 performs the switching control illustrated in FIGS. 5 and 6. FIG. 5 is a flowchart for explaining the switching control for the booster circuit 13, and FIG. 6 is a flowchart for explaining the switching control for the inverter circuit 16. Both are performed in parallel.

図５では、まず、制御部１９は、保護ＦＥＴ１３１ａをオン、保護ＦＥＴ１３２ａをオフさせた上で（Ｓ３０１）、平滑コンデンサ１４３の電圧が目標昇圧電圧（１４１Ｖ）となるように第１のＰＷＭ信号をメインＦＥＴ１３１のゲートに出力してフィードバック制御する（Ｓ３０２）。   In FIG. 5, the control unit 19 first turns on the protection FET 131a and turns off the protection FET 132a (S301), and then outputs the first PWM signal so that the voltage of the smoothing capacitor 143 becomes the target boost voltage (141V). Output to the gate of the main FET 131 for feedback control (S302).

続いて、メインＦＥＴ１３１の温度が１００度を超えたか否かを判断し（Ｓ３０３）、１００度を超えた場合には（Ｓ３０３：ＹＥＳ）、保護ＦＥＴ１３１ａをオフ、保護ＦＥＴ１３２ａをオンさせた上で（Ｓ３０４）、第１のＰＷＭ信号を出力するＦＥＴをメインＦＥＴ１３１からサブＦＥＴ１３２に切り替える（Ｓ３０５）。   Subsequently, it is determined whether or not the temperature of the main FET 131 exceeds 100 degrees (S303). When the temperature exceeds 100 degrees (S303: YES), the protection FET 131a is turned off and the protection FET 132a is turned on ( In step S304, the FET that outputs the first PWM signal is switched from the main FET 131 to the sub FET 132 (S305).

続いて、サブＦＥＴ１３２の温度が１００度を超えたか否かを判断し（Ｓ３０６）、１００度を超えた場合には（Ｓ３０６：ＹＥＳ）、保護ＦＥＴ１３２ａをオフ、保護ＦＥＴ１３１ａをオンさせた上で（Ｓ３０７）、第１のＰＷＭ信号を出力するＦＥＴをサブＦＥＴ１３２からメインＦＥＴ１３１に切り替え（Ｓ３０８）、Ｓ３０３に戻る。   Subsequently, it is determined whether or not the temperature of the sub FET 132 exceeds 100 degrees (S306). If the temperature exceeds 100 degrees (S306: YES), the protection FET 132a is turned off and the protection FET 131a is turned on ( In S307, the FET that outputs the first PWM signal is switched from the sub FET 132 to the main FET 131 (S308), and the process returns to S303.

また、図６では、まず、制御部１９は、保護ＦＥＴ１６４ａをオン、保護ＦＥＴ１６５ａをオフさせた上で（Ｓ４０１）、目標実効値を有する交流電力がインバータ回路１６から出力されるような第２のＰＷＭ信号をＦＥＴ１６１−１６４のゲートに出力する（Ｓ４０２）。   In FIG. 6, first, the control unit 19 turns on the protection FET 164 a and turns off the protection FET 165 a (S 401), and then the second power is output from the inverter circuit 16 with AC power having a target effective value. The PWM signal is output to the gates of the FETs 161-164 (S402).

続いて、メインＦＥＴ１６４の温度が１００度を超えたか否かを判断し（Ｓ４０３）、１００度を超えた場合には（Ｓ４０３：ＹＥＳ）、保護ＦＥＴ１６４ａをオフ、保護ＦＥＴ１６５ａをオンさせた上で（Ｓ４０４）、第２のＰＷＭ信号を出力するＦＥＴをＦＥＴ１６４からサブＦＥＴ１６５に切り替える（Ｓ４０５）。   Subsequently, it is determined whether or not the temperature of the main FET 164 exceeds 100 degrees (S403). If the temperature exceeds 100 degrees (S403: YES), the protection FET 164a is turned off and the protection FET 165a is turned on ( In S404, the FET that outputs the second PWM signal is switched from the FET 164 to the sub-FET 165 (S405).

続いて、サブＦＥＴ１６５の温度が１００度を超えたか否かを判断し（Ｓ４０６）、１００度を超えた場合には（Ｓ４０６：ＹＥＳ）、保護ＦＥＴ１６５ａをオフ、保護ＦＥＴ１６４ａをオンさせた上で（Ｓ４０７）、第２のＰＷＭ信号を出力するＦＥＴをＦＥＴ１６５からＦＥＴ１６４に切り替え（Ｓ４０８）、Ｓ４０３に戻る。   Subsequently, it is determined whether or not the temperature of the sub FET 165 exceeds 100 degrees (S406). If the temperature exceeds 100 degrees (S406: YES), the protection FET 165a is turned off and the protection FET 164a is turned on ( S407), the FET that outputs the second PWM signal is switched from FET 165 to FET 164 (S408), and the process returns to S403.

１ 電源装置
１３ 昇圧回路
１６ インバータ回路
１９ 制御部
１３４、１３５、１６６、１６７ サーミスタ
１３１、１６４ メインＦＥＴ
１３２、１６５ サブＦＥＴ
１３１ａ、１３２ａ、１６４ａ、１６５ａ 保護ＦＥＴ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power supply device 13 Booster circuit 16 Inverter circuit 19 Control part 134,135,166,167 Thermistor 131,164 Main FET
132,165 sub-FET
131a, 132a, 164a, 165a protection FET

Claims (7)

電流路内に配置されオン・オフ動作可能なメイン半導体スイッチと、
前記メイン半導体スイッチにオン・オフ動作を行わせる制御部と、
を備えたスイッチング回路であって、
前記メイン半導体スイッチの温度を検出する第１温度検出部と、
前記電流路内において前記メイン半導体スイッチと並列に配置されオン・オフ動作可能なサブ半導体スイッチと、
を更に備え、
前記制御部は、前記メイン半導体スイッチの温度が所定温度を超えた場合に、前記オン・オフ動作を行わせる半導体スイッチを前記メイン半導体スイッチから前記サブ半導体スイッチに切り替えることを特徴とするスイッチング回路。 A main semiconductor switch arranged in the current path and capable of on / off operation;
A control unit for causing the main semiconductor switch to perform an on / off operation;
A switching circuit comprising
A first temperature detector for detecting a temperature of the main semiconductor switch;
A sub-semiconductor switch arranged in parallel with the main semiconductor switch in the current path and capable of on / off operation;
Further comprising
The control unit switches the semiconductor switch for performing the on / off operation from the main semiconductor switch to the sub semiconductor switch when the temperature of the main semiconductor switch exceeds a predetermined temperature. 前記サブ半導体スイッチの温度を検出する第２温度検出部を更に備え、
前記制御部は、前記サブ半導体スイッチの温度が所定温度を超えた場合に、前記オン・オフ動作を行わせる半導体スイッチを前記サブ半導体スイッチから前記メイン半導体スイッチに切り替えることを特徴とする請求項１に記載のスイッチング回路。 A second temperature detector for detecting the temperature of the sub semiconductor switch;
The control unit switches a semiconductor switch for performing the on / off operation from the sub semiconductor switch to the main semiconductor switch when a temperature of the sub semiconductor switch exceeds a predetermined temperature. A switching circuit according to 1. 交流電力の電圧を変圧する変圧回路を更に備え、
前記メイン半導体スイッチ及び前記サブ半導体スイッチは、前記オン・オフ動作を行うことにより直流電力を交流電力に変換し、
前記変圧回路は、前記メイン半導体スイッチ及び前記サブ半導体スイッチにより変換された交流電力の電圧を変圧することを特徴とする請求項１又は２に記載のスイッチング回路。 A transformer circuit that transforms the voltage of the AC power;
The main semiconductor switch and the sub semiconductor switch convert the DC power into AC power by performing the on / off operation,
The switching circuit according to claim 1, wherein the transformer circuit transforms a voltage of AC power converted by the main semiconductor switch and the sub semiconductor switch. 直流電力を交流電力に変換するインバータ回路を更に備え、
前記メイン半導体スイッチ及び前記サブ半導体スイッチは、前記インバータ回路の一部として、前記オン・オフ動作を行うことにより直流電力を交流電力に変換することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のスイッチング回路。 An inverter circuit for converting DC power into AC power;
4. The main semiconductor switch and the sub semiconductor switch convert DC power into AC power by performing the on / off operation as a part of the inverter circuit. The switching circuit according to the item. 前記メイン半導体スイッチ及び前記サブ半導体スイッチは、それぞれ、ＦＥＴから構成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のスイッチング回路。   5. The switching circuit according to claim 1, wherein each of the main semiconductor switch and the sub semiconductor switch is configured by an FET. 前記電流路において、前記メイン半導体スイッチと直列に接続された保護スイッチを更に備え、
前記制御部は、前記メイン半導体スイッチにオン・オン動作を行わせる期間には前記保護スイッチをオンさせ、前記メイン半導体スイッチにオン・オン動作を行わせない期間には前記保護スイッチをオフさせることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のスイッチング回路。 In the current path, further comprising a protection switch connected in series with the main semiconductor switch,
The control unit turns on the protection switch during a period during which the main semiconductor switch performs an on / on operation, and turns off the protection switch during a period during which the main semiconductor switch does not perform an on / on operation. The switching circuit according to claim 1, wherein: 電流路内に配置されオン・オフ動作可能なメイン半導体スイッチと、
前記電流路内において前記メイン半導体スイッチと並列に配置されオン・オフ動作可能なサブ半導体スイッチと、
前記メイン半導体スイッチの温度を検出する第１温度検出部と、
前記メイン半導体スイッチにオン・オフ動作を行わせる制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記メイン半導体スイッチの温度が所定温度を超えた場合に、前記オン・オフ動作を行わせる半導体スイッチを前記メイン半導体スイッチから前記サブ半導体スイッチに切り替えることを特徴とする電源装置。 A main semiconductor switch arranged in the current path and capable of on / off operation;
A sub-semiconductor switch arranged in parallel with the main semiconductor switch in the current path and capable of on / off operation;
A first temperature detector for detecting a temperature of the main semiconductor switch;
A control unit for causing the main semiconductor switch to perform an on / off operation;
With
The control unit switches a semiconductor switch for performing the on / off operation from the main semiconductor switch to the sub-semiconductor switch when the temperature of the main semiconductor switch exceeds a predetermined temperature.
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