JP2015180115A - 負荷駆動電源回路 - Google Patents

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Abstract

【構成】トランジスタＱ１のドレインは直流電源Ｅ１の正極に接続され、トランジスタＱ１のソースはトランジスタＱ２のドレインに接続され、そしてトランジスタＱ２のソースは直流電源Ｅ１の負極に接続される。インダクタＬ１の一方端はトランジスタＱ２のドレインに接続され、インダクタＬ１の他方端は平滑コンデンサＣ１の一方端に接続され、そして平滑コンデンサＣ１の他方端は直流電源Ｅ１の負極に接続される。スイッチング制御回路１４は、発光ダイオード１８に定電流を供給する定電流駆動のために、トランジスタＱ１およびＱ２を相補的に繰り返しオン／オフする。スイッチング制御回路１４はまた、定電流駆動の終了後に、トランジスタＱ１を継続的にオフしかつトランジスタＱ２を繰り返しオン／オフする。
【効果】平滑コンデンサＣ１に蓄積された電荷の放電に起因する素子の過負荷を回避できる。
【選択図】図１

Description

この発明は、負荷駆動電源回路に関し、特に直流電源から供給された直流電圧に基づいて負荷を駆動する、負荷駆動電源回路に関する。
この種の回路の一例が、特許文献１に開示されている。この背景技術によれば、同期整流用のＦＥＴは、電力供給停止信号がローレベルの期間に繰り返しオン／オフされ、電力供給停止信号がハイレベルの期間に継続的にオンされる。平滑コンデンサに蓄積された電荷は、オン状態のＦＥＴを介して放電される。
特開２００６−１０９５３５号公報
しかし、放電のために同期整流用のＦＥＴをオンすると、平滑コンデンサに蓄積された電荷に基づく大電流が瞬間的にＦＥＴを導通し、これによってＦＥＴやインダクタの定格電流値を超える電流が流れるおそれがある。
それゆえに、この発明の主たる目的は、平滑コンデンサに蓄積された電荷の放電に起因する素子の過負荷を回避することができる、負荷駆動電源回路を提供することである。
この発明に従う負荷駆動電源回路(10：実施例で相当する参照符号。以下同じ)は、直流電源(E1)の一方端に接続された一方端を有する第１スイッチング素子(Q1)、第１スイッチング素子の他方端に接続された一方端と直流電源の他方端に接続された他方端とを有する第２スイッチング素子(Q2)、第２スイッチング素子の一方端に接続された一方端を有するインダクタ(L1)、インダクタの他方端および直流電源の他方端の間に設けられた平滑コンデンサ(C1)、負荷(18)に定電流を供給する定電流駆動のために第１スイッチング素子および第２スイッチング素子を相補的に繰り返しオン／オフする第１制御手段(S9, S13~S15)、および定電流駆動の終了後に第１スイッチング素子を継続的にオフしかつ第２スイッチング素子を繰り返しオン／オフする第２制御手段(S19~S25)を備える。
好ましくは、負荷はダイオードを含み、第２制御手段はダイオードの順方向降下電圧に基づいて第２スイッチング素子のオンデューティ比を調整する調整手段(S19)を含む。
或る局面では、第１制御手段の処理に先立って第１スイッチング素子および第２スイッチング素子を相補的に繰り返しオン／オフする第３制御手段(S1)、および第３制御手段の処理と並列してダイオードの順方向降下電圧を検出する第１検出手段(S3)がさらに備えられ、調整手段は第１検出手段によって検出された順方向降下電圧を参照する。
他の局面では、第１制御手段の処理と並列してダイオードの順方向降下電圧を検出する第２検出手段(S35)がさらに備えられ、調整手段は第２検出手段によって検出された順方向降下電圧を参照する。
その他の局面では、調整手段は順方向降下電圧が大きいほどオンデューティ比を大きくする。
さらにその他の局面では、調整手段は順方向降下電圧が大きいほどオンテューティ比を小さくする。
第１スイッチング素子および第２スイッチング素子を相補的に繰り返しオン／オフすることで定電流駆動が実現されるところ、定電流駆動の終了後に第１スイッチング素子を継続的にオフしかつ第２スイッチング素子を繰り返しオン／オフすることで、平滑コンデンサに蓄積された電荷が第２スイッチング素子を介して徐々に放電される。これによって、平滑コンデンサに蓄積された電荷の放電に起因する素子の過負荷を回避することができる。
この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。
この発明の一実施例の構成を示す回路図である。 発光ダイオードの順方向降下電圧とトランジスタＱ２のオンデューティ比の関係の一例を示すグラフである。 図１実施例に適用されるＳＷ制御回路の動作の一部を示すフロー図である。 図１実施例に適用されるＳＷ制御回路の動作の他の一部を示すフロー図である。 発光ダイオードの順方向降下電圧とトランジスタＱ２のオンデューティ比の関係の他の一例を示すグラフである。 他の実施例に適用されるＳＷ制御回路の動作の一部を示すフロー図である。
図１を参照して、この実施例の負荷駆動電源回路１０は、同期整流式の降圧チョッパ回路に相当し、直流電源Ｅ１の正極および負極とそれぞれ接続される入力端子Ｔ１およびＴ２を含む。入力端子Ｔ１およびＴ２の間には、互いに直列接続されたＭＯＳ型の電界効果トランジスタ（以下、単に「トランジスタ」という。）Ｑ１およびＱ２が設けられる。詳しくは、トランジスタＱ１のドレインが入力端子Ｔ１と接続され、トランジスタＱ１のソースがトランジスタＱ２のドレインと接続され、そしてトランジスタＱ２のソースが入力端子Ｔ２と接続される。
トランジスタＱ２のドレインおよびソースとの間にはまた、互いに直列接続されたインダクタＬ１および平滑コンデンサＣ１が設けられる。出力端子Ｔ３はインダクタＬ１と平滑コンデンサＣ１との接続点つまり平滑コンデンサＣ１の一方端に接続され、出力端子Ｔ４は平滑コンデンサＣ１とトランジスタＱ２のソースとの接続点つまり平滑コンデンサＣ１の他方端に接続される。
出力端子Ｔ３およびＴ４の間には、互いに直列接続された発光ダイオード１８および抵抗Ｒ１が設けられる。出力端子Ｔ３に印加された電圧は、発光ダイオード１８の順方向降下電圧ＶＦに相当する。この順方向降下電圧ＶＦは、ＤＳＰ(Digital Signal Processor)１２に設けられたＶＦ検出回路１６によって検出される。検出された順方向降下電圧ＶＦは、スイッチング制御回路１４に与えられる。スイッチング制御回路１４には、抵抗Ｒ１の端子電圧も与えられる。
スイッチング制御回路１４は、こうして与えられた順方向降下電圧ＶＦおよび抵抗Ｒ１の端子電圧を参照して、トランジスタＱ１およびＱ２のオン／オフ動作を制御する。制御の手順は、図３〜図４に示すフロー図に従う。
図３を参照して、ステップＳ１では、発光ダイオード１８を予備的に駆動するべく、トランジスタＱ１およびＱ２の相補的なオン／オフ動作を開始する。トランジスタＱ１は、発光ダイオード１８が辛うじて点灯する程度のオンデューティ比でオン／オフされる。トランジスタＱ２は、デットタイムを確保しつつ、トランジスタＱ１のオン／オフに対して相補的にオン／オフされる。トランジスタＱ１のソースに現れたパルス電圧は、インダクタＬ１と平滑コンデンサＣ１とによって平滑される。発光ダイオード１８には平滑電圧に基づく定電流が供給され、これによって発光ダイオード１８が弱く点灯する。
ステップＳ３では、ＶＦ検出回路１６を通して発光ダイオード１８の順方向降下電圧ＶＦを検出する。検出が完了するとステップＳ５に進み、トランジスタＱ１およびＱ２のオン／オフ動作つまり発光ダイオード１８の予備駆動を停止する。これによって、発光ダイオード１８が消灯する。
ステップＳ７では、定電流駆動開始操作が行われたか否かを繰り返し判別する。判別結果がＮＯからＹＥＳに更新されるとステップＳ９に進み、トランジスタＱ１およびＱ２の相補的なオン／オフ動作を開始する。このとき、トランジスタＱ１のオンデューティ比はソフトスタート動作により、ゼロから徐々に大きくなり、設定された定電流値に達すると定電流動作を行うようにオンデューティ比が調整される。トランジスタＱ２は、デットタイムを確保しつつ、トランジスタＱ１のオン／オフに対して相補的にオン／オフされる。
上述と同様、トランジスタＱ１のソースに現れたパルス電圧は、インダクタＬ１と平滑コンデンサＣ１とによって平滑される。発光ダイオード１８には平滑電圧に基づく定電流が供給され、これによって発光ダイオード１８が点灯する。
ステップＳ１１では定電流駆動停止操作が行われたか否かを判別し、判別結果がＮＯであればステップＳ１３で抵抗Ｒ１の端子電圧を検出する。ステップＳ１５では、検出された端子電圧が目標電圧を示すようにトランジスタＱ１のオンデューティ比を調整する。この結果、発光ダイオード１８が所望の明るさで点灯する。ステップＳ１５の処理が完了すると、ステップＳ１１に戻る。
ステップＳ１１の判別結果がＮＯからＹＥＳに更新されると、ステップＳ１７でトランジスタＱ１およびＱ２のオン／オフ動作を停止する。これによって、定電流駆動が終了され、発光ダイオード１８が消灯する。ステップＳ１９では、ステップＳ３で検出された順方向降下電圧ＶＦに基づいてトランジスタＱ２のオンデューティ比を調整する。図２を参照して、トランジスタＱ２のオンデューティ比は順方向降下電圧ＶＦの値が増大するほど大きくされる。
ステップＳ２１では、トランジスタＱ２のオン／オフ動作を開始する。トランジスタＱ２はステップＳ１９で調整されたオンデューティ比でオン／オフされ、平滑コンデンサＣ１に蓄積された電荷はインダクタＬ１およびトランジスタＱ２を通して放電される。トランジスタＱ２のオンデューティ比は順方向降下電圧ＶＦの増大に応じて増大されるため、平滑コンデンサＣ１に蓄積された電荷の放電に要する時間の均一化が図られる。
ステップＳ２３では、平滑コンデンサＣ１の放電が完了するまで待機する。平滑コンデンサＣ１の放電が完了すると、ステップＳ２５でトランジスタＱ２のオン／オフ動作を停止し、その後に処理を終了する。
以上の説明から分かるように、トランジスタＱ１のドレインは直流電源Ｅ１の正極に接続され、トランジスタＱ１のソースはトランジスタＱ２のドレインに接続され、そしてトランジスタＱ２のソースは直流電源Ｅ１の負極に接続される。インダクタＬ１の一方端はトランジスタＱ２のドレインに接続され、インダクタＬ１の他方端は平滑コンデンサＣ１の一方端に接続され、そして平滑コンデンサＣ１の他方端は直流電源Ｅ１の負極に接続される。スイッチング制御回路１４は、発光ダイオード１８に定電流を供給する定電流駆動のために、トランジスタＱ１およびＱ２を相補的に繰り返しオン／オフする(S9, S13~S15)。スイッチング制御回路１４はまた、定電流駆動の終了後に、トランジスタＱ１を継続的にオフしかつトランジスタＱ２を繰り返しオン／オフする(S19~S25)。
トランジスタＱ１およびＱ２を相補的に繰り返しオン／オフすることで定電流駆動が実現されるところ、定電流駆動の終了後にトランジスタＱ１を継続的にオフしかつトランジスタＱ２を繰り返しオン／オフすることで、平滑コンデンサＣ１に蓄積された電荷がトランジスタＱ２を介して徐々に放電される。これによって、平滑コンデンサＣ１に蓄積された電荷の放電に起因するインダクタＬ１およびトランジスタＱ２の過負荷を回避することができる。
なお、この実施例では、順方向降下電圧ＶＦが大きいほどトランジスタＱ２のオンデューティ比を大きくするようにしているが、順方向降下電圧ＶＦが大きいほどトランジスタＱ２のオンデューティ比を小さくするようにしてもよい。この場合、オンデューティ比は、図５に示すグラフに沿って調整される。このような調整によって、放電時にトランジスタＱ２を流れる電流量の均一化が図られる。
また、この実施例では、順方向降下電圧ＶＦを検出するために発光ダイオード１８を予備的に駆動するようにしている（図３のステップＳ１〜Ｓ３参照）。しかし、順方向降下電圧ＶＦは発光ダイオード１８の定電流駆動と並列して検出するようにしてもよい。この場合、図３〜図４に示すフロー図は、図６に示すように部分的に修正される。
図６によれば、ステップＳ１〜Ｓ５の処理に代えてステップＳ３１が設けられる。また、ステップＳ１５に続いてステップＳ３３〜Ｓ３７の処理が追加される。ステップＳ３１では、フラグＦＬＧを“０”に設定する。ステップＳ３３ではフラグＦＬＧが“０”であるか否かを判別し、判別結果がＮＯであればそのままステップＳ１１に戻る一方、判別結果がＹＥＳであればステップＳ３５〜Ｓ３７の処理を経てステップＳ１１に戻る。ステップＳ３５では、ＶＦ検出回路１６を通して発光ダイオード１８の順方向降下電圧ＶＦを検出する。検出が完了すると、ステップＳ３７でフラグＦＬＧを“１”に更新する。
さらに、順方向降下電圧ＶＦは、定電流駆動停止操作に応答して検出するようにしてもよい。この場合、図３に示すステップＳ１〜Ｓ５の処理が省略され、ステップＳ３の処理に相当する処理がステップＳ１７およびＳ１９の間に実行される。
１０ …負荷駆動電源装置
１２ …ＤＳＰ
１４ …ＳＷ制御回路
１６ …ＶＦ検出回路
１８ …ダイオード負荷
Ｑ１，Ｑ２ …トランジスタ
Ｃ１ …平滑コンデンサ
Ｌ１ …インダクタ
Ｒ１ …抵抗

Claims (6)

  1. 直流電源の一方端に接続された一方端を有する第１スイッチング素子、
    前記第１スイッチング素子の他方端に接続された一方端と前記直流電源の他方端に接続された他方端とを有する第２スイッチング素子、
    前記第２スイッチング素子の一方端に接続された一方端を有するインダクタ、
    前記インダクタの他方端および前記直流電源の他方端の間に設けられた平滑コンデンサ、
    負荷に定電流を供給する定電流駆動のために前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子を相補的に繰り返しオン／オフする第１制御手段、および
    前記定電流駆動の終了後に前記第１スイッチング素子を継続的にオフしかつ前記第２スイッチング素子を繰り返しオン／オフする第２制御手段を備える、負荷駆動電源回路。
  2. 前記負荷はダイオードを含み、
    前記第２制御手段は前記ダイオードの順方向降下電圧に基づいて前記第２スイッチング素子のオンデューティ比を調整する調整手段を含む、請求項１記載の負荷駆動電源回路。
  3. 前記第１制御手段の処理に先立って前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子を相補的に繰り返しオン／オフする第３制御手段、および
    前記第３制御手段の処理と並列して前記ダイオードの順方向降下電圧を検出する第１検出手段をさらに備え、
    前記調整手段は前記第１検出手段によって検出された順方向降下電圧を参照する、請求項２記載の負荷駆動電源回路。
  4. 前記第１制御手段の処理と並列して前記ダイオードの順方向降下電圧を検出する第２検出手段をさらに備え、
    前記調整手段は前記第２検出手段によって検出された順方向降下電圧を参照する、請求項２記載の負荷駆動電源回路。
  5. 前記調整手段は前記順方向降下電圧が大きいほどオンデューティ比を大きくする、請求項２ないし４のいずれかに記載の負荷駆動電源回路。
  6. 前記調整手段は前記順方向降下電圧が大きいほどオンテューティ比を小さくする、請求項２ないし４のいずれかに記載の負荷駆動電源回路。
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