JP2017103961A - 電圧変換回路 - Google Patents

Abstract

【課題】マイクロコンピュータの誤作動による過電流発生を抑制できる電圧変換回路を提供する。
【解決手段】電圧変換回路１は、昇圧回路１０、マイクロコンピュータ２０、コンデンサ３０及び抵抗４０を備える。昇圧回路１０は、制御端子をもつスイッチング素子１２を有し、スイッチング素子１２がパルス幅変調制御されることで、入力電圧を目標の出力電圧まで昇圧する。マイクロコンピュータ２０は、制御端子にパルス幅変調制御した制御信号を送る。コンデンサ３０は、マイクロコンピュータ２０とスイッチング素子１２の制御端子との間に介在して設けられている。抵抗４０は、スイッチング素子１２の制御端子とコンデンサ３０との間に一方が接続され、他方はグランドに接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電圧変換回路に関し、特に、昇圧回路内のスイッチング素子に過電流が発生することを抑制する電圧変換回路に関する。

従来、特許文献１の電圧変換回路は、昇圧回路及び制御回路を備えている。

昇圧回路は、昇圧コイル、昇圧コンデンサ、昇圧ダイオード及びスイッチング素子を有している。昇圧コイルは一方が入力端子となっており、他方は昇圧ダイオード及びスイッチング素子に接続されている。言い換えると、スイッチング素子は昇圧ダイオードと並列して昇圧コイルに接続されている。そして、昇圧ダイオードは昇圧コンデンサと接続されている。昇圧ダイオードに接続されている昇圧コンデンサの一方が出力端子として機能し、昇圧コンデンサの他方はグランドに接続される。

制御回路は、電圧がハイの信号とローの信号とを矩形波として出力し、その矩形波のデューティ比を制御する、いわゆるパルス幅変調制御（以下、ＰＷＭ制御）によって、スイッチング素子のオン状態とオフ状態とを切り替えている。スイッチング素子をパルス幅変調制御することで、昇圧コイルが生み出す起電力を昇圧コンデンサにたくわえ、このたくわえた分の電圧を出力電圧として出力する。このときの出力電圧による電流が入力側に流れないように昇圧ダイオードによって、出力側に整流している。

特開２００５−３１２２３７号公報

従来、スイッチング素子をＰＷＭ制御するため、専用の制御回路を用いていたところを、本発明者は、スイッチング素子以外の制御も行っているマイクロコンピュータを用いて、ＰＷＭ制御することを想起するに至った。これによれば、マイクロコンピュータによってスイッチング素子をＰＷＭ制御することで、ＰＷＭ制御に必要であった専用の制御回路を無くすことができ、電圧変換回路を構成する部品の点数を低減できる。

しかし、スイッチング素子以外の制御も行っているマイクロコンピュータを用いて、ＰＷＭ制御を行うと、マイクロコンピュータの処理負荷が大きくなることに起因して、正常なＰＷＭ制御が行われず、マイクロコンピュータの出力信号がハイでフリーズしてしまうという誤作動を生じるおそれがある。このように、出力がハイでフリーズすると、スイッチング素子の制御端子には常にハイが入力され続けるに伴って、スイッチング素子や昇圧コイルに流れる電流が上昇し続ける過電流が発生してしまうことが懸念される。すると、この過電流によってスイッチング素子や昇圧コイルが発熱し、電圧変換回路の故障の原因となってしまう。

上述の課題をかんがみて、本発明は、マイクロコンピュータの誤作動による過電流発生を抑制できる電圧変換回路を提供することを目的とする。

本発明は、上述の目的を達成するために、以下の手段を採用する。

請求項１に記載の発明は、制御端子をもつスイッチング素子を有し、スイッチング素子のオン状態とオフ状態との切替えが制御されることで、入力電圧を目標の出力電圧まで昇圧する昇圧回路と、制御端子にパルス幅変調制御した制御信号を送るマイクロコンピュータと、スイッチング素子の制御端子とマイクロコンピュータとの間に介在して設けられているコンデンサと、スイッチング素子の制御端子とコンデンサとの間に一方が接続され、他方はグランドに接続されている抵抗と、を備える電圧変換回路である。

この発明によれば、マイクロコンピュータからＰＷＭ制御された制御信号をスイッチング素子に入力するときに、制御信号がハイ状態にフリーズしてしまう誤作動が起こることがある。このような誤作動が起こったとき、マイクロコンピュータとスイッチング素子の制御端子との間に介在するコンデンサは、コンデンサと制御端子との間に一方が接続され他方がグランドに接続された抵抗を通じて、グランドに向けて放電する。よって、コンデンサのスイッチング素子の制御端子側からグランドに向けて放電され、スイッチング素子のオフ閾値電圧を下回ると、直流電源と等価であるハイ状態にフリーズしたマイクロコンピュータの制御信号が制御端子に入力され続けることを防ぐことができる。したがって、スイッチング素子に過電流が流れることを抑制することができる。

第１実施形態の電圧変換回路１の回路図である。 第１実施形態の電圧変換回路１におけるマイクロコンピュータ２０の制御信号、ゲート電圧及びドレイン電流の時間変化を示した図である。 第２実施形態の電圧変換回路２の回路図である。 第２実施形態の電圧変換回路２におけるマイクロコンピュータ２０の制御信号、ゲート電圧及びドレイン電流の時間変化を示した図である。 第３実施形態の電圧変換回路３の回路図である。 第３実施形態の電圧変換回路３におけるマイクロコンピュータ２０の制御信号、ゲート電圧及びドレイン電流の時間変化を示した図である。 第４実施形態の電圧変換回路４の回路図である。 第４実施形態の電圧変換回路４において、ダイオード８０を有する場合のゲート電圧の時間変化と、ダイオード８０を有さない場合のゲート電圧の時間変化とを示した図である。

以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、説明の理解を容易にするため各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

（第１実施形態）
図１及び図２を参照して第１実施形態の電圧変換回路１の構成及び動作について説明する。

まず、図１に示すように電圧変換回路１は昇圧回路１０を有しており、昇圧回路１０について説明する。

昇圧回路１０は、入力電圧Ｖｉｎを昇圧して、所定の電圧まで引き上げる。そして、昇圧回路１０は出力電圧Ｖｏｕｔを出力する。入力電圧Ｖｉｎは外部の装置から出力されて昇圧回路１０に入力される電圧である。出力電圧Ｖｏｕｔは昇圧回路１０から出力され、他の装置に入力される電圧である。つまり、入力電圧Ｖｉｎを目標の電圧である出力電圧Ｖｏｕｔまで昇圧している。

昇圧回路１０は、昇圧コイル１１、スイッチング素子１２、昇圧ダイオード１３及び昇圧コンデンサ１４を備える。

昇圧コイル１１の一方は、入力電圧Ｖｉｎが入力される入力端子として機能する。そして、昇圧コイル１１の他方は、スイッチング素子１２の電源側端子及び昇圧ダイオード１３のアノードに接続されている。

スイッチング素子１２は、昇圧ダイオード１３と並列して昇圧コイル１１に接続されている。そして、スイッチング素子１２は、電源側端子、制御端子及び出力側端子の３つの端子を有する。図１に示すように、電源側端子は昇圧コイル１１及び昇圧ダイオード１３のアノードに接続され、制御端子は後述するようにコンデンサ３０を介してマイクロコンピュータ２０（以下、マイコン２０とする。）の出力端子に接続され、出力側端子はグランドに接続されている。

また、図１に示すように、第１実施形態におけるスイッチング素子１２はＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｃｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。つまり、電源側端子はドレイン端子、制御端子はゲート端子、そして、出力側端子はソース端子といえる。したがって、ドレイン端子は昇圧コイル１１及び昇圧ダイオード１３のアノードに接続され、ゲート端子は後述するようにコンデンサ３０を介してマイコン２０の出力端子に接続され、ソース端子はグランドに接続されている。

スイッチング素子１２の制御端子に所定電圧以上の信号が入力されると、電源側端子から出力側端子へと電流が流れる。言い換えると、スイッチング素子１２の制御端子に所定電圧以上の信号が入力されるとスイッチオンの状態となり、電源側端子から出力側端子へと電流を流すということである。逆に制御端子に所定電圧よりも小さい信号が入力されると、スイッチオフの状態となり電源側端子から出力側端子へは電流は流れない。このように、スイッチング素子のオン状態とオフ状態とを切り替えることで、電流の流れを制御している。

昇圧ダイオード１３は、上述したようにスイッチング素子１２と並列して昇圧コイル１１に接続されており、つまり、アノードは昇圧コイル１１及びスイッチング素子１２の電源側端子に接続されている。対してカソードは昇圧コンデンサ１４と接続され、また、出力電圧Ｖｏｕｔを出力する出力端子として機能する。

昇圧コンデンサ１４は、その一方が上述したように昇圧ダイオード１３のアノードと接続され、他方はグランドに接続されている。そして、昇圧コンデンサ１４の一方が昇圧回路１０の出力端子として機能する。

次に、図１に示すように電圧変換回路１はマイコン２０を有しており、マイコン２０について説明する。

マイコン２０は、その内部にＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等の中央演算処理装置、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等のメモリ及び外部機器との情報のやり取りを行う入出力インタフェースを備えている。

そして、マイコン２０の機能としては、上述のスイッチング素子１２の制御端子に制御信号を送っており、この制御信号はハイとローとを繰り返す矩形波である。図２（ａ）に示すように、区間ｔ１からｔ２までは、制御信号がハイの状態である。そして、区間ｔ２からｔ３までは、制御信号がローの状態である。そして、周期を区間ｔ１からｔ３までとして、ハイとローとを繰り返すと矩形波となる。マイコン２０はこの区間ｔ１からｔ２までの長さと区間ｔ２からｔ３までの長さを調整している。言い換えれば、マイコン２０は、制御信号の一周期の区間においてハイの状態が一周期に占める区間の割合であるデューティ比を調節するＰＷＭ制御をしている。そして、マイコン２０によって、ＰＷＭ制御された矩形波が制御信号として上述のスイッチング素子１２の制御端子に入力され、オン状態とオフ状態との切替えを制御する。

次に、図１に示すように電圧変換回路１はコンデンサ３０と抵抗４０を有しており、これらの回路素子について説明する。

コンデンサ３０は、上述のスイッチング素子１２の制御端子とマイコン２０との間に介在して設けられている。第１実施形態ではスイッチング素子１２はＭＯＳＦＥＴであるため、コンデンサ３０は、ゲート端子とマイコン２０との間に介在して設けられているといえる。

抵抗４０は、上述のコンデンサ３０とスイッチング素子１２の制御端子との間の接続点に一方が接続されており、他方がグランドに接続されている。第１実施形態では、第１実施形態ではスイッチング素子１２はＭＯＳＦＥＴであるため、抵抗４０はその一方がコンデンサ３０及びゲート端子に接続されており、他方がグランドに接続されているといえる。

次に、図１に示すマイコン２０が正常な状態の時の電圧変換回路１の動作を説明する。なお、以下では、第１実施形態ではスイッチング素子１２がＭＯＳＦＥＴであるから、説明のため、制御端子はゲート端子と称し、制御端子に入力される制御信号はゲート電圧と称する。

マイコン２０は、図２（ａ）に示すような、区間ｔ１からｔ３を周期とする矩形波を制御信号として出力する。そして、上述のＰＷＭ制御によってデューティ比、すなわち、区間ｔ１からｔ２までの長さを調節している。この制御信号がゲート端子へと送られる。

この矩形波の制御信号が制御端子に入力されると、図２（ｂ）に示すように、区間ｔ１からｔ２まではハイの制御信号が制御端子に入力され、区間ｔ２からｔ３まではローの制御信号が制御端子に入力される。なお、マイコン２０とゲート端子の間にはコンデンサ３０が介在しており、上述の抵抗４０が接続されている。そして、制御信号がローからハイに遷移することによって抵抗４０が接続されたコンデンサ３０の端子には、グランドに対してハイの電圧が生じ電流が流れ、図２（ｂ）の区間ｔ１からｔ２までのゲート電圧は減少している。しかしながら、ＰＷＭ制御において制御信号がハイの状態である期間はコンデンサ３０の時定数よりも十分に短く、ゲート電圧の減少による影響は無視することができると考えてよい。つまり、区間ｔ１からｔ２においてゲート電圧はハイの状態であると考えてよい。

まず、区間ｔ１からｔ２までのゲート電圧がハイの状態であるときについて説明する。ハイ状態である制御信号がＭＯＳＦＥＴのゲート端子に入力されると、ＭＯＳＦＥＴの効果によりソースとドレインが導通し電流が流れる。すると、図２（ｃ）に示すように、区間ｔ１からｔ２までにおいてドレイン電流が上昇する。

このとき、昇圧回路１０では、ドレイン電流の上昇に伴って、昇圧コイル１１に電流が流れ、昇圧コイル１１に磁気エネルギーがたくわえられる。

次に、区間ｔ２からｔ３までのゲート電圧がローの状態である時について説明する。ロー状態である制御信号がＭＯＳＦＥＴのゲート端子に入力されると、ＭＯＳＦＥＴの効果によりソースとドレインが絶縁され電流が流れなくなる。その結果、図２（ｃ）に示すように、区間ｔ２からｔ３までにおいてドレイン電流はほぼゼロとなる。

このとき、昇圧回路１０では、ドレイン電流が流れなくなったことに伴って、昇圧コイル１１はドレイン電流が流れていた向きに電流を流そうとするために起電力を発生させる。つまり、昇圧コイル１１は上述の磁気エネルギーを起電力として放出し、昇圧コンデンサ１４は一時的に起電力によって発生する電圧変化を吸収することで、昇圧回路１０の出力端子の電圧が安定化されて出力される。また、昇圧回路１０から出力される出力電圧Ｖｏｕｔは、昇圧コンデンサ１４蓄えたエネルギーに昇圧コイル１１の起電力が上積みされるので、入力電圧Ｖｉｎよりも大きな値となっている。さらに、昇圧ダイオード１３があるため、入力側には電流は流れない。

ここで、マイコン２０のＰＷＭ制御によって矩形波のデューティ比を調整すると、昇圧コイル１１が生み出す起電力及び昇圧コンデンサ１４に蓄積される電荷の量を制御することができるので、出力電圧の大きさを制御することができる。よって、マイコン２０が昇圧電圧の制御を行い、昇圧回路１０によって入力電圧を所定の出力電圧へと昇圧しているといえる。

次に、図１に示すマイコン２０が異常な状態の時の電圧変換回路１の動作を説明する。

マイコン２０が異常な状態であるとは、図２（ａ）に示すようにｔ５以降で制御信号がハイの状態でフリーズしている場合をいう。つまり、ｔ５以降では、マイコン２０から矩形波が出力されず、ＰＷＭ制御が行われていない。

制御信号がハイ状態にフリーズしたときのゲート電圧は、図２（ｂ）に示すように、ｔ５以降で徐々に減衰していき、やがては０になる。これは、上述の抵抗４０を介してコンデンサ３０にグランドから電荷が蓄えられ、一定時間が経つと制御信号のハイ状態と同じ大きさで逆向きの電圧がコンデンサ３０に発生する。よって、フリーズしたマイコン２０の制御信号の電圧とコンデンサ３０との電圧とが打ち消し合って、ゲート電圧は０になり、ドレイン電流は流れなくなる。言い換えると、ｔ５以降の制御信号は直流と考えられ、始めコンデンサ３０に蓄えられた電荷は空であるから、ゲート電圧には制御信号のハイ−グランドとの電位差に相当する電圧が発生する。しかし、時間の経過とともにコンデンサ３０には電荷が蓄えられていき、蓄えられるとともにマイコン２０側に電流を流そうとする電圧がコンデンサ３０に生まれるので、徐々にゲート電圧が減衰していく。さらに時間が経過すると、制御信号はもはや直流信号と考えることができ、直流に対してコンデンサ３０は断線しているのと等価なものとなり、ゲート端子は抵抗４０を介してグランド接続されているので、ゲート電圧は０となる。

制御信号がハイ状態にフリーズしたときのドレイン電流は、図２（ｃ）に示すように、始めはゲート電圧がハイの状態となっているのでドレイン電流は上昇し、やがてゲート電圧の減衰と共にある一定のピークを経てドレイン電流も減衰しやがて０になる。言い換えると、ｔ５以降ゲート電圧はコンデンサ３０の充電と共に徐々に減衰していくが、ゲート電圧が所定電圧以上である場合には、ＭＯＳＦＥＴはオン状態となり、ドレイン電流は流れ続ける。一方で、ゲート電圧が所定電圧よりも低くなった場合には、ＭＯＳＦＥＴはオフ状態となり、ドレイン電流は徐々に減衰する。そして、上述のようにフリーズしたマイコン２０の制御信号の電圧とコンデンサ３０との電圧とが打ち消し合って、ゲート電圧が０となり、ドレイン電流も０となる。

また、別の言い方をすると、第１実施形態はマイコン２０とスイッチング素子１２の制御端子との間に微分回路を設けているともいえる。つまり、上述のようなコンデンサ３０と抵抗４０との配置は、いわゆる微分回路であり、この微分回路の入力がマイコン２０と接続されており、出力がスイッチング素子１２の制御端子と接続されている。

（第１実施形態の作用効果）
以下、第１実施形態の電圧変換回路１の作用効果について説明する。

本実施形態によれば、マイコン２０からＰＷＭ制御された制御信号をスイッチング素子１２に入力するときに、制御信号がハイ状態にフリーズしてしまう誤作動が起こることがある。このような誤作動が起こったとき、マイコン２０とスイッチング素子１２の制御端子との間に介在するコンデンサ３０が充電される。そして、このコンデンサ３０が充電されると、コンデンサ３０と制御端子との間に一方が接続され他方はグランドに接続された抵抗４０を通じて、所定時間後、コンデンサ３０に蓄えられた電荷は、グランドに放電される。よって、コンデンサ３０がマイコン２０とスイッチング素子１２の制御端子の間に介在することで、直流電源と等価であるハイ状態にフリーズした制御信号が制御端子に入力され続けることを防ぐことができる。したがって、スイッチング素子１２に過電流が流れることを抑制することができる。

なお、第１実施形態において、スイッチング素子１２はＭＯＳＦＥＴとして説明をしたが、本発明においては、スイッチング素子１２をＭＯＳＦＥＴに限定されることはなく、スイッチ機能をもつ他の回路素子でも本発明の作用効果を奏する。つまり、スイッチング素子１２としてＭＯＳＦＥＴになんら限定されない。

また、上述のコンデンサ３０によって、マイコン２０がスイッチング素子１２を正常にＰＷＭ制御することの妨げにならないかと懸念されるかもしれない。しかしながら、正常なＰＷＭ制御においてマイコン２０から出力される矩形波の周期は、上述のコンデンサ３０の時定数よりも十分短い。よって、コンデンサ３０がマイコン２０とスイッチング素子１２の制御端子との間に介在して設けられているとはいえ、マイコン２０と制御端子とは短絡していると考えることができる。したがって、上述のコンデンサ３０をマイコン２０と制御端子との間に介在させても、正常なＰＷＭ制御ができる。

（第２実施形態）
図３を参照して第２実施形態の電圧変換回路２の構成及び動作について説明する。なお、第１実施形態と同様の構成についての説明は省略する。

第２実施形態は電流検出器５０と遮断回路６０を有している点で、第１実施形態とは異なる実施形態である。以下、電流検出器５０と遮断回路６０について説明する。

電流検出器５０は、スイッチング素子１２に流れる電流を検出する。第２実施形態において電流検出器５０は抵抗器であり、抵抗器にかかっている電圧を検出することで、オームの法則から抵抗器に流れる電流を検出することができる。つまり、抵抗器の電圧をオームの法則に当てはめて、電流検出器５０から検出電流を算出できる。なお、第２実施形態では電流検出器５０は抵抗器であるとしたが、本発明ではこれに限らず、電流センサや磁気センサ等電流値を検出できるものであれば、適宜選択することができる。

遮断回路６０は、遮断抵抗６１、遮断コンデンサ６２及び遮断スイッチ６３を備えている。そして、遮断回路６０は、スイッチング素子１２の出力側に流れる電流が過電流となる前に、スイッチング素子１２の制御端子とグランドとを導通させ、制御端子にマイコン２０からの制御信号を遮断する機能をもつ。

遮断抵抗６１は、図３に示すように、ＭＯＳＦＥＴのソース端子と上述の電流検出器５０との接続点にその一方が接続されている。そして、他方は遮断コンデンサ６２及び遮断スイッチ６３と接続されている。

遮断コンデンサ６２は、遮断スイッチ６３と並列しており、その一方が遮断抵抗６１及び遮断スイッチ６３と接続されており、他方はグランドと接続されている。

遮断スイッチ６３は、第２実施形態においてはバイポーラトランジスタである。図３に示すように、遮断スイッチ６３は遮断コンデンサ６２と並列しており、遮断スイッチ６３のベース端子は遮断抵抗６１及び遮断コンデンサ６２に接続されている。また、コレクタ端子はＭＯＳＦＥＴのゲート端子、コンデンサ３０及び抵抗に接続され、エミッタ端子はグランドに接続されている。なお、第２実施形態では遮断スイッチ６３はバイポーラトランジスタとしたが、本発明において、何らこれに限定されず各種のスイッチ機能をもつ素子を適宜選択することができる。

ここで、遮断回路６０の遮断抵抗６１と遮断コンデンサ６２の部分は積分回路６１、６２として機能する。つまり、上記の電流検出器５０が検出した信号は積分回路６１、６２に入力信号として入力され、積分回路６１、６２によって積分されることで平均化されて遮断抵抗６１と遮断コンデンサ６２との接続点から積分回路６１、６２の出力信号として出力される。また、積分回路６１、６２から出力される電圧信号である出力信号は、遮断抵抗６１と遮断コンデンサ６２を適宜選択することで所定値にすることができる。この所定値を遮断スイッチ６３が駆動する駆動値に設定することで、遮断スイッチ６３によってグランド接続する経路が形成される。

次に、図３に示す電流検出器５０及び遮断回路６０の動作を説明する。

上述したようにマイコン２０に誤作動が発生した場合、ドレイン電流が上昇していく。ドレイン電流とソース電流は、向きが逆向きで大きさはほぼ同じ値になる。グランドを基準にした電流値相当の電圧を得るため、ソース端子側に電流検出器５０を設ける。電流検出器５０の抵抗器がこのドレイン電流を検出し、検出した検出電流によって、ソース端子には検出電流に対応する電圧である検出電圧が発生する。そして、図４（ｃ）に示すように所定値以上の検出電流に基づいた所定値以上の検出電圧が発生すると、遮断回路６０が駆動する。すなわち、上述の遮断抵抗６１と遮断コンデンサ６２から成る積分回路６１、６２によって検出電圧が平均化され、遮断スイッチ６３であるバイポーラトランジスタのベース端子に印加される。このとき積分回路によって平均化された検出電圧がバイポーラトランジスタの駆動する閾値よりも大きくなるとコレクタとエミッタ間が導通する。すると、エミッタはグランドに接続され、コレクタはスイッチング素子１２の制御端子に接続されているので、スイッチング素子１２の制御端子には、ローの信号が入力される。

言い換えると、第２実施形態において、図４（ａ）の制御信号がｔ５以降のようにハイ状態にフリーズしたとき、従来であればゲート電圧にもハイ状態の制御信号が入力される。しかし、電流検出器５０及び遮断回路６０によって制御端子とグランドとをつなぐ経路が形成されるので、図４（ｂ）に示すように速やかにゲート電圧は減衰していく。その結果、図４（ｃ）に示すようにドレイン電流も速やかに減衰していく。

（第２実施形態の作用効果）
以下、第２実施形態の作用効果について説明する。

第２実施形態では、スイッチング素子１２に流れる電流を検出する電流検出器と、電流検出器５０が検出した検出電流が所定値以上となったとき、コンデンサ３０をグランドに放電させることで、制御信号を遮断する遮断回路６０と、を備えている。

これによれば、電流検出器５０は、上述したマイコン２０の誤作動によってスイッチング素子１２に所定値以上の電流が流れたことを検出する。すると、遮断回路６０によって、コンデンサ３０の制御端子側の電位をグランドに放電することで、マイコン２０からスイッチング素子１２の制御端子に送られる制御信号が遮断される。よって、制御端子にかかる電圧をより速やかにローにでき、スイッチング素子１２に過電流が流れることを抑制することができる。

詳述すると、本実施形態の電圧変換回路２によれば、電流検出器５０は、上述したマイコン２０の誤作動によってスイッチング素子１２に所定値以上の電流が流れたことを検出する。すると、電流検出器５０によって発生した電圧である検出電圧が遮断回路６０に印加される。そして、遮断回路６０内の積分回路によって検出電圧が平均化され、遮断スイッチ６３の駆動電圧まで達すると遮断スイッチ６３が駆動し、スイッチング素子１２の制御端子がグランドと導通する。その結果、コンデンサ３０にたまった電荷を、遮断回路６０を通じてグランドに放電することで、マイコン２０からスイッチング素子１２の制御端子に送られる制御信号が遮断される。よって、制御端子とグランドとを導通する経路の数が増え、制御端子にかかる電圧を第１実施形態より速やかにローにでき、スイッチング素子１２に過電流が流れることを抑制できる。

また、第２実施形態では、遮断回路６０は、電流検出器５０が検出した信号を入力信号として、入力信号を積分する積分回路６１、６２と、積分回路６１、６２から出力された出力信号によって駆動し、上述の制御信号を遮断する遮断スイッチ６３とを有する。

これによれば、積分回路６１、６２が検出電圧を平均化してから遮断スイッチ６３を駆動させているので、遮断スイッチ６３のベース端子にかかる電圧は急激な変化が起こらず、コンデンサ３０が放電するために必要な時間を十分にとることができる。つまり、スイッチング素子１２の制御端子がグランド接続されて制御端子に印加される電圧が所定電圧以下となり、スイッチング素子１２に流れる電流が瞬間的に低下して遮断回路６０が機能しないことが懸念される。しかし、上述のようにスイッチング素子１２に流れる電流が瞬間的に低下しても、積分回路６１、６２が有する遮断コンデンサ６２の時定数の間隔だけコンデンサ３０がグランドに放電できる時間を稼ぐことができる。よって、コンデンサ３０を確実に放電することができ、スイッチング素子１２に過電流が流れることを抑制できる。

なお、第２実施形態の遮断回路６０は、遮断抵抗６１及び遮断コンデンサ６２並びに遮断スイッチ６３としたが、要は、遮断回路６０としてスイッチング素子１２の出力側の電流が過電流となる前に制御端子をグランドへ導通される機能をもつ回路であればよい。この機能を満たす回路構成の一例として、電流検出器５０から所定電圧が入力されると一定時間後にロー信号を出力するデジタル回路であるラッチ回路を遮断回路６０として選択することも可能である。

（第３実施形態）
図５を参照して第３実施形態の電圧変換回路３の構成及び動作について説明する。なお、第１及び第２実施形態と同様の構成についての説明は省略する。

第３実施形態は電流検出器５０と割込回路７０を有している点で、第１実施形態とは異なる実施形態である。電流検出器５０については第２実施形態と同様であるので、以下、割込回路７０について説明する。

割込回路７０は、割込スイッチ７１及び電源７３に接続された割込抵抗７２を備えており、電流検出器５０が所定値以上の電流が流れたと検出すると割込回路７０が駆動し、マイコン２０に割込みをかけることで制御信号を停止させる機能をもつ。

割込スイッチ７１は、第３実施形態においてはバイポーラトランジスタである。図５に示すように、割込スイッチ７１のベース端子はＭＯＳＦＥＴのソース端子と電流検出器５０との接続点と接続されており、コレクタ端子は割込抵抗７２と接続され、エミッタ端子はグランドと接続されている。そして、コレクタ端子と割込抵抗７２との接続点とマイコン２０とは接続されている。なお、第３実施形態では割込スイッチ７１はバイポーラトランジスタとしたが、本発明において、何らこれに限定されず各種のスイッチ機能をもつ素子を適宜選択することができる。

割込抵抗７２は一方が電源７３に接続され、他方が割込スイッチ７１に接続されており、割込みスイッチと直列接続されている。上述したように割込抵抗７２の他方と割込スイッチ７１との接続点はマイコン２０へ接続されている。

なお、第３実施形態において電源７３とはマイコン２０などのデジタル回路がハイと認識するおおよそ５Ｖの電源７３を供給している。

次に、図５に示す割込回路７０の動作を説明する。

上述したようにマイコン２０に誤作動が発生した場合、上述したように、電流検出器５０の抵抗器が検出した検出電流によって、ソース端子には検出電流に対応する電圧である検出電圧が発生する。そして、図６（ｃ）に示すように所定値以上の検出電流に基づいた所定値以上の検出電圧が発生する。

そして、この所定値以上の検出電圧が割込回路７０に印加されるのであるが、所定値以上の検出電圧によって割込回路７０内の割込スイッチ７１が駆動するように割込スイッチ７１を設計している。上述のように、割込スイッチ７１が駆動する検出電圧が印加されると、割込スイッチ７１が駆動して、電源７３から割込抵抗７２及び割込スイッチ７１を介してグランドまでの経路が導通する。すると、割込抵抗７２と割込スイッチ７１との接続点はマイコン２０と接続されているので、導通したと同時にマイコン２０に信号が入力される。そして、マイコン２０が行っている矩形波を出力する制御及びＰＷＭ制御に割込みがかかり、割込みによって強制的にマイコン２０が行う制御が終了する。よって、スイッチング素子１２の制御端子には、ローの信号が入力される。

言い換えると、第３実施形態において、図６（ａ）の制御信号がｔ５以降のようにハイ状態にフリーズしたとき、従来であればゲート電圧もハイ状態の制御信号が入力される。しかし、電流検出器５０及び割込回路７０によって、図６のｔ６の時点でマイコン２０の制御信号をローの状態にする割込みをかけるので、図６（ｂ）に示すようにｔ６の時点から速やかにゲート電圧は減衰していく。その結果、図６（ｃ）に示すようにドレイン電流もｔ６の時点から速やかに減衰していく。

（第３実施形態の作用効果）
以下、第３実施形態の作用効果について説明する。

第３実施形態では、スイッチング素子１２に流れる電流を検出する電流検出器５０と、電流検出器５０が検出した検出電流が所定値以上となったとき、マイコン２０のパルス幅変調制御を停止させる割込みを行う割込回路７０と、を備えている。

これによれば、電流検出器５０は、上述のようにスイッチング素子１２に所定値以上の電流が流れたことを検出する。すると、割込回路７０によって、マイコン２０が行っている制御に割込みをかける。この割込みによって強制的にマイコン２０の制御を終了させて、スイッチング素子１２にかかる電圧をローにすることができる。よって、スイッチング素子１２に過電流が流れることを抑制することができる。

詳述すると、第３実施形態の電圧変換回路３によれば、電流検出器５０は、上述したマイコン２０の誤作動によってスイッチング素子１２に所定値以上の電流が流れたことを検出する。すると、電流検出器５０によって発生した電圧である検出電圧が割込回路７０に入力される。入力された検出電圧が割込回路７０内の割込スイッチ７１の駆動電圧よりも大きいと、割込回路７０内の割込スイッチ７１が駆動し、電源７３から割込抵抗７２及び割込スイッチ７１を介してグランドまでの経路が導通する。導通すると割込回路７０からマイコン２０へ信号が送られることによって、マイコン２０が行っている矩形波を出力する制御やＰＷＭ制御に割込みをかける。この割込みによって強制的に制御信号の生成やＰＷＭ制御を終了させて、スイッチング素子１２にかかる電圧を速やかにローにすることができる。よって、割込回路７０を有しない第１実施形態と比較して、スイッチング素子１２に過電流が流れることをより確実に抑制することができる。

なお、第３実施形態の割込回路７０の構成は、割込スイッチ７１及び電源７３に接続された割込抵抗７２としたが、要は、スイッチング素子１２の出力側に流れる電流が過電流となる前に、マイコン２０に割込みを書ける機能をもつ回路であればよい。この機能を満たす回路構成の一例を以下に示す。電流検出器５０から検出電圧が入力され、入力された検出電圧とあらかじめ定めておいた閾値とを比較して閾値以上の検出電圧が入力されたと判断すると、マイコン２０に割込みをかけるデジタル回路を割込回路７０として選択することも可能である。

（第４実施形態）
図７を参照して第４実施形態の電圧変換回路４の構成及び動作について説明する。なお、第１、第２及び第３実施形態と同様の構成についての説明は省略する。

第４実施形態は、第１実施形態の電圧変換回路１に上述の電流検出器、遮断回路６０及び割込回路７０を組み合わせ、さらにダイオード８０を有している。よって、以下ダイオード８０について説明する。

ダイオード８０は、コンデンサ３０とスイッチング素子１２の制御端子の接続点においてカソードが接続され、アノードはグランドに接続されている。また、図７に示すように、ダイオード８０は抵抗４０と並列してコンデンサ３０と制御端子の接続点と接続されているといえる。

ここで、ダイオード８０の機能を説明すると、制御端子がハイからローに遷移する際に、スイッチング素子１２の制御端子に制御信号がハイの時につくる電圧の向きと逆向きの電圧が入力されないようにしている。詳述すると、図８（ａ）に示すように、ダイオード８０が設けられていない場合の制御端子に入力されるゲート電圧は、区間ｔ１からｔ２までは上述した実施形態と同様の変化をする。しかし、区間ｔ２からｔ３では、コンデンサ３０に蓄えられた電荷によって、ゲート電圧は負の値となるオーバーシュートが起こる。対して、図８（ｂ）に示すように、ダイオード８０が設けられている場合のゲート電圧は、区間ｔ１からｔ２までは同様の変化をする。しかし、区間ｔ２からｔ３までは、コンデンサ３０に蓄えられている電荷によって負の電圧が発生するが、負の電圧が発生すると、ダイオード８０の整流性によってコンデンサ３０及び制御端子との接続点はグランドとショートする。よって、上述のオーバーシュートは発生せず、区間ｔ２からｔ３までの電圧は０となる。

（第４実施形態の作用効果）
以下、第４実施形態の作用効果について説明する。

第４実施形態に記載の発明では、上述の第３実施形態にかかる発明の電圧変換回路３に上述の遮断回路６０を備え、さらに、コンデンサ３０と制御端子との間の接続点でカソードが接続され、グランドにアノードが接続されたダイオード８０を備える。

これによれば、第３実施形態の電圧変換回路３に、上述の遮断回路６０を組み合わせることで、より速やかにスイッチング素子１２の制御端子にかかる電圧をローにでき、スイッチング素子１２に過電流が流れることを抑制することができる。

さらに、マイコン２０から制御端子にローの信号が出力されているとき、上記のコンデンサ３０にたまった電荷はダイオード８０を通じてグランド側に放電される。すると、制御端子とグランドとはショートした状態と等価になり、制御端子に入力される制御信号が負側にオーバーシュートすることを防止できる。よって、スイッチング素子１２の制御端子に逆電圧が入力されることを抑制しつつ、上述の過電流が発生することを抑制できる。

つまり、第４実施形態の電圧変換回路４によれば、遮断回路６０と割込回路７０とを組み合わせることで、第１、第２及び第３実施形態より速やかにスイッチング素子１２の制御端子にかかる電圧をローにできる。よって、スイッチング素子１２に過電流が流れることをより確実に抑制することができる。

また、上述のマイコン２０から制御端子にローの信号が出力されているとき、上記のコンデンサ３０に蓄えられた電荷によって、制御端子は負の電圧が入力される。しかし、ダイオード８０を通じてコンデンサ３０の電荷はグランド側に放電されるので、制御端子とグランドとはショートした状態と等価となる。すると、制御端子に入力される信号はローの信号となるので、制御端子に入力される制御信号が負側にオーバーシュートすることを防止できる。よって、スイッチング素子１２の制御端子に逆電圧が入力されることを抑制しつつ、上述の過電流が発生することをより確実に抑制できる。

（他の実施形態）
以上、発明の好ましい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なんら制限されることなく、上述に例示したように種々変形して実施することが可能である。また、各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分どうしの組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示していなくとも実施形態どうしを部分的に組み合せることも可能である。

また、第１実施形態から第４実施形態までに示した電圧変換回路１、２、３、４は、主に車両用表示装置が有する照明や表示装置の電源回路として用いられる。特に上述の各実施形態のマイコン２０は、スイッチング素子１２にＰＷＭ制御された制御信号を入力するだけではなく、他にも車内に搭載される照明装置の点灯消灯の制御や、照明装置の輝度を調整する制御等、車両内に搭載される様々な装置の制御を行っている。よって、上述のように本実施形態におけるマイコン２０は、ＰＷＭ制御以外にも様々な制御を行っており、制御信号がハイにフリーズしてしまうという誤動作が起こりやすい状況であり、スイッチング素子１２に過電流が流れる可能性が高い。したがって、さまざまな装置が搭載されることで、搭載空間が限られる車載用のマイコン２０であるからこそ、本発明の構成が発揮する効果を存分に発揮できる。

さらに、スイッチング素子１２は車両に搭載されることもあり、一般的な昇圧回路よりもスイッチング素子１２に過電流が流れてしまう可能性が高いといえる環境下で使用される。よって、本発明の構成が発揮する効果を存分に発揮できる。

１０…昇圧回路、１２…スイッチング素子、２０…マイクロコンピュータ（マイコン）、
３０…コンデンサ、４０…抵抗

Claims (5)

1. 制御端子をもつスイッチング素子（１２）を有し、前記スイッチング素子のオン状態とオフ状態との切替えが制御されることで、入力電圧を目標の出力電圧まで昇圧する昇圧回路（１０）と、
   前記制御端子にパルス幅変調制御した制御信号を送るマイクロコンピュータ（２０）と、
   前記スイッチング素子の前記制御端子と前記マイクロコンピュータとの間に介在して設けられているコンデンサ（３０）と、
   前記スイッチング素子の前記制御端子と前記コンデンサとの間に一方が接続され、他方はグランドに接続されている抵抗（４０）と、を備える電圧変換回路。
2. 前記スイッチング素子に流れる電流を検出する電流検出器（５０）と、
   前記電流検出器が検出した検出電流が所定値以上となったとき、前記コンデンサをグランドに放電させることで、前記制御信号を遮断する遮断回路（６０）と、を備える請求項１に記載の電圧変換回路。
3. 前記遮断回路は、
   前記電流検出器が検出した信号を入力信号として、前記入力信号を積分する積分回路（６１、６２）と、
   前記積分回路から出力された出力信号によって駆動し、前記制御信号を遮断する遮断スイッチ（６３）と、を有する請求項２に記載の電圧変換回路。
4. 前記スイッチング素子に流れる電流が所定値以上となったとき、前記マイクロコンピュータのパルス幅変調制御を停止させる割込みを行う割込回路（７０）を備える請求項１から３までのいずれか１項に記載の電圧変換回路。
5. 前記コンデンサと前記制御端子との間の接続点でカソードが接続され、グランドにアノードが接続されたダイオード（８０）を備える請求項１から４までのいずれか１項に記載の電圧変換回路。

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