JP2021151084A - 昇圧装置 - Google Patents

Abstract

【課題】負荷に異常が生じた際に昇圧を停止することができる昇圧装置を提供する。【解決手段】実施形態によれば、昇圧装置は、スイッチング回路と、監視回路と、を備える。スイッチング回路は、Ｌｏｗが入力されると、入力電圧を昇圧した出力電圧を出力する昇圧回路をオフにする。監視回路は、前記出力電圧がリファレンス電圧よりも低下した場合にＨｉｇｈを出力端子から出力するコンパレータと、前記コンパレータの出力端子に接続する入力端子と入力端子に入力された論理を反転して前記スイッチング回路に出力する出力端子とを備える反転回路と、を備える。【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、昇圧装置に関する。

所定の直流電圧を昇圧して所定の負荷に出力する昇圧装置が提供されている。昇圧装置は、負荷に異常が生じた場合であっても負荷に昇圧した電圧を出力し続けてしまうことがある。

従来、昇圧装置は、昇圧した電圧を負荷に出力し続けることで負荷に不具合を生じさせてしまうおそれがある。

特開２００８−２５３０１９号公報

上記の課題を解決するため、負荷に異常が生じた際に昇圧を停止することができる昇圧装置を提供する。

実施形態によれば、昇圧装置は、スイッチング回路と、監視回路と、を備える。スイッチング回路は、Ｌｏｗが入力されると、入力電圧を昇圧した出力電圧を出力する昇圧回路をオフにする。監視回路は、前記出力電圧がリファレンス電圧よりも低下した場合にＨｉｇｈを出力端子から出力するコンパレータと、前記コンパレータの出力端子に接続する入力端子と入力端子に入力された論理を反転して前記スイッチング回路に出力する出力端子とを備える反転回路と、を備える。

図１は、実施形態に係る昇圧装置の構成例を示す図である。 図２は、実施形態に係るスイッチング回路及びスイッチング停止回路の構成例を示す図である。 図３は、実施形態に係る監視停止回路の構成例を示す図である。 図４は、実施形態に係る昇圧装置の各部の電圧を示すチャートである。 図５は、実施形態に係る昇圧装置の各部の電圧を示すチャートである。 図６は、実施形態に係る昇圧装置の変形例を示す図である。 図７は、実施形態に係るスイッチング回路の変形例を示す図である。

以下、実施形態について、図面を参照して説明する。
実施形態に係る昇圧装置は、所定の入力電圧を所定の電圧に昇圧する。昇圧装置は、昇圧した電圧を所定の負荷に出力する。

図１は、実施形態に係る昇圧装置１の構成例を示す。ここでは、昇圧装置１は、入力電源１０からの電圧（入力電圧）を昇圧して、昇圧した電圧（出力電圧）を負荷６０に出力する。

入力電源１０は、所定の電圧を昇圧装置１に出力する。たとえば、入力電源１０は、２４Ｖの電圧を昇圧装置１に出力する。

負荷６０は、昇圧装置１によって出力電圧を出力される。たとえば、負荷６０は、出力電圧として１４０Ｖの電圧を出力されることで所定の動作を行う機器である。

図１が示すように、昇圧装置１は、昇圧回路２、スイッチング停止回路３、監視回路４及び監視停止回路５などを備える。昇圧回路２は、スイッチング停止回路３、入力電源１０及び負荷６０と接続する。監視回路４は、スイッチング停止回路３及び監視停止回路５と接続する。また、監視回路４には、昇圧回路２の出力電圧が入力される。監視停止回路５には、入力電圧が入力される。

昇圧回路２は、入力電源１０からの入力電圧を所定の出力電圧に昇圧して負荷６０に出力する。昇圧回路２は、入力された直流電圧を所定の電圧の直流電圧に変換する。たとえば、昇圧回路２は、ＤＣＤＣコンバータ用のＩＣなどから構成される。昇圧回路２の構成は、特定の構成に限定されるものではない。

昇圧回路２は、スイッチング回路２０を備える。スイッチング回路２０は、昇圧回路２をオン・オフ制御する。スイッチング回路２０がオンになると、昇圧回路２は、入力電圧を昇圧した出力電圧を負荷６０に出力する。また、スイッチング回路２０がオフになると、昇圧回路２は、入力電圧を昇圧せずに負荷６０に出力する。即ち、昇圧回路２は、入力電源１０からの入力電圧を負荷６０に出力する。スイッチング回路２０については、後に詳述する。

スイッチング停止回路３は、監視回路４からの信号に基づいてスイッチング回路２０をオン・オフ制御する。スイッチング停止回路３は、監視回路４からの信号がＨｉｇｈである場合、スイッチング回路２０をオンにする。また、スイッチング停止回路３は、監視回路４からの信号がＬｏｗである場合、スイッチング回路２０をオフにする。スイッチング停止回路３については、後に詳述する。

監視回路４は、昇圧回路２が負荷６０に出力する出力電圧を監視する。監視回路４は、出力電圧が所定のリファレンス電圧よりも高い場合、スイッチング停止回路３にＨｉｇｈを入力する。また、監視回路４は、出力電圧が所定のリファレンス電圧よりも低い場合、スイッチング停止回路３にＬｏｗを入力する。

監視回路４は、コンパレータ４１及び反転回路４２を備える。
コンパレータ４１は、プラス入力端子に入力された電圧がマイナス入力端子に入力された電圧よりも高い場合には、出力端子にＨｉｇｈを出力する。コンパレータ４１は、プラス入力端子に入力された電圧がマイナス入力端子に入力された電圧よりも低い場合には、出力端子にＬｏｗを出力する。

コンパレータ４１のプラス入力端子には、リファレンス電圧が入力される。たとえば、リファレンス電圧は、１１０Ｖである。また、コンパレータ４１のマイナス入力端子には、昇圧回路２が負荷６０に出力する出力電圧が入力される。

即ち、コンパレータ４１は、出力電圧がリファレンス電圧よりも高い場合、出力端子にＬｏｗを出力する。また、コンパレータ４１は、出力電圧がリファレンス電圧よりも低い場合、出力端子にＨｉｇｈを出力する。

コンパレータ４１の出力端子は、反転回路４２の入力端子に接続する。
反転回路４２は、入力端子に入力された論理を反転して出力端子に出力する。反転回路４２は、入力端子にＨｉｇｈを入力される場合、出力端子にＬｏｗを出力する。また、反転回路４２は、入力端子にＬｏｗを入力される場合、出力端子にＨｉｇｈを出力する。
反転回路４２の出力端子は、スイッチング停止回路３に接続する。

監視停止回路５は、入力電源１０が入力電圧の出力を開始してから所定の時間（停止時間）が経過するまでの期間（停止期間）において監視回路４を停止させる。即ち、監視停止回路５は、停止期間において監視回路４にＨｉｇｈを出力させる。

監視停止回路５は、コンパレータ４１の出力端子と反転回路４２の入力端子との間に接続する。監視停止回路５は、停止期間においてコンパレータ４１の出力端子を接地させる。
監視停止回路５については、後に詳述する。

次に、スイッチング停止回路３及びスイッチング回路２０について説明する。
図２は、スイッチング停止回路３及びスイッチング回路２０の構成例を示す。
まず、スイッチング停止回路３について説明する。

図２が示すように、スイッチング停止回路３は、フォトカプラ２１を構成する発光ダイオード２２及びトランジスタ３１などを備える。

トランジスタ３１のベース端子は、監視回路４が備える反転回路４２の出力端子に接続する。トランジスタ３１のコレクタ端子は、発光ダイオード２２のカソードに接続する。トランジスタ３１のエミッタ端子は、接地されている。
発光ダイオード２２のアノードは、所定の電圧を出力する電源に接続する。発光ダイオード２２は、後述するフォトトランジスタ２３に光を照射する。

次に、スイッチング回路２０について説明する。
図２が示すように、スイッチング回路２０は、フォトカプラ２１を構成するフォトトランジスタ２３などを備える。フォトトランジスタ２３は、発光ダイオード２２から照射された光に応じてコレクタ端子とエミッタ端子とを通電させる。

スイッチング回路２０は、フォトトランジスタ２３のコレクタ端子とエミッタ端子とが通電する場合、オンになる。即ち、スイッチング回路２０は、昇圧回路２をオンに制御する。また、フォトトランジスタ２３のコレクタ端子とエミッタ端子とが絶縁する場合、オフになる。即ち、スイッチング回路２０は、昇圧回路２をオフに制御する。

たとえば、フォトトランジスタ２３のエミッタ端子は、ＤＣＤＣコンバータ用のＩＣのドライブコントローラに接続する。

スイッチング停止回路３及びスイッチング回路２０は、監視回路４からの信号に基づいて昇圧回路２をオン・オフ制御する。

監視回路４が備える反転回路４２がスイッチング停止回路３のトランジスタ３１のベース端子にＬｏｗを出力すると、トランジスタ３１のエミッタ端子とコレクタ端子とが絶縁する。その結果、発光ダイオード２２は、光を照射しない。

発光ダイオード２２が光を照射しないため、フォトトランジスタ２３のエミッタ端子とコレクタ端子とは、絶縁する。
よって、昇圧回路２は、オフになる。

また、監視回路４が備える反転回路４２がスイッチング停止回路３のトランジスタ３１のベース端子にＨｉｇｈを出力すると、トランジスタ３１のエミッタ端子とコレクタ端子とが通電する。その結果、発光ダイオード２２は、光を照射する。

発光ダイオード２２が光を照射すると、フォトトランジスタ２３のエミッタ端子とコレクタ端子とは通電する。
よって、昇圧回路２は、オンになる。

次に、監視停止回路５について説明する。
図３は、監視停止回路５の構成例を示す。図３が示すように、監視停止回路５は、パルス生成回路５１及びトランジスタ５２などを備える。

パルス生成回路５１は、入力電圧を入力される。また、パルス生成回路５１は、トランジスタ５２のベース端子に接続する。

パルス生成回路５１は、入力電圧の入力が開始してから停止時間が経過するまでの停止期間において、トランジスタ５２のベース端子にＨｉｇｈを出力する。停止時間は、入力電源１０が入力電圧の出力を開始してから昇圧回路２の出力電圧がリファレンス電圧を超えるまでの時間よりも長い。たとえば、停止時間は、数百マイクロ秒程度である。

たとえば、パルス生成回路５１は、入力電圧と入力電圧に接続するコンデンサの電圧とが入力されるＮＡＮＤ回路などから構成される。パルス生成回路５１の構成は、特定の構成に限定されるものではない。

トランジスタ５２は、ベース端子に入力される電圧に応じて監視回路４が備えるコンパレータ４１の出力端子を接地させる。

トランジスタ５２のコレクタ端子は、コンパレータ４１の出力端子と反転回路４２の入力端子との間に接続する。また、トランジスタ５２のエミッタ端子は、接地されている。

トランジスタ５２のベース端子にＨｉｇｈが入力されると、トランジスタ５２は、コンパレータ４１の出力端子を接地させる。

監視停止回路５は、停止期間においてコンパレータ４１の出力端子を接地させる。その結果、停止期間において、コンパレータ４１の出力端子がＨｉｇｈを出力しても、反転回路４２の入力端子にＬｏｗが入力される。

次に、昇圧装置１の動作例について説明する。
まず、昇圧開始時における昇圧装置１の動作例について説明する。

図４は、昇圧開始時における昇圧装置１の各部の電圧を示すチャートである。

図４は、測定点Ａ乃至Ｄでの電圧を示す。測定点Ａは、昇圧回路２の出力電圧を測定する点である。測定点Ｂは、コンパレータ４１の出力端子が出力する電圧を測定する点である。測定点Ｃは、パルス生成回路５１が出力する電圧を測定する点である。測定点Ｄは、反転回路４２の出力端子が出力する電圧を測定する点である。

また、図４における破線は、入力電源１０が入力電圧の出力を開始するタイミングを示す。

図４が示すように、入力電源１０が入力電圧を出力する前では、コンパレータ４１の出力端子、パルス生成回路５１及び反転回路４２の出力端子は、Ｌｏｗを出力する。

測定点Ａでの電圧が示すように、入力電源１０が入力電圧の出力を開始すると、昇圧回路２の出力電圧は、所定の目標電圧に向って徐々に上昇する。昇圧回路２の出力電圧は、目標電圧に到達すると一定となる。

また、測定点Ｂでの電圧が示すように、コンパレータ４１の出力端子は、入力電源１０が入力電圧の出力を開始してから昇圧回路２の出力電圧がリファレンス電圧を超えるまで、Ｈｉｇｈを出力する。コンパレータ４１の出力端子は、昇圧回路２の出力電圧がリファレンス電圧を超えるとＬｏｗを出力する。

また、測定点Ｃでの電圧が示すように、パルス生成回路５１は、停止期間が経過するまでＨｉｇｈを出力する。パルス生成回路５１は、停止期間後では、Ｌｏｗを出力する。

また、測定点Ｄでの電圧が示すように、反転回路４２の出力端子は、入力電源１０が入力電圧の出力を開始してからＨｉｇｈを出力する。

上記の通り、コンパレータ４１の出力端子は、昇圧回路２の出力電圧がリファレンス電圧を超えるまでＨｉｇｈを出力する。他方、昇圧回路２の出力電圧がリファレンス電圧を超えるまでの期間を含む停止期間においてパルス生成回路５１は、Ｈｉｇｈを出力する。そのため、停止期間において、コンパレータ４１の出力端子は、接地される。よって、反転回路４２の入力端子にはＬｏｗが入力され、出力端子は、Ｈｉｇｈを出力する。その結果、反転回路４２の出力端子は、入力電源１０が入力電圧の出力を開始してから昇圧回路２の出力電圧がリファレンス電圧を超えるまでの期間においてもＨｉｇｈを出力する。

次に、異常発生時における昇圧装置１の動作例について説明する。
図５は、異常発生時における昇圧装置１の各部の電圧を示すチャートである。
図５は、図４と同様に測定点Ａ乃至Ｄでの電圧を示す。また、図５における破線は、異常が発生したタイミングを示す。

ここでは、負荷６０にショートなどの異常が生じると、昇圧回路２が出力する電流が増加する。その結果、昇圧回路２の出力電圧が低下する。

測定点Ａでの電圧が示すように、異常が生じると、昇圧回路２の出力電圧は、低下する。後述するように、昇圧回路２の出力電圧が低下すると、昇圧回路２は、オフに制御される。その結果、昇圧回路２の出力電圧は、入力電圧と同一となる。

測定点Ｂが示すように、昇圧回路２の出力電圧がリファレンス電圧よりも低くなると、コンパレータ４１の出力端子は、Ｈｉｇｈを出力する。

測定点Ｃが示すように、異常の発生に関わらず、パルス生成回路５１は、Ｌｏｗを出力する。そのため、コンパレータ４１の出力端子は、異常が発生すると、反転回路４２の入力端子にＨｉｇｈを出力する。

測定点Ｄが示すように、昇圧回路２の出力電圧がリファレンス電圧よりも低くなると、反転回路４２の出力端子は、Ｌｏｗを出力する。そのため、スイッチング停止回路３のトランジスタ３１のコレクタ端子とエミッタ端子とは、絶縁する。よって、スイッチング停止回路３の発光ダイオード２２は、光の照射を停止する。その結果、スイッチング回路２０のフォトトランジスタ２３のコレクタ端子とエミッタ端子とは、絶縁する。従って、昇圧回路２は、オフに制御される。

なお、昇圧回路２は、交流電圧を昇圧するものであってもよい。
また、昇圧装置１は、所定の装置に組み込まれるものであってもよい。

また、昇圧回路２、スイッチング停止回路３、監視回路４及び監視停止回路５は、一体的に形成されてもよい。また、昇圧回路２、スイッチング停止回路３、監視回路４及び監視停止回路５の何れか２つ以上の回路は、一体的に形成されるものであってもよい。

次に、昇圧装置１の変形例について説明する。
変形例では、昇圧装置は、フォトカプラ２１に代えてトランジスタを備える点で昇圧装置１と異なる。従って、その他の点については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

図６は、昇圧装置１の変形例である昇圧装置１’の構成例を示す。図６が示すように、昇圧装置１’は、昇圧回路２の代わりに昇圧回路２’を備える。昇圧回路２’は、監視回路４に接続する。

昇圧回路２’は、昇圧回路２と同様に、入力電源１０からの入力電圧を所定の出力電圧に昇圧して負荷６０に出力する。

昇圧回路２’は、スイッチング回路２０’を備える。スイッチング回路２０’は、スイッチング回路２０と同様に、昇圧回路２をオン・オフ制御する。

図７は、スイッチング回路２０’の構成例を示す。図７が示すように、スイッチング回路２０は、トランジスタ２４などを備える。

トランジスタ２４のベース端子は、監視回路４が備える反転回路４２の出力端子に接続する。

スイッチング回路２０’は、トランジスタ２４のコレクタ端子とエミッタ端子とが通電する場合、オンになる。即ち、スイッチング回路２０’は、昇圧回路２’をオンに制御する。また、スイッチング回路２０’は、トランジスタ２４のコレクタ端子とエミッタ端子とが絶縁する場合、オフになる。即ち、スイッチング回路２０’は、昇圧回路２’をオフに制御する。

たとえば、トランジスタ２４のエミッタ端子は、ＤＣＤＣコンバータ用のＩＣのドライブコントローラに接続する。

監視回路４が備える反転回路４２がトランジスタ２４のベース端子にＬｏｗを出力すると、トランジスタ２４のコレクタ端子とエミッタ端子とが絶縁する。その結果、昇圧回路２’は、オフになる。

監視回路４が備える反転回路４２がトランジスタ２４のベース端子にＨｉｇｈを出力すると、トランジスタ２４のコレクタ端子とエミッタ端子とが通電する。その結果、昇圧回路２’は、オンになる。

以上のように構成された昇圧装置は、負荷に異常が生じることで出力電圧がリファレンス電圧より低下すると、監視回路からの信号により昇圧回路をオフにする。また、昇圧装置は、負荷の異常が解消したとしても、監視停止回路が監視回路にＨｉｇｈを入力するまで昇圧回路をオフに維持する。その結果、昇圧装置は、負荷に異常が生じた場合に、昇圧した電圧を負荷に出力してしまうことを防止することができる。

また、昇圧装置は、入力電源が入力電圧の出力を開始すると、監視停止回路により監視回路を一時的に停止する。その結果、昇圧装置は、入力電圧の出力開始から出力電圧がリファレンス電圧を超えるまでの期間において監視回路が昇圧回路をオフにすることを防止することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１及び１’…昇圧装置、２及び２’…昇圧回路、３…スイッチング停止回路、４…監視回路、５…監視停止回路、１０…入力電源、２０及び２０’…スイッチング回路、２１…フォトカプラ、２２…発光ダイオード、２３…フォトトランジスタ、２４…トランジスタ、３１…トランジスタ、４１…コンパレータ、４２…反転回路、５１…パルス生成回路、５２…トランジスタ、６０…負荷。

Claims (5)

1. Ｌｏｗが入力されると、入力電圧を昇圧した出力電圧を出力する昇圧回路をオフにするスイッチング回路と、
   前記出力電圧がリファレンス電圧よりも低下した場合にＨｉｇｈを出力端子から出力するコンパレータと、
   前記コンパレータの出力端子に接続する入力端子と入力端子に入力された論理を反転して前記スイッチング回路に出力する出力端子とを備える反転回路と、
   を備える監視回路と、
   を備える昇圧装置。
2. 前記スイッチング回路は、光の照射が停止すると前記昇圧回路をオフにするフォトトランジスタを備え、
   前記反転回路がＬｏｗを出力すると前記フォトトランジスタへの光の照射を停止する発光ダイオードを備える、
   請求項１に記載の昇圧装置。
3. 前記スイッチング回路は、Ｌｏｗがベース端子に入力されると前記昇圧回路をオフにするトランジスタを備え、
   前記反転回路の出力端子は、前記ベース端子に接続する、
   請求項１に記載の昇圧装置。
4. 前記入力電圧の入力が開始してから所定の時間が経過まで、前記コンパレータの出力端子を接地させる監視停止回路を備える、
   請求項１乃至３の何れか１項に記載の昇圧装置。
5. 前記スイッチング回路を備える前記昇圧回路を備える、
   請求項１乃至４の何れか１項に記載の昇圧装置。

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