JP3022861B1 - Dc−dcコンバータの入力回路 - Google Patents
Dc−dcコンバータの入力回路Info
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Abstract
えた上で、突入電流防止や直流電源の逆接続保護や入力
電圧低下時の誤動作防止や入力瞬断における出力電圧保
持の機能を備えたDC−DCコンバータの入力回路を提
供する。 【解決手段】 直流入力電源と、DC−DCコンバータ
の入力間に接続された入力コンデンサとの間に接続され
るDC−DCコンバータの入力回路において、前記入力
コンデンサに対する突入電力の入力防止、前記直流入力
電源の逆接続に対する保護、入力電圧低下時の誤動作の
防止、及び入力瞬断における出力電圧の保持の各機能を
併せ持つ回路構成を有する。
Description
バータの入力回路に関し、特に、入力逆接続保護や入力
電圧低下保護や出力電圧保持や突入電流防止等の各機能
を備えたDC−DCコンバータの入力回路に関する。
回路に、平滑用として用いられる容量の大きなコンデン
サを設けていた。従って、電源の投入時に、そのコンデ
ンサへの突入電流として大きな充電電流が流れる。
ば、特開平5−146143号公報に開示された突入
電流防止回路が提案されている。図6は、従来の突入電
流防止回路の回路図である。
は、直流入力電源Eと電源平滑用コンデンサCと負荷Z
oによって構成される回路と、直流入力電源Eと平滑用
コンデンサCとの間に直列に接続された電流検出抵抗R
s及び電流制限素子Q1とによって構成される。
S1が投入されると、平滑用コンデンサC及び負荷Zo
を通して電流制限素子Q1に入力電圧が印加される。ス
イッチS1投入時には、電流制限素子Q1がオフ状態に
あるため電流検出抵抗Rsに電流は流れていない。
R1に発生した基準電圧が誤差増幅器IC1の入力と同
一極性で印加される。その結果、誤差増幅器IC1の出
力はその増加された電圧となって出力され、電流制限素
子Q1のゲートに電圧を印加する。それにより、電流制
限素子Q1は、平滑用コンデンサCを充電する電流Iを
流し始める。
圧降下を生じさせる。その電圧が基準電圧に達するま
で、電流制限素子Q1は電流Iを流し続けようと動作す
る。電流検出抵抗Rsによる電圧が、抵抗R1による基
準電圧より大きくなると、今度は、誤差増幅器IC1の
入力に印加される電圧の極性が反転するために、電流制
限素子Q1のゲートに印加する電圧が減少する方向に働
く。
る電圧降下が同一となるように制御されるため、その結
果、平滑用コンデンサCを充電する電流が一定値とな
り、電流のピーク値を抑えることができる。
力電圧源を逆接続して負荷である電気回路を壊すような
ことがある。この逆接続から保護するものとしては、例
えば、特開平7−46756号公報に開示された直流
電源の逆接続保護回路が提案されている。図7は、従来
の直流電源の逆接続保護回路の回路図である。
護回路は、ダイオードD1とヒューズFを組み合わせて
逆接続保護回路を形成している。この逆接続保護回路に
おいて、正負の電圧供給端子1,2に逆接続した直流電
源の供給電流は、負荷インピーダンスの電気抵抗が低い
ダイオードD1に流れて、電気回路4へは逆接続した直
流電流は供給されず、電気回路4の逆接続保護を行う。
た逆接続の直流電流はダイオードD2とヒューズFを介
して流れ、ヒューズFが瞬時にして溶断し、電気回路4
への逆接続の直流電流の供給が遮断され、電気回路4を
保護する。
電流防止回路においては、直流電源を逆接続された場
合、電流制限素子Q1であるMOSFETの寄生ダイオ
ードを通して逆接続の直流電流が流れるため、直流電源
の逆接続保護ができない。また、直流電源の逆接続保
護回路においては、ダイオードD1とヒューズFにより
直流電源の逆接続電流を流すことで保護しているため、
ダイオードD1が破壊されたり、溶断したヒューズFを
交換する必要があった。
コンバータが誤動作することがあり、更に、入力瞬断等
があった場合、入力電圧を保持する機能がないことか
ら、DC−DCコンバータの出力電圧を保持するために
別回路を付ける必要があった。
防止や、直流電源の逆接続保護や、入力電圧低下時の誤
動作防止や、入力瞬断における出力電圧保持のために
は、それぞれの機能を持った回路を個別に付けていた。
このことにより、回路規模が大きくなりコストも高くな
っていた。
と共にコストを低く抑えた上で、突入電流防止や直流電
源の逆接続保護や入力電圧低下時の誤動作防止や入力瞬
断における出力電圧保持の機能を備えたDC−DCコン
バータの入力回路を提供することである。
め、この発明に係るDC−DCコンバータの入力回路
は、直流入力電源と、DC−DCコンバータの入力間に
接続された入力コンデンサとの間に接続されるDC−D
Cコンバータの入力回路において、前記入力コンデンサ
に対する突入電力の入力防止、前記直流入力電源の逆接
続に対する保護、入力電圧低下時の誤動作の防止、及び
入力瞬断における出力電圧の保持の各機能を併せ持つ回
路構成を有することを特徴としている。
源と、DC−DCコンバータの入力間に接続された入力
コンデンサとの間に接続されるDC−DCコンバータの
入力回路は、入力コンデンサに対する突入電力の入力防
止、直流入力電源の逆接続に対する保護、入力電圧低下
時の誤動作の防止、及び入力瞬断における出力電圧の保
持の各機能を併せ持つ。
トを低く抑えた上で、回路規模が大きくならずコストも
高くならずに、突入電流防止や直流電源の逆接続保護や
入力電圧低下時の誤動作防止や入力瞬断における出力電
圧保持等の機能を備えることができる。
いて図面を参照して説明する。
第1の実施の形態に係るDC−DCコンバータの入力回
路の回路図である。図1に示すように、DC−DCコン
バータの入力回路10は、入力電源11と入力コンデン
サ12との間に接続されている。入力コンデンサ12
は、DC−DCコンバータ13の入力間に接続され、入
力電源11の負極側端子と入力コンデンサ12の負極側
端子の間には、スイッチ14、NチャネルMOSFET
(metal−oxide−semiconducto
r fieldeffect transistor)
15、入力電流検出用抵抗16、及びNチャネルMOS
FET17が直列に接続されている。
6の接続点、及び入力電源11の正極の間には、シャン
トレギュレータ18と抵抗19が直列に接続している。
また、MOSFET17のソースと検出用抵抗16の接
続点、及び入力電源11の正極の間には、MOSFET
15,17にバイアスを与える抵抗20,21が直列に
接続し、抵抗20,21の接続点には、MOSFET1
5,17のゲートが接続している。
が逆に接続された場合に保護する機能と、入力電圧が規
定値よりも低い電圧になったとき保護する機能を併せ持
った素子で、MOSFET15のゲートは、MOSFE
T17のゲートに接続されている。
機能と、入力電圧が規定値よりも低い電圧になったとき
保護する機能を併せ持った素子で、MOSFET17の
ゲート・ソース間には、ゲートに対する過電圧保護用の
ツェナーダイオード22とソフトスタート用のコンデン
サ23が接続されている。
抗25を通して、コレクタがMOSFET15,17の
ゲートに接続し、ベースには、抵抗35が直列に接続さ
れている。トランジスタ24は、MOSFET15,1
7のドレイン・ソース間の等価抵抗を制御し、そのベー
ス・エミッタ間に入力電流検出用抵抗16を接続し、突
入電流の入力を防止している。
ソース間には、NPNトランジスタ26のコレクタが抵
抗27を通してゲートに接続し、エミッタがソースに接
続し、NPNトランジスタ26のベースは、ツェナーダ
イオード28及び抵抗29を通して入力電源11の正極
に接続している。
点には、PNPトランジスタ30のエミッタが接続して
いる。PNPトランジスタ30のコレクタは、MOSF
ET17と電流検出用抵抗16の接続点に接続し、ベー
スはシャントレギュレータ18と抵抗19の接続点につ
ながっている。このシャントレギュレータ18は、入力
電圧検出用抵抗31,32の検出電圧により動作する。
T15,17のドレイン・ソース間の等価抵抗を制御
し、入力電圧が規定値よりも低い電圧になったときの保
護と入力電圧が瞬断した場合の出力電圧保持を、DC−
DCコンバータ13に対して行っている。
力回路10の動作を説明する。
する。図1に示すように、入力電源11の正負極が正常
に接続されている場合は、スイッチ14をオン(ON)
すると、抵抗20,21、入力電流検出用抵抗16、及
びMOSFET15の寄生ダイオード15pを通して、
MOSFET15のゲートにバイアス電圧が印加され、
MOSFET15のドレイン・ソース間が導通し、これ
以後の回路に入力電圧が供給される。
る場合は、MOSFET15の寄生ダイオード15pに
より電流が流れないため、MOSFET15のゲート・
ソース間にバイアス電圧が印加されず、MOSFET1
5のドレイン・ソース間はオフ(OFF)の状態とな
る。従って、これ以後の回路に電圧が印加されず、入力
電源11の逆接続に対し保護することになる。
なったときの保護と、入力電圧が瞬断した場合の出力電
圧保持の動作について説明する。
対入力電源の電圧の関係をグラフで示した説明図であ
る。図2に示すように、入力電源11の入力電圧Vin
が印加されると、NPNトランジスタ26が動作してM
OSFET15,17のゲート・ソース間がショート
し、MOSFET15,17のドレイン・ソース間はオ
フ状態となる。
DCコンバータ13には電圧が印加されず、DC−DC
コンバータ13は起動しない。入力電圧Vinが入力電
圧検出用抵抗31,32により検出され、その分圧電圧
がシャントレギュレータ18の基準電圧Vref以上に
なると、シャントレギュレータ18が導通する。その結
果、PNPトランジスタ30のコレクタ・エミッタ間が
導通し、NPNトランジスタ26をオフにする。
{抵抗32/(抵抗31+抵抗32)}×VT(VT:
規定値、即ち、シャントレギュレータ18がオンする入
力電圧検出用抵抗31,32の両端の電圧)である。
FET15,17のゲートが抵抗20,21によりバイ
アスされ、MOSFET15,17のドレイン・ソース
間が導通し、DC−DCコンバータ13の入力電圧であ
るコンデンサ12の両端の電圧Vcは、上昇する(図2
参照)。
よりも低い電圧になったとき、MOSFET17のドレ
イン・ソース間をオフすることで、DC−DCコンバー
タ13の保護を行う。また、入力電圧Vinがショート
状態で瞬断して入力電圧Vinが低下した場合にも、同
様の動作でMOSFET17のドレイン・ソース間をオ
フするため、DC−DCコンバータ13の入力電圧が入
力コンデンサ12の両端の電圧に保持されて、DC−D
Cコンバータ13の出力電圧は直ぐに低下しないので、
出力電圧が一定の時間保持される。
る。図3は、突入電流と時間の関係をグラフで示した説
明図である。図3に示すように、スイッチ14がオンに
なり、入力電圧が規定値VTでNPNトランジスタ26
がオフになると、MOSFET15,17のゲートに
は、入力電源11の電圧Vinを抵抗20,21で分圧
した電圧が印加され、MOSFET15,17のドレイ
ン・ソース間が導通し、入力コンデンサ12に充電電流
Irが流れる。
T15,17が急に立ち上がるのを防止する。電流Ir
が設定値を越えて流れると、入力電流検出用抵抗16に
より電圧降下が増大し、NPNトランジスタ24のベー
ス・エミッタ間の電圧を上昇させるので、トランジスタ
24のコレクタ・エミッタ間を導通させ、MOSFET
15,17のゲート・ソース間電位が引き下げられる。
抵抗が増加し、電流Irの値が制限される。
入力電流検出用抵抗16による電圧降下が減少し、NP
Nトランジスタ24のベース・エミッタ間電圧を減少さ
せるので、トランジスタ24のコレクタ・エミッタ間の
等価抵抗も大きくなり、MOSFET15,17のゲー
ト・ソース間電位が引き上げられる。
抵抗が減少し、電流Irの制限が解除される。
の投入後の電流Irは、一定値に制限され(図3参
照)、入力コンデンサ12の両端の電圧Vcは直線的に
立ち上がる(図2参照)。
入力回路10は、2つのNチャネルMOSFET15,
17と電流検出用抵抗16と3つのトランジスタを用い
ることで、入力電源が逆接続された場合でもMOSFE
Tがオフとなり、DC−DCコンバータの入力に逆電圧
が印加されることなく保護される。
源の逆接続電流を流すことで保護している従来の突入電
流防止回路方式に比べ、ダイオードの破壊を引き起こす
ことがないため安全性が高く、溶断したヒューズを交換
する煩わしい作業からも解放される。
が保持されるので、DC−DCコンバータの出力電圧を
保持するために別回路を付ける必要がなく、回路規模が
大きくならずコストも高くならない。
に流れる突入電流をMOSFETで制限すると共に、M
OSFETに流れる電流を電流検出用抵抗を用いて制御
用トランジスタで検出し、MOSFETの等価抵抗を制
御しているので、電源投入時の突入電流を一定の値にす
ることができる。
第2の実施の形態に係るDC−DCコンバータの入力回
路の回路図である。図4に示すように、DC−DCコン
バータの入力回路40は、上記DC−DCコンバータの
入力回路10と同様の基本的構成を有しているが、入力
電圧が規定値よりも低い電圧になったときの保護と、入
力電圧が瞬断した場合の出力電圧保持の動作について、
更に工夫している。
いて、入力電圧検出用抵抗31,32の接続点は、シャ
ントレギュレータ41のリファレンスに接続され、シャ
ントレギュレータ41のカソードには、抵抗42を通し
てホトカプラ43のホトダイオーダが接続している。抵
抗44は、シャントレギュレータ41にアイドリング電
流を流す役割を担っている。ホトカプラ43のホトトラ
ンジスタは、NPNトランジスタ26のベース・エミッ
タ間に接続されている。
NPNトランジスタ26が動作してMOSFET15,
17のゲート・ソース間をショートし、MOSFET1
5,17のドレイン・ソース間はオフする。従って、こ
の後ろに接続されているDC−DCコンバータ13には
電圧が印加されず、DC−DCコンバータ13は、起動
しない。
れ、この分圧電圧がシャントレギュレータ41のリファ
レンス電圧Vref以上になると、シャントレギュレー
タ41のカソード・アノード間が導通し、ホトカプラ4
3のホトダイオードに電流が流れる。この結果、ホトカ
プラ43のホトトランジスタがオンし、NPNトランジ
スタ26をオフにする。
MOSFET15,17のゲートが抵抗20と21によ
りバイアスされ、MOSFET15,17のドレイン・
ソース間が導通し、DC−DCコンバータ13の入力電
圧であるコンデンサ12の両端の電圧は、上昇する(図
2参照)。
電圧になったとき、MOSFET17のドレイン・ソー
ス間をオフすることでDC−DCコンバータ13の保護
を行う。また、入力電圧がショート状態で瞬断して入力
電圧が低下した場合にも、同様の動作でMOSFET1
7のドレイン・ソース間をオフし、DC−DCコンバー
タ13の入力電圧が入力コンデンサ12の両端の電圧に
保持されるため、DC−DCコンバータ13の出力電圧
は直ぐに低下せず出力電圧が一定の時間保持される。
Pトランジスタ30の代わりにホトカプラ43を使用す
ることで、入力電圧検出部とMOSFET15,17の
制御部の絶縁をとることができる。
第3の実施の形態に係るDC−DCコンバータの入力回
路の回路図である。図5に示すように、DC−DCコン
バータの入力回路50は、更に、入力電圧が規定値より
も低い電圧になったときの保護と、入力電圧が瞬断した
場合の出力電圧保持の動作について、ヒステリを持たせ
るための構成を有している。その他の構成は、DC−D
Cコンバータの入力回路10と同様である。
いて、入力電圧検出用抵抗51,52の接続点は、オペ
アンプ53の反転入力に接続され、基準電圧を作るツェ
ナーダイオード54と抵抗55の接続点は、オペアンプ
53の非反転入力に接続されている。抵抗56は、オペ
アンプ53のヒステリ動作のために、出力と非反転入力
間に接続されている。オペアンプ53の出力は、抵抗5
7を通してNPNトランジスタ26のベースに接続され
ている。
抵抗51,52で分圧した電圧が、基準電圧を作るツェ
ナーダイオード54のツェナー電圧Vthよりも小さい
とき、オペアンプ53の出力はハイ(High)とな
り、NPNトランジスタ26が動作してMOSFET1
5,17のゲート・ソース間をショートし、MOSFE
T15,17のドレイン・ソース間はオフする。
DCコンバータ13には電圧が印加されず、DC−DC
コンバータ13は起動しない。
1,52で分圧した電圧が、基準電圧を作るツェナーダ
イオード54のツェナー電圧Vthよりも大きくなった
場合は、オペアンプ53の出力はロー(Low)にな
り、NPNトランジスタ26をオフにする。その後のM
OSFET15,17の動作は、上記動作と同様であ
る。
ンバータの入力回路10,40,50は、入力電源11
と、DC−DCコンバータ13の入力間に接続された入
力コンデンサ12との間に接続され、入力電源11の負
極側端子と入力コンデンサ12の負極側端子の間には、
スイッチ14、NチャネルMOSFET15、入力電流
検出用抵抗16、及びNチャネルMOSFET17が直
列に接続された基本構成を有している。
が逆に接続された場合に保護する機能と、入力電圧が規
定値よりも低い電圧になったとき保護する機能を併せ持
った素子であり、MOSFET17は、突入電流を抑制
する機能と入力電圧が規定値よりも低い電圧になったと
き保護する機能を併せ持った素子である。
力回路は、突入電流防止や直流電源の逆接続保護や入力
瞬断における出力電圧保持や入力低電圧保護のために、
それぞれの機能を持った回路を個別に付けていたが、こ
の発明に係るDC−DCコンバータの入力回路10,4
0,50は、上述した簡単な回路構成でこれらの機能を
併せ持つことができる。
化することができ、しかもコストも低く抑えることがで
きる。
ば、直流入力電源と、DC−DCコンバータの入力間に
接続された入力コンデンサとの間に接続されるDC−D
Cコンバータの入力回路は、入力コンデンサに対する突
入電力の入力防止、直流入力電源の逆接続に対する保
護、入力電圧低下時の誤動作の防止、及び入力瞬断にお
ける出力電圧の保持の各機能を併せ持つので、回路規模
を小型化すると共にコストを低く抑えた上で、突入電流
防止や直流電源の逆接続保護や入力電圧低下時の誤動作
防止や入力瞬断における出力電圧保持等の機能を備える
ことができる。
コンバータの入力回路の回路図である。
電圧の関係をグラフで示した説明図である。
である。
コンバータの入力回路の回路図である。
コンバータの入力回路の回路図である。
る。
5,56,57 抵抗 22,28,54 ツェナーダイオード 23 コンデンサ 24,26 NPNトランジスタ 25 電流制限用抵抗 30 PNPトランジスタ 31,32,51,52 入力電圧検出用抵抗 43 ホトカプラ 53 オペアンプ
Claims (5)
- 【請求項1】直流入力電源と、DC−DCコンバータの
入力間に接続された入力コンデンサとの間に接続される
DC−DCコンバータの入力回路において、 前記入力コンデンサに対する突入電力の入力防止、前記
直流入力電源の逆接続に対する保護、入力電圧低下時の
誤動作の防止、及び入力瞬断における出力電圧の保持の
各機能を併せ持つ回路構成を有し、 前記直流入力電源の負極側端子と前記入力コンデンサの
負極側端子の間に、前記直流入力電源の逆接続に対する
保護のための第1のMOSFETと、入力電流を検出す
るための入力電流検出用抵抗と、前記入力コンデンサに
対する突入電力の入力防止のための第2のMOSFET
とが直列に接続されている ことを特徴とするDC−DC
コンバータの入力回路。 - 【請求項2】前記第1のMOSFETと前記第2のMO
SFETの間には、シャントレギュレータと、前記第1
及び第2のMOSFETのドレイン・ソース間の等価抵
抗を制御するPNPトランジスタが接続されていること
を特徴とする請求項1に記載のDC−DCコンバータの
入力回路。 - 【請求項3】前記PNPトランジスタに代えてホトカプ
ラが接続されていることを特徴とする請求項2に記載の
DC−DCコンバータの入力回路。 - 【請求項4】前記シャントレギュレータと前記PNPト
ランジスタに代えて、基準電圧を生成するツェナーダイ
オードとオペアンプが接続されていることを特徴とする
請求項2に記載のDC−DCコンバータの入力回路。 - 【請求項5】前記第1のMOSFETは、スイッチを介
して前記直流入力電源の負極側端子に接続され、前記第
1及び第2のMOSFETのドレイン・ソース間の等価
抵抗を制御するNPNトランジスタが更に接続されてい
ることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のD
C−DCコンバータの入力回路。
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