JP4745868B2 - レギュレータ破損防止システム - Google Patents

Description

本発明は、昇圧タイプのレギュレータの破損防止を目的としたシステムに関する。

レギュレータには様々な種類のものがあり、入力電圧を昇圧する機能を備えたレギュレータは昇圧レギュレータと呼ばれる。例えば、昇圧レギュレータには、５Ｖのバッテリ源からインターフェース用の１２Ｖを生成するもの等がある。これら昇圧レギュレータは様々な装置において使用されている。

特許文献１に記載の端末装置では、電池の出力をＣＰＵおよび無線送受信部が十分に作動可能な電圧（３．６Ｖ）にまで昇圧させるために昇圧レギュレータが使用されている。なお、特許文献１に記載のように、一般的に、昇圧レギュレータの入力側および出力側には、当該昇圧レギュレータから発生するスイッチングノイズによりＣＰＵや無線送信部等を誤動作させないように大容量コンデンサが設けられる。また、昇圧レギュレータの出力側に設けられるコンデンサは、ノイズの除去機能だけではなく、例えば、昇圧レギュレータから出力されるリップル電流を平滑化する整流機能も有している。

特開２００４−９４４８０号公報

しかし、例えば断線等の回路不良により、コンデンサが正常に接続されていない場合も生じうる。コンデンサが正常に接続されていなければ、昇圧レギュレータから発生するノイズは除去されない。また、コンデンサが正常に接続されていなければ、ノイズが除去されないばかりではなく、昇圧レギュレータが発振し、結果として昇圧レギュレータ自身が破損してしまう恐れもある。

そこで本発明は、コンデンサの接続不良により生じる昇圧レギュレータの破損を防止することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明では、パルス信号を出力するパルス信号出力手段と、抵抗体と昇圧レギュレータのノイズ除去用のコンデンサとにより構成されると共に、パルス信号が入力される積分回路と、昇圧レギュレータの作動前に、積分回路の出力電圧をモニタし、該出力電圧から、コンデンサの接続が異常であるか否かを判定する判定手段と、を有し、判定手段における判定結果に応じて、昇圧レギュレータを作動させるか否かを決定することを特徴とするレギュレータ破損防止システムを提供する。

したがって、本発明では、昇圧レギュレータの作動前に、コンデンサの接続が異常であるかどうかを確認することができる。さらに、コンデンサが異常であれば、昇圧レギュレータが作動しない構成である。すなわち、昇圧レギュレータの発振等を開始させない構成であるので、昇圧レギュレータの破損を防止することができる。

また、本発明に係るレギュレータ破損防止システムは、判定手段においてコンデンサの接続が異常でないと判定された場合には昇圧レギュレータの作動を許可し、判定手段においてコンデンサの接続が異常であると判定された場合には昇圧レギュレータの作動を禁止することを特徴とする。

また、判定手段においてコンデンサの接続が異常であると判定された場合に、異常を通知する異常通知手段をさらに備えたことを特徴とする。

また、積分回路の出力端子は、昇圧レギュレータの出力端子に接続されていることを特徴とする。

また、判定手段は、積分回路の出力電圧の電圧値が所定の値を所定回数超えた場合に、コンデンサの接続が異常であると判定することを特徴とする。

また、判定手段においてコンデンサの接続が異常でないと判定された場合に、昇圧レギュレータへ所定の信号を出力し、昇圧レギュレータを作動開始させることを特徴とする。

また、積分回路の出力端子は、昇圧レギュレータの電圧出力端としても機能することを特徴とする。

また、パルス信号出力手段と、判定手段とが一つのプログラマブルＩＣに備えられていることを特徴とする。

また、昇圧レギュレータの作動前における判定手段による判定時には、積分回路の出力端子が判定手段に接続された状態とし、昇圧レギュレータの作動時には積分回路の出力端子が判定手段に接続されていない状態となることを特徴とする。

また、パルス信号高周波出力手段および判定手段による一連の処理を開始させる判定開始手段を備えることを特徴とする。

したがって、本発明は上記の構成により、コンデンサの接続不良により生じる昇圧レギュレータの破損を防止することができる。

以下、図面を参照して、本発明に係るレギュレータ破損防止システム（以下、単に「システム」というものとする）について説明する。なお、当該システムは、昇圧レギュレータと共に使用される。また、当該システムは、例えば、携帯電子機器や電子内視鏡装置等においても使用可能である。

図１は、システム１００および昇圧レギュレータ２００を示す機能ブロック図である。システム１００は、プログラマブルＩＣ１１０と、積分回路１２０と、スイッチ回路１３０とを有する。

プログラマブルＩＣ１１０は、システム１００全体を制御する機能を有する。プログラマブルＩＣ１１０は、高周波を出力する機能と、積分回路１２０の出力電圧をモニタする機能と、スイッチ回路１３０を制御する機能と、異常信号を送信する機能とを有する。なお、プログラマブルＩＣ１１０は、例えば、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＣＰＬＤ（Complex Programmable Logic Device）等のＩＣである。プログラマブルＩＣ１１０は、ＡＳＩＣ等に比べて量産時の単価は高くなるが、マスクパターンの設計・製造を行うことなく回路を作成できるという長所を有する。このため、一機種あたりの生産台数が少なく、それ故に製造コストの低減よりも開発コストの低減の方がより重要な課題となる装置においては、プログラマブルＩＣ１１０を使用することが好ましい。

また、プログラマブルＩＣ１１０は、高周波を出力するための高周波出力端子１１１と、積分回路１２０の出力電圧を入力するためのモニタ電圧入力端子１１２と、スイッチ回路１３０へ制御信号を出力するための制御信号出力端子１１３と、昇圧レギュレータ２００の作動開始・停止を制御する信号を出力する制御端子１１４と、システム１００の制御を開始するための信号を入力する開始信号入力端子１１５と、異常信号を送信するための異常信号出力端子１１６とを有する。また、図示しないが、所定の電源回路からの電源電圧を入力するための端子やＧＮＤに接続される端子も有する。

積分回路１２０は、入力端子１２２と、抵抗１２４と、出力端子１２６と、コンデンサ１２８と、を有する。なお、コンデンサ１２８は、昇圧レギュレータ２００のノイズ除去および整流用コンデンサとしても機能する（すなわち、出力端子１２６は昇圧レギュレータ２００の電圧出力端としても機能する）。

入力端子１２２は、プログラマブルＩＣ１１０の高周波出力端子１１１に接続される。したがって、プログラマブルＩＣ１１０から出力される高周波は、入力端子１２２から積分回路１２０に入力される。なお、本発明の実施形態では、プログラマブルＩＣ１１０から出力される高周波は、コンデンサ１２８の接続不良を検出するための判定用信号として使用される。すなわち、積分回路１３０に入力される高周波は、コンデンサ１２８の接続状態が正常であるか異常であるかに応じて異なる波形として出力される。コンデンサ１２８の接続が正常であれば高周波は積分された波形として出力されるが、例えば、コンデンサ１２８の接続が外れていれば高周波は積分された波形として出力されない。

スイッチ回路１３０は、入力端子１３２と、出力端子１３４と、制御信号入力端子１３６とを有する。入力端子１３２は、積分回路１２０の出力端子１２６に接続されている。出力端子１３４は、プログラマブルＩＣ１１０のモニタ電圧入力端子１１２に接続されている。また、制御信号入力端子１３６は、プログラマブルＩＣ１１０の制御信号出力端子１１３に接続されている。

スイッチ回路１３０は、プログラマブルＩＣ１１０の制御信号出力端子１１３から出力される制御信号が入力されることにより「ＯＮ」状態と「ＯＦＦ」状態とが切り替わる。例えば、当該制御信号は所定のパルス幅を有するパルスであり、スイッチ回路１３０はＨレベルの間のみ「ＯＮ」状態となる構成である。或いは、例えば、当該制御信号はトリガ信号であり、スイッチ回路１３０はそのトリガ信号の入力ごとに「ＯＮ」状態と「ＯＦＦ」状態とが切り替わるような構成であってもよい。なお、スイッチ回路１３０の「ＯＮ」は入力端子１３２と出力端子１３４が導通した状態、「ＯＦＦ」は入力端子１３２と出力端子１３４が導通されていない状態を指すものとする。すなわち、「ＯＮ」の場合のみ、積分回路１２０の出力端子１２６とプログラマブルＩＣ１１０のモニタ電圧入力端子１１２が導通される。昇圧レギュレータ２００は、スイッチ回路１３０がＯＦＦのときに作動される。

上述のようなシステム１００の回路構成により、プログラマブルＩＣ１１０から出力された高周波は、積分回路１２０により所定の電圧波形に変換されて、スイッチ回路１３０（ＯＮ状態）を経てプログラマブルＩＣ１１０に入力される。図２は、プログラマブルＩＣ１１０から出力される高周波Ｓ１と、積分回路１２０から出力されてプログラマブルＩＣ１１０によりモニタされる電圧波形Ｓ２（およびＳ２’）を模式的に示す図である。

高周波Ｓ１は、パルス信号である。そのパルス信号は、判定用信号としての方形波であるが、必ずしも方形波でなくてもよく、方形波でないパルスや正弦波でもよい。高周波Ｓ１の各パルスの電圧値（パルス振幅）はＶ１とする。電圧波形Ｓ２はコンデンサ１２８が正常に接続されている場合に出力される波形であり、電圧波形Ｓ２’はコンデンサ１２８が接続されていない場合に出力される波形である。電圧波形Ｓ２は、積分回路１２０の作用により積分されているため、方形波がくずれた形状となっている（すなわち、積分回路１２０はローパスフィルタとしての機能も有するため、入力された高周波の出力は低下する）。電圧波形Ｓ２において、高周波Ｓ１と同一の周期で存在するピーク位置の電圧値（最大電圧値）をＶ２とする。電圧波形Ｓ２’は、積分回路１２０がその機能を果たさず積分されないことに起因し、方形波を維持した形状を有する。電圧波形Ｓ２’の各パルスの電圧値（パルス振幅）をＶ２’（＜Ｖ１）とする。なお、電圧波形Ｓ２の電圧値Ｖ２と電圧波形Ｓ２’の電圧値Ｖ２’の関係は、ローパスフィルタを通過したＳ２の電圧の方が低くなるため、Ｖ２’＞Ｖ２となる。また、高周波Ｓ１は、そのデューティ比が小さいほうがが好ましい。高周波Ｓ１のデューティ比が小さければ小さいほど、電圧値Ｖ２と電圧値Ｖ２’の差は大きくなる。なお、高周波Ｓ１は、デューティ比が極めて小さければ（すなわち、パルス幅が極めて小さければ）、高周波である必要はない。つまり、パルス幅を小さくすることにより、Ｖ２とＶ２’との差を明確にすることができるので、パルスの周期が長くとも、パルス幅さえ小さければよい。

プログラマブルＩＣ１１０は、積分回路１２０の出力電圧が電圧波形Ｓ２となるか電圧波形Ｓ２’となるかを判定する。例えば、プログラマブルＩＣ１１０には、Ｖ２＜Ｖｔｈ＜Ｖ２’となるようなしきい値電圧Ｖｔｈが設定されており、プログラマブルＩＣ１１０は、その入力端子１１２に入力された電圧がＶｔｈを超えているか否かで積分回路１２０の出力電圧波形がＳ２であるかＳ２’であるかを判定する。或いは、スイッチ回路１３０とプログラマブルＩＣ１１０の入力端子１１２の間にコンパレータ（不図示）が設けられており、そのコンパレータは、積分回路１２０の出力電圧がＶｔｈを超えるか否かに応じてプログラマブルＩＣ１１０の入力端子１１２へ信号を出力する構成であってもよい。その場合、プログラマブルＩＣ１１０は、コンパレータの出力信号により積分回路１２０の出力電圧波形がＳ２であるかＳ２’であるかを判断できる。

しきい値電圧ＶｔｈをＶ２とＶ２’の範囲内に設定するためには、予め電圧値Ｖ２とＶ２’のおおよその値を取得する必要がある。電圧値Ｖ２は、システム１００の正常時（製造時）に、積分回路１２０から出力される電圧をモニタすれば得られる。電圧値Ｖ２’は、抵抗１２４のインピーダンスによる電圧降下を測定することにより算出可能である。なお、しきい値電圧Ｖｔｈは、電圧値Ｖ２’を考慮しなくとも、Ｖ２よりもわずかに高い値に設定される構成であってもよい。また、電圧値Ｖ２やＶ２’を実測せずとも、高周波Ｓ１のデューティ比をＤ（＜１）とし、Ｖｔｈ＞Ｄ×Ｖ１（ただし、Ｖｔｈ＜Ｖ１）の条件を満たすようにすれば、しきい値としてのＶｔｈの値を得ることができる。

プログラマブルＩＣ１１０は、上述のように積分回路１２０の出力電圧波形を判定する場合、ノイズ等の影響を考慮して、所定回数以上Ｖｔｈを超えたと判断すれば「異常」（すなわち、積分回路１２０においてコンデンサ１２８に接続不良がある）と判定する。また、プログラマブルＩＣ１１０は、例えば、「異常」を判定したことを示す情報をメモリ等に記憶しておいてもよい。

プログラマブルＩＣ１１０は、「異常」と判定すると、異常信号出力端子１１６から異常信号を出力する。この異常信号は例えば、ＬＥＤを発光させたり、ビープ音を鳴らしたり、モニタ出力させたり等、様々な異常通知手段の開始信号となる。プログラマブルＩＣ１１０では、高周波の出力時間、スイッチ回路１３０をＯＮとしておく継続時間等をそれぞれ制御可能である。

プログラマブルＩＣ１１０は、例えば、高周波の出力の終了後或いはスイッチ回路１３０をＯＦＦとした後までに、一度でも「異常」の判定をしていなければ、「正常」と判定し、制御端子１１４から昇圧レギュレータ２００の作動を開始する制御信号を出力することができる。このような構成により、「正常」時には自動的に昇圧レギュレータを作動させるが、「異常」時には昇圧レギュレータ２００を作動させることはないため、コンデンサ１２８の接続不良による昇圧レギュレータ２００の破損を防止することができる。

また、上述のような、システム１００におけるプログラマブルＩＣ１１０の一連の制御は、開始信号入力端子１１５にトリガ信号Ｔｒを入力することにより開始させることができる。例えば、そのトリガ信号Ｔｒは、システム１００が備えられる装置のメイン電源が投入された場合に自動的に入力される。

図３は、プログラマブルＩＣ１１０において実行される処理を示すフローチャートである。なお、本処理は、システム１００が備えられる装置の電源の投入時に開始される処理である。

ステップＳ１０１では、上述したようなトリガ信号Ｔｒの入力があったか否かが判定される。トリガ信号Ｔｒの入力がなければ（ステップＳ１０１：ＮＯ）、本処理は待機状態となる。トリガ信号Ｔｒの入力があったならば（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、ステップＳ１０２へ進む。

ステップＳ１０２では、昇圧レギュレータ２００に対し、作動停止を示す制御信号を送り、昇圧レギュレータ２００の作動を停止させる（なお、昇圧レギュレータ２００は、装置の電源が投入されても作動を開始しない構成であってもよい。その場合ステップＳ１０２は必要ない）。その後、ステップＳ１０３ではスイッチ回路１３０に制御信号を送り、スイッチ回路１３０をＯＦＦからＯＮに切り替える。

ステップＳ１０４では、高周波（パルス信号）を出力する。すなわち、積分回路１２０に高周波が入力される。なお、高周波は一定時間（少なくとも一つのパルスが含まれる時間）だけ出力される。その後、ステップＳ１０５では、積分回路１２０から出力され、スイッチ回路１３０を経た電圧値がモニタされる。

ステップＳ１０６では、ステップＳ１０５においてモニタされた電圧値がしきい値電圧Ｖｔｈを所定回数超えたか否かが判定される。しきい値電圧Ｖｔｈを所定回数超えたのであればステップＳ１０９へ進む（すなわち、「異常」と判定）。一度もしきい値電圧Ｖｔｈを超えなければステップＳ１０７へ進む（すなわち、「正常」と判定）。

ステップＳ１０７では、スイッチ回路１３０に制御信号を送り、スイッチ回路１３０をＯＦＦに切り替える。その後、ステップＳ１０８では、昇圧レギュレータ２００に制御信号を送り、昇圧レギュレータ２００の作動を開始させる。その後、本処理は終了する。ステップＳ１０９では、異常信号を送信する。その後、本処理は終了する。

なお、上述の処理では、ステップＳ１０８において昇圧レギュレータ２００を作動させる直前で、ステップＳ１０７におけるスイッチ回路１３０をＯＦＦに切り替えるよう構成したが、スイッチ回路１３０のＯＦＦのタイミングは、例えば、ステップＳ１０５における電圧モニタの直後であってもよい。すなわち、所定の時間出力される高周波が全て出力され終えた後にスイッチ回路１３０をＯＦＦとする。この場合、ステップＳ１０６では、プログラマブルＩＣ１１０のメモリに記憶された情報をもとに判定を行う。

したがって、本発明によれば、昇圧レギュレータ２００の作動前に、コンデンサ１２８が正常に接続されているかどうかを確認することができる。さらに、コンデンサ１２８が異常であれば、昇圧レギュレータ２００が作動しないよう構成されている。したがって、コンデンサ１２８の異常に起因する昇圧レギュレータ２００の発振等を未然に防ぐことができるので、昇圧レギュレータの破損を防止することができる。

また、例えば電子内視鏡装置では、５Ｖの電源を必要とする電子回路、複数種類の電圧を必要とする撮像素子の駆動回路等に対して様々な直流電圧を生成するための昇圧レギュレータが使用される。本発明のシステム１００は、そのような電子内視鏡装置内の昇圧レギュレータ２００の付近に容易に配置可能である。

なお、昇圧レギュレータ２００の作動時には、その出力電圧が出力端子１２６にかかるので、プログラマブルＩＣ１１０の高周波出力端子１１１に電流が流れ込む可能性がある。プログラマブルＩＣ１１０の仕様上、その出力電圧に耐えられる設計であれば何等問題ないが、例えば、積分回路１２０の入力端子１２２と高周波出力端子１１１との間にスイッチ素子を設けてもよい。昇圧レギュレータ２００の作動時に、当該スイッチ素子により昇圧レギュレータ２００とプログラマブルＩＣ１１０とを非導通状態とすれば、プログラマブルＩＣ１１０の仕様に依存することがない。

システムおよび昇圧レギュレータの機能ブロック図である。 プログラマブルＩＣの出力波形と積分回路の出力波形とを模式的に示す図である。 プログラマブルＩＣの処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１００ システム
１１０ プログラマブルＩＣ
１２０ 積分回路
１２４ 抵抗
１２８ コンデンサ
１３０ スイッチ回路
２００ 昇圧レギュレータ

Claims (10)

1. パルス信号を出力するパルス信号出力手段と、
   抵抗体と昇圧レギュレータのノイズ除去用のコンデンサとにより構成されると共に、前記パルス信号が入力される積分回路と、
   前記昇圧レギュレータの作動前に、前記積分回路の出力電圧をモニタし、該出力電圧から、前記コンデンサの接続が異常であるか否かを判定する判定手段と、を有し、
   前記判定手段における判定結果に応じて、前記昇圧レギュレータを作動させるか否かを決定することを特徴とするレギュレータ破損防止システム。
2. 前記判定手段において前記コンデンサの接続が異常でないと判定された場合には前記昇圧レギュレータの作動を許可し、前記判定手段において前記コンデンサの接続が異常であると判定された場合には前記昇圧レギュレータの作動を禁止することを特徴とする請求項１に記載のレギュレータ破損防止システム。
3. 前記判定手段において前記コンデンサの接続が異常であると判定された場合に、異常を通知する異常通知手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のレギュレータ破損防止システム。
4. 前記積分回路の出力端子は、前記昇圧レギュレータの出力端子に接続されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のレギュレータ破損防止システム。
5. 前記判定手段は、前記積分回路の出力電圧の電圧値が所定の値を所定回数超えた場合に、前記コンデンサの接続が異常であると判定することを特徴とする１から４のいずれかに記載のレギュレータ破損防止システム。
6. 前記判定手段において前記コンデンサの接続が異常でないと判定された場合に、前記昇圧レギュレータへ所定の信号を出力し、前記昇圧レギュレータを作動開始させることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のレギュレータ破損防止システム。
7. 前記積分回路の出力端子は、前記昇圧レギュレータの電圧出力端としても機能することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のレギュレータ破損防止システム。
8. 前記パルス信号出力手段と、前記判定手段とが一つのプログラマブルＩＣに備えられていることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のレギュレータ破損防止システム。
9. 前記昇圧レギュレータの作動前における前記判定手段による判定時には、前記積分回路の出力端子が前記判定手段に接続された状態とし、前記昇圧レギュレータの作動時には前記積分回路の出力端子が前記判定手段に接続されていない状態となることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のレギュレータ破損防止システム。
10. 前記パルス信号出力手段および前記判定手段による一連の処理を開始させる判定開始手段を備えることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載のレギュレータ破損防止システム。

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