JP5380772B2 - Dc/dcコンバータを制御する制御回路、電気装置、及び電源回路を有する装置 - Google Patents
Dc/dcコンバータを制御する制御回路、電気装置、及び電源回路を有する装置 Download PDFInfo
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Description
図1に示すように、絶縁型電源1は、商用電源等の一次電源から一次と二次間の絶縁を行いながら電圧を変換した後に、非絶縁型OBP10a〜10cへと直流電力を供給する。非絶縁型OBP10a〜10cは、絶縁型電源1から供給された直流電力を所望の電圧の直流電力に変換してから、それぞれに接続された負荷2a〜2cに直流電力を供給する。なお、以下の説明において、これら非絶縁型OBP10a〜10cを総称して「非絶縁型OBP10」と示すことがある。また負荷2a〜2cについてもこれらを総称して「負荷2」と示すことがある。
このように、絶縁型電源1の出力電圧Vsが徐々に上昇すると、非絶縁型OBP10は定格出力電圧Vsrより低い起動電圧Viaによって動作を開始する(時刻t1)。このため非絶縁型OBP10には、図3の第2段に示すように、定格出力電圧Vsrが供給されている状態の入力電流I2よりも過大な電流I1が流れ込むことになる。
この非絶縁型OBP10に、入力許容範囲の上限付近(例えば6.0V)の電圧を供給して使用しようとすると、作動開始時に入力電圧が2.8Vとなったとき、定格電圧(6.0V)の供給時に比べて2倍以上の入力電流が流れ込み、図3を参照して説明した場合と同じように電源の起動時に大電流が流れる恐れがある。
すなわち本発明の第1形態によれば、DC/DCコンバータへの入力電圧が安定したことを検出する定常状態検出部を備えて構成され、入力電圧が安定するまで前記DC/DCコンバータの電力供給を禁止するDC/DCコンバータの制御装置が提供される。
参照電圧生成部は、例えば、入力電圧の立ち上がり傾斜以下の傾斜で立ち上がるランプ電圧を生成するランプ回路であってよい。また、参照電圧生成部は、入力電圧に追従する信号を生成する時定数回路であってもよい。
非絶縁型OBP10は、商用電源等の一次電源からの電力を、一次と二次間の絶縁を行いながら変換する絶縁型電源1から直流電力を供給され、この直流電力を予め定められた電圧の直流電力に変換して負荷2に供給する。
比較器IC1は、参照電圧Vrが検出電圧Vdを超えたときに、スイッチング素子Q1及びQ2のオン/オフ動作を許可して、非絶縁型OBP10に直流電圧Voを出力させるOBP起動信号を、スイッチング素子駆動回路11に出力する。
また制御回路20は、上記の参照電圧生成部21と比較器IC1の機能によって、入力電圧Viが安定するまで非絶縁型OBP10による電力供給を禁止するので、本発明による制御装置を成す。
なお図7の各タイムチャートにおいて、絶縁型電源1が、比較的高い電圧Vhと比較的低い電圧Vlの2つの異なる定格出力電圧Vsrを出力する場合を同時に示しており、比較的高い電圧Vhを定格出力電圧Vsrとした場合を一点鎖線で示し、比較的低い電圧Vlを定格出力電圧Vsrとした場合を二点鎖線で示す。
また図7の第2段においては、比較的高い電圧Vhを定格出力電圧Vsrとした場合の検出電圧Vdを一点鎖線で示し、比較的低い電圧Vlを定格出力電圧Vsrとした場合の検出電圧Vdを二点鎖線で示し、実線は参照電圧Vrを示す。
参照電圧生成部21により生成され比較器IC1に入力される参照電圧Vrは、絶縁型電源1の起動時における出力電圧Vs(すなわち非絶縁型OBP10の入力電圧Vi)の立ち上がりよりも遅れて立ち上がる特性を有するように設定されている。
例えば図7の第2段の例では、参照電圧Vrは、絶縁型電源1の起動時における出力電圧Vsの立ち上がりの傾斜(すなわち上昇率)よりも小さい傾斜で電圧が上昇するように設定されている。より具体的には、非絶縁型OBP10の入力電圧Viを分圧した検出電圧Vdの立ち上がりの傾斜よりも小さい傾斜で電圧が上昇するように設定されている。
そして、時刻t3において絶縁型電源1の電圧Vsが定常値に達すると、検出電圧Vdに参照電圧Vrが遅延して追いつくので電圧値Vd及びVr間の関係が反転する。このときに比較器IC1はスイッチング素子駆動回路11へOBP起動信号を送出して、非絶縁型OBP10による電力供給を開始する(図7の第5段参照)。
しかしこれに代えて、又はこれに加えて、参照電圧生成部21は、絶縁型電源1の起動時における出力電圧Vsの立ち上がりよりも所定の遅延時間Δtだけ遅れて立ち上がる参照電圧Vrを生成してもよい。すなわち、参照電圧生成部21は、絶縁型電源1の起動時における出力電圧Vsの立ち上がり時刻よりも遅い時刻に立ち上がる参照電圧Vrを生成してもよい。このような参照電圧Vrの第2例を図8に示す。
図8の上段に示すように参照電圧生成部21は、絶縁型電源1の起動時における出力電圧Vsの立ち上がり時刻よりも、所定の遅延時間Δtだけ遅れた時刻に立ち上がる参照電圧Vrを生成する。
なお図8では、参照電圧Vrは、検出電圧Vdと同じ立ち上がりの傾斜で電圧が上昇する例を示したが、参照電圧Vrは検出電圧Vdと立ち上がりよりも小さい傾斜か、わずかに大きい傾斜で電圧が上昇する電圧であってもよい。したがって、遅延時間Δtを持たせることによって、前段の絶縁型電源1の出力電圧Vsの立ち上がりの傾斜に一定の幅を持たせることが可能となる。
絶縁型電源1が電力供給を開始すると図10の上段のように検出電圧Vdが上昇する。図示する通りキャパシタンスC1の端子間電圧の立ち上がりの傾斜は、検出電圧Vdの立ち上がりの傾斜よりも小さいので、絶縁型電源1の出力電圧Vsが定常状態となるまでは、検出電圧VdがキャパシタンスC1の端子間電圧よりも大きくなり、スイッチング素子駆動回路11へのOBP起動信号の送信を停止し、非絶縁型OBP10による電力供給を禁止する。よって絶縁型電源1の出力電圧Vsが立ち上がっている間、非絶縁型OBP10は比較器IC1によって停止させられる。
時定数回路22により生成され比較器IC1に入力される参照電圧Vrは、絶縁型電源1の起動時における出力電圧Vs(すなわち非絶縁型OBP10の入力電圧Vi)の立ち上がりよりも遅れて立ち上がる特性を有するように設定されている。
例えば図12の第2段の例では、参照電圧Vrは、絶縁型電源1の起動時における出力電圧Vsの立ち上がりの傾斜(すなわち上昇率)よりも小さい傾斜で電圧が上昇するように設定されている。より具体的には、非絶縁型OBP10の入力電圧Viを分圧した検出電圧Vdの立ち上がりの傾斜よりも小さい傾斜で電圧が上昇するように設定されている。
そして、時刻t3において絶縁型電源1の電圧Vsが定常値に達すると、検出電圧Vdに参照電圧Vrが遅延して追いつくので電圧値Vd及びVr間の関係が反転する。このときに比較器IC1はスイッチング素子駆動回路11へOBP起動信号を送出して、非絶縁型OBP10による電力供給を開始する(図12の第5段参照)。
これにより非絶縁型OBP10は、入力電圧Viが一定になってから起動するので入力電流も一定値に安定する。このため従来の非絶縁型OBPにおいて生じていた大電流の吸い込みは生じない(図12の第4段参照)。また、絶縁型電源1の定格出力電圧Vsrが変わっても、絶縁型電源1の電圧Vsが定常値に達した後に電圧値Vd及びVr間の関係が反転することには変わりないので、定格出力電圧Vsrの大きさに関係なく大電流の吸い込みを防止することができる。
通信装置100は、通信ケーブル4a〜4cを介して他の通信装置(図示せず)と信号のやりとりを行う通信ユニット2a〜2cと、非絶縁型OBP10a及び10bと、絶縁型電源1とを備える。
絶縁型電源1は、商用電源等の一次電源からの電力を、一次と二次間の絶縁を行いながら直流電力へ変換し、非絶縁型OBP10a及び10bに供給する。
非絶縁型OBP10a及び10bは、図6、9及び11を参照して説明した本発明の実施例による非絶縁型OBPのいずれかであり、絶縁型電源1から供給された直流電力を予め定められた電圧の直流電力に変換して、負荷としての通信ユニット2a〜2cに供給する。非絶縁型OBP10a及び10bから通信ユニット2a〜2cに供給された電力は、各ユニット2a〜2c内に設けられた電子ユニット、例えばCPU3a〜3cなどによって消費される。
なお、図13に示した通信装置100は、本発明の実施例による非絶縁型OBP10を電源回路として内蔵する装置の一例を示したものであり、本発明はこれに限定されるものではない。本発明による非絶縁型OBP10は、例えばLSI素子、電子回路モジュール、コンピュータやサーバのようなユニット装置に内蔵され電源回路として利用することが可能であり、また自動車等の移動体に搭載され、移動体内で使用される電子機器や電気装置のための電源回路として利用される。
特に、広範囲の入力電圧の下で動作する非絶縁型OBPのようなDC/DCコンバータにおいても、前段の電源の立ち上がりが完了するまでDC/DCコンバータが起動しないので、このようなDC/DCコンバータを使用した場合の起動時の大きな吸い込み電流を有効に防止することが可能となる。
DC/DCコンバータを制御する制御装置において、
前記DC/DCコンバータへの入力電圧が安定したことを検出する定常状態検出部を備え、
前記入力電圧が安定するまで前記DC/DCコンバータの電力供給を禁止すること、
を特徴とする制御装置。
前記定常状態検出部は、前記DC/DCコンバータへの入力電圧の立ち上がり後における前記入力電圧の安定を検出する、ことを特徴とする付記1に記載の制御装置。
前記DC/DCコンバータへの入力電圧を検出する入力電圧検出部を、さらに備え、
前記定常状態検出部は、前記入力電圧の立ち上がりよりも遅れて立ち上がる参照電圧を生成する参照電圧生成部を備えて、前記の検出した電圧と前記参照電圧とを比較して前記入力電圧値の安定を検出する、
ことを特徴とする付記2に記載の制御装置。
前記参照電圧生成部は、前記入力電圧の立ち上がり傾斜以下の傾斜で立ち上がるランプ電圧を生成するランプ回路であることを特徴とする付記3に記載の制御装置。
前記参照電圧生成部は、前記入力電圧に追従する信号を生成する時定数回路であることを特徴とする付記3に記載の制御装置。
付記1〜5のいずれか一項に記載の制御装置を内蔵することを特徴とするDC/DCコンバータ。
直流電源が供給され所定の動作を行う電気装置であって、
前記直流電源の入力電圧の立ち上がりよりも遅れて立ち上がる参照電圧を生成する参照電圧生成部と、
前記入力電圧及び前記参照電圧を比較する比較器と、を備え、
前記比較器の比較結果により前記入力電圧が定常状態に達したことを検出することを特徴とする電気装置。
前記入力電圧を変換して前記電気装置内に電源を供給する電源回路であって、前記比較器の比較結果により前記入力電圧が定常状態に達したことを検出する電源回路を有することを特徴とする付記7に記載の電気装置。
前記電源回路は、前記参照電圧生成部と、前記比較器と、電源変換回路とを有し、
前記電源変換回路は、前記入力電圧が定常状態に達したことを検出したときに、前記直流電源から変換した電力の供給を開始することを特徴とする付記8に記載の電気装置。
前記参照電圧生成部は、前記入力電圧の立ち上がり傾斜以下の傾斜で立ち上がるランプ電圧を生成するランプ回路であることを特徴とする付記7〜9のいずれか一項に記載の電気装置。
前記参照電圧生成部は、前記入力電圧に追従する信号を生成する時定数回路であることを特徴とする付記7〜9のいずれか一項に記載の電気装置。
電源回路を有する装置であって、
前記電源回路は、
直流電源から供給された入力電圧の立ち上がりよりも遅れて立ち上がる参照電圧を生成する参照電圧生成部と、
前記入力電圧及び前記参照電圧を比較する比較器を備え、
前記比較器の比較結果により前記入力電圧が定常状態に達したことを検出したときに、前記直流電源から変換した電力の供給を開始することを特徴とする装置。
前記参照電圧生成部は、前記入力電圧の立ち上がり傾斜以下の傾斜で立ち上がるランプ電圧を生成するランプ回路であることを特徴とする付記12に記載の装置。
前記参照電圧生成部は、前記入力電圧に追従する信号を生成する時定数回路であることを特徴とする付記12に記載の装置。
11 スイッチング素子駆動回路
20 起動制御回路
C3 平滑用コンデンサ
IC1 比較器
L1 平滑用インダクタンス
R1、R2 分圧用抵抗
Q1、Q2 スイッチング素子
Claims (5)
- DC/DCコンバータを制御する制御装置において、
前記DC/DCコンバータへの入力電圧を検出する入力電圧検出部と、
前記DC/DCコンバータへの入力電圧の上昇が停止したことを検出する定常状態検出部とを備え、
前記定常状態検出部は、定電流回路から出力される定電流でコンデンサを充電することにより前記入力電圧の立ち上がりよりも遅れて立ち上がる参照電圧を生成する参照電圧生成部を備えて、前記の検出した電圧と前記参照電圧とを比較して前記入力電圧値の上昇の停止を検出し、
前記入力電圧の上昇が停止するまで前記DC/DCコンバータの電力供給を禁止すること、
を特徴とする制御装置。 - 直流電源が供給され所定の動作を行う電気装置であって、
定電流回路から出力される定電流でコンデンサを充電することにより前記直流電源の入力電圧の立ち上がりよりも遅れて立ち上がる参照電圧を生成する参照電圧生成部と、
前記入力電圧及び前記参照電圧を比較する比較器と、を備え、
前記比較器の比較結果により前記入力電圧の上昇の停止を検出することを特徴とする電気装置。 - 前記入力電圧を変換して前記電気装置内に電源を供給する電源回路であって、前記比較器の比較結果により前記入力電圧が定常状態に達したことを検出する電源回路を有することを特徴とする請求項2に記載の電気装置。
- 前記電源回路は、前記参照電圧生成部と、前記比較器と、電源変換回路とを有し、
前記電源変換回路は、前記入力電圧が定常状態に達したことを検出したときに、前記直流電源から変換した電力の供給を開始することを特徴とする請求項3に記載の電気装置。 - 電源回路を有する装置であって、
前記電源回路は、
定電流回路から出力される定電流でコンデンサを充電することにより直流電源から供給された入力電圧の立ち上がりよりも遅れて立ち上がる参照電圧を生成する参照電圧生成部と、
前記入力電圧及び前記参照電圧を比較する比較器を備え、
前記比較器の比較結果により前記入力電圧の上昇の停止を検出したときに、前記直流電源から変換した電力の供給を開始することを特徴とする装置。
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