JP5383397B2 - 過電圧保護回路 - Google Patents

Description

本発明は過電圧保護回路に関し、より詳細には、出力電圧が一定となるようにフィードバック制御を行う過電圧保護回路に関する。

図３に、従来の過電圧保護回路の構成を示す。外部電源ＶＩＮからインダクタンスとダイオードを介して電圧保持用のキャパシタに電荷が供給され、定電圧Ｖｏｕｔが負荷Ｌｏａｄに接続されている。負荷Ｌｏａｄは、例えばＬＥＤであり、グランドとの間に抵抗が直列に接続される。図３では１つの負荷Ｌｏａｄが接続されているが、並列または直接あるいはそれらの組み合わせで複数のＬＥＤが接続されることがある。

負荷Ｌｏａｄと抵抗との間の電位が誤差増幅器２１の反転入力端子に入力されている。非反転入力端子には、基準電圧Ｖｒｅｆが入力され、差電圧を増幅した誤差信号ＣＯＭＰが出力される。誤差信号ＣＯＭＰはＰＷＭコンパレータ２４に入力され、のこぎり波と比較され、のこぎり波の電圧より高い場合に、ＰＷＭコンパレータ２４から「Ｈｉ」が出力される。のこぎり波は一定の周波数であるため、ＰＷＭコンパレータ２４からは誤差信号に応じたＰＷＭ信号が生成される。ＰＷＭ信号が、インダクタンスに接続されたＭＯＳトランジスタからなるスイッチを制御することにより、出力電圧Ｖｏｕｔは一定となるようにフィードバック制御される。

フィードバック制御であるので位相補償を行う必要があることから、誤差増幅器２１の出力端子には抵抗およびキャパシタンスを含む位相補償回路２３が接続されている。

負荷Ｌｏａｄ等に異常が発生し、例えば負荷Ｌｏａｄが切断されたような場合、誤差増幅器２１の反転入力端子はグランドレベルとなり、出力電圧Ｖｏｕｔが上昇し続ける。過上昇した場合に安定制御するために、出力電圧Ｖｏｕｔを抵抗分割した電圧と、所定の基準電圧Ｖｒｅｆとの差信号をＯＶＰ増幅器２２により増幅し、ＰＷＭコンパレータ２４に制御信号と入力することで、出力電圧Ｖｏｕｔが過電圧になった場合に、ＭＯＳスイッチをオフにして、過電圧を防止していた。

また、従来の他の過電圧保護回路として、過電圧を検出すると、誤差増幅器２１の動作を停止し、しばらく停止したのちに、復帰させるという回路構成が知られている（特許文献１参照）。

特開平０３−０４０７１９号公報

過電圧制御のためのフィードバックを安定させるためにも位相補償を十分に設ける必要があり、従来、チップサイズの増大や外付け部品を少なくするために、位相補償用の受動素子を設けずに、増幅器のゲインを下げて発振を防止していた。

しかしながら、増幅器のゲインを下げると過電圧時の電圧精度が低くなってしまうという課題があった。

また、上述の特許文献１では、休止と過電圧検出を繰り返すため、出力電圧Ｖｏｕｔがのこぎり波状に変化し、一定の電圧での安定した制御が困難であるという課題があった。

特に、複数チャンネルのＬＥＤを駆動する場合には、いずれかのチャンネルが断線してしまっても、残ったチャンネルを正常に精度よく点灯させる必要があり、過電圧時にも精度よく出力電圧Ｖｏｕｔを発生させる点にも課題があった。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、部品点数を増やさず、増幅器のゲインを下げることなく異常時制御の精度を高めた過電圧保護回路を提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、ＰＷＭ制御により出力電圧を制御する過電圧保護回路において、出力電圧が接続される負荷を流れる電流に基づいた電圧と所定の第１の基準電圧との差を増幅する誤差増幅器と、前記誤差増幅器の出力信号と基準となるのこぎり波とを比較し、ＰＷＭ制御信号を生成するＰＷＭコンパレータと、前記ＰＷＭコンパレータの前記誤差信号が入力される端子に接続され、誤差信号の位相補償を行うキャパシタンスを含む位相補償部と、前記ＰＷＭコンパレータの前記誤差信号が入力される端子と前記誤差増幅器の出力端子に直列に接続される抵抗およびスイッチと、を備え、前記抵抗の端子間に所定の電圧差が発生したときに、前記スイッチをオフして、前記キャパシタに誤差信号を保持することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の過電圧保護回路において、前記出力電圧を抵抗分割した信号と所定の第２の基準電圧とを比較し、ＯＶＰ制御信号を出力するＯＶＰコンパレータをさらに備え、前記ＯＶＰコンパレータは前記出力電圧が前記第２の基準電圧を超えたときに前記スイッチをオフすることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の過電圧保護回路において、前記第２の基準電圧は、前記負荷が断線した場合に前記抵抗分割した信号が達する電圧レベルであることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の過電圧保護回路において、前記負荷は、並列に接続された複数のＬＥＤと、前記ＬＥＤの少なくとも１つに所定の時間過電圧状態が続いた場合、前記過電圧状態のＬＥＤを除去するタイマー回路とを含むことを特徴とする。

本発明は、部品点数を増やさず、増幅器のゲインを下げることなく異常時制御の精度を高める効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る過電圧保護回路の構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る過電圧保護回路の動作を示す図である。 従来の過電圧保護回路の構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。

図１に、本発明の一実施形態に係る過電圧保護回路の構成を示す。外部電源ＶＩＮからインダクタンスとダイオードを介して電圧保持用のキャパシタに電荷が供給され、定電圧Ｖｏｕｔが負荷Ｌｏａｄに接続されている。負荷Ｌｏａｄは、例えばＬＥＤであり、グランドとの間に抵抗が直列に接続される。図１では１つの負荷Ｌｏａｄが接続されているが、並列または直接あるいはそれらの組み合わせで複数のＬＥＤが接続され、チャネルフィードバック制御が行えるようにしてもよい。

負荷Ｌｏａｄと抵抗との間の電位が誤差増幅器１１の反転入力端子に入力されている。非反転入力端子には、基準電圧Ｖｒｅｆが入力され、差電圧を増幅した誤差信号ＣＯＭＰが出力される。誤差信号ＣＯＭＰはＰＷＭコンパレータ１６に入力され、のこぎり波と比較され、のこぎり波の電圧より高い場合に、ＰＷＭコンパレータ１６から「Ｈｉ」が出力される。のこぎり波は一定の周波数であるため、ＰＷＭコンパレータ１６からは誤差信号に応じたＰＷＭ信号が生成される。ＰＷＭ信号が、インダクタンスに接続されたＭＯＳトランジスタからなるスイッチを制御することにより、出力電圧Ｖｏｕｔは一定となるようにフィードバック制御される。

誤差増幅器１１の出力端子には抵抗およびキャパシタンスを含む位相補償回路１５が接続され、誤差増幅器１１の出力端子と位相補償回路１５との間に抵抗Ｒｏとスイッチ１７を備える。

本発明では、従来技術において異常時電圧を検出したＯＶＰ増幅器２２の代わりに、ＯＶＰコンパレータ１２を備え、信号ＯＶＰＢを出力する。ＯＶＰコンパレータ１２は、コンパレータとして動作すればよいため、電流出力能力の小さい回路で十分である。

また、抵抗の両端子の電圧を入力し比較する電圧差比較器１３を備え、論理回路を介してスイッチをオンオフする制御信号を生成する。すなわち、電圧差比較器１３は、抵抗間の出電圧により２つの信号ＥＡＯＢとＣＯＭＢを出力し、上記信号ＯＶＰＢとでスイッチのオンオフを制御する。

図２に、本発明の一実施形態に係る過電圧保護回路の動作を示す。

（正常時の動作）
負荷Ｌｏａｄに異常がなく、正常に動作しているときは、負荷Ｌｏａｄと抵抗に電流が流れるため、抵抗に電圧ＦＢが発生している。この電圧ＦＢは、誤差増幅器１１において基準電圧ＶＲＥＦと比較され、誤差信号ＥＡＯが所定の電圧に制御されている。動作が安定しているため、誤差増幅器１１の出力ＥＡＯはほぼ一定になっており、抵抗Ｒｏに電流も流れないため、電圧ＣＯＭもほぼ同電位である。

信号ＥＡＯおよび信号ＣＯＭは電位差比較器１３に入力され、電位差比較器１３は、
ＥＡＯ−ＣＯＭＰ≧０．２ＶのときＥＡＯＢ＝Ｌｏ
ＣＯＭＰ−ＥＡＯ≧０．２ＶのときＣＯＭＰＢ＝Ｌｏ
を出力し、その他の場合はＨｉを出力する。但し、ここで電位差の基準を０．２Ｖとしたのは一例であり、０．２Ｖに限らず正数であればよい。すなわち、ＥＡＯがＣＯＭＰより一定以上高い電圧である場合はＥＡＯＢがＬｏを出力し、ＣＯＭＰがＥＡＯより一定以上高い場合はＣＯＭＰＢがＬｏｗｏ出力する。

上述したように、正常動作中は、ＣＯＭＰとＥＡＯはほぼ同電位であるため、ＥＡＯＢおよびＣＯＭＰＢはＨｉであり、フリップフロップ１４の出力ＥＡＨＬＤＢはＨｉとなっており、スイッチ１７はオンしている。したがって、フィードバック制御され、出力電圧Ｖｏｕｔは所定の電圧（例えば３３Ｖ）に制御されている。

（異常時の動作）
ここで、負荷Ｌｏａｄに異常が発生し、断線したような場合を想定する。このとき負荷Ｌｏａｄに接続される抵抗には電流が流れなくなるため、電圧降下がゼロになり、誤差増幅器１１に入力される信号ＦＢはゼロ電位となる。すると、誤差増幅器１１の出力ＥＡＯおよび信号ＣＯＭＰも上昇しようとするが、抵抗Ｒｏに電流が流れるため、ＥＡＯとＣＯＭＰとの間で電位差を生じ、抵抗Ｒｏの分ＥＡＯが高い電圧をとなりながらＶｏｕｔは上昇していく。尚、信号ＥＡＯＢはＨｉからＬｏに変化するが、ここでは動作に影響しない。

信号ＣＯＭＰが上昇するため、出力電圧Ｖｏｕｔも上昇し、例えばＶｏｕｔが４０Ｖを超えると、ＯＶＰコンパレータ１２に入力されるＶｏｕｔの抵抗分割された信号も基準信号Ｖｒｅｆを超える。このとき、ＯＶＰコンパレータ１２の出力信号ＯＶＰＢがＬｏに変化し、ＮＯＲ回路の出力がＬｏからＨｉに変化する。そして、その立ち上がりでフリップフロップ１４が動作し、信号ＥＡＨＬＤＢがＨｉからＬｏに変化してスイッチ１７をオフにする。

スイッチ１７がオフすると、位相補償回路１５のキャパシタに信号ＣＯＭＰの電圧が保持され、出力電圧Ｖｏｕｔはそのときの電圧に保持される。

また、上述したような負荷Ｌｏａｄとして複数のＬＥＤが接続されている場合（不図示）は、故障したＬＥＤのフィードバックを除外し、残りのＬＥＤに関してチャンネルフィードバック制御を行うことがある。このような場合には負荷Ｌｏａｄが再接続されるため、電圧ＦＢがゼロ電位にならず、出力電圧Ｖｏｕｔに応じた高い電圧を生じることになる。

このとき、ＥＡＯは信号ＦＢがゼロ電位のときよりも小さくなるが、ＥＡＯはＣＯＭＰに比べ、再接続された負荷Ｌｏａｄによる電圧降下分小さくなる。その結果、ＥＡＯＢおよびＯＶＰＢがＨｉに変化し、ＣＯＭＰＢはＬｏからＨｉに変化するため、フリップフロップ１４がリセットされ、ＥＡＨＬＤＢがＨｉに変化し、スイッチ１７がオンする。

そこで、誤差増幅器１１によるフィードバック制御が再開され、出力Ｖｏｕｔは小さくなり、定電圧に近づき、ＦＢも所定電圧に近づき、抵抗Ｒｏに電流が流れなくなるため、ＥＡＯとＣＯＭＰが同電位となり、ＣＯＭＰＢ信号がＨｉに戻って、正常動作に遷移することになる。

再接続には例えば、タイマー回路を用いて、所定の時間過電圧状態が続いたら、問題のチャンネルを除去して、残りのチャンネルでフィードバック制御するようにすればよい。

以上のように、本発明では、異常電圧をコンパレータで検出し、誤差増幅器によるフィードバックを停止させるため、異常検出用のフィードバックの位相補償を行う必要がなく、高精度で安定な過電圧保護回路を提供することができる。

１１、２１ 誤差増幅器
１２ ＯＶＰコンパレータ
１３ 電圧差比較器
１４ フリップフロップ
１５ 位相補償回路
１６、２３ ＰＷＭコンパレータ
１７ スイッチ
２２ ＯＶＰ増幅器

Claims (4)

1. ＰＷＭ制御により出力電圧を制御する過電圧保護回路において、
   出力電圧が接続される負荷を流れる電流に基づいた電圧と所定の第１の基準電圧との差を増幅する誤差増幅器と、
   前記誤差増幅器の出力信号と基準となるのこぎり波とを比較し、ＰＷＭ制御信号を生成するＰＷＭコンパレータと、
   前記ＰＷＭコンパレータの前記誤差信号が入力される端子に接続され、誤差信号の位相補償を行うキャパシタンスを含む位相補償部と、
   前記ＰＷＭコンパレータの前記誤差信号が入力される端子と前記誤差増幅器の出力端子に直列に接続される抵抗およびスイッチと、を備え、
   前記抵抗の端子間に所定の電圧差が発生したときに、前記スイッチをオフして、前記キャパシタに誤差信号を保持することを特徴とする過電圧保護回路。
2. 前記出力電圧を抵抗分割した信号と所定の第２の基準電圧とを比較し、ＯＶＰ制御信号を出力するＯＶＰコンパレータをさらに備え、
   前記ＯＶＰコンパレータは前記出力電圧が前記第２の基準電圧を超えたときに前記スイッチをオフすることを特徴とする請求項１に記載の過電圧保護回路。
3. 前記第２の基準電圧は、前記負荷が断線した場合に前記抵抗分割した信号が達する電圧レベルであることを特徴とする請求項２に記載の過電圧保護回路。
4. 前記負荷は、
   並列に接続された複数のＬＥＤと、
   前記ＬＥＤの少なくとも１つに所定の時間過電圧状態が続いた場合、前記過電圧状態のＬＥＤを除去するタイマー回路と
   を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の過電圧保護回路。

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