JP6756232B2

JP6756232B2 - Ｄｃｄｃコンバータ

Info

Publication number: JP6756232B2
Application number: JP2016204293A
Authority: JP
Inventors: 雄治山田; 智晃山本
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2016-10-18
Filing date: 2016-10-18
Publication date: 2020-09-16
Anticipated expiration: 2036-10-18
Also published as: JP2018068002A

Description

本発明は、ＤＣＤＣコンバータに関する。

同期整流型のＤＣＤＣコンバータにおいては、過電流保護などの異常検出を行う機能として、直流電流を検出して異常判定をするものがある。例えば、直列接続した２個のスイッチング素子の共通接続点からコイルに通電する構成において、直流電源とスイッチング素子との間に電流検出用の抵抗を設け、またグランド側のスイッチング素子とグランドとの間に電流検出用の抵抗を設けたり、あるいは、コイルと直列に電流検出用の抵抗を設けることで検出する構成がある。

上記構成においては、常に電流検出用の抵抗に電流が流れることになるため電流値の２乗に比例して発生する電力損失が大きくなる。そのため、入力電源とスイッチング素子との間のみに電流検出用の抵抗を設けて異常を検出する方法が用いられる。

また、同期整流型のＤＣＤＣコンバータでは出力端子が過電圧状態になる場合に、グランド側のスイッチング素子をオンさせて放電することで出力電圧を所定電圧以下となるように制御する。この場合、負荷の状態に応じて過電圧が発生している場合には、この制御によって出力電圧を適正な状態になるように制御することができる。

しかしながら、出力端子が高電位の電源などと接触することで発生する過電圧状態では、次のような不具合がある。すなわち、制御動作では、出力端子の過電圧を解消するために、グランド側のスイッチング素子をオンさせて放電することにより出力端子の電圧を所定電圧以下となるように駆動する。ところが上記した入力電源とスイッチング素子との間のみに電流検出用の抵抗を設けて異常を検出する方式では、グランド側のスイッチング素子の過電流が検出されないので、この状態が継続するとスイッチング素子が故障に至る可能性がある。

特開２００５−６５４４７号公報

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的は、電流検出抵抗を設ける構成をなくし、出力端子の過電圧状態でもグランド側のスイッチング素子が故障するのを防止できるＤＣＤＣコンバータを提供することにある。

請求項１に記載のＤＣＤＣコンバータは、直流電源（２）と出力端子との間に接続される第１スイッチング素子（４）と、前記直流電源よりも低い電位の端子と前記出力端子との間に接続される第２スイッチング素子（５）と、前記出力端子の電圧を検出して前記出力端子の電圧が所定電位になるように前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子を駆動する制御回路（９）と、前記出力端子の過電圧が継続する状態を検出する判定回路（１３ａ）と、前記判定回路により前記出力端子の過電圧が継続する状態が検出されたときに前記第２スイッチング素子をオフ状態にする停止回路（１２）とを備え、前記判定回路（１３ａ）は、前記第２スイッチング素子の所定期間内でのオン状態の累積時間が第２の時間を超える場合に、前記出力端子の過電圧が継続する状態を検出する。

上記構成を採用することにより、制御回路は、出力端子の電圧が過電圧レベルまで上昇すると、第１スイッチング素子のオン時間を短くし、第２スイッチング素子のオン時間を長くすることで、出力電圧を低下させるように制御する。また、制御回路は、出力端子の電圧が低電圧レベルになると、第１スイッチング素子のオン時間を長くし、第２スイッチング素子のオン時間を短くすることで、出力電圧を上昇させるように制御する。

そして、出力端子が何らかの原因で電源端子と接触するなどして高電圧の状態となっている場合には、上記のように第１スイッチング素子がオフ状態となり、第２スイッチング素子のオン状態が継続することになる。判定回路は、このように出力電圧が過電圧レベルに上昇した状態が継続した状態を検出し、停止回路により第２スイッチング素子を停止させるようになる。この結果、第２スイッチング素子に過電流が流れて故障に至るのを防止することができる。

第１実施形態を示す電気的構成図制御動作のフローチャート各部のタイムチャート第２実施形態を示す電気的構成図制御動作のフローチャート各部のタイムチャート第３実施形態を示す電気的構成図制御動作のフローチャート各部のタイムチャート第４実施形態を示す電気的構成図制御動作のフローチャート各部のタイムチャート第５実施形態を示す電気的構成図制御動作のフローチャート各部のタイムチャート第６実施形態を示す電気的構成図制御動作のフローチャート各部のタイムチャート

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。
電気的構成を示す図１において、ＤＣＤＣコンバータ１は、直流電源２から入力端子ＩＮに直流電圧ＶＤが供給され、これを所定電圧に変換して出力端子ＯＵＴに出力する。ＤＣＤＣコンバータ１において、入力端子ＩＮは電流検出用の抵抗３を介して第１スイッチング素子であるｎチャンネル型のＭＯＳＦＥＴ４、第２スイッチング素子であるｎチャンネル型のＭＯＳＦＥＴ５を介してグランドに接続されている。ＭＯＳＦＥＴ４および５の共通接続点は、コイル６を介して出力端子ＯＵＴに接続されている。出力端子ＯＵＴとグランドとの間にはコンデンサ７が接続されている。

ＭＯＳＦＥＴ４および５は制御部８により駆動制御される。制御部８は、制御回路９を主体として出力過電圧検出回路１０、過電流検出回路１１、停止回路１２および計時回路１３を備えている。制御回路９は、マイコンおよびＲＯＭ、ＲＡＭなどを備え、制御動作を司るもので、プログラムにしたがって検出動作および制御動作を行う。出力過電圧検出回路１０は、出力端子ＯＵＴの電圧Ｖｏｕｔが過電圧レベルＶｘを超えると過電圧検出信号を制御回路９に出力する。過電流検出回路１１は、抵抗３の端子電圧を検出してコイル６に流れる電流ＩＬを検出するもので、所定レベルを超える過電流が流れるとこれを検出して過電流信号を制御回路９に出力する。

停止回路１２は、ＭＯＳＦＥＴ５を強制停止させる回路で、計時回路１３から停止信号Ｓｘを受けるとオン動作中のＭＯＳＦＥＴ５を強制的に停止させる。計時回路１３は、ＭＯＳＦＥＴ５のオン時間を計時する回路で、制御回路９からオン信号を受けると計時動作を開始し、継続時間Ｔｏｎが第１の時間である時間Ｔ１を超えると停止信号Ｓｘを停止回路１２に出力する。

次に、上記構成の作用について図２および図３も参照して説明する。
制御回路９は、出力端子Ｖｏｕｔに所定電圧を出力する場合には、ＭＯＳＦＥＴ４および５にゲート駆動信号を出力して直流電源２から直流電圧ＶＤを入力してコイル６に通電する。ゲート駆動信号はＰＷＭ信号によるもので、制御回路９は、所定周期の開始時点ｔ１、ｔ２、ｔ３などの各時点でＭＯＳＦＥＴ４をオン駆動し、デューティ期間が終了するとオフ駆動する。制御回路９は、ＭＯＳＦＥＴ４をオフしてから続いてＭＯＳＦＥＴ５を周期の終了時点までオン駆動する。

これにより、直流電源２の直流電圧ＶＤは、抵抗３およびＭＯＳＦＥＴ４を介してコイル６に通断電することで、所定電圧に降圧して出力電圧Ｖｏｕｔを生成している。この出力電圧Ｖｏｕｔは制御回路９に入力されていて、制御回路９は、出力端子ＯＵＴに現れる出力電圧Ｖｏｕｔが所定レベルになるようにＭＯＳＦＥＴ４、５の駆動条件を設定している。

出力端子ＯＵＴには負荷が接続されて電力を消費する。これにより、コンデンサ７の電荷が消費され、出力電圧Ｖｏｕｔが低下し始める。すると、制御回路９により出力電圧Ｖｏｕｔを上昇させるべく、ＭＯＳＦＥＴ４のオン時間を長くするように制御される。一方、負荷による電力消費が低下すると、コンデンサ７の電荷消費が少なくなり、出力電圧Ｖｏｕｔが低下しなくなる。このため、制御回路９は、ＭＯＳＦＥＴ４のオン時間を短くして出力電圧Ｖｏｕｔが上昇するのを抑制するように制御している。

また、負荷の通電状態や何らかの原因で出力端子ＯＵＴの電位が一時的に上昇して過電圧状態となった場合がある。この場合には、制御回路９は、出力過電圧検出回路１０からの信号に基づいて、上述と同様にしてＭＯＳＦＥＴ４のオン時間を短く、ＭＯＳＦＥＴ５のオン時間を長くすることで過電圧状態が解消するように制御している。このような過電圧状態は、一時的なものであるから、通常は所定時間以内に解消する。

しかしながら、出力端子ＯＵＴが高電圧の端子と短絡状態になる状態が発生した場合には、上記のように制御動作が行われると、ＭＯＳＦＥＴ４はオフ状態のままとなり、ＭＯＳＦＥＴ５のオン状態が継続するようになる。これによって、短絡状態にある高電圧の電源側からＭＯＳＦＥＴ４に電流が流れ続けることになり、この状態が継続するとＭＯＳＦＥＴ５が故障に至ることもある。

そこで、この実施形態では、このような事態が発生するのを防止する機能として、図２に示すような過電圧保護動作を実施している。なお、図２に示す制御動作は、制御部８において制御回路９およびその他各部の動作が行われることで達成している。電源が投入されて動作を開始する時点では、計時回路１３における継続時間Ｔｏｎの値は、ステップＡ１として「０」にクリアされる。続くステップＡ２では、計時回路１３は、制御回路９からＭＯＳＦＥＴ５のオン信号が出力されているか否かを判断する。そして、ＭＯＳＦＥＴ５がオンになると、ステップＡ３に進んで計時回路１３による計時動作が開始される。計時回路１３は、ＭＯＳＦＥＴ５がオン状態となっている時間を継続時間Ｔｏｎとして積算している。

この後、計時回路１３は、次のステップＡ４で、ＭＯＳＦＥＴ５のオン状態の継続時間Ｔｏｎが予め設定された第１の時間としての時間Ｔ１を超えると異常状態であると判断する。通常の動作状態であればここではＮＯとなり、ステップＡ５に移行する。以後、計時回路１３は、ステップＡ４およびＡ５を繰り返し実行して、ＭＯＳＦＥＴ５がオフするまでの間、継続時間Ｔｏｎが時間Ｔ１を超えるかどうかを判断している。

通常の動作状態であれば、継続時間ＴｏｎがＴ１を超える前に、ＭＯＳＦＥＴ５がオフするので、計時回路１３は、ステップＡ５でＹＥＳとなってステップＡ６に移行し、計時動作を停止する。この後、計時回路１３は、再びステップＡ１に戻って上記の動作を繰り返し実施する。

この場合、ステップＡ４で判定を行う基準となる時間Ｔ１は、通常の過電圧状態が発生したときには、これが回復するまでに要する時間よりも長く設定されており、電源短絡のような異常状態以外では判定されない程度の時間である。また、ＭＯＳＦＥＴ５のオン状態が継続して故障に至るのを防止する必要があるので、判定の時間Ｔ１は必要以上に長い時間に設定するものではない。

そして、このようにＭＯＳＦＥＴ５のオン期間に計時動作を行ううちに、ステップＡ４でＹＥＳとなった場合には次のように動作する。すなわち、時刻ｔｓで過電圧が検出され、この後、図３（ｄ）に示すように、時刻ｔｘで継続時間Ｔｏｎが時間Ｔ１を超えた場合には、ステップＡ７で、計時回路１３によりこれが検出される。計時回路１３から停止信号Ｓｘが出力されると、停止回路１２は、ステップＡ８で、図３（ｃ）に示すように、制御回路９から出力されていたＭＯＳＦＥＴ５のオン信号をキャンセルして強制的に停止させる。

計時回路１３から出力される停止信号Ｓｘは、制御回路９にも出力されていて、制御回路９は、ステップＡ９で、出力端子ＯＵＴの電源短絡異常が発生しているとして、ＭＯＳＦＥＴ５へ出力していたオン信号を停止する。この結果、ＭＯＳＦＥＴ５は、過電流による故障に至る前にオフ状態に移行して保護されるようになる。さらに、制御回路９は、必要に応じて、電源短絡異常の発生をダイアグ信号として外部のＥＣＵに送信する。

このような第１実施形態によれば、停止回路１２および計時回路１３を設け、出力端子ＯＵＴが電源短絡などで継続的に高電圧状態になったときに、出力電圧Ｖｏｕｔを低減させるためにＭＯＳＦＥＴ５のオン状態が継続すると、計時回路１３によりこの状態を検出して停止回路１２によりＭＯＳＦＥＴ５を強制停止させることができる。この結果、ＭＯＳＦＥＴ５が過電流で故障するのを抑制できるようになる。

また、上記構成は、ＭＯＳＦＥＴ５に過電流が流れる状態を、電流検出抵抗などを設けて検出するのではなく、オン時間の継続状態を検出する簡単な構成の追加で実施できるので、過電流による電力損失を抑制し、構成の追加による大幅なコストアップも回避することができる。

（第２実施形態）
図４から図６は第２実施形態を示すもので、以下、第１実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、出力電圧Ｖｏｕｔが過電圧状態となっている期間中に、ノイズやその他の影響で出力電圧Ｖｏｕｔが瞬時的に低下する場合にも対応して確実に停止させることができるようにしている。

すなわち、第１実施形態におけるように、過電圧状態がそのまま継続している場合には、ＭＯＳＦＥＴ５に対するオン動作も継続しているが、過電圧状態であるが何らかの原因で出力端子ＯＵＴの電位が一時的に低下したり、ノイズなどの侵入で一時的に低下した場合には、これに応じてＭＯＳＦＥＴ５を瞬時的にオフさせる事態が発生することがある。

このような場合には、第１実施形態の構成では、計時回路１３によるオン時間の計時動作が一旦クリアされて、復帰後にＭＯＳＦＥＴ５がオンされると、再び計時動作が開始されることになる。このため、計時動作が中断することで、過電圧状態が継続しているにも関わらず継続時間Ｔｏｎが時間Ｔ１に達するのが遅れることになることがある。この実施形態では、このようなノイズが多い環境で使用する場合でも確実に電源短絡状態を判定することができるようにしている。

この実施形態では、図４に示すように、ＤＣＤＣコンバータ１ａは、構成としては第１実施形態とほぼ同じであるが、制御部８ａにおいては、計時回路１３に代えて計時回路１３ａを設ける構成としている。計時回路１３ａは、制御回路９からＭＯＳＦＥＴ５に対して出力されるオン駆動信号の累積時間をΣＴｏｎとして積算している。

この累積時間ΣＴｏｎは、現時点から時間ｔｄだけ遡った時刻から現時点までのオン時間を積算した結果である。つまり、期間ｔｄの間に占めるＭＯＳＦＥＴ５のオン時間が累積時間ΣＴｏｎである。計時回路１３ａは、時間ｔｄ前からのオン時間の累積時間ΣＴｏｎが、第２の時間である時間Ｔ２を超えるときに停止信号Ｓｘを出力する。

次に、上記構成の作用について図５および図６も参照して説明する。
図５に示すように、制御部８ａにおいては、計時回路１３ａは、まずステップＢ１で累積時間ΣＴｏｎを「０」にクリアし、続いてステップＢ２でＭＯＳＦＥＴ５がオン動作する時間の累積計時を行う。この場合、計時回路１３ａは、制御回路９から出力されるＭＯＳＦＥＴ５のオン信号の出力時間を計時し、オフ信号の出力時間では計時動作を停止することで累積時間ΣＴｏｎを計時する。また、計時回路１３ａは、計時中の時刻から時間ｔｄだけ遡った時間からのオン時間の累積時間を累積時間ΣＴｏｎとして検出している。

このように計時回路１３ａにより累積時間ΣＴｏｎを検出している状態で、ステップＢ３で、現在の累積時間ΣＴｏｎが第２の時間である時間Ｔ２を超えているか否かを判断している。この判断処理は、現在から一定時間ｔｄ前までのＭＯＳＦＥＴ５のオン時間の合計時間が時間Ｔ２を超えるか否かを判定するものである。

これは、次の事情を考慮したものである。ＭＯＳＦＥＴ５が、実質的にオン状態が継続しているが、図６（ａ）に示すように、途中でノイズなどの影響で瞬時的に出力電圧Ｖｏｕｔが低下すると、図６（ｃ）に示すように、ＭＯＳＦＥＴ５をオフさせることがあるため、継続時間Ｔｏｎが途切れることがある。この場合でも、計時回路１３ａにより、ＭＯＳＦＥＴ５のオン状態の実質的な継続時間として累積時間ΣＴｏｎを検出しているので、この時間が時間Ｔ２を超える場合には、過電圧状態が電源短絡などに起因して継続していることが判定できる。

したがって、ステップＢ３でＹＥＳになると、ステップＢ４で、図６（ｄ）に示すように、時刻ｔｘで計時回路１３ａから停止信号Ｓｘが出力される。これにより、停止回路１２は、ステップＢ５で、制御回路９から出力されていたＭＯＳＦＥＴ５のオン信号をキャンセルして強制的に停止させる。計時回路１３ａから出力される停止信号Ｓｘは、制御回路９にも出力されていて、制御回路９は、ステッＢ６で、出力端子ＯＵＴの電源短絡異常が発生しているとして、ＭＯＳＦＥＴ５へのオン信号を停止する。この結果、ＭＯＳＦＥＴ５は、過電流による故障に至る前にオフ状態に移行して保護されるようになる。さらに、制御回路９は、必要に応じて、電源短絡異常の発生をダイアグ信号として外部のＥＣＵに送信する。

このような第２実施形態によれば、第１実施形態と同様の作用効果を得ることができるとともに、ＭＯＳＦＥＴ５が瞬時的にオフした場合でも、実質的なオン状態の継続を、累積時間ΣＴｏｎを計時回路１３ａにより検出するので、ノイズなどによる瞬時的なＭＯＳＦＥＴ５のオフ発生による検出遅れを防止して、確実に過電流状態を検出することができるようになる。

なお、上記実施形態では、累積時間ΣＴｏｎが時間ｔｄの間に時間Ｔ２を超えるか否かで停止信号Ｓｘを出力するようにしたが、累積時間ΣＴｏｎが時間ｔｄ内に占める割合を算出し、その割合の値が所定割合を超えることをもって停止信号Ｓｘを出力するようにしても良い。

（第３実施形態）
図７から図９は第３実施形態を示すもので、以下、第１実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、図７に示すように、第１実施形態の計時回路１３に代えて、ＤＣＤＣコンバータ２０の制御部２１において、過電圧状態を計時する計時回路２２を備えた構成としている。

計時回路２２は、出力過電圧検出回路１０が出力電圧Ｖｏｕｔの過電圧状態を検出して検出信号を出力すると、これを受けて、この過電圧状態を示す検出信号の継続時間Ｔｖｈを計時する。そして、計時回路２２は、継続時間Ｔｖｈが第３の時間である時間Ｔ３を超えたときに停止信号Ｓｙを出力する。停止回路１２は、計時回路２２から停止信号Ｓｙを受けると、ＭＯＳＦＥＴ５を強制的にオフさせる。

次に、上記構成の作用について図８および図９も参照して説明する。基本的な処理過程は第１実施形態と同じであるが、出力過電圧検出回路１０が、ステップＡ２ａで、図９（ａ）に示すように、出力電圧Ｖｏｕｔが過電圧レベルＶｘを超えたときに出力する検出信号を受けると、計時回路２２は、ステップＡ３ａで、この検出信号を受信している時間を計時して継続時間Ｔｖｈとして検出する。

次に、ステップＡ４ａで、計時回路２２により計時されている継続時間Ｔｖｈが第３の時間である時間Ｔ３を超えているか否かを判断する。ここでＮＯとなる場合には、ステップＡ５ａに移行する。以後、計時回路２２は、ステップＡ４ａおよびＡ５ａを繰り返し実行して、過電圧の検出信号が停止するまでの間、継続時間Ｔｖｈが時間Ｔ３を超えるかどうかを判断している。

通常の動作状態であれば、継続時間Ｔｖｈが時間Ｔ３を超える前に、過電圧状態が解消して出力過電圧検出回路１０から検出信号が出力されなくなるので、計時回路２２は、ステップＡ５ａでＹＥＳとなってステップＡ６ａに移行し、継続時間Ｔｖｈの計時動作を停止する。この後、計時回路２２は、再びステップＡ１ａに戻って上記の動作を繰り返し実施する。

この場合、ステップＡ４ａで判定を行う基準となる時間Ｔ３は、通常の過電圧状態が発生したときには、これが回復するまでに要する時間よりも長く設定されており、電源短絡のような異常状態以外では判定されない程度の時間である。また、ＭＯＳＦＥＴ５のオン状態が継続して故障に至るのを防止する必要があるので、判定の時間Ｔ３は必要以上に長い時間に設定するものではない。

そして、このように過電圧検出による検出信号の計時動作を行ううちに、ステップＡ４ａでＹＥＳとなった場合には次のように動作する。すなわち、時刻ｔｓで過電圧が検出され、この後、図９（ｄ）に示すように、時刻ｔｘで継続時間Ｔｖｈが時間Ｔ３を超えた場合には、ステップＡ７ａで、計時回路２２によりこれが検出される。計時回路２２から停止信号Ｓｙが出力されると、停止回路１２は、ステップＡ８で、図９（ｃ）に示すように、制御回路９から出力されていたＭＯＳＦＥＴ５のオン信号をキャンセルして強制的に停止させる。

計時回路２２から出力される停止信号Ｓｙは、制御回路９にも出力されていて、制御回路９は、ステップＡ９で、出力端子ＯＵＴの電源短絡異常が発生しているとして、ＭＯＳＦＥＴ５へ出力していたオン信号を停止する。この結果、ＭＯＳＦＥＴ５は、過電流による故障に至る前にオフ状態に移行して保護されるようになる。さらに、制御回路９は、必要に応じて、電源短絡異常の発生をダイアグ信号として外部のＥＣＵに送信する。
したがって、このような第３実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第４実施形態）
図１０から図１２は第４実施形態を示すもので、以下、第３実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、出力電圧Ｖｏｕｔが過電圧状態となっている期間中に、ノイズやその他の影響で出力電圧Ｖｏｕｔが瞬時的に低下する場合にも、第２実施形態と同様にして、確実に停止させることができるようにしている。

すなわち、第３実施形態におけるように、過電圧状態がそのまま継続している場合には、ＭＯＳＦＥＴ５に対するオン動作も継続しているが、過電圧状態であるが何らかの原因で出力端子ＯＵＴの電位が一時的に低下したり、ノイズなどの侵入で一時的に低下した場合には、継続時間Ｔｖｈが一旦クリアされる。これによって、検出が遅れることになる。

この実施形態では、図１０に示すように、ＤＣＤＣコンバータ２０ａは、構成としては第３実施形態とほぼ同じであるが、制御部２１ａにおいては、計時回路２２に代えて計時回路２２ａを設ける構成としている。計時回路２２ａは、出力過電圧検出回路１０が出力している過電圧信号の累積時間をΣＴｖｈとして積算している。

この累積時間ΣＴｖｈは、現時点から時間ｔｄだけ遡った時刻から現時点までの過電圧状態を積算した結果である。つまり、期間ｔｄの間に占める過電圧発生状態の時間が累積時間ΣＴｖｈである。計時回路２２ａは、時間ｔｄ前からの過電圧状態の累積時間ΣＴｖｈが、第４の時間である時間Ｔ４を超えるときに停止信号Ｓｙを出力する。

次に、上記構成の作用について図１１および図１２も参照して説明する。
図１１に示すように、制御部２１ａにおいては、計時回路２２ａは、まずステップＢ１ａで累積時間ΣＴｖｈを「０」にクリアする。続いて制御部２１ａは、ステップＢ２ａで、過電圧状態の発生の累積計時を行う。この場合、計時回路２２ａは、出力過電圧検出回路１０から出力される過電圧検出信号の出力時間を計時し、過電圧検出信号が停止すると計時動作を停止することで累積時間ΣＴｖｈを計時する。この場合、計時回路２２ａは、計時中の時刻から時間ｔｄだけ遡った時間からの過電圧発生の累積時間を累積時間ΣＴｖｈとして検出している。

このように計時回路２２ａにより累積時間ΣＴｖｈを検出している状態で、ステップＢ３ａで、現在の累積時間ΣＴｖｈが第４の時間である時間Ｔ４を超えているか否かを判断している。この判断処理は、現在から一定時間ｔｄ前までの過電圧発生状態の合計時間が時間Ｔ４を超えるか否かを判定するものである。このように累積時間ΣＴｖｈを用いるのは、第２実施形態で示したのと同様の事情を考慮したものである。

そして、ステップＢ３ａでＹＥＳになると、制御部２１ａにおいては、ステップＢ４ａで、図１２（ｄ）に示すように、時刻ｔｘで計時回路２２ａから停止信号Ｓｙが出力される。これにより、停止回路１２は、ステップＢ５で、制御回路９から出力されていたＭＯＳＦＥＴ５のオン信号をキャンセルして強制的に停止させる。

計時回路２２ａから出力される停止信号Ｓｙは、制御回路９にも出力されていて、制御回路９は、ステッＢ６で、出力端子ＯＵＴの電源短絡異常が発生しているとして、ＭＯＳＦＥＴ５へのオン信号を停止する。この結果、ＭＯＳＦＥＴ５は、過電流による故障に至る前にオフ状態に移行して保護されるようになる。さらに、制御回路９は、必要に応じて、電源短絡異常の発生をダイアグ信号として外部のＥＣＵに送信する。

このような第４実施形態によっても、第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。また、この実施形態によれば、出力端子ＯＵＴがノイズの影響や電源線との接触が一時的になくなるなどで、瞬時的に出力電圧Ｖｏｕｔが低下した場合でも、実質的な過電圧状態の継続を、累積時間ΣＴｖｈを計時回路２２ａにより検出するので、確実にＭＯＳＦＥＴ５の過電流状態を検出することができるようになる。

なお、上記実施形態では、累積時間ΣＴｖｈが時間ｔｄの間に時間Ｔ４を超えるか否かで停止信号Ｓｙを出力するようにしたが、累積時間ΣＴｖｈが時間ｔｄ内に占める割合を算出し、その割合の値が所定割合を超えることをもって停止信号Ｓｙを出力するようにしても良い。

（第５実施形態）
図１３から図１５は第５実施形態を示すもので、以下、第１実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、図１３に示すように、第１実施形態の計時回路１３に代えて、ＤＣＤＣコンバータ２３の制御部３１において、ＭＯＳＦＥＴ４のオフ時間を計時する計時回路３２を備えた構成としている。

計時回路３２は、制御回路９からＭＯＳＦＥＴ４へのオン信号が出ていない状態すなわちオフ信号出力状態の継続時間Ｔｏｆｆを計時する。そして、計時回路３２は、継続時間Ｔｏｆｆが第５の時間である時間Ｔ５を超えたときに停止信号Ｓｚを出力する。停止回路１２は、計時回路３２から停止信号Ｓｚを受けると、ＭＯＳＦＥＴ５を強制的にオフさせる。

負荷であるモータ１に給電動作をしている状態では、出力電圧Ｖｏｕｔを維持するために、制御回路９は、ゲート駆動信号はＰＷＭ信号によりＭＯＳＦＥＴ４および５を駆動制御している。通常の使用状態であれば、ＭＯＳＦＥＴ４をオン動作させている期間はＭＯＳＦＥＴ５をオフ状態に保持し、ＭＯＳＦＥＴ４をオフ状態に保持するときにはＭＯＳＦＥＴ５をオン動作させている。つまり、モータ１に給電している状態では、ＭＯＳＦＥＴ５のオン動作期間は、ＭＯＳＦＥＴ４のオフ状態の期間となる。

この実施形態では、第１実施形態においてＭＯＳＦＥＴ５のオン動作の継続時間Ｔｏｎを検出したのに対して、ＭＯＳＦＥＴ４のオフ状態の継続時間Ｔｏｆｆを検出することで、ＭＯＳＦＥＴ５のオン状態の継続を検出するものである。このため、出力端子ＯＵＴの出力電圧Ｖｏｕｔが過電圧状態となってＭＯＳＦＥＴ５のオン状態が継続している場合についても、ＭＯＳＦＥＴ４のオフ状態の継続時間Ｔｏｆｆを検出することでＭＯＳＦＥＴ５の過電流による故障を防止するものである。

次に、上記構成の作用について図１４および図１５も参照して説明する。基本的な処理過程は第１実施形態と同じであるが、制御回路９がＭＯＳＦＥＴ４に対してオン信号を停止（オフ信号を出力）させたときに、ステップＡ２ｂで、計時回路３２は、オフ信号となった時点で継続時間Ｔｏｆｆの計時動作を開始する。

次に、ステップＡ４ｂで、計時回路３２により計時されている継続時間Ｔｏｆｆが第５時間である時間Ｔ５を超えているか否かを判断する。ここでＮＯとなる場合には、ステップＡ５ｂに移行する。以後、計時回路３２は、ステップＡ４ｂおよびＡ５ｂを繰り返し実行して、ＭＯＳＦＥＴ４がオン動作するまでの間、継続時間Ｔｏｆｆが時間Ｔ５を超えるかどうかを判断している。

通常の動作状態であれば、継続時間Ｔｏｆｆが時間Ｔ５を超える前に、ＭＯＳＦＥＴ４がオン動作を開始し、ＭＯＳＦＥＴ５がオフ状態に移行するので、計時回路３２は、ステップＡ５ｂでＹＥＳとなってステップＡ６ｂに移行し、継続時間Ｔｏｆｆの計時動作を停止する。この後、計時回路２３は、再びステップＡ１ｂに戻って上記の動作を繰り返し実施する。

この場合、ステップＡ４ｂで判定を行う基準となる時間Ｔ５は、通常の過電圧状態が発生したときには、これが回復するまでに要する時間よりも長く設定されており、電源短絡のような異常状態以外では判定されない程度の時間である。また、ＭＯＳＦＥＴ５のオン状態が継続して故障に至るのを防止する必要があるので、判定の時間Ｔ５は必要以上に長い時間に設定するものではない。

そして、このようにＭＯＳＦＥＴ４のオン動作の継続時間Ｔｏｆｆの計時動作を行ううちに、ステップＡ４ｂでＹＥＳとなった場合には次のように動作する。すなわち、時刻ｔｓでオフ状態に移行し、この後、図１５（ｄ）に示すように、時刻ｔｘで継続時間Ｔｏｆｆが時間Ｔ５を超えた場合には、ステップＡ７ｂで、計時回路３２によりこれが検出される。計時回路３２から停止信号Ｓｚが出力されると、停止回路１２は、ステップＡ８で、図１５（ｃ）に示すように、制御回路９から出力されていたＭＯＳＦＥＴ５のオン信号をキャンセルして強制的に停止させる。

計時回路３２から出力される停止信号Ｓｚは、制御回路９にも出力されていて、制御回路９は、ステップＡ９で、出力端子ＯＵＴの電源短絡異常が発生しているとして、ＭＯＳＦＥＴ５へ出力していたオン信号を停止する。この結果、ＭＯＳＦＥＴ５は、過電流による故障に至る前にオフ状態に移行して保護されるようになる。さらに、制御回路９は、必要に応じて、電源短絡異常の発生をダイアグ信号として外部のＥＣＵに送信する。

なお、モータ１への給電動作が停止している状態では、ＭＯＳＦＥＴ４および５が共にオフ状態に保持されているので、継続時間Ｔｏｆｆが時間Ｔ５を超えた場合でも、ＭＯＳＦＥＴ５がオフ状態であるから異常を検出することはない。また、これによって制御回路９も、ＭＯＳＦＥＴ５のオフ状態で停止信号Ｓｚが入力されたとしても過電圧状態などの異常状態を判定することはない。
したがって、このような第５実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第６実施形態）
図１６から図１８は第６実施形態を示すもので、以下、第５実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、出力電圧Ｖｏｕｔが過電圧状態となっている期間中に、ノイズやその他の影響で出力電圧Ｖｏｕｔが瞬時的に低下してＭＯＳＦＥＴ４がオンした場合においても、第２実施形態と同様にして、確実に停止させることができるようにしている。

すなわち、第５実施形態におけるように、過電圧状態がそのまま継続している場合には、ＭＯＳＦＥＴ４のオフ状態も継続しているが、過電圧状態であるがノイズ等の何らかの原因で出力端子ＯＵＴの電位が一時的に低下してＭＯＳＦＥＴ５のオフ、ＭＯＳＦＥＴ４のオン動作があると、継続時間Ｔｏｆｆが一旦クリアされる。これによって、検出が遅れることになる。

この実施形態では、図１６に示すように、ＤＣＤＣコンバータ３０ａは、構成としては第３実施形態とほぼ同じであるが、制御部３１ａにおいては、計時回路３２に代えて計時回路３２ａを設ける構成としている。計時回路３２ａは、ＭＯＳＦＥＴ４のオフ状態の時間を累積時間をΣＴｏｆｆとして積算している。

この累積時間ΣＴｏｆｆは、現時点から時間ｔｄだけ遡った時刻から現時点までの過電圧状態を積算した結果である。つまり、期間ｔｄの間に占める過電圧発生状態の時間が累積時間ΣＴｏｆｆである。計時回路３２ａは、時間ｔｄ前からのＭＯＳＦＥＴ４のオフ時間の累積時間ΣＴｏｆｆが、第６の時間である時間Ｔ６を超えるときに停止信号Ｓｚを出力する。

次に、上記構成の作用について図１７および図１８も参照して説明する。
図１７に示すように、制御部３１ａにおいては、計時回路３２ａは、まずステップＢ１ｂで累積時間ΣＴｏｆｆを「０」にクリアする。続いて制御部３１ａは、ステップＢ２ｂで、ＭＯＳＦＥＴ４のオフ時間の累積計時を行う。この場合、計時回路３２ａは、制御回路９から出力されるＭＯＳＦＥＴ４のオフ信号の出力時間を計時し、ＭＯＳＦＥＴ４のオフ信号が停止してオン信号になると計時動作を停止することで累積時間ΣＴｏｆｆを計時する。この場合、計時回路３２ａは、計時中の時刻から時間ｔｄだけ遡った時間からの過電圧発生の累積時間を累積時間ΣＴｏｆｆとして検出している。

このように計時回路３２ａにより累積時間ΣＴｏｆｆを検出している状態で、ステップＢ３ｂで、現在の累積時間ΣＴｏｆｆが第６時間である時間Ｔ６を超えているか否かを判断している。この判断処理は、現在から一定時間ｔｄ前までのＭＯＳＦＥＴ４のオフ状態の合計時間が時間Ｔ６を超えるか否かを判定するものである。このように累積時間ΣＴｏｆｆを用いるのは、第２実施形態で示したのと同様の事情を考慮したものである。

そして、ステップＢ３ｂでＹＥＳになると、制御部３１ａにおいては、ステップＢ４ｂで、図１８（ｄ）に示すように、時刻ｔｘで計時回路２２ａから停止信号Ｓｚが出力される。これにより、停止回路１２は、ステップＢ５で、制御回路９から出力されていたＭＯＳＦＥＴ５のオン信号をキャンセルして強制的に停止させる。

計時回路３２ａから出力される停止信号Ｓｚは、制御回路９にも出力されていて、制御回路９は、ステッＢ６で、出力端子ＯＵＴの電源短絡異常が発生しているとして、ＭＯＳＦＥＴ５へのオン信号を停止する。この結果、ＭＯＳＦＥＴ５は、過電流による故障に至る前にオフ状態に移行して保護されるようになる。さらに、制御回路９は、必要に応じて、電源短絡異常の発生をダイアグ信号として外部のＥＣＵに送信する。

このような第６実施形態によっても、第５実施形態と同様の作用効果を得ることができる。また、この実施形態によれば、過電圧状態の元で、瞬時的に出力電圧Ｖｏｕｔが低下してＭＯＳＦＥＴ４がオン動作した場合でも、実質的なＭＯＳＦＥＴ４のオフ状態の継続を、累積時間ΣＴｏｆｆを計時回路３２ａにより検出する。これによって、確実にＭＯＳＦＥＴ５の過電流状態を検出することができるようになる。

なお、上記実施形態では、累積時間ΣＴｏｆｆが時間ｔｄの間に時間Ｔ６を超えるか否かで停止信号Ｓｚを出力するようにしたが、累積時間ΣＴｏｆｆが時間ｔｄ内に占める割合を算出し、その割合の値が所定割合を超えることをもって停止信号Ｓｙを出力するようにしても良い。

（他の実施形態）
なお、本発明は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能であり、例えば、以下のように変形または拡張することができる。

上記実施形態では、制御動作をハードウェアにより実現する構成としているが、マイコンなどを搭載してソフトウェアにより実現することもできる。
上記した各実施形態は、単独で実施することもできるし、複合的に構成して実施することもできる。

計時回路による計時動作は、タイマなどを用いて時間を測定することもできるし、カウンタを用いて時間に応じたカウント値をカウントすることで実施することができる。
本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

図面中、１、１ａ、２０、２０ａ、３０、３０ａはＤＣＤＣコンバータ、２は直流電源、３は抵抗、４はＭＯＳＦＥＴ（第１スイッチング素子）、５はＭＯＳＦＥＴ（第２スイッチング素子）、６はコイル、７はコンデンサ、８、８ａ、２１、２１ａ、３１、３１ａは制御部、９は制御回路、１０は出力過電圧検出回路、１１は過電流検出回路、１２は停止回路、１３、１３ａ、２２、２２ａ、３２、３２ａは計時回路（判定回路）である。

Claims

直流電源（２）と出力端子との間に接続される第１スイッチング素子（４）と、
前記直流電源よりも低い電位の端子と前記出力端子との間に接続される第２スイッチング素子（５）と、
前記出力端子の電圧を検出して前記出力端子の電圧が所定電位になるように前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子を駆動する制御回路（９）と、
前記出力端子の過電圧が継続する状態を検出する判定回路（１３ａ）と、
前記判定回路により前記出力端子の過電圧が継続する状態が検出されたときに前記第２スイッチング素子をオフ状態にする停止回路（１２）とを備え、
前記判定回路（１３ａ）は、前記第２スイッチング素子の所定期間内でのオン状態の累積時間が第２の時間を超える場合に、前記出力端子の過電圧が継続する状態を検出するＤＣＤＣコンバータ。
直流電源と出力端子との間に接続される第１スイッチング素子と、
前記直流電源よりも低い電位の端子と前記出力端子との間に接続される第２スイッチング素子と、
前記出力端子の電圧を検出して前記出力端子の電圧が所定電位になるように前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子を駆動する制御回路と、
前記出力端子の過電圧が継続する状態を検出する判定回路と、
前記判定回路により前記出力端子の過電圧が継続する状態が検出されたときに前記第２スイッチング素子をオフ状態にする停止回路とを備え、
前記判定回路は、前記第１スイッチング素子の所定期間内でのオフ状態の累積時間が第４の時間を超える場合に、前記出力端子の過電圧が継続する状態を検出するＤＣＤＣコンバータ。
直流電源と出力端子との間に接続される第１スイッチング素子と、
前記直流電源よりも低い電位の端子と前記出力端子との間に接続される第２スイッチング素子と、
前記出力端子の電圧を検出して前記出力端子の電圧が所定電位になるように前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子を駆動する制御回路と、
前記出力端子の過電圧が継続する状態を検出する判定回路と、
前記判定回路により前記出力端子の過電圧が継続する状態が検出されたときに前記第２スイッチング素子をオフ状態にする停止回路とを備え、
前記判定回路は、前記第２スイッチング素子の所定期間内でのオン状態の累積時間が第２の時間を超える場合もしくは前記第１スイッチング素子の所定期間内でのオフ状態の累積時間が第４の時間を超える場合に、前記出力端子の過電圧が継続する状態を検出するＤＣＤＣコンバータ。