JP6993207B2 - 双方向スイッチング電源用の電流検出装置 - Google Patents

双方向スイッチング電源用の電流検出装置 Download PDF

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Description

本発明は、双方向スイッチング電源に含まれるローサイド側のスイッチング素子と基準電位点との間に設けられた検出抵抗に流れる電流を検出する双方向スイッチング電源用の電流検出装置に関する。
一般に、入力した電圧に対して降圧動作及び昇圧動作を選択的に実行する双方向スイッチング電源が知られている。当該双方向スイッチング電源では、装置内に含まれるローサイド側のスイッチング素子と基準電位点との間に設けられた検出抵抗に流れる電流を検出している。このとき、検出した電流のピーク値を把握することで双方向スイッチング電源内において生じた過電流を検出し、双方向スイッチング電源内に設置された素子の破損を防止している。ここで、上記検出抵抗に流れる電流を検出する方法としては、例えば、検出抵抗に流れる電流をオペアンプ等の増幅回路で増幅し、増幅した電流の値をアナログ比較器、又はマイコンのアナログデジタル（Ａ／Ｄ）端子を介して、検出回路で検出する方法が考えられる。
ところで、上記検出抵抗において流れる電流の波形は、上記降圧動作及び昇圧動作により異なる。具体的には、上記検出抵抗において流れる電流の方向が、上記降圧動作及び昇圧動作により異なる。また、降圧動作を実行する場合において検出抵抗に流れる電流は、時間の経過と共に電流値が減少する。また、昇圧動作を実行する場合において検出抵抗に流れる電流は、時間の経過と共に電流値が上昇する。このため、双方向スイッチング電源では、動作別に電流を区別して検出可能な回路構成とする必要がある。
例えば、動作別に、検出抵抗に流れる電流を検出する専用の電流検出回路をそれぞれ設ける回路構成が考えられる。一方の電流検出回路は、降圧動作を実行する場合に検出抵抗に流れる電流を検出する。また、他方の電流検出回路は、昇圧動作を実行する場合に検出抵抗に流れる電流を検出する。しかしながら、動作別に、検出抵抗に流れる電流を検出する専用の電流検出回路をそれぞれ設ける場合、回路構成が煩雑となると共に、回路構成の増加に伴う設置コストの増加が問題となる。
特開２００２－１９９６０６号公報
上記の他に、検出抵抗に流れる電流を検出する電流検出回路を一つにする回路構成が考えられる。当該電流検出回路において、降圧動作を実行する場合、及び昇圧動作を実行する場合に検出抵抗に流れる電流を検出し、検出した電流の波形に応じて、降圧動作、及び昇圧動作のうちのどちらの電流を検出したかを把握する。しかしながら、降圧動作を実行しているにもかかわらず、実際には流れていない昇圧動作を実行する場合に検出される電流特有の波形が検出されるという事象が生じる場合がある。また、昇圧動作を実行しているにもかかわらず、実際には流れていない降圧動作を実行する場合に検出される電流特有の波形が検出されるという事象が生じる場合がある。
例えば、出力電流（負荷電流）が臨界点（例えば、０Ａ）以下となり、検出抵抗を流れる電流が０Ａを境に正負両方に流れる場合である。この場合、どちらの動作に対応する電流を検出したかを把握することができない。結果として、電流検出回路における電流の検出精度が低下する。
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、回路の設置コストを削減しつつ、電流の検出精度を向上することができる双方向スイッチング電源用の電流検出装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、本実施形態に係る双方向スイッチング電源用の電流検出装置は、降圧動作及び昇圧動作を選択的に実行する双方向スイッチング電源に含まれるローサイド側のスイッチング素子と基準電位点との間に設けられた検出抵抗に流れる電流を検出することを前提として、前記検出抵抗に流れる電流の時間変化に関する電流信号を反転増幅して反転増幅信号として出力する反転増幅回路と、前記検出抵抗に流れる電流の時間変化に関する電流信号を非反転増幅して非反転増幅信号として出力する非反転増幅回路と、前記反転増幅信号、及び前記非反転増幅信号各々の入力を論理和によって演算し、演算結果信号を出力するオア回路と、前記演算結果信号から前記検出抵抗に流れる電流値を検出する検出回路と、を具備し、前記検出回路は、前記降圧動作を実行する場合において前記スイッチング素子のオン期間を二等分したうちの前半期間において入力される前記演算結果信号から得られる前記電流値を検出し、前記昇圧動作を実行する場合において前記スイッチング素子のオン期間を二等分したうちの後半期間において入力される前記演算結果信号から得られる前記電流値を検出する。
上記構成によれば、本実施形態に係る双方向スイッチング電源用の電流検出装置において、検出回路は、降圧動作を実行する場合においてローサイド側のスイッチング素子のオン期間を二等分したうちの前半期間において入力される演算結果信号から得られる電流値を降圧動作の電流値として検出する。これにより、本実施形態に係る双方向スイッチング電源用の電流検出装置は、降圧動作を実行する場合において、検出抵抗に流れる電流値を正確に検出することができる。また、検出回路は、昇圧動作を実行する場合においてローサイド側のスイッチング素子のオン期間を二等分したうちの後半期間において入力される演算結果信号から得られる電流値を昇圧動作の電流値として検出する。これにより、本実施形態に係る双方向スイッチング電源用の電流検出装置は、昇圧動作を実行する場合において、検出抵抗に流れる電流値を正確に検出することができる。すなわち、本実施形態に係る双方向スイッチング電源用の電流検出装置は、専用の電流検出装置を動作ごとに設けなくても、検出抵抗に流れる電流値を正確に検出することができる。
本実施形態に係る双方向スイッチング電源用の電流検出装置は、回路の設置コストを削減しつつ、電流の検出精度を向上することができる。
双方向スイッチング電源に使用される本実施形態に係る電流検出装置、及び当該電流検出装置を設置した双方向スイッチング電源を示すブロック図である。 降圧動作を実行する場合において検出抵抗に流れる電流の時間変化に関する電流信号を示す波形図である。 降圧動作を実行する場合であって、出力電流（負荷電流）が臨界点以下となる場合に検出抵抗に流れる電流の時間変化に関する電流信号を示す波形図である。 昇圧動作を実行する場合において検出抵抗に流れる電流の時間変化に関する電流信号を示す波形図である。 昇圧動作を実行する場合であって、出力電流（負荷電流）が臨界点以下となる場合に検出抵抗に流れる電流の時間変化に関する電流信号を示す波形図である。 演算結果信号の有効範囲及び無効範囲を示す波形図である。
以下、本発明の一実施形態に係る双方向スイッチング電源用の電流検出装置について、図面を参照して説明する。なお、本実施形態は以下に説明する内容に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において任意に変更して実施することが可能である。また、実施形態の説明に用いる図面は、いずれも構成部材を模式的に示すものであって、理解を深めるべく部分的な強調、拡大、縮小、または省略などを行っており、構成部材の縮尺や形状等を正確に表すものとはなっていない場合がある。
図１は、双方向スイッチング電源１に使用される本実施形態に係る電流検出装置２、及び当該電流検出装置２を設置した双方向スイッチング電源１を示すブロック図である。まず、図１に示す双方向スイッチング電源１の構成について説明する。
図１に示す双方向スイッチング電源１は、例えば、第１入出力端ＴＨ又は第２入出力端ＴＬのいずれか一方から入力された電圧を変換して、他方から出力する。これにより、双方向スイッチング電源１は、入力された電圧に対して、降圧動作及び昇圧動作を選択的に実行する。本実施形態における第１入出力端ＴＨは、第１正極端Ｔ１及び第１負極端Ｔ２を有し、高電圧側に設置される。本実施形態における第２入出力端ＴＬは、第２正極端Ｔ３及び第２負極端Ｔ４を有し、低電圧側に設置される。また、第２負極端Ｔ４は、基準電位点ＧＮＤに接地される。
また、図１に示す双方向スイッチング電源１は、ハイサイド側のスイッチング素子ＳＷ１、コイルＬ、ローサイド側のスイッチング素子ＳＷ２、検出抵抗Ｒｓ、第１コンデンサＣ１、第２コンデンサＣ２、及び制御回路１１を含む。
スイッチング素子ＳＷ１の高電圧側の一端である第１端Ｅ１は、第１正極端Ｔ１に接続される。また、スイッチング素子ＳＷ１の低電圧側の他端である第２端Ｅ２は、コイルＬの高電圧側の一端である第１端Ｅ３に接続される。コイルＬの低電圧側の他端である第２端Ｅ４は、第２正極端Ｔ３に接続される。スイッチング素子ＳＷ２の一端である第１端Ｅ５は、スイッチング素子ＳＷ１の第２端Ｅ２、及びコイルＬの第１端Ｅ３の間に接続される。検出抵抗Ｒｓは、スイッチング素子ＳＷ２に直列接続される。すなわち、検出抵抗Ｒｓの一端である第１端Ｅ７は、スイッチング素子ＳＷ２の他端である第２端Ｅ６に接続される。また、検出抵抗Ｒｓの他端である第２端Ｅ８は、第２負極端Ｔ４に接続される。すなわち、検出抵抗Ｒｓの第２端Ｅ８は、基準電位点ＧＮＤに接地される。以降、実施形態では、説明の便宜上、第２負極端Ｔ４に接続される場合、基準電位点ＧＮＤに接地されると記載する。
第１コンデンサＣ１の一端である第１端Ｅ９は、第１正極端Ｔ１、及びスイッチング素子ＳＷ１の第１端Ｅ１の間に接続される。また、第１コンデンサＣ１の他端である第２端Ｅ１０は、基準電位点ＧＮＤに接地される。第２コンデンサＣ２の一端である第１端Ｅ１１は、第２正極端Ｔ３、及びコイルＬの第２端Ｅ４の間に接続される。また、第２コンデンサＣ２の他端である第２端Ｅ１２は、基準電位点ＧＮＤに接地される。
制御回路１１は、降圧動作、又は昇圧動作に応じて、上記スイッチング素子ＳＷ１、及びスイッチング素子ＳＷ２を選択的に順次駆動させる制御信号を出力する。例えば、制御回路１１は、スイッチング素子ＳＷ１をオンする第１制御信号、及びスイッチング素子ＳＷ２をオンする第２制御信号を出力する。制御回路１１から出力される第１制御信号、及び第２制御信号は、一定の周期でオン期間、又はオフ期間を繰り返すパルス信号である。制御回路１１は、例えば、マイコンである。制御回路１１は、図示しない定電圧源Ｖｃｃに接続される。
次に、図１に示す電流検出装置２の構成について説明する。電流検出装置２は、ローサイド側のスイッチング素子ＳＷ２、及び基準電位点ＧＮＤの間に設けられた検出抵抗Ｒｓに流れる電流を検出する。
図１に示す電流検出装置２は、反転増幅回路２１、非反転増幅回路２２、オア回路２３、及び検出回路２４を有する。反転増幅回路２１は、検出抵抗Ｒｓに流れる電流の時間変化に関する電流信号を反転増幅して反転増幅信号として出力する。非反転増幅回路２２は、検出抵抗Ｒｓに流れる電流の時間変化に関する電流信号を非反転増幅して非反転増幅信号として出力する。
オア回路２３は、反転増幅回路２１から出力される反転増幅信号、及び非反転増幅回路２２から出力される非反転増幅信号各々の入力を論理和によって演算し、演算結果信号を出力する。オア回路２３には、反転増幅信号、及び非反転増幅信号各々を入力する経路にダイオード（図示せず）が設けられる。すなわち、オア回路２３は、入力した反転増幅信号、及び非反転増幅信号の順方向（正方向）の信号成分を演算結果信号として出力する。
検出回路２４は、オア回路２３から出力された演算結果信号から検出抵抗Ｒｓに流れる電流値を検出する。また、検出回路２４は、双方向スイッチング電源１において降圧動作及び昇圧動作のうちのどちらの動作を実行しているかを検出する。例えば、検出回路２４は、上記制御回路１１に接続されており、制御回路１１によるスイッチング素子ＳＷ１及びスイッチング素子ＳＷ２のオンオフに基づいて、降圧動作及び昇圧動作のうちのどちらの動作を実行しているかを検出する。
ここで、本実施形態における双方向スイッチング電源１において、降圧動作、及び昇圧動作をそれぞれ実行する場合に検出抵抗Ｒｓに流れる電流の流れ、並びに電流検出装置２における電流の検出方法について詳しく説明する。
（降圧動作）
本項では、上記双方向スイッチング電源１において、降圧動作を実行する場合について説明する。すなわち、双方向スイッチング電源１は、第１入出力端ＴＨから電圧を入力し、入力した電圧を降圧して第２入出力端ＴＬへ出力する。
まず、制御回路１１は、降圧動作を実行する場合、スイッチング素子ＳＷ１をオンし、スイッチング素子ＳＷ２をオフする。これにより、スイッチング素子ＳＷ１、コイルＬ、及び第２コンデンサＣ２を介して、第１正極端Ｔ１から基準電位点ＧＮＤへ電流が流れる。このとき、コイルＬでは、コイルＬの第１端Ｅ３からコイルＬの第２端Ｅ４の方向への電流を生じさせる起電力が発生する。
次に、制御回路１１は、スイッチング素子ＳＷ１をオフし、スイッチング素子ＳＷ２をオンする。これにより、検出抵抗Ｒｓ、スイッチング素子ＳＷ２、及びコイルＬを介して、基準電位点ＧＮＤから第２入出力端ＴＬへ電流が流れる。つまり、基準電位点ＧＮＤからスイッチング素子ＳＷ２に向かって電流が流れる。この理由としては、コイルＬにおいて、コイルＬの第１端Ｅ３からコイルＬの第２端Ｅ４の方向への電流を生じさせる起電力が発生しているためである。上記過程を経て、双方向スイッチング電源１は、第１入出力端ＴＨから電圧を入力し、入力した電圧を降圧して第２入出力端ＴＬへ出力する。
図２は、降圧動作を実行する場合において検出抵抗Ｒｓに流れる電流の時間変化に関する電流信号を示す波形図である。図２（ａ）に示す電流信号は、スイッチング素子ＳＷ２のオン期間ｔｏｎと一致する時間幅を有するパルス信号である。ここで、反転増幅回路２１は、図２（ａ）に示す電流信号を反転増幅して反転増幅信号（図２（ｂ）に示す実線）として出力する。また、非反転増幅回路２２は、図２（ａ）に示す電流信号を非反転増幅して非反転増幅信号（図２（ｂ）に示す破線）として出力する。
さらに、オア回路２３には、図２（ｂ）に示す反転増幅信号、及び非反転増幅信号が入力される。オア回路２３は、反転増幅信号、及び非反転増幅信号各々を入力する経路にダイオード（図示せず）が設けられていため、０Ａより大きい信号を通過し、０Ａ未満の信号を通過させない。すなわち、オア回路２３は、０Ａ未満である非反転増幅信号を通過させず、０Ａより大きい反転増幅信号を図２（ｃ）に示す演算結果信号として出力する。図２（ｃ）に示す演算結果信号は、スイッチング素子ＳＷ２のオン期間ｔｏｎにおいて時間の経過と共に電流値が減少する。すなわち、当該演算結果信号は、降圧動作を実行する場合に検出される電流特有の波形を有している。検出回路２４は、図２（ｃ）に示す演算結果信号から得られる電流値を降圧動作の電流値として検出する。
一方で、第２入出力端ＴＬから出力される出力電流（負荷電流）が臨界点（例えば、０Ａ）以下となり、検出抵抗Ｒｓを流れる電流が０Ａを境に正負両方に流れる場合がある。図３は、降圧動作を実行する場合であって、出力電流（負荷電流）が臨界点以下となり、検出抵抗Ｒｓを流れる電流が０Ａを境に正負両方に流れる場合の検出抵抗Ｒｓに流れる電流の時間変化に関する電流信号を示す波形図である。ここで、反転増幅回路２１は、図３（ａ）に示す電流信号を反転増幅して反転増幅信号（図３（ｂ）に示す実線）として出力する。また、非反転増幅回路２２は、図３（ａ）に示す電流信号を非反転増幅して非反転増幅信号（図３（ｂ）に示す破線）として出力する。さらに、オア回路２３には、図３（ｂ）に示す反転増幅信号、及び非反転増幅信号が入力される。オア回路２３は、反転増幅信号、及び非反転増幅信号各々を入力する経路にダイオード（図示せず）が設けられていため、０Ａ未満である前半期間の非反転増幅信号及び後半期間の反転増幅信号を通過させず、０Ａより大きい前半期間の反転増幅信号及び後半期間の非反転増幅信号を重畳して、図３（ｃ）に示す演算結果信号として出力する。
図３（ｃ）に示す演算結果信号は、スイッチング素子ＳＷ２のオン期間ｔｏｎを二等分したうちの前半期間（０～ｔｏｎ／２の期間）において時間の経過と共に電流値が減少する。また、図３（ｃ）に示す演算結果信号は、スイッチング素子ＳＷ２のオン期間ｔｏｎを二等分したうちの後半期間（ｔｏｎ／２～ｔｏｎの期間）において時間の経過と共に電流値が上昇する。すなわち、双方向スイッチング電源１において降圧動作を実行しているにもかかわらず、電流検出装置２において、実際には流れていない昇圧動作を実行する場合に検出される電流特有の波形が検出されるという事象が生じる。結果として、実際に流れている降圧動作を実行する場合に検出される電流の時間変化に関する電流信号、及び実際には流れていない昇圧動作を実行する場合に検出される電流の時間変化に関する電流信号を重畳した演算結果信号がオア回路２３から出力されてしまう。
このため、本実施形態における検出回路２４は、スイッチング素子ＳＷ２のオン期間ｔｏｎを二等分したうちの前半期間（０～ｔｏｎ／２の期間）において入力される演算結果信号のみから得られる電流値を降圧動作の電流値として検出する。検出回路２４は、実際には流れていない昇圧動作を実行する場合に検出される電流の時間変化に関する電流信号を検出しない。すなわち、検出回路２４は、反転増幅信号のみを検出し、非反転増幅信号をブランキングしている。これにより、本実施形態に係る電流検出装置２は、降圧動作を実行する場合において、検出抵抗Ｒｓに流れる電流値を正確に検出することができる。
（昇圧動作）
本項では、上記双方向スイッチング電源１において、昇圧動作を実行する場合について説明する。すなわち、双方向スイッチング電源１は、第２入出力端ＴＬから電圧を入力し、入力した電圧を昇圧して第１入出力端ＴＨへ出力する。
まず、制御回路１１は、昇圧動作を実行する場合、スイッチング素子ＳＷ２をオンし、スイッチング素子ＳＷ１をオフする。これにより、コイルＬ、スイッチング素子ＳＷ２、及び検出抵抗Ｒｓを介して、第２正極端Ｔ３から基準電位点ＧＮＤへ電流が流れる。このとき、コイルＬでは、コイルＬの第２端Ｅ４からコイルＬの第１端Ｅ３の方向への電流を生じさせる起電力が発生する。また、コイルＬ、及び第２コンデンサＣ２の閉ループ回路となるため、上記起電力がさらに上昇する。
次に、制御回路１１は、スイッチング素子ＳＷ２をオフし、スイッチング素子ＳＷ１をオンする。これにより、コイルＬ、及びスイッチング素子ＳＷ２を介して、第１入出力端ＴＨへ電流が流れる。この理由としては、コイルＬにおいて、コイルＬの第２端Ｅ４からコイルＬの第１端Ｅ３の方向への電流を生じさせる起電力が発生しているためである。上記過程を経て、双方向スイッチング電源１は、第２入出力端ＴＬから電圧を入力し、入力した電圧を昇圧して第１入出力端ＴＨへ出力する。
図４は、昇圧動作を実行する場合において検出抵抗Ｒｓに流れる電流の時間変化に関する電流信号を示す波形図である。図４（ａ）に示す電流信号は、スイッチング素子ＳＷ２のオン期間ｔｏｎと一致する時間幅を有するパルス信号である。ここで、反転増幅回路２１は、図４（ａ）に示す電流信号を反転増幅して反転増幅信号（図４（ｂ）に示す実線）として出力する。また、非反転増幅回路２２は、図４（ａ）に示す電流信号を非反転増幅して非反転増幅信号（図４（ｂ）に示す破線）として出力する。
さらに、オア回路２３には、図４（ｂ）に示す反転増幅信号、及び非反転増幅信号が入力される。オア回路２３は、反転増幅信号、及び非反転増幅信号各々を入力する経路にダイオード（図示せず）が設けられていため、０Ａ未満である反転増幅信号を通過させず、０Ａより大きい非反転増幅信号を図４（ｃ）に示す演算結果信号として出力する。図４（ｃ）に示す演算結果信号は、スイッチング素子ＳＷ２のオン期間ｔｏｎにおいて時間の経過と共に電流値が上昇する。すなわち、当該演算結果信号は、昇圧動作を実行する場合に検出される電流特有の波形を有している。検出回路２４は、図４（ｃ）に示す演算結果信号から得られる電流値を昇圧動作の電流値として検出する。
一方で、第２入出力端ＴＬから出力される出力電流（負荷電流）が臨界点（例えば、０Ａ）以下となり、検出抵抗Ｒｓを流れる電流が０Ａを境に正負両方に流れる場合がある。図５は、昇圧動作を実行する場合であって、出力電流（負荷電流）が臨界点以下となり、検出抵抗Ｒｓを流れる電流が０Ａを境に正負両方に流れる場合の検出抵抗Ｒｓに流れる電流の時間変化に関する電流信号を示す波形図である。ここで、反転増幅回路２１は、図５（ａ）に示す電流信号を反転増幅して反転増幅信号（図５（ｂ）に示す実線）として出力する。また、非反転増幅回路２２は、図５（ａ）に示す電流信号を非反転増幅して非反転増幅信号（図５（ｂ）に示す破線）として出力する。さらに、オア回路２３には、図５（ｂ）に示す反転増幅信号、及び非反転増幅信号が入力される。オア回路２３は、反転増幅信号、及び非反転増幅信号各々を入力する経路にダイオード（図示せず）が設けられていため、０Ａ未満である前半期間の反転増幅信号及び後半期間の非反転増幅信号を通過させず、０Ａより大きい前半期間の非反転増幅信号及び後半期間の反転増幅信号を重畳して、図５（ｃ）に示す演算結果信号として出力する。
図５（ｃ）に示す演算結果信号には、スイッチング素子ＳＷ２のオン期間ｔｏｎを二等分したうちの前半期間（０～ｔｏｎ／２の期間）において時間の経過と共に電流値が減少する。また、図５（ｃ）に示す演算結果信号には、スイッチング素子ＳＷ２のオン期間ｔｏｎを二等分したうちの後半期間（ｔｏｎ／２～ｔｏｎの期間）において時間の経過と共に電流値が上昇する。すなわち、双方向スイッチング電源１において昇圧動作を実行しているにもかかわらず、電流検出装置２において、実際には流れていない降圧動作を実行する場合に検出される電流特有の波形が検出されるという事象が生じる。結果として、実際に流れている昇圧動作を実行する場合に検出される電流の時間変化に関する電流信号、及び実際には流れていない降圧動作を実行する場合に検出される電流の時間変化に関する電流信号を重畳した演算結果信号がオア回路２３から出力されてしまう。
このため、本実施形態における検出回路２４は、スイッチング素子ＳＷ２のオン期間ｔｏｎを二等分したうちの後半期間（ｔｏｎ／２～ｔｏｎの期間）において入力される演算結果信号のみから得られる電流値を昇圧動作の電流値として検出する。すなわち、検出回路２４は、実際には流れていない降圧動作を実行する場合に検出される電流の時間変化に関する電流信号を検出しない。すなわち、検出回路２４は、反転増幅信号のみを検出し、非反転増幅信号をブランキングしている。これにより、本実施形態に係る電流検出装置２は、昇圧動作を実行する場合において、検出抵抗Ｒｓに流れる電流値を正確に検出することができる。
なお、上記実施形態において、検出回路２４は、実際に検出抵抗に流れる電流の時間変化に関する電流信号、及び実際には検出抵抗に流れていない電流の時間変化に関する電流信号を重畳した演算結果信号がオア回路２３から出力された場合のみ、前半期間又は後半期間に対応させて電流値を検出すればよい。言い換えれば、検出回路２４は、実際に検出抵抗に流れる電流の時間変化に関する電流信号、及び実際には検出抵抗に流れていない電流の時間変化に関する電流信号を重畳した演算結果信号がオア回路２３から出力されなければ、オア回路２３から出力された演算結果信号から得られる電流値を降圧動作の電流値、又は昇圧動作の電流値として検出する。
（総括）
上述の通り、本実施形態に係る双方向スイッチング電源用の電流検出装置２は、降圧動作及び昇圧動作を選択的に実行する双方向スイッチング電源１に含まれるローサイド側のスイッチング素子ＳＷ２と基準電位点ＧＮＤとの間に設けられた検出抵抗Ｒｓに流れる電流を検出することを前提として、検出抵抗Ｒｓに流れる電流の時間変化に関する電流信号を反転増幅して反転増幅信号として出力する反転増幅回路２１と、検出抵抗Ｒｓに流れる電流の時間変化に関する電流信号を非反転増幅して非反転増幅信号として出力する非反転増幅回路２２と、反転増幅信号、及び非反転増幅信号各々の入力を論理和によって演算し、演算結果信号を出力するオア回路２３と、演算結果信号から検出抵抗に流れる電流値を検出する検出回路２４を備える。検出回路２４は、降圧動作を実行する場合においてスイッチング素子ＳＷ２のオン期間を二等分したうちの前半期間において入力される演算結果信号から得られる電流値を検出する。また、検出回路２４は記昇圧動作を実行する場合においてスイッチング素子ＳＷ２のオン期間を二等分したうちの後半期間において入力される演算結果信号から得られる電流値を検出する。
上記構成によれば、本実施形態に係る双方向スイッチング電源用の電流検出装置２において、検出回路２４は、降圧動作を実行する場合においてローサイド側のスイッチング素子ＳＷ２のオン期間を二等分したうちの前半期間において入力される演算結果信号から得られる電流値を降圧動作の電流値として検出する。これにより、本実施形態に係る双方向スイッチング電源用の電流検出装置２は、降圧動作を実行する場合において、検出抵抗Ｒｓに流れる電流値を正確に検出することができる。また、検出回路２４は、昇圧動作を実行する場合においてローサイド側のスイッチング素子のオン期間を二等分したうちの後半期間において入力される演算結果信号から得られる電流値を昇圧動作の電流値として検出する。これにより、本実施形態に係る双方向スイッチング電源用の電流検出装置２は、昇圧動作を実行する場合において、検出抵抗Ｒｓに流れる電流値を正確に検出することができる。すなわち、本実施形態に係る双方向スイッチング電源用の電流検出装置２は、専用の電流検出装置を動作ごとに設けなくても、検出抵抗に流れる電流値を正確に検出することができる。
かくして、本実施形態に係る双方向スイッチング電源用の電流検出装置は、回路の設置コストを削減しつつ、電流の検出精度を向上することができる。
ここで、本実施形態に係る双方向スイッチング電源用の電流検出装置２は、オア回路２３から出力された演算結果信号から得られる電流値を降圧動作の電流値、又は昇圧動作の電流値として検出する。本実施形態における双方向スイッチング電源１では、検出した電流のピーク値を把握することで双方向スイッチング電源内において生じた過電流を検出し、双方向スイッチング電源内に設置された素子の破損を防止している。つまり、検出回路２４では、検出抵抗Ｒｓに流れる電流のピーク値を検出することができればよい。また、スイッチング素子ＳＷ２のオン期間ｔｏｎの中心付近は、実際には流れていない電流の影響があり、正確な電流値でない可能性がある。
図６は、演算結果信号の有効範囲Ｗｄ及び無効範囲Ｗｅを示す波形図である。図６（ａ）に示すように、検出回路２４は、降圧動作を実行する場合において、検出した電流値のうち、スイッチング素子ＳＷ２のオン期間ｔｏｎの中心から所定の幅を有する所定期間（図６（ａ）に示す無効範囲Ｗｄ）における演算結果信号から得られる電流値を無効とし、残りの演算結果信号（図６（ａ）に示す有効範囲Ｗｅ）から得られる電流値を有効とする。また、図６（ｂ）に示すように、検出回路２４は、昇圧動作を実行する場合において、検出した電流値のうち、スイッチング素子ＳＷ２のオン期間ｔｏｎの中心から所定の幅を有する所定期間（図６（ｂ）に示す無効範囲Ｗｄ）における演算結果信号から得られる電流値を無効とし、残りの演算結果信号（図６（ｂ）に示す有効範囲Ｗｅ）から得られる電流値を有効とする。これにより、本実施形態に係る双方向スイッチング電源用の電流検出装置２は、電流値の検出に必要なリソースを削減すると共に、電流の検出精度をさらに向上することができる。
なお、上記実施形態に係る双方向スイッチング電源用の電流検出装置２は、図１に示すように、非絶縁型の双方向スイッチング電源の検出抵抗Ｒｓに流れる電流を検出している。しかしながら、本実施形態はこれに限定されない。例えば、本実施形態に係る双方向スイッチング電源用の電流検出装置２は、装置内にトランスを設けた絶縁型の双方向スイッチング電源の検出抵抗Ｒｓに流れる電流を検出してもよい。
１ 双方向スイッチング電源
２ 電流検出装置
１１ 制御回路
２１ 反転増幅回路
２２ 非反転増幅回路
２３ オア回路
２４ 検出回路
Ｃ１ 第１コンデンサ
Ｃ２ 第２コンデンサ
ＳＷ１ ハイサイド側のスイッチング素子
ＳＷ２ ローサイド側のスイッチング素子
ＴＨ 第１入出力端
ＴＬ 第２入出力端
Ｌ コイル
Ｒｓ 検出抵抗

Claims (4)

  1. 降圧動作及び昇圧動作を選択的に実行する双方向スイッチング電源に含まれるローサイド側のスイッチング素子と基準電位点との間に設けられた検出抵抗に流れる電流を検出する双方向スイッチング電源用の電流検出装置において、
    前記検出抵抗に流れる電流の時間変化に関する電流信号を反転増幅して反転増幅信号として出力する反転増幅回路と、
    前記検出抵抗に流れる電流の時間変化に関する電流信号を非反転増幅して非反転増幅信号として出力する非反転増幅回路と、
    前記反転増幅信号、及び前記非反転増幅信号各々の入力を整流し、それら整流された前記反転増幅信号、及び前記非反転増幅信号を重畳して演算結果信号として出力するオア回路と、
    前記演算結果信号から前記検出抵抗に流れる電流値を検出する検出回路と、を具備し、
    前記検出回路は、前記降圧動作を実行する場合において前記スイッチング素子のオン期間を二等分したうちの前半期間において入力される前記演算結果信号から得られる前記電流値を検出し、前記昇圧動作を実行する場合において前記スイッチング素子のオン期間を二等分したうちの後半期間において入力される前記演算結果信号から得られる前記電流値を検出する双方向スイッチング電源用の電流検出装置。
  2. 前記検出回路は、前記降圧動作を実行する場合に前記検出抵抗に流れる電流の時間変化に関する電流信号、及び前記昇圧動作を実行する場合に前記検出抵抗に流れる電流の時間変化に関する電流信号を重畳した前記演算結果信号が前記オア回路から出力された場合のみ、前記前半期間又は前記後半期間に対応させて前記電流値を検出する、請求項１に記載の双方向スイッチング電源用の電流検出装置。
  3. 前記検出回路は、前記双方向スイッチング電源において前記降圧動作及び前記昇圧動作のうちのどちらの動作を実行しているかを検出し、前記双方向スイッチング電源における動作の検出結果に応じて、前記前半期間において入力される前記演算結果信号から得られる前記電流値を検出するか、前記後半期間において入力される前記演算結果信号から得られる前記電流値を検出するかを決定する、請求項１、又は２に記載の双方向スイッチング電源用の電流検出装置。
  4. 前記検出回路は、検出した前記電流値のうち、前記オン期間の中心から所定の幅を有する所定期間における前記演算結果信号から得られる電流値を無効とし、残りの前記演算結果信号から得られる電流値を有効とする、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の双方向スイッチング電源用の電流検出装置。
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