JP7184711B2 - switching power supply - Google Patents
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Description
本発明は、直流電圧を降圧または昇圧するDC-DCコンバータを備えたスイッチング電源装置に関する。 The present invention relates to a switching power supply device having a DC-DC converter for stepping down or stepping up a DC voltage.
たとえば電気自動車やハイブリッドカーには、走行用モータを駆動するための高電圧バッテリが搭載されるとともに、このバッテリの電圧を降圧して各部へ供給するための電源装置が搭載される。この電源装置としては、直流電圧をスイッチングして交流電圧に変換し、この交流電圧を整流して所定の電圧値の直流電圧に変換するDC-DCコンバータを備えたスイッチング電源装置が一般に用いられている。このようなスイッチング電源装置は、たとえば特許文献1や特許文献2に記載されている。
For example, an electric vehicle or a hybrid car is equipped with a high-voltage battery for driving a driving motor, and a power supply device for stepping down the voltage of the battery and supplying it to each part. As this power supply, a switching power supply equipped with a DC-DC converter that switches a DC voltage to convert it to an AC voltage, rectifies the AC voltage, and converts it to a DC voltage of a predetermined voltage value is generally used. there is Such a switching power supply device is described in
特許文献1のスイッチング電源装置は、スイッチング素子の駆動回路と、この駆動回路を制御する制御部と、駆動回路および制御部に電源電圧を供給する電源回路を備えている。電源回路は、高圧バッテリからの高電圧を、駆動回路の電源電圧である低電圧に変換して駆動回路へ供給するとともに、高圧バッテリからの高電圧および補機バッテリからの低電圧の少なくとも一方を、制御部の電源電圧である低電圧に変換して制御部へ供給する。
The switching power supply device of
特許文献2のスイッチング電源装置は、主電源とバックアップ電源とを備えている。主電源とバックアップ電源の設定電圧は同一となっている。通常時には、バックアップ電源は、主電源の出力よりも低い電圧で待機しており、負荷へ電力を供給しない。停電などで交流電圧の入力が停止した場合には、バックアップ電源を設定電圧で動作させて、負荷へ電力を供給するとともに、主電源を停止させる。
The switching power supply device of
スイッチング電源装置には、異なる電圧を出力する2つのコンバータ(メインコンバータとサブコンバータ)を備え、通常時はメインコンバータの出力電圧を電源回路へ供給し、メインコンバータの出力電圧が低下すると、サブコンバータの出力電圧をバックアップ用電源として電源回路へ供給するようにしたものがある。このようなスイッチング電源装置においては、後で詳述するように、メインコンバータがスイッチング動作を行っている状態で、サブコンバータが電源のバックアップを行うと、サブコンバータでは出力電力が大きくなって発熱量が増大し、素子が熱破壊を起こすことがある。 A switching power supply is equipped with two converters (main converter and sub-converter) that output different voltages. Normally, the output voltage of the main converter is supplied to the power supply circuit. is supplied to the power supply circuit as a backup power supply. In such a switching power supply, as will be described in detail later, when the sub-converter performs power backup while the main converter is performing a switching operation, the output power of the sub-converter increases and the amount of heat generated increases. increases, and the device may be thermally destroyed.
本発明の課題は、電源バックアップ時のコンバータの発熱を抑制して、素子の熱破壊を防止できるようにしたスイッチング電源装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a switching power supply device capable of suppressing heat generation of a converter during power backup and preventing thermal destruction of elements.
本発明に係るスイッチング電源装置は、直流電圧が入力される入力端子と、この入力端子に入力された直流電圧を所定電圧値の直流電圧に変換する第1コンバータと、入力端子に入力された直流電圧を所定電圧値と異なる電圧値の直流電圧に変換する第2コンバータと、第1コンバータで変換された直流電圧が出力される第1出力端子と、第2コンバータで変換された直流電圧が出力される第2出力端子と、第1コンバータおよび第2コンバータのそれぞれの動作を制御する制御部と、第1コンバータおよび制御部へ電源を供給する電源回路と、第1出力端子と制御部との間に設けられ、第1コンバータの出力電圧を検出する電圧検出回路と、第2出力端子と電源回路との間に設けられ、制御部から出力されるバックアップ指令信号により動作して、第2コンバータの出力電圧をバックアップ用電源として電源回路へ供給するバックアップ制御回路とを備えている。制御部は、第1コンバータの出力電圧が第2コンバータの出力電圧より小さくなった時点では、バックアップ指令信号を出力せず、第1コンバータの出力電圧が所定値未満となったことが電圧検出回路により検出されたことに基づいて、第1コンバータの動作を停止させる。そして、この停止時点またはその近傍の時点で、制御部は、バックアップ指令信号を出力してバックアップ制御回路を動作させる。 A switching power supply device according to the present invention includes an input terminal to which a DC voltage is input, a first converter for converting the DC voltage input to the input terminal into a DC voltage having a predetermined voltage value, and a DC voltage input to the input terminal. A second converter that converts a voltage into a DC voltage with a voltage value different from a predetermined voltage value, a first output terminal that outputs the DC voltage converted by the first converter, and an output of the DC voltage converted by the second converter. a second output terminal, a control section for controlling the operation of each of the first converter and the second converter, a power supply circuit for supplying power to the first converter and the control section, and the first output terminal and the control section. a voltage detection circuit provided between and detecting the output voltage of the first converter; a voltage detection circuit provided between the second output terminal and the power supply circuit; and a backup control circuit for supplying the output voltage of to the power supply circuit as a backup power supply. When the output voltage of the first converter becomes smaller than the output voltage of the second converter, the control unit does not output the backup command signal, and the voltage detection circuit detects that the output voltage of the first converter has become less than a predetermined value. to stop the operation of the first converter. At or near the stop time, the controller outputs a backup command signal to operate the backup control circuit.
このようにすると、第1コンバータの出力電圧が第2コンバータの出力電圧未満となった時点では、第2コンバータによる電源バックアップは開始されず、その後に、第1コンバータがスイッチング動作を停止した時点(またはその近傍の時点)から、第2コンバータによる電源バックアップが開始される。このため、電源バックアップ時に、第2コンバータは、スイッチングのためのバックアップ用電源を第1コンバータへ供給する必要がないので、第2コンバータの出力電力を小さく抑えることができる。その結果、第2コンバータにおいては、発熱量が小さくなって、素子の熱破壊が生じるのを未然に防止することができる。 In this way, when the output voltage of the first converter becomes less than the output voltage of the second converter, the power backup by the second converter is not started, and after that, when the switching operation of the first converter stops ( or a point in the vicinity thereof), the power supply backup by the second converter is started. Therefore, during power backup, the second converter does not need to supply backup power for switching to the first converter, so the output power of the second converter can be kept low. As a result, in the second converter, the amount of heat generated is reduced, and the occurrence of thermal breakdown of the elements can be prevented.
本発明において、電源回路は、通常時は、バックアップ制御回路の非動作の下で、第1コンバータの出力電圧に基づいて制御部へ電源を供給し、第1コンバータの出力電圧が所定値未満になると、バックアップ制御回路の動作の下で、第2コンバータの出力電圧に基づいて制御部および第1コンバータへ電源を供給してもよい。 In the present invention, the power supply circuit normally supplies power to the control unit based on the output voltage of the first converter while the backup control circuit is not in operation, and the output voltage of the first converter becomes less than a predetermined value. Then, under the operation of the backup control circuit, power may be supplied to the control unit and the first converter based on the output voltage of the second converter.
本発明において、バックアップ制御回路は、第2コンバータの出力電圧を電源回路へ供給する供給路を形成する第1スイッチング素子と、制御部からのバックアップ指令信号によりオンして、第1スイッチング素子をオンさせる第2スイッチング素子とを含んでいてもよい。 In the present invention, the backup control circuit includes a first switching element forming a supply path for supplying the output voltage of the second converter to the power supply circuit, and a backup command signal from the control unit to turn on the first switching element. and a second switching element for enabling the switching.
本発明のスイッチング電源装置によれば、電源バックアップ時のコンバータの発熱を抑制して、素子の熱破壊を防止することができる。 According to the switching power supply device of the present invention, it is possible to suppress the heat generation of the converter during power backup and prevent the thermal destruction of the elements.
本発明の実施形態につき、図面を参照しながら説明する。以下では、自動四輪車などの車両に搭載されるスイッチング電源装置を例に挙げる。 An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following, a switching power supply device mounted on a vehicle such as a four-wheeled motor vehicle will be taken as an example.
図1において、スイッチング電源装置100は、入力端子T1、T2と、出力端子T3、T4と、出力端子T5、T6と、第1コンバータ101と、第2コンバータ102とを備えている。
In FIG. 1, the switching
第1コンバータ101は、メイン側のDC-DCコンバータ(メインコンバータ)であり、入力端子T1、T2に入力された直流電圧Viを所定電圧値の直流電圧V1に変換して、出力端子T3、T4へ出力する。第2コンバータ102は、サブ側のDC-DCコンバータ(サブコンバータ)であり、入力端子T1、T2に入力された直流電圧Viを前記所定電圧値と異なる電圧値の直流電圧V2に変換して、出力端子T5、T6へ出力する。出力端子T3、T4は、本発明における「第1出力端子」に相当し、出力端子T5、T6は、本発明における「第2出力端子」に相当する。
The
一例として、入力端子T1、T2の入力電圧Viは200V、出力端子T3、T4の出力電圧V1は12V、出力端子T5、T6の出力電圧V2は10Vである。すなわち、本例の場合、第1コンバータ101と第2コンバータ102は、いずれも、高電圧を低電圧に変換する降圧型のDC-DCコンバータである。
As an example, the input voltage Vi of the input terminals T1 and T2 is 200V, the output voltage V1 of the output terminals T3 and T4 is 12V, and the output voltage V2 of the output terminals T5 and T6 is 10V. That is, in the case of this example, both the
入力端子T1は、直流電圧Viを供給するバッテリ(図示省略)の正極に接続され、入力端子T2は、同バッテリの負極に接続される。出力端子T3、T4には、出力電圧V1を電源として作動する負荷や、出力電圧V1によって充電されるバッテリなどが接続される(図示省略)。出力端子T5、T6には、出力電圧V2を電源として作動する制御回路などが接続される(図示省略)。端子T1~T6のうち、出力端子T4と出力端子T6は、スイッチング電源装置100の外部において電気的に接続されて、共通のグランドに接地される(図示省略)。
The input terminal T1 is connected to the positive terminal of a battery (not shown) that supplies a DC voltage Vi, and the input terminal T2 is connected to the negative terminal of the battery. The output terminals T3 and T4 are connected to a load powered by the output voltage V1, a battery charged by the output voltage V1, and the like (not shown). A control circuit or the like that operates using the output voltage V2 as a power source is connected to the output terminals T5 and T6 (not shown). Out of the terminals T1 to T6, the output terminal T4 and the output terminal T6 are electrically connected outside the switching
スイッチング電源装置100は、さらに、電圧検出回路6と、電源回路7と、バックアップ制御回路8と、制御部9と、ダイオードD1、D2とを備えている。
The switching
電圧検出回路6は、出力端子T3と制御部9との間に設けられていて、第1コンバータ101の出力電圧V1を検出する。電源回路7は、バックアップ制御回路8と制御部9との間に設けられていて、通常時は、出力電圧V1に基づいて各コンバータ101、102と制御部9に電源電圧を供給する。バックアップ制御回路8は、出力端子T5と電源回路7との間に設けられていて、第1コンバータ101の出力電圧V1が、断線や故障により消失したり所定値未満まで低下したりした場合(異常時)に、第2コンバータ102の出力電圧V2を、バックアップ用電源として電源回路7へ供給する。
The
ダイオードD1は、出力端子T3と電源回路7との間に設けられていて、通常時において、第1コンバータ101の出力電圧V1を電源回路7へ供給するための供給路を形成する。ダイオードD2は、バックアップ制御回路8と電源回路7との間に設けられていて、出力電圧V1の異常時に、バックアップ制御回路8からのバックアップ用電源(出力電圧V2)を電源回路7へ供給するための供給路を形成する。
Diode D1 is provided between output terminal T3 and
制御部9は、マイクロコンピュータから構成されており、第1コンバータ101、第2コンバータ102、およびバックアップ制御回路8の各動作を制御する。制御部9には、車載ECU(電子制御ユニット)などの外部装置から、外部信号として出力要求信号S1が入力される。この信号S1は、第2コンバータ102の動作を要求する信号である。また、制御部9は、出力要求信号S1を受けて、出力許可信号S2を第2コンバータ102へ出力する。この信号S2は、第2コンバータ102に対して動作を許可する信号である。さらに、制御部9は、出力電圧V1が所定値未満となったことが電圧検出回路6により検出された場合に、バックアップ指令信号S3をバックアップ制御回路8へ出力する。この信号S3は、バックアップ制御回路8に備わるスイッチング素子(後述)をオンさせるための信号である。
The
メインコンバータである第1コンバータ101は、入力フィルタ1、スイッチング回路2、絶縁トランス3、整流回路4、および平滑回路5を備えている。これらの各部の構成は公知であり、また、第1コンバータ101自体は本発明と直接関係しないので、第1コンバータ101についての詳細な説明は割愛する。なお、本例の第1コンバータ101は、絶縁トランス3によって入力側と出力側が絶縁された、絶縁型のDC-DCコンバータである。
A
サブコンバータである第2コンバータ102は、スイッチング回路20、絶縁トランス21、主巻線側の整流回路22、補助巻線側の整流回路23、絶縁回路26、PWM(Pulse Width Modulation)回路27、およびフィードバック回路28を備えている。第2コンバータ102は、前述したように、入力端子T1、T2に入力された直流電圧Viを降圧して出力する機能と、第1コンバータ101の出力異常時に制御部9へバックアップ用電源を供給する機能とを有している。本例の第2コンバータ102も、絶縁トランス21によって入力側と出力側が絶縁された、絶縁型のDC-DCコンバータである。なお、図1では、補助巻線側の整流回路23の後段の回路を省略してある。
The
図2は、第2コンバータ102におけるスイッチング回路20、絶縁トランス21、および主巻線側の整流回路22の具体的な回路を示している。また、図2には、バックアップ制御回路8の具体的な回路も示されている。ここに示した回路は一例であって、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、図2においては、図1の第2コンバータ102を構成するブロックのうち、補助巻線側の整流回路23および絶縁回路26を省略してある。
FIG. 2 shows specific circuits of the switching
スイッチング回路20は、スイッチング素子Q3を有している。本例では、このスイッチング素子Q3はFET(電界効果トランジスタ)であり、絶縁トランス21の一次巻線Laとグランドとの間に接続されている。スイッチング素子Q3のゲートはPWM回路27に接続されており、PWM回路27からゲートに与えられるPWM信号により、スイッチング素子Q3はオンオフ動作を行う。
The switching
絶縁トランス21は、一次巻線Laと、二次巻線Lb、Lcとを有している。二次巻線のうち、巻線Lbは主巻線であり、巻線Lcは補助巻線である。補助巻線Lcは本発明と直接関係しないため、巻線の後段の回路は省略してある。絶縁トランス21の一次側と二次側は、電気的に絶縁されている。一次巻線Laに印加される入力電圧Viは、スイッチング素子Q3のオンオフによりスイッチングされて交流電圧(パルス電圧)となり、絶縁トランス21の二次巻線Lb、Lcに伝達される。
The
二次巻線Lbの後段に設けられた整流回路22は、ダイオードD4とコンデンサC1とを有している。ダイオードD4は、二次巻線Lbに生じる交流電圧を整流して、直流電圧にするための整流ダイオードである。コンデンサC1は、ダイオードD4で整流された直流電圧を平滑して、出力端子T5、T6から出力するための出力コンデンサである。ダイオードD4は、二次巻線Lbの一端と出力端子T5との間に接続されており、コンデンサC1は、出力端子T5、T6間に接続されている。
A
バックアップ制御回路8は、第1トランジスタQ1と、第2トランジスタQ2と、抵抗R1とを有している。第1トランジスタQ1は、出力端子T5と電源回路7(図1)との間に設けられ、第2コンバータ102の出力電圧V2をバックアップ用電源として、電源回路7へ供給するための供給路を形成する。第2トランジスタQ2は、第1トランジスタQ1のベースとグランドとの間に設けられ、制御部9からのバックアップ指令信号S3によりオンして、第1トランジスタQ1をオンさせる。抵抗R1は、第1トランジスタQ1のベースに接続されたベース抵抗である。第1トランジスタQ1は、本発明における「第1スイッチング素子」に相当し、第2トランジスタQ2は、本発明における「第2スイッチング素子」に相当する。
The
第1トランジスタQ1のエミッタは、出力端子T5に接続されている。第1トランジスタQ1のコレクタは、ダイオードD2を介して、電源回路7(図1)に接続されている。第1トランジスタQ1のベースは、抵抗R1を介して第2トランジスタQ2のコレクタに接続されている。第2トランジスタQ2のベースは、制御部9に接続されており、第2トランジスタQ2のエミッタは、グランドに接地されている。
The emitter of the first transistor Q1 is connected to the output terminal T5. A collector of the first transistor Q1 is connected to the power supply circuit 7 (FIG. 1) through a diode D2. The base of the first transistor Q1 is connected to the collector of the second transistor Q2 through the resistor R1. The base of the second transistor Q2 is connected to the
バックアップ制御回路8は、制御部9から出力されるバックアップ指令信号S3により動作する。詳しくは、図3に示すように、バックアップ指令信号S3が「L」(Low)の状態、すなわち制御部9からバックアップ指令信号S3が出力されていない場合は、バックアップ制御回路8の第2トランジスタQ2はオフであり、第1トランジスタQ1もオフとなっている。また、図4に示すように、バックアップ指令信号S3が「H」(High)の状態、すなわち制御部9からバックアップ指令信号S3が出力されている場合は、第2トランジスタQ2はオンとなり、第1トランジスタQ1もオンとなる。第1トランジスタQ1がオンすることにより、図4で太線の矢印で示すように、第2コンバータ102の出力電圧V2をバックアップ用電源として電源回路7へ供給する供給路(電源バックアップ経路)が形成される。電源バックアップの詳細については後述する。
The
図1に戻って、絶縁回路26は、制御部9から出力された出力許可信号S2を電気的に絶縁しつつPWM回路27へ伝達する回路であって、アイソレータから構成される。
Returning to FIG. 1, the
PWM回路27は、絶縁回路26からの出力許可信号S2を受けて、所定のデューティを持ったPWM信号を生成し、これをスイッチング回路20へ出力する。このPWM信号は、前述のようにスイッチング素子Q3(図2)のゲートに与えられる。フィードバック回路28は、第2コンバータ102の出力電圧V2を目標値と比較し、出力電圧V2が目標値と一致するように、PWM回路27に対してフィードバック制御を行う。すなわち、出力電圧V2が目標値より高い場合は、PWM信号のデューティを下げ、出力電圧V2が目標値より低い場合は、PWM信号のデューティを上げるように、フィードバック制御が行われる。
The
次に、以上の構成を備えたスイッチング電源装置100における、第2コンバータ102による電源バックアップの詳細について説明する。
Next, details of power backup by the
最初に、従来のスイッチング電源装置における電源バックアップ時の問題点を、図9~図11に基づいて説明する。 First, the problems of the conventional switching power supply during power backup will be described with reference to FIGS. 9 to 11. FIG.
図9は、従来のスイッチング電源装置200の一例を示したブロック図である。図9において、図1と同一の部分または対応する部分には、図1と同一の符号を付してある。なお、図9では、第1コンバータ101と第2コンバータ102における各ブロックの図示を省略してある。
FIG. 9 is a block diagram showing an example of a conventional switching
図9のスイッチング電源装置200においては、電源回路7の入力側が、ダイオードD2を介して直接、出力端子T5に接続されており、本発明のようなバックアップ制御回路8(図1)は設けられていない。このため、第1コンバータ101の出力電圧V1が、第2コンバータ102の出力電圧V2未満になると(V1<V2)、ダイオードD2が順方向となって導通し、第2コンバータ102の出力電圧V2が、自動的にバックアップ用電源としてダイオードD2を介して電源回路7へ供給される。そして、電源回路7は、この出力電圧V2に基づいて、各コンバータ101、102のスイッチング動作に必要な電源と、制御部9の動作に必要な電源とを、バックアップ用電源として各コンバータ101、102および制御部9に供給する。スイッチング用電源の消費電力は、制御部用電源の消費電力に比べて、はるかに大きい。
In the switching
図10は、従来における第1コンバータ101のスイッチング領域と、第2コンバータ102による電源バックアップ領域との関係を示している。
FIG. 10 shows the relationship between the conventional switching region of
図10において、Vaは、第1コンバータ101がスイッチング動作を停止する場合の出力電圧の閾値を示し、Vbは、第1コンバータ101の出力電圧の上限値を示している。第1コンバータ101の出力電圧V1は、0~Vbの範囲で変動する。第1コンバータ101は、出力電圧V1がVa≦V1≦Vbの範囲にあるときは、スイッチング動作を行う。このときのスイッチング領域Va~Vbでは、スイッチング動作によって消費電力が大きくなる。
In FIG. 10 , Va indicates the threshold value of the output voltage when the
一方、第2コンバータ102は、第1コンバータ101の出力電圧V1が第2コンバータ102の出力電圧V2未満になると(V1<V2)、ダイオードD2を介して、電源バックアップを行う。このときのバックアップ領域0~V2は、スイッチング領域Va~Vbの一部(Va~V2)と重複している。そして、この重複領域Va~V2では、電源回路7から第1コンバータ101へ供給されるバックアップ用電源は、第1コンバータ101のスイッチング動作に必要な電源なので、第2コンバータ102から電源回路7への供給電力が増大する。しかるに、サブコンバータである第2コンバータ102は、メインコンバータである第1コンバータ101とは異なり、もともと大電力を出力する仕様にはなっていない。このため、バックアップ用の供給電力が大きくなると、第2コンバータ102に大電流が流れて発熱量が増大し、素子が熱破壊するおそれがある。
On the other hand, when the output voltage V1 of the
図11は、図9のスイッチング電源装置200の動作を示したタイムチャートである。図11において、(a)は第1コンバータ101と第2コンバータ102の各出力電圧V1、V2を示し、(b)は第1コンバータ101の消費電力を示し、(c)は第2コンバータ102の出力電力(バックアップ用)を示している。
FIG. 11 is a time chart showing the operation of the switching
図11からわかるように、従来のスイッチング電源装置200では、第1コンバータ101の出力電圧V1が第2コンバータ102の出力電圧V2未満になった時点t1で、ダイオードD2(図9)が導通して第2コンバータ102による電源バックアップが開始される(図11(c))。そして、この時点t1から出力電圧V1が所定値Va未満となる時点t2までの間(t1~t2)は、第1コンバータ101がスイッチング動作を行うため、第1コンバータ101では消費電力の大きい状態が継続する(図11(b))。そして、この消費電力は、第2コンバータ102が供給するバックアップ用の電力で賄われるため、第2コンバータ102の出力電力も大きくなる(図11(c)の斜線部分)。t2の時点になると、第1コンバータ101のスイッチング動作が停止し、第1コンバータ101における消費電力が小さくなるので、第2コンバータ102の出力電力も小さくなる。
As can be seen from FIG. 11, in the conventional switching
このように、従来のスイッチング電源装置200の場合は、第2コンバータ102が電源バックアップを開始する時点t1では、第1コンバータ101がスイッチング動作を行っている状態にあるため、第1コンバータ101がスイッチング動作を停止するまでの間(t1~t2)、第2コンバータ102の出力電力が大きくなって、発熱による素子の熱破壊の問題が生じる。
As described above, in the case of the conventional switching
次に、本発明による上記問題点の解決策について、図5および図6を参照しながら説明する。 Next, a solution to the above problems according to the present invention will be described with reference to FIGS. 5 and 6. FIG.
本発明では、バックアップ制御回路8(図1)を設けることによって、図5に示すように、第2コンバータ102のバックアップ領域を、従来の0~V2(図10)から0~Vaに変更し、バックアップ領域が第1コンバータ101のスイッチング領域Va~Vbと重ならないようにしている。
In the present invention, by providing the backup control circuit 8 (FIG. 1), as shown in FIG. 5, the backup region of the
詳しくは、図6に示すように、第1コンバータ101の出力電圧V1が第2コンバータ102の出力電圧V2より小さくなった時点t1では、制御部9はバックアップ指令信号S3を出力せず、バックアップ指令信号S3は「L」となっている(図6(c))。したがって、図3に示すように、バックアップ制御回路8のトランジスタQ1、Q2はいずれもオフであり、バックアップ制御回路8は非動作状態であるので、第2コンバータ102の出力電圧V2は、バックアップ制御回路8を通って電源回路7へ供給されない。すなわち、第2コンバータ102は電源バックアップを行わない。このため、第1コンバータ101がスイッチング状態にあっても、第2コンバータ102の出力電力が増大することはない(図6(d))。
More specifically, as shown in FIG. 6, at time t1 when the output voltage V1 of the
その後、第1コンバータ101の出力電圧V1がさらに低下し続けて、一定時間X1後に、当該電圧V1が所定値Va未満となる時点t2に至ると、V1<Vaになったことが電圧検出回路6(図1)によって検出される。すると、制御部9は、図6(b)に示すように、第1コンバータ101のスイッチング動作を停止させると同時に、図6(c)に示すように、バックアップ指令信号S3を出力する。そして、バックアップ指令信号S3が「H」となることによって、図4に示すように、バックアップ制御回路8のトランジスタQ1、Q2がいずれもオンとなり、バックアップ制御回路8は動作状態となる。このため、第2コンバータ102の出力電圧V2は、図4に太線の矢印で示した電源バックアップ経路(第1トランジスタQ1およびダイオードD2)を通って、バックアップ用電源として図1の電源回路7へ供給される。
After that, the output voltage V1 of the
図6において、電源バックアップが開始された時点t2以降は、第1コンバータ101がスイッチング動作を行わないため、図6(b)に示すように、第1コンバータ101の消費電力が小さくなり、これに応じて第2コンバータ102のバックアップ用の出力電力も、図6(d)に示すように小さくなる。
In FIG. 6, since the
このように、本発明のスイッチング電源装置100においては、バックアップ制御回路8によって、第1コンバータ101がスイッチング動作を停止した時点t2から、第2コンバータ102による電源バックアップが開始されるようにしている。このため、電源バックアップ時に、第2コンバータ102は、スイッチングのためのバックアップ用電源を第1コンバータ101へ供給する必要がないので、第2コンバータ102の出力電力を小さく抑えることができる。その結果、第2コンバータ102においては、発熱量が小さくなって、素子の熱破壊が生じるのを未然に防止することができる。
As described above, in the switching
本発明では、上述した実施形態以外にも、以下のような種々の実施形態を採用することができる。 In addition to the embodiments described above, the present invention can adopt various embodiments such as those described below.
図6においては、V1<Vaとなった時点t2で、第1コンバータ101のスイッチング動作を停止させ、これと同時にバックアップ指令信号S3を出力するようにした(X1=t2-t1)。これに対して、図7(b)、(c)に示すように、V1<Vaとなった時点t2で、第1コンバータ101のスイッチング動作を停止させ、その直後にバックアップ指令信号S3を出力するようにしてもよい(X2>t2-t1)。また、図8(b)、(c)に示すように、第1コンバータ101のスイッチング動作が停止する時点t2の直前に、バックアップ指令信号S3を出力するようにしてもよい(X3<t2-t1)。すなわち、制御部9がバックアップ指令信号S3を出力するタイミングは、第1コンバータ101の動作が停止した時点か、その近傍の時点であればよい。
In FIG. 6, at time t2 when V1<Va, the switching operation of the
前記実施形態では、第1コンバータ101と第2コンバータ102が共に降圧型のDC-DCコンバータである例を挙げたが、各コンバータ101、102は昇圧型のDC-DCコンバータであってもよい。また、各コンバータ101、102の一方が降圧型のDC-DCコンバータで、他方が昇圧型のDC-DCコンバータであってもよい。
In the above embodiment, both the
前記実施形態では、第1コンバータ101と第2コンバータ102が共に絶縁型のDC-DCコンバータである例を挙げたが、各コンバータ101、102は非絶縁型のDC-DCコンバータであってもよい。
In the above embodiment, both the
前記実施形態では、図1に示したように、電圧検出回路6と電源回路7が制御部9と別に設けられているが、電圧検出回路6と電源回路7を制御部9に組み込んでもよい。
In the above embodiment, the
前記実施形態では、第1コンバータ101の電源と第2コンバータ102の電源を、ともに電源回路7から供給するようにしたが、第2コンバータ102の電源は、電源回路7とは別の電源回路から供給してもよい。
In the above-described embodiment, both the power supply for the
前記実施形態では、スイッチング回路20を駆動する駆動回路として、PWM回路27を例に挙げたが、PWM以外の方式によりスイッチング回路20を駆動する駆動回路を設けてもよい。
In the above-described embodiment, the
前記実施形態では、バックアップ制御回路8に備わるスイッチング素子として、トランジスタQ1、Q2を例に挙げたが、トランジスタに代えてFETやリレーなどを用いてもよい。
In the above embodiment, the transistors Q1 and Q2 are used as switching elements provided in the
前記実施形態では、車両に搭載されるスイッチング電源装置100を例に挙げたが、本発明のスイッチング電源装置は、車載以外の用途にも適用することができる。
In the above embodiment, the switching
6 電圧検出回路
7 電源回路
8 バックアップ制御回路
9 制御部
100 スイッチング電源装置
101 第1コンバータ
102 第2コンバータ
T1、T2 入力端子
T3、T4 出力端子(第1出力端子)
T5、T6 出力端子(第2出力端子)
Q1 第1トランジスタ(第1スイッチング素子)
Q2 第2トランジスタ(第2スイッチング素子)
S3 バックアップ指令信号
6
T5, T6 output terminals (second output terminals)
Q1 first transistor (first switching element)
Q2 second transistor (second switching element)
S3 Backup command signal
Claims (3)
前記入力端子に入力された直流電圧を所定電圧値の直流電圧に変換する第1コンバータと、
前記入力端子に入力された直流電圧を前記所定電圧値と異なる電圧値の直流電圧に変換する第2コンバータと、
前記第1コンバータで変換された直流電圧が出力される第1出力端子と、
前記第2コンバータで変換された直流電圧が出力される第2出力端子と、
前記第1コンバータおよび前記第2コンバータのそれぞれの動作を制御する制御部と、
前記第1コンバータおよび前記制御部へ電源を供給する電源回路と、を備えたスイッチング電源装置において、
前記第1出力端子と前記制御部との間に設けられ、前記第1コンバータの出力電圧を検出する電圧検出回路と、
前記第2出力端子と前記電源回路との間に設けられ、前記制御部から出力されるバックアップ指令信号により動作して、前記第2コンバータの出力電圧をバックアップ用電源として前記電源回路へ供給するバックアップ制御回路と、をさらに備え、
前記制御部は、
前記第1コンバータの出力電圧が前記第2コンバータの出力電圧より小さくなった時点では、前記バックアップ指令信号を出力せず、
前記第1コンバータの出力電圧が所定値未満となったことが前記電圧検出回路により検出されたことに基づいて、前記第1コンバータの動作を停止させ、
前記第1コンバータの動作が停止した時点またはその近傍の時点で、前記バックアップ指令信号を出力して前記バックアップ制御回路を動作させる、ことを特徴とするスイッチング電源装置。 an input terminal to which a DC voltage is input;
a first converter that converts the DC voltage input to the input terminal into a DC voltage having a predetermined voltage value;
a second converter that converts the DC voltage input to the input terminal into a DC voltage having a voltage value different from the predetermined voltage value;
a first output terminal for outputting the DC voltage converted by the first converter;
a second output terminal for outputting the DC voltage converted by the second converter;
a control unit that controls the operation of each of the first converter and the second converter;
A switching power supply device comprising a power supply circuit that supplies power to the first converter and the control unit,
a voltage detection circuit provided between the first output terminal and the control unit for detecting an output voltage of the first converter;
A backup provided between the second output terminal and the power supply circuit, operated by a backup command signal output from the control unit, and supplying the output voltage of the second converter to the power supply circuit as a backup power supply. and a control circuit,
The control unit
when the output voltage of the first converter becomes smaller than the output voltage of the second converter, the backup command signal is not output;
stopping the operation of the first converter based on the fact that the voltage detection circuit detects that the output voltage of the first converter has become less than a predetermined value;
A switching power supply device, comprising: outputting the backup command signal to operate the backup control circuit at or near the time when the operation of the first converter is stopped.
前記電源回路は、
通常時は、前記バックアップ制御回路の非動作の下で、前記第1コンバータの出力電圧に基づいて、前記制御部へ電源を供給し、
前記第1コンバータの出力電圧が前記所定値未満になると、前記バックアップ制御回路の動作の下で、前記第2コンバータの出力電圧に基づいて、前記制御部および前記第1コンバータへ電源を供給する、ことを特徴とするスイッチング電源装置。 The switching power supply device according to claim 1,
The power supply circuit
Normally, with the backup control circuit not operating, power is supplied to the control unit based on the output voltage of the first converter,
When the output voltage of the first converter becomes less than the predetermined value, power is supplied to the control unit and the first converter based on the output voltage of the second converter under the operation of the backup control circuit. A switching power supply device characterized by:
前記バックアップ制御回路は、
前記第2コンバータの出力電圧を前記電源回路へ供給する供給路を形成する第1スイッチング素子と、
前記制御部からの前記バックアップ指令信号によりオンして、第1スイッチング素子をオンさせる第2スイッチング素子と、を含むことを特徴とするスイッチング電源装置。 In the switching power supply device according to claim 1 or claim 2,
The backup control circuit is
a first switching element forming a supply path for supplying the output voltage of the second converter to the power supply circuit;
a second switching element that is turned on by the backup command signal from the control unit to turn on the first switching element.
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