JP7186683B2 - 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においては、出力電圧が過電圧となった場合に、これを検出してスイッチング動作を停止させるための過電圧検出回路が備わっている。 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 provided with an overvoltage detection circuit for detecting an overvoltage in the output voltage and stopping the switching operation.
たとえば、特許文献１のスイッチング電源装置では、出力側に過電圧が発生すると、この過電圧は、トランスに設けられた巻数の多い１次補助巻線と巻数の少ない２次補助巻線とで受電される。そして、過電圧によって１次補助巻線の電圧レベルが上昇すると、制御ＩＣの電源端子に、２次補助巻線から電圧レベルの低い動作電圧が供給され、制御ＩＣがスイッチング動作を停止させることで、負荷を過電圧から保護するようにしている。
For example, in the switching power supply device of
また、特許文献２のスイッチング電源装置では、トランスに設けられた補助巻線の電圧が、過電圧検出回路により検出される。出力側に過電圧が発生した場合は、これに応じて補助巻線の電圧も上昇する。そして、過電圧検出回路が検出した電圧が予め定められた電圧以上であれば、過電圧検出回路から出力される信号によりスイッチング動作を停止させて、負荷を過電圧から保護するようにしている。
Further, in the switching power supply device of
上述したような過電圧保護機能を備えたスイッチング電源装置においては、後で述べるように、出力側の接地端子とグランドとを接続している接地ラインが断線した場合に、接地端子の電位がグランドに対して高くなることに基因して、出力に過電圧が発生していないにもかかわらず、過電圧が発生したと誤判断してスイッチング動作が停止してしまうことが起こりうる。 In a switching power supply device with an overvoltage protection function as described above, if the ground line connecting the ground terminal on the output side and the ground is broken, the potential of the ground terminal will not reach the ground. On the other hand, due to the high voltage, the switching operation may be stopped by erroneously determining that an overvoltage has occurred even though the overvoltage has not occurred in the output.
本発明の課題は、出力側の接地ラインが断線した場合に、過電圧の誤検出を防止して、スイッチング動作を正常に行える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 that prevents erroneous overvoltage detection and normally performs switching operation when the ground line on the output side is disconnected.
本発明に係るスイッチング電源装置は、入力された直流電圧をスイッチングして、降圧または昇圧された直流電圧に変換するコンバータと、このコンバータの動作を制御する制御部とを備える。コンバータは、直流電圧をスイッチングするスイッチング回路と、このスイッチング回路でスイッチングされて交流に変換された電圧を整流する整流回路と、スイッチング回路と整流回路との間に設けられ、スイッチング回路が接続された一次巻線および整流回路が接続された二次巻線を有する絶縁トランスと、整流回路で整流された電圧を出力する１対の出力端子とを含む。絶縁トランスの二次巻線は、主巻線と補助巻線とからなる。整流回路は、主巻線と出力端子との間に設けられた第１整流回路と、補助巻線に接続された第２整流回路とからなる。出力端子の一方は、接地ラインを介してグランドに接地される接地端子である。本発明では、さらに、出力端子の他方に発生する過電圧を検出する出力過電圧検出回路と、第２整流回路の出力電圧である補助巻線電圧を検出する補助巻線電圧検出回路とが設けられる。制御部には、出力過電圧検出回路からの過電圧検出出力と、補助巻線電圧検出回路からの補助巻線電圧とが入力される。制御部は、過電圧検出出力が所定値を超えている場合に、補助巻線電圧が閾値未満であれば、スイッチング回路を動作させるための許可信号の出力を停止し、補助巻線電圧が閾値以上であれば、前記許可信号を出力する。 A switching power supply device according to the present invention includes a converter that switches an input DC voltage to convert it to a stepped-down or stepped-up DC voltage, and a control unit that controls the operation of the converter. The converter is provided between a switching circuit that switches a DC voltage, a rectifier circuit that rectifies the voltage that is switched by the switching circuit and converted to an AC voltage, and between the switching circuit and the rectifying circuit, and the switching circuit is connected. It includes an isolation transformer having a primary winding and a secondary winding to which a rectifier circuit is connected, and a pair of output terminals for outputting a voltage rectified by the rectifier circuit. The secondary winding of an isolation transformer consists of a main winding and an auxiliary winding. The rectifier circuit comprises a first rectifier circuit provided between the main winding and the output terminal, and a second rectifier circuit connected to the auxiliary winding. One of the output terminals is a ground terminal that is grounded through a ground line. The present invention further includes an output overvoltage detection circuit for detecting overvoltage generated at the other output terminal, and an auxiliary winding voltage detection circuit for detecting the auxiliary winding voltage, which is the output voltage of the second rectifier circuit. The overvoltage detection output from the output overvoltage detection circuit and the auxiliary winding voltage from the auxiliary winding voltage detection circuit are input to the control unit. If the overvoltage detection output exceeds a predetermined value and the auxiliary winding voltage is less than the threshold, the control unit stops outputting a permission signal for operating the switching circuit, and the auxiliary winding voltage is equal to or higher than the threshold. If so, the permission signal is output.
このようにすると、出力過電圧検出回路の過電圧検出出力が所定値を超えていて、かつ補助巻線電圧が閾値未満であれば、制御部が許可信号を停止するので、過電圧が発生した場合は、スイッチング回路のスイッチング動作を停止させて、通常の過電圧保護を行うことができる。一方、出力過電圧検出回路の過電圧検出出力が所定値を超えていても、補助巻線電圧が閾値以上であれば、制御部が許可信号を出力するので、接地ラインが断線した場合に、スイッチング回路のスイッチング動作が停止することはない。したがって、接地ラインの断線時に出力過電圧の誤検出を防止して、スイッチング動作を正常に行わせることができる。 With this configuration, if the overvoltage detection output of the output overvoltage detection circuit exceeds the predetermined value and the auxiliary winding voltage is less than the threshold value, the control unit stops the enable signal. Normal overvoltage protection can be performed by stopping the switching operation of the switching circuit. On the other hand, even if the overvoltage detection output of the output overvoltage detection circuit exceeds the predetermined value, if the auxiliary winding voltage is equal to or higher than the threshold value, the control unit outputs the enable signal. never stops switching. Therefore, it is possible to prevent erroneous detection of the output overvoltage when the ground line is broken, and to perform the switching operation normally.
本発明において、出力過電圧検出回路は、過電圧の発生を検出したときに、スイッチング回路の動作を制御部を介さずに停止させるための停止信号を出力してもよい。この停止信号は、過電圧検出出力とは別の信号であってもよいし、過電圧検出出力と同じ信号であってもよい。 In the present invention, the output overvoltage detection circuit may output a stop signal for stopping the operation of the switching circuit without going through the control section when detecting the occurrence of the overvoltage. This stop signal may be a signal different from the overvoltage detection output, or may be the same signal as the overvoltage detection output.
本発明において、制御部から許可信号が出力されており、かつ出力過電圧検出回路から停止信号が出力されていないときは、スイッチング回路はスイッチング動作を行い、制御部から許可信号が出力されておらず、かつ出力過電圧検出回路から停止信号が出力されているときは、スイッチング回路はスイッチング動作を停止してもよい。 In the present invention, when the control unit outputs the permission signal and the output overvoltage detection circuit does not output the stop signal, the switching circuit performs the switching operation and the control unit does not output the permission signal. , and when the stop signal is output from the output overvoltage detection circuit, the switching circuit may stop the switching operation.
本発明において、１対の出力端子間の電圧を分圧する第１分圧回路と、出力過電圧検出回路の出力電圧を分圧する第２分圧回路とをさらに設けてもよい。この場合、出力過電圧検出回路は、第１分圧回路で分圧された電圧に基づいて過電圧を検出し、停止信号は出力過電圧検出回路の前記出力電圧であり、過電圧検出出力は第２分圧回路で分圧された電圧であってもよい。 In the present invention, a first voltage dividing circuit that divides the voltage between the pair of output terminals and a second voltage dividing circuit that divides the output voltage of the output overvoltage detection circuit may be further provided. In this case, the output overvoltage detection circuit detects overvoltage based on the voltage divided by the first voltage divider, the stop signal is the output voltage of the output overvoltage detection circuit, and the overvoltage detection output is the second divided voltage. It may be a voltage divided by a circuit.
本発明において、制御部は、許可信号の出力を停止することに代えて、許可信号とは別の禁止信号を出力してもよい。 In the present invention, instead of stopping the output of the permission signal, the control section may output a prohibition signal different from the permission signal.
本発明によれば、出力側の接地ラインが断線した場合に、過電圧の誤検出を防止して、スイッチング動作を正常に行えるスイッチング電源装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a switching power supply device that prevents erroneous detection of overvoltage and normally performs switching operation when the ground line on the output side is disconnected.
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。
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）。１対の出力端子Ｔ５、Ｔ６のうち、出力端子Ｔ６は、図２に示すように、接地ラインＷを介してグランドＧに接地される接地端子である。また、１対の出力端子Ｔ３、Ｔ４のうち、出力端子Ｔ４は、スイッチング電源装置１００の外部で出力端子Ｔ６と電気的に接続されており（図示省略）、この出力端子Ｔ４も接地端子である。 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). Of the pair of output terminals T5 and T6, the output terminal T6 is a ground terminal that is grounded to the ground G through the ground line W, as shown in FIG. In addition, of the pair of output terminals T3 and T4, the output terminal T4 is electrically connected to the output terminal T6 outside the switching power supply device 100 (not shown), and this output terminal T4 is also a ground terminal. .
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、制御部９と各コンバータ１０１、１０２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、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、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 D<b>1 is provided between output terminal T<b>3 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Ｓ１が入力される。この外部信号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、外部信号Ｓ１を受けて、許可信号Ｓ２を第２コンバータ１０２へ出力する。この許可信号Ｓ２は、第２コンバータ１０２のスイッチング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。このバックアップ指令信号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（図示省略）をオンさせるための信号である。
The
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。
The
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、第１整流回路２２、第２整流回路２３、出力過電圧検出回路２４、補助巻線電圧検出回路２５、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の出力異常時に電源回路７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。
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、第１整流回路２２、および第２整流回路２３の具体的な回路を示している。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、フィードバック回路２８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、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と直列に接続されている。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。一次巻線Ｌａにはスイッチング回路２０が接続され、主巻線Ｌｂには第１整流回路２２が接続され、補助巻線Ｌｃには第２整流回路２３が接続されている。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の一次巻線Ｌａから主巻線Ｌｂおよび補助巻線Ｌｃへ伝達される。
The
主巻線Ｌｂに接続された第１整流回路２２は、ダイオードＤ３、コンデンサＣ１、抵抗Ｒ１、および抵抗Ｒ２を有しており、これらの後段に出力過電圧検出回路２４が設けられている。ダイオードＤ３は、主巻線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Ｄ３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。抵抗Ｒ１、Ｒ２は、出力端子Ｔ５、Ｔ６間の電圧を分圧する分圧抵抗である。ダイオードＤ３は、主巻線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。抵抗Ｒ１、Ｒ２は、出力端子Ｔ５、Ｔ６間に直列に接続されており、両抵抗の接続点は、出力過電圧検出回路２４の入力端子に接続されている。出力過電圧検出回路２４の出力端子と出力端子Ｔ６との間には、直列に接続された抵抗Ｒ３、Ｒ４が設けられている。これらの抵抗Ｒ３、Ｒ４は、出力過電圧検出回路２４の出力電圧を分圧する分圧抵抗であって、両抵抗の接続点は、制御部９に接続されている。抵抗Ｒ１、Ｒ２は、本発明における「第１分圧回路」の一例であり、抵抗Ｒ３、Ｒ４は、本発明における「第２分圧回路」の一例である。なお、図１では、抵抗Ｒ３、Ｒ４の図示を省略してある。
A
出力過電圧検出回路２４は、抵抗Ｒ１、Ｒ２で分圧された電圧に基づいて、出力端子Ｔ５に発生する過電圧を検出する。出力電圧Ｖ２が異常に上昇して過電圧が検出された場合、過電圧検出回路２４の出力電圧は、停止信号Ｓ４として絶縁回路２６に入力される。この停止信号Ｓ４は、スイッチング回路２０のスイッチング動作を停止させるための信号である。また、過電圧検出回路２４の出力電圧は、抵抗Ｒ３、Ｒ４で分圧され、両抵抗の接続点の電圧Ｖａは、過電圧検出出力として制御部９に入力される。
The output
なお、出力過電圧検出回路２４の過電圧検出出力Ｖａに基づいて、制御部９が許可信号Ｓ２の出力を停止することによっても、スイッチング回路２０のスイッチング動作を停止させることができるが、この場合は、制御部９でのソフトウェア処理に一定時間を要するため、スイッチング動作の停止に遅れが生じる。そこで、ハードウェア構成の出力過電圧検出回路２４が出力する停止信号Ｓ４を用いることにより、過電圧発生時に制御部９を介さずに、スイッチング動作を迅速に停止できるようにしている。
The switching operation of the switching
補助巻線Ｌｃに接続された第２整流回路２３は、ダイオードＤ４とコンデンサＣ２とを有しており、これらの後段に補助巻線電圧検出回路２５が設けられている。ダイオードＤ４は、補助巻線Ｌｃ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Ｃ２は、ダイオードＤ４で整流された直流電圧を平滑するためのコンデンサである。
A
補助巻線電圧検出回路２５は、コンデンサＣ２と並列に接続されており、コンデンサＣ２の両端電圧、すなわち第２整流回路２３の出力電圧を検出する。この出力電圧は、補助巻線Ｌｃに発生する電圧に応じた電圧であるため、以下では「補助巻線電圧」と呼ぶ。補助巻線電圧検出回路２５で検出された補助巻線電圧Ｖｂは、制御部９に入力される。なお、本例では、第２整流回路２３の後段に負荷は接続されておらず、第２整流回路２３は、補助巻線電圧Ｖｂの検出のためだけに設けられているが、第２整流回路２３の後段に負荷を接続してもよいことは言うまでもない。
The auxiliary winding
図１に戻って、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。第１コンバータ１０１の出力電圧Ｖ１の消失や低下が電圧検出回路６で検出されると、制御部９はバックアップ指令信号Ｓ３を出力する。この信号により、バックアップ制御回路８のトランジスタ（図示省略）がオンして、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へ供給する供給路が形成される。
Returning to FIG. 1, the
絶縁回路２６は、入力された信号を電気的に絶縁しつつ出力側へ伝達する回路であって、アイソレータから構成される。絶縁回路２６には、制御部９から出力される許可信号Ｓ２と、出力過電圧検出回路２４から出力される停止信号Ｓ４とが入力され、絶縁回路２６は、これらの信号に基づいて駆動信号Ｓ５を出力する。
The
ＰＷＭ回路２７は、絶縁回路２６からの駆動信号Ｓ５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が目標値となるように、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、上記の構成を備えたスイッチング電源装置１００の動作を説明する。以下では、正常状態、出力過電圧状態、接地ライン断線状態の３つの場合に分けて、それぞれの動作を詳細に説明する。
Next, the operation of the switching
（１）正常状態
図３は、図２の回路が正常に動作している場合の回路状態を示している。正常状態においては、出力端子Ｔ５、Ｔ６間に過電圧は発生しておらず、出力電圧Ｖ２は正常な範囲にある。また、出力端子Ｔ６とグランドＧとを接続している接地ラインＷにも断線は発生しておらず、出力端子Ｔ６はグランドＧに接地された状態にある。図中の「Ｈ」（Ｈｉｇｈ）は、基準値を超える（または基準値以上の）レベルの信号が出力されている状態を示し、「Ｌ」（Ｌｏｗ）は、同信号が出力されていない状態を示している（図４～図８においても同様）。上記基準値は、各信号に対してあらかじめ設定されており、後述の所定値や閾値がこれに該当する。
(1) Normal state FIG. 3 shows the circuit state when the circuit of FIG. 2 operates normally. In a normal state, no overvoltage occurs between the output terminals T5 and T6, and the output voltage V2 is within the normal range. Further, no disconnection has occurred in the ground line W connecting the output terminal T6 and the ground G, and the output terminal T6 is grounded to the ground G. FIG. "H" (High) in the figure indicates a state in which a signal with a level exceeding the reference value (or higher than the reference value) is being output, and "L" (Low) indicates a state in which the same signal is not being output. (also in FIGS. 4 to 8). The reference value is set in advance for each signal, and corresponds to a predetermined value and a threshold, which will be described later.
正常状態では、出力過電圧検出回路２４は過電圧を検出していないので、出力過電圧検出回路２４から出力される停止信号Ｓ４のレベルは、「Ｌ」となっている。また、出力過電圧検出回路２４の過電圧検出出力Ｖａのレベルも、「Ｌ」となっている。一方、正常状態では、スイッチング回路２０が動作して、補助巻線Ｌｃに電圧が発生しているので、補助巻線電圧検出回路２５は、この電圧を検出して補助巻線電圧Ｖｂを制御部９に出力する。このため、補助巻線電圧Ｖｂのレベルは、「Ｈ」となっている。
In a normal state, the output
制御部９は、正常状態においては、外部信号Ｓ１が入力されている間、許可信号Ｓ２を出力し続ける。すなわち、外部信号Ｓ１のレベルが「Ｈ」であれば、許可信号Ｓ２のレベルも「Ｈ」となる。
In a normal state, the
絶縁回路２６は、制御部９から「Ｈ」の許可信号Ｓ２が入力され、出力過電圧検出回路２４から「Ｌ」の停止信号Ｓ４が入力されると、「Ｈ」の駆動信号Ｓ５を出力する。この駆動信号Ｓ５により、ＰＷＭ回路２７が駆動されてスイッチング回路２０がスイッチング動作を行う。
When the
このように、正常状態では、図３および図９Ａの（ａ）に示したように、過電圧検出出力Ｖａが「Ｌ」、補助巻線電圧Ｖｂが「Ｈ」、許可信号Ｓ２が「Ｈ」、停止信号Ｓ４が「Ｌ」となる結果、駆動信号Ｓ５が「Ｈ」となって、通常のスイッチング動作が行われる。図１０（ａ）は、この場合の判定ロジックを論理回路で示したものである。なお、制御部９における判定は、実際にはソフトウェアにより行われる（以下同様）。
Thus, in the normal state, as shown in FIGS. 3 and 9A, the overvoltage detection output Va is "L", the auxiliary winding voltage Vb is "H", the permission signal S2 is "H", As a result of the stop signal S4 becoming "L", the driving signal S5 becomes "H" and normal switching operation is performed. FIG. 10(a) shows the determination logic in this case as a logic circuit. Note that the determination in the
（２）出力過電圧状態
図４は、図２の回路で出力端子Ｔ５、Ｔ６間に過電圧が発生した場合の回路状態を示している。出力過電圧状態においては、第２コンバータ１０２の出力電圧Ｖ２が過大となって規定値を超えるが、接地ラインＷに断線は発生していない。
(2) Output Overvoltage State FIG. 4 shows a circuit state when an overvoltage occurs between the output terminals T5 and T6 in the circuit of FIG. In the output overvoltage state, the output voltage V2 of the
この状態では、出力過電圧検出回路２４が過電圧を検出して、「Ｈ」の停止信号Ｓ４を出力する。また、出力過電圧検出回路２４の過電圧検出出力Ｖａのレベルも「Ｈ」となる。停止信号Ｓ４が「Ｈ」になることで、絶縁回路２６から出力される駆動信号Ｓ５は「Ｌ」となり、スイッチング回路２０のスイッチング動作が停止する。その結果、補助巻線Ｌｃの電圧が低下するので、補助巻線電圧検出回路２５が検出した補助巻線電圧Ｖｂは「Ｌ」となる。
In this state, the output
制御部９は、「Ｈ」の過電圧検出出力Ｖａと、「Ｌ」の補助巻線電圧Ｖｂとが入力されると、許可信号Ｓ２のレベルを「Ｌ」にして、許可信号Ｓ２の出力を停止する。このため、絶縁回路２６から出力される駆動信号Ｓ５は「Ｌ」を維持し、スイッチング回路２０の動作が停止した状態が継続するので、出力端子Ｔ５、Ｔ６に接続された負荷（図示省略）を、過電圧から保護することができる。これは、通常の過電圧保護機能である。
When receiving the "H" overvoltage detection output Va and the "L" auxiliary winding voltage Vb, the
このように、出力過電圧状態では、図４および図９Ａの（ｂ）に示したように、過電圧検出出力Ｖａが「Ｈ」、補助巻線電圧Ｖｂが「Ｌ」、許可信号Ｓ２が「Ｌ」、停止信号Ｓ４が「Ｈ」となる結果、駆動信号Ｓ５が「Ｌ」となって、スイッチング動作が停止する。図１０（ｂ）は、この場合の判定ロジックを論理回路で示したものである。 Thus, in the output overvoltage state, as shown in (b) of FIG. 4 and FIG. 9A, the overvoltage detection output Va is "H", the auxiliary winding voltage Vb is "L", and the permission signal S2 is "L". , the stop signal S4 becomes "H", the drive signal S5 becomes "L", and the switching operation is stopped. FIG. 10(b) shows the determination logic in this case as a logic circuit.
（３）接地ライン断線状態
図５は、図２の回路で接地ラインＷが断線した場合の回路状態を示している。接地ライン断線状態においては、第２コンバータ１０２の出力電圧Ｖ２は規定値を超えておらず、過電圧は発生していないが、出力端子Ｔ６（接地端子）がグランドＧから浮いた状態となる。
(3) Ground Line Disconnection State FIG. 5 shows the circuit state when the ground line W is disconnected in the circuit of FIG. In the ground line disconnection state, the output voltage V2 of the
この状態では、出力過電圧検出回路２４は過電圧を検出しないので、停止信号Ｓ４は「Ｌ」である。一方、接地ラインＷの断線によって、出力端子Ｔ６がグランドＧから切り離されるので、グランドＧに対するＰ点の電位が上昇する。これに応じて、抵抗Ｒ３、Ｒ４の接続点の電位、すなわち過電圧検出出力Ｖａの電圧レベルが上昇して所定値を超えるので、過電圧検出出力Ｖａは「Ｈ」となる。また、停止信号Ｓ４は上記のとおり「Ｌ」であるから、スイッチング回路２０はスイッチング動作を行っており、したがって補助巻線Ｌｃには電圧が発生している。このため、補助巻線電圧検出回路２５が検出した補助巻線電圧Ｖｂも「Ｈ」となる。
In this state, the output
制御部９は、「Ｈ」の過電圧検出出力Ｖａと、「Ｈ」の補助巻線電圧Ｖｂとが入力されると、許可信号Ｓ２のレベルを「Ｈ」にして、許可信号Ｓ２を出力する。その結果、絶縁回路２６から出力される駆動信号Ｓ５は「Ｈ」となり、スイッチング回路２０は通常のスイッチング動作を行う。これにより、接地ラインＷの断線時に、出力に過電圧が発生したと誤判断してスイッチング動作が停止し、出力電圧Ｖ２が出力されなくなるのを防止することができる。
When receiving the "H" overvoltage detection output Va and the "H" auxiliary winding voltage Vb, the
このように、接地ライン断線状態では、図５および図９Ａの（ｃ）に示したように、過電圧検出出力Ｖａが「Ｈ」、補助巻線電圧Ｖｂが「Ｈ」、許可信号Ｓ２が「Ｈ」、停止信号Ｓ４が「Ｌ」となる結果、駆動信号Ｓ５が「Ｈ」となって、スイッチング動作が行われる。図１０（ｃ）は、この場合の判定ロジックを論理回路で示したものである。 In this way, in the state of disconnection of the ground line, as shown in (c) of FIG. 5 and FIG. , the stop signal S4 becomes "L", the driving signal S5 becomes "H", and the switching operation is performed. FIG. 10(c) shows the determination logic in this case as a logic circuit.
図６～図８は、従来の回路における正常状態、出力過電圧状態、および接地ライン断線状態を示している。各図において、図３～図５と同一の部分には同一の符号を付してある。 6 to 8 show the normal state, the output overvoltage state, and the ground line disconnection state in the conventional circuit. In each figure, the same parts as in FIGS. 3 to 5 are denoted by the same reference numerals.
図６～図８において、図３～図５と異なる点は、図３～図５の補助巻線電圧検出回路２５が設けられておらず、したがって補助巻線電圧Ｖｂが制御部９に入力される構成にもなっていないことである。
6 to 8 differ from FIGS. 3 to 5 in that the auxiliary winding
従来の場合、正常状態では、図６および図９Ｂの（ａ）に示したように、過電圧検出出力Ｖａが「Ｌ」、許可信号Ｓ２が「Ｈ」、停止信号Ｓ４が「Ｌ」となる結果、駆動信号Ｓ５が「Ｈ」となって、通常のスイッチング動作が行われる。図１１（ａ）は、この場合の判定ロジックを論理回路で示したものである。 In the conventional case, in the normal state, the overvoltage detection output Va is "L", the permission signal S2 is "H", and the stop signal S4 is "L", as shown in (a) of FIGS. 6 and 9B. , the driving signal S5 becomes "H" and normal switching operation is performed. FIG. 11(a) shows the determination logic in this case as a logic circuit.
また、出力過電圧状態では、図７および図９Ｂの（ｂ）に示したように、過電圧検出出力Ｖａが「Ｈ」、許可信号Ｓ２が「Ｌ」、停止信号Ｓ４が「Ｈ」となる結果、駆動信号Ｓ５が「Ｌ」となって、スイッチング動作が停止する。図１１（ｂ）は、この場合の判定ロジックを論理回路で示したものである。 In addition, in the output overvoltage state, as shown in (b) of FIG. 7 and FIG. 9B, the overvoltage detection output Va becomes "H", the permission signal S2 becomes "L", and the stop signal S4 becomes "H". The drive signal S5 becomes "L" and the switching operation stops. FIG. 11(b) shows the determination logic in this case as a logic circuit.
また、接地ライン断線状態では、図８および図９Ｂの（ｃ）に示したように、過電圧検出出力Ｖａが「Ｈ」、許可信号Ｓ２が「Ｌ」、停止信号Ｓ４が「Ｌ」となる結果、駆動信号Ｓ５が「Ｌ」となって、スイッチング動作が停止する。図１１（ｃ）は、この場合の判定ロジックを論理回路で示したものである。 Further, in the ground line disconnection state, as shown in (c) of FIGS. 8 and 9B, the overvoltage detection output Va becomes "H", the enable signal S2 becomes "L", and the stop signal S4 becomes "L". , the driving signal S5 becomes "L" and the switching operation stops. FIG. 11(c) shows the determination logic in this case as a logic circuit.
図１０と図１１との比較からわかるように、「正常状態」と「出力過電圧状態」に関しては、従来の場合も本発明の場合も、ともに駆動信号Ｓ５の出力状態は同じである。しかるに、「接地ライン断線状態」に関しては、本発明の場合は、駆動信号Ｓ５が「Ｈ」となるのに対し、従来の場合は、駆動信号Ｓ５が「Ｌ」となる。したがって、従来の場合は、接地ラインＷの断線時に、出力電圧Ｖ２が過電圧でないにもかかわらず、駆動信号Ｓ５が「Ｌ」となるので、スイッチング回路２０のスイッチング動作が停止してしまい、誤動作が発生する。一方、本発明の場合は、出力電圧Ｖ２が過電圧でなければ、駆動信号Ｓ５は正常状態と同じ「Ｈ」を維持するので、接地ラインＷの断線時に、スイッチング回路２０のスイッチング動作が停止するという事態は起こらない。
As can be seen from the comparison between FIGS. 10 and 11, regarding the "normal state" and the "output overvoltage state", the output state of the drive signal S5 is the same in both the conventional case and the present invention. However, regarding the "ground line disconnection state", the drive signal S5 is "H" in the case of the present invention, whereas the drive signal S5 is "L" in the conventional case. Therefore, in the conventional case, when the ground line W is disconnected, the drive signal S5 becomes "L" even though the output voltage V2 is not overvoltage, so that the switching operation of the switching
このような違いが生じる理由は、図１０（ｃ）と図１１（ｃ）との比較から明らかである。従来は、図１１（ｃ）に示したように、制御部９において、外部信号Ｓ１と過電圧検出出力Ｖａだけを判定要素として、許可信号Ｓ２を出力するので、外部信号Ｓ１が「Ｈ」の状態で、接地ラインＷが断線して過電圧検出出力Ｖａが「Ｈ」になると、許可信号Ｓ２が「Ｌ」となる結果、駆動信号Ｓ５は「Ｌ」となる。これに対して、本発明では、図１０（ｃ）に示したように、外部信号Ｓ１と過電圧検出出力Ｖａに加えて、補助巻線電圧Ｖｂも判定要素として、許可信号Ｓ２を出力するので、接地ラインＷの断線時に過電圧検出出力Ｖａが「Ｈ」になっても、補助巻線電圧Ｖｂが「Ｈ」となる結果、許可信号Ｓ２は「Ｈ」となり、駆動信号Ｓ５も「Ｈ」となる。
The reason why such a difference occurs is clear from a comparison between FIG. 10(c) and FIG. 11(c). Conventionally, as shown in FIG. 11(c), the
以上説明したように、本実施形態のスイッチング電源装置１００によれば、出力過電圧検出回路２４の過電圧検出出力Ｖａが所定値を超えていて（「Ｈ」の状態）、かつ補助巻線電圧Ｖｂが閾値未満（「Ｌ」の状態）であれば、制御部９が許可信号Ｓ２を停止するので、過電圧が発生した場合は、スイッチング回路２０のスイッチング動作を停止させて、通常の過電圧保護を行うことができる。一方、出力過電圧検出回路２４の過電圧検出出力Ｖａが所定値を超えていても、補助巻線電圧Ｖｂが閾値以上（「Ｈ」の状態）であれば、制御部９が許可信号Ｓ２を出力するので、接地ラインＷが断線した場合に、スイッチング回路２０のスイッチング動作が停止することはない。したがって、接地ラインＷの断線時に出力過電圧の誤検出を防止して、スイッチング動作を正常に行わせることができる。
As described above, according to 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.
前記実施形態では、第２コンバータ１０２における各部の構成や動作について述べたが、第１コンバータ１０１に、第２コンバータ１０２と同様の構成を設けてもよく、両方のコンバータ１０１、１０２に同様の構成を設けてもよい。また、本発明は、２つのコンバータを備えたスイッチング電源装置１００に限らず、単一のコンバータのみを備えたスイッチング電源装置や、３つ以上のコンバータを備えたスイッチング電源装置にも適用することができる。
Although the configuration and operation of each part of the
前記実施形態では、過電圧が発生した場合に、出力過電圧検出回路２４が、過電圧検出出力Ｖａと停止信号Ｓ４とをそれぞれ出力する例を挙げたが、出力過電圧検出回路２４が、過電圧検出出力Ｖａのみを出力するようにしてもよい。この場合は、過電圧発生時に、制御部９を介してスイッチング回路２０のスイッチング動作を停止させることになるが、制御部９の処理速度が高速である場合は、このような実施形態の採用も可能である。
In the above embodiment, when an overvoltage occurs, the output
前記実施形態では、停止信号Ｓ４と過電圧検出出力Ｖａとが別の信号であったが、停止信号Ｓ４と過電圧検出出力Ｖａとは同じ信号であってもよい。したがって、過電圧検出出力Ｖａを停止信号として絶縁回路２６に与えてもよいし、停止信号Ｓ４を過電圧検出出力として制御部９に与えてもよい。
In the above embodiment, the stop signal S4 and the overvoltage detection output Va are different signals, but the stop signal S4 and the overvoltage detection output Va may be the same signal. Therefore, the overvoltage detection output Va may be given to the insulating
前記実施形態では、制御部９は、過電圧発生時に許可信号Ｓ２の出力を停止することによって、スイッチング動作を停止させたが、過電圧発生時に許可信号Ｓ２とは別の禁止信号を出力することにより、スイッチング動作を停止させてもよい。
In the above-described embodiment, the
前記実施形態では、絶縁回路２６から出力される駆動信号Ｓ５をＰＷＭ回路２７へ与えることにより、スイッチング回路２０のスイッチング動作を制御したが、駆動信号Ｓ５を直接スイッチング回路２０へ与えることにより、スイッチング動作を制御してもよい。
In the above embodiment, the switching operation of the switching
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、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、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
９ 制御部
２０ スイッチング回路
２１ 絶縁トランス
２２ 第１整流回路
２３ 第２整流回路
２４ 出力過電圧検出回路
２５ 補助巻線電圧検出回路
２６ 絶縁回路
２７ ＰＷＭ回路
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
Ｌａ 一次巻線
Ｌｂ 二次巻線（主巻線）
Ｌｃ 二次巻線（補助巻線）
Ｔ５ 出力端子
Ｔ６ 出力端子（接地端子）
Ｓ２ 許可信号
Ｓ４ 停止信号
Ｓ５ 駆動信号
Ｇ グランド
Ｖａ 過電圧検出出力
Ｖｂ 補助巻線電圧
Ｗ 接地ライン
9
Lc secondary winding (auxiliary winding)
T5 output terminal T6 output terminal (ground terminal)
S2 enable signal S4 stop signal S5 drive signal G ground Va overvoltage detection output Vb auxiliary winding voltage W ground line
Claims (7)
前記コンバータは、
前記直流電圧をスイッチングするスイッチング回路と、
前記スイッチング回路でスイッチングされて交流に変換された電圧を整流する整流回路と、
前記スイッチング回路と前記整流回路との間に設けられ、前記スイッチング回路が接続された一次巻線、および前記整流回路が接続された二次巻線を有する絶縁トランスと、
前記整流回路で整流された電圧を出力する１対の出力端子と、
を含むスイッチング電源装置において、
前記絶縁トランスの二次巻線は、主巻線と補助巻線とからなり、
前記整流回路は、前記主巻線と前記出力端子との間に設けられた第１整流回路と、前記補助巻線に接続された第２整流回路とからなり、
前記出力端子の一方は、接地ラインを介してグランドに接地される接地端子であり、
前記出力端子の他方に発生する過電圧を検出する出力過電圧検出回路と、
前記第２整流回路の出力電圧である補助巻線電圧を検出する補助巻線電圧検出回路と、をさらに備え、
前記制御部には、前記出力過電圧検出回路からの過電圧検出出力と、前記補助巻線電圧検出回路からの前記補助巻線電圧とが入力され、
前記制御部は、
前記過電圧検出出力が所定値を超えている場合に、前記補助巻線電圧が閾値未満であれば、前記スイッチング回路を動作させるための許可信号の出力を停止し、前記補助巻線電圧が閾値以上であれば、前記許可信号を出力する、ことを特徴とするスイッチング電源装置。 A converter that switches an input DC voltage and converts it to a stepped-down or stepped-up DC voltage, and a control unit that controls the operation of the converter,
The converter is
a switching circuit for switching the DC voltage;
a rectifying circuit for rectifying the voltage converted to alternating current by switching in the switching circuit;
an isolation transformer provided between the switching circuit and the rectifying circuit and having a primary winding connected to the switching circuit and a secondary winding connected to the rectifying circuit;
a pair of output terminals for outputting the voltage rectified by the rectifier circuit;
In a switching power supply comprising
the secondary winding of the isolation transformer consists of a main winding and an auxiliary winding,
The rectifying circuit comprises a first rectifying circuit provided between the main winding and the output terminal, and a second rectifying circuit connected to the auxiliary winding,
one of the output terminals is a ground terminal that is grounded via a ground line;
an output overvoltage detection circuit that detects an overvoltage generated at the other of the output terminals;
an auxiliary winding voltage detection circuit that detects an auxiliary winding voltage that is the output voltage of the second rectifier circuit,
The control unit receives an overvoltage detection output from the output overvoltage detection circuit and the auxiliary winding voltage from the auxiliary winding voltage detection circuit,
The control unit
When the overvoltage detection output exceeds a predetermined value and the auxiliary winding voltage is less than a threshold, the output of a permission signal for operating the switching circuit is stopped, and the auxiliary winding voltage exceeds the threshold. A switching power supply device characterized by outputting the permission signal.
前記出力過電圧検出回路は、前記過電圧の発生を検出したときに、前記スイッチング回路の動作を前記制御部を介さずに停止させるための停止信号を出力する、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 switching power supply device according to claim 1, wherein the output overvoltage detection circuit outputs a stop signal for stopping the operation of the switching circuit without going through the control unit when the occurrence of the overvoltage is detected.
前記停止信号は、前記過電圧検出出力とは別の信号である、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 2,
The switching power supply device, wherein the stop signal is a signal different from the overvoltage detection output.
前記停止信号は、前記過電圧検出出力と同じ信号である、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 2,
The switching power supply device, wherein the stop signal is the same signal as the overvoltage detection output.
前記スイッチング回路は、
前記制御部から前記許可信号が出力されており、かつ前記出力過電圧検出回路から前記停止信号が出力されていないときは、スイッチング動作を行い、
前記制御部から前記許可信号が出力されておらず、かつ前記出力過電圧検出回路から前記停止信号が出力されているときは、スイッチング動作を停止する、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 any one of claims 2 to 4,
The switching circuit is
performing a switching operation when the permission signal is output from the control unit and the stop signal is not output from the output overvoltage detection circuit;
A switching power supply device that stops a switching operation when the permission signal is not output from the control unit and the stop signal is output from the output overvoltage detection circuit.
前記１対の出力端子間の電圧を分圧する第１分圧回路と、
前記出力過電圧検出回路の出力電圧を分圧する第２分圧回路と、をさらに備え、
前記出力過電圧検出回路は、前記第１分圧回路で分圧された電圧に基づいて前記過電圧を検出し、
前記停止信号は、前記出力過電圧検出回路の前記出力電圧であり、
前記過電圧検出出力は、前記第２分圧回路で分圧された電圧である、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 2, claim 3 or claim 5,
a first voltage dividing circuit that divides the voltage between the pair of output terminals;
a second voltage dividing circuit that divides the output voltage of the output overvoltage detection circuit;
The output overvoltage detection circuit detects the overvoltage based on the voltage divided by the first voltage dividing circuit,
The stop signal is the output voltage of the output overvoltage detection circuit,
The switching power supply device, wherein the overvoltage detection output is a voltage divided by the second voltage dividing circuit.
前記制御部は、前記許可信号の出力を停止することに代えて、前記許可信号とは別の禁止信号を出力する、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 any one of claims 1 to 6,
The switching power supply device according to claim 1, wherein the control unit outputs a prohibition signal different from the permission signal instead of stopping the output of the permission signal.
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