JPH08223935A

JPH08223935A - 電源装置

Info

Publication number: JPH08223935A
Application number: JP7026632A
Authority: JP
Inventors: Shojiro Kido; 正二郎木戸; Noriyuki Satou; 規幸佐藤; Takashi Kanbara; 隆神原; Yoshitaka Taga; 義高多賀
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1995-02-15
Filing date: 1995-02-15
Publication date: 1996-08-30

Abstract

(57)【要約】【目的】負電圧のサージ電圧に対する保護を行うこと
ができると共に、直流電源の逆接続に対する主回路およ
び保護回路の性能の劣化を防止し、保護回路での電圧降
下や電力消費を抑制した電源装置を提供する。【構成】エンハンスメント形のＭＯＳＦＥＴよりなり
ドレイン・ソース間に存在する寄生ダイオードが順方向
となるように直流電源Ｅと主回路１との間に挿入された
スイッチ素子Ｑ１を備える。直流電源Ｅの極性が逆極性
であると、スイッチ素子Ｑ１をオフする。また、直流
電源Ｅの極性が逆極性であり負のサージ電圧が印加され
ると、スイッチング素子Ｑ１のゲート・ドレイン間に接
続された、ツェナーダイオードＺＤ２とダイオードＤ３
とで構成されるスイッチング素子保護回路４でスイッチ
素子Ｑ１を強制的にオンする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電源装置に関するもので
あり、更に詳しくは、主として車載用のバッテリ等の比
較的低電圧の直流電源を交流電力に変換して負荷に供給
する電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、車載用のバッテリ等の直流電源
を入力とする電源装置では、直流電源の極性を誤って逆
接続したときの電源装置の故障を防止するために保護回
路を備えている。この種の保護回路としては、図６に示
すように、直流電源Ｅと直流電源Ｅを交流電力に変換し
て負荷Ｚに供給する主回路１との間に順方向に挿入した
ダイオードＤ１を用いた構成が考えられている。主回路
１は、直流電源Ｅを断続させてトランスなどによって昇
圧、降圧する電源回路１ａと、電源回路１ａの出力を交
流電力に変換するインバータ回路１ｂとにより構成され
る。

【０００３】しかしながら、この種の電源装置では、主
回路１への入力電流が１０Ａ以上の大電流になることも
あり、このような大電流が流れるとダイオードＤ１での
電圧降下および消費電力が問題になる。すなわち、電圧
降下の比較的小さいショットキーダイオードをダイオー
ドＤ１として用いたとしても、ダイオードＤ１での降下
電圧は０．６〜１．０Ｖであって、上述したような大電
流が流れる場合には、ダイオードＤ１での消費電力が数
Ｗ〜十数Ｗ程度と大きくなるのであって、電源装置全体
としての効率が低下するという問題が生じるのである。
また、直流電源Ｅが比較的低電圧であるときには、直流
電源Ｅの電圧に対するダイオードＤ１での電圧降下分の
割合が大きくなり、主回路１の入力電圧（コンデンサＣ
１の両端電圧）の低下率が大きくなるから、ダイオード
Ｄ１を用いていない場合に比較して効率が大幅に低下す
ることになる。

【０００４】このような問題を解決するために、図７に
示す様にダイオードＤ１に代えて低耐圧のバイポーラト
ランジスタＴｒのコレクタ・エミッタ間を直流電源Ｅと
主回路１との間に挿入し、逆接続検出回路によって直流
電源Ｅの接続極性が逆極性であることが検出されたとき
にバイポーラトランジスタＴｒをオフにする構成が考え
られる。しかしながら、バイポーラトランジスタＴｒは
電流駆動であるから、入力電流が大きいとベース電流も
大きくする必要があり、結局はバイポーラトランジスタ
Ｔｒでの消費電力が大きくなって電源装置の全体として
の効率が低下するという問題が生じる。また、ベース電
流が大きいから、バイポーラトランジスタＴｒにベース
電流を与えて駆動する逆接続検出回路の出力電流を大き
くすることが必要であり、このことも効率低下につなが
るという問題がある。

【０００５】上述したようなダイオードＤ１やバイポー
ラトランジスタＴｒの欠点を解決するには、図８に示す
様にバイポーラトランジスタＴｒの代わりに電圧駆動で
あるエンハンスメント形のＭＯＳＦＥＴよりなるスイッ
チング素子Ｑ０を用いることが考えられる（特開昭６０
−２３５５３１号公報）。このスイッチング素子Ｑ０は
ｎチャンネルであって、ドレインが直流電源Ｅの正極に
接続されソースが主回路１に接続される。

【０００６】この構成ではスイッチング素子Ｑ０のオン
抵抗が小さいものであるから、大電流が流れてもショッ
トキーダイオードに比較して電圧降下が小さく（オン抵
抗はたとえば２０ｍΩであるから、１０Ａに対して電圧
降下は０．２Ｖになる）、しかも電圧駆動であるから駆
動回路の消費電力も小さくなる。

【０００７】しかしながら、エンハンスメント形のＭＯ
ＳＦＥＴにはドレイン・ソース間にボディダイオードＤ
０が存在し、このボディダイオードＤ０は直流電源Ｅに
対して逆方向の極性を有している。したがって、直流電
源の極性を誤って逆接続した場合には、直流電圧Ｅの負
極→主回路１→ボディダイオードＤ０→直流電源Ｅの正
極という経路で電流が流れ、主回路１への入力電圧の変
動を抑制するために主回路１の入力端間に設けた電解コ
ンデンサのような極性を有するコンデンサＣ１やエンハ
ンスメント形のＭＯＳＦＥＴの性能が劣化するおそれが
あるという問題を有している。

【０００８】このような問題を解決する手段として、本
願出願人が出願した特願平５ー１６６３５８号に示した
ものがあり、その回路図を図９に示す。

【０００９】本回路では、直流電源Ｅの負極とコンデン
サＣ１の負極側の一端との間にはｎチャンネルのエンハ
ンスメント形のＭＯＳＦＥＴ（以下第１のスイッチング
素子と呼ぶ。）Ｑ１のドレイン・ソース間を挿入し、第
１のスイッチング素子Ｑ１（以下、スイッチング素子Ｑ
１と呼ぶ。）のソースをコンデンサＣ１の負極に接続
し、ドレインを直流電源Ｅの負極に接続し、抵抗Ｒ１を
スイッチング素子Ｑ１のゲートに直接接続し、スイッチ
ング素子Ｑ１のゲート・ソース間に抵抗Ｒ２及びツェナ
ーダイオードＺＤ１を並列接続したものである。

【００１０】この様にスイッチング素子Ｑ１と抵抗Ｒ
１，Ｒ２とツェナーダイオードＺＤ１とから保護回路３
が構成される。

【００１１】上記構成では、ツェナーダイオードＺＤ１
により規定された電圧以上の直流電源Ｅが正常に接続さ
れると、スイッチング素子Ｑ１のゲート電位がソース電
位よりも高くなるのでスイッチング素子Ｑ１がオンす
る。すなわち、主回路１に給電される。このとき、スイ
ッチング素子Ｑ１での電圧降下は少なく、スイッチング
素子Ｑ１に大電流が通過してもスイッチング素子Ｑ１で
の電力消費は少なくなり効率の低下がほとんど生じな
い。

【００１２】一方、直流電源Ｅが逆極性で接続される
と、スイッチング素子Ｑ１のゲート電位がソース電位よ
りも低くなるからスイッチング素子Ｑ１がオフして、主
回路１に対して直流電源Ｅから給電されなくなり主回路
１が保護される。また、スイッチング素子Ｑ１の内部の
ボディダイオードＤ２は、コンデンサＣ１の負極側がア
ノードになっているから、スイッチング素子Ｑ１に対し
て電流が流れることがなく、またコンデンサＣ１に対し
ても逆極性の電圧が印加されることがないから、スイッ
チング素子Ｑ１やコンデンサＣ１の特性の劣化が生じな
い。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記図６，図
９に示した従来例には以下の様な問題点が生じる。

【００１４】車載用のバッテリ等の直流電源を入力とす
る電源装置では、比較的高電圧（例えば定格１２ＶＤ
Ｃ）を入力電源とする。その為に、大きな入力電流が流
れ、図１０に示す様な大きなサージ電圧が発生し、ダイ
オードＤ１，Ｄ２には定格電圧の数倍（約５倍）の負電
圧のサージ電圧が印加され、ダイオードＤ１，Ｄ２に大
きなストレスがかかってしまう。よって、ダイオードＤ
１，Ｄ２は電圧耐量の比較的大きなものを使用する必要
があった。

【００１５】ところで電圧耐量の比較的大きなダイオー
ドＤ１，Ｄ２はオン電圧及びオン抵抗が大きいので、ダ
イオードＤ１，Ｄ２でのロスも増加し、全体の効率が低
下してしまう。本発明は、上記問題点を鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、負電圧のサージ電
圧に対する保護を行うことができると共に、直流電源の
逆接続に対する主回路および保護回路の性能の劣化を防
止し、保護回路での電圧降下や電力消費を抑制した電源
装置を提供することである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、請求項１記載の発明によれば、直流電源を交流電
力に変換して負荷に給電する主回路と、直流電源の主回
路への電圧印加極性を検出して逆極性であるときに主回
路への給電を停止する保護回路とを備え、保護回路は、
エンハンスメント形のＭＯＳＦＥＴよりなりドレイン・
ソース間に存在するボディダイオードが順方向となるよ
うに直流電源と主回路との間に挿入された第１のスイッ
チング素子を有し、直流電源の電圧印加極性が逆極性で
あると第１のスイッチング素子をオフに制御するもので
ある電源装置に於て、直流電源の電圧印加極性に対して
逆極性のサージ電圧が発生すると、サージ電圧を検出し
て第１のスイッチング素子をオンに制御するスイッチン
グ素子保護回路を設けたことを特徴とする。

【００１７】請求項２記載の発明によれば、エンハンス
メント形のＭＯＳＦＥＴよりなりドレイン・ソース間に
存在するボディダイオードが順方向となるように直流電
源に並列に接続された第２のスイッチング素子を有する
帰還回路を設け、帰還回路は、直流電源の電圧印加極性
に対して逆極性のサージ電圧が発生すると、サージ電圧
を検出し、サージ電圧を充電して直流電源へ帰還するも
のであることを特徴とする。

【００１８】請求項３記載の発明によれば、エンハンス
メント形のＭＯＳＦＥＴよりなりドレイン・ソース間に
存在するボディダイオードが順方向となるように直流電
源と主回路との間に挿入された第３のスイッチング素子
を有する帰還回路を設け、帰還回路は、直流電源の電圧
印加極性に対して逆極性のサージ電圧が発生すると、サ
ージ電圧を検出し、サージ電圧を充電して主回路へ帰還
するものであることを特徴とする。

【００１９】

【作用】請求項１記載の発明によれば、直流電源が正常
に接続されると、第１のスイッチング素子がオンして主
回路へ給電される。直流電源が逆極性で接続されると、
第１のスイッチング素子Ｑ１がオフして、直流電源より
主回路へ給電されなくなり主回路が保護される。また、
直流電源が逆極性で接続され、負のサージ電圧が印加さ
れると、スイッチング素子保護回路で負のサージ電圧を
検出し、第１のスイッチング素子を強制的にオンする。

【００２０】請求項２記載の発明によれば、直流電源が
正常に接続されると、第１のスイッチング素子がオンし
て主回路へ給電される。直流電源が逆極性で接続される
と、第１のスイッチング素子Ｑ１がオフして、直流電源
より主回路へ給電されなくなり主回路が保護される。ま
た、直流電源が逆極性で接続され、負のサージ電圧が印
加されると、帰還回路で負のサージ電圧を検出し、第２
のスイッチング素子を強制的にオンし、負のサージ電圧
を充電する。そして充電された負のサージ電圧を直流電
源に帰還する。

【００２１】請求項３記載の発明によれば、直流電源が
正常に接続されると、第１のスイッチング素子がオンし
て主回路へ給電される。直流電源が逆極性で接続される
と、第１のスイッチング素子Ｑ１がオフして、直流電源
より主回路へ給電されなくなり主回路が保護される。ま
た、直流電源が逆極性で接続され、負のサージ電圧が印
加されると、帰還回路で負のサージ電圧を検出し、第３
のスイッチング素子を強制的にオンし、負のサージ電圧
を充電する。そして充電された負のサージ電圧を主回路
に帰還する。

【００２２】

【実施例】

（実施例１）本発明に係る第１実施例の回路図を図１に
示す。

【００２３】図９に示した従来例と異なる点は、スイッ
チング素子Ｑ１のゲート・ドレイン間に、ツェナーダイ
オードＺＤ２とダイオードＤ３との直列回路を接続する
と共に、ツェナーダイオードＺＤ３のカソードをスイッ
チング素子Ｑ１のドレインに、ダイオードＤ３のカソー
ドをスイッチング素子Ｑ１のゲートに接続したことであ
り、その他の従来例と同一構成には同一符号を付すこと
により説明を省略する。

【００２４】この様にツェダイオードＺＤ２とＤ３とで
スイッチング素子保護回路４を構成する。

【００２５】次に動作を簡単に説明する。ツェナーダイ
オードＺＤ１により規定された電圧以上の直流電源Ｅが
正常に接続されると、スイッチング素子Ｑ１のゲート電
位がソース電位よりも高くなるのでスイッチング素子Ｑ
１がオンする。すなわち、主回路１に給電される。この
ときスイッチング素子Ｑ１にはサージ電圧は印加されな
い。

【００２６】一方、直流電源Ｅが逆極性で接続され、ツ
ェナーダイオードＺＤ２により規定された電圧以上の負
電圧のサージ電圧が印加されると、ツェナーダイオード
ＺＤ２がオンしてスイッチング素子Ｑ１のゲート電位を
ソース電位よりも高く上昇させ、スイッチング素子Ｑ１
を強制的にオンさせる。

【００２７】（実施例２）本発明に係る第２実施例の回
路図を図２に示す。

【００２８】図１に示した第１実施例と異なる点は、直
流電源Ｅの電圧を抵抗Ｒ３，Ｒ４で分圧した電圧Ｖ１と
基準電圧Ｖｒｅｆとを比較器ＣＯ１で比較出力し、比較
器ＣＯ１の出力によりスイッチング素子Ｑ１を制御する
様にしたことであり、その他の第１実施例と同一構成に
は同一符号を付すことにより説明を省略する。

【００２９】次に動作を簡単に説明する。いま、直流電
源Ｅの極性、電圧がともに正常であって電圧Ｖ１が基準
電圧Ｖｒｅｆよりも高けくなると、比較器ＣＯ１の出力
はＨレベルになり、スイッチング素子Ｑ１のゲート電位
がソース電位よりも高くなるのでスイッチング素子Ｑ１
はオンになり、主回路１に給電される。

【００３０】一方、直流電源Ｅの極性は正常であるがコ
ンデンサＣ１の両端電圧よりも低くなる、つまり電圧Ｖ
１が基準電圧Ｖｒｅｆよりも低くなると、比較器ＣＯ１
の出力がＬレベルになってスイッチング素子Ｑ１のゲー
ト電位がソース電位よりも低くなるので、強制的にスイ
ッチング素子Ｑ１がオフし、主回路１への給電が停止す
る。

【００３１】この様に構成したことにより、直流電源Ｅ
の電圧がコンデンサＣ１の両端電圧よりも小さくなった
場合に、コンデンサＣ１から直流電源Ｅへと電荷が移動
するのを防止する、つまりコンデンサＣ１の両端電圧が
低下することを防止することができる。

【００３２】（実施例３）本発明に係る第３実施例の回
路図を図３に示す。

【００３３】図１に示した第１実施例と異なる点は、直
流電源Ｅの両端に第２のスイッチング素子Ｑ２（以下、
スイッチング素子Ｑ２と呼ぶ。），コンデンサＣ２から
なる直列回路を並列接続し、スイッチング素子Ｑ２のド
レインをコンデンサＣ２の一端に、ソースを直流電源Ｅ
の正極側に接続し、スイッチング素子Ｑ２のゲート・ソ
ース間に抵抗Ｒ６を接続し、スイッチング素子Ｑ２のゲ
ートにツェナーダイオードＺＤ３のアノードを、ツェナ
ーダイオードＺＤ３のカソードを直流電源Ｅの負極側に
接続してなる帰還回路５を設けたたことであり、その他
の第１実施例と同一構成には同一符号を付すことにより
説明を省略する。次に動作を説明する。

【００３４】直流電源Ｅが逆極性で接続され、ツェナー
ダイオードＺＤ３により規定された電圧以上の負電圧の
サージ電圧が印加されると、スイッチング素子Ｑ２のゲ
ート電位がソース電位よりも高くなってスイッチング素
子Ｑ２がオンし、負電圧のサージ電圧がスイッチング素
子Ｑ２を介してコンデンサＣ２に充電される。つまりサ
ージのエネルギーがコンデンサＣ２に吸収され、負電圧
のサージ電圧が低下する。そして、コンデンサＣ２に充
電された電荷がスイッチング素子Ｑ２のボディダイオー
ドＤ４を介して直流電源Ｅ側へ帰還される。

【００３５】（実施例４）本発明に係る第４実施例の回
路図を図４に示す。

【００３６】図３に示した第３実施例と異なる点は、コ
ンデンサＣ２と直流電源Ｅの負極側との間にダイオード
Ｄ５を、アノードが直流電源Ｅの負極側になる様に挿入
し、ダイオードＤ５のカソードとダイオードＤ１のカソ
ードとの間にダイオードＤ６を、アノードがダイオード
Ｄ５のカソード側になる様に挿入したことであり、その
他の第３実施例と同一構成には同一符号を付すことによ
り説明を省略する。

【００３７】本実施例では、負電圧のサージ電圧により
コンデンサＣ２に充電された電荷が、コンデンサＣ２→
ダイオードＤ６→コンデンサＣ１→保護回路３→直流電
源Ｅ→ボディダイオードＤ４→コンデンサＣ２の経路で
コンデンサＣ１側へ帰還される。

【００３８】（実施例５）本発明に係る第５実施例の回
路図を図５に示す。

【００３９】図３に示した第３実施例と異なる点は、ダ
イオードＤ１の両端に第３のスイッチング素子Ｑ３（以
下、スイッチング素子Ｑ３と呼ぶ。），コンデンサＣ３
からなる直列回路を並列接続し、スイッチング素子Ｑ３
のドレインをダイオードＤ１のカソードに、ソースをコ
ンデンサＣ３の一端に接続し、スイッチング素子Ｑ３の
ゲートと直流電源Ｅの正極側との間に抵抗Ｒ７を接続
し、スイッチング素子Ｑ３のゲートにツェナーダイオー
ドＺＤ４のアノードを、スイッチング素子Ｑ３のソース
にツェナーダイオードＺＤ４のカソードを接続してなる
帰還回路５ａを設けたことであり、その他の第３実施例
と同一構成には同一符号を付すことにより説明を省略す
る。

【００４０】この様にスイッチング素子Ｑ３とコンデン
サＣ３と抵抗Ｒ７とスイッチング素子保護回路となるツ
ェナーダイオードＺＤ４とで保護回路３ｂが構成され
る。

【００４１】次に動作を説明する。直流電源Ｅが逆極性
で接続され、ツェナーダイオードＺＤ４により規定され
た電圧以上の負電圧のサージ電圧が、抵抗Ｒ７を介して
印加されると、スイッチング素子Ｑ３のゲート電位がソ
ース電位よりも高くなるのでスイッチング素子Ｑ３がオ
ンし、負電圧のサージ電圧がパワーツェナーダイオード
ＰＺＤ，スイッチング素子Ｑ３を介してコンデンサＣ３
に充電され、負電圧のサージ電圧が低下する。そして、
コンデンサＣ３に充電された電荷がコンデンサＣ３→ボ
ディダイオードＤ７→コンデンサＣ１→保護回路３→直
流電源Ｅ→コンデンサＣ３の経路でコンデンサＣ１側へ
帰還される。

【００４２】上記全ての実施例の様に構成したことによ
り、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３をサージ電圧からも保
護することができる。

【００４３】また、実施例３〜５の様に構成したことに
より、主回路１へ流れる電流がスイッチング素子Ｑ２に
は流れないので、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３は耐量の
小さなものを用いることができる。そして、負電圧を帰
還するので回路効率を向上することができる。

【００４４】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、負電圧の
サージ電圧に対する保護を行うことができると共に、直
流電源の逆接続に対する主回路および保護回路の性能の
劣化を防止し、保護回路での電圧降下や電力消費を抑制
した電源装置を提供できる。

【００４５】請求項２、３記載の発明によれば、負電圧
のサージ電圧に対する保護を行い、装置の小型化がで
き、回路効率の向上ができると共に、直流電源の逆接続
に対する主回路および保護回路の性能の劣化を防止し、
保護回路での電圧降下や電力消費を抑制した電源装置を
提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１実施例の回路図を示す。

【図２】本発明に係る第２実施例の回路図を示す。

【図３】本発明に係る第３実施例の回路図を示す。

【図４】本発明に係る第４実施例の回路図を示す。

【図５】本発明に係る第５実施例の回路図を示す。

【図６】本発明に係る従来例の回路図を示す。

【図７】本発明に係る従来例の第２の回路図を示す。

【図８】本発明に係る従来例の第３の回路図を示す。

【図９】本発明に係る従来例の第４の回路図を示す。

【図１０】上記従来例に係るサージ電圧波形を示す。

【符号の説明】

１主回路３保護回路４スイッチング素子保護回路５帰還回路ＣコンデンサＤダイオードＥ直流電源Ｑスイッチング素子Ｚ負荷

フロントページの続き (72)発明者多賀義高大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直流電源を交流電力に変換して負荷に
給電する主回路と、前記直流電源の前記主回路への電圧
印加極性を検出して逆極性であるときに前記主回路への
給電を停止する保護回路とを備え、前記保護回路は、エンハンスメント形のＭＯＳＦＥＴよ
りなりドレイン・ソース間に存在するボディダイオード
が順方向となるように前記直流電源と前記主回路との間
に挿入された第１のスイッチング素子を有し、前記直流
電源の電圧印加極性が逆極性であると第１のスイッチン
グ素子をオフに制御するものである電源装置に於て、前記直流電源の電圧印加極性に対して逆極性のサージ電
圧が発生すると、前記サージ電圧を検出して前記第１の
スイッチング素子をオンに制御するスイッチング素子保
護回路を設けたことを特徴とする電源装置。
【請求項２】エンハンスメント形のＭＯＳＦＥＴより
なりドレイン・ソース間に存在するボディダイオードが
順方向となるように前記直流電源に並列に接続された第
２のスイッチング素子を有する帰還回路を設け、前記帰還回路は、前記直流電源の電圧印加極性に対して
逆極性のサージ電圧が発生すると、前記サージ電圧を検
出し、前記サージ電圧を充電して前記直流電源へ帰還す
るものであることを特徴とする請求項１記載の電源装
置。
【請求項３】エンハンスメント形のＭＯＳＦＥＴより
なりドレイン・ソース間に存在するボディダイオードが
順方向となるように前記直流電源と前記主回路との間に
挿入された第３のスイッチング素子を有する帰還回路を
設け、前記帰還回路は、前記直流電源の電圧印加極性に対して
逆極性のサージ電圧が発生すると、前記サージ電圧を検
出し、前記サージ電圧を充電して前記主回路へ帰還する
ものであることを特徴とする請求項１記載の電源装置。