JPH0898513A - 昇圧コンバータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 パルス幅変調駆動されるスイッチング素子の
過電流破壊を未然に防止する。 【構成】 ＣＰＵ７が動作異常を引き起こし、トランジ
スタＱｓが導通したままの状態に陥りそうになると、ト
ランジスタＱｓを流れる電流を監視する電流制限素子で
あるトランジスタＱｃが自動的に電流制限を施す。トラ
ンジスタＱｃの働きにより、スイッチング素子であるト
ランジスタＱｓの過電流破壊を未然にしかも確実に防止
することができ、これによりパルス幅変調制御の設計自
由度を最大限に尊重し、なおかつトランジスタＱｓの保
護を徹底することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、パルス幅変調駆動され
るスイッチング素子の過電流破壊を未然に防止するよう
にした昇圧コンバータに関する。

【０００２】

【従来の技術】車両衝突時に乗員保護を図るエアバッグ
装置は、運転席側と助手席側の両方にエアバッグを装備
するものが増えており、両席側とも車両が衝撃を受けた
ときに接点を閉じる一対の衝撃センサによりスクウィブ
と呼ばれる起爆素子に所定の電流すなわち着火電流を通
電して起爆させ、ガス圧力等によりエアバッグを瞬時に
展開させる構成とされている。

【０００３】図２に示す従来の起爆素子着火装置１は、
運転席側と助手席側にそれぞれ組み込まれたエアバッグ
（図示せず）を起爆展開させるための２個の起爆素子２
ｄ，２ａを有する。起爆素子２ｄ，２ａは、診断指令又
は着火指令を受けて導通するトランジスタＱｄ，Ｑａに
より接地されており、各起爆素子２ｄ，２ａと対応する
トランジスタＱｄ，Ｑａ及び回り込み防止用ダイオード
Ｄｄ，Ｄａの直列回路が衝撃感知センサ３に並列接続さ
れ、さらにダイオードＤｂを介してバッテリ電源４に接
続されている。５は３端子レギュレータであり、昇圧コ
ンバータ６を介してバッテリ電源４に接続してあり、定
電圧源を必要とする昇圧コンバータ６内のＣＰＵ７や負
荷回路２０に５Ｖ一定の出力電圧を供給する。

【０００４】バッテリ電源４と３端子レギュレータ５の
間に接続した昇圧コンバータ６は、３端子レギュレータ
５以外にダイオードＤｂと衝撃感知センサ３との間にダ
オードＤを介して昇圧出力を供給する。この昇圧コンバ
ータ６は、定格１２Ｖ出力のバッテリ電源４が負荷状態
に応じて５Ｖ程度まで降圧することも考慮し、図３に示
したように、１２Ｖを越える入力電圧には同電圧を出力
する一方、１２Ｖ以下の入力電圧に対しては１２Ｖ一定
の電圧を出力する入出力特性を実現することを意図して
設けられたものである。具体的には、整流ダイオードＤ
ｉと平滑コンデンサＣｉからなる整流平滑回路６ｉと整
流ダイオードＤｏと平滑コンデンサＣｏからなる整流平
滑回路６ｏとをチョークコイルＬを挟んで対置し、チョ
ークコイルＬと整流ダイオードＤｏの間をＰＷＭ制御ス
イッチング素子であるトランジスタＱｓと抵抗Ｒｓを介
して接地し、平滑コンデンサＣｏの端子電圧すなわち昇
圧出力が一定電圧を保つよう、ＣＰＵ７に平滑コンデン
サＣｏの端子電圧を監視させ、トランジスタＱｓをパル
ス幅変調（ＰＷＭ）制御させる構成とされている。トラ
ンジスタＱｓのオン期間中にチョークコイルＬに蓄積さ
れた電気エネルギは、トランジスタＱｓのオフ期間中に
整流ダイオードＤｏを介して平滑コンデンサＣｏを充電
するため、ＣＰＵ７がトランジスタＱｓのオンオフ比を
可変制御することにより、前記の入出力特性が実現され
る。

【０００５】なお、トランジスタＱｓをパルス幅変調制
御するＣＰＵ７は、例えばパルス幅変調制御用ＩＣ（図
示せず）を構成する図４に示すアナログ回路の機能をソ
フトウェアに置き換えて実現するものであり、本例の場
合、起爆素子２ｄ，２ａを起爆着火すべき衝突が発生し
たかどうか、或いは起爆素子２ｄ，２ａが異常を引き起
こしていないかといった衝突判定或いは診断といった仕
事と並行してパルス幅変調制御を実行する。図４に示し
たパルス幅変調制御用アナログ回路は、平滑コンデンサ
Ｃｏの端子電圧を分圧して基準電圧と比較するコンパレ
ータ８や、コンパレータ８の誤差出力とＰＷＭ発振器９
の発振出力が、アンドゲート回路１０の論理積出力とし
てセット入力端子に供給されるフリップフロップ回路１
１等から構成され、フリップフロップ回路１１のセット
出力がゲート抵抗Ｒｇを介してトランジスタＱｓに印加
される。フリップフロップ回路１１は、ＰＷＭ発振器９
の反転出力により定期的にリセットされるが、平滑コン
デンサＣｏの端子電圧と基準電圧との大小関係に応じた
タイミングでセットされるため、このセットタイミング
に応じてＰＷＭパルス幅が可変される。一般に、こうし
たパルス幅変調制御用アナログ回路に限らず、アナログ
回路の制御機能をソフトウェア処理により実現する場
合、全体のコスト削減を有効に図ることができる半面、
ＣＰＵ７が暴走したときの安全管理対策も重視しなけれ
ばならないことは言うまでもない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の昇圧式コン
バータ６は、仮にＣＰＵ７が暴走してパルス幅変調制御
信号が１００％オン信号と化してしまうと、トランジス
タＱｓが導通したままの状態を取り続ける結果、バッテ
リ電源４からの電流がダイオードＤｉとチョークコイル
Ｌを通ってトランジスタＱｓに流れ続けることになる。
その結果、単に昇圧が停止するに止まらず、トランジス
タＱｓが過電流破壊される危険があった。

【０００７】一方、こうした危険に対し、ＣＰＵ７の出
力ポートとトランジスタＱｓのゲートとを結ぶゲート抵
抗Ｒｇに、交流のみを通過させ直流を阻止するよう結合
コンデンサを直列接続し、仮にＣＰＵ７が暴走を引き起
こしたにしても、トランジスタＱｓが導通したままの状
態とはならないよう配慮した安全対策が過去に提案され
ている。しかしながら、この種の安全対策は、結合コン
デンサが微分素子として機能することでパルス幅変調制
御信号のパルス波形の肩部が鈍ったりしやすく、またパ
ルス幅変調制御信号の発振周期によってはトランジスタ
Ｑｓを正規にオンオフ駆動できないケースもあり、それ
故にパルス幅変調制御に関する設計範囲が狭められるこ
ともある等の課題があった。

【０００８】さらにまた、従来の起爆素子着火装置１
は、衝突発生とともにバッテリ電源４が遮断されてしま
い、起爆阻止２ｄ，２ａを着火させることができなくな
ったり、ＣＰＵ７が衝突判定動作を実行できなくなった
り、或いは負荷回路２０が動作しなくなるといった事態
に備え、昇圧コンバータ６と３端子レギュレータ５との
間にバックアップコンデンサＣｂが接続してあるが、こ
のバックアップコンデンサＣｂの容量が非常に大きいた
めに、製造コストに少なからず影響を与える等の課題が
あった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決したものであり、整流ダイオードと平滑コンデンサか
らなる整流平滑回路をチョークコイルを介してバッテリ
電源に接続するとともに、該チョークコイルと前記整流
ダイオードとの間にスイッチング素子をシャント接続
し、該スイッチング素子をソフトウェアによりパルス幅
変調制御して前記平滑コンデンサの端子電圧を定値制御
する昇圧コンバータにおいて、前記スイッチング素子を
流れる電流を監視して過電流を防止する電流制限素子を
具備することを特徴とするものである。

【００１０】また、本発明は、電流制限素子が、スイッ
チング素子を流れる電流を検出し、該電流値を前記スイ
ッチング素子の制御信号に負帰還するトランジスタであ
ること、或いは平滑コンデンサが、放電対象となる負荷
に対し、バッテリ電源が遮断されたときにバックアップ
電源として機能する十分大きな容量を備えること等を、
他の特徴とするものである。

【００１１】

【実施例】以下、この発明の実施例について、図１を参
照して説明する。図１は、本発明の昇圧コンバータを適
用した起爆素子着火装置の一実施例を示す回路構成図で
ある。

【００１２】図１に示す起爆素子着火装置２１は、昇圧
コンバータ２２の構成が従来の昇圧コンバータ６と異な
る。昇圧コンバータ２２は、ＣＰＵ７が暴走したときに
備え、ＰＷＭスイッチング素子であるトランジスタＱｓ
を流れるドレン電流を制限する電流制限素子が付加して
ある。実施例に示した電流制限素子は、トランジスタＱ
ｓのソース電圧を検出し、ゲート電圧を制御してドレン
電流を制限するトランジスタＱｃからなる。具体的に
は、トランジスタＱｃは、ソース接地され、トランジス
タＱｓのソースにゲート接続され、かつトランジスタＱ
ｓのゲートにドレン接続されている。

【００１３】ここで、ＣＰＵ７が暴走し、出力ポートか
ら常時ハイレベルの制御信号が出力され続けたとする。
この場合、従来であれば、トランジスタＱｓが導通した
ままとなり、過電流が流れ続けることでトランジスタＱ
ｓが破壊される危険があったが、この実施例では、トラ
ンジスタＱｓを流れるドレン電流が増大したときに、ソ
ース抵抗Ｒｓの端子電圧の上昇を受けて電流制限用のト
ランジスタＱｃが自らのドレン電流を増大させる。その
結果、ＣＰＵ７の出力ポートに接続されたゲート抵抗Ｒ
ｇにおける電圧降下が顕著となり、トランジスタＱｓの
ゲート電圧が低下し、それとともにトランジスタＱｓを
流れるドレン電流は安全電流以下に制限される。

【００１４】このように、上記昇圧コンバータ２２は、
トランジスタＱｓをパルス幅変調制御するＣＰＵ７が何
らかの原因で動作異常を引き起こし、トランジスタＱｓ
が導通したままの状態に陥りそうになると、トランジス
タＱｓを流れる電流を監視するトランジスタＱｃが自動
的に電流制限を施す。その結果、トランジスタＱｃの働
きによりトランジスタＱｓが過電流破壊されるのを未然
にしかも確実に防止することができ、またトランジスタ
Ｑｓを制御するＣＰＵ７のパルス幅変調制御信号を結合
コンデンサを介してトランジスタＱｓに送り込む方式と
異なり、パルス幅変調制御信号の周波数可変範囲が結合
コンデンサの微分作用によって制限を受けるといったこ
とがないため、パルス幅変調制御の設計自由度を最大限
に尊重し、なおかつトランジスタＱｓの過電流破壊を確
実に防止することができる。

【００１５】また、電流制限素子を、トランジスタＱｓ
を流れる電流をトランジスタＱｓの制御信号に負帰還す
るトランジスタＱｃで構成したから、トランジスタＱｓ
のソースにゲートを接続したトランジスタＱｃを、ソー
ス接地する一方、ドレンをトランジスタＱｓのゲートに
接続することにより、トランジスタＱｃによる負帰還型
の電流制限が可能であり、電流制限が能動的かつ自動的
に行われるため、トランジスタＱｓを安心して過電流破
壊から護ることができる。

【００１６】さらにまた、上記の起爆素子着火装置２１
は、平滑コンデンサＣｏが、放電対象となる負荷に対
し、バッテリ電源４が遮断されたときにバックアップ電
源として機能する十分大きな容量を備えているため、従
来必要としたバックアップコンデンサＣｂは不要であ
り、昇圧コンバータ７に各種の負荷を接続して使用する
さいに、何らかの理由でバッテリ電源４が不意に遮断さ
れてしまっても、平滑コンデンサＣｏに蓄えられた電荷
を一定時間に亙って持続的に負荷に供給することがで
き、これにより装置の製造コストを効果的に削減するこ
とができる。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、スイッ
チング素子をソフトウェアによりパルス幅変調制御する
制御手段が暴走等が原因で何らかの動作異常を引き起こ
し、スイッチング素子が導通したままの状態に陥りそう
になると、スイッチング素子を流れる電流を監視する電
流制限素子が自動的に電流制限を施すため、電流制限素
子の働きによりスイッチング素子が過電流破壊されるの
を未然にしかも確実に防止することができ、またスイッ
チング素子を制御する制御手段のパルス幅変調制御信号
を結合コンデンサを介してスイッチング素子に送り込む
方式と異なり、パルス幅変調制御信号の周波数可変範囲
が結合コンデンサの微分作用によって制限を受けるとい
ったことはなく、パルス幅変調制御の設計自由度を最大
限に尊重し、なおかつスイッチング素子の過電流破壊を
確実に防止することができ、ソフトウェアによるパルス
幅変調制御の経済性の追及と、これと引き換えに高まる
暴走の危険に対するしかるべき安全対策とを良好に両立
させることができる等の優れた効果を奏する。

【００１８】また、本発明は、電流制限素子を、スイッ
チング素子を流れる電流を該スイッチング素子の制御信
号に負帰還するトランジスタで構成したから、スイッチ
ング素子の電流出力端にベース或いはゲートを接続した
トランジスタを、エミッタ又はソースを接地する一方、
コレクタ又はドレンをスイッチング素子の制御信号印加
端子に接続することにより、トランジスタによる負帰還
型の電流制限が可能であり、電流制限が能動的かつ自動
的に行われるため、スイッチング素子を安心して過電流
破壊から護ることができる等の効果を奏する。

【００１９】さらにまた、本発明は、平滑コンデンサ
が、放電対象となる負荷に対し、バッテリ電源が遮断さ
れたときにバックアップ電源として機能する十分大きな
容量を備えているため、昇圧コンバータに各種の負荷を
接続して使用するさいに、何らかの理由でバッテリ電源
が不意に遮断されてしまっても、平滑コンデンサに蓄え
られた電荷を一定時間に亙って持続的に負荷に供給する
ことができ、これによりバッテリ電源の遮断を招く原因
となる事象に対して特定の措置をとるための緊急作動装
置等に適用したときに、装置の製造コストを良好に削減
することができる等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の昇圧コンバータを適用した起爆素子着
火装置の一実施例を示す回路構成図である。

【図２】従来の昇圧コンバータを適用した起爆素子着火
装置の一例を示す回路構成図である。

【図３】図２に示した昇圧コンバータの入出力特性を示
す図である。

【図４】図２に示したＣＰＵのパルス幅変調制御機能を
等価的に実現するアナログ回路の構成を示す回路図であ
る。

【符号の説明】

６ｏ 整流平滑回路 ７ ＣＰＵ ２１ 起爆素子着火装置 ２２ 昇圧コンバータ Ｌ チョークコイル Ｄｏ 整流ダイオード Ｃｏ 平滑コンデンサ Ｑｓ スイッチング素子（トランジスタ） Ｑｃ 電流制限素子（トランジスタ）

フロントページの続き (72)発明者 西村 浩 大阪府大阪市中央区城見一丁目４番24号 日本電気ホームエレクトロニクス株式会社 内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 整流ダイオードと平滑コンデンサからな
   る整流平滑回路をチョークコイルを介してバッテリ電源
   に接続するとともに、該チョークコイルと前記整流ダイ
   オードとの間にスイッチング素子をシャント接続し、該
   スイッチング素子をソフトウェアによりパルス幅変調制
   御して前記平滑コンデンサの端子電圧を定値制御する昇
   圧コンバータにおいて、前記スイッチング素子を流れる
   電流を監視して過電流を防止する電流制限素子を具備す
   ることを特徴とする昇圧コンバータ。
2. 【請求項２】 前記電流制限素子は、前記スイッチング
   素子を流れる電流を検出し、該電流値を前記スイッチン
   グ素子の制御信号に負帰還するトランジスタであること
   を特徴とする請求項１記載の昇圧コンバータ。
3. 【請求項３】 前記平滑コンデンサは、放電対象となる
   負荷に対し、前記バッテリ電源が遮断されたときにバッ
   クアップ電源として機能する十分大きな容量を備えるこ
   とを特徴とする請求項１記載の昇圧コンバータ。