JPH11220873A - 電源回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 負荷の短絡等による異常時の発熱量の増加を
軽減するための電流制限回路および／または保護回路を
必要としない電源回路を実現する。 【解決手段】 負荷１０および電源回路に異常が発生し
た場合には第２のインダクタ１１を機能させることによ
りインダクタの値を大きくしてよりインダクタ電流のピ
ーク電流を低減し、負荷１０および電源回路で消費され
る電力を低減する。これにより負荷１０および電源回路
の発熱量の増加を抑え、電流制限回路および／または保
護回路を必要としない電源回路を実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＡＣ（交流）アダ
プタや電池のようなＤＣ（直流）電圧（例えば１２Ｖ，
９Ｖ…）から異なるＤＣ電圧（例えば５Ｖ，３．３Ｖ
…）を発生する電源回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】電池やＡＣアダプタのようなＤＣ電圧を
電源とする機器として携帯情報端末やパソコンがある。
このような機器の電源の例としては、１本の乾電池
（１.５Ｖ）からロジック電圧（５Ｖ）を供給する昇圧
型電源、ＡＣアダプタ（１２Ｖ）からロジック電圧
（３.３Ｖ）を供給する降圧型電源、リチウム電池（３
Ｖ）からアナログ電圧（−１２Ｖ）を供給する反転型電
源がある。このようなＤＣ電圧を電源とする機器におけ
る従来の電源回路の一例を図２を参照して説明する。図
２は、一般的な昇圧型電源回路である。

【０００３】図２において、１はＤＣ電源、２はインダ
クタ、３はスイッチング素子、４は整流素子、５は発振
回路、６は出力電圧監視回路、８は入力コンデンサ、９
は出力コンデンサ、１０は負荷、１３はスイッチング信
号、１４はインダクタ電流、１５は出力電圧、１６は電
流制限回路、１７は一次側の保護回路、１８は二次側の
保護回路である。

【０００４】この電源回路は、発振回路５の出力信号に
よりスイッチング素子３をオン／オフする。スイッチン
グ素子３がオンしている期間にインダクタ２に電流を流
し（供給し）て蓄電し、スイッチング素子３がオフして
前記インダクタ２への供給電流を遮断したときに該イン
ダクタ２に誘起される電圧を整流素子４を介して出力コ
ンデンサ９に蓄えながら出力電圧１５として負荷１０に
供給する。また、出力電圧監視回路６は、出力電圧１５
を安定させるために出力電圧１５を監視して発振回路５
に通知する。

【０００５】発振回路５は、出力電圧１５が設定電圧よ
り高い場合には、スイッチング素子３をオンさせる期間
を短くして出力電圧１５を低下させる。また、出力電圧
１５が設定電圧より低い場合は、スイッチング素子３が
オンしている期間を長くして出力電圧１５を上昇させ
る。これらの動作により出力電圧１５を安定化させてい
る。また、入力コンデンサ８はＤＣ電源１の電圧を安定
にし、出力コンデンサ９は出力電圧１５を安定化する。

【０００６】次に、負荷１０に短絡等の異常が発生し、
電源回路がフルパワーで動作した場合について説明す
る。負荷１０が短絡すると出力電圧１５が降下する。こ
れにより、出力電圧監視回路６は、出力電圧１５が低い
と判断する。このために、電源回路はフルパワーで動作
するようになる。このような状態では、インダクタ２お
よびスイッチング素子３および整流素子４に過電流が流
れて発熱量が増加する。この発熱の増加を軽減するため
に、インダクタ電流１４を制限する電流制限回路１６あ
るいは一次側に保護回路１７を付加している。また、負
荷側の短絡箇所に過電流が流れて発熱するために、二次
側に保護回路１８を付加している。

【０００７】次に、負荷１０が軽い場合の電源回路の動
作について、図３の（ａ）を参照して説明する。図３の
（ａ）は、図２における負荷１０が軽い場合のスイッチ
ング信号１３とインダクタ電流１４と出力電圧１５の波
形を示している。

【０００８】図３の（ａ）において、縦軸５０は電圧お
よび電流、横軸５１は時間、５２はスイッチング信号１
３の波形、５３はインダクタ電流１４の波形、５４は出
力電圧１５の波形、５５は軽い負荷におけるスイッチン
グ信号１３のオン時間、５６は軽い負荷におけるスイッ
チング信号１３のオフ時間、５７は負荷１０に短絡等の
異常が発生したタイミング、５８はスイッチング信号１
３の最大オン時間、５９はスイッチング信号１３最小オ
フ時間、６０は負荷１０が軽い場合におけるインダクタ
電流のピーク値、６１は異常時のインダクタ電流のピー
ク値、６２は異常時の出力電圧、６３はＧＮＤ（グラン
ド）レベルである。

【０００９】負荷１０が軽い電源回路では、インダクタ
電流１４のピーク値は、負荷１０が軽い場合におけるイ
ンダクタ電流のピーク値６０で十分である。このため
に、インダクタ２のインダクタ値を大きく設定する。正
常に動作しているときのスイッチング信号１３は、オン
時間５５とオフ時間５６で安定している。

【００１０】この状態からタイミング５７において負荷
１０に短絡等の異常が発生した場合には、スイッチング
信号１３のオン時間は最大オン時間５８になり、オフ時
間は最小オフ時間５９となる。この状態は、電源回路が
フルパワーで動作している状態である。このときのイン
ダクタ２のインダクタ電流１４は、異常時のインダクタ
電流のピーク値６１となる。しかし、インダクタ２のイ
ンダクタ値が大きいために、異常時のインダクタ電流１
４の増加は少ない。また、出力電圧１５は異常時の出力
電圧６２となり、ＧＮＤレベル６３付近まで降下する。
このために、負荷１０および電源回路で消費される電力
が少ない。このために発熱も少ない。

【００１１】次に、負荷１０が重い電源回路の動作につ
いて図３の（ｂ）を参照して説明する。図３の（ｂ）
は、図２における負荷１０が重い場合のスイッチング信
号１３とインダクタ電流１４と出力電圧１５の波形を示
している。図３の（ｂ）においても、図３の（ａ）と同
じものについては同一符号を付す。

【００１２】図３の（ｂ）において、６４はスイッチン
グ信号１３の波形、６５はインダクタ電流１４の波形、
６６は出力電圧１５の波形、６７は重い負荷におけるス
イッチング信号１３のオン時間、６８は重い負荷におけ
るスイッチング信号１３のオフ時間、６９は負荷１０が
重い場合におけるインダクタ電流のピーク値、７０は異
常時のインダクタ電流のピーク値、７１は異常時の出力
電圧である。

【００１３】負荷１０が重い電源回路では、インダクタ
電流１４のピーク値は負荷１０が重い場合におけるイン
ダクタ電流のピーク値６９が必要になる。インダクタ２
のインダクタ値を大きく設定した場合にはインダクタ電
流１４が不足して出力電圧１５を設定した電圧まで上昇
させることができない。このために、インダクタ２のイ
ンダクタ値は小さく設定している。

【００１４】正常に動作しているときのスイッチング信
号１３は、オン時間６７とオフ時間６８で安定してい
る。この状態からタイミング５７において負荷１０に短
絡等の異常が発生した場合は、スイッチング信号１３の
オン時間が最大オン時間５８になり、オフ時間は最小オ
フ時間５９となる。この状態は、電源回路がフルパワー
で動作している状態である。このときのインダクタ２の
インダクタ電流１４は、異常時のインダクタ電流のピー
ク値７０となる。この状態では、インダクタ２のインダ
クタの値が小さいために、異常時のインダクタ電流１４
の増加が大きい。また、出力電圧１５は異常時の出力電
圧７１となりＧＮＤレベル６３よりかなり高い電圧とな
ってしまう。このために、負荷１０および電源回路で消
費される電力が大きく、発熱量も多くなる。

【００１５】次に、負荷１０が重い電源回路に電流制限
回路１６を付加して電源回路および負荷１０の発熱量の
増加を軽減する電源回路の動作について図３の（ｃ）を
参照して説明する。図３の（ｃ）は、図２における電源
回路の負荷１０が重い場合であり、電流制限回路１６を
付加した場合のスイッチング信号１３とインダクタ電流
１４と出力電圧１５の波形を示している。図３の（ｃ）
において、図３の（ａ）および（ｂ）と同じものについ
ては同一符号を付す。

【００１６】図３の（ｃ）において、７２はスイッチン
グ信号１３の波形、７３はインダクタ電流１４の波形、
７４は出力電圧１５の波形、７５は電流制限回路１６で
設定した最大電流、７６は異常時に電流制限により制限
されたスイッチング信号１３のオン時間、７７は異常時
の出力電圧である。

【００１７】正常時の動作は、前記負荷１０が重い電源
回路の動作と同じである。

【００１８】正常状態からタイミング５７において、負
荷１０に短絡等の異常が発生した場合には、インダクタ
電流１４のピーク値は電流制限回路１６で設定した最大
電流７５となる。このために、スイッチング信号１３の
オン時間は電流制限により制限されたオン時間７６とな
り、最大オン時間５８より短くなる。スイッチング信号
１３のオフ時間は、最小オフ時間５９となる。この異常
時のインダクタ電流１４のピーク値は電流制限回路１６
で設定した最大電流７５に抑えられるために、異常時の
インダクタ電流１４の増加は少ない。また、出力電圧１
５は異常時の出力電圧７７となり、ＧＮＤレベル６３付
近まで降下する。このために、負荷１０および電源回路
で消費される電力が少なく、発熱量も少ない。

【００１９】しかし、負荷１０が更に重くなると、電流
制限回路１６による電流制限だけでは負荷１０および電
源回路の発熱量の増加を抑えられなくなる。この発熱量
の増加を軽減するために、一次側に保護回路１７あるい
は二次側に保護回路１８を追加している。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述したよ
うな従来技術の電源回路は、異常時の発熱量の増加を軽
減するために、電流制限回路あるいは保護回路を付加し
ているので、どうしても構造が複雑で大型になり、高価
にならざるを得ないという問題があった。

【００２１】本発明は、斯かる従来技術の問題点に鑑み
てなされたもので、その目的は、負荷の短絡等の異常が
発生した場合でも負荷電流の増加を抑えて発熱量の増加
を軽減することができる低コストの電源回路を提供する
ことにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するために、出力電圧監視手段に制御される発振回路
によってオン／オフ制御されるスイッチング素子でＤＣ
電源からインダクタに流す電流を断続し、電流遮断時に
インダクタに誘起される電圧を整流素子で整流して負荷
に供給する電源回路において、前記インダクタの値を切
り替える切り替え手段と、負荷の異常を検出する異常検
出手段とを備え、前記異常検出手段によって負荷の異常
を検出したときには、前記切換手段によってインダクタ
の値を切り替えてインダクタの値を大きくすることによ
ってインダクタ電流を制限するようにしたことを特徴と
する。その際、前記異常検出手段は、出力電圧の異常を
検出するようにするとよい。

【００２３】このようにしてインダクタ電流を制限する
ことによって、電源回路および負荷の発熱量の増加を軽
減することが可能となり、電流制限回路および／または
保護回路を必要としない安全性の高い電源回路を実現す
ることができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図１を参照
して説明する。図１は、本発明に係る電源回路の一実施
形態を示す回路ブロック図である。図１において、図２
の従来例と同一の構成要素については同一の参照符号を
付し、重複する説明は適宜省略する。

【００２５】図１において、７は第２の出力電圧監視回
路、１１は第２のインダクタ、１２は前記第２の出力電
圧監視回路７に制御されて前記インダクタ１１の端子間
を開放あるいは短絡することにより電源回路のインダク
タの値を可変するスイッチである。

【００２６】負荷１０が重い電源回路の動作について説
明する。負荷１０に異常が発生する前は、第２の出力電
圧監視回路７により正常な出力電圧１５が検出されてい
る。この状態では出力電圧監視回路７はスイッチ１２を
閉合してインダクタ１１を短絡することにより、インダ
クタ２のみを機能させるためにインダクタの値を小さく
する。これは、インダクタの値が大きいとインダクタ電
流１４が小さくなって重い負荷１０を駆動することがで
きないためである。

【００２７】負荷１０に短絡が発生した場合には、出力
電圧１５が降下する。これにより、出力電圧監視回路６
は出力電圧１５が低いと判断し、このために、電源回路
はフルパワーで動作するようになる。電源回路がフルパ
ワーで動作しても負荷１０が短絡しているために出力電
圧１５は更に低下する。

【００２８】出力電圧１５が一定電圧以下に低下した場
合には、第２の出力電圧監視回路７は負荷１０に短絡等
の異常が発生したと判断してスイッチ１２を開放する。
これにより、インダクタ２と第２のインダクタ１１が直
列接続状態となって合成のインダクタ値が大きくなる。
インダクタの値が大きくなると、インダクタ電流１４の
ピーク値が抑えられる。これによりインダクタ２および
第２のインダクタ１１およびスイッチング素子３および
整流素子４の発熱量の増加が軽減する。

【００２９】このために、本発明になる電源回路は、電
流制限回路および／または一次側の保護回路および／ま
たは２次側の保護回路を必要としない安全性の高い電源
回路となる。

【００３０】次に、負荷１０が重い本発明になる電源回
路の動作について図４を参照して説明する。図４は、図
１における負荷１０が重い電源回路におけるスイッチン
グ信号１３とインダクタ電流１４と出力電圧１５の波形
を示している。図４において、図３の（ａ）および
（ｂ）および（ｃ）と同じものについては同一符号を付
して示す。

【００３１】図４において、８０はスイッチング信号１
３の波形、８１は出力電圧１５の波形、８２は出力電圧
監視回路７が負荷に異常が発生したと判断する電圧、８
３は負荷１０の異常によりスイッチ１２をＯＦＦするタ
イミング、８４は異常時のインダクタ電流のピーク値、
８５は異常時の出力電圧である。

【００３２】正常に動作している状態では、スイッチ１
２が閉合してインダクタ２のみが有効に機能している状
態であるために、インダクタの値が小さい。これにより
大きなインダクタ電流を流すことができるために、重い
負荷１０を駆動することが可能である。

【００３３】次に、タイミング５７で負荷１０に短絡等
の異常が発生した場合について説明する。負荷１０に異
常が発生すると出力電圧１５が低下し始める。出力電圧
１５が低下すると、電源回路はフルパワーでの動作状態
となる。電源回路は、フルパワーで動作するが、負荷１
０が短絡しているために出力電圧１５は徐々に低下す
る。負荷１０に異常が発生したと判断する電圧８２まで
出力電圧１５が低下した場合には、出力電圧監視回路７
がスイッチ１２を開放する。これにより電源回路は、イ
ンダクタ２とインダクタ１１が合成されてインダクタ値
が大きくなる。そして、インダクタの値が大きくなると
インダクタ電流１４が減少、出力電圧１５は急激に低下
する。この状態では、電源回路はフルパワーで動作して
もインダクタの値が大きいためにインダクタ電流１４が
減少し、出力電圧１５もＧＮＤレベル６３付近まで降下
する。このために、負荷１０および電源回路で消費され
る電力の増加が抑えられ、発熱量の増加が抑えられるた
めに電流制限回路および／または一次側の保護回路およ
び／または二次側の保護回路を必要としない安全性の高
い電源回路が実現する。

【００３４】昇圧型電源の実施形態について説明した
が、降圧型電源および反転型電源においても同様の効果
があり広く適応し得る。

【００３５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、負荷およ
び電源回路に異常が発生した場合にはインダクタの値を
大きくすることによりインダクタ電流のピーク電流を低
減し、負荷および電源回路で消費される電力を低減する
ことができる。これにより、負荷および電源回路の発熱
の増加を抑えることができ、電流制限回路および／また
は保護回路を必要としない安全性の高い電源回路を実現
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電源回路の一実施形態を示すブロ
ック図である。

【図２】従来の昇圧型電源回路の回路構成を示すブロッ
ク図である。

【図３】従来の電源回路におけるスイッチング信号波形
とインダクタ電流波形と出力電圧波形の一具体例を示す
タイミングチャートである。

【図４】本発明に係る電源回路におけるスイッチング信
号波形とインダクタ電流波形と出力電圧波形の一具体例
を示すタイミングチャートである。

【符号の説明】

１ ＤＣ電源 ２ インダクタ ３ スイッチング素子 ４ 整流素子 ５ 発振回路 ６ 出力電圧監視回路 ７ 第２の出力電圧監視回路 ８ 入力コンデンサ ９ 出力コンデンサ １０ 負荷 １１ 第２のインダクタ １２ スイッチ １３ スイッチング信号 １４ インダクタ電流 １５ 出力電圧

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 出力電圧監視手段に制御される発振回路
   によってオン／オフ制御されるスイッチング素子でＤＣ
   電源からインダクタに流す電流を断続し、電流遮断時に
   インダクタに誘起される電圧を整流素子で整流して負荷
   に供給する電源回路において、 前記インダクタの値を切り替える切り替え手段と、 負荷の異常を検出する異常検出手段と、 を備え、前記異常検出手段によって負荷の異常を検出し
   たときには、前記切換手段によってインダクタの値を切
   り替えてインダクタの値を大きくすることによってイン
   ダクタ電流を制限するようにしたことを特徴とする電源
   回路。
2. 【請求項２】 前記異常検出手段は、出力電圧の異常を
   検出することを特徴とする請求項１記載の電源回路。