JPWO2006006407A1 - 電源装置 - Google Patents

Abstract

スイッチングレギュレータを用いた昇圧または降圧回路などの電源装置において、出力端子に接続された負荷回路の短絡を検知し、負荷回路に大電流が流れるのを防止する。電源装置１００は、スイッチングレギュレータ３０、レギュレータ３２、制御回路３４および短絡検出回路３６とを含む。短絡検出回路３６は、電圧比較器２０および電圧比較器２２、定電流源２４、スイッチＳＷ３、短絡検出用コンデンサＣｘを含む。Ｖｏｕｔ＜ＶｔｈのときスイッチＳＷ３はオンしており、短絡検出用コンデンサＣｘの電圧Ｖｘは定電流源２４から供給される電流Ｉｘによって充電され、時間の経過とともに傾きＩｘ／Ｃｘにて上昇し続ける。電圧Ｖｘがシャットダウン電圧Ｖｓｄより大きくなると、電圧比較器２２はドライバ回路１０のイネーブル端子ＥＮにハイレベルを出力し、スイッチングレギュレータ３０の昇圧動作を停止する。

Description

本発明は、電源装置に関し、特にスイッチング素子を用いた電源装置の短絡保護に関する。

近年のポータブルＣＤプレイヤー、デジタルスチルカメラ、携帯電話等の電池で動作する小型情報端末において、その内部に用いられる回路は、電源電圧として必ずしも電池電圧そのものを必要としているとは限らない。すなわち、小型情報端末の内部で使用される回路は、電池電圧よりも高い電圧を必要としたり、逆に電池電圧よりも低い電圧を必要とする場合がある。このような場合、所望の電圧を得るために、スイッチングレギュレータ等によって電池電圧の昇圧または降圧を行い、各回路に対して適切な電源電圧を供給する。

ところで、小型情報端末においては、製品の製造時や、出荷後に何らかの原因によって電源装置の出力端子に接続された負荷回路が短絡してしまう場合がある。このような場合に、電源装置が所望の電圧を出力するために昇降圧動作を続ければ、負荷回路に大電流を流し続けることになるため、発熱によって回路全体の信頼性に影響を及ぼすおそれがある。そこでこのような電源装置においては、負荷回路の短絡を検知し短絡保護する技術が要求される。電源装置において短絡保護を行う技術は、例えば特許文献１に提案されている。
特開平６−３１１７３４号

本発明は、上記文献に記載の技術と同様に、負荷回路の短絡を検知する手段を設けて短絡保護することを課題とするが、上記文献記載の技術とは異なる手法によりその課題を解決しようとするものである。本発明の目的は、負荷回路の短絡を検知し、回路を保護する短絡保護機能を備えた電源装置の提供にある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の電源装置は、スイッチング素子を有する電圧生成回路と、スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御回路と、電圧生成回路の出力電圧と所定の検査電圧を比較する電圧比較器と、電圧生成回路の出力電圧が検査電圧より低いときアクティブとなり、経過時間を測定するタイマ回路と、を備える。制御回路は、タイマ回路により測定された経過時間が所定の時間を超えたとき、スイッチング素子のスイッチング動作を停止する。

「スイッチング素子を有する電圧生成回路」とは、スイッチをオンオフさせてコンデンサやインダクタを用いてエネルギ変換を行うことによって所望の電圧を生成する回路をいい、スイッチングレギュレータやスイッチドキャパシタ方式による昇圧、降圧、電圧反転回路などを含む。

負荷回路が短絡している場合には、出力電圧は所定の検査電圧よりも低い状態を維持し続けることになる。したがって、タイマ回路により、出力電圧が所定の検査電圧より低い時間を測定し、所定の時間と比較することにより、負荷回路の短絡の有無を判定することができる。

タイマ回路は、一端が接地されたコンデンサと、コンデンサの他端に接続された定電流源と、コンデンサの他端の電圧と、所定の基準電圧を比較する電圧比較器とを備えてもよい。タイマ回路により測定される経過時間は定電流源により充電されるコンデンサの他端の電圧に対応し、所定の時間は所定の基準電圧に対応してもよい。
定電流源によってコンデンサを充電することにより、コンデンサからは時間に比例した電圧が出力されるため、時間を電圧に変換することができる。この電圧を、所定の電圧と比較することによって、所定の時間の経過を検知することができる。

本発明の別の態様もまた、電源装置である。この電源装置は、スイッチング素子を有する電圧生成回路と、スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御回路と、スイッチング動作開始から所定の時間経過したときに所定レベルの信号を出力するタイマ回路と、タイマ回路から所定レベルの信号が出力されたときアクティブとなり、電圧生成回路の出力電圧と所定の検査電圧を比較する電圧比較器と、を備える。制御回路は、電圧生成回路の出力電圧が検査電圧より低い場合、スイッチング素子のスイッチング動作を停止する。

この態様によると、タイマ回路によって時間を測定し、一定時間経過後に出力電圧が所定の電圧に達していない場合には、負荷回路が短絡していると判断し、スイッチング素子のスイッチング動作を停止して、負荷回路への電流供給を停止することができる。

タイマ回路は、一端が接地されたコンデンサと、コンデンサの他端に接続された定電流源と、コンデンサの他端の電圧と所定の電圧を比較する電圧比較器とを備え、コンデンサの他端の電圧が所定の電圧より高くなると、所定レベルの信号を出力してもよい。
この態様によると、定電流源によってコンデンサを充電することにより、コンデンサからは時間に比例した電圧が出力されるため、時間を電圧に変換することができる。この電圧を、所定の電圧と比較することによって、所定の時間を計測することができる。

制御回路は、スイッチング動作の開始から所定の起動期間の間、あらかじめ決められた固定デューティでスイッチング素子のスイッチング動作を行ってもよい。
この場合、起動期間の間、負荷回路の短絡が検出されなければ、電圧生成回路の出力電圧を上昇させることができる。また、短絡が検出された場合には、スイッチング動作を停止するため、スイッチング素子が固定デューティで駆動され、負荷回路に電流が流れ続けるのを防止することができる。

また、制御回路は、スイッチング素子のスイッチング動作を停止するとともに、電圧生成回路の出力端子に接続された負荷回路を停止してもよい。
電圧生成回路のスイッチングの停止にあわせて、負荷回路の動作を停止することにより、電圧生成回路から流れる電流を減少させ、回路の発熱をより好適に抑えることができる。

以上のように、本発明においては、１．電源装置の起動から一定時間経過後に出力電圧が所定の電圧まで達していないとき、あるいは、２．出力電圧が所定の電圧に達するまでの時間を測定し、その時間が長すぎるときのいずれかの場合に負荷回路が検出しているものと判断する。

なお、以上の構成要素の任意の組合せや本発明の構成要素や表現を方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明に係る電源装置により、回路の保護を図ることができる。

本発明の実施の形態に係る電源装置を示す回路図である。 図２（ａ）、（ｂ）は、図１の電源装置の出力端子に接続された負荷回路が短絡していない通常時の動作を示す図である。 図３（ａ）、（ｂ）は、図１の電源装置の出力端子に接続された負荷回路が短絡している異常時の動作を示す図である。 図１の短絡検出回路の変形例を示す図である。 図１の電源装置が搭載される電子機器の構成を示すブロック図である。

符号の説明

ＳＷ１ メインスイッチ、 ＳＷ２ 同期整流用スイッチ、 ＳＷ３ スイッチ、 Ｃｏ 出力コンデンサ、 Ｃｘ 短絡検出用コンデンサ、 １０ ドライバ回路、 １２ 電圧比較器、 １４ オシレータ、 １６ スターター回路、 １８ 誤差増幅器、 ２０ 電圧比較器、 ２２ 電圧比較器、 ２４ 定電流源、 ２６ タイマ回路、 ３０ スイッチングレギュレータ、 ３２ レギュレータ、 ３４ 制御回路、 ３６ 短絡検出回路、 ４０ 短絡検出回路、 １００ 電源装置。

図１は、本発明の実施の形態に係る電源装置１００を示す回路図である。この電源装置１００は同期整流方式の昇圧コンバータであって、入力端子１０２に入力された電圧をスイッチングレギュレータにより昇圧して出力端子１０４に出力する。

電源装置１００は、入力端子１０２、出力端子１０４、基準電圧端子１０６を備える。入力端子１０２には、入力電圧Ｖｉｎが印加される。また、基準電圧端子１０６には、出力端子１０４から出力すべき出力電圧Ｖｏｕｔを調節するための基準電圧Ｖｒｅｆが入力される。電源装置１００は、その内部において基準電圧Ｖｒｅｆを生成してもよい。

図５は、図１の電源装置１００が搭載される電子機器３００の構成を示すブロック図である。電子機器３００は、ポータブルＣＤプレイヤやデジタルスチルカメラ、携帯電話端末など、電池駆動型の携帯機器であって、電池３１０、電源装置１００、負荷３２０を含む。電池３１０は、リチウムイオン電池などであって、３〜４Ｖ程度の電池電圧Ｖｂａｔを生成し、電源装置１００の入力端子１０２へと出力する。すなわち、電池電圧Ｖｂａｔは、図１の入力電圧Ｖｉｎである。また、電源装置１００の出力端子１０４には、負荷回路３２０が接続されている。負荷回路３２０は、たとえば、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）やＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）などの電池電圧Ｖｂａｔより高い電圧を必要とするデバイスである。

図１に戻る。この電源装置１００は、スイッチングレギュレータ３０、レギュレータ３２、制御回路３４および短絡検出回路３６を含む。レギュレータ３２、制御回路３４、短絡検出回路３６は、１つの半導体基板上に機能ＩＣとして一体集積化されている。

スイッチングレギュレータ３０は、一般的な同期整流方式の昇圧コンバータであり、インダクタＬ１、メインスイッチＳＷ１、同期整流用スイッチＳＷ２、出力コンデンサＣｏを含み、制御回路３４によってメインスイッチＳＷ１および同期整流用スイッチＳＷ２を交互にオンオフすることにより、入力電圧Ｖｉｎを昇圧し、出力端子１０４に出力電圧Ｖｏｕｔを出力する。メインスイッチＳＷ１および同期整流用スイッチＳＷ２はＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であって、それぞれのゲート端子に入力される電圧によってオンオフが制御される。

レギュレータ３２は、基準電圧端子１０６に入力された基準電圧Ｖｒｅｆにもとづいて出力電圧Ｖｏｕｔの安定化を図るための回路であって、抵抗Ｒ１、Ｒ２、誤差増幅器１８を含む。誤差増幅器１８は非反転入力端子と反転入力端子を備え、両入力端子の値が等しくなるようにその出力である誤差電圧Ｖｅｒｒを調節する。誤差増幅器１８の反転入力端子には、出力電圧Ｖｏｕｔが抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ２によって抵抗分割され、Ｖｏｕｔ×Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２）として帰還入力されている。また、誤差増幅器１８の非反転入力端子には基準電圧Ｖｒｅｆが印加されている。従って、このレギュレータ３２によって、出力電圧Ｖｏｕｔと基準電圧Ｖｒｅｆとの間に、Ｖｏｕｔ＝Ｖｒｅｆ×（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ１が成り立つように帰還がかかり、出力電圧Ｖｏｕｔが安定化されることになる。

制御回路３４は、レギュレータ３２から出力される誤差電圧Ｖｅｒｒにもとづいてスイッチングレギュレータ３０のスイッチング素子をオンオフさせるスイッチング信号を生成する。この制御回路３４は、オシレータ１４、スターター回路１６、電圧比較器１２、ドライバ回路１０を含む。オシレータ１４は、一定の周波数で、三角波またはのこぎり波状の周期電圧Ｖｏｓｃを生成する。スターター回路１６は、起動時に使用される回路であり、固定デューティでスイッチングレギュレータ３０のスイッチＳＷ１、ＳＷ２をオンオフする出力するためのスタート電圧Ｖｓｔを出力する。

電圧比較器１２は、電源装置１００の起動期間中、スターター回路１６から出力されるスタート電圧Ｖｓｔとオシレータ１４から出力される周期電圧Ｖｏｓｃを比較し、Ｖｓｔ＞Ｖｏｓｃのときハイレベルとなるパルス幅変調信号（以下、ＰＷＭ信号Ｖｐｗｍという）を出力する。また、電圧比較器１２は、起動完了後において、レギュレータ３２から出力される誤差電圧Ｖｅｒｒと、周期電圧Ｖｏｓｃを比較し、Ｖｅｒｒ＞ＶｏｓｃのときハイレベルとなるＰＷＭ信号Ｖｐｗｍを生成する。こうして生成されるＰＷＭ信号Ｖｐｗｍのデューティ比は、起動時において固定され、起動完了後において、誤差電圧Ｖｅｒｒに応じて変化する。

ドライバ回路１０は、ＰＷＭ信号Ｖｐｗｍにもとづいて、メインスイッチＳＷ１および同期整流用スイッチＳＷ２を交互にオンオフする回路である。ドライバ回路１０からは２つのスイッチング信号が出力されており、それぞれの信号はメインスイッチＳＷ１および同期整流用スイッチＳＷ２のゲート端子に入力されており、スイッチング動作を制御する。ＰＷＭ信号Ｖｐｗｍがローレベルの期間、メインスイッチＳＷ１をオンし、同期整流用スイッチＳＷ２をオフする。逆にＰＷＭ信号Ｖｐｗｍがハイレベルの期間は、メインスイッチＳＷ１をオフし、同期整流用スイッチＳＷ２をオンする。メインスイッチＳＷ１がオンすると、インダクタＬ１およびメインスイッチＳＷ１を介して電流が流れ、インダクタＬ１にエネルギが蓄えられる。同期整流用スイッチＳＷ２がオンすると、メインスイッチＳＷ１がオンの状態においてインダクタＬ１に流れていた電流が同期整流用スイッチＳＷ２を介して出力コンデンサＣｏに流れ込む。メインスイッチＳＷ１および同期整流用スイッチＳＷ２は、ＰＷＭ信号Ｖｐｗｍのデューティに従って交互にオンオフされ、出力端子１０４からは、入力電圧Ｖｉｎが昇圧され、平滑化された出力電圧Ｖｏｕｔが出力される。

またドライバ回路１０は、イネーブル端子ＥＮを備えており、イネーブル端子ＥＮにハイレベルが入力されると、２つのスイッチング信号を接地電位に固定してメインスイッチＳＷ１および同期整流用スイッチＳＷ２のスイッチング動作を停止し、スイッチングレギュレータ３０の昇圧動作を停止させる。

スイッチングレギュレータ３０のメインスイッチＳＷ１、同期整流用スイッチＳＷ２のオンオフを制御するＰＷＭ信号Ｖｐｗｍは、出力電圧Ｖｏｕｔをフィードバックして得られた誤差電圧Ｖｅｒｒをもとに決定されているため、出力電圧Ｖｏｕｔは、基準電圧Ｖｒｅｆによって決まる一定値に保たれる。

以下、本実施の形態に係る電源装置１００の特徴部分である短絡検出回路３６の構成について説明する。短絡検出回路３６は、電源装置１００の出力端子１０４に接続される負荷回路の短絡を検出する回路であって、電圧比較器２０およびタイマ回路２６を含む。
電圧比較器２０は、出力電圧Ｖｏｕｔと所定の検査電圧Ｖｔｈとを比較し、Ｖｔｈ＞Ｖｏｕｔのときハイレベルを出力し、Ｖｔｈ＜Ｖｏｕｔのときローレベルを出力する。

タイマ回路２６は、電圧比較器２２、定電流源２４、スイッチＳＷ３、短絡検出用コンデンサＣｘを含み、電圧生成回路３０の出力電圧Ｖｏｕｔが検査電圧Ｖｔｈより低いときアクティブとなり、経過時間を測定する。タイマ回路２６は、測定した時間が所定の時間を超えると、ハイレベルの停止信号ＳＩＧ１を出力する。

定電流源２４は一定の電流値Ｉｘの電流をスイッチＳＷ３を介して短絡検出用コンデンサＣｘに流す。短絡検出用コンデンサＣｘの一端は接地され、他端はスイッチＳＷ３を介して定電流源２４へ接続されている。この短絡検出用コンデンサＣｘは、定電流源２４により供給される定電流Ｉｘによって充電され、スイッチＳＷ３がオンされている期間中、短絡検出用コンデンサＣｘの電圧Ｖｘは、時間に比例した電圧となる。このように構成されるタイマ回路２６は、スイッチＳＷ３がオンのときアクティブとなり、時間を測定する。

電圧比較器２２には、シャットダウン電圧Ｖｓｄおよび電圧Ｖｘが入力されている。電圧比較器２２は入力された２つの電圧を比較し、電圧Ｖｘがシャットダウン電圧Ｖｓｄより大きくなると、制御回路３４のドライバ回路１０のイネーブル端子ＥＮにハイレベルの停止信号ＳＩＧ１を出力する。

電圧比較器２０の出力は、スイッチＳＷ３に入力されている。スイッチＳＷ３は、ハイレベルが入力されるときオンし、ローレベルが入力されるときオフする。スイッチＳＷ３は、ＭＯＳＦＥＴやバイポーラトランジスタなどによって構成することができ、ゲート電圧もしくはベース電圧を変化させることでオンオフさせることができる。
このように構成した短絡検出回路３６は、出力電圧Ｖｏｕｔが検出電圧Ｖｔｈより低い時間を測定し、この時間が所定の時間を超えたときに負荷回路が短絡状態であると判定し、ハイレベルの停止信号ＳＩＧ１を出力する。

停止信号ＳＩＧ１は、ドライバ回路１０のイネーブル端子ＥＮに入力される。上述のように、ドライバ回路１０は、イネーブル端子ＥＮにハイレベルが入力されると、メインスイッチＳＷ１、同期整流用スイッチＳＷ２のスイッチング動作を停止する。このようにして、制御回路３４は、タイマ回路２６により測定された経過時間が所定の時間を超えたとき、スイッチング素子のスイッチング動作を停止する。

以上のように構成された電源装置１００の動作について、図２（ａ）、（ｂ）および図３（ａ）、（ｂ）をもとに説明する。図２（ａ）、（ｂ）は、電源装置１００の出力端子１０４に接続された負荷回路が短絡していない通常時の動作を示す図である。図３（ａ）、（ｂ）は、電源装置１００の出力端子１０４に接続された負荷回路が短絡している場合の異常時の動作を示す図である。

まず、図２（ａ）、（ｂ）を用いて負荷回路が短絡していない通常時の動作について説明する。
時刻Ｔ０に電源装置１００の昇圧動作が開始される。時刻Ｔ０〜Ｔ１の期間は、電源装置１００の起動時に使用されるスターター回路１６の出力がアクティブとなっており、出力電圧Ｖｏｕｔは時刻Ｔ１まで固定デューティで昇圧される。

出力電圧Ｖｏｕｔ＞Ｖ１となると、スターター回路１６の出力はオフし、前述のようにＶｏｕｔ＝（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ２×Ｖｒｅｆとなるように誤差増幅器１８の誤差電圧Ｖｅｒｒが調節され、この誤差電圧Ｖｅｒｒにもとづいて、電圧比較器１２によってＰＷＭ信号Ｖｐｗｍが生成される。ドライバ回路１０は、このＰＷＭ信号Ｖｐｗｍのデューティに従ってメインスイッチＳＷ１および同期整流用スイッチＳＷ２がオンオフすることにより、入力電圧Ｖｉｎを所望の電圧にまで昇圧する。フィードバックによって誤差電圧Ｖｅｒｒが調節されることにより、出力電圧Ｖｏｕｔは、（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ２×Ｖｒｅｆで与えられる電圧に近づいていく。

この間の短絡検出回路３６は以下の動作を行っている。図２（ａ）において、時刻Ｔ０〜Ｔ１は起動期間であり、出力電圧Ｖｏｕｔは固定デューティで昇圧されて、徐々に大きくなっていく。この間、電圧比較器２０においては、Ｖｔｈ＞Ｖｏｕｔが成り立つので、スイッチＳＷ３はオンされている。スイッチＳＷ３がオンされることによって、短絡検出用コンデンサＣｘは定電流源２４から供給される電流Ｉｘによって充電され、電圧Ｖｘは時間とともに徐々に上昇していく。定電流源２４による充電が開始されてからの経過時間をｔｘとすると、短絡検出用コンデンサＣｘの電圧Ｖｘは、Ｖｘ＝Ｉｘ／Ｃｘ×ｔｘで与えられ、時間に比例して上昇していく。

時刻Ｔ２に出力電圧Ｖｏｕｔが検査電圧Ｖｔｈより大きくなると、スイッチＳＷ３がオフされ、定電流源２４からの電流供給が遮断される。このとき、短絡検出用コンデンサＣｘの充電は停止するため、電圧Ｖｘは一定値をとる。その後、電圧Ｖｘは上昇することはないため、電圧比較器２２における電圧比較によりシャットダウン電圧Ｖｓｄより常に小さく、ドライバ回路１０のイネーブル端子ＥＮにはローレベルが入力されるため、スイッチングレギュレータ３０における昇圧動作が停止されることはない。時刻Ｔ１に起動期間が終了すると、スターター回路１６が非アクティブとなり、ＰＷＭ信号Ｖｐｗｍは、レギュレータ３２から出力される誤差電圧Ｖｅｒｒにもとづいて生成され、出力電圧Ｖｏｕｔは、所望の電圧値に近づいていく。

次に電源装置１００の出力端子１０４に接続される負荷回路が短絡しているときの動作について図３（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。

時刻Ｔ０に電源装置１００の昇圧動作が開始される。時刻Ｔ０において、昇圧動作開始時に使用されるスターター回路１６の出力がアクティブとなり、スイッチングレギュレータ３０のスイッチングは固定デューティで制御され、出力電圧Ｖｏｕｔを上昇させるための昇圧動作が開始される。ところがこのとき、電源装置１００の出力端子１０４に接続される負荷回路は短絡されているため、図３（ａ）に示すように出力電圧Ｖｏｕｔは、０Ｖ付近のある一定値以上大きくならない。

その結果、短絡検出回路３６においては以下の動作が行われる。スイッチＳＷ３は、Ｖｏｕｔ＜Ｖｔｈのときオンし続けるため、短絡検出用コンデンサＣｘの電圧Ｖｘは定電流源２４から供給される電流Ｉｘによって充電され、Ｉｘ／Ｃｘの傾きで上昇し続ける。やがて、時刻Ｔ３において短絡検出用コンデンサＣｘの電圧Ｖｘがシャットダウン電圧Ｖｓｄより大きくなる。この時刻Ｔ３は、Ｔ３＝Ｖｓｄ／Ｉｘ×Ｃｘで与えられる。電圧比較器２２において、時刻Ｔ３にＶｓｄ＜Ｖｘとなると、ドライバ回路１０のイネーブル端子ＥＮにはハイレベルが入力され、スイッチングレギュレータ３０の昇圧動作は停止される。この昇圧動作の停止は、ドライバ回路１０から出力される２つのスイッチング信号をいずれも接地電位まで下げることによって行うことができる。

時刻Ｔ３にスイッチングレギュレータ３０の昇圧動作が停止されると、出力コンデンサＣｏへの電荷の供給が停止し、負荷回路に放電されるだけなので、出力電圧Ｖｏｕｔは接地電位付近まで下降し、負荷回路に大電流が流れるのを防止することができる。

この際に、出力端子１０４に接続されている負荷回路の動作もあわせて停止してもよい。負荷回路の動作を停止させることにより、電源装置１００から流れる電流を減少させ、回路の発熱をより効果的に抑えることができる。

さらに、この電源装置１００をセットに搭載する場合、セットを統括的に制御する回路に対して、負荷回路の短絡を知らせる信号を出力してもよい。セットの製造時の試験であれば、この信号によって製造者は出荷前に負荷回路の短絡を検知することができ、原因解析などを行うことができる。また、セットの出荷後においても、セットを統括的に制御する回路は、ユーザに対して故障を知らせるなどの適切な処理を行うことができる。

以上のように、本実施の形態にかかる電源装置１００では、負荷回路の短絡を短絡検出回路３６により検知してスイッチングレギュレータ３０のメインスイッチＳＷ１および同期整流用スイッチＳＷ２いずれもをオフすることによりスイッチング動作を停止し、負荷回路のへの電流供給を遮断し、大電流が流れるのを防止することができる。
また図２（ａ）、（ｂ）に示したように、負荷回路に短絡異常が発生していない場合には、スイッチングレギュレータ３０の動作に影響を及ぼすことはない。

上記実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

例えば、本実施の形態に用いた短絡検出回路３６は図４に示す短絡検出回路４０と置き換えてもよい。この短絡検出回路４０は、電源装置１００の起動から一定時間経過後に出力電圧Ｖｏｕｔが所定の検査電圧Ｖｔｈまで達していない場合に負荷回路が短絡しているものと判断する。

短絡検出回路４０は、タイマ回路２６、電圧比較器４４を含む。タイマ回路２６の構成は図１と同様である。短絡検出用コンデンサＣｘは、定電流源２４により供給される定電流Ｉｘによって充電され、スイッチＳＷ３がオンされている期間中、短絡検出用コンデンサＣｘの電圧Ｖｘは、時間と共に上昇するタイマ回路として機能する。スイッチＳＷ３のオンオフは、基準電圧Ｖｒｅｆによって制御され、一定値以上の基準電圧Ｖｒｅｆが入力されているときに、スイッチＳＷ３はオンする。タイマ回路２６は、スイッチＳＷ３がオンの期間アクティブとなり時間測定を開始する。

電圧比較器４２には、短絡検出用コンデンサＣｘの電圧Ｖｘと電圧Ｖｔｉｍｅが入力されている。短絡検出用コンデンサＣｘが充電されて、Ｖｘ＞Ｖｔｉｍｅとなったとき、電圧比較器４２はハイレベルの信号を出力する。基準電圧Ｖｒｅｆを、昇圧動作開始と同時に入力してスイッチＳＷ３をオンした場合、タイマ回路２６は、スイッチング動作開始から所定の時間経過したときに所定レベルの信号を出力することになる。この電圧比較器４２の出力は電圧比較器４４へと入力されている。すなわち、このタイマ回路２６は、電圧Ｖｔｉｍｅによって定まる一定時間を測定し、その時間の経過を電圧比較器４４に通知する。

電圧比較器４４は、電圧比較器４２の出力が所定レベル、すなわちハイレベルとなったときだけ電圧比較動作を行う。電圧比較器４４には、電源装置１００の出力電圧Ｖｏｕｔと、検査電圧Ｖｔｈが入力されており、Ｖｏｕｔ＜Ｖｔｈのとき、その出力をハイレベルとする。電圧比較器４４の出力は、図１のドライバ回路１０のイネーブル端子ＥＮへ接続されている。したがって、制御回路３４は、タイマ回路２６からハイレベルが出力されたとき、電圧生成回路３０の出力電圧Ｖｏｕｔが検査電圧Ｖｔｈより低い場合に、メインスイッチＳＷ１、同期整流用スイッチＳＷ２のスイッチング動作を停止する

電源装置１００の負荷回路が短絡していなければ、昇圧動作開始から一定時間経過後に、出力電圧Ｖｏｕｔはある電圧よりも大きくなっているはずである。逆に、負荷回路が短絡している場合、出力電圧Ｖｏｕｔは上昇せず、一定時間経過後においてもＶｏｕｔ＜Ｖｔｈであるから、負荷回路の短絡を検出することができる。この電圧の比較を行う時刻は、電圧Ｖｔｉｍｅ、短絡検出用コンデンサＣｘ、定電流Ｉｘによって調節することができる。

また、本実施の形態においては、メインスイッチＳＷ１および同期整流用スイッチＳＷ２としてＮ型のＭＯＳＦＥＴを使用したがこれには限定されない。ドライバ回路１０によってゲート電圧をドライブするロジックおよび電圧を変更すれば、Ｐ型ＭＯＳＦＥＴを使用することも可能である。また、ＭＯＳＦＥＴに代えてバイポーラトランジスタ等の別のタイプのトランジスタを用いてもよく、要はスイッチング素子として動作すればよい。これらの選択は、電源装置に要求される設計仕様、使用する半導体製造プロセスなどによって決めればよい。

実施の形態では、スイッチングレギュレータ３０として同期整流方式の昇圧コンバータを用いたが、これには限定されず、他のスイッチング素子を有する電源回路に置き換えることができる。スイッチング素子を有する電源回路とは、同期整流用スイッチに替えて、整流用ダイオードを用いるダイオード整流方式のスイッチングレギュレータや、スイッチドキャパシタ方式による昇圧回路、降圧回路や、電圧反転回路などがある。

本実施の形態において、電源装置１００を構成する素子はすべて一体集積化されていてもよく、その一部がディスクリート部品で構成されていてもよい。どの部分を集積化するかは、コストや占有面積などによって決めればよい。

本発明に係る電源装置により、負荷回路の短絡から、回路素子の保護を図ることができる。

Claims (8)

1. スイッチング素子を有する電圧生成回路と、
   前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御回路と、
   前記電圧生成回路の出力電圧と所定の検査電圧を比較する電圧比較器と、
   前記電圧生成回路の出力電圧が前記検査電圧より低いときアクティブとなり、経過時間を測定するタイマ回路と、
   を備え、前記制御回路は、前記タイマ回路により測定された経過時間が所定の時間を超えたとき、前記スイッチング素子のスイッチング動作を停止することを特徴とする電源装置。
2. スイッチング素子を有する電圧生成回路と、
   前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御回路と、
   スイッチング動作開始から所定の時間経過したときに所定レベルの信号を出力するタイマ回路と、
   前記タイマ回路から所定レベルの信号が出力されたときアクティブとなり、前記電圧生成回路の出力電圧と所定の検査電圧を比較する電圧比較器と、
   を備え、前記制御回路は、前記電圧生成回路の出力電圧が前記検査電圧より低い場合、前記スイッチング素子のスイッチング動作を停止することを特徴とする電源装置。
3. 前記制御回路は、スイッチング動作の開始から所定の起動期間の間、あらかじめ決められた固定デューティで前記スイッチング素子のスイッチング動作を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の電源装置。
4. 前記制御回路は、前記スイッチング素子のスイッチング動作を停止するとともに、前記電圧生成回路の出力端子に接続された負荷回路の動作を停止することを特徴とする請求項１または２に記載の電源装置。
5. 前記制御回路と、前記電圧比較器と、前記タイマ回路と、を１つの半導体基板上に一体集積化したことを特徴とする請求項１または２に記載の電源装置。
6. 電池と、
   前記電池の電圧を昇圧または降圧して出力する請求項１または２に記載の電源装置と、
   を備えることを特徴とする電子機器。
7. スイッチング素子を有する電圧生成回路の制御方法であって、
   前記電圧生成回路の出力電圧と所定の検査電圧とを電圧比較するステップと、
   前記電圧生成回路の出力電圧が前記検査電圧より低い期間、時間を計測する時間計測ステップと、
   前記時間計測ステップにより計測された時間が、所定の時間を超えると、前記スイッチング素子のスイッチング動作を停止するステップと、
   を備えることを特徴とする制御方法。
8. スイッチング素子を有する電圧生成回路の制御方法であって、
   前記スイッチング素子のスイッチング動作開始から所定の時間の経過を検出するステップと、
   前記所定の時間の経過を検出したとき、前記電圧生成回路の出力電圧と所定の検査電圧とを電圧比較するステップと、
   前記電圧比較の結果、前記電圧生成回路の出力電圧が検査電圧より低い場合、前記スイッチング素子のスイッチング動作を停止するステップと、
   を備えることを特徴とする制御方法。

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