JPWO2014017279A1 - Ｄｃ／ｄｃコンバータ及び表示装置 - Google Patents

Abstract

強磁界下に置かれた場合でもＤＣ／ＤＣコンバータがシャットダウンして表示装置が停止することを回避するＤＣ／ＤＣコンバータと表示装置を提供する。入力端子に一端が接続されたインダクタと、インダクタの他端と接地とに接続されたスイッチング素子と、インダクタの他端と出力端子とに接続されたダイオードと、出力端子と接地とに接続されたコンデンサと、出力端子と接地とに接続され、出力電圧を分圧したフィードバック電圧を出力するフィードバック回路と、フィードバック電圧が入力され、フィードバック電圧に応じた周波数でスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ制御する発振回路と、を備えるＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、外部磁界を検出し、検出した磁界が予め定めた閾値を超えるか否かに応じて異なる信号を出力する検出回路と、信号に応じてＤＣ／ＤＣコンバータを制御する制御回路と、を備える。

Description

本発明は、ＤＣ／ＤＣコンバータ及び表示装置に関し、特に、強磁界下で使用されるＤＣ／ＤＣコンバータ及び表示装置に関する。

例えば医療向けの表示装置において、ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging system）等の磁場発生装置が使用されるような環境下に表示装置を設置し、モニタとして用いる場合、表示装置を駆動している電子部品が周辺の磁界変化の影響を受けて誤動作を起こし、想定していなかった動作をすることが考えられる。具体的には、表示装置を駆動するための電源回路に含まれるインダクタは、周囲の磁界の影響を直接的に受けるため、本来期待している動作と異なる動作をし、それが起因となって電源回路を誤動作させる可能性がある。また、集積回路（ＩＣ）においても磁場の影響を受ける場合が考えられ、同様に期待している動作と異なる動作をする可能性がある。

特に電源回路（ＤＣ／ＤＣコンバータ）の回路構成として、昇圧回路や降圧回路に用いられるスイッチング回路がある。このスイッチング回路は、主にインダクタ、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、整流用のダイオード、平滑用のコンデンサから構成され、入力電圧を変換して入力電圧とは異なる電圧値の出力電圧を生成する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータには、出力電流が異常に大きくなった場合に、電子部品の発熱・発火等の危険を防止するための過電流防止回路が設けられている。

このような構成のＤＣ／ＤＣコンバータを搭載する表示装置を磁界の強力な空間下（強磁界下と呼ぶ。）に置いた場合、インダクタが磁界の影響を受けて磁束飽和の方向へ向かうと電流値が大きくなり、これが過電流防止回路の閾値を超えてしまうとＤＣ／ＤＣコンバータはラッチ動作に入ってしまう。ラッチ動作が働くとＤＣ／ＤＣコンバータは出力を停止し、その結果、表示装置は停止して何も表示しなくなってしまう。つまり、強磁界下に表示装置を置いた場合、周囲の磁界変化により表示装置が突然停止してしまう不具合が生じ、停止した表示装置を再復帰させるための作業が必要となるという問題がある。

このような問題を回避する方法として、例えば、下記特許文献１には、交流電源の交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣコンバータと、この直流電圧を平滑する平滑コンデンサと、パワートランジスタから構成され、このパワートランジスタをＯＮ／ＯＦＦ制御することにより、平滑された直流電圧を交流電圧に変換するスイッチング回路と、指令電圧と搬送波とを比較し、前記スイッチング回路のパワートランジスタをＯＮ／ＯＦＦ制御する制御信号を出力するＰＷＭ回路と、前記交流電源と前記電力変換装置との間に接続される高調波ノイズ抑制用のリアクトルの磁束飽和の是非を判断し、磁束飽和と判断した場合に前記搬送波のスイッチング周波数を変更する比較器と、を備えた電力変換装置が開示されている。この公報には、電動機を可変速駆動するインバーター装置において、高調波ノイズ抑制用のリアクトルの磁気飽和を防ぐため、磁束検出器にて検出した磁束と予め指定していた閾値レベルとを比較し、レベルを超えた場合は、リアクトルとその先に付いている平滑コンデンサで構成されるＬＣ共振周波数を回避するために電源回路のパワートランジスタを制御する発振周波数を減少させ、発振周波数を減少させた後、再度磁束を検出し、先の検出磁束よりも大きい場合には発振周波数を増加させてリアクトルが磁気飽和しない周波数領域に発振周波数を変更することが記載されている。

また、下記特許文献２には、送信用信号を増幅する増幅回路を駆動するための電力を生成する電力制御装置であって、前記送信用信号に応じて前記増幅回路から出力されるべき送信信号の単位時間毎の最大電圧値に基づいてＰＷＭ信号を生成する生成手段と、選択手段と、インダクタンスの異なるものを含む複数のインダクタを含み、前記複数のインダクタのうち前記選択手段により選択されたインダクタを用いたチョッパ回路により、前記ＰＷＭ信号に基づいて、前記電力を生成する電力生成手段と、を備え、前記選択手段は前記最大電圧値を反映した値を取得し、当該値と予め設定されている一以上の閾値とを比較し、比較結果に応じて前記電力生成手段にて用いるインダクタを選択する電力制御装置が開示されている。この公報には、昇圧回路において昇圧回路ラインを予め２系統用意しておき、出力電圧値や負荷に応じて昇圧経路（主にインダクタ）を変更することが記載されている。

また、下記特許文献３には、リアクトルとスイッチング素子とを備え、前記スイッチング素子の周期的なスイッチング制御によって前記リアクトルに流れる電流量を制御して入力電圧を所定の出力電圧に変換する電圧変換器に用いられる装置であって、前記リアクトルの電流量を検出する電流検出部と、前記スイッチング素子のＯＮ又はＯＦＦ期間の中心タイミングとは異なるタイミングを含む複数のタイミングでそれぞれ前記電流検出部にて得られる複数の検出値と、前記リアクトルの容量が所定値である場合の前記検出値に関する基準値とに基づいて、前記リアクトルの容量変化を検出する検出制御部と、を備えた装置が開示されている。この公報には、リアクトルの劣化等によりリアクトル電流が増加した場合、その電流を検出し、検出した電流値と正常状態（基準値）との差分を比較して差分があればスイッチをＯＦＦするか、またはＳＷ周期を減少することが記載されている。

また、下記特許文献４には、電磁アクチュエータを駆動するアクチュエータ駆動装置において、電源電圧を昇圧する昇圧回路を設け、この昇圧回路の下流側に昇圧後電圧制御手段を設けたアクチュエータ駆動装置が開示されている。この公報には、入力電圧をモニタし、入力電圧が低下した場合に、昇圧部のＦ／Ｂ分圧抵抗値を切り替えて出力電圧を小さくし、入力電圧センサの判定結果によってスイッチをＯＮ／ＯＦＦすることが記載されている。

また、下記特許文献５には、等価的に１つのリアクトルを構成する２分割した２つの主リアクトルと、一方の極を前記主リアクトルの直列接続体の一端に接続し、他方の極を直流電源の一方の電圧端子に直接に接続した主スイッチと、前記主スイッチの両極聞に接続した、スナバダイオードとスナバコンデンサの直列接続体と、前記スナバダイオードとスナバコンデンサとの接続点と、前記２つの主リアクトルの直列接続体の接続点との聞に接続した補助スイッチとを備え、当該補助スイッチは、スナバコンデンサの電圧を零電圧とすることにより主スイッチのターオン時の電圧を零電圧とするチョッパ回路が開示されている。この公報には、各スイッチのＯＮ／ＯＦＦタイミングに関して、Ｓ２をＳ１よりわずかに早くＯＮさせるソフトスイッチング動作と、Ｓ２とＳ１を同時もしくはＳ２をＳ１より遅くＯＮさせる回生動作が記載されている。

特開２００４−２６０９６３号公報 特開２００９−２２５５９２号公報 特開２０１０−２７９１５０号公報 特開２００５−３３３７６８号公報 ＷＯ２００６−０９８３７６号公報

このように、表示装置が強磁界下に置かれた場合において、特許文献１のように、図８（特許文献１の図１）に示す電力変換装置を用いて発振周波数を制御しようとした場合、図９（特許文献１の図５）のフローチャート図では、ステップＳ３にて発振周波数を減少させる動作になっているため、ステップＳ３の動作を実行した際に発振周波数が低くなり、ラッチ動作を引き起こすという問題がある。

また、特許文献１の構成において、接地コンデンサとノイズ抑制用コモンモードリアクトルによって構成されるＬＣ回路の共振周波数と、負荷を駆動するスイッチング周波数とが近くなる領域へ入ろうとした場合に、共振が起こって増幅されてしまうため、これを回避することを目的として、発振周波数をＬＣ回路の共振周波数を近づけないように制御する必要があり、制御が複雑になるという問題がある。

また、図１０に示すように、特許文献２では、電源生成ラインを２系統用意しておき、負荷の大きい場合と小さい場合とで電源生成部（コイル、ＦＥＴ、平滑コンデンサ等）を切り替えることで、負荷に応じて電力損失の少なくなる回路を実現しているが、この回路構成では、常に２系統の回路を具備しておく必要があり、回路面積とコストが大幅にかかるという問題がある。

また、図１１に示すように、特許文献３では、電流値の変動をモニタして、その結果、基準値に差分があると判定した場合にＳＷ制御を開始するが、この動作では、電流値差分を計算・判定している時点において既に電流値が許容値をオーバーしている。そのため、例えば判定している最中に過電流によりＤＣ／ＤＣコンバータが停止する可能性がある。

また、図１２に示すように、特許文献４では、スイッチ（トランジスタまたはＦＥＴのゲート）の先にホール素子の出力部が直接接続されておらず、入力電圧のみモニタしてスイッチのＯＮ／ＯＦＦを判定する構成となっているため、強磁界下においてはこの従来例のスイッチは動作せず、過電流によりＤＣ／ＤＣコンバータが停止する可能性がある。

また、図１３に示すように、特許文献５では、スイッチ（トランジスタまたはＦＥＴのゲート）の先に抵抗とＴｒを介してホール素子の出力部が接続されていないため、強磁界下においてはこの従来例のスイッチは動作せず、従来例に記載のターンオン／ターンオフ時のスパイク的な電圧電流変動起因ではなく、定常的な過電流によりＤＣ／ＤＣコンバータが停止する可能性がある。

また、別の方法として、例えば表示装置が強磁界下でも磁界の影響を受けないようにシールドをする、あるいは磁性体を含む部品を使用しない等の方法も考えられるが、これらの方法ではコストが大幅にかかってしまうことになる。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その主たる目的は、強磁界下に置かれた場合でもＤＣ／ＤＣコンバータがシャットダウンして表示装置が停止することを回避することができるＤＣ／ＤＣコンバータ及び表示装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、入力端子に一端が接続されたインダクタと、前記インダクタの他端と接地との間に接続されたスイッチング素子と、前記インダクタの他端と出力端子との間に接続されたダイオードと、前記出力端子と接地との間に接続されたコンデンサと、出力端子と接地との間に接続され、前記出力電圧を分圧したフィードバック電圧を出力するフィードバック回路と、前記フィードバック電圧が入力され、前記フィードバック電圧に応じた周波数で前記スイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ制御する発振回路と、を備えるＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、外部磁界を検出し、検出した磁界が予め定めた閾値を超えるか否かに応じて異なる信号を出力する検出回路と、前記信号が入力され、前記信号に応じて前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御することにより、強磁界下における前記ＤＣ／ＤＣコンバータの過電流を抑制する制御回路と、を備えるものである。

本発明のＤＣ／ＤＣコンバータ及び表示装置によれば、強磁界下に置かれた場合でもＤＣ／ＤＣコンバータがシャットダウンして表示装置が停止することを回避することができる。

その理由は、ＤＣ／ＤＣコンバータに、磁界を検出し、検出した磁界が予め定めた閾値を超えるか否かに応じて異なる信号を出力する強磁界下検出回路と、出力される信号に応じて、スイッチングＦＥＴをＯＮ／ＯＦＦ制御する発振周波数を高くしたり、他のインダクタを直列に接続してインダクタンス値を高くしたり、分圧用の抵抗を切り離してＦ／Ｂ電圧を高くしたりして、強磁界下であることを検出した場合にＤＣ／ＤＣコンバータがラッチ動作に入らないように制御する強磁界下ラッチ動作回避回路と、を設けるからである。

本発明の第１の実施例に係る表示装置の全体構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施例に係るＤＣ／ＤＣコンバータの構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施例に係るＤＣ／ＤＣコンバータにおける発振周波数の制御動作を示す図である。 本発明の第２の実施例に係るＤＣ／ＤＣコンバータの構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施例に係るＤＣ／ＤＣコンバータにおけるインダクタンスの制御動作を示す図である。 本発明の第３の実施例に係るＤＣ／ＤＣコンバータの構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施例に係るＤＣ／ＤＣコンバータにおけるＦ／Ｂ電圧の制御動作を示す図である。 特許文献１（特開２００４−２６０９６３号公報）の電力変換装置の回路構成例を示す図である。 特許文献１（特開２００４−２６０９６３号公報）の電力変換装置の回路アルゴリズムを示す図である。 特許文献２（特開２００９−２２５５９２号公報）の電力制御装置の回路構成例を示す図である。 特許文献３（特開２０１０−２７９１５０号公報）の検出回路の回路構成例を示す図である。 特許文献４（特開２００５−３３３７６８号公報）のアクチュエータ駆動装置の回路構成例を示す図である。 従来（ＷＯ２００６−０９８３７６号公報）のチョッパ回路の回路構成例を示す図である。

背景技術で示したように、強磁界下にインダクタを有するＤＣ／ＤＣコンバータが置かれた場合、外部磁界によりインダクタに過剰な磁束が発生して電流値が増大し、これにより出力電流が大きくなるため、ＤＣ／ＤＣコンバータに設けられている過電流防止回路（ラッチ回路）が動作してしまう場合がある。ラッチ回路が動作した場合、ＤＣ／ＤＣコンバータは一定時間後に出力電圧をＯＦＦとさせるため（シャットダウン）、表示装置の映像としては何も表示せず停止状態となり、これを復帰させるには電源を再投入する必要がある。

この問題に対して様々な方法が提案されているが、いずれの方法も、ＤＣ／ＤＣコンバータのシャットダウンを効果的に防止することができない。また、別の方法として、回路部材として磁界に影響を受ける部品の使用を避ける、または強固なシールドを施すという方法も考えられるが、この方法ではコストが大幅にかかってしまう。

そこで、本発明の一実施の形態では、入力端子に一端が接続されたインダクタと、前記インダクタの他端と接地との間に接続されたスイッチング素子と、前記インダクタの他端と出力端子との間に接続されたダイオードと、前記出力端子と接地との間に接続されたコンデンサと、前記出力端子と接地との間に接続され、出力電圧を分圧したフィードバック電圧を出力するフィードバック回路と、前記フィードバック電圧が入力され、前記フィードバック電圧に応じた周波数で前記スイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ制御する発振回路と、を備えるＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、外部磁界を検出し、検出した磁界が予め定めた閾値を超えるか否かに応じて異なる信号を出力する検出回路と、前記信号が入力され、前記信号に応じて前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御することにより、強磁界下における前記ＤＣ／ＤＣコンバータの過電流を抑制する制御回路と、を備える。これにより、強磁界下に置かれた場合においても表示装置が停止しないように、つまりＤＣ／ＤＣコンバータがシャットダウンしないような回路構成とする。

具体的には、強磁界下であることを検出する強磁界下検出回路と、強磁界下であることを検出した場合にＤＣ／ＤＣコンバータがラッチ動作に入らないように制御する強磁界下ラッチ動作回避回路と、を含む回路構成にする。強磁界下検出回路としては、例えば、周囲の磁場の強弱に反応して出力論理（ＨｉまたはＬｏｗ）を切り替えるホール素子（ホールＩＣ）を用いて構成する。また、強磁界下ラッチ動作回避回路としては、例えば、ホールＩＣの出力状態によりＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧生成動作を変更する回路（発振周波数制御回路、インダクタンス制御回路、Ｆ／Ｂ電圧制御回路など）を用いて構成する。

上記した本発明の実施の形態についてさらに詳細に説明すべく、本発明の第１の実施例に係るＤＣ／ＤＣコンバータ及び表示装置について、図１乃至図３を参照して説明する。図１は、本実施例の表示装置の構成を示すブロック図であり、図２は、本実施例のＤＣ／ＤＣコンバータの構成を示すブロック図である。また、図３（ａ）〜３（ｄ）は、ＤＣ／ＤＣコンバータにおける発振周波数の制御動作を示す図である。

図１に示すように、本実施例の表示装置１０は、バッテリーなどの電源供給源２０と、ＤＣ／ＤＣコンバータなどの電源生成回路３０と、映像信号を供給する映像信号供給源４０と、映像信号を処理するＩＣなどの映像信号処理回路５０と、表示装置を駆動するＩＣなどの表示装置駆動ドライバ６０と、表示装置を走査するＩＣなどの表示装置走査用ドライバ７０と、映像を表示するＬＣＤなどの映像表示部８０とで構成される。

上記表示装置１０の内、電源生成回路３０にはインダクタが使用され、このインダクタが磁界の影響を受けて誤動作することから、本実施例では、この電源生成回路３０を強磁界下でも正常に動作するように、図２のような構成にする。まず、電源生成回路３０の一例として、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０ａの基本的な動作について説明する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ３０ａは、入力電圧ＶINが入力されると、インダクタ３１でエネルギーを充電し、発振ＩＣ３３で決められた周期でスイッチングＦＥＴ３２のゲートを開き、昇圧ラインのＯＮ／ＯＦＦを繰り返して入力よりも高い電圧を生成し、整流ダイオード３４で一方向に電流が流れるように整流し、平滑コンデンサ３５にて安定した電圧を得て、出力電圧ＶOUTとして出力する。また、出力電圧が想定している電圧よりも高くならないようにするために出力電圧を常に監視し、抵抗３６と抵抗３７で定められるフィードバック（Ｆ／Ｂ）電圧として出力電圧の分圧値を発振ＩＣ３３へ戻し（図２のF/B検知Divider）、発振ＩＣ３３中に存在するエラーアンプで出力電圧値をモニタし、出力電圧が高くなった場合は低くなるように、また出力電圧が低くなった場合は高くなるように調整し、常に所定の一定電圧が得られるような回路構成となっている。

ここで、例えば数ｍＴ（ミリテスラ）を超えるような強い磁束（数値を限定するものではない）がＤＣ／ＤＣコンバータ３０ａを構成する部品以外（ＤＣ／ＤＣコンバータ外部）から印加されるような場（以下、強磁界下という。）にＤＣ／ＤＣコンバータ３０ａが置かれた場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０ａの昇圧スイッチング用や降圧スイッチング用に使われるインダクタ３１が外部磁界の影響を受けて磁束飽和の傾向になる。磁束飽和の傾向へ向かうとインダクタ３１のインダクタンス値はそれに伴って低下していく。インダクタンス値が低下していくということは出力電圧を生成するのに充分なエネルギーがインダクタ３１に蓄えられなくなることを意味し、スイッチングＦＥＴ３２がＯＮ／ＯＦＦをして次のＯＮ／ＯＦＦ駆動が始まるまでに充分なエネルギーを保持できずに電圧低下を起こし、これによってＤＣ／ＤＣコンバータ３０ａのＦ／Ｂ回路にて異常状態と認識され、ラッチ回路が動作することとなる。その結果、表示装置１０が停止状態となり、突然画面に何も映像が表示されなくなる。

この問題に対して、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０ａが強磁界下に置かれ、インダクタ３１のインダクタンス値が低下した際に、インダクタ３１に蓄えられたエネルギーでは次のスイッチングＦＥＴ３２のＯＮ／ＯＦＦ動作のタイミングまで出力電圧が保持できない状態となる前に、スイッチングＦＥＴ３２のＯＮ／ＯＦＦのタイミングを早めることでスイッチング動作を繋ぎ、出力電圧の保持が可能となる。つまり、出力電圧を保持できるように、強磁界を検知した時の発振周波数を高くすれば良いことになる。

そこで、本実施例では、強磁界下に置かれた場合でも表示装置１０が停止状態になることを回避するために、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０ａに、強磁界であることを検出する強磁界下検出回路３８と、強磁界下であることを検出した場合にＤＣ／ＤＣコンバータ３０ａがラッチ動作に入らないように制御する強磁界下ラッチ動作回避回路とを設ける。具体的には、強磁界下ラッチ動作回避回路は、前記強磁界下検出回路３８が閾値を超える磁界を検出したときに出力される信号が入力されたら、スイッチングＦＥＴ３２をＯＮ／ＯＦＦ制御する周波数を高くする制御を行う。

この強磁界下検出回路３８としては、周囲の磁場の強弱に反応して出力論理（ＨｉまたはＬｏｗ）を切り替える部品、例えばホール素子（ホールＩＣ）を用いて構成することができる。また、強磁界下ラッチ動作回避回路としては、ホールＩＣの出力論理（ＨｉまたはＬｏｗ）によりＤＣ／ＤＣコンバータ３０ａの発振周波数を制御する発振周波数制御回路３９ａを用いて構成することができる。

なお、ホールＩＣはデジタル出力タイプのものでもアナログ出力タイプ（リニアホールＩＣ等）のものでも良く、ホールＩＣの種類は限定されない。但し、速い動作を実現するためにはアナログ値で制御できるリニアホールＩＣの方が適している。また、磁界の検出はホールＩＣに限るものではなく、磁界の強さを検出してその強さによって出力論理状態が切り替えられる装置または部品であれば良い。

この強磁界下検出回路３８と発振周波数制御回路３９ａとが搭載されている場合の動作について説明する。ホールＩＣの動作として、外部磁界が無い、または非常に小さい環境下においてはＨｉレベルを出力し、一定の閾値を超えた強磁界下に置かれた場合、ホールＩＣが動作し、Ｌｏｗレベルを出力する仕様とする。発振周波数制御回路３９ａは、ホールＩＣの出力レベルを判定し、Ｈｉレベルであれば通常駆動時の発振周波数ｆ0（ｋＨｚ）にてスイッチングＦＥＴ３２を駆動し、Ｌｏｗレベルであれば発振周波数を下記の式１を満たす周波数ｆmに切り替える。

ｆ0＜ｆm＜ｆmax … 式１

ここで、ｆmaxの値は、下記の式２のように、スイッチングＦＥＴ３２を駆動する際のＦＥＴのターンＯＮ時間（Ｔon）とターンＯＦＦ時間（Ｔoff）の和の逆数よりも小さい値とする必要がある。その理由は、スイッチングＦＥＴ３２を駆動する際において、ＦＥＴのターンＯＮ時間とターンＯＦＦ時間の和の逆数を超えた周波数で駆動しようとしても、ＦＥＴのスイッチング動作として充分にＯＮ／ＯＦＦ反応しない領域で駆動することとなるため、正常なスイッチング動作が行われなくなるためである。

ｆmax＜１/(Ｔon＋Ｔoff) … 式２

上記動作について、図３（ａ）〜３（ｄ）を用いて具体的に説明する。外部磁界が無い環境下（ここでは図３（ａ）の磁束密度Ｂ（Ｔ）がホール素子の閾値（Ｂth）を超えない場合）は、ホールＩＣの出力論理（図３（ｂ）の強電磁下検知回路出力Ｖ（ｖ）参照）はＨｉレベルとなっており、発振周波数制御回路３９ａはＤＣ／ＤＣコンバータ３０ａのスイッチングＦＥＴ３２を発振周波数ｆ0にてＯＮ／ＯＦＦ駆動し（図３（ｃ）参照）、スイッチングＦＥＴ３２は通常の駆動となる（図３（ｄ）参照）。

一方、このＤＣ／ＤＣコンバータ３０ａが強磁界下に置かれた場合（ここでは図３（ａ）の磁束密度Ｂ（Ｔ）がホール素子の閾値（Ｂth）を超えた場合）は、強磁界下検出回路３８にて外部磁界を検知し、発振周波数制御回路３９ａは、スイッチングＦＥＴ３２をＯＮ／ＯＦＦ駆動させる発振周波数（図３（ｃ）のｆ（ｋＨｚ））の値をｆmとなるように高くし、スイッチングＦＥＴ３２のＯＮ／ＯＦＦ回数を増やす（図３（ｄ）のＶ（ｖ）の波形を参照）。これによって外部磁界の影響を受けたインダクタ３１のインダクタンス値低下に伴う出力電圧低下を防ぎ、ラッチ回路が動作することを回避する。

このように、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０ａに強磁界下検出回路３８と発振周波数制御回路３９ａとを設け、強磁界下検出回路３８が閾値を超える磁界を検知したときに、発振周波数制御回路３９ａがスイッチングＦＥＴ３２を駆動するための発振周波数を、通常駆動時のｆ0よりも大きく、ターンＯＮ時間とターンＯＦＦ時間の総和の逆数よりも小さいｆmに変更することによって、出力電圧低下を防止することができるため、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０ａが強磁界下に置かれた場合でも出力停止することがなく、表示装置１０が突然シャットダウンすることを回避することが可能となる。

また、常に高い発振周波数でスイッチングＦＥＴ３２を駆動すると、スイッチング回数の増加によりスイッチングロス（ＤＣ／ＤＣコンバータ３０ａの効率低下）が発生するため、必要最小限の期間のみ、つまり強磁界下にある場合のみ発振周波数を高くし、外部磁界が無くなった場合は、通常駆動の発振周波数に戻すことで効率の良いＤＣ／ＤＣコンバータ３０ａを実現することができる。

なお、上記説明では、ホールＩＣは外部磁界が無い場合はＨｉ出力、強磁界下でＬｏｗ出力をするものとしたが、このホールＩＣにオープンドレインタイプのものを用いても良い。

次に、本発明の第２の実施例に係るＤＣ／ＤＣコンバータ及び表示装置について、図４及び図５（ａ）〜５（ｄ）を参照して説明する。図４は、本実施例のＤＣ／ＤＣコンバータの構成を示すブロック図であり、図５（ａ）〜５（ｄ）は、ＤＣ／ＤＣコンバータにおけるインダクタンスの制御動作を示す図である。

前記した第１の実施例では、強磁界下ラッチ動作回避回路として発振周波数制御回路３９ａを用い、強磁界下でスイッチングＦＥＴ３２を駆動する発振周波数を大きくすることによって、インダクタ３１のインダクタンス値低下に起因するラッチ回路の動作を抑制したが、本実施例では、インダクタンスを制御することによってラッチ回路の動作を抑制する。具体的には、第２のスイッチング素子と、前記第２のスイッチング素子がＯＮ又はＯＦＦの時にインダクタ３１に直列に接続される第２のインダクタと、前記第２のスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ制御するトランジスタと、を含むインダクタンス制御回路を用い、強磁界下検出回路が閾値を超える磁界を検出したときに出力される信号が前記トランジスタに入力されたら、インダクタ３１と前記第２のインダクタとを直列に接続して、インダクタンス値を高くする制御を行う。

その場合の構成は図４のようになり、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０ｂに、強磁界であることを検出する強磁界下検出回路３８と、ホールＩＣの出力状態によりＤＣ／ＤＣコンバータの昇圧（降圧）ラインに用いているインダクタンス値を変更するインダクタンス制御回路３９ｂ（強磁界下ラッチ動作回避回路）とを設ける。このインダクタンス制御回路３９ｂは、インダクタＬ1と、ホールＩＣの出力に応じてインダクタＬ1を接続するか否かを制御する回路要素（トランジスタとスイッチングＦＥＴと抵抗など）と、を備えている。

なお、表示装置１０及びＤＣ／ＤＣコンバータの基本構成は第１の実施例と同様である。また、強磁界下検出回路３８の構成も第１の実施例と同様であり、ホールＩＣはデジタル出力タイプのものでもアナログ出力タイプ（リニアホールＩＣ等）のものでも良く、ホールＩＣの種類は限定されない。但し、速い動作を実現するためにはアナログ値で制御できるリニアホールＩＣの方が適している。また、磁界の検出はホールＩＣに限るものではなく、磁界の強さを検出してその強さによって出力論理状態が切り替えられる装置または部品であれば良い。

この強磁界下検出回路３８とインダクタンス制御回路３９ｂとが搭載されている場合の動作について説明する。ホールＩＣの動作としては、実施例１と同様に外部磁界が無い、または非常に小さい環境下においてはＨｉレベルを出力し、一定の閾値を超えた強磁界下に置かれた場合、ホールＩＣが動作し、Ｌｏｗレベルを出力する仕様とする。インダクタンス制御回路３９ｂは、ホールＩＣの出力レベルを判定し、Ｈｉレベルであれば通常駆動時のインダクタＬ0のみを用いて駆動し、ＬｏｗレベルであればインダクタＬ0にインダクタＬ1を加算した形でＤＣ／ＤＣコンバータ３０ｂを駆動する。

上記動作について、図５（ａ）〜５（ｄ）を用いて具体的に説明する。外部磁界が無い環境下（ここでは図５（ａ）の磁束密度Ｂ（Ｔ）がホール素子の閾値（Ｂth）を超えない場合）は、ホールＩＣの出力論理（図５（ｂ）の強電磁下検知回路出力Ｖ（ｖ））はＨｉレベルとなっており、ホールＩＣの出力端子に接続されるトランジスタ（Ｔｒ）はＯＮ状態となる。ここでＲ３とＲ４の抵抗により分圧された電位でＦＥＴ０はＯＮとなり、Ｌ1のインダクタンスには電流は流れないため、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０ｂはＬ0のインダクタ３１のみで駆動されることとなる（図５（ｃ）のＬ（μＨ）、図５（ｄ）のＩ（Ａ）参照）。

一方、このＤＣ／ＤＣコンバータ３０ｂが強磁界下に置かれた場合は（ここでは図５（ａ）の磁束密度Ｂ（Ｔ）がホール素子の閾値（Ｂth）を超えた場合）は、強磁界下検出回路３８にて外部磁界を検知し、ホールＩＣの出力論理がＬｏｗレベルとなり、ホールＩＣの出力端子に接続されるＴｒがＯＦＦ状態となる。これによってＲ３とＲ４にかかる電位は同電位となり、ＦＥＴ0はＯＦＦ状態となるため、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０ｂはＬ0とＬ1が加算された形で駆動されることとなる（図５（ｃ）のＬ（μＨ）、図５（ｄ）のＩ（Ａ）参照）。

ここで、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０ｂを駆動するインダクタ３１としてＬ0のみで駆動するよりもＬ0＋Ｌ1で駆動する方がインダクタンス値としては大きくなるため、出力電圧を保持するのに充分なエネルギーが蓄えられることなり、出力電圧低下を防ぎ、ラッチ回路が動作することを回避することができる。

なお、強磁界下において、正確にはインダクタは外部磁界の影響を受けて磁束飽和の傾向へ向かうためＬ0＋Ｌ1のインダクタンス値よりも減少している。そのため、下記の式３に示すように、減少したインダクタンス値が通常状態のインダクタンス値相当となるように予め定数を考慮しておくと良い。

Ｌ0〜Ｌ0m＋Ｌ1m … 式３
〜：ニアリーイコール
Ｌ0：外部磁界が無い場合のインダクタＬ0のインダクタンス値
Ｌ0m：強磁界下でのインダクタＬ0のインダクタンス値
Ｌ1m：強磁界下でのインダクタＬ1のインダクタンス値

このように、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０ａに強磁界下検出回路３８とインダクタンス制御回路３９ｂとを設け、強磁界下検出回路３８が閾値を超える磁界を検知したときに、インダクタンス制御回路３９ｂのインダクタが加算されてインダクタンス値が大きくなり、出力電圧低下を防止することができるため、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０ａが強磁界下に置かれた場合でも出力停止することがなく、表示装置１０が突然シャットダウンすることを回避することが可能となる。

次に、本発明の第３の実施例に係るＤＣ／ＤＣコンバータ及び表示装置について、図６及び図７（ａ）〜７（ｄ）を参照して説明する。図６は、本実施例のＤＣ／ＤＣコンバータの構成を示すブロック図であり、図７（ａ）〜７（ｄ）は、ＤＣ／ＤＣコンバータにおけるＦ／Ｂ電圧の制御動作を示す図である。

前記した第１の実施例では、強磁界下でスイッチングＦＥＴ３２を駆動する発振周波数を大きくすることによってインダクタ３１のインダクタンス値低下に起因するラッチ回路の動作を抑制し、第２の実施例では、強磁界下でインダクタンス値を大きくすることによってラッチ回路の動作を抑制したが、本実施例では、Ｆ／Ｂ電圧を制御することによってラッチ回路の動作を抑制する。具体的には、Ｆ／Ｂ電圧の出力経路に一端が接続される抵抗と、前記抵抗の他端と接地との間に接続されるトランジスタと、を含むＦ／Ｂ電圧制御回路を備え、強磁界下検出回路が閾値を超える磁界を検出したときに出力される信号が前記トランジスタに入力されたら、前記抵抗を無効にして、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を低くする制御を行う。

その場合の構成は図６のようになり、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０ｃに、強磁界であることを検出する強磁界下検出回路３８と、ホールＩＣの出力状態によりＤＣ／ＤＣコンバータ３０ｃの出力電圧生成動作を変更するＦ／Ｂ電圧制御回路３９ｃ（強磁界下ラッチ動作回避回路）とを設ける。このＦ／Ｂ電圧制御回路３９ｃは、抵抗Ｒ3と、ホールＩＣの出力に応じて抵抗Ｒ3の接続／切断を制御する回路要素（トランジスタなど）と、を備えている。

なお、表示装置１０及びＤＣ／ＤＣコンバータの基本構成は第１及び第２の実施例と同様である。また、強磁界下検出回路３８の構成も第１及び第２の実施例と同様であり、ホールＩＣはデジタル出力タイプのものでもアナログ出力タイプ（リニアホールＩＣ等）のものでも良く、ホールＩＣの種類は限定されない。但し、速い動作を実現するためにはアナログ値で制御できるリニアホールＩＣの方が適している。また、磁界の検出はホールＩＣに限るものではなく、磁界の強さを検出してその強さによって出力論理状態が切り替えられる装置または部品であれば良い。

まず、Ｆ／Ｂ電圧に関して説明する。出力電圧ＶOUTをＲ1とＲ2の抵抗で分圧した電圧値（Ｖf/b）として、下記の式４が得られ、この電圧値を発振ＩＣ３３のＦ／Ｂ端子に入力することで一定の出力電圧値が得られることとなる。さらに、発振ＩＣ３３の仕様上、Ｆ／Ｂ電圧は常に一定の電圧値となるように発振ＩＣ３３にて決められており（Ｖf/bicとする。）、これによって出力電圧値が調整されることとなる。

Ｖf/b＝ＶOUT×(Ｒ2)/(Ｒ1＋Ｒ2) … 式４

具体的に式で書くと、Ｖf/bicは常に一定値であるため、もしＦ／Ｂ電圧制御部３９ｃが無かった場合、Ｆ／Ｂ抵抗部を流れる電流値（Ｉf/b）は、下記の式５によって決定され、Ｒ1にも同じ電流が流れるため、ＶOUTは、下記の式６となり、式５と式６より、式７が得られる。

Ｉf/b＝Ｖf/bic/Ｒ2 … 式５
ＶOUT＝(Ｒ1＋Ｒ2)×Ｉf/b … 式６
ＶOUT＝Ｖf/bic×(Ｒ1＋Ｒ2)/Ｒ2＝Ｖf/bic×(１＋(Ｒ1/Ｒ2)) … 式７

式７より、Ｒ2の値を小さくすると出力電圧は大きくなり、Ｒ2の値を大きくすると出力電圧は小さくなることが分かる。

ここで、本実施例のＦ／Ｂ電圧制御部３９ｃが搭載されている場合を考える。外部磁界が無い場合にはホールＩＣの動作としてはＨｉレベルを出す仕様になっているため、ホールＩＣの出力端子に接続されるＴｒ（ＮＰＮトランジスタとする。）はＯＮ状態となり、Ｒ2と並列にＲ3の抵抗が合成されることになる。つまり、従来構成（Ｆ／Ｂ電圧制御部３９ｃが無い場合）のＶOUTの式は下記の式８で表される。

ＶOUT＝Ｖf/bic×(１＋(Ｒ1×((１/Ｒ2)＋(１/Ｒ3)))) …式８

そこで、図７（ａ）〜７（ｄ）に示すように、まず、式８で得られるＶOUTの値を外部磁界がない環境下（ここでは図７（ａ）の磁束密度Ｂ（Ｔ）がホール素子の閾値（Ｂth）を超えない場合）での出力電圧値（図７（ｄ）のＶ（ｖ））として設定する。次に、強磁界下になった場合（ここでは図７（ａ）の磁束密度Ｂ（Ｔ）がホール素子の閾値（Ｂth）を超えた場合）、ホールＩＣはそれを検知してＬｏｗレベルを出力するため（図７（ｂ）の強電磁下検知回路出力Ｖ（ｖ）参照）、ホールＩＣの出力端子に接続されるＴｒはＯＦＦ状態となる。つまりＲ3は無効となり、Ｒ2のみがＦ／Ｂ電圧に関わるため（図７（ｃ）のＲ（Ω）参照）、出力電圧は下記の式９で表される。

ＶOUTm＝Ｖf/bic×(１＋(Ｒ1×(１/Ｒ2))) … 式９
ＶOUTm：ＤＣ／ＤＣコンバータが強磁界下に置かれた場合の出力電圧値

ＶOUTとＶOUTmとを比較した場合、ＶOUT＞ＶOUTmとなるため、外部磁界が無い場合に比べて強磁界下の出力電圧は小さくなっていることが分かる（図７（ｄ）のＶ（ｖ）参照）。

このように、強磁界下において出力電圧値を低減することでＤＣ／ＤＣコンバータ３０ｃの昇圧ラインの電流値を低減し、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０ｃのシャットダウン閾値電流を超えないように制御することができるため、本実施例のＦ／Ｂ電圧制御回路３９ｃを搭載した表示装置が強磁界下におかれた場合でもＤＣ／ＤＣコンバータ３０ｃがシャットダウンして突然表示装置が映らなくなるという問題を回避することができる。

上記では、ホールＩＣは外部磁界が無い場合はＨｉ出力、強磁界下でＬｏｗ出力をする仕様としたが、外部磁界が無い場合はＨｉ−Ｚ（ＯＰＥＮ）、強磁界下でＬｏｗ出力をするものを用いると、ホールＩＣの出力端子に接続していたＴｒが不要となる（ホールＩＣと抵抗１個のみで強磁界下検出回路３８とＦ／Ｂ電圧制御回路３９ｃを構成できる）ため、部品点数を減らすことができる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、その構成や制御は適宜変更可能である。例えば、上記実施例では、昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータについて説明したが、降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータに対しても同様に適用することができる。

本発明は、ＤＣ／ＤＣコンバータ、特に、強磁界下で使用されるＤＣ／ＤＣコンバータ及び当該ＤＣ／ＤＣコンバータを電源生成回路として使用する表示装置に利用可能である。

１０ 表示装置
２０ 電源供給源
３０ 電源生成回路
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ ＤＣ／ＤＣコンバータ
３１ インダクタ
３２ スイッチングＦＥＴ
３３ 発振ＩＣ
３４ 整流ダイオード
３５ 平滑コンデンサ
３６、３７ 抵抗
３８ 強磁界下検出回路
３９ 強磁界下ラッチ動作回避回路
３９ａ 発振周波数制御回路
３９ｂ インダクタンス制御回路
３９ｃ Ｆ／Ｂ電圧制御回路
４０ 映像信号供給源
５０ 映像信号処理回路
６０ 表示装置駆動ドライバ
７０ 表示装置走査用ドライバ
８０ 映像表示部

Claims (8)

1. 入力端子に一端が接続されたインダクタと、前記インダクタの他端と接地との間に接続されたスイッチング素子と、前記インダクタの他端と出力端子との間に接続されたダイオードと、前記出力端子と接地との間に接続されたコンデンサと、前記出力端子と接地との間に接続され、出力電圧を分圧したフィードバック電圧を出力するフィードバック回路と、前記フィードバック電圧が入力され、前記フィードバック電圧に応じた周波数で前記スイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ制御する発振回路と、を備えるＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、
   外部磁界を検出し、検出した磁界が予め定めた閾値を超えるか否かに応じて異なる信号を出力する検出回路と、
   前記信号が入力され、前記信号に応じて前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御することにより、強磁界下における前記ＤＣ／ＤＣコンバータの過電流を抑制する制御回路と、を備える、
   ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ。
2. 前記制御回路は、前記検出回路が前記閾値を超える磁界を検出したときに出力される信号が入力されたら、前記スイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ制御する周波数を高くする制御を行う、
   ことを特徴とする請求項１に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
3. 外部磁界が無い又は非常に小さい場合の前記スイッチング素子を駆動する周波数をｆ0、前記スイッチング素子のターンＯＮ時間をＴon、ターンＯＦＦ時間をＴoffとした場合、
   前記制御回路は、前記スイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ制御する周波数ｆmが、
   ｆ0＜ｆm＜１/(Ｔon＋Ｔoff)
   を満たすように制御する、
   ことを特徴とする請求項２に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
4. 前記制御回路は、第２のスイッチング素子と、前記第２のスイッチング素子がＯＮ又はＯＦＦの時に前記インダクタに直列に接続される第２のインダクタと、前記第２のスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ制御するトランジスタと、を含み、前記検出回路が前記閾値を超える磁界を検出したときに出力される信号が前記トランジスタに入力されたら、前記インダクタと前記第２のインダクタとを直列に接続して、インダクタンス値を高くする制御を行う、
   ことを特徴とする請求項１に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
5. 外部磁界が無い又は非常に小さい場合の前記インダクタのインダクタンス値をＬ0、外部磁界が前記閾値を超える場合の前記インダクタのインダクタンス値と前記第２のインダクタのインダクタンス値との総和値をＬmとした場合、前記第２のインダクタは、Ｌ0とＬmとが略等しくなるように設定される、
   ことを特徴とする請求項４に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
6. 前記制御回路は、前記フィードバック電圧の出力経路に一端が接続される抵抗と、前記抵抗の他端と接地との間に接続されるトランジスタと、を含み、前記検出回路が前記閾値を超える磁界を検出したときに出力される信号が前記トランジスタに入力されたら、前記抵抗を無効にして、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を低くする制御を行う、
   ことを特徴とする請求項１に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
7. 前記フィードバック回路の分圧用の抵抗をＲ1、Ｒ2、前記制御回路の抵抗をＲ3、外部磁界が無い又は非常に小さい場合の前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧をＶOUT、外部磁界が前記閾値を超える場合の前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧をＶOUTm、前記フィードバック電圧の設定値をＶf/bicとした場合、
   ＶOUT＝Ｖf/bic×(１＋(Ｒ1×((１/Ｒ2)＋(１/Ｒ3))))
   ＶOUTm＝Ｖf/bic×(１＋(Ｒ1×(１/Ｒ2)))
   で表され、
   前記制御回路は、
   ＶOUTm＜ＶOUT
   を満たすように制御する、
   ことを特徴とする請求項６に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
8. 請求項１乃至７のいずれか一に記載のＤＣ／ＤＣコンバータを備える、
   ことを特徴とする表示装置。

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