JPWO2015059735A1 - Power supply - Google Patents

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Abstract

従来の電源装置では、半導体素子のジャンクション温度を直接モニタするための機構を半導体素子に設けなければらない問題があった。本発明の電源装置は、直流システム電源の電圧と予め設定された目標電圧との差に応じたデューティー比を有するＰＷＭ信号を出力する電源制御部（１２）と、ヒートシンクが取り付けられたスイッチング素子を含み、ＰＷＭ信号に基づきスイッチング素子をスイッチングして、外部から与えられる交流電源から直流システム電源を出力する電源回路（１０）と、を有し、電源制御部（１０）は、ヒートシンクに取り付けられた第１の温度センサ（ＴＨＳＥＮ１）から得た温度情報の変化率が保護開始温度変化率以上となる期間が予め設定した保護開始閾値時間以上となったことに応じて電源回路の保護機構を作動させる。  The conventional power supply apparatus has a problem that a mechanism for directly monitoring the junction temperature of the semiconductor element must be provided in the semiconductor element. The power supply apparatus of the present invention includes a power supply control unit (12) that outputs a PWM signal having a duty ratio corresponding to a difference between a voltage of a DC system power supply and a preset target voltage, and a switching element to which a heat sink is attached. A power supply circuit (10) for switching a switching element based on a PWM signal and outputting a DC system power supply from an AC power supply provided from the outside, and the power supply control unit (10) is attached to a heat sink The protection mechanism of the power supply circuit is activated in response to a period in which the rate of change in temperature information obtained from the first temperature sensor (THSEN1) is equal to or greater than the protection start temperature change rate is equal to or greater than a preset protection start threshold time. .

Description

本発明は電源装置に関し、特に交流電源から直流電源を生成する電源装置に関する。   The present invention relates to a power supply device, and more particularly to a power supply device that generates a DC power supply from an AC power supply.

電気機器を構成する部品の多くは直流電源に基づき動作する。そのため、電気機器は、商用電源等から供給される交流電源から直流電源を生成する電源回路或いはＡＣアダプタ等を有する。この電源回路は、一般的にスイッチング素子を含むパワー素子を含む。パワー素子は、大きな電流が流れる半導体素子であるため、半導体素子のジャンクション温度が高くなりやすい傾向がある。パワー素子は、ジャンクション温度が予め規定された仕様温度範囲よりも高くなると破壊に至る或いは経年劣化が早まる。そのため、パワー素子を利用する場合は、ジャンクション温度が仕様温度範囲を超えないようにする必要がある。そこで、パワー素子のジャンクション温度或いはパワー素子に流れる電流を制御する技術が特許文献１〜４に開示されている。   Many of the components that make up electrical equipment operate on the basis of a DC power supply. Therefore, the electrical device has a power supply circuit or an AC adapter that generates a DC power from an AC power supplied from a commercial power supply or the like. This power supply circuit generally includes a power element including a switching element. Since the power element is a semiconductor element through which a large current flows, the junction temperature of the semiconductor element tends to increase. When the junction temperature is higher than a specified temperature range defined in advance, the power element is broken or deteriorated over time. Therefore, when using a power element, it is necessary to prevent the junction temperature from exceeding the specified temperature range. Therefore, Patent Documents 1 to 4 disclose techniques for controlling the junction temperature of the power element or the current flowing through the power element.

特許文献１では、周囲温度に変動信号に基づいて対応した制限電流を読み出す技術が開示されている。特許文献２では、半導体装置にサーミスタを内蔵して、当該サーミスタにより半導体装置の温度を検出する技術が開示されている。特許文献３には、瞬時測定値と測定値トレンド（例えば、システムの電圧、電流、温度変化率などが含まれる）との双方に基づいてパワーエレクトロニクスコンポーネントの診断及び健全性監視を行うことが開示されている。特許文献４には、半導体装置をＡＳＯ（安全動作領域：Area of Safety Operation）で動作させるための電流設定値の例が開示されている。   Patent Document 1 discloses a technique for reading a limited current corresponding to an ambient temperature based on a fluctuation signal. Patent Document 2 discloses a technique in which a thermistor is built in a semiconductor device and the temperature of the semiconductor device is detected by the thermistor. Patent Document 3 discloses performing diagnosis and soundness monitoring of power electronics components based on both instantaneous measurement values and measurement value trends (for example, including system voltage, current, temperature change rate, etc.). Has been. Patent Document 4 discloses an example of a current setting value for operating a semiconductor device in ASO (Area of Safety Operation).

特開平０７−０３９０６２号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-039062 特開平０７−０７４３０６号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-074306 特表２００６−５０８６２７号公報JP 2006-508627 A 特開２００１−１７８１３０号公報JP 2001-178130 A

しかしながら、特許文献１〜４に開示された技術では、半導体素子のジャンクション温度を直接モニタするための機構を半導体素子に設けなければならず、半導体素子を含む半導体装置の選択肢が制限される問題がある。   However, in the techniques disclosed in Patent Documents 1 to 4, a mechanism for directly monitoring the junction temperature of the semiconductor element must be provided in the semiconductor element, and there is a problem that options for a semiconductor device including the semiconductor element are limited. is there.

本発明にかかる電源装置の一態様は、直流システム電源の電圧と予め設定された目標電圧との差に応じたデューティー比を有するＰＷＭ信号を出力する電源制御部と、ヒートシンクが取り付けられたスイッチング素子を含み、前記ＰＷＭ信号に基づき前記スイッチング素子をスイッチングして、外部から与えられる交流電源から前記直流システム電源を出力する電源回路と、を有し、前記電源制御部は、前記ヒートシンクに取り付けられた第１の温度センサから得た温度情報の変化率が保護開始温度変化率以上となる期間が予め設定した保護開始閾値時間以上となったことに応じて前記電源回路の保護機構を作動させる。   One aspect of a power supply device according to the present invention includes a power supply control unit that outputs a PWM signal having a duty ratio corresponding to a difference between a voltage of a DC system power supply and a preset target voltage, and a switching element to which a heat sink is attached. A power circuit that switches the switching element based on the PWM signal and outputs the DC system power from an AC power supplied from the outside, and the power control unit is attached to the heat sink The protection mechanism of the power supply circuit is activated in response to a period in which the rate of change in temperature information obtained from the first temperature sensor is greater than or equal to the protection start temperature change rate is greater than or equal to a preset protection start threshold time.

本発明にかかる電源装置によれば、半導体素子にジャンクション温度を直接モニタする機構を必要とせず、半導体素子の選択肢の範囲を広げることができる。   The power supply device according to the present invention does not require a mechanism for directly monitoring the junction temperature in the semiconductor element, and can expand the range of options for the semiconductor element.

実施の形態１にかかる電話システムのブロック図である。1 is a block diagram of a telephone system according to a first exemplary embodiment. 実施の形態１にかかる電源装置のブロック図である。1 is a block diagram of a power supply device according to a first exemplary embodiment. 実施の形態１にかかるパワー素子、ヒートシンク及び温度センサの配置を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining an arrangement of a power element, a heat sink, and a temperature sensor according to the first embodiment. 実施の形態１にかかる電源装置におけるジャンクション温度の上昇率が小さい場合のジャンクション温度とヒートシンクの温度との関係を示すグラフである。6 is a graph showing the relationship between the junction temperature and the heat sink temperature when the rate of increase in junction temperature in the power supply device according to the first embodiment is small. 実施の形態１にかかる電源装置におけるジャンクション温度の上昇率が大きい場合のジャンクション温度とヒートシンクの温度との関係を示すグラフである。6 is a graph showing the relationship between the junction temperature and the heat sink temperature when the rate of increase of the junction temperature in the power supply device according to the first embodiment is large. 実施の形態１にかかる電源装置において定格電流を負荷電流として出力した場合のヒートシンクの温度変化を示すグラフである。6 is a graph showing a temperature change of a heat sink when a rated current is output as a load current in the power supply device according to the first exemplary embodiment. 実施の形態１にかかる電源装置における温度情報が記載されるテーブル情報の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the table information in which the temperature information in the power supply device concerning Embodiment 1 is described. 実施の形態２にかかる電源装置における過電流保護設定値の制御方法を示すグラフである。6 is a graph showing a method for controlling an overcurrent protection set value in the power supply device according to the second embodiment; 実施の形態２にかかる電源装置における過電流保護設定値の制御方法を示すフローチャートである。6 is a flowchart illustrating a method for controlling an overcurrent protection set value in the power supply device according to the second embodiment; 実施の形態３にかかる電源装置における過電流保護設定値の制御方法を示すグラフである。10 is a graph illustrating a method for controlling an overcurrent protection set value in the power supply device according to the third embodiment. 実施の形態３にかかる電源装置における過電流保護設定値の制御方法を示すフローチャートである。12 is a flowchart illustrating a method for controlling an overcurrent protection set value in the power supply device according to the third embodiment.

実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。本発明は、電源装置に関するものである。この電源装置は、電話システム以外のシステムにも適用することができるものであり、適用可能なシステムは電話システムに限られない。Embodiment 1
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The present invention relates to a power supply device. This power supply apparatus can be applied to a system other than the telephone system, and the applicable system is not limited to the telephone system.

図１に実施の形態１にかかる電話システム１のブロック図を示す。図１に示すように、実施の形態１にかかる電話システム１は、電源装置１０、構内交換機２０、電話端末ＴＭ１、ＴＭ２、システム温度センサＳＥＮを有する。システム温度センサＳＥＮは、電話システム１の筐体内温度（以下、周囲温度と称す）を示す温度情報ＴＳＥＮを出力する。   FIG. 1 shows a block diagram of a telephone system 1 according to the first exemplary embodiment. As shown in FIG. 1, the telephone system 1 according to the first embodiment includes a power supply device 10, a private branch exchange 20, telephone terminals TM1 and TM2, and a system temperature sensor SEN. The system temperature sensor SEN outputs temperature information TSEN indicating the temperature inside the casing of the telephone system 1 (hereinafter referred to as ambient temperature).

電源装置１０は、外部の商用系統電源から供給される交流電源から直流システム電源に変換する。以下の説明では、直流システム電源の電圧を直流出力電圧ＶＯＵＴと表記する。電源装置１０は、電源回路１１、電源制御部１２、絶縁回路１３を有する。   The power supply device 10 converts AC power supplied from an external commercial power supply into DC system power. In the following description, the voltage of the DC system power supply is expressed as DC output voltage VOUT. The power supply device 10 includes a power supply circuit 11, a power supply control unit 12, and an insulation circuit 13.

電源回路１１は、ヒートシンクが取り付けられたスイッチング素子を含み、電源制御部１２が生成するＰＷＭ信号に基づきスイッチング素子をスイッチングして、外部から与えられる交流電源から直流システム電源を出力する。電源制御部１２は、直流システム電源の電圧（直流出力電圧ＶＯＵＴ）と予め設定された目標電圧との差に応じたデューティー比を有するＰＷＭ信号を出力する。また、電源制御部１２は、ヒートシンクに取り付けられた第１の温度センサから得た温度情報の変化率が保護開始温度変化率以上となる期間が予め設定した保護開始閾値時間以上となったことに応じて電源回路１１の保護機構を作動させる。電源制御部１２は、例えば、プログラムに応じて各種演算及び制御を行うＭＰＵ（Micro Processor Unit）が用いられる。絶縁回路１３は、電源回路１１の電圧観測点ＯＶＳ及び電流観測点ＯＣＳと、電源制御部１２の入力端子との間を絶縁しながら、各観測点から得られる電圧に応じた信号レベルの信号を出力する。各観測点で観測される電圧が、電源制御部１２の入力レンジよりも大きくなる場合、絶縁回路１３を設けることが特に有効である。なお、電源装置１０については、その詳細を後述する。   The power supply circuit 11 includes a switching element to which a heat sink is attached, switches the switching element based on a PWM signal generated by the power supply control unit 12, and outputs a DC system power supply from an AC power supply provided from the outside. The power supply control unit 12 outputs a PWM signal having a duty ratio corresponding to the difference between the voltage of the DC system power supply (DC output voltage VOUT) and a preset target voltage. In addition, the power supply control unit 12 determines that the period during which the rate of change of the temperature information obtained from the first temperature sensor attached to the heat sink is equal to or greater than the protection start temperature change rate is equal to or greater than the preset protection start threshold time. In response, the protection mechanism of the power supply circuit 11 is activated. For example, an MPU (Micro Processor Unit) that performs various calculations and controls according to a program is used as the power supply control unit 12. The insulation circuit 13 insulates the voltage observation point OVS and current observation point OCS of the power supply circuit 11 from the input terminal of the power supply control unit 12 and outputs a signal of a signal level corresponding to the voltage obtained from each observation point. Output. When the voltage observed at each observation point becomes larger than the input range of the power supply control unit 12, it is particularly effective to provide the insulation circuit 13. Details of the power supply device 10 will be described later.

構内交換機２０は、電話端末ＴＭ１、ＴＭ２と局線との接続制御を行う。構内交換機２０は、直流システム電源に基づき動作する。構内交換機２０は、システム制御部２１、メモリ２２、リアルタイムクロック生成部２３、インタフェース回路２４を有する。   The private branch exchange 20 performs connection control between the telephone terminals TM1 and TM2 and the office line. The private branch exchange 20 operates based on a DC system power supply. The private branch exchange 20 includes a system control unit 21, a memory 22, a real-time clock generation unit 23, and an interface circuit 24.

システム制御部２１は、電話端末ＴＭ１と局線との接続制御を行う。システム制御部２１は、例えば、プログラムに応じて各種演算及び制御を行うＭＰＵ（Micro Processor Unit）が用いられる。メモリ２２は、システム制御部２１が動作するためのプログラムを格納する。このメモリ２２は、電源装置１０に備えられたメモリよりも容量が大きいものとする。リアルタイムクロック生成部２３は、システム制御部２１に与えるリアルタイムクロック信号を生成する。このリアルタイムクロック信号は、システム制御部２１において時間の計測に用いられる。   The system control unit 21 controls connection between the telephone terminal TM1 and the office line. For example, an MPU (Micro Processor Unit) that performs various calculations and controls according to a program is used as the system control unit 21. The memory 22 stores a program for operating the system control unit 21. The memory 22 is assumed to have a larger capacity than the memory provided in the power supply device 10. The real-time clock generator 23 generates a real-time clock signal to be given to the system controller 21. This real time clock signal is used for time measurement in the system control unit 21.

電話端末ＴＭ１、ＴＭ２は例えば、固定電話である。電話端末ＴＭ１、ＴＭ２は、構内交換機２０のインタフェース回路２４と接続される。この電話端末ＴＭ１、ＴＭ２には、着信情報等の各種情報が表示される表示部（例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display））及び端末制御部を有する。端末制御部は、例えば、プログラムに応じて各種演算及び制御を行うＭＰＵ（Micro Processor Unit）が用いられる。   The telephone terminals TM1 and TM2 are fixed telephones, for example. The telephone terminals TM1 and TM2 are connected to the interface circuit 24 of the private branch exchange 20. The telephone terminals TM1 and TM2 have a display unit (for example, LCD (Liquid Crystal Display)) and a terminal control unit for displaying various types of information such as incoming call information. As the terminal control unit, for example, an MPU (Micro Processor Unit) that performs various calculations and controls according to a program is used.

続いて、電源装置１０の詳細について説明する。そこで、図２に実施の形態１にかかる電源装置１０の詳細なブロック図を示す。図２に示すように、実施の形態２にかかる電源装置１０の電源回路１１は、直流出力電圧ＶＯＵＴを生成する回路としてＰＦＣ回路（力率改善回路：Power Factor Correction回路）を用いるものである。電源回路５１は、整流平滑回路３１、駆動回路３２、スイッチング素子（例えば、駆動トランジスタＴｒ）、インダクタＬ、ダイオードＤ、コンデンサＣ、ヒートシンク温度センサＴＨＳＥＮ１、ＴＨＳＥＮ２、電流検出抵抗Ｒｓ１、抵抗Ｒ１、Ｒ２を有する。なお、駆動トランジスタＴｒ及びダイオードＤは、大きな電流が半導体基板を介して流れるパワー素子である。   Next, details of the power supply device 10 will be described. FIG. 2 shows a detailed block diagram of the power supply apparatus 10 according to the first embodiment. As shown in FIG. 2, the power supply circuit 11 of the power supply device 10 according to the second embodiment uses a PFC circuit (power factor correction circuit) as a circuit that generates the DC output voltage VOUT. The power supply circuit 51 includes a rectifying / smoothing circuit 31, a drive circuit 32, a switching element (for example, a drive transistor Tr), an inductor L, a diode D, a capacitor C, a heat sink temperature sensor THSEN1, THSEN2, a current detection resistor Rs1, and resistors R1, R2. Have. The driving transistor Tr and the diode D are power elements in which a large current flows through the semiconductor substrate.

整流平滑回路３１は、交流電源から与えられる交流入力電圧を整流して直流電圧を出力する。この直流電圧は、整流平滑回路３１の正出力端子に接続される電源ノードと、負出力端子に接続される接地ノードと、に出力される。   The rectifying / smoothing circuit 31 rectifies an AC input voltage supplied from an AC power source and outputs a DC voltage. This DC voltage is output to the power supply node connected to the positive output terminal of the rectifying / smoothing circuit 31 and the ground node connected to the negative output terminal.

電源ノードには、インダクタＬとダイオードＤとが直列接続されるように挿入される。そして、インダクタＬとダイオードＤとの間のノードと接地ノードとの間に駆動トランジスタＴｒが接続される。駆動トランジスタＴｒのゲートには駆動回路３２から駆動信号が与えられる。駆動回路３２は、電源制御部１２のＰＷＭタイマ４３が出力するＰＷＭ信号から駆動信号を生成する。また、電源回路１１では、駆動トランジスタＴｒ及びダイオードＤにはヒートシンクが設けられている。そして、駆動トランジスタＴｒに設けられているヒートシンクには、当該ヒートシンクの温度を検出する第１の温度センサ（例えば、ヒートシンク温度センサＴＨＳＥＮ１）が設けられている。ダイオードＤに設けられているヒートシンクには、当該ヒートシンクの温度を検出する第２の温度センサ（例えば、ヒートシンク温度センサＴＨＳＥＮ２）が設けられている。そして、ヒートシンク温度センサＴＨＳＥＮ１、ＴＨＳＥＮ２が検出した温度情報は、電源制御部１２のＡＤ変換回路４１に与えられる。   An inductor L and a diode D are inserted into the power supply node so as to be connected in series. The drive transistor Tr is connected between the node between the inductor L and the diode D and the ground node. A drive signal is given from the drive circuit 32 to the gate of the drive transistor Tr. The drive circuit 32 generates a drive signal from the PWM signal output from the PWM timer 43 of the power supply control unit 12. In the power supply circuit 11, the drive transistor Tr and the diode D are provided with a heat sink. The heat sink provided in the drive transistor Tr is provided with a first temperature sensor (for example, a heat sink temperature sensor THSEN1) that detects the temperature of the heat sink. The heat sink provided in the diode D is provided with a second temperature sensor (for example, a heat sink temperature sensor THSEN2) that detects the temperature of the heat sink. The temperature information detected by the heat sink temperature sensors THSEN 1 and THSEN 2 is given to the AD conversion circuit 41 of the power supply control unit 12.

コンデンサＣは、ダイオードＤの端子のうち電源回路１１の出力側の端子と接地ノードとの間に設けられる。このコンデンサＣは、インダクタＬと駆動トランジスタＴｒのスイッチングにより生じたパルス信号を平滑化するものである。   Capacitor C is provided between the output terminal of power supply circuit 11 among the terminals of diode D and the ground node. The capacitor C smoothes a pulse signal generated by switching between the inductor L and the drive transistor Tr.

また、電源ノードと接地ノードとの間には抵抗Ｒ１、Ｒ２が直列に接続される。抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２とが接続されるノードは、電圧観測点ＯＶＳとなる。また、接地ノードには電流検出抵抗Ｒｓ１が挿入される。そして、電流検出抵抗Ｒｓ１の整流平滑回路３１側の端子は、電流観測点ＯＣＳとなる。   Resistors R1 and R2 are connected in series between the power supply node and the ground node. A node to which the resistor R1 and the resistor R2 are connected is a voltage observation point OVS. A current detection resistor Rs1 is inserted into the ground node. The terminal on the rectifying / smoothing circuit 31 side of the current detection resistor Rs1 is a current observation point OCS.

電源制御部１２は、ＡＤ変換回路４１、演算部４２、ＰＷＭタイマ４３、メモリ４４を有する。   The power supply control unit 12 includes an AD conversion circuit 41, a calculation unit 42, a PWM timer 43, and a memory 44.

ＡＤ変換回路４１は、絶縁回路１３を介して得た電流観測点ＯＣＳの電圧値と電圧観測点ＯＶＳの電圧値に対応するデジタル値を出力する。また、電源装置１０では、交流電源から与えられる交流入力電圧の電圧レベルを示す交流入力電圧値に対応するデジタル値を出力する。また、ＡＤ変換回路４１は、システム温度センサＳＥＮ、ヒートシンク温度センサＴＨＳＥＮ１、及び、ヒートシンク温度センサＴＨＳＥＮ２が出力する温度情報に対応するデジタル値を出力する。なお、図２では、システム温度センサＳＥＮが出力する温度情報をＴＳＥＮとして表した。   The AD conversion circuit 41 outputs a digital value corresponding to the voltage value of the current observation point OCS and the voltage value of the voltage observation point OVS obtained through the insulating circuit 13. Further, the power supply device 10 outputs a digital value corresponding to an AC input voltage value indicating a voltage level of the AC input voltage supplied from the AC power supply. The AD conversion circuit 41 outputs a digital value corresponding to the temperature information output from the system temperature sensor SEN, the heat sink temperature sensor THSEN1, and the heat sink temperature sensor THSEN2. In FIG. 2, the temperature information output from the system temperature sensor SEN is represented as TSEN.

演算部４２は、直流システム電源として生成される直流出力電圧ＶＯＵＴと予め設定された目標電圧値との差がゼロに近づくようにＰＷＭタイマ４３の設定値を更新する。また、演算部４２は、ヒートシンク温度センサＴＨＳＥＮ１、ＴＨＳＥＮ２から得た温度情報の変化率を計算し、当該温度情報の変化率に基づき駆動トランジスタＴｒ或いはダイオードＤに流れる電流値が定格電流値を上回っているか否かを判断する。また、演算部４２は、駆動トランジスタＴｒ或いはダイオードＤに流れる電流が定格電流を上回っていると判断した場合、アラーム信号を発する。演算部４２は、温度情報の変化率と定格電流との関係をメモリ４４に格納されたテーブル情報を参照して判断する。そして、このアラーム信号により、電源回路１１の動作は停止される。この電源回路１１を停止させる機能は、保護機構の１つであり、保護機構は電源回路１１の仕様に応じて異なる。   The calculation unit 42 updates the set value of the PWM timer 43 so that the difference between the DC output voltage VOUT generated as the DC system power supply and the preset target voltage value approaches zero. Further, the calculation unit 42 calculates the rate of change of the temperature information obtained from the heat sink temperature sensors THSEN1 and THSEN2, and the current value flowing through the drive transistor Tr or the diode D exceeds the rated current value based on the rate of change of the temperature information. Determine whether or not. Further, when the calculation unit 42 determines that the current flowing through the drive transistor Tr or the diode D exceeds the rated current, the calculation unit 42 issues an alarm signal. The computing unit 42 determines the relationship between the rate of change in temperature information and the rated current with reference to table information stored in the memory 44. Then, the operation of the power supply circuit 11 is stopped by this alarm signal. The function of stopping the power supply circuit 11 is one of the protection mechanisms, and the protection mechanism differs depending on the specifications of the power supply circuit 11.

ＰＷＭタイマ４３は、演算部４２から与えられた設定値に応じたデューティー比のＰＷＭ信号を出力する。また、ＰＷＭタイマ４３は、演算部４２が発するアラーム信号に応じてＰＷＭ信号の生成を停止する。メモリ４４は、演算部４２の動作を決定するプログラムが格納される。また、メモリ４４は、演算部４２が利用するテーブル情報及び演算部４２が演算途中で生成する中間データ等の各種情報を格納する。   The PWM timer 43 outputs a PWM signal having a duty ratio corresponding to the set value given from the calculation unit 42. Further, the PWM timer 43 stops generating the PWM signal in response to the alarm signal generated by the calculation unit 42. The memory 44 stores a program for determining the operation of the calculation unit 42. The memory 44 stores various information such as table information used by the calculation unit 42 and intermediate data generated by the calculation unit 42 during calculation.

続いて、実施の形態１にかかる電源装置１０において用いられるパワー素子、ヒートシンク及び温度センサの位置関係について説明する。そこで、図３に実施の形態１にかかる電源装置１０におけるパワー素子、ヒートシンク及び温度センサの配置を説明するための図を示す。   Next, the positional relationship among the power element, the heat sink, and the temperature sensor used in the power supply device 10 according to the first embodiment will be described. FIG. 3 is a diagram for explaining the arrangement of the power element, the heat sink, and the temperature sensor in the power supply device 10 according to the first embodiment.

図３に示すように、電源装置１０では、パワー素子５１（例えば、駆動トランジスタＴｒ及びダイオードＤ）として個別部品が利用される。このパワー素子５１は、駆動トランジスタＴｒ或いはダイオードＤとして機能する構造が形成された半導体チップ５２と、フレーム５３と、半導体チップ５２を包むモールド材とにより構成される。そして、パワー素子５１は、実装基板５４に半田等の導電材により接着される。   As shown in FIG. 3, in the power supply device 10, individual components are used as the power element 51 (for example, the drive transistor Tr and the diode D). The power element 51 includes a semiconductor chip 52 formed with a structure that functions as a driving transistor Tr or a diode D, a frame 53, and a molding material that wraps the semiconductor chip 52. The power element 51 is bonded to the mounting substrate 54 with a conductive material such as solder.

ヒートシンク５５は、パワー素子５１の背面（フレームが露出する面又はフレーム５３がモールド材の直下に存在する面）に接着される。ヒートシンク５５とパワー素子５１とは、例えば、ねじ等の構造部材及び導電性グリスにより接着される。そして、温度センサ５６は、ヒートシンク５５に取り付けられる。   The heat sink 55 is bonded to the back surface of the power element 51 (the surface on which the frame is exposed or the surface on which the frame 53 exists immediately below the mold material). The heat sink 55 and the power element 51 are bonded to each other with a structural member such as a screw and conductive grease, for example. The temperature sensor 56 is attached to the heat sink 55.

図３に示すような、電源装置１０のパワー素子取り付け方法を用いた場合、温度センサ５６で計測される温度は、半導体チップ５２のジャンクション温度とは異なる温度となる。より具体的には、温度センサ５６で計測される温度とジャンクション温度との関係は、計測温度をＴ、パワー素子のジャンクションとパッケージとの熱抵抗をＲｊｐ［℃／Ｗ］、パッケージとヒートシンクとの接触部の熱抵抗をＲｐｈ［℃／Ｗ］、ヒートシンクの熱抵抗をＲｈ［℃／Ｗ］、ヒートシンクと温度センサとの接触部の熱抵抗をＲｈｓ［℃／Ｗ］、温度センサのパッケージと内部センサとの熱抵抗をＲｃｓ［℃／Ｗ］、ジャンクションの発熱量をＷｊ［Ｗ］とすると（１）式で示される関係を有する。   When the method for attaching the power element of the power supply device 10 as shown in FIG. 3 is used, the temperature measured by the temperature sensor 56 is different from the junction temperature of the semiconductor chip 52. More specifically, the relationship between the temperature measured by the temperature sensor 56 and the junction temperature is as follows: the measured temperature is T, the thermal resistance between the power element junction and the package is Rjp [° C./W], and the package and the heat sink The thermal resistance of the contact portion is Rph [° C / W], the thermal resistance of the heat sink is Rh [° C / W], the thermal resistance of the contact portion between the heat sink and the temperature sensor is Rhs [° C / W], and the temperature sensor package and internal When the thermal resistance with the sensor is Rcs [° C./W] and the heat generation amount at the junction is Wj [W], the relationship shown by the equation (1) is established.

Ｔ＝（Ｒｊｐ＋Ｒｐｈ＋Ｒｈ＋Ｒｈｓ＋Ｒｃｓ）×Ｗｊ ・・・ （１） T = (Rjp + Rph + Rh + Rhs + Rcs) × Wj (1)

上記（１）式で示されるように、温度センサ５６で計測される温度は、実際のジャンクション温度とは異なる。また、ヒートシンクは、常に放熱しているため、ジャンクション温度の上昇率が大きな場合、温度センサ５６で計測される温度の上昇率がジャンクションの温度の上昇率よりも小さくなる傾向がある。そこで、ジャンクション温度の変化と温度センサ５６で計測される温度との関係を以下で説明する。   As shown in the above equation (1), the temperature measured by the temperature sensor 56 is different from the actual junction temperature. Further, since the heat sink always radiates heat, when the increase rate of the junction temperature is large, the increase rate of the temperature measured by the temperature sensor 56 tends to be smaller than the increase rate of the junction temperature. Therefore, the relationship between the change in junction temperature and the temperature measured by the temperature sensor 56 will be described below.

図４及び図５に、実施の形態１にかかる電源装置におけるジャンクション温度の上昇率とヒートシンクの温度の上昇率との関係を示すグラフを示す。図４に示すグラフは、図５に示すグラフよりもジャンクション温度の上昇率が小さい場合を示すものである。   4 and 5 are graphs showing the relationship between the increase rate of the junction temperature and the increase rate of the heat sink temperature in the power supply device according to the first embodiment. The graph shown in FIG. 4 shows a case where the increase rate of the junction temperature is smaller than that of the graph shown in FIG.

図４に示すように、ジャンクション温度の上昇率が小さい場合、放熱板温度は、ジャンクション温度が最大許容ジャンクション温度に達する前に加熱保護開始温度に達する。そのため、図４に示すようなジャンクション温度の上昇率である場合は、電源装置１０は、放熱板の温度のみによってパワー素子のジャンクション温度を適切に管理することができる。   As shown in FIG. 4, when the rate of increase of the junction temperature is small, the heat sink temperature reaches the heat protection start temperature before the junction temperature reaches the maximum allowable junction temperature. Therefore, when the increase rate of the junction temperature is as shown in FIG. 4, the power supply device 10 can appropriately manage the junction temperature of the power element only by the temperature of the heat sink.

一方、図５に示すように、ジャンクション温度の上昇率が大きい場合、放熱板温度が加熱保護開始温度に達する前に、ジャンクション温度が最大許容ジャンクション温度に達する。そのため、図５に示すようなジャンクション温度の上昇率である場合は、電源装置１０は、放熱板の温度だけではパワー素子のジャンクション温度を適切に管理することができない。   On the other hand, as shown in FIG. 5, when the rate of increase of the junction temperature is large, the junction temperature reaches the maximum allowable junction temperature before the heat sink temperature reaches the heating protection start temperature. Therefore, when the rate of increase of the junction temperature is as shown in FIG. 5, the power supply device 10 cannot appropriately manage the junction temperature of the power element only by the temperature of the heat sink.

そこで、実施の形態１にかかる電源装置１０では、ヒートシンク温度センサＴＨＳＥＮ１、ＴＨＳＥＮ２から得た温度情報の変化率から、ジャンクション温度が最大許容ジャンクション温度を超える発熱量となる過電流状態を推測し、当該推測結果に基づき電源回路１１のパワー素子を加熱破壊から保護する保護機構を動作させる。以下では、実施の形態１にかかる電源装置１０の温度検出及び加熱保護動作について説明する。   Therefore, in the power supply device 10 according to the first embodiment, from the rate of change of the temperature information obtained from the heat sink temperature sensors THSEN1 and THSEN2, an overcurrent state in which the junction temperature becomes a heat generation amount exceeding the maximum allowable junction temperature is estimated. Based on the estimation result, a protection mechanism for protecting the power element of the power supply circuit 11 from thermal destruction is operated. Hereinafter, temperature detection and heating protection operation of the power supply device 10 according to the first embodiment will be described.

実施の形態１にかかる電源装置１０では、演算部４２が、メモリ４４からテーブル情報を読み込み、当該テーブル情報を参照してヒートシンク温度センサＴＨＳＥＮ１、ＴＨＳＥＮ２から得た温度情報の変化率から推測されるパワー素子の出力電流が定格電流以上か否か、及び、ジャンクション温度が規定の範囲内か否かを判断する。そこで、テーブル情報に記載されている情報の詳細について説明する。   In the power supply device 10 according to the first exemplary embodiment, the calculation unit 42 reads table information from the memory 44, refers to the table information, and is estimated from the rate of change in temperature information obtained from the heat sink temperature sensors THSEN1 and THSEN2. It is determined whether the output current of the element is equal to or higher than the rated current and whether the junction temperature is within a specified range. Therefore, details of the information described in the table information will be described.

テーブル情報には、監視対象となるパワー素子に定格電流を流したときに、ヒートシンク温度センサＴＨＳＥＮ１、ＴＨＳＥＮ２から得られる温度情報の変化率を示す情報が、測定時の周囲温度及び交流入力電圧と共に記載される。   In the table information, information indicating the rate of change in temperature information obtained from the heat sink temperature sensors THSEN1 and THSEN2 when the rated current is supplied to the power element to be monitored is described together with the ambient temperature and AC input voltage at the time of measurement. Is done.

そこで、図６に実施の形態１にかかる電源装置において定格電流を負荷電流として出力した場合のヒートシンクの温度変化を示すグラフを示す。図６に示すように、ヒートシンク温度センサから得られる温度情報は、パワー素子に定格電流を流した場合、電源制御部１２が電源回路１１の加熱保護を開始する保護開始温度まで一定の速度で上昇する。実施の形態１にかかる電源装置１０では、図６に示す温度情報の変化率ΔＴを周囲温度及び交流入力電圧毎に予め測定することでテーブル情報を作成する。そして、演算部４２は、テーブル情報に記載された温度情報の変化率ΔＴを保護開始温度変化率として用いる。このテーブル情報を電源制御部１２のメモリ４４に格納する。メモリ４４は、不揮発性メモリであることが好ましい。   FIG. 6 is a graph showing the temperature change of the heat sink when the rated current is output as the load current in the power supply device according to the first embodiment. As shown in FIG. 6, the temperature information obtained from the heat sink temperature sensor rises at a constant rate to the protection start temperature at which the power supply control unit 12 starts heating protection of the power supply circuit 11 when a rated current is passed through the power element. To do. In the power supply device 10 according to the first exemplary embodiment, table information is created by measuring in advance the change rate ΔT of the temperature information shown in FIG. 6 for each ambient temperature and AC input voltage. And the calculating part 42 uses change rate (DELTA) T of the temperature information described in table information as a protection start temperature change rate. This table information is stored in the memory 44 of the power supply control unit 12. The memory 44 is preferably a non-volatile memory.

また、図７に、実施の形態１にかかる電源装置における温度情報が記載されるテーブル情報の例を示す。図７に示すように、テーブル情報には、周囲温度が１０℃刻みで定義され、１つの周囲温度に対して交流入力電圧を８０Ｖ〜１４０Ｖとした場合の保護開始温度変化率ΔＴが記述される。   FIG. 7 shows an example of table information in which temperature information in the power supply device according to the first embodiment is described. As shown in FIG. 7, the table information describes the protection start temperature change rate ΔT when the ambient temperature is defined in increments of 10 ° C. and the AC input voltage is 80 V to 140 V with respect to one ambient temperature. .

実施の形態１にかかる電源装置１０では、演算部４２が、ヒートシンク温度センサＴＨＳＥＮ１、ＴＨＳＥＮ２から得た温度情報の変化率が、上記テーブル情報に記載された保護開始温度変化率ΔＴよりも大きい場合に、パワー素子に過電流が流れていると判断する。そして、演算部４２は、パワー素子に過電流が流れる過電流状態が予め設定した保護開始閾値時間以上継続した場合に電源回路１１を停止状態にする等の保護機構を動作させる。このような処理により、演算部４２は、過電流状態が発生した場合には、ヒートシンク温度センサＴＨＳＥＮ１、ＴＨＳＥＮ２から得た温度情報が保護開始温度に達する前に、電源回路１１に対する保護機構を動作させる。   In the power supply device 10 according to the first embodiment, when the calculation unit 42 has a rate of change in temperature information obtained from the heat sink temperature sensors THSEN1 and THSEN2 greater than the protection start temperature change rate ΔT described in the table information. Then, it is determined that an overcurrent flows through the power element. Then, the calculation unit 42 operates a protection mechanism such as stopping the power supply circuit 11 when an overcurrent state in which an overcurrent flows through the power element continues for a preset protection start threshold time. By such processing, when an overcurrent state occurs, the calculation unit 42 operates the protection mechanism for the power supply circuit 11 before the temperature information obtained from the heat sink temperature sensors THSEN1 and THSEN2 reaches the protection start temperature. .

なお、演算部４２は、過電流状態を判断する場合に、システム温度センサＳＥＮから得た温度情報ＴＳＥＮに基づき周囲温度を判断し、当該周囲温度に最も近い周囲温度のテーブル情報を参照する。また、演算部４２は、過電流状態を判断する場合に、交流入力電圧を参照し、得られた交流入力電圧に最も近い交流入力電圧に対応して記述された放熱板温度変化率ΔＴを判断の基準に用いる。   When determining the overcurrent state, the calculation unit 42 determines the ambient temperature based on the temperature information TSEN obtained from the system temperature sensor SEN, and refers to the table information of the ambient temperature closest to the ambient temperature. Further, when determining the overcurrent state, the calculation unit 42 refers to the AC input voltage and determines the heat sink temperature change rate ΔT described corresponding to the AC input voltage closest to the obtained AC input voltage. Used as a standard for

上記説明より、実施の形態１にかかる電源装置１０では、ヒートシンク温度センサＴＨＳＥＮ１、ＴＨＳＥＮ２から得られた温度情報の変化率からパワー素子が過電流状態となっているかを推定する。そして、電源装置１０は、パワー素子の過電流状態が予め設定した保護開始閾値時間以上継続した場合には、ジャンクション温度が保護開始温度に達したと推定して電源回路１１を保護する保護機構を動作させる。   From the above description, in the power supply device 10 according to the first embodiment, it is estimated whether the power element is in the overcurrent state from the rate of change of the temperature information obtained from the heat sink temperature sensors THSEN1 and THSEN2. Then, when the overcurrent state of the power element continues for a preset protection start threshold time or longer, the power supply device 10 presumes that the junction temperature has reached the protection start temperature and protects the power supply circuit 11. Make it work.

これにより、実施の形態１にかかる電源装置１０では、パワー素子のジャンクション温度の変化率よりも変化率が小さく、かつ、実際のジャンクション温度とは異なるヒートシンクの温度に基づきパワー素子を定格の範囲内で動作させることが可能になる。   Thereby, in the power supply device 10 according to the first embodiment, the rate of change is smaller than the rate of change of the junction temperature of the power element, and the power element is within the rated range based on the temperature of the heat sink different from the actual junction temperature. It becomes possible to operate with.

また、実施の形態１にかかる電源装置１０では、パワー素子の放熱を補助するヒートシンクの温度に基づきパワー素子のジャンクション温度を管理できるため、パワー素子自体が温度センサを有していなくても良い。そのため、実施の形態１にかかる電源装置１０では、利用するパワー素子の選択肢の幅を広くすることができる。   Further, in the power supply device 10 according to the first embodiment, the junction temperature of the power element can be managed based on the temperature of the heat sink that assists the heat dissipation of the power element, and thus the power element itself does not have to have a temperature sensor. Therefore, in the power supply device 10 according to the first exemplary embodiment, the range of options for the power element to be used can be widened.

また、実施の形態１にかかる電源装置１０では、ヒートシンクの温度によりパワー素子のジャンクション温度を管理できるため、温度センサを有していないパワー素子により構成された既存のシステムにおいても、ヒートシンク温度センサの追加と、電源制御部１２に搭載される制御プログラムの更新を行うのみでシステムの信頼性を向上させることができる。   In addition, since the power supply device 10 according to the first embodiment can manage the junction temperature of the power element based on the temperature of the heat sink, even in an existing system configured with a power element that does not have a temperature sensor, The reliability of the system can be improved only by adding and updating the control program installed in the power supply control unit 12.

また、実施の形態１にかかる電源装置１０では、出力電圧を目標電圧に維持するフィードバック制御を行う電源制御部１２によりパワー素子のジャンクション温度を管理するため、パワー素子のジャンクション温度の管理のために新たに追加する回路等を削減することができる。つまり、実施の形態１にかかる電源装置１０は、ジャンクション温度の管理を行うための回路等の設計及び検証等にかかるコストを削減することができる。   Further, in the power supply device 10 according to the first embodiment, the power supply control unit 12 that performs feedback control for maintaining the output voltage at the target voltage is used to manage the junction temperature of the power element. Newly added circuits or the like can be reduced. That is, the power supply device 10 according to the first embodiment can reduce the cost for designing and verifying the circuit and the like for managing the junction temperature.

実施の形態２
実施の形態２では、実施の形態１の電源装置１０における制御の別の形態について説明する。実施の形態２では、電源制御部１２が、温度情報の変化率から判断される出力電流値が予め設定した過電流状態よりも大きくなる期間が予め設定した過電流許容時間以上継続した場合、保護開始温度変化率から算出される過電流保護開始設定値を初期値よりも低下させる。また、電源制御部１２は、温度情報の変化率から判断される出力電流状態が定格電流状態と判断される範囲となる期間が予め設定した復帰許可時間以上継続した場合、低下させた過電流保護開始設定値を初期値に復帰させる。以下では、実施の形態２にかかる電源制御部１２における上記過電流保護開始設定値を電源回路１１の動作状態に応じて変化させる制御について説明する。Embodiment 2
In the second embodiment, another form of control in the power supply device 10 of the first embodiment will be described. In the second embodiment, when the power supply control unit 12 continues the period in which the output current value determined from the change rate of the temperature information is larger than the preset overcurrent state for a preset overcurrent allowable time or longer, the protection is performed. The overcurrent protection start set value calculated from the start temperature change rate is lowered from the initial value. In addition, the power supply control unit 12 reduces the overcurrent protection when the output current state determined from the rate of change of the temperature information is within the range in which the output current state is determined as the rated current state continues for a preset return permission time or longer. Return the starting set value to the initial value. Hereinafter, control for changing the overcurrent protection start set value in the power supply control unit 12 according to the second embodiment according to the operating state of the power supply circuit 11 will be described.

ここで、過電流保護開始設定値とは、実施の形態１で説明した保護開始温度変化率ΔＴと保護開始閾値時間とから推定される電流値を過電流状態と判定するための設定値である。例えば、過電流保護開始設定値は、放熱板温度変化率と、保護開始閾値時間と、の積により定義することができる。   Here, the overcurrent protection start set value is a set value for determining the current value estimated from the protection start temperature change rate ΔT and the protection start threshold time described in the first embodiment as an overcurrent state. . For example, the overcurrent protection start set value can be defined by the product of the heat sink temperature change rate and the protection start threshold time.

また、実施の形態２にかかる電源装置１０では、ヒートシンク温度センサＴＨＳＥＮ１、ＴＨＳＥＮ２から得た温度情報の変化率と、放熱板温度変化率よりも大きな温度情報の変化率が継続する時間として許容しうる過電流許容時間と、の積により過電流状態測定値を導出する。   Further, in the power supply device 10 according to the second exemplary embodiment, the change rate of the temperature information obtained from the heat sink temperature sensors THSEN1 and THSEN2 and the change rate of the temperature information larger than the heat sink temperature change rate can be allowed as a continuous time. The overcurrent state measurement value is derived by the product of the overcurrent allowable time.

そして、実施の形態２にかかる電源装置１０では、過電流保護開始設定値と、過電流状態測定値と、を比較し、過電流状態測定値が過電流保護開始設定値よりも大きくなった場合に電源回路１１を保護する保護機構を動作させる。なお、実施の形態２では、過電流保護開始設定値を低下させる場合、保護開始温度変化率ΔＴを小さくするものとするが、保護開始閾値時間を小さくすることで過電流保護開始設定値を低下させることも可能である。   In the power supply device 10 according to the second embodiment, the overcurrent protection start setting value is compared with the overcurrent state measurement value, and the overcurrent state measurement value is larger than the overcurrent protection start setting value. A protection mechanism for protecting the power supply circuit 11 is operated. In the second embodiment, when the overcurrent protection start set value is decreased, the protection start temperature change rate ΔT is decreased. However, the overcurrent protection start set value is decreased by decreasing the protection start threshold time. It is also possible to make it.

続いて、実施の形態２にかかる電源装置１０における過電流保護開始設定値の制御方法を示すタイミングチャートを図８に示す。図８に示す例では、過電流保護開始設定値を初期値として電源装置１０を起動する。この過電流保護開始設定値の初期値は、その時点での周囲温度及び交流入力電圧において定格電流が流れたときの保護開始温度変化率ΔＴよりも大きな値が設定される。そして、電源装置１０が起動した後にパワー素子の過電流状態が発生し、タイミングＴ１で過電流状態が過電流許容時間以上となる。   FIG. 8 is a timing chart illustrating a method for controlling the overcurrent protection start set value in the power supply device 10 according to the second embodiment. In the example illustrated in FIG. 8, the power supply device 10 is activated with the overcurrent protection start setting value as an initial value. The initial value of the overcurrent protection start set value is set to a value larger than the protection start temperature change rate ΔT when the rated current flows at the ambient temperature and the AC input voltage at that time. Then, after the power supply device 10 is activated, an overcurrent state of the power element occurs, and the overcurrent state becomes the overcurrent allowable time or more at the timing T1.

そのため、電源装置１０は、タイミングＴ１から基準とする保護開始温度変化率ΔＴの値を小さくして、過電流保護開始設定値を低下させる。なお、低下させた後に選択される保護開始温度変化率ΔＴは、その時点での周囲温度及び交流入力電圧において定格電流が流れたときの値である。   Therefore, the power supply device 10 decreases the overcurrent protection start set value by decreasing the value of the protection start temperature change rate ΔT as a reference from the timing T1. The protection start temperature change rate ΔT selected after the reduction is a value when the rated current flows at the ambient temperature and the AC input voltage at that time.

その後、タイミングＴ２において、パワー素子に流れる電流が定格電流以下となる定格電流状態が復帰許容時間以上となる。これに伴い、電源装置１０は、過電流保護開始設定値を初期値に戻す。そして、タイミングＴ３以降は、電源装置１０は、初期値として設定された過電流保護開始設定値に基づき動作を継続する。   Thereafter, at timing T2, the rated current state in which the current flowing through the power element is equal to or lower than the rated current is equal to or longer than the allowable return time. Accordingly, the power supply device 10 returns the overcurrent protection start setting value to the initial value. Then, after timing T3, the power supply device 10 continues to operate based on the overcurrent protection start set value set as the initial value.

続いて、実施の形態２にかかる電源装置１０の動作を示すタイミングチャートを図９に示す。この図９を参照して、実施の形態２にかかる電源装置１０の動作について説明する。図９に示すように、実施の形態２にかかる電源装置１０は、起動時に、過電流保護開始設定値を初期値に設定して電源回路１１を制御する（ステップＳ１）。その後、電源装置１０は、ヒートシンク温度センサＴＨＳＥＮ１、ＴＨＳＥＮ２から温度情報を取得しながら通常動作を継続する。また、電源装置１０は、通常動作においてヒートシンク温度センサＴＨＳＥＮ１、ＴＨＳＥＮ２から取得した温度情報に基づきパワー素子に過電流が発生しているか否かを監視する（ステップＳ２）。   9 is a timing chart showing the operation of the power supply device 10 according to the second embodiment. With reference to FIG. 9, the operation of the power supply device 10 according to the second exemplary embodiment will be described. As shown in FIG. 9, the power supply device 10 according to the second embodiment controls the power supply circuit 11 by setting the overcurrent protection start setting value to the initial value at the time of startup (step S1). Thereafter, the power supply device 10 continues normal operation while acquiring temperature information from the heat sink temperature sensors THSEN1 and THSEN2. Further, the power supply device 10 monitors whether or not an overcurrent is generated in the power element based on the temperature information acquired from the heat sink temperature sensors THSEN1 and THSEN2 in the normal operation (step S2).

そして、実施の形態２にかかる電源装置１０は、通常動作中に過電流状態を検出すると（ステップＳ２のＹＥＳの枝）、過電流状態が継続した時間（例えば、過電流状態経過時間）を計測し、過電流状態経過時間が過電流許容時間より長くなると（ステップＳ３のＹＥＳの枝）、過電流保護開始設定値を低下させる（ステップＳ４）。なお、電源装置１０では、保護開始温度変化率を初期値よりも小さくすることで過電流保護開始設定値を小さくする。また、低下させた後の過電流保護開始設定値は、その時点での周囲温度及び交流入力電圧において定格電流がパワー素子に流れたときの放熱板温度の変化率から算出されるものである。   Then, when the power supply device 10 according to the second embodiment detects an overcurrent state during normal operation (YES in step S2), it measures the time during which the overcurrent state continues (for example, the overcurrent state elapsed time). When the overcurrent state elapsed time becomes longer than the overcurrent allowable time (YES in step S3), the overcurrent protection start set value is decreased (step S4). In the power supply device 10, the overcurrent protection start set value is reduced by making the protection start temperature change rate smaller than the initial value. Further, the overcurrent protection start set value after the reduction is calculated from the rate of change of the heat sink temperature when the rated current flows through the power element at the ambient temperature and the AC input voltage at that time.

その後、電源装置１０は、ヒートシンク温度センサＴＨＳＥＮ１、ＴＨＳＥＮ２から算出した過電流状態測定値が、低下させた後の過電流保護開始設定値を超えなければ動作を継続する（ステップＳ５、Ｓ８）。一方、電源装置１０は、過電流状態測定値が、低下させた後の過電流保護開始設定値を超えた場合は、電源回路１１に対する保護機構を動作させる（ステップＳ５、Ｓ６）。   Thereafter, the power supply device 10 continues the operation unless the overcurrent state measurement value calculated from the heat sink temperature sensors THSEN1 and THSEN2 exceeds the overcurrent protection start set value after being lowered (steps S5 and S8). On the other hand, when the overcurrent state measurement value exceeds the reduced overcurrent protection start set value, the power supply device 10 operates the protection mechanism for the power supply circuit 11 (steps S5 and S6).

そして、電源装置１０は、過電流状態が解除され、パワー素子に流れる電流が定格電流以下となる定格電流状態の経過時間が復帰許可時間を超えた場合（ステップＳ８のＹＥＳ）、過電流保護開始設定値を初期値に復帰させる（ステップＳ９）。その後、電源装置１０は、ステップＳ２〜Ｓ９の処理を継続しながら運用状態を継続する。   When the overcurrent state is released and the elapsed time of the rated current state in which the current flowing through the power element is equal to or lower than the rated current exceeds the return permission time (YES in step S8), the power supply device 10 starts overcurrent protection. The set value is returned to the initial value (step S9). Thereafter, the power supply device 10 continues the operation state while continuing the processing of steps S2 to S9.

上記説明より、実施の形態２にかかる電源装置１０によれば、保護機能を動作させる閾値となる過電流保護開始設定値を、初期状態で高く設定し、過電流状態が所定時間（例えば、過電流許容時間）以上継続した場合に、過電流保護開始設定値を低下させる。   From the above description, according to the power supply device 10 according to the second embodiment, the overcurrent protection start setting value that is the threshold value for operating the protection function is set high in the initial state, and the overcurrent state is set to a predetermined time (for example, overcurrent). If the current continues for more than the allowable current time, the overcurrent protection start set value is lowered.

ここで、パワー素子においては、２つの定格値が規定されている。１つ目は、定格電圧及び定格電流よりも高い電圧及び電流が印加された場合であっても、所定の時間以下であれば半導体装置を安全に使用できる領域を規定したＡＳＯ（安全動作領域：Area of Safety Operation）である。２つ目は、定常的に利用できる電圧と電流の最大値を規定した定格電圧及び定格電流である。   Here, two rated values are defined for the power element. First, even when a voltage and current higher than the rated voltage and the rated current are applied, an ASO (safe operation area: Area of Safety Operation). The second is a rated voltage and a rated current that define the maximum voltage and current that can be used constantly.

このように、パワー素子においては、定格電圧及び定格電流以上の電圧及び電流を印加しても、これら電圧及び電流が印加される時間が一時的であれば安全な利用が可能なＡＳＯがある。そのため、実施の形態２にかかる電源装置１０では、過電流保護開始設定値の初期値をこのＡＳＯに基づき設定し、低下させた後の過電流保護開始設定値を定格電圧及び定格電流に基づき設定することで、瞬間的な過大電流状態において電源装置１０が保護機構を動作させることを防止することができる。   As described above, in the power element, there is ASO that can be safely used even if a voltage and a current that are equal to or higher than the rated voltage and the rated current are applied and the time during which the voltage and current are applied is temporary. Therefore, in the power supply device 10 according to the second embodiment, the initial value of the overcurrent protection start set value is set based on the ASO, and the overcurrent protection start set value after being lowered is set based on the rated voltage and the rated current. By doing so, it is possible to prevent the power supply device 10 from operating the protection mechanism in an instantaneous excessive current state.

例えば、電源装置１０に接続される負荷が容量性負荷である場合、起動時に突入電流が発生する可能性がある。この場合に、過電流保護開始設定値を定格電圧及び定格電流に基づき設定し、当該過電流保護開始設定値を固定的に利用した場合、起動時に流れる突入電流により保護機構が動作し、起動に失敗する可能性がある。しかしながら、実施の形態２にかかる電源装置１０によれば、過電流保護開始設定値の初期値を高く設定し、過電流状態が過電流許容時間以上発生した場合には定格電圧及び定格電流に対応する過電流保護開始設定値に変更する。これにより、実施の形態２にかかる電源装置１０は、容量性負荷に対しても安定した起動を実現しながら、ＡＳＯ、定格電圧及び定格電流等の規格を満たした安全なシステムを実現することができる。   For example, when the load connected to the power supply device 10 is a capacitive load, an inrush current may occur during startup. In this case, if the overcurrent protection start setting value is set based on the rated voltage and rated current, and the overcurrent protection start setting value is used in a fixed manner, the protection mechanism operates due to the inrush current that flows during startup, and May fail. However, according to the power supply device 10 according to the second embodiment, the initial value of the overcurrent protection start setting value is set high, and when the overcurrent state occurs for the overcurrent allowable time or longer, the rated voltage and the rated current are supported. Change to the overcurrent protection start setting value. As a result, the power supply device 10 according to the second embodiment can realize a safe system that satisfies standards such as ASO, rated voltage, and rated current while realizing stable start-up even for capacitive loads. it can.

実施の形態３
実施の形態３では、実施の形態２で説明した過電流保護開始設定値の変更方法の別の形態について説明する。実施の形態３では、電源制御部１２は、電源回路１１を起動させる際に、過電流保護開始設定値を初期値に設定した上で電源回路を起動させ、起動から予め設定した起動経過時間の間、初期値に基づき前記電源回路を動作させ、起動経過時間の経過後に過電流保護開始設定値を前記初期値よりも低い値に設定する。そして、電源制御部１２は、温度情報の変化率から判断される出力電流状態が定格電流状態と判断される範囲となる期間が予め設定した復帰許可時間以上継続した場合、低下させた過電流保護開始設定値を初期値に復帰させる。以下では、実施の形態３にかかる電源制御部１２における上記過電流保護開始設定値を電源回路１１の動作状態に応じて変化させる制御について説明する。Embodiment 3
In the third embodiment, another form of the method for changing the overcurrent protection start set value described in the second embodiment will be described. In the third embodiment, when starting the power supply circuit 11, the power supply control unit 12 sets the overcurrent protection start setting value to the initial value and then starts the power supply circuit. In the meantime, the power supply circuit is operated based on the initial value, and the overcurrent protection start set value is set to a value lower than the initial value after the elapsed elapsed time. Then, the power supply control unit 12 reduces the overcurrent protection when the output current state determined from the rate of change in temperature information is within the range in which the output current state is determined to be the rated current state continues for a preset return permission time or longer. Return the starting set value to the initial value. Hereinafter, control for changing the overcurrent protection start setting value in the power supply control unit 12 according to the third embodiment in accordance with the operating state of the power supply circuit 11 will be described.

ここで、実施の形態３においても、過電流保護開始設定値、過電流状態経過時間、定格電流状態経過時間、過電流許可時間、復帰許可時間等のパラメータを利用するが、これらパラメータは、実施の形態２と同じであるため、説明を省略する。一方、実施の形態３では、起動経過時間をパラメータとして新たに利用する。この起動経過時間は、電源回路１１の起動からの経過時間であり、例えば、ＡＳＯで規定される利用範囲を守ることができる程度の時間である。起動経過時間は、例えば、数十ミリ秒以上、数十秒以下の時間が設定される。   Here, also in the third embodiment, parameters such as overcurrent protection start set value, overcurrent state elapsed time, rated current state elapsed time, overcurrent permission time, and recovery permission time are used. Since this is the same as the second embodiment, description thereof is omitted. On the other hand, in the third embodiment, the startup elapsed time is newly used as a parameter. This elapsed startup time is the elapsed time from the startup of the power supply circuit 11, and is, for example, a time that can protect the usage range defined by ASO. The activation elapsed time is set to a time of, for example, several tens of milliseconds or more and several tens of seconds or less.

続いて、実施の形態３にかかる電源装置１０における過電流保護開始設定値の制御方法を示すタイミングチャートを図１０に示す。図１０に示す例では、過電流保護開始設定値を初期値として電源装置１０を起動する。この過電流保護開始設定値の初期値は、その時点での周囲温度及び交流入力電圧において定格電流が流れたときの保護開始温度変化率ΔＴよりも大きな値が設定される。そして、電源装置１０が起動した後に起動経過時間が経過したタイミングＴ１１において、電源装置１０は、過電流保護開始設定値を低下させる。   Next, FIG. 10 is a timing chart illustrating a method for controlling the overcurrent protection start set value in the power supply device 10 according to the third embodiment. In the example illustrated in FIG. 10, the power supply device 10 is activated with the overcurrent protection start setting value as an initial value. The initial value of the overcurrent protection start set value is set to a value larger than the protection start temperature change rate ΔT when the rated current flows at the ambient temperature and the AC input voltage at that time. Then, at the timing T11 when the activation elapsed time has elapsed after the power supply device 10 is activated, the power supply device 10 decreases the overcurrent protection start set value.

その後、タイミングＴ１２において、パワー素子に流れる電流が定格電流以下となる定格電流状態が復帰許容時間以上となる。これに伴い、電源装置１０は、過電流保護開始設定値を初期値に戻す。そして、タイミングＴ１２以降は、電源装置１０は、初期値として設定された過電流保護開始設定値に基づき動作を継続する。   Thereafter, at timing T12, the rated current state in which the current flowing through the power element is equal to or lower than the rated current is equal to or longer than the allowable return time. Accordingly, the power supply device 10 returns the overcurrent protection start setting value to the initial value. Then, after timing T12, the power supply device 10 continues the operation based on the overcurrent protection start setting value set as the initial value.

続いて、実施の形態３にかかる電源装置１０の動作を示すタイミングチャートを図１１に示す。この図１１を参照して、実施の形態３にかかる電源装置１０の動作について説明する。図１１に示すように、実施の形態３にかかる電源装置１０は、起動時に、過電流保護開始設定値を初期値に設定し、起動経過時間が経過するまでの間当該初期値で電源回路１１を制御する（ステップＳ１１）。   Next, FIG. 11 shows a timing chart showing the operation of the power supply device 10 according to the third embodiment. With reference to FIG. 11, the operation of the power supply device 10 according to the third exemplary embodiment will be described. As illustrated in FIG. 11, the power supply device 10 according to the third embodiment sets the overcurrent protection start setting value to an initial value at the time of startup, and the power supply circuit 11 with the initial value until the elapsed elapsed time elapses. Is controlled (step S11).

そして、起動経過時間が経過すると、実施の形態３にかかる電源装置１０は、過電流保護開始設定値を低下させる（ステップＳ１１）。なお、電源装置１０では、保護開始温度変化率を初期値よりも小さくすることで過電流保護開始設定値を小さくする。また、低下させた後の過電流保護開始設定値は、その時点での周囲温度及び交流入力電圧において定格電流がパワー素子に流れたときの放熱板温度の変化率から算出されるものである。   When the elapsed startup time has elapsed, the power supply device 10 according to the third embodiment decreases the overcurrent protection start set value (step S11). In the power supply device 10, the overcurrent protection start set value is reduced by making the protection start temperature change rate smaller than the initial value. Further, the overcurrent protection start set value after the reduction is calculated from the rate of change of the heat sink temperature when the rated current flows through the power element at the ambient temperature and the AC input voltage at that time.

その後、電源装置１０は、ヒートシンク温度センサＴＨＳＥＮ１、ＴＨＳＥＮ２から算出した過電流状態測定値が、低下させた後の過電流保護開始設定値を超えなければ動作を継続する（ステップＳ１２、Ｓ１５）。一方、電源装置１０は、過電流状態測定値が、低下させた後の過電流保護開始設定値を超えた場合は、電源回路１１に対する保護機構を動作させる（ステップＳ１２、Ｓ１３）。   Thereafter, the power supply device 10 continues the operation unless the overcurrent state measurement value calculated from the heat sink temperature sensors THSEN1 and THSEN2 exceeds the overcurrent protection start set value after being lowered (steps S12 and S15). On the other hand, the power supply device 10 operates the protection mechanism for the power supply circuit 11 when the overcurrent state measurement value exceeds the overcurrent protection start set value after being lowered (steps S12 and S13).

そして、電源装置１０は、過電流状態が解除され、パワー素子に流れる電流が定格電流以下となる定格電流状態の経過時間が復帰許可時間を超えた場合（ステップＳ１５のＹＥＳ）、過電流保護開始設定値を初期値に復帰させる（ステップＳ１６）。   When the overcurrent state is released and the elapsed time of the rated current state in which the current flowing through the power element is equal to or lower than the rated current exceeds the return permission time (YES in step S15), the power supply device 10 starts overcurrent protection. The set value is returned to the initial value (step S16).

その後、電源装置１０は、過電流状態が検出されなければ（ステップＳ１７のＮＯの枝）、通常運用状態を維持する。一方、電源装置１０は、過電流状態が検出され（ステップＳ１７のＹＥＳの枝）、当該過電流状態が過電流許容時間以上となった場合（ステップＳ１８のＹＥＳの枝）、過電流保護開始設定値を低下させる（ステップＳ１１）。つまり、実施の形態３にかかる電源装置１０は、ステップＳ１６で過電流保護開始設定値を初期値に復帰させた後は、ステップＳ１１〜ステップＳ１８の処理を繰り返して実行することで、実施の形態２にかかる電源装置１０と同様の動作を行う。   Thereafter, if an overcurrent state is not detected (NO branch in step S17), the power supply device 10 maintains the normal operation state. On the other hand, when the overcurrent state is detected (YES branch of step S17) and the overcurrent state is equal to or longer than the allowable overcurrent time (YES branch of step S18), the power supply device 10 is set to start overcurrent protection. The value is decreased (step S11). That is, the power supply device 10 according to the third exemplary embodiment repeats the processing of step S11 to step S18 after the overcurrent protection start setting value is returned to the initial value in step S16, so that the exemplary embodiment The same operation as that of the power supply apparatus 10 according to 2 is performed.

上記説明より、実施の形態３にかかる電源装置１０では、容量性負荷等に起因して起動時の突入電流が発生する可能性が高い期間が経過すると、強制的に過電流保護開始設定値を低下させ、電源回路１１の出力状態が安定するまでの期間にパワー素子が定格電圧及び定格電流の範囲内で動作するように制御する。このような処理を行うことで、実施の形態３にかかる電源装置１０は、実施の形態２にかかる電源装置１０よりもシステムの信頼性を向上させることができる。   From the above description, in the power supply device 10 according to the third embodiment, the overcurrent protection start setting value is forcibly set when a period during which the inrush current at the time of start-up is high due to a capacitive load or the like has elapsed. The power element is controlled to operate within the range of the rated voltage and the rated current during the period until the output state of the power supply circuit 11 is stabilized. By performing such processing, the power supply apparatus 10 according to the third embodiment can improve the system reliability as compared with the power supply apparatus 10 according to the second embodiment.

なお、突入電流が発生する時間は、数十ミリ秒から数百ミリ秒の期間であり、パワー素子が過電流及び加熱により破壊に至る時間は数十秒の時間を有する。そのため、起動経過時間及び過電流許容時間は、この突入電流の発生時間に合わせて設定することが好ましい。また、保護開始閾値時間は、過電流及び加熱により破壊に至る時間を超えない範囲で設定することが好ましい。各時間をこのように設定することで、電源装置１０の誤動作を防止することができる。   The inrush current is generated for several tens of milliseconds to several hundreds of milliseconds, and the power element is destroyed by overcurrent and heating for several tens of seconds. Therefore, it is preferable to set the elapsed start time and the overcurrent allowable time according to the inrush current occurrence time. Moreover, it is preferable to set the protection start threshold time in a range that does not exceed the time until destruction due to overcurrent and heating. By setting each time in this way, malfunction of the power supply apparatus 10 can be prevented.

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上記実施の形態では、ジャンクション温度を推定する温度情報としてヒートシンク温度センサから得られる情報を用いたが、制御対象のパワー素子のジャンクション温度をより直接的にモニタできる温度センサがパワー素子に内蔵されている場合、当該温度センサの情報に基づき上記実施の形態の処理を行うことも可能である。パワー素子に内蔵された温度センサを用いることで、上記実施の形態にかかる電源装置１０よりも精度の高いジャンクション温度の管理ができる。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention. For example, in the above embodiment, information obtained from the heat sink temperature sensor is used as temperature information for estimating the junction temperature. However, a temperature sensor that can more directly monitor the junction temperature of the power element to be controlled is incorporated in the power element. If it is, the processing of the above embodiment can be performed based on the information of the temperature sensor. By using the temperature sensor built in the power element, it is possible to manage the junction temperature with higher accuracy than the power supply device 10 according to the above embodiment.

１ 電話システム
１０ 電源装置
１１ 電源回路
１２ 電源制御部
１３ 絶縁回路
２０ 構内交換機
２１ システム制御部
２２ メモリ
２３ リアルタイムクロック生成部
２４ インタフェース回路
３１ 整流平滑回路
３２ 駆動回路
４１ ＡＤ変換回路
４２ 演算部
４３ ＰＷＭタイマ
４４ メモリ
５１ パワー素子
５２ 半導体チップ
５３ フレーム
５４ 実装基板
５５ ヒートシンク
５６ 温度センサ
ＨＴＳＥＮ１ 第１の温度センサ
ＨＴＳＥＮ２ 第２の温度センサ
Ｔｒ 駆動トランジスタ
Ｄ ダイオード
Ｌ インダクタ
Ｃ コンデンサ
ＯＶＳ 電圧観測点
ＯＣＳ 電流観測点
ＴＭ１、ＴＭ２ 電話端末DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Telephone system 10 Power supply device 11 Power supply circuit 12 Power supply control part 13 Insulation circuit 20 Private branch exchange 21 System control part 22 Memory 23 Real time clock generation part 24 Interface circuit 31 Rectification smoothing circuit 32 Drive circuit 41 AD conversion circuit 42 Operation part 43 PWM timer 44 Memory 51 Power Element 52 Semiconductor Chip 53 Frame 54 Mounting Board 55 Heat Sink 56 Temperature Sensor HTSEN1 First Temperature Sensor HTSEN2 Second Temperature Sensor Tr Drive Transistor D Diode L Inductor C Capacitor OVS Voltage Observation Point OCS Current Observation Point TM1, TM2 Phone terminal

Claims (5)

直流システム電源の電圧と予め設定された目標電圧との差に応じたデューティー比を有するＰＷＭ信号を出力する電源制御部と、
ヒートシンクが取り付けられたスイッチング素子を含み、前記ＰＷＭ信号に基づき前記スイッチング素子をスイッチングして、外部から与えられる交流電源から前記直流システム電源を出力する電源回路と、を有し、
前記電源制御部は、
前記ヒートシンクに取り付けられた第１の温度センサから得た温度情報の変化率が保護開始温度変化率以上となる期間が予め設定した保護開始閾値時間以上となったことに応じて前記電源回路の保護機構を作動させる電源装置。A power supply control unit that outputs a PWM signal having a duty ratio according to a difference between a voltage of the DC system power supply and a preset target voltage;
A power supply circuit including a switching element to which a heat sink is attached, switching the switching element based on the PWM signal, and outputting the DC system power from an AC power supplied from the outside,
The power control unit
Protection of the power supply circuit in response to a period in which the rate of change of temperature information obtained from the first temperature sensor attached to the heat sink is equal to or greater than the protection start temperature change rate is equal to or greater than a preset protection start threshold time A power supply that operates the mechanism. 前記電源制御部は、
前記温度情報の変化率から判断される出力電流値が予め設定した過電流状態よりも大きくなる期間が予め設定した過電流許容時間以上継続した場合、前記保護開始温度変化率から算出される過電流保護開始設定値を初期値よりも低下させ、
前記温度情報の変化率から判断される出力電流状態が定格電流状態と判断される範囲となる期間が予め設定した復帰許可時間以上継続した場合、低下させた前記過電流保護開始設定値を前記初期値に復帰させる請求項１に記載の電源装置。The power control unit
The overcurrent calculated from the protection start temperature change rate when a period in which the output current value determined from the change rate of the temperature information is longer than a preset overcurrent state continues for a preset overcurrent allowable time. Decrease the protection start setting value from the initial value,
When the period in which the output current state determined from the rate of change of the temperature information is within the range where the rated current state is determined continues for a preset return permission time, the reduced overcurrent protection start set value is set to the initial value. The power supply device according to claim 1, wherein the power supply device is restored to a value. 前記電源制御部は、前記電源回路を起動させる際に、
前記保護開始温度変化率から算出される過電流保護開始設定値を初期値に設定した上で前記電源回路を起動させ、
起動から予め設定した起動経過時間の間、前記初期値に基づき前記電源回路を動作させ、
前記起動経過時間の経過後に前記過電流保護開始設定値を前記初期値よりも低い値に設定し、
前記温度情報の変化率から判断される出力電流状態が定格電流状態と判断される範囲となる期間が予め設定した復帰許可時間以上継続した場合、低下させた前記過電流保護開始設定値を前記初期値に復帰させる請求項１又は２に記載の電源装置。When the power supply controller starts the power supply circuit,
After setting the overcurrent protection start setting value calculated from the protection start temperature change rate to an initial value, start the power supply circuit,
During the startup elapsed time set in advance from startup, operate the power supply circuit based on the initial value,
Set the overcurrent protection start set value to a value lower than the initial value after elapse of the startup elapsed time;
When the period in which the output current state determined from the rate of change of the temperature information is within the range where the rated current state is determined continues for a preset return permission time, the reduced overcurrent protection start set value is set to the initial value. The power supply device according to claim 1, wherein the power supply device is restored to a value. 前記電源制御部は、周囲温度と前記交流電源の交流電圧と前記温度情報の変化率との関係を示したテーブル情報を有し、前記テーブル情報を参照して前記スイッチング素子に流れる出力電流値を推定する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電源装置。   The power supply control unit has table information indicating a relationship between an ambient temperature, an AC voltage of the AC power supply, and a change rate of the temperature information, and refers to the table information to determine an output current value flowing through the switching element. The power supply device according to claim 1, wherein the power supply device is estimated. 前記電源回路は、ヒートシンク及び前記ヒートシンクの温度を検出する第２の温度センサが取り付けられたダイオードを含み、
前記電源制御部は、前記第２の温度センサから得た温度情報の変化率が保護開始温度変化率以上となる期間が前記保護開始閾値時間以上となったことに応じて前記電源回路の保護機構を作動させる請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電源装置。The power supply circuit includes a diode to which a heat sink and a second temperature sensor for detecting the temperature of the heat sink are attached,
The power supply control unit includes a protection mechanism for the power supply circuit in response to a period in which a rate of change of temperature information obtained from the second temperature sensor is equal to or greater than a protection start temperature change rate being equal to or greater than the protection start threshold time The power supply device according to claim 1, wherein the power supply device is operated.
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