KR20070038962A

KR20070038962A - 전원 장치

Info

Publication number: KR20070038962A
Application number: KR1020067025215A
Authority: KR
Inventors: 겐 하시모토; 겐이치 니이야마
Original assignee: 로무 가부시키가이샤
Priority date: 2004-07-14
Filing date: 2005-06-29
Publication date: 2007-04-11
Also published as: TW200620800A; WO2006006407A1; JP4843490B2; CN1965463A; JPWO2006006407A1; US20070200540A1

Abstract

스위칭 레귤레이터를 이용한 승압 또는 강압 회로 등의 전원 장치에 있어서, 출력 단자에 접속된 부하 회로의 단락을 검지하여, 부하 회로의 대전류가 흐르는 것을 방지한다. 전원 장치(100)는, 스위칭 레귤레이터(30), 레귤레이터(32), 제어 회로(34) 및 단락 검출 회로(36)를 포함한다. 단락 검출 회로(36)는, 전압 비교기(20) 및 전압 비교기(22), 정전류원(24), 스위치(SW3), 단락 검출용 콘덴서(Cx)를포함한다. Vout＜Vth일 때 스위치(SW3)는 온되어 있으며, 단락 검출용 콘덴서(Cx)의 전압(Vx)은 정전류원(24)으로부터 공급되는 전류(Ix)에 의해 충전되고, 시간의 경과와 더불어 기울기(Ix/Cx)로 계속해서 상승한다. 전압(Vx)이 셧다운 전압(Vsd)보다 커지면, 전압 비교기(22)는 드라이버 회로(10)의 인에이블 단자(EN)에 하이 레벨을 출력하고, 스위칭 레귤레이터(30)의 승압 동작을 정지한다.

Description

전원 장치{POWER SOURCE DEVICE}

본 발명은, 전원 장치에 관한 것으로, 특히 스위칭 소자를 이용한 전원 장치의 단락(短絡) 보호에 관한 것이다.

최근의 휴대용 CD 플레이어, 디지털 스틸 카메라, 휴대 전화 등의 전지(電池)로 동작하는 소형 정보 단말에 있어서, 그 내부에 이용되는 회로는, 전원 전압으로서 반드시 전지 전압 그 자체를 필요로 하고 있다고는 한정하지 않는다. 즉, 소형 정보 단말의 내부에서 사용되는 회로는, 전지 전압보다 높은 전압을 필요로 하거나, 반대로 전지 전압보다 낮은 전압을 필요로 하는 경우가 있다. 이러한 경우, 원하는 전압을 얻기 위해, 스위칭 레귤레이터 등에 의해 전지 전압의 승압(昇壓) 또는 강압(降壓)을 행하여, 각 회로에 대해 적절한 전원 전압을 공급한다.

그런데, 소형 정보 단말에 있어서는, 제품의 제조 시나, 출하 후에 어떠한 원인에 의해 전원 장치의 출력 단자에 접속된 부하 회로가 단락되게 되는 경우가 있다. 이러한 경우에, 전원 장치가 원하는 전압을 출력하기 위해 승강압 동작을 계속하면, 부하 회로에 대전류를 계속 흘려보내게 되기 때문에, 발열에 의해 회로 전체의 신뢰성에 영향을 미칠 우려가 있다. 그래서 이러한 전원 장치에 있어서는, 부하 회로의 단락을 검지하여 단락 보호하는 기술이 요구된다. 전원 장치에 있어 서 단락 보호를 행하는 기술은, 예를 들면 특허문헌 1에 제안되어 있다.

특허문헌 1: 일본국 특개평6-311734호

본 발명은, 상기 문헌에 기재된 기술과 마찬가지로, 부하 회로의 단락을 검지하는 수단을 설치하여 단락 보호하는 것을 과제로 하지만, 상기 문헌에 기재된 기술과는 다른 방법에 의해 그 과제를 해결하고자 하는 것이다. 본 발명의 목적은, 부하 회로의 단락을 검지하고, 회로를 보호하는 단락 보호 기능을 구비한 전원 장치의 제공에 있다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 한 형태의 전원 장치는, 스위칭 소자를 갖는 전압 생성 회로와, 스위칭 소자의 스위칭 동작을 제어하는 제어 회로와, 전압 생성 회로의 출력 전압과 소정의 검사 전압을 비교하는 전압 비교기와, 전압 생성 회로의 출력 전압이 검사 전압보다 낮을 때 액티브가 되고, 경과 시간을 측정하는 타이머 회로를 구비한다. 제어 회로는, 타이머 회로에 의해 측정된 경과 시간이 소정의 시간을 초과하였을 때, 스위칭 소자의 스위칭 동작을 정지한다.

「스위칭 소자를 갖는 전압 생성 회로」란, 스위치를 온/오프시켜 콘덴서나 인덕터를 이용하여 에너지 변환을 행함으로써 원하는 전압을 생성하는 회로를 말하며, 스위칭 레귤레이터나 스위치드 커패시터(switched capacitor) 방식에 의한 승압, 강압, 전압 반전 회로 등을 포함한다.

부하 회로가 단락되어 있는 경우에는, 출력 전압은 소정의 검사 전압보다 낮은 상태를 계속해서 유지하게 된다. 따라서, 타이머 회로에 의해, 출력 전압이 소정의 검사 전압보다 낮은 시간을 측정하여, 소정의 시간과 비교함으로써, 부하 회로의 단락의 유무를 판정할 수 있다.

타이머 회로는, 일단(一端)이 접지된 콘덴서와, 콘덴서의 타단에 접속된 정전류원과, 콘덴서의 타단(他端)의 전압과, 소정의 기준 전압을 비교하는 전압 비교기를 구비해도 된다. 타이머 회로에 의해 측정되는 경과 시간은 정전류원에 의해 충전되는 콘덴서의 타단의 전압에 대응하고, 소정의 시간은 소정의 기준 전압에 대응해도 된다.

정전류원에 의해 콘덴서를 충전함으로써, 콘덴서로부터는 시간에 비례한 전압이 출력되기 때문에, 시간을 전압으로 변환할 수 있다. 이 전압을, 소정의 전압과 비교함으로써, 소정의 시간의 경과를 검지할 수 있다.

본 발명의 다른 형태도 또한, 전원 장치이다. 이 전원 장치는, 스위칭 소자를 갖는 전압 생성 회로와, 스위칭 소자의 스위칭 동작을 제어하는 제어 회로와, 스위칭 동작 개시로부터 소정의 시간 경과했을 때에 소정 레벨의 신호를 출력하는 타이머 회로와, 타이머 회로로부터 소정 레벨의 신호가 출력되었을 때 액티브가 되고, 전압 생성 회로의 출력 전압과 소정의 검사 전압을 비교하는 전압 비교기를 구비한다. 제어 회로는, 전압 생성 회로의 출력 전압이 검사 전압보다 낮은 경우, 스위칭 소자의 스위칭 동작을 정지한다.

이 형태에 의하면, 타이머 회로에 의해 시간을 측정하고, 일정 시간 경과 후에 출력 전압이 소정의 전압에 도달하지 않은 경우에는, 부하 회로가 단락되어 있다고 판단하고, 스위칭 소자의 스위칭 동작을 정지하여, 부하 회로에의 전류 공급을 정지할 수 있다.

타이머 회로는, 일단이 접지된 콘덴서와, 콘덴서의 타단에 접속된 정전류원과, 콘덴서 타단의 전압과 소정의 전압을 비교하는 전압 비교기를 구비하고, 콘덴서의 타단의 전압이 소정의 전압보다 높아지면, 소정 레벨의 신호를 출력해도 된다.

이 형태에 의하면, 정전류원에 의해 콘덴서를 충전함으로써, 콘덴서로부터는 시간에 비례한 전압이 출력되기 때문에, 시간을 전압으로 변환할 수 있다. 이 전압을, 소정의 전압과 비교함으로써, 소정의 시간을 계측할 수 있다.

제어 회로는, 스위칭 동작의 개시로부터 소정의 기동 기간 동안, 미리 결정된 고정 듀티로 스위칭 소자의 스위칭 동작을 행해도 된다.

이 경우, 기동 기간 동안, 부하 회로의 단락이 검출되지 않으면, 전압 생성 회로의 출력 전압을 상승시킬 수 있다. 또, 단락이 검출된 경우에는, 스위칭 동작을 정지하기 때문에, 스위칭 소자가 고정 듀티로 구동되어, 부하 회로에 전류가 계속해서 흐르는 것을 방지할 수 있다.

또, 제어 회로는, 스위칭 소자의 스위칭 동작을 정지함과 동시에, 전압 생성 회로의 출력 단자에 접속된 부하 회로를 정지해도 된다.

전압 생성 회로의 스위칭의 정지에 맞추어, 부하 회로의 동작을 정지함으로써, 전압 생성 회로로부터 흐르는 전류를 감소시켜, 회로의 발열을 보다 적합하게 억제할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에서는, 1.전원 장치의 기동으로부터 일정 시간 경과 후에 출력 전압이 소정의 전압까지 도달해 있지 않을 때, 혹은, 2.출력 전압이 소정의 전압에 도달할 때까지의 시간을 측정하고, 그 시간이 너무 길 때 중 어느 한 경우에 부하 회로가 검출되고 있는 것으로 판단한다.

또한, 이상의 구성 요소의 임의의 조합이나 본 발명의 구성 요소나 표현을 방법, 장치, 시스템 등의 사이에서 상호 치환한 것도 또한, 본 발명의 형태로서 유효하다.

본 발명에 따른 전원 장치에 의해, 회로의 보호를 도모할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 전원 장치를 도시한 회로도,

도 2는 도 2(a), (b)는, 도 1의 전원 장치의 출력 단자에 접속된 부하 회로가 단락되어 있지 않은 통상 시의 동작을 도시한 도면,

도 3은 도 3(a), (b)는, 도 1의 전원 장치의 출력 단자에 접속된 부하 회로가 단락되어 있는 이상(異常) 시의 동작을 도시한 도면,

도 4는 도 1의 단락 검출 회로의 변형예를 도시한 도면,

도 5는 도 1의 전원 장치가 탑재되는 전자기기의 구성을 도시한 블록도이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

SW1: 메인 스위치 SW2: 동기 정류용 스위치

SW3: 스위치 Co: 출력 콘덴서

Cx: 단락 검출용 콘덴서 10: 드라이버 회로

12: 전압 비교기 14: 오실레이터

16: 스타터 회로 18: 오차 증폭기

20: 전압 비교기 22: 전압 비교기

24: 정전류원 26 타이머 회로

30: 스위칭 레귤레이터 32: 레귤레이터

34: 제어 회로 36: 단락 검출 회로

40: 단락 검출 회로 100: 전원 장치

도 1은, 본 발명의 실시 형태에 따른 전원 장치(100)를 도시한 회로도이다. 이 전원 장치(100)는 동기 정류 방식의 승압 컨버터로서, 입력 단자(102)에 입력된 전압을 스위칭 레귤레이터에 의해 승압하여 출력 단자(104)에 출력한다.

전원 장치(100)는, 입력 단자(102), 출력 단자(104), 기준 전압 단자(106)를 구비한다. 입력 단자(102)에는, 입력 전압(Vin)이 인가된다. 또, 기준 전압 단자(106)에는, 출력 단자(104)로부터 출력해야 할 출력 전압(Vout)을 조절하기 위한 기준 전압(Vref)가 입력된다. 전원 장치(100)는, 그 내부에서 기준 전압(Vref)을 생성해도 된다.

도 5는, 도 1의 전원 장치(100)가 탑재되는 전자기기(300)의 구성을 도시한 블록도이다. 전자기기(300)는, 휴대용 CD 플레이어나 디지털 스틸 카메라, 휴대 전화 단말 등, 전지 구동형의 휴대 기기로서, 전지(310), 전원 장치(100), 부하 (320)를 포함한다. 전지(310)는, 리튬 이온 전지 등으로서, 3∼4V 정도의 전지 전압(Vbat)을 생성하여, 전원 장치(100)의 입력 단자(102)로 출력한다. 즉, 전지 전 압(Vbat)은, 도 1의 입력 전압(Vin)이다. 또, 전원 장치(100)의 출력 단자(104)에는, 부하 회로(320)가 접속되어 있다. 부하 회로(320)는, 예를 들면, LED(Light Emitting Diode)나 CCD(Charge Coupled Device) 등의 전지 전압(Vbat)보다 높은 전압을 필요로 하는 디바이스이다.

도 1로 되돌아간다. 이 전원 장치(100)는, 스위칭 레귤레이터(30), 레귤레이터(32), 제어 회로(34) 및 단락 검출 회로(36)를 포함한다. 레귤레이터(32), 제어 회로(34), 단락 검출 회로(36)는, 하나의 반도체 기판 상에 기능 IC로서 일체 집적화되어 있다.

스위칭 레귤레이터(30)는, 일반적인 동기 정류 방식의 승압 컨버터로, 인덕터(L1), 메인 스위치(SW1), 동기 정류용 스위치(SW2), 출력 콘덴서(Co)를 포함하고, 제어 회로(34)에 의해 메인 스위치(SW1) 및 동기 정류용 스위치(SW2)를 교대로 온/오프함으로써, 입력 전압(Vin)을 승압하고, 출력 단자(104)에 출력 전압(Vout)을 출력한다. 메인 스위치(SW1) 및 동기 정류용 스위치(SW2)는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)로서, 각각의 게이트 단자에 입력되는 전압에 의해 온/오프가 제어된다.

레귤레이터(32)는, 기준 전압 단자(106)에 입력된 기준 전압(Vref)에 근거하여 출력 전압(Vout)의 안정화를 도모하기 위한 회로로서, 저항(R1, R2), 오차 증폭기(18)를 포함한다. 오차 증폭기(18)는 비반전 입력 단자와 반전 입력 단자를 구비하고, 양 입력 단자의 값이 동일해지도록 그 출력인 오차 전압(Verr)을 조절한다. 오차 증폭기(18)의 반전 입력 단자에는, 출력 전압(Vout)이 저항(R1) 및 저항 (R2)에 의해 저항 분할되고, Vout×R1/(R1＋R2)로서 귀환 입력되어 있다. 또, 오차 증폭기(18)의 비반전 입력 단자에는 기준 전압(Vref)이 인가되어 있다. 따라서, 이 레귤레이터(32)에 의해, 출력 전압(Vout)과 기준 전압(Vref) 사이에, Vout=Vref×(R1＋R2)/R1이 성립하도록 귀환이 걸려, 출력 전압(Vout)이 안정화되게 된다.

제어 회로(34)는, 레귤레이터(32)로부터 출력되는 오차 전압(Verr)에 근거하여 스위칭 레귤레이터(30)의 스위칭 소자를 온/오프시키는 스위칭 신호를 생성한다. 이 제어 회로(34)는, 오실레이터(14), 스타터 회로(16), 전압 비교기(12), 드라이버 회로(10)를 포함한다. 오실레이터(14)는, 일정한 주파수로, 삼각파 또는 톱니파 형상의 주기 전압(Vosc)을 생성한다. 스타터 회로(16)는, 기동 시에 사용되는 회로로서, 고정 듀티로 스위칭 레귤레이터(30)의 스위치(SW1, SW2)를 온/오프하기 위한 스타트 전압(Vst)을 출력한다.

전압 비교기(12)는, 전원 장치(100)의 기동 기간 중, 스타터 회로(16)로부터 출력되는 스타트 전압(Vst)과 오실레이터(14)로부터 출력되는 주기 전압(Vosc)을 비교하여, Vst＞Vosc일 때 하이 레벨이 되는 펄스폭 변조 신호(이하, PWM신호(Vpwm)라고 한다)를 출력한다. 또, 전압 비교기(12)는, 기동 완료 후에 있어서, 레귤레이터(32)로부터 출력되는 오차 전압(Verr)과, 주기 전압(Vosc)을 비교하여, Verr＞Vosc일 때 하이 레벨이 되는 PWM신호(Vpwm)를 생성한다. 이렇게 해서 생성되는 PWM신호(Vpwm)의 듀티비는, 기동 시에 있어서 고정되고, 기동 완료 후에 있어서, 오차 전압(Verr)에 따라 변화한다.

드라이버 회로(10)는, PWM신호(Vpwm)에 근거하여, 메인 스위치(SW1) 및 동기 정류용 스위치(SW2)를 교대로 온/오프하는 회로이다. 드라이버 회로(10)로부터 2개의 스위칭 신호가 출력되어 있으며, 각각의 신호는 메인 스위치(SW1) 및 동기 정류용 스위치(SW2)의 게이트 단자에 입력되어 있어, 스위칭 동작을 제어한다. PWM신호(Vpwm)가 로우 레벨인 기간, 메인 스위치(SW1)를 온하고, 동기 정류용 스위치(SW2)를 오프한다. 반대로 PWM신호(Vpwm)가 하이 레벨인 기간은, 메인 스위치(SW1)를 오프하고, 동기 정류용 스위치(SW2)를 온한다. 메인 스위치(SW1)가 온되면, 인덕터(L1) 및 메인 스위치(SW1)를 통해 전류가 흐르고, 인덕터(L1)에 에너지가 저장된다. 동기 정류용 스위치(SW2)가 온되면, 메인 스위치(SW1)가 온인 상태에서 인덕터(L1)에 흐르고 있던 전류가 동기 정류용 스위치(SW2)를 통해 출력 콘덴서(Co)로 흘러들어간다. 메인 스위치(SW1) 및 동기 정류용 스위치(SW2)는, PWM신호(Vpwm)의 듀티에 따라 교대로 온/오프되고, 출력 단자(104)로부터는, 입력 전압(Vin)이 승압되어, 평활화된 출력 전압(Vout)이 출력된다.

또 드라이버 회로(10)는, 인에이블 단자(EN)를 구비하고 있으며, 인에이블 단자(EN)에 하이 레벨이 입력되면, 2개의 스위칭 신호를 접지 전위에 고정하여 메인 스위치(SW1) 및 동기 정류용 스위치(SW2)의 스위칭 동작을 정지하고, 스위칭 레귤레이터(30)의 승압 동작을 정지시킨다.

스위칭 레귤레이터(30)의 메인 스위치(SW1), 동기 정류용 스위치(SW2)의 온/오프를 제어하는 PWM신호(Vpwm)는, 출력 전압(Vout)을 피드백하여 얻어진 오차 전압(Verr)을 기초로 결정되어 있기 때문에, 출력 전압(Vout)은, 기준 전압(Vref)에 의해 결정되는 일정 값으로 유지된다.

이하, 본 실시 형태에 따른 전원 장치(100)의 특징 부분인 단락 검출 회로(36)의 구성에 대해 설명한다. 단락 검출 회로(36)는, 전원 장치(100)의 출력 단자(104)에 접속되는 부하 회로의 단락을 검출하는 회로로서, 전압 비교기(20) 및 타이머 회로(26)를 포함한다.

전압 비교기(20)는, 출력 전압(Vout)과 소정의 검사 전압(Vth)을 비교하여, Vth＞Vout일 때 하이 레벨을 출력하고, Vth＜Vout일 때 로우 레벨을 출력한다.

타이머 회로(26)는, 전압 비교기(22), 정전류원(24), 스위치(SW3), 단락 검출용 콘덴서(Cx)를 포함하고, 전압 생성 회로(30)의 출력 전압(Vout)이 검사 전압(Vth)보다 낮을 때 액티브가 되어, 경과 시간을 측정한다. 타이머 회로(26)는, 측정한 시간이 소정의 시간을 초과하면, 하이 레벨의 정지 신호(SIG1)를 출력한다.

정전류원(24)은 일정한 전류값(Ix)의 전류를 스위치(SW3)를 통해 단락 검출용 콘덴서(Cx)에 흘려보낸다. 단락 검출용 콘덴서(Cx)의 일단은 접지되고, 타단은 스위치(SW3)를 통하여 정전류원(24)에 접속되어 있다. 이 단락 검출용 콘덴서(Cx)는, 정전류원(24)에 의해 공급되는 정전류(Ix)에 의해 충전되고, 스위치(SW3)가 온되어 있는 기간 중, 단락 검출용 콘덴서(Cx)의 전압(Vx)은, 시간에 비례한 전압이 된다. 이와 같이 구성되는 타이머 회로(26)는, 스위치(SW3)가 온일 때 액티브가 되어, 시간을 측정한다.

전압 비교기(22)에는, 셧다운 전압(Vsd) 및 전압(Vx)이 입력되어 있다. 전압 비교기(22)는 입력된 2개의 전압을 비교하여, 전압(Vx)이 셧다운 전압(Vsd)보다 커지면, 제어 회로(34)의 드라이버 회로(10)의 인에이블 단자(EN)에 하이 레벨의 정지 신호(SIG1)를 출력한다.

전압 비교기(20)의 출력은, 스위치(SW3)에 입력되어 있다. 스위치(SW3)는, 하이 레벨이 입력될 때 온되고, 로우 레벨이 입력될 때 오프된다. 스위치(SW3)는, MOSFET나 바이폴러 트랜지스터 등에 의해 구성할 수 있으며, 게이트 전압 혹은 베이스 전압을 변화시킴으로써 온/오프시킬 수 있다.

이와 같이 구성한 단락 검출 회로(36)는, 출력 전압(Vout)이 검출 전압(Vth)보다 낮은 시간을 측정하고, 이 시간이 소정의 시간을 초과하였을 때에 부하 회로가 단락 상태라고 판정하여, 하이 레벨의 정지 신호(SIG1)를 출력한다.

정지 신호(SIG1)는, 드라이버 회로(10)의 인에이블 단자(EN)에 입력된다. 상술한 바와 같이, 드라이버 회로(10)는, 인에이블 단자(EN)에 하이 레벨이 입력되면, 메인 스위치(SW1), 동기 정류용 스위치(SW2)의 스위칭 동작을 정지한다. 이렇게 해서, 제어 회로(34)는, 타이머 회로(26)에 의해 측정된 경과 시간이 소정의 시간을 초과하였을 때, 스위칭 소자의 스위칭 동작을 정지한다.

이상과 같이 구성된 전원 장치(100)의 동작에 대해, 도 2(a), (b) 및 도 3(a), (b)를 기초로 설명한다. 도 2(a), (b)는, 전원 장치(100)의 출력 단자(104)에 접속된 부하 회로가 단락되어 있지 않은 통상 시의 동작을 도시한 도면이다. 도 3 (a), (b)는, 전원 장치(100)의 출력 단자(104)에 접속된 부하 회로가 단락되어 있는 경우의 이상 시의 동작을 도시한 도면이다.

우선, 도 2(a), (b)를 이용하여 부하 회로가 단락되어 있지 않은 통상 시의 동작에 대해 설명한다.

시각 T0에 전원 장치(100)의 승압 동작이 개시된다. 시각 T0∼T1의 기간은, 전원 장치(100)의 기동 시에 사용되는 스타터 회로(16)의 출력이 액티브가 되어 있으며, 출력 전압(Vout)은 시각 T1까지 고정 듀티로 승압된다.

출력 전압 Vout＞V1가 되면, 스타터 회로(16)의 출력은 오프되고, 전술한 바와 같이 Vout=(R1＋R2)/R2×Vref가 되도록 오차 증폭기(18)의 오차 전압(Verr)이 조절되고, 이 오차 전압(Verr)에 근거하여, 전압 비교기(12)에 의해 PWM신호(Vpwm)가 생성된다. 드라이버 회로(10)는, 이 PWM신호(Vpwm)의 듀티에 따라 메인 스위치(SW1) 및 동기 정류용 스위치(SW2)가 온/오프됨으로써, 입력 전압(Vin)을 원하는 전압에까지 승압한다. 피드백에 의해 오차 전압(Verr)이 조절됨으로써, 출력 전압(Vout)은, (R1＋R2)/R2×Vref로 주어지는 전압에 근접해간다.

이 동안의 단락 검출 회로(36)는 이하의 동작을 행하고 있다. 도 2(a)에서, 시각 T0∼T1은 기동 기간이며, 출력 전압(Vout)은 고정 듀티로 승압되어, 서서히 커져 간다. 이 동안, 전압 비교기(20)에서는, Vth＞Vout가 성립되므로, 스위치(SW3)는 온되어 있다. 스위치(SW3)가 온됨에 따라, 단락 검출용 콘덴서(Cx)는 정전류원(24)으로부터 공급되는 전류(Ix)에 의해 충전되고, 전압(Vx)은 시간과 더불어` 서서히 상승해 간다. 정전류원(24)에 의한 충전이 개시되고 난 후의 경과 시간을 tx로 하면, 단락 검출용 콘덴서(Cx)의 전압(Vx)은, Vx=Ix/Cx×tx로 주어져, 시간에 비례하여 상승해 간다.

시각 T2에 출력 전압(Vout)이 검사 전압(Vth)보다 커지면, 스위치(SW3)가 오 프되어, 정전류원(24)으로부터의 전류 공급이 차단된다. 이때, 단락 검출용 콘덴서(Cx)의 충전은 정지하기 때문에, 전압(Vx)은 일정 값을 취한다. 그 후, 전압(Vx)은 상승하는 일은 없으므로, 전압 비교기(22)에서의 전압 비교에 의해 셧다운 전압(Vsd)보다 항상 작고, 드라이버 회로(10)의 인에이블 단자(EN)에는 로우 레벨이 입력되므로, 스위칭 레귤레이터(30)에서의 승압 동작이 정지되는 일은 없다. 시각 T1에 기동 기간이 종료하면, 스타터 회로(16)가 비(非)액티브가 되고, PWM신호(Vpwm)는, 레귤레이터(32)로부터 출력되는 오차 전압(Verr)에 근거하여 생성되고, 출력 전압(Vout)은, 원하는 전압 값에 근접해간다.

다음에 전원 장치(100)의 출력 단자(104)에 접속되는 부하 회로가 단락되어 있을 때의 동작에 대해 도 3(a), (b)를 이용하여 설명한다.

시각 TO에 전원 장치(100)의 승압 동작이 개시된다. 시각 T0에서, 승압 동작 개시 시에 사용되는 스타터 회로(16)의 출력이 액티브가 되고, 스위칭 레귤레이터(30)의 스위칭은 고정 듀티로 제어되며, 출력 전압(Vout)을 상승시키기 위한 승압 동작이 개시된다. 그런데 이때, 전원 장치(100)의 출력 단자(104)에 접속되는 부하 회로는 단락되어 있기 때문에, 도 3(a)에 도시하는 바와 같이 출력 전압(Vout)은, 0V 부근의 어느 일정 값 이상 커지지 않는다.

그 결과, 단락 검출 회로(36)에서는 이하의 동작이 행해진다. 스위치(SW3)는, Vout＜Vth일 때 계속해서 온되기 때문에, 단락 검출용 콘덴서(Cx)의 전압(Vx)은 정전류원(24)으로부터 공급되는 전류(Ix)에 의해 충전되어, Ix/Cx의 기울기로 계속해서 상승한다. 얼마 후, 시각 T3에서 단락 검출용 콘덴서(Cx)의 전압(Vx)이 셧다운 전압(Vsd)보다 커진다. 이 시각 T3은, T3=Vsd/Ix×Cx로 주어진다. 전압 비교기(22)에서, 시각 T3에 Vsd＜Vx가 되면, 드라이버 회로(10)의 인에이블 단자(EN)에는 하이 레벨이 입력되고, 스위칭 레귤레이터(30)의 승압 동작은 정지된다. 이 승압 동작의 정지는, 드라이버 회로(10)로부터 출력되는 2개의 스위칭 신호를 모두 접지 전위까지 내림으로써 행할 수 있다.

시각 T3에 스위칭 레귤레이터(30)의 승압 동작이 정지되면, 출력 콘덴서(Co)에의 전하의 공급이 정지되고, 부하 회로에 방전될 뿐이므로, 출력 전압(Vout)은 접지 전위 부근까지 하강하여, 부하 회로에 대전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다.

이때에, 출력 단자(104)에 접속되어 있는 부하 회로의 동작도 아울러 정지해도 된다. 부하 회로의 동작을 정지시킴으로써, 전원 장치(100)로부터 흐르는 전류를 감소시켜, 회로의 발열을 보다 효과적으로 억제할 수 있다.

또한, 이 전원 장치(100)를 세트에 탑재하는 경우, 세트를 통괄적으로 제어하는 회로에 대해, 부하 회로의 단락을 알리는 신호를 출력해도 된다. 세트의 제조 시의 시험이면, 이 신호에 의해 제조자는 출하 전에 부하 회로의 단락을 검지할 수 있어, 원인 해석 등을 행할 수 있다. 또, 세트의 출하 후에 있어서도, 세트를 통괄적으로 제어하는 회로는, 사용자에 대해 고장을 알리는 등의 적절한 처리를 행할 수 있다.

이상과 같이, 본 실시 형태에 따른 전원 장치(100)에서는, 부하 회로의 단락을 단락 검출 회로(36)에 의해 검지하여 스위칭 레귤레이터(30)의 메인 스위치(SW1) 및 동기 정류용 스위치(SW2) 모두를 오프함으로써 스위칭 동작을 정지하고, 부하 회로로의 전류 공급을 차단하여, 대전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다.

또 도 2(a), (b)에 도시한 바와 같이, 부하 회로에 단락 이상이 발생해 있지 않은 경우에는, 스위칭 레귤레이터(30)의 동작에 영향을 미치는 일은 없다.

상기 실시 형태는 예시로서, 이들 각 구성 요소나 각 처리 프로세스의 조합에 여러 가지 변형예가 가능한 점, 또 그러한 변형예도 본 발명의 범위에 있는 점은 당업자에게 이해되는 바이다.

예를 들면, 본 실시 형태에 이용한 단락 검출 회로(36)는 도 4에 도시하는 단락 검출 회로(40)로 치환하여도 된다. 이 단락 검출 회로(40)는, 전원 장치(100)의 기동으로부터 일정 시간 경과 후에 출력 전압(Vout)이 소정의 검사 전압(Vth)까지 도달해 있지 않은 경우에 부하 회로가 단락되어 있는 것으로 판단한다.

단락 검출 회로(40)는, 타이머 회로(26), 전압 비교기(44)를 포함한다. 타이머 회로(26)의 구성은 도 1과 동일하다. 단락 검출용 콘덴서(Cx)는, 정전류원(24)에 의해 공급되는 정전류(Ix)에 의해 충전되고, 스위치(SW3)가 온되어 있는 기간 중, 단락 검출용 콘덴서(Cx)의 전압(Vx)은, 시간과 더불어 상승하는 타이머 회로로서 기능한다. 스위치(SW3)의 온/오프는, 기준 전압(Vref)에 의해 제어되고, 일정 값 이상의 기준 전압(Vref)이 입력되고 있을 때에, 스위치(SW3)는 온된다. 타이머 회로(26)는, 스위치(SW3)가 온인 기간 액티브가 되어 시간 측정을 개시한다.

전압 비교기(42)에는, 단락 검출용 콘덴서(Cx)의 전압(Vx)과 전압(Vtime)이 입력되어 있다. 단락 검출용 콘덴서(Cx)가 충전되어, Vx＞Vtime가 되었을 때, 전 압 비교기(42)는 하이 레벨의 신호를 출력한다. 기준 전압(Vref)을, 승압 동작 개시와 동시에 입력하여 스위치(SW3)를 온한 경우, 타이머 회로(26)는, 스위칭 동작 개시로부터 소정의 시간 경과했을 때에 소정 레벨의 신호를 출력하게 된다. 이 전압 비교기(42)의 출력은 전압 비교기(44)에 입력되어 있다. 즉, 이 타이머 회로(26)는, 전압(Vtime)에 의해 정해지는 일정 시간을 측정하고, 그 시간의 경과를 전압 비교기(44)에 통지한다.

전압 비교기(44)는, 전압 비교기(42)의 출력이 소정 레벨, 즉 하이 레벨이 되었을 때만 전압 비교 동작을 행한다. 전압 비교기(44)에는, 전원 장치(100)의 출력 전압(Vout)과, 검사 전압(Vth)이 입력되어 있으며, Vout＜Vth일 때, 그 출력을 하이 레벨로 한다. 전압 비교기(44)의 출력은, 도 1의 드라이버 회로(10)의 인에이블 단자(EN)에 접속되어 있다. 따라서, 제어 회로(34)는, 타이머 회로(26)로부터 하이 레벨이 출력되었을 때, 전압 생성 회로(30)의 출력 전압(Vout)이 검사 전압(Vth)보다 낮은 경우에, 메인 스위치(SW1), 동기 정류용 스위치(SW2)의 스위칭 동작을 정지한다.

전원 장치(100)의 부하 회로가 단락되어 있지 않으면, 승압 동작 개시로부터 일정 시간 경과 후에, 출력 전압(Vout)은 어느 전압보다도 커져 있을 것이다. 반대로, 부하 회로가 단락되어 있는 경우, 출력 전압(Vout)은 상승하지 않고, 일정 시간 경과 후에 있어서도 Vout＜Vth이기 때문에, 부하 회로의 단락을 검출할 수 있다. 이 전압의 비교를 행하는 시각은, 전압(Vtime), 단락 검출용 콘덴서(Cx), 정전류(Ix)에 의해 조절할 수 있다.

또, 본 실시 형태에서는, 메인 스위치(SW1) 및 동기 정류용 스위치(SW2)로서 N형의 MOSFET를 사용했지만 이것에는 한정되지 않는다. 드라이버 회로(10)에 의해 게이트 전압을 드라이브하는 논리 및 전압을 변경하면, P형 MOSFET를 사용하는 것도 가능하다. 또, MOSFET 대신에 바이폴러 트랜지스터 등의 다른 타입의 트랜지스터를 이용해도 되며, 중요한 것은 스위칭 소자로서 동작하면 된다. 이들 선택은, 전원 장치에 요구되는 설계 사양, 사용하는 반도체 제조 프로세스 등에 따라 결정하면 된다.

실시 형태에서는, 스위칭 레귤레이터(30)로서 동기 정류 방식의 승압 컨버터를 이용하였지만, 이것에는 한정되지 않으며, 다른 스위칭 소자를 갖는 전원 회로로 치환할 수 있다. 스위칭 소자를 갖는 전원 회로란, 동기 정류용 스위치로 바꾸어, 정류용 다이오드를 이용한 다이오드 정류 방식의 스위칭 레귤레이터나, 스위치드 커패시터 방식에 의한 승압 회로, 강압 회로나, 전압 반전 회로 등이 있다.

본 실시 형태에 있어서, 전원 장치(100)를 구성하는 소자는 모두 일체 집적화되어 있어도 되고, 그 일부가 개별 부품으로 구성되어 있어도 된다. 어느 부분을 집적화할지는, 비용이나 점유 면적 등에 따라 결정하면 된다.

본 발명에 따른 전원 장치에 의해, 부하 회로의 단락으로부터, 회로 소자의 보호를 도모할 수 있다.

Claims

스위칭 소자를 갖는 전압 생성 회로와,

상기 스위칭 소자의 스위칭 동작을 제어하는 제어 회로와,

상기 전압 생성 회로의 출력 전압과 소정의 검사 전압을 비교하는 전압 비교기와,

상기 전압 생성 회로의 출력 전압이 상기 검사 전압보다 낮을 때 액티브가 되고, 경과 시간을 측정하는 타이머 회로를 구비하고,

상기 제어 회로는, 상기 타이머 회로에 의해 측정된 경과 시간이 소정의 시간을 초과하였을 때, 상기 스위칭 소자의 스위칭 동작을 정지하는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
스위칭 소자를 갖는 전압 생성 회로와,

상기 스위칭 소자의 스위칭 동작을 제어하는 제어 회로와,

스위칭 동작 개시로부터 소정의 시간 경과했을 때에 소정 레벨의 신호를 출력하는 타이머 회로와,

상기 타이머 회로로부터 소정 레벨의 신호가 출력되었을 때 액티브가 되고, 상기 전압 생성 회로의 출력 전압과 소정의 검사 전압을 비교하는 전압 비교기를 구비하고,

상기 제어 회로는, 상기 전압 생성 회로의 출력 전압이 상기 검사 전압보다 낮은 경우, 상기 스위칭 소자의 스위칭 동작을 정지하는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

상기 제어 회로는, 스위칭 동작의 개시로부터 소정의 기동 기간 동안, 미리 결정된 고정 듀티로 상기 스위칭 소자의 스위칭 동작을 행하는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

상기 제어 회로는, 상기 스위칭 소자의 스위칭 동작을 정지함과 동시에, 상기 전압 생성 회로의 출력 단자에 접속된 부하 회로의 동작을 정지하는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

상기 제어 회로와, 상기 전압 비교기와, 상기 타이머 회로를 하나의 반도체 기판 상에 일체 집적화한 것을 특징으로 하는 전원 장치.
전지와,

상기 전지의 전압을 승압 또는 강압하여 출력하는 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 전원 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자기기.
스위칭 소자를 갖는 전압 생성 회로의 제어 방법에 있어서,

상기 전압 생성 회로의 출력 전압과 소정의 검사 전압을 전압 비교하는 단계와,

상기 전압 생성 회로의 출력 전압이 상기 검사 전압보다 낮은 기간, 시간을 계측하는 시간 계측 단계와,

상기 시간 계측 단계에 의해 계측된 시간이, 소정의 시간을 초과하면, 상기 스위칭 소자의 스위칭 동작을 정지하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
스위칭 소자를 갖는 전압 생성 회로의 제어 방법에 있어서,

상기 스위칭 소자의 스위칭 동작 개시부터 소정의 시간의 경과를 검출하는 단계와,

상기 소정의 시간의 경과를 검출하였을 때, 상기 전압 생성 회로의 출력 전압과 소정의 검사 전압을 전압 비교하는 단계와,

상기 전압 비교의 결과, 상기 전압 생성 회로의 출력 전압이 검사 전압보다 낮은 경우, 상기 스위칭 소자의 스위칭 동작을 정지하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.