TWI632765B

TWI632765B - DC-DC transformer

Info

Publication number: TWI632765B
Application number: TW103130564A
Authority: TW
Inventors: 飴井俊裕
Original assignee: Ｓｍｋ股份有限公司
Priority date: 2014-06-23
Filing date: 2014-09-04
Publication date: 2018-08-11
Also published as: US20160276929A1; TW201601431A; CN105814783A; CN105814783B; JP5811237B1; JP2016010186A; WO2015198500A1; DE112014006757T5; US10110123B2

Abstract

提供一種：藉由簡單的電路構成，來檢測出切換電晶體(Tr1)之在主動狀態下的異常動作之DC-DC變壓器。

對於切換電晶體之與電感間的連接側之連接點(A)之電壓(Vd)、和於在切換電晶體正進行切換動作的期間中之連接點(A)之電壓(Vd)的變動範圍內而設定之臨限值電壓(Vth)，此兩者間作比較；並當對於電壓(Vd)和臨限值電壓(Vth)作了比較後的極性，於較驅動訊號之前述特定周期而更長的檢測期間(Td)中並未有所改變的情況時，判定為乃身為切換電晶體會產生發熱的危險之主動狀態下的動作。

Description

DC-DC變壓器

本發明，係有關於將直流電壓轉換為適於負載之安定的直流電壓之DC-DC變壓器，更詳細而言，係有關於藉由切換電晶體之開閉動作來使在電感中所流動之電流產生斷續，並轉換為與輸入電壓相異之直流輸出電壓的DC-DC變壓器。

DC-DC變壓器，係為將直流之輸入電壓轉換為相異之直流輸出電壓並對於負載進行輸出者，並在筆記型電腦等之各種的電性製品內之以相異之直流電壓而動作的各電子電路之每一者中分別有所具備，而將輸入電壓轉換為該電子電路所需要的安定之直流電壓並輸出。DC-DC變壓器，係基於其之動作原理，而可分成藉由變壓器來使輸入電壓升降之絕緣型、和藉由切換電晶體來使在電感中所流動之電流產生斷續並轉換為與直流輸入電壓相異之電壓或極性的直流輸出電壓之非絕緣型，但是，在輸入電壓和輸出電壓並不會有大幅度之差異的上述各電子電路中，係採用能夠藉由較為簡單之電路元件來構成的非絕緣型之 DC-DC變壓器。

非絕緣型之DC-DC變壓器，係更進而可分成將直流輸入電壓升壓並作為直流輸出電壓之升壓型、和將直流輸入電壓降壓並作為直流輸出電流之降壓型、以及使直流輸入電壓之極性反轉並作為直流輸出電壓之反轉型。

以下，使用圖7，針對其中之降壓型之先前技術之DC-DC變壓器100作說明。在高壓側電源端子30a和低壓側電源端子30b之間，產生直流之輸入電壓Vi的直流輸入電源30，係如同圖中所示一般，藉由於其之間串聯連接以從低壓側朝向高壓側之方向作為順方向的二極體D1和切換電晶體Tr1，而形成閉電路。

二極體D1和切換電晶體Tr1之間的連接點A1，係經由電感L1而被與另外一側乃身為高壓側輸出端子32a之高壓側輸出線32作連接，又，二極體D1和低壓側電源端子30b之間的連接點，係被與另外一側乃身為低壓側輸出端子33a之低壓側輸出線33作連接。在高壓側輸出線32和低壓側輸出線33之間，係為了對於被連接在高壓側輸出端子32a和低壓側輸出端子33a之間的負載RL輸出安定之輸出電壓Vo，而連接有電容器C1。

切換電晶體Tr1，例如係由FET(場效電晶體)所構成，並藉由從定電壓控制電路40所輸出至切換電晶體Tr1之閘極處的驅動訊號，而被作開閉控制。當切換電晶體Tr1被作閉控制(ON控制)而以飽和狀態來動作的期間中，係從直流輸入電源30而對於電感L1流動電流，並對電容器C1充電，但是，成為輸出電壓Vo之電容器C1之充電電壓，係會起因於電感L1之自我感應而成為較輸入電壓Vi更低之電壓。又，當切換電晶體Tr1被作開控制(OFF控制)而以遮斷狀態來動作的期間中，在電感L1中所積蓄之電能量係成為通過二極體D1而環流之充電電流，並對電容器C1充電，而維持成為輸出電壓Vo之電容器C1之充電電壓。

輸出電壓Vo，由於係能夠基於每單位時間中之切換電晶體Tr1之閉控制時間，來對於其電壓作控制，因此，定電壓控制電路40，係根據輸出電壓Vo而使對於切換電晶體Tr1進行閉控制之驅動訊號之ON能率(duty)作負反饋，並以使輸出電壓Vo成為負載RL之動作電壓的方式來進行定電壓控制。因此，定電壓控制電路40，係具備有被連接於高壓側輸出線32和低壓側輸出線33之間之一對的分壓電阻R1、R2，並藉由比較器41來對於分壓電阻R1、R2之連接點的電壓和基於負載RL之動作電壓而調整為特定之電位的基準電源電壓Vref作比較，而對於脈衝寬幅調變電路PWM作輸出。脈衝寬幅調變電路PWM，係將從發訊器OSC所輸出之一定週期之發訊訊號，藉由比較器41之比較訊號來進行脈衝寬幅調變，並對於驅動電路42作輸出，驅動電路42，係將因應於比較器41之比較訊號而將ON能率作了調整的驅動訊號，對於切換電晶體Tr1之閘極作輸出。藉由此，例如，當輸出電壓Vo為較負載RL之動作電壓更高的情況時，係從驅動電路42而對於切換電晶體Tr1之閘極輸出用以使ON能率降低的驅動訊號，在每單位時間內之ON控制時間係被縮短，因此，輸出電壓Vo係降低。相反的，當輸出電壓Vo為較負載RL之動作電壓更低的情況時，係對於切換電晶體Tr1之閘極輸出用以使ON能率增加的驅動訊號，在每單位時間內之ON控制時間係被延長，因此，輸出電壓Vo係上升，故而，輸出電壓Vo，係針對負載RL之每一者而被定電壓控制為相異之特定之動作電壓。

一般而言，在此種DC-DC變壓器中，若是成為過負載或者是輸出線之短路等的非預期之異常動作狀態，則會有發生負載RL之電路破損或者是造成火災等的危險，因此，係設置有檢測出輸出電壓之降低或輸出電流之異常上升等並將輸出線32、33遮斷之保護電路(專利文獻1~3)。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利第4452384號公報

[專利文獻2]日本特開平9-163722號公報

[專利文獻3]日本專利第4651428號公報

另一方面，係會有起因於打雷或者是其他之某些的原因，而導致定電壓控制電路40之脈衝寬幅調變電路PWM等故障，並從驅動電路42而對於切換電晶體Tr1之閘極(基極)輸出將切換電晶體Tr1設為主動狀態的一定電位之驅動訊號的情況。若是切換電晶體Tr1以主動狀態來動作，則圖7中所示之DC-DC變壓器100，係將切換電晶體Tr1恆常設為閉狀態(ON狀態)，並作為利用切換電晶體Tr1之ON電阻來消耗輸入電力並轉換為較輸入電壓更低之輸出電壓的串聯式穩壓器(dropper circuit)而動作。

然而，在使切換電晶體Tr1處之切換損失盡可能地降低而以高效率來將輸入電壓轉換為直流輸出電壓的DC-DC變壓器中，與使用有對於散熱對策有所考慮之功率MOS或者是功率電晶體之串聯式穩壓器相異，起因於ON電阻所產生的熱量係並無法發散，因此，係會有導致切換電晶體Tr1發熱並發生火災之重大事故的發生之危險性。例如，若是在輸入電壓Vin為10V、輸出電壓Vo為5V的狀態下，對於主動狀態之切換電晶體Tr1持續流動1A之電流，則在切換電晶體Tr1處係會產生相當於5W之熱量，起因於此，切換電晶體Tr1會發熱。

並且，由於就算是切換電晶體Tr1為以主動狀態而動作，輸出電壓和輸出電流也不會從設定值而發生大幅度的變動，因此，在先前技術之專利文獻1~3中所具備之藉由根據此些之異常值來將輸出線32、33遮斷的保護電路中，係並無法將該異常動作檢測出來，進而，由於多數之DC-DC變壓器乃是被配置在電性製品之框體內，因此，係並無法從外部來藉由目視或感覺而檢測出切換電晶體Tr1的異常發熱，而有著在直到從電性製品之內部起火為止均無法發現到異常動作之虞。

上述之定電壓控制電路40之一部分發生故障並連續地輸出將切換電晶體Tr1設為主動狀態的驅動訊號之現象，係極少發生，但是，若是一發生此種故障，則在先前技術之DC-DC變壓器中，係並無法將此故障檢測出來，而有著會以高機率而導致火災事故之極為重大的問題。

本發明，係為有鑑於此種先前技術之問題點而進行者，其目的，係在於提供一種：藉由簡單的電路構成來檢測出切換電晶體Tr1之在主動狀態下的異常動作之DC-DC變壓器。

又，其目的，係在於提供一種：不需對於既存之DC-DC變壓器的構成作變更，便能夠在以主動狀態而動作之切換電晶體Tr1發生異常發熱之前，停止從直流輸入電源而來之輸入，以防止火災之發生於未然的DC-DC變壓器。

為了達成上述目的，請求項1所記載之DC- DC變壓器，係具備有：切換電晶體，係被與直流輸入電源作串聯連接，並與直流輸入電源形成閉電路；和驅動電路，係對於切換電晶體之控制端子輸出以特定周期來對於切換電晶體進行開閉控制之驅動訊號；和電容器，係被連接於與負載相連接之一對之高壓側輸出線和低壓側輸出線之間；和電感，係藉由切換電晶體之開閉動作而使從直流輸入電源所流動而來之電流有所斷續，並將一對之高壓側輸出線和低壓側輸出線間之輸出電壓轉換為與直流輸入電源之輸入電壓相異之直流電壓；和定電壓控制電路，係因應於一對之高壓側輸出線和低壓側輸出線間之輸出電壓，而對於由驅動訊號所致之切換電晶體之閉時間作控制，以對輸出電壓進行定電壓控制，該DC-DC變壓器，其特徵為，係更進而具備有：比較電路，係對於切換電晶體之與電感間的連接側之連接點A之電壓Vd、和於在切換電晶體正進行切換動作的期間中之連接點A之電壓Vd的變動範圍內而任意設定之臨限值電壓Vth，此兩者間作比較；和異常判定電路，係與切換電晶體之開閉動作非同步地，而當比較電路對於電壓Vd和臨限值電壓Vth作了比較後的極性至少於切換電晶體進行開閉之前述特定周期內而並未有所改變的情況時，判定為乃身為在主動狀態下之切換電晶體的動作。

切換電晶體之與電感間的連接側之連接點A之電壓Vd，係在當切換電晶體為反覆成為飽和狀態和遮斷狀態而正常地進行切換動作的期間中之變動範圍中而變動，比較電路之對於電壓Vd和臨限值電壓Vth作了比較後的極性，係於切換電晶體進行開閉之特定週期內而變化。若是切換電晶體以主動狀態而動作，則由於輸入電壓Vi係保持為略一定，並且連接點A之電壓Vd亦係保持為略一定之電位，因此，比較電路之對於電壓Vd和臨限值電壓Vth作了比較後的極性，就算是於較切換電晶體所進行開閉之特定周期而更長的檢測期間Td中，也不會有所改變，因此，係能夠與切換電晶體之正常的切換動作相區分，並判定出主動狀態下之動作。

請求項2中所記載之DC-DC變壓器，其特徵為，係具備有：保護電路，係當異常判定電路判定為乃身為在主動狀態下之切換電晶體之動作時，對於被連接於前述閉電路之直流輸入電源和切換電晶體之間的緊急停止開關進行開控制。

若是異常判定電路判定出切換電晶體之主動狀態的動作，則由於從直流輸入電源所流動至切換電晶體之電流係停止，因此，係成為不會產生起因於主動狀態之動作所導致的切換電晶體之發熱。

請求項3中所記載之DC-DC變壓器，其特徵為，係為使電感將一對之高壓側輸出線和低壓側輸出線間之輸出電壓轉換為較直流輸入電源之輸入電壓而更低之直流電壓的降壓型DC-DC變壓器，臨限值電壓Vth，係當將在前述閉電路之直流輸入電源之低壓側端子和切換電晶體之間而以從低壓側端子起朝向切換電晶體之方向作為順方向而連接的二極體之二極體降下作為Vf，並將輸入電壓作為Vi時，被設定為-Vf~+Vi間之任意之電位。

切換電晶體之與電感間的連接側之連接點A之電壓Vd，在切換電晶體被作了閉控制的飽和狀態下，係成為+Vi，在被作了開控制的遮斷狀態下，係成為-Vf，在切換電晶體正常地進行切換動作的期間中，係以特定之週期而在-Vf和+Vi之間交互變動，若是以主動狀態而動作，則係保持於略一定的電位。故而，異常判定電路，係能夠根據對於電壓Vd和設定為-Vf和+Vi之間之任意之電位的臨限值電壓Vth作了比較後的極性就算是於較特定周期而更長的檢測期間Td中也並未有所改變一事，來與正常的切換動作相區分並判定出主動狀態下之動作。

請求項4中所記載之DC-DC變壓器，其特徵為：係為使電感將一對之高壓側輸出線和低壓側輸出線間之輸出電壓轉換為較直流輸入電源之輸入電壓而更高之直流電壓的升壓型DC-DC變壓器，臨限值電壓Vth，係當將輸入電壓作為Vi，並將起因於將切換電晶體從閉控制而設為開控制一事所導致的在電感處所產生之感應電壓作為Vfb時，被設定為接地電位~+Vi+Vfb間之任意之電位。

切換電晶體之與電感間的連接側之連接點A之電壓Vd，在切換電晶體被作了閉控制的飽和狀態下，係成為接地電位，在被作了開控制的遮斷狀態下，係成為Vi+Vfb，在切換電晶體正常地進行切換動作的期間中，係以特定之週期而在接地電位和Vi+Vfb之間交互變動，若是以主動狀態而動作，則係保持於略一定的電位。故而，異常判定電路，係能夠根據對於電壓Vd和設定為接地電位和Vi+Vfb之間之任意之電位的臨限值電壓Vth作了比較後的極性就算是於較特定周期而更長的檢測期間Td中也並未有所改變一事，來與正常的切換動作相區分並判定出主動狀態下之動作。

請求項5中所記載之DC-DC變壓器，其特徵為：係為使電感將一對之高壓側輸出線和低壓側輸出線間之輸出電壓轉換為極性為與直流輸入電源之輸入電壓相異之直流電壓的反轉型DC-DC變壓器，臨限值電壓Vth，係當將起因於將切換電晶體從閉控制而設為開控制一事所導致的在電感處所產生之感應電壓作為Vfb，並將輸入電壓作為Vi時，被設定為-Vfb~+Vi間之任意之電位。

切換電晶體之與電感間的連接側之連接點A之電壓Vd，在切換電晶體被作了閉控制的飽和狀態下，係成為+Vi，在被作了開控制的遮斷狀態下，係成為身為電感之感應電壓之-Vfb，在切換電晶體正常地進行切換動作的期間中，係以特定之週期而在-Vfb和+Vi之間交互變動，若是以主動狀態而動作，則係保持於略一定的電位。故而，異常判定電路，係能夠根據對於電壓Vd和設定為-Vfb和+Vi之間之任意之電位的臨限值電壓Vth作了比較後的極性就算是於較特定周期而更長的檢測期間Td中也並未有所改變一事，來與正常的切換動作相區分並判定出主動狀態下之動作。

若依據請求項1之發明，則由於就算是定電壓控制電路之一部分或切換電晶體自身發生有故障，而切換電晶體以主動狀態而動作，亦能夠將該主動狀態之動作與正常的切換動作相區分並進行判定，因此，係能夠具有像是對於使用者告知切換電晶體之發熱的危險或者是將DC-DC變壓器之動作停止等的預防火災發生於未然之火災避免手段。

又，由於僅需要對於切換電晶體之與電感間的連接側之連接點A的電壓Vd作監視，便能夠檢測出切換電晶體之主動狀態的動作，因此，僅需要對於既存之DC-DC變壓器附加比較電路和異常判定電路，便能夠檢測出在至今為止之保護電路中所無法檢測出來的異常動作。

若依據請求項2之發明，則係在切換電晶體異常發熱之前便使該發熱停止，而能夠防止火災之發生於未然。

若依據請求項3之發明，則由於就算是降壓型DC-DC變壓器之切換電晶體以主動狀態而動作，亦能夠將該主動狀態之動作與正常的切換動作相區分並進行判定，因此，係能夠具有像是對於使用者告知切換電晶體之發熱的危險或者是將降壓型DC-DC變壓器之動作停止等的預防火災發生於未然之火災避免手段。

若依據請求項4之發明，則由於就算是升壓型DC-DC變壓器之切換電晶體以主動狀態而動作，亦能夠將該主動狀態之動作與正常的切換動作相區分並進行判定，因此，係能夠具有像是對於使用者告知切換電晶體之發熱的危險或者是將升壓型DC-DC變壓器之動作停止等的預防火災發生於未然之火災避免手段。

若依據請求項5之發明，則由於就算是反轉型DC-DC變壓器之切換電晶體以主動狀態而動作，亦能夠將該主動狀態之動作與正常的切換動作相區分並進行判定，因此，係能夠具有像是對於使用者告知切換電晶體之發熱的危險或者是將反轉型DC-DC變壓器之動作停止等的預防火災發生於未然之火災避免手段。

1‧‧‧降壓型DC-DC變壓器

2‧‧‧保護電路

4‧‧‧異常判定電路

10‧‧‧升壓型DC-DC變壓器

20‧‧‧反轉型DC-DC變壓器

30‧‧‧直流輸入電源

32‧‧‧高壓側輸出線

33‧‧‧低壓側輸出線

40‧‧‧定電壓控制電路

42‧‧‧驅動電路

Vi‧‧‧輸入電壓

Vo‧‧‧輸出電壓

L1‧‧‧電感

Tr1‧‧‧切換電晶體

Tr2‧‧‧切換電晶體(緊急停止開關)

RL‧‧‧負載

C1‧‧‧電容器(電容)

Td‧‧‧檢測時間

T‧‧‧驅動訊號之週期

[圖1]係為本案發明之其中一種實施形態之降壓型DC-DC變壓器1的電路圖。

[圖2]係為保護電路2的區塊圖。

[圖3]係為對於切換電晶體Tr1正在進行正常的切換動作時之DC-DC變壓器1的各部之波形作展示的波形圖。

[圖4]係為對於切換電晶體Tr1正在進行主動狀態之異常動作時之DC-DC變壓器1的各部之波形作展示的波形圖。

[圖5]係為其他實施形態之升壓型DC-DC變壓器10的(a)電路圖、(b)當切換電晶體Tr1正在進行正常的切換動作時之A2處的重要部分波形圖。

[圖6]係為其他實施形態之反轉型DC-DC變壓器20的(a)電路圖、(b)當切換電晶體Tr1正在進行正常的切換動作時之A3處的重要部分波形圖。

[圖7]係為先前技術之DC-DC變壓器100的電路圖。

本發明之其中一種實施形態之DC-DC變壓器，係為將12V之直流輸入電壓Vi轉換為5V之直流輸出電壓Vo的降壓型DC-DC變壓器1，以下，使用圖1~圖4，針對此降壓型DC-DC變壓器1作說明。圖1，係為降壓型DC-DC變壓器1之電路圖，如同與圖7中所示之先前技術之DC-DC變壓器100作比較而可明顯得知一般，係為並不對於DC-DC變壓器100之基本構成作改變地而追加有保護電路2和被連接於高壓側電源端子30a與切換電晶體Tr1之間的身為緊急停止開關之切換電晶體Tr2者。故而，由於在主要之電路構成上係與上述之先前技術之降壓型之DC-DC變壓器100共通，因此，針對實質性為相同或者是具有同樣之作用的構成，係附加相同之元件符號，並省略其詳細之說明。

直流輸入電源30，係為直流輸入電壓Vi會產生10%程度之電壓變動的不安定之電源，在+12V之高壓側電源端子30a和0V之低壓側電源端子30b之間，將上述之切換電晶體Tr2和成為主切換元件之切換電晶體Tr1以及以從低壓側朝向高壓側之方向作為順方向的二極體D1作串聯連接，藉由此，而形成閉電路。

切換電晶體Tr1、Tr2，係均身為P通道FET(場效電晶體)，切換電晶體Tr1，係使閘極與藉由控制用IC所構成之定電壓控制電路40的驅動電路42作連接，並藉由從驅動電路42所輸出之驅動訊號而被作ON、OFF控制。又，切換電晶體Tr2，係使閘極與保護電路2之後述之RS正反器電路5的輸出作連接，並藉由RS正反器電路5之輸出訊號而被作ON、OFF控制。於此，所謂切換電晶體Tr1、Tr2之ON控制，係指使該切換電晶體Tr1、Tr2作為飽和狀態而將汲極-源極間作閉控制，所謂OFF控制，係指作為遮斷狀態而將汲極-源極間作開控制。

如圖3中所示一般，從驅動電路42所輸出之驅動訊號，例如係身為以1μsec之固定週期T而反覆0V之ON時間和+12V之OFF時間的脈衝訊號。在從驅動電路42而對於切換電晶體Tr1之閘極輸出+0V之驅動訊號的期間中，切換電晶體Tr1係被作ON控制，並從直流輸入電源30而對於電感L1流動將電容器C1充電之充電電流。此ON控制時間中之成為輸出電壓Vo之電容器C1之充電電壓，係會起因於電感L1之自我感應而成為較+12V 之輸入電壓Vi更低之+5V之電壓。

又，若是從驅動電路42而對於切換電晶體Tr1之閘極輸出+12V之驅動訊號，則切換電晶體Tr1係被作OFF控制，在OFF控制時間中，在電感L1中所積蓄之電能量係成為通過二極體D1而環流之充電電流，並對電容器C1而以與充電電壓相同之極性來充電，而將起因於負載RL之電力消耗所降低的輸出電壓Vo(電容器C1之充電電壓)維持於+5V。

藉由定電壓控制電路40，來以使此輸出電壓Vo成為負載RL之動作電壓的方式而進行定電壓控制。定電壓控制電路40，係具備有被連接於高壓側輸出線32和低壓側輸出線33之間之一對的分壓電阻R1、R2，和對於分壓電阻R1、R2之連接點的電壓和基於負載RL之動作電壓而調整為特定之電位的基準電源電壓Vref作比較之比較器41，和藉由比較器41之輸出來對於從發訊器OSC所輸出之1MHz之固定頻率的脈衝訊號進行脈衝寬幅調變之脈衝寬幅調變電路PWM，以及將從脈衝寬幅調變電路PWM所輸出的被調變訊號作為驅動訊號來對於切換電晶體Tr1之閘極作輸出之驅動電路42。

當輸出電壓Vo為較負載RL之動作電壓更高的情況時，藉由脈衝寬幅調變電路PWM，脈衝訊號之1μsec之固定頻率T中的ON時間係被作縮短控制，使ON能率作了降低的驅動訊號，係被輸出至切換電晶體Tr1之閘極。其結果，切換電晶體Tr1之單位時間內的ON控制時間係被縮短，輸出電壓Vo係降低。相反的，當輸出電壓Vo為較負載RL之動作電壓更低的情況時，由於使ON能率增加的驅動訊號係被輸出至切換電晶體Tr1之閘極處，在單位時間內之ON控制時間係被延長，因此，輸出電壓Vo係上升，輸出電壓Vo，係針對負載RL之每一者而被定電壓控制為相異之特定之動作電壓。

圖3，係對於藉由如此這般地而正常動作之定電壓控制電路40來將輸出電壓Vo定電壓控制為身為負載RL之動作電壓的5V之降壓型DC-DC變壓器1之各部的訊號波形作展示，在圖示之例中，係將ON能率為44%之驅動訊號對於切換電晶體Tr1之閘極作輸出並對於切換電晶體Tr1進行切換控制，而將12V之直流輸出電壓Vi轉換為5V之輸出電壓Vo。於此，當切換電晶體Tr1正在正常地進行切換動作的期間中之切換電晶體Tr1和電感L1之間的連接點A1之電位，當切換電晶體Tr1正被作ON控制的期間中，係成為與高壓側電源端子30a之電位相等的+12V，當正被作OFF控制的期間中，則係成為從低壓側電源端子30b之接地電位而降低了約0.5V之起因於二極體D1所導致的二極體降下量Vf之-0.5V，而在-0.5V~+12V之間改變。

本實施形態之保護電路2，係如圖1、2中所示一般，為了對於切換電晶體Tr1和電感L1之間的連接點A1之電位作監視，而具備有使檢測用端子Da與連接點A1作了連接的異常判定電路4、和與異常判定電路4 之輸出作連接的RS正反器電路5。異常判定電路4和RS正反器電路5，係被連接於與高壓側電源端子30a作連接之定電流電路6和低壓側電源端子30b之間，並將藉由定電流電路6而被轉換為安定電位之直流輸入電源30作為電源而動作。

異常判定電路4，係具備有對於連接點A1之電壓Vd和在切換電晶體Tr1正進行切換動作的期間中之電壓Vd之變動範圍內所任意設定的臨限值電壓Vth作比較的未圖示之比較電路。在本實施形態中，由於連接點A1之電壓Vd係在0.5V~+5V之間而變動，因此，係將前述臨限值電壓Vth設定為此範圍中的+0.5V。

當切換電晶體Tr1正在進行正常的切換動作時，比較電路之極性係至少會在1μsec之固定週期T內而反轉。另一方面，若是脈衝寬幅調變電路PWM起因於某些原因而故障，而如圖4中所示一般，對於切換電晶體Tr1之閘極所輸出的驅動訊號成為一定之電位，則切換電晶體Tr1係以主動狀態而異常動作，直流輸入電壓Vi係成為略一定之電位，因此，連接點A1之電壓Vd亦係成為一定之電位，比較電路之輸出的極性係在固定週期T內而並不會反轉。故而，異常判定電路4，係當在設定為較驅動電路42之固定週期T而更長之2μsec的檢測期間Td中而比較電路之輸出的極性並未作任何之反轉的情況時，判定其乃身為主動狀態下之異常動作，並將通常係身為「L」準位之輸出反轉為「H」準位，而對於RS正反器電路5之輸入作輸出。

RS正反器電路5，係在被輸入了「L」準位之重置訊號之後，直到被輸入有從異常判定電路4而來之「H」準位之設定訊號為止，均對於切換電晶體Tr2之閘極輸出「L」準位之輸出訊號，而對於切換電晶體Tr2進行ON控制，並使由切換電晶體Tr1之切換動作所致的通常動作持續進行。另一方面，若是從異常判定電路4而被輸入「H」準位之設定訊號，則直到下一次被輸入有「L」準位之重置訊號為止，均對於切換電晶體Tr2之閘極輸出「H」準位之輸出訊號，而對於切換電晶體Tr2進行OFF控制。其結果，從直流輸入電源30所流動至切換電晶體Tr1之電流係被遮斷，起因於主動狀態下之動作所導致的切換電晶體Tr1之發熱係停止。

當使切換電晶體Tr1成為主動狀態之故障原因被作了解決並成為進行切換動作之狀態的情況時，係藉由對於RS正反器電路5輸入「L」準位之重置訊號，而能夠對於切換電晶體Tr2進行ON控制，並使其回復至正常的動作。

圖5，係對於將直流輸入電壓Vi轉換為升壓後的直流輸出電壓Vo之本發明之其他實施形態之升壓型DC-DC變壓器10作展示，針對與圖1之降壓型DC-DC變壓器1相同或者是具備同樣的作用之構成，係附加相同之元件符號並省略其說明。

如同該圖之(a)所示一般，此升壓型DC-DC 變壓器10，係在直流輸入電源30之高壓側電源端子30a和低壓側電源端子30b之間，將切換電晶體Tr2和電感L1以及成為主切換元件之切換電晶體Tr1作串聯連接，藉由此，而形成閉電路，並將以從切換電晶體Tr1和電感L1間之連接點A2起而朝向高壓側輸出端子32a之方向作為順方向的二極體D1，與高壓側輸出線32作連接。在本實施形態中，於切換電晶體Tr1處，係使用N通道FET。

若是從驅動電路42而輸出對於切換電晶體Tr1進行ON控制之驅動訊號，則係從直流輸入電源30而對於電感L1流動電流，若是輸出進行OFF控制之驅動訊號，則係在電感L1處產生高的感應電壓Vfb，藉由通過二極體D1而流動之充電電流，電容器C1係被以在輸入電壓Vi上更加上感應電壓Vfb之充電電壓而進行充電。又，二極體D1，係對於當切換電晶體Tr1被作ON控制的期間中而想要從電容器C1所流動而來之放電電流作阻止，而將電容器C1之充電電壓保持為在輸入電壓Vi上更加上感應電壓Vfb之電位。電容器C1之兩端的充電電壓，由於係身為被與負載RL作連接之輸出端子32a、33a之間的輸出電壓Vo，因此，升壓型DC-DC變壓器10，係成為將輸入電壓Vi轉換為在輸入電壓Vi上更加上感應電壓Vfb的輸出電壓Vo者。

又，若是從驅動電路42而對於切換電晶體Tr1之閘極輸出0V之驅動訊號，則切換電晶體Tr1係被作OFF控制，在OFF控制時間中，在電感L1中所積蓄之電能量係成為通過二極體D1而環流之充電電流，並對電容器C1而以與充電電壓相同之極性來充電，而將起因於負載RL之電力消耗所降低的輸出電壓Vo(電容器C1之充電電壓)作維持。

針對升壓型DC-DC變壓器10，亦同樣的，係具備有將經由電感L1而被連接於高壓側電源端子30a與切換電晶體Tr1之間之身為緊急停止開關之切換電晶體Tr2、和將異常判定電路4之檢測用端子Da與切換電晶體Tr1和電感L1間之連接側的連接點A2作了連接之與第1實施形態相同構成的保護電路2。

當切換電晶體Tr1正在正常地進行切換動作的期間中，連接點A2之電壓Vd，由於係如同圖5(b)中所示一般而在0V和Vi+Vfb之間變動，因此，藉由比較電路而作比較之臨限值電壓Vth，係被設定於0V和Vi+Vfb之間之任意的電位。藉由此，異常判定電路4，係能夠檢測出切換電晶體Tr1之主動狀態的動作，並對於RS正反器電路5輸入「H」準位，而能夠對於切換電晶體Tr2進行開控制。

圖6，係對於將直流輸入電壓Vi轉換為使極性作了反轉的直流輸出電壓Vo之本發明之又一其他實施形態之反轉型DC-DC變壓器10作展示，針對與圖1之降壓型DC-DC變壓器1相同或者是具備同樣的作用之構成，係附加相同之元件符號並省略其說明。

如同該圖之(a)所示一般，此反轉型DC-DC 變壓器10，係在直流輸入電源30之高壓側電源端子30a和低壓側電源端子30b之間，將切換電晶體Tr2和成為主切換元件之切換電晶體Tr1以及電感L1作串聯連接，藉由此，而形成閉電路，並將以從低壓側電源端子30b和電感L1之連接點起而朝向低壓側輸出端子33a之方向作為順方向的二極體D1，與低壓側輸出線33作連接。

若是從驅動電路42而輸出對於切換電晶體Tr1進行ON控制之驅動訊號，則係從直流輸入電源30而對於電感L1流動電流，若是輸出進行OFF控制之驅動訊號，則係在電感L1之與低壓側電源端子30b之間的連接側處產生高的感應電壓Vfb，藉由通過二極體D1而流動之充電電流，電容器C1係被以感應電壓Vfb而進行充電。又，二極體D1，係對於當切換電晶體Tr1被作ON控制的期間中而想要從電容器C1所流動而來之放電電流作阻止，而將電容器C1之充電電壓保持為感應電壓Vfb之電位。於此，身為電容器C1之充電電壓的感應電壓Vfb之極性，相較於高壓側輸出端子32a，低壓側輸出線33係成為高壓，直流輸出電壓Vi，係被轉換為使極性作了反轉的感應電壓Vfb之輸出電壓Vo。

針對反轉型DC-DC變壓器20，亦同樣的，係具備有被連接於高壓側電源端子30a與切換電晶體Tr1之間之切換電晶體Tr2、和將異常判定電路4之檢測用端子Da與切換電晶體Tr1和電感L1間之連接點A3作了連接之與上述實施形態相同構成之保護電路2。

當切換電晶體Tr1正在正常地進行切換動作的期間中，切換電晶體Tr1和電感L1之間的連接點A3之電位，係如圖6(b)中所示一般，於當切換電晶體Tr1正在進行ON動作的期間中之輸入電壓Vi和正在進行OFF動作的期間中之身為電感L1之感應電壓的-Vfb之間而變動。故而，係將藉由比較電路而作比較的臨限值電壓Vth設定於+Vi和-Vfb之間之任意的電位，藉由此，異常判定電路4，係能夠檢測出切換電晶體Tr1之主動狀態的動作，並對於RS正反器電路5輸入「H」準位，而能夠對於切換電晶體Tr2進行開控制。

在上述之實施形態中，作為切換電晶體Tr1、Tr2，係使用P通道FET和N通道FET，但是，亦可設為將汲極和源極之連接設為相反的N通道FET和P通道FET，又，亦可使用雙極電晶體。又，只要當異常判定電路4判定出切換電晶體Tr1之主動狀態的動作時，能夠將從直流輸入電源30所流動至切換電晶體Tr1之電流遮斷，則緊急停止開關之構成，係並不被限定於電晶體。

又，當異常判定電路4判定出切換電晶體Tr1之主動狀態的動作時，係亦能夠在對於緊急停止開關進行開控制時，而同時地或者是相互獨立地啟動未圖示之警報手段，並藉由警報音或警報顯示來對於使用者通知異常動作狀態。

又，在上述之實施形態中，雖係針對起因於驅動訊號之異常而導致切換電晶體Tr1以主動狀態來動作的情況之例而作了說明，但是，當起因於切換電晶體Tr1自身之故障或者是電路元件間之連接異常等的其他原因而導致切換電晶體Tr1以主動狀態來動作的情況時，係亦能夠作適用。

[產業上之利用可能性]

本發明，係可適用於在非絕緣型之DC-DC變壓器的切換元件處而使用有電晶體的DC-DC變壓器中。

Claims

一種DC-DC變壓器，係具備有：切換電晶體，係被與直流輸入電源作串聯連接，並與直流輸入電源形成閉電路；和驅動電路，係對於切換電晶體之控制端子輸出以特定周期來對於切換電晶體進行開閉控制之驅動訊號；和電容器，係被連接於與負載相連接之一對之高壓側輸出線和低壓側輸出線之間；和電感，係藉由切換電晶體之開閉動作而使從直流輸入電源所流動而來之電流有所斷續，並將一對之高壓側輸出線和低壓側輸出線間之輸出電壓轉換為與直流輸入電源之輸入電壓相異之直流電壓；和定電壓控制電路，係因應於一對之高壓側輸出線和低壓側輸出線間之輸出電壓，而對於由驅動訊號所致之切換電晶體之閉時間作控制，以對輸出電壓進行定電壓控制，該DC-DC變壓器，其特徵為，係更進而具備有：比較電路，係對於電壓Vd和臨限值電壓Vth進行比較，該電壓Vd，係為切換電晶體之與電感間的連接側之連接點A之電壓，該臨限值電壓Vth，係為於在切換電晶體正進行切換動作的期間中之連接點A之電壓Vd的變動範圍內而任意設定之臨限值電壓；和異常判定電路，係與切換電晶體之開閉動作非同步地，而當比較電路對於電壓Vd和臨限值電壓Vth作了比較後的結果，比較電路之極性至少於切換電晶體進行開閉之前述特定周期內而並未有所改變的情況時，判定切換電晶體動作於主動狀態。
如申請專利範圍第1項所記載之DC-DC變壓器，其中，係具備有：保護電路，係當異常判定電路判定切換電晶體動作於主動狀態時，對於被連接於前述閉電路之直流輸入電源和切換電晶體之間的緊急停止開關進行開控制。
如申請專利範圍第1項或第2項所記載之DC-DC變壓器，係為使電感將一對之高壓側輸出線和低壓側輸出線間之輸出電壓轉換為較直流輸入電源之輸入電壓而更低之直流電壓的降壓型DC-DC變壓器，其中，當將二極體之二極體降下作為Vf，並將輸入電壓作為Vi時，臨限值電壓Vth係被設定為-Vf~+Vi間之任意之電位，其中，該二極體，係在前述閉電路之直流輸入電源之低壓側端子和切換電晶體之間，以從低壓側端子起朝向切換電晶體之方向作為順方向而連接。
如申請專利範圍第1項或第2項所記載之DC-DC變壓器，係為使電感將一對之高壓側輸出線和低壓側輸出線間之輸出電壓轉換為較直流輸入電源之輸入電壓而更高之直流電壓的升壓型DC-DC變壓器，其中，當將輸入電壓作為Vi，並將起因於將切換電晶體從閉控制而設為開控制一事所導致的在電感處所產生之感應電壓作為Vfb時，臨限值電壓Vth，係被設定為接地電位~+Vi+Vfb間之任意之電位。
如申請專利範圍第1項或第2項所記載之DC-DC變壓器，係為使電感將一對之高壓側輸出線和低壓側輸出線間之輸出電壓轉換為極性為與直流輸入電源之輸入電壓相異之直流電壓的反轉型DC-DC變壓器，其中，當將起因於將切換電晶體從閉控制而設為開控制一事所導致的在電感處所產生之感應電壓作為Vfb，並將輸入電壓作為Vi時，臨限值電壓Vth，係被設定為-Vfb~+Vi間之任意之電位。