(57)【要約】【課題】リモートセンス式電力変換器においてセンシングラインが断線した場合に、フィードバックされる電圧をセンシング電圧から出力電圧へ無制御状態に陥ることなく切り替え、かつ出力電圧を遮断することなく、ＰＷＭ制御を行うことが可能な電力変換器を提供すること。【解決手段】センシングラインの断線を検出する断線検出手段と、ＰＷＭ制御するための出力パルスのデューティ比を制御するデューティ制御手段とを備え、デューティ制御手段は、断線検出手段による断線の検出に応じて、出力パルスを一定のデューティ比に制御する。これにより、電力変換器は、通常時にはセンシング電圧に基づいてＰＷＭ制御を行い、センシングラインの断線時には一定のデューティ比でＰＷＭ制御を行う。したがって、センシングラインが断線し、フィードバックされるセンシング電圧が低下しても、過大な出力電圧が供給されるのを防止することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷に接続されたセンシングラインを備え、前記センシングラインを介してフィードバックされるセンシング電圧に基づいて、ＰＷＭ制御する電力変換器において、
前記センシングラインの断線を検出する断線検出手段と、
ＰＷＭ制御するための出力パルスのデューティ比を制御するデューティ制御手段とを備え、
前記デューティ制御手段は、前記断線検出手段による断線の検出に応じて、前記出力パルスを一定のデューティ比に制御することを特徴とする電力変換器。
【請求項２】
前記デューティ制御手段は、
フィードバックされる前記センシング電圧に基づく電圧と鋸歯状波とを比較して、第１のＰＷＭ制御信号を出力する第１のＰＷＭコンパレータと、
しきい値電圧と前記鋸歯状波とを比較して、前記出力パルスの上限デューティ比を設定する第２のＰＷＭ制御信号を出力する第２のＰＷＭコンパレータと、
前記第１及び第２のＰＷＭ制御信号が入力され、前記出力パルスのデューティ比を前記上限デューティ比の範囲内に制御する制御部とを備え、
前記しきい値電圧は、前記断線検出手段による断線の検出に応じて変化することを特徴とする請求項１に記載の電力変換器。
【請求項３】
前記制御部は、
前記第１及び第２のＰＷＭ制御信号の論理積信号を前記出力パルスとして出力するＡＮＤゲートであることを特徴とする請求項２に記載の電力変換器。
【請求項４】
前記断線検出手段は、
前記負荷に供給される出力電圧と前記センシング電圧とを比較して、前記出力電圧と前記センシング電圧との差が所定の断線検出電圧を超えた場合に断線を検出するコンパレータを備えることを特徴とする請求項１乃至３に記載の電力変換器。
【請求項５】
前記断線検出電圧は、
前記負荷に前記出力電圧が供給される際の配線抵抗による電圧降下の最大値より大きな値に設定されることを特徴とする請求項４に記載の電力変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換器、特にリモートセンス式電力変換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、リモートセンス式電力変換器１を含むシステム全体の概略について、一例を示す。図１に示されるように、電力変換器１は入力電源２から供給される電圧を変換し、給電線４を介して負荷３に出力電圧Ｖａを供給する。
【０００３】
負荷３に供給される電流が大きい場合や、電力変換器１と負荷３との間に距離があって給電線４が長い場合、給電線４の配線抵抗による電圧降下が無視できなくなる。そのため、電力変換器１は負荷３側に実際に供給される電圧を監視するセンシングライン５を備え、センシングライン５を介してフィードバックされるセンシング電圧Ｖｓに基づいて、出力電圧ＶａのＰＷＭ制御を行う。
【０００４】
このようなリモートセンス式電力変換器１においては、センシングライン５の断線や接続の外れ、緩みが生じる可能性がある。センシングライン５が断線等すると、フィードバックされるセンシング電圧Ｖｓが低下して正常なＰＷＭ制御ができなくなる。その結果、電力変換器１が最大デューティ比で動作し、過大な出力電圧Ｖａが供給され、機器の破損などに至る。
【０００５】
そのため、従来、センシングライン５が断線等した場合には、センシング電圧Ｖｓに代えて出力電圧Ｖａをフィードバックし、フィードバックされる出力電圧Ｖａに基づくＰＷＭ制御へと切り替える対策が取られている。図２に従来のセンシングライン５の断線対策の一例を示す。ＰＷＭコンパレータ２３は、フィードバック切替回路２１の出力が反転入力端子に、鋸歯状波発生回路２２の出力が非反転入力端子に入力され、ＰＷＭ制御のための出力パルスを出力する。断線検出手段１０が断線を検出した場合、フィードバック切替回路２１は、ＰＷＭコンパレータ２３へ出力する電圧を、フィードバックされるセンシング電圧Ｖｓに基づく電圧Ｖｓ＿ＦＢから、フィードバックされる出力電圧Ｖａに基づく電圧Ｖａ＿ＦＢに切り替える。
【０００６】
ところで、図２に示される回路は、通常、外来ノイズ対策やフィードバック切替回路２１のチャタリング対策等のための時定数を有する。そのため、断線検出手段１０が断線を検出してから出力電圧Ｖａに基づく電圧Ｖａ＿ＦＢによる制御が開始されるまでには、遅延が生じる。この遅延の間、出力電圧Ｖａは異常に低下した電圧Ｖｓ＿ＦＢによって制御されるなど、実質的には無制御状態に陥る。その結果、過大な出力電圧Ｖａが供給されてしまう。この無制御状態を回避するため、例えば、特許文献１に開示されるように、断線の検出に応じて負荷への電力供給を停止する技術が考えられる。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−２２５４２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に開示される技術によれば、断線の検出に応じて電力変換部の動作が停止され、負荷への電力供給が遮断される。したがって、過大な出力電圧Ｖａが供給されることによる機器の破損を防止することができる。しかしながら、センシングライン５が断線した場合でも、給電線４に異常がなければ、電力変換器１は、負荷３に出力電圧Ｖａを供給することが可能である。特許文献１では、給電には異常がない場合でも電力変換部の動作が停止されるため、負荷は電力を失い、機能しなくなるという問題がある。電力変換器１において出力が停止されることは大きな欠点であり、問題である。
【０００９】
本発明は上記の課題に鑑み提案されたものである。本発明は、リモートセンス式電力変換器においてセンシングラインが断線した場合に、フィードバックされる電圧をセンシング電圧から出力電圧へ無制御状態に陥ることなく切り替え、かつ出力電圧を遮断することなく、ＰＷＭ制御を行うことが可能な電力変換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１にかかる電力変換器は、負荷に接続されたセンシングラインを備え、センシングラインを介してフィードバックされるセンシング電圧に基づいて、ＰＷＭ制御を行う。電力変換器は、センシングラインの断線を検出する断線検出手段と、ＰＷＭ制御するための出力パルスのデューティ比を制御するデューティ制御手段とを備える。デューティ制御手段は、断線検出手段による断線の検出に応じて、出力パルスを一定のデューティ比に制御する。
【００１１】
これにより、通常時には、センシングラインを介してフィードバックされるセンシング電圧に基づいて、デューティ制御手段により出力パルスのデューティ比を制御することで、電力変換器は出力電圧のＰＷＭ制御を行う。センシングラインの断線時には、断線検出手段による断線の検出に応じて、デューティ制御手段により出力パルスを一定のデューティ比に制御することで、電力変換器は出力電圧のＰＷＭ制御を行う。したがって、センシングラインが断線し、フィードバックされるセンシング電圧が低下しても、過大な出力電圧が供給されるのを防止することができる。また、センシング電圧に基づくＰＷＭ制御から出力電圧に基づくＰＷＭ制御への切り替えにおいて、外来ノイズ対策やチャタリング対策等のための時定数によって生じる遅延の間も無制御状態に陥ることなく、出力電圧に基づくＰＷＭ制御に移行することができる。したがって、出力電圧を遮断する必要はなく、センシングラインが断線しても、電力変換器は負荷に出力電圧を供給することができる。
【００１２】
請求項２にかかる電力変換器は、請求項１の電力変換器において、デューティ制御手段が、フィードバックされるセンシング電圧に基づく電圧と鋸歯状波とを比較して、第１のＰＷＭ制御信号を出力する第１のＰＷＭコンパレータと、しきい値電圧と鋸歯状波とを比較して、出力パルスの上限デューティ比を設定する第２のＰＷＭ制御信号を出力する第２のＰＷＭコンパレータと、第１及び第２のＰＷＭ制御信号が入力され、出力パルスのデューティ比を上限デューティ比の範囲内に制御する制御部とを備える。しきい値電圧は、断線検出手段による断線の検出に応じて変化する。
【００１３】
これにより、制御部によって出力パルスのデューティ比を上限デューティ比の範囲内に制御することができる。通常時には、第１のＰＷＭコンパレータから出力される第１のＰＷＭ制御信号により、電力変換器はセンシング電圧に基づいて出力電圧のＰＷＭ制御を行う。センシングラインの断線時には、第２のＰＷＭコンパレータから出力される第２のＰＷＭ制御信号により、電力変換器はしきい値電圧に基づいて出力電圧のＰＷＭ制御を行う。したがって、フィードバックされるセンシング電圧がセンシングラインの断線により低下しても、電力変換器が過大なデューティ比で動作するのを規制することができる。
【００１４】
請求項３にかかる電力変換器は、請求項２の電力変換器において、制御部が、第１及び第２のＰＷＭ制御信号の論理積信号を出力パルスとして出力するＡＮＤゲートである。
【００１５】
これにより、第１及び第２のＰＷＭ制御信号から、上限デューティ比の範囲内にデューティ比が制御された出力パルスを、簡単な回路構成で得ることができる。
【００１６】
請求項４にかかる電力変換器は、請求項１乃至３の電力変換器において、断線検出手段が、負荷に供給される出力電圧とセンシング電圧とを比較して、出力電圧とセンシング電圧との差が所定の断線検出電圧を超えた場合に断線を検出するコンパレータを備える。
【００１７】
これにより、センシングラインが断線し、センシング電圧が出力電圧に比して断線検出電圧を超えて低下した場合に、センシングラインの断線を迅速に検出することができる。
【００１８】
請求項５にかかる電力変換器は、請求項４の電力変換器において、断線検出電圧が、負荷に出力電圧が供給される際の配線抵抗による電圧降下の最大値より大きな値に設定される。
【００１９】
これにより、配線抵抗による電圧降下と、センシングラインの断線によるセンシング電圧の低下とを切り分けることができ、断線検出手段による断線の誤検出を防止することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、リモートセンス式電力変換器においてセンシングラインが断線した場合に、フィードバックされる電圧をセンシング電圧から出力電圧へ無制御状態に陥ることなく切り替え、出力電圧が過大になることを防止し、かつ出力電圧を遮断することなく、ＰＷＭ制御を行うことが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図３、図４を参照して、本発明の電力変換器を具体化した一実施形態について説明する。
図３は、図１に示されるリモートセンス式電力変換器１について、内部構成の一部を示す回路図である。なお、図３において、図１及び図２と対応する構成要素については、同じ符号が付されている。
【００２２】
本実施形態にかかる電力変換器には、断線検出手段１０とデューティ制御手段２０とが備えられる。断線検出手段１０は、コンパレータ１１を備える。コンパレータ１１の反転入力端子には、出力電圧Ｖａが抵抗分圧されて入力される。コンパレータ１１の非反転入力端子には、センシング電圧Ｖｓが抵抗分圧された電圧Ｖｓ１が入力される。コンパレータ１１には断線検出電圧としてオフセット電圧Ｖαが設けられる。オフセット電圧Ｖαは、図１のシステムにおいて、負荷３に出力電圧Ｖａが供給される際の給電線４の配線抵抗による電圧降下の最大値、すなわち、負荷３に機器の仕様によって決まる最大電流が流れるときの電力変換器１と負荷３との間の電圧降下、よりも大きな値に設定される。
【００２３】
デューティ制御手段２０は、第１のＰＷＭコンパレータ２３と、第２のＰＷＭコンパレータ２４と、ＡＮＤゲート２５とを備える。第１のＰＷＭコンパレータ２３は、フィードバック切替回路２１の出力が反転入力端子に、鋸歯状波発生回路２２の出力が非反転入力端子に入力される。第２のＰＷＭコンパレータ２４は、基準電圧Ｖｒｅｆが抵抗分圧されたしきい値電圧が反転入力端子に、鋸歯状波発生回路２２の出力が非反転入力端子に入力される。また、抵抗分圧される基準電圧Ｖｒｅｆの分圧点に、抵抗を介してｎチャネルＭＯＳトランジスタで構成される半導体スイッチ２６が接続される。ＡＮＤゲート２５は、第１及び第２のＰＷＭコンパレータ２３、２４から出力される第１及び第２のＰＷＭ制御信号Ｖｏ１、Ｖｏ２が入力されて、それらの論理積信号を出力パルスとして出力する。
【００２４】
このように構成された本実施形態にかかる電力変換器の作用及び効果について説明する。
図４は、図３の回路の挙動を示す波形図である。
【００２５】
通常時、断線検出手段１０が備えるコンパレータ１１の入力において、センシング電圧Ｖｓは出力電圧Ｖａに比して給電線４の配線抵抗による電圧降下の分だけ低い値となる（図４（Ａ）参照）。また、前述のように、オフセット電圧Ｖαは給電線４の配線抵抗による電圧降下の最大値よりも大きな値に設定されている。したがって、コンパレータ１１の出力はＨレベルである。フィードバック切替回路２１はフィードバックされるセンシング電圧Ｖｓに基づく電圧Ｖｓ＿ＦＢを出力する。そのため、第１のＰＷＭコンパレータ２３は、電圧Ｖｓ＿ＦＢと鋸歯状波とを比較して（図４（Ｂ）参照）、第１のＰＷＭ制御信号Ｖｏ１を出力する（図４（Ｃ）参照）。また、ｎチャネルＭＯＳトランジスタで構成される半導体スイッチ２６はオンする。そのため、第２のＰＷＭコンパレータ２４は、基準電圧Ｖｒｅｆが抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３によって分圧されたしきい値電圧と鋸歯状波とを比較して（図４（Ｂ）参照）、第２のＰＷＭ制御信号Ｖｏ２を出力する（図４（Ｃ）参照）。
【００２６】
このとき（Ｖｓ＋Ｖα＞Ｖａ）、第１のＰＷＭ制御信号Ｖｏ１のデューティ比は、出力パルスの上限デューティ比を設定する第２のＰＷＭ制御信号Ｖｏ２のデューティ比よりも小さくなるように基準電圧Ｖｒｅｆ及び抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は設定されている。そのため、ＡＮＤゲート２５から出力される論理積信号は、第１のＰＷＭ制御信号Ｖｏ１に依存する。この論理積信号が出力パルスとして不図示のスイッチング素子に出力されて、出力電圧Ｖａは、センシング電圧Ｖｓ基準のＰＷＭ制御によって所望の制御値に収束する（図４（Ａ）参照）。
【００２７】
センシングライン５が断線すると、断線検出手段１０が備えるコンパレータ１１の入力においてセンシング電圧Ｖｓが低下する（図４（Ａ）参照）。センシング電圧Ｖｓが出力電圧Ｖａに比してオフセット電圧Ｖαを超えて低下した場合に、コンパレータ１１の出力がＨレベルからＬレベルになって、断線検出手段１０は断線を検出する。フィードバック切替回路２１は、第１のＰＷＭコンパレータ２３へ出力する電圧を、フィードバックされるセンシング電圧Ｖｓに基づく電圧Ｖｓ＿ＦＢから、フィードバックされる出力電圧Ｖａに基づく電圧Ｖａ＿ＦＢに切り替える。しかし、背景技術で述べたように、電圧Ｖａ＿ＦＢによる制御が開始されるまでには、遅延が生じる。そのため、この遅延の間、第１のＰＷＭコンパレータ２３は、異常に低下した電圧Ｖｓ＿ＦＢと鋸歯状波とを比較して（図４（Ｂ）参照）、第１のＰＷＭ制御信号Ｖｏ１を出力する（図４（Ｃ）参照）。また、ｎチャネルＭＯＳトランジスタで構成される半導体スイッチ２６はオフする。そのため、第２のＰＷＭコンパレータ２４は、基準電圧Ｖｒｅｆが抵抗Ｒ１及びＲ２によって分圧されたしきい値電圧と鋸歯状波とを比較して（図４（Ｂ）参照）、第２のＰＷＭ制御信号Ｖｏ２を出力する（図４（Ｃ）参照）。
【００２８】
このとき（Ｖｓ＋Ｖα＜Ｖａ）、第１のＰＷＭ制御信号Ｖｏ１のデューティ比は、出力パルスの上限デューティ比を設定する第２のＰＷＭ制御信号Ｖｏ２のデューティ比よりも大きくなるように基準電圧Ｖｒｅｆ及び抵抗Ｒ１、Ｒ２は設定されている。そのため、ＡＮＤゲート２５から出力される論理積信号は、第２のＰＷＭ制御信号Ｖｏ２により設定される上限デューティ比に依存する。この論理積信号が出力パルスとして不図示のスイッチング素子に出力されて、出力電圧Ｖａは、基準電圧Ｖｒｅｆに基づく一定のデューティ比でＰＷＭ制御される。その結果、センシングライン５が断線し、フィードバックされるセンシング電圧Ｖｓが低下しても、過大な出力電圧Ｖａが供給されるのを防止することができる（図４（Ａ）参照）。これにより、出力電圧Ｖａを遮断することなく、出力電圧Ｖａに基づくＰＷＭ制御に問題なく移行することができる。
【００２９】
ここで、特許請求の範囲との対応は以下の通りである。
ＡＮＤゲート２５は、制御部の一例である。
オフセット電圧Ｖαは、断線検出電圧の一例である。
【００３０】
以上、詳細に説明したように、本発明の前記実施形態によれば、通常時には、第１のＰＷＭ制御信号Ｖｏ１のデューティ比は、出力パルスの上限デューティ比を設定する第２のＰＷＭ制御信号Ｖｏ２のデューティ比よりも小さくなるように基準電圧Ｖｒｅｆ及び抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は設定されているため、出力電圧Ｖａは、フィードバックされるセンシング電圧Ｖｓに基づいて所望の制御値に収束する。センシングライン５の断線時には、第１のＰＷＭ制御信号Ｖｏ１のデューティ比は、出力パルスの上限デューティ比を設定する第２のＰＷＭ制御信号Ｖｏ２のデューティ比よりも大きくなるように基準電圧Ｖｒｅｆ及び抵抗Ｒ１、Ｒ２は設定されている。したがって、第１のＰＷＭ制御信号Ｖｏ１のデューティ比は、出力パルスの上限デューティ比を設定する第２のＰＷＭ制御信号Ｖｏ２のデューティ比よりも大きくなるため、出力電圧Ｖａは、基準電圧Ｖｒｅｆに基づく一定のデューティ比でＰＷＭ制御される。その結果、フィードバックされる電圧をセンシング電圧Ｖｓから出力電圧Ｖａへ無制御状態に陥ることなく切り替えることができる。出力電圧Ｖａが過大になることを防止し、出力電圧Ｖａを遮断することなく出力電圧Ｖａに基づくＰＷＭ制御に移行することができる。
【００３１】
また、断線検出手段１０は、出力電圧Ｖａとセンシング電圧Ｖｓとを比較するコンパレータ１１を備える。これにより、センシング電圧Ｖｓが出力電圧Ｖａに比してオフセット電圧Ｖαを超えて低下した場合に、センシングライン５の断線を迅速に検出することができる。オフセット電圧Ｖαは、給電線４の配線抵抗による電圧降下の最大値より大きな値に設定される。これにより、断線検出手段１０は、配線抵抗による電圧降下とセンシングライン５の断線によるセンシング電圧の低下とを切り分け、誤検出を防止し、ノイズに対する耐性を有することができる。
【００３２】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内での種々の改良、変更が可能であることは言うまでもない。
例えば、デューティ制御手段２０は、フィードバックされるセンシング電圧Ｖｓに基づく電圧Ｖｓ＿ＦＢが所定の電圧以下に低下しないように、断線検出手段１０による断線の検出に応じてクランプ動作するクランプ回路を備えるようにしてもよい。その他、断線の検出に応じて出力パルスを一定のデューティ比に制御することができる構成であればよい。
【００３３】
また、断線検出手段１０は、コンパレータ１１に断線検出電圧としてオフセット電圧Ｖαが設けられる構成とされたが、これに限られない。出力電圧Ｖａ及びセンシング電圧Ｖｓの抵抗分圧の抵抗比を調整しても同様の効果が得られることは明らかである。
【００３４】
また、コンパレータ１１や、第１及び第２のＰＷＭコンパレータ２３、２４の反転入力端子と非反転入力端子とを入れ替えたり、半導体スイッチ２６にｐチャネルＭＯＳトランジスタを用いたりして設計してもよいことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】リモートセンス式電力変換器を含むシステムの概略を示す図。
【図２】従来のセンシングラインの断線対策の一例を示す図。
【図３】本発明の一実施形態を示す回路図。
【図４】図３の回路の挙動を示す波形図。
【符号の説明】
【００３６】
１    電力変換器
２    入力電源
３    負荷
４    給電線
５    センシングライン
１０    断線検出手段
１１    コンパレータ
２０    デューティ制御手段
２１    フィードバック切替回路
２２    鋸歯状波発生回路
２３    第１のＰＷＭコンパレータ
２４    第２のＰＷＭコンパレータ
２５    ＡＮＤゲート
２６    半導体スイッチ
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３    抵抗
【図１】
2010051154.tif 000003
【図２】
2010051154.tif 000004
【図３】
2010051154.tif 000005
【図４】
2010051154.tif 000006