(57)【要約】【課題】入力電圧が適正範囲に入っているかどうかを早期に判断することを可能としたＤＣ／ＤＣコンバータを提供することである。【解決手段】提案するＤＣ／ＤＣコンバータは、入力された直流電圧をフィルタ処理後の電圧が、適正電圧範囲に入っているかどうかを判定する電圧範囲判定部３３と、そのフィルタ処理後の電圧を時間微分した電圧変化率が、適正変化率範囲に入っているかどうかを判定する電圧変化率範囲判定部３４と、電圧範囲判定部３３および変化率範囲判定部３４の各判定結果に応じて、起動スイッチ２３−１、２３−２のオン／オフ、または、スイッチング素子Ｑ１のデューティ比の調整を行なう制御部３８とを有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された直流電圧を、その直流電圧とは異なる値を持つ直流電圧に変換して出力するＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、
前記入力された直流電圧をフィルタ処理後の電圧が、適正電圧範囲に入っているかどうかを判定する電圧範囲判定部と、
該フィルタ処理後の電圧を時間微分した電圧変化率が、適正変化率範囲に入っているかどうかを判定する電圧変化率範囲判定部と、
前記電圧範囲判定部および前記変化率範囲判定部の各判定結果に応じて、起動スイッチのオン／オフ、または、スイッチング素子のデューティ比の調整を行なう制御部とを有することを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項２】
前記適正電圧範囲は、フィルタ処理前の入力された直流電圧に対する適正電圧範囲の内側のより狭い範囲であることを特徴とする請求項１記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項３】
前記電圧範囲判定部により、フィルタ処理後の電圧が前記適正電圧範囲を出ていると判定され、かつ、前記電圧変化率範囲判定部により、フィルタ処理後の電圧を時間微分した電圧変化率が前記適正変化率範囲を出ていないと判定された場合に、前記制御部は、フィルタ処理後の電圧を前記適正電圧範囲内に戻すために、前記スイッチング素子のデューティ比の調整を行なうことを特徴とする請求項１記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項４】
前記電圧範囲判定部により、フィルタ処理後の電圧が前記適正電圧範囲を出ていないと判定され、かつ、前記電圧変化率範囲判定部により、フィルタ処理後の電圧を時間微分した電圧変化率が前記適正変化率範囲を出ていると判定された場合に、前記制御部は、フィルタ処理後の電圧が前記適正電圧範囲を出ることがないように事前に、前記スイッチング素子のデューティ比の調整を行なうことを特徴とする請求項１記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項５】
前記電圧変化率範囲判定部により、フィルタ処理後の電圧を時間微分した電圧変化率が前記適正変化率範囲を出ていると判定された場合に、前記電圧範囲判定部は、判定基準を変更することを特徴とする請求項１記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＣ／ＤＣコンバータに関し、特に、そのＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧を適正範囲に制御するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＣ／ＤＣコンバータ（例えば、そのうちの降圧回路）は、入力した直流電圧をその入力した直流電圧より低い直流電圧に変換して出力する回路である。
このようなＤＣ／ＤＣコンバータでは、入力電圧をコンパレータあるいはＣＰＵ等で常時観測しておき、その入力電圧が正常範囲に入っているかどうかを判断している。
【０００３】
この入力電圧の観察においては、外来ノイズによる誤動作を防止するために、図７に示すように、通常、コンバータ５１の絶対値判定部５３による電圧の絶対値判定の前段に適切な容量のフィルタ５２を設けている。
【０００４】
このフィルタ５２は、サージ、静電気等の急峻な電圧変化を吸収して入力電圧を平滑化する一方で、ある程度以上の急峻な電圧変化に対してもフィルタとして機能してしまい、入力電圧の波形をなましてしまう。
【０００５】
図８は、従来における、入力電圧および検出電圧（フィルタ処理後の入力電圧）の時間変化を示した図である。
図８に示すように、入力電圧（実電圧）が過電圧を検出するための過電圧検出閾値（直線５７）に向かって急速に上昇している場合は、その入力電圧の時間変化の曲線（実電圧の曲線）５５よりも、フィルタ処理後の電圧の時間変化の曲線５６は常に下側に位置する。このため、フィルタ処理後の電圧の時間変化の曲線５６が、過電圧検出閾値を示す直線５７を超えて電圧が適正範囲を出たことが検出された時点では、実電圧の曲線５５上の対応する入力電圧値は、過電圧検出閾値を示す直線５７をすでに超えてしまっている。
【０００６】
このように、一定以上の急峻な電圧上昇に対して電圧変動の検出が遅れる恐れがある。すなわち、入力電圧が適正電圧範囲に入ってるかどうかの判断が遅れてしまう。
なお、従来技術として、例えば、特許文献１では、入力電源電圧の微分値を検出し、電源電圧低下状態から復帰したときの、その微分値が所定値以上の急増時にソフトスタート機能（スイッチング素子のオン時間（デューティ比）を徐々に広げる制御）を動作させるようにした電源装置が示されている。
【０００７】
また、特許文献２では、入力電圧の微分値を、出力電圧のＦＢ信号電圧に加算して、それを鋸波状の電圧と比較して、希望のデューティ比の制御電圧を得ることを可能としたスイッチング電源回路が示されている。
【特許文献１】特開２００７−７４８７４号公報
【特許文献２】特開平６−１１３５４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、入力電圧が適正範囲に入っているかどうかを早期に判断することを可能としたＤＣ／ＤＣコンバータ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】
【０００９】
提案するＤＣ／ＤＣコンバータは、入力された直流電圧を、その直流電圧とは異なる値を持つ直流電圧に変換して出力する。このＤＣ／ＤＣコンバータは、上記入力された直流電圧をフィルタ処理後の電圧が、適正電圧範囲に入っているかどうかを判定する電圧範囲判定部と、そのフィルタ処理後の電圧を時間微分した電圧変化率が、適正変化率範囲に入っているかどうかを判定する電圧変化率範囲判定部と、上記電圧範囲判定部および上記変化率範囲判定部の各判定結果に応じて、起動スイッチのオン／オフ、または、スイッチング素子のデューティ比の調整を行なう制御部とを有する。
【００１０】
上記適正電圧範囲は、例えば、フィルタ処理前の入力された直流電圧に対する適正電圧範囲の内側のより狭い範囲である。
また、上記電圧範囲判定部により、フィルタ処理後の電圧が上記適正電圧範囲を出ていると判定され、かつ、上記電圧変化率範囲判定部により、フィルタ処理後の電圧を時間微分した電圧変化率が上記適正変化率範囲を出ていないと判定された場合に、上記制御部は、フィルタ処理後の電圧を上記適正電圧範囲内に戻すために、上記スイッチング素子のデューティ比の調整を行なう。
【００１１】
また、上記電圧範囲判定部により、フィルタ処理後の電圧が上記適正電圧範囲を出ていないと判定され、かつ、上記電圧変化率範囲判定部により、フィルタ処理後の電圧を時間微分した電圧変化率が上記適正変化率範囲を出ていると判定された場合に、上記制御部は、フィルタ処理後の電圧が上記適正電圧範囲を出ることがないように事前に、上記スイッチング素子のデューティ比の調整を行なう
【発明の効果】
【００１２】
提案するＤＣ／ＤＣコンバータによれば、入力された直流電圧をフィルタ処理した電圧が適正電圧範囲に入っていても、それを時間微分した電圧変化率が適正変化率範囲を出ていれば、近いうちにそのフィルタ処理した電圧も適正電圧範囲を出るものとみなし、早期に、スイッチング素子のデューティ比の調整を行なう。また、入力された直流電圧をフィルタ処理した電圧が適正電圧範囲を出ていても、それを時間微分した電圧変化率が適正変化率範囲に入っていれば、そのフィルタ処理した電圧を適正電圧範囲に戻しうるものとみなし、スイッチング素子のデューティ比の調整を行なう。このように、入力電圧が適正範囲に入っているかどうかを早期に細かく判断することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下図面に基づいて、本発明の実施形態について詳細を説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータの概要構成図である。
図１に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１は、入力電圧をフィルタ処理して平滑化するフィルタ２と、フィルタ処理後の入力電圧値が適正電圧範囲に入っているかどうかを判定する絶対値判定部３と、フィルタ処理後の入力電圧値を時間微分した電圧変化率が適正変化率範囲に入っているかどうかを判定する変化率判定部４とを有する。
【００１４】
図１では不図示の制御部は、絶対値判定部３と変化率判定部４の各判定結果を総合的に判断して、起動スイッチのオン／オフを制御するか、または、スイッチング素子のデューティ比の調整を行なう。
【００１５】
図２は、本実施形態における、入力電圧および検出電圧（フィルタ処理後の入力電圧）の時間変化（上側のグラフ）と、電圧変化率の時間変化（下側のグラフ）とを示した図である。
【００１６】
図２の上側のグラフにおいて、曲線１１はフィルタ処理前の入力電圧の時間変化を示している。曲線１３はフィルタ処理後の入力電圧（検出電圧）の時間変化を示している。直線１２は従来の過電圧検出閾値を示している。直線１４は本実施形態の（フィルタ処理後の入力電圧に対する）第１の過電圧検出閾値を示している。
【００１７】
また、図２の下側のグラフにおいて、曲線１５はフィルタ処理後の入力電圧を時間微分した電圧変化率の時間変化を示している。直線１６は本実施形態の（フィルタ処理後の入力電圧の変化率に対する）第２の過電圧検出閾値を示している。
【００１８】
入力電圧（実電圧）が急激に上昇する図２に示されるようなケースでは、フィルタ処理後の電圧の時間変化を示す曲線１３が従来の過電圧検出閾値を示す直線１２を超えた時刻で過電圧を検出したとしても、その時刻では、曲線１１上の対応する入力電圧値は、直線１２により示される従来の過電圧検出閾値をすでに超えてしまっていて過電圧の検出が遅れてしまう。
【００１９】
そこで本実施形態では、直線１２により示される従来の過電圧検出閾値より小さい、直線１４により示される第１の過電圧検出閾値を用いて、フィルタ処理後の電圧の時間変化を示す曲線１３がこの直線１４により示される第１の過電圧検出閾値を超えた時刻を過電圧検出の情報の１つとして用いる。例えば事前のシミュレーションにおいて、入力電圧（実電圧）の曲線１１が従来の過電圧検出閾値を示す直線１２を超えたときの、フィルタ処理後の電圧の値に上記第１の過電圧検出閾値を設定する。
【００２０】
また、この事前のシミュレーションにおいて、入力電圧（実電圧）の曲線１１が従来の過電圧検出閾値を示す直線１２を超えたときの、フィルタ処理後の電圧の変化率の値に上記第２の過電圧検出閾値を設定する。
【００２１】
そして、フィルタ処理後の電圧の値がその第１の過電圧検出閾値を超えたかどうか、フィルタ処理後の電圧の変化率の値がその第２の過電圧検出閾値を超えたかどうか、の組み合わせによって、過電圧かどうかを判定するようにすれば、早期に、かつ、細かく過電圧かどうかを判定できる。
【００２２】
図３は、本発明の一実施形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータの構成を示す図である。
このＤＣ／ＤＣコンバータは、主回路２１およびそれを制御する過電圧保護回路３３、入力電圧急変保護回路３４、出力電圧フィードバック回路３６、制御回路３８によって構成された降圧回路である。この回路は、バッテリ２２の直流電圧をその直流電圧より低い直流電圧に変換する。
【００２３】
ＤＣ／ＤＣコンバータの起動時には、制御回路３８からの制御信号により、起動スイッチ２３−１、２３−２がオンになり（各起動スイッチが導通し）、バッテリ２２の直流電圧が入力電圧として印加される。この入力電圧はコンデンサＣ１によりフィルタ処理され平滑化される。
【００２４】
入力電圧検出部２４は、抵抗Ｒ１１と抵抗Ｒ１２の直列回路を有し、その抵抗Ｒ１１と抵抗Ｒ１２の接続点の電圧（すなわち、フィルタ処理後の入力電圧）Ｖｉｎを検出して、過電圧保護回路３３および入力電圧急変保護回路３４に出力する。
【００２５】
過電圧保護回路３３は、フィルタ処理後の入力電圧Ｖｉｎを入力して、それが上記第１の過電圧検出閾値を超えたかどうかを判定し、判定結果を信号Ｓ２として制御回路３８に出力する。
【００２６】
入力電圧急変保護回路３４は、フィルタ処理後の入力電圧Ｖｉｎを入力して、それを時間微分した電圧変化率が上記第２の過電圧検出閾値を超えたかどうかを判定し、判定結果を信号Ｓ１として制御回路３８に出力する。
【００２７】
制御回路３８は、過電圧保護回路３３からの信号Ｓ２、入力電圧急変保護回路３４からの信号Ｓ１、後述の出力電圧フィードバック回路３６からの信号Ｓ３を入力して、それらの信号から、スイッチング素子（トランジスタＱ１）のゲートに印加するパルス信号のデューティ比を調整するか、または、起動スイッチ２３−１、２３−２のオン／オフを制御する。
【００２８】
ダイオードＤ１は、整流のために設けられている。
コイルＬ１は、トランジスタＱ１のオン／オフ動作に応じてバッテリ２２の電力を出力側に伝える。コンデンサＣ２は、出力側に設けられたコンデンサであり、出力電圧をフィルタ処理して平滑化する。
【００２９】
出力電圧検出部３１は、抵抗Ｒ２１と抵抗Ｒ２２の直列回路を有し、その抵抗Ｒ２１と抵抗Ｒ２２の接続点の電圧（すなわち、フィルタ処理後の出力電圧）Ｖｏを検出して、出力電圧フィードバック回路３６に出力する。
【００３０】
出力電圧フィードバック回路３６は、フィルタ処理後の出力電圧Ｖｏを入力し、それが出力電圧Ｖｒｅｆを超えたかどうかを判定し、判定結果を信号Ｓ３として制御回路３８に出力する。
【００３１】
図４は、図３の過電圧保護回路３３の構成を示す図である。
図４において、直流電源４１には、上記第１の過電圧検出閾値に相当する電圧が印加されており、コンパレータ４２において、フィルタ処理後の入力電圧Ｖｉｎが一方の端子に入力され、直流電源４１の電圧が他方の端子に入力されて、その比較結果を信号Ｓ２として出力する。例えば、フィルタ処理後の入力電圧Ｖｉｎが直流電源４１の電圧（すなわち、第１の過電圧検出閾値に相当する電圧）を超えたときに、信号Ｓ２は“ハイ”になり、フィルタ処理後の入力電圧Ｖｉｎが直流電源４１の電圧以下のときに、信号Ｓ２は“ロー”になる。
【００３２】
図５は、図３の入力電圧急変保護回路３４の構成を示す図である。
図５において、フィルタ処理後の入力電圧Ｖｉｎは、ゲイン調整用の第１の抵抗Ｒ３と、入力電圧を時間微分するためのコンデンサＣ３を介して、オペアンプ４３の反転入力端子に入力される。また、オペアンプ４３の非反転入力端子は抵抗Ｒ５を介して接地されている。また、オペアンプ４３の出力は、ゲイン調整用の第２の抵抗Ｒ４により反転入力端子に負帰還されている。なお、コンデンサＣ４は低周波帯域での微分特性を保障するためのコンデンサである。
【００３３】
オペアンプ４３の出力として、フィルタ処理後の入力電圧Ｖｉｎを時間微分した電圧変化率がコンパレータ４５の一方の端子に入力される。また、コンパレータ４５の他方の端子には、直流電源４６の電圧（すなわち、第２の過電圧検出閾値に相当する電圧）が入力される。コンパレータ４５は、これらの電圧の比較結果を信号Ｓ１として出力する。例えば、フィルタ処理後の入力電圧Ｖｉｎを時間微分した電圧変化率が直流電源４６の電圧（すなわち、第２の過電圧検出閾値に相当する電圧）を超えたときに、信号Ｓ１は“ハイ”になり、その電圧変化率が直流電源４６の電圧以下のときに、信号Ｓ１は“ロー”になる。
【００３４】
図６は、図３の制御回路３８の出力を決めるテーブルの一例を示す図である。
図６に示すように、信号Ｓ１が“ロー”で、信号Ｓ２が“ロー”であるとき、すなわち、フィルタ処理後の入力電圧Ｖｉｎを時間微分した電圧変化率が適正変化率範囲に入っていて、かつ、その入力電圧Ｖｉｎが適正電圧範囲に入っているとき、制御回路３８は起動スイッチ２３−１、２３−２については“ハイ”のままとし、スイッチング素子（トランジスタＱ１）については、“何も新たな制御は行わない”。
【００３５】
また、信号Ｓ１が“ハイ”で、信号Ｓ２が“ロー”であるとき、すなわち、フィルタ処理後の入力電圧Ｖｉｎを時間微分した電圧変化率が適正変化率範囲を出ていて、かつ、その入力電圧Ｖｉｎが適正電圧範囲に入っているとき、近いうちにそのフィルタ処理した電圧Ｖｉｎも適正電圧範囲を出るものとみなし、早期に、スイッチング素子のデューティ比の調整を行なう。この際、制御回路３８は起動スイッチ２３−１、２３−２については“ハイ”のままとし、スイッチング素子（トランジスタＱ１）については、オンデューティを所定の値に絞り、フィルタ処理した電圧Ｖｉｎが適正電圧範囲を出ることがないようにする。
【００３６】
また、信号Ｓ１が“ロー”で、信号Ｓ２が“ハイ”であるとき、すなわち、フィルタ処理後の入力電圧Ｖｉｎを時間微分した電圧変化率が適正変化率範囲に入っていて、かつ、その入力電圧Ｖｉｎが適正電圧範囲を出ているとき、そのフィルタ処理した電圧Ｖｉｎを適正電圧範囲に戻しうるものとみなし、スイッチング素子のデューティ比の調整を行なう。この際、制御回路３８は起動スイッチ２３−１、２３−２については“ハイ”のままとし、スイッチング素子（トランジスタＱ１）については、オンデューティを所定の値に絞り、フィルタ処理した電圧Ｖｉｎが適正電圧範囲に戻るようにする。
【００３７】
また、信号Ｓ１が“ハイ”で、信号Ｓ２が“ハイ”であるとき、すなわち、フィルタ処理後の入力電圧Ｖｉｎを時間微分した電圧変化率が適正変化率範囲を出ていて、かつ、その入力電圧Ｖｉｎも適正電圧範囲を出ているとき、制御回路３８は起動スイッチ２３−１、２３−２を“ロー”としてＤＣ／ＤＣコンバータを停止させるとともに、スイッチング素子（トランジスタＱ１）も“ロー”とする。
【００３８】
続いて、本実施形態の変形例について説明する。
この変形例においては、過電圧保護回路３３の第１の過電圧検出閾値を高・低の２種類設ける。そして、電圧変化率の値に応じて、高・低の切替を行なう。すなわち、電圧変化率の値が第２の過電圧検出閾値よりも低い場合は、入力電圧が下がっている、もしくは、緩やかな上昇を示していると考えられ、電圧変化の影響を考慮する必要がないため、高い方の第１の過電圧検出閾値（従来と同等の値）に切り替える。そして、入力電圧Ｖｉｎがこの第１の過電圧検出閾値を越えた場合に、コンバータを停止する制御を行なう。
【００３９】
これに対して、電圧変化率の値が第２の過電圧検出閾値よりも高い場合には、入力電圧が急激に上昇していることを示していると考えられ、第１の過電圧検出閾値を低い方の値に切り替える。そして、入力電圧Ｖｉｎがこの第１の過電圧検出閾値を越えた場合に、コンバータを停止する制御を行なう。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータの概要構成図である。
【図２】本実施形態における、入力電圧および検出電圧（フィルタ処理後の入力電圧）の時間変化と、電圧変化率の時間変化とを示した図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータの構成を示す図である。
【図４】図３の過電圧保護回路の構成を示す図である。
【図５】図３の入力電圧急変保護回路の構成を示す図である。
【図６】図３の制御回路の出力を決めるテーブルの一例を示す図である。
【図７】従来のＤＣ／ＤＣコンバータの概要構成図である。
【図８】従来における、入力電圧および検出電圧（フィルタ処理後の入力電圧）の時間変化を示した図である。
【符号の説明】
【００４１】
１、５１  ＤＣ／ＤＣコンバータ
２、５２  フィルタ
３、５３  絶対値判定部
４  変化率判定部
１１、１３、５５、５６  電圧の時間変化を示す曲線
１２、１４、５７  電圧に対する閾値を示す直線
１５  電圧の変化率の時間変化を示す曲線
１６  電圧の変化率に対する閾値を示す直線
２１  主回路
２２  バッテリ
２３−１、２３−２  起動スイッチ
２４  入力電圧検出部
３１  出力電圧検出部
３３  過電圧保護回路
３４  入力電圧急変保護回路
３６  出力電圧フィードバック回路
３８  制御回路
４１、４６  直流電源
４２、４５  コンパレータ
４３  オペアンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2010136506.tif 000008
【図７】
2010136506.tif 000009
【図８】
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