(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＤＣ／ＤＣ変換器を用いた電力変換器であって、半導体スイッチデバイスと、前記半導体スイッチデバイスの動作比率を制御し、それによって前記電力変換器の出力を調整するスイッチ信号を与える制御器と、前記半導体スイッチデバイスと制御器との間に結合されて前記スイッチ信号を受信し、前記信号に従って前記半導体スイッチデバイスを駆動するドライバとを含む電力変換器において、
前記制御器は、電力変換器に入力される電源が存在すると動作を開始するものであり、
前記電力変換器は、入力される電源からの電力供給線とドライバとの間にスイッチ手段（Ｓ１）が設けられ、該スイッチ手段の開放をもって省電力待機モードを実現するものであり、
入力される電源からの電力供給線に設けられた入力電圧検出手段からの出力信号と、制御器の動作状態を示す有意信号を入力とし、前記スイッチ手段に対して投入信号を出力する不足電圧ロックアウト回路が設けられ、
前記不足電圧ロックアウト回路は、入力電圧検出手段からの出力信号が電源の確率を示す第１のしきい値を越えたことを条件として有意信号を発生する第１しきい値センサと、制御器からの有意信号の発生を感知するための第２のしきい値を内部に有する第２しきい値センサと、前記両信号の論理積をとるＡＮＤ回路とから構成され、両信号の論理積をもってスイッチ手段への投入信号を発生することを特徴とする電力変換器。
【請求項２】
前記半導体スイッチデバイスは電力ＭＯＳＦＥＴから成り、前記ドライバは電力ＭＯＳＦＥＴドライバから成る請求項１記載の電力変換器。
【請求項３】
ＤＣ／ＤＣ変換器を用いた電力変換器であって、半導体スイッチデバイスと、前記半導体スイッチデバイスの動作比率を制御し、それによって前記電力変換器の出力を調整するスイッチ信号を与える制御器と、前記制御器にインタフェース接続された周辺回路とを含む電力変換器において、
前記制御器は、電力変換器に入力される電源が存在すると動作を開始するものであり、
前記電力変換器は、入力される電源からの電力供給線と周辺回路との間にスイッチ手段（Ｓ１）が設けられ、該スイッチ手段の開放をもって省電力待機モードを実現するものであり、
入力される電源からの電力供給線に設けられた入力電圧検出手段からの出力信号と、制御器の動作状態を示す有意信号を入力とし、前記スイッチ手段に対して投入信号を出力する不足電圧ロックアウト回路が設けられ、
前記不足電圧ロックアウト回路は、入力電圧検出手段からの出力信号が電源の確率を示す第１のしきい値を越えたことを条件として有意信号を発生する第１しきい値センサと、制御器からの有意信号の発生を感知するための第２のしきい値を内部に有する第２しきい値センサと、前記両信号の論理積をとるＡＮＤ回路とから構成され、両信号の論理積をもってスイッチ手段への投入信号を発生することを特徴とする電力変換器。
【請求項４】
前記半導体スイッチデバイスは、電力ＭＯＳＦＥＴから成る請求項３記載の電力変換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、一般に、ＤＣ／ＤＣ変換に関し、特に、ＤＣ／ＤＣ変換を実施する電源の簡略化された効率的な始動を可能にするものであり、電源の制御回路に給電するのに用いられる電圧より相当に大きい入力ＤＣ電圧を有する不足電圧ロックアウト回路に関する。
本発明の不足電圧ロックアウト回路は、電源のための主電源制御回路とインタフェース接続するのに使用される回路内に組み入れるためのものである。そのような主電源制御回路又は制御器は、電源の入力ＤＣ回路に電気的に接続されている。本発明の不足電圧ロックアウト回路は、ヒステリシス不足電圧ロックアウト機構を用いた主電源制御回路と組み合わせて使用した場合に最もその装置の利点を発揮する。
【０００２】
【従来の技術】
オフラインスイッチング電源とは、商用配電に使用されるＡＣ主電源の電圧によって供給される電源のことをいう。世界中で最も一般的な公称ＡＣ主電源電圧は、１００ＶＡＣ〜２４０ＶＡＣである。オフラインスイッチング電源（単に「スイッチング電源」とも称する）を制御するための最も費用効果の高い方法は、電源の一次側に電気的に接続した制御集積回路（単に「制御器」とも称する）を用いることである。電源の一次側とは、一般に、電源に入力を供給する線路電圧に電気的に接続された側のことである。オフラインスイッチング電源は、通常、ＡＣ端子を線路電圧に接続され、ＤＣ端子を大容量エネルギー蓄積キャパシタに接続されたブリッジ整流器を含む構成とされている。この構成では、大容量キャパシタは、その端子間に相当大きなＤＣ成分を有する電圧を発現する。この電圧は、一般に、バス電圧と称されている。このバス電圧の大きさは、ほぼ線路電圧の大きさと同じである。線路電圧の大きさが５００ボルトより低い数百ボルトの範囲にあるときは、バス電圧もその範囲にある。ＤＣ／ＤＣ変換を実施するためにスイッチング電源のインバータ部分が使用するのはこのバス電圧である。
【０００３】
オフラインスイッチング電源に使用される一般的な従来の制御器Ｕ１が図１に例示されている。この制御器は、オフラインスイッチング電源の一次側に接続されている。バス電圧の負側の電位は、バスリターン（帰路側）と称され、入力線路電圧以外の他のすべての一次側電圧は、バスリターンと称される。バス電源電圧とバスリターンの間にキャパシタＣ１が接続され、バスリターンに制御器Ｕ１の接地即ち基準端子が接続されている。
この従来の回路応用例において電源キャパシタと称されているキャパシタＣ２が制御器Ｕ１の電源ノードとバスリターンとの間に接続されている。正のバス電位と電源ノードとの間に抵抗器Ｒ１が接続されている。ダイオードＤ１のアノードとバスリターンとの間に主変圧器Ｔ１の補助巻線が接続されている。ダイオードＤ１のカソードは電源ノードに接続されている。主変圧器Ｔ１の補助巻線は、電源の平常動作中制御器Ｕ１への電力を維持することができるように分極されている。
制御器Ｕ１の出力ノードは、電力ＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）Ｑ１のゲート端子に接続されている。電力ＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１の電源端子はバスリターンに接続されており、ドレン端子は変圧器Ｔ１の主一次巻線の一方の端子に接続されている。変圧器Ｔ１の主一次巻線の他方の端子は、正のバス電位に接続されている。
【０００４】
オフラインスイッチング電源に使用される一次側制御器は、最初は、即ちその制御器の電源ノードに十分な電圧が印加されるまでは、待機モードで作動することが望ましい。そのような制御器は、例えば、電源電圧がターンオンしきい値と称される特定のしきい値に達するまで待機モードに留まるようにすべきである。制御器の待機モードは、通常、電源ノードへの電流抽出量が少なくてすむ非動作モードとして特徴づけられる。ターンオンしきい値に達した後は、制御器の平常動作モードが開始される。制御器は、その平常動作モード中は、待機モードで動作しているときに必要とする電力より相当に多い電力を引き出す傾向を有し、たとえその後に電源電圧が所定のターンオフしきい値より低い電位にまで低下されたとしても、平常動作モードで動作し続ける。この特徴は、ヒステリシス不足電圧ロックアウト（ＨＵＶＬ）と称され、多くの一次側制御器に適用されている。
【０００５】
図１の従来技術の回路の抵抗器Ｒ１は、通常、制御器が待機モードで動作しているときに必要とする電力より大幅に大きい電力を供給することができないような抵抗値に選定される。従って、一旦平常動作モードが開始されると、制御器の電源ノードの電位は低下し始める。このことは、制御器の電源ノードへ引出される電流の方が、抵抗器Ｒ１を通して供給されている電流より大きいことを意味する。従って、電源キャパシタＣ２から電流が引出されることになり、その結果として電源電圧が低下する。電源キャパシタは、十分に大きい容量を有するものであれば、主変圧器Ｔ１の補助巻線が電圧を維持し制御器にその平常動作モードで動作するのに必要とする電流を供給し始めることができる時点まで、制御器が必要とする電流を十分に供給することができる。主変圧器の補助巻線によるこの電源電圧の補強は、制御器のターンオフしきい値に達するまで行われなければならない。制御器に給電するためのこの技法は、電源がターンオンすることができる前に制御器をターンオンしなければならないので、始動（立上り）技法と称することができる。
【０００６】
ある種の従来型制御器を用いるある種の応用例においては、ＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１を直接駆動するのに制御器Ｕ１を使用することが実際的でない場合がある。そのような状況下では、設計者は、ＭＯＳＦＥＴドライバ集積回路（ＩＣ）（単に「ドライバ」とも称される）を使用したい場合がある。ドライバを組み入れる一般的な構成においては、ドライバの入力を制御器の出力に接続し、ドライバの出力をＱ１のゲート端子に接続する。ドライバの接地即ち基準端子をバスリターンに接続する。ドライバの電源端子は、制御器の電源端子（即ち、電源ノード）に接続する。そのような従来技術の構成の一例が図２に示されている。
【０００７】
図２において、ＭＯＳＦＥＴドライバＩＣは、符号Ｕ２で示されている。しかしながら、この従来技術の構成も、やはり図１に関連して上述した始動技法に随伴する問題を提起する。ドライバＵ２が、制御器Ｕ１のようにＨＵＶＬ特徴を有していないとすれば、抵抗器Ｒ１は、上述したような値に選定されているとすると、制御器の電源ノードの電位を制御器の平常動作モードを開始させるのに足る高さに上昇させるのに十分な電流を供給することはできない。換言すれば、ドライバＵ２は、電源から過度の量の電流を引き出すことになる。
ドライバＵ２がＨＵＶＬ特徴を有しているとしても、ドライバのターンオンしきい値がたまたま制御器Ｕ１のそれより漸次低くなることがあると、やはり電源は制御器Ｕ１の平常動作モードを開始させるのに足る高い電位に達することはできない。又、ドライバＵ２がＨＵＶＬ特徴を有しているとしても、ドライバのターンオンしきい値がたまたま制御器Ｕ１のそれより漸次高くなることがあると、やはり電源は制御器Ｕ１の平常動作モードを開始させるのに足る高い電位に達することはできない。このことは、電源の平常動作モードを開始させるには、図１の従来技術の回路より更に複雑な何らかの回路が必要であることを意味する。
【０００８】
あるいは別法として、制御器Ｕ１の平常動作モード中、抵抗器Ｒ１が制御器Ｕ１及びドライバＵ２のＩＣのどちらか一方又は両方に電流を供給することができるように抵抗器Ｒ１の抵抗値を十分に低い値にしておかなければならない。しかしながら、この別法の構成では、正のバス電位と電源電位との間に大きな電圧降下が生じるので、抵抗器Ｒ１において許容し得ないほど高い電力消散が生じる。
【０００９】
ドライバＵ２を必要とせず、他の何らかの周辺回路（即ち、制御器Ｕ１によって少くとも一部を制御される回路）を必要とするような別の応用例もある。その場合、その周辺回路の構成は、その電源ノード及び接地／基準ノードを制御器Ｕ１の電源ノード及び接地／基準ノードと共通に接続することが好ましく、やはりそのような回路構成においても、上述したのと同様の問題が存在する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明が解決しようとする主要な課題は、ＤＣ／ＤＣ変換器の一次側で動作する制御器にインタフェース接続されたＭＯＳＦＥＴドライバ集積回路又は他の周辺回路の待機モードから平常動作モードへの移行を制御する不足電圧ロックアウト回路を提供することである。このＤＣ／ＤＣ変換器は、このドライバ又は周辺回路の動作電源電圧に比して高い入力電圧を有する。本発明の不足電圧ロックアウト回路によれば、ドライバ又は周辺回路の待機モードから平常動作モードへの移行は、電源電圧が平常動作を維持するのに十分な電圧であり、ドライバ又は周辺回路が、制御器が既に待機モードから平常動作モードへ移行したことを表す活動状態を入力に検出したときにのみ行われる。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、電源電圧を検出するための第１しきい値センサと、前記制御器の待機モードから平常動作モードへの移行を検出するための第２しきい値センサと、該第１及び第２しきい値センサの各々から出力論理信号を受け取るように結合された論理回路と、該出力論理信号を受け取り、出力論理信号に応答して前記ドライバ又は周辺回路への電源電圧の印加を制御するように結合されたスイッチ手段を含む不足電圧ロックアウト回路を提供することによって上記課題が解決される。
【００１２】
【実施例】
図３を参照すると、慣用のＤＣ／ＤＣ変換器のような電力変換器内の制御器にインタフェース接続することができるような従来技術のドライバ（ＭＯＳＦＥＴドライバ集積回路）又は他の周辺回路２００と組み合わせて用いることができる本発明による不足電圧ロックアウト回路１００が示されている。電圧源１０２の電圧が所定のしきい値レベルを越えているときは、しきい値センサ１０４の出力は、高論理レベルとなり、そうでないときは低論理レベルとなる。しきい値センサ１０４の出力は、ＡＮＤゲート１０６の一方の入力端と、ＳＲラッチ１０８の反転リセット入力端Ｒに印加される。
【００１３】
図３に示されるように、別のしきい値センサ１１０が、例えばドライバ又は他の周辺回路２００にインタフェース接続された制御器の出力をその入力１１２として検出するように接続されている。しきい値センサ１１０がその検出入力１１２に活動状態を検出すると、しきい値センサ１１０の出力が、ＳＲラッチ１０８のセット（設定）入力端Ｓに高論理レベルを創出する。しきい値センサ１１０は、特定の電圧レベル、電圧過渡現象の発生等のような状態を検出する働きをするいろいろな慣用の回路のうちの任意のもので構成することができる。
【００１４】
ＳＲラッチ１０８は、その反転リセット入力端Ｒが低いときは常に、その出力Ｑも低くなるように構成されている。ＳＲラッチ１０８の反転リセット入力端Ｒとセット入力端Ｓの両方が同時に高いときにのみ、その出力Ｑが低から高へ移行する。
【００１５】
ＡＮＤゲート１０６の出力が低いときは、スイッチＳ１が開放され、ドライバ又は他の周辺回路２００に電力が供給されないので、電圧源１０２から流れる電流が非常に低くなる。この状態では不足電圧ロックアウト回路１００だけに電力が供給される。
ＡＮＤゲート１０６の出力が高くなると、スイッチＳ１が閉成され、電圧源１０２の電圧がドライバ又は他の周辺回路２００に印加されるので、ドライバ又は他の周辺回路２００は、供給電流を引き出すことができ、平常動作モードで動作することができる。
【００１６】
【発明の効果】
叙上のように、本発明の不足電圧ロックアウト回路は、慣用のＤＣ／ＤＣ変換器と連携して作動し、従来技術において可能であった供給電流より低い供給電流によって、ＤＣ／ＤＣ変換器の一部を構成するＨＵＶＬ及びドライバ又は他の周辺回路を備える制御器の並列組み合わせ体の始動を行わせることができる。それによって、ＤＣ／ＤＣ変換器を始動させる。そして又、ＤＣ／ＤＣ変換器の動作を開始させるのに必要とされる供給電流を低減することにより、回路構成の複雑さの低減及び電力消散の低減をも達成することができる。
【００１７】
以上、本発明を実施例に関連して説明したが、本発明は、ここに例示した実施例の構造及び形態に限定されるものではなく、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、いろいろな実施形態が可能であり、いろいろな変更及び改変を加えることができることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、ＭＯＳＦＥＴスイッチングデバイスを駆動するために制御器を用いた従来のＤＣ／ＤＣ変換器の回路図である。
【図２】図２は、図１のＤＣ／ＤＣ変換器において制御器とＭＯＳＦＥＴスイッチングデバイスの間にドライバＩＣを介設した従来の回路構成の回路図である。
【図３】図３は、図１及び図２の従来技術のＤＣ／ＤＣ変換器のいずれかと組み合わせて用いることができる本発明による不足電圧ロックアウト回路の回路図である。
【符号の説明】
Ｕ１：制御器
Ｕ２：ＭＯＳＦＥＴドライバＩＣ（ドライバ）
Ｃ１：キャパシタ
Ｃ２：電源キャパシタ
Ｒ１：抵抗器
Ｔ１：主変圧器
Ｄ１：ダイオード
Ｑ１：電力ＭＯＳＦＥＴ
Ｓ１：スイッチ
１００：不足電圧ロックアウト回路
１０２：電圧源
１０４：しきい値センサ
１０６：ＡＮＤゲート
１０８：ＳＲラッチ
１１０：しきい値センサ
２００：ＭＯＳＦＥＴドライバ集積回路（ドライバ）又は周辺回路
【図１】
0003572408.tif 000002
【図２】
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【図３】
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