(57)【要約】【課題】マイクロコンピュータを用いることなく、電圧調整回路の出力電圧の異常時に電圧調整回路の入力電圧を自動的に遮断し得る直流電源装置を提供する。【解決手段】電源供給経路４を介して入力する電圧を降圧してマイクロコンピュータ３の電源電圧として出力する電圧調整回路２と、導通動作時に電源供給経路４を導通させ且つ遮断動作時に電源供給経路４を遮断するスイッチング素子Ｑ１と、該スイッチング素子Ｑ１の駆動回路６とを備え、該駆動回路６は、マイクロコンピュータ３とは別個に設けられるとともに、電圧調整回路２の出力電圧が所定の異常閾値を超えるとスイッチング素子Ｑ１を遮断動作させるよう構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源供給経路を介して入力する電圧を降圧して制御部へ所定の制御用基準電圧として出力する電圧調整回路と、導通動作時に前記電源供給経路を導通させ且つ遮断動作時に前記電源供給経路を遮断するスイッチング素子と、該スイッチング素子の駆動回路とを備える直流電源装置において、
前記駆動回路は、前記制御部とは別に設けられるとともに、前記電圧調整回路の出力電圧が所定の異常閾値を超えると前記スイッチング素子を遮断動作させるよう構成されていることを特徴とする直流電源装置。
【請求項２】
前記スイッチング素子をバイパスするバイパス経路と、前記電源供給経路への電圧供給の開始後、前記スイッチング素子が遮断動作中であっても一時的に電圧を前記電圧調整回路に入力させるよう前記バイパス経路に設けられた一時通電回路とをさらに備える、請求項１に記載の直流電源装置。
【請求項３】
前記駆動回路は、前記電圧調整回路の出力電圧を分圧する分圧回路と、該分圧回路の出力部に順方向に接続された整流素子とを備えるとともに、該整流素子に順方向電流が流れると前記スイッチング素子を遮断動作させるよう構成されており、
前記分圧回路は、前記電圧調整回路の出力電圧が前記異常閾値未満であるときは前記分圧回路の出力電圧が前記整流素子の順方向降下電圧よりも小さくなるよう分圧比が設定されており、前記電圧調整回路の出力電圧が前記異常閾値を超えると前記分圧回路の出力電圧が前記整流素子の順方向降下電圧以上となることにより前記整流素子に順方向電流が流れるよう構成されている、請求項１又は２に記載の直流電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、比較的高い電圧をレギュレータによって降圧して比較的低い電圧を生成出力する直流電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な給湯器の制御基板上には、入力電源電圧１５Ｖを５Ｖに降圧するためにレギュレータが搭載されている。レギュレータの５Ｖ出力電圧はマイクロコンピュータやその他の５Ｖ負荷の電源として用いられる。
【０００３】
レギュレータの入出力間がショートすることによって、マイクロコンピュータに最大定格値を超える過電圧が印加され、これによりマイクロコンピュータが破壊された場合にはガス電磁弁が強制遮断されるよう、ガス電磁弁駆動回路やガス電磁弁自体の構造が設計されているため、給湯器の燃焼動作を安全に停止させることが可能となっている。
【０００４】
一方、マイクロコンピュータに最大定格値を超える過電圧が電源電圧として供給されているが、マイクロコンピュータが破壊されずにその制御動作を継続する可能性もあり、その場合、過電圧を基準電圧として各種検知電圧の判定を行ったり、各種制御対象機器への出力電圧にも影響が生じて、異常な状態で燃焼動作が継続する可能性がある。例えば、比例弁駆動回路内の積分回路に供給される電圧が正常時よりも大きくなって、ガス比例弁の開度が正常時よりも増加して燃焼効率が悪くなるということが考えられる。
【０００５】
このような問題に対処するため、本願出願人は、複数の電源電圧を使用する制御装置において、マイクロコンピュータの電源電圧の異常時にマイクロコンピュータを確実に停止させるための電源構成を、下記の特許文献１に開示している。
【０００６】
この従来の電源構成は、負荷を制御するためのマイクロコンピュータと、第１の電源電圧を伝達するための第１の電源配線と、第１の電源配線の第１の電源電圧を降圧して第２の電源電圧を生成するレギュレータ（電圧調整回路）と、レギュレータによって生成された第２の電源電圧をマイクロコンピュータへ供給するための第２の電源配線と、第１の電源電圧に応じた電圧と第２の電源電圧に応じた電圧との比較に基づいて第２の電源電圧の異常を検知するための異常検知部とを備えている。そして、異常検知部が第２の電源電圧の異常を検知すると、マイクロコンピュータが電圧低下回路を作動させて、レギュレータに入力される第１の電源配線の電圧を低下させ、これによりマイクロコンピュータが動作不可となる電圧領域まで第２の電源電圧を低下させるよう構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１６−８８８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記従来の制御装置では、上記特許文献１の図１に示すように比較器４３０の出力電圧や、特許文献１の図２に示すように分圧回路４１０の出力電圧などをマイクロコンピュータ（３００）に入力させ、これら出力電圧の判定をマイクロコンピュータ（３００）に行わせることによって電圧低下回路を作動させるか否かを決定しているが、マイクロコンピュータの限られた入出力ポートを上記の動作のために使用する必要があり、多数の入出力ポートを利用する機器においては実装できない場合がある。
【０００９】
そこで、本発明は、マイクロコンピュータを用いることなく、レギュレータの出力電圧の異常時にレギュレータの入力電圧を自動的に遮断し得る直流電源装置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】
本発明は、上記目的を達成するために、次の技術的手段を講じた。
【００１１】
すなわち、本発明は、電源供給経路を介して入力する電圧を降圧して制御部（例えばマイクロコンピュータ）へ所定の制御用基準電圧として出力する電圧調整回路と、導通動作時に前記電源供給経路を導通させ且つ遮断動作時に前記電源供給経路を遮断するスイッチング素子と、該スイッチング素子の駆動回路とを備える直流電源装置において、前記駆動回路は、前記制御部とは別に設けられるとともに、前記電圧調整回路の出力電圧が所定の異常閾値を超えると前記スイッチング素子を遮断動作させるよう構成されていることを特徴とするものである（請求項１）。
【００１２】
本発明の直流電源装置によれば、電圧調整回路へ入力電圧を供給する電源供給経路を遮断するためのスイッチング素子が、電圧調整回路の出力電圧が異常閾値を超えると駆動回路によって自動的に遮断動作され、それにより電圧調整回路への入力電圧の供給が遮断されて、電圧調整回路から制御部への基準電圧の供給も停止するため、制御部の基準電圧入力部にプルアップ回路乃至プルダウン回路を設けるなどの基準電圧供給停止時の対策を行っておくことで、電圧調整回路からの基準電圧の供給が停止されたことを制御部が容易に判定して所定の異常時処理を行うことができる。また、上記駆動回路を制御部とは別に構成することで、制御部をマイクロコンピュータにより構成した場合に、上記基準電圧供給停止動作のためにマイクロコンピュータの入出力ポートを利用する必要がない。
【００１３】
より好ましくは、電圧調整回路から制御部に出力される電圧は制御部の電源電圧としても用いられるものとすることができ、これによれば、電圧調整回路へ入力電圧を供給する電源供給経路を遮断するためのスイッチング素子が、電圧調整回路の出力電圧が異常閾値を超えると駆動回路によって自動的に遮断動作され、それにより電圧調整回路への入力電圧の供給が遮断されて、電圧調整回路から制御部への電源電圧の供給も停止するため、電圧調整回路のショート故障時などに制御部を確実に停止させることができる。
【００１４】
上記本発明の直流電源装置において、前記スイッチング素子をバイパスするバイパス経路と、前記電源供給経路への電圧供給の開始後、前記スイッチング素子が遮断動作中であっても一時的に電圧を前記電圧調整回路に入力させるよう前記バイパス経路に設けられた一時通電回路とをさらに備えることができる（請求項２）。これによれば、コンセント接続時や主電源スイッチのオン時などの電源供給経路への電圧供給の開始時に、駆動回路への電源供給もなされないことによって前記スイッチング素子が導通動作しない場合があるが、そのような場合であってもバイパス経路に設けた一時通電回路（タイマー回路）によって一時的に電源供給経路に供給される電圧を電圧調整回路に入力させ、これにより駆動回路の動作を開始させることができ、その後一時通電回路を介する電圧供給を遮断することによって、スイッチング素子を介して電圧調整回路に入力電圧を供給できる。なお、一時通電回路を介する一時的な通電時間は、駆動回路が正常動作をするために必要かつ十分な時間でよく、駆動回路を構成する各回路素子の応答時間にもよるが、例えば数百ミリ秒〜数秒程度とすることができる。
【００１５】
また、前記駆動回路は、前記電圧調整回路の出力電圧を分圧する分圧回路と、該分圧回路の出力部に順方向に接続された整流素子（バイポーラトランジスタを含む。）とを備えるとともに、該整流素子に順方向電流が流れると前記スイッチング素子を遮断動作させるよう構成されており、前記分圧回路は、前記電圧調整回路の出力電圧が前記異常閾値未満であるときは前記分圧回路の出力電圧が前記整流素子の順方向降下電圧よりも小さくなるよう分圧比が設定されており、前記電圧調整回路の出力電圧が前記異常閾値を超えると前記分圧回路の出力電圧が前記整流素子の順方向降下電圧以上となることにより前記整流素子に順方向電流が流れるよう構成されていてよい（請求項３）。かかる回路構成によれば、電圧調整回路の入力側から駆動回路を介して出力側に流れてしまうことがなく、電圧調整回路の出力電圧の安定性を担保できる。
【００１６】
なお、上記整流素子としてはｎｐｎ型バイポーラトランジスタを好適に用いることができ、該トランジスタのベースを分圧回路の出力部に接続し、エミッタを接地させ、コレクタ電圧の変動によって上記スイッチング素子の動作状態が切り替わるよう駆動回路を回路構成できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の直流電源装置によれば、マイクロコンピュータなどの制御部の制御動作に依存することなく、電圧調整回路の出力電圧の異常時に電圧調整回路の入力電圧を自動的に遮断し得る直流電源装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る直流電源装置の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
図１は本発明の一実施形態に係る直流電源装置１を示しており、該直流電源装置１は、１５Ｖ電源ラインに供給される１５Ｖ直流電源電圧（第１の電源電圧）を５Ｖ直流電源電圧（第２の電源電圧）に降圧して５Ｖ負荷の電源電圧とし出力する電圧調整回路２を備えている。図示実施例においては、電圧調整回路２は、三端子レギュレータ２ａと、該レギュレータ２ａの入力端子ＩＮに接続された入力抵抗Ｒ１とを備え、該入力抵抗Ｒ１に１５Ｖ直流電源電圧が印加されるように構成されており、レギュレータ２ａの入力端子ＩＮの入力電圧としては８Ｖ前後となるように構成されている。
【００２１】
なお、上記特許文献１にも開示されているように、１５Ｖ電源ラインに供給される１５Ｖ直流電源電圧は、図示しない絶縁型コンバータによって商用交流電源電圧から変換出力されるものであってよい。また、５Ｖ負荷としては、マイクロコンピュータ３（制御部）の他、比例弁その他の各種電気負荷を並列に接続することができる。
【００２２】
マイクロコンピュータ３は、上記特許文献１にも開示されているように、各種負荷の動作を制御するものであるとともに、電圧調整回路２からの入力電圧を基準電圧としても用いて、各種検知電圧の判定制御や各種負荷の動作制御を行うよう構成されている。
【００２３】
１５Ｖ電源ラインから電圧調整回路２に電圧を供給するための電源供給経路４（第１の電源供給経路）には、電源遮断用のスイッチング素子Ｑ１が設けられており、該スイッチング素子Ｑ１の導通動作時には電源供給経路４を介して１５Ｖ直流電源電圧が電圧調整回路２に供給される一方、スイッチング素子Ｑ１の遮断動作時には電源供給経路４が遮断されて１５Ｖ直流電源電圧が電圧調整回路２に供給されないようになっている。なお、図示実施例では、スイッチング素子Ｑ１としてｐｎｐ型バイポーラトランジスタを用いているが、ｎｐｎ型バイポーラトランジスタを用いてもよいし、ＦＥＴその他の適宜のスイッチング素子Ｑ１を用いることができる。
【００２４】
なお、スイッチング素子Ｑ１と１５Ｖ電源ラインとの間で電源供給経路４には平滑コンデンサＣ１が設けられているとともに、電圧調整回路２が生成出力する５Ｖ直流電源電圧を５Ｖ負荷に供給するための制御用電源供給経路５（第２の電源供給経路）にも平滑コンデンサＣ２が設けられている。
【００２５】
また、直流電源装置１は、上記スイッチング素子Ｑ１を導通動作させるための駆動信号及びスイッチング素子Ｑ１を遮断動作させるための駆動信号のいずれかを生成してスイッチング素子Ｑ１の制御端子（図示例ではベース）に供給する駆動回路６を備えている。該駆動回路６は、マイクロコンピュータ３とは別に回路構成されているとともに、電圧調整回路２の出力電圧が所定の異常閾値（例えば７Ｖ）を超えると上記スイッチング素子Ｑ１を遮断動作させるよう構成されている。
【００２６】
具体的には、駆動回路６は、電圧調整回路２の出力電圧を分圧する分圧回路７と、分圧回路７の出力部にベースが接続されたｎｐｎ型バイポーラトランジスタＱ２とを備え、該トランジスタＱ２のエミッタはグラウンドＧＮＤに接続されており、これによりベースからエミッタに至るｐｎ接合部（整流素子）が分圧回路７の出力部に順方向に接続されている。分圧回路７は、制御用電源供給経路５とグラウンドＧＮＤとの間に直列に接続された２つの抵抗器Ｒ２，Ｒ３からなり、これら抵抗器Ｒ２，Ｒ３の抵抗値によって定められる分圧比は、電圧調整回路２の出力電圧が上記異常閾値未満であるときは分圧回路の出力電圧がトランジスタＱ２のベース−エミッタ間順方向降下電圧よりも小さくなるように設定されている。したがって、電圧調整回路２の出力電圧が上記異常閾値未満であるときは、トランジスタＱ２のベース−エミッタ間に電流が流れず、該トランジスタＱ２はオフ動作状態となる。一方、電圧調整回路２の出力電圧が上記異常閾値を超えると、トランジスタＱ２がオン動作して、そのベース電圧はベース−エミッタ間順方向降下電圧（約０．７Ｖ）となる。
【００２７】
また、トランジスタＱ２のコレクタは、電流制限抵抗Ｒ４を介して１５Ｖ電源ラインに接続されてｎｐｎ型バイポーラトランジスタＱ３のベースに接続されている。該トランジスタＱ３は、上記スイッチング素子Ｑ１の制御端子（ベース）をグラウンドＧＮＤに導通させるか遮断するかを切り替えるものであり、スイッチング素子Ｑ２がオフ動作しているときはトランジスタＱ３のベース電圧は約０．７Ｖとなって該トランジスタＱ３がオン動作してスイッチング素子Ｑ１の制御端子がグラウンドＧＮＤに導通され、これによりスイッチング素子Ｑ１が導通動作する。一方、スイッチング素子Ｑ２がオン動作すると、トランジスタＱ３のベースがグラウンドＧＮＤに導通されてトランジスタＱ３がオフ動作し、これによりスイッチング素子Ｑ１が遮断動作する。なお、トランジスタＱ３のベース−エミッタ間には電圧安定用抵抗器Ｒ５が接続されている。
【００２８】
したがって、本実施形態の駆動回路６によれば、電圧調整回路２の出力電圧が正常であるとき、すなわち出力電圧が５Ｖであるときは、トランジスタＱ２がオフ動作、トランジスタＱ３がオン動作して、スイッチング素子Ｑ１が導通動作状態となる。一方、電圧調整回路２のショート故障によって電圧調整回路２の出力電圧が上記異常閾値（例えば７Ｖ）を超えると、トランジスタＱ２がオン動作、トランジスタＱ３がオフ動作して、スイッチング素子Ｑ１が遮断動作状態となり、電圧調整回路２への電圧供給が遮断されることによって、電圧調整回路２の出力も停止し、マイクロコンピュータ３やその他の５Ｖ負荷への電源供給が停止する。
【００２９】
なお、駆動回路の回路構成によっては、１５Ｖ電源ライン及び電源供給経路４への１５Ｖ直流電源電圧の供給開始時にスイッチング素子Ｑ１が遮断動作状態であるためにその下流側へ電流が流れず、これによりスイッチング素子Ｑ１が導通動作しない場合も考えられる。かかる場合には、図１に示すように、スイッチング素子Ｑ１をバイパスするバイパス経路８をスイッチング素子Ｑ１と並列に設けるとともに、このバイパス経路８に適宜の回路構成の一時通電回路９を設けて、電源供給経路４への電圧供給の開始後、スイッチング素子Ｑ１が遮断動作中であっても一時的（例えば数百ミリ秒乃至数秒程度）に電圧を電圧調整回路２に入力させるよう回路構成することができる。
【００３０】
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、適宜設計変更できる。例えば、マイクロコンピュータ３の電源電圧を生成出力する直流電源回路を上記直流電源装置１とは別に設けて、上記直流電源装置１は基準電圧としてのみ用いられる電圧をマイクロコンピュータ３に供給するよう構成することもできる。また、制御部３は、マイクロコンピュータにより主構成されるものではなく、各種ロジック回路等によって構成されるものであってもよい。
【符号の説明】
【００３１】
１    直流電源装置
２    電圧調整回路
３    制御部（マイクロコンピュータ）
４    電源供給経路
６    駆動回路
７    分圧回路
Ｑ１  スイッチング素子
Ｑ２  整流素子
【図１】
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