(57)【要約】【課題】第１温度から回路動作を停止させる第２温度に至るまでの高温環境下において機器に対して熱的な破壊に至らない動作を行わせることにより、高温領域での回路動作を最大限に確保することが可能な過熱保護装置を提供すること【解決手段】パワー部３では入力部３１からの電力がスイッチング部３３によりスイッチング制御されて負荷部３７に供給される。制御部１ではスイッチング部３３のスイッチング動作を制御する。温度検知部２１において検知される環境温度ＴＥＭＰがパワー部３の動作を制限すべき動作制限温度である場合に、制限指示部１１から制限指示信号ＶＬＭＴが出力され、最大電流設定部１５において最大許容電流が制限されるように最大電流設定信号ＶＭＳＥＴが出力されて電流制限がされる。環境温度ＴＥＭＰが更に上昇すると停止指示部１３により停止指示信号ＶＳＨＤＮが出力され動作が停止される。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機器の環境温度が、
第１温度に達したことを検出する第１検出部と、
前記第１温度を越えて第２温度に達したことを検出する第２検出部と、
前記第１検出部からの第１検出結果に応じて前記機器の動作制限を行い、前記第２検出部からの第２検出結果に応じて前記機器の動作を停止する動作制御部とを備えることを特徴とする過熱保護装置。
【請求項２】
前記動作制御部は、前記第１検出結果に応じて前記機器における最大許容動作電流を切り替えることを特徴とする請求項１に記載の過熱保護装置。
【請求項３】
前記機器の動作制限とは、前記機器における最大許容動作電流の制限であることを特徴とする請求項１または２に記載の過熱保護装置。
【請求項４】
前記動作制御部は、前記機器における動作電流を検出するに当り、前記第１検出結果に応じて検出帰還量を切り替える帰還量設定部を備えることを特徴とする請求項１に記載の過熱保護装置。
【請求項５】
前記帰還量設定部から出力される動作電流の検出値と、所定値とを比較する電流比較部を備えることを特徴とする請求項４に記載の過熱保護装置。
【請求項６】
前記動作制御部は、前記機器における動作電流と所定値とを比較するに当り、前記第１検出結果に応じて前記所定値を切り替えることを特徴とする請求項１に記載の過熱保護装置。
【請求項７】
前記動作制御部は、前記機器における動作電流を検出するに当り、平均化された前記動作電流を検出値として出力する平均化部を備えることを特徴とする請求項４乃至６の少なくとも何れか１項に記載の過熱保護装置。
【請求項８】
前記機器はスイッチング制御されており、動作制限とはスイッチングデューティの制限であることを特徴とする請求項１乃至７の少なくとも何れか１項に記載の過熱保護装置。
【請求項９】
前記第１検出部および前記第２検出部は、前記機器における異なる部位の環境温度を検出することを特徴とする請求項１乃至８の少なくとも何れか１項に記載の過熱保護装置。
【請求項１０】
前記第２温度より低温であって少なくとも１の互いに異なる検出温度ごとに、前記検出温度に達したことを検出する第３検出部を更に備え、
前記動作制御部は、前記第１検出部および前記第３検出部からの検出結果に応じて前記機器の動作を制限することを特徴とする請求項１乃至９の少なくとも何れか１項に記載の過熱保護装置。
【請求項１１】
前記環境温度の上昇に応じて、前記第１温度および前記少なくとも１の検出温度ごとに、前記機器の動作制限が強められることを特徴とする請求項１０に記載の過熱保護装置。
【請求項１２】
前記第２温度より低温である少なくとも１の検出温度ごとに、前記検出温度に達したことを検出する第３検出部を更に備え、
前記第１検出部および前記第３検出部は、検出部ごとに前記機器の異なる部位の環境温度を検出し、部位に応じて動作制限が設定されることを特徴とする請求項１乃至９の少なくとも何れか１項に記載の過熱保護装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高温下における機器の保護に関するものであり、特に、高温下においても機器が熱的な破壊に至らずに動作を継続することに資する過熱保護装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１に開示されている従来の過熱保護装置は、スイッチング電源の保護について示されている。図９に示すように、サーミスタ１００ｔの一端子が接地され他端子が抵抗Ｒ１００の一端子に接続されており、抵抗Ｒ１００の他端子は抵抗Ｒ２００を介して電源電圧Ｖｃｃに接続されている。サーミスタ１００ｔと、抵抗Ｒ１００、Ｒ２００とにより電源電圧Ｖｃｃを分圧する回路が構成されている。サーミスタ１００ｔと抵抗Ｒ１００、Ｒ２００とにより構成される電源電圧Ｖｃｃの分圧回路のうち、ノードＮ１００はサイリスタＴＨ１００のゲートに接続され、ノードＮ２００はサイリスタＴＨ２００のゲートに接続されている。
【０００３】
サーミスタ１００ｔは、トランジスタＱ１００やダイオードＤ１００等の電子デバイスと熱的に結合されており、電子デバイスの温度上昇に伴い抵抗値が上昇する。電子デバイスの温度が第１の設定温度Ｔ１００に達すると、サーミスタ１００ｔの抵抗値の上昇に伴いノードＮ１００の電圧が上昇しサイリスタＴＨ１００がターンオンする。これにより、サイリスタＴＨ１００のアノードの電位が低下し演算処理回路２００が信号を出力して、表示装置３００に警告表示を行わせる。警告表示により使用者が温度の上昇を確認する。
【０００４】
更に温度が上昇し、第２の設定温度Ｔ２００に達すると、サーミスタ１００ｔの抵抗値が更に上昇し、これに伴いノードＮ２００の電圧が更に上昇してサイリスタＴＨ２００がターンオンする。これにより、サイリスタＴＨ２００のアノードの電位が低下しスイッチング電源制御回路４００はトランジスタ制御信号４００ａを低レベル状態に維持する。これによりスイッチング電源の動作は停止する。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２８１７４０号公報（第００１９段落乃至第００２７段落、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術の過熱保護装置では、電子デバイスの温度が上昇して第１の設定温度Ｔ１００に達しても警告表示がなされるだけであり、温度上昇の原因を取り除く処置は、警告表示を確認した使用者の意思に任されている。更に、このときの処置としてはスイッチング電源をオフにして動作を停止させることである。電子デバイスの動作可能な温度範囲としては、第２の設定温度Ｔ２００まで許容されているにも関わらず、第２の設定温度Ｔ２００より低温である第１の設定温度Ｔ１００において動作を停止することとなり、高温時の回路動作の継続を図ることができず問題である。
【０００７】
また、第１の設定温度Ｔ１００において動作停止の処置を行わない場合には、更に高温である第２の設定温度Ｔ２００においてスイッチング電源の動作が停止される。すなわち、第１の設定温度Ｔ１００から第２の設定温度Ｔ２００に至る温度環境下においては、通常のスイッチング電源の動作を確保しなければならず、また少なくとも電子デバイス等の部品破壊は発生してはならない。従って、最も温度環境の厳しい第２の設定温度Ｔ２００において、内部損失が最大の動作条件での動作を確保するため、第２の設定温度Ｔ２００は低く設定せざるを得ず、回路動作の可能な温度範囲を高温域まで十分に確保することができず問題である。
【０００８】
本発明は前記従来技術の課題の少なくとも１つを解消するためになされたものであり、第１温度から回路動作を停止させる第２温度に至るまでの高温環境下において、機器に対して熱的な破壊に至らない動作を行わせることにより、高温領域での回路動作を最大限に確保することが可能な過熱保護装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１に係る過熱保護装置は、機器の環境温度が、第１温度に達したことを検出する第１検出部と、第１温度を越えて第２温度に達したことを検出する第２検出部と、第１検出部からの第１検出結果に応じて機器の動作を制限し、第２検出部からの第２検出結果に応じて前記機器の動作を停止する動作制御部とを備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項１の過熱保護装置では、動作制御部が機器の動作状態を制御しており、環境温度が第１温度に達したことを第１検出部が検出して機器の動作を制限すると共に、環境温度が更に上昇して第２温度に達したことを第２検出部が検出して機器の動作を停止する。
【００１１】
これにより、第１温度以上の環境温度において機器の動作を制限することにより、機器動作に伴う発熱を制限して環境温度の上昇を抑制することができる。第１温度以上の高温域において発熱を抑制しながら動作を継続させることができる。
【００１２】
また、環境温度が第２温度に達することに応じて機器の動作を停止することに先立ち、機器の動作が制限され発熱が抑制されながら動作の継続が図られるため、過熱保護上、第２温度を高く設定することができる。機器の動作可能な温度領域を高温域まで十分に確保することができる。
【００１３】
ここで、環境温度とは、機器動作を行う構成部品自体の温度のほか、放熱板、冷却水、冷却ファン等の補助部材の温度や、周辺雰囲気の温度を含むものである。
【００１４】
また、請求項２に係る過熱保護装置は、請求項１に記載の過熱保護装置において、動作制御部は、第１検出結果に応じて機器における最大許容動作電流を切り替えることを特徴とする。更に、請求項３に係る過熱保護装置は、請求項１または２に記載の過熱保護装置において、機器の動作制限とは、機器における最大許容動作電流の制限であることを特徴とする。これにより、機器における最大の動作電流が制限され、通電動作に伴う発熱量が制限される。
【００１５】
また、請求項４に係る過熱保護装置は、請求項１に記載の過熱保護装置において、動作制御部は、機器における動作電流を検出するに当り、第１検出結果に応じて検出帰還量を切り替える帰還量設定部を備えることを特徴とする。また、請求項５に係る過熱保護装置は、請求項４に記載の過熱保護装置において、帰還量設定部から出力される動作電流の検出値と、所定値とを比較する電流比較部を備えることを特徴とする。
【００１６】
請求項４の過熱保護装置では、帰還量設定部により設定される帰還量に応じて機器における動作電流が検出されるところ、第１検出結果に応じて検出帰還量が切り替えられる。請求項５の過熱保護装置では、電流比較部により、動作電流の検出値と所定値とが比較されることに応じて機器における動作電流が所定電流値に達したことが検出される。
【００１７】
これにより、環境温度が第１温度以上であることに応じて、機器に通電される動作電流を動作制御部において検出する検出値に変換する際の検出帰還量が切り替えられるので、同じ検出値であっても異なる動作電流を示すこととなり、検出値と所定値との比較により検出される所定電流値を変化させることができる。
【００１８】
また、請求項６に係る過熱保護装置は、請求項１に記載の過熱保護装置において、動作制御部は、機器における動作電流と所定値とを比較するに当り、第１検出結果に応じて所定値を切り替えることを特徴とする。これにより、環境温度が第１温度以上であることに応じて、検出値と所定値との比較により検出される所定電流値を変化させることができる。
【００１９】
また、請求項７に係る過熱保護装置は、請求項４乃至６の少なくとも何れか１項に記載の過熱保護装置において、動作制御部は、機器における動作電流を検出するに当り、平均化された動作電流を検出値として出力する平均化部を備えることを特徴とする。請求項７に係る過熱保護装置では、平均化部により、機器における動作電流が平均化された上で検出される。これにより、機器の動作電流が直流電流ではない場合にも機器の発熱量と相関のある検出値を得ることができる。
【００２０】
また、請求項８に係る過熱保護装置は、請求項１乃至７の少なくとも何れか１項に記載の過熱保護装置において、機器はスイッチング制御されており、動作制限とはスイッチングデューティの制限であることが好ましい。
【００２１】
また、請求項９に係る過熱保護装置は、請求項１乃至８の少なくとも何れか１項に記載の過熱保護装置において、第１検出部および第２検出部は、機器における異なる部位の環境温度を検出することを特徴とする。これにより、機器に応じて、動作制限を行う際の環境温度の検出部位と動作停止を行なう際の環境温度の検出部位とを自由に設定することができる。
【００２２】
また、請求項１０に係る過熱保護装置は、請求項１乃至９の少なくとも何れか１項に記載の過熱保護装置において、第２温度より低温であって少なくとも１の互い異なる検出温度ごとに、検出温度に達したことを検出する第３検出部を更に備え、動作制御部は、第１検出部および第３検出部からの検出結果に応じて機器の動作を制限することを特徴とする。
【００２３】
請求項１０に係る過熱保護装置では、第３検出部により、互いに異なる温度である少なくとも１の検出温度が検出され、第１検出部により検出される第１温度と共に、環境温度ごとに機器の動作制限が行われる。
【００２４】
また、請求項１１に係る過熱保護装置は、請求項１０に係る過熱保護装置において、環境温度の上昇に応じて、第１温度および少なくとも１の検出温度ごとに、機器の動作制限が強められることを特徴とする。
【００２５】
これにより、第１温度および少なくとも１の検出温度ごとに機器の動作制限を変えることができる。更に、環境温度の上昇に応じて動作制限を強めることにより、高温となるに従い機器の発熱を抑制することができる。
【００２６】
また、請求項１２に係る過熱保護装置は、請求項１乃至９の少なくとも何れか１項に記載の過熱保護装置において、第２温度より低温である少なくとも１の検出温度ごとに、検出温度に達したことを検出する第３検出部を更に備え、第１検出部および前記第３検出部は、検出部ごとに機器の異なる部位の環境温度を検出し、部位に応じて動作制限が設定されることを特徴とする。
【００２７】
請求項１２に係る過熱保護装置では、機器の異なる部位ごとに、第３検出部により少なくとも１の検出温度が検出されると共に、第１検出部により第１温度が検出され、部位に応じて機器の動作制限が行われる。
【００２８】
これにより、第１温度および少なくとも１の検出温度が検出される機器の部位ごとに、機器の動作を制限することができる。ここで、第１温度および少なくとも１の検出温度は、互いに異なる温度であっても同じ温度であってもよい。機器の部位に応じて設定することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の過熱保護装置について具体化した実施形態を図１乃至図８に基づき図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００３０】
図１は、本発明の過熱保護装置における基本動作を示す概念図である。通電を伴う機器においては、環境温度に対して動作電流に伴う最大許容損失が決まっている。機器の構成部材が正常に動作しまたは熱的に破壊しないために、機器においてまたは部材ごとに許容される環境温度が決まっているところ、動作電流に伴う損失に応じて発熱が発生するからである。
【００３１】
図１では、環境温度Ｔ１（＝Ｔ１００）において許容される最大動作電流はＩＭＡＸ１であるのに対して、環境温度Ｔ１（＝Ｔ１００）より高温な環境温度Ｔ２（Ｔ２００）においては、最大動作電流はＩＭＡＸ２（＜ＩＭＡＸ１）に減少する。
【００３２】
環境温度Ｔ２（＝Ｔ２００）で機器の動作を停止させるべき場合、環境温度Ｔ２（＝Ｔ２００）に至る温度領域において動作制限機能を有していない従来技術では、環境温度Ｔ２（＝Ｔ２００）より低い温度領域においても動作電流ＩＭＡＸ２で動作させなければならない。これに対して本発明では、動作制限Ｘにより環境温度がＴ１からＴ２に至る高温領域において、機器の最大動作電流がＩＭＡＸ１からＩＭＡＸ２に制限されるので、動作電流の制限に応じて損失も制限される。
【００３３】
従って、環境温度がＴ１からＴ２に至る高温領域においては、従来技術と同様な最大許容電流ＩＭＡＸ２により機器動作を継続させることができると共に、環境温度がＴ１に至るまでの温度領域では、従来技術に比して十分に大きな最大許容電流ＩＭＡＸ１により機器動作を行わせることができる。
【００３４】
また、従来技術において環境温度がＴ１（＝Ｔ１００）に至るまでの温度領域での最大許容電流をＩＭＡＸ３とし本発明における最大許容電流であるＩＭＡＸ１に近づけることも考えられるが、この場合には機器動作可能な環境温度Ｔ３００が本発明において動作可能な環境温度であるＴ２に比して低温に制限されてしまう。
【００３５】
図２に第１実施形態の回路ブロック図を示す。機器動作を行うパワー部３と、所定温度領域における動作制限を含むパワー部３の制御を行う制御部１とを備えている。
【００３６】
パワー部３は、機器動作のための電力制御を行う回路部分であり負荷に対して必要な電力を供給する。入力部３１から供給される電源等の電力がスイッチング部３３によりスイッチング制御されて負荷部３７に供給される。負荷部３７に供給される電力は、スイッチング部３３から負荷部３７に至る電流経路上に備えられる電流検出部３５において検出される。ここで、スイッチング部３３におけるスイッチング制御は、後述する制御部１に備えられる駆動制御部１７から出力される制御信号ＣＮＴに応じて行なわれる。この場合、制御信号ＣＮＴは必要に応じて負荷部３７からのフィードバック信号ＦＢに基づき制御される。また、電流検出部３５において検出される検出電流ＩＤは制御部１に送られる。
【００３７】
パワー部３では電力制御に伴う損失が熱となって発生する。この発熱に応じて上昇する環境温度ＴＥＭＰを検知するのが温度検知部２１、または温度検知部２１、２２である。電力制御がスイッチング制御により行なわれる場合には、スイッチング部３３を構成するスイッチ素子等のスイッチング損失や導通損失が大きなものとなり、スイッチング部３３での発熱が大きい場合が考えられる。この場合にはスイッチング部３３の近傍に温度検知部２１を配置することが好ましい。温度検知部２１において検知されるスイッチング部３３の近傍の環境温度ＴＥＭＰは、検知信号ＶＴＤ１として制御部１に送られる。
【００３８】
ここで、温度検知部２１により検知される環境温度ＴＥＭＰは、スイッチング部３３を構成するスイッチ素子やその他の構成部品の表面温度や、これらの部品が取り付けられている放熱板等の温度である。電力制御に伴い熱損失により発熱する構成部品の温度を直接に検知することができる。
【００３９】
パワー部３の構成や使用環境においては、温度検知部２１に加えて温度検知部２２を備える場合も考えられる。温度検知部２２は、例えば、パワー部３が実装されている基台の温度やパワー部３近傍の雰囲気温度、あるいはパワー部３の冷却ファンや冷却水等の温度といった、スイッチング部３３から離れた周辺環境の環境温度を検知することができる。これらの環境温度ＴＥＭＰは、検知信号ＶＴＤ２として制御部１に送られる。
【００４０】
制御部１は、パワー部３の動作を制御する回路部である。スイッチング部３３に対してスイッチング制御を指令する制御信号ＣＮＴは、駆動制御部１７から出力される。制御信号ＣＮＴは、図示しないコントローラからの電力制御指令に基づき生成され、あるいは負荷部３７からのフィードバック信号ＦＢに応じて生成される。また、駆動制御部１７には、最大電流設定部１５からの最大電流設定信号ＶＭＳＥＴが入力される。駆動制御部１７では、負荷部３７に供給される最大許容電流を制御する。
【００４１】
最大電流設定部１５には、電流検出部３５からの検出電流ＩＤに加えて、制限指示部１１からの制限指示信号ＶＬＭＴが入力される。制限指示部１１には環境温度ＴＥＭＰの検知信号ＶＴＤ１が入力される。温度検知部２１においてパワー部３の動作を制限すべき動作制限温度が検知された場合に制限指示信号ＶＬＭＴが出力される。最大電流設定部１５では、通常動作が可能な環境温度における最大許容電流設定値と動作制限温度において設定される最大許容電流設定値とが切り替えられて最大電流設定信号ＶＭＳＥＴが出力される。
【００４２】
停止指示部１３には環境温度ＴＥＭＰの検知信号ＶＴＤ１（（Ｉ）の場合）、あるいはＶＴＤ２（（ＩＩ）の場合）が入力される。温度検知部２１、あるいは温度検知部２２において検知される環境温度ＴＥＭＰがパワー部３の動作を停止すべき動作停止温度であると検知された場合に、停止指示信号ＶＳＨＤＮが駆動制御部１７に向けて出力される。停止指示信号ＶＳＨＤＮに応じて、駆動制御部１７はスイッチング部３３のスイッチング制御を停止する制御信号ＣＮＴを出力する。（Ｉ）の場合は、動作制限温度を検知するのと同じ温度検知部２１により動作停止温度も検知される。動作制限と動作停止とをパワー部３におけるスイッチング部３３の近傍の環境温度で決定する場合である。（ＩＩ）の場合は、動作制限温度を検知する温度検知部２１とは異なる温度検知部２２により動作停止温度が検知される。動作制限をスイッチング部３３の近傍の環境温度ＴＥＭＰで決定すると共に、動作停止をスイッチング部３３から離れた周辺環境の環境温度で決定する場合である。
【００４３】
図３には、パワー部３の具体例として、スイッチングコンバータの代表的な形態であるフォワードコンバータを示す。入力部３１、スイッチング部３３、電流検出部３５、および負荷部３７として、一次側電源部３１Ａ、スイッチングトランジスタ３３Ａ、カレントトランス部３５Ａ、および電圧変換部３７Ａが対応している。スイッチングトランジスタ３３Ａのゲート端子には制御信号ＣＮＴが入力され、ＰＷＭ制御等のスイッチング制御によりスイッチングトランジスタ３３Ａの断続動作を繰り返すことにより電圧変換部３７Ａに電力を供給する。カレントトランス部３５Ａはスイッチング制御されるスイッチングトランジスタ３３Ａにより断続される電流経路に流れる電流を検出して検出電流ＩＤを出力する。電圧変換部３７Ａは、トランス、整流素子、チョークコイル、および平滑用コンデンサを含んで構成されており、出力電圧Ｖｏｕｔが所定電圧に維持される。更に、出力電圧Ｖｏｕｔには負荷群ＬＤ１、ＬＤ２、・・・が接続されている。負荷群とは、出力電圧Ｖｏｕｔが印加されて動作する機器や回路である。
【００４４】
図３においては、フォワードコンバータの例として、１つのスイッチングトランジスタ３３Ａによりスイッチング制御され、一次側と二次側とが絶縁されている回路構成を例示したが、パワー部３としてこれ以外の回路構成であってよいことは言うまでもない。例えば、プッシュプルによるスイッチング制御構成や非絶縁タイプのコンバータでもよい。また、コンバータとしては、フォワードコンバータ以外のスイッチングコンバータでもよい。更に、スイッチング制御により電力制御を行う回路構成であれば、スイッチングコンバータであることは必要ではない。例えばモータ制御回路であってもよい。この場合には、負荷部３７からのフィードバック信号ＦＢは必ずしも必要ではない。
【００４５】
尚、上記に例示したパワー部３の具体的な適用例としては、例えば、ハイブリッド自動車、電気自動車、更には燃料電池車といった走行用の駆動モータを備える車両における電装システムが考えられる。こうした電装システムは複数の電源電圧系統で構成されており、電源電圧ごとにバッテリーを備えることが一般的である。バッテリー間には互いの電力を補完しあうためにスイッチングコンバータが装備されることがある。このスイッチングコンバータと個々の電源電圧系統により給電される負荷群との動作状態を環境温度ＴＥＭＰに応じて制御することにより、車両運行における過酷な温度環境においても高温域に至るまで電力制御動作の継続を図り、良好な車両運行を確保することが可能な電装システムを提供することができる。
【００４６】
図４には、温度検知部２１、また動作制限温度と動作停止温度とを別個独立に検知する場合には温度検知部２２を更に備えるが、これらの具体的回路例として温度検知部２１Ａ、２２Ａを示すと共に、制限指示部１１、停止指示部１３、最大電流設定部１５、および駆動制御部１７の具体的回路例として、制限指示部１１Ａ、停止指示部１３Ａ、最大電流設定部１５Ａ、および駆動制御部１７Ａを備えて制御部１が構成される場合を示す。
【００４７】
温度検知部２１Ａ、２２Ａは、一端子が電源電圧等のハイレベル電圧ＶＨに接続されるサーミスタ素子ＲＴＨ１、ＲＴＨ２と、一端子が接地電圧に接続される抵抗素子Ｒ２１、Ｒ２２とが接続されて検知信号ＶＴＤ１、ＶＴＤ２が出力される。検知信号ＶＴＤ１、ＶＴＤ２は、サーミスタ素子ＲＴＨ１、ＲＴＨ２の抵抗値の温度特性により環境温度ＴＥＭＰに応じて分圧比が変化することにより得られる。図４には、サーミスタ素子として、三菱マテリアル社製のＴＨ１１−４Ｂ４７３Ｆの抵抗−温度特性を例示している。例えば、常温（２５℃）から高温（８５℃）となることにより抵抗値が１０分の１程度に減少する、負の抵抗−温度特性を有している。これにより、温度上昇に従い検知信号ＶＴＤ１、ＶＴＤ２として出力される電圧値は上昇することとなる。
【００４８】
検知信号ＶＴＤ１は、制限指示部１１Ａに備えられる比較器ＣＰ１１の反転入力端子に入力される。ここで、反転入力端子にはノイズ吸収のためのコンデンサ素子Ｃ１１が接地電圧との間に接続されている。非反転入力端子には、ハイレベル電圧ＶＨと接地電圧との間に接続される抵抗素子Ｒ１１、Ｒ１２の接続点が接続されている。この接続点から基準電圧ＶＲＦ１が出力される。検知信号ＶＴＤ１は基準電圧ＶＲＦ１と比較され温度検知部２１Ａにより検知される環境温度ＴＥＭＰが動作制限温度に達したことを検出する。
【００４９】
また、比較器ＣＰ１１の出力端子と非反転入力端子との間には抵抗素子Ｒ３が接続されている。環境温度ＴＥＭＰが上昇して検知信号ＶＴＤ１の電圧レベルが上昇し基準電圧ＶＲＦ１を上回って比較器ＣＰ１１の出力電圧がローレベルに反転すると、抵抗素子Ｒ３を介して基準電圧ＶＲＦ１の電圧レベルを低下させる。検知信号ＶＴＤ１の電圧レベルが、低下した基準電圧ＶＲＦ１を下回ると比較器ＣＰ１１の出力電圧がハイレベルとなり、基準電圧ＶＲＦ１の電圧レベルは上昇する。すなわち、ヒステリシス効果を奏するための素子である。
【００５０】
検知信号ＶＴＤ１、また動作制限温度と動作停止温度とを別個独立に検知する場合には、検知信号ＶＴＤ２は、停止指示部１３Ａに入力される。停止指示部１３Ａでは、制限指示部１１Ａにおける抵抗素子Ｒ１１、Ｒ１２に代えて、同様な回路構成で抵抗素子Ｒ３１、Ｒ３２を備えており、比較器ＣＰ３１に基準電圧ＶＲＦ２を供給している。停止指示部１３Ａでは動作停止を指示するため動作状態の復帰を考慮する必要がなく、制限指示部１１Ａにおいて基準電圧のヒステリシス用として備えられている抵抗素子Ｒ３に対応する素子は備えられていない。また、コンデンサ素子Ｃ１１に代えて同様な作用・効果を奏するコンデンサ素子Ｃ３１を備えている。
【００５１】
最大電流設定部１５Ａは、パワー部３の電流検出部３５により検出される検出電流ＩＤの入力端子に抵抗素子Ｒ５１およびＲ５２の一端子が接続されている。抵抗素子Ｒ５１の他端子は接地電圧に接続され、抵抗素子Ｒ５２の他端子は、他端子が接地電圧に接続されているコンデンサ素子Ｃ５１と抵抗素子Ｒ５３に接続されている。抵抗素子Ｒ５３は抵抗素子Ｒ５４を介して接地電圧に接続されている。入力される検出電流ＩＤは抵抗素子Ｒ５１に流れ電圧値に変換された後、抵抗素子Ｒ５２を介してコンデンサ素子Ｃ５１に検出電圧ＶＩＤとして保持される。検出電流ＩＤはパワー部３におけるスイッチング制御に伴い所定周期で変化する電流であり、抵抗素子Ｒ５１により変換された電圧値も周期的に変化するが、抵抗素子Ｒ５２およびコンデンサ素子Ｃ５１を介して積分された上でコンデンサ素子Ｃ５１に保持される検出電圧ＶＩＤは検出電流ＩＤが平均化された電圧値となる。この平均化された検出電圧ＶＩＤは、抵抗素子Ｒ５３、Ｒ５４、更に環境温度ＴＥＭＰに応じて後述の抵抗素子Ｒ５３も含めて分圧されて、最大電流設定信号ＶＭＳＥＴとして駆動制御部１７Ａに出力される。
【００５２】
制限指示部１１Ａから出力される制限指示信号ＶＬＭＴは、最大電流設定部１５Ａにおいてハイレベル電圧ＶＨを分圧する抵抗素子Ｒ５６、Ｒ５７、Ｒ５８のうち、抵抗素子Ｒ５６とＲ５７との接続点に入力される。抵抗素子Ｒ５７とＴ５８との接続点には、トランジスタＴ５１のベース端子が接続されると共に、トランジスタＴ５１のコレクタ端子との間で安定動作のためのコンデンサ素子Ｃ５２が接続されている。トランジスタＴ５１のエミッタ端子は接地電圧に接続されると共に、コレクタ端子は、抵抗素子Ｒ５５を介して、抵抗素子Ｒ５３およびＲ５４の分圧点に接続されている。
【００５３】
環境温度ＴＥＭＰが動作制限温度に達していない場合には、制限指示信号ＶＬＭＴは反転せずハイレベルを維持しているので、トランジスタＴ５１にはベース電流が供給されて導通状態となっている。抵抗素子Ｒ５５はトランジスタＴ５１を介して接地電圧に接続されるので、検出電圧ＶＩＤは抵抗素子Ｒ５３、Ｒ５４およびＲ５５により分圧されて、常温での最大電流設定信号ＶＭＳＥＴ（１）が得られる。
ＶＭＳＥＴ（１）＝ＶＩＤ×（（Ｒ５４／／Ｒ５５）／（Ｒ５３＋（Ｒ５４／／Ｒ５５））
ここで、Ｒ５４／／Ｒ５５＝（Ｒ５４×Ｒ５５）／（Ｒ５４＋Ｒ５５）である。
【００５４】
環境温度ＴＥＭＰが上昇して動作制限温度に達した場合には、制限指示信号ＶＬＭＴは反転してローレベルに遷移するので、トランジスタＴ５１は非導通状態に遷移する。検出電圧ＶＩＤは抵抗素子Ｒ５３、Ｒ５４により分圧されて、高温時の動作制限状態における最大電流設定信号ＶＭＳＥＴ（２）が得られる。
ＶＭＳＥＴ（２）＝ＶＩＤ×（Ｒ５４／（Ｒ５３＋Ｒ５４））
【００５５】
ここで、Ｒ５４＞（Ｒ５４／／Ｒ５５）であるので、同じ検出電圧ＶＩＤに対して、
ＶＭＳＥＴ（２）＞ＶＭＳＥＴ（１）となる。すなわち、動作制限状態では、常温での動作状態に比して同じ検出電圧ＶＩＤに対してより大きな電圧値の最大電流設定信号ＶＭＳＥＴが出力され、検出帰還量が大きくなっている。
【００５６】
駆動制御部１７Ａは、図示しない制御系からのコントロール信号またはパワー部３からのフィードバック信号ＦＢ等が、コントローラ７１のコントロール端子ＣＴＲＬまたはフィードバック端子ＦＢに入力されて、パワー部３のスイッチング制御を行う制御信号ＣＮＴが出力される。
【００５７】
また、比較器ＣＰ７１を備えており、非反転入力端子に最大電流設定信号ＶＭＳＥＴが入力される。反転入力端子に入力される最大電流基準信号ＶＭＲＦとの電圧比較動作が行われる。出力端子は、コントローラ７１の電流制限端子ＭＡＸに接続されている。コントローラ７１では、電流制限端子ＭＡＸにハイレベル信号が入力されると、制御信号ＣＮＴによるスイッチング制御を、コントロール端子ＣＴＲＬまたはフィードバック端子ＦＢに入力される信号レベルに関わらず制限する。例えば、スイッチングデューティを制限することによりパワー部３での動作を制限する。
【００５８】
更に、コントローラ７１は、ローレベル信号の入力に対して反応する動作禁止端子ＩＮＨを備えており、停止指示部１３Ａからの出力信号である停止指示信号ＶＳＨＤＮが入力される。環境温度ＴＥＭＰが上昇して停止指示信号ＶＳＨＤＮがローレベルに反転することに応じて、コントローラ７１における制御信号ＣＮＴの出力動作が禁止され、パワー部３のスイッチング制御動作が停止する。
【００５９】
次に、図６および図７に基づき具体的な回路動作を説明する。図６では、温度検知部２１Ａにより、動作制限温度Ｔ１Ｓ、および動作停止温度Ｔ２を検知する場合を例にとり説明する。環境温度ＴＥＭＰが上昇することに応じて温度検知部２１Ａから出力される検知信号ＶＴＤ１の電圧レベルも上昇する。検知信号ＶＴＤ１は、制限指示部１１Ａに入力され基準電圧ＶＲＦ１と比較される。環境温度ＴＥＭＰが上昇し動作制限温度Ｔ１Ｓに達すると、検知信号ＶＴＤ１の電圧レベルが基準電圧ＶＲＦ１Ｓに達し、制限指示信号ＶＬＭＴがローレベルに反転する。ローレベルの制限指示信号ＶＬＭＴは抵抗素子Ｒ３を介して基準電圧の電圧レベルを低下させてＶＲＦ１Ｒに低下させる。制限指示部１１Ａにおいて制限指示信号ＶＬＭＴが解除されてハイレベルになる環境温度ＴＥＭＰは温度Ｔ１Ｒに低下する。
【００６０】
ローレベルの制限指示信号ＶＬＭＴが最大電流設定部１５Ａに入力され、トランジスタＴ５１を非導通とすることにより、最大電流設定部１５Ａの検出帰還量を切り替えて、最大電流設定信号ＶＭＳＥＴをＶＭＳＥＴ（１）からＶＭＳＥＴ（２）に上昇させる。
【００６１】
環境温度ＴＥＭＰが温度Ｔ１Ｓを越えて低下し温度Ｔ１Ｒに達すると、検知信号ＶＴＤ１の電圧レベルが基準電圧ＶＲＦ１Ｓを越えて低下し基準電圧ＶＲＦ１Ｒに達し、制限指示信号ＶＬＭＴがハイレベルに反転する。ハイレベルの制限指示信号ＶＬＭＴは抵抗素子Ｒ３を介して基準電圧の電圧レベルを上昇させて電圧ＶＲＦ１Ｓに戻す。制限指示部１１Ａにおいて制限指示信号ＶＬＭＴが解除されてハイレベルになる。環境温度ＴＥＭＰが上昇して動作制限状態となる温度Ｔ１Ｓと、温度が低下して温度Ｔ１Ｒにおいて動作制限が解除される間の温度幅ΔＴによりヒステリシス機能が実現される。
【００６２】
環境温度ＴＥＭＰが温度Ｔ１Ｓを越えて上昇し温度Ｔ２に達すると、検知信号ＶＴＤ１の電圧レベルが基準電圧ＶＲＦ２に達し、停止指示信号ＶＳＨＤＮがローレベルに反転する。これにより駆動制御部１７Ａのコントローラ７１において制御信号ＣＮＴの出力が禁止されパワー部３のスイッチング制御が停止されて、パワー部３の動作に伴う環境温度ＴＥＭＰの上昇が防止される。
【００６３】
図７では、パワー部３の電流検出部３５において検出されるスイッチング制御に伴うスイッチング電流、およびその平均電流の様子を示している。パワー部３として図３に例示したスイッチングコンバータが想定される。同一周期によりスイッチング制御が行われ、更に定常状態においてスイッチングデューティは一次側電源部３１Ａの電圧値と電圧変換部３７Ａの出力電圧Ｖｏｕｔとの比に応じて定められる。平均電流は負荷電流ＩＬＤである。
【００６４】
先ず、常温時の動作を（Ａ）に示す。状態（１）は定常動作状態である。所定の出力電圧Ｖｏｕｔに維持されながら所定の負荷電流ＩＬＤで制御が行われる。この状態から、出力電圧Ｖｏｕｔに接続されている負荷群ＬＤ１、ＬＤ２、・・・での消費電流が急増、または大電流を必要とする負荷が接続された場合に、スイッチングコンバータは最大スイッチングデューティでスイッチング制御を行う（状態２Ａ）。負荷電流ＩＬＤの供給が最大限に増大していくが、負荷電流値が最大電流基準信号ＶＭＲＦにより予め設定されている最大許容電流ＩＭＡＸ１に達すると、駆動制御部１７Ａにおいて比較器ＣＰ７１が反転してコントローラ７１の電流制限端子ＭＡＸに指令して負荷電流ＩＬＤの制限が行われるようになる（状態３Ａ）。スイッチングデューティは最大デューティに比して小さく抑えられ、負荷電流ＩＬＤの増大に制限がかけられることとなる。この後、負荷電流ＩＬＤが減少すれば電流制限状態は解除され通常のデューティ制御に復帰する。負荷電流ＩＬＤが大きい状態が継続する場合には負荷電流ＩＬＤは最大電流ＩＭＡＸ１に制限された状態が維持される。
【００６５】
動作制限状態に移行する高温時の動作を（Ｂ）に示す。状態（１）は定常動作状態である。動作制限状態においても負荷電流ＩＬＤが小さく最大許容電流値ＩＭＡＸ２に達しない状態では通常のスイッチング制御が行われる。負荷電流ＩＬＤが急増するとスイッチングコンバータは最大スイッチングデューティでスイッチング制御を行い、負荷電流ＩＬＤの供給が最大限に増大していく（状態２Ｂ）。動作制限状態では常温時に比して負荷電流ＩＬＤの検出帰還量が大きく設定されるので、最大許容電流ＩＭＡＸ１に比して小さい電流ＩＭＡＸ２において比較器ＣＰ７１が反転して負荷電流ＩＬＤの制限が行われるようになる（状態３Ｂ）。スイッチングデューティが最大デューティに比して小さく抑えられ、負荷電流ＩＬＤの増大に制限がかけられることは常温時の動作と同様である。
【００６６】
動作制限状態に移行する高温時（Ｂ）においては、常温時（Ａ）に比して最大許容電流がＩＭＡＸ１からＩＭＡＸ２に制限される。この動作制限Ｘにより、パワー部３における負荷電流ＩＬＤが制限されるので、パワー部３の動作に伴う環境温度ＴＥＭＰの上昇を抑制することができる。
【００６７】
図８に第２実施形態での制御部のうち、制限指示部１１Ｂ、および最大電流設定部１５Ｂの一部を示す。第２実施形態では、複数箇所の環境温度ＴＥＭＰを検知し、各々の検知温度に応じてパワー部の動作を制御する。
【００６８】
制限指示部１１Ｂは複数の比較器を備えており、各比較器には環境温度ＴＥＭＰの検知信号が入力される。この場合、１つの温度検知部から出力される検知信号ＶＴＤ１を各比較器に共通に入力する構成（図８中、（ＩＩＩ））の他、比較器ごとに異なる温度検知部からの検知信号ＶＴＤ１１〜ＶＴＤ１Ｎを入力する構成（図８中、（ＩＶ））も考えられる。また、各比較器の基準電圧も適宜に設定することが可能である。検知信号ＶＴＤ１、ＶＴＤ１１〜ＶＴＤ１Ｎと、基準電圧との組み合わせにより、比較器ごとに所定の検知温度を設定する構成である。
【００６９】
制限指示部１１Ｂにおける各比較器の出力電圧に応じて、最大電流設定部１５Ｂにおける検出電圧ＶＩＤの検出帰還量を設定するために、抵抗素子Ｒ５４に加えて検出電圧ＶＩＤを分圧する抵抗素子を比較器ごとに選択することにより、環境温度ＴＥＭＰに応じて検出帰還量を切り替えて、パワー部における最大許容電流値を切り替えることができる。
【００７０】
１つの温度検知部から出力される検知信号ＶＴＤ１を各比較器に共通に入力する構成（図８中、（ＩＩＩ））では、環境温度ＴＥＭＰに応じて最大許容電流値を切り替える設定とすることができる。環境温度ＴＥＭＰの上昇に応じて順次、最大許容電流値を低減して行く設定が考えられる。また、比較器ごとに異なる温度検知部からの検知信号ＶＴＤ１１〜ＶＴＤ１Ｎを入力する構成（図８中、（ＩＶ））では、温度検出される部位ごとに最大許容電流の設定値を設定することができる。各部位の熱的性質に応じて最大許容電流の設定値を切り替えることができる。
【００７１】
以上、詳細に説明したように、第１実施形態によれば、第１温度の例示である動作制限温度Ｔ１Ｓ以上の環境温度ＴＥＭＰで、パワー部３の最大許容電流をＩＭＡＸ１からＩＭＡＸ２に制限してスイッチング制御に伴う発熱を制限して環境温度ＴＥＭＰの上昇を抑制することができる。動作制限温度Ｔ１Ｓ以上の高温域において発熱を抑制しながらパワー部３のスイッチング動作を継続させることができる。
【００７２】
また、環境温度ＴＥＭＰが第２温度の例示である動作停止温度Ｔ２に達することに応じてパワー部３のスイッチング動作を停止することに先立ち、スイッチング動作が制限され発熱が抑制されながら動作継続が図られるため、過熱保護上、動作停止温度Ｔ２を高く設定することができる。パワー部３の動作可能な温度領域を高温域まで十分に確保することができる。
【００７３】
ここで、環境温度とは、スイッチング部３３を構成するスイッチング素子自体の温度のほか、パワー部３に備えられている放熱板、冷却水、冷却ファン等の補助部材の温度や、周辺雰囲気の温度を含むものである。
【００７４】
また、動作制限温度Ｔ１Ｓの検知による最大許容電流の制限は、電流検出部３５による検出電流ＩＤが電圧変換されて得られる検出電圧ＶＩＤの分圧比が、変化することにより帰還量が切り替えられて行われる。具体的には、常温時においては、抵抗素子Ｒ５３と、Ｒ５４およびＲ５５の並列抵抗との分圧により最大電流設定信号ＶＭＳＥＴが設定されるのに対して、動作制限が行われる高温時においては、抵抗素子Ｒ５３とＲ５４との分圧により最大電流設定信号ＶＭＳＥＴが設定される。高温時において同じ検出電流ＩＤに対してより高い電圧レベルを有する最大電流設定信号ＶＭＳＥＴが設定され、より小さな許容電流値で電流制限がかかることとなる。
【００７５】
また、抵抗素子Ｒ５２とコンデンサ素子Ｃ５１により、スイッチング制御されることにより得られるスイッチング電流が平均化されて検出される。パワー部３のスイッチング動作に伴う発熱量と相関のある電流量を直流電圧である検出電圧ＶＩＤとして検出することができる。
【００７６】
また、温度検出部２１Ａ、２２Ａを備えることにより、動作制限温度Ｔ１Ｓと動作停止温度Ｔ２とをパワー部３における異なる部位の環境温度として検出することができる。
【００７７】
また、第２実施形態によれば、複数の動作制限温度が検出でき、環境温度ＴＥＭＰの上昇に応じて順次、最大許容電流値を低減することができる。きめ細かな発熱制御を行うことができる。また、比較器ごとに異なる温度検知部からの検知信号ＶＴＤ１１〜ＶＴＤ１Ｎが入力でき、温度検出される部位ごとに最大許容電流の設定値を設定することができる。
【００７８】
ここで、温度検知部２１、２１Ａおよび制限指示部１１、１１Ａが、第１検出部の実施例であり、温度検知部２１、２１Ａおよび制限指示部１１Ｂが、第３検出部の実施例である。また、温度検知部２１あるいは２２、２１Ａあるいは２２Ａ、および停止指示部１３、１３Ａが、第２検出部の実施例である。更に、最大電流設定部１５、１５Ａおよび駆動制御部１７、１７Ａが、動作制御部の実施例である。また、抵抗素子Ｒ５３〜Ｒ５８、コンデンサ素子Ｃ５２、およびトランジスタＴ５１が、帰還量設定部の実施例であり、抵抗素子Ｒ５２およびコンデンサ素子Ｃ５１が、平均化部の実施例である。また、比較器ＣＰ７１が、電流比較部の実施例である。
【００７９】
尚、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種々の改良、変形が可能であることは言うまでもない。
例えば、本実施形態においては、パワー部３の具体例としてスイッチングコンバータを例示して説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、スイッチング制御する構成であればモータ制御等の他の回路構成においても同様に適用することができることは言うまでもない。また、モータ制御等への適用の際には、最大許容電流に対して電流制限を行う場合の他、モータの回転制御等のスイッチングデューティ指令値を低デューティ側にシフトする構成とすることも可能である。
また、制御部１の具体的回路例（図４）においては、環境温度ＴＥＭＰが検知温度であることが検知され、これに応じて動作制限あるいは動作停止の動作を行う構成であれば、回路構成は図４の場合に限定されるものではないことは言うまでもない。
また、動作制限状態において、検出帰還量を切り替えて最大許容電流を切り替える場合を示したが、最大電流基準信号ＶＭＲＦを切り替える構成とすることもできる。
また、温度検知部２１Ａ、２２Ａを構成する温度検知素子としてサーミスタ素子を例示して説明したが、ダイオードの順方向電圧に代表される半導体素子における拡散接合の温度特性、拡散接合の温度特性に伴うバイポーラトランジスタやＭＯＳトランジスタの温度特性、また抵抗素子やその他の受動素子における温度特性等、温度に対して所定の特性変化を有する素子あるいは回路等により構成することができることは言うまでもない。
【００８０】
【発明の効果】
本発明によれば、動作制限温度から回路動作を停止させる動作停止温度に至るまでの高温環境下において、電子機器に対して熱的な破壊に至らない動作を行わせることにより、高温領域での回路動作を最大限に確保することができる過熱保護装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本動作を示す概念図である。
【図２】第１実施形態の回路ブロック図である。
【図３】パワー部の具体例としてフォワードコンバータを示す回路図である。
【図４】制御部の具体例を示す回路図である。
【図５】サーミスタ素子の抵抗−温度特性を例示する特性図である。
【図６】環境温度に対する第１実施形態の動作を説明する波形図である。
【図７】電流制限動作を示す波形図である。
【図８】第２実施形態の要部回路図である。
【図９】従来技術を示す回路ブロック図である。
【符号の説明】
１                  制御部
３                  パワー部
１１、１１Ａ、１１Ｂ
制限指示部
１３、１３Ａ        停止指示部
１５、１５Ａ、１５Ｂ
最大電流設定部
１７、１７Ａ        駆動制御部
２１、２１Ａ、２２、２２Ａ
温度検知部
３１                入力部
３１Ａ              一次側電源部
３３                スイッチング部
３３Ａ              スイッチングトランジスタ
３５                電流検出部
３５Ａ              カレントトランス部
３７                負荷部
３７Ａ              電圧変換部
７１                コントローラ
ＬＤ１、ＬＤ２      負荷群
ＲＴＨ１、ＲＴＨ２  サーミスタ素子
【図１】
2004326497.tif 000003
【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】
2004326497.tif 000008
【図７】
2004326497.tif 000009
【図８】
2004326497.tif 000010
【図９】
2004326497.tif 000011