(57)【要約】【課題】  入力過電圧によってスイッチング電源装置が破損してしまうことを防止するとともに、スイッチング素子の耐圧を低く抑える。【解決手段】  上昇率算出部１８Ｂは、入力電圧検出部１８Ａにより検出された入力電圧Ｖｉの電圧値と当該電圧値が検出される前に検出された電圧値との差分（電圧上昇率）を算出し、上昇率比較部１８Ｃは、電圧上昇率と所定の基準上昇率とを比較する。動作停止信号設定部１８Ｅは、電圧上昇率が所定の基準上昇率を超えたときに、動作停止信号をＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替える。コントローラは、動作停止信号がＯＮ状態である場合には、スイッチング素子１２のスイッチング動作を停止させる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給される入力電圧をスイッチングするスイッチング素子と、
前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御手段と、
前記入力電圧の電圧値を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段により検出された前記電圧値に対応する電圧上昇率と所定の基準上昇率とを比較する比較手段と、
前記比較手段による比較結果に基づいて、前記スイッチング動作を停止させる停止信号を出力する停止信号出力手段とを備え、
前記制御手段は、前記停止信号出力手段により出力された前記停止信号に基づいて、前記スイッチング動作を停止させることを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項２】
前記電圧検出手段により検出された前記電圧値と当該電圧値が検出される前に前記電圧検出手段により検出された前記電圧値との差分を算出することにより前記電圧上昇率を算出する上昇率算出手段をさらに備え、
前記比較手段は、前記上昇率算出手段により算出された前記電圧上昇率と前記所定の基準上昇率とを比較することを特徴とする請求項１記載のスイッチング電源装置。
【請求項３】
前記停止信号出力手段は、前記比較結果に対応する信号が、前記電圧上昇率が前記所定の基準上昇率よりも大きいことを示す場合に、前記停止信号を出力することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスイッチング電源装置。
【請求項４】
前記電圧検出手段により検出された前記電圧値が許容入力電圧値の範囲内であるか否かを判定する判定手段をさらに備え、
前記停止信号出力手段は、前記停止信号を出力してから所定の停止時間が経過した後であり、かつ、前記判定手段により前記電圧値が許容入力電圧値の範囲内であると判定された場合に、前記スイッチング動作を再開させる信号を出力することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のスイッチング電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１に記載されているスイッチング電源装置では、検出された入力電圧（出力電圧）が所定の閾値電圧を超えた場合に入力電圧が異常であると判断し、入力過電圧からスイッチング素子を保護するために、スイッチング素子によるスイッチング動作を停止させている。
【特許文献１】特開２００３−３３０１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上述したスイッチング電源装置では、入力電圧が異常であると判断してからスイッチング動作を停止させているため、入力電圧が急激に上昇するような場合には、入力電圧の異常を検知してからスイッチング動作が実際に停止するまでの間に、既に入力電圧がスイッチング素子の耐圧を越えてしまうことが考えられ、このような場合にはスイッチング電源装置が破損してしまうおそれがある。
【０００４】
そこで、本発明は、上述した課題を解決するために、入力過電圧によってスイッチング電源装置が破損してしまうことを防止するとともに、スイッチング素子の耐圧を低く抑えることができるスイッチング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】
【０００５】
本発明のスイッチング電源装置は、供給される入力電圧をスイッチングするスイッチング素子と、スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御手段と、上記入力電圧の電圧値を検出する電圧検出手段と、電圧検出手段により検出された電圧値に対応する電圧上昇率と所定の基準上昇率とを比較する比較手段と、比較手段による比較結果に基づいて、スイッチング動作を停止させる停止信号を出力する停止信号出力手段とを備え、制御手段は、停止信号出力手段により出力された停止信号に基づいて、スイッチング動作を停止させることを特徴とする。
【０００６】
この発明によれば、スイッチング電源装置は、入力電圧の電圧上昇率と所定の基準上昇率との比較結果に基づいて、スイッチング動作を停止させる停止信号を出力することができ、この停止信号に基づいて、スイッチング動作を停止させることができる。したがって、例えば、入力電圧の電圧上昇率が所定の基準上昇率を超える場合等のように電圧上昇率の変動に異常が生じていると判断された時点で、スイッチング動作を停止させる停止信号を出力させることが可能となる。このような場合には、入力電圧が所定の閾値電圧に到達する前にスイッチング動作を停止させることができる。これにより、停止信号を出力してからスイッチング動作が停止するまでの間に、入力電圧がスイッチング素子の耐圧を越えてしまうことを防止することができるため、入力過電圧によってスイッチング電源装置が破損してしまうことを防ぐことが可能になる。さらに、基準上昇率の設定値を調整することによりスイッチング素子の耐圧を低く抑えることができる。
【０００７】
本発明のスイッチング電源装置において、電圧検出手段により検出された電圧値と当該電圧値が検出される前に電圧検出手段により検出された電圧値との差分を算出することにより上記電圧上昇率を算出する上昇率算出手段をさらに備え、上記比較手段は、上昇率算出手段により算出された電圧上昇率と所定の基準上昇率とを比較することが好ましい。
【０００８】
このようにすれば、スイッチング電源装置は、今回検出された入力電圧の電圧値と以前に検出された入力電圧の電圧値との差分を算出することにより入力電圧の電圧上昇率を算出することができるため、簡易かつ迅速に電圧上昇率を求めることが可能になる。
【０００９】
本発明のスイッチング電源装置において、停止信号出力手段は、上記比較結果に対応する信号が、電圧上昇率が所定の基準上昇率よりも大きいことを示す場合に、上記停止信号を出力することが好ましい。
【００１０】
このようにすれば、スイッチング電源装置は、入力電圧の電圧上昇率が所定の基準上昇率よりも大きい場合に、スイッチング動作を停止させる停止信号を出力することができる。したがって、入力電圧の電圧上昇率が所定の基準上昇率を超えた時点でスイッチング動作を停止させる停止信号を出力させることができるため、停止信号を出力してからスイッチング動作が停止するまでの間に、入力電圧がスイッチング素子の耐圧を越えてしまうことを防止することができる。
【００１１】
本発明のスイッチング電源装置において、電圧検出手段により検出された電圧値が許容入力電圧値の範囲内であるか否かを判定する判定手段をさらに備え、上記停止信号出力手段は、停止信号を出力してから所定の停止時間が経過した後であり、かつ、判定手段により電圧値が許容入力電圧値の範囲内であると判定された場合に、スイッチング動作を再開させる信号を出力することが好ましい。
【００１２】
このようにすれば、スイッチング電源装置は、停止信号を出力してから所定の停止時間が経過した後に検出された入力電圧の電圧値が、許容入力電圧値の範囲内である場合に限り、スイッチング動作を再開させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るスイッチング電源装置によれば、入力過電圧によってスイッチング電源装置が破損してしまうことを防止するとともに、スイッチング素子の耐圧を低く抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係るスイッチング電源装置の各実施形態を図面に基づき説明する。なお、各図において、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００１５】
図１は、実施形態におけるスイッチング電源装置１の電気回路構成を例示する図である。本実施形態におけるスイッチング電源装置１は、フルブリッジ型のＤＣ−ＤＣコンバータであり、図１に示すように、スイッチング電源装置１は、駆動回路１１と、スイッチング素子１２と、トランス１３と、整流ダイオード１４，１５と、チョークコイル１６と、平滑コンデンサ１７と、動作停止判定回路１８と、コントローラ（制御手段）１９とを有する。なお、直流電源１０は、スイッチング電源装置１に入力電圧Ｖｉを供給する。
【００１６】
図１に示すスイッチング素子１２は、直流電源１０から供給される入力電圧Ｖｉをスイッチングする素子であり、例えば、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）等のトランジスタが該当する。スイッチング素子１２のゲートには駆動回路１１が接続されており、この駆動回路１１は、コントローラ１９から出力される駆動信号に基づいてスイッチング素子１２を駆動させる。スイッチング素子１２は、駆動信号のレベルに基づいてスイッチング動作（ＯＮ状態とＯＦＦ状態との切り替え動作）を行う。
【００１７】
トランス１３は、一次巻線および二次巻線を有する。なお、本実施形態においては、トランス１３の一次巻線の極性と二次巻線の極性は正極性である。
【００１８】
チョークコイル１６および平滑コンデンサ１７により平滑回路が構成され、平滑コンデンサ１７の両端間には、出力電圧Ｖｏが生じる。
【００１９】
整流ダイオード１４，１５は、トランス１３の二次巻線に誘起された二次巻線側電圧を整流する。
【００２０】
動作停止判定回路１８は、直流電源１０から供給される入力電圧の電圧値に基づいて、スイッチング動作を停止させるか否かを判定する回路である。
【００２１】
ここで、図２を参照して、動作停止判定回路１８の機能構成を説明する。図２に示すように動作停止判定回路１８は、入力電圧検出部（電圧検出手段）１８Ａ、上昇率算出部（上昇率算出手段）１８Ｂ、上昇率比較部（比較手段）１８Ｃ、許容電圧判定部（判定手段）１８Ｄおよび動作停止信号設定部（停止信号出力手段）１８Ｅを有する。これらの各部は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等のマイクロプロセッサにより実現される機能要素である。
【００２２】
図２に示す入力電圧検出部１８Ａは、入力電圧Ｖｉの電圧値を所定のサンプリング間隔（例えば、１[μＳ]）で検出する。
【００２３】
上昇率算出部１８Ｂは、入力電圧検出部１８Ａにより検出された入力電圧Ｖｉの電圧値と、当該電圧値が検出される前に検出された電圧値との差分を算出し、この算出した差分値を入力電圧Ｖｉの電圧上昇率（電圧変動率）とする。
【００２４】
上昇率比較部１８Ｃは、上昇率算出部１８Ｂにより算出された入力電圧Ｖｉの電圧上昇率と所定の基準上昇率とを比較し、比較結果に対応する信号を出力する。具体的に説明すると、上昇率比較部１８Ｃは、入力電圧Ｖｉの電圧上昇率が所定の基準上昇率を超えた場合には、ハイレベル（ＯＮ状態）の信号を出力し、入力電圧Ｖｉの電圧上昇率が所定の基準上昇率以下である場合には、ローレベル（ＯＦＦ状態）の出力信号を出力する。なお、基準上昇率は、スイッチング素子１２のスペックに基づいて予め設定される。
【００２５】
許容電圧判定部１８Ｄは、入力電圧検出部１８Ａにより検出された入力電圧Ｖｉの電圧値が許容入力電圧値の範囲内であるか否かを判定する。この許容入力電圧値は、スイッチング素子１２のスペックに基づいて予め設定される。
【００２６】
動作停止信号設定部１８Ｅは、スイッチング動作を停止させるか否かを示す動作停止信号の出力状態を設定する。具体的に説明すると、動作停止信号設定部１８Ｅは、上昇率比較部１８Ｃにより出力される信号がＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替えられたとき、すなわち、入力電圧Ｖｉの電圧上昇率が所定の基準上昇率を超えたときに、動作停止信号をＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替える。動作停止信号設定部１８Ｅは、動作停止信号をＯＮ状態に設定してから所定の停止時間が経過した後であり、かつ、許容電圧判定部１８Ｄによる判定結果が入力電圧Ｖｉの電圧値が許容入力電圧値の範囲内であることを示す場合に、動作停止信号をＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替える。なお、動作停止信号設定部１８Ｅは、許容電圧判定部１８Ｄによる判定結果が、入力電圧Ｖｉの電圧値が許容入力電圧値の範囲外であることを示す場合には、動作停止信号をＯＦＦ状態に切り替えずに、次回の停止時間が経過するまで待機する。また、所定の停止時間は、入力電圧Ｖｉの電圧値を検出する所定のサンプリング間隔以上であればよい。
【００２７】
図１に示すコントローラ１９は、出力電圧Ｖｏの目標値である目標電圧と出力電圧Ｖｏとに基づいて、スイッチング素子１２のスイッチング動作を制御するための駆動信号を生成して出力する。コントローラ１９は、動作停止判定回路１８から受信する動作停止信号がＯＮ状態である場合には、スイッチング素子１２のスイッチング動作を停止させる信号を生成する。コントローラ１９は、動作停止判定回路１８から受信する動作停止信号がＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替わったときには、スイッチング素子１２のスイッチング動作を再開させる信号を生成する。
【００２８】
次に、図３に示すタイミングチャートを参照して、入力電圧Ｖｉの上昇率に基づいてスイッチング動作を停止させる際の信号の流れについて説明する。
【００２９】
図３（ａ）は、直流電源１０から供給される入力電圧Ｖｉのパルス波形を示す図である。なお、図３（ａ）に示されるａ１は、入力電圧Ｖｉの入力許容範囲の上限閾値信号を示す波形であり、ａ２は、入力電圧Ｖｉの入力許容範囲の下限閾値信号を示す波形である。図３（ｂ）は、入力電圧Ｖｉを検出するタイミングであるサンプリングパルスの波形を示す図である。図３（ｃ）は、上昇率算出部１８Ｂから出力される入力電圧Ｖｉの電圧上昇率のパルス波形を示す図である。なお、図３（ｃ）に示されるｃ１は、入力電圧Ｖｉの基準上昇率の信号を示す波形である。図３（ｄ）は、上昇率比較部１８Ｃから出力される上昇率の比較結果に応じた信号のパルス波形を示す図である。図３（ｅ）は、動作停止信号設定部１８Ｅから出力される動作停止信号のパルス波形を示す図である。なお、図３に示すタイミングチャートの横軸は時間[ｔ]を示す。
【００３０】
まず、時間ｔ１において、サンプリングパルスがＯＮ状態に立ち上がると（図３（ｂ））、入力電圧検出部１８Ａは、入力電圧Ｖｉの電圧値を検出し（図３（ａ））上昇率算出部１８Ｂは、時間ｔ１において検出された入力電圧Ｖｉの電圧値と時間ｔ０において検出された入力電圧Ｖｉの電圧値とに基づいて入力電圧Ｖｉの電圧上昇率を算出して当該電圧上昇率を示す信号を出力する（図３（ｃ））。なお、時間ｔ０は、時間ｔ１において立ち上がったサンプリング信号の直前にＯＮ状態になったサンプリング信号の立ち上がり時間である。ただし、電圧上昇率を算出する際に算出の対象となる電圧値は、必ずしも直前にサンプリングされた電圧値である必要はない。例えば、所定の時間前にサンプリングされた電圧値であってもよい。要は、異常時に出現する急激な電圧上昇率を検出することができればよい。
【００３１】
また、時間ｔ１において、上昇率比較部１８Ｃは、上昇率算出部１８Ｂにより算出された入力電圧Ｖｉの電圧上昇率（図３（ｃ））と基準上昇率Ｃ１とを比較し、その比較結果に対応する信号を出力する（図３（ｄ））。具体的に説明すると、時間ｔ１においては、図３（ｃ）に示すように入力電圧Ｖｉの電圧上昇率が基準上昇率ｃ１を超えているため、上昇率比較部１８Ｃは、出力信号をＯＮ状態に設定する（図３（ｄ））。
【００３２】
このように時間ｔ１において、上昇率比較部１８Ｃから出力される信号がＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替わると（図３（ｄ））、動作停止信号設定部１８Ｅは、動作停止信号をＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替える（図３（ｅ））。これにより、この動作停止信号を受信するコントローラ１９により、スイッチング素子１２のスイッチング動作が強制的に停止されることとなる。
【００３３】
次に、時間ｔ２において、図３（ｃ）に示すように入力電圧Ｖｉの電圧上昇率が基準上昇率ｃ１未満に変化すると、上昇率比較部１８Ｃは、出力信号をＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替える（図３（ｄ））。なお、時間ｔ２において入力電圧Ｖｉの電圧上昇率が基準上昇率ｃ１未満に変化しても、図３（ｅ）に示す動作停止信号がＯＮ状態であるため、スイッチング素子１２のスイッチング動作は再開されない。
【００３４】
次に、時間ｔ１から所定の停止時間が経過して時間ｔ３になると、動作停止信号設定部１８Ｅは、許容電圧判定部１８Ｄによる判定結果に基づいて、動作停止信号をＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替える（図３（ｅ））。なお、時間ｔ３においては、図３（ａ）に示すように、入力電圧Ｖｉの電圧値が許容入力電圧値ａ１，ａ２の範囲内にあるため、動作停止信号設定部１８Ｅは、動作停止信号をＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替えることとなる。これにより、この動作停止信号を受信するコントローラ１９により、スイッチング素子１２のスイッチング動作が再開されることとなる。
【００３５】
以上のように、本実施形態におけるスイッチング電源装置１においては、入力電圧検出部１８Ａ、上昇率比較部１８Ｃおよび動作停止信号設定部１８Ｅを備えることにより、入力電圧の電圧上昇率と所定の基準上昇率との比較結果に基づいて、スイッチング動作を停止させる停止信号を出力することができる。したがって、入力電圧の電圧上昇率が所定の基準上昇率を超えた時点でスイッチング動作を停止させる停止信号を出力させることが可能となる。すなわち、電圧上昇率の変動に異常が生じていると判断された時点で、スイッチング動作を停止させる停止信号を出力させることが可能となる。また、コントローラ１９が、動作停止信号設定部１８Ｅから出力される停止信号に基づいてスイッチング動作を停止させるため、入力電圧が所定の閾値電圧（スイッチング素子１２のスペックに基づいて設定される電圧値）に到達する前にスイッチング動作を停止させることができる。これにより、停止信号を出力してからスイッチング動作が停止するまでの間に、入力電圧がスイッチング素子１２の耐圧を越えてしまうことを防止することができるため、入力過電圧によってスイッチング電源装置１が破損してしまうことを防ぐことが可能になる。さらに、基準上昇率の設定値を調整することによりスイッチング素子の耐圧を低く抑えることができる。
【００３６】
また、本実施形態におけるスイッチング電源装置１においては、上昇率算出部１８Ｂが、入力電圧検出部１８Ａにより今回検出された電圧値と以前に検出された電圧値との差分を算出することにより入力電圧の電圧上昇率を算出しているため、簡易かつ迅速に電圧上昇率を求めることが可能になる。
【００３７】
また、本実施形態におけるスイッチング電源装置１においては、動作停止信号設定部１８Ｅが、前回に停止信号を出力してから所定の停止時間が経過した後であり、かつ、許容電圧判定部１８Ｄにより電圧値が許容入力電圧値の範囲内であると判定された場合に、スイッチング動作を再開させる信号を出力するため、停止信号を出力してから所定の停止時間が経過した後に検出された入力電圧の電圧値が、許容入力電圧値の範囲内である場合に限り、スイッチング動作を再開させることができる。
【００３８】
なお、本願発明は、検出された電圧の変動に異常が検知されてからスイッチング動作が実際に停止するまでの間に、入力過電圧によりスイッチング素子が破損してしまうことがないように、スイッチング素子のスイッチング動作を制御する点に特徴がある。したがって、上述した実施例に限定されるものではない。例えば、以下に記載する変形実施が可能である。
【００３９】
上述した実施形態におけるスイッチング電源装置は、フルブリッジ型のＤＣ−ＤＣコンバータであるが、スイッチング電源装置としては、これに限定されることはなく、例えば、フォワード型、フライバック型、プッシュプル型、ハーフブリッジ型等のＤＣ−ＤＣコンバータであっても適用可能である。また、絶縁型であっても非絶縁型であっても適用可能である。
【００４０】
また、上述した実施形態における入力電圧検出部１８Ａは、直流電源１０から供給される入力電圧Ｖｉの電圧値を検出しているが、検出する電圧は入力電圧Ｖｉに限定されることはなく、例えば、出力電圧Ｖｏを検出する場合にも適用可能である。
【００４１】
また、上述した実施形態における入力電圧検出部１８Ａおよび上昇率比較部１８Ｃは、ＤＳＰ等のマイクロプロセッサにより実現される機能要素として説明しているが、これらの機能をアナログ回路により実現してもよい。例えば、微分回路により構成し、入力電圧Ｖｉをこの微分回路により微分して入力電圧Ｖｉの傾きを検出し、この検出された傾きを基準値と比較することとしてもよい。
【００４２】
また、上述した実施形態における動作停止判定回路１８は、コントローラ１９とは別の構成要素として説明しているが、動作停止判定回路１８がコントローラ１９の構成要素に含まれることとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】実施形態におけるスイッチング電源装置の電気回路構成を示す図である。
【図２】図１に示す動作停止判定回路の機能構成を示す図である。
【図３】入力電圧の上昇率に基づいてスイッチング動作を停止させる際の信号の流れを示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００４４】
１・・・スイッチング電源装置、１０・・・直流電源、１１・・・駆動回路、１２・・・スイッチング素子、１３・・・トランス、１４，１５・・・整流ダイオード、１６・・・チョークコイル、１７・・・平滑コンデンサ、１８・・・動作停止判定回路、１８Ａ・・・入力電圧検出部、１８Ｂ・・・上昇率算出部、１８Ｃ・・・上昇率比較部、１８Ｄ・・・許容電圧判定部、１８Ｅ・・・動作停止信号設定部、１９・・・コントローラ。
【図１】
2005073460.tif 000003
【図２】
2005073460.tif 000004
【図３】
2005073460.tif 000005