(57)【要約】【課題】既存のコントロールＩＣを使用できてコストダウンを図ることができると共に、低電圧入力時にも許容電流を超えた電流が流れることを確実に防止する。【解決手段】ＤＣＤＣコンバータの変換電圧出力端子５とグラウンドとの間に介挿された抵抗Ｒ１及びＲ２からなる直列回路に、トランジスタ１０のコレクタ−エミッタ間を直列接続し、トランジスタ１０のベースには制御ラインＬ２を経由して入力電圧検出回路１１を接続する。入力電圧Ｖｉｎを入力電圧検出回路１１で検出し、定格入力電圧の範囲内の場合は、トランジスタ１０のオン信号を制御ラインＬ２に出力する一方、入力電圧Ｖｉｎが低電圧になった状態を検出した場合は、トランジスタ１０のオフ信号（ローレベル）を制御ラインＬ２に出力する。抵抗Ｒ１及びＲ２で分圧していない直流出力電圧を基準電圧として帰還させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力端子に印加される直流入力電圧の変動を、入力電力と出力電力とがほぼ同一となるように電流を変化させて吸収し、所定の直流出力電圧に変換して出力端子から出力する電源回路であって、
基準電圧に基づいて前記直流出力電圧を制御する電圧コントロール回路と、
前記直流出力電圧に応じて前記基準電圧を変化させて前記出力端子から前記電圧コントロール回路へ帰還させる帰還回路と、
前記入力端子に印加される直流入力電圧の変動幅の下限値として予め決められている入力最低電圧よりも低い入力電圧まで検出可能な入力電圧検出回路と、
前記入力電圧検出回路で前記入力最低電圧よりも低い入力電圧が検出された場合に、前記電圧コントロール回路に前記直流出力電圧を下げる方向の制御が掛るように高電圧にした基準電圧を帰還させる基準電圧切替回路と、
を具備したことを特徴とする電源回路。
【請求項２】
前記帰還回路は、前記出力端子に一端が接続された第１の抵抗と、前記第１の抵抗の他端に一端が接続され他端がグラウンドに接続された第２の抵抗と、前記第１の抵抗と第２の抵抗の中間接続点と前記電圧コントロール回路の基準電圧入力端子との間を接続する信号線又はパターンとを備え、
前記基準電圧切替回路は、前記中間接続点と前記第２の抵抗の一端との間又は前記第２の抵抗の他端とグラウンドとの間に設けられ、前記入力電圧検出回路で前記入力最低電圧よりも低い入力電圧が検出された場合に、オフ状態となって前記出力端子に現れた直流出力電圧を基準電圧として帰還させるスイッチング素子を備えた、
ことを特徴とする請求項１記載の電源回路。
【請求項３】
前記入力端子に印加される直流入力電圧と前記出力端子から出力される直流出力電圧との大小関係に応じて昇圧／降圧を切り替えることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電源回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリー回路等からの入力電圧の変動を許容するＤＣＤＣコンバータとして利用可能な電源回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、バッテリー回路からの入力電圧の変動を吸収して所望のＤＣ出力電圧（例えば、６Ｖ系又は１２Ｖ系）を得るようにしたＤＣＤＣコンバータがある。
【０００３】
図２は昇圧／降圧自動切換え形のＤＣＤＣコンバータの構成図である。
同図に示すＤＣＤＣコンバータは、バッテリー回路などからコイル１に直流入力電圧が印加される。バッテリー回路からの入力電圧が印加される一次側コイル１ａの一端はコンデンサＣ１を介してグラウンドに接続される。一次側コイル１ａの他端及び二次側コイル１ｂの他端とはコンデンサＣ２を介して接続される。また、一次側コイル１ａの他端を、スイッチング素子２を構成するＦＥＴのドレイン−ソース間および抵抗Ｒ３を直列に介してグラウンドに接続している。スイッチング素子２のゲートにはコントロールＩＣ３からＯＮ／ＯＦＦ期間の比率を制御する制御信号を供給する。
二次側コイル１ｂの一端はグラウンドに接続されている。二次側コイル１ｂの他端は、上記した通りコンデンサＣ２の負極側電極に接続されると共に、ツェナーダイオード４を順方向に介して変換電圧出力端子５に接続される。変換電圧出力端子５に接続されたツェナーダイオード４のカソード側はコンデンサＣ３を介してグラウンドに接続される。また、変換電圧出力端子５とグラウンドとの間に抵抗Ｒ１及びＲ２からなる直列回路が接続されている。変換電圧出力端子５に現れる出力電圧は抵抗Ｒ１及びＲ２により分圧され、基準電圧として帰還回路Ｌ１にてコントロールＩＣ３へ帰還している。帰還回路Ｌ１はコンデンサＣ４を介してグラウンドに接続されている。コントロールＩＣ３は、帰還された基準電圧に基づいて変換出力電圧が所定電圧（例えば６Ｖ又は１２Ｖ）となるようにスイッチング素子２のゲートを制御する。
【０００４】
以上のように構成されたＤＣＤＣコンバータでは、定格３Ｖから２５Ｖの範囲で変動する入力電圧に対して、例えば６Ｖの定格電圧に変換されて出力される。このとき、コントロールＩＣ３が出力電圧を常に監視しており、出力電圧が定格値よりも低くなると、スイッチング素子２のＯＮ時間の比率を多くしてエネルギーの供給を増やして電圧を上げる。また、出力電圧が定格値よりも高くなると、スイッチング素子２のＯＮ時間の比率を少なくしてエネルギーの供給を減らして電圧を下げる。
【０００５】
なお、ＤＣＤＣコンバータは、電力一定の下で定格出力電圧を維持するように動作するので、入力電圧が低電圧になるのに応じて電流が増大する。低電圧大電流を出力するＤＣＤＣコンバータでは、過電流保護機能を備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１記載のＤＣＤＣコンバータは、入力電圧が印加される入力部にセンス抵抗を挿入し、コントロールＩＣ内部に作り込んだ過電流保護動作判定部で検出した上記入力部の電流値及び電圧値を用いて正常動作域か否か判定する。正常動作域外と判定した場合は、過電流保護動作判定部からスイッチング制御部に停止信号を出力して出力停止状態にする。
【特許文献１】特開２００２−８４７４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、図２に示す従来のＤＣＤＣコンバータは、バッテリー回路からの入力電圧がバッテリー消耗等の要因で最低定格電圧（３Ｖ）よりも低い状態となる可能性があるが、このような場合に所定電力のもとで定格電圧を維持しようとして、より大きな電流を流そうとする。このため、入力電圧が最低定格電圧（３Ｖ）よりも低下すると、許容電流を超えた大きな電流が流れてコイル等を破壊する可能性がある。
【０００７】
また、特許文献１のＤＣＤＣコンバータは、過電流保護動作判定部をコントロールＩＣ内部に構成するので、既存のコントロールＩＣを使用できないと共に、コントロールＩＣの製造プロセスが複雑となりコストアップとなる問題がある。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、既存のコントロールＩＣを使用できてコストダウンを図ることができると共に、低電圧入力時にも許容電流を超えた電流が流れることを確実に防止できる電源回路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】
本発明の電源回路は、入力端子に印加される直流入力電圧の変動を、入力電力と出力電力とがほぼ同一となるように電流を変化させて吸収し、所定の直流出力電圧に変換して出力端子から出力する電源回路であって、基準電圧に基づいて前記直流出力電圧を制御する電圧コントロール回路と、前記直流出力電圧に応じて前記基準電圧を変化させて前記出力端子から前記電圧コントロール回路へ帰還させる帰還回路と、前記入力端子に印加される直流入力電圧の変動幅の下限値として予め決められている入力最低電圧よりも低い入力電圧まで検出可能な入力電圧検出回路と、前記入力電圧検出回路で前記入力最低電圧よりも低い入力電圧が検出された場合に、前記電圧コントロール回路に前記直流出力電圧を下げる方向の制御が掛るように高電圧にした基準電圧を帰還させる基準電圧切替回路とを具備したことを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、入力電圧検出回路で前記入力最低電圧よりも低い入力電圧が検出された場合に、電圧コントロール回路に直流出力電圧を下げる方向の制御が掛るように所定量だけ高い電圧にした基準電圧が帰還するので、入力電流が低く抑えられて、低電圧入力時にも許容電流を超えた電流が流れることを確実に防止できる。
【００１１】
また本発明は、上記電源回路において、前記帰還回路は、前記出力端子に一端が接続された第１の抵抗と、前記第１の抵抗の他端に一端が接続され他端がグラウンドに接続された第２の抵抗と、前記第１の抵抗と第２の抵抗の中間接続点と前記電圧コントロール回路の基準電圧入力端子との間を接続する信号線又はパターンとを備え、前記基準電圧切替回路は、前記中間接続点と前記第２の抵抗の一端との間又は前記第２の抵抗の他端とグラウンドとの間に設けられ、前記入力電圧検出回路で前記入力最低電圧よりも低い入力電圧が検出された場合に、オフ状態となって前記出力端子に現れた直流出力電圧を基準電圧として帰還させるスイッチング素子を備えたことを特徴とする。
【００１２】
この構成により、入力端子に入力最低電圧よりも低い入力電圧が印加されるまでは、直流出力電圧が第１の抵抗と第２の抵抗とで分圧されて基準電圧として電圧コントロール回路へ帰還される。また、入力端子に入力最低電圧よりも低い入力電圧が印加された場合は、スイッチング素子がオフしてオープン状態となるので、直流出力電圧が第１の抵抗と第２の抵抗で分圧されずに基準電圧としてそのまま電圧コントロール回路へ帰還される。したがって、入力端子に入力最低電圧よりも低い入力電圧が印加された場合は、電圧コントロール回路に直流出力電圧を下げる方向の制御が掛るように所定量だけ高い電圧にした基準電圧が帰還することになる。
【００１３】
また本発明は、上記電源回路において、入力端子に印加される直流入力電圧と前記出力端子から出力される直流出力電圧との大小関係に応じて昇圧／降圧を切り替えるものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、既存のコントロールＩＣを使用できてコストダウンを図ることができると共に、低電圧入力時にも許容電流を超えた電流が流れることを確実に防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の一実施の形態に係る電源回路としてのＤＣＤＣコンバータの構成図である。なお、図２に示すＤＣＤＣコンバータと同一部分には同一符号を付している。
【００１６】
本実施の形態では、変換電圧出力端子５とグラウンドとの間に介挿された第１の抵抗となる抵抗Ｒ１及び第２の抵抗となる抵抗Ｒ２からなる直列回路に、トランジスタ１０のコレクタ−エミッタ間を直列接続している。トランジスタ１０が基準電圧切替回路を構成するスイッチング素子となり、入力最低電圧よりも低い入力電圧が検出された場合に、コントロールＩＣ３に直流出力電圧を下げる方向の制御が掛るように高電圧にした基準電圧を帰還させる。本例では、トランジスタ１０のコレクタを抵抗Ｒ２のグラウンド側端部に接続し、トランジスタ１０のエミッタをグラウンドに接続している。トランジスタ１０のベースには制御ラインＬ２を経由して入力電圧検出回路１１が接続されている。帰還回路Ｌ１及び制御ラインＬ２は信号線又はパターンで形成される。
【００１７】
一方、バッテリー回路からの入力電圧が入力端子となるコイル１の一次側コイル１ａの一端に印加される。一次側コイル１ａの一端に印加される入力電圧Ｖｉｎを入力電圧検出回路１１が検出するように構成している。入力電圧検出回路１１は、最低入力電圧よりも低い電圧まで検出可能である。入力電圧検出回路１１は、入力電圧Ｖｉｎが定格入力電圧の範囲内（たとえば、３Ｖから２５Ｖ）の場合には、トランジスタ１０をオンさせるオン信号（ハイレベル）を制御ラインＬ２に出力している。一方、入力電圧Ｖｉｎが低電圧（例えば、定格最低入力電圧３Ｖよりも所定量低い２．７Ｖ以下）になった状態を検出した場合は、トランジスタ１０をオフさせるオフ信号（ローレベル）を低電圧検出信号として制御ラインＬ２に出力する。入力電圧検出回路１１から出力されるオン／オフ信号は制御ラインＬ２を経由してトランジスタ１０のベースに印加されるように構成されている。
【００１８】
次に、以上のように構成された本実施の形態の動作について説明する。
本実施の形態に係るＤＣＤＣコンバータのコイル１にバッテリー回路から入力電圧Ｖｉｎが印加される。通常、バッテリー回路から供給される入力電圧Ｖｉｎは定格入力電圧の範囲内（３Ｖから２５Ｖ）で変動している。入力電圧Ｖｉｎが定格入力電圧の範囲内（３Ｖから２５Ｖ）の場合は、電圧検出回路１１からオン信号が出力されるために、トランジスタ１０はオン状態となる。トランジスタ１０がオン状態であると、変換電圧出力端子５が抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２を介してグラウンドに接続された状態となる。したがって、変換された出力電圧を抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２とで分圧した基準電圧が帰還回路Ｌ１を経由してコントロールＩＣ３の端子ＦＢへ入力する。
【００１９】
コントロールＩＣ３は、端子ＦＢへ入力する基準電圧を監視していて、変換電圧出力が所定値（例えば、６Ｖ）より低ければ、スイッチング素子２のＯＮ時間の比率を多くしてエネルギーの供給を増やして電圧を上げる。また、変換出力電圧が所定値（例えば、６Ｖ）より高くなると、スイッチング素子２のＯＮ時間の比率を少なくしてエネルギーの供給を減らして電圧を下げる。
【００２０】
ＤＣＤＣコンバータでは、変換損失を除けば、入力電力と出力電力が同じである。このため、変換出力電圧を一定の所定値（例えば、６Ｖ）に保とうとして、入力電圧が低くなればそれに応じて電流を多く流すように動作し、逆に入力電圧が高くなればそれに応じて電流を少なく流すように動作する。定格入力電圧の最低入力電圧で予定最大電流が流れることになる。
一方、ＤＣＤＣコンバータに電源供給しているバッテリー回路が消耗して、入力電圧Ｖｉｎが定格入力電圧の最低入力電圧（３Ｖ）よりも低くなったとする。電圧検出回路１１は、入力電圧Ｖｉｎが最低入力電圧（３Ｖ）よりも低くなったことを検出すると、トランジスタ１０をオフさせるオフ信号である低電圧検出信号を送出する。低電圧検出信号は制御ラインＬ２を通りトランジスタ１０のベースに印加される。
【００２１】
トランジスタ１０は、入力電圧Ｖｉｎが定格入力電圧の最低入力電圧（３Ｖ）よりも低い所定電圧（２．７Ｖ以下）になった場合、低電圧検出信号によってオフ状態とされる。トランジスタ１０がオフすると、それまで変換電圧出力端子５を抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２を介してグラウンドに接続していた直列回路の一端がオープン状態となる。この結果、コントロールＩＣ３の端子ＦＢへ帰還する基準電圧は、変換電圧出力端子５に現れている出力電圧そのものとなる。すなわち、コントロールＩＣ３へ帰還する基準電圧は、トランジスタ１０がオフされる直前まで出力電圧Ｖｏｕｔを抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２の分圧電圧であったが、トランジスタ１０がオフされた直後からは分圧電圧よりも高電圧の出力電圧Ｖｏｕｔそのものとなる。
【００２２】
コントロールＩＣ３は、入力電圧Ｖｉｎが定格入力電圧の最低入力電圧（３Ｖ）よりも低い所定電圧（２．７Ｖ以下）になった場合、帰還される基準電圧が分圧電圧から出力電圧に切り替わり高くなるので、出力電圧を下げる方向のスイッチング制御を行うことになる。よって、ＤＣＤＣコンバータへの入力電流が低く抑えられ、入力電圧Ｖｉｎが定格入力電圧の最低電圧（３Ｖ）よりも低い低電圧状態になったとしても許容電流を超える過大電流が流れないので、コイル１等が破壊される不具合を回避できる。
【００２３】
なお、本発明は上記一実施の形態に限定されるものではない。例えば、トランジスタ１０は抵抗Ｒ２のグラウンド側の端部とグラウンドとの間に設けているが、入力電圧Ｖｉｎが定格入力電圧の最低電圧（３Ｖ）よりも低い所定電圧（２．７Ｖ以下）になった場合にグラウンド側をオープンにできる位置であればその他の位置でもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明は、入力電圧の変動を吸収して所定の出力電圧に変換するＤＣＤＣコンバータに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施の形態に係るＤＣＤＣコンバータの構成図
【図２】従来のＤＣＤＣコンバータの構成図
【符号の説明】
【００２６】
１…コイル、１ａ…一次側コイル、１ｂ…二次側コイル、２…スイッチング素子、３…コントロールＩＣ、４…ツェナーダイオード、５…変換電圧出力端子、１０…トランジスタ、１１…入力電圧検出回路、Ｌ１…帰還回路、Ｌ２…制御ライン
【図１】
2009022104.tif 000003
【図２】
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