(57)【要約】【課題】チョークコイルの特性である電流連続を維持するための逆起電力動作を防止し、寄生等によるラッチアップの発生や部品等の破壊・劣化が回避することができる負電圧発生防止回路を提供する。【解決手段】チョークコイル３に流れる電流を、スタンバイ時に電源入力電圧ＶＩＮと電源出力電圧ＶＯＵＴ間を遮断するためのＰｃｈロードスイッチ２の電流をモニターして、その電流が確実に無くなった後に、Ｐｃｈロードスイッチ２をＯＦＦさせることにより、逆起電力の発生を防止する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流の電源入力電圧をスイッチングして前記電源入力電圧より昇圧した直流の電源出力電圧を得る場合のスタンバイ時に、前記電源入力電圧と前記電源出力電圧を遮断するロードスイッチを有し、
前記ロードスイッチの電流が無くなった時に、前記ロードスイッチをＯＦＦして、前記電源入力電圧と前記電源出力電圧を遮断するよう構成した
ことを特徴とする負電圧発生防止回路。
【請求項２】
請求項１に記載の負電圧発生防止回路であって、
前記ロードスイッチの電流を、前記ロードスイッチと並列に接続されたスイッチ素子に流れる電流と抵抗により検出するよう構成した
ことを特徴とする負電圧発生防止回路。
【請求項３】
請求項１に記載の負電圧発生防止回路であって、
前記ロードスイッチの電流を、前記ロードスイッチのソースとドレインの差電圧により検出するよう構成した
ことを特徴とする負電圧発生防止回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング電源回路において直流電源入力電圧から昇圧した直流電源出力電圧を得る場合に直流電源入力側に設けたロードスイッチにより負電圧の発生を防止する負電圧発生防止回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、様々な電子機器に於いて、電力供給源として軽量かつ小型で電力変換効率の良いスイッチング電源回路が広く使用されているが、近年、バッテリーの高寿命化や安全性・信頼性の更なる向上への要望が高まりつつある。
【０００３】
以上のような従来のスイッチング電源回路（例えば、特許文献１、特許文献２を参照）について、図３、６、７を用いて以下に説明する。
図３は従来のスイッチング電源回路における制御回路の構成例を示す回路ブロック図である。図６は従来のスイッチング電源回路の構成例を示す回路ブロック図である。図７は従来のスイッチング電源回路における起動／停止動作を示すタイミングチャートである。
【０００４】
図６に示すように、このスイッチング電源回路は、電源入力電圧ＶＩＮの印加状態に於いて、起動／停止信号によりスイッチング動作の起動／停止が制御されるＤＣ−ＤＣコンバータを介して、電源出力電圧ＶＯＵＴを出力するように構成されており、スイッチング素子であるメインスイッチ１のオン／オフ周期を制御する制御回路７と、スタンバイ時に電源入力電圧ＶＩＮと電源出力電圧ＶＯＵＴを遮断するＰｃｈロードスイッチ２をドライブするインバータ６と、誘導性負荷回路を形成するチョークコイル３と、整流ダイオード４と、平滑容量５と、負荷８から構成されている。
【０００５】
上記のように構成されたスイッチング電源回路は、電源入力電圧ＶＩＮの印加状態に於いて起動／停止信号の起動タイミング（例えば、電源入力電圧印加）により動作開始となり、Ｐｃｈロードスイッチ２のＯＮによりチョークコイル３に電源入力電圧ＶＩＮが印加された後、メインスイッチ１のオン／オフ制御により電源出力電圧ＶＯＵＴの目標値に向かい昇圧動作を行なう。
【０００６】
ここで、制御回路７による昇圧動作を簡単に説明する。
制御回路７の構成例は、図３に示すように、発振タイミングを決定する発振器２２と、電源出力電圧ＶＯＵＴを検出する抵抗１８、１９と、誤差増幅器２１と、その非反転入力の基準電圧源２０と、発振器２２の出力と誤差増幅器２１の出力を比較するＰＷＭコンパレータ２３と、ＡＮＤロジック２４と、メインスイッチ１のＮｃｈゲートドライバー２５から構成されている。
【０００７】
図７に示すように、起動／停止信号の起動タイミングにより動作開始されると、電源出力電圧ＶＯＵＴが出力検出抵抗１８、１９により分圧された電圧値と基準電圧源２０の電圧値を、それぞれ反転入力、非反転入力とする誤差増幅器２１は、その差分を増幅した出力電圧をＰＷＭコンパレータ２３の非反転入力へ出力する。
【０００８】
ＰＷＭコンパレータ２３は、基準（反転入力）となる発振器２２から出力される発振波と誤差増幅器２１の出力電圧とを比較し、電源出力電圧ＶＯＵＴに応じた制御パルスを発生し、起動信号が発せられている時だけＡＮＤロジック２４、Ｎｃｈゲートドライバー２５を介してメインスイッチ１のゲートをドライブし、電源出力電圧ＶＯＵＴの目標値に向かって昇圧動作を行ない、電源出力電圧ＶＯＵＴが目標値に到達後は、その目標値を安定維持するように、誤差増幅器２１による帰還制御動作が行なわれる。
【０００９】
一方、停止動作は、起動／停止信号の停止タイミング（例えば、ＧＮＤ電位＝０Ｖ印加）により動作停止となるが、チョークコイル３に電流が流れている状態で動作停止タイミングによりＰｃｈロードスイッチ２及びメインスイッチ１がＯＦＦされると、電流連続性の特性を持つチョークコイル３は、その連続性をＰｃｈロードスイッチ２のＯＦＦにより遮断された電源入力電圧ＶＩＮから他の経路により維持しようと動作する。
【特許文献１】特開平５−３０４７６６号公報
【特許文献２】特許第３２８９６８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記のような従来のスイッチング電源回路の構成では、動作停止直後に電流経路を失ったチョークコイル３は、Ｐｃｈロードスイッチ２のドレインに逆起電力（負電位）を発生させ、それにより誘発される寄生素子等を介し電流連続性を維持し、その寄生等によるラッチアップの発生や回路の誤動作を引き起こす可能性が懸念される。
【００１１】
本発明は、上記従来の問題点を解決するもので、チョークコイルの電流を監視し、その電流がゼロになった後にＰｃｈロードスイッチをＯＦＦすることにより、チョークコイルの電流連続性を維持すると共に、負電位の発生を確実に回避することができる負電圧発生防止回路を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するために、本発明の請求項１に記載の負電圧発生防止回路は、直流の電源入力電圧をスイッチングして前記電源入力電圧より昇圧した直流の電源出力電圧を得る場合のスタンバイ時に、前記電源入力電圧と前記電源出力電圧を遮断するロードスイッチを有し、前記ロードスイッチの電流が無くなった時に、前記ロードスイッチをＯＦＦして、前記電源入力電圧と前記電源出力電圧を遮断するよう構成したことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の請求項２に記載の負電圧発生防止回路は、請求項１に記載の負電圧発生防止回路であって、前記ロードスイッチの電流を、前記ロードスイッチと並列に接続されたスイッチ素子に流れる電流と抵抗により検出するよう構成したことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の請求項３に記載の負電圧発生防止回路は、請求項１に記載の負電圧発生防止回路であって、前記ロードスイッチの電流を、前記ロードスイッチのソースとドレインの差電圧により検出するよう構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように本発明によれば、スイッチング電源回路において、動作停止後も、チョークコイルの電流連続性を、電源入力電圧を介したまま維持することができる。
そのため、従来の停止時逆起電力に起因する寄生素子等の発生を防止して、ラッチアップの発生や回路誤動作から確実に保護することができ、さらに安全なシステム設計を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を示す負電圧発生防止回路について、図面を参照しながら具体的に説明する。
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１の負電圧発生防止回路を説明する。
【００１７】
図１は本実施の形態１の負電圧発生防止回路を含むスイッチング電源回路の構成例を示す回路ブロック図である。
この負電圧発生防止回路を用いたスイッチング電源回路は、図１に示すように、電源入力電圧ＶＩＮに対するスイッチング動作の起動により、制御部としてのＤＣ−ＤＣコンバータを介して、電源出力電圧ＶＯＵＴを出力するように構成されており、誘導性負荷を形成するチョークコイル３の一端は、電源入力電圧ＶＩＮに直列に挿入されたＰｃｈロードスイッチ２のドレインに接続され、他端は、ゲートが制御回路７に接続されてソースが接地されたメインスイッチ１のドレインと、整流ダイオード１１のアノードとの接点に接続されており、整流ダイオード４のカソードは、平滑容量５と共に電源出力電圧ＶＯＵＴに接続されている。
【００１８】
上記スイッチング電源回路において本発明の負電圧発生防止回路は、図１中の符号２６で示す部分であり、スイッチ素子９はゲート及びソースがＰｃｈロードスイッチ２のゲート及びソースと共通に接続され、ドレインが電流検出抵抗１２（Ｒ１）と接続され、その接点は基準電圧源１１（Ｖｔ１）が反転入力に接続されている電流検出コンパレータ１３の非反転入力に接続され、電流検出コンパレータ１３の出力は遅延回路１４に接続されており、ＮＯＲロジック１０は、起動／停止信号及び遅延回路１４の出力信号を受け、Ｐｃｈロードスイッチ２のＯＮ／ＯＦＦ動作を制御する。
【００１９】
ここで、制御回路７の構成及び動作であるが、それらは従来例の説明と同様であり、ここでの説明は省略する。
以上のように構成された負電圧発生防止回路を用いたスイッチング電源回路について、その停止時の動作を図１、４を参照しながら以下に説明する。
【００２０】
図４は本実施の形態１の負電圧発生防止回路を含むスイッチング電源回路における起動／停止動作を示すタイミングチャートである。
図４において、起動／停止信号の停止タイミングにより動作停止となる。停止タイミングによりメインスイッチ１は制御回路７を通し即座に停止となるが、Ｐｃｈロードスイッチ２は、スイッチ素子９と電流検出コンパレータ１３によりＰｃｈロードスイッチに電流が流れている限り、即ちチョークコイル３に電流が流れていると認識し、ＯＮを維持し続ける。
【００２１】
そのＰｃｈロードスイッチ２による電流連続性により、チョークコイル３に蓄えられた電力が、電源入力電圧ＶＩＮからＰｃｈロードスイッチ２を介し、電源出力電圧ＶＯＵＴに向けて放出完了に近付き、チョークコイル３に流れる（＝Ｐｃｈロードスイッチ２に流れる）電流が基準電圧源１１（Ｖｔ１）及び電流検出抵抗１２（Ｒ１）から設定される任意の電流値（Ｖｔ１／Ｒ１）になると、電流検出コンパレータ１３は、チョークコイル３に蓄積された電力の放電完了とみなし、Ｐｃｈロードスイッチ２をＯＦＦにするための信号を発生する。
【００２２】
この時、電流検出用の基準電圧源１１（Ｖｔ１）は、チョークコイル３に流れる電流を事実上正確に０Ａで検出する事が困難なため、予め正の値で設定されている。つまり電流検出コンパレータ１３がＰｃｈロードスイッチ２のＯＦＦを発生した時点では、チョークコイル３には電流がまだ流れている状態であり、即座にＰｃｈロードスイッチ２を停止した場合には、従来例のように負電位の発生を引き起こす可能性があるため、遅延回路１４により電流検出コンパレータ１３の出力信号に遅延（ｔｄ１）を持たせた状態で、Ｐｃｈロードスイッチ２をＯＦＦさせる。
【００２３】
尚、ｔｄ１の時間は概ね下式で算出される。
ｔｄ１≒（Ｖｔ１×Ｌ）／｛Ｒ１×（ＶＯＵＴ−ＶＩＮ）｝
ただし、Ｌ：チョークコイル定数
以上のような動作を行なう構成部分が、図１に示すスイッチング電源回路における本実施の形態１の負電圧発生防止回路である。
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２の負電圧発生防止回路を説明する。
【００２４】
図２は本実施の形態２の負電圧発生防止回路を含むスイッチング電源回路の構成例を示す回路ブロック図である。
この負電圧発生防止回路を用いたスイッチング電源回路は、図２に示すように、電源入力電圧ＶＩＮに対するスイッチング動作の起動により、制御部としてのＤＣ−ＤＣコンバータを介して、電源出力電圧ＶＯＵＴを出力するように構成されており、誘導性負荷を形成するチョークコイル３の一端は電源入力電圧ＶＩＮに直列に挿入されたＰｃｈロードスイッチ２のドレインに接続され、他端は、ゲートが制御回路７に接続されてソースが接地されたメインスイッチ１のドレインと、整流ダイオード４のアノードとの接点に接続されており、整流ダイオード４のカソードは、平滑容量５と共に電源出力電圧ＶＯＵＴに接続されている。
【００２５】
上記スイッチング電源回路において本発明の負電圧発生防止回路は、図２中の符号２７で示す部分であり、電圧検出コンパレータ１５は、非反転入力がＰｃｈロードスイッチ２のドレインに接続されており、反転入力が電源入力電圧ＶＩＮから基準電圧源１７（Ｖｔ２）で設定される電圧が印加される。ＮＯＲロジック１０は、起動／停止信号、及び電圧検出コンパレータ１５の出力をセット信号とし起動／停止信号をリセット信号とするＲＳ−ＦＦの出力に遅延を掛ける遅延回路１７の出力信号を受け、Ｐｃｈロードスイッチ２のＯＮ／ＯＦＦするための信号を制御する。
【００２６】
ここで、制御回路７の構成及び動作であるが、それは従来例の説明と同様であり、ここでの説明は省略する。
以上のように構成された負電圧発生防止回路を用いたスイッチング電源回路について、その停止時の動作を図２、５を参照しながら以下に説明する。
【００２７】
図５は本実施の形態２の負電圧発生防止回路を含むスイッチング電源回路における起動／停止動作を示すタイミングチャートである。
図５において、起動／停止信号の停止タイミングにより動作停止となる。停止タイミングにより、メインスイッチ１は制御回路７を通し即座に停止となるが、Ｐｃｈロードスイッチ２は、電圧検出コンパレータ１５によりＰｃｈロードスイッチ２に電流が流れて、そのソース、ドレイン間に基準電圧源１７（Ｖｔ２）以上の電圧差が発生している限り、即ちチョークコイル３に電流が流れていると認識し、ＯＮを維持し続ける。
【００２８】
そのＰｃｈロードスイッチ２による電流連続性により、チョークコイル３に蓄えられた電力が、電源入力電圧ＶＩＮからＰｃｈロードスイッチ２を介し、電源出力電圧ＶＯＵＴに向けて電力放出完了に近付き、Ｐｃｈロードスイッチ２のソース・ドレイン間の差電圧が基準電圧源１７（Ｖｔ２）で設定される任意の電圧以下に低下すると、電圧検出コンパレータ１５は、チョークコイル３に蓄積された電力の放電完了とみなし、Ｐｃｈロードスイッチ２をＯＦＦするための信号を発生する。
【００２９】
この時、電圧検出用の基準電圧源１７（Ｖｔ２）は、チョークコイル３に流れる電流を正確に０Ａで検出することが事実上困難なため、予め正の値で設定されている。つまり電圧検出コンパレータ１５がＰｃｈロードスイッチ２のＯＦＦを発生した時点では、チョークコイル３には電流がまだ流れている状態であり、即座にＰｃｈロードスイッチ２が停止する場合には、従来例の様に負電位の発生を引き起こす可能性があるため、遅延回路１４により電圧検出コンパレータ１５の出力に遅延（ｔｄ２）を持たせた状態で、Ｐｃｈロードスイッチ２をＯＦＦさせる。
【００３０】
また、ＲＳ−ＦＦ１６は、前記動作のＰｃｈロードスイッチ２停止により、チョークコイル３の入力（Ｐｃｈロードスイッチ２のドレイン）が電源入力電圧ＶＩＮから切り離され、ドレイン電圧が低下したことを電圧検出コンパレータ１５が誤検出し、Ｐｃｈロードスイッチが再びＯＮするのを回避するために用意されている。
【００３１】
尚、ｔｄ２の時間は概ね下式で算出される。
ｔｄ２≒（Ｖｔ２×Ｌ）／｛ＲＯＮ×（ＶＯＵＴ−ＶＩＮ）｝
ただし、Ｌ：チョークコイル定数、ＲＯＮ：ＰｃｈロードスイッチＯＮ抵抗
以上のような動作を行なう構成部分が、図２に示すスイッチング電源回路における本実施の形態２の負電圧発生防止回路である。
【００３２】
以上のように、本実施の形態によれば、スイッチング電源システムの停止信号発生後のＰｃｈロードスイッチ２のＯＦＦタイミングを、チョークコイル３の電力放出完了をもって停止させることにより、逆起電力の発生に伴う寄生素子等の発生によるラッチアップや回路誤動作の発生を防止し、安全なシステム設計が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明の負電圧発生防止回路は、従来の停止時逆起電力に起因する寄生素子等の発生を防止して、ラッチアップの発生や回路誤動作から確実に保護することができ、さらに安全なシステム設計を実現することができるもので、電源回路を含む安全性・信頼性の高い電子機器等のシステム設計に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態１の負電圧発生防止回路を含むスイッチング電源回路の構成例を示す回路ブロック図
【図２】本発明の実施の形態２の負電圧発生防止回路を含むスイッチング電源回路の構成例を示す回路ブロック図
【図３】本発明の実施の形態１、２及び従来のスイッチング電源回路における制御回路の構成例を示す回路ブロック図
【図４】本発明の実施の形態１の負電圧発生防止回路を含むスイッチング電源回路における起動／停止動作を示すタイミングチャート
【図５】本発明の実施の形態２の負電圧発生防止回路を含むスイッチング電源回路における起動／停止動作を示すタイミングチャート
【図６】従来のスイッチング電源回路の構成例を示す回路ブロック図
【図７】従来のスイッチング電源回路における起動／停止動作を示すタイミングチャート
【符号の説明】
【００３５】
１    メインスイッチ
２    Ｐｃｈロードスイッチ
３    チョークコイル
４    整流ダイオード
５    平滑容量
６    インバータ
７    制御回路
８    負荷
９    スイッチ素子
１０    ＮＯＲロジック
１１、１７、２０    基準電圧源
１２、１８、１９    抵抗
１３    電流検出コンパレータ
１５    電圧検出コンパレータ
１４    遅延回路
１６    ＲＳ−ＦＦ
２１    誤差増幅器
２２    発振器
２３    ＰＷＭコンパレータ
２４    ＡＮＤロジック
２５    Ｎｃｈゲートドライバー
２６、２７    負電圧発生防止回路部
【図１】
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【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】
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【図７】
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