(57)【要約】【課題】スイッチング素子の短絡によって回路内に過剰な電流が流れるのを防止する昇圧装置を提供する。【解決手段】制御部１６は、ロードスイッチトランジスタ１３を動作して直流電源部１１とトランス１２とを電気的に接続させた状態で、パワースイッチトランジスタ１４を動作してトランス１２に直流電源電圧を昇圧させる。また制御部１６は、ロードスイッチトランジスタ１３が直流電源部１１とトランス１２とを電気的に接続していない状態で、電流検出部１５によって検出された電流値が所定の閾値を超えているとき、ロードスイッチトランジスタ１３を、直流電源部１１とトランス１２とを電気的に接続していない状態に保持し続ける。【選択図】  図１
2009148040.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源電圧を昇圧して負荷側に出力する昇圧装置において、
上記直流電源電圧を出力する直流電源部と、
上記直流電源部により出力された直流電源電圧を昇圧する昇圧部と、
上記直流電源部と上記昇圧部とを電気的に接続する第１のスイッチング素子と、
上記直流電源部と上記昇圧部との電気的な接続と遮断とを繰り返すことによって、該昇圧部に上記直流電源電圧を昇圧させる第２のスイッチング素子と、
上記第１のスイッチング素子に並列接続した抵抗素子を有し、該抵抗素子に流れる電流を検出する電流検出部と、
上記第１のスイッチング素子を動作して上記直流電源部と上記昇圧部とを電気的に接続させた状態で、上記第２のスイッチング素子を動作して該昇圧部に上記直流電源電圧を昇圧させる制御部とを備え、
上記制御部は、上記第１のスイッチング素子が上記直流電源部と上記昇圧部とを電気的に接続していない状態で、上記電流検出部によって検出された電流値が所定の閾値を超えているとき、該第１のスイッチング素子を、上記直流電源部と上記昇圧部とを電気的に接続していない状態に保持し続けることを特徴とする昇圧装置。
【請求項２】
直流電源電圧を出力する直流電源部と、
上記直流電源部により出力された直流電源電圧を昇圧する昇圧部と、
上記直流電源部と上記昇圧部とを電気的に接続する第１のスイッチング素子と、
上記直流電源部と上記昇圧部との電気的な接続と遮断とを繰り返すことによって、該昇圧部に上記直流電源電圧を昇圧させる第２のスイッチング素子と、
上記第１のスイッチング素子に並列接続した抵抗素子を有し、該抵抗素子に流れる電流を検出する電流検出部とを備え、上記直流電源電圧を昇圧して負荷側に出力する昇圧装置の制御方法において、
上記第１のスイッチング素子を動作して上記直流電源部と上記昇圧部とを電気的に接続させた状態で、上記第２のスイッチング素子を動作して該昇圧部に上記直流電源電圧を昇圧させ、
上記第１のスイッチング素子が上記直流電源部と上記昇圧部とを電気的に接続していない状態で、上記電流検出部によって検出された電流値が所定の閾値を超えているとき、該第１のスイッチング素子を、上記直流電源部と上記昇圧部とを電気的に接続していない状態に保持し続けることを特徴とする昇圧装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電源電圧を昇圧して負荷側に出力する昇圧装置、及び、この昇圧装置の制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
直流電源電圧を昇圧する昇圧回路は、例えば、放電管を放電させるための放電用コンデンサを充電する充電回路として従来から用いられている。昇圧回路には、直流電源とトランスの一次側のコイルと、スイッチングトランジスタとを直列接続して、このトランジスタのオンオフ動作を繰り返すことによって一次側のコイルに流す電流を制御して、二次側のコイルから直流電源電圧を昇圧した電圧を出力するように構成されるものがある。
【０００３】
このようなトランスを用いて直流電源電圧の昇圧を行う昇圧回路では、トランスの一次側のコイルの電流を制御するトランジスタに短絡障害が発生してしまうと、抵抗値が比較的小さい一次側のコイルに過剰な直流電流が流れるため、回路を保護する観点から電流の流れを遮断する必要がある。
【０００４】
このような短絡障害に対して昇圧回路を保護するため、特許文献１には、一次側のコイルに流す電流を制御するトランジスタ（以下、スイッチングトランジスタという。）に加えて、直流電源電圧とトランスとの電気的な接続を行うスイッチ用のトランジスタ（以下、入力遮断用トランジスタという。）と、この入力遮断用トランジスタの両端を電圧を検出する演算増幅器を昇圧回路に組み込んだ昇圧回路が記載されている。
【０００５】
特許文献１に記載された昇圧回路では、正常時に入力遮断用のトランジスタをオンにした状態に維持し、スイッチングトランジスタの短絡障害によって発生する回路内の過剰な電流の流れを演算増幅器によって検出し、この検出結果に応じて入力遮断用トランジスタをオフにした状態にして、回路に流れる電流を遮断している。
【０００６】
【特許文献１】特開平６―７８４５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載された昇圧回路では、スイッチングトランジスタの短絡障害が発生してから入力遮断用トランジスタがオフになるまで、回路内に過剰な電流が流れてしまうのを防止することができなかった。
【０００８】
本発明は、このような実情に鑑みて提案されたものであり、スイッチング素子の短絡によって回路内に過剰な電流が流れるのを防止する昇圧回路、及び、この昇圧回路の制御方法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】
上述した課題を解決するための手段として、本発明に係る充電装置は、直流電源電圧を昇圧して負荷側に出力する昇圧装置において、直流電源電圧を出力する直流電源部と、直流電源部により出力された直流電源電圧を昇圧する昇圧部と、直流電源部と昇圧部とを電気的に接続する第１のスイッチング素子と、直流電源部と昇圧部との電気的な接続と遮断とを繰り返すことによって、昇圧部に直流電源電圧を昇圧させる第２のスイッチング素子と、第１のスイッチング素子に並列接続した抵抗素子を有し、抵抗素子に流れる電流を検出する電流検出部と、第１のスイッチング素子を動作して直流電源部と昇圧部とを電気的に接続させた状態で、第２のスイッチング素子を動作して昇圧部に直流電源電圧を昇圧させる制御部とを備え、制御部は、第１のスイッチング素子が直流電源部と昇圧部とを電気的に接続していない状態で、電流検出部によって検出された電流値が所定の閾値を超えているとき、第１のスイッチング素子を、直流電源部と昇圧部とを電気的に接続していない状態に保持し続けることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る充電装置の制御方法は、直流電源電圧を出力する直流電源部と、直流電源部により出力された直流電源電圧を昇圧する昇圧部と、直流電源部と昇圧部とを電気的に接続する第１のスイッチング素子と、直流電源部と昇圧部との電気的な接続と遮断とを繰り返すことによって、昇圧部に直流電源電圧を昇圧させる第２のスイッチング素子と、第１のスイッチング素子に並列接続した抵抗素子を有し、抵抗素子に流れる電流を検出する電流検出部とを備え、直流電源電圧を昇圧して負荷側に出力する昇圧装置の制御方法において、第１のスイッチング素子を動作して直流電源部と昇圧部とを電気的に接続させた状態で、第２のスイッチング素子を動作して昇圧部に直流電源電圧を昇圧させ、第１のスイッチング素子が直流電源部と昇圧部とを電気的に接続していない状態で、電流検出部によって検出された電流値が所定の閾値を超えているとき、第１のスイッチング素子を、直流電源部と昇圧部とを電気的に接続していない状態に保持し続けることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、第１のスイッチング素子が直流電源部と昇圧部とを電気的に接続していない状態で、電流検出部によって検出された電流値が所定の閾値を超えているとき、第１のスイッチング素子を、直流電源部と昇圧部とを電気的に接続していない状態に保持し続けるので、直流電源部と昇圧部とを電気的に接続していない状態で第２のスイッチング素子に短絡障害が発生したとしても、昇圧回路内に過剰な電流が流れるのを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明が適用された昇圧装置は、直流電源電圧を昇圧して負荷側に出力する装置である。以下では、図１に示すように、この昇圧装置を組み込んだ充電装置１を用いて本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
【００１３】
第１の実施例に係る充電装置１は、例えば放電管などの放電手段が放電するための電荷を蓄えるコンデンサに対して充電を行う充電装置である。
【００１４】
すなわち、充電装置１は、図１に示すように、直流電源電圧を昇圧する昇圧回路１０と、昇圧回路１０によって昇圧された電圧が印加されることにより充電されるコンデンサ２０と、昇圧回路１０により昇圧された電圧を整流してコンデンサ２０に印加するダイオード２１とを備える。
【００１５】
昇圧回路１０は、直流電源部１１と、トランス１２と、ロードスイッチトランジスタ１３と、パワースイッチトランジスタ１４と、電流検出部１５と、制御部１６と、ヒューズ１７とから構成されている。
【００１６】
直流電源部１１は、電池又は外部から直流の電源電圧を昇圧回路１０内に供給する。
【００１７】
トランス１２は、直流電源部１１から供給される直流電源電圧を昇圧して、昇圧した直流電源電圧をダイオードを２１を介して、負荷側であるコンデンサ２０に出力するため、昇圧回路１０において次のように接続されている。
【００１８】
すなわち、トランス１２の一次側のコイルは、その一端が、後述するヒューズ１７とロードスイッチトランジスタ１３とを介して、直流電源部１１と接続されており、その他端が、パワースイッチトランジスタ１４と接続されている。また、トランス１２の二次側のコイルは、ダイオード２１のアノード側と接地端とに接続されている。トランス１２は、後述する制御部１６によってパワースイッチトランジスタ１４がオンオフ動作を繰り返すことにより、一次側のコイルに電流が流され、所定の変圧比により二次側のコイルの電圧を直流電源電圧に対して昇圧する。そして、この昇圧された電圧は、ダイオード２１により整流されてコンデンサ２０に印加されて充電される。
【００１９】
ロードスイッチトランジスタ１３は、本発明に係る第１のスイッチング素子に対応するスイッチ用のトランジスタであって、直流電源部１１とトランス１２とを電気的に接続する。ロードスイッチトランジスタ１３は、制御部１６によって制御され、オンにした状態のとき直流電源部１１とトランス１２とを電気的に接続し、オフにした状態のとき直流電源部１１とトランス１２とを電気的に遮断する。
【００２０】
パワースイッチトランジスタ１４は、本発明に係る第２のスイッチング素子に対応するスイッチ用のトランジスタであって、直流電源部１１とトランス１２との電気的な接続と遮断とを繰り返すことによって、トランス１２に直流電源電圧を昇圧させる。パワースイッチトランジスタ１４は、制御部１６によって制御され、オンにした状態のとき直流電源部１１とトランス１２とを電気的に接続し、オフにした状態のとき直流電源部１１とトランス１２とを電気的に遮断する。また、パワースイッチトランジスタ１４には、その接地端側に電流検出用の検出抵抗素子１４１が設けられている。
【００２１】
電流検出部１５は、上述したロードスイッチトランジスタ１３に並列接続した電流検出用の検出抵抗素子１５１と、トランス１２の一次側のコイルに流れる電流を検出抵抗素子１５１で電圧に変換して検出する増幅器１５２とからなる。増幅器１５２によって検出された電流値は、この増幅器１５２の出力端と電気的に接続されている制御部１６に供給される。
【００２２】
制御部１６は、外部からコンデンサの充電動作が指示される充電制御信号を入力する入力端子１６１を有し、この入力端子１６１から入力される充電制御信号に応じて充電動作を行う。すなわち、充電制御信号がＨＩＧＨになると、制御部１６は、ロードスイッチトランジスタ１３をオンにして直流電源部１１とトランス１２とを電気的に接続させた状態で、パワースイッチトランジスタ１４を繰り返しオン／オフにして、トランス１２に直流電源電圧を昇圧させる。その後、充電制御信号がＬＯＷになると、制御部１６は、ロードスイッチトランジスタ１３とパワースイッチトランジスタ１４とを両方ともオフにした状態にして、直流電源部１１とトランス１２とを電気的に遮断して、充電動作を終了する。
【００２３】
具体的に、制御部１６は、昇圧回路１０全体の動作を制御する。図２は、制御部１６による充電動作の一例をタイムチャートで示した図である。
【００２４】
制御部１６は、時刻Ｔ１（図２参照）において充電制御信号がＨＩＧＨになると、まず、ロードスイッチトランジスタ１３をオンにした状態で、パワースイッチトランジスタ１４をオンにしてトランス１２の一次側のコイルに電流を流し、このコイルに流れる電流を検出抵抗素子１４１で電圧に変換して検出する。そして、制御部１６は、この検出したトランス１２の一次側のコイルに流れる電流が所定の値に達したとき、パワースイッチトランジスタ１４をオフにして所定時間が経過した後、再びパワースイッチトランジスタ１４をオンにする。制御部１６は、ロードスイッチトランジスタ１３をオンにした状態で、上述したパワースイッチトランジスタ１４のオンオフを繰り返すことによって、トランス１２によって昇圧した直流電源電圧をコンデンサ２０に印加して充電する。制御部１６は、上述した充電動作中の時刻Ｔ２（図２参照）において充電制御信号がＬＯＷになると、ロードスイッチトランジスタ１３とパワースイッチトランジスタ１４とを両方ともオフにした状態にして充電動作を終了する。
【００２５】
以上のようにして充電動作を行う制御部１６は、電流検出部１５により検出された電流値に応じて、次のような動作を行うことによって、昇圧回路１０内に過剰な電流が流れるのを防止する。
【００２６】
例えば、充電制御信号がＬＯＷであり充電動作を行っていない時刻Ｔ３（図２参照）において、パワースイッチトランジスタ１４に短絡障害が発生すると、ロードスイッチトランジスタ１３に並列接続された電流検出部１５の検出抵抗素子１５１を介して昇圧回路１０に電流が流れる。
【００２７】
そこで、制御部１６は、充電制御信号がＬＯＷであり、ロードスイッチトランジスタ１３をオフにして直流電源部１１とトランス１２とを電気的に接続していない状態で、上述したように電流検出部１５によって検出された電流値が所定の閾値を超えているとき、パワースイッチトランジスタ１４に短絡障害が発生したと判断して、ロードスイッチトランジスタ１３をオフにした状態、すなわち、直流電源部１１とトランス１２とを電気的に接続していない状態を保持し続ける。
【００２８】
このようにして、制御部１６は、パワースイッチトランジスタ１４に短絡障害が発生したと判断した後にロードスイッチトランジスタ１３をオフにした状態に保持し続けるので、例えば短絡障害発生後の時刻Ｔ４において充電制御信号がＨＩＧＨになったとしても、充電動作を開始しない。
【００２９】
ここで、仮に、時刻Ｔ４において充電制御信号がＨＩＧＨになったのに応じて充電動作を開始すると、ロードスイッチトランジスタに並列接続された検出抵抗素子により検出される一次側のコイルに流れる電流が所定の値に達したとしてもパワースイッチトランジスタをオフにすることができないため、昇圧回路に過剰な電流が流れてしまう。このような場合には、例えばヒューズ１７が切れることによって、直流電源部１１とトランス１２とが電気的に遮断されて、昇圧回路１０が保護される。
【００３０】
これに対して、制御部１６は、パワースイッチトランジスタ１４に短絡障害が発生したことにより、電流検出部１５の検出抵抗素子１５１を介して回路内に電流が流れてしまうが、検出抵抗素子１５１の抵抗値を十分に大きくしておくことにより、昇圧回路１０に過剰な電流が流れるのを防止することができる。
【００３１】
以上のように、制御部１６は、電流検出部１５によって検出された電流値が所定の閾値を超えているとき、パワースイッチトランジスタ１４に短絡障害が発生したと判断して、その後はロードスイッチトランジスタ１３をオフにした状態に保持し続けるので、上述したように、充電動作を行っていないときにパワースイッチトランジスタ１４に短絡障害が発生したとしても、パワースイッチトランジスタ１４に短絡障害が発生したことを検知して昇圧回路１０に過剰な電流が流れるのを防止することができる。
【００３２】
また、上述した第１の実施例に係る充電装置１では、電流検出部１５が、ロードスイッチトランジスタ１３に並列接続した検出抵抗素子１５１を用いて電流検出を行っているが、他の回路構成として、図３に示すような第２の実施例に係る充電装置２を用いても、パワースイッチトランジスタ１４に短絡障害が発生したことを検知して昇圧回路１０に過剰な電流が流れるのを防止することができる。
【００３３】
すなわち、第２の実施例に係る充電装置２は、第１の実施例に係る充電装置１に対して、昇圧回路３０の電流検出部３１の構成が異なる。なお、第２の実施例に係る充電装置２において、第１の実施例に係る充電装置１と同じ構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
【００３４】
すなわち、電流検出部３１は、ヒューズ１７とロードスイッチトランジスタ１３とからなる直列接続された部分に並列接続した検出抵抗素子３１１と、トランス１２の一次側のコイルに流れる電流を検出抵抗素子３１１で電圧に変換して検出する増幅器３１２とからなる。増幅器３１２によって検出された電流値は、この増幅器３１２の出力端と電気的に接続されている制御部１６に供給される。
【００３５】
第２の実施例に係る充電装置２でも、第１の実施例に係る充電装置１と同様に、充電制御信号がＬＯＷであり充電動作を行っていないとき、パワースイッチトランジスタ１４に短絡障害が発生すると、電流検出部３１の検出抵抗素子３１１を介して昇圧回路３０全体に電流が流れ、増幅器３１２により電圧に変換されて検出されるトランス２２の１次側コイルに流れる電流値が大きくなる。
【００３６】
このようにして、第２の実施例に係る充電装置２においても、制御部１６は、充電制御信号がＬＯＷであり、ロードスイッチトランジスタ１３をオフにして直流電源部１１とトランス１２とを電気的に接続していない状態で、上述したように電流検出部３１によって検出された電流値が所定の閾値を超えているとき、パワースイッチトランジスタ１４に短絡障害が発生したと判断して、ロードスイッチトランジスタ１３をオフにした状態、すなわち、直流電源部１１とトランス１２とを電気的に接続していない状態を保持させ続ける。
【００３７】
したがって、第２の実施例に係る充電装置２の制御部１６は、充電動作を行っていないときにパワースイッチトランジスタ１４に短絡障害が発生したとしても、パワースイッチトランジスタ１４に短絡障害が発生したことを検知して昇圧回路３０に過剰な電流が流れるのを防止することができる。
【００３８】
また、上述した充電装置１、２が実装される回路基板においては、特に、ロードスイッチトランジスタ１３、及び、パワースイッチトランジスタ１４を、図４に示すように、同一パッケージ４０内に設けることにより、コストと回路規模との削減を実現することができる。
【００３９】
さらに、このパッケージ４０では、互いに離間して設けられ、導線４１により電気的に接続された各チップセット５０、６０に、ロードスイッチトランジスタ１３及びパワースイッチトランジスタ１４をそれぞれ個別に実装することにより、例えば、パワースイッチトランジスタ１４が破壊されたことに起因して、ロードスイッチトランジスタ１３も破壊されてしまうことを防止することができ、充電装置の信頼性を高めることができる。
【００４０】
また、各チップセット５０、６０は、その周囲に設けられている端子から個別に信号及び電源を供給するようにすればよい。
【００４１】
なお、本発明が適用された昇圧装置は、上述した充電装置に組み込まれる場合に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の用途に適応することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】第１の実施例に係る充電装置の全体構成を示す回路図である。
【図２】充電装置の動作を説明するために供するタイムチャートである。
【図３】第１の実施例に係る充電装置の全体構成を示す回路図である。
【図４】ロードスイッチトランジスタ及びパワースイッチトランジスタを実装した回路基板を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１、２  充電装置、１０、３０  昇圧回路、１１  直流電源部、１２  トランス、１３  ロードスイッチトランジスタ、１４  パワースイッチトランジスタ、１４１、１５１、３１１  検出抵抗素子、１５、３１  電流検出部、１５２、３１２  増幅器、１６  制御部、１６１  入力端子、１７  ヒューズ、２０  コンデンサ、２１  ダイオード、４０  パッケージ、４１  導線、５０、６０  チップセット
【図１】
2009148040.tif 000003
【図２】
2009148040.tif 000004
【図３】
2009148040.tif 000005
【図４】
2009148040.tif 000006