(57)【要約】【課題】過電流を検出するための専用ＦＥＴを設けることなく過電流に対する保護を可能としたスイッチング電源を提供する。【解決手段】変換用スイッチング素子２０と並列に接続される過電流検出用スイッチング素子３０及び過電流検出用抵抗２２ａを含み、過電流検出用スイッチング素子３０はコントローラ２２の外部に設けられ、過電流検出用抵抗２２ａはコントローラ２２の内部に設けられ、過電流検出用抵抗２２ａの端子電圧が基準電圧以上となった場合にコントローラ２２は過電流保護処理を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
変換用スイッチング素子と、前記変換用スイッチング素子を制御するコントローラと、を備え、前記コントローラによって前記変換用スイッチング素子のデューティを制御することによって入力電圧を異なる電圧の出力電圧に変換して出力するスイッチング電源であって、
前記変換用スイッチング素子と並列に接続される過電流検出用スイッチング素子、電圧分割用抵抗及び過電流検出用抵抗の直列接続回路を含み、
前記過電流検出用スイッチング素子及び前記電圧分割用抵抗は前記コントローラの外部に設けられ、前記過電流検出用抵抗は前記コントローラの内部に設けられ、
前記過電流検出用抵抗の端子電圧が基準電圧以上となった場合に前記コントローラは過電流保護処理を行うことを特徴とするスイッチング電源。
【請求項２】
請求項１に記載のスイッチング電源であって、
前記過電流検出用スイッチング素子は、オン状態において前記過電流検出用抵抗を前記変換用スイッチング素子に並列に接続し、オフ状態において前記過電流検出用抵抗を前記変換用スイッチング素子から切り離すように前記コントローラによって制御されることを特徴とするスイッチング電源。
【請求項３】
変換用スイッチング素子のデューティを制御することによって入力電圧を異なる電圧の出力電圧に変換して出力するスイッチング電源、の前記変換用スイッチング素子のスイッチング制御用のコントローラであって、
前記変換用スイッチング素子と並列に接続される過電流検出用抵抗を内蔵し、
過電流検出用スイッチング素子及び電圧分割用抵抗の直列接続回路を前記過電流検出用抵抗と直列に接続するための外部端子を備えることを特徴とするコントローラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汎用性を高めた過電流検出機能を備えたスイッチング電源及びそのコントローラに関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な回路の電源としてスイッチング電源が用いられている。スイッチング電源としては、図２に示すようなチョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータが知られている。この方式は、＋２４Ｖの電源から＋５Ｖの電源を得るような出力電圧が複数あるマルチ電源で用いられる。
【０００３】
従来のスイッチング電源は、過電流を検出するに際し、電流検出抵抗を使用することが多い。また最近のスイッチング電源では、図３に示すように、コントローラ１４に内蔵される過電流検出用抵抗１２の端子電圧をモニタするための専用ＦＥＴ１６を備えたセンス機能を有したセンスＦＥＴ１１を使うことにより、この過電流検出用抵抗１２の端子電圧をモニタする。これによって、その端子電圧が基準電圧よりも高くなった場合には過電流が流れていると判定し、スイッチング素子１０のスイッチングを停止するなどの過電流保護処理を行う。
【０００４】
【非特許文献１】『スイッチング電源ハンドブック』原田耕介著、日刊工業新聞社発行、第８１頁〜第８６頁、１９９３年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来のスイッチング電源では、コントローラ１４に内蔵される過電流検出用抵抗１２の端子電圧をモニタするためにコントローラ１４毎に専用設計されたセンス機能を有したセンスＦＥＴ１１を備える必要があり、スイッチング電源の設計費用や、製造コストが増大する問題がある。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決したスイッチング電源及びそのコントローラ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】
【０００７】
本発明の１つの態様は、変換用スイッチング素子と、前記変換用スイッチング素子を制御するコントローラと、を備え、前記コントローラによって前記変換用スイッチング素子のデューティを制御することによって入力電圧を異なる電圧の出力電圧に変換して出力するスイッチング電源であって、前記変換用スイッチング素子と並列に接続される過電流検出用スイッチング素子、電圧分割用抵抗及び過電流検出用抵抗の直列接続回路を含み、前記過電流検出用スイッチング素子及び前記電圧分割用抵抗は前記コントローラの外部に設けられ、前記過電流検出用抵抗は前記コントローラの内部に設けられ、前記過電流検出用抵抗の端子電圧が基準電圧以上となった場合に前記コントローラは過電流保護処理を行うことを特徴とする。
【０００８】
ここで、前記過電流検出用スイッチング素子は、オン状態において前記過電流検出用抵抗を前記変換用スイッチング素子に並列に接続し、オフ状態において前記過電流検出用抵抗を前記変換用スイッチング素子から切り離すように前記コントローラによって制御される。
【０００９】
また、本発明の１つの態様は、変換用スイッチング素子のデューティを制御することによって入力電圧を異なる電圧の出力電圧に変換して出力するスイッチング電源、の前記変換用スイッチング素子のスイッチング制御用のコントローラであって、前記変換用スイッチング素子と並列に接続される過電流検出用抵抗を内蔵し、過電流検出用スイッチング素子及び電圧分割用抵抗の直列接続回路を前記過電流検出用抵抗と直列に接続するための外部端子を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、過電流を検出するための専用に設計されたセンスＦＥＴを設けることなく過電流に対する保護を可能としたスイッチング電源及びそのコントローラを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の実施の形態におけるスイッチング電源１００は、図１に示すように、変換用スイッチング素子２０、コントローラ２２、コンデンサ２４、インダクタ２６、ダイオード２８、過電流検出用スイッチング素子３０及び電圧分割用抵抗３２を含んで構成される。
【００１２】
変換用スイッチング素子２０は、例えば、電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）とする。変換用スイッチング素子２０のソースはスイッチング電源１００の入力端子ＩＮに接続され、ドレインはインダクタ２６の一端に接続される。また、インダクタ２６の他端はスイッチング電源１００の出力端子ＯＵＴに接続される。
【００１３】
ダイオード２８のカソードは変換用スイッチング素子２０とインダクタ２６との接続点に接続され、アノードは接地される。また、コンデンサ２４の一端は出力端子ＯＵＴに接続され、他端は接地される。
【００１４】
コントローラ２２の制御用端子ＣＴＬは、変換用スイッチング素子２０のゲートに接続される。コントローラ２２は、制御用端子ＣＴＬから出力される制御電圧を変化させることによって変換用スイッチング素子２０のゲート電圧を制御する。これにより、変換用スイッチング素子２０のデューティが制御されて、入力端子ＩＮから入力された入力電圧Ｖｉｎの電圧値が変換されて出力端子ＯＵＴから出力電圧Ｖｏｕｔとして出力される。
【００１５】
また、コントローラ２２は、変換用スイッチング素子２０の過電流を検出するための過電流検出用抵抗２２ａを内蔵する。過電流検出用抵抗２２ａの一端はコントローラ２２の検出用端子Ａに接続され、他端はコントローラ２２の検出用端子Ｂに接続される。検出用端子Ａは変換用スイッチング素子２０のソースに接続される。検出用端子Ｂは、コントローラ２２の外部に設けられる電圧分割用抵抗３２の一端に接続される。電圧分割用抵抗３２の他端は過電流検出用スイッチング素子３０のソースに接続される。過電流検出用スイッチング素子３０のドレインは変換用スイッチング素子２０のドレインに接続される。また、過電流検出用スイッチング素子３０のゲートは、コントローラ２２の制御用端子ＣＴＬに接続される。
【００１６】
このようにして、過電流検出用抵抗２２ａ、電圧分割用抵抗３２及び過電流検出用スイッチング素子３０の直列接続回路が変換用スイッチング素子２０に並列に接続され、変換用スイッチング素子２０のドレイン−ソース間がバイパスされる。
【００１７】
ここで、変換用スイッチング素子２０のオン抵抗値は、例えば、電圧分割用抵抗３２及び過電流検出用スイッチング素子３０の抵抗値の和の１／１００００以上１／１０００以下とすることが好適である。さらに、過電流検出用抵抗２２ａの抵抗値は、例えば、電圧分割用抵抗３２及び過電流検出用スイッチング素子３０の抵抗値の和の１／１００以上１／１０以下とすることが好適である。より具体的には、過電流検出用抵抗２２ａの抵抗値は１００Ω程度とすることが多い。
【００１８】
過電流検出用スイッチング素子３０は、コントローラ２２の制御用端子ＣＴＬからの制御電圧によって、変換用スイッチング素子２０と同期して制御される。変換用スイッチング素子２０がオン状態になると、コンデンサ２４とインダクタ２６とダイオード２８で構成されるπ型回路に電力が供給される。ダイオード２８は逆バイアス状態となり、インダクタ２６に磁気エネルギーが蓄えられながら、出力電流が増加する状態となる。変換用スイッチング素子２０がオフ状態になると、コンデンサ２４とインダクタ２６とダイオード２８で構成されるπ型回路への電力の供給が止る。インダクタ２６に蓄えられていた磁気エネルギーが放出されつつ、出力電流が供給される。また、ダイオード２８は順バイアス状態となり、ダイオード２８を流れる電流は徐々に低下する。
【００１９】
このような、電磁気的な作用により、入力端子ＩＮから入力された入力電圧Ｖｉｎが電圧変換されて出力端子ＯＵＴから出力電圧Ｖｏｕｔとして出力される。一般的に、変換用スイッチング素子２０のオン抵抗を０、オフ抵抗を無限大と仮定した場合の出力電圧は数式１で表される。ここで、Ｔｏｎは変換用スイッチング素子２０のオン時間、Ｔｏｆｆは変換用スイッチング素子２０のオフ時間である。
（数１）
Ｖｏｕｔ＝Ｖｉｎ／（１＋Ｔｏｆｆ／Ｔｏｎ）＝αＶｉｎ・・・・（１）
【００２０】
コントローラ２２は、一般に、周波数を固定した状態で、変換用スイッチング素子２０のオン時間を変化させて出力電圧Ｖｏｕｔを安定化させる。
【００２１】
変換用スイッチング素子２０のソース−ドレイン間にかかる電圧は、電圧分割用抵抗３２、過電流検出用スイッチング素子３０、過電流検出用抵抗２２ａの直列回路によって分圧される。コントローラ２２は、過電流検出用抵抗２２ａの両端にかかる端子電圧をセンシングして、その端子電圧が所定の基準電圧以上となった場合に過電流保護処理を行う。
【００２２】
このとき、電圧分割用抵抗３２及び過電流検出用スイッチング素子３０の抵抗値の和を変換用スイッチング素子２０のオン抵抗値の１／１００００以上１／１０００以下とすることによって、電圧分割用抵抗３２、過電流検出用スイッチング素子３０、過電流検出用抵抗２２ａに流れる電流を、変換用スイッチング素子２０を流れる電流の１／１００００以上１／１０００以下とすることができる。すなわち、過電流検出によって消費される電力を変換用スイッチング素子２０で消費される電力の１／１００００以上１／１０００以下まで低減することができる。
【００２３】
さらに、電圧分割用抵抗３２及び過電流検出用スイッチング素子３０の抵抗値の和の１／１００以上１／１０以下となるようにコントローラ２２の内部に備わる過電流検出用抵抗２２ａの抵抗値を設定しておくことによって、コントローラ２２の外部に過電流検出用スイッチング素子３０と共に電圧分割用抵抗３２を接続して過電流検出を行うことができる。すなわち、コントローラ２２の外部に過電流検出用スイッチング素子３０を接続した状態において、さらに電圧分割用抵抗３２を用いて過電流検出回路の抵抗の調整が可能な程度に過電流検出部の抵抗値の調整幅が残されるように過電流検出用抵抗２２ａの抵抗値を小さくしておくことによって、コントローラ２２のタイプ毎に専用の過電流検出用スイッチング素子３０を準備する必要がなくなる。
【００２４】
例えば、変換用スイッチング素子２０のオン状態のときに変換用スイッチング素子２０のドレイン−ソース間を流れる電流が７．０Ａ以上となった場合に過電流として検出する場合、変換用スイッチング素子２０のオン抵抗が１００ｍΩであるとすると、変換用スイッチング素子２０のドレイン−ソース間の電位差は０．７Ｖとなる。コントローラ２２において過電流検出用抵抗２２ａの端子電圧が０．１Ｖとなった場合に過電流を検出するように基準電圧を０．１Ｖに設定し、過電流検出用抵抗２２ａの抵抗値を１００Ωとすると、電圧分割用抵抗３２及び過電流検出用スイッチング素子３０のオン抵抗の抵抗値の和が６００Ωとなるように電圧分割用抵抗３２の抵抗値を設定すればよい。
【００２５】
このように、本実施の形態におけるスイッチング電源１００によれば、コントローラ２２の外部に電圧分割用抵抗３２と過電流検出用スイッチング素子３０を接続して過電流検出回路の抵抗値を調整することによって、図３で使用したような専用の設計をしたセンスＦＥＴ１１を用いる必要がなくなる。したがって、安価な電圧分割用抵抗３２を用いるだけで精度の高い過電流検出を行うことができる。また、スイッチング電源１００を安価に製造することができる。
【００２６】
また図３で使用したような専用の設計をしたセンスＭＯＳ−ＦＥＴ１１を用いた場合、電流検出比率はある一定値に設計されるため、後で変更することができない。しかし図１のような構成で、２種類のＭＯＳ−ＦＥＴを使えば、外部の電圧分割用抵抗３２の抵抗値を可変することで、後々自由に設定（可変）することが可能になる。
【００２７】
ここで使用する２種類の汎用ＭＯＳ−ＦＥＴを、一つのパッケージに入れると、温度特性が二つのＭＯＳ−ＦＥＴで同じになり、同じ傾向の特性を得ることができる。一方、二つのＭＯＳ−ＦＥＴで同じ温度特性にしたくない場合は、別々のパッケージに挿入し、実装することで可能になる。このように、一つのチップにセンス機能を取り込んだＭＯＳ−ＦＥＴとは違う自由度を持たせることが可能になる。
【００２８】
また図３で使用したような専用の設計をしたセンスＭＯＳ−ＦＥＴ１１を用いた場合は、ドレイン端子は共通となる。しかし図１のような構成で２種類のＭＯＳ−ＦＥＴを使えば、それぞれのドレイン、ソース、ゲートは分離して使うことが可能になる。特にドレイン端子が分離して使えるので、抵抗を挿入したり、ドレイン端子をパワーＭＯＳ−ＦＥＴのドレイン端子と共通に接続せず、他の用途や他の出力に使用したりすることが可能になる。例えば、ここで言う他の用途の一例として、電流センス用のＭＯＳ−ＦＥＴ１１から流れてくる電流をモニタして、電流センサーとして使う等である。
【００２９】
なお、本実施の形態では、変換用スイッチング素子２０と過電流検出用スイッチング素子３０はＦＥＴであるものとしたが、バイポーラトランジスタに置き換えてもよい。この場合、ＦＥＴのドレイン・ソース・ゲートがそれぞれコレクタ・エミッタ・ベースに置き換えられる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態におけるスイッチング電源の構成を示す図である。
【図２】従来のスイッチング電源の構成を示す図である。
【図３】従来のスイッチング電源の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０  スイッチング素子、１１  センスＦＥＴ、１２  過電流検出用抵抗、１４  コントローラ、１６  専用ＦＥＴ、２０  変換用スイッチング素子、２２  コントローラ、２２ａ  過電流検出用抵抗、２４  コンデンサ、２６  インダクタ、２８  ダイオード、３０  過電流検出用スイッチング素子、３２  電圧分割用抵抗、１００  スイッチング電源。
【図１】
2009044843.tif 000003
【図２】
2009044843.tif 000004
【図３】
2009044843.tif 000005