ＤＣ−ＤＣコンバータの過電流保護回路

【目的】過負荷時に即時に動作することができるＤＣ−ＤＣコンバータの過電流保護回路を提供する。
【構成】直流電源Ｅから供給された直流電流を直流変換して負荷ＬＤに供給するＤＣ−ＤＣコンバータＣＶの過電流保護回路。前記負荷に供給される電流に比例する入力電流を監視し、過電流を検出する過電流検出部２と、前記負荷に供給される電流の経路に設けられたスイッチング素子Ｑ２と、前記過電流検出部によって検出された過電流の値が第１の値未満のときに前記スイッチング素子Ｑ２をオン状態に保持し、該過電流の値が前記第１の値以上で第２の値未満のとき該過電流の値に応じて幅が変化するパルスを出力して前記スイッチング素子Ｑ２を該パルスに応じて動作させ、前記過電流の値が前記第２の値以上のとき前記スイッチング素子Ｑ２を遮断させる制御回路部３とを具備する。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、負荷に供給される電力を一定値以下に制限するようにしたＤＣ−ＤＣコンバータの過電流保護回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、ＤＣ−ＤＣコンバータでは、出力短絡等の過負荷からコンバータを保護するために、主としてタイマ−ラッチ方式と入力電流制限方式が用いられてきた。
【０００３】タイマーラッチ方式は過負荷時の出力電圧の低下が一定時間以上継続したことを検出し、スイッチングトランジスタを停止させる方式で、例えば図３に示すような電気回路がある。図３の符号ＣＴは検出時間を設定するためのコンデンサで、通常はＤＣ−ＤＣコンバータの立ち上がり時間（数十ｍＳ〜数百ｍＳ）よりも検出時間が長くなるように設定され、ＤＣ−ＤＣコンバータが動作開始後定常状態になるまで過電流保護回路が動作しないようになっている。
【０００４】入力電流制限方式はＤＣ−ＤＣコンバータの入力電流を一定値に制限することにより、ＤＣ−ＤＣコンバータの素子を過負荷状態から保護する方式で、例えば図４に示すような電気回路がある。トランジスタを不飽和領域で動作させることによる定電流回路を用いて、一定以上の電力が素子に加えられないようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記のタイマーラッチ方式では、一定時間以内の異常に対しては保護が働かず、ＤＣ−ＤＣコンバータ内の素子が過負荷状態になるという課題があった。また、非絶縁形のＤＣ−ＤＣコンバータにタイマ−ラッチ方式を用いた場合、保護回路が動作中であっても、入力電源からの電力が負荷へ供給され続けるので、負荷を破損する可能性があった。
【０００６】一方、入力電流制限方式では、トランジスタを不飽和領域で動作させるため、入力電流を制限している期間中に発熱し、保護回路が長時間動作した場合にはトランジスタを破損するという課題があった。
【０００７】この発明は、上記の課題を解決するために成されたもので、負荷短絡等の過負荷時に即時に動作することができ、ＤＣ−ＤＣコンバータの構成素子の過負荷状態を最小限に抑えるようにしたＤＣ−ＤＣコンバータの過電流保護回路を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するために、この発明は、直流電源から印加された入力電圧を変換して負荷に出力電圧を印加するＤＣ−ＤＣコンバータの過電流保護回路において、前記負荷に供給される電流に比例する入力電流を監視し、過電流を検出する過電流検出部と、前記負荷に供給される電流の経路に設けられたスイッチング素子と、前記過電流検出部によって検出された過電流の値が第１の値未満のときに前記スイッチング素子をオン状態に保持し、該過電流の値が前記第１の値以上で第２の値未満のとき該過電流の値に応じて幅が変化するパルスを出力して前記スイッチング素子を該パルスに応じて動作させ、前記過電流の値が前記第２の値以上のとき前記スイッチング素子を遮断させる制御回路部とを具備することを特徴とする。
【０００９】
【作用】過電流検出部により、負荷に流れる電流に比例する入力電流が検出される。ここで検出された信号に応じて、制御回路部の出力は連続的なローレベル状態から該信号に応じてパルス幅が変化するパルス変調状態を経て連続的なハイレベル状態まで変化する。この出力によって制御されてスイッチング素子が動作し、ＤＣ−ＤＣコンバータを過電流から保護する。
【００１０】
【実施例】図１は、この発明に係る過電流保護回路の一実施例の構成を示す回路図である。図において、入力端子Ｔ１，Ｔ２間には直流電源Ｅが接続され、出力端子Ｔ３，Ｔ４間には負荷ＬＤが接続される。符号ＣＶは周知のＤＣ−ＤＣコンバータの変換部で、例えば昇圧形の場合、コイルＬ１、ダイオードＤ１，出力平滑用コンデンサＣ１，スイッチングトランジスタＱ１、出力電圧検出抵抗Ｒ１，Ｒ２及びパルス幅変調回路ＰＷＭを備える。スイッチングトランジスタＱ１がオンのときコイルＬ１に蓄積されたエネルギーは、スイッチングトランジスタＱ１がオフのときにダイオードＤ１を通ってコンデンサＣ１及び負荷ＬＤに供給される。このときの出力電圧は抵抗Ｒ１，Ｒ２によって分圧され、その分圧比に基づく検出電圧によってパルス幅変調回路ＰＷＭの出力パルス幅が制御される。こうしてパルス幅制御されたパルスがスイッチングトランジスタＱ１のベースに供給され、これによりＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧は一定に保たれる。
【００１１】入力端子Ｔ１，Ｔ２と変換部ＣＶとの間に保護回路部１と過電流検出回路部２とが設けられ、過電流検出回路部２の出力を受けて制御回路部３が保護回路部１を制御する。保護回路部１は、プラス側ラインに挿入された過電流保護用のトランジスタＱ２と、これにバイアス電圧を与える抵抗Ｒ３，Ｒ４と、トランジスタＱ２の起動用コンデンサＣ２とから構成される。
【００１２】過電流検出回路部２は、プラス側ラインに挿入された入力電流検出抵抗Ｒ５を含む。入力電流検出抵抗Ｒ５の一端と接地側ラインとの間には、直列に接続された抵抗Ｒ６，Ｒ７が接続され、入力電流検出抵抗Ｒ５の他端と接地側ラインとの間には、直列に接続された抵抗Ｒ８，Ｒ９が接続される。
【００１３】制御回路部３は誤差増幅器Ａと制御部ＣＬとを含み、直列に接続された抵抗Ｒ６とＲ７の接続点の電圧Ｅ１及び直列に接続された抵抗Ｒ８とＲ９の接続点の電圧Ｅ２が誤差増幅器Ａに入力される。誤差増幅器Ａは入力される電圧Ｅ１と電圧Ｅ２との差Ｅ１〜Ｅ２に応じた大きさの信号を制御部ＣＬに与える。そこで、制御部ＣＬは、誤差増幅器Ａからの出力に応じてデユーテイサイクルが０〜１００％まで変化するパルスを出力するパルス幅変調回路であり、この出力を抵抗Ｒ４とコンデンサＣ２との接続点に与える。
【００１４】過電流検出回路部２と変換部ＣＶとの間でプラス側ラインと接地側ラインとの間に接続されたダイオードＤ２は、スイッチングトランジスタＱ２がオフのときにコイルＬ１のエネルギーを放出させるために設けられている。しかし、出力電圧が小さい場合にはダイオードＤ２は無くてもよい。コンデンサＣ３は平滑用のコンデンサである。
【００１５】以下、図１の実施例の動作を説明する。入力電源投入直後には、制御部ＣＬの出力に無関係にスイッチングトランジスタＱ２のベース電流が抵抗Ｒ３を通ってコンデンサＣ２に流れるので、スイッチングトランジスタＱ２はオンとなり、電源電流は抵抗Ｒ５を通って変換部ＣＶに供給される。こうして、全体が動作を開始する。
【００１６】入力電圧によって、抵抗Ｒ６とＲ７の接続点及び抵抗Ｒ８とＲ９の接続点にそれぞれ電圧Ｅ１，Ｅ２が発生する。このとき、入力電流検出抵抗Ｒ５での電圧降下をＥ３とするとき、Ｅ１−Ｅ３＝Ｅ２が成立するように抵抗Ｒ５〜Ｒ９の値が選定される。一方、制御部３においてＣＬのＯＵＴは、Ｅ１−Ｅ２が第１の値未満のとき（例えば０ボルトのとき）には連続的にローレベルの信号を出力し、Ｅ１−Ｅ２が第１の値以上で第２の値未満のときには、Ｅ１−Ｅ２が大きくなるにつれて大きな幅のパルス（図２）を出力し、Ｅ１−Ｅ２が第２の値以上のときには連続的にハイレベルの信号を出力するように回路構成されている。
【００１７】したがって、Ｅ１−Ｅ２が前記第１の値未満のときには、スイッチングトランジスタＱ２は制御部３からの連続的なローレベル信号出力によってオン状態を保ち、変換部ＣＶには直接的な影響を与えない。しかし、Ｅ１−Ｅ２が前記第１の値以上で前記第２の値未満のときには、スイッチングトランジスタＱ２は制御部３からのパルスによってスイッチング動作を開始し、変換部ＣＶへ供給される入力電流を断続するので、負荷ＬＤに与えられる電力は制限される。更に、Ｅ１−Ｅ２が前記第２の値以上になると、スイッチングトランジスタＱ２は制御部３からの連続的なハイレベル信号によってオフとなり、入力と出力との間を遮断する。なお、このときスイッチングトランジスタＱ２の再起動を防止するために、Ｅ１側又はＥ２側にバイアスを与えれば、スイッチングトランジスタＱ２をオフ状態に保ち、入出力間を遮断状態に保持することができる。ただし、誤差増幅器Ａのオフセット電圧が有効に働けば、バイアス回路なしで入出力間の遮断状態を保持することができる。また、入出力間の遮断を保持することが不可能の場合、Ｅ１側又はＥ２側に再起動用のバイアスを与えるか、又は、保護回路部１と過電流検出回路部２との配置を入れ替えることで自動復帰形の保護方式とすることもできる。
【００１８】なお、図１では、パルス幅変調回路ＰＷＭをマスターとし、制御部３をスレーブとして、それぞれに内蔵される発振器を同期させておけば、保護回路部１の動作時の各素子の過負荷状態を最小限に抑えることができる。しかし、これはこの発明にとって必須ではなく、同期が取れていない場合でも、前記のとおりの動作を行うことができる。
【００１９】
【発明の効果】以上、一実施例に基づいて、この発明を詳細に説明したところから明らかなとおり、入力電流を誤差増幅器で監視するため、応答を早くすることができ、ＤＣ−ＤＣコンバータの各素子の過負荷状態を小さくすることができるばかりでなく、これらの素子の破損を防止することができる。また、過負荷状態が継続されても、保護回路部のスイッチングトランジスタはスイッチング動作状態又は遮断状態となるので、スイッチングトランジスタからの発熱が小さく、その破損を防止することができる。また、出力が短絡したときにも、ＤＣ−ＤＣコンバータの入出力間が遮断されるため、負荷に過電圧がかかることがなく、安全性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る過電流保護回路の一実施例の構成を示す回路図である。
【図２】図１の保護回路の制御部の動作を説明するための図で、そこから出力されるパルスの形状を示している。
【図３】タイマ−ラッチ方式の保護方式を採用した従来のＤＣ−ＤＣコンバータを示す図である。
【図４】入力電流制限方式の保護方式を採用した従来のＤＣ−ＤＣコンバータを示す図である。
【符号の説明】
１：保護回路部、２：過電流検出回路部、３：制御回路部；ＣＶ：変換部、Ａ：誤差増幅器、ＣＬ：制御部、ＰＷＭ：パルス幅変調回路、Ｅ：直流電源、ＬＤ：負荷、Ｑ２：スイッチングトランジスタ。

【特許請求の範囲】
【請求項１】直流電源から印加された入力電圧を変換して負荷に出力電圧を印加するＤＣ−ＤＣコンバータの過電流保護回路において、前記負荷に供給される電流に比例する入力電流を監視し、過電流を検出する過電流検出部と、前記負荷に供給される電流の経路に設けられたスイッチング素子と、前記過電流検出部によって検出された過電流の値が第１の値未満のときに前記スイッチング素子をオン状態に保持し、該過電流の値が前記第１の値以上で第２の値未満のとき該過電流の値に応じて幅が変化するパルスを出力して前記スイッチング素子を該パルスに応じて動作させ、前記過電流の値が前記第２の値以上のとき前記スイッチング素子を遮断させる制御回路部とを具備することを特徴とする過電流保護回路。

【図１】