JP2008253075A - Switching power supply device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、入力過電圧検出機能を備えるスイッチング電源装置に関するものである。 The present invention relates to a switching power supply device having an input overvoltage detection function.
一般に、ハイブリッドカー(HybridElectric Vehicle)には、ワイパー、ヘッドライト、ルームライト、オーディオ機器、空調機および各種計器類等の車両搭載機器を駆動するための電源として、例えば12ボルト程度の低圧の直流電圧を出力する低圧バッテリが搭載されると共に、モータを駆動するための電源として、例えば400V程度の高圧の直流電圧を出力する高圧バッテリが搭載されている。通常、このような低圧バッテリに対する充電は、エンジンの回転を利用して駆動される交流発電機からの交流出力電圧を整流して高圧の直流電圧を得ると共に、この直流入力電圧をスイッチング電源装置を用いてより低圧の直流電圧に変換してから低圧バッテリに供給することで行われる。なお、高圧バッテリに対する充電は、上記したエンジン側からの直流入力電圧を高圧バッテリに供給することで行われる。このスイッチング電源装置は、例えば特許文献1に記載されているように、直流入力電圧をインバータ回路によって交流電圧に一旦変換したのち、その交流電圧を電圧変換トランスで変圧すると共に整流回路等によって再び直流電圧に変換することで電圧変換を行うものである。 In general, a hybrid vehicle (HybridElectric Vehicle) has a low-voltage DC voltage of, for example, about 12 volts as a power source for driving on-vehicle equipment such as wipers, headlights, room lights, audio equipment, air conditioners, and various instruments. Is mounted as a power source for driving the motor. For example, a high-voltage battery that outputs a high-voltage DC voltage of about 400V is mounted. Usually, such a low-voltage battery is charged by rectifying an AC output voltage from an AC generator driven by the rotation of the engine to obtain a high-voltage DC voltage, and using this DC input voltage as a switching power supply. It is performed by using a low-voltage DC voltage after being converted to a lower-voltage battery. Note that the high-voltage battery is charged by supplying the DC input voltage from the engine side to the high-voltage battery. In this switching power supply device, as described in Patent Document 1, for example, a DC input voltage is once converted into an AC voltage by an inverter circuit, and then the AC voltage is transformed by a voltage conversion transformer and is again DC by a rectifier circuit or the like. Voltage conversion is performed by converting the voltage.
ところで、エンジン側から供給される直流入力電圧がスイッチング電源装置の内部回路の耐圧を超えると内部回路を破壊する虞がある。そのため、内部回路が破壊されないように、その直流入力電圧を常に監視しておくことが重要となる。このことは、上記ハイブリッドカーに搭載されたスイッチング電源装置に限られるものではなく、一般的なスイッチング電源装置にも当てはまるものである。 By the way, if the DC input voltage supplied from the engine side exceeds the withstand voltage of the internal circuit of the switching power supply device, the internal circuit may be destroyed. Therefore, it is important to always monitor the DC input voltage so that the internal circuit is not destroyed. This is not limited to the switching power supply device mounted on the hybrid car, but also applies to a general switching power supply device.
例えば、特許文献2では、直流入力電圧を検出するための電圧検出回路が設けられている。この電圧検出回路は、電圧変換トランスの出力巻線に発生する電圧を検出した後、演算により直流入力電圧を推定するので、低圧バッテリ側から電源電圧が印加される制御回路に、電圧検出回路からの検出信号を入力する際に、フォトカプラ等の入出力絶縁回路を用いる必要がなく、小型化、低価格化が可能となっている。
しかしながら、特許文献2に記載のスイッチング電源装置では、電圧変換トランスのリーケージインダクタンスの変動等に起因して、電圧変換トランスの出力巻線に発生する電圧が変動してしまい、直流入力電圧を高精度に検出することが困難であった。 However, in the switching power supply device described in Patent Document 2, the voltage generated in the output winding of the voltage conversion transformer varies due to fluctuations in the leakage inductance of the voltage conversion transformer, and the DC input voltage is highly accurate. It was difficult to detect.
そこで、本発明は、小型化及び低価格化が可能であると共に、入力過電圧検出を高精度に行うことが可能なスイッチング電源装置を提供することを目的としている。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a switching power supply apparatus that can be reduced in size and price, and that can detect an input overvoltage with high accuracy.
本発明のスイッチング電源装置は、(a)スイッチング動作を行って入力電圧を電圧変換した出力電圧を生成する電源本体部と、(b)スイッチング動作を制御する制御部と、(c)制御部の電源電圧を入力電圧から生成する補助電源部と、(d)入力電圧を検出する電圧検出部とを備え、(e)補助電源部は、電圧検出部からの出力電圧に応じて、電源電圧を第1のレベルから該第1のレベルと異なる第2のレベルに変化させ、(f)制御部は、電源電圧が第1のレベルである場合には電源本体部の出力電圧を安定化する前記スイッチング動作を行うように制御し、電源電圧が第2のレベルになった場合には前記安定化とは異なる所定の動作を行うように制御することを特徴としている。 The switching power supply device of the present invention includes: (a) a power supply main body that generates an output voltage obtained by converting the input voltage by performing a switching operation; (b) a control unit that controls the switching operation; An auxiliary power supply unit that generates a power supply voltage from the input voltage; and (d) a voltage detection unit that detects the input voltage. (E) the auxiliary power supply unit supplies the power supply voltage according to the output voltage from the voltage detection unit. The first level is changed to a second level different from the first level, and (f) the control unit stabilizes the output voltage of the power source main unit when the power source voltage is the first level. Control is performed to perform a switching operation, and control is performed to perform a predetermined operation different from the stabilization when the power supply voltage reaches the second level.
一般に、スイッチング電源装置では、制御部は出力側(2次側)の電源電圧を用いていることがあり、この場合、入力過電圧の検出精度を高めるために電圧検出部を入力側(1次側)に設けると、電圧検出部は、出力信号をフォトカプラ等の入出力絶縁回路(1次−2次絶縁回路)を介して制御部へ送らなければならない。 Generally, in a switching power supply device, the control unit may use a power supply voltage on the output side (secondary side). In this case, the voltage detection unit is connected to the input side (primary side) in order to improve the detection accuracy of the input overvoltage. ), The voltage detection unit must send the output signal to the control unit via an input / output insulation circuit (primary-secondary insulation circuit) such as a photocoupler.
しかしながら、このスイッチング電源装置によれば、補助電源部が、電圧検出部の出力電圧に応じて制御部の電源電圧のレベルを変化させるので、制御部は、この電源電圧のレベルから、電圧検出部が入力過電圧を検出したか否かを把握することができる。したがって、このスイッチング電源装置によれば、電圧検出部を入力側に設けても、電圧検出部用の入出力絶縁回路を別に設ける必要がなく、小型化、低価格化が可能である。 However, according to this switching power supply device, since the auxiliary power supply unit changes the level of the power supply voltage of the control unit according to the output voltage of the voltage detection unit, the control unit can detect the voltage detection unit from the level of the power supply voltage. Can detect whether or not an input overvoltage has been detected. Therefore, according to this switching power supply device, even if the voltage detection unit is provided on the input side, it is not necessary to separately provide an input / output insulation circuit for the voltage detection unit, and it is possible to reduce the size and the price.
また、このスイッチング電源装置によれば、入力過電圧時の電源電圧の変化量、すなわち、入力過電圧時の第2のレベルと通常時の第1のレベルとの差分を大きくすることによって、リーケージインダクタンスの変動に依存することなく、入力過電圧を高精度に検出することができる。更に、このスイッチング電源装置では、上記した構成とすることによって電圧検出部を入力側に設けることができ、入力電圧を直接検出することができるので、入力過電圧の検出精度をより高めることができる。 Further, according to this switching power supply device, the amount of change in the power supply voltage at the time of the input overvoltage, that is, the difference between the second level at the time of the input overvoltage and the first level at the normal time is increased, thereby increasing the leakage inductance. The input overvoltage can be detected with high accuracy without depending on fluctuations. Furthermore, in this switching power supply apparatus, the voltage detection unit can be provided on the input side by the above-described configuration, and the input voltage can be directly detected, so that the input overvoltage detection accuracy can be further increased.
なお、入力過電圧時の制御部が行う安定化とは異なる所定の動作とは、この入力過電圧に起因するスイッチング電源装置の内部回路の破壊を防止するものである。例えば、スイッチング電源装置のデューティー比を下げスイッチング電源の出力を下げたり、スイッチング電源装置を停止させたりする動作を行うことを意味する。そして、制御部では、これら安定化動作とは異なる所定の動作を行うような制御を行う。デューティー比を下げるようスイッチング信号を生成したり、スイッチング信号そのものを停止させたりするものである。 The predetermined operation different from the stabilization performed by the control unit at the time of input overvoltage is to prevent the internal circuit of the switching power supply device from being destroyed due to the input overvoltage. For example, it means that the duty ratio of the switching power supply device is lowered, the output of the switching power supply is lowered, or the switching power supply device is stopped. The control unit performs control so as to perform a predetermined operation different from these stabilization operations. The switching signal is generated so as to lower the duty ratio, or the switching signal itself is stopped.
上記した補助電源部は、電圧検出部によって検出された入力電圧が所定の電圧以上になった場合に、電源電圧を第2のレベルまで上昇させることが好ましく、上記した制御部は、電源電圧が第2のレベルになった場合に、電源本体部の動作を停止させることが好ましい。 The auxiliary power supply unit described above preferably increases the power supply voltage to the second level when the input voltage detected by the voltage detection unit becomes equal to or higher than a predetermined voltage. When the second level is reached, it is preferable to stop the operation of the power supply main body.
この構成によれば、入力過電圧時、制御部は電源本体部の動作を停止させるので、スイッチング電源装置の内部回路の破壊を適切に防止することができる。ここで、所定の電圧は、例えば、スイッチング電源装置の内部回路素子の耐圧から予め設定される。 According to this configuration, when the input overvoltage is applied, the control unit stops the operation of the power supply main body, so that the internal circuit of the switching power supply device can be appropriately prevented from being destroyed. Here, the predetermined voltage is set in advance from, for example, the breakdown voltage of the internal circuit element of the switching power supply device.
本発明によれば、小型化及び低価格化が可能であると共に、入力過電圧検出を高精度に行うことが可能なスイッチング電源装置を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a switching power supply apparatus that can be reduced in size and price and can detect input overvoltage with high accuracy.
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals.
図1は、本発明の実施形態に係るスイッチング電源装置を示す回路ブロック図であり、図2は、図1に示すスイッチング電源装置を詳細に示す回路図である。図1及び図2に示すスイッチング電源装置1は、高圧バッテリHB(第1電源)から供給される高圧の直流入力電圧Vinを、より低い直流出力電圧Voutに変換して、低圧バッテリLB(第2電源)に供給するDC−DCコンバータとして機能するものであり、後述するように2次側がセンタタップ型カソードコモン接続のスイッチング電源装置である。このスイッチング電源装置1は、電源本体部10と、制御部17と、電圧検出部20と、補助電源部30とを備えている。
FIG. 1 is a circuit block diagram showing a switching power supply device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a circuit diagram showing in detail the switching power supply device shown in FIG. The switching power supply device 1 shown in FIGS. 1 and 2 converts the high-voltage DC input voltage Vin supplied from the high-voltage battery HB (first power supply) into a lower DC output voltage Vout, and outputs the low-voltage battery LB (second output). The secondary side is a switching power supply with a center tap type cathode common connection, as will be described later. The switching power supply device 1 includes a power supply
電源本体部10は、1次側巻線11Aおよび2次側巻線11B,11Cを含んで構成された3巻線型のトランス11を有している。トランス11の1次側には平滑コンデンサ12、インバータ回路13および共振用インダクタ14が、2次側には整流回路15および平滑回路16がそれぞれ設けられている。平滑コンデンサ12およびインバータ回路13は1次側高圧ラインL1Hと1次側低圧ラインL1Lとの間に、共振用インダクタ14はインバータ回路13と1次側巻線11Aとの間にそれぞれ設けられている。
The power supply
また、1次側高圧ラインL1Hに入力端子T1が、1次側低圧ラインL1Lに入力端子T2がそれぞれ設けられており、これら入力端子T1,T2が高圧バッテリHBの出力端子と接続されるようになっている。また、平滑回路16の高圧側のラインである出力ラインL0に出力端子T3が、平滑回路16の低圧側のラインである接地ラインLGに出力端子T4がそれぞれ設けられており、これら出力端子T3,T4が低圧バッテリLBの入出力端子と接続されるようになっている。
An input terminal T1 is provided on the primary high voltage line L1H, and an input terminal T2 is provided on the primary low voltage line L1L. These input terminals T1 and T2 are connected to the output terminal of the high voltage battery HB. It has become. Further, an output terminal T3 is provided on the output line L0 which is a high voltage side line of the
インバータ回路13は、高圧バッテリHBから出力される直流入力電圧Vinをほぼ矩形波状の単相交流電圧に変換する単相インバータ回路である。このインバータ回路13は、制御部17から供給されるスイッチング信号によってそれぞれ駆動される4つのスイッチング素子13A,13B,13C,13Dをフルブリッジ接続してなるフルブリッジ型のスイッチング回路である。これらスイッチング素子13A,13B,13C,13Dとしては、例えば、MOS−FET(Metal Oxide Semiconductor-Field Effect Transistor)やIGBT(Insulated GateBipolor Transistor)などの素子が用いられる。
The
スイッチング素子13Aは、トランス11の1次側巻線11Aの一端と1次側高圧ラインL1Hとの間に設けられ、スイッチング素子13Bは1次側巻線11Aの他端と1次側低圧ラインL1Lとの間に設けられている。スイッチング素子13Cは1次側巻線11Aの他端と1次側高圧ラインL1Hとの間に設けられ、スイッチング素子13Dは1次側巻線11Aの一端と1次側低圧ラインL1Lとの間に設けられている。上記した共振用インダクタ14は、スイッチング素子13A,13Dの接続点と1次側巻線13Aの一端との間に接続されている。
The
これより、インバータ回路13は、スイッチング素子13A,13Bのオン動作により、1次側高圧ラインL1Hから順にスイッチング素子13A、1次側巻線11Aおよびスイッチング素子13Bを通って1次側低圧ラインL1Lに至る第1の電流経路に電流が流れる一方、スイッチング素子13C,13Dのオン動作により、1次側高圧ラインL1Hから順にスイッチング素子13C、1次側巻線11A、共振用インダクタ14およびスイッチング素子13Dを通って1次側低圧ラインL1Lに至る第2の電流経路に電流が流れるようになっている。
Thus, the
トランス11は、1次側巻線11Aおよび2次側巻線11B,11Cの極性が互いに同じ向きとなるように磁気結合された磁気素子である。トランス11の一対の2次側巻線11B,11CはセンタタップCで互いに接続され、このセンタタップCが接地ラインLGを介して出力端子T4に接続されている。つまり、このスイッチング電源装置はセンタタップ型のものである。これより、このトランス11は、インバータ回路13によって変換された交流電圧を変圧(降圧)し、一対の2次側巻線11B,11Cの各端部A,Bから、互いに180度位相が異なる交流電圧VO1,VO2を出力するようになっている。なお、この場合の変圧の度合いは、1次側巻線11Aと2次側巻線11B,11Cとの巻数比によって定まる。
The
なお、共振用インダクタ14は、コイル部品を実際に配置してもよいが、これに代えて、またはこれと共に、トランス11のリーケージインダクタンス(図示せず)や配線などを含めた直列インダクタンスを利用して構成してもよい。
The
整流回路15は、一対のダイオード15A,15Bからなる単相全波整流型のものである。ダイオード15Aのアノードは2次側巻線11Bの一端Aに、ダイオード15Bのアノードは2次側巻線11Cの一端Bにそれぞれ接続されている。ダイオード15A,15Bの各カソード同士は、接続点Dにおいて互いに接続されると共に、出力ラインLOに接続されている。つまり、この整流回路15はカソードコモン接続の構造を有しており、トランス11の交流出力電圧VO1,VO2の各半波期間をそれぞれダイオード15A,15Bによって個別に整流して直流電圧を得るようになっている。
The
平滑回路16は、チョークコイル16Aと平滑コンデンサ16Bとを含んで構成されている。チョークコイル16Aは、出力ラインLOに挿入配置されており、その一端は接続点Dに、その他端は出力端子T3にそれぞれ接続されている。平滑コンデンサ16Bは、チョークコイル16Aの他端と接地ラインLGとの間に接続されている。平滑回路16は、このような構成により、整流回路15で整流された直流電圧を平滑化して直流出力電圧Voutを生成し、これを出力端子T3,T4から低圧バッテリLBに給電するようになっている。
The smoothing
次に、電圧検出部20は、直流入力電圧Vinが過電圧(所定の電圧)レベルに達したか否かを検出する。電圧検出部20は、抵抗器21〜24と、比較器25と、トランジスタ26とを有している。
Next, the
抵抗器21,22は1次側高圧ラインL1Hと1次側低圧ラインL1Lとの間に直列に接続されており、その間のノードは比較器25のプラス入力端子に接続されている。比較器25のマイナス入力端子には基準電圧Vr1が入力され、出力端子はトランジスタ26のベース及び抵抗器23,24の間のノードに接続されている。抵抗器23,24は、基準電圧Vr2と1次側低圧ラインL1Lとの間に直列に接続されている。トランジスタ26のエミッタは1次側低圧ラインL1Lに接続されており、コレクタは補助電源部30に接続されている。
The
なお、過電圧レベルは、例えば、スイッチング電源装置1内部の回路素子の耐圧から予め設定されればよく、基準電圧Vr1と抵抗器21,22とで設定される。
The overvoltage level may be set in advance from the breakdown voltage of the circuit element inside the switching power supply device 1, for example, and is set by the reference voltage Vr 1 and the
補助電源部30は、直流入力電圧Vinから、制御部17のための電源電圧を生成する。また、補助電源部30は、電圧検出部20が入力過電圧を検出した場合に、電源電圧のレベルを上昇させて、制御部17へ通知する。補助電源部30は、トランス31と、スイッチング素子32と、補助制御部33と、抵抗器34〜36と、整流回路37と、コンデンサ38とを有している。
The auxiliary
トランス31は、1次側巻線31A、2次側巻線31B及び3次側巻線31Cを含み、1次側巻線31Aの極性と、2次側巻線31B及び3次側巻線31Cの極性とが、互いに逆向きとなるように磁気結合されてなる3巻線型のフライバックトランスである。すなわち、2次側巻線31B及び3次側巻線31Cは、互いに等しい極性を有し、1次側巻線31Aは2次側巻線31B及び3次側巻線31Cの極性と逆の極性を有することとなる。
The
1次側巻線31Aの一端は1次側高圧ラインL1Hに接続され、他端はスイッチング素子32を介して1次側低圧ラインL1Lに接続されている。すなわち、1次側巻線31A及びスイッチング素子32は、1次側高圧ラインL1Hと1次側低圧ラインL1Lとの間に直列接続されている。具体的には、スイッチング素子32のドレインは1次側巻線31Aの他端に、ソースは1次側低圧ラインL1Lにそれぞれ接続されており、ゲートは補助制御部33の出力端子に接続されている。また、1次側巻線31A及びスイッチング素子32の直列回路には、コンデンサ38が並列に接続されている。
One end of the primary winding 31A is connected to the primary high voltage line L1H, and the other end is connected to the primary low voltage line L1L via the switching
3次側巻線31Cの両端間には抵抗器34〜36が直列に接続されている。また、3次側巻線31Cの一方の端子は補助制御部33の第1の制御端子に接続されており、他端は1次側低圧ラインL1Lに接続されている。抵抗器34,35間のノードは補助制御部33の第2の制御端子に接続されており、抵抗器35,36間のノードは電圧検出部20の出力端子、すなわちトランジスタ26のコレクタに接続されている。
2次側巻線31Bには、整流回路37が接続されており、整流回路37はダイオード37Aとコンデンサ37Bとを有している。2次側巻線31Bの一端はダイオード37Aを介してコンデンサ37Bの一端に、他端はコンデンサ37Bの他端にそれぞれ接続されている。具体的には、ダイオード37Aのアノードが2次側巻線31Bの一端に、カソードがコンデンサ37Bの一端にそれぞれ接続されている。ダイオード37Aとコンデンサ37Bとはピーク検出回路を構成しており、2次側巻線31Bの両端電圧のピーク電圧をコンデンサ37Bに保持することができる。整流回路37は、コンデンサ37Bの電圧を制御部17の電源電圧として供給する。
A
補助制御部33は、通常時、すなわち、電圧検出部20の出力がハイインピーダンス(トランジスタ26がオフ)である場合に、3次側巻線31Cの両端電圧に応じて、制御部17の電源電圧を第1のレベルに安定化する。具体的には、補助制御部33は、PWM制御によって、スイッチング素子32に供給するスイッチング信号のデューティを制御する。
The
一方、入力過電圧時、すなわち、電圧検出部20の出力電圧がローレベル(トランジスタ26がオン)である場合には、補助制御部33は、抵抗器34と抵抗器35との間のノード電圧の上昇に基づいて、制御部17の電源電圧を第2のレベルに上昇させる。具体的には、補助制御部33は、スイッチング信号のオン幅を広げる。
On the other hand, when the input overvoltage occurs, that is, when the output voltage of the
例えば、第2のレベルは第1のレベルの1.5倍程度とする。これによって、第2のレベルと第1のレベルとの差分を、トランス31のリーケージインダクタンスの変動やばらつき等に起因する電源電圧の変動量に比べて十分大きくすることができ、制御部17における入力過電圧の検出精度を高めることができる。
For example, the second level is about 1.5 times the first level. As a result, the difference between the second level and the first level can be made sufficiently larger than the fluctuation amount of the power supply voltage caused by the fluctuation or fluctuation of the leakage inductance of the
制御部17は、電源本体部10の直流出力電圧Voutを安定化するために、スイッチング動作を行うように電源本体部10を制御する。また、制御部17は、電圧検出部20が入力過電圧を検出した場合に、スイッチング動作を停止するように、すなわち安定化とは異なる所定の動作を行うように電源本体部10を制御する。制御部17は、過電圧情報読取回路40と安定化回路50とを有している。
The
過電圧情報読取回路40は、1次側の電圧検出部20が入力過電圧を検出したか否かの情報を、補助電源部30からの電源電圧から2次側で読み取り、安定化回路50へ通知する。具体的には、過電圧情報読取回路40は、補助電源部30からの電源電圧が第2のレベルに達したか否かによって、入力過電圧を検出する。過電圧情報読取回路40は、抵抗器41,42及び比較器43を有している。抵抗器41,42は、補助電源部30の出力端子間に直列に接続されており、その間のノードは比較器43のプラス入力端子に接続されている。比較器43のマイナス入力端子には基準電圧Vr3が入力され、出力端子は安定化回路50の第2の制御端子に接続されている。
The overvoltage
安定化回路50は、通常時、すなわち、過電圧情報読取回路40の出力電圧がローレベルである場合に、電源本体部10の直流出力電圧Voutを安定化するためのスイッチング信号(例えば、PWM制御)をインバータ回路13へ供給する。一方、入力過電圧時、すなわち、過電圧情報読取回路40の出力電圧がハイレベルである場合には、制御部17は、スイッチングを停止させるためのスイッチング信号をインバータ回路13へ供給する。
The
次に、図1〜図3を参照して、スイッチング電源装置1の動作を説明する。図3は、スイッチング電源装置の各部動作波形を示す図である。
(非入力過電圧時)
Next, the operation of the switching power supply device 1 will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a diagram illustrating operation waveforms of each part of the switching power supply device.
(Non-input overvoltage)
まず、非入力過電圧時(通常時)の動作について説明する。通常時(図3(a)において時刻t1より左側)、直流入力電圧Vinが過電圧レベルVov未満であるので、電圧検出部20における比較器25の出力電圧Vd1がローレベルであり(図3(b)において時刻t1より左側)、トランジスタ26のコレクタ、すなわち電圧検出部20の出力はハイインピーダンスである。したがって、補助電源部30における補助制御部33は、制御部17のための電源電圧Vsを第1のレベルVs1に安定化させる。具体的には、補助制御部33は、トランス31の3次側巻線31Cの電圧をモニタしながら、スイッチング素子32のデューティを制御し、3次側巻線31Cの電圧を安定化する。すると、3次側巻線31Cと2次側巻線31Bとは互いに等しい極性を有しているので、2次側巻線31Bの電圧も安定化され、整流回路37によって整流された電源電圧Vsが第1のレベルVs1に安定化される(図3(c)において時刻t1より左側)。
First, the operation at the time of non-input overvoltage (normal time) will be described. Since the DC input voltage Vin is less than the overvoltage level Vov at the normal time (left side from the time t1 in FIG. 3A), the output voltage Vd1 of the
このとき、電源電圧Vsが過電圧レベル(Vr3の抵抗比倍)未満であるので、制御部17の過電圧情報読取回路40における比較器43の出力電圧Vd2がローレベルである(図3(d)において時刻t1より左側)。すると、安定化回路50は、直流出力電圧Voutを安定化させる。具体的には、安定化回路50は、以下のように、電源本体部10におけるインバータ回路13を制御する。
At this time, since the power supply voltage Vs is less than the overvoltage level (resistance ratio multiple of Vr3), the output voltage Vd2 of the
インバータ回路13のスイッチング素子13A,13Bがオンすると、スイッチング素子13Aからスイッチング素子13Bの方向に電流が流れ、トランス11の2次側巻線11B,11Cに現れる電圧VO1,VO2がダイオード15Bに対して逆方向となり、ダイオード15Aに対して順方向となる。このため、2次側巻線11Bからダイオード15Aを通って出力ラインLOに電流が流れる。
When the
次に、スイッチング素子13Bがオフし、スイッチング素子13Cがオンすると、トランス11の2次側巻線11Cに現れる電圧[−VO2]は、略ゼロとなる。
Next, when the switching
その後、スイッチング素子13C,13Dがオンすると、スイッチング素子13Cからスイッチング素子13Dの方向に電流が流れ、トランス11の2次側巻線11B,11Cに現れる電圧[−VO1]、[−VO2]がダイオード52に対して順方向になる一方、ダイオード15Aに対して逆方向となる。このため、2次側巻線11Cからダイオード15Bを通って出力ラインLOに電流が流れる。
Thereafter, when the
次に、スイッチング素子13Cがオフし、スイッチング素子13Bがオンすると、トランス11の2次側巻線11Bに現れる電圧[−VO1]は、略ゼロとなる。
Next, when the switching
安定化回路50は、電源主体部10に上記した動作を繰り返し行わせ、直流出力電圧Voutをモニタしながらインバータ回路13のスイッチング信号のデューティを調整することによって、直流出力電圧Voutを安定化する。
The
このようにして、電源本体部10は、高圧バッテリHBから供給された直流入力電圧Vinを直流出力電圧Voutに変圧(降圧)し、その変圧した直流出力電圧Voutを低圧バッテリLBに給電する。
(入力過電圧時)
In this way, the power supply
(At input overvoltage)
次いで、入力過電圧時の動作について説明する。図3(a)に示すように、直流入力電圧Vinが上昇し、時刻t2において、直流入力電圧Vinが過電圧レベルVovに達すると、電圧検出部20における比較器25の出力電圧Vd1がハイレベルとなり(図3(b)における時刻t2)、トランジスタ26のコレクタ、すなわち電圧検出部20の出力電圧がローレベルとなる。これによって、抵抗器36が短絡し、抵抗器34と抵抗器35との間のノード電圧が上昇して、補助電源部30における補助制御部33が、制御部17のための電源電圧Vsを第2のレベルVs2に上昇させる(図3(c)における時刻t2〜t3)。なお、補助制御部33の具体的な動作は上記と同様である。本実施形態では、電源電圧Vsは、R35×(R34+R35+R36)/((R34+R35)×(R35+R36))=約1.5倍に上昇する。
Next, the operation at the time of input overvoltage will be described. As shown in FIG. 3A, when the DC input voltage Vin rises and the DC input voltage Vin reaches the overvoltage level Vov at time t2, the output voltage Vd1 of the
すると、電源電圧Vsが過電圧レベルに達し、制御部17の過電圧情報読取回路40における比較器43の出力電圧Vd2がハイレベルとなる(図3(d)における時刻t3)。その結果、安定化回路50は、インバータ回路13を全てオフにするためのスイッチング信号を出力し、電源本体部10の動作を停止させる。
Then, the power supply voltage Vs reaches the overvoltage level, and the output voltage Vd2 of the
このように、本実施形態のスイッチング電源装置1によれば、補助電源部30が、電圧検出部20の出力電圧に応じて制御部17の電源電圧のレベルを変化させるので、制御部17は、この電源電圧のレベルから、電圧検出部20が入力過電圧を検出したか否かを把握することができる。したがって、本実施形態のスイッチング電源装置1によれば、電圧検出部20を入力側(1次側)に設けても、電圧検出部20用の入出力絶縁回路(1次−2次絶縁回路:フォトカプラやリレー等)を別に設ける必要がなく、小型化、低価格化が可能である。なお、本実施形態では、補助電源部30におけるトランス31が、制御部17の電源部用絶縁と電圧検出部用絶縁とを兼ねている。
As described above, according to the switching power supply device 1 of the present embodiment, the auxiliary
また、本実施形態のスイッチング電源装置1によれば、入力過電圧時の電源電圧の変化量、すなわち、入力過電圧時の第2のレベルと通常時の第1のレベルとの差分を約1.5倍にすることによって、トランス31のリーケージインダクタンスの変動やばらつきに依存することなく、入力過電圧を高精度に検出することができる。更に、本実施形態のスイッチング電源装置1では、上記した構成とすることによって電圧検出部20を入力側に設けることができ、直流入力電圧Vinを直接検出することができるので、入力過電圧の検出精度をより高めることができる。
Further, according to the switching power supply device 1 of the present embodiment, the amount of change in the power supply voltage at the time of input overvoltage, that is, the difference between the second level at the time of input overvoltage and the first level at the time of normal is about 1.5. By doubling the input overvoltage, it is possible to detect the input overvoltage with high accuracy without depending on fluctuations and variations in the leakage inductance of the
また、本実施形態のスイッチング電源装置1によれば、入力過電圧時、制御部17は電源本体部10の動作を停止させるので、スイッチング電源装置1の内部回路の破壊を適切に防止することができる。
Further, according to the switching power supply device 1 of the present embodiment, the
なお、本発明は上記した本実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made.
上記実施の形態では、入力過電圧検出時に電源本体部10の動作を停止させたが、電源本体部10をシャットダウンさせずとも、回路素子の破壊を抑制可能な程度にインバータ回路13のオン時間を調整しデューティ比を下げてもよい。また、上記実施の形態では、電源本体部10の動作を停止の際にインバータ回路13を全てオフにするためのスイッチング信号を出力しているが、電源本体部10の動作を停止させる場合、スイッチング信号を一切出力しない構成としても良い。
In the above embodiment, the operation of the power supply
また、上記実施の形態では、スイッチング電源装置1の回路構成を具体的に挙げて説明したが、回路構成はこれに限定されるものではない。例えば、インバータ回路を、8つのスイッチング素子を用いたフルブリッジ型、2つのスイッチング素子を用いたフォワード型、または2つもしくは4つのスイッチング素子を用いたハーフブリッジ型により構成してもよい。 In the above-described embodiment, the circuit configuration of the switching power supply device 1 is specifically described. However, the circuit configuration is not limited to this. For example, the inverter circuit may be configured by a full bridge type using eight switching elements, a forward type using two switching elements, or a half bridge type using two or four switching elements.
また、上記実施の形態では、電源本体部10が、高圧の直流入力電圧Vinをより低い直流出力電圧Voutに変換する降圧型のDC−DCコンバータにより構成されている場合について説明したが、逆に電源本体部を、低圧の直流入力電圧Vinをより高い直流出力電圧Voutに変換する昇圧型のDC−DCコンバータにより構成してもよい。
In the above embodiment, the case where the power supply
また、上記実施の形態では、補助電源部30が、トランス31の3次側巻線31Cの両端電圧をモニタして電源電圧を制御したが、2次側巻線31Bの両端電圧や直接に電源電圧をモニタしても、同様に制御可能である。
In the above embodiment, the
1…スイッチング電源装置、10…電源本体部、11…トランス、12…平滑コンデンサ、13…インバータ回路、13A〜13D…スイッチング素子、14…共振用インダクタ、15…整流回路、16…平滑回路、17…制御部、20…電圧検出部、25…比較器、30…電圧検出部、31…トランス、32…スイッチング素子、33…補助制御部、37…整流回路、40…過電圧情報読取回路、43…比較器、50…安定化回路、HB…高圧バッテリ、LB…低圧バッテリ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Switching power supply device, 10 ... Power supply main-body part, 11 ... Transformer, 12 ... Smoothing capacitor, 13 ... Inverter circuit, 13A-13D ... Switching element, 14 ... Resonance inductor, 15 ... Rectifier circuit, 16 ... Smoothing circuit, 17 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Control part, 20 ... Voltage detection part, 25 ... Comparator, 30 ... Voltage detection part, 31 ... Transformer, 32 ... Switching element, 33 ... Auxiliary control part, 37 ... Rectifier circuit, 40 ... Overvoltage information reading circuit, 43 ... Comparator, 50 ... Stabilization circuit, HB ... High voltage battery, LB ... Low voltage battery.
Claims (2)
前記スイッチング動作を制御する制御部と、
前記制御部の電源電圧を前記入力電圧から生成する補助電源部と、
前記入力電圧を検出する電圧検出部と、
を備え、
前記補助電源部は、前記電圧検出部からの出力電圧に応じて、前記電源電圧を第1のレベルから該第1のレベルと異なる第2のレベルに変化させ、
前記制御部は、前記電源電圧が前記第1のレベルである場合には前記電源本体部の出力電圧を安定化する前記スイッチング動作を行うように制御し、前記電源電圧が前記第2のレベルになった場合には前記安定化とは異なる所定の動作を行うように制御する、
ことを特徴とする、スイッチング電源装置。 A power supply main body for generating an output voltage obtained by performing a switching operation and converting the input voltage into a voltage;
A control unit for controlling the switching operation;
An auxiliary power supply unit that generates a power supply voltage of the control unit from the input voltage;
A voltage detector for detecting the input voltage;
With
The auxiliary power supply unit changes the power supply voltage from a first level to a second level different from the first level according to an output voltage from the voltage detection unit,
The control unit controls the switching operation to stabilize the output voltage of the power supply main body unit when the power supply voltage is at the first level, and the power supply voltage is set to the second level. If it becomes, control to perform a predetermined operation different from the stabilization,
A switching power supply device.
前記制御部は、前記電源電圧が前記第2のレベルになった場合に、前記電源本体部の動作を停止させる、
ことを特徴とする、請求項1に記載のスイッチング電源装置。 The auxiliary power supply unit increases the power supply voltage to the second level when the input voltage detected by the voltage detection unit exceeds a predetermined voltage,
The control unit stops the operation of the power supply main body when the power supply voltage reaches the second level.
The switching power supply device according to claim 1, wherein:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2007092795A JP2008253075A (en) | 2007-03-30 | 2007-03-30 | Switching power supply device |
Applications Claiming Priority (1)
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JP (1) | JP2008253075A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010171428A (en) * | 2009-01-22 | 2010-08-05 | Palo Alto Research Center Inc | Thin film diode |
CN106160417A (en) * | 2016-08-11 | 2016-11-23 | 惠州三华工业有限公司 | A kind of wide positive and negative adjustable high voltage D. C of scope and control method thereof |
-
2007
- 2007-03-30 JP JP2007092795A patent/JP2008253075A/en not_active Withdrawn
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CN106160417A (en) * | 2016-08-11 | 2016-11-23 | 惠州三华工业有限公司 | A kind of wide positive and negative adjustable high voltage D. C of scope and control method thereof |
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