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JP3031501B2 - Dc−dcコンバータの過電流保護回路及び保護方法 - Google Patents

Dc−dcコンバータの過電流保護回路及び保護方法

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Publication number
JP3031501B2
JP3031501B2 JP4006795A JP679592A JP3031501B2 JP 3031501 B2 JP3031501 B2 JP 3031501B2 JP 4006795 A JP4006795 A JP 4006795A JP 679592 A JP679592 A JP 679592A JP 3031501 B2 JP3031501 B2 JP 3031501B2
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JP
Japan
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switching element
converter
load
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JP4006795A
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JPH05199740A (ja
Inventor
裕之 尾崎
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
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  • Dc-Dc Converters (AREA)

Description

【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及び保護方法に関する。
【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D
C−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
荷常置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及び保護方法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径路に設けら
れ、且つ、前記DC−DCコンバータ内のスイッチング
素子とは別のスイッチング素子を含む保護回路部と、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別の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
力して前記別の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
別の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、及び、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方法であっ
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、過電流を検出する段階と、前記負荷に供給される
電流の径路に、前記DC−DCコンバータ内のスイッチ
ング素子とは別のスイッチング素子を含む保護回路部を
設ける段階と、過電流を検出する前記段階によって検出
された過電流の値が第1の値未満のときに前記別のスイ
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別のスイッチング
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別のスイッチング素子を遮断
させる段階と、を具備することを特徴とする過電流保護
方法、を提供する。
【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T
3,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Q
2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R
5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,E
2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Q
2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、P
WM: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。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02M 3/155 H02H 7/12

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【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径路に設けられ、且つ、前
    記DC−DCコンバータ内のスイッチング素子とは別の
    スイッチング素子を含む保護回路部と、 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別の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
    出力して前記別の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
    記別の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。
  2. 【請求項2】 直流電源から印加された入力電流を変換
    して負荷に出力電圧を印加するDC−DCコンバータの
    過電流保護方法であって、 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、過電流を検出する段階と、 前記負荷に供給される電流の径路に、前記DC−DCコ
    ンバータ内のスイッチング素子とは別のスイッチング素
    子を含む保護回路部を設ける段階と、 過電流を検出する前記段階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別の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別の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
    のとき前記別のスイッチング素子を遮断させる段階と、 を具備することを特徴とする過電流保護方法。
JP4006795A 1992-01-17 1992-01-17 Dc−dcコンバータの過電流保護回路及び保護方法 Expired - Lifetime JP3031501B2 (ja)

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JP7157865B1 (ja) * 2021-12-23 2022-10-20 株式会社オーバル 機器内蔵電池の保護回路

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