JP2009290937A - スイッチング電源 - Google Patents
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Abstract
【課題】外付けのダイオードがショートした場合におけるシステムの破壊・熱暴走を防止し、信頼性の向上をはかる。
【解決手段】電源と接地端との間にコイル11とスイッチ素子21を直列接続し、これらの接続点SWに現れる電圧を整流用ダイオード12及び平滑用コンデンサ13により整流平滑して出力端に出力する昇圧型のスイッチング電源であって、出力端の電圧に基づいて検出される検出電圧Vdと第1の基準電圧Vcとの差を出力する誤差増幅器23と、誤差増幅器23の出力に基づいて、検出電圧Vdが第1の基準電圧Vcと同じになるようにスイッチ素子21を制御する制御回路24,25と、誤差増幅器23の出力電圧と第2の基準電圧Vsとを比較し、出力電圧が第2の基準電圧Vsを上回るとスイッチ素子21の駆動を停止する保護回路26,27,28とを備えた。
【選択図】 図1
【解決手段】電源と接地端との間にコイル11とスイッチ素子21を直列接続し、これらの接続点SWに現れる電圧を整流用ダイオード12及び平滑用コンデンサ13により整流平滑して出力端に出力する昇圧型のスイッチング電源であって、出力端の電圧に基づいて検出される検出電圧Vdと第1の基準電圧Vcとの差を出力する誤差増幅器23と、誤差増幅器23の出力に基づいて、検出電圧Vdが第1の基準電圧Vcと同じになるようにスイッチ素子21を制御する制御回路24,25と、誤差増幅器23の出力電圧と第2の基準電圧Vsとを比較し、出力電圧が第2の基準電圧Vsを上回るとスイッチ素子21の駆動を停止する保護回路26,27,28とを備えた。
【選択図】 図1
Description
本発明は、昇圧型のスイッチング電源に係わり、特に外付けのダイオードのショート等による過電圧や過電流を保護する機能を備えたスイッチング電源に関する。
近年、発光ダイオード(LED)の駆動回路として、コイルとスイッチ素子を用いて昇圧電位を発生する昇圧型のスイッチング電源が用いられている。このスイッチング電源では、電源入力端と接地端との間にコイルとスイッチ素子が直列接続され、スイッチ素子により電源入力電圧をオン/オフし、発生する電圧をダイオードとコンデンサによって整流平滑し、昇圧された出力電圧を発生する。そして、出力電圧を一定に保つため、帰還電圧が基準電圧に等しくなるようにフィードバック制御(スイッチング信号のデューティ比や周波数などを制御)して、定電圧に制御を行っている(例えば、特許文献1,2参照)。
ところで、この種のスイッチング電源において、外付けのダイオードがショートした場合、スイッチング動作は継続し、コイル電流を流す動作が停止しない。このため、過電圧や過電流が発生し、スイッチ素子の破壊・熱暴走に至る可能性がある。特に、出力電圧をフィードバックする方式においては、外付けのダイオードのショートにより出力電圧が低下するため、スイッチング動作は出力を上げようとする方向になり、熱暴走に至るのが必至である。
特公平7−50983号公報
特開2005−117810号公報
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、外付けのダイオードがショートした場合におけるシステムの破壊・熱暴走を防止することができ、信頼性向上をはかり得るスイッチング電源を提供することにある。
本発明の一態様に係わるスイッチング電源は、一端が電源に接続されたコイルと、前記コイルの他端と接地端との間に接続され、スイッチング信号によってスイッチングされるスイッチ素子と、前記コイルとスイッチ素子との接続点と出力端との間に接続された整流用ダイオードと、前記出力端と接地端との間に接続された平滑用コンデンサと、前記出力端の電圧に基づいて検出される検出電圧と第1の基準電圧との差を出力する誤差増幅器と、前記誤差増幅器の出力に基づいて、前記検出電圧が前記第1の基準電圧と同じになるように前記スイッチ素子を制御する制御回路と、前記誤差増幅器の出力電圧と第2の基準電圧とを比較し、出力電圧が第2の基準電圧を上回ると前記スイッチ素子の駆動を停止する保護回路と、を具備してなることを特徴とする。
本発明によれば、外付けのダイオードがショートしたことを保護回路により検出し、スイッチング動作を停止すると共にコイル電流を停止することができるため、システムの破壊・熱暴走を防止することができる。これにより、スイッチング電源の信頼性向上をはかることができる。
以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係わるスイッチング電源を示す回路構成図である。
電源入力端(電源電圧入力Vin)と接地端との間に、コイル11とスイッチ素子21とが直列に接続されている。スイッチ素子21としては、MOSトランジスタやバイポーラトランジスタが好適である。この例では、スイッチ素子21として、n型MOSトランジスタが使用されている。
コイル11とスイッチ素子21との直列接続点SWと出力端子(出力電圧Vout)との間に整流用ダイオード12が接続されている。整流用ダイオード12としては、電圧降下の小さいショットキ・バリヤ・ダイオードが好適である。出力端子と接地端との間に平滑用コンデンサ13が接続されている。これにより、直列接続点SWの電圧が、整流用ダイオード12と平滑用コンデンサ13からなる整流平滑回路で整流平滑され、出力端子から出力電圧Vout として負荷14に供給されるようになっている。なお、ダイオード12と並列に接続されているスイッチ(図中に破線で示す)は実際のデバイスではなく、ダイオード12のショートをイメージしたものである。
これらコイル11、ダイオード12、コンデンサ13、及び負荷14は外付け部品で構成されることが多く、スイッチ素子21を含む制御手段(スイッチング電源用IC)と共に、スイッチング型の昇圧回路が構成される。この昇圧回路では、スイッチ素子21のゲートに印加されるスイッチング信号のデューティ比に応じて、スイッチ素子21のオン期間とオフ期間が変更されて、電源入力電圧Vinが昇圧された出力電圧Vout が出力される。
また、この昇圧回路では、スイッチング信号が供給されないとき、即ちスイッチ素子21がオフ状態のときには、コイル11、ダイオード12を介して、コンデンサ13は略電源入力電圧Vinに近くまで充電される。具体的には、電源入力電圧Vinからダイオード12の降下電圧Vfを引いた電圧に充電される。ダイオード12の降下電圧Vfは、ショットキーダイオードの場合には比較的小さく、例えば0.2〜0.4V程度である。
出力端と接地端との間に、負荷14としての複数のLEDの直列接続部と、定電流源22が接続される。定電流源22としては、図2(a)に示すように、2つのMOSトランジスタをカレントミラー接続し、基準電流側のトランジスタの面積mに対してLED側のトランジスタの面積nを大きくし、基準電流のn/m倍の電流を流すカレントミラー方式を用いることができる。また、図2(b)に示すように、基準電流側にnの抵抗を、LED側にnよりも小さなmの抵抗を出力MOSトランジスタと直列に接続し、各々の抵抗の両端の電圧が等しくなるように差動増幅器でMOSトランジスタのゲート電圧を制御することにより、基準電流のn/m倍の電流を流す定電流方式を用いることも可能である。
負荷14と定電流源22との接続点VDの電位Vdは、誤差増幅器23の一方の入力端に入力され、誤差増幅器23の他方の入力端には制御電圧Vc(第1の基準電圧)が入力される。誤差増幅器23の出力はPWMコンパレータ24に入力され、PWMコンパレータ24では誤差増幅器23の出力に応じて発振器25からのクロックのデューティ比を制御するようになっている。PWMコンパレータ24で制御されたクロックはANDゲート26の一方の入力端に供給され、スイッチ素子21のスイッチング信号として用いられる。なお、誤差増幅器23の出力端と接地端との間には位相補償用に外付けのコンデンサ29が接続されている。
また、誤差増幅器23の出力はコンパレータ27に入力され、第2の基準電圧Vsと比較される。コンパレータ27は誤差増幅器23の出力が基準電圧Vsを上回ると“H”レベルを出力する。コンパレータ27の出力はフリップ・フロップ等からなるラッチ回路28によりラッチされる。ラッチ回路28の出力は、ANDゲート26の他方の入力端に供給されると共に、システムストップ信号として出力される。
正常時は、誤差増幅器23によりVdの電位とVcの電位を比較し、Vdの電位とVcの電位が等しくなるように、スイッチ素子21が駆動される。即ち、VdがVcよりも低いと、PWMコンパレータ24によりクロックのデューティ比が大きくなり、スイッチ素子21のオン時間が長くなり、出力電圧が上がる方向に制御される。これとは逆にVdがVcよりも高いと、PWMコンパレータ24によりクロックのデューティ比が小さくなり、スイッチ素子21のオン時間が短くなり、出力電圧が下がる方向に制御される。つまり、出力電圧のフィードバック制御により出力電圧が一定に制御される。
このような構成において、システム起動時又はスイッチング動作時に、外付けのダイオード12がショートしていると、本来(Vin<Vout)になる制御を行うはずが、Vin=Voutになる。定電流出力ドライバー端子VDの電圧Vdは、通常動作ではある一定の電圧に保持されているが、Vin=VoutになることよりVd=0Vになり、誤差増幅器23の制御電圧Vcに対して低い電圧になる。
誤差増幅器23の動作は、この状態になるとパワーを上げようとして出力のソース側の電流がコンデンサ29に流れ続け、コンデンサ接続端VCOMPの電圧は上昇していく。VCOMPの電圧が上昇していくと、これとの比較を行う基準電圧(Vs)よりも高い電圧になり、コンパレータ27の出力の極性が“L”から“H”に反転する。反転した信号は、ラッチ回路28でラッチされ、ラッチ回路28の出力の極性が反転する。
ラッチ回路28に“H”レベルがラッチされると、ANDゲート26の出力はコンパレータ24の出力に拘わらず常に“L”となり、スイッチ素子21の駆動が停止される。即ち、ラッチ回路28のラッチ信号は、スイッチ素子21の動作をストップさせると共に、システム全体をオフさせる信号として出力される。これにより、ダイオード12のショートによるシステムの熱暴走から回避することが可能となる。また、ラッチ回路28の“L”レベル出力をシステムストップ信号として他のシステムにも供給することにより、システム全体のより安全性の向上をはかることができる。
なお、ノイズによる誤検出を防止するために、コンパレータ27の出力とラッチ回路28の入力との間にノイズフィルターを設けるようにしてもよい。
このように本実施形態によれば、外付けのダイオード12がショートすると、ドライバー端子VDの電圧VdがGNDレベルまで低下し、誤差増幅器23の出力電圧が急激に増大し、コンパレータ27によりこれを検出し、ラッチ回路28によりスイッチ素子21の駆動を停止することになる。従って、外付けのダイオード12がショートした場合におけるシステムの破壊・熱暴走を未然に防止することができ、信頼性向上をはかることができる。また、既存の昇圧型のスイッチング装置に対して、コンパレータ27及びラッチ回路28を付加するのみで構成できる利点もある。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。実施形態では、スイッチ素子としてn型MOSトランジスタを用いたが、必ずしもこれに限るものではなく、バイポーラトランジスタを用いることも可能である。さらに、負荷に直列接続する定電流源は前記図2(a)(b)に示す構成に何ら限定されるものではなく、仕様に応じて適宜変更可能である。
また、保護回路はコンパレータとラッチ回路に限定されるものではなく、誤差増幅器の出力電圧と基準電圧Vsとを比較し、出力電圧が基準電圧Vsを上回るとスイッチ素子の駆動を停止するものであれば良い。さらに、実施形態では、定電流出力ドライバー端子VDの電位を検出したが、この代わりに出力端の電位Vout を検出するようにしても良い。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
11…コイル
12…整流用ダイオード
13…平滑用コンデンサ
14…負荷
21…スイッチ素子
22…定電流源
23…誤差増幅器
24…PWMコンパレータ
25…発振器
26…ANDゲート
27…コンパレータ
28…ラッチ回路
12…整流用ダイオード
13…平滑用コンデンサ
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27…コンパレータ
28…ラッチ回路
Claims (5)
- 一端が電源に接続されたコイルと、
前記コイルの他端と接地端との間に接続され、スイッチング信号によってスイッチングされるスイッチ素子と、
前記コイルとスイッチ素子との接続点と出力端との間に接続された整流用ダイオードと、
前記出力端と接地端との間に接続された平滑用コンデンサと、
前記出力端の電圧に基づいて検出される検出電圧と第1の基準電圧との差を出力する誤差増幅器と、
前記誤差増幅器の出力に基づいて、前記検出電圧が前記第1の基準電圧と同じになるように前記スイッチ素子を制御する制御回路と、
前記誤差増幅器の出力電圧と第2の基準電圧とを比較し、出力電圧が第2の基準電圧を上回ると前記スイッチ素子の駆動を停止する保護回路と、
を具備してなることを特徴とするスイッチング電源。 - 前記コイル、整流用ダイオード、及び平滑用コンデンサは、外付けの素子であることを特徴とする請求項1記載のスイッチング電源。
- 前記出力端と接地端との間に、負荷としての発光ダイオードと定電流源が直列接続され、前記検出電圧として、前記発光ダイオードと定電流源との接続点の電位を検出することを特徴とする請求項1又は2記載のスイッチング電源。
- 前記保護回路は、前記誤差増幅器の出力電圧と第2の基準電圧とを比較し出力電圧が第2の基準電圧を上回ると出力が反転する比較器と、この比較器の出力をラッチするラッチ回路とからなり、前記ラッチ回路のラッチ出力で前記スイッチ素子の駆動を強制的に停止するものであることを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載のスイッチング電源。
- 前記ラッチ回路のラッチ出力により、システム全体を停止させることを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載のスイッチング電源。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2008138427A JP2009290937A (ja) | 2008-05-27 | 2008-05-27 | スイッチング電源 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2008138427A JP2009290937A (ja) | 2008-05-27 | 2008-05-27 | スイッチング電源 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2012124120A (ja) * | 2010-12-10 | 2012-06-28 | Rohm Co Ltd | 発光素子の駆動回路およびそれを用いた発光装置、電子機器 |
JP2012156700A (ja) * | 2011-01-25 | 2012-08-16 | Ricoh Co Ltd | 誤差増幅回路及びスイッチングレギュレータ |
CN108880252A (zh) * | 2018-07-13 | 2018-11-23 | 昂宝电子(上海)有限公司 | 线性恒流电路 |
JP2020198242A (ja) * | 2019-06-04 | 2020-12-10 | ローム株式会社 | Led駆動装置及び表示装置、並びにled駆動装置の制御装置 |
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2008
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