JP5209273B2 - 電源装置及びこれを備えた電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、ＤＣ／ＤＣコンバータに代表される電源装置、及び、これを備える電子機器に関する。

従来から、熱損失が少なく、かつ、入力較差が大きい場合に比較的効率が良い安定化電源手段の一つとして、出力トランジスタのスイッチング制御（デューティ制御）によってエネルギ貯蔵素子（コンデンサやコイルなど）を駆動することで、入力電圧から所望の出力電圧を得るスイッチングレギュレータが広く用いられる。

このようなスイッチングレギュレータには、ソフトスタート回路が設けられるものがある（特許文献１参照）。そして、ソフトスタート回路を設けることによって、電源装置の立ち上げ時において出力電圧が急激に上昇することを防ぎ、トランジスタなどの装置内外に設けられる素子の破損を抑制することが可能となる。また、電源装置が異常などにより一時停止した後に復帰する場合においても、同様に素子の破損を抑制することが可能となる。また、このような電源装置において、出力側の過電流の発生を検出して、電源装置から出力される電圧及び電流を抑制する装置を備えるものがある。
特開２００２−２７２０９８号公報

しかしながら、このような電源装置において出力側に過電流が発生したとしても、過電流が検出された後、安全な状態に移行するまでの間に電源装置が再度出力電圧を上昇させようとして、出力電流が十分に抑制されない問題が生じることがある。

この問題を具体的に説明する。出力側においてショートなどに起因する過電流が検出されると、まず、ソフトスタート回路に接続される立ち上げ遅延用のコンデンサを放電させて、電源装置を停止状態にさせようと試みる。しかしながら、このコンデンサの放電に伴い、電源装置が出力電圧を下降させて過電流を低減させるため、過電流が検出されなくなってしまう。その結果、このコンデンサの放電が停止されるとともに充電が開始され、電源装置が出力電圧を上昇させる動作を行い、出力電流が十分に抑制されなくなってしまう。

この状態について、一例を図７に示す。図７は、従来の電源装置における異常時の出力電圧と出力電流の値を示すグラフである。図７に示すように、時間ｔ₁においてショートが発生した後、出力電流は急激に増大する。しかし、上述したように出力電流が十分に抑制されないため、過電流か否かを判定する際の閾値となる電流値Ｉ₁付近の値で安定化してしまう。そして、この電流によって素子が破壊されたり、発熱及び発火したりする。なお、破壊や発熱を防ぐためには素子の耐性を向上させたり、閾値電流Ｉ₁を低減したりする必要があるが、装置が大型化したり動作の信頼性が低下したりする。

そこで、本発明は、過電流が生じた際に素子を確実に保護することができるとともに、小型化及び信頼性の向上を図った電源装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、入力電圧から所望の出力電圧を生成する変換部を備えた電源装置において、過電流の発生を検出して、過電流検出信号を出力する過電流検出部と、当該過電流検出部から出力される信号が入力されるとともに、前記過電流検出信号が入力される場合に、その後の前記過電流検出信号の入力の有無に関わらず変換動作抑制信号を継続して出力するラッチ部と、当該ラッチ部の出力に基づいて前記変換部を制御する制御部と、を備え、前記制御部に前記変換動作抑制信号が入力される場合に、前記制御部が、前記変換部において生成される出力電圧を低減させる制御を行うことを特徴とする。

このような構成とする場合、前記過電流検出部がＨとＬの信号を出力するものとして、前記過電流検出信号がＨの信号であるとしても構わない。また、前記ラッチ部がＨとＬの信号を出力するものとして、前記変換動作抑制信号がＨの信号であることとしても構わない。

また、上記構成の電源装置において、前記制御部の制御動作を確認して、確認結果を前記ラッチ部に出力する復帰部をさらに備え、前記制御部に前記変換動作抑制信号が入力され、前記制御部が前記変換部の動作を十分抑制したことを前記復帰部が検出した場合に、前記復帰部が、前記変換動作抑制信号を停止させる信号を、前記ラッチ部に入力することとしても構わない。

このような構成とする場合、前記復帰部がＨとＬの信号を出力するものとして、前記ラッチ部から出力される前記変換動作抑制信号を停止させる信号が、Ｈの信号であることとしても構わない。

また、上記構成の電源装置において、前記制御部が、前記駆動部をＰＷＭ制御することとしても構わない。さらに、前記復帰部が前記制御部の制御動作を検出する際に、前記制御部に備えられるとともに、パルス幅を決定するためのコンデンサに充電されている電圧値を確認することとしても構わない。

また、上記構成の電源装置において、前記ラッチ部がフリップフロップ回路であり、セット入力端に前記過電流検出部の出力が入力され、前記リセット入力端に前記復帰部の出力が入力され、出力端が、前記ラッチ部の出力端となることとしても構わない。

また、上記構成の電源装置において、前記ラッチ部が、一方の入力端に前記過電流検出部の出力が入力される第１ＮＯＲ回路と、一方の入力端に前記復帰部の出力が入力される第２ＮＯＲ回路と、を備え、前記第１ＮＯＲ回路の出力端と前記第２ＮＯＲ回路の他方の入力端が接続されるとともに、前記第２ＮＯＲ回路の出力端が前記第１ＮＯＲ回路の他方の入力端に接続され、前記第２ＮＯＲ回路の出力端が前記ラッチ回路の出力端となることとしても構わない。

また、上記構成の電源装置において、前記変換部が、入力される電圧を平滑化して前記出力電圧を出力する平滑回路と、第１電極に前記入力電圧が入力され、第２電極が前記平滑回路に接続されるトランジスタと、当該トランジスタの制御電極に接続されて前記トランジスタのＯＮ／ＯＦＦを制御するとともに、前記制御部によって制御される駆動部と、を備えることとしても構わない。

また、上記構成の電源装置において、前記変換部が、入力される電圧を平滑化して前記出力電圧を出力する平滑回路と、一端に前記入力電圧が入力されるとともに他端が前記平滑回路に接続されるコイルと、第１電極が接地され、第２電極が前記平滑回路と前記コイルとの接続ノードに接続されるトランジスタと、当該トランジスタの制御電極に接続されて前記トランジスタのＯＮ／ＯＦＦを制御するとともに、前記制御部によって制御される駆動部と、を備えることとしても構わない。

また、本発明の電子機器は、上記の電源装置を備えることを特徴とする。

本発明の構成によれば、過電流検出部によって過電流が検出される場合において、確実に過電流を抑制し続けることが可能となる。そのため、素子の耐圧を大きくすることによる装置の大型化を防いだり、回路設計の自由度を向上させたりすることが可能となる。さらに、過電流であることを判定するための閾値電流を十分大きな値に設定することが可能となるため、安定した動作をさせることができる。

＜電源装置の概略構成＞
以下、本発明における電源装置の実施形態について図１〜図６に基づき説明する。まず、本実施形態における電源装置の構成について、図１を用いて説明する。図１は、本実施形態における電源装置の概略構成を示したブロック図である。なお、本実施形態における電源装置１は、入力される直流電圧を変圧して直流電圧を出力する所謂ＤＣ／ＤＣコンバータである。

図１に示すように、本実施形態における電源装置１は、複数の端子を備えたパッケージＰを備えている。そして、このパッケージＰの外部には、それぞれの端子に接続される種々の素子が備えられている。

まず、端子ＶＩＮには、一端が接地されたコンデンサＣ１の他端が接続されており、端子ＶＩＮとコンデンサＣ１との接続ノードに定電圧源Ｖｉｎ１から直流電圧が供給されている。また、端子ＢＳＴにはコンデンサＣ２の一端が接続されており、コンデンサＣ２の他端は端子ＳＷに接続されている。

また、端子ＳＷには、アノードが接地されたダイオードＤ１のカソードが接続されており、この接続ノードに、コイルＬ１の一端が接続されている。コイルＬ１の他端には、一端が接地されたコンデンサＣ３の他端が接続されており、この接続ノードが電源装置１の出力端子Ｖｏｕｔと接続されている。

コイルＬ１の他端に、コンデンサＣ４の一端と抵抗Ｒ１の一端とがそれぞれ接続されている。コンデンサＣ４の他端と抵抗Ｒ１の他端とは接続されており、この接続ノードに、一端が接地された抵抗Ｒ２の他端が接続されている。また、この接続ノードが端子ＦＢに接続されている。

端子ＳＳには、一端が接地されたコンデンサＣ５の他端が接続されている。さらに、端子ＣＯＭＰには、コンデンサＣ６の一端が接続されている。コンデンサＣ６の他端には、一端が接地された抵抗Ｒ３の他端が接続されている。また、端子ＥＮには素子が接続されておらず、オープンになっている。端子ＧＮＤは接地されており、パッケージＰ内の各部に接地電圧を供給している。

次に、パッケージＰ内の構成について説明する。まず、端子ＥＮに、入力される直流電圧を変圧して直流電圧を生成する参照電圧生成部２が接続されている。参照電圧生成部２には定電圧源Ｖｉｎ２から直流電圧が入力されている。参照電圧生成部２が出力する電圧は発振器３に供給され、発信器３はこれに基づいて発振信号を出力する。また、参照電圧生成部２が出力する電圧は電流源４にも供給され、電流源４によって電源装置１の各部で用いられる定電流が生成される。

参照電圧生成部２が出力する電圧は低電圧ロックアウト部５にも入力され、さらに過熱保護部６にも入力される。また、抵抗Ｒ４の一端に参照電圧生成部２が接続されており、直流電圧が供給される。抵抗Ｒ４の他端には一端が接地された抵抗Ｒ５の他端が接続されている。そして、抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ５との接続ノードが、エラーアンプＥＲＲの非反転入力端（＋）に接続されている。このエラーアンプＥＲＲの反転入力端（−）には、端子ＦＢが接続されている。また、エラーアンプＥＲＲの出力端は、端子ＣＯＭＰに接続されている。

発振器３から出力される発振信号は、入力される信号の波形を調整することでスロープ信号（例えば、三角波やランプ波）を生成して出力するスロープ信号生成部７に入力される。スロープ信号生成部７から出力されるスロープ信号は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御を行うためのＰＷＭ信号を出力するＰＷＭ用コンパレータＰＷＭの非反転入力端（＋）に入力される。このＰＷＭ用コンパレータＰＷＭの反転入力端（−）は、端子ＣＯＭＰとエラーアンプＥＲＲとの接続ノードに接続されている。

また、ソフトスタート制御部８が、ＰＷＭ用コンパレータＰＷＭの非反転入力端（−）に接続されるとともに、端子ＳＳにも接続されている。

発振器３から出力される発振信号と、ＰＷＭ用コンパレータＰＷＭの出力端から出力されるＰＷＭ信号と、はそれぞれ駆動制御部９に入力される。駆動制御部９は、例えばフリップフロップなどによって構成され、本例ではセット入力端（Ｓ）に発振信号、リセット入力端（Ｒ）にＰＷＭ信号が入力されるものとする。

駆動制御部９の二つの出力端（Ｑ，ＱＢ）にはそれぞれレベルシフタ１０ａ，１０ｂが接続されており、それぞれのレベルシフタ１０ａ，１０ｂにはそれぞれドライバ１１ａ，１１ｂが接続されている。また、それぞれのドライバ１１ａ，１１ｂには、それぞれｎチャネルの電界効果型トランジスタＴｒ１ａ，Ｔｒ１ｂのゲートが接続されており、それぞれのドライバ１１ａ，１１ｂの出力によって、それぞれのトランジスタＴｒ１ａ，Ｔｒ１ｂのＯＮ／ＯＦＦが制御される。

トランジスタＴｒ１ａのドレインは端子ＶＩＮに接続されており、ソースはトランジスタＴｒ１ｂのドレインに接続されている。トランジスタＴｒ１ｂのソースは接地されており、トランジスタＴｒ１ａとトランジスタＴｒ１ｂとの接続ノードは端子ＳＷと接続されている。

また、定電圧源Ｖｉｎ２から入力される直流電圧を変圧して所定の大きさの直流電圧を出力するレギュレータ１２が備えられる。レギュレータ１２にはダイオードＤ２のアノードが接続されており、ダイオードＤ２のカソードは端子ＢＳＴに接続されている。ダイオードＤ２と端子ＢＳＴとの接続ノードには、レベルシフタ１０ａとドライバ１１ａとが接続されている。また、トランジスタＴｒ１ａとトランジスタＴｒ１ｂとの接続ノードには、レベルシフタ１０ａとドライバ１１ａとがそれぞれ接続されている。

トランジスタＴｒ１ａとトランジスタＴｒ１ｂとの接続ノードには、ドライバ１１ｂも接続されている。なお、図示していないが、レベルシフタ１１ｂに所定の大きさの電圧が加えられることとしても構わない。さらに、レベルシフタ１０ｂとドライバ１１ｂとに接地電圧が供給されることとしても構わない。

また、出力電圧の大きさに基づいて過電流を検出する過電流検出部１３が備えられている。過電流検出部１３には、端子ＶＩＮ及び端子ＳＷのそれぞれの電圧が印加され、これらに基づいて判定信号を出力する。この判定信号は、駆動制御部９と過電流保護部１４とに供給される。過電流保護部１４は、この判定信号に基づいてソフトスタート制御部８を制御する。また、駆動制御部９は判定信号に基づいて出力端（Ｑ，ＱＢ）から出力される信号の調整を行う。

＜電源装置の概略動作＞
次に、上述した電源装置１の動作について図１を用いて説明する。

本実施形態における電源装置１は、直流電圧（例えば、定電圧源Ｖｉｎ１，Ｖｉｎ２から供給される直流電圧）が入力されることによって始動する。このとき、参照電圧生成部２から十分な電圧が供給されるまで、低電圧ロックアウト部５が例えばレギュレータ１２などの動作を停止させつづける。そして、所定の大きさ以上の電圧が供給されるようになると、停止状態が解除されて始動する。

すると、抵抗Ｒ４,Ｒ５に電圧が印加されるとともに、抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ５の接続ノードにかかる電圧がエラーアンプＥＲＲの非反転入力端（＋）に入力される。このとき、始動状態であると出力側からＦＢ端子に帰還されてエラーアンプＥＲＲの反転入力端（−）に入力される電圧値は十分低いものとなる。そのため、始動時にはエラーアンプＥＲＲからＨとなる所定の電圧が出力される。

エラーアンプＥＲＲから出力される電圧によって、コンデンサＣ６が充電される。これにより、ＰＷＭ用コンパレータＰＷＭの反転入力端（−）の電圧値が上昇し、ＰＷＭ信号のパルスの幅が狭くなる。このとき、ソフトスタート制御部８は、コンデンサＣ６の充電時間を遅くするような動作を行う。なお、ソフトスタート制御部８の構成及び動作の詳細については後述する。

駆動制御部９は、入力される発振信号と、ＰＷＭ信号とに基づいて信号を出力する。この出力される信号によって、トランジスタＴｒ１ａ，Ｔｒ１ｂのＯＮ／ＯＦＦが制御されるが、トランジスタＴｒ１ａ，Ｔｒ１ｂが同時にＯＮにならないように制御される。例えば、駆動制御部９からレベルシフタ１０ａにＨの信号が出力される場合には、駆動制御部９からレベルシフタ１０ｂにＬの信号が入力されるものとなる。そして、トランジスタＴｒ１ａ，Ｔｒ１ｂを交互に動作させることによって、端子ＳＷに直流電圧や接地電圧が供給される。

また、コイルＬ１とコンデンサＣ３とで端子ＳＷから出力される電圧を平滑化することによって、所望かつ一定の値となる出力電圧が得られる。ダイオードＤ１は、トランジスタＴｒ１ａ，Ｔｒ１ｂがどちらもＯＦＦになる場合に、接地電圧を供給する。なお、トランジスタＴｒ１ａ，Ｔｒ１ｂのＯＮ／ＯＦＦを切り替える際に、瞬間的に両方ＯＮになり突入電流が生じることを防止するため、切替時に両方ＯＦＦになる期間が設けられていても構わない。

また、レベルシフタ１０ａ及びドライバ１１ａは、トランジスタＴｒ１ａをＯＮさせるために十分大きい電圧をゲートに印加するために設けられている。このレベルシフタ１０ａ及びドライバ１１ａに供給される高電圧側の電圧は、ブートストラップ用のコンデンサであるコンデンサＣ２によって生成される。

即ち、コンデンサＣ２には、ダイオードＤ２を介してレギュレータ１２の電圧が一端側から供給されて充電され、端子ＳＷの電圧が他端側から供給される。このとき、コンデンサＣ２の一端側の電位は、端子ＳＷの電位にレギュレータ１２から供給される電圧分上乗せされたものとなる。そのため、この電圧を駆動制御部９から出力される信号に基づいてトランジスタＴｒ１ａのゲートに印加することによって、トランジスタＴｒ１ａをＯＮすることができる。

一方、トランジスタＴｒ１ｂについてはソースが接地されているため、ゲートにある程度の大きさの電圧値を印加することによってＯＮすることができる。そのため、レベルシフタ１０ｂやドライバ１１ｂには、最低限数Ｖ程度の電圧が印加されていればよい。そして、この電圧を駆動制御部９から出力される信号に基づいてトランジスタＴｒ１ｂのゲートに印加することによって、トランジスタＴｒ１ｂをＯＮする。

ところで、電源装置１の始動開始直後では、コンデンサＣ２は十分充電されていない。しかしながら、始動開始直後においてトランジスタＴｒ１ｂがＯＮとなる時間を比較的長いものとすると、レギュレータ１２から供給される電圧によってコンデンサＣ２を効率よく充電することができる。

さらに、電源装置１では出力電圧を一定に保つ制御が行われる。特に、端子ＦＢに入力される電圧値によって、出力電圧の調整が行われる。例えば、出力電圧が大きい場合では、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続ノードの電圧値（即ち、エラーアンプの反転入力端（−）に印加される電圧値）が、非反転入力端（＋）に供給されるよりも大きなものとなり、エラーアンプからＬとなる電圧が出力される。これにより、コンデンサＣ６の放電が行われ、ＰＷＭ用コンパレータＰＷＭの非反転入力端（−）に入力される電圧値が低くなる。すると、ＰＷＭ信号のパルスの幅が広くなるように調整される。したがって、トランジスタＴｒ１ａがＯＦＦになる状態が長くなり、出力電圧が下げられる。反対に、出力電圧が小さい場合にはこれと逆の動作が行われる。

以上のように動作させることによって、電源装置１から所望かつ一定の大きさとなる直流電圧を得ることができる。また、動作中にショートなどの異常が生じる場合には、過電流検出部１３及び過電流保護部１４が動作して、過電流を低減させることで電源装置１に備えられる素子の保護を行う。

なお、端子ＥＮを接地するか否かを決定するスイッチを設け、このスイッチによって電源装置１の動作の可否を決定することとしても構わない。また、電源装置１がパッケージＰを備えた構成としているが、パッケージＰを備えない構成としたり、パッケージＰの外側に設けられる素子を内側に設けたりしても構わない。

＜過電流検出部の構成及び動作＞
次に、過電流検出部１３の具体的な構成例及び動作例について図２を用いて説明する。図２は、本実施形態における電源装置の過電流検出部の構成を示す回路図である。なお、図２では、過電流検出部１３の構成及び動作に関係する部分のみを示しており、その他の部分については図示を省略している。

図２に示すように、過電流検出部１３には、過電流検出用コンパレータＯＣＰと、過電流検出用コンパレータＯＣＰの非反転入力端（＋）に一端が接続される抵抗Ｒ６と、抵抗Ｒ６と過電流検出用コンパレータＯＣＰとの接続ノードに接続される定電流源Ｉ１と、抵抗Ｒ６の他端に一端が接続される抵抗Ｒ７と、抵抗Ｒ７の他端にソースが接続されるｎチャネルの電界効果型トランジスタＴｒ２と、が備えられる。抵抗Ｒ７の他端とトランジスタＴｒ２との接続ノードは、過電流検出用コンパレータＯＣＰの反転入力端（−）に接続されている。また、端子ＶＩＮの電圧が抵抗Ｒ６と抵抗Ｒ７との接続ノードに入力され、端子ＳＷの電圧がトランジスタＴｒ２のドレインに入力されている。

トランジスタＴｒ１ａとトランジスタＴｒ２とは、ほぼ同時にＯＮ／ＯＦＦ制御される。ただし、トランジスタＴｒ２のみがＯＮになることを防ぐために、トランジスタＴｒ２をトランジスタＴｒ１ａより遅延させてＯＮにする。また、トランジスタＴｒ１ａがＯＦＦになるより早くＯＦＦにする。これによって、トランジスタＴｒ２のみがＯＮになることにより、端子ＳＷ及び過電流検出用コンパレータＯＣＰの反転入力端（−）の電圧が低くなり、結果として過電流が発生している状態であると誤って判定することを防ぐことができる。

また、過電流検出部１３の動作について図２を用いて説明する。トランジスタＴｒ１ａ及びトランジスタＴｒ２がＯＦＦであるとき、過電流検出用コンパレータＯＣＰの反転入力端（−）には、端子ＶＩＮの電圧が抵抗Ｒ７によって降下されて入力される。一方、非反転入力端（＋）には、端子ＶＩＮの電圧が抵抗Ｒ６によって降下されて入力される。

このとき、抵抗Ｒ６及び抵抗Ｒ７の抵抗値と、定電流源Ｉ１が流す電流値は、反転入力端（−）に入力される電圧値が非反転入力端（＋）に入力される電圧値よりも大きくなるように設定される。即ち、過電流検出用コンパレータＯＣＰからＬとなる信号が出力されるように設定される。

一方、トランジスタＴｒ１ａ及びトランジスタＴｒ２がＯＮであるとき、過電流検出用コンパレータＯＣＰの反転入力端（−）には、端子ＳＷの電圧がトランジスタＴｒ２を介して入力される。一方、非反転入力端（＋）には、端子ＶＩＮの電圧が抵抗Ｒ６によって降下されて入力される。

このとき、異常がない状態であれば、端子ＳＷの電圧はおよそトランジスタＴｒ１ａのＯＮ抵抗によって降下するだけであるため、反転入力端（−）に入力される電圧値が非反転入力端（＋）に入力される電圧値よりも大きくなる。そのため、異常がない状態では、過電流検出用コンパレータＯＣＰからＬとなる信号が出力される。

これに対して、回路にショートなどの異常が発生したような場合では、トランジスタＴｒ１ａに大きな電流が流れ、トランジスタＴｒ１ａでの電圧降下が大きくなる。そのため、過電流検出用コンパレータＯＣＰの反転入力端（−）に入力される電圧値が非反転入力端（＋）に入力される電圧値よりも小さくなる。そのため、過電流検出用コンパレータＯＣＰからＨとなる信号が出力される。

このように構成するとともに動作させることで、過電流が検出されたときのみ過電流検出部からＨとなる判定信号が出力されることとなる。なお、これ以外の構成であっても、大きな電圧降下を検出して信号を出力するものであれば本実施形態における電源装置１に直接利用することができる。また、電流値から過電流の発生を検出するものであっても構わない。

＜過電流保護部及びソフトスタート制御部の構成及び動作＞
次に、過電流保護部１４及びソフトスタート制御部８の具体的な構成例及び動作例について図３を用いて説明する。図３は、本実施形態における電源装置の過電流保護部及びソフトスタート制御部の構成を示す回路図である。なお、図３も図２と同様に、過電流保護部１４及びソフトスタート制御部８の構成及び動作に関係する部分のみを示しており、その他の部分については図示を省略している。

図３に示すように、過電流保護部１４は、過電流検出部１３の判定信号がセット入力端（Ｓ）に入力されるラッチ部１５と、ラッチ部１５のリセット入力端（Ｒ）に比較結果となる信号を入力する復帰用コンパレータＲＥＳと、ラッチ部１５の出力端（Ｑ）がゲートに接続されるｎチャネルの電界効果型トランジスタＴｒ３と、を備える。トランジスタＴｒ３のソースは接地されており、復帰用コンパレータＲＥＳの反転入力端（−）には直流電圧源Ｖ１から直流電圧が入力されている。

また、ソフトスタート制御部８は、一端が過電流保護部１４のトランジスタＴｒ３のドレインに接続される抵抗Ｒ８と、抵抗Ｒ８の他端に接続されて直流電圧を供給する定電圧源Ｖｉｎ３と、抵抗Ｒ８とトランジスタＴｒ３との接続ノードにベースが接続されるＰＮＰ型のバイポーラトランジスタＴＲ１と、を備える。抵抗Ｒ８とトランジスタＴｒ３との接続ノードには端子ＳＳが接続されており、さらにこの接続ノードにおける電圧は、過電流保護部１４の復帰用コンパレータＲＥＳの反転入力端（−）に入力される。また、トランジスタＴＲ１のコレクタは接地されており、エミッタは端子ＣＯＭＰとＰＷＭ用コンパレータＰＷＭとの接続ノードに接続されている。

過電流保護部１４の動作について説明する前に、ソフトスタート動作について説明する。上述したように、電源装置１が始動すると、まずエラーアンプＥＲＲの出力によってコンデンサＣ６が充電される。すると、ソフトスタート制御部８のトランジスタＴＲ１のエミッタ電圧が上昇する。また、定電圧源Ｖｉｎ３からも直流電圧が供給されるため、コンデンサＣ５も充電される。そのため、トランジスタＴＲ１のベース電圧は、コンデンサＣ５が充電されることによって序々に上昇する。

このとき、コンデンサＣ５が急速に充電されると、トランジスタＴＲ１のエミッターベース間電圧が閾値を超えてトランジスタＴＲ１がＯＮとなる。すると、コンデンサＣ５はトランジスタＴＲ１を介して放電される。したがって、コンデンサＣ６に充電される電圧は、コンデンサＣ５の電圧よりトランジスタＴＲ１の閾値電圧分高い電圧に留められ、ＰＷＭ用コンパレータＰＷＭの反転入力端（−）に入力される電圧値の急速な上昇が抑制される。このようにしてソフトスタート動作が行われ、電源装置１の出力電圧の急激な上昇が抑制される。

過電流保護部１４は、このトランジスタＴＲ１を継続的にＯＮにすることによって、コンデンサＣ２及びコンデンサＣ５を放電して過電流を低減させる。具体的な過電流保護部１４の動作について、以下に説明する。

過電流検出部１３が過電流の発生を検出してＨとなる判定信号を出力すると、ラッチ部１５のセット入力端（Ｓ）に入力されて、出力端（Ｑ）から継続してトランジスタＴｒ３をＯＮさせる電圧であるＨの信号が出力される。すると、コンデンサＣ５が放電されるとともに、ベース電圧が低下してトランジスタＴＲ１がＯＮとなり、コンデンサＣ６も放電される。これにより、駆動制御部９が、トランジスタＴｒ１ａのＯＦＦとなる時間が長くなるように制御を行う。

したがって、出力側において過電流が抑制されるため、トランジスタＴｒ１ａでの電圧降下が抑えられる。このとき、従来の電源装置と同様に、過電流検出部１３が過電流の発生がないものと判定して、判定信号をＨからＬにする。

しかしながら、過電流保護部１４では、ラッチ部１５が継続してＨとなる信号を出力し続けるために、トランジスタＴｒ３がＯＮし続ける。そのため、コンデンサＣ５及びコンデンサＣ６の放電が継続される。

そして、コンデンサＣ５に充電されている電圧値が、復帰用コンパレータＲＥＳの非反転入力端（＋）に入力される直流電圧よりも小さくなると、ラッチ部１５のリセット入力端（Ｒ）にＨとなる信号が入力される。これによって、出力端（Ｑ）からの出力がリセットされてＬとなり、トランジスタＴｒ３がＯＦＦになる。

すると、コンデンサＣ５及びコンデンサＣ６の放電が終了し、上述したソフトスタート動作が開始される。即ち、ソフトスタート動作によってコンデンサＣ５及びコンデンサＣ６の充電が行われて出力電圧が上昇する。そして、異常の原因が回復していない場合は再度過電流が検出されて、上述したようなコンデンサＣ５及びコンデンサＣ６の放電が行われるとともに、出力電圧が抑制される。

このときの状態について図４に示す。図４は、本実施形態の電源装置における異常時の出力電圧と出力電流の値を示すグラフであり、従来例について示した図７に相当するものである。図４に示すように、時間ｔ₁においてショートが発生した後、出力電流は低減されつづける。そして、時間ｔ₁以降に再度出力電圧を上昇させるような動作が行われて過電流が発生したとしても、即座に電流値が抑制され続けるために電流値の上昇が間欠的なものにとどまり、単位時間あたりの電流量が抑制される。

したがって、素子に長時間過電流が流れることが防止され、素子の破壊や発熱及び発火が抑制される。また、耐性の良い素子を使用する必要や別途安全装置を設ける必要もないため、電源装置１を小型化することができるとともに、回路設計の自由度が向上する。また、素子を保護するために、過電流の発生を検出する際の閾値を下げる必要がなくなるため、電源装置１の動作の信頼性を向上させることができる。

なお、上述した例においては、電界効果型トランジスタを全てｎチャネルのものとしたが、少なくとも一つをｐチャネルとしても構わない。また、少なくとも一つをバイポーラトランジスタとしても構わない。

また、上述したラッチ部１５として、図５に示すような構成としても構わない。図５は、本実施形態の電源装置におけるラッチ部の一例を示す回路図である。図５に示すラッチ部１５は、ＮＯＲ回路を二つ組み合わせたものとなっている。本例では、ＮＯＲ回路ＮＯＲ１の一方の入力端がセット入力端（Ｓ）として、ＮＯＲ回路ＮＯＲ２の一方の入力端をリセット入力端（Ｒ）とする。

ＮＯＲ回路ＮＯＲ１の他方の入力端には、ＮＯＲ回路ＮＯＲ２の出力端が接続されており、ＮＯＲ回路ＮＯＲ２の他方の入力端には、ＮＯＲ回路ＮＯＲ１の出力端が接続されている。そして、ＮＯＲ回路ＮＯＲ１の出力端から出力される信号が、ラッチ部１５の出力端（Ｑ）となる。

このように構成することによって、セット入力端（Ｓ）に過電流検出部１３からＨとなる信号が入力され、リセット入力端（Ｒ）に復帰用コンパレータＲＥＳの出力端からＬとなる信号が入力されると、ＮＯＲ回路ＮＯＲ１の出力端からＬとなる信号が出力され、ＮＯＲ回路ＮＯＲ２の出力端からＨとなる信号が出力される。

そのため、ラッチ部１５の出力端（Ｑ）からＨとなる信号が出力されることとなる。また、セット入力端（Ｓ）に入力される信号がＬに変わったとしても、ＮＯＲ回路ＮＯＲ１の出力はＬのまま変わらず、ＮＯＲ回路ＮＯＲ２の出力もＨのまま維持される。したがって、ラッチ部１５の出力端（Ｑ）からはＨとなる信号が出力される。

一方、リセット入力端（Ｒ）にＨとなる信号が入力される場合は、ＮＯＲ回路ＮＯＲ１の出力がＬとなり、ＮＯＲ回路ＮＯＲ２の出力がＬとなる。したがって、リセット入力端（Ｒ）にＨとなる信号が入力されることによって、ラッチ部１５の出力端（Ｑ）からＬとなる信号が出力されるようになる。

なお、このラッチ部１５の構成は一例であり、他のどのような構成であっても構わない。ただし、セット入力端（Ｓ）に入力された信号がラッチされ、継続して出力される構成であることとする。さらに、リセット入力端（Ｒ）に入力される信号に基づいて、ラッチされていた出力信号が変化する構成であるとすると好ましい。

＜変形例＞
以上に、電源装置１の一例について説明したが、本発明はこの例に限るものではない。ここで、他の実施例について図６を用いて説明する。図６は、本実施形態の電源装置における変形例を示す回路図である。また、図６では変圧動作に関係する部分のみを示しており、それ以外の部分については図示を省略している。

図６（Ａ）には、上述した電源装置１において、レベルシフタ１０ｂ、ドライバ１１ｂ及びトランジスタＴｒ１ｂを備えない構成としたものを示している。このように構成したとしても、定電圧源Ｖｉｎ１から出力される電圧を降圧して出力することができる。本例においては、トランジスタＴｒ１ａがＯＦＦであるときに、ダイオードＤ１を介して端子ＳＷに接地電圧が供給される。

図６（Ｂ）には、電源装置を昇圧型とした場合について示している。本例では、駆動制御部９ｃの出力端（Ｑ）にレベルシフタ１０ｃが接続されるとともに、レベルシフタ１０ｃに接続されるドライバ１１ｃがｎチャネルの電界効果型トランジスタＴｒ１ｃのゲートに電圧を加えてＯＮ／ＯＦＦ制御を行う。トランジスタＴｒ１ｃのソースは接地されており、ドレインは端子ＳＷに接続されている。また、図示していないが、レベルシフタ１０ｃ及びドライバ１１ｃにはトランジスタＴｒ１ｃをＯＮするための電圧が供給されており、この電圧が駆動制御部９ｃから入力される信号に基づいてトランジスタＴｒ１ｃのゲートに印加される。

また、パッケージＰ外部には、端子ＳＷに一端が接続されるとともに他端から定電圧源Ｖｉｎ４より直流電圧が供給されるコイルＬ２と、コイルＬ２と端子ＳＷとの接続ノードにアノードが接続されるダイオードＤ３と、ダイオードＤ３のカソードに一端が接続されるとともに他端が接地されるコンデンサＣ７と、が備えられる。そして、ダイオードＤ３とコンデンサＣ７との接続ノードに、電源装置の出力端子Ｖｏｕｔが接続される。

そして、トランジスタＴｒ１ｃをスイッチングすることによって、コイルＬ２の逆起電力を発生させるとともに、ダイオードＤ３及びコンデンサＣ７で整流及び平滑を行って出力する。このように構成及び動作させることによって、定電圧源Ｖｉｎ４から出力される電圧を昇圧して出力することができる。

なお、図６（Ａ）（Ｂ）において、図示を省略した部分の構成については図１〜図３に示した電源装置１と同様のものとしても構わない。また、トランジスタＴｒ１ａ及びトランジスタＴｒ１ｃのスイッチングを行うタイミングを、上述した電源装置１におけるトランジスタＴｒ１ａ及びトランジスタＴｒ１ｂのスイッチングのタイミングと、異なるものとしても構わない。

以上、本発明における電源装置の実施形態について説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実行することができる。

本発明は、ＤＣ／ＤＣコンバータに代表される電源装置に利用可能である。また、この電源装置を備えた種々の電子機器、例えば、液晶表示装置や光源装置などに利用可能である。

は、本実施形態における電源装置の概略構成を示したブロック図である。 は、本実施形態における電源装置の過電流検出部の構成を示す回路図である。 は、本実施形態における電源装置の過電流保護部及びソフトスタート制御部の構成を示す回路図である。 は、本実施形態の電源装置における異常時の出力電圧と出力電流の値を示すグラフである。 は、本実施形態の電源装置におけるラッチ部の一例を示す回路図である。 は、本実施形態の電源装置における変形例を示す回路図である。 は、従来の電源装置における異常時の出力電圧と出力電流の値を示すグラフである。

符号の説明

１ 電源装置
２ 参照電圧生成部
３ 発振器
４ 電流源
５ 低電圧ロックアウト部
６ 過熱保護部
７ スロープ信号生成部
８ ソフトスタート制御部
９、９ｃ 駆動制御部
１０ａ，１０ｂ レベルシフタ
１１ａ，１１ｂ ドライバ
１２ レギュレータ
１３ 過電流検出部
１４ 過電流保護部
１５ ラッチ部
Ｐ パッケージ
Ｔｒ１ａ〜Ｔｒ１ｃ、Ｔｒ２、Ｔｒ３ トランジスタ
ＴＲ１ トランジスタ
Ｒ１〜Ｒ８ 抵抗
Ｃ１〜Ｃ７ コンデンサ
Ｌ１、Ｌ２ コイル
Ｖｉｎ１〜Ｖｉｎ４ 定電圧源
Ｖ１ 直流電源
Ｉ１ 定電流源
Ｄ１〜Ｄ３ ダイオード
ＮＯＲ１、ＮＯＲ２ ＮＯＲ回路
ＥＲＲ エラーアンプ
ＰＷＭ ＰＷＭ用コンパレータ
ＯＣＰ 過電流検出用コンパレータ
ＲＥＳ 復帰用コンパレータ
Ｖｏｕｔ 出力端子
ＥＮ、ＦＢ、ＣＯＭＰ、ＳＳ、ＧＮＤ、ＳＷ、ＶＩＮ、ＢＳＴ 端子

Claims (6)

1. 入力電圧から所望の出力電圧を生成する変換部を備えた電源装置において、
   過電流の発生を検出して、過電流検出信号を出力する過電流検出部と、
   当該過電流検出部から出力される信号が入力されるとともに、前記過電流検出信号が入力される場合に、その後の前記過電流検出信号の入力の有無に関わらず変換動作抑制信号を継続して出力するラッチ部と、
   当該ラッチ部の出力に基づいてＯＮ／ＯＦＦされる制御トランジスタと、
   前記制御トランジスタのＯＮ／ＯＦＦ状態に基づいて前記変換部を制御する制御部と、
   前記制御部の制御動作を確認して、確認結果を前記ラッチ部に出力する復帰部と、
   を備え、
   前記ラッチ部から前記変換動作抑制信号が出力されて、前記制御トランジスタが前記変換部の動作を抑制するためのＯＮ／ＯＦＦ状態とされている場合には、前記制御部が、前記変換部において生成される前記出力電圧を低減させる制御を行う一方、
   前記制御部が前記変換部の動作を十分抑制したことを前記復帰部が検出した場合には、前記復帰部が、前記変換動作抑制信号を停止させる信号を前記ラッチ部に出力し、かつ、
   前記ラッチ部は、そのセット端が前記過電流検出部の出力端に接続されており、そのリセット端が前記復帰部の出力端に接続されており、その出力端が前記制御トランジスタの制御端に接続されていることを特徴とする電源装置。
2. 前記ラッチ部が、
   一方の入力端に前記過電流検出部の出力が入力される第１ＮＯＲ回路と、
   一方の入力端に前記復帰部の出力が入力される第２ＮＯＲ回路と、を備え、
   前記第１ＮＯＲ回路の出力端と前記第２ＮＯＲ回路の他方の入力端が接続されるとともに、前記第２ＮＯＲ回路の出力端が前記第１ＮＯＲ回路の他方の入力端に接続され、前記第２ＮＯＲ回路の出力端が前記ラッチ部の出力端となることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
3. 入力電圧から所望の出力電圧を生成する変換部を備えた電源装置において、
   過電流の発生を検出して、過電流検出信号を出力する過電流検出部と、
   当該過電流検出部から出力される信号が入力されるとともに、前記過電流検出信号が入力される場合に、その後の前記過電流検出信号の入力の有無に関わらず変換動作抑制信号を継続して出力するラッチ部と、
   当該ラッチ部の出力に基づいて前記変換部を制御する制御部と、
   前記制御部の制御動作を確認して、確認結果を前記ラッチ部に出力する復帰部と、
   を備え、
   前記制御部に前記変換動作抑制信号が入力される場合に、前記制御部が、前記変換部において生成される前記出力電圧を低減させる制御を行い、
   前記制御部に前記変換動作抑制信号が入力され、前記制御部が前記変換部の動作を十分抑制したことを前記復帰部が検出した場合に、前記復帰部が、前記変換動作抑制信号を停止させる信号を、前記ラッチ部に入力し、
   前記ラッチ部が、
   一方の入力端に前記過電流検出部の出力が入力される第１ＮＯＲ回路と、
   一方の入力端に前記復帰部の出力が入力される第２ＮＯＲ回路と、を備え、
   前記第１ＮＯＲ回路の出力端と前記第２ＮＯＲ回路の他方の入力端が接続されるとともに、前記第２ＮＯＲ回路の出力端が前記第１ＮＯＲ回路の他方の入力端に接続され、前記第２ＮＯＲ回路の出力端が前記ラッチ部の出力端となることを特徴とする電源装置。
4. 前記変換部が、
   入力される電圧を平滑化して前記出力電圧を出力する平滑回路と、
   第１電極に前記入力電圧が入力され、第２電極が前記平滑回路に接続されるトランジスタと、
   当該トランジスタの制御電極に接続されて前記トランジスタのＯＮ／ＯＦＦを制御するとともに、前記制御部によって制御される駆動部と、
   を備えることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の電源装置。
5. 前記変換部が、
   入力される電圧を平滑化して前記出力電圧を出力する平滑回路と、
   一端に前記入力電圧が入力されるとともに他端が前記平滑回路に接続されるコイルと、
   第１電極が接地され、第２電極が前記平滑回路と前記コイルとの接続ノードに接続されるトランジスタと、
   当該トランジスタの制御電極に接続されて前記トランジスタのＯＮ／ＯＦＦを制御するとともに、前記制御部によって制御される駆動部と、
   を備えることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の電源装置。
6. 請求項１〜請求項５のいずれかに記載の電源装置を備える電子機器。

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