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DC−DCコンバータとこれを用いた電子機器 - 松下電器産業株式会社
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発明の名称 DC−DCコンバータとこれを用いた電子機器
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−68353(P2007−68353A)
公開日 平成19年3月15日(2007.3.15)
出願番号 特願2005−253167(P2005−253167)
出願日 平成17年9月1日(2005.9.1)
代理人 【識別番号】100097445
【弁理士】
【氏名又は名称】岩橋 文雄
発明者 影山 洋一 / 石川 一成
要約 課題
過電圧の限界電流値を設定可能なDC−DCコンバータを提供する。

解決手段
電圧変換部13の出力と出力端子4との間に挿入された電流検出抵抗20と、一方の入力に前記電流検出抵抗20の前記電圧変換部13側の電圧が供給され、他方の入力には前記電流検出抵抗20の前記出力端子4側の電圧が供給されるとともに、その出力が制御部17の入力に接続された比較器21と、前記電流検出抵抗20に接続された抵抗6と抵抗7との直列接続体と、抵抗23と抵抗24との接続点26に接続された過電流設定端子22とを設け、前記過電流設定端子22には前記抵抗6あるいは抵抗7と並列となるように過電流設定抵抗37が接続され、前記制御部17は、前記比較器21の一方の入力に入力される電圧が他方の入力に入力される電圧よりも高い場合に、前記スイッチング素子のオン・オフ時間を制御する。
特許請求の範囲
【請求項1】
入力端子と、この入力端子に接続され、少なくともスイッチング素子を含む電圧変換部と、この電圧変換部の出力が接続された出力端子と、この出力端子から出力される出力電圧に比例する電圧が供給されるとともに、その出力が前記スイッチング素子のオン・オフ端子へ接続された制御部とを備え、前記電圧変換部の出力と前記出力端子との間に挿入された電流検出抵抗と、一方の入力に前記電流検出抵抗の前記電圧変換部側の電圧が供給され、他方の入力には前記電流検出抵抗の前記出力端子側の電圧が供給されるとともに、その出力が前記制御部の入力に接続された比較器と、この比較器の一方の入力へ入力される電圧を他方の入力に入力される電圧よりも低くするために前記電流検出抵抗に接続された第一の分圧手段と、この第一の分圧手段に接続された過電流設定端子とを設け、前記過電流設定端子には前記分圧手段と並列接続となるように過電流設定抵抗が接続され、前記制御部は、前記比較器の一方の入力に入力される電圧が他方の入力に入力される電圧よりも高い場合に、前記スイッチング素子のオン・オフ時間を制御するDC−DCコンバータ。
【請求項2】
出力端子と制御部との間に挿入されるとともに、前記出力端子から出力される出力電圧に比例する電圧を発生させる第二の分圧手段と、この第二の分圧手段に接続された電圧設定端子とを設け、前記電圧設定端子へ電圧設定抵抗を接続し、制御部は前記電圧設定抵抗の抵抗値と前記第二の分圧手段とによって決定付けられる電圧に応じて出力電圧を変更する請求項1に記載のDC−DCコンバータ。
【請求項3】
第一の分圧手段は、電流検出抵抗の電圧変換部側に設けられた第三の分圧手段と、前記電流検出抵抗の出力端子側に設けられた第四の分圧手段とを有し、過電流設定抵抗は前記第三の分圧手段に並列に接続された請求項1に記載のDC−DCコンバータ。
【請求項4】
過電流設定抵抗は、過電流設定端子とグランドとの間に挿入された請求項3に記載のDC−DCコンバータ。
【請求項5】
第四の分圧手段で分圧された電圧を制御部へ供給し、前記第四の分圧手段には電圧設定端子を接続するとともに、前記電圧設定端子には電圧設定抵抗を接続し、制御部は前記電圧設定抵抗の抵抗値と前記第四の分圧手段とによって決定付けられる電圧に応じて出力電圧を変化させる請求項3に記載のDC−DCコンバータ。
【請求項6】
第一の分圧手段は、電流検出抵抗の電圧変換部側に設けられた第三の分圧手段と、前記電流検出抵抗の出力端子側に設けられた第四の分圧手段とを有し、過電流設定抵抗は前記第四の分圧手段に並列に接続された請求項1に記載のDC−DCコンバータ。
【請求項7】
過電流設定抵抗は、過電流設定端子と出力端子との間に挿入される請求項6に記載のDC−DCコンバータ。
【請求項8】
第一の分圧手段は、電流検出抵抗の電圧変換部側にのみ挿入された請求項1に記載のDC−DCコンバータ。
【請求項9】
出力電圧設定抵抗は、電圧設定端子とグランドとの間に設けられた請求項2または5に記載のDC−DCコンバータ。
【請求項10】
請求項1に記載のDC−DCコンバータの入力端子に接続された電源と、前記DC−DCコンバータの出力端子に接続された電子回路とを有し、前記DC−DCコンバータの出力電圧設定端子と過電流設定端子の夫々には、出力電圧設定抵抗と過電流設定抵抗が接続された電子機器。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、出力電圧が可変可能なDC−DCコンバータに関するものである。
【背景技術】
【0002】
以下、従来のDC−DCコンバータ1について図面を用いて説明する。図4は、従来のDC−DCコンバータ1の回路図である。図4において、入力端子2は電圧変換部3が接続される。この電圧変換部3は、直流電源から入力された電圧を規定の電圧へ変換し、出力端子4から出力する。そしてこの電圧変換部3の入力には制御部5が接続される。
【0003】
ここで、出力端子4とグランドとの間には抵抗6と抵抗7との直列接続体が挿入される。この抵抗6と抵抗7との接続点がオペアンプ8の入力8aに接続される。一方オペアンプ8の入力8bには、基準電圧9が供給される。そしてオペアンプ8の出力が制御部5へ接続され、これによってオペアンプ8は、入力8aに入力された電圧と基準電圧9との電圧差に応じた電圧を制御部5に出力する。この構成により制御部5は、オペアンプ8から入力された電圧差に応じて、電圧変換部3を制御し、出力電圧が一定に維持される。
【0004】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1が知られている。
【特許文献1】特開平6−54519号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
昨今このようなDC−DCコンバータにおいて、DC−DCコンバータ外部でDC−DCコンバータの出力電圧を設定したいという要求が出てきている。これは、ひとつの機器内に多くの電圧の電子回路を有するので、これらに対して同じDC−DCコンバータで対応したいとの欲求によるものである。そこで本発明は、特にこのような出力電圧を外部から設定できるDC−DCコンバータにおいて出力電圧を変化させた場合の過電流保護に関するものである。つまり、出力電圧を変化させると比較器に入力される電位差も変化する。従って、比較器において過電流と判定すべき電流が流れても過電流と判定されない場合や、逆に規定電流内であるにもかかわらず過電流であると判定することが発生する。
【0006】
そこで本発明は、この問題を解決したもので、過電圧の限界電流値を設定可能なDC−DCコンバータを提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
この目的を達成するために本発明のDC−DCコンバータは、電圧変換部の出力と前記出力端子との間に挿入された電流検出抵抗と、一方の入力に前記電流検出抵抗の前記電圧変換部側の電圧が供給され、他方の入力には前記電流検出抵抗の前記出力端子側の電圧が供給されるとともに、その出力が前記制御部の入力に接続された比較器と、この比較器の一方の入力へ入力される電圧を他方の入力に入力される電圧よりも低くするために前記電流検出抵抗に接続された第一の分圧手段と、この第一の分圧手段に接続された過電流設定端子とを設け、前記過電流設定端子には前記分圧手段と並列接続となるように過電流設定抵抗が接続され、前記制御部は、前記比較器の一方の入力に入力される電圧が他方の入力に入力される電圧よりも高い場合に、前記スイッチング素子のオン・オフ時間を制御するものである。これにより所期の目的を達成できる。
【発明の効果】
【0008】
以上のように本発明によれば、電圧変換部の出力と前記出力端子との間に挿入された電流検出抵抗と、一方の入力に前記電流検出抵抗の前記電圧変換部側の電圧が供給され、他方の入力には前記電流検出抵抗の前記出力端子側の電圧が供給されるとともに、その出力が前記制御部の入力に接続された比較器と、この比較器の一方の入力へ入力される電圧を他方の入力に入力される電圧よりも低くするために前記電流検出抵抗に接続された第一の分圧手段と、この第一の分圧手段に接続された過電流設定端子とを設け、前記過電流設定端子には前記分圧手段と並列接続となるように過電流設定抵抗が接続され、前記制御部は、前記比較器の一方の入力に入力される電圧が他方の入力に入力される電圧よりも高い場合に、前記スイッチング素子のオン・オフ時間を制御するものである。
【0009】
これにより過電流設定端子を設け、この過電流設定端子に過電流設定抵抗を接続することで、過電流の設定が可能となる。つまり、過電流設定抵抗は、DC−DCコンバータの外部に取り付けられることとなるので、容易に過電流の設定ができる。
【0010】
また、出力電圧が変化しても精度良く過電流を検出できる。したがって、出力電圧の設定如何にかかわらず、過電圧保護することができる。
【0011】
更に、過電流設定抵抗は、DC−DCコンバータの外部であるので、DC−DCコンバータを樹脂封止できる。したがって、吸湿などによって出力電圧が変動しにくい。また、他の回路との間とのショートを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
(実施の形態1)
以下、本実施の形態におけるDC−DCコンバータ10について、図面を用いて説明する。図1は、本実施の形態におけるDC−DCコンバータ10の回路図であり、図2は同DC−DCコンバータ10を用いた電子機器11の回路ブロック図である。図1、図2において、図3と同じものは同じ番号を用いてその説明は簡略化している。
【0013】
図1、図2において、入力端子2には、24Vの直流電圧を出力する電源12が接続される。この入力端子2は電圧変換部13に接続される。これによって入力端子2に供給された入力電圧が電圧変換部13に供給される。本実施の形態におけるDC−DCコンバータ10はステップダウン型のDC−DCコンバータであり、電圧変換部13では、直流電源12から入力された24Vの入力電圧を1.2Vから16.5Vの規定の出力電圧へ変換して、出力端子4から出力する。そのためにこの電圧変換部13には、入力端子2が接続されたスイッチ14(スイッチング素子の一例として用いた)と、このスイッチ14に接続されたコイル15と、スイッチ14とコイル15との接続点とグランドとの間に挿入されたダイオード16と、スイッチ14のオン・オフ端子14aに制御部17とを有している。なお、本実施の形態では、ステップダウン型DC−DCコンバータとしたが、これはステップアップ型DC−DCコンバータでも、極性反転型DC−DCコンバータでもよい。
【0014】
ここで、出力端子4とグランドとの間には抵抗6と抵抗7との直列接続体(第一、第二あるいは第四の分圧手段の一例として用いた)が挿入され、この抵抗6と抵抗7との接続点がオペアンプ8の入力8aに接続される。一方オペアンプ8の入力8bには、基準電圧9が供給される。そしてこのオペアン8の出力が制御部17へ接続され、これによってオペアンプ8は、入力8aに入力された電圧と基準電圧9との電圧差に応じた電圧を制御部17に出力する。この構成により制御部17は、オペアンプ8から入力された電圧差に応じて、スイッチ14のオン・オフ時間を制御する。これによって、フィードバック制御が行われ、出力電圧は一定に維持される。
【0015】
ここで本実施の形態におけるDC−DCコンバータ10において、抵抗6と抵抗7との接続点には、出力電圧を設定するための出力電圧設定端子18が接続される。そしてさらに、本実施の形態におけるDC−DCコンバータ10には過電流保護回路19が設けられ、この過電流保護回路19は、電圧変換部13と出力端子4との間に設けられている。この過電流保護回路19は、電流検出抵抗20と、4個の抵抗と、比較器21と、過電流設定端子22から構成される。具体的には、電圧変換部13と出力端子4との間に電流検出抵抗20が挿入される。この電流検出抵抗20の電圧変換側とグランドとの間には、抵抗23と抵抗24との直列接続体(第一の分圧手段あるいは、第三の分圧手段の一例として用いた)が挿入される。そして本実施の形態において比較器21の一方の入力21aには、抵抗6と抵抗7との接続点25が接続され、他方の入力21bには抵抗23と抵抗24との接続点26が接続されている。そしてこの比較器21の出力も制御部17の入力に接続される。
【0016】
なおこの接続点26には過電流設定端子22が接続される。そして抵抗23と抵抗24との分圧比と、抵抗6と抵抗7との分圧比とによって定格電流が流れている状態において、比較器21の入力21aに対して入力21bの電圧が低くなるように設定している。そして抵抗6、抵抗7、抵抗23、抵抗24は、電流検出抵抗20に規定値の過電流が流れた場合に、接続点26の電圧が接続点25の電圧よりも高くなるような抵抗値とする。
【0017】
この構成によって、比較器21は定常電流値においては、ローの信号を出力する。そして比較器21の入力21aに対して入力21bの電圧が高くなった場合に、比較器21はハイの信号を出力する。これによって、制御部17は、規定以上の電流(過電流)が流れたことを検出することができる。このようにして制御部17が過電流を検出した場合に、制御部17はスイッチ14を制御し電圧を下げたり、あるいはスイッチ14をオフしたりすることで、電子機器11へ過電流が流れることを保護している。
【0018】
本実施の形態では、抵抗6、抵抗7で分圧した電圧を比較器21での比較電圧として用いるとともに、オペアンプ8で出力電圧を検出するためにも共用したので、抵抗数を削減できる。従って小型かつ低価格のDC−DCコンバータ10を実現できる。
【0019】
そしてこのような回路を有したDC−DCコンバータ10は、樹脂製のプリント基板上に構成される。そして、DC−DCコンバータ10を構成する電子部品がプリント基板上に装着され、エポキシ系の樹脂によって封止されることで、モジュール31が構成される。
【0020】
次に本実施の形態におけるDC−DCコンバータ10が搭載された電子機器11について説明する。図2において、図1や図3と同じものは同じ番号を用いてその説明は簡略化している。図2において、モジュール31には、端から順に入力端子2、オン・オフ制御端子32、グランド端子33、過電流設定端子22、出力電圧設定端子18、出力端子4の順で配置される。なおモジュール31の入力端子2には直流電源12が接続され、オン・オフ制御端子32には電子機器11のCPU34が接続され、出力端子4には電子回路35が接続される。そしてDC−DCコンバータ10はCPU34からの信号によって、DC−DCコンバータ10自体をオン・オフする。
【0021】
ここでモジュール31は、電源12やこのDC−DCコンバータが電源を供給する電子回路35や、DC−DCコンバータ10のオン・オフを行うCPU34などと共に親基板(図示せず)上に搭載される。このとき出力電圧設定抵抗36と、過電流設定抵抗37とは親基板上に搭載される。ここで出力電圧設定抵抗36は、出力端子4と出力電圧設定端子18との間もしくは、出力電圧設定端子18とグランドとの間に挿入する。そしてこの出力電圧設定抵抗36の値を適宜変えてやれば、オペアンプ8の入力8aに入力される電圧が変化し、その結果出力電圧を変化させることができるものである。なお、本実施の形態において出力電圧設定抵抗36を3.9オームとすれば出力電圧が9.0Vとなり、また出力電圧設定抵抗36を2.4オームとすれば出力電圧が16.5Vとなる。
【0022】
なお本実施の形態において出力電圧設定抵抗36は、出力電圧設定端子18とグランドとの間に挿入している。このようにすると、落下などの衝撃で出力電圧設定抵抗36が破壊するとか、熱ストレスなどで出力電圧設定抵抗36を接続するためのはんだなどにクラックが発生した場合でも、出力電圧は低くなる方向へ働くこととなり、安全方向へ動作する。
【0023】
次に、過電流設定抵抗37は、過電流設定端子22と出力端子4との間もしくは、過電流設定端子22とグランドとの間に挿入する。つまり、過電流設定抵抗37を過電流設定端子22と出力端子4との間に挿入すれば、抵抗6に対して並列の過電流設定抵抗37aが挿入されることとなる。一方、過電流設定抵抗37を過電流設定端子22とグランドとの間に挿入すれば、抵抗7に対して並列の過電流設定抵抗37bが挿入されることとなる。そしてこの過電流設定抵抗37の値を適宜変えてやれば、比較器21に入力される電圧が変化し、その結果過電流として検出すべき電流値を変化させることができるものである。
【0024】
なお本実施の形態において過電流設定抵抗37は、過電流設定端子22とグランドとの間(過電流設定抵抗37b側)に挿入している。このようにすると、落下などの衝撃で過電流電圧設定抵抗が破壊するとか、熱ストレスなどで過電流設定抵抗37bを接続するはんだにクラックが発生した場合において、出力電圧が低くなる方向へ働き、安全方向へ働くためである。
【0025】
また本実施の形態では過電流設定端子22を抵抗23と抵抗24との接続点26に接続したが、図3に示すように電流検出抵抗20の出力端子4側とグランドとの間に抵抗41と抵抗42を挿入し、過電流設定端子22を抵抗41と抵抗42との接続点に接続しても良い。この場合、比較器21とオペアンプ8へ入力される電圧夫々をそれぞれの入力定格などに合わせて容易に設定できる。なおこの場合過電流設定抵抗37は、抵抗41と並列となるように接続すると良い。つまり、過電流設定抵抗37は出力端子4と過電流設定端子22との間(過電流設定抵抗37a側)に接続されることとなる訳である。このようにすれば、過電流設定抵抗37aの破壊や接続部のクラックなどに対し、出力電圧が低くなる方向へ働き、安全方向へ働く。
【0026】
さらにこの場合、比較器21の入力21aに対し、電流検出抵抗20の出力側電圧を直接供給することもできる。ただしこの場合比較器21の入力定格電圧の設定幅に余裕のあるものを用いることが必要である。これによって抵抗41と抵抗42とが削除できることとなるので、抵抗の数を削減できるという効果がある。
【産業上の利用可能性】
【0027】
本発明にかかるDC−DCコンバータは、出力電圧の変化に応じた電流設定ができるという効果を有し、多くの電圧が使用される電子機器等に用いるDC−DCコンバータとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【0028】
【図1】本発明の実施の形態におけるDC−DCコンバータの回路図
【図2】同、電子機器の回路ブロック図
【図3】同、DC−DCコンバータの回路図
【図4】従来のDC−DCコンバータの回路図
【符号の説明】
【0029】
2 入力端子
4 出力端子
13 電圧変換部
14 スイッチ
14a オン・オフ端子
17 制御部
20 電流検出抵抗
21 比較器
22 過電流設定端子
23 抵抗
24 抵抗
37 過電流設定抵抗




 

 


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