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JP4539433B2 - Power supply device with overvoltage protection function and overvoltage protection circuit - Google Patents
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Power supply device with overvoltage protection function and overvoltage protection circuit Download PDF

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Description

本発明は、過電圧から回路素子を保護するための過電圧保護機能を有する電源装置および過電圧保護回路に係わる。   The present invention relates to a power supply device having an overvoltage protection function for protecting circuit elements from overvoltage and an overvoltage protection circuit.

過電圧から回路素子を保護するための方策の1つとして、従来より、リレーを利用する構成が知られている。以下、図4を参照しながら、リレーを利用した従来技術に係る過電圧保護機能について説明する。   Conventionally, a configuration using a relay is known as one of measures for protecting circuit elements from overvoltage. Hereinafter, an overvoltage protection function according to a conventional technique using a relay will be described with reference to FIG.

図4に示す電源装置1において、入力端子101には、バッテリ102が接続されている。また、入力端子101は、電力線103を介してトランスTの一次側コイルの中点に接続されている。なお、電力線103には、入力コンデンサC1が接続されている。   In the power supply device 1 shown in FIG. 4, a battery 102 is connected to the input terminal 101. The input terminal 101 is connected to the midpoint of the primary coil of the transformer T via the power line 103. Note that an input capacitor C <b> 1 is connected to the power line 103.

トランスTの一次側コイルには、トランジスタM1、M2が接続されている。トランジスタM1、M2は、制御IC104が生成する1組の制御信号によって制御される。トランスTの二次側には、トランスTの出力を整流するためのダイオードD1、D2、および出力電圧を平滑化する出力コンデンサC2が設けられている。   Transistors M1 and M2 are connected to the primary coil of the transformer T. The transistors M1 and M2 are controlled by a set of control signals generated by the control IC 104. On the secondary side of the transformer T, diodes D1 and D2 for rectifying the output of the transformer T and an output capacitor C2 for smoothing the output voltage are provided.

上記構成の電源装置100において、電力線103には、リレー111が設けられている。また、制御IC104は、入力電圧Vin(抵抗R1、R2から構成される入力電圧検出回路112により得られる検出電圧Vh )と閾値電圧(電圧V1)とを比較するコンパレータ113を備える。さらに、リレー111の励磁用コイルには、コンパレータ113の出力により制御されるトランジスタM3が接続されている。なお、リレー111とトランジスタM3との間には抵抗R3が設けられており、トランジスタM3のゲートは抵抗R4により接地されている。   In the power supply device 100 configured as described above, the power line 103 is provided with a relay 111. Further, the control IC 104 includes a comparator 113 that compares the input voltage Vin (the detection voltage Vh obtained by the input voltage detection circuit 112 including the resistors R1 and R2) with a threshold voltage (voltage V1). Further, a transistor M3 controlled by the output of the comparator 113 is connected to the exciting coil of the relay 111. A resistor R3 is provided between the relay 111 and the transistor M3, and the gate of the transistor M3 is grounded by the resistor R4.

そして、入力電圧Vinが閾値電圧を超えると、トランジスタM3がオフ状態に制御されて、リレー111の接点がオフ(解放)される。これにより、バッテリ102からの入力が遮断され、電源装置100を構成する回路素子(トランジスタM1、M2、制御IC104、入力コンデンサC1等)は、過電圧から保護される。なお、リレーを利用して回路素子を過電圧から保護する構成は、例えば、特許文献1に記載されている。
特開平5−260537号公報(図1、明細書の段落0010〜0016)
When the input voltage Vin exceeds the threshold voltage, the transistor M3 is controlled to be turned off, and the contact of the relay 111 is turned off (released). Thereby, the input from the battery 102 is interrupted, and the circuit elements (transistors M1, M2, control IC 104, input capacitor C1, etc.) constituting the power supply apparatus 100 are protected from overvoltage. In addition, the structure which protects a circuit element from overvoltage using a relay is described in patent document 1, for example.
Japanese Patent Laid-Open No. 5-260537 (FIG. 1, paragraphs 0010 to 0016 of the specification)

図4に示す電源装置100において、リレー111をオフするための信号が生成されてからそのリレー111が実際にオフ状態になるまでに遅れ時間が必然的に発生する。このため、入力電圧Vinが急激に増加すると、リレー111が実際にオフ状態になるまでの間に電源装置100を構成する回路素子に印加される電圧が上昇してゆくことになる。したがって、これらの回路素子は、上述の電圧上昇を見込んで耐圧を決定する必要があった。   In the power supply device 100 shown in FIG. 4, a delay time inevitably occurs after the signal for turning off the relay 111 is generated until the relay 111 is actually turned off. For this reason, when the input voltage Vin increases rapidly, the voltage applied to the circuit elements constituting the power supply apparatus 100 increases until the relay 111 is actually turned off. Therefore, it is necessary to determine the breakdown voltage of these circuit elements in anticipation of the voltage increase described above.

また、上述の構成では、リレー111に大きな電流が流れている状態でそのリレー111をオフすることになるので、接点が溶着してしまうおそれがある。
本発明の目的は、リレーを用いた過電圧保護回路を有する電源装置において、リレーの接点の溶着を回避すること、および耐圧の低い回路素子を使用できるようにすることである。
Further, in the above-described configuration, the relay 111 is turned off in a state where a large current flows through the relay 111, so that the contact may be welded.
An object of the present invention is to avoid welding of relay contacts and to use a circuit element having a low withstand voltage in a power supply device having an overvoltage protection circuit using a relay.

本発明の過電圧保護機能付き電源装置は、電力回路、リレー、比較回路、制御手段を備える。電力回路は、スイッチング素子を利用して電流を制御することによって出力電圧を生成する。リレーは、入力電源と上記電力回路との間に設けられる。比較回路は、上記電力回路の入力電圧と予め決められている閾値とを比較する。制御手段は、上記入力電圧が第1の閾値以下であれば、上記電力回路が出力電圧を生成するように上記スイッチング素子を制御し、上記入力電圧が上記第1の閾値を超えると、上記スイッチング素子をオフ状態に制御し、上記入力電圧が上記第1の閾値よりも高い第2の閾値を超えると、上記リレーをオフ状態に制御する。   The power supply device with an overvoltage protection function of the present invention includes a power circuit, a relay, a comparison circuit, and a control means. The power circuit generates an output voltage by controlling a current using a switching element. The relay is provided between the input power supply and the power circuit. The comparison circuit compares the input voltage of the power circuit with a predetermined threshold value. The control means controls the switching element so that the power circuit generates an output voltage if the input voltage is less than or equal to a first threshold, and if the input voltage exceeds the first threshold, the switching circuit When the element is controlled to be turned off and the input voltage exceeds a second threshold value that is higher than the first threshold value, the relay is controlled to be turned off.

上記構成の電源装置において、入力電圧が上昇して第1の閾値を超えると、スイッチング素子がオフ状態に制御され、電力回路を介して流れる電流が減少する。入力電圧がさらに上昇して第2の閾値を超えると、リレーがオフ状態に制御され、入力電源と電力回路との間が遮断されて、過電圧から回路素子が保護される。このように、リレーをオフする前にスイッチング素子をオフ状態に制御するので、リレー接点が解放される時点では、そのリレーを介して流れる電流が十分に小さくなっている。   In the power supply device having the above configuration, when the input voltage rises and exceeds the first threshold value, the switching element is controlled to be turned off, and the current flowing through the power circuit is reduced. When the input voltage further rises and exceeds the second threshold value, the relay is controlled to be turned off, the input power supply and the power circuit are disconnected, and the circuit element is protected from the overvoltage. Thus, since the switching element is controlled to be turned off before the relay is turned off, the current flowing through the relay is sufficiently small when the relay contact is released.

上記過電圧保護機能付き電源装置において、上記制御手段は、上記入力電圧が上記第2の閾値よりも高い第3の閾値を超えたときに、その入力電圧が予め決められているクランプ電圧またはそれよりも低い電圧に一致するように上記スイッチング素子を制御するように切り替えてもよい。   In the power supply device with an overvoltage protection function, when the input voltage exceeds a third threshold value that is higher than the second threshold value, the input voltage is a predetermined clamp voltage or more than that. Alternatively, the switching element may be switched so as to match the low voltage.

入力電圧の上昇が急激であったときは、リレーの動作遅延時間内にその電圧がさらに上昇してしまう。しかし、入力電圧が第3の閾値を超えると、所定のクランプ電圧またはそれよりも低い電圧にクランプされる。   When the input voltage increases rapidly, the voltage further increases within the operation delay time of the relay. However, when the input voltage exceeds the third threshold, the input voltage is clamped to a predetermined clamp voltage or a lower voltage.

本発明の過電圧保護回路は、スイッチング素子を利用して電流を制御することによって出力電圧を制御する電源装置において使用され、比較回路および制御手段を有する。比較回路は、入力電圧と予め決められている閾値とを比較する。制御手段は、上記入力電圧が第1の閾値を超えると、上記スイッチング素子をオフ状態に制御し、上記入力電圧が上記第1の閾値よりも高い第2の閾値を超えると、入力電源と上記電源装置との間に設けられているリレーをオフ状態に制御する。また、上記制御手段は、上記入力電圧が上記第2の閾値よりも高い第3の閾値を超えたときに、その入力電圧が予め決められているクランプ電圧またはそれよりも低い電圧に一致するように上記スイッチング素子を制御するように切り替えてもよい。なお、これらの過電圧保護回路の作用は、上述した通りである。   The overvoltage protection circuit of the present invention is used in a power supply device that controls an output voltage by controlling a current using a switching element, and has a comparison circuit and a control means. The comparison circuit compares the input voltage with a predetermined threshold value. When the input voltage exceeds a first threshold, the control unit controls the switching element to be in an OFF state. When the input voltage exceeds a second threshold that is higher than the first threshold, the input power supply and the The relay provided between the power supply apparatus is controlled to be in an off state. Further, when the input voltage exceeds a third threshold value that is higher than the second threshold value, the control means causes the input voltage to match a predetermined clamp voltage or a lower voltage. It may be switched to control the switching element. The operation of these overvoltage protection circuits is as described above.

上記過電圧保護機能付き電源装置または過電圧保護回路において、上記制御手段は、上記入力電圧が上記第2の閾値を超えてから所定の時間内に上記第3の閾値を超えると、その入力電圧が予め決められているクランプ電圧またはそれよりも低い電圧に一致するように上記スイッチング素子を制御するように切り替えてもよい。この構成によれば、入力電圧が急激に上昇して過電圧に達したときに、所定のクランプ電圧またはそれよりも低い電圧にクランプされる。   In the power supply device with overvoltage protection function or the overvoltage protection circuit, when the input voltage exceeds the third threshold value within a predetermined time after the input voltage exceeds the second threshold value, the input voltage is set in advance. The switching element may be switched so as to be matched with a predetermined clamp voltage or a lower voltage. According to this configuration, when the input voltage rapidly rises and reaches an overvoltage, the input voltage is clamped to a predetermined clamp voltage or a voltage lower than that.

本発明によれば、過電圧保護のためにリレーをオフする前にそのリレーを介して流れる電流が十分に減少しているので、リレー接点が解放される際に溶着することはない。
また、リレーの動作遅延時間内に入力電圧がさらに上昇した場合には、その電圧が所定値にクランプされるので、電源装置を構成する回路素子の耐圧を低くすることができる。
According to the present invention, since the current flowing through the relay is sufficiently reduced before the relay is turned off for overvoltage protection, the relay contact is not welded when released.
Further, when the input voltage further rises within the operation delay time of the relay, the voltage is clamped to a predetermined value, so that the breakdown voltage of the circuit elements constituting the power supply device can be lowered.

図1は、本発明に係る過電圧保護機能付き電源装置の構成を示す図である。ここで、図1に示す電源装置1は、DC/DCコンバータであり、その入力端子101に入力電源としてのバッテリ102が接続されている。また、電源装置1は、電力回路10、入力電圧検出回路20、制御IC30、リレー111等を備える。なお、図1に示す電源装置1の基本構成は、図4に示した電源装置100と同じであるが、本発明の特徴的機能を提供する制御IC30は、図4に示す制御IC104と異なっている。   FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a power supply device with an overvoltage protection function according to the present invention. Here, the power supply device 1 shown in FIG. 1 is a DC / DC converter, and a battery 102 as an input power supply is connected to an input terminal 101 thereof. The power supply device 1 also includes a power circuit 10, an input voltage detection circuit 20, a control IC 30, a relay 111, and the like. The basic configuration of the power supply device 1 shown in FIG. 1 is the same as that of the power supply device 100 shown in FIG. 4, but the control IC 30 that provides the characteristic functions of the present invention is different from the control IC 104 shown in FIG. Yes.

電力回路10は、入力コンデンサC1、トランスT、スイッチング素子としてのトランジスタM1、M2、ダイオードD1、D2、出力コンデンサC2を含んで構成される。ここで、入力端子101は、リレー111および電力線103を介してトランスTの一次側コイルの中点に接続されている。また、トランスTの一次側コイルの一方の端部は、トランジスタM1のドレインに接続されており、トランスTの一次側コイルの他方の端部は、トランジスタM2のドレインに接続されている。さらに、トランジスタM1、M2のソースは、接地(あるいは、バッテリ102の負極に接続)されている。そして、トランジスタM1、M2のゲートには、それぞれ制御IC30が生成する制御信号cont1、cont2が与えられる。   The power circuit 10 includes an input capacitor C1, a transformer T, transistors M1 and M2 as switching elements, diodes D1 and D2, and an output capacitor C2. Here, the input terminal 101 is connected to the midpoint of the primary coil of the transformer T via the relay 111 and the power line 103. One end of the primary coil of the transformer T is connected to the drain of the transistor M1, and the other end of the primary coil of the transformer T is connected to the drain of the transistor M2. Furthermore, the sources of the transistors M1 and M2 are grounded (or connected to the negative electrode of the battery 102). Control signals cont1 and cont2 generated by the control IC 30 are applied to the gates of the transistors M1 and M2, respectively.

入力電圧検出回路20は、入力電圧Vinを分圧するための抵抗R1、R2から構成される。そして、入力電圧Vinを分圧することにより得られる検出電圧Vh は、制御IC30のVH端子に与えられる。入力電圧Vinと検出電圧Vh との関係は、下記の(1)式により表される。
Vin=Vh×{(R1+R2)/R2}・・・(1)
制御IC30は、後述する比較回路31および制御回路40を含んで構成され、制御信号cont1、制御信号cont2、リレー制御信号Recontを生成する。制御信号cont1および制御信号cont2は、それぞれ、出力端子OUT1および出力端子OUT2を介して出力され、電力回路10のトランジスタM1およびトランジスタM2のゲートに与えられる。また、リレー制御信号Recontは、出力端子Relay_outを介して出力され、トランジスタM3のゲートに与えられる。
The input voltage detection circuit 20 includes resistors R1 and R2 for dividing the input voltage Vin. The detection voltage Vh obtained by dividing the input voltage Vin is applied to the VH terminal of the control IC 30. The relationship between the input voltage Vin and the detection voltage Vh is expressed by the following equation (1).
Vin = Vh × {(R1 + R2) / R2} (1)
The control IC 30 includes a comparison circuit 31 and a control circuit 40, which will be described later, and generates a control signal cont1, a control signal cont2, and a relay control signal Recont. Control signal cont1 and control signal cont2 are output via output terminal OUT1 and output terminal OUT2, respectively, and are provided to the gates of transistor M1 and transistor M2 of power circuit 10. Also, the relay control signal Recont is output via the output terminal Relay_out and is given to the gate of the transistor M3.

リレー111は、バッテリ102と電力回路10との間に設けられ、トランジスタM3の状態に従ってオン(導通状態)またはオフ(遮断状態)に制御される。なお、リレー111とトランジスタM3との間には抵抗R3が設けられており、トランジスタM3のゲートは抵抗R4により接地されている。   Relay 111 is provided between battery 102 and power circuit 10 and is controlled to be on (conductive state) or off (cut off state) according to the state of transistor M3. A resistor R3 is provided between the relay 111 and the transistor M3, and the gate of the transistor M3 is grounded by the resistor R4.

図2は、制御IC30の中に設けられる比較回路31の実施例である。比較回路31は、コンパレータ32〜34を含んで構成されている。各コンパレータ32〜34の正側入力端子は、制御IC30のVH端子に接続されており、入力電圧Vinを分圧することにより得られる検出電圧Vh が与えられる。また、各コンパレータ32、33、34の負側入力端子には、それぞれ、参照電圧V11、V22、V33が与えられる。ここで、これらの参照電圧は、「V11<V22<V33」を満たすように設定される。また、参照電圧V33として、トランジスタM1、M2、制御IC30、入力コンデンサC1の耐圧よりも低い値を設定すれば、過電圧から各回路素子を保護することができる。   FIG. 2 shows an embodiment of the comparison circuit 31 provided in the control IC 30. The comparison circuit 31 includes comparators 32-34. The positive input terminals of the comparators 32 to 34 are connected to the VH terminal of the control IC 30 and are supplied with a detection voltage Vh obtained by dividing the input voltage Vin. Reference voltages V11, V22, and V33 are applied to the negative input terminals of the comparators 32, 33, and 34, respectively. Here, these reference voltages are set so as to satisfy “V11 <V22 <V33”. Further, if a value lower than the breakdown voltage of the transistors M1, M2, the control IC 30, and the input capacitor C1 is set as the reference voltage V33, each circuit element can be protected from overvoltage.

コンパレータ32、33、34は、検出電圧Vh と対応する参照電圧V11、V22、V33とを比較し、比較結果として、それぞれ第1の過電圧判定信号comp_OUT11、第2の過電圧判定信号comp_OUT22、第3の過電圧判定信号comp_OUT33を出力する。ここで、第1〜第3の過電圧判定信号は、検出電圧Vh が対応する参照電圧以下であれば、入力電圧Vinが過電圧でないことを表す「L」となり、検出電圧Vh が対応する参照電圧を越えると、入力電圧Vinが過電圧であることを表す「H」となる。すなわち、比較回路31は、過電圧のレベルを3段階に分けてモニタする。ここで、上述した関係式(1)を考慮すると、入力電圧Vinが過電圧であるか否かを判断するための3つの閾値は、下記の通りである。
第1の閾値:V11×{(R1+R2)/R2}
第2の閾値:V22×{(R1+R2)/R2}
第3の閾値:V33×{(R1+R2)/R2}
上記構成の電源装置1において、通常時(入力電圧Vinが第1の閾値以下であるとき)は、制御IC30は、制御信号cont1、cont2を用いて電力回路10の出力電圧を所望の値(ここでは、負荷200が要求する電圧)に保持する。このとき、電力回路10のトランジスタM1、M2は、制御信号cont1、cont2に従って交互にオン/オフ制御される。これにより、トランスTの一次側コイルには、制御信号cont1、cont2に対応する電流が流れることになる。そうすると、トランスTの一次側から二次側に電力が伝達される。そして、トランスTの出力は、ダイオードD1、D2により整流され、さらに出力コンデンサC2により平滑化されて負荷200に供給される。このように、電源装置1は、トランジスタM1、M2を利用してその入力側の電流を制御することによって対応する出力電圧を生成する。
The comparators 32, 33, and 34 compare the detected voltage Vh with the corresponding reference voltages V11, V22, and V33. As comparison results, the first overvoltage determination signal comp_OUT11, the second overvoltage determination signal comp_OUT22, and the third Outputs overvoltage judgment signal comp_OUT33. Here, if the detection voltage Vh is equal to or lower than the corresponding reference voltage, the first to third overvoltage determination signals are “L” indicating that the input voltage Vin is not an overvoltage, and the detection voltage Vh indicates the corresponding reference voltage. If it exceeds, the input voltage Vin becomes “H” indicating an overvoltage. That is, the comparison circuit 31 monitors the level of the overvoltage in three stages. Here, considering the relational expression (1) described above, the three threshold values for determining whether or not the input voltage Vin is an overvoltage are as follows.
First threshold value: V11 × {(R1 + R2) / R2}
Second threshold value: V22 × {(R1 + R2) / R2}
Third threshold value: V33 × {(R1 + R2) / R2}
In the power supply device 1 having the above-described configuration, the control IC 30 uses the control signals cont1 and cont2 to set the output voltage of the power circuit 10 to a desired value (here, when the input voltage Vin is equal to or lower than the first threshold value). Then, the voltage required by the load 200 is maintained. At this time, the transistors M1 and M2 of the power circuit 10 are alternately turned on / off according to the control signals cont1 and cont2. As a result, a current corresponding to the control signals cont1 and cont2 flows through the primary coil of the transformer T. Then, electric power is transmitted from the primary side of the transformer T to the secondary side. Then, the output of the transformer T is rectified by the diodes D1 and D2, further smoothed by the output capacitor C2, and supplied to the load 200. As described above, the power supply device 1 generates a corresponding output voltage by controlling the current on the input side using the transistors M1 and M2.

過電圧発生時の動作は、以下の通りである。すなわち、入力電圧Vinが第1の閾値を越えると、制御IC30は、制御信号cont1、cont2を用いてトランジスタM1、M2をオフ状態に制御する。これにより、トランスTの一次側の電流が大幅に減少し、これに伴って、リレー111を介して流れる電流も減少する。   The operation when an overvoltage occurs is as follows. That is, when the input voltage Vin exceeds the first threshold value, the control IC 30 controls the transistors M1 and M2 to be turned off using the control signals cont1 and cont2. As a result, the current on the primary side of the transformer T is greatly reduced, and accordingly, the current flowing through the relay 111 is also reduced.

続いて、入力電圧Vinが第2の閾値を越えると、図2に示すコンパレータ33から出力される信号comp_OUT22が「L」から「H」に変化する。この信号comp_OUT22は、出力端子Relay_outを介して出力され、リレー制御信号RecontとしてトランジスタM3のゲートに与えられる。そうすると、トランジスタM3がオフ状態となり、リレー111はオフ状態になる。この結果、電源装置1からバッテリ102が切断されるので、電源装置1を構成する回路素子(トランジスタM1、M2、制御IC30、入力コンデンサC1)は過電圧から保護される。また、この時点で、リレー111を介して流れる電流は、トランジスタM1、M2をオフ状態に制御することによって大幅に減少しているので、その接点が溶着することは回避される。   Subsequently, when the input voltage Vin exceeds the second threshold value, the signal comp_OUT22 output from the comparator 33 shown in FIG. 2 changes from “L” to “H”. This signal comp_OUT22 is output via the output terminal Relay_out and is given to the gate of the transistor M3 as the relay control signal Recont. Then, the transistor M3 is turned off and the relay 111 is turned off. As a result, since the battery 102 is disconnected from the power supply device 1, the circuit elements (transistors M1, M2, control IC 30, and input capacitor C1) constituting the power supply device 1 are protected from overvoltage. Further, at this time, the current flowing through the relay 111 is greatly reduced by controlling the transistors M1 and M2 to be in the OFF state, so that the welding of the contact is avoided.

このように、入力電圧Vinが上昇すると、リレー111がオフ状態となり、過電圧が回避される。しかし、例えば、バッテリ102の出力電圧が急激に上昇した場合等においては、入力電圧Vinが第2の閾値を越えてからリレー111が実際にオフ状態になるまでの期間に、入力電圧Vinがさらに上昇してしまうことになる。そして、入力電圧Vinが第2の閾値を超えてから所定の時間(例えば、1〜5秒程度に設定されていることが好ましい)内に上記第3の閾値を超えると、制御IC30は、その入力電圧Vinが予め決められているクランプ電圧(またはそれよりも低い電圧)に一致するようにトランジスタM1、M2を制御する。ここで、クランプ電圧は、トランジスタM1、M2、制御IC30、入力コンデンサC1の耐圧よりも低く設定されている。すなわち、この場合、入力電圧Vinが所定の値にクランプされ、電源装置1を構成する回路素子が過電圧から保護される。   Thus, when the input voltage Vin rises, the relay 111 is turned off, and overvoltage is avoided. However, for example, when the output voltage of the battery 102 suddenly increases, the input voltage Vin further increases during the period from when the input voltage Vin exceeds the second threshold until the relay 111 is actually turned off. Will rise. When the input voltage Vin exceeds the third threshold value within a predetermined time (for example, preferably set to about 1 to 5 seconds) after the input voltage Vin exceeds the second threshold value, the control IC 30 The transistors M1 and M2 are controlled so that the input voltage Vin matches a predetermined clamp voltage (or a voltage lower than that). Here, the clamp voltage is set lower than the withstand voltages of the transistors M1 and M2, the control IC 30, and the input capacitor C1. That is, in this case, the input voltage Vin is clamped to a predetermined value, and circuit elements constituting the power supply device 1 are protected from overvoltage.

したがって、電源装置1を構成する回路素子の耐圧を必要以上に高くする必要がない。この結果、電源装置1を構成する回路素子として安価な部品を使用できるので、電源装置全体として低コスト化が図れる。   Therefore, it is not necessary to increase the withstand voltage of the circuit elements constituting the power supply device 1 more than necessary. As a result, since inexpensive parts can be used as circuit elements constituting the power supply device 1, the cost of the power supply device as a whole can be reduced.

図3は、制御IC30の中に設けられる制御回路(制御手段)40の実施例である。なお、図3は、制御信号cont1を生成するための制御回路について説明するが、制御信号cont1を生成するための制御回路および制御信号cont2を生成するための制御回路は、基本的に、互いに同じ構成である。よって、制御信号cont2を生成するための制御回路についての説明は省略する。   FIG. 3 shows an embodiment of a control circuit (control means) 40 provided in the control IC 30. Note that FIG. 3 illustrates a control circuit for generating the control signal cont1, but the control circuit for generating the control signal cont1 and the control circuit for generating the control signal cont2 are basically the same as each other. It is a configuration. Therefore, description of the control circuit for generating the control signal cont2 is omitted.

制御信号cont3は、例えば、所定の周期のPWM信号であり、各ORゲート41、42の一方の入力端子に与えられる。なお、制御信号cont3は、例えば、電力回路10の出力電圧に基づいて公知の技術により生成されるものとする。各ORゲート41、42の他方の入力端子には、第1の過電圧判定信号comp_OUT11が与えられる。ORゲート回路41の出力は、バッファ43を介してトランジスタM4のゲートに与えられる。   The control signal cont3 is, for example, a PWM signal having a predetermined period, and is given to one input terminal of each of the OR gates 41 and 42. Note that the control signal cont3 is generated by a known technique based on the output voltage of the power circuit 10, for example. A first overvoltage determination signal comp_OUT11 is supplied to the other input terminal of each of the OR gates 41 and. The output of the OR gate circuit 41 is given to the gate of the transistor M4 through the buffer 43.

ORゲート42の出力は、ANDゲート44の一方の入力端子に与えられる。また、ANDゲート44に他方の入力端子には、反転回路45によって論理が反転させられた第3の過電圧判定信号comp_OUT33が与えられる。そして、ANDゲート44の出力は、バッファ46を介してトランジスタM5のゲートに与えられる。   The output of the OR gate 42 is given to one input terminal of the AND gate 44. Further, a third overvoltage determination signal comp_OUT33 whose logic is inverted by the inverting circuit 45 is supplied to the other input terminal of the AND gate 44. The output of the AND gate 44 is given to the gate of the transistor M5 through the buffer 46.

トランジスタM4、M5は、それぞれ、pMOSトランジスタおよびnMOSトランジスタであり、互いに直列的に接続されている。そして、トランジスタM4、M5の接続点は、信号線47を介して図1に示した出力端子OUT1に接続されている。   The transistors M4 and M5 are a pMOS transistor and an nMOS transistor, respectively, and are connected in series. The connection point of the transistors M4 and M5 is connected to the output terminal OUT1 shown in FIG.

アンプ48は、第3の過電圧判定信号comp_OUT33が「H」であるときに動作し、その第3の過電圧判定信号comp_OUT33が「L」であればその動作を停止する。また、アンプ48の非反転入力端子には、固定的に与えられる電圧Vk (たとえば、3V)が与えられ、その反転入力端子には、検出電圧Vh が与えられる。そして、アンプ48の出力は、信号線47を介して出力端子OUT1に接続されている。なお、信号線47は、抵抗R5を介して接地されている。   The amplifier 48 operates when the third overvoltage determination signal comp_OUT33 is “H”, and stops its operation when the third overvoltage determination signal comp_OUT33 is “L”. The non-inverting input terminal of the amplifier 48 is supplied with a fixed voltage Vk (for example, 3 V), and the inverting input terminal is supplied with a detection voltage Vh. The output of the amplifier 48 is connected to the output terminal OUT1 through the signal line 47. The signal line 47 is grounded via a resistor R5.

上記構成の制御回路40において、入力電圧Vinが上述の第1の閾値以下であれば、第1の過電圧判定信号comp_OUT11が「L」となるので、制御信号cont3は、ORゲート41、42を通過する。また、この場合、第3の過電圧判定信号comp_OUT33も「L」となるので、ORゲート42の出力はANDゲート44を通過する。すなわち、制御信号cont3は、トランジスタM4、M5のゲートに与えられる。これにより、トランジスタM4、M5は、交互にオン/オフ制御される。また、アンプ48は動作しない。よって、この場合、制御回路40は、制御信号cont1および制御信号cont2として、それぞれ、制御信号cont3に対応する信号を出力する。この結果、図1に示すトランジスタM1、M2は、電力回路10が負荷200の要求する電圧を生成するように制御される。   In the control circuit 40 having the above configuration, if the input voltage Vin is equal to or lower than the first threshold value, the first overvoltage determination signal comp_OUT11 becomes “L”, so that the control signal cont3 passes through the OR gates 41 and 42. To do. In this case, since the third overvoltage determination signal comp_OUT33 is also “L”, the output of the OR gate 42 passes through the AND gate 44. That is, the control signal cont3 is given to the gates of the transistors M4 and M5. Thus, the transistors M4 and M5 are alternately turned on / off. Further, the amplifier 48 does not operate. Therefore, in this case, the control circuit 40 outputs signals corresponding to the control signal cont3 as the control signal cont1 and the control signal cont2. As a result, the transistors M1 and M2 shown in FIG. 1 are controlled so that the power circuit 10 generates a voltage required by the load 200.

入力電圧Vinが第1の閾値を越えると、第1の過電圧判定信号comp_OUT11が「H」となる。また、入力電圧Vinが第3の閾値以下であるものとすると、第3の過電圧判定信号comp_OUT33が「L」である。この場合、トランジスタM4はオフ状態となり、トランジスタM5はオン状態となるので、出力端子OUT1および出力端子OUT2は、「L」になる。よって、トランジスタM1およびM2は、それぞれ制御信号cont1および制御信号cont2として「L」が与えられるので、いずれもオフ状態に制御されることになる。この結果、トランスTの一次側を流れる電流が大幅に減少する。   When the input voltage Vin exceeds the first threshold, the first overvoltage determination signal comp_OUT11 becomes “H”. If the input voltage Vin is equal to or lower than the third threshold, the third overvoltage determination signal comp_OUT33 is “L”. In this case, since the transistor M4 is turned off and the transistor M5 is turned on, the output terminal OUT1 and the output terminal OUT2 become “L”. Therefore, since the transistors M1 and M2 are given “L” as the control signal cont1 and the control signal cont2, respectively, both are controlled to be in the off state. As a result, the current flowing through the primary side of the transformer T is greatly reduced.

入力電圧Vinが第3の閾値を越えると、第1の過電圧判定信号comp_OUT11および第3の過電圧判定信号comp_OUT33はいずれも「H」になる。そうすると、トランジスタM4、M5がいずれもオフ状態となり、出力端子OUT1および出力端子OUT2はハイインピーダンス状態になる。また、第3の過電圧判定信号comp_OUT33が「H」になると、アンプ48は、電圧Vk と検出電圧Vh との誤差をゼロにするための誤差信号を生成し、その誤差信号が制御信号cont1、cont2として出力される。   When the input voltage Vin exceeds the third threshold, the first overvoltage determination signal comp_OUT11 and the third overvoltage determination signal comp_OUT33 are both “H”. Then, the transistors M4 and M5 are both turned off, and the output terminal OUT1 and the output terminal OUT2 are in a high impedance state. Further, when the third overvoltage determination signal comp_OUT33 becomes “H”, the amplifier 48 generates an error signal for making the error between the voltage Vk and the detection voltage Vh zero, and the error signal is the control signal cont1, cont2. Is output as

このようにして生成される制御信号cont1、cont2が与えられると、トランジスタM1、M2は、検出電圧Vh を電圧Vk に一致させるように動作する。ここで、上述した関係式(1)を考慮すると、トランジスタM1、M2は、入力電圧Vinを「Vk ×{(R1+R2)/R2}」に一致させるように動作することになる。即ち、入力電圧Vinは、所定のクランプ電圧「Vk ×{(R1+R2)/R2}」に保持される。ここで、例えば、「Vk =3ボルト」および「R1=R2」であるものとすると、クランプ電圧は6ボルトになる。   When the control signals cont1 and cont2 generated in this way are given, the transistors M1 and M2 operate so as to make the detection voltage Vh coincide with the voltage Vk. Here, considering the relational expression (1) described above, the transistors M1 and M2 operate so as to make the input voltage Vin coincide with “Vk × {(R1 + R2) / R2}”. That is, the input voltage Vin is held at a predetermined clamp voltage “Vk × {(R1 + R2) / R2}”. Here, for example, assuming that “Vk = 3 volts” and “R1 = R2”, the clamp voltage is 6 volts.

このように、電源装置1においては、入力電圧Vinが第1の閾値を越えると、トランジスタM1、M2がオフ状態に制御されてトランスTの一次側の電流が減少し、さらに第2の閾値を超えると、リレー111がオフ状態に制御されて過電圧が回避される。このとき、リレー111を介して流れる電流が十分に減少した後にリレー接点が解放されるので、その接点が溶着することはない。   As described above, in the power supply device 1, when the input voltage Vin exceeds the first threshold value, the transistors M1 and M2 are controlled to be turned off, the current on the primary side of the transformer T is decreased, and the second threshold value is further increased. If exceeded, the relay 111 is controlled to be in an OFF state, and an overvoltage is avoided. At this time, since the relay contact is released after the current flowing through the relay 111 is sufficiently reduced, the contact is not welded.

また、入力電圧Vinが急激に上昇してリレー111が実際にオフされる前に第3の閾値を越えると、その入力電圧Vinが予め決められているクランプ電圧に一致するようにトランジスタM1、M2が制御される。ここで、クランプ電圧として、トランジスタM1、M2、制御IC30、入力コンデンサC1の耐圧よりも低い値を設定すれば、過電圧から各回路素子保護を保護することができる。換言すれば、適切なクランプ電圧を設定すれば、各回路素子の耐圧を低くすることが出来る。   Further, when the input voltage Vin suddenly rises and exceeds the third threshold before the relay 111 is actually turned off, the transistors M1 and M2 are set so that the input voltage Vin matches the predetermined clamp voltage. Is controlled. Here, if a value lower than the withstand voltage of the transistors M1, M2, the control IC 30, and the input capacitor C1 is set as the clamp voltage, each circuit element protection can be protected from an overvoltage. In other words, the breakdown voltage of each circuit element can be lowered by setting an appropriate clamp voltage.

なお、上述の実施例では、電源装置の一例としてDC/DCコンバータを示したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明は、スイッチング素子を利用して出力を制御する電力回路に適用可能である。   In the above-described embodiment, a DC / DC converter is shown as an example of a power supply device, but the present invention is not limited to this. That is, the present invention is applicable to a power circuit that controls an output using a switching element.

本発明に係る過電圧保護機能付き電源装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the power supply device with an overvoltage protection function which concerns on this invention. 制御ICの中に設けられる比較回路の実施例である。It is an Example of the comparison circuit provided in control IC. 制御ICの中に設けられる制御回路の実施例である。It is an Example of the control circuit provided in control IC. 過電圧保護機能を備えた従来の電源装置を示す図である。It is a figure which shows the conventional power supply device provided with the overvoltage protection function.

符号の説明Explanation of symbols

1 電源装置
10 電力回路
20 入力電圧検出回路
30 制御IC
31 比較回路
32〜33 コンパレータ
40 制御回路
101 入力端子
102 バッテリ
111 リレー
200 負荷

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power supply device 10 Power circuit 20 Input voltage detection circuit 30 Control IC
31 Comparison Circuit 32-33 Comparator 40 Control Circuit 101 Input Terminal 102 Battery 111 Relay 200 Load

Claims (2)

スイッチング素子を備え、そのスイッチング素子がオン、オフすることにより流れる電流によって出力電圧を生成する電力回路と、
入力電源と上記電力回路との間に設けられるリレーと、
上記電力回路の入力電圧と予め決められている閾値とを比較する比較回路と、
上記入力電圧が第1の閾値以下であれば、上記出力電圧を生成するように上記スイッチング素子のオン、オフを制御し、上記入力電圧が上記第1の閾値を超えると、上記スイッチング素子をオフ状態に制御し、上記入力電圧が上記第1の閾値よりも高い第2の閾値を超えると、上記リレーをオフ状態に制御する制御手段、
を有し、
上記制御手段は、上記入力電圧が上記第2の閾値を超えてから所定の時間内に上記第3の閾値を超えると、その入力電圧が予め決められているクランプ電圧またはそれよりも低い電圧に一致するように上記スイッチング素子のオン、オフを制御する
ことを特徴とする過電圧保護機能付き電源装置。
A power circuit that includes a switching element and generates an output voltage by a current that flows when the switching element is turned on and off ;
A relay provided between the input power source and the power circuit;
A comparison circuit for comparing the input voltage of the power circuit with a predetermined threshold;
If the input voltage is equal to or less than the first threshold value, on of the switching element so as to generate an upper Kide force voltage, by controlling the off and the input voltage exceeds the first threshold value, the switching element Control means for controlling the relay to an off state when the input voltage exceeds a second threshold value higher than the first threshold value.
I have a,
When the input voltage exceeds the third threshold value within a predetermined time after the input voltage exceeds the second threshold value, the control means sets the input voltage to a predetermined clamp voltage or a lower voltage. A power supply device with an overvoltage protection function , wherein on / off of the switching element is controlled so as to match .
スイッチング素子を備え、そのスイッチング素子がオン、オフすることにより流れる電流によって出力電圧を制御する電源装置において使用される過電圧保護回路であって、
入力電圧と予め決められている閾値とを比較する比較回路と、
上記入力電圧が第1の閾値を超えると、上記スイッチング素子をオフ状態に制御し、上記入力電圧が上記第1の閾値よりも高い第2の閾値を超えると、入力電源と上記電源装置との間に設けられているリレーをオフ状態に制御する制御手段、
を有し、
上記制御手段は、上記入力電圧が上記第2の閾値を超えてから所定の時間内に上記第3の閾値を超えると、その入力電圧が予め決められているクランプ電圧またはそれよりも低い電圧に一致するように上記スイッチング素子のオン、オフを制御する
ことを特徴とする過電圧保護回路。
An overvoltage protection circuit used in a power supply device that includes a switching element and controls an output voltage by a current that flows when the switching element is turned on and off .
A comparison circuit that compares the input voltage with a predetermined threshold;
When the input voltage exceeds a first threshold, the switching element is controlled to be in an OFF state, and when the input voltage exceeds a second threshold that is higher than the first threshold, the input power source and the power supply device Control means for controlling the relay provided between them in an off state;
I have a,
When the input voltage exceeds the third threshold value within a predetermined time after the input voltage exceeds the second threshold value, the control means sets the input voltage to a predetermined clamp voltage or a lower voltage. An overvoltage protection circuit that controls on and off of the switching element so as to coincide with each other .
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