JP2000354367A - 直流電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 直流電源回路起動時の異常を簡単に検出する
ことができ、負荷装置や直流電源回路に重大な損傷を与
えてしまう前に直流電源回路を停止させることができ
る、より安全で信頼性の高い直流電源装置を得る。 【解決手段】 制御回路からのスイッチング信号をカウ
ントし、所定の回数だけスイッチング動作を繰り返した
ときに出力電圧が予定通りの電圧に達しているかどうか
を確認し、予定されていた電圧まで達していない場合異
常があったと判断してスイッチング動作を停止させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、出力電圧が所定
の電圧範囲を超えた場合に、電源を停止させることがで
きる保護機能付きの直流電源装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図７は従来の直流電源装置を示すもの
で、図７において、１は一次電源、２は入力コンデン
サ、３はトランス、４はトランジスタ、５はトランジス
タ４を駆動するための駆動回路、６は整流回路、７は平
滑回路、８は平滑回路７の出力電圧を検出してトランジ
スタ４のオン／オフ比を制御する制御回路、９は回路２
〜８より構成された直流電源回路、１０は負荷装置であ
る。

【０００３】次に図７に示す従来の直流電源装置の動作
について説明する。図７に示した直流電源回路９は、一
次電源１からの電流をトランジスタ４でオン／オフする
ことによりトランス３の二次側に電力を電送するスイッ
チング方式の電源回路である。トランジスタ４は制御回
路８からのスイッチング信号によってスイッチし、制御
回路８は平滑回路７より出力される電圧が所定の値とな
るようにオン／オフ比を制御している。また、制御回路
８は平滑回路７より出力される電圧が負荷装置１０の動
作可能電圧範囲外になった時スイッチング動作を停止さ
せ、負荷装置１０が損傷または誤動作しないように保護
している。

【０００４】しかし、直流電源回路９が起動した直後は
出力電圧がほとんどないため低電圧異常を検出してしま
う。そのため一般的にはある特定時間だけ低電圧異常を
見ないような処置をしたり、出力電圧が一旦低電圧異常
検出レベル以上になったことが分かる何らかの信号、例
えば負荷装置１０が正常に動作したことが分かる信号が
送信されるまで低電圧異常を見ないようにして使われて
きた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の直流電源装置は
以上のように構成されているため、直流電源回路起動直
後の低電圧異常は検出できず、直流電源回路起動直後に
発生した負荷装置のショート故障や、直流電源回路出力
段で発生したショート故障などは特定時間の間検出する
ことができなかったり、あるいはまったく異常を検出で
きず、負荷装置や直流電源回路自身に過大なストレスを
かけ、重大な損傷を与えてしまう可能性があるといった
課題があった。

【０００６】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたもので、直流電源回路起動時の異常を簡
単に検出することができ、負荷装置や直流電源回路に重
大な損傷を与えてしまう前に直流電源回路を停止させる
ことができる、より安全で信頼性の高い直流電源装置を
得ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】第１の発明による直流電
源装置は、制御回路からのスイッチング信号をカウント
し、所定の回数だけスイッチング動作を繰り返したとき
に出力電圧が予定通りの電圧に達しているかどうかを確
認し、予定されていた電圧まで達していない場合異常が
あったと判断してスイッチング動作を停止させるもので
ある。

【０００８】また、第２の発明による直流電源装置は、
制御回路からのスイッチング信号を積分し、出力電圧を
分圧した値と積分値を常に比較して、出力電圧を分圧し
た値が積分値を下まわった場合異常があったと判断して
スイッチング動作を停止させるものである。

【０００９】また、第３の発明による直流電源装置は、
出力電圧値をＡ／Ｄコンバータによりディジタル変換
し、スイッチング動作が実行される度に、例えばｎ回実
行された時にｎ回目の値がｎ−１回目に実行された時の
値より小さい場合、または、ｎ回目の値とｎ−１回目の
値との差が一定以上大きくなってしまった場合に異常が
あったと判断してスイッチング動作を停止させるもので
ある。

【００１０】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１はこの発明の
実施の形態１を示す回路構成図であり、図において１〜
１０は上記従来の装置及び回路と同一または相当するも
のであり、１１と１２は直流電源回路９が起動した直後
の電圧を比較するための第１と第２の基準電源、１３は
第１の基準電源と出力電圧とを比較する第１の比較器、
１４は第２の基準電源と出力電圧とを比較する第２の比
較器、１５と１６は第１と第２の比較器からの信号を有
意にするかどうかを制御する第１と第２のＮＡＮＤ回
路、１７は制御回路８からのスイッチング信号をカウン
トし所定の数だけスイッチングをした時にＮＡＮＤ回路
１５と１６に信号を出力するカウンタ回路、１８は直流
電源回路９の起動直後から出力電圧が正常となるまでの
間に発生した異常を検出する起動時異常検出回路であ
る。また、図２は図１における実施例を説明するための
信号波形図であり、図２で使用している記号アは電源回
路９を動作させるための電源オン信号を表わす信号波形
図、イは制御回路８から出力されているスイッチング信
号を表わす信号波形図、ウは直流電源回路９の出力電圧
を表わす信号波形図、エはカウンタ回路１７から出力さ
れ第１の比較器が出力電圧と第１の基準電源の出力とを
比較した結果を有意にするための信号を表わす信号波形
図、オはカウンタ回路１７から出力され第２の比較器が
出力電圧と第２の基準電源の出力とを比較した結果を有
意にするための信号を表わす信号波形図、カは直流電源
回路９の出力電圧が異常な時の電圧を表わす信号波形図
で、横軸は時間、縦軸はすべて電圧変換された値で描か
れている。

【００１１】以下、動作について図を用いて詳細に説明
する。図１のような構成において、カウンタ回路１７は
制御回路８が出力するスイッチング信号をカウントし、
予め決められた回数、例えばｍ回目とｎ回目に信号を出
力する。第１の基準電源１１は直流電源回路９の出力が
正常な時のスイッチング回数ｍ回目に出力されているは
ずの電圧値をＶ１とした場合、Ｖ１から負荷装置１０の
負荷条件や電圧測定誤差等を考慮してΔＶだけ低めの電
圧（Ｖ１−ΔＶ）を出力している。また、第２の基準電
源１４は直流電源回路９の出力が正常な時、スイッチン
グ回数ｎ回目に出力されているはずの電圧値Ｖ２から同
様にΔＶだけ低めの電圧（Ｖ２−ΔＶ）を出力してい
る。今、直流電源回路９の出力段または負荷装置１０の
内部で異常が発生し、図２のカに示す実線のような出力
電圧となってしまったとすると、スイッチング回数ｍ回
目の時点では出力電圧は第１の基準電源電圧（Ｖ１−Δ
Ｖ）よりも高くなっているため正常と判断されるが、ｎ
回目の時点では第２の基準電源電圧（Ｖ２−ΔＶ）まで
達していないため異常と判断し、第２のＮＡＮＤ回路１
６より制御回路８へスイッチング動作停止の信号が出力
される。また、図２のカに示す点線のように、直流電源
回路９の出力が起動直後より異常となっていても、スイ
ッチング回数ｍ回目の時点で第１の基準電源電圧（Ｖ１
−ΔＶ）を越えていないため即座に異常と判定し、スイ
ッチング動作を停止させることができる。これにより、
直流電源回路９の異常や負荷装置１０の異常を逸早く検
出することができ、直流電源回路９や負荷装置１０が重
大な損傷を来す前に動作を停止させることが可能な、よ
り安全な直流電源装置を得ることができる。なお、本説
明においては異常判定回路を２回路として説明したが、
異常判定回路を２回路以上使用すればより詳細に起動時
の異常を検出することが可能となることは容易に想像で
きると思う。

【００１２】実施の形態２．図３はこの発明の実施の形
態２を示す回路構成図であり、図において１〜１８は上
記従来の装置及び実施の形態１で説明した回路と同一あ
るいは相当するものであり、１９は低電圧異常判定回
路、２０は低電圧異常検出回路である。また、図４は図
３における実施例を説明するための詳細な回路構成図で
あり、図４における２１と２２は第１と第２のＤフリッ
プ・フロップ回路、２３はＪ−Ｋフリップ・フロップ回
路、２４と２５は第１と第２のＡＮＤ回路、２６と２７
は第１と第２の反転回路、２８はＮＯＲ回路、２９と３
０は第１と第２の分圧抵抗、３１はダイオード、３２と
３３は第３と第４の分圧抵抗、３４はコンデンサ、３５
はツェナーダイオード、３６は積分回路、３７は起動時
用比較器、３８は第３のＡＮＤ回路である。また、図５
は図３と図４で示す実施例を説明するための信号波形図
であり、図５で使用している記号イとウは実施の形態１
で説明した信号波形図の記号と同一あるいは相当する信
号であり、キはＪ−Ｋフリップ・フロップ回路２３の出
力を表わす信号波形図、クは第２のＡＮＤ回路２５の出
力を表わす信号波形図、ケは積分回路３６の出力を表わ
す信号波形図、コは低電圧異常判定回路１９の出力を表
わす信号波形図である。

【００１３】以下、動作について図を用いて詳細に説明
する。低電圧異常判定回路１９内では電源オン信号受信
と同時にクロック信号、例えばスイッチング信号に同期
して低電圧異常の判定を開始する。直流電源回路９が起
動し始めた直後は出力電圧が発生していないため、比較
器１２は出力電圧が低電圧異常であることを示す信号Ｌ
を低電圧異常判定回路１９に送信している。直流電源回
路９の出力が徐々に上昇し、基準電源１１の出力電圧よ
りも高くなった時、Ｄフリップ・フロップ回路２１と２
２はそれぞれクロック信号に同期して出力Ｈを出力す
る。Ｄフリップ・フロップ回路２１と２２の出力が同時
にＨとなった時だけ、ＡＮＤ回路２４の出力がＨとなる
ため、ノイズなどで誤動作することなく直流電源回路９
の出力が基準電源１１の出力電圧値を越えた時、初めて
図５のキに示すようにＪ−Ｋフリップ・フロップ回路２
３の出力がクロック信号に同期してＨとなる。次にＪ−
Ｋフリップ・フロップ回路２３のＫ端子側がＬとなり、
出力はＨの状態で固定される。そして低電圧異常信号が
Ｌ、つまり図５のウに示す一点鎖線のように直流電源回
路９の出力電圧が一旦基準電源１１の出力電圧よりも高
くなってから再度基準電源１１の出力電圧以下となった
時、Ｄフリップ・フロップ回路２１を介して反転回路２
６の出力がＨとなり、図５のクに示すようにＡＮＤ回路
２５の出力がＨとなる。この時ＮＯＲ回路２８の出力は
図５のコに示す点線のように起動時異常判定回路１８の
出力に関係なく電源停止信号を出力する。よって、低電
圧異常判定回路１９は直流電源回路９の出力が基準電源
１１によって決められた電圧以上になった後の低電圧異
常を検出することが可能となる。また、起動時異常判定
回路１８内の積分回路３６は直流電源回路９が起動した
直後からスイッチング信号を積分および分圧し、図５の
ケに示す点線のような出力電圧の立ち上がり波形を模擬
した信号を形成する。そして模擬された信号はツェナー
ダイオード３５によって電圧がクランプされるまで直流
電源回路９の出力電圧を分圧した信号とほぼ平行に上昇
することになる。起動時用比較器３７は直流電源回路９
の出力電圧と積分回路３６の出力とを立上り直後から常
に比較し、図５のケに示す一点鎖線のように基準電源１
１によって決められた電圧まで到達する前に異常が発生
した場合、ＡＮＤ回路３８に異常信号を送信する。ＡＮ
Ｄ回路３８は反転回路２７の出力がＬになるまで、つま
り出力電圧が基準電源１１によって決められた電圧以上
になるまでは、比較器３７の出力を有意にしているため
異常信号はＮＯＲ回路２８に送られ、図５のコに示す実
線のような電源停止信号が制御回路８に送られる。よっ
て、直流電源回路９が起動し始めた直後の異常は起動時
異常判定回路１８で検出し、出力電圧が正常に立ち上が
ってからは低電圧異常判定回路１９によって異常を検出
することが可能となり、異常を確認できない時間帯のな
いより正確な異常検出を実現することが可能となる。こ
れにより直流電源回路９や負荷装置１０が重大な損傷を
来す前に確実に動作を停止させることができる、より安
全かつ誤動作の少ない直流電源装置を得ることができ
る。

【００１４】実施の形態３．図６はこの発明の実施の形
態３を示す回路構成図であり、図において１〜１０は上
記従来の装置及び実施の形態１と２で説明した回路と同
一あるいは相当するものであり、３９は直流電源回路９
の出力電圧をアナログ−ディジタル変換するＡ／Ｄコン
バータ、４０は電源異常を判定するための演算回路、４
１はＡ／Ｄコンバータ３９の出力データをスイッチング
信号に同期して記録または呼び出しするためのメモリで
ある。また、図７は図６における実施例を説明するため
のフローチャート図であり、図７で使用している記号Ｖ
n はスイッチングｎ回終了時のＡ／Ｄコンバータ３９の
出力データ、Ｖn-1 はスイッチングｎ回終了時メモリ４
１に記録されていた出力データ、Ｖmin は負荷装置１０
が動作可能な最低電圧を示すデータ、ΔＶは直流電源回
路９と負荷装置１０が正常な場合のスイッチング動作１
回あたり上昇するべき最小の値を示したデータである。

【００１５】以下、動作について図を用いて詳細に説明
する。直流電源回路９の起動時はメモリ４１に記録され
ている初期データはゼロ（Ｖ０＝０）である。今、直流
電源回路９に電源オン信号が送られ、スイッチング動作
が行われたとすると、Ａ／Ｄコンバータ３９はスイッチ
ング動作１回終了時の出力電圧値をディジタル変換し演
算回路４０にデータＶ１を送信する。演算回路４０はＡ
／Ｄコンバータ３９からのデータを受信すると同時にメ
モリ４１に記録されているデータＶ０と比較し、Ａ／Ｄ
コンバータ３９からのデータの方が大きく、かつ負荷装
置１０の動作可能な最低電圧値Ｖmin より小さい場合は
メモリ４１内のデータをＡ／Ｄコンバータ３９からのデ
ータに書き換える。今、スイッチング動作をｎ回実施し
たとすると、Ａ／Ｄコンバータ３９からはスイッチング
ｎ回終了時の出力電圧データＶnが送られてくる。その
時のメモリ４１のデータは出力電圧が正常に上昇し続け
たとすればスイッチングｎ−１回目の値Ｖn-1 になって
いる。ここでスイッチングｎ回目のデータＶn のメモリ
４１内のデータＶn-1 より小さかった場合、演算回路４
０は直流電源回路９または負荷装置１０に異常が発生し
たと判断し、制御回路８に電源停止信号を送信する。ま
た、Ｖn がＶn-1 より所定の値ΔＶだけ増加していなか
った場合、演算回路４０は直流電源回路９または負荷装
置１０に異常が発生したと判断し、制御回路８に電源停
止信号を送信する。これによって、直流電源回路９の起
動直後からスイッチング動作１回ごとに異常を検出する
ことができるとともに、ノイズや外乱などに影響される
ことない、直流電源回路９や負荷装置１０が故障した際
には確実に動作を停止させることが可能な、より安全で
信頼性の高い直流電源装置を実現することができる。

【００１６】

【発明の効果】以上のように、第１の発明によれば、従
来回路にわずかな回路を追加するだけで、起動初期段階
での直流電源回路や負荷装置の異常を逸早く検出するこ
とができ、直流電源回路や負荷装置が故障している時や
起動直後に故障してしまった場合でも、与えるストレス
を小さくすることができるより安全性の高い直流電源装
置を低コストにて実現することができる。

【００１７】また、第２の発明によれば、従来回路に簡
単な回路を追加するだけで、起動直後から常に直流電源
回路や負荷装置の異常を確認することができるため、第
１の発明による装置よりもさらに直流電源回路や負荷装
置が故障した時に与えるストレスを小さくできるととも
に、ノイズ等による誤動作の少ないより安全性と信頼性
の高い直流電源装置を低コストで実現することができ
る。

【００１８】また、第３の発明によれば、出力電圧値を
ディジタル変換した後、スイッチング動作１回ごとに直
流電源回路や負荷装置の異常を確認することができるた
め、第２の発明による装置よりもさらに高精度に直流電
源回路や負荷装置の異常を検出することができるととも
に、ノイズや外乱にも強い、高い信頼性と安定度を兼ね
備えた直流電源装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明による直流電源装置の実施の形態１
を示す図である。

【図２】 この発明による実施の形態１の動作を説明す
るための図である。

【図３】 この発明による直流電源装置の実施の形態２
を示す図である。

【図４】 この発明による実施の形態２の詳細な回路構
成を示す図である。

【図５】 この発明による実施の形態２の動作を説明す
るための図である。

【図６】 この発明による直流電源装置の実施の形態３
を示す図である。

【図７】 この発明による実施の形態３の動作を説明し
たフローチャート図である。

【図８】 従来の直流電源装置を示す図である。

【符号の説明】

１ 一次電源、２ 入力コンデンサ、３ トランス、４
トランジスタ、５駆動回路、６ 整流回路、７ 平滑
回路、８ 制御回路、９ 直流電源回路、１０ 負荷装
置、１１ 第１の基準電源、１２ 第２の基準電源、１
３ 第１の比較器、１４ 第２の比較器、１５ 第１の
ＮＡＮＤ回路、１６ 第２のＮＡＮＤ回路、１７ カウ
ンタ回路、１８ 起動時異常判定回路、１９ 低電圧異
常判定回路、２０ 低電圧異常検出回路、２１ 第１の
Ｄフリップ・フロップ回路、２２ 第２のＤフリップ・
フロップ回路、２３ Ｊ−Ｋフリップ・フロップ回路、
２４ 第１のＡＮＤ回路、２５ 第２のＡＮＤ回路、２
６ 第１の反転回路、２７ 第２の反転回路、２８ Ｎ
ＯＲ回路、２９ 第１の分圧抵抗、３０ 第２の分圧抵
抗、３１ ダイオード、３２ 第３の分圧抵抗、３３
第４の分圧抵抗、３４ コンデンサ、３５ ツェナーダ
イオード、３６ 積分回路、３７ 起動時用比較器、３
８ 第３のＡＮＤ回路、３９ Ａ／Ｄコンバータ、４０
演算回路、４１ メモリ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一次電源に並列に接続された入力コンデ
   ンサと、前記一次電源からの電流をトランスを介してス
   イッチングするトランジスタと、前記トランジスタを駆
   動する駆動回路と、前記トランスの二次側に接続された
   整流回路と、前記整流回路の出力を平滑する平滑回路
   と、前記平滑回路の出力電圧を検出して前記トランジス
   タのオン幅を制御したり出力電圧が過電圧または低電圧
   となった場合にスイッチング動作を停止する制御回路と
   からなる直流電源装置において、出力電圧立上り時の異
   常を検出するために出力電圧と第１の基準電源電圧とを
   比較する第１の比較器と、出力電圧と第２の基準電源電
   圧とを比較する第２の比較器と、前記制御回路からのス
   イッチング信号をカウントし所定の数だけスイッチング
   動作が行われた時に信号を出力するカウンタ回路と、前
   記カウンタ回路からの信号を受け前記第１と第２の比較
   器からの信号を有意にするための第１と第２のＮＡＮＤ
   回路からなる起動時異常検出回路とを備えたことを特徴
   とする直流電源装置。
2. 【請求項２】 一次電源に並列に接続された入力コンデ
   ンサと、前記一次電源からの電流をトランスを介してス
   イッチングするトランジスタと、前記トランジスタを駆
   動する駆動回路と、前記トランスの二次側に接続された
   整流回路と、前記整流回路の出力を平滑する平滑回路
   と、前記平滑回路の出力電圧を検出して前記トランジス
   タのオン幅を制御したり出力電圧異常時にスイッチング
   動作を停止する制御回路とからなる直流電源装置におい
   て、出力電圧が低電圧となったことを基準電源電圧を比
   較することによって検出する低電圧用比較器と、前記低
   電圧用比較器の出力が一旦正常となった後の異常だけを
   低電圧異常と判定できる低電圧異常判定回路と、前記制
   御回路からのスイッチング信号を積分し、積分値と出力
   電圧と比較して電源起動時の異常を検出できる起動時異
   常判定回路とからなる低電圧異常検出回路とを備えたこ
   とを特徴とする直流電源装置。
3. 【請求項３】 一次電源に並列に接続された入力コンデ
   ンサと、前記一次電源からの電流をトランスを介してス
   イッチングするトランジスタと、前記トランジスタを駆
   動する駆動回路と、前記トランスの二次側に接続された
   整流回路と、前記整流回路の出力を平滑する平滑回路
   と、前記平滑回路の出力電圧を検出して前記トランジス
   タのオン幅を制御したり出力電圧異常時にスイッチング
   動作を停止する制御回路とからなる直流電源装置におい
   て、前記制御回路からのスイッチング信号に同期して出
   力電圧をアナログ−ディジタル変換するＡ／Ｄコンバー
   タと、前記制御回路からのスイッチング信号に同期して
   前記Ａ／Ｄコンバータの出力を記録するメモリと、前記
   制御回路からのスイッチング信号に同期して２回目以降
   の各スイッチング時に、１回前のスイッチング時に前記
   メモリに記録されたデータと比較し、その時取得された
   データが前回のデータより小さい場合、または、前回デ
   ータとの差が規定値以上になってしまった場合、電源異
   常としてスイッチング停止の信号を前記制御回路に送信
   する演算回路とを備えたことを特徴とする直流電源装
   置。