特開 2024-75319 電圧変換装置、電圧変換方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024075319

(43)【公開日】2024-06-03

(54)【発明の名称】電圧変換装置、電圧変換方法

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20240527BHJP

   H02M 3/28 20060101ALI20240527BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 M

H02M3/28 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022186691

(22)【出願日】2022-11-22

(71)【出願人】

【識別番号】000002107

【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105924

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 賢樹

(74)【代理人】

【識別番号】100116274

【弁理士】

【氏名又は名称】富所 輝観夫

(72)【発明者】

【氏名】木内 康太

【テーマコード（参考）】

5H730

5H770

【Ｆターム（参考）】

5H730AA20

5H730BB23

5H730BB43

5H730CC01

5H730EE57

5H730FD51

5H730XX04

5H730XX15

5H730XX24

5H730XX35

5H730XX43

5H770CA02

5H770DA11

5H770DA47

5H770HA02X

5H770LA02X

5H770LB09

(57)【要約】

【課題】入力電圧が変動する場合でも効果的に過電流保護動作を行える電圧変換装置等を提供する。
【解決手段】電圧変換装置１０は、トランジスタ１４のスイッチング動作に応じて入力電圧Ｖ_ｉｎを出力電圧Ｖ_ｏｕｔに変換する電圧変換装置１０であって、トランジスタ１４を流れる電流Ｉ_ｏｕｔを電圧として検出するシャント抵抗１６と、スイッチング動作のための制御信号をトランジスタ１４に印加する制御端子１５１と、シャント抵抗１６による検出電圧Ｖ_{ｓｅｎｓｅ}を取得する検出端子１５２と、を備える電圧制御回路１５であって、検出電圧Ｖ_{ｓｅｎｓｅ}が所定の過電流保護閾値Ｖ_ｔｈを超える場合に所定の過電流保護動作を行う電圧制御回路１５と、アノード側に入力電圧Ｖ_ｉｎが供給され、カソード側に検出端子１５２が接続されるダイオード１８１を備える電圧補償回路１８と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

制御素子の制御動作に応じて入力電圧を出力電圧に変換する電圧変換装置であって、
前記制御素子を流れる電流を検出する電流検出部と、
前記制御動作のための制御信号を前記制御素子に印加する制御端子と、前記電流検出部による検出結果を取得する検出端子と、を備える電圧制御回路であって、前記検出結果が所定の過電流保護閾値を超える場合に所定の過電流保護動作を行う電圧制御回路と、
アノード側に前記入力電圧が供給され、カソード側に前記検出端子が接続されるダイオードを備える電圧補償回路と、
を備える電圧変換装置。

【請求項2】

前記制御素子は、前記制御動作としてスイッチング動作を行うスイッチング素子であり、
前記電流検出部は、前記スイッチング素子を流れる電流を電圧として検出するシャント抵抗であり、
前記検出端子は、前記検出結果として前記シャント抵抗による検出電圧を取得する、
請求項１に記載の電圧変換装置。

【請求項3】

前記入力電圧が所定の電圧補償閾値を超えない場合、前記ダイオードの電圧が順方向電圧降下を超えずに前記電圧補償回路が実質的に動作せず、
前記入力電圧が前記電圧補償閾値を超える場合、前記ダイオードの電圧が前記順方向電圧降下を超えて前記電圧補償回路が実質的に動作する、
請求項２に記載の電圧変換装置。

【請求項4】

前記入力電圧が前記電圧補償閾値を超えずに前記電圧補償回路が実質的に動作しない場合の当該入力電圧に対する前記検出電圧の減少率は、前記入力電圧が前記電圧補償閾値を超えて前記電圧補償回路が実質的に動作する場合の当該入力電圧に対する前記検出電圧の減少率より大きい、請求項３に記載の電圧変換装置。

【請求項5】

前記電圧補償回路は、前記ダイオードのカソード側に接続される検出電圧増加抵抗であって、当該ダイオードからの電流が流れることで前記検出電圧を増加させる検出電圧増加抵抗を備える、請求項２から４のいずれかに記載の電圧変換装置。

【請求項6】

前記検出電圧増加抵抗は、前記ダイオードのカソード側において、前記検出端子に対して並列に接続される、請求項５に記載の電圧変換装置。

【請求項7】

前記電圧補償回路は、前記ダイオードのアノード側に接続される分圧抵抗であって、前記入力電圧を分圧して当該ダイオードに供給する分圧抵抗を備える、請求項１から４のいずれかに記載の電圧変換装置。

【請求項8】

前記電流検出部と前記検出端子の間にローパスフィルタが設けられる、請求項１から４のいずれかに記載の電圧変換装置。

【請求項9】

前記電圧補償回路の出力は、前記検出端子と前記ローパスフィルタの間に接続される、請求項８に記載の電圧変換装置。

【請求項10】

制御素子の制御動作に応じて入力電圧を出力電圧に変換する電圧変換方法であって、
前記制御素子を流れる電流を検出することと、
前記制御動作のための制御信号を前記制御素子に印加する制御端子と、前記検出された電流を取得する検出端子と、を備える電圧制御回路によって、前記検出された電流が所定の過電流保護閾値を超える場合に所定の過電流保護動作を行うことと、
アノード側に前記入力電圧が供給され、カソード側に前記検出端子が接続されるダイオードを備える電圧補償回路によって、前記入力電圧が所定の電圧補償閾値を超えない場合、前記ダイオードの電圧が順方向電圧降下を超えずに当該電圧補償回路を実質的に動作させず、前記入力電圧が前記電圧補償閾値を超える場合、前記ダイオードの電圧が前記順方向電圧降下を超えて前記電圧補償回路を実質的に動作させることと、
を備える電圧変換方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電圧変換装置等に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、いわゆるスイッチング電源における過電流保護回路が開示されている。スイッチング素子を流れる電流が過大にならないように監視するコンパレータが設けられる。検出された電流がコンパレータの閾値を超えると、スイッチング素子を強制的にオフ状態に遷移させる過電流保護動作が開始される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平１０－２７１８１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

典型的なスイッチング電源では、出力可能な定格電力が予め定められている。このように固定的な定格電力のスイッチング電源に供給される入力電圧が変動する場合、スイッチング素子を流れる電流も変動する。例えば、スイッチング電源に供給される入力電圧が増加すると、一定の定格電力に適合するためにスイッチング素子を流れる電流が減少する。従って、入力電圧が大きい場合には、スイッチング素子を流れる電流がコンパレータの閾値を超えづらくなり、過電流保護動作が開始されにくくなる。このため、過電流保護動作が開始されるまでの定格以上の電流に耐えうる部品選定が求められる結果、スイッチング電源の大型化やコストアップに繋がってしまう。

【0005】

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、入力電圧が変動する場合でも効果的に過電流保護動作を行える電圧変換装置等を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、本発明のある態様の電圧変換装置は、制御素子の制御動作に応じて入力電圧を出力電圧に変換する電圧変換装置であって、制御素子を流れる電流を検出する電流検出部と、制御動作のための制御信号を制御素子に印加する制御端子と、電流検出部による検出結果を取得する検出端子と、を備える電圧制御回路であって、検出結果が所定の過電流保護閾値を超える場合に所定の過電流保護動作を行う電圧制御回路と、アノード側に入力電圧が供給され、カソード側に検出端子が接続されるダイオードを備える電圧補償回路と、を備える。

【0007】

この態様によれば、入力電圧に応じて電圧補償回路のダイオードを流れる電流によって、電圧制御回路の検出端子における検出結果を強制的に増加させられる。この結果、入力電圧が大きく制御素子を実際に流れる電流が小さい場合であっても、電圧制御回路の検出端子における検出結果は過電流保護閾値を超えやすくなり、効果的に過電流保護動作が開始される。

【0008】

本発明の別の態様は、電圧変換方法である。この方法は、制御素子の制御動作に応じて入力電圧を出力電圧に変換する電圧変換方法であって、制御素子を流れる電流を検出することと、制御動作のための制御信号を制御素子に印加する制御端子と、検出された電流を取得する検出端子と、を備える電圧制御回路によって、検出された電流が所定の過電流保護閾値を超える場合に所定の過電流保護動作を行うことと、アノード側に入力電圧が供給され、カソード側に検出端子が接続されるダイオードを備える電圧補償回路によって、入力電圧が所定の電圧補償閾値を超えない場合、ダイオードの電圧が順方向電圧降下を超えずに当該電圧補償回路を実質的に動作させず、入力電圧が電圧補償閾値を超える場合、ダイオードの電圧が順方向電圧降下を超えて電圧補償回路を実質的に動作させることと、を備える。

【0009】

なお、以上の構成要素の任意の組合せや、これらの表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラム等に変換したものも、本発明に包含される。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、入力電圧が変動する場合でも効果的に過電流保護動作を行える。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】電圧変換装置の構成を模式的に示す。

【図2】電圧補償回路の効果を模式的に示す。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下では、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態（以下では実施形態とも表される）について詳細に説明する。説明および／または図面においては、同一または同等の構成要素、部材、処理等に同一の符号を付して重複する説明を省略する。図示される各部の縮尺や形状は、説明の簡易化のために便宜的に設定されており、特に言及がない限り限定的に解釈されるものではない。実施形態は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。実施形態に記載される全ての特徴やそれらの組合せは、必ずしも本発明の本質的なものであるとは限らない。

【0013】

図１は、本実施形態に係る電圧変換装置１０の構成を模式的に示す。電圧変換装置１０は、トランジスタ１４等の制御素子の制御動作に応じて、入力電圧Ｖ_ｉｎを出力電圧Ｖ_ｏｕｔに変換する装置である。本実施形態では、入力電圧Ｖ_ｉｎが交流電圧であり、出力電圧Ｖ_ｏｕｔが最終的に直流電圧に変換される例、すなわち、電圧変換装置１０がAC-DCコンバータである例について説明するが、本発明に係る電圧変換装置１０は、交流入力電圧を交流出力電圧に変換するAC-ACコンバータとして構成されてもよいし、直流入力電圧を直流出力電圧に変換するDC-DCコンバータとして構成されてもよいし、直流入力電圧を交流出力電圧に変換するDC-ACコンバータ（インバータ）として構成されてもよい。

【0014】

このような本発明に係る各種の電圧変換装置１０は、後述する電圧制御回路１５からの制御信号および入力電圧Ｖ_ｉｎに応じて出力電圧Ｖ_ｏｕｔを制御する制御素子またはスイッチング素子としてのトランジスタ１４等を備える。本発明に係る電圧変換装置１０は、トランジスタ１４を流れる電流が過大にならないように、状況に応じて電圧制御回路１５に過電流保護動作を行わせる過電流保護を主な対象とする。特に、本実施形態では、後述する電圧補償回路１８によって、入力電圧Ｖ_ｉｎが変動する場合でも電圧制御回路１５が効果的に過電流保護動作を行える。

【0015】

AC-DCコンバータである図１の電圧変換装置１０は、整流回路１１と、平滑コンデンサ１２と、トランス１３と、トランジスタ１４と、電圧制御回路１５と、シャント抵抗１６と、ローパスフィルタ１７と、電圧補償回路１８を備える。

【0016】

整流回路１１は、電圧変換装置１０に外部から供給される単相交流としての入力電圧Ｖ_ｉｎを一定の方向（図１において下から上に向かう方向）に整流して直流（脈流）に変換するダイオード１１１～１１４を備える。ダイオード１１１は、入力電圧Ｖ_ｉｎの図１における上側の入力端子の電位が正の時に、上記の方向に電流を流す。ダイオード１１２は、入力電圧Ｖ_ｉｎの図１における上側の入力端子の電位が負の時に、上記の方向に電流を流す。ダイオード１１３は、入力電圧Ｖ_ｉｎの図１における下側の入力端子の電位が正の時に、上記の方向に電流を流す。ダイオード１１４は、入力電圧Ｖ_ｉｎの図１における下側の入力端子の電位が負の時に、上記の方向に電流を流す。これらのブリッジ状に接続されたダイオード１１１～１１４によって、整流回路１１の出力端子間には、方向が一定で大きさが変動する脈流が現われる。平滑コンデンサ１２は、整流回路１１で変換された直流（脈流）を平滑して波形を整える。

【0017】

以上のような整流回路１１および平滑コンデンサ１２を経て、単相交流としての入力電圧Ｖ_ｉｎは波形が整えられた直流電圧Ｖ_ＤＣとなる。この直流電圧Ｖ_ＤＣは、電圧変換装置１０における高電位ライン１０Ｈと低電位ライン１０Ｌの間に現れて、電圧変換装置１０における後段（図１における右側）の各部に直接的または間接的に印加される。

【0018】

トランス１３は、高電位ライン１０Ｈと低電位ライン１０Ｌの間に接続されて直流電圧Ｖ_ＤＣが印加される一次側の一次コイル１３１と、一次コイル１３１と磁気的に結合された二次側の二次コイル１３２を備える。高電位ライン１０Ｈと低電位ライン１０Ｌの間には、一次コイル１３１と直列に制御素子またはスイッチング素子としてのトランジスタ１４が接続される。トランジスタ１４の後述するスイッチング動作に応じて直流電圧Ｖ_ＤＣが間欠的に印加されるトランス１３の一次コイル１３１には、交流電圧としての一次側出力電圧Ｖ_ｏｕｔが現れる。そして、トランス１３の二次側における二次コイル１３２には、一次コイル１３１との巻数比等に応じて一次側出力電圧Ｖ_ｏｕｔが変換された二次側出力電圧Ｖ_ｏｕｔ′が現れる。二次側出力電圧Ｖ_ｏｕｔ′は、不図示の後段の回路によって最終的に直流電圧に変換される。

【0019】

トランジスタ１４は、例えば、後述する電圧制御回路１５の制御端子１５１が接続される制御端子としてのゲートと、高電位ライン１０Ｈ側に接続される高電位端子としてのコレクタと、低電位ライン１０Ｌ側に接続される低電位端子としてのエミッタを備える絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（IGBT：Insulated Gate Bipolar Transistor）である。トランジスタ１４は、トランス１３の一次コイル１３１に現れる出力電圧Ｖ_ｏｕｔの制御動作としてスイッチング動作を行うスイッチング素子である。なお、トランジスタ１４は、制御端子としてのゲートと、高電位端子としてのドレインと、低電位端子としてのソースを備える電界効果トランジスタ（FET：Field Effect Transistor）でもよいし、制御端子としてのベースと、高電位端子としてのコレクタと、低電位端子としてのエミッタを備えるバイポーラトランジスタでもよい。

【0020】

集積回路（IC：Integrated Circuit）として構成される電圧制御回路１５は、トランジスタ１４のゲートにスイッチング動作のための制御信号を印加する制御端子１５１を備える。例えば、電圧制御回路１５は、制御端子１５１からＰＷＭ（パルス幅変調：Pulse Width Modulation）によってデューティ比が制御されたパルスを制御信号としてトランジスタ１４のゲートに印加する。トランジスタ１４は、パルスの有無に応じてオン状態とオフ状態の間でスイッチング動作を行う。具体的には、パルスがゲートに印加されている間はトランジスタ１４がオン状態となり、コレクタとエミッタの間のチャネルが導通状態となる。また、パルスがゲートに印加されていない間はトランジスタ１４がオフ状態となり、コレクタとエミッタの間のチャネルが非導通状態となる。

【0021】

高電位ライン１０Ｈと低電位ライン１０Ｌの間には、一次コイル１３１およびトランジスタ１４と直列にシャント抵抗１６が接続される。シャント抵抗１６は、トランジスタ１４を流れる電流Ｉ_ｏｕｔを検出する電流検出部である。具体的には、シャント抵抗１６は、トランジスタ１４を流れる電流Ｉ_ｏｕｔを電圧Ｖ_{ｓｅｎｓｅ}として検出する。ここで、シャント抵抗１６の抵抗値をＲ_ｓとすれば、オームの法則により、Ｖ_{ｓｅｎｓｅ}≒Ｉ_ｏｕｔ×Ｒ_ｓ、である。シャント抵抗１６の抵抗値Ｒ_ｓは任意に設定できるが、例えば、入力電圧Ｖ_ｉｎの範囲を200Vと400Vの間とする電圧変換装置１０においては、数mΩまたは数十mΩ程度とするのが好ましい。

【0022】

シャント抵抗１６による検出結果としての検出電圧Ｖ_{ｓｅｎｓｅ}は、電圧制御回路１５の検出端子１５２に入力される。電圧制御回路１５は、検出端子１５２で取得された検出電圧Ｖ_{ｓｅｎｓｅ}を、所定の過電流保護閾値Ｖ_ｔｈを用いて監視する。検出電圧Ｖ_{ｓｅｎｓｅ}が過電流保護閾値Ｖ_ｔｈを超えない場合、電圧制御回路１５はトランジスタ１４を流れる電流Ｉ_ｏｕｔが正常範囲内であると判断し、制御端子１５１からＰＷＭ信号等の制御信号を通常通りに出力する。一方、検出電圧Ｖ_{ｓｅｎｓｅ}が過電流保護閾値Ｖ_ｔｈを超える場合、電圧制御回路１５はトランジスタ１４を流れる電流Ｉ_ｏｕｔが過大である（すなわち、過電流が発生している）と判断し、制御端子１５１からの制御信号の通常の出力を即時に停止する等の所定の過電流保護動作を行う。

【0023】

シャント抵抗１６と検出端子１５２の間には、ローパスフィルタ１７が設けられる。ローパスフィルタ１７は、シャント抵抗１６による検出電圧Ｖ_{ｓｅｎｓｅ}から、トランジスタ１４のスイッチングノイズ等の高周波ノイズを除去するためのフィルタである。ローパスフィルタ１７は、シャント抵抗１６に対して並列に設けられる抵抗１７１とコンデンサ１７２によって構成される。抵抗１７１の抵抗値は例えば数百Ω程度であり、例えば数mΩまたは数十mΩとされるシャント抵抗１６の抵抗値Ｒ_ｓと比べて極めて大きい。電圧制御回路１５の検出端子１５２は、抵抗１７１とコンデンサ１７２の接続点に接続される。このように、検出端子１５２では、ローパスフィルタ１７によって高周波ノイズが除去された検出電圧Ｖ_{ｓｅｎｓｅ}を取得できるため、電圧制御回路１５は、トランジスタ１４のスイッチングノイズ等の影響を受けず高精度に過電流保護動作を行うべきタイミングを判断できる。

【0024】

電圧補償回路１８は、例えば、200Vと400Vの間のような広い範囲の入力電圧Ｖ_ｉｎが電圧変換装置１０に供給される場合でも、電圧制御回路１５が適切な過電流保護動作を行えるように、検出端子１５２における検出電圧Ｖ_{ｓｅｎｓｅ}を補償または補正する回路である。電圧補償回路１８は、ダイオード１８１と、分圧抵抗１８２、１８３と、検出電圧増加抵抗１８４と、補助抵抗１８５を備える。

【0025】

ダイオード１８１は、アノード側に入力電圧Ｖ_ｉｎに基づく直流電圧Ｖ_ＤＣが供給され、カソード側に検出端子１５２が接続される。分圧抵抗１８２、１８３は、ダイオード１８１のアノード側（図１における左側）に接続され、入力電圧Ｖ_ｉｎに基づく直流電圧Ｖ_ＤＣを分圧して当該ダイオード１８１のアノードに供給する。このように、ダイオード１８１のアノードには、分圧抵抗１８２、１８３の抵抗値の比によって分圧された直流電圧Ｖ_ＤＣ（以下では入力電圧Ｖ_ｉｎ′とも表される）が入力される。

【0026】

ダイオード１８１は、順方向（図１における左側のアノードから右側のカソードに向かう方向）に電流を流すために必要な電圧である順方向電圧降下Ｖ_ｆまたは順方向電圧Ｖ_ｆを有する。ダイオード１８１への入力電圧Ｖ_ｉｎ′が順方向電圧Ｖ_ｆを超えない場合、ダイオード１８１に順方向の電流が流れずに電圧補償回路１８が実質的に動作しない。また、ダイオード１８１への入力電圧Ｖ_ｉｎ′が順方向電圧Ｖ_ｆを超える場合、ダイオード１８１に順方向の電流が流れて電圧補償回路１８が実質的に動作する。このように、ダイオード１８１の順方向電圧Ｖ_ｆは、電圧補償回路１８の非動作状態（Ｖ_ｉｎ′＜Ｖ_ｆの場合）と動作状態（Ｖ_ｉｎ′＞Ｖ_ｆの場合）が切り替わる閾値として機能する。

【0027】

なお、Ｖ_ｉｎ′＝Ｖ_ｆの場合の入力電圧Ｖ_ｉｎを、以下では電圧補償閾値Ｖ_ｉｎＸとも表す。すなわち、電圧変換装置１０への入力電圧Ｖ_ｉｎが電圧補償閾値Ｖ_ｉｎＸを超えない場合、ダイオード１８１への入力電圧Ｖ_ｉｎ′が順方向電圧降下Ｖ_ｆを超えずに電圧補償回路１８が実質的に動作しない。また、電圧変換装置１０への入力電圧Ｖ_ｉｎが電圧補償閾値Ｖ_ｉｎＸを超える場合、ダイオード１８１への入力電圧Ｖ_ｉｎ′が順方向電圧降下Ｖ_ｆを超えて電圧補償回路１８が実質的に動作する。

【0028】

ダイオード１８１のカソード側（図１における右側）に設けられる検出電圧増加抵抗１８４は、電圧制御回路１５の検出端子１５２に対して並列に接続される。具体的には、検出電圧増加抵抗１８４は、ダイオード１８１のカソードと低電位ライン１０Ｌの間に接続される。一方、同じくダイオード１８１のカソード側に設けられる補助抵抗１８５は、電圧制御回路１５の検出端子１５２に対して直列に接続される。具体的には、補助抵抗１８５は、ダイオード１８１のカソードと検出端子１５２の間に接続される。このように、検出電圧増加抵抗１８４は、ダイオード１８１のカソードより検出端子１５２から遠ざかる側（図１における下側）に接続され、補助抵抗１８５は、ダイオード１８１のカソードより検出端子１５２に近づく側（図１における上側）に接続される。

【0029】

検出電圧増加抵抗１８４は、ダイオード１８１からの電流が流れることで、検出端子１５２における検出電圧Ｖ_{ｓｅｎｓｅ}を増加させる。すなわち、ダイオード１８１からの電流が流れることで検出電圧増加抵抗１８４に発生する電圧が、検出電圧Ｖ_{ｓｅｎｓｅ}を強制的に押し上げる。このようにダイオード１８１および検出電圧増加抵抗１８４によって検出電圧Ｖ_{ｓｅｎｓｅ}が補償または補正される効果は、電圧補償回路１８が実質的に動作する場合、すなわち、前述のように、電圧変換装置１０への入力電圧Ｖ_ｉｎが電圧補償閾値Ｖ_ｉｎＸを超えて、ダイオード１８１への入力電圧Ｖ_ｉｎ′が順方向電圧降下Ｖ_ｆを超える場合に得られる。検出電圧増加抵抗１８４の抵抗値は任意に設定できるが、例えば、入力電圧Ｖ_ｉｎの範囲を200Vと400Vの間とする電圧変換装置１０においては、数百Ωまたは数kΩ程度とするのが好ましい。このように、検出電圧増加抵抗１８４の抵抗値は、数mΩまたは数十mΩとされるシャント抵抗１６の抵抗値Ｒ_ｓと比べて極めて大きく、数百Ω程度とされるローパスフィルタ１７の抵抗１７１の抵抗値と比べて大きくするのが好ましい。

【0030】

補助抵抗１８５は、主に電圧補償回路１８が実質的に動作していない場合、すなわち、前述のように、電圧変換装置１０への入力電圧Ｖ_ｉｎが電圧補償閾値Ｖ_ｉｎＸを超えず、ダイオード１８１への入力電圧Ｖ_ｉｎ′が順方向電圧降下Ｖ_ｆを超えない場合に、検出端子１５２における検出電圧Ｖ_{ｓｅｎｓｅ}を引き下げる機能を有する。このことは、検出端子１５２における検出電圧Ｖ_{ｓｅｎｓｅ}の一部が、補助抵抗１８５（および検出電圧増加抵抗１８４）を通じて低電位ライン１０Ｌ側に放電される（または、逃げる）ためと理解されてもよい。なお、前述の検出電圧増加抵抗１８４も、電圧補償回路１８（特にダイオード１８１）の非動作時には補助抵抗１８５と同様に機能する（すなわち、検出端子１５２における検出電圧Ｖ_{ｓｅｎｓｅ}を引き下げる）ため、補助抵抗１８５を設けなくてもよい。このように、検出電圧増加抵抗１８４は、ダイオード１８１（電圧補償回路１８）の非動作時（Ｖ_ｉｎ′＜Ｖ_ｆ）には検出電圧Ｖ_{ｓｅｎｓｅ}を引き下げ、ダイオード１８１（電圧補償回路１８）の動作時（Ｖ_ｉｎ′＞Ｖ_ｆ）には検出電圧Ｖ_{ｓｅｎｓｅ}を押し上げるという二つの異なる機能を有する。

【0031】

以上のような電圧補償回路１８の出力（図１の例では補助抵抗１８５の上端）は、電圧制御回路１５の検出端子１５２とシャント抵抗１６の高電位側の上端の間に接続される。具体的には、電圧補償回路１８の出力は、電圧制御回路１５の検出端子１５２とローパスフィルタ１７（厳密には、抵抗１７１とコンデンサ１７２の接続点）の間に接続される。

【0032】

図２は、電圧補償回路１８の効果を模式的に示す。横軸は電圧変換装置１０への入力電圧Ｖ_ｉｎを表し、縦軸は電圧制御回路１５の検出端子１５２における検出電圧Ｖ_{ｓｅｎｓｅ}を表す。電圧補償回路１８が設けられる本実施形態における検出電圧Ｖ_{ｓｅｎｓｅ}の遷移が実線で示され、電圧補償回路１８が設けられない二つの比較例における検出電圧Ｖ_{ｓｅｎｓｅ}の遷移がそれぞれ点線で示される。図２における上側の点線は、シャント抵抗１６の抵抗値Ｒ_ｓが比較的大きい（Large shunt register）第１の比較例を示し、図２における下側の点線は、シャント抵抗１６の抵抗値Ｒ_ｓが比較的小さい（Small shunt register）第２の比較例を示す。

【0033】

図２における実線（本実施形態）および二つの点線（第１および第２の比較例）は、電圧変換装置１０が予め定められている定格電力を出力する場合の検出電圧Ｖ_{ｓｅｎｓｅ}の遷移を表す。このように固定的な定格電力を電圧変換装置１０が出力するために、電圧変換装置１０に供給される入力電圧Ｖ_ｉｎが増加すると、トランジスタ１４を流れる電流Ｉ_ｏｕｔが減少するため、シャント抵抗１６によって検出されて電圧制御回路１５の検出端子１５２に現れる検出電圧Ｖ_{ｓｅｎｓｅ}は減少する。すなわち、図２において、実線（本実施形態）および二つの点線（第１および第２の比較例）は、概ね右下がりになる。なお、図２では単純化のために、実線および二つの点線が直線状または折れ線状に示されている。実際には、検出電圧Ｖ_{ｓｅｎｓｅ}が入力電圧Ｖ_ｉｎに対して曲線状または非線型に変化すると考えられる。

【0034】

シャント抵抗１６の抵抗値Ｒ_ｓが比較的大きい第１の比較例（上側の点線）では、入力電圧Ｖ_ｉｎの最小値Ｖ_ｍｉｎに対する検出電圧Ｖ_{ｓｅｎｓｅ}が、電圧制御回路１５の過電流保護閾値Ｖ_ｔｈを超えている。このため、電圧制御回路１５は、トランジスタ１４に過電流が発生していると判断して過電流保護動作を行ってしまう。これは、入力電圧Ｖ_ｉｎが小さい（例えば、最小値Ｖ_ｍｉｎ等）場合に、電圧変換装置１０が定格電力を出力できないことを意味する。

【0035】

このような問題に対処するために、第２の比較例（下側の点線）のように、シャント抵抗１６の抵抗値Ｒ_ｓを下げて、検出電圧Ｖ_{ｓｅｎｓｅ}（≒Ｉ_ｏｕｔ×Ｒ_ｓ）を引き下げることが考えられる。この場合、入力電圧Ｖ_ｉｎの最小値Ｖ_ｍｉｎに対する検出電圧Ｖ_{ｓｅｎｓｅ}が、電圧制御回路１５の過電流保護閾値Ｖ_ｔｈを超えないため、第１の比較例のように電圧制御回路１５は過電流保護動作を行わない。しかし、入力電圧Ｖ_ｉｎが増加すると検出電圧Ｖ_{ｓｅｎｓｅ}が減少するため、例えば、入力電圧Ｖ_ｉｎが最大値Ｖ_ｍａｘの時の検出電圧Ｖ_{ｓｅｎｓｅ}が、電圧制御回路１５の過電流保護閾値Ｖ_ｔｈを大幅に下回ってしまう。このように、入力電圧Ｖ_ｉｎが大きい場合には、検出電圧Ｖ_{ｓｅｎｓｅ}が過電流保護閾値Ｖ_ｔｈを超えづらくなり、電圧制御回路１５による過電流保護動作が開始されにくくなる。このため、過電流保護動作が開始されるまでの定格以上の電流に耐えうる部品選定が求められる結果、電圧変換装置１０の大型化やコストアップに繋がってしまう。

【0036】

実線で示される本実施形態（Voltage compensation）では、前述した電圧補償回路１８の作用によって、第１および第２の比較例の問題を一挙に解決できる。例えば、入力電圧Ｖ_ｉｎが電圧補償閾値Ｖ_ｉｎＸを超えない低電圧領域では、ダイオード１８１に電流は流れないものの、電圧制御回路１５の検出端子１５２における検出電圧Ｖ_{ｓｅｎｓｅ}の一部が、補助抵抗１８５および検出電圧増加抵抗１８４を通じて低電位ライン１０Ｌ側に放電される。この結果、例えば、シャント抵抗１６の抵抗値Ｒ_ｓが第１の比較例（上側の点線）と同様に大きい場合であっても、検出電圧Ｖ_{ｓｅｎｓｅ}は第１の比較例よりも引き下げられて、入力電圧Ｖ_ｉｎの最小値Ｖ_ｍｉｎに対しても電圧制御回路１５の過電流保護閾値Ｖ_ｔｈを超えない。このように、本実施形態によれば、第１の比較例と同様に抵抗値Ｒ_ｓの大きいシャント抵抗１６を使用した場合でも、第１の比較例のように低電圧領域で電圧制御回路１５が過電流保護動作を行ってしまうという問題を解決できる。

【0037】

また、入力電圧Ｖ_ｉｎが電圧補償閾値Ｖ_ｉｎＸを超える高電圧領域では、ダイオード１８１からの電流が検出電圧増加抵抗１８４を流れて、検出電圧Ｖ_{ｓｅｎｓｅ}が押し上げられる。この結果、高電圧領域（Ｖ_ｉｎ＞Ｖ_ｉｎＸ）における入力電圧Ｖ_ｉｎに対する検出電圧Ｖ_{ｓｅｎｓｅ}の減少率（負の傾きまたは微分の絶対値）が、低電圧領域（Ｖ_ｉｎ＜Ｖ_ｉｎＸ）における入力電圧Ｖ_ｉｎに対する検出電圧Ｖ_{ｓｅｎｓｅ}の減少率（負の傾きまたは微分の絶対値）より小さくなる。換言すれば、入力電圧Ｖ_ｉｎが電圧補償閾値Ｖ_ｉｎＸを超えずに電圧補償回路１８が実質的に動作しない場合の当該入力電圧Ｖ_ｉｎに対する検出電圧Ｖ_{ｓｅｎｓｅ}の減少率は、入力電圧Ｖ_ｉｎが電圧補償閾値Ｖ_ｉｎＸを超えて電圧補償回路１８が実質的に動作する場合の当該入力電圧Ｖ_ｉｎに対する検出電圧Ｖ_{ｓｅｎｓｅ}の減少率より大きい。この結果、高電圧領域における検出電圧Ｖ_{ｓｅｎｓｅ}と過電流保護閾値Ｖ_ｔｈの乖離が、第２の比較例と比べて著しく小さくなると共に、第１の比較例と比べても小さくなる。このように、本実施形態によれば、高電圧領域においても検出電圧Ｖ_{ｓｅｎｓｅ}が過電流保護閾値Ｖ_ｔｈを超えやすくなるため、第２の比較例のような過電流保護動作が開始されるまでの定格以上の電流に耐えるための電圧変換装置１０の大型化やコストアップという問題を解決できる。

【0038】

以上、本発明を実施形態に基づいて説明した。例示としての実施形態における各構成要素や各処理の組合せには様々な変形例が可能であり、そのような変形例が本発明の範囲に含まれることは当業者にとって自明である。

【0039】

なお、実施形態で説明した各装置や各方法の構成、作用、機能は、ハードウェア資源またはソフトウェア資源によって、あるいは、ハードウェア資源とソフトウェア資源の協働によって実現できる。ハードウェア資源としては、例えば、プロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種の集積回路を利用できる。ソフトウェア資源としては、例えば、オペレーティングシステム、アプリケーション等のプログラムを利用できる。

【符号の説明】

【0040】

１０ 電圧変換装置、１３ トランス、１４ トランジスタ、１５ 電圧制御回路、１６ シャント抵抗、１７ ローパスフィルタ、１８ 電圧補償回路、１５１ 制御端子、１５２ 検出端子、１８１ ダイオード、１８２、１８３ 分圧抵抗、１８４ 検出電圧増加抵抗、１８５ 補助抵抗。

【図1】

【図2】