特許 7231050 電力変換装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-02-20

(45)【発行日】2023-03-01

(54)【発明の名称】電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/155 20060101AFI20230221BHJP

【ＦＩ】

H02M3/155 C

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2021550749

(86)(22)【出願日】2019-09-30

(86)【国際出願番号】 JP2019038502

(87)【国際公開番号】W WO2021064789

(87)【国際公開日】2021-04-08

【審査請求日】2022-05-24

(73)【特許権者】

【識別番号】000106276

【氏名又は名称】サンケン電気株式会社

(72)【発明者】

【氏名】高田 潤一

(72)【発明者】

【氏名】中野 利浩

【審査官】佐藤 匡

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１３１３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１６６１１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２１３９２３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ １／００－７／９８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

入力電力を所定の出力電力に変換して出力する電力変換動作を実行する出力回路と、前記出力回路の内部電源から電源を供給され、前記出力回路による前記電力変換動作を制御するマイクロコンピュータと、を備えた電力変換装置であって、
前記マイクロコンピュータは、
電源を停止できる電源停止可能期間であるか電源を停止できない電源停止不可期間あるかを通知する状態信号を前記出力回路に出力し、
前記出力回路は、
前記電力変換動作の停止を指示する動作停止信号が入力されると、前記状態信号によって前記マイクロコンピュータが前記電源停止可能期間であることが確認できた場合に、前記内部電源から前記マイクロコンピュータへの電源の供給を停止させる電源停止回路を具備することを特徴とする電力変換装置。

【請求項2】

前記出力回路は、
前記動作停止信号が入力されると、予め設定された待機期間をカウントするタイマ回路を具備し、
前記タイマ回路は、前記待機期間が経過すると、前記状態信号が前記電源停止不可期間を通知する状態であっても、前記内部電源から前記マイクロコンピュータへの電源の供給を停止させることを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。

【請求項3】

前記出力回路は、
スイッチング動作によって前記電力変換動作を実行するスイッチング素子の接合温度を検知し、検知した前記接合温度が予め設定された第１閾温度を超えると、前記動作停止信号を前記電源停止回路に出力する過熱検知回路を具備し、
前記過熱検知回路は、前記接合温度が前記第１閾温度よりも高い温度に予め設定された第２閾温度を超えると、前記状態信号が前記電源停止不可期間を通知する状態であっても、前記内部電源から前記マイクロコンピュータへの電源の供給を停止させることを特徴とする請求項１又は２記載の電力変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、出力回路と、出力回路を制御するマイクロコンピュータとを備えた電力変換装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

出力回路として機能する電源チップと、出力回路を制御するマイクロコンピュータとして機能するマイコンチップとを同一フレーム上に搭載してパッケージ化した電力変換装置が用いられている。このような電力変換装置では、出力回路の内部電源がマイクロコンピュータに供給され、入力電源の低下や異常等の際は、出力回路がマイクロコンピュータへの電源供給を停止している。

【0003】

マイクロコンピュータへの電源供給を停止するに際し、マイクロコンピュータが書き込み中の場合、データが破損する恐れがある。そこで、本出願人は、出力回路からマイクロコンピュータに停止信号を出力し、マイクロコンピュータが停止できる状態になると内部電源を停止する技術を提案している（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１９－１３１３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、従来技術では、出力回路からマイクロコンピュータに停止信号を出力すると共に、停止信号が入力されたマイクロコンピュータが停止処理に入り、マイクロコンピュータから出力回路に停止を許可する停止許可信号を出力している。従って、出力回路とマイクロコンピュータとの間に２本の電源停止用制御ラインが必要となってしまうと共に、マイクロコンピュータが停止できる状態でも、出力回路が即座に電源供給を停止することができないという問題点があった。

【0006】

本発明は斯かる問題点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、出力回路とマイクロコンピュータとの間の電源停止用制御ラインを簡略化でき、マイクロコンピュータが停止できる状態では、出力回路が即座に電源供給を停止することができる電力変換装置を提供する点にある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る電力変換装置は、上記の目的を達成するため、次のように構成される。
本発明の電力変換装置は、入力電力を所定の出力電力に変換して出力する電力変換動作を実行する出力回路と、前記出力回路の内部電源から電源を供給され、前記出力回路による前記電力変換動作を制御するマイクロコンピュータと、を備えた電力変換装置であって、前記マイクロコンピュータは、電源を停止できる電源停止可能期間であるか電源を停止できない電源停止不可期間あるかを通知する状態信号を前記出力回路に出力し、前記出力回路は、前記電力変換動作の停止を指示する動作停止信号が入力されると、前記状態信号によって前記マイクロコンピュータが前記電源停止可能期間であることが確認できた場合に、前記内部電源から前記マイクロコンピュータへの電源の供給を停止させる電源停止回路を具備することを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、電源停止用制御ラインをマイクロコンピュータから出力回路に状態信号を通知する１本に簡略化でき、状態信号によって電源停止可能期間が通知されているため、マイクロコンピュータが停止可能な状態では、出力回路が即座に電源供給を停止することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明に係る電力変換装置の第１の実施の形態を示す回路構成図である。

【図2】図１に示す電力変換装置の各部の動作を示すタイミングチャートである。

【図3】図１に示す電力変換装置の各部の動作を示すタイミングチャートである。

【図4】図１に示す電力変換装置の各部の動作を示すタイミングチャートである。

【図5】本発明に係る電力変換装置の第２の実施の形態を示す回路構成図である。

【図6】図５に示す電力変換装置の各部の動作を示すタイミングチャートである。

【図7】図５に示す電力変換装置の各部の動作を示すタイミングチャートである。

【図8】図５に示す電力変換装置の各部の動作を示すタイミングチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下に、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

【0011】

（第１の実施の形態）
第１実施の形態の電力変換装置１は、図１を参照すると、入力電圧Ｖｉｎを出力電圧Ｖｏｕｔに変換して出力するＤＣ／ＤＣコンバータである。電力変換装置１は、チップ化された出力回路１０と、チップ化されたマイクロコンピュータ２０とが同一フレーム上に搭載されてパッケージ化されている。

【0012】

出力回路１０は、出力部１１として機能するスイッチング素子Ｑ１及びスイッチング素子Ｑ２と、内部電源１２と、ドライブ回路１３と、電源停止回路１４と、タイマ回路１５とを備えている。なお、スイッチング素子Ｑ１及びスイッチング素子Ｑ２は、出力回路１０から独立したチップ等で構成し、出力回路１０の外部に接続するようにしても良い。

【0013】

入力電圧Ｖｉｎの両端には、入力コンデンサＣ１が接続され、入力電圧Ｖｉｎのプラス側はスイッチング素子Ｑ１のドレインに接続され、入力電圧Ｖｉｎのマイナス側は接地される。スイッチング素子Ｑ１のソースは、スイッチング素子Ｑ２のドレインとトランスＴ１の1次側巻線の一端に接続される。トランスＴ１の１次側巻線の他端は、出力コンデンサＣ３の一端に接続され、出力コンデンサＣ３の他端は接地される。出力コンデンサＣ ３の両端には負荷２が接続される。

【0014】

トランスＴ１の２次側巻線の一端はダイオードＤ１のアノードに接続され、トランスＴ１の２次側巻線の他端は接地される。ダイオードＤ１のカソードは、内部電源１２の入力とコンデンサＣ２の一端に接続され、コンデンサＣ２の他端は接地される。これにより、内部電源１２には、トランスＴ１で降圧されたスイッチング出力がダイオードＤ１で整流つれ、コンデンサＣ２で平滑された直流電圧が入力される。

【0015】

内部電源１２の出力は、図１に太字点線で示すように、出力回路１０内のドライブ回路１３、電源停止回路１４及びタイマ回路１５と、マイクロコンピュータ２０に接続され、電源を供給する。

【0016】

ドライブ回路１３は、スイッチング素子Ｑ１のゲートにＱ１ドライブ信号を出力し、Ｑ１ドライブ信号により、スイッチング素子Ｑ１を駆動する。そして、ドライブ回路１３は、スイッチング素子Ｑ２のゲートにＱ１ドライブ信号と逆相のＱ２ドライブ信号を出力し、スイッチング素子Ｑ２を駆動する。

【0017】

マイクロコンピュータ２０は、出力コンデンサＣ３の両端電圧を出力電圧Ｖｏｕｔとして検出し、出力電圧Ｖｏｕｔが一定になるように、Ｑ１ドライブ信号及びＱ２ドライブ信号のデューティ比を制御する制御信号をドライブ回路１３に出力する。

【0018】

出力回路１０には、上位システム等の外部から電力変換装置１の動作停止を指示する動作停止信号の入力を受け付ける外部入力端子３０が設けられている。動作停止信号は、外部入力端子３０を経由して電源停止回路１４及びタイマ回路１５に入力される。動作停止信号は、例えば、通常はＨｉレベルで、Ｌｏｗレベルへの遷移によって電力変換装置１の動作停止を指示する。

【0019】

マイクロコンピュータ２０は、自身の状態を通知する状態信号を出力回路１０に出力する。状態信号は、電源を停止可能な電源停止可能期間であるか、メモリへの書き込み中等の電源を停止できない電源停止不可期間であるかを通知するための信号である。状態信号は、例えば、電源停止可能期間はＬｏｗレベルで、Ｈｉレベルへの遷移によって電源停止不可期間を通知する。

【0020】

マイクロコンピュータ２０からの状態信号は、電源停止回路１４に入力される。電源停止回路１４は、動作停止信号によって電力変換装置１の動作停止を指示されると、マイクロコンピュータ２０が電源停止可能期間であることを条件に、内部電源１２に電源供給の停止を指示する電源停止信号を出力する。すなわち、電源停止回路１４は、Ｌｏｗレベルの動作停止信号が入力され、且つＬｏｗレベルの状態信号が入力されると、内部電源１２に電源供給の停止を指示する電源停止信号を出力する。電源停止信号は、例えば、通常はＨｉレベルで、Ｌｏｗレベルへの遷移によって内部電源１２に電源供給の停止を指示する。

【0021】

タイマ回路１５は、動作停止信号によって電力変換装置１の動作停止を指示され、予め設定された待機期間Ｔ_０のカウントを開始し、待機期間Ｔ_０が経過すると、内部電源１２に電源供給の停止を指示する電源停止信号を出力する。なお、本実施の形態では、電源停止回路１４から出力される電源停止信号と、タイマ回路１５から出力される電源停止信号とが共通化されており、電源停止回路１４とタイマ回路１５とのいずれかがＨｉレベルの電源停止信号をＬｏｗレベルに遷移させることで、内部電源１２に電源供給の停止を指示する。

【0022】

次に、電源停止動作について図２乃至図４を参照して詳細に説明する。
図２を参照すると、時刻ｔ１１で外部入力端子３０に入力される動作停止信号がＨｉレベルからＬｏｗレベルに遷移する。すると、電源停止回路１４は、動作停止信号によって電力変換装置１の動作停止を指示されると、マイクロコンピュータ２０からの状態信号を確認し、状態信号が電源停止可能期間であること示すＬｏｗレベルであるため、電源停止信号がＨｉレベルからＬｏｗレベルに遷移させて、内部電源１２に電源供給の停止を指示する。これにより、内部電源１２は、ほぼリアルタイムで電源の出力を停止させることができる。

【0023】

図３を参照すると、時刻ｔ２１で外部入力端子３０に入力される動作停止信号がＨｉレベルからＬｏｗレベルに遷移する。すると、電源停止回路１４は、動作停止信号によって電力変換装置１の動作停止を指示されると、マイクロコンピュータ２０からの状態信号を確認し、状態信号が電源停止不可期間であること示すｈｉレベルであるため、待機する。

【0024】

また、タイマ回路１５は、動作停止信号によって電力変換装置１の動作停止を指示されると、待機期間Ｔ_０のカウントを開始する。そして、待機期間Ｔ_０が経過する時刻ｔ２３よりも前の時刻ｔ２２で、状態信号が電源停止可能期間であること示すＬｏｗレベルに遷移すると、電源停止回路１４は、電源停止信号がＨｉレベルからＬｏｗレベルに遷移させて、内部電源１２に電源供給の停止を指示する。これにより、内部電源１２は、マイクロコンピュータ２０が電源を停止しても良い状態になった時点でほぼリアルタイムで電源の出力を停止させることができる。

【0025】

図４を参照すると、時刻ｔ３１で外部入力端子３０に入力される動作停止信号がＨｉレベルからＬｏｗレベルに遷移する。すると、電源停止回路１４は、動作停止信号によって電力変換装置１の動作停止を指示されると、マイクロコンピュータ２０からの状態信号を確認し、状態信号が電源停止不可期間であること示すｈｉレベルであるため、待機する。

【0026】

また、タイマ回路１５は、動作停止信号によって電力変換装置１の動作停止を指示されると、待機期間Ｔ_０のカウントを開始する。そして、時刻ｔ３２で待機期間Ｔ_０が経過すると、タイマ回路１５は、電源停止信号がＨｉレベルからＬｏｗレベルに遷移させて、内部電源１２に電源供給の停止を指示する。これにより、状態信号が何らかの原因で電源停止不可期間を示す状態（Ｈｉレベル）に貼り付いてしまった場合でも、動作停止信号に基づいて内部電源１２からの電源供給を停止させることができる。

【0027】

（第２の実施の形態）
第２実施の形態の電力変換装置１ａは、図５を参照すると、タイマ回路１５の替わりに過熱検知回路１６が設けられた出力回路１０ａを備えている。内部電源１２の出力は、図５に太字点線で示すように、過熱検知回路１６にも接続され、電源を供給する。

【0028】

過熱検知回路１６は、スイッチング素子Ｑ１の近傍にレイアウトされ、スイッチング素子Ｑ１の接合温度を検知する。そして、過熱検知回路１６は、検知した接合温度が予め設定された第１閾温度を超えると、電力変換装置１の動作停止を指示する動作停止信号を電源停止回路１４に出力する。すなわち、第２実施の形態では、電力変換装置１ａ内で動作停止要因を検出して動作停止信号を生成している。

【0029】

また、過熱検知回路１６は、検知した接合温度が第１閾温度よりも高い温度に予め設定された第２閾温度を超えると、内部電源１２に電源供給の停止を指示する電源停止信号を出力する。電源停止回路１４から出力される電源停止信号と、過熱検知回路１６から出力される電源停止信号とが共通化されており、電源停止回路１４と過熱検知回路１６とのいずれかがＨｉレベルの電源停止信号をＬｏｗレベルに遷移させることで、内部電源１２に電源供給の停止を指示する。

【0030】

次に、電源停止動作について図６乃至図８を参照して詳細に説明する。
図６を参照すると、負荷２の異常等で負荷電流が増加し、時刻ｔ４１でスイッチング素子Ｑ１の接合温度が上昇して第１閾温度を超えると、過熱検知回路１６は、動作停止信号がＨｉレベルからＬｏｗレベルに遷移させる。電源停止回路１４は、動作停止信号によって電力変換装置１の動作停止を指示されると、マイクロコンピュータ２０からの状態信号を確認し、状態信号が電源停止可能期間であること示すＬｏｗレベルであるため、電源停止信号がＨｉレベルからＬｏｗレベルに遷移させて、内部電源１２に電源供給の停止を指示する。これにより、内部電源１２は、ほぼリアルタイムで電源の出力を停止させることができる。

【0031】

図７を参照すると、負荷２の異常等で負荷電流が増加し、時刻ｔ５１でスイッチング素子Ｑ１の接合温度が上昇して第１閾温度を超えると、過熱検知回路１６は、動作停止信号がＨｉレベルからＬｏｗレベルに遷移させる。電源停止回路１４は、動作停止信号によって電力変換装置１の動作停止を指示されると、マイクロコンピュータ２０からの状態信号を確認し、状態信号が電源停止不可期間であること示すｈｉレベルであるため、待機する。

【0032】

これにより、スイッチング素子Ｑ１の動作が継続され、スイッチング素子Ｑ１の接合温度がさらに上昇するが、接合温度が第２閾温度を超える前の時刻ｔ５２で、状態信号が電源停止可能期間であること示すＬｏｗレベルに遷移すると、電源停止回路１４は、電源停止信号がＨｉレベルからＬｏｗレベルに遷移させて、内部電源１２に電源供給の停止を指示する。これにより、内部電源１２は、マイクロコンピュータ２０が電源を停止しても良い状態になった時点でほぼリアルタイムで電源の出力を停止させることができる。

【0033】

図８を参照すると、負荷２の異常等で負荷電流が増加し、時刻ｔ６１でスイッチング素子Ｑ１の接合温度が上昇して第１閾温度を超えると、過熱検知回路１６は、動作停止信号がＨｉレベルからＬｏｗレベルに遷移させる。電源停止回路１４は、動作停止信号によって電力変換装置１の動作停止を指示されると、マイクロコンピュータ２０からの状態信号を確認し、状態信号が電源停止不可期間であること示すｈｉレベルであるため、待機する。

【0034】

これにより、スイッチング素子Ｑ１の動作が継続され、スイッチング素子Ｑ１の接合温度がさらに上昇し、するが、時刻ｔ６２で接合温度が第２閾温度を超えると、過熱検知回路１６は、電源停止信号がＨｉレベルからＬｏｗレベルに遷移させて、内部電源１２に電源供給の停止を指示する。これにより、接合温度が危険な温度になった場合、マイクロコンピュータ２０の状態に拘わらず、電源停止不可期間であっても内部電源１２からの電源供給を停止させることができる。

【0035】

以上説明したように、本実施の形態によれば、入力電力を所定の出力電力に変換して出力する電力変換動作を実行する出力回路１０と、出力回路１０の内部電源１２から電源を供給され、出力回路１０による電力変換動作を制御するマイクロコンピュータ２０と、を備えた電力変換装置１であって、マイクロコンピュータ２０は、電源を停止できる電源停止可能期間であるか電源を停止できない電源停止不可期間あるかを通知する状態信号を出力回路１０に出力し、出力回路１０は、電力変換動作の停止を指示する動作停止信号が入力されると、状態信号によってマイクロコンピュータ２０が電源停止可能期間であることが確認できた場合に、内部電源１２からマイクロコンピュータ２０への電源の供給を停止させる電源停止回路１４を備える。
この構成により、電源停止用制御ラインをマイクロコンピュータ２０から出力回路１０に状態信号を通知する１本に簡略化でき、状態信号によって電源停止可能期間が通知されているため、マイクロコンピュータ２０が停止可能な状態では、出力回路１０が即座に電源供給を停止することができる。

【0036】

さらに、本実施の形態において、出力回路１０は、動作停止信号が入力されると、予め設定された待機期間Ｔ_０をカウントするタイマ回路１５を具備し、タイマ回路１５は、待機期間Ｔ_０が経過すると、状態信号が電源停止不可期間を通知する状態であっても、内部電源１２からマイクロコンピュータ２０への電源の供給を停止させる。
この構成により、これにより、状態信号が何らかの原因で電源停止不可期間を示す状態（Ｈｉレベル）に貼り付いてしまった場合でも、動作停止信号に基づいて内部電源１２からの電源供給を停止させることができる。

【0037】

さらに、本実施の形態において、出力回路１０ａは、スイッチング動作によって電力変換動作を実行するスイッチング素子Ｑ１の接合温度を検知し、検知した接合温度が予め設定された第１閾温度を超えると、動作停止信号を電源停止回路１４に出力する過熱検知回路１６を備え、過熱検知回路１６は、接合温度が第１閾温度よりも高い温度に予め設定された第２閾温度を超えると、状態信号が電源停止不可期間を通知する状態であっても、内部電源１２からマイクロコンピュータ２０への電源の供給を停止させる。
この構成により、これにより、接合温度が危険な温度になった場合、マイクロコンピュータ２０の状態に拘わらず、電源停止不可期間であっても内部電源１２からの電源供給を停止させることができる。

【0038】

なお、本発明が上記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、上記構成部材の数、位置、形状等は上記実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。例えば、本発明における電力変換装置１、１ａは、ＤＣ／ＤＣコンバータに限定されず、ＡＣ電圧を出力するＤＣ／ＡＣコンバータ又はＡＣ／ＡＣコンバータでも良く、入力電力を所定の出力電力に変換する電力変換装置であれば良い。なお、各図において、同一構成要素には同一符号を付している。

【符号の説明】

【0039】

１、１ａ 電力変換装置
２ 負荷
１０、１０ａ 出力回路
１１ 出力部
１２ 内部電源
１３ ドライブ回路
１４ 電源停止回路
１５ タイマ回路
１６ 過熱検知回路
２０ マイクロコンピュータ
３０ 外部入力端子
Ｑ１、Ｑ２ スイッチング素子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】