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公開番号2024175914
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-19
出願番号2023094012
出願日2023-06-07
発明の名称スイッチング電源装置
出願人株式会社デンソー,トヨタ自動車株式会社,株式会社ミライズテクノロジーズ
代理人弁理士法人サトー
主分類H02M 3/28 20060101AFI20241212BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】スイッチの耐量を極力抑制しながら構成でき、通常時の出力電圧のリップルを抑制しながら、異常検出したときの保護動作を適切にできるようにしたスイッチング電源装置を提供する。
【解決手段】第1駆動部11は、ブートストラップ電源Vbstを用いて動作し制御部10による制御電圧をレベルシフトする高耐圧レベルシフト部21を備え、高耐圧レベルシフト部21を通じて第1スイッチSW1を駆動する。第2駆動部12は、制御部10による制御電圧を入力し高耐圧レベルシフト部21を用いることなく第2スイッチSW2を駆動する。制御部10は、第1駆動部11を用いて第1スイッチSW1を制御すると共に第2駆動部12を用いて第2スイッチSW2を制御する際に、レベルシフト部21の不要な第2スイッチSW2をトランス14の一次側の通電オフ用スイッチとして動作させる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
スイッチング電源装置（１；２０１；５０１；６０１）であって、
トランスの一次側にて高圧側に接続される第１スイッチ（ＳＷ１）と、
前記第１スイッチに直列で当該第１スイッチの低圧側に接続される第２スイッチ（ＳＷ２）と、
前記トランスの一次側に流れている電流を検出する検出部（１３；６１３）と、
前記第１スイッチ及び前記第２スイッチのオンオフタイミングを決定し制御電圧を出力する制御部（１０）と、
ブートストラップ電源（Ｖbst）を用いて動作し前記制御部による前記制御電圧をレベルシフトするレベルシフト部（２１）を備え、前記レベルシフト部を通じて前記第１スイッチを駆動する第１駆動部（１１；２１１）と、
前記制御部による制御電圧を入力し前記レベルシフト部を用いることなく前記第２スイッチを駆動する第２駆動部（１２；２１２）と、を備え、
前記制御部は、前記検出部の検出値に基づいて前記第１駆動部を用いて前記第１スイッチをオンオフ制御すると共に前記第２駆動部を用いて前記第２スイッチをオンオフ制御する際に、前記レベルシフト部を不要とする前記第２スイッチを前記トランスの一次側の通電オフ用スイッチとして動作させるスイッチング電源装置。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
前記制御部が、前記第１スイッチをオフ制御、前記第２スイッチをオン制御した状態で待機し、この間、前記ブートストラップ電源に電荷を供給する請求項１記載のスイッチング電源装置。
【請求項３】
前記制御部は、
オン指令に応じて第１駆動部により第１スイッチをオン制御し、
前記検出部により検出値が制御閾値に達したことを検出すると前記第２スイッチをオフ制御し、
前記第２スイッチのオフを確認すると第１スイッチをオフ制御し、
前記第１スイッチのオフを確認すると前記第２スイッチをオン制御する、請求項１又は２記載のスイッチング電源装置。
【請求項４】
前記制御部は、
オン指令に応じて前記第１駆動部により第１スイッチをオン制御し、
前記検出部により検出値が制御閾値に達したことが検出されると前記第１スイッチ及び前記第２スイッチを同時にオフ制御し、
前記第１スイッチのオフを確認すると前記第２スイッチをオン制御する、請求項１又は２記載のスイッチング電源装置。
【請求項５】
前記制御部は、
オン指令に応じて前記第１駆動部を用いて前記第１スイッチをオン制御し、
前記検出部により検出値が制御閾値に達して前記第２スイッチをオフ制御した後に第１所定時間経過すると第１スイッチをオフ制御し、
前記第１スイッチをオフ制御した後に第２所定時間経過すると前記第２スイッチをオン制御する、請求項１又は２記載のスイッチング電源装置。
【請求項６】
前記制御部は、
オン指令に応じて第１駆動部により前記第１スイッチをオン制御し、
前記検出部により検出値が制御閾値に達すると前記第１スイッチ及び前記第２スイッチをオフ制御し、
前記第１スイッチをオフ制御した後に第３所定時間経過すると前記第２スイッチをオン制御する、請求項１又は２記載のスイッチング電源装置。
【請求項７】
前記制御部は、
前記第１スイッチをオフ制御、且つ、前記第２スイッチをオン制御した待機状態中に、前記検出部による検出値が低下せずゼロを超える所定の短絡閾値に達すると、前記第１スイッチの短絡異常と判定する、請求項１又は２記載のスイッチング電源装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記第１スイッチがオン状態で、且つ、前記第２スイッチをオフ制御した後に、前記検出部による検出値が低下せずゼロを超える所定の短絡閾値に達すると、前記第２スイッチの短絡異常と判定する、請求項１又は２記載のスイッチング電源装置。
【請求項９】
前記検出部は、
前記第２スイッチのオフ指令を出力するための制御閾値と、前記トランスの一次側が短絡したことを検知するための短絡閾値とを同一にして比較対象とした比較部（３４）を用いて構成される、請求項１又は２記載のスイッチング電源装置。
【請求項１０】
前記制御部は、前記第１スイッチをオン制御し且つ前記第２スイッチをオン制御した状態では、前記第２スイッチをオフ制御した後、所定の一定時間を経過した後に予め定められた所定の閾値を超えていれば前記第２スイッチの短絡異常と判定する、請求項９記載のスイッチング電源装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、スイッチング電源装置に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、スイッチング電源装置は、各種の電子制御装置に用いられている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１記載の技術によれば、トランスの一次側に印加される直流電圧をスイッチングする主スイッチング素子を備え、トランスの二次側出力電圧を検出し、当該検出電圧に応じて主スイッチング素子のスイッチングパルス幅を制御している。特許文献１記載の技術によれば、平滑化コンデンサに生じるリップル電圧を検知し、トランスの一次側に接続された検出部が短絡電流を検出すると、「スイッチ素子」（引用文献１のＳＷ１）を開くことで主スイッチング素子（引用文献１のＱ１）を遮断している。
【０００３】
引用文献１には、駆動回路の詳細用途は記載されていないが、仮に入力電圧が高電圧の場合、引用文献１の「スイッチ素子」を駆動するための昇圧電源（例えば、ブートストラップ回路を用いた電源など）を必要とする。制御装置が、スイッチ素子に印加する制御電圧を調整することで出力電圧を調整できる。しかし、制御電圧の値次第では電圧が低下してしまい、「スイッチ素子」がオフ、又は、動作不安定となる。このようなときに「スイッチ素子」の異常検出を設けていないと、異常を検出できず異常状態に陥ると正常に動作させることができない。
【０００４】
また、スイッチ素子を駆動する駆動回路が毎回昇圧電源のオンオフ（立上り／立下り）を発生させてしまう。また、駆動指令を伝達するため高耐圧のレベルシフト部も必要となる。高耐圧のレベルシフト部を通じて制御電圧をスイッチ素子に印加することになるが、レベルシフト部の遅延時間が大きく、スイッチ素子を遮断するまでに多くの時間を要してしまう。
【０００５】
高耐圧のレベルシフト部の遅延の影響が大きくなると、異常判定、保護動作が遅くなり、遮断直後にトランスの二次側出力電圧が過電圧となり部品に異常を生じさせる虞がある。また高耐圧のレベルシフト部は、遅延の影響により制御電流値が設定値よりも大きくなり、出力電圧のリップルが増加してしまう虞もある。またトランスが磁束飽和する虞がある。この場合、スイッチ素子に異常を生じさせないよう耐量が必要以上に大きいものを用いなければならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２００８－２２８５３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本開示の目的は、スイッチの耐量を極力抑制しながら構成でき、通常時の出力電圧のリップルを抑制しながら、異常検出したときの保護動作を適切にできるようにしたスイッチング電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１記載のスイッチング電源装置は、第１スイッチと、第２スイッチと、検出部と、制御部と、第１駆動部と、第２駆動部と、を備える。第１スイッチ及び第２スイッチは背景技術欄記載のスイッチ素子相当を示す。第１スイッチは、トランスの一次側にて高圧側に接続される。第２スイッチは、第１スイッチに直列で低圧側に接続される。検出部は、トランスの一次側に流れている電流を検出する。
【０００９】
制御部は、第１スイッチ及び第２スイッチのオンオフタイミングを決定する。第１駆動部は、昇圧電源を用いて動作し制御部による制御電圧をレベルシフトするレベルシフト部を備えレベルシフト部を通じて第１スイッチを駆動する。第２駆動部は、制御部による制御電圧を入力しレベルシフト部を用いることなく第２スイッチを駆動する。制御部は、検出部の検出値に基づいて第１駆動部を用いて第１スイッチを制御すると共に第２駆動部を用いて第２スイッチを制御する際に、レベルシフト部の不要な第２スイッチをトランスの一次側の通電オフ用スイッチとして動作させる。
【００１０】
請求項１記載の発明によれば、制御部は、ブートストラップ電源及びレベルシフト部を用いて高圧側に接続される第１スイッチを制御しており、レベルシフト部を用いることなく第２スイッチを制御している。したがって、制御部が、レベルシフト部の不要な第２スイッチをトランスの一次側の通電オフ用スイッチとして動作させることで、トランスの一次側を速く通電オフできる。
（【００１１】以降は省略されています）

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