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JP2005224049A - Switching power supply - Google Patents

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JP2005224049A JP2004030615A JP2004030615A JP2005224049A JP 2005224049 A JP2005224049 A JP 2005224049A JP 2004030615 A JP2004030615 A JP 2004030615A JP 2004030615 A JP2004030615 A JP 2004030615A JP 2005224049 A JP2005224049 A JP 2005224049A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a switching power supply whose characteristics will not change, even if a voltage of a power source voltage supply source fluctuates, and which has a ground-fault protective function that operates normally, even if the voltage of the power source voltage supply source is very low. <P>SOLUTION: This switching power supply is provided with a first DC/DC converter 10 and a second DC/DC converter 11 and structured to use the output 16 of the second DC/DC converter 11 as the power source of a ground-fault detection circuit 12, the ground-fault protective circuit of the output terminal of the first DC/DC converter 10, and a timer circuit 13. The fluctuation in the output 16 of the second DC/DC converter 11 is small, even if the voltage of a power source 1 fluctuates. Thus, the change of the characteristics of the ground-fault detection 12 and the timer circuit 13 that use the output as the power source voltage becomes so small that malfunction can be prevented. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、スイッチング電源出力が地絡時に過電流が流れ発熱することを防止できるスイッチング電源装置に関するものである。   The present invention relates to a switching power supply apparatus that can prevent overcurrent from flowing and generating heat when the switching power supply output is grounded.

従来のスイッチング電源装置としては、2次側電圧を検出し、2次側電圧が所定電圧以下では、スイッチング動作を停止するというものがあった。   As a conventional switching power supply device, there is one that detects a secondary side voltage and stops the switching operation when the secondary side voltage is equal to or lower than a predetermined voltage.

以下、特許文献1の「スイッチングレギュレータ」に関して、図4を参照しながら説明する。   Hereinafter, the “switching regulator” of Patent Document 1 will be described with reference to FIG.

図4は、従来のスイッチング電源装置の回路図であり、81は1つの基板上に形成される制御部、82は誤差増幅器、83はPWM比較器、84は発振器、85はAND回路、86は短絡検知用比較器、87は電流源、88はタイマー用比較器、89はフリップフロップ回路で構成されるラッチ回路、Tinは入力端子、Toutは出力端子、VBは高電位側電源電圧、GNDは低電位側電源電圧、Voutは出力電圧、Vccは制御部への電源入力、INは入力信号、OUTは出力信号、C1、C2はコンデンサ、R1、R2、R3は抵抗、Lはコイル、Tr1、Tr2、Tr5はNPNトランジスタ、Tr3、Tr4はPNPトランジスタ、VR1、VR2、VR3は基準電圧である。   FIG. 4 is a circuit diagram of a conventional switching power supply apparatus, in which 81 is a control unit formed on one substrate, 82 is an error amplifier, 83 is a PWM comparator, 84 is an oscillator, 85 is an AND circuit, 86 is Short-circuit detection comparator, 87 is a current source, 88 is a timer comparator, 89 is a latch circuit including a flip-flop circuit, Tin is an input terminal, Tout is an output terminal, VB is a high-potential side power supply voltage, and GND is Low-potential side power supply voltage, Vout is the output voltage, Vcc is the power supply input to the controller, IN is the input signal, OUT is the output signal, C1, C2 are capacitors, R1, R2, R3 are resistors, L is a coil, Tr1, Tr2 and Tr5 are NPN transistors, Tr3 and Tr4 are PNP transistors, and VR1, VR2, and VR3 are reference voltages.

まず、地絡状態ではない通常動作状態においては、出力端子Toutには電圧Voutとして、式(4)の電圧を出力する。   First, in a normal operation state that is not a ground fault state, the voltage of Expression (4) is output as the voltage Vout to the output terminal Tout.

Vout=VR1×(R1+R2)/R2 ・・・ (4)
式(4)が成り立っている状態においては、VR2が誤差増幅器82の出力電圧よりも高くなるように設定されているため、Tr2のベースはH(ハイレベル)、Tr2のコレクタはL(ローレベル)になり、タイマー用比較器88の出力電圧はL、ラッチ回路89のQ出力はL、Tr5はオフ、Tr4もオフとなり、Tr3のベース電流はR3方向に流れることができ、Tr3はオンできるモードになる。
Vout = VR1 × (R1 + R2) / R2 (4)
In a state where the equation (4) holds, VR2 is set to be higher than the output voltage of the error amplifier 82, so that the base of Tr2 is H (high level) and the collector of Tr2 is L (low level). The output voltage of the timer comparator 88 is L, the Q output of the latch circuit 89 is L, Tr5 is off, Tr4 is also off, the base current of Tr3 can flow in the R3 direction, and Tr3 can be turned on. Become a mode.

また、誤差増幅器82の出力電圧と発振器84の出力信号を比較することによるパルスがPWM比較器83の出力パルス信号となり、上記よりラッチ回路89からAND回路85への信号はHとなるため、Tr1ベースには、PWM比較器83の出力信号が、そのままの極性で入力され、Tr1のオン/オフ動作によりコイルLが駆動され、オン状態にあるTr3を経由して、出力端子ToutにはVoutとして、式(4)の電圧を発生する。   Further, the pulse generated by comparing the output voltage of the error amplifier 82 and the output signal of the oscillator 84 becomes the output pulse signal of the PWM comparator 83. From the above, the signal from the latch circuit 89 to the AND circuit 85 becomes H, so Tr1 The output signal of the PWM comparator 83 is inputted to the base with the same polarity, the coil L is driven by the on / off operation of Tr1, and the output terminal Tout is set as Vout through Tr3 in the on state. The voltage of equation (4) is generated.

なお、高電位側電源の電圧VBが小さい程、誤差増幅器82の出力電圧は大きくなり、Tr1のオン期間が長くなることで、式(4)の関係を保つようになっている。   Note that the smaller the voltage VB of the high-potential-side power supply, the larger the output voltage of the error amplifier 82 and the longer the on-period of Tr1, thereby maintaining the relationship of equation (4).

次に出力端子Toutが地絡した場合においては、入力信号INの電圧は、基準電圧VR1よりも低くなり、誤差増幅器82の出力電圧は、高い方向に振り切れ、基準電圧VR2よりも高くなるため、短絡検知用比較器86の出力はLとなり、その瞬間からコンデンサC2には、電流源87からの電流が充電されはじめ、基準電圧VR3の電圧に達するとタイマー用比較器88の出力がHに切換わる。そして、この切換りに連動して、ラッチ回路89のQ出力はHとなり、Tr5がオン、Tr4もオンし、また、ラッチ回路89からAND回路85への信号はLのため、Tr1はオフ状態となる。このため、コイルLの駆動は停止され、コイルLからTr1を経由したGNDへの過電流ルートもコイルLからTr3を経由したToutへの過電流ルートもなくなり、コイルLが磁気飽和することはなく、入力端子Tinから過電流が流れ続けることもなくなる。
特開平9−182277号公報
Next, when the output terminal Tout has a ground fault, the voltage of the input signal IN becomes lower than the reference voltage VR1, and the output voltage of the error amplifier 82 swings out in the higher direction and becomes higher than the reference voltage VR2. The output of the short-circuit detection comparator 86 becomes L. From that moment, the capacitor C2 begins to be charged with the current from the current source 87, and when the reference voltage VR3 is reached, the output of the timer comparator 88 is switched to H. Change. In conjunction with this switching, the Q output of the latch circuit 89 becomes H, Tr5 is on, Tr4 is also on, and the signal from the latch circuit 89 to the AND circuit 85 is L, so Tr1 is in the off state. It becomes. For this reason, the driving of the coil L is stopped, the overcurrent route from the coil L to GND via Tr1 and the overcurrent route from the coil L to Tout via Tr3 are eliminated, and the coil L is not magnetically saturated. , No overcurrent continues to flow from the input terminal Tin.
JP 9-182277 A

しかしながら、従来のスイッチング電源装置では、入力端子Tinへの電圧供給源として電圧変動が大きい電池などを使用した場合、電池寿命を長くするために高電位側電源電圧VBが極力低い電圧まで出力電圧Voutを発生させ、地絡保護機能も動作させる必要があるが、VBが極力低い電圧まで制御部81の地絡保護機能を含む全ての回路を正常動作させることは難しく、また、制御部81の回路電源となるVccが変動すると、制御部81の地絡保護機能を含む諸回路の特性が変動しやすく、また、セット機器の仕様として待機時(あるいは未使用時)にスイッチング動作を停止するスタンバイ状態がある場合は、入力端子Tinに接続される回路として地絡保護機能の回路が追加されるため、スタンバイ時における消費電流が増えることで、電池寿命が短くなり、また、電池の液漏れによるセット機器への悪影響が生じるといった問題があった。   However, in the conventional switching power supply device, when a battery having a large voltage fluctuation is used as a voltage supply source to the input terminal Tin, the output voltage Vout is reduced to a voltage as low as possible in order to extend the battery life. However, it is difficult to normally operate all the circuits including the ground fault protection function of the control unit 81 up to a voltage VB is as low as possible. When the power supply Vcc fluctuates, the characteristics of various circuits including the ground fault protection function of the control unit 81 are likely to fluctuate, and the standby state in which the switching operation is stopped during standby (or when not in use) as the specification of the set device. If there is, a ground fault protection function circuit will be added as a circuit connected to the input terminal Tin. Life is short, and there is a problem adverse effect on the set instrument from battery leakage occurs.

また、起動・停止時などにおいては、コンデンサC2の端子間電圧が初期化されず、また、C2がL状態で起動する場合は、ラッチ回路89のS入力がLのため、Q出力が不定となり、不安定な起動になるといった問題があった。   In addition, when starting and stopping, the voltage across the capacitor C2 is not initialized, and when C2 is started in the L state, the S input of the latch circuit 89 is L, and the Q output becomes indefinite. There was a problem such as unstable startup.

また、一旦、地絡保護状態になると、出力端子Toutの地絡状態が解除されることで、入力端子Tinの高電位側電源電圧VBが上昇したり、なんらかの形で地絡状態が解除され、その後、入力端子Tinへの入力が、電池入力からACアダプタを1次側入力とするレギュレータ出力からの入力に切換るなどにより、入力端子Tinの電圧VBが上昇しても、ラッチ状態(地絡保護状態)を解除できず、再起動できないといった問題があった。   Also, once in the ground fault protection state, the ground fault state of the output terminal Tout is canceled, so that the high potential side power supply voltage VB of the input terminal Tin rises or the ground fault state is canceled in some form, After that, even if the voltage VB of the input terminal Tin rises by switching the input to the input terminal Tin from the battery input to the input from the regulator output using the AC adapter as the primary side input, the latch state (ground fault) There was a problem that it was not possible to release (protection state) and restart.

本発明は上記従来の問題点を解決するもので、電源電圧供給源の電圧(VB)が変動しても特性が変動せず、電源電圧供給源の電圧が極力低い電圧まで正常動作する地絡保護機能を有するスイッチング電源装置を提供し、また、スタンバイ時の消費電流を小さくすることで電池寿命が長く、電池液漏れによるセット機器への悪影響もないスイッチング電源装置を提供し、また、起動・停止時などにおいても、安定に動作し、また、地絡状態が解除されることで、電源電圧供給源の電圧が所定電圧以上に上昇したり、地絡状態が解除され、その後、電源電圧供給源が、電池入力からACアダプタを1次側入力とするレギュレータ出力からの入力に切換るなどにより、電源電圧供給源の電圧が所定電圧以上に上昇した場合、ラッチ状態(地絡保護状態)を解除し、再起動できるスイッチング電源装置を提供することを目的としている。   The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and the characteristics do not change even when the voltage (VB) of the power supply voltage supply source fluctuates, and the ground fault that the voltage of the power supply voltage supply source operates normally to the lowest possible voltage. Providing a switching power supply device with a protective function, providing a switching power supply device that has a long battery life by reducing current consumption during standby, and does not adversely affect set devices due to battery leakage. Even when stopped, it operates stably, and the ground fault state is released, so that the voltage of the power supply voltage source rises above the specified voltage, or the ground fault state is released. When the power source voltage supply voltage rises above the specified voltage, for example, when the power source is switched from the battery input to the regulator output with the AC adapter as the primary input, the latch state (ground fault protection) Releasing the state), and its object is to provide a switching power supply can be restarted.

本発明の第1のスイッチング電源装置は、電源電圧供給源と、電源電圧供給源から供給される電圧を第1の設定電圧に変換する第1のDC/DCコンバータと、電源電圧供給源から供給される電圧を第2の設定電圧に変換する第2のDC/DCコンバータと、第1のDC/DCコンバータの出力電圧が第1の設定電圧より低い第1の所定電圧よりも低いときに第1のDC/DCコンバータの出力端子が地絡状態であることを判定し地絡検出信号を発する地絡検出回路と、地絡検出回路から地絡検出信号が発せられてから所定時間経過後に第1のDC/DCコンバータの動作を停止させる停止信号を第1のDC/DCコンバータへ出力するタイマー回路とを備え、地絡検出回路およびタイマー回路の電源電圧として、少なくとも第2のDC/DCコンバータの出力電圧を用いるようにしている。   A first switching power supply device according to the present invention includes a power supply voltage supply source, a first DC / DC converter that converts a voltage supplied from the power supply voltage supply source into a first set voltage, and a supply from the power supply voltage supply source. The second DC / DC converter for converting the voltage to be set to the second set voltage, and the output voltage of the first DC / DC converter is lower than the first predetermined voltage lower than the first set voltage. A ground fault detection circuit that determines that the output terminal of the first DC / DC converter is in a ground fault state and issues a ground fault detection signal; and a first step after a predetermined time has elapsed since the ground fault detection signal was issued from the ground fault detection circuit. And a timer circuit that outputs a stop signal for stopping the operation of the first DC / DC converter to the first DC / DC converter, and at least a second DC / D as a power supply voltage of the ground fault detection circuit and the timer circuit. So that it uses the output voltage of the converter.

この構成によれば、電源電圧供給源の電圧が大きく変動しても、地絡検出回路やタイマー回路の電源電圧として用いている第2のDC/DCコンバータの出力電圧の変動は小さいため、地絡検出回路やタイマー回路などから構成される地絡保護機能などの諸回路の特性変動を小さくすることができる。したがって、電源電圧供給源として電圧変動が大きい電池などを使用した場合でも、電源電圧供給源の電圧が低い電圧まで第1のDC/DCコンバータの出力電圧を発生させることができ、地絡検出回路やタイマー回路などから構成される地絡保護機能も正常に動作させることが可能になるため、電池寿命を長くすることができる。   According to this configuration, even if the voltage of the power supply voltage supply source fluctuates greatly, the fluctuation of the output voltage of the second DC / DC converter used as the power supply voltage of the ground fault detection circuit or timer circuit is small. Variations in characteristics of various circuits such as a ground fault protection function including a fault detection circuit and a timer circuit can be reduced. Therefore, even when a battery having a large voltage fluctuation is used as the power supply voltage supply source, the output voltage of the first DC / DC converter can be generated up to a voltage with a low voltage of the power supply voltage supply source. Since the ground fault protection function including the timer circuit and the like can be normally operated, the battery life can be extended.

また、本発明において、第1および第2のDC/DCコンバータの動作を停止させるスタンバイ状態とするモードを有している。   Further, the present invention has a mode for setting the standby state in which the operations of the first and second DC / DC converters are stopped.

このように、セットとして未使用時のスタンバイ状態においては、第2のDC/DCコンバータの出力電圧が電源電圧として用いられる地絡検出回路およびタイマー回路での低消費電流化が可能となるため、電池寿命を長くしたり、電池の液漏れによるセット機器への悪影響を軽減できる。   Thus, in the standby state when not used as a set, it is possible to reduce current consumption in the ground fault detection circuit and timer circuit in which the output voltage of the second DC / DC converter is used as the power supply voltage. The battery life can be extended, and adverse effects on the set equipment due to battery leakage can be reduced.

また、本発明において、地絡検出回路は、第1のDC/DCコンバータの出力電圧が第1の所定電圧以上のときに、タイマー回路を初期化状態にすることを特徴とする。   In the present invention, the ground fault detection circuit is characterized in that the timer circuit is initialized when the output voltage of the first DC / DC converter is equal to or higher than the first predetermined voltage.

また、本発明において、タイマー回路と第1のDC/DCコンバータとの間に、タイマー回路からの停止信号をラッチし、停止信号を第1のDC/DCコンバータへ出力するラッチ回路を挿入し、ラッチ回路は、第2のDC/DCコンバータの出力電圧が第2の設定電圧より低い第2の所定電圧以下のときにはラッチ状態が解除されるようにしたことを特徴とする。   In the present invention, a latch circuit for latching a stop signal from the timer circuit and outputting the stop signal to the first DC / DC converter is inserted between the timer circuit and the first DC / DC converter, The latch circuit is characterized in that the latch state is released when the output voltage of the second DC / DC converter is equal to or lower than a second predetermined voltage lower than the second set voltage.

これにより、一旦、地絡保護状態になった後、地絡状態が解除された後、再起動が可能となる。   Thereby, after it will be in a ground fault protection state once, after a ground fault state is cancelled | released, it becomes possible to restart.

本発明の第2のスイッチング電源装置は、電源電圧供給源と、電源電圧供給源から供給される電圧を第1の設定電圧に変換する第1のDC/DCコンバータと、電源電圧供給源から供給される電圧を第2の設定電圧に変換する第2のDC/DCコンバータと、第1のDC/DCコンバータの出力電圧が第1の設定電圧より低い第1の所定電圧よりも低いときに第1のDC/DCコンバータの出力端子が地絡状態であることを判定し地絡検出信号を発する地絡検出回路と、地絡検出回路から地絡検出信号が発せられてから所定時間経過後に第1のDC/DCコンバータの動作を停止させる停止信号を出力するタイマー回路と、タイマー回路からの停止信号をラッチし、停止信号を第1のDC/DCコンバータへ出力するラッチ回路とを備え、ラッチ回路は、第2のDC/DCコンバータの出力電圧が第2の設定電圧より低い第2の所定電圧以下のときにはラッチ状態が解除されるようにしている。   The second switching power supply device of the present invention is supplied from a power supply voltage supply source, a first DC / DC converter that converts a voltage supplied from the power supply voltage supply source into a first set voltage, and a power supply voltage supply source. The second DC / DC converter for converting the voltage to be set to the second set voltage, and the output voltage of the first DC / DC converter is lower than the first predetermined voltage lower than the first set voltage. A ground fault detection circuit that determines that the output terminal of the first DC / DC converter is in a ground fault state and issues a ground fault detection signal; and a first step after a predetermined time has elapsed since the ground fault detection signal was issued from the ground fault detection circuit. A timer circuit that outputs a stop signal for stopping the operation of one DC / DC converter, and a latch circuit that latches the stop signal from the timer circuit and outputs the stop signal to the first DC / DC converter. Latch circuit, the output voltage of the second DC / DC converter when the following second lower than the set voltage a second predetermined voltage so that the latch state is released.

この構成によれば、一旦、地絡保護状態になった後、地絡状態が解除された後、再起動が可能となる。   According to this configuration, after the ground fault protection state is once established, the ground fault state is released, and then restart is possible.

また、上記第1、第2のスイッチング電源装置において、ラッチ回路は、電源電圧供給源から供給される電圧が上昇時に第3の所定電圧より大きくなるとラッチ状態が解除されるようにしたことを特徴とする。   In the first and second switching power supply devices, the latch circuit is configured to release the latched state when the voltage supplied from the power supply voltage supply source becomes higher than a third predetermined voltage when the voltage is increased. And

これにより、一旦、地絡保護状態になった後、地絡状態が解除されることで、電源電圧供給源の電圧が上昇(復帰)したり、なんらかの形で地絡状態が解除され、その後、電源電圧供給源として消耗した電池入力からACアダプタを1次側入力とするレギュレータ(直流電源)出力からの入力に切換えた場合において、電源電圧供給源としての電圧が第3の所定電圧より上昇すると、ラッチ状態(地絡保護状態)を解除でき、再起動できるようになる。   As a result, once the ground fault protection state is reached, the ground fault state is canceled, so that the voltage of the power supply voltage source rises (returns), or the ground fault state is canceled in some form, When the battery input consumed as the power supply voltage supply source is switched to the input from the regulator (DC power supply) output using the AC adapter as the primary side input, the voltage as the power supply voltage supply source rises above the third predetermined voltage. , The latched state (ground fault protection state) can be canceled and restarted.

また、上記第1、第2のスイッチング電源装置において、ラッチ回路がタイマー回路からの停止信号をラッチした状態になると、タイマー回路が初期状態に再設定されることを特徴とする。   In the first and second switching power supply devices, the timer circuit is reset to an initial state when the latch circuit is in a state of latching a stop signal from the timer circuit.

本発明によれば、電源電圧供給源の電圧が大きく変動しても地絡検出回路やタイマー回路などから構成される地絡保護機能などの諸回路の特性変動を小さくすることができ、電源電圧供給源として電圧変動が大きい電池などを使用した場合、電源電圧供給源の電圧が低い電圧まで第1のDC/DCコンバータの出力電圧を発生させることができ、地絡検出回路やタイマー回路などから構成される地絡保護機能も正常に動作させることが可能になるため、電池寿命を長くすることができる。   According to the present invention, even if the voltage of the power supply voltage supply source fluctuates greatly, characteristic fluctuations of various circuits such as a ground fault protection function including a ground fault detection circuit and a timer circuit can be reduced. When a battery with a large voltage fluctuation is used as the supply source, the output voltage of the first DC / DC converter can be generated up to a voltage with a low voltage of the power supply voltage supply source. From the ground fault detection circuit, the timer circuit, etc. Since the configured ground fault protection function can be operated normally, the battery life can be extended.

また、セットとして未使用時のスタンバイ状態において、低消費電流化が可能となるため、電池寿命を長くしたり、電池の液漏れによるセット機器への悪影響を軽減できる。   Further, since the current consumption can be reduced in the standby state when not used as a set, the battery life can be extended, and the adverse effects on the set device due to battery leakage can be reduced.

また、起動・停止時などにおいて、タイマー回路を初期化でき、ラッチ回路の論理状態を確定できるため、安定な起動が可能となる。   In addition, the timer circuit can be initialized at the time of starting / stopping, and the logic state of the latch circuit can be determined, so that stable starting is possible.

また、一旦、地絡保護状態になった後、地絡状態が解除されることで、電源電圧供給源の電圧が上昇(復帰)したり、なんらかの形で地絡状態が解除され、その後、電源電圧供給源として消耗した電池入力からACアダプタを1次側入力とするレギュレータ(直流電源)出力からの入力に切換えた場合において、電源電圧供給源としての電圧が所定電圧より上昇すると、ラッチ状態(地絡保護状態)を解除でき、再起動できるようになる。   In addition, once the ground fault protection state is entered, the ground fault state is canceled, so that the voltage of the power supply voltage source rises (returns), or the ground fault state is canceled in some form, When switching from a battery input consumed as a voltage supply source to an input from a regulator (DC power supply) output using the AC adapter as a primary side input when the voltage as the power supply voltage supply source rises above a predetermined voltage, the latch state ( (Ground fault protection state) can be canceled and restarted.

以下、本発明の実施形態に係るスイッチング電源装置について、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, a switching power supply device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

まず、DC/DCコンバータの出力端子が地絡された際に流れる過電流のメカニズムを、一例として、図3に示すような昇降圧DC/DCコンバータの場合について説明にする。   First, the mechanism of the overcurrent that flows when the output terminal of the DC / DC converter is grounded will be described as an example in the case of a step-up / step-down DC / DC converter as shown in FIG.

図3において、61は電源、62、63、64、65はNチャネルMOSトランジスタ、66はコイル、67は平滑コンデンサ、68はDC/DCコンバータ出力が地絡時を等価的にオンとみなすスイッチ、69は制御信号作成回路、70、71、72、73、74、75は信号である。なお、スイッチ68は前述のように地絡を想定したもので実在はしない。   In FIG. 3, 61 is a power source, 62, 63, 64, and 65 are N-channel MOS transistors, 66 is a coil, 67 is a smoothing capacitor, 68 is a switch that equivalently considers the DC / DC converter output to be on when a ground fault occurs, 69 is a control signal generating circuit, and 70, 71, 72, 73, 74, and 75 are signals. Note that the switch 68 assumes a ground fault as described above and does not exist.

図3における昇降圧DC/DCコンバータは、信号70と信号71の電圧関係より、昇圧DC/DCコンバータとして動作するか、降圧DC/DCコンバータとして動作するか、あるいは、両方が同時に動作するかが決まる。   The step-up / step-down DC / DC converter in FIG. 3 operates as a step-up DC / DC converter, a step-down DC / DC converter, or both operate simultaneously, depending on the voltage relationship between the signal 70 and the signal 71. Determined.

信号70の電圧が信号71の電圧より低い場合の昇圧モードでは、信号72がHでNチャネルMOSトランジスタ62はオン、信号73がLでNチャネルMOSトランジスタ63はオフとなり、信号74と信号75は反転関係にあるパルスとなり、NチャネルMOSトランジスタ64とNチャネルMOSトランジスタ65が反転関係でオン/オフすることでコイル66を駆動し、信号71に所定の一定DC電圧を発生する。信号71の電圧は、制御信号作成回路69にフィードバックされるが、信号71の所定DC電圧より信号70の電圧が低い程、信号74のパルスのH期間が長くなることで(信号75のパルスのL期間は長くなる)、信号71のDC電圧は一定に保たれる。なお、NチャネルMOSトランジスタ64と65が同時にオンし貫通電流が流れることがないように、信号74と信号75の関係は、極性が切換る際に両方の信号がLとなる期間を設けている(目安として、約100kHzの周波数では約50nS程度)。   In the boost mode when the voltage of the signal 70 is lower than the voltage of the signal 71, the signal 72 is H and the N-channel MOS transistor 62 is on, the signal 73 is L and the N-channel MOS transistor 63 is off, and the signals 74 and 75 are The pulse is in an inversion relationship, and the N-channel MOS transistor 64 and the N-channel MOS transistor 65 are turned on / off in an inversion relationship to drive the coil 66 and generate a predetermined constant DC voltage for the signal 71. The voltage of the signal 71 is fed back to the control signal generating circuit 69. The lower the voltage of the signal 70 than the predetermined DC voltage of the signal 71, the longer the H period of the pulse of the signal 74 (the pulse of the signal 75). The DC voltage of the signal 71 is kept constant. Note that the relationship between the signal 74 and the signal 75 is such that both signals are L when the polarity is switched so that the N-channel MOS transistors 64 and 65 are simultaneously turned on and no through current flows. (As a guide, about 50 nS at a frequency of about 100 kHz).

次に、信号70の電圧が信号71の電圧より高い場合の降圧モードでは、信号75がHでNチャネルMOSトランジスタ64はオン、信号74がLでNチャネルMOSトランジスタ65はオフとなり、信号72と信号73は反転関係にあるパルスとなり、NチャネルMOSトランジスタ62とNチャネルMOSトランジスタ63が反転関係でオン/オフすることでコイル66を駆動し、信号71に所定の一定DC電圧を発生する。信号71の電圧は、制御信号作成回路69にフィードバックされるが、信号71の所定DC電圧より信号70の電圧が高いほど、信号73のH期間が長くなることで(信号72のL期間が長くなる)、信号71のDC電圧は一定に保たれる。なお、NチャネルMOSトランジスタ62と63が同時にオンし貫通電流が流れることがないように、信号72と信号73の関係は、極性が切換る際に両方の信号がLとなる期間を設けている(目安として、約100kHzの周波数では約50nS程度)。   Next, in the step-down mode where the voltage of the signal 70 is higher than the voltage of the signal 71, the signal 75 is H and the N-channel MOS transistor 64 is on, the signal 74 is L and the N-channel MOS transistor 65 is off, The signal 73 becomes a pulse having an inversion relationship, and the N-channel MOS transistor 62 and the N-channel MOS transistor 63 are turned on / off in an inversion relationship to drive the coil 66 and generate a predetermined constant DC voltage in the signal 71. The voltage of the signal 71 is fed back to the control signal generation circuit 69. The higher the voltage of the signal 70 than the predetermined DC voltage of the signal 71, the longer the H period of the signal 73 (the longer the L period of the signal 72). The DC voltage of the signal 71 is kept constant. Note that the relationship between the signal 72 and the signal 73 is such that both signals are L when the polarity is switched so that the N-channel MOS transistors 62 and 63 are simultaneously turned on and no through current flows. (As a guide, about 50 nS at a frequency of about 100 kHz).

以上、昇圧モードと降圧モードについて説明したが、構成方法として、モードが切換る際にスムーズに切換るように、両モードが同時に動作する期間を設けている構成のものもある。   The boost mode and the step-down mode have been described above. However, as a configuration method, there is a configuration in which a period in which both modes operate simultaneously is provided so that the modes are switched smoothly when the modes are switched.

なお、図3の昇降圧DC/DCコンバータの起動方法としては、信号71の所定設定電圧の80%までは、信号74のH期間が25%で、信号75は信号74と反対の極性信号(上述と同様にNチャネルMOSトランジスタ64と65での貫通防止対策はなされている)を入力するものとする。   Note that the step-up / step-down DC / DC converter shown in FIG. 3 is activated by up to 80% of the predetermined set voltage of the signal 71, with the H period of the signal 74 being 25%, and the signal 75 having a polarity signal ( In the same manner as described above, a countermeasure for preventing penetration in the N-channel MOS transistors 64 and 65 is taken).

以上のような昇降圧DC/DCコンバータの出力となる信号71が、スイッチ68がオンすることで地絡を想定した場合、信号71の所定設定電圧の80%までは、信号74のH期間が25%となることで立上がろうとし、NチャネルMOSトランジスタ62はオン、NチャネルMOSトランジスタ63はオフであり、NチャネルMOSトランジスタ64と65での上述の貫通対策期間以外では、NチャネルMOSトランジスタ64と65のどちらかが必ずオンしていて、信号71もNチャネルMOSトランジスタ65のソースも接地状態にあるため、コイル66は磁気飽和し、電源61からNチャネルMOSトランジスタ62、コイル66を経由し、接地端子間に過電流が流れてしまう。   When the signal 71 serving as the output of the step-up / step-down DC / DC converter as described above assumes a ground fault by turning on the switch 68, the H period of the signal 74 is up to 80% of the predetermined set voltage of the signal 71. The N-channel MOS transistor 62 is on, the N-channel MOS transistor 63 is off, and the N-channel MOS transistors except for the above-described penetration countermeasure period in the N-channel MOS transistors 64 and 65. Since either of the transistors 64 and 65 is always on and the signal 71 and the source of the N-channel MOS transistor 65 are grounded, the coil 66 is magnetically saturated, and the N-channel MOS transistor 62 and the coil 66 are connected from the power source 61. Overcurrent will flow between the ground terminals.

(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態のスイッチング電源装置の構成図であり、1は電源、2、3は基準電圧源、4はコンデンサ、5は電流源、6はNチャネルMOSトランジスタ、7は電源、8、9は比較器、10は第1のDC/DCコンバータ、11は第2のDC/DCコンバータ、12は地絡検出回路、13はタイマー回路、14、15、16、17、18、19は信号である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a configuration diagram of a switching power supply device according to a first embodiment of the present invention, in which 1 is a power supply, 2 is a reference voltage source, 4 is a capacitor, 5 is a current source, 6 is an N-channel MOS transistor, 7 is a power supply, 8 and 9 are comparators, 10 is a first DC / DC converter, 11 is a second DC / DC converter, 12 is a ground fault detection circuit, 13 is a timer circuit, 14, 15, 16, and 17 , 18 and 19 are signals.

基準電圧源2の電圧をV2、信号15の電圧をV15とすると、式(1)に示す関係にある時は、
V2≦V15 ・・・ (1)
地絡検出回路12では地絡状態でないと判定され、信号17はHとなり、タイマー回路13におけるNチャネルMOSトランジスタ6はオンし、信号18はLとなるため、比較器9の出力となる信号19はHとなる。なお、信号19がH時には第1のDC/DCコンバータ10は動作状態であるとする。
When the voltage of the reference voltage source 2 is V2 and the voltage of the signal 15 is V15,
V2 ≦ V15 (1)
The ground fault detection circuit 12 determines that there is no ground fault state, the signal 17 becomes H, the N-channel MOS transistor 6 in the timer circuit 13 is turned on, and the signal 18 becomes L, so that the signal 19 which is the output of the comparator 9 Becomes H. It is assumed that the first DC / DC converter 10 is in an operating state when the signal 19 is H.

次に信号15が、式(2)に示す関係にある時は、
V2>V15 ・・・ (2)
地絡検出回路12では地絡状態と判定され、信号17はLとなり、タイマー回路13におけるNチャネルMOSトランジスタ6はオフし、NチャネルMOSトランジスタ6がオフした時からコンデンサ4に電流源5から電流が充電され始めるが、コンデンサ4の容量値をC4(F)、電流源5の電流値をI5(A)、基準電圧源3の電圧をV3(V)とすると、コンデンサ4に電流源5から充電され始めて、コンデンサ4の端子間電圧がV3になり比較器9の出力となる信号19がLに切換るまでの時間Ta(s)は、式(3)のようになる。
Next, when the signal 15 has the relationship shown in the equation (2),
V2> V15 (2)
The ground fault detection circuit 12 determines that there is a ground fault state, the signal 17 becomes L, the N-channel MOS transistor 6 in the timer circuit 13 is turned off, and the current is supplied from the current source 5 to the capacitor 4 from when the N-channel MOS transistor 6 is turned off. The capacitor 4 has a capacitance value C4 (F), a current source 5 has a current value I5 (A), and the reference voltage source 3 has a voltage V3 (V). The time Ta (s) from when charging starts until the voltage between the terminals of the capacitor 4 becomes V3 and the signal 19 output from the comparator 9 switches to L is expressed by equation (3).

Ta=C4×V3/I5 ・・・ (3)
すなわち、信号15が地絡状態になって時間Ta後に信号19はLに切換り、第1のDC/DCコンバータ10は停止する。第1のDC/DCコンバータ10を停止させる方法としては、例えば、図3における昇降圧DC/DCコンバータの例では、信号72、73、74、75をLに落とす構成とすれば良い。
Ta = C4 × V3 / I5 (3)
That is, the signal 19 is switched to L after the time Ta when the signal 15 is in the ground fault state, and the first DC / DC converter 10 is stopped. As a method for stopping the first DC / DC converter 10, for example, in the example of the step-up / step-down DC / DC converter in FIG. 3, the signals 72, 73, 74, and 75 may be configured to drop to L.

なお、信号16には第2のDC/DCコンバータ11により電源1から所定のDC電圧を発生するが、地絡検出回路12、タイマー回路13の電源は信号14ではなく、信号16で構成している。このため、電源1が電池などの場合で信号14(電圧)の変動が大きかったり、信号14に他の多くのデバイスが接続され、大きなノイズを発生していても、信号16の変動やノイズは小さいため、地絡検出回路12、タイマー回路13の特性変動は小さく、安定した特性が得られ、誤動作などが発生しにくくなる。   The signal 16 generates a predetermined DC voltage from the power source 1 by the second DC / DC converter 11, but the power source of the ground fault detection circuit 12 and the timer circuit 13 is configured by the signal 16 instead of the signal 14. Yes. For this reason, even when the power source 1 is a battery or the like, the fluctuation of the signal 16 (voltage) is large, or even if many other devices are connected to the signal 14 to generate a large noise, the fluctuation or noise of the signal 16 Therefore, the characteristics variation of the ground fault detection circuit 12 and the timer circuit 13 is small, stable characteristics are obtained, and malfunctions are less likely to occur.

上記の地絡検出回路12、タイマー回路13の電源構成として、有効な箇所のみ信号16で構成し、他の箇所は信号14で構成しても良い。例えば、地絡検出回路12及びタイマー回路13を構成する複数のトランジスタの全てを信号16の電源供給で動作させるのではなく、複数のトランジスタの一部(図示せず)について、電源変動の大きな電源1の出力電圧(信号14)からバイアス供給して回路動作させても良い。更に具体的に云うと、比較器8,9を構成する入力比較部(図示せず)は信号16の電源供給によって動作させ、その出力部(図示せず)にあるスイッチング動作するトランジスタ(図示せず)は、電源変動の大きい信号14を用いて、第2のDC/DCコンバータ11の負荷電流を削減しても構わない。また、信号16から降圧あるいは昇圧して地絡検出回路12、タイマー回路13の電源としても良い。   As a power supply configuration of the ground fault detection circuit 12 and the timer circuit 13 described above, only a valid location may be configured with the signal 16, and other locations may be configured with the signal 14. For example, not all of the plurality of transistors constituting the ground fault detection circuit 12 and the timer circuit 13 are operated by the power supply of the signal 16, but a power supply with a large power supply fluctuation is applied to some of the plurality of transistors (not shown). A circuit may be operated by supplying a bias from one output voltage (signal 14). More specifically, an input comparison unit (not shown) constituting the comparators 8 and 9 is operated by power supply of the signal 16 and a switching operation transistor (not shown) in its output unit (not shown). 3), the load current of the second DC / DC converter 11 may be reduced by using the signal 14 having a large power supply fluctuation. Alternatively, the ground fault detection circuit 12 and the timer circuit 13 may be powered down by stepping down or boosting from the signal 16.

以上、信号15が地絡状態になった時の保護動作を説明したが、信号16が地絡した場合については、第2のDC/DCコンバータ11の出力電流能力を小さい構成とすることで過電流を対策できる。例えば、第2のDC/DCコンバータ11を図3におけるような構成と考えた場合、NチャネルMOSトランジスタ62、63、64、65のオン抵抗を大きく設定したり、コイル66の抵抗成分を大きく設定することで、第2のDC/DCコンバータ11の出力となる信号16が地絡された場合の過電流を防止することができる。信号15は大きな負荷電流用として、信号16は小さな負荷電流用としての用途で使用すれば良い。   The protection operation when the signal 15 is in the ground fault state has been described above. However, in the case where the signal 16 is grounded, the output current capability of the second DC / DC converter 11 is reduced to be excessive. Current measures can be taken. For example, when the second DC / DC converter 11 is considered to have the configuration shown in FIG. 3, the ON resistance of the N-channel MOS transistors 62, 63, 64, 65 is set large, or the resistance component of the coil 66 is set large. By doing so, it is possible to prevent overcurrent when the signal 16 serving as the output of the second DC / DC converter 11 is grounded. The signal 15 may be used for a large load current, and the signal 16 may be used for a small load current.

なお、第2のDC/DCコンバータ11の出力端には安定化された出力電圧(信号16)が出力され、接続される負荷を短絡される心配が無いことが発明の前提であり、第2のDC/DCコンバータ11から出力される信号16の電圧値については、絶対値を特定するものではない。2つのDC/DCコンバータ11から出力される信号15と信号16は同じ電圧値であっても良いし、異なる電圧値であっても良い。具体的な使い方としては、信号16を6Vを出力するように設定し、信号15を5Vに降圧しても良いし、信号15を8Vに昇圧して用いても良い。   Note that it is a premise of the invention that a stabilized output voltage (signal 16) is output to the output terminal of the second DC / DC converter 11, and there is no fear of shorting the connected load. The absolute value of the voltage value of the signal 16 output from the DC / DC converter 11 is not specified. The signals 15 and 16 output from the two DC / DC converters 11 may have the same voltage value or different voltage values. Specifically, the signal 16 may be set to output 6V, the signal 15 may be stepped down to 5V, or the signal 15 may be boosted to 8V.

また、セット機器の仕様として、電源1を印加した状態のまま、第1のDC/DCコンバータ10、第2のDC/DCコンバータ11を停止するようなスタンバイ状態を有する場合については、地絡検出回路12、タイマー回路13の電源が信号14ではなく、スタンバイ時は停止し電圧が低下している信号16で構成されているため、地絡検出回路12、タイマー回路13への電源1からの消費電流は発生せず、スタンバイ時消費電流を削減できる。したがって電源1が電池で構成されていてもその電池寿命を長くし、電池の液漏れによるセット機器への悪影響を軽減できる。   In addition, as a specification of the set device, in a case where the standby state is such that the first DC / DC converter 10 and the second DC / DC converter 11 are stopped while the power source 1 is applied, a ground fault is detected. The power supply of the circuit 12 and the timer circuit 13 is not the signal 14, but is composed of the signal 16 which is stopped and the voltage is lowered in the standby state, so that the ground fault detection circuit 12 and the timer circuit 13 are consumed from the power source 1. No current is generated and current consumption during standby can be reduced. Therefore, even if the power source 1 is composed of a battery, the battery life can be extended, and adverse effects on the set device due to battery leakage can be reduced.

(第2の実施形態)
図2は、本発明の第2の実施形態のスイッチング電源装置の構成図であり、1は電源(電池)、25は電源(ACアダプタ)、2、3、26、27は基準電圧源、4はコンデンサ、5は電流源、6、39はNチャネルMOSトランジスタ、7、38は電源、8、9、40、41は比較器、10は第1のDC/DCコンバータ、11は第2のDC/DCコンバータ、12は地絡検出回路、46はタイマー回路、21、22、23、24は抵抗、28、29はスイッチ、34、35、36はインバータ、30、31はNOR回路、32、33はNAND回路、37はフリップフロップ回路、49はスイッチ28がオンしスイッチ29がオフ時に信号51の電圧から信号52の電圧を作るレギュレータ回路(直流電源回路)、42は電源25が印加されるとスイッチ28がオン状態でスイッチ29がオフ状態となり、電源25が印加されない時はスイッチ28がオフ状態でスイッチ29がオン状態となり、スイッチ28と29のオン/オフ状態が反対になるスイッチ回路、43は入力電圧検出回路、44は地絡以外の保護状態時(電池がなくなった時や信号51や52に過電圧が印加された時など)に信号53にHを出力する諸保護状態検出回路、45は第2のDC/DCコンバータ出力検出回路、47はラッチ回路、48はラッチ解除回路、15、16、17、19、51、52、53、54、55、56、57、58、59は信号である。
(Second Embodiment)
FIG. 2 is a configuration diagram of a switching power supply apparatus according to the second embodiment of the present invention, in which 1 is a power supply (battery), 25 is a power supply (AC adapter), 2, 3, 26, and 27 are reference voltage sources, 4 Is a capacitor, 5 is a current source, 6 and 39 are N-channel MOS transistors, 7 and 38 are power supplies, 8, 9, 40 and 41 are comparators, 10 is a first DC / DC converter, and 11 is a second DC. / DC converter, 12 is a ground fault detection circuit, 46 is a timer circuit, 21, 22, 23 and 24 are resistors, 28 and 29 are switches, 34, 35 and 36 are inverters, 30 and 31 are NOR circuits, 32 and 33 Is a NAND circuit, 37 is a flip-flop circuit, 49 is a regulator circuit (DC power supply circuit) that generates a voltage of signal 52 from the voltage of signal 51 when switch 28 is turned on and switch 29 is turned off, and 42 is applied with power supply 25 When the switch 28 is turned on, the switch 29 is turned off. When the power supply 25 is not applied, the switch 28 is turned off and the switch 29 is turned on, and the switch circuits in which the on / off states of the switches 28 and 29 are opposite to each other. , 43 is an input voltage detection circuit, and 44 is a protection state detection circuit that outputs H to the signal 53 in a protection state other than a ground fault (when a battery is exhausted or an overvoltage is applied to the signals 51 and 52). , 45 is a second DC / DC converter output detection circuit, 47 is a latch circuit, 48 is a latch release circuit, 15, 16, 17, 19, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59 Is a signal.

ACアダプタあるいは電池で動作させることができる機器において、電源25はACアダプタの出力電圧を想定し、電源1は電池の電圧を想定し、スイッチ回路42において、電源25を印加時にはスイッチ28がオン、スイッチ29がオフする構成のため、信号51には電源25の電圧が印加され、信号51はレギュレータ49に入力されることにより、レギュレータ49の出力である信号52にはレギュレータ49での設定電圧が出力される。また、電源25を印加していない場合は、スイッチ28はオフ、スイッチ29はオンする構成のため、信号52には電源1の電圧が出力される。   In a device that can be operated by an AC adapter or a battery, the power supply 25 assumes the output voltage of the AC adapter, the power supply 1 assumes the voltage of the battery, and the switch 28 is turned on when the power supply 25 is applied in the switch circuit 42. Since the switch 29 is turned off, the voltage of the power supply 25 is applied to the signal 51, and the signal 51 is input to the regulator 49, so that the signal 52, which is the output of the regulator 49, has a set voltage in the regulator 49. Is output. When the power supply 25 is not applied, the switch 28 is turned off and the switch 29 is turned on, so that the voltage of the power supply 1 is output as the signal 52.

以上のように電源25か電源1からの電圧により信号52に電圧が印加されると、第2のDC/DCコンバータ11が動作し始め、信号16の電圧が上昇するが、信号16の電圧が、第2のDC/DCコンバータ出力検出回路45で設定された電圧以下では、信号56はLとなるため、ラッチ回路47は初期化され信号19はHとなり、第1のDC/DCコンバータ10は動作状態となる。ラッチ回路47が一旦初期化されると信号16の電圧が上昇し、信号56がHとなっても、後述のように起動時においては信号55の電圧はLであり、信号57がHである限りは、信号19はHを保持する。   As described above, when a voltage is applied to the signal 52 by the voltage from the power supply 25 or the power supply 1, the second DC / DC converter 11 starts to operate and the voltage of the signal 16 increases. Since the signal 56 becomes L below the voltage set by the second DC / DC converter output detection circuit 45, the latch circuit 47 is initialized, the signal 19 becomes H, and the first DC / DC converter 10 It becomes an operation state. Once the latch circuit 47 is initialized, the voltage of the signal 16 rises, and even if the signal 56 becomes H, the voltage of the signal 55 is L and the signal 57 is H at startup as described later. As long as signal 19 remains high.

第1のDC/DCコンバータ10の出力となる信号15が上昇し始め、信号15の電圧が地絡検出回路12で設定された電圧以下では、信号17はHとなり、信号54はLでNチャネルMOSトランジスタ6がオフ、上述より信号19はHでNチャネルMOSトランジスタ39もオフのため、コンデンサ4には電流源5からの電流が充電されるが、信号15が基準電圧源2の電圧まで立上がる時間より信号55が基準電圧源3の電圧まで立上がる時間の方が充分長くなるようにコンデンサ4、電流源5を設定することにより、起動時において信号57がLに切換わることはなく、ラッチ回路47にてラッチがかかることもなく、信号19はHのままで、信号15の起動が停止されることもない。   When the signal 15 that is the output of the first DC / DC converter 10 starts to rise and the voltage of the signal 15 is equal to or lower than the voltage set by the ground fault detection circuit 12, the signal 17 becomes H, and the signal 54 is L and N channel. Since the MOS transistor 6 is off and the signal 19 is H and the N-channel MOS transistor 39 is also off as described above, the capacitor 4 is charged with the current from the current source 5, but the signal 15 rises to the voltage of the reference voltage source 2. By setting the capacitor 4 and the current source 5 so that the rise time of the signal 55 to the voltage of the reference voltage source 3 is sufficiently longer than the rise time, the signal 57 is not switched to L at the start-up. The latch circuit 47 is not latched, the signal 19 remains H, and the activation of the signal 15 is not stopped.

次に上記状態から信号15が基準電圧源2の電圧を超えると信号17はL、信号54はHとなり、NチャネルMOSトランジスタ6がオンすることでタイマー回路46は初期化される。   Next, when the signal 15 exceeds the voltage of the reference voltage source 2 from the above state, the signal 17 becomes L, the signal 54 becomes H, and the timer circuit 46 is initialized when the N-channel MOS transistor 6 is turned on.

なお、電池切れ時や信号51、信号52に過電圧が入力された際に信号53にHを出す諸保護状態検出回路44の出力信号は、保護が必要な状態でなければLである。   Note that the output signals of the protection state detection circuits 44 that output H to the signal 53 when the battery is exhausted or when an overvoltage is input to the signals 51 and 52 are L unless protection is necessary.

以上の過程を経た後、信号15は所定の設定電圧まで上昇する。   After going through the above process, the signal 15 rises to a predetermined set voltage.

次に以上のような過程を経て信号15が所定の設定電圧にある状態にて信号15が地絡状態になった場合の動作を説明する。   Next, the operation when the signal 15 enters the ground fault state in the state where the signal 15 is at a predetermined set voltage through the above process will be described.

信号15が地絡状態になると、地絡検出回路12の出力信号17はHとなるため、信号54はLとなり、この時、信号19はHのためコンデンサ4には電流源5から充電され始め、前述の式(3)に示す時間Ta後に比較器9の出力信号57はLに切換る。この時、ラッチ解除回路48におけるフリップフロップ37のQ出力である信号58はLにリセットがかかり、信号56はHのため、ラッチ回路47における出力となる信号19はLとなり、第1のDC/DCコンバータ10の動作を停止し、停止状態を保持する。なお、このようにラッチ回路47がラッチ状態になるとNチャネルMOSトランジスタ39をオンさせ、タイマー回路46を初期化する構成としている。   When the signal 15 is in a ground fault state, the output signal 17 of the ground fault detection circuit 12 becomes H, so that the signal 54 becomes L. At this time, the signal 19 is H, so the capacitor 4 starts to be charged from the current source 5. The output signal 57 of the comparator 9 is switched to L after the time Ta shown in the above equation (3). At this time, the signal 58 which is the Q output of the flip-flop 37 in the latch release circuit 48 is reset to L and the signal 56 is H, so that the signal 19 output from the latch circuit 47 becomes L, and the first DC / The operation of the DC converter 10 is stopped and the stopped state is maintained. In this way, when the latch circuit 47 is in the latch state, the N-channel MOS transistor 39 is turned on and the timer circuit 46 is initialized.

以上のように地絡保護機能が動作するが、信号15が地絡した状態のまま、電源25あるいは電源1により信号52に電圧が印加された場合も同様で、第2のDC/DCコンバータ11が立上がり、信号56がHとなり、タイマー回路46の出力である信号57がLとなることで、信号19はLとなり、第1のDC/DCコンバータ10は停止状態となる。   Although the ground fault protection function operates as described above, the same applies to the case where a voltage is applied to the signal 52 by the power source 25 or the power source 1 while the signal 15 is grounded. Rises, the signal 56 becomes H, and the signal 57, which is the output of the timer circuit 46, becomes L, so that the signal 19 becomes L and the first DC / DC converter 10 is stopped.

また、信号15が地絡時以外に、電池がなくなったり、信号51や信号52に過電圧が印加されるなどの状態時に諸保護状態検出回路44が動作し、信号53がHになった場合も同様に、信号57がL、信号19がLとなり、第1のDC/DCコンバータ10を停止する。   Also, when the signal 15 is not grounded, the batteries are exhausted or the protection state detection circuit 44 operates when the overvoltage is applied to the signal 51 or the signal 52, and the signal 53 becomes H. Similarly, the signal 57 becomes L and the signal 19 becomes L, and the first DC / DC converter 10 is stopped.

以上のように、地絡検出回路12や諸保護状態検出回路44が動作すると第1のDC/DCコンバータ10は停止するが、信号15の地絡状態により信号19がLとなった場合については、電源1として電池を使用していた場合などでなんらかの形で地絡状態が解除され信号52の電圧が上昇(復帰)した場合や、電源1として電池を使用していて地絡保護状態となり、その後、なんらかの形で地絡が解除された後、電源25にACアダプタの出力電圧が入力され信号52の電圧が上昇した場合に、入力電圧検出回路43での設定電圧を信号52が超えると、出力信号59がLからHに切換り、このクロック信号により、フリップフロップ37のQ出力である信号58はLからHに切換り,ラッチ回路47の出力信号19はHとなり、第1のDC/DCコンバータ10は動作状態に復帰することができる。また、電池切れなどにより諸保護状態検出回路44の出力信号53がHとなり信号19がLとなった場合についても、その後、電源25としてACアダプタの出力電圧を入力することで信号52の電圧が入力電圧検出回路43の設定電圧よりも上昇すると、信号19はHとなり、第1のDC/DCコンバータ10を動作状態に復帰させることができ、電池がなくなった後、ACアダプタを挿入することでセット機器を引き続き利用することができるようになる。   As described above, the first DC / DC converter 10 stops when the ground fault detection circuit 12 and the various protection state detection circuits 44 operate. However, when the signal 19 becomes L due to the ground fault state of the signal 15. , When the battery is used as the power source 1, the ground fault state is canceled in some way and the voltage of the signal 52 rises (returns), or the battery is used as the power source 1 and the ground fault protection state is set. Then, after the ground fault is canceled in some form, when the output voltage of the AC adapter is input to the power supply 25 and the voltage of the signal 52 rises, if the signal 52 exceeds the set voltage in the input voltage detection circuit 43, The output signal 59 is switched from L to H. By this clock signal, the signal 58 which is the Q output of the flip-flop 37 is switched from L to H, the output signal 19 of the latch circuit 47 is changed to H, and the first D The C / DC converter 10 can return to the operating state. Further, even when the output signal 53 of the protection state detection circuit 44 becomes H and the signal 19 becomes L due to battery exhaustion or the like, the voltage of the signal 52 is changed by inputting the output voltage of the AC adapter as the power supply 25 thereafter. When the voltage exceeds the set voltage of the input voltage detection circuit 43, the signal 19 becomes H, the first DC / DC converter 10 can be returned to the operating state, and after the battery is exhausted, the AC adapter is inserted. The set equipment can be used continuously.

なお、前述のようにラッチ回路47にてラッチがかかり、信号19がLになると、NチャネルMOSトランジスタ39により、タイマー回路46を初期化している理由は、たとえば、電源1での電池がなくなり、信号53がH、信号19がLとなった状態で、電源25にACアダプタの出力電圧を入力した際に、信号55がHのままでは、信号58がHとなっても、信号57はLのため、すぐに信号58はL、信号19もLとなり、第1のDC/DCコンバータ10を再起動できないためである。   As described above, when the latch circuit 47 is latched and the signal 19 becomes L, the reason why the timer circuit 46 is initialized by the N-channel MOS transistor 39 is, for example, that there is no battery in the power source 1, When the signal 53 is H and the signal 19 is L and the output voltage of the AC adapter is input to the power supply 25, the signal 57 remains L when the signal 55 remains H and the signal 58 becomes H. Therefore, the signal 58 immediately becomes L and the signal 19 also becomes L, and the first DC / DC converter 10 cannot be restarted.

また、電源1として電池を使用時に、信号15の地絡により、信号19がLになった後、電源25としてACアダプタの出力電圧を入力することで、信号59がLからHに切換り、ラッチ回路47のラッチ状態が解除され信号19がHになっても、信号15が地絡状態を保持していれば、再度、タイマー回路46での信号55がHとなり、再度、ラッチ回路47にてラッチがかかり、第1のDC/DCコンバータ10を停止することができ、色々な使用パターンにおいて、安全性を確保することができる。   In addition, when a battery is used as the power source 1, the signal 59 is switched from L to H by inputting the output voltage of the AC adapter as the power source 25 after the signal 19 becomes L due to the ground fault of the signal 15, Even if the latch state of the latch circuit 47 is released and the signal 19 becomes H, if the signal 15 holds the ground fault state, the signal 55 in the timer circuit 46 becomes H again, and the latch circuit 47 again Therefore, the first DC / DC converter 10 can be stopped, and safety can be ensured in various usage patterns.

なお、第2の実施形態において、第1の実施形態と同様の効果が得られることは言うまでもない。   In the second embodiment, it goes without saying that the same effect as in the first embodiment can be obtained.

第2の実施形態において、信号16、信号52を電源電圧として使用する個所については、基本的には、回路動作電圧の精度を必要とされる地絡検出回路12、タイマー回路46の電源供給は信号16を用いて行い、電源電圧変動の影響を受けにくいロジック回路、例えばラッチ回路47及びラッチ解除回路48の電源供給は信号52から行っても良い。このように構成すると、第2のDC/DCコンバータ11の負荷電流を削減することができ、装置全体の電源効率を改善することができる。更に云うと、特に動作精度を必要とする比較器8,9を構成する入力比較部(図示せず)の電源供給のみを信号16から行って、その他の回路部分の電源供給を信号52で行っても構わない。   In the second embodiment, for the places where the signals 16 and 52 are used as power supply voltages, basically, the power supply of the ground fault detection circuit 12 and the timer circuit 46 that require the accuracy of the circuit operating voltage is as follows. Power supply to a logic circuit, such as the latch circuit 47 and the latch release circuit 48, which is performed using the signal 16 and is not easily affected by power supply voltage fluctuations, may be performed from the signal 52. If comprised in this way, the load current of the 2nd DC / DC converter 11 can be reduced, and the power supply efficiency of the whole apparatus can be improved. More specifically, only the power supply of the input comparators (not shown) constituting the comparators 8 and 9 that require operation accuracy is supplied from the signal 16, and the power supply of other circuit parts is performed using the signal 52. It doesn't matter.

以上説明したように、本発明は、スイッチング電源装置の出力の地絡保護方法に有用である。   As described above, the present invention is useful for the ground fault protection method for the output of the switching power supply device.

本発明の第1の実施形態に係るスイッチング電源装置の構成図。1 is a configuration diagram of a switching power supply device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態に係るスイッチング電源装置の構成図。The block diagram of the switching power supply device which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 昇降圧DC/DCコンバータにおける出力端子が地絡された際に流れる過電流を説明するためのスイッチング電源装置の構成図。The block diagram of the switching power supply device for demonstrating the overcurrent which flows when the output terminal in a buck-boost DC / DC converter is grounded. 従来のスイッチング電源装置の構成図。The block diagram of the conventional switching power supply device.

符号の説明Explanation of symbols

1、25、61 電源
2、3、26、27 基準電圧源
4 コンデンサ
5 電流源
6、39 NチャネルMOSトランジスタ
7、38 電源
8、9、40、41 比較器
10 第1のDC/DCコンバータ
11 第2のDC/DCコンバータ
12 地絡検出回路
13、46 タイマー回路
14、15、16、17、18、19、51、52、53、54、55、56、57、58、59、70、71、72、73、74、75 信号
21、22、23、24 抵抗
28、29 スイッチ
30、31 NOR回路
32、33 NAND回路
34、35、36 インバータ
37 フリップフロップ
42 スイッチ回路
43 入力電圧検出回路
44 諸保護状態検出回路
45 第2のDC/DCコンバータ出力検出回路
47 ラッチ回路
48 ラッチ解除回路
49 レギュレータ
62、63、64、65 パワーNチャネルMOSトランジスタ
66 コイル
67 平滑コンデンサ
68 地絡想定用スイッチ
69 制御信号作成回路
81 1つの基板上に形成される制御部
82 誤差増幅器
83 PWM比較器
84 発振器
85 NAND回路
86 短絡検知用比較器
87 電流源
88 タイマー用比較器
89 フリップフロップ回路で構成されるラッチ回路
Tin 入力端子
Tout 出力端子
VB 高電位側電源電圧
GND 低電位側電源電圧
Vout 出力電圧
Vcc 制御部への電源入力
IN 入力信号
OUT 出力信号
C1、C2 コンデンサ
R1、R2、R3 抵抗
L コイル
Tr1、Tr2、Tr5 NPNトランジスタ
Tr3、Tr4 PNPトランジスタ
VR1、VR2、VR3 基準電圧
1, 25, 61 Power source 2, 3, 26, 27 Reference voltage source 4 Capacitor 5 Current source 6, 39 N-channel MOS transistor 7, 38 Power source 8, 9, 40, 41 Comparator 10 First DC / DC converter 11 Second DC / DC converter 12 Ground fault detection circuit 13, 46 Timer circuit 14, 15, 16, 17, 18, 19, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 70, 71 72, 73, 74, 75 Signal 21, 22, 23, 24 Resistor 28, 29 Switch 30, 31 NOR circuit 32, 33 NAND circuit 34, 35, 36 Inverter 37 Flip flop 42 Switch circuit 43 Input voltage detection circuit 44 Protection state detection circuit 45 Second DC / DC converter output detection circuit 47 Latch circuit 48 Latch release circuit 49 Regulator 62, 63, 64, 65 Power N-channel MOS transistor 66 Coil 67 Smoothing capacitor 68 Ground fault assumption switch 69 Control signal generation circuit 81 Control unit 82 formed on one substrate Error amplifier 83 PWM comparator 84 Oscillator 85 NAND circuit 86 Short-circuit detection comparator 87 Current source 88 Timer comparator 89 Latch circuit composed of flip-flop circuit Tin Input terminal Tout Output terminal VB High-potential side power supply voltage GND Low-potential side power supply voltage Vout Output voltage Vcc Power supply to controller Input IN Input signal OUT Output signal C1, C2 Capacitors R1, R2, R3 Resistor L Coils Tr1, Tr2, Tr5 NPN transistor Tr3, Tr4 PNP transistors VR1, VR2, VR3 Reference voltage

Claims (7)

電源電圧供給源と、
前記電源電圧供給源から供給される電圧を第1の設定電圧に変換する第1のDC/DCコンバータと、
前記電源電圧供給源から供給される電圧を第2の設定電圧に変換する第2のDC/DCコンバータと、
前記第1のDC/DCコンバータの出力電圧が前記第1の設定電圧より低い第1の所定電圧よりも低いときに前記第1のDC/DCコンバータの出力端子が地絡状態であることを判定し地絡検出信号を発する地絡検出回路と、
前記地絡検出回路から地絡検出信号が発せられてから所定時間経過後に前記第1のDC/DCコンバータの動作を停止させる停止信号を前記第1のDC/DCコンバータへ出力するタイマー回路とを備え、
前記地絡検出回路および前記タイマー回路の電源電圧として、少なくとも前記第2のDC/DCコンバータの出力電圧を用いるようにしたスイッチング電源装置。
A power supply voltage source;
A first DC / DC converter for converting a voltage supplied from the power supply voltage supply source into a first set voltage;
A second DC / DC converter that converts a voltage supplied from the power supply voltage supply source to a second set voltage;
When the output voltage of the first DC / DC converter is lower than a first predetermined voltage lower than the first set voltage, it is determined that the output terminal of the first DC / DC converter is in a ground fault state. A ground fault detection circuit for generating a ground fault detection signal;
A timer circuit for outputting, to the first DC / DC converter, a stop signal for stopping the operation of the first DC / DC converter after a predetermined time has elapsed since the ground fault detection signal is issued from the ground fault detection circuit. Prepared,
A switching power supply apparatus in which at least an output voltage of the second DC / DC converter is used as a power supply voltage of the ground fault detection circuit and the timer circuit.
前記第1および第2のDC/DCコンバータの動作を停止させるスタンバイ状態とするモードを有した請求項1記載のスイッチング電源装置。   2. The switching power supply device according to claim 1, further comprising a mode for setting a standby state in which the operations of the first and second DC / DC converters are stopped. 前記地絡検出回路は、前記第1のDC/DCコンバータの出力電圧が前記第1の所定電圧以上のときに、前記タイマー回路を初期化状態にすることを特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源装置。   2. The ground fault detection circuit sets the timer circuit to an initialization state when an output voltage of the first DC / DC converter is equal to or higher than the first predetermined voltage. Switching power supply. 前記タイマー回路と前記第1のDC/DCコンバータとの間に、前記タイマー回路からの前記停止信号をラッチし、前記停止信号を前記第1のDC/DCコンバータへ出力するラッチ回路を挿入し、
前記ラッチ回路は、前記第2のDC/DCコンバータの出力電圧が前記第2の設定電圧より低い第2の所定電圧以下のときにはラッチ状態が解除されるようにしたことを特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源装置。
A latch circuit for latching the stop signal from the timer circuit and outputting the stop signal to the first DC / DC converter is inserted between the timer circuit and the first DC / DC converter;
2. The latch state is released when the output voltage of the second DC / DC converter is equal to or lower than a second predetermined voltage lower than the second set voltage. The switching power supply device described in 1.
電源電圧供給源と、
前記電源電圧供給源から供給される電圧を第1の設定電圧に変換する第1のDC/DCコンバータと、
前記電源電圧供給源から供給される電圧を第2の設定電圧に変換する第2のDC/DCコンバータと、
前記第1のDC/DCコンバータの出力電圧が前記第1の設定電圧より低い第1の所定電圧よりも低いときに前記第1のDC/DCコンバータの出力端子が地絡状態であることを判定し地絡検出信号を発する地絡検出回路と、
前記地絡検出回路から地絡検出信号が発せられてから所定時間経過後に前記第1のDC/DCコンバータの動作を停止させる停止信号を出力するタイマー回路と、
前記タイマー回路からの前記停止信号をラッチし、前記停止信号を前記第1のDC/DCコンバータへ出力するラッチ回路とを備え、
前記ラッチ回路は、前記第2のDC/DCコンバータの出力電圧が前記第2の設定電圧より低い第2の所定電圧以下のときにはラッチ状態が解除されるようにしたスイッチング電源装置。
A power supply voltage source;
A first DC / DC converter for converting a voltage supplied from the power supply voltage supply source into a first set voltage;
A second DC / DC converter that converts a voltage supplied from the power supply voltage supply source to a second set voltage;
When the output voltage of the first DC / DC converter is lower than a first predetermined voltage lower than the first set voltage, it is determined that the output terminal of the first DC / DC converter is in a ground fault state. A ground fault detection circuit for generating a ground fault detection signal;
A timer circuit for outputting a stop signal for stopping the operation of the first DC / DC converter after a predetermined time has elapsed since the ground fault detection signal was issued from the ground fault detection circuit;
A latch circuit that latches the stop signal from the timer circuit and outputs the stop signal to the first DC / DC converter;
The switching power supply device, wherein the latch circuit is released when the output voltage of the second DC / DC converter is equal to or lower than a second predetermined voltage lower than the second set voltage.
前記ラッチ回路は、前記電源電圧供給源から供給される電圧が上昇時に第3の所定電圧より大きくなるとラッチ状態が解除されるようにしたことを特徴とする請求項4または5に記載のスイッチング電源装置。   6. The switching power supply according to claim 4, wherein the latch circuit is configured to release the latched state when a voltage supplied from the power supply voltage supply source becomes higher than a third predetermined voltage when the voltage is increased. apparatus. 前記ラッチ回路が前記タイマー回路からの前記停止信号をラッチした状態になると、前記タイマー回路が初期状態に再設定されることを特徴とする請求項4または5に記載のスイッチング電源装置。   6. The switching power supply device according to claim 4, wherein the timer circuit is reset to an initial state when the latch circuit latches the stop signal from the timer circuit.
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