JP2001258242A - 過電流保護機能を有する電源装置 - Google Patents
過電流保護機能を有する電源装置Info
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Abstract
し、過電流から保護銑機能を有する電源装置に関し、簡
単な構成により過電流から保護する。 【解決手段】 スイッチング電源部1とスイッチング制
御部2とを有する電源装置であって、負荷3の状態を状
態検出部7により検出して設定値と比較し、差分に相当
する指令値に従ってスイッチング制御部2からスイッチ
ング電源部1を制御して、負荷3に供給する電流を制御
する時に、指令値を上限値及び下限値にクランプ可能と
した指令値制限部9を設け、又入力電流が過電流状態の
時にそれを検出してスイッチング制御部2にアラーム信
号を入力する入力過電流検出部5又は出力電流が過電流
状態の時にそれを検出してスイッチング制御部2にアラ
ーム信号を入力する出力過電流検出部6を設ける。
Description
ッチング制御により電流を供給する電源装置に於いて、
負荷の障害や負荷電流の供給線の短絡,地絡等の障害に
よる過電流から保護する過電流保護機能を有する電源装
置に関する。
を供給する電源装置は、出力電圧を検出して設定電圧と
なるようにスイッチング制御する定電圧特性や、出力電
流を検出して設定電流となるようにスイッチング制御す
る定電流特性等の構成が知られている。又出力電圧の極
性を反転可能とする場合、H型ブリッジ構成が適用され
ている。
置は、モータにより精密位置決め制御を行う場合に、加
速,定速,減速等の制御内容に従った速度制御が行われ
るもので、直流モータを用いた場合は、加速期間と定速
期間とは正極性の直流電流を供給し、減速期間には負極
性の電流を供給して減速,停止させるもので、前述のH
型ブリッジ構成のスイッチング電源装置を用いる場合が
一般的である。
ブリッジ構成のスイッチング電源部、52はスイッチン
グ制御部、53はモータや各種電子回路等の負荷、54
は電流検出回路、55は入力過電流検出部、56は直流
電源、57は状態検出部、Q1〜Q4はH型ブリッジを
構成するトランジスタ、Q5は過電流検出を行うトラン
ジスタ、R51〜R54は抵抗、L1,L2はチョーク
コイル,C0はコンデンサを示し、チョークコイルL
1,L2とコンデンサC0により平滑部を構成してい
る。
動作信号に従って動作開始又は動作停止を行い、出力特
性としては、定電流特性,定電圧特性、或いは、制御指
令に従った可変特性とすることができるものである。又
負荷53がモータ等の場合、状態検出部57により回転
数等を検出して設定値と比較し、差分に対応した指令値
をスイッチング制御部52にフィードバックし、設定値
に対応した電流をスイッチング電源部51から負荷53
に供給する。
いる場合、抵抗R51の両端の電圧を電流検出回路54
に入力して、負荷53にスイッチング電源部51から供
給される電流を検出し、その検出値をスイッチング制御
部52に入力し、電流の基準値と比較して、スイッチン
グ電源部51のオン期間を制御する。又定電圧特性を要
求している場合は、図示を省略した経路で負荷53に印
加する電圧を検出し、その検出値をスイッチング制御部
52に入力し、出力電圧の基準値と比較して、スイッチ
ング電源部51のオン期間を制御する。
モータの場合、前述のように、加速,定速,減速の速度
制御を行うことになり、この速度制御に従った設定値を
状態検出部57に入力する。又負荷53の状態としての
回転数を検出して、状態検出部57に入力する。加速期
間中は、回転数検出値と加速設定値との差分の指令値を
スイッチング制御部52に入力し、加速設定値に従った
回転数となるように、スイッチング電源部51を制御し
て、負荷53に電流を供給する。例えば、スイッチング
電源部51のトランジスタQ1〜Q4をオン,オフ制御
して、直流電圧を負荷53に印加し、スイッチング電源
部51のトランジスタQ1,Q4のオン期間を長くする
ことにより、正回転方向の加速度を大きくすることがで
きる。
値との差分の指令値をスイッチング制御部52に入力
し、定速設定値に従った回転数となるように、スイッチ
ング電源部51を制御して、負荷53にほぼ一定の電流
を供給する。又減速期間中は、回転数検出値と減速設定
値との差分の指令値をスイッチング制御部52に入力
し、減速設定値に従った回転数となるように、スイッチ
ング電源部51を制御する。この場合、スイッチング電
源部51のトランジスタQ1〜Q4をオン,オフ制御
し、スイッチング電源部51のトランジスタQ2,Q3
のオン期間を長くすることにより、負荷53に負極性の
直流電圧を印加して、逆方向のトルクを発生させて、制
動をかけることにより、減速させることができる。そし
て、停止位置となった時に、減速設定値を零とすること
により、負荷53に供給する電流を零として停止させる
ことができる。
電源部51の入力側に設けた場合を示すが、出力側に設
けることも可能であり、抵抗R52に流れる電流が過電
流状態となると、トランジスタQ5のベース・エミッタ
間電圧が大きくなってオンとなり、スイッチング制御部
52にアラーム信号を入力する。スイッチング制御部5
2は、この入力過電流検出部55からのアラーム信号に
より、スイッチング電源部51のトランジスタのオン期
間を短縮又は零とする。それにより、過電流保護を行う
ことができる。
行わない場合、H型ブリッジ構成ではなく、通常のフォ
ワード型コンバータ形式等のスイッチング電源部とする
こともできる。又スイッチング制御部52は、鋸歯状波
発生器からの鋸歯状波信号と、電流検出値,電圧検出
値,速度検出値等の検出値と比較して、スイッチング電
源部51のトランジスタのオン期間を制御する構成とす
ることができる。
指令に従った特性で制御する構成の場合、スイッチング
制御部52にフィードバック制御を行うことになり、例
えば、加速期間に於いてモータがロック状態となると、
速度検出値が零となり、加速設定値との差分の指令値が
大きくなる。それにより、スイッチング電源部51のト
ランジスタのオン期間を長くするようにスイッチング制
御部52が動作し、過電流が負荷53に供給される問題
がある。即ち、スイッチング制御部52に対する指令値
が大きくなり過ぎることにより、負荷53に過電流が供
給される。
地絡又は負荷53の短絡等により、スイッチング電源部
51からを大きな電流が流れる。従って、過電流保護を
行う必要がある。しかし、従来例の、例えば、入力過電
流検出部55は、トランジスタQ5を過電流状態の時に
オンとする為、抵抗R52による電圧降下を、例えば、
0.6V以上となるように設定することになる。従っ
て、過電流状態でなくても、電力損失が大きくなる問題
があった。
る閾値以下であっても、長時間継続して流れることによ
り、温度上昇が大きくなる問題がある。この温度上昇に
より各部の部品の焼損等が生じることになり、又これを
冷却する場合には、ファン等の駆動の為の電力損失が生
じる問題がある。本発明は、前述の従来例の問題点を解
決し、過電流に対して電源装置及び負荷を保護すること
を目的とする。
を有する電源装置は、(1)スイッチング制御により負
荷3に電流を供給するスイッチング電源部1と、このス
イッチング電源部1を制御するスイッチング制御部2と
を有する電源装置であって、負荷3の制御状態と設定値
との差分に相当する指令値を検出する状態検出部7と、
この状態検出部7からの指令値をスイッチング制御部2
に入力して、負荷3に供給する電流を制御し、且つ前記
指令値の大きさを制限する指令値制限部9とを備えてい
る。
部7からの指令値を上限値と下限値とにクランプするダ
イオードD1,D2を備えた構成とすることができる。
又状態検出部7からの指令値と、正極性の基準電圧と比
較する第1の比較器及び負極性の基準電圧と比較する第
2の比較器と、指令値が前記正極性の基準電圧を超えた
時にその基準電圧にクランプする第1のダイオードと、
指令値が前記負極性の基準電圧を超えた時にその基準電
圧にクランプする第2のダイオードとを備えた構成とす
ることができる。
電流を供給するスイッチング電源部1と、このスイッチ
ング電源部1を制御するスイッチング制御部2とを有す
る電源装置であって、スイッチング電源部1に流れる電
流を検出する電流検出用抵抗と、この電流検出用抵抗と
ベース抵抗とを介して定電流を流す定電流回路と、前記
電流検出用抵抗と前記ベース抵抗とによる電圧降下をエ
ミッタ・ベース間に印加して過電流状態の時に、スイッ
チング制御部2にアラーム信号を入力するトランジスタ
とからなる過電流検出部を設けた構成とすることができ
る。
流を検出する電流検出用抵抗と、この電流検出用抵抗に
よる検出電圧を一定周期毎に積分する積分回路と、この
積分回路の積分出力電圧と設定基準電圧とを比較し、積
分出力電圧が設定基準電圧を超えた時に、スイッチング
制御部2にアラーム信号を入力する比較器とからなる過
電流検出部を設けた構成とすることができる。
の説明図であり、1はスイッチング電源部、2はスイッ
チング制御部、3はモータ,各種電子回路,ヒータ,フ
ァン等の負荷、4は電流検出部、5は入力過電流検出
部、6は出力過電流検出部、7は状態検出部、8は直流
電源、9は指令値制限部、10は演算増幅器、PC1は
ホトカプラ、D1〜D4はダイオード、R1〜R4は抵
抗、Q6はトランジスタ、S1はサイリスタ、L1,L
2はチョークコイル、C0はコンデンサを示し、チョー
クコイルL1,L2とコンデンサC0とにより平滑部を
構成し、又サイリスタS1はターンオンした状態を維持
するので、ラッチ回路の機能を有することになる。な
お、ターンオフさせる回路は、電圧遮断等の手段を適用
するとができるが、図示を省略している。
て、回転数,温度,風速,制御位置等の制御状態を検出
して、設定値と比較し、指令値を出力する構成を有し、
この指令値を指令値制限部9を介してスイッチング制御
部2に入力する。この指令値制限部9は、演算増幅器1
0とダイオードD1,D2と抵抗R1とを有し、演算増
幅器10は差動増幅器の構成として、状態検出部7から
の指令値を増幅して、スイッチング制御部2に入力する
指令値とした場合を示す。そして、ダイオードD1には
指令値の上限値+V、ダイオードD2には指令値の下限
値−Vを印加し、スイッチング制御部2に入力する指令
値が、上限値及び下限値を超えないように制限する。
速設定値が状態検出部7に入力された時に、モータがロ
ック状態であると、回転数は零であるから、状態検出部
7からの指令値は加速設定値の大きさとなるが、指令値
制限部9のダイオードD1によって上限値+Vにクラン
プされ、従って、スイッチング制御部2には極端に大き
な指令値が入力されないので、スイッチング電源部1か
ら負荷3に過電流状態の電流が供給されることを回避で
きる。
は、電源装置としてのオン,オフを制御する信号で、例
えば、ハイレベル(“1”)をオン、ローレベル
(“0”)をオフとする。又入力過電流検出部5は、ス
イッチング電源部1の入力電流を検出し、過電流状態の
時にアラーム信号(“1”)を出力する。又出力過電流
検出部6は、スイッチング電源部1から負荷3に供給す
る電流を電流検出部4により検出した検出値を基に過電
流状態か否かを判定し、過電流状態の時にアラーム信号
(“0”)を出力する。この“0”のアラーム信号によ
り、ホトカプラPC1はオンとなる。
を介して例えば+5Vの電圧を印加し、サイリスタS1
がオフ時は、トランジスタQ6もオフとなり、スイッチ
ング制御部2に対して動作信号がそのまま入力される。
又サイリスタS1は、抵抗R2,R3の分圧電圧がゲー
トに印加され、この電圧が閾値を超えると、ターンオン
する。従って、入力過電流検出部5からのアラーム信号
が出力されていない状態で、且つ出力過電流検出部6か
らのアラーム信号が出力されていない状態では、ホトカ
プラPC1もオフ状態であるから、トランジスタQ6は
オフ状態を継続する。
電源部1の入力電流が過電流状態となったことを検出し
て、“1”のアラーム信号を出力すると、サイリスタS
1はオンとなり、トランジスタQ6もオンとなる。従っ
て、動作信号は“0”のオフ信号に相当することにな
り、スイッチング制御部2は、スイッチング電源部1の
制御動作を停止する。又出力過電流検出部6により、ス
イッチング電源部1の出力電流が過電流状態となったこ
とを検出して、“0”のアラーム信号を出力すると、ホ
トカプラPC1がオンとなり、抵抗R2,R3に+5V
が印加されて、サイリスタS1はオンとなり、トランジ
スタQ6もオンとなる。従って、スイッチング制御部2
に“0”のオフ信号が入力された状態となる。即ち、ス
イッチング電源部1を過電流状態から保護することがで
きる。
明図であり、図1に於けるスイッチング制御部2と指令
値制限部9とに対応する部分のみを示し、9aは指令値
制限部、A1〜A5は演算増幅器、R11〜R16は抵
抗、RV1は可変抵抗、D11,D12は第1,第2の
ダイオードを示す。
10に相当した差動増幅器であり、指令値を増幅し、抵
抗R11を介してスイッチング制御部2に入力する。又
演算増幅器A5は第1の比較器、演算増幅器A3は第2
の比較器を構成している。又演算増幅器A2は、指令値
の下限値−Vrを演算増幅器A3の+端子に入力し、演
算増幅器A4により反転処理して、指令値の上限値+V
rを演算増幅器A5の+端子に入力する。
オードD11を接続して、指令値が正極性として大きな
値となった時に上限値+Vrにクランプし、又演算増幅
器A3の出力端子に第2のダイオードD12を接続し
て、指令値が負極性として大きな値となった時に下限値
−Vrにクランプするものである。それにより、スイッ
チング制御部2に、大きな値の指令値が入力されないの
で、スイッチング電源部から過電流が供給されることを
回避できる。
ドD1,D2のみで指令値を上限値又は下限値にクラン
プするものであり、その場合のクランプ特性は比較的な
だらかな特性となる。これに対して、図2に示す指令値
制限部9aは、クランプ特性を急峻な特性とすることが
できる。
であり、11はスイッチング電源部、12はスイッチン
グ制御部、13は負荷、14はリセット回路、15は直
流電源、16は整流回路、A10〜A16は演算増幅
器、R21〜R35は抵抗、RV2は可変抵抗、C1は
コンデンサ、PC2は発光ダイオードとホトMOSトラ
ンジスタとを組合せたホトモスカプラ、D5,D6はダ
イオード、L1,L2はチョークコイル、C0はコンデ
ンサを示す。
間以上継続して超えた時に、過電流状態として、過電流
保護動作を行う場合を示し、抵抗R21は電流検出用抵
抗であり、負荷13に供給する電流を抵抗R21の電圧
降下として検出し、差動増幅器を構成する演算増幅器A
10に入力し、その出力を演算増幅器A11により増幅
し、演算増幅器A12により反転増幅し、整流回路16
とスイッチング制御部12とに入力する。
オードD5,D6とにより全波整流を行い、演算増幅器
A14により反転増幅して、電流検出値とし、これを抵
抗R31,R33を介して演算増幅器A15に入力す
る。この演算増幅器A15は、コンデンサC1を含む積
分回路を構成し、ホトモスカプラPC2をリセット回路
14から一定周期毎にオンとして、積分出力をリセット
する。又演算増幅器A16は、比較器を構成しており、
抵抗R35と可変抵抗RV2とにより+Vの電圧を分圧
して形成した基準電圧と、積分出力電圧とを比較し、積
分出力電圧が基準電圧を超えた時に、アラーム信号AL
Mを出力して、スイッチング制御部2に入力する。
明図であり、(a)はリセット回路14の出力信号を示
し、一定周期毎に“0”となることにより、ホトモスカ
プラPC2の発光ダイオードに+Vの電圧による電流が
流れ、ホトトランジスタがオンとなって、積分出力をリ
セットする。又(b)は積分出力電圧の一例を示し、基
準電圧Vrを超えると、(c)に示すように、“1”の
アラーム信号ALMが出力される。
の電流が負荷13に供給される状態の時に、検出電流値
の積分出力電圧が基準電圧Vrを超えることにより、過
電流状態の場合と同様に、スイッチング電源部11から
負荷13に供給する電流を、零又は或る値以下に制限す
る。又整流回路16は、スイッチング電源部11がHブ
リッジ構成のように、直流電源15から負荷13に正負
極性の電流を切替えて供給する場合、電流検出値は正負
極性或いは交流的なものとなるから、正極性又は負極性
の何れか一方の極性として出力するものである。
であり、31はスイッチング電源部、32はスイッチン
グ制御部、33は負荷、34は電流検出回路、35は入
力過電流検出部、37は状態検出部、38は直流電源、
39は指令値制限部、40は定電流回路、Q11〜Q1
6はトランジスタ、R41〜R49は抵抗、Dはダイオ
ード、L1,L2はチョークコイル、C0はコンデンサ
を示す。
を低消費電力化した構成を示し、状態検出部37と指令
値制限部39とは、前述の実施の形態と同様の構成及び
作用を行うものであり、又スイッチング電源部31はH
ブリッジ構成の場合を示すが、他のスイッチング構成を
適用することも可能である。又抵抗R41と電流検出回
路34とにより、負荷33に供給する電流を検出してス
イッチング制御部32に入力する。
からスイッチング電源部31に供給される電流を抵抗R
42により検出し、抵抗R43を介してトランジスタQ
15のベースに印加し、過電流状態の時にトランジスタ
Q15をオンとして、アラーム信号ALMをスイッチン
グ制御部32に入力するものであるが、このトランジス
タQ15のベースに、トランジスタQ16とダイオード
Dと抵抗R44,R45,R46,R48からなる定電
流回路40を接続し、抵抗R43を介して常時微小の定
電流を流している。
ミッタ間電圧は、抵抗R42による電圧降下と、抵抗R
43による電圧降下とを加算した値となり、抵抗R42
の抵抗値を低くしても、過電流状態の時のベース・エミ
ッタ間電圧をトランジスタQ15の閾値以上としてアラ
ーム信号ALMを出力することができる。即ち、スイッ
チング電源部31に流れる電流を検出する為の抵抗R4
2を小さくして、低消費電力化することができる。
されるものではなく、種々付加変更が可能であり、例え
ば、図5に於ける入力過電流検出部35の構成を、出力
過電流検出部として、スイッチング電源部31と負荷3
3との間に設けることができる。又図5の構成と図1の
構成とを組合せることも可能である。
チング電源部1とスイッチング制御部2とを有する電源
装置に於いて、スイッチング制御部2に入力する指令値
に従った電流をスイッチング電源部1から負荷3に供給
するように制御し、その指令値を指令値制限部9を介し
てスイッチング制御部2に入力する構成とし、大きな指
令値による過電流を防止することができる利点がある。
ではないが、或る程度以上の電流で長時間継続して流れ
る場合、電流検出値を一定周期で積分することにより、
基準値を超える積分出力電圧となる。その場合に過電流
状態として負荷3に供給する電流を停止或いは制限し、
長時間の大電流による温度上昇等の問題を回避すること
ができる利点がある。
降下でトランジスタをオンとしてアラーム信号を出力す
る入力過電流検出部5又は出力過電流検出部6に、電流
検出用の抵抗と、その抵抗とトランジスタのベースとの
間に接続した抵抗とに、定電流を流すことにより、電流
検出用の抵抗を小さい値としても、確実に過電流検出を
可能とすることができ、低消費電力化を図ることができ
る利点がある。
る。
る。
Claims (5)
- 【請求項1】 スイッチング制御により負荷に電流を供
給するスイッチング電源部と、該スイッチング電源部を
制御するスイッチング制御部とを有する電源装置に於い
て、 前記負荷の制御状態と設定値との差分に相当する指令値
を検出する状態検出部と、 該状態検出部からの指令値を前記スイッチング制御部に
入力して前記負荷に供給する電流を制御し、且つ前記指
令値の大きさを制限する指令値制限部とを備えたことを
特徴とする過電流保護機能を有する電源装置。 - 【請求項2】 前記指令値制限部は、前記状態検出部か
らの指令値を上限値と下限値とにクランプするダイオー
ドを備えたことを特徴とする請求項1記載の過電流保護
機能を有する電源装置。 - 【請求項3】 前記指令値制限部は、前記状態検出部か
らの指令値と、正極性の基準電圧と比較する第1の比較
器及び負極性の基準電圧と比較する第2の比較器と、前
記指令値が前記正極性の基準電圧を超えた時に該基準電
圧にクランプする第1のダイオードと、前記指令値が前
記負極性の基準電圧を超えた時に該基準電圧にクランプ
する第2のダイオードとを備えたことを特徴とする請求
項1記載の過電流保護機能を有する電源装置。 - 【請求項4】 スイッチング制御により負荷に電流を供
給するスイッチング電源部と、該スイッチング電源部を
制御するスイッチング制御部とを有する電源装置に於い
て、 前記スイッチング電源部に流れる電流を検出する電流検
出用抵抗と、該電流検出用抵抗とベース抵抗とを介して
定電流を流す定電流回路と、前記電流検出用抵抗と前記
ベース抵抗とによる電圧降下をエミッタ・ベース間に印
加して過電流状態の時に前記スイッチング制御部にアラ
ーム信号を入力するトランジスタとからなる過電流検出
部を設けたことを特徴とする過電流保護機能を有する電
源装置。 - 【請求項5】 スイッチング制御により負荷に電流を供
給するスイッチング電源部と、該スイッチング電源部を
制御するスイッチング制御部とを有する電源装置に於い
て、 前記スイッチング電源部に流れる電流を検出する電流検
出用抵抗と、該電流検出用抵抗による検出電圧を一定周
期毎に積分する積分回路と、該積分回路の積分出力電圧
と設定基準電圧とを比較し、前記積分出力電圧が前記設
定基準電圧を超えた時に前記スイッチング制御部にアラ
ーム信号を入力する比較器とからなる過電流検出部を設
けたことを特徴とする過電流保護機能を有する電源装
置。
Priority Applications (1)
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2000
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