JP2004096804A - 過熱保護回路 - Google Patents
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Abstract
【課題】正特性サーミスタを利用した過熱保護回路において、比較的短時間で導通と遮断とを繰り返すという不具合を解消する。
【解決手段】電源１３から負荷への電流通路の導通と遮断との各動作を行う半導体スイッチング素子（Ｔｒ０）は、第１正特性サーミスタ（ＰＴＣ１）の抵抗変化を利用して温度検知部位の温度が上昇して所定の遮断温度に到達すると導通動作から遮断動作に移行させる第１動作モードと、第２正特性サーミスタ（ＰＴＣ２）の抵抗変化を利用して温度検知部位の温度が下降して復帰温度（遮断温度より所定温度低い温度に設定されている温度）に到達すると遮断動作から導通動作に移行させる第２動作モードとを含む動作モード制御回路１２により制御され、両正特性サーミスタが、温度検知部位に対して熱結合されている状態で、各動作モードの制御を行う。
【選択図】 図１
【解決手段】電源１３から負荷への電流通路の導通と遮断との各動作を行う半導体スイッチング素子（Ｔｒ０）は、第１正特性サーミスタ（ＰＴＣ１）の抵抗変化を利用して温度検知部位の温度が上昇して所定の遮断温度に到達すると導通動作から遮断動作に移行させる第１動作モードと、第２正特性サーミスタ（ＰＴＣ２）の抵抗変化を利用して温度検知部位の温度が下降して復帰温度（遮断温度より所定温度低い温度に設定されている温度）に到達すると遮断動作から導通動作に移行させる第２動作モードとを含む動作モード制御回路１２により制御され、両正特性サーミスタが、温度検知部位に対して熱結合されている状態で、各動作モードの制御を行う。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば電源側と負荷側との間の電流通路に設けられ、例えば負荷などが過熱したときに前記電流通路を遮断して負荷への電流を遮断するのに供せられる過熱保護回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、通信基地局用の電源として利用されるＤＣＤＣコンバータなどでは、負荷が所要以上に大きくなると、回路素子としてそれに用いられているＦＥＴやパワートランジスタなどの半導体スイッチング素子が過剰に発熱し、ついにはその半導体が熱暴走するに至り、電源として機能しなくなることがある。
【０００３】
したがって、このような過熱を防止するための過熱保護回路には、過熱状態を検知する温度検知素子が必要となる。この温度検知素子として、例えば、温度ヒューズがある。温度ヒューズの場合、一旦遮断動作するとそのままでは復帰できないので、新な温度ヒューズに交換しなければならず、その分、手間とコストとがかかる。
【０００４】
一方、温度検知素子として、正特性サーミスタがある。正特性サーミスタの場合、温度ヒューズとは異なって遮断後も復帰できるから、部品の交換の手間が不要となって、コストがその分安価に済むという利点がある。
【０００５】
従来、正特性サーミスタを利用した過熱保護回路としては、図８に示されるものが知られている。この従来の過熱保護回路は、第１抵抗（Ｒ１）、単一の正特性サーミスタ（ＰＴＣ）および第２抵抗（Ｒ２）からなる第１直列回路と、負荷（ＬＯＡＤ）、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ１）および第３抵抗（Ｒ３）からなる第２直列回路とを備える。正特性サーミスタ（ＰＴＣ）は、スイッチングトランジスタＴ（Ｒ１）の近傍に配置され、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ１）の温度に対応した抵抗値に変化する。この回路の場合、正特性サーミスタ（ＰＴＣ）による温度検知対象は、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ１）である。スイッチングトランジスタ（Ｔｒ１）の温度が正特性サーミスタ（ＰＴＣ）のキュリー点以下のときは低抵抗状態の正特性サーミスタ（ＰＴＣ）によりスイッチングトランジスタ（Ｔｒ１）が導通して負荷（ＬＯＡＤ）に通電が行われる。一方、負荷（ＬＯＡＤ）への電流変動等によりスイッチングトランジスタ（Ｔｒ１）の温度が上昇し、正特性サーミスタ（ＰＴＣ）の温度がキュリー点に到達し、さらにキュリー点以上となるとき、正特性サーミスタ（ＰＴＣ）が所定値以上の高抵抗状態となるので、その高抵抗状態の正特性サーミスタ（ＰＴＣ）によりスイッチングトランジスタ（Ｔｒ１）へのベース電流が低下することにより、そのスイッチングトランジスタ（Ｔｒ１）が遮断動作し負荷への通電が停止される。この遮断動作を行うときの正特性サーミスタ（ＰＴＣ）の検知温度が遮断温度に相当する。この回路では、負荷への通電停止により異常な通電状態がなくなり、それに伴って検知対象（この場合、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ１））の温度が低下する。この温度低下に伴って正特性サーミスタ（ＰＴＣ）の抵抗が前記所定値より低くなれば、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ１）へのベース電流が所定以上になるので、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ１）が負荷への通電を行う状態に復帰する。この復帰動作を行うときの正特性サーミスタ（ＰＴＣ）の検知温度が復帰温度に相当する。この回路では、遮断温度と復帰温度とが同じまたはほぼ同じことになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、正特性サーミスタの抵抗が大きく変動する遮断温度近傍で検知対象の温度がふらついて変動する場合には、遮断温度と復帰温度とが同じまたはほぼ同じであるから、半導体スイッチング素子が通電状態になったり遮断状態になったりすることを繰り返すおそれがある。このような通電状態と遮断状態が短時間において繰り返されることは電源の寿命等を考慮すると好ましくない。そこで、遮断温度が復帰温度より所要の温度差で高温側となるように、遮断温度と復帰温度とを設定することができれば、短時間で遮断と復帰とが繰り返される状態を回避し得る。しかしながら、図８に示す従来の過熱保護回路では、このような温度差を設けることができなかった。
【０００７】
そこで、本発明は、正特性サーミスタを利用した過熱保護回路において、上述した比較的短時間で導通と遮断とを繰り返すという不具合を解消することを解決すべき課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る過熱保護回路は、電源から負荷への電流通路に設けられて該通路の導通と遮断との各動作を行う半導体スイッチング素子と、前記半導体スイッチング素子に対して、温度検知部位の温度が上昇して所定の遮断温度に到達すると導通動作から遮断動作に移行させる第１動作モードと、温度検知部位の温度が下降して前記遮断温度より所定温度低い温度に設定されている復帰温度に到達すると遮断動作から導通動作に移行させる第２動作モードで制御する動作モード制御回路とを備え、前記動作モード制御回路は、第１正特性サーミスタと、第２正特性サーミスタと、制御素子とを備え、前記第１動作モードでは前記第１正特性サーミスタの抵抗変化を利用し、前記第２動作モードでは前記第２正特性サーミスタの抵抗変化を利用して、前記制御素子により前記半導体スイッチング素子の動作移行を制御し、かつ、前記両正特性サーミスタが、前記温度検知部位に対して熱結合されている状態で、前記各動作モードの制御を行うことを特徴とする。
【０００９】
ここで、温度検知部位とは、所定対象の過熱保護を行うことに関連して温度検知される部位であって、例えば負荷あるいは負荷から熱伝導する負荷近傍部位、前記導通・遮断を行う半導体スイッチング素子あるいは該半導体スイッチング素子から熱伝導するその半導体スイッチング素子近傍部位などである。
【００１０】
本発明によれば、温度検知部位の温度が上昇して所定の遮断温度に到達すると導通動作から遮断動作に移行させることが温度検知部位と熱結合された第１正特性サーミスタの抵抗変化により行われ、その遮断温度よりも低く設定された所定の復帰温度に温度検知部位の温度が下降し到達すると、遮断動作から導通動作に動作移行させることが温度検知部位と熱結合された第１正特性サーミスタの抵抗変化により行われるから、その遮断温度と復帰温度とにおいて所定の温度差が設けられ、それによって、温度検知部位が復帰温度に低下するまで導通状態に復帰しないものとなっている。したがって、異常過熱を防ぐことができ、かつ短時間で導通と遮断とを繰り返す不具合も抑制できる。そのため、電源から負荷への電力供給の安定化を図ることができるとともに、電源に対する不当な負担をなくすことができるので、この過熱保護回路が備えられる回路や装置を良好に作動させることが可能となる。
【００１１】
本発明は、好ましくは、前記制御素子が、制御トランジスタであり、前記制御トランジスタのベースと前記半導体スイッチング素子の出力端子との間に前記第１正特性サーミスタが接続されており、かつ前記制御トランジスタのベースと前記半導体スイッチング素子の入力端子との間に前記第２正特性サーミスタが接続されている。この場合、さらに好ましくは、前記半導体スイッチング素子が、スイッチングトランジスタであり、前記制御トランジスタのコレクタが、前記スイッチングトランジスタのベースに対して、直接または電流制限抵抗を介して接続されている。
【００１２】
本発明は、好ましくは、前記制御素子が、制御トランジスタであり、前記半導体スイッチング素子の入力端子と出力端子との間に前記第２正特性サーミスタが並列に接続されており、前記半導体スイッチング素子の出力端子と前記制御トランジスタのベースとの間に前記第１正特性サーミスタが接続されている。この場合、さらに好ましくは、前記半導体スイッチング素子が、スイッチングトランジスタであり、前記制御トランジスタのコレクタが、前記スイッチングトランジスタのベースに対して、直接または電流制限抵抗を介して接続されている。
【００１３】
さらに、本発明は、前記制御トランジスタのエミッタに対して、該制御トランジスタのベース・エミッタ間の極性方向とは逆の極性方向にツェナダイオードが接続されていることが好ましい。
【００１４】
さらに、本発明は、前記温度検知部位が前記半導体スイッチング素子であり、前記両正特性サーミスタは、前記半導体スイッチング素子に対して熱結合されていることが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図面に示す実施の形態に基づいて説明する。
【００１６】
図１ないし図３は、本発明の実施の形態に係り、図１は、本実施形態の過熱保護回路の回路図、図２は、図１の各正特性サーミスタとスイッチングトランジスタとの熱結合を示す図、図３は、図１の各正特性サーミスタの抵抗温度特性図である。これらの図を参照して、この過熱保護回路１０は導通遮断回路１１と、動作モード制御回路１２とを含む。１３は電源（直流電源、例えばＤＣＤＣコンバータや、電池など）、１４は負荷、１５は電源スイッチを示す。
【００１７】
導通遮断回路１１は、電源１３から負荷１４への電流の通路１６内に設けられて該通路１６の導通と遮断との各動作を行う半導体スイッチング素子としてのスイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）を含む。すなわち、このスイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）は、そのコレクタ・エミッタが前記通路１６に直列に挿入されている。ここで、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）は、バイポーラ型であり、そのエミッタが電源１３側に接続された入力端子となり、そのコレクタが負荷１４側に接続された出力端子となり、そのベースが後で述べる制御素子としての制御トランジスタ（Ｔｒ１）からの制御信号の印加に応じて前記コレクタエミッタ間をＯＮ・ＯＦＦ（導通・遮断）させる制御端子となる。
【００１８】
動作モード制御回路１２は、第１正特性サーミスタ（ＰＴＣ１）、第２正特性サーミスタ（ＰＴＣ２）、制御素子としての制御トランジスタ（Ｔｒ１）、ツェナダイオード（ＺＤ）、複数の抵抗（Ｒ１），（Ｒ２）を含む。両正特性サーミスタ（ＰＴＣ１），（ＰＴＣ２）は、共に、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）に対して、図２（ａ）（ｂ）で示すように、温度検知部位として熱結合されており、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）の温度に対応して温度変化する部位に両正特性サーミスタ（ＰＴＣ１），（ＰＴＣ２）を設け、それら両正特性サーミスタ（ＰＴＣ１），（ＰＴＣ２）の抵抗値が変化するようになっている。図２（ａ）の場合、プリント基板ＢＤの表裏面それぞれにスイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）と両正特性サーミスタ（ＰＴＣ１），（ＰＴＣ２）とが設けられている。スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）での発熱による熱は、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）に対してプリント基板（ＢＤ）を介してその直下に位置付けられた両正特性サーミスタ（ＰＴＣ１），（ＰＴＣ２）に伝達されることにより、両正特性サーミスタ（ＰＴＣ１），（ＰＴＣ２）は、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）に熱結合されるものとなっている。図２（ｂ）の場合、プリント基板ＢＤの同一表面かつ互いに近接した位置関係でスイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）と両正特性サーミスタ（ＰＴＣ１），（ＰＴＣ２）とが設けられている。スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）での発熱による熱は、プリント基板（ＢＤ）を介してその直近に位置付けられた両正特性サーミスタ（ＰＴＣ１），（ＰＴＣ２）に伝達されることにより、両正特性サーミスタ（ＰＴＣ１），（ＰＴＣ２）は、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）に熱結合されるものとなっている。
【００１９】
この温度検知部位は、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）の近くに限定されるものではなく、例えば、本実施形態の過熱保護回路が、電子機器のハウジング内部に設けられている場合、そのハウジング内部の適所を温度検知部位としてもよい。また、本実施形態の過熱保護回路が、電動モータを負荷とする電源回路に採用されている場合、その電動モータ、あるいは電動モータの近傍部位を温度検知部位としてもよい。
【００２０】
動作モード制御回路１２は、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）の発熱により、温度検知部位である当該スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）の近くの基板温度が上昇して正特性サーミスタが遮断温度例えば１２０℃に到達すると導通動作から遮断動作に移行させる第１動作モードと、その基板温度が下降して正特性サーミスタが復帰温度例えば１００℃に到達すると遮断動作から導通動作に移行させる第２動作モードとに制御するようになっている。
【００２１】
本実施形態では、上記制御のため、両正特性サーミスタ（ＰＴＣ１），（ＰＴＣ２）のキュリー点を相違させているが、そのための両正特性サーミスタ（ＰＴＣ１），（ＰＴＣ２）それぞれの抵抗温度特性を、図３を参照して、説明する。第１正特性サーミスタ（ＰＴＣ１）は、遮断温度（Ｔ１）で制御トランジスタ（Ｔｒ１）のベース電流を絞ってＯＦＦにする抵抗値Ｒｐ１に達する特性を有し、第２正特性サーミスタ（ＰＴＣ２）は、復帰温度（Ｔ２）で制御トランジスタ（Ｔｒ１）のベース電流を大きくしてＯＮする抵抗値Ｒｐ２に達する特性を有する。
【００２２】
正特性サーミスタ（ＰＴＣ１），（ＰＴＣ２）は、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）に微量の希土類を添加して焼結させたセラミックスであり、前記した遮断温度や復帰温度で著しい正の抵抗温度特性を示す。その温度の設定は、主成分や添加物成分の調整により可能となる。タイプとしては、面実装タイプや、ネジ止めタイプや、ディスクリートタイプなどがあり、周囲の温度を検知してその抵抗値が変化する性質を用いて過熱保護素子として機能させられる。
【００２３】
動作モード制御回路１２の回路接続を説明する。第１正特性サーミスタ（ＰＴＣ１）は、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）のコレクタと制御トランジスタ（Ｔｒ１）のベースとの間に、バイアス抵抗（Ｒ１）を介して、接続されている。第２正特性サーミスタ（ＰＴＣ２）は、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）のエミッタと制御トランジスタ（Ｔｒ１）のベースとの間に、バイアス抵抗（Ｒ１）を介して、接続されている。
【００２４】
スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）のベースと制御トランジスタ（Ｔｒ１）のコレクタとは、電流制限抵抗（Ｒ３）を介して、接続されている。制御トランジスタＴ（Ｒ１）のエミッタは、ツェナダイオード（ＺＤ）を介して、電源１３と負荷１４との間の他方の通路１７に接続されている。このツェナダイオード（ＺＤ）は、制御トランジスタ（Ｔｒ１）のエミッタに対して、該制御トランジスタ（Ｔｒ１）のベース・エミッタ間の極性方向とは逆の極性方向に接続されている。制御トランジスタ（Ｔｒ１）のベースにはバイアス抵抗（Ｒ２）が接続されている。
【００２５】
なお、ツェナダイオード（ＺＤ）はスイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）のベース電流（Ｉｂ）の遮断性を向上させる働きをもっている。
【００２６】
動作を説明する。電源スイッチ１５が閉じられると、電源１３からの電流は、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）はＯＦＦしているため、第１正特性サーミスタ（ＰＴＣ１）には通電されず、第２正特性サーミスタ（ＰＴＣ２）およびバイアス抵抗（Ｒ１）を介して、制御トランジスタ（Ｔｒ１）のベースに供給される。これによって、制御トランジスタ（Ｔｒ１）は導通する。この場合、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）は発熱していないから、第２正特性サーミスタ（ＰＴＣ２）の抵抗値は、その素子温度に対応した低い抵抗値となっている。この状態では、第２正特性サーミスタ（ＰＴＣ２）の抵抗値が低いため、制御トランジスタ（Ｔｒ１）のベースには、第２正特性サーミスタ（ＰＴＣ２）およびバイアス抵抗（Ｒ１），（Ｒ２）の各抵抗値によって決められたベース電流が流れ、導通する。
【００２７】
制御トランジスタ（Ｔｒ１）が導通すると、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）のベース電流（Ｉｂ）が電流制限抵抗（Ｒ３）を介して制御トランジスタ（Ｔｒ１）のベース側に向かって流れ、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）は、スイッチング動作して導通する。スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）が導通すると、通路１６は導通して、電源１３側からの電流は、負荷１４に供給される。また、第１正特性サーミスタ（ＰＴＣ１）にも通電され、第１正特性サーミスタ（ＰＴＣ１）からも制御トランジスタ（Ｔｒ１）のベースに電流が流れる。
【００２８】
負荷の変動によりスイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）の温度が上昇すると、第２正特性サーミスタ（ＰＴＣ２）の温度が上昇しその抵抗値が急増してＲｐ２に達するが、第１正特性サーミスタ（ＰＴＣ１）はＲｐ１に達していないため、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ１）はまだ遮断されない。そして、さらに、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）の温度が上昇して第１正特性サーミスタ（ＰＴＣ１）が遮断温度に到達すると、第１正特性サーミスタ（ＰＴＣ１）の抵抗値がＲｐ１に達し、制御トランジスタ（Ｔｒ１）のベース電流が断たれ、制御トランジスタ（Ｔｒ１）は、導通から遮断状態に移行する。制御トランジスタ（Ｔｒ１）が遮断すると、上記と同様に、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）が遮断する。これが第１動作モードである。これにより、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）の破損を防ぐことができる。なお、図３においては、矢印線▲１▼が、制御トランジスタ（Ｔｒ１）を遮断する抵抗値Ｒｐ１に達する第１正特性サーミスタ（ＰＴＣ１）の温度Ｔ１より左側が破線（導通状態）で、右側が実線（遮断状態）で示されており、矢印方向の動作モードを示す。なお、矢印線▲１▼は、理解のため温度Ｔ１を超えた実線で示されるが、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）の過熱が防止されるため、著しく温度Ｔ１を超えない。
【００２９】
スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）が遮断すると、当該スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）には電流が流れなくなり、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）の自己発熱温度が低下してくる。また、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）が遮断されると第１正特性サーミスタ（ＰＴＣ１）は通電されなくなるため、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）を再び導通させるためには、第２正特性サーミスタ（ＰＴＣ２）の温度がＴ２まで下がり、制御トランジスタ（Ｔｒ１）を導通させる必要がある。
【００３０】
そして、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）の温度が下降して、第２正特性サーミスタ（ＰＴＣ２）が復帰温度に到達し、その抵抗値がＲｐ２に達すると、制御トランジスタ（Ｔｒ１）のベースにベース電流が流れ、制御トランジスタ（Ｔｒ１）が導通する。これに従い、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）は導通状態に復帰する。これが第２動作モードである。なお、図３においては、矢印線▲２▼が、制御トランジスタ（Ｔｒ１）を導通する抵抗値Ｒｐ２に達する第２正特性サーミスタ（ＰＴＣ２）の温度Ｔ２より右側が実線（遮断状態）で、左側が破線（導通状態）で示されており、矢印方向の動作モードを示す。なお、矢印線▲２▼は、理解のためＴ２を超えた実線で示されるが、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）の過熱が防止されるため、著しく温度Ｔ１を超えないように制御される。Ｔ１，Ｔ２間の領域は、遮断温度と復帰温度との温度差領域を示す。
【００３１】
このようにして、本実施形態によれば、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）を過熱時に遮断させる遮断温度に対して、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）を導通状態に復帰させる復帰温度が遮断温度よりも十分に低い温度に設定されているから、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）が遮断と導通とを比較的短時間で繰り返すようなことがなくなる。
【００３２】
本発明は、上述の実施の形態に限定されず、種々な変形が可能である。
【００３３】
（１）本発明の過熱保護回路は、図４で示すように、抵抗（Ｒ１），（Ｒ３）は省略しても構わない。また、ツェナダイオード（ＺＤ）の代わりに抵抗（Ｒ４）を設けた構成としても構わない。
【００３４】
（２） 本発明の過熱保護回路は、図５で示すように、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）と制御トランジスタ（Ｔｒ１）の導電形式を変更した回路構成としても構わない。
【００３５】
（３） 本発明の過熱保護回路は、図６で示すような回路構成でも構わない。図６を参照して、この過熱保護回路は、第２正特性サーミスタ（ＰＴＣ２）をスイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）のコレクタエミッタ間に並列に接続した構成を有する。このような構成においては、電源スイッチ１５を閉じると、両正特性サーミスタ（ＰＴＣ１），（ＰＴＣ２）の抵抗値は低いので、制御トランジスタ（Ｔｒ１）は導通し、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）も導通する。これにより、第２正特性サーミスタ（ＰＴＣ２）はショートされ、制御トランジスタ（Ｔｒ１）には第１正特性サーミスタ（ＰＴＣ１）を通ってベース電流が供給される。そして、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）の導通により電源１３から負荷１４に電流が供給される。スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）の温度が上昇して、第１正特性サーミスタ（ＰＴＣ１）の温度がＴ１に到達すると、両正特性サーミスタ（ＰＴＣ１），（ＰＴＣ２）の抵抗値は高くなるので、制御トランジスタ（Ｔｒ１）は遮断される。したがって、これに伴ない、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）も遮断する。これによって、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）は過熱保護される。これが第１動作モードである。そして、この遮断後からスイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）の温度が下降して第１正特性サーミスタ（ＰＴＣ１）の抵抗値が低下しても、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）が遮断しているから、制御トランジスタＴ（Ｒ１）は導通しない。そして、さらにスイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）の自己発熱温度が下降して、第２正特性サーミスタ（ＰＴＣ２）の温度がＴ２に到達すると、第２正特性サーミスタ（ＰＴＣ２）の抵抗値が低くなるので、電源１３からの電流が制御トランジスタ（Ｔｒ１）のベースに供給される。したがって、制御トランジスタ（Ｔｒ１）が導通し、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）も導通する。これが第２動作モードである。結局、図６の過熱保護回路においても、図１と同様に、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）は導通遮断の繰り返しが防止される。なお、図６のスイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）と制御トランジスタ（Ｔｒ１）の導電形式を図７で示すように変更しても同様に実施できる。
【００３６】
（４）本発明は、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）や制御トランジスタ（Ｔｒ１）のトランジスタタイプは何でもよく、バイポーラ型やＭＯＳＦＥＴ型でもよい。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、温度検知部位の温度が上昇して所定の遮断温度に到達すると導通動作から遮断動作に移行させることが温度検知部位と熱結合された第１正特性サーミスタの抵抗変化により行われ、その遮断温度よりも低く設定された所定の復帰温度に温度検知部位の温度が下降し到達すると、遮断動作から導通動作に動作移行させることが温度検知部位と熱結合された第１正特性サーミスタの抵抗変化により行われるから、その遮断温度と復帰温度とにおいて所定の温度差が設けられるので、温度検知部位が遮断温度より所定温度差分低い温度に低下するまで導通状態に復帰しないものとなっている。したがって、異常過熱を防ぐことができ、かつ短時間で導通と遮断とを繰り返す不具合も抑制できる。そのため、電源から負荷への電力供給の安定化を図ることができるとともに、電源に対する不当な負担をなくすことができるので、この過熱保護回路が備えられる回路や装置を良好に作動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る過熱保護回路の回路図
【図２】スイッチングトランジスタと正特性サーミスタとの熱結合を示す図であって、その一例を縦断面図（ａ）と、他の例を平面図（ｂ）にそれぞれ示す
【図３】図１の第１正特性サーミスタと第２正特性サーミスタそれぞれの抵抗温度特性図
【図４】本発明の他の実施形態に係る過熱保護回路の回路図
【図５】本発明のさらに他の実施形態に係る過熱保護回路の回路図
【図６】本発明のさらに他の実施形態に係る過熱保護回路の回路図
【図７】本発明のさらに他の実施形態に係る過熱保護回路の回路図
【図８】従来の過熱保護回路の回路図
【符号の説明】
１０ 過熱保護回路
１１ 導通遮断回路
１２ 動作モード制御回路
１３ 電源
１４ 負荷
Ｔｒ０ スイッチングトランジスタ
Ｔｒ１ 制御トランジスタ
ＰＴＣ１ 第１正特性サーミスタ
ＰＴＣ２ 第２正特性サーミスタ
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば電源側と負荷側との間の電流通路に設けられ、例えば負荷などが過熱したときに前記電流通路を遮断して負荷への電流を遮断するのに供せられる過熱保護回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、通信基地局用の電源として利用されるＤＣＤＣコンバータなどでは、負荷が所要以上に大きくなると、回路素子としてそれに用いられているＦＥＴやパワートランジスタなどの半導体スイッチング素子が過剰に発熱し、ついにはその半導体が熱暴走するに至り、電源として機能しなくなることがある。
【０００３】
したがって、このような過熱を防止するための過熱保護回路には、過熱状態を検知する温度検知素子が必要となる。この温度検知素子として、例えば、温度ヒューズがある。温度ヒューズの場合、一旦遮断動作するとそのままでは復帰できないので、新な温度ヒューズに交換しなければならず、その分、手間とコストとがかかる。
【０００４】
一方、温度検知素子として、正特性サーミスタがある。正特性サーミスタの場合、温度ヒューズとは異なって遮断後も復帰できるから、部品の交換の手間が不要となって、コストがその分安価に済むという利点がある。
【０００５】
従来、正特性サーミスタを利用した過熱保護回路としては、図８に示されるものが知られている。この従来の過熱保護回路は、第１抵抗（Ｒ１）、単一の正特性サーミスタ（ＰＴＣ）および第２抵抗（Ｒ２）からなる第１直列回路と、負荷（ＬＯＡＤ）、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ１）および第３抵抗（Ｒ３）からなる第２直列回路とを備える。正特性サーミスタ（ＰＴＣ）は、スイッチングトランジスタＴ（Ｒ１）の近傍に配置され、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ１）の温度に対応した抵抗値に変化する。この回路の場合、正特性サーミスタ（ＰＴＣ）による温度検知対象は、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ１）である。スイッチングトランジスタ（Ｔｒ１）の温度が正特性サーミスタ（ＰＴＣ）のキュリー点以下のときは低抵抗状態の正特性サーミスタ（ＰＴＣ）によりスイッチングトランジスタ（Ｔｒ１）が導通して負荷（ＬＯＡＤ）に通電が行われる。一方、負荷（ＬＯＡＤ）への電流変動等によりスイッチングトランジスタ（Ｔｒ１）の温度が上昇し、正特性サーミスタ（ＰＴＣ）の温度がキュリー点に到達し、さらにキュリー点以上となるとき、正特性サーミスタ（ＰＴＣ）が所定値以上の高抵抗状態となるので、その高抵抗状態の正特性サーミスタ（ＰＴＣ）によりスイッチングトランジスタ（Ｔｒ１）へのベース電流が低下することにより、そのスイッチングトランジスタ（Ｔｒ１）が遮断動作し負荷への通電が停止される。この遮断動作を行うときの正特性サーミスタ（ＰＴＣ）の検知温度が遮断温度に相当する。この回路では、負荷への通電停止により異常な通電状態がなくなり、それに伴って検知対象（この場合、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ１））の温度が低下する。この温度低下に伴って正特性サーミスタ（ＰＴＣ）の抵抗が前記所定値より低くなれば、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ１）へのベース電流が所定以上になるので、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ１）が負荷への通電を行う状態に復帰する。この復帰動作を行うときの正特性サーミスタ（ＰＴＣ）の検知温度が復帰温度に相当する。この回路では、遮断温度と復帰温度とが同じまたはほぼ同じことになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、正特性サーミスタの抵抗が大きく変動する遮断温度近傍で検知対象の温度がふらついて変動する場合には、遮断温度と復帰温度とが同じまたはほぼ同じであるから、半導体スイッチング素子が通電状態になったり遮断状態になったりすることを繰り返すおそれがある。このような通電状態と遮断状態が短時間において繰り返されることは電源の寿命等を考慮すると好ましくない。そこで、遮断温度が復帰温度より所要の温度差で高温側となるように、遮断温度と復帰温度とを設定することができれば、短時間で遮断と復帰とが繰り返される状態を回避し得る。しかしながら、図８に示す従来の過熱保護回路では、このような温度差を設けることができなかった。
【０００７】
そこで、本発明は、正特性サーミスタを利用した過熱保護回路において、上述した比較的短時間で導通と遮断とを繰り返すという不具合を解消することを解決すべき課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る過熱保護回路は、電源から負荷への電流通路に設けられて該通路の導通と遮断との各動作を行う半導体スイッチング素子と、前記半導体スイッチング素子に対して、温度検知部位の温度が上昇して所定の遮断温度に到達すると導通動作から遮断動作に移行させる第１動作モードと、温度検知部位の温度が下降して前記遮断温度より所定温度低い温度に設定されている復帰温度に到達すると遮断動作から導通動作に移行させる第２動作モードで制御する動作モード制御回路とを備え、前記動作モード制御回路は、第１正特性サーミスタと、第２正特性サーミスタと、制御素子とを備え、前記第１動作モードでは前記第１正特性サーミスタの抵抗変化を利用し、前記第２動作モードでは前記第２正特性サーミスタの抵抗変化を利用して、前記制御素子により前記半導体スイッチング素子の動作移行を制御し、かつ、前記両正特性サーミスタが、前記温度検知部位に対して熱結合されている状態で、前記各動作モードの制御を行うことを特徴とする。
【０００９】
ここで、温度検知部位とは、所定対象の過熱保護を行うことに関連して温度検知される部位であって、例えば負荷あるいは負荷から熱伝導する負荷近傍部位、前記導通・遮断を行う半導体スイッチング素子あるいは該半導体スイッチング素子から熱伝導するその半導体スイッチング素子近傍部位などである。
【００１０】
本発明によれば、温度検知部位の温度が上昇して所定の遮断温度に到達すると導通動作から遮断動作に移行させることが温度検知部位と熱結合された第１正特性サーミスタの抵抗変化により行われ、その遮断温度よりも低く設定された所定の復帰温度に温度検知部位の温度が下降し到達すると、遮断動作から導通動作に動作移行させることが温度検知部位と熱結合された第１正特性サーミスタの抵抗変化により行われるから、その遮断温度と復帰温度とにおいて所定の温度差が設けられ、それによって、温度検知部位が復帰温度に低下するまで導通状態に復帰しないものとなっている。したがって、異常過熱を防ぐことができ、かつ短時間で導通と遮断とを繰り返す不具合も抑制できる。そのため、電源から負荷への電力供給の安定化を図ることができるとともに、電源に対する不当な負担をなくすことができるので、この過熱保護回路が備えられる回路や装置を良好に作動させることが可能となる。
【００１１】
本発明は、好ましくは、前記制御素子が、制御トランジスタであり、前記制御トランジスタのベースと前記半導体スイッチング素子の出力端子との間に前記第１正特性サーミスタが接続されており、かつ前記制御トランジスタのベースと前記半導体スイッチング素子の入力端子との間に前記第２正特性サーミスタが接続されている。この場合、さらに好ましくは、前記半導体スイッチング素子が、スイッチングトランジスタであり、前記制御トランジスタのコレクタが、前記スイッチングトランジスタのベースに対して、直接または電流制限抵抗を介して接続されている。
【００１２】
本発明は、好ましくは、前記制御素子が、制御トランジスタであり、前記半導体スイッチング素子の入力端子と出力端子との間に前記第２正特性サーミスタが並列に接続されており、前記半導体スイッチング素子の出力端子と前記制御トランジスタのベースとの間に前記第１正特性サーミスタが接続されている。この場合、さらに好ましくは、前記半導体スイッチング素子が、スイッチングトランジスタであり、前記制御トランジスタのコレクタが、前記スイッチングトランジスタのベースに対して、直接または電流制限抵抗を介して接続されている。
【００１３】
さらに、本発明は、前記制御トランジスタのエミッタに対して、該制御トランジスタのベース・エミッタ間の極性方向とは逆の極性方向にツェナダイオードが接続されていることが好ましい。
【００１４】
さらに、本発明は、前記温度検知部位が前記半導体スイッチング素子であり、前記両正特性サーミスタは、前記半導体スイッチング素子に対して熱結合されていることが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図面に示す実施の形態に基づいて説明する。
【００１６】
図１ないし図３は、本発明の実施の形態に係り、図１は、本実施形態の過熱保護回路の回路図、図２は、図１の各正特性サーミスタとスイッチングトランジスタとの熱結合を示す図、図３は、図１の各正特性サーミスタの抵抗温度特性図である。これらの図を参照して、この過熱保護回路１０は導通遮断回路１１と、動作モード制御回路１２とを含む。１３は電源（直流電源、例えばＤＣＤＣコンバータや、電池など）、１４は負荷、１５は電源スイッチを示す。
【００１７】
導通遮断回路１１は、電源１３から負荷１４への電流の通路１６内に設けられて該通路１６の導通と遮断との各動作を行う半導体スイッチング素子としてのスイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）を含む。すなわち、このスイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）は、そのコレクタ・エミッタが前記通路１６に直列に挿入されている。ここで、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）は、バイポーラ型であり、そのエミッタが電源１３側に接続された入力端子となり、そのコレクタが負荷１４側に接続された出力端子となり、そのベースが後で述べる制御素子としての制御トランジスタ（Ｔｒ１）からの制御信号の印加に応じて前記コレクタエミッタ間をＯＮ・ＯＦＦ（導通・遮断）させる制御端子となる。
【００１８】
動作モード制御回路１２は、第１正特性サーミスタ（ＰＴＣ１）、第２正特性サーミスタ（ＰＴＣ２）、制御素子としての制御トランジスタ（Ｔｒ１）、ツェナダイオード（ＺＤ）、複数の抵抗（Ｒ１），（Ｒ２）を含む。両正特性サーミスタ（ＰＴＣ１），（ＰＴＣ２）は、共に、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）に対して、図２（ａ）（ｂ）で示すように、温度検知部位として熱結合されており、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）の温度に対応して温度変化する部位に両正特性サーミスタ（ＰＴＣ１），（ＰＴＣ２）を設け、それら両正特性サーミスタ（ＰＴＣ１），（ＰＴＣ２）の抵抗値が変化するようになっている。図２（ａ）の場合、プリント基板ＢＤの表裏面それぞれにスイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）と両正特性サーミスタ（ＰＴＣ１），（ＰＴＣ２）とが設けられている。スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）での発熱による熱は、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）に対してプリント基板（ＢＤ）を介してその直下に位置付けられた両正特性サーミスタ（ＰＴＣ１），（ＰＴＣ２）に伝達されることにより、両正特性サーミスタ（ＰＴＣ１），（ＰＴＣ２）は、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）に熱結合されるものとなっている。図２（ｂ）の場合、プリント基板ＢＤの同一表面かつ互いに近接した位置関係でスイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）と両正特性サーミスタ（ＰＴＣ１），（ＰＴＣ２）とが設けられている。スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）での発熱による熱は、プリント基板（ＢＤ）を介してその直近に位置付けられた両正特性サーミスタ（ＰＴＣ１），（ＰＴＣ２）に伝達されることにより、両正特性サーミスタ（ＰＴＣ１），（ＰＴＣ２）は、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）に熱結合されるものとなっている。
【００１９】
この温度検知部位は、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）の近くに限定されるものではなく、例えば、本実施形態の過熱保護回路が、電子機器のハウジング内部に設けられている場合、そのハウジング内部の適所を温度検知部位としてもよい。また、本実施形態の過熱保護回路が、電動モータを負荷とする電源回路に採用されている場合、その電動モータ、あるいは電動モータの近傍部位を温度検知部位としてもよい。
【００２０】
動作モード制御回路１２は、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）の発熱により、温度検知部位である当該スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）の近くの基板温度が上昇して正特性サーミスタが遮断温度例えば１２０℃に到達すると導通動作から遮断動作に移行させる第１動作モードと、その基板温度が下降して正特性サーミスタが復帰温度例えば１００℃に到達すると遮断動作から導通動作に移行させる第２動作モードとに制御するようになっている。
【００２１】
本実施形態では、上記制御のため、両正特性サーミスタ（ＰＴＣ１），（ＰＴＣ２）のキュリー点を相違させているが、そのための両正特性サーミスタ（ＰＴＣ１），（ＰＴＣ２）それぞれの抵抗温度特性を、図３を参照して、説明する。第１正特性サーミスタ（ＰＴＣ１）は、遮断温度（Ｔ１）で制御トランジスタ（Ｔｒ１）のベース電流を絞ってＯＦＦにする抵抗値Ｒｐ１に達する特性を有し、第２正特性サーミスタ（ＰＴＣ２）は、復帰温度（Ｔ２）で制御トランジスタ（Ｔｒ１）のベース電流を大きくしてＯＮする抵抗値Ｒｐ２に達する特性を有する。
【００２２】
正特性サーミスタ（ＰＴＣ１），（ＰＴＣ２）は、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）に微量の希土類を添加して焼結させたセラミックスであり、前記した遮断温度や復帰温度で著しい正の抵抗温度特性を示す。その温度の設定は、主成分や添加物成分の調整により可能となる。タイプとしては、面実装タイプや、ネジ止めタイプや、ディスクリートタイプなどがあり、周囲の温度を検知してその抵抗値が変化する性質を用いて過熱保護素子として機能させられる。
【００２３】
動作モード制御回路１２の回路接続を説明する。第１正特性サーミスタ（ＰＴＣ１）は、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）のコレクタと制御トランジスタ（Ｔｒ１）のベースとの間に、バイアス抵抗（Ｒ１）を介して、接続されている。第２正特性サーミスタ（ＰＴＣ２）は、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）のエミッタと制御トランジスタ（Ｔｒ１）のベースとの間に、バイアス抵抗（Ｒ１）を介して、接続されている。
【００２４】
スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）のベースと制御トランジスタ（Ｔｒ１）のコレクタとは、電流制限抵抗（Ｒ３）を介して、接続されている。制御トランジスタＴ（Ｒ１）のエミッタは、ツェナダイオード（ＺＤ）を介して、電源１３と負荷１４との間の他方の通路１７に接続されている。このツェナダイオード（ＺＤ）は、制御トランジスタ（Ｔｒ１）のエミッタに対して、該制御トランジスタ（Ｔｒ１）のベース・エミッタ間の極性方向とは逆の極性方向に接続されている。制御トランジスタ（Ｔｒ１）のベースにはバイアス抵抗（Ｒ２）が接続されている。
【００２５】
なお、ツェナダイオード（ＺＤ）はスイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）のベース電流（Ｉｂ）の遮断性を向上させる働きをもっている。
【００２６】
動作を説明する。電源スイッチ１５が閉じられると、電源１３からの電流は、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）はＯＦＦしているため、第１正特性サーミスタ（ＰＴＣ１）には通電されず、第２正特性サーミスタ（ＰＴＣ２）およびバイアス抵抗（Ｒ１）を介して、制御トランジスタ（Ｔｒ１）のベースに供給される。これによって、制御トランジスタ（Ｔｒ１）は導通する。この場合、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）は発熱していないから、第２正特性サーミスタ（ＰＴＣ２）の抵抗値は、その素子温度に対応した低い抵抗値となっている。この状態では、第２正特性サーミスタ（ＰＴＣ２）の抵抗値が低いため、制御トランジスタ（Ｔｒ１）のベースには、第２正特性サーミスタ（ＰＴＣ２）およびバイアス抵抗（Ｒ１），（Ｒ２）の各抵抗値によって決められたベース電流が流れ、導通する。
【００２７】
制御トランジスタ（Ｔｒ１）が導通すると、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）のベース電流（Ｉｂ）が電流制限抵抗（Ｒ３）を介して制御トランジスタ（Ｔｒ１）のベース側に向かって流れ、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）は、スイッチング動作して導通する。スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）が導通すると、通路１６は導通して、電源１３側からの電流は、負荷１４に供給される。また、第１正特性サーミスタ（ＰＴＣ１）にも通電され、第１正特性サーミスタ（ＰＴＣ１）からも制御トランジスタ（Ｔｒ１）のベースに電流が流れる。
【００２８】
負荷の変動によりスイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）の温度が上昇すると、第２正特性サーミスタ（ＰＴＣ２）の温度が上昇しその抵抗値が急増してＲｐ２に達するが、第１正特性サーミスタ（ＰＴＣ１）はＲｐ１に達していないため、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ１）はまだ遮断されない。そして、さらに、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）の温度が上昇して第１正特性サーミスタ（ＰＴＣ１）が遮断温度に到達すると、第１正特性サーミスタ（ＰＴＣ１）の抵抗値がＲｐ１に達し、制御トランジスタ（Ｔｒ１）のベース電流が断たれ、制御トランジスタ（Ｔｒ１）は、導通から遮断状態に移行する。制御トランジスタ（Ｔｒ１）が遮断すると、上記と同様に、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）が遮断する。これが第１動作モードである。これにより、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）の破損を防ぐことができる。なお、図３においては、矢印線▲１▼が、制御トランジスタ（Ｔｒ１）を遮断する抵抗値Ｒｐ１に達する第１正特性サーミスタ（ＰＴＣ１）の温度Ｔ１より左側が破線（導通状態）で、右側が実線（遮断状態）で示されており、矢印方向の動作モードを示す。なお、矢印線▲１▼は、理解のため温度Ｔ１を超えた実線で示されるが、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）の過熱が防止されるため、著しく温度Ｔ１を超えない。
【００２９】
スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）が遮断すると、当該スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）には電流が流れなくなり、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）の自己発熱温度が低下してくる。また、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）が遮断されると第１正特性サーミスタ（ＰＴＣ１）は通電されなくなるため、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）を再び導通させるためには、第２正特性サーミスタ（ＰＴＣ２）の温度がＴ２まで下がり、制御トランジスタ（Ｔｒ１）を導通させる必要がある。
【００３０】
そして、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）の温度が下降して、第２正特性サーミスタ（ＰＴＣ２）が復帰温度に到達し、その抵抗値がＲｐ２に達すると、制御トランジスタ（Ｔｒ１）のベースにベース電流が流れ、制御トランジスタ（Ｔｒ１）が導通する。これに従い、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）は導通状態に復帰する。これが第２動作モードである。なお、図３においては、矢印線▲２▼が、制御トランジスタ（Ｔｒ１）を導通する抵抗値Ｒｐ２に達する第２正特性サーミスタ（ＰＴＣ２）の温度Ｔ２より右側が実線（遮断状態）で、左側が破線（導通状態）で示されており、矢印方向の動作モードを示す。なお、矢印線▲２▼は、理解のためＴ２を超えた実線で示されるが、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）の過熱が防止されるため、著しく温度Ｔ１を超えないように制御される。Ｔ１，Ｔ２間の領域は、遮断温度と復帰温度との温度差領域を示す。
【００３１】
このようにして、本実施形態によれば、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）を過熱時に遮断させる遮断温度に対して、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）を導通状態に復帰させる復帰温度が遮断温度よりも十分に低い温度に設定されているから、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）が遮断と導通とを比較的短時間で繰り返すようなことがなくなる。
【００３２】
本発明は、上述の実施の形態に限定されず、種々な変形が可能である。
【００３３】
（１）本発明の過熱保護回路は、図４で示すように、抵抗（Ｒ１），（Ｒ３）は省略しても構わない。また、ツェナダイオード（ＺＤ）の代わりに抵抗（Ｒ４）を設けた構成としても構わない。
【００３４】
（２） 本発明の過熱保護回路は、図５で示すように、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）と制御トランジスタ（Ｔｒ１）の導電形式を変更した回路構成としても構わない。
【００３５】
（３） 本発明の過熱保護回路は、図６で示すような回路構成でも構わない。図６を参照して、この過熱保護回路は、第２正特性サーミスタ（ＰＴＣ２）をスイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）のコレクタエミッタ間に並列に接続した構成を有する。このような構成においては、電源スイッチ１５を閉じると、両正特性サーミスタ（ＰＴＣ１），（ＰＴＣ２）の抵抗値は低いので、制御トランジスタ（Ｔｒ１）は導通し、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）も導通する。これにより、第２正特性サーミスタ（ＰＴＣ２）はショートされ、制御トランジスタ（Ｔｒ１）には第１正特性サーミスタ（ＰＴＣ１）を通ってベース電流が供給される。そして、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）の導通により電源１３から負荷１４に電流が供給される。スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）の温度が上昇して、第１正特性サーミスタ（ＰＴＣ１）の温度がＴ１に到達すると、両正特性サーミスタ（ＰＴＣ１），（ＰＴＣ２）の抵抗値は高くなるので、制御トランジスタ（Ｔｒ１）は遮断される。したがって、これに伴ない、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）も遮断する。これによって、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）は過熱保護される。これが第１動作モードである。そして、この遮断後からスイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）の温度が下降して第１正特性サーミスタ（ＰＴＣ１）の抵抗値が低下しても、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）が遮断しているから、制御トランジスタＴ（Ｒ１）は導通しない。そして、さらにスイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）の自己発熱温度が下降して、第２正特性サーミスタ（ＰＴＣ２）の温度がＴ２に到達すると、第２正特性サーミスタ（ＰＴＣ２）の抵抗値が低くなるので、電源１３からの電流が制御トランジスタ（Ｔｒ１）のベースに供給される。したがって、制御トランジスタ（Ｔｒ１）が導通し、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）も導通する。これが第２動作モードである。結局、図６の過熱保護回路においても、図１と同様に、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）は導通遮断の繰り返しが防止される。なお、図６のスイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）と制御トランジスタ（Ｔｒ１）の導電形式を図７で示すように変更しても同様に実施できる。
【００３６】
（４）本発明は、スイッチングトランジスタ（Ｔｒ０）や制御トランジスタ（Ｔｒ１）のトランジスタタイプは何でもよく、バイポーラ型やＭＯＳＦＥＴ型でもよい。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、温度検知部位の温度が上昇して所定の遮断温度に到達すると導通動作から遮断動作に移行させることが温度検知部位と熱結合された第１正特性サーミスタの抵抗変化により行われ、その遮断温度よりも低く設定された所定の復帰温度に温度検知部位の温度が下降し到達すると、遮断動作から導通動作に動作移行させることが温度検知部位と熱結合された第１正特性サーミスタの抵抗変化により行われるから、その遮断温度と復帰温度とにおいて所定の温度差が設けられるので、温度検知部位が遮断温度より所定温度差分低い温度に低下するまで導通状態に復帰しないものとなっている。したがって、異常過熱を防ぐことができ、かつ短時間で導通と遮断とを繰り返す不具合も抑制できる。そのため、電源から負荷への電力供給の安定化を図ることができるとともに、電源に対する不当な負担をなくすことができるので、この過熱保護回路が備えられる回路や装置を良好に作動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る過熱保護回路の回路図
【図２】スイッチングトランジスタと正特性サーミスタとの熱結合を示す図であって、その一例を縦断面図（ａ）と、他の例を平面図（ｂ）にそれぞれ示す
【図３】図１の第１正特性サーミスタと第２正特性サーミスタそれぞれの抵抗温度特性図
【図４】本発明の他の実施形態に係る過熱保護回路の回路図
【図５】本発明のさらに他の実施形態に係る過熱保護回路の回路図
【図６】本発明のさらに他の実施形態に係る過熱保護回路の回路図
【図７】本発明のさらに他の実施形態に係る過熱保護回路の回路図
【図８】従来の過熱保護回路の回路図
【符号の説明】
１０ 過熱保護回路
１１ 導通遮断回路
１２ 動作モード制御回路
１３ 電源
１４ 負荷
Ｔｒ０ スイッチングトランジスタ
Ｔｒ１ 制御トランジスタ
ＰＴＣ１ 第１正特性サーミスタ
ＰＴＣ２ 第２正特性サーミスタ
Claims (7)
- 電源から負荷への電流通路に設けられて該通路の導通と遮断との各動作を行う半導体スイッチング素子と、
前記半導体スイッチング素子に対して、温度検知部位の温度が上昇して所定の遮断温度に到達すると導通動作から遮断動作に移行させる第１動作モードと、温度検知部位の温度が下降して前記遮断温度より所定温度低い温度に設定されている復帰温度に到達すると遮断動作から導通動作に移行させる第２動作モードで制御する動作モード制御回路とを備え、
前記動作モード制御回路は、第１正特性サーミスタと、第２正特性サーミスタと、制御素子とを備え、
前記第１動作モードでは前記第１正特性サーミスタの抵抗変化を利用し、前記第２動作モードでは前記第２正特性サーミスタの抵抗変化を利用して、前記制御素子により前記半導体スイッチング素子の動作移行を制御し、かつ、前記両正特性サーミスタが、前記温度検知部位に対して熱結合されている状態で、前記各動作モードの制御を行う、ことを特徴とする過熱保護回路。 - 請求項１に記載の過熱保護回路において、
前記制御素子が、制御トランジスタであり、
前記制御トランジスタのベースと前記半導体スイッチング素子の出力端子との間に前記第１正特性サーミスタが接続されており、かつ前記制御トランジスタのベースと前記半導体スイッチング素子の入力端子との間に前記第２正特性サーミスタが接続されている、ことを特徴とする過熱保護回路。 - 請求項２に記載の過熱保護回路において、
前記半導体スイッチング素子が、スイッチングトランジスタであり、
前記制御トランジスタのコレクタが、前記スイッチングトランジスタのベースに対して、直接または電流制限抵抗を介して接続されている、ことを特徴とする過熱保護回路。 - 請求項１に記載の過熱保護回路において、
前記制御素子が、制御トランジスタであり、
前記半導体スイッチング素子の入力端子と出力端子との間に前記第２正特性サーミスタが並列に接続されており、前記半導体スイッチング素子の出力端子と前記制御トランジスタのベースとの間に前記第１正特性サーミスタが接続されている、ことを特徴とする過熱保護回路。 - 請求項４に記載の過熱保護回路において、
前記半導体スイッチング素子が、スイッチングトランジスタであり、
前記制御トランジスタのコレクタが、前記スイッチングトランジスタのベースに対して、直接または電流制限抵抗を介して接続されている、ことを特徴とする過熱保護回路。 - 請求項２ないし５のいずれかに記載の過熱保護回路において、
前記制御トランジスタのエミッタに対して、該制御トランジスタのベース・エミッタ間の極性方向とは逆の極性方向にツェナダイオードが接続されている、ことを特徴とする過熱保護回路。 - 請求項１ないし６のいずれかに記載の過熱保護回路において、
前記温度検知部位が前記半導体スイッチング素子であり、前記両正特性サーミスタは、前記半導体スイッチング素子に対して熱結合されている、ことを特徴とする過熱保護回路。
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