JP2005204375A - 過電流保護回路および携帯通信端末装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
電源供給部から供給される電源電流を制御する過電流保護回路において、電圧降下が極めて少なく、使用状況に応じてきめ細やかな設定条件が可能な回路を提供する。
【解決手段】
電源回路２０から電流制限回路２１を介して電力増幅器１２に供給される電源電流１５の値に対応する信号を、電源電流１５が流れるプリントパターン３０に近接して配置したホール素子２２で検出する。検出した信号は、増幅回路２３およびローパスフィルタ２４を介し、所定の閾値と比較する比較回路２５に入力される。比較回路２５は、閾値設定手段２７および閾値変更回路２６により決められた閾値と比較した結果を保持回路２８に出力する。保持回路２８は、比較の結果に応じて、電源供給部１０から電力増幅器１２に供給される電流量を制限するように電流制限回路２１を動作させる。
【選択図】
図２

Description

本発明は、過電流保護回路に関し、特に電源供給部から供給される電源電流を制御する過電流保護回路およびその過電流保護回路を備える携帯通信端末装置に関する。

電気機器の破損、故障、操作ミス等により、電気機器内の回路に異常な電流が流れることがある。さらに、電源供給部から供給される電源電流が増大し、機器内に二次的な損傷を引き起こす場合がある。そこで、異常な電源電流の発生を防止するために、電源供給部から供給される電源電流を制御する過電流保護回路を設けることがよく行われている。

例えば、特許文献１には、モータの異常などによる過電流に対する制御に加え、制御部の暴走などの障害があった場合でも確実に過電流を防止する過電流保護制御装置が開示されている。この装置は、電源から電流を制御部の制御信号により駆動されるスイッチング素子を介して制御対象に供給し、供給電流が過電流である場合に電流値を許容範囲内に抑える装置であり、次のように動作する。検出した過電流信号をラッチ部に通知し、ラッチ部は、過電流信号を制御部に出力保持し、制御部のスイッチング素子への制御を遮断し、供給電流を遮断する。制御部は、電源を遮断し、電圧検知部が電源の電圧を検知して、制御部による電源遮断が確認できればラッチ部のラッチ動作を解除する。

一方、例えば、特許文献２には、ホール素子を備えた電流検出装置が開示されている。この電流検出装置は、ホール素子を使用して電流を高感度に検出するための装置である。また、特許文献３にも、ホール素子を備え、車載用に適した電流検出装置が開示されている。この電流検出装置は、小型化が可能で、電流バーの取り付け工程を省略すると共に、製造工程が簡略化され、低コスト化を図ったものである。

特開２０００−２３３４５号公報 （図１） 特開２００３−４７７４号公報 （図１） 特開２００３−１６７００９号公報 （図１）

携帯電話機等の携帯通信端末装置の電源供給回路には、バッテリなどが用いられ、電力増幅器などを含む回路に電源を供給している。この電源供給回路は、数Ｖ程度と電源電圧が低く、供給電流が数百ｍＡ程度である。また、製造工程の試験での場合と実使用の場合とで装置内の電源供給回路の供給電流が変動することがある。さらに、実使用の場合であっても、バッテリの充電状況、周囲の温度、待機状態か通話状態か等の種々の使用状況に応じて、供給電流が変動する。したがって、携帯通信端末装置に搭載されている電源供給回路に対する過電流保護回路には、状況に応じたきめ細やかな設定条件を備えるものが必要である。

しかしながら、従来の知られた過電流保護回路は、例えば特許文献１に示すような、いわば強電に関係する機器において使われることが多く、携帯通信端末装置に必要とされるような小電力を扱うものとはなっていない。また、状況に応じたきめ細やかな設定が可能となるような構成とはなっていない。

一方、携帯通信端末装置に搭載されている電源供給回路は、電源電圧が低く、また、バッテリ動作ではバッテリの使用時間が制約されるために、過電流を検知する検知回路における電圧降下や電力消費が極めて少なく、しかも応答が鋭敏であることが望まれる。したがって、従来の強電系で既知の過電流保護回路では不都合である。

なお、特許文献２および特許文献３には、電流を検知するためのホール素子が開示されているが、これらのホール素子は、いわば強電に関係する機器に用いることを目的としており、携帯通信端末装置における過電流検知には不適当である。

したがって、従来の技術では、携帯通信端末装置に適するような過電流保護回路を実現することが困難であった。

本発明の目的は、携帯通信端末装置に搭載されている電源供給部から供給される電源電流を制御する過電流保護回路において、電圧降下が極めて少なく、使用状況に応じてきめ細やかな設定条件が可能な過電流保護回路とその過電流保護回路を備える携帯通信端末装置を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明に係る過電流保護回路は、第１の視点によれば、小電力を消費する所定の回路に電源を供給する電源供給部と、電源供給部から回路に供給される電流により生ずる磁束密度を磁気感応式に検出して電流値に対応する信号を出力する電流検出部と、信号の値と所定の閾値とを比較する比較部を備える。さらに、比較の結果に応じて、電源供給部から回路に供給される電流量を制限するように電源供給部を制御する制御部を備える。

本発明において、好ましくは、電流検出部は、電源供給部から回路に供給される電流が流れるプリント基板上のプリントパターンに近接して配置されたホール素子を含んでもよい。

また、好ましくは、ホール素子は、プリント基板上において、プリントパターンの少なくとも一方の側に、プリントパターンと非接触で、且つ接近して並設されるよう構成してもよい。

さらに、好ましくは、電流検出部は、電流値にローパスフィルタを介して信号を出力するよう構成してもよい。

また、好ましくは、制御部は、比較の結果が所定の時間以上、同一の結果を継続した場合に電源供給部を制御するようにしてもよい。

さらに、好ましくは、制御部は、比較の結果、信号の値が閾値を上回っている場合に、電流量を制限するように電源供給回路を制御するようにしてもよい。

また、好ましくは、制御部は、電流量が制限されたならば、解除手段からの指示入力がない限り、電流量の制限を継続するように電源供給部を制御し続けるようにしてもよい。

さらに、好ましくは、制御部が電流量を制限するように電源供給部を制御している場合に、閾値を変更するようにしてもよい。

また、好ましくは、電流量の制限は、電流の遮断であってもよい。

さらに、好ましくは、閾値は、閾値設定手段により設定変更される値であってもよい。

また、好ましくは、設定変更される値は、所定の回路に供給される電流値に対応する信号の基準値に、所定のオフセット値を加える値であるようにしてもよい。

さらに、好ましくは、設定変更される値は、所定の回路に供給される電流値に対応する信号の基準値に対し、所定の回路が実装される装置内の温度変化に基づく補正を施した値であってもよい。

また、好ましくは、設定変更される値は、所定の回路に供給される電流値に対応する信号の基準値に対し、所定の回路が実装される装置の検査保守時における電流値の変動分に基づく補正を施した値であってもよい。

さらに、好ましくは、電源供給部は、バッテリを含んでもよい。

また、好ましくは、所定の回路は、電力増幅回路を含んでもよい。

さらに、好ましくは、携帯通信端末装置は、過電流保護回路を備える構成とされる。

本発明によれば、電圧降下が極めて少なく、鋭敏な応答を示すと共に、携帯通信端末装置の使用状況に応じてきめ細やかな設定条件が可能となる、携帯通信端末装置に好適な過電流保護回路が構成される。特に本発明によれば、プリント配線基板に並設配置される過電流保護回路が実現される。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態に係る過電流保護回路のブロック図である。図１において、過電流保護回路は、電源供給部１０、電流検出部１１、比較部１３、制御部１４を備える。電源供給部１０は、電源電流１５を電流検出部１１を介して電力増幅器１２に供給する。電流検出部１１は、電源電流１５の電流値を検出し、電流値に対応する信号を比較部１３に出力する。比較部１３は、電流検出部１１から入力される信号の値と所定の閾値とを比較する。制御部１４は、比較部１３の出力する比較の結果に応じて、電源供給部１０から電力増幅器１２に供給される電流量を制限するように電源供給部１０を制御する。

ここで、電流検出部１１は、電源電流１５の電流値を無接触で検知するものが望ましい。また、電力増幅器１２は、電源供給部１０からの電源電流１５が供給される小電力（数Ｗ以下）を消費する回路であって、電力増幅器で無くともよく、また他の回路を含んでいてもよい。

過電流保護回路は、以上のように構成され、電源供給部１０から供給される電源電流の値に対応する信号と所定の閾値とを比較し、比較の結果に応じて、電源電流を制限するように電源供給部１０を制御することで、電源電流における過電流の発生を防止するように動作する。

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図２は、本発明の実施例に係る過電流保護回路のブロック図である。電源供給部１０は、電源回路２０と電流制限回路２１とからなる。電源回路２０は、バッテリあるいは直流安定化電源により構成され、数Ｖ、例えば２〜５Ｖ程度の電圧を供給する。電流制限回路２１は、制御部１４からの制御信号によって電源回路２０から出力される電源電流１５を制限する回路であり、電源電流１５をオンするか、オフするか、あるいは制限された電流を流すか、のいずれかに設定する。なお、電源電流１５は、最大で、例えば数百ｍＡから数Ａ程度である。

電流検出部１１は、ホール素子２２、増幅回路２３、ローパスフィルタ２４から構成される。電源電流１５は、プリント基板上のプリントパターン３０を通り、電力増幅器１２に流れる。ホール素子２２は、プリントパターン３０に近接して配置され、電源電流１５により発生する磁界を検出して、磁界の大きさに応じた電圧を出力する。

この様子を詳細に説明する。図３は、ホール素子の回路配置を説明する図である。図３において、電流制限回路２１から供給される電源電流１５は、プリント基板３２に設けられたプリントパターン３０を通って電力増幅器１２に流れる。電源電流１５によって磁界３１が発生し、磁界３１の磁束量は、電源電流１５の値に比例する。

一方、ホール素子２２は、プリント基板３２上において、プリントパターン３０の一方の側に、プリントパターン３０と非接触で、且つ接近して配設され、プリントパターン３０に流れる電源電流１５により生成される磁界３１に鋭敏に感応するように並設されている。磁界３１がホール素子２２を通過することで、ホール素子２２には、磁界３１の磁束量に比例する電圧が発生する。したがって、電源電流１５の値に比例する電圧値が、ホール素子２２から出力されることとなる。なお、ホール素子２２をプリントパターン３０の一方の側に配設することで十分であるが、必要に応じて反対側にも配設することができる。

ホール素子２２から出力される電圧は、増幅回路２３で増幅され、ローパスフィルタ２４に入力される。ローパスフィルタ２４は、不要な外乱ノイズなどによって過電流保護回路が誤動作しないように、増幅回路２３から出力される信号に含まれるノイズ分を除去する。

この様子を詳細に説明する。図４は、ローパスフィルタによるノイズ分の除去を説明する図である。ローパスフィルタ２４に入力される電圧は、Ｐのように変動するものとする。例えば、Ａ点およびＢ点では、ノイズによって、後に説明する閾値を越えている。本来は、Ｃ点において閾値を越え、過電流制限の動作がなされるべきであるが、Ａ点およびＢ点でも、閾値を越えて過電流制限が動作してしまうこととなる。これに対し、Ｐの電圧の信号をローパスフィルタ２４を介して出力した信号は、Ｑに示す信号となり、Ａ点およびＢ点では、ノイズ分が除去される。したがって、Ａ点およびＢ点で、閾値を越えて過電流制限が動作してしまうことがなくなり、Ｃ点において閾値を越え、過電流制限の動作がなされる。また、電源投入時の過渡的な過電流の検出をローパスフィルタ２４により防ぐこともできる。

一方、比較部１３は、比較回路２５、閾値変更回路２６、閾値設定手段２７を備える。ローパスフィルタ２４の出力は、比較回路２５の入力の一方に入力され、他方には閾値変更回路２６の出力が入力される。比較回路２５は、ローパスフィルタ２４の出力と閾値変更回路２６の出力とを比較して、比較の結果の信号を保持回路２８に出力する。

閾値設定手段２７は、閾値を設定するためのもので、例えばスイッチ、あるいは不図示の他の回路により閾値を設定する。閾値の設定方法は、基準値、例えば電力増幅器１２が最大のパワーを出力する時の電源電流１５の電流値に対応する値に所定のオフセット値を加える値とする方法がある。

オフセット値の例として、過電流検出の閾値と正常動作時の最大電流との差、すなわち、装置を正常に使用した場合に過電流検出とならないためのマージンを一定に取り、装置の個別のばらつきを吸収して最適な閾値を設定する。

また、他のオフセット値の例として、電力増幅器１２等が実装される装置内の温度変化に基づく補正がある。通常、温度が上昇すると抵抗値は増加するので、温度上昇の程度に応じて、閾値を小さくする、すなわちオフセット値を負にする。

さらに、他のオフセット値の例として、過電流保護回路および電力増幅器１２等が実装される装置の保守検査等を生産ライン等で行う際に、保守検査等で発生する電源電流の変動分により過電流検出とならないように補正を行う。

以上説明したように、閾値設定手段２７において設定された閾値が閾値変更回路２６に入力される。装置が過電流状態に無い通常の動作を行っている場合、閾値変更回路２６は、設定された閾値をそのまま比較回路２５に出力する。一方、過電流保護が行われて保持回路２８から閾値変更指令が送られる場合には、閾値変更回路２６は、比較回路２５に出力する閾値を変更する。

一方、制御部１４は、保持回路２８と解除手段２９からなる。保持回路２８は、比較回路２５が出力する比較結果を制御信号として、電流制限回路２１に出力する。すなわち、電源電流１５の値が、閾値に相当する値を超えたならば電流制限回路２１によって電源回路２０から出力される電源電流１５を制限する（オフする、あるいは制限された電流を流す）。

この様子を図で説明する。図５は、電源供給部から電力増幅器に供給される電圧電流特性をを示す図である。通常の動作では、電力増幅器１２がＫ０点で動作しているものとする。図５（ａ）は、何らかの要因で電源電流がＫ１に示すように増加し、閾値１に達すると電流制限回路２１が動作してＫ２に示すように移動することを示す。すなわち、比較回路２５は、電源電流１５が閾値１を超えたことを示す比較結果を保持回路２８に出力し、電流制限回路２１は、保持回路２８が出力する比較結果に基づいて電源電流１５を制限するように動作する。電源電流１５が制限されることで電力増幅器１２への供給電圧が低下する。

その後、電流制限回路２１が動作したことで、Ｋ３方向に移動しようとする。しかし、電源電流が閾値１を下回ると、比較回路２５は、下回った旨の比較結果を保持回路２８に出力する。電流制限回路２１は、保持回路２８が出力する比較結果に基づいて電源電流１５の電流制限を止め、Ｋ２の逆方向に移動することとなる。ここで過電流の生じた要因に変化が無いとすると、閾値１においてＫ２方向とＫ２の逆方向との移動を繰り返す発振現象が生じる虞がある。

この発振現象を防止する一方法は、図５（ｂ）に示すように、Ｋ２方向に移動した場合に閾値を閾値１から閾値２に変更し、電源電流１５が閾値２を下回らない限り、保持回路２８が出力する比較結果を保持するように動作させることである。いわゆるヒステリシスを設け、Ｋ２方向に移動後は、Ｋ３方向に移動させ、閾値２を下回った場合に、Ｋ４方向に移動させて、通常の動作に復帰させるものである。

保持回路２８が出力する比較結果を保持するように動作させるには、保持回路２８の出力に基づいて閾値を変更するように構成する。すなわち、比較回路２５が、電源電流１５が閾値１を上回ったことを示す比較結果を保持回路２８に出力した場合に、保持回路２８は、この比較結果を電流制限回路２１に出力すると共に、閾値変更指令を閾値変更回路２６に出力する。閾値変更回路２６は、閾値変更指令に従い、閾値を閾値１から閾値２に変更する。これによって、電力増幅器１２において示される電圧電流特性は、ヒステリシス特性を持ち、閾値１あるいは閾値２において発振現象を生じることがなくなる。

発振現象を防止する他の方法は、図５（ｃ）に示すように、何らかの要因で電源電流がＪ１に示すように増加し、閾値１に達すると電流制限回路２１が動作して電源電流１５を遮断（オフ）する方法である。すなわち、Ｊ２に示すように電圧電流特性の原点Ｏに移動させる方法である。この場合、比較回路２５が出力する、電源電流１５が閾値１を超えたことを示す比較結果を保持回路２８で保持し、電源電流１５が閾値１を下回っても、電流制限回路２１の遮断状態を継続できるようにする。なお、保持回路２８の保持状態は、例えばスイッチ、あるいは不図示の他の回路により実現される解除手段２９によって解除される。この方法では、電流制限回路２１の遮断状態を継続し、電源回路２０からの供給電流が遮断され続けるので、バッテリ等の消耗を押さえることができる。

以上の説明のように、保持回路２８は、比較回路２５が出力する比較結果を電流制限回路２１に出力すると共に保持している。さらに、比較結果が所定の時間以上、同一の結果を継続した場合に、比較結果を出力し、あるいは保持するように保持回路２８あるいは比較回路２５を構成してもよい。このように構成することで、ノイズなどの影響あるいは電源投入時などによって、比較回路２５が短時間出力する比較結果によって生じる無用な電流制限回路２１の動作を防止することができる。

以上説明したように本発明の過電流保護回路は、ホール素子を用いて電源電流を検知するので、電源電圧の電圧降下が極めて少ない。また、携帯通信端末装置の使用状況に応じた閾値を設定することができ、さらに、電源電流の遮断状態を保持するようにもできるので、きめ細やかな過電流保護の設定が可能となる。

使用状況に応じてきめ細やかな設定条件が可能な過電流保護回路を備える携帯通信端末装置が提供される。

本発明の実施形態に係る過電流保護回路のブロック図である。 本発明の実施例に係る過電流保護回路のブロック図である。 ホール素子の回路配置を説明する図である。 ローパスフィルタによるノイズ分の除去を説明する図である。 電源供給部から電力増幅器に供給される電圧電流特性をを示す図である。

符号の説明

１０ 電源供給部
１１ 電流検出部
１２ 電力増幅器
１３ 比較部
１４ 制御部
１５ 電源電流
２０ 電源回路
２１ 電流制限回路
２２ ホール素子
２３ 増幅回路
２４ ローパスフィルタ
２５ 比較回路
２６ 閾値変更回路
２７ 閾値設定手段
２８ 保持回路
２９ 解除手段
３０ プリントパターン
３１ 磁界
３２ プリント基板

Claims (16)

1. 小電力を消費する所定の回路に電源を供給する電源供給部と、
   前記電源供給部から前記回路に供給される電流により生ずる磁束密度を磁気感応式に検出して電流値に対応する信号を出力する電流検出部と、
   前記信号の値と所定の閾値とを比較する比較部と、
   前記比較の結果に応じて、前記電源供給部から前記回路に供給される電流量を制限するように前記電源供給部を制御する制御部と、
   を備えることを特徴とする過電流保護回路。
2. 前記電流検出部は、前記電源供給部から前記回路に供給される電流が流れるプリント基板上のプリントパターンに近接して配置されたホール素子を含むことを特徴とする請求項１記載の過電流保護回路。
3. 前記ホール素子は、前記プリント基板上において、前記プリントパターンの少なくとも一方の側に、前記プリントパターンと非接触で、且つ接近して並設されることを特徴とする請求項２記載の過電流保護回路。
4. 前記電流検出部は、前記電流値にローパスフィルタを介して前記信号を出力することを特徴とする請求項１記載の過電流保護回路。
5. 前記制御部は、前記比較の結果が所定の時間以上、同一の結果を継続した場合に、前記電源供給部を制御することを特徴とする請求項１記載の過電流保護回路。
6. 前記制御部は、前記比較の結果、前記信号の値が前記閾値を上回っている場合に、前記電流量を制限するように前記電源供給回路を制御することを特徴とする請求項１記載の過電流保護回路。
7. 前記制御部は、前記電流量が制限されたならば、解除手段からの指示入力がない限り、前記電流量の制限を継続するように前記電源供給部を制御し続けることを特徴とする請求項１または６のいずれか一記載の過電流保護回路。
8. 前記制御部が前記電流量を制限するように前記電源供給部を制御している場合に、前記閾値を変更することを特徴とする請求項１、６または７のいずれか一記載の過電流保護回路。
9. 前記電流量の制限は、電流の遮断であることを特徴とする請求項１、６、７または８のいずれか一記載の過電流保護回路。
10. 前記閾値は、閾値設定手段により設定変更される値であることを特徴とする請求項１、６または８のいずれか一記載の過電流保護回路。
11. 前記設定変更される値は、前記回路に供給される電流値に対応する信号の基準値に、所定のオフセット値を加える値であることを特徴とする請求項１０記載の過電流保護回路。
12. 前記設定変更される値は、前記回路に供給される電流値に対応する信号の基準値に対し、前記回路が実装される装置内の温度変化に基づく補正を施した値であることを特徴とする請求項１０記載の過電流保護回路。
13. 前記設定変更される値は、前記回路に供給される電流値に対応する信号の基準値に対し、前記回路が実装される装置の検査保守時における電流値の変動分に基づく補正を施した値であることを特徴とする請求項１０記載の過電流保護回路。
14. 前記電源供給部は、バッテリを含むことを特徴とする請求項１記載の過電流保護回路。
15. 前記所定の回路は、電力増幅回路を含むことを特徴とする請求項１記載の過電流保護回路。
16. 請求項１〜１５のいずれか一記載の過電流保護回路を備えることを特徴とする携帯通信端末装置。
    

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