JP2006271039A - 突入電流保護装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電流制限抵抗で突入電流の影響を小さくでき、電流制限抵抗による損失が無く、誤って直流電源を逆接続しても、影響が無い突入電流保護装置の提供。
【解決手段】 直流電源Ｂ１への逆流を阻止する第１逆流阻止回路１と、直流電源Ｂ１により充電されるコンデンサＣ１の端子電圧に関連する電圧及び所定電圧の比較結果が、関連する電圧の方が高い場合にオンになり、直流電源Ｂ１から電気機器への給電を可能にするスイッチ回路ｒｙ１とを備え、突入電流から電気機器を保護するように構成してある突入電流保護装置。直流電源Ｂ１への逆流を阻止する第２逆流阻止回路２と、第２逆流阻止回路２と直列に接続され、直流電源Ｂ１からの突入電流を制限する電流制限回路５とを備え、スイッチ回路ｒｙ１は、第２逆流阻止回路２及び電流制限回路５と並列に接続され、コンデンサＣ１は第２逆流阻止回路２及び電流制限回路５を通じて充電される構成である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、逆流阻止回路が、直流電源及び定電圧回路間に接続され、直流電源への逆流を阻止し、比較回路が、直流電源により充電されるコンデンサの端子電圧に関連する電圧、及び定電圧回路が出力した電圧に基づく所定電圧を比較し、その比較結果が、端子電圧に関連する電圧の方が高い場合に、スイッチ回路がオンになり、直流電源から電気機器への給電を可能にして、突入電流から電気機器を保護する突入電流保護装置に関するものである。

図５は、従来の突入電流保護装置の構成例を示す回路図である。
この突入電流保護装置は、直流電源の＋端子が接続されるべき入力端子に、ダイオードＤ１のアノードが接続され、カソードは抵抗Ｒ１の一方の端子に接続されている。抵抗Ｒ１の他方の端子は、電解コンデンサＣ１の陽極、及び電気機器に接続されるべき＋の出力端子に接続され、電解コンデンサＣ１の陰極は、−の入力端子、−の出力端子及び接地端子に接続されている。
このような構成の突入電流保護装置では、直流電源が入力端子に接続されたとき、突入電流を含む入力電流は、抵抗Ｒ１で抑制され、ダイオードＤ１で逆流が阻止されると共に、電解コンデンサＣ１に逃がされ、突入電流の出力端子への影響は小さい。

図６は、従来の突入電流保護装置の他の構成例を示す回路図である。
この突入電流保護装置は、直流電源の＋端子が接続されるべき入力端子に、ダイオードＤ１のアノードが接続され、カソードは抵抗Ｒ２の一方の端子に接続されている。抵抗Ｒ２の他方の端子は、ツェナーダイオードＤ３のカソード、及び抵抗Ｒ３の一方の端子に接続され、ツェナーダイオードＤ３のアノードは接地され、抵抗Ｒ３の他方の端子は、オペアンプＩＣ１の非反転入力端子、及び抵抗Ｒ４，Ｒ７の各一方の端子に接続されている。

抵抗Ｒ４の他方の端子は接地され、抵抗Ｒ７の他方の端子は、抵抗Ｒ６の一方の端子に接続され、抵抗Ｒ６の他方の端子は接地されている。抵抗Ｒ７の他方の端子、及び抵抗Ｒ６の一方の端子は、また、オペアンプＩＣ１の反転入力端子、及び抵抗Ｒ５の一方の端子に接続され、抵抗Ｒ５の他方の端子は、電解コンデンサＣ１の陽極端子、抵抗Ｒ１の一方の端子、及び電気機器に接続されるべき＋の出力端子に接続されている。
電解コンデンサＣ１の陰極端子は、−の入力端子、−の出力端子及び接地端子に接続されている。

抵抗Ｒ１の他方の端子は、リレーＲＹ１の接点ｒｙ１の一方の端子に接続され、リレー接点ｒｙ１の他方の端子は、＋の入力端子に接続されている。
オペアンプＩＣ１の出力端子は、抵抗Ｒ８を通じて、ＮＰＮ型トランジスタＱ１のベースに接続され、トランジスタＱ１のエミッタは接地され、コレクタは、リレーＲＹ１の一方の端子に接続され、リレーＲＹ１の他方の端子は、ダイオードＤ１のカソードに接続されている。

このような構成の突入電流保護装置では、直流電源が入力端子に接続されたとき、突入電流を含む入力電流は、抵抗Ｒ１で抑制されながら、リレー接点ｒｙ１、抵抗Ｒ１を通じて、電解コンデンサＣ１に充電され、また、ダイオードＤ１で逆流が阻止される。
一方、抵抗Ｒ４，Ｒ３により分圧されたツェナーダイオードＤ３のツェナー電圧が、オペアンプＩＣ１の非反転入力端子に入力され、反転入力端子に電解コンデンサＣ１の陽極端子の電圧が抵抗Ｒ５を通じて入力される。

オペアンプＩＣ１の反転入力端子の入力電圧が、非反転入力端子の入力電圧より低い場合、トランジスタＱ１がオンになり、リレーＲＹ１が作動して、リレー接点ｒｙ１がオンになり、＋の入力端子に印加された直流電源は、リレー接点ｒｙ１、抵抗Ｒ１を通じて、
電解コンデンサＣ１に充電される。
直流電源が接続されている入力端子電圧＋がより高くなった場合は、オペアンプＩＣ１の反転入力端子の入力電圧が、非反転入力端子の入力電圧より高くなり、トランジスタＱ１がオフになり、リレー接点ｒｙ１がオフになって、出力側に接続された回路への電流供給を停止する。
特開平１０−２８０９８０号公報 特開平８−２１４４５３号公報

図５，６に示す突入電流保護装置では、上述したように、直流電源が入力端子に接続された際の突入電流の出力端子への影響は、電流を制限する抵抗Ｒ１で小さくできるが、通常の使用状態では、出力端子から出力されている電流が、抵抗Ｒ１にも流れ続けており、それによる損失が大きいという問題がある。
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、電流制限抵抗で突入電流の影響を小さくでき、通常の使用状態で、電流制限抵抗による損失が生じず、誤って直流電源を逆接続した場合でも、問題が生じない突入電流保護装置を提供することを目的とする。

本発明に係る突入電流保護装置は、直流電源により定電圧を出力する定電圧回路と、該直流電源及び定電圧回路間に接続され、該直流電源への逆流を阻止する第１逆流阻止回路と、前記直流電源により充電されるコンデンサと、該コンデンサの端子電圧に関連する電圧、及び前記定電圧回路が出力した電圧に基づく所定電圧を比較する比較回路と、該比較回路の比較結果が、前記関連する電圧の方が高い場合にオンになり、前記直流電源から電気機器への給電を可能にするスイッチ回路とを備え、突入電流から電気機器を保護するように構成してある突入電流保護装置において、前記直流電源への逆流を阻止する第２逆流阻止回路と、該第２逆流阻止回路と直列に接続され、前記直流電源からの突入電流を制限する電流制限回路とを備え、前記スイッチ回路は、前記第２逆流阻止回路及び電流制限回路と並列に接続され、前記コンデンサは、前記第２逆流阻止回路及び電流制限回路を通じて充電されるように構成されていることを特徴とする。

この突入電流保護装置では、定電圧回路が、直流電源により定電圧を出力し、第１逆流阻止回路が、直流電源及び定電圧回路間に接続され、直流電源への逆流を阻止する。コンデンサが、直流電源により充電され、比較回路が、コンデンサの端子電圧に関連する電圧、及び定電圧回路が出力した電圧に基づく所定電圧を比較する。比較回路の比較結果が、端子電圧に関連する電圧の方が高い場合に、スイッチ回路がオンになり、直流電源から電気機器への給電を可能にし、突入電流からこの回路に含まれない電圧供給源の回路及びヒューズを保護する。第２逆流阻止回路が、直流電源への逆流を阻止し、電流制限回路が、第２逆流阻止回路と直列に接続され、直流電源からの突入電流を制限する。スイッチ回路は、第２逆流阻止回路及び電流制限回路と並列に接続され、コンデンサは、第２逆流阻止回路及び電流制限回路を通じて充電される。

本発明に係る突入電流保護装置は、前記スイッチ回路は、入力端子が前記第１逆流阻止回路及び定電圧回路間に接続してあることを特徴とする。

本発明に係る突入電流保護装置によれば、電流制限抵抗で突入電流の影響を小さくでき、通常の使用状態で、電流制限抵抗による損失が生じず、誤って直流電源を逆接続した場合でも、不具合が生じない突入電流保護装置を実現することができる。

以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明に係る突入電流保護装置の実施の形態１の構成を示すブロック図である。
この突入電流保護装置は、バッテリ（直流電源）Ｂ１の＋端子が接続されるべき＋の入力端子に、逆接続保護回路（逆流阻止回路）１，２の各入力端子、及びリレーＲＹ１の接点ｒｙ１の一方の端子が接続されている。逆接続保護回路１の出力端子は、基準電圧回路（定電圧回路）３の入力端子に接続され、基準電圧回路３の出力端子は、電圧検出部（比較回路）６の一方の入力端子に接続されている。

逆接続保護回路２の出力端子は、電流制限回路５の入力端子に接続され、電流制限回路５の出力端子は、リレー接点ｒｙ１の他方の端子、電解コンデンサＣ１の陽極端子、及び突入電流保護装置の＋の出力端子に接続されている。電解コンデンサＣ１の陰極端子は、接地されると共に、バッテリＢ１の−端子が接続されるべき−の入力端子、及び−の出力端子に接続されている。
電解コンデンサＣ１の陽極端子は、電圧検出部６の他方の入力端子に接続され、電圧検出部６の出力は、リレードライバ４に与えられ、リレードライバ４は、リレーＲＹ１を駆動させる。

このような構成の突入電流保護装置では、バッテリＢ１が入力端子に接続され、図３（ａ）に示すような電圧が入力端子に印加されると、突入電流を含む入力電流は、逆接続保護回路２及び電流制限回路５を通じて、図３（ｂ）に示すように、電流制限回路５で抑制されながら、電解コンデンサＣ１に充電される。また、逆接続保護回路２で逆流が阻止される。一方、リレー接点ｒｙ１はオフであり、逆接続保護回路１を通じて基準電圧回路３に与えられた入力電圧は、基準電圧（所定電圧）に変換され、電圧検出部６に与えられる。

電解コンデンサＣ１が充電され、図３（ｂ）に示すような電解コンデンサＣ１の陽極端子の電圧（＝出力端子の電圧）が基準電圧より高くなると、電圧検出部６は、図３（ｃ）に示すような信号を出力して、リレードライバ４を作動させ、リレーＲＹ１を駆動させる。これにより、リレー接点ｒｙ１がオンになり、＋の入力端子に印加されたバッテリＢ１の電圧が、＋の出力端子から直接出力される状態になる。以後、電解コンデンサＣ１の陽極端子の電圧は基準電圧より高く維持され、バッテリＢ１と入力端子とが切り離される迄、リレー接点ｒｙ１はオン状態を維持する。

以上により、バッテリＢ１が入力端子に接続された際の突入電流の出力端子への影響は小さくなり、また、リレー接点ｒｙ１がオンの状態では、逆接続保護回路２及び電流制限回路５がバイパスされるので、電流制限回路５による抵抗損失が生じない。
また、誤って＋−を逆にしてバッテリＢ１を接続した場合、逆接続保護回路１，２により電流の逆流が阻止されるので、突入電流保護装置及び突入電流保護装置を内蔵する電気機器には、電流は流れず、バッテリＢ１及び入力端子間に接続されている図示しないヒューズが飛ぶことはない。

（実施の形態２）
図２は、本発明に係る突入電流保護装置の実施の形態２の構成を示す回路図である。
この突入電流保護装置は、直流電源の＋端子が接続されるべき＋の入力端子に、ダイオードＤ１，２（第１逆流阻止回路、第２逆流阻止回路）の各アノード、及びリレーＲＹ１の接点ｒｙ１（スイッチ回路）の一方の端子が接続され、ダイオードＤ１のカソードは、抵抗Ｒ２の一方の端子に接続されている。抵抗Ｒ２の他方の端子は、ツェナーダイオード（定電圧回路）Ｄ３のカソード、及び抵抗Ｒ３の一方の端子に接続され、ツェナーダイオードＤ３のアノードは接地され、抵抗Ｒ３の他方の端子は、オペアンプ（比較回路）ＩＣ１の反転入力端子、及び抵抗Ｒ４，Ｒ７の各一方の端子に接続されている。

抵抗Ｒ４の他方の端子は接地され、抵抗Ｒ７の他方の端子は、抵抗Ｒ６の一方の端子に接続され、抵抗Ｒ６の他方の端子は接地されている。抵抗Ｒ７の他方の端子、及び抵抗Ｒ６の一方の端子は、また、オペアンプＩＣ１の非反転入力端子、及び抵抗Ｒ５の一方の端子に接続され、抵抗Ｒ５の他方の端子は、電解コンデンサＣ１の陽極端子、抵抗（電流制限回路）Ｒ１の一方の端子、及び＋の出力端子に接続されている。抵抗Ｒ１の一方の端子は、また、リレー接点ｒｙ１の他方の端子に接続され、抵抗Ｒ１の他方の端子は、ダイオードＤ２のカソードに接続されている。

電解コンデンサＣ１の陰極端子は、−の入力端子、−の出力端子及び接地端子に接続されている。
オペアンプＩＣ１の出力端子は、抵抗Ｒ８を通じて、ＮＰＮ型トランジスタＱ１のベースに接続され、トランジスタＱ１のエミッタは接地され、コレクタは、リレーＲＹ１の一方の端子に接続され、リレーＲＹ１の他方の端子は、ダイオードＤ１のカソードに接続されている。

このような構成の突入電流保護装置では、直流電源が入力端子に接続され、図３（ａ）に示すような電圧が入力端子に印加されると、突入電流を含む入力電流は、ダイオードＤ２及び抵抗Ｒ１を通じて、図３（ｂ）に示すように、抵抗Ｒ１で抑制されながら、電解コンデンサＣ１に充電される。また、ダイオードＤ２で逆流が阻止される。一方、リレー接点ｒｙ１はオフであり、ダイオードＤ１を通じてツェナーダイオードＤ３に印加された入力電圧は、ツェナー電圧（所定電圧）に変換され、ツェナー電圧は、抵抗Ｒ３，Ｒ４で分圧されて、オペアンプＩＣ１の反転入力端子に与えられる。

電解コンデンサＣ１が充電され、図３（ｂ）に示すような電解コンデンサＣ１の陽極端子の電圧に関連し、オペアンプＩＣ１の非反転入力端子に与えられる電圧が、反転入力端子に与えられる電圧より高くなると、オペアンプＩＣ１は、図３（ｃ）に示すような信号を出力して、トランジスタＱ１をオンにし、リレーＲＹ１を駆動させる。これにより、リレー接点ｒｙ１がオンになり、＋の入力端子に印加された直流電源の電圧が、＋の出力端子から直接出力される状態になる。以後、オペアンプＩＣ１の非反転入力端子に与えられる電圧は、反転入力端子に与えられる電圧より高く維持され、直流電源と入力端子とが切り離される迄、リレー接点ｒｙ１はオン状態を維持する。

以上により、直流電源が入力端子に接続された際の突入電流は抵抗Ｒ１により抑制され、また、リレー接点ｒｙ１がオンの状態では、ダイオードＤ２及び抵抗Ｒ１がバイパスされるので、抵抗Ｒ１による抵抗損失が生じない。
また、誤って＋−を逆にして直流電源を接続した場合、ダイオードＤ１，Ｄ２により電流の逆流が阻止されるので、突入電流保護装置及び突入電流保護装置を内蔵する電気機器には、電流は流れず、直流電源及び入力端子間に接続されている図示しないヒューズが飛ぶことはない。

（実施の形態３）
図４は、本発明に係る突入電流保護装置の実施の形態３の構成を示す回路図である。
この突入電流保護装置は、直流電源の＋端子が接続されるべき＋の入力端子に、ダイオードＤ１，２（第１逆流阻止回路、第２逆流阻止回路）の各アノードが接続され、ダイオードＤ１のカソードは、シリコン制御整流素子（スイッチ回路）ＳＣＲのアノード、及び抵抗Ｒ２の一方の端子に接続されている。抵抗Ｒ２の他方の端子は、ツェナーダイオード（定電圧回路）Ｄ３のカソード、及び抵抗Ｒ３の一方の端子に接続され、ツェナーダイオードＤ３のアノードは接地され、抵抗Ｒ３の他方の端子は、オペアンプ（比較回路）ＩＣ１の反転入力端子、及び抵抗Ｒ４，Ｒ７の各一方の端子に接続されている。

抵抗Ｒ４の他方の端子は接地され、抵抗Ｒ７の他方の端子は、抵抗Ｒ６の一方の端子に接続され、抵抗Ｒ６の他方の端子は接地されている。抵抗Ｒ７の他方の端子、及び抵抗Ｒ６の一方の端子は、また、オペアンプＩＣ１の非反転入力端子、及び抵抗Ｒ５の一方の端子に接続され、抵抗Ｒ５の他方の端子は、電解コンデンサＣ１の陽極端子、抵抗（電流制限回路）Ｒ１の一方の端子、及び＋の出力端子に接続されている。抵抗Ｒ１の一方の端子は、また、シリコン制御整流素子ＳＣＲのカソード、及び抵抗Ｒ１０を通じてシリコン制御整流素子ＳＣＲのゲートに接続され、抵抗Ｒ１の他方の端子は、ダイオードＤ２のカソードに接続されている。

電解コンデンサＣ１の陰極端子は、−の入力端子、−の出力端子及び接地端子に接続されている。
オペアンプＩＣ１の出力端子は、抵抗Ｒ８を通じて、ＮＰＮ型トランジスタＱ１のベースに接続され、トランジスタＱ１のエミッタは接地され、コレクタは、抵抗Ｒ１１を通じて、ＰＮＰ型トランジスタＱ２のベースに接続されている。トランジスタＱ２のエミッタは、陰極が接地されたバッテリＢ２の陽極に接続され、コレクタは、抵抗Ｒ９を通じて、シリコン制御整流素子ＳＣＲのゲートに接続され、エミッタ及びコレクタ間には、抵抗Ｒ１２が接続されている。

このような構成の突入電流保護装置では、直流電源が入力端子に接続され、図３（ａ）に示すような電圧が入力端子に印加されると、突入電流を含む入力電流は、ダイオードＤ２及び抵抗Ｒ１を通じて、図３（ｂ）に示すように、抵抗Ｒ１で抑制されながら、電解コンデンサＣ１に充電される。また、ダイオードＤ２で逆流が阻止される。一方、シリコン制御整流素子ＳＣＲはオフであり、ダイオードＤ１を通じてツェナーダイオードＤ３に印加された入力電圧は、ツェナー電圧（所定電圧）に変換され、ツェナー電圧は、抵抗Ｒ３，Ｒ４で分圧されて、オペアンプＩＣ１の反転入力端子に与えられる。

電解コンデンサＣ１が充電され、図３（ｂ）に示すような電解コンデンサＣ１の陽極端子の電圧に関連し、オペアンプＩＣ１の非反転入力端子に与えられる電圧が、反転入力端子に与えられる電圧より高くなると、オペアンプＩＣ１は、図３（ｃ）に示すような信号を出力して、トランジスタＱ１をオンにし、トランジスタＱ２をオンにする。これにより、シリコン制御整流素子ＳＣＲがオンになり、＋の入力端子に印加された直流電源の電圧が、ダイオードＤ１及びシリコン制御整流素子ＳＣＲを通じて、＋の出力端子から直接出力される状態になる。以後、オペアンプＩＣ１の非反転入力端子に与えられる電圧は、反転入力端子に与えられる電圧より高く維持され、直流電源と入力端子とが切り離される迄、リレー接点ｒｙ１はオン状態を維持する。

以上により、直流電源が入力端子に接続された際の突入電流は抵抗Ｒ１により抑制され、また、シリコン制御整流素子ＳＣＲがオンの状態では、ダイオードＤ２及び抵抗Ｒ１がバイパスされるので、抵抗Ｒ１による抵抗損失が生じない。尚、ダイオードＤ１及びシリコン制御整流素子ＳＣＲの各順抵抗は十分小さいので、抵抗損失は殆ど生じない。
また、誤って＋−を逆にして直流電源を接続した場合、ダイオードＤ１，Ｄ２により電流の逆流が阻止されるので、突入電流保護装置及び突入電流保護装置を内蔵する電気機器には、電流は流れず、直流電源及び入力端子間に接続されている図示しないヒューズがとぶことはない。

本発明に係る突入電流保護装置の実施の形態の構成を示すブロック図である。 本発明に係る突入電流保護装置の実施の形態の構成を示す回路図である。 本発明に係る突入電流保護装置の動作例を示す波形図である。 本発明に係る突入電流保護装置の実施の形態の構成を示す回路図である。 従来の突入電流保護装置の構成例を示す回路図である。 従来の突入電流保護装置の構成例を示す回路図である。

符号の説明

１，２ 逆接続保護回路（逆流阻止回路）
３ 基準電圧回路（定電圧回路）
４ リレードライバ
５ 電流制限回路
６ 電圧検出部（比較回路）
Ｂ１ バッテリ（直流電源）
Ｃ１ 電解コンデンサ
Ｄ１ ダイオード（第１逆流阻止回路）
Ｄ２ ダイオード（第２逆流阻止回路）
Ｄ３ ツェナーダイオード（定電圧回路）
ＩＣ１ オペアンプ（比較回路）
Ｑ１ ＮＰＮ型トランジスタ
Ｑ２ ＰＮＰ型トランジスタ
ＲＹ１ リレー（スイッチ回路）
ｒｙ１ リレー接点（スイッチ回路）
Ｒ１ 抵抗（電流制限回路）
ＳＣＲ シリコン制御整流素子（スイッチ回路）

Claims (2)

1. 直流電源により定電圧を出力する定電圧回路と、該直流電源及び定電圧回路間に接続され、該直流電源への逆流を阻止する第１逆流阻止回路と、前記直流電源により充電されるコンデンサと、該コンデンサの端子電圧に関連する電圧、及び前記定電圧回路が出力した電圧に基づく所定電圧を比較する比較回路と、該比較回路の比較結果が、前記関連する電圧の方が高い場合にオンになり、前記直流電源から電気機器への給電を可能にするスイッチ回路とを備え、突入電流から電気機器を保護するように構成してある突入電流保護装置において、
   前記直流電源への逆流を阻止する第２逆流阻止回路と、該第２逆流阻止回路と直列に接続され、前記直流電源からの突入電流を制限する電流制限回路とを備え、前記スイッチ回路は、前記第２逆流阻止回路及び電流制限回路と並列に接続され、前記コンデンサは、前記第２逆流阻止回路及び電流制限回路を通じて充電されるように構成されていることを特徴とする突入電流保護装置。
2. 前記スイッチ回路は、入力端子が前記第１逆流阻止回路及び定電圧回路間に接続してある請求項１記載の突入電流保護装置。

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