JP2007518389A

JP2007518389A - 電源のためのｄｖ／ｄｔ検出過電流保護回路

Info

Publication number: JP2007518389A
Application number: JP2006549578A
Authority: JP
Inventors: リチャード・エル・ブラック
Original assignee: Lutron Electronics Co Inc
Current assignee: Lutron Electronics Co Inc
Priority date: 2004-01-16
Filing date: 2005-01-12
Publication date: 2007-07-05
Also published as: ATE529948T1; WO2005074137A1; EP1706941B1; EP1706941A1; CA2553777A1; US20050157441A1; US7542258B2; CN1930779B; CA2553777C; CN1930779A

Abstract

制御電極および２つの主電極を備えている電力切換トランジスタ用の過電流保護回路において、電力切換トランジスタの主電極の１つにおいて時間に対する電圧の変化率を検出し、変化率が所定値を上回った場合に、保護スイッチを制御して、電力切換トランジスタの制御電極に対する制御信号を取り除き、電力切換トランジスタをオフにする、保護スイッチを含む回路を備えている。

Description

本出願は、２００３年６月１０日に出願された"HIGH EFFICIENCY OFF-LINE LINEAR POWER SUPPLY"と題された米国出願第１０／４５８，６０８号に関連しており、その全ての開示は、ここでの引用により本願明細書に組み込まれるものとする。

本発明は、電気システム、例えば電源、特にオフライン高効率リニア電源用の過電流保護回路に関する。

上記で特定した米国特許出願第１０／４５８，６０８号の中に、高効率オフラインリニア電源が記載されている。この電源は、電気ランプ用の調光器回路が電流を引き込んでいない期間の間、電子回路に電流を供給するように設計されている。特に、この電源は、調光器回路のトライアックがオフである期間の間、電子回路を駆動するための電流を引き込むように設計されている。

図２を参照すると、この図は、電源電流引き込み波形（実線）と共に、ＡＣ波形（点線）を示している。調光器がオフのとき、トライアックは、半周期の全長の間、オフである。この場合、それは、上記で特定した特許出願の電源が電力を蓄電（storage）キャパシタに供給する期間１および３の間であり、これは、次に、リニアレギュレータによって安定化される。この電源は、期間２の間、電流を引き込まない。電源が蓄電キャパシタに充電電流を供給する特徴的な「ネコ耳」領域１および３のため、それは、時々「ネコ耳」電源と呼ばれる。調光器が最大強度または０％と１００％の間の中間レベルにセットされるとき、トライアックは、各半周期のある部分の間、オフであり、半周期の残りの部分の間、オンである。ここで、この電源は、期間１の間だけ電力を蓄電キャパシタに供給し、期間２および３の間は電流を引き込まない。上記の両方の場合において、この電源は、トライアックがオフで、トライアックの両端間に蓄電キャパシタを充電するために利用可能な電圧があるときに、電流を引き込む。調光器は常にオフというわけではないので、この電源は、好ましくは、全ての場合において、期間１の間、電流を引き込むだけである。

図１を参照すると、この図は、上記で特定した同時係属中の米国特許出願において開示されている高効率オフラインリニア電源と類似の電源を示している。電力は入力Ｉにおける交流電流源から加えられ、これはダイオードＤ１によって整流され、半波整流電圧レベルをバスＶ＋上に供給する。あるいは、全波ブリッジからの全波整流電圧が、バスＶ＋に供給されてもよい。電力切換トランジスタＱ１が、バスと直列に設けられている。トランジスタＱ１のソースは、安定化されていない電圧バスのキャパシタＣ４側に設けられている。レギュレータＵ１は、安定化された出力電圧Ｖｏを供給する。

この電源は、抵抗Ｒ１、ダイオードＤ２、キャパシタＣ１、およびツェナーダイオードＺ１を有するゲート電源を備えていて、これは、基本的に、上記で特定した同時係属中の特許出願の中で述べたような方法で動作して、抵抗Ｒ３、ダイオードＤ３および抵抗Ｒ５を介してトランジスタＱ１に対してハード（hard）ゲート電圧ターンオンをもたらす。この回路によってトランジスタＱ１のゲートに供給される電圧は、トランジスタＱ１のハードターンオンをもたらし、トランジスタＱ１がオンの時のトランジスタＱ１における電力損失を減少させる。

トランジスタＱ２は、抵抗Ｒ１およびＲ２を含む分圧器によって決まる、そのベースでの電圧レベルが、トランジスタＱ２をターンオンするための閾値に達したとき、トランジスタＱ１をターンオフさせる。これは、バスＶ＋上のバス電圧が所定値を上回っているとき、通常は、関連する調光器のトライアックがオンになっていて、バスＶ＋の波形が図２の領域２の中にあるときに起こる。トランジスタＱ２は、また、キャパシタＣ４上の電圧が、Ｚ２によって設定される予め定められた値を上回るときにターンオンされ得る。トランジスタＱ２がターンオンすると、トランジスタＱ１に対するゲート駆動は取り除かれ、トランジスタＱ１はターンオフされる。トランジスタＱ２がターンオフすると、例えば、領域３において、トランジスタＱ１はオンに戻される。

図１の回路は、過電流保護回路１００を備えている。その回路は、トランジスタＱ３と、トランジスタＱ１と直列の低抵抗の抵抗Ｒ６とを有している。抵抗Ｒ６は、全負荷電流を通し、従って、約３アンペアの電流レベルに対して約０．９ワットのオーダーの電力損失をもたらす。過電流保護回路１００は、トランジスタＱ１を通る電流レベルが予め定められた値を上回ったら、トランジスタＱ３がターンオンされ、これによりトランジスタＱ１に対するゲート駆動をターンオフし、トランジスタＱ１に対する損傷を防止するように動作する。

図１の電源回路の過電流保護回路１００は、直列抵抗Ｒ６の中で電力を浪費し、かつ安定化されていないバスに対して不必要な電圧降下をもたらす。

より少ない電力損失しかもたらさないが、依然として適切に電力切換トランジスタを保護する過電流保護回路を提供することは、望ましい。

本発明の目的は、上述した過電流保護回路より少ない電力損失しかもたらさない改良された過電流保護を提供することである。

上記および他の本発明の目的は、制御電極および２つの主電極を備えている電力切換トランジスタ用の過電流保護回路において、以下の構成を備えているものによって達成される。

電力切換トランジスタの主電極の１つにおいて時間に対する電圧の変化率を検出し、変化率が所定値を上回った場合に、保護スイッチを制御して、電力切換トランジスタの制御電極に対する制御信号を取り除き、電力切換トランジスタをオフにする、保護スイッチを含む回路。

他の本発明の目的、特徴および利点は、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。

さて、図３を参照すると、本発明による新たな過電流保護回路３００が設けられている。この過電流保護回路は、トランジスタＱ４、キャパシタＣ８および抵抗Ｒ８を備えている。この回路は、以下のように動作する。通常動作の間、トランジスタＱ４のベースとエミッタの間の電圧Ｖ_ＢＥは、キャパシタＣ４上でのリプル電圧の立上り（rise）時間によって決まる、トランジスタＱ１のソースでの最大通常動作ｄＶ／ｄｔに対応する約．３ボルト未満である。これは、トランジスタＱ４をターンオンするには不十分である。回路は、通常発生するｄＶ／ｄｔの約２倍で、トランジスタＱ４のＶ_ＢＥが約．６ボルトになるように設計される。これは、トランジスタＱ４をターンオンするのに十分であり、これによりトランジスタＱ１からゲート駆動を取り除き、パワートランジスタＱ１をターンオフする。従って、ｄＶ／ｄｔが過電流に対応する所定値を上回るとき、トランジスタＱ４に対するベース駆動は、それをターンオンするのに十分である。

トランジスタＱ１の中の電流が所定の制限を上回ったら、キャパシタＣ４上でのリプル電圧のｄＶ／ｄｔすなわち変化率は、ｄＶ／ｄｔのためキャパシタＣ８を通過するパルスが、約．６ボルトの抵抗Ｒ８の両端間の電圧降下を引き起こし、これによりトランジスタＱ４をターンオンするようなものになるであろう。通常動作状態の下で、キャパシタＣ４上に存在するｄＶ／ｄｔは、抵抗Ｒ８の両端間に約．３ボルトを発生させるのみであり、トランジスタＱ４をターンオンするには不十分である。

キャパシタＣ８は、バスＶ＋上に、半波整流電圧が供給されるか、または全波整流電圧が供給されるかに関わらず、各サイクルに対してリセットされなければならない。例示した回路は、半波整流器を用いているので、このキャパシタは、ＡＣサイクルの各全波の終わりにリセットされなければならない。抵抗Ｒ８は、通常、キャパシタＣ８を放電するのに十分でなければならない。これにより、次のＡＣサイクルの間、次のパルスを通過させる準備が整う。抵抗Ｒ８がキャパシタを放電するには不十分な場合、ダイオードを、トランジスタＱ４のベースと接地点との間に、そのアノードを接地点に向けて設けて、次のサイクルの前にキャパシタを放電することができる。

本発明によるｄＶ／ｄｔ検出過電流保護回路は、図１に関連して述べた過電流保護回路を超える利益を提供する。特に、例えば図１の抵抗Ｒ６のような直列抵抗における電力浪費がないので、電力消費は減少する。例えば、３アンペアの電流レベルで、抵抗Ｒ６における電力浪費は約．９ワットである。

更に、直列抵抗素子がないので、直列素子の電圧降下がなく、より高い電圧をキャパシタＣ４の両端間に発生させることを可能にし、これにより電力を節約する。電源は、より素早く充電され、かつピーク電流は、減少され得る。その結果、トランジスタＱ１の両端間の電圧降下は、より少なくなり、これにより、トランジスタＱ１の中での電力浪費も、より少なくなる。

本発明の別の実施形態によれば、トランジスタＱ４は、電界効果トランジスタによって置き換えられ得る。

記載した回路の中で、キャパシタＣ８は約．０１μＦであり、抵抗Ｒ８は約３．３ｋΩである。

本発明の過電流保護回路を、電源の電力切換トランジスタを保護することと関連して示してきたが、本発明は、目的が電力切換トランジスタまたは他の電気デバイスを過電流損傷から保護することである様々な回路の中で用いられ得る。例えば、本発明の過電流保護回路は、照明負荷にショートがある場合に調光器のトライアックを保護するために用いられ得る。

本発明を、特定の実施形態に関連して述べてきたが、他の多くの変形および修正および他の用途は、当業者にとって明らかである。従って、本発明は、ここでの特定の開示によってではなく、添付の請求項によってのみ、限定されるべきである。

過電流保護回路を組み込んでいる従来の高効率オフラインリニア電源回路を示している。図１の回路の動作を説明するための波形を示している。本発明の過電流保護回路を組み込んでいる電源を示している。

符号の説明

Ｑ１トランジスタ
３００過電流保護回路
Ｑ４トランジスタ
Ｃ８キャパシタ
Ｒ８抵抗

Claims

制御電極および２つの主電極を備えている電力切換トランジスタ用の過電流保護回路において、
電力切換トランジスタの主電極の１つにおいて時間に対する電圧の変化率を検出し、変化率が所定値を上回った場合に、保護スイッチを制御して、電力切換トランジスタの制御電極に対する制御信号を取り除き、電力切換トランジスタをオフにする、保護スイッチを含む回路を備えていることを特徴とする過電流保護回路。
前記検出回路は、電力切換トランジスタの主電極に接続されたキャパシタと、前記キャパシタからパルスを受信して、両端間に電圧を発生させて、両端間の電圧が所定値を上回った場合に、保護スイッチをターンオンするように接続された抵抗とを有していることを特徴とする請求項１に記載の回路。
前記保護スイッチは、トランジスタであることを特徴とする請求項２に記載の回路。
前記保護スイッチは、バイポーラ接合トランジスタであることを特徴とする請求項３に記載の回路。
前記抵抗は、保護トランジスタのベース−エミッタ接合間に接続されていることを特徴とする請求項４に記載の回路。
保護トランジスタのベース−エミッタ接合間に接続された、キャパシタを放電するためのダイオードを更に備えていることを特徴とする請求項４に記載の回路。
前記保護スイッチは、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）であることを特徴とする請求項３に記載の回路。
前記電力切換トランジスタは、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）であることを特徴とする請求項１に記載の回路。
制御電極および２つの主電極を備えている電力切換トランジスタ用の過電流保護回路において、
保護トランジスタを含む回路を備えていて、この回路は、電力切換トランジスタの主電極の１つにおいて時間に対する電圧の変化率を検出し、変化率が所定値を上回った場合に、保護トランジスタを制御して、電力切換トランジスタの制御電極に対する制御信号を取り除き、電力切換トランジスタをオフにする、Ｒ−Ｃ回路を含んでいることを特徴とする過電流保護回路。
前記Ｒ−Ｃ回路は、電力切換トランジスタの主電極に接続されたキャパシタと、前記キャパシタからパルスを受信して、両端間に電圧を発生させて、両端間の電圧が所定値を上回った場合に、保護トランジスタをオンにするように接続された抵抗とを有していることを特徴とする請求項９に記載の回路。
前記保護トランジスタは、バイポーラ接合トランジスタであることを特徴とする請求項１０に記載の回路。
前記抵抗は、保護トランジスタのベース−エミッタ接合間に接続されていることを特徴とする請求項１１に記載の回路。
前記保護トランジスタは、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）であることを特徴とする請求項１０に記載の回路。
前記電力切換トランジスタは、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）であることを特徴とする請求項９に記載の回路。