JP2011167012A - Circuit and method for prevention of inrush current - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、突入電流防止回路及び突入電流の防止方法に関し、特に入力電圧を検出して起動する突入電流防止回路及び突入電流の防止方法に関する。 The present invention relates to an inrush current prevention circuit and an inrush current prevention method, and more particularly to an inrush current prevention circuit that starts by detecting an input voltage and an inrush current prevention method.
直流電源で動作する装置の電源入力には、突入電流の抑制を目的として突入電流防止回路が用いられる。このような突入電流防止回路の例として、例えば特許文献1に開示された突入電流防止回路が挙げられる。
An inrush current prevention circuit is used for power supply input of a device operating with a direct current power supply for the purpose of suppressing inrush current. As an example of such an inrush current prevention circuit, for example, an inrush current prevention circuit disclosed in
図4は、通常の突入電流防止回路の一例である突入電流防止回路400を示す回路図である。突入電流防止回路400は、図4に示すように、直流入力電源41と、入力コンデンサ50及び負荷51との間に挿入されており、抵抗42、抵抗43、コンデンサ44、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors)45、コンデンサ46、抵抗47、出力端子48及び出力端子49により構成されている。
FIG. 4 is a circuit diagram showing an inrush
MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors)45のゲートは、抵抗42からコンデンサ44への充電動作により、徐々にゲート電圧が上昇する。そして、MOSFET45のゲート電圧が閾値に達すると、MOSFET45がONとなり電流が流れ始めるとともに、ドレイン−ソース間電圧が低下し始める。MOSFET45のゲートには、コンデンサ46と抵抗47を介してドレイン−ソース間電圧の低下変動が伝達される。これにより、MOSFET45のゲート電圧はほぼ一定値に保たれる。従って、MOSFET45の電流はほぼ一定値に制限され、入力コンデンサ50の充電電圧波形もランプ波形で徐々に充電される。
The gate voltage of the gate of MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors) 45 gradually increases due to the charging operation from the
しかしながら、突入電流防止回路400は直流入力電源41の電圧検出機能を有していない。このため、直流入力電源41が負荷51の入力電圧許容範囲内に達していない状態でも、突入電流防止回路400が入力コンデンサ50へ充電動作を開始する。そのため、負荷51がDC−DCコンバータ等の場合には、コンデンサ電圧が負荷51の入力電圧許容範囲内に達していない状態で負荷51が動作を開始することがある。この時、負荷51のDC−DCコンバータは自身の入力許容電圧範囲内に達していないため、正常動作しない、または起動に失敗するというという欠点がある。
However, the inrush
突入電流防止回路400の欠点の対策として、特許文献2に開示されているDC−DCコンバータがある。このDC−DCコンバータは、入力電圧が負荷の動作範囲電圧を下回る場合には、遮断回路により負荷への出力を遮断する。一方、入力電圧が負荷の動作範囲電圧に達すると、負荷へ出力電圧を印加する。
As a countermeasure against the drawback of the inrush
特許文献2に記載されているDC−DCコンバータが負荷へ出力電圧を印加する際の入力電圧の値(以下、検出閾値)は、ツェナーダイオードの降伏電圧などにより決定される。ところが、組み合わせる負荷によって、その動作範囲電圧は様々である。従って、特許文献2に記載されているDC−DCコンバータでは、組み合わせる負荷に応じて適宜素子を置き換えなければならず、広範に適用することが難しい欠点が有った。 The value of the input voltage when the DC-DC converter described in Patent Document 2 applies the output voltage to the load (hereinafter referred to as a detection threshold) is determined by the breakdown voltage of the Zener diode or the like. However, the operating range voltage varies depending on the load to be combined. Therefore, in the DC-DC converter described in Patent Document 2, the elements must be appropriately replaced according to the load to be combined, and there is a drawback that it is difficult to apply widely.
本発明は、上記に鑑みて為されたものであり、本発明の目的は、電源投入時の入力電圧が検出閾値に達すると起動し、かつ検出閾値が可変である、突入電流防止回路及び突入電流の防止方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is an inrush current prevention circuit and an inrush that are activated when an input voltage at power-on reaches a detection threshold and the detection threshold is variable. It is to provide a method for preventing current.
本発明の一態様である突入電流防止回路は、直流電源の投入時の電流を制限する電流制限回路と、入力電圧が検出閾値に達すると前記電流制限回路を起動する起動回路と、を備え、前記起動回路は、前記検出閾値を調整する検出閾値調整部を少なくとも備えるものである。 An inrush current prevention circuit according to an aspect of the present invention includes a current limiting circuit that limits a current when a DC power supply is turned on, and a start-up circuit that starts the current limiting circuit when an input voltage reaches a detection threshold, The activation circuit includes at least a detection threshold adjustment unit that adjusts the detection threshold.
本発明の一態様である突入電流の防止方法は、直流電源の投入時の入力電圧を検出するステップと、前記入力電圧が検出閾値に達したら、直流電源の投入時の電流を制限する電流制限回路を起動するステップと、を少なくとも備え、前記検出閾値を調整することにより、前記電流制限回路の起動を制御するものである。 An inrush current prevention method according to an aspect of the present invention includes a step of detecting an input voltage when a DC power source is turned on, and a current limit that limits a current when the DC power source is turned on when the input voltage reaches a detection threshold. And a step of activating the circuit, and controlling the activation of the current limiting circuit by adjusting the detection threshold.
本発明によれば、電源投入時の入力電圧が検出閾値に達すると起動し、かつ検出閾値が可変である、突入電流防止回路及び突入電流の防止方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an inrush current prevention circuit and an inrush current prevention method which are activated when an input voltage at power-on reaches a detection threshold and the detection threshold is variable.
実施の形態1
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図1は、実施の形態1にかかる突入電流防止回路100の構成を示すブロック図である。図1に示すように、突入電流防止回路100は、直流入力電源1、入力コンデンサ6及び負荷7との間に挿入される。突入電流防止回路100は、起動回路2と電流制限回路3とにより構成される。突入電流防止回路100の出力端子4は入力コンデンサ6及び負荷7の一端と接続される。出力端子5は、入力コンデンサ6及び負荷7の他端と接続される。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an inrush
突入電流防止回路100は、電源投入時の直流入力電源1からの突入電流を防止するものである。電源投入時に突入電流防止回路100に印加される入力電圧は、電源投入直後から上昇し始め、一定の時間を経て直流入力電源1の出力電圧に到達する。
The inrush
起動回路2は、入力電圧が検出閾値に達すると、直流入力電源1と電流制限回路3とを導通させる。これにより、電流制限回路3が起動する。電流制限回路3は、突入電流の発生を防止しつつ、負荷7に出力電圧を出力する。すなわち、電流制限回路3が起動したことを以って、突入電流防止回路100全体が起動したこととなる。
When the input voltage reaches the detection threshold, the starting circuit 2 makes the DC
ここで、起動回路2の検出閾値を負荷7の動作範囲電圧の下限値に設定することにより、入力電圧が負荷7の動作範囲電圧の下限に達してから、電流制限回路3を起動することができる。また、突入電流防止回路100では、起動回路2の検出閾値調整部21により、検出閾値を変化させることができる。従って、それぞれ異なる動作範囲電圧を有する負荷に対し、突入電流防止回路100を適用することが可能である。
Here, by setting the detection threshold of the activation circuit 2 to the lower limit value of the operating range voltage of the
以下では、突入電流防止回路100の構成及び動作について、詳細に説明する。図2は、突入電流防止回路100の構成を示す回路図である。図2に示すように、起動回路2は、検出閾値調整部21、抵抗22、スイッチング回路23により構成される。抵抗22の一端は直流入力電源1と、他端はスイッチング回路23と接続される。
Hereinafter, the configuration and operation of the inrush
検出閾値調整部21は、可変抵抗24及び抵抗25により構成される。可変抵抗24と抵抗25とは、直流入力電源1に対して直列に接続される。スイッチング回路23は、トランジスタ26及びツェナーダイオード27により構成される。トランジスタ26のベースには、可変抵抗24抵抗25との間の電圧が入力される。トランジスタ26は、抵抗22と接続される。トランジスタ26のエミッタは、ツェナーダイオード27の一端及び電流制限回路3と接続される。ツェナーダイオード27の他端は、直流入力電源1の負側端子と接続される。
The detection
電流制限回路3は、抵抗31、コンデンサ32、MOSFET33、コンデンサ34及び抵抗35により構成される。トランジスタ26のエミッタと直流入力電源1の負側端子との間には、抵抗31とコンデンサ32とが接続される。MOSFET33のゲートは、トランジスタ26のエミッタと接続される。トランジスタ26のエミッタとMOSFET33のドレインとの間には、コンデンサ34及び抵抗35が直列に接続される。MOSFET33のソースは、直流入力電源1の負側端子と接続される。MOSFET33のドレインは、更に出力端子5と接続される。
The current limiting
次に、突入電流防止回路100に設けられた各素子の機能について説明する。MOSFET33は、ゲート電圧Vgにより制御され、入力コンデンサ6への突入電流を抑制する。抵抗22及び抵抗31はMOSFET33のゲート電圧Vgを生成する。コンデンサ32は、MOSFET33のゲート電圧Vgに時定数を設ける。コンデンサ34及び抵抗35は、MOSFET33のドレイン−ソース間電圧Vdsをゲート電圧Vgに帰還させる。
Next, the function of each element provided in the inrush
次に、突入電流防止回路100の動作について説明する。図3は、突入電流防止回路100の動作を示すタイムチャートである。図3に示すように、突入電流防止回路100に電源が投入されると、突入電流防止回路100には入力電圧Vinが印加される。入力電圧Vinは、検出閾値調整部21の可変抵抗24と抵抗25とにより分圧され、制御電圧Vcが生成される。
Next, the operation of the inrush
突入電流防止回路100では、入力電圧Vinが検出閾値Vdetに達すると、トランジスタ26のベースに入力される制御電圧Vcは、トランジスタ26の動作閾値電圧Vbeにツェナーダイオード27のツェナー電圧Vzを加算した電圧に達し、トランジスタ26がONとなる。これより、検出閾値Vdetは、以下の式(1)で表される。
すなわち、トランジスタ26とツェナーダイオード27の直列接続からなるスイッチング回路23では、制御電圧Vcがスイッチング回路の動作閾値電圧(Vbe+Vz)に達すると、トランジスタ26がONとなる。また、式(1)に示すように、検出閾値Vdetは、可変抵抗24の抵抗値R24を変化させることにより、調整することが可能である。
That is, in the switching
入力電圧Vinが検出閾値Vdetに達するまでは、トランジスタ26はOFFである。そのため、MOSFET33のゲートにはゲート電圧Vgは印加されない(図3の期間T1)。
Until the input voltage Vin reaches the detection threshold Vdet, the
入力電圧が検出閾値Vdetに達すると、トランジスタ26はONとなり、MOSFET33のゲートにゲート電圧Vgが印加される。このときのゲート電圧Vgは、抵抗22からコンデンサ32への充電動作により、ランプ波形となる(図3の期間T2)。
When the input voltage reaches the detection threshold Vdet, the
次に、MOSFET33のゲート電圧Vgが閾値に達すると、MOSFET33がONとなり電流が流れ始める。それと共に、MOSFET33のドレイン−ソース間電圧Vdsが低下し始める。MOSFET33のゲートには、コンデンサ34及び抵抗35を介して、ドレイン−ソース間電圧Vdsの低下変動が伝達される。よって、ゲート電圧Vgはほぼ一定値に保たれる。この結果、MOSFET33に流れる電流はほぼ一定値に制限される。従って、入力コンデンサ6の充電電圧Vqもランプ波形となる(図3の期間T3)。
Next, when the gate voltage Vg of the
入力コンデンサ6への充電が完了すると、MOSFET33のゲート電圧Vgは再び上昇を開始する。ゲート電圧Vgがツェナーダイオード27の動作電圧値に達すると、ゲート電圧Vgは一定値にクランプされる(図3の期間T4)。
When the charging of the
式(1)に示すように、検出閾値Vdetは、可変抵抗24及び抵抗25の抵抗値とツェナーダイオード27の動作電圧とにより決定される。よって、本構成における検出閾値Vdetを、負荷7の入力電圧許容範囲の最低値以上に設定することにより、入力電圧Vinが負荷7の動作保証範囲に達してから突入電流防止回路100を起動させることができる。従って、負荷7を正常に起動することが可能となる。
As shown in Expression (1), the detection threshold Vdet is determined by the resistance values of the
更に本構成では、可変抵抗24の抵抗値R24は可変である。よって、式(1)に示すように、抵抗値R24を調整することにより、検出閾値Vdetを適宜調整することが可能である。これにより、負荷の動作保証範囲に応じて、その都度抵抗やツェナーダイオードを置き換えること無く、突入電流防止回路100を適用することが可能である。従って、本構成によれば、任意の負荷に対して適用することができる突入電流防止回路を提供することができる。
Furthermore, in this configuration, the resistance value R24 of the
その他の実施の形態
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、可変抵抗24の抵抗値は、予め調整してもよいし、外部から入力される制御信号に応じて制御してもよい。また、この際、突入電流防止回路100に接続される負荷の動作補償範囲に応じて生成される制御信号を用いることができる。
Other Embodiments The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be appropriately changed without departing from the spirit of the present invention. For example, the resistance value of the
図2では、可変抵抗24及び抵抗25の2つの抵抗を直列接続したが、直列接続される抵抗は3つ以上でもよい。さらに直列接続される抵抗の少なくとも1つが可変抵抗であれば、検出閾値Vdetを調整することができる。
In FIG. 2, the two resistors of the
1 直流入力電源
2 起動回路
3 電流制限回路
4、5 出力端子
6 入力コンデンサ
7 負荷
21 検出閾値調整部
22、25、31、35 抵抗
23 スイッチング回路
24 可変抵抗
25 抵抗
26 トランジスタ
27 ツェナーダイオード
32、34 コンデンサ
33 MOSFET
41 直流入力電源
42、43、47 抵抗
44、46 コンデンサ
48、49 出力端子
50 入力コンデンサ
51 負荷
100、400 突入電流防止回路
Vg ゲート電圧
Vin 入力電圧
Vds ドレイン−ソース間電圧
DESCRIPTION OF
41 DC
Claims (6)
入力電圧が検出閾値に達すると前記電流制限回路を起動する起動回路と、を備え、
前記起動回路は、
前記検出閾値を調整する検出閾値調整部を少なくとも備える、
突入電流防止回路。 A current limiting circuit that limits the current when the DC power is turned on;
A starting circuit for starting the current limiting circuit when an input voltage reaches a detection threshold;
The starting circuit is
At least a detection threshold adjustment unit for adjusting the detection threshold;
Inrush current prevention circuit.
直列に接続され、入力電圧を分圧した制御電圧を生成する複数の抵抗を少なくとも備え、
前記直列に接続された複数の抵抗の少なくとも1つは可変抵抗であり、
前記可変抵抗の抵抗値に応じて前記制御電圧が変化することにより、前記検出閾値が変化することを特徴とする、
請求項1に記載の突入電流防止回路。 The detection threshold adjuster is
A plurality of resistors connected in series and generating a control voltage obtained by dividing the input voltage;
At least one of the plurality of resistors connected in series is a variable resistor;
The detection threshold changes when the control voltage changes according to the resistance value of the variable resistor.
The inrush current prevention circuit according to claim 1.
前記制御電圧に応じて前記直流電源と前記電流制限回路とを接続するスイッチング回路を更に備え、
前記スイッチング回路は、
前記制御電圧が当該前記スイッチング回路の動作閾値電圧に達すると、前記直流電源と前記電流制限回路とを接続することを特徴とする、
請求項2に記載の突入電流防止回路。 The starting circuit is
A switching circuit for connecting the DC power supply and the current limiting circuit according to the control voltage;
The switching circuit is
When the control voltage reaches the operation threshold voltage of the switching circuit, the DC power supply and the current limiting circuit are connected,
The inrush current prevention circuit according to claim 2.
前記制御電圧により制御されるスイッチング素子と、
前記スイッチング素子と直列に接続されるツェナーダイオードと、を備え、
前記スイッチング回路の前記動作閾値電圧は、前記スイッチング素子の動作閾値電圧に前記ツェナーダイオードのツェナー電圧を加算したものであることを特徴とする、
請求項3に記載の突入電流防止回路。 The switching circuit is
A switching element controlled by the control voltage;
A Zener diode connected in series with the switching element,
The operation threshold voltage of the switching circuit is obtained by adding the Zener voltage of the Zener diode to the operation threshold voltage of the switching element,
The inrush current prevention circuit according to claim 3.
前記検出閾値は、前記負荷が正常に動作する電圧範囲の下限と等しいことを特徴とする、
請求項1乃至4のいずれか一項に記載の突入電流防止回路。 A load is connected to the current limiting circuit,
The detection threshold is equal to a lower limit of a voltage range in which the load operates normally,
The inrush current prevention circuit according to any one of claims 1 to 4.
前記入力電圧が検出閾値に達したら、直流電源の投入時の電流を制限する電流制限回路を起動するステップと、を少なくとも備え、
前記検出閾値を調整することにより、前記電流制限回路の起動を制御する、
突入電流の防止方法。 Detecting the input voltage when the DC power is turned on;
When the input voltage reaches a detection threshold, starting a current limiting circuit that limits the current when the DC power is turned on, and at least comprising
Controlling the activation of the current limiting circuit by adjusting the detection threshold;
How to prevent inrush current.
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