JP2012044742A - 保護回路 - Google Patents

Abstract

【課題】不完全な短絡も含めた電解コンデンサの短絡による発煙等を確実に防ぐ。
【解決手段】電解コンデンサの短絡による異常発生を防止するための保護回路であって、電解コンデンサは、直流電圧を出力するための電源ラインとグラウンドとの間に配設され、入力ポートに入力される信号のレベルが第一レベルから第二レベルに切り替わった場合に異常発生防止のための保護処理を実行する制御部と、入力ポートへ入力される信号のレベルを切り替えるスイッチを有し電解コンデンサに短絡が発生した場合に当該スイッチに入力ポートへ入力される信号のレベルを第一レベルから第二レベルへ切り替えさせる第一回路と、第一回路とは異なる回路であって電解コンデンサに短絡が発生した場合に第一回路のスイッチに入力ポートへ入力される信号のレベルを第一レベルから第二レベルへ切り替えさせる第二回路とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、保護回路に関する。

電気製品が搭載する電源回路のトランスの２次側における電源ラインと接続する部品に短絡が生じた場合、当該部品に発煙や発火が生じるおそれがある。そのため、このような発煙や発火などの異常発生を防止することが求められている。

なお、電源スイッチのチャタリングや内部電源の短絡故障発生にも、電源入力回路の突入電流を制限できる電子機器用直流電源が知られている（特許文献１参照。）。
また、平滑用に直列接続した２個の電解コンデンサにおいて一方の電解コンデンサの短絡による他方の電解コンデンサの破損を防止する力率改善型電源装置であって、第２の電解コンデンサの正極端子と負極端子が短絡した場合に第８の抵抗と第９の抵抗からなる直列分圧回路の分圧出力はグラウンド（０Ｖ）になるのでトランジスタがオフ動作する構成が知られている（特許文献２参照。）。

特開２００８‐２２５９７号公報 特開平７‐１７０７４４号公報

ここで、上記部品としてのコンデンサの短絡には完全な短絡と不完全な短絡（完全な短絡よりも不十分な短絡であり、コンデンサにわずかに電荷が残っている状態）とがあるが、いずれの短絡であっても上記発煙や発火などの異常発生の危険性があり、これら異常発生を確実に防ぐ必要があった。なお上記文献は、このような不完全な短絡も含めた短絡による発煙等の危険性を防ぐには十分でなかった。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、コンデンサが短絡した場合あるいは不完全な短絡があった場合でも確実に保護処理を行なうことで異常発生を防止することが可能な保護回路を提供する。

本発明の態様の一つは、電解コンデンサの短絡による異常発生を防止するための保護回路であって、上記電解コンデンサは、直流電圧を出力するための電源ラインとグラウンドとの間に配設され、信号検知用の入力ポートを備え、当該入力ポートに入力される信号のレベルが第一レベルから第二レベルに切り替わった場合に上記異常発生防止のための保護処理を実行する制御部と、上記入力ポートへ入力される信号のレベルを切り替えるスイッチを有し、上記電解コンデンサに短絡が発生した場合に当該スイッチに上記入力ポートへ入力される信号のレベルを上記第一レベルから第二レベルへ切り替えさせる第一回路と、上記第一回路とは異なる回路であって、上記電解コンデンサに短絡が発生した場合に上記第一回路のスイッチに上記入力ポートへ入力される信号のレベルを上記第一レベルから第二レベルへ切り替えさせる第二回路と、を備える構成としてある。

当該構成によれば、電解コンデンサに短絡が発生した場合、基本的には第一回路の機能によりスイッチが入力ポートへ入力される信号のレベルを第一レベルから第二レベルへ切り替えさせ、その結果、制御部が保護処理を実行する。また電解コンデンサの短絡が不完全であり第一回路の機能によって上記第一レベルから第二レベルへの切り替えが実行されない場合であっても、第二回路の機能によりスイッチが入力ポートへ入力される信号のレベルを第一レベルから第二レベルへ切り替えさせ、結果、保護処理が実行される。すなわち第一回路の機能だけでは防ぎきれない異常発生を第二回路の機能により防ぐ構成となっており、そのため電解コンデンサが短絡した場合あるいは不完全な短絡があった場合のいずれでも確実に保護処理が行なわれ異常発生が防止される。

保護回路を示す図である。

本発明の実施形態として、上記制御部は、上記入力ポートを、所定のプルアップ抵抗を介して電源電圧に接続されることによりプルアップされた第一ラインに接続させ、上記スイッチにより、上記入力ポートに入力される信号のレベルが所定のローレベルから当該プルアップによる所定のハイレベルに切り替わった場合に上記保護処理を実行する構成としてもよい。
また本発明の実施形態として、上記第一回路は、上記第一ラインにコレクタを接続させグラウンドにエミッタを接続させた上記スイッチとしての第一トランジスタと、上記電源ラインにおける上記電解コンデンサよりも入力側の第一接続点とグラウンドとの間に直列接続された第一抵抗と第二抵抗とからなる分圧回路であって第一抵抗と第二抵抗との間を当該第一トランジスタのベースに接続させた第一分圧回路と、を有する構成としてもよい。
また本発明の実施形態として、上記第二回路は、上記電源ラインにおける上記第一接続点よりも入力側の第二接続点にエミッタを接続させた第二トランジスタと、当該第二トランジスタのベースにアノードを接続させ上記第一接続点と上記第一分圧回路との間にカソードを接続させたダイオードと、当該第二トランジスタのコレクタとグラウンドとの間に直列接続された第三抵抗と第四抵抗とからなる第二分圧回路と、第三抵抗と第四抵抗との間にベースを接続させコレクタを上記第一抵抗と第二抵抗との間に接続させエミッタをグラウンドに接続させた第三トランジスタと、を有する構成としてもよい。
また本発明の実施形態として、電解コンデンサの短絡による異常発生を防止するための保護回路であって、上記電解コンデンサは、直流電圧を出力するための電源ラインとグラウンドとの間に配設され、所定のプルアップ抵抗を介して電源電圧に接続されることによりプルアップされた第一ラインに接続する信号検知用の入力ポートを有し、当該入力ポートに入力される信号のレベルが所定のローレベルから当該プルアップによる所定のハイレベルに切り替わった場合に、上記電源ラインへの電源供給を断つ保護処理を実行するＩＣと、上記第一ラインにコレクタを接続させグラウンドにエミッタを接続させた第一トランジスタと、上記電源ラインにおける上記電解コンデンサよりも入力側の第一接続点とグラウンドとの間に直列接続された第一抵抗と第二抵抗とからなる分圧回路であって第一抵抗と第二抵抗との間を当該第一トランジスタのベースに接続させた第一分圧回路と、を有する第一回路であって、上記電解コンデンサに短絡が発生した場合に当該第一トランジスタをオフ状態とすることで上記入力ポートへ入力される信号のレベルを上記ローレベルから上記ハイレベルへ切り替えさせる第一回路と、上記電源ラインにおける上記第一接続点よりも入力側の第二接続点にエミッタを接続させた第二トランジスタと、当該第二トランジスタのベースにアノードを接続させ上記第一接続点と上記第一分圧回路との間にカソードを接続させたダイオードと、当該第二トランジスタのコレクタとグラウンドとの間に直列接続された第三抵抗と第四抵抗とからなる第二分圧回路と、第三抵抗と第四抵抗との間にベースを接続させコレクタを上記第一抵抗と第二抵抗との間に接続させエミッタをグラウンドに接続させた第三トランジスタと、を有する第二回路であって、上記電解コンデンサに短絡が発生した場合に上記第二トランジスタをオン状態とし上記第三トランジスタをオン状態とすることで上記第一トランジスタをオフ状態として上記入力ポートへ入力される信号のレベルを上記ローレベルから上記ハイレベルへ切り替えさせる第二回路と、を備える構成としてもよい。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
図１は、本実施形態にかかる保護回路１０を例示している。保護回路１０は、電源入力部２０から直流電圧を入力して後段に出力する電源ラインＬｍを有する。電源入力部２０は、例えば、外部の商用交流電圧を１次側で入力して変圧し２次側に出力するトランスや、トランスの２次側に取り出された交流を直流に変換する整流回路、更には平滑回路などを含み、直流電圧を保護回路１０に供給するものである。なお、電源入力部２０および保護回路１０は、それらで電源回路（の一部）を構成するとも言える。このような電源回路は、液晶テレビジョンなど、あらゆる電気製品に搭載される。

電源ラインＬｍ上の所定点とグラウンドＧＮＤとの間には電解コンデンサＣが配設されている。電解コンデンサＣは通常、直流の平滑化等に用いられるが、故障等の種々の要因により短絡してしまった場合、大電流が流れ込み発煙発火を起すおそれがある。そこで本実施形態では、電解コンデンサＣに短絡が発生した場合に、発煙発火等の異常発生が起こらないように所定の保護処理（プロテクト）を実行するようにしている。

保護回路１０は、制御部としてのＩＣ１１を備える。ＩＣ１１は、構成の一部として信号検知用の入力ポート１１ａを有している。入力ポート１１ａは、所定のプルアップ抵抗Ｒ７を介して電源電圧Ｖｃｃに接続されることによりプルアップされたラインＬ１（第一ライン）に接続している。ＩＣ１１は、入力ポート１１ａに入力される信号のレベルが所定のロー（Ｌ）レベルから当該プルアップによる所定のハイ（Ｈ）レベルに切り替わったことを検知した場合に上記プロテクトを実行する。Ｌレベルは第一レベルに該当し、Ｈレベルは第二レベルに該当する。

保護回路１０は、概略、第一回路と第二回路とを備える。第一回路は、スイッチとしてのトランジスタＴ１（第一トランジスタ）と、抵抗Ｒ１（第一抵抗）と抵抗Ｒ２（第二抵抗）とからなる分圧回路（第一分圧回路）と、を含む。抵抗Ｒ１，Ｒ２は、電源ラインＬｍにおける電解コンデンサＣよりも入力側の接続点Ｐ１（第一接続点）とグラウンドＧＮＤとの間に直列接続されている。トランジスタＴ１は、コレクタをラインＬ１に接続させ、エミッタをグラウンドＧＮＤに接続させ、ベースを抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との間に接続させたＮＰＮ型トランジスタである。

電源入力部２０から直流電圧が保護回路１０に供給されている通常動作時においては、トランジスタＴ１のベースには、電源ラインＬｍ上の電圧を抵抗Ｒ１，Ｒ２で分圧して得られた分圧出力が供給されるため電位が上がり、これによりトランジスタＴ１のコレクタ‐エミッタ間に電流が流れる（トランジスタＴ１がオン状態となる）。すると、ラインＬ１上の電位はグラウンドＧＮＤに落ち、結果、ＩＣ１１が入力ポート１１ａを介して検知する信号レベルはＬレベルとなる。つまり、通常動作時においては上記プロテクトは実行されない。

一方、電解コンデンサＣが短絡した場合、電解コンデンサＣの抵抗は０となるため電源ラインＬｍがグラウンドＧＮＤに接地され、この場合、上記分圧出力はトランジスタＴ１のベースに供給されなくなる。その結果、トランジスタＴ１のコレクタ‐エミッタ間に電流が流れなくなり（トランジスタＴ１がオフ状態となり）、ラインＬ１上の電位はプルアップされたＨレベルとなり、ＩＣ１１が入力ポート１１ａを介して検知する信号レベルはＨレベルに切り替わるため、ＩＣ１１は上記プロテクトを実行することになる。プロテクトの具体的手法は特に限定されないが、単純な例としてＩＣ１１は、電源入力部２０に対して電源シャットダウンの指令を出力し、保護回路１０への電圧供給を停止させる。この結果、短絡した電解コンデンサＣにこれ以上の電流が流れ込むことが無くなり、電解コンデンサＣの発煙発火等の異常発生が防止される。

電解コンデンサＣの短絡が不完全である場合（電解コンデンサＣにわずかな電荷が残っている場合）、上述したような第一回路の機能のみではトランジスタＴ１のベース電圧が所定程度まで確実に下がらずに（トランジスタＴ１がオフ状態とならずに）、上記プロテクトが実行されない場合がある。そこで保護回路１０は第二回路も備える構成を採り、不完全な短絡発生時においても上記プロテクトを実行できるようにしている。第二回路は、トランジスタＴ２（第二トランジスタ）、トランジスタＴ３（第三トランジスタ）、抵抗Ｒ３（第三抵抗）および抵抗Ｒ４（第四抵抗）からなる分圧回路（第二分圧回路）、ダイオードＤ、等を含む。

トランジスタＴ２は、エミッタを電源ラインＬｍにおける接続点Ｐ１よりも入力側の接続点Ｐ２（第二接続点）に接続させ、コレクタを抵抗Ｒ３に接続させ、ベースをダイオードＤのアノードに接続させたＰＮＰ型トランジスタである。抵抗Ｒ３，Ｒ４は、トランジスタＴ２のコレクタとグラウンドＧＮＤとの間に直列接続されている。ダイオードＤのカソードは、所定の抵抗Ｒ６を介して、接続点Ｐ１と第一分圧回路との間と接続している。トランジスタＴ３は、ベースを抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４との間に接続させ、コレクタを抵抗Ｒ１と抵抗２との間に接続させ、エミッタをグラウンドＧＮＤに接続させたＮＰＮ型トランジスタである。

ここで電解コンデンサＣにおいて不完全な短絡が発生した場合であっても、コンデンサＣとトランジスタＴ２のベースとの電位差がダイオードＤの順方向電圧降下ＶＦよりも大きければ、トランジスタＴ２のベースからダイオードＤおよび抵抗Ｒ６を経て電解コンデンサＣ側に電流が流れる。そのため、トランジスタＴ２のベース電圧が下がり、これによりトランジスタＴ２のエミッタ‐コレクタ間に電流が流れる（トランジスタＴ２がオン状態となる）。ここで、電源ラインＬｍ上に抵抗Ｒ５があるため、出力側が短絡しても入力側の電圧は保たれ、そのためトランジスタＴ２がオン状態になると抵抗Ｒ３，Ｒ４による分圧がなされ、当該分圧により得られた分圧出力がトランジスタＴ３のベースに供給される。するとトランジスタＴ３のベースの電位が上がりコレクタ‐エミッタ間に電流が流れる（トランジスタＴ３がオン状態となる）。トランジスタＴ３がオン状態となったことにより、トランジスタＴ３のコレクタと繋がっているトランジスタＴ１のベースの電位が下がり、トランジスタＴ１がオフ状態となる。その結果、ＩＣ１１が入力ポート１１ａを介して検知する信号レベルはＨレベルに切り替わり、ＩＣ１１は上記プロテクトを実行することになる。

このように本実施形態にかかる保護回路１０によれば、電解コンデンサＣが短絡した場合には、第一回路の機能によりスイッチとしてのトランジスタＴ１がオフ状態となり、それによりＩＣ１１がプロテクトを実行すべき状態を検知（入力ポート１１ａを介して入力される信号レベルがＬレベルからＨレベルに切り替わったことを検知）しプロテクトを実行する。また、電解コンデンサＣの短絡が不完全である場合も、第二回路の機能により上記トランジスタＴ１がオフ状態となり、それによりＩＣ１１がプロテクトを実行すべき状態を検知しプロテクトを実行する。従って、電解コンデンサＣの短絡が完全な短絡と不完全な短絡とのいずれであっても保護処理を実行し、短絡に起因する発煙発火等の異常発生を防止することができる。

１０…保護回路、１１…ＩＣ、１１ａ…入力ポート、２０…電源入力部、Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３…トランジスタ、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７…抵抗、Ｄ…ダイオード、Ｌｍ…電源ライン、Ｌ１…ライン

Claims (5)

1. 電解コンデンサの短絡による異常発生を防止するための保護回路であって、
   上記電解コンデンサは、直流電圧を出力するための電源ラインとグラウンドとの間に配設され、
   信号検知用の入力ポートを備え、当該入力ポートに入力される信号のレベルが第一レベルから第二レベルに切り替わった場合に上記異常発生防止のための保護処理を実行する制御部と、
   上記入力ポートへ入力される信号のレベルを切り替えるスイッチを有し、上記電解コンデンサに短絡が発生した場合に当該スイッチに上記入力ポートへ入力される信号のレベルを上記第一レベルから第二レベルへ切り替えさせる第一回路と、
   上記第一回路とは異なる回路であって、上記電解コンデンサに短絡が発生した場合に上記第一回路のスイッチに上記入力ポートへ入力される信号のレベルを上記第一レベルから第二レベルへ切り替えさせる第二回路と、
   を備えることを特徴とする保護回路。
2. 上記制御部は、上記入力ポートを、所定のプルアップ抵抗を介して電源電圧に接続されることによりプルアップされた第一ラインに接続させ、上記スイッチにより、上記入力ポートに入力される信号のレベルが所定のローレベルから当該プルアップによる所定のハイレベルに切り替わった場合に上記保護処理を実行することを特徴とする請求項１に記載の保護回路。
3. 上記第一回路は、上記第一ラインにコレクタを接続させグラウンドにエミッタを接続させた上記スイッチとしての第一トランジスタと、上記電源ラインにおける上記電解コンデンサよりも入力側の第一接続点とグラウンドとの間に直列接続された第一抵抗と第二抵抗とからなる分圧回路であって第一抵抗と第二抵抗との間を当該第一トランジスタのベースに接続させた第一分圧回路と、を有することを特徴とする請求項２に記載の保護回路。
4. 上記第二回路は、上記電源ラインにおける上記第一接続点よりも入力側の第二接続点にエミッタを接続させた第二トランジスタと、当該第二トランジスタのベースにアノードを接続させ上記第一接続点と上記第一分圧回路との間にカソードを接続させたダイオードと、当該第二トランジスタのコレクタとグラウンドとの間に直列接続された第三抵抗と第四抵抗とからなる第二分圧回路と、第三抵抗と第四抵抗との間にベースを接続させコレクタを上記第一抵抗と第二抵抗との間に接続させエミッタをグラウンドに接続させた第三トランジスタと、を有することを特徴とする請求項３に記載の保護回路。
5. 電解コンデンサの短絡による異常発生を防止するための保護回路であって、
   上記電解コンデンサは、直流電圧を出力するための電源ラインとグラウンドとの間に配設され、
   所定のプルアップ抵抗を介して電源電圧に接続されることによりプルアップされた第一ラインに接続する信号検知用の入力ポートを有し、当該入力ポートに入力される信号のレベルが所定のローレベルから当該プルアップによる所定のハイレベルに切り替わった場合に、上記電源ラインへの電源供給を断つ保護処理を実行するＩＣと、
   上記第一ラインにコレクタを接続させグラウンドにエミッタを接続させた第一トランジスタと、上記電源ラインにおける上記電解コンデンサよりも入力側の第一接続点とグラウンドとの間に直列接続された第一抵抗と第二抵抗とからなる分圧回路であって第一抵抗と第二抵抗との間を当該第一トランジスタのベースに接続させた第一分圧回路と、を有する第一回路であって、上記電解コンデンサに短絡が発生した場合に当該第一トランジスタをオフ状態とすることで上記入力ポートへ入力される信号のレベルを上記ローレベルから上記ハイレベルへ切り替えさせる第一回路と、
   上記電源ラインにおける上記第一接続点よりも入力側の第二接続点にエミッタを接続させた第二トランジスタと、当該第二トランジスタのベースにアノードを接続させ上記第一接続点と上記第一分圧回路との間にカソードを接続させたダイオードと、当該第二トランジスタのコレクタとグラウンドとの間に直列接続された第三抵抗と第四抵抗とからなる第二分圧回路と、第三抵抗と第四抵抗との間にベースを接続させコレクタを上記第一抵抗と第二抵抗との間に接続させエミッタをグラウンドに接続させた第三トランジスタと、を有する第二回路であって、上記電解コンデンサに短絡が発生した場合に上記第二トランジスタをオン状態とし上記第三トランジスタをオン状態とすることで上記第一トランジスタをオフ状態として上記入力ポートへ入力される信号のレベルを上記ローレベルから上記ハイレベルへ切り替えさせる第二回路と、
   を備えることを特徴とする保護回路。

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