JP2012227845A - Overcurrent protection power supply - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、直流電源よりスイッチ用の電界効果トランジスタ(Field Effect Transistor,以下「FET」と略称する)を経て負荷へ電力を供給する電源装置に、負荷への電流が過電流となった場合に保護動作を行う構成を付加した過電流保護電源装置に関するものである。 The present invention provides a power supply apparatus that supplies electric power to a load through a field effect transistor (hereinafter referred to as “FET”) for switching from a DC power supply when the current to the load becomes an overcurrent. The present invention relates to an overcurrent protection power supply device to which a configuration for performing a protection operation is added.
直流電源から負荷へ電力を供給する電源装置の中には、直流電源と負荷との間にFETを接続し、これを電力の供給・停止のスイッチとして用いたものがある。このような電源装置において何らかの原因により過電流が流れた場合、FETが過電流により発熱し、ついには熱破壊されてしまう恐れがある。そこで、そのようなことにならないよう、過電流保護の構成を付加することが行われている。 Among power supply apparatuses that supply power from a DC power supply to a load, there is one in which an FET is connected between the DC power supply and the load, and this is used as a power supply / stop switch. In such a power supply device, when an overcurrent flows for some reason, the FET may generate heat due to the overcurrent and eventually be destroyed by heat. Therefore, an overcurrent protection configuration is added to prevent such a situation.
図3は、従来の過電流保護電源装置を示す図である。図3において、1は過電流保護電源装置、11は直流電源、12はFET、13は配線、14は負荷、101はスイッチ信号入力端子、102はツェナーダイオード、103,104は抵抗、110は温度検出回路、111,112は抵抗、113はダイオード部、114はFET、120は遮断ラッチ回路、121,122は抵抗、123〜126はFET、130は電流制限回路、131,132はFET、133はダイオードである。 FIG. 3 is a diagram showing a conventional overcurrent protection power supply device. In FIG. 3, 1 is an overcurrent protection power supply device, 11 is a DC power supply, 12 is an FET, 13 is a wiring, 14 is a load, 101 is a switch signal input terminal, 102 is a Zener diode, 103 and 104 are resistors, and 110 is a temperature. Detecting circuits, 111 and 112 are resistors, 113 is a diode section, 114 is an FET, 120 is a cutoff latch circuit, 121 and 122 are resistors, 123 to 126 are FETs, 130 is a current limiting circuit, 131 and 132 are FETs, and 133 is It is a diode.
まず過電流保護電源装置1の概要を説明する。
直流電源11とFET12と負荷14はこの順に直列接続され、電力供給の主回路を形成している。温度検出回路110は、FET12の温度を検出する回路である。遮断ラッチ回路120は、温度検出回路110から所定温度以上との検出信号を受け取ったとき、FET12をオフして保護し、その状態を維持(ラッチ)する回路である。
First, an outline of the overcurrent protection
The
電流制限回路130は、FET12の電流ID がデッドショート時のように大きな過電流となったとき(例えば、配線13にアース短絡事故が生じたとき)、電流ID を所定値に制限する回路である。
電流制限回路130が設けてある理由は、FET12の過渡熱抵抗は小さいので大電流が流れても直ぐには温度は上昇してくれず、FET12の温度上昇を検出してからFET12をオフするという方法に頼っていたのでは、保護が手遅れになってしまうからである。もしFET12が置かれている環境温度が低ければ、保護検出温度に上昇するまでに長時間かかってしまうが、電流制限回路130による電流制限はFET12の温度とは関係なく行われるので、そのような場合でも保護が行われる。
Current limiting
The reason why the current limiting
次に、各回路について詳細に説明する。
電力供給の主回路において、FET12はスイッチ用であり、これがオンされることにより電力が供給され、オフされることにより停止される。そのオン,オフを指令する信号は、スイッチ信号入力端子101から抵抗103を経て、FET12のゲートに加えられる。
Next, each circuit will be described in detail.
In the main circuit for power supply, the FET 12 is used for a switch. When the FET 12 is turned on, power is supplied, and when it is turned off, the FET 12 is stopped. The signal for commanding on / off is applied from the switch
温度検出回路110は、FET12の温度が所定温度に上昇したことを検出する回路である。FET12に過電流が流れればFET12の温度が上昇するので、その温度を検出すれば間接的に過電流を検出することが出来る。
FET12の温度を検出する温度センサとしては、ダイオード部113が用いられている。ダイオードには、温度が上昇すればその順電圧降下が小になるという性質がある。ダイオード部113は、FET12の温度が効率良く伝えられるよう、FET12のシリコンチップに貼り付けられる。なお、ダイオード部113の部分は、1個のダイオード素子で構成しても良いし、必要に応じて複数個のダイオード素子を直列接続して構成しても良い。
The
A diode unit 113 is used as a temperature sensor for detecting the temperature of the
温度検出回路110では、そのようなダイオード部113を、アノード側がFET114のゲート側となるようFET114のゲート・ソース間に接続する(図3中のBはその接続点)。
FET12の温度が上昇すると、ダイオード部113の順電圧降下V113 は低下(B点の電圧VB が低下)してゆく。所定電圧まで低下すると(換言すれば、FET12が所定温度まで上昇すると)FET114がオフする。それにより、遮断ラッチ回路120(のFET125のゲート)に、Hレベルの信号が送られる。これが所定温度に達したとの温度検出信号となる。
なお、FET12が所定温度になった場合のダイオード部113の順電圧降下V113 が、所定電圧(丁度FET114がオフするゲート・ソース間電圧)となるように、ダイオード部113を構成するダイオード素子の種類あるいは個数を選定しておく。
In the
When the temperature of the
Incidentally,
遮断ラッチ回路120は、主としてFET123,124で構成されるフリップフロップと、該フリップフロップの出力により制御されるFET126とで構成されている。FET126は、スイッチ用FET12のゲート・ソース間を短絡するよう接続される。FET126がオンすることによりFET12は遮断(オフ)され、フリップフロップによりFET126のオンが維持されることにより、FET12のオフが維持(ラッチ)される構成とされている。
そのフリップフロップは、FET125により次のように制御される。
The
The flip-flop is controlled by the FET 125 as follows.
即ち、温度検出回路110からの所定温度に達したとの温度検出信号(Hレベル)がFET125のゲートに入力されると、FET125はオンする。すると、FET124はオフとなって、そのドレイン電圧はHレベルとなり、FET123をオンすると共にFET126をオンする。
即ち、Hレベルの温度検出信号によりフリップフロップが反転され、FET126はオンに維持される。これによりFET12はオフされ、電流ID が遮断されるから、過電流による温度上昇は阻止される。
That is, when a temperature detection signal (H level) indicating that the predetermined temperature is reached from the
That is, the flip-flop is inverted by the H level temperature detection signal, and the FET 126 is kept on. As a result, the FET 12 is turned off and the current ID is cut off, so that the temperature rise due to overcurrent is prevented.
電流制限回路130は、FET131,132とダイオード133とで構成されている。FET12と負荷14との接続点をCとすると、FET131は点CとFET12のゲートとの間に接続され、FET131のゲートと点Cとの間にダイオード133が接続される。FET132は、FET131のゲートとFET12の直流電源11側端子との間に接続され、そのゲートはFET12のゲートに接続される。
FET12を流れる電流ID がデッドショート時のような大電流となると、そのドレイン・ソース間電圧VDSも増大するが、電流制限回路130はこのVDSの増大を検知し、次のようにしてID を制限する。
The current limiting
When the current I D flowing through the
ドレイン・ソース間電圧VDSが増大すると、FET12と負荷14との接続点Cの電圧VC は低下する。VC が低下するとFET131のゲート・ソース間電圧が増大し、やがてスレッシュホールド電圧を超えるとFET131はオンし、抵抗103を経由して電流が流れ込む。
抵抗103での電圧降下が増加すると、FET12のゲート・ソース間電圧は低下し、電圧VDSは更に増大する。同様にFET132のゲート・ソース間電圧も低下し、FET132はオーミック領域動作よりピンチオフ領域動作に移行し、不完全なオンになる。一方、FET131のゲート・ソース間はダイオード133の順電圧降下でクランプされているので、FET131を流れる電流は定電流となる。
When the drain-source voltage V DS increases, the voltage V C at the connection point C between the
When the voltage drop at the
それに伴い、抵抗103における電圧降下は一定に保たれ、FET12のゲート・ソース間電圧は、正常時よりはかなり低い一定電圧にされる(FET131に新たに流れることとなった定電流が、抵抗103にも流れることにより生ぜしめた新たな電圧降下分だけ低い電圧に)。その結果、FET12はピンチオフ領域で動作させられることになり、電流ID はほぼ一定値に制限され、保護がなされる。
Accordingly, the voltage drop in the
前記した従来の技術では、スイッチ用のFET12の温度を検出して保護動作をする回路と、デッドショート時に流れるような大電流を制限する電流制限回路との2種類の保護回路を設けなければならず、部品コストが大になるという問題点があった。
本発明は、このような問題点を解決することを課題とするものである。
In the above-described conventional technique, two types of protection circuits, that is, a circuit that detects the temperature of the
An object of the present invention is to solve such problems.
前記課題を解決するため、本願で提案する第1の発明の過電流保護電源装置では、直流電源と負荷との間に制御回路により制御されるスイッチ用の第1のFET(電界効果トランジスタ)が接続されて成る電源装置に対し、前記第1のFETの端子間電圧に比例した比例電流を生成する電流変換回路と、容量素子を含む一次遅れ回路として構成され、該比例電流が流されるよう該電流変換回路に直列接続され、その接続点の電圧を過電流検出用電圧として用いるようにした過電流検出用電圧発生回路と、該過電流検出用電圧と比較基準電圧とを比較して過電流検出信号を生成し、前記制御回路へ入力する過電流検出回路とを付加すると共に、該過電流検出信号が入力されて来たとき前記第1のFETをオフして過電流保護をする構成を前記制御回路内に設けることとした。 In order to solve the above-mentioned problem, in the overcurrent protection power supply device of the first invention proposed in the present application, a first FET (field effect transistor) for switching controlled by a control circuit is provided between a DC power supply and a load. The power supply device connected is configured as a current conversion circuit that generates a proportional current proportional to the voltage between the terminals of the first FET, and a first-order lag circuit including a capacitive element so that the proportional current flows. An overcurrent detection voltage generation circuit that is connected in series to the current conversion circuit and uses the voltage at the connection point as an overcurrent detection voltage, and the overcurrent detection voltage is compared with a reference voltage for comparison. An overcurrent detection circuit for generating a detection signal and inputting it to the control circuit is added, and when the overcurrent detection signal is input, the first FET is turned off to provide overcurrent protection. The system It was be provided in the circuit.
上記の過電流検出用電圧発生回路は、容量素子と第2の抵抗との並列接続体と、該並列接続体に直列接続された第3の抵抗と、該並列接続体と第3の抵抗との直列接続体に並列接続された第4の抵抗とにより構成することが出来る。 The overcurrent detection voltage generation circuit includes a parallel connection body of a capacitive element and a second resistor, a third resistor connected in series to the parallel connection body, the parallel connection body and a third resistance, And a fourth resistor connected in parallel to the series connection body.
本願で提案する第2の発明の過電流保護電源装置では、直流電源と負荷との間に制御回路により制御されるスイッチ用の第1のFETが接続されて成る電源装置に対し、前記第1のFETの端子間電圧に比例した比例電流を生成する電流変換回路と、第5の抵抗で構成される第1過電流検出用電圧発生回路と、容量素子を含む一次遅れ回路として構成される第2過電流検出用電圧発生回路と、前記比例電流が流されるよう前記電流変換回路に直列接続する回路を、当初は前記第1過電流検出用電圧発生回路に、次には前記第2過電流検出用電圧発生回路にと交互に切り替える切替回路であって、前記電流変換回路との接続点の電圧が過電流検出用電圧として用いられるようにされた切替回路と、該過電流検出用電圧と比較基準電圧とを比較して過電流検出信号を生成し、前記制御回路へ入力する過電流検出回路とを付加すると共に、該過電流検出信号の入力状況に応じて前記第1過電流検出用電圧発生回路,前記第2過電流検出用電圧発生回路の切り替えを行って過電流の種類を判別する過電流種類判別回路を前記制御回路内に設け、過電流の種類によって異なる保護動作をすることとした。 In the overcurrent protection power supply device according to the second invention proposed in the present application, the first FET for the switch controlled by the control circuit is connected between the DC power supply and the load. A first conversion circuit configured as a first-order lag circuit including a current conversion circuit that generates a proportional current proportional to the voltage across the terminals of the FET, a first overcurrent detection voltage generation circuit including a fifth resistor, and a capacitive element. 2 an overcurrent detection voltage generation circuit and a circuit connected in series with the current conversion circuit so that the proportional current flows, the initial overcurrent detection voltage generation circuit, and then the second overcurrent A switching circuit that alternately switches to a detection voltage generation circuit, the switching circuit configured to use a voltage at a connection point with the current conversion circuit as an overcurrent detection voltage, and the overcurrent detection voltage; Compare with reference voltage An overcurrent detection circuit that generates an overcurrent detection signal and inputs it to the control circuit is added, and the first overcurrent detection voltage generation circuit, the second overcurrent detection voltage generation circuit, and the second overcurrent detection signal are input according to the input state of the overcurrent detection signal. An overcurrent type discriminating circuit for discriminating the type of overcurrent by switching the current detection voltage generating circuit is provided in the control circuit, and a different protection operation is performed depending on the type of overcurrent.
上記の第2過電流検出用電圧発生回路は、容量素子と第2の抵抗との並列接続体と、該並列接続体に直列接続された第3の抵抗と、該並列接続体と第3の抵抗との直列接続体に並列接続された第4の抵抗とにより構成することが出来る。
上記の切替回路は、第1過電流検出用電圧発生回路に直列接続された第3のFETと、第2過電流検出用電圧発生回路に直列接続された第4のFETと、過電流種類判別回路からLレベルの信号が入力されると第3のFETがオンし、第4のFETがオフするように制御し、Hレベルの信号が入力されると第3のFETがオフし、第4のFETがオンするように制御する回路とにより構成することが出来る。
The second overcurrent detection voltage generation circuit includes a parallel connection body of a capacitive element and a second resistor, a third resistor connected in series to the parallel connection body, the parallel connection body and a third resistor. A fourth resistor connected in parallel to a series connection with the resistor can be used.
The switching circuit includes a third FET connected in series to the first overcurrent detection voltage generation circuit, a fourth FET connected in series to the second overcurrent detection voltage generation circuit, and an overcurrent type determination. When the L level signal is inputted from the circuit, the third FET is turned on and the fourth FET is turned off. When the H level signal is inputted, the third FET is turned off, and the fourth FET is turned off. And a circuit that controls the FET to be turned on.
更に上記の過電流種類判別回路は、過電流検出のHレベル信号の入力より第1の所定時間はHレベル信号を出力するタイマ部と、過電流検出のHレベル信号の入力が第2の所定時間継続した場合Hレベル信号を出力するディジタルフィルタ部と、タイマ部の出力がHレベルからLレベルになってから、第3の所定時間内に過電流検出のHレベル信号が発生する毎にカウントアップし、カウントが所定回数Nに達すればHレベル信号を出力し、該時間内に入力が無い場合はリセットされるカウンタ部と、一方の入力端子に過電流検出信号が入力され、他方の入力端子は前記タイマ部の出力端子と接続された第1のOR回路と、一方の入力端子は前記タイマ部の出力端子と接続され、他方の入力端子は前記ディジタルフィルタ部の出力端子と接続されたAND回路と、一方の入力端子は該AND回路の出力端子と接続され、他方の入力端子は前記カウンタ部の出力端子と接続された第2のOR回路とにより構成され、該第2のOR回路から出力されるHレベル信号は第1のFETをオフするのに使用し、前記第1のOR回路から出力される信号は切替回路の切り替えに使用するようにすることが出来る。 Further, the overcurrent type determination circuit includes a timer unit that outputs an H level signal for a first predetermined time from an input of an H level signal for overcurrent detection, and an input of an H level signal for overcurrent detection is a second predetermined time. Counts each time an over-current detection H level signal is generated within the third predetermined time after the output of the digital filter unit and the timer unit from H level to L level when the time continues. When the count reaches the predetermined number N, an H level signal is output, and when there is no input within the time, a counter unit is reset, and an overcurrent detection signal is input to one input terminal and the other input The terminal is connected to the first OR circuit connected to the output terminal of the timer unit, one input terminal is connected to the output terminal of the timer unit, and the other input terminal is connected to the output terminal of the digital filter unit The AND circuit, one input terminal is connected to the output terminal of the AND circuit, and the other input terminal is constituted by a second OR circuit connected to the output terminal of the counter unit. The H level signal output from the OR circuit can be used to turn off the first FET, and the signal output from the first OR circuit can be used to switch the switching circuit.
本発明の過電流保護電源装置によれば、1種類の保護回路で、通常の小規模の過電流に対する保護は勿論、デッドショート時のような大規模の過電流に対しても保護を行うことが出来るようになり、部品コストを低減することが出来るようになった。 According to the overcurrent protection power supply device of the present invention, one type of protection circuit can protect against a large-scale overcurrent such as a dead short as well as a normal small-scale overcurrent. The cost of parts can be reduced.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態を示す図である。図1において、1は過電流保護電源装置、2はスイッチ部、3は制御回路、4は電流変換回路、5は過電流検出回路、6は過電流検出用電圧発生回路、11は直流電源、12はFET、13は配線、14は負荷、20はスイッチ、21は抵抗、40は抵抗、41はオペアンプ、42はFET、50はコンパレータ、51は比較基準電源、60〜62は抵抗、63は容量素子、VS は過電流検出用電圧である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1 is an overcurrent protection power supply device, 2 is a switch unit, 3 is a control circuit, 4 is a current conversion circuit, 5 is an overcurrent detection circuit, 6 is an overcurrent detection voltage generation circuit, 11 is a DC power supply, 12 is a FET, 13 is a wiring, 14 is a load, 20 is a switch, 21 is a resistor, 40 is a resistor, 41 is an operational amplifier, 42 is an FET, 50 is a comparator, 51 is a comparison reference power supply, 60 to 62 are resistors, and 63 is a resistor Capacitance element V S is an overcurrent detection voltage.
まず過電流保護電源装置1の概要を説明する。
直流電源11とFET12と負荷14はこの順に直列接続され、電力供給の主回路を形成している。電流変換回路4は、FET12のドレイン・ソース間電圧VDSに比例した電流Iを発生させる回路である。過電流検出用電圧発生回路6は、電圧VDSに比例した電流Iを基に、過電流検出用電圧VS を発生させる回路である。過電流検出回路5は、過電流になったかどうかを判定する回路である。制御回路3は、スイッチ部2あるいは過電流検出回路5からの信号を受けて、FET12をオンしたりオフしたりする信号を生成し、その信号でFET12を制御する回路である。
First, an outline of the overcurrent protection
The
次に、各回路について詳細に説明する。
電力供給の主回路中のFET12は、スイッチ用として用いられている。FET12と負荷14との直列接続体に対して並列に、電流変換回路4と過電流検出用電圧発生回路6との直列接続回路が接続される。
電流変換回路4は、抵抗40とFET42の直列接続体とオペアンプ41とで構成される。該直列接続体の抵抗40側の端部は直流電源11とFET12との接続点に接続され、該直列接続体のFET42側の端部は過電流検出用電圧発生回路6に接続される。オペアンプ41の反転入力端子は抵抗40とFET42との接続点(図1中のA点)に接続され、非反転入力端子はスイッチ用FET12と負荷14との接続点(図1中のB点)に接続され、出力端子はFET42のゲートに接続される。
Next, each circuit will be described in detail.
The
The current conversion circuit 4 includes a series connection body of a
オペアンプ41は、点A,Bの電圧VA ,VB が等しくなるようFET42を制御する。その結果、抵抗40における電圧降下はFET12における電圧降下(VDS)と等しくなる。抵抗40の抵抗値をR40とし、FET42を流れる電流(ドレイン・ソースを
流れる電流)をIとした場合、次式が成り立つ。
R40×I=VDS …(1)
故に I=VDS/R40 …(2)
即ち、電流Iは、電圧VDSに比例した電流となっている。この電流Iが過電流検出用電圧発生回路6へ供給される。
なお、FET12のオン抵抗をRONとし、FET12を流れる電流(ドレイン電流)をID とすると、次式が成り立つ。
VDS=RON×ID …(3)
(2)(3)式より、IはID に比例したものであることも分かる。
The
R 40 × I = V DS (1)
Therefore I = V DS / R 40 (2)
That is, the current I is a current proportional to the voltage V DS . This current I is supplied to the overcurrent detection voltage generation circuit 6.
When the on-resistance of the
V DS = R ON × I D (3)
(2) From formula (3), it can also be seen that I is proportional to ID .
過電流検出用電圧発生回路6は、抵抗と容量素子(例えばコンデンサ)とから成る一次遅れ回路で構成される。図示した例では、抵抗62と容量素子63との並列接続体に抵抗61が直列接続され、その直列接続体に抵抗60が並列接続された構成とされている。そして、抵抗60と抵抗61との接続点が電流変換回路4に接続されている。本発明では、過電流検出用電圧発生回路6の両端間に生ずる電圧を、過電流検出電圧として利用する。その電圧は、電流変換回路4と過電流検出用電圧発生回路6との接続点をSとすると、S点の電圧VS として現れる。
FET12を流れる電流ID が増大すれば電圧VDSが増大し、それに比例して電流Iも増大する。電圧VS は、その電流Iを抵抗と容量素子とから成る回路である過電流検出用電圧発生回路6に流した時に、該回路の両端間に生ずる電圧降下であるから、電流Iが増大すれば増大する。従って電圧VS は、過電流検出電圧として利用し得る。
The overcurrent detection voltage generation circuit 6 is composed of a primary delay circuit composed of a resistor and a capacitive element (for example, a capacitor). In the illustrated example, a
If the current I D flowing through the
過電流事故が生じたという場合、電流は急激に増大する。従って、電流はステップ関数的に増大すると言うことが出来る。そこで、ステップ関数的に増大する電流Iが、過電流検出用電圧発生回路6に流れたときに生ぜしめられる過電流検出用電圧VS を求めると、次式の如くになる。
VS =RT 〔H{1−exp(−t/τ)}+K〕×I …(4)
但し、tはステップ関数的な電流Iが与えられてから(過電流事故発生から)の時間であり、τは過電流検出用電圧発生回路6の時定数である。抵抗60,61,62の抵抗値をそれぞれR60,R61,R62とし、容量素子63の容量をC63とすると、τ,RT ,H,Kはそれぞれ次の通りである。
If an overcurrent accident occurs, the current increases rapidly. Therefore, it can be said that the current increases in a step function. Accordingly, when the overcurrent detection voltage V S generated when the current I increasing in a step function flows into the overcurrent detection voltage generation circuit 6 is obtained as follows.
V S = R T [H {1-exp (−t / τ)} + K] × I (4)
However, t is the time after the step function current I is given (from the occurrence of an overcurrent accident), and τ is the time constant of the overcurrent detection voltage generation circuit 6. Assuming that the resistance values of the resistors 60 , 61 , 62 are R 60 , R 61 , R 62 and the capacitance of the
τ=C63×R62(R60+R61)/(R60+R61+R62) …(5)
RT =(R61+R62)R60/(R60+R61+R62) …(6)
(RT は容量素子C63を切り離した状態にした時の合成抵抗)
H=(R60×R62)/(R61+R62)(R60+R61) …(7)
K=R61(R60+R61+R62)/(R61+R62)(R60+R61) …(8)
そして、HとKの和を取ってみれば分かるように、両者の間には次の関係がある。
H+K=1 …(9)
τ = C 63 × R 62 (R 60 + R 61 ) / (R 60 + R 61 + R 62 ) (5)
R T = (R 61 + R 62 ) R 60 / (R 60 + R 61 + R 62 ) (6)
(R T is the combined resistance when the capacitive element C 63 is disconnected)
H = ( R60 * R62 ) / ( R61 + R62 ) ( R60 + R61 ) (7)
K = R 61 (R 60 + R 61 + R 62 ) / (R 61 + R 62 ) (R 60 + R 61 ) (8)
And as you can see by taking the sum of H and K, there is the following relationship between them.
H + K = 1 (9)
過電流検出回路5は、コンパレータ50と比較基準電源51とで構成される。コンパレータ50の反転入力端子には比較基準電源51の電圧V51が入力され、非反転入力端子には過電流検出用電圧VS が入力される。コンパレータ50の出力は制御回路3に入力される。VS >V51となった時、コンパレータ50からHレベルの出力が出される。これが、過電流検出信号である。
The overcurrent detection circuit 5 includes a
スイッチ部2は、電源の投入,停止(FET12のオン,オフ)をするスイッチ信号を発生する部分であり、例えばスイッチ20と抵抗21とが直列接続されて構成される。スイッチ20をオンするとHレベルの信号が制御回路3へ入力される。
制御回路3は、スイッチ部2あるいは過電流検出回路5から入力されて来る信号に基づき、電源の投入,停止を制御する信号を生成し、FET12を駆動するに適した形に加工して、FET12のゲートに供給する。
The
The
(過電流検出用電圧発生回路6の回路定数の設定)
大きな過電流の場合、FET12が所定温度まで上昇するのを待って過電流保護動作を行っていたのでは、手遅れになるので、本発明では過電流検出用電圧VS が所定値(V51)まで増大したのを検出して、過電流保護を行うこととしている。
では、VS が所定値(V51)まで増大することを、温度が所定温度まで上昇するのよりも早くすることが出来るのかという点が問題になるが、以下に述べるように、発明者が得た知見に基づき回路を構成し、回路定数を設定することにより、早くすることが可能となる。
(Setting of circuit constant of overcurrent detection voltage generation circuit 6)
In the case of a large overcurrent, if the overcurrent protection operation is performed after the
Then, it becomes a problem whether it is possible to make V S increase to a predetermined value (V 51 ) faster than the temperature rises to the predetermined temperature. By configuring a circuit based on the obtained knowledge and setting circuit constants, it is possible to speed up the process.
過電流が流れ始めた時をt=0とし、電流がほぼ増大し終えた時をt=∞とすると、それぞれの時の過電流検出用電圧発生回路6の等価回路は、図4に示すようになる。
図4(1)はt=0の時の等価回路である。過電流事故発生により電流が急増した時は、過電流検出用電圧発生回路6の容量素子63は直流的には短絡状態となるから、抵抗62を短絡し、等価回路は抵抗61と抵抗60との並列回路となる。説明の便宜上、この等価回路を「容量素子短絡状態等価回路」と言うことにする。この回路の合成抵抗をR(0)とすると、R(0)は次式のようになる。
R(0)=(R60×R61)/(R60+R61) …(10)
Assuming that t = 0 when the overcurrent starts flowing and t = ∞ when the current has almost increased, the equivalent circuit of the overcurrent detection voltage generating circuit 6 at each time is as shown in FIG. become.
FIG. 4A is an equivalent circuit when t = 0. When the current suddenly increases due to the occurrence of an overcurrent accident, the
R (0) = (R 60 × R 61 ) / (R 60 + R 61 ) (10)
図4(2)はt=∞の時の等価回路である。この時は、容量素子63の充電は充分になされ、過電流検出用電圧発生回路6の容量素子63は直流的には回路から除去された状態となるから、等価回路は抵抗61,62の直列接続体と抵抗60との並列回路となる。この等価回路を説明の便宜上、「容量素子除去状態等価回路」と言うことにする。この回路の合成抵抗をR(∞)とすると、R(∞)は次式のようになる。
R(∞)=R60(R61+R62)/(R60+R61+R62) …(11)
FIG. 4B is an equivalent circuit when t = ∞. At this time, the
R (∞) = R 60 (R 61 + R 62 ) / (R 60 + R 61 + R 62 ) (11)
また、当初(t=0の時)の過電流検出用電圧VS をVS (0)とおき、上昇し終えた時(t=∞の時)に到達する過電流検出用電圧VS をVS (∞)とおき、VS (∞)に対するVS (0)の比を「検出電圧当初到達比」と名付けその値をXとすれば、Xは次式で表される(なおXは上記のような比の値であるから、Xの最大値は1)。
X=VS (0)/VS (∞)=(R(0)×I)/(R(∞)×I)
=R(0)/R(∞)
=R61(R60+R61+R62)/(R60+R61)(R61+R62) …(12)
Further, the overcurrent detection voltage V S at the initial time (when t = 0) is set as V S (0), and the overcurrent detection voltage V S that reaches the time when the rise is finished (when t = ∞) is determined. If V S (∞) is set, and the ratio of V S (0) to V S (∞) is named “detected voltage initial arrival ratio” and its value is X, X is expressed by the following equation (note that X Is the ratio value as described above, so the maximum value of X is 1).
X = V S (0) / V S (∞) = (R (0) × I) / (R (∞) × I)
= R (0) / R (∞)
= R 61 (R 60 + R 61 + R 62 ) / (R 60 + R 61 ) (R 61 + R 62 ) (12)
そして、検出電圧当初到達比Xをいろいろに変えて(例えば、0.713、0.8、0.85、0.9等に)シミュレーションした結果、Xを大にする程、FET12の温度上昇具合に比べて、過電流検出用電圧VS の立上りが早くなるという重要な事実があることが判明した。このことは、Xが大になるよう過電流検出用電圧発生回路6の回路定数を設定することにより、FET12の温度が所定温度に達するのよりも早くVS をV51に到達せしめ、過電流を検知することが出来ることを意味している。
As a result of changing the detection voltage initial reach ratio X variously (for example, 0.713, 0.8, 0.85, 0.9, etc.) and increasing X, the temperature rise of the
この知見を基に、Xを大に設定することにより、通常の過電流は勿論、デッドショート時のような大きな過電流が流れた時も、FET12が熱破壊される前にFET12をオフすることが可能となる。
ただ、検出電圧当初到達比Xをあまり大にすると、電源投入のためにFET12がオンされた時に流れる正常な突入電流に対しても、VS が比較基準電圧V51より大となる程に大きな値となってしまう。そのため、過電流が流れたと誤判定して、過電流保護動作(FET12オフ)をしてしまう恐れがある。従って、検出電圧当初到達比Xの設定は、電源投入時の突入電流によっては保護動作をしないよう、注意深く行う必要がある。
Based on this knowledge, by setting X to be large, the
However, if the detection voltage initial reach ratio X is made too large, the normal inrush current that flows when the
(正常時の動作)
最初スイッチ20をオンすると、制御回路3はFET12をオンする信号を生成し、FET12へ送出する。FET12がオンされると、直流電源11から負荷14への電力の供給が開始される。FET12を流れる電流ID が正常範囲であれば、電圧VDSも大にはならず、電流変換回路4で生成される電流Iも小である。そのため、過電流検出用電圧発生回路6で発生される電圧VS は、過電流検出回路5の比較基準電源51の電圧V51より小であり、過電流検出回路5の出力はLレベル信号である。Lレベル信号が入力された制御回路3は、FET12をオフする信号を生成することはなく、FET12のオンは継続される。
電力供給を終了したい時には、再度スイッチ20をオンする。すると制御回路3は、FET12をオフする信号を生成し、FET12をオフする。
(Normal operation)
When the
When it is desired to end the power supply, the
(過電流時の動作)
過電流時の動作の概要は次の通りである。FET12の電流ID が過電流になると、電圧VDSは増大し、電流変換回路4で生成される電流Iもそれに比例して増大する。そのため、過電流検出用電圧発生回路6で発生される過電流検出用電圧VS も増大し、比較基準電源51の電圧V51より大となり、過電流検出回路5の出力はHレベル信号となる。Hレベル信号が入力された制御回路3は、FET12をオフする信号を生成し、FET12をオフして過電流保護をする。
(Operation at overcurrent)
The outline of operation at overcurrent is as follows. When the current I D of the FET 12 becomes an overcurrent, the voltage V DS increases, and the current I generated by the current conversion circuit 4 also increases in proportion thereto. For this reason, the overcurrent detection voltage V S generated by the overcurrent detection voltage generation circuit 6 also increases and becomes larger than the voltage V 51 of the comparison
過電流時の動作の詳細は、次の通りである。
過電流になり電流ID が急増すると、電圧VDSや電流Iもステップ関数的に急増する。すると、過電流検出用電圧発生回路6の容量素子63は瞬間的に短絡状態となる。その時の過電流検出用電圧発生回路6は、図4(1)に示す如き回路と等価になる(容量素子短絡状態等価回路)。
この瞬間の過電流検出用電圧VS は、図4(1)の回路にIが流れた時に生ずる電圧降下であるから、次式のようになる((10)式参照)。
VS ={(R60×R61)/(R60+R61)}×I …(13)
(これは(4)式にt=0を代入した時に得られるVS と一致している。)
Details of the operation during overcurrent are as follows.
When an overcurrent occurs and the current ID increases rapidly, the voltage V DS and the current I also increase stepwise. Then, the
The overcurrent detection voltage V S at this moment is a voltage drop that occurs when I flows through the circuit of FIG. 4A, and is expressed by the following equation (see equation (10)).
V S = {(R 60 × R 61 ) / (R 60 + R 61 )} × I (13)
(This coincides with V S obtained when t = 0 is substituted into the equation (4).)
一方、電流Iのステップ関数的急増の後、時間が充分に経過したとすると、過電流検出用電圧発生回路6は、図4(2)示す如き回路と等価になる(容量素子除去状態等価回路)。
このときの過電流検出用電圧VS は、図4(2)の回路にIが流れた時生ずる電圧降下であるから、次式のようになる((11)式参照)。
VS ={R60(R61+R62)/(R60+R61+R62)}×I …(14)
(これは(4)式にt=∞を代入した時に得られるVS と一致している。)
On the other hand, if a sufficient time has elapsed after the step increase of the current I, the overcurrent detection voltage generating circuit 6 is equivalent to a circuit as shown in FIG. ).
The overcurrent detection voltage V S at this time is a voltage drop that occurs when I flows through the circuit of FIG. 4B, and is expressed by the following equation (see equation (11)).
V S = {R 60 (R 61 + R 62 ) / (R 60 + R 61 + R 62 )} × I (14)
(This coincides with V S obtained when substituting t = ∞ into equation (4).)
つまり、過電流検出用電圧VS の値は、時間の経過と共に(13)式の値から(14)式の値に向かって変化して行く。その途中で、VS が比較基準電源51の電圧V51より大となった時、過電流検出回路5からHレベル信号の過電流検出信号が出され、FET12がオフされる。
従って、デッドショート時のような大電流が流れた時でも、FET12が熱破壊されるに至るより早くVS >V51となるよう、X値等を考慮して回路定数を設定しておけば、従来例の電流制限回路130のような保護回路を別に設ける必要はなく、1種類の過電流保護回路で済む。
That is, the value of the overcurrent detection voltage V S changes from the value of the expression (13) toward the value of the expression (14) with the passage of time. Along the way, when the V S becomes greater than the voltage V 51 of the comparison
Therefore, even when a large current flows, such as during a dead short, the circuit constant should be set in consideration of the X value and the like so that V S > V 51 sooner than before the
(第2の実施形態)
図2は、本発明の第2の実施形態を示す図である。符号は図1のものに対応し、7は切替回路、8は第1過電流検出用電圧発生回路、9は第2過電流検出用電圧発生回路、30は過電流種類判別回路、31はタイマ部、32はディジタルフィルタ部、33はカウンタ部、34はOR回路、35はAND回路、36はOR回路、70,71は抵抗、72,73はFET、74は反転回路、75,76はFET、80は抵抗である。第2過電流検出用電圧発生回路9の構成は、図1の過電流検出用電圧発生回路6の構成と同様である。説明の便宜上、名称を変えただけである。
(Second Embodiment)
FIG. 2 is a diagram showing a second embodiment of the present invention. 1 corresponds to that of FIG. 1, 7 is a switching circuit, 8 is a first overcurrent detection voltage generation circuit, 9 is a second overcurrent detection voltage generation circuit, 30 is an overcurrent type determination circuit, and 31 is a timer. Unit, 32 is a digital filter unit, 33 is a counter unit, 34 is an OR circuit, 35 is an AND circuit, 36 is an OR circuit, 70 and 71 are resistors, 72 and 73 are FETs, 74 is an inverting circuit, and 75 and 76 are FETs , 80 are resistors. The configuration of the second overcurrent detection voltage generation circuit 9 is the same as the configuration of the overcurrent detection voltage generation circuit 6 of FIG. For convenience of explanation, only the name has been changed.
第2の実施形態は、過電流が検出された場合、過電流を次の3つの種類に判別し、それぞれに応じて保護の仕方を変えるようにしたものである。
(1)デッドショート時のような大きな過電流(以下「大過電流」という)が流れた場合には、速やかにFET12をオフして過電流保護を行う。
(2)大過電流ほどに大きくはない通常の過電流(以下「小過電流」という)が長時間流れる場合には、所定時間流れたところでFET12をオフする。
(3)小過電流が短時間だけ流れた場合には、保護動作をしない。電源投入時の突入電流は短時間しか流れないから、この種類に入る。
In the second embodiment, when an overcurrent is detected, the overcurrent is discriminated into the following three types, and the protection method is changed in accordance with each.
(1) When a large overcurrent (hereinafter referred to as “large overcurrent”) flows as in a dead short circuit, the
(2) When a normal overcurrent (hereinafter referred to as “small overcurrent”) that is not as large as a large overcurrent flows for a long time, the
(3) When a small overcurrent flows for a short time, the protection operation is not performed. Since the inrush current at the time of power-on flows only for a short time, this type is entered.
まず過電流保護電源装置1の構成の概要を説明する。
図1の第1の実施形態と共通する構成についての説明は、省略ないしは簡単に済ます。図1の第1の実施形態では、電流変換回路4に対して過電流検出用電圧発生回路6を直列接続していた。しかし第2の実施形態では、電流変換回路4に直列接続する回路を、切替回路7により、第1過電流検出用電圧発生回路8か、または第2過電流検出用電圧発生回路9(図1の過電流検出用電圧発生回路6に相当)かに切り替えるようにしている。
First, an outline of the configuration of the overcurrent protection
The description of the configuration common to the first embodiment in FIG. 1 is omitted or simplified. In the first embodiment of FIG. 1, the overcurrent detection voltage generation circuit 6 is connected in series to the current conversion circuit 4. However, in the second embodiment, a circuit connected in series to the current conversion circuit 4 is replaced with a first overcurrent detection voltage generation circuit 8 or a second overcurrent detection voltage generation circuit 9 (FIG. 1) by the switching circuit 7. Equivalent to the overcurrent detection voltage generation circuit 6).
第1過電流検出用電圧発生回路8または第2過電流検出用電圧発生回路9の両端間に生ずる電圧降下(その電圧は電流変換回路4と切替回路7との接続点Sに現れる)を、過電流検出用電圧VS とし、これが過電流検出回路5に入力されるよう構成される。過電流検出回路5の出力は制御回路3に入力され、過電流種類判別回路30により過電流の種類が判別され、種類に応じてFET12を制御する出力や切替回路7を制御する出力が出されるよう構成されている。
A voltage drop that occurs across the first overcurrent detection voltage generation circuit 8 or the second overcurrent detection voltage generation circuit 9 (the voltage appears at the connection point S between the current conversion circuit 4 and the switching circuit 7), The overcurrent detection voltage V S is set to be input to the overcurrent detection circuit 5. The output of the overcurrent detection circuit 5 is input to the
次に各回路について詳細に説明する。
第1過電流検出用電圧発生回路8は抵抗80で構成され、第2過電流検出用電圧発生回路9は図1の過電流検出用電圧発生回路6と同様に構成される。
切替回路7は、抵抗70,71、FET72,73、反転回路74、FET75,76で構成される。FET75,76は切替スイッチの役割を果たすFETであり、FET76は電流変換回路4と第1過電流検出用電圧発生回路8との間に接続され、FET75は電流変換回路4と第2過電流検出用電圧発生回路9との間に接続される。
FET72はFET75のゲートとアース間に接続され、FET73はFET76のゲートとアース間に接続される。反転回路74の入力端子はFET72のゲートに接続され、反転回路74の出力端子はFET73のゲートに接続される。抵抗70,71は直流電源11より動作電圧を導くための抵抗である。
切替回路7の切替動作を制御する制御回路3からの信号は、FET72のゲート及び反転回路74の入力端子に入力される。
Next, each circuit will be described in detail.
The first overcurrent detection voltage generation circuit 8 is configured by a
The switching circuit 7 includes
The FET 72 is connected between the gate of the
A signal from the
制御回路3内には、過電流種類判別回路30が設けられる。過電流種類判別回路30は、発生した過電流が大過電流か小過電流か、あるいはまた小過電流でも短時間だけ流れたものか長時間流れているものかを判別する回路である。
なお、本発明では、生成される過電流検出用電圧VS の値が、次の2つの大小関係を満たすよう予め回路定数を設定しておく。
(1)大過電流の場合には、第1過電流検出用電圧発生回路8及び第2過電流検出用電圧発生回路9のいずれで生成されても、VS >V51となる(過電流と判定される)こと。
(2)小過電流の場合には、第1過電流検出用電圧発生回路8で生成されればVS >V51となる(過電流と判定される)が、第2過電流検出用電圧発生回路9で生成されればVS <V51となる(過電流とは判定されない)こと。
An overcurrent
In the present invention, circuit constants are set in advance so that the value of the generated overcurrent detection voltage V S satisfies the following two magnitude relationships.
(1) In the case of a large overcurrent, V S > V 51 is satisfied regardless of whether the first overcurrent detection voltage generation circuit 8 or the second overcurrent detection voltage generation circuit 9 generates (overcurrent). Is determined).
(2) In the case of a small overcurrent, if it is generated by the first overcurrent detection voltage generation circuit 8, V S > V 51 (determined as an overcurrent), but the second overcurrent detection voltage If generated by the generation circuit 9, V S <V 51 (it is not determined to be an overcurrent).
過電流種類判別回路30は、タイマ部31,ディジタルフィルタ部32,カウンタ部33,OR回路34,AND回路35,OR回路36で構成される。
タイマ部31,ディジタルフィルタ部32,カウンタ部33は、それぞれ次のような機能を有するものとして構成される。
タイマ部31…Hレベル入力が入って来た時から第1の所定時間(T1 )経過するまでHレベル出力を出し続ける。
ディジタルフィルタ部32…Hレベル入力が第2の所定時間(T2 )継続した時にHレベル出力を出す。
カウンタ部33…前のHレベル入力から第3の所定時間(T3 )内に次のHレベル入力が入って来る毎にカウントアップされ、所定回数(N)に達した時にHレベル出力を出す。第3の所定時間(T3 )内に次のHレベル入力が入って来ない時はリセットされる。
The overcurrent
The
The
The
タイマ部31,ディジタルフィルタ部32,カウンタ部33の各入力端子およびOR回路36の一方の入力端子は、過電流検出回路5からの出力が入力されるよう接続構成される。OR回路36の他方の入力端子は、タイマ部31の出力端子と接続される。AND回路35の一方の入力端子は、タイマ部31の出力端子と接続され、他方の入力端子はディジタルフィルタ部32の出力端子と接続される。OR回路34の一方の入力端子は、カウンタ部33の出力端子と接続され、他方の入力端子はAND回路35の出力端子と接続される。
OR回路34の出力は、FET12をオフする信号を生成するのに用いられる。OR回路36の出力は、切替回路7へ送られて(FET72のゲートへ入力)、切替動作を行うのに用いられる。
Each input terminal of the
The output of the OR circuit 34 is used to generate a signal for turning off the
過電流が流れた場合の動作は、次の通りである。
(1)大過電流の場合
切替回路7では当初はFET76がオンされ、電流変換回路4には第1過電流検出用電圧発生回路8が直列接続されている。この状態でデッドショートが発生し大過電流が流れると、点Sに生成される過電流検出用電圧VS はV51より大となる。そのため過電流検出回路5の出力はHレベル信号となり、それが制御回路3に入力される。
このHレベル信号は、タイマ部31,ディジタルフィルタ部32,カウンタ部33に入力される。すると、それぞれ次のように動作する。
タイマ部31…直ちにHレベル信号を出力すると共に、T1 の計時を開始する。
ディジタルフィルタ部32…T2 の計時を開始する。
カウンタ部33…カウント値が1にされると共に、T3 の計時を開始する。
The operation when an overcurrent flows is as follows.
(1) In the case of a large overcurrent In the switching circuit 7, the
The H level signal is input to the
The
With the
更に、このHレベル信号はOR回路36の一方の入力端子にも入力されるので、OR回路36からHレベル信号が出て、切替回路7のFET72のゲートおよび反転回路74へ入力される。その結果、FET72,75がオンされると共に、反転回路74の出力がLレベル信号とされ、FET73,76がオフされる。これらのことにより、電流変換回路4に直列接続される回路は、第1過電流検出用電圧発生回路8から第2過電流検出用電圧発生回路9へ切り替えられる。
Further, since the H level signal is also input to one input terminal of the
大過電流の場合には、第2過電流検出用電圧発生回路9に切り替えられても、生成されるVS はV51より大となるように回路定数が設定されているから、過電流検出回路5からは切替え後も引き続いてHレベル信号が出力される。ディジタルフィルタ部32に注目すると、これにHレベル信号が入力され続けて第2の所定時間T2 が経過すると、ディジタルフィルタ部32からHレベル信号が出力され、AND回路35の一方の入力端子へ入力される。
In the case of a large overcurrent, the circuit constant is set so that the generated V S is larger than V 51 even if the voltage is switched to the second overcurrent detection voltage generation circuit 9. The H level signal is continuously output from the circuit 5 even after switching. When attention is paid to the
AND回路35の他方の入力端子にはタイマ部31の出力が入力されているが、タイマ部31の出力は、第1の所定時間T1 が経過するまではHレベル信号を維持し続けるようにされている。従って、AND回路35の両方の入力端子にHレベル信号が入力されることになり、AND回路35からはHレベル信号が出力され、それがOR回路34の出力をHレベル信号とする。これにより、FET12がオフされる。
かくして、大過電流の場合、第2過電流検出用電圧発生回路9への切替え後、直ちにFET12がオフされ、保護がなされる。
なお、上記のような動作をさせるためには、T2 が経過する時点ではまだタイマ部31からHレベル信号が出力し続けている(T1 は経過しない)ようにしておかなければならないから、T1 >T2 の関係となるよう設定しておく必要がある。
The output of the
Thus, in the case of a large overcurrent, the
In order to perform the operation as described above, it is necessary to keep the H-level signal still being output from the
(2)小過電流だが長時間(所定時間以上)流れる場合
第1過電流検出用電圧発生回路8が接続されている状態で過電流が発生すると、VS がV51より大となり、過電流検出回路5の出力がHレベル信号となり、それが制御回路3に入力される。
そのHレベル信号は、OR回路36の一方の入力端子に直接入力される共に、タイマ部31を経て第1の所定時間T1 の間中、他方の入力端子に入力され続ける。そのため、OR回路36からは、T1 の間Hレベル信号が出力され続ける。大過電流の場合で述べたように、OR回路36からHレベル信号が出ると、切替回路7のFET76はオフされFET75がオンされるから、第1過電流検出用電圧発生回路8から第2過電流検出用電圧発生回路9へ切替えられ、その状態は第1の所定時間T1 の間維持される。
なお、過電流検出回路5から制御回路3に入力されて来たHレベル信号は、カウンタ部33にも入力され、カウントアップする(最初だからカウント1になる)。またディジタルフィルタ部32にも入力される。ディジタルフィルタ部32は、もし第2の所定時間T2 が経過するまでHレベル信号が入力され続けるならば、Hレベル信号を出力しようという状態になる。
(2) When a small overcurrent flows for a long time (more than a predetermined time) If an overcurrent occurs with the first overcurrent detection voltage generation circuit 8 connected, V S becomes larger than V 51 and the overcurrent The output of the detection circuit 5 becomes an H level signal, which is input to the
Its H-level signal are both inputted directly to one input terminal of the
The H level signal input from the overcurrent detection circuit 5 to the
小過電流の場合、第2過電流検出用電圧発生回路9で生成される過電流検出用電圧VS は、V51には達しないように回路が予め作られているので、過電流検出回路5の出力はLレベル信号となる。この状態でT1 が経過すると、タイマ部31から出ていたHレベル信号も途絶えるので、OR回路36の出力はLレベル信号に変る。そのため、切替回路7のFET72はオフされ反転回路74の出力はHレベル信号となる。その結果、FET75はオフされFET76がオンされ、第2過電流検出用電圧発生回路9から第1過電流検出用電圧発生回路8へと切替えられる。
ディジタルフィルタ部32は、第2過電流検出用電圧発生回路9に切替えられ、過電流検出回路5からの出力がLレベル信号になり、Hレベル信号が途絶えた時点で、前回Hレベル信号が入力された効果はなくなり、ディジタルフィルタ部32の状態はいったん振り出しに戻る。従って、ディジタルフィルタ部32からHレベル信号が出力されることはない。
In the case of a small overcurrent, the overcurrent detection voltage V S generated by the second overcurrent detection voltage generation circuit 9 is made in advance so that it does not reach V 51. The output of 5 is an L level signal. When T 1 elapses in this state, the H level signal output from the
The
小過電流が長時間流れる場合、第1過電流検出用電圧発生回路8に復帰させた時でもまだ小過電流が続いているから、第1過電流検出用電圧発生回路8で生成されるVS は依然としてV51より大である。従って、また過電流検出回路5からHレベル信号が出力され、制御回路3に入力され、過電流種類判別回路30は先程と同様の動作を行う。但し、カウンタ部33のカウント値は、またHレベル信号が入力されたことによりカウントアップし、1つだけ増加した値となる。
When a small overcurrent flows for a long time, the small overcurrent still continues even when the first overcurrent detection voltage generation circuit 8 is restored, so that the V generated by the first overcurrent detection voltage generation circuit 8 S is still greater than V 51. Accordingly, an H level signal is output from the overcurrent detection circuit 5 and input to the
以後、小過電流が流れている間中、第1過電流検出用電圧発生回路8と第2過電流検出用電圧発生回路9との切替,復帰が繰り返される。カウンタ部33の値は、過電流検出回路5からHレベル信号が入力される度にカウントアップされ、所定回数Nに達したところで、Hレベル信号を出力する。1回の切替,復帰に要する時間は一定(=T1 )であるから、カウント値がNに達するまでの時間も所定の一定時間(N回到達時間)となる。つまり、小過電流がその所定時間(N回到達時間)流れると、カウント値はNに達し、カウンタ部33からHレベル信号が出力される。
この出力はOR回路34へ入力され、Hレベル信号を出力させ、FET12をオフさせる。即ち、小過電流でも所定時間(N回到達時間)流れていると、FET12をオフする。そうする理由は、小過電流でも長時間流れていると、FET12や配線13等を焼損する恐れがあるので、その保護をする必要があるからである。
Thereafter, switching and returning between the first overcurrent detection voltage generation circuit 8 and the second overcurrent detection voltage generation circuit 9 are repeated while the small overcurrent flows. The value of the
This output is input to the OR circuit 34, which outputs an H level signal and turns off the
(3)小過電流だが短時間(所定時間以下)しか流れなかった場合
ここで言う短時間とは、カウンタ部33のカウント値が所定回数Nに達しない程度の時間のことである。この場合には、小過電流が流れている間は第1過電流検出用電圧発生回路8と第2過電流検出用電圧発生回路9との間の切替,復帰を繰返すだけである。従って、第1過電流検出用電圧発生回路8にした時は、過電流検出回路5から過電流検出信号が発せられるが、第2過電流検出用電圧発生回路9にした時は発せられないということを繰返す。
(3) When a small overcurrent has flowed for only a short time (predetermined time or less) The short time referred to here is a time that the count value of the
カウンタ部33のカウント値は、第1過電流検出用電圧発生回路8を接続している状態で過電流検出信号が入力される毎に、カウントアップされるが、この場合の小過電流はカウント値が所定回数Nに達しない内に解消し、通常電流に戻るものであり、戻った後は過電流検出信号は入力されて来なくなる。入力されて来ない状態が第3の所定時間T3 継続すると、カウンタ部33はリセットされる。これで過電流種類判別回路30は、元の状態に戻り、結局、FET12をオフするという保護動作はなされない。
The count value of the
電源投入時に流れる突入電流は短時間しか流れないから、この場合(短時間小過電流の場合)に該当する。従って、突入電流が流れた時にFET12がオフされるというような誤遮断が生ずることはなくなる。
なお、小過電流の場合、次の過電流検出信号が過電流種類判別回路30に入って来るのは、切替周期のT1 後ゆえ、T3 はそれより大にしておく必要がある(もしT1 より小ならばカウントアップする前にリセットされてしまう)。従って、T1 〜T3 の大小関係は、T3 >T1 >T2 となる。
Since the inrush current that flows when the power is turned on flows only for a short time, this is the case (a case of a short overcurrent for a short time). Therefore, there is no possibility of erroneous interruption such that the
In the case of a small overcurrent, the following overcurrent detection signal comes into the overcurrent
1…過電流保護電源装置、2…スイッチ部、3…制御回路、4…電流変換回路、5…過電流検出回路、6…過電流検出用電圧発生回路、7…切替回路、8…第1過電流検出用電圧発生回路、9…第2過電流検出用電圧発生回路、11…直流電源、12…FET、13…配線、14…負荷、20…スイッチ、21…抵抗、30…過電流種類判別回路、31…タイマ部、32…ディジタルフィルタ部、33…カウンタ部、34…OR回路、35…AND回路、36…OR回路、40…抵抗、41…オペアンプ、42…FET、50…コンパレータ、51…比較基準電源、60〜62…抵抗、63…容量素子、70,71…抵抗、72,73…FET、74…反転回路、75,76…FET、80…抵抗、101…スイッチ信号入力端子、102…ツェナーダイオード、103,104…抵抗、110…温度検出回路、111,112…抵抗、113…ダイオード部、114…FET、120…遮断ラッチ回路、121,122…抵抗、123〜126…FET、130…電流制限回路、131,132…FET、133…ダイオード
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記第1のFETの端子間電圧に比例した比例電流を生成する電流変換回路と、
容量素子を含む一次遅れ回路として構成され、該比例電流が流されるよう該電流変換回路に直列接続され、その接続点の電圧を過電流検出用電圧として用いるようにした過電流検出用電圧発生回路と、
該過電流検出用電圧と比較基準電圧とを比較して過電流検出信号を生成し、前記制御回路へ入力する過電流検出回路とを付加すると共に、
該過電流検出信号が入力されて来たとき前記第1のFETをオフして過電流保護をする構成を前記制御回路内に設けた
ことを特徴とする過電流保護電源装置。 For a power supply device in which a first FET (field effect transistor) for switching controlled by a control circuit is connected between a DC power supply and a load,
A current conversion circuit for generating a proportional current proportional to the voltage across the terminals of the first FET;
An overcurrent detection voltage generation circuit configured as a first-order lag circuit including a capacitive element, connected in series to the current conversion circuit so that the proportional current flows, and using the voltage at the connection point as an overcurrent detection voltage When,
The overcurrent detection voltage and the comparison reference voltage are compared to generate an overcurrent detection signal, and an overcurrent detection circuit to be input to the control circuit is added.
An overcurrent protection power supply device comprising: a configuration in the control circuit for providing overcurrent protection by turning off the first FET when the overcurrent detection signal is input.
容量素子と第2の抵抗との並列接続体と、
該並列接続体に直列接続された第3の抵抗と、
該並列接続体と第3の抵抗との直列接続体に並列接続された第4の抵抗と
により構成されていることを特徴とする請求項1記載の過電流保護電源装置。 The voltage generator for overcurrent detection
A parallel connection of a capacitive element and a second resistor;
A third resistor connected in series to the parallel connection;
2. The overcurrent protection power supply device according to claim 1, comprising a fourth resistor connected in parallel to a series connection body of the parallel connection body and a third resistance.
前記第1のFETの端子間電圧に比例した比例電流を生成する電流変換回路と、
第5の抵抗で構成される第1過電流検出用電圧発生回路と、
容量素子を含む一次遅れ回路として構成される第2過電流検出用電圧発生回路と、
前記比例電流が流されるよう前記電流変換回路に直列接続する回路を、当初は前記第1過電流検出用電圧発生回路に、次には前記第2過電流検出用電圧発生回路にと交互に切り替える切替回路であって、前記電流変換回路との接続点の電圧が過電流検出用電圧として用いられるようにされた切替回路と、
該過電流検出用電圧と比較基準電圧とを比較して過電流検出信号を生成し、前記制御回路へ入力する過電流検出回路とを付加すると共に、
該過電流検出信号の入力状況に応じて前記第1過電流検出用電圧発生回路,前記第2過電流検出用電圧発生回路の切り替えを行って過電流の種類を判別する過電流種類判別回路を前記制御回路内に設け、過電流の種類によって異なる保護動作をするようにした
ことを特徴とする過電流保護電源装置。 For a power supply device in which a first FET (field effect transistor) for switching controlled by a control circuit is connected between a DC power supply and a load,
A current conversion circuit for generating a proportional current proportional to the voltage across the terminals of the first FET;
A first overcurrent detection voltage generation circuit including a fifth resistor;
A second overcurrent detection voltage generation circuit configured as a first-order lag circuit including a capacitive element;
A circuit connected in series with the current conversion circuit so that the proportional current flows is switched to the first overcurrent detection voltage generation circuit at first, and then to the second overcurrent detection voltage generation circuit alternately. A switching circuit, wherein a voltage at a connection point with the current conversion circuit is used as an overcurrent detection voltage;
The overcurrent detection voltage and the comparison reference voltage are compared to generate an overcurrent detection signal, and an overcurrent detection circuit to be input to the control circuit is added.
An overcurrent type discriminating circuit for discriminating the type of overcurrent by switching between the first overcurrent detection voltage generation circuit and the second overcurrent detection voltage generation circuit according to an input state of the overcurrent detection signal; An overcurrent protection power supply device provided in the control circuit, wherein the protection operation varies depending on the type of overcurrent.
容量素子と第2の抵抗との並列接続体と、
該並列接続体に直列接続された第3の抵抗と、
該並列接続体と第3の抵抗との直列接続体に並列接続された第4の抵抗と
により構成されている
ことを特徴とする請求項3記載の過電流保護電源装置。 The second overcurrent detection voltage generation circuit is
A parallel connection of a capacitive element and a second resistor;
A third resistor connected in series to the parallel connection;
4. The overcurrent protection power supply device according to claim 3, comprising a fourth resistor connected in parallel to a series connection body of the parallel connection body and a third resistance.
第1過電流検出用電圧発生回路に直列接続された第3のFETと、
第2過電流検出用電圧発生回路に直列接続された第4のFETと、
過電流種類判別回路からLレベルの信号が入力されると第3のFETがオン、第4のFETがオフし、Hレベルの信号が入力されると第3のFETがオフ、第4のFETがオンする回路と
により構成されている
ことを特徴とする請求項3または4記載の過電流保護電源装置。 The switching circuit
A third FET connected in series to the first overcurrent detection voltage generation circuit;
A fourth FET connected in series to the second overcurrent detection voltage generation circuit;
When an L level signal is input from the overcurrent type discrimination circuit, the third FET is turned on and the fourth FET is turned off. When an H level signal is input, the third FET is turned off. The overcurrent protection power supply device according to claim 3 or 4, wherein the overcurrent protection power supply device comprises a circuit that turns on.
過電流検出のHレベル信号の入力より第1の所定時間はHレベル信号を出力するタイマ部と、
過電流検出のHレベル信号の入力が第2の所定時間継続した場合Hレベル信号を出力するディジタルフィルタ部と、
タイマ部の出力がHレベルからLレベルになってから、第3の所定時間内に過電流検出のHレベル信号が発生する毎にカウントアップし、カウントが所定回数Nに達すればHレベル信号を出力し、該時間内に入力が無い場合はリセットされるカウンタ部と、
一方の入力端子に過電流検出信号が入力され、他方の入力端子は前記タイマ部の出力端子と接続された第1のOR回路と、
一方の入力端子は前記タイマ部の出力端子と接続され、他方の入力端子は前記ディジタルフィルタ部の出力端子と接続されたAND回路と、
一方の入力端子は該AND回路の出力端子と接続され、他方の入力端子は前記カウンタ部の出力端子と接続された第2のOR回路と
により構成され、
該第2のOR回路から出力されるHレベル信号は第1のFETをオフするのに使用し、
前記第1のOR回路から出力される信号は切替回路の切り替えに使用するようにした
ことを特徴とする請求項3,4または5記載の過電流保護電源装置。 The overcurrent type discrimination circuit
A timer unit that outputs an H level signal for a first predetermined time from the input of an H level signal for overcurrent detection;
A digital filter unit that outputs an H level signal when input of an H level signal for overcurrent detection continues for a second predetermined time;
When the output of the timer unit changes from H level to L level, the counter counts up each time an H current signal for overcurrent detection is generated within the third predetermined time, and if the count reaches N a predetermined number of times, the H level signal is output. A counter unit that outputs and resets if there is no input within the time;
An overcurrent detection signal is input to one input terminal, and the other input terminal is connected to the output terminal of the timer unit;
One input terminal is connected to the output terminal of the timer unit, and the other input terminal is an AND circuit connected to the output terminal of the digital filter unit;
One input terminal is connected to the output terminal of the AND circuit, and the other input terminal is constituted by a second OR circuit connected to the output terminal of the counter unit,
The H level signal output from the second OR circuit is used to turn off the first FET,
6. The overcurrent protection power supply apparatus according to claim 3, wherein the signal output from the first OR circuit is used for switching of a switching circuit.
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