JP2014068448A - Input overvoltage prevention circuit and power supply unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、入力電圧が過電圧の時に回路内の素子や電源部を保護する回路、及び電源装置に関する。 The present invention relates to a circuit for protecting elements in a circuit and a power supply unit when an input voltage is an overvoltage, and a power supply device.
直流入力のスイッチング電源装置において、入力過電圧を防止する回路が知られている。一方、スイッチング電源装置での電源遮断時、電源装置の入力源の回路内あるいはケーブルなど、入力源内に起因するインダクタンス成分から自己誘導作用により高圧の逆起電力が発生する。この逆起電力が、入力源からスイッチング電源装置の本体電源回路に入力すると、入力電圧が上昇し入力過電圧状態となる。その結果、本体電源回路内の素子に障害が発生する。入力過電圧防止回路は、入力過電圧から回路内の素子や電源装置(本体電源回路)を保護する。 2. Description of the Related Art A circuit that prevents input overvoltage in a DC input switching power supply apparatus is known. On the other hand, when the power supply in the switching power supply is shut off, a high-voltage counter electromotive force is generated by a self-induction action from an inductance component caused in the input source, such as a circuit of the input source of the power supply apparatus or a cable. When this back electromotive force is input from the input source to the main body power circuit of the switching power supply device, the input voltage rises and an input overvoltage state is entered. As a result, a failure occurs in an element in the main body power supply circuit. The input overvoltage prevention circuit protects elements in the circuit and the power supply device (main body power supply circuit) from the input overvoltage.
入力過電圧を防止する回路の一例が特許文献1に記載されている。特許文献1に記載された回路は、入力電圧が所定の電圧以上に上昇した場合には、定電圧設定回路を作動させ、DC/DCコンバータの一次入力側に所定の電圧以上の電圧が印加されないようにする。 An example of a circuit for preventing input overvoltage is described in Patent Document 1. The circuit described in Patent Document 1 activates the constant voltage setting circuit when the input voltage rises above a predetermined voltage, and the voltage above the predetermined voltage is not applied to the primary input side of the DC / DC converter. Like that.
また、特許文献2に記載された回路は、定電流源および基準電圧発生回路によって作成された基準電圧と、入力電圧から分圧されて得られたフィードバック電圧をコンパレータによって相互に比較し、両者の差に対応した誤差信号を、制御トランジスタを介して、電源に直列に挿入された出力トランジスタのベースに与えることで、出力トランジスタのベース電流を調整し、定電圧動作が行われる。
The circuit described in
また、入力過電圧を防止する回路の他の例として、電源装置の入力源に、その電源装置に並列にバリスタを接続して入力過電圧から回路内の素子や電源装置を保護することも考えられる。 As another example of a circuit for preventing an input overvoltage, it is conceivable to connect a varistor to an input source of a power supply device in parallel with the power supply device to protect elements and the power supply device in the circuit from the input overvoltage.
しかしながら、上述した特許文献1に記載された技術は、直流電源に直列に限流抵抗を挿入しており、定常状態に到達するまで限流抵抗に電流が流れる。また、DC/DCコンバータに対して並列にコンデンサが挿入されており、コンデンサ側回路には常時電流が流れる。また、特許文献2に記載された技術は、直流電源に直列に出力トランジスタを挿入しており、出力トランジスタには常に電流が流れる。また、特許文献1と同じく負荷に対して並列に出力コンデンサが挿入されており、出力コンデンサ側回路には常時電流が流れる。したがって、特許文献1および2に記載された技術は、不必要な電力損失が発生するという問題点がある。
However, in the technique described in Patent Document 1 described above, a current limiting resistor is inserted in series with the DC power source, and a current flows through the current limiting resistor until a steady state is reached. Further, a capacitor is inserted in parallel with the DC / DC converter, and a current always flows through the capacitor side circuit. In the technique described in
また、入力源にバリスタを使用する場合、次のような問題点がある。すなわち、バリスタは、電流量に応じてバリスタ電圧が上昇していく特性を持っているため、精度良く入力電圧を抑えることができないという問題点がある。 Further, when a varistor is used as an input source, there are the following problems. That is, the varistor has a characteristic that the varistor voltage increases according to the amount of current, and therefore there is a problem that the input voltage cannot be suppressed with high accuracy.
本発明の目的の一例は、上述した問題点を解決できる入力過電圧防止回路および電源装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an input overvoltage prevention circuit and a power supply device that can solve the above-described problems.
本発明の一形態における入力過電圧防止回路は、電源部の入力側に並列接続し、少なくともコンデンサとスイッチ素子を含み、前記スイッチ素子がON状態の場合に導通するバイパス部と、前記電源部および入力電源との間に並列接続し、前記入力電源からの入力電圧の上昇を検知して、前記バイパス部のスイッチ素子をON状態にし、正常動作時に前記スイッチ素子をOFFにする検出部とを含む。 An input overvoltage prevention circuit according to an aspect of the present invention includes a bypass unit that is connected in parallel to the input side of a power supply unit, includes at least a capacitor and a switch element, and conducts when the switch element is in an ON state, the power supply unit, and the input A detection unit that is connected in parallel with a power supply, detects an increase in input voltage from the input power supply, turns on the switch element of the bypass unit, and turns off the switch element during normal operation.
本発明の一形態における電源装置は、前述の入力過電圧防止回路と、それに並列に接続された電源部とを含む。 A power supply device according to an aspect of the present invention includes the above-described input overvoltage prevention circuit and a power supply unit connected in parallel thereto.
本発明によれば、不必要な電力損失を発生することなく入力過電圧時に回路内の素子や電源装置を保護できるという効果が得られる。 According to the present invention, it is possible to protect the elements and the power supply device in the circuit at the time of input overvoltage without causing unnecessary power loss.
次に、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[第一の実施の形態]
図1は、本発明の第一の実施の形態における電源装置の回路図である。図1を参照すると、入力電源としての直流電源1が電源装置2の入力側に接続され、電源装置2の出力側には負荷3が接続される。直流電源1による入力電圧はVin1とする。また、直流電源内やケーブルなど、電源装置2の入力源内に起因するインダクタンス成分4が発生する。
[First embodiment]
FIG. 1 is a circuit diagram of a power supply device according to the first embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a DC power source 1 as an input power source is connected to the input side of a
電源装置2は、電源部13と、検出部11と、バイパス部12とを有する。電源部13は、直流電源1からの直流電圧を負荷3に応じた直流電圧に変換する。検出部11と、バイパス部12とは、入力過電圧防止回路を構成する。電源装置2内において、電源部13の入力電圧をVin2とする。
The
入力過電圧防止回路の検出部11は、直流電源1とバイパス部12との間に並列に接続されている。検出部11は、直流電源1に並列な抵抗22及び抵抗23の直列回路と、各抵抗の接続点に片方の入力が接続されるコンパレータ25を含む。入力過電圧防止回路のバイパス部12は、コンデンサ26と抵抗27とスイッチ素子としての半導体スイッチ28の直列回路で構成される。バイパス部12は、電源部13の入力側に並列接続されている。ここで、半導体スイッチとはトランジスタのことであり、スイッチング作用を利用し、ベース電流によりエミッタ−コレクタ間の導通(以降ON状態と記載する)と遮断(以降OFF状態と記載する)を制御する。
The detection unit 11 of the input overvoltage prevention circuit is connected in parallel between the DC power supply 1 and the bypass unit 12. The detection unit 11 includes a series circuit of a
また、半導体スイッチ28のベースはコンパレータ25の出力に接続されている。コンパレータ25の入力は、抵抗23に掛かる電圧(入力電圧とも言う)V11と基準電圧Vrefである。ここで、入力電圧V11は直流電源1から電源装置2に入力される入力電圧Vin1を抵抗22、23で分圧した際の、抵抗23の両端にかかる電圧である。基準電圧Vrefは定電圧源24により発生する電圧である。また、抵抗22、23、定電圧源24、コンパレータ25で構成される、電圧の上昇を検知して半導体スイッチ28のベースに出力する部分を検出部とする。
The base of the
次に、第一の実施の形態における電源装置の動作について説明する。 Next, the operation of the power supply device in the first embodiment will be described.
本電源装置の正常動作時、つまりインダクタンス成分4の影響を無視できる場合、抵抗22、23の抵抗値比を調整し、コンパレータ25の入力電圧V11は基準電圧Vrefよりも下回るように設定する。この時、コンパレータ25の出力はOFF状態となり、半導体スイッチ28のベースにはコンパレータ25からベース電流は供給されない。したがって半導体スイッチ28はOFF状態となる。つまりバイパス部には電流は流れない。
During normal operation of the power supply apparatus, that is, when the influence of the inductance component 4 can be ignored, the resistance value ratio of the
入力過電圧状態時、例えば電源装置2が電源断となった場合、電源装置2の入力電流が急峻に減少し、エネルギーを蓄積させたインダクタンス成分4が、自己誘導作用により無視できない逆起電圧を発生させる。この結果、電源部13の入力電圧Vin2が上昇し、入力電圧V11は基準電圧Vrefを上回る。この時、コンパレータ25の出力はON状態となり、半導体スイッチ28のベースにはコンパレータ25からベース電流が供給される。したがって半導体スイッチ28はON状態となり、バイパス部12に電流が流れる。このようにして、インダクタンス成分4に蓄積されたエネルギーは、導通したバイパス部12のコンデンサ26に吸収される。このため、Vin2は電圧上昇が抑えられる。
In the input overvoltage state, for example, when the
[第二の実施形態]
次に、本発明の第二の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。以下、本実施形態の説明が不明確にならない範囲で、前述の説明と重複する内容については説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Hereinafter, the description overlapping with the above description is omitted as long as the description of the present embodiment is not obscured.
図2は、本発明の第二の実施の形態における回路図である。
電源装置20は、電源部13と、検出部21と、バイパス部12とを有する。検出部21と、バイパス部12とは、入力過電圧防止回路を構成する。電源装置20内において、電源部13の入力電圧をVin2とする。
FIG. 2 is a circuit diagram according to the second embodiment of the present invention.
The
図2を参照すると、本実施形態における検出部21は、第一の実施形態の検出部11と比べて、抵抗22、23と定電圧源24とコンパレータ25の代わりに、ツェナーダイオード29と抵抗23との直列回路で検出部は構成される。バイパス部12の半導体スイッチ28のベースは、ツェナーダイオード29のアノード側に接続する。
Referring to FIG. 2, the detection unit 21 in this embodiment is different from the detection unit 11 in the first embodiment in that a
次に、第二の実施の形態における本回路の動作について説明する。 Next, the operation of this circuit in the second embodiment will be described.
本回路の正常動作時、つまりインダクタンス成分4の影響を無視できる場合、ツェナーダイオード29は、ツェナー電圧Vzが電源部の入力電圧Vin2よりも上回るように選択する。この時、ツェナーダイオード29はツェナー効果を発生させないので、ツェナーダイオード29は導通せず、半導体スイッチ28のベースにはツェナーダイオード29からベース電流は供給されない。したがって半導体スイッチ28はOFF状態となる。つまりバイパス部には電流は流れない。
During normal operation of the circuit, that is, when the influence of the inductance component 4 can be ignored, the
入力過電圧状態時、例えば電源装置2が電源断となった場合、電源装置の入力電流が急峻に減少し、エネルギーを蓄積させたインダクタンス成分4が、自己誘導作用により無視できない逆起電圧を発生させる。この結果、電源部13の入力電圧Vin2が上昇し、Vin2はツェナー電圧Vzを上回る。ツェナーダイオード29はツェナー効果を発生させるので、ツェナーダイオード29は導通し、半導体スイッチ28のベースにはツェナーダイオード29からベース電流が供給される。したがって半導体スイッチ28はON状態となりバイパス部12に電流が流れる。このようにして、インダクタンス成分4に蓄積されたエネルギーは、導通したバイパス部12のコンデンサ26に吸収される。このため、Vin2は電圧上昇が抑えられる。
In the input overvoltage state, for example, when the
次に、本発明の第一の実施の形態および第二の実施の形態の効果について説明する。 Next, effects of the first embodiment and the second embodiment of the present invention will be described.
上述した第一の実施の形態および第二の実施の形態における電源装置および入力過電圧防止回路は、不必要な電力損失を発生することなく入力過電圧時に電源装置内の素子や電源装置を保護できる。 The power supply apparatus and the input overvoltage prevention circuit in the first embodiment and the second embodiment described above can protect the elements and the power supply apparatus in the power supply apparatus at the time of input overvoltage without causing unnecessary power loss.
その理由は、以下のような構成を含むからである。即ち、第一にバイパス部は電源部の入力側に並列接続し、少なくともコンデンサとスイッチ素子を含み、前記スイッチ素子がON状態の場合に導通する。そして、第二に、検出部は、電源部および入力電源との間に並列接続し、前記入力電源からの入力電圧の上昇を検知して、前記バイパス部のスイッチ素子をON状態にし、正常動作時に前記スイッチ素子をOFFにする。このようにバイパス部は、電源装置の正常動作時には、スイッチ素子がOFFになることで電流が流れない。また、正常動作時、直流電源と電源部の間に損失を発生させる素子が直列接続されない構成である。したがって、電源装置の正常動作時は入力過電圧防止回路による損失を抑えることができるため、不必要な電力損失を発生することなく入力過電圧時に回路内の素子や電源装置を保護できるという効果が得られる。 This is because the following configuration is included. That is, first, the bypass unit is connected in parallel to the input side of the power supply unit, includes at least a capacitor and a switch element, and conducts when the switch element is in the ON state. Second, the detection unit is connected in parallel between the power supply unit and the input power supply, detects an increase in the input voltage from the input power supply, turns on the switch element of the bypass unit, and operates normally. Sometimes the switch element is turned off. In this way, the bypass portion does not flow current when the switch element is turned off during normal operation of the power supply device. In addition, during normal operation, elements that cause loss are not connected in series between the DC power supply and the power supply unit. Therefore, since the loss due to the input overvoltage prevention circuit can be suppressed during normal operation of the power supply device, it is possible to protect the elements and the power supply device in the circuit during the input overvoltage without causing unnecessary power loss. .
1 直流電源
2、20 電源装置
3 負荷
4 インダクタンス成分
11、21 検出部
12 バイパス部
13 電源部
22、23、27 抵抗
24 定電圧源
25 コンパレータ
26 コンデンサ
28 半導体スイッチ
29 ツェナーダイオード
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (5)
前記電源部および入力電源との間に並列接続し、前記入力電源からの入力電圧の上昇を検知して、前記バイパス部のスイッチ素子をON状態にし、正常動作時に前記スイッチ素子をOFFにする検出部と
を含む入力過電圧防止回路。 A bypass unit connected in parallel to the input side of the power supply unit, including at least a capacitor and a switch element, and conducting when the switch element is in an ON state;
Detection in which the switch element of the bypass unit is turned on and the switch element is turned off during normal operation by detecting an increase in input voltage from the input power supply in parallel between the power supply unit and the input power supply. Input overvoltage protection circuit.
前記コンパレータは、前記入力電圧と基準電圧とを比較し、
前記入力電圧が前記基準電圧を上回った場合に、前記コンパレータが前記バイパス部の前記スイッチ素子をON状態にする請求項1記載の入力過電圧防止回路。 The detection unit includes a comparator,
The comparator compares the input voltage with a reference voltage;
2. The input overvoltage prevention circuit according to claim 1, wherein, when the input voltage exceeds the reference voltage, the comparator turns on the switch element of the bypass unit. 3.
前記ツェナーダイオードは、入力電圧がツェナー電圧を上回った場合に導通し、
前記バイパス部の前記スイッチ素子をON状態にする請求項1記載の入力過電圧防止回路。 A zener diode is included in the configuration of the detection unit,
The zener diode conducts when the input voltage exceeds the zener voltage,
The input overvoltage prevention circuit according to claim 1, wherein the switch element of the bypass unit is turned on.
前記入力過電圧防止回路と並列に接続された電源部とを含む電源装置。 An input overvoltage prevention circuit according to any one of claims 1 to 4,
A power supply device including the input overvoltage prevention circuit and a power supply unit connected in parallel.
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CN106026061A (en) * | 2016-05-22 | 2016-10-12 | 上海大学 | Low-cost surge protection circuit |
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