JP2571560Y2 - コンデンサインプット型電源回路における保護回路 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この考案は、直流入力電源に大容
量のコンデンサを接続してこれを充電し、このコンデン
サの両端に負荷を接続するコンデンサインプット型電源
回路に関し、特に、直流入力電源から前記コンデンサお
よび負荷に向けて過大な電流が流れるのを防止するため
の保護回路の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】保護回路を備えたコンデンサインプット
型電源回路の従来の代表的な構成を図１に示している。
周知のように、このタイプの電源回路は、直流入力電源
１に大容量のコンデンサ２を接続してこれを充電し、コ
ンデンサ２の両端に負荷３を接続したものである。直流
入力電源１からコンデンサ２に至る入力電流ライン中に
は、スイッチ４、ヒューズ５、及び限流用抵抗６の直列
回路が挿入されているとともに、限流用抵抗６と並列に
バイパス用トランジスタ７が接続されている。バイパス
用トランジスタ７は、制御回路８によって以下のように
オン・オフ制御される。これら限流用抵抗６とバイパス
用トランジスタ７と制御回路８とによって保護回路が構
成されている。なお、図１において、電源１からスイッ
チ４を通ってコンデンサ２側に流れる電流を入力電流Ｉ
in、スイッチ４の下流側での電圧を入力電圧Ｖin、コン
デンサ２の端子電圧を出力電圧Ｖout 、コンデンサ２か
ら負荷３に向かって流れる電流を出力電流Ｉout とす
る。

【０００３】制御回路８は、出力電圧Ｖout が基準値に
達していない場合にはトランジスタ７をオフに保ち、出
力電圧Ｖout が基準値を超えると適宜時間遅れてトラン
ジスタ７をオンにするように構成されている。

【０００４】したがって、スイッチ４を長時間オフにし
ていた状態からこれをオンにしたとき、コンデンサ２は
ほぼ完全に放電していて出力電圧Ｖout はほぼゼロなの
で、トランジスタ７はオフのままであり、その状態で限
流用抵抗６を通して入力電流Ｉinが流れ、コンデンサ２
は徐々に充電される。これが突入電流の防止動作であ
る。コンデンサ２の電圧Ｖout が上昇して前記基準電圧
を超えると、ある時間だけ遅れてバイパス用トランジス
タ７がオンとなり、それ以降はトランジスタ７を通して
入力電流Ｉinが流れることとなり、入力電流ラインのイ
ンピーダンスが微小となる。

【０００５】また、トランジスタ７がオンになっている
定常動作状態において、負荷３のインピーダンスが急激
に異常低下し（負荷短絡事故も含む）、そのため出力電
圧Ｖout が低下して前記基準値を下回った場合、制御回
路８が応動してトランジスタ７をオフにし、入力電流Ｉ
inが過大になるのを防止する。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た図１の従来構成では、保護回路に関して次のような問
題点があった。 トランジスタ７がオンになっている定常動作状態にお
いて、なんらかの原因で入力電圧Ｖinが短時間だけ低下
あるいはゼロになった場合（例えばスイッチ４を誤って
オフにし、すぐにオンに戻した場合など）、入力電圧Ｖ
inが正常値に復帰した直後に過電流が流れることがあっ
た。入力電圧Ｖinがゼロになると、出力電圧Ｖout は出
力電流Ｉout の流出に伴って低下するが、その出力電圧
Ｖout が前記基準値近くまで（基準値以上で）低下した
状態で入力電圧Ｖinが正常値に復帰すると、オンに保た
れているトランジスタ７を通して大きな入力電流Ｉinが
流れてしまう。 トランジスタ７がオンになっている定常動作状態にお
いて、負荷側の異常により負荷のインピーダンスが低下
し過大電流が流れる状態で、出力電圧Ｖout が前記基準
値に近いが下回っていないという期間が続くと、トラン
ジスタ７に大きな入力電流Ｉinが流れ続ける。

【０００７】前記のようにして大きな電流がトランジス
タ７に流れると、トランジスタ７に大きなストレスが加
わることになり、素子の劣化を促進し、場合によっては
破損する。このようなストレスに対応するためには大容
量のトランジスタおよび放熱器を使用しなければなら
ず、コストが増大する。また、前記トランジスタに過電
流が流れ続けると電源１の電圧が低下し、電源１に接続
されている他の負荷に悪影響を及ぼすことがある。

【０００８】この考案は前述した従来の問題点に鑑みな
されたもので、その目的は、限流用抵抗と並列接続する
バイパス用トランジスタのオフ期間を必要以上に増やす
のではなく、このトランジスタを適切に制御して過大な
電流が流れるのを確実に防止するようにしたコンデンサ
インプット型電源回路における保護回路を提供すること
にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そこでこの考案では、前
述したコンデンサインプット型電源回路において、前記
直流入力電源から前記コンデンサに至る入力電流ライン
中に挿入された限流用抵抗と、この抵抗に並列接続され
たバイパス用トランジスタと、前記抵抗と前記トランジ
スタの並列回路に入力電圧が印加されている状態におい
て前記コンデンサの端子電圧が設定値以下のときに前記
トランジスタを強制的にオフにする第１の保護手段と、
前記トランジスタから前記コンデンサに向けて流れる入
力電流を検出し、その入力電流が、第１の基準値を超え
ると前記トランジスタをオフにするとともに、この第１
の基準値より小さな第２の基準値を超えると前記トラン
ジスタの導通度を低減して前記入力電流の増加を抑制す
る第２の保護手段とを備え、前記第１の保護手段は、前
記トランジスタに接続してこれをオンオフするドライブ
回路と、このドライブ回路および前記コンデンサの間に
接続された電圧検出回路とを有し、これらドライブ回路
および電圧検出回路の直列回路は、前記直流入力電源の
電圧と前記コンデンサからの出力電圧との差電圧が印加
され、かつこの差電圧が、所定値以上の場合には前記ト
ランジスタをオフにする一方、この所定値より小さい場
合には前記トランジスタをオンにすることで保護回路を
構成した。

【００１０】

【作用】前記トランジスタがオンになっている定常動作
状態において、前記コンデンサの端子電圧（Ｖｏｕｔ）
が基準値以下になると、前記第１の保護手段が動作して
前記トランジスタをオフにする。また、前記第２の保護
手段により入力電流（Ｉｉｎ）が監視され、電流Ｉｉｎ
が第２の基準値を超えると前記トランジスタの導通度が
低減されて、ほぼ定電流回路のようなアナログ動作によ
って電流Ｉｉｎの増加が抑制される。バイパス用トラン
ジスタがオンになっている定常動作状態において、過負
荷などでトランジスタから前記コンデンサに向けて流れ
る入力電流が第１の基準値より大きくなると、第２の保
護手段によりこのトランジスタをオフにし、限流用抵抗
に入力電流が流れてこれを抑制する。

【００１１】

【実施例】以下、本考案の一実施例につき、添付図面を
参照して説明する。この考案の一実施例による保護回路
を備えたコンデンサインプット型電源回路の構成を図２
に示している。図２において、直流入力電源１、スイッ
チ４、ヒューズ５、限流用抵抗６、バイパス用トランジ
スタ７、エネルギー蓄積用コンデンサ２、負荷３からな
る基本的な回路構成は、図１の従来構成と同じである。

【００１２】図２の実施例では、バイパス用トランジス
タ７に抵抗Ｒ１とＲ２とからなるゲートバイアス回路が
付設されているとともに、トランジスタ９と抵抗Ｒ３と
からなるドライブ回路がバイパス用トランジスタ７のソ
ース・ゲート間に接続されている。ドライブ回路のトラ
ンジスタ９（以下ドライブ用トランジスタと称する）の
ベースには、ダイオードＤ１と抵抗Ｒ４とツェナーダイ
オードＤｚとからなる電圧検出回路が接続されていると
ともに、ダイオードＤ２と抵抗Ｒ５とを介して電流検出
用の差動アンプ１０が接続されている。また、バイパス
用トランジスタ７とコンデンサ２との間の入力電流ライ
ン中には小さな値の電流検出用抵抗Ｒ６が接続されてお
り、その抵抗Ｒ６の両端の電圧が差動アンプ１０の入力
となっている。

【００１３】抵抗Ｒ３とダイオードＤ１と抵抗Ｒ４とツ
ェナーダイオードＤｚとは、ヒューズ５の下流側とコン
デンサ２のプラス側との間に直列接続されていて、スイ
ッチ４がオンになると、この直列回路に入力電圧Ｖinと
出力電圧Ｖout の差電圧が印加される。そして、その差
電圧が一定値ΔＶ以上であるとツェナーダイオードＤｚ
がオンし、したがってドライブ用トランジスタ９がオン
し、バイパス用トランジスタ７がオフする。差電圧が基
準値ΔＶより小さくてツェナーダイオードＤｚがオフす
ると、ドライブ用トランジスタ９がオフし、したがって
バイパス用トランジスタ７がオンする。これが前記第１
の保護手段である。

【００１４】電流検出用抵抗Ｒ６の両端には入力電流Ｉ
inに比例した電圧が生じ、その電圧が差動アンプ１０の
入力となる。差動アンプ１０は、抵抗Ｒ６による検出電
圧が基準値ΔＥ1 を超えると（入力電流Ｉinが基準値Δ
Ｉ1 を超えると）、ドライブ用トランジスタ９を完全に
オン駆動し、バイパス用トランジスタ７をオフにする。
また差動アンプ１０は、検出電圧が基準値ΔＥ1 より小
さい基準値ΔＥ2 に達していない（入力電流Ｉinが基準
値ΔＩ1 より小さい基準値ΔＩ2 に達していない）場
合、ドライブ用トランジスタ９を完全にオフにし、バイ
パス用トランジスタ７をオンにする。さらに差動アンプ
１０は、検出電圧がΔＥ1 とΔＥ2 との間にある（入力
電流ＩinがΔＩ1 とΔＩ2 との間にある）場合、検出電
圧が大きい程ドライブ用トランジスタ９のベース電流を
絞ってコレクタ電流を減少させる。ドライブ用トランジ
スタ９のコレクタ電流が減少すると、バイパス用トラン
ジスタ７の導通度が低下し、入力電流Ｉinが絞られる。
これが前記第２の保護手段である。

【００１５】以上の説明で明らかなように、スイッチ４
を長時間オフにしていた状態からこれをオンにしたと
き、コンデンサ２はほぼ完全に放電していて出力電圧Ｖ
out はほぼゼロなので、抵抗Ｒ３とダイオードＤ１と抵
抗Ｒ４とツェナーダイオードＤｚとの直列回路には前記
基準値ΔＶより充分大きな電圧が印加され、ツェナーダ
イオードＤｚがオンし、したがってドライブ用トランジ
スタ９がオンし、したがってバイパス用トランジスタ７
はオフのままであり、その状態で限流用抵抗６を通して
入力電流Ｉinが流れ、コンデンサ２は徐々に充電され
る。これが突入電流の防止動作である。

【００１６】コンデンサ２が充分に充電されて出力電圧
Ｖout が上昇すると、抵抗Ｒ３とダイオードＤ１と抵抗
Ｒ４とツェナーダイオードＤｚとの直列回路に印加され
ている電圧が前記基準値ΔＶより小さくなり、ツェナー
ダイオードＤｚがオフし、したがってドライブ用トラン
ジスタ９がオフし、したがってバイパス用トランジスタ
７がオンする。これ以降はトランジスタ７を通して入力
電流Ｉinが流れることとなり、入力電流ラインのインピ
ーダンスが微小となる。

【００１７】トランジスタ７がオンになっている定常動
作状態において、負荷３のインピーダンスが急激に異常
低下し（負荷短絡事故も含む）、出力電圧Ｖout が低下
すると、差電圧（Ｖin−Ｖout ）が前記基準値ΔＶ以下
であっても、入力電流Ｉinが相当増大する。増加した入
力電流Ｉinが前記基準値ΔＩ1 を超えれば、前記差動ア
ンプ１０の出力による制御作用でバイパス用トランジス
タ７がオフとなる。また、増加した入力電流Ｉinが前記
基準値ΔＩ1 とΔＩ2 との間にあると、やはり差動アン
プ１０の作用でバイパス用トランジスタ７の導通度が低
下し、入力電流Ｉinのそれ以上の増加が抑制される（ほ
ぼ定電流化される）。

【００１８】またトランジスタ７がオンになっている定
常動作状態において、何らかの原因で入力電圧Ｖｉｎが
短時間だけ低下あるいはゼロになった場合（例えばスイ
ッチ４を誤ってオフにし、すぐにオンに戻した場合な
ど）を想定する。入力電圧Ｖｉｎがゼロになると、出力
電圧Ｖｏｕｔは出力電流Ｉｏｕｔの流出に伴って低下す
るが、差電圧（Ｖｉｎ−Ｖｏｕｔ）が前記基準値ΔＶ以
下である状態で入力電圧Ｖｉｎが正常値に復帰すると、
前記と同様に大きな入力電流Ｉｉｎが流れようとする。
しかし、この場合にも差動アンプ１０による前記バイパ
ス用トランジスタ７の導通度低下とそれに伴う定電流化
の作用が働き、過電流が生じるのを防ぐ。さらに過負荷
などで入力電流Ｉｉｎが大きくなって、第１の基準値Δ
Ｉ１を超えるとバイパス用トランジスタ７をオフにし、
限流用抵抗Ｒ６に入力電流Ｉｉｎが流れてこれが抑制さ
れる。このとき、限流用抵抗Ｒ６に生じた端子間電圧に
より、入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔとの差電圧が
大きくなって一定値ΔＶ以上になり、バイパス用トラン
ジスタ７のオフ状態を保持する。

【００１９】

【考案の効果】以上詳細に説明したように、この考案に
よれば、電源コンデンサの端子電圧が基準値以下のとき
に限流用抵抗と並列に接続されたバイパス用トランジス
タを強制的にオフにする第１の保護手段と、前記トラン
ジスタから前記コンデンサに向けて流れる入力電流を検
出し、その入力電流が基準値を超えたときに前記トラン
ジスタの導通度を低減して前記入力電流の増加を抑制す
る第２の保護手段とを組合せたので、入力印加時の突入
電流を抑制するだけでなく、定常動作状態での何らかの
異常によって入力電流が増大する場合にもアナログ的に
電流抑制作用が働き、過電流が生じるのを的確に防止す
ることができる。その結果、バイパス用トランジスタに
電流ストレスがかかりにくくなり、安価な小容量のトラ
ンジスタで信頼性の高い保護回路を構成することができ
る。またバイパス用トランジスタがオンになっている定
常動作状態において、過負荷などでトランジスタから前
期コンデンサに向けて流れる入力電流が第１の基マ値よ
り大きくなると、第２の保護手段によりこのトランジス
タをオフにし、限流用抵抗に入力電流が流れてこれを抑
制する。 このとき、限流用抵抗に入力電流が流れ込むこ
とで、直流入力電限の電圧と前記コンデンサからの出力
電圧との差電圧が大きくなって所定値以上になり、第１
の保護手段の前記直列回路は前記バイパス用トランジス
タのオフ状態を保持する。 したがって、第２の保護手段
で入力電流が抑制されたことでトランジスタをオフさせ
る働きが解除されてオンに戻り、その結果、再び過大な
入力電流が流れて再度トランジスタをオフさせることを
繰り返すといった不安定なオンオフ動作や、これによる
パワーロスを確実に防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の保護回路を備えたコンデンサインプット
型電源回路の構成図である。

【図２】この考案の一実施例による保護回路を備えたコ
ンデンサインプット型電源回路の構成図である。

【符号の説明】

１ 直流入力電源 ２ 電源コンデンサ ３ 負荷 ６ 限流用抵抗 ７ バイパス用トランジスタ ９ ドライブ用トランジスタ １０ 電流検出用差動アンプ Ｄｚ 電圧検出用ツェナーダイオード

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流入力電源に大容量のコンデンサを接
   続してこれを充電し、このコンデンサの両端に負荷を接
   続するコンデンサインプット型電源回路において、 前記直流入力電源から前記コンデンサに至る入力電流ラ
   イン中に挿入された限流用抵抗と、 この抵抗に並列接続されたバイパス用トランジスタと、 前記抵抗と前記トランジスタの並列回路に入力電圧が印
   加されている状態において前記コンデンサの端子電圧が
   設定値以下のときに前記トランジスタを強制的にオフに
   する第１の保護手段と、 前記トランジスタから前記コンデンサに向けて流れる入
   力電流を検出し、その入力電流が、第１の基準値を超え
   ると前記トランジスタをオフにするとともに、この第１
   の基準値より小さな第２の基準値を超えると前記トラン
   ジスタの導通度を低減して前記入力電流の増加を抑制す
   る第２の保護手段とを備え、 前記第１の保護手段は、前記トランジスタに接続してこ
   れをオンオフするドライブ回路と、このドライブ回路お
   よび前記コンデンサの間に接続された電圧検出回路とを
   有し、これらドライブ回路および電圧検出回路の直列回
   路は、前記直流入力電源の電圧と前記コンデンサからの
   出力電圧との差電圧が印加され、かつこの差電圧が、所
   定値以上の場合には前記トランジスタをオフにする一
   方、この所定値より小さい場合には前記トランジスタを
   オンにする ことを特徴とするコンデンサインプット型電
   源回路における保護回路。