JP2692206B2 - 短絡保護回路 - Google Patents

短絡保護回路

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JP2692206B2
JP2692206B2 JP63309925A JP30992588A JP2692206B2 JP 2692206 B2 JP2692206 B2 JP 2692206B2 JP 63309925 A JP63309925 A JP 63309925A JP 30992588 A JP30992588 A JP 30992588A JP 2692206 B2 JP2692206 B2 JP 2692206B2
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勉 味岡
章夫 松本
靖 松岡
知史 元氏
博文 遠藤
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/08Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • H03K17/082Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit
    • H03K17/0822Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit in field-effect transistor switches

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 技術分野 この発明は,近接スイッチ等のセンサの出力信号によ
ってオン,オフ制御されるスイッチング素子を含む出力
回路において,このスイッチング素子を負荷の短絡事故
から保護する短絡保護回路に関する。
従来技術とその問題点 近接スイッチの出力回路に適用される短絡保護回路の
例として第3図に示すものがある。これは特公昭58-425
70号公報に記載されている回路を簡略化して示すもので
ある。
第3図を参照して出力トランジスタ(出力回路のスイ
ッチング素子)1のベース端子に禁止回路10が設けら
れ,この禁止回路10が禁止解除状態のときに物体の有無
を検出するセンサからの出力信号が出力トランジスタ1
のベース端子に与えられる。この出力トランジスタ1に
直列に抵抗R,電源6および負荷7が接続されている。ま
た禁止回路10を制御するための2つの第1,第2のタイマ
11,12が設けられている。
第1のタイマ11は出力トランジスタ1に流れようとす
る過電流を検出するもので,出力トランジスタ1に第1
の一定時間t1の間,過電流が流れていると後述する第2
のタイマ12に過電流検出信号を出力する。第2のタイマ
12はこの過電流検出信号に応答して禁止回路10を禁止状
態とし出力トランジスタ1を強制的にオフとする。過電
流は接続点Eに生じる電位が第1の一定時間t1の間連続
して所定電位以上であるかどうかによって検出される。
第1のタイマ11は第1の一定時間t1の間連続して過電流
が流れていることを検出したときに動作するので,突入
電流やノイズの発生によって誤動作し誤って出力トラン
ジスタ1が強制的にオフとされることはない。
第2のタイマ12は電源電圧Vsの投入直後から第2の一
定時間t2の間,禁止回路10を禁止状態にする電源リセッ
ト回路である。電源投入直後から第2の一定時間t2
間,出力トランジスタ1はセンサからの出力信号の状態
に関係なく強制的にオフとされる。これによりたとえセ
ンサから信号が出力されていても出力回路は動作しない
こととなる。これは電源投入直後の不安定な状態による
誤動作を防止し,動作の確実性を期するためである。こ
の第2のタイマ12は出力トランジスタ1に流れる過電流
が第1のタイマ11によって検出されたときにも電源リセ
ット動作を行ない第2の一定時間t2の間,禁止回路10を
禁止状態にする。
第4図に示すように電源投入から第2の一定時間t2
過後は出力トランジスタ1はセンサからの出力信号によ
って制御されうる状態となる。すなわちセンサからの出
力信号が出力トランジスタ1のベースに与えられると出
力トランジスタ1がオンし,このトランジスタ1を通し
て負荷7に電流I1が流れる。
このような通常の動作において,負荷7の短絡事故等
により過電流が流れると,第5図に示すようにトランジ
スタ1は一定時間t2の間オフとされるが,この後再びオ
ンとされ時間t1にわたる過電流検出が再び行なわれる。
上述のように第1のタイマは一定時間t1の間,連続して
過電流が流れているかどうかを検出するものであるの
で,この一定時間t1の間過電流がトランジスタ1に流れ
続けることになる。トランジスタ1に流れる電流はその
hfeにより制限されるが,負荷7の短絡事故のような場
合にはトランジスタ1にかなりのパワーがかかるために
出力トランジスタ1の破壊や劣化が引き起こされること
がある。
発明の概要 発明の目的 この発明は,出力回路のスイッチング素子の破壊や劣
化を防止することができる短絡保護回路を提供すること
を目的とする。
発明の構成および効果 この発明による短絡保護回路は,入力信号によりオ
ン,オフ制御されるスイッチング素子を含む出力回路,
上記スイッチング素子に直列に接続され,上記スイッチ
ング素子に流れる負荷電流によって電圧降下を生じさせ
る抵抗回路,上記スイッチング素子に第1の所定時間の
間連続して第1の所定値以上の電流が流れているかどう
かを,上記抵抗回路に現れる降下電圧に基づいて検出す
る過電流検出回路,上記過電流検出回路による過電流検
出によって上記スイッチング素子を第2の所定時間の間
強制的にオフする制御回路,および上記第1の所定時間
の間に上記スイッチング素子に流れる電流が第2の所定
値以上にならないように上記スイッチング素子に流れる
電流を,上記抵抗回路に現れる降下電圧に基づいて制限
する電流制限回路を備えている。
この発明によると,上記電流制限回路を設けているの
で上記過電流検出回路が第1の所定値以上の電流が流れ
ているかどうかを検出する第1の所定時間の間において
上記スイッチング素子に流れる負荷電流が第2の所定値
以上にならないように制限されることとなる。このた
め,スイッチング素子の過電流を原因とする破壊や劣化
から保護することができる。
この発明では,スイッチング素子に流れる負荷電流を
検出するために,スイッチング素子に直列に抵抗回路を
接続している。この抵抗回路は少なくとも2つの抵抗が
直列に接続されてなる分圧回路である。上記過電流検出
回路は上記分圧回路の大きい方の降下電圧に基づいて過
電流を検出し,上記電流制限回路は上記分圧回路の小さ
い方の降下電圧に基づいて電流を制限する。したがっ
て,上記過電流検出回路が過電流を検出するよりも先に
上記電流制限回路によって負荷電流が制限されてしまう
ことがない。しかも回路構成が簡素であり,調整も容易
である。
実施例の説明 第1図はこの発明による短絡保護回路の実施例を示す
回路図である。この図において第3図に示すものと同一
物には同一符号を付して説明を省略する。
第1図に示す回路は第3図に示す回路と比較して,出
力トランジスタ1のエミッタに2つの抵抗R1と抵抗R2
が直列に接続されており,かつトランジスタ2が設けら
れている。トランジスタ2は出力トランジスタ1に流れ
る電流を制限するための電流制限用トランジスタであ
る。電源制限用トランジスタ2のベースは抵抗R1と抵抗
R2との接続点Bに接続されている。電流制限用トランジ
スタ2のコレクタは出力トランジスタ1のベースと接続
点Cにおいて接続され,電流制限用トランジスタ2のエ
ミッタは電源6の負の端子と接続されている。
禁止回路10が禁止解除状態でセンサからの出力信号が
出力トランジスタ1のベースに与えられており出力トラ
ンジスタ1にある限度以上の電流が流れようとすると電
流制限用トランジスタ2によって出力トランジスタ1に
流れる電流が制限される。すなわち,トランジスタ1に
流れる電流I1が増大して接続点Bの電位が上昇するとト
ランジスタ2が導通状態の方向に移行していき,接続点
Cすなわちトランジスタ1のベースに流入する電流がト
ランジスタ2を通って流れるようになり,これによりト
ランジスタ1に流れる電流I1が減少する。接続点Bの電
位による負帰還がトランジスタ1のベースにかかること
になる。
この電流制限動作を次に定量的に説明する。出力トラ
ンジスタ1に流れる制限電流(すなわち最大電流)をI0
とする。この制限電流I0は以下のようにして決定され
る。ただし第1のタイマ11に流入する電流値の小さい電
流I4は無視しており,かつトランジスタの電流増幅率hf
eはhfe>>1とする。また出力トランジスタ1のベース
に流入する電流をI2,電流制限用トランジスタ2のコレ
クタ電流をI3とする。
接続点Bの電位はトランジスタ2のベース/エミッタ
間電位差VBE2に等しく,この電位差VBE2を用いると電流
I1と電流I3には次式が成立する。
I1R2=VBE2=(KT/Q)log(I3/Is)…(1) Kはボルツマン定数,Tは絶対温度,Qは電子の電荷量,I
sは電流制限用トランジスタ2の逆方向の飽和電流であ
る。
また出力トランジスタ1のコレクタに流れる電流I1
次式で表わされる。
I1=(I2−I3)hfe1 …(2) hfe1は出力トランジスタ1の電流増幅率である。
電流I2は禁止回路10から送られてくる電流であるから
一定である。上記第(1)式からI3を求めてこれを第
(2)式に代入すれば制限電流I0(I1値)が求まる。
制限電流I0を越える電流が出力トランジスタ1に流れ
ようとすると接続点Bに所定以上の電位が生じ電流制限
用トランジスタ2が導通状態の方向に移行する。これに
より電流制限用トランジスタ2のコレクタ電流I3が増大
し,出力トランジスタ1のベースに流入する電流I2−I3
が減少するので出力トランジスタ1のコレクタ電流I1
小さくなる。この負帰還回路によってトランジスタ1の
電流I1を一定とする定電流回路,すなわち電流制限回路
が構成される。
第1のタイマ11によって過電流が検出されるよりも先
に電流制限用トランジスタ2によって出力トランジスタ
1に流れる電流が制限されないように抵抗R1とR2による
分圧回路を形成し,接続点Aの電位よりも接続点Bの電
位を低くする。
このようにして,第2図に示すように,タイマ11が過
電流を検出するための時間帯t1において電流I1が一定電
流に制限されるので,出力トランジスタ1の破壊ないし
は劣化を防止することができる。また制限電流I0を抵抗
R2の値によって設定できるので設計が容易となる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明による短絡保護回路の実施例を示す回
路図,第2図はこの発明による短絡保護回路における過
電流制限時の信号波形図である。 第3図は従来の短絡保護回路を示す回路図,第4図はセ
ンサからの出力信号があるときの短絡保護回路の電源投
入時の様子を示す信号波形図,第5図は第3図に示す従
来の回路を使用しセンサからの出力信号があり過電流が
流れるときの信号波形図である。 1……出力トランジスタ,2……電流制限用トランジス
タ,10……禁止回路,11……第1のタイマ,12……第2の
タイマ,R1,R2……抵抗。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 元氏 知史 京都府京都市右京区花園土堂町10番地 立石電機株式会社内 (72)発明者 遠藤 博文 京都府京都市右京区花園土堂町10番地 立石電機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭58−42570(JP,A) 特開 昭59−198023(JP,A) 特開 昭46−70(JP,A) 特開 昭56−1620(JP,A) 特開 平2−112316(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】入力信号によりオン,オフ制御させるスイ
    ッチング素子を含む出力回路, 上記スイッチング素子に直列に接続され,上記スイッチ
    ング素子に流れる負荷電流によって電圧降下を生じさせ
    る抵抗回路, 上記スイッチング素子に第1の所定時間の間連続して第
    1の所定値以上の電流が流れているかどうかを,上記抵
    抗回路に現れる降下電圧に基づいて検出する過電流検出
    回路, 上記過電流検出回路による過電流検出によって上記スイ
    ッチング素子を第2の所定時間の間強制的にオフする制
    御回路,および 上記第1の所定時間の間に上記スイッチング素子に流れ
    る電流が第2の所定値以上にならないよう上記スイッチ
    ング素子に流れる電流を,上記抵抗回路に現れる降下電
    圧に基づいて制限する電流制限回路を備え, 上記抵抗回路が少なくとも2つの抵抗が直列に接続され
    てなる分圧回路であって,上記過電流検出回路は上記分
    圧回路の大きい方の降下電圧に基づいて過電流を検出
    し,上記電流制限回路は上記分圧回路の小さい方の降下
    電圧に基づいて電流を制限するものである,短絡保護回
    路。
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FR2927479B1 (fr) * 2008-02-08 2012-05-04 Schneider Electric Ind Sas Systeme de commande et de protection d'une sortie en logique negative d'un equipement d'automatisme.
JP5499792B2 (ja) 2010-03-12 2014-05-21 オムロン株式会社 センサ用出力集積回路およびセンサ装置

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JPS5842570A (ja) * 1981-09-01 1983-03-12 Sabun Kogyosho:Kk 残糸処理装置
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JPH02112316A (ja) * 1988-10-20 1990-04-25 Kazunari Katayama トランジスタースイツチ

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