JP2886630B2 - 給電装置における非常保護回路装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は給電装置における非常保護回路装置に係り、
より詳細にはコンピュータシステム等の電源回路に適用
され、異常時に給電先システムへ影響を与えないように
するための回路装置に関する。

［従来の技術］ コンピュータシステムにはその作動電圧を供給するた
めの給電装置が必要になるが、この種の給電装置には主
発振回路と変圧器と複数の安定化電圧出力回路とからな
る構成が採用されていることが多い。

そして、各安定化電圧出力回路から常に安定した電圧
が供給されるべきことは当然であるが、何等かの原因で
その電圧値に異常が生じた場合には、コンピュータシス
テム側に取返しのつかない重大な事故が発生させること
になるためその非常時の対策が必要とされる。

このため、主発振回路側では、リップル電流整流用の
電解コンデンサが電流や温度等の条件により寿命が著し
く異なることを考慮して、それらの条件に対して余裕を
もった特性の電解コンデンサを使用するようにし、ま
た、安定化電圧出力回路には３端子レギュレータ（IC回
路）が組込まれており、出力電圧を自動制御すると共
に、チップ温度を検出して制御する熱制限や過負荷状態
に対するフの字電流制限等も行うようになっている。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、前記のような対策を施したとしても、不慮
の故障で電解コンデンサが破損した場合においては、主
発振回路の発振周波数が異常に高くなり、これに比例し
て変圧器の二次側の各出力も大きくなる。一方、安定化
電圧出力回路に組込まれている３端子レギュレータは、
許容入力電圧の範囲内であれば出力を自動制御するが、
許容範囲を超えた過電圧が入力されると破壊されてしま
い、その結果、給電先のコンピュータシステム等に重大
な故障を発生させてしまうことになる。特に、マイクロ
コンピュータの＋5V電源については、過電圧になるとそ
のICチップ自体を破損させ、システム全体の複雑なトラ
ブルを誘発させる。

そこで、本発明は、主発振回路側の電解コンデンサが
破損した場合等の非常時に、直に二次側出力電圧を低下
させることが可能な非常保護回路装置を提供することを
目的として創作された。

［課題を解決するための手段］ 本発明の基本的構成は第１図に示され、主発振回路１
と、該主発振回路１の出力電圧を一次側電圧として複数
の二次側電圧を作成する変圧器２と、該変圧器２の各二
次側電圧を安定化して出力電圧を作成する複数の安定化
電圧出力回路３−１〜ｎとを有した給電装置において、
少なくとも一つの安定化出力電圧回路３−ｎに、降伏電
圧を超えた逆方向過電圧状態で破壊されて出力をショー
トモードにするツェナーダイオード４を適用すると共
に、主発振回路１の過電流状態を検出する過電流検出回
路５と、過電流検出回路５の検出信号S1に基づいて主発
振回路１の発振周波数を低下させる発振制御回路６とを
設けたことを特徴とする給電装置における非常保護回路
装置に係る。

また、前記の非常保護回路装置において、ツェナーダ
イオード４を適用した安定化電圧出力回路３−ｎの出力
電圧を検出する電圧検出回路７を設け、電圧検出回路７
が過電圧を検出した場合にも発振制御回路６が主発振回
路１の発振周波数を低下させるようにすると、更に給電
先システムの安全性を確保できる。

［作用］ 主発振回路１において、リップル電流整流用の電解コ
ンデンサが破損する等の原因により主発振回路の発振周
波数が高くなると、変圧器２を介して安定化電圧出力回
路３−１〜ｎへ供給される電力はその発振周波数に比例
して大きくなる。

安定化電圧出力回路３−ｎのツェナーダイオード４は
その降伏電圧においては逆方向電流を流して定電圧を出
力させるように機能するが、前記のような過剰な電力供
給状態で降伏電圧を超えた過電圧になると破壊されてシ
ョートモードになる。これにより、直に安定化電圧出力
回路３−ｎの出力電圧は０になる。

一方、このショートモードにより、安定化電圧出力回
路３−ｎに係る変圧器２の二次側巻線には通常状態より
大きな電流（I₂）が流れるが、相互誘導作用により主発
振回路１側の一次側巻線にも通常の発振状態より大きな
電流（I₁）が誘起される。

この主発振回路１側の過電流状態は過電流検出回路５
で検出され、その検出信号S1を受けた発振制御回路６が
主発振回路１の発振周波数を低下させる。

この結果、他の安定化電圧出力回路３−１〜（ｎ−
１）へ供給される電力も低下し、その出力電圧が低下す
る。

即ち、本発明では、主発振回路１の異常時に、安定化
電圧出力回路３−ｎに用いられているツェナーダイオー
ド４を積極的に破損させて直に同安定化電圧出力回路３
−ｎからの給電先システムの保護を図ると共に、変圧器
２の相互誘導作用に伴う主発振回路１の過電流状態を検
出して発振周波数を低下させ、他の安定化電圧出力回路
３−１〜（ｎ−１）とその給電先システムの保護を図
る。

ところで、過電圧下でツェナーダイオード４が破壊さ
れてショートモードになる場合には前記の制御による給
電先システムの保護が図れるが、ツェナーダイオード４
に過電流が流れて一挙に焼切れてしまうことによりハイ
インピーダンスモードになると、安定化電圧出力回路３
−ｎに接続されている給電先システムに過電流が流れて
極めて危険な状態になる。

そこで、本発明では、更に電圧検出回路７を付加し、
安定化電圧出力回路３−ｎの過電圧検出信号S2を一次側
へフィードバックさせ、発振制御回路６が前記の過電流
検出回路５からの信号S1と電圧検出回路７の検出信号S2
をOR構成で検知して主発振回路６を制御するようにし、
ツェナーダイオード４のハイインピーダンスモードにも
対処できるようにしている。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を第２図に示す給電装置の回
路図に基づいて説明する。

この給電装置は、変圧器T1により一次側に設けられた
LC主発振回路（コレクタ同調形）に誘起される交流電圧
を二次側に設けられている各安定化電圧出力回路へ変圧
伝送し、各安定化電圧出力回路が所要の安定化電圧（±
15V,＋5V）を作成するようになっている。

先ず、一次側の駆動電圧は交流電圧Vaをダイオードブ
リッジD0及び電界コンデンサーC01,C02で全波整流した
直流電圧として得られている。

そして、主発振回路は、L1とC1で構成されるLC同調回
路と,Q1を用いたトランジスタ増幅回路と、L2,L3を介し
て得られる電圧をC2で正帰還させる正帰還回路とで構成
されており、通常状態ではL1とC1で定まる共振周波数で
T1の一次側に交流電圧を誘起させている。

一方、T1の二次側には安定化電圧出力回路（Ａ）〜
（Ｄ）が設けられており、T1の二次側巻線を介して得ら
れる変圧後の交流電圧を整流して各種の安定化直流電圧
を作成し、その直流電圧を給電先のシステムへ供給して
いる。ここに、安定化電圧出力回路（Ａ）〜（Ｃ）につ
いては、その内部に３端子レギュレータを内蔵してお
り、出力電圧の自動制御やチップ温度の検出による熱制
限や過負荷状態に対するフの字電流制限等を実行するよ
うになっているが、安定化電圧出力回路（Ｄ）について
はツェナーダイオードZDを用いた定電圧回路の構成とさ
れており、この出力電圧はマイクロコンピュータのロジ
ック用＋5V電圧とされる。

また、安定化電圧出力回路（Ｄ）については、ZDの降
伏電圧特性に基づく出力電圧の変動を抑御するために、
出力電圧検出回路11とフォトカプラ12とからなる一次側
への帰還回路を設けている。

ところで、前記の一次側駆動用の直流電圧を得るため
の電界コンデンサC01,C02はその使用条件（電流や温度
等）により寿命が著しく異なるため、可能な限り余裕を
もたせた部品を適用しているが、これらが破損した場合
には何れにしてもトランジスタQ2やQ1のV_BEが不安定に
なり、不安定化したQ1のON/OFFにより主発振回路の発振
周波数が異常に高くなる。

そして、この発振周波数の増大はそれに比例して二次
側の安定化電圧出力回路（Ａ）〜（Ｄ）に対する出力電
力の増大を招くことになる。

安定化電圧出力回路（Ａ）〜（Ｄ）は、入力電圧が許
容変動範囲内であれば、内蔵の３端子レギュレータで、
または付設された帰還回路11,12の検出値に基づく一次
側での負帰還処理により出力電圧を自動制御させること
が可能であるが、電界コンデンサC01やC02の破損による
入力電圧の変化までは予定しておらず、このような場合
には安定化電圧出力回路（Ａ）〜（Ｄ）の出力電圧が異
常に大きくなって給電先のシステムを破壊する恐れがあ
る。特に、安定化電圧出力回路（Ｄ）のようにマイクロ
コンピュータの＋5V電圧を供給している場合にあって
は、そのマイクロコンピュータ自体を破壊してしまい、
給電先システムに取返しのつかない事故を発生させてし
まうことになる。

そこで、本実施例では、このような場合に先ず安定化
電圧出力回路（Ｄ）のZDを積極的に破壊させてショート
モードにさせるようにしている。即ち、降伏電圧を越え
た逆方向過電圧が印加させた場合に破壊してショートモ
ードになる規格のZDを適用し、そのZDがショートモード
となることにより瞬時に安定化電圧出力回路（Ｄ）の出
力電圧を0Vにする。これにより、給電先のマイクロコン
ピュータはその＋5V電圧が過電圧状態にならずにシステ
ムダウンすることになる。

一方、このようにして安定化電圧出力回路（Ｄ）の出
力を0Vにするのはよいが、他の安定化電圧出力回路
（Ａ）〜（Ｃ）へは過大な電力が供給されたままになる
ため、これを低下させる必要がある。そこで、本実施例
では次のような動作によりその電力低下を図る。

前記のように安定化電圧出力回路（Ｄ）のZDがショ
ートモードになると、同回路（Ｄ）に対応する変圧器T1
の二次側巻線Ldに通常電流を超えた過電流が流れるよう
になるが、相互誘導によって一次側巻線L1,L2にも過電
流が流れる。

その結果、R1に生じる電圧の振幅が通常の発振時よ
り大きくなり、その電圧をR2とR3で分圧して得られるQ3
のV_BEが大きく変動してQ3が間歇的周期でON/OFFを繰返
す状態になる。尚、Q3のベース・ブリーダ抵抗R2,R3は
通常状態でQ3をOFF状態に維持するようにその抵抗値が
設定されている。

Q3がON/OFFの繰返し状態になると、Q3のコレクタに
接続されているQ4のベース電圧が振幅して、通常OFF状
態に設定されているQ4が間歇的周期でON/OFFの繰返す状
態になる。

Q4がON/OFFの繰返し状態になると、そのON状態にお
いて変圧器T1の一次側巻線L3に流れる電流がD1→Q4→C3
→R4→R5と流れるようになり、R5に生じる電圧によりQ2
のV_BEが増加し、前記に不安定化していたQ2が間歇的周
期でON状態になる。

Q2が間歇的にON状態になると、Q2のコレクタがQ1の
ベースに接続されているため、Q1のベース電圧が間歇的
に（−）電位に降下するようになり、不安定化している
Q1が間歇的周期でON/OFF状態になる。

Q1が間歇的なON/OFF状態になると、当然に主発振回
路は定常的な発振状態から間歇発振状態へ移行し、その
周波数が大きく低下せしめられる。

この結果、安定化電圧出力回路（Ａ）〜（Ｃ）への
供給電力も微小なものとなり、同回路の破壊や同回路に
接続される給電先システムの破壊を防止できる。

また、本実施例回路では、前記のように帰還回路11,1
2を設けており、その検出出力をQ4のベースへ接続させ
てQ1のベース電圧を制御するようにしている。

この動作を詳細に説明すると、先ず、出力電圧検出回
路11はそのR11とR12で出力電圧を分圧し、その分圧電圧
をQ5のベース電圧として用い、出力電圧が高くなるとQ5
をON状態にしてフォトカプラ12のフォトダイオードに通
電させるようになっている。そして、フォトカプラ12
は、一次側と二次側の電気的アイソレーションを構成し
ながら、フォトカプラ12のON動作によってQ4のベース電
圧を低下させてQ4をONにする。

そして、その結果、前記の以降の動作が実行され
て、安定化電圧出力回路（Ａ）〜（Ｄ）の出力電圧を低
下させることになる。

ところで、この負帰還動作は通常状態でも実行され、
通常はZDの降伏電圧特性等により＋5V電圧が微妙に変動
するのを防止する機能を有しているが、同機能はZDが焼
切れてハイインピーダンス状態になった場合の非常保護
機能としても働く。

即ち、主発振回路の異常により安定化電圧出力回路
（Ｄ）側へ過電圧が印加された場合において、前記のよ
うにZDが破壊後にショートモードに留まるとは限らず、
過電流によって焼切れて、ハイインピーダンスモードに
なってしまうことが有り得る。

このような場合に、安定化電圧出力回路（Ｄ）の出力
電圧は異常に高くなり、マイクロコンピュータを破壊し
てしまうことになるが、この負帰還回路はそのような事
態に至る前に主発振回路の発振周波数を低下させる。

換言すれば、Q4は主発振回路の過電流状態検出時と帰
還回路11,12からの出力電圧変動検出時における制御動
作開始に関したOR回路としての意義を有しており、回路
全体としては二重の非常保護機能を備えていることにな
る。

［発明の効果］ 本発明は以上の構成を有していることにより、次のよ
うな効果を奏する。

請求項（１）の発明は、主発振回路と変圧器と各種レ
ベルの電圧をシステム側へ供給する安定化電圧出力回路
とから構成される給電装置において、主発振回路に異常
発振が発生した場合に、安定化電圧出力回路のツェナー
ダイオードを積極的に破壊させてショートモードにする
ことにより同回路に接続されたシステムの保護を図ると
共に、その時点で変圧器の相互誘導によって一次側の主
発振回路に流れる過電流を検出して同回路の発振周波数
を低下させ、他の安定化電圧出力回路とその回路に接続
されているシステムの保護も図る。

特に、マイクロコンピュータの動作用電源の異常はシ
ステム自体の破壊を招くが、その電源供給回路に前記の
ツェナーダイオードを用いた安定化電圧出力回路を適用
しておくと、率先して同出力電圧が０になるためマイク
ロコンピュータを確実に保護できる。また、このツェナ
ーダイオードを用いた安定化電圧出力回路の出力を利用
してアラーム表示等をさせることにより電源異常を迅速
かつ確実に通報できる。

更に、復旧作業に際しても、給電先システムへの影響
を考慮することなく、給電装置側の主発振回路の異常箇
所（電界コンデンサ等）の部品交換とツェナーダイオー
ドの交換だけで足りるため、その修理時間を大幅に短縮
できる。

請求項（２）の発明は、ツェナーダイオードを適用し
た安定化電圧出力回路の出力電圧を検出して一次側へ負
帰還させ、その過電圧検出と前記主発振回路の過電流検
出をOR論理にて発振制御の開始条件としているため、ツ
ェナーダイオードがショートモードに留まらずに焼切れ
てハイインピーダンスモードとなった場合にも給電先シ
ステムの保護を図り、もって二重の保護機能を実現す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的構成を示す図、第２図は実施例
に係る給電装置の電気回路図である。 １…主発振回路、２…変圧器 ３−１〜ｎ…安定化電圧出力回路 ４…ツェナーダイオード ５…過電流検出回路、６…発振制御回路 ７…電圧検出回路

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】主発振回路と、該主発振回路の出力電圧を
   一次側電圧として複数の二次側電圧を作成する変圧器
   と、該変圧器の各二次側電圧を安定化して出力電圧を作
   成する複数の安定化電圧出力回路とを有した給電装置に
   おいて、 少なくとも一つの安定化出力電圧回路に、降伏電圧を超
   えた逆方向過電圧状態で破壊されて出力をショートモー
   ドにするツェナーダイオードを適用すると共に、主発振
   回路の過電流状態を検出する過電流検出回路と、過電流
   検出回路の検出信号に基づいて主発振回路の発振周波数
   を低下させる発振制御回路とを設けたことを特徴とする
   給電装置における非常保護回路装置。
2. 【請求項２】ツェナーダイオードを適用した安定化電圧
   出力回路の出力電圧を検出する電圧検出回路を設け、電
   圧検出回路が過電圧を検出した場合にも発振制御回路が
   主発振回路の発振周波数を低下させることとした請求項
   （１）の給電装置における非常保護回路装置。