JP3341751B2 - 過電流保護方法および回路 - Google Patents

過電流保護方法および回路

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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/001Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection limiting speed of change of electric quantities, e.g. soft switching on or off
    • H02H9/004Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection limiting speed of change of electric quantities, e.g. soft switching on or off in connection with live-insertion of plug-in units

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  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Direct Current Feeding And Distribution (AREA)
  • Control Of Voltage And Current In General (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、過電流保護方法
および回路に関し、特に、装置動作中に回路ユニットの
挿抜が可能な活線挿抜装置における過電流保護方法およ
び回路に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、装置動作中に回路ユニットの挿抜
を行うことができる活線挿抜装置に備えられた過電流保
護回路が知られている。この保護回路は、設定されたマ
スク時間以上に渡って過電流検出レベルを越えた電流が
流れる、異常負荷を検出することにより、異常状態と判
定し、この判定結果からスイッチの切断等による保護動
作を行う。
【0003】図4は、従来の活線挿抜装置の構成を概念
的に示す説明図である。図4に示すように、活線挿抜装
置1は、電源回路2と電源ラインに挿入された過電流保
護回路3とを有しており、装置動作中に、L,C,R等
の負荷に等価される回路ユニット4を挿抜することがで
きる。過電流保護回路3は、スイッチ部3aと抵抗部3
bからなる。
【0004】図5は、図4の活線挿抜装置における突入
電流をグラフで表す説明図である。図中、横軸は時間、
縦軸は電流を示す。図5に示すように、活線挿抜装置1
に回路ユニット4が挿入接続され、その時点t0 から発
生した突入電流iが、予め設定されたマスク時間T以上
に渡って過電流検出レベルLを超えると、マスク時間T
を経過した時点t1 で過電流保護回路3のスイッチが切
断されて保護状態となり、突入電流iが流れなくなる。
【0005】従って、回路ユニット4の容量(C)成分
が想定している以上に大きい場合、突入電流iの発生し
ている時間が長くなり、これがマスク時間T以上に達す
ると異常負荷と判断されてしまう。このような異常負荷
と判断される誤った検出がされないためには、マスク時
間Tを長めに設定しなければならない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、マスク
時間Tを長めに設定した場合、活線挿抜装置1に短絡に
近いような異常負荷が接続されるとマスク時間Tに流せ
るだけの電流を流してしまうため、過電流保護回路3側
に電流集中や金線溶断等の素子破壊をもたらし、電源回
路2が破壊されることが想定される。
【0007】この発明の目的は、突入電流による誤検出
を防止することができると共に、真の異常負荷接続時に
電源回路が破壊されないように保護することができる過
電流保護方法および回路を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明に係る過電流保護方法は、装置動作中に挿
抜可能な回路ユニットの挿入接続時に発生する過電流に
対する保護を行う過電流保護方法において、前記装置の
電源ラインに設けられたスイッチ手段の抵抗を、接続負
荷の容量成分に流れ込む突入電流を防止するように、前
記突入電流が予め設定されているマスク時間以上に渡っ
て過電流検出レベルを越えた場合、一旦高抵抗になった
後、時間と共に低抵抗に変化させることを特徴としてい
る。
【0009】上記構成を有することにより、装置の電源
ラインに設けられたスイッチ手段の抵抗が、接続負荷の
容量成分に流れ込む突入電流を防止するように、突入電
流が予め設定されているマスク時間以上に渡って過電流
検出レベルを越えた場合、一旦高抵抗になった後、時間
と共に低抵抗に変化し、装置動作中に挿抜可能な回路ユ
ニットの挿入接続時に発生する過電流に対する保護が行
われる。これにより、突入電流による誤検出を防止する
ことができると共に、真の異常負荷接続時に電源回路が
破壊されないように保護することができる。
【0010】また、この発明に係る過電流保護回路によ
り、上記過電流保護方法を実現することができる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。
【0012】図1は、この発明の実施の形態に係る過電
流保護回路を備えた活線挿抜装置の構成を概念的に示す
説明図である。図1に示すように、過電流保護回路10
は、装置動作中に、L,C,R等の負荷に等価される回
路ユニット11の挿抜を行うことができる活線挿抜装置
12に備えられ、電源回路13からの電源ラインに挿入
されている。
【0013】この過電流保護回路10は、スイッチ部
(スイッチ手段)14と可変抵抗部15からなり、設定
されたマスク時間以上に渡って過電流検出レベルを越え
た電流が流れる、異常負荷を検出することにより、異常
状態と判定し、この判定結果からスイッチの切断等によ
り電源を遮断する保護動作を行う。
【0014】図2は、図1の過電流保護回路の具体的構
成例を示すブロック図である。図2に示すように、過電
流保護回路10は、スイッチ部14として、MOS(m
etal oxide semiconductor)
FET(field effect transist
or)等の半導体素子、例えば、Pチャネル型MOSF
ET(以下、PchMOSと略称する)を使用する。可
変抵抗部15は、この半導体素子における抵抗を示し、
低抵抗から高抵抗へと抵抗値が変化する。
【0015】PchMOS14のゲートには、D/A回
路16が接続されており、このD/A回路16は、電源
電圧(VDD)からグランド電位(GND)までの電圧
を出力する。D/A回路16の動作は、基準となるクロ
ック(clock)信号aをデコーダ回路17において
パラレル信号に変換し駆動される。このD/A回路16
の出力(PchMOSのゲート電圧)は、クロック信号
aの変化に伴い、VDDからGNDへと低下して行く電
圧値である。
【0016】D/A回路16の出力がGNDまで下がり
きった時点において、D/A回路16からデコーダ回路
17に制御信号が出力され、それ以降は、クロック信号
aが変化してもデコーダ回路17は動作を停止するよう
になり、D/A回路16の出力(PchMOSのゲート
電圧)は、GNDを保持し続ける。これにより、Pch
MOS14は、完全にON状態となって、この状態が回
路の定常状態となる。
【0017】PchMOS14のドレインと過電流保護
回路10の端子Bの間には、PchMOS14に流れる
電流を検知するための電流センシング回路18が接続さ
れており、常時、出力電流をモニタリングしている。こ
の電流センシング回路18からの電流検知信号は、デコ
ーダ回路17からの出力信号と共に過電流検知回路(過
電流検知手段)19に入力し、過電流検知回路19から
出力された過電流検知信号は、D/A回路16に入力す
る。
【0018】図3は、図1の活線挿抜装置における突入
電流をグラフで表す説明図である。図中、横軸は時間、
縦軸は電流を示す。図3に示すように、活線挿抜装置1
2に回路ユニット11が挿入接続され、その時点t0
ら発生した突入電流iが、予め設定されたマスク時間T
以上に渡って過電流検出レベルLを超えた場合、マスク
時間Tを経過した時点t1 で、一旦、過電流保護回路1
0の可変抵抗部15を高抵抗状態にする。その後、時間
が経過するに連れて可変抵抗部15を低抵抗状態に徐々
に変化させていく。
【0019】ここで、過電流保護回路10に負荷が接続
された場合の動作を、正常負荷と異常負荷に分けて更に
詳しく説明する。このとき、D/A回路16の出力はG
NDを保持しており、PchMOS14の抵抗値は極め
て低いものとなる。 (1)正常負荷が接続された場合 負荷の接続時、負荷側へと突入電流iが流れる。一般的
に、この突入電流iのピーク値は、数アンペアと大きな
電流値である。突入電流iの値は、電流センシング回路
18においてモニタされており、過電流検知回路19で
設定されている過電流検出レベルLを超えた場合、過電
流検知回路19において、突入電流iでの過電流検出か
否かを判別するための時間測定が開始される。ここで、
過電流状態の時間が、予め設定されているマスク時間T
以下で過電流検出レベルL以下に下がれば問題はない
が、負荷の容量成分の大きさによっては、マスク時間T
以上流れることが考えられる。
【0020】このとき、過電流保護回路10の回路構成
では、過電流検知回路19からD/A回路16を経由し
てデコーダ回路17に信号が伝達され、デコーダ回路1
7からD/A回路16にクロック信号aが伝わり、D/
A回路16の出力は、GNDからVDDへと変化した
後、クロック信号aの変化によってGNDへと低下して
行く。すると、PchMOS14の抵抗値としては、一
旦OFF状態となった後に抵抗値が低減して行く動作と
なるために、スイッチの抵抗、即ち可変抵抗部15を変
化させている時間、負荷の容量成分に対する充電電流が
抑えられることとなる(図3参照)。 (2)異常負荷が接続された場合 例えば、負荷短絡時の場合であり、突入電流iにより、
PchMOS14が一旦OFFになるのは、(1)の正
常負荷が接続された場合と同様である。しかしながら、
PchMOS14の抵抗値が変化して行くに従って、負
荷に流れる電流も増加して行き、ある時点t2 におい
て、再び過電流検出レベルLを超えることとなる。この
とき、スイッチの抵抗、即ち可変抵抗部15で電流制限
がかかっており、過電流検出レベルLを超えたところで
保護をかける。
【0021】つまり、この過電流保護回路10では、D
/A回路16の出力電位がVDDからGNDへと変化し
ている時間において、過電流検出レベルLを超える電流
が検出された場合に、初めてスイッチのOFF状態を継
続して電源を遮断するという動作になり、異常負荷が接
続された場合にのみ、電源遮断を行うことができる効果
がある。
【0022】このように、この発明によれば、負荷の接
続時に発生する突入電流iが、過電流保護回路10にお
いて予め設定されているマスク時間T以上に渡って検出
レベルを越えた場合、一旦電源ラインに挿入されている
スイッチ(PchMOS14)を高抵抗にする。その
後、時間と共にスイッチの抵抗を低抵抗に変化させてい
く。
【0023】これにより、負荷の容量成分に流れ込む突
入電流iを防止できる。また、真の異常負荷が接続され
た場合、初期は、スイッチの抵抗によって電流制限がさ
れているが、抵抗値の低下に伴い再度過電流検出レベル
Lを超えたとき、システム側にて異常状態であると認識
する。
【0024】従って、活線挿抜システムにおいて負荷接
続時に発生する突入電流により、従来のシステムでは、
出力電流の状態をモニタしている保護回路の過電流検出
値を越えてしまうと保護回路は誤検出をしてしまうが、
この発明にかかる過電流保護回路10では、突入電流に
よる誤検出を防止することができると共に、真の異常負
荷接続時には電源回路を破壊することなく保護を実現す
ることができる。
【0025】つまり、保護回路で設定するマスク時間T
を必要最小限にすることができる。これは、スイッチを
一旦高抵抗にしてから低抵抗へと変化させるので、突入
電流iはスイッチの抵抗で制限されるからである。ま
た、異常負荷による負荷短絡でも電源回路を破壊するこ
となく保護することができる。これは、スイッチの抵抗
により電流制限された状態で過電流検出レベルLを越え
ていくため、デバイス側での電流集中や金線溶断等によ
る素子破壊を防止することができるからである。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、装置の電源ラインに設けられたスイッチ手段の抵抗
が、接続負荷の容量成分に流れ込む突入電流を防止する
ように、突入電流が予め設定されているマスク時間以上
に渡って過電流検出レベルを越えた場合、一旦高抵抗に
なった後、時間と共に低抵抗に変化し、装置動作中に挿
抜可能な回路ユニットの挿入接続時に発生する過電流に
対する保護が行われるので、突入電流による誤検出を防
止することができると共に、真の異常負荷接続時に電源
回路が破壊されないように保護することができる。
【0027】また、この発明に係る過電流保護回路によ
り、上記過電流保護方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態に係る過電流保護回路を
備えた活線挿抜装置の構成を概念的に示す説明図であ
る。
【図2】図1の過電流保護回路の具体的構成例を示すブ
ロック図である。
【図3】図1の活線挿抜装置における突入電流をグラフ
で表す説明図である。
【図4】従来の活線挿抜装置の構成を概念的に示す説明
図である。
【図5】図4の活線挿抜装置における突入電流をグラフ
で表す説明図である。
【符号の説明】
10 過電流保護回路 11 回路ユニット 12 活線挿抜装置 13 電源回路 14 スイッチ部(PchMOS) 15 可変抵抗部 16 D/A回路 17 デコーダ回路 18 電流センシング回路 19 過電流検知回路 L 過電流検出レベル T マスク時間 a クロック信号 i 突入電流

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】装置動作中に挿抜可能な回路ユニットの挿
    入接続時に発生する過電流に対する保護を行う過電流保
    護方法において、 前記装置の電源ラインに設けられたスイッチ手段の抵抗
    を、接続負荷の容量成分に流れ込む突入電流を防止する
    ように、前記突入電流が予め設定されているマスク時間
    以上に渡って過電流検出レベルを越えた場合、一旦高抵
    抗になった後、時間と共に低抵抗に変化させることを特
    徴とする過電流保護方法。
  2. 【請求項2】電流制限状態から抵抗値の低下に伴って、
    再度、前記過電流検出レベルを超えた場合、異常負荷の
    接続であると認識し電源遮断を行うことを特徴とする請
    求項に記載の過電流保護方法。
  3. 【請求項3】装置動作中に挿抜可能な回路ユニットの挿
    入接続時に発生する過電流に対する保護を行う過電流保
    護回路において、 前記装置の電源ラインに設けられ、接続負荷の容量成分
    に流れ込む突入電流を防止するように、前記突入電流が
    予め設定されているマスク時間以上に渡って過電流検出
    レベルを越えた場合、一旦高抵抗になった後、時間と共
    に低抵抗に抵抗値を変化させる、スイッチ手段を有する
    ことを特徴とする過電流保護回路。
  4. 【請求項4】前記スイッチ手段は、電流制限状態から抵
    抗値の低下に伴って、再度、前記過電流検出レベルを超
    えた場合、異常負荷の接続であると認識し、電源を遮断
    するための検知信号を出力する過電流検知手段を備える
    ことを特徴とする請求項に記載の過電流保護回路。
  5. 【請求項5】電源ラインに挿入した請求項3または4
    記載の過電流保護回路を備え、装置動作中に回路ユニッ
    トの挿抜を行うことができることを特徴とする活線挿抜
    装置。
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