JP3760764B2 - 電圧検出回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、直列に複数接続される電圧源における電圧バランス異常を検出する電圧検出回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、複数の電圧源を直列に接続しそれらの電圧源の電圧を検出する電圧検出回路として、特開平11−233154号公報に記載されるように、電圧源が電池であり、直列に接続された各電池の両端から電圧検知線を引き出し、その電圧検知線を差動アンプに入力し差動アンプの出力電圧を検出して、各電池の電圧を個別に検出するものが知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の電圧検出回路では、各電圧源の電圧状態を検出できるが、その電圧状態が異常であるか否かの検出を行うことができない。この電圧検出回路を用いて、電圧状態の異常、例えば直列に接続された各電池の電圧が不均一であることを検出するには、各差動アンプの出力電圧をコンパレータを用いて比較検出することが考えられる。しかし、電圧検出すべき電圧源が多数ある場合、各電圧源に対しそれぞれコンパレータが必要となることから、電圧検出回路が高コストなものとなってしまう。
【0004】
そこで本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、低コストで複数の電圧源における電圧の異常検出が行える電圧検出回路を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明に係る電圧検出回路は、直列に接続された複数の電圧源における電圧バランスの異常を検出する電圧検出回路において、電圧源ごとに設けられ、ベース端子に電圧源の電圧に対応する電圧対応信号が入力されコレクタ端子にバイアス電源が接続されるnpn型の第一トランジスタと、ベース端子に電圧対応信号が入力されエミッタ端子が第一トランジスタのエミッタ端子と接続されるpnp型の第二トランジスタとを有する検知部と、各検知部における第一トランジスタのエミッタ端子間を接続する第一接続線と、各検知部における第二トランジスタのコレクタ端子間を接続する第二接続線と、第二接続線に接続される異常検出端子とを備えたことを特徴とする。
【0006】
この発明によれば、npn型の第一トランジスタとpnp型の第二トランジスタを主な構成部品とする簡易な構造でありながら、直列に複数接続したコンデンサなどの電圧源におけるいずれかの電圧差がオン状態時の第一トランジスタのベース−エミッタ間電圧VF1と第二トランジスタのベース−エミッタ間電圧VF2とを加算した電圧(VF1+VF2)以上となったときに、電圧源の電圧バランスが異常であることを検出することができる。即ち、簡易な構造でありながら直列に接続される電圧源の電圧バランスの異常を検出することでき、低コストで電圧異常検出を実現できる。
【0007】
また、各第一トランジスタのエミッタ端子が第一接続線が接続されているため、第一トランジスタのエミッタ−ベース間に逆電圧が加わる場合があるが、その逆電圧がVF2を超えると、第二トランジスタがオンとなり第一トランジスタのエミッタ−ベース間の逆電圧がVF2以上とならない。つまり、この電圧検出回路において、第二トランジスタが第一トランジスタの保護回路として機能する。従って、第一トランジスタが最大定格を超えることが回避でき、第一トランジスタの破損が防止できる。
【0008】
また本発明に係る電圧検出回路は、前述の検知部が第一トランジスタのベース端子と第二トランジスタとのベース端子との間に所定の電位差を生じさせる電位差生成手段を備えたことを特徴とする。
【0009】
この発明によれば、第二トランジスタがオン状態となりやすいため、直列に接続される電圧源における電圧差が小さい場合でも、異常検出が可能となる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づき、本発明の実施形態について説明する。尚、各図において同一要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【0011】
(第一実施形態)
図1に本実施形態に係る電圧検出回路を示す。
【0012】
本図に示すように、本実施形態に係る電圧検出回路1は、直列に接続した複数のコンデンサ2における電圧バランスの異常を検出する回路である。コンデンサ2は、ある負荷に対して電圧源となるものであり、複数接続されている。このコンデンサ2としては、ウルトラキャパシタ、パワーキャパシタルセルなどが用いられる。
【0013】
直列接続されたコンデンサ全体に対して、発電機3が直列に接続されている。発電機3は、コンデンサ2全体に一度に電圧を加えて各コンデンサ2を充電する充電手段であり、例えば車両のブレーキ負荷を受けて発電するものが用いられる。この場合、電圧検出回路1は発電機3と共に車両に搭載される。
【0014】
各コンデンサ2に対して、それぞれ電圧電流変換回路(V/I変換回路)4が設けられている。電圧電流変換回路4は、コンデンサ2の電圧を電流に変換する電圧変換手段である。コンデンサ2の両端は電圧電流変換回路4の入力端子に接続され、コンデンサ2の電圧値に応じた電流iが電圧電流変換回路4から出力される。この電圧電流変換回路4により、電位の異なる各コンデンサ2の電圧を同電位の信号として取り扱うことができる。
【0015】
なお、コンデンサ2の電圧を変換する電圧変換手段としては、フォトカプラなどを用いてもよい。
【0016】
電圧電流変換回路4の出力側には、検知部5が設けられている。検知部5は、コンデンサ2の電圧を検知する検知手段であり、電圧電流変換回路4から出力される電流を入力し、その電流に応じてコンデンサ2の電圧状態を検知する。
【0017】
検知部5は、コンデンサ2及び電圧電流変換回路4に対応して、複数設けられている。検知部5は、第一トランジスタ51、第二トランジスタ52、抵抗53を備えている。抵抗53は、検知部5の入力端子とアース間に配設されている。この抵抗53は、各検知部5において同一抵抗値のものが用いられる。
【0018】
電圧電流変換回路4から出力される電流iはほとんどが抵抗53を流れ、抵抗53の両端の間に電流iに対応する電圧、即ちコンデンサ2の電圧に対応する電圧(電圧対応信号)が生ずる。
【0019】
第一トランジスタ51は、npn型のトランジスタであり、ベース端子が抵抗53の一端に接続されている。このため、ベース端子に抵抗53に生じた電圧が入力される。第一トランジスタ51のコレクタ端子は、一定電圧のバイアス電源に接続されている。
【0020】
第二トランジスタ52は、pnp型のトランジスタであり、ベース端子が抵抗53の一端に接続されている。このため、ベース端子に抵抗53に生じた電圧が入力される。第二トランジスタ52のエミッタ端子は、第一トランジスタ51のエミッタ端子に接続されている。
【0021】
電圧検出回路1には、第一接続線6及び第二接続線7が設けられている。第一接続線6は、各検知部5における第一トランジスタ51のエミッタ端子間を接続する配線である。第一接続線6とアースとの間には、抵抗61が配設されている。
【0022】
第二接続線7は、各検知部5における第二トランジスタ52のコレクタ端子間を接続する配線である。第二接続線7とアースとの間には、抵抗71が配設されている。第二接続線7には、異常検出端子8が接続されている。異常検出端子8は、複数接続されるコンデンサ2における電圧バランスの異常を検出する端子である。
【0023】
次に、本実施形態に係る電圧検出回路の動作について説明する。
【0024】
図1において、発電機3によりコンデンサ2の全体に所定の充電電圧が印加されると、各コンデンサ2が充電され、各コンデンサ2の電圧が上昇する。このとき、各コンデンサ2の電圧は各電圧電流変換回路4に入力される。
【0025】
このコンデンサ2の電圧入力により、電圧電流変換回路4は、コンデンサ2の電圧値に応じた電流iを出力する。各電圧電流変換回路4から出力される電流iは、それぞれ検知部5に入力される。そして、電流iは、検知部5の抵抗53を流れ電流iに応じた電圧Viを生じさせる。この電圧Viは、第一トランジスタ51のベース端子及び第二トランジスタ52のベース端子にそれぞれ入力される。
【0026】
この電圧Viの入力により、第一トランジスタ51のエミッタ端子の電圧V51は、Vi−VBEとなる。なお、VBEは、第一トランジスタ51のベース端子とエミッタ端子との間の電圧である。
【0027】
しかしながら、各検知部5の第一トランジスタ51のエミッタ端子が第一接続線6で接続されているため、各コンデンサ2のうち最大電圧となるコンデンサ2に対応する検知部5の第一トランジスタ51のエミッタ端子電圧をV51MAXとすると、各検知部5の第一トランジスタ51のエミッタ端子電圧は第一接続線6を通じてV51MAXとなる。
【0028】
その際、最大電圧となるコンデンサ2に対応する検知部5の第一トランジスタ51のみがオン状態となり、第一トランジスタ51、第二トランジスタ52のオン状態時におけるベース−エミッタ間電圧をそれぞれVF1、VF2(約0.6V)とすると、その第一トランジスタ51のVBEは、VF1となる。他のコンデンサ2に対応する検知部5の第一トランジスタ51はオン状態とならず、それらの第一トランジスタ51のVBEはVF1以下となる。
【0029】
一方、検知部5において、第一トランジスタ51のエミッタ端子と第二トランジスタ52のエミッタ端子が直接接続されているため、各第二トランジスタ52のコレクタ端子には電圧V51MAXが入力される。また、第二トランジスタ52のベース端子には、コンデンサ2の充電状態に応じて電圧Viが入力される。
【0030】
このとき、第二トランジスタ52のベース端子に入力される電圧Viが第二トランジスタ52のエミッタ端子に入力される電圧V51MAXからVF2を減じた電圧(V51MAX−VF2)以下であるときには、第二トランジスタ52がオン状態となる。これは、コンデンサ2の充電電圧の差により、いずれかの検知部5における電圧iにおいて、VF1+VF2以上の電圧差を生じたことを意味する。
【0031】
そして、いずれかの検知部5の第二トランジスタ52がオン状態となることにより、第二トランジスタ52のコレクタ端子から電流が出力され抵抗71に流れる。これにより、異常検出端子8の出力がハイ(H)となる。
【0032】
異常検出端子8の出力がハイとなることにより、コンデンサ2の充電電圧の差が所定の電圧値より大きくなり、複数直列接続されるコンデンサ2の電圧バランスに異常を来していることが分かる。
【0033】
これに対し、各検知部5において、第二トランジスタ52のベース端子に入力される電圧Viが第二トランジスタ52のエミッタ端子に入力される電圧V51MAXからVF2を減じた電圧(V51MAX−VF2)より高いときには、いずれの第二トランジスタ52もオン状態とならない。これは、コンデンサ2の充電電圧に差があっても、検知部5における電圧iの差がいずれもVF1+VF2より小さいことを意味する。
【0034】
そして、各検知部5の第二トランジスタ52がオン状態とならないことにより、第二トランジスタ52のコレクタ端子から電流が出力されず、抵抗71には電流が流れない。従って、異常検出端子8の出力はロー(L)となる。
【0035】
異常検出端子8の出力がローとなることにより、コンデンサ2の充電電圧の差が所定の電圧値以下であり、複数直列接続されるコンデンサ2の電圧バランスに特に異常がないことが分かる。
【0036】
以上のように、本実施形態に係る電圧検出回路1によれば、npn型の第一トランジスタ51とpnp型の第二トランジスタ52を主な構成部品とする簡易な構造でありながら、直列に複数接続したコンデンサ2におけるいずれかの電圧差がオン状態時の第一トランジスタ51及び第二トランジスタ52のベース−エミッタ間電圧を加算した電圧(VF1+VF2)以上となったときに、コンデンサ2の電圧バランスが異常であることを検出することができる。即ち、簡易な構造でありながら直列に接続される電圧源の電圧バランスの異常を検出することでき、低コストで電圧異常検出を実現できる。
【0037】
また、本実施形態に係る電圧検出回路1では、第一トランジスタ51のエミッタ端子が第一接続線6が接続されているため、第一トランジスタ51のエミッタ−ベース間に逆電圧が加わる場合がある。しかしながら、その逆電圧がVF2を超えると、第二トランジスタ52がオンとなり、第一トランジスタ51のエミッタ−ベース間の逆電圧はVF2以上とならない。つまり、電圧検出回路1において、第二トランジスタ52が第一トランジスタ51の保護回路として機能する。従って、第一トランジスタ51に最大定格を超える電圧が加わることが回避でき、第一トランジスタ51の破損が未然に防止できる。
【0038】
(第二実施形態)
次に第二実施形態に係る電圧検出回路について説明する。
【0039】
図2に本実施形態に係る電圧検出回路を示す。本図に示すように、電圧検出回路1aは、第一実施形態の電圧検出回路1と検知部5の構成が異なるものである。電圧検出回路1aの検知部5は、第一トランジスタ51のベース端子と第二トランジスタ52とのベース端子との間に所定の電位差を生じさせる電位差生成手段として、第一トランジスタ51と第二トランジスタ52のベース側の入力部分に二つのダイオード54、55と二つの抵抗56、57を追加して設けられている。
【0040】
ダイオード54、55は、第一トランジスタ51のベース端子と抵抗53との間に配設され、抵抗53側に向けて順方向に直列接続されている。抵抗56、57は、第一トランジスタ51のベース端子と抵抗53との間に直列に接続され、第一トランジスタ51のベース端子側から抵抗56、57の順に配設されている。抵抗56と抵抗57の間の配線部分は、第二トランジスタ52のベース端子に接続されている。
【0041】
このような電圧検出回路1aによれば、第一トランジスタ51、第二トランジスタ52のオン状態時におけるベース−エミッタ間電圧をそれぞれVF1、VF2とし、ダイオード54、55の順方向電圧をそれぞれVF(約0.6V)とし、抵抗56の抵抗値をRa、抵抗57の抵抗値をRbとすると、直列に複数接続したコンデンサ2におけるいずれかの電圧差がVF1+VF2−2・VF・(Rb/(Ra+Rb))以上となったときに、コンデンサ2の電圧バランスが異常であることが検出される。
【0042】
ここで、VF1+VF2=2・VFとすると、電圧検出回路1aにおいて、直列に複数接続したコンデンサ2におけるいずれかの電圧差が(VF1+VF2)・(Ra/(Ra+Rb))以上となったときに、コンデンサ2の電圧バランスが異常であることが検出される。従って、コンデンサ2の電圧差がVF1+VF2以上で異常を検出する第一実施形態に係る電圧検出回路1に対し、本実施形態に係る電圧検出回路1aでは、それより小さい電圧差((VF1+VF2)・(Ra/(Ra+Rb)))が生じた場合でも、異常検出が可能となる。
【0043】
また、抵抗56、57の抵抗値Ra、Rbを変更することにより、任意に検出すべきコンデンサ2の電圧差を設定することが可能である。
【0044】
(第三実施形態)
第一実施形態及び第二実施形態に係る電圧検出回路では、直列に接続した複数のコンデンサ2における電圧バランスの異常を検出する電圧検出回路について説明したが、本発明に係る電圧検出回路はそのようなものに限られるものではなく、電池などのその他の電圧源を直列に複数接続した場合の電圧源の電圧バランス異常を検出するものであってよい。
【0045】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、簡易な構造でありながら直列に接続される電圧源の電圧バランスの異常を検出することでき、低コストで電圧異常検出を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一実施形態に係る電圧検出回路の説明図である。
【図2】第二実施形態に係る電圧検出回路の説明図である。
【符号の説明】
1…電圧検出回路
2…コンデンサ(電圧源)
5…検知部
6…第一接続線
7…第二接続線
8…異常検出端子
51…第一トランジスタ
52…第二トランジスタ
Claims (2)
- 直列に接続された複数の電圧源における電圧バランスの異常を検出する電圧検出回路において、
前記電圧源ごとに設けられ、ベース端子に前記電圧源の前記電圧に対応する電圧対応信号が入力されコレクタ端子にバイアス電源が接続されるnpn型の第一トランジスタと、ベース端子に前記電圧対応信号が入力されエミッタ端子が前記第一トランジスタの前記エミッタ端子と接続されるpnp型の第二トランジスタとを有する検知部と、
前記各検知部における前記第一トランジスタの前記エミッタ端子間を接続する第一接続線と、
前記各検知部における前記第二トランジスタの前記コレクタ端子間を接続する第二接続線と、
前記第二接続線に接続される異常検出端子と、
を備えたことを特徴とする電圧検出回路。 - 前記検知部は、前記第一トランジスタのベース端子と前記第二トランジスタとのベース端子との間に所定の電位差を生じさせる電位差生成手段を備えたこと、
を特徴とする請求項1に記載の電圧検出回路。
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