JP3906438B2 - Overcurrent overvoltage protection circuit - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、負荷である回路を、雷等のサージの過電流、過電圧から保護する過電流過電圧保護回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のサージ保護は、電気の入力線とアースの間(プラス線とマイナス線の間)に、サージアブソーバを接続して、過電流、過電圧をアースに逃がすようにしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
サージアブソーバが、通電(機能)して、サージの過電流、過電圧をアースに逃がすためには、電気の入力線の電圧が、定格電圧の2倍、あるいは、それ以上の電圧にならなければならない。そのために、負荷回路には、サージが流れる間、定格電圧の2倍以上の過電圧が印加され、定格電流の2倍以上の過電流が流れる。従って、負荷回路は、定格の2倍以上の過電圧、過電流によって、壊れるか、または、大きなダメージを受けるという問題点があった。
【0004】
また、本発明者は、以前、エンハンスメント形絶縁ゲート形半導体(MOS)のドレインとゲートの間に過電流遮断回路を接続し、そのMOSのソースにコイルを接続し、そのコイルのソースと接続していない側の端とそのMOSのゲートを抵抗で接続することによって、ラッシュカレントを定常電流の1.5倍程度に抑えて流し、ラッシュカレント状態が終わった後、定常電流を流す過電流保護装置を提出しているが、その保護装置は、過電流を抑えることは出来るが、過電圧を遮断することが出来ないという問題点があった。
【0005】
本発明は、電気の入力線に、過電流、過電圧が発生すると、その過電流、過電圧を感知して、その過電流、過電圧が、負荷回路に流れる前に、その過電流、過電圧を遮断して、負荷回路を保護する過電流過電圧保護回路を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の過電流過電圧保護回路は、第1のP型エンハンスメント形絶縁ゲート形半導体(MOS)のソースに第1のインダクタ(コイル)を接続し、ゲートに第2のP型MOSのドレインを接続し、第2のP型MOSのソースを、第1のインダクタの第1のP型MOSのソースと接続していない側の端に接続し、その第1のインダクタと磁気相互結合した第2のインダクタと第1の抵抗を直列に、第2のP型MOSのゲートとソースの間に接続し、そして、第1のP型MOSのゲートは、第1のゲート電圧供給箇所に第2の抵抗で接続し、第2のP型MOSのゲートは、第2のゲート電圧供給箇所に第3の抵抗で接続したものである。
【0007】
【作用】
上記のように構成された過電流過電圧保護回路は、雷等によるサージによって、急に過電流が流れようとすると、第1のインダクタの両端に電圧が発生し、同時に、磁気相互結合(磁気誘導)により、第2のインダクタの両端にも電圧が発生する。その第2のインダクタに発生する電圧により、第2のP型MOSのゲート電圧が、そのMOSのシュレッショルド電圧より大きくなると、第2のP型MOSは導通し、第1のMOSのゲートとソースを短絡し、第1のP型MOSのゲートは、そのソース電圧と同じになり、第1のP型MOSは不導通になり、過電流、過電圧が流れる前に、過電流、過電圧を遮断する。
【0008】
【実施例】
本発明の過電流過電圧保護回路の実施例について、図1により説明する。
P型MOS1のソースは、コイル3に接続し、コイル3のソースと接続していない側の端を端子Aとし、P型MOS1のドレインは、負荷回路に接続し、負荷回路のドレインと接続していない側の端を端子Bとし、P型MOS1のゲートは、抵抗4に接続し、抵抗4のゲートと接続していない側の端をゲート端子Gとする。そして、P型MOS2のソースは、端子Aに接続し、ドレインは、P型MOS1のゲートに接続し、P型MOS2のソースとゲートの間に、コイル5と抵抗6を直列に接続し、コイル5と並列に抵抗8を接続する。コイル5は、コイル3と磁気相互結合している。また、P型MOS2のゲートは、抵抗7に接続し、抵抗7のゲートと接続していない側の端を端子Bに接続する。
そして、端子Aをプラス側、端子Bをマイナス側とする過電流過電圧保護回路である。
【0009】
通常、磁気相互結合した2個のコイルは、図2のコイル23、25のように、2個のコイルを近づけて回路図に描くが、図1においては、回路図全体が分かり易いように、コイル3、5を離して描いているが、図2に示すコイル23、25と同じ意味を持つものである。
【0010】
各部のはたらきを説明する。
端子Aがプラス、端子Bがマイナスの定常電圧がかかり、そして、ゲート端子Gには、P型MOS1のソースに対して、つまり、端子Aに対してシュレッショルド電圧以上のゲート電圧がかかり、P型MOS1が導通して定常電流が流れている時、急に、端子Aがプラス、端子Bがマイナスの過電圧がかかり、過電流が流れようとすると、コイル3のインダクタンスが急激な電流変化を阻止して、コイル3の両端に一瞬ある大きさの電圧が発生する。端子AとP型MOS1のゲートの間の電位差は同じであるが、P型MOS1のソースとゲートの間の電位差(ゲート電圧)は、コイル3に発生した電圧により、その電圧の大きさだけ小さくなり、P型MOS1は、過電流が流れようとするのを抑える。また、コイル3に電圧が発生すると同時に、磁気相互結合したコイル5には、磁気誘導によって巻き線数比に比例して大きな電圧を発生させることが出来る。そして、コイル5に発生したその大きな電圧によって、一瞬に、P型MOS2のゲート電圧は、そのスレッショルド電圧以上になって、P型MOS2は導通状態になる。それによって、P型MOS1のゲート電圧は、端子Aの電圧とほぼ同じになって、P型MOS1は、不導通状態になり、過電圧、過電流を遮断することができる。
【0011】
P型MOS1が遮断した後、過電圧は、P型MOS1の両端にかかると共に、直列に接続した抵抗6,7の両端にかかる。定格(正常)電圧の時、抵抗6における電圧降下が、P型MOS2のスレッショルド電圧未満になるように、そして、定格電圧より少し大きい電圧の時、P型MOS2のスレッショルド電圧以上になるように、抵抗6と抵抗7の抵抗値の割合(比)を選べば、コイル5に発生した電圧によって、P型MOS2が導通し、P型MOS1が遮断した後、コイル5に発生した電圧が減少しても、過電圧により抵抗6における電圧降下が大きくなって、P型MOS2のゲート電圧は、そのスレッショルド電圧以上になるために、P型MOS2は導通状態にある。そして、過電圧が正常電圧近くに下がって、抵抗6における電圧降下が、P型MOS2のスレッショルド電圧未満になるまで、P型MOS2は導通状態を続ける。
【0012】
これにより、P型MOS1は、過電圧がかかり始める時から、過電圧が終わる時まで、不導通状態を続け、過電圧を完全に遮断することができ、そして、過電圧が終わった後、自動的に導通状態に復帰し、再び、定常電流を流すことができる。
【0013】
また、図1の実施例のP型MOS2をPNP形バイポーラトランジスタ(BiTR)に置き換えた実施例を、図3によって説明する。
図1の回路のP型MOS2を取り除いて、BiTR22を接続する。図1の回路と同じで、重複する部分の説明は省きます。BiTR22のエミッタを端子Aに接続し、抵抗6と抵抗7の接続箇所にベースを接続し、コレクタをP型MOS1のゲートに接続する。そして、定格(正常)電圧の時、抵抗6における電圧降下が、BiTR22が導通する電圧より小さくなるように、そして、定格電圧より少し大きい電圧の時、BiTR22が導通する電圧より大きくなるように、抵抗6と抵抗7の抵抗値の割合(比)を選べば、図1の実施例の回路と同じように、コイル5に発生した電圧によって、P型MOS1が遮断した後、コイル5に発生した電圧が減少しても、過電圧により抵抗6における電圧降下が大きくなって、BiTR22は導通状態にある。そして、過電圧が正常電圧近くに下がって、抵抗6における電圧降下が、BiTR22が導通する電圧より小さくなるまで、BiTR22は導通状態を続ける。
これにより、P型MOS1は、過電圧がかかり始める時から、過電圧が終わる時まで、不導通状態を続け、過電圧を完全に遮断することができ、そして、過電圧が終わった後、自動的に導通状態に復帰し、再び、定常電流を流すことができる。
【0014】
次に、図1の実施例にホトカプラを加えた実施例を、図4によって説明する。図1の回路と同じで、重複する部分の説明は省きます。P型MOS2のドレインは、ホトカプラ15の発光ダイオード(LED)のアノードに接続し、そのLEDのカソードは、抵抗16に接続し、抵抗16のカソードと接続していない側の端は、端子Bに接続する。ホトカプラ15の受光トランジスタのコレクターは、端子Aに接続し、エミッタは、P型MOS1のゲートに接続する。
【0015】
この接続により、図1の回路と同じように、過電流が流れようとすると、コイル3に電圧が発生し、そして、コイル5に発生した電圧により、P型MOS2は導通状態になり、P型MOS2のドレイン電流が、ホトカプラ15のLEDと抵抗16を流れ、端子Bに流れる。このドレイン電流により、ホトカプラ15のLEDは発光し、受光トランシスタは導通状態になる。それによって、P型MOS1のゲート電圧は、ほぼ端子Aの電圧になって、P型MOS1は、不導通状態になり、過電圧、過電流を遮断することができる。
【0016】
その後、過電圧が正常電圧の近くまで下がって、P型MOS2が不導通状態になると、LEDを流れる電流が止まり、受光トランジスタも不導通状態になり、そして、P型MOS1は導通状態に戻り、再び、定常電流を流す。
これにより、P型MOS1は、過電圧がかかり始める時から、過電圧が終わる時まで、不導通状態を続け、過電圧を完全に遮断することができ、そして、過電圧が終わった後、自動的に導通状態に復帰し、再び、定常電流を流すことができる。
【0017】
次に、図1の実施例の端子AB間(負荷に並列)に、抵抗とコンデンサーを接続した実施例を、図5によって説明する。
図1の回路のP型MOS1のソースに、抵抗9の一方の端を接続し、他方の端をコンデンサー10に接続し、コンデンサー10の抵抗9と接続していない側の端を端子Bに接続する。この実施例の回路の他の部分は、図1の回路と同じであるので、説明を省きます。
【0018】
この回路に過電圧がかかり、過電流が流れようとすると、図1の実施例と同じように、コイル3に電圧が発生し、その発生した電圧の大きさだけP型MOS1のゲート電圧が小さくなり、P型MOS1は過電流を抑えるが、P型MOS1のソースと端子Bの間に接続した抵抗9とコンデンサー10に電流が流れるために、コンデンサー10が飽和するまで、つまり、過電圧が最大の大きさになるまで、コイル3に過電流が流れ続ける。それによって、コイル3に、過電流が流れ始めた時の大きさ程ではないが、ある大きさの電圧が発生し続ける。そして、同時に、コイル5に巻き線数比に比例した大きさの電圧が発生し続ける。それにより、P型MOS2のゲート電圧は、抵抗6における電圧降下にコイル5の電圧を加えた大きさになるために、P型MOS2のゲート電圧が、抵抗6における電圧降下だけの大きさの場合に較べて、P型MOS2は、より低抵抗の導通状態になり、P型MOS1のゲート電圧を、端子Aの電圧により速く近づけることができ、P型MOS1をより速く不導通状態にして、過電流、過電圧をより速く遮断することができる。
【0019】
次に、別の実施例を図6により説明する。図6の回路の部品で、図1の回路と同じ部品は、同じ番号を付ける。
P型MOS1のソースは、コイル3に接続し、コイル3のソースと接続していない側の端を端子Aとし、P型MOS1のドレインは、負荷回路に接続し、負荷回路のドレインと接続していない側の端を端子Bとし、P型MOS1のゲートは、抵抗24に接続し、抵抗24のゲートと接続していない側の端を端子Bに接続し、また、P型MOS1のゲートは、ツェナーダイオードのアノードに接続し、ツェナーダイオードのカソードは、端子Aに接続する。そして、P型MOS2のソースは、端子Aに接続し、ドレインは、P型MOS1のゲートに接続し、P型MOS2のソースとゲートの間に、コイル5と抵抗6を直列に接続し、ダイオード28のアノードを、コイル5と抵抗6の接続箇所に接続し、カソードを端子Aに接続する。また、P型MOS2のゲートは、抵抗7に接続し、抵抗7のゲートと接続していない側の端を端子Bに接続する。端子AB間に、コイル11と抵抗12とコンデンサー13を直列に接続する。コイル3、5、11は、同時に磁気相互結合しているコイルである。そして、端子Aをプラス側、端子Bをマイナス側とする過電流過電圧保護回路である。
【0020】
各部のはたらきを説明する。
ツェナーダイオード14のツェナー電圧をP型MOS1のスレッショルド電圧より大きく設定すると、端子Aがプラス、端子Bがマイナスの定常電圧がかかる時、P型MOS1のゲート電圧が、スレッショルド電圧より大きくなり、P型MOS1が導通して定常電流が流れる。
この接続により、図1の回路と同じように、過電圧がかかり、過電流が流れようとすると、コイル3に電圧が発生し、その発生した電圧の大きさだけP型MOS1のゲート電圧が小さくなり、P型MOS1は過電流を抑えるが、端子AB間に接続したコイル11と抵抗12とコンデンサー13に電流が流れるために、コンデンサー13が飽和するまで、つまり、過電圧が最大の大きさになるまで、コイル11に過電流が流れ続ける。それによって、コイル11に、ある大きさの電圧が発生し続ける。そして、同時に、コイル5に巻き線数比に比例した大きさの電圧が発生し続ける。それにより、P型MOS2のゲート電圧は、抵抗6における電圧降下にコイル5の電圧を加えた大きさになるために、P型MOS2のゲート電圧が、抵抗6における電圧降下だけの大きさの場合に較べて、P型MOS2は、より低抵抗の導通状態になり、P型MOS1のゲート電圧を、端子Aの電圧により速く近づけることができ、P型MOS1をより速く不導通状態にして、過電流、過電圧をより速く遮断することができる。
【0021】
コイル3、5、11に、電流トランスを用いることもできる。
【0022】
【発明の効果】
本発明は、以上に説明したように構成されているので、以下に記載するような効果を示す。コイル3とコイル5を磁気相互結合させることによって、主電流が流れるコイル3のインダクタンスを小さくして、発生する電圧を小さくしても、コイル5に巻き線数比に比例して大きな電圧を発生させて、P型MOS2を導通させ、P型MOS1を不導通状態にすることができ、また、コンデンサー10やコイル3、5と磁気相互結合したコイル11を接続することにより、主電流が流れるコイル3のインダクタンス、インピーダンスをさらに小さくしても、P型MOS1を確実に不導通状態にすることができるので、小型のコイル3で過電流過電圧を遮断することができ、そして、定常電流が流れる時のコイル3における電圧降下(損失)も小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の過電流過電圧保護回路の実施例を示す回路図である。
【図2】磁気相互結合した2個のコイルの通常の描き方を示す図である。
【図3】本発明の過電流過電圧保護回路にバイポーラトランジスタを用いた実施例を示す回路図である。
【図4】本発明の過電流過電圧保護回路にホトカプラを用いた実施例を示す回路図である。
【図5】本発明の過電流過電圧保護回路に、負荷に並列に抵抗とコンデンサーを接続した実施例を示す回路図である。
【図6】本発明の過電流過電圧保護回路の3個のコイルを用いた実施例を示す回路図である。[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to an overcurrent overvoltage protection circuit for protecting a circuit as a load from surge overcurrent and overvoltage such as lightning.
[0002]
[Prior art]
In the conventional surge protection, a surge absorber is connected between the electric input line and the ground (between the plus line and the minus line) so that overcurrent and overvoltage are released to the ground.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In order for the surge absorber to energize (function) and release the surge overcurrent and overvoltage to ground, the voltage of the electrical input line must be twice or more than the rated voltage. . Therefore, an overvoltage more than twice the rated voltage is applied to the load circuit while a surge flows, and an overcurrent more than twice the rated current flows. Therefore, there is a problem that the load circuit is broken or is seriously damaged by overvoltage and overcurrent more than twice the rating.
[0004]
In addition, the present inventor previously connected an overcurrent cutoff circuit between the drain and gate of an enhancement type insulated gate semiconductor (MOS), connected a coil to the source of the MOS, and connected to the source of the coil. An overcurrent protection device that flows the rush current to about 1.5 times the steady current by connecting the non-side end and the MOS gate with a resistor, and flows the steady current after the rush current state ends However, the protection device has a problem that it can suppress the overcurrent but cannot cut off the overvoltage.
[0005]
In the present invention, when an overcurrent or overvoltage occurs in an electric input line, the overcurrent or overvoltage is sensed, and the overcurrent or overvoltage is cut off before the overcurrent or overvoltage flows into the load circuit. An object of the present invention is to provide an overcurrent overvoltage protection circuit for protecting a load circuit.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an overcurrent overvoltage protection circuit according to the present invention has a first inductor (coil) connected to a source of a first P-type enhancement type insulated gate semiconductor (MOS), and a first to a gate. The drain of the second P-type MOS is connected, the source of the second P-type MOS is connected to the end of the first inductor that is not connected to the source of the first P-type MOS, and the first A second inductor magnetically coupled to the inductor and a first resistor are connected in series between the gate and source of the second P-type MOS, and the gate of the first P-type MOS is A gate resistor is connected to the gate voltage supply location with a second resistor, and the gate of the second P-type MOS is connected to the second gate voltage supply location with a third resistor.
[0007]
[Action]
In the overcurrent overvoltage protection circuit configured as described above, when an overcurrent suddenly flows due to a surge caused by lightning or the like, a voltage is generated at both ends of the first inductor, and at the same time, magnetic mutual coupling (magnetic induction) ) Also generates a voltage across the second inductor. When the gate voltage of the second P-type MOS becomes larger than the threshold voltage of the MOS due to the voltage generated in the second inductor, the second P-type MOS becomes conductive, and the gate and source of the first MOS , The gate of the first P-type MOS becomes the same as its source voltage, the first P-type MOS becomes non-conductive, and the overcurrent and overvoltage are cut off before the overcurrent and overvoltage flow. .
[0008]
【Example】
An embodiment of the overcurrent overvoltage protection circuit of the present invention will be described with reference to FIG.
The source of the P-
And it is an overcurrent overvoltage protection circuit with terminal A as the positive side and terminal B as the negative side.
[0009]
Normally, two magnetically coupled coils are drawn on a circuit diagram by bringing the two coils close to each other like the
[0010]
The function of each part is explained.
The terminal A is positive and the terminal B is negative, and the gate terminal G is applied to the source of the P-
[0011]
After the P-
[0012]
As a result, the P-
[0013]
An embodiment in which the P-
The P-
As a result, the P-
[0014]
Next, an embodiment in which a photocoupler is added to the embodiment of FIG. 1 will be described with reference to FIG. It is the same as the circuit in Fig. 1, and the explanation of the overlapping part is omitted. The drain of the P-
[0015]
With this connection, as in the circuit of FIG. 1, when an overcurrent is about to flow, a voltage is generated in the
[0016]
After that, when the overvoltage drops to near the normal voltage and the P-
As a result, the P-
[0017]
Next, an embodiment in which a resistor and a capacitor are connected between the terminals AB (parallel to the load) in the embodiment of FIG. 1 will be described with reference to FIG.
Connect one end of the
[0018]
When an overvoltage is applied to this circuit and an overcurrent flows, a voltage is generated in the
[0019]
Next, another embodiment will be described with reference to FIG. 6 that are the same as the circuit of FIG. 1 are numbered the same.
The source of the P-
[0020]
The function of each part is explained.
When the Zener voltage of the
With this connection, as in the circuit of FIG. 1, when an overvoltage is applied and an overcurrent flows, a voltage is generated in the
[0021]
A current transformer can also be used for the
[0022]
【The invention's effect】
Since the present invention is configured as described above, the following effects are exhibited. By magnetically coupling the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of an overcurrent overvoltage protection circuit of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a normal way of drawing two coils mutually magnetically coupled.
FIG. 3 is a circuit diagram showing an embodiment in which a bipolar transistor is used in the overcurrent overvoltage protection circuit of the present invention.
FIG. 4 is a circuit diagram showing an embodiment in which a photocoupler is used in the overcurrent overvoltage protection circuit of the present invention.
FIG. 5 is a circuit diagram showing an embodiment in which a resistor and a capacitor are connected in parallel to a load in the overcurrent overvoltage protection circuit of the present invention.
FIG. 6 is a circuit diagram showing an embodiment using three coils of the overcurrent overvoltage protection circuit of the present invention.
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