JP4545003B2 - Power supply - Google Patents
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Description
本発明は、容量性負荷の起動時等における過電流保護機能の不本意な作動を防止する機能を備えた電源装置に関する。 The present invention relates to a power supply apparatus having a function of preventing an unintentional operation of an overcurrent protection function at the time of starting a capacitive load.
ロボットや各種通信機器等の負荷を駆動する電力源として電池を用いることが多い。特に電池としてNi-MH電池やLiイオン電池等の二次電池を用いた電源装置においては過電流保護回路を設け、例えば負荷の短絡等に起因する過電流が生じたとき、この過電流から二次電池や負荷を保護することが行われている。具体的には電池の電源出力ラインにFET等のスイッチ素子を直列に介挿し、過電流検出時には上記スイッチ素子をオフ動作させることで二次電池と負荷とを切り離し、これによって二次電池や負荷を保護するようにしている(例えば特許文献1を参照)。 In many cases, a battery is used as a power source for driving a load of a robot or various communication devices. In particular, in a power supply device using a secondary battery such as a Ni-MH battery or a Li-ion battery as a battery, an overcurrent protection circuit is provided. For example, when an overcurrent caused by a short circuit of a load or the like occurs, Secondary batteries and loads are protected. Specifically, a switching element such as an FET is inserted in series in the power supply output line of the battery, and when the overcurrent is detected, the switching element is turned off to disconnect the secondary battery and the load. Is protected (see, for example, Patent Document 1).
また電源装置の起動時には、負荷が持つ容量成分に起因して上記負荷の最大電流よりも大きい電流が流れることがある。そこで商用電源を電力源とする電源装置においては、その起動時に過電流検出閾値を変更することで過電流保護回路が不本意に作動しないようにし、電源が正常に立ち上がった後に上記過電流検出閾値を元に戻すように構成することが提唱されている(例えば特許文献2を参照)。
ところで電池を電力源とする電源装置においては、その起動時や負荷の起動時に過電流保護機能が作動して電池から負荷への電力供給を遮断すると、電源装置自体が正常に立ち上がることができなくなったり、更には負荷が正常に起動しなくなることがある。特に負荷が大きな容量成分を有している場合、その起動時に負荷の定格動作電流を大きく上回る過大電流が流れることが否めず、上述した問題が大きな課題となる。 By the way, in a power supply device that uses a battery as a power source, if the overcurrent protection function is activated and the power supply from the battery to the load is cut off at the start-up or load start-up, the power supply device itself cannot start up normally. In addition, the load may not start normally. In particular, when the load has a large capacity component, an excessive current that greatly exceeds the rated operating current of the load at the time of start-up cannot be denied, and the above-described problem becomes a major issue.
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、容量性負荷の起動時における過電流保護機能の不本意な作動を防止して電源装置自体を、更には負荷を正常に起動することのできる電源装置を提供することにある。 The present invention has been made in consideration of such circumstances, and the purpose thereof is to prevent the overcurrent protection function from inadvertently operating when the capacitive load is started, and to normalize the power supply device itself and further the load. It is an object of the present invention to provide a power supply device that can be activated.
尚、ここでは本発明の理解を容易化するべく、その技術的手段(構成要素)に後述する実施形態における符号を付して説明するが、本願発明をその実施形態に限定するものではない。
上述した目的を達成するべく本発明に係る電源装置は、負荷に対する電力源としての電池を、例えばNi-MH電池やLiイオン電池等の二次電池を備えたものであって、
特に請求項1(後述する第1の実施形態に対応)に記載するように
<a> 例えば電池の電源出力ラインに直列に介挿されて前記負荷に対する大電流パスを形成するスイッチ素子(例えばFET)2と、
<b> 上記大電流パスに並列な小電流パスを形成する補助スイッチ素子(例えばFET)12、および上記小電流パスに電流が流れたときに小電流パスにおける抵抗にて生じる分圧電圧にて前記スイッチ素子をオフ動作させる制御素子(例えばトランジスタ)11を備えた過電流検出回路と、
<c> 前記負荷の起動時に前記補助スイッチ素子をオン動作させて前記小電流パスを形成する制御手段とを具備し、
前記小電流パスを介して前記負荷に電力供給し、前記小電流パスにおける抵抗にて生じる分圧電圧の電圧降下が生じなくなることで前記制御素子が動作して前記スイッチ素子をオン動作することにより、この電力供給が正常に行われた後に前記大電流パスを介して前記負荷に電力供給することを特徴としている。
Here, in order to facilitate understanding of the present invention, the technical means (components) will be described with reference numerals in the embodiments described later, but the present invention is not limited to the embodiments.
In order to achieve the above object, a power supply device according to the present invention includes a battery as a power source for a load, for example, a secondary battery such as a Ni-MH battery or a Li ion battery,
In particular, as described in claim 1 (corresponding to a first embodiment described later)
<a> For example, a switch element (for example, FET) 2 that is inserted in series in the power output line of the battery to form a large current path for the load;
<b> An auxiliary switch element (for example, FET) 12 that forms a small current path in parallel with the large current path, and a divided voltage generated by a resistance in the small current path when a current flows in the small current path An overcurrent detection circuit including a control element (for example, a transistor) 11 for turning off the switch element;
<c> control means for turning on the auxiliary switch element when the load is activated to form the small current path;
By supplying electric power to the load through the small current path, the voltage drop of the divided voltage generated by the resistance in the small current path does not occur, and the control element operates to turn on the switch element. After the power supply is normally performed, power is supplied to the load through the large current path.
好ましくは前記制御手段としては、例えば請求項2に記載するように前記小電流パスに流れる電流をモニタして過電流の発生を監視する電流モニタ回路を備えたものとして実現することが望ましい。そしてこの電流モニタ回路により過電流の発生が検知された場合には、その検知情報を前記制御手段に与えて電源装置自体の作動を停止させることで、過電流検出による大電流パスの遮断に加えて、前記小電流パスを介する微小な電力供給も停止させることが望ましい。 Preferably, the control means is preferably implemented as having a current monitor circuit for monitoring the occurrence of overcurrent by monitoring the current flowing through the small current path as described in claim 2, for example. When the occurrence of an overcurrent is detected by this current monitor circuit, the detection information is given to the control means to stop the operation of the power supply device itself, so that the large current path is blocked by the overcurrent detection. Therefore, it is desirable to stop the minute power supply through the small current path.
また本発明に係る電源装置は、請求項3(後述する第2の実施形態に対応)に記載するように
<a> 例えば電池の電源出力ラインに直列に介挿されて前記負荷に対する大電流パスを形成するスイッチ素子2と、
<d> 上記大電流パスに並列な小電流パス(第1の小電流パス)を形成する補助スイッチ素子31を備え、上記小電流パスを介して流れる電流をモニタして前記負荷への出力電圧が正常であるか否かを監視する電圧モニタ回路と、
<e> 前記大電流パスに流れる過電流を検出する過電流検出回路、具体的には第2の実施形態における過電流検出素子12、およびこの過電流検出素子による過電流検出時に前記スイッチ素子をオフ動作させる制御素子11を備えた過電流検出回路と、
<f> 前記負荷の起動時に前記補助スイッチ素子をオン動作させて前記小電流パスを形成し、前記スイッチ素子をオン動作させて前記大電流パスを形成すると共に、前記電圧モニタ回路により前記負荷への出力電圧が正常であることが確認されたときに前記過電流検出回路の過電流検出機能の動作を開始させる制御手段とを具備し、
前記小電流パスを流れる電流が減少すると前記補助スイッチ素子がオフ動作することにより、前記負荷への電力供給が正常に行われたことが前記小電流パスから検出された後に前記過電流検出回路の過電流検出機能の動作を開始させることを特徴としている。
A power supply apparatus according to the present invention is described in claim 3 (corresponding to a second embodiment described later).
<a> For example, a switch element 2 that is inserted in series in the power output line of the battery to form a large current path for the load;
<d> An
<e> An overcurrent detection circuit for detecting an overcurrent flowing through the large current path, specifically, the
<f> When the load is started, the auxiliary switch element is turned on to form the small current path, the switch element is turned on to form the large current path, and the voltage monitor circuit supplies the load to the load. Control means for starting the operation of the overcurrent detection function of the overcurrent detection circuit when it is confirmed that the output voltage is normal.
When the current flowing through the small current path decreases, the auxiliary switch element is turned off, so that it is detected from the small current path that the power supply to the load is normally performed. It is characterized by starting the operation of the overcurrent detection function.
好ましくは前記過電流検出回路において前記電圧モニタ回路が形成した小電流パスとは別個に、前記大電流パスに並列な第2の小電流パスを形成する第2の補助スイッチ素子(例えばFET)からなり、前記制御手段は上記第2の補助スイッチ素子がオフ動作しているときに前記スイッチ素子をオン動作させるように構成される。 Preferably separately from the small-current path and the voltage monitoring circuit is formed before Symbol overcurrent detection circuit, wherein the second auxiliary switching device forming a parallel to the large current path second small current paths (eg FET) Thus, the control means is configured to turn on the switch element when the second auxiliary switch element is turned off.
好ましくは上記制御手段においても、前記第2の小電流パスに流れる電流をモニタして過電流の発生を監視する電流モニタ回路を備えたものとして実現することが望ましい。そしてこの電流モニタ回路により過電流の発生が検知された場合には、その検知情報を前記制御手段に与えて電源装置自体の作動を停止させることで、過電流検出による大電流パスの遮断に加えて、前記第1および第2の小電流パスをそれぞれ介する微小な電力供給も停止させることが望ましい。
Preferably also the upper Symbol control means, it is desirable to provide as having a current monitoring circuit for monitoring the occurrence of overcurrent by monitoring the current flowing through the second small-current path. When the occurrence of an overcurrent is detected by this current monitor circuit, the detection information is given to the control means to stop the operation of the power supply device itself, so that the large current path is blocked by the overcurrent detection. Therefore, it is desirable to stop the minute power supply through the first and second small current paths.
請求項1に記載の第1の発明に係る電源装置(後述する第1の実施形態に対応)によれば、小電流パスを形成した過電流検出回路の作用により、負荷の起動時には小電流パスを介して電流値制限した微少電流にて前記負荷に電力供給し、この電力供給により負荷が正常に起動し、更には電源装置の出力電圧が正常に立ち上がった後に前記大電流パスを介する前記負荷への電力供給を開始するので、大電流パスに過電流が流れることはない。従って負荷の起動時に大電流パスに対する過電流遮断機能が不本意に働くことがない。つまり負荷が大きな容量成分を有する場合であっても、その起動時に過電流が流れることがないので、電源装置を正常に立ち上げることが可能となる。 According to the power supply device according to the first aspect of the present invention (corresponding to the first embodiment described later), the small current path is activated at the time of starting the load by the action of the overcurrent detection circuit that forms the small current path. Power is supplied to the load with a small current limited in current value via the power supply, the load is normally started by this power supply, and further, the output voltage of the power supply device normally rises and then the load via the large current path Therefore, no overcurrent flows through the large current path. Therefore, the overcurrent cutoff function for the large current path does not work unintentionally when the load is started. In other words, even when the load has a large capacitance component, no overcurrent flows at the time of startup, so that the power supply device can be started up normally.
また請求項3に記載の第2の発明に係る電源装置(後述する第2の実施形態に対応)によれば、大電流パスにより、及び、電圧モニタ回路が形成した小電流パスを介して負荷に対して電流値制限した微少電流にて電力供給し、この電力供給により負荷が正常に起動し、更には電源装置の出力電圧が正常に立ち上がった後に前記過電流検出回路の過電流検出機能の動作を開始させて前記大電流パスを介する前記負荷への電力供給をしているので、負荷の起動時に過渡的な大電流が流れることがない。従ってスイッチ素子を介する大電流パスの形成が過電流検出回路により制御されるといえども、負荷の起動時に上記過電流検出回路が不本意に働くことがないので、電源装置を正常に立ち上げることが可能となる。 Further, according to the power supply device of the second invention described in claim 3 (corresponding to a second embodiment to be described later), the load is caused by the large current path and the small current path formed by the voltage monitor circuit. The power supply is performed with a small current with a current value limited to the value, the load is normally started by this power supply, and further, the output voltage of the power supply device normally rises, and then the overcurrent detection function of the overcurrent detection circuit is activated . since to initiate the operation are the power supply to the load through the high current path, it does not flow transient large current at the start of the load. Therefore, even if the formation of a large current path through the switch element is controlled by the overcurrent detection circuit, the overcurrent detection circuit does not work unintentionally at the start of the load. Is possible.
即ち、本発明においては過電流保護機能が付与されたスイッチ素子が形成する大電流パスに対して並列に設けられた小電流パスを備え、負荷の起動時には大電流パスにより、及び、上記小電流パスを介して電流制限した状態で負荷への電力供給を行った後、その電源出力が正常に立ち上がった後に上記大電流パスを介する前記負荷への電力供給を行うようにしている。従って負荷が大きな容量成分を有している場合であっても、不本意に過電流保護機能を作動させることなく電源装置を正常に立ち上げることができる。しかも小電流パスを用いて大電流パスを介する電力供給を制御するだけの簡単な構成にて、電源装置の安定した立ち上げを保証することができる等の実用上多大なる効果が奏せられる。
That is, in the present invention includes a small-current path provided in parallel with the high current path of switching element overcurrent protection function is applied is formed by a large current path at the time of starting the load, and, the small current After power is supplied to the load in a state where the current is limited via the path, power is supplied to the load via the large current path after the power supply output has risen normally. Therefore, even when the load has a large capacity component, the power supply device can be started up normally without unintentionally activating the overcurrent protection function. In addition, with a simple configuration that simply controls the power supply via the large current path using the small current path, it is possible to achieve a great practical effect such as ensuring stable startup of the power supply device.
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る電源装置について説明する。
《第1の実施形態》
図1は第1の発明に係る電源装置の要部概略構成図で、1は負荷RLに対する電力源としての電池、例えばNi-MH電池やLiイオン電池等の二次電池(BAT)である。この電池1の負荷RLに対する電力供給ラインには、その電力供給を制御するスイッチ素子としての大電力制御用FET(電界効果トランジスタ;Q1)2が直列に介挿されている。
この例では電池1の正極(+)にFET1のソースを接続し、該FET1のドレインを正極側接続端子Pに接続している。そして上記正極(+)と前記電池1の負極(−)に接続された負極側接続端子Nとの間に負荷RLを接続することで該負荷RLに対する電源供給ラインが形成されている。
Hereinafter, a power supply device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
<< First Embodiment >>
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a main part of a power supply device according to the first invention. Reference numeral 1 denotes a battery as a power source for a load RL, for example, a secondary battery (BAT) such as a Ni-MH battery or a Li ion battery. In the power supply line for the load RL of the battery 1, a high power control FET (field effect transistor; Q1) 2 as a switch element for controlling the power supply is inserted in series.
In this example, the source of the FET 1 is connected to the positive electrode (+) of the battery 1, and the drain of the FET 1 is connected to the positive electrode side connection terminal P. A power supply line for the load RL is formed by connecting the load RL between the positive electrode (+) and the negative electrode side connection terminal N connected to the negative electrode (−) of the battery 1.
尚、上記FET2は、マイクロコンピュータ等からなる充放電制御部3からの制御信号DCHGを受けてオン・オフ動作する制御用トランジスタ(FET;Q6)4の出力V1をゲートに受けてオン・オフ制御される。具体的には上記FET2は、そのソース・ドレイン間に抵抗R1を並列接続すると共に、そのゲートに抵抗R2を介して制御用トランジスタ(FET;Q6)4を直列に接続している。そしてFET2は制御用トランジスタ(FET;Q6)4をオン動作させたとき、この制御用トランジスタ4を介して前記抵抗R1,R2により分圧された前記電池1の端子電圧がゲート制御電圧V1として入力することでオン動作(導通)する。また制御用トランジスタ(FET;Q6)4をオフ動作させたときには、基本的には前記制御用トランジスタ4を介する電流路が遮断されることからFET2のゲートには前記電池10の出力電圧がそのまま印加されるので、そのゲート・ソース間電圧が[0]となり、従ってFET2はオフ動作(遮断)する。
The FET 2 is turned on / off by receiving at its gate the output V1 of the control transistor (FET; Q6) 4 which is turned on / off in response to the control signal D CHG from the charge /
一方、このようなFET(スイッチ素子)2に対して、負荷RLに流れる過電流を検出して上記FET2をオフ(遮断)制御し、これによって上記過電流を阻止する過電流検出回路10が設けられている。この過電流検出回路10は、前記FET2のソース・ゲート間に並列接続されて該FET2をオン・オフ制御する過電流防止制御用トランジスタ(Q2)11と、前記FET1のソース・ドレイン間に並列接続されて上記トランジスタ(Q2)11の作動を制御する小電流パスを形成した過電流検出用トランジスタ(FET;Q3)12とを備えて構成される。特にこのトランジスタ(FET;Q3)12は、そのドレインを前述した正極側接続端子Pに接続し、そのソースを2つの抵抗R3,R4の直列に介して前記電池1の正極(+)に接続することで、前記FET2が形成した主たる大電流パスに比較して通電電流を制限した小電流パスを形成している。
On the other hand, an
そしてこの過電流検出回路10においては、小電流パスを介して流れる電流により前記抵抗R3,R4にて生じる分圧電圧V3にて前記過電流防止制御用トランジスタ(Q2)11の作動をオン・オフ制御し、このトランジスタ11により前記FET2をオン・オフ制御して大電流パスを介する前記電池1から負荷RLへの電力供給を制御するものとなっている。尚、前記過電流検出用トランジスタ(FET;Q3)12は、前述した制御トランジスタ(Q6)4により、そのゲート電圧が制御されて作動がオン・オフ制御される。従って前述した制御信号DCHGが出力されているときにだけ小電流パスが形成されるものとなっている。
In this
一方、上述した小電流パスの抵抗R3,R4にて生じる分圧電圧V3は、電流モニタ回路20により監視されている。この電流モニタ回路20は、上記分圧電圧V3から小電流パスを流れる電流を検出して反転動作する出力電圧検出用のトランジスタ(Q4)21と、更にこのトランジスタ21の出力電圧V4を検出する出力バッファとしてのトランジスタ(Q5)21とを主体として構成される。この電流モニタ回路20は、前述した過電流検出用のFET(Q3)12がオン動作して小電流パスを形成している状態において前記抵抗R3,R4に生じる電圧V3をモニタすることにより、過電流が発生しているか否かを判定する役割を担う。そして電流モニタ回路20は、過電流の発生を検出したとき、過電流検出信号LIMITを発生し、これを前述した充放電制御部3に出力するものとなっている。充放電制御部3はこの過電流検出信号LIMITを受けたとき、前述した電源出力の為の制御信号DCHGの出力を停止し、この制御信号DCHGの出力停止により制御用トランジスタ(Q6)4がオフ制御される。また充放電制御回路3は、例えば過電流の発生により負荷RLへの電力供給を停止した旨の警報(アラーム)を発する。
On the other hand, the divided voltage V3 generated in the resistors R3 and R4 of the small current path described above is monitored by the
上述した如く構成された電源装置によれば、図2にその動作タイミングを示すように負荷RLに対する起動信号を受けて充放電制御回路3から制御信号DCHGを発すると、これを受けて制御用トランジスタ(FET;Q6)4がオン動作し、その出力電圧V2が低下する。するとこの出力電圧V2を受けて過電圧検出用のFET(Q3)12がオン動作することにより小電流パスが形成される。
According to the power supply apparatus configured as described above, when the activation signal for the load RL is received and the control signal D CHG is generated from the charge /
尚、この起動時には過電流防止制御用トランジスタ(Q2)11が未だオフ状態のままであるので、大電力制御用FET(電界効果トランジスタ;Q1)2がオン動作するには至らない。そして小電流パスを介して電池1から負荷RLに対して電流Isが流れ始めると、これによって過電流防止制御用トランジスタ(Q2)11がオン動作するので、大電力制御用FET(Q1)2はオフ状態のまま維持される。従って小電流パスだけが形成され、この小電流パスを介して電流抑制を受けた状態で負荷RLに対して微少電流にて電力供給が行われる。そしてこの電力供給によって負荷RLが有する容量成分が次第に充電されると、その充電電流により電源装置から負荷RLに加えられる出力電圧Voutが次第に上昇し、小電流量パスを介する電流が次第に流れなくなる。 In addition, since the overcurrent prevention control transistor (Q2) 11 is still in the off state at the time of starting, the high power control FET (field effect transistor; Q1) 2 cannot be turned on. When the current Is starts to flow from the battery 1 to the load RL through the small current path, the overcurrent prevention control transistor (Q2) 11 is turned on by this, so that the high power control FET (Q1) 2 It remains off. Accordingly, only a small current path is formed, and power is supplied to the load RL with a very small current in a state where current suppression is received through the small current path. When the capacity component of the load RL is gradually charged by this power supply, the output voltage Vout applied to the load RL from the power supply device gradually increases due to the charging current, and the current through the small current amount path does not flow gradually.
そして出力電圧Voutが所定の電圧値に達すると小電流量パスを介する電流が流れなくなり、前述した抵抗R3,R4に電圧降下が生じなくなるので、その出力電圧V3をベース入力電圧とする過電流防止制御用トランジスタ(Q2)11がオフ動作する。そしてこのトランジスタ(Q2)11による大電力制御用FET(電界効果トランジスタ;Q1)2のゲート電圧制御が停止する。この結果、大電力制御用FET2のゲートには前記制御用トランジスタ(FET;Q6)4の出力電圧が印加されるので、上記大電力制御用FET2がオン動作(導通)し、これによって大電流パスが形成されて前記電池1のエネルギが大電力制御用FET2を介して負荷RLへと供給されることになる。 When the output voltage Vout reaches a predetermined voltage value, no current flows through the small current amount path, and no voltage drop occurs in the resistors R3 and R4. Therefore, overcurrent prevention using the output voltage V3 as a base input voltage is prevented. The control transistor (Q2) 11 is turned off. Then, the gate voltage control of the high power control FET (field effect transistor; Q1) 2 by the transistor (Q2) 11 is stopped. As a result, since the output voltage of the control transistor (FET; Q6) 4 is applied to the gate of the high power control FET 2, the high power control FET 2 is turned on (conducted), thereby causing a large current path. Is formed, and the energy of the battery 1 is supplied to the load RL via the high power control FET 2.
つまり負荷RLの起動時には小電流パスを介して負荷RLに対して電流値制限した状態で電力供給が行われ、この電力供給によって電源装置の出力電圧Voutが所定の電圧値まで上昇し、その電圧出力が正常に立ち上がったときにFET2がオン動作する。そしてこのFET2のオン動作に伴い、該FET2が形成する大電流パスを介して電池1から負荷RLへの電力供給が行われる。但し、過電流検出用FET(Q3)12がオン状態であるので小電流パスは形成されたままの状態である。しかし大電流パスの形成によってFET(Q3)12のソース・ドレイン間電圧が略零[0]となるので、この小電流パスには殆ど電流が流れることはない。 That is, when the load RL is started, power is supplied in a state where the current value is limited to the load RL via a small current path, and the output voltage Vout of the power supply device rises to a predetermined voltage value by this power supply, and the voltage When the output rises normally, the FET 2 is turned on. In accordance with the ON operation of the FET 2, power is supplied from the battery 1 to the load RL through a large current path formed by the FET 2. However, since the overcurrent detection FET (Q3) 12 is in the on state, the small current path is still formed. However, since the source-drain voltage of the FET (Q3) 12 becomes substantially zero [0] due to the formation of the large current path, almost no current flows through this small current path.
一方、電源装置が正常に起動して前記大電流パス(FET2)を介して負荷RLに電力供給している状態において、例えば負荷の短絡障害等によって出力電圧Voutが低下し、これに伴って過電流が流れると、図2に示すように小電流パスにも電流が流れる。するとこの過電流の発生によって小電流パスにおける抵抗R3,R4に電圧降下が生じ、過電流防止制御用トランジスタ(Q2)11がオン動作する。そしてこのトランジスタ(Q2)11のオン動作により、前述した大電流パスを形成していた大電力制御用FET(Q1)2がオフ動作し、電池1からの電力供給が遮断される。 On the other hand, in a state in which the power supply device starts up normally and supplies power to the load RL via the large current path (FET 2), the output voltage Vout decreases due to a short circuit failure of the load, for example. When the current flows, the current also flows through the small current path as shown in FIG. Then, the occurrence of this overcurrent causes a voltage drop in the resistors R3 and R4 in the small current path, and the overcurrent prevention control transistor (Q2) 11 is turned on. When the transistor (Q2) 11 is turned on, the large power control FET (Q1) 2 forming the large current path is turned off, and the power supply from the battery 1 is cut off.
同時にこの過電流の発生による上述した抵抗R3,R4での電圧降下が前述した電流モニタ回路20により検出され、過電流検出信号LIMITが充放電制御部3に与えられる。そしてこの過電流検出信号LIMITを受けて上記充放電制御部3からの制御信号DCHGの出力が停止される。この制御信号DCHGの出力停止によって制御用トランジスタ(FET;Q6)4がオフ動作するので、過電流検出用FET(Q3)12がオフ動作し、小電流パスが遮断される。これによって大電力制御用FET(Q1)2と過電流検出用FET(Q3)12とがそれぞれ安定的にオフし、過電流が確実に阻止される。
At the same time, the voltage drop at the resistors R3 and R4 due to the occurrence of this overcurrent is detected by the above-described
かくして上述した如く構成され、動作する電源回路によれば、負荷RLの起動時には小電流パスを介して電流値制限した微小な電流Isを負荷RLに供給するだけであり、この微小電流Isによって電源が正常に立ち上がり、所定の出力電圧Voutを負荷RLに加えた状態となった後に正規の大電流パスを介して電力供給が行われる。従って負荷RLが大きな容量成分を有している場合であっても、その起動時に過大な電流が流れることがない。故に、電源装置が過電流保護機能を有する場合であっても、その保護機能が不本意に作動することがないので、電源装置を安定に、しかも正常に立ち上げることができる。特に過電流検出回路10が形成した小電流パスを用いて負荷RLの起動時における電流を制限すると言う簡易な手法(構成)によりその正常な立ち上げを保証することができるので、実用的利点が多大である等の効果が奏せられる。
Thus, according to the power supply circuit configured and operated as described above, when the load RL is started, only the minute current Is limited in current value is supplied to the load RL through the small current path. Rises normally, and after a predetermined output voltage Vout is applied to the load RL, power is supplied through a regular large current path. Therefore, even when the load RL has a large capacity component, an excessive current does not flow at the start-up. Therefore, even when the power supply apparatus has an overcurrent protection function, the protection function does not operate unintentionally, so that the power supply apparatus can be started up stably and normally. In particular, the normal start-up can be ensured by a simple method (configuration) of limiting the current at the start-up of the load RL using the small current path formed by the
《第2の実施形態》
次に本発明に係る電源装置の第2の実施形態について説明する。尚、前述した図1に示す電源装置と同一構成要素については同一符号を付して説明する。
図3は第2の実施形態に係る電源装置の要部概略構成図である。この電源装置は、過電流検出回路10とは独立に、負荷RLの起動時に前述した大電流パスと並列な小電流パス(第1の小電流パス)を形成する電圧モニタ回路30を備え、電源装置が正常に立ち上がった後に前記過電流検出回路10を機能させるように構成したものである。
<< Second Embodiment >>
Next, a second embodiment of the power supply device according to the present invention will be described. The same components as those of the power supply device shown in FIG.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a main part of a power supply device according to the second embodiment. This power supply device includes a
即ち、この実施形態に係る電源装置においては、そのソースに抵抗R5,R6を直列接続したFET(Q7)31を大電力制御用FET(Q1)2のソース・ドレイン間に並列接続して前記大電流パスに並列な第1の小電流パスを形成し、前述した制御用トランジスタ(FET;Q6)4の出力により上記FET(Q7)31と過電流検出回路10の過電流防止制御用トランジスタ(Q2)11をそれぞれオン・オフ制御するように構成している。そして電圧モニタ回路30においては、上記FET(Q7)31により形成された小電流パスを流れる電流Is1により前記抵抗R5,R6に生じる電圧降下から該電源装置の出力電圧Voutが正常に立ち上がったか否かが監視している。
That is, in the power supply device according to this embodiment, an FET (Q7) 31 having resistors R5 and R6 connected in series to its source is connected in parallel between the source and drain of the high power control FET (Q1) 2, and the large A first small current path is formed in parallel with the current path, and the FET (Q7) 31 and the overcurrent prevention control transistor (Q2) of the
具体的には上記電圧モニタ回路30は、第1の小電流パスを流れる電流Is1により抵抗R5,R6に生じた分圧電圧V6を検出して反転動作する出力電圧検出用のトランジスタ(Q8)32と、更にこのトランジスタ32の出力電圧V7を検出する出力バッファとしてのトランジスタ(Q9)33とを主体として構成される。即ち、この電圧モニタ回路30は、前述した小電流パス形成用のFET(Q7)31がオン動作して小電流パスを形成している状態において前記抵抗R5,R6に生じる電圧V6をモニタすることにより、負荷RLに対する出力電圧Voutが正常に立ち上がったか否かを判定する役割を担う。
Specifically, the
そしてこの電圧モニタ回路30は、電源が正常に立ち上がったときに電源正常性の確認信号OKoutを発生し、これを前述した充放電制御部3に出力するものとなっている。充放電制御部3はこの確認信号OKoutを受けたとき、電源出力許可信号OKinを出力して制御用トランジスタ(Q10)5をオン制御する。この制御用トランジスタ(Q10)5のオン動作(導通)により前述した過電流検出回路10における過電圧検出用のFET(Q3)12がオン動作し、過電流検出機能が作動する。
The
尚、過電流検出回路10および電流モニタ回路20の機能は前述した第1の実施形態と基本的に同じである。ただこの第2の実施形態において過電流検出回路10が、先の第1の実施形態と異なるところは、過電流検出用FET(Q3)12のオン・オフ制御を、前述した制御信号DCHGに代えて確認信号OKoutを用いることで、電源が正常に立ち上がったときにだけ、その過電流検出機能を働かせるようにした点にある。
The functions of the
このように構成された電源装置によれば、図4にその動作タイミングを示すように、負荷RLに対する起動信号を受けて充放電制御回路3から制御信号DCHGを発すると、これを受けて制御用トランジスタ(FET;Q6)4がオン動作し、その出力電圧V1,V5がそれぞれ低下する。するとこの出力電圧V5を受けて小電流パス形成用のFET(Q7)31がオン動作することにより小電流パスが形成される。
According to the power supply device configured as described above, as shown in FIG. 4, when the activation signal for the load RL is received and the control signal D CHG is generated from the charge /
尚、この起動時には、過電流検出用のFET(Q3)12がオフ状態のままなので過電流防止制御用トランジスタ(Q2)11もオフ状態に維持される。従って大電力制御用FET(電界効果トランジスタ;Q1)2もオン動作する。この結果、大電流パスおよび第1の小電流パスをそれぞれ介して負荷RLに電流が供給される。このとき、負荷RLが有する大きな容量成分によって大電流が流れても、上述したように過電流検出用のFET(Q3)12がオフ状態であり、過電流検出機能が働いていないので、過電流保護機能が作動して電源装置の正常な立ち上がりが妨げられることはない。 At the time of starting, since the overcurrent detection FET (Q3) 12 remains off, the overcurrent prevention control transistor (Q2) 11 is also kept off. Accordingly, the high power control FET (field effect transistor; Q1) 2 is also turned on. As a result, current is supplied to the load RL through the large current path and the first small current path, respectively. At this time, even if a large current flows due to a large capacitance component of the load RL, the overcurrent detection FET (Q3) 12 is in an off state as described above, and the overcurrent detection function is not functioning. The protection function does not operate and normal startup of the power supply device is not prevented.
そして大電流パスおよび第1の小電流パスを介する電源供給によって負荷RLの容量成分が充電され、これに伴って電源の出力電圧Voutが次第に上昇して来ると、これに伴って小電流パスを流れる電流Is1が次第に減少し、出力電圧Voutが所定の電圧に達するとFET(Q7)31がオフ動作する。この結果、抵抗R5,R6における電圧降下がなくなり、その出力電圧V6が高くなるので、電圧モニタ回路30はこの状態を電源装置が正常に立ち上がったとして判定する。そして前述したように電圧モニタ回路30は電源正常性の確認信号OKoutを発生するので、これを受けた充放電制御部3は電源出力許可信号OKinを出力する。そして制御用トランジスタ(Q10)5がオン動作することにより、前記過電流検出用のFET(Q3)12がオン動作し、これによって過電流検出機能が動作開始することになる。
When the capacity component of the load RL is charged by the power supply through the large current path and the first small current path, and the output voltage Vout of the power supply gradually increases along with this, the small current path is changed accordingly. When the flowing current Is1 gradually decreases and the output voltage Vout reaches a predetermined voltage, the FET (Q7) 31 is turned off. As a result, there is no voltage drop across the resistors R5 and R6, and the output voltage V6 becomes high. Therefore, the
そしてFET(Q3)12がオン動作により過電流検出回路10での小電流パス(第2の小電流パス)が形成され、この小電流パスを流れる電流Is2から過電流の検出が行われる。そして過電流が発生したときには、前述した第1の実施形態と同様に大電力制御用FET(電界効果トランジスタ;Q1)2がオフ制御されて負荷RLへの電源供給が停止され、また前述した制御信号DCHGの出力停止により電源装置の作動が停止される。
The FET (Q3) 12 is turned on to form a small current path (second small current path) in the
従って上述した如く構成された電源装置によれば、負荷RLの起動時に過電流検出回路10における過電流検出機能を停止させ、この状態で大電力制御用FET(Q1)2が形成した大電流パスと並列に小電流パスを形成した電圧モニタ回路30にて、その出力電圧Voutが正常に立ち上がったか否かを監視し、その正常性が確認された後に前記過電流検出回路10の機能を働かせるものとなっている。従って負荷RLの起動時に、その容量成分に起因して大電流が流れても、また瞬時的に大きなノイズが加わっても過電流検出回路10の誤動作を招来することなしに電源装置を正常に立ち上げることが可能である。
Therefore, according to the power supply device configured as described above, the overcurrent detection function in the
しかも前述した第1の実施形態と異なって、負荷RLの起動時にも大電流パスを介して電源供給するので、その立ち上がりを十分に早くすることができる。また過電流と出力電圧Voutとを独立にモニタするようにしているので、回路時定数を個別に設定することが容易であり、種々の電源・負荷仕様に応じた回路設計を容易に行うことができる。またモニタ回路の構成自体は簡単なので、第1の実施形態に比較してその構成がさほど複雑化することがなく、実用性に優れている等の効果が奏せられる。 In addition, unlike the first embodiment described above, since the power is supplied through the large current path even when the load RL is activated, the rise can be made sufficiently early. In addition, since overcurrent and output voltage Vout are monitored independently, it is easy to set circuit time constants individually and to easily design circuits according to various power supply / load specifications. it can. Further, since the configuration of the monitor circuit itself is simple, the configuration is not so complicated as compared with the first embodiment, and effects such as excellent practicality can be obtained.
《変形例》
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。ここではスイッチ素子としてFETとバイポーラトランジスタとを適宜用いて過電流検出回路10およびモニタ回路回路20,30を構成しているが、大電力スイッチ素子(FET)2を除いて集積回路化しても良いことは言うまでもない。また回路定数等は、その回路仕様に応じて定めれば良いことは勿論のことである。また上述した各実施形態は、電池1からの電力供給のための電源装置であるが、電池1からの電力供給に限らず、電池に代わる種々の電力供給源にも同様に適用することができる。要は本発明は、小電流パスを用いて負荷RLの起動時における電源装置の挙動を制御することを特徴とするものであり、その要旨を逸脱しないで種々変形して実施することができる。
<Modification>
The present invention is not limited to the embodiment described above. Here, the
1 電池
2 大電力スイッチ用FET(スイッチ素子)
3 充放電制御部(制御手段)
4,5 FET(制御手段)
10 過電流検出回路
11 トランジスタ(制御素子)
12 FET(過電流検出素子)
20 電流モニタ回路
21 トランジスタ
22 FET
30 電圧モニタ回路
31 FET(補助スイッチ素子)
32 トランジスタ
33 FET
1 battery 2 FET for high power switch (switch element)
3 Charge / discharge control unit (control means)
4,5 FET (control means)
10 Overcurrent detection circuit 11 Transistor (control element)
12 FET (Overcurrent detection element)
20
30
32
Claims (4)
電源出力ラインに直列に介挿されて前記負荷に対する大電流パスを形成するスイッチ素子と、
上記大電流パスに並列な小電流パスを形成する補助スイッチ素子、および上記小電流パスに電流が流れたときに小電流パスにおける抵抗にて生じる分圧電圧にて前記スイッチ素子をオフ動作させる制御素子を備えた過電流検出回路と、
前記負荷の起動時に前記補助スイッチ素子をオン動作させて前記小電流パスを形成する制御手段とを具備し、
前記小電流パスを介して前記負荷に電力供給し、前記小電流パスにおける抵抗にて生じる分圧電圧の電圧降下が生じなくなることで前記制御素子が動作して前記スイッチ素子をオン動作することにより、この電力供給が正常に行われた後に前記大電流パスを介して前記負荷に電力供給することを特徴とする電源装置。 A power supply as a power source for a load,
A switching element interposed in series with the power output line to form a large current path to the load;
Auxiliary switch element that forms a small current path in parallel with the large current path, and a control for turning off the switch element with a divided voltage generated by a resistance in the small current path when a current flows in the small current path An overcurrent detection circuit including an element;
Control means for turning on the auxiliary switch element when the load is activated to form the small current path;
By supplying electric power to the load through the small current path, the voltage drop of the divided voltage generated by the resistance in the small current path does not occur, and the control element operates to turn on the switch element. A power supply device that supplies power to the load through the large current path after the power supply is normally performed.
電源出力ラインに直列に介挿されて前記負荷に対する大電流パスを形成するスイッチ素子と、
上記大電流パスに並列な小電流パスを形成する補助スイッチ素子を備え、上記小電流パスを介して流れる電流をモニタして前記負荷への出力電圧が正常であるか否かを監視する電圧モニタ回路と、
前記大電流パスに流れる過電流を検出する過電流検出回路と、
前記負荷の起動時に前記補助スイッチ素子をオン動作させて前記小電流パスを形成し、前記スイッチ素子をオン動作させて前記大電流パスを形成すると共に、前記電圧モニタ回路により前記負荷への出力電圧が正常であることが確認されたときに前記過電流検出回路の過電流検出機能の動作を開始させる制御手段とを具備し、
前記小電流パスを流れる電流が減少すると前記補助スイッチ素子がオフ動作することにより、前記電圧モニタ回路により前記負荷への出力電圧が正常であることが確認されて、前記負荷への電力供給が正常に行われたことを前記小電流パスを介して検出された後に前記制御手段は前記過電流検出回路の過電流検出機能の動作を開始させ、
前記過電流検出回路において前記大電流パスに並列な第2の小電流パスを形成する第2の補助スイッチ素子、および上記第2の小電流パスに電流が流れたときに第2の小電流パスにおける抵抗にて生じる分圧電圧にて前記スイッチ素子をオフ動作させる制御素子を備え、前記制御手段は起動時に上記第2の補助スイッチ素子がオフ動作しているときに前記スイッチ素子をオン動作させて前記大電流パスを形成し、
前記制御手段は前記第2の補助スイッチ素子をオン動作させ前記過電流検出回路の過電流検出機能の動作を開始させることを特徴とする電源装置。 A power supply as a power source for a load,
A switching element interposed in series with the power output line to form a large current path to the load;
A voltage monitor that includes an auxiliary switch element that forms a small current path in parallel with the large current path, and monitors whether or not an output voltage to the load is normal by monitoring a current flowing through the small current path Circuit,
An overcurrent detection circuit for detecting an overcurrent flowing through the large current path;
When the load is started, the auxiliary switch element is turned on to form the small current path, the switch element is turned on to form the large current path, and the voltage monitor circuit outputs the output voltage to the load. Control means for starting the operation of the overcurrent detection function of the overcurrent detection circuit when it is confirmed that is normal,
When the current flowing through the small current path decreases, the auxiliary switch element is turned off, so that the voltage monitor circuit confirms that the output voltage to the load is normal, and the power supply to the load is normal. The control means starts the operation of the overcurrent detection function of the overcurrent detection circuit after being detected via the small current path,
A second auxiliary switch element forming a second small current path in parallel with the large current path in the overcurrent detection circuit; and a second small current path when a current flows through the second small current path. A control element that turns off the switch element with a divided voltage generated by a resistor in the control circuit , and the control means turns on the switch element when the second auxiliary switch element is turned off at the time of startup. To form the large current path,
The power supply apparatus, wherein the control means turns on the second auxiliary switch element to start an operation of an overcurrent detection function of the overcurrent detection circuit .
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