JP5866229B2 - Overcurrent protection circuit and overcurrent protection method - Google Patents
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Description
本発明は、過電流保護回路及び過電流保護方法に関する。 The present invention relates to an overcurrent protection circuit and an overcurrent protection method.
負荷に供給されている電流が過電流とならないようにするために、負荷への電力ラインに過電流保護回路を設けることがある。このような過電流保護回路は、過電流状態になると負荷への電流供給を遮断等する。 In order to prevent the current supplied to the load from becoming an overcurrent, an overcurrent protection circuit may be provided in the power line to the load. Such an overcurrent protection circuit cuts off the current supply to the load when an overcurrent state occurs.
この負荷への電流遮断等を行うために、FET(Field effect transistor)がスイッチとして用いられることがある。このような過電流保護回路では、正常状態におけるFETで発生する電力損失を低減させるためにオン抵抗の小さいFETを並列接続して極力抵抗成分を低減させる必要がある。 In order to cut off the current to the load or the like, a field effect transistor (FET) may be used as a switch. In such an overcurrent protection circuit, it is necessary to reduce the resistance component as much as possible by connecting FETs having a small on-resistance in parallel in order to reduce power loss generated in the FET in a normal state.
しかし、例えば小型パッケージのFETにおいては、オン抵抗も許容損失も小さいものが存在する。また、同一型番のFETでも、その個体差により閾値電圧等が異なるため、動作タイミングが完全に一致せず、片方のFETに電流が集中してしまうことがある。このような場合には、FETの損傷が焼失等の損傷を受けてしまうことがある。 However, for example, in a small package FET, there is a small on-resistance and allowable loss. Also, even with FETs of the same model number, the threshold voltage and the like are different due to individual differences, so that the operation timing does not completely match, and current may concentrate on one FET. In such a case, the FET may be damaged by burning or the like.
なお、特開2007−288356号公報においては、電源と負荷との間の通電路に2つの半導体スイッチ装置を並列接続して設け、それぞれから出力されるセンス電流の合成センス電流を共通のRC並列回路に流し、各半導体スイッチ装置は、そのRC並列回路の端子電圧を閾値電圧としての分圧電圧と比較して電流異常を検出する電力供給制御装置が開示されている。 In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-288356, two semiconductor switch devices are connected in parallel in a current path between a power source and a load, and a combined sense current of sense currents output from each semiconductor switch device is shared by a common RC parallel circuit. A power supply control device is disclosed in which each semiconductor switch device detects a current abnormality by comparing the terminal voltage of its RC parallel circuit with a divided voltage as a threshold voltage.
しかしながら、上記特許文献における電力供給制御装置では、2つの半導体スイッチ装置の許容損失に大小があると、許容損失の小さい半導体スイッチ装置に電流が集中してしまう場合が生じ、電流集中した半導体スイッチ装置が損傷を受ける場合が合った。 However, in the power supply control device in the above-mentioned patent document, if the allowable loss of the two semiconductor switch devices is large or small, current may be concentrated on the semiconductor switch device with small allowable loss, and the semiconductor switch device in which current is concentrated It may have been damaged.
そこで、本発明の主目的は、許容損失の異なるスイッチであっても、損傷を受けることなく負荷への電力供給が制御できる過電流保護回路及び過電流保護方法を提供することである。 Accordingly, a main object of the present invention is to provide an overcurrent protection circuit and an overcurrent protection method capable of controlling power supply to a load without being damaged even if the switches have different allowable losses.
上記課題を解決するため、負荷への電力ラインに設けられた過電流保護回路は、電力ラインに設けられて、許容損失の大きな第1スイッチと該第1スイッチより許容損失の小さい第2スイッチとが並列接続されて形成されたスイッチ部と、負荷への電流を検出して電流検出信号を出力する電流検出回路と、電流検出信号に基づき負荷への電流が過電流状態であるか否かを判断して、過電流状態である場合には第2スイッチより先に第1スイッチをオフ動作させる制御駆動部と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above problem, an overcurrent protection circuit provided in a power line to a load is provided in the power line, and includes a first switch having a large allowable loss and a second switch having a smaller allowable loss than the first switch. Switches connected in parallel, a current detection circuit that detects a current to the load and outputs a current detection signal, and whether or not the current to the load is in an overcurrent state based on the current detection signal And a control drive unit that turns off the first switch prior to the second switch when it is in an overcurrent state.
また、負荷への電力ラインに設けられた過電流保護方法は、許容損失の大きな第1スイッチと、該第1スイッチより許容損失の小さい第2スイッチとが並列接続されてなるスイッチ部が設けられた負荷への電力ラインに流れる電流を検出して電流検出信号を出力する電流検出手順と、電流検出信号に基づき負荷への電流が過電流状態であるか否かを判断する過電流判断手順と、負荷への電流が過電流状態である場合には、第1スイッチのオフ動作を第2スイッチのオフ動作より遅くする遅延手順と、を含むことを特徴とする。 Further, the overcurrent protection method provided in the power line to the load includes a switch unit in which a first switch having a large allowable loss and a second switch having a small allowable loss than the first switch are connected in parallel. A current detection procedure for detecting the current flowing in the power line to the load and outputting a current detection signal; and an overcurrent determination procedure for determining whether the current to the load is in an overcurrent state based on the current detection signal; And a delay procedure for making the first switch off operation slower than the second switch off operation when the current to the load is in an overcurrent state.
本発明によれば、第1スイッチ及び第2スイッチの動作タイミングを調整するので、これら第1スイッチと第2スイッチとの許容損失が異なる場合でも、一方が損傷を受けることなく負荷への電力供給が制御できる。 According to the present invention, since the operation timings of the first switch and the second switch are adjusted, even when the power loss between the first switch and the second switch is different, the power supply to the load is not damaged. Can be controlled.
本発明の実施形態を説明する。図1は、本実施形態にかかる過電流保護回路2のブロック図である。この過電流保護回路2は、電源4と負荷5とを接続する電力ライン6に挿入されて動作する。
An embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a block diagram of an
過電流保護回路2は、スイッチ部10、電流検出回路11、制御駆動部12を備える。電流検出回路11は、負荷5に流れる電流を検出して、電流検出信号G1として制御駆動部12に出力する。また、スイッチ部10は、許容損失の大きい第1スイッチ10aと、許容損失及びオン抵抗が小さい第2スイッチ10bとが並列接続されて形成されている。例えば、第1スイッチ10a及び第2スイッチ10bとしてFET(Field effect transistor)が例示できる。なお、許容損失の「大小」との表現は、第1スイッチ10aと第2スイッチ10bとの許容損失が同じでなく、相対的に大小関係を持つことを意味する。オン抵抗の「大小」についても同様である。
The
制御駆動部12は、過電流判断部12a、第1駆動信号生成部12b、第2駆動信号生成部12cを備える。そして、過電流判断部12aは、電流検出回路11からの電流検出信号G1が予め設定された値より大きくなったときに、過電流状態と判断して過電流状態信号G2を第1駆動信号生成部12b及び第2駆動信号生成部12cに出力する。第1駆動信号生成部12bは、過電流状態信号G2に基づき第1駆動信号G3を生成して、第1スイッチ10aに出力する。また、第2駆動信号生成部12cは、過電流状態信号G2に基づき第2駆動信号G4を生成して、第2スイッチ10bに出力する。この第1駆動信号G3及び第2駆動信号G4により、第1スイッチ10a及び第2スイッチ10bが動作する。
The
図2は、制御駆動部12の詳細ブロック図である。この制御駆動部12は、上述したように、過電流判断部12a、第1駆動信号生成部12b、第2駆動信号生成部12cを備える。第1,2駆動信号生成部12b,12cは、それぞれタイミング調整回路21a,22a、駆動回路21b,22bを備える。
FIG. 2 is a detailed block diagram of the
そして、過電流判断部12aは、電流検出信号G1が予め設定された値より大きい場合には過電流状態と判断して過電流状態信号G2をタイミング調整回路21a,22aに出力する。なお、以下の説明では、正常電流状態(定格内電流の状態)から過電流状態に変ると、過電流状態信号G2は信号レベルが「H」レベルから「L」レベルに変るとする。このタイミング調整回路21a、22aは、例えば寄生容量等を利用した配線を形成することにより信号に遅延を生じさせる構成も可能である。
When the current detection signal G1 is greater than a preset value, the
駆動回路21b,22bは、タイミング調整回路21a,22aからの信号を増幅して、スイッチ部10に出力する。なお、タイミング調整回路21a,22aからの信号によりスイッチ部10が直接駆動できる場合には、駆動回路21b,22bは不要である。即ち、駆動回路21b,22bは、制御駆動部12とスイッチ部10とのインターフェースをなしている。
The
次に、タイミング調整回路21a、22aによる第1駆動信号G3と第2駆動信号G4との出力タイミングの調整を、図3を参照して説明する。図3は過電流保護回路2の動作タイミングを示す図で、図3(a)は過電流状態信号G2のタイミングチャート、図3(b)は第1駆動信号G3のタイミングチャート、図3(c)は第2駆動信号G4のタイミングチャート、図3(d)は負荷5に流れる電流のタイミングチャートである。
Next, adjustment of the output timing of the first drive signal G3 and the second drive signal G4 by the
電力ライン6を導通させる場合には、第1駆動信号G3は第2駆動信号G4より早いタイミングで出力される(図3(b)参照)。図3(b)においては、このタイミング差をδ2として示している。そして、第1駆動信号G3がレベルP2に達すると、許容損失の大きい第1スイッチ10aが先にオンして電源ライン6を導通させる。その後に許容損失の小さい第2スイッチ10bがオンする。従って、許容損失の小さい第2スイッチ10bへの損傷を防止しながら負荷5への電流を供給することができる(図3(d)参照)。
When the
一方、電力ライン6を遮断する場合には、第1駆動信号G3は第2駆動信号G4より遅いタイミングで出力される(図3(c)参照)。図3(c)においては、このタイミング差をδ1として示している。そして、第2駆動信号G4がレベルP1に達すると、許容損失の小さい第2スイッチ10bがオフする。この状態は第1スイッチ10aがオンしている状態なので、電力ライン6は導通状態のままである。その後、第2スイッチ10bがオフした後に許容損失の大きい第1スイッチ10aがオフする。この状態になると電源ライン6は遮断される。従って、許容損失の小さい第2スイッチ10bへの損傷を防止しながら負荷5への電流供給が遮断できる(図3(d)参照)。
On the other hand, when the
これにより、負荷5への電流を遮断する際には、大きな許容損失の第1スイッチが最後にオフするので、許容損失の小さい第2スイッチへの損傷を防止しながら負荷5への電流を呈しすることができ、また負荷5に電流を供給する際には、大きな許容損失の第1スイッチが先にオンするので、許容損失の小さい第2スイッチへの損傷を防止しながら負荷5への電流を供給することが可能になる。
As a result, when the current to the
なお上記説明では、電力ラインの開閉により、過電流状態を回避するとして説明したが、本発明は係る説明に限定されるものではない。即ち、負荷保護の観点からは過電流状態が回避されればよい。一般に、FET等のトランジスタは、ゲート電圧によりソース・ドレイン間の抵抗(SD抵抗と記載する)が変化する。そこで、過電流状態になるとSD抵抗を大きくすることにより、電源4からみたインピーダンスを大きくして、負荷に流れる電流を抑止することが可能になる。 In the above description, the overcurrent state is avoided by opening and closing the power line, but the present invention is not limited to this description. That is, an overcurrent state may be avoided from the viewpoint of load protection. In general, in a transistor such as an FET, the resistance between the source and the drain (referred to as SD resistance) varies depending on the gate voltage. Therefore, in the overcurrent state, by increasing the SD resistance, it is possible to increase the impedance viewed from the power source 4 and suppress the current flowing through the load.
例えば、図2(c)において、第2駆動信号G4が第2スイッチ10bの閾値に達すると、この第2スイッチ10bはオフする。この状態では、電源ライン6を流れる電流は、第1スイッチ10aを介して供給されることになる。そして、第1駆動信号G3の信号レベルが小さくなると、第1スイッチ10aのSD間抵抗が増大する。この結果、電源4からみたインピーダンスが大きくなるので、電源6から供給される電流値は小さくなる。即ち、過電流状態が回避されるようになる。このことは、負荷5への電流供給を中断させることなく、過電流状態を回避できることを意味している。そして、かかる機能を達成するためには、第1駆動信号G3や第2駆動信号G4は、パルス的に変化せず、所定の傾きでスイープ変化する信号であることが条件となる。
For example, in FIG. 2C, when the second drive signal G4 reaches the threshold value of the second switch 10b, the second switch 10b is turned off. In this state, the current flowing through the
また上記説明においては、電流検出回路はスイッチ部の後段に設けられていたが、スイッチ部の前段に設けてもよい。また、制御駆動部は、マイコン等の機能素子を用いても良い。 In the above description, the current detection circuit is provided at the rear stage of the switch unit, but may be provided at the front stage of the switch unit. The control drive unit may use a functional element such as a microcomputer.
2 過電流保護回路
4 電源
5 負荷
6 電力ライン
10 スイッチ部
10a 第1スイッチ
10b 第2スイッチ
11 電流検出回路
12 制御駆動部
12a 過電流判断部
12b 第1駆動信号生成部
12c 第2駆動信号生成部
21a,22a タイミング調整回路
21b,22b 駆動回路
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記電力ラインに設けられて、許容損失の大きな第1スイッチと該第1スイッチより許容損失の小さい第2スイッチとが並列接続されて形成されたスイッチ部と、
負荷への電流を検出して電流検出信号を出力する電流検出回路と、
前記電流検出信号に基づき負荷への電流が過電流状態であるか否かを判断して、過電流状態である場合には前記第1スイッチより先に前記第2スイッチをオフ動作させる制御駆動部と、を備えることを特徴とする過電流保護回路。 An overcurrent protection circuit provided in the power line to the load,
A switch unit provided in the power line and formed by connecting in parallel a first switch having a large allowable loss and a second switch having a smaller allowable loss than the first switch;
A current detection circuit that detects a current to the load and outputs a current detection signal;
A control drive unit that determines whether or not the current to the load is in an overcurrent state based on the current detection signal, and turns off the second switch before the first switch if the current is in an overcurrent state. And an overcurrent protection circuit.
前記制御駆動部は、前記負荷に電流を供給する際に、前記第2スイッチより先に前記第1スイッチをオン動作させることを特徴とする過電流保護回路。 The overcurrent protection circuit according to claim 1,
The overcurrent protection circuit, wherein the control drive unit turns on the first switch before the second switch when supplying current to the load.
前記第2スイッチは、前記第1スイッチより小さいオン抵抗を持つことを特徴とする過電流保護回路。 The overcurrent protection circuit according to claim 1 or 2,
The overcurrent protection circuit, wherein the second switch has a smaller on-resistance than the first switch.
負荷への電流供給を停止する際に、前記第1スイッチを駆動する第1駆動信号の出力を、前記第2スイッチを駆動する第2駆動信号の出力より所定時間遅延させる第1タイミング調整回路を備え、
負荷への電流供給を開始する際に、前記第2駆動信号の出力を前記第1駆動信号の出力より所定時間遅延させる第2タイミング調整回路を備えることを特徴とする過電流保護回路。 The overcurrent protection circuit according to any one of claims 1 to 3,
A first timing adjustment circuit for delaying an output of a first drive signal for driving the first switch by a predetermined time from an output of a second drive signal for driving the second switch when stopping the current supply to the load; Prepared,
An overcurrent protection circuit comprising a second timing adjustment circuit that delays the output of the second drive signal by a predetermined time from the output of the first drive signal when starting to supply current to a load.
前記スイッチ部と前記制御駆動とのインターフェースをなす駆動回路を備えることを特徴とする過電流保護回路。 The overcurrent protection circuit according to any one of claims 1 to 4,
An overcurrent protection circuit comprising a drive circuit that interfaces between the switch unit and the control drive.
許容損失の大きな第1スイッチと、該第1スイッチより許容損失の小さい第2スイッチとが並列接続されてなるスイッチ部が設けられた負荷への電力ラインに流れる電流を検出して電流検出信号を出力する電流検出手順と、
前記電流検出信号に基づき前記負荷への電流が過電流状態であるか否かを判断する過電流判断手順と、
前記負荷への電流が過電流状態である場合には、前記第1スイッチのオフ動作を前記第2スイッチのオフ動作より遅くする遅延手順と、を含むことを特徴とする過電流保護方法。 An overcurrent protection method provided in a power line to a load,
A current detection signal is obtained by detecting a current flowing in a power line to a load provided with a switch unit in which a first switch having a large allowable loss and a second switch having a smaller allowable loss than the first switch are connected in parallel. Current detection procedure to output;
An overcurrent determination procedure for determining whether or not the current to the load is in an overcurrent state based on the current detection signal;
A delay procedure for delaying the off operation of the first switch from the off operation of the second switch when the current to the load is in an overcurrent state.
前記遅延手順は、
前記負荷への電流供給を開始する場合には、前記第1スイッチのオン動作を前記第2スイッチのオン動作より早くする手順を含むことを特徴とする過電流保護方法。 The overcurrent protection method according to claim 6,
The delay procedure is:
An overcurrent protection method comprising a step of turning on the first switch earlier than the turning on of the second switch when starting to supply current to the load.
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