JP5932264B2 - 過電流抑制回路および過電流抑制方法 - Google Patents

Description

本発明は、過電流抑制回路および過電流抑制方法に関し、特に、装置が稼働している状態で回路を挿抜することにより一時的に発生する過電流等から装置を保護する過電流抑制回路および過電流抑制方法に関する。

無停止コンピュータ等の装置に使用される過電流抑制回路が知られている。該過電流抑制回路は、装置が稼働している状態で回路を挿抜することにより一時的に発生する過電流（突入電流）から装置を保護する。

例えば、特許文献１には、所定のマスク時間が経過した時に流れている電流値が大きい場合、抵抗値を低減していくことにより電流出力を抑制し、この間に電流値が大きくなった場合は保護をかける過電流保護回路が開示されている。

また、特許文献２には、第１の閾値より大きい電流値を検出した場合は電源回路の出力電圧が所定の割合で低下するように制御し、さらに、第２の閾値より大きい電流値を検出した場合は保護をかける過電流保護回路が開示されている。

特表２００９−５１６４８９号公報 特開平６−１１３４７６号公報

特許文献１、２の過電流保護回路はいずれも、過電流が計測された場合でも、一定の期間は出力を抑制しながら電力供給が継続される。この場合、安定的な給電を行うことができるものの、入力電源障害や負荷障害等によって想定以上の過電流が流れた場合には回路が破壊等されてしまう危険がある。

本発明の目的は、上記課題に鑑み、安定的な給電を行いつつ突入電流から装置を保護することができると共に、入力電源障害や負荷障害等が発生した場合には速やかに装置を保護することができる、過電流抑制回路および過電流抑制方法を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明に係る過電流抑制回路は、入力電流を検出し、該検出した入力電流が所定の閾値より大きい場合は検出信号を生成して出力する電流検出手段と、外部へ出力電圧を供給すると共に、検出信号が入力した時は該出力電圧の供給を停止する電圧出力手段と、検出信号が入力した時に所定のマスク時間の計時を開始し、該マスク時間経過時に検出信号の入力が継続していた場合、入力した検出信号を出力するマスク手段と、検出信号が入力した時にそのまま検出信号を出力するバイパス手段と、印加電圧を計測して出力する電圧監視手段と、印加電圧の変動幅が所定の範囲内の場合はマスク手段を選択して電流検出手段と接続し、印加電圧の変動幅が所定の範囲外の場合はバイパス手段を選択して電流検出手段と接続する切替手段と、を備える。

上記目的を達成するために本発明に係る過電流抑制方法は、外部へ出力電圧を供給している時に、印加電圧および入力電流を計測し、入力電流が所定の閾値より大きい場合は検出信号を生成して出力し、印加電圧の変動幅が所定の範囲内の場合、検出信号が入力した時に所定のマスク時間の計時を開始し、該マスク時間経過時に検出信号の入力が継続していた場合、該入力した検出信号を出力すると共に、印加電圧の変動幅が所定の範囲外の場合、検出信号が入力した時にそのまま該検出信号を出力し、検出信号が入力した場合に出力電圧の供給を停止する。

本発明に係る過電流抑制回路および過電流抑制方法は、印加電圧Ｖｉを監視し、印加電圧Ｖｉが許容範囲外になった場合、過電流が発生した可能性が高いと判断し、過電流が発生した場合に速やかに給電を停止する。一方、印加電圧Ｖｉの変動が許容範囲内の場合は給電継続または給電停止の判定が所定のマスク時間の間保留される。従って、安定的な給電を行いつつ、突入電流から装置を保護することができると共に、入力電源障害や負荷障害等が発生した場合には速やかに装置を保護することができる過電流抑制回路および過電流抑制方法を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る過電流抑制回路１０の回路構成図の一例である。 本発明の第２の実施形態に係る突入電流抑制回路１００の回路構成図の一例である。 本発明の第２の実施形態に係る突入電流抑制回路１００のマスク時間Ｔ１よりも電流検出信号aの出力継続時間が短い場合の動作の一例を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る突入電流抑制回路１００のマスク時間Ｔ１よりも電流検出信号aの出力継続時間が長い場合の動作の一例を示す図である。

（第１の実施形態）
第１の実施形態について説明する。本実施形態に係る過電流抑制回路の構成図の一例を図１に示す。図１において、過電流抑制回路１０は、電流検出手段２０、電圧出力手段３０、マスク手段４０、バイパス手段５０、電圧監視手段６０および切替手段７０を備える。

電流検出手段２０は、所定の閾値を保持し、過電流抑制回路１０に入力した入力電流Ｉｉを検出する。そして、電流検出手段２０は、検出した入力電流Ｉｉが保持している閾値よりも大きい場合、検出信号を生成して出力する。

電圧出力手段３０は、過電流抑制回路１０に接続されている外部装置へ出力電圧Ｖ０を供給する。また、電圧出力手段３０は、後述のマスク手段４０またはバイパス手段５０から検出信号が入力した場合、該出力電圧Ｖ０の供給を停止する。

マスク手段４０は、所定のマスク時間を保持する。マスク手段４０は、電流検出手段２０から検出信号が入力した場合、マスク時間の計時を開始し、マスク時間が経過した時に検出信号の入力が継続している場合、入力している検出信号を電圧出力手段３０へ出力する。なお、マスク時間が経過する前に検出信号の入力が終了した場合、マスク手段４０はそのまま処理を終了する。

バイパス手段５０は、電流検出手段２０から入力した検出信号をそのまま電圧出力手段３０へ出力する。

電圧監視手段６０は、過電流抑制回路１０に印加されている印加電圧Ｖｉを計測して切替手段７０へ出力する。

切替手段７０は、所定の許容範囲を保持し、電圧監視手段６０から入力した印加電圧Ｖｉに基づいて、マスク手段４０またはバイパス手段５０のどちらか一方を選択して電流検出手段２０と接続する。本実施形態において、切替手段７０は、印加電圧Ｖｉの変動が所定の許容範囲内の場合、マスク手段４０を選択する。すなわち、電流検出手段２０から出力された検出信号はマスク手段４０へ入力する。一方、切替手段７０は、印加電圧Ｖｉの変動が所定の許容範囲外の場合、入力電源障害や負荷障害等が発生した可能性が高いと判断して、バイパス手段５０を選択する。すなわち、電流検出手段２０から出力された検出信号をそのまま電圧出力手段３０へ入力させる。

上記のように構成された過電流抑制回路１０において、印加電圧Ｖｉの変動が許容範囲内の場合、電流検出手段２０から出力された検出信号はマスク手段４０に入力され、マスク手段４０において所定のマスク時間マスクされる。そして、マスク時間だけ保留した後で、そのまま出力電圧Ｖ０の供給を継続するか、出力電圧Ｖ０の供給を停止するか決定する。従って、印加電圧Ｖｉの変動に起因する電流増加が発生した場合には、出力電圧Ｖ０が継続して供給され、安定的な給電を行うことができる。

一方、上記のように構成された過電流抑制回路１０において、過電流抑制回路１０に印加されている印加電圧Ｖｉの変動が許容範囲外の場合、切替手段７０はバイパス手段５０を選択する。この場合、電流検出手段２０から出力された検出信号は、マスク時間を経ることなく、そのまま電圧出力手段３０に入力する。従って、入力電源障害や負荷障害等が発生した場合には、速やかに出力電圧Ｖ０の供給を停止することができる。

以上のように、本実施形態に係る過電流抑制回路１０は、安定的な給電を行いつつ、突入電流から装置を保護することができると共に、入力電源障害や負荷障害等が発生した場合には速やかに装置を保護することができる。

ここで、マスク手段４０に複数のマスク時間を保持させ、電圧監視手段６０が計測した印加電圧Ｖｉの変動幅に応じたマスク時間を選択して使用することもできる。さらに、電流検出手段２０に複数の閾値を保持させ、電圧監視手段６０が計測した印加電圧Ｖｉの変動幅に応じた閾値を選択して使用することもできる。この場合、印加電圧Ｖｉの変動に起因する電流増加か、異常が発生したか、をさらに高精度に区別することができる。

なお、本実施形態では、切替手段７０が所定の許容範囲を保持したが、電圧監視手段６０に保持させることもできる。この場合、電圧監視手段６０は、計測した印加電圧Ｖｉの変動が許容範囲外の場合、切替信号を生成して切替手段７０へ出力する。一方、切替手段７０は、通常は、マスク手段４０を選択し、電圧監視手段６０から切替信号が入力した場合、マスク手段４０からバイパス手段５０へ選択を切り替える。

（第２の実施形態）
第２の実施形態について説明する。本実施形態に係る突入電流抑制回路の回路構成図の一例を図２に示す。図２において、突入電流抑制回路１００は、電流検出回路１１０、マスク回路１２０、電圧監視回路１３０、バイパス回路１４０、制御ＩＣ１５０およびスイッチ素子１６０を備える。

電流検出回路１１０は、閾値として所定の過電流検出値Ａを保持すると共に、回路を流れる電流Ｉｉを検出する。そして、電流検出回路１１０は、検出した電流Ｉｉが過電流検出値Ａより大きい場合、電流検出信号aを生成して出力する。

マスク回路１２０は、電流検出回路１１０と後述の制御ＩＣ１５０との間に配置され、所定のマスク時間Ｔ１を保持する。マスク回路１２０は、マスク時間Ｔ１よりも長い期間について電流検出回路１１０から電流検出信号aが出力されている場合、電流検出信号ｂを生成して制御ＩＣ１５０へ出力する。本実施形態において、マスク回路１２０は、電流検出回路１１０から電流検出信号aが入力した時、所定のマスク時間Ｔ１の計時を開始する。そして、マスク時間Ｔ１が経過した時に電流検出信号aの入力が継続している場合、電流検出信号ｂを生成して制御ＩＣ１５０へ出力する。一方、マスク時間Ｔ１が経過した時に電流検出信号aの出力が終了していた場合、電流検出信号ｂを生成することなく、処理を終了する。

電圧監視回路１３０は、所定の入力電圧変動許容範囲を保持し、入力電圧Ｖｉを監視する。さらに、電圧監視回路１３０は、入力電圧Ｖｉに基づいて後述のバイパス回路１４０をオン／オフ制御する。本実施形態において、電圧監視回路１３０は、入力電圧Ｖｉの変動幅が入力電圧変動許容範囲内の場合、バイパス回路１４０をオフ制御する。一方、入力電圧Ｖｉの変動が入力電圧変動許容範囲外の場合、バイパス回路１４０をオン制御する。

バイパス回路１４０は、マスク回路１２０と並列に配置され、電圧監視回路１３０にオン／オフ制御される。バイパス回路１４０は、オン制御されている場合、電流検出回路１１０から出力された電流検出信号aを、マスク回路１２０へ入力させることなくそのまま制御ＩＣ１５０へ入力させる。一方、バイパス回路１４０は、オフ制御されている場合、電流検出回路１１０から出力された電流検出信号aはマスク回路１２０へ入力する。すなわち、電流検出回路１１０から出力された電流検出信号aは、マスク回路１２０においてマスク時間Ｔ１の間、マスクされる。

制御ＩＣ１５０は、後述のスイッチ素子１６０をオン／オフ制御する。本実施形態において、制御ＩＣ１５０は、通常はスイッチ素子１６０をオン制御する。そして、制御ＩＣ１５０は、バイパス回路１４０から電流検出信号aが、または、マスク回路１２０から電流検出信号ｂが入力した場合、スイッチ素子１６０をオフ制御する。

スイッチ素子１６０は、オン制御されている時、出力電圧Ｖ０を出力する。一方、スイッチ素子１６０は、オフ制御されている時、出力電圧Ｖ０の出力を停止する。

上記のように構成された突入電流抑制回路１００は、入力電圧Ｖｉの変動が入力電圧変動許容範囲外の場合は、入力電圧Ｖｉを供給している入力電源または負荷装置に異常が発生したと判断して、電流検出信号aをバイパスしてそのまま制御ＩＣ１５０へ入力させ、速やかに給電を中止する。

一方、入力電圧Ｖｉの変動が入力電圧変動許容範囲内の場合は、突入電流抑制回路１００は、電流検出回路１１０から制御ＩＣ１５０へ送出される電流検出信号aに一定時間のマスク時間を設ける。従って、入力電圧Ｖｉの変動に起因して発生した電流増加等によって給電が停止するのを防止し、給電を安定的に継続することが出来る。一方、一定時間マスクした後も過電流が流れている場合は、負荷障害等によって過電流が発生していると判断してスイッチ素子１６０をオフ制御し、給電を中止する。

次に、入力電圧Ｖｉの変動が入力電圧変動許容範囲内にある場合の、本実施形態に係る突入電流抑制回路１００の動作を説明する。マスク時間Ｔ１よりも電流検出信号aの出力継続時間が短い場合の動作を図３に、マスク時間Ｔ１よりも電流検出信号aの出力継続時間が長い場合の動作を図４に示す。

まず、マスク時間Ｔ１よりも電流検出信号aの出力継続時間が短い場合について説明する。図３において、電流検出回路１１０は突入電流抑制回路１００を流れる電流Ｉｉを、電圧監視回路１３０は突入電流抑制回路１００に印加されている入力電圧Ｖｉを、それぞれ監視している。入力電圧Ｖｉの変動が入力電圧変動許容範囲内にある場合、バイパス回路１４０はオフ制御され、すなわち、電流検出回路１１０から出力された電流検出信号aは、マスク回路１２０を介して制御ＩＣ１５０へ入力する。

そして、入力電圧Ｖｉが、入力電圧変動許容範囲内で電圧Ｖ１から電圧Ｖ２に変動した場合、突入電流抑制回路１００を流れる電流Ｉｉが過渡的に増加する。そして、電流Ｉｉが所定の過電流検出値Ａを超過した場合、電流検出回路１１０は、電流検出信号aを生成して出力する。

電流検出回路１１０から出力された電流検出信号aは、バイパス回路１４０がオフ制御されていることから、マスク回路１２０に入力する。マスク回路１２０は、電流検出信号aが入力した時、所定のマスク時間Ｔ１の計時を開始する。そして、マスク時間Ｔ１が経過後に電流検出信号aが検出されなかった場合、処理を終了する。

すなわち、電流検出回路１１０から電流検出信号aがマスク回路１２０に送出されるが、電流検出信号aがマスク時間Ｔ１以下の持続時間であることから、マスク回路１２０は電流検出信号ｂを生成しない。従って、制御ＩＣ１５０はスイッチ素子１６０をオフ制御せず、突入電流抑制回路１００からの給電はそのまま継続される。

次に、マスク時間Ｔ１よりも電流検出信号aの出力継続時間が長い場合について説明する。図４において、機器やシステムの不具合、故障等により過電流が発生した場合、突入電流抑制回路１００に印加された入力電圧ＶｉはＶ３のままの状態で、突入電流抑制回路１００を流れる電流Ｉｉが増加する。そして、電流Ｉｉが所定の過電流検出値Ａを超過した場合、電流検出回路１１０は、電流検出信号aを生成して出力する。

電流検出回路１１０から出力された電流検出信号aは、バイパス回路１４０がオフ制御されていることから、マスク回路１２０に入力する。マスク回路１２０は、電流検出信号aが入力した時、所定のマスク時間Ｔ１の計時を開始する。そして、マスク時間Ｔ１が経過後に電流検出信号aの出力が継続していた場合、マスク回路１２０は、電流検出信号ｂを生成して制御ＩＣ１５０へ出力する。

制御ＩＣ１５０は、電流検出信号ｂが入力した時、スイッチ部制御信号を出力してスイッチ素子１６０をオフ制御する。スイッチ素子１６０がオフ制御されることによって突入電流抑制回路１００からの給電が停止され、突入電流抑制回路１００に接続されている装置や部品が保護される。

さらに、入力電圧Ｖｉの変動が入力電圧変動許容範囲外の場合の、本実施形態に係る突入電流抑制回路１００の動作について説明する。電圧監視回路１３０は、入力電圧Ｖｉの変動が入力電圧変動許容範囲外である場合、入力電圧Ｖｉを供給している入力電源または負荷装置に異常が発生した可能性が高いことから、バイパス回路１４０をオン制御する。すなわち、電流検出回路１１０から出力された電流検出信号aは、バイパス回路１４０を経由して、そのまま制御ＩＣ１５０に入力する。制御ＩＣ１５０は、電流検出信号aが入力した場合、スイッチ素子１６０を速やかにオフ制御する。従って、本実施形態に係る突入電流抑制回路１００において、入力電源障害、負荷障害等による過電流が発生した場合は、速やかに給電が停止され、突入電流抑制回路１００に接続されている装置や部品が保護される。

以上のように、本実施形態に係る突入電流抑制回路１００は、入力電源障害、負荷障害等による過電流発生時には速やかに過電流保護機能を機能させることができると共に、入力電圧Ｖｉの変動に起因する電流増加発生時には、適正な過電流保護機能を保ちつつ、安定的に給電を行うことが出来る。

ここで、入力電圧Ｖｉの変動によって発生する電流増加による誤動作を低減するには、過電流検出値Ａを大きくする必要がある。この場合、給電回路に使用する部品を高電流に耐えうる部品にする必要があり、コストが増加する。これに対して、本実施形態に係る突入電流抑制回路１００は、電圧監視回路１３０を用いて入力電圧Ｖｉの変動を監視し、バイパス回路１４０をオン／オフ制御する。この場合、過電流検出値Ａを大きく設定する必要がなく、従って、コストが増加することを抑制することができる。

本実施形態に係る突入電流抑制回路１００は、広範囲な入力電圧を使用する機器に適用することができる。該突入電流抑制回路１００は、電子回路の入力電圧変動許容範囲の大きい機器に有効であるが、不具合や故障以外の要因により短時間に過渡電流が流れる電源装置、電源回路内の突入電流抑制回路に対しても同様に有効である。

１０ 過電流抑制回路
２０ 電流検出手段
３０ 電圧出力手段
４０ マスク手段
５０ バイパス手段
６０ 電圧監視手段
７０ 切替手段
１００ 突入電流抑制回路
１１０ 電流検出回路
１２０ マスク回路
１３０ 電圧監視回路
１４０ バイパス回路
１５０ 制御ＩＣ
１６０ スイッチ素子

Claims (7)

1. 入力電流を検出し、該検出した入力電流が所定の閾値より大きい場合は検出信号を生成して出力する電流検出手段と、
   外部へ出力電圧を供給すると共に、前記検出信号が入力した時は該出力電圧の供給を停止する電圧出力手段と、
   前記検出信号が入力した時に所定のマスク時間の計時を開始し、該マスク時間経過時に前記検出信号の入力が継続していた場合、前記入力した検出信号を前記電圧出力手段に出力するマスク手段と、
   前記検出信号が入力した時にそのまま前記検出信号を前記電圧出力手段に出力するバイパス手段と、
   印加電圧を計測して出力する電圧監視手段と、
   前記印加電圧の変動幅が所定の範囲内の場合は前記マスク手段を選択して前記電流検出手段と接続し、前記印加電圧の変動幅が所定の範囲外の場合は前記バイパス手段を選択して前記電流検出手段と接続する切替手段と、
   を備える過電流抑制回路。
   
2. オンの時に出力電圧を出力し、オフの時に出力電圧の出力を停止させるスイッチ手段をさらに備え、
   前記電圧出力手段は、前記検出信号が入力した時、前記スイッチ手段をオフする、請求項１記載の過電流抑制回路。
3. 前記マスク手段は複数のマスク時間を保持し、前記印加電圧の変動幅に応じたマスク時間についての計時を行う、請求項１または２記載の過電流抑制回路。
4. 前記電流検出手段は複数の閾値を保持し、前記印加電圧の変動幅に応じた閾値と前記入力電流とを比較する、請求項１乃至３のいずれか１項記載の過電流抑制回路。
5. 外部へ出力電圧を供給している時に、印加電圧および入力電流を計測し、
   前記入力電流が所定の閾値より大きい場合は検出信号を生成して出力し、
   前記検出信号が出力された時に前記印加電圧の変動幅が所定の範囲内の場合、所定のマスク時間の経過を開始し、該マスク時間経過時に前記検出信号の出力が継続していた場合、出力電圧の供給を停止し、
   前記検出信号が出力されている時に前記印加電圧の変動幅が所定の範囲外の場合、そのまま出力電圧の供給を停止する、
   過電流抑制方法。
   
   
6. 複数のマスク時間を保持し、前記印加電圧の変動幅に応じたマスク時間についての計時を行う、請求項５記載の過電流抑制方法。
7. 複数の閾値を保持し、前記印加電圧の変動幅に応じた閾値と前記入力電流とを比較する、請求項５または６記載の過電流抑制方法。

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