JP7161669B2

JP7161669B2 - 保護回路

Info

Publication number: JP7161669B2
Application number: JP2018120662A
Authority: JP
Inventors: 信広栗尾
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 2018-06-26
Filing date: 2018-06-26
Publication date: 2022-10-27
Anticipated expiration: 2038-06-26
Also published as: JP2020005357A

Description

本発明は、例えば雷サージや開極サージ等の過電圧や過電流から負荷や半導体デバイス等を保護する保護回路に関するものである。

この種の保護回路としては、特許文献１に示すように、ヒューズ及びバリスタを並列に設けた並列回路と、２つのバリスタを並列に設けた並列回路とを直列に接続してなるものがある。

この過電圧保護回路は、ヒューズと複数のバリスタとを組み合わせることにより、何れか１つのバリスタが短絡故障或いは開放故障した場合でも、その他のバリスタによって電圧に対する保護を行えるように図ったものである。

しかしながら、上述した構成では、短絡故障や開放故障したバリスタを特定することはできないし、そもそも短絡故障や開放故障が生じていることも分からないので、故障箇所の交換等を速やかに行うことができない。

特開平６－３１１６４３号公報

そこで本発明は、上記問題点を解決すべくなされたものであり、複数のバリスタを備えた保護回路において、１つのバリスタが短絡故障或いは開放故障した場合であっても、別のバリスタが働くようにしつつ、しかもバリスタが故障していることを検知できるようにすることをその主たる課題とするものである。

すなわち本発明に係る保護回路は、保護対象と並列接続される保護回路であって、メインバリスタと、前記メインバリスタに直列接続されたヒューズと、前記メインバリスタ及び前記ヒューズに並列接続されたバックアップバリスタと、前記バックアップバリスタに流れる電流を検出する電流検出部とを備えることを特徴とするものである。

このような構成であれば、雷サージ等の過電圧サージや劣化等によりメインバリスタに短絡故障や開放故障が生じた場合、バックアップバリスタが働いて、保護対象を過電圧や過電流から保護することができる。
しかも、バックアップバリスタに流れる電流を検出する電流検出部を備えているので、この電流検出部が電流を検出したことが、メインバリスタに故障が生じていることの証左となり、メインバリスタの故障を検知することができる。さらに、メインバリスタに故障が生じている場合は、ヒューズが切れていれば短絡故障であることが分かり、ヒューズが切れていなければ開放故障であることが分かるので、例えば故障の原因究明等に資する。

前記電流検出部が、前記メインバリスタ及び前記ヒューズに並列接続されるとともに、前記バックアップバリスタに直列接続された抵抗素子と、前記抵抗素子の両端に生じる電圧によって駆動するフォトカプラとを有していることが好ましい。
このような構成であれば、保護対象の制御回路と電流検出部との間を簡単な構成で絶縁することができる。

バリスタの選定を容易にするためには、前記メインバリスタのバリスタ電圧と、前記バックアップバリスタのバリスタ電圧とが互いに等しいことが好ましい。

各バリスタが正常な場合にメインバリスタを働かせるための具体的な態様としては、前記抵抗素子の抵抗値が、前記ヒューズの抵抗値よりも大きい態様を挙げることができる。

このように構成した本発明によれば、メインバリスタが短絡故障或いは開放故障した場合であっても、バックアップバリスタが働くようにしつつ、メインバリスタの故障を検知することができ、しかもその故障が短絡故障か開放故障であるかをも知ることができる。

本実施形態の保護回路の回路構成を模式的に示す図。その他の実施形態における保護回路の回路構成を模式的に示す図。その他の実施形態における保護回路の回路構成を模式的に示す図。

以下に、本発明に係る保護回路の一実施形態について、図面を参照して説明する。

本実施形態の保護回路１００は、図１に示すように、例えば半導体デバイス等の保護対象Ｘに並列接続されて、雷サージや開極サージ等により生じる過電圧や過電流から保護対象Ｘを保護するためのものである。

具体的にこの保護回路１００は、図１に示すように、メインバリスタ１０と、メインバリスタ１０に直列接続されたヒューズ２０と、メインバリスタ１０及びヒューズ２０に並列接続されたバックアップバリスタ３０とを備えている。

メインバリスタ１０及びバックアップバリスタ３０は、いずれもバリスタ電圧が保護対象Ｘの耐圧よりも小さいものであり、具体的には酸化亜鉛バリスタ等である。本実施形態では、メインバリスタ１０及びバックアップバリスタ３０として、バリスタ電圧が互いに等しいものを用いており、ここではバリスタ定格も等しいものとしてある。

然して、本実施形態の保護回路１００は、バックアップバリスタ３０に流れる電流を検出する電流検出部４０をさらに備えてなる。

より具体的に説明すると、電流検出部４０は、メインバリスタ１０及びヒューズ２０に並列接続されるとともに、バックアップバリスタ３０に直列接続された抵抗素子４１と、抵抗素子４１の両端に生じる電圧によって駆動するフォトカプラ４２と、フォトカプラ４２の駆動電流を得るための駆動用抵抗素子４３とを備えている。

抵抗素子４１は、メインバリスタ１０及びバックアップバリスタ３０が正常な場合に、メインバリスタ１０を働かせるようにすべく、ヒューズ２０よりも大きい抵抗値を有するものである。ここでのヒューズ２０は、数ｍΩ～数十ｍΩ程度のものであり、抵抗素子４１の抵抗値はそれ以上であるが、保護対象Ｘをクランプする電圧を確保すべく、ヒューズ２０の抵抗値よりも大きく、且つ、可及的に小さいことが好ましい。

フォトカプラ４２は、抵抗素子４１の両端に接続されて該抵抗素子４１と並列に設けられており、ここでは、抵抗素子４１の上流端とフォトカプラ４２との間に駆動用抵抗素子４３が設けられている。

かかる電流検出部４０によりバックアップバリスタ３０に流れる電流が検出されると、そのことを示す検出信号が、ここではフォトカプラ４２から図示しない制御装置に出力される。そして、制御装置は、検出信号を取得した場合に、メインバリスタ１０が故障していると判断して、メインバリスタ１０の交換等を促す警告信号を出力する。

このように構成された保護回路１００によれば、雷サージや開極サージ等の過電圧や過電流が生じた場合、メインバリスタ１０及びバックアップバリスタ３０が正常な状態であれば、メインバリスタ１０が働いて保護対象Ｘを保護することができる。

一方、雷サージ等の過電圧サージや劣化等によりメインバリスタ１０に短絡故障又は開放故障のどちらが生じたとしても、この場合はバックアップバリスタ３０が働いて、保護対象Ｘを過電圧や過電流から保護することができる。

しかも、バックアップバリスタ３０に流れる電流を検出する電流検出部４０を備えているので、この電流検出部４０が電流を検出したことで、メインバリスタ１０に故障が生じていることを検知することができる。そのうえ、メインバリスタ１０に故障が生じている場合は、ヒューズ２０が切れていれば短絡故障であることが分かり、ヒューズ２０が切れていなければ開放故障であることが分かるので、故障の原因究明等に資する。

加えて、メインバリスタ１０に故障が生じた場合に、そのことを図示しない制御装置が自動的に判断し、メインバリスタ１０の交換等を促す警告信号を出力するので、ユーザは故障したメインバリスタ１０を速やかに交換等することができる。

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

例えば、保護回路１００としては、図２に示すように、バックアップバリスタ３０を２つ以上備えていても良い。なお、以下では説明の便宜上、前記実施形態で説明したバックアップバリスタ３０を第１バックアップバリスタ３０ａと言い、新たに設けたバックアップバリスタ３０を第２バックアップバリスタ３０ｂと言う。

図２に示す保護回路１００は、前記実施形態の保護回路の構成に加えて、メインバリスタ１０及びヒューズ２０に並列接続されるとともに、第１バックアップバリスタ３０ａに直列接続された第２ヒューズと、メインバリスタ１０及び第１バックアップバリスタ３０ａに並列接続された第２バックアップバリスタ３０ｂと、この第２バックアップバリスタ３０ｂに流れる電流を検知する第２電流検出部６０とをさらに備えている。

第２電流検出部６０の基本構成は、前記実施形態の電流検出部４０と同様であり、メインバリスタ１０及び第１バックアップバリスタ３０ａに並列接続されるとともに、第２バックアップバリスタ３０ｂに直列接続された第２抵抗素子６１と、第２抵抗素子６１の両端に生じる電圧によって駆動する第２フォトカプラ６２と、第２フォトカプラ６２の駆動電流を得るための第２駆動用抵抗素子６３とを備えている。なお、第２抵抗素子の抵抗値は、電流検出部４０を構成する抵抗素子４１の抵抗値よりも大きい。

このような構成であれば、メインバリスタ１０が短絡故障或いは開放故障した場合に、第１バックアップバリスタ３０ａが働き、第１バックアップバリスタ３０ａが短絡故障或いは開放故障した場合に、第２バックアップバリスタ３０ｂが働く。
しかも、電流検出部４０が電流を検出した場合には、メインバリスタ１０が故障していることを検知することができ、第２電流検出部６０が電流を検出した場合は、第１バックアップバリスタ３０ａが故障していることを検知することができる。
なお、図示していないが、保護回路としては、３つ以上のバックアップバリスタを備えても良いことはいうまでもない。

電流検出部としては、カレントトランスや電圧トランスを利用したものであっても良い。
具体的な構成の一例としては、図３に示すように、バックアップバリスタ３０が設けられている電気配線Ｌ１に第１カレントトランス７１を設けた構成を挙げることができる。ここでは、メインバリスタ１０が設けられている電気配線Ｌ２と、バックアップバリスタ３０が設けられている電気配線Ｌ２とが合流した電気配線Ｌ３にも第２カレントトランス７２を設けてある。なお、第１カレントトランス７１及び第２カレントトランスからの出力は、負担抵抗、電圧レベル調整回路、パルス整形回路等の機能を備えた変換回路８を介してＡＮＤゲート９に入力される。
上述した構成により、第２カレントトランス７２が電流を検出した場合には、メインバリスタ又はバックアップバリスタの何れか一方が働いていることが分かり、この状態において、第１カレントトランス７１が電流を検出しない場合は、メインバリスタ１０が働いており、第１カレントトランス７１が電流を検出した場合には、メインバリスタ１０に故障が生じて、バックアップバリスタ３０が働いていることが分かる。

前記実施形態では、メインバリスタ及びバックアップバリスタが、互いに等しいバリスタ電圧のものであったが、メインバリスタのバリスタ電圧を、バックアップバリスタのバリスタ電圧よりも小さくしても良い。

その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

１００・・・保護回路
Ｘ・・・保護対象
１０・・・メインバリスタ
２０・・・ヒューズ
３０・・・バックアップバリスタ
４０・・・電流検出部
４１・・・抵抗素子
４２・・・フォトカプラ
４３・・・駆動用抵抗素子

Claims

保護対象と並列接続される保護回路であって、
メインバリスタと、
前記メインバリスタに直列接続されたヒューズと、
前記メインバリスタ及び前記ヒューズに並列接続されたバックアップバリスタと、
前記バックアップバリスタに流れる電流を検知する電流検出部とを備え、
前記メインバリスタに故障が生じている場合に、前記バックアップバリスタに電流が流れるとともに、前記電流検出部が、前記バックアップバリスタに流れる電流を検出して、そのことを示す検出信号を出力するように構成されている、保護回路。
前記電流検出部が、
前記メインバリスタ及び前記ヒューズに並列接続されるとともに、前記バックアップバリスタに直列接続された抵抗素子と、
前記抵抗素子の両端に生じる電圧によって駆動するフォトカプラとを有している、請求項１記載の保護回路。
前記メインバリスタのバリスタ電圧と、前記バックアップバリスタのバリスタ電圧とが互いに等しい、請求項１又は２記載の保護回路。
前記抵抗素子の抵抗値が、前記ヒューズの抵抗値よりも大きい、請求項２記載の保護回路。