JP7396240B2 - Overcurrent protection circuit - Google Patents
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Description
本開示は、過電流保護回路に関する。 The present disclosure relates to overcurrent protection circuits.
電源と、電源から電力の供給を受ける負荷とを含む回路には、短絡等の原因により電源又は負荷に過電流が流れることを防止する過電流保護回路が設けられることがある。例えば、特許文献1は、アーク溶接電源の出力過電流保護装置を開示している。一方、制御盤、配電盤等の制御機器には、過電流が生じた場合に、電気回路を遮断(トリップ)する等して負荷を保護するためのサーキットプロテクタが設けられることが多い。
A circuit including a power source and a load that receives power from the power source is sometimes provided with an overcurrent protection circuit that prevents overcurrent from flowing through the power source or the load due to short circuits or the like. For example,
特許文献1に開示されたアーク溶接電源の出力過電流保護装置は、アーク溶接電源の保護には有用である。しかしながら、制御盤、配電盤等の制御機器では、電源の故障を防止する過電流保護装置が動作したことにより、電源からの出力電流がサーキットプロテクタを動作させるのに十分な値まで上昇せず、サーキットプロテクタが機能しないことがある。過電流が生じた場合に電源、負荷等の回路を保護するためには、出力電流を遮断する手段を採用するだけでなく、出力電流を電源、負荷等の回路を故障させない程度に調節することも有用である。
The output overcurrent protection device for an arc welding power source disclosed in
本発明の目的は、電源、負荷等の回路の故障リスクを低減させることができる過電流保護回路を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an overcurrent protection circuit that can reduce the risk of failure of circuits such as power supplies and loads.
本開示の一態様に係る過電流保護回路は、
直流電源回路から出力される直流電力によって駆動される負荷を保護するための過電流保護回路であって、
前記過電流保護回路は、
前記直流電源回路から前記負荷に流れる出力電流を検出する電流検出部と、
前記出力電流に対する所定のしきい値を設定するしきい値設定部と、
前記出力電流が前記しきい値を超えるときの過電流期間を計時する計時部と、
前記出力電流が前記しきい値を超えるときに、前記出力電流が前記しきい値以下となるように前記直流電源回路を制御する制御部とを備え、
前記しきい値設定部は、前記過電流期間が所定の時間期間を超えたときに、前記しきい値を、当該しきい値よりも小さい設定値に変更する。
An overcurrent protection circuit according to one aspect of the present disclosure includes:
An overcurrent protection circuit for protecting a load driven by DC power output from a DC power supply circuit,
The overcurrent protection circuit is
a current detection unit that detects an output current flowing from the DC power supply circuit to the load;
a threshold setting section that sets a predetermined threshold for the output current;
a timer unit that measures an overcurrent period when the output current exceeds the threshold;
a control unit that controls the DC power supply circuit so that when the output current exceeds the threshold, the output current becomes equal to or less than the threshold;
The threshold setting section changes the threshold to a set value smaller than the threshold when the overcurrent period exceeds a predetermined time period.
本開示に係る過電流保護回路によれば、電源、負荷等の回路の故障リスクを低減させることができる。 According to the overcurrent protection circuit according to the present disclosure, it is possible to reduce the risk of failure of circuits such as a power supply and a load.
以下、添付の図面を参照して本開示に係る過電流保護回路の実施形態を説明する。なお、以下の実施形態において、同一又は同様の構成要素については同一の符号を付している。 Hereinafter, embodiments of an overcurrent protection circuit according to the present disclosure will be described with reference to the accompanying drawings. In the following embodiments, the same or similar components are given the same reference numerals.
1.第1実施形態
1-1.構成例
1-1-1.全体構成例
図1は、本開示の第1実施形態に係る電源システム100の構成例を示す回路図である。電源システム100は、交流電源装置1と、ACDCコンバータ2と、サーキットプロテクタ3と、過電流保護回路4とを備える。電源システム100は、負荷Lに電力を供給する。
1. First embodiment 1-1. Configuration example 1-1-1. Overall Configuration Example FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration example of a
交流電源装置1は、ACDCコンバータ2に交流電力を供給する。例えば、交流電源装置1は、商用電源である。あるいは、交流電源装置1は、直流電源装置と、直流電源装置から供給された直流電流を交流電流に変換するインバータ回路とを備えるものであってもよい。
AC
ACDCコンバータ2は、交流電源装置1から供給された交流電力を用いて直流電力を生成する。ACDCコンバータ2の出力電圧は、Voである(図2参照)。ACDCコンバータ2は、本開示の「直流電源回路」の一例である。直流電源回路は、例えば、直流安定化電源回路又は直流非安定化電源回路である。図示しないが、ACDCコンバータ2は、例えば、交流電源装置1から供給された交流電力の電圧を変圧するトランス等の変圧器と、交流電力を直流電力に変換する整流回路と、整流回路によって整流された電圧を平滑化する平滑回路とを含むトランス式の回路である。ACDCコンバータ2は、PWM(Pulse Width Modulation)制御等の制御手段によりスイッチング素子のオン/オフを制御するスイッチング方式の回路で構成されてもよい。
ACDC
サーキットプロテクタ3は、短絡等の故障による過電流が生じた場合に、電気回路を遮断(トリップ)する等して負荷Lを保護する過電流保護装置である。サーキットプロテクタ3は、例えばACDCコンバータ2と負荷Lとの間に配置される。
The
過電流保護回路4は、短絡電流等の過電流から負荷Lを保護するための回路である。過電流保護回路4は、本開示の「第1の過電流保護回路」の一例であり、サーキットプロテクタ3は、本開示の「第2の過電流保護回路」の一例である。過電流保護回路4は、電流検出部41と、電流電圧変換回路42と、しきい値設定部43と、比較器44と、制御信号伝達回路45と、ACDCコンバータ制御部46とを備える。
The
電流検出部41は、ACDCコンバータ2から出力される出力電流を検出する。例えば、電流検出部41は、シャント抵抗器である。電流検出部41は、例えばACDCコンバータ2と負荷Lとの間に配置される。電流電圧変換回路42は、ACDCコンバータ2から出力される出力電流を電圧に変換する回路である。電流電圧変換回路42は、変換した電圧を増幅する増幅器を含んでもよい。電流電圧変換回路42は、比較器44の非反転入力端子に、変換した電圧VDETを出力する。
しきい値設定部43は、出力電流に対する所定のしきい値を設定する回路である。図1に示した例では、しきい値設定部43は、このようなしきい値の一例として、しきい値電圧Vthを出力する。しきい値設定部43の詳細については後述する。
The
比較器44は、ACDCコンバータ2から出力された出力電流と、しきい値設定部43により設定されたしきい値とを比較し、比較結果を示す出力信号を出力する比較回路である。図1に示した例では、比較器44は、非反転入力端子と、反転入力端子と、出力端子とを備える。比較器44の非反転入力端子には、電流電圧変換回路42から出力された電圧VDETが入力される。比較器44の反転入力端子には、しきい値設定部43から出力されたしきい値電圧Vthが入力される。比較器44は、非反転入力端子に入力された電圧VDETと、反転入力端子に入力された電圧Vthとを比較し、どちらが大きいかを示す出力電圧を出力する。例えば、比較器44は、VDET>Vthである場合、すなわち、過電流である場合、High(H)レベル信号を出力し、VDET≦Vtである場合、Low(L)レベル信号を出力する。逆に、比較器44は、VDET>Vthである場合にLレベル信号を出力し、VDET≦Vtである場合にHレベル信号を出力するものであってもよい。しかしながら、本開示はこれに限定されず、比較器は、例えば2つの入力電流の大小を比較するものであってもよい。
The
制御信号伝達回路45は、比較器44の出力信号をACDCコンバータ制御部46に伝達する回路である。例えば、制御信号伝達回路45は、フォトカプラである。制御信号伝達回路45としてフォトカプラを用いると、制御信号伝達回路45の前段回路と、後段回路であるACDCコンバータ制御部46とを絶縁することができる。しかしながら、本開示はこれに限定されず、制御信号伝達回路45は、制御信号伝達回路45の前段回路と、後段回路であるACDCコンバータ制御部46とを電気的に接続して信号を伝達するものであってもよい。
The control
ACDCコンバータ制御部46は、制御信号伝達回路45を介して比較器44から入力された信号に基づいて、ACDCコンバータ2の出力電流を制御する。例えば、ACDCコンバータ制御部46は、ACDCコンバータ2の出力電圧を制御することによって、出力電流を制御する。このような制御の一例として、ACDCコンバータ制御部46は、ACDCコンバータ2から出力された出力電流が、しきい値設定部43により設定されたしきい値を超えるときに、出力電流がしきい値以下となるようにACDCコンバータ2を制御する。例えば、ACDCコンバータ制御部46は、出力電流がしきい値に等しくなるように、ACDCコンバータ2をフィードバック制御する。図1の例では、ACDCコンバータ制御部46は、VDET=VthとなるようにACDCコンバータ2をフィードバック制御する。ACDCコンバータ制御部46は、本開示の「制御部」の一例である。
The ACDC
1-1-2.しきい値設定部の構成例
図1において、しきい値設定部43は、基準電圧電源431と、電圧減衰回路432と、電圧減衰値設定回路433と、タイマ回路434とを備える。基準電圧電源431は、所定の基準電圧V1を出力する定電圧源である。
1-1-2. Configuration Example of Threshold Setting Unit In FIG. 1, the
電圧減衰回路432は、例えば基準電圧V1を分圧して、基準電圧V1を減衰させる回路である。図1に示した例では、電圧減衰回路432は、抵抗R1と、抵抗R1に直列に接続された抵抗R2とを備える。抵抗R1の一端は基準電圧電源431に接続され、他端は、接続点Aにおいて抵抗R2の一端に接続されている。抵抗R2の他端は、接地されている。接続点Aは、比較器44の反転入力端子に接続されている。電圧減衰回路432は、接続点Aから、比較器44の反転入力端子に対して、しきい値電圧Vthを出力する。
The
電圧減衰値設定回路433は、電圧減衰回路432による基準電圧V1の減衰値又は減衰の程度を設定するための回路である。電圧減衰値設定回路433は、接続点Aと接地電圧との間に直列接続された、抵抗R3とスイッチング素子Q1とを備える。スイッチング素子Q1は、タイマ回路434の出力信号電圧に応じて、スイッチング素子Q1と接地電圧との間の接続(オン)と非接続(オフ)とを切り換える。スイッチング素子Q1は、例えばMOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)、バイポーラトランジスタ等のトランジスタである。図示の例では、スイッチング素子Q1は、MOSFETであり、タイマ回路434の出力端子は、スイッチング素子Q1のゲートに接続されている。MOSFETのゲートは、本開示のスイッチング素子の制御端子の一例である。しかしながら、本開示はこれに限定されず、スイッチング素子Q1は、機械式の開閉器であってもよい。
The voltage attenuation
スイッチング素子Q1がオン、オフであるときの接続点Aにおけるしきい値電圧VthをそれぞれVth(ON)、Vth(OFF)とすると、Vth(ON)<Vth(OFF)の関係が成立する。 When the threshold voltage Vth at the connection point A when the switching element Q1 is on and off is Vth(ON) and Vth(OFF), respectively, the relationship of Vth(ON)<Vth(OFF) holds.
上記のVth(OFF)及びVth(ON)は、抵抗の数を変更する等の回路の設計変更を行うことにより、所望の値に設定することができる。 The above Vth (OFF) and Vth (ON) can be set to desired values by changing the circuit design such as changing the number of resistors.
タイマ回路434は、出力電流がしきい値を超えるときの過電流期間を計時する回路である。タイマ回路434は、本開示の「計時部」の一例である。タイマ回路434は、比較器44の出力信号が、過電流を表すHレベル信号(又はLレベル信号)である時間的な期間(過電流期間)を計時する。タイマ回路434は、過電流期間が所定の期間tthを超えたときに、スイッチング素子Q1をオンにする。タイマ回路434は、初期状態及び過電流期間が所定の期間tthを超えていないときには、スイッチング素子Q1をオフにする。
The
上記のように、過電流期間が所定の期間tthを超えたときに、スイッチング素子Q1をオンにされて抵抗R3が接地されることにより、接続点Aにおけるしきい値電圧Vthは、Vth(OFF)からVth(ON)に変化する。このように、しきい値設定部43は、過電流期間が所定の期間tthを超えたときに、しきい値電圧Vth(OFF)を、当該しきい値電圧よりも小さい設定値Vth(ON)に変更する。
As described above, when the overcurrent period exceeds the predetermined period tth , the switching element Q1 is turned on and the resistor R3 is grounded, so that the threshold voltage Vth at the connection point A becomes Vth( OFF) to Vth(ON). In this way, when the overcurrent period exceeds the predetermined period tth , the
タイマ回路434は、例えばエイブリック株式会社のS809xxCシリーズに含まれる遅延回路によって実現される。
The
1-2.動作例
図2は、図1の過電流保護回路4の動作例を示すグラフである。図2のグラフの横軸はACDCコンバータ2の出力電流を表し、縦軸はACDCコンバータ2の出力電圧を表している。図2において、IRは、負荷Lの定格電流を表す。
1-2. Operation Example FIG. 2 is a graph showing an operation example of the
図2において実線で示したグラフは、過電流期間の初期期間における出力電流-出力電圧特性を示している。「初期期間」とは、過電流となった時刻t0から、その後の時刻t1までの時間期間を表す。例えば、前述のタイマ回路434における所定の期間tthは、tth=t1-t0となるように設計される。
The graph shown by the solid line in FIG. 2 shows the output current-output voltage characteristics in the initial period of the overcurrent period. The "initial period" represents the time period from time t0 at which overcurrent occurs to time t1 thereafter. For example, the predetermined period t th in the above-described
これに対して、図2において一点鎖線で示したグラフは、時刻t1以降の過電流期間における出力電流-出力電圧特性を示している。図3は、上記のような過電流期間を含む期間におけるACDCコンバータ2の出力電流と時刻tとの関係を模式的に示すグラフである。図3において、時刻t=0は、ACDCコンバータ2が負荷Lに電力供給を開始した時刻を表す。
On the other hand, the graph shown by the dashed line in FIG. 2 shows the output current-output voltage characteristic in the overcurrent period after time t1. FIG. 3 is a graph schematically showing the relationship between the output current of the
(初期期間)
図1~図3を参照して、初期期間における過電流保護回路4の動作例を説明する。図2の実線部及び図3に示すように、例えば時刻t0において負荷Lにおいて短絡が発生し、負荷Lに過電流が流れた場合、ACDCコンバータ制御部46は、ACDCコンバータ2を制御して、出力電流を第1のしきい値電流Ith1とする。第1のしきい値電流Ith1は、例えば定格電流IRの170%に設計される。この動作の具体例は、例えば次の通りである。
(Initial period)
An example of the operation of the
図1において、電流検出部41は、ACDCコンバータ2から負荷Lに流れる出力電流を検出し、電流電圧変換回路42が、検出された電流を電圧VDETに変換する。比較器44は、VDETと、しきい値設定部43から出力されたしきい値電圧Vth(OFF)とを比較し、どちらが大きいかを示す出力電圧を出力する。例えば、比較器44は、VDET>Vth(OFF)である場合、すなわち、過電流である場合、過電流であることを示すHレベル信号を出力する。次に、制御信号伝達回路45が過電流であることを示すHレベル信号をACDCコンバータ制御部46に伝達する。ACDCコンバータ制御部46は、ACDCコンバータ2を制御して、VDET=Vth(OFF)となるように出力電流を低下させる。しきい値設定部43は、出力電流が第1のしきい値電流Ith1となったときにVDET=Vth(OFF)となるように設計されている。したがって、ACDCコンバータ制御部46は、出力電流が第1のしきい値電流Ith1となるようにACDCコンバータ2を制御することになる。
In FIG. 1, a
以上のような構成により、過電流保護回路4は、第1のしきい値電流Ith1を超える電流が負荷Lに流れることを防止し、短絡電流等の過電流から負荷Lを保護することができる。
With the above configuration, the
また、例えば、サーキットプロテクタ3は、サーキットプロテクタ3に第1のしきい値電流Ith1が流れた場合に、ACDCコンバータ2による負荷Lへの電流供給を遮断するように選択又は設計される。したがって、過電流保護回路4による電流制御により、サーキットプロテクタ3による電流遮断が行われないことはない。このように、過電流保護回路4は、出力電流を低減させて負荷Lを保護するのみならず、過電流状態においてサーキットプロテクタ3を動作させて、より確実に負荷Lを保護することができる。
Further, for example, the
(初期期間後の期間)
初期期間が経過し、時刻t1になると、ACDCコンバータ制御部46は、ACDCコンバータ2を制御して、出力電流を第2のしきい値電流Ith2とする。第2のしきい値電流Ith2は、例えば定格電流IRの110%に設計される。この動作の具体例は、例えば次の通りである。
(period after initial period)
After the initial period has elapsed, at time t1, the ACDC
前述の通り、タイマ回路434は、過電流期間を計時している。タイマ回路434は、過電流期間が所定の期間tthを超えたときに、スイッチング素子Q1をオンにする。これにより、接続点Aにおけるしきい値電圧Vthは、Vth(OFF)からVth(ON)に変化する。ACDCコンバータ制御部46は、ACDCコンバータ2を制御して、VDET=Vth(ON)となるように出力電流を低下させる。しきい値設定部43は、出力電流が第2のしきい値電流Ith2となったときにVDET=Vth(ON)となるように設計されている。したがって、ACDCコンバータ制御部46は、出力電流が第2のしきい値電流Ith2となるようにACDCコンバータ2を制御することになる。
As mentioned above, the
以上のような構成により、過電流保護回路4は、過電流期間が所定の期間tthを超えたときに、出力電流を、第1のしきい値電流Ith1よりも小さい第2のしきい値電流Ith2に変更することができる。これにより、過電流保護回路4は、例えばサーキットプロテクタ3がない場合又は故障等により動作しない場合であっても、定格電流IRを大きく上回る電流が負荷Lに流れることを防止し、負荷Lの内部回路の発熱、ACDCコンバータ2の故障等のリスクを低減することができる。
With the above-described configuration, the
1-3.効果等
以上のように、過電流保護回路4は、電流検出部41と、しきい値設定部43と、タイマ回路434と、ACDCコンバータ制御部46とを備える。電流検出部41は、ACDCコンバータ2から負荷Lに流れる出力電流を検出する。しきい値設定部43は、出力電流に対する所定のしきい値を設定する。タイマ回路434は、出力電流がしきい値を超えるときの過電流期間を計時する。ACDCコンバータ制御部46は、出力電流がしきい値を超えるときに、出力電流がしきい値以下となるようにACDCコンバータ2を制御する。しきい値設定部43は、過電流期間が所定の時間期間tthを超えたときに、しきい値を、当該しきい値よりも小さい設定値に変更する。
1-3. Effects, etc. As described above, the
この構成により、過電流保護回路4は、しきい値設定部43によって設定されたしきい値を超える電流が負荷Lに流れることを防止し、負荷L、ACDCコンバータ2等の回路の故障リスクを低減することができる。また、過電流保護回路4は、過電流期間が所定の時間期間tth以下であるときにはしきい値を高く設定し、所定の時間期間tthを超えたときに、しきい値を、当該しきい値よりも小さい設定値に変更する。これにより、過電流期間が所定の時間期間tth以下であるときに、負荷Lの内部、又はACDCコンバータ2と負荷Lとの間に設けられたサーキットプロテクタ3を動作させて、より確実に負荷Lを保護することができる。
With this configuration, the
ACDCコンバータ制御部46は、過電流期間において、出力電流がしきい値に等しくなるようにACDCコンバータ制御部46を制御してもよい。
The ACDC
前述の効果に加えて、このようなフィードバック制御を行うことにより、過電流保護回路4は、出力電流を時間的に安定させることができる。
In addition to the above-mentioned effects, by performing such feedback control, the
過電流保護回路4が、サーキットプロテクタ3を動作させて、より確実に負荷Lを保護することができることについて説明する。電源自身に備えられた過電流保護回路は、過電流が生じた場合に、出力電流を制限するだけでなく、過負荷時におけるインピーダンス等の負荷の状況に応じて、出力電圧も低減(垂下)させるものが多い。また、電圧が所定の基準以下になると、断続的に出力のオンとオフとを切り換える間欠動作を電源に行わせる過電流保護回路も知られている。
A description will be given of how the
間欠動作型の過電流保護回路を採用した場合、間欠動作時におけるオン時間と、オン時のピーク電流を安価な回路でコントロールすることは難しい。したがって、オン時間において確実にサーキットプロテクタをトリップさせることは困難である。間欠動作型の過電流保護回路は、負荷側に容量がある場合に起動できないおそれもある。 When an intermittent operation type overcurrent protection circuit is adopted, it is difficult to control the on-time during intermittent operation and the peak current during on-time using an inexpensive circuit. Therefore, it is difficult to reliably trip the circuit protector during the on-time. An intermittent operation type overcurrent protection circuit may not be able to start up if there is capacity on the load side.
過電流が生じた場合に一定電流を流し続ける過電流保護回路は、間欠動作型のものと比較して、サーキットプロテクタを確実にトリップさせるように設計を行うことは容易である。しかしながら、サーキットプロテクタがトリップするしきい値電流を大きく設定すると、過電流が生じた場合に、負荷Lの内部回路の発熱、ACDCコンバータ2の故障等のリスクがある。したがって、トリップするしきい値電流が大きいサーキットプロテクタは採用できない。
An overcurrent protection circuit that continues to flow a constant current when an overcurrent occurs is easier to design to reliably trip a circuit protector than an intermittent operation type. However, if the threshold current at which the circuit protector trips is set to a large value, there is a risk of heat generation in the internal circuit of the load L, failure of the
これに対して、過電流保護回路4は、間欠動作型ではなく、一定電流を流し続けるものの一種であるが、過電流期間が所定の時間期間tth以下であるときにはしきい値を高く設定し、所定の時間期間tthを超えたときに、しきい値を、当該しきい値よりも小さい設定値に変更する。これにより、過電流期間が所定の時間期間tth以下であるときに、負荷Lの内部、又はACDCコンバータ2と負荷Lとの間に設けられたサーキットプロテクタ3を動作させて、より確実に負荷Lを保護することができる。このように動作することにより、過電流保護回路4は、しきい値設定部43によって設定されたしきい値を超える電流が負荷Lに流れることをも防止し、負荷L、ACDCコンバータ2等の回路の故障リスクを低減することができる。過電流保護回路4は、以上のような効果を安価な回路で実現できる。
On the other hand, the
2.第2実施形態
図4は、本開示の第2実施形態に係る電源システム200の構成例を示す回路図である。図4の電源システム200の過電流保護回路204は、図1の電源システム100の過電流保護回路4と比較して次の点で異なる。すなわち、図4の過電流保護回路204のしきい値設定部243は、図1の過電流保護回路4のしきい値設定部43の構成に加えて、抵抗R4と、スイッチング素子Q2と、ダイオードD1と、ツェナーダイオードD2とを更に備える。
2. Second Embodiment FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration example of a
抵抗R4は、接続点Aと接地電圧との間に、スイッチング素子Q2と直列に接続されている。スイッチング素子Q2は、例えばMOSFET、バイポーラトランジスタ等のトランジスタであるが、これに限定されず、機械式の開閉器であってもよい。 Resistor R4 is connected in series with switching element Q2 between connection point A and ground voltage. The switching element Q2 is, for example, a transistor such as a MOSFET or a bipolar transistor, but is not limited thereto, and may be a mechanical switch.
ダイオードD1のアノードは、タイマ回路434の出力端子に接続され、カソードは、スイッチング素子Q2のゲートに接続されている。ツェナーダイオードD2のアノードは、スイッチング素子Q2のゲートに接続され、カソードは、ACDCコンバータ2の+側の出力端子(電圧Vo)に接続されている。
The anode of the diode D1 is connected to the output terminal of the
図5は、図4の過電流保護回路204の動作例を示すグラフである。図5のグラフは、図2の過電流保護回路4の動作例を示すグラフと比較すると、出力電圧がVz以下である場合に、図2に示した電流-電圧特性と異なる特性を示す。ここで、Vzは、ツェナーダイオードD2のツェナー電圧である。
FIG. 5 is a graph showing an example of the operation of the
具体的には、過電流期間の初期期間において、ACDCコンバータ2の出力電圧がVz以下であるときは、スイッチング素子Q1,Q2は共にオフである。この場合における接続点Aにおけるしきい値電圧Vth(OFF,OFF)は、最も高い値となる。しきい値設定部243は、出力電流が第3のしきい値電流Ith3となったときにVDET=Vth(OFF,OFF)となるように設計されている。したがって、ACDCコンバータ制御部46は、出力電流が第3のしきい値電流Ith3となるようにACDCコンバータ2を制御することになる。
Specifically, in the initial period of the overcurrent period, when the output voltage of
過電流期間の初期期間において、ACDCコンバータ2の出力電圧がVzより大きいときは、スイッチング素子Q1はオフであり、スイッチング素子Q2はオンとなる。この場合における接続点Aにおけるしきい値電圧Vth(OFF,ON)は、Vth(OFF,OFF)より低い中間的な値となる。しきい値設定部243は、出力電流が第4のしきい値電流Ith4となったときにVDET=Vth(OFF,ON)となるように設計されている。したがって、ACDCコンバータ制御部46は、出力電流が第3のしきい値電流Ith3より小さい第4のしきい値電流Ith4となるようにACDCコンバータ2を制御することになる。
In the initial period of the overcurrent period, when the output voltage of
過電流期間の初期期間が経過した後は、タイマ回路434からの出力により、ACDCコンバータ2の出力電圧がVz以下であるか否かにかかわらず、スイッチング素子Q1,Q2は共にオンとなる。この場合における接続点Aにおけるしきい値電圧Vth(ON,ON)は、Vth(OFF,ON)より低い最低値となる。しきい値設定部243は、出力電流が第5のしきい値電流Ith5となったときにVDET=Vth(ON,ON)となるように設計されている。したがって、ACDCコンバータ制御部46は、出力電流が第4のしきい値電流Ith4より小さい第5のしきい値電流Ith5となるようにACDCコンバータ2を制御することになる。
After the initial period of the overcurrent period has elapsed, both switching elements Q1 and Q2 are turned on by the output from the
以上のように、しきい値設定部243は、ACDCコンバータ2の出力電圧が所定の電圧Vz以下であるときは、しきい値の初期値を、ACDCコンバータ2の出力電圧が所定の電圧Vzより大きいときに設定される値Ith4よりも大きい値Ith3に設定する。
As described above, when the output voltage of the
この構成により、ACDCコンバータ2の出力電圧に応じて、出力電流を細やかに設計することができる。例えば、出力電圧がVz以下である比較的安全な場合に、しきい値の初期値を大きい値Ith3に設定することにより、負荷L及び/又はACDCコンバータ2にとって安全な状況下でサーキットプロテクタ3を動作させることができる。したがって、より確実に負荷L及び/又はACDCコンバータ2を保護することができる。
With this configuration, the output current can be precisely designed according to the output voltage of the
3.第3実施形態
図6は、本開示の第3実施形態に係る電源システム300の構成例を示す回路図である。図6の電源システム300の過電流保護回路304は、図1の電源システム100の過電流保護回路4と比較して次の点で異なる。すなわち、図6の過電流保護回路304のしきい値設定部343は、図1のしきい値設定部43における電圧減衰値設定回路433に代えて、電圧減衰値設定回路433aを備える。図6の電圧減衰値設定回路433aは、図1の電圧減衰値設定回路433における抵抗R3に代えて、NTC(Negative Temperature Coefficient)サーミスタTを備える。
3. Third Embodiment FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration example of a
NTCサーミスタTは、本開示の「温度検出部」の一例である。温度検出部は、NTCサーミスタTに限定されず、PTC(Positive Temperature Coefficient)サーミスタ又はCTR(Critical Temperature Resistor)サーミスタであってもよい。 The NTC thermistor T is an example of the "temperature detection section" of the present disclosure. The temperature detection section is not limited to the NTC thermistor T, but may be a PTC (Positive Temperature Coefficient) thermistor or a CTR (Critical Temperature Resistor) thermistor.
図7は、図6の過電流保護回路304の動作例を示すグラフである。図7のグラフは、図2の過電流保護回路4の動作例を示すグラフと比較すると、過電流期間の初期期間経過後における変更後のしきい値電流が、温度Tが高い程小さい点で異なる。図7に示した例では、第6のしきい値電流Ith6は、過電流期間の初期期間経過後(スイッチQ1がオン)において、温度Tが25℃のときのしきい値電流を表している。第6のしきい値電流Ith6は、例えば定格電流IRの110%に設計される。また、図7に示した例では、第7のしきい値電流Ith7は、過電流期間の初期期間経過後(スイッチQ1がオン)において、温度Tが100℃のときのしきい値電流を表している。第7のしきい値電流Ith7は、例えば定格電流IRの80%に設計される。
FIG. 7 is a graph showing an example of the operation of the
NTCサーミスタTは、例えば電流が流れることにより熱を発する部品、回路等の近くに配置される。NTCサーミスタTは、例えば熱に弱い部品、回路等の近くに、例えば隣接して配置される。NTCサーミスタTは、例えばACDCコンバータ2の内部の配線、コンデンサ等の近くに配置される。
The NTC thermistor T is placed, for example, near a component, circuit, etc. that generates heat when current flows therethrough. The NTC thermistor T is placed near, for example, adjacent to, for example, heat-sensitive components, circuits, and the like. The NTC thermistor T is placed, for example, near internal wiring, a capacitor, etc. of the
この構成により、過電流保護回路304は、温度Tに応じて、過電流期間の初期期間経過後におけるしきい値電流の設定値を小さくし、電源システム300を構成する回路の発熱を低減させることができる。これにより、電源システム300を構成する回路の熱による故障を防止することができる。
With this configuration, the
(変形例)
以上、本開示の実施形態を詳細に説明したが、前述までの説明はあらゆる点において本開示の例示に過ぎない。本開示の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができる。例えば、以下のような変更が可能である。なお、以下では、上記実施形態と同様の構成要素に関しては同様の符号を用い、上記実施形態と同様の点については、適宜説明を省略する。以下の変形例は適宜組み合わせることができる。
(Modified example)
Although the embodiments of the present disclosure have been described in detail above, the above descriptions are merely illustrative of the present disclosure in all respects. Various improvements and modifications can be made without departing from the scope of this disclosure. For example, the following changes are possible. In addition, below, the same code|symbol is used regarding the same component as the said embodiment, and description is abbreviate|omitted suitably about the point similar to the said embodiment. The following modifications can be combined as appropriate.
図1では、本開示の第1実施形態に係る過電流保護回路4が、ACDCコンバータ2から出力される出力電流を電圧に変換する電流電圧変換回路42を備える例について説明した。この例では、比較器44は、電流電圧変換回路42によって変換された電圧VDETと、しきい値設定部43から出力されたしきい値電圧Vthとを比較する。この例では、ACDCコンバータ制御部46は、VDET=VthとなるようにACDCコンバータ2をフィードバック制御する。しかしながら、本開示に係る過電流保護回路4は、出力電流がしきい値以下となるようにACDCコンバータ2を制御するものであればよく、上記の例に限定されない。例えば、過電流保護回路4は、電流電圧変換回路42を含まないものであってもよい。この場合、過電流保護回路4のACDCコンバータ制御部46は、電流検出部41によって検出された出力電流を、所定のしきい値以下となるように制御するものであってもよい。
In FIG. 1, an example has been described in which the
また、図1の例では、電流検出部41はACDCコンバータ2の-側出力端子に接続されているが、本開示はこれに限定されず、電流検出部41はACDCコンバータ2の+側出力端子に接続されてもよい。
Further, in the example of FIG. 1, the
さらに、図1の例では、比較器44の非反転入力端子に電流電圧変換回路42から出力された電圧VDETが入力され、反転入力端子にしきい値設定部43から出力されたしきい値電圧Vthが入力されることを説明した。しかしながら、比較器44は、VDETがVthを超えるか否かに基づいて出力信号を調整するものであればよく、本開示はこれに限定されない。例えば、比較器44の反転入力端子に電流電圧変換回路42から出力された電圧VDETが入力され、非反転入力端子にしきい値設定部43から出力されたしきい値電圧Vthが入力されてもよい。
Furthermore, in the example of FIG. 1, the voltage V DET output from the current-
1 交流電源装置
2 ACDCコンバータ(直流電源回路)
3 サーキットプロテクタ
4,204,304 過電流保護回路
41 電流検出部
42 電流電圧変換回路
43,243,343 しきい値設定部
44 比較器
45 制御信号伝達回路
46 制御部
46 コンバータ制御部
100,200,300 電源システム
431 基準電圧電源
432 電圧減衰回路
433,433a 電圧減衰値設定回路
434 タイマ回路(計時部)
R1,R2,R3,R4 抵抗
Q1,Q2 スイッチング素子
T NTCサーミスタ
1 AC
3 circuit protector 4,204,304
R1, R2, R3, R4 Resistor Q1, Q2 Switching element T NTC thermistor
Claims (6)
前記過電流保護回路は、
前記直流電源回路から前記負荷に流れる出力電流を検出する電流検出部と、
前記出力電流に対する所定のしきい値を設定するしきい値設定部と、
前記出力電流が前記しきい値を超えるときの過電流期間を計時する計時部と、
前記出力電流が前記しきい値を超えるときに、前記出力電流が前記しきい値以下となるように前記直流電源回路を制御する制御部とを備え、
前記しきい値設定部は、前記過電流期間が所定の時間期間を超えたときに、前記しきい値を、当該しきい値よりも小さい設定値に変更する、過電流保護回路。 An overcurrent protection circuit for protecting a load driven by DC power output from a DC power supply circuit,
The overcurrent protection circuit is
a current detection unit that detects an output current flowing from the DC power supply circuit to the load;
a threshold setting section that sets a predetermined threshold for the output current;
a timer unit that measures an overcurrent period when the output current exceeds the threshold;
a control unit that controls the DC power supply circuit so that when the output current exceeds the threshold, the output current becomes equal to or less than the threshold;
The threshold setting unit is an overcurrent protection circuit that changes the threshold to a set value smaller than the threshold when the overcurrent period exceeds a predetermined time period.
前記しきい値設定部は、前記温度検出部によって検出された温度に応じて、前記設定値を変更する、請求項1~4のいずれか1項に記載の過電流保護回路。 The overcurrent protection circuit further includes a temperature detection section that detects the temperature of the DC power supply circuit or the overcurrent protection circuit,
The overcurrent protection circuit according to any one of claims 1 to 4, wherein the threshold setting section changes the set value according to the temperature detected by the temperature detection section.
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