JPH01128106A - 安定化電源装置の過電流保護回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はシリーズドロッパ形と通称される安定化電源装
置の過電流保護回路、すなわち負荷電流路に直列に挿入
された制御トランジスタのコレクタ・エミッタ間電圧を
制御して負荷への給電電圧を安定化させる電源装置を過
電流から保護するための回路に関する。

〔従来の技術〕

上述のシリーズドロッパ形の安定化電源装置は構成が簡
単で安価に製作できる利点があり種々の用途に広く適用
されているが、負荷への給電電圧を制御トランジスタの
コレクタ・エミッタ間電圧の制御により行なうので制御
トランジスタ内の損失が比較的大きく、このため負荷電
流路に過電流状態が持続すると制御トランジスタが劣化
ないし損傷するおそれがあって、従来から種々の過電流
保護回路が工夫されている。第３図はこの若干例を示す
ものである。

まず、よく知られていることであるが、シリーズドロッ
パ形の安定化電源装置の構成を第３図ｆａ）により簡単
に説明する。安定化電源装置は図の左側から直流の入力
電圧Ｖｉを受け図の右側に安定化された一定の出力電圧
ｖＯを負荷に対して出力するために制御トランジスター
を備えており、この制御トランジスターのコレクタ・エ
ミッタ間が図示のように負荷電流路に直列に挿入されて
いる。制御トランジスターのベース電位はツェナダイオ
ード２のツェナ電圧により固定されており、制御トラン
ジスタのコレクタ・ベース間に接続された抵抗３はこの
ツェナダイオード２を入力電圧Ｖｔにより導通させると
ともに制御トランジスタにベース電流を入力電圧側から
供給する役目を果たしている。制御トランジスターのエ
ミッタ側に接続されているダイオード４は負荷側からの
電流の逆流防止用である。容易にわかるように、出力電
圧Ｖｏはツェナダイオード２のツェナ電圧より制御トラ
ンジスターのベース・エミッタ間電圧だけ低い一定値に
保たれ、入力電圧Ｖｔと出力電圧Ｖｏとの差は制御トラ
ンジスタのコレクタ・エミッタ間により負担される。

かかる安定化電源装置に負荷側の何らかの事情により過
電流が流れると、制御トランジスタではコレクタ損失が
増大してそれを劣化ないし損傷するおそれがあるため、
第３図（ａ）の例では負荷電流路にヒユーズ５が挿入さ
れている。第３図（ｂ）の例では小さな抵抗６ａを負荷
電流路に挿入し、負荷電流が過電流状態になったときこ
の抵抗６ａの両端電圧をベース・エミッタ間に受ける保
護トランジスタ６が導通して、制御トランジスタ１０ベ
ース電′流を側路することによって制御トランジスタの
コレクタ・エミッタ間電圧を増大させ、これによって出
力電圧Ｖｏを低下させる。第３図（Ｃ１の例ではサイリ
スタ７をツェナダイオード２に並列接続し、負荷電流路
に挿入された抵抗７ａが過電流を検出したときその両端
電圧によりゲートを駆動してサイリスタ７を導通させ、
これによってツェナダイオード２のツェナ電圧を短絡し
て出力電圧ｖＯを消失させる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、上述のいずれの従来回路もそれぞれ問題点をか
かえている。第３図＋ａｌの保護回路ではヒユーズ５と
制御トランジスタ１の熱的な協調を取るのが必ずしも容
易でないので、とくに余り大きくないが持続的な過電流
に対する保護効果が充分でなく、制御トランジスタを充
分保護できないことが多い。負荷が短絡状態になったと
きヒユーズ５は短時間で溶断して保護の役目をよ（果た
すが、短絡状態が回復した後にはヒユーズを−々取り換
えてやらねば成らない厄介さがある。負荷が容量性でか
つその容量値が大きいとその接続時に出力電圧Ｖｏが短
時間ではあるが短絡されてしまうので、その際の短絡電
流によりヒユーズが溶断しやすくそのつど取り換えの手
間が掛かることになる。

第３図（ｂ）の保護回路では過電流状態に入ると出力電
圧Ｖｏには垂下特性が与えられ従って最大短絡電流が制
限されるので、大容量性負荷の接続時のように短絡状態
が短時間ですむ場合は短絡電流値が安全範囲内に制限さ
れ、かつ短絡状態の終了後は安定化電源装置は正常動作
に自動復帰する。しかし、短絡状態ないしは大きな過電
流が流れる状態が持続すると、制御トランジスタ１には
入力電圧Ｖｉのすべてないしはほとんどが掛かった状態
で大電流が流れるので、そのコレクタ損失が増大して制
御トランジスタが熱破壊してしまうおそれがある。これ
に対して第３図（Ｃ１の保護回路では、過電流ないしは
短絡電流が流れたときサイリスタ７を導通させて制御ト
ランジスタ１を開操作するので、制御トランジスタの熱
破壊のおそれはなくなる。しかし、制御トランジスタが
開操作されると入力電圧Ｖｉを一旦切ってやらない限り
正常動作に自動復帰しない不便さがある。また、過電流
や短絡電流状態に対するサイリスタ７の応動が余り敏感
であるとごく短時間の異常状態にも応動して制御トラン
ジスタが開操作されてしまう問題がある。

このため、サイリスタフのゲート駆動回路に図示のよう
にキャパシタ８ａや抵抗８ｂを接続して制御トランジス
タが誤って早期に開操作されるのを防止することはでき
るが、負荷が数百から数千μＦの容量をもち大きな短絡
電流が数十ｍＳ程度流れるような場合には、制御トラン
ジスタが開操作されてしまうのを避けることができず、
逆にかかる際にも誤った開操作がなされないようにする
と、ふつうの過電流状態下で制御トランジスタを保護で
きなくなってしまう。

本発明はかかる従来の保護回路がもつ問題点を解決して
、通常の過電流状態および大容量性負荷に基づく短絡電
流状態の双方に対して安定化電源装置を安全に保護する
ことを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、安定化電源装置の過電流保護回路として、負
荷電流の過電流状態を検出する検出手段と、制御トラン
ジスタのコレクタ・エミッタ間電圧を受け該電圧値が所
定のしきい値を越えたときに動作するしきい値開路と、
しきい値開路の動作を遅延させる遅延手段と、検出手段
の過電流検出動作およびしきい値開路の動作のいずれに
も応動して制御トランジスタを開操作する開操作回路と
を設け、かつ遅延手段の遅延動作時間を安定化電源装置
に制御される負荷のもつ容量によって生じる短絡電流の
持続時間よりも長目に設定することにより、上述の目的
達成に成功したものである。

〔作用〕

以下、第１図に示す本発明の代表実施例に関する原理図
を参照しながら、本発明の上記構成のもつ作用を説明す
る。図示の安定化電源装置は前の第３図と同じく直流電
源５０からの入力電圧Ｖｔを受けて安定化された出力電
圧ｖＯを負荷６０に給電するもので、ツェナダイオード
２によりベース電位が固定された制御トランジスタ１の
コレクタ・エミッタ間が負荷電流路に直列に挿入されて
おり、制御トランジスタ１のコレクタ・ベース間にはツ
ェナダイオード２を入力電圧Ｖｉにより導通させかつ制
御トランジスタにベース電流を供給するための抵抗３が
接続されている。

開操作回路１０は前の第３図（′ｂ）の例における保護
トランジスタ２に相当する保護トランジスタ１１を含み
、この保護トランジスタ２は負荷電流の過電流状態を検
出する手段として負荷電流路に挿入された例えば図示の
ように抵抗である検出手段２０と共働するが、第３図山
）の従来例とは異なり導通動作したときにそのコレクタ
・エミッタ間で制御トランジスタ１のベース電流のほと
んど全部を側路してしまうことにより制御トランジスタ
１を開操作するためのものである。本発明における開操
作回路１０．はこの保護トランジスタ１１のほか抵抗１
２を含み、保護トランジスタ１１のベース・エミッタ間
はこの抵抗１２と検出手段としての抵抗２０との直列回
路に並列に接続されている。この抵抗１２は保護トラン
ジスタ１１を過電流が検出された時のほかその左側に示
されたしきい値開路３０が動作したときにも応動させて
、制御トランジスタ１を開操作するためのものである。

しきい値開路３０は例えば図示のようにツェナダイオー
ド３１とその直列抵抗３２とからなり、その両端に前述
の抵抗１２を介して制御トランジスタ１２のコレクタ・
エミッタ間電圧を受けている。このしきい値開路３０の
動作しきい値、この例ではツェナダイオード３１のツェ
ナ電圧は制御トランジスタ１が開操作されたときのコレ
クタ・エミッタ間電圧よりは充分低く選定され、容易に
わかるようにかかるしきい値はツェナダイオードに限ら
ず直列接続ダイオードや保護回路のしきい値素子によっ
て適宜に設定することができる。開操作回路１０の抵抗
１２の抵抗値は、このしきい値開路３０が動作して導通
状態になったとき、それを流れる電流により検出手段２
０の助けを借りないでも単独で保護トランジスタを導通
させ制御トランジスタｌを開操作できるように設定され
る。

本発明による遅延手段４０は、例えば図示のようにしき
い値開路３０のツェナダイオード３１と抵抗３２との相
互接続点と直流電源５０と負荷６０の共通電位点との間
に接続されたキャパシタ４１を含み、この遅延手段とし
てのキャパシタは出力電圧Ｖｏが大容量性の負荷６０に
より短絡されている状態で入力電圧Ｖｉが安定化電源装
置に投入されたとき、しきい値開路の抵抗３２とともに
作る時定数によってしきい値開路の動作を遅延させる役
目を果たす。逆に安定化電源装置が入力電圧Ｖｔを受け
て正常な動作状態にあるとき大容量性負荷６０が接続さ
れて出力電圧Ｖｏが短絡される場合に対しては、遅延手
段４０として図示のようにキャパシタ４２をツエナダイ
オ−ド３１と抵抗１２との相互接続点と直流電源５０と
負荷６０の共通電位点との間に接続することができ、同
様にキャパシタ４２の容量値と抵抗１２の抵抗値とが作
る時定数によりしきい値開路３０の動作を遅延させるこ
とができる。容易にわかるように、遅延手段４０として
のこれらのキャパシタ４１．４２はそれぞれ抵抗３２．
１２と並列に接続するようにしても、容量値を若干増す
要はあるがしきい値３０の動作に対する同様な遅延作用
を持たせることができる。

以上のように構成された本発明回路において、負荷電流
が過電流状態になると検出手段４０がこれを検出して開
操作回路１０の保護トランジスタ１１を導通させるので
、制御トランジスタ１がこれによって開操作される。こ
の制御トランジスタ１の開動作によりしきい値開路３０
に掛かっている制御トランジスタのコレクタ・エミッタ
間電圧が増大するので、遅延手段４０により設定されて
いる遅延時間内を通じて過電流状態が持続している限り
しきい値開路３０が動作する。このしきい値開路３ｏが
動作するとミ前述のように開操作回路ＩＯの抵抗１２が
その保護トランジスタ１１を導通させるので、制御トラ
ンジスタ１が開操作されて過電流状態が解消しても制御
トランジスタ１は開状態に保持される。

つまり、本発明では過電流状態が遅延手段４０によって
設定された遅延時間以上持続すると、制御トランジスタ
１を開操作しかつ開状態に保持することによって制御ト
ランジスタを安全に保護する。

過電流状態の持続時間が短くしきい値開路３ｏが動作す
る前に負荷電流が正常値に復帰したときには、検出手段
２０の過電流検出状態が終結して開操作回路１０は開操
作状態を解（ので、制御トランジスタ１は閉状態に戻り
安定化電源装置は正常動作に自動復帰する。さらに、制
御トランジスタ１の開状態が保持されているときであっ
ても負荷６ｏを少時間内切り離すと、これによってしき
い値開路３ｏの動作状態が解かれ、開操作回路も開操作
状態を解除するので安定化電源装置は正常動作状態に復
帰する。

大容量性の負荷が安定化電源装置に接続された状態で入
力電圧ｖ１が安定化電源装置に投入される場合や、安定
化電源装置が入力電圧νｉを受けて正常動作中に大容量
性負荷が安定化電源装置に接続される場合の本発明回路
の動作も同様であって、検出手段２０の検出動作に基づ
き制御トランジスタ１が直ちに開操作回路１０により開
操作されるが、この場合は出力電圧Ｖｏが大容量性負荷
によって最初から短絡されるので、制御トランジスタの
開動作前にもしきい値開路３０には入力電圧Ｖｉのほぼ
全電圧が最初から掛かる。もちろん、この場合でも制御
トランジスタが開状態を保持し続けるか否かは、遅延手
段４０によって設定される遅延時間と短絡電流の持続時
間との大小によって決まるから、本発明では遅延手段に
よる遅延時間を安定化電源装置に接続される負荷のもつ
容量値に応じてそれによる短絡時間よりも僅かに長目に
なるように設定する。

以上の記載かられかるように、本発明では前記の構成に
いう検出手段としきい値開路と遅延手段と開操作回路と
を設け、開操作回路に検出手段の過電流検出動作時およ
びしきい値開路の動作時の双方に応動させて制御トラン
ジスタを開操作させるとともに、遅延手段の遅延動作時
間を安定化電源装置に制御される負荷のもつ容量によっ
て生じる短絡電流の持続時間よりも長目に設定するよう
にしたので、ふつうの過電流状態に制御トランジスタを
安全に保護するのはもちろん、大容量性負荷により短絡
電流が発生してもその持続時間が遅延手段により設定さ
れた遅延時間を越えない限り制御トランジスタの開状態
を該遅延時間後に解いて安定化電源装置を正常な動作状
態に自動復帰させることができ、これによって本発明に
対する課題が解決される。

〔実施例〕

続いて第２図を参照しながら本発明の詳細な説明する。

この第２図は第１図の具体回路例であって、同じ部分に
は同じ符号が付されており、冗長を避けるため同じ部分
に対する説明は省略することとする。

第２図の左側に示された直流電源５０は、交流電源電圧
を受ける変圧器５１．その二次電圧を例えば図示のよう
に全波整流する整流回路５２およびリアクトル５３とキ
ャパシタ５４とからなる平滑回路からなり、安定化電源
装置に入力電圧Ｖｉを与える。安定化電源装置の出力電
圧Ｖｏを受ける負荷６０は多くの場合なにがしかの容量
を含んでおり、その接続時に安定化電源装置の負荷電流
路に大小の短絡電流が発生するが、ふつうは負荷が安定
化電源装置に恒常的に接続されているので、この短絡電
流の発生時期は安定化電源装置への入力電圧ｖｉの投入
時つまり変圧器５１への交流電源の投入時になる。

制御トランジスタ１は図示のようにそのエミッタを負荷
側に向けて負荷電流路に挿入したｎｐｎ　）ランジスタ
とするのがふつうで、出力電圧Ｖｏが例えば３０Ｖのと
き、入力電圧Ｖｉはその１０〜２０％増し程度に選定し
て制御トランジスタ１のコレクタ・エミッタ間に常時あ
まり高い電圧が掛からないようにする。抵抗３の抵抗値
は制御トランジスタ１のベース電流値と電流増幅率から
決めるのがよくふつう数にΩ程度とされる。第２図の例
では通例のようにこのＷｌｉ１２１１）ランジスタ１と
負荷６０との間には逆電流防止用ダイオード４が接続さ
れる。このダイオード４は負荷の容量値が大きなときと
くに有用である。

過電流検出手段としての抵抗２１は負荷電流が安定化電
源装置の定格電流の１２０〜１４０％に達したとき開操
作回路の保護トランジスタ１１を導通させる抵抗値とす
るのがよく、例えば定電流値が０．２Ａのとき２〜３Ω
程度のごく低い値とされる。しきい値回路のツェナダイ
オード３１のツェナ電圧値は制御トランジスタｌの最大
コレクタ・エミッタ間電圧の１７２程度に選ぶのが適当
で、例えば出力電圧Ｖｏが前述のように３０Ｖのとき１
５Ｖ前後に選定される。その直列抵抗３２は例えば１に
Ω程の抵抗値とされ、この時遅延手段としてのキャパシ
タ４１は２０μＦ程度とするのがよい。この実施例にお
けるもう一つの遅延手段としてのキャパシタ４３は開操
作回路の抵抗１２に並列接続されており、これは前述の
ように必ずしも必要なものではないが、制御トランジス
タが過電流に基づいて開状態に入れられた後、負荷６０
が一旦切って安定化電源装置を正常動作に復帰させる場
合に生じうる短絡電流に対する時限を持たせる上で有用
である。この場合、キャパシタ４３と抵抗１２とにより
持たせる時定数の値は、キャパシタ４１と抵抗３２とに
よる時定数よりもかなり短くてよい。負荷６０が安定化
電源装置に接続された状態で交流電源が投入されて入力
電圧Ｖｉが立ち上がる際に流れうる短絡電流の持続時間
より負荷６０の再投入時の短絡電流の持続時間がかなり
短くなるからである。保護トランジスタ１１のベース・
エミッタ間にはこの実施例では保護トランジスタの動作
を安定化させその動作時に無用な発振が生じるのを防止
するため別の抵抗１３が接続されている。この抵抗値は
抵抗１２のそれよりもずっと大きくてよく、例えは抵抗
１２が１００Ω程度のとき抵抗１３は１０にΩ程度とさ
れる。この抵抗１３によって遅延手段としてのキャパシ
タ４１または４３により設定される遅延時間が若干変わ
り得るので、これを逆に利用して遅延時間の微調整を抵
抗１３の抵抗値によってすることが可能である。

以上のように構成されたこの実施例回路の動作は前項で
述べたと同じで、重複を避けるために省略するが、結果
的には負荷電流路に生じた過電流や短絡電流の持続時間
が遅延手段により設定された遅延時間より短いときには
、制御トランジスタ１が一旦開操作された後に閉状態に
戻されて安定化電源装置が正常動作に自動復帰するが、
過電流や短絡電流の持続時間が遅延時間以上のときには
、制御トランジスタは開操作されたままになって負荷へ
の給電が停止される。このように給電が停止されても、
本発明回路では従来と異なり負荷を一旦切り放せば安定
化電源装置は正常動作に復帰する。　以上説明した実施
例に限らず本発明は種々の態様で実施をすることが可能
である。本発明における検出手段、しきい値回路および
遅延手段は容易にわかるようにいずれもその具体的な構
成要素やそれらの接続態様を適宜に変更しても本発明の
要旨に合う作用をもたせることができる。本発明におけ
る開操作回路についても、実施例はその構成を簡単化で
きる好例であるが、検出手段の検出動作やしきい値回路
の動作のいずれかに応動させて制御トランジスタを開操
作できれば足り、その内部構成、制御トランジスタとの
接続態様、検出手段やしきい値回路との接続態様のいず
れについても、公知の技術を適宜組み合わせてかかる作
用を営ませることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明においては、負荷電流路に直
列に挿入された制御トランジスタのコレクタ・エミッタ
間電圧を制御して負荷への給電電圧を安定化させる電源
装置の過電流保護回路として、負荷電流の過電流状態を
検出する検出手段と、制御トランジスタのコレクタ・エ
ミッタ間電圧を受け該電圧値が所定のしきい値を越えた
ときに動作するしきい値回路と、しきい値回路の動作を
遅延させる遅延手段と、検出手段の過電流検出動作およ
びしきい値回路の動作のいずれにも応動して制御トラン
ジスタを開操作する開操作回路とを設け、かつ遅延手段
の遅延動作時間を安定化電源装置に制御される負荷のも
つ容量によって生じる短絡電流の持続時間よりも長目に
設定するようにしたので、負荷電流路に過電流が発生し
たときおよび短絡電流が発生したときの双方について、
異常状態が遅延手段により設定された遅延時間以上に持
続して制御トランジスタの劣化や破壊が生じるおそれが
あるとき、開操作回路より制御トランジスタを開操作し
て負荷への給電を停止して異常原因を断つことにより、
制御トランジスタを安全に保護することができる。

また、異常状態の持続時間が遅延時間より短いときには
、異常が短絡電流である場合を含めて制御トランジスタ
に対する開操作が解除されて安定化電源装置は正常な動
作状態に自動復帰されるので、大容量性の負荷が接続さ
れた状態で安定化電源装置を起動させたり、安定化電源
装置の正常動作中にかかる負荷を急に接続したりする場
合に、遅延手段による遅延時間の設定を負荷の容量値に
合わせて適切に設定することにより、安定化電源装置か
らの給電を停止することなく負荷を正常な動作に入れる
ことができる。さらに本発明によれば、安定化電源装置
からの負荷への給電が停止された場合であっても、負荷
を一旦切り放した上で再接続すれば安定化電源装置が正
常動作に復帰するので、同一直流電源にそれぞれ負荷と
接続された複数個の安定化電源装置が接続されている場
合、異常が発生した負荷に対応する安定化電源装置から
のその負荷に対する給電だけを停止した上で、他の安定
化電源装置に接続されている負荷への給電を継続したま
まで問題の負荷への給電を再開することができる。

このように、本発明は従来の保護回路が持っていた種々
の問題点を解消しながら、安定化電源装置を合理的にか
つ確実に保護しろる特長を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図が本発明に関し、第１図は本発明に
よる安定化電源装置の過電流保護回路の最良実施例の原
理回路図、第２図はその具体回路図である。第３図は従
来技術による過電流保護回路の若干例の概要回路図であ
る。図において、１：制御トランジスタ、２：ツェナダ
イオード、３：抵抗、４：逆流防止用ダイオード、５：
ヒユーズ、６：保護トランジスタ、６ａ：過電流検出抵
抗、７：サイリスタ、７ａ：過電流検出抵抗、８ａ：キ
ャパシタ、８ｂ；抵抗、１０：開操作回路、１１：保護
トランジスタないしは制御トランジスタに対する開操作
用トランジスタ、１２．　ｔ３：抵抗、２０：検出手段
、２１：過電流検出抵抗、３０ニジきい値回路、３１ニ
ジきい値素子としてのツェナダイオード、３２：ツェナ
ダイオードの直列抵抗、４０：遅延手段、４１゜４２．
４３：遅延手段としてのキャパシタ、５０：直流電源、
５１：変圧器、５２：整流回路、５３：平滑用リアクト
ル、５４：平滑用キャパシタ、６０：負荷、ｖｉ：安定
化電源装置への入力電圧、ｖＯ：安定化電源装置の出力
電圧、である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）負荷電流路に直列に挿入された制御トランジスタの
   コレクタ・エミッタ間電圧を制御して負荷への給電電圧
   を安定化させる電源装置を過電流から保護するための回
   路であって、負荷電流の過電流状態を検出する検出手段
   と、制御トランジスタのコレクタ・エミッタ間電圧を受
   け該電圧値が所定のしきい値を越えたときに動作するし
   きい値回路と、しきい値回路の動作を遅延させる遅延手
   段と、検出手段の過電流検出動作およびしきい値回路の
   動作のいずれにも応動して制御トランジスタを開操作す
   る開操作回路とを備えてなり、遅延手段の遅延動作時間
   を安定化電源装置に接続される負荷のもつ容量によって
   生じる短絡電流の持続時間よりも長目に設定することを
   特徴とする安定化電源装置の過電流保護回路。