JPH0130386B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （利用分野） 本発明は、定電圧電源装置に関するものであ
り、特に過負荷保護装置を備えた定電圧電源装置
に関する。

さらに具体的にいえば、本発明は、過負荷保護
あるいは過電流保護の基準値をスイツチング素子
の温度に応じて可変とした定電圧電源装置に関す
るものである。

（従来技術） 第１図に過負荷保護装置を備えた従来の定電圧
電源装置のブロツク図を示す。

インバータトランス１およびカーレントトラン
ス２の一次巻線は、第１スイツチング素子３と共
に直流電源４に直列に接続される。第１スイツチ
ング素子３は、図示の例ではトランジスタである
か、その他の固体スイツチング素子であることが
できる。

前記第１スイツチング素子３が、後述するよう
にして、オン−オフ制御されると、それに応じて
インバータトランス１の一次電流がオン−オフさ
れる。それ故に、インバータトランス１の二次側
には昇圧された交流が発生し、これが周知の手法
によつて整流・濾波されて、所望の電圧を有する
直流出力Voutが得られる。

前記直流出力Vout（または、これを代表する分
圧電圧）は、定電圧制御用差動アンプ５の反転入
力端子に供給される。

前記定電圧制御用差動アンプ５の他方の端子、
すなわち、非反転入力端子には、分圧抵抗ｒ１，
ｒ２によつて決まる所定の第１基準電圧Vref１
が印加されるので、前記定電圧制御用差動アンプ
５は、両入力の差に応じた電圧エラー信号Epを
出力する。

前記電圧エラー信号Epは、パルス幅変調用コ
ンパレータ６の反転入力端子に供給される。一
方、前記パルス幅変調用コンパレータ６の非反転
入力端子には、三角波（例えば、鋸歯状波）SW
が供給される。

前記パルス幅変調用コンパレータ６は、両入力
−すなわち、電圧エラー信号Epと三角波SWとを
比較し、三角波SWが大きい期間だけ、正出力を
発生する。

このため、パルス幅変調用コンパレータ６の出
力は周期的な矩形波となり、そのデユーテイは、
定電圧制御用差動アンプ５の出力である電圧エラ
ー信号Epに依存する。

パルス幅変調用コンパレータ６の出力によつ
て、第２スイツチング素子７がオン−オフ制御さ
れ、これにしたがつてパルストランス８の一次電
流がオン−オフされるので、その二次巻線８ｂに
は、スイツチング用制御信号が発生される。

前記スイツチング用制御信号は、第１スイツチ
ング素子３の制御端子（図示の例では、ベース電
極）に印加され、これによつて、第１スイツチン
グ素子３のスイツチングが行なわれる。

なお、第１図において、インバータトランス１
およびパルストランス８の一次巻線に接続されて
いる付加巻線およびダイオードは、第１スイツチ
ング素子３または第２スイツチング素子７が導通
状態から遮断された場合に、それぞれの対応巻線
に蓄えられた電磁エネルギを電源に回生するため
の付加回路である。

これらの付加回路の代りに、抵抗およびコンデ
ンサの直列回路よりなるスナツバ回路で、それぞ
れの一次巻線を短絡するように構成してもよい。

また、前記第２スイツチング素子７およびパル
ストランス８を省略し、パルス幅変調用コンパレ
ータ６の出力で直接第１スイツチング素子３の導
通を制御するように構成することもできる。

以上のような制御またはスイツチング動作によ
り、直流出力Voutは、第１基準電圧Vref１によ
つて決まる定電圧に制御される。

一方、カーレントトランス２は、直流電源４か
ら第１スイツチング素子３を通過する電流に比例
する電圧をその二次巻線に発生する。発生された
電圧は整流された後、積分回路９で積分される。
したがつて、積分回路９の出力Viは第１スイツ
チング素子３を通る電流値を代表することにな
る。

前記出力Vi（または、これを代表する分圧信
号）は、定電流制御用差動アンプ１０の反転入力
端子に供給される。前記定電流制御用差動アンプ
１０の他方の端子、すなわち、非反転入力端子に
は、分圧抵抗ｒ３，ｒ４によつて決まる所定の第
２基準電圧Vref２が印加される。

前記定電流制御用差動アンプ１０は、両入力の
差に応じた過電流エラー信号Eiを出力する。前記
過電流エラー信号Eiも、前記電圧エラー信号Ep
と同様に、パルス幅変調用コンパレータ６の反転
入力端子に供給される。

明らかなように、第１スイツチング素子３を通
る電流が設定値以下である間は、前記過電流エラ
ー信号Eiが電圧エラー信号Epよりも小さいので、
前記パルス幅変調用コンパレータ６は過電流エラ
ー信号Eiによつては何らの影響も受けない。

しかし、第１スイツチング素子３を通る電流が
設定値を超えて大きくなると、前記電圧エラー信
号Epのレベルよりも、定電流制御用差動アンプ
１０の出力である過電流エラー信号Eiのレベルの
方が大きくなるので、パルス幅変調用コンパレー
タ６の出力は過電流エラー信号Eiに依存して変化
するようになる。

したがつて、第１スイツチング素子３のオン−
オフ状態は過電流エラー信号Eiのレベルに応じて
制御されるようになり、第１スイツチング素子３
が過電流によつて破壊することが防止される。

この場合、第１図の装置の電圧電流特性は第２
図のような垂下特性、または「フの字」特性とな
る。

すなわち、第１スイツチング素子３を通る負荷
電流IO（図の横軸）が、ピーク定格Iop以下であ
る間は、前記電圧エラー信号Epによる定電圧制
御が行なわれるので、直流出力Vout（図に縦軸）
は一定値に保持される。

また、負荷電流IOがピーク定格Iopを超える
と、前記過電流エラー信号Eiによる過電流保護制
御が実行されるので、負荷電流IOおよび直流出
力Voutは共に急激に減衰される。

このような従来の定電圧電源装置においては、
ピーク定格Iopは、通常定格Ioaの110〜120％の値
に定められるのが普通である。

ところが、複写機などのように、直流モータや
ソレノイドなどを有している負荷では、その起動
または励起時に、定常負荷の２〜３倍という非常
に大きな瞬時ピーク負荷が電源装置にかかる。

このため、前述のような従来例の定電圧電源装
置では、大きな瞬時ピーク負荷に見合つた大容量
の電源装置としなければならず、使用効率の低
い、またコスト高の装置となつてしまう欠点があ
る。

これをさけるために、定常負荷に見合う小容量
の電源を用い、瞬時ピーク負荷に見合うピーク定
格（第２図）を設定することも行なわれている。

しかし、この場合は、通常定格Ioaおよびピー
ク定格Iop間の負荷電流で運転された場合（例え
ば、何らかの原因で、直流モータの負荷トルクが
異常に大きくなつたような場合は、第１スイツチ
ング素子３の過熱による破壊を防ぐことができな
いという欠点を有している。

（目的） 本発明は、前述の欠点を除去するためになされ
たものであり、その目的は、定常負荷に見合う小
容量の電源を用い、瞬時ピーク負荷に見合うピー
ク定格（第２図）を設定しても、過負荷運転時の
第１スイツチング素子の熱破壊を完全に防止でき
るような過電流保護機能を備えた定電圧電源装置
を提供することにある。

（概要） 前記の目的を達成するために、本発明は、定常
負荷に見合う小容量の電源を用い、瞬時ピーク負
荷に見合うピーク定格（第２図）を設定すると共
に、第１スイツチング素子の温度をモニターし、
前記温度が設定値を超えた場合には、ピーク定格
Iopを自動的に低いレベルに移動させるように構
成した点に特徴がある。

（実施例） 以下に、図面を参照して、本発明を詳細に説明
する。

第３図は本発明の一実施例のブロツク図であ
る。同図において、第１図と同一の符号は、同一
または同等部分をあらわしている。

第１図との対比から明らかなように、この実施
例は、サーミスタRthと抵抗ｒ５の分圧抵抗回路
よりなる第３基準電圧Vref３の発生手段を、第
１図の従来装置に付加し、かつ第２基準電圧
Vref２および第３基準電圧Vref３の発生点をダ
イオードＤで接続したものである。

この場合、サーミスタRthは第１スイツチング
素子３（実用的には、そのケースまたは熱放散用
フアン）と熱的に結合される。したがつて、サー
ミスタRthの抵抗値は、第１スイツチング素子３
の温度に応じて変化する。

動作時において、第１スイツチング素子３の温
度が低く、したがつてサーミスタRthの抵抗値が
高く、第３基準電圧Vref３のレベルが第２基準
電圧Vref２よりも高いときは、ダイオードＤは
遮断状態である。

それ故に第３基準電圧Vref３は、第３図の回
路動作には、何の影響も及ぼさない。したがつ
て、第３図の回路は、第１図に関して前述したの
と全く同様の動作をする。

しかし、第１スイツチング素子３の温度が設定
値よりも高くなり、したがつて、サーミスタRth
の抵抗値が低くなり、第３基準電圧Vref３のレ
ベルが第２基準電圧Vref２よりも低くなると、
前記ダイオードＤが順バイアスとなつて導通す
る。

それ故に、定電圧制御が行なわれる負荷電流
IOの上限値−すなわち、ピーク定格Iopが制限さ
れて、垂下特性が発生する限界は、前記第３基準
電圧Vref３によつて決定されるようになる。

しかも、第３図の実施例では、第１スイツチン
グ素子３の温度が高くなるほど、サーミスタRth
の抵抗値は低くなり、これにつれて第３基準電圧
Vref３も低くなる。

したがつて、この実施例装置の電圧電流特性
は、第４図のように、垂下特性の発生限界が、第
１スイツチング素子３の温度上昇と共に、矢印Ｇ
で示したように、負荷電流IOの小さい側へ移行
する。

このようにして、第１スイツチング素子３の温
度が高いほど、負荷電流IOの上限値が低く制限
されるので、第１スイツチング素子３の過熱によ
る熱破壊が、より完全に防止される。

第５図は、この実施例の動作特性図である。

まず、第１象限では、カーレントトランス２の
一次巻線または第１スイツチング素子３に流れる
負荷電流IO（縦軸）と、出力Viの関係を示してい
る。この図から両者は比例関係にあることが分
る。

第３象限では、第１スイツチング素子３の温度
（横軸）とサーミスタRthの抵抗値（縦軸）との
関係を示している。明らかなように、サーミスタ
Rthの抵抗値は第１スイツチング素子３の温度上
昇に伴なつて減少する。

また、第４象限では、サーミスタRthの抵抗値
（縦軸）と定電流制御用差動アンプ１０の非反転
入力端子の電圧レベル、すなわちVref２（横軸）
との関係を示している。

この図から分るように、定電流制御用差動アン
プ１０の非反転入力端子の電圧レベルVref２は、
第１スイツチング素子３の温度がある設定値TO
以下であり、したがつてサーミスタRthの抵抗値
がRthO以上である間は一定値VOである。

しかし、前記設定値TOから、温度が上昇する
にしたがつて、前記Vref２（これはVref３に等
しい）は徐々に減少する。これに伴なつて、第１
スイツチング素子３を通る負荷電流IOも制限さ
れて小さくなる。

例えば、第１スイツチング素子３の温度がT1
に上昇すると、サーミスタRthの抵抗値はRth１
に減少する。これにつれて、定電流制御用差動ア
ンプ１０の非反転入力端子の電圧レベルはＶ１ま
で降下し、負荷電流IOの上限値はＩ１に制限さ
れるようになる。

（効果） 以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば、つぎのような効果が達成される。

(1) 第１スイツチング素子の温度に応じて、そこ
を流れる電流の最大値を制限するので、第１ス
イツチング素子の熱破壊を完全に防止すること
ができる。

(2) 第１スイツチング素子が熱破壊しない限度
で、定格以上の過電流を流すことができるの
で、最小容量の電源で、過渡的な過負荷電流を
まかなうことが可能となる。それ故に、装置を
小型化し、コストを低減することができる。

(3) 特に、電子複写機のように直流電流やソレノ
イドを含む装置に適用した場合に、著しい効果
を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の定電圧電源装置のブロツク図、
第２図はその出力電圧電流特性例を示す図、第３
図は本発明の一実施例のブロツク図、第４図は本
発明の出力電圧電流特性例を示す図、第５図は本
発明の動作特性例を示す図である。 １……インバータトランス、２……カーレント
トランス、３……第１スイツチング素子、５……
定電圧制御用差動アンプ、６……パルス幅変調用
コンパレータ、７……第２スイツチング素子、８
……パルストランス、１０……定電流制御用差動
アンプ、Rth……サーミスタ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 一次巻線および二次巻線を有するインバータ
   トランスと、前記一次巻線と直列接続された直流
   電源および第１スイツチング素子と、前記二次巻
   線の出力電圧の目標値信号である第１基準値を発
   生する第１基準値発生手段と、前記二次巻線の出
   力電圧の第１基準値に対する電圧エラーを検出す
   る第１比較手段と、前記第１スイツチング素子を
   通過する電流を代表する電流信号を発生する電流
   検出手段と、保護目標値信号である第２基準値を
   発生する第２基準値発生手段と、前記電流の第２
   基準値に対する過電流エラーを検出する第２比較
   手段と、前記電圧エラーおよび過電流エラーのう
   ちの大きい方に対応したパルス幅を有する制御信
   号を発生する手段と、前記制御信号を前記第１ス
   イツチング素子に供給し、前記第１スイツチング
   素子をオン−オフ制御する手段とを具備し、前記
   第１スイツチング素子を通過する電流が予定値よ
   り小さい範囲では電圧エラーによる定電圧制御を
   行ない、また、前記第１スイツチング素子を通過
   する電流が予定値より大きい範囲では過電流エラ
   ーによる過電流保護を行なう定電圧電源装置にお
   いて、第２基準値発生手段は、１対の直列接続さ
   れた固定抵抗よりなり、その接続点に第２基準値
   を発生する第１分圧回路網と、１つの固定抵抗お
   よび、これと直列接続され、前記第１スイツチン
   グ素子の温度に応じてその抵抗値と変化する、感
   熱抵抗体によりなる第２分圧回路網と、前記第１
   および第２分圧回路網の各接続点間に接続された
   ダイオードとよりなり、前記第１スイツチング素
   子の温度が予定値以上の範囲では、第２分圧回路
   網の分圧電圧が第２基準値として出力されるよう
   に構成されたことを特徴とする定電圧電源装置。