JPH04308416A - 過熱保護装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、過熱検出素子によって
過熱部品の動作を停止させる過熱保護装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電源装置などの電力を制御する装置は一
般的に異常時を想定しアブノーマル試験（部品のオープ
ン／ショート試験、過負荷試験等）を行い、装置の安全
性を事前に確認している。異常時には、電源装置のパワ
ー素子（トランジスタ，ＦＥＴ等）が過熱し発煙発火な
どの非常に危険な状態となる。

【０００３】従来、これらに対する過熱保護には一般的
に下記の２種があった。

【０００４】（１）　　温度ヒューズをシリコン接着剤
等にて発熱素子に熱結合させ過熱を検知し主電力の供給
路を遮断して保護していた。

【０００５】（２）　　一般的な三端子型定電圧レギュ
レータＩＣのチップ上に搭載されているシリコントラン
ジスタの温度特性を利用し主電力制御素子の駆動信号を
遮断して保護していた。しかし、これらは外部から過熱
検出温度を調整することはできなかった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術の（１）
では、下記の問題等が発生した。

【０００７】接着剤は粘度が高く扱いづらいことから、
接着剤の塗布量の管理、接着状態の管理等が困難である
。又、温度ヒューズをプリント基板等に半田付けする場
合、半田付け温度は２５０℃、温度ヒューズの検知温度
（溶断温度）が１２０℃程度という温度条件から温度ヒ
ューズの誤断線が発生するので、半田作業の慎重な管理
が必要となる。以上のことから、作業コストが増大した
。更に、発熱素子と温度ヒューズ間の熱抵抗が接着作業
のバラツキ、接着剤の熱伝導特性により悪くなるため、
発熱素子の温度と温度ヒューズ間の温度差が大きくなり
、過熱保護としての温度精度が悪くなることから、発熱
素子の過熱を検出し温度ヒューズが溶断するまでの応答
時間が長くなる等の不具合が発生した。

【０００８】（２）では、異常状態になり過熱検出温度
に達した時、過熱保護は動作するが過負荷等の異常状態
がその後も継続されれば、過熱検出温度が内部回路で固
定されているので検出温度（約１５０℃、シリコントラ
ンジスタ接合温度の絶対定格）を維持し続けるという状
態になった。

【０００９】本発明の目的は、過熱保護するための検出
素子等の部品を取り付ける作業の簡略化を図るとともに
、過熱保護する動作温度を任意に調整できる電気的なシ
ステムとして過熱保護を達成する保護装置を提供するこ
とにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、発熱素子に対してシリコンダイオード等の
温度特性を有する過熱検出素子を熱的に密着させて取付
け、発熱素子への駆動信号を遮断する過熱保護手段を設
けたものである。

【００１１】

【作用】本発明は、過熱検出素子を発熱素子に熱的に密
着させて設置するために、これらの素子を同一チップ上
に形成するか、又は半田付け等の素子固定接続手段を採
用することにより高熱伝導の熱検出が可能になる。更に
、過熱検出にシリコンダイオード，シリコントランジス
タ等の温度特性を有する素子を利用して検出し、その検
出信号を外部より任意に設定したレベルと比較するよう
になすレベル設定及び比較手段を設け、前記検出信号が
前記設定値を超えた場合に主電力を調整制御している発
熱素子の駆動信号を遮断することにより過熱を防止する
ことにより、前記発熱素子を保護する温度を任意に設定
できる。

【００１２】

【実施例】以下本発明の実施例を図面をもとに説明する
。図１は本発明に係る過熱保護装置の全体構成である。 過熱保護装置は非安定化直流電源１の電力を安定化直流
電力に変換する発熱素子２，誤差増幅器３，発熱素子２
の過熱を検出する過熱検出素子４，過熱検出素子４の信
号により発熱素子２の動作を停止させる過熱保護回路５
により構成される。図２，３は過熱検出素子の温度特性
を示すグラフである。過熱検出素子はシリコンダイオー
ドの温度特性を有する素子を例にして説明する。一般的
には温度係数−２ｍＶ／℃が用いられている。図２はシ
リコンダイオードの順方向の電圧−電流特性、ＶＦ−Ｉ
Ｆ特性である。グラフはダイオードのＩＦが、ある電流
ＩＸの時、過熱検出素子の温度が２５℃でダイオードの
ＶＦが０．８Ｖ　を基準としている。このグラフは次式
：ΔＶＦ＝−２ｍＶｘ温度上昇分だけ基準のＶＦ−ＩＦ
特性曲線をずらして描いたもの、からなっており過熱検
出素子温度が１℃上がる毎にダイオードのＶＦは−２ｍ
Ｖずつ下がっていく。図３はシリコントランジスタのベ
ース〜エミッタ電圧−コレクタ電流ＶＢＥ−ＩＣ特性で
ある。このグラフも前記シリコンダイオードと同様の温
度により変化する特性を示しており次式：ΔＶＢＥ＝−
２ｍＶｘ温度上昇分、によりなっている。前記に示した
温度特性を利用することによりダイオード，トランジス
タを用いて過熱検出が可能である。以上のような過熱検
出素子を用いた過熱保護装置の回路ブロック図を、図４
，図５に示す。

【００１３】図４はダイオードを過熱検出素子として利
用した場合の回路ブロック図である。発熱素子２は非安
定化直流電源１の電力を誤差増幅器３の出力とコンパレ
ータ７の出力との減算ＯＲをとって発熱素子２を駆動す
る信号６を調整することにより安定化直流電力ＶＯＵＴ
に変換出力している。ダイオード８は、安定化電源Ｖｃ
ｃと抵抗１０により一定の電流ＩＸが流れており、ダイ
オード８のＶＦを変化させる要因は発熱素子２の熱だけ
となっている。コンパレータ７は過熱検出素子４である
ダイオード８のＶＦと基準電圧９とを比較し、ダイオー
ド８のＶＦが基準電圧９より低くなったとき発熱素子２
の駆動信号６を減じて遮断し、発熱素子２の動作を停止
させる。このとき基準電圧９は、外部より変化させて設
定することが可能になっており、コンパレータ７で比較
するダイオードのＶＦが発熱素子２の発熱温度により変
化することから基準電圧９を外部より任意に選ぶことに
より、発熱素子２の動作を任意に設定した温度で停止さ
せることが可能である。図５はトランジスタを過熱検出
素子として利用した場合の回路ブロック図である。基本
的にはダイオードを利用した場合と同様の動作をする。 しかし、誤差増幅器３の出力と過熱検出素子４であるト
ランジスタ１１との減算ＯＲをとっている点が、ダイオ
ードを利用した場合と異なる点である。トランジスタ１
１にはツェナーダイオード１２で安定化された電圧を可
変抵抗器１３と抵抗器１４により分圧された基準電圧Ｖ
１４が、ベース，エミッタ間に印加バイアスされている
。トランジスタ１１は、基準電圧Ｖ１４とベース〜エミ
ッタ間電圧ＶＢＥを比較する形となり、発熱素子２の発
熱がトランジスタ１１に熱伝導されることによりベース
〜エミッタ間電圧ＶＢＥの値が基準電圧Ｖ１４より低く
なり、トランジスタ１１のベース〜エミッタ間が順方向
にバイアスされた状態に動作することで発熱素子２の駆
動信号６を減じて遮断し、発熱素子２の動作を停止させ
る。このとき基準電圧Ｖ１４は可変抵抗器１３と抵抗器
１４により外部より変化させて設定することが可能にな
っており、コンパレータとして機能動作するトランジス
タ１１のベース〜エミッタ間電圧ＶＢＥの値が発熱素子
２の発熱温度により変化することから、基準電圧Ｖ１４
を外部より任意に選ぶことにより、発熱素子２の動作を
任意に設定した温度で停止させることが可能である。

【００１４】図６はマイクロコンピュータを利用した実
施例の回路ブロック図である。発熱素子２は非安定化直
流電源１の電力を誤差増幅器３の出力とマイクロコンピ
ュータ２２の出力との減算ＯＲをとって発熱素子２を駆
動する信号６を調整することにより安定化直流電圧ＶＯ
ＵＴに変換出力している。ダイオード８は、安定化電源
Ｖｃｃと抵抗１０により一定の電流ＩＸが流れており、
ダイオード８の順方向電圧ＶＦを変化させる要因は発熱
素子２の熱だけとなっている。マイクロコンピュータ２
２は通常周辺機器２３の制御を行うと同時に、常時基準
電圧切替信号を発生し、基準電圧切替回路２１により基
準電圧９を動作停止電圧または、警告電圧に切替えて指
令している。コンパレータ７はダイオード８の順方向電
圧ＶＦと基準電圧切替回路２１で切替られた基準電圧９
の動作停止電圧または、警告電圧とを比較しどちらかの
電圧がダイオード８のＶＦより低くなったときマイクロ
コンピュータ２２へ信号が送られる。また、マイクロコ
ンピュータ２２は基準電圧切替信号が警告電圧を指定し
ているときに、コンパレータ７からの出力がなかった場
合はそれを無視し周辺機器２３の制御を続行し、コンパ
レータ７からの出力があった場合は周辺機器２３への警
告動作（データの一時保管等）を行い異常発生時に備え
る。基準電圧切替信号が動作停止電圧を指定していると
きに、コンパレータ７からの出力がなかった場合は前記
状態を維持し、コンパレータ７からの出力があった場合
は発熱素子２の駆動信号６を減じて遮断し、発熱素子２
の動作を停止させる。本実施例は、２モードのレベル検
出であるが必要に応じてさらに複数モードのレベル検出
にすることも可能である。

【００１５】図７は過熱検出素子と発熱素子との熱抵抗
を考慮した実装について示したものである。発熱素子２
と過熱検出素子４は熱伝導性の良いアルミ基板上１５の
配線パターンへ半田付けにより実装する。ここでアルミ
基板１５とは、ハイブリッドＩＣ等を製造する場合に使
用する材料で、アルミニウム等の金属基板の上に絶縁シ
ートを貼付たものの上に導電性の配線パターンを印刷し
たもの、アルミナ基板に導電性のペーストを焼結生成し
て配線パターンを形成したもの、ガラス−エポキシ基板
の上に銅箔をメッキして配線パターンを形成したもの、
等のどれを使用しても良い。過熱検出素子４は発熱素子
２の過熱を検出しやすい場所を選び実装する。また、発
熱素子２が複数になる場合は図７のように、発熱素子の
中間付近を選び実装することにより複数の発熱素子の熱
の総和平均が検知でき合理的な過熱保護が可能になる。

【００１６】図８は発熱素子と過熱検出素子を同一チッ
プのシリコンウェハー上に形成実装した実施例である。 この場合、発熱素子２と過熱検出素子４は同一シリコン
チップのウェハー１６上にあるため熱抵抗は極めて低い
ものと考えられるので、過熱検出の精度は著しく向上す
る。また、同一ウェハー１６にある発熱素子２と過熱検
出素子４は放熱を兼ねる銅ベース１７の上に接着固定さ
れ、前記素子の信号を引き出すリード端子１８に接続ワ
イヤ１９により接続されている。これらの構成部品は図
８に示すように同一樹脂モールド材２０で一体構成でき
ることから、過熱検出素子の部品実装に要する作業を省
くことができる。以上説明したように過熱検出素子は発
熱素子の過熱を検出し、過熱保護回路により発熱素子の
動作停止を実行する。本発明において、使用する過熱検
出素子４は、シリコンダイオード及びシリコントランジ
スタに限定するものではなく、検出素子の温度によって
電気抵抗値または電圧値が変化するものであればサーミ
スタや熱起電力を発生する熱電対でもまったく同様な効
果が得られる。

【００１７】

【発明の効果】本発明によれば、発熱素子の過熱検出が
電気的な信号で行なえるので過熱検出温度は外部より任
意に設定することができる。過熱保護温度を任意に設定
できることから発熱する部品（発熱素子）の使用条件に
応じた過熱保護ができるので装置の信頼性を向上できる
。更に、過熱検出素子の検出信号をマイクロコンピュー
タを使用した複数モードのレベル検出を行うことにより
異常時に電源を寸断されることが防止できる。また、過
熱検出素子を取り付ける場合に特別な取扱いをすること
なく一般的な回路部品を取り付ける作業と同時に半田付
けにより接続固定の実装をできるため、作業性が向上す
る。更に、発熱素子と過熱検出素子を同一樹脂モールド
で一体構成することにより、過熱検出素子の部品実装作
業を省くことができるので作業に要するコストが低減で
きる。等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す回路構成図である。

【図２】本発明に用いるシリコンダイオードのＶＦ−Ｉ
Ｆ特性グラフを示す図である。

【図３】本発明に用いるシリコントランジスタのＶＢＥ
−ＩＣ特性グラフを示す図である。

【図４】本発明のダイオードを利用した実施例の回路ブ
ロック図である。

【図５】本発明のトランジスタを利用した実施例の回路
ブロック図である。

【図６】本発明によるマイクロコンピュータを利用した
実施例の回路ブロック図である。

【図７】本発明による発熱素子と過熱検出素子の実装実
施例１を示す図である。

【図８】本発明による発熱素子と過熱検出素子の実装実
施例２を示す図である。

【符号の説明】

２…発熱素子、４…過熱検出素子、５…過熱保護回路、
２１…基準電圧切替回路、２２…マイクロコンピュータ
、２３…周辺機器。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】過熱検出素子と過熱保護回路を備え、前記
   過熱検出素子は発熱を有する素子（以下、発熱素子とい
   う）と熱的に密着して実装され、前記発熱素子の異常過
   熱を検出し、その信号をトリガとして前記過熱保護回路
   が前記発熱素子の動作を停止させることにより、前記発
   熱素子の過熱保護を行う過熱保護回路において、前記過
   熱検出素子には、前記過熱検出素子が熱により等価的な
   抵抗値の変化する特性を有する素子を用い、前記過熱検
   出素子の電極は該電極から熱を良く伝導する手段を有す
   る構造をしたことを特徴とした過熱保護装置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記過熱保護回路は、
   前記過熱検出素子の信号を任意のレベルと比較するよう
   になすレベル設定手段および比較手段を備え、前記発熱
   素子の過熱を保護する温度を任意に設定できるように構
   成したことを特徴とした過熱保護装置。
3. 【請求項３】請求項２において、前記過熱保護回路は、
   前記過熱検出素子の信号を、周辺機器の制御を行うマイ
   クロコンピュータにより任意の複数のレベルと比較する
   ようになすレベル設定手段および比較手段を備え、前記
   発熱素子の過熱を保護する温度を任意の複数のモードに
   選択できるように構成したことを特徴とした過熱保護装
   置。
4. 【請求項４】請求項２において、前記過熱検出素子は、
   前記発熱素子と同一の基材の上に形成したことを特徴と
   した過熱保護装置。
5. 【請求項５】請求項２において、前記過熱検出素子と発
   熱素子を、同一の基板材の上に形成した配線パターン導
   体の上に配置したことを特徴とした過熱保護装置。
6. 【請求項６】請求項５において、前記過熱検出素子と発
   熱素子を、半田付けにより接続固定したことを特徴とし
   た過熱保護装置。
7. 【請求項７】請求項４において、前記基材を熱伝導性の
   高い部材の上に接着し、前記過熱検出素子と前記発熱素
   子の信号を引き出す接続リード端子を設け、これら全て
   を合成樹脂材料で一体に成形したことを特徴とした過熱
   保護装置。