JPH04372517A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電源から負荷に供給す
る負荷電流が過電流状態となった時に、負荷電流を遮断
する過電流保護回路に関する。安定化直流電源や電池パ
ック等の電源に於いては、負荷に印加する電圧の変動を
少なくし、且つ負荷に大きい電流を供給できるように、
出力インピーダンスはできるだけ小さいことが望まれて
いる。このような出力インピーダンスの小さい電源に於
いては、負荷短絡等の異常状態に於いて過大な電流を供
給することになり、従って、負荷及び電源に重大な損傷
を与える可能性が大きくなる。従って、このような過電
流を検出して負荷及び電源を保護することが必要となる
。

【０００２】

【従来の技術】従来例の過電流保護回路は、例えば、規
定電流以上の負荷電流によって溶断するヒューズによる
構成や、規定電流以上の負荷電流による電磁力で機械的
に接点を開放し、それにより負荷電流を遮断する電磁ス
イッチ等による構成が一般的である。又負荷電流を抵抗
の電圧降下として検出し、規定電流に対応する基準電圧
と抵抗の両端の電圧とを比較して過電流検出を行い、過
電流検出信号により負荷電流を遮断する構成や、安定化
直流電源の場合には、過電流検出信号により直流出力電
圧を低下させる構成等も知られている。又小型の電源と
して電池パックを用いた場合に、過電流状態による電池
の温度上昇で温度ヒューズを溶断させる構成も知られて
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする問題点】携帯電子機器用の電
源は小型且つ軽量であることが必要であり、二次電池を
用いた電池パック等が比較的多く採用されている。この
ような電池パックは、端子が露出した構成が一般的であ
り、電子機器に装着することにより、その端子と電子機
器の端子とが接触して、電池パックから電子機器に動作
電流を供給できる状態となる。従って、電子機器に装着
前の電池パックの端子を誤って短絡する場合がある。そ
れによって、電池パックから大きな短絡電流が流れるこ
とになる。又電子機器の内部障害により短絡状態となる
場合があり、その場合にも電池パックから短絡電流が流
れることになる。

【０００４】前述のような短絡電流が流れると、電池パ
ックは発熱等により損傷したり、又は過放電により寿命
が短くなる。従って、過電流を検出して遮断することが
要望される。その為に過電流保護回路が用いられること
になるが、過電流保護回路としての前述のヒューズは、
一旦溶断すると、これを取替える必要があるから、取扱
いが煩雑となる欠点がある。又前述の電磁スイッチは大
型化するから、携帯電子機器用の電源に適用することは
不可能である。又抵抗等の電圧降下として過電流を検出
して過電流を遮断する構成の場合、負荷電流遮断によっ
て過電流状態でなくなることにより電源投入状態となり
、電源投入状態となると再び過電流状態となるから遮断
動作を繰り返す問題があったり、又は負荷電流を遮断し
た後、リセット操作により再投入させる必要が生じるも
のであった。本発明は、過電流を検出して負荷電流を遮
断した後、負荷の状態が正常状態に復帰した時に自動的
に負荷電流の供給を再開させることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の過電流保護回路
は、図１を参照して説明すると、安定化直流電源や電池
パック等の電源１から電子機器等の負荷２に供給する負
荷電流を遮断するトランジスタ等の半導体スイッチング
素子からなる負荷電流遮断部３と、負荷電流が所定値以
上の時に過電流検出信号を出力し、この過電流検出信号
により前記負荷電流遮断部３をオフ状態として負荷電流
を遮断し、負荷２に微小電流を供給して負荷２が短絡状
態から正常状態に復帰したか否かを検出し、負荷２が正
常状態に復帰した時に負荷電流遮断部３をオン状態とし
て、負荷電流の供給を再開させる負荷電流検出部４とを
備えたものである。

【０００６】又負荷電流遮断部３を電界効果トランジス
タにより構成し、負荷電流検出部４を、電界効果トラン
ジスタの電圧降下を検出し、且つベース電流を負荷２に
微小電流を供給する第１のトランジスタと、この第１の
トランジスタによる過電流検出信号によりオンとなる第
２のトランジスタと、この第２のトランジスタがオンと
なることによりオフとなって電界効果トランジスタをオ
フとする第３のトランジスタとから構成することができ
る。

【０００７】

【作用】電源１から負荷２に供給する負荷電流を負荷電
流検出部４により検出し、負荷電流が過電流状態の時の
過電流検出信号により負荷電流遮断部３を制御してオフ
状態とし、負荷電流を遮断する。そして、負荷電流検出
部４又は負荷電流遮断部３を介して負荷２に微小電流を
供給し、負荷２が短絡状態から正常状態に復帰したか否
か検出する。この微小電流が零となった場合は、負荷２
が開放状態となった場合であるから、負荷電流遮断部３
をオン状態として、電源１の電圧を負荷２に印加し、負
荷２を動作状態とすることができる。

【０００８】電界効果トランジスタはオン抵抗が比較的
小さいから、電源等のスイッチング素子として用いると
、負荷電流による損失が比較的小さくなる。この電界効
果トランジスタに過電流が流れた時の電圧降下を第１の
トランジスタにより検出し、この第１のトランジスタに
よる過電流検出信号により第２のトランジスタをオンと
し、この第２のトランジスタにより第３のトランジスタ
をオフとし、この第３のトランジスタがオフとなること
により、電界効果トランジスタをオフとして負荷電流を
遮断する。負荷電流を遮断した後は、第１のトランジス
タのベース電流を負荷２に微小電流として供給し、負荷
２が開放状態等になると、このベース電流が減少又は零
となるから、第１のトランジスタはオフとなって、元の
状態に復帰し、電界効果トランジスタがオンとなって、
負荷電流の供給が再開される。

【０００９】

【実施例】図２は本発明の実施例の回路図であり、１１
は安定化直流電源や電池パック等の電源、１２は電子機
器等の負荷、１３は負荷電流遮断部、Ｑ１は電界効果ト
ランジスタ（ＦＥＴ）、Ｑ２は負荷電流検出用の第１の
トランジスタ、Ｑ３，Ｑ４は過電流検出信号により動作
する第２，第３のトランジスタ、Ｒ２〜Ｒ９は抵抗、Ｔ
１，Ｔ２は端子である。

【００１０】電源１１の正極側と端子Ｔ１との間に負荷
電流遮断部１３を構成する電界効果トランジスタＱ１を
接続し、この電界効果トランジスタＱ１のゲートと電源
１１の正極側との間に抵抗Ｒ９を接続し、又電源１１の
負極側を接地し、正極側の端子Ｔ１と接地側の端子Ｔ２
との間に負荷１２を接続する。又電界効果トランジスタ
Ｑ１のゲートに第３のトランジスタＱ４のコレクタを接
続し、この第３のトランジスタＱ４のエミッタを接地し
、そのベースに抵抗Ｒ６を介して第２のトランジスタＱ
３のコレクタを接続し、抵抗Ｒ６と第２のトランジスタ
Ｑ３のコレクタとの接続点と電源１１の正極側との間に
抵抗Ｒ８を接続する。

【００１１】又第２のトランジスタＱ３のベースに抵抗
Ｒ４を介して第１のトランジスタＱ２のコレクタを接続
し、この第１のトランジスタＱ２のコレクタと接地との
間に抵抗Ｒ３を接続する。又第２のトランジスタＱ３の
ベースと接地との間に抵抗Ｒ５を接続し、第１のトラン
ジスタＱ２のエミッタを電源１１の正極側に接続し、ベ
ースを抵抗Ｒ２を介して端子Ｔ１側に接続する。従って
、常時は、第１，第２のトランジスタＱ２，Ｑ３がオフ
で、抵抗Ｒ８，Ｒ６，Ｒ７により分圧された電圧が第３
のトランジスタＱ４のベースに加えられ、この第３のト
ランジスタＱ４はオン状態となる。電界効果トランジス
タＱ１のゲートはオン状態のトランジスタＱ４を介して
接地電位となるからオン状態となる。従って、電源１１
から電界効果トランジスタＱ１を介して負荷１２に負荷
電流が供給される。

【００１２】電界効果トランジスタＱ１のオン抵抗は約
０．１〜０．２Ω程度であり、例えば、このオン抵抗を
０．２Ωとすると、負荷電流が３Ａ以上となった時に、
電界効果トランジスタＱ１の電圧降下が０．６Ｖ以上と
なる。この電圧が抵抗Ｒ２を介してトランジスタＱ２の
エミッタ・ベース間に加えられるから、ベース電流が流
れて、トランジスタＱ２はオン状態となり、抵抗Ｒ４を
介してトランジスタＱ３のベース電流が供給されるから
、このトランジスタＱ３はオンとなり、トランジスタＱ
４のベースをアース電位とし、このトランジスタＱ４を
オフとする。従って、電界効果トランジスタＱ１はオフ
となり、負荷電流を遮断する。

【００１３】前述のように、３Ａ以上を過電流とすると
、正常な負荷電流は数１００ｍＡ〜１Ａ程度とすること
ができる。そして、端子Ｔ１，Ｔ２間の短絡や負荷１２
の短絡状態によって負荷電流が３Ａ以上流れると、この
過電流を、電界効果トランジスタＱ１の電圧降下により
オン状態となる第１のトランジスタＱ２によって検出し
、この第１のトランジスタＱ２による過電流検出信号に
より第２のトランジスタＱ３をオンとし、それにより第
３のトランジスタＱ４をオフとして電界効果トランジス
タＱ１をオフとし、負荷電流を遮断することにより、電
源１１及び負荷１２を保護することができる。

【００１４】過電流検出により電界効果トランジスタＱ
１をオフ状態とすると、第１のトランジスタＱ２のエミ
ッタ・ベース間を介して抵抗Ｒ２から負荷１２に微小電
流が供給される。従って、負荷１２に過電流が流れる状
態であると、第１のトランジスタＱ２をオン状態に維持
するベース電流が流れるから、電界効果トランジスタＱ
１はオフ状態を継続することになる。

【００１５】又端子Ｔ１，Ｔ２間又は負荷１２が開放状
態等の正常状態に復帰すると、第１のトランジスタＱ２
のベース電流が減少するか又は零となり、このトランジ
スタＱ２はオフとなる。それによって、第２のトランジ
スタＱ３はオフとなるから、第３のトランジスタＱ４は
オンとなって電界効果トランジスタＱ１のゲートを接地
電位とすることになり、電界効果トランジスタＱ１はオ
ン状態となって、負荷１２に負荷電流を供給することが
できる。即ち、負荷１２が短絡状態となって過電流が流
れたことを検出し、電界効果トランジスタＱ１をオフと
して負荷電流を遮断した後、負荷１２に微小電流を供給
して負荷１２が正常状態に復帰したか否かを検出し、正
常状態に復帰した時は、第１のトランジスタＱ２がオフ
となるから、第２のトランジスタＱ３もオフとなり、そ
れにより第４のトランジスタＱ４がオンとなるから、電
界効果トランジスタＱ１もオンとなり、負荷電流供給を
再開することができる。従って、自動復旧機能を有する
ことになる。

【００１６】負荷電流を電界効果トランジスタＱ１の電
圧降下により検出する場合に、電界効果トランジスタＱ
１のオン抵抗の温度特性の影響を受けることがある。こ
のような場合は、電界効果トランジスタＱ１と直列に負
荷電流検出用の抵抗を接続し、その抵抗の両端の電圧を
第１のトランジスタＱ２のエミッタ・ベース間に加える
ように構成し、電界効果トランジスタＱ１がオフ状態の
時に、第１のトランジスタＱ２のエミッタ・ベース間を
介して負荷１２に微小電流が流れるように、端子Ｔ１側
にベースを抵抗等を介して接続すれば良いことになる。 又負荷電流遮断部１３を構成するトランジスタは、電界
効果トランジスタＱ１以外のサイリスタ等の半導体スイ
ッチング素子を用いることも可能である。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、半導体
スイッチング素子からなる負荷電流遮断部３と、過電流
検出により負荷電流遮断部３をオフ状態として負荷電流
を遮断し、ベース電流等による微小電流を負荷２に供給
して、負荷２に過電流が流れる短絡状態から正常状態に
復帰したか否かを検出し、負荷２が正常状態に復帰した
時に、負荷電流遮断部３をオン状態として負荷電流の供
給を再開する負荷電流検出部４とを有するもので、端子
の短絡や負荷の短絡状態による過電流を検出して遮断す
ると共に、端子の短絡が開放された時や負荷が正常状態
に復帰した時には、自動的に負荷電流の供給を再開でき
る利点があり、又各部は電子回路により構成されるから
小型化を図ることができ、例えば、電池パックに内蔵さ
せることも可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理説明図である。

【図２】本発明の実施例の回路図である。

【符号の説明】

１　　電源 ２　　負荷 ３　　負荷電流遮断部 ４　　負荷電流検出部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　電源（１）から負荷（２）に供給する
   負荷電流を遮断する半導体スイッチング素子からなる負
   荷電流遮断部（３）と、前記負荷電流が所定値以上の時
   に過電流検出信号を出力し、該過電流検出信号により前
   記負荷電流遮断部（３）をオフ状態として負荷電流を遮
   断し、且つ前記負荷（２）に微小電流を供給して該負荷
   （２）が短絡状態から正常状態に復帰したか否かを検出
   し、該負荷（２）が正常状態に復帰した時に前記負荷電
   流遮断部（３）をオン状態として前記負荷電流の供給を
   再開させる負荷電流検出部（４）とを備えたことを特徴
   とする過電流保護回路。
2. 【請求項２】　　前記負荷電流遮断部（３）を電界効果
   トランジスタにより構成し、前記負荷電流検出部（４）
   を、前記電界効果トランジスタの電圧降下を検出し、且
   つベース電流を前記負荷（２）に微小電流として供給す
   る第１のトランジスタと、該第１のトランジスタによる
   過電流検出信号によりオンとなる第２のトランジスタと
   、該第２のトランジスタがオンとなることによりオフと
   なって前記電界効果トランジスタをオフとする第３のト
   ランジスタとから構成したことを特徴とする請求項１記
   載の過電流保護回路。