JPH0442770A - スイッチング電源の過電流保護回路 - 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〕 この発明は、スイッチング電源の過電流保護回路、詳し
くは可飽和リアクタを利用した定電圧回路を備えたスイ
ッチング電源に定電流垂下特性をもった過電流保護回路
を設けたものである。

〔従来の技術〕

通信伝送設備、ＯＡ機器を含むコンピュータ関連設備の
直流電源としてＡＣ／ＤＣまたはＤＣ／ＤＣコンバータ
が使用されているが、複数個のユニットを並列接続して
冗長運転を行い、電源の供給信頼度を高めている。

第４図は３台のコンバータ２０１．２０２．２０３によ
る冗長運転を示しており、それぞれのコンバータには遮
断器２０７，２０８，２０９、逆電流阻止ダイオード２
１０，２１１．２１２が設けられており、過電流を検出
した遮断器を凹路させる過電流検出器２０４，２０５，
２０６を備えている。

〔発明が解決しようとする課題〕

いま、過負荷運転時における各コンバータへの負荷バラ
ンスが崩れると、最大負荷が加わったユニットが最初に
過負荷を検出して停止する。この結果、この停止したユ
ニットの負荷が残りのユニットに分散されるので、次々
に過負荷停止が波及して、システム全停となってしまう
ことがあった。

また、過負荷運転時における各ユニットへの負荷配分が
均等でないと、過負荷が加わっているユニットの出力電
流は大きいので、このユニットの構成要素である平滑回
路用などのコンデンサにも過大電流が流れ、このだ狛コ
ンデンサの寿命が短くなる欠点も生じていた。

第３図は上述した欠点を除去するためになされたもので
あって、可飽和リアクタを利用した定電流垂下特性をも
たせたスイッチング電源であり、可飽和リアクタ１０１
．ダイオード１０４と１０５より成る整流回路、リアク
タ１０２とコンデンサ１０８より成る平滑回路を備えた
スイッチング電源に下記の定電流垂下特性をもった回路
を設けている。

即ち、抵抗１１２と１１３より成る分圧回路を介して基
準電圧回路と接続した非反転入力端子とＧラインと接続
した反転入力端子を備えたオペアンプ１０７、このオペ
アンプ１０７の出力端子と抵抗１１１を介して接続した
ベース端子、抵抗１１０を介して上記ベース端子と接続
すると共に制御電源と接続したエミッタ端子、さらに、
抵抗１０９とダイオード１０３を介して上記可飽和リア
クタ１０１の出力側と接続したＰ形トランジスタ１０６
によって構成している。

電流検出抵抗１１４における電圧損失を常に一定にする
ように基準電圧と比較し、その差電圧を増幅するオペア
ンプ１０７の出力を上記Ｐ形トランジスタ１０６を介し
て可飽和アリフタへ加えるが、出力電流が大きいときは
リセット電流を多くし、出力電流が小さいときはその逆
になるようにして出力電流を一定に保つものである。

しかし乍ら、この回路による定電流垂下特性は定電流垂
下もしくはフォールド・バック特性（）の字特性）を示
すが、この回路を構成する抵抗、オペアンプ、トランジ
スタ、ダイオードおよび可飽和リアクタの特性によって
各ユニットの特性を均一にすることが難しいので、過負
荷運転時における各ユニットの負荷バランスを適切に調
整することは困難であった。

この発明は、上述した従来技術による欠点を除去するた
めになされたものであって、定格電流までは定電圧出力
特性を示すと共に過負荷検出点に達すると直線的な垂下
特性を示し、かつ、抵抗定数を変更することにより容易
に垂下の傾きを調整できる過電流保護回路を提供するこ
とを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上述した目的を達成するために、この発明によるスイッ
チング電源の過電流保護回路は、可飽和リアクタ５．２
つのダイオード７と８よりなる整流回路、リアクタ６と
コンデンサ９よりなる平滑回路、およびＡＶＲ電圧によ
って作動し、抵抗１９とダイオード１を介して上記可飽
和リアクタ５の出力側へ負帰還するＰ形トランジスタ３
によって構成した定電圧回路を備えたスイッチング電源
において、直流出力回路に設けた抵抗１１と１２よりな
る分圧回路の分圧を入力する反転入力端子および抵抗１
４を介して基準電圧を入力すると共に抵抗１３を介して
Ｇラインと接続した非反転入力端子を備え、かつ、抵抗
１５による負帰還回路を備えたオペアンプ１０と、上記
オペアンプ１０の出力端子と抵抗２０を介して接続する
と共に抵抗１７を介して制御電源およびエミッタ端子と
接続したベース端子を備え、かつ、抵抗１９とダイオー
ド２を介して上記可飽和リアクタ５の出力側と接続した
コレクタ端子を備えたＰ形トランジスタ４と、さらに、
Ｇラインに挿入した電流検出抵抗１６によって構成した
ものである。

〔作用〕

直流出力電圧をＶ。、直流出力電流を１０とすると、第
１図におけるオペアンプ回路で構成した垂下回路の特性
を次式によって表される。

・・・・・・・・・　（１） ここで、■□、は基準電圧、Ｖｏｐはオペアンプ１０の
出力電圧であり、また、Ｋは次式による。

Ｋ＝Ｒ，Ｒ２＋Ｒ２Ｒ５＋ＲＩＲ５・・・・・・・・・
　　（２）（１）式においてＲ１／Ｒ５はオペアンプ１
０の電圧増幅率の逆数であるから無視しうるほど小さい
。

また、右辺第１項のＫＲ６／Ｒ２Ｒ５および第２項は定
数であるから（１）式は■。に関する１次式とみなしう
る。

垂下特性の傾きは−ＫＲ６／Ｒ２Ｒ５によってきまるが
、Ｒ２を調整することによって傾きを調整することがで
きる。

〔実施例〕

以下、この発明に係る実施例を第１図によって説明する
。

第１図は可飽和リアクタを備えた絶縁形スイッチング電
源の過電流保護回路のブロック図であって、トランス２
２の２次側に可飽和リアクタ５．２つのダイオード７と
８より成る整流回路、リアクタ６とコンデンサ９より成
る平滑回路を備えたスイッチング電源の上記可飽和リア
クタ５の出力側に、従来技術による定電圧回路とこの発
明による過負荷保護回路を設けたものである。

上記定電圧回路のＡＶＲ電圧をベース端子に入力するＰ
形トランジスタ３は、そのコレクタ端子を抵抗１９とダ
イオード１を介して可飽和リアクタ５の出力側と接続し
ている。

また、この発明による過電流保護回路は、直流出力回路
に接続された２つの抵抗１１と１２より成る分圧回路の
電圧を入力する反転入力端子、基準電圧を抵抗１４を介
して入力すると共にＧラインと抵抗１３を介して接続し
た非反転入力端子、さらに、抵抗１５による負帰還回路
を備えたオペアンプ１０と、このオペアンプ１０の出力
端子と抵抗２０を介して接続すると共に抵抗１７を介し
て制御電源および自己のエミッタ端子と接続したベース
端子、抵抗１８とダイオード２を介して上記可飽和リア
クタ５の出力側と接続したコレクタ端子を備えたＰ形ト
ランジスタ４によって構成しており、Ｇラインと接続し
た２つの抵抗１２と１３の間に抵抗１６が挿入されてい
る。

角形磁気ヒステリシス特性をもったトロイダルコア（可
飽和コア）に巻線を施した可飽和リアクタをスイッチン
グ電源の出カドランスの２次側に接続し、出力端で検出
した誤差電圧に応じた可飽和リアクタへのリセット電流
によってＰＷＭ制御を行っているが、従来技術による定
電圧制御回路とこの発明による過電流保護回路は共にＰ
形トランジスタ３と４、およびダイオード１と２を介し
て可飽和リアクタ５ヘリセツト電流を供給している。

第１図から明らかなように、２つのダイオード１と２は
ＯＲ回路を構成しているのでγノード側が先に“Ｈ”レ
ベルになった方がＯＮとなり、他はＯＦＦのままとなる
。

従って、負荷電流が定格電流よりも小さい場合には、従
来技術による定電圧回路に接続されたＰ形トランジスタ
３がこの発明による過電流保護回路のＰ形トランジスタ
４より早く能動状態になり、負荷電流が過電流設定値よ
り大きくなると逆になるようにオペアンプの出力特性を
調整しておく。

この結果、負荷電流が定格電流より小さい場合には従来
技術による定電圧回路が優先して動作して定電圧制御を
行い、過電流設定値より大きい場合にはこの発明による
過電流保護回路が優先動作し、この回路による出力電圧
−出力電流特性は第２図に示すように定格電流を超えた
過電流設定値にて直線的な垂下特性を示す。

上述した（１）式から肋らかなように、この垂下特性の
傾きは−に’Ｒａ／Ｒ＝Ｒｓによってきまるので、抵抗
１２の抵抗値Ｒ２を変更することによって垂下特性の傾
きを調整することができる。

従って、並列運転される各コンバータの過負荷保護回路
の垂下特性を抵抗１２によって調整し、負荷配分を均等
化させることが可能となり、負荷集中によるシステム・
ダウンを防止できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によるスイッチング電源
の過電流保護回路は、可飽和リアクタによる定電圧回路
を備えたスイッチング電源において、直流出力回路に設
けた分圧回路電圧と電流検出抵抗の電圧損によって補正
した基準電圧の分圧とを比較増幅するオペアンプと、こ
のオペアンプ出力によってＯＮ・ＯＦＦ制御されるＰ形
トランジスタと、このＰ形トランジスタの出力を抵抗と
ダイオードを介して上記可飽和リアクタの出力側に負帰
還させるものである。

即ち、定格電流までは従来技術による可飽和リアクタを
利用した定電圧回路が優先して定電圧出力特性を示すが
、過負荷になり過電流設定値になると、この発明による
過電流保護回路が優先して動作し直線的な垂下特性を示
し、かつ、この垂下特性の傾きは調整可能である。

従って、過負荷運転時においても冗長運転している各ユ
ニットの負荷バランスを適切に調整できるので、負荷集
中によるシステム・ダウンを防止でき、かつ、過負荷が
集中することによるユニットを構成する平滑コンデンサ
等の寿命の短縮化も避ける利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明によるスイッチング電源の過負荷保護
回路の実施例を示すブロック図、第２図は過負荷保護回
路の垂下特性、第３図は従来技術による垂下特性をもっ
た制御回路のブロック図、第４図は冗長運転しているコ
ンバータのブロック図である。 １、　２．　７．　８・・・ダイオード、３．４・・・
トランジスタ、 ５・・・可飽和リアクタ、 ・・・リアクタ、 ・・・コンデンサ、 ０・・・オペアンプ、 １〜２０・・・抵抗。 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、トランスの２次側に可飽和リアクタ（５）、２つの
   ダイオード（７）と（８）より成る整流回路、リアクタ
   （６）とコンデンサ（９）より成る平滑回路、並びに、
   直流出力回路に設けたＡＶＲ回路からの電圧をベース端
   子に入力しダイオード（１）と抵抗（１９）を介してコ
   レクタ電流を上記可飽和リアクタ（５）の出力側に負帰
   還させるＰ形トランジスタ（３）によって構成した定電
   圧回路を備えたスイッチング電源において、 直流出力回路に設けた抵抗（１１）と（１２）よりなる
   分圧回路の分圧を入力する反転入力端子および抵抗（１
   ４）を介して基準電圧を入力すると共に抵抗（１３）を
   介してＧラインと接続した非反転入力端子を備え、かつ
   、抵抗（１５）による負帰還回路を備えたオペアンプ（
   １０）と、ダイオード（２）と抵抗（１８）を介して上
   記可飽和リアクタ（５）の出力側と接続したコレクタ端
   子および抵抗（２０）を介して上記オペアンプ（１０）
   の出力端子と接続すると共に抵抗（１７）を介して制御
   電源および自己のエミッタ端子と接続したベース端子を
   備えたＰ形トランジスタ（４）と、Ｇラインと接続した
   抵抗（１３）と（１２）との間に挿入した抵抗（１６）
   と、 によって構成したことを特徴とするスイッチング電源の
   過電流保護回路。