JPH0720189A - 負荷の短絡検出回路 - Google Patents

負荷の短絡検出回路

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JPH0720189A
JPH0720189A JP5187457A JP18745793A JPH0720189A JP H0720189 A JPH0720189 A JP H0720189A JP 5187457 A JP5187457 A JP 5187457A JP 18745793 A JP18745793 A JP 18745793A JP H0720189 A JPH0720189 A JP H0720189A
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JP
Japan
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current
voltage
circuit
constant
conversion means
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JP5187457A
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English (en)
Inventor
Takashi Aoyama
孝志 青山
Yuichi Tsujimoto
裕一 辻本
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Toyota Industries Corp
Original Assignee
Toyoda Automatic Loom Works Ltd
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  • Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電源電圧の変動に左右されない精度の高い短
絡検出回路の提供。 【構成】 負荷Lに直流定電流ID を流し,その電圧降
下値VL から短絡の有無を検知する短絡検出回路10で
ある。定電流ID を供給する第1定電流源11と,電源
電圧VC と電圧降下値VL との差電圧に略比例する第1
電流I1 を得る第1変換手段12と,電源電圧VC に略
比例する第2電流I2 を得る第2変換手段13と,第1
電流I1 と第2定電流IS とを第3定抵抗151に流す
第3変換手段15と,第2電流I2 を第4定抵抗161
に流す第4変換手段16と,比較回路17とを有する。
第1変換手段12と第2変換手段13の変換係数の比率
は第3定抵抗と第4定抵抗の抵抗比の逆数である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は,対象負荷に定電流を流
し,その両端電圧から負荷の短絡を検出する短絡検出回
路に関する。
【0002】
【従来技術】モーターやトランスなどのコイル負荷に層
間短絡などが生ずると内部抵抗が変化する。そのため,
上記コイル負荷に定電流を流し,その両端電圧の変化に
よって内部抵抗の変化を検知し,コイルの短絡の有無を
検出する短絡検出装置がある。
【0003】上記短絡検出回路90は,例えば図2に示
すように,抵抗値RL なるコイルLO に定電流ID を流
し,その電圧降下値VL と電源電圧VCCとの差電圧(V
CC−VL )を,定抵抗値r1 ,r2 を有する分圧抵抗9
1,92により適当な値に低減させ,コンパレータ93
の一方の入力V- とする。また,上記電源電圧VCCを,
定抵抗値r3 ,r4 を有する分圧抵抗94,95によっ
て分圧し,コンパレータ93の一方の入力V+ とする。
【0004】そうすると, V+ =r4 (r3 +r4 -1CC- =r2 (r1 +r2 -1(VCC−RL D ) であり,コンパレータ93の動作点(出力反転点)V+
=V- となるときの電圧降下値VLOは, VLO=RL D =〔1−(r1 +r2 )r2 -1・r4 (r3 +r3 -1〕VCC ・・・・・(1) となる。上記VLOをコイルLの短絡条件の設定電圧VS
(VL ≦VS で短絡と判定)となるように回路定数r1
〜r4 を定めて,コイルの短絡を検知することができ
る。
【0005】
【解決しようとする課題】しかしながら,上記従来の短
絡検出回路には,次のような問題がある。即ち,コンパ
レータ93の動作点における上記コイルの電圧降下値V
LOは,(1)式から明らかなように,電源電圧VCCの変
動に比例して変化する。そのため,電源電圧VCCが変動
すると,本来のコイルの短絡条件(VL =VS)に対
し,ずれが生じて誤差となる。
【0006】このような誤差を生じないようにするため
には,上記VCCの電圧源を安定度の高いものにすると
か,容量の大きいものにするなどの対策が必要であり,
電源が高価になるという問題がある。本発明は,かかる
従来の問題点に鑑み,電源電圧の変動に左右されない精
度の高い短絡検出回路を提供しようとするものである。
【0007】
【課題の解決手段】本発明は,対象負荷Lに一定の直流
電流ID を流し,その電圧降下値VL が設定値VS 以下
となったことを,比較回路により比較し,上記負荷Lの
短絡の有無を検知する短絡検出回路であって,電源電圧
C を出力する直流電圧源Eに接続された上記負荷Lに
上記定電流ID を供給する第1定電流源と,上記電源電
圧VC と上記電圧降下値VL との差電圧に略比例する第
1電流I1 =a1 (VC −VL )を得る第1変換手段
と,上記電源電圧VC に略比例する第2電流I2 =a2
C を得る第2変換手段と,上記設定値VS に比例した
第2定電流IS =b1 S を得る第2定電流源と,上記
第1電流I1 と第2定電流IS とから,第1電圧V1
3 (I1 +IS)を得る第3変換手段と,上記第2電
流I2 から,第2電圧V2 =a4 2 を得る第4変換手
段と,上記第 電圧V1 と第2電圧V2 とを比較する比
較回路とを有しており,上記第1変換手段の第1変換係
数a1 と第2変換手段の第2変換係数a2 との比率は,
上記第3変換手段の第3変換係数a3 と第4変換手段の
第4変換係数a4 との比率の逆数であることを特徴とす
る短絡検出回路にある。
【0008】本発明において最も注目すべきことの第1
点は,電源電圧VC と負荷の電圧降下値VL との差電圧
(VC −VL )と,電源電圧VC と,設定値VS とを,
第1変換手段,第2変換手段,第2定電流源により,そ
れぞれ電流I1 ,I2 ,ISに一旦変換することであ
る。
【0009】なお,このように,電圧を電流に変換する
手段は,例えばバイポーラトランジスタ回路等を用いる
ことによって容易に実現することができる。例えば,請
求項2に記載のように,電圧源Eに負荷Lと抵抗値R1
の定抵抗とを直列に挿入し,例えば,これにダイオード
接続したトランジスタQ1 を直列接続し,第1電流I1
=(VC −VL −VBE1 )R1 -1を得ることができる
(図1参照。ただし,VBEI はトランジスタQ1 のエミ
ッタ・ベース電圧)。
【0010】なお,上記エミッタ・ベース電圧V
BE1 は,電圧源VC に重畳されたのと等価であり,電圧
源VC が変動したのと等価である。しかしながら,エミ
ッタ・ベース電圧VBEI は電圧源VC あるいは電圧降下
値VL に比べて僅少であり,第1電流I1 は差電圧(V
C −VL )に,ほぼ完全に比例すると言える。同様に,
電圧源Eに例えばダイオード接続したトランジスタQ2
と定抵抗R2とを直列に接続し,電源電圧VC に比例し
た第2電流I2 =(VC −VBE2 )R2 -1を得ることが
できる。
【0011】なお,請求項2記載のように,例えば上記
トランジスタQ1 ,Q2 は同一型番(同一特性)のもの
を用いるなどにより,第1変換手段と第2変換手段とを
同一特性のトランジスタ回路とすることが好ましい。そ
うすることにより,両トランジスタQ1 2 のエミッタ
・ベース電圧VBE1,VBE2 は等しくなる。
【0012】その結果,上記第1電流I1 及び第2電流
2 が,再び電圧に変換されて比較回路の異なる入力に
印加されたときに互いに相殺し,電圧源VC に重畳され
たエミッタ・ベース電圧VBEの影響は完全に消去するこ
とができるからである(詳細は後述する図1,(5),
(5)′式等参照)。
【0013】最も注目すべきことの第2点は,第3,第
4変換手段により上記電流I1 ,I2 ,IS を再び電圧
値に再変換し,比較回路に入力するようにしたことであ
る。即ち,第1電流I1 と第2定電流IS とから第1電
圧V1 を得ると共に,第2電流I2 から第2電圧V2
得て,それぞれの電圧V1 ,V2 を比較回路に入力す
る。
【0014】なお,このような第3,第4変換手段は,
例えば請求項2記載のように次のようにして得ることが
できる。即ち,第1電流I1 と同値の電流I1 を例えば
カレントミラー回路などのトランジスタ定電流回路によ
って形成し,定電流IS と共に第3定抵抗R3 に流入さ
せて第1電圧V1 を得ることができる。同様に,第2電
流I2 と同値の電流I2 を,カレントミラー回路などの
トランジスタ定電流回路によって形成し,第4定抵抗R
4 に流入させて第2電圧V2 を得ることができる。
【0015】そして,最も注目すべきことの第3点は,
第1変換手段〜第4変換手段の第1〜第4変換係数a1
〜a4 の間には,a1 3 =a2 4 なる関係があるこ
とである。
【0016】なお,本発明の短絡検出回路は,例えばモ
ーター,トランス,ソレノイド等のコイル負荷を対象負
荷Lとするものがある。モーターなどのコイル負荷は,
絶縁劣化などにより層間短絡を起こし易く,層間短絡現
象は,負荷の抵抗変化を検知することにより早期に検出
可能となるからである。
【0017】
【作用及び効果】比較回路の入力である第1電圧V1
び第2電圧V2 を,電源電圧VC ,負荷Lの電圧降下値
L 及び設定電圧VS によって表現すれば,次式のよう
になる。 V1 =a3 (I1 +IS )=a3 〔a1 (VC −VL )+a3 S 〕 ・・・・・(3) V2 =a4 2 =a2 4 C ・・・・・・・・・(4)
【0018】従って,上記第1電圧と第2電圧の差電圧
(V1 −V2 )は, V1 −V2 =(a1 3 −a2 4 )VC +a3 (b1 S −a1 L ) ・・・・・(5) となる。そして,a1 3 =a2 4 であるから,上記
(5)式は,次のようになりVC 項は消去される。 V1 −V2 =a3 (b1 S −a1 L )・・・・・(5)′ 上記のように比較回路の入力(V1 −V2 )は電源電圧
C とは無関係となり,電源電圧VC の変動は,比較回
路の動作に影響を与えない。
【0019】そして,上記比較回路が例えば,V1 =V
2 を動作条件とする場合には,b1=a2 となるように
1 を選べば,(5)′式は V1 −V2 =(VS −VL )a1 3 ・・・・・・(6) となる。即ち,比較回路の動作条件V1 =V2 は負荷L
の電圧降下値VL が設定値VSに等しい時に満たされ
る。上記のように,比較回路の動作は,電源電圧VC
は無関係であり,上記電圧降下値VL と設定値VS との
関係によって定まる。
【0020】なお,電圧値VC ,VL ,VS を電流値I
1 ,I2 ,IS 等に変換することはトランジスタ定電流
回路等を用いて容易に実現することが可能であり,多言
するまでもなく定抵抗R1 ,R2 を用いて電圧値V1
2 を得ることも極めて容易である。
【0021】また,2入力の比較回路もありふれた回路
であるから,本発明の短絡検出回路は,平易な回路の組
み合わせによって安価に実現可能である。上記のよう
に,本発明によれば,電源電圧の変動に左右されない精
度の高い短絡検出回路を比較的平易な回路の組合わせに
よって得ることができる。
【0022】
【実施例】本発明の実施例にかかる短絡検出回路につき
図1を用いて説明する。本例は,図1に示すように,負
荷Lに一定の直流電流ID を流し,その電圧降下値VL
が設定値Vs 以下となったことを比較回路17により比
較し,負荷Lの短絡の有無を検知する短絡検出回路10
である。
【0023】短絡検出回路10は,電源電圧VC を出力
する直流電圧源Eに接続された負荷Lに上記定電流ID
を供給する第1定電流源11と,上記電源電圧VC と上
記電圧降下値VL との差電圧(VC −VL )に略比例す
る第1電流I1 =a1 (VC−VL )を得る第1変換手
段12と,上記電源電圧VC に略比例する第2電流I2
=a2 C を得る第2変換手段13と,上記設定値VS
に比例した第2定電流IS =b1 S を得る第2定電流
源14を有している。
【0024】更に,上記第1電流I1 と第2定電流IS
とを抵抗値R3 の第3定抵抗151に流し,第1電圧V
1 =(I1 +IS )R3 を得る第3変換手段15と,第
2電流I2 を抵抗値R4 の第4定抵抗161に流し,第
2電圧V2 =I2 4 を得る第4変換手段16と,上記
第1電圧V1 と第2電圧V2 とを比較する比較回路17
とを有している。
【0025】また,上記第1変換手段12の変換係数a
1 と,第2変換手段13の変換係数a2 との比率(a1
/a2 )は,第3変換手段である上記第3定抵抗151
と第4変換手段である第4定抵抗161の抵抗比率(R
3 / R4 )の逆数である(a1 3 =a2 4 )。ま
た,第2定電流源14の上記変換係数b1 は,上記第1
変換係数a1 と等しい(b1 =a1 )。
【0026】そして,第1変換手段12は,電圧源Eに
負荷Lと抵抗値R1 の第1定抵抗121と,ダイオード
接続した第1トランスレジスタQ1 とを直列に接続し,
第1電流を得るトランジスタ回路からなる。そして,第
2変換手段13は,電圧源Eに,抵抗値R2 を有する第
2定抵抗131と,ダイオード接続した第2トランジス
タQ2 とを直列に接続し,第2電流I2 を得るトランジ
スタ回路からなる。
【0027】また,第3変換手段15は,第1電流I1
と同値の電流I1 をカレントミラー回路150によるト
ランジスタ定電流回路によって形成し,第2定電流IS
と共に第3定抵抗151に流入させて第1電圧V1 を得
るトランジスタ回路である。また,第4変換手段16
は,第2電流I2 と同値の電流I2 をカレントミラー回
路160からなるトランジスタ定電流回路によって形成
し,上記第4定抵抗161に流入させて第2電圧V2
得るトランジスタ回路である。
【0028】そして,上記定抵抗121,131,15
1,161の間には,R1 4 =R2 3 なる関係が成
立するように抵抗値を決めてある。また,第1トランジ
スタQ1 と第2トランジスタQ2 とは,同一型番のもの
であり同一特性を有している。そして,負荷Lは,コイ
ル負荷であるモーター巻線であり,本例の短絡検出回路
10は,モーター巻線の層間短絡を検出するものであ
る。
【0029】図1に示すように,第1変換手段12は,
第1トランジスタQ1 とトランジスタQ11によってカレ
ントミラー回路を形成し,第3変換手段15のトランジ
スタQ31に定電流I1 を供給する。同様に,第3変換手
段15は,トランジスタQ31,Q32によるカレントミラ
ー回路を形成し,その出力電流I1 を第3定抵抗151
に供給する。
【0030】一方,第2変換手段13は,第2トランジ
スタQ2 とトランジスタQ21によるカレントミラー回路
を形成し,第4変換手段16のトランジスタQ41に定電
流I2 を供給する。同様に,第4変換手段16は,トラ
ンジスタQ41,Q42によるカレントミラー回路を形成
し,その出力電流I2 を第4定抵抗161に供給する。
【0031】なお,第1変換手段12及び第2変換手段
13の電圧源Eと,他の変換手段等14〜17の電源と
は別電源にしてある。即ち,負荷Lは,パワーを供給さ
れるモーターであり,一方,変換手段等14〜17は,
電子制御回路であるから,負荷Lとは別電源とすること
が好ましいからである。上記変換手段14〜17の電源
電圧VO はDC5Vである。そして,トランジスタ
1 ,Q11,Q2 ,Q21は同一型番であり,トランジス
タQ31,Q32,Q41,Q42は同一型番のものを用いてい
る。
【0032】次に本例の短絡検出回路10の作用効果に
ついて述べる。第1変換手段15の第1電流I1 は, I1 =(VC −VL −VBE)R1 -1・・・・・(7) となる(VBEはトランジスタQ1 のエミッタ・ベース電
圧)。従って,第1変換係数a1 =1/R1 である。
【0033】また,第2変換手段13の第2電流I
2 は,同様に I2 =(VC −VBE)R2 -1・・・・・(8) であり,第2変換係数a2 =1/R2 である。従って,
1 4 =R2 3 なる条件は,a1 3 =a2 4
る条件と全く等価である。また,第2定電流源の変換手
段b1 は第1変換係数a1 と等しいから同様にb1 =1
/R1 である。
【0034】そして,第3変換手段15の第1電圧V1
は, V1 =〔(VC −VL −VBE)R1 -1+VS 1 -1〕R3 ・・・・・(9) である。同様に第4変換手段16の第2電圧V2 は, V2 =(VC −VBE)・R2 -1・R4 ・・・・・(10) である。
【0035】従って比較回路17の入力電圧V1 ,V2
の差電圧(V1 −V2 )は,上記(9),(10)式と
1 4 =R2 3 なる条件とから次式で与えられる。
1 −V2 =(VS −VL )・R1 -1・R3 ・・・・・
(11)(11)式から知られるように,比較回路17
の反転動作条件V1 =V2 は,電圧降下値VL と設定値
S が等しいとき(VL =VS )に生じ,上記短絡検出
回路10が所期の目的通り作動することが分かる。
【0036】そして,上記反転動作点は,電源電圧VC
やトランジスタのエミッタ・ベース電圧VBEには左右さ
れない。上記のように,本例によれば,電源電圧の変動
に左右されない精度の高い短絡検出回路を得ることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例の短絡検出回路の回路図。
【図2】従来の短絡検出回路の回路図。
【符号の説明】 10...短絡検出回路, 11...第1定電流源, 12...第1変換手段, 13...第2変換手段, 14...第2定電流源, 15...第3変換手段, 151...第3定抵抗, 16...第4変換手段, 161...第4定抵抗, 17...比較回路, I1 ...第1電流, I2 ...第2電流, ID ...定電流, IS ...第2定電流, L...負荷, VL ...電圧降下値, VC ...電源電圧,

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 対象負荷Lに一定の直流電流ID を流
    し,その電圧降下値VLが設定値VS 以下となったこと
    を,比較回路により比較し,上記負荷Lの短絡の有無を
    検知する短絡検出回路であって,電源電圧VC を出力す
    る直流電圧源Eに接続された上記負荷Lに上記定電流I
    D を供給する第1定電流源と,上記電源電圧VC と上記
    電圧降下値VL との差電圧に略比例する第1電流I1
    1 (VC −VL )を得る第1変換手段と,上記電源電
    圧VC に略比例する第2電流I2 =a2 C を得る第2
    変換手段と,上記設定値VS に比例した第2定電流IS
    =b1 S を得る第2定電流源と,上記第1電流I1
    第2定電流IS とから,第1電圧V1 =a3 (I1 +I
    S)を得る第3変換手段と,上記第2電流I2 から,第
    2電圧V2 =a4 2 2を得る第4変換手段と,上記
    第1電圧V1 と第2電圧V2 とを比較する比較回路とを
    有しており,上記第1変換手段の第1変換係数a1 と第
    2変換手段の第2変換係数a2 との比率は,上記第3変
    換手段の第3変換係数a3 と第4変換手段の第4変換係
    数a4 との比率の逆数であることを特徴とする短絡検出
    回路。
  2. 【請求項2】 請求項1において,上記第1変換手段
    は,上記電圧源Eより負荷Lと抵抗値R1 の第1定抵抗
    を流れる第1電流I1 を得るトランジスタ回路からな
    り,上記第2変換手段は,上記電圧源Eより抵抗値R2
    の第2定抵抗を流れる電流より第2電流I2 を得るトラ
    ンジスタ回路からなり,上記第3変換手段は,上記第1
    電流I1 と同値の電流I1 をトランジスタ定電流回路に
    よって形成し,上記第2定電流IS と共に,第3変換係
    数a3 と同値の抵抗値R3 を有する第3定抵抗に流入さ
    せて,第1電圧V1 得るトランジスタ回路からなり,上
    記第4変換手段は,上記第2電流I2 と同値の電流I2
    をトランジスタ定電流回路によって形成し,上記第4変
    換係数a4 と同値の抵抗R4 を有する第4定抵抗に流入
    させて第2電圧V2 を得るトランジスタ回路からなり,
    上記定抵抗値R1 〜R4 の間には,R1 4 =R2 3
    なる関係が成立すると共に,第1電流I1 を得るトラン
    ジスタ回路と,第2電流を得るトランジスタ回路とは,
    同一特性を有していることを特徴とする短絡検出回路。
  3. 【請求項3】 請求項1又は請求項2において,上記対
    象負荷Lはコイル負荷であることを特徴とする短絡検出
    回路。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104767188A (zh) * 2015-04-17 2015-07-08 华北电力大学(保定) 直流双极短路故障下风电直流微网的电流差动保护方法
JP2021027740A (ja) * 2019-08-07 2021-02-22 株式会社デンソー 電源装置

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