JPH0729708Y2

JPH0729708Y2 - 電源保護回路

Info

Publication number: JPH0729708Y2
Application number: JP3895789U
Authority: JP
Inventors: 俊之高橋
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 1989-03-31
Filing date: 1989-03-31
Publication date: 1995-07-05
Anticipated expiration: 2004-03-31
Also published as: JPH02129139U

Description

【考案の詳細な説明】（産業上の利用分野）本考案は、スイッチング電源回路に使用される電源保護
回路に関するものである。

（従来の技術）従来より、負荷短絡時に電源回路を保護するために、ヒ
ューズを挿入したり、フの字特性又は垂下特性を持つ電
源保護回路を挿入していた。

従来のフの字特性を有する電源保護回路を第２図および
第５図と共に説明する。

この第５図は、スイッチング電源回路とその保護回路を
示している。

そして、このスイッチング電源回路のトランス２の一次
側には、交流100［Ｖ］の電流がパルス制御DC−ACイン
バータ１を介して供給されており、トランス２の二次側
には、インダクタンスを介して、負荷３、過電流検出抵
抗R₁が接続されている。そして、可変抵抗R₂、抵抗R₃、
制御回路４、発光ダイオード６とよりなる、フの字回路
と呼ばれる電源保護回路がこのトランス２の２次側に挿
入され、この発光ダイオード６と受光素子７とよりなる
アイソレータ５によりパルス制御DC−ACインバータ１を
制御している。

このとき、この制御回路３は可変抵抗R₂と抵抗R₃の中点
の電圧V₁がV₁≦０であるときに、第２図のグラフに示す
ように負荷電流I_Lがある電流値I_Oを越えるとフの字動作
を起こす回路である。

通常、このフの字特性を持つ回路は、負荷電流I_LがI_Oを
越えた原因を取り除き負荷電流I_LをI₀以下に戻すと出力
電圧も元に戻る（後述する第４図（Ａ）〜（Ｃ）参
照）。

そして、負荷電流I_Lは図の方向に流れるので、過電流検
出抵抗R₁の電位V_Oは、 V_O＝−R₁・I_Lとなり、であることから、例えば、R₁＝0.05［Ω］， V₂＝12［Ｖ］，R₃＝120［ＫΩ］のとき、負荷電流I_Lの定格を3.5［Ａ］として、負荷電流I_L＝4.5
［Ａ］（＝I_Oで、制御回路４をフの字動作させるには、
R₂＝2.25［ＫΩ］（V₁＝Ｏ）に調整すれば良いことがわ
かる。

（考案が解決しようとする課題）負荷短絡時に電源回路を保護する目的でヒューズを使用
した場合では、負荷短絡時にヒューズが切れるので、ヒ
ューズを新しいものに交換しないと復帰しないという欠
点があった。

また、フの字特性を持つ保護回路を挿入した場合は、実
際には、電源を入れてからフの字動作を行うまでに数10
［ms］の時間を要するように設定するので、電源を入れ
た時の突入電流（数［ms］の期間）では問題は生じな
い。また、一般的な負荷のみを有する機器の場合は、負
荷の駆動開始電流（数百［ms］の期間）と定常電流とで
は電流値に極端な差がないので、電源回路の定格電流近
くの定格電流負荷を接続しても問題は生じない。

しかしながら、ビデオテープレコーダ等、プランジャ等
の負荷を使用した機器の場合は、プランジャ駆動開始電
流（約６［Ａ］で100〜200［ms］の期間）が、定常電流
（約3.5［Ａ］）に対して非常に大きく、負荷の定格電
流が電源の定格電流よりも小さいのに、電源が立ち上が
らないという問題が生じる。

特に、スイッチング電源等の負荷抵抗を使用する場合、
電圧が下がると電流が増加するので、この問題点がより
顕著に表われる。

このとき、第５図の回路に使用されている抵抗R₃の値を
小さくするなどして、単純にフの字特性開始電流を高く
すると、上記の問題点は解決するが、フの字特性動作を
する直前の状態、すなわち、定格値に対してかなりの過
大負荷ではあるが、フの字動作をしない状態で、連続運
転を行なうときやフの字動作をする直前程度の過大負荷
電流が流れる故障等では、電源回路や負荷に使用される
各部品の安全性の保証ができなくなる。そして、この対
策としては、例えば、一番早く温度上昇する部品を見付
けだし、温度ヒューズを追加する等の細工が必要となる
が、この一番早く温度上昇する部品を見付けるのは非常
に困難であり、しかも、誤動作にも注意を払わなければ
ならず、また、温度ヒューズは過負荷の原因を取り除い
た後交換しなければならないという問題があった。

（課題を解決するための手段）上記課題を解決するための手段として、スイッチング電
源回路のトランスの２次側に流れる過電流を防止するた
めにこの電源回路のトランスの２次側に設けられた過電
流を検知する過電流検出抵抗と、この過電流がフの字特
性開始電流以上のときフの字特性を出力する制御回路と
で構成されるフの字特性を有する過電流保護回路におい
て、前記スイッチング電源回路に設けられた過電流検出
抵抗に接続されたコンパレータと、前記コンパレータの
出力端子に接続され、フの字特性開始電流の大きさを可
変する可変回路と、前記コンパレータのしきい値を制御
するしきい値制御回路と、前記コンパレータの出力時間
を制御する時定数回路とにより、前記コンパレータの出
力時により前記制御回路のフの字特性開始電流を可変す
ることを特徴とする電源保護回路を提供するものであ
る。

（実施例）本考案の電源保護回路の一実施例を第１図に示す。

この第１図に示す電源保護回路は、第２図に示す従来の
電源保護回路にＡで示す点線枠内の回路を付加したもの
であり、従来例と同一部分には同一符号を付してその説
明を省略する。

そして、この実施例の電源保護回路は従来例に示した電
源回路のトランス２の２次側にある過電流検出抵抗R
₁と、可変抵抗R₂との間に、コンデンサC₁を介してコン
パレータとして使用される増幅器８の負入力に接続され
ている。また、このコンデンサC₁の出力側には、抵抗R₅
と抵抗R₆とが接続されており、この抵抗R₅，R₆及び抵抗
R₇，R₈とでブリッジ回路が構成され、抵抗R₇と抵抗R₈と
の間から増幅器８の正入力へ接続されている。そして、
この増幅器８の出力は、逆流阻止用ダイオードと抵抗R₄
を介して、可変抵抗R₂と抵抗R₃との間に接続されると共
に、コンデンサC₂を介して、増幅器８の正入力へ帰還さ
れている。

このような回路において、過電流検出抵抗R₁に一定値
（I_O）以上の負荷電流I_Lが流れると、電圧V_Oが低下し、
可変抵抗R₂と抵抗R₃とで分割される電圧V₁も低下するの
で、従来例では制御回路４のフの字特性が開始されるの
であるが、この電圧V_Oの変化分ΔV_Oが（V₃−V₄）［Ｖ］
以上であるとき、増幅器８の出力がＬ（Ｏ［Ｖ］）から
Ｈ（12［Ｖ］）になり、この増幅器８の出力に接続され
る抵抗R₄にも電流が流れ、この抵抗R₄と抵抗R₃とが並列
に接続される回路となり、電圧V₁の分割比が変わる。

したがって、電圧V₂は第５図に示した従来の電源保護回
路よりも遅く低下し、フの字特性開始電流は高くなる。
（V₁≦ＯとなるのでI_Lも大きくなる）。この増幅器８の
出力がＨとなる期間ＴはコンデンサC₂および抵抗R₇，R₈
による時定数回路（第２の時定数回路）によって決ま
り、第１図に示すような回路では通常数百［ms］に設定
されている。

また、コンパレータとして使用する増幅器８のしきい値
となる（V₃−V₄）［Ｖ］は抵抗R₅，R₆，R₇，R₈によって
制御され、（しきい値設定回路）、コンデンサC₁によ
り、電圧V_Oの変化分ΔV_Oのみを増幅器８に供給してい
る。そして、フの字特性開始電流の上昇値は、抵抗R₄の
値によって決めることができる。

なお、本実施例における可変抵抗R₂は、固定抵抗であっ
て良い。

この本実施例の回路動作を第５図に示した従来の回路動
作と比較しながら第３図及び第４図のグラフに示して説
明する。

なお、実際の負荷電流I_Lは、プランジャ駆動時や故障時
に急激な過渡電流が流れ、それによりフの字特性が開始
されるのであるが、この第３図及び第４図の負荷電流I_L
のグラフにおいては、説明上解りやすくするためにプラ
ンジャ駆動時や故障時（ショート時）の過渡電流を省略
したグラフとした。

第３図（Ａ）は負荷電流を示すグラフであり、t₁および
t₄の時点でプランジャ駆動開始電流等による過電流が流
れ、t₇においてショート状態になった場合を示してい
る。

そして、第３図（Ｂ）は第３図（Ａ）に示した負荷電流
のときの従来の電源保護回路におけるフの字特性開始電
流を示し、第３図（Ｃ）は同じく従来例におけるフの字
特性を有する回路（制御回路４）の出力電圧を示してい
る。

また、第３図（Ｄ）は第３図（Ａ）に示した負荷電流の
ときの本実施例の電源保護回路におけるフの字特性開始
電流を示し、第３図（Ｅ）は同じく本実施例におけるフ
の字特性を有する回路の出力電圧を示している。

この第３図（Ａ）に示した負荷電流I_Lが流れたとき、従
来の電源保護回路では、フの字特性開始電流は第３図
（Ｂ）に示す通りI_Oで一定であるので、負荷電流がI_Oを
越えるとフの字特性が開始され、第３図（Ｃ）に示すよ
うな制御回路４のフの字特性の出力電圧となる。そし
て、この制御回路４はプランジャ駆動開始電流による過
電流が流れたときにも開始されるので、ビデオテープレ
コーダ等の場合ではロック作用が働いて、機器が動作し
なくなってしまう。

しかし、本考案による電源保護回路の場合は、第３図
（Ｄ）に示すようにフの字特性開始電流が第１図の回路
におけるコンデンサC₂、抵抗R₇、抵抗R₈の時定数回路に
より決定される期間Ｔの間だけ、フの字特性開始電流を
抵抗R₃と抵抗R₄の合成抵抗により決定される電流値I₁ま
で上げるので、時間t₁，t₄におけるプランジャ駆動開始
電流ではフの字特性は開始されず、負荷電流I_LがI₁以上
となるショート状態になったとき、始めてフの字特性が
開始され、制御回路４の出力電圧が下がり、機器がロッ
クされる（第３図）。

また、第３図（Ａ）のグラフでは示していないが、負荷
電流I_LがI_O＜I_L＜I₁の範囲で長時間続く故障やテストの
場合、単純にフの字特性開始電流をI₁まで高くしたとき
には、フの字特性が開始されないが、本考案になる電源
保護回路では、コンデンサC₂、抵抗R₇、R₈により決定さ
れる時定数の期間Ｔの間が過ぎると、フの字特性開始電
流は、I₁からI_Oに戻るので、その時点で、フの字特性が
開始され、I_O＜I_L＜I₁の過電流が長時間流れる故障時に
も対処することができる。

そして、第４図（Ａ）〜（Ｅ）はプランジャ駆動時、第
４図（Ｆ）〜（Ｊ）は故障時におけるグラフであり、そ
れぞれ、（Ａ），（Ｆ）は負荷電流、（Ｂ），（Ｇ）は
従来の電源保護回路におけるフの字特性を示す回路（制
御回路４）のON（動作）,OFF（不動作）、（Ｃ），
（Ｈ）は従来の電源保護回路におけるフの字特性を示す
回路の出力電圧、（Ｄ），（Ｉ）は本考案の電源保護回
路におけるフの字特性を示す回路のON,OFF、（Ｅ），
（Ｊ）は本考案の電源保護回路におけるフの字回路の出
力電圧を示している。

まず、第４図（Ａ）に示す負荷電流I_Lの時間Ｏ〜t₁の間
は、数10［ms］の電源投入の大きな過度電流が流れてい
るが、従来の電源保護回路および本考案の電源保護回路
とも、数10［ms］のフの字特性開始の余裕時間を設定し
ているので、数10［ms］の短い時間では、両回路ともフ
の字特性は開始されない（第４図（Ｂ）および
（Ｄ））。

そして、第４図（Ａ）の時間t₂〜t₃に示されるプランジ
ャ駆動時の過度電流は、数百［ms］程度連続して電流値
I_O以上の電流が流れるので、従来の電源保護回路では、
数10［ms］後にフの字動作が開始され、負荷電流I_Lの値
が基に戻ると、やはり数10［ms］後にフの字特性は解除
される（第４図（Ｂ））。したがって、このときの出力
電圧は、フの字特性開始と共に徐々に減圧され、フの字
特性解除と共に元の電圧に戻る（第４図（Ｃ））。

また、このとき負荷電流の値はI₁までにはなっていない
ので、本願の回路では、フの字特性は開始されず（第４
図（Ｄ））、出力電圧（第４図（Ｅ））も一定のままと
なる。

次に第４図（Ｆ）〜（Ｊ）に示す故障時の場合について
説明する。

第４図（Ａ）のグラフに示すように、通常、故障時に
は大きな電流が流れ続けることになる。

このとき、従来の電源保護回路では、第４図（Ｇ）に示
すように負荷電流I_LがI_Oを越えてから数10［ms］後に制
御回路４が動作し、第４図（Ｈ）に示すように制御回路
４の出力電圧は下がることになる。そして、この制御回
路４の出力電圧は第５図に示す回路のアイソレータ５を
介して、パルス制御DC−ACインバータ１を制御して、負
荷電流I_Lの電流値を下げるので、実際の負荷電流I_Lは、
第４図（Ａ）のグラフに示すようになる。

また、本考案の電源保護回路では、第４図（Ｉ）に示す
ように負荷電流I_LがI₁を越えてから数10［ms］後に制御
回路４が作動し、第４図（Ｊ）に示すように制御回路４
の出力電圧は下がることになる。したがって、実際の負
荷電流I_Lは、第４図（Ａ）のグラフに示すようにな
り、通常の故障時にも対処できることが解る。

（考案の効果）本考案の電源保護回路は、フの字特性の開始電流を一定
時間高くしたので、プランジャ等の駆動開始電流による
誤動作を防止することができる。

また、負荷電流が従来のフの字特性の開始電流よりは高
いが、高くした本考案の電源保護回路のフの字特性の開
始電流よりも低い過電流が長時間流れるような場合で
も、一定時間後には高くしたフの字特性の開始電流を元
の値に戻すので、このような場合にはフの字特性を開始
することができる。

したがって、誤動作が少なく自動復帰も可能な優れた電
源保護回路を提供することができるので、電源の定格電
流を上げなくても、電源回路の保護をすることができ、
保守負担が軽減されると共に電源回路の容積を必要最小
限にすることができ、コスト減にもなるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の電源保護回路の一実施例を示す回路
図、第２図はフの字動作特性を示すグラフ、第３図
（Ａ）〜（Ｅ）および第４図（Ａ）〜（Ｊ）は本考案と
従来例の電源保護回路の動作を説明するためのグラフ、
第５図は従来例を示す回路図である。１…パルス制御DC−ACインバータ、２…トランス、３…
負荷、４…制御回路、５…アイソレータ、６…発光ダイ
オード、７…受光素子、８…増幅器、C₁，C₂…コンデン
サ、R₁，R₃〜R₈…抵抗、R₂…可変抵抗、V_O〜V₄…電圧。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】スイッチング電源回路のトランスの２次側
に流れる過電流を防止するためにこの電源回路のトラン
スの２次側に設けられた過電流を検知する過電流検出抵
抗と、この過電流がフの字特性開始電流以上のときフの
字特性を出力する制御回路とで構成されるフの字特性を
有する過電流保護回路において、前記スイッチング電源回路に設けられた過電流検出抵抗
に接続されたコンパレータと、前記コンパレータの出力端子に接続され、フの字特性開
始電流の大きさを可変する可変回路と、前記コンパレータのしきい値を制御するしきい値制御回
路と、前記コンパレータの出力時間を制御する時定数回路とに
より、前記コンパレータの出力時により前記制御回路の
フの字特性開始電流を可変することを特徴とする電源保
護回路。