JPH0934513A - 制御装置の出力回路 - Google Patents

制御装置の出力回路

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JPH0934513A
JPH0934513A JP7286696A JP7286696A JPH0934513A JP H0934513 A JPH0934513 A JP H0934513A JP 7286696 A JP7286696 A JP 7286696A JP 7286696 A JP7286696 A JP 7286696A JP H0934513 A JPH0934513 A JP H0934513A
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剛 細田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 過電流の検出を容易にするとともに誤検出し
ない出力回路を得る。 【解決手段】 FET161、162のドレイン−ソー
ス間オン電圧(VDS(ON))に相当する電位が抵抗121
および抵抗122を通してコンデンサ129に充電され
る。このコンデンサ129の充電電圧がツェナーダイオ
ード130のツェナー電圧VZ以上になると、ツェナー
ダイオード130が導通して、短絡電流が検出される。
また、コンデンサ129の充電電圧が第1比較器131
の基準電圧V1以上になると、抵抗133を通じてコン
デンサ134が充電され、コンデンサ134の充電電圧
が第2比較器135の第2基準電圧V2以上になると、
過負荷電流が検出される。一方、許容サージ電流が流れ
た場合は、コンデンサ134の充電電圧が第2比較器1
35の基準電圧V2以上とならないように設定している
ため、第2比較器135は出力信号を出力することはな
い。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、制御装置本体から
出力された電気信号に基づいて被制御装置となる負荷を
駆動する駆動信号を出力する制御装置の出力回路に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の制御装置の出力回路は、
例えばプログラマブルコントローラに使用されており、
図10に示すようなものが知られている。図10はプロ
グラマブルコントローラの全体構成を示すブロック図で
ある。図10において、プログラマブルコントローラ1
0は、検出装置2からの電気信号を入力端子S、Gを介
して入力するm個の入力回路12と、出力端子P、O、
Mを介して被制御装置4を駆動するための駆動信号を出
力するn個の出力回路14と、周知のCPU、ROM、
RAM等からなるマイクロコンピュータを中心にして構
成され、各入力回路12からの入力信号に基づき、予め
設定された所定のシーケンスプログラムに従って各出力
回路14を介して被制御装置4を駆動制御する論理演算
部16と、外部より供給される直流あるいは交流のシス
テム用電源VSに接続され、このシステム用電源VSの
電源電圧を論理演算部16にて使用可能な所定の直流電
圧に変換するコンバータ18と、論理演算部16が実行
するシーケンスプログラムを外部のプログラム用ツール
6等から入力するために外部装置とデータの送受信を行
う通信部20とを備えている。
【0003】ここで、出力回路14は、直流の電源VL
およびこの電源VLのマイナス側に接続されたランプ、
モータ、ソレノイド等の負荷Lを備えた被制御装置4に
出力端子P、O、Mを介して接続される。そして、電源
VLのプラス側(端子P)にエミッタが接続されるとと
もに負荷Lの電源VLとは反対側(端子O)にコレクタ
が接続されるPNP型トランジスタ(出力素子)22
と、抵抗24を介してトランジスタ22のベースにコレ
クタが接続されるとともに電源VLのマイナス側(端子
M)にエミッタが接続されるフォトトランジスタ26a
および論理演算部16の演算結果に応じて発光しフォト
トランジスタ26aを駆動する発光ダイオード26bか
らなるフォトカプラ26と、端子Mから端子Oへの方向
を順方向として接続されたフライホイールダイオード2
8とを備えている。
【0004】この出力回路14においては、検出装置2
からの検出信号が入力回路12を介して論理演算部16
に入力されると、論理演算部16はフォトカプラ26の
発光ダイオード26bを発光させ、フォトカプラ26の
フォトトランジスタ26aがオンすることにより、出力
素子のトランジスタ22のエミッタ−ベース間に電位差
が生じてトランジスタ22がオンする。すると、直流の
電源VLからトランジスタ22のエミッタとコレクタを
介して電流が流れ、被制御装置4の負荷Lが駆動され
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述のような従来の出
力回路においては、短絡等により過電流を生じた場合、
被制御装置を短絡状態から保護するため、通常は溶断ヒ
ューズを用いている。しかしながら、溶断ヒューズは出
力素子を保護するために設けるものでないため、溶断ヒ
ューズが溶断しなかった場合には出力素子を保護するこ
とができなく、かつ溶断ヒューズが溶断しても応答性が
悪いという問題があった。このため、溶断ヒューズを瞬
断性が要求されるこの種の出力回路に用いるには好まし
くない。また、溶断ヒューズが溶断する毎に、新たな溶
断ヒューズと交換しなければならなく、保守の作業性が
悪いという問題も生じた。
【0006】そこで、出力回路に溶断ヒューズ等を使わ
ずに、過電流から出力素子を保護することが、例えば特
公平6−14281号公報において提案された。このも
のは、出力素子として負荷電流の主要部を通す主部分と
負荷電流の一部分を通すエミュレーション部分(分路回
路部分)とを持つ絶縁ゲート・トランジスタ(センスI
GBTという)を用い、出力素子に流れる負荷電流の一
部分をエミュレーション部分に取り込み、このエミュレ
ーション部分に流れる電流を検出して、出力素子を略瞬
時に遮断するか、あるいは過大電流の持続時間とその大
きさに応じて定まる時刻に遮断するようにするものであ
る。
【0007】しかしながら、特公平6−14281号公
報に記載されたものにおいては、センスIGBTを使用
するため、この種回路が高価になるという問題を生じ
る。本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、
過電流の検出を容易にするとともに誤検出しない保護回
路を電界効果トランジスタからなる汎用の出力素子を用
いて実現した出力回路を提供することを目的とするもの
である。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、入力装置ある
いは検出装置からの出力信号に基づき予め設定されたプ
ログラムに従って論理演算処理を行う論理演算部からの
演算結果を出力する出力素子を有する制御装置の出力回
路であって、請求項1に記載の発明によれば、サージ許
容手段がサージ許容時間経過信号を出力するまでは過負
荷電流検出手段は過負荷電流を検出しないように動作す
るため、許容サージ電流を過負荷電流として誤検出する
ことが防止できるようになる。また、出力素子として電
界効果トランジスタを用い、この電界効果トランジスタ
のドレイン−ソース間オン電圧を検出することにより、
過負荷電流を検出できるようになるので、複雑な分路回
路を設ける必要がなくなる。そのため、回路構成が簡単
となって、この種の出力回路が小型になるとともに、安
価に製造できるようになる。
【0009】また、請求項2に記載の発明によれば、ド
レイン−ソース間オン電圧が第2基準電圧より大きくな
ると短絡電流検出手段が短絡電流検出信号を出力して電
界効果トランジスタの動作を遮断するように作用するの
で、電界効果トランジスタに瞬間的に短絡電流が流れて
も、短絡電流により電界効果トランジスタが破壊される
ことが防止できるようになる。
【0010】また、請求項3に記載の発明によれば、上
述の短絡電流は第2基準電圧となるツェナー電圧を有す
るツェナーダイオードにより検出するので、分路回路を
設けなくても簡単な回路構成で短絡電流を検出できるよ
うになる。同様に、請求項4に記載の発明によれば、電
界効果トランジスタのドレイン−ソース間オン電圧と第
2基準電圧とを第1比較器が比較してドレイン−ソース
間オン電圧が第2基準電圧より大きいと第1比較器は短
絡電流検出信号を出力するので、分路回路を設けなくて
も簡単な回路構成で短絡電流を検出できるようになる。
【0011】また、請求項5に記載の発明によれば、サ
ージ許容手段の第1遅延回路から出力された第1時間に
対応する電圧と第1基準電圧とを比較して第1時間に対
応する電圧が第1基準電圧より大きいと第3比較器は過
負荷電流検出信号を出力するので、許容サージ電流を過
電流として誤検出することが防止できるようになる。同
様に、請求項6に記載の発明によれば、第1遅延回路か
ら出力されたサージ許容時間経過信号に基づいて第2基
準電圧が低下した第1基準電圧と電界効果トランジスタ
のドレイン−ソース間オン電圧とを比較してドレイン−
ソース間オン電圧が第1基準電圧より大きいと第1比較
器は過負荷電流検出信号を出力するので、許容サージ電
流を過電流として誤検出することが防止できるようにな
る。
【0012】また、請求項7に記載の発明によれば、第
2遅延回路路は電界効果トランジスタが駆動してから第
2時間が経過して所定の電圧を発生するまでは、ドレイ
ン−ソース間オン電圧検出手段はドレイン−ソース間オ
ン電圧の検出を開始しないので、電界効果トランジスタ
が駆動する瞬間のドレイン−ソース間オン電圧を短絡電
流によるドレイン−ソース間オン電圧として誤検出する
ことが防止できるようになる。
【0013】
【発明の実施の形態】以下に、図に基づいて本発明の実
施の形態を説明する。 実施の形態1 図1は本発明の出力回路をプログラマブルコントローラ
に適用した場合の第1の実施の形態の回路図である。図
1に示すように、本第1の実施の形態の出力回路100
は、図示しない論理演算部(図10参照)の演算結果が
端子Cより入力され、この演算結果に応じて発光する発
光ダイオード111と発光ダイオード111が発光する
ことにより駆動されるフォトトランジスタ112からな
るフォトカプラ110と、フォトカプラ110が駆動す
ることによりターンオンされる出力素子、即ち、第1電
界効果トランジスタ(第1FET)161と第2電界効
果トランジスタ(第2FET)162と、これらのフォ
トカプラ110と第1FET161および第2FET1
62よりなる出力素子との間に配置された、後述する各
FET161、162のドレイン−ソース間オン電圧
(VDS(ON))検出回路、短絡電流検出回路、サージ許容
回路、過負荷電流検出回路等の回路と、各FET16
1、162のターンオフラッチ回路、異常信号フィード
バック回路等の保護回路とにより構成される。ここで、
ダイオード163および164は各FET161、16
2のそれぞれの寄生ダイオードを示している。
【0014】フォトトランジスタ112のエミッタは抵
抗121および抵抗122の一端に接続する。抵抗12
1の他端はダイオード124およびダイオード126の
アノード側に接続し、ダイオード126のカソード側は
第1FET161のドレインDに接続している。また、
抵抗122の他端はダイオード125およびダイオード
128のアノード側に接続し、ダイオード128のカソ
ード側は第2FET162のドレインDに接続してい
る。ダイオード124、125の各カソード側は抵抗1
23とコンデンサ129からなる第2遅延回路を介して
接地するとともに第1比較器131の非反転入力端子に
接続している。
【0015】また、抵抗121、122の共通接続点は
ゲート抵抗127a、127bを介して第1FET16
1、第2FET162の各ゲートGに接続し、各ゲート
Gはゲート抵抗127cを介して接地している。第1F
ET161のソースSと第2FET162のソースSは
共通に接続され、第1FET161のドレインDに接続
される出力端子Pと第2FET162のドレインDに接
続される出力端子Oとの間には、図示しない被制御装置
となる負荷と、この負荷を駆動する負荷用交流電源とが
接続され、第1FET161および第2FET162が
オン動作することにより負荷に負荷用交流電源から電力
が供給されて負荷が駆動されることとなる。
【0016】各FET161、162のドレイン−ソー
ス間オン電圧(VDS(ON))検出回路は、ダイオード12
4、125、126、128と抵抗121、122、1
23と、コンデンサ129とから構成され、ダイオード
126およびダイオード128によりFET161、1
62のドレイン−ソース間オン電圧(VDS(ON))が検出
され、このドレイン−ソース間オン電圧(VDS(ON))に
相当する電位が抵抗121および抵抗122を通してコ
ンデンサ129に充電される。このコンデンサ129の
充電電圧は、ダイオード124とダイオード125とが
OR接続されているため、FET161もしくはFET
162のドレイン−ソース間オン電圧(VDS(ON))の高
い方が印加されることとなる。
【0017】ここで、ダイオード124とダイオード1
25のカソード側の共通接続点は抵抗123とコンデン
サ129からなる第2遅延回路に接続しているため、フ
ォトカプラ110が動作すると、ゲート抵抗127a、
127b、127cの抵抗分割比に応じて第1FET1
61および第2FET162の各ゲートGに電圧が印加
され、第1FET161および第2FET162がオン
動作するが、コンデンサ129への充電により第1比較
器131の非反転入力端子に各ダイオード126、12
8の検出電圧が遅れて入力されるので、第1FET16
1もしくは第2FET162のドレイン−ソース間オン
電圧(VDS(ON))の検出はこの遅れの時間分だけ無視さ
れる。これにより、第1FET161および第2FET
162が完全にオン動作するまでのドレイン−ソース間
オン電圧(VDS(ON))を過電流として誤検出することが
防止できる。
【0018】また、各FET161、162のドレイン
−ソース間オン電圧(VDS(ON))を検出することによ
り、各FET161、162に流れるドレイン電流(I
D)が過電流であることが検出できる理由について検討
する。一般的に、FETのドレイン−ソース間オン抵抗
(RDS(ON))はドレイン電流(ID)に対して、図2
(a)に示されるように、ドレイン電流(ID)がある
範囲内で一定の関係が有り、また、ドレイン−ソース間
オン電圧(VDS(ON))はドレイン電流(ID)に対し
て、図2(b)に示されるように、比例関係が成り立
つ。したがって、ドレイン−ソース間オン電圧(V
DS(ON))を検出することにより、ドレイン電流(ID
の過電流が検出できることとなる。
【0019】短絡電流検出回路はツェナーダイオード1
30にて構成され、そのカソード側はダイオード12
4、125の各カソード側と抵抗123およびコンデン
サ129からなる第2遅延回路との共通接続点に接続さ
れ、そのアノード側はダイオード137のアノード側に
接続している。ダイオード137のカソード側はサイリ
スタ140のゲートに接続している。
【0020】ここで、コンデンサ129の充電電圧がツ
ェナーダイオード130のツェナー電圧VZ以上(正確
には、ツェナーダイオード130のツェナー電圧VZ
ダイオード137の順方向電圧VF+サイリスタ140
のゲートトリガ電圧VGT以上)になると、ツェナーダイ
オード130が導通して、短絡電流が検出されることと
なる。ツェナーダイオード130のツェナー電圧VZ
値の設定は以下のようにしてなされる。即ち、FETの
最大許容サージ電流はIEC(International Electrot
echnical Commission)規格(IEC1131−2)に
て定められており、その最大許容サージ電流は定格電流
の10倍と定められている。
【0021】図3はFETに過渡電流が流れた場合のド
レイン−ソース間オン電圧(VDS(ON))波形を示す図で
あり、短絡時には曲線Aで示される波形となり、サージ
印加時には曲線Bで示される波形となり、過負荷時には
曲線Cで示される波形となり、定格負荷時には曲線Dで
示される波形となる。したがって、図3に示すように、
短絡電流の検出レベルをドレイン−ソース間オン電圧
(VDS(ON))が定格電流の10倍より大きくなった際に
ツェナーダイオード130が導通するようなツェナー電
圧VZを選定すればよいこととなる。
【0022】サージ検出回路および過負荷電流検出回路
は、第1比較器131と、第2比較器135と、抵抗1
33およびコンデンサ134からなる第1遅延回路とか
ら構成され、第1比較器131の反転入力端子には基準
電圧V1を発生する第1基準電源132に接続し、非反
転入力端子には上述したように抵抗123およびコンデ
ンサ129からなる第2遅延回路を接続している。この
第1比較器131の出力は抵抗133とコンデンサ13
4からなる第1遅延回路を通して第2比較器135の非
反転入力端子に接続している。第2比較器135の反転
入力端子には基準電圧V2を発生する第2基準電源13
6に接続している。第2比較器135の出力端子はダイ
オード138のアノード側に接続し、ダイオード138
のカソード側をサイリスタ140のゲートに接続してい
る。
【0023】ここで、コンデンサ129の充電電圧が第
1比較器131の基準電圧V1以上になると、第1比較
器131は過電流検出信号を出力し、この過電流検出信
号は抵抗133を通じてコンデンサ134に充電され
る。コンデンサ134の充電電圧が第2比較器135の
基準電圧V2以上になると、過負荷電流として検出され
る。ここで、第1FET161および第2FET162
に許容サージ電流が流れたかあるいは過負荷電流が流れ
たかの判定は以下のようにしてなされる。
【0024】図4(a)は図3のサージ印加時のドレイ
ン−ソース間オン電圧(VDS(ON))波形のみを示す図で
あり、図4(b)は図3の過負荷時のドレイン−ソース
間オン電圧(VDS(ON))波形のみを示す図であり、図4
(c)はコンデンサ134のドレイン−ソース間オン電
圧(VDS(ON))の積分波形を示す図である。サージ印加
時には、図4(a)に示されるように、サージ波形の許
容時間(サージ許容時間)は2サイクルとなっており、
この2サイクルの間は、斜線部(α)で示すように、第
1比較器131の基準電圧V1以上となって過電流検出
信号を出力する。したがって、この2サイクルの間は、
抵抗133を通じてコンデンサ134を充電することと
なるが、コンデンサ134の積分電圧は図4(c)に示
すように、第2比較器135の基準電圧V2以上となら
ないように、第2比較器135の基準電圧V2を設定し
ているため、第2比較器135はサージ許容時間内であ
ると判定し、過負荷電流検出信号を出力することはな
い。
【0025】一方、過負荷時には、図4(b)の斜線部
(β)に示すように、過負荷状態が消滅するまでに、コ
ンデンサ129の充電電圧は第1比較器131の基準電
圧V1以上となり、抵抗133を通じてコンデンサ13
4を充電することとなる。したがって、コンデンサ13
4の積分電圧は図4(c)に示すように、所定時間が経
過すると、第2比較器135の基準電圧V2以上とな
り、過負荷電流検出信号を出力する。
【0026】各FET161、162のターンオフラッ
チ回路はサイリスタ140から構成し、このサイリスタ
140のアノード側は第2発光ダイオード151を介し
て分圧抵抗127aと127bの共通接続点に接続し、
そのカソード側は接地し、そのゲートは各ダイオード1
37、138のカソード側に接続している。異常信号フ
ィードバック回路は第2発光ダイオード151と第2フ
ォトトランジスタ152よりなる第2フォトカプラ15
0から構成している。
【0027】ここで、コンデンサ129の充電電圧がツ
ェナーダイオード130のツェナー電圧VZ以上となっ
て、ツェナーダイオード130が導通して、短絡電流検
出信号を出力するとダイオード137を通してサイリス
タ140のゲートにトリガ信号(短絡電流検出信号)が
入力され、サイリスタ140がターンオンする。また、
コンデンサ134の充電電圧が第2比較器135の基準
電圧V2以上となって、過負荷電流検出信号を出力する
とダイオード138を通してサイリスタ140のゲート
にトリガ信号(過負荷電流検出信号)が入力され、サイ
リスタ140がターンオンする。
【0028】サイリスタ140がターンオンすると、第
1FET161および第2FET162のゲート電圧V
GSは、サイリスタ140と、第2フォトカプラ150の
第2発光ダイオード151との順方向電圧の和で決まる
ので、第1FET161および第2FET162はター
ンオフする。第1FET161および第2FET162
のターンオフの状態はサイリスタ140の順方向電流が
流れる間、保持(ラッチ)される。また、短絡電流検出
信号および過負荷電流検出信号の異常信号は第2フォト
カプラ150の第2フォトトランジスタ152が導通す
ることにより、端子Sを介して図示しない論理演算部
(図10参照)にフィードバックされる。
【0029】以下に、上述のように構成した保護回路の
動作を説明する。 (1)短絡状態となった場合 負荷短絡状態で第1FET161および第2FET16
2をターンオンすると、第1FET161および第2F
ET162には短絡電流が流れる。このような短絡状態
となると、第1FET161もしくは第2FET162
のドレイン−ソース間オン電圧(VDS(ON))、即ち、コ
ンデンサ129の充電電圧がツェナーダイオード130
のツェナー電圧VZ以上となり、ツェナーダイオード1
30が導通するとツェナーダイオード130は短絡電流
検出信号を出力する。すると、ダイオード137を通し
てサイリスタ140のゲートにトリガ信号(短絡電流検
出信号)が入力されて、サイリスタ140がターンオン
し、第1FET161および第2FET162をターン
オフする。サイリスタ140がターンオンすると同時
に、第2フォトカプラ150が導通し、端子Sを介して
図示しない論理演算部(図10参照)に過電流の異常信
号がフィードバックされる。
【0030】(2)過負荷状態となった場合 端子P、Oを介して接続された被制御装置の負荷が定格
を超えた状態で運転されると、第1FET161および
第2FET162には定格を超過した電流が流れ続け
る。このような状態においては、オン抵抗(RON)×
(ドレイン電流(ID))2の損失により、第1FET1
61および第2FET162が過熱され、ジャンクショ
ン温度Tjを超過すると第1FET161および第2F
ET162が破壊される。そこで、第1FET161お
よび第2FET162が過負荷状態となると、まず、第
1FET161および第2FET162のドレイン−ソ
ース間オン電圧(VDS(ON))が第1比較器131の基準
電圧V1以上になり、第1比較器131はオン動作して
過電流検出信号を出力し、この過電流検出信号は抵抗1
33を通してコンデンサ134に充電される。
【0031】ついで、コンデンサ134の充電電圧が第
2比較器135の基準電圧V2以上となると、第2比較
器135はオン動作して過負荷電流検出信号を出力す
る。すると、この過電流検出信号はダイオード138を
通してサイリスタ140のゲートにトリガ信号として入
力され、サイリスタ140がターンオンして、第1FE
T161および第2FET162をターンオフする。サ
イリスタ140がターンオンすると同時に、第2フォト
カプラ150も導通し、端子Sを介して図示しない論理
演算部(図10参照)に過電流の異常信号がフィードバ
ックされる。
【0032】(3)サージ印加状態となった場合 端子P、Oを介して接続された被制御装置に容量性負荷
(例えば、ランプ等)が接続されている場合、第1FE
T161および第2FET162がターンオンした状態
においては、第1FET161および第2FET162
には容量性負荷の負荷容量に応じた突入電流(サージ電
流)が流れる。この状態においては、前述したように、
最大許容サージ電流はIEC規格により、定格電流の1
0倍と定められているので、第1FET161および第
2FET162は破壊されることはなく、過電流の保護
対象とはしない。したがって、第1FET161および
第2FET162のドレイン−ソース間オン電圧(V
DS(ON))が第1比較器131の基準電圧V1以上となっ
て、抵抗133を通してコンデンサ134が充電されて
も、このコンデンサ134の充電電圧は第2比較器13
5の基準電圧V2以上となることはなく(図4(c)参
照)、第2比較器135は過負荷電流検出信号を出力し
なく、サイリスタ140はターンオンしない。
【0033】上述のように構成した本第1の実施の形態
においては、第1FET161もしくは第2FET16
2のドレイン−ソース間オン電圧(VDS(ON))をコンデ
ンサ129の充電電圧として検出し、このコンデンサ1
29の充電電圧がツェナーダイオード130のツェナー
電圧VZ以上になると、サイリスタ140がターンオン
して短絡電流を検出して短絡電流検出信号を出力するの
で、分路回路を設けなくても簡単な回路構成で短絡電流
を検出できるようになり、この種の出力回路が小型にな
る。また、出力素子として電界効果トランジスタ(第1
FET161および第2FET162)を用いるので、
この種の出力回路が安価に製造できるようになる。
【0034】さらに、過負荷電流検出回路は、第1比較
器131と第2比較器135の2段構成の比較器の間に
第1遅延回路を設ける構成としているので、第1比較器
131の基準電圧V1以上となって過電流を検出して
も、第1遅延回路のコンデンサ134の充電電圧が第2
比較器135の基準電圧V2以上にならないとサージと
判定して、サイリスタ140をターンオンさせなく、コ
ンデンサ134の充電電圧が第2比較器135の基準電
圧V2以上になると過負荷であると判定して、サイリス
タ140をターンオンさせるので、この許容サージ電流
を過負荷電流して誤検出することが防止できるようにな
る。
【0035】なお、上述の第1の実施の形態において
は、出力素子(第1FET161および第2FET16
2)によりオン/オフ制御される被制御装置となる負荷
の電源として交流電源を用いる例について説明したが、
電源として直流電源を用いてよいことは明かである。こ
の場合、図5(図5において、図1と同一符号は同一名
称を表すので、その説明は省略する)に示すように、図
1に示した第2FET162、ダイオード124、12
5、128および抵抗122は設けなくてよい。
【0036】なお、上述の第1の実施の形態において、
サージ許容時間およびコンデンサ129を充電するため
の遅れ時間はそれぞれ各請求項に記載された第1時間お
よび第2時間に相当し、第1基準電圧源132の基準電
圧V1は各請求項に記載された第3基準電圧に相当し、
第2基準電圧源136の基準電圧V2は各請求項に記載
された第1基準電圧に相当し、第1比較器131および
第2比較器135はそれぞれ請求項5に記載された第2
比較器および第3比較器に相当する。
【0037】実施の形態2 上述の第1の実施の形態においては、フォトカプラ11
0による動作信号が第1FET161および第2FET
162の各ゲートに入力された瞬間から第1FET16
1および第2FET162が実際に動作するまでには遅
れがあるため、コンデンサ129への充電により第1F
ET161および第2FET162のドレイン−ソース
間オン電圧の検出開始時間に遅れを持たせて、フォトカ
プラ110がオンした瞬間のドレイン−ソース間電圧を
短絡電流によるドレイン−ソース間オン電圧として誤検
出することを防止するようにしている。本第2の実施の
形態においては、この誤検出を防止するために2つのト
ランジスタを用い、フォトカプラがオンして一定の時間
が経過するまでは各FETのドレイン−ソース間オン電
圧の検出を無視するようにしたことと、1つの基準電圧
設定用の電源を用いて短絡電流および過負荷電流を検出
できるようにしたことにある。
【0038】図6は本発明の出力回路をプログラマブル
コントローラに適用した場合の第2の実施の形態の回路
図である。図6に示すように本第2の実施の形態の出力
回路200は、図示しない論理演算部(図10参照)の
演算結果が端子Cより入力され、この演算結果に応じて
発光する発光ダイオード211と発光ダイオード211
が発光することにより駆動されるフォトトランジスタ2
12からなるフォトカプラ210と、フォトカプラ21
0が駆動することによりターンオンされる出力素子、即
ち、第1電界効果トランジスタ(第1FET)261と
第2電界効果トランジスタ(第2FET)262と、こ
れらのフォトカプラ210と第1FET261および第
2FET262よりなる出力素子との間に配置された、
後述する各FET261、262のドレイン−ソース間
オン電圧(VDS(ON))検出回路、短絡電流検出回路、サ
ージ許容回路、過負荷電流検出回路等の回路と、各FE
T261、262のターンオフラッチ回路、異常信号フ
ィードバック回路等の保護回路とにより構成される。こ
こで、ダイオード263および264は各FET26
1、262のそれぞれの寄生ダイオードを示している。
【0039】フォトトランジスタ212のエミッタは抵
抗221および222の一端に接続する。抵抗221の
他端はダイオード224およびダイオード226のアノ
ード側に接続し、ダイオード226のカソード側は第1
FET261のドレイン261dに接続している。ま
た、抵抗222の他端はダイオード225およびダイオ
ード228のアノード側に接続し、ダイオード228の
カソード側は第2FET262のドレイン262dに接
続している。ダイオード224、225の各カソード側
は抵抗R1を介して接地するとともに抵抗223を介し
て第1比較器238の非反転入力端子に接続している。
【0040】また、抵抗221、222の共通接続点は
ゲート抵抗227a、227bを介して第1FET26
1、第2FET262の各ゲート261g、262gに
接続し、各ゲート261g、262gはゲート抵抗22
7cを介して接地している。第1FET261のソース
261sと第2FET262のソース262sは共通に
接続され、第1FET261のドレイン261dに接続
される出力端子Pと第2FET262のドレイン262
dに接続される出力端子Oとの間には被制御装置となる
負荷300と負荷300を駆動する負荷用交流電源30
1とが接続され、第1FET261および第2FET2
62がオン動作することにより負荷300に負荷用交流
電源301から電力が供給されて負荷300が駆動され
ることとなる。
【0041】各FET261、262のドレイン−ソー
ス間オン電圧(VDS(ON))検出回路は、ダイオード22
4、225、226、228と抵抗221、222、2
23とから構成され、ダイオード226およびダイオー
ド228により各FET261、262のドレイン−ソ
ース間オン電圧(VDS(ON))が検出され、このドレイン
−ソース間オン電圧(VDS(ON))に相当する電位が抵抗
223を通して第1比較器238の非反転入力端子に入
力される。この第1比較器238の非反転入力端子に入
力される電圧は、ダイオード224とダイオード225
とがOR接続されているため、第1FET261もしく
は第2FET262のドレイン−ソース間オン電圧(V
DS(ON))の高い方が印加されることとなる。
【0042】ここで、ダイオード224とダイオード2
25のカソード側の共通接続点は第1トランジスタ23
0のコレクタに接続し、そのエミツタは接地している。
第1トランジスタ230のベースは抵抗R2を介して直
流電源(DC/DC)に接続するとともに第2トランジ
スタ231のコレクタに接続し、そのエミツタは接地し
ている。第2トランジスタ231のベースは抵抗232
とコンデンサ233よりなる第2遅延回路に接続してい
る。
【0043】そのため、フォトカプラ210が動作しな
いときは、直流電源(DC/DC)より第1トランジス
タ230のベースに電流が供給されるため、第1トラン
ジスタ230はオン動作し、各ダイオード224、22
5のカソード側はGNDレベルにされる。
【0044】一方、フォトカプラ210が動作すると、
ゲート抵抗227a、227b、227cの抵抗分割比
に応じて第1FET261および第2FET262の各
ゲート261g、262gに電圧が印加され、第1FE
T261および第2FET262がオン動作するが、第
1トランジスタ230がオン動作している間は第1比較
器238の非反転入力端子に各ダイオード226、22
8の検出電圧が入力されないので、第1FET261お
よび第2FET262のドレイン−ソース間オン電圧
(VDS(ON))の検出は無視される。これにより、第1F
ET261および第2FET262が完全にオン動作す
るまでのドレイン−ソース間電圧を短絡電流によるドレ
イン−ソース間オン電圧(VDS(ON))として誤検出する
ことが防止できる。
【0045】ここで、第1FET261および第2FE
T262がオン動作し、各ゲート261g、262gの
印加電圧が上昇して、第2遅延回路の抵抗232とコン
デンサ233により決定される時定数に対応する所定の
時間(T1時間)が経過すると、コンデンサ233の充
電電圧が上昇して第2トランジスタ231のベース電圧
が上昇するため、第2トランジスタ231はオン動作す
る。第2トランジスタ231がオン動作すると、第1ト
ランジスタ230のベース電流を引き込み、第1トラン
ジスタ230はオフ動作することとなる。これにより、
第1比較器238の非反転入力端子に各ダイオード22
6、228の検出電圧が入力されて、第1FET261
および第2FET262のドレイン−ソース間オン電圧
(VDS(ON))の検出が開始されることとなる。
【0046】短絡電流検出回路は第1比較器238にて
構成され、この第1比較器238の非反転入力端子には
抵抗223を介してダイオード224、225の各カソ
ード側に接続している。一方、第1比較器238の反転
入力端子には抵抗237bと抵抗237cの共通接続点
に接続しており、抵抗237bの他端は直流電源(DC
/DC)に接続し、抵抗237cの他端は接地してい
る。ここで、抵抗237bの抵抗値Rbと抵抗237c
の抵抗値Rcで分割された直流電源(DC/DC)の分
圧電圧が第1FET261および第2FET262の短
絡電流を検出するためのドレイン−ソース間オン電圧
(VDS(ON))の基準電圧Vs(第2基準電圧)となる。
第1基準電圧の値Vsの設定は以下のようにしてなされ
る。即ち、上述の第1の実施の形態で述べたように、F
ETの最大許容サージ電流はIEC(International El
ectrotechnical Commission)規格(IEC1131−
2)にて定められており、その最大許容サージ電流は定
格電流の10倍と定められている。したがって、定格電
流の10倍に相当する電圧より大きい値を短絡電流検出
のための基準電圧Vsとしている。
【0047】ここで、図7は第1FET261および第
2FET262に過渡電流が流れた場合のドレイン−ソ
ース間オン電圧(VDS(ON))波形を示す図であり、短絡
時には曲線Aで示される波形となり、サージ印加時には
曲線Bで示される波形となり、過負荷時には曲線Cで示
される波形となり、定格負荷時には曲線Dで示される波
形となる。したがって、図7に示すように、短絡電流の
検出レベルをドレイン−ソース間オン電圧(VDS(ON)
が定格電流の10倍に相当する電圧より大きくなった値
を基準電圧Vsとなるように抵抗237bの抵抗値Rb
と抵抗237cの抵抗値Rcを選定すればよいこととな
る。
【0048】サージ許容回路および過負荷電流検出回路
は、抵抗239とコンデンサ235とかなる第1遅延回
路と第2比較器236と上述の第1比較器238とから
構成され、第2比較器236の反転入力端子は抵抗23
9とコンデンサ235との共通接続点に接続し、抵抗2
39の他端は各FET261、262の各ゲート261
g、262gに接続し、コンデンサ235の他端は接地
している。また、第2比較器236の非反転入力端子は
抵抗234aと抵抗234bの共通接続点に接続し、抵
抗234aの他端は直流電源(DC/DC)に接続し、
抵抗234bの他端は接地している。第2比較器236
の出力は抵抗237aを介して第1比較器238の反転
入力端子に接続している。
【0049】ここで、第2比較器236の反転入力端子
に入力される電圧(コンデンサ235の充電電圧)が非
反転入力端子に入力される直流電源(DC/DC)の抵
抗234aと抵抗234bとの分圧比により決定される
電圧を越えるまでの時間を、第1遅延回路の抵抗239
とコンデンサ235により決定される時定数に対応する
サージ許容時間(T2時間、図7においては2サイクル
の間)として設定する。これにより、このサージ許容時
間(T2時間)内に第1比較器238の非反転入力端子
に入力される第1FET261もしくは第2FET26
2のドレイン−ソース間オン電圧(VDS(ON))が反転入
力端子に入力される基準電圧Vsより大きくなると、第
1比較器238は許容サージ電流を越えたとしてオフ動
作し、短絡電流検出信号を出力する。
【0050】なお、サージ許容時間(T2時間)内に第
1比較器238の非反転入力端子に入力される第1FE
T261もしくは第2FET262のドレイン−ソース
間オン電圧(VDS(ON))が反転入力端子に入力される後
述する過負荷電流検出電圧Voより大きくても基準電圧
Vsより小さければ許容サージ電流と判定して第1比較
器238はオン動作のままで出力信号を出力することは
ない。
【0051】一方、コンデンサ235の充電電圧が上昇
して第2比較器236の反転入力端子電圧が上昇し、非
反転入力端子に入力される直流電源(DC/DC)の抵
抗234aと抵抗234bとの分圧比により決定される
基準電圧Vt(第3基準電圧図8(e)参照)を越える
と、第2比較器236はサージ許容時間(T2時間)を
越えたと判定してサージ許容時間経過信号を出力する。
すると、このサージ許容時間経過信号により抵抗237
aがGNDレベルに引かれることとなり、第1比較器2
38の反転入力端子とGND間に接続される抵抗が抵抗
237cのみから抵抗237aと抵抗237cの並列回
路の合成抵抗となってその抵抗値が減少することとな
る。つまり、第1比較器238の反転入力端子に接続さ
れる基準電圧が図7に示すように基準電圧Vsから基準
電圧Vo(第1基準電圧)に低下することとなる。
【0052】したがって、サージ許容時間(T2時間)
経過後、第1比較器238の非反転入力端子に入力され
る第1FET261もしくは第2FET262のドレイ
ン−ソース間オン電圧(VDS(ON))が反転入力端子に入
力される基準電圧Vo(第1基準電圧)より大きくなる
と、第1比較器238は過負荷電流と判定してオフ動作
し、過負荷電流検出信号を出力することとなる。ターン
オフラッチ回路は、サイリスタ240から構成し、この
サイリスタ240のアノード側は第2発光ダイオード2
51を介して分圧抵抗227aと227bの共通接続点
に接続し、そのカソード側は接地し、そのゲートは第1
比較器238の出力端子に接続するとともに抵抗241
を介して直流電源(DC/DC)に接続している。
【0053】このため、第1比較器238がオフ動作し
て短絡電流検出信号または過負荷電流検出信号を出力す
ると、サイリスタ240のゲートには抵抗241を通し
て直流電源(DC/DC)が印加されてターンオンす
る。すると、第1FET261および第2FET262
の各ゲート電圧が低下して各FET261、262はオ
フ動作する。サイリスタ240のアノードには直流電源
(DC/DC)より第1フォトトランジスタ212、抵
抗227a、第2発光ダイオード251を通して保持電
流が供給されるため、第1フォトカプラ210がオフ動
作するまでサイリスタ240のターンオンが保持(ラッ
チ)され、各FET261、262のターンオフ状態が
ラッチされる。なお、図6に示すように、第1FET2
61および第2FET262の各ゲート261g、26
2gの共通接続点とサイリスタ240のアノード側との
間にダイオード242を接続すれば、各FET261、
262のゲート電荷を急激に引き抜くことができるよう
になり、各FET261、262のオフ動作を速くする
ことが可能となる。
【0054】異常信号フィードバック回路は第2発光ダ
イオード251と第2フォトトランジスタ252よりな
る第2フォトカプラ250から構成し、上述したよう
に、第1比較器238がオフ動作して短絡検出信号また
は過負荷検出信号を出力するとサイリスタ240がター
ンオンする。すると、第2発光ダイオード251が発光
して第2フォトトランジスタ252が導通する。第2フ
ォトトランジスタ252が導通することにより、短絡電
流あるいは過負荷電流の異常信号は端子Sを介して図示
しない論理演算部(図10参照)にフィードバックされ
ることとなる。
【0055】以下に、上述のように構成した本第2の実
施の形態の保護回路の動作を図8の動作波形図に基づい
て説明する。ここで、図8(a)はフォトカプラ210
のオン/オフ動作波形を示し、図8(b)は第1FET
261および第2FET262のオン/オフ動作波形を
示し、図8(c)は第1FET261および第2FET
262に流れる負荷電流の波形を示し、図8(d)は第
1トランジスタ230の動作波形を示し、図8(e)は
第2比較器236の反転入力端子に入力される入力電圧
波形を示し、図8(f)は第1比較器238の反転入力
端子に入力される入力電圧波形を示す。なお、図8
(f)のON電圧は各FET261、262のドレイン
−ソース間電圧を示す。
【0056】(1)短絡状態となった場合 時刻t1の時点においてフォトカプラ210が動作(図
8(a)参照)すると、第1FET261および第2F
ET262の各ゲート261g、262gに電圧が印加
され、第1FET261および第2FET262がオン
動作(図8(b)参照)する。ところが、第2遅延回路
の抵抗232とコンデンサ233により決定される時定
数に対応するT1時間が経過するまでは第1トランジス
タ230がオン動作しているので、第1比較器238の
非反転入力端子に各ダイオード226、228の検出電
圧が入力されなく、第1FET261もしくは第2FE
T262のドレイン−ソース間オン電圧(VDS(ON))の
検出は無視される。
【0057】第1FET261および第2FET262
がオン動作してからT1時間が経過した時刻t2の時点に
なると、各ゲート261g、262gの印加電圧が上昇
し、コンデンサ233の充電電圧が上昇して第2トラン
ジスタ231のベース電圧が上昇するため、第2トラン
ジスタ231がオン動作する。第2トランジスタ231
がオン動作すると、第1トランジスタ230のベース電
流を引き込み、第1トランジスタ230はオフ動作(図
8(d)参照)する。これにより、第1比較器238の
非反転入力端子に各ダイオード226、228の検出電
圧が入力されて、第1FET261もしくは第2FET
262のドレイン−ソース間オン電圧(VDS(ON))の検
出が開始される。
【0058】このとき出力端子P、Oに接続された負荷
300が負荷短絡状態にあると、第1FET261およ
び第2FET262には短絡電流(図7および図8
(c)の符号A参照)が流れる。すると、この短絡電流
に対応するドレイン−ソース間オン電圧(VDS(ON))が
各ダイオード226、228にて検出され、検出された
電圧の高い方の電圧がダイオード224と225にて選
択されて、抵抗223を通して第1比較器238の非反
転入力端子に入力される。このとき、第2比較器236
の反転入力端子に入力される電圧は図8(e)に示すよ
うに基準電圧Vtより小さい(即ち、コンデンサ235
の充電電圧が小さい)ため、第2比較器236はサージ
許容時間経過信号を出力しなく、第1比較器238の反
転入力端子には基準電圧Vs(直流電源(DC/DC)
の抵抗237bと抵抗237cで分圧された電圧)が入
力されることとなる。
【0059】そして、図8(f)に示すように、第1比
較器238の非反転入力端子に入力されるドレイン−ソ
ース間オン電圧(VDS(ON))は反転入力端子に入力され
る基準電圧Vsより大きいため、第1比較器238はオ
フ動作して短絡検出信号を出力する。すると、サイリス
タ240のゲートには抵抗241を通して直流電源(D
C/DC)が印加されてターンオンし、ダイオード24
2を通して各FET261、262のゲート電荷が引き
抜かれて各FET261、262はオフ動作(図8
(b)参照)する。このとき、サイリスタ240のアノ
ードには直流電源(DC/DC)より第1フォトトラン
ジスタ212、抵抗227a、第2発光ダイオード25
1を通して保持電流が供給されるため、サイリスタ24
0はターンオンの状態がラッチされ、各FET261、
262のターンオフの状態がラッチされる。
【0060】一方、サイリスタ240がターンオンする
と、第2フォトカプラ250の第2発光ダイオード25
1が発光して第2フォトトランジスタ252が導通す
る。第2フォトトランジスタ252が導通すると、短絡
電流の異常信号が端子Sを介して図示しない論理演算部
(図10参照)にフィードバックされる。なお、時刻t
3において第1フォトカプラ210がオフ動作するとサ
イリスタ240のターンオンのラッチが解除される。
【0061】(2)過負荷状態となった場合 時刻t4において、再度、フォトカプラ210が動作
(図8(a)参照)し、T1時間が経過した時刻t5の時
点になると、各ゲート261g、262gの印加電圧が
上昇し、コンデンサ233の充電電圧が上昇して第2ト
ランジスタ231のベース電圧が上昇するため、第2ト
ランジスタ231がオン動作して、第1トランジスタ2
30はオフ動作(図8(d)参照)する。このとき出力
端子P、Oに接続された負荷300が過負荷状態にある
と、第1FET261および第2FET262には過負
荷電流(図7および図8(c)の符号C参照)が流れ
る。
【0062】すると、この過負荷電流に対応するドレイ
ン−ソース間オン電圧(VDS(ON))が各ダイオード22
6、228にて検出され、検出された電圧の高い方の電
圧がダイオード224と225にて選択されて、抵抗2
23を通して第1比較器238の非反転入力端子に入力
される。このとき、第2比較器236の反転入力端子に
入力される電圧はコンデンサ235の充電電圧となるの
で、図8(e)に示すように時刻t4から時刻t6に時間
が経過するとともにその充電電圧は上昇し、時刻t6
なって充電電圧が基準電圧Vtに達するとサージ許容時
間(T2時間)が経過したこととなり、第2比較器23
6はサージ許容時間経過信号を出力する。
【0063】時刻t6において、第2比較器236より
サージ許容時間経過信号を出力されると、第1比較器2
38の反転入力端子とGND間に接続される抵抗が抵抗
237cのみから抵抗237aと抵抗237cの並列回
路の合成抵抗となってその抵抗値が小さくなる。そのた
め、図8(f)に示すように、第1比較器238の反転
入力端子に入力される基準電圧はVsからVoに低下
し、非反転入力端子に入力されるドレイン−ソース間オ
ン電圧(VDS(ON))はこのVoより大きいため、第1比
較器238はオフ動作して過電流検出信号を出力する。
【0064】すると、サイリスタ240のゲートには抵
抗241を通して直流電源(DC/DC)が印加されて
ターンオンし、ダイオード242を通して各FET26
1、262のゲート電荷が引き抜かれて各FET26
1、262はオフ動作(図8(b)参照)する。このと
き、サイリスタ240のアノードには直流電源(DC/
DC)より第1フォトトランジスタ212、抵抗227
a、第2発光ダイオード251を通して保持電流が供給
されるため、サイリスタ240はターンオンの状態がラ
ッチされ、各FET261、262はターンオフの状態
がラッチされる。
【0065】一方、サイリスタ240がターンオンする
と、第2フォトカプラ250の第2発光ダイオード25
1が発光して第2フォトトランジスタ252が導通す
る。第2フォトトランジスタ252が導通すると、過負
荷電流の異常信号が端子Sを介して図示しない論理演算
部(図10参照)にフィードバックされる。なお、時刻
7において第1フォトカプラ210がオフ動作すると
サイリスタ240のターンオンのラッチが解除される。
【0066】(3)定格負荷状態となった場合、 時刻t8において、再再度、フォトカプラ210が動作
(図8(a)参照)し、T1時間が経過した時刻t9の時
点になると、各ゲート261g、262gの印加電圧が
上昇し、コンデンサ233の充電電圧が上昇して第2ト
ランジスタ231のベース電圧が上昇するため、第2ト
ランジスタ231がオン動作して、第1トランジスタ2
30はオフ動作(図8(d)参照)する。このとき出力
端子P、Oに接続された負荷300が定格負荷状態にあ
ると、第1FET261および第2FET262には定
格負荷電流(図7および図8(c)の符号D参照)が流
れる。
【0067】すると、この定格負荷電流に対応するドレ
イン−ソース間オン電圧(VDS(ON))が各ダイオード2
26、228にて検出され、検出された電圧の高い方の
電圧がダイオード224と225にて選択されて、抵抗
223を通して第1比較器238の非反転入力端子に入
力される。このとき、第2比較器236の反転入力端子
に入力される電圧はコンデンサ235の充電電圧となる
ので、図8(e)に示すように時刻t8から時刻t10
時間が経過するとともにその充電電圧は上昇し、時刻t
10になって充電電圧が基準電圧Vtに達するとサージ許
容時間(T2時間)が経過したこととなり、第2比較器
236はサージ許容時間経過信号を出力する。
【0068】時刻t10において、第2比較器236より
サージ許容時間経過信号を出力されると、第1比較器2
38の反転入力端子とGND間に接続される抵抗が抵抗
237cのみから抵抗237aと抵抗237cの並列回
路の合成抵抗となってその抵抗値が小さくなる。そのた
め、図8(f)に示すように、第1比較器238の反転
入力端子に入力される基準電圧はVsからVoに低下
し、非反転入力端子に入力されるドレイン−ソース間オ
ン電圧(VDS(ON))はこのVoより小さいため、第1比
較器238はオン動作のままで検出信号を出力しない。
【0069】上述のように構成した本第2の実施の形態
においては、各FET261、262のドレイン−ソー
ス間オン電圧(VDS(ON))と基準電圧Vs(第2基準電
圧)とを第1比較器238が比較して、ドレイン−ソー
ス間オン電圧(VDS(ON))が基準電圧Vsより大きいと
短絡電流検出信号を出力する。これにより、分路回路を
設けなくても簡単な回路構成で短絡電流を検出できるよ
うになる。
【0070】また、抵抗239とコンデンサ235とか
らなる第1遅延回路の時定数(T2時間:第1の経過時
間)に対応する電圧に基づいて第2比較器236から出
力されたサージ許容時間経過信号により基準電圧Vsが
低下した基準電圧Vo(第1基準電圧)と各FET26
1、262のドレイン−ソース間オン電圧(VDS(ON)
とを比較し、ドレイン−ソース間オン電圧(VDS(ON)
が基準電圧Voより大きいと第1比較器238は過負荷
電流検出信号を出力するので、許容サージ電流を過電流
として誤検出することが防止できるようになる。
【0071】また、基準電圧Vs(第2基準電圧)と基
準電圧Vo(第1基準電圧)は1つの直流電源(DC/
DC)により発生させることができるので、基準電圧発
生用の電源を減らすことが可能となり、この種の出力回
路を小型にかつ安価に製造できるようになる。さらに、
第2遅延回路路は電界効果トランジスタが駆動して第2
の経過時間(T1時間)が経過するまで、ドレイン−ソ
ース間オン電圧検出手段が検出したドレイン−ソース間
オン電圧の検出を開始しないので、電界効果トランジス
タが駆動する瞬間のドレイン−ソース間電圧を短絡電流
によるドレイン−ソース間オン電圧として誤検出するこ
とが防止できるようになる。
【0072】なお、上述の第2の実施の形態において
は、出力素子(第1FET261および第2FET26
2)によりオン/オフ制御される被制御装置となる負荷
の電源として交流電源を用いる例について説明したが、
電源として直流電源を用いてよいことは明かである。こ
の場合、図9(図9において、図6と同一符号は同一名
称を表すので、その説明は省略する)に示すように、図
6に示した第2FET262、ダイオード224、22
5、228および抵抗222は設けなくてよい。
【0073】なお、上述の第2の実施の形態において、
サージ許容時間(T2時間)およびコンデンサ233を
充電するための遅れ時間(T1時間)はそれぞれ各請求
項に記載された第1時間および第2時間に相当し、基準
電圧Voは各請求項1に記載された第1基準電圧に相当
し、基準電圧Vsは各請求項に記載された第2基準電圧
に相当し、基準電圧Vtは各請求項に記載された第3基
準電圧に相当し、第1比較器238は請求項4および請
求項6に記載された第1比較器に相当し、第2比較器2
36は請求項6に記載された第4比較器に相当する。
【0074】なお、上述の各実施の形態においては、本
発明の出力回路をプログラマブルコントローラに適用し
たが、所定のオン/オフの状態を電気信号として出力
し、しかも様々の電圧レベルの電気信号に対応可能な汎
用の出力回路を備える制御装置であれば、どのような装
置に適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の出力回路の第1の実施の形態の全体
構成を示す回路図である。
【図2】 電界効果トランジスタ(FET)の特性を示
す図であり、(a)はドレイン−ソース間オン抵抗(R
DS(ON))とドレイン電流(ID)の関係を示し、(b)
はドレイン−ソース間オン電圧(VDS(ON))とドレイン
電流(ID)の関係を示す。
【図3】 電界効果トランジスタ(FET)に過渡電流
が流れた場合のドレイン−ソース間オン電圧
(VDS(ON))の変化を示す図である。
【図4】 電界効果トランジスタ(FET)に過渡電流
が流れた場合のドレイン−ソース間オン電圧
(VDS(ON))の変化を示す図であり、(a)はサージ印
加時のドレイン−ソース間オン電圧(VDS(ON))の変化
を示す図であり、(b)は過負荷時のドレイン−ソース
間オン電圧(VDS(ON))の変化を示す図であり、(c)
はドレイン−ソース間オン電圧(VDS(ON))の積分波形
を示す図である。
【図5】 電源として直流電源を用いた場合の図1と同
様な回路図である。
【図6】 本発明の出力回路の第2の実施の形態の全体
構成を示す回路図である。
【図7】 電界効果トランジスタ(FET)に過渡電流
が流れた場合のドレイン−ソース間オン電圧
(VDS(ON))の変化と短絡電流検出レベルおよび過負荷
電流検出レベルを示す図である。
【図8】 図6の回路の動作波形を示す図である。
【図9】 電源として直流電源を用いた場合の図6と同
様な回路図である。
【図10】 プログラマブルコントローラの全体構成を
示す図である。
【符号の説明】
100…出力回路、110…第1フォトカプラ、12
1、122、123…抵抗、124、125、126、
128…ダイオード、129…コンデンサ、130…ツ
ェナーダイオード、131…比較器(第3比較器)、1
32…比較器131の基準電圧源(V1:第3基準電
圧)、133…抵抗、134…コンデンサ、135…比
較器(第2比較器)、136…比較器135の基準電圧
源(V2:第1基準電圧)、140…サイリスタ、15
0…第2フォトカプラ、161、162…電界効果トラ
ンジスタ(FET)(出力素子)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H02H 3/093 H02H 3/10 A 3/10 G05B 19/05 L

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力装置あるいは検出装置からの出力信
    号に基づき予め設定されたプログラムに従って論理演算
    処理を行う論理演算部からの演算結果を出力する出力素
    子を有する制御装置の出力回路であって、 前記出力素子として電界効果トランジスタを用い、 前記電界効果トランジスタのドレイン−ソース間オン電
    圧を検出するドレイン−ソース間オン電圧検出手段と、 前記ドレイン−ソース間オン電圧検出手段が検出したド
    レイン−ソース間オン電圧が第1基準電圧より大きいと
    過負荷電流検出信号を出力する過負荷電流検出手段と、 前記電界効果トランジスタが駆動して所定の第1時間が
    経過するとサージ許容時間経過信号を出力するサージ許
    容手段とを備え、 前記ドレイン−ソース間オン電圧検出手段が検出したド
    レイン−ソース間オン電圧が前記第1基準電圧より大き
    くなっても、前記第1時間が経過するまでは前記過負荷
    電流検出手段は許容サージ電流として許容して前記過負
    荷電流検出信号を出力しないようにするとともに、前記
    ドレイン−ソース間オン電圧が前記第1基準電圧より大
    きくなって、前記第1時間が経過して前記サージ許容手
    段が前記サージ許容時間経過信号を出力すると前記過負
    荷電流検出信号を出力して前記電界効果トランジスタの
    動作を遮断するようにしたことを特徴とする制御装置の
    出力回路。
  2. 【請求項2】 前記ドレイン−ソース間オン電圧検出手
    段が検出したドレイン−ソース間オン電圧が前記第1基
    準電圧よりは大きい第2基準電圧より大きくなると短絡
    電流検出信号を出力する短絡電流検出手段を備え、 前記短絡電流検出手段が前記短絡電流検出信号を出力す
    ると前記電界効果トランジスタの動作を遮断するように
    したことを特徴とする請求項1に記載の制御装置の出力
    回路。
  3. 【請求項3】 前記短絡電流検出手段は前記第2基準電
    圧となるツェナー電圧を有するツェナーダイオードから
    なることを特徴とする請求項2に記載の制御装置の出力
    回路。
  4. 【請求項4】 前記短絡電流検出手段は前記電界効果ト
    ランジスタのドレイン−ソース間オン電圧と前記第2基
    準電圧とを比較して同ドレイン−ソース間オン電圧が同
    第2基準電圧より大きいと短絡電流検出信号を出力する
    第1比較器からなることを特徴とする請求項2に記載の
    制御装置の出力回路。
  5. 【請求項5】 前記サージ許容手段は前記第1基準電圧
    より大きくかつ前記第2基準電圧より小さい第3基準電
    圧と前記電界効果トランジスタのドレイン−ソース間オ
    ン電圧とを比較して同ドレイン−ソース間オン電圧が同
    第3基準電圧より大きいと過電流検出信号を出力する第
    2比較器と、前記第1時間に対応する電圧まで上昇する
    とサージ許容時間経過信号を出力する第1遅延回路から
    なり、 前記過負荷電流検出手段は前記第1遅延回路から出力さ
    れた前記第1時間に対応する電圧と前記第1基準電圧と
    を比較して同第1時間に対応する電圧が同第1基準電圧
    より大きいと過負荷電流検出信号を出力する第3比較器
    からなることを特徴とする請求項3に記載の制御装置の
    出力回路。
  6. 【請求項6】 前記サージ許容手段は前記第1時間に対
    応する電圧を発生する第1遅延回路と、この第1遅延回
    路により発生された電圧と前記第3基準電圧とを比較し
    て同遅延回路により発生された前記第1時間に対応する
    電圧が同第3基準電圧より大きいとサージ許容時間経過
    信号を出力する第4比較器とからなり、 前記過負荷電流検出手段は前記第1遅延回路から出力さ
    れたサージ許容時間経過信号に基づいて前記第2基準電
    圧が低下した前記第1基準電圧と前記電界効果トランジ
    スタのドレイン−ソース間オン電圧とを比較して同ドレ
    イン−ソース間オン電圧が同第1基準電圧より大きいと
    過負荷電流検出信号を出力する前記第1比較器からなる
    ことを特徴とする請求項4に記載の制御装置の出力回
    路。
  7. 【請求項7】 前記電界効果トランジスタが駆動してか
    らの所定の第2時間に対応する所定の電圧を発生する第
    2遅延回路を備え、同第2遅延回路が前記所定の電圧を
    発生するまでは前記ドレイン−ソース間オン電圧検出手
    段が検出したドレイン−ソース間オン電圧の検出を遅ら
    せるようにしたことを特徴とする請求項1から請求項6
    のいずれかに記載の制御装置の出力回路。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2000268990A (ja) * 1999-03-17 2000-09-29 Koito Mfg Co Ltd 放電灯点灯回路
JP2016143169A (ja) * 2015-01-30 2016-08-08 株式会社キーエンス デバイスモニタ装置及びデバイスモニタ方法
CN114123833A (zh) * 2021-10-29 2022-03-01 广东汇芯半导体有限公司 半导体电路

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