JPH10117436A

JPH10117436A - 過電流防止装置

Info

Publication number: JPH10117436A
Application number: JP8289247A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Terajima; 隆幸寺島
Original assignee: Hioki EE Corp
Current assignee: Hioki EE Corp
Priority date: 1996-10-11
Filing date: 1996-10-11
Publication date: 1998-05-06

Abstract

(57)【要約】【課題】電源投入時において突入的に流れ込む電流値
の低減を図りつつ、装置の小型化を図り得る過電流防止
装置を提供することを主目的とする。【解決手段】電源供給装置２からの供給電流を負荷４
に出力するための電流出力手段１１と、電流出力手段１
１を介して負荷４に入力される電流の電流値を検出電圧
として検出する入力電流検出手段１２と、電流出力手段
１１の出力電流を所定電流値以下に制限する電流制限動
作を検出電圧が規定電圧を超えたときに実行可能な電流
制限制御手段１３とを備えている過電流防止装置１にお
いて、検出電圧が所定時間以上規定電圧を超えたときに
電流制限制御手段１３に対して電流制限動作を実行させ
る制御部１４を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電源装置などの電
源供給装置から負荷に電源を供給する際の過電流を防止
するための過電流防止装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の過電流防止装置として、図３に
示す回路が従来から知られている。同図に示す過電流防
止装置４１は、電源供給装置としての電池２の電池電源
を電源スイッチ３を介して入力し、常態では、電池電源
を負荷回路４に連続して出力する一方、負荷回路４に過
電流が流れる異常状態時には、負荷回路４への電池電源
の供給を停止する。

【０００３】具体的な構成について説明すると、過電流
防止装置４１は、定電流ダイオード（ＣＲＤ）４２と、
電池２からの供給電流を負荷回路４に出力するための電
流出力手段として機能するＮＰＮ型のトランジスタ４３
と、負荷回路４に入力される電流の電流値を検出するた
めの入力電流検出手段として機能する抵抗４４と、コン
デンサ４５と、抵抗４４によって検出された検出電圧が
規定電圧を超えたときにトランジスタ４３の出力電流を
制限するための電流制限手段として機能するシリコン制
御整流器（ＳＣＲ、Silicon Controlled Rectifier）４
６とを備えている。

【０００４】この過電流防止装置４１では、電源スイッ
チ３がオンされると、電池２の電池電源（例えば９Ｖ）
が電源スイッチ３を介して入力される。この際、トラン
ジスタ４３は、定電流ダイオード４２の定電流Ｉ_P （ピ
ンチオフ電流）をベース電流として作動し、負荷４に対
し電流値（Ｉ_P ・ｈ_fe）を最大とする負荷電流を供給す
る。一方、負荷電流が規定電流値を超えると、抵抗４４
の両端に発生する両端電圧がシリコン制御整流器４６の
ゲートトリガ電圧Ｖ_gtに達し、これにより、シリコン制
御整流器４６のアノード−カソード間が導通状態にな
る。この状態では、トランジスタ４３のベース−エミッ
タ間電圧が作動電圧以下になるため、トランジスタ４３
が作動停止する。この結果、負荷４に対しては、定電流
ダイオード４２およびシリコン制御整流器４６を介し
て、定電流ダイオード４２の定電流Ｉ_P のみが供給され
る。この場合、定電流Ｉ_P がシリコン制御整流器４６の
保持電流よりも大きければ、シリコン制御整流器４６の
アノード−カソード間が導通状態を維持すると共に、ト
ランジスタ４３が作動停止状態を維持する。このよう
に、この過電流防止装置４１では、抵抗４４の両端電圧
が規定電圧を超えると、負荷回路４に対する負荷電流の
供給が直ちに停止されている。

【０００５】なお、コンデンサ４５は、電源スイッチ３
の初期投入時において負荷回路４に一時的に流れる突入
電流によってはシリコン制御整流器４６が作動しないよ
うに機能する。つまり、電源スイッチ３の初期投入時に
おいては、負荷回路４内のバイパスコンデンサ５などに
突入電流が一時的に流れ込む。このため、コンデンサ４
５が接続されていないとした場合には、突入電流によっ
て抵抗４４の両端電圧が直ちにシリコン制御整流器４６
のゲートトリガ電圧Ｖ_gtに達してしまい、シリコン制御
整流器４６が導通状態になってトランジスタ４３が作動
停止する結果、負荷回路４に対して負荷電流を供給でき
ないことになる。この場合、抵抗４４に並列接続されて
いるコンデンサ４５は、大容量電解コンデンサなどで構
成されており、電源スイッチ３の初期投入時において
は、抵抗４４の両端を短絡することによって、抵抗４４
の両端電圧の上昇を強制的に阻止する。これにより、こ
の過電流防止装置４１では、電源スイッチ３の初期投入
時におけるシリコン制御整流器４６の不要な作動を防止
している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この過電流
防止装置４１には、以下の問題点がある。すなわち、過
電流防止装置４１は、負荷回路４に流れる過電流の防止
を図ることにのみ存在価値がある。このため、本来的に
は、過電流防止装置４１を簡易かつ小型に構成しなけれ
ばならない。その一方、負荷回路４側のバイパスコンデ
ンサ５の容量が例えば１０００μＦ程度であるとすれ
ば、電源スイッチ３の初期投入時におけるシリコン制御
整流器４６の不要な作動を防止するためには、コンデン
サ４５の容量を数千μＦという大容量にする必要があ
る。したがって、過電流防止装置４１には、装置の小型
化の要請に応じるのが困難であるという問題点がある。

【０００７】さらに、大容量のコンデンサ４５を抵抗４
４に並列接続したことにより、別の問題点が生じてい
る。すなわち、抵抗４４は、コンデンサ４５が並列接続
されていない場合には、負荷電流値の検出手段として機
能するのみならず、電源スイッチ３の初期投入時におけ
る電流制限の機能をも果たしている。これに対し、コン
デンサ４５は、電源スイッチ３の初期投入時において、
抵抗４４の両端を短絡することにより、電池２のプラス
出力部と負荷回路４内のアースとを一時的に短絡する。
このため、この過電流防止装置４１には、過電流を防止
するための装置であるにも拘わらず、電源スイッチ３の
初期投入時には、かえって大電流を流してしまい、場合
によっては、電源スイッチ３の接点不良を生じさせるこ
とがあるという別の問題点がある。

【０００８】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
ものであり、電源投入時において突入的に流れ込む電流
値の低減を図りつつ、装置の小型化を図り得る過電流防
止装置を提供することを主目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく請
求項１記載の過電流防止装置は、電源供給装置からの供
給電流を負荷に出力するための電流出力手段と、電流出
力手段を介して負荷に入力される電流の電流値を検出電
圧として検出する入力電流検出手段と、電流出力手段の
出力電流を所定電流値以下に制限する電流制限動作を検
出電圧が規定電圧を超えたときに実行可能な電流制限制
御手段とを備えている過電流防止装置において、検出電
圧が所定時間以上規定電圧を超えたときに電流制限制御
手段に対して電流制限動作を実行させる制御部を備えて
いることを特徴とする。この場合、制御部は、コンデン
サおよび抵抗などの受動素子のみを含む時定数回路で構
成してもよいし、受動素子および集積回路を含むタイマ
回路などにより構成することもできる。

【００１０】従来の過電流防止装置４１では、電流制限
制御手段が、入力電流検出手段としての抵抗の両端電圧
が規定電圧を超えると直ちに電流制限動作を実行するの
に対し、この過電流防止装置では、制御部は、検出電圧
が所定時間以上規定電圧を超えているときに、電流制限
制御手段に対して電流制限動作を実行させる。この場
合、電源の初期投入時において負荷内のバイパスコンデ
ンサなどの負荷容量に突入電流が一時的に流れても、充
電終了時には、検出電圧が規定電圧よりも低下してい
る。したがって、所定時間を負荷容量の充電時間よりも
長い時間に設定することで、この過電流防止装置の電流
制限制御手段は、突入電流に起因する電流制限動作を実
行しない。このように、従来の過電流防止装置４１で
は、電源投入初期時における不要な電流制限動作を阻止
するために、入力電流検出手段としての抵抗の両端に大
容量コンデンサを接続する必要があったのに対し、この
過電流防止装置では、大容量コンデンサを不要にするこ
とができる結果、装置の小型化を図ることが可能にな
る。また、入力電流検出手段としての抵抗の両端などに
接続される大容量コンデンサを不要にできることによ
り、電源投入時において突入的に流れ込む電流値を低減
することが可能になる。

【００１１】請求項２記載の過電流防止装置は、請求項
１記載の過電流防止装置において、制御部は、検出電圧
が規定電圧を超えたときに作動して制御電流を出力する
トランジスタと、制御電流によって充電されるコンデン
サを含む時定数回路とを備えて構成され、コンデンサの
充電電圧が所定電圧に達したときに電流制限制御手段に
対して電流制限動作を実行させることを特徴とする。な
お、本発明におけるトランジスタには、一般的なトラン
ジスタを含むのは勿論のこと、電界効果トランジスタも
含まれる。また、時定数回路内のコンデンサが充電され
る限り、検出電圧が規定電圧を超えている所定時間は、
連続的であっても断続的であってもよい。

【００１２】この過電流防止装置では、検出電圧が規定
電圧を超えたときに、トランジスタが作動して、時定数
回路内のコンデンサを充電する。次いで、コンデンサの
充電電圧が所定電圧に達したときに、電流制限制御手段
が電流制限動作を実行する。この場合、制御部は、集積
回路などで構成されたタイマ等を用いることも可能であ
る。しかし、集積回路用の安定化電源を必要とするため
に装置が高価になったり、回路が複雑になったりする。
一方、この過電流防止装置では、トランジスタや、受動
素子であるコンデンサおよび抵抗などで制御部を構成す
ることができるため、装置のコストダウンを図ることが
可能になる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明に係る過電流防止装置の実施の形態について説明す
る。なお、図３における回路素子等と同一のものについ
ては、同一の符号を付して詳細説明を省略する。

【００１４】図１は、電源供給システムＳの回路図を示
しており、電源供給システムＳは、過電流防止装置１
と、電池電圧が例えば９Ｖの電池２と、電源スイッチ３
と、測定器などの負荷回路４とを含んで構成されてい
る。

【００１５】次に、過電流防止装置１の各構成について
詳述する。

【００１６】過電流防止装置１は、電池２の電池電源を
負荷回路４に供給する電流出力手段として機能するＰチ
ャンネル型のＦＥＴ１１と、負荷電流がＦＥＴ１１を介
して負荷回路４に入力される際の両端における降下電圧
を検出電圧として検出する抵抗（本発明における入力電
流検出手段に相当する）１２と、ＦＥＴ１１の出力電流
を所定電流値以下に制御する電流制限制御動作を実行す
るシリコン制御整流素子（本発明における電流制限制御
手段に相当する）１３と、シリコン制御整流素子１３に
対して電流制限動作を実行させる制御部１４とを備えて
いる。

【００１７】制御整流素子１３は、等価的には、同図に
示すように、ＰＮＰ型のトランジスタ２１と、ＮＰＮ型
のトランジスタ２２とを含んで構成されている。この場
合、トランジスタ２１のコレクタとトランジスタ２２の
ベースとが接続されると共にトランジスタ２１のベース
とトランジスタ２２のコレクタとが接続され、トランジ
スタ２１のエミッタ、トランジスタ２１のコレクタ、お
よびトランジスタ２２のエミッタが、それぞれシリコン
制御整流素子のアノードＡ、ゲートＧおよびカソードＫ
に相当する。

【００１８】このシリコン制御整流素子１３では、ゲー
トＧ−カソードＫ間電圧Ｖ_GKがゲートトリガ電圧Ｖ
_gt（例えば０．５Ｖ〜１Ｖ）に達すると、アノードＡ−
カソードＫ間が導通する。一旦この状態になると、アノ
ードＡ−カソードＫ間電流がシリコン制御整流素子１３
の保持電流Ｉ_H を超えている限り、シリコン制御整流素
子１３は導通状態を維持する。一方、アノードＡ−カソ
ードＫ間電流が保持電流Ｉ_H よりも低下したり、電源ス
イッチ３がオフにされたりすると、リセット状態になっ
て、アノードＡ−カソードＫ間の導通状態が解除され
る。

【００１９】制御部１４は、コンデンサ３２および抵抗
３３，３４から構成される時定数回路３１と、抵抗１２
の両端にそれぞれエミッタおよびベースが接続されると
共に時定数回路３１にコレクタが接続されたＰＮＰ型の
トランジスタ３５とから構成されている。

【００２０】この制御部１４では、抵抗１２を流れる負
荷電流Ｉ_L が予め規定した所定電流値以上に達すると、
抵抗１２の抵抗値と負荷電流Ｉ_L の値との積が規定電圧
（例えば０．６Ｖ〜０．７Ｖ）を超え、これにより、ト
ランジスタ３５が作動して制御電流Ｉ_c を時定数回路３
１に供給する。時定数回路３１のコンデンサ３２は、制
御電流Ｉ_c によって充電され、その端子間電圧Ｖ_C が下
記の式に従って時間ｔと共に上昇する。Ｖ_C ＝Ｒ３３×Ｖ_IN×（１−ｅ^-((R33+R34)×^t/R33×
^R34×^C32)）／（Ｒ３３＋Ｒ３４）ここで、Ｒ３３、Ｒ３４、Ｃ３２、Ｖ_INは、それぞれ、
抵抗３３の抵抗値、抵抗３４の抵抗値、コンデンサ３２
の容量値、および電池２の電池電圧を意味する。

【００２１】端子間電圧Ｖ_C は、充電される期間が無限
長のときには、以下の式で表される電圧値Ｖ₁ まで充電
されるが、図２に示すように、充電開始後の時間ｔ₂ の
時にゲートトリガ電圧Ｖ_gtに達する。Ｖ₁ ＝Ｒ３３×Ｖ_IN／（Ｒ３３＋Ｒ３４）端子間電圧Ｖ_C がゲートトリガ電圧Ｖ_gtに達すると、シ
リコン制御整流素子１３は、コンデンサ３２の端子間電
圧Ｖ_C がゲートＧ−カソードＫ間に印加されているた
め、アノードＡ−カソードＫ間が導通状態になり電流制
限動作を開始する。この場合、時間ｔ₂ は、コンデンサ
３２および抵抗３３，３４の定数を予め規定することに
より、電源スイッチ３の投入時から負荷回路４内のバイ
パスコンデンサ５などの負荷容量が十分に充電された時
（同図において端子間電圧がＶ_ONに達した時）までの時
間ｔ₁ よりも十分長い時間（例えば、１００ｍＳ程度）
になる。なお、負荷容量の充電が完了するまでの時間ｔ
₁ は、通常、１ｍＳ程度である。

【００２２】次に、過電流防止装置１全体の動作につい
て説明する。

【００２３】電源スイッチ３が投入されると、電池電源
は、抵抗１２を介して、ＦＥＴ１１のドレインに印加さ
れる。この状態では、シリコン制御整流素子１３のゲー
トＧ−カソードＫ間の電圧が０Ｖのため、シリコン制御
整流素子１３のアノードＡ−カソードＫ間が非導通状態
になっている結果、ＦＥＴ１１は、作動状態になる。こ
のため、ＦＥＴ１１は、電池電源を負荷回路４に出力
し、これにより、負荷電流Ｉ_L が、電池２から負荷回路
４に流れる。この際、抵抗１２は、負荷回路４に流れる
突入電流の電流値を、電池２の電池電圧Ｖ_INを抵抗１２
の抵抗値で除算した値に制限する。

【００２４】負荷回路４内のバイパスコンデンサ５など
の負荷容量に規定電流値以上の突入電流が流れると、抵
抗１２の両端電圧が規定電圧を超え、トランジスタ３５
が作動する。この結果、トランジスタ３５から制御電流
Ｉ_C が出力されることにより、時定数回路３１のコンデ
ンサ３２が充電を開始する。ところが、負荷容量が充電
されて突入電流が流れ終わる時間ｔ₁ のときには、コン
デンサ３２の端子間電圧Ｖ_C は、ゲートトリガ電圧Ｖ_gt
よりも低電圧の電圧値Ｖ_ONに制限されている。したがっ
て、シリコン制御整流素子１３のアノードＡ−カソード
Ｋ間が導通しないため、突入電流に起因してのシリコン
制御整流素子１３による電流制限動作が行われることは
ない。なお、負荷電流Ｉ_L が正常値に復帰したときに
は、コンデンサ３２に蓄積されていた電荷が抵抗３３，
３４を介して放電される結果、時定数回路３１は自動的
にリセットされる。

【００２５】一方、負荷回路４の回路故障などにより負
荷電流Ｉ_L が増加すると、抵抗１２の両端電圧が上昇
し、これにより、トランジスタ３５が作動して制御電流
Ｉ_C が時定数回路３１に流れ込む。この場合には、抵抗
１２の両端電圧が連続して規定電圧を超えるため、コン
デンサ３２の端子間電圧Ｖ_C は、時間と共に上昇する。
端子間電圧Ｖ_C がゲートトリガ電圧Ｖ_gtに達すると、シ
リコン制御整流素子１３が作動し、アノードＡ−カソー
ドＫ間が導通する。この結果、電池２、シリコン制御整
流素子１３のアノードＡ、およびカソードＫを介して、
ＦＥＴ１１のゲートに電池電圧Ｖ_INが印加される。これ
により、ＦＥＴ１１が遮断状態になるため、電池電源の
負荷回路４への供給が停止される。この状態において
は、抵抗３４の抵抗値を予め選択しておけば、抵抗３４
に流れる電流値がシリコン制御整流素子１３の保持電流
Ｉ_H よりも大きくすることができる結果、シリコン制御
整流素子１３は、電源スイッチ３がオフにされたり、電
池２の電池電圧Ｖ_INが低下することによって抵抗３４に
流れる電流値が保持電流Ｉ_H よりも低下したりしない限
り、導通状態を継続し、これにより、ＦＥＴ１１の遮断
状態が維持される。

【００２６】このように、この実施形態における過電流
防止装置１によれば、電源スイッチ３の投入時における
突入電流によっては、ＦＥＴ１１は、シリコン制御整流
素子１３によって電流制限されることはない。しかも、
従来の過電流防止装置４１において負荷電流を検出する
ための抵抗４４に並列接続されているコンデンサ４５
が、数千μＦという大容量コンデンサであってのに対
し、過電流防止装置１における時定数回路３１のコンデ
ンサ３２は、数μＦ、あるいは抵抗３３，３４の選択に
よっては１μＦ以下の容量のコンデンサを用いることが
できるため、回路の小型化および低価格化を図ることが
できる。

【００２７】また、過電流防止装置１では、負荷電流が
断続的に規定電流値を超えている場合には、時定数回路
３１の放電時間よりも短時間でコンデンサ３２が充電さ
れる限りＦＥＴ１１を遮断状態に制御することができ
る。このため、電源スイッチ３の投入後、負荷電流Ｉ_L
が、極めて短時間の間に規定電流値を超え、その後に正
常電流値に復帰するという許容状態が長期的に継続して
いるときには、ＦＥＴ１１を導通状態に維持させ、負荷
電流Ｉ_L が短期の間に規定電流を超えたり低下したりし
ている異常状態が継続するときには、ＦＥＴ１１を遮断
状態に制御するなど、多様な電流制限方法を採用するこ
とができる。

【００２８】なお、本発明は、本実施形態に示した構成
に限定されず、その構成を適宜変更することができる。
例えば、ＦＥＴ１１の代わりにトランジスタを使用して
もよいし、トランジスタ３５の代わりにＦＥＴを使用す
ることができる。さらに、本実施形態では、ＦＥＴ１１
にＰチャンネル型ＦＥＴが使用されているが、Ｎチャン
ネル型ＦＥＴを使用することもできる。ただし、かかる
場合には、シリコン制御整流素子１３とＮチャンネル型
ＦＥＴのゲートに論理反転用のトランジスタなどを用い
る必要があるため、本実施形態に示す過電流防止装置１
の構成の方がより簡易で好ましい。さらに、時定数回路
３１の代わりにタイマＩＣなどの集積回路を用いること
も可能である。しかし、集積回路用の安定化電源等を必
要とするため、装置の小型化および低価格化のために
は、本実施形態における過電流防止装置１の構成がより
好ましい。

【００２９】また、過電流防止装置１では、抵抗３３と
して固定抵抗を用いて構成したが、抵抗３３の代わりに
可変抵抗器を用いることもできる。かかる場合には、シ
リコン制御整流素子１３による電流制限動作を開始する
時間（時間ｔ₂ ）を負荷回路４の負荷容量の充電完了時
間に合わせて任意に短縮または伸張することができる。

【００３０】

【発明の効果】以上のように請求項１記載の過電流防止
装置によれば、電流制限制御手段による電流制限動作
が、例えば負荷内のバイパスコンデンサの充電時間より
も長い時間、検出電圧が規定電圧を超えているときに実
行される結果、電源投入初期時における突入電流に起因
する不要な電流制限動作を防止することができる。この
場合、従来の過電流防止装置４１では、電源投入初期時
における不要な電流制限動作を阻止するために、入力電
流検出手段としての抵抗の両端に大容量コンデンサを接
続する必要があったのに対し、この過電流防止装置によ
れば、大容量コンデンサを不要にすることができる結
果、装置の小型化を図ることができる。

【００３１】また、請求項２記載の過電流防止装置によ
れば、制御部が、制御電流を出力するトランジスタと、
コンデンサおよび抵抗などの受動素子で構成可能な時定
数回路とで構成されている結果、集積回路などを使用す
る場合と比較して装置のコストダウンを図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る過電流防止装置を含
む電源供給システムの回路図である。

【図２】本発明の実施の形態に係る過電流防止装置の動
作を説明するための、コンデンサの端子間電圧Ｖ_C の電
圧波形図である。

【図３】従来の過電流防止装置を含む電源供給システム
の回路図である。

【符号の説明】

１過電流防止装置２電池４負荷回路１１ＦＥＴ１２抵抗１３シリコン制御整流素子１４制御部３１時定数回路３２コンデンサ３３抵抗３４抵抗３５トランジスタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電源供給装置からの供給電流を負荷に出
力するための電流出力手段と、当該電流出力手段を介し
て前記負荷に入力される電流の電流値を検出電圧として
検出する入力電流検出手段と、前記電流出力手段の出力
電流を所定電流値以下に制限する電流制限動作を前記検
出電圧が規定電圧を超えたときに実行可能な電流制限制
御手段とを備えている過電流防止装置において、前記検出電圧が所定時間以上前記規定電圧を超えたとき
に前記電流制限制御手段に対して前記電流制限動作を実
行させる制御部を備えていることを特徴とする過電流防
止装置。
【請求項２】前記制御部は、前記検出電圧が前記規定
電圧を超えたときに作動して制御電流を出力するトラン
ジスタと、前記制御電流によって充電されるコンデンサ
を含む時定数回路とを備えて構成され、前記コンデンサ
の充電電圧が所定電圧に達したときに前記電流制限制御
手段に対して前記電流制限動作を実行させることを特徴
とする請求項１記載の過電流防止装置。