JPS6033741Y2 - 直流電源回路における保護回路 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は直流電源回路における保護回路に係り、スイッ
チングレギュレータ又はこれに類した直流電源回路より
安定な直流電圧を出力させるために誤差増幅器で比較さ
れる基準電圧を、簡単な回路構成により大なる時定数を
もってゆっくり立上る電圧としえ、かつ動作電圧を任意
に可変でき、もって電源回路の部品素子破壊を防止して
安全に電源回路を起動せしめつる保護回路を提供するこ
とを目的とする。

第１図は一般的な直流電源回路の一例の回路系統図を示
す。

同図中、１はＡＣ電源より整流・平滑して得られた直流
電圧入力端子で、この直流電圧はスイッチング回路２に
よりスイッチング制御されるトランス３の１次巻線に印
加され、その２次巻線より出力され、整流及び平滑回路
４を経て出力端子５より負荷（図示せず）に所定値の直
流電圧とされて印加される。

一方、負荷に印加される上記出力直流電圧は可変抵抗器
ＶＲにより分圧されて誤差増幅器６に供給され、ここで
基準電圧発生回路７よりの基準電圧とレベル比較され誤
差が検出される。

この誤差増幅器６より取り出された比較誤差電圧はパル
ス幅変調回路８に供給され、ここでパルス発生器９より
のパルス幅及び周期一定のパルスをパルス幅変調する。

このパルス幅変調波は、上記誤差増幅器６に印加される
分圧直流電圧が基準電圧よりも大なるときは所定のパル
ス幅よりも狭くなり、かつ小なるときは広くなるように
変調される。

このパルス幅変調波はスイッチング回路２に印加され、
例えば２個設けられたスイッチングトランジスタの導通
期間を制御する。

なお、このとき２個のスイッチングトランジスタが同時
にオンすることはない。

これにより、トランス３の２次巻線よりスイッチングト
ランジスタの導通期間に対応したパルス幅のパルスが出
力され、出力端子５より常に一定の安定化された直流電
圧が出力される。

このような一般の直流電源回路において、入力端子１よ
りの直流電圧は交流電源電圧を整流、平滑して得ている
ために、ＡＣ電源投入直後から一定の時定数をもって徐
々に立上り、電源投入時点から一定時間は所定の動作電
圧値よりも小であり、その後所定の動作電圧となる。

一方、基準電圧発生回路７の出力基準電圧は直流電圧で
あり、可変抵抗器ＶＲの分圧出力が極めて小となる上記
の一定時間においては分圧出力に比し相対的に極めて大
となるため、パルス幅変調回路８より極めてパルス幅の
長いパルスが出力され、スイッチングトランジスタ等を
破壊することがあった。

また、あるいは上記の誤動作により出力端子５よりの直
流電圧が電源投入時以降しばらくの間振動することがあ
った。

従って、上記の如き直流電源回路（ここではスイッチン
グレギュレータ）においては、電源投入後動作電圧に達
するまでは回路を動作させないようにし、かつ動作電圧
に達してから基準電圧を徐々に上昇させる必要がある。

これにより、基準電圧が零のときは、パルス幅変調回路
８の出力パルスのパルス幅が極めて小か零であるため、
スイッチングトランジスタの導通期間が極めて短かくあ
るいは導通しないのでスイッチングトランジスタの破壊
を防止することができる。

従来は、基準電圧の上記制御のための回路を付加してい
ないものがあり、また基準電圧を摺動抵抗器などにより
電源投入後手動でその都度可変する方法も考えられるが
、操作が煩雑でかつ誤操作する虞れが大であり、一方、
精度の良い直流電圧を得るためには基準電圧発生回路７
として高精度のものを必要とし、摺動抵抗器を使用する
方法は実際には実現不可能である。

このため、基準電圧を電源投入後体々に上昇することに
より電源回路を保護するためには、何らかの保護回路（
第１図に１０で示す）を必要とした。

第２図は従来の保護回路の一例の具体的回路図を示す。

同図中、Ｖｃはトランス３の２次巻線出力電圧で、その
入力端子と接地間に抵抗Ｒ□、ツェナーダイオ−ＦＺＤ
、抵抗Ｒ２が直列に接続されている。

このツェナーダイオードＺＤのアノードはシリコン制御
整流素子ＳＣＲのゲートに接続されている。

従って、上記電圧■。がツェナーダイオ−トノのツェナ
ー電圧以上になったときツェナー電流が流れ、この電流
によりＳＣＲの点弧を変化させ定常動作する。

なお、ｖＡはＡＣ電源電圧を整流、平滑して得られた直
流電圧を示す。

上記ＳＣＲのターンオンによってＰＮＰトランジスタＱ
１、及びＱｌのコレクタにベースが接続されているＮＰ
ＮトランジスタＱ２がいずれもオンになる。

オン状態にあるトランジスタＱ２のコレクタ出力は、例
えば両端間の電圧が基準電圧として用いられるコンデン
サに並列接続されたツェナーダイオード（いずれも図示
せず）にツェナー電流を流すために用いられてこのコン
デンサの充電を開始させる。

従って、■。で表わされる動作電圧がある一定電圧以上
（ここではＺＤのツェナー電圧以上）になるまでは、電
源回路は基準電圧が全く又は殆ど出力されないため動作
せず、ある一定電圧以上になると基準電圧を徐々に上昇
させることができる。

然るに、上記の従来回路はＳＣＲ等の素子を使用するた
め回路構成が複雑となり、高価であるという欠点があっ
た。

また基準電圧の立上り時定数は大なる方が望ましいが、
そのためには前記コンデンサの容量を犬にしなければな
らず、このため高価で大型のコンデンサを必要とすると
いう欠点があった。

本考案は上記の欠点を除去したものであり、以下第３図
及び第４図と共にその一実施例について説明する。

第３図は本考案回路及び基準電圧発生回路の一実施例の
具体的回路を示す。

同図において、ＶＥＥはＡＯ電源電圧を整流・平滑して
得られた直流電圧で、この電圧入力端子と接地間には、
抵抗Ｒ３，Ｒ４及び図示の向きのツェナーダイオードｚ
Ｄ１が直列に接続される一方、抵稙Ｂ５、ＰＮＰトラン
ジスタｑのエミッターコレクタ、抵抗亀及び図示の向き
のツェナーダイオードＺＤ２が直列に接続されている。

上記ツェナーダイオ−１−’ＺＤ。はコンデンサＣ２、
抵抗Ｒ７と並列接続されている。

またトランジスタＱのベースは上記抵抗Ｒ３及びコンデ
ンサＣ１を夫々並列に介して上記電圧■。

Ｅの入力端子に接続されている。

なお、コンデンサＣ１と抵抗Ｒ１は積分回路（時定数回
路）を構成し、コンデンサＣ２も別の時定数回路を構成
している。

次に上記回路の動作につき説明するに、ＡＣ電源投入に
より電圧ｖ０゜は徐々に上昇し始める。

電圧ＶＥＩＥがツェナーダイオードＺＤ、のツェナー電
圧よりも小なるときは、ツェナーダイオードＺＤ工にツ
ェナー電流ｉ。

ｉが流れないため、トランジスタものベース電位は略Ｖ
ＥＥである。

従って、トランジスタＱ３はオフの状態にある。

従って、このときトランジスタＱ３のコレクタ電位は零
ボルトであり、コンデンサＣ２の両端間の電圧、すなわ
ち基準電圧ｖｓは零ボルトで、電源回路は起動しない。

漸時上昇し続ける電圧ＶＥＥがやがてツェナー電圧ｖ２
□よりも大になると、ツェナー電流ＩＤ１が流れ、抵抗
Ｒ３，Ｒ４の比によってトランジスタＱ３のベースに電
流が流れトランジスタＱはオン状態に近づく。

このときのベース電流は急激に増加せず、コンデンサＣ
１、抵抗Ｒ１により主として決まる立上り時定数（本明
細書ではレベルの絶対値が増加することを１立上りョと
いうものとする）に従って漸次増加する。

すなわち、このことにつき更に詳細に説明すると、いま
コンデンサＣ４の両端間の電圧をＶｌ、抵抗Ｒ３とＲ４
との接続点と接地間の電位を■２とすると、もしＶｌり
■２が成立し、コンデンサＣ□の両端子１１．１１’間
からトランジスタらを見込んだインピーダンスを■とお
くと、次式が成立する。

■Ｆ、。

＝Ｖ□＋Ｖ２＃Ｖ２ （１）
ｒ １ｏ１＝ （Ｖ２ ＶＺｌ） ／Ｒ，ｓ＃ （Ｖ
Ｅ。

ＶＺｔ）／Ｒ４Ｊ
（２）従って、 ■、＝土（Ｑｏ＋ ｆ ｏ ’ ｉ ｏｔｄｔ）１ １ 。

二と（Ｑｏ＋ｚ、１０ （Ｖ、ｚ−Ｖｚｔ） ｄｔ）
（３１但し、ＱｏはコンデンサＣ１の初期電荷で
あるが０とする。

よって（３）式より電圧ｖ１は ■＝±ｆｏ ’ （ＶＥＥ ＶＺｌ） ｄｔ
（４）１Ｃ，Ｒ。

となり、積分回路の出力電圧を呈しているので、ステッ
プ状の電圧レスポンスは ｖ１＝Ｋ （１ｅ−ｒ） （５
）の形になる。

従って、電圧■９゜は徐々に増加しているので厳密には
（５）式のようにはならないが、はぼコンデンサＣ１と
抵抗Ｒ４の値により定まる時定数で略指数関数的に上昇
する。

従って、トランジスタ％のコレクタ電流モ徐々に増加し
、これに伴いコンデンサＣ２の両端間の電圧も徐々に上
昇し始め、トランジスタＱ３のコレクタ電位がツェナー
ダイオ−）’ ＺＤ２のツェナー電圧Ｖｚ２を越えると
、コンデンサＣ２の両端間の電圧、すなわち基準電圧■
３はこのツェナー電圧■２゜に向って指数関数的に上昇
する。

第４図は上記の各電圧波形を示すもので、■。

ｎ、 ｍ及び■は夫々ＡＣ電源電圧、ＶＥｆ、、、トラ
ンジスタＱ３のコレクタ電位及び基準電圧■８を示す。

このように、ツェナー電圧Ｖ Ｚ １を所定の動作電圧
を勘案して設定することにより、基準電圧■３は動作電
圧以下では零で電源回路を動作させず、動作電圧に達し
た後に所定の基準電圧値に達するまでの時間は２つのコ
ンデンサＣ１，Ｃ２による夫々の立上り時定数により従
来にくらべてよりゆるやかに上昇させられるため、電源
回路を安定に起動させることができ、誤動作によるスイ
ッチングトランジスタ等の部品素子の破壊を防止保護す
ることができる。

しかも、抵抗Ｒ３，Ｒ４の抵抗値を可変したりあるいは
、ツェナー特性の異なるツェナーダイオードＺＤ１を用
いたりすることにより、動作電圧を任意に変化させるこ
とができ電圧ミューティングも兼ねることができ、電源
回路の安定起動及び信頼性向上に大なる効果がある。

なお、本実施例では基準電圧として正電圧を得る場合に
ついて説明したが、第３図示の回路においてトランジス
タをＮＰＮ型に、またツェナーダイオードＺＤ□、ＺＤ
２の向き、あるいは電圧ＶＥＥの極性等を考慮すること
により、負電圧の基準電圧を得ることもできる。

またバイポーラ・トランジスタＱ３の代りに電界効果ト
ランジスタを用いても同様に基準電圧を制御することが
できる。

上述の如く、本考案になる直流電源回路における保護回
路は、交流電源電圧を整流して得た直流電圧の入力端子
に一端を接続させた第１のコンデンサと、この第１のコ
ンデンサの他端と接地間に直列に接続された抵抗及び直
流電圧が所定レベル以上のときに定電圧出力動作を行な
う第１の定電圧用半導体素子と、第１のコンデンサの他
端に制御端子が接続されて第１の定電圧用半導体素子の
定電圧出力動作により動作せしめられこのとき制御端子
に供給される信号レベルに略対応したレベルの電圧を出
力するトランジスタと、トランジスタの出力側に接続さ
れた第２の定電圧用半導体素子と、第２の定電圧用半導
体素子と並列に接続された第２のコンデンサとよりなり
、上記直流電圧入力端子より供給される直流電圧が第１
の定電圧用半導体素子の定電圧動作電圧より小のときに
は電源回路を動作させず、定電圧動作電圧以上のときに
は第１のコンデンサ及び抵抗により主として決まる第１
の立上り時定数をもって漸次レベル変化し、レベル変化
に伴ってトランジスタの出力電圧が所定レベル以上とな
ったときに初めて第２の定電圧用半導体素子を定電圧出
力動作せしめることにより第２の立上り時定数をもって
漸次レベル変化する電圧を第２のコンデンサの両端間に
生ぜしめ、第２のコンデンサの両端間の電圧を前記基準
電圧として出力されるようにしたため、単一のトランジ
スタ等よりなる極めて簡単な回路構成により電源投入時
の電源回路の部品素子の破壊を防止して電源回路を保護
することができ、交流電源電圧を整流して得た直流電圧
が電源回路の動作電圧に達してから基準電圧を従来にく
らべてよりゆるやかにレベル変化させるようにしたため
、電源回路を安定に起動しえ、また従来にくらべて信頼
性を向上することができ、電源回路の動作電圧を前記第
１の立上り時定数や第１の定電圧用半導体素子の特性を
変えるだけで従来にくらべて容易にしかも任意に可変設
定することができ、基準電圧の立上り時定数を従来と同
様とした場合には、第１及び第２のコンデンサを用いて
いるため従来にくらべて小型のコンデンサを使用でき、
しかも総コストも従来にくらべて低減できる等の特長を
有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般的な直流電源回路の一例の回路系統図、第
２図は従来回路の一例の具体的回路図、第３図は本考案
回路及び基準電圧発生回路の一実施例の具体的回路図、
第４図は第３図の動作説明用電圧波形の要部を示す図で
ある。 １・・・・・・直流電圧入力端子、２・・・・・・スイ
ッチング回路、５・・・・・・直流定電圧出力端子、６
・・・・・・誤差増幅器、■、・・・・・・基準電圧。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 直流定電圧の分圧出力と基準電圧とを誤差増幅器により
   レベル比較してその比較誤差出力により、交流電源電圧
   を整流して得た直流電圧をスイッチング制御して所定の
   直流定電圧を出力する直流電源回路において、交流電源
   電圧を整流して得た直流電圧の入力端子に一端を接続さ
   せた第１のコンデンサと、該第１のコンデンサの他端と
   接地間に直列に接続された抵抗及び該直流電圧が所定レ
   ベル以上のときに定電圧出力動作を行なう第１の定電圧
   用半導体素子と、該第１のコンデンサの他端に制御端子
   が接続されて該第１の定電圧用半導体素子の定電圧出力
   動作により動作せしめられこのとき該制御端子に供給さ
   れる信号レベルに略対応したレベルの電圧を出力するト
   ランジスタと、該トランジスタの出力側に接続された第
   ２の定電圧用半導体素子と、該第２の定電圧用半導体素
   子と並列に接続された第２のコンデンサとよりなり、上
   記直流電圧入力端子より供給される直流電圧が該第１の
   定電圧用半導体素子の定電圧動作電圧より小のときには
   電源回路を動作させず、定電圧動作電圧以上のときには
   該第１のコンデンサ及び該抵抗により主として決まる第
   １の立上り時定数をもって漸次レベル変化し、該レベル
   変化に伴って該トランジスタの出力電圧が所定レベル以
   上となったときに初めて該第２の定電圧用半導体素子を
   定電圧出力動作せしめることにより第２の立上り時定数
   をもって漸時レベル変化する電圧を該第２のコンデンサ
   の両端間に生ぜしめ、該第２のコンデンサの両端間の電
   圧を前記基準電圧として出力されるように構成した直流
   電源回路における保護回路。