JPS63121429A - 過電流保護回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、過電流保護回路に係り、特に直流電源回路に
おいて何等かの原因によって負荷に規定以上の電流が流
れたときに、直にその電流を規定以下に制御し、負荷及
び過電流保護回路の制御用トランジスタの保護を図るも
のであり、且つその作動の際にも内部的な消費電力が極
めて少なく、出力モジュール等の各種インターフェース
に適用できるものに関する。

［従来の技術］ 電力のスイッチング回路や、リレー、ソレノイド、電磁
弁、モーター等の各種アクチュエータの電力供給部には
、外部負荷に過電流が流れないように過電流保護回路付
きの出力モジュールが設けられていることが少なくない
。

従来から、この過電流保護回路として考案されているも
のとしては次のような回路がある。

■　先ず、第６図に示すような回路であり、過電流保護
回路として一般的に用いられているものである。

この回路において１通常動作時における開閉制御用トラ
ンジスタＴｒ、のベース電流はで与えられ、この値は必
要とする負荷電流１、に対して適宜設定されている。

ところで、保護回路の動作開始時の負荷に流れる電流値
を１１とすると、トランジスタＴｒ□のベース・エミッ
タ電圧ＶＢＥ　１との関係は、 ＩＩｘＲ２＝Ｖａｉｔ となる。

ここで、Ｉｏが１１より小さい場合は、Ｔｒ□は非能動
状態にあり、Ｔｒ、に回答影響を与えない、一方、■。

が■、になると、ＶＩＳＥ　１が増加し、Ｔｒ＋が能動
状態になり、Ｔｒ２のベース電圧を上昇させ、■ａｇを
減少させてＴｒ２を非能動状態にする。

これによって、第７図に示すように、１．は■１を越え
ることができず、負荷Ｒ３を過電流から保護する。

しかし、この回路においては、過電流から保護時のＴｒ
、の消費電力が大きくなるという欠点を有している。

■　第８図に示す回路も一般的に用いられている回路で
ある。

この回路において、通常動作時において開閉制御用トラ
ンジスタＴｒ２を介して検出用抵抗Ｒ３を流せる最大電
流値は次式で与えられこの状態下においては、トランジ
スタＴｒ。

は非能動状態にあり、Ｔｒ、に影響を与えないが、負荷
Ｒ４が減少して短絡状態になったとすると、Ｒ３を流れ
る電流が増加し、抵抗Ｒ１とＲ２で分圧供給されている
ｖ０□が上昇してベース電流を増加させ、　Ｔｒ□が能
動状態になる。

その結果、Ｔｒ２のベース電圧が減少してベース電流を
減少せしめることによりＴｒ、のエミッタ電流を減少さ
せ、負荷へ流れる電流を次式で与えられる１１に抑制す
る。

尚、この回路の■。−ｖｏ特性曲線は第９図のようにな
る。

この回路において、保護回路動作時のＴｒ２の消費電力
を少なくするためには、上式よりＲ３を大きくしておく
必要があるが、そうすると、逆に通常動作時におけるＲ
３による消費電力が大きくなってしまうという欠点があ
る。

■　第１０図に示す回路は上記の■及び■の保護回路を
改良したものである（特公昭５７−６３４２）　　。

開閉制御用トランジスタＴｒ、はＲ，、Ｒ，によって規
定されるＩｎ２によって能動状態になる。

一方、保護回路の動作は、過電流による検出用抵抗Ｒ０
の電圧降下がトランジスタＴｒｔのＶＢＥ　１をダイオ
ードＤ１の順方向電圧Ｖｆ、を加えた値より大きくなる
と、Ｔｒ、が能動状態になり、それによってトランジス
タＴｒ２が能動状態になるが、Ｔｒ、とＴｒ、とはサイ
リスタ接続になっているため、−度能動状態になると、
Ｔｒ、　＋Ｔｒ２＋Ｒｔと電流が流れ、Ｔｒ３のベース
電圧を増加させ、ベース電流を減少させてＴｒ、が非能
動状態になるものである。

この回路によると、Ｄ、は過電流を検出し、負荷への電
流を遮断する過程においてのみ導通し、電流遮断後の保
護動作時においては非導通になり、増幅回路と検出用抵
抗Ｒ８を切離す作用を行なうため、保護動作時の消費電
力が極めて少なくなるという利点を有している。

しかし、保護回路動作開始時における電流は、 で与えられ、通常動作時におけるＲ８での消費電力が若
干大きくなるという欠点を有している。

［発明が解決しようとする問題点］ そこで、本発明は、上記の従来技術にみられた欠点に鑑
み、電流値の検出用抵抗による消費電力及び保護回路動
作時のトランジスタの消費電力を低減化した過電流保護
回路を提供することを目的として創作された。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の基本的構成は第１図または第２図の電気回路図
に示される。図から明らかなように、本発明の回路は前
記の従来技術の第６図及び第８図に示した回路を改良し
たものといえる。

尚、第１図と第２図に示す回路は、出力の形態が吐き出
し型と吸い込み型の相違だけであり、使用されているト
ランジスタの極性等は異なるが、回路自体の木質的ＩＩ
Ｒ成は同様である。

ここでは、第１図の出力吐き出し塁の回路について説明
することとする。

１は電流供給端子、２は出力端子であり、その間は電流
供給回路として構成され、電流検出用抵抗Ｒ２と開閉制
御用トランジスタＴｒ、のエミッタ・コレクタ端子が直
列接続されている。

そして、３は開閉制御信号入力端子であり、この入力端
子３とＴｒ２のベース端子とが抵抗Ｒ□を介して接続さ
れている。

保！動作を行なう回路は次のようにａ戊されている。

先ず、保護動作用トランジスタＴｒ１のエミッタ端子が
電流供給端子１へ、コレクタ端子がＴｒ、のベース端子
へそれぞれ接続されている。

そして、Ｔｒ、のベース端子とＴｒ、のエミッタ端子の
間が抵抗Ｒ３を介して接続されており、またＴｒ、のベ
ース端子とＴｒｚのコレクタ端子の間がスイッチング回
路ＳＷ、と抵抗Ｒ４とが直列接続になった回路を介して
接続されている。

の条件を満足するようにＲ２、Ｒ３、及びＲ４の各抵抗
値が設定されている。

このスイッチング回路Ｓ９１．は、前記の入力端子３の
開閉制御信号に同期して開閉するものである。

〔作用］ 第１図の回路において、先ず入力端子３からＧＮＤレベ
ルの入力信号があると、Ｒ８を介してＴｒ、のベース電
圧が減少し、ベース電流が流れてＴｒ２が能動状態にな
る。この結果、出力端子２に接続されている負荷に所定
の電流が流れることになる。

この場合、負荷電流が規格値であればＴｒ＋は非能動状
態にあり、　Ｔｒ、のコレクタ・エミッタ電圧ＶＣＥ２
は充分に小さくなる。

従って、ＳＷｌが入力信号に同期して導通状態となって
も、Ｔｒ□のベース電圧は殆ど変化せず、　Ｔｒｌはそ
のまま非能動状態を保つ。

しかし、負荷に異常があり、出力電流■。が増加すると
、Ｒ２における電圧降下が増加し、Ｔｒ。

のベース電流が増加してＴｒｚが能動状態になる。

すると、電流がＴｒ、→Ｒ１→入力端子３へと流れ、Ｔ
ｒ、のベース電圧を増加し、Ｔｒ、のベース電流を減少
させてゆくので、Ｔｒ、を非能動状態へ移行させ、ＶＣ
Ｅ２が大きくなフてゆく。

この状態において、上記の なる条件が設定されているため、ＶＣＥＩ！が大きくな
ると、Ｔｒ工のベース電流の増加→Ｔｒ、のコレクタ電
流の増加→Ｔｒ、のベース電圧の増加という正帰還ルー
プが構成され、　Ｔｒｔはより能動状態に、Ｔｒ、はよ
り非能動状態になり、瞬時に完全な保護状態に移行する
。

この結果、最大負荷電流は、 保護時の負荷電流は、 ＶＣＣ−Ｖ１１！。

１１冨□ となり、電流検出抵抗Ｒ２での損失も少なく、また保護
回路動作時の消費電力もＲ４の抵抗値をＲ２及びＲ３の
抵抗値とは別個に設定できるため、極めて低く抑制する
ことができる。

尚、以上の動作は、第２図の吸い込み型の回路において
も電流・電圧特性は逆になるが、同様のことがいえるこ
とは明らかである。

［実施例］ 本発明の実施例回路を第３図から第５図を用いて説明す
る。尚、この実施例においても吐き出し型を例にとった
。

第３図と第１図との対比から明らかなように、電流供給
回路と保護動作回路の基本的構成はは第１図に示した回
路と同様である。ただ。

本実施例回路においては、第１図におけるスイッチング
回路ＳＷｉとして入力端子から抵抗Ｒ８を介してベース
電圧か制御されるスイッチング用トランジスタＴｒ３が
設けられ、また、保護動作用トランジスタＴｒ１のベー
ス・エミッタ端子間にコンデンサーＣ１を接続し、また
コレクタ・エミッタ端子間に抵抗Ｒ６を接続しである点
において異なる。

第１図において、入力端子に入力（ＧＮＤ　）があった
ときにはＴｒ、が能動状態になるが、ｖｃｃと負荷抵抗
Ｒ７に対してＲ１とＲ６の値を適切に設定しておくと、
そのＶＣ！ｍａｔ！は充分に小さな値となる。またＴｒ
３についても、Ｒ，を介してベース電圧が降下し、能動
状態になる。

ここで、負荷電流が所定の規格値であればＴｒ、は非能
動状態にあり、またＴｒ＋が入力信号に同期して能動状
態となっても、Ｔｒ□のベース電圧は殆ど変化せず、Ｔ
ｒｔはそのまま非能動状態を保つ。

尚、Ｃ１はＴｒ２の能動状態への移行時の立上りの遅延
、外部ノイズ、パルス性の過電流てＴｒ。

が能動動作を行なってしまうことを防止する役割を果た
す。

この状態におけるＶＢＥ　ｌ及び最大負荷電流は、第４
図を参照すると、 Ｔｒ、のベース電流を無視した場合。

Ｉ□８ となる。

一方、第５図に示すように負荷が短絡状態になり、検出
用抵抗Ｒ４における電圧降下が大きくなると、Ｔｒｌが
能動状態になり、Ｔｒ２のベース電圧が増加し、そのベ
ース電流の減少によってＴｒ２が非能動状態に移行する
。

この場合において、Ｒ２、Ｒ３、及びＲ４を次の条件を
満足するように設定しておき、 また、Ｒ４について、Ｔｒ、を充分に能動状態に維持す
る抵抗値に設定しておくと、負荷短絡時の消費電流は、 となる。

ここで、Ｒ４の抵抗値は最大負荷電流の設定とは全く別
個に設定することが可能である。

飽和スイッチングの一般的方法として、コレクタ電流と
ベース電流の関係を１．＝　Ｉ　Ｏ・■８とすると、 Ｔｒ、のベース電流は、 となり、 更に、この電流を流すためのＴｒｓのベース電流は となり、 保護時においては、■、□の１／１００の電流値となる
。従って、負荷に流れる電流よりもＴｒ、のベース電流
の方が大きくなっていることになる。

更に、Ｔｒ、部分に電流増幅率を非常に大きくとれるダ
ーリントン接続回路等を使用すれば、■ｏも■□工の１
／１００にはなるので、極めて低い消費電力の過電流の
保護回路が構成できることになる。

［発明の効果］ 以上のように、本発明は、従来の過電流保護回路を改良
した簡単な回路により、電流値の検出用抵抗によるロス
や消費電力を低減化し、また保護回路動作時のトランジ
スタでの消費電力を低減化するものであり、出力モジュ
ール等の各種インターフェースに最適の過電流保護回路
を提供する。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の基本的構成を示す電気回路
図、第３図は実施例を示す電気回路図、第４図及び第５
図は実施例回路の動作状態を示す参照電気回路図、第６
図、第８図、及び第１Ｏ図は従来技術を示す電気回路図
、第７図及び第９図はそれぞれ第６図及び第８図の■。 ＝ｖ０特性を示すグラフである。 １・・・電流供給端子　２・・・出力端子３・・・開閉
制御信号入力端子 Ｔｒ、＝・保護動作用トランジスタ Ｔｒ、　＝開閉制御用トランジスタ Ｒ８〜Ｒ４・・・抵抗 ＳＷ、・・・スイッチング回路 特許出願代理人　弁理士　永井利和 第１図　　　、 第２図 Ｒ４出力

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）電流の供給または吐き出し用端子と負荷が接続さ
   れるべき端子との間の電流供給回路に検出用抵抗Ｒ＿２
   と開閉制御用トランジスタＴｒ＿２のエミッタ・コレク
   タ端子が直列接続され、開閉制御信号入力端子と該トラ
   ンジスタＴｒ＿２のベース端子とが抵抗Ｒ＿１を介して
   接続され、且つ、保護動作用トランジスタＴｒ＿１のエ
   ミッタ端子を電流の供給または吐き出し用端子へ、コレ
   クタ端子をトランジスタＴｒ＿２のベース端子へ接続す
   ると共に、ベース端子を、トランジスタＴｒ＿２のエミ
   ッタ端子へ抵抗Ｒ＿３を介して接続し、またトランジス
   タＴｒ＿２のコレクタ端子へ開閉制御信号に同期して開
   閉するスイッチング回路と抵抗Ｒ＿４を直列接続した回
   路を介して接続したことを特徴とする過電流保護回路。
2. （２）開閉制御信号に同期して開閉するスイッチング回
   路をスイッチング用トランジスタＴｒ＿３の開閉動作に
   より行なわしめることとした特許請求の範囲第（１）項
   記載の過電流保護回路。
3. （３）保護動作用トランジスタＴｒ＿１のベース・エミ
   ッタ端子間にコンデンサーＣ＿１を接続し、またコレク
   タ・エミッタ端子間に抵抗Ｒ＿６を接続した特許請求の
   範囲第（１）項または第（２）項記載の過電流保護回路
   。