KR100537090B1 - 과열 보호 회로 - Google Patents

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KR100537090B1
KR100537090B1 KR10-2003-0057968A KR20030057968A KR100537090B1 KR 100537090 B1 KR100537090 B1 KR 100537090B1 KR 20030057968 A KR20030057968 A KR 20030057968A KR 100537090 B1 KR100537090 B1 KR 100537090B1
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가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
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Abstract

본 발명은 정특성 서미스터를 이용한 과열 보호 회로에 있어서, 비교적 단시간에서 도통(導通)과 차단을 반복한다는 문제를 해소하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 구성에 따르면, 전원(13)으로부터 부하에의 전류 통로의 도통과 차단의 각 동작을 행하는 반도체 스위칭 소자(Tr0)는 제 1 정특성 서미스터(PTC1)의 저항 변화를 이용해서 온도 검지 부위의 온도가 상승하여 소정의 차단 온도에 도달하면 도통 동작으로부터 차단 동작으로 이행시키는 제 1 동작 모드와, 제 2 정특성 서미스터(PTC2)의 저항 변화를 이용해서 온도 검지 부위의 온도가 하강하여 복귀 온도(차단 온도보다 소정 온도 낮은 온도로 설정되어 있는 온도)에 도달하면 차단 동작으로부터 도통 동작으로 이행시키는 제 2 동작 모드를 포함하는 동작 모드 제어 회로(12)에 의해 제어되며, 양(兩) 정특성 서미스터가 온도 검지 부위에 대하여 열결합(熱結合)되어 있는 상태에서, 각 동작 모드의 제어를 행한다.

Description

과열 보호 회로{Overheat protection circuit}
본 발명은 예를 들면 전원측과 부하측 사이의 전류 통로에 형성되어, 예를 들면 부하 등이 과열되었을 때에 상기 전류 통로를 차단하여 부하에의 전류를 차단하는데 이용되는 과열 보호 회로에 관한 것이다.
예를 들면, 통신 기지국용의 전원으로서 이용되는 DCDC 컨버터 등에서는, 부하가 소요 이상으로 커지면, 회로 소자로서 그것에 사용되고 있는 FET나 파워 트랜지스터 등의 반도체 스위칭 소자가 과잉으로 발열하여, 결국에는 그 반도체가 열폭주하기에 이르러, 전원으로서 기능하지 못하게 되는 경우가 있다.
따라서, 이와 같은 과열을 방지하기 위한 과열 보호 회로에는, 과열상태를 검지하는 온도 검지 소자가 필요해진다. 이 온도 검지 소자로서, 예를 들면, 온도퓨즈가 있다. 온도퓨즈의 경우, 일단 차단 동작하면 그 상태에서는 복귀할 수 없기 때문에, 새로운 온도퓨즈로 교환하지 않으면 안되어, 그 만큼, 시간과 비용이 든다.
한편, 온도 검지 소자로서, 정특성 서미스터가 있다. 정특성 서미스터의 경우, 온도 퓨즈와는 달리 차단 후도 복귀할 수 있기 때문에, 부품 교환의 노동 시간이 불필요하게 되어, 비용이 그 만큼 저렴해진다는 이점이 있다.
종래, 정특성 서미스터를 이용한 과열 보호 회로로서는, 도 8에 도시된 것이 알려져 있다. 이 종래의 과열 보호 회로는 제 1 저항(R1), 단일의 정특성 서미스터(PTC) 및 제 2 저항(R2)으로 이루어지는 제 1 직렬 회로와, 부하(LOAD), 스위칭 트랜지스터(Tr1) 및 제 3 저항(R3)으로 이루어지는 제 2 직렬 회로를 구비한다. 정특성 서미스터(PTC)는 스위칭 트랜지스터(Tr1) 근방에 배치되며, 스위칭 트랜지스터(Tr1)의 온도에 대응한 저항값으로 변화한다. 이 회로의 경우, 정특성 서미스터(PTC)에 의한 온도 검지 대상은 스위칭 트랜지스터(Tr1)이다. 스위칭 트랜지스터(Tr1)의 온도가 정특성 서미스터(PTC)의 퀴리점(Curie point) 이하일 때는 저저항 상태의 정특성 서미스터(PTC)에 의해 스위칭 트랜지스터(Tr1)가 도통(導通)하여 부하(LOAD)에 통전(通電)이 행해진다. 한편, 부하(LOAD)에의 전류 변동 등에 의해 스위칭 트랜지스터(Tr1)의 온도가 상승하여, 정특성 서미스터(PTC)의 온도가 퀴리점에 도달하고, 또한 퀴리점 이상이 될 때, 정특성 서미스터(PTC)가 소정값 이상의 고저항 상태가 되기 때문에, 그 고저항 상태의 정특성 서미스터(PTC)에 의해 스위칭 트랜지스터(Tr1)에의 베이스 전류가 저하함으로써, 그 스위칭 트랜지스터(Tr1)가 차단 동작하여 부하에의 통전이 정지된다. 이 차단 동작을 행할 때의 정특성 서미스터(PTC)의 검지 온도가 차단 온도에 해당한다. 이 회로에서는, 부하에의 통전 정지에 의해 이상(異常)한 통전 상태가 없어지고, 그에 따라 검지 대상(이 경우, 스위칭 트랜지스터(Tr1))의 온도가 저하한다. 이 온도 저하에 따라 정특성 서미스터(PTC)의 저항이 상기 소정값보다 낮아지면, 스위칭 트랜지스터(Tr1)에의 베이스 전류가 소정 이상이 되기 때문에, 스위칭 트랜지스터(Tr1)가 부하에의 통전을 행하는 상태로 복귀한다. 이 복귀 동작을 행할 때의 정특성 서미스터(PTC)의 검지 온도가 복귀 온도에 해당한다. 이 회로에서는, 차단 온도와 복귀 온도가 동일 또는 거의 동일한 것이 된다.
그러나, 정특성 서미스터의 저항이 크게 변동하는 차단 온도 근방에서 검지 대상의 온도가 불규칙적으로 변동하는 경우에는, 차단 온도와 복귀 온도가 동일 또는 거의 동일하기 때문에, 반도체 스위칭 소자가 통전 상태가 되거나 차단 상태가 되는 것을 반복할 우려가 있다. 이와 같은 통전 상태와 차단 상태가 단시간에 있어서 반복되는 것은 전원의 수명 등을 고려하면 바람직하지 않다. 그래서, 차단 온도가 복귀 온도보다 소요의 온도차로 고온측이 되도록, 차단 온도와 복귀 온도를 설정할 수 있다면, 단시간에서 차단과 복귀가 반복되는 상태를 회피할 수 있다. 그러나, 도 8에 도시하는 종래의 과열 보호 회로에서는, 이와 같은 온도차를 형성할 수 없었다.
그래서, 본 발명은 정특성 서미스터를 이용한 과열 보호 회로에 있어서, 상술한 비교적 단시간에서 도통과 차단을 반복한다는 문제를 해소하는 것을 해결해야 할 과제로 하고 있다.
본 발명에 따른 과열 보호 회로는 전원으로부터 부하에의 전류 통로에 형성되어 상기 통로의 도통과 차단의 각 동작을 행하는 반도체 스위칭 소자와, 상기 반도체 스위칭 소자에 대해서, 온도 검지 부위의 온도가 상승하여 소정의 차단 온도에 도달하면 도통 동작으로부터 차단 동작으로 이행시키는 제 1 동작 모드와, 온도 검지 부위의 온도가 하강하여 상기 차단 온도보다 소정 온도 낮은 온도로 설정되어 있는 복귀 온도에 도달하면 차단 동작으로부터 도통 동작으로 이행시키는 제 2 동작 모드로 제어하는 동작 모드 제어 회로를 구비하고, 상기 동작 모드 제어 회로는 제 1 정특성 서미스터와, 제 2 정특성 서미스터와, 제어 소자를 구비하며, 상기 제 1 동작 모드에서는 상기 제 1 정특성 서미스터의 저항 변화를 이용하고, 상기 제 2 동작 모드에서는 상기 제 2 정특성 서미스터의 저항 변화를 이용하며, 상기 제어 소자에 의해 상기 반도체 스위칭 소자의 동작 이행을 제어하고, 또한, 상기 양(兩) 정특성 서미스터가 상기 온도 검지 부위에 대하여 열결합(熱結合)되어 있는 상태에서, 상기 각 동작 모드의 제어를 행하는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 온도 검지 부위란, 소정 대상의 과열 보호를 행하는 것에 관련하여 온도 검지되는 부위로서, 예를 들면 부하 또는 부하로부터 열전도하는 부하 근방 부위, 상기 도통ㆍ차단을 행하는 반도체 스위칭 소자 또는 상기 반도체 스위칭 소자로부터 열전도하는 그 반도체 스위칭 소자 근방 부위 등이다.
본 발명에 따르면, 온도 검지 부위의 온도가 상승하여 소정의 차단 온도에 도달하면 도통 동작으로부터 차단 동작으로 이행시키는 것이 온도 검지 부위와 열결합된 제 1 정특성 서미스터의 저항 변화에 의해 행해지고, 그 차단 온도보다도 낮게 설정된 소정의 복귀 온도로 온도 검지 부위의 온도가 하강하여 도달하면, 차단 동작으로부터 도통 동작으로 동작 이행시키는 것이 온도 검지 부위와 열결합된 제 2 정특성 서미스터의 저항 변화에 의해 행해지기 때문에, 그 차단 온도와 복귀 온도에 있어서 소정의 온도차가 형성되고, 그것에 의해, 온도 검지 부위가 복귀 온도로 저하할 때까지 도통 상태로 복귀하지 않는 것으로 되어 있다. 따라서, 이상 과열을 방지할 수 있으며, 또한 단시간에서 도통과 차단을 반복하는 문제도 억제할 수 있다. 그 때문에, 전원으로부터 부하에의 전력 공급의 안정화를 도모할 수 있음과 아울러, 전원에 대한 부당한 부담을 없앨 수 있기 때문에, 이 과열 보호 회로가 구비되는 회로나 장치를 양호하게 작동시키는 것이 가능해진다.
본 발명은 바람직하게는, 상기 제어 소자가 제어 트랜지스터이고, 상기 제어 트랜지스터의 베이스와 상기 반도체 스위칭 소자의 출력 단자 사이에 상기 제 1 정특성 서미스터가 접속되어 있으며, 또한 상기 제어 트랜지스터의 베이스와 상기 반도체 스위칭 소자의 입력 단자 사이에 상기 제 2 정특성 서미스터가 접속되어 있다. 이 경우, 더욱 바람직하게는, 상기 반도체 스위칭 소자가 스위칭 트랜지스터이고, 상기 제어 트랜지스터의 컬렉터가 상기 스위칭 트랜지스터의 베이스에 대하여, 직접 또는 전류 제한 저항을 통하여 접속되어 있다.
본 발명은 바람직하게는, 상기 제어 소자가 제어 트랜지스터이고, 상기 반도체 스위칭 소자의 입력 단자와 출력 단자 사이에 상기 제 2 정특성 서미스터가 병렬로 접속되어 있으며, 상기 반도체 스위칭 소자의 출력 단자와 상기 제어 트랜지스터의 베이스 사이에 상기 제 1 정특성 서미스터가 접속되어 있다. 이 경우, 더욱 바람직하게는, 상기 반도체 스위칭 소자가 스위칭 트랜지스터이고, 상기 제어 트랜지스터의 컬렉터가 상기 스위칭 트랜지스터의 베이스에 대하여, 직접 또는 전류 제한 저항을 통하여 접속되어 있다.
또한, 본 발명은 상기 제어 트랜지스터의 이미터(emitter)에 대하여, 상기 제어 트랜지스터의 베이스ㆍ이미터 사이의 극성 방향과는 반대의 극성 방향으로 제너 다이오드가 접속되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 상기 온도 검지 부위가 상기 반도체 스위칭 소자이고, 상기 양 정특성 서미스터는 상기 반도체 스위칭 소자에 대하여 열결합되어 있는 것이 바람직하다.
<발명의 실시형태>
이하, 본 발명의 상세한 설명을 도면에 나타내는 실시형태에 기초하여 설명한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시형태에 관한 것으로, 도 1은 본 실시형태의 과열 보호 회로의 회로도, 도 2는 도 1의 각 정특성 서미스터와 스위칭 트랜지스터의 열결합을 나타내는 도면, 도 3은 도 1의 각 정특성 서미스터의 저항 온도 특성도이다. 이들 도면을 참조하여, 이 과열 보호 회로(10)는 도통 차단 회로(11)와, 동작 모드 제어 회로(12)를 포함한다. 참조부호 13은 전원(직류 전원, 예를 들면 DCDC 컨버터나, 전지 등), 참조부호 14는 부하, 참조부호 15는 전원 스위치를 나타낸다.
도통 차단 회로(11)는 전원(13)으로부터 부하(14)에의 전류의 통로(16) 내에 형성되어 상기 통로(16)의 도통과 차단의 각 동작을 행하는 반도체 스위칭 소자로서의 스위칭 트랜지스터(Tr0)를 포함한다. 즉, 이 스위칭 트랜지스터(Tr0)는 그 컬렉터ㆍ이미터가 상기 통로(16)에 직렬로 삽입되어 있다. 여기에서, 스위칭 트랜지스터(Tr0)는 바이폴러(bipolar)형이며, 그 이미터가 전원(13)측에 접속된 입력 단자가 되고, 그 컬렉터가 부하(14)측에 접속된 출력 단자가 되며, 그 베이스가 뒤에서 서술하는 제어 소자로서의 제어 트랜지스터(Tr1)로부터의 제어 신호의 인가에 따라 상기 컬렉터 이미터 사이를 ONㆍOFF(도통ㆍ차단)시키는 제어 단자가 된다.
동작 모드 제어 회로(12)는 제 1 정특성 서미스터(PTC1), 제 2 정특성 서미스터(PTC2), 제어 소자로서의 제어 트랜지스터(Tr1), 제너 다이오드(ZD), 복수의 저항(R1), (R2)를 포함한다. 양 정특성 서미스터(PTC1), (PTC2)는 모두, 스위칭 트랜지스터(Tr0)에 대하여, 도 2a 및 도 2b에서 나타내는 바와 같이, 온도 검지 부위로서 열결합되어 있으며, 스위칭 트랜지스터(Tr0)의 온도에 대응하여 온도 변화하는 부위에 양 정특성 서미스터(PTC1), (PTC2)를 형성하여, 그들 양 정특성 서미스터(PTC1), (PTC2)의 저항값이 변화하도록 되어 있다. 도 2a의 경우, 프린트 기판(BD)의 표리면(表裏面) 각각에 스위칭 트랜지스터(Tr0)와 양 정특성 서미스터(PTC1), (PTC2)가 형성되어 있다. 스위칭 트랜지스터(Tr0)에서의 발열에 의한 열은 스위칭 트랜지스터(Tr0)에 대해서 프린트 기판(BD)을 통해 그 바로 아래에 자리매김된 양 정특성 서미스터(PTC1), (PTC2)에 전달됨으로써, 양 정특성 서미스터(PTC1), (PTC2)는 스위칭 트랜지스터(Tr0)에 열결합되는 것으로 되어 있다. 도 2b의 경우, 프린트 기판(BD)의 동일 표면 또한 서로 근접한 위치 관계로 스위칭 트랜지스터(Tr0)와 양 정특성 서미스터(PTC1), (PTC2)가 형성되어 있다. 스위칭 트랜지스터(Tr0)에서의 발열에 의한 열은 프린트 기판(BD)을 통해 그 바로 근처에 자리매김된 양 정특성 서미스터(PTC1), (PTC2)에 전달됨으로써, 양 정특성 서미스터(PTC1), (PTC2)는 스위칭 트랜지스터(Tr0)에 열결합되는 것으로 되어 있다.
이 온도 검지 부위는 스위칭 트랜지스터(Tr0) 근방에 한정되는 것은 아니며, 예를 들면, 본 실시형태의 과열 보호 회로가 전자기기의 하우징 내부에 형성되어 있는 경우, 그 하우징 내부의 적소(適所)를 온도 검지 부위로 해도 된다. 또한, 본 실시형태의 과열 보호 회로가 전동 모터를 부하로 하는 전원 회로에 채용되어 있는 경우, 그 전동 모터, 또는 전동 모터의 근방 부위를 온도 검지 부위로 해도 된다.
동작 모드 제어 회로(12)는 스위칭 트랜지스터(Tr0)의 발열에 의해, 온도 검지 부위인 상기 스위칭 트랜지스터(Tr0) 근방의 기판 온도가 상승하여 정특성 서미스터가 차단 온도 예를 들면 120℃에 도달하면 도통 동작으로부터 차단 동작으로 이행시키는 제 1 동작 모드와, 그 기판 온도가 하강하여 정특성 서미스터가 복귀 온도 예를 들면 100℃에 도달하면 차단 동작으로부터 도통 동작으로 이행시키는 제 2 동작 모드로 제어하도록 되어 있다.
본 실시형태에서는, 상기 제어를 위하여, 양 정특성 서미스터(PTC1), (PTC2)의 퀴리점을 상위(相違)시키고 있는데, 그를 위한 양 정특성 서미스터(PTC1), (PTC2) 각각의 저항 온도 특성을, 도 3을 참조하여 설명한다. 제 1 정특성 서미스터(PTC1)는 차단 온도 T1에서 제어 트랜지스터(Tr1)의 베이스 전류를 작게 하여 OFF로 하는 저항값 Rp1에 이르는 특성을 가지며, 제 2 정특성 서미스터(PTC2)는 복귀 온도 T2에서 제어 트랜지스터(Tr1)의 베이스 전류를 크게 하여 ON하는 저항값 Rp2에 이르는 특성을 갖는다.
정특성 서미스터(PTC1), (PTC2)는 티탄산 바륨(BaTiO3)에 미량의 희토류(希土類)를 첨가하여 소결시킨 세라믹스이며, 상기한 차단 온도나 복귀 온도에서 현저한 플러스의 저항 온도 특성을 나타낸다. 그 온도의 설정은 주성분이나 첨가물 성분의 조정에 의해 가능해진다. 타입으로서는, 면실장 타입, 나사 고정 타입, 디스크리트(discrete) 타입 등이 있으며, 주위의 온도를 검지해서 그 저항값이 변화하는 성질을 사용하여 과열 보호 소자로서 기능시킬 수 있다.
동작 모드 제어 회로(12)의 회로 접속을 설명한다. 제 1 정특성 서미스터(PTC1)는 스위칭 트랜지스터(Tr0)의 컬렉터와 제어 트랜지스터(Tr1)의 베이스 사이에, 바이어스 저항(R1)을 통하여 접속되어 있다. 제 2 정특성 서미스터(PTC2)는 스위칭 트랜지스터(Tr0)의 이미터와 제어 트랜지스터(Tr1)의 베이스 사이에, 바이어스 저항(R1)을 통하여 접속되어 있다.
스위칭 트랜지스터(Tr0)의 베이스와 제어 트랜지스터(Tr1)의 컬렉터는 전류 제한 저항(R3)을 통해 접속되어 있다. 제어 트랜지스터(Tr1)의 이미터는 제너 다이오드(ZD)를 통해, 전원(13)과 부하(14) 사이의 다른쪽 통로(17)에 접속되어 있다. 이 제너 다이오드(ZD)는 제어 트랜지스터(Tr1)의 이미터에 대하여, 상기 제어 트랜지스터(Tr1)의 베이스ㆍ이미터 사이의 극성 방향과는 반대의 극성 방향으로 접속되어 있다. 제어 트랜지스터(Tr1)의 베이스에는 바이어스 저항(R2)이 접속되어 있다.
한편, 제너 다이오드(ZD)는 스위칭 트랜지스터(Tr0)의 베이스 전류(Ib)의 차단성을 향상시키는 기능을 갖고 있다.
동작을 설명한다. 전원 스위치(15)가 닫혀지면, 전원(13)으로부터의 전류는 스위칭 트랜지스터(Tr0)는 OFF되어 있기 때문에, 제 1 정특성 서미스터(PTC1)에는 통전되지 않고, 제 2 정특성 서미스터(PTC2) 및 바이어스 저항(R1)을 통하여, 제어 트랜지스터(Tr1)의 베이스에 공급된다. 이에 따라, 제어 트랜지스터(Tr1)는 도통한다. 이 경우, 스위칭 트랜지스터(Tr0)는 발열하고 있지 않기 때문에, 제 2 정특성 서미스터(PTC2)의 저항값은 그 소자 온도에 대응한 낮은 저항값으로 되어 있다. 이 상태에서는, 제 2 정특성 서미스터(PTC2)의 저항값이 낮기 때문에, 제어 트랜지스터(Tr1)의 베이스에는, 제 2 정특성 서미스터(PTC2) 및 바이어스 저항(R1), (R2)의 각 저항값에 의해 정해진 베이스 전류가 흘러서 도통한다.
제어 트랜지스터(Tr1)가 도통하면, 스위칭 트랜지스터(Tr0)의 베이스 전류(Ib)가 전류 제한 저항(R3)을 통해서 제어 트랜지스터(Tr1)의 컬렉터(collector)측 을 향하여 흐르며, 스위칭 트랜지스터(Tr0)는 스위칭 동작하여 도통한다. 스위칭 트랜지스터(Tr0)가 도통하면, 통로(16)는 도통하여, 전원(13)측으로부터의 전류는 부하(14)에 공급된다. 또한, 제 1 정특성 서미스터(PTC1)에도 통전(通電)되어, 제 1 정특성 서미스터(PTC1)로부터도 제어 트랜지스터(Tr1)의 베이스에 전류가 흐른다.
부하의 변동에 의해 스위칭 트랜지스터(Tr0)의 온도가 상승하면, 제 2 정특성 서미스터(PTC2)의 온도가 상승해서 그 저항값이 급증하여 Rp2에 도달하지만, 제 1 정특성 서미스터(PTC1)는 Rp1에 도달하고 있지 않기 때문에, 제어 트랜지스터(Tr1)는 아직 차단되지 않는다. 그리고, 또한, 스위칭 트랜지스터(Tr0)의 온도가 상승해서 제 1 정특성 서미스터(PTC1)가 차단 온도에 도달하면, 제 1 정특성 서미스터(PTC1)의 저항값이 Rp1에 도달해서, 제어 트랜지스터(Tr1)의 베이스 전류가 차단되어, 제어 트랜지스터(Tr1)는 도통으로부터 차단 상태로 이행한다. 제어 트랜지스터(Tr1)가 차단되면, 상기와 마찬가지로, 스위칭 트랜지스터(Tr0)가 차단된다. 이것이 제 1 동작 모드이다. 이에 따라, 스위칭 트랜지스터(Tr0)의 파손을 방지할 수 있다. 한편, 도 3에 있어서는, 화살표선 ①이 제어 트랜지스터(Tr1)를 차단하는 저항값 Rp1에 이르는 제 1 정특성 서미스터(PTC1)의 온도 T1으로부터 좌측이 파선(도통 상태)으로, 우측이 실선(차단 상태)으로 나타나 있으며, 화살표 방향의 동작 모드를 나타낸다. 한편, 화살표선 ①은 이해를 위하여 온도 T1을 넘은 실선으로 나타나지만, 스위칭 트랜지스터(Tr0)의 과열이 방지되기 때문에, 현저하게 온도 T1을 넘지 않는다.
스위칭 트랜지스터(Tr0)가 차단되면, 상기 스위칭 트랜지스터(Tr0)에는 전류가 흐르지 않게 되어, 스위칭 트랜지스터(Tr0)의 자기 발열 온도가 저하해 간다. 또한, 스위칭 트랜지스터(Tr0)가 차단되면 제 1 정특성 서미스터(PTC1)는 통전되지 않게 되기 때문에, 스위칭 트랜지스터(Tr0)를 다시 도통시키기 위해서는, 제 2 정특성 서미스터(PTC2)의 온도가 T2까지 내려가서, 제어 트랜지스터(Tr1)를 도통시킬 필요가 있다.
그리고, 스위칭 트랜지스터(Tr0)의 온도가 하강해서, 제 2 정특성 서미스터(PTC2)가 복귀 온도에 도달하여, 그 저항값이 Rp2에 이르면, 제어 트랜지스터(Tr1)의 베이스에 베이스 전류가 흘러서, 제어 트랜지스터(Tr1)가 도통한다. 이에 따라, 스위칭 트랜지스터(Tr0)는 도통 상태로 복귀한다. 이것이 제 2 동작 모드이다. 한편, 도 3에 있어서는, 화살표선 ②가 제어 트랜지스터(Tr1)를 도통하는 저항값 Rp2에 이르는 제 2 정특성 서미스터(PTC2)의 온도 T2로부터 우측이 실선(차단 상태)으로, 좌측이 파선(도통 상태)으로 나타나 있으며, 화살표 방향의 동작 모드를 나타낸다. 한편, 화살표선 ②는 이해를 위하여 T2를 넘은 실선으로 나타나지만, 스위칭 트랜지스터(Tr0)의 과열이 방지되기 때문에, 현저하게 온도 T2 를 넘지 않도록 제어된다. T1, T2 사이의 영역은 차단 온도와 복귀 온도의 온도차 영역을 나타낸다.
이와 같이 하여, 본 실시형태에 따르면, 스위칭 트랜지스터(Tr0)를 과열시에 차단시키는 차단 온도에 대하여, 스위칭 트랜지스터(Tr0)를 도통 상태로 복귀시키는 복귀 온도가 차단 온도보다도 충분히 낮은 온도로 설정되어 있기 때문에, 스위칭 트랜지스터(Tr0)가 차단과 도통을 비교적 단시간에서 반복하는 것과 같은 일이 없어진다.
본 발명은 상술한 실시형태에 한정되지 않으며, 다양한 변형이 가능하다.
(1)본 발명의 과열 보호 회로는 도 4에서 나타내는 바와 같이, 저항(R1), (R3)는 생략해도 상관없다. 또한, 제너 다이오드(ZD) 대신에 저항(R4)을 형성한 구성으로 해도 상관없다.
(2)본 발명의 과열 보호 회로는 도 5에서 나타내는 바와 같이, 스위칭 트랜지스터(Tr0)와 제어 트랜지스터(Tr1)의 도전(導電) 형식을 변경한 회로 구성으로 해도 상관없다.
(3)본 발명의 과열 보호 회로는 도 6에서 나타내는 바와 같은 회로 구성이어도 상관없다. 도 6을 참조하여, 이 과열 보호 회로는 제 2 정특성 서미스터(PTC2)를 스위칭 트랜지스터(Tr0)의 컬렉터 이미터 사이에 병렬로 접속한 구성을 갖는다. 이와 같은 구성에 있어서는, 전원 스위치(15)를 닫으면, 양 정특성 서미스터(PTC1), (PTC2)의 저항값은 낮기 때문에, 제어 트랜지스터(Tr1)는 도통하고, 스위칭 트랜지스터(Tr0)도 도통한다. 이에 따라, 제 2 정특성 서미스터(PTC2)는 쇼트되고, 제어 트랜지스터(Tr1)에는 제 1 정특성 서미스터(PTC1)를 지나 베이스 전류가 공급된다. 그리고, 스위칭 트랜지스터(Tr0)의 도통에 의해 전원(13)으로부터 부하(14)에 전류가 공급된다. 스위칭 트랜지스터(Tr0)의 온도가 상승하여, 제 1 정특성 서미스터(PTC1)의 온도가 T1에 도달하면, 양 정특성 서미스터(PTC1), (PTC2)의 저항값은 높아지기 때문에, 제어 트랜지스터(Tr1)는 차단된다. 따라서, 이에 따라, 스위칭 트랜지스터(Tr0)도 차단된다. 이것에 의해, 스위칭 트랜지스터(Tr0)는 과열 보호된다. 이것이 제 1 동작 모드이다. 그리고, 이 차단 후로부터 스위칭 트랜지스터(Tr0)의 온도가 하강하여 제 1 정특성 서미스터(PTC1)의 저항값이 저하하더라도, 스위칭 트랜지스터(Tr0)가 차단되어 있기 때문에, 제어 트랜지스터(Tr1)는 도통하지 않는다. 그리고, 또한 스위칭 트랜지스터(Tr0)의 자기 발열 온도가 하강하여, 제 2 정특성 서미스터(PTC2)의 온도가 T2에 도달하면, 제 2 정특성 서미스터(PTC2)의 저항값이 낮아지기 때문에, 전원(13)으로부터의 전류가 제어 트랜지스터(Tr1)의 베이스에 공급된다. 따라서, 제어 트랜지스터(Tr1)가 도통하고, 스위칭 트랜지스터(Tr0)도 도통한다. 이것이 제 2 동작 모드이다. 결국, 도 6의 과열 보호 회로에 있어서도, 도 1과 마찬가지로, 스위칭 트랜지스터(Tr0)는 도통 차단의 반복이 방지된다. 한편, 도 6의 스위칭 트랜지스터(Tr0)와 제어 트랜지스터(Tr1)의 도전 형식을 도 7에서 나타내는 바와 같이 변경하더라도 동일하게 실시할 수 있다.
(4)본 발명은 스위칭 트랜지스터(Tr0)나 제어 트랜지스터(Tr1)의 트랜지스터 타입은 어떠한 것이라도 좋으며, 바이폴러형이나 MOSFET형이어도 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 온도 검지 부위의 온도가 상승하여 소정의 차단 온도에 도달하면 도통 동작으로부터 차단 동작으로 이행시키는 것이 온도 검지 부위와 열결합된 제 1 정특성 서미스터의 저항 변화에 의해 행해지고, 그 차단 온도보다도 낮게 설정된 소정의 복귀 온도로 온도 검지 부위의 온도가 하강하여 도달하면, 차단 동작으로부터 도통 동작으로 동작 이행시키는 것이 온도 검지 부위와 열결합된 제 2 정특성 서미스터의 저항 변화에 의해 행해지기 때문에, 그 차단 온도와 복귀 온도에 있어서 소정의 온도차가 형성되므로, 온도 검지 부위가 차단 온도보다 소정 온도차 만큼 낮은 온도로 저하할 때까지 도통 상태로 복귀하지 않는 것으로 되어 있다. 따라서, 이상 과열을 방지할 수 있으며, 또한 단시간에서 도통과 차단을 반복하는 문제도 억제할 수 있다. 그 때문에, 전원으로부터 부하에의 전력 공급의 안정화를 도모할 수 있음과 아울러, 전원에 대한 부당한 부담을 없앨 수 있기 때문에, 이 과열 보호 회로가 구비되는 회로나 장치를 양호하게 작동시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 과열 보호 회로의 회로도이다.
도 2는 스위칭 트랜지스터와 정특성 서미스터의 열결합을 나타내는 도면으로, 그 일례를 종단면도 (a)와, 다른 예를 평면도 (b)에 각각 나타낸다.
도 3은 도 1의 제 1 정특성 서미스터와 제 2 정특성 서미스터 각각의 저항 온도 특성도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 과열 보호 회로의 회로도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 과열 보호 회로의 회로도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 과열 보호 회로의 회로도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 과열 보호 회로의 회로도이다.
도 8은 종래의 과열 보호 회로의 회로도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 과열 보호 회로 11 : 도통 차단 회로
12 : 동작 모드 제어 회로 13 : 전원
14 : 부하 Tr0 : 스위칭 트랜지스터
Tr1 : 제어 트랜지스터 PTC1 : 제 1 정특성 서미스터
PTC2 : 제 2 정특성 서미스터

Claims (8)

  1. 전원으로부터 부하에의 전류 통로에 형성되어 상기 통로의 도통(導通)과 차단의 각 동작을 행하는 반도체 스위칭 소자와,
    상기 반도체 스위칭 소자에 대해서, 온도 검지 부위의 온도가 상승하여 소정의 차단 온도에 도달하면 도통 동작으로부터 차단 동작으로 이행시키는 제 1 동작 모드와, 온도 검지 부위의 온도가 하강하여 상기 차단 온도보다 소정 온도 낮은 온도로 설정되어 있는 복귀 온도에 도달하면 차단 동작으로부터 도통 동작으로 이행시키는 제 2 동작 모드로 제어하는 동작 모드 제어 회로를 구비하고,
    상기 동작 모드 제어 회로는 제 1 정특성 서미스터와, 제 2 정특성 서미스터와, 제어 소자를 구비하며,
    상기 제 1 동작 모드에서는 상기 제 1 정특성 서미스터의 저항 변화를 이용하고, 상기 제 2 동작 모드에서는 상기 제 2 정특성 서미스터의 저항 변화를 이용하며, 상기 제어 소자에 의해 상기 반도체 스위칭 소자의 동작 이행을 제어하고, 또한, 상기 양(兩) 정특성 서미스터가 상기 온도 검지 부위에 대하여 열결합(熱結合)되어 있는 상태에서, 상기 각 동작 모드의 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 과열 보호 회로.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 소자가 제어 트랜지스터이고,
    상기 제어 트랜지스터의 베이스와 상기 반도체 스위칭 소자의 출력 단자 사이에 상기 제 1 정특성 서미스터가 접속되어 있으며, 또한 상기 제어 트랜지스터의 베이스와 상기 반도체 스위칭 소자의 입력 단자 사이에 상기 제 2 정특성 서미스터가 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 과열 보호 회로.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 반도체 스위칭 소자가 스위칭 트랜지스터이고,
    상기 제어 트랜지스터의 컬렉터가 상기 스위칭 트랜지스터의 베이스에 대하여, 직접 또는 전류 제한 저항을 통하여 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 과열 보호 회로.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 소자가 제어 트랜지스터이고,
    상기 반도체 스위칭 소자의 입력 단자와 출력 단자 사이에 상기 제 2 정특성 서미스터가 병렬로 접속되어 있으며, 상기 반도체 스위칭 소자의 출력 단자와 상기 제어 트랜지스터의 베이스 사이에 상기 제 1 정특성 서미스터가 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 과열 보호 회로.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 반도체 스위칭 소자가 스위칭 트랜지스터이고,
    상기 제어 트랜지스터의 컬렉터가 상기 스위칭 트랜지스터의 베이스에 대하여, 직접 또는 전류 제한 저항을 통하여 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 과열 보호 회로.
  6. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 트랜지스터의 이미터(emitter)에 대하여, 상기 제어 트랜지스터의 베이스ㆍ이미터 사이의 극성 방향과는 반대의 극성 방향으로 제너 다이오드가 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 과열 보호 회로.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 온도 검지 부위가 상기 반도체 스위칭 소자이고, 상기 양 정특성 서미스터는 상기 반도체 스위칭 소자에 대하여 열결합되어 있는 것을 특징으로 하는 과열 보호 회로.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 온도 검지 부위가 상기 반도체 스위칭 소자이고, 상기 양 정특성 서미스터는 상기 반도체 스위칭 소자에 대하여 열결합되어 있는 것을 특징으로 하는 과열 보호 회로.
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