JP2000308251A - 制御回路素子の過電流監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＩＣ，ＬＳＩ等の制御回路素子の過電流によ
る破壊を防止。過電流保護が働いた場合の復旧を容易
化。過電流保護動作がラッチアップ対処のものかの識別
を容易化。 【解決手段】 商用電源から電源スイッチ１２を介して
ＤＣ電源回路１１に給電し、回路１１の出力Ｖ１をＩＣ
１６に給電する。３端子レギュレ−タ１９，２０で、過
電流監視対象のＩＣ１７，１８に、出力Ｖ１をＶ２，Ｖ
３に降圧して給電する。インバ−タ２１，２２およびオ
アゲ−ト２５でなる電圧監視回路で、レギュレ−タ１
９，２０の出力電圧を監視し、それがオフのときＩＣ１
６がリレ−ドライバ１５をオンにして電源スイッチ１２
を遮断する（図１）。又は、電流センサ２６，２７とＩ
Ｃ１６でレギュレ−タ１９，２０の出力電流を監視し、
それが出力遮断による０のときＩＣ１６がリレ−ドライ
バ１５をオンにして電源スイッチ１２を遮断する（図
２）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、制御回路、例えば
画像形成装置の制御回路、に実装された半導体素子又は
集積回路である制御回路素子が過電流によって破壊され
ることを防止する為の保護装置に関する。具体的には、
例えば制御回路の周囲温度過昇あるいは給電電流の過昇
により定電圧又は定電流レギュレ−タが制御回路素子へ
の給電を停止した時に、制御回路素子がラッチアップに
より破壊することを防止する保護装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、例えば画像形成装置など、電子制
御機器において、ＩＣ，ＬＳＩ等の電子回路が多用さ
れ、中でも低消費電力でノイズマージンの大きいＣＭＯ
Ｓ構造のＩＣ及びＬＳＩが一般的に多く利用されてい
る。しかし、ＣＭＯＳの構造上どうしても寄生トランジ
スタ回路ができてしまうため、使用方法を間違えると、
この寄生トランジスタ回路が動作し、回路に接続された
電源ラインとグランドの間に過電流が流れて回路を破壊
してしまうといったラッチアップ現象が発生していた。
この過電流の防止対策としては、従来よりラッチアップ
を起こさない回路構成とすることはもちろんであるが、
万が一ラッチアップが発生した場合に備えて保護用とし
てＩＣ及びＬＳＩの電源ラインに設計値以上の電流が流
れた時に動作するヒューズを接続して過電流を防止する
方法があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の過電流防止方法においては、ヒューズを利用
した場合、一度切れると交換する必要があり手間がかか
ることと、ヒューズが切れた原因が負荷のラッチアップ
によるものか、他の原因によるものかが不明のままとな
ってしまうという問題があった。

【０００４】本発明は、ＩＣ，ＬＳＩ等の制御回路素子
の過電流による破壊を防止することを第１の目的とし、
過電流保護が働いた場合の復旧に手間がかからないよう
にすることを第２の目的とし、過電流保護動作がラッチ
アップ対処のものかの識別が容易な過電流監視装置を提
供することを第３の目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】（１）商用電源から制御
系電源(V1)を生成し第１の制御回路素子(16)に給電する
電源供給手段(11)から給電されて第２の制御回路素子(1
7,18)に降圧して給電する降圧手段(19,20)；該降圧手段
(19,20)の出力電圧(V2,V3)を監視する電圧監視手段(21
〜25)；および、該監視する出力電圧(V2,V3)の異常に対
応して前記電源供給手段(11)への給電を遮断するための
手段(12)；を備える制御回路素子の過電流監視装置(図
1)。

【０００６】なお、理解を容易にするためにカッコ内に
は、図面に示し後述する実施例の対応要素の記号又は対
応事項を、参考までに付記した。

【０００７】これによれば、降圧手段(19,20)の出力電
圧が正常か否かを電圧監視手段(21〜25)にて監視するこ
とができる。降圧手段(19,20)の出力が遮断されたとき
給電遮断手段(12)を利用して商用電源からへの電源供給
手段(11)への給電を遮断することができる。この遮断に
より、第１の制御回路素子(16)および第２の制御回路素
子(17,18)への給電が停止する。

【０００８】

【発明の実施の形態】（２）降圧手段(19,20)は、過電
流又は温度上昇に応答して第２の制御回路素子(17,18)
への出力を遮断し；電圧監視手段(21〜25)は、降圧手段
(19,20)の出力電圧が所定値以下になったとき異常信号
を第１の制御回路素子(16)に与え；第１の制御回路素子
(16)は該異常信号に応答して前記遮断手段(12,15)にて
電源供給手段(11)への給電を遮断する。

【０００９】これによれば、降圧手段(19,20)が過電流
又は温度上昇のときに第２の制御回路素子(17,18)への
出力を遮断する。これによって出力電圧が低下し電圧監
視手段(21〜25)が、異常信号を第１の制御回路素子(16)
に与え、第１の制御回路素子(16)が遮断手段(12,15)に
て電源供給手段(11)への給電を遮断する。したがって長
い過電流通電はなくなる。また、第２の制御回路素子(1
7,18)のラッチアップによる破壊が避けられる。 （３）商用電源から制御系電源(V1)を生成し第１の制御
回路素子(16)に給電する電源供給手段(11)から給電され
て第２の制御回路素子(17,18)に降圧して給電する降圧
手段(19,20)；該降圧手段(19,20)の出力電流を監視する
電流監視手段(26,27,16)；および、該監視する出力電流
の異常に対応して前記電源供給手段(11)への給電を遮断
するための手段(12,15)；を備える、制御回路素子の過
電流監視装置(図2)。

【００１０】これによれば、降圧手段(19,20)の出力電
流が正常か否かを電流監視手段(26,27,16)にて監視する
ことができる。降圧手段(19,20)の出力が遮断されたと
き給電遮断手段(12,15)を利用して商用電源からへの電
源供給手段(11)への給電を遮断することができる。この
遮断により、第１の制御回路素子(16)および第２の制御
回路素子(17,18)への給電が停止する。 （４）降圧手段(19,20)は、過電流又は温度上昇に応答
して第２の制御回路素子(17,18)への出力を遮断し；第
１の制御回路素子(16)は、電流監視手段(26,27,16)が監
視する出力電流が所定値以下になったとき前記遮断手段
(12,15)にて電源供給手段(11)への給電を遮断する。

【００１１】これによれば、降圧手段(19,20)が過電流
又は温度上昇に応答して第２の制御回路素子(17,18)へ
の出力を遮断する。これによって出力電流が低下し電流
監視手段(26,27,16)を介して第１の制御回路素子(16)が
電流値低下に応じて遮断手段(12,15)にて電源供給手段
(11)への給電を遮断する。したがって長い過電流通電は
なくなる。また、第２の制御回路素子(17,18)のラッチ
アップによる破壊が避けられる。 （５）第２の制御回路素子(17,18)は複数(17,18)であ
り、降圧手段(19,20)もそれぞれが第２の制御回路素子
(17,18)のそれぞれに降圧給電する複数(19),20)であ
る。

【００１２】これによれば、各降圧手段(19,20)にて、
各制御回路素子(17,18)の動作特性および耐過電流特性
に合わせて精細にしきい値（所定値）を設定して、各素
子の過電流保護の信頼性を高めることができる。

【００１３】本発明の他の目的および特徴は、図面を参
照した以下の実施例の説明より明らかになろう。

【００１４】

【実施例】−第１実施例− 図１に本発明の第１実施例の構成を示す。この実施例の
制御回路１０は、画像形成装置の動作を制御するもので
あり、この制御回路１０に、ＤＣ電源回路１１が制御系
電圧Ｖ１を供給する。商用電源とＤＣ電源回路１１の間
には、電源スイッチ１２が介挿されている。

【００１５】電源スイッチ１２は、機械的な係止機構
と、係止解除のための電気コイル１４を含む電磁解除機
構とを備える、手動開閉＆自動開放型のスイッチであ
り、押しボタンをオペレ−タが押下すると接片１３が閉
接し（通電：オン）、押しボタンの押しがなくなっても
係止機構が閉接保持し、オペレ−タがもう１度押しボタ
ンを押すと係止機構の係止が外れて押しボタンの押しが
なくなったときに接片１３が開（遮断：オフ）に戻る。
また、係止機構が接片１３を閉接保持しているときに電
気コイル１４に通電があると、電磁解除機構が係止機構
の係止を外しこれにより接片１３が開（遮断：オフ）に
戻る。

【００１６】制御回路１０には、電気コイル１４に通電
するリレ−ドライバ１５が実装されており、ドライバ１
５のトランジスタがオン（導通）すると電気コイル１４
に電圧が印加されて電流が流れ、接片１３が開く（スイ
ッチオフ）。

【００１７】制御回路１０には複数の制御回路素子１６
〜１８があり、これらはいずれも集積回路（ＩＣ）であ
る。これらのＩＣには、ＤＣ電源回路１１から供給され
る制御系電圧Ｖ１を電源電圧とするＩＣ１６（この実施
例ではマイクロコンピュ−タ）の他に、制御系電源Ｖ１
よりも低い制御系電圧Ｖ２，Ｖ３を電源電圧とするＩＣ
１７，１８がある。Ｖ１≧Ｖ２＝Ｖ３である。ＩＣ１
７，１８に電源電圧を供給する為、制御回路１０には制
御系電源Ｖ１を入力して制御系電源Ｖ２，Ｖ３を出力す
る３端子レギュレータ１９，２０が実装されている。

【００１８】３端子レギュレータ１９，２０は、過電流
保護用および過熱保護用の遮断回路を内蔵し、３端子レ
ギュレータ１９，２０の出力電流の過昇、または周囲温
度の過昇によって３端子レギュレータ１９，２０のジャ
ンクション温度が上昇すると、その出力を強制的に遮断
し、その破損を防止するようになっている。この動作は
同時に、負荷であるＩＣ１７，１８の保護も行なうこと
になる。

【００１９】この実施例では制御系電源Ｖ２，Ｖ３は同
電圧であるが、３端子レギュレータ１９，２０のディレ
ーティングを考慮して出力電流がそれぞれ均等になるよ
うに負荷（１７，１８）を２つ１７と１８に分け、ＩＣ
１７に対しては３端子レギュレータ１９を、ＩＣ１８に
対しては３端子レギュレータ２０を設けている。

【００２０】３端子レギュレータ１９，２０の出力であ
る制御系電圧Ｖ２，Ｖ３は、ＩＣ１７，１８に電源電圧
として供給されるが、その他に抵抗内蔵トランジスタ２
１，２２の入力端子に入力され、制御系電圧Ｖ２，Ｖ３
が正常に出力されている時には、抵抗内蔵トランジスタ
２１，２２がオンしてその出力端は機器ア−ス電位
（Ｌ）である。すなわち抵抗内蔵トランジスタ２１，２
２は、インバ−タである。

【００２１】抵抗内蔵トランジスタ２１，２２の出力
は、オアゲ−ト２５に与えられる。抵抗内蔵トランジス
タ２１，２２の出力端にはプルアップ抵抗２３，２４を
介して制御系電圧Ｖ１が印加されるので、電圧Ｖ２，Ｖ
３が低く抵抗内蔵トランジスタ２１，２２がオフのとき
には、その出力端（オアゲ−ト２５の入力端）は制御系
電圧Ｖ１（Ｈ）である。

【００２２】オアゲ−ト２５の出力がＩＣ１６の入力ポ
ートに与えられる。電圧Ｖ２およびＶ３が共に所定値以
上のときは、抵抗内蔵トランジスタ２１，２２が共にオ
ンでオアゲ−ト２５の２入力共にＬであるので、ＩＣ１
６の入力ポートには”Ｌ”レベルが与えられる。３端子
レギュレ−タ１９又は２０が出力遮断に転ずるとＶ２又
はＶ３が消えて機器ア−ス電位（Ｌ）になるので抵抗内
蔵トランジスタ２１又は２２がオフに転じてその出力
が’Ｈ’になりオアゲ−ト２５の出力がＨとなって、Ｉ
Ｃ１６の入力ポートには”Ｈ”レベルが与えられる。

【００２３】このような構成とすることにより、抵抗内
蔵トランジスタ２１，２２とＩＣ１６の入力ポートとを
合わせて、３端子レギュレータ１９，２０の出力電圧を
監視する電圧監視手段として機能する。つまり、ＩＣ１
６の入力ポートの入力レベルが”Ｌ”であった場合には
抵抗内蔵トランジスタ２１，２２が共にオン、すなわち
３端子レギュレータ１９，２０は共に正常動作し制御系
電圧Ｖ２，Ｖ３を出力していると判断できる。ＩＣ１６
の入力ポートの入力レベルが”Ｈ”になったときには、
抵抗内蔵トランジスタ２１，２２のいずれかがオフ、す
なわち３端子レギュレータ１９，２０のいずれかが過電
流もしくはジャンクション温度過昇によりその出力を遮
断した、と判断できる。ＩＣ１６の入力ポートレベルを
一定時間間隔で監視することにより３端子レギュレータ
１９，２０の出力を監視でき、３端子レギュレータ１
９，２０に異常が発生した場合でもそれに迅速に対応す
ることができる。

【００２４】この実施例では、ＩＣ１６の入力ポート
が”Ｈ”になるとＩＣ１６がリレ−ドライバ１５に”
Ｈ”を与えてそのトランジスタをオフにし、電源スイッ
チ１２の電気コイル１４に通電する。この通電により、
電気コイル１４が発生する電磁力によって電源スイッチ
１２の機械的な係止機構の係止が解除され、接片１３が
開く（遮断）。これによってＤＣ電源回路１１への給電
が停止し、したがって制御回路１０全体への給電が停止
する。

【００２５】電源スイッチ１２が、押しボタンの押しに
よりオンされると、ＤＣ電源回路１１に商用電源が供給
され、ＤＣ電源回路１１は、制御回路１０で使用される
制御系電圧Ｖ１を出力する。３端子レギュレータ１９，
２０の入力に制御系電圧Ｖ１が印加されると、３端子レ
ギュレータ１９，２０は制御系電圧Ｖ２，Ｖ３をＩＣ１
７，１８に出力する。これらの電圧が供給されることに
よりＩＣ１６，１７，１８が動作を開始し、画像形成装
置が制御される。

【００２６】ＩＣ１６の電源電圧Ｖ１はＩＣ１７，１８
の電源電圧Ｖ２，Ｖ３よりも高電圧であるため、ＩＣ１
６の入力（Ｖ１）が仮にＩＣ１７，１８の入力に加わる
と、ＩＣ１７，１８の入力端子にはそれらの定格電圧よ
りも高い電圧が入力されることになり、これがラッチア
ップを引き起こす可能性がある。この状態が長く続くと
回路１０に接続された電源ラインとグランドの間に過電
流が流れて回路１０を破壊してしまう。これを回避する
ため、ＩＣ１７，１８の入力端子の内ＩＣ１６と接続さ
れる入力端子については、ラッチアップを防止するため
にＶ１（Ｖ）以上の耐圧を持たせている。

【００２７】制御回路１０が動作している時に、制御回
路１０周りの温度過昇等により３端子レギュレータ１
９，２０のジャンクション温度が上昇し、３端子レギュ
レータ１９もしくは２０に内蔵された過電流保護兼熱遮
断回路のいずれかが動作すると、ＩＣ１７，１８のいず
れか一方は電圧（Ｖ２，Ｖ３）が供給されなくなってし
まう。

【００２８】仮に、３端子レギュレータ１９の出力が遮
断されたとすると、ＩＣ１７には電源電圧Ｖ２が供給さ
れなくなってしまう。ＩＣ１７はＩＣ１６と接続される
入力端子部についてはラッチアップ対策を施した構成と
なっているが、ＩＣ１８と接続される入力端子部につい
てはＩＣ１８がＩＣ１７と同じ電源電圧で動作するため
特にラッチアップの対策は施していない。このためＩＣ
１８と接続されるラッチアップ対策を施していない入力
端子部に電源電圧（３端子レギュレータ１９の出力が遮
断している為、０Ｖ）よりも高い電圧が入力されること
になり、ＩＣ１７がラッチアップを起こす可能性があ
る。

【００２９】ここで、前述した通りＩＣ１６は、その入
力ポ−トの信号レベルを監視して、すなわちオアゲ−ト
２５を介して抵抗内蔵トランジスタ２１，２２の出力を
監視し、入力ポ−トの信号レベルが”Ｌ”であると３端
子レギュレータ１９，２０がともに正常動作していると
認識するが、上述のように３端子レギュレータ１９の出
力が遮断し、抵抗内蔵トランジスタ２１がオフし、オア
ゲート２５の一方の入力レベルが”Ｈ”になり、その出
力つまりＩＣ１６の入力ポートの入力が”Ｈ”になる
と、ＩＣ１６はこれに応答してリレ−ドライバ１５をオ
ンすることにより電源スイッチ１２の接片１３を開き、
ＤＣ電源回路１１への商用電源の供給を遮断し、画像形
成装置に一切の電源が供給されないような状態にする。
これによりＩＣ１７のラッチアップが防止され、破損が
防止される。

【００３０】なお、前記入力ポ−トを割込入力ポ−トに
割り宛てて、オアゲ−ト２５の出力がＬからＨに立上っ
たときに割込処理にてリレ−ドライバ１５をオンする構
成とすることにより、３端子レギュレ−タ１９，２０が
その出力を遮断してから電源スイッチ１２を遮断するま
での遅れが短くすることができる。

【００３１】−第２実施例− 図２に本発明の第２実施例を示す。この第２実施例は、
図１に示す第１実施例より、抵抗内蔵トランジスタ２
１，２２〜オアゲ−ト２５を削除し、代りに３端子レギ
ュレ−タ１９，２０からＩＣ１７，１８に流れる電流値
を検出するための電流センサ２６，２７を備えて、それ
らの電流検出信号（アナログ電圧）を、ＩＣ１６（マイ
クロコンピュ−タ）のＡ／Ｄ変換入力ポ−トＡ／Ｄ１，
Ａ／Ｄ２に印加するようにしたものである。ＩＣ１６
は、所定周期でＡ／Ｄ変換入力ポ−トＡ／Ｄ１，Ａ／Ｄ
２のアナログ信号レベルをデジタル変換して読込む。Ｉ
Ｃ１６はそのＡ／Ｄ変換結果によりＩＣ１７，１８の消
費電流、すなわち３端子レギュレ−タ１９，２０の出力
電流を監視する。

【００３２】このような構成とすることにより電流セン
サ２１，２２とＩＣ１６内蔵のＡ／Ｄコンバ−タとが合
わさって、３端子レギュレ−タ１９，２０の出力電流を
監視する電流監視手段として機能する。ＩＣ１６内蔵の
Ａ／Ｄコンバ−タのＡ／Ｄ変換結果があらかじめ定めら
れた値を越える場合には３端子レギュレ−タ１９，２０
は正常動作し制御系電圧Ｖ２，Ｖ３を出力していると判
断でき、Ａ／Ｄ変換結果があらかじめ定められた値以下
の場合には、３端子レギュレ−タ１９，２０が過電流も
しくはジャンクション温度過昇によりその出力を遮断し
ていると判断できる。ＩＣ１６内蔵のＡ／Ｄコンバ−タ
のＡ／Ｄ変換結果を一定時間間隔で監視することにより
３端子レギュレ−タ１９，２０の出力を監視でき、３端
子レギュレ−タ１９，２０に異常が発生した場合でもそ
れに迅速に対応することができる。

【００３３】制御回路１０が動作している時に、制御回
路１０周りの温度過昇等により３端子レギュレータ１
９，２０のジャンクション温度が上昇し、３端子レギュ
レータ１９もしくは２０に内蔵された過電流保護兼熱遮
断回路のいずれかが動作すると、ＩＣ１７，１８のいず
れか一方は電圧（Ｖ２，Ｖ３）が供給されなくなってし
まう。

【００３４】仮に、３端子レギュレータ１９がその出力
を遮断したとすると、ＩＣ１７には電源電圧Ｖ２が供給
されなくなってしまう。ＩＣ１７はＩＣ１６と接続され
る入力端子部についてはラッチアップ対策を施した構成
となっているが、ＩＣ１８と接続される入力端子部につ
いてはＩＣ１８がＩＣ１７と同じ電源電圧で動作するた
め特にラッチアップの対策は施していない。このためＩ
Ｃ１８と接続されるラッチアップ対策を施していない入
力端子部に電源電圧（３端子レギュレータ１９の出力が
遮断している為、０Ｖ）よりも高い電圧が入力されるこ
とになり、ＩＣ１７がラッチアップを起こす可能性があ
る。

【００３５】前述した通りＩＣ１６は、３端子レギュレ
−タ１９，２０の出力電流を測定する電流センサ２６，
２７の検出電流値を、所定周期でデジタル変換して読込
み、検出電流値が所定値を越えること、すなわち３端子
レギュレ−タ１９，２０がともに正常動作していること
を監視しているが、上述のように３端子レギュレータ１
９の出力が遮断して出力電流が途断えると、Ａ／Ｄ変換
して読込む検出電流値がほぼ０を表わすものになり、所
定値以下となる。これを検出するとＩＣ１６は、リレ−
ドライバ１５をオンすることにより電源スイッチ１２の
接片１３を開き、ＤＣ電源回路１１への商用電源の供給
を遮断し、画像形成装置に一切の電源が供給されないよ
うな状態にする。これによりＩＣ１７のラッチアップが
防止され、破損が防止される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施例の構成を示すブロック図
である。

【図２】 本発明の第２実施例の構成を示すブロック図
である。

【符号の説明】

１０：制御回路 １１：ＤＣ電源回路 １２：電源スイッチ １３：接片 １４：電気コイル １５：リレ−ドライバ １６〜１８：ＩＣ 19,20：３端子レギュレ
ータ 21,22:抵抗内蔵トランジスタ 23,24：抵抗 ２５：オアゲート 26,27：電流センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０６Ｆ 1/30 Ｈ０２Ｈ 7/20 Ａ Ｈ０２Ｈ 3/10 Ｇ０６Ｆ 1/00 ３３３Ｚ 7/20 ３４１Ｑ Ｆターム(参考） 5B011 DA01 DB02 DB05 GG03 JA07 JA12 JA24 5G004 AA05 AB02 BA08 DA02 DC07 DC14 5G053 AA01 BA01 BA04 CA01 CA08 DA02 EA09 EB04 EC02 FA07 5H410 BB01 BB04 BB05 BB06 CC03 DD02 EA02 EA32 EA37 EB14 FF03 FF05 FF25 KK05 LL04 LL06 LL13 LL20 5H430 BB01 BB09 BB11 EE01 EE07 EE12 FF01 FF07 FF13 KK13 LA04 LA07 LA13 LA26 LB06

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】商用電源から制御系電源を生成し第１の制
   御回路素子に給電する電源供給手段から給電されて第２
   の制御回路素子に降圧して給電する降圧手段；該降圧手
   段の出力電圧を監視する電圧監視手段；および、該監視
   する出力電圧の異常に対応して前記電源供給手段への給
   電を遮断するための手段；を備える制御回路素子の過電
   流監視装置。
2. 【請求項２】降圧手段は、過電流又は温度上昇に応答し
   て第２の制御回路素子への出力を遮断し；電圧監視手段
   は、降圧手段の出力電圧が所定値以下になったとき異常
   信号を第１の制御回路素子に与え；第１の制御回路素子
   は該異常信号に応答して前記遮断手段にて電源供給手段
   への給電を遮断する；請求項１記載の、制御回路素子の
   過電流監視装置。
3. 【請求項３】商用電源から制御系電源を生成し第１の制
   御回路素子に給電する電源供給手段から給電されて第２
   の制御回路素子に降圧して給電する降圧手段；該降圧手
   段の出力電流を監視する電流監視手段；および、該監視
   する出力電流の異常に対応して前記電源供給手段への給
   電を遮断するための手段；を備える、制御回路素子の過
   電流監視装置。
4. 【請求項４】降圧手段は、過電流又は温度上昇に応答し
   て第２の制御回路素子への出力を遮断し；第１の制御回
   路素子は、電流監視手段が監視する出力電流が所定値以
   下になったとき前記遮断手段にて電源供給手段への給電
   を遮断する；請求項３記載の、制御回路素子の過電流監
   視装置。