JPH061892B2 - 負荷開閉装置の保護回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、例えば半導体スイッチング素子を用いた負
荷開閉装置の保護回路、特に過負荷電流に対する保護に
関するものである。

〔従来の技術〕

第６図は従来の負荷開閉装置を示す回路図であり、図に
おいて(1)は例えばマイコン等で構成された制御回路、
(2a)〜(2d)は例えばトランジスタからなる半導体スイッ
チング素子、(3a)〜(3d)は制御回路(1)と複数の半導体
スイッチング素子(2a)〜(2d)とを接続する信号線、(4a)
〜(4d)は各半導体スイッチング素子(2a)〜(2d)に接続さ
れた負荷である。(5)は各負荷(4a)〜(4d)に電力を供給
する電源、(6)は速断ヒュウズ等が用いられている保護
素子である。なお、図においては半導体スイッチング素
子(2a)〜(2d)の入力制御抵抗等は省略して示す。

次に、上記のように構成された従来の負荷開閉装置の動
作を説明する。まず、制御回路(1)で選択した作動すべ
き負荷例えば負荷(4a)に接続した半導体スイッチング素
子(2a)に制御回路(1)から信号線(3a)を介して高レベル
信号が送られ、半導体スイッチング素子(2a)をオンとし
て負荷(4a)に電源(5)から電力を供給する。次に負荷(4
a)に供給している電力を遮断する場合は、半導体スイッ
チング素子(2a)に制御回路(1)から送られている高レベ
ルの信号を低レベルの信号に変えて半導体スイッチング
素子(2a)をオフとする。

上記のように負荷(4a)に電力が供給されているときにな
んらかの原因で負荷(4a)が短絡すると回路に過電流が流
れるが、この過電流により保護素子(6)が溶断して半導
体スイッチング素子(2a)が破損することを防止する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の負荷開閉装置の保護回路は上記のように１個の保
護素子(6)で構成されているため同じ特性の半導体スイ
ッチング素子(2a)〜(2d)を用い、かつ同時に２個以上の
半導体スイッチング素子を動作させない場合は保護素子
(6)で各半導体スイッチング素子(2a)〜(2d)を保護する
ことができる。

しかし、２個以上の半導体スイッチング素子を同時に動
作させるときには、保護素子(6)の電流容量としては動
作すべき２個以上の半導体スイッチング素子に各々流れ
る電流の和以上のものを選択する必要があり、この電流
容量の保護素子(6)を使用した場合には１個の半導体ス
イッチング素子使用時の保護がなされていないという問
題があった。

この発明はかかる問題点を解決するためになされたもの
であり、１個の半導体スイッチング素子の保護および２
個以上の半導体スイッチング素子の保護をともに可能と
した負荷開閉装置の保護回路を得ることを目的とするも
のである。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る負荷開閉装置の保護回路は、複数個の負
荷と、各負荷にそれぞれ直列接続された複数個のスイッ
チング回路とを有する負荷開閉装置において、上記複数
個のスイッチング回路のオン・オフを制御する制御信号
を出力すると共に、該制御信号により決まる負荷電流に
応じてあらかじめ定められたデジタル基準データを出力
する制御手段と、上記複数個のスイッチング回路に流れ
る負荷電流を電圧に変換する電流電圧変換回路と、上記
制御手段が出力するデジタル基準データをアナログ基準
電圧に変換するデジタル・アナログ変換器と、上記電流
電圧変換回路で得た電圧と、上記デジタル・アナログ変
換器の出力する基準電圧とを比較し、電流電圧変換回路
で得た電圧が基準電圧を越えたときに遮断電圧を出力す
る比較回路と、該比較回路が出力する遮断電圧により上
記負荷に電力を供給する負荷電源を遮断する電源遮断回
路とを備えたものである。

〔作用〕

この発明においては、複数個の負荷と、各負荷にそれぞ
れ直列接続された複数個のスイッチング回路とを有する
負荷開閉装置において、制御手段は、上記複数個のスイ
ッチング回路のオン・オフを制御する制御信号を出力す
ると共に、該制御信号により決まる負荷電流に応じてあ
らかじめ定められたデジタル基準データを出力する。電
流電圧変換回路は、上記複数個のスイッチング回路に流
れる負荷電流を電圧に変換する。デジタル・アナログ変
換器は、上記制御手段が出力するデジタル基準データを
アナログ基準電圧に変換する。比較回路は、上記電流電
圧変換回路で得た電圧と、上記デジタル・アナログ変換
回路の出力する基準電圧とを比較し、電流電圧変換回路
で得た電圧が基準電圧を越えたときに遮断電圧を出力す
る。電源遮断回路は、上記比較回路が出力する遮断電圧
により上記負荷に電力を供給する負荷電源を遮断してス
イッチング回路の保護を図ることができる。

〔実施例〕

第１図は、この発明の一実施例を示す回路図であり、図
において(1)，(2a)〜(2d)，(3a)〜(3d)，(4a)〜(4d)及
び(5)は上記第６図に示した従来例と全く同じものであ
る。(7)は電源(5)と負荷(4a)〜(4d)間に接続し電源(5)
を遮断する遮断用トランジスタ、(8)は遮断用トランジ
スタ(7)のベース抵抗、(9)は例えばトランジスタからな
る半導体スイッチング素子(2a)(2a)〜(2d)を介して各々
の負荷(4a)〜(4d)に流れる負荷電流を電圧(Vn)に変換す
る抵抗である。

(10)は制御回路(1)から出力される各負荷電流に応じて
定められた基準電圧のデイジタル信号をアナログ信号(E
n)に変換するＤ／Ａコンバータ(11)は各基準電圧(En)と
各負荷電流を抵抗(8)により変換した電圧(Vn)とを比較
する比較回路、(12)は比較回路(11)の出力電圧により遮
断用トランジスタ(7)のベース電圧を制御するトランジ
スタである。

上記のように構成した負荷開閉装置の保護回路の動作を
説明するにあたり、第１図に示した負荷(4a)〜(4d)は第
２図の動作チャートに示すように負荷(4a)が動作した一
定時間(T)後に負荷(4b)、負荷(4c)が動作し、その後負
荷(4d)が動作するものとし、各負荷(4a)〜(4d)に流れる
負荷電流及び各負荷電流に対応した基準電圧を第１表の
ように定める。

また抵抗(9)は抵抗値Ｒ(Ω)とし、各負荷電流に対応し
た基準電圧(Ea)〜(Ed)の設定にあたっては各負荷抵抗の
バラツキ等を考慮し、負荷(4a)〜(4d)に流れる負荷電流
(Ia)〜(Id)と抵抗(9)の抵抗値Ｒの積に一定係数を乗算
して各負荷電流と抵抗値Ｒの積より若干大きな値とす
る。

上記条件のもとでこの発明の保護回路の動作を第３図に
示すフローチャートに基いて説明する。

まず、スタート信号が制御回路(1)に入力されると（ス
テップ３０）制御回路(1)から第１の半導体スイッチン
グ素子(2a)に信号線(3a)を介して“高”信号が送られ半
導体スイッチング素子(2a)を導通させる。このとき遮断
用トランジスタ(7)のベースにはベース抵抗(8)を介して
電圧が印加されているから遮断用トランジスタ(7)は導
通しており、電源(5)から負荷(4a)に負荷電流(Ia)を流
す。同時にＤ／Ａコンバータ(10)から基準電圧を得るた
めに必要なデイジタル信号が制御回路(1)からＤ／Ａコ
ンバータ(10)に入力される。Ｄ／Ａコンバータ(10)はデ
イジタル信号をアナログ信号に変換して基準電圧(Ea)を
比較回路(11)に出力する（ステップ３１）。

次に比較回路(11)において基準電圧(Ea)と、抵抗(9)で
生じる負荷電流(Ia)による電圧降下Ｖａ＝ＩａＲとを比
較し（ステップ３２）、抵抗(9)における電圧降下(Va)
が基準電圧(Ea)より小さいときは制御回路(1)から半導
体スイッチング素子(2a)に送られた信号を“低”信号と
するまで負荷(4a)に負荷電流(Ia)が継続して流される。
このとき、もし負荷(4a)が何等かの原因で短絡状態にな
ると比較回路(11)からトランジスタ(12)のベースに
“高”信号が出力され（ステップ３３）、トランジスタ
(12)を導通させる（ステップ３４）。この結果、遮断用
トランジスタ(7)のベース電圧が零となり遮断用トラン
ジスタ(7)がオフとなり電源(5)と負荷(4a)間が遮断さ
れ、半導体スイッチング素子(2a)の保護を図る（ステッ
プ３４）。

次に上記と同様に制御回路(1)から半導体スイッチング
素子(2b)，(2c)に信号線(3b)，(3c)を介して“高”信号
が送られ半導体スイッチング素子(2b)，(2c)を導通さ
せ、負荷(4b)，(4c)に各々の負荷電流(Ib)，(Ic)を流
す。このときＤ／Ａコンバータ(10)には各負荷電流(I
b)，(Ic)に対応した基準電圧(Eb)，(Ec)の合計電圧(En)
を出力するようなデイジタル信号が制御回路(1)から送
られる。

比較回路(11)はＤ／Ａコンバータ(10)で出力する合計の
基準電圧(En)と負荷電流(Ib)，(Ic)による抵抗(9)にお
ける電圧降下(Vn)＝(Ib+Ic)Ｒとを比較し、基準電圧(E
n)より電圧降下(Vn)が高くなると上記と同様に遮断用ト
ランジスタ(7)をオフとして、電源(5)と負荷(4b)，(4c)
間を遮断する。

負荷(4d)を動作する場合も上記各負荷の動作と同様に半
導体スイッチング素子（２ｄ）の保護を図ることができ
る。

なお、上記実施例においては１個または複数個の半導体
スイッチング素子を動作させた場合について説明した
が、複数個の半導体スイッチング素子(2a)〜(2d)を動作
させた場合、この半導体スイッチング素子(2a)〜(2d)の
いずれかに負荷が接続されていないときには、第４図に
示すように半導体スイッチング素子(2a)〜(2d)のコレク
タと制御回路(1)間に負荷(4a)〜(4d)の接続の有無を検
出する接続検出回路(13)を設け、この接続検出回路(13)
からの負荷接続有無の信号によりＤ／Ａコンバータ(10)
から出力する基準電圧(En)を修正することにより半導体
スイッチング素子(2a)〜(2d)の保護を図ることができ
る。

例えば半導体スイッチング素子(2b)，(2d)を同時に動作
させた際に、負荷(4c)が接続されていない場合には、半
導体スイッチング素子(2c)のコレクタの電圧レベルが
“低”レベルとなり、この“低”レベル信号が接続検出
回路(13)に送られ、この信号に基づく修正信号が接続検
出回路(13)から制御回路(1)に送られる。制御回路(1)で
は上記修正信号に基づき基準電圧Ｅｎ＝Ｅｂ＋Ｅｃを半
導体スイッチング素子(2b)に流れる負荷電流(Ib)に対応
した基準電圧(En)に修正するようＤ／Ａコンバータ(10)
に出力するデイジタル信号を修正して実際に負荷電離流
(Ib)が流れている半導体スイッチング素子（２ｂ）の保
護を図る。

なお、上記各実施例において負荷電流の変動が大きく
て、瞬時的に抵抗(9)における電圧降下(Vn)が大とな
り、この電圧(Vn)が基準電圧(En)を越えてしまう場合に
は、第５図に示すように比較回路(11)の出力端子にラッ
チ回路(14)を設けると良い。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明したように複数のスイッチング回路
に各々負荷を接続した負荷開閉装置において、各負荷ご
とに定めた基準電圧と各負荷に実際に流れる負荷電流を
変換した電圧とを比較し、負荷電流を変換した電圧が基
準電圧を越えたときに負荷回路と電源間を遮断するよう
にしたから、異なる電流容量のスイッチング回路の保護
を行うことができる。

また、異なる電流容量のスイッチング回路に各々負荷を
接続して動作させてもその都度負荷電流に応じた基準電
圧を設定できるものでスイッチング回路の事故発生前
に、該回路を有効に保護することができる効果を有す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す回路図、第２図は上記
実施例の動作を示す波形図、第３図は上記実施例の動作
を示すフローチャート、第４図は他の実施例を示す回路
図、第５図は同じく他の実施例を示す回路図、第６図は
従来例の示す回路図である。 １…制御回路、2a〜2d…半導体スイッチング素子、4a〜
4d…負荷、５…電源、７…遮断用トランジスタ、９…抵
抗、１０…Ｄ／Ａコンバータ、１１…比較回路、１２…
トランジスタ、１３…接続検出回路。 なお、各図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数個の負荷と、各負荷にそれぞれ直列接
   続された複数個のスイッチング回路とを有する負荷開閉
   装置において、 上記複数個のスイッチング回路のオン・オフを制御する
   制御信号を出力すると共に、該制御信号により決まる負
   荷電流に応じてあらかじめ定められたデジタル基準デー
   タを出力する制御手段と、 上記複数個のスイッチング回路に流れる負荷電流を電圧
   に変換する電流電圧変換回路と、 上記制御手段が出力するデジタル基準データをアナログ
   基準電圧に変換するデジタル・アナログ変換器と、 上記電流電圧変換回路で得た電圧と、上記デジタル・ア
   ナログ変換器の出力する基準電圧とを比較し、電流電圧
   変換回路で得た電圧が基準電圧を越えたときに遮断電圧
   を出力する比較回路と、 該比較回路が出力する遮断電圧により上記負荷に電力を
   供給する負荷電源を遮断する電源遮断回路とを備えたこ
   とを特徴とする負荷開閉装置の保護回路。
2. 【請求項２】上記複数個のスイッチング回路のそれぞれ
   に接続され、各負荷とスイッチング回路との接続の有無
   を検出する接続検出回路と、 該接続検出回路の出力信号により上記デジタル・アナロ
   グ変換器に供給するデジタル基準データを修正して出力
   する上記制御手段とを備えた特許請求の範囲第１項記載
   の負荷開閉装置の保護回路。