JPH061893B2 - 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５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)は速断ヒュー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、両電圧の差分を増
幅する差動増幅器回路と、該差動増幅回路の出力により
負荷に流れる電流を制限する制限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。差動増幅回路は、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、両電圧の差分
を増幅する。制御回路は上記差動増幅回路の出力により
負荷に流れる電流を制限する。

〔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５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、各負荷
(4a)〜(4d)に流れた負荷電流を制限する制御回路であ
り、制限回路(7)は例えばトランジスタ(8)、ベース抵抗
(9)及びトランジスタ(8)のベースにコレクタを接続した
トランジスタ(10)からなる。(11)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)〜(2d)を介して各
負荷(4a)〜(4d)に流れる負荷電流を電圧(Vn)に変換する
抵抗、(12)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(En)に変換するＤ／Ａコンバータ、(13)は各基準電
圧(En)と各負荷電流を抵抗(11)により変換した電圧(Vn)
とを比較し、両電圧の差分を増幅する差動増幅回路であ
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(11)は抵抗値を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(11)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、電源(5)から制
御回路(7)を介して負荷(4a)に負荷電流(Ia)を流す。同
時にＤ／Ａコンバータ(12)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(12)に入力される。Ｄ／Ａコンバータ(12)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)を差動増
幅回路(13)に出力する（ステップ３１）。

次に差動増幅回路(13)において基準電圧(Ea)と、抵抗(1
1)で生じる負荷電流(Ia)による電圧降下Ｖａ＝ＩａＲと
を比較し、Ｖａ−Ｅａ≦０であれば制御回路(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
とするまで継続して負荷(4a)に負荷電流(Ia)が流され
る。（ステップ３２）。この状態で、もし負荷(4a)が何
等かの原因で短絡状態となったりして過電流が流れＶａ
−Ｅａ＞となると差動増幅回路(13)からＶａ−Ｅａに応
じた差信号ΔＥが制御回路(7)に出力される（ステップ
３３）。制御回路(7)では差信号ΔＥをトランジスタ(1
0)で増幅し、電流制御用のトランジスタ(8)のベース電
圧として送られる。電流制御用のトランジスタ(8)のエ
ミッタは上記ベース電圧に制限され、負荷(4a)の電源電
圧が低下して半導体スイッチング素子(2a)に流れる負荷
電流が減少する（ステップ３４）。

次に負荷(4b)と負荷(4c)を同時に動作させる場合には上
記と同様に制御回路(1)から半導体スイッチング素子(2
b)，(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)に各々負荷電流(Ib)(Ic)を流す。こ
のときＤ／Ａコンバータ(12)には各負荷電流(Ib)，(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。

差動増幅回路(13)はＤ／Ａコンバータ(12)で出力する合
計の基準電圧Ｅｎ＝Ｅｂ＋Ｅｃと負荷電流(Ib)，(Ic)に
よる抵抗(11)における電圧降下Ｖｎ＝（Ｉｂ＋Ｉｃ）Ｒ
とを比較し、Ｖｎ−Ｅｎ≦０であれば負荷(4b)，(4c)の
動作を継続する。また負荷(4b)，(4c)のいずれか一方も
しくは両方に短絡等の原因で過電流が流れＶｎ−Ｅｎ＞
０となれば上記負荷(4a)の場合と同様に負荷(4b)，(4c)
の電源電圧が制御され半導体スイッチング素子（２
ｂ），（２ｃ）に流れる負荷電流が制限される。

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(14)を設け、この接続検出回路(14)
からの負荷接続有無の信号によりＤ／Ａコンバータ(12)
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。

また上記各実施例では直流回路の例を示したが、半導体
スイッチング素子(2a)〜(2d)及び制御回路(7)のトラン
ジスタ(8)の代わりにトライアックまたはサイリスタを
使用することにより交流回路に適用することもできる。

〔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、各スイッチング回路に過電流
が流れた負荷電流を変換した電圧が基準電圧を越えたと
きに過電流に応じて負荷の電源電圧を低下させスイッチ
ング回路に流れる負荷電流を制限するようにしたので、
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図は従来例を示す回路図である。 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…制限回路、１１…抵抗、１２
…Ｄ／Ａコンバータ、１３…差動増幅回路、１４…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。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−202726（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−20422（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−134529（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−50020（ＪＰ，Ａ) 実開 昭49−8740（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭53−35392（ＪＰ，Ｙ２)

Claims (1)

【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、両電圧の
   差分を増幅する差動増幅器回路と、 該差動増幅回路の出力により負荷に流れる電流を制限す
   る制限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。