JPH06276734A - 過電流保護回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ２段構成の過電流保護回路に関し、所定レベ
ルで且つ所定時間内のパルス状の電流を制限することな
く負荷に供給し、その所定レベルより低く、且つ所定時
間より長い時間の過電流に対しては確実に保護する。 【構成】 電流検出部３による検出電流が第１の設定値
を超えた時に、電流供給部２を制御して、負荷１に供給
する電流を第１の設定値以下に制限する第１の過電流保
護部４と、電流検出部３による検出電流が、第１の設定
値より小さい第２の設定値を超えた時に、第１の過電流
保護部４により電流供給部２を制御する動作速度に比較
して遅い動作速度で電流供給部２を制御し、負荷２に供
給する電流を第２の設定値以下に制限する第２の過電流
保護部５とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、２段構成で過電流保護
を行う過電流保護回路に関する。スイッチング電源等の
電源部から各種の電子機器等の負荷に、安定化した直流
電圧を印加する構成に於いて、負荷に供給する電流を検
出し、その電流が予め設定した電流以上となった時に、
出力電圧を垂下させて電流を制御するか、或いは電流を
遮断する過電流保護回路が用いられている。このような
過電流保護回路に於いて、負荷の特性に対応して最適な
過電流の保護を可能とすることが要望されている。

【０００２】

【従来の技術】図４は従来例の説明図であり、４１は各
種の電子機器等の負荷、４２はスイッチング電源からな
る電流供給部、４３はカレントトランスからなる電流検
出部、４４は過電流保護部、４５は比較器、４６はメイ
ントランス、４７はスイッチングトランジスタ、４８は
パルス幅制御回路、４９は基準電圧である。

【０００３】メイントランス４６の一次巻線に、図示を
省略した直流電源からスイッチングトランジスタ４７を
介して直流電流が断続して供給され、それによるメイン
トランス４６の二次巻線の誘起電圧は、ダイオードとチ
ョークコイルとコンデンサとからなる整流平滑回路によ
り整流されて平滑化される。その直流出力電圧は負荷４
１に印加される。この直流出力電圧はパルス幅制御回路
４８の入力端子ＩＮに加えられ、この直流出力電圧が設
定値となるように、パルス幅制御回路４８の出力端子Ｏ
ＵＴからスイッチングトランジスタ４７が制御される。
それによって、負荷４１に安定化直流出力電圧を印加す
ることができる。

【０００４】又負荷４１に供給される電流は、電流検出
部４３により検出されて過電流保護部４４の比較器４５
に加えられる。電流検出部４３は、カレントトランスの
一次巻線に流れる電流に比例した電圧が二次巻線に誘起
され、それを整流，平滑化して電流の検出値とする場合
を示しているが、抵抗の電圧降下として電流を検出する
構成とすることもできる。

【０００５】又過電流保護部４４は、電流検出部４３に
よる検出電流値と、基準電圧４９による過電流保護の為
の電流の設定値とを比較器４５により比較し、検出電流
値が設定値を超えた時の比較出力信号が、パルス幅制御
回路４８のデッドタイム制御端子ＤＴに加えられ、パル
ス幅制御回路４８のデッドタイムが延長される。即ち、
スイッチングトランジスタ４７のオフ時間が長くなるよ
うに制御され、出力電圧が垂下され、負荷４１に供給す
る電流が制限される。

【０００６】図５はパルス幅制御回路の説明図であり、
５１は発振器、５２，５３は比較器、５４，５５は誤差
増幅器、５６はフリップフロップ、５７はオア回路、５
８，５９はノア回路、６０はインバータ、６１，６２は
アンド回路、６３，６４は出力トランジスタ、６５はバ
イアス電圧、６６はダイオードである。

【０００７】又ＲＴは抵抗Ｒを接続する端子、ＣＴはコ
ンデンサＣを接続する端子、ＤＴはデッドタイム制御端
子、＋ＩＮ，−ＩＮは図４の入力端子ＩＮに対応し、出
力直流電圧或いはそれを分圧した電圧を加える入力端
子、ＦＢはフィードバック端子、ＯＣは出力制御端子、
Ｃ１，Ｃ２，Ｅ１，Ｅ２は出力トランジスタ６３，６４
のコレクタ及びエミッタに接続された出力端子であり、
これらの出力端子は、図４の出力端子ＯＵＴに対応す
る。

【０００８】このパルス幅制御回路は、１石式と２石式
との何れに対しても使用できるように、２個の出力トラ
ンジスタ６３，６４を設けた場合を示す。出力制御端子
ＯＣを“０”とすると、アンド回路６１，６２の出力信
号は“０”となり、出力トランジスタ６３，６４はオア
回路５７の出力信号に従って同相でオン，オフ制御され
る。従って、図４に示す１石式の場合には、出力トラン
ジスタ６３，６４の何れか一方により、直接的或いはド
ライバを介してスイッチングトランジスタ４７を駆動す
るように接続する。

【０００９】又出力制御端子ＯＣを“１”とすると、フ
リップフロップ５６の出力信号に従ってアンド回路６
１，６２は交互に“１”，“０”となるから、出力トラ
ンジスタ６３，６４は、フリップフロップ５６の反転動
作に対応し、且つオア回路５７の出力信号に従って逆相
でオン，オフ制御される。従って、２石式のスイッチン
グトランジスタを駆動することができる。

【００１０】又発振器５１は、例えば、コンデンサＣを
定電流充電し、このコンデンサＣの端子電圧が設定値ま
で上昇すると、急速放電させることにより、鋸歯状波信
号を発生するものであり、端子ＲＴ，ＣＴに接続した抵
抗Ｒ〔ｋΩ〕とコンデンサＣ〔μＦ〕とにより、発振周
波数ｆは、 ｆ≒１．２／（Ｒ・Ｃ） 〔ｋＨｚ〕 と表すことができる。

【００１１】比較器５３は、反転した鋸歯状波信号と、
誤差増幅器５４，５５の出力信号とを比較し、その比較
出力信号をオア回路５７，ノア回路５８，５９を介して
出力トランジスタ６３，６４のベースに加える。出力ト
ランジスタ６３，６４がオンすることにより、図４のス
イッチングトランジスタ４７がオンとなって、メイント
ランス４６の一次巻線に直流電流が流れる。

【００１２】又デッドタイム制御端子ＤＴに制御信号が
加えられない場合でも、バイアス電圧６５がダイオード
６６を介して比較器５２に加えられて、発振器５１から
の反転した鋸歯状波信号と比較される。それにより、出
力トランジスタ６３，６４のオン，オフのデューティが
１００％とならないように構成されている。

【００１３】過電流状態に於いて、デッドタイム制御端
子ＤＴに過電流保護部４４の比較器４５の比較出力信号
が加えられると、反転した鋸歯状波信号とのレベル差が
殆どなくなるか、或いは比較出力信号のレベルの方が高
くなり、比較器５２の出力信号は“１”の期間が長くな
る。それによって、出力トランジスタ６３，６４のオフ
期間が長くなり、スイッチングトランジスタ４７のオフ
期間が長くなるから、直流出力電圧は垂下する。即ち、
負荷４１に供給される電流が制限或いは遮断される。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】従来例の過電流保護部
４４は、検出電流値と基準電圧４９とを比較器４５で比
較し、基準電圧４９の電圧値を設定することにより、保
護すべき過電流値を定めることができるものである。従
って、負荷４１が消費する電流が比較的変動が少ない場
合は、負荷４１の最大負荷電流に従った過電流値を定め
ることができる。しかし、負荷４１がパルス状の電流を
消費する特性を有し、そのパルス状の電流のピーク値
が、負荷４１の定常負荷電流分に比較して大きな値とな
る場合、過電流値を定めることが容易でなくなる。

【００１５】例えば、図６に示すように、パルス負荷電
流ａ，ｂと異常電流ｃ，ｄとに対して過電流値をＯＡ１
に定めると、電流ａ，ｂ，ｃ，ｄの斜線を施した部分が
制限され、ｃ，ｄで示す負荷短絡等の異常電流を制限す
ることができるが、ａ，ｂで示すパルス負荷電流も制限
されることになり、パルス状の電流を消費する負荷に対
して必要な電流を供給できなくなる。そこで、過電流値
をＯＡ２に定めると、パルス負荷電流ａ，ｂを供給し、
異常電流ｃを制限することができる。しかし、過電流値
をＯＡ２に設定することは、常時連続して過電流値ＯＡ
２までの電流を出力可能とするものであるから、過電流
値をＯＡ１に設定した場合に比較して電源の出力容量を
非常に大きくする必要があり、又負荷側も連続して過電
流値のＯＡ２までの電流に耐えられるように構成しなけ
ればならない。

【００１６】以上のように、負荷４１及び電流供給部４
２の容量からみて、長時間の過電流値はＯＡ１に設定す
ることが望ましいが、その場合にはパルス負荷電流ａ，
ｂは斜線を施した部分が総て制限される欠点がある。又
過電流値をＯＡ２に設定すると、パルス負荷電流ａ，ｂ
はそのまま負荷に供給されることになるが、異常電流ｃ
に対してはＯＡ２の電流に制限し、異常電流ｄについて
は、ＯＡ２を超えないことから、過電流保護を行うこと
ができなく、非常に大きな電流が連続して電流供給部４
２から負荷４１へ流れることになる。

【００１７】又過電流保護部４４の応答を遅くし、例え
ば、過電流値をＯＡ１に設定して、パルス負荷電流ａ，
ｂのパルス幅以上の遅延時間後に、過電流値ＯＡ１を超
えた電流を制限する構成が考えられる。しかし、その遅
延時間内に於ける過電流値ＯＡ２を超えるような非常に
大きな電流、例えば、ｃで示すような異常電流に対して
保護を行うことができない欠点がある。本発明は、パル
ス状の電流を制限することなく負荷に供給すると共に、
そのパルス状の電流より長い時間にわたって流れる過電
流についても確実に保護することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明の過電流保護回路
は、図１を参照して説明すると、電流検出部３による検
出電流が第１の設定値を超えた時に、電流供給部２を制
御して、負荷１に供給する電流を第１の設定値以下に制
限する第１の過電流保護部４と、電流検出部３による検
出電流が、第１の設定値より小さい第２の設定値を超え
た時に、第１の過電流保護部４により電流供給部２を制
御する動作速度に比較して遅い動作速度で電流供給部２
を制御して、負荷１に供給する電流を第２の設定値以下
に制限する第２の過電流保護部５とを備えている。

【００１９】

【作用】第１の過電流保護部４は、電流検出部３からの
検出電流値と第１の設定値とを比較し、検出電流値が設
定値を超えた時に、電流供給部２から負荷１に供給して
いる電流を、第１の設定値以下に制限する。又第２の過
電流保護部５は、電流検出部３からの検出電流値と第２
の設定値とを比較し、検出電流値が設定値を超えた時
に、電流供給部２から負荷１に供給している電流を、第
２の設定値以下に制限するものであるが、この第２の過
電流保護部５の動作速度を遅くするものである。従っ
て、第１の設定値を超えないようなピーク値のパルス電
流は、制限されることなく負荷１に供給され、第１の設
定値を超えるような過大な電流は直ちに第１の設定値以
下となるように制限される。又第１の設定値以下である
が、第２の設定値を超える電流が流れる場合は、第１の
設定値を超えた場合より遅い応答で電流を制限する。

【００２０】

【実施例】図２は本発明の実施例の説明図であり、１１
は各種電子機器等の負荷、１２はスイッチング電源等に
よる電流供給部、１３は電流検出部、１４，１５は第
１，第２の過電流保護部、１６はメイントランス、１７
はスイッチングトランジスタ、１８はパルス幅制御回
路、１９，２０はダイオード、２１はチョークコイル、
２２はコンデンサ、２３はカレントトランス、２４は抵
抗、２５はダイオード、２６はコンデンサ、２８，３１
は比較器、２９，３２は基準電圧、３０，３５はダイオ
ード、３３は抵抗、３４はコンデンサである。

【００２１】電流供給部１２及び電流検出部１３は、従
来例のスイッチング電源及びカレントトランスからなる
構成と同様の場合を示し、負荷１１に印加する直流出力
電圧或いはそれを分圧した電圧をパルス幅制御回路１８
の入力端子ＩＮに加えて設定値と比較し、その比較結果
に応じてスイッチングトランジスタ１７のオン期間を制
御し、直流出力電圧を安定化するものである。なお、電
流供給部１２は各種の構成を採用することができるもの
である。又電流検出部１３は、抵抗とすることも可能で
あり、又メイントランス１６の一次巻線に流れる電流を
検出する構成とすることも可能である。

【００２２】第１の過電流保護部１４は、第１の設定値
を比較器２８の−端子に加える基準電圧２９を有し、比
較器２８の比較出力信号はダイオード３０を介してパル
ス幅制御回路１８のデッドタイム制御端子ＤＴに加えら
れる。又第２の過電流保護部１５は、第２の設定値を比
較器３１の−端子に加える基準電圧３２を有し、この比
較器３１の出力信号は、抵抗３３とコンデンサ３４とか
らなる積分回路とダイオード３５とを介してパルス幅制
御回路１８のデッドタイム制御端子ＤＴに加えられる。

【００２３】パルス幅制御回路１８は例えば図５に示す
構成を有し、デッドタイム制御端子ＤＴに、第１の過電
流保護部１４又は第２の過電流保護部１５から比較出力
信号が加えられると、デッドタイムが延長されることに
なり、スイッチングトランジスタ１７のオフ期間が長く
なる。それによって、直流出力電圧が垂下するから、負
荷１１に供給する電流を制限することができる。

【００２４】図３は本発明の実施例の動作説明図であ
り、（ａ）の点線で示す電流が負荷に流れようとする場
合、第１の過電流保護部１４に於ける基準電圧２９によ
る第１の設定値をＬ１、第２の過電流保護部１５に於け
る基準電圧３２による第２の設定値をＬ２（＜Ｌ１）と
し、第１の過電流保護部１４の動作速度をｔ１、第２の
過電流保護部１５の動作速度をｔ２（＜ｔ１）とする。
この第２の過電流保護部１５の動作速度ｔ２は、第２の
過電流保護部１５の抵抗３３とコンデンサ３４とからな
る時定数に対応する。この遅い動作速度ｔ２は、他の手
段によって実現することも可能である。又第１の過電流
保護部１４の動作速度ｔ１は、比較器２８の動作速度等
を含むことになるが、第２の過電流保護部１５の動作速
度ｔ２に比較して高速である。

【００２５】従って、負荷１１に流れる電流が第１の設
定値Ｌ１を超えるまでは、第１の過電流保護部１４は動
作しないことになり、第１の設定値Ｌ１を超えた部分の
電流は第１の設定値Ｌ１以下となるように制限される。
そして、第２の設定値Ｌ２を超えてから、動作時間ｔ２
後に、第２の過電流保護部１５が動作することになり、
それによって、負荷１１に流れる電流は、第２の設定値
Ｌ２以下となるように制限される。即ち、点線で示す電
流が負荷に流れようとする場合、実線で示すように制限
された電流が負荷に流れることになり、斜線で示す範囲
の電流が制限されることになる。従って、第１の設定値
Ｌ１を超えるような短時間の過電流に対して、負荷１１
及び電流供給部１２を確実に保護することができる。又
第２の設定値Ｌ２を超えるような比較的長い時間にわた
って流れる過電流に対しても、負荷１１及び電流供給部
１２を保護することができる。

【００２６】又図３の（ｂ）の点線で示す動作時間ｔ２
より短い幅のパルス状の電流が負荷１１に流れようとす
る場合は、第１の設定値Ｌ１を超えた電流に対して、斜
線を施して示す部分が制限される。しかし、第１の設定
値Ｌ１を超えない電流は、パルス幅が動作時間ｔ２以下
であれば、制限されることなく、負荷１１に供給され
る。従って、点線で示す電流が負荷１１に流れようとす
る場合、実線で示す電流として負荷１１に供給される。
即ち、第２の設定値Ｌ２を超えても、動作時間ｔ２以下
のパルス幅であれば、制限されることなく、負荷１１に
電流を供給することができる。又第２の設定値Ｌ２を動
作時間ｔ２以上継続して超える場合は、第２の設定値Ｌ
２以下となるように、負荷１１に供給される電流は制限
される。

【００２７】従って、負荷１１の特性に対応して、第１
の過電流保護部１４の基準電圧２９と、第２の過電流保
護部１５の基準電圧３２とを調整することにより、第１
の設定値Ｌ１と第２の設定値Ｌ２とを定め、負荷１１に
所定レベルのパルス状の電流を安定に供給し、且つその
所定レベル以下の連続する過電流を確実に制限して、負
荷１１及び電流供給部１２を保護することができる。な
お、本発明は、前述の実施例にのみ限定されるものでは
なく、種々付加変更することができるものである。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、第１の
設定値Ｌ１を超えた時に、負荷１に供給される電流を第
１の設定値Ｌ１以下に制限するように制御する第１の過
電流保護部４と、第２の設定値Ｌ２（＜Ｌ１）を超えた
時に、負荷１に供給される電流を第２の設定値Ｌ２以下
に、第１の過電流保護部４より遅い動作速度で制限する
ように制御する第２の過電流保護部５とを備えた２段構
成を有するもので、第１の設定値Ｌ１を超えるような過
大な電流に対しては、その第１の設定値Ｌ１以下となる
ように制限し、第２の設定値Ｌ２を超え且つ第１の設定
値Ｌ１以下の電流に対しては、動作時間ｔ２以下のパル
ス状の場合に、電流を制限することなく負荷１に供給
し、第２の設定値Ｌ２を超えて動作時間ｔ２以上継続す
る電流に対しては、この第２の設定値Ｌ２以下に制限す
ることができる。即ち、ランダム的にパルス状の電流を
消費する負荷に対しても、スイッチング電源等からなる
電流供給部２から安定に電流を供給し、且つ異常状態の
過電流に対しては確実に保護を行うことができる利点が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理説明図である。

【図２】本発明の実施例の説明図である。

【図３】本発明の実施例の動作説明図である。

【図４】従来例の説明図である。

【図５】パルス幅制御回路の説明図である。

【図６】従来例の過電流保護動作説明図である。

【符号の説明】

１ 負荷 ２ 電流供給部 ３ 電流検出部 ４ 第１の過電流保護部 ５ 第２の過電流保護部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 負荷（１）に電流供給部（２）から供給
   する電流を電流検出部（３）により検出し、該電流検出
   部（３）の検出電流が設定値を超えた時に、前記電流供
   給部（２）から前記負荷（１）に供給する電流を制限す
   る過電流保護回路に於いて、 前記電流検出部（３）による検出電流が第１の設定値を
   超えた時に、前記電流供給部（２）を制御して、前記負
   荷（１）に供給する電流を前記第１の設定値以下に制限
   する第１の過電流保護部（４）と、 前記電流検出部（３）による検出電流が、前記第１の設
   定値より小さい第２の設定値を超えた時に、前記第１の
   過電流保護部（４）により前記電流供給部（２）を制御
   する動作速度に比較して遅い動作速度で前記電流供給部
   （２）を制御し、前記負荷（１）に供給する電流を前記
   第２の設定値以下に制限する第２の過電流保護部（５）
   とを備えたことを特徴とする過電流保護回路。