JPH06289943A

JPH06289943A - 負荷保護装置

Info

Publication number: JPH06289943A
Application number: JP7720993A
Authority: JP
Inventors: Jun Ishii; 潤石井
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1993-04-02
Filing date: 1993-04-02
Publication date: 1994-10-18

Abstract

(57)【要約】【目的】交換不要で、遮断特性が変更可能な負荷保護
装置を得る。【構成】抵抗１１を介してＸ−Ｙ乗算器１２より出力
される電流ｉ² は、ローパスフィルタ１５により過渡特
性を与えられて比較器１９に供給され、定格電流Ｉｃ²
と比較される。電流ｉ² が定格電流Ｉｃ² 未満である間
は、比較器１９から”１”信号が出力され、ＦＦ２２を
介してＦＥＴ２３はオン状態とされ、負荷２４に電流が
流れ続ける。電流ｉ² が定格電流Ｉｃ² に達すると、比
較器１９から”０”信号が出力され、ＦＦ２２を介して
ＦＥＴ２３はオフ状態となり回路は遮断され、負荷２４
には電流が流れない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気回路に介挿された
負荷に過大な電流が流れることを防止する負荷保護装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気回路に介挿されるヒューズは、周知
のように、規定電流よりも大きな電流が流れると溶断し
て回路を遮断し、負荷に過大な電流が流れることを防止
する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
ヒューズは、一般的に、品質のばらつきが大きく精度が
保証されない、長時間使用により特性が劣化する、交換
の手間がかかる、高価である等の欠点を有する。また、
溶断特性が一義的であり、回路の特性に合わせてその都
度遮断条件を変化させることは不可能であった。この発
明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、交換
不要で、遮断特性が変更可能な負荷保護装置を提供する
ことを目的としている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、この発明にあっては、所定の負荷に流れる電流を検
出する検出手段と、前記検出手段の検出量を所定の指数
でべき乗して出力する演算手段と、前記演算手段の出力
に所定の過渡特性を与える変換手段と、前記変換手段の
出力と規定量とを比較し、該出力が規定量以上になると
前記電流を遮断する電流制御手段とを具備することを特
徴とする。

【０００５】

【作用】上記構成によれば、検出手段により所定の負荷
に流れる電流が検出される。そして、演算手段により該
検出手段の検出量が所定の指数でべき乗されて出力さ
れ、変換手段によりこの出力に所定の過渡特性が与えら
れる。そして、電流制御手段により、変換手段の出力と
規定量とが比較され、該出力が規定量以上になると電流
が遮断される。よって、演算手段のべき乗条件、変換手
段の有する過渡特性、および、比較される規定量によ
り、異なる条件下で負荷を保護することが可能となる。

【０００６】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例につ
いて説明する。

【０００７】§１．第１の実施例図１は、本発明の一実施例である負荷保護装置の構成を
示すブロック図である。図において、符号１は、回路を
流れる電流を検出する電流検出器であり、具体的には抵
抗や各種センサ等である。ところで、従来の物理ヒュー
ズの時間（ｔ）−電流（ｉ）特性は、或る時刻Ｔ_B を境
に、ｔ << Ｔ_B の場合 ……ｉ²ｔ＝Ａ（定数）ｔ >> Ｔ_B の場合 …… ｉ＝Ｉ_c（ヒューズ定格電
流値）なる特性を有することが知られている。このような特性
をシミュレートするために、以下の要素が設けられてい
る。

【０００８】符号２は、入力値をｎ乗して出力するｎ乗
演算器、３は一般的な一次のローパスフィルタである。
このようなローパスフィルタのラプラス変換に係る伝達
関数Ｈ（ｓ）は、一般に時定数をτとして、

【数１】と表される。また、ｎ乗演算器の係数「ｎ」は任意に設
定可能であり、例えば「２」に設定すると、これらｎ乗
乗算器２、ローパスフィルタ３により、入力値ｉ² に対
して上記物理ヒューズの特性がシミュレートされる。

【０００９】次に、４は、あらかじめ計算された定格電
流値Ｉ_c のｎ乗とローパスフィルタ３との出力を比較し
て２値出力する比較器であり、定格電流値Ｉｃⁿ の方が
大である場合に値「ＴＲＵＥ」を出力し、それ以外の場
合には値「ＦＡＬＳＥ」を出力する。５は、比較器４か
ら供給される所定値を保持する機能を有する出力保持器
である。いったん比較器４から出力保持器５に値「ＦＡ
ＬＳＥ」が供給されると、外部よりリセット信号が供給
されない限り値「ＦＡＬＳＥ」を出力し続ける。また、
６は、回路間に介挿された遮断スイッチであり、出力保
持器５から供給される出力信号によりオン／オフ状態が
切り換えられる。ここでは、該出力信号が値「ＴＲＵ
Ｅ」の場合にオン状態となり、一方、値「ＦＡＬＳＥ」
の場合にオフ状態となり回路を遮断する。

【００１０】図１の構成において、ｎ乗演算器２におけ
る係数ｎを「２」と設定し、階段波である電流ｉ（ｔ）
（図４（Ａ））を電流検出器１に供給した場合の動作を
述べる。階段波ｉ（ｔ）は、時刻ｔ＝０において突然０
から定数ｉとなる。まず、電流検出器１から出力された
電流ｉ（ｔ）は、ｎ乗演算器２により電流ｉ²(ｔ)とさ
れてローパスフィルタ３に供給される。そして、ローパ
スフィルタ３の出力が比較器４に供給され、定格電流値
Ｉｃ² と比較される。

【００１１】図４（Ｂ）は、ローパスフィルタ３の出力
ｌｐ（ｔ）の時間変化を示す図である。図示のように、
時間の経過とともに出力ｌｐ（ｔ）は徐々に上昇し、時
刻ｔ_c において、定格電流値Ｉｃ² と等しくなる。すな
わち、時刻ｔ_c 以前は、比較器４から値「ＴＲＵＥ」が
出力され、出力保持器５に供給される。そして、出力保
持器５から遮断スイッチ６に値「ＴＲＵＥ」が供給され
ることにより、遮断スイッチ６はオン状態となるので、
回路は接続状態にされる。

【００１２】そして、図４（Ｃ）に示すように、時刻が
「ｔ_c 」に達した瞬間、比較器４から値「ＦＡＬＳＥ」
が出力され、出力保持器５に供給される。そして、出力
保持器５から遮断スイッチ６に値「ＦＡＬＳＥ」が供給
されることにより、遮断スイッチ６はオフ状態となり、
回路は遮断される。

【００１３】ここで、図４（Ｂ）に示す電流値ｉ² と遮
断時刻ｔc との関係をラプラス変換手法を用いて導出す
る。前述のように、電流ｉ（ｔ）は階段波なので、電流
値ｉは一定であり、電流値ｉ² も一定である。この場
合、ラプラス変換に係るｓ関数は、「Ｉ²(ｓ) ＝ｉ²／
ｓ」と表される。そして、このｓ関数と、上述したロー
パスフィルタ３の伝達関数（式（１））とにより、ロー
パスフィルタ３の出力Ｌｐ（ｓ）は、

【数２】と表される。次に式（２）を逆ラプラス変換することに
より、下式（３）に示すような関係が得られる。

【数３】

【００１４】ここで、時刻ｔ＝ｔc （遮断時刻）におい
ては、前述のように、ローパスフィルタ３の出力ｌｐ
（ｔ）がＩｃ² （定格電流値の２乗）に等しくなる。よ
って、これらを式（３）に代入し、

【数４】なる関係が導出される。そして、式（４）を変形して、

【数５】とすると、式（５）は、時刻ｔ＝ｔc における定格電流
値Ｉｃと電流ｉとの比を示している。図５は、横軸を
「遮断時刻／時定数」（ｔc ／τ）、縦軸を電流比（ｉ
／Ｉｃ）とし、従来ヒューズの実測値（実線）と式
（５）によるシミュレーション値（破線）とを比較した
ものである。

【００１５】また、ｎ乗演算器２における係数を「ｎ」
とした時の電流値ｉⁿ と遮断時刻ｔc との関係を同様に
求めると、

【数６】が導出される。図６は、図５と同様に横軸ｔc ／τに対
し、異なる値ｎにおける電流比（ｉ／Ｉｃ）の変化を縦
軸に示したものである。図に示すように、実線（ｎ＝
２．０）に比べ、破線１（ｎ＝１．０）、破線２（ｎ＝
０．５）は、カーブが徐々に急になっている。値ｎは、
回路の用途等に応じて設定すれば良く、例えば、突入電
流が大きく定常電流が小さいような回路の場合には、一
般的なｎ＝２．０よりも、ｎ＝１．０の方がより好適で
ある。

【００１６】図２は、図１のブロック構成を、アナログ
技術を主として具現化した例である。図において、抵抗
１１は負荷２４に流れる電流を検出する。Ｘ−Ｙ乗算器
１２は、各Ｘ，Ｙ入力を乗算した結果を出力する。ま
た、抵抗１３およびコンデンサ１４は、一次のローパス
フィルタ１５を構成している。また、１９は比較器であ
り、電源１８、抵抗１６，１７により設定される定格電
流Ｉｃ² とローパスフィルタ１５の出力を比較し、定格
電流Ｉｃ² の方が大である場合には”１”信号、それ以
外の場合は”０”信号を出力する。そして、この出力
は、Ｒ−Ｓフリップフロップ（以下、ＦＦと略称する）
２２のリセット端子Ｒに供給される。

【００１７】ＦＦ２２のセット端子Ｓには、図示しない
マイコンからのコントロール信号が供給される。そし
て、ＦＦ２２の出力端子Ｑから、これらリセット端子Ｒ
およびセット端子Ｓの状態に応じた信号が出力される。
そして、電解効果トランジスタ（以下、ＦＥＴと略称す
る）２３は、この出力信号によりオン状態あるいはオフ
状態にされる。

【００１８】上記構成において、ＦＦ２２はマイコンか
らのコントロール信号によりあらかじめセットされてい
るとする。抵抗１１を介してＸ−Ｙ乗算器１２より出力
された電流ｉ² は、ローパスフィルタ１５を介して比較
器１９に供給され、定格電流Ｉｃ² と比較される。ここ
で、電流ｉ² が定格電流Ｉｃ² 以下である間は、比較器
１９から”１”信号が出力される。従って、ＦＦ２２の
Ｒ端子に”１”信号が供給され、その出力端子Ｑから”
１”信号が出力される。すなわち、ＦＥＴ２３はオン状
態のままであり、負荷２４には電流が流れ続ける。

【００１９】一方、電流ｉ² が定格電流Ｉｃ² に達する
と、比較器１９から”０”信号が出力される。従って、
ＦＦ２２の入力端子Ｒに論理”０”が供給されてＦＦ２
２がリセットされ、その出力端子Ｑから”０”信号が出
力される。すなわち、ＦＥＴ２３はオフ状態となり回路
は遮断され、負荷２４には電流が流れない。回路を再び
接続状態にするには、マイコンからのコントロール信号
により再びＦＦ２２をセット状態とすれば良い。

【００２０】なお、以上説明した負荷保護装置を従来の
物理ヒューズと併用し、物理ヒューズが溶断するに先立
ち回路を遮断させるようにしても良い。これにより、こ
の負荷保護装置を構成する素子の信頼性が十分に高くな
い場合においても、負荷に対する二重安全装置としての
機能が期待できる。

【００２１】§２．第２の実施例図３は、本発明の一実施例であり、デジタル回路として
構成されたものである。図において、制御器３０は、負
荷４７に流れる電流に比例する制御出力ｉを発生する。
自乗器３１は、入力データを自乗して出力する。また、
遅延演算器３４は、入力データを所定時間遅延させて出
力する。乗算器３３，３５，３６は、各々入力データに
所定の係数を乗算し、加算器３２，３７へ出力する。こ
れらの各加算器、遅延演算器、乗算器は、全体として一
次のデジタル・ローパスフィルタ３８を構成している。

【００２２】３９は符号反転器であり、入力データの正
負符号のみ反転させたデータを出力する。また、４１は
加算器であり、符号反転器３９と外部から供給される定
格データＩｃ² とを加算する。４２は入力データが正か
負かにより２値信号を出力する符号判定器であり、正な
らば”１”信号を、負ならば”０”信号を出力する。こ
れら符号反転器３９、加算器４１、符号判定器４２は、
ローパスフィルタ３８の出力と定格データＩｃ² とを比
較する比較部４３を構成している。

【００２３】また、４４は乗算器であり、入力データ
（制御出力ｉ）に比較部４３の出力を乗算して出力す
る。すなわち、比較部４３から乗算器４４に”１”信号
が供給された場合は入力データがそのまま出力される
が、”０”信号が供給された場合は「０」が出力され
る。４５はＰＷＭ（パルス幅変調）発生器であり、乗算
器４４の出力の大きさに応じてパルス幅変調されたパル
ス信号によりＦＥＴ４６の導通状態を制御する。これに
より、負荷４７を流れる電流が制御される。

【００２４】上記構成において、制御器３０から出力さ
れた制御出力ｉは、自乗器３１により自乗されてローパ
スフィルタ３８に供給される。そして、ローパスフィル
タ３８の出力は、比較部４３において定格データＩｃ²
と比較される。ローパスフィルタ３８の出力が定格デー
タＩｃ² 以下の間は比較部４３から”１”信号が出力さ
れるので、乗算器４４を介して制御出力ｉがＰＷＭ発生
器４５に供給され、制御出力ｉに応じて負荷を流れる電
流が制御される。

【００２５】一方、ローパスフィルタ３８の出力が定格
データＩｃ² 以上になると、比較部４３から「０」が出
力される。これにより、乗算器４４、ＰＷＭ（パルス幅
変調）発生器４５を介してＦＥＴ４６はオフ状態とさ
れ、負荷４７には電流が流れなくなる。回路を再び接続
状態にするには、制御器３０から適当な制御出力ｉを供
給すれば良い。

【００２６】以上説明した実施例においては、従来ヒュ
ーズと異なり、電子的な遮断処理がなされるので、遮断
精度が向上され、周囲の温度に影響されにくく、長期使
用による特性劣化もほとんど見られない。よって、繰り
返し使用する程コストパフォーマンスが向上されるとい
う利点が得られる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、演算手段のべき乗条件、変換手段の有する過渡特
性、および、電流制御手段により比較される規定量の大
きさ等により、異なる条件下で負荷を保護することが可
能となり、交換不要で、遮断特性が変更可能な負荷保護
装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による負荷保護装置のブ
ロック構成を示す図である。

【図２】本発明の第１実施例による負荷保護装置の構
成を示す図である。

【図３】本発明の第２実施例による負荷保護装置の構
成を示す図である。

【図４】本発明の第１実施例におけるヒューズのシミ
ュレーション例を示す図である。

【図５】本発明の第１実施例におけるヒューズのシミ
ュレーション結果を示す図である。

【図６】本発明の第１実施例における各種シミュレー
ション結果を示す図である。

【符号の説明】

１電流検出器（検出手段）２ｎ乗演算器（演算手段）３ローパスフィルタ（変換手段）４比較器（電流制御手段）５出力保持器（電流制御手段）６遮断スイッチ（電流制御手段）１１抵抗（検出手段）１２Ｘ−Ｙ乗算器（演算手段）１５ローパスフィルタ（変換手段）１９比較器（電流制御手段）２２Ｒ−Ｓフリップフロップ（電流制御手段）２３ＦＥＴ（電流制御手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の負荷に流れる電流を検出する検出
手段と、前記検出手段の検出量を所定の指数でべき乗して出力す
る演算手段と、前記演算手段の出力に所定の過渡特性を与える変換手段
と、前記変換手段の出力と規定量とを比較し、該出力が規定
量以上になると前記電流を遮断する電流制御手段とを具
備することを特徴とする負荷保護装置。