JPH07182052A

JPH07182052A - 過電圧保護装置

Info

Publication number: JPH07182052A
Application number: JP5344703A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Matsuzaki; 秀明松崎; Hiroshi Osawa; 博大澤; Sumihide Gunji; 住英郡司
Original assignee: Zexel Corp
Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 1993-12-21
Filing date: 1993-12-21
Publication date: 1995-07-21
Also published as: US5555148A

Abstract

(57)【要約】【目的】電源用ＩＣの出力に接続されるコンデンサの
過充電を防止する過充電保護装置を提供する。【構成】充電電圧監視回路２の比較器８により、充電
用コンデンサＣの充電電圧ＶSが、ＶS=Ｖth1を越えたと
判定されと、比較器８の論理出力が「Ｈｉｇｈ」とな
り、制御回路３により放電回路１のトランジスタ４が導
通状態とされて充電用コンデンサＣが放電状態とされ
る。充電用コンデンサＣの放電により、充電電圧ＶSが
低下してゆき、充電電圧監視回路２によりＶS=Ｖth2を
下回ったと判定されると、比較器８の論理出力は「Ｌｏ
ｗ」となり、制御回路３が放電回路１の動作を停止させ
ることとなり、充電用コンデンサＣは、電源用ＩＣ１８
により再び充電されることとなり、充放電が繰り返され
るようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、過電圧保護装置に係
り、特に、電源用ＩＣ等の電源回路の出力側に接続され
る充電用コンデンサの過充電を防止する過電圧保護装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、汎用の電源用ＩＣが種々開発され
ており、電子回路の電源として多く利用されている。例
えば、自動車用電装品の一つとして使用されているブラ
シレスモータの駆動用電源には、内部に昇圧機能を有す
る電源用ＩＣが用いられている。すなわち、この電源用
ＩＣは、図５に示されたように、電源用ＩＣ１８の出力
端子に充電用コンデンサＣを接続することによって、こ
の電源用ＩＣ１８に印加された直流電源ＶCCを内部の昇
圧回路によって昇圧して、ＶS=ＶCC+Ａ（ｖ）の昇圧電
圧が充電用コンデンサＣの充電電圧として得られるよう
になっているものである。

【０００３】例えば、先のブラシレスモータに使用され
る電源用ＩＣの具体的仕様としては、いわゆる１２Ｖ系
に適合するように設定されているものが多く、この場合
ＶS＝ＶCC＋１０(ｖ)と設定されている。したがって、
電源用ＩＣに供給される直流電源ＶCCが１２Ｖ系の最大
値、すなわち、２４Ｖとした場合、その昇圧電圧ＶS
は、ＶS＝２４(ｖ)＋１０(ｖ)＝３４(ｖ)となる。一
方、１２Ｖ系の電源系統での使用を想定された電源用Ｉ
Ｃの耐圧は、その内部のプリントパターンの幅により定
まるが、具体的には３６ｖとなっている。そのため、上
述のように本来１２ｖの直流電圧が印加されるべきとこ
ろ、最悪時２４ｖの直流電圧が印加されても、その時の
電源用ＩＣの昇圧電圧ＶSは、ＩＣの耐圧電圧以下であ
るので、直ちに電源用ＩＣの破損に至るようなことはな
い。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、先のブラシ
レスモータを２４Ｖ系の電源で駆動する要求が生ずるこ
ともある。このような場合に、先の電源用ＩＣに例え
ば、２４Ｖ系電源の最大値３６Ｖが印加された際、昇圧
電圧ＶSはＶS＝３６(ｖ)＋１０(ｖ)＝４６(ｖ)となり、
電源用ＩＣの最大耐圧電圧を完全に越えてしまうので、
電源用ＩＣが破損されてしまうという不都合を生じる。
この不都合を回避する方策の一つとして、２４Ｖ系にも
適用可能なように上述の電源用ＩＣの仕様を変える、す
なわち、具体的には内部のプリントパターンの幅を太く
することによって、最大耐圧電圧を大きくすることが考
えられる。しかしながら、この場合には電源用ＩＣが非
常に高価なものとなる。その一方、ブラシレスモータを
２４Ｖ系電源で駆動するという要求は、１２Ｖ系に比し
て極僅かであると共に、上述の電源用ＩＣをそまま２４
Ｖ系で使用するとしても、ＩＣの最大電圧を越えるよう
な電圧を電源用ＩＣに印加するようなことは、殆ど異常
時しか想定できない。

【０００５】また、図５に示されたような構成におい
て、充電用コンデンサＣの充電電圧の所定値以上の上昇
を押さえる最も簡易な方法としては、同図に示されたよ
うに充電用コンデンサＣと並列にツェナーダイオード２
０ａを設ける或いはコイルＬと電源用ＩＣ１８との接続
点にツェナーダイオード２０ｂを設けることが考えられ
る。しかし、実際にはいずれの場合にも、ツェナダイオ
ード２０ａ，２０ｂへ流入する電流が無制限であるの
で、、結局、過電流によるツェナーダイオードの破損を
招くこととなり、現実的な解決方法ではない。

【０００６】さらに、コンデンサの充放電に関する公知
技術としては、特開平３−１０５０６８号公報や特開平
５−１１１２４１号公報に示されたものがあるが、前者
はＤＣ−ＤＣコンバータにおけるサイリスタが動作異常
の際に、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力段に接続されたイ
グニッションコイルに電圧が印加されないようにして、
イグニッションコイルの２次側における不用意なスパー
クを回避するものであり、また、後者はＤＣ−ＤＣコン
バータにおける出力電圧を可変可能とするものであり、
いずれも上述した電源用ＩＣにおける問題を解決するた
めの技術を開示するものではない。

【０００７】本発明は、上記実情に鑑みてなされたもの
で、電源用ＩＣの出力端子に接続されるコンデンサの過
充電を防止し、電源用ＩＣの設計変更を行うことなく、
本来予定された使用電圧よりも高い電圧での使用であっ
て、電源用ＩＣの最大耐圧電圧を越えない範囲での使用
を可能とする過充電保護装置を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る過充電保護
装置は、コンデンサを放電状態とする放電手段と、コン
デンサの充電電圧が基準値か否かを判定する判定手段
と、この判定手段により充電電圧が第１の基準電圧を越
えたと判断された時には前記放電手段を動作状態とし、
充電電圧が第２の基準電圧に達したと判断された時には
前記放電手段を動作停止状態とする動作制御手段と、を
設けてなるものである。

【０００９】

【作用】コンデンサの充電電圧が第１の基準電圧に達す
ると、判定手段により制御手段に判別信号が出力され、
制御手段がこの判別信号に応じて、放電手段を動作状態
とすることにより、コンデンサは放電手段により放電状
態とされる。そして、充電電圧が下降してゆき、その電
圧が判別手段により第２の基準電圧を下回ったと判別さ
れると、制御手段はその判別手段の判別結果に応じて放
電手段を動作停止状態とし、コンデンサは再び充電状態
となる。

【００１０】

【実施例】以下、図１乃至図４を参照しつつ本発明に係
る過充電保護装置の一実施例について説明する。ここ
で、図１は本発明に係る過充電保護装置の一実施例にお
ける回路図、図２は本装置の概略動作を表した動作フロ
ーチャート、図３は実施例の回路における動作を説明す
るための特に電源投入初期の主要部における概略波形
図、図４は充電用コンデンサの充電電圧の変化と充電電
圧監視回路の比較器の出力の変化とを表した波形図であ
る。尚、以下に説明する部材、配置等は本発明を限定す
るものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変する
ことができるものである。

【００１１】本実施例の過充電保護装置は、放電手段と
しての放電回路１と、判定手段としての充電電圧監視回
路２と、動作制御手段としての制御回路３と、を具備し
てなるものである。放電回路１は、トランジスタ４を中
心として充電用コンデンサＣの両端を短絡することで同
コンデンサＣの放電を行わせるように構成された回路で
ある。トランジスタ４のコレクタは抵抗５を介して充電
用コンデンサＣに接続される一方、エミッタは接地され
ている。また、このトランジスタ４のベースは、抵抗６
を介して後述する制御回路３の第３ダイオード１６ｃの
カソード側に接続されると同時に、ツェナーダイオード
７のカノード側に接続されている。そして、このツェナ
ーダイオード７のアノードはアース接続されている。

【００１２】この放電回路１は、後述する制御回路３の
第３のダイオード１６ｃが導通状態となった時、トラン
ジスタ４のベースにツェナーダイオード７によるツェナ
ー電圧が印加されることによりトランジスタ４が導通状
態となり、抵抗５及びトランジスタ４を介して充電用コ
ンデンサＣの放電が行われるようになっている。

【００１３】充電電圧監視回路２は、充電用コンデンサ
Ｃの充電電圧が所定値に達したか否かを判定する（詳細
は後述）もので、本実施例では比較器８を中心にした比
較回路が構成されてなるものである。比較器８の反転入
力端子はダイオード９のアノードが接続されており、こ
のダイオード９及び抵抗１０を介して接地されるように
なっている。また、ダイオード９のカソードには、アノ
ードが接地されたツェナーダイオード１１のカノードが
接続されている。さらに、比較器８の反転入力端子は、
抵抗１２を介して充電用コンデンサＣに接続されてい
る。したがって、反転入力端子には、充電用コンデンサ
Ｃの充電電圧ＶSを電源として動作するツェナーダイオ
ード１１によるツェナー電圧が印加されるようになって
いる。

【００１４】一方、比較器８の非反転入力端子は、充電
用コンデンサＣとアース間に直列接続された抵抗１３
ａ，１３ｂの相互の接続点に接続されており、充電用コ
ンデンサＣの充電電圧ＶSを抵抗１３ａ，１３ｂで分圧
した電圧が基準電圧として印加されるようになってい
る。また、比較器８の出力端子と非反転入力端子との間
には、帰還抵抗１４が接続されており、これにより比較
器８はヒステリシスを有するようになっている。そし
て、比較器８の出力端子は、制御回路３の第１ダイオー
ド１６ａに接続されている。尚、本実施例で用いた比較
器８は、出力段がいわゆるオープンコレクタタイプであ
るために、抵抗１５を介して電源電圧ＶCCが印加される
ようになっている。

【００１５】本実施例の充電電圧監視回路２において
は、充電電圧ＶSを第１及び第２の基準値Ｖth1，Ｖth2
と直接比較するのではなく、充電電圧ＶSを抵抗分割し
た電圧を比較器８において比較することで、充電電圧Ｖ
Sが第１の基準電圧Ｖth1に達したか否か、第２の基準値
Ｖth2に達したか否かが判別されるようになっている。

【００１６】制御回路３は、上述した充電電圧監視回路
２において、充電電圧ＶSが第１の基準値Ｖth1に達した
と判断された場合、放電回路１を動作可能とする一方、
充電電圧ＶSが第２の基準値Ｖth2に達したと判断された
場合、放電回路１を動作停止状態とするものである。本
実施例の制御回路３においては、第１のダイオード１６
ａのカノードが充電電圧監視回路２の比較器８の出力端
子に接続される一方、そのアノード側は抵抗１７を介し
て電源電圧Ｖccが印加されるようになっている。また、
この第１のダイオード１６ａのアノードには、第２及び
第３のダイオード１６ｂ，１６ｃのアノードが接続され
ている。

【００１７】また、第２のダイオード１６ｂのカソード
は、電源用ＩＣ１８の出力トランジスタ１８ａのコレク
タと共にコイルＬを介して電源電圧ＶCCが印加されるよ
うになっている。第３のダイオード１６ｃのカノード
は、前述した放電回路１のトランジスタ４に抵抗６を介
して接続されている。

【００１８】次に、上記構成における本装置の動作につ
いて、図２乃至図４を参照しつつ説明する。先ず、図２
に示された動作フローを参照しつつ本装置の概略動作に
ついて説明すれば、本装置が始動されると、充電電圧監
視回路２により充電用コンデンサＣの充電電圧ＶSの監
視が開始され（ステップ１００）、ＶSが所定値となっ
たか否かが判定される（ステップ１０２）。ここで、所
定値は、実際には第１の基準値Ｖth1と第２の基準値Ｖt
h2（Ｖth1〉Ｖth2）との二つが設けられており、第１の
基準値Ｖth1は充電用コンデンサＣが充電された際の充
電電圧の上限値を、第２の基準値Ｖth2は充電用コンデ
ンサＣが放電されて充電電圧が低下した際の下限値を、
それぞれ規定するものである。

【００１９】そして、充電電圧ＶSが第１の基準値Ｖth1
なったと判断される（ステップ１０２のＹＥＳ）と、制
御回路３により放電回路１が動作状態とされ、充電用コ
ンデンサＣを放電状態とする（ステップ１０４，１０
６）。そして、充電用コンデンサＣの電圧ＶSは、充電
電圧監視回路２により引き続き監視されて、放電により
第２の基準値Ｖth2に達したと判断されると（ステップ
１０２のＮＯ）、制御回路３により放電回路１の動作が
停止され、充電用コンデンサＣは再び充電されることと
なり、上述した動作が繰り返されることとなるものであ
る。

【００２０】次に、図３及び図４を参照しつつ本装置の
具体的動作について説明する。先ず、図示されない始動
スイッチの投入により、本装置及び電源用ＩＣ１８に電
源電圧ＶCCが供給されると、充電電圧監視回路２におい
て、比較器８の非反転入力端子の入力電圧が、反転入力
端子の入力電圧より若干高くなるので（図３（ａ）、
（ｂ）及び（ｃ）参照）、比較器８の論理出力は「Ｈｉ
ｇｈ」状態となる（図３（ｄ）参照）。電源投入時に比
較器８の非反転入力端子における電圧の方が、反転入力
端子における電圧よりも大となるのは、電源投入時にお
いては、充電用コンデンサＣの充電電圧ＶSが未だツェ
ナーダイオード１１を動作させるに足りる電圧に達して
いないためである。

【００２１】電源電圧ＶCCの供給後、充電用コンデンサ
Ｃの充電電圧ＶSは、一旦電源電圧ＶCCに向かって徐々
に増大してゆくに従い、比較器８の反転入力端子の入力
電圧が非反転入力端子の入力電圧を越えることとなり、
比較器８の論理出力は、「Ｌｏｗ」となる（図３（ｄ）
参照）。尚、この状態では、ツェナ−ダイオード１１
は、未だツェナー電圧を発生していない状態である。そ
して、電源電圧ＶCCに向かって上昇していた充電電圧Ｖ
Sは、ＶCCに近ずくことによって、今度はＶCC＋Ａ（但
し、本実施例において、Ａ＝１０ｖ）に向かって上昇を
続けることとなる（図３（ｅ）参照）。

【００２２】充電電圧ＶSの上昇に伴い、ツェナーダイ
オード１１が動作し始めて、比較器８の反転入力端子の
入力電圧は、略ツェナー電圧に維持されることとなり、
その結果、比較器８の非反転入力端子の入力電圧が反転
入力端子の入力電圧を越え、比較器８の論理出力は「Ｈ
ｉｇｈ」となる。この時点における充電用コンデンサＣ
の充電電圧ＶSは、略上限値すなわち、略ＶS＝ＶCC＋１
０(ｖ)となっている。比較器８の論理出力が「Ｈｉｇ
ｈ」となることにより、制御回路３の第１のダイオード
１６ａが非導通状態となる一方、第２及び第３のダイオ
ード１６ｂ，１６ｃのアノード側には電源電圧ＶCCが印
加されることとなる。そして、電源用ＩＣ１８の出力ト
ランジスタ１８ａが非導通状態にある時、第３のダイオ
ード１６ｃを介して放電回路１のツェナーダイオード７
に電圧が印加されるので、同回路１のトランジスタ４が
導通状態となり、その結果、充電用コンデンサＣが抵抗
５及びトランジスタ４を介して放電を開始することとな
る。

【００２３】充電用コンデンサＣの放電により、その端
子電圧ＶSは当然に低下してゆくこととなるが、その値
が比較器８において、非反転入力端子の入力電圧が反転
入力端子の入力電圧を下回る程となった時、比較器８の
論理出力は「Ｌｏｗ」となり、制御回路３の第１のダイ
オード１６ａが導通状態となる。同時に、制御回路３の
第２及び第３のダイオード１６ｂ，１６ｃのアノードが
略零電位となるので、放電回路１は動作停止状態とな
り、充電用コンデンサＣは再び充電状態となる。以後、
上述した充電と放電が繰り返され、充電用コンデンサＣ
の充電電圧ＶSは、図４（ａ）に示されたように、第１
の基準値Ｖth1と第２の基準値Ｖth2と間で上昇と下降と
を繰り返すこととなる。

【００２４】また、この場合の比較器８の論理出力は、
充電用コンデンサＣの電圧ＶSが、ＶS=Ｖth1となった時
に、「Ｈｉｇｈ」となり、ＶS=Ｖth2となった時、「Ｌ
ｏｗ」となることを繰り返すこととなる（図４（ｂ）参
照）。したがって、例えば、ブラシレスモータの駆動用
電源として、いわゆる１２Ｖ系の仕様で製造された電源
用ＩＣ１８を、２４Ｖ系のブラシレスモータの駆動電源
として使用するような場合、電源用ＩＣ１８に２４Ｖを
供給しても、本実施例における過充電保護装置により、
充電用コンデンサＣの充電電圧ＶSが上限値として３４
(ｖ)を越えないようにすれば、電源用ＩＣ１８は最大３
６(ｖ)まで耐え得るように設計してあるとすれば、充分
に使用可能となるものである。これにより、希な２４Ｖ
系での使用のために電源用ＩＣ１８の仕様を変えずに、
本装置を接続することによって、１２Ｖ系で設計された
電源用ＩＣであってもその最大耐圧電圧を越えない範囲
での２４Ｖ系での安全な使用が可能となるものである。

【００２５】尚、本実施例においては、制御回路３の第
２のダイオード１６ｂのカソードを電源用ＩＣ１８の出
力トランジスタ１８ａのコレクタに接続したが、この部
分は必ず必要なものではなく省略してもよい。また、本
実施例においては、全ていわゆるディスクリートに装置
を構成したが、必ずしもこのようにする必要はなく、例
えば、充電電圧監視回路２の動作をマイクロコンピュー
タを用いたソフトウェア制御に置き換えてもよい。すな
わち、図２に示された動作フローに沿ったプログラムを
マイクロコンピュータに実行させることにより、Ａ／Ｄ
変換器を介して充電用コンデンサＣの充電電圧ＶSをデ
ィジタルデータとしてマイクロコンピュータに読み込
み、その値を基準値Ｖth1，Ｖth2と比較判定するように
し、その判定結果に基づいて、制御回路３を動作させる
ような構成とする等が考えられる。

【００２６】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、電源用ＩＣにより充電されるコンデンサの電圧が電
源用ＩＣの耐圧電圧を越えない範囲となるように、コン
デンサを充放電させるような構成することにより、電源
用ＩＣによるコンデンサの充電電圧が、一定の範囲で上
昇と下降を繰り返すこととなるで、充電電圧が上昇し過
ぎて電源用ＩＣが破損に至るようなことが確実に防止さ
れ、ひいては信頼性の向上に寄与することができるとい
う効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る過充電保護装置の一実施例にお
ける回路図である。

【図２】本装置の概略動作を表した動作フローチャー
トである。

【図３】実施例の過充電保護装置の動作を説明するた
めの特に電源投入初期の主要部における概略波形図であ
る。

【図４】充電用コンデンサの充電電圧の変化と充電電
圧監視回路の比較器の出力の変化とを表した波形図であ
る。

【図５】本装置が使用される電源用ＩＣの概略を説明
するための概略図である。

【符号の説明】

１…放電回路、２…充電電圧監視回路、３…制御回
路、８…比較器、１１…ツェナーダイオード、１８
…電源用ＩＣ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】コンデンサへの過充電を保護する過電圧
保護装置であって、前記コンデンサを放電状態とする放
電手段と、前記コンデンサの充電電圧が第１の基準電圧を越えたか
否か又は第２の基準電圧に達したか否かを判定する判定
手段と、前記判定手段により第１の基準電圧を越えたと判断され
た時には前記放電手段を動作させ、前記第２の基準電圧
に達したと判断された時には前記放電手段の動作を停止
させる動作制御手段と、を具備することを特徴とする過電圧保護装置。