JPH0728529B2 - 直流電源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は直流電流供給源の出力側に充電回路が備えられ
ており、瞬間大電流を出力できる直流電源装置に関する 従来の技術 様々な電子機器に広く用いられている直流電源装置は、
供給電力の最大値によって装置の大きさや価格が決まる
ことから、魚群探知機のキーインパルス発生回路等のよ
うに、間欠的には大電流となるピーク電流を要求する
が、その平均電流はピーク電流の値より充分小さな値と
なる負荷に対しては、平均電流に対応する電力を供給可
能な規模とし、ピーク電流に対応する回路を付加した直
流電源装置を用いるのが一般的である。

発明が解決しようとする課題 上記のピーク電流に対応する回路は、直流電流供給源と
負荷との間に挿入された直列抵抗と、この直列抵抗の負
荷側に設けられた平滑コンデンサーとにより構成されて
いる。そのため負荷側に短絡が生じたときには、短絡電
流によって生じる直列抵抗の電圧降下のため、直流電流
供給源の出力の電圧が0Vとならない。このことは直流電
流供給源に設けれた保護回路の動作が不充分となること
を意味していて、その出力電圧が充分には低下せず、直
列抵抗には短絡電流が流れ続けるという事態を招く。そ
のため直列抵抗が発熱し、この発熱による直列抵抗の温
度上昇によって、直列抵抗の周辺に位置する他の部品等
の損傷を招く故障が発生していた。

一方、これらの損傷を防止するため、直列抵抗の負荷側
の電圧を検出し、この検出電圧に従って保護回路を動作
させようとする場合には、平滑コンデンサーの容量が極
めて大きく、直列抵抗と平滑コンデンサーとによって定
まる時定数の値が大きくなることから、電源投入時にお
いては、直列抵抗の負荷側の電圧の上昇が、保護回路を
動作させる供給側の電圧の上昇に比して遅いため、保護
回路の動作が開始したとき、直列抵抗の負荷側の電圧は
低く、この低い電圧が保護回路によって検出されること
になるため、短絡が生じていると誤認され、保護回路が
動作するという問題点があった。

本発明は上記の課題を解決するため着想されたものであ
って、その目的は、電源投入時の誤動作を生じることな
く、負荷の短絡が原因となる損傷を防止することのでき
る直流電源装置を提供することにある。

課題を解決するための手段 本発明に係る直流電源装置は、直流電流供給源の出力と
負荷との間に接続された直列抵抗と、当該直列抵抗の負
荷側とグランドとの間に接続された大容量のコンデンサ
とからなる充電回路を有しており、前記コンデンサに蓄
電された電荷を放電させて瞬間大電流を前記負荷に出力
させる基本構成となっており、直列抵抗の負荷側の電圧
である負荷電圧を検出し、当該検出結果が予め設定され
た範囲より小さいときには過電流であると判定し、当該
判定結果を過電流検出信号として出力する過電流検出回
路と、前記負荷電圧を検出し、当該検出結果が上記した
予め設定された範囲に比べて大きいときには過電圧であ
ると判定し、当該判定結果を過電圧検出信号として出力
する過電圧検出回路と、前記過電流検出信号が過電流、
前記過電圧検出信号が過電圧を示すときには何れも前記
直流電流供給源の動作を停止させる保護回路と、電源通
電時に前記負荷電圧が上記した予め設定された範囲にま
で上昇するに要する時間t1が予め求められており、前記
過電流検出回路と前記保護回路との間に設けられた前記
過電流検出信号の信号ラインを開閉するスイッチ素子を
有し且つ電源通電時の電源電圧を検出してから時間t1だ
け遅れたタイミングで当該スイッチ素子をオフ状態から
オン状態に切り替える誤動作防止回路とを備えることを
特徴としている。

作用 電源が投入されると、直流電源供給源から供給された電
荷が充電回路のコンデンサに蓄えられ、その結果、負荷
電圧が徐々に上昇する。電源が通電されてから時間t1を
経過するまでは、誤動作防止回路のスイッチ素子がオフ
状態である。電源投入直後、負荷電圧は非常に低いこと
から、過電流検出回路が過電流であると判定し、この判
定結果たる過電流検出信号を出力するが、スイッチ素子
がオフ状態であるので、過電流検出信号が保護回路に導
入されず、その結果、保護回路が誤動作することはな
い。

電源が通電されてから時間t1を経過した後、誤動作防止
回路のスイッチ素子がオン状態であるので、保護回路は
過電流検出回路、過電圧検出回路の各判定結果に応じて
動作する。ただ、電源が通電されてから時間t1を経過し
た時点で、負荷電圧の大きさは過電流検出回路が過電流
であると判断する範囲を越えるようになっており、たと
えスイッチ素子がオフ状態からオン状態に切り替えられ
ても、負荷の短絡等の事故がない限り、保護回路が誤動
作するということはない。

もっとも、負荷の短絡等により過電流の異常が発生して
いる場合、保護回路が働くまでの時間t1だけ異常電流が
流れることになるが、一時的であるので負荷等への影響
は極めて小さく、実際上問題になることはない。

実施例 第１図は本発明の一実施例の電気的構成を示す回路図で
ある。

図において、商用電源等を整流、平滑することにより得
られたプラス出力P1は、トランスT1の巻線L1の中点タッ
プ、誤動作防止回路12を構成する抵抗R2の一方の端子、
および抵抗R3、R4のそれぞれの一方の端子に導かれてい
る。またマイナス出力M1は、コンデンサーC2の一方の端
子、トランジスターQ1のエミッター、トランジスターQ
2、Q3のエミッター、フォトトランジスターQ5のエミッ
ター、およびQ8のコレクタに接続されている。

抵抗R2、およびコンデンサーC2のそれぞれの他方の端子
はトランジスターQ1のベースに接続され、トランジスタ
ーQ1のコレクターはフォトトランジスターQ4のエミッタ
ーに導かれている。そしてフォトトランジスターQ4、Q5
のコレクターは、並列に、電圧制御回路11の制御入力11
1に接続されている。

トランジスターQ2、Q3の各々のコレクターは、トランス
T1の巻線L1のそれぞれに対応する両端子に接続されてお
り、トランジスターQ2、Q3のベースには、各トランジス
ターに対応して送出される電圧制御回路11からの出力が
導かれている。

巻線L2は、ダイオード、コンデンサー等からなる整流回
路13に導かれ、そのプラス出力131は、図示されていな
い魚群探知機の表示装置等に送出され、マイナス出力は
接地されている。またこの整流回路13からの定電圧のた
めの出力132はフォトトランジスタを介して電圧制御回
路11に送出されている。

巻線L3は、整流回路13と同様の構成を有する整流回路14
に導かれ、整流回路14のプラス出力は、直流電流供給源
142として、直列抵抗R1を介することにより、図示され
ていないキーインパルス発生回路に送出されている。ま
たこの直列抵抗R1の負荷側の端子であるパルス電源出力
141は、平滑コンデンサーC1を介して接地されている。

過電圧電流検出回路15は、抵抗R5、R6とコンパレーター
OP1、およびトランジスターQ6からなる過電流検出回路1
51と、抵抗R7、R8とコンパレーターOP2、およびトラン
ジスターQ7とからなる過電圧検出回路とにより構成され
ており、第１図の16によって示す過電圧電流検出回路
は、過電圧電流検出回路15と同じ構成となっている。

コンパレーターOP1のマイナス入力には、抵抗R5、R6に
よって分圧されたパルス電源出力141が導かれ、コンパ
レーターOP2のプラス入力には、抵抗R7、R8によって分
圧されたパルス電源出力141が接続されている。そして
コンパレーターOP1、OP2の出力は、それぞれに対応して
設けられたトランジスターQ6、Q7のベースに接続されて
いる。またトランジスターQ6、Q7のコレクターには、そ
れぞれに対応する発光ダイオードD1、D2のカソードが導
かれている。

発光ダイオードD1のアノードには抵抗R4の他方の端子
が、発光ダイオードD2のアノードには抵抗R3の他方の端
子が接続されている。またコンパレーターOP1のプラス
入力と、コンパレーターOP2のマイナス入力には、基準
電圧発生回路17からの基準電圧出力が導かれ、発光ダイ
オードD1のカソードには、過電圧電流検出回路16内に設
けられたトランジスター（図示されていない）のコレク
ターが接続されている。このことは発光ダイオードD2の
カソードについても同様であり、過電圧電流検出回路16
内のトランジスターのコレクターが導かれている。

そして過電圧電流検出回路16には、整流回路14のプラス
出力131、基準電圧発生回路17からの基準電圧出力が導
かれており、過電圧電流検出回路16の接地端子は接地さ
れている。

以上の構成からなる本発明の一実施例の動作について、
以下の説明する。

プッシュプル構成となっているトランジスターQ2、Q3
は、電圧制御回路11から送出されるパルスに従って、交
互にオンとオフとを繰り返す。このオンとオフとの動作
によって、プラス出力P1とマイナス出力M1とにより与え
られた直流電流がスイッチングされ、このスイッチング
によりトランスT1に蓄えられたエネルギーが、巻線L2、
L3から取り出される。そして整流回路13、14によって整
流、平滑され、外部に直流としての電力の供給が行われ
る。

このとき電圧制御回路11は、整流回路13の出力132が導
かれていることから、この出力132の電圧が一定となる
ように、トランジスターQ2、Q3に送出するパルスの幅を
変化させ、プラス出力131の電圧を一定に維持する制御
を行う。

第２図は、主要な信号の波形、およびトランジスターの
動作状態のタイミングを示す説明図である。以下におい
ては、必要に応じて第２図を参照しつつ、説明を行う。

過電圧電流検出回路15内の過電流検出回路151は、パル
ス電源出力141の電圧が規定の電圧の例えば30％以下の
電圧になったとき、トランジスターQ6がオン状態になる
ように、分圧抵抗R5、R6の値が設定されており、コンパ
レーターOP2等からなる過電圧検出回路の分圧抵抗R7、R
8の値は、パルス電源出力141の電圧が規定の電圧より例
えば20％程度高くなったとき、トランジスターQ7がオン
状態となるように設定されている。

これらの分圧抵抗の値は、過電圧電流検出回路16内にお
いても同様となっており、整流回路13のプラス出力131
の電圧が規定の電圧より例えば20％程度高くなると過電
圧が検出され、プラス出力131の電圧が規定の電圧の例
えば30％程度の電圧まで降下すると過電流の検出が行わ
れる。

また過電流の検出用に設けれたトランジスターQ6、およ
び過電圧電流検出回路16内の過電流の検出のために設け
られた図示されていないトランジスターが、オープンコ
レクター出力によりワイアードオワ結合された発光ダイ
オードD1は、フォトトランジスターQ4と光学的に結合さ
れており、過電圧を検出したとき動作する発光ダイオー
ドD2（過電圧電流検出回路16内の過電圧検出用のトラン
ジスターとトランジスターQ7とがワイアードオワ結合と
なっている）は、フォトトランジスターQ5と光学的に結
合されている。

そのため、整流回路13のプラス出力131、およびパルス
電源出力141の双方の出力の、少なくとも片側の出力
に、過電圧、あるいは過電流が検出されたときには、過
電圧に対しては発光ダイオードD2が、過電流に対しては
発光ダイオードD1が発光する。この発光により、フォト
トランジスターQ4、またはQ5のコレクターとエミッター
のが導通する。また電圧制御回路11は、制御入力111が
低インピーダンスで接地されたときには、トランジスタ
Q2、Q3へのパルスの送出を停止する構成となっているこ
とから、プラス出力131とパルス電源出力141の、過電
流、過電圧に対する保護が行われるようになっている。
即ち、電圧制御回路11は保護回路としての機能も有して
いる。

第２図に示す時刻T0において電源が投入され、プラス出
力P1の電圧が上昇し、プラス出力P1の電圧がV1に達する
時刻T1になると、過電圧電流検出回路15、16が検出の動
作を開始する。整流回路13のプラス出力131は、整流回
路13内の平滑のための時定数が小さな値となっているた
め、その電圧の上昇は速やかであり、負荷が正常に動作
している場合には、過電圧および過電流の検出が行われ
ない。

しかし整流回路14の出力である直流電流供給源142に
は、パルス状に瞬時に大電流を要求する負荷が接続され
ているため、直列抵抗R1と平滑コンデンサーC1とが設け
れていることから、パルス電源出力141の電圧の立ち上
がりは遅く、時刻T1において過電圧電流検出回路15が動
作を開始したときにも、その電圧は規定の電圧の例えば
30％の電圧V2に達していない。そのため過電流検出回路
151が過電流の検出を行い、トランジスターQ6がオン状
態ON1となる。

トランジスターQ6がオンとなったことから発光ダイオー
ドD1が発光し、フォトトランジスターQ4のコレクターと
エミッターとの間が導通する。

一方、誤動作防止回路12内のトランジスターQ1のベース
には、抵抗R2とコンデンサーC2とからなる積分回路を介
して、プラス出力P1が導かれているため、その電圧の上
昇が遅く、時刻T1においてトランジスターQ1はオフ状態
OFF1にある。

そのためフォトトランジスターQ4が導通状態にあるにも
かかわらず、トランジスターQ1がオフ状態にあることか
ら、制御入力111が接地されず、電圧制御回路11はトラ
ンジスターQ2、Q3にパルスを送出し続ける。

時刻T2になったときには、パルス電源出力141の電圧が
規定値の例えば30％の電圧V2に達するため、トランジス
ターQ6がオフ状態OFF2となり、フォトトランジスターQ4
がオフとなる。そして時刻T2より遅い時刻T3においてト
ランジスターQ1がオン状態ON2とする。この時刻T3以
後、パルス電源出力141に電圧の低下LOWが現れるのは、
キーインパルス発生回路が動作を開始し、パルス性のピ
ーク電流が流れるため、平滑コンデンサーC1の瞬時の放
電と、直列抵抗R1を介した充電とが行われるからであ
る。

パルス電源出力141に接続されたハーインパルス発生回
路に、時刻T4において短絡が生じたときには、パルス電
源出力141の電圧が急激に低下し（D1）、V2以下の電圧
となることから、トランジスターQ6がオン状態ON3とな
り、発光ダイオードD1が発光してフォトトランジスター
Q4が導通する。このときにはトランジスターQ1のコレク
ターとエミッターとが導通しているため、制御入力111
が接地される（S1）ことになり、電圧制御回路11からの
パルスの送出が停止される。

そのため直流電流供給源142の電圧がOV（Z2）となり、
パルス電源出力141の出力電圧もOV（Z1）となる。

以上のように、電源投入時の初期動作の完了以後では、
パルス電源出力141の負荷に短絡が生じた場合、その電
圧が速やかにOVとなる一方、電源投入時には、パルス電
源出力141の負荷に短絡が生じた場合であっても、時刻T
3になって初めて出力の電圧がOVとなるが、過電流によ
る素子の破壊は熱的な破壊であるため、時刻T0から時刻
T3に至るまでの発熱両は僅かであり、この期間t1におい
て素子の破壊が生じる率は、考慮の必要が無い程度の僅
かな率となっている。

一方、過電圧による素子の破壊は速やかであることか
ら、トランジスターQ7がオン状態となったときには、直
ちに制御入力111が接地され、出力の電圧は0Vへと低下
する。

なお本発明は上記実施例に限定されることなく、直流電
流供給源については、スイッチング方式により電圧を変
換する直流電流供給源を用いた構成について説明した
が、シリーズ方式により必要とする電圧の供給を行う直
流電流供給源を用いた構成とすることも可能である。

またパルス性のピーク電流を要求する負荷として、キー
インパルス発生回路に直流電流の供給を行う構成につい
て説明したが、その他のパルス性のピーク電流を要求す
る機器に直流電流を供給する直流電源装置にも同様に適
用することも可能である。

また過電流検出回路151については、過電流の検出をト
ランジスターQ6のオンにより知らせる構成につして説明
したが、出力される電圧の変化により過電流の検出を送
出する構成とすることが可能であり、この場合には、誤
動作防止回路は、過電流の検出を知らせる電圧のレベル
を禁止とする構成する。

発明の効果 以上、本発明に係る直流電流装置による場合、電源投入
直後、過電流検出回路が働いても、誤動作防止回路によ
って電源通電時から時間t1を経過しないことには保護回
路が働かないような構成となっているので、電源投入時
に誤動作が生じない。もっとも、負荷等が短絡する等の
過電流の異常が発生していたときには、保護回路が働く
までの時間t1だけ異常電流が流れるものの、一時的であ
るので負荷等への影響は極めて小さく、実際上問題にな
ることはない。また電源が投入されて連続運転していた
最中に、過電流又は過電圧の異常が発生すれば、保護回
路が直ぐに働く構成となっているので、過電流及び過電
圧に対する負荷等の影響はない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の電気的構成を示す回路図、
第２図は、主要な信号の波形、およびトランジスターの
動作状態のタイミングを示す説明図である。 11……電圧制御回路 12……誤動作防止回路 142……直流電流供給源 151……過電流検出回路 152……過電流検出信号 R1……直列抵抗 C1……平滑コンデンサー。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直流電流供給源の出力と負荷との間に接続
   された直列抵抗と、当該直列抵抗の負荷側とグランドと
   の間に接続された大容量のコンデンサとからなる充電回
   路を有しており、前記コンデンサに蓄電された電荷を放
   電させて瞬間大電流を前記負荷に出力させる直流電源装
   置において、 前記直列抵抗の負荷側の電圧である負荷電圧を検出し、
   当該検出結果が予め設定された範囲より小さいときには
   過電流であると判定し、当該判定結果を過電流検出信号
   として出力する過電流検出回路と、 前記負荷電圧を検出し、当該検出結果が上記した予め設
   定された範囲に比べて大きいときには過電圧であると判
   定し、当該判定結果を過電圧検出信号として出力する過
   電圧検出回路と、 前記過電流検出信号が過電流、前記過電圧検出信号が過
   電圧を示すときには何れも前記直流電流供給源の動作を
   停止させる保護回路と、 電源通電時に前記負荷電圧が上記した予め設定された範
   囲にまで上昇するに要する時間t1が予め求められてお
   り、前記過電流検出回路と前記保護回路との間に設けら
   れた前記過電流検出信号の信号ラインを開閉するスイッ
   チ素子を有し且つ電源通電時の電源電圧を検出してから
   時間t1だけ遅れたタイミングで当該スイッチ素子をオフ
   状態からオン状態に切り替える誤動作防止回路とを備え
   ることを特徴とする直流電源装置。