JPH077847A - 過電流保護回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】電源回路の過電流保護をすることを目的とす
る。 【構成】電源回路の動作を停止することの出来る制御端
子を持ち、電源回路の出力を抵抗成分を持った半導体ス
イッチにより制御する手段と、前記半導体スイッチを駆
動する手段と、電源回路の出力電流による前記半導体ス
イッチの電圧降下を検出する手段を持つ。 【効果】困難なヒューズの選定が簡略化されるという効
果と、電源回路の特性を変化させること無しに過電流保
護を行えるという効果がある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は過電流保護回路に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図３は従来技術の一実施例であり、電圧
レギュレータを用いた電源回路の一例である。過電流保
護素子として電源回路の一次回路側即ち電圧レギュレー
タ以前の回路側にヒューズ１９をもち、二次回路側即ち
電圧レギュレータ１５以後に過電流検出抵抗１６をも
つ。ヒューズ１９は本電源回路の定常出力電流で溶断し
ないことはもちろん最大負荷時や突入電流においても溶
断せず長期寿命があり、かつ回路ショート等の異常の折
りには溶断するものが選定される。過電流検出抵抗１６
は、過電流による電圧降下が電圧レギュレータ１５が認
識できる値になるよう設定する。例えば、電圧レギュレ
ータ１５が過電流検出抵抗１６での電圧降下が１Ｖ以上
の時に異常と判断するならば、３Ａの電流が流れたとき
に異常なら過電流検出抵抗は０．３３Ωとなる。従来例
の電源回路を用いて過電流保護回路について解説する。

【０００３】入力電圧はヒューズ１９を通って電圧レギ
ュレータ１５の入力端子ＩＮに印加される。電圧レギュ
レータは降圧又は昇圧して任意の出力電圧を出力端子Ｏ
ＵＴから出力することが出来る。出力電圧は過電流検出
抵抗１６を介して半導体スイッチ１７により外部負荷１
８に供給される。半導体スイッチのオン／オフは外部か
らの任意の入力により行う。半導体スイッチとしてはＦ
ＥＴやトランジスタなどが通常用いられる。半導体スイ
ッチ１７がオンされているとき出力は外部負荷１８に供
給されており、過電流検出抵抗１６による電圧降下分を
差し引いた電圧が出力電圧として外部負荷１８に供給さ
れる。これを電圧レギュレータ１５の入力端子ＩＰＫが
読取り、出力端子ＯＵＴと入力端子ＩＰＫの電圧差が電
圧レギュレータ１５の内部に定められた電圧になった時
点で出力を停止することが出来る。出力オフすることの
出来る電圧は電圧レギュレータ１５の内部で固定である
が過電流検出抵抗１６の抵抗値を任意の値に選ぶことに
よって過電流の検出レベルを調整することが出来る。ヒ
ューズ１９は電圧レギュレータ１５以前の回路上で過電
流状態に陥ったときまたは過電流検出抵抗１６が異常の
ときに溶断できる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述の従来技
術では幾つか問題点がある。

【０００５】電源ラインにヒューズを挿入し、過電流を
防止する方法では、ヒューズの選定が困難であるという
問題がある。ヒューズを選定するには最大負荷時の出力
電流を連続供給する場合に溶断しない、また突入電流を
くり返し印加しても溶断しないことが必要である。さら
に回路の異常により異常電流が流れた場合にはヒューズ
は即座に溶断して電源回路の動作を停止しなくてはなら
ない。通常、最大負荷時の出力電流を供給しているとき
ヒューズに流れる電流と、異常時の電流は２倍から３倍
程度の差がないとヒューズでの過電流保護は出来ないと
いう問題がある。 特に電源回路の一次側にヒューズを
入れ二次側に電源ラインのオン／オフのために半導体ス
イッチを用いて回路を構成した場合にはその問題は顕著
になる。二次側に挿入された半導体スイッチが電源回路
と負荷回路を分断する緩衝器の役割をし、負荷回路側で
何等かの異常が生じ短絡状態になったとしても電源回路
側での供給電流は最大負荷時の電流と大差ないという現
象が生じる場合がある。この場合には一次側に挿入され
たヒューズだけでは対応できないため過電流を検出する
回路を任意の位置に付加する必要がある。

【０００６】負荷に直列に過電流検出抵抗を挿入して異
常電流を検出し防止する方法では、負荷への電力供給ラ
インに過電流検出用抵抗を挿入するため回路の特性が変
化してしまうという問題がある。過電流検出抵抗はそれ
自身で電圧降下を持つので発熱が大きく抵抗のサイズも
大きいものを必要とするという問題がある。例えば電圧
レギュレータ内部の異常と判断する電圧降下が１Ｖであ
り、出力電流が３Ａ以上の時に異常と判断したい場合に
は過電流検出抵抗の値は０．３３Ωとなる。この場合、
過電流検出抵抗には最大負荷時の出力電流が流れつづけ
ることになり、出力電流値は最大で３Ａ未満ということ
になる。０．３３Ωの抵抗に３Ａの電流が流れるとする
と約３Ｗの消費である。したがって過電流検出抵抗はセ
メント抵抗などの外形サイズの大きい抵抗を用いること
になるのでスペース的に問題がある。また３Ｗの消費の
ための発熱も相当大きいという問題がある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】以上のような問題点を解
決するために、本発明の過電流保護回路は、電源回路の
動作を停止することの出来る制御端子を持ち、電源回路
の出力を抵抗成分を持った半導体スイッチにより制御す
る手段と、前記半導体スイッチを駆動する手段と、電源
回路の出力電流による前記半導体スイッチの電圧降下を
検出する手段を持つ電源回路において、電源回路の過電
流の出力による前記半導体スイッチの電圧降下を検出し
て電源回路の動作を停止することを特徴とする。

【０００８】

【作用】本発明の上記構成を用いることにより、電源回
路に挿入された半導体スイッチを用いた電力供給ライン
のオン／オフ回路の電流による電圧降下を検出するだけ
で過電流保護を行うことが出来る。

【０００９】

【実施例】図１に本発明の一実施例を示す。本実施例で
は入力電圧より出力電圧が高い昇圧タイプのスイッチン
グレギュレータを構成しており、出力ラインにＰチャン
ネルＦＥＴを使ってオン／オフを行う回路を示してい
る。ＰＷＭ−ＩＣ１は内部に発振器を持っており約１０
０ＫＨｚの周波数で動作できる。またＰＷＭ−ＩＣ１は
内部に基準電圧源２．５Ｖを持ち、オープンコレクタ型
の出力端子ＯＵＴ、出力帰還用に入力端子ＩＮ、ＰＷＭ
−ＩＣ制御端子としてＦＢを持つ。ＰＷＭ−ＩＣ１自身
の電源電圧として任意の場所から、出力電圧と同じかま
たはそれ以上の電圧のＶＣＣ１を供給する。ＰＷＭ−Ｉ
Ｃ１の入力端子ＩＮは内部で電圧比較器に入力され内部
基準電圧源２．５Ｖと比較される。出力端子ＯＵＴは内
部でＮＰＮトランジスタのオープンコレクタ出力となっ
ている。また入力端子ＦＢはＰＷＭ−ＩＣ１の制御端子
であり、内部でプルアップされており端子をＧＮＤレベ
ルにすることによりＰＷＭ−ＩＣ１の動作を停止するこ
とが出来る。入力端子ＦＢによりＰＷＭ−ＩＣ１の動作
が停止された場合には、ＦＥＴ９の直前の電圧は入力電
圧からラインの経路損失、即ちヒューズ１３、コイル
２、ダイオード５の損失を除いた電圧になる。

【００１０】ＰＷＭ−ＩＣ１とコイル２、トランジスタ
３、４、ダイオード５、平滑コンデンサ６により昇圧方
式のスイッチングレギュレータが構成されている。ＰＷ
Ｍ−ＩＣ１は分圧抵抗７、８による出力電圧の分圧をＰ
ＷＭ−ＩＣ１の内部の基準電圧と比較することにより出
力電圧を一定にするよう出力端子ＯＵＴから出力される
パルス列のパルス幅を制御する。出力電圧が＋５Ｖの場
合には内部基準電圧源が２．５Ｖであることから分圧抵
抗７、８は同じ値のものが選定される。ＰＷＭ−ＩＣ１
の出力ＯＵＴからは約１００ＫＨｚの周波数でパルス列
が出力されトランジスタ３を駆動してトランジスタ４の
スイッチングを行うことによって、昇圧された電圧をダ
イオード５と平滑コンデンサ６により構成される平滑回
路により平滑し、昇圧された出力電圧を得ることが出来
る。何等かの原因で平滑回路からの出力電圧が上昇した
り下降したりすると、ＰＷＭ−ＩＣ１の入力端子ＩＮの
入力電圧と内部基準電圧源２．５Ｖとの比較によりＰＷ
Ｍ−ＩＣ１の出力端子ＯＵＴから出力されるパルス列の
パルス幅が増減するので平滑出力電圧が一定になるよう
に制御される。

【００１１】以上のようにして得られた平滑回路からの
出力電圧は半導体スイッチであるＦＥＴ９に入力され
る。ＦＥＴ９はトランジスタ１０のベース入力レベルが
ハイレベルの時、オンしてＦＥＴ９の出力に電圧が供給
される。トランジスタ１０のベース入力がローレベルの
時はトランジスタ１０がオフし、ＦＥＴ９はオフしてＦ
ＥＴ９からの出力電圧は切断されることになる。

【００１２】いま、ＦＥＴ９の出力から電圧が供給され
ている場合、即ちトランジスタ１０、ＦＥＴ９がオンし
ている場合を考える。ＦＥＴ９の出力から負荷に供給さ
れる電流は負荷の状態に応じてゼロから最大負荷電流ま
で変化する。正常な状態の本電源回路では最大負荷電流
を供給してもＦＥＴ９の出力電圧が異常に下がることは
ない。通常状態において、ＦＥＴ９が充分にオンしてお
り飽和領域にあるならＦＥＴ９のオン抵抗は低くＦＥＴ
９の入力電圧と出力電圧の差は小さい。ＦＥＴ９の飽和
オン抵抗を０．３Ωとし、最大負荷電流を１Ａとすれ
ば、ＦＥＴ９の入出力間の電位差は０．３Ｖである。つ
まり最大負荷電流を供給していてもトランジスタ１０の
ベース入力電圧がトランジスタ１０をオンできない程度
に下降しない限り、またはＦＥＴ９の電圧降下が問題と
なる程度に電流が流れない限りＦＥＴ９の入出力間の電
位差が大きくなることはない。

【００１３】しかし、ＦＥＴ９からの出力電流が３Ａに
なれば飽和オン抵抗０．３ΩのＦＥＴ９では０．９Ｖの
電圧降下が発生することになる。この時トランジスタ１
１はトランジスタ１０がオンしているのでオンして約
０．１Ｖ程度の飽和電圧をもつので、トランジスタ１２
のベース・エミッタ間には約０．８Ｖの電圧がかかるこ
とになる。この時トランジスタ１２は充分にオンでき、
ＰＷＭ−ＩＣ１のＶＣＣ１がレギュレータ即ち平滑回路
の出力電圧と同じかまたはそれ以上であるのでトランジ
スタ１４のベース端子を駆動することにより、トランジ
スタ２３がオンする。ＰＷＭ−ＩＣ１の動作は停止し出
力電圧は入力電圧以下になりＦＥＴ９はオフすることに
なる。以上のようにして過電流を防止することが出来
る。

【００１４】また、図１に示すレギュレータの出力部分
から後半の回路の別の実施例を図２に示す。ＦＥＴ９の
出力は＋５Ｖであり、任意の処理を行うＣＰＵ回路２０
と周辺回路２１に供給されている。ＣＰＵ回路２０は出
力端子ＣＮＴからハイレベル又はローレベルの信号を出
力して、トランジスタ１０のベース端子を駆動してい
る。トランジスタ１０のベース入力はＣＰＵ回路２０の
出力端子ＣＮＴがローレベルの時はＧＮＤレベルのもの
が、ハイレベルの時はＣＰＵ回路２０のＶＣＣとほぼ同
電圧が出力される。ＣＰＵ回路２０のＶＣＣの供給を止
めたいときにはＣＰＵ回路２０が出力端子ＣＮＴをロー
レベル即ちＧＮＤレベルに出力すればよい。次にＣＰＵ
回路２０を起動するにはプッシュスイッチ２２を押すこ
とによりＣＰＵ回路２０にＶＣＣが供給されＣＰＵ回路
２０がトランジスタ１０に出力端子ＣＮＴからハイレベ
ルを出力する。ＣＰＵの処理能力は人間の操作に対して
速いので人間がプッシュスイッチ２２を離す前にトラン
ジスタ１０が駆動されるためＣＰＵ回路２０にＶＣＣが
供給されつづけることになる。

【００１５】いま、ＣＰＵ回路２０の出力端子からハイ
レベルが出力されトランジスタ１０が駆動されＦＥＴ９
がオンし、ＣＰＵ回路２０と周辺回路２１にＶＣＣが供
給されているとする。過電流検出回路のトランジスタ１
２がオンする電圧がＦＥＴ９の電圧降下が０．８Ｖであ
り、ＦＥＴ９のオン抵抗が０．３Ωであるとき、ＶＣＣ
の全消費電流が０．５ＡとすればＦＥＴ９での電圧降下
は０．１５Ｖであるのでトランジスタ１２がオンするこ
とはない。ここで周辺回路２１の何処かで回路ショート
などの異常が発生した場合を考えると、過大な電流がＦ
ＥＴ９に流れ始めるのでＶＣＣの電圧が降下し始める。
このためＣＰＵ回路２０の出力端子ＣＮＴのハイレベル
の電圧も下がり、トランジスタ１０の飽和電圧があがる
ため結果的にＦＥＴ９のオン抵抗が増大することにな
る。つまり、過電流によるＦＥＴ９の電圧降下が大きく
なる前に、ＶＣＣの電圧が下がってくることによるＦＥ
Ｔ９のオン抵抗の増大が発生することになる。したがっ
て本来の過電流より少ない電流でＦＥＴ９の電圧降下が
大きくなるため、過電流保護回路のトランジスタ１１、
１２がないとＦＥＴ９への流入電流が異常に増大しない
にもかかわらずＶＣＣがショートしている状態が発生す
ることになる。例えばトランジスタ１０の飽和電圧が増
大してＦＥＴ９のオン抵抗が０．５Ω程度に上昇すれば
１．６Ａの電流でＦＥＴ９の電圧降下が０．８Ｖに達す
ることになる。これはＣＰＵ２０の出力端子ＣＮＴがＶ
ＣＣに依存していることと、出力電圧ＶＣＣが＋５Ｖと
低いことから起こる問題であるが、いまトランジスタ１
１、１２があるので電圧降下が０．８Ｖ以上になればト
ランジスタ１４、２３が駆動されて電源回路の動作を停
止することが出来る。電源回路の動作が停止されれば電
源回路の出力電圧は電源回路の入力電圧以下にまで下が
るのでＶＣＣには供給されなくなり、回路の動作を停止
することが出来、安全である。

【００１６】以上のようにして、ＦＥＴ９の電圧降下を
検出して電源回路を停止することにより過電流保護を行
うことが出来る。図２に示す実施例では、電源回路から
の出力電流は異常のときでも最大負荷電流を供給してい
るときと大差ない。したがって電源回路側では、ＦＥＴ
９から後の回路の異常即ち過電流を認識することが出来
ない。この回路をヒューズや過電流検出抵抗で過電流を
検出することは非常に困難であり、過電流を検出できる
のに最も適しているのがＦＥＴ９の電圧降下である。異
常と判断できるＦＥＴ９の電圧降下は、トランジスタ１
２のオン電圧を調整することで調整できる。トランジス
タ１１の飽和オン抵抗を０．１Ｖとし、トランジスタ１
２のオン電圧を０．５Ｖから２Ｖまで調整できるとすれ
ば、異常と判断できる電圧降下は０．６Ｖから２．１Ｖ
まで調整できる。実際にはトランジスタ１２のベース抵
抗とベース・エミッタ間バイアス抵抗の定数によりトラ
ンジスタ１２のオン電圧を調整することが出来る。

【００１７】

【発明の効果】本発明を用いることにより、制御端子を
持つ電源回路の電源出力ラインをオン／オフする半導体
スイッチ回路の過電流による電圧降下を検出するだけ
で、簡単に過電流保護回路を構成することが出来るとい
う効果がある。また従来困難であったヒューズの選定が
簡略化されるという効果があり、過電流検出抵抗を挿入
した過電流保護回路のように回路の特性を変化させるこ
となく過電流保護が行えるという効果がある。しかも、
検出する回路の構成は極めて簡単かつ小型に出来るとい
う効果があり、検出過電流値も任意に調整できるという
効果がある。さらに過電流検出抵抗を挿入した場合と違
い発熱がないという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例を示す電源回路図である。

【図２】 本発明をＣＰＵ回路に応用した構成図であ
る。

【図３】 従来例を示す構成図である。

【符号の説明】

１ ＰＷＭ−ＩＣ ２ コイル ３、４、１０、１１、 １２、１４、２３ トランジスタ ５ ダイオード ６ 平滑コンデンサ ７、８ 分圧抵抗 ９、１７ 半導体スイッチ １３、１９ ヒューズ １５ 電圧レギュレータ １６ 過電流検出抵抗 １８ 負荷 ２０ ＣＰＵ回路 ２１ 周辺回路 ２２ プッシュスイッチ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電源回路の動作を停止することの出来る
   制御端子を持ち、電源回路の出力を抵抗成分を持った半
   導体スイッチにより制御する手段と、前記半導体スイッ
   チを駆動する手段と、電源回路の出力電流による前記半
   導体スイッチの電圧降下を検出する手段を持つ電源回路
   において、電源回路の過電流の出力による前記半導体ス
   イッチの電圧降下を検出して電源回路の動作を停止する
   ことを特徴とする過電流保護回路。