JP2005216194A - Power supply - Google Patents
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Abstract
【課題】電源入力電圧や電源出力電圧が一瞬低下しても、電源出力電圧を確実に立ち上げるとともに、出力地絡状態から解除されると、電源出力電圧を正確に復帰することができる電源装置を提供する。
【解決手段】第2の出力電圧検出回路39は、検出する電圧出力端子D1の電圧が第2の出力電圧以下になると、誤差増幅部37の動作を停止することにより、地絡時の過電流を防止するとともに、第1の出力電圧検出回路38は、検出電圧である電圧出力端子D1の電圧が第1の出力電圧以下になると、NPNトランジスタ20をオンさせることにより、電圧出力端子D1の出力電圧を立ち上げる。
【選択図】図1A power supply apparatus capable of reliably starting up a power supply output voltage even when the power supply input voltage or the power supply output voltage drops for a moment, and accurately restoring the power supply output voltage when the output ground fault is released. I will provide a.
A second output voltage detection circuit (39) stops an operation of an error amplifying unit (37) when a voltage at a voltage output terminal (D1) to be detected becomes equal to or lower than a second output voltage, thereby causing an overcurrent during a ground fault. The first output voltage detection circuit 38 turns on the NPN transistor 20 when the voltage at the voltage output terminal D1, which is the detection voltage, becomes equal to or lower than the first output voltage, thereby outputting the voltage at the voltage output terminal D1. Raise the voltage.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、例えば電源出力端子の地絡等によりその出力電圧が所定電圧以下になった場合に電源動作を停止する機能を有する電源装置に関するものである。 The present invention relates to a power supply apparatus having a function of stopping a power supply operation when the output voltage becomes a predetermined voltage or less due to, for example, a ground fault of a power supply output terminal.
従来の電源装置としては、2次側出力端子の電圧を検出し、1次側入力端子への供給電源が立ち上る際の容量への充電時間で設定する一定期間以外においては、2次側出力端子の電圧が所定電圧以下になると、電源装置の動作を停止するというものがあった。 As a conventional power supply device, the secondary output terminal is detected except for a certain period set by the charge time to the capacity when the voltage of the secondary output terminal is detected and the power supply to the primary input terminal rises. When the voltage of the power supply becomes lower than a predetermined voltage, the operation of the power supply device is stopped.
以上のような従来の電源装置(例えば、特許文献1を参照)として「安定化電源回路」について、図面を参照しながら以下に説明する。
図3は従来の電源装置の構成を示す回路ブロック図である。図3において、71はイニシャル・リセット回路、72は短絡検出回路、73はフリップ・フロップ回路、74はエラーアンプ、75〜80は電流源、81は定電圧回路、82、83はコンデンサ、84〜91は抵抗、92〜100はNPNトランジスタ、101、102、103はPNPトランジスタ、104はパワーPNPトランジスタ、105、106はダイオード、VINは1次側入力端子に印加される電源入力電圧、VOは2次側出力端子に出力される電源出力電圧、A、B、Cは端子である。
A “stabilized power supply circuit” will be described below with reference to the drawings as a conventional power supply device as described above (see, for example, Patent Document 1).
FIG. 3 is a circuit block diagram showing a configuration of a conventional power supply apparatus. In FIG. 3, 71 is an initial reset circuit, 72 is a short circuit detection circuit, 73 is a flip-flop circuit, 74 is an error amplifier, 75 to 80 are current sources, 81 is a constant voltage circuit, 82 and 83 are capacitors, 84 to 91 is a resistor, 92 to 100 are NPN transistors, 101, 102 and 103 are PNP transistors, 104 is a power PNP transistor, 105 and 106 are diodes, VIN is a power supply input voltage applied to the primary side input terminal, and VO is 2 The power supply output voltages A, B, and C output to the secondary output terminal are terminals.
まず、最初に電源入力電圧VINが急峻に立ち上る場合について説明する。
1次側入力端子に電源入力電圧VINが印加されると、その直後に端子Bの電圧VBは、抵抗85、86の抵抗値をR85、R86とすると、式(5)のようになり、
VB=VIN×R86/(R85+R86) −−−(5)
端子Aの初期値となる電圧は0Vで、電流源76の電流値をI76、コンデンサ82の容量値をC82とし、端子Aと端子Bの電圧が同一になり、NPNトランジスタ94がオン状態からオフ状態に切り換わるまでの時間taは、式(6)のようになる。
ta=C82×VB/I76 −−−(6)
すなわち、1次側入力端子に電源入力電圧VINが印加されてから時間taが経過するまでの間は、NPNトランジスタ94がオン状態で端子CはL状態のため、NPNトランジスタ100は強制オフ状態となり、短絡検出回路72からの信号により動作するフリップ・フロップ回路73からの信号にかかわらず、NPNトランジスタ100はオフ状態で、2次側出力端子に設定値となるVOを発生させようと電源装置は動作する。
First, the case where the power supply input voltage VIN rises sharply first will be described.
When the power supply input voltage VIN is applied to the primary side input terminal, immediately after that, the voltage VB of the terminal B becomes as shown in Equation (5), where the resistance values of the
VB = VIN × R86 / (R85 + R86) --- (5)
The voltage at the terminal A is 0V, the current value of the
ta = C82 × VB / I76 (6)
That is, since the
一方、1次側入力端子に電源入力電圧VINが印加されてから時間taが経過した後については、NPNトランジスタ94はオフしていて、2次側出力端子が地絡していなければ、PNPトランジスタ103はオフし、NPNトランジスタ97もオフしているが、VOが立ち上る際に、NPNトランジスタ97がオンからオフに切り換わるより後にNPNトランジスタ94がオンからオフに切り換わるように(イニシャル・リセット回路がオンからオフに切り換わるように)、R85、R86、I76、C82などを設定することで、フリップ・フロップ73の状態は、イニシャル・リセット回路71が動作している時の状態、すなわち、NPNトランジスタ100がオフしている状態を保つようにできる。
On the other hand, after the time ta has elapsed since the power supply input voltage VIN was applied to the primary side input terminal, the
このため、定電圧回路81の出力電圧をV81、抵抗88、89の抵抗値をR88、R89とすると、2次側出力端子に発生する電源出力電圧VOは、式(7)の電圧となる。
VO=V81×(R88+R89)/R89 −−−(7)
次に、2次側出力端子が式(7)の状態から地絡状態になると、PNPトランジスタ103のベースからダイオード105を経由し抵抗88及び抵抗89に電流が流れ、PNPトランジスタ103がオンし、NPNトランジスタ97もオンし、NPNトランジスタ97のコレクタ電圧はL状態となるため、NPNトランジスタ100のベース電圧はH状態となり、NPNトランジスタ100はオンする。
For this reason, when the output voltage of the
VO = V81 × (R88 + R89) / R89 (7)
Next, when the secondary output terminal changes from the state of Expression (7) to the ground fault state, a current flows from the base of the
このため、NPNトランジスタ95、96のベース電圧はL状態となるので、パワーPNPトランジスタ104のベースには電流が流れなくなり、パワーPNPトランジスタ104はオフする。
Therefore, since the base voltages of the
以上より、2次側出力端子が地絡しても、パワーPNPトランジスタ104はオフするため、パワーPNPトランジスタ104に過電流の流れることはなく、過電流が流れることによる発熱は防止される。
As described above, even if the secondary output terminal is grounded, the
次に、電源入力電圧VINが緩やかに立ち上る場合について説明する。
電源入力電圧VINが緩やかに立ち上る場合、端子Bより端子Aの電圧は常に高くなり、こうした場合は、NPNトランジスタ94は常にオフ状態となり、イニシャル・リセット回路71からNPNトランジスタ100のベース電圧をL状態におとすように、フリップ・フロップ回路73に対してリセットをかけることはできなくなる。
Next, a case where the power supply input voltage VIN rises gently will be described.
When the power supply input voltage VIN rises gently, the voltage at the terminal A is always higher than the terminal B. In such a case, the
しかし、電源入力電圧VIN印加時におけるフリップ・フロップ回路73の初期設定用として、コンデンサ83と抵抗91を設けることで、それらによる時定数により、VIN印加直後は、コンデンサ83の端子間電圧はL状態で、NPNトランジスタ98をオンさせる電圧に上昇するには時間を要すため、NPNトランジスタ98はオフ、NPNトランジスタ99はオンし、NPNトランジスタ100のベース電圧はL状態となり、電源出力電圧VOの立ち上りは可能となる。
しかしながら上記のような従来の電源装置は、2次側出力端子に接続される負荷や平滑コンデンサなどにより、電源出力電圧VOの立ち上りが遅くなることで、PNPトランジスタ103、NPNトランジスタ97がオンからオフに切り換わる方が、NPNトランジスタ94がオンからオフに切り換わるよりも遅く、かつ、コンデンサ83に電流源80から抵抗91を経由して充電しNPNトランジスタ98がオンした後に、NPNトランジスタ97がオンからオフに切り換われば、NPNトランジスタ99はオフ、NPNトランジスタ98はオンとなり、NPNトランジスタ100はベース電圧がHでオン状態となるため、電源入力電圧VINを印加しても、電源出力電圧VOが立ち上らないといった問題があった。
However, in the conventional power supply device as described above, the rise of the power supply output voltage VO is delayed by a load or a smoothing capacitor connected to the secondary output terminal, so that the
また、1次側入力端子の供給電源のオン・オフ(入力のチャタリング)や供給電源の瞬間停止などによって、電源入力電圧VINが一瞬低下し、それにともない電源出力電圧VOも一瞬低下した場合、端子Aはコンデンサ82により電圧を保持するためNPNトランジスタ94はオフを保持し、フリップ・フロップ回路73にリセットをかける信号は送られず、電源出力電圧VOの一瞬の低下により、PNPトランジスタ103、NPNトランジスタ97がオンし、コンデンサ83の電圧がNPNトランジスタ98をオンさせる電圧まで達すると、NPNトランジスタ100のベース電圧はH状態となり、NPNトランジスタ100はオン状態を保持し、VINが復帰してもVOが復帰しないといった誤動作を生じやすいといった問題もあった。
Also, if the power supply input voltage VIN drops momentarily due to turning on / off of the power supply of the primary side input terminal (input chattering) or momentary stop of the power supply, etc., the power supply output voltage VO also drops momentarily. Since A holds the voltage by the
また、一旦、フリップ・フロップ回路73によりNPNトランジスタ100がオンした状態で、地絡保護が動作すると、その後、2次側出力端子の地絡状態が解除されても、電源出力電圧VOの電圧は上昇することなく、回路動作が復帰しないといった問題もあった。
Further, once the ground fault protection is activated while the
本発明は、上記従来の問題点を解決するもので、電源入力電圧の立ち上り時間や電源出力電圧の立ち上り時間に関係なく、電源出力電圧を正確に立ち上げることができ、また、供給電源のオン・オフ(入力のチャタリング)や供給電源の瞬間停止などによる電源入力電圧の一瞬低下にともない、電源出力電圧が一瞬低下した場合などにおいても、出力電圧を誤動作なく正確に復帰させることができ、また、出力端の地絡時にも地絡保護機能により過電流が流れることなく、それによる過熱も防止することができるとともに、地絡状態が解除された場合には、電源出力電圧を正確に復帰させることができる電源装置を提供する。 The present invention solves the above-described conventional problems. The power supply output voltage can be accurately raised regardless of the rise time of the power supply input voltage or the rise time of the power supply output voltage, and the power supply can be turned on. -When the power supply output voltage drops momentarily due to off (input chattering) or momentary stop of the power supply, etc., the output voltage can be accurately restored without malfunction, etc. In the event of a ground fault at the output end, the ground fault protection function prevents overcurrent from flowing and prevents overheating, and when the ground fault condition is released, the power supply output voltage is accurately restored. Provided is a power supply capable of
上記の課題を解決するために、本発明の請求項1に記載の電源装置は、電圧入力端子と電圧出力端子との間に接続され、前記電圧出力端子に接続された負荷回路へ出力する出力電圧を制御するトランジスタと、前記出力電圧と所定の基準電圧との誤差比較を行って前記トランジスタの制御端子を制御する誤差増幅部とを備えた電源装置であって、前記電圧出力端子の電圧が第1の出力電圧以下になったことを検出すると出力論理状態を切り換えて、前記トランジスタの制御端子から引く電流を所定値以下に変更する第1の出力電圧検出回路と、前記電圧出力端子の電圧が前記第1の出力電圧よりも小さい前記第2の出力電圧以下になったことを検出すると、出力論理状態を切り換えて前記誤差増幅部による前記トランジスタの制御を停止する第2の出力電圧検出回路とを更に備えている。
In order to solve the above problem, a power supply device according to
また、本発明の請求項2に記載の電源装置は、請求項1に記載の構成に加えて、前記電圧出力端子の電圧を検出して、その電圧が前記第2の出力電圧よりも大きい第3の出力電圧以下になったことを検出すると出力論理状態を切り換えて、前記負荷回路における消費電流が軽減するような前記負荷回路の動作状態に切り換える第3の出力電圧検出回路を更に備えている。 According to a second aspect of the present invention, in addition to the configuration of the first aspect, the power supply apparatus detects a voltage at the voltage output terminal, and the voltage is larger than the second output voltage. And a third output voltage detection circuit that switches the output logic state when detecting that the output voltage is 3 or less, and switches the operation state of the load circuit to reduce the current consumption in the load circuit. .
また、本発明の請求項3に記載の電源装置は、請求項1または請求項2に記載の電源装置であって、前記電圧入力端子と前記電圧出力端子の電圧関係に応じて、一次的に、前記第1の出力電圧検出回路による前記トランジスタの制御端子から所定以下の電流を引く動作を停止し、二次的に、前記誤差増幅部による前記トランジスタの制御を停止する手段を設けた構成としたことを特徴とする。
Moreover, the power supply device according to
また、本発明の請求項4に記載の電源装置は、請求項1または請求項2または請求項3に記載の電源装置であって、前記第1の出力電圧検出回路は、前記電圧出力端子が前記第1の出力電圧以下になると前記出力論理状態を切り換えるスイッチ素子を、前記トランジスタの制御端子に接続された抵抗と接地間に設け、前記電圧出力端子が前記第1の出力電圧以下になったことを検出すると、前記スイッチ素子により前記出力論理状態を切り換えて、前記抵抗と前記スイッチ素子とで形成した電流経路を通じて、前記トランジスタの制御端子から所定以下の電流を引くよう構成したことを特徴とする。
A power supply device according to claim 4 of the present invention is the power supply device according to
以上により、電圧出力端子が第2の出力電圧検出回路での検出電圧である第2の出力電圧以下では、誤差増幅部を停止することにより、地絡時の出力電圧による過電流を防止するとともに、電圧出力端子が第1の出力電圧検出回路での検出電圧である第1の出力電圧以下では、スイッチ素子をオンさせることにより、電圧出力端子からの電圧出力を起動することができる。 As described above, when the voltage output terminal is equal to or lower than the second output voltage that is the detection voltage in the second output voltage detection circuit, the error amplifying unit is stopped to prevent overcurrent due to the output voltage at the time of the ground fault. When the voltage output terminal is equal to or lower than the first output voltage that is the detection voltage in the first output voltage detection circuit, the voltage output from the voltage output terminal can be activated by turning on the switch element.
以上のように本発明によれば、電圧出力端子が第2の出力電圧検出回路での検出電圧である第2の出力電圧以下では、誤差増幅部を停止することにより、地絡時の出力電圧による過電流を防止するとともに、電圧出力端子が第1の出力電圧検出回路での検出電圧である第1の出力電圧以下では、スイッチ素子をオンさせることにより、電圧出力端子からの電圧出力を起動することができる。 As described above, according to the present invention, when the voltage output terminal is equal to or lower than the second output voltage that is the detection voltage in the second output voltage detection circuit, the output voltage at the time of the ground fault is stopped by stopping the error amplifying unit. The voltage output from the voltage output terminal is activated by turning on the switch element when the voltage output terminal is equal to or lower than the first output voltage that is the detection voltage in the first output voltage detection circuit. can do.
そのため、出力端子に重い負荷や平滑コンデンサが接続される等の影響で出力電圧の立ち上り時間が遅くなったり、あるいは早くなっても、入力電圧の立ち上り時間や出力電圧の立ち上り時間に関係なく、出力電圧を正確に立ち上げることができる。 Therefore, even if the output voltage rise time becomes slow or fast due to the influence of a heavy load or a smoothing capacitor connected to the output terminal, the output voltage is output regardless of the rise time of the input voltage or the rise time of the output voltage. The voltage can be raised accurately.
また、入力端への供給電源オン・オフや入力端への入力チャタリングや入力端への供給電源瞬停などによる入力電圧の一瞬低下にともない、出力電圧が一瞬低下した場合などにおいても、出力電圧を誤動作なく正確に復帰させることができる。 In addition, even when the output voltage drops momentarily due to a momentary drop in the input voltage due to power supply on / off to the input terminal, input chattering to the input terminal, instantaneous power supply to the input terminal, etc. Can be accurately restored without malfunction.
また、出力端の地絡時にも地絡保護機能により過電流が流れることなく、それによる過熱も防止することができるとともに、地絡状態が解除された場合には、出力電圧を正確に復帰させることができる。 In addition, the ground fault protection function prevents overcurrent from flowing even when a ground fault occurs at the output end, and can prevent overheating, and when the ground fault condition is canceled, the output voltage is accurately restored. be able to.
以下、本発明の実施の形態を示す電源装置について、図面を参照しながら具体的に説明する。
図1は本実施の形態にかかる電源装置の構成を示す回路ブロック図である。ここでは、制御素子と負荷回路を直列に接続して出力電圧の安定化を図る直列制御型電源装置において、制御素子としてパワーPNPトランジスタ2を使用した場合について説明する。
Hereinafter, a power supply device according to an embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a circuit block diagram showing the configuration of the power supply device according to the present embodiment. Here, a case will be described in which a
図1において、1は電源電圧供給源である電源、2は制御素子であるパワーPNPトランジスタ、3は電圧出力端子D1の電圧波形を平滑する平滑コンデンサ、4〜15、27、50は抵抗、16、17はコンデンサ、18〜23はNPNトランジスタ、24、25、26は基準電圧源、28、29、30は電流源、31は増幅器、32、33、34は比較器、35は電圧出力端子D1に接続された負荷回路、36は電圧出力端子D1が第3の出力電圧になったことを検出する第3の出力電圧検出回路、37は電源出力電圧と基準電圧との誤差比較を行う誤差増幅部、38は電圧出力端子D1が第1の出力電圧になったことを検出する第1の出力電圧検出回路、39は電圧出力端子D1が第2の出力電圧になったことを検出する第2の出力電圧検出回路、40は電圧入力端子D2と電圧出力端子D1との間の電位差を検出する入出力間電位差検出回路であり、41〜49はそれぞれノードを示す符号である。
In FIG. 1,
そして、負荷回路35とパワーPNPトランジスタ2は電源1に対して直列に接続され、誤差増幅部37を構成する増幅器31は、電圧出力端子D1に出力される電源出力電圧VOを抵抗4,5の直列回路で抵抗分割した電圧と、基準電圧源24の電圧とを誤差比較して、誤差電圧に応じた誤差出力信号を出力する。その誤差出力信号をNPNトランジスタ18,19で更に増幅してパワーPNPトランジスタ2の制御端子であるベースを駆動する。これらの素子は負帰還ループを構成しており、誤差電圧がゼロになるように制御され、電圧出力端子D1から安定な直流電圧が出力される。これにより、定常時の直流電圧電源装置としての基本動作である出力電圧の安定化動作が行われる。本発明が問題としている、電源投入時の回路動作については以下に述べる。
The
図2は本実施の形態にかかる電源装置の回路動作を説明するための図であり、電源投入時におけるノード41およびノード42の電圧波形を示している。図2において、期間51はNPNトランジスタ20がオンしノード48が約0.2Vになる期間、期間52はNPNトランジスタ21がオフし誤差増幅部37によりパワーPNPトランジスタ2のベースを駆動できる期間、期間53は第3の出力電圧検出回路36により負荷回路35の消費電流が軽減される期間、V1は比較器32の出力が切り換わる時のノード42の電圧、V2は比較器33の出力が切り換わる時のノード42の電圧、V3はノード49が切り換わる時のノード42の電圧である。ここでは、V1とV2とV3とは、それぞれV1>V3>V2で表される大小関係となるように設定している。
FIG. 2 is a diagram for explaining the circuit operation of the power supply device according to the present embodiment, and shows voltage waveforms at the
まず、1番目に、電源1によりノード41に電圧を印加した時のノード42の立ち上りについて、図2を参照しながら説明する。
ノード41に電圧が印加されるとノード42の初期値は0Vであるが、ノード42がV2以下では、比較器32の出力であるノード45はHでNPNトランジスタ20はオンしノード48は約0.2Vとなり、ノード41の電圧をV41、パワーPNPトランジスタ2のエミッタ・ベース間電圧をVBE2、抵抗15の抵抗値をR15とすると、パワーPNPトランジスタ2のベース電流IB2は式(1)のようになる。
IB2=(V41−VBE2−0.2V)/R15 −−−(1)
なお、ノード42がV2以下では、ノード47はHでNPNトランジスタ21はオンしノード46をLにおとしているため、誤差増幅部37によりパワーPNPトランジスタ2のベース電流を駆動することはなく、かつ第3の出力電圧検出回路36により負荷回路35の消費電流は軽減されている。
First, the rise of the
When a voltage is applied to the
IB2 = (V41−VBE2−0.2V) / R15 −−− (1)
When the
以上より、ノード42がV2以下では、式(1)に示すパワーPNPトランジスタ2のベース電流によりノード42の電圧は上昇していく。パワーPNPトランジスタ2のhfeをhfe2、ノード42がV3以下で負荷回路35の消費電流が軽減された時の消費電流をI35とすると、ノード42が立ち上るためには、式(2)を満たす必要がある。
I35<hfe2×IB2 −−−(2)
ただし、後述のようにIB2の値を大きく設定し過ぎると、ノード42により地絡時のパワーPNPトランジスタ2を流れる電流が大きくなり、発熱するため、式(2)を満たす範囲内で最適な値に設定する必要がある。
From the above, when the
I35 <hfe2 × IB2 --- (2)
However, if the value of IB2 is set too large as will be described later, the current flowing through the
また、ノード42がV2より大きいV3以下において、負荷回路35の消費電流を軽減している理由は、式(2)のI35を少しでも小さくしIB2の設定値を少しでも小さくできるようにするためである。仕様としては、ノード42がV3以下の時は、第3の出力電圧検出回路36からのノード49により、負荷回路35をスタンバイ状態にしたり、動作を止めたりすることを想定している。もし、V3以下で負荷回路35の消費電流を軽減しなくても、式(2)の関係かつノード42の地絡時の発熱(過電流)に対する規格を満足できれば、第3の出力電圧検出回路36による負荷回路35での消費電流の軽減は実施しなくても良い。
The reason why the current consumption of the
ノード42の電圧がV2以上になると、比較器33の出力であるノード47はLに切り換わり、NPNトランジスタ21はオフして誤差増幅部37が動作し、パワーPNPトランジスタ2のベース電流駆動能力が大きくなるため、ノード42の立ち上り速度は早くなる。
When the voltage of the
そして、ノード42がV3になると、負荷回路35の消費電流が軽減モードから通常モードに切り換わる。この時には、誤差増幅部37は動作しているため、負荷回路35における消費電流が増加してもノード42の立ち上りは若干遅くなる程度で支障は生じない。なお、図2においては、V3はV1とV2の間に設定しているが、V2以上であれば特に問題はない。また、ノード42がV1になると、比較器32の出力であるノード45はLとなりNPNトランジスタ20はオフするが、この時、誤差増幅部37は動作状態にあるため、その後のノード42の上昇に支障は生じない。
When the
以上のように、ノード41に電源電圧供給源から電圧を印加した時、ノード42は立ち上るが、図2において、期間51と期間52を重ねている理由は、期間の切り換わり時にノード42の電圧上昇が途中で停止(ロック)してしまうことを防止するためであり、もし、期間51と期間52の両方に属さない期間が間にあれば、パワーPNPトランジスタ2のベース電流を駆動しない期間が発生し、ノード42は途中の電圧で停止することになり、また、期間51と期間52の切り換わりが同時に行われる設定の場合においても、誤差増幅部37には位相余裕をとるためのコンデンサ16、17等があることからも、NPNトランジスタ20がオンからオフに切り換わると同時に誤差増幅部37によりパワーPNPトランジスタ2のベースから電流を引く早い応答能力はなく、ノード42は少し低下し、再び誤差増幅部37は停止でNPNトランジスタ20がオンするモードに戻り、以上の動作を期間51と期間52の切り換わり付近で繰り返すことになり、ノード42は本来の値まで上昇することができなくなる。
As described above, when a voltage is applied to the
なお、期間51において、パワーPNPトランジスタ2のベースから抵抗15を経由しNPNトランジスタ20に流れる電流は、図1の構成では、式(1)のように設定されているが、抵抗15で電流値を決めるのでなく、NPNトランジスタ20のコレクタから定電流を引く構成にしても同様であり、ノード41の電圧の影響を小さくできるメリットもあるが、抵抗15で電流値を決める場合、図1のように比較的簡単に構成することができる。
In the period 51, the current flowing from the base of the
次に、2番目として、電源1にてノード41に電圧を印加することでノード42に所定の電圧を発生した状態にて、ノード42が地絡された場合の動作を説明する。
ノード42が図2におけるV2以下になると、すなわち、抵抗9、10の抵抗値をR9、R10、基準電圧源26の電圧をV26とし、ノード42が、式(3)の状態になると、
V42<V26×(R9+R10)/R10 −−−(3)
第2の出力電圧検出回路39によりノード46はLにおち誤差増幅部37は停止し、この時、第1の出力電圧検出回路38におけるNPNトランジスタ20はオンしているため、パワーPNPトランジスタ2のベース電流は、前述の式(1)のようになる。また、この時のパワーPNPトランジスタ2のコレクタ電流IC2は、パワーPNPトランジスタ2のhfeをhfe2とすると、式(4)のようになる。
IC2=hfe2×IB2 −−−(4)
このため、ノード42が地絡した時のパワーPNPトランジスタ2のコレクタ電流は、抵抗15の抵抗値を大きくすると小さい電流とすることができる。ただし、前述のように地絡していない通常状態でのノード42の起動を確実に行えるようにするため、負荷回路35での消費電流をパワーPNPトランジスタ2から供給できるようにパワーPNPトランジスタ2のベース電流を抵抗15により設定する必要がある。
Next, the operation when the
When the
V42 <V26 × (R9 + R10) / R10 −−− (3)
The
IC2 = hfe2 × IB2 (4)
For this reason, the collector current of the
次に3番目として、上記のようにノード42が地絡した状態(地絡保護が動作した状態)から、なんらかの要因により地絡状態が解除された場合について説明する。
ノード42が地絡した状態から地絡が解除されると、式(4)に示す電流IC2が負荷回路35、平滑コンデンサ3に流れることで、ノード42の電圧は上昇していき、地絡が解除されてからのノード42は、1番目に説明した図2に示すノード41に電圧を印加した時のノード42の立ち上り波形と同一になり、ノード42は本来の設定電圧に復帰することができる。
Next, the case where the ground fault state is canceled due to some factor from the state where the
When the ground fault is released from the state in which the
以上のように、1番目にノード41に電圧を印加した時のノード42の立ち上り、2番目にノード42が地絡した時の動作、3番目にノード42の地絡が解除された時のノード42の電圧の立ち上り(復帰)を説明したが、ノード42が地絡状態にない通常状態においては、ノード41の電圧の立ち上りが遅くても早くても、また、平滑コンデンサ3や負荷回路35の影響でノード42の立ち上りが遅くても早くても、また、ノード41の瞬停やチャタリングによりノード42が一瞬低下するようなことがあっても、ノード42の電圧が図2の期間51にあればパワーPNPトランジスタ2のベースから式(1)の電流を引き、ノード42の電圧が図2の期間52にあれば、パワーPNPトランジスタ2のベースから誤差増幅部37により電流を引くことで、ノード42は必ず本来の設定値に上昇することができる。
As described above, the rise of the
なお、入出力間電位差検出回路40の目的及び動作については、下記のようになる。
入出力間電位差検出回路40がなければ、例えば、ACアダプタを使用時にはノード41に、電池使用時にはノード42に電圧を印加することで負荷回路35を動作させるような動作仕様にすると、ノード41へのACアダプタ電圧の印加からノード42への電池電圧の印加に切り換えた後にノード41の電圧低下が遅かった場合、ノード42への電池電圧印加で使用している際になんらかの要因で一瞬ノード41に電圧が印加された場合、ノード42からパワーPNPトランジスタ2のコレクタに電流が流れ込み、パワーPNPトランジスタ2のエミッタから電流が流れ出すといったパワーPNPトランジスタ2における逆流が生じる。この場合、ノード42に電池電圧を印加して負荷回路35を動作させているが、ノード41に接続された回路へも電流を供給することになり、無駄な電流を消費することになり、電池の寿命を短くすることになる。
The purpose and operation of the input / output potential
If there is no inter-input / output potential
しかし、入出力間電位差検出回路40を設け、ノード41の電圧よりノード42の電圧が大きくなるとNPNトランジスタ22、23がオンするように、入出力間電位差検出回路40を設定することで、誤差増幅部37は停止し、第1の出力電圧検出回路38のNPNトランジスタ20もオフするため、パワーPNPトランジスタ2のベースから電流は引かれることはなく、パワーPNPトランジスタ2に電流が流れることはなくなる。
However, by providing the inter-input / output potential
本発明の電源装置は、電源入力電圧や電源出力電圧の立ち上り速度がどのような状態でも、また入力電圧や出力電圧が一瞬低下しても、電源出力電圧は確実に立ち上るとともに、出力端子が地絡状態から解除された場合にも、電源出力電圧は正確に復帰することができるものであり、電源装置における出力端子の地絡時の保護技術に適用できる。 In the power supply device of the present invention, the power supply output voltage rises reliably and the output terminal is grounded regardless of the rising speed of the power supply input voltage or power supply output voltage, or even if the input voltage or output voltage drops momentarily. The power supply output voltage can be accurately restored even when released from the fault state, and can be applied to a protection technique at the time of a ground fault of the output terminal in the power supply device.
1 電源
2 パワーPNPトランジスタ
3 平滑コンデンサ
4〜15、27、50 抵抗
16、17 コンデンサ
18〜23 NPNトランジスタ
24〜26 基準電圧源
28〜30 電流源
31 増幅器
32〜34 比較器
35 負荷回路
36 第3の出力電圧検出回路
37 誤差増幅部
38 第1の出力電圧検出回路
39 第2の出力電圧検出回路
40 入出力間電位差検出回路
41〜49 ノード
51 NPNトランジスタ20がオンしノード48が約0.2Vになる期間
52 NPNトランジスタ21がオフし誤差増幅部37によりパワーPNPトランジスタ2を駆動できる期間
53 第3の出力電圧検出回路36により負荷回路35の消費電流が軽減される期間
D1 電圧出力端子
D2 電圧入力端子
V1 比較器32の出力が切り換わる時のノード42の電圧
V2 比較器33の出力が切り換わる時のノード42の電圧
V3 ノード49が切り換わる時のノード42の電圧
71 イニシャル・リセット回路
72 短絡検出回路
73 フリップ・フロップ回路
74 エラーアンプ
75〜80 電流源
81 定電圧回路
82、83 コンデンサ
84〜91 抵抗
92〜100 NPNトランジスタ
101〜103 PNPトランジスタ
104 パワーPNPトランジスタ
105、106 ダイオード
VIN 1次側入力端子に印加される電圧
VO 2次側出力端子に出力される電圧
A、B、C 信号
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power supply 2 Power PNP transistor 3 Smoothing capacitor 4-15, 27, 50 Resistance 16, 17 Capacitor 18-23 NPN transistor 24-26 Reference voltage source 28-30 Current source 31 Amplifier 32-34 Comparator 35 Load circuit 36 3rd Output voltage detection circuit 37 error amplifier 38 first output voltage detection circuit 39 second output voltage detection circuit 40 input-output potential difference detection circuit 41 to 49 node 51 NPN transistor 20 is turned on and node 48 is about 0.2V Period 52 period during which the NPN transistor 21 is turned off and the power PNP transistor 2 can be driven by the error amplifier 37 53 period during which the current consumption of the load circuit 35 is reduced by the third output voltage detection circuit 36 D1 voltage output terminal D2 voltage Input terminal V1 No when the output of comparator 32 switches 42 voltage V2 voltage of node 42 when output of comparator 33 switches V3 voltage of node 42 when node 49 switches 71 initial reset circuit 72 short circuit detection circuit 73 flip-flop circuit 74 error amplifier 75-80 Current source 81 Constant voltage circuit 82, 83 Capacitor 84-91 Resistance 92-100 NPN transistor 101-103 PNP transistor 104 Power PNP transistor 105, 106 Diode VIN Voltage applied to primary side input terminal VO Secondary side output terminal Output voltage A, B, C signal
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