JPH0625910U - 過電流防止回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 安定化回路とレギュレータ用トランジスタを
組合わせた大電流出力用の直流電源回路において、負荷
の短絡等によって過電流状態になったときに電力の損失
を極小に抑制し、且つ負荷側の異常状態が解消したとき
に通常の通電状態へ自動復帰させる過電流防止回路を提
供する。 【構成】 負荷2の短絡等による出力電圧の低下を電圧
検出回路3が検出し、出力制御回路4におけるQ3のベース
電圧の低下により［Q3をOFF→Q4をON→Q2をOFF］として
安定化回路1とレギュレータ用トランジスタQ1を同時にO
FFにする。一方、復帰パルス発生回路5はQ3のベースへ
継続時間の短い復帰パルスを出力させているが、負荷2
が異常状態のままでは電圧検出回路3から所定電圧が得
られないために復帰に寄与せず、負荷2の異常が解消し
た時点で正常な通電状態へ復帰させる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は過電流防止回路に係り、安定化回路とレギュレータ用トランジスタを 組合せた大電流出力用の直流電源回路において、過電流状態を検出して電流を遮 断し、また異常状態が解消したときに自動的に通電動作を復帰させる回路構成に 関する。

【０００２】

【従来の技術】

一般に、直流電源回路で商用電源を整流して電子機器へ直流定電圧を供給する 場合には、平滑コンデンサを用いてもリップルを含み、また電子機器の使用に対 して電圧変動が大きくなるため、安定化回路を用いて整流・平滑回路から得られ る直流電圧を安定化させている。 そして、最近では専用IC化された安定化回路が市販されており、外付け抵抗の 値を選択することにより出力電圧を可変設定する方法が採用されている。

【０００３】 しかし、出力電流が1A程度までの直流電源回路であれば安定化回路の出力をそ のまま利用することができるが、それ以上の電流(例えば、10〜20A)を流す必要 がある場合には電流容量が足りないため、前記の安定化回路とレギュレータ用ト ランジスタを組合せた回路構成を採用している。 図２はその代表的な回路を示し、例えば、安定化回路1の端子b-c間の基準電圧 は1.25Vとされており、抵抗R1を100〜500Ωとした場合に出力電圧VoはVo=1.25× (1＋R2/R1)で与えられ、その定電圧出力を維持しながら安定化回路1とレギュレ ータ用のPNPトランジスタQ1によって負荷2が必要とする電流が供給される。尚、 コンデンサC1は入力側に含まれるリップルを除去するために設けられており、安 定化回路1の入力端子aと出力端子bに接続されたコンデンサC2,C3は異常発振を防 止するために設けられている。

【０００４】 また、前記の回路において、PNPトランジスタQ1はそのコレクタ−エミッタ間 の耐電圧特性が整流後の電圧の最大値Vimaxから出力電圧の最小値Vominを差引い た電圧より十分に大きいものでなければならず、またコレクタ電流Icは出力電流 Ioの最大値を流す必要があるため、コレクタ損失PcmaxはPcmax≧(Vimax−Vomin) ×Iomaxとなり、この条件に対しても余裕をもって耐えるものが選択されなけれ ばならない。

【０００５】 ところで、負荷2が短絡した場合には、PNPトランジスタQ1の直流電流増幅率を h_FEとすると、安定化回路1による制限電流の約h_FE倍の電流と入力電圧にほぼ等 しい電圧の積として与えられる電力がPNPトランジスタQ1での電力損失Pcとなり 、非常に大きな電力損失が発生する。

【０００６】 このため、出力電流を検出し、予め設定された電流値を超えた場合に定電流状 態へ移行させたり、電流-電圧特性を所謂フの字垂下特性として出力電流を定格 電流の1/2〜1/3程度に抑制させる電流制限用回路を設けることが多い。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、出力電流が10A程度又はそれ以上である大電流用の直流電源回 路では、負荷の短絡時に前記のような定電流状態への移行制御やフの字垂下型の 制御による電流制限を行ってもレギュレータ用トランジスタでの電力損失は極め て大きく、通常時の２倍以上の電力損失が生じる場合も少なくない。また、電流 を制限しても負荷は通電状態となるために発火等の二次的事故を発生させる恐れ がある。

【０００８】 一方、フの字垂下型の制御で定格電流の1/5〜1/10程度にすれば前記の電力損 失を相当減少させることができるが、逆に負荷の短絡等が解消したときに自動復 帰させることが極めて困難であり、リセットボタンを設けておいて手動で復帰さ せる必要が生じる。

【０００９】 そこで、本考案は、安定化回路とレギュレータ用トランジスタを組合せた大電 流出力用の直流電源回路において、負荷の短絡等によって過電流状態になったと きに直ちに出力電流を遮断して殆ど電力損失が生じない状態とし、且つ負荷側の 異常状態が解消したときに通常の動作状態へ復帰させることが可能な過電流防止 回路を提供することを目的として創作された。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

本考案は、安定化回路で出力電圧を一定に保持しながらレギュレータ用トラン ジスタで大電流を出力させる直流電源回路において、出力電圧を検出する電圧検 出回路と、前記電圧検出回路の検出電圧が一定値以下の場合に安定化回路とレギ ュレータ用トランジスタをOFF状態にする出力制御回路と、前記出力制御回路のO FF制御状態からON制御状態への切換え信号として継続時間が0.1秒以下の信号を1 秒乃至10秒の間隔で間歇的に出力させる復帰信号発生回路を具備したことを特徴 とする過電流防止回路に係る。

【００１１】

【作用】

負荷の短絡等のように過電流が流れる場合においては出力電圧が低下するが、 その出力電圧は電圧検出回路によって検出されており、その検出電圧が一定値以 下に低下すると出力制御回路が安定化回路とレギュレータ用トランジスタをOFF 状態にする。 本考案では、電流制限方式と異なって電流を完全に遮断するために出力電流が 流れず、安定化回路とレギュレータ用トランジスタでの電力損失は極めて小さく なる。

【００１２】 一方、出力制御回路で安定化回路とレギュレータ用トランジスタが一旦OFF状 態にされるとそれを立上げるための信号が必要になり、また完全な立上げは出力 側の異常が回復した時点で行われなければならない。 本考案では、復帰パルス発生回路が常時出力する復帰信号で出力制御回路に復 帰動作を自動的に実行させることとし、その復帰信号は継続時間が0.1秒以下で あって出力の間隔が1秒乃至10秒とされている。これは、復帰信号によってその 都度一時的に安定化回路とレギュレータ用トランジスタがON状態になるため、継 続時間が長く、出力の間隔が短い復帰信号にすると電力損失が大きくなるからで ある。 そして、負荷側が正常状態に回復すると、前記の復帰信号によって出力制御回 路が安定化回路とレギュレータ用トランジスタをON状態にした際に電圧検出回路 で一定値より大きい電圧が検出されるようになり、そのまま正常な通電状態に復 帰させる。

【００１３】

【実施例】

以下、本考案の一実施例を図１を用いて詳細に説明する。 同図は図２に示した直流電源回路に本考案の過電流防止回路を適用した場合の 電気回路図を示し、電圧検出回路3と、出力制御回路4と、復帰信号発生回路5が 設けられている点に特徴がある。

【００１４】 ここに、電圧検出回路3は定電圧ダイオードD1と抵抗R5からなる直列回路と保 護抵抗6とで構成され、定電圧ダイオードD1のツェナー電圧は正常時における出 力電圧の約1/2程度に設定されている。 出力制御回路4は３個のスイッチング用NPNトランジスタQ2,Q3,Q4とベースバイ アス抵抗R8,R9とリップル除去用コンデンサC5,C6とで構成されており、前記の電 圧検出回路3の検出電圧がトランジスタQ3のベースへ入力されている。 また、復帰信号発生回路5はマルチバイブレータ等で構成された発振器5aとバ ッファ用NPNトランジスタQ5とベースバイアス抵抗R10とコレクタ負荷抵抗R11と 時定数回路(コンデンサC8と抵抗R12)と２個の整流用ダイオードD2,D3とで構成さ れており、1〜10秒程度の周期で継続時間が0.1秒程度のパルスを出力制御回路4 のトランジスタQ3のベースへ出力させるようになっている。

【００１５】 そして、この直流電源回路は次のように動作する。 先ず、負荷2が正常な状態にあり、安定化回路1とレギュレータ用トランジスタ Q1から通常の通電がなされている場合においては、電圧検出回路3の定電圧ダイ オードD1には逆方向電流が流れて抵抗R5の端子から所定の正電圧が得られるため 、出力制御回路4のトランジスタQ3はON状態になっている。 また、トランジスタQ3がONの状態ではトランジスタQ4のベース電圧がほぼ0Vに なってそのトランジスタQ4はOFF状態になり、トランジスタQ4のコレクタが接続 されているトランジスタQ2のベースには抵抗R8を介してバイアス電圧がそのまま 印加されるためにトランジスタQ2もON状態になる。 そして、その状態ではレギュレータ用のPNPトランジスタQ1のベースは出力制 御回路4のトランジスタQ2のコレクタに接続されているために抵抗R4を介してバ イアス電圧がそのまま印加され、ON状態を維持しながら出力側へ大電流を供給さ せる。

【００１６】 一方、負荷2が短絡した場合等のように出力側に異常が発生した時には出力電 圧が低下し、電圧検出回路3の定電圧ダイオードD1に逆方向電流が流れなくなる ために抵抗R5の端子電圧が0Vになる。

【００１７】 従って、出力制御回路4のトランジスタQ3にはベース電流が流れなくなってそ のトランジスタQ3がOFF状態になる。 そして、トランジスタQ3がOFF状態になると、トランジスタQ4のベース電圧は 抵抗R9を介してバイアス電圧がそのまま印加されることになり、トランジスタQ4 がON状態になる。 また、トランジスタQ4がON状態になるとトランジスタQ2のベースが接地された 状態になるため、トランジスタQ2がOFF状態になって安定化回路1の入力端子aへ の電力供給が停止されて安定化回路1がOFF状態になる。 更に、レギュレータ用のトランジスタQ1はPNP型であり、トランジスタQ2のコ レクタ電流がトランジスタQ1のベース電流に相当することから、トランジスタQ2 がOFF状態になることによりトランジスタQ1も同時にOFF状態になる。

【００１８】 以上の動作により、出力電圧の低下が検出されると安定化回路1への電力供給 用トランジスタQ2とレギュレータ用トランジスタQ1が同時にOFF状態になって出 力側への電流供給が遮断され、その結果、両トランジスタQ1,Q2での電力損失が 無視できる程度になる。また、負荷2に電流が流れなくなるために発火等の二次 的事故も防止できる。

【００１９】 ところで、前記の電流遮断状態においても、復帰信号発生回路5が復帰パルス を1〜10秒程度の周期でトランジスタQ3のベースへ出力させている。即ち、発振 器5aは前記の周期でパルスをバッファ用トランジスタQ5のベースへ出力させ、ト ランジスタQ5のコレクタから得られるパルスを時定数回路(C8,R12)とダイオード D2によって継続時間が0.1秒程度の正電圧復帰パルスとして出力させている。 従って、トランジスタQ3のベース電圧は前記復帰パルスが入力される度に一時 的に上昇し、出力制御回路4で(Q3がON→Q4がOFF→Q2がON)となってレギュレータ 用トランジスタQ1もON状態になるが、負荷2側で短絡等の異常状態が継続してい ると電圧検出回路3の出力は0Vのままであり、復帰パルスの継続時間が短いため に直ちに元の状態(電流遮断状態)へ戻る。そして、この際の電力損失は復帰パル スの出力条件が上記のように設定されているために極めて小さい損失にしかなら なず、異常状態にある負荷2にも影響を与えない。

【００２０】 一方、負荷側の異常状態が解消すると、前記の復帰パルスで一時的に立上げら れた安定化回路1とレギュレータ用トランジスタQ1の動作によって電圧検出回路3 からトランジスタQ3のベースへ正常動作時と同様の電圧が印加され、トランジス タQ3はON状態を維持する。 その結果、出力制御回路4におけるトランジスタQ4のOFF状態とトランジスタQ2 のON状態が維持されると共にレギュレータ用トランジスタQ1のON状態も維持され 、直流電源回路全体が通常の電流供給状態へ復帰する。

【００２１】 尚、ダイオードD3は正常時に電圧検出回路3に発生した電圧が復帰信号発生回 路5側へ印加されて誤動作を発生させないように挿入されている。 また、本実施例ではトランジスタQ2のベースバイアス用に通常の抵抗R8を用い ているが、それを定電流素子にしておけばトランジスタQ4がON状態になったとき に流れる電流による発熱を避けることができる。

【００２２】

【考案の効果】

本考案の過電流防止回路は、以上の構成を有していることにより、次のような 効果を奏する。 安定化回路で出力電圧を一定に保持しながらレギュレータ用トランジスタで大 電流を出力させる直流電源回路において、負荷の短絡等により過電流となる異常 状態が発生した場合に、直ちに出力電流を遮断して電力損失を極小にし、且つ負 荷側の異常が解消した時点で通常の通電状態へ自動復帰させることを可能にする 。従って、過電流状態の継続による消費電力を抑制できると共に負荷の二次的事 故の発生やレギュレータ用トランジスタの劣化も防止でき、更に負荷側の異常発 生原因を解消させるだけで正常な動作状態へ移行させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】直流電源回路に本考案の過電流防止回路を適用
した場合の電気回路図である。

【図２】安定化回路とレギュレータ用トランジスタを組
合せた従来の大電流出力用直流電源回路の電気回路図で
ある。

【符号の説明】

1…安定化回路、2…負荷、3…電圧検出回路、4…出力制
御回路、5…復帰信号発生回路、5a…発振器、C1〜C3,C5
〜C8…コンデンサ、D1…定電圧ダイオード、D2,D3…整
流用ダイオード、Q1…レギュレータ用PNPトランジス
タ、Q2〜Q5…NPNトランジスタ、R1〜R6,R8〜R12…抵
抗。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 安定化回路で出力電圧を一定に保持しな
   がらレギュレータ用トランジスタで大電流を出力させる
   直流電源回路において、出力電圧を検出する電圧検出回
   路と、前記電圧検出回路の検出電圧が一定値以下の場合
   に安定化回路とレギュレータ用トランジスタをOFF状態
   にする出力制御回路と、前記出力制御回路のOFF制御状
   態からON制御状態への切換え信号として継続時間が0.1
   秒以下の信号を1秒乃至10秒の間隔で間歇的に出力させ
   る復帰信号発生回路を具備したことを特徴とする過電流
   防止回路。