JPS586013Y2 - 直流電源回路における保護回路 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は直流電源回路における保護回路に係り、スイッ
チングレギュレータ又はこれに類した直流電源回路より
安定な直流電圧を出力させるために誤差増幅器で比較さ
れる基準電圧を、簡単な回路構成により犬なる時定数を
もってゆっくり立上る電圧としえ、かつ動作電圧を任意
に可変でき、しかも、周囲温度が所定値以上になった時
電源回路を動作させずもって電源回路の部品素子破壊を
防止して安定に電源回路を起動せしめうる保護回路を提
供することを目的とする。

第１図は一般的な直流電源回路の一例の回路系統図を示
す。

同図において、入力端子１より入来した交流電圧は整流
回路２で整流されて直流電圧とされた後、スイッチング
回路（図示せず）より構成されるＤ Ｃ−Ｄ Ｃコンバ
ータ３及びフィルタ４を介して所定値の直流電圧とされ
、出力端子５よりとり出され負荷（図示せず）に印加さ
れる。

一方、負荷に印加される上記出力直流電圧は可変抵抗器
ＶＲにより分圧されて誤差増幅器６に供給され、ここで
基準電圧発生回路（図示せず）よりの基準電圧ＶＳとレ
ベル比較され誤差が検出される。

この誤差増幅器６より取り出された比較誤差電圧はパル
ス幅変調回路７に供給され、ここでパルス発生器８より
のパルス幅及び周期一定のパルスをパルス幅変調する。

このパルス幅変調波は、上記誤差増幅器６に印加される
分圧直流電圧が基準電圧よりも犬なるときは所定のパル
ス幅よりも狭くなり、かつ小なるときは広くなるように
変調サレる。

このパルス幅変調波はＤＣ−ＤＣコンバータ３のスイッ
チング回路（図示せず）に印加され、例えば２個設けら
れたスイッチングトランジスタの導通期間を制御する。

なお、このとき２個のスイッチングトランジスタが同時
にオンすることはない。

これにより、Ｄ（、−ＤＣコンバータ３よりスイツチン
グトランジスタの導通期間に対応したパルス幅のパルス
が出力され、出力端子５より常に一定の安定化された直
流電圧が出力される。

このような一般の直流電源回路において、整流回路２よ
りの直流電圧は交流電源電圧を整流、平滑して得ている
ために、ＡＣ電源投入直後から一定の時定数をもって除
々に立上り、電源投入時点から一定時間は所定の動作電
圧値よりも小であり、その後所定の動作電圧となる。

一方、基準電圧Ｖｓは直流電圧であり、可変抵抗器ＶＲ
の分圧出力が極めて小となる上記の一定時間においては
分圧出力に比し相対的に極めて犬となるため、パルス幅
変調回路７より極めてパルス幅の長いパルスが出力され
、スイッチングトランジスタ等を破壊することがあった
。

また、あるいは上記の誤動作により出力端子５よりの直
流電圧が電源投入時以降しばらくの間振動することがあ
った。

従って、上記の如き直流電源回路（ここではスイッチン
グレギュレータ）においては、電源投入後動作電圧に達
するまでは回路を動作させないようにし、かつ動作電圧
に達してから基準電圧ＶＳを除々に上昇させる必要があ
る。

これにより、基準電圧ＶＳが零のときは、パルス幅変調
回路７の出力パルスのパルス幅が極めて小か零であるた
め、スイッチングトランジスタの導通期間が極めて短か
くあるいは導通しないのでスイッチングトランジスタの
破壊を防止することができる。

従来は、基準電圧の上記制御のための回路を付加してい
ないものがあり、また基準電圧を摺動抵抗器などにより
電源投入後手動でその都度可変する方法も考えられるが
、操作が煩雑でかつ誤操作する虞れが犬であり、一方、
精度の良い直流電圧を得るためには基準電圧発生回路と
して高精度のものを必要とし、摺動抵抗器を使用する方
法は実際には実現不可能である。

このため、基準電圧を電源投入時点々に上昇することに
より電源回路を保護するためには、基準電圧ＶＳを得る
基準電圧発生回路に伺らかの保護回路を必要とした。

又、温度上昇に伴う異常電圧によってスイッチング電源
システムを破壊しないようにするためには、温度がある
値に達した際、基準電圧ＶＳをなくして回路を保護をす
る必要がある。

第２図は従来の保護回路の一例の回路示を示す。

同図中、■ｃｃはＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧で、
その入力端子と接地との間には抵抗Ｒ１及びポジスタ等
の感熱抵抗素子Ｒ２が接続されており、抵抗Ｒ１とＲ２
との間にはトランジスタＱ１が接続されており、トラン
ジスタＱ１のコレクタと端子Ｖｃｃとの間には抵抗Ｒ３
が接続されている。

ここで、通常時は抵抗Ｒ２の抵抗値は小であるのでトラ
ンジスタＱ１のベース電位は低く、これにより、トラン
ジスタＱ１はオフであり、そのコレクタよりハイレベル
の信号がとり出される。

このため、後続の基準電圧発生回路（図示せず）の基準
電圧ＶＳの値はそのままであり、通常の動作が行なわれ
る。

いま、温度上昇に伴い抵抗Ｒ２の抵抗値が増大するとト
ランジスタＱ１のベース電位は上昇し、これにより、ト
ランジスタＱ、はオンとなりそのコレクタよりローレベ
ルの信号がとり出され、基準電圧発生回路の基準電圧■
ｓを零にし、温度上昇に伴う異常電圧発生を防止する。

然るに、この従来の保護回路は温度保護に関する構成の
みであるので、第１図に示す如き直流電源回路の基準電
圧発生回路及び保護回路を構成する際、この温度に関す
る保護回路の外に別個に基準電圧発生回路及び電源投入
時における保護回路を必要とし、簡単かつ安価に構成し
得ない等の欠点があった。

本考案は上記欠点を除去したものであり、以下第３図及
び第４図と共にその一実施例について説明する。

第３図は本考案回路及び基準電圧発生回路の一実施例の
具体的回路を示す。

同図において、ＶＥＥはＡＣ電源電圧を整流平滑して得
られた直流電圧で、この電圧入力端子と接地間には、抵
抗Ｒ４、ポジスタ等の感熱抵抗素子Ｒ５及び図示の向き
のツェナーダイオードＺＤ１が直列に接続される一方、
抵抗Ｒ３、ＰＮＰトランジスタＱのエミッタコレクタ、
抵抗Ｒ７及び図示の向きのツェナーダイオードＺＤ２が
直列に接続されている。

上記ツェナーダイオードＺＤ２はコンデンサＣ２、抵抗
Ｒ８と並列接続されている。

またトランジスタＱ２のベースは上記抵抗Ｒ４及びコン
デンサＣ１を夫々並列に介して上記電圧ＶＥＥの入力端
子に接続されている。

次に上記回路の動作につき説明するに、ＡＣ電源投入に
より電圧■Ｆ、ｏは除々に上昇し始める。

電圧■ＥＥがツェナーダイオードＺＤ１ のツエナ一電
圧■Ｚ１よりも小なるときは、ツェナーダイオードＺＤ
１にツェナー電流ｉ が流れないため、トランジスタ
Ｑ２のベース電位は略ＶＥＥである。

従って、トランジスタＱ２はオフの状態にある。

従って、このときトランジスタＱ２のコレクタ電位は零
ボルトであり、コンデンサＣ２の両端間の電圧、すなわ
ち基準電圧ＶＳは零ボルトで、電源回路は起動しない。

漸次上昇し続ける電圧■ＥＥがやがてツェナー電圧■Ｚ
１よりも犬になると、ツェナー電流ｊＤｔが流れ、抵抗
Ｒ４，Ｒ３の比によってトランジスタＱ２のベースに電
流が流れトランジスタＱ２はオン状態に近づく。

このときのベース電流は急激に増加せず、コンデンサＣ
１、抵抗Ｒ５により主として決まる立上り時定数（本明
細書ではレベルの絶対値が増加することを「立上り」と
いうものとする）に従って漸次増加する。

すなわち、このことにつき更に詳細に説明するといまコ
ンデンサＣ１の両端間の電圧を■１、抵抗Ｒ４とＲ５と
の接続点と接地間の電位を■２とすると、もし■、（■
２が成立し、コンデンサＣ１の両端子９，９′間からト
ランジスタＱ２を見込んだインピーダンスをωとおくと
、次式が成立する。

■ＥＥ＝■１＋■２″ｉ■２（１） ＋”＋ ｉｏ、＝Ｖ２− ＶＺ１／Ｒ，＝ＶＥＥ−ＶＺ
１／Ｒ５（２）従って、 但し、％はコンデンサＣ１の初期電荷であるが０とする
。

よって（３）式より電圧■１は となり、積分回路の出力電圧を呈しているので、ステッ
プ状の電圧レスポンは の形になる。

従って、電圧ＶＥＥは除々に増加しているので厳密には
（５）式のようにはならないが、はぼコンデンサＣ１と
抵抗Ｒ７の値により定まる時定数で略指数関数的に上昇
する。

従って、トランジスタＱ２のコレクタ電流も除徐に増加
し、これに伴いコンデンサＣ２の両端間の電圧も除々に
上昇し始め、トランジスタＱ２のコレクタ電位がツェナ
ーダイオードＺＤ２のツェナー電圧■Ｚ２を越えると、
コンデンサＣ２の両端間の電圧、すなわち基準電圧Ｖｓ
はこのツェナー電圧■Ｚ２に向って指数関数的に上昇す
る。

第４図は上記の各電圧波形を示すもので、Ｉ。

１１、ｌは夫々■ＥＦ、、トランジスタＱ２のコレクタ
電位及び基準電圧Ｖｓを示す。

このように、ツェナー電圧■Ｚ１を所定の動作電圧を勘
案して設定することにより、基準電圧ＶＳは動作電圧以
下では零で電源回路を動作させず、動作電圧に達した後
に所定の基準電圧値に達するまでの時間は２つのコンデ
ンサＣ１，Ｃ２による夫夫の立上り時定数により従来に
くらべてよりゆるやかに上昇させられるため、電源回路
を安定に起動させることができ、誤動作によるスイッチ
ングトランジスタ等の部品素子の破壊を防止保護するこ
とができる。

しかも、抵抗Ｒ４，Ｒ５の抵抗値を可変したりあるいは
、ツェナー特性の異なるツェナーダイオードＺＤ１を用
いたりすることにより、動作電圧を任意に変化させるこ
とができ電圧ミューティングも兼ねることができ、電源
回路の安定起動及び信頼性向上に大なる効果がある。

この状態で周囲温度（即ち抵抗Ｒ６の温度）が上昇して
時刻ｔ１である値に達したとすると、抵抗Ｒ５の抵抗値
は急激に増大し、これにより、ツェナーダイオードＺＤ
、に流れるツェナー電流ｉＤ１は急激に減少する。

このため、トランジスタＱ２のベース電位は低下してト
ランジスタＱ２はオフとなり、そのコレクタ電圧も低下
し、基準電圧Ｖｓは抵抗Ｒ８とコンデンサＣ２とによる
時定数Ｒ８Ｃ２で低下し始め、やがて略零■になる。

周囲温度が再び元の値に戻ると、抵抗Ｒ５の抵抗値は減
少し、再びトランジスタＱ２はオンとなり、元の通常状
態となる。

このように、周囲温度が上昇しある値に達すると基準電
圧■ｓが略零■に下降するので、第１図に示す如き直流
電源回路に適用した場合、回路の異常動作、又はシステ
ム内の半導体素子の破壊を未然に防止し得る。

なお、本実施例では基準電圧として正電圧を得る場合に
ついて説明したが、第３図示の回路においてトランジス
タをＮＰＮ型に、またツエナーダイオードＺＤ１．ＺＤ
２の向き、あるいは電圧■ＥＥの極性等を考慮すること
により、負電圧の基準電圧を得ることもできる。

またバイポーラ・トランジスタＱ２の代りに電界効果ト
ランジスタを用いても同様に基準電圧を制御することが
できる。

又、本実施例における温度に関する保護手段は、コンデ
ンサＣとツェナーダイオードＺＤ２とを用いてトランジ
スタＱ２のコレクタ電圧がツェナー電圧■Ｚ２以上にな
った時基準電圧Ｖｓを再び立上らせる如き構成とした基
準電圧発生回路に適用したが、これに限定されることは
なく、基準電圧ＶｓをトランジスタＱ２の立上りと共に
連続的に立上らせる如き構成とした基準電圧発生回路に
も同様に適用し得る。

上述の如き、本考案になる直流電源回路における保護回
路は、交流電源電圧を整流して得た直流電圧が所定レベ
ル以上の時に定電圧出力動作を行なう定電圧用半導体素
子と、該素子の動作により動作せしめられるトランジス
タと、該トランジスタの動作により所定立上り時定数を
以て漸次レベル変化する電圧を基準電圧として出力する
コンデンサと、周囲温度が所定値以下の時該トランジス
タより出力をとり出し得る状態にせしめ所定値以上の時
該トランジスタより出力をとり出し得ない状態にせしめ
る感熱抵抗素子とよりなり、上記直流電圧が上記定電圧
用半導体素子の定電圧動作電圧より小の時及び所定温度
以上の時電源回路を動作させず、上記直流電圧が定電圧
動作電圧以上の時でかつ所定温度以下の時上記基準電圧
を上記所定時定数を以て漸次レベル変化させるようにし
たため、単一のトランジスタ等よりなる極めて簡単な回
路構成により電源投入時の電源回路の部品素子の破壊を
防止して電源回路を保護することができ、交流電源電圧
を整流しで得た直流電圧が電源回路の動作電圧に達して
から基準電圧を従来にくらべてよりゆるやかにレベル変
化させるようにしたため、電源回路を安定に起動しえ、
また従来にくらべて信頼性を向上することができ、電源
回路の動作電圧を前記定電圧用半導体素子の特性を変え
るだけで従来にくらべて容易にしかも任意に可変設定す
ることができ、又、周囲温度が上昇しある値に達すると
電源回路が動作しないようにしであるため、回路の異常
動作又は後続回路の誤動作、システム内の半導体素子の
破壊等を未然に防止し得、この点からも信頼性を向上し
得、更に、電源投入時における回路保護と温度に対する
回路保護とを一つの回路で構成し得るため小形かつ安価
である等の特長を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般的な直流電源回路の一例の回路系統図、第
２図は従来の保護回路の一例の回路図、第３図は本考案
になる直流電源回路における保護回路及び基準電圧発生
回路の一実施例の回路図、第４図は第３図の動作説明用
電圧波形図である。 １・・・・・・交流電圧入力端子、３・・・・・・ＤＣ
−ＤＣコンバータ、５・・・・・・直流定電圧出力端子
、６・・・・・・誤差増幅器、Ｖｓ・・・・・・基準電
圧、Ｑ２・・・・・・トランジスタ、ＺＤｌ・・・・・
・ツェナーダイオード、Ｒ５・・・・・・感熱抵抗素子
。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 直流定電圧の分圧出力と基準電圧とを誤差増幅器により
   レベル比較してその比較誤差出力により、交流電源電圧
   を整流して得た直流電圧をスイッチング制御して所定の
   直流定電圧を出力する直流電源回路において、該交流電
   源電圧を整流して得た直流電圧が所定レベル以上のとき
   に定電圧出力動作を行なう定電圧用半導体素子と、該定
   電圧用半導体素子の動作により動作せしめられるトラン
   ジスタと、該トランジスタの動作により所定立上り時定
   数を以て漸次レベル変化する電圧を上記基準電圧として
   出力するコンデンサと、周囲温度に応じて抵抗値が変化
   し該周囲温度が所定温度以下の時該トランジスタより出
   力をとり出し得る状態にせしめ所定温度以上の時該トラ
   ンジスタより出力をとり出し得ない状態にせしめる感熱
   抵抗素子とよりなり、上記直流電圧が上記定電圧用半導
   体素子の定電圧動作電圧より小の時及び上記周囲温度が
   所定温度以上の時電源回路を動作させず、上記直流電圧
   が上記定電圧用半導体素子の定電圧動作電圧以上の時で
   かつ上記周囲温度が所定温度以下の時上記基準電圧を上
   記所定時定数を以て漸次レベル変化させるよう構成した
   直流電源回路における保護回路。