JP2004297927A - 過電流保護回路 - Google Patents
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Abstract
【課題】直流電源部の間欠出力もしくはトランスの間欠通電およびフィルタコンデンサの充放電の繰返しを利用した低消費電力の電源回路によって電源が供給される負荷回路に対して、過電流保護回路を実現する。
【解決手段】直流電源部21と、直流電源部21から出力される直流電圧により充電されるコンデンサ22と、コンデンサ22と負荷回路3との共通接点に流れる負荷電流値が所定の値より大きいときは直流電圧は出力せず、小さくいときは直流電圧を出力するように直流電源部21を制御する帰還部23と、を備える電源回路2によって電源が供給される負荷回路3に対する過電流保護回路1は、負荷電圧の脈動の周期が所定の周期よりも短いか否かを判定する判定手段11と、所定の周期よりも短いと判定されたとき、電流異常が生じたものとして、直流電源部21の出力を強制的に遮断する遮断手段12と、を備える。
【選択図】 図1
【解決手段】直流電源部21と、直流電源部21から出力される直流電圧により充電されるコンデンサ22と、コンデンサ22と負荷回路3との共通接点に流れる負荷電流値が所定の値より大きいときは直流電圧は出力せず、小さくいときは直流電圧を出力するように直流電源部21を制御する帰還部23と、を備える電源回路2によって電源が供給される負荷回路3に対する過電流保護回路1は、負荷電圧の脈動の周期が所定の周期よりも短いか否かを判定する判定手段11と、所定の周期よりも短いと判定されたとき、電流異常が生じたものとして、直流電源部21の出力を強制的に遮断する遮断手段12と、を備える。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源回路によって電源が供給される負荷回路に対する過電流保護回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
負荷回路の消費電力の低減を図る電源回路として、例えば負荷状態に応じて電力供給を断続的に行う間欠通電が行われている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
図6は、従来例による低消費電力の電源回路を例示するブロック図である。
【0004】
AC入力にその1次側が接続されたトランス51は商用周波数用のトランス(以下、商用トランス)であり、さらに商用トランス51の1次側にACスイッチ56を接続する。
【0005】
商用トランス51の2次側に接続された整流器52は、ACをDCに変換する。DCに変換された電圧はコンデンサ53により平滑され、負荷回路3に供給される。
【0006】
電流検出部54では負荷回路3へ流れる負荷電流の大小を検出する。この検出信号はACスイッチ制御部55に出力される。ACスイッチ制御部55は、電流検出部54からの検出信号によりACスイッチ56をオン・オフ制御する。
【0007】
補助電源57はACスイッチ56およびACスイッチ制御部55に電源を供給するための電源回路である。
【0008】
図7は、図6のブロック図に対応する具体的な回路図である。
【0009】
図中の、T1は図1の商用トランス51に対応する。商用トランス51の2次側に接続された整流器52は、ACをDCに変換するものでダイオードブリッジD1で構成される。電解コンデンサD2,D3およびコイルL1はコンデンサ53に対応する。DCに変換された電圧はコンデンサ53により平滑され、負荷回路3に供給される。
【0010】
フォトカプラPC2は電流検出部54に対応し、R3は電流制限抵抗Rに対応する。トランジスタQ1はACスイッチ制御部55に対応する。
【0011】
また、フォトトライアックユニットPC1は、フォトトライアックTRおよびLEDからなり、図6のACスイッチ56に対応する。なお、フォトトライアックユニットPC1はAC入力電圧のゼロクロス点でオン・オフ動作を行うようになっている。すなわち、図7のフォトトライアックTRのLED側に電流が流れた時に、ACスイッチ56はオン状態となり、電流が流れない時はオフ状態になるように動作する。
【0012】
補助電源57は、リアクタンス素子としてのコンデンサC1、電解コンデンサC4およびダイオードブリッジD2で構成される。AC入力をリアクタンス素子C1により電圧降下させる。電圧降下したACはダイオードブリッジD2により整流され、後段の負荷(電圧供給負荷)に対して必要なDC電圧を供給する。リアクタンス素子C1と電圧供給負荷による分圧で電圧供給しているため、DC変換の損失を小さくすることができ、小電力負荷に適合させることができる。
【0013】
ここで、図6および7に例示される従来例による低消費電力の電源回路の動作について簡単に説明する。
【0014】
AC電源が入力されると、コンデンサC1、電解コンデンサC4およびダイオードブリッジD2で構成される補助電源57が立ち上がり、DC電圧が抵抗R2を経てトランジスタQ1のベースに直流バイアスとして与えられる。その結果、トランジスタQ1がオンすることにより、フォトトライアックユニットPC1のLEDに電流が流れ、商用トランス51の1次側に接続されているフォトトライアックTRが導通(オン)し、初期の起動状態となる。フォトトライアックユニットPC1がオン(すなわち、ACスイッチ56がオン)することにより、商用トランスT1(51)の2次側に電圧が供給され、ダイオードブリッジD1により整流された出力電圧は、コンデンサ53内の電解コンデンサC2およびC3を充電しながら上昇する。
【0015】
電解コンデンサC2、C3における電圧が上昇すると、電流制限抵抗R3を経てフォトカプラPC2のLEDに電流が流れ始める。その結果、受光トランジスタQRのコレクタ電流が抵抗R2を通してトランジスタQ1のベース電流を吸い込み、トランジスタQ1をオフ状態にする。すると、フォトトライアックユニットPC1のLEDの電流は流れなくなり、フォトトライアックTRは非導通(オフ)となる。
【0016】
フォトトライアックTRがオフになると、電解コンデンサC2およびC3に充電された電圧は放電を開始する。なお、放電電圧の時間的な変化は、負荷回路3の容量(負荷が重いか軽いか)で決定される。すなわち、電解コンデンサC2およびC3の電圧は軽い負荷の時は緩やかに降下し、重い負荷の時は急激に降下する。
【0017】
このような電解コンデンサC2およびC3の放電電圧の降下とともに、抵抗R3を介して流れていたフォトカプラPC2のLED電流は減少していく。その結果、受光側トランジスタQRのコレクタにおける電流の吸い込み量も減少を続ける。
【0018】
そして最終的には、補助電源57を経て供給されたDC電圧によって抵抗R2を経てトランジスタQ1のベースにバイアス電圧が供給されることになり、トランジスタQ1がオンする。トランジスタQ1のオン状態でフォトトライアックユニットPC1のLEDに電流が流れ、フォトトライアックTRはオンし、商用トランス51の2次側へ電圧が供給され、電解コンデンサC2およびC3を再び充電しながら電解コンデンサC2,C3の電圧は上昇する。
【0019】
以上の動作の繰返し、すなわちトランスの間欠通電およびコンデンサの充放電の繰返しにより、負荷回路へ流れ込む負荷電流には、コンデンサの時定数などに依存する周期を有する脈動が生じる。しかし、トランスを間欠通電することにより、トランスを常時通電させる場合に比べて負荷側での消費電力を低減することができる。
【0020】
【特許文献1】
特開2001−145354号公報
【0021】
【発明が解決しようとする課題】
上述ような構造を有する従来例の電源回路によれば、コンデンサ53と負荷回路3との共通接点から、商用トランス51の1次側への帰還部が設けられているので、図7のフォトトライアックTRがオン(すなわち、図6のACスイッチ56がオン)状態にあるときは、図7の電解コンデンサC2およびC3(すなわち、図6のコンデンサ53)は充電され、フォトトライアックTRがオフ状態にあるときは、電解コンデンサC2およびC3は放電される、といったサイクルが繰り返される。
【0022】
放電電圧の時間的な変化は、負荷回路3の容量で決定される。すなわち、電解コンデンサC2およびC3は軽い負荷の時は緩やかに放電し、重い負荷の時は急激に放電する。したがって、何らかの原因で過負荷となると、電解コンデンサC2およびC3の充放電サイクルは速まり、負荷回路3へ供給される電流が過電流となる。
【0023】
過電流が続くと、負荷側の素子を傷めるなどの弊害をもたらすことになるが、一方で、このような過電流に対しては何ら対策がとられていない。
【0024】
従って本発明の目的は、上記問題に鑑み、直流電源部と、直流電源部から出力される直流電圧により充電されるコンデンサと、コンデンサと負荷回路との共通接点に流れる負荷電流値が所定の値より大きくなったときは直流電圧は出力せず、小さくなったときは直流電圧を出力するように直流電源部を制御する帰還部と、を備える電源回路によって電源が供給される負荷回路に対して、過電流保護回路を提供することにある。
【0025】
【課題を解決するための手段】
上記目的を実現するために、本発明によれば、直流電源部と、直流電源部から出力される直流電圧により充電されるコンデンサと、コンデンサと負荷回路との共通接点に流れる負荷電流値が所定の値より大きくなったとき直流電圧は出力せず、小さくなったとき直流電圧を出力するように直流電源部を制御する帰還部と、を備える電源回路を用いて負荷回路に電源を供給する場合において、まず、このような電源回路の構成上必然的に生じてしまう負荷電圧の脈動の周期を観察する。そして、この負荷電圧の脈動の周期が、所定の周期よりも短いと判定された場合は、直流電源部の出力を遮断し、負荷回路を過電流から保護する。
【0026】
上述のように、負荷電圧の脈動の周期は、トランスの間欠通電およびコンデンサの充放電の繰返しに起因する。何らかの原因で過負荷となると、コンデンサの放電サイクルが速まるので、脈動の周期も短くなる。本発明はでは、この負荷電圧の脈動の周期に基づいて負荷電流に過電流が発生したか否かを判定することを最大の特徴とする。過電流が発生したと判定された場合は、直流電源出力を遮断する。
【0027】
図1は、本発明による過電流保護回路を示す基本ブロック図である。
【0028】
本発明によれば、直流電源部21と、直流電源部21から出力される直流電圧により充電されるコンデンサ22と、コンデンサ22と負荷回路3との共通接点に流れる負荷電流値が所定の値より大きくなったときは直流電圧は出力せず、小さくなったときは直流電圧を出力するように直流電源部21を制御する帰還部23と、を備える電源回路2によって電源が供給される負荷回路3に対する過電流保護回路1は、
電源回路2の電源供給の結果生じた負荷電圧の脈動の周期が、所定の周期よりも短いか否かを判定する判定手段11と、
判定手段11によって、所定の周期よりも短いと判定されたとき、電流異常が生じたものとして、直流電源部21の出力を強制的に遮断する遮断手段12と、を備える。
【0029】
なお、本発明の変形として、直流電源部21を、交流電源および整流器を用いて実現してもよい。図2は、本発明の変形による過電流保護回路を示す基本ブロック図である。
【0030】
図2に示すように、交流電源部4とトランス24の1次側との間に接続されるスイッチ25と、トランス25の2次側に接続される整流器26と、整流器26から出力される直流電圧により充電されるコンデンサ22と、コンデンサ22と負荷回路3との共通接点に流れる負荷電流値が所定の値より大きくなったときはオフ、小さくなったときはオンするようにスイッチ25を制御する帰還部23と、を備える電源回路2によって電源が供給される負荷回路3に対する過電流保護回路1は、
電源回路2の電源供給の結果生じた負荷電圧の脈動の周期が、所定の周期よりも短いか否かを判定する判定手段11と、
判定手段11によって、所定の周期よりも短いと判定されたとき、電流異常が生じたものとして、スイッチ25を強制的にオフする遮断手段12と、を備える。
【0031】
本発明によれば、直流電源部の間欠出力もしくはトランスの間欠通電およびコンデンサの充放電の繰返しを利用した電源回路によって電源が供給される負荷回路に対して、過電流保護回路を提供することができる。
【0032】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例として、上述の図6および7に示した低電力消費の電源回路に、過電流保護回路を接続した場合について説明する。
【0033】
図3は、本発明の実施例による過電流保護回路を示すブロック図である。
【0034】
本実施例による過電流保護回路1は、図6を参照して説明した低消費電力の電源回路に接続されるものであって、電流検出部54で検出された負荷電流値から、電流異常すなわち過電流を検出する電流異常検出部31と、電流異常が検出されたときに出力される検出信号をラッチするラッチ32とを備える。電流異常検出部31およびラッチ32の駆動電源は、補助電源57から供給される。
【0035】
図4は、図3のブロック図に対応する具体的な回路図である。
【0036】
電流異常検出部31は、低消費電力のCMOSモノマルチIC(IC11)およびAND回路(IC12)を備えてなる。CMOSモノマルチIC(IC11)は、電流異常を検出するために、電流検出部54の出力の立下りエッジを利用し、抵抗R13とコンデンサC12との時定数に依存するデューティー比を有する電流異常設定パルスを、ポートQを介して出力する。AND回路(IC12)は、CMOSモノマルチIC(IC11)の出力と、電流検出部54に対応するフォトカプラPC2の受光側トランジスタQRのコレクタ信号とを加算しラッチ32へ出力する。
【0037】
ラッチ32は、トランジスタQ11、Q12、Q13およびQ14、抵抗R14、R15、R16、R17、R18およびR19、ならびにコンデンサC13で構成される。未だ過電流入力パルスが入力されていない状態、すなわち、電流異常検出部31の出力がLレベルである状態では、各トランジスタQ11、Q12、Q13およびQ14は全てオフ状態とし、負荷電流の正常時における過電流保護回路の電力消費を抑制する。
【0038】
なお、これら電流異常検出部31およびラッチ32には、ダイオードブリッジD2からの出力電圧が駆動電源として供給される。
【0039】
次に、図3および4に例示される本実施例による過電流保護回路の動作について説明する。
【0040】
図5は、図4の回路図における各部の波形のタイムチャートであり、(a)は電界コンデンサC3と負荷回路3との共通接点で検知される負荷電圧、(b)はフォトカプラPC2内のLEDを流れるLED電流、(c)は電流検出部54の出力信号、(d)は電流異常設定パルス、(e)は電流異常検出信号、(f)はラッチ出力、(g)はACスイッチ制御部55の出力信号を示す。これら図5(a)〜(g)に示された波形は、図4中に示された各点(a)〜(g)における波形に対応する。
【0041】
AC電源が投入されると、ダイオードブリッジD2で整流されたDC電圧が抵抗R2を経てトランジスタQ1のベースに直流バイアスとして与えられる。すると、トランジスタQ1がオンし(図5の(g)参照)、フォトトライアックユニットPC1のLEDに電流が流れる。その結果、フォトトライアックユニットPC1のフォトトライアックTRがオンする。フォトトライアックTRがオンすることにより、商用トランスT1の1次側に交流電圧が印加され始め、そして2次側には電圧が誘導される。商用トランスT1の2次側の誘導電圧はダイオードブリッジD1により整流され、ダイオードブリッジD1の出力電圧により電解コンデンサC2およびC3は徐々に充電されていく(図5の(a)参照)。電解コンデンサC2、C3における電圧が上昇すると、電流制限抵抗R3を経てフォトカプラPC2のLEDに電流が流れ始める(図5の(b)参照)。その結果、受光トランジスタQRのコレクタが抵抗R2を介してトランジスタQ1のベース電流を吸い込み、トランジスタQ1をオフ状態にする(図5の(g)参照)。以上の初期状態の一連の動作における各部の波形は、図5の期間(ア)内に示される。
【0042】
トランジスタQ1がオフになると、フォトトライアックユニットPC1のLEDの電流は流れなくなり、フォトトライアックTRはオフとなる。フォトトライアックTRがオフになると、電解コンデンサC2およびC3に充電されていた電圧は放電を開始する(図5の(a)参照)。以上の一連の動作における各部の波形は、図5の期間(イ)内に示される。
【0043】
電解コンデンサC2およびC3の放電電圧の降下とともに、抵抗R3を介して流れていたフォトカプラPC2のLED電流は減少していく(図5の(b)参照)。その結果、受光側トランジスタQRのコレクタにおける電流の吸い込み量も減少を続ける。そして最終的には、補助電源57を経て供給されたDC電圧によって抵抗R2を経てトランジスタQ1のベースにバイアス電圧が供給されることになり(図5の(c)参照)、トランジスタQ1がオンする(図5の(g)参照)。トランジスタQ1のオンでフォトトライアックユニットPC1のLEDに電流が流れ、フォトトライアックTRはオンし、商用トランス51の2次側へ電圧が供給され、電解コンデンサC2およびC3を再び充電しながら電解コンデンサC2,C3の電圧は上昇する(図5の(a)参照)。以上の一連の動作における各部の波形は、図5の期間(ウ)内に示される。
【0044】
以降、負荷電流に異常が生じなければ、負荷電圧には、上述した期間(イ)および(ウ)を1周期とする脈動が生じる。
【0045】
本実施例では、負荷電圧の脈動の周期が、正常時のときよりも短いか否かを検知するために、図5の(d)に示すような、所定の期間を有する電流異常設定パルスを発生させる。
【0046】
具体的には、CMOSモノマルチIC(IC11)によって、電流検出部54の出力の立下りエッジ時に、電流異常設定パルスが立ち上がるように生成される。また、この電流異常設定パルスは、CMOSモノマルチIC(IC11)に接続された抵抗R13とコンデンサC12との時定数に依存するデューティー比を有する。つまり、負荷電流の正常時における電流異常設定パルスのHレベルの期間(オ)の長さ(図5の(d)参照)は、抵抗R13およびコンデンサC12で決まる時定数に依存する。この時定数に依存する電流異常設定パルスのHレベルの期間(オ)は、期間(イ)よりも短く設定する。
【0047】
負荷電流に異常が生じると、すなわち過電流が発生すると、既に説明したように電解コンデンサC2およびC3の充放電サイクルは速まるので、負荷電圧の脈動の周期は正常時よりも短くなる(図5の(a)〜(c)参照)。図5に示す実施例では、電流検出部54に対応するフォトカプラPC2の受光側トランジスタQRのコレクタ信号は、正常時であればパルスの立下りから期間(イ)したのち再度パルスが立ち上がるが、負荷電流異常時では、期間(イ)よりも短い期間(エ)経過後でパルスが立ち上がってしまう(図5の(c)参照)。上述のように電流異常設定パルスは電流検出部54の出力の立下りエッジ時に立ち上がるので、負荷電流異常時では、期間(オ)の途中であっても、電流検出部54の出力の立下りエッジ時を新たな基準として次のサイクルの電流異常設定パルスが立ち上がるので、さらに長い時間、Hレベルが維持されることになる。したがって、図5の(d)に示すように、電流異常設定パルスのHレベルの継続時間は、期間(オ)よりも長い期間(カ)になる。
【0048】
以上のことから本実施例では、負荷電流の正常時における電流異常設定パルスのHレベルの期間(オ)を調節しさえすれば、検知できる電流異常のレベルすなわち過電流の大きさを容易に設定できることがわかる。なお、例えば抵抗R13を可変抵抗で実現すれば、検知できる電流異常のレベルすなわち過電流の大きさをさらに手軽に設定することも可能である。
【0049】
CMOSモノマルチIC(IC11)のポートQから出力された電流異常設定パルス(図5の(d)参照)は、AND回路(IC12)によって、電流検出部54に対応するフォトカプラPC2の受光側トランジスタQRのコレクタ信号(図5の(c)参照)とのANDをとる。すなわち、AND回路(IC12)は入力の“H”期間のみ出力される。この結果生じる波形は図5の(e)に示される。
【0050】
ラッチ32には、AND回路(IC12)による演算結果が入力される。
【0051】
ラッチ32内の各トランジスタQ11、Q12、Q13およびQ14は、既に説明したように、電流異常検出部31の出力がLレベルである状態、すなわち正常時では全てオフである。したがって、この状態での過電流保護回路の電力消費は非常に少ない。
【0052】
このとき、過電流が発生し、過電流検出部31の出力がHレベルになると、トランジスタQ12はオンする。
【0053】
すると、トランジスタQ11およびQ13のベースはLレベルになるので、これらトランジスタQ11およびQ13はオンになる。
【0054】
これによりトランジスタQ14は、そのベースがHレベルになるのでオン状態になる。この結果、ダイオードブリッジD2から出力される電流は、抵抗R2およびトランジスタQ14のコレクタ−エミッタを介して流れることになる。
【0055】
すると、トランジスタQ1はオフになり(図5の(g)参照)、したがってフォトトライアックユニットPC1のLEDの電流は流れなくなるので、フォトトライアックTRはオフする。フォトトライアックTRがオフすると、商用トランスT1の1次側には交流電圧が印加されなくなり、2次側には電圧が誘導されなくなる。結果として、ダイオードブリッジD1による直流電圧の出力は遮断されたことになり、負荷回路3は過電流から保護される。なお、トランジスタQ11はオン状態にあるので、トランジスタQ12のベースはHレベルが維持されるのことになり、したがって、ラッチ32による「ラッチ状態」が成立している。つまり過電流が検出されて過電流保護動作が働くとその状態は維持されるので、負荷回路はこれ以上過電流の影響を受けることはない。
【0056】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、直流電源部と、直流電源部から出力される直流電圧により充電されるコンデンサと、コンデンサと負荷回路との共通接点に流れる負荷電流値が所定の値より大きくなったときは直流電圧は出力せず、小さくなったときは直流電圧を出力するように直流電源部を制御する帰還部と、を備える電源回路によって電源が供給される負荷回路に対して、この負荷回路を、過電流から保護する過電流保護回路を実現することができる。
【0057】
なお検知できる電流異常のレベルは、負荷電流の正常時における電流異常設定パルスのディユーティー比を調節することで容易に設定可能である。
【0058】
また、本発明による過電流保護回路は、負荷電流の正常時ではほとんど電流が消費されないので経済的である。したがって、例えばリモコンなどにおけるスタンバイ電源回路における過電流保護回路に特に適している。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による過電流保護回路を示す基本ブロック図である。
【図2】本発明の変形による過電流保護回路を示す基本ブロック図である。
【図3】本発明の実施例による過電流保護回路を示すブロック図である。
【図4】図3のブロック図に対応する具体的な回路図である。
【図5】図4の回路図における各部の波形のタイムチャートであり、(a)は電界コンデンサC3と負荷回路3との共通接点で検知される負荷電圧、(b)はフォトカプラPC2内のLEDを流れるLED電流、(c)は電流検出部54の出力信号、(d)は電流異常設定パルス、(e)は電流異常検出信号、(f)はラッチ出力、(g)はACスイッチ制御部55の出力信号を示す。
【図6】従来例による低消費電力の電源回路を例示するブロック図である。
【図7】図6のブロック図に対応する具体的な回路図である。
【符号の説明】
1…過電流保護回路
2…電源回路
3…負荷回路
4…交流電源部
11…判定手段
12…遮断手段
21…直流電源部
22、53…コンデンサ
23…帰還部
24…トランス
25…スイッチ
26、52…整流器
31…電流異常検出部
32…ラッチ
51…商用トランス
54…電流検出部
55…ACスイッチ制御部
56…ACスイッチ
57…補助電源
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源回路によって電源が供給される負荷回路に対する過電流保護回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
負荷回路の消費電力の低減を図る電源回路として、例えば負荷状態に応じて電力供給を断続的に行う間欠通電が行われている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
図6は、従来例による低消費電力の電源回路を例示するブロック図である。
【0004】
AC入力にその1次側が接続されたトランス51は商用周波数用のトランス(以下、商用トランス)であり、さらに商用トランス51の1次側にACスイッチ56を接続する。
【0005】
商用トランス51の2次側に接続された整流器52は、ACをDCに変換する。DCに変換された電圧はコンデンサ53により平滑され、負荷回路3に供給される。
【0006】
電流検出部54では負荷回路3へ流れる負荷電流の大小を検出する。この検出信号はACスイッチ制御部55に出力される。ACスイッチ制御部55は、電流検出部54からの検出信号によりACスイッチ56をオン・オフ制御する。
【0007】
補助電源57はACスイッチ56およびACスイッチ制御部55に電源を供給するための電源回路である。
【0008】
図7は、図6のブロック図に対応する具体的な回路図である。
【0009】
図中の、T1は図1の商用トランス51に対応する。商用トランス51の2次側に接続された整流器52は、ACをDCに変換するものでダイオードブリッジD1で構成される。電解コンデンサD2,D3およびコイルL1はコンデンサ53に対応する。DCに変換された電圧はコンデンサ53により平滑され、負荷回路3に供給される。
【0010】
フォトカプラPC2は電流検出部54に対応し、R3は電流制限抵抗Rに対応する。トランジスタQ1はACスイッチ制御部55に対応する。
【0011】
また、フォトトライアックユニットPC1は、フォトトライアックTRおよびLEDからなり、図6のACスイッチ56に対応する。なお、フォトトライアックユニットPC1はAC入力電圧のゼロクロス点でオン・オフ動作を行うようになっている。すなわち、図7のフォトトライアックTRのLED側に電流が流れた時に、ACスイッチ56はオン状態となり、電流が流れない時はオフ状態になるように動作する。
【0012】
補助電源57は、リアクタンス素子としてのコンデンサC1、電解コンデンサC4およびダイオードブリッジD2で構成される。AC入力をリアクタンス素子C1により電圧降下させる。電圧降下したACはダイオードブリッジD2により整流され、後段の負荷(電圧供給負荷)に対して必要なDC電圧を供給する。リアクタンス素子C1と電圧供給負荷による分圧で電圧供給しているため、DC変換の損失を小さくすることができ、小電力負荷に適合させることができる。
【0013】
ここで、図6および7に例示される従来例による低消費電力の電源回路の動作について簡単に説明する。
【0014】
AC電源が入力されると、コンデンサC1、電解コンデンサC4およびダイオードブリッジD2で構成される補助電源57が立ち上がり、DC電圧が抵抗R2を経てトランジスタQ1のベースに直流バイアスとして与えられる。その結果、トランジスタQ1がオンすることにより、フォトトライアックユニットPC1のLEDに電流が流れ、商用トランス51の1次側に接続されているフォトトライアックTRが導通(オン)し、初期の起動状態となる。フォトトライアックユニットPC1がオン(すなわち、ACスイッチ56がオン)することにより、商用トランスT1(51)の2次側に電圧が供給され、ダイオードブリッジD1により整流された出力電圧は、コンデンサ53内の電解コンデンサC2およびC3を充電しながら上昇する。
【0015】
電解コンデンサC2、C3における電圧が上昇すると、電流制限抵抗R3を経てフォトカプラPC2のLEDに電流が流れ始める。その結果、受光トランジスタQRのコレクタ電流が抵抗R2を通してトランジスタQ1のベース電流を吸い込み、トランジスタQ1をオフ状態にする。すると、フォトトライアックユニットPC1のLEDの電流は流れなくなり、フォトトライアックTRは非導通(オフ)となる。
【0016】
フォトトライアックTRがオフになると、電解コンデンサC2およびC3に充電された電圧は放電を開始する。なお、放電電圧の時間的な変化は、負荷回路3の容量(負荷が重いか軽いか)で決定される。すなわち、電解コンデンサC2およびC3の電圧は軽い負荷の時は緩やかに降下し、重い負荷の時は急激に降下する。
【0017】
このような電解コンデンサC2およびC3の放電電圧の降下とともに、抵抗R3を介して流れていたフォトカプラPC2のLED電流は減少していく。その結果、受光側トランジスタQRのコレクタにおける電流の吸い込み量も減少を続ける。
【0018】
そして最終的には、補助電源57を経て供給されたDC電圧によって抵抗R2を経てトランジスタQ1のベースにバイアス電圧が供給されることになり、トランジスタQ1がオンする。トランジスタQ1のオン状態でフォトトライアックユニットPC1のLEDに電流が流れ、フォトトライアックTRはオンし、商用トランス51の2次側へ電圧が供給され、電解コンデンサC2およびC3を再び充電しながら電解コンデンサC2,C3の電圧は上昇する。
【0019】
以上の動作の繰返し、すなわちトランスの間欠通電およびコンデンサの充放電の繰返しにより、負荷回路へ流れ込む負荷電流には、コンデンサの時定数などに依存する周期を有する脈動が生じる。しかし、トランスを間欠通電することにより、トランスを常時通電させる場合に比べて負荷側での消費電力を低減することができる。
【0020】
【特許文献1】
特開2001−145354号公報
【0021】
【発明が解決しようとする課題】
上述ような構造を有する従来例の電源回路によれば、コンデンサ53と負荷回路3との共通接点から、商用トランス51の1次側への帰還部が設けられているので、図7のフォトトライアックTRがオン(すなわち、図6のACスイッチ56がオン)状態にあるときは、図7の電解コンデンサC2およびC3(すなわち、図6のコンデンサ53)は充電され、フォトトライアックTRがオフ状態にあるときは、電解コンデンサC2およびC3は放電される、といったサイクルが繰り返される。
【0022】
放電電圧の時間的な変化は、負荷回路3の容量で決定される。すなわち、電解コンデンサC2およびC3は軽い負荷の時は緩やかに放電し、重い負荷の時は急激に放電する。したがって、何らかの原因で過負荷となると、電解コンデンサC2およびC3の充放電サイクルは速まり、負荷回路3へ供給される電流が過電流となる。
【0023】
過電流が続くと、負荷側の素子を傷めるなどの弊害をもたらすことになるが、一方で、このような過電流に対しては何ら対策がとられていない。
【0024】
従って本発明の目的は、上記問題に鑑み、直流電源部と、直流電源部から出力される直流電圧により充電されるコンデンサと、コンデンサと負荷回路との共通接点に流れる負荷電流値が所定の値より大きくなったときは直流電圧は出力せず、小さくなったときは直流電圧を出力するように直流電源部を制御する帰還部と、を備える電源回路によって電源が供給される負荷回路に対して、過電流保護回路を提供することにある。
【0025】
【課題を解決するための手段】
上記目的を実現するために、本発明によれば、直流電源部と、直流電源部から出力される直流電圧により充電されるコンデンサと、コンデンサと負荷回路との共通接点に流れる負荷電流値が所定の値より大きくなったとき直流電圧は出力せず、小さくなったとき直流電圧を出力するように直流電源部を制御する帰還部と、を備える電源回路を用いて負荷回路に電源を供給する場合において、まず、このような電源回路の構成上必然的に生じてしまう負荷電圧の脈動の周期を観察する。そして、この負荷電圧の脈動の周期が、所定の周期よりも短いと判定された場合は、直流電源部の出力を遮断し、負荷回路を過電流から保護する。
【0026】
上述のように、負荷電圧の脈動の周期は、トランスの間欠通電およびコンデンサの充放電の繰返しに起因する。何らかの原因で過負荷となると、コンデンサの放電サイクルが速まるので、脈動の周期も短くなる。本発明はでは、この負荷電圧の脈動の周期に基づいて負荷電流に過電流が発生したか否かを判定することを最大の特徴とする。過電流が発生したと判定された場合は、直流電源出力を遮断する。
【0027】
図1は、本発明による過電流保護回路を示す基本ブロック図である。
【0028】
本発明によれば、直流電源部21と、直流電源部21から出力される直流電圧により充電されるコンデンサ22と、コンデンサ22と負荷回路3との共通接点に流れる負荷電流値が所定の値より大きくなったときは直流電圧は出力せず、小さくなったときは直流電圧を出力するように直流電源部21を制御する帰還部23と、を備える電源回路2によって電源が供給される負荷回路3に対する過電流保護回路1は、
電源回路2の電源供給の結果生じた負荷電圧の脈動の周期が、所定の周期よりも短いか否かを判定する判定手段11と、
判定手段11によって、所定の周期よりも短いと判定されたとき、電流異常が生じたものとして、直流電源部21の出力を強制的に遮断する遮断手段12と、を備える。
【0029】
なお、本発明の変形として、直流電源部21を、交流電源および整流器を用いて実現してもよい。図2は、本発明の変形による過電流保護回路を示す基本ブロック図である。
【0030】
図2に示すように、交流電源部4とトランス24の1次側との間に接続されるスイッチ25と、トランス25の2次側に接続される整流器26と、整流器26から出力される直流電圧により充電されるコンデンサ22と、コンデンサ22と負荷回路3との共通接点に流れる負荷電流値が所定の値より大きくなったときはオフ、小さくなったときはオンするようにスイッチ25を制御する帰還部23と、を備える電源回路2によって電源が供給される負荷回路3に対する過電流保護回路1は、
電源回路2の電源供給の結果生じた負荷電圧の脈動の周期が、所定の周期よりも短いか否かを判定する判定手段11と、
判定手段11によって、所定の周期よりも短いと判定されたとき、電流異常が生じたものとして、スイッチ25を強制的にオフする遮断手段12と、を備える。
【0031】
本発明によれば、直流電源部の間欠出力もしくはトランスの間欠通電およびコンデンサの充放電の繰返しを利用した電源回路によって電源が供給される負荷回路に対して、過電流保護回路を提供することができる。
【0032】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例として、上述の図6および7に示した低電力消費の電源回路に、過電流保護回路を接続した場合について説明する。
【0033】
図3は、本発明の実施例による過電流保護回路を示すブロック図である。
【0034】
本実施例による過電流保護回路1は、図6を参照して説明した低消費電力の電源回路に接続されるものであって、電流検出部54で検出された負荷電流値から、電流異常すなわち過電流を検出する電流異常検出部31と、電流異常が検出されたときに出力される検出信号をラッチするラッチ32とを備える。電流異常検出部31およびラッチ32の駆動電源は、補助電源57から供給される。
【0035】
図4は、図3のブロック図に対応する具体的な回路図である。
【0036】
電流異常検出部31は、低消費電力のCMOSモノマルチIC(IC11)およびAND回路(IC12)を備えてなる。CMOSモノマルチIC(IC11)は、電流異常を検出するために、電流検出部54の出力の立下りエッジを利用し、抵抗R13とコンデンサC12との時定数に依存するデューティー比を有する電流異常設定パルスを、ポートQを介して出力する。AND回路(IC12)は、CMOSモノマルチIC(IC11)の出力と、電流検出部54に対応するフォトカプラPC2の受光側トランジスタQRのコレクタ信号とを加算しラッチ32へ出力する。
【0037】
ラッチ32は、トランジスタQ11、Q12、Q13およびQ14、抵抗R14、R15、R16、R17、R18およびR19、ならびにコンデンサC13で構成される。未だ過電流入力パルスが入力されていない状態、すなわち、電流異常検出部31の出力がLレベルである状態では、各トランジスタQ11、Q12、Q13およびQ14は全てオフ状態とし、負荷電流の正常時における過電流保護回路の電力消費を抑制する。
【0038】
なお、これら電流異常検出部31およびラッチ32には、ダイオードブリッジD2からの出力電圧が駆動電源として供給される。
【0039】
次に、図3および4に例示される本実施例による過電流保護回路の動作について説明する。
【0040】
図5は、図4の回路図における各部の波形のタイムチャートであり、(a)は電界コンデンサC3と負荷回路3との共通接点で検知される負荷電圧、(b)はフォトカプラPC2内のLEDを流れるLED電流、(c)は電流検出部54の出力信号、(d)は電流異常設定パルス、(e)は電流異常検出信号、(f)はラッチ出力、(g)はACスイッチ制御部55の出力信号を示す。これら図5(a)〜(g)に示された波形は、図4中に示された各点(a)〜(g)における波形に対応する。
【0041】
AC電源が投入されると、ダイオードブリッジD2で整流されたDC電圧が抵抗R2を経てトランジスタQ1のベースに直流バイアスとして与えられる。すると、トランジスタQ1がオンし(図5の(g)参照)、フォトトライアックユニットPC1のLEDに電流が流れる。その結果、フォトトライアックユニットPC1のフォトトライアックTRがオンする。フォトトライアックTRがオンすることにより、商用トランスT1の1次側に交流電圧が印加され始め、そして2次側には電圧が誘導される。商用トランスT1の2次側の誘導電圧はダイオードブリッジD1により整流され、ダイオードブリッジD1の出力電圧により電解コンデンサC2およびC3は徐々に充電されていく(図5の(a)参照)。電解コンデンサC2、C3における電圧が上昇すると、電流制限抵抗R3を経てフォトカプラPC2のLEDに電流が流れ始める(図5の(b)参照)。その結果、受光トランジスタQRのコレクタが抵抗R2を介してトランジスタQ1のベース電流を吸い込み、トランジスタQ1をオフ状態にする(図5の(g)参照)。以上の初期状態の一連の動作における各部の波形は、図5の期間(ア)内に示される。
【0042】
トランジスタQ1がオフになると、フォトトライアックユニットPC1のLEDの電流は流れなくなり、フォトトライアックTRはオフとなる。フォトトライアックTRがオフになると、電解コンデンサC2およびC3に充電されていた電圧は放電を開始する(図5の(a)参照)。以上の一連の動作における各部の波形は、図5の期間(イ)内に示される。
【0043】
電解コンデンサC2およびC3の放電電圧の降下とともに、抵抗R3を介して流れていたフォトカプラPC2のLED電流は減少していく(図5の(b)参照)。その結果、受光側トランジスタQRのコレクタにおける電流の吸い込み量も減少を続ける。そして最終的には、補助電源57を経て供給されたDC電圧によって抵抗R2を経てトランジスタQ1のベースにバイアス電圧が供給されることになり(図5の(c)参照)、トランジスタQ1がオンする(図5の(g)参照)。トランジスタQ1のオンでフォトトライアックユニットPC1のLEDに電流が流れ、フォトトライアックTRはオンし、商用トランス51の2次側へ電圧が供給され、電解コンデンサC2およびC3を再び充電しながら電解コンデンサC2,C3の電圧は上昇する(図5の(a)参照)。以上の一連の動作における各部の波形は、図5の期間(ウ)内に示される。
【0044】
以降、負荷電流に異常が生じなければ、負荷電圧には、上述した期間(イ)および(ウ)を1周期とする脈動が生じる。
【0045】
本実施例では、負荷電圧の脈動の周期が、正常時のときよりも短いか否かを検知するために、図5の(d)に示すような、所定の期間を有する電流異常設定パルスを発生させる。
【0046】
具体的には、CMOSモノマルチIC(IC11)によって、電流検出部54の出力の立下りエッジ時に、電流異常設定パルスが立ち上がるように生成される。また、この電流異常設定パルスは、CMOSモノマルチIC(IC11)に接続された抵抗R13とコンデンサC12との時定数に依存するデューティー比を有する。つまり、負荷電流の正常時における電流異常設定パルスのHレベルの期間(オ)の長さ(図5の(d)参照)は、抵抗R13およびコンデンサC12で決まる時定数に依存する。この時定数に依存する電流異常設定パルスのHレベルの期間(オ)は、期間(イ)よりも短く設定する。
【0047】
負荷電流に異常が生じると、すなわち過電流が発生すると、既に説明したように電解コンデンサC2およびC3の充放電サイクルは速まるので、負荷電圧の脈動の周期は正常時よりも短くなる(図5の(a)〜(c)参照)。図5に示す実施例では、電流検出部54に対応するフォトカプラPC2の受光側トランジスタQRのコレクタ信号は、正常時であればパルスの立下りから期間(イ)したのち再度パルスが立ち上がるが、負荷電流異常時では、期間(イ)よりも短い期間(エ)経過後でパルスが立ち上がってしまう(図5の(c)参照)。上述のように電流異常設定パルスは電流検出部54の出力の立下りエッジ時に立ち上がるので、負荷電流異常時では、期間(オ)の途中であっても、電流検出部54の出力の立下りエッジ時を新たな基準として次のサイクルの電流異常設定パルスが立ち上がるので、さらに長い時間、Hレベルが維持されることになる。したがって、図5の(d)に示すように、電流異常設定パルスのHレベルの継続時間は、期間(オ)よりも長い期間(カ)になる。
【0048】
以上のことから本実施例では、負荷電流の正常時における電流異常設定パルスのHレベルの期間(オ)を調節しさえすれば、検知できる電流異常のレベルすなわち過電流の大きさを容易に設定できることがわかる。なお、例えば抵抗R13を可変抵抗で実現すれば、検知できる電流異常のレベルすなわち過電流の大きさをさらに手軽に設定することも可能である。
【0049】
CMOSモノマルチIC(IC11)のポートQから出力された電流異常設定パルス(図5の(d)参照)は、AND回路(IC12)によって、電流検出部54に対応するフォトカプラPC2の受光側トランジスタQRのコレクタ信号(図5の(c)参照)とのANDをとる。すなわち、AND回路(IC12)は入力の“H”期間のみ出力される。この結果生じる波形は図5の(e)に示される。
【0050】
ラッチ32には、AND回路(IC12)による演算結果が入力される。
【0051】
ラッチ32内の各トランジスタQ11、Q12、Q13およびQ14は、既に説明したように、電流異常検出部31の出力がLレベルである状態、すなわち正常時では全てオフである。したがって、この状態での過電流保護回路の電力消費は非常に少ない。
【0052】
このとき、過電流が発生し、過電流検出部31の出力がHレベルになると、トランジスタQ12はオンする。
【0053】
すると、トランジスタQ11およびQ13のベースはLレベルになるので、これらトランジスタQ11およびQ13はオンになる。
【0054】
これによりトランジスタQ14は、そのベースがHレベルになるのでオン状態になる。この結果、ダイオードブリッジD2から出力される電流は、抵抗R2およびトランジスタQ14のコレクタ−エミッタを介して流れることになる。
【0055】
すると、トランジスタQ1はオフになり(図5の(g)参照)、したがってフォトトライアックユニットPC1のLEDの電流は流れなくなるので、フォトトライアックTRはオフする。フォトトライアックTRがオフすると、商用トランスT1の1次側には交流電圧が印加されなくなり、2次側には電圧が誘導されなくなる。結果として、ダイオードブリッジD1による直流電圧の出力は遮断されたことになり、負荷回路3は過電流から保護される。なお、トランジスタQ11はオン状態にあるので、トランジスタQ12のベースはHレベルが維持されるのことになり、したがって、ラッチ32による「ラッチ状態」が成立している。つまり過電流が検出されて過電流保護動作が働くとその状態は維持されるので、負荷回路はこれ以上過電流の影響を受けることはない。
【0056】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、直流電源部と、直流電源部から出力される直流電圧により充電されるコンデンサと、コンデンサと負荷回路との共通接点に流れる負荷電流値が所定の値より大きくなったときは直流電圧は出力せず、小さくなったときは直流電圧を出力するように直流電源部を制御する帰還部と、を備える電源回路によって電源が供給される負荷回路に対して、この負荷回路を、過電流から保護する過電流保護回路を実現することができる。
【0057】
なお検知できる電流異常のレベルは、負荷電流の正常時における電流異常設定パルスのディユーティー比を調節することで容易に設定可能である。
【0058】
また、本発明による過電流保護回路は、負荷電流の正常時ではほとんど電流が消費されないので経済的である。したがって、例えばリモコンなどにおけるスタンバイ電源回路における過電流保護回路に特に適している。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による過電流保護回路を示す基本ブロック図である。
【図2】本発明の変形による過電流保護回路を示す基本ブロック図である。
【図3】本発明の実施例による過電流保護回路を示すブロック図である。
【図4】図3のブロック図に対応する具体的な回路図である。
【図5】図4の回路図における各部の波形のタイムチャートであり、(a)は電界コンデンサC3と負荷回路3との共通接点で検知される負荷電圧、(b)はフォトカプラPC2内のLEDを流れるLED電流、(c)は電流検出部54の出力信号、(d)は電流異常設定パルス、(e)は電流異常検出信号、(f)はラッチ出力、(g)はACスイッチ制御部55の出力信号を示す。
【図6】従来例による低消費電力の電源回路を例示するブロック図である。
【図7】図6のブロック図に対応する具体的な回路図である。
【符号の説明】
1…過電流保護回路
2…電源回路
3…負荷回路
4…交流電源部
11…判定手段
12…遮断手段
21…直流電源部
22、53…コンデンサ
23…帰還部
24…トランス
25…スイッチ
26、52…整流器
31…電流異常検出部
32…ラッチ
51…商用トランス
54…電流検出部
55…ACスイッチ制御部
56…ACスイッチ
57…補助電源
Claims (3)
- 直流電源部と、該直流電源部から出力される直流電圧により充電されるコンデンサと、該コンデンサと負荷回路との共通接点に流れる負荷電流値が所定の値より大きくなったとき直流電圧は出力せず、小さくなったとき直流電圧を出力するように前記直流電源部を制御する帰還部と、を備える電源回路によって電源が供給される負荷回路に対する過電流保護回路であって、
前記電源回路の電源供給の結果生じた負荷電圧の脈動の周期が、所定の周期よりも短いか否かを判定する判定手段と、
該判定手段によって、前記所定の周期よりも短いと判定されたとき、電流異常が生じたものとして、前記直流電源部の出力を強制的に遮断する遮断手段と、
を備えることを特徴とする過電流保護回路。 - 交流電源部とトランスの1次側との間に接続されるスイッチと、前記トランスの2次側に接続される整流器と、該整流器から出力される直流電圧により充電されるコンデンサと、該コンデンサと負荷回路との共通接点に流れる負荷電流値が所定の値より大きくなったときはオフ、小さくなったときはオンするように前記スイッチを制御する帰還部と、を備える電源回路によって電源が供給される負荷回路に対する過電流保護回路であって、
前記電源回路の電源供給の結果生じた負荷電圧の脈動の周期が、所定の周期よりも短いか否かを判定する判定手段と、
該判定手段によって、前記所定の周期よりも短いと判定されたとき、電流異常が生じたものとして、前記スイッチを強制的にオフする遮断手段と、
を備えることを特徴とする過電流保護回路。 - 前記判定手段は、前記所定の周期を設定する設定手段を備える請求項1または2に記載の過電流保護回路。
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