JP2010200508A - 保護回路 - Google Patents
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Abstract
【課題】小型化を図りつつ、負荷素子の異常を高い精度で検出する保護回路を提供すること。
【解決手段】保護回路1は、負荷電流検出回路10と、過電流検出回路11と、スイッチ回路12と、を備える。スイッチ回路12は、出力電流Iaを電気的に遮断している状態では、負荷電流検出回路10により検出される負荷電流値が閾値S1よりも小さい場合、出力電流Iaを電気的に導通する。また、スイッチ回路12は、出力電流Iaを電気的に導通している状態では、過電流検出回路11により検出される電流値が閾値S1よりも大きい閾値S2までは出力電流Iaを電気的に導通している状態を維持する。また、スイッチ回路12は、過電流検出回路11により検出される電流値が閾値S2より大きい場合、出力電流Iaを電気的に遮断する。
【選択図】図1
【解決手段】保護回路1は、負荷電流検出回路10と、過電流検出回路11と、スイッチ回路12と、を備える。スイッチ回路12は、出力電流Iaを電気的に遮断している状態では、負荷電流検出回路10により検出される負荷電流値が閾値S1よりも小さい場合、出力電流Iaを電気的に導通する。また、スイッチ回路12は、出力電流Iaを電気的に導通している状態では、過電流検出回路11により検出される電流値が閾値S1よりも大きい閾値S2までは出力電流Iaを電気的に導通している状態を維持する。また、スイッチ回路12は、過電流検出回路11により検出される電流値が閾値S2より大きい場合、出力電流Iaを電気的に遮断する。
【選択図】図1
Description
本発明は、パワーアンプ等の負荷素子を保護する保護回路に関する。
従来より、パワーアンプ等の負荷素子が劣化した場合に、電源から大電流が流れて負荷素子が発熱することを保護する保護回路について様々な技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1には、電源からの電流を検出する電流検出回路と、電流検出回路から負荷素子への電流を制御するスイッチ回路と、電流検出回路により検出された電流検出値に基づいて、スイッチ回路を制御する制御回路を備えた保護回路が開示されている。
また、図4は、従来の保護回路の構成を示す回路図である。図4に示すように、保護回路100は、電圧レギュレータ110と、処理部120と、負荷抵抗検出回路130と、負荷抵抗検出ポート140と、ON/OFFポート150と、スイッチ回路160と、を備える。
保護回路100は、以下に示すように動作する。処理部120は、ソフトウェアを含んで構成される。処理部120は、負荷抵抗検出ポート140に出力される負荷電流をソフトウェアにより監視する。そして、処理部120は、出力される負荷電流が一定値以下である場合、ON/OFFポート150を制御し、スイッチ回路160のOFF状態を維持させる。これは、出力される負過電流が一定値以下である場合には、負荷が劣化又は破壊され、負荷の抵抗値が低下しているためである。
一方、処理部120は、出力される負荷電流が一定値を超える場合、ON/OFFポート150を制御し、スイッチ回路160をON状態にする。これは、出力される負荷電流が一定値を超える場合には、負荷の抵抗値が正常なためである。
電圧レギュレータ110には、過電流を検出するための過電流点が設定されている。電圧レギュレータ110に入力される電流が過電流点を超える場合には、電圧レギュレータ110は、出力電圧を0[V]とする。すなわち、電圧レギュレータ110からの出力電流は、遮断される。
しかしながら、上述した保護回路100は、負荷からの負荷電流を検出するために処理部120、負荷抵抗検出ポート140及びON/OFFポート150が必要となり、回路構成が複雑になる。また、電圧レギュレータ110の過電流を検出するための閾値は、保障されない場合も多く、電圧レギュレータ110の選定が困難であった。また、パワーアンプ等の負荷素子は、比較的大きな電力を消費するため、電流容量の大きい電圧レギュレータ110が必要となる。しかし、電流容量の大きい電圧レギュレータ110は、大きさが大型化してしまうという問題があった。
そこで、本発明は、小型化を図りつつ、負荷素子の異常を高い精度で検出する保護回路を提供することを目的とする。
本発明に係る保護回路は、上記課題を解決するために、負荷を流れる電流の負荷電流値を検出する負荷電流検出回路と、前記負荷から出力される出力電流が所定の閾値よりも大きい場合、当該出力電流を過電流として検出する過電流検出回路と、前記負荷電流検出回路により検出された負荷電流値が第1の電流値よりも大きい場合、又は前記過電流検出回路により過電流が検出された場合、前記出力電流を電気的に遮断するスイッチ回路と、を備え、前記スイッチ回路は、前記出力電流を電気的に遮断している状態において、前記負荷電流検出回路により検出される負荷電流値が前記第1の電流値よりも小さい場合、前記出力電流を電気的に導通し、前記出力電流を電気的に導通している状態において、前記過電流検出回路により検出される電流値が前記第1の電流値よりも大きい第2の電流値より大きい場合、前記出力電流を電気的に遮断することを特徴とする。
また、前記スイッチ回路は、前記出力電流を電気的に遮断している状態において、前記負荷電流検出回路により検出される負荷電流値が前記第1の電流値よりも大きい場合、前記出力電流を電気的に遮断し、前記出力電流を電気的に導通している状態において、前記過電流検出回路により検出される電流値が前記第2の電流値までは前記出力電流を電気的に導通している状態を維持することが好ましい。
また、前記スイッチ回路は、前記出力電流を電気的に遮断している状態において、前記第2の電流値よりも小さい第3の電流値に対して前記負荷電流検出回路により検出される負荷電流値が大きい場合、前記出力電流を電気的に遮断している状態を維持することが好ましい。
また、前記過電流検出回路の出力側は、オープンドレイン出力で構成されることが好ましい。
本発明によれば、小型化を図りつつ、負荷素子の異常を高い精度で検出する保護回路を提供することができる。
以下、本発明の保護回路の一実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図1は、本発明の一実施形態である保護回路1の構成を示す回路図である。図1に示すように、保護回路1は、負荷電流検出回路10と、過電流検出回路11と、スイッチ回路12と、を備える。なお、保護回路1は、例えば、パワーアンプ等の負荷(不図示)に接続される、又は負荷の一部を構成する保護回路である。
負荷電流検出回路10は、一端が過電流検出回路11の入力側と接続しており、他端がスイッチ回路12の出力側と接続している。負荷電流検出回路10は、負荷に流れる負荷電流値を検出する。すなわち、負荷電流検出回路10は、負荷の抵抗値を負荷電流値により検出する。
また、負荷電流検出回路10は、抵抗R1と、抵抗R2と、抵抗R3と、を含んで構成される。抵抗R1は、一端が過電流検出回路11の入力側と接続しており、他端がスイッチ回路12の入力側と接続している。抵抗R2は、一端が抵抗R1の出力側と接続しており、他端が抵抗R3と接続している。抵抗R3は、一端が抵抗R2と接続しており、他端がグランドに接続されている。
抵抗R2及び抵抗R3は、分圧回路を構成している。また、負荷電流検出回路10は、出力端子10aを有する。そして、分圧回路、すなわち負荷電流検出回路10の出力端子10aは、スイッチ回路12のON/OFF端子12bと信号線Sを介して接続される。信号線Sには、ノイズ除去のためのコンデンサC1が接続されている。ここで、抵抗R1、R2及びR3の抵抗値としては、例えば、R1=1K[Ω]、R2=100K[Ω]、R3=100K[Ω]の抵抗値をそれぞれ選択することができる。
過電流検出回路11は、負荷からの出力電流Iaを検出する。過電流検出回路11は、検出された出力電流Iaが所定の閾値Ithよりも大きい場合(Ia>Ith)、出力電流Iaを過電流として検出する。なお、所定の閾値Ithは、負荷において過電流となる電流値に予め設定されている。
また、過電流検出回路11は、出力端子11aと、出力端子11bと、を有する。出力端子11aは、スイッチ回路12の入力端子12aと接続している。出力端子11bは、スイッチ回路12のON/OFF端子12bと接続している。
スイッチ回路12は、例えば、FET(Field Effect Transistor)等の半導体スイッチにより構成される。スイッチ回路12は、入力端子12aと、ON/OFF端子12bと、を有する。入力端子12aは、過電流検出回路11の出力端子11aと接続している。ON/OFF端子12bは、負荷電流検出回路10の出力端子10aと接続していると共に、過電流検出回路11の出力端子11aと接続している。
次に、本実施形態の保護回路1の動作について図2を参照しながら説明する。図2は、負荷の抵抗値と、ON/OFF端子12bにおける電圧との関係を示すグラフである。なお、図2に示すグラフの実線部分を特性Aといい、破線部分を特性Bという。
スイッチ回路12は、負荷電流検出回路10により検出された負荷電流値が閾値S1(第1の電流値)よりも大きい場合、すなわち負荷の抵抗値が閾値S1に対応する抵抗値R11(図2のX点)よりも小さい場合、又は過電流検出回路11により過電流が検出された場合のいずれか一方の場合に出力電流Iaを電気的に遮断する。
また、スイッチ回路12は、出力電流Iaを電気的に遮断している状態において、負荷電流検出回路10により検出される負荷電流値が閾値S1よりも小さい場合、出力電流Iaを電気的に導通する。すなわち、図2の特性Aに示すように、スイッチ回路12は、負荷の抵抗値が閾値S1に対応する抵抗値R11(図2のX点)よりも大きい場合、出力電流Iaを電気的に導通する。
また、スイッチ回路12は、出力電流Iaを電気的に導通している状態において、過電流検出回路11により検出される電流値(過電流値)が閾値S1よりも大きい閾値S2(第2の電流値)までは、出力電流Iaを電気的に導通している状態を維持する。すなわち、図2の特性Bに示すように、スイッチ回路12は、負荷の抵抗値が閾値S1に対応する抵抗値R11(図2のX点)よりも小さく、且つ閾値S2に対応する抵抗値R12(図2のY点)までは、出力電流Iaを電気的に導通している状態を維持する。
また、スイッチ回路12は、過電流検出回路11により検出される電流値(過電流値)が閾値S2より大きい場合、出力電流Iaを電気的に遮断する。すなわち、図2に示すように、スイッチ回路12は、抵抗値R12(図2のY点)よりも小さい場合、出力電流Iaを電気的に遮断する。
また、スイッチ回路12は、出力電流Iaを電気的に遮断している状態において、閾値S2よりも小さい閾値S3(第3の電流値)に対して、負荷電流検出回路10により検出される負荷電流値が十分大きい場合、出力電流Iaを電気的に遮断している状態を維持する。すなわち、スイッチ回路12は、閾値S3に対応する抵抗値R13よりも負荷の抵抗値が十分小さい場合には、出力電流Iaを電気的に遮断している状態を維持する。なお、上述したように抵抗R1、R2及びR3の抵抗値として、R1=1K[Ω]、R2=100K[Ω]、R3=100K[Ω]の抵抗値をそれぞれ選択した場合、抵抗値R13は、抵抗R1と同一の値である1K[Ω]とすることが好ましい。
このように、スイッチ回路12は、電源投入時には、図2に示す特性Aを示し、比較的高い抵抗値R11(図2のX点)で出力電流Iaを電気的に導通する。そして、一旦、出力電流Iaを電気的に導通すると、スイッチ回路12は、図2に示す特性Bに遷移する。特性Bに遷移すると、スイッチ回路12は、負荷が過電流検出点(図2のY点)より低い抵抗値R12になるまで出力電流Iaを電気的に導通しない。このように、スイッチ回路12は、特性A及びBのようなヒステリシス特性を示す。
また、過電流検出回路11の出力端子11bは、オープンドレイン出力で構成されている。具体的には、出力端子11bは、例えば、信号線Sを介して出力端子10aとプルアップ抵抗(不図示)で接続されている。これにより、出力端子11b及び出力端子10aは、論理回路のOR演算回路に相当するため、負荷電流検出回路10により検出される負荷電流値が閾値S1よりも大きい場合、又は過電流検出回路11が過電流を検出した場合のいずれかの場合に、スイッチ回路12を電気的に遮断することができる。
図3は、図4に示す保護回路100の電圧レギュレータ110、及び本実施形態の保護回路1の過電流検出回路11における出力電流と出力電圧との関係を示すグラフである。図3(a)は、図4に示す保護回路100の電圧レギュレータ110における出力電流と出力電圧との関係を示すグラフであり、図3(b)は、過電流検出回路11における出力電流と出力電圧との関係を示すグラフである。
図3(a)に示すように、電圧レギュレータ110は、電圧レギュレータ110の定格電流I1を超えてから、この定格電流I1よりも大きな電流値である過電流点I2まで、出力電圧V1を出力する。また、電圧レギュレータ110は、過電流点I2を超えると、スイッチ回路160により出力電流を電気的に遮断する。
一方、図3(b)に示すように、過電流検出回路11は、図3(a)に示す過電流点I2よりも小さい電流値である過電流点I3において過電流を検出して、スイッチ回路12により出力電流Iaを電気的に遮断する。したがって、保護回路1は、保護回路100に比して、定格電流を超えてから過電流点に達するまでに過電流検出回路から出力される出力電流を小さくすることができる。よって、保護回路1は、過電流を高い精度で検出できる。
本実施形態の保護回路1によれば、スイッチ回路12は、出力電流Iaを電気的に遮断している状態では、負荷電流検出回路10により検出される負荷電流値が閾値S1よりも小さい場合、出力電流Iaを電気的に導通する。また、スイッチ回路12は、出力電流Iaを電気的に導通している状態では、過電流検出回路11により検出される電流値が閾値S1よりも大きい閾値S2までは出力電流Iaを電気的に導通している状態を維持する。また、スイッチ回路12は、過電流検出回路11により検出される電流値が閾値S2より大きい場合、出力電流Iaを電気的に遮断する。
すなわち、スイッチ回路12は、負荷の抵抗値が閾値S1に対応する抵抗値R11よりも大きい場合、出力電流Iaを電気的に導通する。また、スイッチ回路12は、負荷の抵抗値が抵抗値R11よりも小さい抵抗値R12までは、出力電流Iaを電気的に導通している状態を維持する。また、スイッチ回路12は、抵抗値R12(X点)よりも小さい場合、出力電流Iaを電気的に遮断する。
これにより、本実施形態の保護回路1は、負荷の抵抗値が正常な場合には、スイッチ回路12により出力電流Iaを電気的に導通し、負荷の抵抗値が小さい場合(例えば、負荷の劣化や破壊等)には、スイッチ回路12により出力電流Iaを電気的に遮断することができる。更に、保護回路1は、過電流を検出した場合にもスイッチ回路12により出力電流Iaを電気的に遮断することができる。
したがって、本実施形態の保護回路1によれば、電圧レギュレータを必要とせず、スイッチ回路12のみで出力電流Iaの電気的な導通及び遮断を行うため、小型で簡易な回路により保護回路を構成することができる。また、過電流検出回路11を設けたため、電圧レギュレータの過電流点を使用せず、過電流の検出を高い精度で行うことができる。また、スイッチ回路12の導通及び遮断をソフトウェアの介さずに行うため、スイッチ回路12の導通及び遮断を行うためのソフトウェアを開発する必要がない。
また、本実施形態の保護回路1によれば、スイッチ回路12は、出力電流Iaを電気的に遮断している状態では、閾値S2よりも小さい閾値S3に対して負荷電流検出回路10により検出される負荷電流値が大きい場合、出力電流Iaを電気的に遮断している状態を維持する。
すなわち、スイッチ回路12は、閾値S3に対応する抵抗値R13よりも負荷の抵抗値が十分小さい場合には、出力電流Iaを電気的に遮断している状態を維持する。これにより、例えば、電源投入時に負荷の抵抗値が小さい場合には、スイッチ回路12が出力電流Iaを電気的に導通しないため、出力電流Iaを好適に遮断することができる。
また、本実施形態の保護回路1によれば、過電流検出回路11の出力端子11bは、オープンドレイン出力で構成される。このため、負荷電流検出回路10により検出される出負荷電流値が閾値S1よりも大きい場合、又は過電流検出回路11により過電流が検出された場合のいずれかの場合に、スイッチ回路12を好適に遮断することができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。また、本実施形態の保護回路1は、例えば、パワーアンプ、バッテリ、電源IC等の負荷素子に適用することができる。
1 保護回路
10 負荷電流検出回路
11 過電流検出回路
12 スイッチ回路
10 負荷電流検出回路
11 過電流検出回路
12 スイッチ回路
Claims (4)
- 負荷を流れる電流の負荷電流値を検出する負荷電流検出回路と、
前記負荷から出力される出力電流が所定の閾値よりも大きい場合、当該出力電流を過電流として検出する過電流検出回路と、
前記負荷電流検出回路により検出された負荷電流値が第1の電流値よりも大きい場合、又は前記過電流検出回路により過電流が検出された場合、前記出力電流を電気的に遮断するスイッチ回路と、を備え、
前記スイッチ回路は、
前記出力電流を電気的に遮断している状態において、前記負荷電流検出回路により検出される負荷電流値が前記第1の電流値よりも小さい場合、前記出力電流を電気的に導通し、
前記出力電流を電気的に導通している状態において、前記過電流検出回路により検出される電流値が前記第1の電流値よりも大きい第2の電流値より大きい場合、前記出力電流を電気的に遮断することを特徴とする保護回路。 - 前記スイッチ回路は、
前記出力電流を電気的に遮断している状態において、前記負荷電流検出回路により検出される負荷電流値が前記第1の電流値よりも大きい場合、前記出力電流を電気的に遮断し、
前記出力電流を電気的に導通している状態において、前記過電流検出回路により検出される電流値が前記第2の電流値までは前記出力電流を電気的に導通している状態を維持することを特徴とする請求項1に記載の保護回路。 - 前記スイッチ回路は、
前記出力電流を電気的に遮断している状態において、前記第2の電流値よりも小さい第3の電流値に対して前記負荷電流検出回路により検出される負荷電流値が大きい場合、前記出力電流を電気的に遮断している状態を維持することを特徴とする請求項1又は2に記載の保護回路。 - 前記過電流検出回路の出力側は、オープンドレイン出力で構成されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の保護回路。
Priority Applications (1)
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JP2009043159A JP2010200508A (ja) | 2009-02-25 | 2009-02-25 | 保護回路 |
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