JP3035922B2 - 電源回路の保護装置 - Google Patents

電源回路の保護装置

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【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は電気機器の電源回路に係り、特に出力異常時
に出力回路素子および出力負荷にかかるエネルギーを抑
える機能を有した電源回路の保護装置に関するものであ
る。
従来の技術 電源回路の保護装置として、一般に第10図に示すよう
な回路が使用されている。第10図において8は静止型変
換器としてDC−DCコンバータを使用したもので、出力端
子に接続されている。上記DC−DCコンバータ8の入出力
特性は、その入力が上昇すると出力も上昇し、かつ2入
力の低い方で出力が決定される特性である。9はDC−DC
コンバータ8の出力側に接続され、出力検出信号10と出
力異常検出信号11を発生する出力検出回路である。1は
第1の入力に基準電源2、第2の入力に上記出力検出信
号10が接続され、上記第1と第2の入力の差を増幅し、
電源回路の出力制御を行う出力制御用誤差増幅器で、そ
の出力から入力側に局部負帰還する位相補償回路3が接
続されている。そして上記出力制御用誤差増幅器1の出
力は、上記DC−DCコンバータ8の入力に接続されてい
る。4aは、第1の入力が接地レベル、第2の入力に上記
出力異常検出信号11が接続され、その出力により、電源
回路の出力保護を行う保護用誤差増幅器で、その出力か
ら入力側に局部負帰還する位相補償回路6が接続されて
いる。そして上記保護用誤差増幅器4aの出力は上記DC−
DCコンバータ8の入力に接続されている。
上記回路構成において以下回路動作について説明す
る。出力制御用誤差増幅器1とDC−DCコンバータ8と出
力検出回路9の抵抗91,92は負帰還ループを構成してお
り、電源出力電圧を安定化させている。保護用誤差増幅
器4aも、上記DC−DCコンバータ8と上記出力検出回路9
の抵抗94で負帰還ループを構成しているが、上記検出回
路9の抵抗94に発生する出力異常検出信号11は(1)式
のようになり、基準電源2と上記抵抗94で減算回路を構
成し、上記保護用誤差増幅器4aの比較レベルを接地レベ
ルで行い抵抗94の電圧降下が基準電圧と等しくなること
により、電源出力電流を安定化させている。
出力異常検出信号11=基準電圧2−抵抗94×出力電流
……(1)式 第11図に従来の電源回路の保護装置の電源出力短絡時
の出力電流波形を示す。
発明が解決しようとする課題 ところがこのような従来の構成では、保護用誤差増幅
器4aの過渡応答が位相補償回路6によりその時定数分だ
け遅れてしまい、その遅れ時間の間は上記DC−DCコンバ
ータ8の出力回路素子に過大なストレスが加わってしま
うことになり、また、電源出力短絡時における出力電流
の実効値が第11図に示すように大きいため、出力回路素
子の損焼をまねく恐れがある。そのため、出力回路素子
に大きな定格の高価なものを使用する必要がある。また
出力保護動作を行わせる手段として誤差増幅器を使用す
るため、保護用誤差増幅器4aにも位相補償回路6が必要
で、回路が複雑となり、部品点数が多く、コストの低減
が困難である。
課題を解決するための手段 前記課題を解決するために本発明の電源回路の保護装
置は、誤差増幅器により制御される静止型変換器と、こ
の静止型変換器の出力側に出力検出回路を接続し、この
出力検出回路の出力検出信号と基準電圧との差を上記誤
差増幅器により増幅するとともに、上記出力検出回路に
接続された比較回路とで構成された出力異常検出手段
と、上記誤差増幅器の出力側間に接続され、上記出力異
常検出手段の信号によってオンし、上記誤差増幅器の出
力側を停止させる第1のスイッチ素子と、上記誤差増幅
器の入出力間に接続され、コンデンサと抵抗で構成され
た第1の時定数を持つ位相補償回路と、上記第1のスイ
ッチ素子と上記位相補償回路とに直列に接続された直流
固定電位および第2のスイッチ素子と、上記位相補償回
路と上記誤差増幅器の入力側に上記出力検出回路を接続
し、上記位相補償回路の上記第1の時定数の大きさを、
その第1の時定数を構成する上記コンデンサと上記出力
検出回路の合成インピーダンスによる第2の時定数より
小さくしたものである。
また本発明の他の構成の電源回路の保護装置は、第2
のスイッチ素子として直流固定電位側にアノードを、位
相補償回路側にカソードを接続した整流器を用いたもの
である。
作用 上記構成とすることにより、出力異常時の過渡期にお
ける出力回路素子および出力負荷にかかるストレスを抑
制する機能を簡単かつ安価に得ることができる。
実施例 以下本発明の一実施例について図面を参照しながら説
明する。第1図は本発明の第1の構成の一実施例におけ
るプラス定電圧電源回路の保護装置を示すものである。
なお第10図と同等のものは同符号を付し、その構成の
説明を省略する。第10図と異なる点は、保護用誤差増幅
器4aが保護用コンパレータ4bになった点と、上記保護用
コンパレータ4bが単なる電圧コンパレータのため、位相
補償回路6が不要となった点と、上記保護用コンパレー
タ4bの出力により連動でオン、オフ制御される第1のス
イッチ素子12と第2のスイッチ素子13が接続された点で
ある。上記第1のスイッチ素子12は出力制御用誤差増幅
器1の出力に、この出力を短絡するように接続されてい
る。上記第2のスイッチ素子13は基準電源2と位相補償
回路3と第1のスイッチ素子12に直列に接続されてい
る。上記位相補償回路3は、コンデンサ31と抵抗32で構
成され、抵抗32の抵抗値は、出力検出回路9の抵抗91,9
2の合成インピーダンスより充分小さいものである。
また、上記出力制御用誤差増幅器1は電流出力型(ト
ランスコンダクタンスアンプ)を使用しているので特性
上出力インピーダンスが非常に高く、その出力短絡時に
大電流が流れないものである。上記回路構成において以
下回路動作について説明する。ここに電源出力が短絡で
出力検出回路9の抵抗94に発生した出力異常検出信号11
が接地レベルに達すると、上記保護用コンパレータ4bは
第1のスイッチ素子12と第2のスイッチ素子13を連動で
オンにするため、出力制御用誤差増幅器1の出力を強制
的にローにし、DC−DCコンバータ8の入力も同じくロー
となるため電源出力は瞬時に停止する。本発明の場合、
4bは単なる電圧コンパレータであるので、その過渡応答
は誤差増幅器に比べて非常に早く、遅れ時間がほとんど
ないため、上記DC−DCコンバータ8の出力回路に過大な
ストレスをほとんど加えずに電源出力を瞬時に停止させ
ることができる。上記停止する過渡期においては、位相
補償回路3のコンデンサ31は、一方が第2のスイッチ素
子13を通じて基準電源2に接続され、他方が抵抗32と第
1のスイッチ素子12を通じて接地レベルに接続されるた
め上記基準電源2の電位まで第1図に示す極性でコンデ
ンサ31と抵抗32の第1の時定数で急速に充電される。そ
して電源出力が停止すると出力異常検出信号11が0とな
り保護用コンパレータ4bは第1、第2のスイッチ素子1
2,13を連動でオフにするため出力は上昇する方向に向か
う。上記上昇する方向において上位位相補償回路3のコ
ンデンサ31は、上記出力検出回路9の抵抗91,92の合成
インピーダンスとによる第2の時定数でゆっくり放電す
る。そして再び出力電流が設定したレベルに達すると同
様の動作を繰り返す。従って上記出力制御用誤差増幅器
1の出力波形は第2図に示すような波形となる。すなわ
ち急速停止ソフトスタートを繰り返す動作となる。
第3図は本発明の第1の構成のマイナス定電流電源回
路の保護装置を示すものである。なお第1図と同等のも
のは同符号を付し、その構成の説明を省略する。電源出
力が定電流の場合には特に短絡保護を施さなくても良い
が、出力回路素子にかかるストレスを極少にしたいと
か、あるいは電子写真装置用の高圧電源等で負荷の短絡
またはアーク等で感光ドラムに傷をつけるのを最小にし
たいとか、感電および火災防止の面で、短絡・アーク時
の電流の実効値を下げたい場合に非常に有効である。第
3図において電源出力電流は出力検出回路9の91,92の
直列合成抵抗により出力検出信号10として検出される。
出力制御用誤差増幅器1の第2の入力へ出力検出信号10
を接続することにより基準電源2との差を増幅し、その
出力をDC−DCコンバータ8の入力に接続し、負帰還ルー
プを構成し、出力電流を安定化させている。また、保護
用コンパレータ4bの第2の入力へ出力異常検出信号11を
接続し、第1の入力へ基準電源2を接続している。上記
回路構成で定電流制御させ、負荷を小さくしていくと、
短絡付近ではDC−DCコンバータ8は間欠発振状態とな
り、出力電流リップルが著しく増大し上記抵抗92に発生
する電圧のピーク値が大きくなる。また出力アーク放電
時においてもスパイク状に電流が大きく流れるため上記
抵抗92に発生する電圧のピーク値が大きくなる。すると
保護用コンパレータ4bが動作し、第1図と同様の保護動
作が行われる。上記DC−DCコンバータ8は第2図に示す
Pレベルを超えるとDC−DCコンバータ8の出力が上昇
し、Pレベルより下がるとDC−DCコンバータ8の出力が
停止するため、電源出力短絡時に電源出力に流れる電流
波形は第4図に示すように休止期間を含む波形となり、
その実効値は、従来例の第11図の電源波形に比べて著し
く低くなっている。また電源出力アーキング時に電源出
力に流れる電流波形は、アーク放電が起こると、出力電
圧が一旦0Vになりアークを停止させてから再びソフトス
タートにより出力電圧が上昇するので連続しなくなり、
第5図に示すようにスパイク状になり、さらにその実効
値は低くなる。
第6図は本発明の第1の構成の交流電源回路の保護装
置を示すものである。なお第1図と同等のものは同符号
を付し、その構成の説明を省略する。第6図において8
は静止型変換器で内部に入力巻線81と出力巻線82と検出
巻線83で構成されたトランスを備えたDC−ACインバータ
である。出力検出回路9は上記検出巻線83に発生した交
流電圧をプラスの直流電圧に両波整流するダイオード90
と分圧する抵抗91,92と平滑するコンデンサ93、抵抗94
で構成された出力検出信号10と、上記出力巻線82の巻き
始め側から出力電流を検出する抵抗96とその検出電圧を
プラスの電流電圧に整流するダイオード97と平滑するコ
ンデンサ98、抵抗99で構成された出力異常信号11で構成
されている。上記構成とすることで第1図の実施例と同
等の保護動作を行わせることができる。
第7図は本発明の第2の構成の実施例におけるプラス
定電圧電源回路の保護装置を示すものである。なお第1
図と同等のものは同符号を付し、その構成の説明を省略
する。第1図と異なる点は基準電源2と位相補償3と第
1のスイッチ素子12に直列に接続されていた第2のスイ
ッチ素子13の代わりにダイオード14を接続した点であ
る。電源出力短絡時には位相補償回路3のコンデンサ31
へ基準電源2の電位からダイオード14の順方向電圧を引
いた電圧まで急速にコンデンサ31と抵抗32の時定数で充
電する。その後、第1のスイッチ素子12がオフになる
と、上記位相補償回路3のコンデンサ31と出力検出回路
9の抵抗91,92との合成インピーダンスによる時定数で
ゆっくり放電する。従って上記出力制御用誤差増幅器1
の出力波形は第8図に示すようにダイオード14の順方向
電圧分だけ高い波形となる。なお、ダイオード14のアノ
ードを基準電源2の代わりに直流固定電位15へ接続し、
直流固定電位15の電圧を基準電源2の電圧よりダイオー
ド14の順方向電圧分だけ高く設定しておけば、上記位相
補償回路3へ急速に充電する時にダイオード14の順方向
電圧分をキャンセルできるため、出力制御用誤差増幅器
1の出力波形は第2図に示すものが得られる。
第9図は本発明の第1の構成の一実施例におけるプラ
ス定電圧電源回路の保護装置を示すものである。なお第
1図と同等のものは同符号を付し、その構成の説明を省
略する。第1図と異なる点はDC−DCコンバータ8の入力
レベルが上昇すると電源出力が低下するモードになって
いる点で第1のスイッチ素子12は直流固定電位15へ接続
され、第2のスイッチ素子13は接地レベルへ接続されて
いる。また、上記第2のスイッチ素子13と基準電源2の
間には抵抗16が接続されており、その抵抗値は位相補償
回路3の抵抗32の抵抗値より充分大きいものである。
上記回路構成において以下回路動作について説明す
る。ここに電源出力が短絡で出力異常検出信号11により
保護用コンパレータ4bが第1、第2のスイッチ素子12,1
3を連動でオンにすると、静止型変換器8の入力に直流
固定電位15が接続されるため電源出力は瞬時に停止す
る。同時に位相補償回路3のコンデンサ31は第2のスイ
ッチ素子13を通じて接地レベルへ接続され、上記直流固
定電位15から第9図に示す極性で急速充電される。その
後第1、第2のスイッチ素子12,13が連動でオフになる
と上記位相補償回路3のコンデンサ31と抵抗16の時定数
でゆっくり放電する。以後同様の動作を繰り返し、電源
出力の保護を行う。
本発明の一連の実施例において、出力制御用誤差増幅
器は全て電流出力型で述べてきたが、電圧出力型におい
ても上記出力制御用誤差増幅器1の出力に直列に電流制
限用素子(抵抗)を接続し、出力インピーダンスを上げ
ることにより同様の電源回路の保護装置が構成できるこ
とはいうまでもない。
発明の効果 以上述べてきたように本発明によれば、次のような利
点がある。
(1) 出力回路素子として定格の小さい小型で安価な
ものが使用できる。
(2) 短絡、アーク時の電流の実効値を小さくするこ
とができるので高圧電源において感電、アークによる火
災、安全規格の面で非常に有利であり、特に電子写真機
の場合、コロナ放電器と感光ドラムの間の短絡、アーク
によるドラム破壊防止に著しい効果がある。
(3) IC化する場合、ソフトスタート機能を出力制御
用誤差増幅器の位相補償回路の時定数と共用することが
できるためピン数を減らすことができ、かつ外付部品を
削減することができるため小型で安価となる。
(4) 高圧電源において一旦アーク放電が起こると、
アーク放電時の電圧が低いため、定電流電源の場合でも
アークが連続アークになるが、本発明の場合にはアーク
放電が一発でも起これば、出力電圧は一旦0Vになり、ア
ークを停止させてから再びソフトスタートにより電圧が
上昇するのでアークは連続しなくなり、アークのエネル
ギーを大幅に小さくできるので、電子写真装置内におけ
る紙の発火による火災防止に著しい効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の構成の電源回路の保護装置の一
実施例を示す回路図、第2図は第1図に示す回路図の動
作を説明する波形図、第3図、第6図、第9図は第1図
に示す一実施例の応用例を示す回路図、第4図、第5図
は第3図に示す実施例の動作を説明する波形図、第7図
は本発明の第2の構成の電源回路の保護装置の一実施例
を示す回路図、第8図は第7図に示す回路図の動作を説
明する波形図、第10図は従来の電源回路の保護装置の一
例を示す回路図、第11図は第10図に示す回路図の動作を
説明する波形図である。 1……出力制御用誤差増幅器、2……基準電源、3……
位相補償回路、4a……保護用誤差増幅器、4b……保護用
コンパレータ、6……位相補償回路、8……静止型変換
器、9……出力検出回路、10……出力検出信号、11……
出力異常検出信号、12……スイッチ素子、13……スイッ
チ素子、14……ダイオード、15……直流固定電位、16…
…抵抗。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−223471(JP,A) 特開 昭62−225129(JP,A) 実開 昭61−149983(JP,U) 特公 昭58−54746(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02H 7/12 - 7/20 G05F 1/56 H02M 3/00 - 3/28

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】誤差増幅器により制御される静止型変換器
    と、この静止型変換器の出力側に出力検出回路を接続
    し、この出力検出回路の出力検出信号と基準電圧との差
    を上記誤差増幅器により増幅するとともに、上記出力検
    出回路に接続された比較回路とで構成された出力異常検
    出手段と、上記誤差増幅器の出力側間に接続され、上記
    出力異常検出手段の信号によってオンし、上記誤差増幅
    器の出力側を停止させる第1のスイッチ素子と、上記誤
    差増幅器の入出力間に接続され、コンデンサと抵抗で構
    成された第1の時定数を持つ位相補償回路と、上記第1
    のスイッチ素子と上記位相補償回路とに直列に接続され
    た直流固定電位および第2のスイッチ素子と、上記位相
    補償回路と上記誤差増幅器の入力側に上記出力検出回路
    を接続し、上記位相補償回路の上記第1の時定数の大き
    さを、その第1の時定数を構成する上記コンデンサと上
    記出力検出回路の合成インピーダンスによる第2の時定
    数より小さくした電源回路の保護装置。
  2. 【請求項2】第2のスイッチ素子として直流固定電位側
    にアノードを、位相補償回路側にカソードを接続した整
    流器を用いた請求項(1)記載の電源回路の保護装置。
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