JPH0592824U - 過電流検出回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 過電流検出回路に関し、特に電流供給開始時
のラッシュ電流による誤検出を防止し、且つ通常動作時
における適切な過電流検出を可能とした過電流検出回路
を提供することを目的とする。 【構成】 電流供給制御信号がオンしたときに負荷に電
流供給を開始する電流供給手段３、前記制御信号のオン
から所定時間後に前記電流供給開始時における過電流検
出閾値から通常動作時の過電流検出閾値への閾値切り換
え信号を出力するタイマー手段１、前記閾値切り換え信
号によって前記負荷への最大供給電流を前記電流供給開
始時における制限電流値から通常動作時における制限電
流値へと切り換える制限電流切換手段２、そして前記電
流供給手段３からの出力電圧を所定の閾値と比較して前
記出力電圧が前記所定閾値を越えたときに過電流検出信
号を出力する過電流検出手段４から構成する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は過電流検出回路に関し、特にランプ負荷や容量性の負荷等に対して電 流供給を開始した際に、その開始時のラッシュ電流を異常動作時における過電流 と誤検出せず、且つ通常動作時においては適切な過電流の検出を可能とした過電 流検出回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

ランプ負荷に電流供給を行う場合、ランプの抵抗値は初め低い値を示し、電流 供給の開始と共にその発熱によって抵抗値が増大して最終的に一定値へとおちつ く。また、容量性の負荷、例えばコンデンサと抵抗が並列接続されたような負荷 に対して電流供給を行う場合には、電流供給開始時に前記コンデンサ側にラッシ ュ電流が流れそのチャージが進むにつれ電流供給量が減少し最終的に前記抵抗の 値によってその電流値が定まる。従って、前述したような負荷に対して電流を供 給し、そしてその負荷等の異常発生時における過電流を検出するには、通常動作 時における電流供給値の他に電流供給開始時における電流供給値が考慮されなけ ればならない。

【０００３】 図４には従来の過電流検出回路の一例が示されている。 図面に従ってその動作を説明していくと、図には示されていないマイクロコン ピュータ等からの電流供給開始信号１１がオン（図では低レベル）すると、抵抗 １４（Ｒ１）を介して電流供給スイッチの働きをする出力トランジスタ１９（Ｑ ３）にベース電流が流れ出力トランジスタ１９がオンする。この例では出力負荷 抵抗２０（ＲＬ）＞＞電流検出抵抗１８（Ｒ４）及び回路電源電圧（Ｖ_B ）＞＞ 出力トランジスタ１９のオン電圧としていることから、ほぼ回路電源電圧Ｖ_B を その出力負荷抵抗２０（ＲＬ）で割った値に相当する電流Ｉ_O が出力負荷２０へ 供給される。出力負荷２０の両端の電圧Ｖ_O はその抵抗値と前記電流Ｉ_O の積で 決まり、出力負荷２０に異常（例えばショート等）がないかぎり前記Ｖ_B −Ｖ_O は所定電圧範囲内にある。この電圧と抵抗１５と１６のブリーダ値で定まる過電 流検出閾値Ｖ_thはＶ_th＝｛Ｒ２／（Ｒ２＋Ｒ３）｝×（Ｖ_B −Ｖ_O ）である。

【０００４】 ここでもし出力負荷２０に異常が発生し、例えば負荷ショート若しくはコイル 負荷の一部短絡等によって負荷抵抗が下がった場合、前記出力電流Ｉ_O は増大す るが、それに対して電流検出抵抗１８（Ｒ４）とトランジスタ１７（Ｑ２）から 成る電流制限回路が働き所定の制限電流値Ｉ_LM以下に抑えられる。前記制限電流 値Ｉ_LMはトランジスタ１７のオン電圧（Ｖ_BE＝約０．７Ｖ）を電流検出抵抗１８ （Ｒ４）で割った値Ｉ_LM＝０．７Ｖ／Ｒ４で与えられ、前記Ｉ_O がＩ_LMより大き くなろうとするとトランジスタ１７がオフ状態から能動状態となり前述した抵抗 １４（Ｒ１）に対して電流供給を開始する。このため前記抵抗１４の電流供給側 の電位が上昇し出力トランジスタ１９からのベース電流が減少してトランジスタ １９はオン状態から能動状態へと移行する。このときトランジスタ１９のコレク タ−エミッタ間の電圧Ｖ_CEが一定電流Ｉ_LMを負荷に供給するため負荷電圧Ｖ_O の 低下を補償する。これはまた前述の電位差（Ｖ_B −Ｖ_O ）を大きくし、前記Ｖ_th が過電流検出トランジスタ１３（Ｑ１）のオン電圧（Ｖ_BE＝約０．７Ｖ）を越え てトランジスタ１３をオンする。そのオン出力は過電流検出出力１２として外部 の例えばマイクロコンピュータ等に通知される。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、前述したように出力負荷によっては電流供給開始時と通常動作 時の供給電流には大きな差があることから従来の過電流検出回路を使用した場合 、前記過電流検出閾値Ｖ_thは電流供給開始時のラッシュ電流による誤検出を防止 するため、より大きな電流を流す電流供給開始時における供給電流を基準に設定 する必要がある。このため、前記ラッシュ電流より十分小さい通常電流に対して は前記閾値が大きすぎて、通常動作時における出力負荷の異常（負荷ショートや 負荷コイルの一部ショート等による低抵抗化）による過電流が逆に検出できない という問題があった。

【０００６】 そこで本考案の目的は上記問題点に鑑み、電流供給開始時の前記閾値と通常動 作時の前記閾値がそれぞれ独立に設定可能で、それらを電流供給開始によって起 動される所定時間のタイマー回路を使って切り換えることにより、電流供給開始 時のラッシュ電流がおさまるまでの前記所定時間内は前記誤検出を防止するより 大きな閾値が設定され、そして前記時間の経過後は通常動作時の過電流検出に適 合したより小さな閾値が設定される過電流検出回路を提供し、これによって、従 来回路では達成しえなかった電流供給開始時における前記誤検出の防止と通常動 作時における適切な過電流検出動作を同時に達成せんとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

本考案によれば図１に示すように、電流供給制御信号がオンしたときに負荷に 電流供給を開始する電流供給手段３、前記電流供給制御信号のオンから所定時間 の計測を開始し前記所定時間に達したときに前記電流供給開始時における過電流 検出閾値から通常動作時の過電流検出閾値へ切り換える閾値切り換え信号を出力 するタイマー手段１、前記タイマー手段１からの閾値切り換え信号によって前記 負荷への最大供給電流を前記電流供給開始時における制限電流値から通常動作時 における制限電流値へと切り換える制限電流切換手段２、そして前記電流供給手 段３からの出力電圧を所定の閾値と比較して前記出力電圧が前記所定閾値を越え たときに過電流検出信号を出力する過電流検出手段４から構成される過電流検出 回路が与えられる。

【０００８】

【作用】

電流供給手段３は電流スイッチング動作を行い前記電流供給制御信号がオンの ときに出力負荷に対して電流を供給し、それがオフのときに前記電流を遮断する 。制限電流切換手段２は前記負荷へ流す最大電流を規定し、前記電流供給手段３ に正常負荷が接続されているときはその負荷抵抗に応じた電流を供給する。しか し、前記負荷の異常等から負荷電流が前記最大電流に達した際にはいわゆる定電 流動作を行いその最大電流以下に負荷電流を制限する。また前記最大電流値は２ つのレベルで独立に設定され、その１つは電流供給開始時にラッシュ電流によっ て過電流の誤検出を起こさない第１の値に、そして他の１つは通常動作時に適切 な過電流の検出が行える第２の値に設定される。

【０００９】 タイマー手段１は前記電流供給制御信号のオンによって起動され、電流供給開 始時のラッシュ電流がおさまるまでの時間に相当する所定時間経過後に前記閾値 切り換え信号を出力する。その信号の出力前には前記制限電流切換手段２におい て前記第１の値が設定されており、前記出力信号によって前記第２の値へ切り換 えられる。前述した出力負荷がショート等による抵抗値の低下をきたしたとして もそこに流れる負荷電流が増加する範囲では負荷電圧は一定に保たれるが、負荷 電流が前記最大電流値に達すると電流はそこで一定電流となり、負荷電圧も負荷 抵抗の減少に応じて低下する。過電流検出手段４は前記負荷電圧の低下を検出し 所定の閾値レベルを越えた（閾値以下となる）ときに過電流検出信号を出力する 。従って本考案による過電流検出回路は現実に過電流を外部負荷に流すことなく 、それを未然に防止しながらそれが起こりうる状態を検知するため負荷側のさら なる損傷等が防止される。

【００１０】

【実施例】

図２は本考案による過電流検出回路の一実施例を示したものである。図１に示 された本考案との関係では、図２の点線で囲まれた各ブロック５１〜５４がそれ ぞれ図１の１〜４の各手段に対応する。また、図２において、図４の従来例と同 じものについては同一符号が付されており、従来例ですでに説明したもの（ブロ ック５３，５４）についてはここでは改めて説明しない。 図３は図２に示す過電流検出回路の本考案による主要な動作を説明するための 動作波形図である。図の（ａ）は電流供給開始時の供給電流波形と本考案による ２つの過電流検出閾値の例を示しており、（ｂ）は電流供給開始信号１１（図２ ）がオン（低レベル）した状態、（ｃ）は図２におけるタイマブロック５１内部 のＣＲタイマ時定数の例、そして（ｄ）はそのタイマブロック５１から出力され る閾値切り換え信号の例が示されている。

【００１１】 図２のタイマーブロック５１において、電流供給開始信号１１がオン（低レベ ル）すると（図３の（ｂ））、トランジスタ３１（Ｑ３１）がオンし、主として 抵抗３２（Ｒ３２）とコンデンサ３４（Ｃ３１）からなるＣＲ時定数でコンデン サ３４を充電する。図３の（ｃ）にはこの充電波形が示されており、その充電電 圧が出力トランジスタ３８（Ｑ３２）のオン電圧（Ｖ_BE＝約０．７Ｖ）に達する と前記トランジスタ３８がオンして（図３の（ｄ））前述した閾値切り換え信号 を抵抗３７（Ｒ３４）を介して出力する。前記電流供給開始信号１１がオンして からタイマー出力がオンするまでの時間は、前記抵抗３３とコンデンサ３４を使 って、図３の（ａ）に示すように電流供給開始時のラッシュ電流がおさまるまで の時間（ｔ₁ ）に設定される。なお抵抗３２（Ｒ３１）はトランジスタ３１の負 荷抵抗であり、抵抗３３（Ｒ３３）はトランジスタ３８のベース電流制限抵抗で あるが前記コンデンサ３４の放電時定数にも関与する。また、ダイオード３６（ Ｄ３１）は負荷に対する電流供給を停止した際のコンデンサ３４の放電を迅速に 行うためのものである。

【００１２】 次にブロック５２について説明すると、ブロック５１からの前記閾値切り換え 信号がオフ（高レベル）のときには、閾値を切り換えるためのスイッチングトラ ンジスタ３９（Ｑ３３）はオフしており、この場合、ダーリントン接続されたト ランジスタ１７，４０（Ｑ２，Ｑ３４）が従来例における図４のトランジスタ１ ７に相当する。従来例との違いは前記ダーリントン接続されたトランジスタ１７ ，４０がオンするためには従来例に比し２倍のＶ_BE電圧（２×０．７Ｖ＝１．４ Ｖ）を必要とし、その電圧を電流検出抵抗１８（Ｒ４）の両端に発生させるのに 従来の２倍の負荷電流Ｉ_O を流せる点である。これは前述した出力負荷に供給さ れる最大電流が従来の２倍に設定されていることを意味し、等価的に前述した過 電流検出閾値Ｖ_th1 は従来例に対して２倍の値をもつことになる（図３の（ａ） ）。

【００１３】 次に、前述したように電流供給開始時から所定時間経過後に前記ブロック５１ からの閾値切り換え信号がオン（低レベル）し（図３の（ｄ））、この時、前記 トランジスタ３９がオンして前記ダーリントン接続されたトランジスタ１７，４ ０のうち後段側のトランジスタ４０のエミッタ−ベース間をショートする。従っ て、トランジスタ４０はオフし、そしてトランジスタ１７のベースは出力トラン ジスタ１９（Ｑ３）のエミッタへ接続されることになる。この接続は従来例（図 ４）と全く同じ構成となるため、従来例で説明したように電流検出抵抗１８（Ｒ ４）の両端に約０．７ＶのＶ_BE電圧を発生させる負荷電流Ｉ_O が前記最大電流と なり過電流検出閾値Ｖ_th2 は従来例と同じ値をもつことになる（図３の（ａ）） 。

【００１４】 このように、前記閾値切り換え信号によって２つの閾値を切り換えることで、 電流供給開始から所定時間ｔ₁ は大きな閾値Ｖ_th1 が設定され、それ以降の時間 ｔ₂ は通常動作における適切な過電流検出閾値Ｖ_th2 が設定される。 なお、本実施例では２つの閾値がＶ_th1 ＝２×Ｖ_th2 の関係を有する例が示さ れているがこれに制限されるものではなく、各閾値Ｖ_th1 ，Ｖ_th2 はそれぞれ独 自に設定されてもよい。また、前記トランジスタ３９をアナログスイッチ等に置 き換えることも当然可能である。

【００１５】

【考案の効果】

以上述べたように本考案による過電流検出回路は、電流供給開始時の過電流検 出閾値と通常動作時の過電流検出閾値をそれぞれ独自に設定可能で、それらを電 流供給開始によって起動される所定時間のタイマーを使って切り換えることによ り、電流供給開始時のラッシュ電流による誤検出を防止し、且つ通常動作時にお いて適切な過電流検出を行う。 また、本考案による過電流検出回路は、現実に過電流を外部負荷に流すことな くそれを未然に防止しながらそれが起こりうる状態を検知するため、負荷側のさ らなる損傷等を防止する。 さらに本考案による過電流検出回路は、前述した簡易なＣＲタイマーやトラン ジスタスイッチ等のハードウェア手段又はマイクロコンピュータ等による簡易な タイマ制御ソフトウェア手段等によって容易に実現できるため、従来回路からの 変更若しくは改良がそのためのコスト等をほとんど増加することなく容易に達成 可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案による過電流検出回路の基本構成を示し
たブロック図である。

【図２】本考案による過電流検出回路の一実施例を示し
た回路図である。

【図３】図２の本考案による主要動作タイミングを描い
た動作波形図である。

【図４】従来の過電流検出回路の一例を示した回路図で
ある。

【符号の説明】

１…タイマー手段 ２…制限電流切換手段 ３…電流供給手段 ４…過電流検出手段 ２０…出力負荷回路

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 電流供給制御信号がオンしたときに負荷
   に電流供給を開始する電流供給手段（３）、前記電流供
   給制御信号のオンから所定時間の計測を開始し前記所定
   時間に達したときに前記電流供給開始時における過電流
   検出閾値から通常動作時の過電流検出閾値へ切り換える
   閾値切り換え信号を出力するタイマー手段（１）、前記
   タイマー手段（１）からの閾値切り換え信号によって前
   記負荷への最大供給電流を前記電流供給開始時における
   制限電流値から通常動作時における制限電流値へと切り
   換える制限電流切換手段（２）、そして前記電流供給手
   段（３）からの出力電圧を所定の閾値と比較して前記出
   力電圧が前記所定閾値を越えたときに過電流検出信号を
   出力する過電流検出手段（４）から構成することを特徴
   とする過電流検出回路。