(57)【要約】【課題】電源投入時の入力電圧が検出閾値に達すると起動し、かつ検出閾値が可変である、突入電流防止回路及び突入電流の防止方法を提供すること。【解決手段】本発明は、起動回路２及び電流制限回路３を有する。電流制限回路３は、直流電源の投入時に、突入電流の発生を防止する。起動回路２は、入力電圧を検出し、入力電圧が検出閾値に達すると、電流制限回路３を起動する。起動回路２は、検出閾値調整部２１を有する。起動回路２は、検出閾値調整部２１により、検出閾値を調整することができる。【選択図】図１
2011167012.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源の投入時の電流を制限する電流制限回路と、
入力電圧が検出閾値に達すると前記電流制限回路を起動する起動回路と、を備え、
前記起動回路は、
前記検出閾値を調整する検出閾値調整部を少なくとも備える、
突入電流防止回路。
【請求項２】
前記検出閾値調整部は、
直列に接続され、入力電圧を分圧した制御電圧を生成する複数の抵抗を少なくとも備え、
前記直列に接続された複数の抵抗の少なくとも１つは可変抵抗であり、
前記可変抵抗の抵抗値に応じて前記制御電圧が変化することにより、前記検出閾値が変化することを特徴とする、
請求項１に記載の突入電流防止回路。
【請求項３】
前記起動回路は、
前記制御電圧に応じて前記直流電源と前記電流制限回路とを接続するスイッチング回路を更に備え、
前記スイッチング回路は、
前記制御電圧が当該前記スイッチング回路の動作閾値電圧に達すると、前記直流電源と前記電流制限回路とを接続することを特徴とする、
請求項２に記載の突入電流防止回路。
【請求項４】
前記スイッチング回路は、
前記制御電圧により制御されるスイッチング素子と、
前記スイッチング素子と直列に接続されるツェナーダイオードと、を備え、
前記スイッチング回路の前記動作閾値電圧は、前記スイッチング素子の動作閾値電圧に前記ツェナーダイオードのツェナー電圧を加算したものであることを特徴とする、
請求項３に記載の突入電流防止回路。
【請求項５】
前記電流制限回路には負荷が接続され、
前記検出閾値は、前記負荷が正常に動作する電圧範囲の下限と等しいことを特徴とする、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の突入電流防止回路。
【請求項６】
直流電源の投入時の入力電圧を検出するステップと、
前記入力電圧が検出閾値に達したら、直流電源の投入時の電流を制限する電流制限回路を起動するステップと、を少なくとも備え、
前記検出閾値を調整することにより、前記電流制限回路の起動を制御する、
突入電流の防止方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、突入電流防止回路及び突入電流の防止方法に関し、特に入力電圧を検出して起動する突入電流防止回路及び突入電流の防止方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
直流電源で動作する装置の電源入力には、突入電流の抑制を目的として突入電流防止回路が用いられる。このような突入電流防止回路の例として、例えば特許文献１に開示された突入電流防止回路が挙げられる。
【０００３】
図４は、通常の突入電流防止回路の一例である突入電流防止回路４００を示す回路図である。突入電流防止回路４００は、図４に示すように、直流入力電源４１と、入力コンデンサ５０及び負荷５１との間に挿入されており、抵抗４２、抵抗４３、コンデンサ４４、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors）４５、コンデンサ４６、抵抗４７、出力端子４８及び出力端子４９により構成されている。
【０００４】
ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors）４５のゲートは、抵抗４２からコンデンサ４４への充電動作により、徐々にゲート電圧が上昇する。そして、ＭＯＳＦＥＴ４５のゲート電圧が閾値に達すると、ＭＯＳＦＥＴ４５がＯＮとなり電流が流れ始めるとともに、ドレイン−ソース間電圧が低下し始める。ＭＯＳＦＥＴ４５のゲートには、コンデンサ４６と抵抗４７を介してドレイン−ソース間電圧の低下変動が伝達される。これにより、ＭＯＳＦＥＴ４５のゲート電圧はほぼ一定値に保たれる。従って、ＭＯＳＦＥＴ４５の電流はほぼ一定値に制限され、入力コンデンサ５０の充電電圧波形もランプ波形で徐々に充電される。
【０００５】
しかしながら、突入電流防止回路４００は直流入力電源４１の電圧検出機能を有していない。このため、直流入力電源４１が負荷５１の入力電圧許容範囲内に達していない状態でも、突入電流防止回路４００が入力コンデンサ５０へ充電動作を開始する。そのため、負荷５１がＤＣ−ＤＣコンバータ等の場合には、コンデンサ電圧が負荷５１の入力電圧許容範囲内に達していない状態で負荷５１が動作を開始することがある。この時、負荷５１のＤＣ−ＤＣコンバータは自身の入力許容電圧範囲内に達していないため、正常動作しない、または起動に失敗するというという欠点がある。
【０００６】
突入電流防止回路４００の欠点の対策として、特許文献２に開示されているＤＣ−ＤＣコンバータがある。このＤＣ−ＤＣコンバータは、入力電圧が負荷の動作範囲電圧を下回る場合には、遮断回路により負荷への出力を遮断する。一方、入力電圧が負荷の動作範囲電圧に達すると、負荷へ出力電圧を印加する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−４５９５７号公報
【特許文献２】特許第２８１３７３５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献２に記載されているＤＣ−ＤＣコンバータが負荷へ出力電圧を印加する際の入力電圧の値（以下、検出閾値）は、ツェナーダイオードの降伏電圧などにより決定される。ところが、組み合わせる負荷によって、その動作範囲電圧は様々である。従って、特許文献２に記載されているＤＣ−ＤＣコンバータでは、組み合わせる負荷に応じて適宜素子を置き換えなければならず、広範に適用することが難しい欠点が有った。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みて為されたものであり、本発明の目的は、電源投入時の入力電圧が検出閾値に達すると起動し、かつ検出閾値が可変である、突入電流防止回路及び突入電流の防止方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様である突入電流防止回路は、直流電源の投入時の電流を制限する電流制限回路と、入力電圧が検出閾値に達すると前記電流制限回路を起動する起動回路と、を備え、前記起動回路は、前記検出閾値を調整する検出閾値調整部を少なくとも備えるものである。
【００１１】
本発明の一態様である突入電流の防止方法は、直流電源の投入時の入力電圧を検出するステップと、前記入力電圧が検出閾値に達したら、直流電源の投入時の電流を制限する電流制限回路を起動するステップと、を少なくとも備え、前記検出閾値を調整することにより、前記電流制限回路の起動を制御するものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、電源投入時の入力電圧が検出閾値に達すると起動し、かつ検出閾値が可変である、突入電流防止回路及び突入電流の防止方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態１にかかる突入電流防止回路１００の構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１にかかる突入電流防止回路１００の構成を示す回路図である。
【図３】実施の形態１にかかる突入電流防止回路１００の動作タイミング図である。
【図４】通常の突入電流防止回路４００の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、実施の形態１にかかる突入電流防止回路１００の構成を示すブロック図である。図１に示すように、突入電流防止回路１００は、直流入力電源１、入力コンデンサ６及び負荷７との間に挿入される。突入電流防止回路１００は、起動回路２と電流制限回路３とにより構成される。突入電流防止回路１００の出力端子４は入力コンデンサ６及び負荷７の一端と接続される。出力端子５は、入力コンデンサ６及び負荷７の他端と接続される。
【００１５】
突入電流防止回路１００は、電源投入時の直流入力電源１からの突入電流を防止するものである。電源投入時に突入電流防止回路１００に印加される入力電圧は、電源投入直後から上昇し始め、一定の時間を経て直流入力電源１の出力電圧に到達する。
【００１６】
起動回路２は、入力電圧が検出閾値に達すると、直流入力電源１と電流制限回路３とを導通させる。これにより、電流制限回路３が起動する。電流制限回路３は、突入電流の発生を防止しつつ、負荷７に出力電圧を出力する。すなわち、電流制限回路３が起動したことを以って、突入電流防止回路１００全体が起動したこととなる。
【００１７】
ここで、起動回路２の検出閾値を負荷７の動作範囲電圧の下限値に設定することにより、入力電圧が負荷７の動作範囲電圧の下限に達してから、電流制限回路３を起動することができる。また、突入電流防止回路１００では、起動回路２の検出閾値調整部２１により、検出閾値を変化させることができる。従って、それぞれ異なる動作範囲電圧を有する負荷に対し、突入電流防止回路１００を適用することが可能である。
【００１８】
以下では、突入電流防止回路１００の構成及び動作について、詳細に説明する。図２は、突入電流防止回路１００の構成を示す回路図である。図２に示すように、起動回路２は、検出閾値調整部２１、抵抗２２、スイッチング回路２３により構成される。抵抗２２の一端は直流入力電源１と、他端はスイッチング回路２３と接続される。
【００１９】
検出閾値調整部２１は、可変抵抗２４及び抵抗２５により構成される。可変抵抗２４と抵抗２５とは、直流入力電源１に対して直列に接続される。スイッチング回路２３は、トランジスタ２６及びツェナーダイオード２７により構成される。トランジスタ２６のベースには、可変抵抗２４抵抗２５との間の電圧が入力される。トランジスタ２６は、抵抗２２と接続される。トランジスタ２６のエミッタは、ツェナーダイオード２７の一端及び電流制限回路３と接続される。ツェナーダイオード２７の他端は、直流入力電源１の負側端子と接続される。
【００２０】
電流制限回路３は、抵抗３１、コンデンサ３２、ＭＯＳＦＥＴ３３、コンデンサ３４及び抵抗３５により構成される。トランジスタ２６のエミッタと直流入力電源１の負側端子との間には、抵抗３１とコンデンサ３２とが接続される。ＭＯＳＦＥＴ３３のゲートは、トランジスタ２６のエミッタと接続される。トランジスタ２６のエミッタとＭＯＳＦＥＴ３３のドレインとの間には、コンデンサ３４及び抵抗３５が直列に接続される。ＭＯＳＦＥＴ３３のソースは、直流入力電源１の負側端子と接続される。ＭＯＳＦＥＴ３３のドレインは、更に出力端子５と接続される。
【００２１】
次に、突入電流防止回路１００に設けられた各素子の機能について説明する。ＭＯＳＦＥＴ３３は、ゲート電圧Ｖｇにより制御され、入力コンデンサ６への突入電流を抑制する。抵抗２２及び抵抗３１はＭＯＳＦＥＴ３３のゲート電圧Ｖｇを生成する。コンデンサ３２は、ＭＯＳＦＥＴ３３のゲート電圧Ｖｇに時定数を設ける。コンデンサ３４及び抵抗３５は、ＭＯＳＦＥＴ３３のドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓをゲート電圧Ｖｇに帰還させる。
【００２２】
次に、突入電流防止回路１００の動作について説明する。図３は、突入電流防止回路１００の動作を示すタイムチャートである。図３に示すように、突入電流防止回路１００に電源が投入されると、突入電流防止回路１００には入力電圧Ｖｉｎが印加される。入力電圧Ｖｉｎは、検出閾値調整部２１の可変抵抗２４と抵抗２５とにより分圧され、制御電圧Ｖｃが生成される。
【００２３】
突入電流防止回路１００では、入力電圧Ｖｉｎが検出閾値Ｖｄｅｔに達すると、トランジスタ２６のベースに入力される制御電圧Ｖｃは、トランジスタ２６の動作閾値電圧Ｖｂｅにツェナーダイオード２７のツェナー電圧Ｖｚを加算した電圧に達し、トランジスタ２６がＯＮとなる。これより、検出閾値Ｖｄｅｔは、以下の式（１）で表される。
【数１】
2011167012.tif 000003
ここで、Ｒ２４は可変抵抗２４の抵抗値である。Ｒ２５は抵抗２５の抵抗値である。
【００２４】
すなわち、トランジスタ２６とツェナーダイオード２７の直列接続からなるスイッチング回路２３では、制御電圧Ｖｃがスイッチング回路の動作閾値電圧（Ｖｂｅ＋Ｖｚ）に達すると、トランジスタ２６がＯＮとなる。また、式（１）に示すように、検出閾値Ｖｄｅｔは、可変抵抗２４の抵抗値Ｒ２４を変化させることにより、調整することが可能である。
【００２５】
入力電圧Ｖｉｎが検出閾値Ｖｄｅｔに達するまでは、トランジスタ２６はＯＦＦである。そのため、ＭＯＳＦＥＴ３３のゲートにはゲート電圧Ｖｇは印加されない（図３の期間Ｔ１）。
【００２６】
入力電圧が検出閾値Ｖｄｅｔに達すると、トランジスタ２６はＯＮとなり、ＭＯＳＦＥＴ３３のゲートにゲート電圧Ｖｇが印加される。このときのゲート電圧Ｖｇは、抵抗２２からコンデンサ３２への充電動作により、ランプ波形となる（図３の期間Ｔ２）。
【００２７】
次に、ＭＯＳＦＥＴ３３のゲート電圧Ｖｇが閾値に達すると、ＭＯＳＦＥＴ３３がＯＮとなり電流が流れ始める。それと共に、ＭＯＳＦＥＴ３３のドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓが低下し始める。ＭＯＳＦＥＴ３３のゲートには、コンデンサ３４及び抵抗３５を介して、ドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓの低下変動が伝達される。よって、ゲート電圧Ｖｇはほぼ一定値に保たれる。この結果、ＭＯＳＦＥＴ３３に流れる電流はほぼ一定値に制限される。従って、入力コンデンサ６の充電電圧Ｖｑもランプ波形となる（図３の期間Ｔ３）。
【００２８】
入力コンデンサ６への充電が完了すると、ＭＯＳＦＥＴ３３のゲート電圧Ｖｇは再び上昇を開始する。ゲート電圧Ｖｇがツェナーダイオード２７の動作電圧値に達すると、ゲート電圧Ｖｇは一定値にクランプされる（図３の期間Ｔ４）。
【００２９】
式（１）に示すように、検出閾値Ｖｄｅｔは、可変抵抗２４及び抵抗２５の抵抗値とツェナーダイオード２７の動作電圧とにより決定される。よって、本構成における検出閾値Ｖｄｅｔを、負荷７の入力電圧許容範囲の最低値以上に設定することにより、入力電圧Ｖｉｎが負荷７の動作保証範囲に達してから突入電流防止回路１００を起動させることができる。従って、負荷７を正常に起動することが可能となる。
【００３０】
更に本構成では、可変抵抗２４の抵抗値Ｒ２４は可変である。よって、式（１）に示すように、抵抗値Ｒ２４を調整することにより、検出閾値Ｖｄｅｔを適宜調整することが可能である。これにより、負荷の動作保証範囲に応じて、その都度抵抗やツェナーダイオードを置き換えること無く、突入電流防止回路１００を適用することが可能である。従って、本構成によれば、任意の負荷に対して適用することができる突入電流防止回路を提供することができる。
【００３１】
その他の実施の形態
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、可変抵抗２４の抵抗値は、予め調整してもよいし、外部から入力される制御信号に応じて制御してもよい。また、この際、突入電流防止回路１００に接続される負荷の動作補償範囲に応じて生成される制御信号を用いることができる。
【００３２】
図２では、可変抵抗２４及び抵抗２５の２つの抵抗を直列接続したが、直列接続される抵抗は３つ以上でもよい。さらに直列接続される抵抗の少なくとも１つが可変抵抗であれば、検出閾値Ｖｄｅｔを調整することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１  直流入力電源
２  起動回路
３  電流制限回路
４、５  出力端子
６  入力コンデンサ
７  負荷
２１  検出閾値調整部
２２、２５、３１、３５  抵抗
２３  スイッチング回路
２４  可変抵抗
２５  抵抗
２６  トランジスタ
２７  ツェナーダイオード
３２、３４  コンデンサ
３３  ＭＯＳＦＥＴ
４１  直流入力電源
４２、４３、４７  抵抗
４４、４６  コンデンサ
４８、４９  出力端子
５０  入力コンデンサ
５１  負荷
１００、４００  突入電流防止回路
Ｖｇ  ゲート電圧
Ｖｉｎ  入力電圧
Ｖｄｓ  ドレイン−ソース間電圧
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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