(57)【要約】【課題】  過電流保護回路の検出電流が周囲温度に関わらず一定値であったため、周囲温度が高くなると検出電流がディレーティング曲線の制限を超過し、発熱、発火などの事故が発生する可能性があったという課題を解決する。【解決手段】  電流を検出する抵抗の一端とコンパレータの一方の入力端子間に、周囲温度が高くなると電圧が低下する電圧信号を印加し、この電圧信号が一定値以上にならないように電圧制限素子で制限すると共に、前記抵抗の他端と前記コンパレータの他方の入力端子間に一定電圧を印加するようにした。また、この電流検出回路を電源装置の過電流検出回路に用いた。周囲温度が上昇すると検出電流が低下するので、ディレーティング曲線の限界を超過することがなくなり、発熱、発火などの事故を防止できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの入力端子を有し、これらの入力端子に印加される電圧の大小によってその出力が決定されるコンパレータと、
検出する電流が流れる経路中に配置された抵抗と、
前記抵抗の一端と前記コンパレータの一方の入力端子間に、負の温度係数を有する出力電圧を印加する可変電圧源と、
前記コンパレータの前記一方の入力端子電圧を一定値以下に制限する電圧制限素子と、
前記抵抗の他端と前記コンパレータの他方の入力端子間に、一定電圧を印加する基準電圧源と、
を具備したことを特徴とする電流検出回路。
【請求項２】
前記可変電圧源は、負の温度係数を有する電圧を出力する温度センサと、一定電圧を出力する基準電圧源で構成されることを特徴とする請求項１記載の電流検出回路。
【請求項３】
一定電圧の直流電力を出力し、かつ過電流検出信号が入力されると出力電圧を低下させて過電流が出力されることを防止する電圧制御部と、
前記電圧制御部の出力電流を検出して前記過電流検出信号を出力する、請求項１若しくは請求項２記載の電流検出回路と、
を具備したことを特徴とする電源装置。
【請求項４】
一定電圧の直流電力を出力し、かつ過電流検出信号が入力されると出力電圧を低下させて過電流が出力されることを防止する電圧制御部と、
前記電圧制御部の出力電流が流れる経路中に配置された抵抗と、
前記抵抗の一端と前記コンパレータの一方の入力端子間に、負の温度係数を有する出力電圧を印加する可変電圧源と、
前記コンパレータの前記一方の入力端子電圧を一定値以下に制限する電圧制限素子と、
前記電圧制御部の出力電圧を分圧し、その分圧した電圧を前記コンパレータの他方の入力端子に出力する分圧器と、
を具備したことを特徴とする電源装置。
【請求項５】
前記可変電圧源は、負の温度係数を有する電圧を出力する温度センサと、一定電圧を出力する基準電圧源で構成されることを特徴とする請求項４記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、取り付け条件や周囲温度によって許容される電力が変化する電源装置に用いて好適な電流検出回路およびこの電流検出回路を用いた電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図４に、過電流保護回路を内蔵した直流電源装置の構成を示す。図４において、電圧制御回路１０は入力された交流を直流に変換し、この直流を所定の周波数の交流に再変換してトランス１１の１次側に印加する。トランス１１の２次側に発生した交流はダイオード１２で整流され、コンデンサ１３で平滑されて負荷１４に出力される。電圧制御回路１０は、出力電圧Ｖｏｕｔが一定になるようにトランス１１に印加する交流を制御する。電圧制御回路１０とトランス１１で電圧制御部を構成している。
【０００３】
電流検出回路２０は、コンパレータ２１、このコンパレータ２１の反転入力端子に接続された基準電圧源２２および負荷１４に流れる電流の帰還路に挿入された抵抗２３で構成される。抵抗２３の両端には、負荷１４に流れる電流に比例する降下電圧が発生する。この降下電圧はコンパレータ２１の非反転入力端子に入力される。また、コンパレータ２１の出力は電圧制御回路１０に入力される。
【０００４】
このような構成において、この電源装置の出力電流が小さく、抵抗２３の降下電圧が基準電圧源２２の両端電圧より小さいときは、コンパレータ２１の出力は低レベルになる。電圧制御回路１０は通常の動作を行い、出力電圧Ｖｏｕｔを一定値に保つ。
【０００５】
出力電流が増加し、抵抗２３の降下電圧が基準電圧源２２の両端電圧より大きくなると、コンパレータ２１の出力は高レベルに変化し、電圧制御回路１０は出力電圧Ｖｏｕｔを低下させる。このため、出力電流は減少する。このようにして、出力電流を所定の値以下に制御することにより過電流が出力されないようにして、電源装置の焼損等の事故を防止する。
【０００６】
このような電源装置は、装置自体の発熱によって出力することができる最大電流が制限される。すなわち、装置の取り付け位置や筐体の一部であるカバーの有無、あるいは周囲温度によって最大出力電流が変化する。この最大出力電流はディレーティング曲線によって規定されている
【０００７】
図５にディレーティング曲線の一例を示す。図５の横軸は周囲温度、縦軸は最大出力電流の定格出力電流（常温時に出力可能な最大電流）に対する割合である。３０〜３３はディレーティング曲線であり、３０は電源装置を垂直に取り付けてカバーを付けない場合、３１は電源装置を水平に取り付けてカバーを付けない場合、３２は電源装置を垂直に取り付けてカバーを付けた場合、３３は電源装置を水平に取り付けてカバーを付けた場合のディレーティング曲線である。
【０００８】
曲線３３では、周囲温度が４０℃になると、最大出力電流が低下し始める。同様に、曲線３２では周囲温度４５℃で、曲線３１では周囲温度５０℃で、曲線３０では周囲温度５５℃で最大出力電流が低下し始める。取り付け方法やカバーの有無によってディレーティング曲線が異なるのは、これらによって放熱特性が異なるためである。
【０００９】
【特許文献１】特開平６−３８５１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、このような電源装置には次のような課題があった。定格出力電流は余裕を持って設定されているので、通常電流検出回路２０の検出電流は定格出力電流の１１０〜１３０％に設定される。すなわち、電流検出回路２０の検出電流は固定値であり、装置の取り付け方法や周囲温度によって変化しない。
【００１１】
ある電源装置が定格出力電流の４０％で使用されているとする。図５のディレーティング曲線を参照すると、周囲温度が４０℃以下ではどのような取り付け方をしても十分余裕があり、問題は発生しない。
【００１２】
しかし、周囲温度が５５℃を越えると、水平取り付けでカバー有りの場合はディレーティング曲線３３と交差する。そのため、異常な温度上昇が発生し、最悪の場合電源装置の破壊、異常な温度上昇による発熱、発煙、発火などの事故が発生する可能性がある。前述したように、電流検出回路２０の検出電流は定格出力電流の１１０〜１３０％に固定されているので、電流検出回路２０ではこれらの事故を防止することができないという課題があった。
【００１３】
従って本発明の目的は、周囲温度によって検出電流が変化する電流検出回路およびそれを用いた電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
このような課題を解決するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
２つの入力端子を有し、これらの入力端子に印加される電圧の大小によってその出力が決定されるコンパレータと、
検出する電流が流れる経路中に配置された抵抗と、
前記抵抗の一端と前記コンパレータの一方の入力端子間に、負の温度係数を有する出力電圧を印加する可変電圧源と、
前記コンパレータの前記一方の入力端子電圧を一定値以下に制限する電圧制限素子と、
前記抵抗の他端と前記コンパレータの他方の入力端子間に、一定電圧を印加する基準電圧源と、
を具備したものである。温度が上昇すると検出電流が下がる特性を実現できる。
【００１５】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、
前記可変電圧源を、負の温度係数を有する電圧を出力する温度センサと、一定電圧を出力する基準電圧源で構成したものである。基準電圧源選択の自由度を高くすることができる。
【００１６】
請求項３記載の発明は、
一定電圧の直流電力を出力し、かつ過電流検出信号が入力されると出力電圧を低下させて過電流が出力されることを防止する電圧制御部と、
前記電圧制御部の出力電流を検出して前記過電流検出信号を出力する、請求項１若しくは請求項２記載の電流検出回路と、
を具備したものである。周囲温度が高くなっても発熱、発火などの事故が起こることがない。
【００１７】
請求項４記載の発明は、
一定電圧の直流電力を出力し、かつ過電流検出信号が入力されると出力電圧を低下させて過電流が出力されることを防止する電圧制御部と、
前記電圧制御部の出力電流が流れる経路中に配置された抵抗と、
前記抵抗の一端と前記コンパレータの一方の入力端子間に、負の温度係数を有する出力電圧を印加する可変電圧源と、
前記コンパレータの前記一方の入力端子電圧を一定値以下に制限する電圧制限素子と、
前記電圧制御部の出力電圧を分圧し、その分圧した電圧を前記コンパレータの他方の入力端子に出力する分圧器と、
を具備したものである。周囲温度が高くなっても発熱、発火などの事故が起こることがない。
【００１８】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、
前記可変電圧源を、負の温度係数を有する電圧を出力する温度センサと、一定電圧を出力する基準電圧源で構成するようにしたものである。温度センサ選択の自由度を高くすることができる。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
請求項１，２、３、４および５の発明によれば、電流を検出する抵抗の一端とコンパレータの一方の入力端子間に、周囲温度が高くなると電圧が低下する電圧信号を印加し、この電圧信号が一定値以上にならないように電圧制限素子で制限すると共に、前記抵抗の他端と前記コンパレータの他方の入力端子間に一定電圧を印加するようにした。また、この電流検出回路を電源装置の過電流検出回路に用いた。
【００２０】
従来は周囲温度に関わらず過電流の検出電流が一定であったため、周囲温度が上昇するとディレーティング曲線で制限される範囲を超過し、電源装置の破壊、異常な温度上昇による発熱、発火などの事故が発生する可能性があった。本発明によると、周囲温度の上昇に従って検出電流の値を低下させることができる。そのため、周囲温度が高い状態で使用してもディレーティング曲線を超過することがなくなり、発熱、発火などの事故を確実に防止することができ、電源装置を保護することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下本発明を、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係る電流検出回路の一実施例を用いた電源装置の構成図である。なお、図４と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。また、電源装置としての構成、動作は図４と同じなので、説明を省略する。図１において、４０は電流検出回路であり、コンパレータ２１、基準電圧源４２および４４、温度センサＩＣ４１、ツェナダイオード４３および抵抗２３で構成されている。
【００２２】
温度センサＩＣ４１は電源端子Ｓ、グランド端子Ｇ、出力端子Ｏの３つの端子を有している。温度センサＩＣ４１は感温素子を内蔵し、電源端子Ｓとグランド端子Ｇの間に所定の電圧を印加すると、出力端子Ｏとグランド端子Ｇ間の電圧が電源装置の内部温度によって変化する。この電圧は内部温度に対して直線的に変化し、かつ内部温度が上昇すると低くなる負の温度係数を有している。なお、基準電圧源４２、４４の両端電圧およびツェナダイオード４３のツェナ電圧の温度係数は、温度センサＩＣ４１の温度係数に比べ、十分小さいものを使用する。温度センサＩＣ４１と基準電圧源４２で可変電圧源を構成する。また、ツェナダイオード４３は電圧制限素子の機能を有する。
【００２３】
ダイオード１２のカソードとコンデンサ１３の一端の接続点をＩＳ、コンデンサ１３の他端とトランス１１の２次側の接続点をＩＧとする。ＩＳはこの電源装置のプラス側出力、ＩＧは回路の共通電位点である。
【００２４】
温度センサＩＣ４１の電源端子ＳはＩＳに接続され、出力端子Ｏはコンパレータ２１の反転入力端子に接続される。温度センサＩＣ４１のグランド端子Ｇは基準電圧源４２の一端に接続され、この基準電圧源４２の他端はＩＧに接続される。すなわち、温度センサＩＣ４１と基準電圧源４２は直列接続され、この直列回路の両端はＩＳとＩＧ間に接続される。コンパレータ２１の反転入力端子には、基準電圧源４２の両端電圧と温度センサＩＣ４１の出力電圧を加算した電圧が印加される。温度センサＩＣ４１の出力端子ＯとＩＧ間にはツェナダイオード４３が接続される。
【００２５】
抵抗２３の一端はＩＧに、他端はこの電源装置の出力端子ＧＮＤに接続される。従って、抵抗２３にはこの電源装置の出力電流Ｉが矢印の方向に流れる。基準電圧源４４はコンパレータ２１の非反転入力端子と抵抗２３の他端（ＩＧでない側）に接続される。従って、コンパレータ２１の非反転入力端子には、抵抗２３の降下電圧と基準電圧源４４の両端電圧を加算した電圧が印加される。コンパレータ２１の出力は電圧制御回路１０に入力される。
【００２６】
次に、この実施例の動作を説明する。なお、基準電圧源４２と４４の両端電圧をそれぞれＶＲ４２、ＶＲ４４、ツェナダイオード４３のツェナ電圧をＶＺ、温度センサＩＣ４１が検出する温度をθ（℃）、温度センサＩＣ４１の出力電圧をＶ（θ）、抵抗２３の抵抗値をＲとする。
【００２７】
ＩＧを基準としたときの、コンパレータ２１の非反転入力端子、反転入力端子の電圧をそれぞれＶ＋、Ｖ−とすると、
Ｖ＋＝Ｒ・Ｉ＋ＶＲ４４
Ｖ−＝Ｖ（θ）＋ＶＲ４２
になる。但し、ツェナダイオード４３のため、Ｖ−≦ＶＺに制限される。
【００２８】
Ｖ−＞Ｖ＋、すなわち
Ｉ＜（Ｖ（θ）＋ＶＲ４２−ＶＲ４４）／Ｒ
のときはコンパレータ２１の出力は低レベルになる。この電源装置の出力電圧は、電圧制御回路１０により一定値に制御される。
【００２９】
Ｖ−＜Ｖ＋、すなわち
Ｉ＞（Ｖ（θ）＋ＶＲ４２−ＶＲ４４）／Ｒ
になると、コンパレータ２１の出力は高レベルに変化する。電圧制御回路１０はこの電源装置の出力電圧を低下させて過電流が出力されないようにする。
【００３０】
この結果、最大出力電流ＩＭＡＸは下記（１）式になる。
ＩＭＡＸ＝（Ｖ（θ）＋ＶＲ４２−ＶＲ４４）／Ｒ  ・・・・・・  （１）
図５で説明したように、ディレーティング曲線は右下がりの曲線になるために、周囲温度が高いほど最大出力電流は低くなる。この実施例では温度センサＩＣ４１として負の温度係数を有するセンサを用いたので、Ｖ（θ）は温度θが高くなるほど小さくなり、前記（１）式から最大出力電流ＩＭＡＸは低下する。従って、Ｖ（θ）の温度係数を調整することにより、最大出力電流ＩＭＡＸをディレーティング曲線に合わせることができる。
【００３１】
なお、前記（１）式では温度θが低くなる程Ｖ（θ）が大きくなり、やがてＩＭＡＸがこの電源装置の定格出力電流より大きくなってしまう。そのため、出力端子ＯとＩＧとの間にツェナダイオード４３を挿入し、Ｖ（θ）＋ＶＲ４２を一定電圧以下に規制する。定格出力電流をＩＳ、ツェナダイオード４３のツェナ電圧をＶＺとすると、下記（２）式からツェナ電圧ＶＺを選定すればよい。
ＶＺ＝ＩＳ・Ｒ＋ＶＲ４４  ・・・・・・・  （２）
【００３２】
次に、図２を用いて本実施例の動作を説明する。図２はディレーティング曲線と電流検出回路４０が検出する過電流値を表したグラフであり、横軸は電源装置の内部温度、縦軸は定格出力電流に対する割合である。電源装置の内部温度は温度センサＩＣ４１が検出する温度θと同じである。
【００３３】
図２において、５０はディレーティング曲線である。図５のディレーティング曲線３０〜３３は、電源装置の取り付け状態等で複数の曲線に分かれていたが、電源装置内部の温度を変数に取ると、１本の曲線５０に集約することができる。ディレーティング曲線５０は、内部温度７０℃から最大出力電流が低下する特性を有している。
【００３４】
５１は電流検出回路４０が検出する過電流の変化を表した曲線である。この曲線５１はディレーティング曲線５０の１２０％の値に設定されている。すなわち、常温での検出電流を定格出力電流の１２０％とし、内部温度７０℃から、ディレーティング曲線５０の同じ勾配で低下する特性に設定する。この勾配、開始温度などは、温度センサＩＣ４１の温度係数、基準電圧源４２、４４の両端電圧、抵抗２３の抵抗値を調整することにより、達成することができる。
【００３５】
次に、曲線５１を実現するための具体例を説明する。電流検出回路４０の検出電流を常温で１２Ａとし、７０℃から０．４Ａ／℃の勾配で低下する特性とする。この特性は、定格出力電流が１０Ａの電源装置に対応している。
【００３６】
温度センサＩＣ４１として、０℃のときの出力電圧が１．７１３Ｖで、−８．２ｍＶ／℃の温度係数を有する素子を使用する。このような温度センサＩＣとしては、例えばセイコーインスツル株式会社のＳ−８１２０Ｃが該当する。温度θ（℃）と出力電圧Ｖ（θ）の関係は、下記（３）式で表される。
Ｖ（θ）＝１．７１３−０．００８２・θ  ・・・・・・  （３）
【００３７】
温度センサＩＣ４１の温度係数と曲線５１の勾配から、抵抗２３の抵抗値を決定できる。抵抗２３の抵抗値をＲとすると、抵抗値Ｒは下記（４）式を満足しなければならない。
−０．００８２（Ｖ／℃）／Ｒ（Ω）  ＝−０．４（Ａ／℃）  ・・・  （４）
上記（４）式から、Ｒ＝０．０２０５Ωになる。
【００３８】
前記（３）式から、７０℃のときのＶ（θ）は、
Ｖ（θ）＝１．７１３−０．００８２・７０＝１．１３９Ｖ
になる。このときの最大出力電流ＩＭＡＸは１２Ａなので、前記（１）式から、
１２＝（１．１３９＋ＶＲ４２−ＶＲ４４）／０．０２０５
になる。従って、ＶＲ４２−ＶＲ４４＝―０．８９３Ｖになる。これから、基準電圧源４２として両端電圧が２．５００Ｖのものを、基準電圧源４４として両端電圧が３．３９３Ｖのものを用いる。
【００３９】
常温時の検出電流は１２Ａなので、前記（２）式のＩＳ＝１２、ＶＲ４４＝３．３９３、Ｒ＝０．００２０５を代入すると、ツェナ電圧ＶＺ＝３．６３９Ｖを得ることができる。
【００４０】
なお、基準電圧源４４として両端電圧が０．８９３Ｖのものを用いると、基準電圧源４２をなくすることもできる。但し、基準電圧源４２を用いると、基準電圧源決定の自由度を増すことができる。そのため、市販の標準的な基準電圧源を用いることができる。また、図１では温度センサＩＣ４１と基準電圧源４２を直列接続してこれらの電圧を加算するようにしたが、加算器を用いて加算するようにすることもできる。
【００４１】
図３に本発明の他の実施例を示す。なお、図１と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。図３において、６０は電流検出回路であり、コンパレータ２１、基準電圧源４２、温度センサＩＣ４１、ツェナダイオード４３、抵抗２３、６１、６２で構成されている。抵抗６１と６２は直列接続され、この直列回路の両端はそれぞれＩＳとＧＮＤに接続される。また、抵抗６１と６２の接続点の電圧は、コンパレータ２１の非反転入力端子に入力される。抵抗６１、６２で分圧器を構成している。
【００４２】
この実施例では、基準電圧源４４の代わりに、電源装置の出力電圧を抵抗６１と６２で分圧し、この分圧した電圧をコンパレータ２１の非反転入力端子に入力するようにする。この実施例では、電圧制御回路１０が故障して過大電圧が発生するとコンパレータ２１の出力が高レベルになるので、過大電圧検出回路として用いることもできるという特徴がある。但し、過大電流が流れて出力電圧が低下するとコンパレータ２１の出力は低レベルに移行する。そのため、過電流保護回路として用いるときは、コンパレータの出力が高レベルになったときにその出力をラッチする機構が必要になる。
【００４３】
なお、これらの実施例では電源装置の過電流保護回路の一部として用いたが、これに限られることはない。他の装置の電流検出回路として用いることもできる。また、温度センサＩＣ４１の両端電圧をコンパレータ２１の反転入力端子に、基準電圧源４４の両端電圧を非反転入力端子に入力するようにしたが、逆にしてもよい。この場合はコンパレータ２１の出力レベルが逆になる。
【００４４】
また、これらの実施例では交流入力の電源装置について説明したが、ＤＣ−ＤＣコンバータのような直流入力の電源であってもよい、また、絶縁型だけでなく非絶縁型の電源装置に適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図２】検出電流の温度特性を示した特性図である。
【図３】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図４】従来の過電流保護回路付き電源装置の構成図である。
【図５】ディレーティング曲線の一例を示す特性図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０  電圧制御回路
１１  トランス
１２  ダイオード
１３  コンデンサ
１４  負荷
２１  コンパレータ
２３、６１、６２  抵抗
４０、６０  電流検出回路
４１  温度センサＩＣ
４２、４４  基準電圧源
４３  ツェナダイオード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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