(57)【要約】【課題】負荷短絡時の損失低減が可能で、容量性負荷に対しても起動不良が発生しにくい過電流保護装置を提供する。【解決手段】出力電圧上昇検出ＣＭＰ２５は、出力電圧ＶＯＵＴ  が検出基準電圧レベルＶ１に到達するのを検出し、ラッチ回路２９を電源投入後のリセット状態からセット状態に変化させる。ラッチ回路２９セット状態になり、過電流切換電圧検出ＣＭＰ２７によって出力電圧ＶＯＵＴ  が切換基準電圧レベルＶ２よりも下がることが検出されると、論理積回路３０は定電流源２４を制御して遮断させ、過電流検知ＡＭＰ２１が検知する過電流に対応する抵抗１６の両端の電圧の検出レベルを低下させ、過電流検知レベルを小さくする。電源の投入時は、ラッチ回路２９がリセット状態となるので、定電流源２４が定電流動作し、過電流検知レベルを大きくして起動不良を防ぐことができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷に電流を供給する出力素子を、過大な電流に対して保護する過電流保護装置において、
出力電流を監視し、出力電流が過電流検知レベルに達しているか否かを検知する検知手段と、
負荷電流供給開始に伴う出力電圧上昇時か否かを、予め定める条件に従って検出する検出手段と、
検出手段の検出結果に応答し、検知手段の過電流検知レベルを、出力電圧上昇時には起動不良を生じない第１の軌跡となり、出力電圧上昇時を除いて、過電流検知レベルが該第１の軌跡よりも出力素子での消費電力が小さくなる第２の軌跡となるように、設定する設定手段と、
検知手段の検知結果に応答し、出力電流が過電流検知レベルを超えないように出力素子を制御して、出力素子を保護する保護手段とを含むことを特徴とする過電流保護装置。
【請求項２】
前記検出手段は、
前記負荷に供給すべき出力電圧の定常値以下で予め定める範囲内に設定される電圧基準レベルに対し、出力素子からの出力電圧を比較する比較器と、
負荷への出力電流供給開始時に初期化状態となり、比較器によって出力電圧が電圧基準レベルに達することが判定されると、初期化状態と異なる状態に変化して、変化した状態を保持するラッチとを含み、
ラッチが初期化状態である間を前記出力電圧上昇時として検出することを特徴とする請求項１記載の過電流保護装置。
【請求項３】
前記検出手段は、
前記負荷に電流を供給するために前記出力素子に入力する入力電圧の定常値以下で予め定める範囲内に設定される電圧基準レベルに対し、出力素子への入力電圧を比較する比較器と、
負荷への出力電流供給開始時に初期化状態となり、比較器によって入力電圧が電圧基準レベルに達することが判定されると、初期化状態とは異なる状態に変化して、変化した状態を保持するラッチとを含み、
ラッチが初期化状態である間を前記出力電圧上昇時として検出することを特徴とする請求項１記載の過電流保護装置。
【請求項４】
前記検出手段は、前記ラッチが前記初期化状態である間とともに、初期化状態が変化した後の予め定める一定時間を、前記出力電圧上昇時として検出することを特徴とする請求項１または２記載の過電流保護装置。
【請求項５】
前記検出手段は、前記出力電流供給開始後に前記出力電圧が定常値に達する時間に対応して予め設定される時間が経過するまでを、前記出力電圧上昇時として検出することを特徴とする請求項１記載の過電流保護装置。
【請求項６】
前記保護手段は、前記第１の軌跡として、前記過電流検出レベルが予め定める最大値を維持する垂下特性で、前記出力素子を保護することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の過電流保護装置。
【請求項７】
前記保護手段は、前記第２の軌跡として、出力電圧の低下に対し前記過電流検知レベルを予め定める複数段階で減少させるように、前記出力素子を保護することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の過電流保護装置。
【請求項８】
前記保護手段は、前記第２の軌跡として、出力電圧の低下に対して前記過電流検知レベルが連続的に低下するフの字特性で、前記出力素子を保護することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の過電流保護装置。
【請求項９】
負荷に電流を供給する出力素子を、過大な電流に対して保護する過電流保護装置において、
出力電流を監視し、出力電流が過電流検知レベルに達しているか否かを検知する検知手段と、
検知手段の検知結果に応答し、出力電流供給開始後に出力電圧が定常値に達する時間に対応して予め設定される時間が遅延時間として設定されて、検知結果を該遅延時間経過後に導出する遅延手段と、
遅延手段からの出力に応答し、出力電流が該過電流検知レベルよりも低下するように出力素子を制御して、出力素子を保護する保護手段とを含むことを特徴とする過電流保護装置。
【請求項１０】
前記保護手段は、前記出力電流が検出用抵抗に流れて発生する電圧が入力されて、前記出力素子をフィードバック制御する演算増幅器を含み、
前記検知手段は、該演算増幅器がバーチャルショート状態となると、前記出力電流が前記過電流検知レベルに達していると検知することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の過電流保護装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器の電源などに設ける過電流保護装置に関する。
【０００２】
なお、本件明細書では、電圧や電流が正極性であることを前提として説明するけれども、負極性であっても同様に適用することができるはもちろんであり、正極性の電圧や電流は、絶対値と考えることもできるはずである。
【０００３】
【従来の技術】
従来から、電子機器を動作させるための電源では、負荷や電源自体の保護が行われている。保護として代表的な方法では、ヒューズを使用する。ただし、ヒューズは過大電流で遮断して保護を行うので、一旦作動すると、再起動のためには新たにヒューズを装着する必要がある。
【０００４】
図７は、ヒューズを用いない過電流保護装置の一例として、過電流保護回路１の例を示す。過電流保護回路１は、たとえばＰＮＰ型バイポーラ形式のトランジスタ２を出力素子として、入力端子３から入力される電力を出力端子４から負荷に供給する。たとえば定電圧電源では、制御部５が、出力端子４の出力電圧が一定となるように、トランジスタ２のエミッタ・コレクタ間インピーダンスを制御する。制御部５には、トランジスタ２に対する過電流保護機能が備えられる。制御部５は、たとえば入力端子３とトランジスタ２のエミッタとの間に挿入される抵抗６の両端間に発生する電圧に基づいて出力電流を監視し、出力電流が過大になるときには制限してトランジスタ２や負荷を保護する。トランジスタ２の入力側や出力側には、動作の安定化やノイズの除去のため、「パスコン」などと呼ばれる入力側コンデンサ７や出力側コンデンサ８が設けられる。
【０００５】
図８は、図７の過電流保護回路１による保護動作を示す。制御部５には過電流検知レベル（以下、Ｏｖｅｒ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｐｒｏｔｅｃｔから「ＯＣＰ」と略称することもある。）が設定される。抵抗６の両端間の電圧に基づいて検知される出力電流が過電流検知レベルを超えると、制御部５はトランジスタ２に対して出力電流がＯＣＰを超えないように制限する制御を行う。この結果、出力端子４に接続される負荷が短絡していても、ＯＣＰを超える出力電流は流れない。しかし、出力端子４が短絡するショートの場合でも、実線で示すようにＯＣＰの出力電流が維持される。このような保護特性は垂下特性と呼ばれる。
【０００６】
出力端子４の短絡時に、入力端子３に入力される電圧をＶＩＮとすると、トランジスタ２で消費される電力は、
Ｐ（Ｗ）＝ＶＩＮ（Ｖ）×ＯＣＰ（Ａ）
となる。この消費電力は一般に大きく、トランジスタ２は発熱する。トランジスタ２は、放熱を考慮していないと、温度が上昇して破損するおそれがある。この消費電力を小さくするために、従来は出力低電圧（ショート）時にトランジスタ２に流す電流レベルを、二点鎖線で示すように、小さな値に切換えるようにすることもある。この小さな値として、飽和微小電流に低減したり遮断したりすることも提案されている（たとえば、特許文献１および特許文献２参照）。
【０００７】
過電流保護回路の動作特性には、図８に実線で示す垂下特性の他に、出力電圧の低下とともに過電流検知レベルを連続的に低下させ、いわゆる「フ」の字の形状に変化させるフの字特性と呼ばれるものがある。さらに垂下特性とフの字特性とを組合わせる特性も提案されている（たとえば特許文献３および特許文献４参照）。
【０００８】
【特許文献１】
実開平６−７７４４４号公報
【特許文献２】
特開平７−３０２１２７号公報
【特許文献３】
特開平８−１１５１３５号公報
【特許文献４】
特開平７−２６１８６２号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
図７に示すような過電流保護回路１で、出力低電圧時の過電流検知レベルを小さくすれば、消費電力や発熱を低減することができるけれども、電源投入時に起動不良が発生しやすくなる。すなわち、出力側コンデンサ８に大容量のコンデンサが使用されたり、出力端子４に接続される負荷に大容量のコンデンサが含まれている容量性負荷では、電源投入時にはこれらの大容量のコンデンサを充電する必要がある。大容量のコンデンサの充電中に、出力電流が過電流検知レベルを超え、過電流保護の機能が作動して出力電流が小電流に制限されると、コンデンサの充電に時間がかかり、出力電流を制限する低電圧の状態が継続することになる。
【００１０】
保護特性が図８の実線で示すような垂下特性であれば、コンデンサはＯＣＰで充電され、出力電圧の立上がりが迅速に行われる。ただし垂下特性の保護では、前述のように、負荷短絡時の電力損失が大きくなってしまう。
【００１１】
本発明の目的は、負荷短絡時の損失低減が可能で、容量性負荷に対しても起動不良が発生しにくい過電流保護装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、負荷に電流を供給する出力素子を、過大な電流に対して保護する過電流保護装置において、
出力電流を監視し、出力電流が過電流検知レベルに達しているか否かを検知する検知手段と、
負荷電流供給開始に伴う出力電圧上昇時か否かを、予め定める条件に従って検出する検出手段と、
検出手段の検出結果に応答し、検知手段の過電流検知レベルを、出力電圧上昇時には起動不良を生じない第１の軌跡となり、出力電圧上昇時を除いて、過電流検知レベルが該第１の軌跡よりも出力素子での消費電力が小さくなる第２の軌跡となるように、設定する設定手段と、
検知手段の検知結果に応答し、出力電流が過電流検知レベルを超えないように出力素子を制御して、出力素子を保護する保護手段とを含むことを特徴とする過電流保護装置である。
【００１３】
本発明に従えば、過電流保護装置は、負荷に電流を供給する出力素子を、過大な電流に対して保護するために、検知手段と、検出手段と、設定手段と、保護手段とを含む。検知手段は、出力電流を監視し、出力電流が過電流検知レベルに達しているか否かを検知する。検出手段は、負荷電流供給開始に伴う出力電圧上昇時か否かを、予め定める条件に従って検出する。設定手段は、検出手段の検出結果に応答し、検知手段の過電流検知レベルを、出力電圧上昇時には起動不良を生じない第１の軌跡となり、出力電圧上昇時を除いて、過電流検知レベルが該第１の軌跡よりも出力素子での消費電力が小さくなる第２の軌跡となるように、設定する。保護手段は、検知手段の検知結果に応答し、出力電流が過電流検知レベルを超えないように出力素子を制御して、出力素子を保護する。保護手段によって出力素子を過大な電流から保護する過電流検知レベルは、検出手段が出力電圧上昇時を検出するときは第１の軌跡で変化し、出力電圧上昇時を検出しないときは第２の軌跡で変化するように、設定手段によって設定される。第２の軌跡は出力素子の消費電力が第１の軌跡よりも小さくなるので、負荷短絡時の損失低減が可能になる。出力電圧上昇時は、第１の軌跡で出力素子の保護が行われるので、容量性負荷に対しても第２の軌跡より大電流を供給することができ、充電時間を短縮して起動不良が発生しないようにすることができる。
【００１４】
また本発明で、前記検出手段は、
前記負荷に供給すべき出力電圧の定常値以下で予め定める範囲内に設定される電圧基準レベルに対し、出力素子からの出力電圧を比較する比較器と、
負荷への出力電流供給開始時に初期化状態となり、比較器によって出力電圧が電圧基準レベルに達することが判定されると、初期化状態と異なる状態に変化して、変化した状態を保持するラッチとを含み、
ラッチが初期化状態である間を前記出力電圧上昇時として検出することを特徴とする。
【００１５】
本発明に従えば、検出手段には比較器とラッチとが含まれる。比較器は、出力素子からの出力電圧を、負荷に供給すべき出力電圧の定常値以下に設定される電圧基準レベルと比較する。ラッチは、負荷への出力電流供給開始時に初期化状態となり、比較器によって出力電圧が電圧基準レベルに達することが判定されると、初期化状態と異なる状態に変化して、変化した状態を保持する。電源投入後の立上がり時には、負荷への出力電流の供給が開始され、ラッチは初期化状態となる。ラッチの初期化状態は、比較器によって出力電圧が基準電圧レベルに達すると判定されるまで保持されるので、容量性負荷で出力電圧の立上がりが遅れても、過電流検知レベルが起動不良を発生させない第１の軌跡で変化して、出力電流を負荷に充分に供給することができる。
【００１６】
また本発明で、前記検出手段は、
前記負荷に電流を供給するために前記出力素子に入力する入力電圧の定常値以下で予め定める範囲内に設定される電圧基準レベルに対し、出力素子への入力電圧を比較する比較器と、
負荷への出力電流供給開始時に初期化状態となり、比較器によって入力電圧が電圧基準レベルに達することが判定されると、初期化状態とは異なる状態に変化して、変化した状態を保持するラッチとを含み、
ラッチが初期化状態である間を前記出力電圧上昇時として検出することを特徴とする。
【００１７】
本発明に従えば、検出手段には比較器とラッチとが含まれる。比較器は、出力素子に入力する入力電圧を、その定常値以下に設定される電圧基準レベルと比較する。ラッチは、負荷への出力電流供給開始時に初期化状態となり、比較器によって入力電圧が電圧基準レベルに達することが判定されると、初期化状態と異なる状態に変化して、変化した状態を保持する。電源投入後の立上がり時には、負荷への出力電流の供給が開始され、ラッチは初期化状態となる。ラッチの初期化状態は、比較器によって入力電圧が基準電圧レベルに達すると判定されるまで保持されるので、入力側の容量に充電するためなどで入力電圧の立上がりが遅れても、過電流検知レベルが起動不良を発生させない第１の軌跡で変化して、出力電流を負荷に充分に供給し、出力側が容量性負荷であっても、迅速に充電して定常状態に立ち上げることができる。
【００１８】
また本発明で、前記検出手段は、前記ラッチが前記初期化状態である間とともに、初期化状態が変化した後の予め定める一定時間を、前記出力電圧上昇時として検出することを特徴とする。
【００１９】
本発明に従えば、出力電圧や入力電圧が基準電圧レベルに達しても、さらに一定時間が経過するまでは出力電圧上昇時として検出するので、容量性負荷に充分な充電を行い、充分に定常状態に移行してから、電力損失の少ない過電流保護に切換えることができる。
【００２０】
また本発明で、前記検出手段は、前記出力電流供給開始後に前記出力電圧が定常値に達する時間に対応して予め設定される時間が経過するまでを、前記出力電圧上昇時として検出することを特徴とする。
【００２１】
本発明に従えば、出力電流供給開始後に出力電圧が定常値に達する時間に対応して予め設定される時間が経過するまでを、出力電圧上昇時として検出するので、第１の軌跡の過電流検出レベルによる出力素子の保護で、負荷に充分な出力電流を供給して、起動不良の発生を防ぐことができる。
【００２２】
また本発明で、前記保護手段は、前記第１の軌跡として、前記過電流検出レベルが予め定める最大値を維持する垂下特性で、前記出力素子を保護することを特徴とする。
【００２３】
本発明に従えば、負荷への出力電流供給開始後の出力電圧上昇時に出力素子を保護する第１の軌跡として、過電流検出レベルが予め定める最大値を維持する垂下特性を用いるので、負荷への出力電流を最大値にして、容量性負荷などであっても起動不良を発生させないようにすることができる。
【００２４】
また本発明で、前記保護手段は、前記第２の軌跡として、出力電圧の低下に対し前記過電流検知レベルを予め定める複数段階で減少させるように、前記出力素子を保護することを特徴とする。
【００２５】
本発明に従えば、負荷への出力電流供給開始後の出力電圧上昇時が経過した後で、第２の軌跡として、過電流検知レベルを予め定める複数段階で減少させるので、負荷の短絡などで出力電圧が低下すれば、出力電流も段階的に減少し、電力損失を削減することができる。
【００２６】
また本発明で、前記保護手段は、前記第２の軌跡として、出力電圧の低下に対して前記過電流検知レベルが連続的に低下するフの字特性で、前記出力素子を保護することを特徴とする。
【００２７】
本発明に従えば、負荷への出力電流供給開始後の出力電圧上昇時が経過した後で、第２の軌跡として、過電流検知レベルを出力電圧の低下に対して連続的に低下するフの字特性で減少させるので、負荷の短絡などで出力電圧が低下すれば、出力電流も連動して減少し、電力損失を削減することができる。
【００２８】
さらに本発明は、負荷に電流を供給する出力素子を、過大な電流に対して保護する過電流保護装置において、
出力電流を監視し、出力電流が過電流検知レベルに達しているか否かを検知する検知手段と、
検知手段の検知結果に応答し、出力電流供給開始後に出力電圧が定常値に達する時間に対応して予め設定される時間が遅延時間として設定されて、検知結果を該遅延時間経過後に導出する遅延手段と、
遅延手段からの出力に応答し、出力電流が該過電流検知レベルよりも低下するように出力素子を制御して、出力素子を保護する保護手段とを含むことを特徴とする過電流保護装置である。
【００２９】
本発明に従えば、過電流保護装置は、負荷に電流を供給する出力素子を、過大な電流に対して保護するために、検知手段と、遅延手段と、保護手段とを含む。検知手段は、出力電流を監視し、出力電流が過電流検知レベルに達しているか否かを検知するので、出力電流が過大になり過電流検知レベルに達すると、それを検知することができる。遅延手段は、検知手段の検知結果に応答し、出力電流供給開始後に出力電圧が定常値に達する時間に対応して予め設定される時間が遅延時間として設定されて、検知結果を該遅延時間経過後に導出する。保護手段は、遅延手段からの出力に応答し、出力電流が該過電流検知レベルよりも低下するように出力素子を制御して、出力素子を保護するので、出力電流供給開始後に出力電流が過大になっても、力電圧が定常値に達する時間に対応して予め設定される遅延時間が経過するまでは、出力電流が制限されないので、容量性の負荷であっても迅速に立ち上げて、起動不良を発生させないようにすることができる。遅延時間が経過すれば、出力素子は過電流から保護され、さらに起動は終了しているので、電力損失を低減するような保護も行うことができる。
【００３０】
また本発明で、前記保護手段は、前記出力電流が検出用抵抗に流れて発生する電圧が入力されて、前記出力素子をフィードバック制御する演算増幅器を含み、
前記検知手段は、該演算増幅器がバーチャルショート状態となると、前記出力電流が前記過電流検知レベルに達していると検知することを特徴とする。
【００３１】
本発明に従えば、たとえば第１の軌跡の過電流検知レベルに従って出力素子を保護している状態を、保護手段に含まれる演算増幅器がバーチャルショート状態になっていることで検知することができ、ラッチを初期化状態から状態変化させたり、遅延手段を作動させたりして利用することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態である過電流保護装置の一例として、過電流保護回路１１の概略的な電気的構成を示す。過電流保護回路１１は、ＰＮＰ型でバイポーラ形式のトランジスタ１２、入力端子１３、出力端子１４、制御部１５および抵抗１６を含む。これらの基本的構成は、図７の過電流保護回路１と同等であり、入力端子１３には電源から電源電圧ＶＩＮが入力され、出力端子１４からは出力電圧ＶＯＵＴ  が負荷に導出される。制御部１５は、保護回路２０、過電流検知ＡＭＰ２１、抵抗２２，２３、定電流源２４、出力電圧上昇検出ＣＭＰ２５、検出基準電圧源２６、過電流切換電圧検出ＣＭＰ２７、切換基準電圧源２８、ラッチ回路２９および論理積回路３０を含む。トランジスタ１２の代りに、出力素子として、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタや、ＭＯＳトランジスタなどの半導体出力素子を使用しても、本発明を同様に適用することができる。
【００３３】
抵抗１６には、トランジスタ１２のエミッタ・コレクタ間を流れて出力端子１４から負荷に供給される出力電流とほぼ等しい電流が流れる。この電流によって、抵抗１６の両端間には抵抗値と電流値との積となる電圧降下が発生する。この電圧降下は、過電流に対応する電圧を検知して増幅する増幅器（ＡＭＰ）である過電流検知ＡＭＰ２１に、抵抗２２，２３を介して入力される。抵抗２２には、定電流源２４によって一定の電流が流れ、その電流値と抵抗２２の抵抗値との積の電圧値だけ、過電流検知ＡＭＰ２１に入力される抵抗１６の両端の電圧は減少する。本実施形態の定電流源２４は、外部からの制御で定電流状態と遮断状態とに動作を切換えることができる。
【００３４】
出力端子１４から負荷に供給する出力電圧ＶＯＵＴ  は、出力電圧上昇検出ＣＭＰ２７に入力される。出力電圧上昇検出ＣＭＰ２７は、入力される出力電圧ＶＯＵＴ  を検出基準電圧源２６によって与えられる検出基準電圧レベルＶ１と比較する比較器（ＣＭＰ）である。出力電圧ＶＯＵＴ  は、過電流切換電圧検出ＣＭＰ２７にも入力される。過電流切換電圧検出ＣＭＰ２７は、入力される出力電圧ＶＯＵＴ  を切換基準電圧源２８によって与えられる切換基準電圧レベルＶ２と比較する。検出基準電圧レベルＶ１は、定常時に負荷に供給すべき出力電圧ＶＯＵＴ  の電圧値、または接地電圧と定常時の出力電圧との間、すなわち定常時の出力電圧以下で、予め定める範囲内の電圧に設定される。切換基準電圧レベルＶ２は、検出基準電圧レベルＶ１よりも低く設定する。
【００３５】
出力電圧上昇検出ＣＭＰ２５による比較結果は、ラッチ回路２９のセット入力端子Ｓに与えられる。ラッチ回路２９は、電源電圧ＶＩＮの立上がり時にリセット状態となり、リセット状態を保持する。セット入力端子Ｓに出力電圧ＶＯＵＴ  が検出基準電圧レベルＶ１に達している比較結果が与えられると、ラッチ回路２９はセット状態に移行し、セット状態を保持する。したがって、ラッチ回路２９がリセット状態であれば、入力端子１３に接続される電源の投入が行われたことを示し、ラッチ回路２９がセット状態になれば、電源の投入によって出力電圧ＶＯＵＴ  が少なくとも１回は検出基準電圧レベルＶ１に達していることを示す。
【００３６】
ラッチ回路２９の出力と過電流切換電圧検出ＣＭＰ２７の比較結果とは、論理積回路３０に入力される。論理積回路３０は、ラッチ回路２９の出力がセット状態であり、かつ過電流切換電圧検出ＣＭＰ２７の比較によって出力電圧ＶＯＵＴ  が切換基準電圧レベルＶ２より低いときのみ、定電流源２４を遮断させる。ラッチ回路２９は、電源投入後、出力電圧ＶＯＵＴ  が検出基準電圧レベルＶ１に達するまでの期間のみリセット状態になり、ラッチ回路２９がリセット状態であれば、過電流切換電圧検出ＣＭＰ２７の比較結果によらずに論理積回路３０の出力は定電流源２４に一定電流が流れるように動作させる。ラッチ回路２９がセット状態になれば、電源投入後の出力電圧上昇期間が過ぎたものとして、論理積回路３０の出力は、過電流切換電圧検出ＣＭＰ２７の比較出力に応じて定電流源２４の動作を切換える。
【００３７】
論理積回路３０の出力によって定電流源２４が遮断しているときは、過電流検知ＡＭＰ２１の入力インピーダンスが充分に高ければ、抵抗２２，２３にはほとんど電流が流れず、過電流検知ＡＭＰ２１には、抵抗１６の両端間に発生する電圧が入力される。論理積回路３０の出力によって定電流源２４が一定の電流を流すように動作しているときは、過電流検知ＡＭＰ２１には、抵抗１６の両端間に発生する電圧と抵抗２１に生じる電圧との差が入力される。過電流検知ＡＭＰ２１がトランジスタ１２の保護を行う入力電圧は、定電流源２４が遮断していると抵抗１６の両端間の電圧であり、定電流源２４が一定の電流を流していると、抵抗１６の両端間の電圧よりも低くなる。したがって、定電流源２４が動作しているときには、遮断しているときよりも大きな電流が抵抗１６に流れないと、過電流検知ＡＭＰ２１によって増幅してもトランジスタ１２の保護は行われない。すなわち、低電圧電源２４が遮断すれば過電流検知レベルは低下し、定電流源２４が動作すれば過電流検知レベルは上昇する。
【００３８】
図２は、図１の過電流保護回路１１の概略的な保護特性を示す。定常時の出力電圧、すなわち定格出力電圧をＶ０とすると、検出基準電圧レベルＶ１および切換基準電圧レベルＶ２との関係は、Ｖ０≧Ｖ１＞Ｖ２となる。初期状態、すなわちラッチ回路２９がリセット状態の間は、定電流源２４は一定電流を流し、過電流検知ＡＭＰ２１および保護回路２０によってトランジスタ１２のエミッタ・コレクタ間に流れる電流は過電流検知レベル１として示す最大電流値に保たれる垂下特性となる。出力電圧ＶＯＵＴ  がいったん検出基準電圧レベルＶ１に達した後は、出力電圧レベルＶＯＵＴ  が切換電圧レベルＶ２に対して上下いずれにあるかによって、過電流検知レベル１または過電流検知レベル２にそれぞれ切換えられる。過電流検知レベル２波、過電流検知レベル１よりも小さい電流であるので、過電流検知レベル２での保護はトランジスタ１２での電力損失を低減することができる。なお、Ｖ０＞Ｖ２＞Ｖ１の場合でも、同様の動作は可能である。ただし、Ｖ１が低すぎると、充分な出力電圧上昇を検出することができないおそれがある。
【００３９】
本実施形態の過電流保護回路１１では、負荷に電流を供給する出力素子であるトランジスタ１２を、過大な電流に対して保護するために、検知手段としての抵抗１６および過電流検知ＡＭＰ２１、検出手段としての出力電圧上昇検出ＣＭＰ２５およびラッチ回路２９、設定手段としての定電流源２４と、保護手段としての保護回路２０を含む。過電流検知ＡＭＰ２１は、抵抗１６の両端間に発生する電圧として出力電流を監視し、出力電流が過電流検知レベルに達しているか否かを検知する。出力電圧上昇検出ＣＭＰ２５およびラッチ回路２９は、負荷電流供給開始に伴う出力電圧上昇時か否かを、予め定める条件、すなわち出力電圧ＶＯＵＴ  ≧検出基準電圧レベルＶ１となる条件に従って検出する。定電流源２４は、出力電圧上昇検出ＣＭＰ２５の検出結果に応答し、過電流検知ＡＭＰ２１の過電流検知レベルを、出力電圧上昇時には起動不良を生じない第１の軌跡、すなわち垂下特性となり、出力電圧上昇時を除いて、過電流検知レベルが第１の軌跡よりもトランジスタ１２での消費電力が小さくなる第２の軌跡となるように、設定する。
【００４０】
保護回路２０は、過電流検知ＡＭＰ２１の検知結果に応答し、出力電流が過電流検知レベルを超えないようにトランジスタ１２を制御して、トランジスタ１２を保護する。保護回路２０によってトランジスタ１２を過大な電流から保護する過電流検知レベルは、ラッチ回路２９が出力電圧上昇時を検出するときは垂下特性で変化し、出力電圧上昇時を検出しないときは過電流検知レベル１と過電流検知レベル２との段階的な変化を伴う第２の軌跡で変化するように設定される。第２の軌跡はトランジスタ１２の消費電力が第１の軌跡よりも小さくなるので、負荷短絡時の損失低減が可能になる。出力電圧上昇時は、第１の軌跡で出力素子の保護が行われるので、容量性負荷に対しても第２の軌跡より大電流を供給することができ、充電時間を短縮して起動不良が発生しないようにすることができる。
【００４１】
また、本実施形態の検出手段には比較器である出力電圧上昇検出ＣＭＰ２５とラッチ回路２９とが含まれる。出力電圧上昇検出ＣＭＰ２５は、トランジスタ１２からの出力電圧ＶＯＵＴ  を、負荷に供給すべき出力電圧の定常値Ｖ０以下に設定される検出電圧基準レベルＶ１と比較する。ラッチ回路２９は、負荷への出力電流供給開始時に初期化状態となり、出力電圧上昇検出ＣＭＰ２５によって出力電圧ＶＯＵＴ  が検出電圧基準レベルＶ１に達することが判定されると、初期化状態でありリセット状態と異なるセット状態に変化して、変化したセット状態を保持する。電源投入後の立上がり時には、負荷への出力電流の供給が開始され、ラッチ回路２９は初期化状態となる。ラッチ回路２９の初期化状態は、出力電圧上昇検出ＣＭＰ２５によって出力電圧ＶＯＵＴ  が検出基準電圧レベルＶ１に達すると判定されるまで保持されるので、容量性負荷で出力電圧ＶＯＵＴ  の立上がりが遅れても、過電流検知レベルが起動不良を発生させない垂下特性で変化して、出力電流を負荷に充分に供給することができる。
【００４２】
また本実施形態で、定電流源２４を制御し、第２の軌跡として、出力電圧の低下に対し過電流検知レベルを予め定める複数段階で減少させるように、トランジスタ１２を保護するようにしてもよい。負荷への出力電流供給開始後の出力電圧上昇時が経過した後で、第２の軌跡として、過電流検知レベルを予め定める複数段階で減少させれば、負荷の短絡などで出力電圧が低下するときに、出力電流も段階的に減少し、トランジスタ１２での電力損失を削減することができる。
【００４３】
図３は、図１の保護回路２０で、定電流源２４の遮断時に、過電流検知レベルがフの字特性で変化してトランジスタ１２の保護を行うようにする例を示す。出力電圧上昇時、すなわち定電流源２４の動作時には、過電流検知レベルは垂下特性で変化する軌跡となる。保護回路２０は、第２の軌跡として、出力電圧ＶＯＵＴ  の低下に対して過電流検知レベルが連続的に低下するフの字特性で、トランジスタ１２を保護するので、負荷の短絡などで出力電圧ＶＯＵＴ  が低下すれば、出力電流も連動して減少し、電力損失を削減することができる。
【００４４】
図２や図３で示すように、第１の軌跡として出力電圧上昇時には過電流検知レベルが垂下特性を示しているけれども、フの字特性など他の形状であってもよい。ただし、図で第１の軌跡は第２の軌跡よりも右下側の領域になければならない。垂下特性やフの字特性、さらに過電流検知レベルが他の形状の軌跡をとるような保護回路２０は、公知の回路などを利用して容易に実現することができる。
【００４５】
図４は、本発明の実施の他の形態である過電流保護装置の一例として、過電流保護回路３１の概略的な電気的構成を示す。本実施形態で、図１の実施形態に対応する部分には同一の参照符を付し、重複する説明を省略する。本実施形態の制御部３５には、電源電圧上昇検出ＣＭＰ３６が設けられ、入力端子１３に入力される電源電圧ＶＩＮを検出基準電圧レベルＶ１と比較する。電源電圧ＶＩＮが検出基準電圧レベルＶ１に達していれば、ラッチ回路２９がセット状態になる。ただし、電源電圧ＶＩＮが充分に立ち上がっても、出力電圧ＶＯＵＴ  は充分に立上がらない可能性もある。本実施形態では、ディレー回路３７を設け、ディレー回路３７の遅延時間を容量性負荷の立上がりに要する時間に対応させて、出力電圧上昇時が確実に経過してから、論理積回路３０が過電流切換電圧検出ＣＭＰ２７の検出結果に応じて出力を変化させることができるようにしている。
【００４６】
ただし、ディレー回路３７を設けなくても、電源電圧ＶＩＮの上昇に対する出力電圧ＶＯＵＴ  の遅れが小さければ、電源電圧ＶＩＮ側の検出で、出力電圧上昇時を検出することができる。電源電圧ＶＩＮ側を検出することによって、負荷が短絡しているときでも、電源電圧ＶＩＮの立上がりを確実に検出することができる。比較器である電源電圧上昇検出ＣＭＰ３６は、トランジスタ１２に入力する入力電圧としての電源電圧ＶＩＮを、その定常値以下に設定される検出電圧基準レベルＶ１と比較する。ラッチ回路２９は、負荷への出力電流供給開始時に初期化状態のリセット状態となり、電源電圧上昇検出ＣＭＰ３６によって電源電圧ＶＩＮが検出電圧基準レベルＶ１に達することが判定されると、初期化状態と異なるセット状態に変化して、変化した状態を保持する。ラッチ回路２９のリセット状態は、電源電圧上昇検出ＣＭＰ３６によって電源電圧ＶＩＮが検出基準電圧レベルＶ１に達すると判定されるまで保持されるので、入力側の容量に充電するためなどで電源電圧ＶＩＮの立上がりが遅れても、過電流検知レベルが起動不良を発生させない第１の軌跡で変化して、出力電流を負荷に充分に供給し、出力側が容量性負荷であっても、迅速に充電して定常状態に立ち上げることができる。
【００４７】
また本実施形態では、電源電圧ＶＩＮが検出基準電圧レベルＶ１に達するまでをラッチ回路２９がリセット状態である間として検出するとともに、ディレー回路３７でさらに予め定める一定時間を遅れさせてから、過電流検知レベルが第２の軌跡に従ってトランジスタ１２の保護を行うようにしている。このようなディレー回路３７は、図１の実施形態でも使用することができる。
【００４８】
ディレー回路３７を使用することによって、出力電圧ＶＯＵＴ  や電源電圧ＶＩＮが検出基準電圧レベルＶ１に達しても、さらに一定時間が経過するまでは出力電圧上昇時として検出するので、容量性負荷に充分な充電を行い、充分に定常状態に移行してから、電力損失の少ない過電流保護に切換えることができる。
【００４９】
図５は、本発明の実施のさらに他の形態である過電流保護装置の一例として、過電流保護回路４１の概略的な電気的構成を示す。本実施形態で図１または図４の実施形態に対応する部分には同一の参照符を付し、重複する説明を省略する。過電流検知ＡＭＰ２１と制御部４５とは、過電流検知レベルに応じてトランジスタ１２に流れる電流をフィードバック制御する。過電流検知ＡＭＰ２１は、演算増幅器４６を含み、演算増幅器４６がフィードバック制御で動作しているときは、演算増幅器４６の開ループ利得が非常に大きいので、演算増幅器４６の入力端子間は電位差が非常に小さい仮想的な短絡状態とみなすことができる。バーチャルショート検出回路４７は、演算増幅器４６の動作で仮想的な短絡状態であるバーチャルショートが生じているか否かを検出する。トランジスタ１２に対する過電流保護動作が行われていないときには、演算増幅器４６にはバーチャルショートが生じておらず、過電流保護動作が行われるとバーチャルショートが生じて、バーチャルショート検出回路４７によって検出される。バーチャルショート検出回路４７の検出出力は、ディレー回路３７を介して定電流源２４を制御する。
【００５０】
バーチャルショート検出回路４７は、たとえば垂下特性などの第１の軌跡の過電流検知レベルに従ってトランジスタ１２を保護している状態を、演算増幅器４６がバーチャルショート状態になっていることで検知することができるので、図１や図３の出力電圧上昇検出ＣＭＰ２５や電源電圧上昇検出ＣＭＰ３６の代りに用いれば、第１の軌跡の過電流検知レベルに基づく過電流保護を検知してからラッチ回路２９を初期化状態から状態変化させたり、図５のディレー回路３７を作動させたりして利用することができる。
【００５１】
図６は、本実施形態で電源投入時に過電流を検知するときの動作特性を示す。時刻ｔ０で電源を投入し、時刻ｔ１までに負荷に異常がなければ出力電圧ＶＯＵＴ  が定常値Ｖ０まで立上がる物とする。時刻△ｔで過電流を検知すると、一定時間ｔ経過後の時刻ｔ＋△ｔで定電流源２４が遮断状態となるように制御される。ただし、一定時間ｔを、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの出力電圧上昇時に比較して充分にとっておけば、時刻ｔ＋Δｔには出力電圧ＶＯＵＴ  は定格電圧Ｖ０まで立上がっており、負荷が正常に動作していれば、容量性負荷に対する充電も終了し、過大な電流が流れなくなっている。
【００５２】
すなわち、本実施形態では、時刻ｔ０からの出力電流供給開始後に出力電圧が定常値に達する時刻ｔ１までの時間に対応して予め設定される時間ｔが経過するまでを、出力電圧上昇時として検出する。第１の軌跡の過電流検出レベルによるトランジスタ１２の保護で、負荷に充分な出力電流を供給して、起動不良の発生を防ぐことができる。遅延時間ｔが経過すれば、起動は終了しているので、トランジスタ１２は過電流から保護され、電力損失を低減するような保護も行うことができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、出力素子を過大な電流から保護する過電流検知レベルを、出力電圧上昇時には第１の軌跡で変化させ、出力電圧上昇時でないときは第２の軌跡で変化させて、第２の軌跡は出力素子の消費電力が第１の軌跡よりも小さくするので、負荷短絡時の損失低減が可能になる。出力電圧上昇時は、第１の軌跡で出力素子の保護が行われるので、容量性負荷に対しても第２の軌跡より大電流を供給することができ、充電時間を短縮して起動不良が発生しないようにすることができる。
【００５４】
また本発明によれば、電源投入後の立上がり時には、負荷への出力電流の供給が開始され、ラッチは初期化状態となり、比較器によって出力電圧が基準電圧レベルに達すると判定されるまで保持され、出力電圧上昇時として検出されるので、容量性負荷で出力電圧の立上がりが遅れても、起動不良を発生させないようにすることができる。
【００５５】
また本発明によれば、電源投入後の立上がり時には、負荷への出力電流の供給が開始され、ラッチは初期化状態となり、比較器によって入力電圧が基準電圧レベルに達すると判定されるまで保持され、出力電圧上昇時として検出されるので、入力電圧の立上がりが遅れても、起動不良を発生させないようにすることができる。
【００５６】
また本発明によれば、出力電圧や入力電圧が基準電圧レベルに達しても、さらに一定時間が経過するまでは出力電圧上昇時として検出するので、充分に定常状態に移行してから、電力損失の少ない過電流保護に切換えることができる。
【００５７】
また本発明によれば、出力電流供給開始後に出力電圧が定常値に達する時間に対応して予め設定される時間が経過するまでは、第１の軌跡の過電流検出レベルによる出力素子の保護で、負荷に充分な出力電流を供給して、起動不良の発生を防ぐことができる。
【００５８】
また本発明によれば、負荷への出力電流供給開始後の出力電圧上昇時に出力素子を垂下特性を用いて保護するので、起動不良を発生させないようにすることができる。
【００５９】
また本発明によれば、負荷への出力電流供給開始後の出力電圧上昇時が経過した後では、過電流検知レベルを予め定める複数段階で減少させるので、負荷の短絡などで出力電圧が低下すれば、電力損失を削減することができる。
【００６０】
また本発明によれば、負荷への出力電流供給開始後の出力電圧上昇時が経過した後では、過電流検知レベルをフの字特性で減少させるので、負荷の短絡などで出力電圧が低下すれば、電力損失を削減することができる。
【００６１】
さらに本発明によれば、出力電流供給開始後に出力電流が過大になっても、遅延時間が経過するまでは出力電流が制限されないので、容量性の負荷であっても迅速に立ち上げて、起動不良を発生させないようにすることができる。遅延時間が経過すれば、電力損失を低減するような保護を行うことができる。
【００６２】
また本発明によれば、出力電流が過電流検知レベルに達していることを、保護手段に含まれる演算増幅器がバーチャルショート状態になっていることで検知することができ、ラッチを初期化状態から状態変化させたり、遅延手段を作動させたりして利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態である過電流保護回路１１の概略的な電気的構成を示すブロック図である。
【図２】図１の過電流保護回路１１での過電流検知レベルの軌跡を示すグラフである。
【図３】図１の過電流保護回路１１での過電流検知レベルの軌跡を示すグラフである。
【図４】本発明の実施の他の形態である過電流保護回路３１の概略的な電気的構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施のさらに他の形態である過電流保護回路４１の概略的な電気的構成を示すブロック図である。
【図６】図５の過電流保護回路４１での過電流保護動作を示すタイムチャートである。
【図７】従来からの過電流保護回路の概略的な電気的構成を示すブロック図である。
【図８】図７の過電流保護回路での過電流検知レベルの軌跡を示すグラフである。
【符号の説明】
１１，３１，４１  過電流保護回路
１２  トランジスタ
１５，３５，４５  制御部
１６，２２，２３  抵抗
２０  保護回路
２１  過電流検知ＡＭＰ
２４  定電流源
２５  出力電圧上昇検出ＣＭＰ
２６  検出基準電圧源
２７  過電流切換電圧検出ＣＭＰ
２８  切換基準電圧源
２９  ラッチ回路
３０  論理積回路
３６  電源電圧上昇検出ＣＭＰ
３７  ディレー回路
４６  演算増幅器
４７  バーチャルショート検出回路
【図１】
2004185406.tif 000003
【図２】
2004185406.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2004185406.tif 000008
【図７】
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【図８】
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