(57)【要約】【課題】本発明の課題は、平滑回路のコイルを小型化することである。【解決手段】電圧検出部１４は、電源ライン間の電源電圧が所定電圧以上か否かを検出し、電源電圧が所定値以上のときには、入力遮断部１３をオフ状態にして負荷１２に過電圧が印加されないようにする。これにより平滑回路のコイルＬ１に最大電流定格の小さい小型のコイルＬ１を使用することができる。【選択図】      図１
2007006582.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源から電源ラインに供給される電源電圧を平滑する平滑用のキャパシタと、
前記電源ラインに直列に接続された平滑用のコイルと、
前記電源ラインに直列に接続された半導体スイッチと、
前記電源ライン間の電源電圧が所定値以上か否かを検出し、前記電源電圧が所定値未満のとき前記半導体スイッチをオン状態にし、前記電源電圧が所定値以上のとき前記半導体スイッチをオフ状態する電圧検出回路とを備える過電圧保護回路。
【請求項２】
前記電圧検出回路は、前記電源ラインの高電位側にカソードが接続され、アノードに抵抗が接続されたツエナーダイオードと、前記ツエナーダイオードのアノードにゲートが接続され、ドレインが前記半導体スイッチの制御端子と直接または抵抗を介して接続され、ソースが前記電源ラインの低電位側に接続されたＭＯＳトランジスタとからなる請求項１記載の過電圧保護回路。
【請求項３】
前記平滑用のコイル及びキャパシタは、回路基板に実装される請求項１記載の過電圧保護回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電圧を平滑する平滑回路の過電圧保護回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
バッテリ等から供給される直流電圧を直接またはＤＣ／ＤＣコンバータ等で降圧または昇圧して電子部品が搭載されている回路基板に供給する場合に、負荷に供給する電圧を安定化するためにコイルとキャパシタからなる平滑回路が設けられている。
【０００３】
平滑回路に使用するコイルは、過電圧が印加された場合でも飽和しないように電流定格の大きなコイルを使用する必要があり、そのため、コイルの外径寸法が大きくなるという問題点があった。
【０００４】
特許文献１の発明は、ＤＣ／ＤＣコンバータの過電流保護回路の温度による影響を改善することを目的とするものである。特許文献１の発明は、主電流が流れる半導体スイッチに抵抗を直列に接続し、半導体スイッチのオン抵抗と直列に接続した抵抗に流れる電流を検出し、所定以上の電流が流れたとき半導体スイッチをオフ状態にして過電流から回路を保護している。特許文献１の発明は、主電流を検出して過電流から回路を保護するものであり、平滑回路のコイルが飽和するのを防止するものではない。
【０００５】
特許文献２には、鉄道車両等の直流電源に接続される負荷を過電圧から保護する回路について記載されている。特許文献２の発明は、回路の主電流を遮断するトランジスタのベースに抵抗とキャパシタからなるローパスフィルタを接続しているので、キャパシタの容量がトランジスタの電流増幅率ｈfe倍される。これにより小さい容量で電源電圧を平滑化することができる。特許文献２の発明も平滑回路のコイルの飽和を防止するものではない。
【特許文献１】特開２００２−１０６２７号公報
【特許文献２】特開平１１−３２４７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、平滑回路のコイルを小型化することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の過電圧保護回路は、直流電源から電源ラインに供給される電源電圧を平滑する平滑用のキャパシタと、前記電源ラインに直列に接続された平滑用のコイルと、前記電源ラインに直列に接続された半導体スイッチと、前記電源ライン間の前記電源電圧が所定値以上か否かを検出し、前記電源電圧が所定値未満のとき前記半導体スイッチをオン状態にし、前記電源電圧が所定値以上のとき前記半導体スイッチをオフ状態する電圧検出回路とを備える。
【０００８】
この発明によれば電源ラインに印加される過電圧によりコイルが飽和するのを防止できるので、最大電流定格の小さい小型のコイルを使用することができる。
上記の過電圧保護回路において、前記電圧検出回路は、前記電源ラインの高電位側にカソードが接続され、アノードに抵抗が接続されたツエナーダイオードと、前記ツエナーダイオードのアノードにゲートが接続され、ドレインが前記半導体スイッチの制御端子と直接または抵抗を介して接続され、ソースが前記電源ラインの低電位側に接続されたＭＯＳトランジスタとからなる。
【０００９】
このように構成することでツエナーダイオードとＭＯＳトランジスタとからなる簡単な回路で電圧検出回路を構成できる。
上記の過電圧保護回路において、前記平滑用のコイル及びキャパシタは、回路基板に実装される。
【００１０】
このように構成することで回路基板に実装するコイルとして最大電流定格の小さい小型のコイルを使用することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、電源ラインに印加される過電圧によりコイルが飽和するのを防止できるので、最大電流定格の小さいより小型のコイルを使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図１は、実施の形態の過電圧保護回路１１の構成を示すブロック図である。
過電圧保護回路１１は、例えば、フォークリフト等のバッテリで駆動される車両において、バッテリの直流電圧が直接またはその電圧を昇圧または降圧した直流の電源電圧が供給される回路基板に実装され、電源ライン間に印加される過電圧から回路部品を保護するための回路である。
【００１３】
図１において、コイルＬ１の一方の端子は、入力電圧Ｖｉｎ＋が入力される電源ラインの高電位側に接続され、コイルＬ１の他方の端子はキャパシタＣ１に接続されている。
キャパシタＣ１の両端は、回路基板に実装される電源回路等の負荷１２に接続される。キャパシタＣ１の低電位側の端子は入力遮断部１３と接続されている。
【００１４】
入力遮断部１３は、一方の端子がキャパシタＣ１と負荷１２に接続され、他方の端子が入力電圧Ｖｉｎ−が入力する電源ラインの低電位側に接続されている。なお、入力電圧Ｖｉｎ−が入力する電源ラインの低電位側は接地電位となっている。入力遮断部１３は、例えば、ＭＯＳトランジスタ等の半導体スイッチにより構成される。
【００１５】
電圧検出部１４は、電源ライン間の電圧、つまり入力電圧Ｖｉｎ＋と入力電圧Ｖｉｎ−（接地電位）との電圧差が所定電圧以上か否かを検出する回路であり、電源ライン間の電圧が所定値未満のときには入力遮断部１３をオン状態にして負荷１２に電源電圧として供給し、電源ライン間の電圧が所定値以上のときには入力遮断部１３をオフ状態にして負荷１２に電源電圧を供給しないように制御する。
【００１６】
次に、図２は、入力遮断部１３及び電圧検出部１４の回路構成の一例を示す図である。
ＭＯＳトランジスタＴｒ１と抵抗Ｒ１〜Ｒ３とツエナーダイオードＺＤ１とで入力遮断部１３を構成している。また、ＭＯＳトランジスタＴｒ２とツエナーダイオードＺＤ２と抵抗Ｒ４とで電圧検出部１４を構成している。
【００１７】
入力遮断部１３の抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は直列に接続され、抵抗Ｒ１の一端は入力電圧Ｖｉｎ＋に接続され、抵抗Ｒ３の低電位側がＭＯＳトランジスタＴｒ１のゲートに接続されている。また、抵抗Ｒ１とＲ２の接続点ａにツエナーダイオードＺＤ１のカソードが接続され、アノードが入力電圧Ｖｉｎ−（接地電位）に接続されている。
【００１８】
従って、ＭＯＳトランジスタＴｒ１のゲートには、ツエナーダイオードＺＤ１のツエナー電圧で決まる電圧が印加されるので通常の状態ではＭＯＳトランジスタＴｒ１はオン状態になっている。
【００１９】
電圧検出部１４のツエナーダイオードＺＤ２のカソードは入力電圧Ｖｉｎ＋に接続され、アノードはＭＯＳトランジスタＴｒ２のゲートと抵抗Ｒ４に接続されている。
抵抗Ｒ４の他端は入力電圧Ｖｉｎ−に接続されている。
【００２０】
ツエナーダイオードＺＤ２は、入力電圧Ｖｉｎ＋が所定値未満のときオフ状態となり、所定値以上のときオン状態になるようなツエナー電圧のものが使用されている。
従って、入力電圧Ｖｉｎ＋がツエナーダイオードＺＤ２のツエナー電圧未満のときには、ＭＯＳトランジスタＴｒ２のゲート電圧はしきい値電圧未満となり、ＭＯＳトランジスタＴｒ２はオフ状態となる。また、入力電圧Ｖｉｎ＋がツエナーダイオードＺＤ２のツエナー電圧以上となると、ＭＯＳトランジスタＴｒ２のゲート電圧がしきい値電圧以上となり、ＭＯＳトランジスタＴｒ２はオン状態となる。ＭＯＳトランジスタＴｒ２がオン状態となると、抵抗Ｒ２とＲ３の接続点ｂの電圧はほぼ接地電位となる。その結果、ＭＯＳトランジスタＴｒ１のゲート電圧がしきい値電圧未満となり、ＭＯＳトランジスタＴｒ１がオフ状態となる。
【００２１】
上述した電圧検出部１４と入力遮断部１３を用いることにより、入力電圧Ｖｉｎ＋が所定値以上となると、ＭＯＳトランジスタＴｒ２がオン状態となり、それによりＭＯＳトランジスタＴｒ１がオフ状態となる。これにより平滑回路のコイルＬ１とキャパシタＣ１に過電流が流れるのを防止できる。電源ライン間に印加される過電圧を遮断することで平滑回路のコイルＬ１に過電流が流れるのを防止できるので、過電圧が印加されたときにコイルＬ１が飽和しないように最大電流定格の大きいコイルを使用する必要がなくなり、平滑回路のコイルＬ１を小型化できる。これにより、回路基板に実装するコイルＬ１の外形寸法を小さくできる。また、キャパシタＣ１に流れる最大電流を制限することでキャパシタＣ１の電流定格を小さくし、キャパシタＣ１を小型化することもできる。
【００２２】
ここで、実施の形態のバッテリで駆動される車両のモータの駆動回路の通常走行時と回生時の動作を図３を参照して説明する。
通常走行時には、基板２２に搭載されている制御回路によりトランジスタＴｒ３をオン、オフしてバッテリ２１からモータ２３に供給する電力を制御する。このとき、スイッチＳＷ１がオン状態となり、スイッチＳＷ２の共通接点ｃ０が接点ｃ１と接触し、スイッチＳＷ３の共通接点ｄ０が接点ｄ１と接触した状態となり、バッテリ２１からモータ２３に電力が供給される。
【００２３】
回生動作を行うときには、スイッチＳＷ１がオフ状態となり、トランジスタＴｒ３がオフ状態となる。さらに、スイッチＳＷ２の共通接点ｃ０が接点ｃ２と接触し、スイッチＳＷ３の共通接点ｄ０が接点ｄ２と接触する。これにより、モータ２３に誘起される電力が、スイッチＳＷ２の接点ｃ２と共通接点ｃ０と抵抗Ｒ５とダイオードＤ１とバッテリ２１とダイオードＤ２の経路を通りバッテリ２１に帰還される。
【００２４】
モータ２３からバッテリ２１にエネルギーが回生されているときに、電源ラインの断線等が発生すると、モータ２３から帰還される電力によりバッテリ２１に接続する電源ラインの電圧が急激に上昇する。この電源ラインの電圧が、上述した図１の入力電圧Ｖｉｎ＋，Ｖｉｎ−として平滑回路に供給されているのでコイルＬ１及びキャパシタＣ１からなる平滑回路に過電圧が印加されることになる。この過電圧は、上述した電圧検出部１４により検出され、入力遮断部１３が電源ラインを遮断してコイルＬ１及びキャパシタＣ１に過電圧が印加されるのを防止する。
【００２５】
上述した過電圧保護回路１１を用いることで平滑用のコイルとして最大電流定格の小さいコイルＬ１を使用できるので、回路基板に実装するコイルＬ１の外形寸法を小さくすることができる。
【００２６】
本発明は上述した実施の形態に限定されず、例えば、以下のように構成しても良い。
（１）電圧検出部１４は、実施の形態のようなツエナーダイオードを用いた回路に限らず、電圧比較器等の他の回路を用いても良い。
（２）半導体スイッチはＭＯＳトランジスタに限らず、バイポーラトランジスタ、ＧＴＯ、サイリスタ等でも良い。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】実施の形態の過電圧保護回路の回路ブロック図である。
【図２】電圧検出部と入力遮断部の回路の一例を示す図である。
【図３】モータの駆動回路を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１１      過電圧保護回路
１２      負荷
１３      入力遮断部
１４      電圧検出部
Ｌ１      コイル
Ｃ１      キャパシタ
２１      バッテリ
【図１】
2007006582.tif 000003
【図２】
2007006582.tif 000004
【図３】
2007006582.tif 000005