(57)【要約】【課題】過電流から電子回路を保護することができ、しかも、瞬間的な突入電流やノイズによって誤動作することがない過電流防止装置を提供する。【解決手段】ＦＥＴ２は、保護対象の装置へ電流を供給する電流経路に挿入されている。電流検出部５は電流経路を流れる電流Ｉｄを検出する。ゲート制御部４は、電流検出部５によって検出された電流Ｉｄが所定の値を超えた時、ＦＥＴ２を予め決められた一定時間オフとした後オンとし、所定時間内においてＦＥＴ２のオン／オフの回数が一定値を越えた時、ＦＥＴ２を連続的にオフ状態とする。【選択図】図１
2007236061.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
保護対象の装置へ電流を供給する電流経路に挿入された電流制御手段と、
前記電流経路を流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段によって検出された電流が所定の値を超えた時、前記電流制御手段を予め決められた一定時間オフとした後オンとし、所定時間内において前記電流制御手段のオン／オフの回数が一定値を越えた時、または、予め決められた一定時間前記電流制御手段のオン／オフが継続した時、前記電流検出手段を連続的にオフ状態とする制御手段と、
を具備することを特徴とする過電流防止装置。
【請求項２】
前記制御手段は、電界効果トランジスタを備え、そのゲート電圧を制御して、前記電流経路を流れる電流が設定値以下となるように制御するゲート制御手段を有することを特徴とする請求項１に記載の過電流防止装置。
【請求項３】
前記電流制御手段がオフとされた時、前記保護対象の装置へ電圧を供給する補償回路を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の過電流防止装置。
【請求項４】
前記補償回路は、前記電流制御手段がオフとされた時、蓄えられている電圧を前記保護対象の装置へ供給する蓄電手段を有することを特徴とする請求項３に記載の過電流防止装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子回路を過電流から保護する過電流防止装置に係り、特に、電流制御用の半導体素子が瞬間的な突入電流やノイズによって誤動作することを防止した過電流防止装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、過電流から高速で電子回路を保護する方法として、半導体スイッチを用いる方法がある。しかし、高速であるが故に瞬間的な突入電流やノイズであっても半導体スイッチが動作し、回路がオフとなってしまうという問題があった。これを防ぐ半導体スイッチの制御方法として、オン抵抗が異なる２つのＭＯＳＦＥＴスイッチを並列に設け、過電流を検出した時、過電流フラグを出力し、スイッチをバイパス側に切り替えるようにして電流を即座に切断することなく。過電流を徐々に制御する方法が知られている（特許文献１）。
【０００３】
しかしながら、この方法は２つのＭＯＳＦＥＴを用いているため、半導体スイッチが高価になる欠点があった。また、固定オン抵抗値を有するＭＯＳＦＥＴとなっているため、瞬間的な電流であったとしても抵抗値が不足して電流を制限することができず、半導体スイッチが動作し、回路オフが継続してしまうという欠点があった。
【０００４】
一方、過電流を検出すると、ＦＥＴなどの半導体スイッチをオフとし、一定時間後に再度半導体スイッチがオンに復帰する制御を行い、一定時間で収束するような瞬間的な過電流であった場合には、誤動作を防止するという方法がある。しかしながら、瞬間的な過電流は、半導体スイッチがオフとなってから再度オンするまでの一定時間を超えるような場合には、スイッチオンとなっても過電流が収束していないため、再度、スイッチオフとなり、誤動作してしまう問題がある。
【０００５】
また、瞬間的な過電流によりスイッチオフが継続しないように、半導体スイッチがオフとなってから再度オンとするまでの時間を長くすることができるが、逆に、長くなることにより、装置が瞬断してしまうという問題があった。
【特許文献１】特開2000-13991号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的は、過電流から電子回路を保護することができ、しかも、瞬間的な突入電流やノイズによって誤動作することがない過電流防止装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は上記の課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、保護対象の装置へ電流を供給する電流経路に挿入された電流制御手段と、前記電流経路を流れる電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段によって検出された電流が所定の値を超えた時、前記電流制御手段を予め決められた一定時間オフとした後オンとし、所定時間内において前記電流制御手段のオン／オフの回数が一定値を越えた時、または、予め決められた一定時間前記電流制御手段のオン／オフが継続した時、前記電流検出手段を連続的にオフ状態とする制御手段とを具備することを特徴とする過電流防止装置である。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の過電流防止装置において、前記制御手段は、電界効果トランジスタを備え、そのゲート電圧を制御して、前記電流経路を流れる電流が設定値以下となるように制御するゲート制御手段を有することを特徴とする
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の過電流防止装置において、前記電流制御手段がオフとされた時、前記保護対象の装置へ電圧を供給する補償回路を設けたことを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の過電流防止装置において、前記補償回路は、前記電流制御手段がオフとされた時、蓄えられている電圧を前記保護対象の装置へ供給する蓄電手段を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、過電流から電子回路を保護することができ、しかも、瞬間的な突入電流やノイズによって誤動作することがない過電流防止装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照し、この発明の実施の形態について説明する。図１はこの発明の一実施の形態による過電流防止回路の構成を示すブロック図である。この図において、符号１は入力端子であり、電流制御手段２であるＰチャネルＭＯＳＦＥＴ（電解効果トランジスタ）２のソースＳに接続されている。ＦＥＴ２のドレインＤは保護対象の電子回路が接続される出力端子３に接続され、ゲートＧはゲート制御部（制御手段、ゲート制御手段）４に接続されている。５はＦＥＴ２から出力端子３へ流れる電流Ｉｄを検出する電流検出部（電流検出手段）であり、常時、電流検出を行い、検出した電流値をゲート制御部４へ出力する。ゲート制御部４は、電流検出部５から出力される電流値に応じてＦＥＴ２のゲート電圧を制御するものである。６は一端が出力端子３に接続された抵抗、７はカソードが出力端子３に接続されたダイオード、８は一端が抵抗６の他端およびダイオード７のアノードに接続され、他端が接地されたコンデンサ（蓄電手段）である。そしてこれらの抵抗６、ダイオード７、コンデンサ８によって、ＦＥＴ２がオフとなった時の出力電流を補償する補償回路９が構成されている。なお、補償回路９はＦＥＴ２がオフで前記出力電流を補償して保護対象の装置へ電力を供給できるものであれば回路構成は特に限定されない。
【００１１】
次に、上述したゲート制御部４の動作を図２に示すフローチャートを参照して説明する。
まず、初期状態においてＦＥＴ２のゲートＧへ接地電圧（０ボルト〔Ｖ〕）を印加する。これにより、ＦＥＴ２がオン状態となる。次に、電流Ｉｄの計測を行い（ステップＳ１）、ゲート電圧印加回数カウンタＸを０クリアする（ステップＳ２）。次に、計測した電流値が予め設定されている電流値以下か否かを判定する（ステップＳ３）。そして、判定結果が設定値以下であった場合は、ステップＳ１へ戻り、電流検出部４から次の電流値が出力されるのを待つ。一方、判定結果が設定値以上であった場合、すなわち、過電流がＦＥＴ２−出力端子３間に流れていた場合は、電流Ｉｄを規定値内に制限することが可能か否かを判定する（ステップＳ４）。電流Ｉｄを規定値以内に制限することが可能である場合には、ゲート制御部４はゲート印加電圧Ｐの演算を行い（ステップＳ５）、その演算した値をゲートＧに印加して（ステップＳ６）、ステップＳ１の処理へ戻る。これは、ゲート制御部４には、ゲートＧに印加する電圧と通過電流の関係である半導体の特性データが格納されており、電流値を設定値以下に制限するためにはゲートＧに印加する電圧Ｐを何ボルト〔Ｖ〕にすればよいかを判定する。すなわち、負荷電流が増えたということは、負荷の抵抗が小さくなることから、所定の電流値とするためには、ＦＥＴ２のスイッチの抵抗を変えればよい。
【００１２】
また、電流Ｉｄを規定値以内に制限することが可能である場合には、ＦＥＴ２のゲート電圧を徐々に上昇させることによってＦＥＴ２のドレイン電流Ｉｄを制限して、ゲート制御部４はゲートＧに入力電圧を印加し（ステップＳ７）、ゲート電圧印加回数カウンタＸを１カウントアップする（ステップＳ８）。つぎに、ゲート電圧印加回数カウンタＸが予め内部に設定されている設定回数ｎ（例えば、１０回等）以下か否かを判定する（ステップＳ９）。そして、該カウンタＸの値が設定回数ｎ以下であった場合は、瞬間的な過電流の可能性があると判定し、予め内部に設定されている時間ｔ（例えば、１ミリセカンド〔ｍｓｅｃ〕）が経過後、ＦＥＴ２のゲート電圧を０ボルト〔Ｖ〕として（ステップＳ１０）、ステップＳ３へ戻る。
一方、ＦＥＴ２のオフ回数Ｘが設定回数ｎ以上となった場合は（ステップＳ９の判定が「ＮＯ」）、瞬間的な過電流ではないと判定し、以後、ＦＥＴ２のゲート電圧を入力電圧に保持する（ステップＳ１１）。
【００１３】
ここで、図３に示すゲート制御部４の波形図について説明する。
このように、ゲート制御部４は、電流Ｉｄが一定レベルＬを越えると、ゲート電圧Ｖｇを入力電圧としてＦＥＴ２をオフとし、一定時間ｔの経過を待つ。時間ｔが経過した後、再びゲート電圧を接地電圧（０ボルト〔Ｖ〕）としてＦＥＴ２をオンとし、電流Ｉｄが再びレベルＬに達するか、あるいは越えると、再びゲート電圧Ｖｇを入力電圧としてＦＥＴ２をオフとし、時間ｔの経過を待ってＦＥＴ２をオンとし、この動作を繰り返す。
そして、ゲート電圧Ｖｇの立ち上がり回数が設定回数ｎ回以上となった場合に、瞬間的な過電流ではないと判定し、ＦＥＴ２を継続的にオフ状態とする。また、ゲート電圧Ｖｇの立ち上がり回数がｎ回以下で正常に戻れば（電流ＩｄがレベルＬ以下になれば）、以後、ＦＥＴ２のオン状態を継続する。
【００１４】
補償回路９は、ＦＥＴ２がオフとされた時、出力端子３の電圧を補償するもので、通常時において抵抗６を介してコンデンサ８が充電され、ＦＥＴ２のオフ時にコンデンサ８に蓄えられた電圧がダイオード７を介して出力端子３に供給され、これにより、出力端子３の電圧が補償される（図１参照）。
【００１５】
なお、上記の実施形態において、過電流を検出すると瞬時にＦＥＴ２のゲート電圧を入力電圧へ変化させてＦＥＴ２をオフとしてもよい。また、瞬間的な突入電流やノイズによって信号を送出しないように、任意の検出不感時間を設定してもよい。
また、ＦＥＴ２をオンとする場合に、徐々にゲート電圧を接地電圧に変化させて、電流Ｉｄを徐々に上昇させる設定をしてもよく、また、ゲート電圧を瞬時に接地電池へ変化させ、ＦＥＴ２をオンとしてもよい。
【００１６】
また、ＦＥＴ２としてｎチャネルＭＯＳＦＥＴを用いてもよい。
また、上記補償回路９として、図４（ａ）、（ｂ）に示す回路を用いてもよい。
図４（ａ）に示す回路は、抵抗１１、スイッチ１２、１３およびコンデンサ１４によって構成され、通常時はスイッチ１２がオンとなって抵抗１１を介してコンデンサ１４が充電され、過電流となった際にはＦＥＴ２がオフの時はスイッチ１３がオンとなって出力端子３へコンデンサ１４の電圧が供給される。
【００１７】
図４（ｂ）に示す回路は、トランジスタ１５、抵抗１６〜１８およびコンデンサ１９、２０によって構成されている。そして、コンデンサ２０の充電時は、バイパス抵抗１６を介して突入電流が防止される。また、トランジスタ１５はコンデンサ２０の電圧に応じてターンオンする。つまり、概念的には図４（ｃ）に示すように、トランジスタ１５のベースには、（（Ｒ１／Ｒ１＋Ｒ２）・Ｖｃ）ボルト〔Ｖ〕が印加され、トランジスタ１５のエミッタＥにはコンデンサ２０（図４（ｂ）参照）の充電電圧（初期値は０ボルト〔Ｖ〕）が印加される。
【００１８】
また、上記実施形態においては、時間ｔの間ＦＥＴ２をオフとし、オフ回数が設定回数ｎ回に達した時点以降、ＦＥＴ２を連続的にオフとしたが、これに代えて、次のように制御してもよい。すなわち、図５に示すように、ＦＥＴ２のオフの持続時間をｔ１とし、ＦＥＴ２のオン／オフの繰り返し時間が予め設定した時間ｔ２に達した時点以降、ＦＥＴ２を連続的にオフとする。例えば、ＦＥＴ２の通過電流が０から過電流検出値になるまでの時間を１ミリセカンド〔ｍｓｅｃ〕とし、また、時間ｔ１を１ミリセカンド〔ｍｓｅｃ〕、時間ｔ２を２０ミリセカンド〔ｍｓｅｃ〕とすると、結局、１０回オン／オフを繰り返した後、ＦＥＴ２を連続的にオフとすることになる。
ＦＥＴ２の通過電流が０から過電流検出値になるまでの時間は、短絡箇所までの配線インピーダンスに依存する。配線インピーダンスが大きい場合、電流の増加時間が長く、配線インピーダンスが小さい場合、電流の増加時間が短くなる。立ち上がり回数がｎ回設定の場合、上記条件によって、過電流を遮断するまでの時間は短絡箇所によって様々であり、一定ではない。上述した図５の制御方法は、設定された任意の時間以内に過電流を遮断したいという時に有効な設定方法である。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
この発明は、電子回路の過電流防止に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】この発明の一実施形態による過電流防止装置の構成を示すブロック図である。
【図２】同過電流防止装置におけるゲート制御部４の動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】同ゲート制御部４の動作を説明するための波形図である。
【図４】同過電流防止装置における補償回路９の他の構成例を示す回路図である。
【図５】同ゲート制御部４の他の動作を説明するための波形図である。
【符号の説明】
【００２１】
１…入力端子
２…ＦＥＴ（電流制御手段）
３…出力端子
４…ゲート制御部（制御手段、ゲート制御手段）
５…電流検出部（電流検出手段）
６、１１、１６〜１８…抵抗
７…ダイオード
８、１４、１９、２０…コンデンサ（蓄電手段）
９…補償回路
【図１】
2007236061.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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