(57)【要約】      （修正有）【課題】ＲＣＣの特徴である簡素さを維持したまま、二次側出力電圧の異常時に出力電圧を十分に低下させ、その状態を保持する。さらにヒューズという不可逆な状態記憶手段を使用することにより、一度でも保護回路が作動すると異常原因を取り除いたとしても二度と復帰せず、製造工程にて一度過電圧を発生させてしまったものの、何かの拍子で原因が取り除かれ、負荷がダメージを負った状態で市場に流出することを防ぐ。【解決手段】第一のスイッチング素子Ｑ１３と、第一のスイッチング素子の制御端子に接続された信号伝達手段と、信号伝達手段の他方の端子と、ヒューズ素子Ｘ１１と、ヒューズ素子と電圧源に接続された抵抗Ｒ１１１と、ヒューズ素子に直列に接続された第二のスイッチング素子Ｑ１４を備える回路において、第二のスイッチング素子をオンすると、第一のスイッチング素子がオンするより先に、ヒューズ素子が溶断する。【選択図】図１
2016005341.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一のスイッチング素子と、前記第一のスイッチング素子の制御端子に接続された、信号伝達手段と前記信号伝達手段の他方の端子と、ヒューズ素子と、前記ヒューズ素子と電圧源に接続された抵抗と、前記ヒューズ素子に直列に接続された第二のスイッチング素子を備える回路において、前記第二のスイッチング素子をオンすると前記第一のスイッチング素子がオンするより先に前記ヒューズ素子が溶断することを特徴とする保護回路。
【請求項２】
前記信号伝達手段がコンデンサと抵抗からなる積分回路であることを特徴とする請求項１に記載の保護回路。
【請求項３】
前記信号伝達手段がツェナーダイオードであることを特徴とする請求項１に記載の保護回路。
【請求項４】
前記信号伝達手段が抵抗であり、前記第一のスイッチング素子の制御端子と出力端子間に接続された抵抗とともに分圧回路を構成していることを特徴とする請求項１に記載の保護回路。
【請求項５】
前記第二のスイッチング素子の制御端子を回路上の特定の場所に定電圧素子を介して接続し、前記特定の場所の電圧が一定値を超えたら前記第二のスイッチング素子がオン状態になることを特徴とする請求項１に記載の保護回路。
【請求項６】
前記特定の場所がリンギングチョークコンバータの二次側出力電圧であり、請求項１に記載の第一のスイッチング素子が二次側から一次側へ信号を伝達する伝達手段に接続されたことを特徴とする請求項５に記載の保護回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リンギングチョークコンバータ（以下、ＲＣＣと表記する）におけるヒューズ溶断型の過電圧の保護回路に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
ＲＣＣ等のフライバックコンバータは出力電圧を一定に制御する定電圧制御回路に故障が発生した場合、出力電圧が跳ね上がってしまう。そのような過電圧状態が発生すると出力平滑用コンデンサの破損、スイッチングトランジスタや抵抗の異常発熱、さらには負荷の故障等の問題が発生する。ゆえに、過電圧が発生した場合にそれを検知して、これらの問題が起こらないようにする仕組みが必要となる。
【０００３】
これが過電圧保護回路であり、異常が発生した場合に出力電圧を一定値以上に上がらないように保持する方式と、出力電圧を低下させて保持する又は遮断する方式がある。前者は簡単な回路構成で実現できるものの、より電圧が低くなる後者の方式が望ましく電源ＩＣを利用した多くのフライバックコンバータは後者を採用している。これは電源ＩＣが出力電圧の異常を検知すると発振動作を止め、その状態を自己保持することにより実現される。
【０００４】
しかしながらＲＣＣは電源ＩＣを使用せず、全てトランジスタやダイオードなどの汎用部品で構成される。さらにＲＣＣ方式を採用する利点は部品点数が少なくコストを抑えられる点であるため、電源ＩＣと同様の機能を盛り込むために回路規模を大きくすると前記利点が損なわれてしまう。また、回路の信頼性も複雑な回路より単純な回路の方が高いことは明白であり、この点からも保護回路は簡単な構成である方が良い。従って異常時に出力電圧を低下させる手段を簡単な回路で実現することがＲＣＣに過電圧保護回路を加える上での課題となる。これに関し、特許文献１のようにヒューズを溶断することによって回路構造を変化させる仕組みにすると比較的簡単に保持動作をすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５８−１９１５２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記特許の代表図を図５に記載する。図５においてＢＡＴは電池、Ｒ２１〜Ｒ２５は抵抗、Ｒ２６は負荷、Ｑ２１・Ｑ２２はトランジスタ、Ｘ２１はヒューズ、ＩＮはヒューズを溶断するための電流を入れる点である。前記特許はＩＮに電圧を加えてＲ２１経由でＸ２１に電流を流すことでＸ２１を溶断し、ＢＡＴからＲ２２，Ｒ２３経由でベース電流が流れてＱ２２がオンになる。するとＱ２１もオンになりＲ２６に電流が供給されるようになるものである。
【０００７】
この前記特許に対し、ＩＮの部分をツェナーダイオード経由でＲＣＣの出力電圧部に接続し、Ｑ２１をＲＣＣの発振を停止させる手段（例えば帰還制御回路）に接続してＱ２１オン時にＲＣＣを発振停止できるようにすれば異常電圧が発生したときにＸ２１が溶断してＲＣＣの発振を抑制し続ける回路が実現できると考えられる。しかし実際にその構成では出力電圧を十分に落としきれないという問題が発生する。
【０００８】
前記特許の場合はＸ２１を溶断するための電流を外部から供給することを前提としているため、電流容量に余裕のある電源を使用できる。従って、定格電流の大きなヒューズを使用することができる。しかし、ＲＣＣの保護回路に同様の構成を使用する場合、ヒューズを溶断する電流源はＲＣＣ自身の出力となる。ＲＣＣは各種電源の中では比較的低出力の電源方式であり、他の部分にも電流を供給していることを考えるとヒューズ溶断に回せる電流は少ない。そのため少ない電流でも溶断できるヒューズを使用することが必要となる。
【０００９】
しかしそのようなヒューズは少ない電流で大きなジュール熱を発生させるため、抵抗値が大きく作られている。従って電流が流れた際にヒューズ両端に発生する電圧が高くなり、図５におけるＱ２２のベース・エミッタ間電圧を上回った時点でＱ２２がオンになってしまう。ＲＣＣの保護回路として使用する場合、Ｑ２２やＱ２１はＲＣＣの発振を停止させるスイッチとなるので、これらがオンになると出力電圧が低下し始める。出力電圧が低下し始めるとヒューズを溶断させるための電流が取れなくなり、ヒューズ溶断が不可能になる。また、出力電圧低下に伴いＱ２２やＱ２１も再びオフになるので、結果としてＲＣＣの出力電圧を十分に低下させることができない状態が保持されることになる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は第一のスイッチング素子と、前記第一のスイッチング素子の制御端子に接続された信号伝達手段と前記信号伝達手段の他方の端子と、ヒューズ素子と、前記ヒューズ素子と電圧源に接続された抵抗と、前記ヒューズ素子に直列に接続された第二のスイッチング素子を備える回路において、前記第二のスイッチング素子をオンすると前記第一のスイッチング素子がオンするより先に前記ヒューズ素子が溶断することを特徴とした回路である。
【００１１】
請求項２に記載の発明は前記信号伝達手段がコンデンサと抵抗からなる積分回路であることを特徴とする請求項１に記載の回路である。
【００１２】
請求項３に記載の発明は前記信号伝達手段がツェナーダイオードであることを特徴とする請求項１に記載の回路である。
【００１３】
請求項４に記載の発明は前記信号伝達手段が抵抗であり、前記第一のスイッチング素子の制御端子と出力端子間に接続された抵抗とともに分圧回路を構成していることを特徴とする請求項１に記載の回路である。
【００１４】
請求項５に記載の発明は請求項１において前記第二のスイッチング素子の制御端子を回路上の特定の場所に定電圧素子を介して接続し、前記特定の場所の電圧が一定値を超えたら前記第二のスイッチング素子がオン状態になることを特徴とした回路である。
【００１５】
請求項６に記載の発明は請求項５に記載の特定の場所がリンギングチョークコンバータの二次側出力電圧であり、請求項１に記載の第一のスイッチング素子が二次側から一次側へ信号を伝達する伝達手段に接続されたことを特徴とする回路である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ＲＣＣの特徴である簡素さを維持したまま二次側出力電圧の異常時に出力電圧を十分に低下させ、その状態を保持することが可能となる。さらにヒューズという不可逆な状態記憶手段を使用することにより、一度でも保護回路が作動すると異常原因を取り除いたとしても二度と復帰しない。そのため例えば製品において製造工程にて一度過電圧を発生させてしまったものの何かの拍子で原因が取り除かれ、負荷がダメージを負った状態で市場に流出するという事態をも防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第一の実施例の回路図である。
【図２】本発明の第一の実施例を説明するタイミングチャートである。
【図３】本発明の第二の実施例の回路図である。
【図４】本発明の第三の実施例の回路図である。
【図５】本発明の先行例の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（実施例１）
本発明の第一の実施例を図１に示し、そのタイミングチャートを図２に示す。図１において、Ｃ１１〜Ｃ１５はコンデンサ、Ｒ１０１〜Ｒ１１２は抵抗、Ｑ１１・Ｑ１４はＭＯＳＦＥＴ、Ｑ１２・Ｑ１３はトランジスタ（Ｖｔｈ＝０．６Ｖ）、Ｔ１１はフライバックトランス、Ｄ１１はダイオード、ＶＺ１１・ＶＺ１２はツェナーダイオード、ＯＰ１１はオペアンプ、ＰＣ１１はフォトカプラ、Ｘ１１はヒューズである。ＶＺ１２は過電圧保護回路の動作開始を決めているツェナーなので、通常の制御に使用されるツェナーであるＶＺ１１よりツェナー電圧を高く設定しておく。
【００１９】
課題の項で説明した回路と違う点は、Ｒ１１１とＣ１５が加えられている点である。これら２つの素子によってＱ１４がオンになった後Ｘ１１に発生する電圧とＱ１３のベース・エミッタ間に発生する電圧との間に時間差が発生し、Ｘ１１の両端電圧の方が先に上昇することになる。
【００２０】
例えばＸ１１に両端電圧がＡという値になったら溶断する電流ヒューズを使った場合、Ｑ１３のベース・エミッタ間電圧がＱ１３のしきい値を超える前にＸ１１両端電圧がＡになるようにＲ１１１とＣ１５の値を設定すればＸ１１は確実に切れることになる。なおＲ１１０はＸ１１溶断後にＱ１３のベース電流を供給するための抵抗なので、過電圧保護回路作動後にＱ１３をオンし続けるのに必要なベース電流を流せるだけの抵抗値に設定しておけばよい。
【００２１】
図１において例えばＸ１１に定格０．２０Ａのヒューズを使用する場合を考える。あるメーカの０．２０Ａヒューズは１５００ｍΩの内部抵抗値を持っている。これを０．０１秒以内に溶断するためにヒューズの溶断特性より５００ｍＡの電流を流すように設定する。具体的にはＲＣＣの出力電圧を２４Ｖとすると、Ｒ１０９の値を２４÷０．５＝４８より、４８Ωに設定する。
【００２２】
次に回路動作を説明する。正常時はＯＰ１１を中心とするフィードバック経路により制御されているが、万が一この経路による制御が不可能になった場合ＲＣＣの出力電圧は発振の抑制を失って上昇することになる。するとＶＺ１２がオンになり、Ｑ１４がオンになる。５００ｍＡの電流がＲ１０９・Ｑ１４を流れＸ１１に至る。Ｘ１１には電圧０．７５Ｖ（１５００ｍΩ×０．５Ａ）が発生することになる。
【００２３】
Ｑ１３のベース・エミッタ関電圧はＲ１１１とＣ１５の時定数によりＸ１１の両端より遅れて上昇することになる。結果としてＱ１３がオンする前にＸ１１が溶断し、その後Ｑ１４がオフになったとしてもＲ１１０からＱ１３のベース電流が供給されてＱ１３はオンし続けることになる。Ｑ１３がオンするとＰＣ１１のＬＥＤが光るためＲＣＣの発振が抑制されて出力電圧は低下する。
【００２４】
（実施例２）
実施例２を図３に示す。実施例２は図１のＲ１１１とＣ１５から成る積分回路を、ツェナーダイオードＶＺ１３に置き換えたものである。基本的な動作は実施例１と同じであり、実施例１では時間差を利用してＸ１１を確実に先に溶断していたのに対し、実施例２ではＸ１１が溶断した際にＸ１１の両端電圧が一気に上昇する点を利用してＱ１３をオンにする。即ち上述の両端電圧がＡという値になったら溶断するヒューズをＸ１１に使用した場合、ＶＺ１３のツェナー電圧Ａ以上の値に設定しておけばＱ１３は確実にＸ１１が溶断した後にオンすることになる。なお、ＶＺ１３のツェナー電圧はＱ１３がオンした後のＲＣＣの出力電圧に加算されるため、できるだけ低い方が望ましい。
【００２５】
（実施例３）
実施例３を図４に示す。実施例３は図１のＲ１１１とＣ１５から成る積分回路を、それぞれ抵抗Ｒ１１３とＲ１１４に置き換えたものである。基本的な動作は実施例１と同じであり、実施例１では時間差を利用してＸ１１を確実に先に溶断していたのに対し、実施例３ではＸ１１に発生する電圧を分圧することでＸ１１の両端とＱ１３のベース・エミッタ間に差を作ってＸ１１を確実に先に溶断させる。即ち上述の両端電圧がＡという値になったら溶断するヒューズをＸ１１に使用した場合、ＶｔｈをＱ１３のしきい値とすると
Ａ×（Ｒ１１４÷（Ｒ１１３＋Ｒ１１４））  ＜  Ｖｔｈ
という関係の成り立つようにＲ１１３とＲ１１４の値を選べばＸ１１が確実に先に溶断することになる。
【００２６】
なお、本発明の範囲は上述した全ての実施例に限定されるものではない。例えばフォトカプラを通常時用と保護回路用で分けたり、Ｑ１３をＰＮＰトランジスタまたはＰチャネルＭＯＳＦＥＴにしてＰＣ１１のアノード側から電流を供給する回路構成にした場合等も、本発明と同様の原理を用いる限りその範囲内と考えることができる。
【符号の説明】
【００２７】
Ｃ１１  一次平滑コンデンサ、Ｃ１２〜Ｃ１３  コンデンサ、
Ｃ１４  出力平滑コンデンサ、Ｃ１４  コンデンサ、Ｄ１１  ダイオード、
ＯＰ１１  オペアンプ、ＰＣ１１  フォトカプラ、Ｑ１１  ＭＯＳＦＥＴ、
Ｑ１２〜Ｑ１３  ＮＰＮトランジスタ、Ｑ１４  ＭＯＳＦＥＴ、
Ｒ１０２〜Ｒ１１４  抵抗器、ＶＺ１１〜ＶＺ１３  ツェナーダイオード、
Ｘ１１  電流溶断型ヒューズ
【図２】
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【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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