JP2011135665A - Protector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、直流電源と負荷部との間の電流経路中に配される保護装置に関し、特に、突入電流防止、電源逆接続保護、入力瞬断保護、回生電流による電圧上昇保護の各機能を備えた保護装置に関する。 The present invention relates to a protection device arranged in a current path between a DC power supply and a load, and in particular, has functions of inrush current prevention, power supply reverse connection protection, input instantaneous interruption protection, and voltage rise protection due to regenerative current. The present invention relates to a protective device provided.
従来、電子機器に用いられる保護装置には、各種の保護機能が用いられている。 Conventionally, various protection functions have been used in protection devices used in electronic devices.
例えば、スイッチング電源などの電源装置やモータ駆動装置では、一般的に、入力側に平滑用として用いる容量の大きい入力用コンデンサが設けられている。このため、電源投入時には、入力用コンデンサが充電される際に大きな突入電流が流れるという問題がある。安全回路を備える場合には、大きな突入電流により入力電圧が一時的に低下するという問題が発生した場合、突入電流による電圧低下を検出するとその安全回路が作動して装置の動作を停止させてしまう。また、部品への電流ストレスの観点からも、突入電流は抑制する必要がある。このような不都合を回避するため、従来、これらの装置には、突入電流を防止するための各種の保護対策が行われてきた。 For example, in a power supply device such as a switching power supply and a motor drive device, an input capacitor having a large capacity generally used for smoothing is provided on the input side. For this reason, when the power is turned on, there is a problem that a large inrush current flows when the input capacitor is charged. When a safety circuit is provided, if there is a problem that the input voltage is temporarily reduced due to a large inrush current, the safety circuit is activated when the voltage drop due to the inrush current is detected, and the operation of the device is stopped. . In addition, it is necessary to suppress the inrush current from the viewpoint of current stress on the component. In order to avoid such inconvenience, conventionally, various protection measures for preventing inrush current have been performed on these devices.
また、これらの装置を電源ラインに接続する場合、直流電源部の入力端子と電源ラインとの極性を逆にしてしまうことが考えられる。このように直流電源部が逆接続されると、装置は破壊されるおそれがある。 Moreover, when connecting these apparatuses to a power supply line, it is possible to reverse the polarity of the input terminal of a direct-current power supply part and a power supply line. If the DC power supply unit is reversely connected in this way, the device may be destroyed.
これに対して、簡易的には、入力ラインに逆流阻止用のダイオードを挿入して、逆接続時に装置を保護することが考えられるが、大容量の装置においては、ダイオードによる熱損失等が問題となるため、ダイオードを用いることは好ましくない。 On the other hand, it can be considered that a diode for preventing backflow is inserted in the input line to protect the device at the time of reverse connection, but in a large-capacity device, heat loss due to the diode is a problem. Therefore, it is not preferable to use a diode.
さらに、直流電源部の入力電圧が瞬断した場合、入力用コンデンサに蓄積された電荷が放電されて急激に減少する。このため、復電した時には入力用コンデンサに入力電圧が直接印加されることとなり過大な突入電流が流れる。このような事態は装置にとって好ましいことではなく、この過大な突入電流は接続される電子機器に影響を与える可能性がある。 Furthermore, when the input voltage of the DC power supply section is momentarily interrupted, the charge accumulated in the input capacitor is discharged and rapidly decreases. For this reason, when power is restored, an input voltage is directly applied to the input capacitor, and an excessive inrush current flows. Such a situation is not desirable for the apparatus, and this excessive inrush current may affect the electronic equipment to be connected.
従来、このような課題を解決するため、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を用いて、突入電流防止と電源逆接続保護と入力瞬断保護を行う方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。 Conventionally, in order to solve such a problem, a method of performing inrush current prevention, power supply reverse connection protection, and input instantaneous interruption protection using a field effect transistor (FET) has been proposed (for example, see Patent Document 1). .
特許文献１には、入力コンデンサに対する突入電力の入力防止、直流入力電源の逆接続に対する保護、入力電圧低下時の誤動作の防止、及び入力瞬断における出力電圧の保持の各機能を併せ持つ回路構成を有し、直流入力電源の負極側端子と入力コンデンサの負極側端子の間に、直流入力電源の逆接続に対する保護のための第１のＭＯＳＦＥＴと、入力電流を検出するための入力電流検出用抵抗と、入力コンデンサに対する突入電力の入力防止のための第２のＭＯＳＦＥＴとが直列に接続されているＤＣ−ＤＣコンバータの入力回路が開示されている。
特許文献１の発明に係るＤＣ−ＤＣコンバータの入力回路では、入力電源の投入時に入力コンデンサに流れる突入電流を第１，第２のＭＯＳＦＥＴで制限すると共に、第１，第２のＭＯＳＦＥＴに流れる電流を、電流検出用抵抗を用いて制御用トランジスタで検出し、第１，第２のＭＯＳＦＥＴの等価抵抗を制御しているので、電源投入時の突入電流を一定の値にするようにしている。
また、入力電源の正負極が逆に接続された場合は、第１のＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードにより電流が流れないため、第１のＭＯＳＦＥＴのゲート・ソース間にバイアス電圧が印加されず、第１のＭＯＳＦＥＴのドレイン・ソース間はオフの状態となり、これ以後の回路に電圧が印加されず、入力電源の逆接続に対しＤＣ−ＤＣコンバータの入力に逆電圧が印加されることなく保護するようにしている。
さらに、入力電圧がショート状態で瞬断して入力電圧が低下した場合、ＮＰＮトランジスタが動作して第２のＭＯＳＦＥＴのドレイン・ソース間をオフするため、ＤＣ−ＤＣコンバータの入力電圧が入力コンデンサの両端の電圧に保持されて、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧は直ぐに低下しないので、出力電圧が一定の時間保持されるようにしている。
In the input circuit of the DC-DC converter according to the invention of
When the positive and negative electrodes of the input power supply are connected in reverse, no current flows due to the parasitic diode of the first MOSFET, so that no bias voltage is applied between the gate and source of the first MOSFET, and the first Between the drain and source of the MOSFET is in an off state, and no voltage is applied to the subsequent circuit, so that the reverse connection of the input power supply is protected without applying a reverse voltage to the input of the DC-DC converter. Yes.
Further, when the input voltage drops due to a momentary interruption in the short-circuit state, the NPN transistor operates to turn off the drain-source of the second MOSFET, so that the input voltage of the DC-DC converter is Since the output voltage of the DC-DC converter does not decrease immediately because the voltage is held at both ends, the output voltage is maintained for a certain period of time.
しかしながら、特許文献１の発明に係るＤＣ−ＤＣコンバータの入力回路は、次のような問題がある。
すなわち、特許文献１のＤＣ−ＤＣコンバータの入力回路のように、突入電流防止のために電流検出用抵抗を用いる方法では、電流検出用抵抗による電力損失が電流の二乗に正比例して大きくなるため、大電流を流す必要がある装置では、この電力損失は無視できない値となってしまうという問題がある。
However, the DC-DC converter input circuit according to the invention of
That is, in the method using a current detection resistor for preventing an inrush current as in the input circuit of the DC-DC converter of
また、例えば、駆動する負荷がモータのような誘導性負荷の場合、ブレーキにより回転数を急激に低下させると、誘導電圧により生ずる回生電流が負荷側から入力電源側に流れ、入力コンデンサの電位を上昇させるため、この結果、ＭＯＳＦＥＴが定格電圧を超えてしまい破壊に至る、あるいは、ストレスを受けるという問題がある。
このような不具合に対しては、従来、入力電圧の上限値を超える異常電圧が検出された場合、入力コンデンサの両端をＭＯＳＦＥＴやバイポーラトランジスタなどで短絡するようにして放電させ、回生電流による電圧上昇から保護する回路を設ける方法があるが、この方法には以下に記述する問題がある。
For example, if the load to be driven is an inductive load such as a motor, if the rotational speed is suddenly reduced by the brake, the regenerative current generated by the induced voltage flows from the load side to the input power source side, and the potential of the input capacitor is changed. As a result, there is a problem in that the MOSFET exceeds the rated voltage to cause breakdown or stress.
Conventionally, when an abnormal voltage exceeding the upper limit of the input voltage is detected, the input capacitor is discharged by short-circuiting both ends of the input capacitor with a MOSFET or bipolar transistor, and the voltage rises due to the regenerative current. However, this method has the following problems.
図５は、上記の従来の回生電流による電圧上昇保護回路を備えた保護装置の一例を示すブロック図である。
図５に示す保護装置１０１は、直流電源Ｖｄｃと負荷部（電力変換手段１０２および負荷１０３）との間の電流経路中に配されており、突入電流防止回路１０４と、電源逆接続保護回路１０５と、出力電圧検出回路１０７と、電圧上昇保護回路１１０と、突入電流防止回路１０４と電源逆接続保護回路１０５と電圧上昇保護回路１１０とを制御可能な制御手段（マイクロコンピュータ）１０６と、入力コンデンサＣ１０１とを備えている。電圧上昇保護回路１１０は、ＭＯＳＦＥＴからなる放電用スイッチング素子Ｑｄと、放電用スイッチング素子Ｑｄの寄生ダイオードＤｄと、放電用スイッチング素子Ｑｄに直列に接続された電流制限抵抗Ｒｄとを備えている。マイクロコンピュータ１０６においては、入力端子Ｓ１が出力電圧検出回路１０７に接続され、出力端子Ｓ２が出力電圧検出回路１０７に接続され、出力端子Ｓ３が突入電流防止回路１０４に接続され、出力端子Ｓ４が電源逆接続保護回路１０５に接続されている。
保護装置１０１では、出力電圧検出回路１０７により直流電源Ｖｄｃの入力電圧の上限値を超える異常電圧が検出された場合、検出された電圧がマイクロコンピュータ１０６の入力ポートＳ１に入力され、マイクロコンピュータ１０６は、出力ポートＳ２から電圧上昇保護回路１１０の放電用スイッチング素子Ｑｄのゲート端子に出力信号を出力し、放電用スイッチング素子Ｑｄをオン動作させる。これにより、入力コンデンサＣ１０１の両端は短絡され、回生電流は直流電源Ｖｄｃには流れず、電流制限抵抗Ｒｄ、放電用スイッチング素子Ｑｄに流れる。この結果、入力コンデンサＣ１０１の電位Ｖｃは上昇せず、突入電流防止回路１０４および電源逆接続保護回路１０５に用いられるＭＯＳＦＥＴの破壊あるいはストレスなどの影響を回避することができる。
FIG. 5 is a block diagram showing an example of a protection device including the above-described conventional voltage rise protection circuit using a regenerative current.
The
In the
しかしながら、上記の電圧上昇保護回路１１０による保護方法では、負荷のインダクタンスが大きく、入力側に回生する電流が大きい場合には、放電用スイッチング素子Ｑｄとして電流定格の比較的大きな半導体素子を用いる必要があり、回路コストが高くなるという問題がある。
However, in the protection method using the voltage
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、突入電流防止機能と電源逆接続保護機能と入力瞬断保護機能と回生電流による電圧上昇保護機能とをきわめて簡易な回路で構成できるとともに、電力損失の少ない小型で安価な保護装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and it is possible to configure an inrush current prevention function, a power supply reverse connection protection function, an input instantaneous interruption protection function, and a voltage rise protection function due to a regenerative current with a very simple circuit, An object is to provide a small and inexpensive protection device with low power loss.
上記目的を達成するため、本発明による保護装置は、直流電源と、電力変換手段を含む負荷部との間の電流経路中に配される保護装置であって、第１のスイッチング素子と該第１のスイッチング素子に並列に接続された電流制限抵抗とを含み、過大な突入電流が流れるのを防止する突入電流防止回路と、前記第１のスイッチング素子と逆極性で直列に接続した第２のスイッチング素子を含み、前記直流電源の極性が逆に接続されたときに電流の流れを遮断する電源逆接続保護回路と、前記突入電流防止回路および前記電源逆接続保護回路の動作を制御する制御手段と、前記負荷部に印加される電圧を検出する出力電圧検出回路と、前記負荷部に並列に接続される第１のコンデンサとを備え、前記突入電流防止回路と前記電源逆接続保護回路とは一つの駆動回路部を共有するとともに、前記突入電流防止回路は前記制御手段の制御信号によって前記第１のスイッチング素子をオン・オフ動作するスイッチ回路を有しており、前記出力電圧検出回路により検出される電圧が所定の電圧を超えた場合には、前記制御手段が前記スイッチ回路を介して前記第１のスイッチング素子をオフすることにより、前記負荷部から前記直流電源に流れた回生電流を前記第２のスイッチング素子と前記電流制限抵抗とを経由して前記第１のコンデンサにフィードバックする放電経路が形成されることを特徴とする（請求項１）。 In order to achieve the above object, a protection device according to the present invention is a protection device arranged in a current path between a DC power source and a load unit including power conversion means, and includes a first switching element and the first switching device. An inrush current preventing circuit including a current limiting resistor connected in parallel to the first switching element and preventing an excessive inrush current from flowing; and a second in series connected with the first switching element in reverse polarity. A power supply reverse connection protection circuit that includes a switching element and interrupts the flow of current when the polarity of the DC power supply is reversely connected; and control means for controlling operations of the inrush current prevention circuit and the power supply reverse connection protection circuit An output voltage detection circuit for detecting a voltage applied to the load unit, and a first capacitor connected in parallel to the load unit, the inrush current prevention circuit and the power supply reverse connection protection circuit, The driving circuit unit is shared, and the inrush current prevention circuit has a switch circuit for turning on and off the first switching element by a control signal of the control means, and is detected by the output voltage detection circuit. When the voltage to be exceeded exceeds a predetermined voltage, the control means turns off the first switching element via the switch circuit, thereby causing the regenerative current flowing from the load unit to the DC power source to be A discharge path that feeds back to the first capacitor via a second switching element and the current limiting resistor is formed (Claim 1).
また、請求項１に記載の保護装置において、前記駆動回路部は、前記第１のスイッチング素子および前記第２のスイッチング素子に並列に接続されて第１の抵抗素子と第１のダイオードと第２のコンデンサとにより形成される並列回路と該並列回路に直列に接続される第２の抵抗素子とからなることを特徴とする（請求項２）。
The protection device according to
また、請求項１または２に記載の保護装置において、前記スイッチ回路は、半導体素子からなる第３のスイッチング素子を含むことを特徴とする（請求項３）。
The protection device according to
また、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の保護装置において、前記直流電源の負極端子と前記第２のスイッチング素子の駆動信号が印加される端子との間に接続されて、前記直流電源からの入力が瞬断したときに、前記制御手段からの制御信号を受けて前記第２のスイッチング素子をオフすることで前記第１のコンデンサからの放電を阻止するように作用する第４のスイッチング素子をさらに備えることを特徴とする（請求項４）。
The protection device according to any one of
本発明に係る保護装置は、以上のように構成したため、突入電流防止機能と電源逆接続保護機能と入力瞬断保護機能と回生電流による電圧上昇保護機能とをきわめて簡易な回路で構成できるとともに、電力損失の少ない小型で安価な保護装置を提供することが可能となる。 Since the protection device according to the present invention is configured as described above, the inrush current prevention function, the power supply reverse connection protection function, the input instantaneous interruption protection function, and the voltage rise protection function due to the regenerative current can be configured with a very simple circuit, It is possible to provide a small and inexpensive protection device with little power loss.
以下、本発明の実施の形態について、添付図面に基づいて説明する。尚、各図において同一の構成要素には同一の符号を付し、各実施形態の説明において重複する部分の説明は適宜省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same components are denoted by the same reference numerals, and the description of the overlapping portions in the description of each embodiment is omitted as appropriate.
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る保護装置１の要部を示すブロック図、図２は本発明の第１実施形態に係る保護装置１の要部の具体例を示す回路構成図はである。
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing a main part of a
図１に示すように、本発明の第１実施形態に係る保護装置１は、直流電源Ｖｄｃと、電力変換手段２と負荷３を含む負荷部との間の電流経路中に配置され、突入電流防止回路４と、電源逆接続保護回路５と、制御手段（マイクロコンピュータ）６と、出力電圧検出回路７と、負荷部に並列に接続された入力コンデンサ（第１のコンデンサ）Ｃ１とを備えている。尚、電力変換手段２は、半導体素子をスイッチングすることにより電力を変換する回路であり、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路、インバータ回路などを指す。
As shown in FIG. 1, the
突入電流防止回路４は、ＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子（第１のスイッチング素子）Ｑ１と、スイッチング素子Ｑ１に並列に接続された抵抗素子（電流制限抵抗）Ｒ１と、スイッチング素子Ｑ１のゲート端子に接続され、マイクロコンピュータ６からの出力信号によりスイッチング素子Ｑ１をオン／オフ動作するスイッチ回路８と、電源逆接続保護回路５と共有する駆動回路部９を備えている。駆動回路部９は、例えば直流電源Ｖｄｃから生成した二次電源Ｖｃｃによって駆動される。また、スイッチング素子Ｑ１は、ソース−ドレイン間に寄生ダイオードＤ１を有する。
The inrush
電源逆接続保護回路５は、ＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子（第２のスイッチング素子）Ｑ２と、突入電流防止回路４と共有する駆動回路部８を備えている。また、スイッチング素子Ｑ２は、ソース−ドレイン間に寄生ダイオードＤ２を有する。
The power supply reverse
図２を用いて、図１の各ブロックの回路構成例について詳細に説明する。 A circuit configuration example of each block in FIG. 1 will be described in detail with reference to FIG.
図２に示すように、保護装置１ａの突入電流防止回路４においては、スイッチング素子Ｑ１は、直流電源Ｖｄｃの負極側に配置されており、そのソース端子が電源逆接続保護回路５のスイッチング素子Ｑ２のソース端子に、ドレイン端子が負荷３の一端に接続されている。スイッチ回路８は、トランジスタからなるスイッチング素子（第３のスイッチング素子）Ｑ３を備え、そのエミッタ端子はスイッチング素子Ｑ１のゲート端子に接続され、ベース端子は抵抗素子Ｒ２を介してマイクロコンピュータ６の出力ポートＳ２に接続されている。駆動回路部９は並列に接続されたツェナーダイオードＤ３とコンデンサ（第２のコンデンサ）Ｃ２と抵抗素子（第１の抵抗素子）Ｒ３からなる並列回路と、この並列回路の一端に直列に接続された抵抗素子（第２の抵抗素子）Ｒ４とを備えており、並列回路の他端はスイッチング素子Ｑ１のソース端子に接続されている。抵抗素子Ｒ４の並列回路に接続されていない一端は二次電源Ｖｃｃに接続されている。また、並列回路と抵抗素子Ｒ４の接続点にはスイッチング素子Ｑ３のコレクタ端子が接続されている。
As shown in FIG. 2, in the inrush
電源逆接続保護回路５において、スイッチング素子Ｑ２は、ドレイン端子が直流電源Ｖｄｃの負極端子に接続され、ゲート端子が駆動回路部９における並列回路と抵抗素子Ｒ４の接続点に接続されている。
In the power supply reverse
出力電圧検出回路７は、直流電源Ｖｄｃの正極端子とグランド間に直列接続した抵抗素子Ｒ５,Ｒ６からなり、抵抗素子Ｒ５，Ｒ６の接続点はマイクロコンピュータ６の入力端子Ｓ１に接続されている。
The output
次に、保護装置１ａにおける各保護機能の動作について説明する。 Next, the operation of each protection function in the protection device 1a will be described.
まず、突入電流防止動作について説明する。図２において、直流電源Ｖｄｃより入力電圧の投入後、コンデンサＣ１への充電電流は直流電源Ｖｄｃの正極側からコンデンサＣ１、電流制限抵抗Ｒ１、スイッチング素子Ｑ２の寄生ダイオードＤ２を通って直流電源Ｖｄｃの負極端子へ流れる。電源投入直後は、このルートで流れる電流のピーク値が電流制限抵抗Ｒ１の抵抗値で制限されるため、過大な突入電流は流れない。その後、直流電源Ｖｄｃから生成した二次電源Ｖｃｃの電圧が印加され、抵抗素子Ｒ４，Ｒ３に電流が流れて、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のゲート−ソース間に電位を発生させる。二次電源Ｖｃｃの電圧は、抵抗素子Ｒ４とコンデンサＣ２の値によって決まる時定数でスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のゲート−ソース間に徐々に増加しながら加えられるため、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２はゆっくりと導通される。このとき、スイッチング素子Ｑ３もマイクロコンピュータ６の出力ポートＳ２からの出力信号にてスイッチング素子Ｑ１と同時にオン動作される。負荷３に電流が流れ始めた時点では、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は完全に立ち上がっておらず、内部抵抗を有しているため、ピーク電流の発生が抑制され、その結果、過大な突入電流の流入を防止できる。尚、時定数Ｔは以下の式（１）で求められる。
Ｔ＝Ｒ４×Ｃ２ ・・・（１）
尚、ツェナーダイオードＤ３は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に所定以上の電圧が印加されないように機能する過電圧保護素子として用いられている。
スイッチング素子Ｑ１が完全に立ち上がっていない間は、スイッチング素子Ｑ１のインピーダンスが高いため、この期間は、スイッチング素子Ｑ１と電流制限抵抗Ｒ１との合成抵抗が高くなり、コンデンサＣ１に流れる電流はピークが抑制される。
その後、スイッチング素子Ｑ１およびスイッチング素子Ｑ２が完全にオンすると、コンデンサＣ１への充電電流は直流電源Ｖｄｃの正極側からコンデンサＣ１、スイッチング素子Ｑ１、スイッチング素子Ｑ２を通って直流電源Ｖｄｃの負極端子へ流れる。
以上のようにして、ピーク電流の発生が抑制され、過大な突入電流の流入を防止できる。
First, the inrush current prevention operation will be described. In FIG. 2, after the input voltage is input from the DC power supply Vdc, the charging current to the capacitor C1 is supplied from the positive side of the DC power supply Vdc through the capacitor C1, the current limiting resistor R1, and the parasitic diode D2 of the switching element Q2. Flows to the negative terminal. Immediately after the power is turned on, the peak value of the current flowing through this route is limited by the resistance value of the current limiting resistor R1, so that an excessive inrush current does not flow. Thereafter, the voltage of the secondary power supply Vcc generated from the DC power supply Vdc is applied, and a current flows through the resistance elements R4 and R3 to generate a potential between the gate and source of the switching elements Q1 and Q2. Since the voltage of the secondary power supply Vcc is applied while increasing gradually between the gate and source of the switching elements Q1 and Q2 with a time constant determined by the values of the resistance element R4 and the capacitor C2, the switching elements Q1 and Q2 are slowly turned on. Is done. At this time, the switching element Q3 is also turned on simultaneously with the switching element Q1 by the output signal from the output port S2 of the
T = R4 × C2 (1)
The Zener diode D3 is used as an overvoltage protection element that functions so that a voltage higher than a predetermined voltage is not applied to the switching elements Q1, Q2.
Since the impedance of the switching element Q1 is high while the switching element Q1 is not fully raised, the combined resistance of the switching element Q1 and the current limiting resistor R1 is high during this period, and the peak of the current flowing through the capacitor C1 is suppressed. Is done.
After that, when switching element Q1 and switching element Q2 are completely turned on, the charging current to capacitor C1 flows from the positive side of DC power supply Vdc through capacitor C1, switching element Q1, switching element Q2 to the negative terminal of DC power supply Vdc. .
As described above, the generation of the peak current is suppressed, and an excessive inrush current can be prevented.
次に、電源逆接続保護動作について説明する。図２において、直流電源Ｖｄｃの正負極が正常に接続されている場合は、入力電圧が投入されると、入力コンデンサＣ１と負荷部、電流制限抵抗Ｒ１、スイッチング素子Ｑ２の寄生ダイオードＤ２を通して回路に電流が流れる。その後、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２がオンされ、電流は負荷３からスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に流れる。
Next, the power supply reverse connection protection operation will be described. In FIG. 2, when the positive and negative electrodes of the DC power supply Vdc are normally connected, when the input voltage is applied, the circuit is connected to the circuit through the input capacitor C1, the load unit, the current limiting resistor R1, and the parasitic diode D2 of the switching element Q2. Current flows. Thereafter, switching elements Q1, Q2 are turned on, and current flows from
直流電源Ｖｄｃの正負極が逆に接続されている場合は、スイッチング素子Ｑ２の寄生ダイオードＤ２により電流が流れないため、スイッチング素子Ｑ２のゲート−ソース間にバイアス電圧が印加されず、スイッチング素子Ｑ２はオフの状態のままとなるため、電流の流れる経路が形成されず、直流電源Ｖｄｃの逆接続に対して負荷部に逆電圧が印加されることなく保護することができる。 When the positive and negative electrodes of the DC power supply Vdc are connected in reverse, no current flows through the parasitic diode D2 of the switching element Q2, so that no bias voltage is applied between the gate and the source of the switching element Q2, and the switching element Q2 Since it remains in the off state, a current flowing path is not formed, and it is possible to protect the reverse connection of the DC power supply Vdc without applying a reverse voltage to the load portion.
次に、入力瞬断保護動作について説明する。図２において、直流電源Ｖｄｃからの入力電圧が短絡状態で瞬断して入力電圧が低下した場合、マイクロコンピュータ６は、入力ポートＳ１に入力される出力電圧検出回路７からの出力信号がＬｏｗレベルとなることで瞬断したことを検知する。その後、マイクロコンピュータ６より二次電源Ｖｃｃが遮断されるように指令が出され、駆動回路部９は二次電源Ｖｃｃからの電圧の供給が断たれる。これによって、スイッチング素子Ｑ２がオフ状態となり、入力コンデンサＣ１の電荷の放電経路が遮断される。この結果、保護装置１ａの出力電圧は直ぐに低下せず、一定の時間保持される。
尚、本実施形態では、マイクロコンピュータ６は、二次電源Ｖｃｃとは別の電源にて駆動されているため、二次電源Ｖｃｃが生成されなくなった場合でも、マイクロコンピュータ６は、正常に動作する。
Next, the input instantaneous interruption protection operation will be described. In FIG. 2, when the input voltage from the DC power supply Vdc is momentarily interrupted in a short-circuit state and the input voltage decreases, the
In this embodiment, since the
次に、回生電流による電圧上昇保護動作について説明する。図２に示すように、保護装置１ａでは、突入電流防止回路４のスイッチング素子Ｑ１に並列に接続された電流制限抵抗Ｒ１が備えられている。先述したように、回路内に誘導電圧による回生電流が発生した場合、保護装置１ａでは、スイッチング素子Ｑ２と電流制限抵抗Ｒ１の経路で放電電流を流すことにより、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の破壊あるいはストレスなどの影響を回避することができる。
Next, the voltage rise protection operation by the regenerative current will be described. As shown in FIG. 2, the protection device 1 a includes a current limiting resistor R <b> 1 connected in parallel to the switching element Q <b> 1 of the inrush
回生電流による電圧上昇保護の具体的な動作について、図３を用いて説明する。図３は、保護装置１ａにおいて、回生電流による電圧上昇時に形成される放電経路を説明する等価回路図である。 A specific operation of the voltage rise protection by the regenerative current will be described with reference to FIG. FIG. 3 is an equivalent circuit diagram for explaining a discharge path that is formed when the voltage is increased by the regenerative current in the protection device 1a.
回生電流が発生し、入力コンデンサＣ１の電位Ｖｃが上昇して入力電源Ｖｄｃの電圧を上回った場合、マイクロコンピュータ６は、出力ポートＳ２からＬｏｗレベルの出力信号を出力し、スイッチング素子Ｑ３をオフ動作させる。この結果、スイッチング素子Ｑ１がオフ状態になる。これにより、回生電流は、図３に示すように、電源（Ｖｃ−Ｖｄｃ）を介してスイッチング素子Ｑ２、電流制限抵抗Ｒ１を流れて入力コンデンサＣ１に戻る経路が形成される。この結果、入力コンデンサＣ１の電荷は電流制限抵抗Ｒ１で消費され、入力コンデンサＣ１の電位Ｖｃの上昇が抑制されるため、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の破壊あるいはストレスなどの影響を回避することができる。このように、電流制限抵抗Ｒ１は、回生電流による電圧上昇保護動作時には、放電抵抗として機能する。
When a regenerative current is generated and the potential Vc of the input capacitor C1 rises and exceeds the voltage of the input power supply Vdc, the
上記のように、保護装置１ａは、突入電流防止回路４のスイッチング素子Ｑ１に並列接続された電流制限抵抗Ｒ１とスイッチング素子Ｑ１をオン／オフ動作可能なスイッチ回路８を備えるようにしたため、出力電圧検出回路７により検出される電圧が所定の電圧を超えた場合には、マイクロコンピュータ６がスイッチ回路８を介してスイッチング素子Ｑ１をオフすることにより、負荷部から直流電源に流れた回生電流をスイッチング素子Ｑ２と電流制限抵抗Ｒ１とを経由して入力コンデンサＣ１にフィードバックする放電経路が形成されることが可能となり、簡易で安価な構成でありながら回生電流による電圧上昇を保護することができる。
As described above, the protection device 1a includes the current limiting resistor R1 connected in parallel to the switching element Q1 of the inrush
また、保護装置１ａでは、突入電流防止回路４と電源逆接続保護回路５とが、一つの駆動回路を駆動回路部５として共有する構成としたため、回路の簡素化が可能となり、保護装置を小型で安価なものとすることができる。
In the protection device 1a, the inrush
また、保護装置１ａでは、従来の保護装置で用いられていた突入電流を検出するための電流検出用抵抗を備えていないため、それによって消費される電力損失をなくすことができる。 Moreover, since the protective device 1a does not include a current detection resistor for detecting an inrush current used in the conventional protective device, it is possible to eliminate the power loss consumed thereby.
以上のように、本実施形態に係る保護装置１ａは、突入電流防止機能と電源逆接続保護機能と入力瞬断保護機能と回生電流による電圧上昇保護機能とをきわめて簡易な回路で構成できるとともに、電力損失の少ない小型で安価な保護装置を提供することができる。 As described above, the protection device 1a according to the present embodiment can configure the inrush current prevention function, the power supply reverse connection protection function, the input instantaneous interruption protection function, and the voltage rise protection function due to the regenerative current with a very simple circuit, A small and inexpensive protection device with low power loss can be provided.
（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態に係る保護装置１ｂの回路構成を示す図である。尚、図４において、図２と共通する構成要素には同一符号を付すとともに、以下の説明において、上述した保護装置１ａと重複する部分の説明は省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 4 is a diagram showing a circuit configuration of the protection device 1b according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 4, the same reference numerals are given to the same components as those in FIG. 2, and in the following description, the description of the parts overlapping with the protection device 1 a described above is omitted.
図４に示す保護装置１ｂでは、スイッチング素子Ｑ２のドレイン−ゲート間にトランジスタからなるスイッチング素子（第４のスイッチング素子）Ｑ４が接続されており、スイッチング素子Ｑ４のベース端子には抵抗素子Ｒ７を介してマイクロコンピュータ６の出力ポートＳ３が接続されている。また、マイクロコンピュータ６は、二次電源Ｖｃｃを利用して駆動されている。上記以外は、保護装置１ａと同様な構成である。
In the protection device 1b shown in FIG. 4, a switching element (fourth switching element) Q4 composed of a transistor is connected between the drain and gate of the switching element Q2, and the base terminal of the switching element Q4 is connected via a resistance element R7. The output port S3 of the
保護装置１ｂでは、入力瞬断保護動作が保護装置１ａと異なる。保護装置１ｂの入力瞬断保護動作について、以下に説明する。 In the protection device 1b, the instantaneous input interruption protection operation is different from that of the protection device 1a. The input interruption protection operation of the protection device 1b will be described below.
保護装置１ｂにおいて、定常動作時は、マイクロコンピュータ６の出力ポートＳ３からＬｏｗレベルの出力信号がスイッチング素子Ｑ４のベース端子に出力されており、スイッチング素子Ｑ４はオフしている。図４において、直流電源Ｖｄｃからの入力電圧が短絡状態で瞬断して入力電圧が低下した場合、マイクロコンピュータ６は、入力ポートＳ１に入力される出力電圧検出回路７からの出力信号がＬｏｗレベルとなることで瞬断したことを検知する。その後、マイクロコンピュータ６は、出力ポートＳ３からの出力信号をＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに切り換えて、スイッチング素子Ｑ４のベース端子に出力する。その結果、スイッチング素子Ｑ４はオン動作に切り換えられ、二次電源Ｖｃｃからスイッチング素子Ｑ２への電圧供給が断たれるため、スイッチング素子Ｑ２がオフ状態となり、入力コンデンサＣ１の電荷の放電経路が遮断される。この結果、保護装置１ｂの出力電圧は直ぐに低下せず、一定の時間保持される。
尚、本実施形態では、マイクロコンピュータ６は、上述のように、二次電源Ｖｃｃを利用して駆動されているが、入力瞬断保護機能が動作したとしても、二次電源Ｖｃｃからの電圧供給が絶たれないため、その動作を維持することが可能となる。
In the protective device 1b, during steady operation, a low level output signal is output from the output port S3 of the
In the present embodiment, the
保護装置１ｂでは、上記の入力瞬断保護動作以外は保護装置１ａと同様で有るため、保護装置１ａと同様に、突入電流防止機能と電源逆接続保護機能と入力瞬断保護機能と回生電流による電圧上昇保護機能とをきわめて簡易な回路で構成できるとともに、電力損失の少ない小型で安価な保護装置を提供することができる。
また、入力瞬断保護動作において、二次電源Ｖｃｃを生成される状態のまま、スイッチング素子４によってスイッチング素子Ｑ２をオフ状態に切り換えるようにしたため、マイクロコンピュータ６の駆動電源として、突入電流防止回路４と電源逆接続回路５とに用いられる二次電源Ｖｃｃを流用することが可能となる。
Since the protective device 1b is the same as the protective device 1a except for the input instantaneous interruption protection operation described above, the inrush current prevention function, the power supply reverse connection protection function, the input instantaneous interruption protection function, and the regenerative current are the same as the protective device 1a. The voltage rise protection function can be configured with a very simple circuit, and a small and inexpensive protection device with little power loss can be provided.
In the instantaneous input interruption protection operation, the switching element Q2 is switched to the OFF state by the switching
以上、本発明の代表的な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態の回路構成のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。 The representative embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the circuit configuration of the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. .
例えば、上記の第１，第２実施形態では、制御手段６はマイクロコンピュータとしたが、これに限定されるものではなく、ＤＳＰやＦＰＧＡなどのプログラマブルデバイスを用いることができる。
For example, in the first and second embodiments described above, the
また、駆動回路部９の駆動電源として用いられる二次電源Ｖｃｃは、必ずしも直流電源Ｖｄｃを直接利用する必要はなく、直流電源Ｖｄｃから間接的に生成した電源部から供給される電源であってもよい。 Further, the secondary power source Vcc used as the driving power source of the driving circuit unit 9 does not necessarily use the DC power source Vdc directly, and may be a power source supplied from a power source unit indirectly generated from the DC power source Vdc. Good.
１，１ａ，１ｂ：保護装置、２：電力変換手段、３：負荷、４：突入電流防止回路、５：電源逆接続保護回路、６：制御手段（マイクロコンピュータ）、７：出力電圧検出回路、８：スイッチ回路、９：駆動回路部、Ｃ１：入力コンデンサ（第１のコンデンサ）、Ｃ２：コンデンサ（第２のコンデンサ）、Ｑ１：スイッチング素子（第１のスイッチング素子）、Ｑ２：スイッチング素子（第２のスイッチング素子）、Ｑ３：スイッチング素子（第３のスイッチング素子）、Ｑ４：スイッチング素子（第４のスイッチング素子）、Ｄ１，Ｄ２：寄生ダイオード、Ｄ３：ツェナーダイオード、Ｒ１：抵抗素子（電流制限抵抗）、Ｒ２，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７：抵抗素子、Ｒ３：抵抗素子（第１の抵抗素子）、Ｒ４：抵抗素子（第２の抵抗素子）、Ｖｄｃ：直流電源、Ｖｃｃ：二次電源
1, 1a, 1b: protection device, 2: power conversion means, 3: load, 4: inrush current prevention circuit, 5: power supply reverse connection protection circuit, 6: control means (microcomputer), 7: output voltage detection circuit, 8: Switch circuit, 9: Drive circuit section, C1: Input capacitor (first capacitor), C2: Capacitor (second capacitor), Q1: Switching element (first switching element), Q2: Switching element (first 2), Q3: switching element (third switching element), Q4: switching element (fourth switching element), D1, D2: parasitic diode, D3: Zener diode, R1: resistance element (current limiting resistor) ), R2, R5, R6, R7: resistance element, R3: resistance element (first resistance element), R4: resistance element (second resistance element), Vd : DC power supply, Vcc: secondary power source
Claims (4)
第１のスイッチング素子と該第１のスイッチング素子に並列に接続された電流制限抵抗とを含み、過大な突入電流が流れるのを防止する突入電流防止回路と、前記第１のスイッチング素子と逆極性で直列に接続した第２のスイッチング素子を含み、前記直流電源の極性が逆に接続されたときに電流の流れを遮断する電源逆接続保護回路と、前記突入電流防止回路および前記電源逆接続保護回路の動作を制御する制御手段と、前記負荷部に印加される電圧を検出する出力電圧検出回路と、前記負荷部に並列に接続される第１のコンデンサとを備え、
前記突入電流防止回路と前記電源逆接続保護回路とは一つの駆動回路部を共有するとともに、前記突入電流防止回路は前記制御手段の制御信号によって前記第１のスイッチング素子をオン／オフ動作するスイッチ回路を有しており、
前記出力電圧検出回路により検出される電圧が所定の電圧を超えた場合には、前記制御手段が前記スイッチ回路を介して前記第１のスイッチング素子をオフすることにより、前記負荷部から前記直流電源に流れた回生電流を前記第２のスイッチング素子と前記電流制限抵抗とを経由して前記第１のコンデンサにフィードバックする放電経路が形成されることを特徴とする保護装置。 A protection device arranged in a current path between a DC power source and a load unit including power conversion means,
An inrush current preventing circuit including a first switching element and a current limiting resistor connected in parallel to the first switching element to prevent an excessive inrush current from flowing; and a polarity opposite to that of the first switching element Including a second switching element connected in series, and a reverse power connection protection circuit that cuts off the flow of current when the polarity of the DC power supply is reversely connected, the inrush current prevention circuit, and the reverse power supply protection Control means for controlling the operation of the circuit, an output voltage detection circuit for detecting a voltage applied to the load unit, and a first capacitor connected in parallel to the load unit,
The inrush current prevention circuit and the power supply reverse connection protection circuit share one drive circuit unit, and the inrush current prevention circuit switches on / off the first switching element by a control signal of the control means. Has a circuit,
When the voltage detected by the output voltage detection circuit exceeds a predetermined voltage, the control means turns off the first switching element via the switch circuit, so that the DC power source is supplied from the load unit. And a discharge path for feeding back the regenerative current flowing through the first capacitor to the first capacitor via the second switching element and the current limiting resistor.
Connected between the negative terminal of the DC power supply and the terminal to which the drive signal of the second switching element is applied, and when the input from the DC power supply is momentarily interrupted, the control signal from the control means is 4. The device according to claim 1, further comprising a fourth switching element that acts to prevent discharge from the first capacitor by turning off the second switching element. The protective device according to item.
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