過電流保護回路、及び直流安定化電源装置
【課題】従来の過電流保護回路は、過電流検出用コンパレータの出力側に、応答時間を所定時間だけ遅らせる時定数回路を設けることで、国際安全規格を満たすように出力電流のピーク電流を所定時間だけ流すことができるが、この所定時間が経過して過電流防止制御が行われる期間に入ったとき、過電流防止制御は時定数回路を介して行われるので、上記時定数回路の影響により出力電圧の制御が高速に行えない。
【解決手段】本発明の過電流保護回路は、出力電流を所定の設定値と比較することで過電流を判定し過電流防止制御を行うよう構成した過電流保護回路において、第１の過電流レベルを超えた過電流を検出し過電流検出信号を出力する第１の過電流検出回路４２と、第１の過電流検出回路４２からの過電流検出信号を所定時間だけマスクするマスキング回路４１とを備え、マスキング回路４１は、所定時間経過後、マスクを解除するように構成した。
【解決手段】本発明の過電流保護回路は、出力電流を所定の設定値と比較することで過電流を判定し過電流防止制御を行うよう構成した過電流保護回路において、第１の過電流レベルを超えた過電流を検出し過電流検出信号を出力する第１の過電流検出回路４２と、第１の過電流検出回路４２からの過電流検出信号を所定時間だけマスクするマスキング回路４１とを備え、マスキング回路４１は、所定時間経過後、マスクを解除するように構成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過電流保護回路、及び直流安定化電源装置に係り、特に所定の時間のみ定格電流を大幅に超えるピーク電流が流れる装置の過電流保護回路、及びこの過電流保護回路を備えた直流安定化電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
商用の交流電源から交流電力を受電し、電子機器に直流電力を供給する、所謂、ＡＣアダプタといわれる直流安定化電源装置が従来より使用されている。特に、ノート型パーソナルコンピュータが主要な用途に挙げられるが、中にはプリンターの電源として採用されることもある。そして、これらのＡＣアダプタでは、その形状の汎用性、各国の安全規格を遵守して設計がなされている。例えば、プリンタの電源用途では定格電流の他、１秒未満、あるいは数秒程度の短時間ではあるが定格電流の数倍の電流を許容することが要求される。しかしながら、国際安全規格の要求事項としての出力電圧、出力電流、出力電力の制限規格（ＩＥＣ６０９５０−１：２００５（ＥＮ６０９５０−１：２００６）の制限電流に関する要求事項：２．５項参照）が存在し、一般のＡＣアダプタはこの規格を満足しなければならない。
【０００３】
上記安全性に鑑み、例えば、特許文献１として挙げた特開昭６３−１０３６１６号公報（以下従来技術１という）では、上記国際安全規格を満足させるため、プリンタの起動時などの電源ピーク電流に対処した過電流保護回路が提案されている。この従来技術１では、直流安定化電源装置の出力電流を検出し、この検出値を所定の設定値と比較することで直流安定化電源装置の過電流を判定し過電流防止制御を行うよう構成した過電流保護回路において、上記直流安定化電源装置の出力電流が平均電流の上限（以下、第１の過電流レベルという）を超えたことを検出する第１のコンパレータと、上記出力電流が上記第１の過電流レベルより大きなピーク電流の上限（以下、第２の過電流レベルという）を超えたことを検出する第２のコンパレータを設け、上記第１のコンパレータの出力信号を時定数回路により所定時間τだけ遅らせるようにしたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−１０３６１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来技術１は、第１のコンパレータの出力側に、応答時間を所定時間τだけ遅らせる時定数回路を設けることで、上記国際安全規格を満たすように出力電流のピーク電流を所定時間τだけ流すことができるが、この所定時間τが経過して第１の過電流レベルの過電流防止制御が行われる期間に入ったとき、過電流防止制御は時定数回路を介して行われるので、上記時定数回路の影響により出力電圧の制御（過電流防止制御）が高速に行えないという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、上記問題点に鑑み、出力電流のピーク電流を検出して所定時間τ経過後、過電流防止制御が行われる期間に入ったとき、上記時定数回路の影響を受けることなく出力電圧の制御を高速に動作させることが可能な過電流保護回路、及びこの過電流保護回路を備えた直流安定化電源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】
本発明の過電流保護回路は、出力電流を所定の設定値と比較することで過電流を判定し過電流防止制御を行うよう構成した過電流保護回路において、第１の過電流レベルを超えた過電流を検出し過電流検出信号を出力する第１の過電流検出回路と、前記第１の過電流検出回路からの前記過電流検出信号を所定時間だけマスクするマスキング回路と、を備え、前記マスキング回路は、前記所定時間経過後、前記マスクを解除するように構成したことを特徴とする。
また、本発明の過電流保護回路は、前記第１の過電流検出回路の出力側に接続され、前記過電流検出信号を直流安定化電源装置の制御回路へフィードバックするフィードバック信号用ホトカプラを備え、前記フィードバック信号用ホトカプラは、前記マスキング回路からのマスクを解除された前記過電流検出信号をフィードバックするように構成したことを特徴とする。
また、本発明の過電流保護回路は、前記マスキング回路が、抵抗とコンデンサからなる時定数回路と、トランジスタと、を備え、前記時定数回路の前記コンデンサの充電電圧に基づいて前記所定時間だけ前記トランジスタをオンすることにより、前記過電流検出回路の出力信号に相当する電流を前記過電流検出回路の出力へ流すことで、前記フィードバック信号用ホトカプラのホトダイオードに流れる電流を遮断し、前記過電流検出信号を前記所定時間だけマスクするように構成されたことを特徴とする。
また、本発明の過電流保護回路は、前記マスキング回路が、抵抗とコンデンサからなる時定数回路と、トランジスタと、を備え、前記時定数回路の前記コンデンサの充電電圧に基づいて、前記所定時間経過後、前記トランジスタをオフすることにより前記マスクを解除し、前記フィードバック信号用ホトカプラのホトダイオードに電流を流すように構成されたことを特徴とする。
また、本発明の直流安定化電源装置は、前記マスキング回路の出力信号停止後、過電流を抑制する過電流防止制御を行う制御手段を備えたことを特徴とする。
また、本発明の直流安定化電源装置は、前記過電流保護回路を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、出力電流のピーク電流を検出して所定時間τ経過後、過電流防止制御が行われる期間に入ったとき、上記時定数回路の影響を受けることなく出力電圧の制御を高速に動作させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明による直流安定化電源装置の、具体的一実施形態を示したものである。
【図２】本発明による直流安定化電源装置の、過電流保護回路の詳細構成を示したものである。
【図３】本発明による直流安定化電源装置の、過電流保護回路における時定数回路の各部の電圧関係を示した、マスキング時間の説明図である。
【図４】本発明による直流安定化電源装置の、過電流保護回路における時定数回路のコンデンサの充電状態とマスキング時間との関係を示した、マスキング時間の説明図である。
【図５】本発明による直流安定化電源装置の、過電流保護回路の動作を示したタイムシーケンスである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
上記従来技術１による過電流保護回路では、第１のコンパレータの出力側に、その出力信号を所定時間τだけ遅らせる時定数回路が設けられ、この時定数回路からの出力電圧が過電流信号として直接使われているが、本発明の本実施形態による過電流保護回路では、従来技術１のように時定数回路の出力電圧を直接過電流保護回路の出力信号として使うのではなく、第１の過電流検出回路（従来技術１の第１のコンパレータに相当）の出力側に設けられた時定数回路により、第１の過電流検出回路からの出力信号を所定時間τだけマスクして無効とする過電流保護回路の出力信号とした点が異なる。
【００１１】
具体的には、第１の過電流レベルを超えた過電流を検出する第１の過電流検出回路と、この第１の過電流検出回路の出力側に接続されたフィードバック信号用ホトカプラと、第１の過電流検出回路からの過電流検出信号を所定時間τだけマスクして、フィードバック信号用ホトカプラに電流が流れる開始時間を所定時間τだけ遅らせるマスキング回路を備える。マスキング回路によりマスクする所定時間τは、マスキング回路内の時定数回路の時定数との関係で規定される。この所定時間τ内に過電流を検出しても第１の過電流検出回路からの過電流検出信号は無視され、過電流保護回路の出力信号は出力されず、出力電流は第１の過電流レベル値では抑制されない。その後、この所定時間τが経過するとマスクが解除される。
【００１２】
マスクが解除される際に、第１の過電流レベルを超える過電流が継続して流れているときは、第１の過電流検出回路の出力は引き続きローレベル状態になっているので、過電流保護回路の出力信号としてローレベル状態の過電流保護信号が出力され、フィードバック信号用ホトカプラのホトダイオードに電流が流れる。過電流保護回路の出力信号によりフィードバック信号用ホトカプラのホトダイオードに電流が流れると、フィードバック信号用ホトカプラのホトトランジスタを介して直流安定化電源装置の１次側制御回路に過電流保護信号が伝達され、１次側制御回路は過電流を第１の過電流レベルに抑制するように動作する。マスクが解除されても、以下に詳述するように、従来技術１のように時定数回路の時定数による影響を受けることはない。
【００１３】
以下、本発明による実施形態を、図面を参照して具体的に説明する。
図１は本実施形態における直流安定化電源装置１の構成を示したものである。直流安定化電源装置１はフライバックコンバータとして構成されている。
【００１４】
３は直流安定化電源装置１の入力端に備わるフィルタであり、直流安定化電源装置１が商用電源などの交流電源２に接続されたとき、直流安定化電源装置１から交流電源２側へスイッチングノイズが伝わるのを抑制し、また、交流電源２側から直流安定化電源装置１に進入するノイズを抑制する。
【００１５】
ＤＢは整流器であり、フィルタ３を介して入力した交流電源２の交流電圧を全波整流し、直流電圧に変換する。Ｃ１は整流器の出力端子に接続された平滑コンデンサであり、整流器ＤＢで整流した直流電圧に含まれる脈動分を平滑し滑らかな直流電圧とする。
【００１６】
Ｔはトランスであり、１次巻線Ｐ１、Ｐ２、２次巻線Ｓ１を備えている。Ｑ１はスイッチング素子である。本実施形態ではスイッチング素子Ｑ１としてＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Metal
Oxide Semiconductor FET）が使用されている。しかしながら、スイッチング素子Ｑ１はＮチャンネルＭＯＳＦＥＴに限定されない。Ｒ２はスイッチング素子Ｑ１に流れる電流の電流検出用の抵抗である。整流器ＤＢと平滑コンデンサＣ１で構成される直流電源の正極と負極間に、上記トランスＴの１次巻線Ｐ１とスイッチング素子Ｑ１と抵抗Ｒ２が直列接続されている。
【００１７】
また、６はフライバックコンバータとして構成された直流安定化電源装置１の１次側制御回路（DC/DC control）であり、上記整流器ＤＢと平滑コンデンサＣ１が接続された直流電源の正極と負極間に接続されている。１次側制御回路６の制御回路電源は、上記トランスＴの１次巻線Ｐ２から得られる交流電圧をダイオードＤ１と平滑コンデンサＣ２で直流電圧に変換して得ている。なお、抵抗Ｒ１は起動用抵抗である。
【００１８】
１次側制御回路６は電流検出信号の入力端子ｏｃを有している。スイッチング素子Ｑ１のソース端子と抵抗Ｒ２が接続された接続点から入力端子ｏｃに電流検出信号が入力されており、トランスＴの１次巻線Ｐ１とスイッチング素子Ｑ１に流れる電流が抵抗Ｒ２により検出される。
【００１９】
また、１次側制御回路６はフィードバック信号用ホトカプラＰＣ−２からのフィードバック信号を入力する入力端子ｆｂを有している。フィードバック信号用ホトカプラＰＣ−２はホトトランジスタを含み、トランスＴの２次側のホトダイオードを含むフィードバック信号用ホトカプラＰＣ−１とペアになったホトカプラであり、フィードバック信号用ホトカプラＰＣ−１のホトダイオードからの光信号をフィードバック信号用ホトカプラＰＣ−２のホトトランジスタで受光し、フィードバック信号として入力端子ｆｂに出力する。フィードバック信号用ホトカプラＰＣ−２には、出力電圧検出回路５から出力された出力電圧のフィードバック信号と、過電流保護回路４から出力された過電流保護信号が共通にフィードバックされる。
【００２０】
また、１次側制御回路６はスイッチング素子Ｑ１にゲート信号を供給するゲート信号出力端子ｇを有している。１次側制御回路６は、入力端子ｏｃから入力した電流検出信号と入力端子ｆｂから入力されたフィードバック信号に基づいてゲート信号出力端子ｇからゲート信号を出力し、スイッチング素子Ｑ１のオン、オフ状態を制御する。出力電流が第１の過電流レベルより大きい第２の過電流レベルを超えた過電流になった場合には、２次側への電力を制限するようにゲート信号が制御される。これは従来技術１での第２コンパレータ機能と同じ作用になる。
【００２１】
Ｓ１はトランスＴの２次巻線、Ｄ２はダイオード、Ｃ３は平滑コンデンサである。２次巻線Ｓ１の一方の端子はダイオードＤ２のアノードに接続され、ダイオードＤ２のカソードは出力端子Ｖｏに接続されている。平滑コンデンサＣ３はダイオードＤ２のカソード端子と２次巻線Ｓ１の他方の端子間に接続されている。また、２次巻線Ｓ１の他方の端子は過電流保護回路４の一方の端子に接続され、過電流保護回路４の他方の端子は接地端子ＧＮＤに接続されている。過電流保護回路４の出力はフィードバック信号用ホトカプラＰＣ−１のホトダイオードのカソード端子に接続されている。また、平滑コンデンサＣ３と並列に出力電圧検出回路５が接続され、その出力端子はフィードバック信号用ホトカプラＰＣ−１のホトダイオードのカソード端子に接続されている。フィードバック信号用ホトカプラＰＣ−１のホトダイオードのアノード端子は、図示しない制御回路電源Ｖｓに接続されている。
【００２２】
２次巻線Ｓ１の出力電圧は、ダイオードＤ２で整流後、平滑コンデンサＣ３により平滑されて直流電圧となり、この直流電圧は直流安定化電源装置１の出力電圧端子Ｖｏと接地端子ＧＮＤから出力される。
【００２３】
接地端子ＧＮＤのラインに挿入された過電流保護回路４は、出力電流が第１の過電流レベルを超えたときこの過電流を検出し、所定時間τ後に過電流保護回路の出力信号をフィードバック信号用ホトカプラＰＣ−１に出力する。フィードバック信号用ホトカプラＰＣ−１に出力された過電流保護回路の出力信号は、フィードバック信号用ホトカプラＰＣ−１を介してフィードバック信号用ホトカプラＰＣ−２、そして、１次側制御回路６の入力端子ｆｂにフィードバックされる。
【００２４】
後述するように、過電流保護回路４からの出力信号である過電流保護信号は、過電流発生から所定時間τだけ過電流検出信号がマスクされる。その後、過電流が継続して流れているときは、マスクが解除されてローレベルの過電流保護信号として出力される。ローレベルの過電流保護信号は、フィードバック信号用ホトカプラＰＣ−１のホトダイオードに電流を流し、過電流を抑制するようにフィードバック信号用ホトカプラＰＣ−２を介して１次側制御回路６にフィードバックされる。
【００２５】
出力電圧検出回路５は、出力電圧端子Ｖｏを検出し、出力電圧Ｖｏが所定の目標電圧になるようフィードバック信号用ホトカプラＰＣ−１に電流を流す。フィードバック信号用ホトカプラＰＣ−１は、トランスＴの１次側回路に備わるフィードバック信号用ホトカプラＰＣ−２とペアになったホトカプラであり、過電流保護回路４と出力電圧検出回路５の出力信号を、フィードバック信号用ホトカプラＰＣ−１を介してフィードバック信号用ホトカプラＰＣ−２のホトトランジスタに共通に出力する。フィードバック信号用ホトカプラＰＣ−２のホトトランジスタで受光されたフィードバック信号は１次側制御回路６の入力端子ｆｂに出力される。
【００２６】
図２は、過電流保護回路４の詳細構成を示したものである。図２において、図１における符号と同じものは、同じ構成要素を示している。
【００２７】
図２において、符号４で示した点線枠は過電流保護回路を示している。また、過電流保護回路４内における符号４２で示した点線枠は、第１の過電流レベル以上の過電流を検出する第１の過電流検出回路、符号４１で示した点線枠は第１の過電流検出回路の出力を所定時間τだけマスクするマスキング回路を示している。また、マスキング回路４１内における符号４３で示した点線枠は所定時間τのマスキング時間を生成するための時定数回路を示している。また、Ｖｓは、図示しない制御回路電源を示す。また、ＧＮＤは、直流安定化電源装置１の出力端子としての接地端子ＧＮＤである。
【００２８】
第１の過電流検出回路４２は、オペアンプＯＰ１、位相補償用抵抗Ｒｆ、位相補償用コンデンサＣｆ、過電流検出基準電圧Ｖsc、抵抗Ｒ３、Ｒ４から構成されている。
【００２９】
オペアンプＯＰ１の非反転入力端子には過電流検出基準電圧Ｖscの正極端子が接続され、過電流検出基準電圧Ｖscの負極端子は抵抗Ｒ３の一方の端子とトランスＴの２次巻線Ｓ１の他方の端子（コンデンサＣ３の負極側）が接続された接続点に接続されている。抵抗Ｒ３の他方の端子は接地端子ＧＮＤに接続され、また、抵抗Ｒ４を介してオペアンプＯＰ１の反転入力端子に接続されている。また、オペアンプＯＰ１の反転入力端子と出力端子間には位相補償用抵抗Ｒｆと位相補償用コンデンサＣｆが直列に接続されている。
【００３０】
抵抗Ｒ３には他方の端子側（接地端子ＧＮＤ側）から一方の端子側（平滑コンデンサＣ３の負極側）に出力電流Ｉoが流れ、抵抗Ｒ３にはＲ３＊Ｉoの電圧降下が生じる。このときの抵抗Ｒ３の他方の端子の電圧がオペアンプＯＰ１の反転入力端子に抵抗Ｒ４を介して入力される。
【００３１】
オペアンプＯＰ１の非反転入力端子には抵抗Ｒ３の一方の端子に負極端子が接続された過電流検出基準電圧Ｖscの正極端子が接続されているので、電圧降下Ｒ３＊Ｉoが過電流検出基準電圧Ｖscの電圧を上回ると、オペアンプＯＰ１の出力はローレベルの信号を出力する。一方、電圧降下Ｒ３＊Ｉoが過電流検出基準電圧Ｖscの電圧を下回ると、オペアンプＯＰ１の出力はハイレベルの信号を出力する。なお、位相補償用抵抗Ｒｆ、位相補償用コンデンサＣｆはオペアンプＯＰ１の位相を補償して発振を防止するために接続されている。
【００３２】
ここで、過電流検出基準電圧Ｖscの電圧は、２次側過電流保護の第１の過電流レベルを設定する基準電圧で、この基準電圧による過電流レベルは、１次側制御回路６による過電流検出の第２の過電流レベルより低く設定されている。したがって、２次側過電流保護の第１の過電流レベルよりも大きく、且つ、１次側制御回路６による過電流検出の第２の過電流レベルより小さな出力電流が流れると、オペアンプＯＰ１の出力はローレベルの信号を出力する。
【００３３】
なお、２次側過電流保護の第１の過電流レベルよりも小さな出力電流が流れた場合には、オペアンプＯＰ１の出力はハイレベルの信号を出力し、２次側過電流保護は動作しない。また、１次側制御回路６による過電流検出の第２の過電流レベルより大きな出力電流が流れると、オペアンプＯＰ１の出力はローレベルの信号を出力するが、このときは１次側制御回路６の入力端子ｏｃに入力される抵抗Ｒ２での電流検出値に基づく過電流防止制御が２次側過電流保護より先に電流制限動作に入る。従い、この場合には、出力電流はまず第２の過電流レベルで制限された後、マスキング時間経過後に第１の過電流レベルで制限されることになる。
【００３４】
マスキング回路４１は、トランジスタＱ２、抵抗Ｒ１０、Ｒ１１、Ｒ１２、コンデンサＣ１０、ダイオードＤ３、Ｄ４から構成されている。ここで、トランジスタＱ２には、Ｐチャンネルのバイポーラトランジスタが使用されているが、これに限定されることは無く、ＭＯＳＦＥＴなど他のスイッチング素子を使用することもできる。
【００３５】
トランジスタＱ２のエミッタ端子が制御回路電源Ｖｓに接続され、コレクタ端子が抵抗Ｒ１０の一方の端子に接続されている。この接続点はＥ点として示してある。このＥ点にはダイオードＤ３のカソード端子、ダイオードＤ４のカソード端子も接続されている。また、抵抗Ｒ１１の一方の端子が制御回路電源Ｖｓに接続され、抵抗Ｒ１１の他方の端子は抵抗Ｒ１２の一方の端子に接続されている。また、抵抗Ｒ１２の他方の端子はコンデンサＣ１０の一方の端子に接続されている。また、抵抗Ｒ１２の他方の端子とコンデンサＣ１０の一方の端子との接続点には、ダイオードＤ４のアノード端子が接続されている。また、コンデンサＣ１０の他方の端子は抵抗Ｒ１０の他方の端子に接続されている。また、コンデンサＣ１０の他方の端子と抵抗Ｒ１０の他方の端子の接続点はオペアンプＯＰ１の出力端子に接続されている。また、抵抗Ｒ１１の他方の端子と抵抗Ｒ１２の一方の端子の接続点はトランジスタＱ２のベース端子に接続されている。また、ダイオードＤ３のアノード端子は、ホトカプラＰＣ−１のホトダイオードのカソード端子に接続され、ホトカプラＰＣ−１のホトダイオードのアノード端子は制御回路電源Ｖｓに接続されている。また、ダイオードＤ３のアノード端子とホトカプラＰＣ−１のホトダイオードのカソード端子の接続点には出力電圧検出回路５の出力端子が接続されている。
【００３６】
オペアンプＯＰ１により、２次側過電流保護の第１の過電流レベルよりも大きく、且つ、１次側制御回路６による過電流検出の第２の過電流レベルより小さな出力電流が検出されると、オペアンプＯＰ１の出力がローレベルの信号を出力し、ホトカプラＰＣ−１のホトダイオードに電流を流そうとする。しかし、オペアンプＯＰ１の出力とホトカプラＰＣ−１の間に直列に接続されたマスキング回路４１により、ホトカプラＰＣ−１のホトダイオードに流れる電流が所定時間τだけ阻止される。
以下、このマスキング回路４１の動作を説明する。
【００３７】
オペアンプＯＰ１の出力がローレベルの信号を出力すると、オペアンプＯＰ１の出力に直列に接続されたマスキング回路４１のコンデンサＣ１０、抵抗Ｒ１２を介してトランジスタＱ２のベース端子電圧が低圧側に下げられる。これにより、トランジスタＱ２のベース電流が流れ、トランジスタＱ２はオンする。
【００３８】
ここで、トランジスタＱ２のコレクタ端子は、ダイオードＤ３のカソード端子と抵抗Ｒ１０の接続点に接続されており、ホトカプラＰＣ−１のホトダイオードに流れるべき電流は、トランジスタＱ２のコレクタ端子から供給されて、ホトカプラＰＣ−１のホトダイオードに流れる電流を阻止する。
【００３９】
このとき、オペアンプＯＰ１の出力は、ローレベルの信号の状態を保っているので、トランジスタＱ２のエミッタ端子とオペアンプＯＰ１の出力端子間（時定数回路４３の両端）には制御回路電源Ｖｓの電源電圧が印加される。したがって、コンデンサＣ１０は、抵抗Ｒ１１、Ｒ１２とコンデンサＣ１０により決まる時定数で充電される。この抵抗Ｒ１１、Ｒ１２とコンデンサＣ１０により決まる時定数はオペアンプＯＰ１の出力信号を阻止する時間、すなわち、２次側の過電流保護機能をマスクするマスキング時間τを決める。
【００４０】
このマスキング時間τは以下のように求めることができる。
図３、図４はマスキング時間τの説明図で、図３は時定数回路４３の各部の電圧関係を示し、図４はコンデンサＣ１０の充電状態とマスキング時間τとの関係を示した図である。
時定数回路４３の時定数を決めるＣ、Ｒは、ＣがコンデンサＣ１０、Ｒが抵抗Ｒ１１と抵抗Ｒ１２の直列抵抗値(R11+R12)である。
【００４１】
オペアンプＯＰ１の出力（図３のＣ点）がローレベル（ほぼ０Ｖ）の信号になると、コンデンサＣ１０は、ほぼ０Ｖから制御回路電源Ｖsの電源電圧に向かって、（１）式にしたがって充電される（図４）。
Vc=Vs*(1-exp(-t/CR)) ・・・・・・（１）
ここで、Vc；コンデンサＣ１０の電圧
Vs；２次側の制御回路電源Ｖｓの電源電圧
C；C＝C10
R；R＝R11+R12
t；時間
【００４２】
このとき直列抵抗値(R11+R12)にかかる電圧Vxは、（２）式のようになる。
Vx=Vs-Vc ・・・・・・・・（２）
【００４３】
コンデンサＣ１０が充電されていき、抵抗Ｒ１１にかかる電圧がトランジスタＱ２のＭｉｎベース電圧（トランジスタがオンできる最小のベース電圧と規定する）になるとトランジスタＱ２がオフする。このときの抵抗Ｒ１１にかかる電圧がＭｉｎベース電圧となったときの直列抵抗値(R11+R12)にかかる電圧Vxminは、電圧Vxを抵抗Ｒ１１と抵抗Ｒ１２で分圧した抵抗Ｒ１１にかかる電圧となるので、（３）式が成り立つ。
Vxmin=Vbemin*(R11+R12)/R11 ・・・・・・・・（３）
ここで、VbeminはＭｉｎベース電圧である。
【００４４】
時定数回路４３に制御回路電源Ｖsの電源電圧Vsが印加されてから、抵抗Ｒ１１にかかる電圧がトランジスタＱ２のＭｉｎベース電圧Vbeminになったときの時間がマスキング時間τになる。
上記（１）〜（３）式から、（４）式が成り立つ。
Vbemin*(R11+R12)/R11=Vs*(exp(-τ/CR))・・・・・・・・（４）
【００４５】
したがって、求めるマスキング時間τは（５）式で求められる。
τ=-C10*(R11+R12)*ln((Vbemin/Vs)*(R11+R12)/R11)・・・・・・・・（５）
ここで、オペアンプＯＰ１の出力電圧のローレベル状態は、ほぼ０Ｖとして扱っている。
【００４６】
図５における（ａ）〜（ｇ）は、本実施形態の過電流保護回路の動作を示したタイムシーケンスである。
図５において、（ａ）の波形は、直流安定化電源装置１の出力電圧Ｖｏを示している。また（ｂ）の波形は、直流安定化電源装置１の出力電流Ｉｏを示している。また（ｃ）の波形は、図２に「Ａ点」として示したオペアンプＯＰ１の反転入力端子への入力電圧を示している。また（ｄ）の波形は、図２に「Ｃ点」として示したオペアンプＯＰ１の出力端子の電圧を示している。また、（ｅ）の波形は、トランジスタＱ２のオン・オフ状態を示したものである。また（ｆ）の波形は、図２に「Ｅ点」として示した、トランジスタＱ２のコレクタ端子電圧（＝ダイオードＤ３のカソードと抵抗Ｒ１０の接続点の電圧）を示している。また（ｇ）の波形は、ホトカプラＯＰ１のホトダイオードに流れる電流Ｉpcを示している。（ｈ）の波形は、比較のために従来技術１のＥ点の電圧を示したものである。
【００４７】
図５は、過電流防止制御が行われないときには、起動直後に第１の過電流レベル以上であって、且つ、第２の過電流レベル以下の平均電流が上記マスキング時間τ以上流れ、その後、平均電流が第１の過電流レベル以下に下がる負荷の例をとっている。
【００４８】
（期間〜ｔ１）
まず、時間ｔ１以前は出力電流Ｉoが０Ａで、時間ｔ１において、直流安定化電源装置１の出力に負荷が接続され出力電流Ｉoが流れ始めるとする。
【００４９】
（期間ｔ１〜ｔ２）
時間ｔ１から（ｂ）の波形に示すように出力電流Ｉoが増加して行き、（ｃ）の波形に示すように時間ｔ２においてＡ点の電圧（オペアンプＯＰ１の反転入力端子の電圧）が過電流検出基準電圧Ｖscの電圧を上回ると、（ｄ）の波形に示すようにＣ点の電圧（オペアンプＯＰ１の出力端子の電圧）がハイレベルからローレベルに変化する。Ｃ点の電圧がローレベルになると、上記したように、トランジスタＱ２のベース電圧にオン電圧が入力される。したがって、（ｆ）の波形に示すように、Ｅ点の電圧はハイレベルのままとなる。
【００５０】
（期間ｔ２〜ｔ３）
時間ｔ２〜ｔ３は、トランジスタＱ２がオン状態であり、Ｅ点の電圧はハイレベルの状態を保ち、（ｇ）の波形に示すように、過電流状態であるにも拘わらず、ホトカプラＰＣ１のホトダイオードには電流が流れない。したがって、この期間は過電流保護信号は出力されない。即ち、この期間がマスキング時間τとなる。
【００５１】
（期間ｔ３〜ｔ４）
時間ｔ３において、マスキング回路４１の時定数回路４３でマスキング時間として設定された所定時間τが経過すると、トランジスタＱ２のベース電圧の低下により、（ｅ）の波形に示すようにトランジスタＱ２はオフする。このとき、過電流状態は継続しているので、オペアンプＯＰ１の出力は（ｄ）の波形に示すようにローレベル状態を保っている。したがって、Ｅ点の電圧は（ｆ）の波形に示すようにハイレベルから少し下がったローレベル状態（詳しくは、ホトカプラＰＣ−１のホトダイオードの電圧降下Ｖｆと、ダイオードＤ３の電圧降下Ｖｆを合わせた分だけ低くなった電圧レベル状態）となり、ホトカプラＰＣ１のホトダイオードには（ｇ）の波形に示すように抵抗Ｒ１０を介して電流が流れ、１次側の制御回路に過電流を制限する過電流保護信号がフィードバックされる。
【００５２】
これにより、オペアンプＯＰ１の反転端子（Ａ点）への入力電圧である抵抗Ｒ３の電圧降下が、過電流検出基準電圧Ｖscと同じ電圧になるように、オペアンプＯＰ１の出力が出力され（（ｃ）の波形参照）、ホトカプラＰＣ−１、ＰＣ−２を介して１次側制御回路６により出力電圧Ｖｏがコントロールされる。その結果、出力電圧Ｖｏは、（ａ）の波形に示すように、過電流を抑制するように定格電圧より低く抑えられ、これにより（ｂ）の波形に示すように、出力電流は第１の過電流レベルになるよう制御される。
【００５３】
このとき、マスキング回路４１によるマスクは解除されており、従来技術１のように時定数回路を介することなく、直接オペアンプＯＰ１の出力でホトカプラＰＣ−１のホトダイオードに流れる電流がコントロールされる。したがって、過電流防止制御の動作が高速になり、従来技術のように出力電圧が時定数回路の影響により正常状態に速やかに戻らない、というような問題がなくなる。
【００５４】
（期間ｔ４〜）
次に、時間ｔ４において過電流状態が解除されると、抵抗Ｒ３の電圧降下は低下し、オペアンプＯＰ１の反転入力端子への入力電圧が下降し、過電流検出基準電圧Ｖscよりも低下するので、オペアンプＯＰ１の出力はローレベル状態からハイレベル状態に変化し、ホトカプラＰＣ１のホトダイオードからオペアンプＯＰ１への電流の流れを停止する。
【００５５】
また、オペアンプＯＰ１の出力がローレベル状態からハイレベル状態に変化することにより、コンデンサＣ１０の電荷はダイオードＤ４と抵抗Ｒ１０を介して放電され、次の過電流に備える。このとき、（ｄ）の波形や（ｆ）の波形に示すように、オペアンプＯＰ１の出力はハイレベルとなっており、過電流保護信号がフィードバックされることはない。したがって、繰り返しマスキング時間を設定することが可能となり、直流安定化電源装置１に搭載される電子部品を安定して動作させることが可能になる。また、抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、及びＲ１０の抵抗値を調整することで、時定数回路の充電・放電時間を任意に設定できる。
【００５６】
ここで、従来技術１の制御を比較のために説明する。従来技術１のＥ点の電圧は（ｈ）の波形に示すように時定数回路の応答遅れにより所定時間τが経過するまでピーク電流を流すことができる。しかし、所定時間τが経過した時間ｔ３〜ｔ４の間、時定数回路を介して過電流防止制御が行われることになる。また、時間ｔ４〜ｔ５においても時定数回路の影響により、正常状態に戻る時間が遅れる。したがって、時定数回路の影響により出力電圧の制御が高速に行えないという問題がある。
これに対し、本発明による本実施例に拠れば、所定時間τが経過した時間ｔ３以後、マスキング回路は過電流保護信号の応答に影響を与えないので、出力電圧の制御が高速に行うことができる。
【００５７】
なお、期間ｔ３〜ｔ４において過電流防止制御が動作しているとき、オペアンプＯＰ１の出力信号（（ｃ）の波形）は、単純化して図５に示したように連続したローレベルとしたが、出力電流が第１の過電流レベルになるよう制御されるので、オペアンプＯＰ１の反転端子（Ａ点）への入力電圧は過電流検出基準電圧Ｖscに近い電圧になるように動作し、このとき、オペアンプＯＰ１の出力信号（（ｃ）の波形）は図５に示したように連続したローレベルになるとは限らない。
【００５８】
以上、本発明を具体的な実施形態を示して説明したが、本発明は上記実施形態には限定されないで、本発明の主旨の範囲において変形して実施することができることは言うまでも無い。
【符号の説明】
【００５９】
１・・・直流安定化電源装置
２・・・交流電源
３・・・フィルタ
４・・・過電流保護回路
５・・・出力電圧検出回路
６・・・１次側制御回路
４１・・・マスキング回路
４２・・・第１の過電流検出回路
４３・・・時定数回路
ＤＢ・・・整流器
Ｃ１〜Ｃ３・・・平滑コンデンサ
Ｃ１０・・・コンデンサ
Ｄ１〜Ｄ４・・・ダイオード
Ｒ１〜Ｒ４、Ｒ１０〜Ｒ１２・・・抵抗
Ｔ・・・トランス
Ｐ１、Ｐ２・・・トランスの１次巻線
Ｓ１・・・トランスの２次巻線
ＰＣ−１、ＰＣ−２・・・フィードバック信号用ホトカプラ
Ｖｏ・・・出力電圧
Ｖｓ・・・制御回路電源
Ｑ１・・・スイッチング素子
Ｑ２・・・トランジスタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過電流保護回路、及び直流安定化電源装置に係り、特に所定の時間のみ定格電流を大幅に超えるピーク電流が流れる装置の過電流保護回路、及びこの過電流保護回路を備えた直流安定化電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
商用の交流電源から交流電力を受電し、電子機器に直流電力を供給する、所謂、ＡＣアダプタといわれる直流安定化電源装置が従来より使用されている。特に、ノート型パーソナルコンピュータが主要な用途に挙げられるが、中にはプリンターの電源として採用されることもある。そして、これらのＡＣアダプタでは、その形状の汎用性、各国の安全規格を遵守して設計がなされている。例えば、プリンタの電源用途では定格電流の他、１秒未満、あるいは数秒程度の短時間ではあるが定格電流の数倍の電流を許容することが要求される。しかしながら、国際安全規格の要求事項としての出力電圧、出力電流、出力電力の制限規格（ＩＥＣ６０９５０−１：２００５（ＥＮ６０９５０−１：２００６）の制限電流に関する要求事項：２．５項参照）が存在し、一般のＡＣアダプタはこの規格を満足しなければならない。
【０００３】
上記安全性に鑑み、例えば、特許文献１として挙げた特開昭６３−１０３６１６号公報（以下従来技術１という）では、上記国際安全規格を満足させるため、プリンタの起動時などの電源ピーク電流に対処した過電流保護回路が提案されている。この従来技術１では、直流安定化電源装置の出力電流を検出し、この検出値を所定の設定値と比較することで直流安定化電源装置の過電流を判定し過電流防止制御を行うよう構成した過電流保護回路において、上記直流安定化電源装置の出力電流が平均電流の上限（以下、第１の過電流レベルという）を超えたことを検出する第１のコンパレータと、上記出力電流が上記第１の過電流レベルより大きなピーク電流の上限（以下、第２の過電流レベルという）を超えたことを検出する第２のコンパレータを設け、上記第１のコンパレータの出力信号を時定数回路により所定時間τだけ遅らせるようにしたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−１０３６１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来技術１は、第１のコンパレータの出力側に、応答時間を所定時間τだけ遅らせる時定数回路を設けることで、上記国際安全規格を満たすように出力電流のピーク電流を所定時間τだけ流すことができるが、この所定時間τが経過して第１の過電流レベルの過電流防止制御が行われる期間に入ったとき、過電流防止制御は時定数回路を介して行われるので、上記時定数回路の影響により出力電圧の制御（過電流防止制御）が高速に行えないという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、上記問題点に鑑み、出力電流のピーク電流を検出して所定時間τ経過後、過電流防止制御が行われる期間に入ったとき、上記時定数回路の影響を受けることなく出力電圧の制御を高速に動作させることが可能な過電流保護回路、及びこの過電流保護回路を備えた直流安定化電源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】
本発明の過電流保護回路は、出力電流を所定の設定値と比較することで過電流を判定し過電流防止制御を行うよう構成した過電流保護回路において、第１の過電流レベルを超えた過電流を検出し過電流検出信号を出力する第１の過電流検出回路と、前記第１の過電流検出回路からの前記過電流検出信号を所定時間だけマスクするマスキング回路と、を備え、前記マスキング回路は、前記所定時間経過後、前記マスクを解除するように構成したことを特徴とする。
また、本発明の過電流保護回路は、前記第１の過電流検出回路の出力側に接続され、前記過電流検出信号を直流安定化電源装置の制御回路へフィードバックするフィードバック信号用ホトカプラを備え、前記フィードバック信号用ホトカプラは、前記マスキング回路からのマスクを解除された前記過電流検出信号をフィードバックするように構成したことを特徴とする。
また、本発明の過電流保護回路は、前記マスキング回路が、抵抗とコンデンサからなる時定数回路と、トランジスタと、を備え、前記時定数回路の前記コンデンサの充電電圧に基づいて前記所定時間だけ前記トランジスタをオンすることにより、前記過電流検出回路の出力信号に相当する電流を前記過電流検出回路の出力へ流すことで、前記フィードバック信号用ホトカプラのホトダイオードに流れる電流を遮断し、前記過電流検出信号を前記所定時間だけマスクするように構成されたことを特徴とする。
また、本発明の過電流保護回路は、前記マスキング回路が、抵抗とコンデンサからなる時定数回路と、トランジスタと、を備え、前記時定数回路の前記コンデンサの充電電圧に基づいて、前記所定時間経過後、前記トランジスタをオフすることにより前記マスクを解除し、前記フィードバック信号用ホトカプラのホトダイオードに電流を流すように構成されたことを特徴とする。
また、本発明の直流安定化電源装置は、前記マスキング回路の出力信号停止後、過電流を抑制する過電流防止制御を行う制御手段を備えたことを特徴とする。
また、本発明の直流安定化電源装置は、前記過電流保護回路を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、出力電流のピーク電流を検出して所定時間τ経過後、過電流防止制御が行われる期間に入ったとき、上記時定数回路の影響を受けることなく出力電圧の制御を高速に動作させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明による直流安定化電源装置の、具体的一実施形態を示したものである。
【図２】本発明による直流安定化電源装置の、過電流保護回路の詳細構成を示したものである。
【図３】本発明による直流安定化電源装置の、過電流保護回路における時定数回路の各部の電圧関係を示した、マスキング時間の説明図である。
【図４】本発明による直流安定化電源装置の、過電流保護回路における時定数回路のコンデンサの充電状態とマスキング時間との関係を示した、マスキング時間の説明図である。
【図５】本発明による直流安定化電源装置の、過電流保護回路の動作を示したタイムシーケンスである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
上記従来技術１による過電流保護回路では、第１のコンパレータの出力側に、その出力信号を所定時間τだけ遅らせる時定数回路が設けられ、この時定数回路からの出力電圧が過電流信号として直接使われているが、本発明の本実施形態による過電流保護回路では、従来技術１のように時定数回路の出力電圧を直接過電流保護回路の出力信号として使うのではなく、第１の過電流検出回路（従来技術１の第１のコンパレータに相当）の出力側に設けられた時定数回路により、第１の過電流検出回路からの出力信号を所定時間τだけマスクして無効とする過電流保護回路の出力信号とした点が異なる。
【００１１】
具体的には、第１の過電流レベルを超えた過電流を検出する第１の過電流検出回路と、この第１の過電流検出回路の出力側に接続されたフィードバック信号用ホトカプラと、第１の過電流検出回路からの過電流検出信号を所定時間τだけマスクして、フィードバック信号用ホトカプラに電流が流れる開始時間を所定時間τだけ遅らせるマスキング回路を備える。マスキング回路によりマスクする所定時間τは、マスキング回路内の時定数回路の時定数との関係で規定される。この所定時間τ内に過電流を検出しても第１の過電流検出回路からの過電流検出信号は無視され、過電流保護回路の出力信号は出力されず、出力電流は第１の過電流レベル値では抑制されない。その後、この所定時間τが経過するとマスクが解除される。
【００１２】
マスクが解除される際に、第１の過電流レベルを超える過電流が継続して流れているときは、第１の過電流検出回路の出力は引き続きローレベル状態になっているので、過電流保護回路の出力信号としてローレベル状態の過電流保護信号が出力され、フィードバック信号用ホトカプラのホトダイオードに電流が流れる。過電流保護回路の出力信号によりフィードバック信号用ホトカプラのホトダイオードに電流が流れると、フィードバック信号用ホトカプラのホトトランジスタを介して直流安定化電源装置の１次側制御回路に過電流保護信号が伝達され、１次側制御回路は過電流を第１の過電流レベルに抑制するように動作する。マスクが解除されても、以下に詳述するように、従来技術１のように時定数回路の時定数による影響を受けることはない。
【００１３】
以下、本発明による実施形態を、図面を参照して具体的に説明する。
図１は本実施形態における直流安定化電源装置１の構成を示したものである。直流安定化電源装置１はフライバックコンバータとして構成されている。
【００１４】
３は直流安定化電源装置１の入力端に備わるフィルタであり、直流安定化電源装置１が商用電源などの交流電源２に接続されたとき、直流安定化電源装置１から交流電源２側へスイッチングノイズが伝わるのを抑制し、また、交流電源２側から直流安定化電源装置１に進入するノイズを抑制する。
【００１５】
ＤＢは整流器であり、フィルタ３を介して入力した交流電源２の交流電圧を全波整流し、直流電圧に変換する。Ｃ１は整流器の出力端子に接続された平滑コンデンサであり、整流器ＤＢで整流した直流電圧に含まれる脈動分を平滑し滑らかな直流電圧とする。
【００１６】
Ｔはトランスであり、１次巻線Ｐ１、Ｐ２、２次巻線Ｓ１を備えている。Ｑ１はスイッチング素子である。本実施形態ではスイッチング素子Ｑ１としてＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Metal
Oxide Semiconductor FET）が使用されている。しかしながら、スイッチング素子Ｑ１はＮチャンネルＭＯＳＦＥＴに限定されない。Ｒ２はスイッチング素子Ｑ１に流れる電流の電流検出用の抵抗である。整流器ＤＢと平滑コンデンサＣ１で構成される直流電源の正極と負極間に、上記トランスＴの１次巻線Ｐ１とスイッチング素子Ｑ１と抵抗Ｒ２が直列接続されている。
【００１７】
また、６はフライバックコンバータとして構成された直流安定化電源装置１の１次側制御回路（DC/DC control）であり、上記整流器ＤＢと平滑コンデンサＣ１が接続された直流電源の正極と負極間に接続されている。１次側制御回路６の制御回路電源は、上記トランスＴの１次巻線Ｐ２から得られる交流電圧をダイオードＤ１と平滑コンデンサＣ２で直流電圧に変換して得ている。なお、抵抗Ｒ１は起動用抵抗である。
【００１８】
１次側制御回路６は電流検出信号の入力端子ｏｃを有している。スイッチング素子Ｑ１のソース端子と抵抗Ｒ２が接続された接続点から入力端子ｏｃに電流検出信号が入力されており、トランスＴの１次巻線Ｐ１とスイッチング素子Ｑ１に流れる電流が抵抗Ｒ２により検出される。
【００１９】
また、１次側制御回路６はフィードバック信号用ホトカプラＰＣ−２からのフィードバック信号を入力する入力端子ｆｂを有している。フィードバック信号用ホトカプラＰＣ−２はホトトランジスタを含み、トランスＴの２次側のホトダイオードを含むフィードバック信号用ホトカプラＰＣ−１とペアになったホトカプラであり、フィードバック信号用ホトカプラＰＣ−１のホトダイオードからの光信号をフィードバック信号用ホトカプラＰＣ−２のホトトランジスタで受光し、フィードバック信号として入力端子ｆｂに出力する。フィードバック信号用ホトカプラＰＣ−２には、出力電圧検出回路５から出力された出力電圧のフィードバック信号と、過電流保護回路４から出力された過電流保護信号が共通にフィードバックされる。
【００２０】
また、１次側制御回路６はスイッチング素子Ｑ１にゲート信号を供給するゲート信号出力端子ｇを有している。１次側制御回路６は、入力端子ｏｃから入力した電流検出信号と入力端子ｆｂから入力されたフィードバック信号に基づいてゲート信号出力端子ｇからゲート信号を出力し、スイッチング素子Ｑ１のオン、オフ状態を制御する。出力電流が第１の過電流レベルより大きい第２の過電流レベルを超えた過電流になった場合には、２次側への電力を制限するようにゲート信号が制御される。これは従来技術１での第２コンパレータ機能と同じ作用になる。
【００２１】
Ｓ１はトランスＴの２次巻線、Ｄ２はダイオード、Ｃ３は平滑コンデンサである。２次巻線Ｓ１の一方の端子はダイオードＤ２のアノードに接続され、ダイオードＤ２のカソードは出力端子Ｖｏに接続されている。平滑コンデンサＣ３はダイオードＤ２のカソード端子と２次巻線Ｓ１の他方の端子間に接続されている。また、２次巻線Ｓ１の他方の端子は過電流保護回路４の一方の端子に接続され、過電流保護回路４の他方の端子は接地端子ＧＮＤに接続されている。過電流保護回路４の出力はフィードバック信号用ホトカプラＰＣ−１のホトダイオードのカソード端子に接続されている。また、平滑コンデンサＣ３と並列に出力電圧検出回路５が接続され、その出力端子はフィードバック信号用ホトカプラＰＣ−１のホトダイオードのカソード端子に接続されている。フィードバック信号用ホトカプラＰＣ−１のホトダイオードのアノード端子は、図示しない制御回路電源Ｖｓに接続されている。
【００２２】
２次巻線Ｓ１の出力電圧は、ダイオードＤ２で整流後、平滑コンデンサＣ３により平滑されて直流電圧となり、この直流電圧は直流安定化電源装置１の出力電圧端子Ｖｏと接地端子ＧＮＤから出力される。
【００２３】
接地端子ＧＮＤのラインに挿入された過電流保護回路４は、出力電流が第１の過電流レベルを超えたときこの過電流を検出し、所定時間τ後に過電流保護回路の出力信号をフィードバック信号用ホトカプラＰＣ−１に出力する。フィードバック信号用ホトカプラＰＣ−１に出力された過電流保護回路の出力信号は、フィードバック信号用ホトカプラＰＣ−１を介してフィードバック信号用ホトカプラＰＣ−２、そして、１次側制御回路６の入力端子ｆｂにフィードバックされる。
【００２４】
後述するように、過電流保護回路４からの出力信号である過電流保護信号は、過電流発生から所定時間τだけ過電流検出信号がマスクされる。その後、過電流が継続して流れているときは、マスクが解除されてローレベルの過電流保護信号として出力される。ローレベルの過電流保護信号は、フィードバック信号用ホトカプラＰＣ−１のホトダイオードに電流を流し、過電流を抑制するようにフィードバック信号用ホトカプラＰＣ−２を介して１次側制御回路６にフィードバックされる。
【００２５】
出力電圧検出回路５は、出力電圧端子Ｖｏを検出し、出力電圧Ｖｏが所定の目標電圧になるようフィードバック信号用ホトカプラＰＣ−１に電流を流す。フィードバック信号用ホトカプラＰＣ−１は、トランスＴの１次側回路に備わるフィードバック信号用ホトカプラＰＣ−２とペアになったホトカプラであり、過電流保護回路４と出力電圧検出回路５の出力信号を、フィードバック信号用ホトカプラＰＣ−１を介してフィードバック信号用ホトカプラＰＣ−２のホトトランジスタに共通に出力する。フィードバック信号用ホトカプラＰＣ−２のホトトランジスタで受光されたフィードバック信号は１次側制御回路６の入力端子ｆｂに出力される。
【００２６】
図２は、過電流保護回路４の詳細構成を示したものである。図２において、図１における符号と同じものは、同じ構成要素を示している。
【００２７】
図２において、符号４で示した点線枠は過電流保護回路を示している。また、過電流保護回路４内における符号４２で示した点線枠は、第１の過電流レベル以上の過電流を検出する第１の過電流検出回路、符号４１で示した点線枠は第１の過電流検出回路の出力を所定時間τだけマスクするマスキング回路を示している。また、マスキング回路４１内における符号４３で示した点線枠は所定時間τのマスキング時間を生成するための時定数回路を示している。また、Ｖｓは、図示しない制御回路電源を示す。また、ＧＮＤは、直流安定化電源装置１の出力端子としての接地端子ＧＮＤである。
【００２８】
第１の過電流検出回路４２は、オペアンプＯＰ１、位相補償用抵抗Ｒｆ、位相補償用コンデンサＣｆ、過電流検出基準電圧Ｖsc、抵抗Ｒ３、Ｒ４から構成されている。
【００２９】
オペアンプＯＰ１の非反転入力端子には過電流検出基準電圧Ｖscの正極端子が接続され、過電流検出基準電圧Ｖscの負極端子は抵抗Ｒ３の一方の端子とトランスＴの２次巻線Ｓ１の他方の端子（コンデンサＣ３の負極側）が接続された接続点に接続されている。抵抗Ｒ３の他方の端子は接地端子ＧＮＤに接続され、また、抵抗Ｒ４を介してオペアンプＯＰ１の反転入力端子に接続されている。また、オペアンプＯＰ１の反転入力端子と出力端子間には位相補償用抵抗Ｒｆと位相補償用コンデンサＣｆが直列に接続されている。
【００３０】
抵抗Ｒ３には他方の端子側（接地端子ＧＮＤ側）から一方の端子側（平滑コンデンサＣ３の負極側）に出力電流Ｉoが流れ、抵抗Ｒ３にはＲ３＊Ｉoの電圧降下が生じる。このときの抵抗Ｒ３の他方の端子の電圧がオペアンプＯＰ１の反転入力端子に抵抗Ｒ４を介して入力される。
【００３１】
オペアンプＯＰ１の非反転入力端子には抵抗Ｒ３の一方の端子に負極端子が接続された過電流検出基準電圧Ｖscの正極端子が接続されているので、電圧降下Ｒ３＊Ｉoが過電流検出基準電圧Ｖscの電圧を上回ると、オペアンプＯＰ１の出力はローレベルの信号を出力する。一方、電圧降下Ｒ３＊Ｉoが過電流検出基準電圧Ｖscの電圧を下回ると、オペアンプＯＰ１の出力はハイレベルの信号を出力する。なお、位相補償用抵抗Ｒｆ、位相補償用コンデンサＣｆはオペアンプＯＰ１の位相を補償して発振を防止するために接続されている。
【００３２】
ここで、過電流検出基準電圧Ｖscの電圧は、２次側過電流保護の第１の過電流レベルを設定する基準電圧で、この基準電圧による過電流レベルは、１次側制御回路６による過電流検出の第２の過電流レベルより低く設定されている。したがって、２次側過電流保護の第１の過電流レベルよりも大きく、且つ、１次側制御回路６による過電流検出の第２の過電流レベルより小さな出力電流が流れると、オペアンプＯＰ１の出力はローレベルの信号を出力する。
【００３３】
なお、２次側過電流保護の第１の過電流レベルよりも小さな出力電流が流れた場合には、オペアンプＯＰ１の出力はハイレベルの信号を出力し、２次側過電流保護は動作しない。また、１次側制御回路６による過電流検出の第２の過電流レベルより大きな出力電流が流れると、オペアンプＯＰ１の出力はローレベルの信号を出力するが、このときは１次側制御回路６の入力端子ｏｃに入力される抵抗Ｒ２での電流検出値に基づく過電流防止制御が２次側過電流保護より先に電流制限動作に入る。従い、この場合には、出力電流はまず第２の過電流レベルで制限された後、マスキング時間経過後に第１の過電流レベルで制限されることになる。
【００３４】
マスキング回路４１は、トランジスタＱ２、抵抗Ｒ１０、Ｒ１１、Ｒ１２、コンデンサＣ１０、ダイオードＤ３、Ｄ４から構成されている。ここで、トランジスタＱ２には、Ｐチャンネルのバイポーラトランジスタが使用されているが、これに限定されることは無く、ＭＯＳＦＥＴなど他のスイッチング素子を使用することもできる。
【００３５】
トランジスタＱ２のエミッタ端子が制御回路電源Ｖｓに接続され、コレクタ端子が抵抗Ｒ１０の一方の端子に接続されている。この接続点はＥ点として示してある。このＥ点にはダイオードＤ３のカソード端子、ダイオードＤ４のカソード端子も接続されている。また、抵抗Ｒ１１の一方の端子が制御回路電源Ｖｓに接続され、抵抗Ｒ１１の他方の端子は抵抗Ｒ１２の一方の端子に接続されている。また、抵抗Ｒ１２の他方の端子はコンデンサＣ１０の一方の端子に接続されている。また、抵抗Ｒ１２の他方の端子とコンデンサＣ１０の一方の端子との接続点には、ダイオードＤ４のアノード端子が接続されている。また、コンデンサＣ１０の他方の端子は抵抗Ｒ１０の他方の端子に接続されている。また、コンデンサＣ１０の他方の端子と抵抗Ｒ１０の他方の端子の接続点はオペアンプＯＰ１の出力端子に接続されている。また、抵抗Ｒ１１の他方の端子と抵抗Ｒ１２の一方の端子の接続点はトランジスタＱ２のベース端子に接続されている。また、ダイオードＤ３のアノード端子は、ホトカプラＰＣ−１のホトダイオードのカソード端子に接続され、ホトカプラＰＣ−１のホトダイオードのアノード端子は制御回路電源Ｖｓに接続されている。また、ダイオードＤ３のアノード端子とホトカプラＰＣ−１のホトダイオードのカソード端子の接続点には出力電圧検出回路５の出力端子が接続されている。
【００３６】
オペアンプＯＰ１により、２次側過電流保護の第１の過電流レベルよりも大きく、且つ、１次側制御回路６による過電流検出の第２の過電流レベルより小さな出力電流が検出されると、オペアンプＯＰ１の出力がローレベルの信号を出力し、ホトカプラＰＣ−１のホトダイオードに電流を流そうとする。しかし、オペアンプＯＰ１の出力とホトカプラＰＣ−１の間に直列に接続されたマスキング回路４１により、ホトカプラＰＣ−１のホトダイオードに流れる電流が所定時間τだけ阻止される。
以下、このマスキング回路４１の動作を説明する。
【００３７】
オペアンプＯＰ１の出力がローレベルの信号を出力すると、オペアンプＯＰ１の出力に直列に接続されたマスキング回路４１のコンデンサＣ１０、抵抗Ｒ１２を介してトランジスタＱ２のベース端子電圧が低圧側に下げられる。これにより、トランジスタＱ２のベース電流が流れ、トランジスタＱ２はオンする。
【００３８】
ここで、トランジスタＱ２のコレクタ端子は、ダイオードＤ３のカソード端子と抵抗Ｒ１０の接続点に接続されており、ホトカプラＰＣ−１のホトダイオードに流れるべき電流は、トランジスタＱ２のコレクタ端子から供給されて、ホトカプラＰＣ−１のホトダイオードに流れる電流を阻止する。
【００３９】
このとき、オペアンプＯＰ１の出力は、ローレベルの信号の状態を保っているので、トランジスタＱ２のエミッタ端子とオペアンプＯＰ１の出力端子間（時定数回路４３の両端）には制御回路電源Ｖｓの電源電圧が印加される。したがって、コンデンサＣ１０は、抵抗Ｒ１１、Ｒ１２とコンデンサＣ１０により決まる時定数で充電される。この抵抗Ｒ１１、Ｒ１２とコンデンサＣ１０により決まる時定数はオペアンプＯＰ１の出力信号を阻止する時間、すなわち、２次側の過電流保護機能をマスクするマスキング時間τを決める。
【００４０】
このマスキング時間τは以下のように求めることができる。
図３、図４はマスキング時間τの説明図で、図３は時定数回路４３の各部の電圧関係を示し、図４はコンデンサＣ１０の充電状態とマスキング時間τとの関係を示した図である。
時定数回路４３の時定数を決めるＣ、Ｒは、ＣがコンデンサＣ１０、Ｒが抵抗Ｒ１１と抵抗Ｒ１２の直列抵抗値(R11+R12)である。
【００４１】
オペアンプＯＰ１の出力（図３のＣ点）がローレベル（ほぼ０Ｖ）の信号になると、コンデンサＣ１０は、ほぼ０Ｖから制御回路電源Ｖsの電源電圧に向かって、（１）式にしたがって充電される（図４）。
Vc=Vs*(1-exp(-t/CR)) ・・・・・・（１）
ここで、Vc；コンデンサＣ１０の電圧
Vs；２次側の制御回路電源Ｖｓの電源電圧
C；C＝C10
R；R＝R11+R12
t；時間
【００４２】
このとき直列抵抗値(R11+R12)にかかる電圧Vxは、（２）式のようになる。
Vx=Vs-Vc ・・・・・・・・（２）
【００４３】
コンデンサＣ１０が充電されていき、抵抗Ｒ１１にかかる電圧がトランジスタＱ２のＭｉｎベース電圧（トランジスタがオンできる最小のベース電圧と規定する）になるとトランジスタＱ２がオフする。このときの抵抗Ｒ１１にかかる電圧がＭｉｎベース電圧となったときの直列抵抗値(R11+R12)にかかる電圧Vxminは、電圧Vxを抵抗Ｒ１１と抵抗Ｒ１２で分圧した抵抗Ｒ１１にかかる電圧となるので、（３）式が成り立つ。
Vxmin=Vbemin*(R11+R12)/R11 ・・・・・・・・（３）
ここで、VbeminはＭｉｎベース電圧である。
【００４４】
時定数回路４３に制御回路電源Ｖsの電源電圧Vsが印加されてから、抵抗Ｒ１１にかかる電圧がトランジスタＱ２のＭｉｎベース電圧Vbeminになったときの時間がマスキング時間τになる。
上記（１）〜（３）式から、（４）式が成り立つ。
Vbemin*(R11+R12)/R11=Vs*(exp(-τ/CR))・・・・・・・・（４）
【００４５】
したがって、求めるマスキング時間τは（５）式で求められる。
τ=-C10*(R11+R12)*ln((Vbemin/Vs)*(R11+R12)/R11)・・・・・・・・（５）
ここで、オペアンプＯＰ１の出力電圧のローレベル状態は、ほぼ０Ｖとして扱っている。
【００４６】
図５における（ａ）〜（ｇ）は、本実施形態の過電流保護回路の動作を示したタイムシーケンスである。
図５において、（ａ）の波形は、直流安定化電源装置１の出力電圧Ｖｏを示している。また（ｂ）の波形は、直流安定化電源装置１の出力電流Ｉｏを示している。また（ｃ）の波形は、図２に「Ａ点」として示したオペアンプＯＰ１の反転入力端子への入力電圧を示している。また（ｄ）の波形は、図２に「Ｃ点」として示したオペアンプＯＰ１の出力端子の電圧を示している。また、（ｅ）の波形は、トランジスタＱ２のオン・オフ状態を示したものである。また（ｆ）の波形は、図２に「Ｅ点」として示した、トランジスタＱ２のコレクタ端子電圧（＝ダイオードＤ３のカソードと抵抗Ｒ１０の接続点の電圧）を示している。また（ｇ）の波形は、ホトカプラＯＰ１のホトダイオードに流れる電流Ｉpcを示している。（ｈ）の波形は、比較のために従来技術１のＥ点の電圧を示したものである。
【００４７】
図５は、過電流防止制御が行われないときには、起動直後に第１の過電流レベル以上であって、且つ、第２の過電流レベル以下の平均電流が上記マスキング時間τ以上流れ、その後、平均電流が第１の過電流レベル以下に下がる負荷の例をとっている。
【００４８】
（期間〜ｔ１）
まず、時間ｔ１以前は出力電流Ｉoが０Ａで、時間ｔ１において、直流安定化電源装置１の出力に負荷が接続され出力電流Ｉoが流れ始めるとする。
【００４９】
（期間ｔ１〜ｔ２）
時間ｔ１から（ｂ）の波形に示すように出力電流Ｉoが増加して行き、（ｃ）の波形に示すように時間ｔ２においてＡ点の電圧（オペアンプＯＰ１の反転入力端子の電圧）が過電流検出基準電圧Ｖscの電圧を上回ると、（ｄ）の波形に示すようにＣ点の電圧（オペアンプＯＰ１の出力端子の電圧）がハイレベルからローレベルに変化する。Ｃ点の電圧がローレベルになると、上記したように、トランジスタＱ２のベース電圧にオン電圧が入力される。したがって、（ｆ）の波形に示すように、Ｅ点の電圧はハイレベルのままとなる。
【００５０】
（期間ｔ２〜ｔ３）
時間ｔ２〜ｔ３は、トランジスタＱ２がオン状態であり、Ｅ点の電圧はハイレベルの状態を保ち、（ｇ）の波形に示すように、過電流状態であるにも拘わらず、ホトカプラＰＣ１のホトダイオードには電流が流れない。したがって、この期間は過電流保護信号は出力されない。即ち、この期間がマスキング時間τとなる。
【００５１】
（期間ｔ３〜ｔ４）
時間ｔ３において、マスキング回路４１の時定数回路４３でマスキング時間として設定された所定時間τが経過すると、トランジスタＱ２のベース電圧の低下により、（ｅ）の波形に示すようにトランジスタＱ２はオフする。このとき、過電流状態は継続しているので、オペアンプＯＰ１の出力は（ｄ）の波形に示すようにローレベル状態を保っている。したがって、Ｅ点の電圧は（ｆ）の波形に示すようにハイレベルから少し下がったローレベル状態（詳しくは、ホトカプラＰＣ−１のホトダイオードの電圧降下Ｖｆと、ダイオードＤ３の電圧降下Ｖｆを合わせた分だけ低くなった電圧レベル状態）となり、ホトカプラＰＣ１のホトダイオードには（ｇ）の波形に示すように抵抗Ｒ１０を介して電流が流れ、１次側の制御回路に過電流を制限する過電流保護信号がフィードバックされる。
【００５２】
これにより、オペアンプＯＰ１の反転端子（Ａ点）への入力電圧である抵抗Ｒ３の電圧降下が、過電流検出基準電圧Ｖscと同じ電圧になるように、オペアンプＯＰ１の出力が出力され（（ｃ）の波形参照）、ホトカプラＰＣ−１、ＰＣ−２を介して１次側制御回路６により出力電圧Ｖｏがコントロールされる。その結果、出力電圧Ｖｏは、（ａ）の波形に示すように、過電流を抑制するように定格電圧より低く抑えられ、これにより（ｂ）の波形に示すように、出力電流は第１の過電流レベルになるよう制御される。
【００５３】
このとき、マスキング回路４１によるマスクは解除されており、従来技術１のように時定数回路を介することなく、直接オペアンプＯＰ１の出力でホトカプラＰＣ−１のホトダイオードに流れる電流がコントロールされる。したがって、過電流防止制御の動作が高速になり、従来技術のように出力電圧が時定数回路の影響により正常状態に速やかに戻らない、というような問題がなくなる。
【００５４】
（期間ｔ４〜）
次に、時間ｔ４において過電流状態が解除されると、抵抗Ｒ３の電圧降下は低下し、オペアンプＯＰ１の反転入力端子への入力電圧が下降し、過電流検出基準電圧Ｖscよりも低下するので、オペアンプＯＰ１の出力はローレベル状態からハイレベル状態に変化し、ホトカプラＰＣ１のホトダイオードからオペアンプＯＰ１への電流の流れを停止する。
【００５５】
また、オペアンプＯＰ１の出力がローレベル状態からハイレベル状態に変化することにより、コンデンサＣ１０の電荷はダイオードＤ４と抵抗Ｒ１０を介して放電され、次の過電流に備える。このとき、（ｄ）の波形や（ｆ）の波形に示すように、オペアンプＯＰ１の出力はハイレベルとなっており、過電流保護信号がフィードバックされることはない。したがって、繰り返しマスキング時間を設定することが可能となり、直流安定化電源装置１に搭載される電子部品を安定して動作させることが可能になる。また、抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、及びＲ１０の抵抗値を調整することで、時定数回路の充電・放電時間を任意に設定できる。
【００５６】
ここで、従来技術１の制御を比較のために説明する。従来技術１のＥ点の電圧は（ｈ）の波形に示すように時定数回路の応答遅れにより所定時間τが経過するまでピーク電流を流すことができる。しかし、所定時間τが経過した時間ｔ３〜ｔ４の間、時定数回路を介して過電流防止制御が行われることになる。また、時間ｔ４〜ｔ５においても時定数回路の影響により、正常状態に戻る時間が遅れる。したがって、時定数回路の影響により出力電圧の制御が高速に行えないという問題がある。
これに対し、本発明による本実施例に拠れば、所定時間τが経過した時間ｔ３以後、マスキング回路は過電流保護信号の応答に影響を与えないので、出力電圧の制御が高速に行うことができる。
【００５７】
なお、期間ｔ３〜ｔ４において過電流防止制御が動作しているとき、オペアンプＯＰ１の出力信号（（ｃ）の波形）は、単純化して図５に示したように連続したローレベルとしたが、出力電流が第１の過電流レベルになるよう制御されるので、オペアンプＯＰ１の反転端子（Ａ点）への入力電圧は過電流検出基準電圧Ｖscに近い電圧になるように動作し、このとき、オペアンプＯＰ１の出力信号（（ｃ）の波形）は図５に示したように連続したローレベルになるとは限らない。
【００５８】
以上、本発明を具体的な実施形態を示して説明したが、本発明は上記実施形態には限定されないで、本発明の主旨の範囲において変形して実施することができることは言うまでも無い。
【符号の説明】
【００５９】
１・・・直流安定化電源装置
２・・・交流電源
３・・・フィルタ
４・・・過電流保護回路
５・・・出力電圧検出回路
６・・・１次側制御回路
４１・・・マスキング回路
４２・・・第１の過電流検出回路
４３・・・時定数回路
ＤＢ・・・整流器
Ｃ１〜Ｃ３・・・平滑コンデンサ
Ｃ１０・・・コンデンサ
Ｄ１〜Ｄ４・・・ダイオード
Ｒ１〜Ｒ４、Ｒ１０〜Ｒ１２・・・抵抗
Ｔ・・・トランス
Ｐ１、Ｐ２・・・トランスの１次巻線
Ｓ１・・・トランスの２次巻線
ＰＣ−１、ＰＣ−２・・・フィードバック信号用ホトカプラ
Ｖｏ・・・出力電圧
Ｖｓ・・・制御回路電源
Ｑ１・・・スイッチング素子
Ｑ２・・・トランジスタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力電流を所定の設定値と比較することで過電流を判定し過電流防止制御を行うよう構成した過電流保護回路において、
第１の過電流レベルを超えた過電流を検出し過電流検出信号を出力する第１の過電流検出回路と、
前記第１の過電流検出回路からの前記過電流検出信号を所定時間だけマスクするマスキング回路と、を備え、
前記マスキング回路は、前記所定時間経過後、前記マスクを解除するように構成したことを特徴とする過電流保護回路。
【請求項２】
前記第１の過電流検出回路の出力側に接続され、前記過電流検出信号をフィードバックするフィードバック信号用ホトカプラを備え、
前記フィードバック信号用ホトカプラは、前記マスキング回路からのマスクを解除された前記過電流検出信号をフィードバックするように構成したことを特徴とする請求項１に記載の過電流保護回路。
【請求項３】
前記マスキング回路は、
抵抗とコンデンサからなる時定数回路と、トランジスタと、を備え、前記時定数回路の前記コンデンサの充電電圧に基づいて前記所定時間だけ前記トランジスタをオンすることにより、前記過電流検出回路の出力信号に相当する電流を前記過電流検出回路の出力へ流すことで、前記フィードバック信号用ホトカプラのホトダイオードに流れる電流を遮断し、前記過電流検出信号を前記所定時間だけマスクするように構成されたことを特徴とする請求項２に記載の過電流保護回路。
【請求項４】
前記マスキング回路は、
抵抗とコンデンサからなる時定数回路と、トランジスタと、を備え、前記時定数回路の前記コンデンサの充電電圧に基づいて、前記所定時間経過後、前記トランジスタをオフすることにより前記マスクを解除し、前記フィードバック信号用ホトカプラのホトダイオードに電流を流すように構成されたことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の過電流保護回路。
【請求項５】
前記マスキング回路の出力信号停止後、過電流を抑制する過電流防止制御を行う制御手段を備えたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の過電流保護回路。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の過電流保護回路を備えた直流安定化電源装置。
【請求項１】
出力電流を所定の設定値と比較することで過電流を判定し過電流防止制御を行うよう構成した過電流保護回路において、
第１の過電流レベルを超えた過電流を検出し過電流検出信号を出力する第１の過電流検出回路と、
前記第１の過電流検出回路からの前記過電流検出信号を所定時間だけマスクするマスキング回路と、を備え、
前記マスキング回路は、前記所定時間経過後、前記マスクを解除するように構成したことを特徴とする過電流保護回路。
【請求項２】
前記第１の過電流検出回路の出力側に接続され、前記過電流検出信号をフィードバックするフィードバック信号用ホトカプラを備え、
前記フィードバック信号用ホトカプラは、前記マスキング回路からのマスクを解除された前記過電流検出信号をフィードバックするように構成したことを特徴とする請求項１に記載の過電流保護回路。
【請求項３】
前記マスキング回路は、
抵抗とコンデンサからなる時定数回路と、トランジスタと、を備え、前記時定数回路の前記コンデンサの充電電圧に基づいて前記所定時間だけ前記トランジスタをオンすることにより、前記過電流検出回路の出力信号に相当する電流を前記過電流検出回路の出力へ流すことで、前記フィードバック信号用ホトカプラのホトダイオードに流れる電流を遮断し、前記過電流検出信号を前記所定時間だけマスクするように構成されたことを特徴とする請求項２に記載の過電流保護回路。
【請求項４】
前記マスキング回路は、
抵抗とコンデンサからなる時定数回路と、トランジスタと、を備え、前記時定数回路の前記コンデンサの充電電圧に基づいて、前記所定時間経過後、前記トランジスタをオフすることにより前記マスクを解除し、前記フィードバック信号用ホトカプラのホトダイオードに電流を流すように構成されたことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の過電流保護回路。
【請求項５】
前記マスキング回路の出力信号停止後、過電流を抑制する過電流防止制御を行う制御手段を備えたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の過電流保護回路。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の過電流保護回路を備えた直流安定化電源装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−３０３７６（Ｐ２０１１−３０３７６Ａ）
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７４２７４（Ｐ２００９−１７４２７４）
【出願日】平成２１年７月２７日（２００９．７．２７）
【出願人】（０００１０６２７６）サンケン電気株式会社 (982)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月２７日（２００９．７．２７）
【出願人】（０００１０６２７６）サンケン電気株式会社 (982)
【Ｆターム（参考）】
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