JP2014143860A - 過電流保護装置、及びこれを備える舶用電気機器 - Google Patents

Abstract

【課題】シンプルかつ安価な構成で、過電流を適切に検出できる過電流保護装置を提供する。
【解決手段】過電流保護装置２６は、複数の電流検出部２８ａ，２８ｂ，２８ｃ……と、遅延時間生成部２９と、制御部１３と、を備える。電流検出部２８ａ，２８ｂ，２８ｃ……は、負荷１１に流れた過電流の大きさに応じて所定の検出信号を出力する。遅延時間生成部２９は、前記検出信号に応じてコンデンサ３３を充電させるとともに、当該コンデンサが所定電圧まで充電されたときに、所定の制御信号を出力する。制御部１３はは、負荷１１に流れる電流を、前記制御信号に応じて制御する。過電流保護装置２６は、遅延時間生成部２９のコンデンサ３３の充電速度を、過電流の大きさに応じて異ならせる。
【選択図】図１

Description

本発明は、主として、舶用電気機器に設けられる過電流保護装置に関する。

直流電源によって駆動される電気機器において、負荷が変動することにより一時的に過電流が流れる場合がある。そこで、このような過電流から回路を保護するために過電流保護装置が設けられる。特許文献１には、このような過電流保護装置（電源供給制御回路）が記載されている。特許文献１は、この電流供給制御回路により、電源を供給する負荷が増加した場合であっても安定した電圧を供給することが可能になるとしている。

ところで、負荷変動による過電流の他にも、例えば短絡などの機器異常によって異常な過電流が流れる場合が有り得る。このような異常な過電流が流れた場合には、即座に電源を遮断して機器を保護することが望まれる。一方、それほど大きくない過電流であれば、ある程度継続して流れたとしても問題ない場合がある。

そこで、大きな過電流が流れた場合には即座に電源を遮断し、それほど大きくない過電流の場合は、ある程度の時間継続して流れた時点で電源を遮断する構成の過電流保護装置が考えられる。このような従来の過電流保護装置を備えた電気機器のブロック図を、図５に示す。

図５の電気機器は、直流電源１０によって駆動される負荷（例えば電動モータなど）１１と、過電流保護装置１２とを備えている。過電流保護装置１２は、制御部１３と、第１過電流保護部２１と、第２過電流保護部２２と、信号生成部１８と、を備えている。

制御部１３は、直流電源１０から負荷１１への電流供給ライン上に配置されている。制御部１３は、所定のトリガ信号が入力された場合に、直流電源１０と負荷１１の間を遮断し、負荷１１への電流の供給を中断させるように構成されている。

第１過電流保護部２１は、第１電流検出部１４と、第１遅延時間生成部１６と、を備えている。第１電流検出部１４は、所定の第１閾値を超える過電流が負荷１１に流れた場合に、所定の検出信号を第１遅延時間生成部１６に出力するように構成されている。

第１遅延時間生成部１６は、第１コンデンサ２３を備えている。第１遅延時間生成部１６は、第１電流検出部１４からの検出信号が入力された場合に、第１コンデンサ２３を充電するように構成されている。第１コンデンサ２３の充電に要する時間は時定数によって決まっている。第１コンデンサ２３が所定の電圧まで充電されるまでに要する時間を、第１遅延時間とする。第１遅延時間生成部１６は、第１コンデンサ２３が所定の電圧まで充電された場合、所定の信号を信号生成部１８に出力する。つまり、第１遅延時間生成部１６は、第１電流検出部１４が第１閾値を超える過電流を第１遅延時間のあいだ継続して検出した場合に、所定の信号を信号生成部１８に出力するように構成されている。

第２過電流保護部２２は、第２電流検出部１５と、第２遅延時間生成部１７と、を備えている。第２電流検出部１５は、所定の第２閾値を超える過電流が負荷１１に流れた場合に、所定の検出信号を第２遅延時間生成部１７に出力するように構成されている。

第２遅延時間生成部１７は、第２コンデンサ２４を備えている。第２遅延時間生成部１７は、第２電流検出部１５からの検出信号が入力された場合に、第２コンデンサ２４を充電するように構成されている。第２コンデンサ２４が所定の電圧まで充電されるまでに要する時間を、第２遅延時間とする。第２遅延時間生成部１７は、第２コンデンサ２４が所定の電圧まで充電された場合、所定の信号を信号生成部１８に出力する。つまり、第２遅延時間生成部１７は、第２電流検出部１５が第２閾値を超える過電流を第２遅延時間のあいだ継続して検出した場合に、所定の信号を信号生成部１８に出力するように構成されている。

第２閾値は、第１閾値よりも大きく設定されている。また、第２遅延時間は、第１遅延時間よりも短くなるように設定されている。従って、第２過電流保護部２２は、大きな過電流が短時間のあいだ負荷１１に流れたことを検出する。一方、第１過電流保護部２１は、それほど大きくない過電流が比較的長時間のあいだ継続して負荷１１に流れたことを検出する。

第１過電流保護部２１と第２過電流保護部２２が検出できる過電流を、それぞれ図６（ａ）にハッチングで示す。なお、図６の縦軸は、負荷１１に流れる過電流の大きさ、横軸は、当該過電流が継続して流れる時間を示している。

信号生成部１８は、第１過電流保護部２１又は第２過電流保護部２２から前記信号が入力された場合に、制御部１３に対して前記トリガ信号を出力するように構成されている。これにより、制御部１３が直流電源１０と負荷１１の間を遮断し、負荷１１への電流の供給を中断させる。

即ち、例えば短絡などによって異常に大きな電流が負荷１１に流れた場合には、これを第２過電流保護部２２が即座に検出して、直流電源１０を遮断する。これにより、短絡時の異常電流から負荷１１を保護できる。一方、それほど大きくない過電流であっても、長時間にわたって継続して負荷１１に流れた場合には、これを第１過電流保護部２１によって検出して、直流電源１０を遮断する。これにより、負荷１１に過電流が継続的に流れることを防止できる。

特開２００４−３３６９１１号公報

前述のように、図６（ａ）のハッチングが施された部分は、過電流保護装置１２で検出できる過電流を示している。逆にいうと、図６（ａ）のハッチングが施されていない部分の過電流は、過電流保護装置１２で検出することはできない。従って、制御部１３は、図６（ａ）のハッチングが施されていない部分の過電流に耐え得るように設計される必要がある。図６（ａ）のハッチングが施されていない部分の面積が大きいほど、過電流に対する耐性が制御部１３に要求される。

図５に示した従来の過電流保護装置１２は、２通りの遅延時間を生成するために、第１遅延時間生成部１６と第２遅延時間生成部１７を別々に備えている。別々の遅延時間生成部で第１遅延時間と第２遅延時間を生成しているので、部品や温度のバラつきによって第１遅延時間と第２遅延時間の差が一定とならず、図６（ａ）のハッチングを施していない部分の面積（過電流保護装置１２で検出できない領域）にバラつきが生じる場合がある。このバラつきを考慮した場合、制御部１３の過電流耐性にマージンを持たせて設計しなければならず、回路の大型化、及びコストアップにつながっていた。

仮に、図６（ｂ）に示すように、過電流の大きさに応じて遅延時間を無段階に変化させることができれば、常に最適な遅延時間を設定できる。この結果、図６（ｂ）でハッチングが施されていない部分の面積（過電流保護装置１２で検出できない領域）が最小になるため、理想的であると考えられる。従来の過電流保護装置１２では、遅延時間が階段状に変化しているため（図６（ａ））、理想的な場合（図６（ｂ））に比べて、ハッチングが施されていない部分の面積が大きくなる。従って、図５の従来の過電流保護装置１２では、理想的な場合に比べて、制御部１３に余計な設計マージンが必要となる。

そこで、過電流保護装置１２に過電流保護部を３つ以上設け、それぞれに異なる閾値と遅延時間を持たせることが考えられる。これによれば、図６（ｃ）のように、遅延時間の階段状の変化を図６（ａ）に比べて細かくできるので、ハッチングが施されていない部分の面積（過電流保護装置１２で検出できない領域）をより小さくできる。過電流保護部の数を更に増やすことで、理想的な過電流保護装置（図６（ｂ））に近づけることができる。

しかし、過電流保護部を多数設けた場合、それぞれの過電流保護部に電流検出部と遅延時間生成部が必要になるため、過電流保護装置１２が複雑となりコストが増大する。また、遅延時間生成部の数が増えるほど、部品や温度のバラつきの影響を受け易くなる。このため、結局は制御部１３に余計な設計マージンが必要となる。

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、シンプルかつ安価な構成で、過電流を適切に検出できる過電流保護装置を提供することにある。

課題を解決するための手段及び効果

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

本発明の観点によれば、以下の構成の過電流保護装置が提供される。即ち、この過電流保護装置は、電流検出部と、遅延時間生成部と、制御部と、を備える。前記電流検出部は、負荷に流れた過電流の大きさに応じて所定の検出信号を出力する。前記遅延時間生成部は、前記検出信号に応じてコンデンサを充電又は放電させるとともに、当該コンデンサが所定電圧まで充電又は放電されたときに、所定の制御信号を出力する。前記制御部は、前記負荷に流れる電流を、前記制御信号に応じて制御する。そして、この過電流保護装置は、前記遅延時間生成部の前記コンデンサの充電速度又は放電速度を、前記過電流の大きさに応じて異ならせる。

従来は、遅延時間生成部のコンデンサの充電速度（又は放電速度）が固定であったため、遅延時間を異ならせるためには複数の遅延時間生成部が必要であった。これに対し、本発明の構成によれば、１つのコンデンサの充電速度（又は放電速度）を異ならせることにより、異なる遅延時間を実現する。これにより、１つの遅延時間生成部によって、異なる遅延時間を実現できる。遅延時間生成部が１つで良いので、部品や温度のバラつきによって遅延時間がバラつくことを防止できるとともに、部品点数を削減して過電流保護装置のコストを削減できる。

上記の過電流保護装置は、前記電流検出部が検出した前記過電流が大きいほど、前記コンデンサの充電速度又は放電速度を早くすることが好ましい。

即ち、過電流が小さい場合には遅延時間を長くし、過電流が大きい場合には遅延時間を短くする。これにより、負荷を過電流から適切に保護できる。

上記の過電流保護装置は、以下の構成とすることが好ましい。即ち、この過電流保護装置は、前記過電流の検出閾値が異なる複数の電流検出部を備える。前記遅延時間生成部は、前記コンデンサを充電又は放電する電流が流れる充電ラインを、前記複数の電流検出部に対応して複数有している。前記遅延時間生成部は、前記過電流を検出した電流検出部に対応した充電ラインを介して前記コンデンサを充電又は放電させる。

これにより、過電流の大きさに応じて、コンデンサを充電（又は放電）する電流が流れる充電ラインの数を異ならせることができる。これにより、コンデンサの充電速度（又は放電速度）を、過電流の大きさに応じて複数段階に異ならせることができる。

上記の過電流保護装置は、前記検出閾値が互いに異なる電流検出部を３つ以上備えることが好ましい。

これにより、過電流の大きさを３段階以上で検出できるので、これに応じてコンデンサの充電速度（又は放電速度）を３段階以上で異ならせることができる。本願発明の場合、電流検出部を多数設けたとしても、遅延時間生成部は１つで済むので、コストを抑えることができる。

上記の過電流保護装置は、以下のように構成することもできる。即ち、前記電流検出部は、検出した前記過電流の大きさに応じて、出力する前記検出信号のデューティ比を異ならせる。

このように、検出信号のデューティ比を異ならせることで、コンデンサの充電速度（又は放電速度）を異ならせることができる。

上記の前記電流検出部は、検出した前記過電流の大きさに応じて、前記デューティ比を無段階に異ならせることが好ましい。

これにより、過電流の大きさに応じて、遅延時間を無段階に変化させることができる。

本発明の別の観点によれば、上記の過電流保護装置と、前記負荷と、を備える舶用電気機器が提供される。

即ち、船舶に搭載される機器は、風や波の影響によって負荷変動が生じ易い。そこで、本発明の過電流保護装置によって、負荷変動に起因して生じる過電流から機器を良好に保護できる。

本発明の第１実施形態に係る過電流保護装置を備えたレーダ装置のブロック図。 第１実施形態の検出閾値と遅延時間との関係を示す図。 本発明の第２実施形態に係るレーダ装置のブロック図。 第２実施形態におけるコンパレータの出力端子の電圧変化を示す図。 従来の過電流保護装置を備えた電気機器のブロック図。 過電流の大きさと遅延時間の関係を示す図。

次に、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１に示すのは、本発明の第１実施形態に係る舶用電気機器としてのレーダ装置１の構成を示すブロック図である。

レーダ装置１は、負荷１１と、平滑コンデンサ２５と、過電流保護装置２６を備えている。

負荷１１は、直流電源１０によって駆動される。本実施形態の負荷１１としては、レーダ装置１が備えるレーダアンテナを回転駆動するための電動モータを想定している。ただし、負荷１１としてはこれに限らず、電源１０によって駆動されるものであれば良い。なお、船舶においては、電源１０として一般的にバッテリーが用いられる。ただし、電源１０としてはこれに限らず、例えば発電機や整流器等を用いる構成であっても良い。

平滑コンデンサ２５は、負荷１１と並列に接続されている。例えばレーダアンテナが風を受けた場合などは、当該レーダアンテナを回転駆動する電動モータ（負荷１１）に負荷変動が生じる。このような場合に平滑コンデンサ２５から放電することにより、電圧が不安定になることを防ぐ。平滑コンデンサ２５の負側の端子は、電流検出用抵抗２７を介して接地されている。

過電流保護装置２６は、制御部１３と、複数の電流検出部２８ａ，２８ｂ，２８ｃ……と、遅延時間生成部２９と、信号生成部１８と、を備えている。

制御部１３は、電源１０から負荷１１への電流供給ライン上に配置されている。制御部１３は、所定のトリガ信号が入力された場合に、電源１０と負荷１１の間を遮断し、負荷１１への電流の供給を中断させるように構成されている。信号生成部１８は、所定の制御信号が入力された場合に、制御部１３に対して前記トリガ信号を出力するように構成されている。

図１では、２つの電流検出部２８ａ，２８ｂのみを具体的に示しているが、図中に点線で示しているように、電流検出部を３つ、或いはそれ以上、並列で設けることができる。複数の電流検出部２８ａ，２８ｂ，２８ｃ……は、互いに類似の構成となっている。以下では、電流検出部２８ａを代表させて説明し、他の電流検出部２８ｂ，２８ｃ……についての説明を省略する場合がある。

電流検出部２８ａは、コンパレータ３０と、閾値設定用抵抗３１と、を備えている。

コンパレータ３０の反転入力端子は、抵抗を介して接地されている。コンパレータ３０の非反転入力端子は、閾値設定用抵抗３１を介して、平滑コンデンサ２５の負側の端子に接続されている。また、コンパレータ３０の非反転入力端子には、参照電圧Ｖｒｅｆが抵抗を介して接続されている。なお、このコンパレータ３０の出力はオープンコレクタである。

次に、電流検出部２８ａの動作について説明する。負荷１１に過電流が流れていない場合、コンパレータ３０の非反転入力端子は、反転入力端子よりも高圧となるので、当該コンパレータ３０の出力端子はオープンとなる。

負荷１１に負荷変動が生じ、当該負荷１１に過電流が流れた場合は、平滑コンデンサ２５が放電して電流検出用抵抗２７に電流が流れる。これにより、平滑コンデンサ２５の負側端子の電圧が低下し、閾値設定用抵抗３１に電流が流れるので、コンパレータ３０の非反転入力端子の電圧が低下する。負荷１１に流れる過電流が所定の検出閾値を超えると、コンパレータ３０の非反転入力端子の電圧が反転入力端子の電圧を下回る。これにより、コンパレータ３０の出力端子が電圧０［Ｖ］となる。

以上のように、電流検出部２８ａは、所定の検出閾値を超えた過電流が負荷１１に流れたときに、これを検出して、コンパレータ３０の出力端子の電圧を０［Ｖ］とするように構成されている。そこで、電流検出部２８ａが備えるコンパレータ３０の出力端子の電圧が０［Ｖ］になったことを、当該電流検出部２８ａが過電流を検出したことを示す検出信号と考えることができる。

他の電流検出部２８ｂ，２８ｃ……も同様に、所定の検出閾値を超えた過電流が負荷１１に流れたときに、これを検出して、コンパレータ３０の出力端子を電圧０［Ｖ］とするように構成されている。

各電流検出部２８ａ，２８ｂ，２８ｃ……の検出閾値は、閾値設定用抵抗３１の抵抗値と、参照電圧Ｖｒｅｆの大きさ等によって決まる。本実施形態の過電流保護装置２６では、複数の電流検出部２８ａ，２８ｂ，２８ｃ……の閾値設定用抵抗３１の抵抗値を互いに異ならせている。これにより、複数の電流検出部２８ａ，２８ｂ，２８ｃ……には、それぞれ異なる検出閾値が設定されている。つまり、複数の電流検出部２８ａ，２８ｂ，２８ｃ……は、それぞれ異なる大きさの過電流を検出するように構成されている。

以下の説明では、電流検出部２８ａには第１検出閾値が、電流検出部２８ｂには第２検出閾値が、電流検出部２８ｃには第３検出閾値が……、それぞれ設定されているとする。閾値の大小関係は、第１検出閾値＜第２検出閾値＜第３検出閾値＜……とする。

続いて、遅延時間生成部２９について説明する。遅延時間生成部２９は、コンデンサ３３と、信号出力用トランジスタ３５と、ツェナーダイオード３６と、複数の充電ライン４０と、複数の充電用抵抗４１と、を備えている。

信号出力用トランジスタ３５は、ＰＮＰ型に構成されており、そのエミッタは直流電源Ｖ［Ｖ］に接続されている。信号出力用トランジスタ３５のエミッタとベースの間には抵抗３８が挿入されており、コレクタは信号生成部１８に接続されている。また、信号出力用トランジスタ３５のベースには、ツェナーダイオード３６のカソードが接続されている。

コンデンサ３３は、直流電源Ｖと、ツェナーダイオード３６のアノードと、の間に挿入されている。

充電ライン４０は、各電流検出部２８ａ，２８ｂ，２８ｃ……のコンパレータ３０の出力端子と、ツェナーダイオード３６のアノードと、を接続している。充電ライン４０は、電流検出部２８ａ，２８ｂ，２８ｃ……それぞれに対応して設けられている。充電用抵抗４１は、各充電ライン４０に配置されている。

続いて、遅延時間生成部２９の動作について説明する。第１検出閾値を超える過電流が負荷１１に流れたことを電流検出部２８ａが検出した場合、当該電流検出部２８ａのコンパレータ３０の出力端子は電圧０［Ｖ］となる（つまり、電流検出部２８ａが検出信号を出力する）。

これにより、当該出力端子に接続されている充電ライン４０を介して、コンデンサ３３を充電する電流が流れる。当該充電ライン４０には充電用抵抗４１が配置されているので、前記コンデンサ３３は、所定の時定数で徐々に充電されていく。

第１検出閾値を超えた過電流が負荷１１に流れ続けた場合、コンデンサ３３は徐々に充電されていき、やがて、当該コンデンサ３３の両極間の電圧がツェナーダイオード３６の降伏電圧（所定電圧）を超える。なお、電流検出部が電流を検出してから、コンデンサ３３の両極間の電圧がツェナーダイオード３６の降伏電圧を超えるまでの時間を、遅延時間と呼ぶ。

コンデンサ３３の両極間の電圧がツェナーダイオード３６の降伏電圧を超えると、当該ツェナーダイオード３６に電流が流れ、信号出力用トランジスタ３５のベース電圧が低下する。これにより、信号出力用トランジスタ３５がオンとなり、当該信号出力用トランジスタ３５のエミッタ−コレクタ間に電流が流れ、信号生成部１８に制御信号が出力される。

信号生成部１８は、遅延時間生成部２９から前記制御信号が入力されると、所定のトリガ信号を制御部１３に出力する。これにより、制御部１３によって電源１０が遮断されて、負荷１１への電流の供給が中断される。このように、制御部１３は、信号生成部１８が出力したトリガ信号に応じて、負荷１１への電流の供給を制限している。なお、このトリガ信号は、遅延時間生成部２９が出力した制御信号に応じて出力されるので、結局、制御部１３は、遅延時間生成部２９が出力した制御信号に応じて、負荷１１に流れる電流を制限していると言うことができる。

一方、第１検出閾値を超える過電流が負荷１１に流れていない場合（電流検出部２８ａが過電流を検出しない場合）、電流検出部２８ａのコンパレータ３０の出力端子はオープンとなる。この場合、当該出力端子に接続されている充電ライン４０には、コンデンサ３３を充電するための電流が流れない。

遅延時間生成部２９は、コンデンサ３３を所定の時定数で放電させる放電ライン（図略）を備えている。何れの電流検出部２８ａ，２８ｂ，２８ｃ……でも過電流が検出されなかった場合は、コンデンサ３３を充電するための電流は何れの充電ライン４０にも流れないので、当該コンデンサ３３は放電され続ける。この結果、信号出力用トランジスタ３５のベース−エミッタ間の電位差が小さくなり、当該信号出力用トランジスタ３５はオフになる。このように、負荷１１に過電流が流れていない場合は、信号出力用トランジスタ３５がオフとなるので、信号生成部１８に対して制御信号は出力されない。従ってこの場合、信号生成部１８は、制御部１３に対するトリガ信号が出力しないので、制御部１３は、負荷１１への電流の供給を遮断しない。

以上のように、本実施形態の過電流保護装置２６は、所定の検出閾値を超える過電流が、所定の遅延時間のあいだ継続して負荷１１に流れた場合のみ、電源１０を遮断するように構成されている。

本実施形態の過電流保護装置２６は、負荷１１に流れた過電流が大きいほど、コンデンサ３３を充電する電流が流れる充電ライン４０の数を多くする構成である。これによれば、過電流が大きいほど、コンデンサ３３を充電する際の時定数を小さくできるので、当該コンデンサ３３を早く充電することができる。

例えば、負荷１１を流れる電流が第１検出閾値より大きく、第２検出閾値以下であった場合は、電流検出部２８ａのみが過電流を検出する。この場合、コンデンサ３３を充電する電流は、電流検出部２８ａに接続されている充電ライン４０のみを流れる。

負荷１１を流れる電流が第２検出閾値を超えた場合、電流検出部２８ａに加えて、電流検出部２８ｂが過電流を検出する。この場合、コンデンサ３３を充電する電流は、電流検出部２８ａに接続されている充電ライン４０と、電流検出部２８ｂに接続されている充電ライン４０と、の２本の充電ライン４０を流れることができる。従って、コンデンサ３３をより早く充電できるため、遅延時間がより短くなる。

同様に、負荷１１を流れる電流が第３検出閾値を超えた場合は、電流検出部２８ａと電流検出部２８ｂに加えて、更に電流検出部２８ｃが過電流を検出する。従って、この場合は３本の充電ライン４０によってコンデンサ３３を充電できるため、コンデンサ３３の充電速度が更に速くなり、遅延時間が更に短くなる。

このように、本実施形態の過電流保護装置２６は、負荷１１に流れた過電流が大きければ大きいほど、コンデンサ３３を早く充電する（遅延時間を短くする）ことができる。本実施形態における過電流の大きさと遅延時間との関係を、図２に示す。

過電流が大きいほど遅延時間を短くすることができるので、例えば短絡などの機器異常によって大きな過電流が負荷１１に流れた場合には、過電流保護装置２６は、電源１０を即座に遮断する。これにより、異常な過電流から回路を保護できる。また、小さな過電流であっても、ある程度の期間継続して負荷１１に流れた場合には、過電流保護装置２６は、電源１０を遮断する。これにより、継続的に流れる過電流から、回路を保護できる。

なお、各充電ライン４０に配置されている充電用抵抗４１の抵抗値は、所望の時定数を実現できるように適宜設定すれば良く、例えば各充電用抵抗４１の抵抗値が互いに異なっていても良い。これによれば、コンデンサ３３を充電する際の時定数を、過電流の大きさに応じて自由に設定することができる。従って、過電流の大きさに応じて遅延時間を適切に設定することができ、回路をより適切に保護できる。

以上で説明したように、本実施形態の過電流保護装置２６は、複数の電流検出部２８ａ，２８ｂ，２８ｃ……と、遅延時間生成部２９と、制御部１３と、を備えている。電流検出部２８ａ，２８ｂ，２８ｃ……は、負荷１１に流れた過電流の大きさに応じて所定の検出信号を出力する。遅延時間生成部２９は、前記検出信号に応じてコンデンサ３３を充電させるとともに、当該コンデンサが所定電圧まで充電されたときに、所定の制御信号を出力する。制御部１３は、負荷１１に流れる電流を、前記制御信号に応じて制御する。そして、この過電流保護装置２６は、遅延時間生成部２９のコンデンサ３３の充電速度を、過電流の大きさに応じて異ならせている。

従来は、遅延時間生成部のコンデンサの充電速度（又は放電速度）が固定であったため、遅延時間を異ならせるためには複数の遅延時間生成部が必要であった。これに対し、本実施形態の構成によれば、１つのコンデンサ３３の充電速度を異ならせることにより、異なる遅延時間を実現できる。これにより、１つの遅延時間生成部２９によって、異なる遅延時間を実現できる。遅延時間生成部２９が１つで良いので、部品や温度のバラつきによって遅延時間がバラつくことを防止できるとともに、部品点数を削減して過電流保護装置２６のコストを削減できる。

また、本実施形態の過電流保護装置２６は、過電流の検出閾値が異なる複数の電流検出部２８ａ，２８ｂ，２８ｃ……を備えている。遅延時間生成部２９は、コンデンサ３３を充電する電流が流れる充電ライン４０、及び充電ライン４０上に配置された充電用抵抗４１を、複数の電流検出部２８ａ，２８ｂ，２８ｃ……に対応して複数有している。そして、遅延時間生成部２９は、過電流を検出した電流検出部に対応した充電ライン４０を介して、コンデンサ３３を充電させている。

これにより、過電流の大きさに応じて、コンデンサ３３を充電する電流が流れる充電ライン４０の数を異ならせることができる。これにより、コンデンサ３３の充電速度を、過電流の大きさに応じて複数段階に異ならせることができる。

そして、本実施形態の過電流保護装置２６は、検出閾値が互いに異なる電流検出部２８ａ，２８ｂ，２８ｃ……を３つ以上備えている。これにより、過電流の大きさを３段階以上で検出できるので、これに応じてコンデンサ３３の充電速度を３段階以上で異ならせることができる。本実施形態の場合、電流検出部を多数設けたとしても、遅延時間生成部２９は１つで済むので、コストを抑えることができるのである。

次に、本発明の第２実施形態について、図３を参照して説明する。なお、以下の説明において、上記第１実施形態と同一又は類似については、図面に同一の符号を付して説明を省略する場合がある。

上記第１実施形態の過電流保護装置２６は、複数の電流検出部２８ａ，２８ｂ，２８ｃ……を設けることにより、過電流の大きさに応じてコンデンサ３３の充電速度を異ならせていた。これ対し、以下で説明する第２実施形態の過電流保護装置４６は、電流検出部４８を１つだけ備えている。

この第２実施形態の電流検出部４８も、上記第１実施形態と同様にコンパレータ３０を備えている。本実施形態の電流検出部４８は、コンパレータ３０の出力端子の電圧を、図４に示すように、電圧０［Ｖ］と、それ以外の電圧（オープン）と、の間で周期的に変化させるように構成されている。言い換えると、第２実施形態の電流検出部４８は、検出信号（０［Ｖ］）を断続的に繰り返し出力する。なお、コンパレータ３０の出力端子の電圧変化の１周期Ｔにおいて、当該出力端子の電圧が０［Ｖ］になっている期間τ２の割合（電流検出部４８が検出信号を出力する期間の割合）を、検出信号のデューティ比と呼ぶことがある。

この第２実施形態の遅延時間生成部２９も、充電ライン４０を備えている。充電ライン４０は、前記コンパレータ３０の出力端子に接続されている。なお、第２実施形態では電流検出部４８が１つだけなので、充電ライン４０も１本のみとなっている。

第１実施形態と同様に、第２実施形態の遅延時間生成部２９は、コンパレータ３０の出力端子が電圧０［Ｖ］になったとき（電流検出部４８から検出信号が出力されたとき）に、充電ライン４０を介してコンデンサ３３を充電する。また、遅延時間生成部２９は、コンパレータ３０の出力端子がオープンとなったときには、コンデンサ３３を放電する。本実施形態のコンパレータ３０の出力端子は電圧０［Ｖ］とオープンを交互に繰り返すので（図４）、コンデンサ３３は充電と放電を繰り返すことになる。

コンパレータの出力端子が電圧０［Ｖ］となる期間τ２の割合が、オープンとなる期間τ１の割合に比べて大きいほど（検出信号のデューティ比（τ２／Ｔ）が大きいほど）、コンデンサ３３が早く充電される。従って、検出信号のデューティ比（τ２／Ｔ）を変化させることで、コンデンサ３３の充電速度を変化させることができる。

そこで、本実施形態の電流検出部４８は、負荷１１に流れた過電流の大きさに応じて、検出信号のデューティ比を変化させるように構成されている。

具体的には以下のとおりである。第２実施形態の電流検出部４８は、Ｖ−Ｆコンバータ４９を備えている。Ｖ−Ｆコンバータ４９は、平滑コンデンサ２５の負側の端子の電圧を検出し、当該電圧に応じた周期で電圧が変化する周期信号を出力するように構成されている。

Ｖ−Ｆコンバータ４９が出力した周期信号は、コンパレータ３０の非反転入力端子に入力される。一方、コンパレータ３０の反転入力端子には、閾値を設定するための参照電圧Ｖｒｅｆが抵抗を介して接続されている。Ｖ−Ｆコンバータ４９の周期信号がコンパレータ３０の非反転入力端子に入力されることにより、当該非反転入力端子の電圧が、前記閾値（反転入力端子の電圧）を挟んで上下する。これにより、当該コンパレータ３０の出力端子は、Ｖ−Ｆコンバータ４９が出力した周期信号の周期で、オープンの状態と、電圧が０［Ｖ］の状態と、を交互に繰り返す（図４）。

Ｖ−Ｆコンバータ４９は、負荷１１に流れた過電流の大きさが大きいほど、出力する周期信号の周期を長くするように構成されている。従って、本実施形態の負荷１１に流れた過電流が大きいほど、コンパレータ３０の出力端子の電圧変化の周期Ｔが長くなる。なお、本実施形態では、電圧変化の周期Ｔにかかわらず、コンパレータの出力端子がオープンになる期間τ１は一定としている。従って、負荷１１に流れた過電流が大きいほど、コンパレータ３０の出力端子が電圧０［Ｖ］になる期間τ２は長くなる。このように、本実施形態の電流検出部４８は、負荷１１に流れた過電流が大きいほど、検出信号のデューティ比（τ２／Ｔ）を大きくするように構成されている。

従って、遅延時間生成部２９のコンデンサ３３は、負荷１１に流れた過電流が大きいほど、早く充電される。以上の構成により、負荷１１に流れた過電流が大きいほど、遅延時間を短くすることができる。

以上のように、本実施形態の過電流保護装置４６によれば、１つの電流検出部４８と、１つの遅延時間生成部２９により、負荷１１に流れた過電流に応じて遅延時間を変化させることができる。電流検出部と遅延時間生成部それぞれ１つで済むので、従来に比べて安価に過電流保護装置４６を構成できる。また、回路構成もシンプルとなり、部品や温度のバラつきの影響を受けにくくなる。これにより、遅延時間のバラつきが小さくなるので、制御部１３の設計マージンを小さくすることができる。従って、回路を小型化し、コストを削減できる。

また、本実施形態のＶ−Ｆコンバータ４９は、負荷１１に流れた過電流の大きさに応じて、出力する周期信号の周期を無段階に変化させるように構成されている。従って、本実施形態の電流検出部４８は、負荷１１に流れた過電流の大きさに応じて、検出信号のデューティ比を無段階に変化させることができる。

この第２実施形態の過電流保護装置４６の構成によれば、図６（ｂ）のように、過電流の大きさに応じて遅延時間を無段階に変化させた理想的な特性を実現できる。これにより、制御部１３の設計マージンが不要となるため、回路の更なる小型化が期待できる。

以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。

上記実施形態の説明において、電流検出部、遅延時間生成部、信号生成部等の回路構成を具体的に示したが、これに限定するものではない。電流検出部、遅延時間生成部、信号生成部等の回路構成は、適宜変更できる。

上記実施形態において、遅延時間生成部２９は、コンデンサ３３が所定電圧まで充電されたときに、信号生成部１８に対して制御信号を出力する構成とした。これに代えて、遅延時間生成部２９は、コンデンサ３３を予め充電しておき、当該コンデンサ３３が所定電圧まで放電されたときに、信号生成部１８に対して制御信号を出力する構成としても良い。

上記実施形態では、制御部１３は、遅延時間生成部２９が出力した制御信号に応じて、電源１０と負荷１１の間を遮断し、負荷１１への電流の供給を中断させる構成とした。しかしこれに限らず、例えば、制御部１３は、制御信号に応じて負荷１１にかける電圧を低下させ、負荷１１へ供給する電流を小さくすることにより、負荷１１に流れる電流を制限する構成であっても良い。要は、負荷１１に過電流が流れたことが検出された場合に、負荷１１に流れる電流を制限又は制御できる構成であれば良い。

第１実施形態では、複数の電流検出部２８ａ，２８ｂ，２８ｃ……において、閾値設定用抵抗３１の抵抗値を互いに異ならせることで、複数の検出閾値を実現している。これに代え、あるいはこれに加えて、複数の電流検出部２８ａ，２８ｂ，２８ｃ……において、参照電圧Ｖｒｅｆをそれぞれ異ならせることにより、複数の検出閾値を実現してもよい。

第１実施形態の説明において、電流検出部を３つ以上設けることができるとしたが、電流検出部が２つのみであっても本発明の効果を得ることができる。

第２実施形態において、電流検出部４８は、負荷１１に流れた過電流の大きさに応じて、コンパレータ３０の電圧変化の周期Ｔを変化させるものとした。しかしこれに限らず、周期Ｔは一定に保ったままで、コンパレータ３０の出力端子がオープンになる期間τ１と、当該出力端子が電圧０［Ｖ］になる期間（検出信号を出力する期間）τ２を、それぞれ変化させても良い。要は、負荷１１に流れた過電流の大きさに応じて、検出信号のデューティ比（τ２／Ｔ）を変化させることができれば良い。

第２実施形態において、電流検出部は、負荷１１に流れた過電流の大きさに応じて、デューティ比を無段階に変化させるものとしたが、これに限定されるわけではなく、負荷１１に流れた過電流の大きさに応じてデューティ比を段階的に変化させる構成であっても良い。

上記実施形態では、コンパレータ３０の出力はオープンコレクタであることを想定しているが、これに限らない。例えば、出力がオープンコレクタではないコンパレータを採用した場合であっても、当該コンパレータの出力にトランジスタを追加することにより、上記実施形態と同様の効果を実現できる。

上記実施形態において、充電ライン４０には充電用抵抗４１が配置されているが、充電ライン４０自体が適切な抵抗値を有していれば充電用抵抗４１を省略しても良い。

本願発明は、レーダ装置に限らず、その他の舶用電気機器に適用できる。もっとも、本願発明の過電流保護装置は、舶用電気機器に限らず、その他の電気機器の過電流保護に広く利用することができる。

１ レーダ装置（舶用電気機器）
１１ 負荷
２６ 過電流保護装置
２８ａ，２８ｂ… 電流検出部
２９ 遅延時間生成部
３３ コンデンサ

Claims (7)

1. 負荷に流れた過電流の大きさに応じて所定の検出信号を出力する電流検出部と、
   前記検出信号に応じてコンデンサを充電又は放電させるとともに、当該コンデンサが所定電圧まで充電又は放電されたときに、所定の制御信号を出力する遅延時間生成部と、
   前記負荷に流れる電流を、前記制御信号に応じて制御する制御部と、
   を備え、
   前記遅延時間生成部の前記コンデンサの充電速度又は放電速度を、前記過電流の大きさに応じて異ならせることを特徴とする過電流保護装置。
2. 請求項１に記載の過電流保護装置であって、
   前記電流検出部が検出した前記過電流が大きいほど、前記コンデンサの充電速度又は放電速度を早くすることを特徴とする過電流保護装置。
3. 請求項１又は２に記載の過電流保護装置であって、
   前記過電流の検出閾値が異なる複数の電流検出部を備え、
   前記遅延時間生成部は、前記コンデンサを充電又は放電する電流が流れる充電ラインを、前記複数の電流検出部に対応して複数有しており、
   前記遅延時間生成部は、前記過電流を検出した電流検出部に対応した充電ラインを介して前記コンデンサを充電又は放電させることを有することを特徴とする過電流保護装置。
4. 請求項３に記載の過電流保護装置であって、
   前記検出閾値が互いに異なる電流検出部を３つ以上備えることを特徴とする過電流保護装置。
5. 請求項１又は２に記載の過電流保護装置であって、
   前記電流検出部は、検出した前記過電流の大きさに応じて、出力する前記検出信号のデューティ比を異ならせることを特徴とする過電流保護装置。
6. 請求項５に記載の過電流保護装置であって、
   前記電流検出部は、検出した前記過電流の大きさに応じて、前記デューティ比を無段階に異ならせることを特徴とする過電流保護装置。
7. 請求項１から６までの何れか一項に記載の過電流保護装置と、
   前記負荷と、
   を備えることを特徴とする舶用電気機器。

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