JP7396240B2 - 過電流保護回路 - Google Patents

Description

本開示は、過電流保護回路に関する。

電源と、電源から電力の供給を受ける負荷とを含む回路には、短絡等の原因により電源又は負荷に過電流が流れることを防止する過電流保護回路が設けられることがある。例えば、特許文献１は、アーク溶接電源の出力過電流保護装置を開示している。一方、制御盤、配電盤等の制御機器には、過電流が生じた場合に、電気回路を遮断（トリップ）する等して負荷を保護するためのサーキットプロテクタが設けられることが多い。

特開平４－２２０１７２号公報

特許文献１に開示されたアーク溶接電源の出力過電流保護装置は、アーク溶接電源の保護には有用である。しかしながら、制御盤、配電盤等の制御機器では、電源の故障を防止する過電流保護装置が動作したことにより、電源からの出力電流がサーキットプロテクタを動作させるのに十分な値まで上昇せず、サーキットプロテクタが機能しないことがある。過電流が生じた場合に電源、負荷等の回路を保護するためには、出力電流を遮断する手段を採用するだけでなく、出力電流を電源、負荷等の回路を故障させない程度に調節することも有用である。

本発明の目的は、電源、負荷等の回路の故障リスクを低減させることができる過電流保護回路を提供することにある。

本開示の一態様に係る過電流保護回路は、
直流電源回路から出力される直流電力によって駆動される負荷を保護するための過電流保護回路であって、
前記過電流保護回路は、
前記直流電源回路から前記負荷に流れる出力電流を検出する電流検出部と、
前記出力電流に対する所定のしきい値を設定するしきい値設定部と、
前記出力電流が前記しきい値を超えるときの過電流期間を計時する計時部と、
前記出力電流が前記しきい値を超えるときに、前記出力電流が前記しきい値以下となるように前記直流電源回路を制御する制御部とを備え、
前記しきい値設定部は、前記過電流期間が所定の時間期間を超えたときに、前記しきい値を、当該しきい値よりも小さい設定値に変更する。

本開示に係る過電流保護回路によれば、電源、負荷等の回路の故障リスクを低減させることができる。

本開示の第１実施形態に係る電源システムの構成例を示す回路図である。 図１の過電流保護回路の動作例を示すグラフである。 過電流期間を含む期間における、図１のＡＣＤＣコンバータの出力電流と時刻との関係を模式的に示すグラフである。 本開示の第２実施形態に係る電源システムの構成例を示す回路図である。 図４の過電流保護回路の動作例を示すグラフである。 本開示の第３実施形態に係る電源システムの構成例を示す回路図である。 図６の過電流保護回路の動作例を示すグラフである。

以下、添付の図面を参照して本開示に係る過電流保護回路の実施形態を説明する。なお、以下の実施形態において、同一又は同様の構成要素については同一の符号を付している。

１．第１実施形態
１－１．構成例
１－１－１．全体構成例
図１は、本開示の第１実施形態に係る電源システム１００の構成例を示す回路図である。電源システム１００は、交流電源装置１と、ＡＣＤＣコンバータ２と、サーキットプロテクタ３と、過電流保護回路４とを備える。電源システム１００は、負荷Ｌに電力を供給する。

交流電源装置１は、ＡＣＤＣコンバータ２に交流電力を供給する。例えば、交流電源装置１は、商用電源である。あるいは、交流電源装置１は、直流電源装置と、直流電源装置から供給された直流電流を交流電流に変換するインバータ回路とを備えるものであってもよい。

ＡＣＤＣコンバータ２は、交流電源装置１から供給された交流電力を用いて直流電力を生成する。ＡＣＤＣコンバータ２の出力電圧は、Ｖｏである（図２参照）。ＡＣＤＣコンバータ２は、本開示の「直流電源回路」の一例である。直流電源回路は、例えば、直流安定化電源回路又は直流非安定化電源回路である。図示しないが、ＡＣＤＣコンバータ２は、例えば、交流電源装置１から供給された交流電力の電圧を変圧するトランス等の変圧器と、交流電力を直流電力に変換する整流回路と、整流回路によって整流された電圧を平滑化する平滑回路とを含むトランス式の回路である。ＡＣＤＣコンバータ２は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御等の制御手段によりスイッチング素子のオン／オフを制御するスイッチング方式の回路で構成されてもよい。

サーキットプロテクタ３は、短絡等の故障による過電流が生じた場合に、電気回路を遮断（トリップ）する等して負荷Ｌを保護する過電流保護装置である。サーキットプロテクタ３は、例えばＡＣＤＣコンバータ２と負荷Ｌとの間に配置される。

過電流保護回路４は、短絡電流等の過電流から負荷Ｌを保護するための回路である。過電流保護回路４は、本開示の「第１の過電流保護回路」の一例であり、サーキットプロテクタ３は、本開示の「第２の過電流保護回路」の一例である。過電流保護回路４は、電流検出部４１と、電流電圧変換回路４２と、しきい値設定部４３と、比較器４４と、制御信号伝達回路４５と、ＡＣＤＣコンバータ制御部４６とを備える。

電流検出部４１は、ＡＣＤＣコンバータ２から出力される出力電流を検出する。例えば、電流検出部４１は、シャント抵抗器である。電流検出部４１は、例えばＡＣＤＣコンバータ２と負荷Ｌとの間に配置される。電流電圧変換回路４２は、ＡＣＤＣコンバータ２から出力される出力電流を電圧に変換する回路である。電流電圧変換回路４２は、変換した電圧を増幅する増幅器を含んでもよい。電流電圧変換回路４２は、比較器４４の非反転入力端子に、変換した電圧Ｖ_ＤＥＴを出力する。

しきい値設定部４３は、出力電流に対する所定のしきい値を設定する回路である。図１に示した例では、しきい値設定部４３は、このようなしきい値の一例として、しきい値電圧Ｖｔｈを出力する。しきい値設定部４３の詳細については後述する。

比較器４４は、ＡＣＤＣコンバータ２から出力された出力電流と、しきい値設定部４３により設定されたしきい値とを比較し、比較結果を示す出力信号を出力する比較回路である。図１に示した例では、比較器４４は、非反転入力端子と、反転入力端子と、出力端子とを備える。比較器４４の非反転入力端子には、電流電圧変換回路４２から出力された電圧Ｖ_ＤＥＴが入力される。比較器４４の反転入力端子には、しきい値設定部４３から出力されたしきい値電圧Ｖｔｈが入力される。比較器４４は、非反転入力端子に入力された電圧Ｖ_ＤＥＴと、反転入力端子に入力された電圧Ｖｔｈとを比較し、どちらが大きいかを示す出力電圧を出力する。例えば、比較器４４は、Ｖ_ＤＥＴ＞Ｖｔｈである場合、すなわち、過電流である場合、Ｈｉｇｈ（Ｈ）レベル信号を出力し、Ｖ_ＤＥＴ≦Ｖｔである場合、Ｌｏｗ（Ｌ）レベル信号を出力する。逆に、比較器４４は、Ｖ_ＤＥＴ＞Ｖｔｈである場合にＬレベル信号を出力し、Ｖ_ＤＥＴ≦Ｖｔである場合にＨレベル信号を出力するものであってもよい。しかしながら、本開示はこれに限定されず、比較器は、例えば２つの入力電流の大小を比較するものであってもよい。

制御信号伝達回路４５は、比較器４４の出力信号をＡＣＤＣコンバータ制御部４６に伝達する回路である。例えば、制御信号伝達回路４５は、フォトカプラである。制御信号伝達回路４５としてフォトカプラを用いると、制御信号伝達回路４５の前段回路と、後段回路であるＡＣＤＣコンバータ制御部４６とを絶縁することができる。しかしながら、本開示はこれに限定されず、制御信号伝達回路４５は、制御信号伝達回路４５の前段回路と、後段回路であるＡＣＤＣコンバータ制御部４６とを電気的に接続して信号を伝達するものであってもよい。

ＡＣＤＣコンバータ制御部４６は、制御信号伝達回路４５を介して比較器４４から入力された信号に基づいて、ＡＣＤＣコンバータ２の出力電流を制御する。例えば、ＡＣＤＣコンバータ制御部４６は、ＡＣＤＣコンバータ２の出力電圧を制御することによって、出力電流を制御する。このような制御の一例として、ＡＣＤＣコンバータ制御部４６は、ＡＣＤＣコンバータ２から出力された出力電流が、しきい値設定部４３により設定されたしきい値を超えるときに、出力電流がしきい値以下となるようにＡＣＤＣコンバータ２を制御する。例えば、ＡＣＤＣコンバータ制御部４６は、出力電流がしきい値に等しくなるように、ＡＣＤＣコンバータ２をフィードバック制御する。図１の例では、ＡＣＤＣコンバータ制御部４６は、Ｖ_ＤＥＴ＝ＶｔｈとなるようにＡＣＤＣコンバータ２をフィードバック制御する。ＡＣＤＣコンバータ制御部４６は、本開示の「制御部」の一例である。

１－１－２．しきい値設定部の構成例
図１において、しきい値設定部４３は、基準電圧電源４３１と、電圧減衰回路４３２と、電圧減衰値設定回路４３３と、タイマ回路４３４とを備える。基準電圧電源４３１は、所定の基準電圧Ｖ１を出力する定電圧源である。

電圧減衰回路４３２は、例えば基準電圧Ｖ１を分圧して、基準電圧Ｖ１を減衰させる回路である。図１に示した例では、電圧減衰回路４３２は、抵抗Ｒ１と、抵抗Ｒ１に直列に接続された抵抗Ｒ２とを備える。抵抗Ｒ１の一端は基準電圧電源４３１に接続され、他端は、接続点Ａにおいて抵抗Ｒ２の一端に接続されている。抵抗Ｒ２の他端は、接地されている。接続点Ａは、比較器４４の反転入力端子に接続されている。電圧減衰回路４３２は、接続点Ａから、比較器４４の反転入力端子に対して、しきい値電圧Ｖｔｈを出力する。

電圧減衰値設定回路４３３は、電圧減衰回路４３２による基準電圧Ｖ１の減衰値又は減衰の程度を設定するための回路である。電圧減衰値設定回路４３３は、接続点Ａと接地電圧との間に直列接続された、抵抗Ｒ３とスイッチング素子Ｑ１とを備える。スイッチング素子Ｑ１は、タイマ回路４３４の出力信号電圧に応じて、スイッチング素子Ｑ１と接地電圧との間の接続（オン）と非接続（オフ）とを切り換える。スイッチング素子Ｑ１は、例えばＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）、バイポーラトランジスタ等のトランジスタである。図示の例では、スイッチング素子Ｑ１は、ＭＯＳＦＥＴであり、タイマ回路４３４の出力端子は、スイッチング素子Ｑ１のゲートに接続されている。ＭＯＳＦＥＴのゲートは、本開示のスイッチング素子の制御端子の一例である。しかしながら、本開示はこれに限定されず、スイッチング素子Ｑ１は、機械式の開閉器であってもよい。

スイッチング素子Ｑ１がオン、オフであるときの接続点Ａにおけるしきい値電圧ＶｔｈをそれぞれＶｔｈ（ＯＮ）、Ｖｔｈ（ＯＦＦ）とすると、Ｖｔｈ（ＯＮ）＜Ｖｔｈ（ＯＦＦ）の関係が成立する。

上記のＶｔｈ（ＯＦＦ）及びＶｔｈ（ＯＮ）は、抵抗の数を変更する等の回路の設計変更を行うことにより、所望の値に設定することができる。

タイマ回路４３４は、出力電流がしきい値を超えるときの過電流期間を計時する回路である。タイマ回路４３４は、本開示の「計時部」の一例である。タイマ回路４３４は、比較器４４の出力信号が、過電流を表すＨレベル信号（又はＬレベル信号）である時間的な期間（過電流期間）を計時する。タイマ回路４３４は、過電流期間が所定の期間ｔ_ｔｈを超えたときに、スイッチング素子Ｑ１をオンにする。タイマ回路４３４は、初期状態及び過電流期間が所定の期間ｔ_ｔｈを超えていないときには、スイッチング素子Ｑ１をオフにする。

上記のように、過電流期間が所定の期間ｔ_ｔｈを超えたときに、スイッチング素子Ｑ１をオンにされて抵抗Ｒ３が接地されることにより、接続点Ａにおけるしきい値電圧Ｖｔｈは、Ｖｔｈ（ＯＦＦ）からＶｔｈ（ＯＮ）に変化する。このように、しきい値設定部４３は、過電流期間が所定の期間ｔ_ｔｈを超えたときに、しきい値電圧Ｖｔｈ（ＯＦＦ）を、当該しきい値電圧よりも小さい設定値Ｖｔｈ（ＯＮ）に変更する。

タイマ回路４３４は、例えばエイブリック株式会社のＳ８０９ｘｘＣシリーズに含まれる遅延回路によって実現される。

１－２．動作例
図２は、図１の過電流保護回路４の動作例を示すグラフである。図２のグラフの横軸はＡＣＤＣコンバータ２の出力電流を表し、縦軸はＡＣＤＣコンバータ２の出力電圧を表している。図２において、Ｉ_Ｒは、負荷Ｌの定格電流を表す。

図２において実線で示したグラフは、過電流期間の初期期間における出力電流－出力電圧特性を示している。「初期期間」とは、過電流となった時刻ｔ０から、その後の時刻ｔ１までの時間期間を表す。例えば、前述のタイマ回路４３４における所定の期間ｔ_ｔｈは、ｔ_ｔｈ＝ｔ１－ｔ０となるように設計される。

これに対して、図２において一点鎖線で示したグラフは、時刻ｔ１以降の過電流期間における出力電流－出力電圧特性を示している。図３は、上記のような過電流期間を含む期間におけるＡＣＤＣコンバータ２の出力電流と時刻ｔとの関係を模式的に示すグラフである。図３において、時刻ｔ＝０は、ＡＣＤＣコンバータ２が負荷Ｌに電力供給を開始した時刻を表す。

（初期期間）
図１～図３を参照して、初期期間における過電流保護回路４の動作例を説明する。図２の実線部及び図３に示すように、例えば時刻ｔ０において負荷Ｌにおいて短絡が発生し、負荷Ｌに過電流が流れた場合、ＡＣＤＣコンバータ制御部４６は、ＡＣＤＣコンバータ２を制御して、出力電流を第１のしきい値電流Ｉ_ｔｈ１とする。第１のしきい値電流Ｉ_ｔｈ１は、例えば定格電流Ｉ_Ｒの１７０％に設計される。この動作の具体例は、例えば次の通りである。

図１において、電流検出部４１は、ＡＣＤＣコンバータ２から負荷Ｌに流れる出力電流を検出し、電流電圧変換回路４２が、検出された電流を電圧Ｖ_ＤＥＴに変換する。比較器４４は、Ｖ_ＤＥＴと、しきい値設定部４３から出力されたしきい値電圧Ｖｔｈ（ＯＦＦ）とを比較し、どちらが大きいかを示す出力電圧を出力する。例えば、比較器４４は、Ｖ_ＤＥＴ＞Ｖｔｈ（ＯＦＦ）である場合、すなわち、過電流である場合、過電流であることを示すＨレベル信号を出力する。次に、制御信号伝達回路４５が過電流であることを示すＨレベル信号をＡＣＤＣコンバータ制御部４６に伝達する。ＡＣＤＣコンバータ制御部４６は、ＡＣＤＣコンバータ２を制御して、Ｖ_ＤＥＴ＝Ｖｔｈ（ＯＦＦ）となるように出力電流を低下させる。しきい値設定部４３は、出力電流が第１のしきい値電流Ｉ_ｔｈ１となったときにＶ_ＤＥＴ＝Ｖｔｈ（ＯＦＦ）となるように設計されている。したがって、ＡＣＤＣコンバータ制御部４６は、出力電流が第１のしきい値電流Ｉ_ｔｈ１となるようにＡＣＤＣコンバータ２を制御することになる。

以上のような構成により、過電流保護回路４は、第１のしきい値電流Ｉ_ｔｈ１を超える電流が負荷Ｌに流れることを防止し、短絡電流等の過電流から負荷Ｌを保護することができる。

また、例えば、サーキットプロテクタ３は、サーキットプロテクタ３に第１のしきい値電流Ｉ_ｔｈ１が流れた場合に、ＡＣＤＣコンバータ２による負荷Ｌへの電流供給を遮断するように選択又は設計される。したがって、過電流保護回路４による電流制御により、サーキットプロテクタ３による電流遮断が行われないことはない。このように、過電流保護回路４は、出力電流を低減させて負荷Ｌを保護するのみならず、過電流状態においてサーキットプロテクタ３を動作させて、より確実に負荷Ｌを保護することができる。

（初期期間後の期間）
初期期間が経過し、時刻ｔ１になると、ＡＣＤＣコンバータ制御部４６は、ＡＣＤＣコンバータ２を制御して、出力電流を第２のしきい値電流Ｉ_ｔｈ２とする。第２のしきい値電流Ｉ_ｔｈ２は、例えば定格電流Ｉ_Ｒの１１０％に設計される。この動作の具体例は、例えば次の通りである。

前述の通り、タイマ回路４３４は、過電流期間を計時している。タイマ回路４３４は、過電流期間が所定の期間ｔ_ｔｈを超えたときに、スイッチング素子Ｑ１をオンにする。これにより、接続点Ａにおけるしきい値電圧Ｖｔｈは、Ｖｔｈ（ＯＦＦ）からＶｔｈ（ＯＮ）に変化する。ＡＣＤＣコンバータ制御部４６は、ＡＣＤＣコンバータ２を制御して、Ｖ_ＤＥＴ＝Ｖｔｈ（ＯＮ）となるように出力電流を低下させる。しきい値設定部４３は、出力電流が第２のしきい値電流Ｉ_ｔｈ２となったときにＶ_ＤＥＴ＝Ｖｔｈ（ＯＮ）となるように設計されている。したがって、ＡＣＤＣコンバータ制御部４６は、出力電流が第２のしきい値電流Ｉ_ｔｈ２となるようにＡＣＤＣコンバータ２を制御することになる。

以上のような構成により、過電流保護回路４は、過電流期間が所定の期間ｔ_ｔｈを超えたときに、出力電流を、第１のしきい値電流Ｉ_ｔｈ１よりも小さい第２のしきい値電流Ｉ_ｔｈ２に変更することができる。これにより、過電流保護回路４は、例えばサーキットプロテクタ３がない場合又は故障等により動作しない場合であっても、定格電流Ｉ_Ｒを大きく上回る電流が負荷Ｌに流れることを防止し、負荷Ｌの内部回路の発熱、ＡＣＤＣコンバータ２の故障等のリスクを低減することができる。

１－３．効果等
以上のように、過電流保護回路４は、電流検出部４１と、しきい値設定部４３と、タイマ回路４３４と、ＡＣＤＣコンバータ制御部４６とを備える。電流検出部４１は、ＡＣＤＣコンバータ２から負荷Ｌに流れる出力電流を検出する。しきい値設定部４３は、出力電流に対する所定のしきい値を設定する。タイマ回路４３４は、出力電流がしきい値を超えるときの過電流期間を計時する。ＡＣＤＣコンバータ制御部４６は、出力電流がしきい値を超えるときに、出力電流がしきい値以下となるようにＡＣＤＣコンバータ２を制御する。しきい値設定部４３は、過電流期間が所定の時間期間ｔ_ｔｈを超えたときに、しきい値を、当該しきい値よりも小さい設定値に変更する。

この構成により、過電流保護回路４は、しきい値設定部４３によって設定されたしきい値を超える電流が負荷Ｌに流れることを防止し、負荷Ｌ、ＡＣＤＣコンバータ２等の回路の故障リスクを低減することができる。また、過電流保護回路４は、過電流期間が所定の時間期間ｔ_ｔｈ以下であるときにはしきい値を高く設定し、所定の時間期間ｔ_ｔｈを超えたときに、しきい値を、当該しきい値よりも小さい設定値に変更する。これにより、過電流期間が所定の時間期間ｔ_ｔｈ以下であるときに、負荷Ｌの内部、又はＡＣＤＣコンバータ２と負荷Ｌとの間に設けられたサーキットプロテクタ３を動作させて、より確実に負荷Ｌを保護することができる。

ＡＣＤＣコンバータ制御部４６は、過電流期間において、出力電流がしきい値に等しくなるようにＡＣＤＣコンバータ制御部４６を制御してもよい。

前述の効果に加えて、このようなフィードバック制御を行うことにより、過電流保護回路４は、出力電流を時間的に安定させることができる。

過電流保護回路４が、サーキットプロテクタ３を動作させて、より確実に負荷Ｌを保護することができることについて説明する。電源自身に備えられた過電流保護回路は、過電流が生じた場合に、出力電流を制限するだけでなく、過負荷時におけるインピーダンス等の負荷の状況に応じて、出力電圧も低減（垂下）させるものが多い。また、電圧が所定の基準以下になると、断続的に出力のオンとオフとを切り換える間欠動作を電源に行わせる過電流保護回路も知られている。

間欠動作型の過電流保護回路を採用した場合、間欠動作時におけるオン時間と、オン時のピーク電流を安価な回路でコントロールすることは難しい。したがって、オン時間において確実にサーキットプロテクタをトリップさせることは困難である。間欠動作型の過電流保護回路は、負荷側に容量がある場合に起動できないおそれもある。

過電流が生じた場合に一定電流を流し続ける過電流保護回路は、間欠動作型のものと比較して、サーキットプロテクタを確実にトリップさせるように設計を行うことは容易である。しかしながら、サーキットプロテクタがトリップするしきい値電流を大きく設定すると、過電流が生じた場合に、負荷Ｌの内部回路の発熱、ＡＣＤＣコンバータ２の故障等のリスクがある。したがって、トリップするしきい値電流が大きいサーキットプロテクタは採用できない。

これに対して、過電流保護回路４は、間欠動作型ではなく、一定電流を流し続けるものの一種であるが、過電流期間が所定の時間期間ｔ_ｔｈ以下であるときにはしきい値を高く設定し、所定の時間期間ｔ_ｔｈを超えたときに、しきい値を、当該しきい値よりも小さい設定値に変更する。これにより、過電流期間が所定の時間期間ｔ_ｔｈ以下であるときに、負荷Ｌの内部、又はＡＣＤＣコンバータ２と負荷Ｌとの間に設けられたサーキットプロテクタ３を動作させて、より確実に負荷Ｌを保護することができる。このように動作することにより、過電流保護回路４は、しきい値設定部４３によって設定されたしきい値を超える電流が負荷Ｌに流れることをも防止し、負荷Ｌ、ＡＣＤＣコンバータ２等の回路の故障リスクを低減することができる。過電流保護回路４は、以上のような効果を安価な回路で実現できる。

２．第２実施形態
図４は、本開示の第２実施形態に係る電源システム２００の構成例を示す回路図である。図４の電源システム２００の過電流保護回路２０４は、図１の電源システム１００の過電流保護回路４と比較して次の点で異なる。すなわち、図４の過電流保護回路２０４のしきい値設定部２４３は、図１の過電流保護回路４のしきい値設定部４３の構成に加えて、抵抗Ｒ４と、スイッチング素子Ｑ２と、ダイオードＤ１と、ツェナーダイオードＤ２とを更に備える。

抵抗Ｒ４は、接続点Ａと接地電圧との間に、スイッチング素子Ｑ２と直列に接続されている。スイッチング素子Ｑ２は、例えばＭＯＳＦＥＴ、バイポーラトランジスタ等のトランジスタであるが、これに限定されず、機械式の開閉器であってもよい。

ダイオードＤ１のアノードは、タイマ回路４３４の出力端子に接続され、カソードは、スイッチング素子Ｑ２のゲートに接続されている。ツェナーダイオードＤ２のアノードは、スイッチング素子Ｑ２のゲートに接続され、カソードは、ＡＣＤＣコンバータ２の＋側の出力端子（電圧Ｖｏ）に接続されている。

図５は、図４の過電流保護回路２０４の動作例を示すグラフである。図５のグラフは、図２の過電流保護回路４の動作例を示すグラフと比較すると、出力電圧がＶｚ以下である場合に、図２に示した電流－電圧特性と異なる特性を示す。ここで、Ｖｚは、ツェナーダイオードＤ２のツェナー電圧である。

具体的には、過電流期間の初期期間において、ＡＣＤＣコンバータ２の出力電圧がＶｚ以下であるときは、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は共にオフである。この場合における接続点Ａにおけるしきい値電圧Ｖｔｈ（ＯＦＦ，ＯＦＦ）は、最も高い値となる。しきい値設定部２４３は、出力電流が第３のしきい値電流Ｉ_ｔｈ３となったときにＶ_ＤＥＴ＝Ｖｔｈ（ＯＦＦ，ＯＦＦ）となるように設計されている。したがって、ＡＣＤＣコンバータ制御部４６は、出力電流が第３のしきい値電流Ｉ_ｔｈ３となるようにＡＣＤＣコンバータ２を制御することになる。

過電流期間の初期期間において、ＡＣＤＣコンバータ２の出力電圧がＶｚより大きいときは、スイッチング素子Ｑ１はオフであり、スイッチング素子Ｑ２はオンとなる。この場合における接続点Ａにおけるしきい値電圧Ｖｔｈ（ＯＦＦ，ＯＮ）は、Ｖｔｈ（ＯＦＦ，ＯＦＦ）より低い中間的な値となる。しきい値設定部２４３は、出力電流が第４のしきい値電流Ｉ_ｔｈ４となったときにＶ_ＤＥＴ＝Ｖｔｈ（ＯＦＦ，ＯＮ）となるように設計されている。したがって、ＡＣＤＣコンバータ制御部４６は、出力電流が第３のしきい値電流Ｉ_ｔｈ３より小さい第４のしきい値電流Ｉ_ｔｈ４となるようにＡＣＤＣコンバータ２を制御することになる。

過電流期間の初期期間が経過した後は、タイマ回路４３４からの出力により、ＡＣＤＣコンバータ２の出力電圧がＶｚ以下であるか否かにかかわらず、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は共にオンとなる。この場合における接続点Ａにおけるしきい値電圧Ｖｔｈ（ＯＮ，ＯＮ）は、Ｖｔｈ（ＯＦＦ，ＯＮ）より低い最低値となる。しきい値設定部２４３は、出力電流が第５のしきい値電流Ｉ_ｔｈ５となったときにＶ_ＤＥＴ＝Ｖｔｈ（ＯＮ，ＯＮ）となるように設計されている。したがって、ＡＣＤＣコンバータ制御部４６は、出力電流が第４のしきい値電流Ｉ_ｔｈ４より小さい第５のしきい値電流Ｉ_ｔｈ５となるようにＡＣＤＣコンバータ２を制御することになる。

以上のように、しきい値設定部２４３は、ＡＣＤＣコンバータ２の出力電圧が所定の電圧Ｖｚ以下であるときは、しきい値の初期値を、ＡＣＤＣコンバータ２の出力電圧が所定の電圧Ｖｚより大きいときに設定される値Ｉ_ｔｈ４よりも大きい値Ｉ_ｔｈ３に設定する。

この構成により、ＡＣＤＣコンバータ２の出力電圧に応じて、出力電流を細やかに設計することができる。例えば、出力電圧がＶｚ以下である比較的安全な場合に、しきい値の初期値を大きい値Ｉ_ｔｈ３に設定することにより、負荷Ｌ及び／又はＡＣＤＣコンバータ２にとって安全な状況下でサーキットプロテクタ３を動作させることができる。したがって、より確実に負荷Ｌ及び／又はＡＣＤＣコンバータ２を保護することができる。

３．第３実施形態
図６は、本開示の第３実施形態に係る電源システム３００の構成例を示す回路図である。図６の電源システム３００の過電流保護回路３０４は、図１の電源システム１００の過電流保護回路４と比較して次の点で異なる。すなわち、図６の過電流保護回路３０４のしきい値設定部３４３は、図１のしきい値設定部４３における電圧減衰値設定回路４３３に代えて、電圧減衰値設定回路４３３ａを備える。図６の電圧減衰値設定回路４３３ａは、図１の電圧減衰値設定回路４３３における抵抗Ｒ３に代えて、ＮＴＣ（Negative Temperature Coefficient）サーミスタＴを備える。

ＮＴＣサーミスタＴは、本開示の「温度検出部」の一例である。温度検出部は、ＮＴＣサーミスタＴに限定されず、ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）サーミスタ又はＣＴＲ（Critical Temperature Resistor）サーミスタであってもよい。

図７は、図６の過電流保護回路３０４の動作例を示すグラフである。図７のグラフは、図２の過電流保護回路４の動作例を示すグラフと比較すると、過電流期間の初期期間経過後における変更後のしきい値電流が、温度Ｔが高い程小さい点で異なる。図７に示した例では、第６のしきい値電流Ｉ_ｔｈ６は、過電流期間の初期期間経過後（スイッチＱ１がオン）において、温度Ｔが２５℃のときのしきい値電流を表している。第６のしきい値電流Ｉ_ｔｈ６は、例えば定格電流Ｉ_Ｒの１１０％に設計される。また、図７に示した例では、第７のしきい値電流Ｉ_ｔｈ７は、過電流期間の初期期間経過後（スイッチＱ１がオン）において、温度Ｔが１００℃のときのしきい値電流を表している。第７のしきい値電流Ｉ_ｔｈ７は、例えば定格電流Ｉ_Ｒの８０％に設計される。

ＮＴＣサーミスタＴは、例えば電流が流れることにより熱を発する部品、回路等の近くに配置される。ＮＴＣサーミスタＴは、例えば熱に弱い部品、回路等の近くに、例えば隣接して配置される。ＮＴＣサーミスタＴは、例えばＡＣＤＣコンバータ２の内部の配線、コンデンサ等の近くに配置される。

この構成により、過電流保護回路３０４は、温度Ｔに応じて、過電流期間の初期期間経過後におけるしきい値電流の設定値を小さくし、電源システム３００を構成する回路の発熱を低減させることができる。これにより、電源システム３００を構成する回路の熱による故障を防止することができる。

（変形例）
以上、本開示の実施形態を詳細に説明したが、前述までの説明はあらゆる点において本開示の例示に過ぎない。本開示の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができる。例えば、以下のような変更が可能である。なお、以下では、上記実施形態と同様の構成要素に関しては同様の符号を用い、上記実施形態と同様の点については、適宜説明を省略する。以下の変形例は適宜組み合わせることができる。

図１では、本開示の第１実施形態に係る過電流保護回路４が、ＡＣＤＣコンバータ２から出力される出力電流を電圧に変換する電流電圧変換回路４２を備える例について説明した。この例では、比較器４４は、電流電圧変換回路４２によって変換された電圧Ｖ_ＤＥＴと、しきい値設定部４３から出力されたしきい値電圧Ｖｔｈとを比較する。この例では、ＡＣＤＣコンバータ制御部４６は、Ｖ_ＤＥＴ＝ＶｔｈとなるようにＡＣＤＣコンバータ２をフィードバック制御する。しかしながら、本開示に係る過電流保護回路４は、出力電流がしきい値以下となるようにＡＣＤＣコンバータ２を制御するものであればよく、上記の例に限定されない。例えば、過電流保護回路４は、電流電圧変換回路４２を含まないものであってもよい。この場合、過電流保護回路４のＡＣＤＣコンバータ制御部４６は、電流検出部４１によって検出された出力電流を、所定のしきい値以下となるように制御するものであってもよい。

また、図１の例では、電流検出部４１はＡＣＤＣコンバータ２の－側出力端子に接続されているが、本開示はこれに限定されず、電流検出部４１はＡＣＤＣコンバータ２の＋側出力端子に接続されてもよい。

さらに、図１の例では、比較器４４の非反転入力端子に電流電圧変換回路４２から出力された電圧Ｖ_ＤＥＴが入力され、反転入力端子にしきい値設定部４３から出力されたしきい値電圧Ｖｔｈが入力されることを説明した。しかしながら、比較器４４は、Ｖ_ＤＥＴがＶｔｈを超えるか否かに基づいて出力信号を調整するものであればよく、本開示はこれに限定されない。例えば、比較器４４の反転入力端子に電流電圧変換回路４２から出力された電圧Ｖ_ＤＥＴが入力され、非反転入力端子にしきい値設定部４３から出力されたしきい値電圧Ｖｔｈが入力されてもよい。

１ 交流電源装置
２ ＡＣＤＣコンバータ（直流電源回路）
３ サーキットプロテクタ
４，２０４，３０４ 過電流保護回路
４１ 電流検出部
４２ 電流電圧変換回路
４３，２４３，３４３ しきい値設定部
４４ 比較器
４５ 制御信号伝達回路
４６ 制御部
４６ コンバータ制御部
１００，２００，３００ 電源システム
４３１ 基準電圧電源
４３２ 電圧減衰回路
４３３，４３３ａ 電圧減衰値設定回路
４３４ タイマ回路（計時部）
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４ 抵抗
Ｑ１，Ｑ２ スイッチング素子
Ｔ ＮＴＣサーミスタ

Claims (6)

1. 直流電源回路から出力される直流電力によって駆動される負荷を保護するための過電流保護回路であって、
   前記過電流保護回路は、
   前記直流電源回路から前記負荷に流れる出力電流を検出する電流検出部と、
   前記出力電流に対する所定のしきい値を設定するしきい値設定部と、
   前記出力電流が前記しきい値を超えるときの過電流期間を計時する計時部と、
   前記出力電流が前記しきい値を超えるときに、前記出力電流が前記しきい値以下となるように前記直流電源回路を制御する制御部とを備え、
   前記しきい値設定部は、前記過電流期間が所定の時間期間を超えたときに、前記しきい値を、当該しきい値よりも小さい設定値に変更する、過電流保護回路。
2. 前記制御部は、前記過電流期間において、前記出力電流が前記しきい値に等しくなるように前記直流電源回路を制御する、請求項１に記載の過電流保護回路。
3. 前記しきい値設定部は、前記直流電源回路の出力電圧に応じて、前記しきい値の初期値を変更する、請求項１又は２に記載の過電流保護回路。
4. 前記しきい値設定部は、前記直流電源回路の出力電圧が所定の電圧以下であるときは、前記しきい値の初期値を、前記直流電源回路の出力電圧が前記所定の電圧より大きいときに設定される値よりも大きい値に設定する、請求項３に記載の過電流保護回路。
5. 前記過電流保護回路は、前記直流電源回路又は前記過電流保護回路の温度を検出する温度検出部を更に備え、
   前記しきい値設定部は、前記温度検出部によって検出された温度に応じて、前記設定値を変更する、請求項１～４のいずれか１項に記載の過電流保護回路。
6. 前記しきい値設定部は、前記温度検出部によって検出された温度が高い程、前記設定値を小さくする、請求項５に記載の過電流保護回路。

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