JPH08234852A - 安定化電源の過負荷保護方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】安定化電源60に負荷変動等による軽度の過負荷
や負荷短絡等による重度の過負荷が掛かった際に過負荷
状態に適した保護を合理的に施す。 【構成】安定化電源60の補助出力電圧Vcを電圧監視手段
30に常時監視させて起動後に所定のしきい値まで立ち上
がったとき安定化電源60の制御系10に動作を開始させた
上で, 負荷短絡等によりそれが第１限界値以下に低下し
た第１過負荷状態では制御系10の動作を安定化電源60が
入力スイッチ１等の手動の操作により再起動されるまで
停止させ、安定化電源60の正規の出力電圧Voを制御系10
に組み込まれた過負荷検出手段40に監視させて負荷変動
等によりそれが第２限界値まで低下した第２過負荷状態
では過負荷信号Soによって電圧制御手段50を動作させて
制御系10の動作を一旦停止させた後に所定時限後に自動
的に再開させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はスイッチング電源等の安
定化電源を負荷側の短絡や過電流に起因する過負荷状態
から保護するための方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子回路や電子装置に定電圧を供給する
安定化電源では、過負荷から保護するため過負荷検出回
路を組み込んで過負荷状態を検出したときその制御系の
動作を停止させて出力電圧を消失させるのが通例であ
る。すなわち、従来の過負荷保護方式では安定化電源，
例えばスイッチング電源の出力電圧の実際値を目標値と
常に一致させるようにスイッチングトランジスタを開閉
制御するふつうＰＷＭ方式の制御系に付随して過負荷検
出回路を組み込み、これに出力電圧値を絶えず所定の限
界値と比較させてそれを下回ったときに検出信号を発生
させ、これに応じて直ちに制御系によるスイッチングト
ランジスタの開閉動作を停止させ、出力電圧を消失させ
ることにより過負荷状態を解消させるのが通例である。
この際には制御系からスイッチングトランジスタに与え
るべきスイッチング指令を過負荷検出信号に応じてオフ
指令に切り換えることにより、安定化電源の出力電圧を
消失させるのが通例である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の従来の
過負荷保護方式では過負荷状態が一旦発生すると、例え
それがごく軽度の一過性のもので短時間後に解消しても
安定化電源の出力動作が完全に停止してしまう不便さな
いしは不都合がある。このため、本件の発明者は特願平
5-174585号において過負荷時に安定化電源の出力動作を
一旦は停止させた後に所定時限後に再開させる過負荷保
護回路を提案した。

【０００４】ところが、この新保護方式を実際に安定化
電源に適用して見ると負荷短絡等の重度の過負荷状態が
持続した場合に安定化電源の出力の停止および再開の動
作が繰り返される問題点があることが判明した。重度の
過負荷状態では安定化電源の動作を極力速やかに停止さ
せてしまうのがもちろん望ましく、とくにその状態が持
続している間に出力停止とその再開の間歇動作を徒に繰
り返していると安定化電源が損傷してしまうおそれがあ
る。

【０００５】また、安定化電源が受ける入力電圧が中断
するとそれに伴う出力電圧の低下が過負荷状態として検
出されて出力動作の停止および再開が発生しやすく、か
かる中断や軽度の過負荷状態が短時間の場合には安定化
電源に出力動作を維持させておくのが望ましい。このた
めには過負荷検出回路の動作特性に若干の時限を賦与す
る必要があるが、重度の過負荷状態では上述のように極
力速やかに出力動作を停止させたい要求との矛盾が生じ
て来る。本発明はこのような問題を解決して、安定化電
源を軽度の過負荷状態でも, 重度の過負荷状態でも合理
的に保護できる過負荷保護方式を提供することを目的と
する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の過負荷保護方式
によれば上記の目的は、安定化電源の補助出力電圧を電
圧監視手段に監視させてそれが所定しきい値まで上昇し
たとき制御系に安定化電源の出力動作を開始させるとと
もに第１限界値以下に低下した第１過負荷状態では制御
系の動作を停止させ、安定化電源の正規の出力電圧を過
負荷検出手段に監視させて第２限界値まで低下したとき
に第２過負荷状態を検出させ、制御系の動作を第１過負
荷状態に応じ安定化電源が再起動されるまで停止させ，
かつ第２過負荷状態に応じ一旦は停止させた後に所定時
間後に自動的に再開させることによって達成される。

【０００７】なお、上記構成にいう安定化電源の補助出
力電圧を制御系に対しその制御電源電圧として給電し、
かつ第１過負荷状態では制御系の動作が停止するように
第１限界値を設定するのが有利であり、さらに安定化電
源の起動時にはこの制御電源電圧を通例のように入力電
圧により起動抵抗を介しキャパシタを充電することによ
って立ち上がらせるのがよい。また、本発明方式では上
記の構成にいう過負荷検出手段を制御系の中に組み込む
のがよく、かつその検出動作には所定の時限をもたせる
のがごく短時間の停電や軽度の過負荷に応じてむだな保
護動作を起こさないようにする上で有利である。

【０００８】また、本発明方式にいう電圧監視手段は、
補助電源電圧からしきい値設定用の電圧障壁を介し注入
される電流でトリガされて動作開始する定電流回路と，
その定電流出力で動作開始して第１限界値設定用の電圧
障壁を介する帰還電流により定電流回路を動作状態に保
つ電流ミラー回路を含む状態保持回路として構成し、電
圧障壁の適宜な設定により補助電源電圧値に対し動作上
の履歴特性をもたせるのがよい。なお、しきい値および
第１限界値用の電圧障壁は例えばツェナーダイオードの
ツェナー降伏電圧によりそれぞれ設定するのがよい。

【０００９】軽度の過負荷時に安定化電源の出力動作を
一旦停止した後に回復させるには、前述のように起動時
に入力電圧によって充電されるキャパシタの電圧を制御
系に制御電源電圧として給電する安定化電源の場合、電
圧制御手段を組み込んでこの制御電源電圧を第２過負荷
状態ではキャパシタを放電させて一旦低下させた後に所
定速度で充電することにより回復させるのが有利であ
る。

【００１０】かかる電圧制御手段としては、第２過負荷
状態で制御電源電圧用キャパシタと接続されてそれを放
電させる放電抵抗と，放電によって補助出力電圧が電圧
監視手段の第１限界値まで低下したときに充電を開始す
る制御キャパシタとを備える電圧操作回路を用い、制御
キャパシタの充電電圧の上昇に応じて制御電源電圧を回
復させながら放電後のキャパシタを再充電するのがよ
い。また、この電圧制御手段に過負荷検出手段により第
２過負荷状態が検出された旨を記憶して電圧制御動作を
開始させる保持回路を設け、かつその動作に応じ制御電
源電圧の制御系に対する給電を断つようにするのが有利
である。このための保持回路は第２過負荷状態でトリガ
されて動作を開始する定電流回路と，その定電流を基準
電流として受け従動電流を定電流回路に帰還して動作状
態に保持する電流ミラー回路とから構成するのが有利で
あり、かつこの保持回路の動作を第２過負荷状態の解消
後に制御電源電圧が回復したことを条件に解除するのが
よい。

【００１１】

【作用】本発明は負荷短絡等の重度の過負荷状態と負荷
変動時等の軽度の過負荷状態とでは安定化電源に対する
保護の施し方を区別すべきであり，両過負荷状態を検出
する仕方も本来は異ならせるべきである点に着目して、
前者を安定化電源の補助出力電圧の異常低下から，後者
を正規の出力電圧の低下からそれぞれ第１過負荷状態お
よび第２過負荷状態として互いに区別して検出した上
で、制御系の動作を第１過負荷状態では安定化電源を再
起動するまで停止させ，第２過負荷状態では一旦停止さ
せた上で所定時限後に自動的に再開させることによって
前述の所期の目的を達成するものである。

【００１２】

【実施例】図を参照しながら本発明の実施例を説明す
る。図１は本発明による保護方式を適用した安定化電源
の例としてスイッチング電源装置を示す回路図、図２は
この図１の実施例に関連する主な信号の波形図、図３は
電圧監視手段の構成例を示す回路図、図４は電圧制御手
段の構成例を示す回路図である。なお、以下説明する実
施例では安定化電源の補助出力電圧を制御系用の制御電
源電圧として利用し，起動時にはそれを入力電圧により
充電されるキャパシタにより立ち上げるものとするが、
本発明はかかる態様に限らず種々の形態で実施可能であ
る。

【００１３】図１の上部に安定化電源60としてのスイッ
チング電源装置の主回路が示されており、通例のように
交流電圧を受ける入力スイッチ１と，交流電圧を直流の
入力電圧Viに変換する整流回路２と，この入力電圧Viを
平滑化かつ安定化するためのキャパシタ３と, 入力電圧
Viを受ける図の例ではフライバック形の変圧器４と,そ
の一次コイル4aに流れる電流を断続させる図の右下部に
示されたスイッチングトランジスタ５と, その電流検出
用の直列抵抗６と, 変圧器４の二次コイル4bに誘起する
脈動電圧を直流の出力電圧Voに整流するダイオード７
と, 出力電圧Voを安定化するキャパシタ８がこれに含ま
れている。

【００１４】図の下部に一点鎖線で囲んで示す制御系10
は通例のように出力電圧Voを一定に制御するものである
が、本発明方式では図示のように過負荷検出手段40をこ
れに組み込むのが望ましい。出力電圧Voを一定に制御す
るために、図示の例ではその実際値Saを受けて目標値と
しての基準電圧Vrとの差を増幅する誤差増幅器１と,そ
の出力を抵抗６によるスイッチングトランジスタ５の電
流の検出値と比較するコンパレータ12と, ＰＷＭ制御の
周期を決めるクロックを発生する発振器13と,クロック
に応じセットされコンパレータ12の出力によりリセット
されるフリップフロップ14とが設けられており、通例の
ように実際値Saが常に基準電圧Vrの値と等しくなるよう
にフリップフロップ14から出力されるスイッチング指令
Swによりトランジスタ５をオンオフ動作させる。

【００１５】この制御系10を動作させるための制御電源
電圧である安定化電源60の補助出力電圧Vcは、変圧器４
の補助コイル4cに発生する脈動電圧をダイオード20で整
流しかつキャパシタ21で安定化させて作られるが、安定
化電源60の起動時にこの制御電源電圧Vcを立ち上げるた
めにキャパシタ21を起動抵抗22を介して入力電圧Viによ
り充電する。本発明方式では、この起動抵抗22を介する
充電電流は制御系10の消費電流が例えば10mAのときそれ
よりずっと少ない 100μＡ程度に設定するのがよい。さ
らに、制御電源電圧Vcがそれよりふつう桁違いに高い入
力電圧Viにより異常上昇するのを防止するため、ツェナ
ーダイオード23がキャパシタ21に並列に接続される。こ
のようにして作られる制御電源電圧としての補助出力電
圧Vcは、後述の電圧監視手段30および電圧制御手段50に
より制御される給電スイッチ24を介して制御系10に与え
られる。

【００１６】電圧監視手段30は補助出力電圧Vcを常時監
視してその値に応じてその出力S3の論理状態を切り換え
るものであるが、この実施例では出力S3が補助出力電圧
Vcが所定のしきい値以上のときにハイになり, それより
低い第１限界値以下のときにローになるようその動作に
履歴特性をもたせる。従って、この実施例では安定化電
源60の起動時にキャパシタ21が入力電圧Vi側から充電さ
れて補助出力電圧Vcが電圧監視手段30のしきい値まで上
昇するとその出力S3がハイになり、これに応じ給電スイ
ッチ24がオン動作して補助出力電圧Vcが制御系10に制御
電源電圧として与えられるので安定化電源50が出力動作
を開始し、その後に負荷短絡等の重度の過負荷によって
補助出力電圧Vcが第１限界値以下に低下する第１過負荷
状態では出力S3がローに切り換わる。なお、図の回路例
では出力S3のハイによりフリップフロップ25をセットし
てそのＱ出力により給電スイッチ24をオンさせる。

【００１７】過電流検出手段40は前述のように制御系10
内に組み込むのがよく、本発明ではこれに出力電圧Voの
値を監視させて負荷変動時等により第２限界値まで低下
したとき軽度の過負荷である第２過負荷状態を示す過負
荷検出信号Soを発生させる。図示の過電流検出手段40の
例ではコンパレータ41に前述の誤差増幅器11の出力が設
定値V4まで上昇したとき第２過負荷状態を検出させ、か
つタイマ回路42にこの状態が所定の時限内持続した場合
に限り過負荷検出信号Soを出力させる。タイマ回路42に
は図には簡略に示す小形キャパシタを組み込んで数十〜
数百μＳ程度の時限をもたせるのがよく、これによりご
く短時間の過負荷状態に応動してむだな保護動作が開始
されるのを防止することができる。

【００１８】本発明では第２過負荷状態では安定化電源
50の出力動作を一旦停止させた後に再開させるので、そ
のため電圧制御手段50を設ける。図示の例ではこれを過
負荷検出信号Soを受けて第２過負荷状態を記憶する保持
回路51と, その動作時に補助出力電圧Vcを操作する電圧
操作回路52から構成し、第２負荷状態では制御系10の動
作を停止させ、かつ電圧操作回路52によりキャパシタ21
を放電させて補助出力電圧Vcを低下させた後それを所定
の速度で充電することにより補助出力電圧Vcを回復させ
て制御系10の動作を再開させる。なお、図示の例では保
持回路51が保持状態のときその保持出力S5でフリップフ
ロップ25をリセットすることにより給電スイッチ24をオ
フさせて制御系10への補助出力電圧Vcの給電を遮断す
る。

【００１９】以上のように構成された図１の安定化電源
60の動作を図２の波形図を参照して説明する。入力スイ
ッチ１のオンによる安定化電源60の起動時には入力電圧
Viによりキャパシタ21がまず充電されて補助出力電圧Vc
が図２(a) に示すように立ち上がり、電圧監視手段30は
その値がしきい値Vtに達したときその出力S3をハイにし
て給電スイッチ24をオンさせるので、制御系10は補助出
力電圧Vcを受けて動作開始して図２(b) のスイッチング
指令Swによりトランジスタ５を開閉制御する。これによ
り、安定化電源60の出力電圧Vo, 従ってその実際値Saが
図２(c) に示すように立ち上がる。なお、この起動後に
補助出力電圧Vcは図２(a) に示すように電圧監視手段30
のしきい値Vtより僅かに低い値に静定する。また、起動
後の出力電圧Vo, 従ってその実際値Saは図２(c) に示す
ように制御系10により前述の基準電圧Vrの値と常に一致
するように一定制御される。

【００２０】負荷短絡等の重度の過負荷状態が発生する
と補助出力電圧Vcがこの静定値から図２(a) の右側部分
に示すよう急速に低下して電圧監視手段30の第１限界値
V1を下回る。これが本発明でいう第１過負荷状態であ
り、電圧監視手段30の出力S3はこの状態でハイからロー
に変わる。この出力S3の変化に応じて給電スイッチ24を
オフさせて制御系10の動作を停止させてもよいが、第１
過負荷状態では補助出力電圧Vcが大幅に低下して制御系
10の動作が実質上停止するので、この実施例では制御系
10に対する給電をとくには停止させず、これに対応して
電圧監視手段30の第１限界値V1を制御系10が動作停止す
る電圧値以下に設定する。

【００２１】上述のように制御系10の動作が停止する
と、図２(b) のスイッチング指令Swがもちろん停止さ
れ、同時に図２(c) の出力電圧Voの実際値Saが消失す
る。なお、図１の回路例では第１過負荷状態の発生後に
制御系10は動作停止するがその電流消費は残存し、それ
が前述のように入力電圧Vi側からキャパシタ21に流れる
充電電流よりずっと大きいので補助出力電圧Vcは図２
(a) にv1で示すようにごく低い一定の電圧値をとるよう
になる。

【００２２】以上からわかるように、本発明では重度の
過負荷状態である第１過負荷状態の発生後は制御系10を
動作停止させて安定化電源60の出力電圧Voを消失させた
ままにしておき、その出力動作を再開させるには安定化
電源60を再起動, つまり入力スイッチ１をオフした後に
オン操作しなければならないようにする。これに対し、
軽度の過負荷状態である前述の第２過負荷状態が発生し
たときは安定化電源60の動作を一旦停止させた後に所定
の時限後に自動的に再開させる。図２(d) 以降は第２過
負荷状態に対するこの動作を示すものである。図２(d)
の出力電圧Voの実際値Saが基準電圧Vrの値と一致するよ
うに制御されている安定化電源60の起動後の正規の動作
状態において、実際値Saが負荷変動等のなんらかの原因
で低下して過負荷検出手段40内に前述のV4で設定されて
いる第２限界値V2を図２(d) の中央部に示すように下回
ると、過負荷検出手段40はこれを第２過電流状態と判定
してそれがタイマ回路42に設定した時限t4だけ持続する
と図２(e) に示す過負荷信号Soを発して電圧制御手段50
に与える。

【００２３】電圧制御手段50はその保持回路51に第２過
電流状態の発生を記憶させた上で、前述のようにその保
持出力S5のハイにより給電スイッチ24をオフさせ, 補助
出力電圧Vcの制御系10に対する給電を断ってその動作を
停止させるので、図２(f) のスイッチング指令Swが停止
し, 出力電圧Voが消失して図２(d) のその実際値Saも０
になる。同時に電圧制御手段50の電圧操作回路52が動作
開始して前述のようにキャパシタ21を放電させて図２
(g) の中央部に示すように補助出力電圧Vcをこの実施例
では電圧監視手段30の第１限界値V1以下に低下させた
後、キャパシタ21を再び所定速度で充電することにより
補助出力電圧Vcを回復させる。

【００２４】電圧監視手段30は補助出力電圧Vcが第１限
界値V1を下回ったときその出力S3をローにしており、上
述のように補助出力電圧Vcが回復して図２(g) の右側部
分に示すようにそのしきい値Vtに達すると出力S3をハイ
にして給電スイッチ24をオンさせる。これにより制御系
10は動作を再開して図２(f) のスイッチング指令Swを発
し、これに応じて図２(e) の出力電圧Voの実際値Saが立
ち上がる。このように第２過負荷状態に応じて制御系10
の動作を一旦停止させた後に再開させるまでの図２(g)
の時間t5はキャパシタ21を再充電する速度により設定さ
れる。

【００２５】なお、以上に動作を説明した図１の安定化
電源60では、給電スイッチ24を電圧監視手段30の出力S3
や電圧制御手段50の保持出力S5によりフリップフロップ
25を介してオンオフさせるように構成されており、もち
ろん動作を確実にする上ではそれが望ましいが、構成を
簡単化するためにフリップフロップ25を省略して給電ス
イッチ24を出力S3やS5により直接制御することもでき
る。

【００２６】最後に図３と図４を参照して電圧監視手段
30と電圧制御手段50の具体構成例を説明する。図３(a)
と図３(b) に示す電圧監視手段30の異なる構成例と, 図
４の電圧制御手段50中の保持回路51は共通部分が多いの
で互いに対応する部分に同じ符号が付けられている。図
３および図４のいずれも相補トランジスタからなり、補
助出力電圧Vcから給電されるバイポーラ回路である。

【００２７】図３(a) の電圧監視手段30は、共通ベース
接続の npnトランジスタ71, 72からなりマルチエミッタ
構造のトランジスタ71に対しエミッタ抵抗71ｃが接続さ
れた定電流回路と, 共通ベース接続の pnpトランジスタ
73,74,75からなる電流ミラー回路を備え、定電流回路の
トランジスタ71による定電流を電流ミラー回路の基準ト
ランジスタ73に与え、電流ミラー回路の従動側トランジ
スタ74の電流を定電流回路のトランジスタ72に帰還する
ように構成されている。また、定電流回路にはエミッタ
側にノイズによる誤動作防止用の抵抗76が接続され, こ
れによるベース電流の変化の補償用にトランジスタ76ａ
がコレクタ側に接続されており、同様に電流ミラー回路
側にもノイズ防止抵抗77とベース電流補償用トランジス
タ77ａがエミッタ側とコレクタ側にそれぞれ接続されて
いる。

【００２８】さらに、しきい値Vtを設定するための電圧
障壁用の図の例では２個のツェナーダイオード91および
npnトランジスタ92のエミッタ・ベース間を介して補助
出力電圧Vc側から定電流回路のトランジスタ71と72にベ
ース電流を注入する電流路を設けて、補助出力電圧Vcが
しきい値Vtより高いとき定電流回路を動作開始させ、か
つトランジスタ73と71の相互間に第１限界値V1を設定す
るための電圧障壁用のツェナーダイオード93を介して電
流ミラー回路から電流を定電流回路に帰還してこの動作
状態を保持させる。この保持状態では電流ミラー回路の
従動側のトランジスタ75から出力S3を取り出し、かつト
ランジスタ92をオンさせてツェナーダイオード91を介す
る上述の注入電流を側路させる。

【００２９】この状態で補助出力電圧Vcが低下してツェ
ナーダイオード93で設定された第１限界値V1以下になる
と、電流ミラー回路から定電流回路への帰還電流が絞ら
れるので定電流が減少し、電流ミラー回路の電流も減少
して出力S3がハイからローに切り換わる。このように電
圧監視手段30は補助電源電圧Vcの電圧値に対して履歴動
作特性をもつ一種の状態保持回路として構成される。

【００３０】図３(b) の電圧監視手段30では, 補助出力
電圧Vcからツェナーダイオード91と直列抵抗91ａとダイ
オード94とを介し定電流回路のトランジスタ71と72にベ
ース電流を直接注入し、これにより電圧監視手段30を保
持状態にした後に pnpトランジスタ95とその直列抵抗95
ａにより npnトランジスタ96をオンさせて注入電流を側
路する点だけが図３(a) と異なり、他の部分の構成や回
路動作はそれと同じである。なお、ダイオード94は電圧
監視手段30の保持状態でトランジスタ71と72のベース電
流の漏出を防ぐ役目を果たす。

【００３１】図４の電圧制御手段50の図の左側に示す保
持回路51は図３の電圧監視手段30と似た回路構成をも
ち、トランジスタ71と72等を含む定電流回路と, トラン
ジスタ73,74,75等を含む電流ミラー回路を設け、前者の
トランジスタ71の電流を後者の基準側トランジスタ73に
流し, かつ後者の従動側トランジスタ74の電流を前者の
トランジスタ72に帰還するように構成されている。

【００３２】過負荷検出手段40による過負荷信号Soはこ
の保持回路51の定電流回路のトランジスタ72のコレクタ
側のトランジスタ76ａのベースに与えられ、そのハイに
よりトランジスタ71と72にベース電流を注入して定電流
回路を, つづいて電流ミラー回路を動作開始させる。こ
れにより保持回路51は第２過負荷状態を記憶する保持状
態に入り、その電流ミラー回路の従動トランジスタ75か
らハイの保持出力S5を発するとともに電圧操作回路52を
動作開始させる。なお、保持回路51をこの保持状態から
釈放するためにトランジスタ78を設け、そのベースに電
圧監視手段30の出力S3がハイに立ち上がる際に発生され
るリセットパルスRPを与えてオンさせることにより電流
ミラー回路のトランジスタ74から定電流回路のトランジ
スタ72に流れる帰還電流を引き抜くようにする。

【００３３】図４の右側に示す電圧操作回路52には保持
回路51の電流ミラー回路の従動側である pnpトランジス
タ81，82と，両者のコレクタにベースとエミッタがそれ
ぞれ接続されたトランジスタ83と，そのコレクタにベー
スが接続されたトランジスタ84とを設けて、トランジス
タ84のコレクタを補助出力電圧Vcに, エミッタを放電抵
抗85にそれぞれ接続する。さらに、トランジスタ81のコ
レクタに例えば２個のダイオード86とキャパシタ87の直
列回路を接続し、後者に短絡トランジスタ88を並列に接
続してそのベースに電圧監視手段30の出力S3を与える。

【００３４】安定化電源60の正常な運転時にはこの出力
S3がハイなのでキャパシタ87は短絡されており、この状
態で保持回路50が過負荷信号Soを受けて動作すると、ト
ランジスタ81と82から電流の供給を受けてトランジスタ
83がオンし、ついでトランジスタ84もオンして補助出力
電圧Vc用のキャパシタ21を放電抵抗85を介して急速に放
電させる。これにより補助出力電圧Vcは短時間内に電圧
監視手段30がもつ第１限界値V1以下に低下するが、ダイ
オード86の順方向電圧が短絡されずに必ず残るので補助
出力電圧Vcは図２(g) に示すようにそれ以下には低下せ
ず、これにより補助出力電圧Vcを低下させた際にも保持
回路51に保持状態を維持させるに必要な最低電圧が確保
される。

【００３５】一方、補助出力電圧Vcが電圧監視手段30の
第１限界値V1以下に低下するとその出力S3がローに切り
換わり、電圧操作回路52内のトランジスタ88がこれに応
じてオフしてキャパシタ87に対する短絡状態を解除する
ので、補助出力電圧Vcが上記最低値まで下がった以降は
直ちにキャパシタ87がトランジスタ81から供給される電
流により充電され、その充電状態に応じてキャパシタ21
も充電されるので補助出力電圧Vcが図２(g) に示すよう
に所定速度で再び上昇する。

【００３６】上述のように構成された図４の電圧制御手
段50により、第２過負荷状態を示す過負荷信号Soを受け
る保持回路51の保持出力S5により安定化電源60の出力動
作を停止させ, 電圧操作回路52により補助出力電圧Vcを
一旦は低下させた後に所定の速度で立ち上げてその値が
電圧監視回路30のしきい値Vtに達したときそのハイの出
力S3により安定化電源60の出力動作を再開させることが
できる。なお、安定化電源60の出力動作の停止から再開
までの図２(g) に示す時間t5は、用途に応じてトランジ
スタ81の供給電流やキャパシタ87の静電容量によって容
易に設定でき、ふつうはこれを数十mS〜数秒の範囲内に
設定するのがよい。

【００３７】以上の図３や図４のように構成された電圧
監視手段30と電圧制御手段50を組み込んだ図１の安定化
電源60は電力消費がとくに少ない特長を有する。すなわ
ち、正常な運転中に起動抵抗22を流れる電流は僅少であ
り、電圧制御手段50は前述の説明からわかるよう第２過
負荷状態が発生しない限り全く電力を消費せず、かつ第
１負荷状態や第２負荷状態の発生後の安定化電源60の出
力動作の停止中は電圧監視手段30や制御系10の電力消費
が減少するからである。

【００３８】なお、図１の安定化電源60の回路から前述
のようにフリップフロップ25を省く場合について付言す
る。もちろんこの場合は電圧監視手段30の出力S3により
給電スイッチ24に直接に制御することでよい。また、第
２過負荷状態の発生後は電圧制御手段50の動作によって
補助出力電圧Vcが低下して制御系10の動作が停止するか
ら、図１の回路のように電圧制御手段50の保持出力S5に
より給電スイッチ24をオフさせる必要もとくにはない。

【００３９】また、第１過負荷状態等の発生後に補助出
力電圧Vcが低下したとき図３の電圧監視手段30内の電流
ミラー回路からツェナーダイオード93を介して定電流回
路に流れる帰還電流が減少するが、キャパシタ21内の蓄
積電荷がほぼ消失するまでは小さな帰還電流が持続する
ので、電圧監視手段30の保持状態は直ちには解けずにそ
の解除ないしはリセットまでに主にはキャパシタ21の静
電容量に応じてふつう数百mS〜数秒の時間が掛かる。こ
れを利用して、安定化電源60の交流入力電源が短時間だ
け停電したり, 入力スイッチ１が振動や誤操作により短
時間内オフして給電が中断したりした場合に、補助出力
電圧Vcの低下に応じてむだな保護動作が直ちに開始され
るのを防止できる。このために電圧監視手段30にその保
持状態が解除されるまでもたせる余裕時間は例えばキャ
パシタ21の静電容量により例えば上述の範囲内に容易に
設定できる。

【００４０】

【発明の効果】以上のとおり本発明の過負荷保護方式で
は、安定化電源の補助出力電圧を電圧監視手段に監視さ
せてその動作しきい値まで上昇したとき制御系に安定化
電源の出力動作を開始させた後に第１限界値まで低下し
た第１過負荷状態では制御系の動作を安定化電源が再起
動されるまで停止させ、安定化電源の正規の出力電圧を
過負荷検出手段に監視させてその第２限界値まで低下し
たとき第２過負荷状態を検出させて制御系の動作を一旦
停止させた上で所定時間後に自動的に再開させることに
より、次の効果を挙げることができる。

【００４１】(a) 負荷短絡等の重度の過負荷である第１
過負荷状態か, 負荷変動時等による軽度の過負荷である
第２過負荷状態かに応じて前者の場合は再起動まで停止
させ後者の場合は一旦停止後に自動的に再開させること
により、安定化電源に過負荷状態に最も適した保護を合
理的に施すことができる。すなわち、第１過負荷状態の
ときは制御系の動作停止により安定化電源を負荷短絡等
の重度の過負荷から最も確実に保護し、第２過負荷状態
のときは制御系の動作の一旦停止後の再開により安定化
電源を負荷変動等の軽度の過負荷から保護しながら一時
的な過負荷に惑わされずにその運転を継続できる。

【００４２】(b) 第１過負荷状態を補助出力電圧の低下
から, 第２過負荷状態を正規の出力電圧の低下からそれ
ぞれ検出することにより、両過負荷状態を互いにほぼ独
立にかつそれぞれに最適設定された限界値により正確
に, かつ各過負荷状態に則したタイミングで検出して安
定化電源に合理的な保護を施すことができる。 (c) 安定化電源の運転中にその交流入力電源の短時間の
停電や入力スイッチの振動や誤操作による給電の短時間
の中断により補助出力電圧が低下した際に電圧監視手段
が保持状態から釈放されるまでの時間を用途に応じて適
宜に設定できるので、短時間の停電や給電中断に触発さ
れたむだな保護動作による安定化電源の出力動作の停止
や中断を防止することができる。

【００４３】なお、第１過負荷状態を検出する際の目安
とする補助出力電圧を安定化電源の制御系に制御電源電
圧として給電する本発明の実施態様は、安定化電源の構
成を簡易化に有利なほか第１過負荷状態に応じ制御系の
動作を確実に停止させる得る利点を有する。過負荷検出
手段を制御系の中に組み込む実施態様は、第１過負荷状
態の発生時に制御系，従って過負荷検出手段の動作を停
止させて重い過負荷である第１過負荷状態に応じた保護
動作の優先を確実にできる利点を有する。この過負荷検
出手段の検出動作に所定の時限をもたせる実施態様は、
ごく短時間内の軽度の過負荷に応じたむだな保護動作を
防止し、重度の過負荷である第１過負荷状態の検出を確
実に優先させる上で有利である。

【００４４】本発明方式に用いる電圧監視手段を，補助
電源電圧からしきい値設定用の電圧障壁を介し注入され
る電流によりトリガされて動作開始する定電流回路と，
その定電流出力で動作開始して第１限界値設定用の電圧
障壁を介する帰還電流により定電流回路を動作状態に保
つ電流ミラー回路とを含む一種の状態保持回路として構
成する実施態様は、電圧監視手段のしきい値および第１
限界値を互いに独立に正確に設定し，補助電源電圧値に
対して適切な動作履歴特性をもたせ，かつ保持状態から
の上述の釈放時間を適宜に設定できる利点を有する。

【００４５】第２過負荷状態に応じて安定化電源の出力
動作を一旦停止した後に回復させるための電圧制御手段
に過負荷信号を受けて第２過負荷状態を記憶する保持回
路を設け，これを過負荷信号によりトリガされて動作を
開始する定電流回路と，その定電流を基準電流として受
け従動電流を定電流回路に帰還する電流ミラー回路とか
ら構成する実施態様は、安定化電源の正常な運転中に電
圧制御手段による電力消費を皆無にできる利点を有す
る。また、この電圧制御手段の電圧操作回路内に第２過
負荷状態で補助出力電圧用のキャパシタを放電させる放
電抵抗と，放電により補助出力電圧が電圧監視手段の第
１限界値まで低下したとき充電を開始する制御キャパシ
タとを設ける実施態様は、補助出力電圧を速やかに一旦
低下させるとともにその回復速度を正確に設定できる利
点を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による過負荷保護方式を適用した安定化
電源の一例としてスイッチング電源装置の構成を示す回
路図である。

【図２】図１の安定化電源に関連する主な信号の波形図
である。

【図３】電圧監視手段の回路構成例を示し、同図(a) と
同図(b) はそれぞれ異なるその構成例を示す回路図であ
る。

【図４】電圧制御手段の回路構成例を示す回路図であ
る。

【符号の説明】

4c 補助出力電圧用の変圧器の補助コイル 10 安定化電源の制御系 20 補助出力電圧用の整流ダイオード 21 補助出力電圧用のキャパシタ 22 キャパシタ充電用の起動抵抗 24 制御系に対する給電スイッチ 30 電圧監視手段 40 過負荷検出手段 41 過負荷検出用のコンパレータ 42 過負荷信号用のタイマ回路 50 電圧制御手段 51 電圧制御手段用の保持回路 52 電圧制御手段用の電圧操作回路 60 安定化電源ないしはスイッチング電源装置 71,72 電圧監視手段と保持回路用の定電流回路用トラ
ンジスタ 73,74 電圧監視手段と保持回路用の電流ミラー回路用
トランジスタ 84 キャパシタの放電用トランジスタ 85 キャパシタの放電抵抗 87 補助出力電圧の操作用キャパシタ 91 電圧監視回路のしきい値設定用のツェナーダイ
オード 93 電圧監視回路の第１限界値設定用のツェナーダ
イオード Sa 出力電圧の実際値 So 過負荷信号 Sw スイッチング指令 S3 電圧監視手段の出力 S5 電圧制御手段の保持回路の保持出力 Vc 補助出力電圧 Vo 安定化電源の出力電圧 Vt 電圧監視手段のしきい値 V1 電圧監視手段の第１限界値 V2 過負荷検出手段の第２限界値

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】安定化電源の補助出力電圧を電圧監視手段
   に監視させてそれが所定のしきい値まで上昇したとき制
   御系に安定化電源の出力動作を開始させるとともに第１
   限界値以下に低下した第１過負荷状態では制御系の動作
   を停止させ、安定化電源の正規の出力電圧を過負荷検出
   手段に監視させてそれが第２限界値に低下したとき第２
   過負荷状態を検出させ、制御系の動作を第１過負荷状態
   に応じ安定化電源が再起動されるまで停止させ，かつ第
   ２過負荷状態に応じ一旦は停止させた後に所定時間後に
   自動的に再開させるようにしたことを特徴とする安定化
   電源の過負荷保護方式。
2. 【請求項２】請求項１に記載の方式において、補助出力
   電圧を安定化電源の制御系に対し制御電源電圧として給
   電し、それが第１限界値以下に低下する第１過負荷状態
   では制御系の動作が停止するように第１限界値を設定す
   るようにしたことを特徴とする安定化電源の過負荷保護
   方式。
3. 【請求項３】請求項１に記載の方式において、電圧監視
   手段が補助電源電圧からしきい値設定用の電圧障壁を介
   して注入される電流によりトリガされて動作開始する定
   電流回路と，その定電流により動作開始し第１限界値に
   相当する電圧障壁を介する帰還電流によって定電流回路
   を動作状態に保つ電流ミラー回路とを備えてなり，補助
   電源電圧値に対し動作上の履歴特性をもつ状態保持回路
   として構成されることを特徴とする安定化電源の過負荷
   保護方式。
4. 【請求項４】請求項３に記載の方式において、電圧障壁
   としてツェナーダイオードが用いられることを特徴とす
   る安定化電源の過負荷保護方式。
5. 【請求項５】請求項１に記載の方式において、制御系に
   対して安定化電源の起動時に入力電圧によって起動抵抗
   を介して充電されるキャパシタの電圧を制御電源電圧と
   して供給し、過負荷検出手段により第２過負荷が検出さ
   れたとき電圧制御手段によりキャパシタを放電させて制
   御電源電圧を一旦低下させた後に所定速度で充電するこ
   とにより制御電源電圧を回復させて制御系の動作を再開
   させるようにしたことを特徴とする安定化電源の過負荷
   保護方式。
6. 【請求項６】請求項５に記載の方式において、補助出力
   電圧を制御系に制御電源電圧として供給し、電圧制御手
   段として第２過負荷状態で制御電源電圧用のキャパシタ
   と接続される放電抵抗と，その放電によって制御電源電
   圧が電圧監視手段の第１限界値以下に低下したことを条
   件に所定の速度で充電を開始する制御キャパシタとを備
   える電圧操作回路を設け、制御キャパシタの充電電圧の
   上昇に応じて制御電源電圧を回復させながら放電後のキ
   ャパシタを所定速度で充電するようにしたことを特徴と
   する安定化電源の過負荷保護方式。
7. 【請求項７】請求項５に記載の方式において、電圧制御
   手段内に過負荷検出手段により第２過負荷状態が検出さ
   れた旨を記憶して電圧制御動作を開始させる保持回路を
   設け、この保持回路を第２過負荷状態によりトリガされ
   て動作を開始する定電流回路と，その定電流を基準電流
   として受けて従動電流を定電流回路に帰還してそれを動
   作状態に保つ電流ミラー回路とから構成するようにした
   ことを特徴とする安定化電源の過負荷保護方式。
8. 【請求項８】請求項７に記載の方式において、保持回路
   の動作に応じて制御電源電圧の制御系に対する給電を断
   つようにしたことを特徴とする安定化電源の過負荷保護
   方式。
9. 【請求項９】請求項７に記載の方式において、保持回路
   の動作を第２過負荷状態の解消後に制御電源電圧が回復
   したことを条件に解除するようにしたことを特徴とする
   安定化電源の過負荷保護方式。
10. 【請求項１０】請求項１に記載の方式において、過負荷
    検出手段が制御系の中に組み込まれることを特徴とする
    安定化電源の過負荷保護方式。