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JPH0465616B2 - - Google Patents
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JPH0465616B2 - - Google Patents

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JPH0465616B2
JPH0465616B2 JP59030883A JP3088384A JPH0465616B2 JP H0465616 B2 JPH0465616 B2 JP H0465616B2 JP 59030883 A JP59030883 A JP 59030883A JP 3088384 A JP3088384 A JP 3088384A JP H0465616 B2 JPH0465616 B2 JP H0465616B2
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transistor
output
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overcurrent
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Masaru Maruta
Mamoru Hizawa
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は電子装置の出力回路部、とくに外部装
置とのインタフエース部、に生じうる過電流に対
して該出力回路部あるいはその外部装置を保護す
るための過電流保護回路に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Technical Field to which the Invention Pertains] The present invention provides a method for protecting the output circuit section of an electronic device or its external device against overcurrent that may occur in the output circuit section, particularly at the interface section with an external device. This invention relates to an overcurrent protection circuit for protection.

〔従来技術とその問題点〕[Prior art and its problems]

前述のような電子装置類の外部装置との相互接
続部には公知のようにインターフエースが置かれ
ており、このインタフエースとしてはしばしば外
部装置を直接操作しうる程度の電力を取り扱いう
る出力回路が設けられる。たとえば、電子装置と
してのプログラムコントローラやシーケンサはそ
れ自体のないしは付属の出力回路部を備え、これ
によつて外部装置内のリレーや電磁弁を操作する
必要がある。あるいは、センサ類中に組み込まれ
た電子回路には外部の電磁弁や警報器等を直接駆
動できる出力回路部が必要となることが多い。こ
のような出力回路部には、電子回路内の微弱な信
号に基づいて外部装置内の前記のような操作ない
しは制御できるよう、各操作ないしは制御チヤネ
ルごとに出力トランジスタが設けられる。
As is well known, an interface is placed at the interconnection point between the aforementioned electronic devices and an external device, and this interface often includes an output circuit that can handle enough power to directly operate the external device. is provided. For example, a program controller or a sequencer as an electronic device must have its own or an attached output circuit section to operate a relay or a solenoid valve in an external device. Alternatively, electronic circuits built into sensors often require an output circuit section that can directly drive external solenoid valves, alarms, etc. In such an output circuit section, an output transistor is provided for each operation or control channel so that the above-mentioned operation or control in an external device can be performed based on a weak signal in the electronic circuit.

しかし、かかる出力回路部によつて操作ないし
は制御される対象においては、種々の原因でトラ
ブルが発生することがあり、また対象に至るまで
の配線類に短絡等の故障が生じることも多い。か
かる、短絡事故のような場合には、当然出力回路
内の出力トランジスタに過大な負荷が掛かりその
焼損のおそれがあり、また短絡に至らないまでも
トラブルのために長時間過電流が流れる場合にお
いても出力トランジスタが損傷するおそれがあ
り、また同時に操作ないしは制御対象内において
も損傷が引きおこされることがある。
However, troubles may occur in the objects operated or controlled by such output circuit units for various reasons, and failures such as short circuits often occur in the wiring leading to the objects. In such a short circuit accident, an excessive load is placed on the output transistor in the output circuit, which may cause it to burn out.Also, even if it does not result in a short circuit, if an overcurrent flows for a long time due to a problem, However, the output transistor may be damaged, and at the same time, damage may also occur within the object to be operated or controlled.

このため、従来からインタフエースとしての出
力回路部には、出力回路に発生した過電流から出
力回路内の出力トランジスタを保護する機能が組
み込まれることが多く、第1図にそのための代表
的な保護回路の例を挙げる。図において電子装置
の内部回路は簡略的に符号1で示されており、そ
の右方の一転鎖線より右側に1チヤネル分の出力
回路2が示されている。この出力回路2の主体は
出力トランジスタ3であり、内部回路1内の出力
回路ドライブ用の駆動トランジスタ等からのオン
オフのあるいはアナログ制御用の指令Sをそのベ
ースに受け、図示しないB電源を介して外部装置
内にある操作ないしは制御対象への出力信号とし
ての負荷電流ILを発生する。対象内に事故が発
生したときこの負荷電流ILが過大となり、該負
荷電流は当然出力トランジスタ3のコレクタ電流
であるから、出力トランジスタ3は過大なコレク
タ電流のため損傷のおそれがある。この保護のた
め、出力トランジスタ3のエミツタ側に電流検出
抵抗器4が接続されており、該抵抗器4中に流れ
る電圧降下がその左方に示された保護用トランジ
スタ5のベース・エミツタ間に与えられる。した
がつて、故障による過電流が電流抵抗4に流れた
とき、トランジスタ5のベース電位が上がり該ト
ランジスタ5がオンして、出力トランジスタ3の
ベース電位を接地電位に近づけることによつて下
げ、負荷電流ILを許容電流値以下に制限させる。
For this reason, the output circuit section serving as an interface has traditionally often incorporated a function to protect the output transistor in the output circuit from overcurrent generated in the output circuit. Give an example of a circuit. In the figure, the internal circuit of the electronic device is simply indicated by the reference numeral 1, and an output circuit 2 for one channel is shown on the right side of the dashed line on the right side. The main body of this output circuit 2 is an output transistor 3, which receives on/off or analog control commands S from a drive transistor for driving the output circuit in the internal circuit 1, and transmits them via a power source B (not shown). Generates a load current IL as an output signal to an object to be operated or controlled within an external device. When an accident occurs within the object, this load current IL becomes excessive, and since this load current is naturally the collector current of the output transistor 3, the output transistor 3 may be damaged due to the excessive collector current. For this protection, a current detection resistor 4 is connected to the emitter side of the output transistor 3, and the voltage drop flowing through the resistor 4 is applied between the base and emitter of the protection transistor 5 shown to the left. Given. Therefore, when an overcurrent due to a fault flows through the current resistor 4, the base potential of the transistor 5 increases and the transistor 5 turns on, lowering the base potential of the output transistor 3 by bringing it closer to the ground potential, and lowering the load. Limits the current IL to below the allowable current value.

このような従来技術によつても、比較的簡単な
回路構成で過電流保護をすることができるが、前
述の説明からわかるように出力トランジスタ3に
は故障が回復するまで持続電流が流れ続けること
になる。すなわち、いまトランジスタ5をオンさ
せるベース・エミツタ間電圧をVbe、電流検出抵
抗器4の抵抗値をRs、過電流保護が行なわれて
いるときの負荷電流ILの制限電流をILmとする
と、 ILm=Vbe/Rs の値の制限電流が持続的に流れることになる。こ
の制限電流の値は出力トランジスタ3ないしはそ
の負荷によつて決まるのであるが、とくにトラン
ジスタ3については持続電流の場合は比較的低く
選ぶ必要がある。一方上式のVbeの値はトランジ
スタ5によつて決まり、一定限度以下に下げるこ
とはできないから、制限電流ILmの値を下げるた
めには電流検出用の抵抗値Rsの値を大きくする
必要がある。しかし、この抵抗値は故障時はもち
ろん正常時にも常に負荷電流ILに対して挿入さ
れることになるので、この面からはできるだけ低
く押える必要がある。このように従来の技術で
は、出力回路中の無用な電力消費を避けるという
要請と、過電流保護を充分にするという要請との
間にジレンマがあり、このため多少の電力消費に
は目をつぶつて保護を完全にする方を選ばざるを
得ないのが現状であつた。また、このような従来
技術では正規の状態での電力消費はともかく、故
障時に全く役に立たない電流を出力トランジスタ
や負荷に流すことは保護の本来の目的から見ても
望ましくない。
Even with such conventional technology, overcurrent protection can be achieved with a relatively simple circuit configuration, but as can be seen from the above explanation, a sustained current continues to flow through the output transistor 3 until the failure is recovered. become. That is, if the base-emitter voltage that turns on the transistor 5 is Vbe, the resistance value of the current detection resistor 4 is Rs, and the limit current of the load current IL when overcurrent protection is performed is ILm, then ILm= A limited current of the value Vbe/Rs will flow continuously. The value of this limited current is determined by the output transistor 3 or its load, and in particular, for the transistor 3, it must be selected to be relatively low in the case of a sustained current. On the other hand, the value of Vbe in the above equation is determined by transistor 5 and cannot be lowered below a certain limit, so in order to lower the value of limiting current ILm, it is necessary to increase the value of the current detection resistor Rs. . However, since this resistance value is always inserted into the load current IL not only during failure but also during normal operation, it is necessary to keep it as low as possible from this point of view. As described above, in conventional technology, there is a dilemma between the requirement to avoid unnecessary power consumption in the output circuit and the requirement to provide sufficient overcurrent protection, and for this reason, it is difficult to ignore some power consumption. The current situation was such that we had no choice but to choose complete protection. Further, in such a conventional technique, apart from the power consumption under normal conditions, it is undesirable from the point of view of the original purpose of protection to flow a completely useless current to the output transistor or load in the event of a failure.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明は、従来技術のもつ前述のような問題点
を解消し、電力消費が極小で保護機能がより完全
な冒頭記載の用途向けの過電流保護回路を得るこ
とを目的とする。
It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems of the prior art and to obtain an overcurrent protection circuit for the above-mentioned application, which has minimal power consumption and a more complete protection function.

〔発明の要点〕[Key points of the invention]

本発明によれば、指令に基づいて所定の負荷電
流を発生する出力回路の出力トランジスタのベー
スにコレクタが接続されて出力トランジスタの電
流を制御し抑制する電流抑制トランジスタと、出
力トランジスタのエミツタと接地間に接続される
電流検出抵抗と、エミツタと電流検出抵抗との接
続部にベースが接続され電流検出抵抗端電圧がベ
ース・エミツタ間電圧を越えると応動する過電流
検出トランジスタと、過電流検出トランジスタの
コレクタとエミツタ間に並列に接続されるコンデ
ンサと、コンデンサと過電流検出トランジスタの
コレクタとの接続部に接続されてコンデンサを充
電する定電流源と、非反転入力部に基準電圧が接
続され反転入力に過電流検出トランジスタのコレ
クタが接続される電圧比較器と、電圧比較器の出
力が電流抑制トランジスタのベースに接続される
構成の過電流保護回路によつて達成される。本発
明回路では以上の構成により、出力回路中に過電
流が発生したとき負荷電流は直ちに一たん遮断さ
れあるいは従来の制限電流と比べて極めて小さな
抑制電流値にまで抑制される。この抑制ないしは
遮断状態は時限回路から時限終了信号が発しられ
るまで継続され、時限終了信号の発生時点では抑
制状態が解除されて出力回路は抑制動作前の状態
に戻される。このときまだ出力回路が過電流状態
から回復している場合には、これにより出力回路
は正規の状態に入るが、過電流状態がまだ続いて
いる場合には、前述の電流抑制動作とその解除動
作が出路回路状態が正規状態に回復するか故障原
因が人為的に取り除かれるまで繰り返えされる。
この際、電流抑制動作が解除された時点では過電
流が出力回路中に流れるが、解除後再び電流抑制
動作に入るまでの時間は極めて短くできるので、
かかる短時間の過電流が出力トランジスタや負荷
に与える影響と出力回路中の電力損失とを従来の
保護回路におけるよりも極めて小さくすることが
できる。なお、本発明回路の場合、電流抑制動作
中にたまたま出力回路中の故障が回復しても、時
限回路から時限終了信号が発しられるまで電流抑
制動作が継続されることになるが、時限の値を適
切に選べば大がいの用途に対しては支障はない。
According to the present invention, a current suppressing transistor whose collector is connected to the base of an output transistor of an output circuit that generates a predetermined load current based on a command and controls and suppresses the current of the output transistor, and a current suppressing transistor that controls and suppresses the current of the output transistor, and an emitter of the output transistor and grounding. a current detection resistor connected between them, an overcurrent detection transistor whose base is connected to the connection between the emitter and the current detection resistor, and which responds when the voltage at the end of the current detection resistor exceeds the voltage between the base and emitter; A constant current source is connected to the connection between the capacitor and the collector of the overcurrent detection transistor to charge the capacitor, and a reference voltage is connected to the non-inverting input of the inverting transistor. This is achieved by an overcurrent protection circuit configured with a voltage comparator whose input is connected to the collector of an overcurrent detection transistor, and an output of the voltage comparator is connected to the base of a current suppression transistor. In the circuit of the present invention, with the above configuration, when an overcurrent occurs in the output circuit, the load current is immediately cut off or suppressed to an extremely small suppressed current value compared to the conventional limited current. This suppressed or cut-off state continues until a time limit end signal is issued from the time limit circuit, and at the time the time limit end signal is generated, the suppress state is canceled and the output circuit is returned to the state before the suppress operation. At this time, if the output circuit has still recovered from the overcurrent state, the output circuit enters the normal state, but if the overcurrent state still continues, the current suppression operation described above and its release are performed. The operation is repeated until the output circuit condition is restored to normal or the cause of the failure is artificially removed.
At this time, an overcurrent flows into the output circuit when the current suppression operation is canceled, but the time until the current suppression operation resumes after cancellation can be made extremely short.
The influence of such a short-time overcurrent on the output transistor and load and the power loss in the output circuit can be made much smaller than in conventional protection circuits. In the case of the circuit of the present invention, even if the fault in the output circuit happens to be recovered during the current suppression operation, the current suppression operation will continue until the time limit end signal is issued from the time limit circuit. If selected appropriately, there is no problem for large-scale applications.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、図を参照しながら本発明の実施例を詳し
く説明する。第2図は本発明の実施例回路図であ
つて、前の第1図との共通部分には同一の符号が
付されている。また、第3図はこの実施例回路内
の主な信号の波形図である。
Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 2 is a circuit diagram of an embodiment of the present invention, in which parts common to those in FIG. 1 are given the same reference numerals. Further, FIG. 3 is a waveform diagram of main signals in the circuit of this embodiment.

第2図において、トランジスタ11は電流検出
抵抗4が発する電流値信号Vsをベースに入力す
る過電流検出用トランジスタであつて、電流検出
抵抗4中の負荷電流ILが過電流となつて電流値
信号Vsの値がそのベース・エミツタ間電圧Vbe
を越すと、直ちに導通してコンデンサ12を短絡
することにより、該コンデン12と定電流源13
とからなる時限回路を始動させる。一方、その右
方に示されたコンパレータ14は、このコンデン
サ12のコンデンサ電圧はその反転入力に受け、
一方その非反転入力には基準電圧Vrが与えられ
ている。該基準電圧Vrはトランジスタ11の導
通前のコンデンサ電圧Vcよりも小に選ばれてい
るので、該導通前にはコンパレータ14の出力は
「0」であり、従つて該出力をベースに受けるそ
の右方に示された電流抑制用トランジスタ15は
オフ状態にあるが、前述のようにトランジスタ1
1が過電流値信号により導通すると、反転入力へ
のコンデンサ電圧がゼロになるのでコンパレータ
14の出力は反転して「1」となり、電流抑制用
トランジスタ15をオンさせてそれまで内部回路
1から出力トランジスタ3に与えられていた指令
Sをアースに導くので、出力トランジスタ3がオ
フされて負荷電流ILが遮断される。この回路動
作の模様は第3図に示されている。
In FIG. 2, a transistor 11 is an overcurrent detection transistor that inputs a current value signal Vs generated by a current detection resistor 4 as a base, and when the load current IL in the current detection resistor 4 becomes an overcurrent, a current value signal is generated. The value of Vs is the base-emitter voltage Vbe
When the voltage is exceeded, the capacitor 12 and the constant current source 13 are connected immediately by short-circuiting the capacitor 12.
Starts a timed circuit consisting of. On the other hand, the comparator 14 shown on the right receives the capacitor voltage of this capacitor 12 at its inverting input.
On the other hand, a reference voltage Vr is applied to its non-inverting input. Since the reference voltage Vr is selected to be smaller than the capacitor voltage Vc before the transistor 11 conducts, the output of the comparator 14 is "0" before the conduction. The current suppressing transistor 15 shown in the figure is in an off state, but as mentioned above, the transistor 1
1 becomes conductive due to the overcurrent value signal, the capacitor voltage to the inverting input becomes zero, so the output of the comparator 14 is inverted and becomes "1", turning on the current suppressing transistor 15, and until then the output from the internal circuit 1 is Since the command S given to the transistor 3 is led to the ground, the output transistor 3 is turned off and the load current IL is cut off. The pattern of this circuit operation is shown in FIG.

第3図の左方に示された正常期間Tnのあいだ
には、同図aに示されるように電流値信号Vsの
値は過電流検出トランジスタ11の一点鎖線で示
されたベース・エミツタ間電圧Vbeよりも低い
が、出力回路中に故障が発生した故障期間Taに
入ると該トランジスタ11が直ちに導通してコン
デンサ12を短絡するので、同図bに示されるよ
うにそのコンデンサ電圧Vcはゼロとなり、同図
cに示されたコンパレータ14の出力信号として
の電流抑制信号Slは「1」となる。出力トランジ
スタ3はこの電流抑制信号Slを受けて、少時の遅
れ時間△Toffの後に負荷電流ILを遮断するので、
この遮断時に電流値信号Vsがゼロとなり同時に
トランジスタ11がオフして時限回路のコンデン
サ11の充電が開始される。その後、コンデンサ
電圧Vcはコンデンサ12の容量と定電流源13
からの充電電流値によつてきまる傾斜で第2図b
に示すように直線的に立ち上がり、基準電圧Vr
と交叉する時点でコンパレータ14の出力が
「0」に反転する。この電流抑制信号Slの消失に
より電流抑制トランジスタがオフし、少時の遅れ
時間△Tonの後に出力トランジスタ3がオンして
出力回路に電流ILが再び流れて、もし故障がそ
の時点までに回復していなければ過電流が再び出
力回路に流れるので、回路は前述の電流抑制動作
とその解除とを故障が回復するまであるいは故障
に気がついて人為的に出力回復がオフされるまで
繰り返えす。
During the normal period Tn shown on the left side of FIG. 3, the value of the current value signal Vs is the voltage between the base and emitter of the overcurrent detection transistor 11 shown by the dashed line, as shown in FIG. Although it is lower than Vbe, when a failure occurs in the output circuit and enters the failure period Ta, the transistor 11 immediately conducts and shorts the capacitor 12, so the capacitor voltage Vc becomes zero as shown in Figure b. , the current suppression signal Sl as the output signal of the comparator 14 shown in FIG. The output transistor 3 receives this current suppression signal Sl and cuts off the load current IL after a short delay time ΔToff.
At the time of this interruption, the current value signal Vs becomes zero, and at the same time, the transistor 11 is turned off and charging of the capacitor 11 of the time limit circuit is started. After that, the capacitor voltage Vc is determined by the capacitance of the capacitor 12 and the constant current source 13.
Figure 2b shows the slope determined by the charging current value from
As shown in , it rises linearly and the reference voltage Vr
The output of the comparator 14 is inverted to "0" at the point where it intersects with "0". The current suppression transistor turns off due to the disappearance of the current suppression signal Sl, and after a short delay time △Ton, the output transistor 3 turns on and the current IL flows through the output circuit again. If not, the overcurrent will flow to the output circuit again, so the circuit can repeat the above-described current suppression operation and its release until the fault is recovered or until the fault is noticed and the output recovery is artificially turned off.

このように第2図に示された実施例回路は故障
期間Ta中に電流抑制とその解除動作とを第3図
cに示された周期Tで繰り返すが、同図aに示さ
れた時点trで故障が回復されないしは人為的に出
力回路が断にされたとすると、その後に電流抑制
動作が解除されて出力回路がオンされても、もは
や過電流が流れないので電流検出抵抗4の電流値
検出信号Vsは過電流検出トランジスタ11のベ
ース・エミツタ間電圧Vbeに達せず、従つて以後
は電流抑制動作が起こらず回路は当初の正常期間
Tn時の動作状態に帰る。さて、前述の説明から
わかるように故障期間Ta内の前記の回路の動作
周期T中で負荷電流ILが流れる時間は前述の遮
断遅れ時間△Toffだけであり、出力トランジス
タの遮断動作はふつう長くても数ミリ秒を越えな
いから、故障期間Taを通じて出力回路に流れる
負荷電流ILの平均値ないしは実効電流は極めて
小さい。一方、第1図に示したような従来技術の
場合は、故障開始時点から故障回復時点trに至る
まで負荷電流ILは遮断されることなく流れ続け、
この間は電流検出抵抗4の両端に生じる電流値信
号Vsの値が第3図aの鎖線で示すように過電流
検出トランジスタ11のベース・エミツタ間電圧
Vbeに平衡する負荷電流が流れることになるの
で、故障期間Taを通じて流れ続ける負荷電流は、
前述の制限電流ILm(=Vbe/Rs)に等しい。こ
れから、本発明回路の場合に故障期間中に流れる
負荷電流の実効値が従来技術に比べて非常に小さ
いことがわかる。
In this way, the embodiment circuit shown in FIG. 2 repeats current suppression and its release operation during the failure period Ta at the period T shown in FIG. 3c, but at the time tr shown in FIG. If the fault is not recovered or the output circuit is artificially turned off, then even if the current suppression operation is canceled and the output circuit is turned on, no overcurrent will flow, so the current value of the current detection resistor 4 will change. The detection signal Vs does not reach the base-emitter voltage Vbe of the overcurrent detection transistor 11, and therefore the current suppression operation does not occur and the circuit remains in the initial normal period.
Return to the operating state at Tn. Now, as can be seen from the above explanation, the time during which the load current IL flows during the operation cycle T of the circuit within the failure period Ta is only the aforementioned cutoff delay time △Toff, and the cutoff operation of the output transistor is usually long. Since the duration does not exceed several milliseconds, the average value or effective current of the load current IL flowing through the output circuit throughout the failure period Ta is extremely small. On the other hand, in the case of the conventional technology shown in FIG. 1, the load current IL continues to flow without being cut off from the time of failure initiation to the time of failure recovery tr.
During this period, the value of the current value signal Vs generated across the current detection resistor 4 changes to the base-emitter voltage of the overcurrent detection transistor 11, as shown by the chain line in FIG. 3a.
Since a load current balanced by Vbe will flow, the load current that continues to flow throughout the failure period Ta is:
Equal to the aforementioned limit current ILm (=Vbe/Rs). From this, it can be seen that in the case of the circuit of the present invention, the effective value of the load current flowing during the failure period is much smaller than that in the prior art.

上の事項をもう少し定量的に説明すると次のと
おりである。いま時限回路内のコンデンサ12の
容量をc、定電流源13からの充電電流の値をIc
とし、時限動作開始からコンデンサ電圧Vcが基
準電圧Vrに達してコンパレータ11からの電流
抑制指令Slが消去するまでの充電期間すなわち時
限回路の時限を第3図bに示すようにTcとする
と、 Tc=C・Vr/Ic であり、この時限Tcは充電電流Ic、コンデンサ
容量Cおよび基準電圧Vrの選び方によつて自由
に定めることができる。一方、回路の電流抑制動
作の周期Tは、 T=Tc+△Toff+△Ton で表わせるから、故障期間中の負荷電流ILの平
均値をTLaとすると従来技術による制限ILmに対
する電流率kは k=ILa/ILm=△Toff/T= △Toff/Tcb+△Toff+△Ton である。前式中の△Toffは当然Tcよりもうんと
小さいから、電流率kは非常に小さな値である。
A more quantitative explanation of the above matters is as follows. Now, the capacitance of the capacitor 12 in the time limit circuit is c, and the value of the charging current from the constant current source 13 is Ic.
If the charging period from the start of timed operation until the capacitor voltage Vc reaches the reference voltage Vr and the current suppression command Sl from the comparator 11 is erased, that is, the time limit of the timed circuit, is Tc as shown in FIG. 3b, then Tc =C·Vr/Ic, and this time limit Tc can be freely determined by selecting the charging current Ic, capacitor capacity C, and reference voltage Vr. On the other hand, the period T of the current suppression operation of the circuit can be expressed as T = Tc + △Toff + △Ton, so if the average value of the load current IL during the failure period is TLa, the current rate k for the limit ILm according to the conventional technology is k = ILa/ILm=ΔToff/T=ΔToff/Tcb+ΔToff+ΔTon. Since ΔToff in the above equation is naturally much smaller than Tc, the current rate k is a very small value.

またこの実施例回路では、上の説明からもわか
るように従来技術と異なり過電流検出トランジス
タ11が電流抑制トランジスタ15とは機能的に
分離されており、上述の時限Tを設計的に自由に
選定できるほかに、過電流検出トランジスタ11
を過電流に対して鋭敏に動作するよう低いベー
ス・エミツタ間電圧Vbeをもつ素子を採用できる
利点がある。また、このトランジスタ11は前述
のように遮断遅れ時間△Toffの間にのみオン動
作するだけであるから、短時間定格の素子でよく
検出特性の劣化も少ない。なお、前述の説明では
出力トランジスタ3の電流抑制動作は単純に遮断
としたが、これに限らず電流制限であつても制限
電流値が小さくすれば前述と実質的に同じ効果が
得られることはもちろんである。例えば出力回路
の負荷が誘導性であつて急速遮断が困難でかつ過
電圧発生のおそれがある場合は、出力トランジス
タ3のコレクタ・エミツタ間に高抵抗を並列接続
することにより、かかる困難を回避し同時に遮断
遅れ時間を短縮することができる。
Furthermore, as can be seen from the above description, in this embodiment circuit, unlike the conventional technology, the overcurrent detection transistor 11 is functionally separated from the current suppression transistor 15, and the above-mentioned time limit T can be freely selected in terms of design. In addition to the overcurrent detection transistor 11
This has the advantage of being able to use an element with a low base-emitter voltage Vbe so that it operates sensitively against overcurrent. In addition, since the transistor 11 is only turned on during the cut-off delay time ΔToff as described above, it can be used as a short-time rated element and there is little deterioration in detection characteristics. Note that in the above explanation, the current suppression operation of the output transistor 3 was simply cut off, but this is not limited to this; substantially the same effect as described above can be obtained even in the case of current limitation, if the limiting current value is made small. Of course. For example, if the load of the output circuit is inductive and it is difficult to shut off quickly and there is a risk of overvoltage, by connecting a high resistance in parallel between the collector and emitter of the output transistor 3, this difficulty can be avoided and at the same time Shutoff delay time can be shortened.

第4図は時限回路を別な回路により構成した実
施例を示すもので、この実施例では時限回路にデ
イジタル回路を用いた点が前の実施例と異なつて
おり、第2図と同一符号が付されている。この実
施例の場合も過電流検出トランジスタ11は電流
検出抵抗4からの電流値信号Vsが過電流により
所定値を越えたとき導通し、これによつてそのコ
レクタ出力は「0」になりインバータ16を介し
てそれまでリセツト状態にあつたフリツプフロツ
プ17をセツトする。該フリツプフロツプ17の
Q出力はこのセツトにより「1」となり、その上
方に示された・アンド回路18をエネーブルして
クロツク発生器19からのクロツクパルスCPを
それもでクリヤ状態におかれていたカウンタ20
に導き、カウントを開始させることによつてその
時限動作を始めさせる。また、フリツプフロツプ
17のセツトと同時のその出力も反転して
「0」となるから、これを入力しているノアゲー
ト21ではノア条件が成立して出力が「1」とな
り、電流抑制指令Slとして電流抑制トランジスタ
15に与える。前の実施例と同じく電流抑制トラ
ンジスタ15がこれによつてオンし、出力トラン
ジスタ3が負荷電流ILを少時の遅れ時間△Toff
の後に遮断する。この模様が第5図aに電流値信
号Vsについて示されており、同図cには電流制
限指令Slの波形が示されている。なお、前述のノ
アゲート21においては、ノア条件の成立前の入
力状態はフリツプフロツプ17の出力として
「1」を受け、一方カウンタ20からのカウント
出力COPは当然まだカウンタ20がクリヤ状態
にあるから第5図bに示すように「0」であり、
従つてフリツプフロツプ17の出力の反転後に
始めてノア条件が成立する。
FIG. 4 shows an embodiment in which the timer circuit is constructed from a separate circuit. This embodiment differs from the previous embodiment in that a digital circuit is used for the timer circuit, and the same reference numerals as in FIG. 2 are used. It is attached. In this embodiment as well, the overcurrent detection transistor 11 becomes conductive when the current value signal Vs from the current detection resistor 4 exceeds a predetermined value due to an overcurrent, so that its collector output becomes "0" and the inverter 16 The flip-flop 17, which had been in the reset state, is set via the . The Q output of the flip-flop 17 becomes ``1'' due to this setting, enabling the AND circuit 18 shown above it to clear the clock pulse CP from the clock generator 19 from the counter 20.
and initiates its timed operation by initiating a count. Furthermore, since the output of the flip-flop 17 at the same time as it is set is also inverted and becomes "0", the NOR condition is satisfied in the NOR gate 21 to which this is input, and the output becomes "1", and the current is set as the current suppression command Sl. is applied to the suppression transistor 15. As in the previous embodiment, the current suppression transistor 15 is thereby turned on, and the output transistor 3 changes the load current IL to a short delay time ΔToff.
Shut off after. This pattern is shown in FIG. 5a for the current value signal Vs, and FIG. 5c shows the waveform of the current limit command Sl. In the NOR gate 21 described above, the input state before the NOR condition is met is "1" as the output of the flip-flop 17, while the count output COP from the counter 20 is of course still in the clear state, so the input state is "1". As shown in Figure b, it is "0",
Therefore, the NOR condition is satisfied only after the output of flip-flop 17 is inverted.

さて、出力トランジスタ3の遮断動作により負
荷電流ILはゼロとなり、従つて過電流検出トラ
ンジスタ11が受ける電流値信号Vsも図示のよ
うに「0」となるから、該トランジスタはオフし
フリツプフロツプ17のセツト入力は「0」に帰
るが、該フリツプフロツプ17はセツト状態にあ
るのでその出力状態は変わらず、ノアゲート21
はカウンタ20がカウントアツプ出力COPを発
するまで今の状態を持続して電流抑制指令Slを発
し続ける。時限回路としてのカウンタ20がカウ
ントアツプしたとき、すなわち所定の時限が来た
とき、該カウンタ20は第5図bに示すようにカ
ウントアツプ出力COPを発するので、これを受
けるノアゲート21のノア条件は成立しなくな
り、その出力としての電流抑制指令が解除され、
出力トランジスタ3は少時の遅れ時間△Tonの後
に出力回路を再び閉じる。なお、カウンタ20か
らのカウントアツプ出力はフリツプフロツプ17
のリセツト入力にも与えられており、これによつ
てフリツプフロツプ17がリセツトされ、そのQ
出力が「0」となつてアンドゲート18が閉じら
れると同時にその出力を受けてカウンタ20は
クリヤされて、フリツプフロツプ17とカウンタ
20は次の過電流検出信号を受容しうる状態に戻
る。従つて、カウンタ20のカウントアツプ出力
COPの波形は第5図bに示すようにパルス状と
なり「0」に戻るがフリツプフロツプ17の出
力の「1」がノアゲート21に与えられるので、
該ゲートのノア条件の不成立状態は変わらない。
以後は前の実施例と同様に、この実施例回路も電
流抑制とその解除動作を、時点trで出力回路が故
障回復するまで、周期Tで繰り返して継続する。
従来技術と比べて負荷電流ILの平均値を低減す
る率も前の実施例と同じである。
Now, due to the cutoff operation of the output transistor 3, the load current IL becomes zero, and therefore the current value signal Vs received by the overcurrent detection transistor 11 also becomes "0" as shown in the figure, so the transistor is turned off and the flip-flop 17 is set. The input returns to "0", but since the flip-flop 17 is in the set state, its output state remains unchanged, and the NOR gate 21
maintains the current state and continues issuing the current suppression command Sl until the counter 20 issues the count-up output COP. When the counter 20 as a time limit circuit counts up, that is, when a predetermined time limit comes, the counter 20 issues a count-up output COP as shown in FIG. 5b, so the NOR condition of the NOR gate 21 that receives this is It no longer holds true, and the current suppression command as its output is canceled.
The output transistor 3 closes the output circuit again after a short delay time ΔTon. Note that the count-up output from the counter 20 is output from the flip-flop 17.
This resets the flip-flop 17 and its Q
When the output becomes "0" and the AND gate 18 is closed, the counter 20 is cleared in response to the output, and the flip-flop 17 and the counter 20 return to a state in which they can receive the next overcurrent detection signal. Therefore, the count up output of counter 20
The waveform of COP becomes a pulse as shown in FIG.
The state in which the NOR condition of the gate is not satisfied does not change.
Thereafter, as in the previous embodiment, this embodiment circuit repeats the current suppression and its release operation at a cycle T until the output circuit recovers from the failure at time tr.
The rate at which the average value of the load current IL is reduced compared to the prior art is also the same as in the previous embodiment.

以上の両実施例の説明においては、いずれも電
流抑制トランジスタを出力トランジスタのベース
回路に働かせる例を紹介したが、電流抑制回路に
はこのような態様に限らず、種々の公知の回路を
採用することができる。例えば電流抑制回路を出
力回路に直接挿入することが可能であり、あるい
は出力トランジスタ自体に電流抑制トランジスタ
の働きをさせることもできる。また時限回路の態
様としても、公知のCR回路などを用いたアナロ
グ回路やタイマなどの特殊回路を用いることは本
発明の要旨内において自由である。
In the above descriptions of both embodiments, an example was introduced in which the current suppression transistor is used as the base circuit of the output transistor, but the current suppression circuit is not limited to this embodiment, and various known circuits may be adopted. be able to. For example, it is possible to insert the current suppression circuit directly into the output circuit, or the output transistor itself can act as a current suppression transistor. Further, as the time limit circuit, an analog circuit using a known CR circuit or a special circuit such as a timer may be freely used within the scope of the present invention.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明のとおり、本発明にかかる過電流保護
回路により、過電流を検知し時限回路からの時限
終了信号が発せられて解除された後再び電流抑制
動作に入るまでの時間は極めて短くでき、かかる
短時間の過電流が出力トランジスタや負荷に与え
る影響と出力回路中の電力損失を極めて小さくす
ることができるので、出力回路内の故障期間中の
平均負荷電流の値を従来技術によるよりも大幅に
低減することができる。これにより故障時の出力
回路内のむだな電力消費が少なくなり、長期に亘
つて連続的に使用されるセンサ類や多数個の出力
回路を備えるシーケンス制御器などの装置に対し
て著しい消費電力低減効果がある。またかかる消
費電力が出力トランジスタなどの出力回路要素や
負荷側の操作ないしは制御対象の回路内で発熱を
生じて回路要素に損傷を与えるおそれが未然に防
止される。このように本発明は出力回路に対する
過電流保護機能を従来よりもさらに完全に近づけ
る効果があり、さらには保護回路装置自体も過電
流により損傷されないようにする機能をも兼備す
る。
As explained above, the overcurrent protection circuit according to the present invention can extremely shorten the time from detecting an overcurrent to releasing the time limit signal from the time limit circuit and entering the current suppression operation again. Since the effect of short-term overcurrents on the output transistor and load and the power loss in the output circuit can be minimized, the value of the average load current during the failure period in the output circuit can be significantly reduced compared to the conventional technology. can be reduced. This reduces wasted power consumption in the output circuit in the event of a failure, and significantly reduces power consumption for devices such as sensors that are used continuously over long periods of time and sequence controllers with multiple output circuits. effective. Further, the possibility that such power consumption causes heat generation in output circuit elements such as output transistors, load-side operation, or circuits to be controlled, thereby damaging the circuit elements, is prevented. As described above, the present invention has the effect of making the overcurrent protection function for the output circuit more complete than the conventional one, and also has the function of preventing the protection circuit device itself from being damaged by overcurrent.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来の過電流保護回路の例を示す回路
図、第2図は本発明の過電流保護回路の実施例を
示す回路図、第3図は第2図に示された実施例回
路内の主要な信号の波形図、第4図は時限回路に
デイジタル回路を用いた実施例の回路図、第5図
は第4図に示された実施例かあいろ内の主要な信
号の波形図である。図において、 1:出力回路に指令を発する内部回路、2:出
力回路、3:出力回路手段としての出力トランジ
スタ、4:電流検出手段としての電流検出抵抗、
5,15:電流抑制回路を構成する電流抑制トラ
ンジスタ、11:過電流検出回路としての過電流
検出トランジスタ、12:時限回路要素としての
コンデンサ、13:時限回路要素としての定電流
源、14:電流抑制回路を構成するコンパレー
タ、20:時限回路要素としてのカウンタ、S:
指令、Sl:電流抑制指令、Vs:電流値信号、で
ある。
Fig. 1 is a circuit diagram showing an example of a conventional overcurrent protection circuit, Fig. 2 is a circuit diagram showing an embodiment of the overcurrent protection circuit of the present invention, and Fig. 3 is an embodiment circuit shown in Fig. 2. Figure 4 is a circuit diagram of an embodiment using a digital circuit for the timer circuit, Figure 5 is a waveform diagram of major signals in the embodiment shown in Figure 4. It is a diagram. In the figure, 1: internal circuit that issues a command to the output circuit, 2: output circuit, 3: output transistor as output circuit means, 4: current detection resistor as current detection means,
5, 15: Current suppression transistor constituting a current suppression circuit, 11: Overcurrent detection transistor as an overcurrent detection circuit, 12: Capacitor as a timed circuit element, 13: Constant current source as a timed circuit element, 14: Current Comparator constituting the suppression circuit, 20: Counter as a time circuit element, S:
command, Sl: current suppression command, Vs: current value signal.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 指令に基づいて所定の負荷電流を発生する出
力回路の出力トランジスタのベースにコレクタが
接続されて該出力トランジスタの出力電流を制御
し抑制する電流抑制トランジスタと、前記出力ト
ランジスタのエミツタと接地間に接続される電流
検出抵抗と、該エミツタと該電流検出抵抗との接
続部にベースが接続され前記電流検出抵抗端電圧
がベース・エミツタ間電圧を越えると応動する過
電流検出トランジスタと、該過電流検出トランジ
スタのコレクタとエミツタ間に並列に接続される
コンデンサと、該コンデンサと前記過電流検出ト
ランジスタのコレクタとの接続部に接続されて前
記コンデンサを充電する定電流源と、非反転入力
部に基準電圧が接続され反転入力に前記過電流検
出トランジスタのコレクタが接続される電圧比較
器と、該電圧比較器の出力が前記電流抑制トラン
ジスタのベースに接続されることを特徴とする過
電流保護回路。
1. A current suppressing transistor whose collector is connected to the base of an output transistor of an output circuit that generates a predetermined load current based on a command to control and suppress the output current of the output transistor, and a current suppressing transistor between the emitter of the output transistor and ground. a current detection resistor connected thereto, an overcurrent detection transistor whose base is connected to a connection between the emitter and the current detection resistor, and which responds when a voltage at the end of the current detection resistor exceeds a voltage between the base and emitter; a capacitor connected in parallel between the collector and emitter of the detection transistor; a constant current source connected to the connection between the capacitor and the collector of the overcurrent detection transistor to charge the capacitor; An overcurrent protection circuit comprising: a voltage comparator to which a voltage is connected and whose inverting input is connected to the collector of the overcurrent detection transistor; and an output of the voltage comparator is connected to the base of the current suppression transistor.
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