この記事では『過電流保護(OCP)』について
- 過電流保護(OCP)とは
- 過電流保護機能を搭載している電源IC
- 過電流保護回路
などを図を用いて分かりやすく説明するように心掛けています。ご参考になれば幸いです。
過電流保護(OCP)とは
過電流保護とは、出力部の異常(負荷短絡など)によって過電流が流れた時に、出力を停止する機能です。過電流が流れることを防止することで、ICや半導体(MOSFETなど)の特性劣化や破壊などを防止することができます。
過電流保護は英語では「Over Current Protection」と書きます。英語の頭文字をとり「OCP」と呼ばれることもあります。
電源ICには過電流保護機能が内蔵されているものがあります。また、トランジスタやダイオード等の部品を組み合わせても過電流から保護する回路(過電流保護回路)を作ることもできます。
ではこれから、
- 電源ICの過電流保護機能
- 過電流保護回路
について説明します。
電源ICの過電流保護機能
電源ICには過電流保護機能を内蔵しているものがあります。
例えば、上図に示しているフライバックコンバータでは、出力電流\(I_{OUT}\)が過電流になると、1次側に流れる電流\(I_1\)も大きくなります。
そこで、MOSFETのソース(S)に電流検出抵抗\(R_S\)を接続し、電流検出抵抗にかかる電圧\(V_S(=R_SI_1)\)がある閾値を超えた時に、MOSFETをOFFすることで、出力を停止しています。
過電流保護回路
上図に示しているのは、PNPトランジスタ\(Q_1\)、抵抗\(R_S\)および\(R_1\)、ダイオード\(D_1\)および\(D_2\)で構成された過電流保護回路です。
PNPトランジスタ\(Q_1\)のベース(B)に接続されているダイオード\(D_2\)はベースエミッタ間電圧\(V_{BE}\)を補償するために接続しています。ここでは、ダイオード\(D_2\)の順方向電圧降下\(V_{F2}\)がベースエミッタ間電圧\(V_{BE}\)と等しいとします。
抵抗\(R_S\)に電流が流れると、抵抗\(R_S\)で電圧降下\(V_S(=R_SI_{OUT})\)が発生します。この電圧\(V_S\)がダイオード\(D_1\)の順方向電圧降下\(V_{F1}\)を超えると、電流は抵抗\(R_S\)側に流れなくなり、ダイオード\(D_1\)側に流れます。
したがって、出力電流\(I_{OUT}\)の最大値は次式で表されます。
\begin{eqnarray}
I_{OUT}=\frac{V_{F1}}{R_S}
\end{eqnarray}
例えば、出力電流\(I_{OUT}\)の最大値を1Aにしたい場合、一般的なダイオードの順方向電圧降下は0.6Vなので、0.6Ω程度の電流検出抵抗\(R_S\)を選定します。
過電流保護の特性
過電流保護には逆L字垂下特性、フの字特性、ヘの字特性など様々な特性があります。各特性の特徴を以下に示します。
過電流保護の特性
- 逆L字垂下特性
- フの字特性
- ヘの字特性
出力電流\(I_{OUT}\)が過電流設定値\(I_{LIMIT}\)に達すると、出力電流\(I_{OUT}\)が定電流状態のまま出力電圧\(V_{OUT}\)が直線的に垂下する特性
出力電流\(I_{OUT}\)が過電流設定値\(I_{LIMIT}\)に達すると、出力電流\(I_{OUT}\)も出力電圧\(V_{OUT}\)も低下する特性
出力電流\(I_{OUT}\)が過電流設定値\(I_{LIMIT}\)に達すると、出力電圧\(V_{OUT}\)が低下するが出力電流\(I_{OUT}\)が増加する特性
過電流保護時の動作
過電流保護時の動作には自動復帰型とラッチ型(シャットダウン型)があります。ICのデータシートには自動復帰型かラッチ型かが記載されているので確認する必要があります。各動作の特徴を以下に示します。
過電流保護の動作
- 自動復帰型
- ラッチ型(シャットダウン型)
過電流状態が解除されると、出力電圧\(V_{OUT}\)が自動的に復帰するタイプ
過電流状態が解除されても、出力電圧\(V_{OUT}\)が復帰しないタイプ
あわせて読みたい
過電流保護の『特性』と『動作』に関しては下記の記事で詳しく説明しています。興味のある方は下記のリンクからぜひチェックをしてみてください。
-
【過電流保護の種類】『フの字特性』・『垂下特性』・『ヘの字特性』を解説！
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まとめ
この記事では『過電流保護(OCP)』について、以下の内容を説明しました。
- 過電流保護(OCP)とは
- 過電流保護機能を搭載している電源IC
- 過電流保護回路
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