JPH1094160A - 直流電源回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は異常電圧検出回路を具備した直流電
源回路に関し、出力電圧の異常検出信号を所定時間確認
してから主開閉器の動作を制御させて、誤動作を少なく
した直流電源回路を提供する。 【解決手段】 主開閉器１１を介して印加された交流電
源１０を整流する整流・平滑回路１６と、複数の補助電
源用整流・平滑回路５５，５６と、主電源回路１６の異
常電圧を検出して主開閉器１１の開閉を制御する異常電
圧検出回路２２とで構成する直流電源回路において、異
常電圧検出回路２２の検出出力により開閉が制御される
整流・平滑回路１６内のスイッチング素子５２と、異常
電圧検出回路２２の検出回数を計数し、所定値計数した
とき主開閉器１１の開閉を制御する出力を発する計数器
５３と、計数器５３の計数開始時刻より計時し、所定時
間計時したとき計数器５３をリセットするリセットタイ
マ５４とを具備して構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は異常電圧検出回路を
具備した直流電源回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、直流電源回路における出力電圧に
異常の生じたことを検出する異常電圧検出回路を具備
し、その異常状態を検出する回路として電圧比較器を使
用することは公知である。この直流電源回路は、一般に
入力された交流電力を整流平滑して負荷に電力を供給す
る回路と、その負荷端子電圧に対応させた電圧比較器を
使用する異常電圧検出回路と、異常電圧検出回路の電源
として出力電圧の端子を複数具備している整流・平滑回
路とで構成されている。

【０００３】図４は異常電圧検出回路を具備する直流電
源回路の構成を示す回路図である。図４において主開閉
器（ブレーカ）１１を介して交流電源１０からの交流電
流は変圧器１２に印加される。図４においては変圧器１
２の二次側巻線１３，１４，１５の巻数を異ならせて異
なる電圧を得ている。その交流電圧の一つは整流平滑回
路１６に印加され、得られた直流出力は端子１９を介し
て図示しない負荷に供給される。また他の交流電圧を整
流・平滑回路１７，１８に印加して得られた直流出力
は、夫々基準正電位源、基準負電位源として、異常電圧
検出回路２２の電源として使用している。異常電圧検出
回路２２は端子１９の出力電圧を、後述するように基準
電圧と比較する。異常電圧発生が検出されたときは、そ
の検出信号を主開閉器制御回路２５に印加する。主開閉
器制御回路２５は主開閉器１１の開閉を制御する回路で
ある。若し、異常電圧検出回路２２から異常電圧発生と
いう検出信号が主開閉器制御回路２５に到来したとき、
主開閉器制御回路２５は主開閉器１１を開いて、直流電
源回路の動作を停止させる。

【０００４】図５は異常電圧検出回路２２の構成を示す
回路図である。図５において、２６は異常を検出すべき
電圧の入力端子、２７は基準負電位源、２８は基準零電
位源を示す。２９は電圧比較器であって、異常電圧検出
回路として主要な動作をする回路、３０は検出信号発生
端子、３１，３２は分圧抵抗素子、３３は抵抗素子、３
４は基準正電位源を示す。

【０００５】異常を検出すべき電圧の入力端子２６から
入力された電圧は、基準負電位源２７の電圧との差を抵
抗素子３１，３２により分圧し、電圧比較器２９の
（−）端子に印加する。その電圧が負電圧となっている
とき、端子３０の電圧は基準正電位源の電圧と等しい値
である。電圧比較器２９の（−）端子の電圧が端子２６
の電圧変化のため、零から正に上昇したとき端子３０の
電圧は零電位となる。そのため端子２６の電圧が上記の
関係で時間経過と共に変化するとき、端子３０の電位は
正から零電位に大きく変化する。そのステップ状に変化
した信号を異常電圧検出回路２２による検出信号として
利用する。

【０００６】図４に示す異常電圧検出回路２２は、図５
に示す基準負電位源２７の電位、分圧抵抗素子３１，３
２の値、基準正電位源３４の電位を夫々選定して、図４
における端子１９における直流電圧の異常を検出する信
号発生に最適な動作状態としておく。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図４に示す直流電位源
の出力端子は複数設けられているから、交流電源１０を
入力したときの起動時或いは停止時に、夫々の出力電圧
の立ち上がり、立下りが不揃いになり易い。そのため直
流電源回路自体の故障でないにも係わらず、主電源とし
て使用する整流・平滑回路１６の出力電圧と、各整流・
平滑回路１７，１８の出力電圧は、定常電圧とは異なる
電圧を出力することが生じる。例えば図５に示す異常電
圧検出回路２２において基準負電位源２７の電圧は、図
４に示す整流・平滑回路１８から例えば−５Ｖが電源投
入の当初から定常的に供給される筈である。若し、電源
回路の主開閉器１１が当初に投入されたとき、基準負電
位源２７の電圧が−５Ｖとなる時刻が、他の端子への正
電圧の供給より遅くなっていると、抵抗素子３１，３２
による入力端子２６から印加される電圧との分圧状態が
異常となって、電圧比較器２９の出力端子３０に異常電
圧発生という検出信号を発生する。この検出信号は図４
に示す主開閉器制御回路２５を介して主開閉器（ブレー
カ）１１を開く誤動作の起こることが生じた。

【０００８】この誤動作は、主開閉器１１を投入したと
きに偶然に発生した外来雑音によって起こることもあっ
た。そのため直流電源回路自体の故障でないときも、交
流電源の主開閉器が開放となって、無人の無線中継局な
ど駐在員が常駐しない箇所では前記の開放された主開閉
器を投入するために保守員を派遣する必要が生じた。

【０００９】本発明の目的は、前述の欠点を改善し、出
力電圧の異常検出信号を所定時間確認してから、主開閉
器の動作を制御させて、誤動作を少なくした直流電源回
路を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】主開閉器を介して印加さ
れた交流電源を整流する主電源回路と、前記主電源回路
の異常電圧を検出して主開閉器の開閉を制御する異常電
圧検出回路とで構成する直流電源回路において、前記目
的を達成するため、本発明は下記の手段を採用してい
る。即ち、前記異常電圧検出回路の電源となる複数の補
助電源用整流・平滑回路と、前記異常電圧検出回路の検
出出力により主電源回路内のスイッチング素子の開閉を
制御する制御回路と、前記異常電圧検出回路の検出回数
を計数し、所定値計数したとき前記主開閉器の開閉を制
御する出力を発生する計数器と、該計数器の計数開始時
刻より計時し、所定時間計時したとき前記計数器をリセ
ットするリセットタイマとを具備することで構成する。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は請求項１記載の発明におけ
る実施の形態を示すブロック構成図である。図１におい
て、１０は交流電源、１１は主開閉器、１６は整流・平
滑回路、２２は異常電圧検出回路、５０は負荷を示す。
５１は主電源回路で、その内部にはスイッチング素子５
２と整流・平滑回路１６とを具備している。５３は計数
器で、異常電圧検出回路２２の検出回数を計数し、所定
値を計数したとき主開閉器１１の開閉を制御する出力を
発生する。５４はリセットタイマで、異常電圧検出回路
２２からの異常信号が最初に出力された時から計時し、
所定時間計時したとき前記計数器５３をリセットする。
５５，５６は補助電源用整流・平滑回路を示し、＋，−
の符号は出力電圧の正負を示す。

【００１２】主電源回路５１は負荷５０に対し直流電力
を供給する。図１においては補助電源用整流・平滑回路
５５の出力電圧は異常電圧検出回路２２に印加される。
交流電源１０からの交流電力を整流・平滑して負荷５０
に直流電力を供給するため、当初に主開閉器１１を投入
して閉成する。スイッチング素子５２は例えば半導体素
子であって、そのオン・オフが制御回路により制御され
る。主電源回路の動作が正常であれば、前記交流入力電
力は整流・平滑されて負荷５０に供給される。

【００１３】直流電源回路のうち主電源回路５１の動作
開始時に異常電圧検出回路２２に対する補助電源用整流
・平滑回路５５からの直流電圧として、例えば＋１５Ｖ
と−５Ｖの両者を必要として、−５Ｖの印加が＋１５Ｖ
の印加より時間的に若干遅れるようなことが生じると、
異常電圧検出回路２２は、主電源回路５１の出力即ち負
荷５０に対する直流電圧が正常であっても、異常を検出
したという検出信号を出力することがある。

【００１４】異常電圧検出回路２２の検出出力は、スイ
ッチング素子５２に印加されるので、スイッチング素子
５２は一旦オフされる。実際には、前記異常電圧検出回
路２２とスイッチング素子５２との間に、スイッチング
素子制御回路が存在していて、その制御回路が、前記異
常電圧検出回路２２の検出出力の到来時に、直ちにスイ
ッチング素子５２を制御してオフさせる。そして若干の
時間経過後に、そのスイッチング素子５２をオンして、
後段の整流・平滑回路１６の動作を再開させている。

【００１５】上記若干の時間とは、当初に主開閉器１１
が閉じられてから、補助電源用整流・平滑回路５５の出
力が正常に出力されるまでの通常の動作時間と同程度の
時間をいう。以下この時間をＴ１と表現する。

【００１６】異常電圧検出回路２２の検出出力は、また
計数器５３に印加され、回数１を計数する。リセットタ
イマ５４は異常電圧検出回路２２からの最初の異常信号
が出力された時からの時間経過を計測する。

【００１７】スイッチング素子５２は前記時間Ｔ１経過
後にオンするため、整流・平滑回路１６の動作は再開さ
れ、負荷５０に電力を供給する。このとき異常電圧検出
回路２２の動作は主電源回路５１の出力電圧、即ち負荷
５０の両端の直流電圧の異常有無について検出動作が可
能となっている。このとき、異常電圧検出回路２２はそ
れ自体の動作状態不備でなく、主電源回路５１・負荷５
０についての動作不良などが発生し、負荷５０の両端の
直流電圧が異常となったときに限って異常検出動作を行
う。

【００１８】その後に異常電圧検出回路２２が動作する
と、検出出力はスイッチング素子５２を再びオフさせ、
計数器５３は検出回数２を計数する。計数器５３の計数
値は、異常電圧検出回路２２の検出動作の原因について
考慮しながら計数することでは無く、検出出力の発生回
数を計数している。またリセットタイマ５４は時間経過
の計測を続行している。スイッチング素子５２はオフの
後、大略時間Ｔ１経過後にオンされて、負荷５０に直流
電力を供給する。

【００１９】計数器５３は前記検出回数２を計数したと
き、その第２回は主電源回路５１の出力電圧が異常であ
った場合であるから、スイッチング素子５２の上記Ｔ１
経過後の次のオンにより、主電源回路５１の出力が依然
として異常となっている場合が多く、そのときは異常電
圧検出回路２２が検出出力を発生し、スイッチング素子
５２はオフされる。計数器５３は検出回路３を計数す
る。

【００２０】この頃に主電源回路５１・負荷５０につい
ての異常が自動的に、或いは人為的に回復されると、そ
の後異常電圧検出回路２２の検出出力が発生することは
起こらない。しかし、異常が回復されないときは、計数
器５３の検出回数は次々に多くなる。

【００２１】計数器５３は所定値を計数したとき主開閉
器１１を開放するための計数器出力を発生する構成とな
っている。ここで所定値をＭと示す。所定値Ｍとは前記
時間Ｔ１毎に異常電圧発生という検出出力の発生につい
て、真の異常状態が連続していることを、補助電源の電
圧印加が異常となっていることと、区別して判定できる
時間、例えばＭ＝３という値を指している。そのため計
数器５３が前記設定された所定値Ｍを計数したとき、そ
れは直流電源回路全体の動作を一旦停止することが必要
となるため、計数器５３の計数出力により主開閉器１１
を開放させる。

【００２２】尚、この主開閉器１１はその動作制御回路
に計数出力が印加されるから、そのとき警報信号を発生
させることが有効で、直流電源回路の設置場所が無人の
信号中継局のような場合、保守員が駐在する場所へ適宜
な手段を用いて伝送させる。所定値計数した計数器５３
は主開閉器１１を開放制御させるため、以後計数値を保
持するが、主開閉器１１の動作時にもう１回計数値が増
加する場合もある。その点は直流電源回路の動作として
問題はない。

【００２３】次に、リセットタイマ５４は、予めＮ×Ｔ
１という所定の時間を経過するまで計時し、その後リセ
ット出力を発生するように構成しておく。ここでＮと
は、主電源回路５１・負荷５０の組み合わせと計数器５
３とについて、それらの動作を考慮して予め設定する正
の整数値であって、且つＮ＞Ｍと選定する。即ち、前記
時間Ｔ１毎に異常電圧発生という検出出力の発生を計数
器５３が計数するとき、電源電圧立ち上がりなどが原因
で異常と計数することは除外し、真に出力電圧異常状態
が発生していることを検出することが出来るまでの時間
を計時すると、計数器５３が主開閉器１１の開閉動作を
制御するので、その時間Ｍ×Ｔ１よりも長く、例えば３
０分のように設定する値である。

【００２４】そのため最初の異常電圧検出回路２２から
の検出信号の出力後、所定の時間経過したとき、リセッ
トタイマ５４は計数器５３に対しリセット信号を印加
し、計数器５３の計数値の如何を問わず、計数値をリセ
ットする。即ち、リセットタイマ５４が計数器５３への
リセット信号出力の発生以前に、計数器５３からの主開
閉器１１の開閉制御信号が発生される場合は、主電源回
路の故障によるものであり、補助電源用整流・平滑回路
５５の立ち上がり時間の違いにより、誤検出されたもの
であれば、リセット信号により誤検出にかかる計数がリ
セットされる。

【００２５】尚、計数器５３が計数する信号は、異常電
圧検出回路２２の外来雑音による誤動作の場合もあり得
る。そのときは外来雑音が所定の時間即ち、前記Ｎ×Ｔ
１の時間中、継続して発生することは稀であるから、外
来雑音による妨害動作に対し計数器５３が計数しても主
開閉器１１を制御することはなく、Ｍ×Ｔ１の時間後に
はこの計数もリセットされるので、この回路は有効であ
る。

【００２６】図２は図１におけるスイッチング素子５２
と整流・平滑回路１６を昇圧型力率改善回路として場合
の主要構成例を示す回路図である。図２において、７０
は主開閉器１１と所定の電源変圧器を介して接続される
端子、71-1,71-2 は直流出力端子、７２は負荷５０及び
異常電圧検出回路２２との接続端子、７３は制御回路、
７４はリアクタンス素子を示す。75-1,75-2 はスイッチ
ング素子としての半導体素子であって、制御回路７３に
よりオン・オフを制御される。７６は電解コンデンサを
示す。77-1,77-2,77-3,77-4 は整流ダイオードを示し、
整流・平滑回路１６の主要素子である。

【００２７】端子７０は主開閉器１１と所定の電源変圧
器を介して接続される端子であって、ノイズフィルタ・
波形整形フィルタを介して交流電力が入力される。リア
クタンス素子７４が接続された端子が「プラス」のと
き、整流ダイオード77-1を経た電流は端子71-1より図示
しない負荷に電力供給を行い、電解コンデンサ７６に電
荷を貯える。このとき半導体素子75-2がオンに制御され
ると、端子７０→リアクタンス素子７４→半導体素子75
-2→整流ダイオード77-4→端子７０の他方側という整流
電流閉回路が形成される。このときリアクタンス素子７
４に磁束としてエネルギーが貯えられ、この間は、電解
コンデンサ７６から負荷へ電力が供給される。次に半導
体素子75-2がオフに制御されると、リアクタンス素子７
４に貯えられたエネルギーは、電流として電解コンデン
サ７６に流れ込む。よって、電解コンデンサ７６の両端
の電圧は一般的なダイオード整流回路により得られる電
圧よりリアクタンス素子７４に貯えられたエネルギーの
分だけ高圧となる。また、リアクタンス素子７４を介し
て交流電源を短絡することで、コンデンサインプット型
整流回路では入力電流が流れない期間にも電流を流すこ
とにより力率を改善する。

【００２８】一方、リアクタンス素子７４が接続された
端子７０が「マイナス」のときは、他方側の端子から整
流ダイオード77-3を通り端子71-1を経て負荷に電力が供
給され、電解コンデンサ76に電荷を貯える。半導体素子
75-1がオンに制御されると、７０の他方側端子→整流ダ
イオード77-3→半導体素子75-1→リアクタンス素子７４
→７０の一方側端子という整流電流閉回路が形成され
る。このときもリアクタンス素子７４に磁束としてエネ
ルギーが貯えられる。次で半導体素子75-1がオフに制御
されると、リアクタンス素子７４に貯えられたエネルギ
ーが電流として電解コンデンサ７６に流れ込むことによ
り、高圧な電圧が得られる。このようにして、スイッチ
ング素子５２のオン・オフの繰り返しにより負荷へ電力
が供給される。

【００２９】前記異常電圧検出回路２２が検出信号を発
生したとき、その信号出力は制御回路７３に印加され
る。制御回路７３は制御信号として時間Ｔ１程度継続す
る動作停止信号を半導体素子75-1,75-2 に対し同時に印
加するので、前述のような昇圧動作は停止される。時間
Ｔ１の経過後に前記制御回路７３からの制御信号が消失
するので、半導体素子75-1,75-2 の動作が復帰する。

【００３０】異常電圧検出回路２２の最初の検出動作
は、前述のように直流電源回路の当初の主開閉器１１の
投入直後において発生することが多い。それは補助電源
用整流・平滑回路５５，５６の電源の立上りと主電源回
路５１の電源の立上りとが必ずしも同期していないから
である。電源立上りなどの原因によっても異常電圧検出
回路２２が直ちに動作するから、この検出動作に基づく
スイッチング素子５２のオン・オフは前述の時間Ｔ１の
間隔となっている。

【００３１】そして異常電圧検出回路２２とスイッチン
グ素子５２の１回の動作が終了すると、前記時間Ｔ１が
経過した後となるから、異常電圧検出回路２２は負荷５
０の両端の直流電圧について異常の有無を検出すること
となる。従って、通常は計数器５３において「１」を計
数するのみである。若し負荷の両端の直流電圧について
異常があれば、再びスイッチング素子５２をオフさせ
る。

【００３２】図３は図１記載の計数器５３についてその
具体的構成の例を示す図である。図３において端子８０
は異常電圧検出回路２２の検出出力を必要に応じてパル
ス化したものの入力端子で、そのパルス化回路としては
例えば単安定マルチバイブレータを使用する。８１はリ
セット信号端子で、リセットタイマ５４からのリセット
信号が印加される。８２は計数器５３の出力端子でこの
例は５個のパルスが端子８０に印加されたとき、端子８
２の電位が急に変化する。８３〜８７は５個のＤ型フリ
ップフロップを縦続接続したものである。８８はノア回
路を示す。

【００３３】上述した通り、計数器５３は全体として異
常電圧検出回路２２からの検出信号の到来数を計数して
いる。即ち、検出信号の到来の都度Ｄ型フリップフロッ
プ８３〜８７の各出力端子が順次に変位して行く。そし
て到来数が３となったときに端子８２に発生された出力
信号は、主開閉器１１を直ちに遮断する。これは異常電
圧検出回路２２が連続的に電圧の異常を検出したからで
ある。

【００３４】尚、計数器５３にはリセットタイマ５４か
らのリセット信号が印加されるから、前述の通り計数器
５３が当初の信号１回を計数したまま、それ以後は計数
しなかったとき、リセットタイマ５４は例えば３０分後
にリセット信号を発するので、計数器５３は当初の状態
に戻る。

【００３５】リセットタイマ５４は公知のタイマ回路を
使用することで良い。タイマの計時は異常電圧検出回路
２２の最初の検出信号で開始される。また計数器５３へ
のリセット信号を発したとき、リセットタイマ５４は次
の異常検出信号が入力されるのを待つ構成となってい
る。

【００３６】

【発明の効果】このようにして本発明によると、直流電
源回路の動作において異常電圧検出回路が複数回連続し
て異常検出を行った場合においてのみ、主開閉器を開放
処理する。そのため当初の立上りにおいて異常電圧検出
回路に対する補助電源用整流・平滑回路からの直流電圧
印加が時間的に不揃いとなったためなど、本来の異常検
出でない状態では主開閉器に対しての処理を行うことが
ない。

【００３７】本発明の装置の構成は、主直流電源回路に
対して若干の追加を行う程度であって、補助電源用整流
・平滑回路に対して特に追加構成をとることがない。ま
た外来雑音などによる装置の誤動作についても有効に防
止することができる。無人の場所において真の異常状態
を検出したときにそれを確実に検知することができるの
で、保守作業が簡易化される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の１例を示す直流電源回路を示
す図である。

【図２】 図１のスイッチング素子と整流・平滑回路の
詳細な構成を示す回路図である。

【図３】 図１の計数器の具体的構成を示す図である。

【図４】 従来の異常電圧検出回路を具備した直流電源
回路の構成を示す図である。

【図５】 図４の異常電圧検出回路の詳細な構成を示す
回路図である。

【符号の説明】

１０ 交流電源 １１ 主開閉器 １６ 整流・平滑回路 ２２ 異常電圧
検出回路 ５０ 負荷 ５１ 主電源回
路 ５２ スイッチング素子 ５３ 計数器 ５４ リセットタイマ ５５，５６ 補助電源用整流・平滑回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主開閉器を介して印加された交流電源を
   整流する主電源回路と、前記主電源回路出力の異常電圧
   を検出して主開閉器の開閉を制御する異常電圧検出回路
   とで構成する直流電源回路において、前記異常電圧検出
   回路の電源となる複数の補助電源用整流・平滑回路と、
   前記異常電圧検出回路の検出出力により主電源回路内の
   スイッチング素子の開閉を制御する制御回路と、前記異
   常電圧検出回路の検出回数を計数し、所定値計数したと
   き前記主開閉器の開閉を制御する出力を発生する計数器
   と、該計数器の計数開始時刻より計時し、所定時間計時
   したとき前記計数器をリセットするリセットタイマとを
   具備することを特徴とする直流電源回路。