CN101409508A - 电源电路及使用该电源电路的漏电断路器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供可以使用最大容许损耗较小且外形较小的浪涌吸收元件，可以实现小型化、薄型化的电源电路以及漏电断路器。该电源电路具有：整流单元，其将从交流电源(1)供给的交流电压变换为直流电压；降压单元，其将整流单元的输出电压降压；电压检测单元(第2齐纳晶体管(54))，其从整流单元的输出电压中检测浪涌电压；升压单元(第2电阻(55))，其在该电压检测单元检测出浪涌电压时，使降压单元的输出电压升压；以及电流吸收单元(第3齐纳晶体管(56))，其设置在降压单元的输出侧，在降压单元的输出电压达到规定值时，吸收浪涌电流。
Description
技术领域
本发明涉及一种内置于与交流电路连接的漏电断路器等中的电源电路，以及使用该电源电路的漏电断路器。
背景技术
这种内置于漏电断路器中的电源电路，将从交流电路供给的交流电压(例如AC 100V)利用整流单元变换为直流电压后，将整流后的直流电压利用降压单元变换为更低电压的直流电压(例如DC24V)，向漏电检测电路和跳闸装置作为驱动电源进行供给。
在上述电源电路中，在交流电路中由于雷电或电弧接地等导致浪涌电压的情况下，需要保护漏电检测电路和跳闸装置不受该浪涌电压损害。
作为该保护单元，已知在电源电路的整流单元的前段设置浪涌吸收器的技术。(例如参照专利文献1)
另外，还已知紧接在电源电路的整流单元的后面设置保护用齐纳二极管的技术。(例如参照专利文献2)
专利文献1：特开2005-137095号公报(图5)
专利文献2：特开昭64-23722号公报(图3)
发明内容
由于设置在上述的整流单元的前段或紧后面的浪涌吸收器或保护用齐纳二极管等浪涌吸收元件中，直接施加交流电路的电压，所以由浪涌电压引起的浪涌吸收元件的损耗电力增大。因此，需要使用最大容许损耗较大的外形较大的浪涌吸收元件，产生电源电路的小型化、薄型化变得困难的问题。
本发明就是为了解决上述问题而提出的，其目的在于，提供可以使用最大容许损耗较小的浪涌吸收元件，能够实现小型化、薄型化的电源电路以及漏电断路器。
本发明的电源电路具有：整流单元，其将从交流电源供给的交流电压变换为直流电压；降压单元，其将该整流单元的输出电压降压；电压检测单元，其从整流单元的输出电压中检测浪涌电压；升压单元，其在该电压检测单元检测出浪涌电压时，使降压单元的输出电压升压；以及电流吸收单元，其设置在降压单元的输出侧，在降压单元的输出电压达到规定值时，吸收浪涌电流。
发明的效果
本发明通过在将整流单元的输出电压降压的降压单元的输出侧设置吸收浪涌电流的电流吸收单元，从而使电流吸收单元可以使用最大容许损耗较小且外形也较小的浪涌吸收元件，可以实现电源电路的小型化、薄型化。
附图说明
图1是表示使用本发明的实施方式1中的电源电路的漏电断路器的电路图。
图2是表示本发明的实施方式2中的电源电路的电路图。
具体实施方式
实施方式1
图1是表示使用本发明的实施方式1中的电源电路的漏电断路器的结构的框图。
在图1中，漏电断路器100具有：开关接点2，其接通/断开交流电路；漏电检测电路6，其与插入交流电路1中的零相变流器3连接，基于其检测信号检测漏电；跳闸装置4，其具有跳闸线圈4a和跳闸机构4b，该跳闸线圈4a通过该漏电检测电路6的输出信号而经由开关单元8被供电，该跳闸机构4b在该跳闸线圈4a被供电时，驱动开关接点2断开；以及电源电路5，其向漏电检测电路6和跳闸装置4这两者进行供电。
电源电路5将从交流电路1输入的交流电压变换为规定的直流电压，向跳闸线圈4a供给励磁电流，同时利用第1恒压电路7，变换为比电源电路5的输出电压更低的规定电压，向漏电检测电路6供给。
下面详细说明电源电路5。在与交流电路1连接、限制电流的限流电阻51即限流单元的后段，连接由二极管全桥电路构成的整流电路52即整流单元。在该整流电路52的输出侧连接将其输出电压降压的第2恒压电路53即降压单元，该第2恒压电路53构成为具有：场效应晶体管(下面记为FET)53a，其漏极与整流电路52的正输出侧连接；第1齐纳二极管53b，其连接在FET53a的门极和整流电路52的负输出侧之间；以及第1电阻53c(电阻值为数百k～数MΩ左右)，其连接在向第1齐纳二极管53b供给齐纳电流的FET53a的漏极和门极之间。第2恒压电路53的第1电阻53c，与第2齐纳二极管54(齐纳电压＞整流电路52的输出电压)即电压检测单元并联连接，利用该第2齐纳二极管54从整流电路52的输出电压中检测浪涌电压。FET53a的门极和整流电路52的负输出侧之间，连接第2电阻55(电阻值为数十～数百Ω左右)即升压单元，其与第1齐纳二极管53b串联连接，利用该第2电阻55，在第2齐纳二极管54检测出浪涌电压时，使第2恒压电路53的输出电压上升。在FET53a的源极和整流电路52的负输出侧之间，连接第3齐纳二极管56即电流吸收单元，利用该第3齐纳二极管56，在第2恒压电路53的输出电压达到规定值时吸收浪涌电流。而且，在第3齐纳二极管56的两端即电源电路5的输出端上连接跳闸装置4和漏电检测电路6。
此外，第1齐纳二极管53b设置在FET53a的门极侧，第2电阻55设置在整流电路52的负输出侧，但也可以在FET53a的门极侧设置第2电阻55，在整流电路52的负输出侧设置第1齐纳二极管53b。
另外，作为电流吸收单元并不限于齐纳二极管，也可以使用压敏电阻。
下面说明动作。
在通常状态下，如果从交流电路1供给AC 100V～400V左右的交流电压，则在限流电阻51中流过交流电流Ia，由整流电路52变换为直流电压Vb。通过从整流电路52输出的电流Ib，经由第1电阻53c向第1齐纳二极管53b及第2电阻55流过电流Ic。另一方面，由于第2齐纳二极管54的齐纳电压比整流电路52的输出电压Vb高，所以第2齐纳二极管54并不导通，不会经由第2齐纳二极管54向第1齐纳二极管53b及第2电阻55流过电流。
此时，由于第1电阻53c的电阻值较大为数百k～数MΩ，相对地第2电阻55的电阻值较小为数十～数百Ω，所以流过第2电阻55的电流Ic基本由第1电阻53c决定，例如为微小的数十μA～数百μA。因此，基本可以忽略第2电阻55的电压降。由此，如果施加在第2电阻55和第1齐纳二极管53b上的电压(FET53a的门极电压)设为Vc，则(第1齐纳二极管53b的齐纳电压)。
另外，第2恒压电路53的输出电压Vd为Vd＝Vc-(FET53a的接通电压)，但如上述所示，由于
(第1齐纳二极管53b的齐纳电压)，所以
(第1齐纳二极管53b的齐纳电压)-(FET53a的接通电压)。
在这里，如果使FET53a的接通电压为3V左右，第1齐纳二极管53b的齐纳电压为24V左右，则第2恒压电路53的输出电压Vd为左右。
另外，如果将第3齐纳二极管56的齐纳电压设为24V左右，则施加在第3齐纳二极管56上的电压Vd为21V左右，没有超过第3齐纳二极管56的齐纳电压。由此，第3齐纳二极管56不导通，不会流过电流Id。其结果，从电源电路5的输出端向跳闸线圈4a及第1恒压电路7供给DC 21V左右的电力，第1恒压电路7将电源电路5的输出电压降压而向漏电检测电路6供给规定的固定电压(例如DC5V)。
在上述供电状态下，交流电路1中产生漏电的情况下，在零相变流器3的输出中产生信号，由漏电检测电路6判断出零相变流器3的输出信号电平超过规定的基准值，将漏电跳闸信号输出至开关单元8。开关单元8根据该输出而接通，从电源电路5经由开关单元8而向跳闸线圈4a中流过励磁电流，通过跳闸机构4b动作，使开关接点2断路。
下面，说明在交流电路中的交流电压上叠加有浪涌电压的情况。
如果在交流电压中叠加数kV的浪涌电压，则施加在第2齐纳二极管54和第1齐纳二极管53b的串联电路上的外加电压，超过第2齐纳二极管54和第1齐纳二极管53b的合计齐纳电压值，所以第2齐纳二极管54导通。
此时，流过第2电阻55的电流Ic与通常时的数十μA～数百μA相比，增大为数十mA，第2电阻55上产生电压降，施加在第2电阻55和第1齐纳二极管53b上的电压Vc上升。例如，如果第2电阻55的电阻值为100欧姆左右，电流Ic为40mA左右，则第2电阻55的电压降为4V左右，施加在第2电阻55和第1齐纳二极管53b上的电压Vc成为Vc＝24V+4V＝28V左右。第2恒压电路53的输出电压Vd与通常时的电压为21V左右相比，增加第2电阻55的电压下降量即4V左右，上升为25V左右。但是，由于超过第3齐纳二极管56的齐纳电压(24V左右)，所以第3齐纳二极管56导通，将第2恒压电路53的输出电压Vd抑制为第3齐纳二极管56的齐纳电压(24V左右)。
由此，将第2恒压电路53的输出电压Vd，抑制为第3齐纳二极管56的齐纳电压，可以保护漏电检测电路6及跳闸装置4避免浪涌电压损害。
根据本实施方式，由于将第3齐纳二极管56设置在降压单元的后段即24V左右的低电压下，所以能够大幅减少由浪涌电压引起的第3齐纳二极管56的损耗电力。
由此，作为第3齐纳二极管56，可以使用最大容许损耗较小且外形也较小的齐纳二极管，可以实现电源电路的小型化、薄型化。
另外，由于在整流电路52的前段设置限流电阻51，所以也可以抑制在浪涌电压叠加在交流电压上时流过第3齐纳二极管56的浪涌电流。由此，作为第3齐纳二极管56，可以进一步使用最大容许损耗较小且外形也较小的齐纳二极管，可以实现进一步的小型化、薄型化。
另外，由于浪涌电流主要流过第3齐纳二极管56，在第2齐纳二极管54中仅流过较小的电流，所以第2齐纳二极管54的损耗电力较小。由此，作为第2齐纳二极管54，可以使用最大容许损耗较小且外形也较小的齐纳二极管，可以进一步实现电源电路的小型化、薄型化。
另外，在浪涌电压叠加在交流电压上时，整流电路52的输出电压Vb由于第2齐纳二极管54的齐纳电压而受抑制，可以保护整流电路52不受浪涌电压损害。
另外，通过作为降压单元使用动作速度快的场效应晶体管，即使陡峭的尖峰状的浪涌电压叠加在交流电压上，也可以由第3齐纳二极管56吸收浪涌电流。由此，将第2恒压电路53的输出电压Vd抑制为第3齐纳二极管56的齐纳电压，可以保护漏电检测电路6及跳闸装置4不受浪涌电压损害。
另外，通过将本实施方式中的电源电路用于漏电断路器，可以实现设备的小型化、薄型化。
实施方式2
图2是表示本发明的实施方式2中的电源电路的结构的电路图。
本实施方式示出与实施方式1中的电源电路5不同的实施方式，实现与上述实施方式1相同的各种效果。
在图2中，取代第2齐纳二极管54，作为电压检测单元，将第4齐纳二极管54’(齐纳电压＞整流电路52的输出电压)与第3电阻58和第4电阻59一起，串联连接在整流电路52的正输出侧和负输出侧之间。此时，第4齐纳二极管54’与整流电路52的正输出侧连接，第4电阻59与整流电路52的负输出侧连接。
另外，在第1齐纳二极管53b的阳极和第2电阻55之间连接有npn型晶体管5A，其集电极位于第1齐纳二极管53b侧，发射极位于第2电阻55侧。npn型晶体管5A的基极与第3电阻58和第4电阻59的连接点连接。另外，在第1齐纳二极管53b的阳极和整流电路52的负输出侧之间连接有pnp晶体管5B，其发射极位于第1齐纳二极管53b侧，集电极位于整流电路52的负输出侧。pnp晶体管5B的基极与npn型晶体管5A的基极相同地，与第3电阻58和第4电阻59的连接点连接。
另外，由于其他的结构和动作与实施方式1相同，所以，下面省略说明。
下面说明动作。
由于在通常状态下，整流电路52的输出电压Vb不超过第4齐纳二极管54’的齐纳电压，所以第4齐纳二极管54’不导通。由此，在第3电阻58和第4电阻59中不流过电流，pnp晶体管5B和npn型晶体管5A的各基极电压为0V。其结果，由于pnp晶体管5B接通，npn型晶体管5A断开，所以经由第1电阻53c和pnp晶体管5B流过齐纳电流，FET53a的门极电压Vc成为第1齐纳二极管53b的齐纳电压。
另外，第2恒压电路53的输出电压Vd为Vd＝Vc-(FET53a的接通电压)，但如上述所示，由于Vc＝(第1齐纳二极管53b的齐纳电压)，所以Vd＝(第1齐纳二极管53b的齐纳电压)-(FET53a的接通电压)。
在这里，如果使FET53a的接通电压为3V左右，第1齐纳二极管53b的齐纳电压为24V左右，则第2恒压电路53的输出电压Vd为Vd＝24V-3V＝21V左右。
另外，如果将第3齐纳二极管56的齐纳电压设为24V左右，则施加在第3齐纳二极管56上的电压Vd为21V左右，没有超过第3齐纳二极管56的齐纳电压。由此，第3齐纳二极管56不导通，不会流过电流Id。其结果，从电源电路5的输出端向跳闸线圈4a及第1恒压电路7供给DC 21V左右的电压，第1恒压电路7将电源电路5的输出电压降压而向漏电检测电路6供给规定的固定电压(例如DC5V)。
下面，说明在交流电路中的交流电压上叠加有浪涌电压的情况。
由于如果在交流电压上叠加数kV的浪涌电压，则施加在第4齐纳二极管54’上的外加电压，超过第4齐纳二极管54’的齐纳电压，所以第4齐纳二极管54’导通。由此，经由第4齐纳二极管54’向第3电阻58和第4电阻59流过电流，在pnp晶体管5B和npn型晶体管5A的各个基极上产生电压。其结果，pnp晶体管5B断开，npn型晶体管5A接通，经由npn型晶体管5A向第2电阻55流过电流Ic，产生电压降。
与实施方式1相同地，如果第2电阻55的电阻值为100欧姆左右，电流Ic流过40mA左右，则第2电阻55的电压降为4V左右，FET53a的门极电压Vc成为Vc＝24V+4V＝28V左右。第2恒压电路53的输出电压Vd与通常时的电压为21V左右相比，增加第2电阻55的电压下降量即4V左右，上升为25V左右。但是，由于超过第3齐纳二极管56的齐纳电压(24V左右)，所以齐纳二极管56导通，将第2恒压电路53的输出电压Vd抑制为第3齐纳二极管56的齐纳电压(24V左右)。
由此，将第2恒压电路53的输出电压Vd，抑制为第3齐纳二极管56的齐纳电压，可以保护漏电检测电路6及跳闸装置4避免浪涌电压损害。
根据本实施方式，由于将第3齐纳二极管56设置在降压单元的后段即24V左右的低电压下，所以能够大幅减少由浪涌电压引起的第3齐纳二极管56的损耗电力。
由此，作为第3齐纳二极管56，可以使用最大容许损耗较小且外形也较小的齐纳二极管，可以实现电源电路的小型化、薄型化。
另外，由于在整流电路52的前端设置限流电阻51，所以也可以抑制在浪涌电压叠加在交流电压上时流过第3齐纳二极管56的浪涌电流。由此，作为第3齐纳二极管56，可以进一步使用最大容许损耗较小且外形也较小的齐纳二极管，可以实现进一步的小型化、薄型化。
另外，通过将本实施方式中的电源电路用于漏电断路器，可以实现设备的小型化、薄型化。
Claims (6)
1.一种电源电路，其特征在于，具有：
整流单元，其将从交流电源供给的交流电压变换为直流电压；
降压单元，其将该整流单元的输出电压降压；
电压检测单元，其从上述整流单元的输出电压中检测浪涌电压；
升压单元，其在该电压检测单元检测出浪涌电压时，使上述降压单元的输出电压升压；以及
电流吸收单元，其设置在上述降压单元的输出侧，在上述降压单元的输出电压达到规定值时，吸收浪涌电流。
2.根据权利要求1所述的电源电路，其特征在于，
在上述整流单元的输入侧设有限流单元。
3.根据权利要求1所述的电源电路，其特征在于，
上述电流吸收单元是齐纳二极管。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的电源电路，其特征在于，
上述降压单元由下述部件组成：场效应晶体管，其漏极与上述整流单元的正侧输出端子连接；第1电阻，其连接在该场效应晶体管的漏极和门极之间；以及第1齐纳二极管，其连接在上述场效应晶体管的门极和上述整流单元的负侧输出端子之间，
上述电压检测单元是第2齐纳晶体管，其连接在上述场效应晶体管的漏极和门极之间，
上述升压单元是第2电阻，其在上述场效应晶体管的门极和上述整流单元的负侧输出端子之间，与第1齐纳二极管串联连接。
5.根据权利要求1至3中任意一项所述的电源电路，其特征在于，
上述降压单元由下述部件组成：场效应晶体管，其漏极与上述整流单元的正侧输出端子连接；第1电阻，其连接在该场效应晶体管的漏极和门极之间；以及第1齐纳二极管，其连接在上述场效应晶体管的门极和上述整流单元的负侧输出端子之间，
上述电压检测单元由第4齐纳二极管、第3电阻和第4电阻组成，它们在上述整流单元的正侧输出端子和负侧输出端子之间，从上述正侧输出端子开始依次串联连接，
上述升压单元由下述部分构成：第2电阻，其设置在上述整流单元的负侧输出端子和上述第1齐纳二极管之间；以及开关电路，其在上述第4齐纳二极管没有导通时，与上述第3电阻和上述第4电阻的连接点的电压对应而将上述第2电阻短路。
6.一种漏电断路器，其特征在于，具有：
零相变流器，其检测电路的漏电电流；
漏电检测电路，其基于由上述零相变流器检测出的信号，判断漏电；
跳闸装置，其根据上述漏电检测电路的输出而将设置在上述电路上的开关接点断开；以及
权利要求1所述的电源电路，其从上述电路向上述漏电检测电路和上述跳闸装置供给电力。
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