JP2000232732A - 給電系発振振幅抑制回路および発振検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】入力にコンデンサ７を有する定電力負荷装置１
を有する直流給電系では、負荷電力によっては給電系が
発振してしまうことがあった。このため定電力負荷装置
１の入力側近傍に外付けのコンデンサ１８を付加するこ
とが行われているが、給電線の布線状態が一定していな
いため必要以上に大きな容量を設定しておかなければな
らず、それでもコンデンサの経年変化その他不測の事態
で給電系が発振し、定電力負荷装置を破損することがあ
った。このため布線状態によらず安定に発振抑圧と発振
報知の手段が必要であった。 【解決手段】前記定電力負荷装置１の入力側近傍に過大
電圧が加わると導通状態となってピーク電圧値を抑圧す
るトランジスタ６の回路を設置し、同時にこの抑圧され
た発振電圧をコンパレータ１４を介して検出し、これに
よりフリップフロップ１５を動作させてブザー１６を鳴
らすことにより発振状態にあることを報知する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、直流給電設備の給
電線長に起因するインダクタンスと、スイッチングレギ
ュレータに代表される定電力性負荷装置に起因する負性
抵抗と、この負荷装置の入力フィルタを構成する入力コ
ンデンサとによって生じる発振現象の振幅電圧を抑制
し、負荷装置に過大な振動電圧が印加されることを防止
する保護回路と給電設備の状態が発振状態にあることを
検知して危険を察知する装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４は一般的な直流給電系を簡略化した
等価回路で示した図である。同図において、定電力負荷
装置１の電力Ｐがある程度大きくなると直流出力電圧Ｅ
の直流給電電圧源１７から見た定電力負荷装置１の等価
負荷抵抗が負性抵抗となり、この負性抵抗値がある臨界
値を超えると、図４における給電線上の大容量コンデン
サ１８が接続されていない状態で、給電線の等価インダ
クタンス１９のインダクタンスＬと定電力負荷装置１に
内蔵された入力コンデンサ７の入力容量Ｃｉとで決まる
周波数の発振現象が生じる。この発振の電圧振幅は多く
の場合、定電力負荷装置１が定電力性を保つことができ
る入力電圧の最大値まで急速に増大し、結果的に定電力
負荷装置１が破壊される事態が生じる。

【０００３】図５は発振現象が生じた場合の定電力負荷
装置１の入力電圧Ｖと給電線電流Ｉとの関係を示した図
である。定電力負荷装置１の入力電圧Ｖは直流給電電圧
源１７の電圧Ｅを中心にピーク値Ｖｏのきわめて大きい
振幅で振動し、給電線電流Ｉもまた定電力負荷装置１の
入力電圧Ｖの振動に対して９０°進んだ位相で大きく振
動する。こうした発振を回避するためには、給電線上で
定電力負荷装置１の入力側に比較的近い位置に大容量コ
ンデンサ１８を接続する。図のように大容量コンデンサ
１８を設けると、給電系は発振開始となる負性抵抗の臨
界値が増加するため、結果的に発振開始となる臨界負荷
電力値が大きくなり、発振に至るまでのマージンが増加
したことになる。ここで、給電線の等価インダクタンス
１９のインダクタンス分が大きい程、また定電力負荷装
置１の電力Ｐが大きい程この大容量コンデンサ１８の静
電容量値を更に大きくする必要がある。しかし、通常の
給電設備では、給電線の長さが長くまた引き回しが複雑
なため、給電線の長さや引き回し経路を想定して事前に
給電線のインダクタンス分１９を正確に求める事が困難
である。また、将来、定電力負荷装置１の電力Ｐを増加
する必要が生じることもあり得るため、前記大容量コン
デンサ１８の静電容量の値を一義的に求めることは困難
である。したがって、実際にはこの大容量コンデンサ１
８の静電容量の値を必要以上に大きく設定する必要があ
った。

【０００４】また、逆に当初設定した静電容量の値が経
年劣化により低下したり、計画以上の負荷増加によって
給電系が発振条件を満足する状態となり、給電系が突然
発振して、最悪の場合、その給電設備に接続されたすべ
ての負荷装置が一瞬にして破壊するおそれがあるという
問題点があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のように定電力負
荷装置を有する給電系においては、負荷の電力が臨界値
を超えると発振する場合があるという問題があった。こ
の発振を生じる臨界値は定電力負荷装置の入力コンデン
サの容量と給電線のインダクタンス分および負荷電力に
よって生じる負性抵抗成分で決定されるため、この発振
防止対策として定電力負荷装置の入力側に大容量のコン
デンサを付加することが一般に行われてきた。しかしこ
の方法では給電線の引き回し条件が一定せず、従って給
電線のインダクタンス分を事前に設定することが出来な
いため大容量コンデンサの容量を必要以上に余裕を見て
大きな値とせざるを得なかった。

【０００６】このような問題点を解決するため、本発明
においては、給電系が万一発振した場合でも、給電系の
電圧振動を抑制し、負荷装置の破壊を回避する回路を提
供することと、この抑制された振動電圧を検出すること
によって給電設備が発振状態になったことを検知して報
知する装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明においては、請求項１で、直流電圧源、給電
線、および入力にコンデンサを有する定電力負荷装置か
らなる直流給電設備における定電力負荷装置の入力側に
比較的近接した位置で、給電線の正極給電線と負極給電
線間に発振電圧抑制用の回路を挿入する方法を規定して
いる。すなわち、正極給電線に接続する正極端子と前記
負極給電線に接続する負極端子とを有し、この正極端子
にコンデンサの一端を接続し、他端をダイオード特性を
有する半導体素子の一端、例えばカソード側、に接続
し、このダイオード特性を有する半導体素子の他の一
端、例えばアノード側、を前記負極端子に接続し、か
つ、このダイオード特性を有する半導体素子と並列に第
１の抵抗を接続し、上記の正極端子に第２の抵抗の一端
を接続し、この第２の抵抗の他端を半導体能動素子の第
１の電源端子に接続し、前記コンデンサと前記ダイオー
ド特性を有する半導体素子との接続点に前記半導体能動
素子の信号端子を接続し、前記負極端子に前記半導体能
動素子の第２の電源端子を接続した回路である。ここで
半導体能動素子として例えばバイポーラトランジスタの
場合は、第１の電源端子はコレクタを、第２の電源端子
はエミッタを、信号端子はベースを示すことになる。ま
た、他の例としてＭＯＳＦＥＴのような電界効果型トラ
ンジスタの場合は、第１の電源端子はドレインを、第２
の電源端子はソースを、信号端子はゲートを示すことに
なる。この構成の回路により、上記の正極給電線と負極
給電線との間に生じる振動電圧の電圧振幅を前記半導体
能動素子の信号端子・第２の電源端子間電圧以内に抑制
する方法を開示している。

【０００８】また、請求項２においては、請求項１に記
載した給電系発振振幅抑制回路の正極端子と負極端子と
の間に、電圧変動検出手段と、この電圧変動検出手段が
電圧変動を検出したときにそれを報知する報知手段とを
具備したことにより上記の直流給電設備の給電系での発
振を検出し、発振が発生した場合にそれを報知する装置
について開示したものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて詳細に説明す
る。

【００１０】（第１の実施の形態）図１は第１の実施の
形態である発振振幅抑制回路を通常の給電系に挿入した
場合の構成例である。また図２は図１の主要部分の動作
を示した波形図である。以下図１および図２を用いて説
明する。図１は図４に示した大容量コンデンサ１８の代
わりにトランジスタ６を用いたトランジスタ回路で構成
した例である。すなわち、コレクタ−ベース間にコンデ
ンサ４を挿入し、このコンデンサ４の両端の電圧Ｖｃを
設定するために抵抗５がベースと負極端子１１との間
に、発振波形の正の半周期でコンデンサ４に蓄積された
電荷を負の半周期で放電し電圧リセットするためのダイ
オード９をトランジスタ６のベースと負極端子１１間
に、さらにコレクタ電流Ｉｃが過大電流となるのを防止
しトランジスタが安全動作を行う範囲となるようにコレ
クタ抵抗８をコレクタと正極端子１０間にそれぞれ接続
した構成としている。

【００１１】図１において、負荷電力Ｐが発振臨界以上
になり給電系が発振すると、定電力負荷装置１の入力電
圧である給電線の正極給電線２と負極給電線３間の入力
電圧Ｖが振動する。発振の正の半周期においては入力電
圧Ｖが振動により上昇し、コンデンサ４の初期電圧Ｖｃ
より高くなると、ベース抵抗５を介してコンデンサ４に
充電電流が流れ始める。更に、入力電圧Ｖが初期電圧Ｖ
ｃとトランジスタ６のベース・エミッタ間電圧Ｖｂｅと
の和の電圧を超えると、コンデンサ４の充電電流のほと
んどがトランジスタ６のベース電流Ｉｂとなり、トラン
ジスタ６は能動状態となる。その結果、トランジスタ６
のコレクタ電流Ｉｃがベース電流Ｉｂの電流増幅率倍だ
け流れ、給電系の振動電流を定電力負荷装置１の手前で
バイパスすることになるため、定電力負荷装置１の入力
コンデンサ７に発振により充電されるべき電荷が蓄積さ
れない。この結果、入力コンデンサ７の両端の電圧は初
期電圧Ｖｃとトランジスタ６のベース・エミッタ間電圧
Ｖｂｅとの和まで上昇するに留まる。この結果、発振の
負の半周期では入力コンデンサ７の発振に関わる初期電
圧がＶｂｅとなるので、定電力負荷装置１の入力電圧Ｖ
の負振幅の最大値もまたＶｂｅとほぼ等しくなる。した
がって、定電力負荷装置１の入力電圧Ｖの動作波形は直
流給電電圧Ｅを中心にして振幅Ｖｂｅ程度の変動に抑制
される。一般にトランジスタのベース・エミッタ間電圧
Ｖｂｅは１Ｖ以下であるので、この給電系での発振電圧
振幅のピーク値Ｖｏは本例のようにバイポーラトランジ
スタの場合では２Ｖｐ-ｐ以内であり、電界効果型トラ
ンジスタの場合は２．５Ｖｐ-ｐ程度となり、定電力負
荷装置を破壊することはない。

【００１２】なお、トランジスタ６のコレクタと正極給
電線２に設けられた正極端子１０との間に接続されたコ
レクタ抵抗８はトランジスタに過大電流が流れるのを制
限するための保護抵抗であり、トランジスタ６を安全動
作領域以内で動作させるためのものである。また、ダイ
オード９は発振の正の半周期にコンデンサ４に蓄積され
る電荷を負の半周期に放電するための電圧リセット機能
を実現するものである。さらに、ベース抵抗５はコンデ
ンサ４の初期値電圧を直流給電電圧Ｅに等しくし、給電
設備に発振が生じていない場合にトランジスタ６を遮断
状態とし、微弱な雑音電圧によって本回路が誤動作する
のを回避するための安定化抵抗である。

【００１３】（第２の実施の形態）図３は本発明におけ
る第２の実施の形態である発振検出装置の構成を示した
図である。図３の回路で定電力負荷装置１への給電系が
発振すると、第１の実施の形態における場合で説明した
ように正極給電線２に設けられた正極端子１０と負極給
電線３に設けられた負極端子１１との間の電圧の電圧振
動である交流成分は２Ｖｐ-ｐ以内に抑制されるが、発
振が完全に停止することはない。そこで、この継続した
２Ｖｐ-ｐ以内の交流成分を直流遮断コンデンサ１２と
検出抵抗１３とによって検出することができる。検出し
た交流成分はトランジスタの特性で決定される２Ｖｐ-
ｐ以内の電圧で反転する閾値電圧を有するコンパレータ
１４等により給電線に混入した雑音成分と明らかに発振
による電圧変動を分別検出してフリップフロップ１５を
セットし、さらにフリップフロップ１５の出力によって
ブザー１６を鳴動させることにより発振状態、すなわち
過負荷状態を報知することができる。

【００１４】なお、以上説明した実施の形態は本発明に
おける一例であって、例えば正極端子１０と負極端子１
１の極性を逆転し、同時にダイオード９のアノードとカ
ソードを反転接続し、トランジスタのＮＰＮとＰＮＰを
入れ替える構成にしたり、ＳＩＴ（static induction t
ransistor）等に代表されるトランジスタ以外の能動素
子を用いる等、本発明の精神を逸脱しない範囲で種々の
変更あるいは改良が可能なことは言うまでもない。

【００１５】

【発明の効果】本発明は以上のべたような特徴を有して
いるので、給電系が発振した場合でもその発振の電圧振
幅を数Ｖ以内に抑制し、定電力負荷装置１の破壊を防ぐ
効果がある。また、給電系の発振を完全に停止しないの
で、数Ｖに抑制された振動電圧を検出することにより給
電系が発振状態であることを報知でき、給電系に安定化
対策を実施することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による発振振幅抑圧回路の回路図。

【図２】図１の各部動作波形を示す波形図。

【図３】本発明による発振検出装置の回路図。

【図４】従来の一般的給電系とその安定化対策を示す回
路図。

【図５】図４において発振した場合の電流および電圧波
形図。

【符号の説明】

１：定電力負荷装置 ２：正極給電線 ３：負極給電線 ４：コンデンサ ５：ベース抵抗 ６：トランジス
タ ７：入力コンデンサ ８：コレクタ抵
抗 ９：ダイオード １０：正極端子 １１：負極端子 １２：直流遮断
コンデンサ １３：検出抵抗 １４：コンパレ
ータ １５：フリップフロップ １６：ブザー １７：直流供給電圧源 １８：大容量コ
ンデンサ １９：給電線インダクタンス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鍬田 豊 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 Ｆターム(参考） 5G065 BA00 BA01 DA04 EA01 HA01 HA09 JA02 LA01 MA10 NA01 NA02 NA06

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直流電圧源、給電線、および入力にコンデ
   ンサを有する定電力負荷装置からなる直流給電設備の、
   前記定電力負荷装置の入力側に比較的近接した前記給電
   線の正極給電線と負極給電線間に挿入する回路であっ
   て、前記正極給電線に接続する正極端子と前記負極給電
   線に接続する負極端子とを有し、前記正極端子にコンデ
   ンサの一端を接続し、前記コンデンサの他端をダイオー
   ド特性を有する半導体素子の一端に接続し、前記ダイオ
   ード特性を有する半導体素子の他の一端を前記負極端子
   に接続し、かつ前記ダイオード特性を有する半導体素子
   と並列に第１の抵抗を接続し、かつ前記正極端子に第２
   の抵抗の一端を接続し、前記第２の抵抗の他端を半導体
   能動素子の第１の電源端子に接続し、前記コンデンサと
   前記ダイオード特性を有する半導体素子との接続点に前
   記半導体能動素子の信号端子を接続し、前記負極端子に
   前記半導体能動素子の第２の電源端子を接続することに
   より、前記給電線の前記正極給電線と前記負極給電線と
   の間に生じる振動電圧の電圧振幅を前記半導体能動素子
   の信号端子・第２の電源端子間電圧以内に抑制すること
   を特徴とする給電系発振振幅抑制回路。
2. 【請求項２】請求項１に記載した給電系発振振幅抑制回
   路の前記正極端子と前記負極端子との間に、電圧変動検
   出手段を具備し、前記電圧変動検出手段が電圧変動を検
   出したときにそれを報知する報知手段を具備したことを
   特徴とする発振検出装置。