JP2001264367A - 停電検出回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は停電検出回路において異常電圧低下
の検出遅れを短縮するとともに無駄な電力消費を抑制す
ることを目的とする。 【解決手段】 交流電圧を出力する電源１１に接続され
電源１１から入力される交流電圧の異常低下を検出する
停電検出回路において電源１１が出力する交流電圧を整
流する整流手段１２と基準レベルを生成する基準レベル
生成手段１５と整流手段１２が出力する信号の電圧に対
応する入力レベルと基準レベル生成手段１５が出力する
基準レベルとの比較を行って比較結果を出力するレベル
比較手段１４とその比較結果が特定の状態を継続する時
間の長さの大小を識別する時間識別手段１７とを設け
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、交流電源に接続し
停電などによる電源電圧の異常低下などを検出するため
に用いられる停電検出回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば商用電源に接続される電源装置の
ように、交流電力を入力して直流などの必要な電力を生
成する電源装置においては、入力される交流電力の停電
などの際には規定の電力を出力できなくなるので、その
電源装置自体あるいはその電源装置に接続される負荷装
置を保護するために、入力電源電圧の異常低下を検出す
る必要があり、停電検出回路を備えている。

【０００３】この種の停電検出回路は、従来より図６に
示すように構成されている。すなわち、交流電源５１か
ら供給される交流電力は全波整流回路５２で整流され、
電圧Ｖａとして出力される。電圧Ｖａは、図７に示すよ
うな全波整流波形になる。電圧Ｖａは、電圧比較回路５
６が扱う電圧のレベルに合わせるため、抵抗器５３，５
４で構成される抵抗分圧回路によって分圧される。この
抵抗分圧回路が出力する電圧Ｖｂの波形は、抵抗器５４
に並列に接続されたコンデンサ５５の平滑作用によって
脈流になる。すなわち、電圧Ｖｂは多少変動するが直流
に近い信号になる。

【０００４】電圧比較回路５６は、電圧Ｖｂを基準電圧
源５７が出力する基準電圧Ｖｒｅｆと比較し、その結果
を２値信号として出力する。交流電源５１の出力する交
流電圧のレベルが正常な場合には、図７に示すように、
常に電圧Ｖｂが基準電圧Ｖｒｅｆよりも大きいので、電
圧比較回路５６の出力は正常（停電の非検出）レベルに
なる。また、交流電源５１の出力する交流電圧のレベル
が異常に低下すると、電圧Ｖｂが徐々に低下し、電圧Ｖ
ｂが基準電圧Ｖｒｅｆよりも小さくなると電圧比較回路
５６の出力が異常（停電を検出）レベルになる。従っ
て、停電の有無を示す信号を電圧比較回路５６から出力
することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図６に示す従来の停電
検出回路においては、電圧比較回路５６に入力される電
圧Ｖｂは平滑された脈流であり、停電などによって電圧
Ｖａのレベルが異常に低下した場合であっても、電圧Ｖ
ｂのレベルはすぐには低下しない。すなわち、コンデン
サ５５に蓄積された電荷が抵抗器５４及びコンデンサ５
５の定数で定まる時定数に応じて比較的ゆっくりと放電
するので、電圧Ｖａが異常に低下してコンデンサ５５に
流入する電荷がなくなっても、電圧Ｖｂのレベルは時定
数に対応する傾きでゆっくりと低下する。そのため、停
電などの異常電圧低下が生じてから電圧比較回路５６が
停電を検出するまでの間に時間遅れが発生する。

【０００６】このような時間遅れは、保護回路の動作遅
れにつながり、故障の発生や異常動作の原因になる。従
って、停電検出回路における時間遅れはできるだけ短く
する必要がある。図６の停電検出回路においては、抵抗
器５４の抵抗値を小さくすれば、コンデンサ５５の放電
時定数が小さくなり、停電検出の時間遅れを改善でき
る。但し、その場合には抵抗器５３の抵抗値も同時に小
さくする必要がある。抵抗器５３，５４の抵抗値を小さ
くすると、それらに流れる電流が増大するので、抵抗器
５３，５４の電力損失が増大する。無駄な電力消費を抑
制するために、抵抗器５３，５４の電力損失は、なるべ
く小さくするのが望ましい。

【０００７】本発明は、上記のような停電検出回路にお
いて、停電などの異常電圧低下が生じてからそれを検出
するまでの時間遅れを短縮するとともに、無駄な電力消
費を抑制することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の停電検出回路
は、交流電圧を出力する電源に接続され、該電源から入
力される交流電圧の異常低下を検出する停電検出回路に
おいて、前記電源が出力する交流電圧を整流する整流手
段と、基準レベルを生成する基準レベル生成手段と、前
記整流手段が出力する信号の電圧に対応する入力レベル
と前記基準レベル生成手段が出力する基準レベルとの比
較を行って比較結果を出力するレベル比較手段と、前記
レベル比較手段が出力する信号に基づいて、前記レベル
比較手段の比較結果が特定の状態を継続する時間の長さ
の大小を識別する時間識別手段とを設けたことを特徴と
する。

【０００９】請求項１においては、レベル比較手段に前
記整流手段から入力される信号のレベルが交流の波形に
対応して常時変動するため、レベル比較手段の比較結果
も常に変動する。また、交流波形の各繰り返し周期につ
いて、レベル比較手段の比較結果が第１の状態（例えば
整流波形のレベルが基準レベルより大きい）になる時間
の長さ及び第２の状態（例えば整流波形のレベルが基準
レベルより小さい）になる時間の長さは、交流電源から
供給される電圧が正常な場合と異常に低下した場合とで
大きく変化する。

【００１０】そこで、時間識別手段は、前記レベル比較
手段が出力する信号に基づいて、前記レベル比較手段の
比較結果が特定の状態（第１の状態又は第２の状態）を
継続する時間の長さの大小を識別し、停電の有無を識別
する。請求項１においては、整流波形を平滑することな
くそのレベルをレベル比較手段で比較するので、交流電
源から供給される電圧に異常低下が生じると、直ちにそ
の影響がレベル比較手段の比較結果に反映される。その
ため、停電が生じてからそれを検出するまでの時間遅れ
を大幅に改善できる。

【００１１】請求項２は、請求項１の停電検出回路にお
いて、前記整流手段の出力に複数の抵抗器で構成される
抵抗分圧回路を接続し、前記抵抗分圧回路の出力を前記
レベル比較手段の２つの入力の一方に接続したことを特
徴とする。請求項２においては、前記整流手段の出力す
る電圧のレベルが大きすぎる場合であっても、レベル比
較手段の入力レンジに合ったレベルの信号を前記抵抗分
圧回路で生成することができる。

【００１２】請求項３は、請求項１の停電検出回路にお
いて、前記電源の出力と前記整流手段の入力との間に分
圧用コンデンサを接続し、前記整流手段の出力の端子間
に分圧用抵抗器を接続したことを特徴とする。請求項３
においては、前記整流手段の入力側に接続した分圧用コ
ンデンサと前記整流手段の出力側に接続した分圧用抵抗
器とで分圧回路を構成し、この分圧回路でレベル比較手
段の入力レンジに合ったレベルの信号を生成している。
コンデンサは電力を消費しないので、抵抗器だけで分圧
回路を構成する場合と比べて無駄な電力損失を低減でき
る。

【００１３】請求項４は、請求項１の停電検出回路にお
いて、前記整流手段の出力と前記レベル比較手段の入力
との間をホトカップラを用いて接続し、前記整流手段と
前記レベル比較手段とを電気的に絶縁したことを特徴と
する。請求項４では、前記整流手段の出力と前記レベル
比較手段の入力との間で信号を伝達するためにホトカッ
プラを用い、電気的には前記整流手段の出力と前記レベ
ル比較手段の入力とを絶縁している。

【００１４】様々な電源装置においては、整流回路とし
て倍電圧整流方式を採用したり、整流回路の出力ライン
上にトランジスタなどのインピーダンス要素が挿入され
ている場合がある。このような場合には、整流回路の出
力に停電検出回路を接続すると、停電検出回路の０Ｖ電
位が交流波形の０Ｖ電位からずれることになり、停電の
検出動作に支障をきたす。

【００１５】請求項４においては、電気的には前記整流
手段の出力と前記レベル比較手段の入力とを分離してい
るため、停電検出回路のレベル比較手段の入力レベル
は、電源装置のライン上のインピーダンスなどの影響で
生じる電位変化とは無関係になる。従って、倍電圧整流
方式を採用した電源装置や、整流回路の出力ライン上に
トランジスタなどのインピーダンス要素が挿入されてい
る電源装置にこの停電検出回路を接続した場合であって
も、電源電圧が異常に低下した場合に停電を検出するこ
とができる。

【００１６】請求項５は、請求項１の停電検出回路にお
いて、前記時間識別手段に、前記レベル比較手段の出力
に接続された時定数回路と、時間の閾値に対応する基準
電圧を生成する時間基準電圧生成手段と、前記時定数回
路の出力と前記時間基準電圧生成手段の基準電圧とを比
較する電圧比較手段とを設けたことを特徴とする。請求
項５においては、前記レベル比較手段の出力に接続され
た時定数回路の働きにより、前記レベル比較手段の比較
結果が特定の状態である時間の長さにほぼ比例した電圧
が生成される。電圧比較手段は、前記時定数回路の出力
と前記時間基準電圧生成手段の基準電圧とを比較するこ
とにより、前記レベル比較手段の比較結果が特定の状態
である時間の長さの大小、すなわち停電の有無を識別す
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）本発明の停
電検出回路の１つの実施の形態について、図１及び図２
を参照して説明する。この形態は、請求項１，請求項２
及び請求項５に対応する。図１はこの形態の停電検出回
路の構成を示す電気回路図である。図２はこの形態の信
号波形を示すタイムチャートである。

【００１８】この形態では、請求項１の電源，整流手
段，基準レベル生成手段，レベル比較手段及び時間識別
手段は、それぞれ交流電源１１，全波整流回路１２，基
準電圧源１５，電圧比較回路１４及び電圧比較回路１７
として具体化されている。また、請求項２の抵抗分圧回
路は、抵抗分圧回路１３に対応する。更に、請求項５の
時定数回路，時間基準電圧生成手段及び電圧比較手段
は、それぞれ時定数回路１６，基準電圧源１８及び電圧
比較回路１７として具体化されている。

【００１９】図１を参照すると、この停電検出回路に
は、交流電源１１，全波整流回路１２，抵抗分圧回路１
３，電圧比較回路１４，基準電圧源１５，時定数回路１
６，電圧比較回路１７及び基準電圧源１８が備わってい
る。

【００２０】交流電源１１は、例えば商用交流電源のよ
うに、正弦波の交流電力を出力する。交流電源１１が出
力する交流電力は、全波整流回路１２に入力される。全
波整流回路１２は、例えば４つのダイオードをブリッジ
状に接続して構成することができる。全波整流回路１２
が出力する電圧Ｖ１の波形は、図２に示すような全波整
流波形になる。

【００２１】電圧Ｖ１のレベルが比較的小さい場合に
は、抵抗分圧回路１３は不要になり、Ｖ１＝Ｖ２として
電圧比較回路１４に入力される。電圧Ｖ１のレベルが電
圧比較回路１４の入力に印加するには大きすぎる場合に
は、全波整流回路１２の出力と電圧比較回路１４の入力
との間に抵抗分圧回路１３を設けてある。電圧比較回路
１４に入力される電圧Ｖ２の波形は、図２に示すように
電圧Ｖ１と相似形になり、レベルは電圧Ｖ１よりも小さ
くなる。電圧Ｖ１，Ｖ２のレベルの比率は、抵抗分圧回
路１３を構成する抵抗器Ｒ１，Ｒ２の抵抗値の比率に応
じて定まる。

【００２２】基準電圧源１５は、直流の一定電圧を基準
電圧Ｖｒ１として出力する。基準電圧Ｖｒ１は、図２に
示すように正常時の電圧Ｖ２の波形のピークレベルより
も少し小さいレベルに定めてある。電圧比較回路１４
は、入力される電圧Ｖ２を基準電圧Ｖｒ１と比較する。
電圧比較回路１４は、比較結果に対応して出力のオン／
オフを行う。

【００２３】電圧比較回路１４の出力には、時定数回路
１６及び電圧比較回路１７が接続してある。電圧比較回
路１４の出力がオフの場合、直流電源ラインＶｃｃから
抵抗器Ｒ３を介してコンデンサＣ１に電荷が徐々に蓄積
されるので、飽和するまでの間はコンデンサＣ１の端子
間に現れる電圧Ｖ３のレベルは、時間の経過とともに上
昇する。

【００２４】また、電圧比較回路１４の出力がオンにな
ると、コンデンサＣ１に蓄積された電荷は電圧比較回路
１４の内部を通って一気に放電するため、電圧Ｖ３のレ
ベルは急激に０Ｖに低下する。基準電圧Ｖｒ１のレベル
は、正常時の電圧Ｖ２のピークレベルと０Ｖとの間にあ
るため、正常時には、図２に示すように電圧Ｖ２の波形
の１周期（交流波形の半波）につき２回、基準電圧Ｖｒ
１のレベルと電圧Ｖ２のレベルとが交差する。その度
に、電圧比較回路１４の比較結果が切り替わり、電圧比
較回路１４の出力のオン／オフが切り替わる。従って、
電圧比較回路１４の出力に接続されたコンデンサＣ１の
充放電が繰り返されるので、電圧Ｖ３は図２に示すよう
に鋸歯状波のような波形になる。

【００２５】波形の１周期の中で電圧Ｖ３が上昇する時
間Ｔの長さは、電圧Ｖ２のレベルの大小に応じて変化す
る。また、停電の発生などによって電圧Ｖ２が異常に低
下した場合には、電圧Ｖ２のピークレベルが基準電圧Ｖ
ｒ１のレベルよりも小さくなるので、電圧比較回路１４
はオフ状態を長時間維持する。その場合、図２に示すよ
うに電圧Ｖ３は飽和レベルに近づくまで上昇する。

【００２６】基準電圧源１８は、直流の一定電圧を基準
電圧Ｖｒ２として出力する。この基準電圧Ｖｒ２は、図
２に示すように正常時の電圧Ｖ３のピークレベルよりも
少し大きいレベルに定めてある。電圧比較回路１７は、
電圧Ｖ３のレベルを基準電圧Ｖｒ２と比較し、その結果
を示す２値信号を電圧Ｖ４として出力する。正常時に
は、電圧Ｖ３が上昇する時間Ｔの長さが比較的短く、電
圧Ｖ３のレベルが基準電圧Ｖｒ２まで到達しないので、
電圧比較回路１７の出力する電圧Ｖ４は高レベル（停電
の非検出状態）を維持する。

【００２７】停電などによって電源電圧の異常低下が生
じると、電圧Ｖ３が上昇する時間Ｔの長さが長くなる。
この時間Ｔが基準電圧Ｖｒ２に対応する時間Ｔ１以上に
なると、電圧比較回路１７の比較結果が切り替わり、電
圧比較回路１７の出力する電圧Ｖ４は低レベル（停電検
出状態）になる。つまり、図１の停電検出回路は、電源
電圧に異常低下が生じると、交流波形の半周期程度の短
い時間でその異常を検出することができる。

【００２８】なお、この形態では（Ｖ２＜Ｖｒ１）の状
態になる時間Ｔの長さを識別するために電圧Ｖ３のレベ
ルと基準電圧Ｖｒ２とを比較しているが、例えばカウン
タなどのディジタル回路を用いて時間Ｔを直接測定して
もよい。その場合には、時定数回路１６，電圧比較回路
１７及び基準電圧源１８は不要になる。 （第２の実施の形態）本発明の停電検出回路のもう１つ
の実施の形態について、図３及び図４を参照して説明す
る。この形態は請求項３に対応する。

【００２９】図３はこの形態の停電検出回路の構成を示
す電気回路図である。図４はこの形態の信号の波形を示
すタイムチャートである。この形態は、第１の実施の形
態の変形例である。図３において、図１と対応する要素
は同一の符号を付けて示してある。第１の実施の形態と
同一の部分については、以下の説明を省略する。この形
態では、請求項３の分圧用コンデンサ及び分圧用抵抗器
は、それぞれコンデンサＣ１及び抵抗器Ｒ２に対応す
る。

【００３０】図３の停電検出回路の構成は、電圧Ｖ２を
生成するための回路が変更された以外は図１の停電検出
回路と同一である。図３を参照すると、交流電源１１の
出力と全波整流回路１２の入力との間にコンデンサＣ２
が接続してある。また、全波整流回路１２の出力の端子
間には抵抗器Ｒ２が接続してある。

【００３１】コンデンサＣ２及び抵抗器Ｒ２は、分圧回
路を構成している。この分圧回路は、電圧比較回路１４
に入力される電圧Ｖ２のレベルを、交流電源１１が出力
する交流電力のレベル（電圧）に比べて小さくするため
に設けてある。コンデンサＣ２は電力を消費しないの
で、図３の回路では図１の抵抗分圧回路１３における抵
抗器Ｒ１の電力消費に相当する無駄な電力消費を抑制す
ることができる。

【００３２】交流電源１１の出力に現れる交流電圧Ｖａ
ｃ及び図３の電圧比較回路１４に入力される電圧Ｖ２の
波形は、図４のようになる。すなわち、コンデンサＣ２
及び抵抗器Ｒ２による分圧によって、電圧Ｖ２のレベル
は交流電圧Ｖａｃに比べて十分に小さくなる。この分圧
回路の動作を確認するために、コンピュータを用いて回
路シミュレーションを実施した。このシミュレーション
では次のように条件を定めた。

【００３３】 交流電圧Ｖａｃの実効値：６０[Ｖ]（ピーク電圧は約８５[Ｖ]） コンデンサＣ２の容量 ：１[ｎＦ] 抵抗器Ｒ２の抵抗値 ：５．１[ｋΩ] シミュレーションの結果、上記の条件における電圧Ｖ２
のピーク電圧は２．５[Ｖ]であった。

【００３４】（第３の実施の形態）本発明の停電検出回
路のもう１つの実施の形態について、図５を参照して説
明する。この形態は請求項４に対応する。この形態で
は、請求項４のホトカップラはホトカップラ１９に対応
する。図５はこの形態の停電検出回路の構成を示す電気
回路図である。この形態は、第１の実施の形態の変形例
である。図５において、図１と対応する要素は同一の符
号を付けて示してある。第１の実施の形態と同一の部分
については、以下の説明を省略する。

【００３５】様々な電源装置においては、整流回路とし
て倍電圧整流方式を採用したり、整流回路の出力ライン
上にトランジスタなどのインピーダンス要素が挿入され
ている場合がある。そのような場合には、停電検出回路
に入力する信号の０Ｖ電位と整流回路の０Ｖ電位との間
にずれが生じるので停電の検出動作に支障をきたすこと
になる。

【００３６】図５の停電検出回路は、仮に整流回路とし
て倍電圧整流方式を採用したり、整流回路の出力ライン
上にトランジスタなどのインピーダンス要素が挿入され
ている場合であっても停電検出動作に問題が生じないよ
うに構成されている。図５を参照すると、全波整流回路
１２の出力には、ホトカップラ１９の発光ダイオードと
抵抗器Ｒ４との直列回路が接続されている。また、ホト
カップラ１９のホトトランジスタと抵抗器Ｒ２との直列
回路の出力が電圧比較回路１４の入力に接続されてい
る。

【００３７】ホトカップラ１９の発光ダイオードには、
全波整流回路１２が出力する電圧Ｖ１（波形は図２と同
じ）の瞬時電圧に比例した電流が流れ、その電流に比例
した強度の光が発光される。従って、ホトカップラ１９
のホトトランジスタには、電圧Ｖ１の瞬時電圧に比例し
た強度の光が入射し、その強度に比例する電流がホトト
ランジスタを通って抵抗器Ｒ２に流れる。

【００３８】このため、抵抗器Ｒ２の端子間に現れる電
圧Ｖ２の波形は、図２の電圧Ｖ２と同等になる。従っ
て、図５の停電検出回路は、図１の停電検出回路と同様
に停電のような異常電圧低下を短時間で検出できる。図
５の停電検出回路においては、全波整流回路１２の出力
側の回路と、電圧比較回路１４の入力側の回路とが電気
的には分離されており、ホトカップラ１９で光により信
号の伝達を行っている。このため、ホトカップラ１９の
発光ダイオードと抵抗器Ｒ４との直列回路が接続される
回路の電位の違いは電圧Ｖ２とは無関係であり、電圧Ｖ
１の波形及び振幅のみが電圧Ｖ２に影響する。

【００３９】このため、例えばホトカップラ１９の発光
ダイオードと抵抗器Ｒ４との直列回路と全波整流回路１
２との間にトランジスタのようなインピーダンス要素を
挿入したり、全波整流回路１２を倍電圧整流回路に置き
換えたとしても、この停電検出回路の動作には問題は生
じない。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の停電検出
回路においては、整流波形を平滑することなくそのレベ
ルをレベル比較手段で比較するので、交流電源から供給
される電圧に異常低下が生じると、直ちにその影響がレ
ベル比較手段の比較結果に反映される。そのため、停電
が生じてからそれを検出するまでの時間遅れを大幅に改
善できる。しかも、分圧回路などに生じる無駄な電力消
費の増大を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態の停電検出回路の構成を示す
電気回路図である。

【図２】第１の実施の形態の信号波形を示すタイムチャ
ートである。

【図３】第２の実施の形態の停電検出回路の構成を示す
電気回路図である。

【図４】第２の実施の形態の信号の波形を示すタイムチ
ャートである。

【図５】第３の実施の形態の停電検出回路の構成を示す
電気回路図である。

【図６】従来例の停電検出回路の構成を示す電気回路図
である。

【図７】従来例の停電検出回路の信号波形を示すタイム
チャートである。

【符号の説明】

１１ 交流電源 １２ 全波整流回路 １３ 抵抗分圧回路 １４，１７ 電圧比較回路 １５，１８ 基準電圧源 １６ 時定数回路 １９ ホトカップラ ５１ 交流電源 ５２ 全波整流回路 ５３，５４ 抵抗器 ５５ コンデンサ ５６ 電圧比較回路 ５７ 基準電圧源 Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４ 抵抗器 Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ Ｖｒ１，Ｖｒ２，Ｖｒｅｆ 基準電圧

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電圧を出力する電源に接続され、該
   電源から入力される交流電圧の異常低下を検出する停電
   検出回路において、 前記電源が出力する交流電圧を整流する整流手段と、 基準レベルを生成する基準レベル生成手段と、 前記整流手段が出力する信号の電圧に対応する入力レベ
   ルと前記基準レベル生成手段が出力する基準レベルとの
   比較を行って比較結果を出力するレベル比較手段と、 前記レベル比較手段が出力する信号に基づいて、前記レ
   ベル比較手段の比較結果が特定の状態を継続する時間の
   長さの大小を識別する時間識別手段とを設けたことを特
   徴とする停電検出回路。
2. 【請求項２】 請求項１の停電検出回路において、前記
   整流手段の出力に複数の抵抗器で構成される抵抗分圧回
   路を接続し、前記抵抗分圧回路の出力を前記レベル比較
   手段の２つの入力の一方に接続したことを特徴とする停
   電検出回路。
3. 【請求項３】 請求項１の停電検出回路において、前記
   電源の出力と前記整流手段の入力との間に分圧用コンデ
   ンサを接続し、前記整流手段の出力の端子間に分圧用抵
   抗器を接続したことを特徴とする停電検出回路。
4. 【請求項４】 請求項１の停電検出回路において、前記
   整流手段の出力と前記レベル比較手段の入力との間をホ
   トカップラを用いて接続し、前記整流手段と前記レベル
   比較手段とを電気的に絶縁したことを特徴とする停電検
   出回路。
5. 【請求項５】 請求項１の停電検出回路において、前記
   時間識別手段に、 前記レベル比較手段の出力に接続された時定数回路と、 時間の閾値に対応する基準電圧を生成する時間基準電圧
   生成手段と、 前記時定数回路の出力と前記時間基準電圧生成手段の基
   準電圧とを比較する電圧比較手段とを設けたことを特徴
   とする停電検出回路。