JP2005102348A - 過電圧保護回路 - Google Patents

Abstract

【課題】制限電圧のばらつきが大きい過電圧制限回路を用いた場合においても、簡易な構成で過大な電源電圧からの回路保護と、通常時の過電圧制限回路の早動作の防止を可能にする。
【解決手段】過電流遮断手段２と整流回路４の交流入力端４ａ、４ｂ間に、複数の過電圧制限回路３１、３２が直列に接続され、一方の過電圧制限回路３１に並列接続された開閉手段７が開閉することで、過電圧制限電圧が可変するため、過電圧制限回路３１、３２のばらつきが大きい場合においても、目的に応じた過電圧レベルを容易に設定できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、交流電源から電力供給を受ける負荷に対する過電圧保護回路に関するものである。

従来の過電圧保護回路としては、図３に示すような構成があげられる（例えば特許文献１参照）。１は交流電源、５は交流電源１から電力供給される電源装置、６は電源装置５から電力が供給される負荷である。

交流電源１から供給された交流電圧は整流回路４により直流に変換され、スイッチング電源などの電源装置５により所定の電圧に変換されて負荷６に供給される。また、交流電源１と整流回路４の間にはヒューズ２が設けられ、整流回路４の交流入力端４ａ、４ｂ間にはバリスタ等の定電圧導通素子３が設けられている。ここで、交流電源１が規定電圧以上の過電圧になると、定電圧導通素子３が導通して導通電流が流れ、ヒューズ２が溶断する。すなわちヒューズ２が過電流遮断手段として働く。

そのため、過電圧が整流回路４以降に印加されることはなく、整流回路４や電源装置５の破壊、およびこの破壊が原因で発生する発煙・発火を防止している。
特開２００３−１６４０５４号公報

しかしながら前記従来の構成では、次のような課題が生じる。

定電圧導通素子３は一定値以上の電圧が印加されると導通する素子であるため、電源電圧が交流波形の場合は電圧が最大の付近でしか導通電流が流れず、ヒューズ２を溶断することができない場合がある。このため定電圧素子３の制限電圧を、保護すべき過電圧より十分低く設定する必要が生じる。しかしながら一方では、電源電圧が変動した場合や、外来サージ等に起因する制限電圧の低下といった経年劣化が生じた場合に誤って導通しないよう、通常時の電源電圧に対して制限電圧に余裕を設ける必要が生じ、出来る限り制限電圧を高く設定したいという相反する要求が生じる。

また、交流電源１として１００Ｖ系を用いる機器の場合、誤って２００Ｖ系が投入される可能性があるが、一般的に定電圧導通素子３の制限電圧のばらつきは１５〜２０％と大きく、かつ周囲温度によって変動するため、定電圧導通素子３の選定が困難となる。

本発明の目的は、前記従来の課題を解決するものであり、厳密な制限電圧が設定できない過電圧制限手段を用いた場合においても、負荷を過大な電源電圧供給から保護し、かつ通常時に早動作しない過電圧保護回路を提供するものである。

前記従来の課題を解決するために、本発明の過電圧保護回路は、複数の過電圧制限手段を直列に接続し、前記過電圧制限手段のいずれかと並列に開閉手段を設け、前記開閉手段を開閉するようにしたものである。

本構成により、前記過電圧制限手段の制限電圧を可変することができ、前記制限電圧のばらつきによる早動作および不動作の防止を両立することが可能である。

以上のように、本発明の過電圧保護回路によれば、厳密な制限電圧が設定できない過電圧制限手段を用いた場合においても、通常時に早動作せず、かつ過大な電源電圧供給から負荷を保護することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における過電圧保護回路の構成を示す回路図である。図１において、図３と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

図１において、３１、３２はそれぞれ所定の制限電圧Ｖ１、Ｖ２を超えると導通電流が流れる過電圧制限手段としてのバリスタ等の定電圧導通素子であり、過電流遮断手段としてのヒューズ２と整流回路４間の電源ライン間に直列に接続されており、開閉手段７がバリスタ３１に並列に接続されて過電圧制限ブロック３７を形成している。また、８は開閉手段７の駆動手段であり、電源装置５から電力供給を受けると開閉手段７を駆動する。ここで、開閉手段７は駆動手段８からの指示により開状態となる常閉型のものを用いる。

ここで、交流電源１からの電力供給がなされない場合、電源装置５から駆動手段８への電力供給が行われないため、駆動手段８から開閉手段７への駆動指示は行われない。すなわち、開閉手段７は閉状態となるため、過電圧制限ブロック３７の制限電圧はバリスタ３２の制限電圧Ｖ２のみとなる。よって、交流電源１の異常電圧から整流回路４以降の回路を保護する目的として、バリスタ３２の制限電圧Ｖ２のみを設定すればよいことになる。

一方、交流電源１から電力供給がなされた後は、電源装置５から駆動手段８へ電力供給がなされるため、駆動手段８から開閉手段７への駆動指示が行われ、開閉手段７は開状態となり、過電圧制限ブロック３７の制限電圧はバリスタ３１の制限電圧Ｖ１とバリスタ３２の制限電圧Ｖ２を加えたＶ１＋Ｖ２となる。ここで、開閉手段７が閉状態、つまり交流電源１からの電源供給開始時にバリスタ３２が導通しなければ、交流電源１の電圧はバリスタ３２の制限電圧Ｖ２以下、すなわち正常な電源電圧範囲であるといえるため、開閉手段７が開状態、すなわち交流電源１からの電源供給後は、バリスタ３１の制限電圧Ｖ１を、バリスタ３２の早動作防止のための余裕電圧として設定することが可能になる。

例えば、交流電源１に１００Ｖ系を用いる機器の場合、誤って２００Ｖ系の入力がなされた時にバリスタ３２を確実に導通させる必要がある。ここで、バリスタ３２に松下電子部品製ＥＲＺＶＥＡＶ２０１を、バリスタ３１に松下電子部品製ＥＲＺＶＥＡＶ８２０を用いると、それぞれの制限電圧Ｖ２、Ｖ１は定格で１８５Ｖ〜２２５Ｖ、７４Ｖ〜９０Ｖとなり、電源供給前の過電圧制限ブロック３７の制限電圧はＶ２の１８５Ｖ〜２２５Ｖとなる。２００Ｖ系の電源電圧のばらつきを±１０％とすれば、誤って２００Ｖ系の交流電源が供給された時の電源電圧の最大値は約２５４Ｖ〜３１１Ｖとなり、電源供給前の過電圧制限ブロック３７で確実に導通電流を流すことができる。

また、正常に１００Ｖ系の交流電源が供給された時の電源電圧の最大値は同様に、約１２７Ｖ〜１５６Ｖであるが、電源供給後の過電圧制限ブロック３７の制限電圧はＶ２とＶ１の制限電圧の和２５９Ｖ〜３１５Ｖであり、早動作に対して十分に余裕を確保することができる。

なお、本実施の形態１では過電流遮断手段としてヒューズを用いたが、所定の電流が流
れるとその電流路を遮断するものであれば同様の効果を得ることができる。

また、過電圧制限手段としてバリスタを用いたが、所定の電圧以上になると導通電流を流し、前記所定の電圧に制限するものであれば同様の効果を得ることができる。

また、過電圧制限手段を２段直列接続としたが、並列に設けられた開閉手段を開閉することで過電圧制限電圧を可変する構成であれば、３段以上であっても同様の効果を得ることができる。

（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２における過電圧保護回路の構成を示す回路図であり、図１および図３と同じ構成要素については、同じ符号を用い、説明を省略する。

図２において、９は遅延手段であり、駆動手段８からの駆動指示を所定の時間だけ遅延させる。また、電源供給前は開閉手段７は閉状態であるため、過電圧制限ブロック３７の制限電圧はバリスタ３２の制限電圧Ｖ２となる。

しかし、バリスタ３２に印加される電圧が交流電圧の場合、交流波形の最大値付近でしか導通電流が流れない場合がある。一般的にヒューズ２は、過電流が流れて発生するジュール熱により溶断するが、前述のように交流波形の最大値付近のみで導通電流が流れる場合、ヒューズ２を溶断させるジュール熱を発生するために一定の時間ｔ１が必要となる。

一方、交流電源１から整流回路４を経て電力供給を受けた電源装置５が、負荷６および駆動手段８に電力供給するまでには、電源装置５の起動時間ｔ２を要するが、このｔ２が前述のｔ１より短い場合、ヒューズ２が遮断する前に駆動手段８へ電力供給がなされ、駆動指示により開閉手段７が開状態となるため、過電圧制限ブロック３７の制限電圧は、バリスタ３１の制限電圧Ｖ１分だけ増加することになり、導通電流が流れなくなるため、異常な交流電源供給に対して十分保護できない場合が生じる。

ここで、遅延手段９により駆動手段８からの駆動指示を遅延させ、遅延時間ｔ３をヒューズ２の溶断時間ｔ１より大きく設定することで、確実にヒューズ２を溶断することができ、交流電源１からの電源供給時において、バリスタ３２の制限電圧Ｖ２での確実な過電圧保護を実現することができる。

なお、本実施の形態２では、過電圧制限手段としてバリスタを用いたが、所定の電圧以上になると導通電流を流し、前記所定の電圧に制限するものであれば、同様の効果を得ることができる。

以上のように本発明の過電圧保護回路は、過電圧制限電圧を切り換えることにより制限電圧のばらつきによる早動作及び不動作の防止を両立することが可能となるので、交流電源から電力供給を受けるすべての機器の電源回路の用途に適用できる。

本発明の実施の形態１における過電圧保護回路の構成を示す回路図 本発明の実施の形態２における過電圧保護回路の構成を示す回路図 従来の過電圧保護回路の構成を示す回路図

符号の説明

１ 交流電源
２ ヒューズ（過電流遮断手段）
３、３１、３２ バリスタ（過電圧制限手段）
４ 整流回路
４ａ、４ｂ 整流回路の交流入力端
５ 電源装置
６ 負荷
７ 開閉手段
８ 駆動手段
９ 遅延手段
３７ 過電圧制限ブロック

Claims (6)

1. 交流電源から電力が供給される負荷と、前記交流電源と前記負荷との間の電流路に設置され所定の電流が流れると前記電流路を遮断する過電流遮断手段と、前記過電流遮断手段と前記負荷の間の電源ライン間に複数個直列接続されて所定の制限電圧以上になると導通電流を流して一定の電圧に制限する複数の過電圧制限手段と、前記複数個の過電圧制限手段のいずれかと並列に接続された開閉手段を有し、前記開閉手段が開閉することで前記所定の制限電圧を可変させることを特徴とする過電圧保護回路。
2. 開閉手段は無通電時に閉状態であり、通電時に開状態となることを特徴とする、請求項１に記載の過電圧保護回路。
3. 過電圧制限手段にバリスタを用い、過電流遮断手段としてヒューズを用いたことを特徴とする、請求項１あるいは請求項２に記載の過電圧保護回路。
4. 負荷として交流電源から電力供給を受ける電源装置と、前記電源装置から電力供給を受ける駆動手段を有し、前記駆動手段からの駆動指示にもとづいて開閉手段を動作させることを特徴とする、請求項１から請求項３に記載の過電圧保護回路。
5. 駆動手段からの駆動指示を所定の時間だけ遅らせる遅延手段を有することを特徴とする、請求項４に記載の過電圧保護回路。
6. 過電流遮断手段としてヒューズを用い、遅延手段による遅延時間が前記ヒューズの溶断時間より長くなるように設定したことを特徴とする、請求項５に記載の過電圧保護回路。

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