JP2008154354A - 電源回路、警報装置 - Google Patents

Abstract

【課題】入力ヒューズを確実に溶断して、過大電流による回路の破壊を抑制する。
【解決手段】整流回路Ｂ１を用いて交流電源から直流電源を得る電源回路１１であって、一端が交流電源端子ＣＮ１に接続されると共に、他端が整流回路Ｂ１の交流端子に接続される第１直列コンデンサＣ１と、この第１直列コンデンサＣ１に並列接続される第２直列コンデンサＣ２と、整流回路Ｂ１の直流端子側に接続されて電流を検出して、第２直列コンデンサＣ２のオン・オフを切り替える電流検出回路ＫＡと、を備えるようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、整流回路を用いて交流電源から直流電源を得る電源回路、及びこの電源回路を用いた警報装置に関する。

従来、火災等を検出する各種警報装置は、交流電源から直流電源を得るための電源回路を備える。火災警報装置の場合、一般に１０ｍＡ程度の消費電流が必要になるため、１００Ｖの交流電源を変換しなければならない。従って、電源回路は、フィルムコンデンサ等のキャパシタンスによって電圧を下げると共に、ツェナーダイオードのような負荷電圧素子に電流を流すことで、所定値以下の直流電圧を維持する構造になる。

また、火災警報装置等では、定常時と、火災等の異常を検出した時では消費電力が大きく異なる。例えば、定常時は１０ｍＡ以下の電流で駆動できるが、異常時は５０ｍＡ程度に電流を上昇させてブザーを鳴らさなければならない。従って、異常検出等の信号を電源回路に外部から導入し、この外部信号によってフィルムコンデンサの容量を切り替えることで、電源回路の出力能力を増強する技術が提案されている（特許文献１参照）。

さらに、火災警報装置の使用中において、１ｋＶを超える雷サージ電圧が交流電源に混入する場合がある。この雷サージ電圧が電源回路のフィルムコンデンサに直接供給されると、このフィルムコンデンサが破壊されてしまうので、フィルムコンデンサと交流電源の間にサージアブソーバ等の過電圧保護素子が取り付けられる。このサージアブソーバは、交流電源にサージ電圧が混入した場合にインピーダンスを下げることで、サージ電圧をサージ電流として吸収するようにしている。

また、フィルムコンデンサ等の回路素子が劣化等によって短絡する場合がある。回路中の電子部品が短絡すると、交流電源に過大電流が流れてしまうので、この過大電流を遮断するために入力ヒュ−ズが取り付けられる。例えば、サージアブソーバが、想定以上のサージ電圧を吸収した結果、破損して短絡することが考えられる。この場合、入力ヒューズが取り付けられていれば、過大電流を検出して速やかに電流を遮断できるようになる。
特開平２００４−９６９４４号公報

従来の火災警報装置では、外部の異常検出信号を利用して電源回路の出力能力を高める必要があるので、電源回路に外部信号のインターフェースを確保しなければならず、部品点数が増大するという問題があった。

また、入力ヒューズとして電気安全法に基づく規格認定品を用いることが望ましいが、この規格認定品の入力ヒューズは、最小でも定格電流が１Ａの製品しか存在しない。従って、１０ｍＡから５０ｍＡ等の範囲の微小電流に対応した入力ヒューズを用いる場合、規格認定品以外の製品を採用しなければならない。しかし、これらの非認定品ヒューズは、その溶断タイミングが不安定になりやすく、例えば、溶断電流が１５０ｍＡに設定されたヒューズでは、２００ｍＡの電流を流しても溶断までに３分〜４分、１５０ｍＡの電流を流した際には溶断までに数日を要する場合もある。結果、電源回路や警報装置の電子部品を十分に保護する機能を発揮できないという問題があった。

この結果、非認定品ヒューズを用いる場合、電源回路において部品の容量等を予め大きく設計しておき、仮に２００ｍＡの電流が３分から４分流れても故障しないような配慮が要求された。結局、部品の形状も大きくなり、製造コストが増大するという問題があった。

一方、入力ヒューズを微小電流に対応に対応させようとすると、雷が落ちる度に、そのサージ電流によって入力ヒューズが溶断してしまうという問題があった。この結果、頻繁に入力ヒューズの交換を要するので、火災警報装置のメンテナンス頻度が増大し、利便性に欠けるという問題があった。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、電源回路の電力の供給能力を自ら変更可能とする電源回路及び警報装置を提供することを目的としている。

上記目的は、以下の手段によって達成されるものである。
（１）整流回路を用いて交流電源から直流電源を得る電源回路であって、

一端が交流電源端子に接続されると共に、他端が前記整流回路の交流端子に接続される第１直列コンデンサと、前記第１直列コンデンサに並列接続される第２直列コンデンサと、前記整流回路の直流端子側に接続されて電流を検出して、前記第２直列コンデンサのオン・オフを切り替える電流検出回路と、を備えることを特徴とする電源回路。
（２）一端が前記交流電源端子に接続されると共に、他端が前記整流回路の交流端子に接続される入力ヒューズと、一端が前記入力ヒューズと前記整流回路の前記交流端子の間に接続されると共に、他端が前記電流検出回路に接続される切断用ダイオードと、前記整流回路の直流端子間に配置される負荷電圧素子と、を備え、前記電流検出回路は、前記負荷電圧素子と前記整流回路の前記直流端子の間に配置され、異常電流の検出によって前記切断用ダイオードを導通して前記入力ヒューズを切断する上位電流検出回路と、前記負荷電圧素子と出力端子の間に配置されて、電流検出によって前記第２直列コンデンサのオン・オフを切り替える下位電流検出回路と、を備えることを特徴とする上記（１）記載の電源回路。
（３）上記（１）又は（２）記載の電源回路を備えることを特徴とする警報装置。

本発明によれば、出力側の直流電流を検出して、自身の電力供給能力を切り替えることが可能になるという優れた効果を奏し得る。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１には、本発明の実施の形態に係る火災警報装置１が示されている。この火災警報装置１は、ＡＣ−ＤＣ降圧電源回路１１（以下電源回路１１）、定電圧回路１２、制御回路１３、発光回路１４、受光増幅回路１５、電源電圧検出回路１６、ブザー鳴動回路１７、ブザー停止回路１８、火災異常通電表示回路１９を備える。

電源回路１１は、商用電源ＡＣ１００Ｖを直流電源に変換すると共に、この直流電圧を例えば５Ｖ程度に下げる機能を有する。定電圧回路１２は、電源回路１１の出力電圧を、例えば２Ｖ等の一定電圧にして、制御回路１３に駆動電源として提供する。制御回路１３は、他の回路等を適宜制御するワンチップマイコンである。発光回路１４は、火災検出用の赤外線発光ダイオードであり、制御回路１３によって制御されて、一定の時間間隔で赤外線を発光する。受光増幅回路１５は、フォトダイオード及び増幅器で構成されており、発光回路１４の赤外線を受光して、その信号を増幅して制御回路１３に出力する。これにより、煙の発生によって赤外線が散乱すると、それを「火災異常状態」として検出することができる。

ブザー鳴動回路１７は、制御回路１３において「火災異常状態」が検出された際に、火災鳴動を発して、音によって周囲の人に異常を知らせる。ブザー停止回路１８はいわゆるスイッチであり、ブザー鳴動回路１７の鳴動中にスイッチが手動操作されることで、その鳴動を強制的に停止させる。火災異常通電表示回路１９は、赤色・緑色の２色のダイオードを備えており、警報器の異常・正常状態を表示する。例えば、緑色の発光状態は、火災警報装置１が通電状態（起動中）であって且つ正常状態であることを意味し、赤色の発光状態は、火災が検出された異常状態であることを意味する。

なお、電源電圧検出回路１６は、電源回路１１の出力電圧を検出して制御回路１３に出力する。従って、制御回路１３では、この出力電圧によって通電状態を点検し、また、受光増幅回路１５の信号によって発光回路１４の発光状態を点検できる。

次に、電源回路１１について詳細に説明する。

この電源回路１１は、図２に示されるように、交流電源ＡＣ１００Ｖが提供される交流電源端子ＣＮ１と、この交流電源端子ＣＮ１に接続されて、交流電流を全波整流する整流ブリッジ回路Ｂ１と、この整流ブリッジ回路Ｂ１の直流端子に接続される出力端子ＣＮ２と、入力ヒューズＦ１と、サージアブソーバＳＡ１と、直列コンデンサ回路ＣＡと、切断用ダイオードＤ１と、電流検出回路ＫＡと、抵抗Ｒ１と、ツェナーダイオードＤ２と、平滑コンデンサＣ３、Ｃ５と、三端子レギュレータＩＣ１を備える。

入力ヒューズＦ１の一端は、交流電源端子ＣＮ１の一方の端子ＡＣＬに接続され、他端は整流ブリッジ回路Ｂ１の交流端子側（詳細には、その間に配置される直列コンデンサ回路ＣＡの入力側）に接続される。この入力ヒューズＦ１は、１Ａ以上の電流が流れると溶断するようになっており、いわゆる規格認定品である。直列コンデンサ回路ＣＡは、一端が交流電源端子ＣＮ１の端子ＡＣＬ（詳細には入力フューズＦ１の一端）に接続されており、他端が、整流ブリッジ回路Ｂ１の交流端子に接続されている。この直列コンデンサ回路ＣＡは、更に、第１直列コンデンサＣ１及び第２直列コンデンサＣ２を並列接続状態で備えている。また、この第２直列コンデンサＣ２には、オン・オフ切替手段となるフォトカプラＰＣ１−１が直列接続されている。第１及び第２直列コンデンサＣ１、Ｃ２はここではフィルムコンデンサである。直列コンデンサ回路ＣＡは、静電容量とＡＣ１００Ｖの電源周波数で決定される所定の交流電流を流す。例えばフォトカプラＰＣ１−１がオンになって第１及び第２直列コンデンサＣ１、Ｃ２の双方が機能する際には、大きな交流電流を流すことが可能となり、電力の供給能力が増大する。一方、フォトカプラＰＣ１−１がオフになると、小さな交流電流を流すことになり、電力の供給能力が絞られる。従って、直列コンデンサ回路ＣＡは、複数のコンデンサの組み合わせによって、電力の供給能力を多段階で変化させる機能を有する。

ツェナーダイオードＤ２は、整流ブリッジ回路Ｂ１のプラス及びマイナス直流端子間に配置される負荷電圧素子であり、基準電圧を超える電圧が印加されると、電流を流して電圧の上昇を抑制する。従って、このツェナーダイオードＤ２によって、整流ブリッジ回路Ｂ１から出力端子ＣＮ２側に供給される電圧の上限が設定される。なお、抵抗Ｒ１は、ツェナーダイオードＤ２に流す電流を予め制限する。

三端子レギュレータＩＣ１は、ＩＮ、ＯＵＴ、ＧＮＤの３つの端子を備えた電源ＩＣであり、ＩＮ（入力）は、整流ブリッジ回路Ｂ１のプラス直流端子側、ＯＵＴ（出力）は出力端子ＣＮ２のプラス側、ＧＮＤは整流ブリッジ回路Ｂ１及び出力端子ＣＮ２のマイナス側（接地側）にそれぞれ接続される。この三端子レギュレータＩＣ１は、整流ブリッジ回路Ｂ１から供給される直流電圧に対して、出力端子ＣＮ２に供給する電圧をそれよりも低い一定値に正確に維持する。なお、この三端子レギュレータＩＣ１は、電流検出回路ＫＡよりも出力端子ＣＮ２側に配置される。

コンデンサＣ３は、ツェナーダイオードＤ２に並列接続されており、直流電圧を平滑化する。コンデンサＣ５も同様に、三端子レギュレータＩＣ１よりも出力端子ＣＮ２側において、このＯＵＴ／ＧＮＤ端子間に並列接続されており、三端子レギュレータＩＣ１から出力される直流電圧を平滑化する。

電流検出回路ＫＡは、上位電流検出回路ＫＡ１と下位電流検出回路ＫＡ２の２段構成になっている。上位電流検出回路ＫＡ１は、ツェナーダイオードＤ２の一端と整流ブリッジ回路Ｂ１のマイナス直流端子の間に配置される。下位電流検出回路ＫＡ２は、ツェナーダイオードＤ２の一端と出力端子ＣＮ２のマイナス側（詳細には三端子レギュレータＩＣ１のＧＮＤ端子）の間に配置される。

上位電流検出回路ＫＡ１は、整流ブリッジ回路Ｂ１のマイナス直流端子とツェナーダイオードＤ２の一端の間に挿入される直列抵抗Ｒ２と、スイッチング素子Ｑ１と、直列抵抗Ｒ２に並列接続されて、スイッチング素子Ｑ１のベースに接続されるベース用抵抗Ｒ６を備える。直列抵抗Ｒ２によって電流が検出されることで、ベース用抵抗Ｒ６に所定電圧が印加されると、スイッチング素子Ｑ１がオンになる。このスイッチング素子Ｑ１のオン・オフ動作によって、ツェナーダイオードＤ２よりも上流側の直流電流が検出される。なお、ツェナーダイオードＤ２よりも上流側の直流電流は、ツェナーダイオードＤ２自身が電圧制御目的で流す電流と、出力端子ＣＮ２側に供給される電流の総和になる。従って、整流ブリッジ回路Ｂ１から供給される直流電流に何らかの異常が生じた場合、この上位電流検出回路ＫＡ１によって必ず検出できることになる。

切断用ダイオードＤ１は、一端が、ヒューズＦ１と整流ブリッジ回路Ｂ１の交流端子（直列コンデンサ回路ＣＡの入力側）の間に接続されると共に、他端が、スイッチング素子Ｑ１のコレクタ端子に接続される。従って、上位電流検出回路ＫＡ１において所定値以上の電流が検出されて、スイッチング素子Ｑ１がオンになると、交流電流が、切断用ダイオードＤ１を経てスイッチング素子Ｑ１のコレクタ−エミッタ間に直接流れる。この結果、交流電源端子ＣＮ１の一端ＡＣＬが、切断用ダイオードＤ１、スイッチング素子Ｑ１、整流ブリッジ回路Ｂ１の直流端子を経て、交流電源端子ＣＮ１の他端ＡＣＮに短絡する。従って、入力ヒューズＦ１に大きい電流が流れるので、この入力ヒューズＦ１が強制的に溶断される。この結果、電流に何らかの異常が生じても、直列コンデンサ回路ＣＡやサージアブソーバＳＡ１への流入期間を短く設定できるので、電子部品の破壊を低減することができる。

下位電流検出回路ＫＡ２は、出力端子ＣＮ２（詳細には三端子レギュレータＩＣ１のＧＮＤ端子）とツェナーダイオードＤ２のマイナス側端子の間に挿入される直列抵抗Ｒ３と、スイッチング素子Ｑ２と、直列抵抗Ｒ３と並列接続され且つスイッチング素子Ｑ２のベースに接続されるベース用抵抗Ｒ８を備える。直列抵抗Ｒ３によって電流が検出されて、ベース用抵抗Ｒ８に所定電圧が印加されると、スイッチング素子Ｑ２がオンになる。スイッチング素子Ｑ２のオン・オフ動作によって、ツェナーダイオードＤ２よりも下流側、即ち出力端子ＣＮ２側に供給される電流を検出できる。なお、この下位電流検出回路ＫＡ２は、三端子レギュレータＩＣ１よりも整流ブリッジ回路Ｂ１側に配置される。これは、三端子レギュレータＩＣ１よりも出力端子ＣＮ２側に回路を配置してしまうと、三端子レギュレータＩＣ１で安定化させた電圧が、下位電流検出回路ＫＡ２の影響によって再び不安定になるからである。

更に、この下位電流検出回路ＫＡ２は、フォトカプラＰＣ１−２が配置される。具体的にフォトカプラＰＣ１−２は、一端が抵抗Ｒ７を経て整流ブリッジ回路Ｂ１の直流端子に接続され、他端がスイッチング素子Ｑ２のコレクタに接続される。従って、下位電流検出回路ＫＡ２で所定値以上の電流が検出されて、スイッチング素子Ｑ２がオンになると、スイッチング素子Ｑ１のコレクタ−エミッタ間に電流が流れるためにフォトカプラＰＣ１−２が起動し、直列コンデンサ回路ＣＡのフォトカプラＰＣ１−１をオンにする。この結果、第２直列コンデンサＣ２がオンになって、直列コンデンサ回路ＣＡの容量が増大し、電力の供給能力が増大する。なお、下位電流検出回路ＫＡ２は、過電流を検出する目的ではないため、上位電流検出回路ＫＡ１の検出閾値よりも小さく設定される。

次に、この電源回路１１の動作について説明する。

まず、この火災報知装置１を交流電源ＡＣ１００Ｖに接続すると、電源回路１１の交流電源端子ＣＮ１に交流電流が供給される。この交流電流は、直列コンデンサ回路ＣＡを経ることで、一定の電流量が整流ブリッジ回路Ｂ１に供給されて全波整流される。全波整流された直流電流は、ツェナーダイオードＤ２や平滑コンデンサＣ３を経て、電流・電圧が安定化され、三端子レギュレータＩＣ１で正確な電圧に制御された後、出力端子ＣＮ２に供給される。

この火災警報装置１が火災異常を検出した場合、制御回路１３やブザー鳴動回路１７の消費電力が増大するので、出力端子ＣＮ２に流れる電流が増大し、例えば１０ｍＡを上回る。このような供給電流の増大は、下位電流検出回路ＫＡ２によって検出され、スイッチング素子Ｑ２がオンになる。この結果、フォトカプラＰＣ１−２、フォトカプラＰＣ１−１を経て第２直列コンデンサＣ２がオンになり、電力の供給能力を増大させる。従って、外部信号を入力することなく、出力端子ＣＮ２側の電流を検出して、自ら能力を増大させることが可能になる。なお、本実施形態では、出力端子ＣＮ２に最大で約５０ｍＡの直流電流を供給できるように設定されている。

雷等の影響によって交流電源にサージ電圧が混入した場合、サージアブソーバＳＡ１によって吸収される。この際、入力ヒューズＦ１は、比較的大きい容量（例えば１Ａ）に設定されているので、このサージ吸収時の瞬間電流によって溶断することはない。即ち、雷の影響で入力ヒューズＦ１を頻繁に交換することを回避できる。一方、サージアブソーバＳＡ１が劣化して、短絡状態のまま戻らなくなった場合は、入力ヒューズＦ１が溶断して電流の供給を遮断出来る。

この火災警報装置１では、火災監視時の消費電力が極めて小さいため、例えば出力端子ＣＮ２に流れる電流は１０ｍＡ以下となる。従って、定常時は、上位電流検出回路ＫＡ１及び下位電流検出回路ＫＡ２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２は、共にオフ状態となっている。

直列コンデンサ回路ＣＡの直列コンデンサＣ１、Ｃ２の電子部品が劣化して絶縁性が低下すると、整流ブリッジ回路Ｂ１に供給される交流電流が次第に増大する。この結果、整流ブリッジ回路Ｂ１を経て直流電流側に例えば５００ｍＡ程度の電流が流れた場合、上位電流検出回路ＫＡ１がこの電流を検出して異常と判断し、スイッチング素子Ｑ１がオンになり、切断用ダイオードＤ１が交流電源端子ＣＮ１の交流端子ＡＣＬ、ＡＣＮ間を短絡する。この結果、入力ヒューズＦ１に多大な電流が強制的に流れるので、この入力ヒューズＦ１を早期に溶断することができる。なお、ここでは５００ｍＡでスイッチング素子Ｑ１がオンになる場合を説明するが、抵抗Ｒ２、Ｒ６を適宜調整すれば、この検出閾値を自在に変更することができる。例えば、更に低電流となる１５０ｍＡ以下で検出するようにしてもよい。これにより、小さな電流変化が発生した場合でも、交流電源の供給を根本的に遮断できるので、火災警報装置１を過電流から保護することが可能になる。

以上、本実施形態の火災警報装置１及び電源回路１１では、出力端子ＣＮ２以降の消費電力の変化に応じて、自らの出力電流を下位電流検出回路ＫＡ２で検出し、供給能力を自動的に増大・減少させるようになっている。従って、外部センサー等を利用して制御する場合と異なり、供給電流の制御を電源回路１１内で完結させることができるので、火災警報装置１を一層コンパクトにすることができる。
更に本実施形態では、１Ａ以下の比較的小さな過電流が発生した場合、電流検出回路ＫＡによって電流を検出して、入力ヒューズＦ１を強制的に溶断することができる。結果、規格外の不安定なヒューズを用いる必要が無くなり、規格認定品を用いることが可能となり、ランニングコストを低減させることができる。また、上位電流検出回路ＫＡ１では、抵抗値を調整することで電流検出レベルを自在に調整できるので、火災警報装置１等の要求仕様に応じて検出電流値を最適化することが可能である。

なお、本実施形態に係る電源回路１１では、入力ヒューズＦ１が、交流電源端子ＣＮ１とサージアブソーバＳＡ１の間に配置されている場合を示したが、本発明はそれに限定されない。例えば、図３に示されるように、入力ヒューズＦ２が、サージアブソーバＳＡ１と整流ブリッジ回路Ｂ１の交流端子の間に配置するようにしても良い。この場合、入力ヒューズＦ２と整流ブリッジ回路Ｂ１の交流端子の間に切断用ダイオードＤ１を配するようにすればよい。また、ここでは三端子レギュレータを用いて出力電圧を一定にする場合を示したが、本発明はこれに限定されず、三端子以外の五端子仕様等を含むシリーズレギュレータを用いることが可能であり、また、他の電圧制御回路を採用しても良い。

更に、本実施形態では、電源回路１１における電流検出回路ＫＡが２箇所の電流値を計測し、一方の検出結果に基づいて入力ヒューズを強制溶断し、他方の検出結果に基づいて直列コンデンサ回路ＣＡの容量を制御する場合に限って示したが、本発明はそれに限定されない。例えば、３箇所以上の電流値や、３レベル以上の電流値を計測することで、複数の入力ヒューズを個別に溶断したり、直列コンデンサ回路ＣＡの容量を３段階以上で変更したりしても良い。

また、本実施形態では、火災を検出する為の火災警報装置に限って示したが、本発明はそれに限定されず、温度、物体の進入、振動、光、その他の各種目的の警報装置に利用することが可能である。

なお、本発明の警報装置及び電源回路は、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明は、省電力回路やそれを用いた警報装置等で利用することが可能である。

本発明の実施の形態の例にかかる火災警報装置の全体構成を示すブロック図 同火災警報装置に搭載される電源回路の内部構成を示すブロック図 同電源回路の他の構成例を示すブロック図

符号の説明

１ 火災警報装置
１１ 電源回路
Ｂ１ 整流ブリッジ回路
ＣＡ 直列コンデンサ回路
ＣＮ１ 交流電源端子
ＣＮ２ 出力端子
Ｆ１ 入力ヒューズ
ＫＡ 電流検出回路

Claims (3)

1. 整流回路を用いて交流電源から直流電源を得る電源回路であって、
   一端が交流電源端子に接続されると共に、他端が前記整流回路の交流端子に接続される第１直列コンデンサと、
   前記第１直列コンデンサに並列接続される第２直列コンデンサと、
   前記整流回路の直流端子側に接続されて電流を検出して、前記第２直列コンデンサのオン・オフを切り替える電流検出回路と、
   を備えることを特徴とする電源回路。
2. 一端が前記交流電源端子に接続されると共に、他端が前記整流回路の交流端子に接続される入力ヒューズと、
   一端が前記入力ヒューズと前記整流回路の前記交流端子の間に接続されると共に、他端が前記電流検出回路に接続される切断用ダイオードと、
   前記整流回路の直流端子間に配置される負荷電圧素子と、を備え、
   前記電流検出回路は、
   前記負荷電圧素子と前記整流回路の前記直流端子の間に配置され、異常電流の検出によって前記切断用ダイオードを導通して前記入力ヒューズを切断する上位電流検出回路と、
   前記負荷電圧素子と出力端子の間に配置されて、電流検出によって前記第２直列コンデンサのオン・オフを切り替える下位電流検出回路と、を備えることを特徴とする請求項１記載の電源回路。
3. 請求項１又は２記載の電源回路を備えることを特徴とする警報装置。

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