JP2009005535A - 電源保護回路 - Google Patents

Abstract

【課題】ラックに実装するユニットの電源保護回路に関し、異なる電源供給用ラックに誤実装した場合のユニットの回路構成を保護する。
【解決手段】過電流検出用のトリップコイルｃｂ−Ｌｉと、過電圧検出用のトリップコイルｃｂ−Ｌｖと、回路遮断を行う接点ｓとを含むサーキットブレーカ１を有するユニットの電源保護回路に於いて、過電圧検出用のトリップコイルｃｂ−Ｌｖと直列に、供給直流電圧に対して逆極性のダイオードＤを接続し、誤実装による交流電圧印加時には、ダイオードＤを介して過電圧検出用のトリップコイルｃｂ−Ｌｖに電流が流れて、接点ｓをオフとし、直流電圧動作のユニットの回路構成を保護する。
【選択図】図１

Description

本発明は、交流電圧供給用ラックに交流電圧動作のユニットを実装し、直流電圧供給用ラックに直流電源動作ユニットを実装する場合のユニットの誤実装に対して保護する電源保護回路に関する。

各種の電子回路等を構成した単一又は複数のユニット（なお、パッケージ、ボード等の構成を以下ユニットの名称で説明する）を、ラック（なお、架、シェルフ、筐体等の構成を以下ラックの名称で説明する）に実装し、ラックのバックボードやコネクタ等を介してユニットの動作電力を供給する構成が実用化されている。その場合のユニットの動作用の電圧は、例えば、交流１００Ｖの場合と、直流４８Ｖや２４Ｖ等の場合とがある。従って、交流１００Ｖ供給用ラックに、直流４８Ｖや２４Ｖで動作するユニットを実装すると、そのユニットは過電圧印加と交流半波の逆極性電圧との印加により、内部構成が損傷することになる。そこで、交流１００Ｖ供給用のラックに実装するユニットと、直流４８Ｖ給電用ラックに実装するユニットとの形状を全く相違させて、誤実装を防止する構成が考えられる。しかし、ラックやユニットの形状を多種類とすることにより、コストアップとなる問題がある。その為に、ラックやユニットの外形形状を同一として、多量生産により、コストダウンを図る場合が一般的となっている。

例えば、直流電圧動作の電子回路を搭載したユニットの回路構成の概要を図３に示す。同図に於いて、１１はサーキットブレーカ（ＣＢ）、ｃｂ−Ｌｉは過電流検出用のトリップコイル、ｓは接点、１２は入力フィルタ部、１３は突入防止回路、１４はＤＣ／ＤＣコンバータを示し、入力電圧Ｖｉｎを、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４により安定化した所定の直流電圧として、図示を省略している負荷に供給するものである。又サーキットブレーカ１１は、トリップコイルｃｂ−Ｌｉに、入力電圧ＶｉｎによるＤＣ／ＤＣコンバータ１４等の負荷側に流れる電流が設定値を超えると、接点ｓをオフとし、手動等により復旧させるまで、そのオフ状態を継続して、過電流保護を行うものである。このユニットを、図示を省略したラックに実装し、ラックのバックボードを介して給電される直流４８Ｖ又は２４Ｖを入力電圧Ｖｉｎとして、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４による安定化直流電圧を発生させることになる。

又入力電圧Ｖｉｎがユニットの定格電圧を超えた時に保護するサーキットブレーカも知られており、その一例を図４に示す。同図に於いて、図３と同一符号は同一部分を示し、１１ａはサーキットブレーカ、ｃｂ−Ｌｖは電圧検出用のトリップコイル、１５は入力過電圧検出部、ＲＥＣは全波整流回路、Ｃ１はコンデンサ、Ｒ１〜Ｒ４は抵抗、ＺＤ１，ＺＤ２はツェナーダイオード、ＣＭＰは比較回路、ＲＬはリレー、ｒｓはリレーの接点を示す。サーキットブレーカ１１ａの電流検出用のトリップコイルｃｂ−Ｌｉは、図３に示す場合と同様に、負荷側に設定値を超える電流が流れると、接点ｓをオフとして、負荷側を保護するものである。

入力過電圧検出部１５は、全波整流回路ＲＥＣの出力をコンデンサＣ１に印加して充電し、その端子電圧を、抵抗Ｒ１とツェナーダイオードＺＤ１との直列回路に印加し、このツェナーダイオードＺＤ１の両端の電圧を、抵抗Ｒ４とツェナーダイオードＺＤ２との直列回路に印加すると共に、比較回路ＣＭＰの動作電圧Ｖｃｃとし、且つリレーＲＬに印加する。比較回路ＣＭＰは、ツェナーダイオードＺＤ２の両端の電圧を基準電圧として、抵抗Ｒ２，Ｒ３による分圧電圧と比較し、この分圧電圧が基準電圧を超える過電圧状態となると、比較回路ＣＭＰの出力がローレベルとなり、リレーＲＬに電流が流れて、その接点ｒｓをオンとする。それにより、電圧検出用のトリップコイルｃｂ−Ｌｖに電流が流れて、接点ｓをオフとする。即ち、直流４８Ｖ又は２４Ｖ用のユニットを、交流１００Ｖ用のラックに誤実装した場合、入力過電圧検出部１５のリレーＲＬを動作させて、その接点ｒｓをオンとし、サーキットブレーカ１１ａの電圧検出用のトリップコイルｃｂ−Ｌｖに入力電圧による電流を流して、接点ｓをオフとすることにより、誤実装のユニットを保護することができる。

しかし、入力過電圧検出部１５は、構成部品も多く、従って、コストアップとなる問題がある。そこで、図５に示すように、サーキットブレーカ１１と入力フィルタ部１２との間に、ダイオードＤ３を接続した構成が提案された。入力電圧Ｖｉｎが正規の直流４８Ｖ又は２４Ｖの場合、ダイオードＤ３には逆極性の電圧が印加されるから、入力フィルタ部１２、突入防止回路１３及びＤＣ／ＤＣコンバータ１４には影響しないものであるが、入力電圧Ｖｉｎが交流１００Ｖの場合、その負極性の半サイクルの期間に於いて、ダイオードＤ３に順方向電圧が印加される期間があるから、その期間に、一点鎖線矢印で示す電流Ｉｄが、ダイオードＤ３とサーキットブレーカ１１の過電流検出用のトリップコイルｃｂ−Ｌｉに流れ、サーキットブレーカ１１の接点ｓをオフとして、交流電圧供給のラックに誤実装しても、ユニットを保護することができる。

又同一形状又は類似形状のラックとユニットとを使用する場合、前述のように、誤実装の問題が生じるから、それを防止する為に、例えば、ユニットの所定位置に突部を設け、このユニットを正しく実装するマザーボード（バックボード）に穴部を形成して、相対位置関係を予め設定することにより、誤実装を防止する手段が知られている（例えば、特許文献１参照）。又同一形状で、入力電圧に対応した端子間を短絡接続したユニット（電圧変換パッケージ）を複数個実装した時、同一入力電圧対応のユニットの場合は、各ユニットの短絡接続端子によるループが形成されるが、誤実装ユニットが含まれている場合は、ループが形成されないことにより、誤実装を検出する手段が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開平５−３２７２４３号公報 特開平８−２１３１０５号公報

同一形状のラックに同一形状の異なる動作電圧のユニットを実装する場合に、ユニットの動作電圧に対応したラックに実装する必要があり、特に、交流１００Ｖ供給ラックに、直流４８Ｖ動作又は直流２４Ｖ動作のユニットを誤実装すると、直流回路に交流電圧を印加すると共に、ピーク電圧は、直流４８Ｖの２倍以上となり、直流動作のユニットの内部構成の焼損等が発生するから、このような誤実装を防止する手段が必要である。その為に、前述のような各種の誤実装防止手段が提案されている。しかし、前述の特許文献１に示すように、ラック（マザーボード）側のそれぞれ所定の形状のユニットを実装する為の選択位置に凹部を形成し、その凹部に嵌合可能の凸部をユニットに形成し、凹部と凸部との相対位置を定めて、誤実装を防止する手段は、凹部と凸部との外形形状による誤実装防止手段段であり、コストアップとなり、且つ凸部の破損等が生じる問題がある。又前述の特許文献２は、総てのユニットを実装しなければ、誤実装のユニットの存否を判定できない問題がある。

又図４に示す入力過電圧検出部１５を設けた従来例は、入力過電圧検出部１５の構成部品も多く、コストアップとなる問題がある。又図５に示すダイオードＤ３を設けた従来例は、図３に示す構成に比較して簡単となるが、ダイオードＤ３は、入力電圧Ｖｉｎが交流の場合の半サイクル期間に、サーキットブレーカ１１の出力側を短絡する状態で、大きな電流Ｉｄが流れるから、この電流Ｉｄに対して焼損等が発生しないように、大電流用のダイオードＤ３を用いる必要が生じて、コスト的にも又発熱による焼損を回避する為のスペースも充分に必要となる問題がある。

本発明は、前述の従来の問題点を解決するものであり、簡単な構成でユニットの誤実装による内部回路を保護することを目的とする。

本発明の電源保護回路は、過電流検出用のトリップコイルと過電圧検出用のトリップコイルと回路遮断を行う接点とを含むサーキットブレーカを有するユニットの電源保護回路に於いて、過電圧検出用のトリップコイルと直列に、供給直流電圧に対して逆極性のダイオードを接続した構成を有するものである。

又過電流検出用のトリップコイルと過電圧検出用のトリップコイルと回路遮断を行う接点とを含むサーキットブレーカを有するユニットの電源保護回路に於いて、過電圧検出用のトリップコイルと直列に、供給直流電圧に対して逆極性のダイオードを接続し、このダイオードと並列に、前記供給直流電圧により高いツェナー電圧を有すると共に、供給直流電圧に対して逆極性のツェナーダイオードを接続した構成を有するものである。

又サーキットブレーカの後段に全波整流回路を接続して、交流電圧が印加された場合でも逆方向電圧が入力されない構成とすることができる。

サーキットブレーカの過電圧検出用のトリップコイルと直列にダイオードを接続し、直流電圧供給用のラックに実装した場合は、ダイオードに逆方向電圧が印加されて、過電圧検出用のトリップコイルには電流が流れないが、交流電圧供給用のラックに誤実装した場合は、交流の負極性の半サイクル期間に、ダイオードの順方向電圧が印加されて、過電圧検出用のトリップコイルに電流が流れて、回路を遮断することができ、誤実装による直流動作のユニットを保護することができる。又ダイオードは、過電圧検出用のトリップコイルを介して電流が流れる比較的少ない電流容量の構成とすることができる。

本発明の電源保護回路は、図１を参照すると、過電流検出用のトリップコイルｃｂ−Ｌｉと過電圧検出用のトリップコイルｃｂ−Ｌｖと回路遮断を行う接点ｓとを含むサーキットブレーカ１を有するユニットの電源保護回路に於いて、過電圧検出用のトリップコイルｃｂ−Ｌｖと直列に、供給直流電圧に対して逆極性のダイオードＤを接続した構成を有するものである。

図１は、本発明の実施例１の説明図であり、１はサーキットブレーカ（ＣＢ）、ｃｂ−Ｌｉは過電流検出用のトリップコイル、ｃｂ−Ｌｖは過電圧検出用のトリップコイル、ｓは回路遮断用の接点、Ｄはダイオード、１Ａはトリップ部、２は入力フィルタ部、３は突入防止回路、４はＤＣ／ＤＣコンバータを示し、直流電圧供給により動作する回路構成のユニットの場合を示す。なお、直流電圧供給によって動作するＤＣ／ＤＣコンバータ以外の他の回路構成を有するユニットに適用することも可能である。

例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の入力電圧を直流４８Ｖとすると、このＤＣ／ＤＣコンバータ４を搭載したユニットを実装したラックが、直流４８Ｖ供給の場合、入力電圧Ｖｉｎは直流４８Ｖとなり、ダイオードＤには逆方向の電圧が印加されるから、過電圧検出用のトリップコイルｃｂ−Ｌｖは、ダイオードＤにより切り離された状態となり、ラックから供給される直流４８ＶがＤＣ／ＤＣコンバータ４に入力される。この場合、サーキットブレーカ１は、過電流検出用のトリップコイルｃｂ−ＬｉによるＤＣ／ＤＣコンバータ４等の直流動作の負荷側に流れる電流が設定値を超えた時に、接点ｓをオフとして回路を遮断する過電流保護機能を有するものとなる。

又図示のように、交流１００Ｖ供給ラックに誤実装した場合は、入力電圧Ｖｉｎは交流１００Ｖとなり、その正極性の半サイクル（ｂ）に於いては、ダイオードＤに逆方向電圧が印加されて、過電圧検出用のトリップコイルｃｂ−Ｌｖは切り離された状態となるが、負極性の半サイクル（ｃ）に於いては、ダイオードＤに順方向電圧が印加され、過電圧検出用のトリップコイルｃｂ−Ｌｖには、入力電圧Ｖｉｎと略同じ電圧Ｖｃｂが印加される状態となり、それにより、電流Ｉｃｂが流れるから、サーキットブレーカ１の接点ｓをオフとして、回路を遮断することになる。即ち、直流電圧供給により動作するユニットを交流電圧供給用のラックに誤実装した場合、サーキットブレーカ１の接点ｓをオフとして、直流動作のユニットを、交流電圧から保護することができる。又ダイオードＤは、過電圧検出用のトリップコイルｃｂ−Ｌｖと直列に接続し、過電圧検出用のトリップコイルｃｂ−Ｌｖの動作電流Ｉｃｂを流すことができる電流容量の構成ですむから、図５に示す従来例のダイオードＤ３に比較して、小型小容量の構成とすることができる。

図２は、本発明の実施例２の説明図であり、図１と同一符号は同一名称部分を示し、ＺＤはツェナーダイオード、５は全波整流回路である。サーキットブレーカ１のトリップ部１Ａは、過電圧検出用のトリップコイルｃｂ−Ｌｖと直列にダイオードＤを接続すると共に、このダイオードＤと並列にツェナーダイオードＺＤを接続した構成とする。又突入防止回路３の前段に全波整流回路５を接続する。又ツェナーダイオードＺＤのツェナー電圧は、直流供給電圧に対応して選定するものであり、例えば、直流供給電圧が直流２４Ｖのユニットの場合、ツェナー電圧を、その直流２４Ｖより高い３０Ｖ程度に選定し、又直流４８Ｖのユニットの場合、ツェナー電圧を、５０Ｖ程度に選定することができる。

交流電圧供給用のラックに、直流電圧で動作するユニットを誤実装すると、交流電圧の負極性の半サイクルに於いては、ダイオードＤとツェナーダイオードＺＤとの順方向電圧となり、過電圧検出用のトリップコイルｃｂ−Ｌｖに電流が流れて、接点ｓをオフとして電源供給回路を遮断する。又交流電圧供給用のラックから供給された交流電圧の最初に正極性の半サイクルの場合は、ダイオードＤには逆方向電圧が印加されるが、ツェナーダイオードＺＤには、ツェナー電圧を超える電圧が印加される期間があり、その時に過電圧検出用のトリップコイルｃｂ−Ｌｖに電流が流れて、接点ｓをオフとする。従って、直流電圧で動作するユニットを交流電圧供給用のラックに誤実装した場合に、直流電圧で動作するユニットを保護することができる。

又直流電圧供給用のラックに直流電圧で動作するユニットを実装した場合は、入力電圧Ｖｉｎは、図示の極性であり、従って、サーキットブレーカ１のトリップ部１Ａの過電圧検出用のトリップコイルｃｂ−Ｌｖを介してダイオードＤ及びツェナーダイオードＺＤには逆方向電圧が印加される。この場合に、直流４８Ｖ供給用のラックに、直流２４Ｖ動作のユニットを実装したとすると、ツェナーダイオードＺＤのツェナー電圧を超える電圧が印加されるから、このツェナーダイオードＺＤを介してトリップコイルｃｂ−Ｌｖに電流が流れて、接点ｓをオフとして、電源供給回路を遮断して保護することができる。

又全波整流回路５は、交流電圧供給用のラックに誤実装して、サーキットブレーカ１の接点ｓがオフとなるまでの間に、突入防止回路３やＤＣ／ＤＣコンバータ４に、逆極性の電圧が印加されることがないようするものである。即ち、接点ｓの動作時間が、交流電圧の１サイクル期間を要する場合でも、逆極性の電圧が印加されることを確実に防止することができる。

本発明の実施例１の説明図である。 本発明の実施例２の説明図である。 従来例の直流動作用のユニットの説明図である。 従来例の保護回路の説明図である。 従来例の保護回路の説明図である。

符号の説明

１ サーキットブレーカ（ＣＢ）
１Ａ トリップ部
２ 入力フィルタ部
３ 突入防止回路
４ ＤＣ／ＤＣコンバータ
５ 全波整流回路
ｃｂ−Ｌｉ 過電流検出用のトリップコイル
ｃｂ−Ｌｖ 過電圧検出用のトリップコイル
ｓ 接点
Ｄ ダイオード
ＺＤ ツェナーダイオード

Claims (3)

1. 過電流検出用のトリップコイルと過電圧検出用のトリップコイルと回路遮断を行う接点とを含むサーキットブレーカを有するユニットの電源保護回路に於いて、
   前記過電圧検出用のトリップコイルと直列に、供給直流電圧に対して逆極性のダイオードを接続した構成を有することを特徴とする電源保護回路。
2. 過電流検出用のトリップコイルと過電圧検出用のトリップコイルと回路遮断を行う接点とを含むサーキットブレーカを有するユニットの電源保護回路に於いて、
   前記過電圧検出用のトリップコイルと直列に、供給直流電圧に対して逆極性のダイオードを接続し、該ダイオードと並列に、前記供給直流電圧より高いツェナー電圧を有すると共に、該供給直流電圧に対して逆極性のツェナーダイオードを接続した構成を有することを特徴とする電源保護回路。
3. 前記サーキットブレーカの後段に全波整流回路を接続したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電源保護回路。

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