JP2009247201A - 過電圧保護回路及び電源システム - Google Patents

Abstract

【課題】消費電力量の大きな負荷に対しても過電圧を検知して簡単な構成で電力供給を遮断する。
【解決手段】多相電源１２とコンプレッサ１６との間に第１のリレー接点１４ｂを接続し、当該第１のリレー接点１４ｂの開閉を制御する第１のリレーコイル１４ａを、コンプレッサ１６よりも消費電力量の小さい制御回路１００に設ける。多相電源１２と制御回路１００との間には第２のリレー１４０を接続する。過電圧検知回路２２が過電圧を検知した場合にはリレー駆動部２４が第２のリレー１４０が有する第２のリレーコイル１４０ａの通電を制御して遮断動作を行わせ、多相電源１２から制御回路１００への給電を遮断する。制御回路１００への給電が遮断されると第１のリレーコイル１４ａへの給電も遮断されることになり、第１のリレー接点１４ｂが遮断動作を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、過電圧保護回路及び当該過電圧保護回路を搭載する電源システムに関するものである。

電源の過電圧を検知して負荷への電力供給を遮断する過電圧保護回路が実用化されている。多相電源を用いた回路における過電圧保護回路が圧縮機を備える空調機に搭載されている場合については、例えば下掲の特許文献１，２に開示されている。

特開平４−１６１７４３号公報 特開平１１−２１８３４６号公報

しかしながら、上記特許文献１，２に開示されている技術では、圧縮機しか保護することができないため、他の構成要素（例えば制御基板や当該基板に接続されたファン等）を保護することができないという問題がある。

本発明は上記課題に鑑み、過電圧を検知した場合に複数の構成要素を保護する技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決すべく第１の発明は、第１の電源（１２）から第１の負荷（１６）へと継電する第１のリレー（１４）の駆動を前記第１の電源から給電されて制御する第１の制御回路（１００）へと前記第１の電源を継電する第２のリレー（１４０）と、前記第１の電源の過電圧を検知する過電圧検知回路（２２）と、前記過電圧が検知されたことを契機として前記第２のリレーに遮断動作を行わせるリレー駆動部（２４）とを備える、過電圧保護回路（１０）である。

第２の発明は、第１の発明であって、前記第１のリレー（１４）は、前記第１の制御回路（１００）に設けられて前記第２のリレー（１４０）を介して給電されるリレーコイル（１４ａ）と、前記第１の電源（１２）と前記第１の負荷（１６）との間に介在し、ノーマリーオープン型のリレー接点（１４ｂ）とを有する。

第３の発明は、第１又は第２の発明であって、前記第１の制御回路（１００）は前記第１の負荷（１６）よりも消費電力量が小さい。

第４の発明は、第２の発明であって、前記第１の電源（１２）と、前記第１の電源から第２の負荷（１８）へと継電するノーマリーオープン型の第３のリレー（２１２）の駆動を前記第１の電源から給電されて制御する第２の制御回路（２００）との間に設けられるノーマリーオープン型の第４のリレー（２４０）を更に備え、前記第２のリレー（１４０）及び前記第４のリレーは、共通のリレーコイル（１４０ａ）によって動作し、前記リレー駆動部（２４）は前記リレーコイルへの給電を制御する。

第５の発明は、第１ないし第４の発明のいずれかであって、前記第１の電源（１２）の電圧及び電流を予め定められた状態に変換して、前記過電圧検知回路（２２）及び前記リレー駆動部（２４）へと給電する第２の電源（２６）を更に備える。

第６の発明は、第１ないし第５の発明のいずれかに記載の前記過電圧保護回路（１０）と、前記第１の電源（１２）と、前記第１のリレー（１４）と、前記第１の制御回路（１００）とを備える電源システムである。

第１の負荷への第１の電源の供給は、第１の制御回路の制御の下で駆動される第１のリレーを経由する。そして第１の制御回路の制御は第１の電源から給電されて実行される。したがって、第１の発明によれば、過電圧検出によって第２のリレーが遮断されることにより、制御回路に対するのみならず第１の負荷に対する第１の電源の供給をも遮断することができる。

第２の発明によれば、第２のリレーが遮断動作をすることにより、リレーコイルに電流が流れなくなるので、リレー接点がオープンとなり、第１のリレーが遮断する。

消費電力量の大きな負荷を保護するには当該消費電力量に見合った大型のリレーを設ける必要があり、当該リレーを遮断するためのドライバが別途必要になるが、第３の発明によれば、消費電力量の小さな制御回路への給電を遮断することによって、当該ドライバを用いることなしに当該負荷への給電も遮断することができる。

第４の発明によれば、複数のリレー接点を共通のリレーコイルで駆動するので、負荷の制御が容易になる。

第５の発明によれば、過電圧保護回路の保護対象の仕様と、過電圧検知回路及びリレー駆動部との仕様を異ならせることができる。もって、過電圧検知回路及びリレー駆動部の耐電圧をと謳い保護対象の耐電圧よりも小さくすることができ、コスト低減に資する。

第１の負荷への第１の電源の供給は、第１の制御回路の制御の下で駆動される第１のリレーを経由する。そして第１の制御回路の制御は第１の電源から給電されて実行される。したがって、第６の発明によれば、過電圧検出によって第２のリレーが遮断されることにより、制御回路に対するのみならず第１の負荷に対する第１の電源の供給をも遮断することができる。

本発明の第１実施形態に係る過電圧保護回路の回路構成を例示する図である。 過電圧保護回路の動作を説明するフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る過電圧保護回路の回路構成を例示する図である。 過電圧保護回路の動作を説明するフローチャートである。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図１を初めとする以下の図には、本発明に関係する要素のみを示す。

〈第１実施形態〉
〈回路構成〉
図１は本発明の第１実施形態に係る過電圧保護回路１０の回路構成を例示する図である。過電圧保護回路１０は、３相４線式の多相電源（課題を解決するための手段における「第１の電源」に相当）１２の過電圧を検知して、多相電源１２から第１のリレー１４を介して給電される負荷であるところのコンプレッサ１６を保護する。

多相電源１２にはまた、コンプレッサ１６よりも消費電力量が小さい制御回路（「課題を解決するための手段」の「第１の制御回路」に相当）１００が第２のリレー１４０を介して接続されており、制御回路１００は多相電源１２からの給電を受けて制御回路１００に接続された負荷であるファン１７の稼働を制御する。

第１のリレー１４は例えば、ノーマリーオープン型リレーが採用され、第１のリレーコイル１４ａへの通電を制御することによって第１のリレー接点１４ｂの開閉を制御する。具体的には第１のリレーコイル１４ａは制御回路１００に搭載されており、制御回路１００に給電された場合には、第１のリレー接点１４ｂがスイッチＱを介して継電して多相電源１２からコンプレッサ１６に電力が供給され、制御回路１００への給電が遮断された場合には、第１のリレー接点１４ｂが遮断して多相電源１２からコンプレッサ１６への給電が遮断される。

なお、制御回路１００に、多相電源１２の逆相を検知する逆相検知回路１０２を搭載し、逆相検知回路１０２が逆相を検知した場合にスイッチＱをオフして第１のリレーコイル１４ａへの給電を遮断するようにしても良い。換言すれば第１のリレー１４自体は従来から採用されている電源リレーを採用することができる。

ここで、コンプレッサ１６（負荷）に流れる電流が１００Ａ程度の大きな電流量の場合、当該電流を遮断するためのリレーは大型となる。これは当該リレーがかかる大きな電流量に見合った接点を開閉しなければならず、よって当該リレーを駆動するには大きな電流が必要となるからである。したがって過電圧から負荷を保護するためには、過電圧を検知する検知部の他に、当該リレーを駆動する電流を流すためのドライバが別途必要になる。このようなドライバを別途に設けることは省電力化・小型化・低コスト化の観点から望ましくない。制御回路１００の電力消費量はコンプレッサ１６の電力消費量よりも小さいので、過電圧検知回路２２が過電圧を検知した場合、制御回路１００への給電を遮断すれば、コンプレッサ１６への給電を直接遮断するよりも、簡単な構成でコンプレッサ１６への給電を間接的に遮断できるので、省電力化・小型化・低コスト化が図れる。

過電圧検知回路２２には、第１のリレー１４よりも多相電源１２に近い側で多相電源１２の電源線４１〜４３及び中性線４４から分岐した電源線４１ａ〜４３ａ及び中性線４４ａが接続されており、予め定められた手法で多相電源１２の過電圧を検知する。なお、過電圧を検知する手法自体は周知な技術であるので、その詳細な説明は省略する。

過電圧検知回路２２が過電圧を検知すると、検知信号がリレー駆動部２４に送出される。リレー駆動部２４は当該検知信号の受信に応じて第２のリレー１４０に遮断動作を行わせる。過電圧検知回路２２及びリレー駆動部２４は例えば、直流で動作し、その動作電圧は５Ｖないし２４Ｖ程度である。これに対して、多相電源１２は例えば商用電源（交流）が採用され、その電圧は２００Ｖないし４００Ｖ程度ある。そこで、制御電源（課題を解決するための手段における「第２の電源」に相当）２６は多相電源１２にＡＣ／ＤＣ変換及び分圧等を行って過電圧検知回路２２及びリレー駆動部２４に給電する。換言すれば、制御電源２６は、多相電源１２の電圧及び電流を予め定められた状態に変換して、過電圧検知回路２２及びリレー駆動部２４へと給電する。

第２のリレー１４０もまた、例えばノーマリーオープン型リレーが採用され、第２のリレーコイル１４０ａへの通電を制御することによって第２のリレー接点１４０ｂの開閉を制御する。具体的には第２のリレー接点１４０ｂは電源線４１，４３から分岐した電源線４１ｂ，４３ｂのそれぞれに接続されており、多相電源１２と制御回路１００との導通／非導通状態を制御する。より具体的には、過電圧検知回路２２が過電圧を検知していない状態においてはリレー駆動部２４が第２のリレーコイル１４０ａに通電して第２のリレー接点１４０ｂを接触させ、多相電源１２と制御回路１００との導通状態を保持する。一方、過電圧検知回路２２が過電圧を検知した状態においてはリレー駆動部２４が第２のリレーコイル１４０ａへの通電を遮断して第２のリレー接点１４０ｂを乖離させ、多相電源１２と制御回路１００との導通状態を非導通状態へと遷移させる。

上述の通り、制御回路１００への給電が遮断されると、第１のリレーコイル１４ａは制御回路１００に搭載されているので、過電圧を検知した場合に、第２のリレー１４０に遮断動作を行わせることによって第１のリレー１４が遮断動作を行い、コンプレッサ１６への給電が遮断される。

〈過電圧保護回路１０の動作〉
図２は過電圧保護回路１０の動作を説明するフローチャートである。以上のような構成を備えた過電圧保護回路１０の動作を説明する。

多相電源１２がＯＮになると、図２のフローチャートに沿った処理が開始され、過電圧検知回路２２が多相電源１２の過電圧が検知されない間は（ステップＳ１１からの経路「Ｎ」）第２のリレー１４０を継電し続ける（ステップＳ１２）。

過電圧検知回路２２が過電圧を検知すると（ステップＳ１１からの経路「Ｙ」）、リレー駆動部２４に第２のリレー１４０を遮断させ（ステップＳ１３）、それに起因して第１のリレー１４が遮断される（ステップＳ１４）。以後、多相電源１２がＯＦＦでなければ（ステップＳ１５からの経路「Ｎ」）ステップＳ１１に戻って一連の処理が繰り返され、多相電源１２がＯＦＦとなれば（ステップＳ１５からの経路「Ｙ」）処理が終了される（ステップＳ１５）。

〈第２実施形態〉
上記第１実施形態では多相電源１２が圧縮機にのみ直接に電力を供給している場合の、過電圧保護回路１０の態様について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。ここでは多相電源１２が複数の制御回路に電力を供給し、当該複数の制御回路によって複数の負荷を駆動する場合の、過電圧保護回路１０Ａの態様について図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態において上記第１実施形態と同様の機能を有する構成については同一符号を付してその説明を省略する。

図３は本発明の第２実施形態に係る過電圧保護回路１０Ａの回路構成を例示する回路図である。過電圧保護回路１０Ａは、多相電源１２に並列に接続されたコンプレッサ１６と、インバータコンプレッサ１８及びインバータファン１９とに給電して稼働させる。なお、多相電源１２から出力される電源線４１〜４３及び中性線４４にノイズフィルタ１３を接続し、ノイズが除去された電力を給電しても良い。

インバータコンプレッサ１８は、ノーマリーオープン型の第３のリレー２１２を含む第１のインバータ２１０を介して多相電源１２に接続されており、第１のインバータ２１０には第２のインバータ２２０を介してインバータファン１９が接続されている。第１のインバータ２１０と第２のインバータ２２０とがインバータ回路（「課題を解決するための手段」の「第２の制御回路」に相当）２００を構成している。

第３のリレー２１２には、一の電源線４１と中性線４４とが接続される。ここで、当該一の電源線４１と電源限流リレー２１２との間には、第４のリレー２４０が介在しており、リレー駆動部２４によって、導通／非導通状態が制御される。具体的には、第４のリレー２４０は、第１のリレー１４、第２のリレー１４０及び第３のリレー２１２と同様にノーマリーオープン型リレーが採用され、第２のリレーコイル１４０ａへの通電を制御することによって第４のリレー接点２４０ｂの開閉を制御する。なお、本実施形態においては第２のリレー接点１４０ｂと第４のリレー接点２４０ｂとを共通のリレーコイル（第２のリレーコイル１４０ａ）によって開閉の制御を行うことにより制御を容易にしているが、個別に開閉を制御しても良い。

〈過電圧保護回路１０Ａの動作〉
図４は過電圧保護回路１０Ａの動作を説明するフローチャートである。以上のような構成を備えた過電圧保護回路１０Ａの動作を説明する。

多相電源１２がＯＮになると、図４のフローチャートに沿った処理が開始され、過電圧検知回路２２が多相電源１２の過電圧が検知されない間は（ステップＳ２１からの経路「Ｎ」）第２のリレー１４０及び第４のリレー２４０を継電し続ける（ステップＳ２２）。

過電圧検知回路２２が過電圧を検知すると（ステップＳ２１からの経路「Ｙ」）、リレー駆動部２４に第２のリレー１４０及び第４のリレー２４０を遮断させ（ステップＳ２３，Ｓ２４）、それに起因して第１のリレー１４及び第３のリレー２１２が遮断される（ステップＳ２５）。以後、多相電源１２がＯＦＦでなければ（ステップＳ２６からの経路「Ｎ」）ステップＳ２１に戻って一連の処理が繰り返され、多相電源１２がＯＦＦとなれば（ステップＳ２６からの経路「Ｙ」）処理が終了される（ステップＳ２６）。

以上のように、本発明は過電圧を検知した場合、直接に負荷への給電を遮断するのではなく、負荷よりも消費電力量が小さい制御部（例えば制御回路１００）への給電を遮断することによって過電圧による負荷及び制御部の損傷を回避又は抑制するので、一箇所で断電することにより複数の構成要素の保護、ひいては装置全体の保護が図られる。例えば空調機が含む圧縮機と制御回路との保護を、制御回路への断電で行うことができ、ひいては空調機全体の保護を図れる。また、消費電力量の大きな負荷を有する装置や、当該装置を組み合わせたシステムにも適用できる。また、本発明は制御対象がインバータ機かノンインバータ機かを問わずに搭載できる。

１０，１０Ａ 過電圧回路
１２ 多相電源
１４，１４０，２１２，２４０ リレー
１４ａ，１４０ａ リレーコイル
１６〜１８ 負荷
２２ 過電圧検知回路
２４ リレー駆動部
１００ 制御回路
２００ インバータ回路

Claims (6)

1. 第１の電源（１２）から第１の負荷（１６）へと継電する第１のリレー（１４）の駆動を前記第１の電源から給電されて制御する第１の制御回路（１００）へと前記第１の電源を継電する第２のリレー（１４０）と、
   前記第１の電源の過電圧を検知する過電圧検知回路（２２）と、
   前記過電圧が検知されたことを契機として前記第２のリレーに遮断動作を行わせるリレー駆動部（２４）と
   を備える、過電圧保護回路（１０）。
2. 請求項１記載の過電圧保護回路（１０）であって、
   前記第１のリレー（１４）は、
   前記第１の制御回路（１００）に設けられて前記第２のリレー（１４０）を介して給電されるリレーコイル（１４ａ）と、
   前記第１の電源（１２）と前記第１の負荷（１６）との間に介在し、ノーマリーオープン型のリレー接点（１４ｂ）と
   を有する、過電圧保護回路。
3. 請求項１又は請求項２記載の過電圧保護回路（１０）であって、
   前記第１の制御回路（１００）は前記第１の負荷（１６）よりも消費電力量が小さい、過電圧保護回路。
4. 請求項２記載の過電圧保護回路（１０）であって、
   前記第１の電源（１２）と、前記第１の電源から第２の負荷（１８）へと継電するノーマリーオープン型の第３のリレー（２１２）の駆動を前記第１の電源から給電されて制御する第２の制御回路（２００）との間に設けられるノーマリーオープン型の第４のリレー（２４０）を更に備え、
   前記第２のリレー（１４０）及び前記第４のリレーは、共通のリレーコイル（１４０ａ）によって動作し、
   前記リレー駆動部（２４）は前記リレーコイルへの給電を制御する、過電圧保護回路。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の過電圧保護回路（１０）であって、
   前記第１の電源（１２）の電圧及び電流を予め定められた状態に変換して、前記過電圧検知回路（２２）及び前記リレー駆動部（２４）へと給電する第２の電源（２６）を更に備える、過電圧保護回路。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の前記過電圧保護回路（１０）と、
   前記第１の電源（１２）と、
   前記第１のリレー（１４）と、
   前記第１の制御回路（１００）と
   を備える電源システム。

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