JP2010067607A - 回路遮断器の電子トリップユニット - Google Patents

Abstract

【課題】電子トリップユニットが低電力時に発生する、不都合な引き外しをなくす。
【解決手段】電子トリップユニット２０は、処理装置２２及び比較器回路２４を備え、前記処理装置は、入力電圧ＶＣＣ及び電子トリップユニットをリセットするためのリセット信号を受信して、電子トリップユニットの検出された電流が所定閾値を上回る場合にトリップ信号ＴＳを発生させる。比較器回路２４は、第１比較器と第２比較器とを含む。第１比較器は、処理装置からトリップ信号ＴＳを受信して、このトリップ信号をリセット信号に基づいて決定された所定の基準電圧Ｖｒｅｆと比較する。第２比較器は、電源１１からの電圧を所定の基準電圧Ｖｒｅｆと比較する。比較器回路２４は、この第１比較器及び第２比較器による比較結果に基づき、トリップ信号ＴＳが有効な引き外し事象に基づくものかどうかを判断する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子トリップユニットに関し、特に、電子トリップユニットにおいて低電力時に発生する不都合な引き外しをなくした電子トリップユニットに関する。

電子トリップユニットは、回路遮断器を制御する優れた装置である。通常、マイクロプロセッサ制御の電子トリップユニットは、短絡や過電流などの故障電流状態に際し、回路遮断器を自動制御する。マイクロプロセッサ制御のトリップユニットにより電気回路が引き外されて開き、電流が遮断される。電子トリップユニットには、検出された入力電流を所定の値と比較し、検出された電流が所定の値を上回る場合にトリップパルスを発生させるマイクロコントローラが用いられている。発生したトリップパルスはその後、回路遮断器を引き外すために電磁／磁束シフタを印加するＭＯＳＦＥＴを起動するために利用される。

従来の電子トリップユニットには、いくつかの問題がある。その問題の一つは、電子トリップユニットでは、低電力時にマイクロコントローラの誤動作又はマイクロコントローラポートからの異常に起因して不都合な引き外しが生じる可能性があることである。これは、電子トリップユニットの自己発電モード中、マイクロコントローラがＲＥＳＥＴトグル状態となる範囲に電子トリップユニットの電圧がある場合（即ち、リセット信号が安定せず高低値間で変動する場合）に、マイクロコントローラとＭＯＳＦＥＴゲートとの間のプリント回路基盤（ＰＣＢ）配線においてノイズが増大することにより生じる。

従って、確実にトリップ信号が有効な故障事象に基づくものとなるように、マイクロコントローラの故障やＰＣＢのノイズが除去される電子トリップユニットが求められている。

本発明の一実施形態において、回路遮断器の電子トリップユニットを開示する。この電子トリップユニットは、処理装置及び比較器回路を備える。処理装置は、入力電圧及び電子トリップユニットをリセットするためのリセット信号を受信し、電子トリップユニットの検出された電流が所定閾値を上回る場合にトリップ信号を発生させる。比較器回路は、第１比較器と第２比較器とを含む。第１比較器は、処理装置からトリップ信号を受信して、このトリップ信号をリセット信号に基づいて決定された所定の基準電圧と比較する。第２比較器は、電源からの電圧を所定の基準電圧と比較する。比較器回路では、この第１及び第２比較器による比較結果に基づき、トリップ信号が有効な引き外し事象に基づくものかどうかが判断される。

本発明の別の実施形態において、回路遮断器の電子トリップユニットを制御する方法を開示する。この方法は、電子トリップユニットの検出された電流が所定閾値を上回る場合に、電子トリップユニットの処理装置を用いてトリップ信号を発生させるステップと、第１比較器を用いてトリップ信号を所定の基準電圧と比較するステップと、第２比較器を用いて電源からの電圧を所定の基準電圧と比較するステップと、トリップ信号及び電源からの電圧が所定の基準電圧を上回る場合に、トリップ信号が有効なトリップ事象に基づくものであると判断するステップとを含む。

本発明の例示的実施形態に記載の技術を用いて、本発明の更なる特徴及び利点を享受することができる。本発明のその他の実施形態及び態様が、本明細書において詳細に説明され、添付の特許請求の範囲に組み込まれている。本発明を、その更なる特徴及び利点と共に理解するには、以下の説明及び添付図面を参照されたい。

本発明の例示的実施形態による回路遮断器の概略図である。 本発明の例示的実施形態による、図１の回路遮断器の電子トリップユニットの概略図である。 本発明の例示的実施形態による、図２の電子トリップユニットの比較器回路の概略回路図である。 本発明の別の例示的実施形態による、図２の電子トリップユニットの比較器回路の概略回路図である。

これより、詳細に図面を参照する。図１に、電子トリップユニット２０と、電子トリップユニット２０に取り付けられた定格プラグ３０とを含む、回路遮断器１０を示す。回路遮断器１０のトリップユニット２０は、電気回路を引き外して開き、その結果、必要な時に電流の流れを遮断する。定格プラグ３０は、各個別位相間に電子回路内で許容可能な最大定常電流である定格電流を設定し、規定の定格電流を電子トリップユニット２０に供給する。回路遮断器１０の変流器（ＣＴ）（多相系の各電流相に接続されたもの）（図示せず）は、電子トリップユニット２０に電流を供給する。この電流はプリント回路基盤（ＰＣＢ）（図示せず）に送られ、整流され、これを利用して、入力キャパシタである高電圧レール（ＶＨＲ）キャパシタ（図示せず）を帯電させる。入力キャパシタにかかる電圧、例えばＶＨＲ電圧は、正常動作時にＶＨＲ電圧を確実に所定の限界電圧に収める低電圧回路（図示せず）によって制御される。本発明の一実施形態によれば、電圧は、（例えば図２に示すように）電源１１から生じる。電源１１は、上述のような回路遮断器１０内部のＣＴであっても、回路遮断器１０外部の外部電源であっても良い。この電圧の安定性は、電源１１の安定性に基づく。更に、必要に応じて、電圧がＰＣＢ及び回路遮断器１０を引き外すための作動装置（図３に示す）に供給される。ここでは、説明目的において、図面を用いてＶＨＲ電圧について説明するが、本発明の適用範囲はこれに限定されない。

図２に、本発明の例示的実施形態による、回路遮断器の電子トリップユニットの概略図を示す。図２に示すように、電子トリップユニット２０は、処理装置、即ちマイクロコントローラ２２と、比較器回路２４と、スイッチング素子２６とを含む。マイクロコントローラ２２は、入力電圧ＶＣＣと、電子トリップユニットをリセットするための電源ＯＮリセット信号ＲＥＳＥＴとを受信し、回路遮断器１０の検出された電流が所定閾値を上回る場合にトリップ信号ＴＳを発生させる。本発明の例示的実施形態によれば、リセット信号ＲＥＳＥＴは入力電圧ＶＣＣ又は電圧リセット監視用集積回路（図示せず）のいずれか一方から得られる。リセット信号ＲＥＳＥＴが入力電圧ＶＣＣから得られた場合には、ＲＣ遅延補間回路において、比較器（図示せず）を用いてリセット信号ＲＥＳＥＴを入力電圧ＶＣＣと比較する。ＲＣ遅延補間回路電圧が約４．６Ｖを上回る場合にのみ、比較器の出力が大きくなる。或いは、リセット信号ＲＥＳＥＴが電圧リセット管理ＩＣから得られる場合には、入力電圧ＶＣＣが約４．６Ｖを上回る場合には電圧リセット管理ＩＣの出力が高くなり、約４．６Ｖを下回る場合には電圧リセット管理ＩＣの出力が低くなる。例示的実施形態によれば、入力電圧ＶＣＣは約５Ｖである。また、例示的実施形態によれば、入力電圧ＶＣＣはＶＨＲ電圧から得られる。

例示的実施形態によれば、比較器回路２４において、マイクロコントローラ２２からトリップ信号ＴＳを受信し、マイクロコントローラ２２から生じたトリップ信号ＴＳが、短絡、過電流、又は接地不良等のような有効な引き外し事象に基づくのか、或いは例えばマイクロコントローラの誤動作又はＰＣＢ配線による異常やノイズのような無効な引き外し事象に基づくのかを判断する。マイクロコントローラ２２のトリップパルスピンは、比較器回路２４に接続されている。一実施形態によれば、比較器回路２４は、第１比較器３８（図３に示す）及び第２比較器４６（図３に示す）を含む。次に、図３を参照しながら、比較器回路２４をより詳細に説明する。

又、図２に示すように、電子トリップユニット２０は更に、比較器回路２４の出力が有効な引き外し事象に基づくものである場合に比較器回路２４からトリップ信号ＴＳを受信するスイッチング素子２６と、有効な引き外し事象が生じたと判断された場合、スイッチング素子２６からトリップ信号ＴＳを受信して回路遮断器１０を引き外す作動装置３６（図３に示す）とを含む。例示的実施形態によれば、スイッチング素子２６は、例えば金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、シリコン制御整流器（ＳＣＲ）、又は絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）である。しかし、本発明に適用するスイッチング素子はこれにとどまらず、いかなる適宜のものであっても良い。

以下に、図３を参照しながら、図２に示す比較器回路２４を説明する。

図３は、本発明の例示的実施形態による、図２の比較器回路の概略回路図である。図３に示すように、本発明の例示的実施形態によれば、比較器回路２４は、マイクロコントローラ２２から生じたトリップ信号ＴＳを受信してトリップ信号ＴＳからノイズを除去するフィルタ回路４０を含んでいても良い。例示的実施形態において、このノイズは、ＰＣＢのノイズ増大によるものであっても、高電流、電圧アナログ又はデジタル信号が通るトラックが近くにある場合は、ゲート信号トラックにおけるいかなるノイズの増大であっても良い。第１比較器３８は、反転入力及び非反転入力を含み、反転入力で入力電圧ＶＣＣから得られる所定の基準電圧ＶＲＥＦを受け取り、非反転入力ではマイクロコントローラ２２から得られるトリップ信号を受信して、トリップ信号ＴＳを所定の基準電圧ＶＲＥＦと比較する。或いは、フィルタ回路４０がマイクロコントローラ２２からトリップ信号を受信して、トリップ信号をフィルタリングし、第１比較器３８の非反転入力でフィルタリング済みのトリップ信号を送信しても良い。第１比較器３８は更に、入力電圧ＶＣＣを受け取り、入力電圧ＶＣＣへの第１比較器３８の出力電圧ＶＯＵＴを引き出すプルアップ抵抗Ｒ４を含む。本発明の例示的実施形態によれば、所定の基準電圧ＶＲＥＦは、マイクロコントローラ２２が受信したリセット信号ＲＥＳＥＴの状態に基づいて定められる。このように、リセット信号ＲＥＳＥＴが高い場合（即ち、安定高リセット）、所定の基準電圧ＶＲＥＦは約２．５Ｖである。

例示的実施形態によれば、フィルタ回路４０は、抵抗Ｒ１及びキャパシタＣ１を有するＲＣフィルタを含む。或いは、別の例示的実施形態によれば、フィルタ回路４０は、例えばバンドパスフィルタ５０（図４に示す）を含む。

例示的実施形態によれば、比較器回路２４は更に、一対の抵抗Ｒ２及びＲ３を含む抵抗分割器４２を含み、これによってＶＨＲ電圧を受け取る。第２比較器４６は、反転入力及び非反転入力を含み、反転入力において所定の基準電圧ＶＲＥＦを受け取り、非反転入力において抵抗分割器４２と接続されている。第２比較器４６は、作動装置３６を起動するのに必要なエネルギーレベルをＶＨＲ電圧が上回っているのは有効な故障事例に基づくものかどうかを判断するために、ＶＨＲ電圧を所定の基準電圧ＶＲＥＦと比較する。更に、入力電圧ＶＣＣを受け取り、入力電圧ＶＣＣへの第２比較器４６の出力電圧ＶＯＵＴを引き出すために、プルアップ抵抗Ｒ５が設けられる。本発明では、抵抗分割器にとどまらず、使用する機器を適宜変更しても良い。

例示的実施形態によれば、比較器回路２４は、第１比較器３８及び第２比較器４６の比較結果に基づいて、トリップ信号ＴＳが有効な引き外し事象に基づくものかどうか判断する。

例示的実施形態によれば、比較器回路２４は更に、第１比較器３８の出力及び第２比較器４６の出力を受け取る論理ゲート４８を含み、この論理ゲート４８は、論理ゲート４８の出力が論理的に高い場合に、論理ゲート４８の出力がスイッチング素子２６のゲートに送信されるように、スイッチング素子２６のゲートに接続されている。つまり、トリップ信号ＴＳ及びＶＨＲ電圧の両方が所定の基準電圧ＶＲＥＦを上回る場合、トリップ信号ＴＳがスイッチング素子２６に送信される。或いは、論理ゲート４８の出力が論理的に低い場合、比較器回路２４は、トリップ信号ＴＳが有効な引き外し事象に基づいていると判断する。つまり、第１比較器３８及び第２比較器４６により、トリップ信号ＴＳ又はＶＨＲ電圧のいずれかが所定の基準電圧ＶＲＥＦを下回ると判断された場合、比較器回路２４の出力は論理的に低くなり、従って、トリップ信号ＴＳはスイッチング素子２６のゲートに送信されない。この様に、低電力時又は起動時には、マイクロコントローラ２２の誤動作又はＰＣＢ配線内のノイズ増大によるノイズがスイッチング素子２６のゲート信号を上回っていたとしても、論理ゲート４８からスイッチング素子２６に信号が送信されることはない。

ここに示した例示的実施形態によれば、論理ゲート４８は論理ＡＮＤゲートであるが、本発明に適用可能な論理ゲートはこれにとどまらず、代わりに、例えば論理ＯＲゲート等であっても良い。

図４は、本発明の別の例示的実施形態による、比較器回路の概略回路図である。図４の特徴のうちいくつかは図３に示すものと同じであるので、同一の特徴には同一の参照番号を付し、詳細な説明を省略する。図４に示すように、バンドパスフィルタ５０が第１比較器３８の非反転入力に設けられている。バンドパスフィルタ５０は、キャパシタＣ２及びＣ３、抵抗Ｒ６及びＲ７、並びに比較器５２を含む。バンドパスフィルタ５０では、マイクロコントローラ２２から受信するトリップ信号ＴＳの周波数が、例えば１Ｋｈｚの、所定の周波数となる必要がある。この様に、トリップ信号ＴＳは、その周波数が所定の周波数と等しいと判断された場合、スイッチング素子２６に送信される。従って、周波数が所定の周波数を上回ったり下回ったりする場合、トリップ信号ＴＳは、スイッチング素子２６に送信されず、従って、回路遮断器１０が引き外されることはない。

例示的実施形態によれば、本発明は、ＭＯＳＦＥＴを制御するための適用にとどまらず、ＩＧＢＴ、パワートランジスタ等のような他のスイッチング素子にも適用可能である。更に、アナログスイッチにも同じ論理を適用することができる。

更に、例示的実施形態の電子トリップユニットでは、トリップ信号がスイッチング素子に届く前に、ＶＨＲ電圧が作動装置（即ち、磁束シフタ）の通電レベルよりも確実に高くなる。

本発明の例示的実施形態によれば、処理装置から生じたトリップ信号のフィルタリングに比較器回路を使用することで、マイクロコントローラの誤動作、低電力時（自己発電モード時）のマイクロコントローラの異常、及びＰＣＢのノイズ増大に起因する回路遮断器の不都合な引き外しを防止することができる。

本発明を例示的実施形態に関連して説明してきたが、当業者には明らかなように、本発明の本質から逸脱することなく、これらの実施形態に様々な改変及び等価物による構成要素の変更を加えることができる。更に、本発明の本質から逸脱することなく、特定の条件または材料に合わせて本発明の教示に様々な修正を加えることができる。従って、本発明は、本発明を実施するための最良の形態として開示する特定の実施形態に限定されるのではなくむしろ、添付の特許請求の範囲の範疇に含まれるあらゆる実施形態を包含するものとする。なお、本明細書において、「第１」、「第２」等の序数の使用は、順序や重要度を示す目的ではなく、あくまでも構成要素どうしを区別する目的によるものである。

１０ 回路遮断器
１１ 電源
２０ 電子トリップユニット
２２ 処理装置
２４ 比較器回路
２６ スイッチング素子
３０ 定格プラグ
３６ 作動装置
３８ 第１比較器
４０ フィルタ回路
４２ 抵抗分割器
４６ 第２比較器
４８ 論理ゲート
５０ バンドパスフィルタ
５２ 比較器
ＲＥＳＥＴ リセット信号
Ｒ１ 抵抗
Ｒ２ 抵抗
Ｒ３ 抵抗
Ｒ４ プルアップ抵抗
Ｒ５ プルアップ抵抗
Ｒ６ 抵抗
Ｒ７ 抵抗
Ｃ１ キャパシタ
Ｃ２ キャパシタ
Ｃ３ キャパシタ
ＴＳ トリップ信号
ＶＣＣ 入力電圧
ＶＨＲ 高電圧レール
ＶＲＥＦ 基準電圧
ＶＯＵＴ 出力電圧

Claims (10)

1. 電子トリップユニット（２０）であって、
   入力電圧（ＶＣＣ）を受け取り、前記電子トリップユニット（２０）の検出された電流が所定閾値を上回る場合にトリップ信号（ＴＳ）を発生させる処理装置（２２）と、
   比較器回路（２４）であって、
   前記処理装置（２２）から前記トリップ信号（ＴＳ）を受信し、前記トリップ信号（ＴＳ）を、リセット信号（ＲＥＳＥＴ）に基づいて決定された所定の基準電圧（ＶＲＥＦ）と比較する第１比較器（３８）と、
   電源（１１）から生じた電圧を前記所定の基準電圧（ＶＲＥＦ）と比較する第２比較器（４６）とを備え、前記第１及び第２比較器（３８、４６）の比較結果に基づいて、前記トリップ信号（ＴＳ）が有効なトリップ事象に基づくものかどうか判断する、比較器回路（２４）とを含む電子トリップユニット（２０）。
2. 前記トリップ信号（ＴＳ）及び前記電圧が前記所定の基準電圧（ＶＲＥＦ）を上回る場合に前記比較器回路（２４）の出力が論理的に高くなり、回路遮断器（１０）が引き外されるよう前記トリップ信号（ＴＳ）が送信される、請求項１記載の電子トリップユニット（２０）。
3. 前記比較器回路（２４）の出力が、有効なトリップ事象に基づく場合に、前記比較器回路（２４）から前記トリップ信号（ＴＳ）を受信するスイッチング素子（２６）と、
   前記スイッチング素子（２６）から前記トリップ信号（ＴＳ）を受信し、前記回路遮断器（１０）を引き外す作動装置（３６）とを更に備える、請求項２記載の電子トリップユニット（２０）。
4. 前記スイッチング素子（２６）が、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ、シリコン制御整流器、又は絶縁ゲートバイポーラトランジスタのうち少なくとも１つからなる、請求項３記載の電子トリップユニット（２０）。
5. 前記比較器回路（２４）は、前記比較器回路（２４）の出力が論理的に低い場合、トリップ信号（ＴＳ）が無効なトリップ事象に基づくものであると判断する、請求項３記載の電子トリップユニット（２０）。
6. 前記比較器回路（２４）が更に、
   反転入力及び非反転入力を含み、前記反転入力において前記所定の基準電圧（ＶＲＥＦ）を、前記非反転入力において前記トリップ信号（ＴＳ）を受け取り、前記トリップ信号（ＴＳ）を前記所定の基準電圧（ＶＲＥＦ）と比較する、前記第１比較器（３８）と、
   前記入力電圧（ＶＣＣ）を受け取り、前記第１比較器（３８）の出力電圧（ＶＯＵＴ）を前記入力電圧（ＶＣＣ）に近付くように引き出すプルアップ抵抗（Ｒ４）とを備える、請求項１乃至５のいずれか1項記載の電子トリップユニット（２０）。
7. 前記比較器回路（２４）が更に、
   前記電源（１１）から生じた前記電圧を受け取る１対の抵抗（Ｒ２、Ｒ３）を含む抵抗分割器（４２）と、
   反転入力及び非反転入力を含み、前記反転入力において前記所定の基準電圧（ＶＲＥＦ）を受け取り、前記非反転入力において前記抵抗分割器（４２）と接続され、前記電圧を前記所定の基準電圧（ＶＲＥＦ）と比較する、前記第２比較器（４６）と、
   前記入力電圧（ＶＣＣ）を受け取り、前記第２比較器（４６）の出力電圧（ＶＯＵＴ）を前記入力電圧（ＶＣＣ）に近付くように引き出すプルアップ抵抗（Ｒ５）とを備える、請求項６記載の電子トリップユニット（２０）。
8. 前記比較器回路（２４）が更に、
   前記第１比較器（３８）の非反転入力に接続され、前記処理装置（２２）から生じたトリップ信号（ＴＳ）を受信し、前記トリップ信号（ＴＳ）のノイズを除去するフィルタ回路（４０）を備え、
   前記ノイズ除去済みトリップ信号（ＴＳ）が、第１比較器（３８）によって前記所定の基準電圧（ＶＲＥＦ）と比較される、請求項６記載の電子トリップユニット（２０）。
9. 前記所定の基準電圧（ＶＲＥＦ）が約２．５Ｖであり、前記入力電圧（ＶＣＣ）が約５Ｖである、請求項７記載の電子トリップユニット（２０）。
10. 前記比較器回路（２４）が更に、
    前記第１比較器（３８）の出力及び前記第２比較器（４６）の出力を受け取り、論理ゲート（４８）の出力が論理的に高い場合に前記論理ゲート（４８）の出力が前記スイッチング素子（２６）のゲートに送信されるように、前記スイッチング素子（２６）のゲートに接続された論理ゲート（４８）を備える、請求項９記載の電子トリップユニット（２０）。

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