JP2014023300A - Overvoltage protection device - Google Patents

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Yasuo Yamanaka
康夫 山中
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an overvoltage protection device capable of continuously blocking an AC power supply with certainty without human operations when an overvoltage of an AC power supply is detected, and that is small in size and light in weight.SOLUTION: An overvoltage protection device comprises: an input end AC_IN for an AC power supply; an output end AC_OUT for the AC power supply, connected to a protection target device; wires L1 and L2 coupling between the input end AC_IN and the output end AC_OUT; a normally-closed contact relay RY provided to the wire L1; an input state detector 2 connected to the wire L1, and configured to detect an overvoltage of the AC power supply; a relay drive circuit 3 coupled with the input state detector 2 in an electrically-insulated state, and configured to drive the relay RY; and a battery BAT supplying a power to the relay drive circuit 3. When the input state detector 2 detects the overvoltage, the relay drive circuit 3 drives and opens the normally-closed contact relay RY, and keeps the contact point of the relay in a released state by the power supply of the battery BAT.

Description

この発明は、電子機器において、電源に過電圧が加わった場合に、電源を遮断し電子機器を保護する過電圧保護装置に関する。 The present invention relates to an overvoltage protection device for protecting an electronic device by shutting off the power supply when an overvoltage is applied to the power supply in the electronic device.

商用交流電源の電圧は、国や地域により異なるため、例えば100V使用の電子機器を、220Vの電源に接続すると、過電圧により電子機器が損傷する。このような過電圧より電子機器を保護するため、商用電源と電子機器の間に介在し、電子機器を過電圧より保護する過電圧保護装置が知られている。   Since the voltage of the commercial AC power supply varies depending on the country or region, for example, when an electronic device using 100V is connected to a 220V power source, the electronic device is damaged by overvoltage. In order to protect an electronic device from such an overvoltage, an overvoltage protection device that is interposed between a commercial power source and the electronic device and protects the electronic device from the overvoltage is known.

従来、交流電源に接続されるトランスと、トランスの1次側に設けられる常閉接点(ノーマルクローズ)のリレーと、トランスの2次側に整流回路、平滑コンデンサ、電圧検出手段及び駆動回路を備え、電圧検出手段が過電圧を検出すると駆動回路が常閉接点のリレーを駆動して、交流電源を遮断するよう構成した過電圧保護装置が知られている(特許文献1参照)。   Conventionally, a transformer connected to an AC power supply, a normally closed contact (normally closed) relay provided on the primary side of the transformer, and a rectifier circuit, a smoothing capacitor, voltage detection means, and a drive circuit are provided on the secondary side of the transformer. An overvoltage protection device is known that is configured such that when the voltage detection means detects an overvoltage, the drive circuit drives a normally closed contact relay to cut off the AC power supply (see Patent Document 1).

特許文献1の過電圧保護装置では、電圧検出手段が過電圧を検出したときに常閉接点のリレーを駆動させて交流電源を遮断するが、交流電源が遮断されるとトランス2次側の回路の電源が断たれて駆動回路が動作しなくなるため、リレーを駆動することができなくなる。このため、一旦開いた常閉接点は再び閉じて、交流電源と電気が再び接続されてしまう。そして、差込プラグを抜くなどの人の操作がされない限り、リレーの開閉が繰り返される。また、トランスとして低周波トランスを使用するため、装置が重く大きくなってしまう。   In the overvoltage protection device of Patent Document 1, when the voltage detection means detects an overvoltage, the normally closed contact relay is driven to cut off the AC power supply, but when the AC power supply is cut off, the power supply of the circuit on the secondary side of the transformer Is cut off and the drive circuit does not operate, so that the relay cannot be driven. For this reason, the normally closed contact once opened is closed again, and the AC power supply and electricity are connected again. The relay is repeatedly opened and closed unless a human operation such as removing the plug is performed. Moreover, since a low-frequency transformer is used as a transformer, the apparatus becomes heavy and large.

そこで、常開接点(ノーマルオープン)のリレーを用いた過電圧保護装置が提案されている(特許文献2参照)。特許文献2の過電圧保護装置は、ダイオードブリッジの入力側に接続される常開接点のリレー(通電保持リレー)と、ダイオードブリッジの出力側に電圧検出手段と常開接点のリレーを制御する制御部及びこの制御部に電源を供給する電源部を備えている。また、常開接点には、非保持型スイッチ(SW)が並列に接続されている。   Therefore, an overvoltage protection device using a normally open contact (normally open) relay has been proposed (see Patent Document 2). The overvoltage protection device of Patent Document 2 includes a normally open contact relay (energization holding relay) connected to the input side of the diode bridge, and a control unit that controls the voltage detection means and the normally open contact relay on the output side of the diode bridge. And a power supply unit for supplying power to the control unit. A non-holding switch (SW) is connected in parallel to the normally open contact.

特許文献2の過電圧保護装置では、初期状態ではリレーの接点はオープンであるので電流は流れない。非保持型スイッチが操作されると電流が流れ、電源部から直流電圧が供給され、制御部が動作する。制御部は、リレーのコイルに通電し、リレーの接点がクローズにされた状態が保持される。   In the overvoltage protection device of Patent Document 2, since the relay contact is open in the initial state, no current flows. When the non-holding switch is operated, a current flows, a DC voltage is supplied from the power supply unit, and the control unit operates. A control part supplies with electricity to the coil of a relay, and the state where the contact of the relay was closed is held.

過電圧検出手段が過電圧を検出すると、制御部がリレーのコイルの通電を停止し、リレーの接点がオープンにされて、交流電源が遮断される。リレーは常開接点であるので、交流電源の遮断状態が保持される。   When the overvoltage detection means detects an overvoltage, the control unit stops energization of the relay coil, the relay contact is opened, and the AC power supply is shut off. Since the relay is a normally open contact, the interruption state of the AC power supply is maintained.

特開平9−93941号公報JP-A-9-93941 特開2011−120366号公報JP 2011-120366 A

しかしながら、特許文献2の過電圧保護装置においても、何らかの原因で非保持型スイッチがオンし続けた場合に、負荷に過電圧が供給され続けてしまう。従って、人の操作がされない限り、負荷を過電圧から保護することができないという問題を有している。   However, even in the overvoltage protection device of Patent Document 2, if the non-holding type switch continues to be turned on for some reason, the overvoltage continues to be supplied to the load. Accordingly, there is a problem that the load cannot be protected from overvoltage unless a human operation is performed.

この発明は、上記課題を解決し、過電圧が検出されたときに人の操作がなくても確実に交流電源を遮断し続けることができ、かつ、小型軽量な過電圧保護装置を提供することを目的としている。   An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a small and light overvoltage protection device that can reliably continue to cut off an AC power source even if no operation is performed when an overvoltage is detected. It is said.

上記課題を解決するため、この発明の過電圧保護装置は、交流電源の入力端と、保護対象機器にされる交流電源の出力端と、前記入力端と前記出力端とを結ぶ配線と、前記配線に設けられる常閉接点のリレーと、前記配線に接続され、前記交流電源の過電圧を検出する入力状態検出部と、前記入力状態検出部と電気的に絶縁した状態で結合され、前記リレーを駆動するリレー駆動回路と、前記リレー駆動回路に電源を供給する電池とを備え、前記入力状態検出部で過電圧が検出された場合、前記リレー駆動回路が前記リレーの接点を解放状態に保持する。 In order to solve the above problems, an overvoltage protection device according to the present invention includes an input terminal of an AC power source, an output terminal of an AC power source to be protected, a wiring connecting the input terminal and the output terminal, and the wiring A normally-closed contact relay provided on the wiring, an input state detection unit that is connected to the wiring and detects an overvoltage of the AC power supply, and is electrically insulated from the input state detection unit and is coupled to drive the relay A relay driving circuit that supplies power to the relay driving circuit, and when the overvoltage is detected by the input state detection unit, the relay driving circuit holds the relay contact in the released state.

上記構成によれば、過電圧が検出された場合、電池により常閉接点のリレーが、接点が解放(オープン)の状態に保持されるため、リレーの開閉が繰り返されることがなく、また、非保持型スイッチがないため、非保持型スイッチが誤ってオンし続けて、交流が流れ続けることを回避できる。 According to the above configuration, when an overvoltage is detected, the relay of the normally closed contact is held by the battery in a state where the contact is released (open), so that the relay is not repeatedly opened and closed and is not held. Since there is no type switch, it can be avoided that the non-holding type switch continues to be turned on by mistake and the alternating current continues to flow.

また、この発明の過電圧保護装置は、前記配線に接続されるスイッチング電源と、前記スイッチング電源に接続され、前記電池を充電するための充電制御回路と、前記電池の電圧を検出し、電池電圧が所定値以下の場合には、前記スイッチング電源からの電流で前記リレーを駆動する電池電圧検出部をさらに備えている。   In addition, the overvoltage protection device of the present invention includes a switching power supply connected to the wiring, a charge control circuit connected to the switching power supply for charging the battery, and detecting the voltage of the battery. In the case of a predetermined value or less, a battery voltage detection unit that drives the relay with a current from the switching power supply is further provided.

電池の電圧が下がっても、前記スイッチング電源の電流で電池が充電され、また電池を充電している間、前記スイッチング電源の電流で、前記リレーの接点がオープン状態に保持されるので、長い時間にわたり、電源の遮断状態を保持することができる。 Even if the voltage of the battery drops, the battery is charged with the current of the switching power supply, and while the battery is charged, the contact of the relay is held open by the current of the switching power supply, so that it takes a long time. As a result, the power-off state can be maintained.

本発明は、以上説明したように、常閉接点のリレーの開閉が繰り返されることがなく、接点のオープンの状態が保持される。また、非保持型スイッチを使用しないので、誤ってリレーがクローズし続けることがなく、確実に保護対象機器を過電圧より保護し、安全性を向上できる利点を有している。さらに、電源としてスイッチング電源を用いるので、装置を小型・軽量化できる利点を有している。 As described above, according to the present invention, the normally closed contact relay is not repeatedly opened and closed, and the contact open state is maintained. Further, since the non-holding type switch is not used, there is an advantage that the device to be protected can be reliably protected from overvoltage and safety can be improved without accidentally closing the relay. Furthermore, since a switching power supply is used as the power supply, the apparatus can be reduced in size and weight.

本発明の実施の形態に係る過電圧保護装置を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining the overvoltage protection apparatus which concerns on embodiment of this invention. 図1における入力状態検出部、リレー駆動回路、電池電圧検出部を説明する回路図である。It is a circuit diagram explaining the input state detection part in FIG. 1, a relay drive circuit, and a battery voltage detection part. 図1における充電制御回路を説明する回路図である。It is a circuit diagram explaining the charge control circuit in FIG. 図1におけるスイッチング電源を説明する回路図である。It is a circuit diagram explaining the switching power supply in FIG.

本発明の一実施形態にかかる過電圧保護装置を、図1〜図4を参照しながら説明する。   An overvoltage protection device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図1は、過電圧保護装置1の全体構成を説明するブロック図である。過電圧保護装置1は、単相交流電源に適用されるもので、交流電源入力端AC_IN、交流電源出力端AC_OUTを備えている。交流電源入力端AC_INは差込プラグ、交流電源出力端AC_OUTはコンセントなどで構成することができる。交流電源入力端AC_INは、交流電源に接続され、交流電源出力端AC_OUTは保護対象機器が接続される。   FIG. 1 is a block diagram illustrating the overall configuration of the overvoltage protection device 1. The overvoltage protection device 1 is applied to a single-phase AC power supply, and includes an AC power supply input terminal AC_IN and an AC power supply output terminal AC_OUT. The AC power supply input terminal AC_IN can be constituted by a plug, and the AC power supply output terminal AC_OUT can be constituted by an outlet. The AC power supply input terminal AC_IN is connected to an AC power supply, and the AC power supply output terminal AC_OUT is connected to a protection target device.

交流電源入力端AC_INと交流電源出力端AC_OUTは、配線L1、L2で結ばれている。配線L1上にはヒューズF1、常閉接点(ノーマルクローズ)のリレー(以下単にリレーと呼ぶ)RYが設けられている。D1は、逆起電力防止用のダイオードである。ここでは、単極単投型のリレーを用いているが、双極単投型のリレーを用いて、配線L1、L2それぞれに、常閉接点が入るよう構成することもできる。   The AC power supply input terminal AC_IN and the AC power supply output terminal AC_OUT are connected by wirings L1 and L2. On the wiring L1, a fuse F1 and a normally closed contact (normally closed) relay (hereinafter simply referred to as a relay) RY are provided. D1 is a diode for preventing back electromotive force. Here, a single-pole single-throw relay is used, but a double-pole single-throw relay can be used so that a normally closed contact is inserted in each of the wirings L1 and L2.

過電圧保護装置1は、さらに入力状態検出部2、ホトカプラ(photo-coupler)PC1、リレー駆動回路3、電池電圧検出部4、リチウムイオン電池パック5、充電制御回路6及びスイッチング電源7を備えている。入力状態検出部2は、配線L1のF点に接続されると共に、ホトカプラPC1のLED(light emitting diode)1側に接続している。入力状態検出部2は、F点の電圧を検出し、F点の電圧が所定値以上となった場合に、ホトカプラPC1のLED1を点灯させる。ホトカプラPC1を介在させているのは、交流電源(1次側)とリレー駆動回路3(2次側)を電気的に絶縁するためである。   The overvoltage protection device 1 further includes an input state detection unit 2, a photo-coupler PC1, a relay drive circuit 3, a battery voltage detection unit 4, a lithium ion battery pack 5, a charge control circuit 6, and a switching power supply 7. . The input state detection unit 2 is connected to the point F of the wiring L1 and is connected to the LED (light emitting diode) 1 side of the photocoupler PC1. The input state detection unit 2 detects the voltage at the point F, and turns on the LED 1 of the photocoupler PC1 when the voltage at the point F exceeds a predetermined value. The reason why the photocoupler PC1 is interposed is to electrically insulate the AC power source (primary side) from the relay drive circuit 3 (secondary side).

ホトカプラPC1のホトトランジスタPTr1側は、リレー駆動回路3に接続される。一方、リレー駆動回路3のリレー駆動配線B1,B2は、リレーRYのコイルに接続されている。リレー駆動回路3は、ホトカプラPC1のホトトランジスタに電流が流れると、リチウム電池イオンパック5又はスイッチング電源7からの電流をリレーRYのコイルに加え、リレーRYの接点をオープン状態とする。   A phototransistor PTr1 side of the photocoupler PC1 is connected to the relay drive circuit 3. On the other hand, the relay drive wires B1 and B2 of the relay drive circuit 3 are connected to the coil of the relay RY. When a current flows through the phototransistor of the photocoupler PC1, the relay drive circuit 3 adds the current from the lithium battery ion pack 5 or the switching power supply 7 to the coil of the relay RY and opens the contact of the relay RY.

電池電圧検出部4は、リチウムイオン電池パック5のリチウムイオン電池(以下単に電池という)BATの電圧を検出する。電池電圧検出部4は、電池BATの電圧が所定値以上ある場合には、電池BATからの電流をリレー駆動回路3に供給する。電池電圧検出部4は、電池BATの電圧が所定値未満の場合には、スイッチング電源7からの電流でリレーRYのコイルを駆動する。   The battery voltage detector 4 detects the voltage of the lithium ion battery (hereinafter simply referred to as the battery) BAT of the lithium ion battery pack 5. The battery voltage detector 4 supplies the current from the battery BAT to the relay drive circuit 3 when the voltage of the battery BAT is equal to or higher than a predetermined value. The battery voltage detection unit 4 drives the coil of the relay RY with the current from the switching power supply 7 when the voltage of the battery BAT is less than a predetermined value.

リチウムイオン電池パック5は、電池BATと、電池BATの温度を検出するためのサーミスタThとを含んでいる。サーミスタThの一端は充電制御回路6に接続されている。この実施の形態では、電池としてリチウムイオン電池を使用しているが、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池などの二次電池を使用できる。また、二次電池に変えて、電気二重層コンデンサも使用できる。   The lithium ion battery pack 5 includes a battery BAT and a thermistor Th for detecting the temperature of the battery BAT. One end of the thermistor Th is connected to the charge control circuit 6. In this embodiment, a lithium ion battery is used as the battery, but a secondary battery such as a nickel cadmium battery or a nickel metal hydride battery can be used. In addition, an electric double layer capacitor can be used instead of the secondary battery.

充電制御回路6は、電池BATの充電を制御する回路で、サーミスタThで検出される温度及び電池電圧に基づいて、電池の充電電流を制御する。なお、ここで検出される電池電圧は、電池電圧検出部4とは別に充電制御回路6により検出される電池BATの電圧である。   The charging control circuit 6 controls the charging of the battery BAT, and controls the charging current of the battery based on the temperature and the battery voltage detected by the thermistor Th. The battery voltage detected here is the voltage of the battery BAT detected by the charge control circuit 6 separately from the battery voltage detector 4.

スイッチング電源7は、配線L1、L2に1次側が接続される。なお、スイッチング電源7の1次側からは、入力状態検出部2への電源線A1、A2が引き出されている。スイッチング電源7の2次側7−2のV+、V−は、充電制御回路6に接続される。また、V+は、電池電圧検出部4にも接続されている。   The switching power supply 7 has a primary side connected to the wirings L1 and L2. Note that power supply lines A1 and A2 to the input state detection unit 2 are drawn from the primary side of the switching power supply 7. V + and V− on the secondary side 7-2 of the switching power supply 7 are connected to the charge control circuit 6. V + is also connected to the battery voltage detector 4.

以下、各回路の詳細について説明する。図2は、入力状態検出部2、リレー駆動回路3及び電池電圧検出部4の詳細を示す回路図である。入力状態検出部2は、シャントレギュレータIC(Integrated Circuit)1を備えている。シャントレギュレータIC1のカソードKは、ホトカプラのLED1及び抵抗R1を介して、スイッチング電源7の電源線A1に接続される。シャントレギュレータIC1のアノードAは、スイッチング電源7の電源線A2に接続される。コンデンサC1は、シャントレギュレータIC1のバイパスコンデンサ(以下単にパスコンという)。   Details of each circuit will be described below. FIG. 2 is a circuit diagram showing details of the input state detection unit 2, the relay drive circuit 3, and the battery voltage detection unit 4. The input state detection unit 2 includes a shunt regulator IC (Integrated Circuit) 1. The cathode K of the shunt regulator IC1 is connected to the power supply line A1 of the switching power supply 7 through the photocoupler LED1 and the resistor R1. The anode A of the shunt regulator IC1 is connected to the power supply line A2 of the switching power supply 7. The capacitor C1 is a bypass capacitor (hereinafter simply referred to as a bypass capacitor) of the shunt regulator IC1.

配線L1のF点は、整流ダイオードD2、抵抗R2、R3を介して電源線A2に接続される。抵抗R2、R3で分圧された電圧は、シャントレギュレータIC1のリファレンスRに接続される。電解コンデンサC2は、リファレンス電圧を安定させる。リファレンス電圧が所定値以上となると(すなわち、交流電源の過電圧が発生すると)、シャントレギュレータIC1のカソード、アノード間に電流が流れ、LED1が点灯するよう構成される。   The point F of the wiring L1 is connected to the power supply line A2 via the rectifier diode D2 and the resistors R2 and R3. The voltage divided by the resistors R2 and R3 is connected to the reference R of the shunt regulator IC1. The electrolytic capacitor C2 stabilizes the reference voltage. When the reference voltage becomes equal to or higher than a predetermined value (that is, when an overvoltage of the AC power supply occurs), a current flows between the cathode and the anode of the shunt regulator IC1, and the LED 1 is turned on.

リレー駆動回路3は、抵抗R4,R5、R6、トランジスタQ1、Q2を含んでいる。ホトカプラPC1のホトトランジスタPTr1のコレクタは、トランジスタQ1のベースに接続され、トランジスタQ1のコレクタはトランジスタQ2のベースに接続される。トランジスタQ2のコレクタは前記リレー駆動配線B2に接続される。ホトカプラPC1のLEDが発光すると、ホトカプラPC1のホトトランジスタPTr1に電流が流れ、トランジスタQ1がオフ、Q2がオンして、B1−B2間に電流が流れる。この電流でリレーRYが駆動されて、リレーRYの接点がオープン状態となる。   The relay drive circuit 3 includes resistors R4, R5, R6, and transistors Q1, Q2. The collector of the phototransistor PTr1 of the photocoupler PC1 is connected to the base of the transistor Q1, and the collector of the transistor Q1 is connected to the base of the transistor Q2. The collector of the transistor Q2 is connected to the relay drive wiring B2. When the LED of the photocoupler PC1 emits light, a current flows through the phototransistor PTr1 of the photocoupler PC1, the transistor Q1 is turned off, Q2 is turned on, and a current flows between B1 and B2. The relay RY is driven by this current, and the contact of the relay RY is opened.

電池電圧検出部4には、リレー駆動配線B1とB2が接続している。配線B1は、逆流防止用ダイオードD3、トランジスタQ3を介して、スイッチング電源7の電源線V+にも接続されている。トランジスタQ3のベースは、抵抗R7を介してコンパレータIC2の出力に接続されている。 Relay drive wirings B1 and B2 are connected to the battery voltage detection unit 4. The wiring B1 is also connected to the power supply line V + of the switching power supply 7 via the backflow prevention diode D3 and the transistor Q3. The base of the transistor Q3 is connected to the output of the comparator IC2 via the resistor R7.

配線B1には、さらに逆流防止用ダイオードD4を介して電池BATの陽極に接続される(E端子)。コンパレータIC2の反転入力には、スイッチング電源7の電源線V+、V−間の電圧を、抵抗R9及びR10で分圧した電圧Vrefが加えられる。また、コンパレータIC2の非反転入力には、電池BATの電圧を抵抗R11及びR12で分圧した電圧Veが加えられる。電池電圧が低下し電圧VeがVref未満になると、コンパレータIC2の出力がLowとなり、トランジスタQ3がオンする。そして、スイッチング電源7の電流が電源線B1に加えられ、リレーRYがスイッチング電源7からの電流で駆動される。 The wiring B1 is further connected to the anode of the battery BAT via the backflow prevention diode D4 (E terminal). A voltage Vref obtained by dividing the voltage between the power supply lines V + and V− of the switching power supply 7 by the resistors R9 and R10 is applied to the inverting input of the comparator IC2. The voltage Ve obtained by dividing the voltage of the battery BAT by the resistors R11 and R12 is applied to the non-inverting input of the comparator IC2. When the battery voltage decreases and the voltage Ve becomes less than Vref, the output of the comparator IC2 becomes Low and the transistor Q3 is turned on. Then, the current of the switching power supply 7 is applied to the power supply line B1, and the relay RY is driven by the current from the switching power supply 7.

図3は、充電制御回路3の詳細を示す回路図である。充電制御回路3は、充電制御用IC3を含んでおり、電源線V+上にはトランジスタQ4及び抵抗R13が配置されている。トランジスタQ4のベースは、抵抗R16を介して充電制御用IC3の制御端子CONTに接続されている。また、トランジスタQ4のベース・エミッタ間は、抵抗R17を介して接続されている。制御端子CONTによりトランジスタQ4がオン/オフし、電池BATの充電電流が制御される。 FIG. 3 is a circuit diagram showing details of the charge control circuit 3. The charge control circuit 3 includes a charge control IC 3 and a transistor Q4 and a resistor R13 are disposed on the power supply line V +. The base of the transistor Q4 is connected to the control terminal CONT of the charging control IC 3 via the resistor R16. The base and emitter of the transistor Q4 are connected via a resistor R17. The transistor Q4 is turned on / off by the control terminal CONT, and the charging current of the battery BAT is controlled.

充電制御用IC3の電源端子V(+)には、電源線V+からの電圧が加えられている。C3は、充電制御用IC3のパスコンである。充電制御用IC3の端子LED−GにはLED3のカソードが、端子LED−RにはLED4のカソードがそれぞれ接続されている。LED3のアノードは保護抵抗R18を介して電源線V+に接続される。また、LED4のアノードは保護抵抗R19を介して電源線V+に接続されている。LED3及びLED4は、電池BATの充電状態を表示しており、例えば、満充電でLED3が点灯し、充電中はLED4が点灯する。 A voltage from the power supply line V + is applied to the power supply terminal V (+) of the charging control IC 3. C3 is a bypass capacitor of the charging control IC3. The cathode of the LED 3 is connected to the terminal LED-G of the charging control IC 3, and the cathode of the LED 4 is connected to the terminal LED-R. The anode of the LED 3 is connected to the power supply line V + via the protective resistor R18. The anode of the LED 4 is connected to the power supply line V + via the protective resistor R19. LED3 and LED4 display the state of charge of the battery BAT. For example, LED3 is lit when fully charged, and LED4 is lit during charging.

抵抗R13には電池BATの充電電流が流れ、その電圧降下を端子CS1、CS2で検出し、充電制御用IC3が充電電流を監視できる。電池電圧をR14及びR15で分圧された電圧が端子VSに加えられ、充電制御用IC3は端子VSの電圧に基づいて電池BATを充電する。リチウムイオン電池パック5内のサーミスタThは、充電制御用IC3のTDET端子に接続されており、電池BATの温度を検出して、充電制御用IC3は電池BATの充電を制御する。   The charging current of the battery BAT flows through the resistor R13, the voltage drop is detected by the terminals CS1 and CS2, and the charging control IC 3 can monitor the charging current. A voltage obtained by dividing the battery voltage by R14 and R15 is applied to the terminal VS, and the charging control IC 3 charges the battery BAT based on the voltage of the terminal VS. The thermistor Th in the lithium ion battery pack 5 is connected to the TDET terminal of the charging control IC 3, detects the temperature of the battery BAT, and the charging control IC 3 controls the charging of the battery BAT.

図4は、スイッチング電源7の詳細を説明する回路図である。スイッチング電源7は、交流電源に接続される1次側7−1と、この1次側7−1とトランスTを介して絶縁状態で結合される2次側7−2とから構成される。1次側7−1は、ラインフィルタ8及びヒューズF2を介して交流電源に接続されている。ラインフィルタ8を通過してノイズが除去された交流は、ダイオードブリッジDBにより全波整流され、コンデンサC5で平滑化される。   FIG. 4 is a circuit diagram illustrating details of the switching power supply 7. The switching power source 7 includes a primary side 7-1 connected to an AC power source, and a secondary side 7-2 coupled to the primary side 7-1 in an insulated state via a transformer T. The primary side 7-1 is connected to the AC power supply via the line filter 8 and the fuse F2. The alternating current from which noise has been removed through the line filter 8 is full-wave rectified by the diode bridge DB and smoothed by the capacitor C5.

コンデンサC5で平滑化された直流電圧は、トランスTの1次側巻線Tw11の一端a11に加えられる。また、直流電圧のグランド側は、スイッチング電源用IC4のGND端子に接続される。スイッチング電源用IC4は、いわゆるトランジスタ内蔵型で、D端子とGND端子間を、内蔵されたトランジスタをオン/オフしてスイッチング動作をする。D端子は、トランスTの巻線Tw11の他端b11に接続されている。ツェナーダイオードZD及びダイオードD5は、スイッチング電源用IC4を過電圧より保護する。 The DC voltage smoothed by the capacitor C5 is applied to one end a11 of the primary side winding Tw11 of the transformer T. Further, the ground side of the DC voltage is connected to the GND terminal of the switching power supply IC 4. The switching power supply IC 4 is a so-called transistor built-in type, and performs a switching operation between the D terminal and the GND terminal by turning on / off the built-in transistor. The D terminal is connected to the other end b11 of the winding Tw11 of the transformer T. The Zener diode ZD and the diode D5 protect the switching power supply IC 4 from overvoltage.

トランスTの1次側巻線Tw12の一端a12は、整流用ダイオードD7及び抵抗R21を介して、スイッチング電源用IC4のVDD端子及び電源線A1に接続される。トランスTの1次側巻線Tw12の他端B12はスイッチング電源用IC4のGND端子及び電源線A2に接続されている。コンデンサC6は、VDD端子に加わる電圧を平滑化する。また、コンデンサC7は、スイッチング電源用IC4のパスコンである。 One end a12 of the primary winding Tw12 of the transformer T is connected to the VDD terminal of the switching power supply IC4 and the power supply line A1 via the rectifying diode D7 and the resistor R21. The other end B12 of the primary winding Tw12 of the transformer T is connected to the GND terminal of the switching power supply IC4 and the power supply line A2. The capacitor C6 smoothes the voltage applied to the VDD terminal. The capacitor C7 is a bypass capacitor of the switching power supply IC4.

1次側巻線Tw12の一端a12には、ダイオードD6のアノードが接続される。ダイオードD6のカソードは、抵抗R20を介して、抵抗R20と抵抗R22で分圧された電圧がスイッチング電源用IC4のCONT端子に接続され、スイッチング電源用IC4でモニタされる。また、1次側巻線Tw12の他端b12は、ブラウンアウト保護用の端子BRに接続されている。 The anode of the diode D6 is connected to one end a12 of the primary winding Tw12. The voltage of the cathode of the diode D6 is connected to the CONT terminal of the switching power supply IC4 via the resistor R20 and monitored by the switching power supply IC4. The other end b12 of the primary winding Tw12 is connected to a brownout protection terminal BR.

スイッチング電源用IC4のFB端子には、ホトカプラPC2のホトトランジスタPTr2のコレクタに接続される。また、ホトカプラPC2のホトトランジスタPTr2のエミッタは電源線A2に接続されている。 The FB terminal of the switching power supply IC4 is connected to the collector of the phototransistor PTr2 of the photocoupler PC2. The emitter of the phototransistor PTr2 of the photocoupler PC2 is connected to the power supply line A2.

トランスTの2次側巻線Tw2の端子a2は、整流用のダイオードD8を介して電源線V+に接続される。また、2次側巻線Tw2の端子b2は、電源線V−に接続されている。電源線V+とV−間には、電圧平滑化用のコンデンサC8が接続されている。また、電源線V+とV−間には、スイッチング電源7の動作確認用のLED5とその保護抵抗R25が直列に接続されている。 A terminal a2 of the secondary winding Tw2 of the transformer T is connected to the power supply line V + via a rectifying diode D8. The terminal b2 of the secondary winding Tw2 is connected to the power supply line V−. A voltage smoothing capacitor C8 is connected between the power supply lines V + and V−. Further, an LED 5 for confirming the operation of the switching power supply 7 and its protective resistor R25 are connected in series between the power supply lines V + and V−.

2次側7−2には、シャントレギュレータIC5が設けられている。シャントレギュレータIC5のリファレンスRには、電源線V+、V−間の電圧が、抵抗R26及びR27で分圧されて加えられる。シャントレギュレータIC5のアノードAは、電源線V−に接続されている。シャントレギュレータIC5のカソードKは、抵抗R23、ホトカプラPC2のLED2を介して、電源線V+に接続される。なお、コンデンサC9は、シャントレギュレータIC5のパスコンである。 A shunt regulator IC5 is provided on the secondary side 7-2. A voltage between the power supply lines V + and V− is applied to the reference R of the shunt regulator IC5 by being divided by resistors R26 and R27. The anode A of the shunt regulator IC5 is connected to the power supply line V-. The cathode K of the shunt regulator IC5 is connected to the power supply line V + via the resistor R23 and the LED2 of the photocoupler PC2. The capacitor C9 is a bypass capacitor of the shunt regulator IC5.

V+の電圧が上昇するとシャントレギュレータIC5のリファレンスRに加わる電圧が上昇し、カソードK、アノードA間の電流が増加しホトカプラPC2のLED2の電流も増加する。LED2の電流が増加すると、ホトカプラPC2のホトトランジスタPTr2の電流も増加し、スイッチング電源用IC4のFB端子電圧が低下しスイッチング電源用IC4に内蔵のトランジスタのON時間が短くなる。 When the voltage of V + increases, the voltage applied to the reference R of the shunt regulator IC5 increases, the current between the cathode K and the anode A increases, and the current of the LED 2 of the photocoupler PC2 also increases. When the current of LED2 increases, the current of phototransistor PTr2 of photocoupler PC2 also increases, the FB terminal voltage of switching power supply IC4 decreases, and the ON time of the transistor built in switching power supply IC4 decreases.

すなわち、2次側7−2のシャントレギュレータIC5が所定の電圧を検出したら、1次側7−1のスイッチング電源用IC4に内蔵のトランジスタのON時間が変化するようフィードバック制御がかけられる。ホトカプラPC2を用いているのは、1次側7−1と2次側7−2を電気的に絶縁するためである。 That is, when the shunt regulator IC 5 on the secondary side 7-2 detects a predetermined voltage, feedback control is applied so that the ON time of the transistor built in the switching power supply IC 4 on the primary side 7-1 changes. The photocoupler PC2 is used to electrically insulate the primary side 7-1 and the secondary side 7-2.

次に、過電圧保護装置1の動作を説明する。通常の状態では、リレーRYの接点は閉じており、入力端AC_1と出力端AC_2には交流が流れ、出力端AC_2に接続される保護対象機器には電源が供給されることとなる。入力端AC_1が高い電圧の交流電源に誤って接続された場合には、F点の電圧が異常になる。入力状態検出部2がその異常電圧を検出して、シャントレギュレータIC1のカソードK−アノードA間に電流が流れ、ホトカプラPC1のLED1が点灯する。 Next, the operation of the overvoltage protection device 1 will be described. In a normal state, the contact of the relay RY is closed, an alternating current flows through the input terminal AC_1 and the output terminal AC_2, and power is supplied to the protection target device connected to the output terminal AC_2. When the input terminal AC_1 is mistakenly connected to a high voltage AC power source, the voltage at the point F becomes abnormal. The input state detection unit 2 detects the abnormal voltage, a current flows between the cathode K and the anode A of the shunt regulator IC1, and the LED 1 of the photocoupler PC1 is turned on.

ホトカプラPC1のLED1が点灯すると、ホトトランジスタPTr1がオンとなり、さらにトランジスタQ1がオフ、Q2がオンとなり、リレー駆動配線B1、B2間に電流が流れ、常閉接点のリレーRYがオープンとなって、出力端AC_2の交流電源が遮断され、保護対象機器が保護される。 When the LED 1 of the photocoupler PC1 is turned on, the phototransistor PTr1 is turned on, the transistor Q1 is turned off, the Q2 is turned on, a current flows between the relay drive wires B1 and B2, and the normally closed contact relay RY is opened. The AC power supply at the output terminal AC_2 is cut off, and the protection target device is protected.

リレー駆動配線B1には電池BATからの電流が供給されるが、放電により電池電圧が低下してくるとそれがコンパレータIC2で検出されて、トランジスタQ3がオンする。トランジスタQ3がオンすると、スイッチング電源7の電源線V+からの電流がリレー駆動配線B1に供給され、リレーRYの接点がオープン状態に保持される。 Current from the battery BAT is supplied to the relay drive wiring B1, but when the battery voltage decreases due to discharge, this is detected by the comparator IC2, and the transistor Q3 is turned on. When the transistor Q3 is turned on, the current from the power supply line V + of the switching power supply 7 is supplied to the relay drive wiring B1, and the contact of the relay RY is held in the open state.

放電した電池BATは、充電制御回路6により充電される。電池BATが充電され、電圧が上がると、コンパレータIC2で電圧の上昇が検出されてトランジスタQ3がオフする。トランジスタQ3がオフすると、スイッチング電源7からの電流が遮断され、電池BATからの電流でリレーRYの接点がオープン状態に保持される。 The discharged battery BAT is charged by the charge control circuit 6. When the battery BAT is charged and the voltage rises, the comparator IC2 detects the voltage rise and turns off the transistor Q3. When the transistor Q3 is turned off, the current from the switching power supply 7 is cut off, and the contact of the relay RY is held open by the current from the battery BAT.

差込プラグがコンセントより抜かれるなどによって、入力端AC_INと交流電源が遮断されると、入力状態検出部2のシャントレギュレータIC1のカソードK、アノードA間の電流が遮断されてLED1が消灯する。LED1が消灯すると、トランジスタQ1がオン、Q2がオフして、リレーRYへの電流供給が遮断され、リレーRYの接点はクローズ状態に復帰する。それまで、電池BAT又はスイッチング電源7により、リレーRYの接点のオープン状態が保持される。 When the input terminal AC_IN and the AC power supply are shut off, for example, by removing the plug from the outlet, the current between the cathode K and the anode A of the shunt regulator IC1 of the input state detection unit 2 is shut off, and the LED 1 is turned off. When the LED 1 is turned off, the transistor Q1 is turned on, the Q2 is turned off, the current supply to the relay RY is cut off, and the contact of the relay RY returns to the closed state. Until then, the battery BAT or the switching power supply 7 maintains the open state of the contact of the relay RY.

また、交流電源の電圧変動により一時的に過電圧となった場合には、上記と同様の動作でリレーRYがオープン状態となって、保護対象機器が保護されるが、交流電源の電圧が正常値に戻った場合には、リレーRYの接点がクローズ状態に復帰し、保護対象機器に再び交流電源が供給されるようになる。 In addition, when the overvoltage is temporarily exceeded due to the voltage fluctuation of the AC power supply, the relay RY is opened by the same operation as described above, and the device to be protected is protected, but the voltage of the AC power supply is normal. In the case of returning to, the contact of the relay RY returns to the closed state, and AC power is supplied again to the protection target device.

1 過電圧保護装置
2 入力状態検出部
3 リレー駆動回路
4 電池電圧検出部
5 リチウムイオン電池パック
6 充電制御回路
7 スイッチング電源
8 ラインフィルタ
AC_IN 交流電源入力端
AC_OUT 交流電源出力端
BAT リチウムイオン電池
IC1 シャントレギュレータ
IC2 コンパレータ
IC3 充電制御用IC
IC4 スイッチング電源用IC
IC5 シャントレギュレータ
L1 配線
L2 配線
RY 常閉接点リレー
PC1 ホトカプラ
PC2 ホトカプラ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Overvoltage protection apparatus 2 Input state detection part 3 Relay drive circuit 4 Battery voltage detection part 5 Lithium ion battery pack 6 Charge control circuit 7 Switching power supply 8 Line filter AC_IN AC power supply input terminal AC_OUT AC power supply output terminal BAT Lithium ion battery IC1 Shunt regulator IC2 Comparator IC3 Charge control IC
IC4 IC for switching power supply
IC5 Shunt Regulator L1 Wiring L2 Wiring RY Normally Closed Contact Relay PC1 Photocoupler PC2 Photocoupler

Claims (2)

交流電源の入力端と、
保護対象機器に接続される交流電源の出力端と、
前記入力端と前記出力端とを結ぶ配線と、
前記配線に設けられる常閉接点のリレーと、
前記配線に接続され、前記交流電源の過電圧を検出する入力状態検出部と、
前記入力状態検出部と電気的に絶縁した状態で結合され、前記リレーを駆動するリレー駆動回路と、
前記駆動回路に電源を供給する電池を備え、
前記入力状態検出部で過電圧が検出された場合、前記リレー駆動回路が前記リレーの接点を解放するよう駆動し、電池の電力により前記リレー駆動回路が前記リレーの接点を解放状態に保持することを特徴とする過電圧保護装置。
AC power input,
The output terminal of the AC power supply connected to the device to be protected;
Wiring connecting the input end and the output end;
A normally closed contact relay provided in the wiring;
An input state detection unit connected to the wiring and detecting an overvoltage of the AC power supply;
A relay driving circuit coupled to the input state detection unit in an electrically insulated state and driving the relay;
A battery for supplying power to the drive circuit;
When an overvoltage is detected by the input state detection unit, the relay drive circuit is driven to release the contact of the relay, and the relay drive circuit holds the contact of the relay in a released state by battery power. Features overvoltage protection device.
請求項1記載の過電圧保護装置において、
前記配線に接続されるスイッチング電源と、
前記スイッチング電源に接続され、前記電池を充電するための充電制御回路と、
前記電池の電圧を検出し、電池電圧が所定値以下の場合には、前記スイッチング電源からの電流で前記リレーを駆動する電池電圧検出部を備えたことを特徴とする過電圧保護装置。
The overvoltage protection device according to claim 1,
A switching power supply connected to the wiring;
A charge control circuit connected to the switching power supply for charging the battery;
An overvoltage protection device comprising: a battery voltage detection unit that detects a voltage of the battery and drives the relay with a current from the switching power supply when the battery voltage is equal to or lower than a predetermined value.
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