JP2014075660A

JP2014075660A - 外部条件入力回路

Info

Publication number: JP2014075660A
Application number: JP2012221218A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ichihara; 浩史市原
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-10-03
Filing date: 2012-10-03
Publication date: 2014-04-24
Anticipated expiration: 2032-10-03
Also published as: JP5980082B2

Abstract

【課題】構成が簡単で消費電力も軽微でありしかも故障や誤動作が少ない信頼性の高い外部条件入力回路を得る
【解決手段】第１の駆動電圧の動作信号を取り込み、前記第１の駆動電圧とは異なる第２の駆動電圧の動作信号情報デジタル信号を出力する外部条件入力回路であって、前記第１の駆動電圧の動作信号が入力され前記第１の駆動電圧とは異なる前記第２の駆動電圧に変換して当該第２の駆動電圧の動作信号情報デジタル信号を出力するトランスレス半導体電圧変換装置５で構成された外部条件入力回路である。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば電車用き電線の変電所内配電盤の遮断器のトリップ動作を電車運行指令所の中央制御装置のモニタに表示する場合などに使用される外部条件入力回路に関し、例えばＤＣ２４Ｖを越える高電圧が印加される高電圧印加デジタル信号入力装置等に使用され、表示，故障等の第１の駆動電圧の動作信号を取り込み、第１の駆動電圧とは異なる第２の駆動電圧の論理集積回路等のデジタル情報信号処理回路に動作信号情報デジタル信号を出力する外部条件入力回路に関するものである。

従来の例えばデジタル信号入力装置における外部条件入力回路は、外部からの動作信号（リレー接点による回路開／閉）を、リレーまたは分圧抵抗回路やツェナーダイオードによって降圧した動作信号情報信号を受け、この動作信号情報信号をフォトカプラ経由で例えばＴＴＬ，ＣＭＯＳ等の論理集積回路等のデジタル情報信号処理回路に利用可能な動作信号情報デジタル信号に変換している。（特許文献１参照）

特開２００２−１８５２９６号公報（図１〜５及びその説明）

従来の外部条件入力回路では、外部条件入力信号の駆動電圧とＴＴＬ，ＣＭＯＳ等の論理集積回路等のデジタル情報信号処理回路の駆動電圧との違いから、外部条件入力信号を一旦リレーで受け、デジタル情報信号処理回路に印加する電圧に変換する必要があった。この電圧変換に使用するリレーに、外部条件入力信号の駆動電圧ＤＣ４８Ｖ〜ＤＣ１１０Ｖの電源とは異なる駆動電圧ＤＣ２４Ｖの別の電源を装備する必要があった。
ＴＴＬ，ＣＭＯＳ等の論理集積回路の駆動電圧ＤＣ５Ｖの印加に用いる電源を含めると、３種類の電源を準備する必要があり、装置構成が複雑になっていた。

また、特許文献１の図１のように、外部条件入力回路にリレーを装備することは、回路に機械式可動部を設けることになり、故障する確立が高くなっていた。

従来の外部条件入力回路において、特許文献１の図３のように、分圧抵抗を使って、外部条件入力信号の駆動電圧を、ＴＴＬ，ＣＭＯＳ等の論理集積回路等のデジタル情報信号処理回路の駆動電圧に変換する回路では、電圧差を分圧抵抗で熱に変換して消費するため、電力の無駄な消費となっていた。
また電圧差を分圧抵抗で熱に変換して消費することにより、発生する熱を放熱する機構が必要となり、装置構成が複雑になっていた。

従来の外部条件入力回路において、特許文献１の図２、図５のように、ツェナーダイオードを使って、外部条件入力信号の駆動電圧を、ＴＴＬ，ＣＭＯＳ等の論理集積回路の駆動電圧に変換する回路では、ツェナーダイオードがノイズ源となり、ＴＴＬ，ＣＭＯＳ等の論理集積回路の誤動作を誘発する要因の一つともなっていた。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、構成が簡単で消費電力も軽微でありしかも故障や誤動作が少ない信頼性の高い外部条件入力回路を得ることを目的とするものである。

この発明に係る外部条件入力回路は、第１の駆動電圧の動作信号を取り込み、前記第１の駆動電圧とは異なる第２の駆動電圧の動作信号情報デジタル信号を出力する外部条件入力回路であって、第１の駆動電圧の動作信号が入力され前記第１の駆動電圧とは異なる第２の駆動電圧に変換して当該第２の駆動電圧の動作信号情報デジタル信号を出力するトランスレス半導体電圧変換装置で構成されたものである。

この発明は、第１の駆動電圧の動作信号を取り込み、前記第１の駆動電圧とは異なる第２の駆動電圧の動作信号情報デジタル信号を出力する外部条件入力回路であって、第１の駆動電圧の動作信号が入力され前記第１の駆動電圧とは異なる第２の駆動電圧に変換して当該第２の駆動電圧の動作信号情報デジタル信号を出力するトランスレス半導体電圧変換装置で構成されるので、構成が簡単で消費電力も軽微でありしかも故障や誤動作が少ない信頼性の高い外部条件入力回路を得ることができる効果がある。

この発明の実施の形態１の外部条件入力回路の事例およびその周辺システムの事例を示す接続図である。図１における好ましいトランスレス半導体電圧変換装置の事例を示す接続図である。本発明に至る過程で検討した半導体電圧変換装置の事例を示す接続図である。外筐に内蔵された外部条件入力回路の外観斜視図であり、その（ａ）は従来の外観斜視図であり、（ｂ）は本実施の形態１における外部条件入力回路の外観斜視図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図１に基づいて説明する。図１は、電車用き電線の変電所ＴＳＳ内の配電盤ＳＳＣの遮断器ＳＳＣＢのトリップ動作を電車運行指令所ＴＤＣの中央制御装置ＣＣＡのモニタＭＴＲに表示する場合に外部条件入力回路を適用した一事例を示し、例えばＤＣ４８Ｖ〜ＤＣ１００Ｖを越える高電圧が印加される高電圧印加デジタル信号入力装置に使用される外部条件入力回路の一事例である。
図１において、第１の駆動電圧となる直流電源１（ＤＣ４８Ｖ〜ＤＣ１１０Ｖ）に接続された接点２が閉じた場合、直流／直流半導体電圧変換装置である半導体ＤＣ／ＤＣコンバータ（以下、「半導体ＤＣ／ＤＣコンバータ」と記す）５の入力端子３，４を介して半導体ＤＣ／ＤＣコンバータ５を充電する。
本実施の形態１では、接点２は、前記遮断器ＳＳＣＢの補助接点（ａ接点）であり、遮断器ＳＳＣＢが何等かの異常状態によりトリップ動作した場合に閉じる事例を示してある。

接点２が閉じることにより充電された半導体Ｄ／Ｄコンバータ５は、出力部から、直流電源１の第１の駆動電圧（ＤＣ４８Ｖ〜ＤＣ１１０Ｖ）より低い第３の駆動電圧であるＤＣ２４Ｖの動作信号を出力する。
半導体Ｄ／Ｄコンバータ５の出力電圧（第３の駆動電圧）であるＤＣ２４Ｖが、逆流防止ダイオード６，電流制限抵抗７を介して、フォトカプラ１０の発光ダイオード１０ａを発光させ、発光ダイオード１０ａの発光によってフォトカプラ１０の受光素子１０ｂが導通することにより、論理集積回路等のデジタル情報信号処理回路ＤＩＯの信号読み込み部１１に、第２の駆動電圧であるＤＣ５Ｖの信号（つまり動作信号情報デジタル信号）を出
力する。

なお抵抗８とダイオード９は、チャタリングを抑制するための素子として装備する。
また、前記接点２の開閉による直流電源１からの第１の駆動電圧の半導体ＤＣ／ＤＣコンバータ５の入力端子３，４間への印加／無印加が外部条件入力信号となる。前記接点２は上流の動作回路（例えば、・・・）の動作／不動作により開閉する。

次に動作について説明する。
図１において、いま接点２が開放状態で、直流電源１から半導体ＤＣ／ＤＣコンバータ５に電源が供給されていない状態とする。（図示の状態）
この場合、半導体ＤＣ／ＤＣコンバータ５の絶縁ＤＣ２４Ｖ出力から逆流防止ダイオード６，電流制限抵抗７，フォトカプラ１０に電圧が印加されないので、発光ダイオード１０ａが発光しないため受光素子１０ｂが非導通となり、論理集積回路等のデジタル情報信号処理回路ＤＩＯの信号読み込み部１１に信号（つまり動作信号情報デジタル信号）が出力されない。

接点２が、例えば遮断器ＳＳＣＢのトリップ動作により閉じた場合、直流電源１から半導体ＤＣ／ＤＣコンバータ５に第１の駆動電圧（ＤＣ４８Ｖ〜ＤＣ１１０Ｖ）の電源が供給され、半導体ＤＣ／ＤＣコンバータ５の絶縁ＤＣ２４Ｖ出力から逆流防止ダイオード６，電流制限抵抗７，フォトカプラ１０にＤＣ２４Ｖの電圧（第３の駆動電圧）が印加され、発光ダイオード１０ａが発光することにより受光素子１０ｂが導通となり、信号読み込み部１１に信号（つまり動作信号情報デジタル信号）が出力される。

信号読み込み部１１に信号（つまり動作信号情報デジタル信号）が出力されると、論理集積回路等のデジタル情報信号処理回路ＤＩＯは、例えば何処の変電所のどの遮断器ＳＳＣＢがトリップ動作したかの情報信号を、電車運行指令所ＴＤＣの中央制御装置ＣＣＡへ送信し、中央制御装置ＣＣＡはそのモニタＭＴＲに何処の変電所のどの遮断器ＳＳＣＢがトリップ動作したかを表示する。また、デジタル情報信号処理回路ＤＩＯは、自己の対応変電所ＴＳＳの配電盤ＳＳＣの制御回路に遮断器ＳＳＣＢがトリップ動作したかの情報信号をフィードバックし、例えば当該配電盤ＳＳＣ自体の制御回路は当該フィードバックされた情報信号に基づき自己の配電盤内遮断器ＳＳＣＢのトリップ動作を表示する警報ランプを点灯させる。

次いで、好ましい半導体Ｄ／Ｄコンバータ（半導体電圧変換装置）５の事例を図２によって説明する。
図２において、半導体Ｄ／Ｄコンバータ５は、トランジスタ等の半導体スイッチング素子（チョッパ）Ｑ，平滑コンデンサＣ、リアクトル（チョークコイル）Ｌ、およびフリーホイールダイオードＤで構成されたトランスレス半導体電圧変換装置としてある。

この図２のトランスレス半導体電圧変換装置５の動作について以下に説明する。
接点２の閉成動作により、入力３、入力４間にＤＣ４８Ｖ〜１１０Ｖが印加されると、スイッチング素子（チョッパ）Ｑが導通状態（素子がＯＮ）の時、リアクトル（チョークコイル）Ｌに電流が流れてリアクトル（チョークコイル）Ｌにエネルギーが蓄えられると共に、絶縁ＤＣ２４Ｖ出力端に電圧が印加される。またスイッチング素子（チョッパ）Ｑが絶縁状態（素子がＯＦＦ）の時、リアクトル（チョークコイル）Ｌが電流を保とうとして起電力を発生させ、フリーホイールダイオードＤを通じて絶縁ＤＣ２４Ｖ出力端に電圧が印加される。
スイッチング素子（チョッパ）Ｑの導通状態（スイッチング素子ＱがＯＮの状態）と絶縁状態（スイッチング素子ＱがＯＦＦの状態）とを交互に切換え、リアクトル（チョークコイル）Ｌに断続的に電流を印加すると、リアクトル（チョークコイル）Ｌ、平滑コンデンサＣおよび、回路に存在する抵抗成分による過渡現象が発生し、入力３、入力４間印加されるＤＣ４８Ｖ〜１１０Ｖを降圧させ、目的とする絶縁ＤＣ２４Ｖ出力が得られる。なおこの際、断続的な電流印加や過渡現象により絶縁ＤＣ２４Ｖ出力端にリップル電圧が発生する。このリップルを軽減するため、平滑コンデンサＣによりリップル電圧の抑制を行う。

このように、本実施の形態１の事例は、従来のような「直流電源に接続された、リレー接点、抵抗、ダイオード、ツェナーダイオード、フォトカプラからなり、外部条件入力端子と外部条件出力端子との間において、印加される電圧を分圧抵抗，ツェナーダイオード等によって降圧する外部条件入力回路」ではなく、トランスレス半導体ＤＣ／ＤＣコンバータ（トランスレス半導体電圧変換装置）５によって降圧する機能を備えた外部条件入力回路である。

なお、半導体電圧変換装置５として、図３に示すようなトランスＴＲを有する半導体電圧変換装置を使用することも機能的には可能であるが、トランスＴＲを有する半導体電圧変換装置は全体的に大型となり、配電盤内等の狭隘な場所に設置する場合には占有面積が大きくなり好ましくなく、また、トランス自体も発熱するので、配電盤内の制御回路部の近傍を避けて設置する必要も生じ設置場所上の制約も生じる等の不具合が生じることが、本発明に至る過程で判明した。

図４は外筐５Ｃに内蔵された外部条件入力回路の外観斜視図であり、その（ａ）は従来の「直流電源に接続された、リレー接点、抵抗、ダイオード、ツェナーダイオード、フォトカプラからなり、外部条件入力端子と外部条件出力端子との間において、印加される電圧を分圧抵抗によって降圧する外部条件入力回路」の外観図であり、（ｂ）は本実施の形態１におけるトランスレス半導体電圧変換装置を使用した外部条件入力回路の外観図である。
図４の（ａ）と（ｂ）とを比較すれば判明するように、本実施の形態１の外部条件入力回路（ｂ）は、従来の外部条件入力回路（ａ）の半分の大きさ、特に横幅Ｗが従来の外部条件入力回路（ａ）のほぼ１／２であり、しかも外筐５Ｃからの放熱は殆どないことが分かった。

なお、図１におけるＤＣ４８Ｖ〜ＤＣ１１０Ｖの第１の駆動電圧が交流である場合にも適用でき、その場合、半導体ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、交流／直流半導体電圧変換装置である半導体ＡＣ／ＤＣコンバータとすればよい。

図１においては、第１の駆動電圧ＤＣ４８Ｖ〜ＤＣ１１０Ｖから第１の駆動電圧ＤＣ５Ｖに降圧する場合について例示したが、例えば、論理集積回路等のデジタル情報信号処理回路（図示省略）の処理結果を上流の動作回路（図示省略）に反映する動作回路の外部条件入力回路に適用する場合は、半導体ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、その入力信号の駆動電圧より出力信号の駆動電圧が高くなるように、昇圧する半導体ＤＣ／ＤＣコンバータ５を使用すればよい。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形することができる。

１直流電源（ＤＣ４８Ｖ〜ＤＣ１１０Ｖ）、２接点、３端子、
４端子、５半導体ＤＣ／ＤＣコンバータ（半導体電圧変換装置）、
５Ｃ外筐、６逆流防止ダイオード、７電流制限抵抗、
８チャタリング抑止抵抗、９チャタリング抑止ダイオード、
１０フォトカプラ、１０ａ発光素子、１０ｂ受光素子、
１１信号読み込み部、ＣＣＡ中央制御装置、ＭＴＲモニタ、
ＳＳＣ配電盤、ＳＳＣＢ遮断器、ＴＤＣ電車運行指令所、
ＴＳＳ電車用き電線の変電所。

Claims

第１の駆動電圧の動作信号を取り込み、前記第１の駆動電圧とは異なる第２の駆動電圧の動作信号情報デジタル信号を出力する外部条件入力回路であって、前記第１の駆動電圧の動作信号が入力され前記第１の駆動電圧とは異なる前記第２の駆動電圧に変換して当該第２の駆動電圧の動作信号情報デジタル信号を出力するトランスレス半導体電圧変換装置で構成された外部条件入力回路。
請求項１に記載の外部条件入力回路において、前記動作信号情報デジタル信号を、その前記第２の駆動電圧を前記第１の駆動電圧より降圧して前記トランスレス半導体電圧変換装置から出力することを特徴とする外部条件入力回路。
請求項１に記載の外部条件入力回路において、前記動作信号情報デジタル信号を、その前記第２の駆動電圧を前記第１の駆動電圧より昇圧して前記トランスレス半導体電圧変換装置から出力することを特徴とする外部条件入力回路。
請求項１〜３の何れか一に記載の外部条件入力回路において、前記第１の駆動電圧および前記第２の駆動電圧が何れも直流であり、前記トランスレス半導体電圧変換装置が直流／直流変換のトランスレス半導体電圧変換装置であることを特徴とする外部条件入力回路。
請求項１〜３の何れか一に記載の外部条件入力回路において、前記第１の駆動電圧が交流であり、前記第２の駆動電圧が直流であり、前記トランスレス半導体電圧変換装置が交流／直流変換のトランスレス半導体電圧変換装置であることを特徴とする外部条件入力回路。