JP2019106851A - ディジタル形保護継電器の電源シーケンス制御装置 - Google Patents

ディジタル形保護継電器の電源シーケンス制御装置 Download PDF

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Abstract

【課題】ディジタル形保護継電器において、制御電源の立ち上がり時、立ち下がり時の過渡応答領域による、回路の誤動作、誤不動作を防止する。【解決手段】制御電源(P110V)の電圧を電源回路101によって3.3Vに変換しFET201を介してディジタル回路に供給する回路において、制御電源(P110V)の電圧低下検出時のHレベル信号をラッチ回路12でラッチし、ディレイ回路13において、CPUによるデータ退避処理が可能な時間だけ遅延させた後、1秒リセットパルス回路15から1秒リセットパルスを出力してNAND回路21の出力によってFET201をオフ制御する。前記1秒リセットパルスが終了した時点で電圧低下検出=Hレベル信号が継続しているときはNAND回路22の出力によってFET201のオフ制御を維持させる。【選択図】 図1

Description

本発明は、ディジタル形保護継電器の電源監視機能に係り、電源ON/OFFシーケンス制御回路に関するものである。
ディジタル形保護継電器では、制御電源の電圧を電源回路によって所定電圧に変換してディジタル回路に供給している。この制御電源(例えばDC:110V)から、IC等を駆動する回路用電源(例えば3.3V)を発生させる電源回路では、制御電源のON/OFFによる過渡状態において、電気的に不安定状態となり回路が誤動作する可能性がある。
また、電源の復電までの時間は規定できないため、瞬断回路の動作が規定できず、回路の誤検出、誤作動、誤不動作となる可能性があった。
尚、従来、系統の復電時における継電器の誤動作を防止することは例えば特許文献1に記載されている。
特開2001−37073号公報
本発明は、ディジタル形保護継電器において、制御電源の立ち上がり時、立ち下がり時の過渡応答領域による、回路の誤動作、誤不動作を防止することを課題としている。
上記課題を解決するための請求項1に記載のディジタル形保護継電器の電源シーケンス制御装置は、
制御電源の電圧を第1の電源回路によって所定電圧に変換し、第1の電源供給用スイッチング素子を介してディジタル回路に供給する第1の電源供給ラインを有したディジタル形保護継電器において、
前記第1の電源回路と第1の電源供給用スイッチング素子を結ぶ電路を、前記制御電源の電圧が第1の設定電圧以上のとき起動する電源であり、第1のシーケンス制御回路を駆動するための第1のシーケンス制御回路用電源とし、前記第1の電源供給用スイッチング素子と前記ディジタル回路を結ぶ電路を、ディジタル回路を駆動するための第1のディジタル回路用電源とし、
前記第1のシーケンス制御回路は、
前記制御電源の電圧を検出し、該検出電圧が前記第1の設定電圧よりも高い第2の設定電圧未満であるときに電源電圧低下検出信号を発する制御電源電圧検出部と、
前記制御電源電圧検出部から発せられた電源電圧低下検出信号をラッチする第1のラッチ回路と、
前記第1のラッチ回路によりラッチされた前記電源電圧低下検出信号か、又は異常検出信号が入力されたとき、リセットパルスを所定時間出力して前記第1の電源供給用スイッチング素子をオフさせる第1のオフ制御回路と、
前記電源電圧低下検出信号が発せられてから、前記制御電源が第2の設定電圧以上になるまでの期間、前記第1の電源供給用スイッチング素子をオフさせる第2のオフ制御回路と、
前記第1のオフ制御回路から出力されるリセットパルスの終了を検出する第2のラッチ回路を有し、該リセットパルスの終了後に前記電源電圧低下検出信号が発せられているときは、前記第1の電源供給用スイッチング素子のオフを維持させる第3のオフ制御回路と、
前記制御電源の電圧が第1の設定電圧未満となって第1のシーケンス制御回路用電源がオフとなったとき、前記第1のオフ制御回路の動作をリセットし、前記制御電源の電圧が前記第1の設定電圧以上となったとき、前記第2のオフ制御回路の動作をリセットする第1のリセット回路と、
前記第2のラッチ回路がリセットパルスの終了を検出し、前記電源電圧低下検出信号が発せられておらず、且つ前記制御電源の電圧が第1の設定電圧以上であるときに前記第1のラッチ回路および第2のラッチ回路をリセットする第2のリセット回路と、を備えたことを特徴とする。
また、請求項2に記載のディジタル形保護継電器の電源シーケンス制御装置は、請求項1において、
前記制御電源の電圧を第2の電源回路によって所定電圧に変換し、第2の電源供給用スイッチング素子を介して前記ディジタル回路の伝送信号回路に供給する第2の電源供給ラインを設け、
前記第2の電源回路と第2の電源供給用スイッチング素子を結ぶ電路を、前記制御電源の電圧が第1の設定電圧以上のとき起動する電源であり、第2のシーケンス制御回路を駆動するための第2のシーケンス制御回路用電源とし、前記第2の電源供給用スイッチング素子と前記ディジタル回路の伝送信号回路を結ぶ電路を、ディジタル回路を駆動するための第2のディジタル回路用電源とし、
前記第2のシーケンス制御回路を、前記制御電源が第1の設定電圧を超えてから所定時間経過後に第2の電源供給用スイッチング素子をオン制御し、前記制御電源が第2の設定電圧未満となったとき第2の電源供給用スイッチング素子をオフ制御する回路で構成し、
前記第1のシーケンス制御回路用電源によって駆動する発光素子と、前記第2のディジタル回路用電源が印加され、前記発光素子の発光を受光する受光素子を有し、前記受光素子の電源印加点の電位を、電源の異常検出信号として用いる電源監視回路を設けたことを特徴とする。
また、請求項3に記載のディジタル形保護継電器の電源シーケンス制御装置は、請求項1又は2において、
前記第1のラッチ回路によりラッチされた電源電圧低下検出信号の、前記第1のオフ制御回路への入力を所定時間遅延させるディレイ回路を備えたことを特徴とする。
また、請求項4に記載のディジタル形保護継電器の電源シーケンス制御装置は、請求項1ないし3のいずれか1項において、
前記第1のリセット回路は、前記制御電源の電圧を検出し、該検出電圧が、第1の設定電圧未満のときローレベル(L)信号を、第1の設定電圧以上のときハイレベル(H)信号を各々出力するレベル検出ICを備え、
前記第2のオフ制御回路は、前記電源電圧低下検出信号を反転させた信号と前記レベル検出ICの出力信号との論理積をとるAND回路と、前記AND回路の出力を設定時間遅延させる遅延回路と、前記遅延回路の出力をクロック入力とし、前記レベル検出ICの出力をクリア入力とし、ローレベル(L)出力により前記第1の電源供給用スイッチング素子をオフさせ、ハイレベル(H)出力により前記第1の電源供給用スイッチング素子のオンを可能とする第3のラッチ回路と、を備えたことを特徴とする。
(1)請求項1〜4に記載の発明によれば、ディジタル形保護継電器において、制御電源の立ち上がり時、立ち下がり時の過渡応答領域による、回路の誤動作、誤不動作を防止することができる。
また、瞬停発生時の復電時間の不確定要素に依らず、一定のリセット時間を確保することができ、回路動作の安定化を図ることができる。
(2)請求項2に記載の発明によれば、2系統の電源をシーケンス制御する構成であるので、制御電源の立ち上がり時、立ち下がり時でも、誤検出なく電源監視を行うことができる。
(3)請求項3に記載の発明によれば、制御電源の電圧低下が検出されてから第1の電源供給用スイッチング素子がオフ制御されるまでの間に遅延時間を設けているので、その遅延時間によりCPU側でデータを退避させる処理を行うことができる。
(4)請求項4に記載の発明によれば、制御電源の入り切りを短時間で繰り返すことにより、先に制御電源が立ち上がり、その後に第1のシーケンス制御回路用電源が起動するような特殊な場合であっても、第2のオフ制御回路における第3のラッチ回路のクロック入力が遅延回路によって設定時間遅延されるので、第1のリセット回路であるレベル検出ICから第3のラッチ回路へのクリア入力が遅れる(第2のオフ制御回路のリセット動作が遅れる)ことはない。このため、必ず第3のラッチ回路のリセット後に遅延回路を経てクロック入力が入り、第3のラッチ回路はクロック入力をラッチしてハイ(H)レベルを出力し、これによって問題なく第1の電源供給用スイッチング素子のオンを可能とすることができる。
本発明の実施例1におけるシーケンス制御回路図。 本発明の実施例1における電源系統図。 本発明の実施例1の動作を説明するタイムチャート。 本発明の実施例2におけるシーケンス制御回路図。 本発明の実施例2の動作を説明するタイムチャート。 本発明の実施例2における電源監視回路の回路図。 本発明の実施例3におけるシーケンス制御回路図。 本発明の実施例3におけるクロック補償回路の構成図。 本発明の実施例3のクロック補償回路の動作を説明するタイムチャート。
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明するが、本発明は下記の実施形態例に限定されるものではない。
図1は実施例1によるディジタル形保護継電器の電源シーケンス制御装置の全体構成を示し、図2はその電源系統図を示している。図1および図2において、101は制御電源の電圧110Vを3.3Vに変換する電源回路(第1の電源回路)である。電源回路101の出力電圧(3.3V)はFET(電界効果トランジスタ)201(第1の電源供給用スイッチング素子)のソースS、ドレインDを介して図示省略のディジタル回路に供給される。これらによって第1の電源供給ラインを構成している。
電源回路101とFET201を結ぶ電路を、後述する第1のシーケンス制御回路を駆動するためのA電源(VCC_A:第1のシーケンス制御回路用電源)とし、FET201とディジタル回路を結ぶ電路を、ディジタル回路を駆動するためのB電源(VCC_B:第1のディジタル回路用電源)としている。
前記A電源VCC_Aは電源回路101に入力される制御電源が30V(第1の設定電圧)以上のとき動作し、B電源VCC_Bは制御電源が72V(第2の設定電圧)まで達しないとオンしない。
第1のシーケンス制御回路は以下のように構成されている。
10は電源回路101の電圧レベルを検出するレベル検出ICであり、検出電圧が70V以下のときローレベル信号Lを出力し、72V以上のときハイレベル信号Hを出力する(ヒステリシス特性を有している)。
11はレベル検出IC10の出力信号が入力されるフォトカプラであり、入力信号がローレベルLのとき非動作状態となってハイレベル信号H(電源電圧低下検出信号(図示、低下検出=H))を出力し、入力信号がハイレベルHのとき動作状態となってローレベル信号Lを出力する。
これらレベル検出IC10およびフォトカプラ11によって本発明の制御電源電圧検出部を構成している。
12は、フォトカプラ11から出力されたハイレベル信号H(電源電圧低下検出信号)をラッチするラッチ回路(第1のラッチ回路)であり、制御電源(110V)の低下検出エッジで検出イベントをラッチしている(低下検出イベントを記憶している)。
13は、ラッチ回路12でラッチされた電源電圧低下検出信号(H)を所定時間、例えばCPUによるデータ退避処理時間を確保するために300msec遅延させて出力するディレイ回路である。
ディレイ回路13の出力信号は、OR回路14にて異常検出信号(ハイレベル信号H)との論理和がとられた後、1秒リセットパルス回路15に入力される。
1秒リセットパルス回路15は入力トリガエッジによるワンショットタイマー回路であり、OR回路14を介して入力される電源電圧低下検出信号(ハイレベル信号H)により、タイマーICがワンショットマルチバイブレータとして働き、抵抗値とコンデンサ容量値で決まる一定時間(1秒間)、リセットパルス(入力信号がハイレベル信号Hであればそれと反対極性のローレベル信号L)をNAND回路(論理積の否定ゲート)21の第1の入力端およびラッチ回路16(第2のラッチ回路)に出力する。
尚、1秒リセットパルス回路15の出力は、前記1秒パルス(ローレベル信号L)が終了したらもとのハイレベル信号Hに戻る。
NAND回路21の出力側は抵抗R1を介してFET201のゲートGに接続されており、第1〜第3の入力端に入力される信号のうちいずれか1つ以上がローレベルLであるとき、例えば前記1秒パルスのローレベルLが入力されている期間、出力がハイレベルHとなり、FET201をオフ制御するように構成されている。
前記OR回路14、1秒リセットパルス回路15およびNAND回路21によって本発明の第1のオフ制御回路を構成している。
フォトカプラ11の出力信号はNOT回路17およびNAND回路22の第1の入力端に入力され、且つNMI(Non Maskable Interrupt)信号として図示省略のCPUへ送出される。
CPUは、入力されるNMI信号に基づいてデータ退避処理を行う。
NOT回路17の出力信号はラッチ回路18およびNAND回路23の第2の入力端に入力される。制御電源の電圧が低下している場合(70V以下のとき)、ラッチ回路18はNOT回路17のローレベルL出力をラッチし、制御電源電圧が72VになるまでローレベルLをNAND回路21の第2の入力端に出力する。
このラッチ回路18からNAND回路21の第2の入力端へ入力されるローレベル信号により、制御電源電圧が72VになるまでFET201のオフ制御が維持される。
前記NOT回路17およびラッチ回路18によって、本発明の第2のオフ制御回路を構成している。
ラッチ回路16は1秒パルスのエンドエッジを検出してラッチする回路であり、1秒リセットパルス回路15から出力されるリセットパルスの終了を検出したらハイレベル信号HをNAND回路22の第2の入力端およびNAND回路23の第1の入力端に出力する。
NAND回路22は、第2の入力端に前記1秒パルスの終了を表すハイレベル信号Hが入力されても、第1の入力端に入力されるフォトカプラ11からの信号がハイレベル信号H、すなわち電源電圧低下検出信号であればローレベル信号LをNAND回路21の第3の入力端に出力する。
このため、NAND回路21の第1の入力端の信号(1秒リセットパルス回路15の出力信号)が1秒パルス終了後にハイレベル信号Hになっても、第3の入力端に入力されるNAND回路22からのローレベル信号Lにより出力のハイレベルHが維持され、これによってFET201のオフ制御が継続される。
前記ラッチ回路16およびNAND回路22によって本発明の第3のオフ制御回路を構成している。
19はA電源VCC_Aの電圧を検出するレベル検出ICであり、制御電源(110V)が30V未満となってA電源VCC_AがオフとなったときローレベルL信号を出力し、それ以外はハイレベル信号Hを出力する。
レベル検出IC19から出力される、ローレベル信号Lは1秒リセットパルス回路15のリセット信号として用いられ、ハイレベル信号Hはラッチ回路18のリセット信号として用いられる。
レベル検出IC19の出力信号はNAND回路23の第3の入力端に入力される。
NAND回路23の、第1の入力端がハイレベルHであり(1秒パルスが終了しており)、第2の入力端がハイレベルHであり(制御電源(110V)が72V以上に復電しており)、第3の入力端がハイレベルHである(A電源VCC_Aが起動状態にある)場合、NAND回路23の出力はローレベルL信号となる。
このNAND回路23のローレベルL出力信号はラッチ回路12およびラッチ回路16のリセット信号として用いられる。
尚、図1のR2はFET201のソースS−ゲートG間に接続された抵抗である。また、図2の300は、制御電源(110V)と電源回路101を結ぶためのコネクタである。
上記のように構成された第1のシーケンス制御回路の主要部の機能をまとめると以下のとおりである。
<ラッチ回路12(1):低下検出イベント記憶>
制御電源(110V)の低下検出エッジで、検出イベントをラッチする。電圧低下が1度でも発生した場合、必ずリセット(B電源VCC_Bの3.3V遮断)するための回路。また、短い時間に電圧が検出レベル付近をばたついた場合でも、リセットを1度発生させるまでは、検出を受け付けなくすることで、リセットの安定動作を図る。
<ラッチ回路16(2):1秒パルス終了検出>
1秒リセットパルス回路15からの1秒パルス(1秒リセット)のエンドエッジを検出してラッチする。NAND回路23を介してラッチ回路12(1)をクリアして、次の低下検出に備える。また、NAND回路22における電源電圧低下検出信号とのNANDにより、1秒パルス終了時の制御電源状態を判定し、復電していない場合はB電源VCC_B供給用のFET201をOFFのままとする。
<ラッチ回路18(3):制御電源72Vまでロック>
制御電源が72Vに上昇するまでは、B電源VCC_B供給用のFET201をロックする回路(制御電源が低い電圧では、VCC3.3V回路をONしない目的)。制御電源投入後に起動し、その後は、制御電源が低下し、A電源VCC_Aがなくなるまではラッチを保持している。
<1秒リセットパルス回路15(4):リセット時間の確保>
入力トリガエッジによるワンショットタイマー回路。電源電圧低下検出をディレイ回路13を経由して受け付け、1秒間のパルスを生成する。このパルスにより前記FET201を1秒間遮断する。
尚、図1に示す回路は、FPGA(Field Programmable Gate Array)等のプログラマブルデバイスにても実現可能である。
次に、上記のように構成されたシーケンス制御回路の動作を図3のタイムチャートとともに説明する。
図3において、時刻t1より前の時間帯では制御電源(P110V)が立ち上がっていないため、フォトカプラ11の出力がハイレベルH、ラッチ回路18の出力がローレベルL、NAND回路21の出力がハイレベルHであり、FET201はオフ制御されている。
時刻t1で制御電源(P110V)が立ち上がり、その電圧が時刻t2において30Vに達すると、A電源VCC_Aが起動する。また時刻t2において、制御電源(P110V)が30Vに達することにより、レベル検出IC19の出力はハイレベル信号Hに切り換わり、ラッチ回路18がリセットされる。
時刻t3において制御電源(P110V)が72Vに達すると、フォトカプラ11の出力がローレベルL、ラッチ回路12の入力がローレベルL、1秒リセットパルス回路15の入力がローレベルL、出力がハイレベルHとなり、ラッチ回路18の入力、出力がハイレベルHとなり、NAND回路22の第1の入力端がローレベルL、出力端がハイレベルHとなるので、NAND回路21はローレベル信号を出力しFET201がオン制御される。これによってB電源VCC_Bが初期起動する。
時刻t3から制御電源(P110V)の瞬時電圧低下が発生する時刻t4になるまでの期間では、NAND回路23の3つの入力端の信号がすべてハイレベルHであることによりNAND回路23からローレベルL信号が出力され、ラッチ回路12およびラッチ回路16をリセットする。
時刻t4において制御電源(P110V)で瞬時電圧低下が発生して70V以下になると、フォトカプラ11からハイレベルH信号が出力されてラッチ回路12がそれをラッチする。
ラッチ回路12のハイレベル出力信号はディレイ回路13によって遅延されるため、時刻t4からディレイ回路13の遅延時間(本例では300msec)経過後の時刻t5になるまでの時間、CPUにおいてデータ退避処理が行われる。
前記遅延後の時刻t5において1秒リセットパルス回路15にハイレベルH信号が入力されると、1秒リセットパルス回路15は1秒のリセットパルス(ローレベル信号)を出力するので、NAND回路21がハイレベルH信号を出力してFET201がオフ制御され、これによってB電源VCC_Bが遮断される。
ラッチ回路16では前記1秒リセットパルス回路15が出力した1秒のリセットパルスの終了を検出してハイレベルH信号を出力し、このとき(時刻t5〜t6の間)制御電源(P110V)は復電しているためNAND回路22およびラッチ回路18はともにハイレベルH信号を出力する。
1秒リセットパルス回路15の1秒のリセットパルス(ローレベルL信号)が終了する時刻t6において1秒リセットパルス回路15の出力がハイレベルH信号に切り換わるため、NAND回路21の出力信号はローレベル信号となりFET201がオン制御されてB電源VCC_Bが再起動する。
時刻t6から制御電源(P110V)の電圧低下が発生する時刻t7になるまでの期間では、NAND回路23の3つの入力端の信号がすべてハイレベルHであることによりNAND回路23からローレベルL信号が出力され、ラッチ回路12およびラッチ回路16をリセットする。
時刻t7において制御電源(P110V)で電圧低下が発生して70V以下になると、フォトカプラ11からハイレベルH信号が出力されてラッチ回路12がそれをラッチする。
ラッチ回路12のハイレベル出力信号はディレイ回路13によって遅延されるため、時刻t7からディレイ回路13の遅延時間経過後の時刻t8になるまでの時間、CPUにおいてデータ退避処理が行われる。
前記遅延後の時刻t8において1秒リセットパルス回路15にハイレベルH信号が入力されると、1秒リセットパルス回路15は1秒のリセットパルス(ローレベル信号)を出力するので、NAND回路21がハイレベルH信号を出力してFET201がオフ制御され、これによってB電源VCC_Bが遮断される。
ラッチ回路16では前記1秒リセットパルス回路15が出力した1秒のリセットパルスの終了を検出してハイレベルH信号を出力し、このとき(時刻t8〜t9の間)制御電源(P110V)は復電しているためNAND回路22およびラッチ回路18はともにハイレベルH信号を出力する。
1秒リセットパルス回路15の1秒のリセットパルス(ローレベルL信号)が終了する時刻t9において1秒リセットパルス回路15の出力がハイレベルH信号に切り換わるため、NAND回路21の出力信号はローレベル信号となりFET201がオン制御されてB電源VCC_Bが再起動する。
時刻t9から制御電源(P110V)の電圧低下が発生する時刻t10になるまでの期間では、NAND回路23の3つの入力端の信号がすべてハイレベルHであることによりNAND回路23からローレベルL信号が出力され、ラッチ回路12およびラッチ回路16をリセットする。
時刻t10において制御電源(P110V)で瞬時電圧低下が発生して70V以下になると、フォトカプラ11からハイレベルH信号が出力されてラッチ回路12がそれをラッチする。
ラッチ回路12のハイレベル出力信号はディレイ回路13によって遅延されるため、時刻t10からディレイ回路13の遅延時間(本例では300msec)経過後の時刻t11になるまでの時間、CPUにおいてデータ退避処理が行われる。
前記遅延後の時刻t11において1秒リセットパルス回路15にハイレベルH信号が入力されると、1秒リセットパルス回路15は1秒のリセットパルス(ローレベル信号)を出力するので、NAND回路21がハイレベルH信号を出力してFET201がオフ制御され、これによってB電源VCC_Bが遮断される。
時刻t12において制御電源(P110V)がさらに低下して30V未満になると、A電源VCC_Aが喪失してレベル検出IC19はローレベルL信号を出力する。このレベル検出IC19のローレベルL信号によって1秒リセットパルス回路15がリセットされる。
このリセットによって1秒リセットパルス回路15の出力は1秒経過前でキャンセルされてハイレベルHとなる。
一方、ラッチ回路16は、1秒リセットパルス回路15の前記1秒パルスがキャンセルされた時点でハイレベルH信号を出力するので、NAND回路22の第2の入力端がハイレベルHとなり、制御電源(P110V)が70V〜72Vまでには復電していないため、NAND回路22の第1の入力端はハイレベルHであるためNAND回路22はローレベルL信号を出力する。
これによって、制御電源(P110V)が30V以上となってA電源VCC_Aが再起動する時刻t13から、制御電源(P110V)が72Vに到達するまでの期間はFET201のオフ制御が維持される。
時刻t14において制御電源(P110V)が72Vに到達すると、NAND回路22の第1の入力端がローレベルLになるためその出力がハイレベルHとなる。このためNAND回路21の第1〜第3の入力端が全てハイレベルHとなってその出力はローレベルL信号となり、FET201がオン制御され、B電源VCC_Bが起動される。
時刻t14から制御電源(P110V)の電圧低下が発生する時刻t15になるまでの期間では、NAND回路23の3つの入力端の信号がすべてハイレベルHであることによりNAND回路23からローレベルL信号が出力され、ラッチ回路12およびラッチ回路16をリセットする。
時刻t15において制御電源(P110V)で瞬時電圧低下が発生して70V以下になると、フォトカプラ11からハイレベルH信号が出力されてラッチ回路12がそれをラッチする。
ラッチ回路12のハイレベル出力信号はディレイ回路13によって遅延されるため、時刻t15からディレイ回路13の遅延時間(本例では300msec)経過後の時刻t16になるまでの時間、CPUにおいてデータ退避処理が行われる。
前記遅延後の時刻t16において1秒リセットパルス回路15にハイレベルH信号が入力されると、1秒リセットパルス回路15は1秒のリセットパルス(ローレベル信号)を出力するので、NAND回路21がハイレベルH信号を出力してFET201がオフ制御され、これによってB電源VCC_Bが遮断される。
時刻t17において制御電源(P110V)の電圧が30V未満になるとA電源VCC_Aが立ち下る。
以上のように本実施例1によれば、制御電源の立ち上がり時、立ち下がり時の過渡応答領域による、回路の誤動作、誤不動作を防止することができる。また、瞬停発生時の復電時間の不確定要素に依らず、一定のリセット時間を確保することで、回路動作の安定化を図ることができる。
ディジタル形保護継電器において、伝送機能を、オプション機能として装置に実装する構成では、伝送信号回路を絶縁電源とすることがある。これに対応して本実施例2では、図1の電源回路(110V→3.3V)をさらにもう1つ追加で設け、図4に示すように2系統の3.3V電源回路を構成した。
図4は、追加で設けた第2の電源供給ラインと第2のシーケンス制御回路のみを図示しており、系統1(主系統)の第1の電源供給ラインおよび第1のシーケンス制御回路については図示省略している(系統1は図1と同一に構成されている)。
図4において、102は制御電源の電圧110Vを3.3Vに変換する電源回路(第2の電源回路)である。電源回路102の出力電圧(3.3V)はFET202(第2の電源供給用スイッチング素子)のソースS、ドレインDを介して図示省略のディジタル回路の伝送信号回路に供給される。これらによって第2の電源供給ラインを構成している。
電源回路102とFET202を結ぶ電路を、後述する第2のシーケンス制御回路を駆動するためのA電源(VCC2_A:第2のシーケンス制御回路用電源)とし、FET202とディジタル回路を結ぶ電路を、ディジタル回路を駆動するためのB電源(VCC2_B:第2のディジタル回路用電源)としている。
前記A電源VCC2_Aは、1系の(図1の)A電源VCC_Aと同様に制御電源(P110V)が30V以上のとき動作し30V未満で不動作となる。
第2のシーケンス制御回路は以下のように構成されている。
10は電源回路102の電圧レベルを検出するレベル検出ICであり、1系の(図1の)レベル検出IC(10)と共通であり、検出電圧が70V以下のときローレベル信号Lを出力し、72V以上のときハイレベル信号Hを出力する(ヒステリシス特性を有している)。
31はレベル検出IC10の出力信号が入力されるフォトカプラであり、入力信号がローレベルLのとき非動作状態となってローレベル信号L(電源電圧低下検出信号(図示、低下検出=L))を出力し、入力信号がハイレベルHのとき動作状態となってハイレベル信号Hを出力する。フォトカプラ31の出力信号はNAND回路24の第1の入力端に入力される。
32は、A電源VCC2_Aの電圧を検出し、検出電圧が30V未満のときローレベルL信号を出力し、30V以上を検出してから所定時間(例えば700msec)遅延後にハイレベルH信号を出力するレベル検出ICである。
このレベル検出IC32は、2系のA電源VCC2_Aの起動から所定時間(例えば700msec)遅延して2系のB電源VCC2_Bを起動させるためのリセットICとして作用する。
レベル検出IC32の出力信号はNAND回路24の第2の入力端に入力され、NAND回路24の出力端は抵抗R21を介してFET202のゲートGに接続されている。FET202のソースS−ゲートG間には抵抗R22が接続されている。
NAND回路24は、第1および第2の入力端のうち、いずれか1つ以上がローレベルLであるとき出力がハイレベルHとなってFET202をオフ制御し、2つの入力端がともにハイレベルHであるとき出力がローレベルLとなってFET202をオン制御するように構成されている。
次に、系統1および系統2を含む実施例2のシーケンス制御回路の動作を図5のタイムチャートとともに説明する。図5では、制御電源の電圧(P110V)と、1系のA電源VCC_Aおよび2系のA電源VCC2_Aと、1系のB電源VCC_Bと、2系のB電源VCC2_Bの各推移を表している。
時刻t1より前の時間帯では制御電源(P110V)が立ち上がっていないため、1系においては、図1のフォトカプラ11の出力がハイレベルH、ラッチ回路18の出力がローレベルL、NAND回路21の出力がハイレベルHであり、FET201はオフ制御されている。
また2系においては、図4のフォトカプラ31の出力がローレベルL、レベル検出IC32の出力がローレベルLであるため、NAND回路24の出力はハイレベルHでありFET202はオフ制御されている。
時刻t1で制御電源(P110V)が立ち上がり、その電圧が時刻t2において30Vに達すると1系のA電源VCC_Aおよび2系のA電源VCC2_Aともに起動する。
時刻t3において制御電源(P110V)が72Vに達すると、1系においては図1のフォトカプラ11の出力がローレベルL、ラッチ回路12の入力がローレベルL、1秒リセットパルス回路15の入力がローレベルL、出力がハイレベルHとなり、ラッチ回路18の入力、出力がハイレベルHとなり、NAND回路22の第1の入力端がローレベルL、出力端がハイレベルHとなるので、NAND回路21はローレベル信号を出力しFET201がオン制御される。これによってB電源VCC_Bが初期起動する。
一方、2系においては、図4のフォトカプラ31からのハイレベルH信号がNAND回路24の第1の入力端に入力される。そして、レベル検出IC32の遅延時間が経過した時刻t3において、レベル検出IC32の出力がハイレベルHに反転するので、NAND回路24の出力がローレベルLとなってFET202がオン制御される。これによって2系のB電源VCC2_Bが起動する。
時刻t15で、制御電源(P110V)の電圧が低下して70V未満になると、2系においては図4のフォトカプラ31の出力がローレベルL信号になるためNAND回路24の出力がハイレベルHとなってFET202がオフ制御され、2系のB電源VCC2_Bが立ち下る。
一方1系においては、図1のディレイ回路13(図示(6))による300msec遅延後にNAND回路21の出力がハイレベルH信号となるので、1系のFET201は時刻t16でオフ制御され、1系のB電源VCC_Bが立ち下る。
時刻t17において制御電源(P110V)の電圧が30V未満になると、1系のA電源VCC_Aおよび2系のA電源VCC2_Aが立ち下る。
また本実施例2では、図6に示すように、系統2のB電源VCC2_Bを用いて系統1(主系統)のA電源VCC_Aの電源監視を行うように構成している。
図6において、51は、系統1のA電源VCC_Aの電圧が抵抗R31を介してアノードに印加される発光ダイオード51Dと、コレクタ側に抵抗R32を介して系統2のB電源VCC2_Bが印加されるフォトトランジスタ51Tを有したフォトカプラである。
52は、一端がフォトトランジスタ51Tのコレクタに接続され他端から外部異常信号を出力するNOT回路である。
図6の電源監視回路において、系統1のA電源VCC_Aが正常であるときフォトカプラ51はオン状態にあり、フォトトランジスタ51Tのコレクタ側電位は系統2のB電源VCC2_BのGNDレベルとなり、NOT回路52の出力はハイレベルHである。
系統1のA電源VCC_Aが異常である場合は、フォトカプラ51が非動作状態となってフォトトランジスタ51Tのコレクタ側電位はハイレベルHとなり、NOT回路52の出力がローレベルLとなって異常を検知することができる。
以上のように本実施例2によれば、図1のレベル検出IC19のリセット解除時間およびディレイ回路13のディレイ時間と、図4のレベル検出IC32のリセット解除時間を調整し、図5のようにシーケンス制御することにより、電源投入時又は遮断時でも、系統2(伝送用電源)を用いて、系統1(主系統)の電源監視を、誤検出することなく行うことができる。
図1の回路において、制御電源の電源入り切りを繰り返し短時間で行う場合、残留電圧によってロジックIC(レベル検出IC19)の閾値電圧に至るタイミングが変わり、ICのリセット信号とラッチ回路18の協調が取れない場合がある。
すなわち、制御電源(P110V)の入り切りを短時間で繰り返すと、A電源VCC_A(3.3V)の起動タイミングがずれて、制御電源(P110V)の立ち上がりの後に起動する場合がある。
この場合、レベル検出IC19からラッチ回路18に入力されるリセット信号よりも早くNOT回路17から復電検出H信号がラッチ回路18に到達するため、ラッチ回路18は復電検出H信号をラッチすることができない。これによって、制御電源が復電しているにもかかわらず、ラッチ回路18からHレベル信号を出力してFET201をオンすることができない。
本実施例3は、上記のように制御電源の入り切りを繰り返し短時間で行うような特殊な場合でもラッチ回路18が正しく動作するように、クロック補償回路を設けた。
図7は本実施例3によるシーケンス制御回路を示している。図7において、図1と異なる点は、レベル検出IC19とNOT回路17およびラッチ回路18の間に、一方の入力端がNOT回路17の出力端側に接続され、他方の入力端がレベル検出IC19の出力側に接続されたAND回路61と、AND回路61の出力側とラッチ回路18のクロック入力端子との間に接続された、遅延回路を構成する抵抗62およびコンデンサ63とを設け、レベル検出IC19の出力(リセット信号)をラッチ回路18のクリア端子(CLR)に導入した点にあり、その他の部分は図1と同一に構成されている。
前記AND回路61、抵抗62、コンデンサ63によって本実施例3におけるクロック補償回路(60)を構成している。
図8にクロック補償回路60とラッチ回路18の詳細を示す。図8において、AND回路61は、一方の入力端に入力されるA信号(NOT回路17の出力信号)と他方の入力端に入力されるB信号(レベル検出IC19の出力信号)のアンドをとる。
AND回路61の出力端は抵抗62およびコンデンサ63を介して接地され、抵抗62およびコンデンサ63の共通接続点はラッチ回路18のクロック端子(CLK)に接続されている。ラッチ回路18のPRE端子およびD端子には抵抗R71を介して図7のA電源VCC_A(3.3V)の電圧が印加される。
ラッチ回路18のクリア端子CLRには、AND回路61の他方の入力端に入力されるB信号、すなわちレベル検出IC19の出力信号が入力される。ラッチ回路18のQ出力は図7のNAND回路21の第2の入力端に接続されている。
尚、ラッチ回路18のPRE端子およびクリア端子CLRは、ローアクティブ(負論理)に構成されている。
次に、上記のように構成された実施例3のシーケンス制御回路の動作を説明する。通常動作は実施例1の場合と同様であり、ここでは制御電源(P110V)の入り切りを短時間で繰り返した場合の動作を図9のタイムチャートとともに説明する。
図9において、(a)は制御電源(P110V)の電圧、(b)はA電源VCC_A(3.3V)の電圧、(c)はフォトカプラ11の入力(レベル検出IC10の出力信号)、(d)はフォトカプラ11の出力、(e)はAND回路61の一方の入力端の信号(図8のA信号;NOT回路17の出力信号)、(f)はAND回路61の他方の入力端の信号(図8のB信号;レベル検出IC19の出力信号)、(g)はクロック補償回路60の出力信号(ラッチ回路18のクロック端子CLKに入力される信号)、(h)はラッチ回路18におけるクロックCLKの認識(ラッチ出力)を各々示している。
まず時刻t1において、A電源VCC_Aよりも早く制御電源(P110V)が立ち上がる(図9(a))と、その立ち上がりからレベル検出IC10が電圧72Vを検出するまでの間、例えば34msec後の時刻t2においてレベル検出IC10からフォトカプラ11にハイレベル信号Hが入力される(図9(c))。
この時刻t2からフォトカプラ11の出力はローレベルL方向に遷移し(図9(d))、ローレベルLが確立する時刻t3においてNOT回路17の出力、すなわちAND回路61の一方の入力端に入力されるA信号がハイレベルHとなる(図9(e))。
次に、制御電源(P110V)が立ち上がった時刻t1から例えば182msec経過した時刻t4において、A電源VCC_Aの電圧が立ち上がって上昇し始める(図9(b))。
次に、A電源VCC_Aの電圧が時刻t5で30Vに到達してから例えば3msec後の時刻t6において、レベル検出IC19がハイレベルH信号を出力する(図9(f))。
このレベル検出IC19からのハイレベルH信号の入力によりAND回路61のアンド条件が成立してAND回路61からハイレベルH信号が出力されるが、抵抗62およびコンデンサ63から成る遅延回路によって遅延されるため、クロック補償回路60の出力(ラッチ回路18に送出されるクロックCLK)は遅延時定数に沿って徐々にハイレベル方向に遷移する(図9(g))。
次に、ラッチ回路18のクロック端子CLKに到達する信号が完全にハイレベルHとなる時刻t7において、ラッチ回路18はハイレベルH入力をラッチしてハイレベルH信号をNAND回路21に出力する(図9(h))。
これによってNAND回路21のすべての入力がハイレベルHとなり、NAND回路21から出力されるローレベルL信号によってFET201がオンされる。
尚、遅延回路を構成する抵抗62およびコンデンサ63は、ラッチ回路18のクリア解除(リセット)よりも遅れてクロックCLKが入力されるような遅延時間を実現することができる値に設定するものである。
以上のように本実施例3によれば、制御電源(P110V)の入り切りを短時間で繰り返すことにより、制御電源(P110V)が先に立ち上がり、その後にA電源VCC_Aが起動するような特殊な場合であっても、ラッチ回路18のクロック入力が遅延回路(抵抗62およびコンデンサ63)によって設定時間遅延されるので、レベル検出IC19からラッチ回路18へのクリア(CLK)入力が遅れる(リセット動作が遅れる)ことはない。
このため、必ずラッチ回路18のリセット後にクロックCLKが到達されるので、問題なくFET201のオンを可能とすることができる。
10、19、32…レベル検出IC
11、31、51…フォトカプラ
12、16、18…ラッチ回路
13…ディレイ回路
14…OR回路
15…1秒リセットパルス回路
17、52…NOT回路
21〜24…NAND回路
60…クロック補償回路
61…AND回路
62…抵抗
63…コンデンサ
101、102…電源回路
201、202…FET

Claims (4)

  1. 制御電源の電圧を第1の電源回路によって所定電圧に変換し、第1の電源供給用スイッチング素子を介してディジタル回路に供給する第1の電源供給ラインを有したディジタル形保護継電器において、
    前記第1の電源回路と第1の電源供給用スイッチング素子を結ぶ電路を、前記制御電源の電圧が第1の設定電圧以上のとき起動する電源であり、第1のシーケンス制御回路を駆動するための第1のシーケンス制御回路用電源とし、前記第1の電源供給用スイッチング素子と前記ディジタル回路を結ぶ電路を、ディジタル回路を駆動するための第1のディジタル回路用電源とし、
    前記第1のシーケンス制御回路は、
    前記制御電源の電圧を検出し、該検出電圧が前記第1の設定電圧よりも高い第2の設定電圧未満であるときに電源電圧低下検出信号を発する制御電源電圧検出部と、
    前記制御電源電圧検出部から発せられた電源電圧低下検出信号をラッチする第1のラッチ回路と、
    前記第1のラッチ回路によりラッチされた前記電源電圧低下検出信号か、又は異常検出信号が入力されたとき、リセットパルスを所定時間出力して前記第1の電源供給用スイッチング素子をオフさせる第1のオフ制御回路と、
    前記電源電圧低下検出信号が発せられてから、前記制御電源が第2の設定電圧以上になるまでの期間、前記第1の電源供給用スイッチング素子をオフさせる第2のオフ制御回路と、
    前記第1のオフ制御回路から出力されるリセットパルスの終了を検出する第2のラッチ回路を有し、該リセットパルスの終了後に前記電源電圧低下検出信号が発せられているときは、前記第1の電源供給用スイッチング素子のオフを維持させる第3のオフ制御回路と、
    前記制御電源の電圧が前記第1の設定電圧未満となって第1のシーケンス制御回路用電源がオフとなったとき、前記第1のオフ制御回路の動作をリセットし、前記制御電源の電圧が前記第1の設定電圧以上となったとき、前記第2のオフ制御回路の動作をリセットする第1のリセット回路と、
    前記第2のラッチ回路がリセットパルスの終了を検出し、前記電源電圧低下検出信号が発せられておらず、且つ前記制御電源の電圧が第1の設定電圧以上であるときに前記第1のラッチ回路および第2のラッチ回路をリセットする第2のリセット回路と、を備えたことを特徴とするディジタル形保護継電器の電源シーケンス制御装置。
  2. 前記制御電源の電圧を第2の電源回路によって所定電圧に変換し、第2の電源供給用スイッチング素子を介して前記ディジタル回路の伝送信号回路に供給する第2の電源供給ラインを設け、
    前記第2の電源回路と第2の電源供給用スイッチング素子を結ぶ電路を、前記制御電源の電圧が第1の設定電圧以上のとき起動する電源であり、第2のシーケンス制御回路を駆動するための第2のシーケンス制御回路用電源とし、前記第2の電源供給用スイッチング素子と前記ディジタル回路の伝送信号回路を結ぶ電路を、ディジタル回路を駆動するための第2のディジタル回路用電源とし、
    前記第2のシーケンス制御回路を、前記制御電源が第1の設定電圧を超えてから所定時間経過後に第2の電源供給用スイッチング素子をオン制御し、前記制御電源が第2の設定電圧未満となったとき第2の電源供給用スイッチング素子をオフ制御する回路で構成し、
    前記第1のシーケンス制御回路用電源によって駆動する発光素子と、前記第2のディジタル回路用電源が印加され、前記発光素子の発光を受光する受光素子を有し、前記受光素子の電源印加点の電位を、電源の異常検出信号として用いる電源監視回路を設けたことを特徴とする請求項1に記載のディジタル形保護継電器の電源シーケンス制御装置。
  3. 前記第1のラッチ回路によりラッチされた電源電圧低下検出信号の、前記第1のオフ制御回路への入力を所定時間遅延させるディレイ回路を備えたことを特徴とする請求項1又は2に記載のディジタル形保護継電器の電源シーケンス制御装置。
  4. 前記第1のリセット回路は、前記制御電源の電圧を検出し、該検出電圧が、第1の設定電圧未満のときローレベル(L)信号を、第1の設定電圧以上のときハイレベル(H)信号を各々出力するレベル検出ICを備え、
    前記第2のオフ制御回路は、前記電源電圧低下検出信号を反転させた信号と前記レベル検出ICの出力信号との論理積をとるAND回路と、前記AND回路の出力を設定時間遅延させる遅延回路と、前記遅延回路の出力をクロック入力とし、前記レベル検出ICの出力をクリア入力とし、ローレベル(L)出力により前記第1の電源供給用スイッチング素子をオフさせ、ハイレベル(H)出力により前記第1の電源供給用スイッチング素子のオンを可能とする第3のラッチ回路と、を備えたことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載のディジタル形保護継電器の電源シーケンス制御装置。
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