JP2506761Y2 - 電圧検出器 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は、インバータ（例えば太陽電池出力電圧を
交流電圧に変換するもの、もしくはアクティブフィルタ
として用いるもの）等に供給する直流電源の電圧の過電
圧もしくは不足電圧を検出する電圧検出器に関するもの
である。

〔従来の技術〕

第４図は過電圧を検出する電圧検出器の第１の従来例
の回路図を示している。この電圧検出器は、第４図に示
すように、一対の電圧検出端T₁,T₂間のの直流電圧、例
えば太陽光発電装置の出力端に設けた平滑コンデンサC₁
の両端間の直流電圧V_DCを抵抗R₁,R₂で分圧し、抵抗R₁,R
₂の接続点の電圧V_Aを抵抗R₅を通して比較器CP₁の反転入
力端子に加えるとともに、基準電圧発生器V_R1の出力電
圧を抵抗R₆を通して比較器CP₁の非反転入力端子に加え
ている。比較器CP₁は、出力電圧をヒステリシス特性の
付与用の抵抗R₇を介して非反転入力端子へ帰還してい
る。

比較器CP₁は、反転入力端子に加えられる電圧V_Aと非
反転入力端子に加えられる基準電圧とを比較し、その比
較結果に応じてその出力をハイレベルもしくはローレベ
ルに変化させる。この際、出力端子の電圧を抵抗R₇を通
して非反転入力端子に帰還しているので、出力端子の電
圧のレベルに応じて非反転入力端子に加えられる見かけ
上の基準電圧が変化し、電圧V_Aのレベル判定結果にヒス
テリシスが現れることになる。

そして、比較器CP₁の出力電圧に基づいて、バッファ
アンプBAが絶縁用のホトカプラPC₂の発光素子を駆動
し、この結果、比較器CP₁の比較結果に応じてホトカプ
ラPC₂の受光素子のオンオフが切り替わり、この受光素
子のオンオフにより制御回路（図示せず）が過電圧に対
する何らかの制御動作を行う。

なお、R₈はホトカプラPC₂の発光素子に対する限流用
の抵抗である。

第５図は過電圧を検出する電圧検出器の第２の従来例
の回路図を示している。この電圧検出器は、第５図に示
すように、第４図と同様にして得た電圧V_Aを絶縁アンプ
IAおよび抵抗R₉を通して比較器CP₂の反転入力端子に加
えるとともに、基準電圧発生器V_R2の出力電圧を抵抗R₁₀
を通して比較器CP₂の非反転入力端子に加えている。比
較器CP₂は、出力電圧をヒステリシス特性の付与用の抵
抗R₁₁を介して非反転入力端子へ帰還している。

比較器CP₂は、比較器CP₁と同様の動作を行い、その出
力によって、制御回路（図示せず）が過電圧に対する何
らかの制御動作を行う。この際、第４図のものと同様
に、出力端子の電圧を非反転入力端子に帰還しているの
で、電圧V_Bのレベル判定結果にヒステリシスが現れるこ
とになる。

〔考案が解決しようとする課題〕

第４図の従来例は、高圧側の一対の電圧検出端T₁,T₂
と過電圧に対する制御動作を行う抵圧側の制御回路とを
絶縁するために、比較器CP₁の後段のホトカプラPC₂を設
けているので、比較器CP₁および基準電圧発生器V_R1が高
圧側になり、低圧側の制御回路を駆動する電源とは別に
高圧側の比較器CP₁および基準電圧発生器V_R1を駆動する
電源V_Dが必要となり、回路構成が複雑になるという問題
があった。

また、第５図の従来例は、一対の電圧検出端T₁,T₂と
低圧側の制御回路とを絶縁するために、比較器CP₂の前
段に絶縁アンプIAを設けているので、比較器CP₂および
基準電圧発生器V_R2が低圧側となり、制御回路駆動用の
電源V_Cを比較器CP₂および基準電圧発生器V_R2の駆動用電
源にも使用することができ、回路構成を簡素化すること
が可能である。しかし、絶縁アンプIAが高価であり、全
体としてコストが高くつくという問題があった。

この考案の目的は、回路構成が簡単で、しかも安価な
電圧検出器を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

この考案の電圧検出器は、電圧検出端に現れる直流電
圧を分圧する第１および第２の分圧用インピーダンス素
子と、第１および第２の分圧用インピーダンス素子の何
れか一方に並列接続した電圧検出兼分圧用インピーダン
ス回路とを備えている。

この場合、電圧検出兼分圧用インピーダンス回路は、
第１および第２の分圧用インピーダンス素子の接続点の
電圧を入力とする定電圧素子と、第１および第２の分圧
用インピーダンス素子の接続点の電圧を電源として、定
電圧素子の導通・遮断に対応して導通・遮断するトラン
ジスタと、電圧検出信号伝送用のホトカプラと、このホ
トカプラを駆動するホトカプラ駆動回路とで構成してい
る。

上記ホトカプラ駆動回路は、第１および第２の分圧用
インピーダンス素子の接続点の電圧を電源として、トラ
ンジスタの導通・遮断に対応してホトカプラを導通・遮
断させる構成であり、かつトランジスタの導通時のホト
カプラ駆動回路への通電電流をトランジスタの遮断時の
ホトカプラ駆動回路への通電電流より少なく設定してい
る。上記のホトカプラ駆動回路への通電電流とは、ホト
カプラ駆動回路へ流入する電流である。

〔作用〕

この考案の構成によれば、電圧検出端に現れる直流電
圧を分圧する第１および第２の分圧用インピーダンス素
子の何れか一方に並列接続した電圧検出兼分圧用インピ
ーダンス回路が第１および第２の分圧用インピーダンス
素子の接続点の電圧を電源として第１および第２の分圧
用インピーダンス素子の接続点の電圧の高低を検出する
ことになる。上記電圧の高低の検出は定電圧素子の降伏
電圧を基準電圧として行う。この場合、第１および第２
の分圧用インピーダンス素子の接続点の電圧が定電圧素
子の降伏電圧より高いときは、トランジスタが導通し、
逆に降伏電圧より低いときはトランジスタが遮断する。

ホトカプラ駆動回路は、トランジスタの導通時にホト
カプラを発光させることによりホトカプラを導通させ、
トランジスタの遮断時にホトカプラの発光を停止させる
ことによりホトカプラを遮断させる。この結果、電圧検
出端の直流電圧の高低の検出結果をホトカプラの出力側
に、電圧検出端と絶縁した状態で伝達することができ
る。

上記において、トランジスタの導通時におけるホトカ
プラ駆動回路への通電電流を、トランジスタの遮断時に
おけるホトカプラ駆動回路への通電電流より少なく設定
しているので、トランジスタの導通時の電圧検出兼分圧
用インピーダンス回路のインピーダンスがトランジスタ
の遮断時の電圧検出兼分圧用インピーダンス回路のイン
ピーダンスより高くなる。この結果、電圧検出端の直流
電圧が上昇して定電圧素子およびトランジスタが遮断状
態から導通状態に変化したときに、分圧比の変化によっ
て第１および第２のインピーダンス素子の接続点の電圧
が上昇し、逆に電圧検出端の直流電圧が下降して定電圧
素子およびトランジスタが導通状態から遮断状態に変化
したときに、分圧比の変化によって第１および第２のイ
ンピーダンス素子の接続点の電圧が下降する。以上のよ
うな第１および第２のインピーダンス素子の接続点の電
圧の変化によって、電圧検出端の直流電圧の検出にヒス
テリシス特性が付与されることになる。

〔実施例〕

この考案の一実施例を第１図ないし第３図に基づいて
説明する。この電圧検出器は、例えば過電圧を検出する
もので、第１図に示すように、一対の電圧検出端T₁,T₂
間、例えば太陽光発電装置の出力端に設けた平滑コンデ
ンサC₁の両端間に分圧用の抵抗R₁,R₂（実用新案登録請
求の範囲でいう第１および第２の分圧用インピーダンス
素子に相当する）の直列回路を並列に接続し、抵抗R₂に
電圧検出兼分圧用抵抗回路R₀を並列に接続している。

この場合、電圧検出兼分圧用抵抗回路R₀は、抵抗R₁,R
₂の接続点の電圧V_Aを電源として電圧検出を行うととも
に電圧V_Aによって所定の電流を流す抵抗となるもので、
実用新案登録請求の範囲でいう電圧検出兼分圧用インピ
ーダンス回路に相当する。また、抵抗R₁,R₂の接続点の
電圧V_Aは、抵抗R₁と抵抗R₂および電圧検出兼分圧用抵抗
回路R₀の並列回路とによる分圧電圧となる。さらに、電
圧V_Aが電圧検出兼分圧用インピーダンス回路R₀における
電圧検出用基準電圧を超えたときにインピーダンスが増
加して電圧V_Aを上昇させ、また電圧V_Aが電圧検出兼分圧
用インピーダンス回路R₀における電圧検出用基準電圧よ
り下がったときにインピーダンスが減少して電圧V_Aを下
降させる動作をし、電圧検出にヒステリシス特性を付与
する機能をもつ。

上記電圧検出兼分圧用インピーダンス回路R₀では、抵
抗R₁,R₂の接続点にツェナーダイオードからなる定電圧
素子ZD₁の一端を接続し、定電圧素子ZD₁の他端をトラン
ジスタQ₁のベースに接続している。また、抵抗R₃および
トランジスタQ₁の直列回路と抵抗R₄およびトランジスタ
Q₂の直列回路を抵抗R₂にそれぞれ並列接続し、トランジ
スタQ₁のコレクタをトランジスタQ₂のベースに接続して
いる。さらに、トランジスタQ₂と並列に電圧検出信号伝
送用のホトカプラPC₁の発光素子と電流制限機能を有す
るツェナーダイオードからなる定電圧素子ZD₂の直列回
路を接続し、ホトカプラPC₁の受光素子を制御回路（図
示せず）に接続している。

上記において、抵抗R₄，トランジスタQ₂および定電圧
素子ZD₂は、電圧V_Aを電源としてホトカプラPC₁を駆動す
るホトカプラ駆動回路PDを構成している。そして、この
ホトカプラ駆動回路PDは、定電圧素子ZD₁およびトラン
ジスタQ₁の導通時に、トランジスタQ₂が遮断することに
よりホトカプラPC₁に給電してホトカプラPC₁を発光させ
ホトカプラPC₁を導通させ、定電圧素子ZD₁およびトラン
ジスタQ₁の遮断時に、ホトカプラPC₁に流れようとする
電流をバイパスするトランジスタQ₂が導通することによ
りホトカプラPC₁への給電を停止してホトカプラPC₁の発
光を停止させホトカプラPC₁を遮断させるようになって
いる。

さらに、ホトカプラPC₁と直列にツェナーダイオードZ
D₂を設けることにより、定電圧素子ZD₁およびトランジ
スタQ₁の導通時におけるホトカプラ駆動回路PDへの通電
電流I₃、つまりホトカプラPC₁を通して流れる電流I_ZD2
を、定電圧素子ZD₁およびトランジスタQ₁の遮断時にお
けるホトカプラ駆動回路PDへの通電電流I₃、つまりトラ
ンジスタQ₂を通して流れる電流I_C2より少なく設定して
いる。以上の設定により、前記したように電圧検出兼分
圧用抵抗回路R₀のインピーダンスを定電圧素子ZD₁およ
びトランジスタQ₁の導通時に高くしている。

また、トランジスタQ₁も電圧V_Aを電源として導通・遮
断する。

つぎに、この回路の動作を第２図を参照して説明す
る。

この電圧検出器では、平滑コンデンサC₁の両端に現れ
る直流電圧V_DCを抵抗R₁,R₂および電圧検出兼分圧用抵抗
回路R₀で分圧しているので、抵抗R₁,R₂の接続点に電圧V
_Aが得られる。この電圧V_Aは、トランジスタQ₁,Q₂および
ホトカプラPC₁の動作電源となる。

また、上記電圧V_Aは、定電圧素子ZD₁にトランジスタQ
₁のベース・エミッタ間を介して加えられる。この場
合、電圧V_Aが定電圧素子ZD₁の降伏電圧V_ZD1とトランジ
スタQ₁のベース・エミッタ間電圧V_BE1との和の電圧V_A0
より低いときには、抵抗R₂に並列に接続された電圧検出
兼分圧用抵抗回路R₀の抵抗値をR₀₁とする。逆に、電圧V
_A0より高いときには、この抵抗値をR₀₂とする。この抵
抗値は、前記したように、R₀₁＜R₀₂の関係である。この
結果、分圧比が両者で異なり、直流電圧V_DCが同じであ
っても電圧V_Aの値が異なり、結果として電圧検出にヒス
テリシス特性をもつことになる。以下では、 V_A＜V_A0 の場合、つまり R₀＝R₀₁ の場合の電圧V_AをV_A1とし、また、 V_A＞V_A0 の場合、つまり R₀＝R₀₂ の場合の電圧V_AをV_A2とする。この場合、抵抗R₀₁,R₀₂の
大小関係から電圧V_A1,V_A2は、 V_A1＜V_A2 の関係にある。

まず、抵抗R₁,R₂の接続点の電圧V_A1が電圧V_A0より低
いときは、定電圧素子ZD₁が導通せず、トランジスタQ₁
がオフである。したがって、抵抗R₃を通してトランジス
タQ₂にベース電流I_B2が供給され、トランジスタQ₂がオ
ンとなり、トランジスタQ₂にコレクタ電流I_C2が流れ
る。この電流I_C2は抵抗R₄を電流I₃として流れる。この
とき、トランジスタQ₂がオンとなっていることで、ホト
カプラPC₁の発光素子には電流が流れないので、ホトカ
プラPC₁の受光素子はオフである。

ところが、直流電圧V_DCが上昇して電圧V_A1が電圧V_A0
を超えると、定電圧素子ZD₁が導通してトランジスタQ₁
にベース電流I_B1が流れ、トランジスタQ₁がオンとな
る。この結果、抵抗R₃を通してトランジスタQ₁にコレク
タ電流I_C1が流れ、抵抗R₃を通るトランジスタQ₂のベー
ス電流I_B2が零となり、トランジスタQ₂がオフとなる。
したがって、コレクタ電流I_C2が零となり、今度は抵抗R
₄を通る電流I₃がホトカプラPC₁および定電圧素子ZD₂を
電流I_ZD2として流れることになり、ホトカプラPC₁の発
光素子に電流が流れ、同受光素子がオンとなる。このと
きに、電圧検出兼分圧用抵抗回路R₀の抵抗値がR₀₁からR
₀₂に増加して抵抗R₁,R₂の接続点の電圧V_Aは電圧V_A2に上
昇する。

この後、直流電圧V_DCが下降して電圧V_A2が電圧V_A0よ
り低下すると、定電圧素子ZD₁が遮断してベース電流I_B1
がなくなり、トランジスタQ₁がオフとなる。したがっ
て、抵抗R₃を通してトランジスタQ₂にベース電流I_B2が
流れ、トランジスタQ₂がオンとなり、トランジスタQ₂に
コレクタ電流I_C2が流れる。この電流I_C2が抵抗R₄を電流
I₃として流れる。このとき、トランジスタQ₂がオンとな
るので、ホトカプラPC₁の発光素子には電流は流れず、
ホトカプラPC₁の受光素子はオフとなる。このときに、
電圧検出兼分圧用抵抗回路R₀の抵抗値がR₀₂からR₀₁に減
少して抵抗R₁,R₂の接続点の電圧V_A2は電圧V_A1に下降す
る。

以上のようにして、電圧検出端T₁,T₂間の直流電圧V_DC
の高低をホトカプラPC₁の出力端に絶縁状態で伝達する
ことができる。

つぎに、上記の電圧検出動作においてヒステリシスを
付与するための電圧検出兼分圧用抵抗回路R₀の抵抗値の
変化について説明する。

上記の電圧検出兼分圧用抵抗回路R₀において、トラン
ジスタQ₁に流れるコレクタ電流I_C1とトランジスタQ₂に
流れるベース電流I_B2とを略等しく設定し、ベース電流I
_B1，コレクタ電流I_C1およびベース電流I_B2を電流I₃に比
べて十分に小さいものとしている。また、ホトカプラ駆
動回路PDへの通電電流I₃は、ホトカプラPC₁をバイパス
するトランジスタQ₂を通して電流I_C2として流れる場合
より、ホトカプラPC₁およびツェナーダイオードZD₂を通
して電流I_ZD2として流れる場合の方が小さくなるように
設定している。つまり、トランジスタQ₂のコレクタ電流
I_C2よりツェナーダイオードZD₂の電流I_ZD2が小さくなる
ように設定している。

このように設定すると、ホトカプラ駆動回路PDに流れ
る電流I₃の増減によってのみ電圧検出兼分圧用抵抗回路
R₀の抵抗値が左右される構成となり、 I₃＝I_C2 のときの抵抗値R₀₁よりも I₃＝I_ZD2 のときの抵抗値R₀₂を大きくしている。なお、 I_C2＞I_ZD2 とすることは、ホトカプラPC₁の発光素子と直列に限流
素子として例えば定電圧素子ZD₂を挿入することにより
容易に実現できる。この場合の限流素子として、抵抗等
の他の電流制限を行うことができる回路素子なら何でも
よい。

以上において、電圧V_Aが電圧V_A0より低いときの抵抗R
₁,R₂の接続点の電圧V_A1は、 となり、この電圧V_A1が V_A1＞V_A0 となったときに、 R₀＝R₀₂ となり、電圧V_A1が電圧V_A2に変化する。ただし、R₂R
₀₁は抵抗R₂,R₀₁の並列合成抵抗を示し、以下同じであ
る。

また、電圧V_Aが電圧V_A0より高いときの抵抗R₁,R₂の接
続点の電圧V_A2は、 となり、この電圧V_A2が V_A2＜V_A0 となったときに、 R₀＝R₀₁ となり、電圧V_A2が電圧V_A1に戻る。

なお、直流電圧V_DCが上昇して定電圧素子ZD₁が導通し
過電圧検出が行われるときの直流電圧V_DCの値をV_DC1と
し、直流電圧V_DCが下降して定電圧素子ZD₁が遮断し過電
圧検出が解除されるときの直流電圧V_DCの値をV_DC2とし
たときに、電圧V_A0は電圧V_DC1,V_DC2に対して、それぞれ の関係にある。

以上のようなヒステリシス特性を図に示すと第３図の
ようになる。

この実施例によれば、抵抗R₂に電圧検出兼分圧用抵抗
回路R₀を並列接続し、この電圧検出兼分圧用抵抗回路R₀
にて抵抗R₁,R₂間の電圧V_Aを電源として電圧検出端T₁,T₂
間の直流電圧V_DCの高低を検出するとともに、電圧検出
兼分圧用抵抗回路R₀の定電圧素子ZD₁およびトランジス
タQ₁の導通時のインピーダンスをトランジスタの遮断時
のインピーダンスより高く設定しているので、電圧検出
にヒステリシスをもたせることができる。また、電圧検
出兼分圧用抵抗回路R₀が電圧V_Aを電源として電圧検出を
行うので、電圧検出用の特別な電源回路および絶縁増幅
器を必要とせずに電圧検出端T₁,T₂間の直流電圧V_DCの高
低の検出結果を絶縁状態で伝達することができ、構成が
簡単で安価である。

なお、上記実施例は、過電圧を検出するものについて
説明したが、不足電圧を検出するのに適用することも当
然可能である。また、分圧用インピーダンス素子として
は抵抗に限らない。

〔考案の効果〕

この考案の電圧検出器によれば、電圧検出端に接続し
た第１および第２のインピーダンス素子の何れか一方に
基準電圧発生用の定電圧素子を内蔵した電圧検出兼分圧
用インピーダンス回路を接続し、第１および第２のイン
ピーダンス素子の接続点の電圧を電源として電圧検出端
の直流電圧を定電圧素子の降伏電圧に基づいて検出する
とともに定電圧素子およびトランジスタの導通時の電圧
検出兼分圧用インピーダンス回路のインピーダンスを定
電圧素子およびトランジスタの遮断時の電圧検出兼分圧
用インピーダンス回路のインピーダンスより高く設定し
ているので、電圧検出にヒステリシス特性をもたせるこ
とができる。また、特別な電源回路および絶縁増幅器を
必要とすることなく、電圧検出端の直流電圧の高低の検
出結果を絶縁状態で伝達することができ、構成が簡単で
安価である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の一実施例の電圧検出器を示す回路
図、第２図は同じく動作説明のための要部回路図、第３
図はヒステリシス特性を示す入出力特性図、第４図は電
圧検出器の第１の従来例を示す回路図、第５図は電圧検
出器の第２の従来例を示す回路図である。 T₁,T₂……電圧検出端、R₁……抵抗（第１のインピーダ
ンス素子）、R₂……抵抗（第２のインピーダンス素
子）、R₀……電圧検出兼分圧用抵抗回路（電圧検出兼分
圧用インピーダンス回路）、ZD₁……定電圧素子、Q₁…
…トランジスタ、PD……ホトカプラ駆動回路、PC₁……
ホトカプラ

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】電圧検出端に現れる直流電圧を分圧する第
   １および第２の分圧用インピーダンス素子と、前記第１
   および第２の分圧用インピーダンス素子の何れか一方に
   並列接続した電圧検出兼分圧用インピーダンス回路とを
   備え、 前記電圧検出兼分圧用インピーダンス回路を、 前記第１および第２の分圧用インピーダンス素子の接続
   点の電圧を入力とする定電圧素子と、 前記第１および第２の分圧用インピーダンス素子の接続
   点の電圧を電源として、前記定電圧素子の導通・遮断に
   対応して導通・遮断するトランジスタと、 電圧検出信号伝送用のホトカプラと、 前記第１および第２の分圧用インピーダンス素子の接続
   点の電圧を電源として、前記トランジスタの導通・遮断
   に対応して前記ホトカプラを導通・遮断させるホトカプ
   ラ駆動回路とで構成し、 前記トランジスタの導通時の前記ホトカプラ駆動回路へ
   の通電電流を前記トランジスタの遮断時の前記ホトカプ
   ラ駆動回路への通電電流より少なく設定したことを特徴
   とする電圧検出器。