JP2558114B2 - 電源瞬断検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、電源瞬断検出装置に関する。

＜従来の技術＞ 多くの電磁リレーを用いてシーケンス制御を行なう例
えば継電連動装置等のシステム制御装置では電源の電圧
変動によりシステムが誤動作しないよう、一般には第８
図に示すような低電圧検出装置を使用している。

このものは交流電源１の交流出力をトランス２により
変圧し、整流回路３で整流し、抵抗R₁とR₂を通して直流
リレーRyのコイルに電圧を供給するようにしている。

交流電源１の電圧が低下すると直流リレーRyが落下
（復帰…不動作）して電圧の低下を検出しシステム制御
装置へ警報を与えシステム制御装置の誤動作を防いでい
る。直流リレーRyが復帰すると（電圧低下検知）システ
ム制御装置が反応し、この条件で抵抗R₂を短絡し交流電
圧が上昇するのを待っている。抵抗R₂が短絡されている
ので、直流リレーRyは検出電圧に極めて近い値で動作す
ることができる。直流リレーRyが動作をするとシステム
制御装置は正常な状態に復位するとともに抵抗R₂の短絡
条件も解錠されまた電圧の監視をはじめる。

このように直流リレーRyは常時動作状態（励磁状態）
にあるので、直流リレーRyのコイルの発熱でコイル抵抗
値の変動を少なくするため、極めて消費電力の少ないコ
イルを用いてある。一般にリレーはコイル巻数とここに
流れる電流の積で駆動されるので、消費電力を少なくす
る為コイル電流を小さくしてあるので必然的にコイル巻
数を多くしてある。即ちコイル定数の大きな直流リレー
となっている。このような検知装置には動作の安定性が
要求されるので、一般には直流リレーが用いられる。

このようにシステム制御装置の低電圧検出装置は従来
この装置内の直流リレーRyが設定レベル以下の電圧とな
って復帰し交流電圧の低下を検出しているものである。

＜発明が解決しようとする問題点＞ ところが、上述の低電圧検出装置は、ここに用いられ
る直流リレーのコイル時定数が大きく、更に整流回路３
のダイオード（整流器）がコイルに並列に接続されてい
るのでコイルに蓄えられた電磁エネルギーの放出に時間
がかかり、従って復帰時間（検出時間）の長いものであ
った。

このため、交流電源１の一時的な瞬断時間が直列リレ
ーRyの復帰時間以上の比較的長に場合には検出できる
が、直流リレーRyの復帰時間以内の短時間（瞬断）の場
合は検出できなかった。

そして、システム制御装置を構成しているリレーに
は、交流リレーや、最近の小形化リレーなど復帰時間の
早いものに対しては前述の短時間瞬断の場合には低電圧
検出装置が応答せず、システム制御装置内のこれら復帰
時間の早いものが応答し、システム制御がくずれ、シス
テム制御装置が誤動作する惧れがあった。

本発明は上記の実情に鑑みてなされたもので、システ
ム制御装置の駆動用電源の瞬断を確実に検出してシステ
ム制御装置のリレー動作の乱れによる誤動作を防止でき
ると共に、故障時にシステム制御装置への電源供給を停
止できるフェールセーフな構成の電源瞬断検出装置を提
供することを目的とする。

＜問題点を解決するための手段＞ このため本発明は、システム制御装置駆動用の交流電
源が正常状態の時に前記システム制御装置への電源供給
を許可する一方、前記交流電源の出力レベルが瞬断等に
より低下した時にシステム制御装置への電源供給を遮断
する構成の電源瞬断検出装置であって、前記交流電源の
交流出力を整流して該整流出力が所定レベル以上のとき
のみ前記交流電源出力より高周波の出力を発生する高周
波出力発生手段と、該高周波出力発生手段の高周波出力
でスイッチングするトランジスタと、該トランジスタに
直列接続しトランジスタのスイッチング動作で交流出力
を生成するトランスと、該トランスから前記交流出力が
生成された時に交流出力を整流して高レベルの電源正常
信号を発生し交流出力が生成されない時に低レベルの瞬
断検出信号を発生する整流回路と、前記システム制御装
置の電源供給回路に介装した励磁接点を有し前記整流回
路から高レベルの前記電源正常信号が発生した時に励磁
され低レベルの前記瞬断検出信号が発生した時に非励磁
となる電磁リレーとを備えて構成した。

＜作用＞ 上記の構成によれば、交流電源の瞬断と同時に高周波
出力発生手段の高周波出力が停止する。この高周波出力
の停止によってトランジスタのスイッチング動作が停止
してトランスから交流出力が生成されず整流回路から低
レベルの瞬断検出信号が発生する。これにより、電磁リ
レーが非励磁となってその励磁接点がOFFとなり、シス
テム制御装置へ供給されている電源出力を遮断するの
で、システム制御装置への電源供給を瞬断に遮断するこ
とができ、システム制御装置の誤動作を防止できる。

また、高周波出力発生手段の高周波出力によりトラン
ジスタをON・OFF動作させてトランスを用いて交流出力
を生成し、この交流出力が生成された時に電源正常とし
交流出力が生成されない時に瞬断とする構成であるの
で、トランジスタの短絡故障等が発生した時には、交流
出力が生成されず瞬断時と同様の出力状態となり、シス
テム制御装置への電源供給が遮断されフェールセーフな
構成となる。

＜実施例＞ 以下、本考案の実施例を説明する。

第１実施例を示す第１図において、11はトランス12及
び整流回路13を介してシステム制御装置15の駆動用安定
化直流電源14を得るための交流電源である。16は交流電
源11のトランス12を介して変圧された交流出力を整流す
る整流回路で、この整流出力は平滑用コンデンサC₁で平
滑された後、電源電圧Ｅよりも高い所定レベルの閾値を
越える入力信号によって高周波発振する高周波発振回路
17に入力する。

前記高周波発振回路17の具体的構成の一例を第２図に
示す。

これは２つのNPNトランシスタTr₁,Tr₃と１つのPNPは
トランジスタTr₂及び８つの抵抗R₁〜R₈から構成され、
入力端子I₁に電源電圧Ｅよりも高い閾値以上の入力信号
が入力したとき発振し、故障時には出力しないフェイル
セーフな特性を有する。

その動作は、入力端子I₁に信号が入力しないときはト
ランジスタTr₁がOFF、トランジスタTr₂,Tr₃がONになっ
ている。この状態で、入力端子I₁に所定レベル以上の入
力信号が入力すると、各トランジスタTr₁〜Tr₃は次のよ
うにON・OFFを繰り返し発振出力V₀を発生する。

即ち、Tr₂OFF→Tr₃OFF→Tr₁ON→Tr₂ON→Tr₃ON→Tr₁OF
F→Tr₂OFF・・・のように動作して発振する。そして、
発振出力が発生する入力信号の条件は、入力信号をViと
すると、 （R₁＋R₂＋R₃）E/R₃＜Vi＜（R₆＋R₇）E/R₇ を満足する範囲のときである。

そして、前記整流回路16,コンデンサC₁及び高周波発
振回路17によって高周波出力発生手段が構成される。

この高周波出力発生手段の出力、即ち高周波発振回路
17の出力はトランジスタTr₄のベースに入力し、これに
より整流回路13からトランス18に入力する入力信号を高
周波に変換する。トランス18の二次側高周波出力は整流
平滑回路19を介して電磁リレー20に供給され、安定化直
流電源14とシステム制御装置15との間に接続されるその
接点20aが開閉制御される。

次に第３図の出力波形タイムチャートを参照しながら
作用を説明する。

図中（ａ）に示す交流電源11の交流出力は、トランス
12,整流回路13を介して安定化直流電源14により直流出
力に変換されシステム制御装置15に供給される。これと
同時に、整流回路16によって整流され、その整流出力は
高周波発振回路17の電源電圧Ｅ以上にクランプされ（図
中（ｂ））、これをコンデンサC₁により平滑している
（図中（ｃ））。この平滑出力が高周波発振回路17に入
力し、その入力が閾値V_th以上のときに高周波発振出力
を発生する（図中（ｄ））。尚、ここで例えば高周波発
振回路17の閾値V_thを整流出力ピーク値の50％に設定し
たとすると、交流電源11の周波数が50Hzであれば、その
整流出力が閾値V_th以下になる領域が発生するがその時
間ｔは5ms程度であり、コンデンサC₁の容量はこれを補
えればよく小さなものでよい。

そして、高周波発振回路17が出力しているときは、交
流電源11は正常であり、トランジスタT_r4がON・OFF動作
してトランス18,整流回路19を介してリレー20が励磁さ
れ（図中（ｅ））、その接点20aは閉状態に保持されシ
ステム制御装置15へ駆動電源が供給される。

このような状態において、交流電源11が瞬断すると、
コンデンサC₁からの平滑出力が低下する。そして、高周
波発振回路17の閾値V_thより低下すると高周波出力が停
止するため、トランス18からの交流出力がなくなり、リ
レー20が非励磁となる。これにより、交流電源11に瞬断
があったことが検出されその接点20aが落下してシステ
ム制御装置15への電源供給を瞬断に停止する。従って、
安定化直流電源14の出力がほとんど低下しないうちに、
システム制御装置15への電源供給を停止することができ
るので、システム制御装置15内のリレーによるシーケン
スの乱れを防止することができる。

交流電源11が復帰すれば、再び高周波発振回路17が発
振出力を発生するので、システム制御装置15への電源供
給が自動的に再開される。

そして、各回路は故障時に出力を発生しないフェイル
セーフな構成としているので、安全性が高い。

次に第４図に第２実施例を示す。尚、第１図の第１実
施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

本実施例では、高周波出力発生手段を次のように構成
してある。

即ち、第１実施例の整流回路16,コンデンサC₁及び高
周波発振回路17に加えて、高周波発振回路17の出力を整
流する整流回路31と、PUT発振回路32及びクランプ回路3
3からなるオン・ディレー回路34と、前記整流回路31と
オン・ディレー回路34の両出力の論理積をとるANDゲー
ト回路35とを設けて構成される。

前記PUT発振回路32は、発振周波数設定のための時定
数を定める抵抗R₁₁及びコンデンサC₁₁と、PUT32Aがター
ン・オンするアノード電圧を決定するためのゲート電圧
を与える抵抗R₁₂,R₁₃と、カソード負荷抵抗R₁₄とを有し
ている。

また、クランプ回路33はダイオードD₁,D₂及びコンデ
ンサC₁₂で構成されている。そして、前記PUT発振回路32
とクランプ回路33との間を抵抗R₁₅とトランジスタTr₅と
抵抗R₁₆とからなるスイッチ回路を介して接続してい
る。

一方、ANDゲート回路35は、第２図に示す高周波発振
回路において、抵抗R₆を入力端子I₁と切離し、入力端子
I₁と別に図中破線で示すようにもう１つ入力端子I₂を設
けることによって構成される。ANDゲート回路35の高周
波発振出力は、トランジスタTr₄のベースに入力される
一方、整流回路36及びダイオードD₃を介してオン・ディ
レー回路34の出力が入力する側の入力端子に帰還され自
己保持用に用いられる。

尚、本実施例において、前記クランプ回路33を倍電圧
整流回路に置換えてもよい。この場合、整流回路36とダ
イオードＤからなる自己保持回路を不要にしてもよい
が、ディレー時間を考慮するとコンデンサ容量がかなり
大きくなることから自己保持回路は設けた方が好まし
い。

次に、第５図の出力波形タイムチャートを参照しなが
ら作用を説明する。

交流電源11の交流出力に基づいて高周波発振回路17よ
り第５図（ａ）のような高周波の発振出力が得られるこ
とは第１実施例と同様である。

本実施例では、得られた高周波発振出力を整流回路31
で整流し、その整流出力（図中（ｂ））をANDゲート回
路35の一方の入力端子I₁に入力すると共にオン・ディレ
ー回路34のPUT発振回路32に入力する。PUT発振回路32で
は、整流出力の入力によりコンデンサC₁₁が充電され、
この充電レベルがゲート電圧以上になるとPUT32Aがター
ン・オンしてパルスを発生しコンデンサC₁₁が放電され
る。この繰返しにより、図中（ｃ）に示すように所定時
間Ｔ（例えば２秒程度）にパルスが発生する。

PUT発振回路32がパルスを出力すると、トランジスタT
r₅が一時的にONしコンデンサC₁₂が電源電圧Ｅに充電さ
れ、トランジスタTr₅のOFF動作によりクランプ回路32か
ら電源電圧Ｅにクランプされた所定レベル以上の出力が
発生し、オン・ディレー回路34の出力としてANDゲート
回路35の他方の入力端子I₂に入力される。ANDゲート回
路35は、整流回路31とオン・ディレー回路34の出力が共
に入力したとき、図中（ｅ）のように高周波発振出力を
発生しトランジスタTr₄のベースに入力する。また、整
流回路36及びダイオードD₃により入力端子I₂に帰還しオ
ン・ディレー回路34から次のパルスが発生するまでの
間、自己保持している（図中（ｄ））。

即ち、本実施例では、第５図に示すように交流電源11
が瞬断し、その後復帰した場合、オン・ディレー回路34
の出力がPUT発振回路32のコンデンサC₁₁と抵抗R₁₁との
時定数によって設定される所定時間Ｔ整流回路31の出力
より遅れてANDゲート回路35に入力するため、ANDゲート
回路35の出力も前記所定時間Ｔ遅れて出力され、リレー
20が励磁されシステム制御装置５へ電源が供給されるこ
とになる。

このような第２実施例によれば、交流電源11が瞬断し
たときには、システム制御装置15への電源供給を一度確
実に停止させてから、システム制御装置15への電源供給
を再開することができるので、より一層確実にシステム
制御装置15の誤動作を防止できるようになる。

次に第６図に第３実施例を示す。

このものは、交流電源11の波形が乱れたときも瞬断時
と同様にこれを検出してシステム制御装置15の電源供給
の遮断信号を出力するようにしたものである。

交流電源波形が乱れると、その実効値としてはレベル
が低下することになる。従って、この状態が継続すると
停電状態に近い状態となり、やはりシステム制御装置15
の誤動作を誘発する要因となるので、このような場合も
電源を瞬断した方が好ましい。

このため、本実施例の高周波発生手段を次のように構
成している。

第２実施例の整流回路16,31、コンデンサC₁、高周波
発振回路17及びANDゲート回路35に加えて、トランス12
の交流出力のレベル検定を行なう公知のシュミット回路
等で構成される波形整形回路41と、該波形整形回路41の
パルス出力が所定のパルス巾以上あるときに出力を発生
するパルス巾検定回路42とを設けて構成され、整流回路
31とパルス巾検定回路42の両出力をANDゲート回路35の
入力端子I₁,I₂にそれぞれ入力している。尚、波形整形
回路41の入力は、別巻線でなく整流回路16の入力と共通
してもよい。

前記パルス巾検定回路42は、PUT発振回路43と倍電圧
整流回路44で構成されている。PUT発振回路43は、第２
実施例と同様にして４つの抵抗R₂₁〜R₂₄とコンデンサC
₂₁及びPUT43Aとで構成され、倍電圧整流回路44は、２つ
のダイオードD₂₁,D₂₂及び２つのコンデンサC₂₂,C₂₃とで
構成されている。

次に第７図の出力波形タイムチャートを参照しながら
作用を説明する。

整流回路31から第２実施例と同様の出力がANDゲート
回路35の一方の入力端子I₁に入力している。

一方、波形整形回路41では、トランス12からの交流出
力（図中（ａ））を設定閾値Vtに基づいて波形整形し図
（ｂ）のようなパルス出力を得る。このパルス出力はパ
ルス巾検定回路42のPUT発振回路43に入力しコンデンサC
₂₁を充電する。このとき、パルス出力が所定時間T₁（所
定パルス巾）以上のときは、コンデンサC₂₁の充電レベ
ルがゲート電圧以上になりPUT43Aが導通して発振出力を
発生するが、パルス出力が所定時間T₁よりも短いときは
PUT43Aが導通せず発振出力を発生しない（図中（ｃ）参
照）。

そして、PUT発振回路43が発振出力を発生したとき、
トランジスタTr₅のコレクタ出力が図中（ｄ）のように
なり、トランジスタTr₅がオフしたときに倍電圧整流回
路44からANDゲート回路35の電源電圧Ｅ以上の出力が発
生し、パルス巾検定回路42の出力としてANDゲート回路3
5の他方の入力端子I₂に入力する。

従って、交流電源11が正常であれば、整流回路31とパ
ルス巾検定回路42の両端子がANDゲート回路35に入力
し、ANDゲート回路35から高周波発振出力が出力され、
リレー20を励磁してシステム制御装置15に電源が供給さ
れる。

一方、交流電源11が瞬断したときは、ANDゲート回路3
5の両入力レベルがその閾値より小さくなりANDゲート回
路35は出力を発生しない。また、交流電源11の波形が乱
れてその実効値が低下しているような場合には、パルス
巾検定回路42からの出力が停止し、やはりANDゲート回
路35は出力を発生しない。従って、リレー20が非励磁と
なって、システム制御装置15への電源供給を停止し誤動
作を防止する。

尚、第３実施例のパルス巾検定回路を第２実施例のも
のに組み込み、電源遮断後は、必ず所定時間経過しなけ
ればシステム制御回路15の電源が復帰しないようにする
ことも可能である。

＜発明の効果＞ 以上述べたように本発明によれば、システム制御装置
へ供給する直流電源を得るための交流電源に極めて短時
間の瞬断が発生しても、これを検出することができ、シ
ステム制御装置への電源供給を瞬断に停止することがで
きる。従って、システム制御装置における誤動作を防止
することができる。また、トランジスタのスイッチング
動作により交流出力を生成し、この交流出力が生成され
る時に電源正常とし交流出力が生成されない時に電源瞬
断とする構成としたので、トランジスタに短絡故障が発
生した時等、出力が低レベルとなる電源瞬断時と同じ出
力状態となってシステム制御装置の電源供給を停止で
き、フェールセーフ性が向上し安全性及び信頼性により
一層そう優れているという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の回路構成図、第２図は同
上第１実施例の高周波発振回路の具体例を示す回路図、
第３図は同上第１実施例の要部回路の出力波形タイムチ
ャート、第４図は本発明の第２実施例の回路構成図、第
５図は同上第２実施例の要部回路の出力波形タイムチャ
ート、第６図は本発明の第３実施例の回路構成図、第７
図は同上第３実施例の要部回路の出力波形タイムチャー
ト、第８図は従来のシステム制御装置の電源回路構成を
示す図である。 11……交流電源、12……トランス 13,16,19……整流回路、14……安定化直流電源 17……高周波発振回路、18……トランス、20……リレ
ー、20a……リレー接点、C₁……平滑用コンデンサ、Tr₄
……トランジスタ

フロントページの続き (72)発明者 鈴木 隆一 浦和市上木崎１丁目13番８号 日本信号 株式会社与野工場内 (56)参考文献 特開 昭59−33522（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−151164（ＪＰ，Ｕ)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】システム制御装置駆動用の交流電源が正常
   状態の時に前記システム制御装置への電源供給を許可す
   る一方、前記交流電源の出力レベルが瞬断等により低下
   した時にシステム制御装置への電源供給を遮断する構成
   の電源瞬断検出装置であって、前記交流電源の交流出力
   を整流して該整流出力が所定レベル以上のときのみ前記
   交流電源出力より高周波の出力を発生する高周波出力発
   生手段と、該高周波出力発生手段の高周波出力でスイッ
   チングするトランジスタと、該トランジスタに直列接続
   しトランジスタのスイッチング動作で交流出力を生成す
   るトランスと、該トランスから前記交流出力が生成され
   た時に交流出力を整流して高レベルの電源正常信号を発
   生し交流出力が生成されない時に低レベルの瞬断検出信
   号を発生する整流回路と、前記システム制御装置の電源
   供給回路に介装した励磁接点を有し前記整流回路から高
   レベルの前記電源正常信号が発生した時に励磁され低レ
   ベルの前記瞬断検出信号が発生した時に非励磁となる電
   磁リレーとを備えて構成したことを特徴とする電源瞬断
   検出装置。
2. 【請求項２】前記高周波出力発生手段は、交流電源の交
   流出力を整流する第１整流回路と、該第１整流回路の整
   流出力レベルが所定値以上のとき高周波信号を出力する
   高周波発振回路と、該高周波発振回路の発振出力を整流
   する第２整流回路と、第２整流回路の出力の入力後所定
   時間遅れて出力するオン・ディレー回路と、第２整流回
   路の出力とオン・ディレー回路の出力とが共に入力した
   とき高周波出力を発生するANDゲート回路とで構成して
   なる特許請求の範囲第１項に記載の電源瞬断検出装置。
3. 【請求項３】前記高周波出力発生手段は、前記交流電源
   の交流出力を整流する第１整流回路と、該第１整流回路
   の整流出力レベルが所定値以上のとき高周波信号を出力
   する高周波発振回路と、該高周波発振回路の発振出力を
   整流する第２整流回路と、前記交流電源の交流出力を波
   形整形する波形整形回路と、該波形整形回路から出力さ
   れるパルス信号のパルス巾が所定巾以上あるとき出力を
   発生するパルス巾検定回路と、前記第２整流回路の整流
   出力とパルス巾検定回路の出力とが共に入力したとき高
   周波出力を発生するANDゲート回路とで構成されてなる
   特許請求の範囲第１項に記載の電源瞬断検出装置。