JP2706624B2 - 配線保護遮断器用電源回路 - Google Patents

配線保護遮断器用電源回路

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JP2706624B2
JP2706624B2 JP6199717A JP19971794A JP2706624B2 JP 2706624 B2 JP2706624 B2 JP 2706624B2 JP 6199717 A JP6199717 A JP 6199717A JP 19971794 A JP19971794 A JP 19971794A JP 2706624 B2 JP2706624 B2 JP 2706624B2
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一道 坂
聡 石田
浩久 加藤
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は異なる定格電圧により作
動可能な配線保護遮断器用電源回路に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来、異なる定格電圧により作動可能な
配線保護遮断器用電源回路は、図3に示されるように、
交流電源の定格電圧が供給される電路WR 、WS 、WT
の脈流電圧は制限抵抗R1 を介してダイオードブリッジ
DB等の全波整流回路により全波整流され、前記制限抵
抗R1 により電圧降下されたうえ、回路電流isとiz
によってコンデンサCを介して出力電圧VOを得ている
が、電路WR 、WS 、WT より供給される定格電圧が変
更されて入力電圧Vi1が増減した際、特に定格電圧が
増加すると、定格電圧の増加に伴ってVRが増加して回
路電流isとizが増加するため、制限抵抗R1 に流れ
る電流が増加し、制限抵抗R1 の消費電力は指数的に増
加して制限抵抗R1 は異常発熱し、R1やZD等の電源
部の寿命や信頼性を著しく低下させるという問題があっ
た。また、漏電電流検出、警報出力、負荷電流検出等を
行う主電子回路C1 がリレーや発光ダイオードをオンさ
せて消費電流isを増加させると、制限抵抗R1 に流れ
る電流はさらに増加して回路の寿命や信頼性をさらに低
下させるという問題があった。
【0003】このため、回路に電流is、izを一定に
する定電流回路Aを組み込むことも考えられるが、定格
電圧が2倍になればR1の発熱は少なくとも2倍にな
る。そこでR1等を発熱を考慮して2倍の発熱に耐える
高耐熱性の抵抗を用いたり、抵抗を複数化して対処する
ことも可能であるが、消費電流のレベルによっては制限
抵抗が大型化して装置に組み込むことが難しくなるとい
う問題があるうえに、高抵抗値の制限抵抗を用いると比
較的低い定格電圧に変更した場合、充分な回路電圧を維
持できず動作の保証ができなくなる可能性もある。
【0004】また、図4に示されるように、定格電圧
制限抵抗R1 を介してダイオードブリッジDB等の全波
整流回路により全波整流された入力電圧Vi1 はパルス
発生回路C2 により制御されるスイッチング手段の電界
効果トランジスタMOS−FETがオンとなる期間はリ
アクトルLを通って電流icを通電し、漏電電流検出、
警報出力、負荷電流検出等を行う主電子回路C1 に電力
を供給しながらリアクトルLにエネルギーを蓄える。そ
して電界効果トランジスタMOS−FETがオフとなる
とリアクトルLの両端に逆起電圧が生じ、フリーホィー
ルダイオードDを順バイアスする電流idを発生して電
源電圧を維持する。パルス発生回路C2が電界効果トラ
ンジスタMOS−FETを高速でオンオフすることによ
って電流isとidは交互にコンデンサCに充電し出力
電圧VOを維持させるもので、リアクトルLの起電力を
利用する電界効果トランジスタMOS−FETがオフと
なる期間は電流は流れないため、熱的等価電流は低減で
き、通電電流の二乗と回路全体の抵抗値とこの通電時間
の積によって求められる電力すなわち発熱を効果的に抑
制できることとなるが、パルス発生回路に帰還電圧制御
式の発振手段が必要となり、部品点数の増加によるコス
トアップが問題となる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前記のような
問題を解決し、R1等の電源部の発熱が少なく、回路の
寿命や信頼性の低下がないうえに安価で小型化の配線保
護遮断器用電源回路を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、交流電源の異
なる定格電圧を制限抵抗R1 を介して全波整流した脈流
電圧を定電圧手段により設定される出力電圧との電圧差
に応じてスイッチングするFETよりなる第1のスイッ
チング手段と、電圧比較手段により設定された電圧と出
力電圧との電圧差に応じてスイッチングされ、前記第1
のスイッチング手段をスイッチング制御する第2のスイ
ッチング手段と、抵抗R4と、出力電圧を平滑化するコ
ンデンサCとよりなることを特徴とするものである。
【0007】
【作用】本発明の配線保護遮断器用電源回路は、交流電
源の定格電流を制限抵抗を介して全波整流した脈流電圧
を定電圧手段を介し、出力電圧との電圧差に応じてスイ
ッチングする第1のスイッチング手段によりスイッチン
グし、該第1のスイッチング手段がオンとなる時だけ、
回路に電流を流してコンデンサを充電する。そして、交
流電源の定格電圧が高く変更される場合、入力電圧の上
昇により第1のスイッチング手段は早期にオンとなり、
コンデンサの充電電圧も急速に上昇して電力は増加傾向
となるが、電圧比較手段により設定される電圧と出力電
圧との電圧差に応じて第2のスイッチング手段はオンに
スイッチングされ、第1のスイッチング手段をオフにス
イッチング制御するので、回路の消費電流は抑えられて
発熱が促進されることはない。さらに、定格電圧が高く
変更されると出力電圧は急速に立ち上がり電圧比較手段
により設定された電圧と出力電圧との電圧差は急速に閾
値に達することとなり、第2のスイッチング手段は急速
にオンにスイッチングされれて第1のスイッチング手段
をオフにスイッチング制御するので、定格電圧が上昇し
ても回路の消費電流が増加することはない。
【0008】
【実施例】次に、本発明を図示の実施例に基づいて詳細
に説明する。1は電路WR 、WS 、WT よりなる交流電
源、2は制限抵抗R1 を介して交流電源1の各定格電圧
を整流する全波整流回路であり、該全波整流回路2は電
路WR 、WS 、WT に接続されるダイオードブリッジD
Bよりなる。3は全波整流された脈流電圧を出力電圧と
の電圧差に応じてスイッチングする第1のスイッチング
手段であり、該第1のスイッチング手段3は電界効果ト
ランジスタMOS−FETよりなり、該電界効果トラン
ジスタMOS−FETは入力電圧Vi1 >出力圧VOの
ときオンとなり入力電圧Vi1 <出力電圧VOのときオ
フとなる。
【0009】4は第1のスイッチング手段3の安定作動
させる定電圧手段であり、該定電圧手段4はツェナーダ
イオードZD1 よりなり、該ツェナーダイオードZD1
は電界効果トランジスタMOS−FETのゲート電圧の
上昇を抑えるとともにゲート電圧を安定させるもので、
ツェナー電流iz1を微小とするために抵抗R2 が接続さ
れている。5は設定電圧に基づいて後記する第2のスイ
ッチング手段6をスイッチングする電圧比較手段であ
り、該電圧比較手段5はツェナーダイオードZD2 より
なり、ツェナーダイオードZD2 により設定されるツェ
ナー電圧VZD2 と前記ツェナーダイオードZD1 のツェ
ナー電圧VZD1 との関係は電界効果トランジスタMOS
−FETのゲートgとソースs間に正バイアス電圧を与
えるためVZD1 >VZD2 としている。
【0010】6は電圧比較手段5により設定された電圧
と出力電圧との電圧差に応じてスイッチングされ、第1
のスイッチング手段3をスイッチング制御する第2のス
イッチング手段であり、該第2のスイッチング手段6は
サイリスタSCRよりなり、該サイリスタSCRはツェ
ナーダイオードZD2 により設定されたツェナー電圧V
ZD2 が出力電圧VOを越える(VZD2 >VO)になろう
とするとツェナー電流iz2が発生してオンとなり、ツ
ェナー電圧VZD1 を約0〜1Vとしてソース電圧Vs >
ゲート電圧Vg とすることにより電界効果トランジスタ
MOS−FETをオフさせる。C1 は漏電電流検出及び
警報出力、負荷電流検出等を行う配線保護用の電子回
路、Cは出力電圧を平滑化するコンデンサである。
【0011】このように構成されたものは、交流電源1
の定格電圧が100VAC(図2の区間)の場合、電
路WR 、WS 、WT よりなる定格電圧は制限抵抗R1 に
より電圧降下されたうえ、全波整流回路2のダイオード
ブリッジDBにより全波整流されて入力電圧Vi1 が得
られる。入力電圧Vi1 により定電圧手段4のツェナー
ダイオードZD1 はツェナー電圧VZD1 を得るが、この
ツェナー電圧により電界効果トランジスタMOS−FE
Tのゲート電圧の上昇を抑えるとともに安定化させてい
る。また、抵抗R2 によりツェナー電流iz1を微小化
させて消費電流を抑えている。
【0012】そして、電圧比較手段5のツェナーダイオ
ードZD2 により設定されるツェナー電圧VZD2 は、第
1のスイッチング手段3の出力電圧VOよりも小さいと
ツェナーダイオードZD2 のツェナー電流iz2 は発生
しないので、第2のスイッチング手段6のサイリスタS
CRはオフ状態を維持している。このとき電界効果トラ
ンジスタMOS−FETのドレンdとゲートg間は同電
位となり、電界効果トランジスタMOS−FETはオン
となり、ドレンd、ソースsを通じてコンデンサCに充
電電流isを与え出力電圧VOが得られる。
【0013】ここで、コンデンサCがディスチャージさ
れていると充電電流は突入電流となり、電界効果トラン
ジスタMOS−FETのドレンdとソースs間にサージ
電圧が発生する可能性があるため、この突入電流の発生
を抵抗R4 により抑えている。この抵抗R4 の抵抗値は
数十から数百Ωと小さくてよいので、抵抗R4 間の電圧
降下は微小でツェナー電圧VZD2 と出力電圧VOはほぼ
同等値となる。
【0014】また、電界効果トランジスタMOS−FE
Tがオンのとき図2に示されるように出力電圧VOが入
力電圧Vi1 よりも大きくなるとゲート電圧Vgはソー
ス電圧Vsよりも低くなるので電界効果トランジスタM
OS−FETはオフされ、コンデンサCには電流isが
流れず、出力電圧VOは降下し、再び入力電圧Vi1が
出力電圧VOよりも大きくなると電界効果トランジスタ
MOS−FETはオンとなり、コンデンサCに電流is
を与えて充電を行うので出力電圧VO は上昇する。この
ため、制限抵抗R1 に流れる電流は第1のスイッチング
手段3がオンのときだけ流れることとなる。なお、入力
電圧Vi1 はドレン電圧Vdと等しく、出力電圧VOは
ソース電圧Vsと等しい。
【0015】さらに、定格電圧が200VAC(図2の
区間)となったとき、入力電圧Vi1 は急速に出力電
圧VOよりも大きくなり、電界効果トランジスタMOS
−FETは急速にオンとなる。入力電圧Vi1 は100
VACの定格電圧時よりも大きくなるのでコンデンサC
の両端電圧の上昇も早くなり、図2の波形VS や電流波
形isの破線部に示されるように電力は増加傾向とな
る。
【0016】そこで、電圧比較手段5のツェナーダイオ
ードZD2 が設定するツェナー電圧VZD2 は、VZD2 >
VOとなろうとするとツェナー電流iz2 が発生し、瞬
時に第2のスイッチング手段6のサイリスタSCRがオ
ンとなり、ツェナー電圧VZD1 を略0V(実際は1V弱
あるが動作に影響はない)としてソース電圧Vs>ゲー
ト電圧Vg(=VZD1)を与えることにより電界効果トラ
ンジスタMOS−FETはオフとなる。この動作は電流
iz2 が僅かでも与えられればサイリスタSCRは即座
にオンとなり、ツェナー電流iz2 自体の供給を停止す
るように動作するので、ツェナーダイオードZD2にはツ
ェナー電流iz2 は流れず回路の消費電流は抑えられ、
制限抵抗R1 の発熱を確実に抑えることができる。
【0017】さらに、定格電圧が415VAC( 図2の
区間)となると入力電圧Vi1 の上昇は区間よりも
早くなり、図2の電流isの波形図に示されるように、
電流isの瞬時値は高くなるが前記同様VZD2 >VOに
よりサイリスタSCRは作動して電界効果トランジスタ
MOS−FETはオフされて通電時間は短くなるので、
区間1〜3のいずれであっても熱的等価電流を一定に保
つよう動作することとなる。なお、実施例ではスイッチ
ング手段にエンハンスメント型の電界効果トランジスタ
やサイリスタを用いているが、パワートランジスタ等を
用いてもよく、また、電圧比較手段にツェナーダイオー
ドを用いているが、アナログICその他の素子構成によ
る定電圧回路を用いてもよいことは勿論である。さら
に、第1のスイッチング手段を制御する第2のスイッチ
ング手段は一つに限らず複数としてもよいことは勿論で
ある。
【0018】
【発明の効果】本発明は前記説明によって明らかなよう
に、脈流電圧を定電圧手段(4) により設定される出力電
圧との電圧差に応じて直接スイッチングするFETより
なる第1のスイッチング手段と、第1のスイッチング手
段を制御する第2のスイッチング手段と、該第2のスイ
ッチング手段のスイッチング制御を行う電圧比較手段
、抵抗を設けることにより、商用周波数電源の電圧レ
ベルと周波数に依存したスイッチングを行うことによ
り、パルス発生回路を用いることなく定格電圧の変更に
よる電流の消費を防ぎ回路の電源部の発熱を的確に防止
するとともに、従来のように大型のパルス発生回路を用
いることなく小型で安価なものとすることができる。従
って、本発明は従来の問題点を解決した配線保護遮断器
用電源回路として業界にもたらす益極めて大なものであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す回路図である。
【図2】本発明の実施例の各素子における出力を示す波
形図である。
【図3】従来例を示す回路図である。
【図4】パルス発生回路を示す他の従来例を示す回路図
である。
【符号の説明】
1 交流電源 3 第1のスイッチング手段4 定電圧手段 5 電圧比較手段 6 第2のスイッチング手段 C 平滑用のコンデンサR4 抵抗
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−56633(JP,A) 特開 昭57−101917(JP,A) 特開 平5−189066(JP,A) 特開 平4−261365(JP,A) 実開 昭59−70216(JP,U)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 交流電源(1) の異なる定格電圧を制限抵
    抗R1 を介して全波整流した脈流電圧を定電圧手段(4)
    により設定される出力電圧との電圧差に応じてスイッチ
    ングするFETよりなる第1のスイッチング手段(3)
    と、電圧比較手段(5) により設定された電圧と出力電圧
    との電圧差に応じてスイッチングされ、前記第1のスイ
    ッチング手段(3) をスイッチング制御する第2のスイッ
    チング手段(6) と、抵抗R4と、出力電圧を平滑化する
    コンデンサCとよりなることを特徴とする配線保護遮断
    器用電源回路。
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