JP4002546B2 - 電源保護回路 - Google Patents

Description

本発明は電源保護回路に関し、特に電子装置に使用される電源パッケージなどの小型電源装置に実装され、その内部回路の故障による発煙を検出して電源を停止し、火災などを未然に防止するための電源保護回路に関する。

電源装置における一般的な電源保護回路は、電源入力側に挿入され、電源装置側の過電流に対して入力電源を遮断して保護するためのヒューズ或いはブレーカー、及び負荷側の過電流、過電圧に対して出力を停止し、負荷及び電源装置を保護する過電流、過電圧保護回路などがある。

これら保護回路は、その機能を発揮する動作点が、動作の安定を見て通常の電流、電圧値に対して余裕を見て設定される。内部回路の故障により増加する電流、電圧値がこの動作点を越すような故障モードであれば問題はないが、通常値とこの動作点との中間になる場合もある。このような故障モードにおいて、時間を置いても発煙、発火に至らないものであれば、いずれ出力の異常などにより間接的に故障が発見されるので大きな問題にはならない。

しかし、このような故障モードにおいて、局部的に熱が集中する場合、例えば、トランジスタなどのショート障害でその出力側の抵抗器に過大電流が流れてしまうと言った場合など、この抵抗器から発煙、発火することがある。

即ち、故障モードによっては従来の保護回路が動作しないで発煙、発火に至ることがあり、火災につながる危険性がある。特に電気機器においては内部故障により火災事故を起こした事例も多く報告されており、この予防対策は重要な課題となっている。

この課題を改善する従来例として図４に示す電源装置がある。図４はこの従来例を示すブロック図である。本電源装置は無停電電源装置を構成し、交流電源４０からの交流電力を整流器４１によって直流に変換し、インバータ４３によって再び交流に変換する機能と、交流入力電源が停電した際に、蓄電器４４からの電力を同様にインバータ１３により交流電力に変換する機能を持ち合わせ、負荷４６に無停電で電力を供給できるものである。

負荷４６へに電力の流れは、点線で示したように交流入力電源４０から整流器４１、インバータ４３、切換器（下側）４５ｂを通るＡルートによって供給されているが、上述したように交流入力電源４０が停電した際には、蓄電器４４からインバータ４３、切換器（下側）４５ｂを通るＢルートによって供給される。予備電源４２から切換器（上側）４５ａを通るＣルートは、Ａルートに異常が生じた際に瞬断なく負荷４６に電力を継続供給するものである。

Ａ，Ｂルートの異常は、電源装置に設けられた各種保護検出器（図示せず、ここでは第１の異常検知手段と呼ぶ）によって検知され切換器４５によって自動的にＣルートに切換える。この第１の異常検知手段は、各電源の過電流、過電圧、不足電圧などを検出する。

更に、この第１の異常検知手段に加え第２の異常検知手段４７が付加されており、第２の異常検知手段４７の出力する情報は、判定手段４８で記憶判定し切換器４５ａを自動選択する。異常検知手段４７は、音、煙、光、匂い、振動を検知する。

即ち、Ａ，Ｂルートで給電している状態において、電源装置内の器具部品類に、破裂、焼損、発火、発煙などが生じた場合、主に破裂は音検知器、焼損は匂い検知器、発火は光検知器、発煙は煙検知器によって検知されるか、或いは複数の検知器によって同時に検知される。これらの検知器で検知された値の大小、検知継続時間、複数検知器の動作の有無などの情報を判定手段４８によって判断し、異常時は切換器４５ａを自動選択する。

このように従来の第１の異常検知手段による保護機能に加え、第２の異常検知手段による保護機能を付加することにより、器具部品類の異常、例えば接触不良、絶縁不良、特性不良、経年変化などさまざまなケースに起因して発生する電源装置の異常をすばやく検知して保護動作が行われるので、負荷４６に安定して電力を供給することができる。

また、発煙、発火といった最悪の事態に至っても電源を遮断すれば、それ以上の被害の拡大を食い止めることができる。（例えば、特許文献１参照。）

特開平４−２８５４４０号公報（第１−３頁）

上述した従来例は、火災に至らないように設けられた保護機能が用いる第２の異常検知手段は、音検知器、匂い検知器、光検知器、煙検知器の集合体であり、従って、これを小型の電源装置には適用した場合、過剰の機能もあり、形も大きくなり、コストも高くなり、実用上適用することができないという問題がある。

本発明の目的は、パッケージ型の小型電源装置に適用することができ、火災を食い止めるための最低限の２次的な保護機能を有する小型、低コストの電源保護回路を提供することにある。

或いは、本発明の電源保護回路は、装置の内部上方に設けられた第１の発光部と、前記第１の発光部の光を受光できる位置に設けられ装置内の発煙により光が遮られ受光量が所定の基準値より低下した時に第１の煙検出信号を出力する第1の受光部と、装置の内部下方或いは装置の外部下側に設けられた第２の発光部と、前記第２の発光部の光を受光できる位置に設けられ装置外の発煙により光が遮られ受光量が所定の基準値より低下した時に第２の煙検出信号を出力する第２の受光部と、前記第１の煙検出信号が入力され前記第２の煙検出信号が入力されない時は装置内の発煙と判断し電源断信号を出力し、前記第１の煙検出信号が入力されかつ前記第２の煙検出信号も入力された時或いは前記第１の煙検出信号が入力されずに前記第２の煙検出信号のみが入力された時は装置外の発煙と判断し前記電源断信号を出力せずに警戒信号を出力する判別部と、前記電源断信号により入力電源を遮断する電源遮断部とを備えている。

更に、前記電源断信号によりメジャーアラームを前記警戒信号によりマイナーアラームをそれぞれ表示するアラーム表示部と、前記電源断信号と前記警戒信号とのデータを記憶する記憶部とを備えるようにしても良い。

更に、前記第１及び第２の発光部と前記第１及び第２受光部と前記電源遮断部とに供給する電源を所定のデューティと周期で断続する断続回路を備えるようにしても良い。

また、前記第１及び第２の発光部に発光ダイオードを前記第１及び第２の受光部にＣＤＳを用いるようにしても良い。

本発明の電源保護回路は、煙検出に発光ダイオードなどの発光部とＣＤＳなどを用いた受光部とを組み合わせた回路を用い、この検出出力で直接入力電源を遮断する構成であるので、回路全体が簡単であり、かつ使用部品が小型であるので、パッケージ型などの小型電源装置或いは小型一般装置に容易に適用することができるという効果がある。

また、本発明の電源保護回路を小型装置に適用する場合、２つの煙検出回路を小型装置の内部上下に配置する構成にすれば、小型装置を上下反転して設置しても確実に煙検出を行い電源を遮断することができるという効果がある。
更に、本発明の電源保護回路をラックに実装する複数のパッケージ適用する場合、２つの煙検出回路をパッケージの内部上下に配置する構成にすれば、この２つの煙検出出力を比較して自己パッケージの発煙か、或いは他パッケージの発煙かを判別し、電源を遮断すると共に、これをアラーム表示しているので、保守者はこのアラーム表示を見て直ちに発煙しているパッケージを特定することができるという効果がある。

次に本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の第１の実施の形態例を示すブロック図、図２は、本発明の第２の実施の形態例を示すブロック図、図３は、図１、図２における煙検出回路の実装位置を示すパッケージ斜視図である。

先ず、図１を参照して第１の実施の形態例について説明する。本実施例は、本発明の電源保護回路をパッケージ型電源装置に適用した例を示し、電源からの入力電源を電圧変換し、安定化して負荷側に給電する電源主回路２と、電源主回路２が故障により発煙した時に、この発煙を検出し電源からの入力電源を遮断して火災を防止する本発明の電源保護回路１とから構成される。

電源保護回路１は、パッケージの内部上方に設けられた発光部１１と、発光部１１の光を受光できる位置に設けられパッケージ内の発煙により光が遮られ受光量が所定の基準値より低下した時に煙検出信号１０１を出力する受光部１２と、煙検出信号１０１により入力電源を遮断する電源遮断器１３と、煙検出信号１０１によりアラーム表示するアラーム表示部１４と、煙検出信号のデータを記憶する記憶部１５と、電源保護回路１の各部へ電源を供給する補助電源１６と、各部に供給する電源を所定のデューティと周期で断続する断続回路１７とから構成される。

発光部１１には、発光ダイオード或いはレーザーダイオードが用いられ、受光部１２には受光素子としてＣＤＳを用いる。この発光部１１と受光部１２とは、煙検出に条件が良くなるように、図３に示すようにパッケージの上部、とくに通気孔があればその周辺に配置される。また、発光部１１の発光ダイオード或いは受光部１２のＣＤＳなどはプリント基板に実装されるが、プリント基板の表面から少し離して実装される。また、電源遮断器１３は通常の制御型ブレーカを用いる。

次に動作について説明する。電源主回路２において、その内部部品の故障などにより或る部品が発熱して発煙すると、煙は上方に立ち昇り、先ずパッケージ内の上部に滞留し、発光部１１からの発射光を遮り受光部１２の受光量が低下する。受光部１２は、光センサーＣＤＳからの出力が低下すると、この出力値と所定の基準値とを比較する比較回路により、出力値が基準値以下になると煙検出信号１０１を出力する。

この煙検出信号１０１により電源遮断器１３のブレーカーが動作し、入力電源を遮断し火災に至る危険性を排除する。同時にアラーム表示部１４にアラーム表示する。またこのアラーム信号のデータは記憶部１５に記憶され後の故障解析に利用される。

各部へ電源を供給する補助電源１６は、入力電源を遮断される主電源回路２とは別に入力電源をとり、その出力を所定のデューティと周期（例えば２０％デューティで数秒周期）で断続する断続回路１７を介して各部へ間欠的な電源供給を行う。この間欠給電の目的は、本電源保護回路の消費電力を小さくするためのもので、この必要がない場合は通常の連続給電でよい。

以上説明したパッケージ型電源装置の実施例に対して、小型構造の一般装置、例えばプロジェクタなどの実施例において、図１に示した発光部１１と受光部１２との煙検出回路をもう１組装置の下部に設置しその煙検出信号を煙検出信号１０１とオア接続しておけば（図示せず）、プロジェクタを机上に置いた場合、或いはその底面を天井などに吊り下げて使用する場合、何れも発煙時は速やかに電源を遮断し保護できる。

次に図２を参照して第２の実施の形態例について説明する。図１と同様に、本発明の電源保護回路をパッケージ型電源装置に適用した例を示し、電源からの入力電源を電圧変換し、安定化して負荷側に給電する電源主回路２と、電源主回路２が故障により発煙した時に、この発煙を検出し電源からの入力電源を遮断して火災を防止する本発明の電源保護回路３とから構成される。

図１の電源保護回路１との相違は、発光部と受光部とから成る煙検出部分を２組みパッケージの上下に配置する構成で、この２つの煙検出出力を比較して自己パッケージの発煙か、或いは他パッケージの発煙かを判別してアラーム表示し、保守者はこのアラーム表示により直ちに発煙しているパッケージを特定することができるようにしたものである。尚、この場合は、ラックに複数の発煙の可能性があるパッケージを実装し、この各パッケージに本電源保護回路３を搭載することを前提にする。

電源保護回路３の構成は、パッケージの内部上方に設けられた発光部３１と、発光部３１の光を受光できる位置に設けられパッケージ内の発煙により光が遮られ受光量が所定の基準値より低下した時に煙検出信号１０１を出力する受光部３２と、パッケージの内部下方或いはパッケージの外部下側に設けられた発光部３８と、発光部３８の光を受光できる位置に設けられパッケージ外の発煙により光が遮られ受光量が所定の基準値より低下した時に煙検出信号１０２を出力する受光部３９と、煙検出信号１０１が入力され煙検出信号１０２が入力されない時はパッケージ内の発煙と判断し電源断信号１０３を出力し、煙検出信号１０１が入力され煙検出信号１０２も入力された時或いは煙検出信号１０１が入力されずに煙検出信号１０２が入力された時はパッケージ外の発煙と判断し電源断信号１０３を出力せずに警戒信号１０４を出力する判別部４０と、電源断信号１０３により入力電源を遮断する電源遮断器３３と、電源断信号１０３によりメジャーアラームを警戒信号１０４によりマイナーアラームをそれぞれ表示するアラーム表示部３４と、電源断信号１０３と警戒信号１０４とのデータを記憶する記憶部３５と、発光部３１，３８と受光部３２，３９と電源遮断器３３の各部へ電源を供給する補助電源３６と、各部に供給する電源を所定のデューティと周期で断続する断続回路３７とから構成される。

発光部３１，３８には、発光ダイオード或いはレーザーダイオードが用いられ、受光部３２，３９には受光素子としてＣＤＳを用いる。この発光部３１，３８と受光部３２，３９とは、煙検出に条件が良くなるように、図３に示すようにパッケージの上部と下部、とくに通気孔があればその周辺にそれぞれ配置される。また、発光部３１，３８の発光ダイオード或いは受光部３２，３９のＣＤＳなどはプリント基板に実装されるが、プリント基板の表面から少し離して実装される。

次に動作について説明する。パッケージ内の発煙の場合は、煙は上方に流れ下方には行かないので、受光部３２はこれを検出するが、受光部３９は検出しないので、煙検出信号１０１のみが出力される。そして判別部４０はパッケージ内の発煙と判断し、電源断信号１０３を出力し、入力電源を遮断する。即ち図１と同様な動作となる。

パッケージ外の発煙の場合、即ち自パッケージより下方に実装された他パッケージから発煙した場合は、煙は上昇するので発光部３１，３８が共に煙を検出する。即ち発光部３１，３８から煙検出信号１０１、１０２が多少の時間差があるかもしれないが共に出力される。そして判別部４０はパッケージ外の発煙と判断し、電源断信号１０３を出力せずに警戒信号１０４を出力する。また、発光部３８のみが煙を検出した場合も同様な判断である。

アラーム表示部３４は、電源断信号１０３により自己発煙による電源断を意味するメジャーアラームを、また警戒信号１０４により他パッケージの発煙を意味するマイナーアラームを表示する。また、これらのアラーム信号の発生時間などを示すデータは記憶部３５に記憶され後の故障解析に利用される。

尚、以上の実施例は、何れも自然空冷のパッケージ型電源装置などを対象に説明したが、強制空冷の場合は、煙検出部を空気の流路に設置する必要があることはいうまでも無い。

ラックへ実装するパッケージ型電源装置或いは一般装置、或いは独立した小型構造の電源装置或いは一般装置に利用できる。

本発明の第１の実施の形態例を示すブロック図である。 本発明の第２の実施の形態例を示すブロック図である。 図１、図２における煙検出回路の実装位置を示すパッケージの斜視図である。 従来例を示すブロック図である。

符号の説明

１、３ 電源保護回路
２ 電源主回路
１１、３１、３８ 発光部
１２、３２、３９ 受光部
１３、３３ 電源遮断器
１４、３４ アラーム表示部
１５、３５ 記憶部
１６、３６ 補助電源
１７、３７ 断続回路
４０ 判別部

Claims (4)

1. 装置の内部上方に設けられた第１の発光部と、前記第１の発光部の光を受光できる位置に設けられ装置内の発煙により光が遮られ受光量が所定の基準値より低下した時に第１の煙検出信号を出力する第1の受光部と、装置の内部下方或いは装置の外部下側に設けられた第２の発光部と、前記第２の発光部の光を受光できる位置に設けられ装置外の発煙により光が遮られ受光量が所定の基準値より低下した時に第２の煙検出信号を出力する第２の受光部と、前記第１の煙検出信号が入力され前記第２の煙検出信号が入力されない時は装置内の発煙と判断し電源断信号を出力し、前記第１の煙検出信号が入力されかつ前記第２の煙検出信号も入力された時或いは前記第１の煙検出信号が入力されずに前記第２の煙検出信号のみが入力された時は装置外の発煙と判断し前記電源断信号を出力せずに警戒信号を出力する判別部と、前記電源断信号により入力電源を遮断する電源遮断部とを備えることを特徴とする電源保護回路。
2. 前記電源断信号によりメジャーアラームを前記警戒信号によりマイナーアラームをそれぞれ表示するアラーム表示部と、前記電源断信号と前記警戒信号とのデータを記憶する記憶部とを備えることを特徴とする請求項１記載の電源保護回路。
3. 前記第１及び第２の発光部と前記第１及び第２受光部と前記電源遮断部とに供給する電源を所定のデューティと周期で断続する断続回路を備えることを特徴とする請求項１或いは２記載の電源保護回路。
4. 前記第１及び第２の発光部に発光ダイオードを前記第１及び第２の受光部にＣＤＳを用いることを特徴とする請求項１，２または３記載の電源保護回路。

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