JP4049961B2 - 電源保護回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば銀行等の各店舗のCD(cash dispenser)やATM(automatic teller machine)等の端末を無人管理する無人管理システムにおいて、人体検 知器、空調、照明、自動ドア、シャッター等の各種設備への電源供給を一括管理する集中管理ユニットに内蔵され、負荷(各種設備)が接続される出力側から誤って入力される過電圧から電源装置及び負荷を保護する電源保護回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般的に知られている従来の電源装置は、商用電源AC100Vなどの入力をDC24V、DC12V、DC5Vなどの適当な電圧に変圧し、この変圧された電圧を電源供給路を介して負荷に供給している。また、電源装置には、入力端子から過電圧が印加されたり、内部の回路が故障すると、電源装置や電源装置に接続される負荷が故障してしまう。これを防ぐため、一般的な電源装置は、過電圧を検出したときに、負荷への電源供給を遮断する過電圧保護回路を内蔵している。
【0003】
図5はこの種の過電圧保護回路を内蔵した電源装置の具体的回路構成の一例を示している。図5に示す過電圧保護回路3aは、一方の線路21に配設されるヒューズP2、スイッチング手段としてのNPN形トランジスタQ2 、抵抗R5 ,R6 ,R7 、コンデンサC3 から構成される。トランジスタQ2 は、ベースが抵抗R5 を介してヒューズP2の一端に接続されるとともに、抵抗R6 とコンデンサC3 からなる並列回路23を介して接地され、コレクタが抵抗R7 を介してヒューズP2の他端に接続され、エミッタが接地されている。
【0004】
上記構成の過電圧保護回路3aでは、トランジスタQ2 のベース入力が0Vの状態では動作しないが、例えばAC100V入力のところを誤ってAC200Vが入力されると、電源装置及び負荷に過電圧が印加される。過電圧がかかってベースに電流が流れると、トランジスタQ2 がオンして線路21,22間がショートし、ヒューズP2に電流が流れてヒューズP2が溶断される。これにより、電源装置と負荷との間が完全に切離される。
【0005】
ところで、銀行等の各店舗では、CDやATM等の端末を開店から閉店まで自動運行する無人管理システムを採用している。この無人管理システムでは、CDやATM等の端末が外部の中央管理センターとの間で集中管理コントローラを介して回線接続されており、予め設定したスケジュールに合わせた制御が行われるようになっている。
【0006】
また、集中管理コントローラは、複数の出力端子を装備した端子台を有する電源装置を内蔵しており、各出力端子に例えば人体検知器、空調、照明、自動ドア、シャッター等の設備を配線接続し、各種設備への電源供給の一括管理を行っている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図5に示すような電源装置3を上記集中管理コントローラに内蔵させた場合、図5に示す電源装置3は複数の電源を供給するために複数の出力端子5(5A,5B,5C)を備えているので、誤って何れかの出力端子、例えば出力端子5Aに外部電圧源13を接続し、その出力端子5Aから過電圧が印加されると、電源装置3に内蔵された過電圧保護回路3aが動作し、電源装置3から供給している全ての出力端子5A,5B,5Cへの電源供給が停止する。
【0008】
すなわち、一つの出力端子5に負荷8を接続すべきところ、システムに不慣れなユーザーが誤って別電源(外部電圧源13)を接続すると、その別電源の電圧が実際に出力端子から負荷に供給される電源電圧より高い場合には過電圧状態が生じる。そして、この過電圧状態が生じると、この過電圧を電源装置3に内蔵された過電圧保護回路3aが検出し、全ての出力端子5A,5B,5Cに対する電源供給を停止することになる。
【0009】
ところが、実際に障害が起きている出力端子の電源供給路は、一つだけであるにもかかわらず、他の出力端子の電源供給路への電源供給までも停止するという課題があった。この問題は、従来の電源装置において、出力端子から過電圧が印加されることを想定していなかったことに起因している。
【0010】
また、従来の電源装置では、どの出力端子の電源供給路に過電圧が印加されたのか不明であり、障害の原因を特定するのに時間がかかるという課題もある。
【0011】
そこで、本発明は、上記課題を解消するためになされたものであって、負荷が接続される出力側から誤って過電圧が印加されても電源装置及び負荷を保護することができ、さらには過電圧が印加された箇所を容易に特定することができる電源保護回路を提供することを目的としている。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1の発明に係る電源保護回路は、線路を介して負荷に所望電源を生成出力し、前記線路間に過電圧がかかったときに電源供給を遮断する過電圧保護回路を有する電源装置の後段に配設され、前記負荷が接続される出力側から過電圧がかかったときに前記過電圧保護回路よりも先に動作して前記電源装置との間を切離して電源供給を遮断することを特徴とする。
【0013】
請求項2の発明に係る電源保護回路は、線路を介して負荷に所望電源を生成出力する複数の出力端子が設けられ、前記線路間に過電圧がかかったときに前記複数の出力端子からの電源供給を遮断する過電圧保護回路を有する電源装置の前記複数の出力端子のいずれかに配設され、当該配設された出力端子に過電圧がかかったときに前記過電圧保護回路よりも先に動作して前記電源装置との間を切離して前記出力端子への電源供給を遮断することを特徴とする。
【0014】
請求項3の発明は、請求項1又は2の電源保護回路において、
前記電源装置と接続される線路間の電圧を検出する電圧検出手段と、前記線路間を短絡するための短絡手段と、該短絡手段の出力側に設けられた切断手段とを有し、
前記電圧検出手段が所定電圧を検出したときに、前記短絡手段により前記切断手段を動作させて前記線路間を短絡させ、前記電源装置との間を切離して電源供給を遮断することを特徴とする。
【0015】
請求項4の発明は、請求項3の電源保護回路において、
前記短絡手段は前記線路間に接続されるサイリスタを含み、前記電圧検出手段の前段の線路にはヒューズが配設されており、
前記電圧検出手段は前記線路間の電圧が所定電圧以上になったときに前記サイリスタのゲートに電圧を印加して該サイリスタをターンオンさせて前記線路間を短絡させ、該線路間の短絡による前記ヒューズの溶断で前記サイリスタをターンオフさせることを特徴とする。
【0016】
請求項5の発明は、請求項1〜4のいずれかの電源保護回路において、
前記線路は並列接続された複数の分岐線路から形成されており、
前記電圧検出手段は、前記複数の分岐線路が並列接続される前段に配設されるとともに、並列接続された各分岐線路に切断手段が夫々配設されることを特徴とする。
【0017】
請求項6の発明は、請求項3又は5の電源保護回路において、
前記切断手段がヒューズからなることを特徴とする。
【0018】
【発明の実施の形態】
図1は本発明による電源保護回路を含む電源保護システムの基本構成を示す図である。
【0019】
本発明による電源保護システムは、例えば銀行等の各店舗のCDやATM等の端末を無人管理する無人管理システムにおいて、端末及び各種設備の制御並びに電源供給を一括管理する集中管理コントローラ2に電源保護回路1(1A)と電源装置3とが内蔵されたものである。
【0020】
集中管理コントローラ2は、例えば人体検知器、空調、照明、自動ドア、シャッター等の各種設備への電源供給の一括管理を行うともに、例えば閉店後の不法な侵入者の出入りを人体検知器が検知した際に外部の中央管理センターに対して警報信号を出力している。
【0021】
なお、これらの構成は、本技術分野において一般的に知られており、本発明との関連性が低いので詳細な説明及び図面の記載を省略している。
【0022】
電源装置3は、電源供給対象となる負荷に応じて、単一の電源を所望電圧に変圧して複数の電源を生成出力している。この電源装置としては、例えば図5に示すような過電圧保護回路3aを内蔵した電源装置3を採用することができる。図5に示す電源装置3は、入力端子4に商用電源AC100Vが入力されると、このAC100VをダイオードブリッジD1,D2,D3,D4からなる整流回路により整流し、この整流された電圧をDC24V(=VC )、DC5V(=VD )に変圧している。そして、3組の出力端子5(5A,5B,5C)の上から順にDC24V、DC5V、DC24Vを出力している。
【0023】
過電圧保護回路3aは、一方の線路21に配設されるヒューズP2、スイッチング手段としてのNPN形トランジスタQ2 、抵抗R5 ,R6 ,R7 、コンデンサC3 から構成される。トランジスタQ2 は、ベースが抵抗R5 を介してヒューズP2の一端に接続されるとともに、抵抗R6 とコンデンサC3 からなる並列回路23を介して接地され、コレクタが抵抗R7 を介してヒューズP2の他端に接続され、エミッタが接地されている。
【0024】
上記過電圧保護回路3aでは、トランジスタQ2 のベース入力が0Vの状態では動作しないが、例えばAC100V入力のところを誤ってAC200Vが入力されると、電源装置及び負荷に過電圧が印加される。過電圧がかかってベースに電流が流れると、トランジスタQ2 がオンして線路21,22間がショートし、ヒューズP2 に電流が流れてヒューズP2が溶断される。これにより、電源装置と負荷との間が完全に切離される。
【0025】
また、電源装置3は、ダイオードブリッジD1,D2,D3,D4からなる整流回路の直後の線路21にヒューズP1 が配設されている。このヒューズP1 は、入力端子4から所定電圧以上の過大電圧が入力されると、NPN形トランジスタQ1 のベースに電流が流れてトランジスタQ1 がオンし、これにより線路21,22間がショートして電流が流れることで溶断されるようになっている。
【0026】
電源保護回路1(1A)は、外部に露出する不図示の端子台に入力端子6と出力端子7が設けられ、入力端子6に電源装置3の出力端子5(例えば図5の出力端子5A)が接続され、出力端子6に電源供給対象となる負荷8(例えば人体検知器、空調、照明、自動ドア、シャッター等の各種設備)が不図示の電源線を介して配線接続されるようになっている。
【0027】
電源保護回路1は、過電圧検出回路9と短絡回路10を備えている。過電圧検出回路9は、線路11,12間に設けられており、線路11,12間の電圧を常時監視している。この過電圧検出回路9は、検出した電圧が所定の電圧値以上であるときに、過電圧の旨の信号を出力している。短絡回路10は、過電圧検出回路9の後段の線路11,12間に設けられており、過電圧検出回路9から過電圧の旨の信号が入力されたときに線路11、12間を短絡している。
【0028】
短絡回路10と出力端子7との間の一方の線路11には、線路11を切離するための第二の切断手段が配設されている。本例における第二の切断手段はヒューズF2で構成される。このヒューズF2は、過電圧検出回路9が過電圧を検出して短絡回路10が動作し、線路11,12間がショートしたときに流れる電流によって溶断されるものである。
【0029】
上記のように構成される電源保護回路1において、出力端子7に電源供給対象となる負荷8が接続された状態では、過電圧検出回路9からは過電圧の旨の信号が出力されないので、短絡回路10は動作せず、電源装置3から入力端子6より入力される電源が出力端子7から出力され負荷8に供給される。
【0030】
これに対し、今、電源装置3から電源保護回路1の入力端子6に例えば24Vの電圧が入力している状態で、この電圧24Vよりも高い電圧、例えば100Vの外部電圧源13がシステムに不慣れなユーザーによって電源保護回路1の出力端子7に誤接続されると、短絡回路10と線路11との接続点aの電位が上昇して過電圧となる。そして、この過電圧を過電圧検出回路9が検出し、短絡回路10に過電圧の旨の信号が入力されると、短絡回路10が動作して線路11,12間がショートし、線路11に設けられたヒューズF2が溶断される。これにより、電源装置3と出力端子7との間が切離され、出力端子7から外部への電源供給が断たれる。
【0031】
次に、図2は本発明による電源保護システムの具体的回路構成を示す図である。なお、図1と同一の構成要素には同一番号を付して説明する。
【0032】
図2に示す構成においては、電源装置3の3組の出力端子5A,5B,5Cのうち2組の出力端子5A,5Cに本例の電源保護回路1が接続されており、残りの出力端子5Bから出力される電圧VD は集中管理コントローラ2内のCPUや周辺回路等のロジック電源として直接用いられる。
【0033】
なお、上記出力端子5Bに本例の電源保護回路1を接続することも可能である。また、電源装置3としては、図5に示す構成以外のものであってもよい。例えば図5に示す構成では、過電圧がかかったときにヒューズを溶断して電源供給を停止しているが、線路間に印加される電圧を絞り込んで電源供給を停止するようにしてもよい。さらに、電源装置3の出力端子5の数も3組に限定されるものではない。
【0034】
図2に示す構成では、入力端子6と過電圧検出回路9との間の一方の線路11に第一の切断手段としてのヒューズF1が配設されている。
【0035】
図2における過電圧検出回路9は、定電圧ダイオードZD3 、2つの抵抗RX ,RY 、コンデンサCY を備えて構成される。定電圧ダイオードZD3 は、カソードがヒューズF1に接続され、アノードが抵抗RX の一端に直列接続される。抵抗RX の他端には、抵抗RY とコンデンサCY による並列回路14の一端に接続されており、並列回路14の他端は線路12に接続され接地されている。
【0036】
図2における短絡回路10は、抵抗RS とサイリスタQ3 を備えて構成される。抵抗RS は、一端が線路11に接続され、他端がサイリスタQ3 のアノードに接続されている。サイリスタQ3 は、カソードが線路12を介して接地されており、ゲートが抵抗RX と並列回路14との間に接続される。
【0037】
図2に示す構成において、出力端子7に電源供給対象となる負荷8が接続された状態では、サイリスタQ3 のゲート電圧が0Vであるため、サイリスタQ3 はターンオンせず、電源装置3から入力端子6より入力される電源がそのまま出力端子7から出力されて負荷8に供給される。
【0038】
これに対し、今、電源装置3から電源保護回路1の入力端子6に例えば24Vの電圧が入力している状態で、この電圧24Vよりも高い電圧、例えば100Vの外部電圧源13が電源保護回路1の出力端子7に誤接続されると、短絡回路10と線路11との接続点aの電位VS が上昇する。そして、接続点aの電位が上昇すると、サイリスタQ3 のゲートに電圧が印加されてサイリスタQ3 がターンオンする。サイリスタQ3 がターンオンして線路11,12間が短絡されると、入力端子6からサイリスタQ3 のアノードに向かって電流i1 が流れ、ヒューズF1が溶断される。また同時に、出力端子7からサイリスタQ3 のアノードに向かって電流i2 が流れ、ヒューズF2が溶断される。そして、ヒューズF1,F2が溶断されると、完全に電源装置3と外部電圧源13との間が切離される。
【0039】
ところで、上記回路構成では、過電圧により一旦サイリスタQ3 がターンオンして線路11,12間が短絡されると、ゲート電圧が0Vになるまでその状態が保持される。このため、入力端子6と定電圧ダイオードZD3 のカソードとの間の線路11にヒューズF1を配設し、過電圧が印加されたときにヒューズF1を溶断している。これにより、サイリスタQ3 のゲート電圧が0Vとなり、サイリスタQ3 がターンオフして復帰する。
【0040】
また、上記回路構成による電源保護回路1では、時定数(RY ,CY )、ヒューズF1の定格、抵抗RX ,RY の分圧比、サイリスタの動作速度を適宜設定することにより、電源装置3に内蔵された過電圧保護回路3aよりも先に動作するようになっている。具体的には、コンデンサCY の容量を過電圧保護回路3aのコンデンサC3 の容量よりも小さく設定して電圧値の変化を速くしたり、ヒューズF1を電源装置3内のヒューズP1,P2より溶断されやすいものを選択する。
【0041】
次に、図3は本発明による電源保護回路の他の実施の形態を示す回路構成図、図4は図3の構成におけるタイミングチャート図である。なお、図2と同一の構成要素には同一番号を付して説明する。
【0042】
図3の電源保護回路1B(1)は、図2の電源保護回路1Aが1組の出力端子7を備えていたのに対し、3組の出力端子7A,7B,7Cを備えている。このため、線路11は短絡回路10の後段で分岐されて3本の分岐線路11A,11B,11Cを形成しており、各分岐線路11A,11B,11Cは第二の切断手段としてのヒューズF2,F3,F4を介して出力端子7A,7B,7Cの一方に接続され、他方の端子が接地された線路12に共通接続されている。その他の構成については図2と同一構成である。
【0043】
図3に示す構成において、出力端子7Aに何も接続せず、出力端子7Bに負荷Z1を接続し、出力端子7Cに負荷Z2を接続した状態では、サイリスタQ3 のゲート電圧が0Vである。このため、サイリスタQ3 はターンオンせず、電源装置3から入力端子6より入力される電源VC が出力端子7B,7Cから出力されて負荷Z1,Z2に供給される。
【0044】
これに対し、今、電源装置3から電源保護回路1Bの入力端子6に電圧VC が入力している状態で、この電圧VC よりも高い電圧E0 の外部電圧源13が出力端子7Aに誤接続されると、短絡回路10と線路11との接続点aの電位VS が上昇する。そして、接続点aの電位が上昇すると、サイリスタQ3 のゲートに電圧が印加されてサイリスタQ3 がターンオンする。サイリスタQ3 がターンオンして線路11,12間が短絡されると、入力端子6からサイリスタQ3 のアノードに向かって電流i1 が流れ、ヒューズF1が溶断される。また同時に、出力端子7AからサイリスタQ3 のアノードに向かって電流i2 が流れ、ヒューズF2が溶断される。そして、ヒューズF1,F2が溶断されると、完全に電源装置3と出力との間が切離される。その際、過電圧の印加された位置は、どのヒューズが溶断されたかによって特定することができる。上記説明では、ヒューズF2が溶断されるので、出力端子7Aから過電圧が印加されたと特定することができる。
【0045】
このように、本例の電源保護回路1(1A,1B)を、例えば銀行のCD(cash dispenser)等を各店舗毎に無人管理する無人管理システムにおいて、空調、照明、自動ドア、シャッター等の各種設備への電源供給を一括管理するべく、電源供給用の複数の出力端子を備えた集中管理コントローラに採用すれば、本来、負荷(各種設備)が接続される出力端子に誤って外部電圧源を接続して出力端子側から過電圧が入力されても、この過電圧から電源装置及び負荷を保護することができる。
【0046】
すなわち、出力端子に過電圧が印加されると、電源装置3に内蔵された過電圧保護回路3aよりも速く電源保護回路1が動作し、電源装置3から負荷8を電気的に切離すので、過電圧印加から電源装置3及び負荷8を保護することができる。しかも、電源装置3の過電圧保護回路3aと合わせて入出力の両方から電源装置3及び負荷8を保護することができる。また、電源保護回路1を既存の電源装置に付加するだけで過電圧から電源装置及び負荷を保護することができる。
【0047】
特に、図5に示すように、電源装置3が複数の出力端子5A,5B,5Cを有する場合、過電圧が印加された出力端子に対してのみ電源供給が停止されるので、他の出力端子への電源供給が維持され、接続されている負荷へのリスク影響が少ないという利点がある。
【0048】
更に、図3に示すように、電源保護回路1の線路11に複数の出力端子7A,7B,7Cが並列接続された構成の場合、それぞれの出力端子7A,7B,7Cと短絡回路10との間にヒューズF2,F3,F4が配設されるので、過電圧の印加された出力端子を容易に特定することができる。
【0049】
ところで、図2及び図3に示す構成では、短絡回路10に強度な耐圧性を有するサイリスタQ3 を用いているが、十分な耐圧性を有していれば、トランジスタを用いることも可能である。この場合には、サイリスタQ3 を復帰させるために線路11に設けられるヒューズF1を省略することができる。
【0050】
また、本例における電源保護回路1では、切断手段としてヒューズF1〜F4を用いた構成について説明したが、線路11,12間に過電圧がかかったときに線路を切離すように動作する構成であればヒューズのみに限定されるものではない。
【0051】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の電源保護回路によれば、出力端子に過電圧が印加されると、電源装置に内蔵された過電圧保護回路よりも速く電源保護回路が動作し、電源装置から負荷を電気的に切離すので、本来、負荷(各種設備)が接続される出力端子に誤って外部電圧源を接続して出力端子側から過電圧が入力されても、この過電圧から電源装置及び負荷を保護することができる。しかも、電源装置の過電圧保護回路と合わせて入出力の両方から電源装置及び負荷を保護することができる。また、電源保護回路を既存の電源装置に付加するだけで過電圧から電源装置及び負荷を保護することができる。
【0052】
特に、電源装置が複数の出力端子を有する場合、過電圧が印加された出力端子に対してのみ電源供給が停止されるので、他の出力端子への電源供給が維持され、接続されている負荷へのリスク影響を少なくできる。
【0053】
更に、電源保護回路の線路に複数の出力端子を並列接続し、それぞれの出力端子と短絡回路との間にヒューズを配設した構成とすれば、過電圧の印加された出力端子を容易に特定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による電源保護回路を含む電源保護システムの基本構成を示す図
【図2】本発明による電源保護システムの具体的回路構成を示す図
【図3】本発明による電源保護回路の他の実施の形態を示す回路構成図
【図4】図3の構成におけるタイミングチャート図
【図5】過電圧保護回路を内蔵した電源装置の具体的回路構成の一例を示す図
【符号の説明】
1…電源保護回路、2…集中管理コントローラ、3…電源装置、3a…過電圧保護回路、4…入力端子、5(5A,5B,5C)…出力端子、6…入力端子、7(7A,7B,7C)…出力端子、8…負荷、9…過電圧検出回路(電圧検出手段)、10…短絡回路(短絡手段)、11,12…線路、11A,11B,11C…分岐線路、13…外部電圧源、F1…第一の切断手段(ヒューズ)、F2,F3,F4…第二の切断手段(ヒューズ)。
Claims (6)
- 線路を介して負荷に所望電源を生成出力し、前記線路間に過電圧がかかったときに電源供給を遮断する過電圧保護回路を有する電源装置の後段に配設され、前記負荷が接続される出力側から過電圧がかかったときに前記過電圧保護回路よりも先に動作して前記電源装置との間を切離して電源供給を遮断することを特徴とする電源保護回路。
- 線路を介して負荷に所望電源を生成出力する複数の出力端子が設けられ、前記線路間に過電圧がかかったときに前記複数の出力端子からの電源供給を遮断する過電圧保護回路を有する電源装置の前記複数の出力端子のいずれかに配設され、当該配設された出力端子に過電圧がかかったときに前記過電圧保護回路よりも先に動作して前記電源装置との間を切離して前記出力端子への電源供給を遮断することを特徴とする電源保護回路。
- 前記電源装置と接続される線路間の電圧を検出する電圧検出手段と、前記線路間を短絡するための短絡手段と、該短絡手段の出力側に設けられた切断手段とを有し、
前記電圧検出手段が所定電圧を検出したときに、前記短絡手段により前記切断手段を動作させて前記線路間を短絡させ、前記電源装置との間を切離して電源供給を遮断することを特徴とする請求項1又は2記載の電源保護回路。 - 前記短絡手段は前記線路間に接続されるサイリスタを含み、前記電圧検出手段の前段の線路にはヒューズが配設されており、
前記電圧検出手段は前記線路間の電圧が所定電圧以上になったときに前記サイリスタのゲートに電圧を印加して該サイリスタをターンオンさせて前記線路間を短絡させ、該線路間の短絡による前記ヒューズの溶断で前記サイリスタをターンオフさせることを特徴とする請求項3記載の電源保護回路。 - 前記線路は並列接続された複数の分岐線路から形成されており、
前記電圧検出手段は、前記複数の分岐線路が並列接続される前段に配設されるとともに、並列接続された各分岐線路に切断手段が夫々配設されることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の電源保護回路。 - 前記切断手段がヒューズからなることを特徴とする請求項3又は5記載の電源保護回路。
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