JP4110700B2

JP4110700B2 - 直流変換電源の短絡検出回路

Info

Publication number: JP4110700B2
Application number: JP2000064635A
Authority: JP
Inventors: 博久水原; 明則小川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-02-03
Filing date: 2000-03-09
Publication date: 2008-07-02
Anticipated expiration: 2020-03-09
Also published as: JP2001292568A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は床下換気装置などの低圧直流電源を内蔵し、床下に配置された換気扇に駆動用の直流電力を送出する直流電源装置における、配線工事ミスなどにより短絡が発生した場合、これを検出し表示するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は従来の商用電源から低圧直流電源に変換して換気扇を駆動する床下換気装置の回路構成図、図７は直流変換電源の内部の回路構成を示す図である。図において、１は商用電源、２は低圧直流電源で駆動される換気扇、３は直流電源装置であり、商用電源１から換気扇２を駆動する直流電力を変換する。直流電源装置３は直流変換電源４、開閉器５、時計部６、時計部６はマイクロコンピュータを使用していてその作動電源を得る電源回路７及び停電補償用電池８から構成される。また、開閉器５は時計部６からの信号をトランジスタ５ｃを介して開閉器コイル５ｂにより開閉器接点５ａを開閉して換気扇２を設定時刻に入り・切りする。開閉器接点５ａは通常はバネ等の付勢力でオフされているのを開閉器コイル５ｂへの通電励磁でオンするようになっている。時計部６と開閉器５はタイムスイッチを形成している。
【０００３】
図７において、４１は整流回路、４２はトランス、４３は制御ＩＣ、４４はスイッチング素子である。トランス４２の二次側回路は制御ＩＣ４３、スイッチング素子４４によりスイッチング変換された矩形波電圧を整流平滑して直流電圧に変換する回路である。４５は過電圧保護回路であり、出力電圧が所定電圧を超えるとトランジスタ４６を断にして直流電源装置の作動を一次停止させる。４７は出力電圧制御用の電圧検出回路であり、検出電圧に応じてトランジスタ４８のコレクタ・エミッタ間の電流変化させて制御ＩＣ４３を通じてスイッチング素子４４入り・切りして出力電圧を予め設定した一定電圧に制御する。４９は過電流検出端子、５０はトランス４２の二次側に挿入された平滑回路である。
【０００４】
上記のような床下換気装置は商用電源１を直流変換電源４で１２Ｖの直流に変換して換気扇２を駆動させる。そして、時計部６に予め設定している時刻制御により昼間は換気扇２を作動して床下へ乾燥した空気を送り換気を行い、夜間は換気扇２を停止させて床下への空気を送り込みを停止する。
【０００５】
ところで、従来の床下換気装置は上記のように構成されているが、取付配線時に誤接続が生じた場合、とくに、直流出力端子から換気扇２までの配線のどこかの個所が短絡した場合は（例えば図６のＡ地点）、開閉器接点５ａが振動現象を起こし、最後には軽い溶着を生じて接点同士がくっついた閉状態となってしまう。この振動現象の継続時間は数秒程度であるが、開閉器の寿命にとって好ましい事ではない。
このような誤接続による短絡は、現象面では直流変換電源４の過電流保護機能が働いて直流出力電圧を低下させ電圧出力が得られないため、直流電源装置３の故障と誤認されていた。
【０００６】
次に開閉器接点５ａが振動現象を起こすメカニズムを図８を加えて説明する。図６においてＡ点が短絡すると、トランス４２の二次側インピーダンスが零オーム近くになるため、トランス４２の一次側に大電流がスイッチング素子４４と、スイッチング素子４４に直列接続された抵抗５０に流れる。抵抗５０での電圧降下により過電流検出端子４９の電位が上昇し、制御ＩＣ４３は過電流が発生したと認識し、スイッチング素子４４のスイッチング波形のパルス幅を狭くして電流を抑制するので、トランス４２の二次側出力電圧が低下する。
【０００７】
開閉器５の開閉器コイル５ｂはこのトランス４２の二次側電圧の励磁力により開閉器接点５ａをオンとしているが、電圧の低下は開閉器コイル５ｂの励磁力を弱め開閉器接点５ａを開放する。従って、短絡状態が解除されることになり、トランス４２の二次側インピーダンスが高くなるためトランス４２の一次側のスイッチング素子４４に直列接続された抵抗５０を流れる電流が減少する。
【０００８】
これにより過電流検出端子４９の電位が低下して、制御ＩＣ４３は過電流状態が解除されたと認識して、通常のスイッチング状態に復旧し直流変換電源４の送出直流電圧は復帰する。電圧の復帰により開閉器５の開閉器コイル５ｂは励磁力を復帰して開閉器接点５ａをオンする。Ａ点の短絡状態はそのままであるので、再び短絡電流が流れ、直流変換電源４の出力電圧が低下する。以上の動作を繰り返して最終的に開閉器接点５ａが軽い溶着を起こすため直流変換電源４の出力電圧が低下しても、開閉器接点５ａはくっついたままとなり、オフしない状態となる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来の直流変換電源で駆動される床下換気装置は上記のように構成されるが、取付配線時の負荷回路に誤接続による短絡が生じた場合、原因の究明が困難であり、直流変換電源の過電流保護回路が働いて出力電圧が得られないため、直流電源装置の故障と見做され、代品交換をするなどに時間と手間を要する。また、短絡の修理結果が確認できないといった課題があった。
さらに、負荷の開閉を制御している開閉器が通電状態での振動現象を起こし開閉器接点が溶着するといった課題もあった。
【００１０】
この発明は上記のような課題を解消するためになされたもので、直流変換電源から負荷である換気扇間の配線に生じた短絡を検出し、これを表示するようにして換気扇取付け作業者に知らしめ、これによって不動作の原因の切り分けを容易にし、直流電源装置の故障と見做されることを防止すると共に、開閉器の振動現象を防止して、開閉器接点の溶着を防止すことを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る請求項１の直流流変換電源の短絡検出回路は、過電流を検知したとき自己の出力電圧を絞る制御手段を有する直流変換電源からの正常出力電圧のときは負荷回路との接続をオンし出力電圧が不足のときは接続をオフにする開閉器と、出力電圧低下を検出する電圧検出手段と、出力電圧の低下継続時間が所定時間以上のとき停電と判定する停電判定手段と、判定された停電の繰り返し回数を計数して、停電回数が予め定められた回数に達したとき負荷回路に短絡発生であることを表示する表示手段とを備えたものである。
【００１３】
また、上記のものに直流変換電源と開閉器の間に電圧保持コンデンサを設けたものである。
【００１４】
さらに、解除指令を入力する操作設定手段からの短絡表示の解除指令により短絡表示の解除を行うとともに開閉器をオンするようにしたものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１の直流変換電源で換気扇を駆動する床下換気装置の構成図、図２は本発明の実施の形態１の動作を説明するフローチャートである。図において、１〜８は上記従来例の説明と同様である。９は電圧保持コンデンサ、１０はダイオード、１１は直流変換電源４の出力電圧の低下を検出する不足電圧検出部、１２は不足電圧検出部１１での電圧低下持続時間ｔを計時する停電時間計測部、１３は停電回数計数部であり、リセットタイマー１４で設定された所定時間Ｔ内の停電回数を計数する。１５は接点駆動制御部であり、開閉器５の開閉器コイル５ｂへの通電を制御して開閉器接点５ａを開閉する。接点駆動制御部１５は他に時計部６からの負荷（換気扇２）のオン・オフ信号により開閉器５を制御することも兼ねている。１６は表示部であり、ＬＣＤ素子等からなり時計装置の時刻数字、注意警報文字を表示する。１７は設定操作部であり、現在時刻、負荷の入・切り時刻設定、注意警報の解除操作を入力する設定入力キーを備える。
【００１６】
次に動作を図２のフローチャートで説明する。まずイニシャル処理時に回数カウンタｎ及び延時間カウンタｔをゼロセットする（ｎ＝０、ｔ＝０）。不足電圧検出部１１は直流変換電源４の出力電圧を監視しており、例えば電圧がＤＣ２．０Ｖ以上を復電、ＤＣ２．０Ｖ未満になったときを停電と判定する（ステップ21）。停電と判定した場合はその停電継続時間が所定時間（例えば２５ｍｓ）以上継続しているかどうかを停電時間計測部１２で計測する。計測結果が２５ｍｓ未満ではノイズや過渡的な短絡であり停電ではなく、これを無視する（ステップ22）。停電継続時間が２５ｍｓ以上は停電とみなして停電回数計数部１３が停電回数をカウントアップし、停電初期からの延時間を積算する。（ステップ23）。延時間が所定時間（例えば１０秒）以上では、電源切断などであり、上記従来例の説明の振動現象ではないとして初期状態へ戻す（ステップ24）。
【００１７】
そして、回数カウンタが所定数Ｍ（例えば３回）未満であれば出力電圧監視状態へ戻す（ステップ25）。この時、回数カウンタはそれまでの累計が記憶されている。直流負荷回路が依然として短絡状態にある場合は再び直流変換電源４に内蔵の過電流保護回路の働きにより、出力電圧の低下、復帰を繰り返すのでステップ２１〜ステップ２５を繰り返し回数カウンタ累計は所定数Ｍに至る。回数カウンタが所定数Ｍ以上になったときは、直流負荷回路の短絡による振動と判定して、開閉器５の励磁をオフにして直流負荷回路を遮断するとともに、表示部１６へ短絡状態にあることを示すメッセージを表示する（ステップ25〜27）。
これにより、ユーザーは直流負荷回路の短絡を認識して配線の点検を実施することができる。
【００１８】
配線のチェックや修理を行い、短絡が解消できたかどうかチェックを行いたい要求がある。このときは、設定操作部１７からのキイー操作等で短絡メッセージ解除の指令入力がなされる。短絡メッセージ表示は一旦表示されると、そのままの表示状態が維持されるが、短絡メッセージ解除の指令入力を検知すると短絡メッセージ表示を解除するとともに開閉器５をオンにして直流負荷回路への給電を再開する（ステップ28〜30）。そして、短絡検出の各ステップが再始動する。
【００１９】
従って、短絡状態が解消されていなかった場合は、前記と同様の動作を行い、再び開閉器５をオフにして短絡メッセージが表示されることになる。短絡メッセージの表示がないときは配線が正常であることが確認できる。また、電圧低下、復帰に伴う開閉器接点５ａの開閉回数を停電の回数計数で限定しているので開閉器接点５ａの溶着を防止することができる。
【００２０】
実施の形態２．
図３は本発明の実施の形態２の直流変換電源で換気扇を駆動する床下換気装置の構成図、図４は本発明の実施の形態２の動作を説明するフローチャート、図５は直流変換電源電圧と開閉器接点のタイムチャートである。図において、１〜１７は上記実施の形態１の説明と同様である。１８はオン・オフ手段の一定時間を保持して開閉器５をオンにするタイマーである。
【００２１】
次に動作を図４のフローチャート及び図５のタイムチャートを用いて説明する。まずイニシャル処理時に回数カウンタｎ及び時間カウンタｔをゼロセットする（ｎ＝０、ｔ＝０）。直流変換電源４の出力電圧の監視により、例えば電圧がＤＣ２．０Ｖ以上を復電、ＤＣ２．０Ｖ未満になったときを停電と判定する（ステップ21）。停電と判定した場合はその停電継続時間が所定時間（例えば２５ｍｓ）以上継続しているかどうかを計測し、電圧復帰が２５ｍｓ未満ではノイズや瞬時停電であり、これを無視する（ステップ22）。停電継続時間が２５ｍｓ以上は停電と見做すが、直流変換電源４から換気扇２間の配線に短絡を生じているときは上記説明のように直流変換電源４の電圧は復帰する。この電圧復帰は直流変換電源４の構造にもよりほぼ一定の時間で復帰する。ここでは５０ｍｓ未満で復帰する場合を一例として説明する。停電継続時間が５０ｍｓ以上では、商用電源１の連続停電と判定して停電処置を行う（ステップ31、34）。５０ｍｓ未満で電圧復帰した場合は、開閉器コイル５ｂの励磁をオフにして、停電回数をカウントアップ（ｎ＝ｎ＋１）して、タイマー１８にセットされた一定時間（Ｔ）待ちする（ステップ31〜33）。回数カウンタはそれまでの累計が記憶されている。
【００２２】
そして、停電回数カウンタが所定数Ｍ（例えば３回）未満であれば開閉器コイル５ｂの励磁をオンにして、出力電圧監視状態へ戻す（ステップ25、35）。
この時、直流負荷回路が依然として短絡状態にある場合は図５のタイムチャートに示すように再び直流変換電源４に内蔵の過電流保護回路の働きにより、出力電圧の低下が生ずるので、ステップ21からステップ25を繰り返し回数カウンタ累計は所定数Ｍに至る。回数カウンタが所定数Ｍ以上になったときは、直流負荷回路が短絡していると判定して、開閉器５の励磁をオフにして直流負荷回路を遮断するとともに、表示部１６へ短絡状態にあることを示すメッセージを表示する（ステップ25〜27）。
これにより、ユーザーは直流負荷回路の短絡を認識して配線の点検を実施することができる。以下、ステップ28〜30は上記実施の形態1と同じであり説明を省略する。
【００２３】
実施の形態２の構成は、停電検出・電圧復帰時に開閉器５の励磁を電圧の有無に依存しないで、タイマー１８からなるオン・オフ手段により開閉器５の接点５ａを開閉させるようにしたので、接点振動がなくなり、接点溶着を未然に防ぐことができる。
【００２４】
上記の処理フローを実行する不足電圧検出部１１、停電時間計測部１２、停電回数計数部１３、リセットタイマー１４、タイマー１８等は個々に電子部品等の回路で構成してもよいが、時計部６のマイクロコンピュータを利用してソフトウエアの処理で実現してもよい。
【００２５】
ここで電圧保持コンデンサ９の働きについて説明する。直流負荷回路での短絡発生による直流変換電源４の出力電圧低下により開閉器コイル５ｂの励磁が解けて開閉器接点５ａが勝手にオフされて、直流負荷回路が遮断されることにより直流変換電源４の出力電圧の電圧回復の周期が短くなる。電圧低下の継続時間を停電時間計測部１２で計測して停電と判定する時間ｔ内に電圧回復があれば、短絡発生が検出できない。これに対し、電圧保持コンデンサ９を設けることで、直流変換電源４の出力電圧低下があっても、電圧保持コンデンサ９の蓄積電荷で開閉器コイル５ｂの励磁を停電判定時間以上に保持させることで短絡発生が確実に検出できるようになる。ダイオード１０は電圧保持コンデンサ９の蓄積電荷が開閉器コイル５ｂ以外へ流出するのを防いでいる。
【００２６】
なお、短絡表示の解除を設定操作部１７からのキイー操作等で行っているが、これをタイムスイッチ機能の入時刻または切時刻に現在時刻が到達したときに解除指令入力を発生させるようにすることも可能である。また、開閉器５はフォトモス開閉器などの半導体素子を使用しても同等の効果を奏する。
【００２７】
また、表示部１６は時計部６の時刻表示と兼用させて、通常は現在時刻、オン・オフ時刻の表示をしているが、短絡発生時は短絡状態であることを示すメッセージを点滅表示するようにしてもよく、短絡表示用のＬＥＤなどのランプとしてもよい。
【００２８】
なお、この発明では床下換気装置の直流変換電源について説明したが、床下換気装置に限定されることなく、商用電源を直流に変換して電力供給する直流変換装置へ利用できることは明白である。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、直流変換電源と負荷（換気扇２）間の配線短絡時に直流変換電源４の過電流保護機能の作動による出力電圧低下と、これによる開閉器５の励磁オフによる電圧復帰の振動現象を不足電圧検出部１１、停電時間計測部１２、停電回数計数部１３等で捉え、短絡と判定されたときは表示部１６へ短絡であることを表示させて取付け作業者に知らしめる。そして、設定操作部１７等からの表示解除指令の入力により、開閉器５のオンと短絡検出を再始動させるので、短絡修理の結果を確認することができる。
【００３０】
また、負荷短絡時の開閉器接点５ａの開閉回数を制限するので開閉器接点５ａが溶着等の損傷を受けることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の直流変換電源で換気扇を駆動する床下換気装置の構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１の動作を説明するフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態２の直流変換電源で換気扇を駆動する床下換気装置の構成図である。
【図４】本発明の実施の形態２の動作を説明するフローチャートである。
【図５】実施の形態２の直流変換電源電圧と開閉器接点のタイムチャートである。
【図６】従来の直流変換電源駆動の床下換気装置の回路構成図である。
【図７】直流変換電源の内部の回路構成を示す図である。
【図８】開閉器接点が振動現象を起こすメカニズムを説明する図である。
【符号の説明】
１商用電源、２換気扇、３直流電源装置、４直流変換電源、５開閉器、
５ａ開閉器接点、５ｂ開閉器コイル、６時計部、９電圧保持コンデンサ、
１１不足電圧検出部、１２停電時間計測部、１３停電回数計数部、
１６表示部、１８タイマー、４１整流回路、４２トランス、
４３制御ＩＣ、４４スイッチング素子、４５過電圧保護回路、
４６、４８トランジスタ、４７電圧検出回路。

Claims

過電流を検知したとき自己の出力電圧を絞る制御手段を有する直流変換電源と、この直流変換電源の正常出力電圧で励磁され負荷回路との接続をオンにし出力電圧が不足のときには接続がオフとなる開閉器と、上記直流変換電源の出力電圧低下を検出する電圧検出手段と、この電圧検出手段で検出した電圧低下時間が所定時間以上の継続のとき停電と判定する停電判定手段と、この停電判定手段で判定した停電の回数を計数する回数計数手段と、停電回数が予め定められた回数に達したとき上記負荷回路に短絡発生であることを表示する表示手段とを備えたことを特徴とする直流変換電源の短絡検出回路。
直流変換電源と開閉器の間に電圧保持コンデンサを設けたことを特徴とする請求項１に記載の直流変換電源の短絡検出回路。
解除指令を入力する操作設定手段と、短絡表示の解除指令により短絡表示の解除を行うとともに上記開閉器をオンにするようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の直流変換電源の短絡検出回路。