JP4720559B2 - 回路保護装置およびその短絡電流遮断方法 - Google Patents

Description

本発明は１台の電源装置から複数の負荷に直流電源を分岐して供給する回路保護装置に係り、特に容量性負荷に対する突入電流や短絡負荷に対する短絡電流に、定電流を流すことにより対応し、容量性負荷に対して電源を停止することなく駆動し、短絡負荷に対して電源を遮断して、他の負荷の動作に影響を及ぼさない回路保護装置に関する。

従来の回路保護装置は、本出願人が「特許文献１」（出力分岐装置）に開示したように、電源装置からの直流電源入力を複数に分岐して複数の負荷に出力するに際して、分岐した出力ラインに対応して出力ラインを遮断する遮断手段を備え、過電流の流れた出力ラインのみを遮断できるように構成されている。

これにより、各出力ラインにブレーカを設ける必要がなく、煩雑な接続作業を必要とせず、ブレーカを設置するスペースも必要としないものである。
特開２００２−２５２９２３号公報

「特許文献１」に開示された従来の出力分岐装置は、出力ライン毎に遮断手段が動作する過電流が設定されているので、負荷に対応した過電流の遮断ユニットを選定して設置しなければならず、多くの遮断ユニットを準備しなければならない課題がある。

また、出力ラインに接続する負荷が変更された場合には、負荷に最適な遮断電流を有する遮断ユニットに交換しなければならないため、交換する遮断ユニットが無い場合には、負荷を動作させることができなく、生産などに大きな影響を及ぼす課題がある。

この発明はこのような課題を解決するためになされたもので、その目的は容量性負荷や抵抗負荷の変更に対応でき、突入電流や短絡電流を定電流で抑制し、容量性負荷に対して電源を遮断することなく継続して駆動するとともに、短絡負荷に対しては定電流を所定時間流した後に電流を遮断することによって、他の負荷の駆動に影響を及ぼさない利便性の高い回路保護装置を提供することにある。

前記課題を解決するためこの発明に係る回路保護装置は、電源装置を接続し、電源装置の直流電源出力を複数の負荷に分岐して供給する回路保護装置であって、負荷に流れる突入電流や短絡電流を定電流で抑制し、定電流による抑制時間が所定時間を超える場合には状態情報を出力し、遮断指令によって負荷への定電流を遮断する負荷対応の分岐出力手段と、直流電源出力を分岐出力手段に分岐して供給するとともに、それぞれの分岐出力手段の状況を監視し、状況に応じた制御を実行する分岐／制御手段とを備えたことを特徴とする。

この発明に係る回路保護装置は、負荷に流れる突入電流や短絡電流を定電流で抑制し、定電流による抑制時間が所定時間を超える場合には状態情報を出力し、遮断指令によって負荷への定電流を遮断する負荷対応の分岐出力手段と、直流電源出力を分岐出力手段に分岐して供給するとともに、それぞれの分岐出力手段の状況を監視し、状況に応じた制御を実行する分岐／制御手段とを備えたので、分岐出力手段は、容量性負荷の突入電流に対して定電流で抑制し、容量性負荷の充電とともに、容量性負荷に継続して定常電流を流すとともに、短絡負荷の短絡電流に対して定電流で抑制し、定電流が所定時間経過すると、状態情報（遮断要求）を分岐／制御手段に送信し、分岐／制御手段から提供される遮断指令を受けて短絡負荷に流す電流を遮断することができる。

また、この発明に係る分岐出力手段は、突入電流や短絡電流を定電流で抑制する定電流部、電流を遮断する遮断部、過大電流に対して瞬時に反応する瞬時遮断部、電流を検出する電流検出部を備えたことを特徴とする。

この発明に係る分岐出力手段は、突入電流や短絡電流を定電流で抑制する定電流部、電流を遮断する遮断部、過大電流に対して瞬時に反応する瞬時遮断部、電流を検出する電流検出部を備えたので、負荷に流れる電流を検出し、検出した電流値に基づいて突入電流や短絡電流に対応して定電流を流し、または定常電流を流すとともに、定電流が所定時間を経過すると、状態情報（遮断要求）を分岐／制御手段に送信し、分岐／制御手段からの遮断指令に基づいて定電流を遮断することができる。

さらに、この発明に係る瞬時遮断部は、過大電流を瞬時に検出し、遮断部を瞬時に遮断することを特徴とする。

この発明に係る瞬時遮断部は、過大電流を瞬時に検出し、遮断部を瞬時に遮断するので、遮断部の一時遮断動作を迅速に実行して、定電流動作に移行することができる。

また、この発明に係る電流検出部は、過大電流を検出した場合、遮断部に遮断信号を供給して遮断部を遮断することを特徴とする。

この発明に係る電流検出部は、過大電流を検出した場合、遮断部に遮断信号を供給して遮断部を遮断するので、定電流部を起動して定電流を流すことができる。

さらに、この発明に係る電流検出部は、電流値を検知する電流値検知部と、定電流の継続時間を計時するタイマと、電流値検知部が検知した電流値に基づき、またはタイマが所定時間越えて定電流を計時した場合に、状態情報を分岐／制御手段に送信する送信部とを備えたことを特徴とする。

この発明に係る電流検出部は、電流値を検知する電流値検知部と、定電流の継続時間を計時するタイマと、電流値検知部が検知した電流値に基づき、またはタイマが所定時間越えて定電流を計時した場合に、状態情報を分岐／制御手段に送信する送信部とを備えたので、分岐出力手段の状態を分岐／制御手段に通知することができる。

また、この発明に係るタイマは、所定時間を変更可能なことを特徴とする。

この発明に係るタイマは、所定時間を変更可能なので、突入電流や短絡電流を抑制する定電流を不必要に長い時間流さないようにすることができる。

さらに、この発明に係る定電流部は、定電流を変更可能なことを特徴とする。

この発明に係る定電流部は、定電流を変更可能なので、直流電源の電流容量や分岐出力手段の遮断要求に応じて定電流を任意に変更することができる。

また、この発明に係る分岐出力手段は、分岐／制御手段から提供される指令に基づいて定電流部および遮断部の動作／遮断を駆動する動作／遮断駆動部を備えたことを特徴とする。

この発明に係る分岐出力手段は、分岐／制御手段から提供される指令に基づいて定電流部および遮断部の動作／遮断を駆動する動作／遮断駆動部を備えたので、分岐／制御手段から動作指令や遮断指令を提供するだけで、分岐出力手段の動作や遮断を容易に実行することができる。

さらに、この発明に係る分岐／制御手段は、装置全体の動作を制御する制御部と、状態情報に基づいて各分岐出力手段の状態を記憶する記憶部、各分岐出力手段に指令を発生するリセット部と、各分岐出力手段を強制的に遮断する遮断トリガを入力する遮断トリガ入力部と、外部機器に各分岐出力手段の状態情報を送信する外部通信部、装置に必要とされる各種電源を供給する内部電源部、各分岐出力手段の遮断を通知するアラーム出力部、各分岐出力手段の動作または遮断を表示する表示部とを備えたことを特徴とする。

この発明に係る分岐／制御手段は、装置全体の動作を制御する制御部と、状態情報に基づいて各分岐出力手段の状態を記憶する記憶部、各分岐出力手段に指令を発生するリセット部と、各分岐出力手段を強制的に遮断する遮断トリガを入力する遮断トリガ入力部と、外部機器に各分岐出力手段の状態情報を送信する外部通信部、装置に必要とされる各種電源を供給する内部電源部、各分岐出力手段の遮断を通知するアラーム出力部、各分岐出力手段の動作または遮断を表示する表示部とを備えたので、直流電源を分岐した複数の分岐出力手段の状態を監視するとともに、短絡負荷が発生した分岐出力手段を自動的または強制的に遮断することができる。

また、この発明に係る制御部は、直流電源がオン状態からオフ状態になる直前の各分岐出力手段の状態（状態情報）を記憶部に保持し、直流電源がオフ状態からオン状態になった時、記憶部に保持された状態と同じ状態から動作の開始を制御する。

この発明に係る制御部は、直流電源がオン状態からオフ状態になる直前の各分岐出力手段の状態（状態情報）を記憶部に保持し、直流電源がオフ状態からオン状態になった時、記憶部に保持された状態と同じ状態から動作の開始を制御するので、各分岐出力手段の動作を自動的に直流電源を切る前の状態から開始することができる。

さらに、この発明に係る回路保護装置の短絡電流遮断方法は、電源装置を接続し、電源装置の直流電源出力を複数の負荷に分岐して供給する回路保護装置の短絡電流遮断方法であって、短絡時の過大電流を検出するステップＳ１と、瞬時遮断を動作させ、遮断部を一時遮断するステップＳ２と、定電流を流すステップＳ３と、定電流を検出するステップＳ４と、定電流が所定時間を超えたか否かを判定するステップＳ５と、所定時間を超えた場合には、状態情報を送信するステップＳ６と、遮断指令を受けて定電流部および遮断部を完全に遮断するステップＳ７とを備えたことを特徴とする。

この発明に係る回路保護装置の短絡電流遮断方法は、電源装置を接続し、電源装置の直流電源出力を複数の負荷に分岐して供給する回路保護装置の短絡電流遮断方法であって、短絡時の過大電流を検出するステップＳ１と、瞬時遮断を動作させ、遮断部を一時遮断するステップＳ２と、定電流を流すステップＳ３と、定電流を検出するステップＳ４と、定電流が所定時間を超えたか否かを判定するステップＳ５と、所定時間を超えた場合には、状態情報を送信するステップＳ６と、遮断指令を受けて定電流部および遮断部を完全に遮断するステップＳ７とを備えたので、負荷短絡が発生しても、過大な短絡電流を流さずに、定電流で抑制して、所定時間経過後に定電流を遮断することができる。

この発明に係る回路保護装置は、負荷に流れる突入電流や短絡電流を定電流で抑制し、定電流による抑制時間が所定時間を超える場合には状態情報を出力し、遮断指令によって負荷への定電流を遮断する負荷対応の分岐出力手段と、直流電源出力を分岐出力手段に分岐して供給するとともに、それぞれの分岐出力手段の状況を監視し、状況に応じた制御を実行する分岐／制御手段とを備えたで、分岐出力手段は、容量性負荷の突入電流に対して定電流で抑制し、容量性負荷の充電とともに、容量性負荷に継続して定常電流を流すとともに、短絡負荷の短絡電流に対して定電流で抑制し、定電流が所定時間経過すると、状態情報（遮断要求）を分岐／制御手段に送信し、分岐／制御手段から提供される遮断指令を受けて短絡負荷に流す電流を遮断することができ、容量性負荷や抵抗負荷の変更に対応し、他の負荷の駆動に影響を及ぼすこともなく、利便性の向上をアピールすることができる。

また、この発明に係る分岐出力手段は、突入電流や短絡電流を定電流で抑制する定電流部、電流を遮断する遮断部、過大電流に対して瞬時に反応する瞬時遮断部、電流を検出する電流検出部を備えたので、負荷に流れる電流を検出し、検出した電流値に基づいて突入電流や短絡電流に対応して定電流を流し、または定常電流を流すとともに、定電流が所定時間を経過すると、状態情報（遮断要求）を分岐／制御手段に送信し、分岐／制御手段からの遮断指令に基づいて定電流を遮断することができ、定電流を流すことと、定電流を所定時間監視するという単純な構成で、短絡負荷を遮断することができる。

さらに、この発明に係る瞬時遮断部は、過大電流を瞬時に検出し、遮断部を瞬時に遮断するので、遮断部の一時遮断動作を迅速に実行して、定電流動作に移行することができ、不必要な過大電流から分岐出力手段を保護することができる。

また、この発明に係る電流検出部は、過大電流を検出した場合、遮断部に遮断信号を供給して遮断部を遮断するので、定電流部を起動して定電流を流すことができ、突入電流や短絡電流を定電流に抑制し、分岐出力手段ならびに分岐／制御手段を保護することができる。

さらに、この発明に係る電流検出部は、電流値を検知する電流値検知部と、定電流の継続時間を計時するタイマと、電流値検知部が検知した電流値に基づき、またはタイマが所定時間越えて定電流を計時した場合に、状態情報を分岐／制御手段に送信する送信部とを備えたので、分岐出力手段の状態を分岐／制御手段に通知することができ、分岐／制御手段に分岐出力手段の状態を表示し、分岐出力手段の電流（定電流）を遮断することができる。

また、この発明に係るタイマは、所定時間を変更可能なので、突入電流や短絡電流を抑制する定電流を不必要に長い時間流さないようにすることができ、分岐出力手段の遮断を最適に設定することができる。

さらに、この発明に係る定電流部は、定電流を変更可能なので、直流電源の電流容量や分岐出力手段の遮断要求に応じて定電流を任意に変更することができ、フレキシビリティ性を実現することができる。

また、この発明に係る分岐出力手段は、分岐／制御手段から提供される指令に基づいて定電流部および遮断部の動作／遮断を駆動する動作／遮断駆動部を備えたので、分岐／制御手段から動作指令や遮断指令を提供するだけで、分岐出力手段の動作や遮断を容易に実行することができ、使い勝手の良さをアピールすることができる。

さらに、この発明に係る分岐／制御手段は、装置全体の動作を制御する制御部と、状態情報に基づいて各分岐出力手段の状態を記憶する記憶部、各分岐出力手段に指令を発生するリセット部と、各分岐出力手段を強制的に遮断する遮断トリガを入力する遮断トリガ入力部と、外部機器に各分岐出力手段の状態情報を送信する外部通信部、装置に必要とされる各種電源を供給する内部電源部、各分岐出力手段の遮断を通知するアラーム出力部、各分岐出力手段の動作または遮断を表示する表示部とを備えたので、直流電源を分岐した複数の分岐出力手段の状態を監視するとともに、短絡負荷が発生した分岐出力手段を自動的または強制的に遮断することができ、利便性の向上を図ることができる。

また、この発明に係る制御部は、直流電源がオン状態からオフ状態になる直前の各分岐出力手段の状態（状態情報）を記憶部に保持し、直流電源がオフ状態からオン状態になった時、記憶部に保持された状態と同じ状態から動作の開始を制御するので、各分岐出力手段の動作を自動的に直流電源を切る前の状態から開始することができ、各分岐出力手段の設定を省き、効率化を図ることができる。

さらに、この発明に係る回路保護装置の短絡電流遮断方法は、電源装置を接続し、電源装置の直流電源出力を複数の負荷に分岐して供給する回路保護装置の短絡電流遮断方法であって、短絡時の過大電流を検出するステップＳ１と、瞬時遮断を動作させ、遮断部を一時遮断するステップＳ２と、定電流を流すステップＳ３と、定電流を検出するステップＳ４と、定電流が所定時間を超えたか否かを判定するステップＳ５と、所定時間を超えた場合には、状態情報を送信するステップＳ６と、遮断指令を受けて定電流部および遮断部を完全に遮断するステップＳ７とを備えたので、負荷短絡が発生しても、過大な短絡電流を流さずに、定電流で抑制して、所定時間経過後に定電流を遮断することができ、装置を過電流から保護するとともに、他の負荷動作に及ぼす影響を無くすることができる。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。なお、本実施の形態では、４個の負荷に分岐された直流電源ＶDCを供給する場合について説明する、図１はこの発明に係る回路保護装置の実施の形態全体構成図である。図１において、回路保護装置１は、分岐／制御手段２と、直流電源２０の直流電源ＶDCが接続される入力端子Ｉ１，Ｉ２と、直流電源２０から供給される直流電源ＶDCを４分岐して、出力端子Ａ１，Ｂ１〜Ａ４，Ｂ４から負荷Ｌ１〜Ｌ４に供給する分岐出力手段３から構成されている。

分岐出力手段３は、複数の分岐出力手段３ａ、分岐出力手段３ｂ、分岐出力手段３ｃおよび分岐出力手段３ｄから構成され、それぞれ各種内部電源ライン、各種データラインを内蔵する接続ラインｌ１〜ｌ４を介して分岐／制御手段２と接続されている。

分岐出力手段３ａ〜３ｄは、それぞれ出力端子Ａ１，Ｂ１〜Ａ４，Ｂ４を介して負荷Ｌ１〜Ｌ４に分岐された直流電源ＶDCおよび定常負荷電流ＩL1〜ＩL4を供給する。なお、定常負荷電流ＩL1〜ＩL4は、負荷Ｌ１〜Ｌ４が抵抗負荷で、短絡していない場合を示すが、負荷Ｌ１〜Ｌ４は、容量性負荷で突入電流が流れるケースおよび負荷短絡で短絡電流が流れるケースを想定する。

分岐／制御手段２は、直流電源出力ＶDCを負荷対応（負荷Ｌ１〜Ｌ４）の分岐出力手段３（分岐出力手段３ａ〜３ｄ）に分岐して供給するとともに、各分岐出力手段（分岐出力手段３ａ〜３ｄ）の状況を監視し、状況に応じた制御を実行する。

分岐出力手段３（分岐出力手段３ａ〜３ｄ）は、突入電流や短絡電流を定電流で抑制し、定電流が所定時間を超える場合には、状態情報を分岐／制御手段２に提供し、分岐／制御手段２から提供される遮断指令によって負荷Ｌ１〜Ｌ４への電流を遮断する。

図２はこの発明に係る分岐／制御手段の一実施の形態要部ブロック構成図である。図２において、分岐／制御手段２は、制御部４、記憶部５、リセット部６，遮断トリガ入力部７、外部通信部８、内部電源部９、アラーム出力部１０および表示部１１を備える。

制御部４は、マイクロプロセッサやＤＳＰ（Digital Signal Processor）などを基本に構成し、アクセス機能、比較機能、判定機能、表示駆動機能、キーインタフェース機能等を備える。

制御部４は、装置全体の動作を制御し、起動すると、駆動指令ＤONを分岐出力手段３ａ〜３ｄに提供し、分岐出力手段３ａ〜３ｄを起動する制御を実行する。

また、制御部４は、分岐出力手段３ａ〜３ｄからデータラインを介して提供される状態情報ＪSを監視し、状態情報ＪSを記憶部５に記憶するとともに、状態情報ＪSに対応した表示データＤGを表示部１１に提供し、分岐出力手段３ａ〜３ｄの状態表示させる制御を実行する。

さらに、制御部４は、状態情報ＪSが遮断要求の場合には、データラインを介して遮断指令ＤOFFを分岐出力手段３ａ〜３ｄに提供し、分岐出力手段３ａ〜３ｄを遮断する制御を実行する。

また、制御部４は、直流電源２０のスイッチＳＷがＯＦＦされた場合、その時点の分岐出力手段３ａ〜３ｄの状態（状態情報ＪS）を記憶部５に保持させ、直流電源２０のスイッチＳＷがＯＮされた場合には、記憶部５に記憶させてある状態に基づいて駆動指令ＤONならびに遮断指令ＤOFFを分岐出力手段３ａ〜３ｄに供給し、分岐出力手段３ａ〜３ｄを直流電源２０のスイッチＳＷがＯＦＦ前と同じ状態から動作を開始させる制御を実行する。

さらに、制御部４は、遮断指令ＤOFFを出力するタイミングでアラーム情報ＪAをアラーム出力部１０に供給し、分岐出力手段３ａ〜３ｄの遮断をアラーム音などで通知する制御を実行する。

また、制御部４は、リセット部６からリセット情報ＪTが提供されると、該当する分岐出力手段３（分岐出力手段３ａ〜分岐出力手段３ｄのいずれか）に駆動指令ＤONを提供し、該当する分岐出力手段３（例えば、分岐出力手段３ａ）を起動させる制御を実行する。

さらに、制御部４は、遮断トリガ入力部７から遮断トリガ情報ＪGが提供されると、遮断指令ＤOFFを分岐出力手段３（分岐出力手段３ａ〜３ｄ）に提供し、分岐出力手段３を強制的に遮断する制御を実行する。

また、制御部４は、一定時間間隔で記憶部５に記憶されている分岐出力手段３（分岐出力手段３ａ〜３ｄ）の状態を外部通信部８から外部機器（例えば、パーソナルコンピュータ）に送信させる制御を実行する。

記憶部５は、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリなどの書換え可能なメモリで構成し、分岐出力手段３（分岐出力手段３ａ〜３ｄ）に対応した記憶領域を備え、制御部４から提供される分岐出力手段３ａ〜３ｄ毎の状態情報ＪSを記憶し、記憶した状態情報ＪSを制御部４に提供する。

また、記憶部５は、直流電源２０のスイッチＳＷがＯＮ状態からＯＦＦ状態になる直前の各分岐出力手段３ａ〜３ｄの状態情報ＪSを保持し、直流電源２０のスイッチＳＷがＯＮされた場合、保持してある状態情報ＪSを制御部４に提供して、各分岐出力手段３ａ〜３ｄの動作を同じ状態から開始させる。

内部電源部９は、直流電源ＶDCから分岐／制御手段２または分岐出力手段３ａ〜３ｄで使用する内部電源を発生し、発生した内部電源を分岐／制御手段２内の各部または内部電源ラインを介して分岐出力手段３ａ〜３ｄに供給する。

このように、この発明に係る分岐／制御手段２は、装置全体の動作を制御する制御部４と、状態情報ＪSに基づいて各分岐出力手段（３ａ〜３ｄ）の状態を記憶する記憶部５、各分岐出力手段（３ａ〜３ｄ）に指令を発生するリセット部６と、各分岐出力手段（３ａ〜３ｄ）を強制的に遮断する遮断トリガを入力する遮断トリガ入力部７と、外部機器に各分岐出力手段（３ａ〜３ｄ）の状態情報ＪSを送信する外部通信部８、装置に必要とされる各種電源を供給する内部電源部９、各分岐出力手段（３ａ〜３ｄ）の遮断を通知するアラーム出力部１０、各分岐出力手段（３ａ〜３ｄ）の動作または遮断を表示する表示部１１とを備えたので、直流電源ＶDCを分岐した複数の分岐出力手段（３ａ〜３ｄ）の状態を監視するとともに、短絡負荷が発生した分岐出力手段（３ａ〜３ｄ）を自動的または強制的に遮断することができ、利便性の向上を図ることができる。

また、この発明に係る制御部４は、直流電源ＶDCがオン状態からオフ状態になる直前の各分岐出力手段（３ａ〜３ｄ）の状態を記憶部５に保持し、直流電源ＶDCがオフ状態からオン状態になった時、記憶部５に保持された状態と同じ状態から動作の開始を制御するので、各分岐出力手段の動作を自動的に直流電源を切る前の状態から開始することができ、各分岐出力手段の設定を省き、効率化を図ることができる。

図３はこの発明に係る分岐出力手段の一実施の要部形態ブロック構成図である。なお、分岐出力手段３ａ〜３ｄは、同一構成ならびに同一機能なので、分岐出力手段３ａについて説明する。

図３において、分岐出力手段３ａは、定電流部１２、遮断部１３、瞬時遮断部１４、電流検出部１５および動作／遮断駆動部１６を備える。

定電流部１２は、容量性負荷の突入電流や短絡負荷の短絡電流を定電流ＩKで抑制し、定電流ＩKを電流検出部１５に供給する。

遮断部１３は、定常負荷電流ＩLを流し、定常負荷電流ＩLを電流検出部１５に供給する。また、遮断部１３は、電流検出部１５で過大電流を検出した場合、電流検出部１５から供給される遮断信号ＳDまたは瞬時遮断部１４から供給される信号に基づいて電流経路を一時遮断する。

瞬時遮断部１４は、過大電流に対して瞬時に反応し、電流検出部１５から供給される遮断信号ＳDに基づいて、信号を遮断部１３に供給し、遮断信号ＳDによる遮断部１３の遮断よりも早く遮断部１３を瞬時に遮断する。

電流検出部１５は、遮断部１３から供給される定常負荷電流ＩLや定電流部１２から供給される定電流ＩKを検出し、遮断信号ＳDを遮断部１３および瞬時遮断部１４に供給するとともに、検出した電流値に対応した状態情報ＪSを分岐／制御手段２に送信する。

動作／遮断駆動部１６は、分岐／制御手段２から提供される駆動指令ＤONまたは遮断指令ＤOFFに基づいて定電流部１２および遮断部１３を起動したり、遮断したりする。

分岐出力手段３ａを起動する場合、駆動指令ＤONに対応した信号を定電流部１２および遮断部１３に提供することにより実行される。

一方、分岐出力手段３ａを遮断する場合には、遮断指令ＤOFFに対応した信号を定電流部１２および遮断部１３に提供することにより実行される。

図４はこの発明に係る電流検出部の一実施の形態要部ブロック構成図である。図４において、電流検出部１５は、電流を電圧で検出する電流検出用抵抗器ＲD、電流検出用抵抗器ＲDが検出した電流値を検知する電流値検知部１７、電流値検知部１７で検知した電流が定電流ＩKの場合、定電流ＩKの継続時間をカウントするタイマ１９、検知した電流値を状態情報ＪSとして分岐／制御手段２に送信する送信部１８を備える。

なお、電流値検知部１７は、電流検出用抵抗器ＲDで過大電流を検出すると、遮断信号ＳDを遮断部１３および瞬時遮断部１４に供給する。

また、電流値検知部１７は、電流検出用抵抗器ＲDで検出した電流が０値の場合、負荷が接続されていないと判断し、０値の電流信号Ｉ0を送信部１８を介して状態情報ＪSとして分岐／制御手段２に送信する。

さらに、電流値検知部１７は、電流検出用抵抗器ＲDで定常負荷電流ＩLを検出した場合、負荷が正常に動作していると判断し、定常負荷電流ＩLを送信部１８を介して状態情報ＪSとして分岐／制御手段２に送信する。

また、電流値検知部１７は、電流検出用抵抗器ＲDで定電流ＩKを検出した場合、負荷が容量性負荷または短絡していると判断し、定電流ＩKの継続時間をタイマ１９で計時し、継続時間が所定時間ＴKを超える場合には、負荷短絡として定電流ＩKを送信部１８を介して状態情報ＪSとして分岐／制御手段２に送信する。

一方、定電流ＩKの継続時間が所定時間ＴK未満の場合には、容量性負荷として電流値情報を分岐／制御手段２に送信しない。

なお、タイマ１９の所定時間ＴKを変更することにより、負荷短絡時の定電流ＩKの継続時間を自由に設定することができる。

このように、この発明に係る電流検出部１５は、電流値を検知する電流値検知部１７と、定電流ＩKの所定時間ＴKを計時するタイマ１９と、電流値検知部１７が検知した電流値に基づき、またはタイマ１９が所定時間ＴKを越えて定電流ＩKを計時した場合に、状態情報ＪSを分岐／制御手段２に送信する送信部１８とを備えたので、分岐出力手段３ａの状態を分岐／制御手段２に通知することができ、分岐／制御手段２に分岐出力手段３ａの状態を表示し、分岐出力手段３ａの電流（定電流ＩK）を遮断することができる。

また、この発明に係るタイマ１９は、所定時間ＴKを変更可能なので、突入電流や短絡電流を抑制する定電流ＩKを不必要に長い時間流さないようにすることができ、分岐出力手段３ａの遮断を最適に設定することができる。

図５はこの発明に係る分岐出力手段の一実施の形態要部回路構成図である。図５において、分岐出力手段３ａは、定電流部１２を構成する定電流回路１２ａ、遮断部１３を構成する遮断回路１３ａ、瞬時遮断部１４を構成する瞬時遮断回路１４ａ、動作／遮断駆動部１６を構成する動作／遮断用トランジスタＴＲａおよび動作／遮断用トランジスタＴＲｂを備える。

動作／遮断用トランジスタＴＲａおよび動作／遮断用トランジスタＴＲｂは、分岐／制御手段２から提供される駆動指令ＤONに基づいて定電流回路１２ａおよび瞬時遮断回路１４ａをオン駆動する。

また、動作／遮断用トランジスタＴＲａおよび動作／遮断用トランジスタＴＲｂは、分岐／制御手段２から提供される遮断指令ＤOFFに基づいて定電流回路１２ａおよび瞬時遮断回路１４ａをオフ駆動し、分岐出力手段３ａを遮断する。

このように、この発明に係る分岐出力手段３ａは、分岐／制御手段２から提供される指令に基づいて定電流部１２および遮断部１３の動作／遮断を駆動する動作／遮断駆動部１６（動作／遮断用トランジスタＴＲａ、ＴＲｂ）を備えたので、分岐／制御手段２から動作指令（駆動指令ＤON）や遮断指令（遮断指令ＤOFF）を提供するだけで、分岐出力手段３ａの動作や遮断を容易に実行することができ、使い勝手の良さをアピールすることができる。

定電流回路１２ａは、ＭＯＳＦＥＴ−Ｑ１、ツェナーダイオードＺＤ、定電流用抵抗器ＲXを備え、ツェナーダイオードＺＤのツェナー電圧および定電流用抵抗器ＲXで決定される定電流ＩKを流す。

定電流回路１２ａ（定電流部１２）は、定電流用抵抗器ＲXまたはツェナーダイオードＺＤを調節することにより、定電流ＩKを自由に設定することができる。

このように、この発明に係る定電流部１２（定電流回路１２ａ）は、定電流ＩKを変更可能なので、直流電源２０の電流容量や分岐出力手段３ａの遮断要求に応じて定電流ＩKを任意に変更することができ、フレキシビリティ性を実現することができる。

遮断回路１３ａは、ＭＯＳＦＥＴ−Ｑ２、差動増幅器ＯＰ１、コンパレータＯＰ２、トランジスタＴＲ１、フィルタなどで構成し、動作／遮断用トランジスタＴＲａと動作／遮断用トランジスタＴＲｂが同時にオン駆動されても、フィルタによってＭＯＳＦＥＴ−Ｑ２のオンが定電流回路１２ａのオンよりも遅れるため、容量性負荷の立ち上りや短絡負荷の立ち上りには、定電流回路１２ａが先に動作して定電流ＩKを流す。

また、遮断回路１３ａは、定電流ＩKが流れると、電流検出用抵抗器ＲDで検出され、差動増幅器ＯＰ１、コンパレータＯＰ２を介してトランジスタＴＲ１をオフ状態にするため、ＭＯＳＦＥＴ−Ｑ２はオフ状態を継続し、遮断状態を継続する。

さらに、遮断回路１３ａは、容量性負荷が定電流ＩKで充電され、定電流ＩKが減少してくると、差動増幅器ＯＰ１、コンパレータＯＰ２を介してトランジスタＴＲ１をオン状態にするため、ＭＯＳＦＥＴ−Ｑ２がオン状態になり、容量性負荷に定常負荷電流ＩLを流す。なお、ＭＯＳＦＥＴ−Ｑ２がオン状態になると、定電流回路１２ａの動作が停止する。

定常負荷電流ＩLが流れている状態から、負荷短絡の状態に移行すると、過大電流ＩPが遮断回路１３ａのＭＯＳＦＥＴ−Ｑ２を流れ、電流検出用抵抗器ＲDで過大電流が検出されると、差動増幅器ＯＰ１、コンパレータＯＰ２を介してトランジスタＴＲ１がオフ状態になるが、フィルタにより遅延が発生する。

フィルタの遅延によるＭＯＳＦＥＴ−Ｑ２のオフの遅れをカバーするため、電流検出用抵抗器ＲDで過大電流が検出されると同時に、瞬時遮断回路１４ａのトランジスタＴＲ２がオン状態になり、ＭＯＳＦＥＴ−Ｑ２の動作を停止する。なお、過大電流の発生から瞬時遮断回路１４ａが動作するまでの時間は、数μｓにすることができる。

遮断回路１３ａのＭＯＳＦＥＴ−Ｑ２がオフ状態になると、定電流回路１２ａが動作を開始し、短絡電流ＩSを定電流ＩKに抑制して分岐出力手段３ａおよび分岐／制御手段２を短絡電流ＩSから保護することになる。

このように、この発明に係る電流検出部１５は、過大電流を検出した場合、遮断部１３に遮断信号ＳDを供給して遮断部１３を遮断するので、定電流部１２を起動して定電流ＩKを流すことができ、突入電流や短絡電流を定電流に抑制し、分岐出力手段３ａならびに分岐／制御手段２を保護することができる。

また、この発明に係る瞬時遮断部１４（瞬時遮断回路１４ａ）は、過大電流を瞬時に検出し、遮断部１３を瞬時に遮断するので、遮断部１３の一時遮断動作を迅速に実行して、定電流動作に移行することができ、不必要な過大電流から分岐出力手段３ａを保護することができる。

次に、分岐出力手段３ａを流れる負荷電流Ｉについて説明する。なお、図５を参照にして説明する。また、定電流ＩKを太実線表示、定常負荷電流ＩLを細実線表示、定電流ＩKと定常負荷電流ＩLの和を破線表示、過大電流ＩPを一点鎖線表示で示す。図６はこの発明に係る抵抗負荷に流れる電流の一実施の形態動作シーケンス図である。図６において、分岐出力手段３ａが動作を開始すると、定電流回路１２ａが先に立ち上がるが、定常負荷電流ＩLが流れるため、遅れて立ち上がる遮断部１３のＭＯＳＦＥＴ−Ｑ２のオンによって、定電流ＩKがわずかの時間だけ小さい電流値で立ち上がり、直ぐに立ち下がる。遅れて立ち上がった遮断回路１３ａは、負荷に定常負荷電流ＩLを流す。

図７はこの発明に係る容量性負荷に流れる電流の一実施の形態動作シーケンス図である。図７において、分岐出力手段３ａが動作を開始すると、定電流回路１２ａが先に立ち上り、容量性負荷に流れる電流が多いため（定電流回路１２ａがないと、突入電流ＩRが流れる）、定電流ＩKに到達し、定電流ＩKが流れ続ける。

容量性負荷に定電流ＩKで充電すると、時間経過に伴い容量性負荷端の電圧が上昇し、定電流ＩKが減少を始めると、遮断部１３が動作してＭＯＳＦＥＴ−Ｑ２に流れる電流（負荷電流ＩLの始め）が次第に増加し、定電流ＩKが０値になる時点で、容量性負荷の定常負荷電流ＩLとなる。従って、容量性負荷であっても、定電流ＩK→定常負荷電流ＩLと継続し、分岐出力手段３ａが遮断することがない。

図８はこの発明に係る定常負荷から短絡負荷になる場合に流れる電流の一実施の形態動作シーケンス図である。図８において、遮断回路１３ａのＭＯＳＦＥＴ−Ｑ２がオン状態にあり、定常負荷電流ＩLがＭＯＳＦＥＴ−Ｑ２を介して流れている状態から、負荷が短絡（途中短絡）すると、過大電流ＩPがＭＯＳＦＥＴ−Ｑ２を介して流れ、電流検出用抵抗器ＲDにより検出される。

過大電流ＩPの検出によって、瞬時遮断回路１４ａが瞬時にＭＯＳＦＥＴ−Ｑ２をオフ状態にすると、定電流回路１２ａが動作を開始し、過大電流ＩPを抑制して定電流ＩKを流す。定電流ＩKが所定時間ＴKを超えて継続すると、分岐／制御手段２から提供される遮断指令ＤOFFに基づいて動作／遮断用トランジスタＴＲａおよび動作／遮断用トランジスタＴＲｂがオフ動作をし、定電流回路１２ａおよび遮断回路１３ａを遮断することで、分岐出力手段３ａを遮断する。

図９はこの発明に係る負荷の初期短絡に流れる電流の一実施の形態動作シーケンス図である。図９において、分岐出力手段３ａの動作開始時に負荷が短絡しているので、定電流回路１２ａが先に立ち上り、定電流ＩKを流す。定電流ＩKが所定時間ＴKを超えて継続すると、分岐／制御手段２から提供される遮断指令ＤOFFに基づいて動作／遮断用トランジスタＴＲａおよび動作／遮断用トランジスタＴＲｂがオフ動作をし、定電流回路１２ａおよび遮断回路１３ａを遮断することで、分岐出力手段３ａを遮断する。

このように、この発明に係る分岐出力手段３ａは、突入電流や短絡電流を定電流ＩKで抑制する定電流部１２、電流を遮断する遮断部１３、過大電流ＩPに対して瞬時に反応する瞬時遮断部１４、電流を検出する電流検出部１５を備えたので、負荷に流れる電流を検出し、検出した電流値に基づいて突入電流や短絡電流に対応した定電流ＩKを流し、または定電流ＩKを流すとともに、定電流ＩKが所定時間ＴKを経過すると、状態情報ＪS（遮断要求）を分岐／制御手段２に送信し、分岐／制御手段２からの遮断指令（遮断指令ＤOFF）に基づいて定電流ＩKを遮断することができ、定電流ＩKを流すことと、定電流ＩKを所定時間ＴK監視するという単純な構成で、短絡負荷を遮断することができる。

図１０はこの発明に係る表示部の一実施の形態イメージ図である。図１０において、分岐／制御手段２の表示部１１は、分岐出力手段３（３ａ〜３ｄ）に対応した４ＣＨ（チャネル）のＬＣＤ、ＬＥＤ（赤）、ＬＥＤ（緑）、リセットキー、遮断キー、外部機器接続およびコネクタＣＮとスピーカＳＰを備える。

ＬＣＤは、分岐出力手段３ａ〜３ｄの状態である「遮断」、通常の負荷動作を表す「動作」、起動しているにも拘わらず、負荷が接続されていない電流が流れない「停止」の状態を表す。

ＬＥＤ（赤）は、負荷短絡で電流が遮断された状態を示し、ＬＥＤ（緑）は、定常負荷で正常に動作していることを表す。

リセットキーは、分岐出力手段３（例えば、分岐出力手段３ａ）が遮断された場合、負荷の異常を保守して、再起動をかける時に操作する。

遮断キーは、強制的に分岐出力手段３（例えば、分岐出力手段３ａ）を遮断する時に操作する。

スピーカＳＰは、分岐出力手段３（例えば、分岐出力手段３ａ）が遮断された場合、アラーム音を出力する。

外部機器接続コネクタＣＮは、分岐出力手段３（分岐出力手段３ａ〜３ｄ）の状態を外部機器（例えば、パーソナルコンピュータ）に送信するためのコネクタである。

図１１はこの発明に係る回路保護装置の基本概念イメージ図である。図１１において、本発明を適用しない場合の実際の突入電流ＩRおよび短絡電流ＩSを破線で表す。＜コンデンサ突入電流＞の場合、突入電流ＩRの過大電流ＩPを瞬時（過大電流検出時間ｔα）に検出し、定電流ＩKで容量負荷充電時間ＴAの時間流し、その後定常負荷電流ＩLで継続して流す。これにより、容量性負荷に対して分岐出力手段を停止することなく、定電流ＩK→定常負荷電流ＩLの電流で継続して電流を流すことができる。

また、負荷の＜途中短絡＞の場合、定常負荷電流ＩLが流れている状態から、負荷が短絡すると、短絡電流ＩSの過大電流ＩPを瞬時（過大電流検出時間ｔα）に検出し、定電流ＩKで所定時間ＴKの時間流し、その後定電流ＩKを遮断する。

さらに、負荷の＜初期短絡＞の場合、初期に短絡電流ＩSの過大電流ＩPを瞬時（過大電流検出時間ｔα）に検出し、定電流ＩKで所定時間ＴKの時間流し、その後定電流ＩKを遮断する。

以上説明したように、この発明に係る回路保護装置１は、負荷に流れる突入電流や短絡電流を定電流ＩKで抑制し、定電流ＩKによる抑制時間が所定時間ＴKを超える場合には状態情報ＪSを出力し、遮断指令ＤOFFによって負荷への定電流を遮断する負荷対応の分岐出力手段３ａ〜３ｄと、直流電源出力ＶDCを分岐出力手段３ａ〜３ｄに分岐して供給するとともに、それぞれの分岐出力手段３ａ〜３ｄの状況を監視し、状況に応じた制御を実行する分岐／制御手段２とを備えたので、分岐出力手段３ａ〜３ｄは、容量性負荷の突入電流に対して定電流ＩKで抑制し、容量性負荷の充電と、容量性負荷に継続して定常負荷電流ＩLを流すとともに、短絡負荷の短絡電流に対して定電流ＩKで抑制し、定電流ＩKが所定時間ＴK経過すると、状態情報ＪS（遮断要求）を分岐／制御手段２に送信し、分岐／制御手段２から提供される遮断指令ＤOFFを受けて短絡負荷に流す定電流ＩKを遮断することができ、容量性負荷や抵抗負荷の変更に対応し、他の負荷の駆動に影響を及ぼすこともなく、利便性の向上をアピールすることができる。

続いて、短絡電流遮断方法について説明する。図１２はこの発明に係る回路保護装置の短絡電流遮断方法の一実施の形態動作フロー図である。なお、図３を参照して説明する。図１２において、この発明に係る回路保護装置の短絡電流遮断方法は、電源装置を接続し、電源装置の直流電源出力を複数の負荷に分岐して供給する回路保護装置の短絡電流遮断方法であって、ステップＳ１では、短絡時の過大電流を検出する。なお、ステップＳ１の動作は、電流検出部１５が実行する。

ステップＳ２では、瞬時遮断を動作させ、遮断部を一時遮断する。なお、ステップＳ２の動作は、瞬時遮断部１４および遮断部１３が実行する。

ステップＳ３では、定電流を流す。なお、ステップＳ３の動作は、定電流部１２が実行する。

ステップＳ４では、定電流を検出する。なお、ステップＳ４の動作は、電流検出部１５が実行する。

ステップＳ５では、定電流が所定時間を超えたか否かを判定する。なお、ステップＳ５は、電流検出部１５が実行する。

ステップＳ６では、所定時間を超えた場合には、状態情報を送信する。なお、ステップＳ６の動作は、電流検出部１５が実行する。

ステップＳ７では、遮断指令を受けて定電流部および遮断部を完全に遮断する。なお、ステップＳ７の動作は、動作／遮断駆動部１６が実行する。

このように、この発明に係る回路保護装置の短絡電流遮断方法は、短絡時の過大電流を検出するステップＳ１と、瞬時遮断を動作させ、遮断部を一時遮断するステップＳ２と、定電流を流すステップＳ３と、定電流を検出するステップＳ４と、定電流が所定時間を超えたか否かを判定するステップＳ５と、所定時間を超えた場合には、状態情報を送信するステップＳ６と、遮断指令を受けて定電流部および遮断部を完全に遮断するステップＳ７とを備えたので、負荷短絡が発生しても、過大な短絡電流を流さずに、定電流で抑制して、所定時間経過後に定電流を遮断することができ、装置を過電流から保護するとともに、他の負荷動作に及ぼす影響を無くすることができる。

本発明に係る回路保護装置は、容量性負荷や抵抗負荷の変更に対応でき、突入電流や短絡電流を定電流で抑制し、容量性負荷に対して電源を遮断することなく継続して駆動するとともに、短絡負荷に対しては定電流を所定時間流した後に電流を遮断することによって、他の負荷の駆動に影響を及ぼさないもので、容量性負荷や短絡負荷に対応するあらゆる回路保護装置に適用することができる。

この発明に係る回路保護装置の実施の形態全体構成図 この発明に係る分岐／制御手段の一実施の形態要部ブロック構成図 この発明に係る分岐出力手段の一実施の要部形態ブロック構成図 この発明に係る電流検出部の一実施の形態要部ブロック構成図 この発明に係る分岐出力手段の一実施の形態要部回路構成図 この発明に係る抵抗負荷に流れる電流の一実施の形態動作シーケンス図 この発明に係る容量性負荷に流れる電流の一実施の形態動作シーケンス図 この発明に係る定常負荷から短絡負荷になる場合に流れる電流の一実施の形態動作シーケンス図 この発明に係る負荷の初期短絡に流れる電流の一実施の形態動作シーケンス図 この発明に係る表示部の一実施の形態イメージ図 この発明に係る回路保護装置の基本概念イメージ図 この発明に係る回路保護装置の短絡電流遮断方法の一実施の形態動作フロー図

符号の説明

１ 回路保護装置
２ 分岐／制御手段
３，３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ 分岐出力手段
４ 制御部
５ 記憶部
６ リセット部
７ 遮断トリガ入力部
８ 外部通信部
９ 内部電源部
１０ アラーム出力部
１１ 表示部
１２ 定電流部
１２ａ 定電流回路
１３ 遮断部
１３ａ 遮断回路
１４ 瞬時遮断部
１４ａ 瞬時遮断回路
１５ 電流検出部
１６ 動作／遮断駆動部
１７ 電流値検知部
１８ タイマ
１９ 送信部
２０ 直流電源
ｌ１〜ｌ４ 接続ライン
Ｑ１，Ｑ２ ＭＯＳＦＥＴ
ＺＤ ツェナーダイオード
ＯＰ１ 差動増幅器
ＯＰ２，ＯＰ３ コンパレータ
ＴＲａ，ＴＲｂ 動作／遮断用トランジスタ
ＴＲ１，ＴＲ２ トランジスタ
ＲD 電流検出用抵抗器
ＲX 定電流用抵抗器
ＶDC 直流電源
Ｉ 電流
ＩL 定常負荷電流
ＩP 過大電流
ＩR 突入電流
ＩK 定電流
ＩS 短絡電流
ＴK 所定時間
ＴA 容量負荷充電時間
ｔα 過大電流検出時間
ＤON 駆動指令
ＤOFF 遮断指令
ＳD 遮断信号
ＤG 表示データ
ＪA アラーム情報
ＪS 状態情報
ＪT リセット情報
ＪG 遮断トリガ情報
ＶF1，ＶF2 基準電圧

Claims (11)

1. 電源装置を接続し、前記電源装置の直流電源出力を複数の負荷に分岐して供給する回路保護装置であって、
   前記負荷に流れる突入電流や短絡電流を定電流で抑制し、定電流による抑制時間が所定時間を超える場合には状態情報を出力し、遮断指令によって前記負荷への定電流を遮断する前記負荷対応の分岐出力手段と、前記直流電源出力を前記分岐出力手段に分岐して供給するとともに、それぞれの分岐出力手段の状況を監視し、状況に応じた制御を実行する分岐／制御手段と、を備えたことを特徴とする回路保護装置。
2. 前記分岐出力手段は、突入電流や短絡電流を定電流で抑制する定電流部、電流を遮断する遮断部、過大電流に対して瞬時に反応する瞬時遮断部、電流を検出する電流検出部を備えたことを特徴とする請求項１記載の回路保護装置。
3. 前記瞬時遮断部は、過大電流を瞬時に検出し、前記遮断部を瞬時に遮断することを特徴とする請求項２記載の回路保護装置。
4. 前記電流検出部は、過大電流を検出した場合、前記遮断部に遮断信号を供給して前記遮断部を遮断することを特徴とする請求項２記載の回路保護装置。
5. 前記電流検出部は、電流値を検知する電流値検知部と、定電流の継続時間を計時するタイマと、前記電流値検知部が検知した電流値に基づき、または前記タイマが所定時間越えて定電流を計時した場合に、状態情報を前記分岐／制御手段に送信する送信部と、を備えたことを特徴とする請求項２または請求項４記載の回路保護装置。
6. 前記タイマは、所定時間を変更可能なことを特徴とする請求項５記載の回路保護装置。
7. 前記定電流部は、定電流を変更可能なことを特徴とする請求項２記載の回路保護装置。
8. 前記分岐出力手段は、前記分岐／制御手段から提供される指令に基づいて前記定電流部および前記遮断部の動作／遮断を駆動する動作／遮断駆動部を備えたことを特徴とする請求項１記載の回路保護装置。
9. 前記分岐／制御手段は、装置全体の動作を制御する制御部と、状態情報に基づいて各分岐出力手段の状態を記憶する記憶部、各分岐出力手段に指令を発生するリセット部と、各分岐出力手段を強制的に遮断する遮断トリガを入力する遮断トリガ入力部と、外部機器に各分岐出力手段の状態情報を送信する外部通信部、装置に必要とされる各種電源を供給する内部電源部、各分岐出力手段の遮断を通知するアラーム出力部、各分岐出力手段の動作または遮断を表示する表示部と、を備えたことを特徴とする請求項１記載の回路保護装置。
10. 前記制御部は、前記直流電源がオン状態からオフ状態になる直前の各分岐出力手段の状態を前記記憶部に保持し、前記直流電源がオフ状態からオン状態になった時、前記記憶部に保持された状態と同じ状態から動作の開始を制御することを特徴とする請求項９記載の回路保護装置。
11. 電源装置を接続し、前記電源装置の直流電源出力を複数の負荷に分岐して供給する回路保護装置の短絡電流遮断方法であって、
    短絡時の過大電流を検出するステップＳ１と、
    瞬時遮断を動作させ、遮断部を一時遮断するステップＳ２と、
    定電流を流すステップＳ３と、
    定電流を検出するステップＳ４と、
    定電流が所定時間を超えたか否かを判定するステップＳ５と、
    所定時間を超えた場合には、状態情報を送信するステップＳ６と、
    遮断指令を受けて定電流部および遮断部を完全に遮断するステップＳ７と、
    を備えたことを特徴とする回路保護装置の短絡電流遮断方法。
    
    

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