JP5014699B2 - 昇圧手段を含む電源回路を備えた電子引外し装置およびそのような引外し装置を含む回路遮断器 - Google Patents

Description

本発明は、回路遮断器の分野に関し、より詳細にはこれらの回路遮断器を備えた電子引外し装置（electronic trip device）の分野に関する。

本発明は、より詳細には、
回路遮断器の主導体中の一次電流に対応する二次電流を供給するための少なくとも１つの電流センサと、
二次電流を整流し、電源電流を供給するための整流回路と、
主導体の開路機構体を作動させるように設計されたアクチェータを制御するための電子処理ユニットと、
アクチェータに電力を供給するように設計された蓄積コンデンサ、および電子処理ユニットに電源電圧を供給するように設計された電圧レギュレータを備え、前記蓄積コンデンサは電源電流によって充電される電源回路と、を含む、回路遮断器用の電子引外し装置に関する。

本発明はまた、
少なくとも１つの主導体と、
主導体の開路機構体と、
開路機構体を作動させるように設計されたアクチェータと、
アクチェータを制御するための電子処理ユニット、および電子処理ユニットに電源電圧を供給するように設計された電圧レギュレータを備えアクチェータに電力を供給するように設計された電源回路を有する引外し装置とを含む、回路遮断器に関する。

一般に従来技術の引外し装置では、電子処理ユニットに電源電圧ＶＡを供給するように設計された電圧レギュレータは、蓄積コンデンサの端子間電圧ＶＭによって給電される。一般にこれらの引外し装置では、蓄積コンデンサは電流センサから来る二次電流によって充電される。

従来技術の引外し装置の１つの問題は、アクチェータに電力を供給するように設計された蓄積コンデンサの充電時間が一般に長いことである。したがって蓄積コンデンサの端子間電圧ＶＭに依存する、電子処理ユニット電源電圧ＶＡの立ち上がり時間も長くなる。電子処理ユニットが正常に動作するには、蓄積コンデンサの端子間電圧ＶＭは、電子処理ユニット電源電圧ＶＡの公称値（nominal value）より高くなければならない。

したがって回路遮断器が電源オンされるとき、蓄積コンデンサの充電によって、引外し装置の電子処理ユニットの電源オンが遅れる傾向がある。

本発明の一目的は、電子処理ユニットの電源オン遅延の短縮化を可能にする手段をその電源回路に含む電子引外し装置、およびそのような電子引外し装置を備える回路遮断器を提供することである。

したがって本発明は、
回路遮断器の主導体中の一次電流に対応する二次電流を供給するための少なくとも１つの電流センサと、
二次電流を整流し、電源電流を供給するための整流回路と、
主導体の開路機構体（opening mechanism）を作動させるように設計されたアクチェータを制御するための電子処理ユニットと、
アクチェータに電力を供給するように設計された蓄積コンデンサ、および電子処理ユニットに電源電圧を供給するように設計された電圧レギュレータを備え、前記蓄積コンデンサは電源電流によって充電される電源回路と、を含む電子引外し装置であって、
前記電源回路は、電子処理ユニットに電源電圧を供給するように設計された電圧レギュレータの入力端に、昇圧された電圧が供給されることを可能にする昇圧手段を含み、前記昇圧された電圧が蓄積コンデンサの端子間電圧よりも高い、電子引外し装置に関する。

具体的な一実施形態では、昇圧手段は、電源電流が流れて前記蓄積コンデンサを充電するとき、昇圧された電圧の値が前記蓄積コンデンサの端子間電圧と抵抗の端子間電圧の和以上になるように、前記蓄積コンデンサと直列に接続された前記抵抗を含む。

もう１つの具体的な実施形態では、昇圧手段は、電源電流が流れて前記蓄積コンデンサを充電するとき、昇圧された電圧が、前記蓄積コンデンサの端子間電圧と前記電圧リミッタの制限電圧の和以上の値に迅速に達するように、前記コンデンサと直列に接続された電圧リミッタを含む。電圧リミッタは、制限電圧を生じる定電圧ダイオードであり、このダイオードは逆接続されていることが好ましい。

好ましい実施形態によれば昇圧手段は、並列に接続された抵抗と電圧リミッタを含む。

昇圧手段が電圧リミッタを含む場合、制限電圧は、電子処理ユニットの電源電圧の公称値（nominal value）以上であることが好ましい。

蓄積コンデンサの端子間の電源電圧は、電圧レギュレータによって調節されることが有利である。

電子引外し装置は、電子処理ユニットに電源電圧を供給するように設計された電圧レギュレータの上位側に接続された、昇圧された電圧をフィルタリングするための手段を含むことが好ましい。

本発明はまた、
少なくとも１つの主導体と、
主導体の開路機構体と、
開路機構体を作動させるように設計されたアクチェータと、
アクチェータを制御するための電子処理ユニット、および電子処理ユニットに電源電圧を供給するように設計された電圧レギュレータを備えアクチェータに電力を供給するように設計された電源回路を有する引外し装置とを含む回路遮断器であって、
引外し装置が、電子処理ユニットに電源電圧を供給するように設計された電圧レギュレータの入力端に、昇圧された電圧が供給されることを可能にする昇圧手段を含む上記の引外し装置である、回路遮断器に関する。

その他の利点および特徴は、限定的でない例としてのみ示され添付の図面中に示された、本発明の具体的な実施形態についての以下の説明からより明瞭となるであろう。

図１に示される回路遮断器は、前記回路遮断器の３つの主導体１に対して動作する。本発明の装置は任意の数の主導体を含むことができることに留意すべきである。主導体は接点２に接続され、これらの導体中を流れる一次電流の閉路または開路を可能にする。

異なる主導体に関連する電流センサＴ１、Ｔ２、Ｔ３は、大きな値の一次電流を電子引外し装置に適合する二次電流に変換する。整流回路３は、引外し装置の電源回路４に電源電流Ｉａを供給する。

回路遮断器は、回路遮断器の少なくとも１つの主導体中の一次電流の強度に対応する信号Ｉｓより、アクチェータ７を制御するように設計された電子処理ユニット６を含む。図１に示される実施形態では、一次電流の強度に対応する信号Ｉｓの供給は、電流センサを含む別個の手段８によって行われる。電源回路４に電源電流Ｉａを供給するためと、一次電流の強度に対応する信号Ｉｓを電子処理ユニット供給するための両方で、同じ電流センサを用いることも考えられ得る。アクチェータ７は、接点２の開路に作用する機構体９によって、主導体１が開路されることを可能にする。

このようにして、電源回路４は、アクチェータ７に電源電圧を供給する。電源回路４は、電子処理ユニット６に電源電圧ＶＡを供給するように設計された、電圧レギュレータを備える。

図２に示される従来技術による電子引外し装置では、電流センサＴ１の二次巻線は、４個のダイオード１１〜１４のグループによって形成される整流ブリッジに結合される。二次巻線の第１の端は第１のダイオード１１のアノードおよび第２のダイオード１３のカソードに接続され、二次巻線の第２の端は第３のダイオード１２のアノードおよび第４のダイオード１４のカソードに接続される。第１のダイオード１１および第３のダイオード１２のカソードは、正電源ラインＶＰに接続される。第２のダイオード１３および第４のダイオード１４のアノードは、引外し装置の電気的基準グラウンドに接続される。その他のセンサＴ２およびＴ３は、それぞれダイオード１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａ、および１１ｂ、１２ｂ、１３ｂ、１４ｂで表される２つの整流ブリッジに同じ様に接続される。ダイオード１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂのカソードは、ラインＶＰに接続される。ダイオード１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂのアノードは、引外し装置の電気的基準グラウンドに接続される。

電源電流Ｉａは、蓄積コンデンサ１６を充電するために、ダイオード１５を介して正電源ラインＶＰ中を流れる。それによって蓄積コンデンサの端子間電圧ＶＭにより、アクチェータへ電力が供給されるのを可能にする。電源電流Ｉａはまた電子処理ユニットの電源電圧ＶＡを調節するように設計された電圧レギュレータ１７にも供給される。

その他の、電流のセンシングおよび測定用手段８は、少なくとも１つの一次電流に対応する信号Ｉｓが電子処理ユニット６へ供給されるのを可能にする。一次電流が回路遮断器の引外し閾値を超えたとき、電子処理ユニット６は、アクチェータ７の引外し指令を制御トランジスタ１８に送出する。次いで、アクチェータへ給電するために、蓄積コンデンサ１６に蓄えられたエネルギーが用いられる。

アクチェータに電力を供給するように設計された蓄積コンデンサの端子間電圧ＶＭは、電圧ＶＭを測定しトランジスタ２２のゲートに制御指令を与えることにより、電圧レギュレータ２１によって調節される。ダイオード１５は、電源電流Ｉａが流れてコンデンサ１６を充電するのを可能にする。電圧ＶＭが動作値に達するとすぐに、電圧レギュレータ２１は、電源電流Ｉａの方向を変えることを可能にする制御指令を送出する。電圧ＶＭが動作値より低いときは、電圧レギュレータは、電源電流Ｉａの流れを回復させて蓄積コンデンサ１６を再充電するのを可能にする制御指令を送出する。

図３に示される電子引外し装置は、図２に示された上述の構成要素を含む。図３の電子引外し装置はさらに、ダイオード１５のカソードと蓄積コンデンサ１６の間に接続され、電圧レギュレータ１７に昇圧された電圧ＶＢを供給するように設計された昇圧手段を含む。図３に示されるケースでは昇圧手段は、抵抗１９と前記抵抗に並列で逆接続された定電圧ダイオード２０を含み、それにより、蓄積コンデンサ１６が充電されるとき、昇圧された電圧ＶＢは、コンデンサの端子間電圧ＶＭと前記ダイオード２０の制限電圧ＶＬの和に等しい値に迅速に達する。蓄積コンデンサ１６が充電を始めるとすぐに、電源電流Ｉａの少なくとも一部は抵抗１９を通って流れる。抵抗１９の端子間電圧が制限電圧に達したとき、定電圧ダイオード２０はこの電圧を前記制限電圧ＶＬに等しい値に保つ。昇圧された電圧は、このようにして蓄積コンデンサ１６の充電開始時点で、制限電圧ＶＬに等しい値に迅速に達する。

定電圧ダイオードは、電子処理ユニットの電源電圧ＶＡの公称値（nominal value）以上の制限電圧ＶＬを生じるようにすることができることが有利であり、それにより、蓄積コンデンサ１６が充電を始めるとすぐに電子処理ユニットが動作することが可能になる。このようにして、回路遮断器が電源オンされると、電子処理ユニット６がより短い遅れで電源オンされる。

アクチェータの電源用に設計された蓄積コンデンサの端子間電圧ＶＭは、電圧レギュレータ２１によって調節される。このレギュレータにより、抵抗１９およびダイオード２０中の電源電流Ｉａによる消費電力を低減することができる。

回路遮断器が電源オンされると、ダイオード２３は二次電流を流して、電圧レギュレータ１７に給電するように設計されたコンデンサ２４を充電する。コンデンサ２４はまた抵抗２５と共に、電圧レギュレータ１７の入力端において昇圧された電圧ＶＢのフィルタリングを行う。

回路遮断器の過渡的な電源オン段階中の電圧ＶＭ、ＶＢ、およびＶＡの時間に対して変化する値は、それぞれ図４の曲線３１、３２、および３３によって示される。

時刻ｔ１までは電源電流Ｉａの一部は、ダイオード１５を介して抵抗１９を通って流れ、蓄積コンデンサ１６を充電する。電流Ｉａの別の一部は、ダイオード２３および抵抗２５を通って流れ、コンデンサ２４を充電する。昇圧された電圧ＶＢは、きわめて迅速にダイオード２０の制限電圧ＶＬに等しい値に達する。この場合これは電子処理ユニットの電源電圧ＶＡの公称値（nominal value）にほぼ等しい。したがって時刻ｔ１で、昇圧された電圧ＶＢは、電圧ＶＡの公称値にほぼ等しい値となる。したがって電圧レギュレータ１７には、電圧ＶＡの公称値に等しい電圧を送り出すのに十分なように給電される。

時刻ｔ１では蓄積コンデンサ１６の端子間電圧の値ＶＭは、電圧ＶＡの公称値より大幅に低いことが分かる。電圧レギュレータ１７が蓄積コンデンサの端子間電圧ＶＭによって直接給電される従来技術の引外し装置と比較すると、この電圧値ＶＭでは、電圧レギュレータ１７が電子処理ユニットの公称電源電圧を送り出すのを可能にするには、まだ不十分である。

時刻ｔ１とｔ３の間では電源電流Ｉａは、蓄積コンデンサ１６を充電するのに用いられる。昇圧された電圧ＶＢは、蓄積コンデンサ１６の端子間電圧ＶＭと、ダイオード２０の制限電圧ＶＬの和にほぼ等しい。

時刻ｔ２で蓄積コンデンサの端子間電圧ＶＭは、電圧ＶＡの公称値に等しいことに留意すべきである。電圧レギュレータ１７が蓄積コンデンサの端子間電圧ＶＭによって給電される従来技術の引外し装置と比較すると、この時点ｔ２になって初めてこの電圧ＶＭが、電圧レギュレータ１７に電圧ＶＡの公称値に等しい電圧を送り出すのを可能にするのに十分となる。したがってこの実施形態では、本発明の引外し装置は、電子処理ユニットの電源オンを早めることが可能になる。電圧レギュレータ１７が蓄積コンデンサの端子間電圧ＶＭによって給電される従来技術の引外し装置と比較した時間の改善は、ｔ２−ｔ１となる。

時刻ｔ３で電圧ＶＭは動作値ＶＭｃに達し、電圧レギュレータ２１はトランジスタ２２に、二次電流の方向を変えるように、制御指令を送出する。昇圧された電圧ＶＢとしては、動作値ＶＭｃと制限電圧ＶＬの和にほぼ相当する最大値ＶＢ＋に達する。時刻ｔ３とｔ４の間では蓄積コンデンサ１６が放電することにより、電圧ＶＭおよびＶＢは減少する。時刻ｔ４で電圧ＶＭは動作値ＶＭｃより低い値に達し、電圧レギュレータ２１はトランジスタ２２に、二次電流の方向を変えて蓄積コンデンサ１６を再充電するように制御指令を送出する。時刻ｔ５で、電圧ＶＭの調節は時刻ｔ３とｔ５の間に含まれるサイクルを繰り返す。

図５の電子引外し装置は構成要素として、中でも、電圧レギュレータ１７と電子処理ユニットと電圧レギュレータ２１を含む集積回路５１を備える。集積回路は、電気的基準グラウンドに接続されたコンデンサ５２に接続された電圧レギュレータ１７の出力端を含む。

上述の実施形態では、昇圧手段は、蓄積コンデンサと直列に、抵抗１９および／または電圧リミッタ２０を含むことができる。その他の実施形態では、昇圧手段は、たとえば半導体回路や集積回路などの昇圧を可能にする他の電子回路を含むことができる。

本発明による引外し装置の１つの利点は、回路遮断器が電源オンされるとき、できる限り速やかに電子処理ユニットが電源オンされることが確実になることである。

本発明による引外し装置をその中に実施することができる、回路遮断器の簡略化したブロック図である。 従来技術による引外し装置を示す図である。 本発明の実施形態による引外し装置を示す図である。 回路遮断器の過渡的な電源オン段階中の、図３による引外し装置における様々な電圧信号を曲線３１、３２、および３３に示す図である。 集積回路を含む、本発明の一実施形態による引外し装置を示す図である。

符号の説明

１ 主導体
２ 接点
３ 整流回路
４ 電源回路
６ 電子処理ユニット
７ アクチュエータ
８ 電流測定センサ
９ 開路機構体
１１、１２、１３、１４ ダイオード
１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａ ダイオード
１１ｂ、１２ｂ、１３ｂ、１４ｂ ダイオード
１５ ダイオード
１６ 蓄積コンデンサ
１７ 電圧レギュレータＶＡ
１８ 制御トランジスタ
１９ 抵抗
２０ 定電圧ダイオード
２１ 電圧レギュレータＶＭ
２２ トランジスタ
２３ ダイオード
２４ コンデンサ
２５ 抵抗
３１、３２、３３ 曲線
５１ 集積回路
５２ コンデンサ

Claims (7)

1. 回路遮断器の主導体（１）中の一次電流に対応する二次電流を供給するための少なくとも１つの電流センサ（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３）と、
   前記二次電流を整流し、電源電流（Ｉａ）を供給するための整流回路（３）と、
   前記主導体（１）の開路機構体（９）を作動させるように設計されたアクチェータを制御するための電子処理ユニット（６）と、
   前記アクチェータに電力を供給するように設計された蓄積コンデンサ（１６）および前記電子処理ユニットに電源電圧（ＶＡ）を供給するように設計された電圧レギュレータ（１７）を備え、前記蓄積コンデンサは前記電源電流（Ｉａ）によって充電される電源回路（４）と、を含む電子引外し装置であって、
   前記電源回路は、前記電子処理ユニットに前記電源電圧（ＶＡ）を供給するように設計された前記電圧レギュレータ（１７）の入力端に、昇圧された電圧（ＶＢ）が供給されることを可能にする昇圧手段（１９、２０）を含み、前記昇圧された電圧（ＶＢ）が前記蓄積コンデンサ（１６）の端子間電圧（ＶＭ）よりも高く、
   前記蓄積コンデンサの端子間電圧（ＶＭ）が、電圧レギュレータ（２１）によって調節され、
   前記電子処理ユニットに前記電源電圧（ＶＡ）を供給するように設計された前記電圧レギュレータ（１７）の上位側に接続された、前記昇圧された電圧（ＶＢ）をフィルタリングするための手段（２３、２４、２５）を含むことを特徴とする電子引外し装置。
2. 前記昇圧手段は、前記電源電流（Ｉａ）が流れて前記蓄積コンデンサを充電するとき、前記昇圧された電圧（ＶＢ）の値が、前記蓄積コンデンサの端子間電圧と抵抗の端子間電圧（ＶＭ）の和以上になるように、前記蓄積コンデンサ（１６）と直列に接続された前記抵抗（１９）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の電子引外し装置。
3. 前記昇圧手段は、前記電源電流（Ｉａ）が流れて前記蓄積コンデンサ（１６）を充電するとき、前記昇圧された電圧（ＶＢ）が、前記蓄積コンデンサの端子間電圧（ＶＭ）と電圧リミッタの制限電圧の和以上の値に迅速に達するように、前記蓄積コンデンサ（１６）と直列に接続された前記電圧リミッタ（２０）を含むことを特徴とする、請求項２に記載の電子引外し装置。
4. 前記電圧リミッタが、制限電圧（ＶＬ）を生じる定電圧ダイオード（２０）であり、このダイオードが逆接続されていることを特徴とする、請求項３に記載の電子引外し装置。
5. 前記昇圧手段が、並列に接続された抵抗（１９）と電圧リミッタ（２０）とを含むことを特徴とする、請求項２から４の一項に記載の電子引外し装置。
6. 前記制限電圧（ＶＬ）が、前記電子処理ユニットの電源電圧（ＶＡ）の公称値以上であることを特徴とする、請求項３から５の一項に記載の電子引外し装置。
7. 少なくとも１つの主導体（１）と、
   前記主導体の開路機構体（９）と、
   前記開路機構体（９）を作動させるように設計されたアクチェータ（７）と、
   前記アクチェータを制御する電子処理ユニット（６）および電子処理ユニットに電源電圧（ＶＡ）を供給するように設計された電圧レギュレータ（１７）を備え前記アクチェータに電力を供給するように設計された電源回路（４）を有する引外し装置と、を含む回路遮断器であって、
   前記引外し装置が、前記電子処理ユニットに前記電源電圧（ＶＡ）を供給するように設計された前記電圧レギュレータ（１７）の入力端に、昇圧された電圧（ＶＢ）が供給されることを可能にする昇圧手段（１９、２０）を含む請求項１から６の一項に記載の引外し装置である、回路遮断器。

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