JP5119399B2

JP5119399B2 - ダイオードブリッジ欠損検出回路

Info

Publication number: JP5119399B2
Application number: JP2008061363A
Authority: JP
Inventors: 智和熊谷
Original assignee: Tamagawa Seiki Co Ltd
Current assignee: Tamagawa Seiki Co Ltd
Priority date: 2008-03-11
Filing date: 2008-03-11
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2028-03-11
Also published as: JP2009219275A

Description

本発明は、ダイオードブリッジ欠損検出回路に関し、特に、ダイオードブリッジの入力と出力との間に、抵抗素子、ダイオード、フォトカプラにより構成される回路を付加することで、ダイオードブリッジの欠損を検出でき、電源回路に接続された機器をより確実に保護できるようにするための新規な改良に関するものである。

従来、交流電圧を直流電圧に変換する電源回路として、例えば下記の特許文献１等に記載された回路が用いられている。図７は、従来のダイオードブリッジを用いた電源回路を示す回路図である。図において、交流電圧源１０は、第１及び第２出力線１１，１２と、これら第１及び第２出力線１１，１２に設けられたヒューズ１４とを有している。前記第１及び第２出力線１１，１２は、４つのダイオードからなるダイオードブリッジ２０の入力端子２１，２２に接続されており、このダイオードブリッジ２０の出力端子２４，２５には、複数の平滑コンデンサ３０が設けられている。すなわち、交流電圧源１０からの交流電圧がダイオードブリッジ２０により全波整流されて、この全波整流された電圧が平滑コンデンサ３０により平滑されることで、前記交流電圧が直流電圧に変換される。

特開平９−３２２５４０号公報

上記のような従来のダイオードブリッジを用いた電源回路では、ダイオードブリッジ２０の欠損、すなわちダイオードブリッジ２０に含まれるダイオードの故障を検出することができず、ダイオードブリッジ２０の欠損が発生した場合に異常な直流電圧を機器に供給することになり、機器に不具合が生じる可能性がある。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ダイオードブリッジの欠損を検出でき、電源回路に接続された機器をより確実に保護できるダイオードブリッジ欠損検出回路を提供することである。

本発明に係るダイオードブリッジ欠損検出回路は、交流電圧源からの交流電圧をダイオードブリッジにより全波整流するとともに、全波整流された電圧を平滑コンデンサにより平滑する電源回路に設けられ、前記ダイオードブリッジの欠損を検出するダイオードブリッジ欠損検出回路であって、前記ダイオードブリッジのプラス側出力端子と前記平滑コンデンサとの間に第１入力端子が接続された第１フォトカプラの第１発光素子と、前記第１発光素子の第１出力端子に接続された第１抵抗素子と、前記第１抵抗素子と前記交流電圧源の第１出力線との間に接続され、前記第１抵抗素子から前記第１出力線に向かう方向が順方向の第１検出用ダイオードと、前記第１抵抗素子と前記交流電圧源の第２出力線との間に接続され、前記第１抵抗素子から前記第２出力線に向かう方向が順方向の第２検出用ダイオードと、前記ダイオードブリッジのマイナス側出力端子と前記平滑コンデンサとの間に第２入力端子が接続された第２フォトカプラの第２発光素子と、前記第２発光素子の第２出力端子に接続された第２抵抗素子と、前記第２抵抗素子と前記交流電圧源の前記第２出力線との間に接続され、前記第２出力線から前記第２抵抗素子からに向かう方向が順方向の第３検出用ダイオードと、前記第２抵抗素子と前記交流電圧源の前記第１出力線との間に接続され、前記第１出力線から前記第２抵抗素子に向かう方向が順方向の第４検出用ダイオードと、定電圧源、第３抵抗素子、前記第１フォトカプラの第１受光素子、及び前記第２フォトカプラの第２受光素子が互いに直列に接続された欠損状態出力部と、前記欠損状態出力部の信号出力端子に接続された欠損判定部とを備え、前記第１及び第２受光素子は、前記第１及び第２抵抗素子の第１及び第２両端電圧が予め設定された閾値を超えた際に電気的に開成又は閉成され、前記欠損判定部は、前記第１及び第２受光素子の開成及び閉成に応じた前記信号出力端子からの状態検出信号に基づいて前記ダイオードブリッジの欠損を検出する。
また、前記欠損判定部は、前記状態検出信号に基づいて前記第１及び第２両端電圧の少なくとも一方が前記閾値を超えていない状態の時間をカウントするとともに、前記第１及び第２両端電圧の少なくとも一方が前記閾値を超えていない状態の時間が所定時間継続した回数をカウントし、カウントした前記回数が予め設定された回数に達した場合に前記ダイオードブリッジに欠損が発生していることを検出する。
また、前記交流電圧源は、第３出力線をさらに有する三相交流電源であり、前記第１抵抗素子と前記交流電圧源の第３出力線との間に接続され、前記第１抵抗素子から前記第３出力線に向かう方向が順方向の第５検出用ダイオードと、前記第２抵抗素子と前記交流電圧源の前記第３出力線との間に接続され、前記第３出力線から前記第２抵抗素子に向かう方向が順方向の第６検出用ダイオードとをさらに備える。
また、前記欠損判定部は、前記状態検出信号に基づいて前記第１及び第２両端電圧の少なくとも一方が前記閾値を超えていない状態になった回数をカウントし、カウントした前記回数が予め設定された回数に達した場合に前記ダイオードブリッジに欠損が発生していることを検出する。

本発明のダイオードブリッジ欠損検出回路によれば、ダイオードブリッジの入力と出力との間に、抵抗素子、ダイオード、フォトカプラにより構成される回路を付加することで、ダイオードブリッジの欠損を検出でき、電源回路に接続された機器をより確実に保護できる。
また、前記欠損判定部は、前記状態検出信号に基づいて前記第１及び第２両端電圧の少なくとも一方が前記閾値を超えていない状態の時間をカウントするとともに、前記第１及び第２両端電圧の少なくとも一方が前記閾値を超えていない状態の時間が所定時間継続した回数をカウントし、カウントした前記回数が所定回数に達した場合に前記ダイオードブリッジに欠損が発生していることを検出するので、前記ダイオードブリッジの欠損発生をより確実に検出でき、電源回路に接続された機器をより確実に保護できる。
また、前記第１抵抗素子と前記交流電圧源の第３出力線との間に前記第１抵抗素子から前記第３出力線に向かう方向が順方向の第５検出用ダイオードを接続するとともに、前記第２抵抗素子と前記交流電圧源の前記第３出力線との間に前記第３出力線から前記第２抵抗素子に向かう方向が順方向の第６検出用ダイオードを接続するので、三相交流電源用の前記ダイオードブリッジにおいても欠損発生をより確実に検出できる。
また、前記欠損判定部は、前記状態検出信号に基づいて前記第１及び第２両端電圧の少なくとも一方が前記閾値を超えていない状態になった回数をカウントし、カウントした前記回数が予め設定された回数に達した場合に前記ダイオードブリッジに欠損が発生していることを検出するので、三相交流電源用の前記ダイオードブリッジにおいても欠損発生をより確実に検出できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１によるダイオードブリッジ欠損検出回路を示す回路図である。なお、従来の回路（図７参照）と同一又は同等部分については同一の符号を用いて説明する。図において、交流電圧源１０は、第１及び第２出力線１１，１２と、これら第１及び第２出力線１１，１２に設けられたヒューズ１４とを有している。前記第１及び第２出力線１１，１２は、４つのダイオードからなるダイオードブリッジ２０の入力端子２１，２２に接続されており、このダイオードブリッジ２０のプラス側及びマイナス側出力端子２４，２５には、複数の平滑コンデンサ３０が設けられている。すなわち、交流電圧源１０からの交流電圧がダイオードブリッジ２０により全波整流されて、この全波整流された電圧が平滑コンデンサ３０により平滑されることで、前記交流電圧が直流電圧に変換される。

前記ダイオードブリッジ２０のプラス側出力端子２４と前記平滑コンデンサ３０との間には、第１フォトカプラＱ１の第１発光素子４１の第１入力端子４１ａが接続されており、前記第１発光素子４１の第１出力端子４１ｂには、第１抵抗素子Ｒ１が接続されている。前記第１抵抗素子Ｒ１と前記第１出力線１１との間には、前記第１抵抗素子Ｒ１から前記第１出力線１１に向かう方向が順方向の第１検出用ダイオードＤ１が設けられており、前記第１抵抗素子Ｒ１と前記第２出力線１２との間には、前記第１抵抗素子Ｒ１から前記第２出力線１２に向かう方向が順方向の第２検出用ダイオードＤ２が設けられている。後述するが、これら第１発光素子４１、第１抵抗素子Ｒ１、第１検出用ダイオードＤ１、及び第２検出用ダイオードＤ２により構成される回路は、入力端子２１，２２とプラス側出力端子２４との間に設けられたダイオードブリッジ２０の２つのダイオードの開放故障を検出するための回路である。なお、前記第１出力端子４１ｂと前記平滑コンデンサ３０との間には、前記第１出力端子４１ｂから前記平滑コンデンサ３０に向かう方向が順方向の出力側ダイオード８０が設けられている。

前記ダイオードブリッジ２０のマイナス側出力端子２５と前記平滑コンデンサ３０との間には、第２フォトカプラＱ２の第２発光素子４２の第２入力端子４２ａが接続されており、前記第２発光素子４２の第２出力端子４２ｂには、第２抵抗素子Ｒ２が接続されている。前記第２抵抗素子Ｒ２と前記第２出力線１２との間には、前記第２出力線１２から前記第２抵抗素子Ｒ２からに向かう方向が順方向の第３検出用ダイオードＤ３が接続されており、前記第２抵抗素子Ｒ２と前記第１出力線１１との間には、前記第１出力線１１から前記第２抵抗素子Ｒ２に向かう方向が順方向の第４検出用ダイオードＤ４が接続されている。後述するが、これら第２発光素子４２、第２抵抗素子Ｒ２、第３検出用ダイオードＤ３、及び第４検出用ダイオードＤ４により構成される回路は、入力端子２１，２２とマイナス側出力端子２５との間に設けられたダイオードブリッジ２０の２つのダイオードの開放故障を検出するための回路である。

前記第１及び第２フォトカプラＱ１，Ｑ２には、前記第１及び第２発光素子４１，４２の発光状態、すなわち前記第１及び第２発光素子４１，４２に順方向に電圧がかかるか否かに応じて電気的に開成及び閉成される第１及び第２受光素子５１，５２が設けられている。これら第１及び第２受光素子５１，５２は、欠損状態出力部５０の一部を構成している。すなわち、定電圧源５３、第３抵抗素子Ｒ３、前記第１受光素子５１、及び前記第２受光素子５２が互いに直列に接続されることで欠損状態出力部５０が構成されている。なお、第２受光素子５２の出力端は、グラウンド５４に接続されている。

前記第３抵抗素子Ｒ３と前記第１受光素子５１との間には、信号出力端子５５が設けられており、この信号出力端子５５からは、前記第１及び第２受光素子５１，５２の開成及び閉成に応じた状態検出信号５５ａが出力される。前記信号出力端子５５には、マイクロコンピュータ等によって構成される欠損判定部６０が接続されており、この欠損判定部６０は、前記状態検出信号５５ａに基づいて前記ダイオードブリッジ２０の欠損を検出する。

次に、図２は図１のダイオードブリッジ２０が正常なときに回路に流れる電流を示す説明図であり、図３は図２の回路におけるタイミングチャートである。なお、図２は、電流Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２を図１に付加した図であり、複雑になることを回避するために図１に付した符号は一部省略している。図２において、電流Ａ１，Ｂ１は、前記第１出力線１１の電位が前記第２出力線１２の電位よりも高いときに流れる電流を示しており、電流Ａ２，Ｂ２は、前記第２出力線１２の電位が前記第１出力線１１の電位よりも高いときに流れる電流を示している。すなわち、図３における電源入力７０の振幅がプラスのときに電流Ａ１，Ｂ１が流れ、電源入力７０の振幅がマイナスであるときに電流Ａ２，Ｂ２が流れる。このとき、第１及び第２抵抗素子Ｒ１，Ｒ２の第１及び第２両端電圧７１，７２は、図３に示すように電源入力７０が全波整流された波形となる。

前記第１及び第２受光素子５１，５２は、前記第１及び第２両端電圧７１，７２が予め設定された閾値以上となったときに閉成（ＯＮ）されて、前記第１及び第２両端電圧７１，７２が閾値未満のときに開成（ＯＦＦ）される。状態検出信号５５ａは、前記第１及び第２受光素子５１，５２の少なくとも一方が開成された場合にＨｉレベル（定電圧源５３の電圧、すなわち５Ｖ）となり、前記第１及び第２受光素子５１，５２の両方が閉成された場合にＬｏレベル（０Ｖ）となる。

図２のようにすべてのダイオードが正常な場合、前記第１及び第２両端電圧７１，７２の少なくとも一方が前記閾値を超えていない状態の時間（状態検出信号５５ａがＨｉレベルとなる時間）は、前記第１及び第２両端電圧７１，７２の両方が前記閾値を超えている状態の時間（状態検出信号５５ａがＬｏレベルとなる時間）に比べて短い。

次に、図４は、図３のダイオードブリッジ２０に欠損が生じた際の電流を示す説明図であり、図５は、図４の回路におけるタイミングチャートである。図４では、電流Ａ２が流れるダイオードブリッジ２０のダイオードが開放故障している。すなわち、図５に示すように、前記第１抵抗素子Ｒ１の前記第１両端電圧７１は半端整流波形となる。このとき、前記第１受光素子５１は、前記電流Ａ２に相当する期間において開成（ＯＦＦ）される。従って、前記電流Ａ２に相当する期間においては、前記状態検出信号５５ａもＨｉレベルとなる。

従って、図４のようにダイオードブリッジ２０に欠損が生じた場合には、すべてのダイオードが正常な場合（図３の場合）に比べて、前記第１及び第２両端電圧７１，７２の少なくとも一方が前記閾値を超えていない状態の時間が長くなる。欠損判定部６０は、周知のクロック信号と前記状態検出信号５５ａとを用いて、前記第１及び第２両端電圧７１，７２の少なくとも一方が前記閾値を超えていない状態の時間をカウントする。また、欠損判定部６０は、前記第１及び第２両端電圧７１，７２の少なくとも一方が前記閾値を超えていない状態の時間が所定時間継続した回数をカウントし、カウントした前記回数が所定回数に達した場合に前記ダイオードブリッジ２０に欠損が発生していることを検出する。

実施の形態２．
図６は、本発明の実施の形態２によるダイオードブリッジ欠損検出回路を示す回路図である。実施の形態１では単相交流電源に使用する回路を示したが、本発明は、図６に示すように三相交流電源に適用することもできる。なお、実施の形態１の構成と同一又は同等部分については同一の符号を用いて説明する。
交流電圧源１０には、ダイオードブリッジ２０に接続された第３出力線１３が設けられている。前記第１抵抗素子Ｒ１と前記第３出力線１３との間には、前記第１抵抗素子Ｒ１から前記第３出力線１３に向かう方向が順方向の第５検出用ダイオードＤ５が接続されている。また、前記第２抵抗素子Ｒ２と前記第３出力線１３との間には、前記第３出力線１３から前記第２抵抗素子Ｒ２に向かう方向が順方向の第６検出用ダイオードＤ６が接続されている。

前記第１及び第２抵抗素子Ｒ１，Ｒ２には、全波整流された三相交流電圧が印加される。すなわち、実施の形態１では、前記第１及び第２両端電圧７１，７２の少なくとも一方が前記閾値を超えていない状態が存在していたが（図３参照）、三相交流電源の場合は、ダイオードブリッジ２０に欠損が生じていなければ、前記第１及び第２両端電圧７１，７２は前記閾値を常に超えた状態となる。欠損判定部６０は、前記状態検出信号５５ａに基づいて前記第１及び第２両端電圧７１，７２の少なくとも一方が前記閾値を超えていない状態になった回数をカウントし、カウントした前記回数が予め設定された回数に達した場合に前記ダイオードブリッジ２０に欠損が発生していることを検出する。その他の構成は、実施の形態１と同様である。

本発明の実施の形態１によるダイオードブリッジ欠損検出回路を示す回路図である。図１のダイオードブリッジが正常なときに回路に流れる電流を示す説明図である。図２の回路におけるタイミングチャートである。図３のダイオードブリッジに欠損が生じた際の電流を示す説明図である。図４の回路におけるタイミングチャートである。本発明の実施の形態２によるダイオードブリッジ欠損検出回路を示す回路図である。従来のダイオードブリッジを用いた電源回路を示す回路図である。

符号の説明

１０交流電圧源
１１〜１３第１〜第３出力線
２０ダイオードブリッジ
２４プラス側出力端子
２５マイナス側出力端子
３０平滑コンデンサ
４１，４２第１及び第２発光素子
４１ａ，４２ａ第１及び第２入力端子
４１ｂ，４２ｂ第１及び第２出力端子
５０欠損状態出力部
５１，５２第１及び第２受光素子
５３定電圧源
５４グラウンド
５５信号出力端子
５５ａ状態検出信号
６０欠損判定部
７１，７２第１及び第２両端電圧
Ｄ１〜Ｄ６検出用ダイオード
Ｑ１，Ｑ２第１及び第２フォトカプラ
Ｒ１〜Ｒ３第１〜第３抵抗素子

Claims

交流電圧源（１０）からの交流電圧をダイオードブリッジ（２０）により全波整流するとともに、全波整流された電圧を平滑コンデンサ（３０）により平滑する電源回路に設けられ、前記ダイオードブリッジ（２０）の欠損を検出するダイオードブリッジ欠損検出回路であって、
前記ダイオードブリッジ（２０）のプラス側出力端子（２４）と前記平滑コンデンサ（３０）との間に第１入力端子（４１ａ）が接続された第１フォトカプラ（Ｑ１）の第１発光素子（４１）と、
前記第１発光素子（４１）の第１出力端子（４１ｂ）に接続された第１抵抗素子（Ｒ１）と、
前記第１抵抗素子（Ｒ１）と前記交流電圧源（１０）の第１出力線（１１）との間に接続され、前記第１抵抗素子（Ｒ１）から前記第１出力線（１１）に向かう方向が順方向の第１検出用ダイオード（Ｄ１）と、
前記第１抵抗素子（Ｒ１）と前記交流電圧源（１０）の第２出力線（１２）との間に接続され、前記第１抵抗素子（Ｒ１）から前記第２出力線（１２）に向かう方向が順方向の第２検出用ダイオード（Ｄ２）と、
前記ダイオードブリッジ（２０）のマイナス側出力端子（２５）と前記平滑コンデンサ（３０）との間に第２入力端子（４２ａ）が接続された第２フォトカプラ（Ｑ２）の第２発光素子（４２）と、
前記第２発光素子（４２）の第２出力端子（４２ｂ）に接続された第２抵抗素子（Ｒ２）と、
前記第２抵抗素子（Ｒ２）と前記交流電圧源（１０）の前記第２出力線（１２）との間に接続され、前記第２出力線（１２）から前記第２抵抗素子（Ｒ２）からに向かう方向が順方向の第３検出用ダイオード（Ｄ３）と、
前記第２抵抗素子（Ｒ２）と前記交流電圧源（１０）の前記第１出力線（１１）との間に接続され、前記第１出力線（１１）から前記第２抵抗素子（Ｒ２）に向かう方向が順方向の第４検出用ダイオード（Ｄ４）と、
定電圧源（５３）、第３抵抗素子（Ｒ３）、前記第１フォトカプラ（Ｑ１）の第１受光素子（５１）、及び前記第２フォトカプラ（Ｑ２）の第２受光素子（５２）が互いに直列に接続された欠損状態出力部（５０）と、
前記欠損状態出力部（５０）の信号出力端子（５５）に接続された欠損判定部（６０）と
を備え、
前記第１及び第２受光素子（５１，５２）は、前記第１及び第２抵抗素子（Ｒ１，Ｒ２）の第１及び第２両端電圧（７１，７２）が予め設定された閾値を超えた際に電気的に開成又は閉成され、
前記欠損判定部（６０）は、前記第１及び第２受光素子（５１，５２）の開成及び閉成に応じた前記信号出力端子（５５）からの状態検出信号（５５ａ）に基づいて前記ダイオードブリッジ（２０）の欠損を検出することを特徴とするダイオードブリッジ欠損検出回路。
前記欠損判定部（６０）は、前記状態検出信号（５５ａ）に基づいて前記第１及び第２両端電圧（７１，７２）の少なくとも一方が前記閾値を超えていない状態の時間をカウントするとともに、前記第１及び第２両端電圧（７１，７２）の少なくとも一方が前記閾値を超えていない状態の時間が所定時間継続した回数をカウントし、カウントした前記回数が予め設定された回数に達した場合に前記ダイオードブリッジ（２０）に欠損が発生していることを検出することを特徴とする請求項１記載のダイオードブリッジ欠損検出回路。
前記交流電圧源（１０）は、第３出力線（１３）をさらに有する三相交流電源であり、
前記第１抵抗素子（Ｒ１）と前記交流電圧源（１０）の前記第３出力線（１３）との間に接続され、前記第１抵抗素子（Ｒ１）から前記第３出力線（１３）に向かう方向が順方向の第５検出用ダイオード（Ｄ５）と、
前記第２抵抗素子（Ｒ２）と前記交流電圧源（１０）の前記第３出力線（１３）との間に接続され、前記第３出力線（１３）から前記第２抵抗素子（Ｒ２）に向かう方向が順方向の第６検出用ダイオード（Ｄ６）と
をさらに備えることを特徴とする請求項１記載のダイオードブリッジ欠損検出回路。
前記欠損判定部（６０）は、前記状態検出信号（５５ａ）に基づいて前記第１及び第２両端電圧（７１，７２）の少なくとも一方が前記閾値を超えていない状態になった回数をカウントし、カウントした前記回数が予め設定された回数に達した場合に前記ダイオードブリッジ（２０）に欠損が発生していることを検出することを特徴とする請求項３記載のダイオードブリッジ欠損検出回路。