JP5257961B2 - 電源部及び負荷部保護システム - Google Patents

Description

本発明は電源部及び負荷部保護システムに係り、より詳しくは出力線と負荷両端の電圧及び出力線に流れる電流を検出して出力線の異常有無及び過電圧と過電流の発生有無を感知して出力を遮断することで電源部及び負荷部を保護する保護システムに関する。

電源部から電源を出力して負荷に供給するシステムの場合、出力線を通じて電源部の出力を負荷に伝送する。電源部は負荷に設定された大きさの電源を持続的に供給しなければならないので、負荷に供給される電源を持続的に検出し、フィードバック動作によって負荷に供給する。前記出力線の断線のような異常が発生すれば、出力線の損傷、火事、装備の故障または負荷の故障などを引き起こす可能性がある。また、出力線に過電圧または過電流が流れる場合、電源部と負荷で故障が発生しうる。したがって、前記のような出力線の異常有無や出力線に過電圧または過電流が流れる場合などを感知する場合、出力を遮断する機能が必要である。

本発明は前記のような問題点を解決するためになされたもので、出力線と検出線の電圧差を検出して出力線の異常有無を感知し、異常が見つかった場合、出力を遮断し、負荷両端にかかる電圧と負荷に流れる電流を検出し、負荷に過電圧または過電流が印加される場合、出力を遮断して負荷を保護し、負荷の許用電流及び定格電圧が変わる場合にも、過電圧及び過電流基準値の変更によって負荷を保護することができ、出力線に急激に高い電圧及び電流が印加される場合、直ちに出力を遮断して電源部及び負荷部を保護する電源部及び負荷部保護システムの提供を技術的課題とする。

前記の技術的課題を解決するための電源部及び負荷部保護システムは、出力線と、前記出力線の末端に一対の出力端子と一対の検出端子を備えた端子とを含む出力部；前記出力端子と前記検出端子の間の電圧差を感知して極性電圧信号を出力する極性電圧検出部；前記出力線に流れる電流を感知して電流信号を出力する電流検出部；前記一対の検出線間の電圧差を感知して検出線電圧信号を出力する検出線電圧検出部；前記極性電圧信号を受信してＡ／Ｄ変換し、検出エラー基準値と比較して検出エラー信号を出力する検出エラー判断部と、前記電流信号及び検出線電圧信号を受信してＡ／Ｄ変換し、過電圧基準値及び過電流基準値と比較して過電圧信号または過電流信号を出力する過電圧過電流の判断部と、一定大きさの出力電流信号及び出力電圧信号を出力し、前記検出エラー信号または前記過電圧信号または前記過電流信号を受ける場合、前記出力電流信号及び出力電圧信号を設定値に出力する出力設定部を備えた演算処理部；及び前記出力設定部の出力と前記電流検出部及び前記検出線電圧検出部の出力を受けて比較して出力部の出力を制御する出力制御部；を含むことを特徴とする。

前記の技術的課題を解決するための電源部及び負荷部保護システムは、前記電流信号及び前記検出線電圧信号を受信して設定の遮断電流値及び遮断電圧値と比較して遮断信号を生成して前記出力制御部に伝送する回路保護部をさらに含むことができる。

前記の技術的課題を解決するための電源部及び負荷部保護システムにおいて、前記極性電圧検出部は、（＋）出力端子と（＋）検出端子の間の電圧差を感知して（＋）極性出力する（＋）極性電圧検出部と、（−）出力端子と（−）検出端子の間の電圧差を感知して（−）極性電圧信号を出力する（−）極性電圧検出部とを含むことができる。

前記のような本発明によれば、出力線の異常有無を感知し、異常が見つかる場合、出力を遮断して出力線の損傷を防止し、異常が発生した出力線の入替えによってシステムを安定させることができ、負荷に過電圧がかかるか過電流が流れることを防止して負荷の損傷を防止する。

また、外部から過電圧または過電流が印加される場合、直ちに出力を遮断して電源部と負荷部を保護することができ、負荷の種類によって過電圧及び過電流設定値を変更して多様な種類の負荷を効率よく保護することができる。

また、検出エラーの判断と過電圧過電流の判断及び出力設定をデジタル信号で処理するので、各基準値または設定値の変更が簡便であり、信号処理の正確性は向上する効果がある。

本発明の一実施例による電源部及び負荷部保護システムの構成図である。 本発明の一実施例による電源部及び負荷部保護システムの動作を説明するフローチャートである。

以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明の一実施例による電源部及び負荷部保護システムのブロック図である。

図１を参照すれば、本発明の一実施例による電源部及び負荷部保護システムは、交流電源印加部１０から交流電源を受けて直流電源に変換して出力する出力部１００と、出力端子と検出端子の間の電圧差を感知する極性電圧検出部２００と、出力線に流れる電流を感知する電流検出部３００と、検出線間の電圧差を感知する検出線電圧検出部４００と、出力線の異常有無を感知する検出エラー判断部５１０、出力線に過電圧及び過電流が流れる場合、これを感知する過電圧過電流の判断部５２０及び出力部１００の出力電流及び出力電圧を設定する出力設定部５３０を含む演算処理部５００と、出力部の出力を制御する出力制御部６００とを含む。

出力部１００は、一対の出力線（（＋）ＯＵＴ、（−）ＯＵＴ）を通じて電源を出力し、出力線（（＋）ＯＵＴ、（−）ＯＵＴ）の末端には一対の出力端子１、４と一対の検出端子２、３を備えた端子１１０が連結されている。出力端子１、４は出力線（（＋）ＯＵＴ、（−）ＯＵＴ）と電気的に通電し、出力部１００が出力した電源をケーブルなどを介して外部の負荷に伝送する。検出端子２、３は検出線（（＋）ＳＥＮＳＩＮＧ、（−）ＳＥＮＳＩＮＧ）と電気的に通電し、検出線（（＋）ＳＥＮＳＩＮＧ、（−）ＳＥＮＳＩＮＧ）は負荷（Ｌｏａｄ）の両端と電気的に通電して連結された導線を意味する。

極性電圧検出部２００は、出力線と検出線間の電圧差を感知して極性電圧信号を出力する。極性電圧信号は、（＋）出力線（（＋）ＯＵＴ）と（＋）検出線（（＋）ＳＥＮＳＩＮＧ）間の電圧差または（−）出力線（（−）ＯＵＴ）と（−）検出線（（−）ＳＥＮＳＩＮＧ）間の電圧差を意味する。出力線と検出線間の電圧差を感知するために、極性電圧検出部２００は加減算機能を遂行することができるＯＰ−ＡＭＰで構成することができる。前記極性電圧信号は出力線の異常有無を感知するためのもので、（＋）出力線の異常有無を感知するためには、（＋）出力線（（＋）ＯＵＴ）と（＋）検出線（（＋）ＳＥＮＳＩＮＧ）間の電圧差を感知し、（−）出力線の異常有無を感知するためには、（−）出力線（（−）ＯＵＴ）と（−）検出線（（−）ＳＥＮＳＩＮＧ）間の電圧差を感知することができる。したがって、極性電圧検出部２００の一実施例として、（＋）極性電圧検出部（２１０）と（−）極性電圧検出部（２２０）からなることができ、前記のように構成される場合、（＋）出力線及び（−）出力線の異常有無を同時に感知することができるので、一つの極性のみを感知する場合より望ましい。

電流検出部３００は出力線（（＋）ＯＵＴ、（−）ＯＵＴ）に流れる電流を感知するためのもので、一対の出力線のいずれか一出力線と電気的に連結され、出力線に流れる電流の大きさを感知し、これを電流信号として出力する。

検出線電圧検出部４００は、（＋）検出線（（＋）ＳＥＮＳＩＮＧ）と（−）検出線（（−）ＳＥＮＳＩＮＧ）間の電圧差を感知して検出線電圧信号を出力する。前記検出線電圧信号は電圧の大きさを示す信号で、（＋）検出線（（＋）ＳＥＮＳＩＮＧ）と（−）検出線（（−）ＳＥＮＳＩＮＧ）間の電圧差を意味する信号である。

演算処理部５００は各種演算をデジタル方式で行うもので、演算処理部５００で信号を処理するためには、アナログ信号である極性電圧信号、電流信号、検出線電圧信号をデジタル信号に変換するためのＡ／ＤコンバータＣ１、Ｃ４が必要であり、その上、演算処理部５００で処理された信号を出力制御部６００で使うためには、デジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／ＡコンバータＣ２、Ｃ３が必要である。

検出エラー判断部５１０は、Ａ／ＤコンバータＣ１によってデジタル信号に変換された前記極性電圧信号を受け、設定された検出エラー基準値と比較して検出エラー信号を出力する。検出エラー判断部５１０の一実施例として、デジタル変換された極性電圧信号を受信してモニタリングする検出エラーモニタリング部５１１と、検出エラー基準値を設定する検出エラー基準値設定部５１２と、検出エラーモニタリング５１１からデジタル変換された極性電圧信号と検出エラー基準値設定部５１２からの検出エラー基準値を受け、これを比較して検出エラーを検出する検出エラー検出部５１３とからなる。ここで、検出エラー基準値は使用者によって設定される値であり、前記極性電圧信号が前記検出エラー基準値より大きい場合、出力線の異常が発生したと判断するための基準値を意味する。検出エラー検出部５１３は、前記極性電圧信号と前記検出エラー基準値を比較し、極性電圧信号が検出エラー基準値より大きい場合にだけ検出エラー信号を出力する。

過電圧過電流の判断部５２０は、出力線の両端に過電圧がかかるか出力線に過電流が流れる場合、これを感知して出力電圧及び出力電流を調節するためのものである。過電圧過電流の判断部５２０は、デジタル変換された前記電流信号及び前記検出線電圧信号を受信してモニタリングする出力電流出力電圧モニタリング部５２１と、過電圧及び過電流を判断するための基準値を設定する過電圧過電流基準値設定部５２２と、前記出力電流出力電圧モニタリング部５２１からデジタル変換された前記電流信号及び前記検出線電圧信号を受信し、前記過電圧過電流基準値設定部５２２から過電圧基準値及び過電流基準値を受けて比較し、過電圧信号または過電流信号を出力する過電圧過電流検出部５２３とからなることができる。この際、過電圧基準値及び過電流基準値は、出力線の電流及び電圧が前記過電流基準値及び過電圧基準値を超える場合、電源部１０００や負荷部２０００の構成装置などの故障を引き起こすことができる基準値を意味し、使用者の設定によって変更可能な値である。

出力設定部５３０は出力部１００が出力する出力電流及び出力電圧を設定するためのもので、出力電流設定部５３１及び出力電圧設定部５３２でなることができる。

出力電圧設定部５３０は、使用者が設定した大きさの出力電流信号及び出力電圧信号を出力する。出力部１００から出力する電源は負荷（Ｌｏａｄ）に印加され、究極には負荷（Ｌｏａｄ）に一定大きさの電圧及び電流が供給されなければならない。したがって、前記出力電流信号及び出力電圧信号は使用者が負荷に印加しようとする電圧及び電流の大きさを意味する。出力電圧設定部５３０は、使用者が設定した出力電流信号及び出力電圧信号を出力し、前記検出エラー信号または前記過電圧信号または前記過電流信号のいずれか一つの信号でも入力される場合、前記出力電流信号及び出力電圧信号を期設定の設定値に変更して出力する。検出エラー信号または過電圧信号または過電流信号が入力されたというのは出力線に異常が発生したかあるいは電源部及び負荷部などに異常が発生したことを意味する。したがって、前記設定値は一般的に出力電流及び出力電圧の大きさを０（ｚｅｒｏ）にしろというのを意味する。または、前記設定値は負荷や出力線の損傷が発生しないほどあるいは負荷部または電源部の構成装置の故障を引き起こさないほどの電流値及び電圧値に設定することもできる。

出力制御部６００は、アナログ変換された前記出力電流信号及びアナログ変換された前記出力電圧信号と、前記電流信号及び前記検出線電圧信号を受信し、それぞれ比較して出力部１００の出力を制御する。

出力制御部６００は、アナログ変換された前記出力電流信号と前記電流信号を比較して出力電流エラー信号を出力する出力電流エラー検出器６１０と、アナログ変換された前記出力電圧信号と前記検出線電圧信号を比較して出力電流エラー信号を出力する出力電圧エラー検出器６２０と、前記出力電流エラー信号及び前記出力電圧エラー信号を受信して出力部１００の出力を制御するための制御信号を出力する制御設定部６３０とからなることができる。

出力電流エラー検出器６１０は、負荷（Ｌｏａｄ）に印加しようとする電流の大きさを意味する出力電流信号と実際負荷（Ｌｏａｄ）に流れる電流の大きさを意味する電流信号を比較し、その差を感知して出力電流エラー信号に出力し、出力電圧エラー検出器６２０は、負荷（Ｌｏａｄ）の両端に印加しようとする電圧の大きさを意味する出力電圧信号と実際負荷（Ｌｏａｄ）に印加される電圧の大きさを意味する電圧信号を比較し、その差を感知して出力電圧エラー信号に出力する。したがって、前記出力電流エラー信号及び前記出力電圧エラー信号は負荷（Ｌｏａｄ）に印加しようとする電流及び電圧と実際に負荷（Ｌｏａｄ）に印加されている電流及び電圧との差を意味する信号である。制御設定部６３０は、前記出力電流エラー信号及び出力電圧エラー信号を受信し、出力部１００の出力を制御するための制御信号に変換して出力部１００に出力する。すなわち、出力制御部６００は、フィードバック動作によって、実際に負荷（Ｌｏａｄ）に印加されている電流及び電圧を負荷（Ｌｏａｄ）の両端に印加しようとする電流及び電圧と等しく制御する。

また、本発明の一実施例による電源部及び負荷部保護システムは、稲妻などによって電源部の内部に急激な過電流や過電圧が印加される場合、これを感知し、出力部１００の出力を遮断して電源部１０００及び負荷部２０００の回路を保護するための回路保護部７００をさらに含むこともできる。

稲妻による過電圧過電流は非常に高い電圧または電流であるため、電源部１０００に印加される場合、電源部１０００の回路及び負荷部２０００の回路または負荷（Ｌｏａｄ）が損傷することができる。前記のような場合、出力制御部６００によって出力部１００の出力を遮断する場合、フィードバック動作によって出力遮断の動作が行われるまで時間がかかる。したがって、出力遮断の動作が行われるまで電源部１０００の回路及び負荷部２０００の回路または負荷（Ｌｏａｄ）が損傷することができる。したがって、これを防止するために、外部から過電圧または過電流が印加される場合、これを感知し、出力制御部６００によって直ちに出力部１００の出力を遮断することが必要である。したがって、回路保護部７００は、前記電流信号を受信し、設定された遮断電流値と比較し、前記電流信号が前記遮断電流値より高い場合、遮断信号を出力する電流感知遮断部７１０と、前記検出線電圧信号を受信し、設定された遮断電圧値と比較し、前記検出線電圧信号が前記遮断電圧値より高い場合、遮断信号を出力する電圧感知遮断部７２０とからなることができる。前記遮断電流値及び遮断電圧値は使用者によって設定された値であり、電源部１０００及び負荷部２０００の回路を保護するために設定される電流及び電圧の大きさを意味する。出力制御部６００の制御設定部６３０は、前記遮断信号が入力されれば、出力部１０００の出力を遮断するための制御信号を出力する。出力部１００は、前記制御信号が入力されれば、出力線を通じて出力される電流及び電圧を遮断する。

図２は本発明の一実施例による電源部及び負荷部保護システムの動作を説明するフローチャートである。

図２を参照すれば、本発明による電源部及び負荷部保護システムは、出力線と検出線間の極性電圧を検出して出力線の異常有無を感知する動作と、検出線間の電圧（＝負荷両端の電圧）と出力線に流れる電流（＝負荷に流れる電流）を感知し、前記電圧及び電流が設定の電圧及び電流を超える場合に出力を遮断して電源部及び負荷部を保護する動作と、負荷に設定された大きさの電圧及び電流を印加するために、フィードバック動作によって出力部の出力を制御する動作とに大別することができる。出力線は出力部１００から出力される電源が伝送される導電体材質の導線を意味し、検出線は負荷の両端と電気的に通電する導電体材質の導線を意味する。フィードバック動作による出力部１００の出力制御動作に関しては前述したようであるので、その詳細な説明は省略する。

まず、出力線の異常有無を感知する動作は、出力線と検出線間の電圧差を感知し、前記電圧差と既設定の検出エラー基準値を比較し、前記電圧差が既設定の検出エラー基準値より大きい場合には検出エラー信号を出力し、小さい場合には前記比較動作を続く。出力線と検出線間の電圧差は、（＋）極性は（＋）極性同士、（−）極性は（−）極性同士感知して出力する。（＋）極性出力線の異常有無のみ感知しようとする場合には、（＋）極性出力線と（＋）極性検出線間の電圧差を感知すれば良く、（＋）、（−）極性出力線の異常有無を感知しようとする場合には、（＋）極性出力線と（＋）極性検出線間の電圧差と（−）極性出力線と（−）極性検出線間の電圧差を感知すれば良い。一般に、出力線に異常がない場合には、前記出力線の電圧と検出線の電圧はほぼ同一であろう。しかし、出力線に異常がある場合、出力線の抵抗が増加して出力線電圧と検出線電圧は互いに異なる大きさの電圧値を持つようになる。前記のように出力線に異常が生じて出力線の抵抗が増加した場合、出力線による電圧降下によって、負荷両端に印加される電圧が設定電圧より低くなる。したがって、検出線によって感知された電圧を設定の出力電圧（負荷両端に印加しようとする目標電圧）と比較して出力部１００の出力を制御し、出力部１００から出力される電圧を増加させるようになる。前記のような電圧の増加によって出力線の損傷が発生するか火事などが発生することもできる。したがって、前記のような出力線の損傷または火事などを防止するために、前記検出エラー信号が出力される場合、出力部１００の出力を設定値に変更して出力する。前記設定値は、一般的に０（Ｚｅｒｏ）であり、前記設定値が出力される場合、出力部１００は出力を遮断して出力線の損傷を防止する。

次に、電源部及び負荷部を保護するための動作を説明する。

まず、出力線に過電圧または過電流が流れる場合、これを感知して出力を遮断する動作を説明する。

出力線に流れる電流を検出し、検出線間の電圧差を検出し、設定の過電流基準値と過電圧基準値の比較を行う。検出した電流値が前記過電流基準値より大きい場合には過電流信号を出力し、検出した電圧差の大きさが前記過電圧基準値より大きい場合には過電圧信号を出力する。前記過電流信号及び過電圧信号に応じて制御設定部は出力部１００の出力を遮断する。前記過電圧基準値及び前記過電流基準値は使用者によって変更可能な値である。負荷部２０００に連結される負荷（Ｌｏａｄ）の種類によって許容される電流及び電圧の大きさが変わる。すなわち、連結される負荷によって前記過電流基準値及び過電圧基準値を異に設定することにより、多様な負荷が連結される場合にも過電流及び過電圧による負荷の損傷を防止することができる。

電源部１０００に瞬間的に高電圧または高電流が印加される場合（例えば稲妻）には、直ちに出力を遮断して電源部及び負荷部を保護しなければならない。しかし、前述した過電流と過電圧を感知して出力部１００の出力を遮断する場合には、過電流と過電圧が感知される場合、出力設定部５３０とＤ／ＡコンバータＣ２及び出力制御部６００の出力電流エラー検出器６１０や出力電圧エラー検出器６２０によって、制御設定部６３０から出力部１００の出力を遮断する制御信号を出力するので、過電流または過電圧が感知される瞬間から出力部１００の出力が遮断されるまで一定の時間が必要となる。前記のような出力遮断の動作が進む間に印加された高電圧または高電流によって電源部及び負荷部が損傷することができる。これを防止するために、即刻の出力遮断が行わなければならず、本発明は回路保護部７００によって出力を直ちに遮断することができる。回路保護部７００は、出力線に流れる電流を検出した値と、検出線間の電圧差を検出した値を受け、設定されている遮断電流値及び遮断電圧値との比較により、前記電流を検出した値が遮断電流値より大きい場合または前記検出線間の電圧差を検出した値が遮断電圧値より大きい場合、遮断信号を制御設定部６３０に直接出力して直ちに出力部１００の出力遮断が可能となる。

以上で説明した本発明は前述した実施例及び添付図面によって限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範疇内で種々の置き換え、変形及び変更が可能であるのは本発明が属する当該技術分野で通常の知識を持った者に明らかであろう。

本発明は、出力線と負荷両端の電圧及び出力線に流れる電流を検出して出力線の異常有無及び過電圧と過電流の発生有無を感知して出力を遮断することで電源部及び負荷部を保護する保護システムに適用可能である。

１００ 出力部
１１０ 端子
２００ 極性電圧検出部
２１０ （＋）極性電圧検出部
２２０ （−）極性電圧検出部
３００ 電流検出部
４００ 検出電圧検出部
５００ 演算処理部
５１０ 検出エラー判断部
５２０ 過電流過電圧判断部
５３０ 出力設定部
６００ 出力制御部
７００ 回路保護部
Ｌｏａｄ 負荷

Claims (3)

1. 出力線と、前記出力線の末端に一対の出力端子と一対の検出端子を備えた端子とを含む出力部；
   前記出力端子と前記検出端子の間の電圧差を感知して極性電圧信号を出力する極性電圧検出部；
   前記出力線に流れる電流を感知して電流信号を出力する電流検出部；
   前記一対の検出線間の電圧差を感知して検出線電圧信号を出力する検出線電圧検出部；
   前記極性電圧信号を受信してＡ／Ｄ変換し、検出エラー基準値と比較して検出エラー信号を出力する検出エラー判断部と、前記電流信号及び検出線電圧信号を受信してＡ／Ｄ変換し、過電圧基準値及び過電流基準値と比較して過電圧信号または過電流信号を出力する過電圧過電流の判断部と、一定大きさの出力電流信号及び出力電圧信号を出力し、前記検出エラー信号または前記過電圧信号または前記過電流信号を受ける場合、前記出力電流信号及び出力電圧信号を設定値に出力する出力設定部を備えた演算処理部；及び
   前記出力設定部の出力と前記電流検出部及び前記検出線電圧検出部の出力を受けて比較して出力部の出力を制御する出力制御部；
   を含むことを特徴とする、電源部及び負荷部保護システム。
2. 前記電流信号及び前記検出線電圧信号を受信して設定の遮断電流値及び遮断電圧値と比較して遮断信号を生成して前記出力制御部に伝送する回路保護部をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の電源部及び負荷部保護システム。
3. 前記極性電圧検出部は、（＋）出力端子と（＋）検出端子の間の電圧差を感知して（＋）極性出力する（＋）極性電圧検出部と、（−）出力端子と（−）検出端子の間の電圧差を感知して（−）極性電圧信号を出力する（−）極性電圧検出部とを含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の電源部及び負荷部保護システム。