JP6201410B2 - 電源回路 - Google Patents

Description

本発明は、電源回路に関し、さらに詳しくは、過電圧の入力に対する検出、保護機能を有する電源回路に関する。

交流の入力を受けて所定の電圧を有する直流に変換し、種々の電気電子機器を駆動する電源回路において、施工時の誤り等によって定格電圧を超える電圧を有する交流が入力された際に、電源回路およびその電源回路によって駆動される機器を過電圧の印加から保護するための機構が、複数提案されている。そのような過電圧保護の形態としては、電源回路を、定格電圧を超える電圧の入力に耐えるようなワイドレンジの設計とすることが挙げられる。または、電源入力部に過電圧検知機能付き漏電ブレーカを設ける構成が挙げられる（例えば特許文献１）。

さらに、電圧変換部の一次側あるいは二次側の電圧を監視して、過電圧の入力を検出するという方法もある。一次側の電圧を監視する具体的な方法としては、特許文献２に、一次側回路と二次側回路の間にフォトトランジスタを設ける構成が開示されている。一次側に過電圧が入力されると、フォトトランジスタが作動し、二次側回路への電源供給を停止させるというものである。また、二次側の電圧を監視する具体的な方法としては、商用トランスの二次側に、ツェナーダイオードを介してトランジスタのベースを接続した構成が、特許文献３に開示されている。トランジスタが商用周波数に対応してオン／オフされるか否かによって、過電圧が入力されているか否かを判定するというものである。

特開２００３−５１２３８号公報 実開昭５６−５４４８０号公報 特開平５−２８００８３号公報

上記のように、過電圧の入力に対する保護方法として、複数のものが提案されているが、いずれも、過電圧保護機能を付与するために、電源回路の製造コストが大きく上昇されてしまう。電源回路を過電圧の入力に耐えるワイドレンジ設計とする場合には、電源回路を構成する素子として過電圧の入力に耐えるだけの特性を有するものを選定する必要があり、部品のコストの増加および大型化を招く。部品の大型化は、それらを実装する基板の大型化にもつながり、これも電源回路の製造コストを上昇させる。特許文献１に開示される過電圧検知機能付き漏電ブレーカは、過電圧検出・遮断回路等、多くの素子、部品よりなり、製造コストが高くなってしまう。特許文献２に記載のフォトトランジスタを使用して一次側電圧を監視する構成の場合、一次側と二次側を絶縁してフォトトランジスタを設けることにコストを要するうえ、一次側の過電圧を検出してフォトトランジスタを制御する回路を構築するのに多くの部品を要する。また、特許文献３に記載の商用トランスの出力に基づいて二次側の電圧を監視する方式の場合、過電圧検出の原理上、現在主流として使用されているスイッチング式変圧器ではなく商用トランスを使用することが必要であるため、変圧器に要するコストが大きくなる。また、商用トランスは大型であるため、基板のコストも大きくなってしまう。このように、上記のいずれの方法を用いても、過電圧保護を実現するために、大きなコストを要してしまう。

本発明が解決しようとする課題は、簡素な構成を有し、低コストで製造可能な、過電圧の入力に対する保護機能を有する電源回路を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明にかかる第一の電源回路は、負荷を有する制御対象機器を制御する制御部と、入力された電源を電圧変換して前記制御部および前記制御対象機器に駆動用電源として出力する電源部と、を備えてなり、前記電源部は、入力電圧が高くなると出力容量が大きくなり、前記出力容量を超える消費電力を有する負荷が出力部に接続されると出力電圧が低下する特性を有し、前記制御部は、前記電源部への電源入力が開始されると、前記出力電圧に比例する判定電圧に基づいて前記電源部に過電圧が入力されているかどうかを判定する過電圧判定過程を実行し、前記過電圧判定過程において、前記制御部は、前記制御対象機器の負荷を含んでなる判定用負荷を前記電源部の出力部に接続し、その後、判定時間内に前記判定電圧が基準電圧を下回る場合には、前記電源部に適正な入力電圧が入力されていると判定して、前記判定用負荷を前記電源部の出力部から除去して前記電源部への電源入力を継続させ、前記判定時間内に前記判定電圧が前記基準電圧を下回らない場合には、前記電源部に過電圧が入力されていると判定して、外部への通知または前記電源部への電源入力の遮断を行うことを要旨とする。

ここで、前記判定用負荷は、前記電源部への入力電圧が過電圧とみなされる閾値未満である場合に、前記電源部の出力部に前記判定用負荷が接続されてから前記判定時間が経過した時の前記判定電圧が前記基準電圧よりも低くなるような消費電力を有することが好ましい。

また、前記電源回路はさらに、スイッチ部と、前記スイッチ部を介して前記制御部からの信号入力を受けて、前記電源部の出力部に前記制御対象機器の負荷と並列に接続され、前記制御対象機器の負荷とともに前記判定用負荷を構成する補助負荷と、を有するとよい。

そして、前記電源回路はさらに、前記電源部の出力電圧を分圧し、前記判定電圧として出力する分圧部を有することが好適である。

また、前記閾値が１００Ｖと２００Ｖの間に位置することが好ましい。

そして、前記制御部は、前記過電圧判定過程において前記電源部に過電圧が入力されていると判定すると、外部への通知を行い、所定時間その通知を継続した後に、前記電源部への電源入力が継続されていれば、前記電源部への電源入力を遮断することが好ましい。

上記課題を解決するために、本発明にかかる第二の電源回路は、負荷を有する制御対象機器を制御する制御部と、入力された電源を電圧変換して前記制御部および前記制御対象機器に駆動用電源として出力する電源部と、前記電源部と前記制御部との間に設けられ、少なくとも前記制御対象機器の負荷を含む判定用負荷部と備え、前記電源部は、入力電圧が高くなると出力容量が大きくなり、前記出力容量を超える負荷が出力部に接続されると出力電圧が低下する特性を有し、前記制御部は、前記電源部に接続された前記判定用負荷部を介して前記出力部から前記制御部へ出力された出力電圧と、基準電圧とに基づいて、閾値電圧に対して過電圧である第一の入力電圧および前記閾値電圧に対して適正な第二の入力電圧のいずれが前記電源部に入力されているかを判定する入力電圧判定部を有することを要旨とする。

ここで、前記制御部は、前記入力電圧判定部で前記第一の入力電圧が前記電源部に入力されていると判定された場合に、前回判定用負荷部を前記電源部に接続し、接続後の出力電圧と前記基準電圧とに基づいて、前記電源部への過電圧の入力を遮断する過電圧ブレーカが前記電源回路に備えられているか否かを判定する過電圧ブレーカ有無判定部を有することが好ましい。

さらに、前記制御部は、前記過電圧ブレーカ有無判定部で前記過電圧ブレーカが備えられていないと判定された場合に、前記判定用負荷部を前記電源部に接続し、接続後の出力電圧と前記基準電圧とに基づいて、前記電源部への過電圧の入力が継続されているか停止されているかを判定し、継続されていると判定すると、記憶手段に前記電源回路の動作を禁止する情報を記憶する過電圧継続判定部を有することが好ましい。

上記発明にかかる第一の電源回路においては、電源部に入力される電源の入力電圧が大きいほど、出力容量が大きくなり、判定用負荷を出力部に接続した際に見られる出力電圧の低下の程度が小さくなる。つまり、出力電圧に比例する判定電圧が、判定時間内に低下する程度が小さくなる。このように、電源部への入力される電圧値の大小が、判定電圧の低下に反映され、入力電圧が高いほど、判定時間内での判定電圧の低下が小さくなる。よって、判定用負荷を電源部の出力部に接続した後、判定時間が経過したときに、計測される判定電圧が基準電圧を下回っていれば、適正な入力電圧が電源部に入力されていると判定することができる。一方、判定時間が経過したときに、計測される判定電圧がその基準電圧を下回っていない場合は、過電圧が、電源部に入力されていると判定することができる。

このように、上記発明にかかる電源回路は、電源部と制御部を有する電源回路に、判定電圧を入力する機構と、判定用負荷の接続を制御する機構とを付加するだけで、過電圧状態を検知し、過電圧状態から電源回路の構成部品を保護することができる。よって、簡素な構成を備え、低コストで製造される、過電圧の入力に対する保護機能を有した電源回路とすることができる。

加えて、電源部への電源入力経路に過電圧検知機能付き漏電ブレーカが設けられている場合にも、上記電源回路の判定電圧の低下を指標とする過電圧検知機能、および過電圧検知機能付き漏電ブレーカの過電圧検知機能は、相互の機能の発揮を妨げるものではない。よって、上記電源回路の構成は、電源部への電源入力経路に過電圧検知機能付き漏電ブレーカが設けられている場合にも、設けられていない場合にも、共通に適用することができる。従って、同一の製造者が、過電圧検知機能付き漏電ブレーカを備えた電源回路と備えていない電源回路の両方を製造する場合に、過電圧検知機能付き漏電ブレーカ以外の構成を共通にして、電源回路を製造することができる。この意味においても、電源回路の製造コストの低減が図られる。

ここで、判定用負荷が、電源部への入力電圧が過電圧とみなされる閾値未満である場合に、電源部の出力部に判定用負荷が接続されてから判定時間が経過した時の判定電圧が基準電圧よりも低くなるような消費電力を有する場合には、閾値以上の電圧が入力されていれば、判定用負荷を電源部の出力部に接続した後、判定時間が経過したときに、判定電圧が基準電圧を下回ることがない。一方、閾値未満の電圧が入力されていれば、判定時間が経過したときに、判定電圧が基準電圧を下回る。よって、判定用負荷の消費電力を適切に設定することで、所望の閾値を境として、過電圧と適正電圧を高確度に判別することができる。

また、電源回路がさらに、スイッチ部と、スイッチ部を介して制御部からの信号入力を受けて、電源部の出力部に制御対象機器の負荷と並列に接続され、制御対象機器の負荷とともに判定用負荷を構成する補助負荷とを有する構成とすれば、制御対象機器の負荷のみでは消費電力が小さすぎ、それだけでは想定される過電圧状態を検出できるだけの十分な消費電力の判定用負荷を構成できない場合にも、制御対象機器の負荷と補助負荷を合わせた判定用負荷が十分な消費電力を有するようにすることで、上記電源回路の過電圧保護機能を利用することができる。

そして、電源回路がさらに、電源部の出力電圧を分圧し、判定電圧として出力する分圧部を有する場合には、判定電圧の生成を、分圧抵抗のように安価で汎用的な素子よりなる分圧部によって行うことができるので、効果的に電源回路の製造コストを抑制することができる。

また、閾値が１００Ｖと２００Ｖの間に位置する場合には、１００Ｖは適正な電圧であると判定され、２００Ｖは過電圧であると判定される。よって、１００Ｖの商用電源を入力しての使用が想定されている電源回路を、２００Ｖの商用電源の入力から保護することができる。これにより、電気電子機器の施工時に起こりやすい、１００Ｖの商用電源と２００Ｖの商用電源の間の取り違いによる電源回路の故障を、効果的に防止することができる。

そして、制御部が、過電圧判定過程において電源部に過電圧が入力されていると判定すると、外部への通知を行い、所定時間その通知を継続した後に、電源部への電源入力が継続されていれば、電源部への電源入力を遮断するものである場合には、使用者や施工者が過電圧を誤って入力してしまった際に、警報音等による通知によってその者に過電圧を入力していることを気づかせ、電源プラグを引き抜く等して過電圧の入力を停止させるように誘導することができる。この誘導に従って所定時間内に過電圧の入力が停止されれば、ヒューズ等、強制的な電源の遮断に使用される部品を交換する必要を伴わずに、電源回路に適正な電圧を入力して再び使用することができる。一方、所定時間が経過しても過電圧の入力が停止されない場合には、電源部への電源入力を強制的に遮断することで、電源回路を構成する部品を、長時間の過電圧印加から保護することができる。

上記発明にかかる第二の電源回路は、入力電圧判定部を有し、この入力電圧判定部において、判定用負荷部を接続された状態で電源部から出力される電圧と、所定の基準電圧との大小関係を判定する。出力電圧が基準電圧を下回っていない場合は、過電圧である第一の入力電圧が電源部に入力されていると判定することができる。一方、出力電圧がその基準電圧を下回っていれば、適正な入力電圧である第二の入力電圧が電源部に入力されていると判定することができる。これにより、過電圧状態から電源回路の構成部品を保護することができる。この入力電圧判定部は、マイコン（マイクロコンピュータ）等よりなる制御部の機能の一部として容易に実現されるので、このような過電圧保護機能を備える電源回路が、簡素な構成で、かつ低コストで製造される。

ここで、制御部が、入力電圧判定部で第一の入力電圧が電源部に入力されていると判定された場合に、判定用負荷部を電源部に接続し、接続後の出力電圧と基準電圧とに基づいて、電源部への過電圧の入力を遮断する過電圧ブレーカが電源回路に備えられているか否かを判定する過電圧ブレーカ有無判定部を有する構成は、同一の製造者が、過電圧ブレーカ以外の構成を共通にして、過電圧ブレーカを備えた電源回路と備えていない電源回路の両方を製造する場合に、特に好適に適用される。つまり、過電圧ブレーカが備えられる場合には、その過電圧ブレーカの機能によって、過電圧ブレーカが備えられない場合には、制御部の機能によって、過電圧の入力から電源回路の保護を図ればよい。

さらに、制御部が、過電圧ブレーカ有無判定部で過電圧ブレーカが備えられていないと判定された場合に、判定用負荷部を電源部に接続し、接続後の出力電圧と基準電圧とに基づいて、電源部への過電圧の入力が継続されているか停止されているかを判定し、継続されていると判定すると、記憶手段に電源回路の動作を禁止する情報を記憶する過電圧継続判定部を有する構成によれば、所定時間にわたって継続された過電圧入力によって損傷を受けた電源回路に再度電源が入力され、損傷を受けたままの状態で電源回路が動作されることが防止される。また、記憶手段に記憶された情報は、電源回路の保守点検の際にも、過電圧入力の履歴として利用することができる。

本発明の一実施形態にかかる電源回路の構成を示す概略図である。 上記電源回路の過電圧保護機構の動作方法を示す時系列図であり、入力電圧が１００Ｖの場合を示している。 上記電源回路の過電圧保護機構の動作方法を示す時系列図であり、入力電圧が２００Ｖで過電圧ブレーカを備える場合を示している。 上記電源回路の過電圧保護機構の動作方法を示す時系列図であり、入力電圧が２００Ｖで過電圧ブレーカを備えない場合を示している。 上記電源回路の過電圧保護機構の動作方法を示すフロー図である。

以下、本発明の一実施形態にかかる電源回路について、図面を参照しながら詳細に説明する。

電源回路１は、負荷１（Ｌｄ１）〜負荷Ｚ（ＬｄＺ）をそれぞれ備える制御対象機器に駆動電源を供給するとともに、それらの運転を制御する電気回路である。負荷を備える制御対象機器としては、モータ、ヒータ等が挙げられる。電源回路１は、電源部１１と、制御部１２と、分圧部１３と、補助負荷挿入部１４とを有してなる。

電源部１１は、入力部１１ｃから商用電源等の交流電源の入力を受け、所定の定格電圧を有する直流を出力部１１ｄに出力する。出力部１１ｄの低電圧側ラインはグラウンド電位に接続されている。電源部１１は、交流を整流平滑化して直流化する入力部回路１１ａと、入力部回路１１ａから入力された直流を所定の電圧の直流に変換して出力する電源ＩＣ１１ｂとを備えてなる。入力部回路１１ａは、整流平滑化に使用されるダイオードＤ１と電解コンデンサＣ２に加え、サージ吸収用のバリスタＶａｒ１とノイズ・フィルタとしてのコンデンサＣ１を備えてなる。

電源部１１の入力部１１ｃには、入力される可能性のある電圧値を含んで、ある範囲に及ぶ電圧を入力可能である。例えば、１００Ｖまたは２００Ｖの商用電源の入力が想定される場合、１００Ｖ以下〜２００Ｖ以上の範囲の電圧を入力部１１ｃに入力可能であるとよい。電源部１１は、電源ＩＣ１１ｂの特性に起因して、以下の特性を有する。つまり、電源部１１は、入力電圧に応じた出力容量を有し、入力可能な電圧範囲の中で、入力電圧が高いほど、出力容量が大きくなる。そして、出力部１１ｄに接続される負荷の消費電力が電源部１１の出力容量の範囲内であれば、定格出力電圧を出力部１１ｄから出力するが、出力容量を超える消費電力の負荷が出力部１１ｄに接続されると、定格出力電圧を出力することができず、出力部１１ｄから出力される電圧が定格出力電圧から低下してしまう。

制御部１２は、マイクロコンピュータ（マイコン）等によって具現され、負荷Ｌｄ１〜ＬｄＺを有する制御対象機器の運転を制御する。負荷Ｌｄ１〜ＬｄＺは駆動回路部Ｄｒ１〜ＤｒＺを介して電源部１１の出力部１１ｄに接続されており、駆動回路部Ｄｒ１〜ＤｒＺが制御部１２からの信号入力を受けてオン／オフ制御されることで（配線不図示）、電源部１１の出力部１１ｄへの各負荷Ｌｄ１〜ＬｄＺの接続／非接続が選択される。また、制御部１２は、入力電圧判定部１２ｄと、過電圧ブレーカ有無判定部１２ｅと、過電圧継続判定部１２ｆとを有する。制御部１２がマイコンである場合に、これらの判定部は、マイコンの機能の一部として実現される。

分圧部１３は、電源部１１の出力部１１ｄに、負荷Ｌｄ１〜ＬｄＺと並列に接続され、電源部１１の出力部１１ｄに出力される電圧を所定の分圧比で分圧して、制御部１２の判定電圧入力部１２ａに電源部１１の出力電圧と比例する判定電圧として入力する。分圧部１３は、直列接続された２つの抵抗Ｒ１、Ｒ２からなる分圧抵抗によって具現される。分圧部１３の分圧比は、直列接続された２つの抵抗Ｒ１、Ｒ２の抵抗値の比によって決まり、電源部１１の定格出力電圧を、制御部１２の入力ポートとして具現される判定電圧入力部１２ａに入力可能な電圧にまで低下させられるような分圧比を設定すればよい。なお、電源部１１と制御部１２の具体的な仕様によって、電源部１１の出力電圧がそのまま制御部１２の判定電圧入力部１２ａに入力できる場合には、分圧部１３は、必ずしも必要ではない。

補助負荷挿入部１４は、負荷抵抗よりなる補助負荷Ｒ３と、トランジスタＴｒ１を有する。補助負荷Ｒ３の一端は電源部１１の出力部１１ｄの高電圧側ラインに接続され、他端はトランジスタＴｒ１のコレクタ端子に接続されている。トランジスタＴｒ１のエミッタ端子は、電源部１１の出力部１１ｄの低電圧側ライン、つまりアース電位に接続されている。そして、トランジスタＴｒ１のベース端子は、入力抵抗Ｒ４を介して、制御部１２の出力ポートである補助負荷駆動部１２ｂに接続されている。補助負荷駆動部１２ｂから電圧信号が出力されておらず、トランジスタＴｒ１がオフ状態にある間は、補助負荷Ｒ３が、電源部１１の出力部１１ｄから分離された状態となっているが、補助負荷駆動部１２ｂから電圧信号が出力されると、トランジスタＴｒ１がオン状態とされ、補助負荷Ｒ３が、電源部１１の出力部１１ｄに、負荷Ｌｄ１〜ＬｄＺと並列に接続される。なお、抵抗Ｒ５は、トランジスタＴｒ１の動作を安定させるためのいわゆるエミッタ抵抗である。また、補助負荷Ｒ３の接続／非接続を制御するために、トランジスタＴｒ１を必ずしも使用する必要はなく、他種のスイッチ手段を用いて補助負荷挿入部１４を構成することもできる。

制御部１２は、制御対象機器の負荷Ｌｄ１〜ＬｄＺを制御する機能に加えて、電源部１１の入力部１１ｃに過電圧が入力されているかどうかを判定するための過電圧判定過程を実行する機能を有する。判定の詳細については後述するが、制御対象機器の全ての負荷Ｌｄ１〜ＬｄＺと、補助負荷Ｒ３とを合わせたものを判定用負荷Ｒ’として、この過電圧判定過程において利用する。

電源回路１は、さらに表示音声装置２１、記憶手段２２、ヒューズ溶断装置２３、ヒューズＦ１を有する。表示音声装置２１は、過電圧判定過程において過電圧状態であると判定された際に警報音声によってその事実を外部に通知する。記憶手段２２は、ＥＥＰＲＯＭ等によって具現され、過電圧状態が発生したことを記憶しておく役割を果たす。ヒューズＦ１は、電源部１１の入力部１１ｃの上流側に設けられ、制御部１２のヒューズ溶断装置駆動部１２ｃからの信号出力を受けてヒューズ溶断装置２３が、ヒューズＦ１を溶断し、電源部１１への電源入力を遮断することができる。ヒューズ溶断装置２３は例えば、スイッチング素子を利用して、ヒューズＦ１の入力部１１ｃ側を他方の電源入力ラインに短絡させ、ヒューズＦ１に大電流を流す構成によって実現される。

さらに、電源部１１の入力部１１ｃよりも上流には、過電圧が入力されると、電源入力を遮断する過電圧検知機能付き漏電ブレーカ（以下単に、過電圧ブレーカと称する場合がある）を備えられてもよい。ただし、この場合は、過電圧が入力された場合に、本電源回路１が有する過電圧保護機能ではなく、この過電圧ブレーカの過電圧保護機能によって、過電圧入力に対する検知および保護が行われる。

次に、図２〜図５を参照しながら、過電圧判定過程の内容について説明する。ここでは、電源回路１が１００Ｖを定格の入力電圧として設計されている場合が想定され、過電圧判定過程は、過電圧である２００Ｖ（第一の入力電圧）が入力されているか、適正電圧である１００Ｖ（第二の入力電圧）が入力されているかを判定する。

まず、図２の判定電圧の時間変化および図５の制御フロー図を参照しながら、電源電圧が１００Ｖの場合について説明する。電源プラグ２４を商用電源に接続すると、電源ＩＣ１１ｂの起動が開始され、出力部１１ｄからの出力される出力電圧が徐々に上昇する。これに伴い、分圧部１３から出力される判定電圧が徐々に上昇する。制御部１２に供給される駆動電圧も徐々に上昇し、時間０において制御部１２の起動に必要な電圧に達し、制御部１２が起動される。

時間０にて制御部１２が起動され（図５のステップＳ０）、さらに電源部１１の出力部１１ｄからの出力電圧が定格出力電圧に達した直後の時間Ｔ１から、制御部１２の入力電圧判定部１２ｄは、入力電圧が１００Ｖであるか２００Ｖであるかを判定するための入力電圧判定を実行する。時間Ｔ１において、制御部１２が判定用負荷Ｒ’を電源部１１の出力部１１ｄに接続する（ステップＳ１）。つまり、制御部１２が、全制御対象機器の負荷Ｌｄ１〜ＬｄＺと補助負荷Ｒ３を同時に電源部１１の出力部１１ｄに接続する。この際、全制御対象機器の負荷Ｌｄ１〜ＬｄＺの接続は、それらを制御する駆動回路部Ｄｒ１〜ＤｒＺを同時にオン状態とすることによって行われ、補助負荷Ｒ３の接続は、補助負荷駆動部１２ｂから電圧信号を出力し、トランジスタＴｒ１をオン状態とすることによって行われる。

判定用負荷Ｒ’が電源部１１の出力部１１ｄに接続されることで、１００Ｖの入力電圧に対応した電源部１１の出力容量を超える消費電力を有する負荷が、出力部１１ｄに接続された状態となる。すると、出力部１１ｄに出力される電圧が低下し始める。これに伴い、判定電圧も低下し始める。

時間Ｔ２において、制御部１２は、判定電圧入力部１２ａに入力されている判定電圧が、あらかじめ定められた基準電圧を下回っているかどうかの判定を行う（ステップＳ２）。ここで、判定電圧が時間Ｔ１から低下を続け、時間Ｔ２において、判定電圧は、既に図２中に破線で示した基準電圧を下回っている（ステップＳ２のＹｅｓ）。これにより、制御部１２は、電源部１１に適正電圧である１００Ｖが入力されていると判定する（ステップＳ３）。

この判定結果に基づき、時間Ｔ２’で、制御部１２は、判定用負荷Ｒ’を電源部１１の出力部１１ｄから除去する（ステップＳ４）。つまり、駆動回路部Ｄｒ１〜ＤｒＺおよびトランジスタＴｒ１をオフ状態とすることで、負荷Ｌｄ１〜ＬｄＺおよび補助負荷Ｒ３を非接続状態とする。これにより、電源部１１の出力部１１ｄに接続された負荷の消費電力が減少し、電源部１１の有する出力容量を下回るようになり、出力部１１ｄから定格電圧が出力されるようになる。なお、時間Ｔ２から時間Ｔ２’までの経過時間は、制御部１２が判定電圧と基準電圧の大小関係を判定し、判定用負荷を除去するのに必要な時間である。電源ＩＣ１１ｂにはしばしば過負荷検知機能が搭載されており、一定時間以上過負荷状態が継続すると、電源のリセットが実行される。この場合、入力電圧判定の終了前に電源部１１がリセットされることがないように、時間０から時間Ｔ２’までの経過時間は、電源ＩＣ１１ｂの過負荷検知時間よりも短いものとすることが好ましい。

過電圧判定過程は、以上にて終了され（ステップＳ５）、電源部１１の出力部１１ｄから定格電圧が出力された状態が維持される。つまり、使用者が制御対象機器の使用を開始できる状態に電気回路１が待機される。

次に、図３の判定電圧の時間変化および図５の制御フロー図を参照しながら、電源電圧が２００Ｖで、かつ、２００Ｖの電源が入力されると電源入力を遮断する過電圧ブレーカが電源部１１の入力部１１ｃの上流に設けられている場合について説明する。

１００Ｖが入力された場合と同様に、電源供給が開始されて時間０にて制御部１２が起動され（ステップＳ０）、さらにＴ１において、制御部１２が判定用負荷Ｒ’を電源部１１の出力部１１ｄに接続する（ステップＳ１）。

このとき、２００Ｖの入力に対応した電源部１１の出力容量は、１００Ｖの入力に対応した出力容量よりも大きく、判定用負荷Ｒ’が出力部１１ｄに接続されても、負荷が出力容量を上回ることがない。つまり、出力部１１ｄに出力される電圧が定格出力電圧から低下せず、判定電圧も高い値を維持する。

時間Ｔ２において、制御部１２は、判定電圧入力部１２ａに入力されている判定電圧が基準電圧を下回っているかどうかの判定を行う（ステップＳ２）。この場合、判定電圧が時間Ｔ１から低下しておらず、基準電圧を下回っていない（ステップＳ２のＮｏ）。これにより、制御部１２は、電源部１１に過電圧である２００Ｖが入力されていると判定する（ステップＳ６）。

そして、時間Ｔ２’で、制御部１２は、判定用負荷Ｒ’を電源部１１の出力部１１ｄから一旦除去する（ステップＳ７）。これとともに、制御部１２は、表示音声装置２１を制御して、過電圧状態が発生していることを外部に通知するための警報を発する（ステップＳ８）。警報は、この後も停止されるまで継続される。

この後、過電圧ブレーカが作動し、電源部１１への電源入力が遮断され、電源部１１からの電圧出力が停止する。判定電圧もゼロとなっている。もし、制御部１２が電池を備えている等の理由により、電源部１１からの出力が停止していても、制御部１２が運転され続けているならば、その後の時間Ｔ３から、制御部１２は、過電圧ブレーカ有無判定部１２ｅにおいて、過電圧ブレーカ有無判定を行う。これは、時間Ｔ１〜Ｔ２’において実行される入力電圧判定と同様に実行される。つまり、再び制御部１２は判定用負荷Ｒ’を電源部１１の出力部１１ｄに接続し（ステップＳ９）、判定電圧が基準電圧を下回っているかの判定を行う（ステップＳ１０）。ここで、先の入力電圧判定過程においては、時間Ｔ１にて判定用抵抗Ｒ’を接続後、時間Ｔ２まで待ってから入力電圧が基準電圧を下回るかどうかの判定を行ったが、この過電圧ブレーカ有無判定においては、時間Ｔ３において判定用抵抗Ｒ’を接続した後、入力電圧の判定まで、特に所定の遅延時間を設ける必要はない。なお、時間０から時間Ｔ３までの経過時間は、過電圧ブレーカが作動するのに要する時間（たとえば１００ミリ秒）よりも長く設定されていることが好ましい。

この時、既に判定電圧入力部１２ａへの判定電圧の入力が停止されているため、判定電圧が基準電圧を下回っていると判断される（ステップＳ１０のＹｅｓ）。あるいは、電源部１１からの出力が停止したことで制御部１２の運転が停止されているならば、過電圧ブレーカ有無判定自体を行うことができず、判定不能となる（ステップＳ１０で判定不能）。これらの判定結果に基づいて、制御部１２は、過電圧ブレーカが搭載されていると判断する（ステップＳ１１）。

そして、判定用負荷Ｒ’を電源部１１の出力部１１ｄから除去する（ステップＳ１２）。以上で、過電圧ブレーカ有無判定を含む過電圧判定過程が終了される（ステップＳ１３）。時間Ｔ２’（ステップＳ８）から継続されている警報音声の出力も、停止される。電源回路１は２００Ｖの入力が過電圧ブレーカで遮断された状態に維持される。

次に、図４の判定電圧の時間変化および図５の制御フロー図を参照しながら、電源電圧が２００Ｖで、過電圧ブレーカが電源部１１の入力部１１ｃの上流に設けられていない場合について説明する。

上記と同様に、時間０にて制御部１２が起動されて（ステップＳ０）、時間Ｔ１から入力電圧判定が行われ、２００Ｖが入力されていると判定される（ステップＳ１→Ｓ２→Ｓ６→Ｓ７）。また、警報音声が発せられ（ステップＳ８）、その後も継続される。

この後、時間Ｔ３から、制御部１２の過電圧ブレーカ有無判定部１２ｅにおいて、上記と同様の過電圧ブレーカ有無判定が実行される（ステップＳ９→Ｓ１０）。このとき、２００Ｖの電源入力が継続されているため、判定電圧は低下せずに、基準電圧以上の値を維持している。よって、判定電圧は基準電圧を下回っていないと判定され（ステップＳ１０のＮｏ）、過電圧ブレーカが搭載されていないと判断される（ステップＳ１４）。そして、判定用負荷Ｒ’を電源部１１の出力部１１ｄから除去する（ステップＳ１５）。

その後、時間Ｔ４から、制御部１２の過電圧継続判定部１２ｆにおいて、過電圧継続判定を行う。これは、過電圧状態が継続されているかを判断する過程であり、時間Ｔ１〜Ｔ２’において実行される入力電圧判定、および時間Ｔ３から実行される過電圧ブレーカ有無判定と同様の手順を含んでなる。つまり、制御部１２は、判定用負荷Ｒ’を電源部１１の出力部１１ｄに接続し（ステップＳ１６）、判定電圧が基準電圧を下回っているかの判定を行う（ステップＳ１７）。過電圧継続判定においても、過電圧ブレーカ有無判定と同様に、時間Ｔ４において判定用抵抗Ｒ’を接続した後、入力電圧の判定まで、特に遅延時間を設ける必要はない。なお、時間０から時間Ｔ４までの経過時間は、入力部回路１１ａが２００Ｖの電圧の印加によって、不可逆的な損傷を受けてしまう時間よりも短いことが好ましい。また、入力電圧判定過程で２００Ｖ電源が入力されていると判定して警報音を鳴らし始めてから、使用者、施工者等がそれに反応して電源プラグを引き抜くことができる程度には、時間Ｔ２’から時間Ｔ４までの経過時間が長い方がよい。

もし、時間Ｔ２’（ステップＳ８）から発せられている警報音に気付いた使用者や施工者が、この時までに電源プラグ２４を引き抜く等して、電源部１１への電源入力を停止していれば、この時には、電源部１１からの出力が停止され、判定電圧入力部１２ａへの判定電圧の入力も停止されている。よって、もし制御部１２が電池等を備えることで、運転を継続していれば、判定電圧が基準電圧を下回っていると判断される（ステップＳ１７のＹｅｓ）。あるいは、電源部１１からの出力を停止したことで制御部１２の運転が停止されているならば、過電圧継続判定自体を行うことができず、判定不能となる（ステップＳ１７で判定不能）。これらの場合には、電源供給が既に停止され、過電圧状態が解消していると判断し（ステップＳ１８）、過電圧ブレーカ有無判定および過電圧継続判定を含む過電圧判定過程を終了する。

一方、時間Ｔ４においても、２００Ｖの電源入力が継続されている場合には、判定電圧は依然基準電圧よりも高い状態を維持しており、判定電圧が基準電圧を下回っていないと判定される（ステップＳ１７のＮｏ）。この結果により、２００Ｖの電源供給が継続されていると判断される（ステップＳ１９）。

そして、記憶手段２２に、機器動作を禁止する情報を書き込む（ステップＳ２０）。これにより、電源回路１は動作禁止状態となり、次回電源投入時にこの情報を読み出した制御部１２が、電源回路１を起動しない。また、この情報は、電源回路１の保守点検にも、２００Ｖの電源入力を行った履歴を示す情報として利用される。

さらに、制御部１２は、ヒューズ溶断装置駆動部１２ｃから信号を出力し、ヒューズ溶断装置２３を作動させ、ヒューズＦ１を溶断する。つまり、２００Ｖの電源入力が強制的に遮断される（ステップＳ２１）。これにより、電源回路１、とりわけ過電圧印加の影響を大きく受ける入力部回路１１ａが、過電圧の印加による不可逆的な破損から保護される。

以上のように、入力電圧判定と過電圧ブレーカ有無判定、過電圧継続判定の３種の判定からなる過電圧判定を実行することで、過電圧入力に対する判定と保護を効果的に行うことができる。過電圧の入力が検出された際に、まず警報音声で使用者や施工者に、電源入力の停止を促すことで、過電圧状態からの保護を図る。そして、それでも電源入力が停止されない場合には、強制的に電源入力を停止することで、電源回路１を過電圧状態から保護する。電源部１１の入力部回路１１ａを構成するコンデンサＣ１、Ｃ２およびバリスタＶａｒ１は、入力電圧を直接印加されるため、過電圧が入力されると大きな影響を受ける。これらの部材が不可逆的な損傷を受ける前の時間Ｔ４に電源入力を遮断することで、電源回路１の破損を回避し、適正電圧を入力して電源回路１を再利用することができる。なお、コンデンサＣ１、Ｃ２およびバリスタＶａｒ１は時間Ｔ４までの短時間（典型的には数秒）であっても２００Ｖの電源入力を受けるので、少なくとも時間Ｔ４までは２００Ｖの電源入力に耐えられる特性を有する素子を選定することが必要である。一方、電源ＩＣ１１ｂよりも下流側には、電源ＩＣによって定格電圧以下とされた電圧しか出力されないので、過電圧の入力に対する耐性を考慮しなくてもよい。

ここで、２００Ｖの入力電圧が過電圧と判定され、１００Ｖの入力電圧が適正電圧であると判定されたのは、判定用負荷Ｒ’の消費電力および基準電圧の値の関係によるものである。つまり、過電圧が入力されている場合には、判定用負荷Ｒ’を電源部１１の出力部１１ｄに接続して、時間Ｔ１から時間Ｔ２までの時間（判定時間）が経過するまでの間に、判定電圧が基準電圧を下回らない。一方、適正電圧が入力されている場合には、判定用負荷Ｒ’を電源部１１の出力部１１ｄに接続して、同じ判定時間が経過するまでの間に、判定電圧が基準電圧を下回る。よって、適正電圧と判定する入力電圧と、過電圧と判定する入力電圧との間の閾値は、判定用負荷Ｒ’の消費電力と基準電圧の値に依存する。

このように、判定用負荷Ｒ’の消費電力は、適正電圧が入力されている電源部１１の出力部１１ｄに接続されてから所定の判定時間の間に、十分に電源部１１の出力電圧を低下させるだけの大きさを有しているとよい。電源回路１に駆動される制御対象機器の負荷Ｌｄ１〜Ｌｄｚを全て合成することで、これに十分な消費電力を確保できるならば、判定用負荷Ｒ’を制御対象機器の負荷Ｌｄ１〜ＬｄＺのみで構成すればよく、補助負荷Ｒ３を使用する必要はない。しかし、制御対象機器の負荷Ｌｄ１~ＬｄＺを全て合わせても十分な消費電力とならない場合は、図１に示したとおり、制御対象機器の負荷Ｌｄ１〜ＬｄＺと補助負荷Ｒ３を合わせて判定用負荷Ｒ’を構成すればよい。また、制御対象機器の負荷Ｌｄ１〜ＬｄＺを全て使用しなくても十分な消費電力を有する判定用負荷Ｒ’を構成できる場合は、負荷Ｌｄ１~ＬｄＺの一部を適宜選択して判定用負荷Ｒ’を構成すればよい。この場合は、判定用負荷Ｒ’を電源部１１の出力部１１ｄに接続するに際し、判定用負荷Ｒ’を構成する負荷に対応する駆動回路部のみをオン状態とすればよい。

上記実施形態においては、過電圧とみなされる電圧と適正電圧とみなされる電圧の閾値は１００Ｖと２００Ｖの間に存在したが、電源回路１が使用される地域で想定される入力電圧および電源回路を構成する部品の仕様等により、この閾値は任意に設定すればよく、その閾値に基づいて、過電圧である第一の入力電圧と適正電圧である第二の入力電圧のいずれが入力されているかを判定できるように、判定用負荷Ｒ’の消費電力と基準電圧を選択すればよい。また、上記実施形態においては、２００Ｖの過電圧を入力した際に、判定電圧が全く低下しなかったが、判定時間内に基準電圧を下回らない程度であれば、出力電圧が低下してもよい。

上記実施形態にかかる過電圧保護過程には、種々の変形形態が考えられる。上記の実施形態においては、電源入力の強制的な遮断を、入力電圧判定において過電圧状態を検出した直後に行わずに、所定時間警報を発していても電源入力が停止されない場合にはじめて行っている。これにより、ヒューズＦ１の溶断を伴う電源入力の遮断を極力避け、ヒューズＦ１の部分までも含めた電源回路１の再利用を極力可能としている。ただし、ヒューズＦ１の交換を避ける必要がない場合には、２００Ｖの電源入力が検出されたステップＳ６の時点、あるいは２００Ｖ電源が入力され、しかも過電圧ブレーカが備えられていないことが判明したステップＳ１４の時点で、即座にヒューズ溶断装置２３を作動させ、電源入力を遮断する構成としてもよい。この場合には、入力部回路１１ａの構成部品の劣化を、さらに高水準で防止することができる。

上記過電圧判定過程は、過電圧検知ブレーカが電源回路１に搭載される場合にも、搭載されない場合にも、共通して利用することができる。従来は、過電圧検知ブレーカの有無によって、２種の電源回路を開発、製造していたが、これらを統合して１種類にできることで、製造や管理、開発などに要するコストを低減できる等の利点を有する。電源回路１で過電圧ブレーカ有無判定を実施することで、制御部１２が過電圧検知ブレーカの有無を知ることができ、過電圧検知ブレーカが搭載されている場合のみ、続く過電圧継続判定を行う必要があると判断する。ここで、過電圧ブレーカ有無判定を実施せず、入力電圧判定を行った後に直接、過電圧継続判定を行う構成としても、過電圧判定ブレーカが搭載されている場合にはその機能によって、過電圧判定ブレーカが搭載されていない場合には、過電圧継続判定の最後に実行される電源入力の強制遮断によって、最終的に過電圧の入力から電源回路１が保護されるので、過電圧保護機能の観点からは支障がない。よって、過電圧ブレーカ有無判定は、必須に備えられなければならないものではない。しかし、過電圧ブレーカ有無判定を備えることで、過電圧ブレーカの機能によって過電圧の入力が遮断されたのか、過電圧ブレーカを有さず、本電源回路１が有する判定電圧に基づく過電圧保護機能によって過電圧の入力が遮断されたのかを区別することができるので、例えばその情報を記憶手段２２に記録しておけば、保守点検時等に利用することができる。なお、過電圧ブレーカ有無判定を開始する時間Ｔ３は、上述のように、過電圧ブレーカが作動するのに要する時間よりも遅くなるように定められているが、これが入力電圧の判定が行われる時間Ｔ２よりも早くなってしまう場合には、入力電圧判定と独立した過電圧ブレーカ有無判定は行われず、入力電圧判定が過電圧ブレーカ判定を兼ねることになる。

また、上記実施形態においては、入力電圧判定を行う際に、判定用負荷Ｒ’を接続し、時間Ｔ１から時間Ｔ２までの判定時間が経過してから、判定電圧と基準電圧の大小関係の判定を行った。そのかわりに、時間Ｔ１で判定用負荷Ｒ’を接続してから判定電圧を継続的にモニターし、基準電圧を下回った時点で即座に１００Ｖが入力されていると判断して入力電圧判定を終了してもよい。また、上記実施形態では、入力電圧判定と過電圧ブレーカ有無判定との間、過電圧ブレーカ有無判定と過電圧継続判定との間は、それぞれ判定用負荷Ｒ’を非接続状態としているが、常時接続したままの状態にして全ての判定を行ってもよい。

以上のような電源回路１においては、従来から制御対象機器の駆動、制御に用いられていた電源部１１と制御部１２を有する電源回路に、分圧部１３と、補助負荷挿入部１４を付加するのみの簡素な構成で、電源部１１に過電圧が入力されたことを検知し、電源回路の構成部品を過電圧の印加から保護することができる過電圧保護機能を実現することができる。分圧部１３および補助負荷挿入部１４は、安価な抵抗とトランジスタのみから構成されるので、過電圧保護機能を備えた電源回路１を、非常に低いコストで製造することができる。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。

１ 電源回路
１１ 電源部
１１ａ 入力部回路
１１ｂ 電源ＩＣ
１１ｃ 入力部
１１ｄ 出力部
１２ 制御部
１２ａ 判定用電圧入力部
１２ｂ 補助負荷駆動部
１２ｃ ヒューズ溶断装置駆動部
１２ｄ 入力電圧判定部
１２ｅ 過電圧ブレーカ有無判定部
１２ｆ 過電圧継続判定部
１３ 分圧部
１４ 補助負荷挿入部
Ｄｒ１〜ＤｒＺ 駆動回路部
Ｌｄ１〜ＬｄＺ （制御対象機器の）負荷
Ｒ３ 補助負荷
Ｒ’ 判定用負荷
Ｔｒ１ トランジスタ

Claims (9)

1. 負荷を有する制御対象機器を制御する制御部と、
   入力された電源を電圧変換して前記制御部および前記制御対象機器に駆動用電源として出力する電源部と、を備えてなり、
   前記電源部は、入力電圧が高くなると出力容量が大きくなり、前記出力容量を超える消費電力を有する負荷が出力部に接続されると出力電圧が低下する特性を有し、
   前記制御部は、前記電源部への電源入力が開始されると、前記出力電圧に比例する判定電圧に基づいて前記電源部に過電圧が入力されているかどうかを判定する過電圧判定過程を実行し、
   前記過電圧判定過程において、前記制御部は、前記制御対象機器の負荷を含んでなる判定用負荷を前記電源部の出力部に接続し、その後、判定時間内に前記判定電圧が基準電圧を下回る場合には、前記電源部に適正な入力電圧が入力されていると判定して、前記判定用負荷を前記電源部の出力部から除去して前記電源部への電源入力を継続させ、前記判定時間内に前記判定電圧が前記基準電圧を下回らない場合には、前記電源部に過電圧が入力されていると判定して、外部への通知または前記電源部への電源入力の遮断を行う電源回路。
2. 前記判定用負荷は、前記電源部への入力電圧が過電圧とみなされる閾値未満である場合に、前記電源部の出力部に前記判定用負荷が接続されてから前記判定時間が経過した時の前記判定電圧が前記基準電圧よりも低くなるような消費電力を有する請求項１に記載の電源回路。
3. 前記電源回路はさらに、前記電源部の出力電圧を分圧し、前記判定電圧として出力する分圧部を有する請求項１または２に記載の電源回路。
4. 前記電源回路はさらに、スイッチ部と、
   前記スイッチ部を介して前記制御部からの信号入力を受けて、前記電源部の出力部に前記制御対象機器の負荷と並列に接続され、前記制御対象機器の負荷とともに前記判定用負荷を構成する補助負荷と、を有する請求項１から３のいずれか１項に記載の電源回路。
5. 前記閾値が１００Ｖと２００Ｖの間に位置する、請求項２、あるいは請求項２に従属する請求項３または４に記載の電源回路。
6. 前記制御部は、前記過電圧判定過程において前記電源部に過電圧が入力されていると判定すると、外部への通知を行い、所定時間その通知を継続した後に、前記電源部への電源入力が継続されていれば、前記電源部への電源入力を遮断する請求項１から５のいずれか１項に記載の電源回路。
7. 負荷を有する制御対象機器を制御する制御部と、
   入力された電源を電圧変換して前記制御部および前記制御対象機器に駆動用電源として出力する電源部と、
   前記電源部と前記制御部との間に設けられ、少なくとも前記制御対象機器の負荷を含む判定用負荷部と備え、
   前記電源部は、入力電圧が高くなると出力容量が大きくなり、前記出力容量を超える負荷が出力部に接続されると出力電圧が低下する特性を有し、
   前記制御部は、前記電源部に接続された前記判定用負荷部を介して前記出力部から前記制御部へ出力された出力電圧と、基準電圧とに基づいて、閾値電圧に対して過電圧である第一の入力電圧および前記閾値電圧に対して適正な第二の入力電圧のいずれが前記電源部に入力されているかを判定する入力電圧判定部を有する電源回路。
8. 前記制御部は、前記入力電圧判定部で前記第一の入力電圧が前記電源部に入力されていると判定された場合に、前回判定用負荷部を前記電源部に接続し、接続後の出力電圧と前記基準電圧とに基づいて、前記電源部への過電圧の入力を遮断する過電圧ブレーカが前記電源回路に備えられているか否かを判定する過電圧ブレーカ有無判定部を有する請求項７に記載の電源回路。
9. 前記制御部は、前記過電圧ブレーカ有無判定部で前記過電圧ブレーカが備えられていないと判定された場合に、前記判定用負荷部を前記電源部に接続し、接続後の出力電圧と前記基準電圧とに基づいて、前記電源部への過電圧の入力が継続されているか停止されているかを判定し、継続されていると判定すると、記憶手段に前記電源回路の動作を禁止する情報を記憶する過電圧継続判定部を有する請求項８に記載の電源回路。

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