JP6981437B2 - Failure detector - Google Patents
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Description
本発明は、突入電流制限回路内のリレーの故障を検出するための故障検出装置に関する。 The present invention relates to a failure detection device for detecting a failure of a relay in an inrush current limiting circuit.
図1を用いて、突入電流制限回路内のリレーの故障を検出する従来の故障検出装置について説明する。 A conventional failure detection device for detecting a failure of a relay in an inrush current limiting circuit will be described with reference to FIG. 1.
この図1に示した装置(以下、交流機器と表記する)は、商用電源50からの三相交流が整流器40により整流されて一対の電源線41p及び41nを介して直流負荷42に供給される装置である。図示してあるように、交流機器の電源線41p及び41nの間には、平滑コンデンサ45が設けられている。また、電源線41pには、電流制限抵抗器R0とリレー31とを並列接続した突入電流制限回路30が挿入されている。
In the device shown in FIG. 1 (hereinafter referred to as AC device), the three-phase AC from the
リレー31は、交流機器の電源投入後にオンされるリレー(メカニカルリレー、ソリッドステートリレー)である。なお、リレー31のオンタイミングは、電源投入後の経過時間や平滑コンデンサ45の充電の程度に基づき、決定される。
The
抵抗器Rc、フォトカプラ51(発光ダイオード51a及びフォトトランジスタ51b),コンパレータ52等からなる回路が、リレー31の故障を検出する従来の故障検出装置である。この故障検出装置は、各部が以下のように機能することにより、リレー31の故障を検出する。なお、以下の説明では、各抵抗器の符号R0、Rcを、各抵抗器の抵抗値を表す記号としても使用する。
A circuit including a resistor Rc, a photocoupler 51 (light emitting diode 51a and a phototransistor 51b), a
電流制限抵抗器R0の両端間の電圧Vがフォトカプラ51の発光ダイオード51aの順方向電圧VFより大きくなると、発光ダイオード51aに電流Ic(=(V−VF)/Rc)が流れ、電流Icに応じた強度で発光ダイオード51aが発光する。そして、発光ダイオード51aの、電流Icに応じた発光強度が、フォトトランジスタ51bと抵抗器RLとにより電圧(以下、Ic対応電圧と表記する)に変換される。その後、Ic対応電圧と閾値電圧Vthとがコンパレータ52により比較されて、コンパレータ52の出力信号(図では、状態信号)のレベルで、リレー31の故障の有無が判断される。
When the voltage V between both ends of the current limiting resistor R0 becomes larger than the forward voltage VF of the light emitting diode 51a of the photocoupler 51, the current Ic (= (V-VF) / Rc) flows through the light emitting diode 51a and becomes the current Ic. The light emitting diode 51a emits light with the corresponding intensity. Then, the light emitting intensity of the light emitting diode 51a according to the current Ic is converted into a voltage (hereinafter referred to as an Ic-corresponding voltage) by the phototransistor 51b and the resistor RL. After that, the Ic-corresponding voltage and the threshold voltage Vth are compared by the
上記説明から明らかなように、従来の故障検出装置は、リレー31の故障時に或る程度の電流値の電流Icが発光ダイオード51aに流れないと、リレー31の故障を検出できないものとなっている。そして、リレー31の故障直前のバス電流値が小さくなるにつれ、リレー31の故障時における電流Icの電流値も小さくなるため、従来の故障検出装置には、リレー31の故障を検知できるバス電流値に、各構成要素の仕様(抵抗器Rc、R0の抵抗値等)により定まる限界値(下限値)が存在している。抵抗器Rcの抵抗値を下げれば、リレー31の故障時における電流Icの電流値をより大きくすることが出来るが、低抵抗で突入電流への耐性が高い抵抗器Rcは、サイズが大きなものとなってしまう。そのため、従来の故障検出装置を、低電流時にもリレーの故障を検知できるように、且つ
、コンパクトに構成することは極めて困難であった。
As is clear from the above description, the conventional failure detection device cannot detect the failure of the
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、低電流時にもリレーの故障を検知できる、コンパクトな故障検出装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a compact failure detection device capable of detecting a failure of a relay even at a low current.
本発明の一観点に係る故障検出装置は、突入電流制限対象装置の電源線に挿入された、電流制限抵抗器とリレーとを並列接続した突入電流制限回路の前記リレーの故障を検出する装置であって、前記電流制限抵抗器の一端の電圧を所定の分圧比で分圧する第1分圧回路と、前記電流制限抵抗器の他端の電圧を前記所定の分圧比で分圧する第2分圧回路と、前記第1分圧回路の出力電圧と前記第2分圧回路の出力電圧とが入力される差動アンプと、前記差動アンプの出力電圧と閾値電圧とを比較し、比較結果を表す信号を出力する比較部と、前記第1分圧回路及び前記第2分圧回路双方の前記電源線とは接続されていない方の端と前記電源線との電圧差を所定電圧差に調整する標準電圧電源と、を備える。 The failure detection device according to one aspect of the present invention is a device for detecting the failure of the relay of the inrush current limiting circuit in which the current limiting resistor and the relay are connected in parallel, which is inserted in the power supply line of the inrush current limiting target device. Therefore, there is a first voltage dividing circuit that divides the voltage at one end of the current limiting resistor at a predetermined voltage dividing ratio, and a second voltage dividing circuit that divides the voltage at the other end of the current limiting resistor at the predetermined voltage dividing ratio. The circuit, the differential amplifier to which the output voltage of the first voltage dividing circuit and the output voltage of the second voltage dividing circuit are input, and the output voltage and the threshold voltage of the differential amplifier are compared, and the comparison result is obtained. The voltage difference between the comparison unit that outputs the signal to be represented and the end of both the first voltage dividing circuit and the second voltage dividing circuit that are not connected to the power supply line and the power supply line is adjusted to a predetermined voltage difference. It is equipped with a standard voltage power supply.
すなわち、故障検出装置の上記構成は、低抵抗、高耐性の抵抗器を必要としないもの(第1、第2分圧回路を高抵抗の2抵抗器の組み合わせで実現できるもの)となっている。従って、上記構成を採用しておけば、低電流時にもリレーの故障を検知可能、且つ、コンパクトな(実装面積が少ない)故障検出装置を実現することが出来る。 That is, the above configuration of the failure detection device does not require a low resistance and high resistance resistor (a first and second voltage dividing circuit can be realized by a combination of two high resistance resistors). .. Therefore, if the above configuration is adopted, it is possible to realize a compact failure detection device (with a small mounting area) that can detect a relay failure even at a low current.
比較部は、入力電圧と1つの閾値電圧(基準電圧)とを比較するコンパレータであっても、前記差動アンプの出力電圧と2つの閾値電圧とを比較して、前記出力電圧が前記2つの閾値電圧を境界とした電圧範囲内に入っているか否かを表す信号を出力するウィンドウコンパレータであっても良い。 Even if the comparator is a comparator that compares the input voltage with one threshold voltage (reference voltage), the comparison unit compares the output voltage of the differential amplifier with the two threshold voltages, and the output voltages are the two. It may be a window comparator that outputs a signal indicating whether or not it is within the voltage range with the threshold voltage as the boundary.
故障検出装置によりリレーの故障が検出される突入電流制限回路は、直流が流れる電源線に挿入された回路であっても、交流が流れる電源線に挿入された回路であっても良い。 The inrush current limiting circuit in which the failure of the relay is detected by the failure detection device may be a circuit inserted in the power line through which direct current flows or a circuit inserted in the power line through which alternating current flows.
本発明によれば、低電流時にもリレーの故障を検知できる、コンパクトな(実装面積が少ない)故障検出装置を提供することが出来る。 According to the present invention, it is possible to provide a compact failure detection device (with a small mounting area) that can detect a relay failure even at a low current.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図2に、本発明の一実施形態に係る故障検出装置が用いられた交流機器1の概略構成を示す。 FIG. 2 shows a schematic configuration of an AC device 1 in which the failure detection device according to the embodiment of the present invention is used.
この交流機器1は、電源が投入されると、商用電源50からの三相交流が整流器40により整流されて一対の電源線41p及び41nを介して直流負荷42に供給される装置である。なお、本交流機器1の整流器40は、ダイオードブリッジ整流器であり、直流負荷42は、三相モータとインバータとで構成された負荷(システム)である。また、“交流機器1の電源が投入される”とは、“一対の電源線41p及び41nに電流が流れる状態となる”ということである。従って、交流機器1は、商用電源50、整流器40間に設け
られたブレーカ等がオンされることで電源が投入されるものであっても、直流負荷42が電力を消費する状態に制御されることで電源が投入されるものであっても良い。
When the power is turned on, the AC device 1 is a device in which the three-phase AC from the
図示してあるように、交流機器1は、電源線41p及び41nの間に配置された平滑コンデンサ45と、電源線41pに挿入された突入電流制限回路30とを備える。この突入電流制限回路30は、電流制限抵抗器R0とリレー31とを並列接続した回路となっており、交流機器1は、突入電流制限回路30のリレー31のオン/オフ制御や直流負荷42の制御を行うマイクロコントローラ(MCU)18も備えている。
As shown in the figure, the AC device 1 includes a
本実施形態に係る故障検出装置は、リレー31の故障(オープン故障)を検出するための装置であり、分圧部10と差動アンプ11とウィンドウコンパレータ12と標準電圧電源13と信号伝送回路15とにより構成されている。
The failure detection device according to the present embodiment is a device for detecting a failure (open failure) of the
標準電圧電源13は、差動アンプ11を同相入力電圧範囲内で使うため標準電圧を出力する電源である。この標準電圧電源13としては、例えば、交流機器1の電源投入後にリレー31がオンされて電源線41p、41n間の電圧が安定した状態における電源線41pの電圧を出力するものが使用される。
The standard
図示してあるように、標準電圧電源13は、電源線41pと、両分圧回路10a、10bの電源線とは接続されていない方の端との間に配置されている。従って、この標準電圧電源13により、電源線41pと、両分圧回路10a、10bの電源線とは接続されていない方の端との電圧差が、標準電圧に調整される。
As shown, the standard
分圧部10は、電流制限抵抗器R0の各端の電圧を、差動アンプ11への入力に適した大きさの電圧に変換するための回路である。分圧部10は、電流制限抵抗器R0の一端(直流負荷42側の端)に接続された、抵抗器R1と抵抗器R2とで構成された第1分圧回路10aと、電流制限抵抗器R0の一端に接続された、抵抗器R3と抵抗器R4とで構成された第2分圧回路10bとにより構成されている。以下、抵抗器Rn(n=1〜4)の抵抗値のことも、Rnと表記する。
The voltage dividing
分圧部10の各抵抗器としては、各分圧回路10a、10bの分圧比rが同一値(例えば、0.01)となるものが採用されている。すなわち、分圧部10には、“R1/(R1+R2)=R3/(R3+R4)”が成立する抵抗器R1〜R4が採用されている。また、分圧部10は、比較的に高抵抗の抵抗器R1〜R4(つまり、サイズの小さな抵抗器R1〜R4)によって構成したものとなっている。
As each resistor of the
図示してあるように、第1分圧回路10aから出力される電圧信号Vout1は、差動アンプ11の+入力端子 (非反転入力端子)に入力されている。また、第2分圧回路10bか
ら出力される電圧信号Vout2は、差動アンプ11の−入力端子 (反転入力端子)に入力さ
れている。以下、電圧信号Vx(x=out1、out2等)の電圧値のことも、Vxと表記する。
As shown in the figure, the voltage signal Vout1 output from the first
差動アンプ11は、2つの入力端子への入力電圧の差“Vout1−Vout2”を、所定の差動利得Adで増幅するアンプである。分圧部10の各分圧回路10a、10bの分圧比をrと表記すると、Vout1=V1×r、Vout2=V2×rと表せる。従って、差動アンプ11の出力信号Voutの電圧Voutは、以下の(1)式で示される値、すなわち、電流制限抵抗器R0の両端の電圧差“V1−V2”と比例する値となる。
The
Vout=Ad×r×(V1−V2) …(1)
差動アンプ11が出力する電圧信号Voutは、ウィンドウコンパレータ12に入力さ
れている。このウィンドウコンパレータ12には、正の基準電圧Vpと負の基準電圧Vmとが与えられている。基準電圧Vpは、リレー31が故障したと判定すべき検出電圧(Voutの値)の正側の閾値として予め定められる電圧である。基準電圧Vmは、リレー31が故障したと判定すべき検出電圧の負側の閾値として予め定められる電圧である。基準電圧Vpは、電源線41pに、直流負荷42側への所望量の電流が流れている状態で、リレー31が故障した場合における検出電圧の推定値や実験値に基づき定められる。同様に、基準電圧Vmは、電源線41pに、整流器40側への所望量の電流が流れている状態で、リレー31が故障した場合における検出電圧の推定値や実験値に基づき定められる。なお、電源線41pに整流器40側への電流が流れるのは、直流負荷42側で回生電力が発生している場合である。また、所望量の電流とは、リレー31の故障を検知可能とする最少量の電流のことである。
Vout = Ad × r × (V1-V2)… (1)
The voltage signal Vout output by the
既に説明したように、差動アンプ11からは、電流制限抵抗器R0の両端の電圧差“V1−V2”と比例する電圧Voutの電圧信号Voutが出力される。そして、電圧信号Voutが入力されているウィンドウコンパレータ12には、上記基準電圧Vp、Vmが与えられている。従って、交流機器1の動作中にリレー31にオープン故障が発生すると、ウィンドウコンパレータ12が出力する電圧信号Vsのレベルが、それまでとは異なるレベル(図2の構成だと、ローレベル)に変化することになる。
As described above, the
信号伝送回路15は、ウィンドウコンパレータ12からの電圧信号Vsを、フォトカプラ16により電気的に絶縁しながらMCU18に伝送するための回路である。MCU18は、リレー31がオンとなっている間(交流機器1の動作中)は、電圧信号Vsに基づき、リレー31の状態(故障の有無)を監視し、リレー31が故障した場合には、交流機器1の動作を停止させるための処理や、リレー31が故障した旨をユーザに知らせるための処理を行う。なお、回路構成上、交流機器1の電源が投入されてからリレー31がオンとなるまでの期間中、MCU18には、リレー31が故障したことを示すレベルの電圧信号Vsが入力される。この電圧信号Vsは、リレー31が故障したことを示していないため、MCU18は、リレー31がオンとなる前にリレー31が故障したことを示すレベルの電圧信号Vsが入力されても、特に処理を行わない。
The
以上、説明したように、本実施形態に係る故障検出装置に採用されている構成は、低抵抗、高耐性の抵抗器を使用せずにリレー31の故障を検知するものであると共に、リレー31の故障を検知可能な電流値にも特に制限がないものとなっている。従って、上記構成を採用しておけば、低電流時にもリレーの故障を検知可能、且つ、コンパクトな(実装面積が少ない)故障検出装置を実現することが出来る。
As described above, the configuration adopted in the failure detection device according to the present embodiment detects the failure of the
《変形形態》
上記した故障検出装置は、各種の変形を行えるものである。例えば、故障検出装置を、交流突入電流を制限するための突入電流制限回路内のリレーの故障を検出する装置として使用しても良い。また、故障検出装置による故障検出対象の突入電流制限回路は、どのような装置に設けられたものであっても良い。
《Transformation form》
The above-mentioned failure detection device can perform various modifications. For example, the failure detection device may be used as a device for detecting a failure of a relay in an inrush current limiting circuit for limiting an AC inrush current. Further, the inrush current limiting circuit to be detected by the failure detection device may be provided in any device.
故障検出装置を、ウィンドウコンパレータ12の代わりにコンパレータが搭載された装置に変形しても良い。ただし、故障検出装置の故障検出対象が、回生電力が発生する装置の直流突入電流を制限する突入電流制限回路のリレーである場合には、ウィンドウコンパレータ12を採用することで、回生中にもリレーの故障を検知できるようにしておくことが好ましい。
The failure detection device may be transformed into a device equipped with a comparator instead of the
《付記》
突入電流制限対象装置(1)の電源線(41p)に挿入された、電流制限抵抗器(R0
)とリレー(31)とを並列接続した突入電流制限回路(30)の前記リレー(31)の故障を検出する故障検出装置であって、
前記電流制限抵抗器(R0)の一端の電圧を所定の分圧比で分圧する第1分圧回路(10a)と、
前記電流制限抵抗器(R0)の他端の電圧を前記所定の分圧比で分圧する第2分圧回路(10b)と、
前記第1分圧回路(10a)の出力電圧と前記第2分圧回路(10b)の出力電圧とが入力される差動アンプ(11)と、
前記差動アンプ(11)の出力電圧と閾値電圧とを比較し、比較結果を表す信号を出力する比較部(12)と、
前記第1分圧回路(10a)及び前記第2分圧回路(10b)双方の前記電源線(41p)とは接続されていない方の端と前記電源線(41p)との電圧差を所定電圧差に調整する標準電圧電源(13)と、
を備える故障検出装置。
<< Additional notes >>
A current limiting resistor (R0) inserted in the power line (41p) of the inrush current limiting target device (1).
) And the relay (31) are connected in parallel to detect the failure of the relay (31) of the inrush current limiting circuit (30).
A first voltage dividing circuit (10a) that divides the voltage at one end of the current limiting resistor (R0) at a predetermined voltage dividing ratio, and
A second voltage dividing circuit (10b) that divides the voltage at the other end of the current limiting resistor (R0) at the predetermined voltage dividing ratio.
A differential amplifier (11) to which the output voltage of the first voltage divider circuit (10a) and the output voltage of the second voltage divider circuit (10b) are input.
A comparison unit (12) that compares the output voltage of the differential amplifier (11) with the threshold voltage and outputs a signal representing the comparison result.
The voltage difference between the end of both the first voltage divider circuit (10a) and the second voltage divider circuit (10b) not connected to the power supply line (41p) and the power supply line (41p) is a predetermined voltage. A standard voltage power supply (13) that adjusts to the difference, and
A failure detection device.
10 分圧部
11 差動アンプ
12 ウィンドウコンパレータ
13 標準電圧電源
15 信号伝送回路
16 フォトカプラ
18 マイクロコントローラ
30 突入電流制限回路
31 リレー
40 整流器
42 直流負荷
10
Claims (2)
前記電流制限抵抗器の一端の電圧を所定の分圧比で分圧する第1分圧回路と、
前記電流制限抵抗器の他端の電圧を前記所定の分圧比で分圧する第2分圧回路と、
前記第1分圧回路の出力電圧と前記第2分圧回路の出力電圧とが入力される差動アンプと、
前記差動アンプの出力電圧と閾値電圧とを比較し、比較結果を表す信号を出力する比較部と、
前記第1分圧回路及び前記第2分圧回路双方の前記電源線とは接続されていない方の端と前記電源線との電圧差を所定電圧差に調整する標準電圧電源と、
を備える故障検出装置。 It is a failure detection device that detects the failure of the relay of the inrush current limiting circuit in which the current limiting resistor and the relay are connected in parallel, which is inserted in the power supply line of the device subject to inrush current limitation.
A first voltage divider circuit that divides the voltage at one end of the current limiting resistor at a predetermined voltage divider ratio, and
A second voltage divider circuit that divides the voltage at the other end of the current limiting resistor at the predetermined voltage divider ratio, and
A differential amplifier to which the output voltage of the first voltage divider circuit and the output voltage of the second voltage divider circuit are input, and
A comparison unit that compares the output voltage of the differential amplifier with the threshold voltage and outputs a signal representing the comparison result.
A standard voltage power supply that adjusts the voltage difference between the power supply line and the end of both the first voltage divider circuit and the second voltage divider circuit that are not connected to the power supply line to a predetermined voltage difference.
A failure detection device.
請求項1に記載の故障検出装置。 The comparator compares the output voltage of the differential amplifier with the two threshold voltages, and outputs a signal indicating whether or not the output voltage is within the voltage range with the two threshold voltages as boundaries. Is a window comparator
The failure detection device according to claim 1.
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