JPH07159472A - 保護装置付き直流電源回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 瞬時の短絡やサイクリックな短絡を確実に検
出できるようにする。 【構成】 直流電源１に負荷２を接続させる直流回路３
の直流電圧が設定電圧以下であるか否を判定する電圧判
定手段を設け、その電圧判定手段の判定結果に基づいて
信号を出力する信号出力手段を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車で代表される車
両、各種電気・機械設備などに組み込まれる直流電源回
路で、詳しくは、直流電源に負荷を接続させる直流回路
が短絡した場合の電気火災などを防止する回路保護の一
環として構成される保護装置を有するものに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の直流電源回路では、保護装置とし
て次のようなものを設けていた。その一つは、短絡が発
生した場合の過電流により加熱されて溶断することで直
流電源から負荷への電源供給を断つヒューズである。

【０００３】二つ目は、前記の過電流により熱動形過電
流引きはずし装置のバイメタルが加熱変形することで開
閉器を開放させて直流電源から負荷への電源供給を断つ
遮断器である。

【０００４】三つ目は、前記の過電流により電磁形過電
流引きはずし装置の電磁石が励磁することで開閉器を開
放させて直流電源から負荷への電源供給を断つ遮断器で
ある。

【０００５】四つ目は、前記の過電流により熱動・電磁
形過電流引きはずし装置のバイメタルが加熱変形する、
或いは、電磁石が励磁することで開閉器を開放させて直
流電源から負荷への電源供給を断つ遮断器である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の技
術によるときは、過電流が流れてヒューズが溶断するこ
とや、遮断器の引きはずし装置が作動することが直流回
路の短絡を検出する動作となるから、短絡を検出するに
は、過電流が流れ始めてからヒューズの溶断や引きはず
し装置の動作が完了するまでの時間（一般に０．０５〜
０．１秒程度）その過電流、つまり、短絡が維持されて
いる必要があり、ヒューズの溶断や遮断器の動作にまで
至らない瞬間的な短絡では作動しない。

【０００７】ところで、自動車などの振動の激しい箇所
に設置された直流電源回路では、長時間の短絡のみなら
ず、振動することで瞬時の短絡や、その瞬時の短絡が繰
り返されるサイクリックな短絡が発生し、そのような瞬
時の短絡やサイクリックな短絡も、長時間の短絡と同様
に、電線の加熱→電線被覆の発火、或いは、短絡時の火
花による可燃物への着火というプロセスを経る電気火災
の原因の一つとなる。

【０００８】従って、上記従来の技術によるときは、瞬
時の短絡やサイクリックな短絡を検出することが難し
く、電気火災を確実に防止するという面で性能が不十分
であった。

【０００９】本発明の目的は、瞬時の短絡やサイクリッ
クな短絡を確実に検出できるようにする点にある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の第１発明による
保護装置付き直流電源回路の特徴は、直流電源に負荷を
接続させる直流回路の直流電圧が設定電圧以下であるか
否を判定する電圧判定手段を設け、その電圧判定手段の
判定結果に基づいて信号を出力する信号出力手段を設け
てある点にある。

【００１１】本発明の第２発明による保護装置付き直流
電源回路の特徴は、上記第１発明において、前記電圧判
定手段として、直流回路の直流電圧が設定電圧以下のと
き可逆的に発光を停止する発光素子と、その発光素子の
発光により可逆的にオンするスイッチング素子とからな
るフォトカプラを設け、前記信号出力手段として、スイ
ッチング素子のオフにより可逆的に通電が断たれるリレ
ーを設けてある点にある。

【００１２】

【作用】上記第１発明によれば、電圧判定手段により直
流回路の直流電圧が設定電圧以下であるか否か判定し、
その判定結果に基づいて信号出力手段により信号を出力
するのであって、長時間の短絡はもちろん、瞬時の短絡
が発生した場合であっても、電圧の低下が必ず生じるか
ら、瞬時の短絡で低下する電圧値よりも大きい値に設定
電圧を設定しておくことにより、瞬時の短絡が発生した
場合であっても、その短絡発生に伴い直流回路の電圧が
必ず設定電圧よりも低くなることで電圧判定手段が設定
電圧以下であると判定して、信号出力手段からその判定
結果に応じた信号が出力される。従って、信号出力手段
からの信号を監視することにより、瞬時の短絡であって
もそれが発生したか否かが判る。

【００１３】上記第２発明によれば、直流回路に短絡が
発生して直流電圧が設定電圧以下になると、発光ダイオ
ードなどの発光素子の発光が停止されてフォトトランジ
スタなどのスイッチング素子がオフすることでリレーが
非通電状態に切り替わるから、リレーの接点で警報装置
や直流回路の電源への接続を断つための遮断装置を制御
することにより、短絡が発生した場合には、警報を発し
たり負荷への通電を断つことを自動的に行える。

【００１４】

【発明の効果】従って本発明によれば、長時間の短絡は
もちろん、瞬時の短絡やサイクリックな短絡までも検出
できることにより、短絡に起因した電気火災の防止の信
頼性を高めることができ、特に瞬時の短絡やサイクリッ
クな短絡が発生し易い車両などの振動部に組み込む直流
電源回路として有用な保護装置付き直流電源回路を提供
できるようになった。

【００１５】

【実施例】

〔第１実施例〕図１に示すように、自動車で代表される
車両など、振動を受ける箇所に設置される直流電源回路
は、短絡に対する保護装置を有する。保護装置は、サー
キットブレーカーＳＢと、直流電源１に負荷２を接続さ
せる直流回路３に負荷２と並列接続するようにプラス端
子Ｐ１とマイナス端子Ｎ１とを介して接続して直流回路
３での瞬時短絡を検出する瞬時短絡検出装置４とからな
る。

【００１６】前記直流電源１は、自動車の１２Ｖのバッ
テリーなどであり、負荷２は、スタータモータやヘッド
ランプ、リアランプ、空調装置のファン、ヒータで代表
される自動車の各種電装品などである。Ｐ及びＮは前記
直流電源１のプラス端子及びマイナス端子である。

【００１７】前記瞬時短絡検出装置４は、図２に示すよ
うに、前記直流回路３の直流電圧ＤＣが設定電圧ｄ以下
であるか否かを判定する電圧判定手段と、その電圧判定
手段の判定結果に基づいて信号を出力する信号出力手段
とを設けて構成されている。

【００１８】前記電圧判定手段は、印加される直流回路
３の直流電圧ＤＣが設定電圧ｄ以下のとき可逆的に発光
を停止する発光素子の一例である発光ダイオード５と、
その発光ダイオード５の発光により可逆的にオンするス
イッチング素子の一例であるフォトトランジスタ６とか
らなるフォトカプラ７を設け、発光ダイオード５への通
電をオン・オフする起動スイッチ８を設けて構成されて
いる。このフォトカプラ７の動作時間は、数マイクロセ
コントである。

【００１９】前記信号出力手段は、前記フォトトランジ
スタ６のオフにより通電が可逆的に断たれるリレーＲを
設けて構成されている。そして、リレーＲは、起動スイ
ッチ８のオンに伴うフォトトランジスタ６のオンで通電
状態になった後は、起動スイッチ８のオフにかかわらず
発光ダイオード５の通電状態を保持するように起動スイ
ッチ８に並列接続する自己保持用の常開接点Ｒａを有
し、また、短絡信号を出力するための第１出力端子ａと
正常信号を出力するための第２出力端子ｂとを有する信
号回路９を、非通電状態（オフ）では第１出力端子ａか
ら短絡信号を出力する状態に、かつ、通電状態（オン）
では第２出力端子ｂから正常信号を出力する状態に切り
替える切り替え接点Ｒｂを有する。このリレーＲの作動
時間は、１．５ミリ秒程度である。従って、設定電圧ｄ
以下の状態が１．５ミリ秒以上継続される短絡であれ
ば、リレーＲが作動し、この短絡を検出できることにな
る。

【００２０】Ｒ１は、発光ダイオード５に通電させる電
流を調整するための感度調整用の可変抵抗、Ｄ１及びＤ
２は、それぞれ、発光ダイオード５及びリレーＲを保護
するためのダイオード、Ｄ３は回路保護用のダイオード
であり、ＴＳは、保護装置が正常に作動するか否かをテ
ストするためのテストスイッチである。なお、自動車用
の直流電源の場合、上記起動スイッチ８として、スター
ト用のセルモータを起動させるキースイッチ（セルモー
タ始動位置への操作を解除するとセルモータへの電源供
給を断つ状態に自動復帰するスイッチ）を利用でき、こ
の場合、図示するように、端子Ｓ１，Ｓ２を介して起動
スイッチ８を接続することが好ましい。

【００２１】上記の構成によれば、起動スイッチ８のオ
ンにより、短絡がなければ発光ダイオード５が発光し、
フォトトランジスタ６がオンしてリレーＲが通電状態と
なり、リレーＲの常開接点Ｒａがオンすることにより、
発光ダイオード５への直流電圧ＤＣの印加状態が起動ス
イッチ８のオフにかかわらず維持され、電圧判定手段が
判定動作状態となる。つまり、短絡監視状態となる。従
って、起動スイッチ８として、オン・オフの切り替えス
イッチの他、キースイッチのように操作の解除によりオ
フするスイッチを利用することができる。

【００２２】上記の短絡監視状態において短絡が発生し
たとすると、図３に示すように、直流電圧ＤＣが低下
し、その結果、フォトカプラ７の発光ダイオード５の発
光が停止してフォトトランジスタ６がオフし、リレーＲ
への通電が断たれて常開接点Ｒａがオフし、そのリレー
Ｒの常開接点Ｒａのオフで発光ダイオード５への通電が
不能な状態になる一方、リレーＲの切り替え接点Ｒｂが
切り替わって、信号回路９から短絡信号が出力される。
従って、この短絡信号に基づいて警報装置や報知装置を
作動させるようにしておくことにより、短絡発生時には
それを報知でき、また、短絡信号に基づいて回路遮断装
置を作動させるようにしておくことにより、短絡発生時
には直流回路３への電源供給を自動的に断つことことが
できる。

【００２３】〔第２実施例〕上記第１実施例において、
図４に示すように、リレーＲの常開接点Ｒａのオンで通
電状態となり、通電後はその第２常開接点２Ｒａのオン
でその通電状態を自己保持する第２リレー２Ｒを設け、
リレーＲと第２リレー２Ｒとから前記信号出力手段を構
成し、その信号出力手段からの出力信号に基づいて作動
する警報装置１０を設けたものである。

【００２４】警報装置１０は、図５に示すように、直流
電源１に警報ブザーＢＺを接続させる警報回路１１に、
リレーＲの接点Ｒｂ及び第２リレー２Ｒの第２接点２Ｒ
ｂを直列状態に介装して構成されている。接点Ｒｂは、
リレーＲが非通電状態にあるとき通電側に切り替わり、
かつ、リレーＲが通電状態にあるとき通電遮断側に切り
替わるものであり、第２接点２Ｒｂは、第２リレー２Ｒ
が通電状態にあるとき通電側に切り替わり、かつ、第２
リレー２Ｒが非通電状態にあるとき通電遮断側に切り替
わるものである。

【００２５】従って、起動スイッチ８のオンで発光ダイ
オード５への通電が行われて、リレーＲが作動し、常開
接点Ｒａがオンすることで発光ダイオード５及びリレー
Ｒの通電状態が保持されるとともに、第２リレー２Ｒが
通電状態になって第２常開接点２Ｒａのオンによりその
第２リレー２Ｒの通電状態が保持され、短絡監視状態と
なる。このとき、警報回路１１における第２リレー２Ｒ
の第２接点２Ｒｂが通電側に切り替わるものの、リレー
Ｒの接点Ｒｂが通電遮断側に切り替わっているから、警
報ブザーＢＺは鳴らない。

【００２６】上記の短絡監視状態で短絡が発生すると、
発光ダイオード５の発光が停止してフォトトランジスタ
６がオフし、その結果、リレーＲの常開接点Ｒａがオフ
して発光ダイオード５への通電が不能となる一方、警報
回路１１の接点Ｒｂが通電側に切り替わることで警報ブ
ザーＢＺが鳴る。なお、起動スイッチ８は、直流電源１
のプラス端子Ｐと入力端子Ｓとの間に介装されている。

【００２７】また、Ｄ４は第２リレーＲを保護するため
のダイオードであり、Ｒ２は、発光ダイオード５に通電
させる電流を調整するための固定抵抗であり、Ｈは回路
保護用のヒューズであり、ＲＳはリセットスイッチであ
り、警報ブザーＢＺが鳴り作動した後、このリセットス
イッチＲＳをオンさせることにより、発光ダイオード５
に通電させてリレーＲを通電させ、前記の短絡監視状態
に復帰し、かつ、警報回路１１におけるリレーＲの接点
Ｒｂを通電遮断側に切り替えさせて警報ブザーＢＺの鳴
り動作を停止するようにしてある。

【００２８】〔第３実施例〕上記第２実施例において、
警報装置１０に代えて回路遮断装置１２を設けたもので
ある。

【００２９】回路遮断装置１２は、図６に示すように、
直流回路３を開閉する開閉器１３と、その開閉器１３を
開放するための引きはずし装置１４と、引きはずし装置
１４を開放作動させる駆動回路１５と、通電状態で駆動
回路１５に作動指令を与えるための信号回路１６とから
構成されている。信号回路１６には、上記第２実施例で
説明した前記リレーＲの接点Ｒｂと、第２リレー２Ｒの
第２接点２Ｒｂとが直列状態に介装されている。

【００３０】従って、短絡監視状態では、リレーＲの接
点Ｒｂが通電遮断側に切り替わっているため、信号回路
１６は通電停止状態にあり、駆動回路１５は作動しな
い。そして、その短絡監視状態で短絡が発生すると、リ
レーＲの接点Ｒｂが通電側に切り替わり、これにより信
号回路１６が通電状態となって、駆動回路１５が作動
し、引きはずし装置１４が開放作動して開閉器１３が開
放し、直流回路３への電源供給が断たれる。その後、リ
セットスイッチＲＳをオンすることにより、開閉器１３
を復旧させて、第２実施例と同様に短絡監視状態に復帰
することができる。

【００３１】〔別実施例〕上記第３実施例の回路遮断装
置１２としては、次のようなものであっても良い。 〈１〉図７に示すように、直流回路３を開閉する常開ス
イッチ接点Ｍａを備えたマグネットスイッチＭに対する
給電回路１７に、前記リレーＲの接点Ｒｂを介装して構
成する。リレーＲの接点Ｒｂは、リレーＲが通電状態に
あるとき通電側に切り替わってマグネットスイッチＭに
通電させ、リレーＲが非通電状態にあるとき通電遮断側
に切り替わってマグネットスイッチＭへの通電を断つも
のである。Ｄ５はマグネットスイッチＭを保護するため
のダイオードである。この回路遮断装置１２によるとき
は、短絡監視状態において短絡が発生すると、発光ダイ
オード５の発光が停止することでリレーＲへの通電が断
たれて接点Ｒｂが通電側から通電遮断側に切り替わって
マグネットスイッチＭへの通電が断たれ、常開スイッチ
接点Ｍａがオフして直流回路３への電源供給が断たれ
る。そして、第３実施例と同様に、リセットスイッチＲ
Ｓのオンにより、リレーＲを通電状態にさせて短絡監視
状態に復帰することができる。 〈２〉図８に示すように、直流回路３を開閉する常開ス
イッチ接点Ｍａを備えたマグネットスイッチＭに対する
給電回路１７に、前記リレーＲの接点Ｒｂ及び第２リレ
ー２Ｒの第２接点２Ｒｂを並列状態に介装して構成す
る。リレーＲの接点は、リレーＲが通電状態にあるとき
通電側に可逆的に切り替わり、第２リレー２Ｒの第２接
点２Ｒｂは、第２リレー２Ｒが非通電状態にあるとき通
電側に可逆的に切り替わるものである。この回路遮断装
置１２によれば、起動スイッチ８をオンしての短絡監視
状態に至る前の状態においては、リレーＲの接点Ｒｂが
通電遮断側に切り替わっているものの、第２リレー２Ｒ
の接点Ｒｂが通電側に切り替わっているため、直流回路
３への通電が保持されている。そして、起動スイッチ８
をオンした後の短絡監視状態においは、第２リレー２Ｒ
の接点２Ｒｂが通電遮断側に切り替わっているものの、
リレーＲの接点Ｒｂが通電側に切り替わっていることで
マグネットスイッチＭへの通電が保持され、直流回路３
への通電が維持されている。その短絡監視状態において
短絡が発生すると、リレーＲの接点Ｒｂが通電停止側に
切り替わることで（第２リレー２Ｒの第２接点２Ｒｂは
短絡監視状態において通電遮断側に切り替わってい
る。）、マグネットスイッチＭへの通電が断たれ、常開
スイッチ接点Ｍａがオフして直流回路３への電源供給が
断たれる。その後、リセットスイッチＲＳをオンするこ
とにより、第３実施例と同様に、短絡監視状態に復帰で
きる。

【００３２】上記第３実施例及び別実施例において、瞬
時短絡検出装置４及び回路遮断装置１２は、図９の
（イ）に示すように、直流回路３の元に一つづつ設けて
も良いが、図９の（ロ）に示すように、直流回路３が主
回路３Ａと複数の分岐回路３Ｂから構成されている場合
には、各分岐回路３Ｂに一つづつ設けても良い。

【００３３】上記警報装置１０と回路遮断装置１２とを
並設して実施しても良い。

【００３４】上記第１実施例では、保護装置の回路の端
子Ｓ１と端子Ｓ２との間に起動スイッチ８を介装した
が、起動スイッチ８は、直流電源１のプラス端子Ｐと端
子Ｓ２との間に介装しても良い。

【００３５】上記各実施例で示した回路のマイナスライ
ンは、配線により形成しても良いが、直流電源回路の設
置箇所が自動車などの車両の場合には、自動車ボディー
などの電導性の車両フレームに負荷２などのマイナス極
を接地させることでその車両フレームをマイナスライン
に利用することができる。

【００３６】上記実施例では、電圧判定手段として、発
光素子５の発光の有無をもって電圧が設定電圧以下であ
るか否かを判定するものを示したが、電圧判定手段とし
ては、ベース電圧が設定電圧以下になると可逆的に非通
電状態（オフ）となるトランジスタなど印加される電圧
が設定電圧以下の場合とそうでない場合とで動作状態が
異なる半導体を用いて判定するものであっても良い。要
するに、電圧判定手段の構成は適宜変更可能である。も
ちろん、信号出力手段もリレーＲに限らず、その構成は
適宜変更可能である。

【００３７】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構成に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】直流電源回路図

【図２】瞬時短絡検出装置の回路図

【図３】タイムチャート

【図４】第２実施例を示す瞬時短絡検出装置の回路図

【図５】第２実施例を示す警報装置の回路図

【図６】第３実施例を示す回路遮断装置の回路図

【図７】別実施例を示す回路遮断装置の回路図

【図８】別実施例を示す回路遮断装置の回路図

【図９】別実施例を示す直流電源回路図

【符号の説明】

１ 直流電源 ２ 負荷 ３ 直流回路 ５ 発光素子 ６ スイッチング素子 Ｒ リレー

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流電源（１）に負荷（２）を接続させ
   る直流回路（３）の直流電圧が設定電圧以下であるか否
   を判定する電圧判定手段を設け、その電圧判定手段の判
   定結果に基づいて信号を出力する信号出力手段を設けて
   ある保護装置付き直流電源回路。
2. 【請求項２】 前記電圧判定手段として、直流回路
   （３）の直流電圧が設定電圧以下のとき可逆的に発光を
   停止する発光素子（５）と、その発光素子（５）の発光
   により可逆的にオンするスイッチング素子（６）とから
   なるフォトカプラ（７）を設け、前記信号出力手段とし
   て、スイッチング素子（６）のオフにより可逆的に通電
   が断たれるリレー（Ｒ）を設けてある請求項１記載の保
   護装置付き直流電源回路。