JPH09171931A

JPH09171931A - 接続されている負荷が電力を必要としているか否かに応じて変圧器の接続を絶つ方法および回路

Info

Publication number: JPH09171931A
Application number: JP22329396A
Authority: JP
Inventors: Ruedi Kaelin; リュディ・ケリン
Original assignee: ASPRO TECHNOL AG; Aspro Tech AG
Current assignee: ASPRO TECHNOL AG; Aspro Tech AG
Priority date: 1995-08-07
Filing date: 1996-08-07
Publication date: 1997-06-30
Also published as: KR970012820A; EP0758153A2; CN1065676C; EP0758153B1; TW359842B; ATE220828T1; EP0758153A3; CN1148747A; DE59609441D1; CA2182730A1; US5760491A

Abstract

(57)【要約】【課題】トランスの二次側に負荷が接続されていない
ときに自動的に一次側を電源から切り、負荷が接続され
たときに、それを検知して再び一次側を電源に接続す
る。【解決手段】トランスに補助巻き線を巻き回し、負荷
があるときとないときでのトランス鉄心の飽和磁気の変
化を補助巻き線で検出し、負荷がないとき電源と一次側
との間に接続した中断回路を動作させて遮断する。遮断
した後、適宜呼掛回路からごく短時間一次巻線に電流を
流し、同様の動作で負荷があるかないかを判断し、負荷
があるとき中断回路の遮断状態を復帰させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は変圧器の接続を絶つ
回路、およびこの回路によって実行される方法に関し、
詳細にいえば、ランプなどの再充電可能なバッテリある
いはその他の低電圧装置などに接続されている負荷が電
力を必要とするときに、電力ネットワークに接続される
ようになされたミニアチュア変圧器に関する。この種の
変圧器は電力ネットワークの電圧、たとえば、公称１１
０Ｖ、６０Ｈｚまたは２３０Ｖ、５０Ｈｚを１Ｖと５０
Ｖの間、通常は約２Ｖと１２Ｖの間に下げるミニアチュ
アないし小型変圧器である。

【０００２】

【従来の技術】ネットワーク電圧を、たとえば、２、
６、９または１２Ｖに下げる多くのミニアチュアないし
小型変圧器は、低電圧装置、たとえば通信装置、ハロゲ
ン・ランプ、ランプ用の充電バッテリ、その他の装置な
どに給電するために使用されている。この種の変圧器
は、たとえば電源ネットワークのレセプタクルまたはア
ウトレットに差し込まれたプラグ・コネクタによって永
続的に接続されていることがしばしばある。これらは長
時間にわたり、しばしば１年中永続的に接続されたまま
にすることがよくあるが、負荷が電力を必要とするのは
きわめて短時間、たとえば、１日に数分間だけである。
このような変圧器には電流が流れている。すなわち、接
続されている負荷がエネルギーを何ら必要としなくて
も、これらの変圧器は電力を消費する。平均的な小型変
圧器の無負荷電流は３０ＭＡと６０ＭＡの間であり、１
年中接続されている場合には、年に５５ｋＷｈを消費す
ることとなる。これはエネルギーの浪費である。変圧器
は２次側から負荷電流が引き出されていなくても、暖か
くなり、空調環境におかれている場合には、空調システ
ムから熱を除去することを必要とし、さらにエネルギー
の無駄となる。

【０００３】一般に、従来のバッテリ充電装置も交流電
力ネットワークに永続的に接続されている場合、接続さ
れているバッテリがそれ以上の充電を必要としなくて
も、電流を引き出す。バッテリがフラッシュまたはその
他の装置、あるいはそのホルダと一体となっている場
合、使用するときを除いて、フラッシュまたは装置を充
電ユニットに永続的につないだままとしておくのが普通
である。エネルギーを負荷が必要としていない場合、た
とえばフラッシュのバッテリを充電するためのエネルギ
ーの損失は、短時間の間では小さいものであるが、長時
間、たとえば、１年にわたると、かなりの量のエネルギ
ーが無駄になる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、単純
でミニアチュア変圧器のハウジング内に簡単に組み込む
ことができ、電流が２次側から引き出されていない場合
に、変圧器の１次側の電力ネットワークとの接続が自動
的に絶たれるとともに、負荷、たとえば、バッテリが電
流を必要としている場合に、自動的な再接続を行うこと
ができる回路を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】簡単にいえば、本発明に
かかわる変圧器には１次側に対してわずかなターン数、
たとえば、５分の１ないし２０分の１のターン数しかな
い補助巻線が設けられていて、１次巻線と変圧器のコア
に誘導結合している。基準信号が、たとえば電力ネット
ワークから生成され、差分形成回路を含む監視回路に接
続される。差分形成回路は補助巻線からの信号とその基
準信号を受け取り、電力が変圧器の２次側から引き出さ
れているか否かに応じて、磁化の差分を評価してコアの
磁化状態に応じて出力信号を出力する。差分回路は次い
で、回路中断回路の要素、たとえば電源と変圧器の間に
直列に接続されたトランジスタを制御する。回路中断回
路は差分形成回路からの出力信号に結合され、その出力
信号によって制御される。

【０００６】本発明の特徴によれば、本方法は２次側に
よる電流の要求に応じて、変圧器のコアの磁化飽和度を
検出することを含んでいる。補助巻線は電流が２次側か
ら引き出されているかどうかに応じてコアの磁化の飽和
の差を検出し、信号を差分回路に与え、信号はこの回路
で比較される。

【０００７】それ故、基本的に、本発明は変圧器の鉄心
の磁化飽和の変化を評価することによって、負荷ないし
ユーザ回路が電流を必要としているか否かを決定する。
通常の１次および２次巻線の他に変圧器に付加された補
助巻線には信号が誘起され、この信号は次いで、通常は
トランジスタである回路中断装置を制御するために使用
される。

【０００８】図面は本発明の例を示しており、本方法を
説明するのに参照される。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は、たとえば、１１０Ｖ、６
０Ｈｚまたは２３０Ｖ、５０Ｈｚの交流ネットワーク電
力が印加されている２本の電源接続線１、２を示してい
る。線の一方、たとえば、線１は回路中断回路とも呼ぶ
交流切断回路３に接続されており、この回路から接続線
４が変圧器７の１次巻線５につながっている。変圧器７
の２次巻線８には負荷１１への出力線１２、１３が接続
されている。１次巻線５の２次端子は電力ネットワーク
の２次端子２に接続されている。

【００１０】本発明の特徴によれば、補助巻線６が変圧
器に設けられている。１次巻線のターン数は補助巻線６
のターン数の少なくとも５倍、好ましくは約２０倍であ
る。補助巻線６は１次巻線の外側または内側に同心的に
配置することができる。変圧器は、１次および２次巻線
５、８を誘導結合し、また同様に補助巻線６が誘導結合
される通常の鉄心９を有している。

【００１１】入力線１と線４の間で変圧器に直列に接続
された中断回路３には、監視回路３２への１本の線４４
が接続されている。監視回路３２は線２４、２６によっ
て補助巻線６に接続されている。監視回路３２は線４４
に接続された較正抵抗２８を介して基準電圧を受け取
り、補助巻線６から誘導される制御信号Ｕ_z を受け取る
第１の差動増幅器１６を有している。本例では差動増幅
器１６である差分形成回路１６は線１８によって、図示
のように可変抵抗である較正抵抗２８によって適切に較
正された基準電圧を受け取る。基準電圧を供給する他の
構成を使用してもよい。

【００１２】回路はさらに呼掛回路３０を含んでおり、
この回路は電流を変圧器７の２次巻線が供給しているか
否かを判定する。呼掛回路は、たとえば可変抵抗３４お
よびコンデンサ３５によって形成されたタイミング回
路、ならびに、たとえば第２の差動増幅器３８である第
２の差分形成回路を有している。呼掛回路３０は中断回
路３を介して、短期間、たとえば、数ミリ秒の間、定期
的または非定期的にときどき変圧器への接続を行う。こ
の呼掛間隔は負荷１１の性質、およびユーザが負荷、た
とえばデクテーション機械を作動させることを望んでか
らの負荷１１の接続に許容される遅れに応じて、１秒、
数秒、および数時間に変更可能である。呼掛間隔を所望
により、抵抗３４の適切な設定によって一定としたり、
制御したりすることもできる。

【００１３】中断回路３は２つのインタフェース要素３
ａ、３ｂを有しており、これらは各々、たとえば、ダイ
オードを含んでおり、トランジスタ１０がインタフェー
ス回路３ａ、３ｂの間に接続されている。第２の差動増
幅器３８が線４４ならびに他の線４５を介して、トラン
ジスタ１０の前方および下流にあるインタフェース回路
３ａ、３ｂに接続されている。

【００１４】監視回路３２は、たとえば、ダイオードを
含んでいてもよいインタフェース要素３２ａを有し、さ
らに、差動増幅器１６の出力線２０に接続されるととも
に第２の差動増幅器３８の出力の接合部Ｊ１に線４６に
よって接続されているフリップフロップ２２を有してい
る。フリップフロップ２２は出力制御信号を線４７から
トランジスタ１０へもたらす。

【００１５】抵抗３４およびコンデンサ３５によって形
成されるタイミング回路を使用する代わりに、物理パラ
メータ（図４）に応答する、接合部Ｊ１に接続されたセ
ンサ要素３４ａを使用することもできる。この要素は、
たとえば定周辺温度の場合にバッテリ充電器によって形
成された負荷に接続する温度センサであっても、図４で
はブロック３４ａによって略示されているだけの圧力応
答装置などであってもよい。

【００１６】動作今、中断回路３のトランジスタ１０が導通するように制
御されているものとする。変圧器７は線１、４によって
交流ネットワークから導かれた通常の電圧を受け取り、
線２によって戻す。図２は周知のＢ−Ｈ磁化曲線を示
す。２次巻線８が電流を引き出したとき、鉄心９は逆誘
導をもたらし、鉄心の磁束は逆誘導のため減少する。電
流が引き出されたときのヒステリシス曲線の作動点は点
ａ２である（図２）。電流が引き出されないとき、ある
いは、たとえば、充電されたバッテリの弱電流のように
２次巻線から引き出された電流がきわめて小さいとき、
鉄心９は磁化され、作動点がヒステリシス曲線の点ａ１
になる、すなわち、図２の横座標に示されている磁界の
強さＨに関する磁化Ｂも高くなるようになる。作動点ａ
１で作動させると、比較的高い出力信号Ｕ_z が補助巻線
６に生じる。この比較的高い電圧ないし信号は線２４、
２６によってインタフェース３２ａに、また差動増幅器
１６の端子の１つに印加される。

【００１７】第１の差動増幅器１６に接続された線１８
からの基準電圧を、システムを初めて接続する前に較正
しなければならない。較正を行う場合、負荷１１が接続
され、電流が２次巻線８から引き出される。補助巻線か
らの電圧は差動増幅器１６に加えられる。線１８から他
の端子に加えられた電圧は、差動増幅器１６に接続され
た線１８および３２ｂでの電圧が同じになるように抵抗
２８によって較正される。

【００１８】電流が変圧器７の２次巻線８から引き出さ
れる場合、鉄心９の逆誘導は、磁束が減るために、逆誘
導によって低下する。ヒステリシス曲線１５はそれ故、
点ａ２になる。補助コイル６から導かれた信号は較正の
ため、線１８のものと同じになる。差動増幅器１６はそ
れ故、まったく出力をもたらさず、したがって、制御信
号がトランジスタ１０に印加されることがない。トラン
ジスタ１０は導通状態のままである。

【００１９】次いで、負荷１１を変圧器７の線１２、１
３から切り離した場合、あるいは、たとえば、負荷１１
が、整流器Ｒと充電バッテリ４２を含んでいる負荷１４
（図３）と交換され、バッテリ４２が完全に充電された
場合、鉄心の逆誘導は小さくなる。補助巻線６はヒステ
リシス・ループ１５の作動点ａ１に対応する高い出力信
号Ｕ_z を有する。第１の差動増幅器１６は線１８からの
入力信号と線３２ｂからのものの差を認識し、この差が
フリップフロップ２２を制御し、フリップフロップ２２
は次いでトランジスタ１０を制御して、ブロック状態す
なわち切断状態に変える。それ故、変圧器７の１次巻線
５を電源１、２から分離する。事実、変圧器７の線２、
４の間に電圧が供給されない。

【００２０】鉄心９の磁化の程度が変化すると、逆誘導
によって補助巻線６の電圧が変化する。磁化の変化を図
２でΔＢで示す。これは２次巻線の負荷によって変わる
ものであり、変圧器の１次巻線の接続および切断に利用
される。数学的にいえば、次の関係が関与する。

【００２１】Ｕ_z ＝４．４４・Ｂ・ｎ・Ａ・ｆただし、Ｕ_z ＝補助巻線両端での電圧（ボルトＶ）Ｂ＝鉄心の磁化（テスラ）ｎ＝補助巻線６のターン数Ａ＝コイルを貫通する鉄心の断面積（ｃｍ² ）ｆ＝周波数（Ｈｚ）４．４４＝定数

【００２２】変圧器７の電力ネットワーク１、２との接
続が効果的に絶たれており、負荷が電流を必要とする場
合には、手動操作の介入を必要とすることなく、変圧器
７を自動的に作動状態に戻すための何らかの手段を設け
なければならない。変圧器の接続状態への復帰は、呼掛
回路３０によって制御される。

【００２３】呼掛回路３０は変圧器の２次巻線８で電流
が必要とされているかどうかを判定する。呼掛回路はト
ランジスタ１０を、たとえばフリップフロップ２２のセ
ット−リセット時間によって決定される、たとえば数ミ
リ秒というきわめて短い時間の間導通状態とする。この
間隔は定期的でも、あるいは定期的でなくてもかまわな
い。また、この間隔のタイミングはタイミング回路３
４、３５によって、あるいはセンサ３４ａ（図４）によ
って決定される物理イベントの発生時に制御される。時
間が制御パラメータである場合、タイミング間隔は、た
とえば、１秒とさまざまな時間の間の間隔で一定または
制御可能とすることができる。

【００２４】２本の接続線４４、４５はトランジスタ１
０の前方および下流で中断回路３に接続されている。

【００２５】呼掛回路３０の作動。タイミング回路３４が呼掛間隔の経過後に活動状態とな
った場合、あるいは物理イベントがセンサ３４ａを制御
している場合、得られる信号は線４６によってフリップ
フロップ２２、または、たとえばフリップフロップ２２
と並列な他の回路に印加される。これによって、トラン
ジスタ１０は線４７によって、導通状態になるように制
御される。導通すると、上述のしたことが優先的に行わ
れる。すなわち、電力を負荷が必要としている場合、逆
誘導によって、ヒステリシス・ループ１５（図２）の作
動点がａ₂に低下し、制御信号が差動増幅器１６によっ
て線２０に与えられず、それ故、トランジスタ１０に与
えられず、かつトランジスタは変圧器７からの電流を依
然必要としている場合、導通状態に維持される。

【００２６】しかしながら、再接続時に、電流が負荷１
１、１４によって、あるいはバッテリ４２（図３）によ
って引き出されない場合には、第１の差動増幅器１６の
端子に等しくない電圧が印加され、トランジスタ１０へ
の線４７に制御信号が発生することとなり、トランジス
タ１０をブロック状態、すなわち非導通状態となる。変
圧器７はネットワーク１、２から切断される。もちろ
ん、基準信号だけでも差動増幅器１６の不均一が確立さ
れる。

【００２７】呼掛回路３０が活動状態になるのは、トラ
ンジスタ１０が非導通状態ないしブロック状態であると
きだけであるが、これはそのときにだけ、線４４、４５
による第２の差動増幅器３８に印加される電圧に差が生
じ、それ故、タイミング回路３４、３５の両端の電圧、
あるいはそれぞれの物理値センサ３４ａ（図４）の間の
電圧に差が生じるからである。

【００２８】中断回路３、監視回路３２、および呼掛回
路３０は変圧器７の１次巻線に接続されている。これは
完全な直流電気分離が変圧器７により、付加的な回路ま
たはネットワークを必要とすることなく維持されるよう
にする。それ故、低電圧２次回路の通常必要とされる安
全要件、すなわち電力ネットワークからの直流電気分離
が維持される。変圧器のみに関する付加的なコストおよ
び回路要件は小さいものであり、スペースの要件は最小
限となる。回路全体を集積回路として形成することもで
きる。

【００２９】もちろん、補助巻線６を２次巻線に巻くこ
とができるが、しかしながら、電力ネットワークから変
圧器の２次巻線に接続されている低電圧回路の完全な分
離を確保するための、付加的な絶縁が必要となる。

【００３０】抵抗３４およびコンデンサ３５によって形
成されたタイミング回路を他の被制御要素３４ａと置き
換えることができ、この要素は、たとえば、温度セン
サ、圧力センサ、あるいは、たとえば、物品または装
置、流体などの有無に関する物理値またはパラメータの
センサであってもよい。

【００３１】図３はバッテリ充電器、たとえば整流器Ｒ
に接続された適切な線４０、４１を介して充電バッテリ
４２に接続された充電器Ｒを含んでいる回路に適用した
場合の本発明を示す。端子１２、１３に接続された回路
は図１に示したものと同一のものである。

【００３２】各種の変更および改変を本発明の概念の範
囲内で行うこともできる。

【００３３】インタフェース要素３ａ、３ｂ、３２ａを
ブロックの形で略示しただけなのは、これらが任意適当
な構成のものでよいからであり、これらは整流器を含ん
でおり、また分圧器回路などを含んでいてもよいからで
ある。ツェナー・ダイオードを使用してもかまわない。
これらの要素は周知の技術的知識に基づいて構築するこ
とができる。周知の補助回路要素、たとえば、トランジ
スタ・ベースの抵抗などは明確を期すため省略されてい
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】略図だけで示されている負荷に接続された低
電力変圧器の回路図である。

【図２】作動点が記入されたヒステリシス曲線の図で
ある。

【図３】バッテリ充電システムに関連した回路の使用
を説明する部分略回路図である。

【図４】本発明で使用される回路構成要素の他の実施
に形態を説明する部分図である。

【符号の説明】

１、２電源接続線３交流切断回路３ａ、３ｂインタフェース回路４接続線５１次巻線６補助巻線７変圧器８２次巻線９鉄心１１負荷１２、１３出力線１６第１の差動増幅器２２フリップフロップ２８較正抵抗３０呼掛回路３２監視回路３４タイミング回路３８第２の差動増幅器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】変圧器（７）の２次巻線（８）に接続さ
れている負荷（１１、１４）が、強磁性体コア（９）を
有している変圧器からの電力を必要していないときに、
交流電源ネットワーク（１、２）から変圧器（７）の１
次巻線（５）への接続を自動的に絶つ回路であって、変圧器のコア（９）に誘導結合された補助巻線（６）
と、基準信号を与える手段（３ａ、２８）と、差分形成回路（１６）を含んでいる監視回路（３２）と
前記電源（１、２）と変圧器（７）の間に直列に接続さ
れ、かつ前記差分形成回路（１６）に結合され、その差
分形成回路によって制御される回路中断手段（１０）と
を備えており、前記差分形成回路が（ａ）補助巻線（６）からの信号と、（ｂ）前記基準信号とを受け、電力が変圧器（７）によ
って負荷に供給されているか否かに応じて、前記補助巻
線によって磁化の差分（ΔＢ）を評価して、前記コアの
磁化の状態に応じた出力信号を供給することを特徴とす
る回路。
【請求項２】補助巻線（６）は変圧器（７）の１次巻
線（５）に密着して誘導的に結合されており、任意選択
で前記１次巻線の上または下（内側）に巻かれており、
１次巻線（５）のターン数が補助巻線（６）のターン数
の少なくとも５倍であり、任意選択で補助巻線のターン
数の２０倍超である請求項１に記載の回路。
【請求項３】前記回路中断手段（１０）に接続され、回路中断手段が電源（１、２）と変圧器（７）の間の回
路を切断した後の経過時間に応じて、前記中断手段（１
０）を導通状態とするように接続された呼掛回路（３
０）をさらに備えており、その呼掛回路がタイミング回
路（３４、３５）を備えており、回路中断手段が制御さ
れて、前記電源（１、２）と変圧器（７）の間の接続を
確立する時間間隔を決定する請求項１に記載の回路。
【請求項４】フリップフロップ回路（２２）が、差分
形成回路（１６）とトランジスタ（１０）を備えた前記
回路中断手段との間に接続されて、差分形成回路の出力
信号を供給し、前記呼掛回路からの信号が前記フリップ
フロップの状態を変更するように接続されている請求項
３に記載の回路。
【請求項５】充電バッテリ（４２）と整流器（Ｒ）と
が組み合わされ、その整流器とバッテリの組合せが前記
負荷を形成している請求項１に記載の回路。
【請求項６】回路中断手段（１０）が電源（１、２）
と変圧器（７）の間に直列に接続され、その変圧器の２
次巻線（８）に接続されている負荷（１１、１４）が、
強磁性体コア（９）を有する変圧器からの電力を必要し
ていないときに、交流電源ネットワーク（１、２）から
変圧器への１次巻線（５）の接続を自動的に絶つ方法に
おいて、前記変圧器のコア（９）に誘導結合されている補助巻線
（６）からの検知信号を導くことによって、２次巻線
（８）の電流要件に応じて変圧器の強磁性体コア（９）
の磁化の飽和差（ΔＢ）を決定するステップと、検知信号によって導かれた前記磁化差（ΔＢ）に応じて
回路中断手段（１０）を制御するステップとを備えてい
る回路。
【請求項７】前記磁化飽和決定ステップが変圧器の１
次巻線（５）と補助巻線（６）の間のコア（９）の磁化
飽和の差を検知することを含んでおり、前記回路中断手段（１０）がトランジスタを備えてお
り、前記制御ステップが負荷が電力を必要としている場
合に、前記トランジスタを導通させ、負荷が電力を必要
としていない場合に、非導通とするように選択的に制御
を行う請求項６に記載の方法。
【請求項８】前記回路中断手段（１０）が非導通状態
である場合に、時間または物理パラメータの値に応じ
て、定期的または非定期的に、これを数ミリ秒程度の短
期間の間導通させするように制御し、導通させたこのよ
うな短時間の制御の際に、負荷が電力を必要としている
かどうかをテストすることをさらに含んでいる請求項６
に記載の方法。