JPH09215176A - 過電圧入力に対する保護装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 外部電源から機器に過電圧が印加された場合
であっても、機器の安全性を確実に確保することがで
き、かつ、部品の交換や機器の修理を必要としない保護
装置を提供する。 【解決手段】 外部電源と機器とを電気的に接続又は切
断する双方向サイリスタＳＣＲ１及びスイッチ部２２
と、外部電源から機器への電力の供給が開始された時点
において、外部電源の電圧が定常的な過電圧である場合
には双方向サイリスタＳＣＲ１を切断させる過電圧検出
部２３と、外部電源から機器への電力の供給が開始され
た後において、外部電源の電圧が瞬時的な過渡電圧であ
る場合には過渡電圧が発生している間はスイッチ部２２
を切断させる過渡電圧検出部２４とから構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気機器に備えら
れる過電圧入力保護装置に関し、特に外部電源から電気
機器に過電圧が供給された場合に電気機器を保護する回
路に関する。

【０００２】

【従来の技術】多くの電気機器は、外部から交流１００
Ｖの電源の供給を受けて動作するが、これら機器には、
その電源が予期しない過電圧になった場合、例えば、何
等かの原因によりＡＣ２００Ｖが投入されたり、さらに
高圧のインパルスが印加された場合に対する対策が積極
的には施されていないのが一般的である。

【０００３】図４は、交流電源Ｐ１に接続された従来の
機器の構成を示すブロック図である。なお、図４では、
従来の機器の構成を整流回路１０と負荷１１に分けて示
している。また、図４は、図示されていない機器の電源
スイッチが投入された場合のブロック図を示している。
整流回路１０は、電流ヒューズＦ１、電圧制限素子ＳＡ
１、ブリッジダイオードＢＤ１及び電解コンデンサＣ１
から構成される。

【０００４】電圧制限素子ＳＡ１は、サージアブソーバ
であり、一定の値を超える電圧が印加されるとそのイン
ピーダンスが急激に下がり、その両端がショートモード
になる。交流電源Ｐ１から供給された交流は電流ヒュー
ズＦ１を経てブリッジダイオードＢＤ１によって全波整
流され、さらに電解コンデンサＣ１によって平滑化され
て負荷１１に供給される。

【０００５】以上のように構成された従来の機器におい
て、電源スイッチが投入された時及び投入された後に、
何らかの原因により交流電源Ｐ１から過電圧が印加され
た場合の動作を考える。まず、電源スイッチが投入され
た時において、定常的な過電圧、即ち、一定の時間以上
に渡って継続する過電圧が印加された場合には、電圧制
限素子ＳＡ１がショートモードとなり電流ヒューズＦ１
が切れるか、又は、ブリッジダイオードＢＤ１若しくは
電解コンデンサＣ１が耐圧オーバーによりショートモー
ドの破壊が起きて電流ヒューズＦ１が切れるのが一般的
である。

【０００６】一方、電源スイッチが投入された後におい
て、過渡的な過電圧、即ち、瞬時的な過電圧（以下、単
に「過渡電圧」ともいう。）が印加された場合には、電
圧制限素子ＳＡ１がショートモードとなり電流ヒューズ
Ｆ１が切れることが予想される。このようにして、従来
の機器では、交流電源Ｐ１からの過電圧の印加に対する
最低限の保護が施されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
機器では、過電圧が発生すると電流ヒューズＦ１が切れ
たり他の電子部品が破壊されるために、その度に電流ヒ
ューズＦ１等を交換したり機器を修理する必要が生じ
る。また、電解コンデンサＣ１が破壊する場合において
は、その電解コンデンサＣ１が暴爆したり、場合によっ
ては発火に至るという危険性がある。

【０００８】なお、電解コンデンサの発火に関しては、
従来よりコンデンサメーカ各社においてその安全性の確
保が検討されているが、近年、製造物責任が法的に問わ
れることになり、コンデンサメーカだけでなく機器メー
カにもその安全性の確保が要求されるようになってき
た。そこで、本発明はかかる問題点や社会的要請に鑑み
てなされたものであり、外部電源から機器に過電圧が印
加された場合であっても、機器の安全性を確実に確保す
ることができ、かつ、部品の交換や機器の修理を必要と
しない保護装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明に係る保護装置は、外部の電源から電力の供給
を受けて動作する機器に設けられる保護装置であって、
前記電源に接続され、その電源と前記機器の内部回路と
を電気的に接続又は切断する第１のスイッチ手段と、前
記電源の電圧が所定値を超える定常的な過電圧であるか
どうかを検出する過電圧検出手段と、前記電源から前記
機器への電力の供給が開始された時点において、前記過
電圧検出手段により電源の電圧が所定値を超える定常的
な過電圧であると検出された場合には前記第１のスイッ
チ手段を切断させ、電源の電圧が所定値を超える定常的
な過電圧ではないと検出された場合には前記第１のスイ
ッチ手段を接続させるよう制御する第１の制御手段とを
備えることを特徴とする。

【００１０】これにより、機器への電力が投入された時
点において、外部電源が定常的な過電圧であった場合に
は、そのことが過電圧検出手段によって検出され、さら
に、第１の制御手段によって外部電源と機器とを電気的
に接続する第１のスイッチ手段が切断される。従って、
外部電源からの過電圧が機器の内部回路に印加されるこ
とが防止され、機器の内部回路は保護される。

【００１１】ここで、第１の制御手段が第１のスイッチ
手段を切断又は接続させた場合には、第１のスイッチ手
段をラッチ動作させる、即ち、その後に前記外部電源か
らの電力の供給が停止されない限り第１のスイッチ手段
の状態を持続させるようにすることもできる。これによ
って、過電圧であった外部電源の電圧が正常値に戻った
場合であっても、操作者が気付かない間に自動的に機器
への電力の供給が再開されてしまうということが回避さ
れる。

【００１２】また、本発明に係る保護装置は、前記電源
と前記機器の内部回路とを電気的に接続又は切断する第
２のスイッチ手段と、前記電源の電圧が所定値を超える
過渡電圧であるかどうかを検出する過渡電圧検出手段
と、前記電源から前記機器への電力の供給が開始された
後において、前記過渡電圧検出手段により電源の電圧が
所定値を超える過渡電圧であると検出されている時間に
おいては前記第２のスイッチ手段を切断させ、電源の電
圧が所定値を超える過渡電圧ではない検出されている時
間においては前記第２のスイッチ手段を接続させるよう
制御する第２の制御手段とから構成されてもよい。

【００１３】これによって、外部電源からの電力の供給
が開始された後であっても、瞬時的な過渡電圧が発生し
た場合には、その時間帯における外部電源と機器との電
気的な接続が切断される。また、請求項１及び２記載の
保護装置と、交流を直流に変換する整流手段とを備え、
前記第１のスイッチ手段、前記整流手段及び前記第２の
スイッチ手段は、第１のスイッチ手段を通じて供給され
た交流電力が前記整流手段に入力され、整流手段からの
直流電力が第２のスイッチ手段を通じて前記機器の内部
回路に供給されるよう直列に接続されるよう構成するこ
ともできる。

【００１４】これによって、外部電源からの電力の供給
が開始された時点における定常的な過電圧だけでなく、
電力の供給が開始された後における瞬時的な過渡電圧が
発生した場合であっても、それらが機器の内部回路に印
加されることが防止される。さらに、前記保護装置は、
前記過渡電圧検出手段により電源の電圧が所定値を超え
ていると検出されている時間においては前記機器の内部
回路の所定箇所への直流電力の供給を遮断する第３の制
御手段を備えることもできる。

【００１５】これにより、過渡電圧が発生している間、
即ち、整流手段と機器が電気的に切断されている間は、
CRTディスプレイやLCDディスプレイのような機器の受動
部品への直流電力の供給が一時的に停止され、機器の内
部回路での電力消費が軽減される。

【００１６】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態について
図を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る保護装
置の構成を示すブロック図である。なお、図１のブロッ
ク図は、図４に対応するものであるが、図４に示された
従来の技術に係る構成にさらに本発明に係る保護装置を
付加した構成を示している。即ち、電解コンデンサＣ
２、抵抗Ｒ１、双方向サイリスタＳＣＲ１、ダイオード
Ｄ１、スイッチ部２２、過電圧検出部２３及び過渡電圧
検出部２４によって本発明に係る保護装置が構成され、
さらに、整流回路２０及び負荷２１によって機器が構成
される。

【００１７】双方向サイリスタＳＣＲ１は、交流電源Ｐ
１とこの機器とを双方向に接続又は非接続する状態を保
持し続けるスイッチとして機能する。電解コンデンサＣ
２、抵抗Ｒ１及びダイオードＤ１は、双方向サイリスタ
ＳＣＲ１のゲートに接続され、過電圧検出部２３による
双方向サイリスタＳＣＲ１のｏｎ制御を確実のものとし
ている。

【００１８】スイッチ部２２は、過渡電圧検出部２４か
らの信号に基づき、ブリッジダイオードＢＤ１で整流さ
れた直流電源を負荷２１に供給したり遮断したりする。
過電圧検出部２３は、交流電源Ｐ１が投入された時にお
ける交流電源Ｐ１の電圧を監視することにより、定常的
な過電圧が供給されたかどうかを検出し、その結果、定
常的な過電圧が供給されていない場合にのみ双方向サイ
リスタＳＣＲ１をｏｎ状態にすると共に、過渡電圧検出
部２４からの信号により、そのｏｎ状態を保持させる。

【００１９】過渡電圧検出部２４は、ブリッジダイオー
ドＢＤ１の陽極出力の電圧、即ち、電解コンデンサＣ１
の陽極電極での電圧を監視することにより、負荷２１に
対して過渡的な過電圧が供給されたかどうかを検出し、
その結果、過渡的な過電圧が供給された場合には、その
検出されている間だけスイッチ部２２をｏｆｆ状態にす
る。同時に、負荷２１に直流電圧が印加されたことを過
電圧検出部２３に伝える。

【００２０】以上のように構成された保護装置の動作に
ついて、図１及び図２を用いて説明する。図２は、図１
に示されたスイッチ部２２、過電圧検出部２３及び過渡
電圧検出部２４の詳細な構成及びそれら相互の接続関係
を示す回路図である。過電圧検出部２３は、大きく分け
て、ダイオードＤ２及び電解コンデンサＣ３からなる整
流部、定電圧ダイオードＤＺ１及び抵抗Ｒ２，Ｒ３から
なる過電圧監視部、サイリスタＳＣＲ２、抵抗Ｒ４〜Ｒ
６、電解コンデンサＣ４及びトランジスタＴＲ１からな
るサイリスタ駆動部から構成される。

【００２１】過電圧検出部２３においては、機器の電源
スイッチの投入時に交流電源Ｐ１から正常な電圧が印加
された場合には、トランジスタＴＲ１はｏｎ状態にな
り、そのコレクタからの信号はダイオードＤ１を介して
双方向サイリスタＳＣＲ１のゲートに入力され、双方向
サイリスタＳＣＲ１はｏｎ状態となる。一方、機器の電
源スイッチの投入時に交流電源Ｐ１から定常的な過電圧
が印加された場合、即ち、ダイオードＤ２と電解コンデ
ンサＣ３によって整流された直流電圧が定電圧ダイオー
ドＤＺ１に基づく一定電圧を超える場合には、抵抗Ｒ２
とＲ３との接続点に電圧が発生し、サイリスタＳＣＲ２
はｏｎ状態にラッチされ、さらにトランジスタＴＲ１は
ｏｆｆ状態となり、双方向サイリスタＳＣＲ１はｏｆｆ
状態に保持される。

【００２２】これによって、この機器は、交流電源Ｐ１
との電気的な接続が遮断された状態となり、定常的な過
電圧の投入から保護される。なお、サイリスタＳＣＲ２
のｏｎ状態はラッチされているので、この状態は、この
機器と交流電源Ｐ１との接続が外されたり、又は、交流
電源Ｐ１からの電源の供給が中止されない限り、保持さ
れる。

【００２３】次に、スイッチ部２２と過渡電圧検出部２
４の動作を説明する。過渡電圧検出部２４は、大きく分
けて、抵抗Ｒ９及びフォトカプラＴＲ５，Ｄ３からなる
過電圧検出禁止部、定電圧ダイオードＤＺ２及び抵抗Ｒ
１０，Ｒ１１からなる過渡電圧監視部、抵抗Ｒ１２及び
トランジスタＴＲ３，ＴＲ４からなる出力部から構成さ
れる。

【００２４】まず、抵抗Ｒ９及びフォトカプラＴＲ５，
Ｄ３からなる過電圧検出禁止部の動作を説明する。機器
の電源スイッチの投入により、この機器と交流電源Ｐ１
とが一旦電気的に接続されると、この機器の負荷２１に
ブリッジダイオードＢＤ１からの直流電圧が印加され、
抵抗Ｒ９を介してフォトカプラのダイオードＤ３が発光
してトランジスタＴＲ５がｏｎ状態となる。そのため
に、過電圧検出部２３において、サイリスタＳＣＲ２が
ｏｆｆ状態に維持され、その後、過電圧検出部２３への
入力において過電圧が検出されてもサイリスタＳＣＲ２
がｏｎ状態となることがない。即ち、一旦、交流電源Ｐ
１から機器に正常に電力の供給が行われた後は、過電圧
検出部２３による過電圧の検出動作を禁止し、その結
果、双方向サイリスタＳＣＲ１はｏｎ状態を維持し続け
る。

【００２５】これによって、機器の電源スイッチが投入
された後において過渡的な過電圧が発生した場合であっ
ても、双方向サイリスタＳＣＲ１でのｏｎ状態が維持さ
れ、過渡電圧検出部２４における過電圧の検出が確実に
行われる。また、この過電圧検出禁止部の機能とサイリ
スタＳＣＲ２のラッチ特性とにより、過電圧検出部２３
は、機器の電源スイッチが投入された時点における交流
電源Ｐ１の電圧によって決定される状態、即ち、双方向
サイリスタＳＣＲ１をｏｎ又はｏｆｆにする状態を維持
し続けることが可能となる。

【００２６】次に、過渡電圧検出部２４の過渡電圧監視
部及び出力部の動作を説明する。交流電源Ｐ１から機器
に正常な電圧が印加された後に、交流電源Ｐ１が一時的
な異常を起こし過渡的な過電圧が発生した場合を考え
る。この場合には、電解コンデンサＣ１の陽極における
直流電圧が定電圧ダイオードＤＺ２に基づく一定電圧を
超え、抵抗Ｒ１０とＲ１１との接続点に電圧が発生す
る。そして、トランジスタＴＲ３はｏｎ状態となり、ト
ランジスタＴＲ４はｏｆｆ状態となり、トランジスタＴ
Ｒ２はベース電位が上昇してｏｆｆ状態となる。

【００２７】これによって、過渡電圧が発生している間
は、ブリッジダイオードＢＤ１からの直流電源の供給が
遮断されるので、電解コンデンサＣ１や負荷２１は、そ
の過電圧から保護される。なお、過渡電圧検出部２４
は、過電圧が一定電圧を超えている時間のみにおいて電
源の供給を遮断する点で、ラッチ動作する過電圧検出部
２３の動作と異なる。従って、ブリッジダイオードＢＤ
１からの直流電圧が一定電圧以下になると、再び、トラ
ンジスタＴＲ２はｏｎ状態となり、電解コンデンサＣ１
及び負荷２１への正常な直流電源の供給が行われる。

【００２８】このようにして過渡的な過電圧が負荷２１
に印加されることが防止されるが、本実施形態では、さ
らに、一時的なトランジスタＴＲ２のｏｆｆ状態に起因
するシステムダウン等の機器の異常動作の発生を回避す
る対策を施している。図３は、その対策を実現する構成
を備えた負荷２１の構成ブロック図である。図３に示さ
れるように、電解コンデンサＣ１の陽極から負荷２１に
供給された直流電源は、ロジック部２５を経由してＣＲ
Ｔディスプレイや液晶ディスプレイ等の受動部品２６に
供給されたり、電源安定化回路や能動部品等の機器のメ
インボード上の他の負荷に供給されたりする。

【００２９】ロジック部２５は、過渡電圧検出部２４の
トランジスタＴＲ４のコレクタから、過電圧を検出した
旨の信号を受けると、受動部品２６への直流電源の供給
を遮断する。これによって、過電圧の発生時における負
荷２１での電力消費が抑えられ、パワー供給不足による
システムダウン等の異常現象の発生が防止される。以上
のようにして、本発明に係る保護装置は、双方向サイリ
スタＳＣＲ１と過電圧検出部２３によって外部の交流電
源から機器への定常的な過電圧の印加を阻止し、また、
スイッチ部２２と過渡電圧検出部２４によって過渡的な
過電圧の印加を阻止することにより、電解コンデンサＣ
１等の部品が破壊されてしまうことを防止している。さ
らに、負荷２１に設けられたロジック部２５により、過
渡的な過電圧の発生に起因する機器の動作異常が防止さ
れる。

【００３０】なお、過電圧検出部２３に関し、本実施形
態で用いられた手法は、あくまで一例であり、例えば、
双方向サイリスタＳＣＲ１やサイリスタＳＣＲ２の代わ
りに、リレーやトランジスタ等の半導体部品を使用する
などの別の手法が考えられる。即ち、定常電圧を検出す
る手段と、検出された定常電圧に基づいて機器と外部電
源との接続を制御できる手段とから構成されていれば、
他の手法でも構わない。また過電圧検出部２３は、ラッ
チ型に限定されるものではない。

【００３１】また、本実施形態におけるスイッチ部２２
には、トランジスタが用いられたが、リレーに代表され
る他の継電装置やサイリスタ等の半導体素子を使用して
も構わない。さらに、本実施形態では、フォトカプラＴ
Ｒ５，Ｄ３を使って過電圧検出部２３の機能を停止させ
たが、これに替えてトランスやリレー等の継電器を使っ
ても構わない。

【００３２】また、本実施形態におけるロジック部２５
は、過渡電圧検出部２４からの信号を受けて直流電源を
ｏｎ／ｏｆｆできるスイッチ回路であればよく、トラン
ジスタやリレー等によって容易に構成されることは言う
までもない。

【００３３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１記載の保護装置によれば、機器への電力が投入された
時点において、外部電源が定常的な過電圧であった場合
には、外部電源と機器とは電気的に切断された状態に維
持される。これによって、操作者の誤使用／供給電源の
異常等により、機器に定格電圧を越える定常的な過電圧
が印加された場合であっても、半導体部品、電解コンデ
ンサ等の機器内部回路が発煙／発火に至るような危険な
状態になることが防止されるという効果がある。

【００３４】請求項２記載の保護装置によれば、機器へ
の電力が投入された時点において外部電源が過電圧であ
った場合には、外部電源と機器との切断状態は、機器へ
の電力供給が完全に中止されるまで保持される。これに
よって、危険な状態が発生していることが操作者に知ら
されることになり、操作者は、過電圧の発生に対する原
因の追求等を速やかに行うことができる。

【００３５】請求項３記載の保護装置によれば、外部電
源からの電力の供給が開始された後において瞬時的な過
渡電圧が発生した場合には、その時間帯における外部電
源と機器との電気的な接続が切断される。これによっ
て、電源の投入後において瞬時的な過渡電圧が発生した
場合であっても、その異常な電圧が機器の内部回路に印
加されることが防止され、機器の内部回路は保護され
る。

【００３６】請求項４記載の保護装置によれば、請求項
１及び２記載の保護装置と、交流を直流に変換する整流
手段とが直列に接続されている。これによって、外部電
源からの電力の供給が開始された時点における定常的な
過電圧だけでなく、電力の供給が開始された後における
瞬時的な過渡電圧が発生した場合であっても、それらが
機器の内部回路に印加されることが防止され、より確実
に機器の内部回路は保護される。

【００３７】請求項５記載の保護装置によれば、過渡電
圧が発生している間、即ち、整流回路と機器が電気的に
切断されている間は、機器内部での電力消費が抑えられ
る。これによって、機器内部の蓄電池やコンデンサから
の電力供給における負担が軽減され、電力供給不足によ
り機器が異常動作してしまうということが回避される。

【００３８】よって、本発明により、外部電源から機器
に定常的な過電圧や瞬時的な過電圧が印加された場合で
あっても、機器の安全性を確実に確保することができ、
かつ、部品の交換や機器の修理を必要としない保護装置
が実現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る保護装置の構成を示すブロック図
である。

【図２】図１に示されたスイッチ部２２、過電圧検出部
２３及び過渡電圧検出部２４の詳細な構成及びそれら相
互の接続関係を示す回路図である。

【図３】図１に示された負荷２１の構成を示すブロック
図である。

【図４】従来の機器の構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

ＳＣＲ１，ＳＣＲ２ サイリスタ ＤＺ１，ＤＺ２ 定電圧ダイオード ＴＲ５，Ｄ３ フォトカプラ ＴＲ１〜４ トランジスタ ＢＤ１ ブリッジダイオード ２０ 整流回路 ２１ 負荷 ２２ スイッチ部 ２３ 過電圧検出部 ２４ 過渡電圧検出部 ２５ ロジック部 ２６ 受動部品

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外部の電源から電力の供給を受けて動作
   する機器に設けられる保護装置であって、 前記電源に接続され、その電源と前記機器の内部回路と
   を電気的に接続又は切断する第１のスイッチ手段と、 前記電源の電圧が所定値を超える定常的な過電圧である
   かどうかを検出する過電圧検出手段と、 前記電源から前記機器への電力の供給が開始された時点
   において、前記過電圧検出手段により電源の電圧が所定
   値を超える定常的な過電圧であると検出された場合には
   前記第１のスイッチ手段を切断させ、電源の電圧が所定
   値を超える定常的な過電圧ではないと検出された場合に
   は前記第１のスイッチ手段を接続させるよう制御する第
   １の制御手段とを備えることにより電力の供給を開始し
   た時点における定常的な過電圧から機器を保護すること
   を特徴とする保護装置。
2. 【請求項２】 前記第１の制御手段は、前記第１のスイ
   ッチ手段を切断又は接続させた場合は、その後に前記電
   源からの電力の供給が停止されない限り、前記第１のス
   イッチ手段の状態を持続させるよう制御することを特徴
   とする請求項１記載の保護装置。
3. 【請求項３】 前記電源と前記機器の内部回路とを電気
   的に接続又は切断する第２のスイッチ手段と、 前記電源の電圧が所定値を超える過渡電圧であるかどう
   かを検出する過渡電圧検出手段と、 前記電源から前記機器への電力の供給が開始された後に
   おいて、前記過渡電圧検出手段により電源の電圧が所定
   値を超える過渡電圧であると検出されている時間におい
   ては前記第２のスイッチ手段を切断させ、電源の電圧が
   所定値を超える過渡電圧ではない検出されている時間に
   おいては前記第２のスイッチ手段を接続させるよう制御
   する第２の制御手段とを備えることにより電力の供給が
   開始された後における瞬時的な過電圧から機器を保護す
   ることを特徴とする保護装置。
4. 【請求項４】 請求項１及び２記載の保護装置と、 交流を直流に変換する整流手段とを備え、 前記第１のスイッチ手段、前記整流手段及び前記第２の
   スイッチ手段は、第１のスイッチ手段を通じて供給され
   た交流電力が前記整流手段に入力され、整流手段からの
   直流電力が第２のスイッチ手段を通じて前記機器の内部
   回路に供給されるよう直列に接続されていることを特徴
   とする保護装置。
5. 【請求項５】 前記保護装置はさらに、前記過渡電圧検
   出手段により電源の電圧が所定値を超えていると検出さ
   れている時間においては、前記機器の内部回路の所定箇
   所への直流電力の供給を遮断する第３の制御手段を備え
   ることを特徴とする請求項４記載の保護装置。