直流電源装置の過電流保護回路
【課題】
突入電流に対する誤動作を防止しつつ、過大負荷や出力短絡時等の過電流を精度良く検出して出力を確実に遮断し得ると共に、回路の部品点数を削減してコスト安価に形成し得る直流電源装置の過電流保護回路を提供する。
【解決手段】
負荷への過電流を検出した時に出力を遮断する出力遮断機能を有する直流電源装置において、出力電圧監視手段を備え、短絡と判定して出力を遮断するための基準値を、過電流検出時点から時間経過とともに変化させることを特徴とする。前記過電流を検出して出力を遮断するまでに所定の時間を設け、また、前記過電流を検知もしくは短絡と判定して出力を遮断することによって、解除手段による解除信号が入力されるまで自己保持状態となることを特徴とする。
突入電流に対する誤動作を防止しつつ、過大負荷や出力短絡時等の過電流を精度良く検出して出力を確実に遮断し得ると共に、回路の部品点数を削減してコスト安価に形成し得る直流電源装置の過電流保護回路を提供する。
【解決手段】
負荷への過電流を検出した時に出力を遮断する出力遮断機能を有する直流電源装置において、出力電圧監視手段を備え、短絡と判定して出力を遮断するための基準値を、過電流検出時点から時間経過とともに変化させることを特徴とする。前記過電流を検出して出力を遮断するまでに所定の時間を設け、また、前記過電流を検知もしくは短絡と判定して出力を遮断することによって、解除手段による解除信号が入力されるまで自己保持状態となることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば防犯警報装置等の電源として好適に使用される直流電源装置に係わり、特に配線工事ミス等による短絡や定格出力電流を超えた過大負荷が接続される等して過電流が流れた場合に、これを検出して電源供給を遮断する過電流保護回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の過電流保護回路を備えた直流電源装置としては、例えば図３に示すものが知られている。この直流電源装置１は、交流直流変換回路４（ＡＣ／ＤＣ回路４という）と、過電流保護回路５等で構成され、過電流保護回路５は、電流検出用抵抗Ｒ１、過電流比較器１０、過電流遅延回路１２、過電流遅延比較器１３、短絡比較器１６、アンド回路２６、オア回路１７、保持回路２５、解除スイッチ２２、開閉器を構成するコイル２０及び接点２１、直列接続された抵抗Ｒ５、Ｒ６からなる出力端子電圧監視回路１８及び保護ヒューズ２３等を備えている。
【０００３】
前記保持回路２５及び解除スイッチ２２は、図５に示すように、２つのＮＡＮＤ回路２７ａ、２７ｂと、３つの抵抗２８ａ〜２８ｃと、３つのコンデンサ２９ａ〜２９ｃ及びダイオード３０等によって構成されている。また、前記ＡＣ／ＤＣ回路４は、図６に示すように、例えばフルブリッジの整流回路４０、トランス４１、このトランス４１の二次側に接続された平滑回路４２、制御ＩＣ４３、スイッチング素子４４、トランス電流検出用抵抗４５、電圧検出回路４６、この電圧検出回路４６からの信号に基づいてＯＮ・ＯＦＦするトランジスタ４７等により、フの字保護機能を有する如く構成されている。
【０００４】
なお、平滑回路４２は、ダイオード４２ａ、チョークコイル４２ｂ、２つのコンデンサ４２ｃ等によって構成され、制御ＩＣ４３及びスイッチング素子４４により変換された矩形波電圧を整流平滑して直流電圧に変換する回路である。また、電圧検出回路４６は、トランス４１の二次側の直流電圧を検出し、これが所定の電圧となるようにトランジスタ４７のコレクタ・エミッタ間の電流を変化させて制御ＩＣ４３を介しスイッチング素子４４のＯＮ・ＯＦＦを制御すると共に、トランス４１二次側の電圧が異常に上昇した場合に、これを検出してＡＣ／ＤＣ変換動作を停止させる回路である。
【０００５】
そして、図３に示すように、この直流電源装置１によって、ＡＣ／ＤＣ回路４の端子Ｐ１、Ｐ２間に接続された交流商用電源２を該ＡＣ／ＤＣ回路４でＡＣ／ＤＣ変換し、例えばＤＣ１２Ｖの直流電源を端子Ｐ３、Ｐ４を介して防犯警報装置３に供給するようになっている。この防犯警報装置３は、図７に示すように、マイコン等からなる制御部５０を有し、この制御部５０の入力側には操作パネル等の操作器５１と電気錠５２及び侵入検知センサ５３等が接続され、制御部５０の出力側には防犯監視盤５４と、警報ランプ等からなる威嚇用ライト５５やコイルへの通電により警報を発するサイレン５６等からなる発報装置が接続されている。
【０００６】
このように構成された直流電源装置１の過電流保護回路５は、過電流に対する保護動作が、開閉器の開動作→フの字保護動作→ヒューズ２３の溶断という順番で行われるようになっており、これにより、先順の保護動作が何らかの原因によって動作しなかった場合に、後順の保護動作が動作、すなわち幾重にも保護動作が働いてその安全性を高めるようにしている。また、この直流電源装置１の過電流保護回路５は、各種の過電流に対して図４に示すように動作するようになっている。なお、図４に示すＶＲ１、Ｖ、ＶＯＤ、ＶＯＵＴ、ＶＴＨ、ＶＯＣＰ、ＶＤ等は図３の回路構成図における各ポイントの電圧を示している。
【０００７】
先ず、図４（ａ）に示すように、電流検出用抵抗Ｒ１により、過電流比較器１０の他方の入力端子に接続されたツェナーダイオード１１で設定された基準値ＶＯＣＰより僅かに大きな過電流（過電流１という）が検出された場合は、過電流遅延比較器１３の一方の入力端子に入力される遅延電圧ＶＯＤが、該比較器１３の他方の入力端子に接続されたツェナーダイオード１４で設定された基準値ＶＤになった際に、オア回路１７を介した保持回路２５の開信号によりトランジスタ１９がＯＮしてコイル２０に通電されて開閉器の接点２１が閉から開（常閉接点２１ａが開）となって出力を遮断し、この時の過電流応答時間Ｔ１は、例えば２秒程度に設定されている。
【０００８】
また、図４（ｂ）に示すように、電流検出用抵抗Ｒ１により、例えば過大負荷等で前記基準値ＶＯＣＰより遙かに大きな電流が流れる過電流（過電流２という）が検出された場合は、出力端子電圧監視回路１８で検出されたＶＯＢが、短絡比較器１６の他方の入力端子に接続されたツェナーダイオード３１で設定された基準値ＶＯを下回った際に、開閉器の接点２１を開として出力を遮断する。この時の応答時間Ｔ２は、１秒程度となる。
【０００９】
さらに、図４（ｃ）に示すように、電流検出用抵抗Ｒ１により、前記基準値ＶＯＣＰより遙かに大きな過電流が流れる短絡が検出された場合は、出力端子電圧監視回路１８で検出された電圧ＶＯＢが基準値ＶＯを下回った際に短絡比較器１６から遮断信号が出力されて、開閉器の接点２１が開となって出力を遮断する。この時の応答時間Ｔ３は、上記回路条件と同じ場合０．２秒程度となる。またさらに、負荷としての防犯警報装置３の威嚇ライト５５やサイレン５６の誘導負荷等に電源が供給される際の突入電流に対しては、図４（ｄ）に示すように動作して、電圧ＶＯＢが電圧ＶＯまで達しないので開閉器による遮断動作は実施されない。なお、直流電源装置の過電流保護回路に関する文献としては、例えば特許文献１がある。
【特許文献１】特開２００１−２９２５６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、このような直流電源装置１においては、負荷（防犯警報装置３）への突入電流による誤動作を防ぐために、過電流と判定する基準値ＶＯＣＰを定格出力電流よりも高い値に設定するか、応答時間を遅くする等の方法によって過電流保護を図っているが、基準値ＶＯＣＰを高く設定する方法では、定格を遙かに超える過大負荷が接続されたり短絡が生じた場合等にも大きな電流が流れ続けることになって、直流電源装置１への負担の増加や発熱が多くなって安全上好ましくない。このことは応答時間を遅くしても同様であり、逆に、応答時間を速くして感度を高めるようとする方法では、突入電流によって誤動作が発生し易くなると共に、開閉器の接点２１の振動現象（チャタリング)を防止するための前述した保持回路２５が必要となって、過電流保護回路５自体の部品点数やコストが増加し易くなるという問題点を有している。
【００１１】
すなわち、突入電流によって電圧が短時間にのみ低下した場合の誤動作防止策として短絡比較器１６が動作する電圧ＶＯを低く設定すると、特に容量性負荷の場合に定格出力１２Ｖに対して６Ｖ程度にまで低下する可能性があるため、短絡と判定する電圧は３Ｖから５Ｖ程度に設定しているのが一般的である。この設定の場合において、配線の途中で短絡が生じる、つまり配線の抵抗分が負荷になると、大きな電流が流れて短絡比較器１６が動作する値まで電圧が低下せず、また過電流保護回路５の応答時間に遅れを持たせているため、開閉器が遮断動作する前に、フの字保護機能が働いて出力電圧が低下することになる。これにより、直流電源装置１内部の図示しない制御回路の電源も同じＡＣ／ＤＣ回路４から供給されていることから、フの字保護機能が働いた場合に、これらの各回路も正常に動作できなくなってしまい、結局、電圧低下のために開閉器のコイル２０が励磁されず、接点２１も開放されなくなってしまう。
【００１２】
また、過電流保護回路５の優先順位が、前述したように、開閉器による出力遮断、フの字保護、保護ヒューズ２３の溶断とするのが一般的であり、例えば定格出力電流３Ａの直流電源装置１の場合、開閉器が動作する電流が３．５Ａ、フの字保護機能が動作する電流が５Ａ、ヒューズ２３が溶断する電流が５．５Ａと設定されている。したがって、開閉器のコイル２０が励磁されなくなって出力遮断動作ができなくなると、大きな電流が流れ続けることになり、また、フの字保護機能があくまでも一時的な保護動作であることから、これが動作した状態が長く続くと直流電源装置１自体も故障する原因となり易い。また、短絡と判定する電圧を或る程度高くしてかつ出力遮断するまでの応答時間を遅くすると、負荷の大きさに係わらず遮断時間が遅れてしまい、前述したようにフの字保護機能が働いて出力の遮断ができなくなる。さらに、フの字保護機能の動作開始付近の電流が出力された過大負荷の場合は、過電流保護機能の応答時間である間は大きな出力電流が流れ続けることになり、これも安全上好ましくない。また、フの字保護機能自体が完全に動作するまでの応答時間が、突入電流による誤動作防止のために短絡時でも０．４秒〜０．５秒程度と速くない。
【００１３】
また、過電流保護機能が動作した場合には出力遮断状態を保持する必要がある。これは、過電流検出→出力遮断→過電流状態解消→出力接続−再び過電流検出という動作により、開閉器の接点２１が振動現象を起こして接点２１が劣化するのと直流電源装置１が不安定な状態で長時間動作するのを防ぐためである。そして、この出力遮断状態を保持するために、図５に示すように多くの部品で構成された保持回路２５を設けているが、この保持回路２５の部品点数が多くなりコストが増大すると共に基板上の占有面積も増大することになって、設計の自由度の面でも好ましくない。
【００１４】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、突入電流に対する誤動作を防止しつつ、過大負荷や出力短絡時等の過電流を精度良く検出して出力を確実に遮断し得ると共に、回路の部品点数を削減してコスト安価に形成し得る直流電源装置の過電流保護回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
かかる目的を達成すべく、本発明のうち請求項１に記載の発明は、負荷への過電流を検出した際に出力を遮断する出力遮断機能を有する直流電源装置において、出力電圧監視手段を備え、短絡と判定して出力を遮断するための基準値を過電流検出時点から時間経過とともに変化させることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項２に記載の発明は、前記過電流を検出して出力を遮断するまでに所定の時間を設けることを特徴とし、請求項３に記載の発明は、前記過電流を検知もしくは短絡と判定して出力を遮断することによって、解除手段による解除信号が入力されるまで自己保持状態となることを特徴とする。さらに、請求項４に記載の発明は、前記負荷が、威嚇用ライト、サイレン等の発報装置を備えた防犯警報装置であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のうち請求項１に記載の発明によれば、出力電圧監視手段によって短絡と判定した際に、出力を遮断するための基準値を過電流検出時点から時間経過とともに変化させるため、容量性負荷や誘導性負荷による突入電流による誤動作を防止しつつ、短絡発生時等の過電流を精度良く検出して出力を確実に遮断することができると共に、回路の部品点数を削減してコスト安価に形成することができる。
【００１８】
また、請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、過電流を検出してから出力を遮断するまでに所定の時間を設けているため、突入電流による誤動作を一層確実に防止できて、短絡、過大負荷時等の過電流を一層精度良く検出することができる。
【００１９】
また、請求項３に記載の発明によれば、請求項１または２に記載の発明の効果に加え、過電流を検知もしくは短絡と判定して出力を遮断することによって、解除手段による解除信号が入力されるまで自己保持状態となるため、短絡発生等の出力遮断状態を確実に維持できて、直流電源装置の安全性の向上を図ることができる。
【００２０】
また、請求項４に記載の発明によれば、請求項１ないし３に記載の発明の効果に加え、負荷が威嚇用ライト、サイレン等の発報装置を備えた防犯警報装置であるため、無人状態で設置される誘導性負荷を有する防犯警報装置の電源装置として安定使用でき、高精度な監視状態を容易に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１及び図２は、本発明に係わる過電流保護回路を採用した直流電源装置の一実施形態を示し、図１がその回路構成図、図２がその動作の一例を示す波形図である。なお、図３に示す直流電源装置と同一部位には、同一符号を付して説明する。
【００２２】
図１に示すように、直流電源装置１は、交流商用電源２と負荷としての防犯警報装置３との間に接続され、ＡＣ／ＤＣ回路４と、このＡＣ／ＤＣ回路４の出力側に接続された過電流保護回路５を備えている。そして、過電流保護回路５は、過電流検出部６、判定部７、遮断部８及び出力電圧監視部９（出力電圧監視手段）等で構成されている。このうち、過電流検出部６は、ＡＣ／ＤＣ回路４の出力端子Ｐ６のＧＮＤラインに挿入された電流検出用抵抗Ｒ１と、この電流検出用抵抗Ｒ１で検出された電圧ＶＲ１とツェナーダイオード１１で設定された基準値ＶＯＣＰとを比較する過電流比較器１０を有し、検出電圧ＶＲ１が基準値ＶＯＣＰを超えた際に、過電流比較器１０の出力側から抵抗Ｒ２を介して所定矩形波の電圧Ｖを判定部７に出力するようになっている。
【００２３】
また、前記判定部７は、抵抗Ｒ３とコンデンサＣ３の積分回路からなる過電流遅延回路１２と、この過電流遅延回路１２の電圧ＶＯＤとツェナーダイオード１４によって設定された基準値ＶＤとを比較する過電流遅延比較器１３と、抵抗Ｒ４とコンデンサＣ４の積分回路からなる短絡基準電圧発生回路１５と、この短絡基準電圧発生回路１５で設定される基準値ＶＳＨと後述する出力端子電圧検出回路１８で検出された出力電圧ＶＯＢとを比較する短絡比較器１６と、オア回路１７等を有している。そして、この判定部７によって、過電流が通常の過電流（前記過電流１）であるか過大負荷による過電流（前記過電流２）であるかあるいは短絡による過電流であるか等を判定して、オア回路１７を介して遮断信号等の所定の信号を遮断部８に出力するようになっている。
【００２４】
さらに、前記遮断部８は、ベースがオア回路１７の出力側に接続されエミッタがアースされたトランジスタ１９と、このトランジスタ１９のコレクタに接続されたコイル２０と、常閉接点２１ａと常開接点２１ｂからなる接点２１等を有し、トランジスタ１９がオンした際に、コイル２０に電流が流れて励磁され、接点２１が常閉接点２１ａ側から常開接点２１ｂ側に切り替わるようになっている。また、前記出力電圧監視部９は、出力端子Ｐ３、Ｐ４間に接続された抵抗Ｒ５、Ｒ６からなる出力端子電圧監視回路１８と、抵抗Ｒ５と抵抗Ｒ６の接続点と短絡基準電圧発生回路１５の入力側との間に接続された抵抗Ｒ７等を有している。そして、この出力電圧監視部９は、抵抗Ｒ５と抵抗Ｒ６により出力電圧ＶＯＢを検出して、判定部７の短絡比較器１６の一方の入力端子に出力すると共に、抵抗Ｒ７を介して短絡基準電圧発生回路１５に出力するようになっている。なお、抵抗Ｒ７は、短絡比較器１６における解除動作を確実に行うためのものである。
【００２５】
そして、本発明の過電流保護回路５は、判定部７の短絡基準電圧発生回路１５の入力側とアース間に解除スイッチ２２（解除手段）が接続されると共に、接点２１の常開接点２１ｂと短絡比較器１６の一方の入力側との間に前記抵抗Ｒ７が接続されている。この抵抗Ｒ７は、出力端子電圧監視回路１８の抵抗Ｒ５より充分大きな抵抗値に設定されている。なお、前記出力端子電圧監視回路１８は、直列接続された２つに抵抗Ｒ５、Ｒ６の両端をヒューズ２３等を介して出力端子Ｐ３、Ｐ４間に接続することによって構成され、両抵抗Ｒ５、Ｒ６の接続点が判定部７の短絡比較器１６の一方の入力端子に接続されている。また、前記ＡＣ／ＤＣ回路４は、図６と同様に構成されるが、これは一例であって他の適宜構成のＡＣ／ＤＣ回路を使用することも勿論可能である。
【００２６】
つまり、本発明に係わる過電流保護回路５と、図３に示す従来の過電流保護回路５との構成上の主な相違点は、判定部７において、従来のアンド回路２６を省略し、短絡基準電圧発生回路１５を設けると共に、抵抗Ｒ７と解除スイッチ２２を所定位置に接続することにより従来の保持回路２５と不要とし、かつ、遮断部８の接点２１を２接点方式として常開接点２１ｂを過電流遅延回路１２の入力側に接続した点にある。これにより、自己保持回路を構成してリレーのチャタリングを防ぐ構成とされている。
【００２７】
次に、このように構成された過電流保護回路５の動作の一例を、図２に示す波形図と関連付けて説明する。なお、図２に示す波形図は、フの字保護機能の動作点を５Ａ、定格出力電流を３Ａとし、図の各部の電流をＶＡ＝２Ａ、ＶＢ＝３．５Ａ、ＶＣ＝４Ａ、ＶＤ＝４．９Ａ、ＶＥ＝１０Ａ、ＶＦ＝７Ａ、ＶＧ＝２．８Ａ相当にした場合の例である。先ず、この過電流保護回路５における通常の過電流１を検出する仕組みは、ＧＮＤラインの電流検出用抵抗Ｒ１で検出された電圧ＶＲ１が過電流比較器１０により基準値ＶＯＣＰと比較され、この電圧ＶＲ１が基準値ＶＯＣＰを超えた場合に過電流と判定されて、過電流比較器１０からハイレベルの電圧Ｖが出力される。
【００２８】
この時、例えば電流検出用抵抗Ｒ１の抵抗値が０．１Ωの場合で３Ａの電流が流れたとすると、０．１×３＝０．３Ｖの電圧Ｖが生じ、この電圧Ｖが例えば基準値ＶＯＣＰ＝０．３５Ｖと比較され、３．５Ａの電流が流れた場合に過電流と判定されることになる。なお、過電流比較器１０で過電流と判定されない状態においては、該過電流比較器１０からローレベルの電圧Ｖが出力されている。また、電流検出用抵抗Ｒ１の抵抗値は小さい方が損失を小さくできるが、発生する電圧も小さくなるので過電流比較器１０での比較がし難くなることから、例えば図１の二点鎖線で示すように、増幅器２４を用いて比較動作を容易にできるように構成することもできる。
【００２９】
過電流が検出されて過電流比較器１０からハイレベルの電圧Ｖが出力されると、この電圧Ｖが過電流遅延回路１２で抵抗Ｒ３とコンデンサＣ３の時定数によって充電され、電圧ＶＯＤとなって過電流遅延比較器１３に入力されて比較され、電圧ＶＯＤが基準値ＶＤに達した時に過電流遅延比較器１３からオア回路１７に所定の信号（遮断信号）が出力される。この信号により、オア回路１７から遮断部８のコイル２０を励磁する信号、つまりトランジスタ１９をオンさせる信号が出力される。なお、オア回路１７は、判定部７によって過電流もしくは後述する短絡のどちらに判定されても、遮断部８が動作して出力を遮断できるようにするための回路である。
【００３０】
そして、トランジスタ１９がオンすると、コイル２０が励磁されて接点２１が常閉接点２１ａ側から常開接点２１ｂ側に切り替わり、端子Ｐ５、Ｐ３間が切断された状態となって、出力が遮断されることになる。また、常閉接点２１ｂが過電流遅延回路１２及び短絡基準電圧発生回路１５に接続されていることから、遮断部８によって出力が遮断された際に、電圧Ｖが強制的に電圧ＶＤＣに設定、すなわち過電流遅延比較器１３への入力電圧ＶＯＤが基準値ＶＤよりも強制的に高くなるようになっている。なお、基準値ＶＤは電圧ＶＤＣより充分低い値に設定されている。
【００３１】
以上の動作を示したのが図２（ａ）の波形図であり、時刻ｔ１で過電流が検出されると、過電流遅延比較器１３の一方の入端子に入力される電圧ＶＯＤが時間とともに徐々に上昇して、基準値ＶＤを超えた時刻ｔ３で、過電流遅延比較器１３からオア回路１７に遮断信号が出力されて、遮断部８が開となり出力が遮断されて出力電圧ＶＯＵＴ及びＶＲ１が「０」、つまり応答時間Ｔ１（例えば２秒）で出力が遮断されることになる。またこの時、短絡と判定される出力電圧ＶＴＨは、時間とともに徐々に上昇して時刻ｔ２で飽和した状態となるものの、出力電圧ＶＯＵＴを上回ることがなく、短絡比較器１６から遮断信号がオア回路１７に出力されることはない。
【００３２】
また、端子Ｐ３、Ｐ４間に接続される防犯警報装置３の接続ミス等により定格より大きな負荷（過大負荷）が接続された場合には、図２（ｂ）に示すように、短絡と判定される出力電圧ＶＴＨが過電流発生時ｔ１から時間とともに上昇していき、フの字保護機能が働くことにより低下しつつある出力電圧ＶＯＵＴを時刻ｔ２で上回ることになり、この時点で短絡比較器１６から遮断信号がオア回路１７に出力され、該オア回路１７によって遮断部８を遮断動作させる。これにより、前述した過電流応答時間Ｔ１よりも速く、またフの字保護機能が完全に動作する応答時間よりも速い応答時間Ｔ２（例えば０．５秒）で出力が遮断されることになる。
【００３３】
一方、端子Ｐ３、Ｐ４間に接続される防犯警報装置３の接続配線ミス等により端子Ｐ３、Ｐ４間が短絡状態の場合には、図２（ｃ）に示すように、時刻ｔ１で過電流が検出されると、過電流比較器１０から出力された電圧Ｖが短絡基準電圧発生回路１５で抵抗Ｒ４とコンデンサＣ４の時定数によって充電される。そして、この充電された電圧ＶＳＨが時間とともに上昇していき、これが短絡比較器１５の基準値ＶＳＨとして該比較器１５の他方の入力端子に入力され、一方の入力端子に入力される出力電圧ＶＯＵＴを抵抗Ｒ５とＲ６で分圧した電圧ＶＯＢと比較される。
【００３４】
ここで、短絡と判定される出力電圧ＶＴＨは、ＶＴＨ＝ＶＳＨ／Ｒ６（Ｒ５＋Ｒ６）で算出され、ＶＳＨが時間とともに上昇することから、短絡と判定される出力電圧ＶＴＨも時間とともに上昇することになる。そして、短絡比較器１６において、出力電圧ＶＯＵＴをＲ５とＲ６で分圧した出力電圧ＶＯＢが短絡基準電圧ＶＳＨに達するまで低下した際に、短絡比較器１６からオア回路１７に遮断信号が出力され、オア回路１７を介して遮断部８が遮断動作、すなわち応答時間Ｔ３（例えば０．０５秒）で出力が遮断されることになる。
【００３５】
また、遮断部８により出力が遮断された時には、短絡基準電圧発生回路１５の入力電圧Ｖが強制的に電圧ＶＤＣとなるため、基準値ＶＳＨは上昇し続け、短絡比較器１６の入力電圧ＶＯＢが略０Ｖとなって電圧ＶＳＨよりも低い状態となるので、短絡検出動作による出力遮断時においても、自己保持されるようになっている。なお、出力が遮断された場合には、基準値ＶＳＨは最終的に電圧ＶＤＣ付近まで充電されることから、定常時のＶＯＵＴをＲ５とＲ６によって分圧された電圧ＶＯＢは電圧ＶＤＣよりも充分に低い値となるようにＲ５とＲ６が設定されている。また、短絡基準電圧発生回路１５の時定数は、過電流遅延回路１２の時定数よりも充分小さく設定されている。
【００３６】
また、前記保持状態の解除は、解除スイッチ２２をオン操作することにより、短絡比較器１６の基準値ＶＳＨが「０」となり、短絡比較器１６の出力が反転してオア回路１７から非遮断信号が出力されることにより行われる。また、電圧ＶＯＤも「０」となり、過電流遅延比較器１３からも同様に非遮断信号が出力される。このオア回路１７からの信号により、トランジスタ１９がオフとなってコイル２０への通電が遮断されて、接点２１が常開接点２１ｂ側から常閉接点２１ａ側に復帰して、元の状態に戻ることになる。
【００３７】
なお、突入電流については、図２（ｄ）に示すように、時刻ｔ１で基準値ＶＯＣＰを超えても、これが時間とともに徐々に低下して時刻ｔ２で基準値ＶＯＣＰを下回ると共に、この時刻ｔ１〜時刻ｔ２間において、過電流遅延比較器１３の入力電圧ＶＯＤが基準値ＶＤＣを上回ったり、短絡比較器１６において出力電圧ＶＯＢが基準値ＶＳＨを上回ることもない。これにより、両比較器１３、１６からオア回路１７に遮断信号が出力されることがなく、遮断部８は閉状態が維持されることになる。つまり、前記過電流保護回路５の場合、過電流が検知されると、過電流遅延回路１２を介し遮断信号が２秒遅延されてオア回路１７に入力されると共に、短絡基準発生回路１５の基準電圧ＶＳＨの上昇が開始され、この基準電圧ＶＳＨより出力電圧ＶＯＢが低下した際に遮断信号がオア回路１７に入力されるとこになる。
【００３８】
このように上記実施形態の過電流保護回路５にあっては、判定部７により短絡と判定した際に、遮断部８を動作させて出力を遮断するための基準値ＶＳＨを、過電流検出時点から時間経過とともに変化させるため、負荷による突入電流による誤動作を防止しつつ、短絡発生等の過電流を精度良く検出して出力を確実に遮断することができる。特に、判定部７が過電流を検出してから出力を遮断するまでに所定の時間を設けているため、突入電流による誤動作を一層確実に防止できて、例えば威嚇ライト５５やサイレン５６のように誘導性負荷が接続される場合、或いは容量性負荷が接続される場合であっても、該負荷による比較的大きな突入電流でも、出力を遮断してしまう等の誤動作を確実に防止することができる。
【００３９】
また、判定部７が過電流を検出したり短絡と判定して出力を遮断した際に、解除スイッチ２２による解除信号が入力されるまで判定部７が自己保持状態を維持するため、過電流や短絡を検出した際の出力遮断状態を確実に維持できると共に、出力短絡時や過大負荷時において、通常のフの字保護機能が働く応答時間よりも速く出力を遮断することができて、過大負荷や短絡時の過電流を高精度に検出して出力を遮断でき、直流電源装置１の安全性の向上を図ることができる。
【００４０】
さらに、判定部７のオア回路１７から遮断信号が出力された際に遮断部８が動作し、それ以外はオア回路１７から非遮断信号が出力されるため、遮断状態を維持するために従来のような多数の部品を有する保持回路２５が不要となり、過電流保護回路５の部品点数を大幅に削減してコスト安価に形成したり、各回路を１枚の基板上に効率的に構築することができる。
【００４１】
またさらに、過電流保護回路５の判定部７が自己保持機能を有するため、過電流発生時に判定部７により遮断部８を確実に遮断させてその状態を安定維持することができ、遮断部８の接点２１のチャタリング等を防止して該接点２１の劣化等を防ぐことができる。また、過電流応答時間と短絡応答時間（基準値）をそれぞれ独立して設定できるため、出力電圧や出力電流の大きさ、ＡＣ／ＤＣ回路４のフの字応答時間に応じて最適な基準値を容易に設定でき、直流電源装置１の設計上の自由度を高めることができる。また、回路構成の変更と基準値を予め設定することにより対応できるため、ＣＰＵ等のソフトウェアによる制御を変更することなく対応でき、基準値の変更等も各ツェナーダイオードの設定や交換により簡単に対応できて、設置の作業性やメンテナンス性を向上させることも可能となる。
【００４２】
さらにまた、出力電流（負荷）の大きさに応じた最適な出力遮断動作を得ることができて、直流電源装置１自体とそれに接続される防犯警報装置３を確実に保護することができ、無人状態で設置され威嚇用ライト５５、サイレン５６等の誘導性負荷の発報装置を備えた防犯警報装置３の電源装置として好適に使用して、長期に亘り高精度な防犯監視状態に得ること等が可能となる。
【００４３】
なお、上記実施形態においては、過電流保護回路５を過電流検出部６、判定部７、遮断部８及び出力電圧監視部９に分けて説明したが、これらは説明の便宜上であって、例えば判定部７の過電流遅延回路１２を過電流検出部６に設けることもできるし、各部６〜９の全部もしくは一部を１枚の基板上に構築することも勿論可能であり、要は、過電流検出部６、判定部７、遮断部８及び出力電圧監視部９と同等の機能を有する回路を備えれば良い。また、上記実施形態における、各回路の構成等も一例であって、同等の機能が得られる他の回路構成を採用する等、本発明の各発明に係わる要旨を逸脱しない範囲において適宜に変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、負荷としての防犯警報装置への適用に限らず、例えばカメラ用の電源装置等直流電源を使用する全ての負荷（装置）にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に係わる過電流保護回路を採用した直流電源装置の一実施形態の回路構成図
【図２】同その動作を示す波形図
【図３】従来の直流電源装置の回路構成図
【図４】同その動作を示す波形図
【図５】同その保持回路の回路図
【図６】一般的なＡＣ／ＤＣ回路の構成図
【図７】一般的な防犯警報装置の構成図
【符号の説明】
【００４６】
１・・・直流電源装置、２・・・交流商用電源、３・・・防犯警報装置、４・・・ＡＣ／ＤＣ回路、５・・・過電流保護回路、６・・・過電流検出部、７・・・判定部、８・・・遮断部、９・・・出力電圧監視部、１０・・・過電流比較器、１２・・・過電流遅延回路、１３・・・過電流遅延比較器、１５・・・短絡基準電圧発生回路、１６・・・短絡比較器、１７・・・オア回路、１８・・・出力端子電圧監視回路、１９・・・トランジスタ、２０・・・コイル、２１・・・接点、２１ａ・・・常閉接点、２１ｂ・・・常開接点、２２・・・解除スイッチ、５０・・・制御部、５５・・・威嚇用ライト、５６・・・サイレン、Ｒ１・・・電流検出用抵抗。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば防犯警報装置等の電源として好適に使用される直流電源装置に係わり、特に配線工事ミス等による短絡や定格出力電流を超えた過大負荷が接続される等して過電流が流れた場合に、これを検出して電源供給を遮断する過電流保護回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の過電流保護回路を備えた直流電源装置としては、例えば図３に示すものが知られている。この直流電源装置１は、交流直流変換回路４（ＡＣ／ＤＣ回路４という）と、過電流保護回路５等で構成され、過電流保護回路５は、電流検出用抵抗Ｒ１、過電流比較器１０、過電流遅延回路１２、過電流遅延比較器１３、短絡比較器１６、アンド回路２６、オア回路１７、保持回路２５、解除スイッチ２２、開閉器を構成するコイル２０及び接点２１、直列接続された抵抗Ｒ５、Ｒ６からなる出力端子電圧監視回路１８及び保護ヒューズ２３等を備えている。
【０００３】
前記保持回路２５及び解除スイッチ２２は、図５に示すように、２つのＮＡＮＤ回路２７ａ、２７ｂと、３つの抵抗２８ａ〜２８ｃと、３つのコンデンサ２９ａ〜２９ｃ及びダイオード３０等によって構成されている。また、前記ＡＣ／ＤＣ回路４は、図６に示すように、例えばフルブリッジの整流回路４０、トランス４１、このトランス４１の二次側に接続された平滑回路４２、制御ＩＣ４３、スイッチング素子４４、トランス電流検出用抵抗４５、電圧検出回路４６、この電圧検出回路４６からの信号に基づいてＯＮ・ＯＦＦするトランジスタ４７等により、フの字保護機能を有する如く構成されている。
【０００４】
なお、平滑回路４２は、ダイオード４２ａ、チョークコイル４２ｂ、２つのコンデンサ４２ｃ等によって構成され、制御ＩＣ４３及びスイッチング素子４４により変換された矩形波電圧を整流平滑して直流電圧に変換する回路である。また、電圧検出回路４６は、トランス４１の二次側の直流電圧を検出し、これが所定の電圧となるようにトランジスタ４７のコレクタ・エミッタ間の電流を変化させて制御ＩＣ４３を介しスイッチング素子４４のＯＮ・ＯＦＦを制御すると共に、トランス４１二次側の電圧が異常に上昇した場合に、これを検出してＡＣ／ＤＣ変換動作を停止させる回路である。
【０００５】
そして、図３に示すように、この直流電源装置１によって、ＡＣ／ＤＣ回路４の端子Ｐ１、Ｐ２間に接続された交流商用電源２を該ＡＣ／ＤＣ回路４でＡＣ／ＤＣ変換し、例えばＤＣ１２Ｖの直流電源を端子Ｐ３、Ｐ４を介して防犯警報装置３に供給するようになっている。この防犯警報装置３は、図７に示すように、マイコン等からなる制御部５０を有し、この制御部５０の入力側には操作パネル等の操作器５１と電気錠５２及び侵入検知センサ５３等が接続され、制御部５０の出力側には防犯監視盤５４と、警報ランプ等からなる威嚇用ライト５５やコイルへの通電により警報を発するサイレン５６等からなる発報装置が接続されている。
【０００６】
このように構成された直流電源装置１の過電流保護回路５は、過電流に対する保護動作が、開閉器の開動作→フの字保護動作→ヒューズ２３の溶断という順番で行われるようになっており、これにより、先順の保護動作が何らかの原因によって動作しなかった場合に、後順の保護動作が動作、すなわち幾重にも保護動作が働いてその安全性を高めるようにしている。また、この直流電源装置１の過電流保護回路５は、各種の過電流に対して図４に示すように動作するようになっている。なお、図４に示すＶＲ１、Ｖ、ＶＯＤ、ＶＯＵＴ、ＶＴＨ、ＶＯＣＰ、ＶＤ等は図３の回路構成図における各ポイントの電圧を示している。
【０００７】
先ず、図４（ａ）に示すように、電流検出用抵抗Ｒ１により、過電流比較器１０の他方の入力端子に接続されたツェナーダイオード１１で設定された基準値ＶＯＣＰより僅かに大きな過電流（過電流１という）が検出された場合は、過電流遅延比較器１３の一方の入力端子に入力される遅延電圧ＶＯＤが、該比較器１３の他方の入力端子に接続されたツェナーダイオード１４で設定された基準値ＶＤになった際に、オア回路１７を介した保持回路２５の開信号によりトランジスタ１９がＯＮしてコイル２０に通電されて開閉器の接点２１が閉から開（常閉接点２１ａが開）となって出力を遮断し、この時の過電流応答時間Ｔ１は、例えば２秒程度に設定されている。
【０００８】
また、図４（ｂ）に示すように、電流検出用抵抗Ｒ１により、例えば過大負荷等で前記基準値ＶＯＣＰより遙かに大きな電流が流れる過電流（過電流２という）が検出された場合は、出力端子電圧監視回路１８で検出されたＶＯＢが、短絡比較器１６の他方の入力端子に接続されたツェナーダイオード３１で設定された基準値ＶＯを下回った際に、開閉器の接点２１を開として出力を遮断する。この時の応答時間Ｔ２は、１秒程度となる。
【０００９】
さらに、図４（ｃ）に示すように、電流検出用抵抗Ｒ１により、前記基準値ＶＯＣＰより遙かに大きな過電流が流れる短絡が検出された場合は、出力端子電圧監視回路１８で検出された電圧ＶＯＢが基準値ＶＯを下回った際に短絡比較器１６から遮断信号が出力されて、開閉器の接点２１が開となって出力を遮断する。この時の応答時間Ｔ３は、上記回路条件と同じ場合０．２秒程度となる。またさらに、負荷としての防犯警報装置３の威嚇ライト５５やサイレン５６の誘導負荷等に電源が供給される際の突入電流に対しては、図４（ｄ）に示すように動作して、電圧ＶＯＢが電圧ＶＯまで達しないので開閉器による遮断動作は実施されない。なお、直流電源装置の過電流保護回路に関する文献としては、例えば特許文献１がある。
【特許文献１】特開２００１−２９２５６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、このような直流電源装置１においては、負荷（防犯警報装置３）への突入電流による誤動作を防ぐために、過電流と判定する基準値ＶＯＣＰを定格出力電流よりも高い値に設定するか、応答時間を遅くする等の方法によって過電流保護を図っているが、基準値ＶＯＣＰを高く設定する方法では、定格を遙かに超える過大負荷が接続されたり短絡が生じた場合等にも大きな電流が流れ続けることになって、直流電源装置１への負担の増加や発熱が多くなって安全上好ましくない。このことは応答時間を遅くしても同様であり、逆に、応答時間を速くして感度を高めるようとする方法では、突入電流によって誤動作が発生し易くなると共に、開閉器の接点２１の振動現象（チャタリング)を防止するための前述した保持回路２５が必要となって、過電流保護回路５自体の部品点数やコストが増加し易くなるという問題点を有している。
【００１１】
すなわち、突入電流によって電圧が短時間にのみ低下した場合の誤動作防止策として短絡比較器１６が動作する電圧ＶＯを低く設定すると、特に容量性負荷の場合に定格出力１２Ｖに対して６Ｖ程度にまで低下する可能性があるため、短絡と判定する電圧は３Ｖから５Ｖ程度に設定しているのが一般的である。この設定の場合において、配線の途中で短絡が生じる、つまり配線の抵抗分が負荷になると、大きな電流が流れて短絡比較器１６が動作する値まで電圧が低下せず、また過電流保護回路５の応答時間に遅れを持たせているため、開閉器が遮断動作する前に、フの字保護機能が働いて出力電圧が低下することになる。これにより、直流電源装置１内部の図示しない制御回路の電源も同じＡＣ／ＤＣ回路４から供給されていることから、フの字保護機能が働いた場合に、これらの各回路も正常に動作できなくなってしまい、結局、電圧低下のために開閉器のコイル２０が励磁されず、接点２１も開放されなくなってしまう。
【００１２】
また、過電流保護回路５の優先順位が、前述したように、開閉器による出力遮断、フの字保護、保護ヒューズ２３の溶断とするのが一般的であり、例えば定格出力電流３Ａの直流電源装置１の場合、開閉器が動作する電流が３．５Ａ、フの字保護機能が動作する電流が５Ａ、ヒューズ２３が溶断する電流が５．５Ａと設定されている。したがって、開閉器のコイル２０が励磁されなくなって出力遮断動作ができなくなると、大きな電流が流れ続けることになり、また、フの字保護機能があくまでも一時的な保護動作であることから、これが動作した状態が長く続くと直流電源装置１自体も故障する原因となり易い。また、短絡と判定する電圧を或る程度高くしてかつ出力遮断するまでの応答時間を遅くすると、負荷の大きさに係わらず遮断時間が遅れてしまい、前述したようにフの字保護機能が働いて出力の遮断ができなくなる。さらに、フの字保護機能の動作開始付近の電流が出力された過大負荷の場合は、過電流保護機能の応答時間である間は大きな出力電流が流れ続けることになり、これも安全上好ましくない。また、フの字保護機能自体が完全に動作するまでの応答時間が、突入電流による誤動作防止のために短絡時でも０．４秒〜０．５秒程度と速くない。
【００１３】
また、過電流保護機能が動作した場合には出力遮断状態を保持する必要がある。これは、過電流検出→出力遮断→過電流状態解消→出力接続−再び過電流検出という動作により、開閉器の接点２１が振動現象を起こして接点２１が劣化するのと直流電源装置１が不安定な状態で長時間動作するのを防ぐためである。そして、この出力遮断状態を保持するために、図５に示すように多くの部品で構成された保持回路２５を設けているが、この保持回路２５の部品点数が多くなりコストが増大すると共に基板上の占有面積も増大することになって、設計の自由度の面でも好ましくない。
【００１４】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、突入電流に対する誤動作を防止しつつ、過大負荷や出力短絡時等の過電流を精度良く検出して出力を確実に遮断し得ると共に、回路の部品点数を削減してコスト安価に形成し得る直流電源装置の過電流保護回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
かかる目的を達成すべく、本発明のうち請求項１に記載の発明は、負荷への過電流を検出した際に出力を遮断する出力遮断機能を有する直流電源装置において、出力電圧監視手段を備え、短絡と判定して出力を遮断するための基準値を過電流検出時点から時間経過とともに変化させることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項２に記載の発明は、前記過電流を検出して出力を遮断するまでに所定の時間を設けることを特徴とし、請求項３に記載の発明は、前記過電流を検知もしくは短絡と判定して出力を遮断することによって、解除手段による解除信号が入力されるまで自己保持状態となることを特徴とする。さらに、請求項４に記載の発明は、前記負荷が、威嚇用ライト、サイレン等の発報装置を備えた防犯警報装置であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のうち請求項１に記載の発明によれば、出力電圧監視手段によって短絡と判定した際に、出力を遮断するための基準値を過電流検出時点から時間経過とともに変化させるため、容量性負荷や誘導性負荷による突入電流による誤動作を防止しつつ、短絡発生時等の過電流を精度良く検出して出力を確実に遮断することができると共に、回路の部品点数を削減してコスト安価に形成することができる。
【００１８】
また、請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、過電流を検出してから出力を遮断するまでに所定の時間を設けているため、突入電流による誤動作を一層確実に防止できて、短絡、過大負荷時等の過電流を一層精度良く検出することができる。
【００１９】
また、請求項３に記載の発明によれば、請求項１または２に記載の発明の効果に加え、過電流を検知もしくは短絡と判定して出力を遮断することによって、解除手段による解除信号が入力されるまで自己保持状態となるため、短絡発生等の出力遮断状態を確実に維持できて、直流電源装置の安全性の向上を図ることができる。
【００２０】
また、請求項４に記載の発明によれば、請求項１ないし３に記載の発明の効果に加え、負荷が威嚇用ライト、サイレン等の発報装置を備えた防犯警報装置であるため、無人状態で設置される誘導性負荷を有する防犯警報装置の電源装置として安定使用でき、高精度な監視状態を容易に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１及び図２は、本発明に係わる過電流保護回路を採用した直流電源装置の一実施形態を示し、図１がその回路構成図、図２がその動作の一例を示す波形図である。なお、図３に示す直流電源装置と同一部位には、同一符号を付して説明する。
【００２２】
図１に示すように、直流電源装置１は、交流商用電源２と負荷としての防犯警報装置３との間に接続され、ＡＣ／ＤＣ回路４と、このＡＣ／ＤＣ回路４の出力側に接続された過電流保護回路５を備えている。そして、過電流保護回路５は、過電流検出部６、判定部７、遮断部８及び出力電圧監視部９（出力電圧監視手段）等で構成されている。このうち、過電流検出部６は、ＡＣ／ＤＣ回路４の出力端子Ｐ６のＧＮＤラインに挿入された電流検出用抵抗Ｒ１と、この電流検出用抵抗Ｒ１で検出された電圧ＶＲ１とツェナーダイオード１１で設定された基準値ＶＯＣＰとを比較する過電流比較器１０を有し、検出電圧ＶＲ１が基準値ＶＯＣＰを超えた際に、過電流比較器１０の出力側から抵抗Ｒ２を介して所定矩形波の電圧Ｖを判定部７に出力するようになっている。
【００２３】
また、前記判定部７は、抵抗Ｒ３とコンデンサＣ３の積分回路からなる過電流遅延回路１２と、この過電流遅延回路１２の電圧ＶＯＤとツェナーダイオード１４によって設定された基準値ＶＤとを比較する過電流遅延比較器１３と、抵抗Ｒ４とコンデンサＣ４の積分回路からなる短絡基準電圧発生回路１５と、この短絡基準電圧発生回路１５で設定される基準値ＶＳＨと後述する出力端子電圧検出回路１８で検出された出力電圧ＶＯＢとを比較する短絡比較器１６と、オア回路１７等を有している。そして、この判定部７によって、過電流が通常の過電流（前記過電流１）であるか過大負荷による過電流（前記過電流２）であるかあるいは短絡による過電流であるか等を判定して、オア回路１７を介して遮断信号等の所定の信号を遮断部８に出力するようになっている。
【００２４】
さらに、前記遮断部８は、ベースがオア回路１７の出力側に接続されエミッタがアースされたトランジスタ１９と、このトランジスタ１９のコレクタに接続されたコイル２０と、常閉接点２１ａと常開接点２１ｂからなる接点２１等を有し、トランジスタ１９がオンした際に、コイル２０に電流が流れて励磁され、接点２１が常閉接点２１ａ側から常開接点２１ｂ側に切り替わるようになっている。また、前記出力電圧監視部９は、出力端子Ｐ３、Ｐ４間に接続された抵抗Ｒ５、Ｒ６からなる出力端子電圧監視回路１８と、抵抗Ｒ５と抵抗Ｒ６の接続点と短絡基準電圧発生回路１５の入力側との間に接続された抵抗Ｒ７等を有している。そして、この出力電圧監視部９は、抵抗Ｒ５と抵抗Ｒ６により出力電圧ＶＯＢを検出して、判定部７の短絡比較器１６の一方の入力端子に出力すると共に、抵抗Ｒ７を介して短絡基準電圧発生回路１５に出力するようになっている。なお、抵抗Ｒ７は、短絡比較器１６における解除動作を確実に行うためのものである。
【００２５】
そして、本発明の過電流保護回路５は、判定部７の短絡基準電圧発生回路１５の入力側とアース間に解除スイッチ２２（解除手段）が接続されると共に、接点２１の常開接点２１ｂと短絡比較器１６の一方の入力側との間に前記抵抗Ｒ７が接続されている。この抵抗Ｒ７は、出力端子電圧監視回路１８の抵抗Ｒ５より充分大きな抵抗値に設定されている。なお、前記出力端子電圧監視回路１８は、直列接続された２つに抵抗Ｒ５、Ｒ６の両端をヒューズ２３等を介して出力端子Ｐ３、Ｐ４間に接続することによって構成され、両抵抗Ｒ５、Ｒ６の接続点が判定部７の短絡比較器１６の一方の入力端子に接続されている。また、前記ＡＣ／ＤＣ回路４は、図６と同様に構成されるが、これは一例であって他の適宜構成のＡＣ／ＤＣ回路を使用することも勿論可能である。
【００２６】
つまり、本発明に係わる過電流保護回路５と、図３に示す従来の過電流保護回路５との構成上の主な相違点は、判定部７において、従来のアンド回路２６を省略し、短絡基準電圧発生回路１５を設けると共に、抵抗Ｒ７と解除スイッチ２２を所定位置に接続することにより従来の保持回路２５と不要とし、かつ、遮断部８の接点２１を２接点方式として常開接点２１ｂを過電流遅延回路１２の入力側に接続した点にある。これにより、自己保持回路を構成してリレーのチャタリングを防ぐ構成とされている。
【００２７】
次に、このように構成された過電流保護回路５の動作の一例を、図２に示す波形図と関連付けて説明する。なお、図２に示す波形図は、フの字保護機能の動作点を５Ａ、定格出力電流を３Ａとし、図の各部の電流をＶＡ＝２Ａ、ＶＢ＝３．５Ａ、ＶＣ＝４Ａ、ＶＤ＝４．９Ａ、ＶＥ＝１０Ａ、ＶＦ＝７Ａ、ＶＧ＝２．８Ａ相当にした場合の例である。先ず、この過電流保護回路５における通常の過電流１を検出する仕組みは、ＧＮＤラインの電流検出用抵抗Ｒ１で検出された電圧ＶＲ１が過電流比較器１０により基準値ＶＯＣＰと比較され、この電圧ＶＲ１が基準値ＶＯＣＰを超えた場合に過電流と判定されて、過電流比較器１０からハイレベルの電圧Ｖが出力される。
【００２８】
この時、例えば電流検出用抵抗Ｒ１の抵抗値が０．１Ωの場合で３Ａの電流が流れたとすると、０．１×３＝０．３Ｖの電圧Ｖが生じ、この電圧Ｖが例えば基準値ＶＯＣＰ＝０．３５Ｖと比較され、３．５Ａの電流が流れた場合に過電流と判定されることになる。なお、過電流比較器１０で過電流と判定されない状態においては、該過電流比較器１０からローレベルの電圧Ｖが出力されている。また、電流検出用抵抗Ｒ１の抵抗値は小さい方が損失を小さくできるが、発生する電圧も小さくなるので過電流比較器１０での比較がし難くなることから、例えば図１の二点鎖線で示すように、増幅器２４を用いて比較動作を容易にできるように構成することもできる。
【００２９】
過電流が検出されて過電流比較器１０からハイレベルの電圧Ｖが出力されると、この電圧Ｖが過電流遅延回路１２で抵抗Ｒ３とコンデンサＣ３の時定数によって充電され、電圧ＶＯＤとなって過電流遅延比較器１３に入力されて比較され、電圧ＶＯＤが基準値ＶＤに達した時に過電流遅延比較器１３からオア回路１７に所定の信号（遮断信号）が出力される。この信号により、オア回路１７から遮断部８のコイル２０を励磁する信号、つまりトランジスタ１９をオンさせる信号が出力される。なお、オア回路１７は、判定部７によって過電流もしくは後述する短絡のどちらに判定されても、遮断部８が動作して出力を遮断できるようにするための回路である。
【００３０】
そして、トランジスタ１９がオンすると、コイル２０が励磁されて接点２１が常閉接点２１ａ側から常開接点２１ｂ側に切り替わり、端子Ｐ５、Ｐ３間が切断された状態となって、出力が遮断されることになる。また、常閉接点２１ｂが過電流遅延回路１２及び短絡基準電圧発生回路１５に接続されていることから、遮断部８によって出力が遮断された際に、電圧Ｖが強制的に電圧ＶＤＣに設定、すなわち過電流遅延比較器１３への入力電圧ＶＯＤが基準値ＶＤよりも強制的に高くなるようになっている。なお、基準値ＶＤは電圧ＶＤＣより充分低い値に設定されている。
【００３１】
以上の動作を示したのが図２（ａ）の波形図であり、時刻ｔ１で過電流が検出されると、過電流遅延比較器１３の一方の入端子に入力される電圧ＶＯＤが時間とともに徐々に上昇して、基準値ＶＤを超えた時刻ｔ３で、過電流遅延比較器１３からオア回路１７に遮断信号が出力されて、遮断部８が開となり出力が遮断されて出力電圧ＶＯＵＴ及びＶＲ１が「０」、つまり応答時間Ｔ１（例えば２秒）で出力が遮断されることになる。またこの時、短絡と判定される出力電圧ＶＴＨは、時間とともに徐々に上昇して時刻ｔ２で飽和した状態となるものの、出力電圧ＶＯＵＴを上回ることがなく、短絡比較器１６から遮断信号がオア回路１７に出力されることはない。
【００３２】
また、端子Ｐ３、Ｐ４間に接続される防犯警報装置３の接続ミス等により定格より大きな負荷（過大負荷）が接続された場合には、図２（ｂ）に示すように、短絡と判定される出力電圧ＶＴＨが過電流発生時ｔ１から時間とともに上昇していき、フの字保護機能が働くことにより低下しつつある出力電圧ＶＯＵＴを時刻ｔ２で上回ることになり、この時点で短絡比較器１６から遮断信号がオア回路１７に出力され、該オア回路１７によって遮断部８を遮断動作させる。これにより、前述した過電流応答時間Ｔ１よりも速く、またフの字保護機能が完全に動作する応答時間よりも速い応答時間Ｔ２（例えば０．５秒）で出力が遮断されることになる。
【００３３】
一方、端子Ｐ３、Ｐ４間に接続される防犯警報装置３の接続配線ミス等により端子Ｐ３、Ｐ４間が短絡状態の場合には、図２（ｃ）に示すように、時刻ｔ１で過電流が検出されると、過電流比較器１０から出力された電圧Ｖが短絡基準電圧発生回路１５で抵抗Ｒ４とコンデンサＣ４の時定数によって充電される。そして、この充電された電圧ＶＳＨが時間とともに上昇していき、これが短絡比較器１５の基準値ＶＳＨとして該比較器１５の他方の入力端子に入力され、一方の入力端子に入力される出力電圧ＶＯＵＴを抵抗Ｒ５とＲ６で分圧した電圧ＶＯＢと比較される。
【００３４】
ここで、短絡と判定される出力電圧ＶＴＨは、ＶＴＨ＝ＶＳＨ／Ｒ６（Ｒ５＋Ｒ６）で算出され、ＶＳＨが時間とともに上昇することから、短絡と判定される出力電圧ＶＴＨも時間とともに上昇することになる。そして、短絡比較器１６において、出力電圧ＶＯＵＴをＲ５とＲ６で分圧した出力電圧ＶＯＢが短絡基準電圧ＶＳＨに達するまで低下した際に、短絡比較器１６からオア回路１７に遮断信号が出力され、オア回路１７を介して遮断部８が遮断動作、すなわち応答時間Ｔ３（例えば０．０５秒）で出力が遮断されることになる。
【００３５】
また、遮断部８により出力が遮断された時には、短絡基準電圧発生回路１５の入力電圧Ｖが強制的に電圧ＶＤＣとなるため、基準値ＶＳＨは上昇し続け、短絡比較器１６の入力電圧ＶＯＢが略０Ｖとなって電圧ＶＳＨよりも低い状態となるので、短絡検出動作による出力遮断時においても、自己保持されるようになっている。なお、出力が遮断された場合には、基準値ＶＳＨは最終的に電圧ＶＤＣ付近まで充電されることから、定常時のＶＯＵＴをＲ５とＲ６によって分圧された電圧ＶＯＢは電圧ＶＤＣよりも充分に低い値となるようにＲ５とＲ６が設定されている。また、短絡基準電圧発生回路１５の時定数は、過電流遅延回路１２の時定数よりも充分小さく設定されている。
【００３６】
また、前記保持状態の解除は、解除スイッチ２２をオン操作することにより、短絡比較器１６の基準値ＶＳＨが「０」となり、短絡比較器１６の出力が反転してオア回路１７から非遮断信号が出力されることにより行われる。また、電圧ＶＯＤも「０」となり、過電流遅延比較器１３からも同様に非遮断信号が出力される。このオア回路１７からの信号により、トランジスタ１９がオフとなってコイル２０への通電が遮断されて、接点２１が常開接点２１ｂ側から常閉接点２１ａ側に復帰して、元の状態に戻ることになる。
【００３７】
なお、突入電流については、図２（ｄ）に示すように、時刻ｔ１で基準値ＶＯＣＰを超えても、これが時間とともに徐々に低下して時刻ｔ２で基準値ＶＯＣＰを下回ると共に、この時刻ｔ１〜時刻ｔ２間において、過電流遅延比較器１３の入力電圧ＶＯＤが基準値ＶＤＣを上回ったり、短絡比較器１６において出力電圧ＶＯＢが基準値ＶＳＨを上回ることもない。これにより、両比較器１３、１６からオア回路１７に遮断信号が出力されることがなく、遮断部８は閉状態が維持されることになる。つまり、前記過電流保護回路５の場合、過電流が検知されると、過電流遅延回路１２を介し遮断信号が２秒遅延されてオア回路１７に入力されると共に、短絡基準発生回路１５の基準電圧ＶＳＨの上昇が開始され、この基準電圧ＶＳＨより出力電圧ＶＯＢが低下した際に遮断信号がオア回路１７に入力されるとこになる。
【００３８】
このように上記実施形態の過電流保護回路５にあっては、判定部７により短絡と判定した際に、遮断部８を動作させて出力を遮断するための基準値ＶＳＨを、過電流検出時点から時間経過とともに変化させるため、負荷による突入電流による誤動作を防止しつつ、短絡発生等の過電流を精度良く検出して出力を確実に遮断することができる。特に、判定部７が過電流を検出してから出力を遮断するまでに所定の時間を設けているため、突入電流による誤動作を一層確実に防止できて、例えば威嚇ライト５５やサイレン５６のように誘導性負荷が接続される場合、或いは容量性負荷が接続される場合であっても、該負荷による比較的大きな突入電流でも、出力を遮断してしまう等の誤動作を確実に防止することができる。
【００３９】
また、判定部７が過電流を検出したり短絡と判定して出力を遮断した際に、解除スイッチ２２による解除信号が入力されるまで判定部７が自己保持状態を維持するため、過電流や短絡を検出した際の出力遮断状態を確実に維持できると共に、出力短絡時や過大負荷時において、通常のフの字保護機能が働く応答時間よりも速く出力を遮断することができて、過大負荷や短絡時の過電流を高精度に検出して出力を遮断でき、直流電源装置１の安全性の向上を図ることができる。
【００４０】
さらに、判定部７のオア回路１７から遮断信号が出力された際に遮断部８が動作し、それ以外はオア回路１７から非遮断信号が出力されるため、遮断状態を維持するために従来のような多数の部品を有する保持回路２５が不要となり、過電流保護回路５の部品点数を大幅に削減してコスト安価に形成したり、各回路を１枚の基板上に効率的に構築することができる。
【００４１】
またさらに、過電流保護回路５の判定部７が自己保持機能を有するため、過電流発生時に判定部７により遮断部８を確実に遮断させてその状態を安定維持することができ、遮断部８の接点２１のチャタリング等を防止して該接点２１の劣化等を防ぐことができる。また、過電流応答時間と短絡応答時間（基準値）をそれぞれ独立して設定できるため、出力電圧や出力電流の大きさ、ＡＣ／ＤＣ回路４のフの字応答時間に応じて最適な基準値を容易に設定でき、直流電源装置１の設計上の自由度を高めることができる。また、回路構成の変更と基準値を予め設定することにより対応できるため、ＣＰＵ等のソフトウェアによる制御を変更することなく対応でき、基準値の変更等も各ツェナーダイオードの設定や交換により簡単に対応できて、設置の作業性やメンテナンス性を向上させることも可能となる。
【００４２】
さらにまた、出力電流（負荷）の大きさに応じた最適な出力遮断動作を得ることができて、直流電源装置１自体とそれに接続される防犯警報装置３を確実に保護することができ、無人状態で設置され威嚇用ライト５５、サイレン５６等の誘導性負荷の発報装置を備えた防犯警報装置３の電源装置として好適に使用して、長期に亘り高精度な防犯監視状態に得ること等が可能となる。
【００４３】
なお、上記実施形態においては、過電流保護回路５を過電流検出部６、判定部７、遮断部８及び出力電圧監視部９に分けて説明したが、これらは説明の便宜上であって、例えば判定部７の過電流遅延回路１２を過電流検出部６に設けることもできるし、各部６〜９の全部もしくは一部を１枚の基板上に構築することも勿論可能であり、要は、過電流検出部６、判定部７、遮断部８及び出力電圧監視部９と同等の機能を有する回路を備えれば良い。また、上記実施形態における、各回路の構成等も一例であって、同等の機能が得られる他の回路構成を採用する等、本発明の各発明に係わる要旨を逸脱しない範囲において適宜に変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、負荷としての防犯警報装置への適用に限らず、例えばカメラ用の電源装置等直流電源を使用する全ての負荷（装置）にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に係わる過電流保護回路を採用した直流電源装置の一実施形態の回路構成図
【図２】同その動作を示す波形図
【図３】従来の直流電源装置の回路構成図
【図４】同その動作を示す波形図
【図５】同その保持回路の回路図
【図６】一般的なＡＣ／ＤＣ回路の構成図
【図７】一般的な防犯警報装置の構成図
【符号の説明】
【００４６】
１・・・直流電源装置、２・・・交流商用電源、３・・・防犯警報装置、４・・・ＡＣ／ＤＣ回路、５・・・過電流保護回路、６・・・過電流検出部、７・・・判定部、８・・・遮断部、９・・・出力電圧監視部、１０・・・過電流比較器、１２・・・過電流遅延回路、１３・・・過電流遅延比較器、１５・・・短絡基準電圧発生回路、１６・・・短絡比較器、１７・・・オア回路、１８・・・出力端子電圧監視回路、１９・・・トランジスタ、２０・・・コイル、２１・・・接点、２１ａ・・・常閉接点、２１ｂ・・・常開接点、２２・・・解除スイッチ、５０・・・制御部、５５・・・威嚇用ライト、５６・・・サイレン、Ｒ１・・・電流検出用抵抗。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷への過電流を検出した際に出力を遮断する出力遮断機能を有する直流電源装置において、出力電圧監視手段を備え、短絡と判定して出力を遮断するための基準値を過電流検出時点から時間経過とともに変化させることを特徴とする直流電源装置の過電流保護回路。
【請求項２】
前記過電流を検出して出力を遮断するまでに所定の時間を設けることを特徴とする請求項１に記載の直流電源装置の過電流保護回路。
【請求項３】
前記過電流を検知もしくは短絡と判定して出力を遮断することによって、解除手段による解除信号が入力されるまで自己保持状態となることを特徴とする請求項１または２に記載の直流電源装置の過電流保護回路。
【請求項４】
前記負荷は、威嚇用ライト、サイレン等の発報装置を備えた防犯警報装置であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の直流電源装置の過電流保護回路。
【請求項１】
負荷への過電流を検出した際に出力を遮断する出力遮断機能を有する直流電源装置において、出力電圧監視手段を備え、短絡と判定して出力を遮断するための基準値を過電流検出時点から時間経過とともに変化させることを特徴とする直流電源装置の過電流保護回路。
【請求項２】
前記過電流を検出して出力を遮断するまでに所定の時間を設けることを特徴とする請求項１に記載の直流電源装置の過電流保護回路。
【請求項３】
前記過電流を検知もしくは短絡と判定して出力を遮断することによって、解除手段による解除信号が入力されるまで自己保持状態となることを特徴とする請求項１または２に記載の直流電源装置の過電流保護回路。
【請求項４】
前記負荷は、威嚇用ライト、サイレン等の発報装置を備えた防犯警報装置であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の直流電源装置の過電流保護回路。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００７−４３８０５（Ｐ２００７−４３８０５Ａ）
【公開日】平成１９年２月１５日（２００７．２．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２２４１７７（Ｐ２００５−２２４１７７）
【出願日】平成１７年８月２日（２００５．８．２）
【出願人】（０００１０１４００）アツミ電氣株式会社 (69)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年２月１５日（２００７．２．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年８月２日（２００５．８．２）
【出願人】（０００１０１４００）アツミ電氣株式会社 (69)
【Ｆターム（参考）】
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