JP4741523B2 - 瞬停発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子機器の電源瞬停の影響を試験に使用する電源の瞬停発生装置に関する。

近年の電子機器は、デジタル化されている。電源は周波数が５０または６０Ｈｚの商用の交流電源を使用しているが、瞬間的な停電（瞬停）や電圧低下によって電子機器の制御データが記憶させてあるメモリがリセットされてデータが消えたり、機器の制御プログラムが破壊されて制御不能となって暴走するなどの誤動作することがある。このため、電源の瞬停に対応するため補助電源を設けて瞬停による電子機器の異常作動を防止しているものもある。
医療分野の電子機器では、瞬停によって機器の設定がキャンセルされたり、正常に動作しなくなることがあり、以上動作は人命にかかわることもあるので予め瞬停が電子機器に与える影響を様々な場合を想定して試験しておく必要がある。

特開２００６−３０４４３７号公報

本発明は、電源の瞬停の電子機器に対する影響について試験するために種々の態様の瞬停状態を発生することのできるようにするものである。
従来の瞬停発生装置は、図５に示すように、パワースイッチ素子Ｑ１、Ｑ２を使用し、始動スイッチ（図示しない）によってパワースイッチ素子Ｑ１、Ｑ２を瞬間的にオフ状態にするものであるが、電源回路に直列にいれてあり、素子に常時電流を流しているので、オンオフ時にパワースイッチ素子Ｑ１、Ｑ２が発熱しやすかった。

従来の瞬停発生装置は、瞬停発生時の電源の位相角が一定の位置でしか瞬停を発生できず、また、手動スイッチによってパワースイッチ素子をオフにする瞬停装置の場合は、瞬停が発生した際の電源の位相角度が不定であり、位相角を特定して電子機器の試験をすることができなかった。
これらの問題を解決するものとして、詳細は不明であるが、瞬停態様条件を設定する入力装置を設けることが特許文献１で提案されている。

本発明は、簡単な構成で、また、商用電源周波数に依存することなく瞬停を発生させる位相角を変更することができるようにすると共に、パワースイッチ素子が発熱することなく瞬停状態を発生させることができるようにするものである。

交流電源回路にスイッチとパワースイッチ素子が並列に設けてあり、スイッチのオフ及びオン動作に遅れてパワースイッチ素子をオフ及びオンとする制御部、交流電源の電圧のピーク値と交流電源の位相角に比例する電圧を比較してスイッチ及びパワースイッチ素子の作動信号を制御部に送る位相設定部からなる瞬停発生装置である。
更に詳しくは、位相設定部は、交流電源の電圧のピークホールド回路、電圧のピーク値の分圧回路、交流電源の位相角に比例する電圧を周期的に発生する回路、及び分圧した電圧と位相角に比例する電圧を比較するコンパレータからなる回路である瞬停発生装置である。

本発明によれば、電源周波数に依存することなく瞬停発生時の位相を設定することができ、電子機器に対する瞬停の影響について多様な条件での試験をおこなうことができ、電子機器の設計、開発、試作の段階で瞬停の影響をきめ細かく試験することができる。
また、本発明は瞬断を発生するとスイッチＳ１がパワースイッチ素子Ｑ１，Ｑ２がオフになる直前にオフになり、その後にパワースイッチ素子Ｑ１、Ｑ２がオフになるので、通常状態におけるパワースイッチ素子Ｑ１，Ｑ２の発熱がゼロに抑えられる。

図１は、本発明の電源瞬停発生装置のブロック図である。
電源瞬停の影響を検査する対象の機器に電源を供給する検査機器用電源Ｅは、図２に示すように、パワースイッチ素子Ｑ１、Ｑ２にリレースイッチＳ１が並列に設けてあるスイッチ部３を介して検査機器用アウトレット４に接続されている。電源瞬停の影響を検査する電子機器にはこの検査機器用アウトレット４を通じて電源が供給される。パワースイッチ素子ＱとスイッチＳ１は並列に接続されており、パワースイッチ素子Ｑには殆ど電流が流れることがなく、実質的にはパワースイッチ素子Ｑの電流はゼロである。

パワースイッチ素子Ｑ及びスイッチＳ１は制御部１によって制御されるドライバによってオンオフ動作がなされる。
制御部１には、瞬停発生の位相を指定する位相設定部２からの信号、瞬停の時間を設定することができる瞬停時間設定手段、及びスタートスイッチからの信号に基づいてパワースイッチ素子とリレースイッチを瞬間的にオフにする信号をドライバに送り瞬停を発生させる。

制御部１からの瞬停発生信号は、図３に示すタイムチャートにあるように、オン状態のスイッチＳ１及びパワースイッチ素子Ｑに対し、まず、Ｓ１をオフにし、このときから時間Ｔ１後にパワースイッチ素子Ｑをオフにするようにしてある。
そして、Ｔ２時間後にパワースイッチ素子Ｑをオンにするもので、瞬停時間はＴ２となる。更に、Ｔ３時間後にスイッチＳ１をオンするので、パワースイッチ素子Ｑに電流が流れる時間は、Ｔ１＋Ｔ３の短時間であり、大きな電流がオンオフ時にパワースイッチ素子に流れるのを防止しており、また、通常はパワースイッチ素子Ｑに電流が流れないので発熱が抑制される。

制御部１は瞬停の発生を開始するスタートスイッチ１１、瞬停の時間を設定する瞬停時間設定手段１２、及び、制御部１からの切断信号をスイッチ部３に送る際、スイッチＳ１とパワースイッチ素子Ｑに送る信号に遅れ時間Ｔ１を設定するための遅れ設定手段１３が設けてある。スタートスイッチ１１は瞬停の発生をおこなわせる回路を起動するものであり、瞬停時間設定手段１２は、検査機器に供給する電源が切れている時間であるＴ２を設定するものであり、遅れ時間設定手段１３は、Ｔ１とＴ３の時間をそれぞれ、設定するものである。遅れ時間のＴ１とＴ３は通常は等しい時間とする。

スイッチＳ１をオフにする位相を定める位相設定部２は、波形整形回路、微分回路、積分回路、及び積分回路で求めたピーク値を保持するピークホールド回路、ピークと位相設定手段との値を比較し一致したときに信号を発するコンパレータ回路からなる。

位相設定部２の具体例を図４に示す。位相設定部２は、商用電源の波形整形回路２０、微分回路２１、積分回路２２、ピークホールド回路２３及び分圧回路からなる位相設定手段２６、電圧のピークホールド値を分圧した値と比較するコンパレータ回路２４とから構成されているもので、波形整形回路２０（Ｕ２Ｂ）に印加された商用周波電源のサイン波は、入力信号と同期した矩形波として出力される。
この矩形波が商用周波電源からのノイズ等の影響を受けないようにフォトカプラＰＣ６でアイソレートして矩形波を微分回路２１（Ｃ２２およびＲ４４）に送る。微分回路２１で生成された信号は、次段の積分回路２２のリセット信号として使用される。

積分回路２２は、トランジスタ素子Ｑ１１，Ｑ１２からなる定電流回路２５とその電流値を積分するキャパシタＣ２１、及びキャパシタＣ２１の電荷を放電（積分回路のリセット）させるスイッチ素子Ｑ１３で構成されている。定電流回路２５から供給される電流はキャパシタＣ２１に蓄電され、商用電源周波数に同期した微分回路２１からのリセット信号によって放電するのでキャパシタＣ２１の電圧波形は商用電源の周波数と同期した完全に近い鋸歯状波になる。
また、この鋸歯状波のピーク電圧は５０Ｈｚの方が６０Ｈｚより２０パーセント高く出力され、ピークホールド回路Ｕ９Ｃ，Ｕ９Ｄ、Ｄ１９、Ｃ２９によってピーク電圧が保持される。ピーク電圧値の違いを利用することによって電源周波数に依存することなく所望の位相において瞬停を発生させるための信号を得ることができ、このピークホールドされた電圧値を位相比較の基準電圧として使用する。

このように商用電源の周波数に対応した電圧を基準電圧とすることによって商用電源周波数に依存することなく位相情報を得ることができ、任意の位相角の位置で瞬停を発生させることが可能となる。
キャパシタＣ２１の電圧は、商用周波電源の位相に比例して増加していくので、ピークホールド回路２３における基準電圧を可変抵抗器ＶＲ１で分圧した電圧とコンパレータ回路２４において比較することによって商用周波電源の任意の位相角でトリガー信号を発生させ、トリガー信号を制御部１に送る。

制御部１は瞬停発生信号を予め遅れ設定手段１３によって設定した遅れ時間をおいてスイッチＳ１とパワースイッチ素子Ｑを駆動する信号をドライバに送り、瞬停時間設定手段１２で設定された時間Ｔ２の短時間電源を遮断し、検査用機器の電源を瞬停状態とするので、検査機器に対する瞬停の影響を観測することができる。

以上のように、商用電源の瞬停によって発生する電子機器のデータの喪失やプログラムの破壊の有無、電子機器の誤動作の有無等の試験を、本発明の電源瞬停発生装置により様々な態様の瞬停状態を発生させて実施することができる。

本発明の瞬停装置のブロック図。 本発明の切断スイッチの概念図。 本発明の切断スイッチのタイムチャート。 位相設定部の回路図。 従来の瞬停装置の切断スイッチの概念図。

符号の説明

１ 制御部
２ 位相設定部
３ 切断スイッチ部
Ｑ１、Ｑ２ パワースイッチ素子
Ｓ１ スイッチ
Ｑ１１，Ｑ１２、Ｑ１３ トランジスタ
ＰＣ６ フォトカプラ
Ｕ２Ｂ、Ｕ９Ｂ、Ｕ９Ｃ，Ｕ９Ｄ オペアンプ
Ｒ 抵抗
ＶＲ 可変抵抗
Ｃ キャパシタ
Ｄ ダイオード

Claims (4)

1. 交流電源回路にスイッチとパワースイッチ素子が並列に設けてあり、スイッチのオフ及びオン動作に遅れてパワースイッチ素子をオフ及びオンとする制御部、交流電源の電圧のピーク値と交流電源の位相角に比例する電圧を比較してスイッチ及びパワースイッチ素子の作動信号を制御部に送る位相設定部からなる瞬停発生装置。
2. 請求項１において、制御部には瞬停時間設定手段及び遅れ時間設定手段が設けてある瞬停発生装置。
3. 請求項１または２において、位相設定部は、交流電源の電圧のピークホールド回路、電圧のピーク値の分圧回路、交流電源の位相角に比例する電圧を周期的に発生する回路、及び分圧した電圧と位相角に比例する電圧を比較するコンパレータからなる回路である瞬停発生装置。
4. 請求項３において、位相設定手段は可変抵抗器である瞬停発生装置。