JPH05501795A - 二重分路形電流調整器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 二重分路形電流調整器 発明の分野 本発明は一般的に電流調整器に関し、より詳細には負荷に供給される電流量を制 御する゛ノリソトステート電流分流回路構成に関する。

先行技術の説明 ソリントステート電流調整器は一般に電源と共に使用され、電源につながってい る電気回路および装置を保護する役目をしている。この電流調整器は一般に三相 電力線路用の回路遮断トリップ方式に使用される。この使用方法の場合、ソリッ ドステート電流調整器は、三相電力線路からシステム電源へ供給される電流量を 制御する・電力線路内の電力の大きさか所定の限界以上に増加すると、電流調整 器か応答して、電力線路から過電流をシステムアースへ分流する。

既知の電流調整器は、線形分路形調整器（ｌｉｎｅａｒｓｈｕｎｔ　ｔｙｐｅ　 ｒｅｇｕｌａｔｏｒ）あるいはスイッチング分路形調整器（ｓｗｉｔｃｈｅｄ　 ５ｈｕｎｔ　ｔｙｐｅ　ｒｅｇｕｌａｔｏｒ）のいずれかに分類される。普通の 線形分路形調整器には、Ｐ−Ｎ−Ｐダーリントン・トランジスタのベースを制御 するように相互接続され６、電力線路とシステムアースとの間に直列に配置され た、抵抗器とツェナー・ダイオードか含まれる。

電力線路の電流量かツェナー・ダイオードの降伏電圧を超えると、ダーリントン ・トランジスタか動作可能に（イネーブル）され、電力線路からの過電流はダー リントン・トランジスタを通してアースへ分流される。この形式の電流調整器は 、電力線路の電流レベルか低い場合に有効かつ望ましいとされている。しかし、 線形分路形調整器は、電力線路の電流レベルか高い場合、トランジスタの両端の 調整された電圧のためにかなりの電力量を消費する。十分なレベルの熱か放散で きない場合、あるいはスペースまたはコストの点て放熱装置を収容てきなｓｈｕ ｎｔｉｎｇ　ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）は、電流経路か電力線路からアースへ分 路されるようにするため、一般により複雑な回路構成を含んでいる。例えば、マ ツコ（Ｍａｊｓｋｏ）ほか、による米国特許第４．８０９，１２５号によれば、 電力線路の電流レベルを監視し、かつトランジスタのバイアスを制御するための カスタムＩＣ（特定用途向は集積回路）を使用して、トランジスタを選択的に動 作可能とし、過電流を電力線路からアースへ分流する電力供給回路か説明されて いる。別の既知のスイッチング形電流分流装置は、過電流を電力線路からアース へ分流するトランジスタをいつ動作可能とするかを決定するため、比較器とその 入力に接続される電圧分割器回路を使用していスイッチング形電流分流装置は（ 線形分路形調整器でよく知られている）放熱の問題を提示しないように制御でき るか、故障の問題を考えない訳にはいかない。スイッチング形電流分流装置に付 随する最重要問題の一つは、許容不能なレベルの雑音を発生させる傾向かあるこ とである。使用条件によっては、このことによって、回路動作に重大な障害を発 生させる原因となる。例えば、電力線路の電流を感知しかつ誘導するため電流変 成器を使用している回路遮断トリップ方式に於いて、スイッチング形電流分流装 置により電流変成器の電磁気現象（ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇ、ｎｅｔｉｃｓ）か影 響受け、変成器か電力線路の電流レベルを誤って表示することかある。ある条件 のもとては、センサー内の電磁束か消失してセンサー電流か誘導されたため、回 路遮断トリップ方式か故障か発生したと決定し電流の遮断を命令することもあり 得る。

したがって、従来技術に対する上記の問題を克服した電流調整器の必要性かある ことか判る。

発明の目的と要約 本発明の目的は、本質的に無雑音動作を提供し、かつ余分な熱の発生を回避でき る電流調整器を得ることである。

本発明の別の目的は、通常レベルの電流に対して電流調整を行うため第１の分流 経路と、より高レベルの電流に対して電流調整を行うため第２の分流経路を使用 する電流調整器を提供することである。

ている。この回路構成は、供給電流か第１の閾値を超える電流レベルを検出する だめの第１の検出器と、第１の検出器に応答して動作し電流経路からの供給電流 の一部を分流するための第１の分流回路を有し、更に、第２の検出器は第１の検 出器に応答して、供給電流か第１の閾値より大きい第２の閾値を超える電流レベ ルを検出するる。これにより、′ｆ、２の検出器か第２の分流回路を選択的に動 作可能として、第２の分流回路か所定時間の間、第１の分流回路よりも高レベル の供給電流を分流することを可能にする。

図面の簡単な説明 本発明のその他の目的と利点については以下の図面を参照した詳細な説明から明 瞭になるであろう。ここで、第１図は、本発明に従った、電流源から負荷に対し て供給される電流量を制御するための回路構成のブロック図。

第２図は第１図に示す回路構成の特定用途の好適実施例を示す模式図である。

本発明には各種の修正や別の形の実施例か可能であるが、以下では一例として図 面に示した特定の実施例について詳細に説明する。しかし、本発明は開示される 特定の形式に限定することを意図するものではなく、逆に、添付の請求の範囲に 定義された本発明の範囲に含まれる、すへての修正、等価な実施例、代替方式等 を包含するも本発明は配電系統内の電流経路の過電流を感知し、分流するために 直接応用される。本発明はいかなる種類の電流源にも役立つか、三相電力線路か ら電力を引き込む回路に於いて、電流を監視し分流することに特に宵月である。

次に図面を参照すると、第１図は本発明の一般的に使用できる実施例を示すブロ ック図である。回路構成１０は、電力線路１４によって電流源１２から負荷Ｉ６ へ供給される電流量を制御するものとして図示されている。

電力線路１４上の電流は阻止ダイオード１８を通過してコンデンサ２０を充電す る。電源電流が第１の閾値を超え、コンデンサ２０を充電して所定の電圧とした 場合、線形分路形調整回路２２は、電流か回路の中性点２４へ流れるようにする ため、過電流はアースへ分流する。

線形分路形調整回路２２の出力には、それを通過する電流に比例したセンサー電 圧信号か供給される。スイッチング回路２６は、電力線路の電流レベルか第２の 閾値を超えていないかとうか決定するため、センサー電圧信号と基準電圧信号（ 第１図には示されていない。）の両方を受信するが、後者の電圧信号もまた好適 に供給電流に比例している。電力線路１４の電流か高レベルにある場合、もし電 力線路の電流レベルか第２の閾値を超えていれば、第２の分流回路２８を介して 、追加分流経路か選択的に動作可能とされ、必要な電流調整か行われる。

第２図は第１図に示された回路構成の特定用途の好適実施例を示す模式図であっ て、その用途は三相電力線路から電力を引き込む回路に於いて、電流を監視し分 流するというものである。第２図で、電力線路１４に供給される電流は三相電力 線路装置（図示されず）から感知された電流の合計である。電流変成器（図示さ れず）は三相（△、Ｂ、ＣおよびＮ）と地絡電流の合計（ＧＦ＝（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋ Ｎ）　）からの誘導電流を、それぞれ四つの全波整流器３２．３４．３６．３８ の一つに対して与え、この全波整流器の出力は、電力線路１４上の電流を供給す るため、ダイオード１８の陽極へ相互接続される。

整流器は、三相電力線路か正確に監視されるように、三相電力線路と回路構成の 残りの局面との間の所望のインターフェースを与えるのに使用される。各整流器 の左側で、負の位相電流信号か一連の負荷抵抗器４０，４２゜４４．４６へ供給 される。これらの負荷抵抗器の値は複数の位相と電流変成器に対して選択される ので、電力線路１４の電流の大きさに対応する既知の電圧か発生する。

ついて、発生した電圧は、例えは、トリップ方式或いは電流監視ノス−２、内の マイクロコンピュータ４８による後続処理および故障解析のために使用される。

各整流器の右側で、正の位相電流か合計され、電力線路１４へ供給される電流の 電源となる。

第１図で説明したように、電力線路１４へ供給される電流は監視されていて、異 なる二つの閾値て応答される。

第１の閾値は、線形分路形調整回路２２内のツェナー・ダイオ−１−５０、トラ ンジスタ５２および抵抗器５４によって確立される。コンデンサ２０か充電され 、その電圧かツェナー・ダイオード５０の降伏領域以上になると、トランジスタ ５２のヘース・エミッター接合か順方向バイアスとなり、トランジスタ５２のヘ ース・エミッター接合と抵抗器５４を通して、電力線路１４からアースまたは指 定された共通中性へ端子への電流経路か生しる。

第２の閾値の値はスイッチング回路２６の中で、比較器６０の入力側にある一対 の抵抗器５６．５８によって決定される。比較器６０は、抵抗器６１を介してト ランジスタ５２のエミッターの電圧を監視する。このエミッター電圧は電力線路 ＋４の過電流に比例して増加する。

エミッター電圧が、抵抗器５６と５８によって確立された基準電圧に達すると、 比較器６０は第２の分流回路２８を動作可能として、電力線路１４からの過電流 を更に追ハロ分流する。

トランジスタ５２のエミッターの電圧と同様に、抵抗器５６と５８によって確立 された基準電圧も電力線路１４の供給電流に比例する。コンデンサ２０によって 保持される電力線路電圧に対する基準電圧の増加率は抵抗器５６と５８によって 決定される。例えは、抵抗器５６と５８との比率を１０対１にすると、コンデン サ２０上の充電量の増ＩＪＩＪ　ｌ　Ｏナルト毎に、基準電圧は１ホルト増ＩＪ Ｏする。これと違って、トランジスタ５２のエミッターの電圧は、コンデンサ２ ０１こより保持される電力線路電圧に１対１て追随し、゛ツェナー・ダイオード の降伏電圧以上になる。したかって、比較器６０によって監視されているのて、 両電圧は供給電流と共に上昇するけれども、上記の例を使用すると、トランジス タ５２のエミッター電圧は、抵抗器５６と５８によって決定される基準電圧より １０倍早く増ＩＪ口（もしくは減少）することになる。

電力線路に依存するこれらの電圧レベルは、第２の分流回路２８に対して履歴現 象のような制御をするために比較器によって使用される。比較器６０の出力を、 トランジスタ５２のエミッター電圧、即ち、電力線路１４の電圧に追随させるた めに、抵抗器６２とコンデンサ６４によって比較器６０に対するポジティブ・フ ィートバンク回路か形成される。電力線路電圧が第２の閾値に達すると、比較器 ６０は、第２図でトランジスタ６６．６８と抵抗器７０．７２によって定義され る第２の分流回路２８を動作可能とし、付随する電流経路、即ち、トランジスタ ５２のヘース・エミッター接合と抵抗器５４、トランジスタ６６．６８のヘース ・エミッター接合と抵抗器７０，７２、負荷２Ｇと抵抗器５６．５８によって定 義される各種の電流経路を通して、コンデンサ２０をご関連する放電回路に基つ いて、スイッチング回路は、電流変成器と負荷回路のＬ　Ｒ特性よりも早い周波 数となっている。従って、スイッチング回路動作を開始すると、逆方向の電磁気 現象の影響は生しない。

−例として、第２図に示す要素の好適な値を考膚されたい。抵抗器５４，５６． ５８．６１，６２，７０、および７２は、それぞれ２０オーム、１００キロオー ム、１０キロオーム、４７キロオーム、１００キロオーム、１８キロオームおよ び１８キロオームの値を有している。またコンデンサ２０と６４は、それぞれ１ ００マイクロフアラツドと２２００ピコフアラツドの値を有している。更に、ツ ェナー・ダイオード５０は、１２ボルトの降伏電圧を育し、トランジスタ５２， ６６．６８は、それぞれＴＴＰ４１．２Ｎ３９０４およびＴＩＰＩ４２型である 。また比較器６０は従来のＬＭ３５８型演算増幅回路を使用して実現できる。

レベル状態にあり、トランジスタ５２，６６．６８か電力線路１４から電流を分 流することはない。この結果、トランジスタ５２のエミッター電圧は、およそ中 性点端子２４のレベルにあることになる。過電流によりコンデンサ２０か、ツェ ナー・ダイオード５０の降伏電圧に到達するまで充電されると、トランジスタ５ ２は電力線路１４から電流を分流し始める。これによって、抵抗器５６と５８に よって決定される基準電圧かトランジスタ５２のエミッター電圧の１／１０の比 率で低下することになる。電力線路の電圧によりトランジスタ５２のエミッター 電圧か基準電圧以上になる迄、比較器６０の出力は低い状態に保たれているが、 基準電圧以上となった時に、比較器６０の出力は高レベルの状態に推移する。

比較器６０の出力か高レベルになると、トランジスタ６８は電力線路１４から電 流を引き込み、コンデンサ２０の電圧か電力線路Ｉ４からダイオード１８の陰極 側の電圧となるまで、トランジスタ６６と抵抗器７０，７２、線形分路形調整回 路２２、負荷１６およびスイッチング回路２６を通してゆっくり放電させる。放 電の速度はこれら要素のＲＣ時定数によって実質的に定義される。阻止ダイオー ド１８はトランジスタ６８かコンデンサ２０を放電するのを防止しており、これ によって、所定の時間、比較器６０の出力か高レベルに保たれる。また抵抗器６ ２とコンデンサ６４によって決まるＲＣ時定数は、電力線路１４の定状電流を想 定して、比較器６０の出力が低レベルから高レベルへ推移する周波数を決定する 。

また、ここで注意しなければならない重要なことは、線形分路形調整回路２２を 通して、無視し得る程度の熱か発生することと、スイッチングレベル以下の低電 流では第２の分流回路２８から全熱雑音か発生しないことである。トランジスタ ５２は電力線路１４から低レベルの電流を分流するためにだけ必要とされており 、またそれに付随する分流経路は、例えば２０オームという比較的小さい値を好 適に存する抵抗器５４によって定義されているので、放散される熱は無視するこ とかできる。

雑音か無いことは、電流変成器の帯域幅と、比較器６０の出力か頻繁かつ高速に 推移するように選択的に制御される履歴現象の結果によるものである。この周波 数は比較的早いため、発生する雑音は限定され、電流変成器の帯域幅以上になっ ている。かくて、先行技術によるスイッチング分流型電流調整回路の多くに共通 する雑音の問題か軽減されることになる。

従って、線形分路形調整回路２２を一般に低電流レベルで使用し、そして、高レ ベル電流を分流するため、極めて僅かな時間間隔、かつ比較的高周波で、第２の 分流回路２８を選択的に動作可能とすることにより、先行技術による電流調整器 につきものの雑音並びに熱の問題を回避することかできる。

本発明は第１図と第２図の実施例を参照して説明されているか、本技術の精通者 は、本発明の趣旨と範囲から逸脱すること無しに、種々の変更を作り出すことか 出来ることを理解できるであろう。−例を挙げると、比較器６０は第２の分流回 路２８の駆動周波数を制御するためのタイマー回路によって置き換えることか出 来る。また、電力線路のある電流レベルの検出に応答して、一つまたは両方の分 流経路を駆動するようにマイクロコンピュータをプログラミジグすることは、本 発明から逸脱していることにはならない。上記事項並びに種々の変更は、以下の 請求の範囲に記載される本発明の意図する範囲を損なうものではない。

土Ω Ｆｌ（３，１ 抄訳内容に変更なし） 要約書 電流供給線路（１４）から過電流を分流するための電流調整回路は、供給電力線 路上の過電流の大きさに応して、二つの別の分流経路（５２，６８）を利用する 。第１の分流回路は、該電流かツェナー・ダイオード（５０）により確立される 、ある最小レベルを超えた場合に駆動される。第２の分流回路は、スイッチング 回路（６０）により選択的に駆動される。スイッチング回路は第１の分流回路の 電流を、電力線路電流に比例する基準電圧（５８）と比較する。この構成によれ ば、問題となるような熱を発生させずに、もしくは電流感知装置に逆方向の影響 を与えずに、過電流を分流することが出来るという利点かある。

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. １．電源から負荷までの電流経路に於ける供給電流を調整するための回路構成で あって、 供給電流の電流レベルが第１の閾値を超過することを検出するための第１の検出 手段と、 第１の検出手段に応答して、電流経路からの供給電流の一部を分流するための第 １の分流回路と、第１の検出手段に応答して、供給電流の電流レベルが、第１の 閾値より大きい第２の閾値を超過することを検出するための第２の検出手段と、 第２の検出手段に応答して、電流経路からの供給電流の一部を分流するための第 ２の分流回路、により構成される前記回路構成に於いて、第２の検出手段が第２ の分流回路を選択的に動作可能とし、これによって、第２の分流回路が、所定の 間隔に対して第１の分流回路よりも高レベルの供給電流を分流することを特徴と する回路構成。
2. ２．請求項１に記載の回路構成に於いて、第２の閾値手段に応答し、供給電流の 値の関数となるある比率にしたがって、第２の分流回路を選択的に動作可能とす るスイッチング回路を、第２の検出手段が含むことを特徴とする回路構成。
3. ３．請求項１に記載の回路構成に於いて、第２の検出手段が更に、供給電流に比 例する基準電圧を発生させるための手段を含むことを特徴とする回路構成。
4. ４．請求項１に記載の回路構成において、第２の閾値が供給電流の電流レベルと 共に変わることを特徴とする回路構成。
5. ５．請求項１に記載の回路構成に於いて、複数の整流器であって、そのそれぞれ がつながっている、多相電力システムの電力線路からの誘導電流に応答して、前 記誘導電流を合計して電流経路へ供給する複数の整流器を、更に含むことを特徴 とする回路構成。
6. ６．請求項１に記載の回路構成に於いて、第１の分流回路が、分流する供給電流 が流れても無視できる程度の熱しか発生させないような、比較的小さな値を有す る分流用抵抗器を含むことを特徴とする回路構成。
7. ７．電流源と負荷の間の電流経路に於ける供給電流を調整するための回路構成で あって、 供給電流に応答して、供給電流の電流レベルが第１の閾値を超過することを検出 し、第１の閾値を超過する前記電流レベルに応答して、電流経路からの低レベル の電流を分流するための手段を含む第１の分流回路と、電流経路からの高レベル の電流の分流する第２の分流回路と、 第１の分流回路に応答して、基準電圧を発生させるための手段と、第１の閾値を 超過する供給電流のレベルが基準電圧をも超過する場合、第２の分流回路を短時 間動作可能とするための手段を含むスイッチング回路、を含む回路構成に於いて 、 前記基準電圧が、供給電流と共に変わり、前記スイッチング回路が、第２の分流 回路を動作可能とする周波数を与える履歴現象を使用することを特徴とする回路 構成。
8. ８．請求項７に記載の回路構成に於いて、基準電圧が供給電流に比例することを 特徴とする回路構成。
9. ９．請求項７に記載の回路構成に於いて、多相電力線路から誘導される電流を整 流して、電流経路へ誘導電流を供給するための複数の整流器を含むことを特徴と する回路構成。
10. １０．請求項９に記載の回路構成に於いて、複数の位相に対して、予め定められ た電流対電圧変換を確立するため、前記整流器につながれた複数の抵抗器を含む ことを特徴とする回路構成。
11. １１．請求項７に記載の回路構成に於いて、電流経路から分流された電流が該回 路構成の中性点端子へ戻されることを特徴とする回路構成。
12. １２．請求項７に記載の回路構成に於いて、スイッチング回路が、基準電圧を第 １の分流回路の出力信号と比較するための比較器を含むことを特徴とする回路構 成。
13. １３．電流源と負荷の間の電流経路に於ける供給電流を調整するための電流調整 回路であって、電流が、電流阻止手段を通って負荷から電源の方向で流れること を防止するための電流阻止手段と、前記電流阻止手段の負荷側て電流経路へつな がれるコンデンサと、 前記電流阻止手段の負荷側で電流経路へつながれ、所定の電流レベルを電流経路 から分流するための第１の分流回路であって、 前記電流阻止手段の負荷側で電流経路へつながれ、供給電流が第１の閾値レベル を超過した場合、電流を流すためのツェナー・ダイオードと、 前記電流を流すツェナー・ダイオードに応答して、コンデンサの電荷を示す電圧 信号を発生させるスイッチング手段を含む第１の分流回路と、 コンデンサの電荷に比例する基準電圧を与えるための基準回路と、 電圧信号が基準電圧を超過した場合、前記基準電圧に応答して、イネーブル信号 を発生させるための比較器回路に於いて、イネーブル信号に対して履歴現象制御 を行うためフィードバック回路を含む比較器回路と、前記イネーブル信号に応答 し、かつ電流阻止手段の電源側で電流経路へつながれ、所定の電流レベルの第１ の分流回路よりも実質的に高レベルの電流を電流経路から分流するための、分流 手段を含む第２の分流回路、を含むことを特徴とする電流調整回路。
14. １４．請求項１３に記載の電流調整回路に於いて、第２の分流回路が、イネーブ ル信号に応答し、かつ電流阻止手段の電源側で電流経路へつながれ、電流経路か ら電流を分流し、所定の時定数に従ってコンデンサを放電させるための第２の分 流手段を含むことを特徴とする電流調整回路。
15. １５．請求項１３に記載の電流調整回路に於いて、フィードバック回路が比較器 回路応答する電圧信号に対してポジティブ・フィードバック制御を行うことを特 徴とする電流調整回路。
16. １６．請求項１３に記載の電流調整回路に於いて、電圧信号がコンデンサの電荷 に比例することを特徴とする電流調整回路。
17. １７．請求項１３に記載の電流調整回路に於いて、基準電圧とセンサー電圧の両 方が供給電流と共に変わり、そして比較器が、第２の閾値以上のレベルの電流に だけ第２の回路を駆動することを特徴とする電流調整回路。
18. １８．請求項１３に記載の電流調整回路に於いて、基準電圧が供給電流に比例す ることを特徴とする電流調整回路。
19. １９．請求項１８に記載の電流調整回路に於いて、基準電圧がコンデンサの電圧 の約１／１０であることを特徴とする電流調整回路。
20. ２０．請求項１３に記載の電流調整回路に於いて、比較器に付随するフィードバ ック回路が周波数を制御して、この周波数で雑音を発生させないようにイネーブ ル信号を発生させることを特徴とする電流調整回路。