JP5021789B2

JP5021789B2 - 回路遮断器用異常電流検出回路

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Publication number: JP5021789B2
Application number: JP2010115722A
Authority: JP
Inventors: ジョンクソン
Original assignee: LSIS Co Ltd
Current assignee: LS Electric Co Ltd
Priority date: 2009-05-21
Filing date: 2010-05-19
Publication date: 2012-09-12
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Description

本発明は、回路遮断器に関し、特に、回路遮断器において、回路に異常電流が流れるときに回路遮断器が回路を遮断できるように、回路の異常電流を電気的に検出する回路遮断器用異常電流検出回路に関する。

回路遮断器は、電源と負荷との間の電力供給回路において回路の過電流、短絡電流などの異常電流が発生したとき、これを感知して自動で回路を遮断することにより、事故電流から人命と負荷機器及び回路を保護する電力機器である。このような回路遮断器のうち、漏電遮断器は、過電流、短絡電流だけでなく、漏電も検出して回路を遮断することにより、事故電流から人命と負荷機器及び回路を保護する機能を有する回路遮断器である。回路遮断器は、公知のように、回路の異常電流を検出するためのトリップ機構と、トリップ機構のトリガにより、回路を遮断するように可動接触子を固定接触子から分離させるトリップ動作を行う開閉機構（スイッチングメカニズム）とを含む。トリップ機構は、駆動電流により励磁されて磁気吸引力を発生するトリップコイルと、トリップコイルの磁気吸引力により回動するアーマチュアを含むトリガ機構とを含んで構成してもよい。開閉機構は、トリップ（回路遮断）の駆動力を与えるトリップスプリングと、トリガ機構の回動加圧により解放位置に移動可能であり、トリップスプリングを弾性エネルギー蓄勢（チャージング）状態に拘束（ロック）可能なラッチ機構と、トリップスプリングの弾性エネルギーを回路遮断のために可動接触子に伝達する動力伝達機構などとを含む。

このような回路遮断器用異常電流検出回路は、回路の異常電流を検出し、異常電流検出時にトリップ機構のトリップコイルに電気的駆動信号を出力する回路である。

このような回路遮断器用異常電流検出回路は、相別の変流器（漏電遮断器の場合は零相変流器（Zero Phase Current Transformer; ＺＣＴ））により検出された電流信号を半周期増幅器（半波増幅器，half wave amplifier）により増幅し、比較器を用いて予め設定されている基準値と比較して異常の有無を決定し、異常があると決定されたときにトリップコイルに駆動信号を出力する回路から構成されている。

しかしながら、このような従来の回路遮断器用異常電流検出回路は、半周期増幅器により変流器からの入力信号を増幅する構成であるため、入力信号の位相が０度から始まるか１８０度から始まるかによって、異常電流発生の検出が迅速に行われることもあり、半周期（すなわち、１８０度）遅延することもある。つまり、異常電流発生の検出遅延、例えば最大１０ｍｓの検出遅延が発生することがあり、このような異常電流発生の検出遅延が、高速のトリップを必要とする回路遮断器において人命被害と負荷機器及び回路の損傷を招くという問題があった。

また、従来の回路遮断器用異常電流検出回路は、その検出回路を一般の電子素子で構成した場合、温度変化と、製造工程の速度変化、すなわち低速生産、標準速度生産、高速生産に応じて、素子の特性が変化したり、集積回路構成において集積回路の特性が変化したりして、異常電流検出特性が変化することにより、信頼性のある異常電流検出を提供することができず、信頼性のある回路遮断器の動作を保証することができないという問題があった。

本発明は、このような従来技術の問題を解決するためになされたものであり、本発明の第１の目的は、遅延時間がなく、速い異常電流検出が可能な回路遮断器用異常電流検出回路を提供することにある。

本発明の第２の目的は、温度変化と製造工程の速度変化に応じて異常電流検出特性が敏感に変化せず、信頼性のある回路遮断器用異常電流検出回路を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、正の周期及び負の周期を含む全周期の検出対象交流入力電流に対して対応する交流入力電圧信号を増幅し、正の周期の増幅電圧信号及び負の周期の増幅電圧信号を出力し、増幅された交流入力電圧信号の電圧値と一定の差値を有する正の周期の基準電圧信号及び負の周期の基準電圧信号を発生する全周期増幅器（全波増幅器，full wave amplifier）と、全周期増幅器の出力に接続され、全周期増幅器により提供される正の周期の増幅電圧信号と正の周期の基準電圧信号とを比較し、正の周期の増幅電圧信号が正の周期の基準電圧信号より大きいか同じ場合にパルス信号を出力する正の周期の比較器と、全周期増幅器の出力に接続され、全周期増幅器により提供される負の周期の増幅電圧信号と負の周期の基準電圧信号とを比較し、負の周期の増幅電圧信号が負の周期の基準電圧信号より大きいか同じ場合にパルス信号を出力する負の周期の比較器と、正の周期の比較器及び負の周期の比較器に接続され、正の周期の比較器から出力されるパルス信号と負の周期の比較器から出力されるパルス信号とを合成して全周期の合成信号を出力する合成回路と、検出対象交流入力電流に対応する交流入力電圧信号の異常の有無を決定するための基準電圧信号を発生する基準電圧発生器と、合成回路の出力端に接続され、合成回路が合成信号を出力する間に電荷を充電するキャパシタと、基準電圧発生器及びキャパシタに接続され、キャパシタにより提供される充電電圧と基準電圧発生器により提供される基準電圧信号とを比較し、充電電圧が基準電圧信号より大きいか同じ場合、回路遮断器が遮断位置に移動するように制御する信号を出力する比較駆動回路部とを含む回路遮断器用異常電流検出回路を提供する。

本発明による回路遮断器用異常電流検出回路は、温度変化と製造工程の速度変化に対して信頼性のある異常電流検出性能を提供することができ、従って、これを採用する回路遮断器又は漏電遮断器の動作信頼性を向上させることができるという効果がある。

また、本発明による回路遮断器用異常電流検出回路は、全周期増幅器を含むことにより、入力される変流器の電流検出信号が正の周期にあるか負の周期にあるかに関係なく、異常電流の発生を迅速に検出することができ、人命被害と負荷機器及び回路の損傷を防ぐことができるという効果がある。

さらに、本発明による回路遮断器用異常電流検出回路は、入力される交流入力電圧信号を増幅して比較器の入力電圧信号として使用すると共に、分圧回路により入力される交流入力電圧信号の電圧値と一定の差値を有する比較器の基準電圧信号を使用することにより、工程変化や温度変化に応じて敏感に変化せず、高い信頼性でトリップコイルを駆動する遮断信号を発生させることができるという効果がある。

さらに、本発明による回路遮断器用異常電流検出回路は、キャパシタの充電回路において、負の温度係数を有する回路部と正の温度係数を有する回路部とを有する温度補償型電流源回路によりキャパシタ充電電流を供給することにより、温度変化に対する変化の少ない、負の温度係数を有する回路部と正の温度係数を有する回路部との合成出力電流を、充電電流としてキャパシタに供給するため、温度変化に応じた異常電流検出回路の動作特性においてより信頼性を保証することができるという効果がある。

本発明の一実施形態による回路遮断器用異常電流検出回路を含む回路遮断器が設置される電力回路の全体回路図である。図１の全周期増幅器の詳細回路図である。図１の温度補償型電流源の詳細回路図である。図２の全周期増幅器において比較器入力信号（正の周期又は負の周期の増幅電圧信号）と比較器基準電圧信号（正の周期又は負の周期の基準電圧信号）との差値が温度変化と工程の速度変化に関係なく一定であることを示す、温度変化及び工程変化に対する全周期増幅器の動作特性図である。正の周期の比較器にそれぞれ入力される、比較入力信号である正の周期の増幅電圧信号と基準信号である正の周期の基準電圧信号の波形を示す波形図である。図５の波形において正の周期の増幅電圧信号が正の周期の基準電圧信号より大きいか同じ場合に正の周期の比較器から出力されるパルス信号の波形を示す波形図である。本発明の一実施形態による回路遮断器用異常電流検出回路に含まれる温度補償型電流源回路において、キャパシタに供給される温度補償型電流源回路の充電電流と、負の温度係数を有する素子を介して流れる電流及び正の温度係数を有する素子を介して流れる電流との関係を示す波形図である。

上記の本発明の目的とこれを達成する本発明の構成及び作用効果は、以下で添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明することによってさらに明確に理解されるであろう。

まず、図１を参照して本発明の一実施形態による回路遮断器用異常電流検出回路、及びこれを含む回路遮断器が設置される電力回路の全体回路構成について説明する。

図１に示すように、回路遮断器が設置される電力回路は、交流電源１００、零相変流器１０２、フィルタ回路部１０３、電圧変換抵抗１０１、直流変換電源回路部１０４、異常電流検出回路２００、半導体スイッチング素子ＳＣＲ、並びにトリップ機構３００ａ及び開閉機構３００ｂを含む。

零相変流器１０２は、本発明による異常電流検出回路が漏電遮断器に適用される実施形態において構成される電流検出手段であり、一般の回路遮断器においては一般の変流器で代替すればよい。ここで、一般の変流器は、３相交流の各相毎に設ければよい。上記の電力回路において、零相変流器１０２を除いた残りの回路構成部は、一般の回路遮断器と漏電遮断器とで共通に構成される。また、一般の３相交流用回路遮断器の場合は、零相変流器１０２を除いた残りの回路構成部を各相に対応して設ければよい。零相変流器１０２は、回路の漏電を検出するために、回路に流れる電流において零相分電流（すなわち、漏電電流）に比例した零相分電流検出信号を出力する。

フィルタ回路部１０３は、零相変流器１０２に接続され、零相変流器１０２から出力される検出漏電電流に比例した出力信号中に混入する場合がある高周波ノイズを除去するために、ローパスフィルタ回路で構成してもよい。

電圧変換抵抗１０１は、フィルタ回路部１０３により高周波ノイズが除去された状態で出力された零相分電流検出信号を電圧信号にするための電圧変換用抵抗である。

直流変換電源回路部１０４は、交流電源を整流して後述する異常電流検出回路２００の温度補償型定電圧回路部２０１に直流電源を供給する交流−直流変換回路部であって、例えばブリッジダイオード回路で構成してもよい。

後述する異常電流検出回路２００の出力端に接続される半導体スイッチング素子ＳＣＲは、例えばゲート信号制御によりオン／オフ制御可能なサイリスタ、すなわちシリコン制御整流器（Silicon Controlled Rectifier; ＳＣＲ）で構成してもよく、その他の様々な半導体スイッチング素子で代替可能である。

トリップ機構３００ａは、開閉機構３００ｂをトリップ位置（すなわち、回路遮断位置）にトリガするもので、駆動電流により励磁されて磁気吸引力を発生するトリップコイルと、トリップコイルの磁気吸引力により回動するアーマチュアを含むトリガ機構とを含む。

開閉機構３００ｂは、トリップ（回路遮断）の駆動力を与えるトリップスプリングと、トリガ機構の回動加圧により解放位置に移動可能であり、トリップスプリングを弾性エネルギー蓄勢状態に拘束可能なラッチ機構と、トリップスプリングの弾性エネルギーを回路遮断のために可動接触子に伝達する動力伝達機構と、最終的に開閉接点部を構成する固定接触子及び可動接触子とを含んで構成してもよい。

本発明の一実施形態による異常電流検出回路２００は、全周期増幅器２０２、２０５、正の周期の比較器２０３、負の周期の比較器２０４、合成回路２０６、第２基準電圧発生回路部２０９、キャパシタＣＨ、及び比較駆動回路部２０８を含む。

全周期増幅器２０２、２０５は、全周期増幅回路部２０２と第１基準電圧発生回路部２０５とを含む。

以下、図１の全周期増幅器の詳細回路図である図２を参照して、全周期増幅器２０２、２０５の詳細構成及び作用について説明する。

全周期増幅回路部２０２は、正の周期の増幅回路部と、負の周期の増幅回路部とを含む。

正の周期の増幅回路部は、差動増幅回路、すなわち並列に対向して接続された第１トランジスタＱ１及び第２トランジスタＱ２のうち第１トランジスタＱ１と、第１トランジスタＱ１のコレクタに接続されるレベルシフト回路とを含む。より詳細には、正の周期の増幅回路部は、差動増幅回路の一方であり、交流入力電圧信号のうち正の周期の入力信号が正の周期の入力信号の入力端ＩＮＰＵＴ＿ＰＯＳを介して入力される第１トランジスタＱ１と、第１トランジスタＱ１のコレクタにベースが接続される第３トランジスタＱ３及び第３トランジスタＱ３に直列接続される抵抗ＲＡ１から構成されるレベルシフト回路とを含む。正の周期の増幅回路部は、正の周期及び負の周期を含む全周期の検出対象交流入力電流に対して対応する交流入力電圧信号のうち正の周期の入力信号（すなわち、正の値及び負の値を有する正弦波状の交流入力電圧信号のうち正の値を有する部分）を増幅し、正の周期の比較器入力端ＣＯＭＰ＿ＩＮ１を介して正の周期の比較器（図１の符号２０３を参照）に出力する。つまり、図１の零相変流器１０２が検出して提供した全周期の検出対象交流入力電流に対して、フィルタ回路部１０３により高周波ノイズを除去した状態で、電圧変換抵抗１０１により電圧信号に変換されて入力される、対応する交流入力電圧信号のうち正の値を有する部分を増幅し、正の周期の比較器入力端ＣＯＭＰ＿ＩＮ１を介して正の周期の比較器（図１の符号２０３を参照）に出力する。

負の周期の増幅回路部は、差動増幅回路、すなわち並列に対向して接続された第１トランジスタＱ１及び第２トランジスタＱ２のうち第２トランジスタＱ２と、第２トランジスタＱ２のコレクタに接続されるレベルシフト回路とを含む。より詳細には、負の周期の増幅回路部は、差動増幅回路の他方であり、交流入力電圧信号のうち負の周期の入力信号が負の周期の入力信号の入力端ＩＮＰＵＴ＿ＮＥＧを介して入力される第２トランジスタＱ２と、第２トランジスタＱ２のコレクタにベースが接続される第４トランジスタＱ４及び第４トランジスタＱ４に直列接続される抵抗ＲＡ２から構成されるレベルシフト回路とを含む。負の周期の増幅回路部は、負の周期の入力信号の入力端ＩＮＰＵＴ＿ＮＥＧを介して入力される交流入力電圧信号のうち負の周期の入力信号（すなわち、正の値及び負の値を有する正弦波状の交流入力電圧信号のうち負の値を有する部分）を増幅し、負の周期の比較器入力端ＣＯＭＰ＿ＩＮ２を介して負の周期の比較器（図１の符号２０４を参照）に出力する。つまり、図１の零相変流器１０２が検出して提供した全周期の検出対象交流入力電流に対して、フィルタ回路部１０３により高周波ノイズを除去した状態で、電圧変換抵抗１０１により電圧信号に変換されて入力される、対応する交流入力電圧信号のうち負の値を有する部分を増幅し、負の周期の比較器入力端ＣＯＭＰ＿ＩＮ２を介して負の周期の比較器（図１の符号２０４を参照）に出力する。図２において、差動増幅回路部分のうち、符号Ｉ１、Ｉ２は、それぞれ第１トランジスタＱ１及び第２トランジスタＱ２のコレクタに流れるコレクタ電流を示し、符号ＩＢは、第１トランジスタＱ１及び第２トランジスタＱ２の駆動のためのバイアス電流を示す。

図２において、正の周期の基準電圧発生回路部及び負の周期の基準電圧発生回路部は、図１に示す第１基準電圧発生回路部２０５に含まれるものである。

正の周期の基準電圧発生回路部は、負の周期の増幅回路部に接続され、負の周期の増幅回路部から出力される負の周期の増幅電圧信号の電圧値と一定の差値を有する電圧信号を提供する分圧回路部を含む。すなわち、正の周期の基準電圧発生回路部は、負の周期の増幅回路部に直列に接続される抵抗ＲＢ２及びダイオードＤ２を含む分圧回路部を含み、オン又はオフになって分圧回路部を介した通電をスイッチング制御する第６トランジスタＱ６を含む。従って、負の周期の増幅回路部のうちレベルシフト回路部の抵抗ＲＡ２にかかる電圧は、分圧回路部の抵抗ＲＢ２及びダイオードＤ２の抵抗値とレベルシフト回路部の抵抗ＲＡ２の抵抗値との合成抵抗値に対する抵抗ＲＢ２及びダイオードＤ２の抵抗値の割合の電圧が分圧され、正の周期の比較器基準電圧入力端ＣＯＭＰ＿ＲＥＦ１を介して正の周期の比較器（図１の符号２０３を参照）に印加される。

負の周期の基準電圧発生回路部は、正の周期の増幅回路部に接続され、正の周期の増幅回路部から出力される正の周期の増幅電圧信号の電圧値と一定の差値を有する電圧信号を提供する分圧回路部を含む。すなわち、負の周期の基準電圧発生回路部は、正の周期の増幅回路部に直列に接続される抵抗ＲＢ１及びダイオードＤ１を含む分圧回路部を含み、オン又はオフになって分圧回路部を介した通電をスイッチング制御する第５トランジスタＱ５を含む。従って、正の周期の増幅回路部のうちレベルシフト回路部の抵抗ＲＡ１にかかる電圧は、分圧回路部の抵抗ＲＢ１及びダイオードＤ１の抵抗値とレベルシフト回路部の抵抗ＲＡ１の抵抗値との合成抵抗値に対する抵抗ＲＢ１及びダイオードＤ１の抵抗値の割合の電圧が分圧され、負の周期の比較器基準電圧入力端ＣＯＭＰ＿ＲＥＦ２を介して負の周期の比較器（図１の符号２０４を参照）に印加される。

このように、本発明の実施形態においては、正の周期の基準電圧発生回路部は負の周期の増幅回路部に接続され、負の周期の基準電圧発生回路部は正の周期の増幅回路部に接続されるように、正の周期の基準電圧発生回路部と負の周期の基準電圧発生回路部が負の周期の増幅回路部と正の周期の増幅回路部に交差して接続される。

本発明の好ましい態様によれば、図２に示すように、工程の速度が変化したり温度が変化したりしても、正の周期の増幅回路部から出力される正の周期の増幅電圧信号の電圧値と正の周期の基準電圧発生回路部から出力される正の周期の基準電圧信号の電圧値とが一定の差値を有するように、正の周期の増幅回路部に交流入力電圧信号が入力され、正の周期の基準電圧発生回路部には正の周期の増幅回路部から出力される正の周期の増幅電圧信号を一定の電圧差を有するように分圧した交流入力電圧信号が入力されるように構成される。

また、負の周期の増幅回路部から出力される負の周期の増幅電圧信号の電圧値と負の周期の基準電圧発生回路部から出力される負の周期の基準電圧信号の電圧値とが一定の差値を有するように、負の周期の増幅回路部に交流入力電圧信号が入力され、負の周期の基準電圧発生回路部には負の周期の増幅回路部から出力される負の周期の増幅電圧信号を一定の電圧差を有するように分圧した交流入力電圧信号が入力されるように構成される。

つまり、一般的な比較器の基準電圧は一定の直流電圧であるのに対して、本発明の好ましい態様による正の周期の比較器（図１の符号２０３を参照）及び負の周期の比較器（図１の符号２０４を参照）に印加される基準電圧は、正の周期の増幅電圧信号又は負の周期の増幅電圧信号の電圧と一定の差値を有する交流入力電圧であるため、工程の速度が変化したり温度が変化したりしても信頼性のある比較出力を提供することができ、このような特性は、結果として、工程の速度が変化したり温度が変化したりしても信頼性のあるトリップコイル駆動信号の出力が行われるという効果と、さらに、回路遮断器の異常電流検出による回路遮断動作（トリップ動作）の信頼性を向上させるという効果を奏する。

図５を参照すると、正の周期の増幅回路部から出力される正の周期の増幅電圧信号、並びに正の周期の増幅電圧信号を一定の電圧差を有するように分圧した交流入力電圧信号である正の周期の基準電圧信号は、それぞれ交流波形の波形特性を有することが分かる。

また、温度変化及び工程変化に対する全周期増幅器の動作特性図である図４を参照すると、図１及び図２に示す本発明による回路遮断器用異常電流検出回路において、全周期増幅器から出力される比較器入力信号（正の周期又は負の周期の増幅電圧信号であって、図４に符号ＣＯＭＰ＿ＩＮで示す。）と比較器基準電圧信号（正の周期又は負の周期の基準電圧信号であって、図４に符号ＣＯＭＰ＿ＲＥＦで示す。）とは、温度変化と工程の速度変化、すなわち高速ＦＡＳＴ、標準速度ＴＹＰＩＣＡＬ、及び低速ＳＬＯＷの生産速度に関係なく、一定の差値（図４に符号ＩＢ＊ＲＢ／２＋ＶＤで示す。）を有する。従って、全周期増幅器後段の正の周期の比較器及び負の周期の比較器に、差値が一定の入力信号と基準電圧信号を提供することにより、温度が変化したり工程の速度が変化したりしても、正の周期の比較器及び負の周期の比較器が高い信頼性で比較出力を行うことができる。

図２において、符号ＢＧは、図１の温度補償型定電圧回路部２０１から第５トランジスタＱ５及び第６トランジスタＱ６のベースに駆動のために提供されるバイアス電圧を示し、抵抗ＲＢは、第５トランジスタＱ５及び第６トランジスタＱ６を流れる電流値を調整するための電流調整用抵抗である。

一方、前述のように、検出対象回路の交流電流に対応する交流入力電圧信号の全周期に対して増幅した正の周期の増幅電圧信号及び負の周期の増幅電圧信号と、これらの増幅電圧信号の電圧値と一定の差値を有する正の周期の基準電圧信号及び負の周期の基準電圧信号は、図１に示す正の周期の比較器２０３及び負の周期の比較器２０４にそれぞれ入力電圧信号と基準電圧信号として提供される。

図１において、正の周期の比較器２０３は、全周期増幅器２０２、２０５の出力に接続され、全周期増幅器２０２、２０５により提供される正の周期の増幅電圧信号と正の周期の基準電圧信号とを比較し、正の周期の増幅電圧信号が正の周期の基準電圧信号より大きいか同じ場合にパルス信号を出力する。

このような動作は、正の周期の比較器にそれぞれ入力される、比較入力信号である正の周期の増幅電圧信号と基準信号である正の周期の基準電圧信号の時間変化波形を示す波形図である図５、並びに図５の波形において正の周期の増幅電圧信号が正の周期の基準電圧信号より大きいか同じ場合に正の周期の比較器から出力されるパルス信号の波形を示す波形図である図６からも確認することができる。

図５において、符号ＣＯＭＰ＿ＩＮ１で示す正の周期の比較器（図１の符号２０３を参照）の入力信号の波形は、図示のように、時間変化によって正弦波のような交流波形を示し、符号ＣＯＭＰ＿ＲＥＦ１で示す正の周期の比較器の基準電圧信号の波形も、時間変化によって正弦波のような交流波形を示すことが分かる。図５において、符号ＣＯＭＰ＿ＩＮ１で示す正の周期の比較器の入力信号（すなわち、正の周期の増幅電圧信号）の値が符号ＣＯＭＰ＿ＲＥＦ１で示す正の周期の比較器の基準電圧信号の値より大きいとき、図６に示すように、正の周期の比較器はパルス信号を出力する。

図１において、負の周期の比較器２０４は、全周期増幅器２０２、２０５の出力に接続され、全周期増幅器２０２、２０５により提供される負の周期の増幅電圧信号と負の周期の基準電圧信号とを比較し、負の周期の増幅電圧信号が負の周期の基準電圧信号より大きいか同じ場合にパルス信号を出力する。

図１において、合成回路２０６は、正の周期の比較器２０３及び負の周期の比較器２０４の出力に接続され、正の周期の比較器２０３から出力されるパルス信号と負の周期の比較器２０４から出力されるパルス信号とを合成して全周期の合成信号を出力する。

図１において、第２基準電圧発生回路部２０９は、比較駆動回路部２０８の比較回路部２０８ａに接続され、検出対象交流入力電流に対応する入力電圧信号の異常の有無を決定するための基準電圧信号を発生し、当該基準電圧信号を比較回路部２０８ａに提供する。

キャパシタＣＨは、合成回路２０６の出力端に接続され、合成回路２０６がパルス信号である全周期の合成信号を出力する間に電荷を充電して充電電圧を提供する。

比較駆動回路部２０８は、第２基準電圧発生回路部２０９及びキャパシタＣＨに接続され、比較回路部２０８ａと駆動回路部２０８ｂとを含む。比較駆動回路部２０８は、比較回路部２０８ａを用いて、キャパシタＣＨにより提供される充電電圧と第２基準電圧発生回路部２０９により提供される基準電圧信号とを比較し、充電電圧が基準電圧信号より大きいか同じ場合、駆動回路部２０８ｂを駆動する駆動信号を出力する。駆動回路部２０８ｂは、充電電圧が基準電圧信号より大きいか同じ場合、比較回路部２０８ａからの駆動信号に応答して、最終的に、回路遮断器が遮断位置に移動するように制御する信号を出力する。この制御信号は、半導体スイッチング素子ＳＣＲをターンオンさせてトリップ機構３００ａを励磁することにより、前述のように、アーマチュア（図示せず）により開閉機構３００ｂが遮断位置（トリップ位置）に移動するようにトリガする。従って、開閉機構３００ｂが遮断位置（トリップ位置）に移動して回路が遮断されることにより、回路に関連する人命被害と負荷機器の損傷を防ぐことができ、回路線路を保護することができる。

異常電流検出回路２００は、温度補償型定電圧回路部２０１と、温度補償型電流源回路２０７とをさらに含んで構成してもよい。

温度補償型定電圧回路部２０１は、構成部品に安定した直流電源を供給する回路であって、定電圧回路と、負の温度係数を有するスイッチング素子と、正の温度係数を有する抵抗及びスイッチング素子とを含む。このような温度補償型定電圧回路部２０１は、図２及び図３に示す回路においてトランジスタＱ５、Ｑ６、Ｑ７、Ｑ８のベースにバイアス電圧ＢＧを一定に供給する。

温度補償型電流源回路２０７は、キャパシタＣＨと合成回路２０６との間に接続され、合成回路２０６がパルス信号である合成信号を出力する間、充電電流として温度補償電流をキャパシタＣＨに供給する。

以下、温度補償型電流源回路２０７のより詳細な構成と作用について、図１の温度補償型電流源の詳細回路図である図３を参照して説明する。

温度補償型電流源回路２０７は、電流源ＩＢＰと、負温度係数回路部ＱＰ１、ＱＰ２、ＱＰ３と、正温度係数回路部ＲＰ、ＱＰ４とを含む。温度補償型電流源回路２０７は、負温度係数回路部ＱＰ１、ＱＰ２、ＱＰ３及び正温度係数回路部ＲＰ、ＱＰ４をそれぞれ駆動制御するためのスイッチ機能を実行する第７トランジスタＱ７及び第８トランジスタＱ８をさらに含んでもよい。

負温度係数回路部ＱＰ１、ＱＰ２、ＱＰ３は、電流源ＩＢＰとキャパシタＣＨとの間に接続されて負の温度係数を有するトランジスタで構成される。

正温度係数回路部ＲＰ、ＱＰ４は、負温度係数回路部ＱＰ１、ＱＰ２、ＱＰ３に並列に接続され、正の温度係数を有する抵抗ＲＰ及びトランジスタＱＰ４を含む。

以下、このような温度補償型電流源回路２０７の動作を図３及び図７を参照して説明する。

図７を参照すると、正温度係数回路部ＲＰ、ＱＰ４を流れる電流は、符号Ｍ＊Ｉ＿ＰＴＣで示す点線波形のように、温度が上昇するにつれて電流値が増加する直線波形（正温度特性）を示す。これに対して、負温度係数回路部ＱＰ１、ＱＰ２、ＱＰ３を流れる電流は、符号Ｎ＊Ｉ＿ＮＴＣで示す実線波形のように、温度が上昇するにつれて電流値が減少する直線波形（負温度特性）を示す。ここで、キャパシタＣＨに供給される温度補償型電流源回路２０７の最終の出力電流は、図７に符号Ｉ＿ＣＨで示すように、温度変化による変化が非常に緩やかな曲線波形を示す。

以下、上述のような本発明による回路遮断器用異常電流検出回路、及びこれを含む回路遮断器が設置される電力回路の動作について簡単に説明する。

異常電流検出対象回路を流れる交流電流は交流電源１００から負荷側に流れる。よって、本発明による回路遮断器用異常電流検出回路、及びこれを含む回路遮断器（特に、漏電遮断器）は、交流電源１００から負荷側への回路に接続設置され、漏電電流量は零相変流器１０２により検出する。ここで、零相変流器１０２は、３相回路が内部を貫通するように設置されるコアと、コアに巻回された２次コイルとから構成され、漏電電流がある場合は、３相回路を流れる電流の和がゼロでない値を有するため、３相回路を流れる合成電流量に応じた誘導電流が２次コイルに誘起されて出力される。

零相変流器１０２が検出して提供した交流の漏電電流信号は、フィルタ回路部１０３により高周波ノイズが除去された状態で出力され、電圧変換抵抗１０１により交流入力電圧信号に変換され、本発明による回路遮断器用異常電流検出回路２００に出力される。

本発明によれば、回路遮断器用異常電流検出回路２００に入力された交流入力電圧信号の正の周期及び負の周期の全周期に対して、正の周期の増幅電圧信号の電圧値と正の周期の基準電圧信号の電圧値が一定の差値を有するように、正の周期の増幅電圧信号と正の周期の基準電圧信号が出力され、負の周期の増幅電圧信号の電圧値と負の周期の基準電圧信号の電圧値が一定の差値を有するように、負の周期の増幅電圧信号と負の周期の基準電圧信号が出力される。

次に、正の周期の比較器２０３は、全周期増幅器２０２、２０５の出力に接続され、全周期増幅器２０２、２０５により提供される正の周期の増幅電圧信号と正の周期の基準電圧信号とを比較し、正の周期の増幅電圧信号が正の周期の基準電圧信号より大きいか同じ場合にパルス信号を出力する。これと同時に、負の周期の比較器２０４も、全周期増幅器２０２、２０５の出力に接続され、全周期増幅器２０２、２０５により提供される負の周期の増幅電圧信号と負の周期の基準電圧信号とを比較し、負の周期の増幅電圧信号が負の周期の基準電圧信号より大きいか同じ場合にパルス信号を出力する。

次に、合成回路２０６は、正の周期の比較器２０３及び負の周期の比較器２０４の出力に接続され、正の周期の比較器２０３から出力されるパルス信号と負の周期の比較器２０４から出力されるパルス信号とを合成して全周期の合成信号を出力する。

次に、比較駆動回路部２０８は、第２基準電圧発生回路部２０９及びキャパシタＣＨに接続され、比較回路部２０８ａにより、キャパシタＣＨにより提供される充電電圧と第２基準電圧発生回路部２０９により提供される基準電圧信号とを比較し、充電電圧が基準電圧信号より大きいか同じ場合、駆動回路部２０８ｂを駆動する駆動信号を出力する。駆動回路部２０８ｂは、充電電圧が基準電圧信号より大きいか同じ場合、比較回路部２０８ａからの駆動信号に応答して、最終的に、回路遮断器が遮断位置に移動するように制御する信号を出力する。この制御信号は、半導体スイッチング素子ＳＣＲをターンオンさせてトリップ機構３００ａを励磁することにより、前述のように、アーマチュア（図示せず）により開閉機構３００ｂが遮断位置（トリップ位置）に移動するようにトリガする。従って、開閉機構３００ｂが遮断位置（トリップ位置）に移動して回路が遮断されることにより、回路に関連する人命被害と負荷機器の損傷を防ぐことができ、回路線路を保護することができる。

１００交流電源
１０１電圧変換抵抗
１０２零相変流器
１０３フィルタ回路部
１０４直流変換電源回路部
２００異常電流検出回路
２０１温度補償型定電圧回路部
２０２、２０５全周期増幅器
２０２全周期増幅回路部
２０３正の周期の比較器
２０４負の周期の比較器
２０５第１基準電圧発生回路部
２０６合成回路
２０７温度補償型電流源回路
２０８比較駆動回路部
２０９第２基準電圧発生回路部
３００ａトリップ機構
３００ｂ開閉機構
ＣＨキャパシタ
Ｄ１、Ｄ２ダイオード
ＩＢＰ電流源
Ｑ１〜Ｑ８第１トランジスタ〜第８トランジスタ
ＱＰ１、ＱＰ２、ＱＰ３負温度係数回路部
ＲＰ、ＱＰ４正温度係数回路部
ＲＡ１、ＲＡ２、ＲＢ１、ＲＢ２抵抗
ＳＣＲ半導体スイッチング素子

Claims

回路遮断器用異常電流検出回路において、
正の周期及び負の周期を含む全周期の検出対象交流入力電流に対して対応する交流入力電圧信号を増幅し、正の周期の増幅電圧信号及び負の周期の増幅電圧信号を出力し、前記増幅された交流入力電圧信号の電圧値と一定の差値を有する正の周期の基準電圧信号及び負の周期の基準電圧信号を発生する全周期増幅器と、
前記全周期増幅器の出力に接続され、前記全周期増幅器により提供される正の周期の増幅電圧信号と正の周期の基準電圧信号とを比較し、正の周期の増幅電圧信号が正の周期の基準電圧信号より大きいか同じ場合にパルス信号を出力する正の周期の比較器と、
前記全周期増幅器の出力に接続され、前記全周期増幅器により提供される負の周期の増幅電圧信号と負の周期の基準電圧信号とを比較し、負の周期の増幅電圧信号が負の周期の基準電圧信号より大きいか同じ場合にパルス信号を出力する負の周期の比較器と、
前記正の周期の比較器及び前記負の周期の比較器に接続され、前記正の周期の比較器から出力されるパルス信号と前記負の周期の比較器から出力されるパルス信号とを合成して全周期の合成信号を出力する合成回路と、
前記検出対象交流入力電流に対応する交流入力電圧信号の異常の有無を決定するための基準電圧信号を発生する基準電圧発生器と、
前記合成回路の出力端に接続され、前記合成回路が前記合成信号を出力する間に電荷を充電するキャパシタと、
前記基準電圧発生器及び前記キャパシタに接続され、前記キャパシタにより提供される充電電圧と前記基準電圧発生器により提供される基準電圧信号とを比較し、前記充電電圧が前記基準電圧信号より大きいか同じ場合、回路遮断器が回路を遮断するように制御する信号を出力する比較駆動回路部と、
を含むことを特徴とする回路遮断器用異常電流検出回路。
前記全周期増幅器は、
前記交流入力電圧信号のうち正の周期の入力電圧信号を増幅し、正の周期の増幅電圧信号を出力する正の周期の増幅回路部と、
前記交流入力電圧信号のうち負の周期の入力電圧信号を増幅し、負の周期の増幅電圧信号を出力する負の周期の増幅回路部と、
前記交流入力電圧信号のうち正の周期の入力電圧信号に基づいて、正の周期の基準電圧信号を発生する正の周期の基準電圧発生回路部と、
前記交流入力電圧信号のうち負の周期の入力電圧信号に基づいて、負の周期の基準電圧信号を発生する負の周期の基準電圧発生回路部と、
を含む、請求項１に記載の回路遮断器用異常電流検出回路。
前記正の周期の増幅回路部及び前記負の周期の増幅回路部は、
差動増幅回路と、
スイッチング素子及び抵抗を含むレベルシフト回路と、
を含む、請求項２に記載の回路遮断器用異常電流検出回路。
前記正の周期の基準電圧発生回路部は、前記正の周期の増幅回路部から出力される正の周期の増幅電圧信号の電圧値と一定の差値を有するようにする分圧回路部を含み、
前記負の周期の基準電圧発生回路部は、前記負の周期の増幅回路部から出力される負の周期の増幅電圧信号の電圧値と一定の差値を有するようにする分圧回路部を含む、請求項２に記載の回路遮断器用異常電流検出回路。
前記正の周期の基準電圧発生回路部は前記負の周期の増幅回路部に接続され、前記負の周期の基準電圧発生回路部は前記正の周期の増幅回路部に接続されるように、前記正の周期の基準電圧発生回路部と前記負の周期の基準電圧発生回路部が前記負の周期の増幅回路部と前記正の周期の増幅回路部に交差して接続される、請求項４に記載の回路遮断器用異常電流検出回路。
前記合成回路の出力端と前記キャパシタとの間に接続され、前記合成回路が前記合成信号を出力する間、温度補償電流を充電電流として前記キャパシタに供給する温度補償型電流源回路をさらに含む、請求項１に記載の回路遮断器用異常電流検出回路。
前記温度補償型電流源回路は、
電流源と、
前記電流源と前記キャパシタとの間に接続される負の温度係数を有する負温度係数回路部と、
前記負温度係数回路部に並列に接続され、正の温度係数を有する正温度係数回路部と、
を含む、請求項６に記載の回路遮断器用異常電流検出回路。