(57)【要約】【課題】  交流負荷を位相制御するような製品であっても、異極トラッキングとシリーズトラッキングの発生を正確に判定する。【解決手段】  商用の交流電源が位相制御によって通電される交流負荷に流れる電流を検出する電流検出センサと、この電流検出センサからの検出値を取り込んで演算する演算回路と、この演算回路によって前記交流負荷に対する通電経路におけるトラッキングの発生を検知すると交流電源から前記負荷への通電を遮断するリレーと、を備えた制御回路におい、前記演算回路は、前記電流検出センサによって検出された電流のピーク値が予め記憶されている最大電流を超えたことを検出するか、または、ピーク検出以降から所定期間の電流の積分値が予め記憶されている積算電流値より小さいことを検出した時に、前記リレーを駆動して前記負荷への通電を遮断する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用の交流電源が位相制御によって通電される交流負荷に流れる電流を検出する電流検出センサと、この電流検出センサからの検出値を取り込んで演算する演算回路と、この演算回路によって前記交流負荷に対する通電経路におけるトラッキングの発生を検知すると交流電源から前記負荷への通電を遮断するリレーと、を備えた制御回路において、
前記演算回路は、前記電流検出センサによって検出された電流のピーク値が予め記憶されている最大電流を超えたことを検出するか、または、ピーク検出以降から所定期間の電流の積分値が予め記憶されている積算電流値より小さいことを検出した時に、前記リレーを駆動して前記負荷への通電を遮断することを特徴とする制御回路。
【請求項２】
前記制御回路は、前記演算回路へ交流電源のゼロクロスポイントを知らせるゼロクロス検出回路を有し、前記演算回路は、前記電流検出センサによって検出された電流のピーク検出以降からゼロクロスポイントまでの電流の積分値が予め記憶されている積算電流値より小さいことを検出した時に、前記リレーを駆動して前記負荷への通電を遮断することを特徴とする請求項１記載の制御回路。
【請求項３】
前記演算回路は、前記電流検出センサによって検出された電流のピーク値が予め記憶されている最大電流を複数回連続して超えたことを検出した時に、前記リレーを駆動して前記負荷への通電を遮断することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の制御回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、商用の交流電源にて駆動されるＡＣヒータを位相制御するような製品でも正確にトラッキング現象を検出する制御回路に関する。特に、ＡＣ電源電圧の異極間で起きるトラッキングだけでなく、ＡＣヒータのような抵抗分がトラッキングルートに介在しピーク電流の制限がかかった条件だとしても、正確にトラッキング現象を検出し、発火事象に至る前にＡＣ電源を遮断することができる制御回路に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
プリント基板は経年によりはんだクラックが発生し、はんだクラックが起きた箇所からプリント基板が炭化していき、トラッキング現象へ発展し激しい発煙・発火を引き起こす危険性を持っている。よって、プリント基板からの発煙・発火を想定して製品設計を行わなければならず、スペースを圧迫し、また多額のコストアップを必要とする。
【０００３】
製品に流れる電流を監視し、トラッキング現象を発火・発煙する前に検出することが出来れば発火・発煙を未然に防ぐことができ、製品内部に多くの発火対策部品を必要としなくなる。結果、スペースの有効活用やコストダウンを図ることが出来る。
【０００４】
トラッキングを検出するための従来技術としては特許文献１がある。
その内容は電流のピーク値が3回以上増加傾向にあることを確認し、トラッキングと判断する内容である。そうすることで突入電流のような波形やインバータ機器の負荷電流波形を絶縁劣化と判断し誤動作するようなことが防止できる。
【０００５】
しかし、上記に示した装置では、電源電圧の異極間で発生するトラッキング(以下「異極トラッキング」とする)を検出することは出来るが、ヒータ駆動をＯＮ，ＯＦＦするようなスイッチの間で発生するトラッキング(以下「シリーズトラッキング」とする)はヒータの抵抗値によってピーク電流が制限されてしまうため検出することが出来なかった。
【０００６】
他の従来技術としては特許文献２がある。
その内容は、トラッキングの判別を電流波形の積分値で判断するものである。トラッキング現象ははんだクラックにより発生した微細なギャップにスパーク電流が流れることでトラッキングへ発展していくものであり、ある程度の電圧がかからなければスパーク電流が流れない現象を活用している内容である。よって特許文献２の技術を使うことで異極トラッキングとシリーズトラッキング両方を検出することが出来る。
【０００７】
しかし、特許文献２は、ＡＣヒータを位相制御するような製品に使われた場合、位相制御の波形形状をトラッキング波形形状と誤検知してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−４１９９３
【特許文献２】特開２００４−０２０４９６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、本発明の課題は、交流負荷を位相制御するような製品であっても、異極トラッキングとシリーズトラッキングの発生を正確に判定することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために請求項１記載の発明によれば、商用の交流電源が位相制御によって通電される交流負荷に流れる電流を検出する電流検出センサと、この電流検出センサからの検出値を取り込んで演算する演算回路と、この演算回路によって前記交流負荷に対する通電経路におけるトラッキングの発生を検知すると交流電源から前記負荷への通電を遮断するリレーと、を備えた制御回路において、前記演算回路は、前記電流検出センサによって検出された電流のピーク値が予め記憶されている最大電流を超えたことを検出するか、または、ピーク検出以降から所定期間の電流の積分値が予め記憶されている積算電流値より小さいことを検出した時に、前記リレーを駆動して前記負荷への通電を遮断することを特徴とする。
よって、電流検出センサによって検出された電流のピーク値が予め記憶されている最大電流を超えたことを検出することで異極トラッキングを判定でき、また、ピーク検出以降から所定期間の電流の積分値が予め記憶されている積算電流値より小さいことを検出することで、シリーズトラッキングを判定でき、その何れの判定によってもリレーを駆動して前記負荷への通電を遮断することで、交流負荷に対する通電を遮断することができ、トラッキング発生による発火等の不具合を防止することができる。
【００１１】
また、請求項２記載の発明においては、前記制御回路は、前記演算回路へ交流電源のゼロクロスポイントを知らせるゼロクロス検出回路を有し、前記演算回路は、前記電流検出センサによって検出された電流のピーク検出以降からゼロクロスポイントまでの電流の積分値が予め記憶されている積算電流値より小さいことを検出した時に、前記リレーを駆動して前記負荷への通電を遮断することを特徴とする。
よって、電源電圧のゼロクロスのタイミングを演算回路に知らせることで、精度よくシリーズトラッキングの発生を判定することができる。
【００１２】
前記演算回路は、前記電流検出センサによって検出された電流のピーク値が予め記憶されている最大電流を複数回連続して超えたことを検出した時に、前記リレーを駆動して前記負荷への通電を遮断することを特徴とする。
よって、最大電流を複数回連続して超えたことを検出することで、精度よく異極トラッキングの発生を判定することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、電流検出センサによって検出された電流のピーク値が予め記憶されている最大電流を超えたことを検出することで異極トラッキングを判定でき、また、ピーク検出以降から所定期間の電流の積分値が予め記憶されている積算電流値より小さいことを検出することで、シリーズトラッキングを判定でき、その何れの判定によってもリレーを駆動して前記負荷への通電を遮断することで、交流負荷に対する通電を遮断することができ、トラッキング発生による発火等の不具合を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態における制御回路のブロック図。
【図２】異極トラッキングとシリーズトラッキングの発生箇所の模式図。
【図３】正常電流波形と異極トラッキング波形を比較した図。
【図４】正常電流波形とシリーズトラッキング波形を比較した図。
【図５】位相制御している時の正常電流波形とシリーズトラッキング波形を比較した図。
【図６】本実施形態におけるトラッキング検出処理のフローチャートである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
［ブロック構成］
図１は、本発明の実施形態に関わる制御回路のブロック図である。
電流センサ１は、保護する機器４である商用の交流電源が位相制御によって通電される交流負荷への全ての電流が流れる箇所に取り付けられる。例えば電源プラグ部や電源コードを製品の中に取り込んだ直後である。
また、演算回路２は電源電圧から直接電源を取り込む構成であり、ＡＣ−ＤＣ変換を必要とする。
また、リレー３はメカニカルに接点をショートするリレーであり、演算回路２からの指令によってコイル（図示せず）に電流を流すことで接点はオープン（通電の遮断状態）になる。オープンになった以降は電流を流し続けなくてもオープンを保持し続ける。なお、リレー３はユーザーが任意にスイッチを押してショートに切りかえられる機構となる。
【００１６】
本構成にはセルフスイッチ６と放電素子７を設け、擬似的にトラッキングを起こし、動作チェックを行えるようになっている。
【００１７】
血
図２は異極トラッキングとシリーズトラッキングが発生する箇所の模式図である。異極トラッキングとは電源電圧の異極間の間に炭素によるトラック経路が出来た場合に発生するトラッキングのことである。シリーズトラッキングとは製品負荷をＯＮ−ＯＦＦする負荷駆動素子の間に炭素によるトラック経路が出来た場合に発生するトラッキングのことである。負荷駆動素子がショートの時にはシリーズトラッキングは発生しないが、負荷駆動素子がオープンになり、素子の両端間に電圧が発生した時にトラッキングが発生する。
【００１８】
図３は正常電流波形と異極トラッキング波形の比較した図である。電源電圧の異極間に炭素経路が出来たことで流れる電流であるため、電流値は炭素経路のインピーダンスに依存する。そのためトラッキング電流の最大値は製品の最大電流を大きく超えることを特徴とする。よって、電流のピークが予め記憶されている最大電流値を超えないのかを監視することで異極トラッキングを検出できる。
【００１９】
図４は正常電流波形とシリーズトラッキング波形を比較した図である。なお、電流のピーク値以降からゼロクロスポイントまでを積分した比較結果も示している。シリーズトラッキングは交流負荷の駆動素子間に炭素経路が出来たことで流れる電流であるため、電流値は負荷インピーダンスに依存する。そのため、トラッキング電流の最大値は製品の最大負荷電流値を超えないことを特徴とする。
【００２０】
図３、図４を見ると電流のピーク値に違いがあるが、電流が流れ始めるタイミングと流れ終わるタイミングがゼロクロスからずれているところに共通点がある。これは、トラッキング現象の元である炭素部分と、まだ炭化されていない箇所や部品のリード部分との間に微細な空間ギャップがあり、そこでスパーク放電(火花放電)が繰り返されているからである。微細な空間ギャップがあるため、ある程度の電圧がないと電流が流れ始めず、電流が流れ終わるのも同じで電圧がゼロになる前に電流が止まる。この現象は異極トラッキングでもシリーズトラッキングでも共通して発生する現象である。
【００２１】
異極トラッキングに関しては図3のように電流のピーク値を監視することでトラッキングの検出をすることが出来るが、シリーズトラッキングに関しては電流のピークが途中に介在する負荷のインピーダンスに制限されるため、ピーク値を監視してもトラッキングを判定することは出来ない。そこで図４にあるトラッキング波形の特徴をつかみそれを検出することでシリーズトラッキングも検出する。その検出方法は電流波形のピーク値以降から所定期間、好ましくはゼロクロスポイントまでを積分し、通常波形よりトラッキング波形の面積が小さくなることを検出する。電流波形のピーク値以降の波形を使っている理由は、交流負荷が位相制御のように、任意の位相から負荷を駆動させた時、その波形をトラッキングと誤認識して検出してしまうことを防止するためである。
【００２２】
図５は位相制御している時の正常電流波形とシリーズトラッキング波形を比較した図である。なお、電流のピーク値以降からゼロクロスポイントまでを積分した比較結果を示している。位相90度、135度の条件を記載しているが、どの条件でも正常時の積分値と比べてトラッキング時の積分値の方が小さい面積となっている。よって、ピーク検出以降から所定期間の電流の積分値が予め記憶されている積算電流値より小さいことを検出した時にシリーズトラキングと判定することができる。
【００２３】
本実施形態におけるトラッキング検出処理の流れは図６のフローチャートに図示するが、具体的には常時電流値の値をあるタイミングで監視し続け、検出した電流値と前のタイミングで検出した電流値の差を演算し、その差が正から負、負から正に切り替わった時をピーク値と認識する。
【００２４】
図６のフローチャートに基づいて、本実施形態におけるトラッキング検出処理について詳しく説明する。
まず常時電流の測定データの差分を取り続ける（Ｓ６０）。その値が正から負、負から正に切り替わる時の電流値を電流値のピーク値と判定する（Ｓ６２）。そのピーク値が異極トラッキングと認定する閾値（予め記憶されている正常時に交流負荷に流れる最大電流値）を超えるかどうかを判定する（Ｓ６４）。もし超えている場合は（Ｓ６４ｙｅｓ）、一定期間内電流を監視し続け（Ｓ６６）、閾値を超える回数が規定を超えた時（Ｓ６６ｙｅｓ）、異極トラッキングと認定してリレーを作動させて交流負荷への通電を遮断する（Ｓ７０）。
【００２５】
シリーズトラッキングの判定について説明する。電流のピーク値が異極トラッキングと認定する閾値を超えていないと判断された場合（Ｓ６４ｎｏ）、検出したピーク電流から、ゼロクロスポイントまで電流値を積分して面積Ａとする（Ｓ７２）。また、正常波形が入った場合の電力と対応させて登録されている１／４波長分の面積をテーブル表から呼び出して面積Ｂとする（Ｓ７４）、実際に取り込んだ面積Ａとテーブル表の面積Ｂとを比較して（Ｓ７６）、測定した結果が小さければシリーズトラッキングが発生していると認識する（Ｓ７６ｙｅｓ）。この時、実際に測定した結果には補正係数αをかけて合否判定を微調節している。異極トラッキング、シリーズトラッキングを認識した場合、リレーを作動させて交流負荷への通電を遮断する（Ｓ７０）。
【符号の説明】
【００２６】
１    電流センサ（電流検出センサ）
２    演算回路
３    リレー
４    保護する機器（交流負荷）
５    ゼロクロス検出回路
６    セルフスイッチ
７    放電素子
８    異極トラッキング
９    シリーズトラッキング
【図１】
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【図２】
2014007832.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2014007832.tif 000007
【図６】
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