(57)【要約】【課題】  電源回路のコンデンサを無くすことなくヒゲコード短絡を高精度で検出でき、更に突入電流により誤動作することがないコード短絡検出回路を提供する。【解決手段】  電路の電圧波形を全波整流する整流回路１３と、整流電圧波形から波形歪みを検出する特定歪み検出回路１４と、整流電圧波形から負荷の突入電流による電圧変化を検出する第２の比較回路１５とを有し、特定歪み検出回１４路が、第１の閾値と第１の閾値より小さい第２の閾値と整流電圧波形とを比較して整流電圧波形の瞬時値が２閾値の間にある状態を検出するウインドウコンパレータ回路２０と、２閾値の間にある時間が一定時間を超えたら波形歪み発生と判定する第１の比較回路２３とを備え、特定歪み検出回路１４が波形歪み発生と判定し、且つ第２の比較回路１５が第３の閾値より電路電圧が大きいと判定した場合にコード短絡発生と判断する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷へ商用電力を供給する電路の電圧波形を入手して全波整流する整流回路と、
前記整流回路が整流した電圧波形から特定の波形歪みを検出する特定歪み検出回路と、
コード短絡の発生を判定する判定回路と、
前記電路から電力を入手して各回路へ電源を供給するための前記整流回路と独立して設けた電源回路とを有し、
前記特定歪み検出回路が、商用電圧の波高値を下回る所定の第１の閾値と前記第１の閾値より小さい第２の閾値と前記整流電圧波形とを比較し、前記整流電圧波形の瞬時値が前記２閾値の間にある状態を検出するウインドウコンパレータ回路と、
前記２閾値の間にある時間が一定時間を超えたら波形歪み発生と判定する波形歪み判定回路とを備え、
前記判定回路は、前記特定歪み検出回路が波形歪み発生と判定したらコード短絡発生信号を出力することを特徴とするコード短絡検出回路。
【請求項２】
負荷へ商用電力を供給する電路の電圧波形を入手して全波整流する整流回路と、
前記整流回路が整流した電圧波形から特定の波形歪みを検出する特定歪み検出回路と、
前記整流回路出力の整流電圧波形から前記負荷の突入電流による電圧変化を検出する突入電圧検出回路と、
コード短絡の発生を判定する判定回路と、
前記電路から電力を入手して各回路へ電源を供給するための前記整流回路と独立して設けた電源回路とを有し、
前記特定歪み検出回路が、商用電圧の波高値を下回る所定の第１の閾値と前記第１の閾値より小さい第２の閾値と前記整流電圧波形とを比較し、前記整流電圧波形の瞬時値が前記２閾値の間にある状態を検出するウインドウコンパレータ回路と、
前記２閾値の間にある時間が一定時間を超えたら波形歪み発生と判定する波形歪み判定回路とを備えると共に、
前記突入電圧検出回路が、商用電圧の波高値を下回り、且つ前記第１の閾値を上回る所定の第３の閾値と前記電圧波形とを比較する回路であって、
前記判定回路は、前記特定歪み検出回路が波形歪み発生と判定し、且つ前記突入電圧検出回路が前記電圧波形のピーク値が前記第３の閾値より大きいと判定した場合にコード短絡発生と判断してコード短絡発生信号を出力することを特徴とするコード短絡検出回路。
【請求項３】
負荷が接続されるコンセントと、前記コンセントに商用電力を供給するための電路と、前記電路上に設けられて電路の開閉を行う開閉手段と、前記開閉手段を開動作させる遮断手段と、請求項１又は２に記載のコード短絡検出回路と、前記コード短絡検出回路が出力するコード短絡発生信号を基に前記遮断手段を駆動する出力回路とを有することを特徴とするコンセント装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コード短絡を検出するコード短絡検出回路、及びコード短絡が発生したら電路を遮断する機能を備えたコンセント装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、コンセントに差し込まれたプラグから負荷に至る電路上でコード短絡が発生したら、それを検知して電路を遮断する機能を備えたコンセント装置がある。
このコード短絡は、最初は撚り線１本程度の電線が短絡する所謂ヒゲコード短絡からスタートすることが知られており、このとき電路の電圧波形をみると、図７に示すような独特な形状を示すことが実験により確認されている。図７に示すようにヒゲコード短絡が発生するとＳで示すピーク付近から大きく切り欠いたような波形となる。
この電圧波形の特徴を検出することでコード短絡の発生を判断し、電路を遮断するコンセント装置を本発明者は特許文献１で提案した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１８６９５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１の技術では、整流回路において整流した電圧波形は０点（０ボルト）まで降下せずに次の半周期が始まっていた（図２（ａ）に示す）。そのため、ヒゲコード短絡を検出するための特定の２値の設定に制限が発生し、精度良くヒゲコード短絡を検出するのが難しかった。これは、電源回路に設けられているコンデンサが原因であるが、これを省くことは他の回路への影響が出るためできない。
また、負荷機器の電源投入時に発生する突入電流が極端に大きい場合、電路電圧が大きく低下することで、この電圧変化をヒゲコード短絡発生と判断する場合があった。
【０００５】
そこで、本発明はこの問題点に鑑み、電源回路のコンデンサを無くすことなくヒゲコード短絡を高精度で検出でき、更に突入電流により誤動作することがないコード短絡検出回路、及びコード短絡が発生したら電路を遮断するコンセント装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決する為に、請求項１の発明に係るコード短絡検出回路は、負荷へ商用電力を供給する電路の電圧波形を入手して全波整流する整流回路と、整流回路が整流した電圧波形から特定の波形歪みを検出する特定歪み検出回路と、コード短絡の発生を判定する判定回路と、電路から電力を入手して各回路へ電源を供給するための整流回路と独立して設けた電源回路とを有し、特定歪み検出回路が、商用電圧の波高値を下回る所定の第１の閾値と第１の閾値より小さい第２の閾値と整流電圧波形とを比較し、整流電圧波形の瞬時値が２閾値の間にある状態を検出するウインドウコンパレータ回路と、２閾値の間にある時間が一定時間を超えたら波形歪み発生と判定する波形歪み判定回路とを備え、判定回路は、特定歪み検出回路が波形歪み発生と判定したらコード短絡発生信号を出力することを特徴とする。
この構成によれば、整流回路は電源回路とは独立に設けられているため、コンデンサの影響を受けることが無く、出力する電圧波形を半周期毎に０ボルトに到達させることができる。よって、第２の閾値を０点近くに設けても波形歪み判定回路が誤動作するようなことが無く、高精度でコード短絡を検知することが可能となる。
【０００７】
請求項２の発明に係るコード短絡検出回路は、負荷へ商用電力を供給する電路の電圧波形を入手して全波整流する整流回路と、整流回路が整流した電圧波形から特定の波形歪みを検出する特定歪み検出回路と、整流回路出力の整流電圧波形から負荷の突入電流による電圧変化を検出する突入電圧検出回路と、コード短絡の発生を判定する判定回路と、電路から電力を入手して各回路へ電源を供給するための整流回路と独立して設けた電源回路とを有し、特定歪み検出回路が、商用電圧の波高値を下回る所定の第１の閾値と第１の閾値より小さい第２の閾値と整流電圧波形とを比較し、整流電圧波形の瞬時値が２閾値の間にある状態を検出するウインドウコンパレータ回路と、２閾値の間にある時間が一定時間を超えたら波形歪み発生と判定する波形歪み判定回路とを備えると共に、突入電圧検出回路が、商用電圧の波高値を下回り、且つ第１の閾値を上回る所定の第３の閾値と電圧波形とを比較する回路であって、判定回路は、特定歪み検出回路が波形歪み発生と判定し、且つ突入電圧検出回路が電圧波形のピーク値が第３の閾値より大きいと判定した場合にコード短絡発生と判断してコード短絡発生信号を出力することを特徴とする。
この構成によれば、整流回路は電源回路とは独立に設けられているため、コンデンサの影響を受けることが無く、出力する電圧波形を半周期毎に０ボルトに到達させることができる。よって、第２の閾値を０点近くに設けても波形歪み判定回路が誤動作するようなことが無いため、高精度でコード短絡を検知することが可能となる。そして、突入電流を検出するため、突入電流の発生により瞬間的に電路電圧の大きな低下が発生してもコード短絡発生と誤検知する事態を防止でき、どのような環境でも高精度でコード短絡を検知することが可能となる。
【０００８】
請求項３の発明に係るコンセント装置は、負荷が接続されるコンセントと、コンセントに商用電力を供給するための電路と、電路上に設けられて電路の開閉を行う開閉手段と、開閉手段を開動作させる遮断手段と、請求項１又は２に記載のコード短絡検出回路と、コード短絡検出回路が出力するコード短絡発生信号を基に遮断手段を駆動する出力回路とを有することを特徴とする。
この構成によれば、コード短絡が発生したらそれを検知して電路を遮断してコンセント出力を停止するので、コード短絡による火災発生を確実に防止できる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、整流回路は電源回路とは独立に設けられているため、コンデンサの影響を受けることが無く、出力する電圧波形を半周期毎に０点に到達させることができる。よって、第２の閾値を０点近くに設けても波形歪み判定回路が誤動作するようなことが無いため、高精度でコード短絡を検知することが可能となる。そして、突入電流の発生を検出するため、瞬間的に電路電圧の大きな低下が発生してもコード短絡発生と誤検知する事態を防止でき、どのような環境でも高精度でコード短絡を検知することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係るコンセント装置の一例を示す回路図である。
【図２】電路電圧の整流波形を示し、（ａ）は従来の波形、（ｂ）は図１の整流回路の波形である。
【図３】コード短絡発生時の特定歪み検出回路の要部波形図であり、（ａ）は整流回路の出力波形、（ｂ）は第１のウインドコンパレータ回路出力波形、（ｃ）は積分回路出力波形、（ｄ）は第１のワンショットパルス回路出力を示している。
【図４】突入電圧検出回路の出力波形説明図であり、（ａ）は整流回路１３の出力波形、（ｂ）は突入電圧検出回路の出力波形、（ｃ）は判定回路の出力波形をそれぞれ示している。
【図５】突入電流発生時の特定歪み検出回路の要部波形図であり、（ａ）は整流回路の出力波形、（ｂ）は第１のウインドコンパレータ回路出力波形、（ｃ）は積分回路出力波形、（ｄ）は第１のワンショットパルス回路出力を示している。
【図６】突入電流発生時の突入電圧検出回路の出力説明図であり、（ａ）は整流回路の出力波形、（ｂ）は特定波形検出回路の出力波形を示している。
【図７】ヒゲコード短絡発生時の電路電圧波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明に係るコンセント装置の一例を示す回路図であり、１はコンセント装置、２は商用電源、３はテレビや暖房器具等の負荷、４はコンセント、Ｌ１は商用電源２からコンセント装置１に至る電路、Ｌ２はコンセント４に接続されたプラグ（図示せず）から負荷３に至る負荷電路である。このコンセント装置１は通常は壁面に設置して使用される。
【００１２】
コンセント装置１は、図１に示すように商用電源２が接続された電路Ｌ１を接続する電源接続部からコンセント４に至る電路Ｌ３上に設けた開閉接点７、開閉接点７を開動作させるプランジャ８ａを備えた電磁コイル８、電磁コイル８を駆動するための出力回路９、コード短絡を検出するコード短絡検出回路１１を備えている。
【００１３】
コード短絡検出回路１１は、電路Ｌ３を流れる商用電力の電圧波形を全波整流するダイオードブリッジ回路から成る整流回路１３、ヒゲコード短絡特有の波形を検出する特定歪み検出回路１４と、負荷３を起動した際の過大な突入電流の発生により生ずる電圧降下を検出するための突入電圧検出回路としての第２の比較回路１５と、コード短絡発生を判定する判定回路としての第２のワンショットパルス回路１６と、各回路へ電源を供給する電源回路１７とで構成されている。
【００１４】
整流回路１３は、電源回路１７に設けられた整流回路１７ａとは独立に設けられ、近傍にコンデンサが配置されていない。この整流回路１３の出力する整流波形を図２（ｂ）に示している。尚、図２（ａ）は上記特許文献１の整流回路が出力する波形を示している。この図２に示すように、整流回路１３が出力する整流波形は、半周期毎に０ボルトまで低下した後上昇する。
【００１５】
特定歪み検出回路１４は、整流された電圧波形を所定の２値（第１の閾値と第１の閾値より小さい第２の閾値）と比較するウインドウコンパレータ回路（以下、単に「コンパレータ回路」とする）２０、コンパレータ回路２０の出力波形を成形する波形成形回路２１、波形成形回路２１の出力波形を積分する積分回路２２、積分回路２２の出力を所定の閾値と比較する波形歪み判定回路としての第１の比較回路２３、第１の比較回路２３の出力を受けてパルス信号を出力する第１のワンショットパルス回路２４を備えている。
【００１６】
突入電圧検出回路１５は、整流された電路電圧の瞬時値と所定の第３の閾値とを比較する比較回路（第２の比較回路）で構成され、電路電圧が第３の閾値より大きければ「Ｈ」の信号を出力する。
尚、第３の閾値は電路電圧のピーク値と上記第１の閾値の間で設定される。
【００１７】
第２のワンショットパルス回路１６は、特定歪み検出回路１４及び第２の比較回路１５の出力を基にコード短絡発生を判定する。
【００１８】
以下、このコード短絡検出回路１１の動作を具体的に説明する。図３はコード短絡発生時のコード短絡検出回路１１の要部の波形を示し、この図３を参照して説明する。尚、図３において、（ａ）は整流回路１３の出力波形、（ｂ）はコンパレータ回路２０の出力波形、（ｃ）は積分回路２２の出力波形、（ｄ）は第１のワンショットパルス回路２４の出力、即ち特定歪み検出回路１４の出力を示している。
【００１９】
コンパレータ回路２０が、整流回路１３が出力する整流電圧波形を所定の閾値（高い方の第１の閾値ＥＨ、及び低い方の第２の閾値ＥＬ）と比較し、この２つの閾値の間に電路電圧の瞬時値がある間は特定の信号を出力する。
コンパレータ回路２０には電路電圧が分圧されて入力され、例えば１０分の１に分圧された電圧が入力される。その結果、波高値約１４ボルトの電圧が入力されることになる。この値の電圧に対しては、例えばＥＨ＝５ボルト、ＥＬ＝１ボルトに設定される。図３（ａ）は、このように設定されたコンパレータ回路２０における電路Ｌ３の電圧波形と特定の２値ＥＨ，ＥＬとの関係を示している。
【００２０】
ヒゲコード短絡が発生すると、図７のＳで示す様な切り欠き部を有する電圧波形が発生するため、この波形の発生を数ボルトから波高値の約５０％となる７０ボルト程度の間に数ｍｓ留まる特徴から判断することができる。この特徴は、突入電流等の過電流発生時の電圧波形と大きく異なる点であり、本発明ではこの特徴的な波形の発生を検出することで小さなコード短絡であるヒゲコード短絡を検出して電路を遮断するものである。
【００２１】
そこで、電路電圧の波高値に対して第１の閾値ＥＨを約５０％以下（電路電圧の波高値が約１４０Ｖであれば７０Ｖ以下）、第２の閾値ＥＬを３％以上（電路電圧の波高値が約１４０Ｖであれば４Ｖ以上）で設定する。
尚、この範囲は更に限定しても良く、第１固定値ＥＨ＝５０Ｖ、第２固定値ＥＬ＝１０Ｖとしても良好にコード短絡を検出できる。
【００２２】
波形成形回路２１は、コンパレータ回路２０の出力を受けて瞬時電圧値が第１の閾値ＥＨと第２の閾値ＥＬの間にある場合「Ｈ」の信号を出力する。図３（ｂ）はこの出力を示し、監視する電路Ｌ３の電圧波形が正常な正弦波である間はＴ１に示す幅の狭い（時間の短い）一定の信号を出力するが、コード短絡発生時はＴ２に示すような幅の広い（時間の長い）信号が出力される様子を示している。
【００２３】
積分回路２２は、波形成形回路２１が出力する「Ｈ」の信号である矩形波を積分して図３（ｃ）に示すような波形の信号Ｍを出力する。図３（ｃ）に示すように、正常時の正弦波に対してはピーク値の小さい波形Ｍ１を出力するが、コード短絡により発生するＴ２の矩形波を受けてＭ２に示すように大きなピーク値の波形が出力される。
【００２４】
第１の比較回路２３は、積分回路２２の出力を所定の閾値Ｔｈ１と比較し、閾値Ｔｈ１を越えたら図３（ｄ）に示すように信号Ｎを出力する。図３（ｄ）に示すように、通常の正弦波の場合は達することが無く、Ｓに示すような歪みが発生したら到達するような特定の値に閾値Ｔｈ１は設定されている。
この結果、コード短絡時の矩形波Ｔ２の積分値Ｍ２を受けて信号Ｎを出力する。こうして、コンパレータ回路２０の出力が「Ｈ」の信号を出力する時間が一定時間を越えた場合を検出している。
【００２５】
第１のワンショットパルス回路２４は、比較回路２３の出力Ｎを受けて特定歪み検出回路１４の出力信号として、ワンショットパルス信号を生成して図１に示すＡ点から出力する。
【００２６】
図４は第２の比較回路１５の出力波形説明図であり、（ａ）は整流回路１３の出力波形、（ｂ）は第２の比較回路１５の出力波形、（ｃ）は判定回路１６の出力波形をそれぞれ示している。この図４に示すように、第２の比較回路１５は、電路電圧の瞬時値が所定の閾値Ｔｈ２を超えたら「Ｈ」の信号を図１に示すＢ点から出力する。具体的に、通常の正弦波の電圧に対してはＵ１で示す波形の出力を実施し、コード短絡が発生したらＵ２で示す波形を出力する。
尚、図４（ｂ）に示しているＮは、上記比第１の較回路２３の出力Ｎを示している。
【００２７】
第２のワンショットパルス回路１６は、第１のワンショットパルス回路２４の出力、及び第２の比較回路１５の出力を基に、双方が「Ｈ」の出力をした場合に図４（ｃ）に示すように「Ｈ」の信号を出力する。
この結果、出力回路９が判定回路１６の出力を受けて電磁コイル８を駆動し、プランジャ８ａが引き外し動作し、開閉接点７が開動作して負荷３への電力の供給は停止される。
【００２８】
このように、整流回路１３は電源回路１７とは独立に設けられているため、コンデンサの影響を受けることが無く、出力する電圧波形を半周期毎に０ボルトに到達させることができる。よって、第２の閾値ＥＬを０点近くに設けてもウィンドウコンパレータ回路２０
が誤動作するようなことが無く、高精度でコード短絡を検知することが可能となる。
そして、電流変化に依らず電路電圧の波形変化からコード短絡を検出するため、コード短絡を精度良く検出することができる。また、ヒゲコード短絡が発生した場合の特徴的な電圧波形の変化を検出するため、ヒゲコード短絡程度の小さなコード短絡であってもコード短絡発生と判定できる。
また、コード短絡が発生したらそれを検知して電路を遮断してコンセント出力を停止するので、コード短絡による火災発生を確実に防止できる。
【００２９】
次に、突入電流の発生により電路電圧が大きく変化した場合を説明する。図５は突入電流発生時の特定歪み検出回路１４の要部波形図であり、（ａ）は整流回路１３の出力波形、（ｂ）はコンパレータ回路２０の出力波形、（ｃ）は積分回路２２の出力波形、（ｄ）は第１のワンショットパルス回路２４の出力、即ち特定歪み検出回路１４の出力を示している。
突入電流が発生すると、特に大きな突入電流が発生すると電路電圧が図５（ａ）の電圧波形Ｖに示すように瞬間的に大きく低下し徐々に回復する。その結果、図５（ｂ）に示すようにコンパレータ回路２０は長時間に亘り「Ｈ」信号を出力し、図５（ｄ）に示すように第１のワンショットパルス回路２４が信号を出力する、即ち特定歪み検出回路１４が特定歪み発生と判断してしまう場合がある。
【００３０】
一方、このときの第２の比較回路１５の出力を図６に示している。この図６に示すように電路電圧のピーク値が閾値Ｔｈ２に達しないため「Ｈ」信号を出力しない。よって、第２のワンショットパルス回路１６は「Ｈ」の信号を出力せず、電路は遮断されない。
【００３１】
このように、突入電流による電圧変化を検出するため、突入電流の発生により瞬間的に電路電圧の大きな低下が発生してもコード短絡発生と誤検知する事態を防止でき、どのような環境でも高精度でコード短絡を検知することができる。
【００３２】
尚、上記実施形態は、コード短絡検出回路１１をコンセントに設けた場合を説明したが、分岐ブレーカ等の回路遮断に内蔵させても良いし、コンセントに接続して使用されるタップコンセントに内蔵させても良い。
また、コンセントに遮断機能を設けてコンセント装置とし、電路を遮断する構成としているが、コード短絡が発生したら音やＬＥＤの発光で通知する構成としても良い。
【符号の説明】
【００３３】
１・・コンセント装置、７・・開閉接点、９・・出力回路、１１・・コード短絡検出回路、１３・・整流回路、１４・・特定歪み検出回路、１５・・第２の比較回路（突入電圧検出回路）、１６・・第２のワンショットパルス回路（判定回路）、１７・・電源回路、２０・・ウィンドウコンパレータ回路、２３・・第１の比較回路（波形歪み判定回路）、２４・・第１のワンショットパルス回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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