(57)【要約】【課題】漏電検知・遮断機能と過電圧検知・遮断機能を一体として備えた過電圧検知機能付き漏電ブレーカを用いることなく、過電圧の入力を検知し、遮断することができる過電圧保護回路を提供すること。【解決手段】過電圧保護回路は、漏電検知部、漏電遮断部、入力電圧検知部、漏電発生部を有する。漏電検知部は、電源電圧を入力する電源入力ラインとアース電位との間に閾値電流以上の漏電電流が流れる漏電状態を検知する。漏電遮断部は、漏電検知部が漏電状態を検知すると、電源電圧の入力を遮断する。入力電圧検知部は、電源電圧が閾値電圧以上であるかどうかを判定する。漏電発生部は、入力電圧検知部が閾値電圧以上の電源電圧が入力されていると判定すると、電源入力ラインをアース電位に接続し、電源入力ラインとアース電位の間に閾値電流以上の擬似漏電電流を流す。入力電圧検知部および漏電発生部は、漏電検知部および漏電遮断部から独立して配置される。【選択図】図１
2015042043.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部電源から電源電圧を入力する電源入力ラインとアース電位との間に閾値電流以上の漏電電流が流れる漏電状態を検知する漏電検知部と、
前記漏電検知部が前記漏電状態を検知すると、前記電源電圧の入力を遮断する漏電遮断部と、
前記漏電検知部および漏電遮断部から独立して配置され、前記電源電圧が閾値電圧以上であるかどうかを判定する入力電圧検知部と、
前記漏電検知部および漏電遮断部から独立して配置され、前記入力電圧検知部が前記閾値電圧以上の電源電圧が入力されていると判定すると、前記電源入力ラインをアース電位に接続し、前記電源入力ラインとアース電位の間に前記閾値電流以上の擬似漏電電流を流す漏電発生部と、
を有することを特徴とする過電圧保護回路。
【請求項２】
前記漏電発生部は、前記電源入力ラインとアース電位の間に設けられたスイッチであり、
前記漏電検知部および前記漏電遮断部は、漏電ブレーカであり、
前記入力電圧検知部は、前記漏電ブレーカから空間的に分離された回路基板に設けられた素子または機器であることを特徴とする請求項１に記載の過電圧保護回路。
【請求項３】
前記漏電発生部とアース電位の間には、コンデンサが接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の過電圧保護回路。
【請求項４】
前記アース電位には前記コンデンサの第一端が接続され、前記電源入力ラインのホット側ラインと前記コンデンサの第二端の間には第一のスイッチが接続され、前記電源入力ラインのコモン側ラインと前記コンデンサの第二端の間には第二のスイッチが接続され、前記擬似漏電電流は、前記第一のスイッチと前記第二のスイッチを交互に切り替えることによって発生されることを特徴とする請求項３に記載の過電圧保護回路。
【請求項５】
前記第一のスイッチと前記第二のスイッチを交互に切り替える時間の間隔ｄｔは、前記コンデンサの静電容量をＣ、前記閾値電圧をＶｔｈ、前記閾値電流をＩｔｈとして、ｄｔ≦Ｃ・Ｖｔｈ／Ｉｔｈであることを特徴とする請求項４に記載の過電圧保護回路。
【請求項６】
前記コンデンサは、前記閾値電圧未満の前記電源電圧が入力された場合には、電源ノイズ吸収用のコンデンサとして働くこと特徴とする請求項４または５に記載の過電圧保護回路。
【請求項７】
前記漏電発生部は、前記電圧入力ラインのホット側ラインに接続されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の過電圧保護回路。
【請求項８】
前記閾値電圧は１００Ｖと２００Ｖの間にあることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の過電圧保護回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過電圧保護回路に関し、さらに詳しくは、過電圧の入力に対する検出、保護機能を有する過電圧保護回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
商用電源の入力を受けて種々の電気電子機器を駆動する電源回路において、施工時の誤り等によって定格電圧を超える電圧を有する電源が入力された際に、電源回路およびその電源回路によって駆動される機器を過電圧の印加から保護するための機構が、複数提案されている。そのような過電圧保護の形態としては、電源回路を、定格電圧を超える電圧の入力に耐えるようなワイドレンジの設計とすることが挙げられる。または、電源入力部に過電圧検知機能付き漏電ブレーカを設ける構成が挙げられる。
【０００３】
過電圧検知機能付き漏電ブレーカとしては、例えば特許文献１に記載のものが挙げられる。特許文献１に記載された漏電保護装置（過電圧検知機能付き漏電ブレーカ）は、漏電検出・遮断回路を有する一般的な漏電ブレーカに、過電圧検出・遮断機能を付加したものである。漏電ブレーカとして機能する部材と、過電圧検出・遮断機能を発揮するための部材は、一体として形成され、電源供給を行う対象の機器（特許文献１では温水洗浄便座）の外部に設けられる。具体的には特許文献１の図５に示されるように、電源プラグのコンセントへの差し込み部分に形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−５１２３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
過電圧検知機能付き漏電ブレーカは、市販されてはいるものの、過電圧検出・遮断機能を備えているぶん、一般の漏電ブレーカよりも多くの部品よりなり、高価である。よって、電気電子機器に過電圧検知機能付き漏電ブレーカを備える場合には、単純な漏電ブレーカを備える場合よりもコストを要してしまう。また、過電圧検知機能付き漏電ブレーカは、一般の漏電ブレーカよりも特殊性が高いため、市場で安定的に入手できなくなる事態も想定される。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、漏電検知・遮断機能と過電圧検知・遮断機能を一体として備えた過電圧検知機能付き漏電ブレーカを用いることなく、過電圧の入力を検知し、遮断することができる過電圧保護回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明にかかる過電圧保護回路は、外部電源から電源電圧を入力する電源入力ラインとアース電位との間に閾値電流以上の漏電電流が流れる漏電状態を検知する漏電検知部と、前記漏電検知部が前記漏電状態を検知すると、前記電源電圧の入力を遮断する漏電遮断部と、前記漏電検知部および漏電遮断部から独立して配置され、前記電源電圧が閾値電圧以上であるかどうかを判定する入力電圧検知部と、前記漏電検知部および漏電遮断部から独立して配置され、前記入力電圧検知部が前記閾値電圧以上の電源電圧が入力されていると判定すると、前記電源入力ラインをアース電位に接続し、前記電源入力ラインとアース電位の間に前記閾値電流以上の擬似漏電電流を流す漏電発生部と、を有することを要旨とする。
【０００８】
ここで、前記漏電発生部は、前記電源入力ラインとアース電位の間に設けられたスイッチであり、前記漏電検知部および前記漏電遮断部は、漏電ブレーカであり、前記入力電圧検知部は、前記漏電ブレーカから空間的に分離された回路基板に設けられた素子または機器であることが好ましい。
【０００９】
また、前記漏電発生部とアース電位の間には、コンデンサが接続されているとよい。
【００１０】
この場合に、前記アース電位には前記コンデンサの第一端が接続され、前記電源入力ラインのホット側ラインと前記コンデンサの第二端の間には第一のスイッチが接続され、前記電源入力ラインのコモン側ラインと前記コンデンサの第二端の間には第二のスイッチが接続され、前記擬似漏電電流は、前記第一のスイッチと前記第二のスイッチを交互に切り替えることによって発生されるものであるとよい。
【００１１】
この場合にさらに、前記第一のスイッチと前記第二のスイッチを交互に切り替える時間の間隔ｄｔは、前記コンデンサの静電容量をＣ、前記閾値電圧をＶｔｈ、前記閾値電流をＩｔｈとして、ｄｔ≦Ｃ・Ｖｔｈ／Ｉｔｈであることが好ましい。
【００１２】
また、前記コンデンサは、前記閾値電圧未満の前記電源電圧が入力された場合には、電源ノイズ吸収用のコンデンサとして働くことが好適である。
【００１３】
そして、前記漏電発生部は、前記電圧入力ラインのホット側ラインに接続されているとよい。
【００１４】
そして、前記閾値電圧は１００Ｖと２００Ｖの間にあることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
上記発明にかかる過電圧保護回路においては、入力電圧検知部が閾値電圧以上の電源電圧が入力されていると判定すると、漏電発生部が、電源入力ラインとアース電位の間に閾値電流以上の擬似漏電電流を流す。すると、漏電検知部がこの閾値電流以上の擬似漏電電流を検知して漏電状態が発生したと認識し、漏電遮断部が電源入力を遮断する。このように、漏電検知部および漏電遮断部から独立して配置された入力電圧検知部と漏電発生部を用い、閾値電圧以上の過電圧入力時に、漏電検知部に漏電状態が発生したと認識させて、漏電遮断部を作動させることで、市販の過電圧検知機能付き漏電ブレーカのような漏電検知・遮断機能と過電圧検知・遮断機能を一体として備えた過電圧検知機能付き漏電ブレーカを用いなくても、漏電および過電圧入力の両方に対して保護を図ることができる。
【００１６】
ここで、漏電発生部が、電源入力ラインとアース電位の間に設けられたスイッチであり、漏電検知部および漏電遮断部が、漏電ブレーカであり、入力電圧検知部が、漏電ブレーカから空間的に分離された回路基板に設けられた素子または機器である場合には、漏電発生部を、簡素で安価な構成とすることができる。また、汎用性が高く、安価に市場で入手可能な漏電ブレーカを用いながら、漏電検知部および漏電遮断部を、入力電圧検知部と独立した部材として、簡便に構成することができる。
【００１７】
また、漏電発生部とアース電位の間に、コンデンサが接続されている場合、過電圧ではない適正電圧が入力されている際には、アース電位と電源入力ラインの間に絶縁が保たれるとともに、過電圧が入力された際には、電源入力ラインとアース電位の間に擬似漏電電流を流し、漏電遮断部を作動させることができる。
【００１８】
この場合に、アース電位にコンデンサの第一端が接続され、電源入力ラインのホット側ラインとコンデンサの第二端の間に第一のスイッチが接続され、電源入力ラインのコモン側ラインとコンデンサの第二端の間に第二のスイッチが接続され、擬似漏電電流が、第一のスイッチと第二のスイッチを交互に切り替えることによって発生される構成によれば、コンデンサを介して瞬間的に大きな電流を電源入力ラインとアース電位の間に流すことができる。これにより、用いるコンデンサの静電容量が大きくない場合にも、閾値電流以上の擬似漏電電流を流すことができ、漏電遮断部を作動させることができる。
【００１９】
この場合にさらに、第一のスイッチと第二のスイッチを交互に切り替える時間の間隔ｄｔが、コンデンサの静電容量をＣ、閾値電圧をＶｔｈ、閾値電流をＩｔｈとして、ｄｔ≦Ｃ・Ｖｔｈ／Ｉｔｈであれば、Ｉｔｈ以上の擬似漏電電流を流すために必要なスイッチの切り替え速度を、定量的に見積もることができる。
【００２０】
また、上記のコンデンサが、閾値電圧未満の電源電圧が入力された場合に、電源ノイズ吸収用のコンデンサとして働く場合には、過電圧保護および電源ノイズの吸収に特化したコンデンサを別々に設ける必要がなくなり、過電圧保護回路の製造に要するコストをさらに削減することができる。
【００２１】
そして、漏電発生部が、電圧入力ラインのホット側ラインに接続されている場合には、コモン側ラインに接続されている場合と比較して、より高い安全性をもって過電圧入力に対する保護を図ることができる。
【００２２】
そして、閾値電圧が１００Ｖと２００Ｖの間にある場合には、１００Ｖは適正な入力電圧であると判定される一方、２００Ｖは過電圧であると判定され、入力が遮断される。よって、１００Ｖの商用電源を入力しての使用が想定されている電気電子機器を、２００Ｖの商用電源の入力から保護することができる。これにより、電気電子機器の使用時や据え付け時に起こりやすい、１００Ｖと２００Ｖの間の取り違いによる過電圧入力を効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第一の実施形態にかかる過電圧保護回路の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の第二の実施形態にかかる過電圧保護回路の構成を示す概略図である。
【図３】本発明の第三の実施形態にかかる過電圧保護回路の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態にかかる過電圧保護回路について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２５】
＜第一の実施形態＞
図１に本発明の第一の実施形態にかかる過電圧保護回路１の構成を示す。過電圧保護回路１は、漏電検知部１１と、漏電遮断部１２と、入力電圧検知部１３と、漏電発生部１４とを有してなる。過電圧保護回路１は、商用電源等の外部電源から電源入力を受ける電気電子機器（不図示）の電源入力部の上流側に設けられ、電源プラグＰＬを介して電源入力ラインＬｉｎに過電圧が入力された場合に、それを検知し、電源入力を遮断する役割を果たす。
【００２６】
ここでは、外部電源である商用電源から電源プラグＰＬを介して入力される電源が交流であり、適正電圧として入力が想定されている交流電源がホットとコモン（コールド）の極性を有する場合を扱う。この場合、電源入力ラインＬｉｎは、ホット側ラインＬｈとコモン側ラインＬｃよりなる。
【００２７】
漏電検知部１１は、所定の閾値電流Ｉｔｈ以上の漏電電流が電源入力ラインＬｉｎとアース電位の間に流れる漏電状態が発生すると、それを検知するものである。また、漏電遮断部１２は、漏電検知部１１が漏電状態を検知すると、電源入力ラインＬｉｎへの電源電圧の入力を遮断する役割を果たす。
【００２８】
漏電検知部１１および漏電遮断部１２は、どのような構成を有してもよいが、漏電検知部１１および漏電遮断部１２を一体に備えたものとして、汎用的な漏電ブレーカ１５を用いることが、簡便性の観点から好適である。市販されている一般的な漏電ブレーカにおいては、漏電検知部１１として、ホット側ラインＬｈにつながる導線とコモン側ラインＬｃにつながる導線をリング状の磁性体に通過させた構成を有する。漏電の発生によってホット側ラインＬｈとコモン側ラインＬｃを流れる電流に差がある場合には、２本の導線の周りに磁界が発生する。リング状磁性体には巻き線が巻かれており、このような磁界が発生すると、巻き線に電圧が発生する。この電圧を電気回路的に検知し、所定の閾値を超えた時に、電磁開閉器等の適当なスイッチ手段よりなる漏電遮断部１２がオフ状態とされ、外部電源から電源入力ラインＬｉｎへの電源入力が遮断される。この種の漏電ブレーカ１５は通常、電源プラグＰＬと一体的に形成され、コンセントへの差し込み口に配置される。なお、本明細書において、単に「漏電ブレーカ」と称する場合は、過電圧検知機能を有さず、漏電状態に対する検出、遮断のみを行う漏電ブレーカを指すものとする。
【００２９】
入力電圧検知部１３は、電源プラグＰＬを介して外部電源から電源入力ラインＬｉｎに入力された電源電圧が、閾値電圧Ｖｔｈ以上の過電圧であるか、閾値電圧Ｖｔｈ未満の適正電圧であるかを判定する。入力電圧検知部１３は、入力電圧値を読み取って閾値電圧Ｖｔｈとの大小を比較できるものであれば、どのような素子や機器よりなっても構わないが、例えば、２つの抵抗器を直列接続してなる分圧抵抗Ｒｖと電圧測定手段１６を用いて入力電圧検知部１３を構成することができる。つまり、漏電検知部１１および漏電遮断部１２の下流側で、分圧抵抗Ｒｖをホット側ラインＬｈとコモン側ラインＬｃの間に接続し、２つの抵抗器の接続点で得られる分圧を、電圧測定手段１６に読み取らせればよい。電圧測定手段１６は、例えばマイクロコンピュータ（マイコン）１８によって具現され、電源入力ラインＬｉｎから電源入力を受けて作動する電気電子機器を制御するマイコンと共通のものとすることができる。この場合、分圧抵抗Ｒｖにおいて、２つの抵抗器の抵抗値の比によって定まる分圧比は、想定される過電圧が電源入力ラインＬｉｎに入力された際の分圧が、マイコンの入力ポートに入力可能な範囲となるように選択すればよい。
【００３０】
漏電発生部１４は、閾値電圧Ｖｔｈ以上の過電圧が電源入力ラインＬｉｎに入力されていることを入力電圧検知部１３が検知すると、電源入力ラインＬｉｎをアース電位に接続する。漏電発生部１４は、例えば、スイッチＳＷと、（漏電用）コンデンサＣ１と、スイッチ制御手段１７を有してなる。スイッチ制御手段１７は、電圧測定手段１６から過電圧の入力を検出したことを示す信号の入力を受けると、スイッチＳＷに電気信号を出力し、スイッチＳＷをオン状態とする。スイッチ制御手段１７は、マイコンによって具現することができ、電圧測定手段１６として機能するマイコンと共通のものであることが好適である。スイッチＳＷは、ホット側ラインＬｈとアース電位の間に接続され、オフ状態においてはホット側ラインＬｈとアース電位の間を絶縁し、オン状態においてはホット側ラインＬｈとアース電位の間に導通を形成する。スイッチＳＷは、たとえばリレースイッチより構成することができ、入力側端子の一端をホット側ラインＬｈに、他端をスイッチ制御手段１７（マイコンの出力ポート）に接続すればよい。そして、出力側端子の一端をホット側ラインＬｈに、他端を漏電用コンデンサＣ１に接続すればよい。漏電用コンデンサＣ１は、スイッチＳＷの出力側端子とアース電位の間に接続されている。
【００３１】
ここで、入力電圧検知部１３を構成する分圧抵抗Ｒｖおよび漏電発生部１４を構成するスイッチＳＷおよび漏電用コンデンサＣ１、そして入力電圧検知部１３およびスイッチ制御手段１７として機能するマイコンは、漏電検知部１１および漏電遮断部１２とは独立した（空間的に分離された）回路基板上に実装されている。例えば、後述するように過電圧保護回路１が温水洗浄便座に設けられる場合には、これらが実装された回路基板は、便座後方にケーシングに覆われて設けられた機器収容部に収容され、電源プラグＰＬと一体的に漏電ブレーカ１５として設けられる漏電検知部１１および漏電遮断部１２とは空間的に完全に分離されている。
【００３２】
以上の部材の他に、過電圧保護回路１には、スイッチＳＷの出力側および漏電用コンデンサＣ１と並列に、ホット側ラインＬｈとアース電位の間に、ノイズ吸収用コンデンサＣ２が設けられる。ノイズ吸収用コンデンサＣ２は、外部電源からの入力電圧に含まれるノイズ成分を除去する役割を果たす。
【００３３】
電源入力ラインＬｉｎに閾値電圧Ｖｔｈ未満の適正電圧が入力されており、かつ漏電が起こっていない場合には、入力電圧検知部１３が過電圧状態であるとの判定を行わず、漏電発生部１４のスイッチ制御手段１７がスイッチＳＷに信号を出力しない。これによってスイッチＳＷがオフ状態に保たれ、電源入力ラインＬｉｎのホット側ラインＬｈとアース電位の間が絶縁された状態に維持される。すると、電源入力ラインＬｉｎとアース電位の間に漏電電流が流れず、漏電遮断部１２が電源入力ラインＬｉｎへの電圧入力を遮断しない状態が維持される。従って、電源電圧が、過電圧保護回路１を介して下流の電気電子機器に供給される状態が継続される。
【００３４】
一方、電源入力ラインＬｉｎに閾値電圧Ｖｔｈ以上の過電圧が入力されると、入力電圧検知部１３が、過電圧の入力を検知し、漏電発生部１４のスイッチ制御手段１７に過電圧状態の発生を示す信号を伝達する。そして、スイッチ制御手段１７がスイッチＳＷに信号を出力する。これにより、スイッチＳＷがオン状態とされ、電源入力ラインＬｉｎのホット側ラインＬｈとアース電位の間に導通が形成される。すると、漏電用コンデンサＣ１を介してホット側ラインＬｈからアース電位に電流（擬似漏電電流Ｉｐｓ）が流れ、漏電が起こる。この擬似漏電電流Ｉｐｓが、漏電検知部１１が漏電状態であると認識する閾値電流Ｉｔｈ以上の値であれば、漏電検知部１１が漏電状態が発生した判定し、漏電遮断部１２が電源入力ラインＬｉｎへの電源電圧の入力を遮断する。このようにして、過電圧保護回路１において過電圧の入力が検知され、解消される。
【００３５】
漏電検知部１１および漏電遮断部１２が漏電ブレーカ１５よりなる場合には、過電圧の入力によって電源電圧の入力が遮断された後、電源プラグＰＬをコンセントから引き抜く等して過電圧の入力を停止すれば、漏電ブレーカ１５がリセットされる。よって、その後適正電圧を入力した際にスイッチＳＷがオフ状態となるようにスイッチ制御手段１７を用いて制御しさえすれば、適正電圧の入力を継続することができる。
【００３６】
このように、特許文献１に示されるような漏電検知・遮断機能と過電圧検知・遮断機能を一体として備えた過電圧検知機能付き漏電ブレーカを使用することなく、漏電検知部１１および漏電遮断部１２から独立した入力電圧検知部１３と漏電発生部１４を設ける構成によって、過電圧状態の検知と解消を行うことができる。上記のように、漏電検知部１１および漏電遮断部１２としては、汎用的で安価な漏電ブレーカ１５をそのまま用いることができ、入力電圧検知部１３および漏電発生部１４も、汎用的な素子およびマイコンを用いて構成することができるので、漏電保護回路を安価かつ簡素な構成で製造することができる。また、過電圧検知機能付き漏電ブレーカ等の特殊性の高い部品を用いないことから、市場や部品製造者等の事情による部品供給についての不安定要素の影響をほとんど受けずに、安定的に製造することができる。
【００３７】
また、過電圧保護回路１は、漏電検知部１１と漏電遮断部１２を用いて電源入力の遮断を行うものであるので、過電圧入力に対する保護と、種々の要因による漏電に対する保護の両方を同時に行うことができる。つまり、過電圧の検知による擬似漏電電流Ｉｐｓの生成以外の要因で、電源入力ラインＬｉｎまたは下流の電気電子機器のいずれかの部位に漏電が起こった場合にも、漏電検知部１１が漏電を検知し、漏電遮断部１２が電源入力を遮断する。
【００３８】
ここで、閾値電圧Ｖｔｈは、過電圧保護回路１が使用される地域で想定される入力電圧および電源供給を受ける電気電子機器の仕様等により、任意に設定すればよいが、１００Ｖと２００Ｖの間に設定することが好適である。日本においては、１００Ｖの交流が商用電源として広く用いられる一方、２００Ｖの交流も使用されるので、定格電圧が１００Ｖの電気電子機器の使用時や施工時に、２００Ｖ電源に誤って機器を接続してしまう事態が起こりやすいからである。
【００３９】
なお、過電圧保護回路１においては、漏電発生部１４のスイッチＳＷが電源入力ラインＬｉｎのホット側ラインＬｈとアース電位の間に接続されたが、必ずしもホット側ラインＬｈに接続される必要はなく、コモン側ラインＬｃとアース電位の間に接続してもよい。１００Ｖと２００Ｖ両方の交流が利用可能である商用電源の供給には、単相３線方式が広く採用されており、この場合に、１００Ｖの交流はホットとコモンの極性で供給されるが、２００Ｖの交流はコモンの極性を有さない。よって、１００Ｖの交流が定格の入力電圧として想定されている状況で、過電圧保護回路１内のホット側ラインＬｈおよびコモン側ラインＬｃのいずれにスイッチＳＷを接続しておいた場合にも、２００Ｖの交流が入力された際に、電源入力ラインＬｉｎとアース電位の間に擬似漏電電流Ｉｐｓを流すことができる。ただし、単相３線方式での１００Ｖと２００Ｖの取り違いによって過電圧が入力される場合だけでなく、１００Ｖ入力中に瞬間的に過電圧が印加される場合や、単相２線方式の２００Ｖの交流が入力された場合等にも過電圧保護機能を働かせ、安全性を高めることを考えると、ホット側ラインＬｈとアース電位の間にスイッチＳＷを接続しておく方が好適である。
【００４０】
日本で汎用されている２ピンの電源プラグＰＬを使用する場合には、使用者や施工者が必ずしも過電圧保護回路１側と電源側のホット側およびコモン側を対応させて電源接続を行わない場合もあるが、ホット側端子およびコモン側端子に加えてアース端子を有する３ピンの電源プラグＰＬを使用する場合には、過電圧保護回路１側と電源側の間で、ホット側とコモン側の対応関係が１通りに規定される。よって、３ピンの電源プラグＰＬを使用する場合には、２ピンの電源プラグＰＬを使用する場合に比べ、コモン側ラインＬｃではなくホット側ラインＬｈとアース電位の間にスイッチＳＷを接続しておくことの安全性向上に対する効果が、一層大きく享受される。
【００４１】
上記のとおり、入力電圧検知部１３が過電圧の入力を検知し、漏電発生部１４のスイッチＳＷがオン状態とされると、漏電用コンデンサＣ１を介して擬似漏電電流Ｉｐｓがホット側ラインＬｈとアース電位の間に流れるが、ホット側ラインＬｈとアース電位の間に導通を形成し、擬似漏電電流Ｉｐｓを流すという観点のみに着目すると、漏電用コンデンサＣ１は必ずしも必要なものではない。ただし、少なくとも日本では、電源入力ラインＬｉｎとアース電位の間を直接接続してはならないことが法規によって定められており、この位置に漏電用コンデンサＣ１としてコンデンサを設けている。電荷を蓄積するというコンデンサの役割に鑑みると、この位置に設けられる素子としてはコンデンサが最適であるものの、抵抗器等でも代用することができる。ただし、電源入力ラインＬｉｎに入力される電源が交流ではなく直流である場合には、コンデンサを介して電源入力ラインＬｉｎとアース電位の間に漏電電流を流すことはできず、抵抗器等、直流を通過させられる素子をこの位置に用いる必要がある。これ以外の構成については、直流電源に対しても、交流電源に対して用いられる上記過電圧保護回路１をそのまま用いることができる。
【００４２】
以上のような過電圧保護回路１は、外部電源の入力を受けて駆動される電気電子機器に広く利用することができる。例えば、人体局部洗浄用に温水を噴出する温水洗浄便座に好適に利用することができる。温水洗浄便座は、人体に直接接触して使用されるものであり、しかも水回りに設置されるものであるので、安全のために、過電圧の入力や漏電が起こったとしても、それを早期に検知し、解消することが要求される。本実施形態にかかる過電圧保護回路１を用いれば、過電圧の入力と漏電の両方に対して、早期の検知と解消が可能である。
【００４３】
ここで、１００Ｖの交流を適正電圧とみなし、２００Ｖの交流を過電圧とみなす場合を例として、電源入力ラインＬｉｎとアース電位の間に流れる擬似漏電電流Ｉｐｓと、漏電検知部１１が漏電状態であると判断して漏電遮断部１２を作動させる閾値電流Ｉｔｈとの関係を見積もる。まず、漏電用コンデンサＣ１の静電容量をＣとし、漏電用コンデンサＣ１の両端に印加される電圧、つまり入力電圧をＶとすると、
Ｉｐｓ＝Ｃ・ｄＶ／ｄｔ      式（１）
なる関係が成り立つ。
ここで、商用電源は正弦波であるので、Ｖ０をその最大値として、
Ｖ＝Ｖ０・ｓｉｎ（２πｆｔ）      式（２）
と表すことができる。
式（２）を式（１）に代入すると、
Ｉｐｓ＝２πＶ０ｆＣ・ｃｏｓ（２πｆｔ）＝Ｉ０・ｃｏｓ（２πｆｔ）      式（３）
となる。
つまり、擬似漏電電流Ｉｐｓの最大値Ｉ０は、
Ｉ０＝２πｆＶ０Ｃ      式（４）
となる。
【００４４】
次に、式（４）にＶ０＝１００Ｖ、ｆ＝５０Ｈｚ、Ｃ＝４７００ｐＦを代入する。４７００ｐＦとの静電容量は、電源入力ラインＬｉｎとアース電位の間に接続されるコンデンサとして汎用的に入手可能なものの実質上の最大値である。代入の結果は、Ｉ０＝０．１４８ｍＡとなる。つまり、擬似漏電電流Ｉｐｓの最大値は０．１４８ｍＡとなり、漏電検知部１１が漏電状態であると検知する閾値電流Ｉｔｈを０．１４８ｍＡ以下とすれば、この最大値Ｉ０を有する擬似漏電電流Ｉｐｓが流れた際に、漏電状態が起こっていると漏電検知部１１が認識し、漏電遮断部１２に電源入力ラインＬｉｎへの電源入力を遮断させることができる。
【００４５】
しかし、上記のように、市販されている漏電ブレーカ１５によって漏電検知部１１と漏電遮断部１２を構成する場合には、定格感度電流が０．１４８ｍＡ以下というような漏電ブレーカ１５を入手することは困難である。そこで、擬似漏電電流Ｉｐｓをさらに大きな値とするような方法を採ることが望ましい。次の第二の実施形態にかかる過電圧保護回路２が、これに対応する。
【００４６】
＜第二の実施形態＞
上記の式（１）に着目すると、電圧変化（ｄＶ）が起こる時間ｄｔを短くすると、漏電電流Ｉｐｓが大きくなることが分かる。そこで、短時間で漏電用コンデンサＣ１に印加される電圧を変化させることを目的として構成された、本発明の第二の実施形態にかかる過電圧保護回路２の構成を図２に示す。
【００４７】
第一の実施形態にかかる過電圧保護回路１において漏電用コンデンサＣ１に単一のスイッチＳＷが接続されていたのとは異なり、本過電圧保護回路２においては、漏電用コンデンサＣ１に第一のスイッチＳＷ１と第二のスイッチＳＷ２の２つのスイッチが接続されている。漏電用コンデンサＣ１は、第一の実施形態の場合と同様に、一方の端子（第一端）をアース電位に接続されている。そして、第一のスイッチＳＷ１は、電源入力ラインＬｉｎのホット側ラインＬｈと漏電用コンデンサＣ１の他方の端子（第二端）の間に接続され、第二のスイッチＳＷ２は、電源入力ラインＬｉｎのコモン側ラインＬｃと漏電用コンデンサＣ１の第二端の間に接続されている。第一のスイッチＳＷ１および第二のスイッチＳＷ２は、ともにスイッチ制御手段１７によってオン／オフ制御される。それ以外の構成は、第一の実施形態にかかる過電圧保護回路１のものと同じである。
【００４８】
この過電圧保護回路２において、入力電圧検知部１３が過電圧の入力を検知すると、スイッチ制御手段１７は、第一のスイッチＳＷ１と第二のスイッチＳＷ２を交互に高速で交互にスイッチングする。つまり、「第一のスイッチＳＷ１をオン→第一のスイッチＳＷ１をオフ→第二のスイッチＳＷ２をオン→第二のスイッチＳＷ２をオフ」というスイッチングのサイクルを時間ｄｔの間隔で繰り返す。すると、時間間隔ｄｔの間に、漏電用コンデンサＣ１の両端に、最大で入力電圧に等しい電圧の変化ｄＶが作りだされる。ここで、時間間隔ｄｔは、第一のスイッチＳＷ１をオン状態としてから第二のスイッチＳＷ２をオン状態とするまでの時間、および第二のスイッチＳＷ２をオン状態としてから第一のスイッチＳＷ１をオン状態とするまでの時間を指す。
【００４９】
次に、式（１）において、漏電ブレーカ１５の定格感度電流として最も一般的な１５ｍＡまたはそれよりも大きい擬似漏電電流Ｉｐｓを得るためには、第一のスイッチＳＷ１と第二のスイッチＳＷ２のスイッチングの間隔ｄｔをどの程度にすればよいかを見積もる。式（１）より、
ｄｔ＝Ｃ・ｄＶ／Ｉｐｓ      式（５）
である。
電圧変化量ｄＶを２００Ｖとし、漏電用コンデンサＣ１の静電容量を上記第一の実施形態における場合と同様に４７００ｐＦとすると、式（５）において、Ｉｐｓ≧１５ｍＡを満たすためには、ｄｔ≦０．０６２７ｍｓｅｃを満たすことが必要となる。つまり、０．０６２７ミリ秒以下の時間間隔で第一のスイッチＳＷ１および第二のスイッチＳＷ２のスイッチングを繰り返せば、定格感度電流１５ｍＡの漏電ブレーカを用いて、２００Ｖの電源電圧の入力を遮断することができる。
【００５０】
以上が２００Ｖを過電圧とみなす場合の見積もりであったが、式（５）を一般化して表示すると、第二の過電圧保護回路２を用いて閾値電圧Ｖｔｈ以上の過電圧の入力を遮断するためには、第一のスイッチＳＷ１および第二のスイッチＳＷ２のスイッチングの時間間隔ｄｔを、下の式（６）のように定めればよいことになる。
ｄｔ≦Ｃ・Ｖｔｈ／Ｉｔｈ      式（６）
【００５１】
なお、図２では、図１との対照において分かりやすいように、便宜的に第一のスイッチＳＷ１および第二のスイッチＳＷ２をリレースイッチとして表示しているが、実際には、ミリ秒以下の短時間でリレースイッチをスイッチングすることは困難である。第一のスイッチＳＷ１および第二のスイッチＳＷ２として、例えばデジタルトランジスタを用いれば、このような高速でのスイッチングにも対応することができる。
【００５２】
また、本実施形態にかかる過電圧保護回路２においては、スイッチＳＷ１およびスイッチＳＷ２を用いて、入力された電源電圧とは周期の異なる交流を生成し、コンデンサに流すので、電源電圧が直流である場合にも、同じ構成を用いて、過電圧保護機能を利用することができる。
【００５３】
＜第三の実施形態＞
図３に、本発明の第三の実施形態にかかる過電圧保護回路３の構成を示す。第三の実施形態にかかる過電圧保護回路３は、図２の第二の実施形態にかかる過電圧保護回路２と比べて、ノイズ吸収用コンデンサＣ２が設けられていな点において異なる。過電圧保護回路３においては、過電圧保護回路２において漏電用コンデンサＣ１が接設けられた位置に、共用コンデンサＣｃが設けられており、共用コンデンサＣｃが漏電用コンデンサＣ１とノイズ吸収用コンデンサＣ２の役割を兼ね備える。
【００５４】
つまり、入力電圧検知部１３がＶｔｈ以上の過電圧の入力を検知すると、スイッチ制御手段１７は、第二の実施形態の場合と同様に、第一のスイッチＳＷ１と第二のスイッチＳＷ２を時間間隔ｄｔで交互にスイッチングする。これにより、共用コンデンサＣｃが漏電用コンデンサとして機能する。
【００５５】
一方、入力電圧検知部１３がＶｔｈ未満の適正電圧の入力を検知すると、スイッチ制御手段１７は、第一のスイッチＳＷ１をオン状態とするとともに、第二のスイッチＳＷ２をオフ状態とする。この状態が維持されることで、電源入力ラインＬｉｎのホット側ラインＬｈが共用コンデンサＣｃを介してアース電位に接続された状態となる。つまり、共用コンデンサＣｃがノイズ吸収用コンデンサとして機能する。
【００５６】
このように、漏電用コンデンサとノイズ吸収用コンデンサをそれぞれ独立して設けずに、単一の共用コンデンサＣｃを使用して両方の役割を担わせることで、使用するコンデンサの数を少なくすることができる。これにより、過電圧保護回路の製造コストを低減することができる。
【００５７】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。たとえば、上記各実施形態においては、スイッチを制御するスイッチ制御手段１７を、マイコンを用いて構成したが、アナログ素子のみを用いてスイッチ制御手段１７を構成することもできる。例えば、分圧抵抗Ｒｖで得られた分圧を適当な抵抗器を介してトランジスタに入力し、トランジスタの出力をリレースイッチよりなるスイッチＳＷに入力すればよい。
【符号の説明】
【００５８】
１，２，３      過電圧保護回路
１１            漏電検知部
１２            漏電遮断部
１３            入力電圧検知部
１４            漏電発生部
１５            漏電ブレーカ
１６            電圧測定手段
１７            スイッチ制御手段
１８            マイコン
Ｃ１            漏電用コンデンサ
Ｃ２            ノイズ吸収用コンデンサ
Ｃｃ            共用コンデンサ
Ｌｉｎ          電源入力ライン
Ｌｈ            ホット側ライン
Ｌｃ            コモン側ライン
ＳＷ            スイッチ
ＳＷ１          第一のスイッチ
ＳＷ２          第二のスイッチ
Ｒｖ            分圧抵抗
【図１】
2015042043.tif 000003
【図２】
2015042043.tif 000004
【図３】
2015042043.tif 000005