(57)【要約】【課題】無駄な電流消費を最小限に抑え、入力端に抵抗を設置しないようにして発熱、面積、価格上昇の問題を解決した回路遮断器の定電圧供給回路を提供する。【解決手段】本発明による回路遮断器の定電圧供給回路１０は、直流入力電圧を降圧して供給する第１スイッチング素子１１と、第１スイッチング素子に並列に接続されて一定の電流を供給する定電流源１２と、第１スイッチング素子及び定電流源の出力端に共通に接続される帰還回路部１３と、帰還回路部に接続されて一定の電圧を供給する定電圧源１４と、第１スイッチング素子の出力端に接続されて第１スイッチング素子の出力電流を調整する電流調整回路部１５と、電流調整回路部の出力端と接地との間に接続され、第１抵抗Ｒ１及び第２抵抗Ｒ２を含み、第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２間の接続ノードを介して定電圧供給回路の出力電圧の分圧電圧を帰還回路部に供給する分圧抵抗部１６とを含む。【選択図】図１
2017016641.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
整流回路から交流を直流に変換した直流入力電圧が供給される回路遮断器の定電圧供給回路において、
前記直流入力電圧を降圧して供給する第１スイッチング素子と、
前記第１スイッチング素子に並列に接続されて一定の電流を供給する定電流源と、
前記第１スイッチング素子及び前記定電流源の出力端に共通に接続される帰還回路部と、
前記帰還回路部に接続されて一定の電圧を供給する定電圧源と、
前記第１スイッチング素子の出力端に接続されて前記第１スイッチング素子の出力電流を調整する電流調整回路部と、
前記電流調整回路部の出力端と接地との間に接続され、第１抵抗及び第２抵抗を含み、前記第１抵抗と前記第２抵抗間の接続ノードを介して前記定電圧供給回路の出力電圧の分圧電圧を前記帰還回路部に供給する分圧抵抗部と、を含む、回路遮断器の定電圧供給回路。
【請求項２】
前記定電流源は、ディプレッションＭＯＳトランジスタと、前記ディプレッションＭＯＳトランジスタに接続される抵抗とを含む、請求項１に記載の回路遮断器の定電圧供給回路。
【請求項３】
前記帰還回路部は、演算増幅器を含む、請求項１に記載の回路遮断器の定電圧供給回路。
【請求項４】
前記帰還回路部は、トランジスタを含む、請求項１に記載の回路遮断器の定電圧供給回路。
【請求項５】
前記定電圧源は、ツェナーダイオードを含む、請求項１に記載の回路遮断器の定電圧供給回路。
【請求項６】
前記電流調整回路部は、電流制限用抵抗と、前記電流制限用抵抗に流れる電流量に基づいてオン又はオフになるトランジスタとを含み、前記トランジスタがオンになると前記第１スイッチング素子をオフにするように構成される、請求項１に記載の回路遮断器の定電圧供給回路。
【請求項７】
前記第１スイッチング素子は、直流入力電圧を降圧して供給するパストランジスタで構成される、請求項１に記載の回路遮断器の定電圧供給回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子式回路遮断器に関し、特に、電子式回路遮断器においてトリップ制御部などの電子回路部に１００Ｖ〜４６０Ｖの広範囲の交流入力電圧から生成された安定した一定の小電圧である直流定電圧を供給する回路遮断器の定電圧供給回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明による回路遮断器の定電圧供給回路は、交流を直流に変換して低電力消費を要求する数百ボルト以下の定格電圧を有する低電圧回路遮断器又は低電圧漏電遮断器の電子部品に直流定電源を供給する。
【０００３】
このような回路遮断器の定電圧供給回路の従来技術は次の特許文献に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】韓国公開特許第１０−２００５−００４０７１８号公報
【特許文献２】韓国登録特許第１０−１００１７６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１の従来技術による電源供給回路は、回路遮断器に定電圧ではなく定電流を供給する回路で構成され、安定化のために出力端に接続されたコンデンサ（符号Ｃ２）により接地への無駄な電流消費が多いので、電力供給効率が低いという問題があった。
【０００６】
また、特許文献２の従来技術による定電圧回路は、入力端に第１トランジスタと並列に接続される抵抗（符号Ｒ１１など）の物理的な大きさが非常に大きいことから占有面積が大きく、高価であり、発熱が大きいという問題があった。
【０００７】
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、無駄な電流消費を最小限に抑え、入力端に抵抗を設置しないようにして発熱、面積増加、価格上昇の問題を解決した回路遮断器の定電圧供給回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の上記目的は、整流回路から交流を直流に変換した直流入力電圧が供給される回路遮断器の定電圧供給回路において、前記直流入力電圧を降圧して供給する第１スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子に並列に接続されて一定の電流を供給する定電流源と、前記第１スイッチング素子及び前記定電流源の出力端に共通に接続される帰還回路部と、前記帰還回路部に接続されて一定の電圧を供給する定電圧源と、前記第１スイッチング素子の出力端に接続されて前記第１スイッチング素子の出力電流を調整する電流調整回路部と、前記電流調整回路部の出力端と接地との間に接続され、第１抵抗及び第２抵抗を含み、前記第１抵抗と前記第２抵抗間の接続ノードを介して前記定電圧供給回路の出力電圧の分圧電圧を前記帰還回路部に供給する分圧抵抗部とを含む、本発明による回路遮断器の定電圧供給回路を提供することにより達成することができる。
【０００９】
本発明の好ましい一態様によれば、前記定電流源は、ディプレッションＭＯＳトランジスタ（DEPLETION MOS TRANSISTOR）と、前記ディプレッションＭＯＳトランジスタに接続される抵抗とを含む。
【００１０】
本発明の好ましい他の態様によれば、前記帰還回路部は、演算増幅器を含む。
【００１１】
本発明の好ましいさらに他の態様によれば、前記帰還回路部は、トランジスタを含む。
【００１２】
本発明の好ましいさらに他の態様によれば、前記定電圧源は、ツェナーダイオードを含む。
【００１３】
本発明の好ましいさらに他の態様によれば、前記電流調整回路部は、電流制限用抵抗と、前記電流制限用抵抗に流れる電流量に基づいてオン又はオフになるトランジスタとを含み、前記トランジスタがオンになると前記第１スイッチング素子をオフにするように構成される。
【００１４】
本発明の好ましいさらに他の態様によれば、前記第１スイッチング素子は、直流入力電圧を降圧して供給するパストランジスタで構成される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明による回路遮断器の定電圧供給回路においては、従来技術で入力端に電圧降下用に設置されていた抵抗の代わりに定電流源を設置することにより、抵抗による発熱、占有面積増加、価格上昇の問題を解消できるという効果がある。
【００１６】
また、本発明による回路遮断器の定電圧供給回路においては、定電流源、パストランジスタ及び帰還回路部を含み、入力電圧を降圧して一定の直流電圧を供給できるという効果がある。
【００１７】
さらに、本発明による回路遮断器の定電圧供給回路においては、電流調整回路部を含み、帰還回路部の出力電圧が安定するまで制限された電流を供給し、帰還回路部の出力電圧が安定して定電圧供給回路の最終の出力電圧レベルになると無駄な電流消費を制限することにより、出力側負荷の変動に関係なく定電圧供給回路の出力電流及び出力電圧を一定に維持できるという効果がある。
【００１８】
さらに、本発明による回路遮断器の定電圧供給回路においては、電流消費が少ないので待機電力を低減できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の好ましい実施形態による回路遮断器の定電圧供給回路の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の好ましい実施形態による回路遮断器の定電圧供給回路における定電流源の一例を示す部分回路図である。
【図３】本発明の好ましい実施形態による回路遮断器の定電圧供給回路における電流調整回路部の一例を示す部分回路図である。
【図４】本発明の好ましい実施形態による回路遮断器の定電圧供給回路における帰還回路部の一例を示す部分回路図である。
【図５】本発明の好ましい実施形態による回路遮断器の定電圧供給回路における入力信号及び出力信号の波形を示す波形図である。
【図６】本発明の好ましい実施形態による回路遮断器の定電圧供給回路における負荷抵抗の変化に応じた定電圧供給回路の出力電圧の変動特性を従来技術と比較して示す波形図である。
【図７】本発明の好ましい実施形態による回路遮断器の定電圧供給回路における第１スイッチング素子のドレインとソース間の電流及び電圧特性を従来技術と比較して示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
前述した本発明の目的とそれを達成する本発明の構成及びその作用効果は、添付図面を参照した本発明の好ましい実施形態についての以下の説明によりさらに明確に理解できるであろう。
【００２１】
まず、図１〜図４及び図７を参照して、本発明の好ましい実施形態による回路遮断器の定電圧供給回路の構成を説明する。
【００２２】
本発明の好ましい実施形態による回路遮断器の定電圧供給回路１０は、物理的には、例えば配線用遮断器又は漏電遮断器などの低電圧回路遮断器のケース内に固定設置されるプリント基板で構成されてもよい。
【００２３】
図１において、符号１は、交流電源であり、例えば商用の三相交流電源であってもよい。
【００２４】
図１において、符号２は、交流を直流に変換した直流入力電圧を定電圧供給回路１０に供給する整流回路であり、ダイオードブリッジ回路で構成されてもよく、交流電源１が三相交流電源の場合、三相のうちいずれか一相の交流を直流に変換して供給する。
【００２５】
定電圧供給回路１０は、第１スイッチング素子１１、定電流源１２、帰還回路部１３、定電圧源１４、電流調整回路部１５及び分圧抵抗部１６を含む。
【００２６】
第１スイッチング素子１１は、整流回路２から供給される直流入力電圧を降圧して供給する。
【００２７】
第１スイッチング素子１１は、直流入力電圧を降圧して供給するパストランジスタで構成されてもよい。パストランジスタは、大電圧及び大電流制御用スイッチング素子であり、本発明においては、パストランジスタの大電圧制御特性及び大電流制御特性のいずれか一方又は両方の特性を利用する。
【００２８】
図７を参照すると、パストランジスタで構成される第１スイッチング素子１１は、ドレイン・ソース間電圧（ＶDS）の増加に伴ってドレイン・ソース間電流（ＩDS）が一定値に収斂する特性を示す。一般のトランジスタを用いる従来技術においては、例えば約１Ａの比較的大きな電流に収斂するのに対し、パストランジスタを用いる本発明においては、約１ｍＡの比較的小さな電流に収斂する。
【００２９】
また、交流電源１として、例えば８００Ｖの交流電圧が回路遮断器に印加された場合は、第１スイッチング素子１１のドレイン・ソース間電圧（ＶDS）が約１０Ｖに降圧される。
【００３０】
このような第１スイッチング素子１１は、ソースが整流回路２から供給される直流入力電圧（Ｖin）の入力端に接続され、ドレインが電流調整回路部１５に接続され、ゲートが帰還回路部１３に接続されるようにしてもよい。
【００３１】
定電流源１２は、第１スイッチング素子１１に並列に接続されて一定の電流を供給する手段である。定電流源１２は、帰還回路部１３と定電圧源１４に必要な最小電流（Ｉs）を供給する。
【００３２】
定電流源１２は、図２に示すように、ディプレッションＭＯＳトランジスタ１２−１と、ディプレッションＭＯＳトランジスタ１２−１に接続される抵抗１２−２とを含んでもよい。
【００３３】
ディプレッションＭＯＳトランジスタ１２−１は、ソースが整流回路２から供給される直流入力電圧（Ｖin）の入力端に接続され、ドレインが抵抗１２−２に接続されるようにしてもよい。
【００３４】
ディプレッションＭＯＳトランジスタ１２−１は、ゲート電圧が印加されないときは電流チャネルを形成してドレインとソース間に電流を通電させ、ゲート電圧が印加されると電流チャネルを閉じてドレインとソース間の電流を遮断するスイッチング素子である。
【００３５】
つまり、本発明において、ディプレッションＭＯＳトランジスタ１２−１は、定電圧供給回路１０の動作初期に電流チャネルを形成してドレインとソース間に電流を通電させることにより帰還回路部１３に電流を供給する機能を実行する。
【００３６】
その後、帰還回路部１３において出力電圧（Ｖf）が形成されてゲート電圧が印加されると、ディプレッションＭＯＳトランジスタ１２−１は、電流チャネルを閉じることにより、直流入力電圧（Ｖin）から定電流源１２への電流経路を遮断するので、直流入力電圧（Ｖin）から第１スイッチング素子１１への電流経路のみ残る。
【００３７】
抵抗１２−２は、一端がディプレッションＭＯＳトランジスタ１２−１のドレインに接続され、他端がディプレッションＭＯＳトランジスタ１２−１のゲート及び帰還回路部１３に接続されるようにしてもよい。
【００３８】
抵抗１２−２は、ディプレッションＭＯＳトランジスタ１２−１のドレインから帰還回路部１３に流れる電流を制限する。
【００３９】
帰還回路部１３は、第１スイッチング素子１１及び定電流源１２の出力端に共通に接続される。
【００４０】
また、帰還回路部１３は、定電圧源１４、分圧抵抗部１６の抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との間、及び電流調整回路部１５に接続される。
【００４１】
電流調整回路部１５に流れる電流量が大きくなって電流調整回路部１５内部のスイッチング素子がターンオンすると、第１スイッチング素子１１のゲートに印加される電圧が閾値電圧以下に減少して第１スイッチング素子１１がターンオフし、それにより定電圧供給回路１０の出力端に流れる出力電流が減少する。このとき、帰還回路部１３から第１スイッチング素子１１のゲートへの電流経路は遮断され、帰還回路部１３から電流調整回路部１５を介した定電圧供給回路１０の出力端への電流経路が生成される。
【００４２】
第１スイッチング素子１１がターンオフすると、電流調整回路部１５に流れる電流量が小さくなって電流調整回路部１５内部のスイッチング素子がターンオフし、帰還回路部１３から第１スイッチング素子１１のゲートへの電流経路が生成され、第１スイッチング素子１１のゲートに帰還電圧（Ｖf）が印加されて第１スイッチング素子１１がターンオンする。
【００４３】
つまり、定電圧供給回路１０の出力端に流れる出力電流量が大きくなると、電流調整回路部１５内部のスイッチング素子がターンオンし、第１スイッチング素子１１がターンオフし、定電圧供給回路１０の出力端に流れる出力電流量が小さくなると、電流調整回路部１５内部のスイッチング素子がターンオフし、第１スイッチング素子１１がターンオンすることにより、定電圧供給回路１０の出力端に流れる出力電流量が一定に維持される。
【００４４】
前述したように、帰還回路部１３は、電流調整回路部１５の動作状態によって第１スイッチング素子１１をターンオン又はターンオフする手段として用いられる。
【００４５】
帰還回路部１３は、図４に示すように、演算増幅器１３ａを含んでもよい。
【００４６】
他の例として、帰還回路部１３は、トランジスタ（図示せず）で構成されてもよい。例えば、帰還回路部１３がバイポーラトランジスタで構成された場合、当該バイポーラトランジスタは、コレクタが定電流源１２及び第１スイッチング素子１１に接続され、ベースが分圧抵抗部１６の抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との間に接続され、エミッタが定電圧源１４に接続される。
【００４７】
定電圧源１４は、帰還回路部１３に接続されて帰還回路部１３に一定の電圧として基準電圧（Ｖref）を印加する。
【００４８】
定電圧源１４は、例えばツェナーダイオードで構成されてもよい。
【００４９】
電流調整回路部１５は、第１スイッチング素子１１の出力端に接続されて第１スイッチング素子１１の出力電流を一定に調整する。
【００５０】
電流調整回路部１５は、図３に示すように、電流制限用抵抗１５−２と、電流制限用抵抗１５−２に流れる電流量に基づいてオン又はオフになるトランジスタ１５−１とを含み、トランジスタ１５−１がオンになると第１スイッチング素子１１をオフにするように構成される。
【００５１】
すなわち、電流制限用抵抗１５−２に流れる電流量が大きくなってトランジスタ１５−１がターンオンすると、第１スイッチング素子１１のゲートに印加される電圧が閾値電圧以下に減少して第１スイッチング素子１１がターンオフし、それにより定電圧供給回路１０の出力端に流れる出力電流が減少する。
【００５２】
第１スイッチング素子１１がターンオフすると、電流調整回路部１５に流れる電流量が小さくなってトランジスタ１５−１がターンオフし、帰還回路部１３から第１スイッチング素子１１のゲートへの電流経路が生成され、第１スイッチング素子１１のゲートに帰還電圧（Ｖf）が印加されて第１スイッチング素子１１がターンオンする。
【００５３】
つまり、定電圧供給回路１０の出力端に流れる出力電流量が大きくなると、電流調整回路部１５のトランジスタ１５−１がターンオンし、第１スイッチング素子１１がターンオフし、定電圧供給回路１０の出力端に流れる出力電流量が小さくなると、電流調整回路部１５のトランジスタ１５−１がターンオフし、第１スイッチング素子１１がターンオンすることにより、定電圧供給回路１０の出力端に流れる出力電流量が一定に維持される。
【００５４】
分圧抵抗部１６は、電流調整回路部１５の出力端と接地との間に接続され、第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２とを含む。
【００５５】
分圧抵抗部１６は、第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２間の接続ノードを介して定電圧供給回路１０の出力電圧（Ｖout）の分圧電圧を帰還回路部１３に供給する。
【００５６】
以下、図１、図５及び図６を参照して、前述したように構成される本発明の好ましい実施形態による回路遮断器の定電圧供給回路の動作を説明する。
【００５７】
交流電源１から供給された交流は、整流回路２により直流に変換（整流）されて直流入力電圧（Ｖin）となり、定電圧供給回路１０に供給される。
【００５８】
直流入力電圧（Ｖin）が定電圧供給回路１０に供給される初期（定電圧供給回路１０の動作初期）には、第１スイッチング素子１１はターンオフ状態にあり、定電流源１２のディプレッションＭＯＳトランジスタ１２−１は電流チャネルを形成してディプレッションＭＯＳトランジスタ１２−１のドレインとソース間に電流を通電させることにより帰還回路部１３に電流を供給する。
【００５９】
よって、定電流源１２は、帰還回路部１３と定電圧源１４に必要な最小電流（Ｉs）を供給する。
【００６０】
帰還回路部１３は、定電圧源１４の基準電圧（Ｖref）と分圧抵抗部１６の第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２の比率に応じた電圧を第１スイッチング素子１１と電流調整回路部１５に印加する。
【００６１】
すなわち、帰還回路部１３により印加される電圧は下記数式１で表される。
【数１】
2017016641.tif 000003
【００６２】
ここで、Ｖfは帰還回路部１３の出力電圧（印加電圧）であり、Ｖrefは定電圧源１４の基準電圧であり、Ｒ１は第１抵抗であり、Ｒ２は第２抵抗である。
【００６３】
Ｖrefは定電圧源１４により供給される一定の基準電圧であり、Ｒ１及びＲ２も一定の抵抗であるので、帰還回路部１３の出力電圧（印加電圧）（Ｖf）は一定になる。
【００６４】
帰還回路部１３の出力電圧（印加電圧）（Ｖf）が第１スイッチング素子１１のゲート閾値電圧より大きいので、出力電圧（印加電圧）（Ｖf）の印加により、第１スイッチング素子１１はターンオンする。
【００６５】
ターンオンする第１スイッチング素子１１により、直流入力電圧（Ｖin）は目的とするレベルに降圧されて電流調整回路１５に印加される。
【００６６】
定電圧供給回路１０の最終の出力電圧（Ｖout）は、帰還回路部１３の出力電圧（Ｖf）と第１スイッチング素子１１のゲート・ソース間電圧（Ｖgs）と電流調整回路１５の電圧降下（Ｖq）の関係により、下記数式２で表される。
【数２】
2017016641.tif 000004
【００６７】
ここで、帰還回路部１３の出力電圧（Ｖf）は前述したように一定であり、第１スイッチング素子１１のゲート・ソース間電圧（Ｖgs）も直流入力電圧（Ｖin）が一定であれば一定であり、電流調整回路１５の電圧降下（Ｖq）も一定であるので、定電圧供給回路１０の最終の出力電圧（Ｖout）は一定の値を維持する。
【００６８】
このとき、電流調整回路部１５のトランジスタ１５−１は、電流調整回路部１５に流れる電流量によってターンオン又はターンオフすることにより、定電圧供給回路１０の出力電流を一定に維持する。
【００６９】
例えば、図５を参照すると、整流回路２から供給される直流入力電圧のピーク値が８０Ｖの場合、本発明による定電圧供給回路１０の最終の出力電圧（Ｖout）は直流約１５Ｖを維持して一定に供給される。
【００７０】
また、図６を参照すると、負荷量が増加した場合、従来技術による定電圧供給回路においては最終の出力電圧が増加するが、本発明による定電圧供給回路１０の最終の出力電圧（Ｖout）は一定に維持される。
【００７１】
一方、本発明による定電圧供給回路１０の最終の出力電圧（Ｖout）は、零相変流器（ＺＣＴ）４、漏れ検出回路部３、トリップスイッチ６、トリップコイル及び遮断機構５などに供給される。
【００７２】
零相変流器４は、接地に流れる漏れ電流に対応する電圧信号を出力する。
【００７３】
漏れ検出回路部３は、予め定められた漏れ（漏電）とみなされる零相変流器４の出力電圧の基準値と零相変流器４の出力電圧信号に応じた値とを比較し、零相変流器４の出力電圧信号に応じた値が基準値以上の場合、漏電が発生したと判断し、トリップスイッチ６が閉路位置に切り替えられるように制御する。ここで、トリップスイッチ６は、トランジスタなどのスイッチング素子で構成されてもよい。
【００７４】
すると、トリップスイッチ６の閉路により、定電圧供給回路１０の最終の出力電圧（Ｖout）がトリップコイル及び遮断機構５のトリップコイルに供給され、当該トリップコイルが励磁する。
【００７５】
すると、図示していないが、トリップコイル及び遮断機構５のトリップコイルの励磁によるアーマチュアなどのトリップ機構のトリガ動作により、トリップコイル及び遮断機構５の遮断機構が可動接触子を対応する固定接触子から分離する位置に駆動する。これにより、回路が遮断され、回路や回路に接続された負荷機器などが漏電から保護される。
【符号の説明】
【００７６】
１    交流電源
２    整流回路
３    漏れ検出回路部
４    零相変流器
５    トリップコイル及び遮断機構
６    トリップスイッチ
１０    定電圧供給回路
１１    第１スイッチング素子
１２    定電流源
１３    帰還回路部
１４    定電圧源
１５    電流調整回路部
１６    分圧抵抗部
【図１】
2017016641.tif 000005
【図２】
2017016641.tif 000006
【図３】
2017016641.tif 000007
【図４】
2017016641.tif 000008
【図５】
2017016641.tif 000009
【図６】
2017016641.tif 000010
【図７】
2017016641.tif 000011