(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力供給回路網に接続する入力（Ａ、Ｂ）及び負荷（Ｚ）に接続する出力（Ｃ、Ｄ）を備えた電子回路遮断器であって、
上記入力（Ａ、Ｂ）と出力（Ｃ、Ｄ）との間に設けられた少なくとも一つのスイッチ（７）及び上記スイッチ（７）を制御する少なくとも一つの制限ブロック（９）と、
上記制限ブロック（９）に接続され、過電流の発生時に、上記制限ブロック（９）によって生じた上記少なくとも一つのスイッチ（７）の部分的抑止に伴う遅延の後、負荷（Ｚ）への電力供給を遮断するようにプログラムされたマイクロプロセッサ（１３）と
を有することを特徴とする電子回路遮断器。
【請求項２】
上記制限ブロック（９）が演算増幅器（１１）を備え、演算増幅器（１１）の第１入力に、上記スイッチ（７）を通って流れる電流に比例した信号が供給され、また演算増幅器（１１）の第２入力には基準電圧（Ｖｒｅｆ）が供給されることを特徴とする請求項１に記載の電子回路遮断器。
【請求項３】
上記基準電圧（Ｖｒｅｆ）が上記マイクロプロセッサ（１３）によってプログラム可能であることを特徴とする請求項２に記載の電子回路遮断器。
【請求項４】
上記マイクロプロセッサ（１３）が上記演算増幅器（１１）の反転入力に接続されることを特徴とする請求項２又は３に記載の電子回路遮断器。
【請求項５】
上記スイッチ（７）が上記演算増幅器（１１）の出力に接続されることを特徴とする請求項２又は３又は４に記載の電子回路遮断器。
【請求項６】
上記演算増幅器（１１）の出力と上記スイッチ（７）との間に保護フューズが設けられることを特徴とする請求項５に記載の電子回路遮断器。
【請求項７】
入力と出力との間に破局保護装置を成す少なくとも一つのフューズ（５）を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の電子回路遮断器。
【請求項８】
電子回路遮断器を通って流れる電流量を決める少なくとも一つの読取り抵抗を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の電子回路遮断器。
【請求項９】
上記少なくとも一つのフューズ（５）が上記少なくとも一つのスイッチ（７）に直列に設けられていることを特徴とする請求項７に記載の電子回路遮断器。
【請求項１０】
上記少なくとも一つの読取り抵抗が上記少なくとも一つのスイッチ（７）に直列に設けられていることを特徴とする請求項８に記載の電子回路遮断器。
【請求項１１】
上記マイクロプロセッサ（１３）が上記スイッチ（７）の部分的抑止に対して予め設定した遅延をもって介入するためにプログラム可能であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の電子回路遮断器。
【請求項１２】
上記マイクロプロセッサ（１３）が温度センサーに接続され、そして過熱状態時に回路を開放させるようにプログラムされることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の電子回路遮断器。
【請求項１３】
上記マイクロプロセッサ（１３）が、外界と通信及び又はプログラミングする入出力端子（２９）を備えていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の電子回路遮断器。
【請求項１４】
上記マイクロプロセッサ（１３）が、電子回路遮断器の動作のパラメーターを記憶するメモリーと組合わされることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の電子回路遮断器。
【請求項１５】
多数のスイッチ（７）を有し、各スイッチ（７）が相応した制限ブロック（９）と組合わされ、上記多数のスイッチ（７）が互いに平行に設けられていることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項に記載の電子回路遮断器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、電流が予定値を超えた時、例えば短絡の場合に、ユーザーの回路への電力供給を遮断する電子回路遮断器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
過荷電流から回路を保護する種々の形式の回路遮断器が存在している。これらの遮断器の幾つかが熱形式のものであり、バイメタルストリップの使用に基くものであり、電流の通過によるジュール効果によって生じる熱の消散のために、バイメタルストリップのへんけいによりスイッチで回路を開放させている。他の回路遮断器、電磁型の回路遮断器では、遮断は、コイルに電流の流れることにより発生する磁場の影響の下で接極子が動くことにより行われる。いずれの場合でも、ストリップ（熱型の回路遮断器の場合）又はコイル（電磁型の回路遮断器の場合）に過電流が流れることによって、回路遮断器の引はずしが生じる。
【０００３】
熱型の回路遮断器は、長い引はずし時間をもちしかも周囲温度の変動の影響を相殺するために適当な手段が採られるとしても動作時に周囲温度が変動し得るためにあまり信頼できないという欠点を有している。
【０００４】
電磁型の回路遮断器は、非常に早く引はずすようにして構成され得るが、そのため固体構成要素から成る回路を保護する必要がある。しかし、引はずし速度は全体として満足できるものではない。また、それらの信頼性も、温度の変化、機械的振動、磁気的干渉などのような外的要因の影響を受けやすいので低い。さらに、可動接触子セットがあるため、これらの回路遮断器の引はずし特性に重力が影響し得るために、これら回路遮断器を設置できる部位の選択の自由度も制限されることなる。
【０００５】
また例えば特許文献１に開示されている形式の電子回路遮断器も提案されている。これらの電子回路遮断器は全体として満足できるものではない。
【０００６】
【特許文献１】
米国特許明細書第４９７９０６８号
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、従来の回路遮断器のもつ欠点を解決する電子回路遮断器を提供することにある。
【０００８】
特に、本発明の目的は、耐久性が高く、引はずし時間が非常に短く、しかもピーク電流を制限できるという特性をもつ信頼できる電子回路遮断器を提供することにある。
【０００９】
本発明の別の目的は、プログラム可能な装置を提供することにある。
【００１０】
本明細書から当業者には明らかなように、これらのおよびその他の目的及び利点は、
電子回路遮断器の入力と出力との間に設けられた少なくとも一つのスイッチ及び過電流の発生時に上記スイッチを制御して少なくとも部分的に抑止させる制限ブロックと、
電子回路遮断器に接続した負荷への電力供給を遮断するように上記制限ブロックに接続されたマイクロプロセッサと
を有する電子回路遮断器によって達成される。
【００１１】
このようにして、過電流は、スイッチ例えばＭＯＳＦＥＴにより回路を少なくとも部分的に開放させ、制限ブロックを引はずさせる。引はずし時間は極端に短く、すなわち数百μ秒台である。マイクロプロセッサによって有利にプログラムされ得る遅延時間内に、マイクロプロセッサは回路遮断器を抑止状態にし、負荷への給電を遮断させる。そして回路遮断器は、遮断器の引はずしの発生が認められると、マイクロプロセッサのリセット信号によってリセットされ得る。
【００１２】
マイクロプロセッサを使用することにより、多数の作用効果が得られ得る。特に、回路遮断器の完全な抑止すなわち遮断（いわゆる“引はずし”）をもたらすスイッチの介入における遅延及び回路遮断器による回路の開放を生じさせる電流の値はプログラム可能であり、そしてマイクロプロセッサの入出力端子及び直列ポートによって遠隔で変更され得る。回路遮断器の動作パラメーター（端子における電圧、電流）は記憶され、そしてプログラミングを可能とする同じ直列ポート及び同じ入出力端子を介して必要な時には何時でも読み出され得る。回路遮断器は遠隔制御され得る。
【００１３】
本発明による回路遮断器は、従来技術の回路遮断器に比較して多くの利点をもたらす。第１に、他の公知の回路遮断器より５倍高いＭＴＢＦをもって一層信頼できる。引はずし時間、すなわち、回路を完全に開放するまでの時間間隔中でも、極端に短い時間間隔で電流は制限される。装置のプログラム可能性は、装置を極めて多様性にする。更に、以下の説明から明かなように、マイクロプロセッサを使用することによって、補助構成要素を必要とすることなしに、種々の作用を行うことができる。特に、回路遮断器の入力電圧を検出し電圧がプログラム可能である所与値を超えた時にマイクロプロセッサによって回路の開放をプログラムすることができる。これにより、過電圧に対して感応する他の電機装置の使用は不要となる。回路遮断器を通って流れる電流はマイクロプロセッサ自体によって検出され、そして外界へ通信され、このことにより別個の電流センサーの必要性はなくなる。
【００１４】
本発明の別の有利な特徴及び実施の形態は特許請求の範囲に特定されている。
【００１５】
本発明は、本発明の可能な非限定的な実施の形態を例示する添付図面に関しての以下の説明からさらに良く理解されよう。
【００１６】
【実施の形態】
最初に図１の線図を参照すると、全体を符号１で示す回路遮断器は、二つの端子Ａ、Ｂから成る入力と、２つの端子Ｃ、Ｄから成る出力とを有している。線Ａ−Ｃにはブロック３が設けられ、このブロック３は電流読取り抵抗４を備え、この電流読取り抵抗４は、回路遮断器を通って流れ、そして出力端子Ｃ、Ｄ間に接続される負荷回路又は負荷に給電する電流を読取る。ブロック３はさらに少なくとも一つのフューズ５及び少なくとも一つの電子スイッチ７を備えている。フューズ５は所謂“破局保護手段”を成し、すなわちフューズ５がとぶと、例えば短絡時に電流の通過を確実に遮断する。この場合、装置は交換されなければならず、又は少なくともフューズ５は交換されなければならず、これに対して他の引はずし状態では以下の説明から明らかとなるように、過電流により引はずされる回路遮断器をリセットすれば十分である。電子スイッチ７、例えばＭＯＳＦＥＴは過渡的な過電流に対する保護手段を成し、そして以下に説明するようにして回路を開放する。
【００１７】
符号９は、演算増幅器１１から成る制限ブロックを表し、制限ブロック９はブロック３とマイクロプロセッサ１３とに接続される。制限ブロック９及びマイクロプロセッサ１３は補助電圧発生装置１５によって給電される。
【００１８】
マイクロプロセッサ１３は制限ブロック９に接続される他に、ブロック３及び温度と共に変化し得る抵抗１７例えばＰＴＣ又はＮＴＣ抵抗にも接続され、抵抗１７は過熱を受ける回路遮断器の構成要素に熱的に結合される。
【００１９】
上述の装置の動作について以下説明する。負荷Ｚ（装置の端子Ｃ、Ｄに接続される）への正常な給電状態では、電流ＩＮが供給される。フューズ５は完全であり、またＭＯＳＥＦＴ７は完全に導通している。
【００２０】
短絡のような破局状態の場合には、フューズ５は回路遮断器１に回路を瞬時にかつ変更不能に開放させ、それにより負荷への電力供給は遮断される。
【００２１】
負荷Ｚに過電流が流れた場合には、すなわち、電流が予め設定した制限値Ｉｌｉｍｉｔを超えた場合には、制限ブロック９は演算増幅器１１によってブロック３のＭＯＳＥＦＴ７を部分抑止の状態にする。この抑止を生じ゛させるに必要な時間は非常に短く、すなわち３００μ秒又はそれ以下である。回路遮断器に流れている電流は、マイクロプロセッサ１３によってプログラムされ得る遅延時間の間制限値Ｉｌｉｍｉｔ以下に保たれる。この時間間隔が経過すると、マイクロプロセッサ１３はＭＯＳＥＦＴ７又は他の等価のスイッチング装置を完全に抑止させ、それにより負荷に流れる電流は予備値Ｉｓｔａｎｄ−ｂｙにされ、非常に制限される。
【００２２】
図３にはこれらの状態における回路遮断器の引はずし特性を示す。上記で説明したように横軸は時間を表し、縦軸には電流値を示している。グラフは、回路遮断器の設計される公称又は定額電流Ｉｎｏｍ及び最大電流Ｉｍａｘを示している。ピーク電流値はＩｐｅａｋで示され、このピーク電流値は非常に短い時間間隔Ｔｓすなわち制限ブロック９が作動するのに要する時間内に到達される。制限ブロック９の介入及びマイクロプロセッサ１３の介入（引はずし）の間の遅延時間はＴｄで示す。
【００２３】
温度に従って変化し得る抵抗１７は、マイクロプロセッサ１３に対する温度センサを構成し、この温度センサは、過熱の場合にマイクロプロセッサ自体の適当なプログラミングによって電力供給を遮断させ得る。
【００２４】
マイクロプロセッサ１３はブロック３に接続されているので、電流読取り抵抗４によって回路遮断器に瞬時に流れる電流を測定できる。さらに端子Ａ、Ｂ間の接続によって瞬時電圧段を読取ることができ、従って過電圧の発生時に、マイクロプロセッサ自体によって制御される回路の開放を行わせることができる。
【００２５】
図２には、本発明による回路遮断器の実施の形態を詳細な線図で示し、本発明を理解しかつ実施するのに本質的である構成要素のみが示されている。図１のブロック線図におけるものと同一又は対応した部分は同じ符号を用いて表されている。
【００２６】
図２の回路は、図１のブロック３と機能的に等価の三つのブロック３Ａ、３Ｂ、３Ｃを備えており、これらのブロック３Ａ、３Ｂ、３Ｃは互いに並列に接続され、しかも基本的には互いに同じである。これらブロックの数は、最大電流に従って変えることができ、この最大電流に対して回路遮断器は寸法決めされることになる。回路遮断器が寸法決めされることになる電流が大きくなればなるほど、並列に設けられるブロック３Ａ、３Ｂ、３Ｃの数は多くなり、各ブロックには、負荷Ｚに供給される総電流の一部が流れることになる。
【００２７】
ブロック３Ａ、３Ｂ、３Ｃの各々は演算増幅器１１を備え、演算増幅器１１の出力はＭＯＳＥＦＴ７のゲート端子に接続されている。ＭＯＳＥＦＴ７のソース端子は回路遮断器１の端子Ａに接続され、またドレーン端子は端子Ｃに接続されている。電流読取り抵抗は４で表され、フューズは５で表され、これら抵抗４及びフューズ５の両方は、回路遮断器１の端子ＡとＭＯＳＥＦＴ７のソース端子との間に設けられている。演算増幅器１１の出力とＭＯＳＥＦＴ７のゲート端子との間には別の保護フューズ２１が設けられ、この別の保護フューズ２１は並列ＲＣ回路に直列に接続されている。
【００２８】
ブロック３Ａ、３Ｂ、３Ｃの各々における演算増幅器１１の反転入力は抵抗２２を介して抵抗４とびフューズ５との間に接続され、演算増幅器１１の非反転入力には、全体を２３で示す回路によって発生される基準電圧Ｖｒｅｆが印加され、回路２３はマイクロプロセッサ１３に接続され、以下に詳細に説明する。
【００２９】
電流読取り抵抗４の両端の電圧は演算増幅器２５の入力に印加され、演算増幅器２５の出力はマイクロプロセッサ１３に接続され、マイクロプロセッサ１３は抵抗４を通って流れる電流に比例した信号を受信する。上記で述べた回路構成はブロック３Ａについてのみのものであり、ブロック３Ｂ、３Ｃにはかかる回路構成はない。三つのブロック３Ａ、３Ｂ、３Ｃは基本的には同じであるので、負荷Ｚに供給される総電流は電流読取り抵抗４及び演算増幅器２５を介してマイクロプロセッサ１３で読取った電流の３倍に等しい。
【００３０】
図２の回路線図において、図示されている二つの端子２７はインターフェース２８を介して入出力端子２９に接続され、入出力端子２９は、マイクロプロセッサ１３の外部への接続部を構成している。このインターフェース２８によって、マイクロプロセッサ１３は例えば装置の動作状態をチェックするようにプログラムされかつ問合せられる。問合せ及びプログラミングは遠隔的にも行うことができる。
【００３１】
符号３１はマイクロプロセッサ１３のリセット端子であり、３３はマイクロプロセッサ１３をブロック３Ａ、３Ｂ、３Ｃに接続する端子である。一層特に、端子３３は、トランジスター３５及び相応したダイオード３７を介してブロック３Ａ、３Ｂ、３Ｃの各演算増幅器１１の反転入力に接続される。各ダイオード３７と相応した演算増幅器１１の反転入力との間の接続は符号Ｘで表されている。
【００３２】
また、図２に示すように、二つのＬＥＤ４１、４３はマイクロプロセッサ１３の相応したピンに接続され、回路遮断器１の動作状態を表示することができる。またマイクロプロセッサ１３には記憶ブロック４５が接続され、この記憶ブロック４５には回路遮断器１の動作状態に関する情報が記憶され、この情報は入出力端子２９で読取ることができる。
【００３３】
回路２３は演算増幅器２４を備え、この演算増幅器２４の反転入力はマイクロプロセッサ１３に接続され、演算増幅器２４の出力には基準電圧Ｖｒｅｆが供給される。基準電圧Ｖｒｅｆの値は、回路遮断器１が扱うことになる特性に応じてマイクロプロセッサ１３によってプログラム可能である。
【００３４】
図２にはまた、回路遮断器１の二つの端子Ａ、Ｂに接続した補助電圧発生装置１５のそれ自体公知の形態を概略的に示している。補助電圧発生装置１５は端子Ｖｃｃ、３Ｖに二つの電圧例えば１２Ｖ及び３Ｖを発生する。これらの電圧は、図２の回路線図に示すものに従って種種の回路構成要素に給電するのに用いられる。
【００３５】
図１のブロック線図を参照して簡単に説明してきたものと同様にして、図２の回路は以下に説明するように動作する。通常の動作状態では、電流はブロック３Ａ、３Ｂ、３Ｃを通って負荷Ｚに流れる。ＭＯＳＥＦＴ７は完全な導通状態にある。過電流が流れると、各演算増幅器１１は介入する。各演算増幅器１１が作動する値は、マイクロプロセッサ１３の相応したプログラミングによって決められる基準電圧Ｖｒｅｆによって固定される。個々の演算増幅器１１の介入時間は非常に限定され（３００μ秒以下）、そして個々の演算増幅器１１は端子Ａから端子Ｃへ負荷に向って流れる電流を低減する効果をもつ。プログラム可能な遅延時間の後、マイクロプロセッサ１３は、ブロック３Ａ、３Ｂ、３Ｃの個々の演算増幅器１１に供給されたピン３３における出力電圧によって作動し、ＭＯＳＥＦＴ７を抑止状態にし、それにより電流を引はずし値Ｉｓｔａｎｄ−ｂｙに低減する。マイクロプロセッサ１３はブロック３Ａ、３Ｂ、３Ｃに作用して、過熱状態（温度に可変である抵抗４によって検出される）の場合にもスイッチ７を抑止させる。
【００３６】
図面は本発明の可能な例を例示するだけのものであり、発明の概念の範囲から逸脱することなく実施の形態及び構成を変えることができることは理解される。特許請求の範囲において符号を付しているのは明細書の記載及び図面に鑑みて容易に理解できるようにするためのものであり、特許請求の範囲で表される保護の範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による回路遮断器のブロック線図。
【図２】本発明の一実施の形態を示す詳細線図。
【図３】本発明による回路遮断器の電流・時間特性を示すグラフ。
【符号の説明】
１        回路遮断器
４        抵抗
５        破局保護装置（フューズ）
７        スイッチ
９        制限ブロック
１１      演算増幅器
１３      マイクロプロセッサ
Ａ        入力端子
Ｂ        入力端子
Ｃ        出力端子
Ｄ        出力端子
Ｚ        負荷
Ｖｒｅｆ  基準電圧
【図１】
0004185741.tif 000002
【図２】
0004185741.tif 000003
【図３】
0004185741.tif 000004