JP5243344B2 - 回路遮断器 - Google Patents

Description

この発明は、マイクロコンピュータにより交流電路に流れる電流レベルに対応した引きはずし動作時間を演算する回路遮断器に関するものである。

従来、回路遮断器として、交流電路に流れる各相の電流を検出するための変流器と、この変流器の２次出力を全波整流する整流回路および電源回路と、各相の電流に比例した電圧を出力するための電流検出抵抗と、各相で検出された電圧出力をマイクロコンピュータ内に取込む前に増幅するための増幅回路と、検出した電流レベルの大きさにより引きはずし動作時間を決定するためのマイクロコンピュータとを備え、交流電路の各相に流れる電流を検出し、検出した電流レベルに応じて過電流引き外し信号を出力し、開閉手段を介して交流電路を遮断するように構成した回路遮断器がある（例えば、特許文献１参照。）。
このような回路遮断器において、マイクロコンピュータは、消費電力を低下させる機能を有しており、この消費電力を低下させる機能である低消費電力モードとしては、スリープモード、ソフトウェアスタンバイモード、ハードウェアスタンバイモードの３種類の他に、マイクロコンピュータに内蔵された低速の内部クロックを発振する発振回路によって低消費電力動作を行なう動作モードがある。ここで、この低速の内部クロックでの動作モードが可能なマイクロコンピュータは、電源起動時の動作としては、この内蔵された発振回路からの低速クロックによって動作を開始する。更に通常動作に使用する高速クロックは、マイクロコンピュータの外部に接続された外部発振回路により供給される。

特開２０００−１１３７９６号公報

低消費電力モードとして低速の内部クロックを発生する発振回路を内蔵し、低消費電力モード動作を行なうことが可能なマイクロコンピュータを搭載した従来の回路遮断器において、電源起動後の過電流検出機能を動作させる処理として、内部発振回路から供給される低速クロックによって外部発振回路の発振を開始し、発振安定時間が経過した後、外部発振回路からの高速クロックを動作クロックとして供給することによって、マイクロコンピュータによる過電流検出機能の処理を開始することができる。
この場合、外部発振回路の発振を開始して、その発振安定時間が経過するまでの時間待ち処理は、動作クロックである内部発振回路からの低速クロックによって時間待ち処理が行われるため、発振安定時間の待ち時間は、この内部発振回路の発振周波数精度に依存する
こととなる。

ここで、内部発振回路の発振周波数精度は、発明者らが調査したところ、設定値１２５ｋＨｚに対して、最小で３０ｋＨｚ、最大で２５０ｋＨｚとばらつきが多いことが判明した。そこで、外部発振回路の発振安定のための待ち時間を、例えば０．２ｍｓとした場合、内部クロックによる発振安定時間待ちの設定値は、発振安定時間を確実に確保するため、内部クロックの最大値である２５０ｋＨｚとして設定する必要がある。ところが、実際の動作クロックが内部クロックの最小値である３０ｋＨｚとなった場合には、待ち時間が０．２ｍｓの設定値に対して実際は１．６ｍｓとなり、過電流検出機能の動作が１．４ｍｓ（＝１．６ｍｓ−０．２ｍｓ）も遅れて動作を開始することになる。このため、回路遮断器のオン時に短絡が発生した場合の瞬時引きはずし動作においては、この１．４ｍｓの
検出動作遅れによって、遮断時の遮断電流および遮断電流による通過エネルギーが増加することになり、回路遮断器の遮断性能に影響を及ぼすという課題があった。

図４は、推定短絡電流Ｉｐを３０ｋＡとして１．４ｍｓの過電流検出機能の動作開始遅れが発生した場合の遮断電流値の関係を示した一例である。短絡電流が流れ始めてから過電流検出して遮断動作するまでに１．４ｍｓの遅れ時間の無い動作時間２ｍｓの場合の短絡電流は１７ｋＡに対し、１．４ｍｓの時間待ち遅れがある動作時間３．４ｍｓの場合の短絡電流は２６ｋＡとなり、その差は約９ｋＡ増加することになる。

この発明は、前述のような従来の回路遮断器の課題を解決するためになされたもので、低速の内部クロックを発生する内部発振回路を有し、低消費電力モード動作を行なうことが可能なマイクロコンピュータを搭載した回路遮断器において、電源起動後から過電流検出機能の動作を内部発振回路の発振周波数精度に依存すること無く、高速に処理を行なうことを可能とし、遮断時の遮断電流および遮断電流による通過エネルギーを小さくすることを可能とした回路遮断器を得ることを目的としたものである。

この発明は、低速の内部クロックを発生する内部発振回路を有し、低消費電力モード動作を行なうことが可能なマイクロコンピュータを搭載し、交流電路に流れる電流から変流器を介して前記マイクロコンピュータを含む電子回路へ電源を供給すると共に、前記マイクロコンピュータにより前記交流電路に流れる電流レベルに対応した引きはずし動作時間を演算する回路遮断器において、前記マイクロコンピュータの外部に設けられ、高速の外部クロックを発生する外部発振回路と、前記外部発振回路の起動時から該外部発振回路の発振が安定するまでの発振安定時間に対応する時限を設定する時限回路と、前記マイクロコンピュータの起動時には前記内部発振回路からの低速の内部クロックを前記マイクロコンピュータの動作クロックとして供給すると共に、前記時限回路により設定された時限経
過後は、前記外部発振回路からの高速の外部クロックを前記マイクロコンピュータの動作クロックとして選択的に供給する動作クロック選択回路とを備え、前記時限回路は、前記マイクロコンピュータの外部に設けられ、前記動作クロック選択回路は、前記マイクロコンピュータに内蔵されているものである。

この発明による回路遮断器は、交流電路に流れる電流より変流器を介して電源回路によりマイクロコンピュータの電源が供給された後、外部クロックの発振安定時間待ち処理を時限回路を用いて行なうことで、必要最小限の待ち時間で内部クロックから外部クロックへの切換えを行ない電源起動から高速で過電流検出処理を行なうことが可能となり、遮断時の遮断電流および遮断電流による通過エネルギーを小さくすることが可能となる。

この発明の実施の形態１に於ける回路遮断器を示すブロック図である。 図１の時限回路の構成を示すブロック図である。 図１の動作クロックの流れを示した入出力波形図である。 過電流検出機能の動作開始遅れが発生した場合の遮断電流値の関係を示す波形図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に於ける回路遮断器を示すブロック図である。図１に於いて、回路遮断器の開閉接点２は、３極の開閉接点を備え、三相の交流電路１に接続されており、電磁装置１０が付勢されると開路して交流電路１を遮断する。変流器３は、各交流電路１の電流に比例した電流信号を出力する。

整流手段としての整流回路４は、変流器３から出力された電流信号を全波整流し、電源回路５へ入力する。電源回路５は、整流回路４からの入力に基づいて回路遮断器内部の電子回路に用いる動作電源を生成し、後述のマイクロコンピュータ８へ動作電力を供給する。

電流検出抵抗６は、各相の変流器３に対応する検出抵抗により構成されており、夫々の電流に対応する電流信号を、電圧信号に夫々変換する。電流検出抵抗６により変換された電圧信号は、増幅回路７により信号増幅され、マイクロコンピュータ８に内蔵されたＡ/Ｄ変換器などでデジタル信号に変換された後、夫々のデジタル信号に基づいて、交流電路１の過電流および短絡電流等をデジタル処理により検出する。

引きはずし回路９は、マイクロコンピュータ８が交流電路１の過電流、若しくは短絡事故を検出したとき引きはずし信号がマイクロコンピュータ８から与えられ、電磁装置１０を付勢する。付勢された電磁装置１０は、その電磁力により開閉接点２を開いて交流電路１を遮断する。

マイクロコンピュータ８は、交流電路１に流れる電流レベルに対応した引きはずし動作時間を演算するためのＣＰＵ１１と、電源起動後のＣＰＵ１１の動作用クロックとして低速の内部クロックを発生する内部発振回路１２と、ＣＰＵ１１の動作クロックとして内部発振回路１２からの低速の内部クロックと外部発振回路１４からの高速の外部クロックとを選択的に供給する動作クロック選択回路１３から構成される。
マイクロコンピュータ８の外部には、上記の外部発振回路１４と時限回路１５が設けられ、時限回路１５は、外部発振回路１４の発振を開始してから発振が安定するまでの時間待ち処理を行なうために、外部発振回路１４の起動時から発振が安定するまでの発振安定時間に対応する時限に設定されている。

ここで、時限回路１５の構成例を図２に示す。図２において、時限回路１５は発振安定時間待ち処理を行なうための抵抗１５ａ、コンデンサ１５ｂからなるＣＲ遅延回路と、このＣＲ遅延回路の出力信号と直流基準電圧１５ｄとを比較するための比較器１５ｃから構成される。

次に、この発明の実施の形態１による回路遮断器の動作を説明する。図３は、ＣＰＵ１１に供給する動作クロックの流れを示した各入出力波形図である。
図１及び図３に於いて回路遮断器の開閉接点２が投入されると、交流電路１に流れる三相交流電流に対応して、各変流器３から出力電流が出力され、整流回路４によって全波整流されて電源回路５に入力される。電源回路５は、この入力に基づいて回路遮断器内部の電子回路に用いる動作電源を生成し、マイクロコンピュータ８へ動作電力ａを供給する。

マイクロコンピュータ８へ動作電力ａが供給されると共に内部発振回路１２は発振動作を開始し、低速の内部クロックｃが動作クロック選択回路１３によって自動的に選択され、ＣＰＵ１１のＣＰＵ動作クロックｂとして供給されることで動作を開始する。ＣＰＵ１１のＣＰＵ動作クロックｂのクロック源が内部発振回路１２である状態で外部発振回路１４の発振動作を開始させ、これと同時に時限回路１５への計時開始信号ｅを出力する。ここで時限回路１５の計時開始信号ｅの入力時点から計時終了信号ｆの出力時点までの時間を、外部発振回路１４の発振安定時間ｔ１に対応する時限（例えば０．３ｍｓ）に設定しておくことで、時限回路１５からの出力信号である計時終了信号ｆが出力された時点で、動作クロック選択回路１３を外部クロックｄ側に切換える。
ＣＰＵ１１のＣＰＵ動作クロックｂを低速の内部クロックｃ（例えば１２５ＫＨｚ）から高速の外部クロックｄ（例えば１２ＭＨｚ）へ切換えることで過電流検出処理を開始することができるため、電源起動後から過電流検出機能の動作を内部発振回路１４の発振周波数の精度に依存すること無く、高速に処理を行なうことが可能となる。

以上のようにこの発明の実施の形態１による回路遮断器によれば、交流電路１に流れる電流より変流器３を介して電源回路５によりマイクロコンピュータの電源が供給された後、外部クロックの発振安定時間待ち処理を時限回路１５を用いて行なうことで、必要最小限の待ち時間で内部クロックから外部クロックへの切換えを行ない電源起動から高速で過電流検出処理を行なうことが可能となり、遮断時の遮断電流および遮断電流による通過エネルギーを小さくすることが可能となる。

１ 交流電路
２ 開閉接点
３ 変流器
４ 整流回路
５ 電源回路
６ 電流検出抵抗
７ 増幅回路
８ マイクロコンピュータ
９ 引きはずし回路
１０ 電磁装置
１１ ＣＰＵ
１２ 内部発振回路
１３ 動作クロック選択回路
１４ 外部発振回路
１５ 時限回路
１５ａ 抵抗
１５ｂ コンデンサ
１５ｃ 比較器
１５ｄ 直流基準電圧

Claims (2)

1. 低速の内部クロックを発生する内部発振回路を有し、低消費電力モード動作を行なうことが可能なマイクロコンピュータを搭載し、
   交流電路に流れる電流から変流器を介して前記マイクロコンピュータを含む電子回路へ電源を供給すると共に、
   前記マイクロコンピュータにより前記交流電路に流れる電流レベルに対応した引きはずし動作時間を演算する回路遮断器において、
   前記マイクロコンピュータの外部に設けられ、高速の外部クロックを発生する外部発振回路と、
   前記外部発振回路の起動時から該外部発振回路の発振が安定するまでの発振安定時間に対応する時限を設定する時限回路と、
   前記マイクロコンピュータの起動時には前記内部発振回路からの低速の内部クロックを前記マイクロコンピュータの動作クロックとして供給すると共に、前記時限回路により設定された時限経過後は、前記外部発振回路からの高速の外部クロックを前記マイクロコンピュータの動作クロックとして選択的に供給する動作クロック選択回路とを備え、
   前記時限回路は、前記マイクロコンピュータの外部に設けられ、前記動作クロック選択回路は、前記マイクロコンピュータに内蔵されている
   ことを特徴とする回路遮断器。
2. 前記時限回路は、抵抗およびコンデンサからなるＣＲ遅延回路と、前記ＣＲ遅延回路の出力信号の出力レベルを検出する直流基準電圧と、前記ＣＲ遅延回路の出力信号と直流基準電圧とを比較する比較器とで構成されることを特徴とする請求項１記載の回路遮断器。