特許 6660858 電源装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6660858

(24)【登録日】2020年2月13日

(45)【発行日】2020年3月11日

(54)【発明の名称】電源装置

(51)【国際特許分類】

   H02H 7/20 20060101AFI20200227BHJP

   H02H 3/20 20060101ALI20200227BHJP

【ＦＩ】

   H02H7/20 B

   H02H3/20 D

【請求項の数】2

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2016-173757(P2016-173757)

(22)【出願日】2016年9月6日

(65)【公開番号】特開2018-42343(P2018-42343A)

(43)【公開日】2018年3月15日

【審査請求日】2019年7月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】000115854

【氏名又は名称】リンナイ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000800

【氏名又は名称】特許業務法人創成国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】加藤 崇文

【審査官】 高野 誠治

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１６／２１３２９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１６−４６０６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１７３０２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−７０４７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１４４７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−３３６８８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平８−２５５６９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第９３６８９５５（ＵＳ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｈ ７／２０

Ｈ０２Ｈ ３／２０

Ｈ０２Ｈ ３／０５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１電源から供給される電力に基づいて、所定電圧の電力を生成して出力する第２電源と、
前記第２電源から供給される電力によって作動する制御回路と、
前記第１電源から供給される電力によって作動して、前記第２電源の出力電圧を検出し、前記第２電源の出力電圧が所定の判定電圧を超えたときに、前記第１電源から前記第２電源への電力供給を遮断し、該遮断後前記第１電源からの電力供給が遮断されるまで、前記第２電源から前記制御回路への電力供給が遮断された状態を維持する遮断状態維持処理を行う過電圧保護回路と
を備えた電源装置において、
前記過電圧保護回路の電圧検出部に、前記判定電圧よりも高い疑似過電圧を入力する疑似過電圧入力回路と、
前記遮断状態維持処理の実行を禁止する遮断状態維持禁止回路とを備え、
前記制御回路は、前記過電圧保護回路の動作確認処理として、前記遮断状態維持禁止回路により前記遮断状態維持処理の実行を禁止した状態で、前記疑似過電圧入力回路により前記疑似過電圧を前記過電圧保護回路の電圧検出部に入力し、該疑似過電圧の入力開始から所定時間以内に前記第２電源からの電力供給が遮断されたときには、前記遮断状態維持禁止回路による前記遮断状態維持処理の禁止を解除すると共に、前記疑似過電圧入力回路による前記過電圧保護回路の電圧検出部への前記疑似過電圧の入力を終了し、該疑似過電圧の入力開始から該所定時間以内に前記第２電源からの電力供給が遮断されなかったときは、所定の異常対応を行う処理を実行することを特徴とする電源装置。

【請求項2】

請求項１に記載の電源装置において、
前記第２電源から前記制御回路への電力の供給と遮断とを切り替えるためのスイッチング素子を備え、
前記制御回路は、前記異常対応として、前記スイッチング素子により前記第２電源から前記制御回路への電力供給を遮断する処理を行うことを特徴とする電源装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、過電圧保護機能を有する電源装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、電源回路から負荷に印加される電圧を監視し、負荷に対して過電圧が印加される状況になったときに、電源回路への電力供給を遮断するようにした過電圧保護回路を備えた電源装置が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平７−２７３５６４号公報

【特許文献2】特開平８−１９１６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

電源回路から負荷に過電圧が印可される状況になったときに、過電圧保護回路が故障していると、負荷に対して過電圧が印加される状況が継続して負荷が破損するおそれがある。そこで、過電圧保護回路が正常に動作することを確認することが望まれる。

【0005】

しかしながら、一般的に、過電圧保護回路は、過電圧を検出して電源回路に対する電力供給を遮断した場合に、外部電源からの電力供給が停止されるまで、電源回路への電力供給を遮断した状態を維持する構成になっている。そのため、過電圧保護回路の正常動作を確認する処理を行うと、使用者は、その後に外部からの電力供給を一旦遮断しなければ、電源装置の使用を再開することができないという煩わしさがある。

【0006】

本発明はかかる背景に鑑みてなされたものであり、過電圧保護回路の動作確認を、外部からの電力供給の遮断による使用再開の作業を不要として行うことができる電源装置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】

【0007】

本発明の電源装置は、
第１電源から供給される電力に基づいて、所定電圧の電力を生成して出力する第２電源と、
前記第２電源から供給される電力によって作動する制御回路と、
前記第１電源から供給される電力によって作動して、前記第２電源の出力電圧を検出し、前記第２電源の出力電圧が所定の判定電圧を超えたときに、前記第１電源から前記第２電源への電力供給を遮断し、該遮断後前記第１電源からの電力供給が遮断されるまで前記第２電源から前記制御回路への電力供給が遮断された状態を維持する遮断状態維持処理を行う過電圧保護回路と
を備えた電源装置において、
前記過電圧保護回路の電圧検出部に、前記判定電圧よりも高い疑似過電圧を入力する疑似過電圧入力回路と、
前記遮断状態維持処理の実行を禁止する遮断状態維持禁止回路とを備え、
前記制御回路は、前記過電圧保護回路の動作確認処理として、前記遮断状態維持禁止回路により前記遮断状態維持処理の実行を禁止した状態で、前記疑似過電圧入力回路により前記疑似過電圧を前記過電圧保護回路の電圧検出部に入力し、該疑似過電圧の入力開始から所定時間以内に前記第２電源からの電力供給が遮断されたときには、前記遮断状態維持禁止回路による前記遮断状態維持処理の禁止を解除すると共に、前記疑似過電圧入力回路による前記過電圧保護回路の電圧検出部への前記疑似過電圧の入力を終了し、該疑似過電圧の入力開始から該所定時間以内に前記第２電源からの電力供給が遮断されなかったときは、所定の異常対応を行う処理を実行することを特徴とする。

【0008】

かかる本発明によれば、第２電源の出力電圧が判定電圧を超えたときに、過電圧保護回路により第２電源から制御回路への電力供給が遮断されて制御回路が保護される。そして、通常の使用時は遮断状態維持処理が行われて、第１電源から過電圧保護回路への電力供給が遮断されるまで、第２電源から制御回路への電力供給が遮断された状態が維持される。そのため、使用者は、電源装置の使用を再開するために、第１電源からの電力供給を一旦遮断する作業を行う必要がある。

【0009】

そこで、このような第１電源からの電力供給を一旦遮断する作業を回避して、過電圧保護回路の正常動作を確認することを可能にするため、制御回路は、遮断状態維持回路による遮断状態維持処理の実行を禁止した状態で、疑似過電圧入力回路により疑似過電圧を過電圧保護回路の電圧検出部に入力する処理を行う。この場合、過電圧保護回路が正常に動作しているときは、第１電源から第２電源からの電力供給が遮断されて、第２電源から制御回路への電力供給も遮断されるが、第２電源からの電力供給が遮断されたときに、制御回路は、遮断状態維持回路による遮断状態維持処理の禁止を解除すると共に、疑似過電圧入力回路による過電圧保護回路の電圧検出部への疑似過電圧の入力を終了する。そのため、使用者は、第１電源からの電力供給を一旦遮断する作業を行うことなく、電源装置の使用を再開することができる。一方、過電圧保護回路が正常に動作しなかったときには、制御回路により実行される異常対応により、適切に対処することができる。

【0010】

また、前記第２電源から前記制御回路への電力の供給と遮断とを切り替えるためのスイッチング素子を備え、
前記制御回路は、前記異常対応として、前記スイッチング素子により前記第２電源から前記制御回路への電力供給を遮断する処理を行うことを特徴とする。

【0011】

この構成によれば、過電圧保護回路が正常動作していない状態で、制御回路が作動することを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の電源装置の構成図。

【図2】過電圧保護回路の動作確認処理のフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本発明の実施形態について、図１〜図２を参照して説明する。

【0014】

［１．装置構成］
図１を参照して、電源装置１は、基本的には商用電源２（例えば、ＡＣ１００Ｖの商用電源）から供給される電力によって作動するが、停電時には電池１４をセットして電池１４から供給される電力によっても作動することできる構成となっている。電源装置１は、例えば、ガスコンロ、ガス炊飯器等に搭載して使用される。

【0015】

電源装置１は、商用電源２から外部電源接続端子５，６を介して供給される交流電力から、ＤＣ１３Ｖの直流電力を生成して出力する第１電源回路１０（本発明の第１電源に相当する）、第１電源回路１０から供給される直流電力からＤＣ３Ｖ（本発明の所定電圧に相当する）の直流電力を生成して出力する第２電源回路１２（本発明の第２電源に相当する）、第２電源回路から供給されるＤＣ３Ｖの出力電力又は電池１４から供給される直流電力からＤＣ３．３Ｖの直流電力を生成して出力する第３電源回路２４、及び第３電源回路から供給される電力によって作動するマイクロコンピュータ５０（本発明の制御回路に相当する。以下、マイコン５０という）を備えている。

【0016】

第１電源回路１０は第１ＦＥＴ１１を介して第２電源回路１２に接続されている。第１ＦＥＴ１１がＯＮ（導通状態）であるときは、第１電源回路１０から第２電源回路１２に電力が供給される。また、第１ＦＥＴ１１がＯＦＦ（遮断状態）であるときには、第１電源回路１０から第２電源回路１２への電力供給が遮断される。

【0017】

第２電源回路１２は第２ＦＥＴ２３（本発明のスイッチング素子に相当する）を介して第３電源回路２４に接続されている。第２ＦＥＴ２３がＯＮ（導通状態）であるときは、第２電源回路１２から第３電源回路２４に電力が供給される。また、第２ＦＥＴ２３がＯＦＦ（遮断状態）であるときには、第２電源回路１２から第３電源回路２４への電力供給が遮断される。第２電源回路１２の入力部と出力部との間には、出力部から入力部への方向を順方向としてダイオード１３が接続されている。

【0018】

第１ＦＥＴ１１は、過電圧保護回路３０から出力される制御電圧Ｖc1によってＯＮ／ＯＦＦが制御され、制御電圧Ｖc1がＬowレベル（０Ｖレベル）であるときはＯＮとなり、制御電圧Ｖc1がＨighレベル（ＤＣ１３Ｖレベル）であるときにはＯＦＦとなる。

【0019】

過電圧保護回路３０は、疑似過電圧入力回路３２から電圧検出部に入力されるモニタ電圧Ｖmが判定電圧以下であるときは、第１ＦＥＴ１１のゲートに出力する制御電圧Ｖc1をＬowレベルとして、第１電源回路１０から第２電源回路１２に電力を供給する。また、疑似過電圧入力回路３２から入力されるモニタ電圧Ｖmが判定電圧よりも高いときには、第１ＦＥＴ１１のゲートに出力する制御電圧Ｖc1をＨighレベルとして、第１電源回路１０から第２電源回路１２への電力供給を遮断する。

【0020】

過電圧保護回路３０は、モニタ電圧Ｖmが判定電圧よりも高くなって第１ＦＥＴ１１のゲートに出力する制御電圧Ｖc1をＨighレベルにしたときに、第１電源回路１０からの供給電力が遮断されるまで、制御電圧Ｖc1をＨighレベルに維持する遮断状態維持処理を行う機能を有している。

【0021】

ここで、第１電源回路１０から過電圧保護回路３０への電力供給の遮断は、使用者が図示しない電源プラグを商用電源２のコンセントから抜くこと等により、商用電源２から第１電源回路１０への電力供給を遮断することによって行う。

【0022】

遮断状態維持禁止回路３１は、過電圧保護回路３０による遮断状態維持処理を禁止する機能を有し、マイコン５０の出力ポートＰo3から第３制御信号Ｃt3が出力されているときに、過電圧保護回路３０における遮断状態維持処理を禁止する。また、マイコン５０の出力ポートＰo3から第３制御信号Ｃt3が出力されていないときには、過電圧保護回路３０において、遮断状態維持処理が実行され得る状態となる。

【0023】

疑似過電圧入力回路３２は、マイコン５０の出力ポートＰo2から第２制御信号Ｃt2が出力されているときは、判定電圧を超える疑似過電圧をモニタ電圧Ｖmとして過電圧保護回路３０に出力する。また、マイコン５０の出力ポートＰo2から第２制御信号Ｃt2が出力されていないときには、第２電源回路１２の電圧Ｖo2をモニタ電圧Ｖmとして過電圧保護回路３０に入力する。

【0024】

電源スイッチ２０はモメンタリ型の押釦スイッチであり、使用者により押し操作されているときは接点がＯＮ（導通状態）となり、押し操作がなされていないときには接点がＯＦＦ（遮断状態）となる。電源スイッチ２０は第２ＦＥＴ駆動回路２５とマイコン５０の入力ポートＰi1に接続されており、マイコン５０は入力ポートＰi1に入力される電圧Ｖswにより、電源スイッチ２０の操作状態を認識する。

【0025】

なお、図１では省略されているが、電源スイッチ２０とマイコン５０の入力ポートＰi1との間には、電源スイッチ２０を介して入力される電圧Ｖ３を、マイコン５０の入力可能レベルに変換する回路（トランジスタ等）が設けられる。

【0026】

また、第２電源回路１２の出力電圧（電池１４がセットされているときには、電池１４の出力電圧）を抵抗２１，２２で分圧した電圧Ｖsが、マイコン５０のＡＤ入力ポートＰad（アナログ／デジタル変換入力ポート）に入力される。マイコン５０は、ＡＤ入力ポートＰadに入力される電圧Ｖsをデジタル値に変換して認識し、電圧Ｖsを監視する。

【0027】

第２ＦＥＴ駆動回路２５は、電源スイッチ２０及びマイコン５０の出力ポートＰo1に接続されており、電源スイッチ２０の操作とマイコン５０の出力ポートからの第１制御信号Ｃt1の出力とのうちの少なくともいずれか一方がなされているときに、第２ＦＥＴ２３のゲートに出力する制御電圧Ｖc2をＬowレベル（０Ｖレベル）にして、第２ＦＥＴ２３をＯＮ状態にする。

【0028】

また、電源スイッチ２０が操作されておらず、且つマイコン５０の出力ポートＰo1から第１制御信号Ｃt1が出力されていないときには、第２ＦＥＴ駆動回路２５は、第２ＦＥＴ２３のゲートに出力する制御電圧Ｖc2をＨighレベル（ＤＣ３Ｖレベル）にして、第２ＦＥＴ２３をＯＦＦ状態にする。

【0029】

マイコン５０は、第３電源回路２４から供給される電力によって作動する。使用者が電源スイッチ２０を操作（電源ＯＮ操作）すると、第２ＦＥＴ駆動回路２５からＦＥＴ２３のゲートに入力される制御電圧Ｖc2がＬowレベルとなって、第２ＦＥＴ２３がＯＮ状態となり、第２電源回路１２から第３電源回路２４を介してマイコン５０に電力が供給される。これによりマイコン５０が起動し、マイコン５０はメモリに保持された電源装置１の制御用プログラムを実行して、後述する過電圧保護回路３０の動作確認処理等を実行する。

【0030】

マイコン５０は、出力ポートＰo1から第２ＦＥＴ駆動回路２５に第１制御信号Ｃt1を出力して、第２ＦＥＴ駆動回路２５から第２ＦＥＴ２３のゲートに出力される制御電圧Ｖc2をＬowレベルにする。これにより、使用者が電源スイッチ２０の操作を終了して、電源スイッチ２０がＯＦＦになった後も、第２ＦＥＴ２３がＯＮ状態に維持されて、第２電源回路１２から第３電源回路２４を介してマイコン５０に電力が供給される状態が保持され、マイコン５０は作動を継続する。

【0031】

その後、使用者が電源スイッチ２０を操作（電源ＯＦＦ操作）して、マイコン５０の入力ポートＰi1に入力される電圧ＶswがＨighレベルになったときに、マイコン５０は、出力ポートＰo1から第２ＦＥＴ駆動回路２５への第１制御信号Ｃt1の出力を停止する。これにより、第２ＦＥＴ駆動回路２５から第２ＦＥＴ２３のゲートに出力される制御電圧Ｖc2がＨighレベルとなって、第２ＦＥＴ２３がＯＦＦ状態となり、第２電源回路１２から第３電源回路２４を介したマイコン５０への電力供給が遮断されて、マイコン５０は作動を停止する。

【0032】

［２．過電圧保護回路の動作確認処理］
次に、図２に示したフローチャートに従って、マイコン５０により実行される過電圧保護回路３０の動作確認処理について説明する。

【0033】

マイコン５０は、ＳＴＥＰ１で、使用者による電源スイッチ２０のＯＦＦ操作（電源ＯＦＦ操作）に応じて、入力ポートＰi1に入力される電圧ＶswがＨighレベルになったときにＳＴＥＰ２に進む。

【0034】

ＳＴＥＰ２で、マイコン５０は、出力ポートＰo3から第３制御信号Ｃt3を出力して、遮断状態維持禁止回路３１により、過電圧保護回路３０における遮断状態維持処理が禁止された状態とする。続くＳＴＥＰ３で、マイコン５０は、出力ポートＰo2から第２制御信号Ｃt2を出力して、疑似過電圧入力回路３２から過電圧保護回路３０に、過電圧の判定電圧を超える疑似過電圧が入力される状態とする。

【0035】

これにより、過電圧保護回路３０が正常に作動しているときは、過電圧保護回路３０から第１ＦＥＴ１１のゲートに入力される制御電圧Ｖc1がＬowレベル（０Ｖレベル）からＨighレベル（ＤＣ１３Ｖレベル）に切り替わって、第１ＦＥＴ１１がＯＦＦ状態となる。一方、過電圧保護回路３０の故障により、過電圧保護回路３０から第１ＦＥＴ１１のゲートに入力される制御電圧Ｖc1がＬowレベルに維持されるときには、第１ＦＥＴ１１はＯＮ状態のままとなる。

【0036】

続くＳＴＥＰ４で、マイコン５０は、ＳＴＥＰ３で疑似過電圧の入力を開始してからの経過時間によって、過電圧保護回路３０の正常動作を判断するための時間（本発明の所定時間に相当する）がセットされたタイマをスタートさせ、次のＳＴＥＰ５で、タイマがタイムアップするのを待つ。ここで、過電圧保護回路３０が正常に作動しているときは、上述したように第１ＦＥＴ１１がＯＦＦ状態となるので、第２電源回路１２から第３電源回路２４を介したマイコン５０への電力供給が遮断される。

【0037】

そのため、ＳＴＥＰ５でタイマがタイムアップする前にマイコン５０の作動が停止し、ＳＴＥＰ６以降の処理が行われることはない。そして、マイコン５０への電力供給が遮断されると、出力ポートＰo1〜Ｐo3からの第１制御信号Ｃt1、第２制御信号Ｃt2、及び第３制御信号Ｃt3の出力が停止して、第２ＦＥＴ駆動回路２５から第２ＦＥＴ２３のゲートに入力される制御電圧Ｖc2がＨighレベルとなり、疑似過電圧入力回路３２から過電圧保護回路３０への疑似過電圧の入力が停止し、遮断状態維持禁止回路３１による過電圧保護回路３０における遮断状態維持処理の禁止が解除される。

【0038】

これにより、過電圧保護回路３０により第１ＦＥＴ１１がＯＦＦ状態に維持されることが回避され、次に使用者が電源スイッチ２０をＯＮ操作したときに、第２電源回路１２から第３電源回路２４を介したマイコン５０への電力供給が再開されて、マイコン５０が起動する。そのため、使用者は、過電圧保護回路３０により第１ＦＥＴ１１がＯＦＦ状態に維持された状態を解除するために、商用電源２からの電力供給を一旦遮断する作業を行う必要がない。

【0039】

一方、過電圧保護回路３０が正常に作動していないために、疑似過電圧入力回路３２から過電圧保護回路３０に疑似過電圧を入力しても、第１ＦＥＴ１１がＯＦＦにならなかった場合には、ＳＴＥＰ５でタイマがタイムアップしてＳＴＥＰ６に進む。ＳＴＥＰ６で、マイコン５０は、図示しないエラーランプの点灯及びスピーカからのブザー音の出力等によるエラー報知処理を行って、使用者に電源装置１の異常を報知する。

【0040】

また、続くＳＴＥＰ７で、マイコン５０は、出力ポートＰo1からの第１制御信号Ｃt1の出力を停止することにより、第２ＦＥＴ駆動回路２５から第２ＦＥＴ２３のゲートへの制御電圧Ｖc2をＨighレベルとして、第２ＦＥＴ２３をＯＦＦ状態にする。これにより、第２電源回路１２から第３電源回路２４を介したマイコン５０への電力供給が遮断され、第２ＦＥＴ２３に過電圧が印可された状態が継続することが防止される。なお、ＳＴＥＰ６，７の処理は、本発明の所定の異常対応に相当する。

【0041】

［３．他の実施形態］
上記実施形態では、商用電源２からの電力供給又は電池１４から供給される電力供給によって作動する例を示したが、電源回路の出力電圧を監視して、電源回路の出力が過大となったときに電源回路への電力供給を遮断する機能を有し、この遮断状態を解除するためには電源からの電力供給を一旦遮断する必要がある電源装置であれば、本発明を適用して本発明の作用効果を得ることができる。

【0042】

上記実施形態では、第２電源回路１２又は電池１４から第３電源回路２４への電力の供給と遮断を切り替える第２ＦＥＴ２３を備え、図２のＳＴＥＰ７で、マイコン５０により第２ＦＥＴ２３をＯＦＦする処理を行ったが、この処理を行わない場合であっても本発明の効果を得ることができる。

【0043】

上記実施形態では、本発明の制御回路としてマイコン５０を示したが、ロジック回路により制御回路を構成してもよい。

【符号の説明】

【0044】

１…電源装置、２…商用電源、１０…第１電源回路（第１電源）、１１…第１ＦＥＴ、１２…第２電源回路（第２電源）、１４…電池、２０…電源スイッチ、２３…第２ＦＥＴ（スイッチング素子）、２４…第３電源回路、２５…第２ＦＥＴ駆動回路、３０…過電圧保護回路、３１…遮断状態維持禁止回路、３２…疑似過電圧入力回路、５０…マイクロコンピュータ（制御回路）。

【図1】

【図2】