极性切换电路及供电单元的制作方法

专利名称：极性切换电路及供电单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及将2个供电导体与用于供给直流电压的直流电源连接、用 于谋求该直流电源的极性和供电导体的极性匹配的极性切换电路，及具备 该极性切换电路的供电单元。
背景技术：
近年来、在住宅、大楼等的设施内，伴随着利用直流电源动作的电气 设备的广泛使用，非常需要在由2个供电导体构成的一个供电系统中并联 连接多个电气设备，随着与供电系统连接的电气设备的增加，要求对该供 电系统追加直流电源。此时，期望使用极性切换电路，用于使直流电源的 极性与供电系统的极性对应。
日本专利公开公报特开平5-30641号，公开了对利用直流电源动作的 负载，以正确的极性连接于直流电压源的极性切换电路。该极性切换电路， 配置在供电线和直流电源之间，具备与直流电源连接的一对输入端子和与 负栽连接的一对输出端子，即使不清楚输入端子的极性、即即使不清楚输 入端子的一个是连接于直流电源的正极还是负极的哪一个，也以输出端子 的一个必须连接于直流电源的正极的方式切换极性。由此，需要i殳定输出
端子的一个为连接负载正极的正极端子，另一个为连接负载负极的负极端 子，对负载进行正确地连接。因此，在供电线上追加直流电源时或用正确 的极性连接直流电源和负载时，需要施工人员认清楚输出端子，再连接到 供电导体的正极和负极侧，存在该极性的确认很麻烦的问题。另一方面， 对于全部的负栽预先包含该极性切换电路时，可活用该极性切换电路的特 性，不进行极性的确认追加直流电源。 一般的，由于连接于一个供电系统 的负载的数目比与其连接的直流电源的数目多，所以对全部的负载设置这 样的极性切换电路，成为系统总体成本上升的主要原因，还存在损坏连接
了多种多样的负载的系统的自由度的问题。

发明内容
本发明正是鉴于上述问题而进行的，其目的在于，提供一种即使不确
认连接了负载的供电系统的极性，也能够以正确的极性将直流电源il^到
供电系统中的极性切换电路。
有关本发明的极性切换电路，介于直流电源和负载之间，将直流电源
连接在已连接了负载的2个供电导体上，具备
与上述直流电源的正极连接的正输入端子1 + ，
与上述直流电源的负极连接的负输入端子IN - ，
与上述2个供电导体的一个连接的第1输出端子OUTl，
与上述2个供电导体的另一个连接的第2输出端子OUT2，
插入在上述正输入端子和上述第1输出端子之间的第1开关SW1，
插入在上述正输入端子和上述第2输出端子之间的第2开关SW2，
插入在上述负输入端子和上述第1输出端子之间的第3开关SW3，
插入在上述负输入端子和上述第2输出端子之间的第4开关SW4。
上述第1开关SW1和笫4开关SW4构成为，在外加给上述第1输出 端子OUT1的电压比外加给上述第2输出端子的电压高时导通，使上述正 输入端子IN+ (直流电源的正极)与上述第1输出端子OUT1连接，同 时使上述负输入端子IN -(直流电源的负极)与上述第2输出端子OUT2 连接。
上述第2开关SW2和上述第3开关SW3构成为，在外加给上述笫1 输出端子OUT1的电压比外加给上述第2输出端子OUT2的电压小时导 通，使上述正输入端子1 + (直流电源的正极)与上述第l输出端子连接， 同时使上述负输入端子IN -(直流电源的负极)与上述第2输出端子连接。
因此，在将负栽和直流电源已经与2个供电导体连接的供电系统中、 追加新的直流电源时，或此系统中的一个供电导体为正极时，向与该供电 导体连接的l输出端子，供给5|>的直流电源的正极的输出，如果该第1 输出端子为负极，对其供给追加的直流电源的负极。也就是说，利用本发 明的极性切换电路,能够认识与第l输出端子和第2输出端子连接的极性， 使直流电源的输出极性与该极性一致。由此，在供电系统中5|>直流电源时，可不预先确认极性切换电路的输出端子的极性，使极性切换电路与既 存的供电系统连接，能够很容易地进行连接工序。
该极性切换电路，如果与直流电源组合作为供电单元准备，在连接工 序时可以完全不用注意极性，与直流电源一起安装到既存的供电系统中。
在最佳实施方式中，上述第1开关构成为具^^有控制端G的第1 开关元件，当在此控制端和上i^JE输入端子间外加小于规定值的电压时此 第l开关元件导通。同样地，上述第2开关构成为，具M有控制端G的 第2开关元件，当在此控制端和上述正输入端子间外加小于规定值的电压 时此第2开关元件导通。上述第3开关构成为，具^^有控制端G的第3 开关元件，当在此控制端和上述正输入端子间外加超过规定值的电压时此 第3开关元件导通。上述第4开关构成为，具^^有控制端G的第4开关 元件，当在此控制端和上iiJL输入端子间外加超过规定值的电压时此第4 开关元件导通。
上述第1开关元件的控制端和上述笫3开关元件的控制端，均连接于 上述第2输出端子OUT2，上述第2开关元件的控制端和上述第4开关元 件的控制端，均连接于上述第1输出端子OUTl。上述第1开关具备第1 延迟电路(R1、 Cl)，该第1延迟电路(R1、 Cl)在向上述第1开关元件 的控制端供给从上述正极来的上述规定值以上的控制电压后，延迟规定时 间，向此控制端供给小于上述规定值的电压。上述第2开关具备第2延迟 电路(R2、 C2)，该第2延迟电路(R2、 C2 )在向上述第2开关元件的控 制端供给从上述正极来的上述规定值以上的控制电压后，延迟规定时间， 向此控制端供给小于上述规定值的电压。
因此，当外加给上述第1输出端子的电压比外加给上述第2输出端子 的电压大时，第l开关元件的控制端被外加低电压，第2开关元件的控制 端被外加高电压。由此，通过第1开关元件的导通，使第2开关元件遮断， 第l输出端子上被连接于直流电源的正极。同样，当外加给上述第l输出 端子的电压比外加给上述第2输出端子的电压小时，第l开关元件遮断， 第2开关元件导通，第2输出端子上被连接于直流电源的正极。
另一方面，当分别外加在上述第l输出端子和上述笫2输出端子的电 压相等时，上述第1延迟电路和上述第2延迟电路均动作，上述第2延迟 电路形成的延迟时间比起上述第l延迟电路形成的延迟长。也就是说，在向供电系统最初连接直流电压时、或还未决定供电导体的极性时，第l延
迟电路的延迟比第2延迟电路短，所以外加给第1开关元件的控制端上的 电压较早地降到小于规定值，第1开关元件比第2开关元件早导通，优先 对第l输出端子供给直流电源正极。一^第l输出端子上外加正极，第 2开关元件的控制端上就被外加规定值以上的控制电压，第2开关元件截 止，将第l输出端子决定为正极，第2输出端子决定为负极。
这样，在供电系统中初次连接直流电源时，能够优先使连接于第l输 出端子的供电导体为正极，达到供电系统的标准化，根据标准化的极性， 能够使负载连接到供电系统上。
最好上述第1开关元件及第2开关元件为在栅^l/源极间具有寄生电容 的FET。第1开关元件的源极连接于上述正输入端，且漏极连接于第1输 出端子，在源极电压与槺极电压相比为规定值以上时导通，使上述正输入 端子连接于上述第l输出端子。此时，上述第l延迟电路，由上述寄生电 容C1、和与此寄生电容串联的插入在上述正输入端子和上述第2输出端子 间的第1电阻R1构成，第1电阻R1和寄生电容C1间的连接点被连接于 栅极G。上述第2开关元件的源极连接于上述正输入端且漏极连接于第2 输出端子，在源极电压与栅极电压相比为规定值以上时导通，使上述正输 入端子IN +连接于上述第2输出端子OUT2。此时，上述第2延迟电职R2、 C2)，由上述寄生电容C2、和与此寄生电容串联的插入在上述正输入端子 IN +和上述第l输出端子OUTl间的第2电阻R2构成，第2电阻和寄生 电容间的连接点被连接于栅极G。由于上述第1电阻R1的电阻值比第2 电阻R2的电阻值小，使第1延迟电路的时间常数比第2延迟电路的时间 常数小，所以上述第2延迟电路所形成的延迟时间比上述第l延迟电路所 形成的延迟长。这样，利用FET本来具备的寄生电容能够构成各延迟电路， 能够用最小的部件点数构成具有上述功能的切换电路。
另外，当从直流电源供给了超过FET的容许栅^L/源极电压的电压时， 使用保护FET的分压电阻。也就是说，在上述正输入端子IN +和上述第 2输出端子间，与上述第1电阻Rl串联地连接有第1分压电阻，在第1 电阻Rl和上述第1分压电阻Rll间的连接点上连接有上述第1开关元件 的栅极。同样，在上述正输入端子IN +和上述第1输出端子间与上述第2 电阻R2串联地连接有的第2分压电阻，在第2电阻R2和上述第2分压电 阻R21间的连接点上连接有上述第2开关元件的栅极。通过此构成，能够使作为FET的第1开关元件及第2开关元件的栅^L/源极电压分压到规定 值以下，保护FET。
还有，当本发明的极性切换电路的输出g而短路时，为了抑制FET 的温度上升保护FET，最好在上述第1分压电阻Rll和上述正输入端子IN +之间插入第1稳压二极管，在上述第2分压电阻R21和上述正输入端子 IN +之间插入第2稳压二极管。


图l是本发明的第1实施方式的极性切换电路的电路图。
图2是表示内藏了上述极性切换电路的供电单元的方框图。
图3是表示上述供电单元的一使用方式的概略图。
图4是表示上述极性电路的变更方式的电路图。
图5是表示上述极性电路的变更方式的电路图。
图6是表示上述极性电路的变更方式的电路图。
图7是表示上述极性电路的变更方式的电路图。
图8是有关本发明的第2实施方式的极性切换电路的电路图。
图9是有关本发明的第3实施方式的极性切换电路的电路图。
具体实施例方式
本发明的极性切换电路，在对用直流电压驱动的负载供给直流电压的 直流电压供电系统中使用，当在此供电系统上1|>直流电源时，检测已连 接了负载的2个供电导体的极性，使直流电源的极性与供电导体的极性一 致。此极性切换电路20,如图2所示，安装在包含直流电源10的供电单 元40中。在如图3所示的供电系统中，相互并联连接多个此供电单元40， 向与供电导体1A、 1B连接的多个负载2供给直流电压例如12V的电压。
供电单元40中的直流电源10,通过开关12与商用AC电源连接，将 AC电压变换成DC电压，被变换的DC电压通过极性切换电路20供给到 供电导体1A、 1B。作为负载2，可使用利用此供电导体进行信息通信的负 载，此种情况如图3所示，在供电系统上连接有终端装置3，在供电单元 40中，如图2所示设置使流向供电导体1A、 1B的高频通信信号和极性切换电路20分离的阻抗调整部30。 <第1实施方式>
图1是表示本发明的第1实施方式的极性切换电路，用4个MOSFET 构成开关SW1 SW4，在正负输入端子IN+、 IN-和第1及第2输出端 子OUTl、 OUT2之间被桥式连接。正输入端子IN+ ,与直流电源10的 正极连接，负输入端子IN-与直流电源的负极连接。第1开关SW1，插 入在正输入端子IN +和第1输出端子OUTl之间，使源极S与正输入端 子IN +连接，漏极D与第l输出端子OUTl连接。第2开关SW2，插入 在正输入端子IN +和第2输出端子OUT2之间，源极S与正输入端子IN +连接，漏极D与第2输出端子OUT2连接。第3开关SW3,插入在负 输入端子IN -和第1输出端子OUTl之间，源极S与负输入端子IN -连 接，漏极D与第l输出端子OUTl连接。第4开关SW4，插入在负输入 端子IN -和第2输出端子OUT2之间，源极S与负输入端子IN -连接， 漏极D与第2输出端子OUT2连接。
构成第1开关SW1及第2开关的MOSFET开关元件，是源极电压比 栅极电压高时导通的P型晶体管，构成第3开关SW3及第4开关SW4的 MOSFET开关元件，是栅极电压比源极电压高时导通的N型晶体管。
构成第1开关SW1的MOSFET开关元件的栅极G与第3开关SW3 的开关元件的栅极G —起，与第2输出端子OUT2连接。构成第2开关 SW2的开关元件的栅极G与第4开关SW4的开关元件的栅极G —起，与 第l输出端子OUTl连接。各开关元件的栅极，是外加用于决定各开关的 接通/断开的电压的控制端，根据源极电压和栅极电压的大小关系，进行各 开关的接通/断开控制。
构成各开关的开关元件，分别在栅极/源极间本来就具有寄生电容 C1~C4，所以在第1开关SW1及第2开关SW2上的寄生电容Cl、 C2 分别为1000pF，在第3开关元件SW3及第4开关SW4上的寄生电容C3、 C4分别为300pF。此值只不过是筒单的例示，可根据需要进行变更。Cl、 C2和C3、 C4间的大小关系，也有在P型和N型开关间颠倒过来的情况。
在各开关元件中，电阻R1 R4分别与寄生电容C1 C4串联连接， 形成延迟电路，电阻和寄生电容的连接点与各开关元件的栅极连接。各延 迟电路通过调整寄生电容的充电速度，使各开关元件导通的时刻变化，如
10后所述，对供电系统初次连接供电单元时，为了决定供电导体1A、 1B的 极性，设定为优先使第1开关SW1和第2开关SW2中的一个动作。
本发明的极性切换电路20，向已经工作的供电系统追加供电单元时， 使输出给第l输出端子OUTl和第2输出端子OUT2的电压，与对应了供 电导体1A、 1B极性的电压相一致。作业者无需预先调查供电导体的极性， 很容易进行供电单元40的追加连接作业。
以下，对向已经工作的供电系统追加供电单元时的极性切换电路的动 作进行说明。在此说明中，设供电导体1A是被外加+ 12V电压的正极， 供电导体1B是被外加0V电压的负极，直流电源供给12V的直流电压。
1) 在第l输出端子OUTl连接于正极的供电导体lA，第2输出端子 OUT2连接于负极的供电导体1B时，
此时，在第1开关SW1和第2开关SW2的源极S上，均被外加从直 流电源来的正极电压12V，在第3开关SW3和第4开关的源极S上，均 被外加从直流电源来的0V。另 一方面，通过供电系统对第1输出端子OUT1 外加12V，对第2输出端子OUT2外加0V。
由此，在第1开关SW1处，来自第2输出端子OUT2的0V变为栅极 电压，满足栅极电压(0V) <源极电压(12V)的关系，第1开关SW1接 通；在第2开关SW2处，栅极电压和源极电压均变为12V，不满足接通 务fr (栅极电压<源极电压)变为断开，第2开关SW2变为断开。另外， 在第3开关SW3处，源极电压和栅极电压均变为0V，不满足接通条件(栅 极电压>源极电压)变为断开；在第4开关SW4处栅极电压(12V) >源极 电压(0V)第4开关SW4接通。因此，只第1开关SW1和第4开关SW4 接通，直流电源的正极电压12V被外加到第1输出端子OUT1上，直流电 源的负极电压0V被外加到第2输出端子OUT2上，以与已经工作的供电 系统的极性对应的极性在供电系统中^|>直流电源。
2) 在第l输出端子OUTl与负极的供电导体lB连接，第2输出端子 OUT2与正极的供电导体1B连接时，
此时，在第1开关SW1和第2开关SW2的源极S上，均外加从直流 电源来的正极电压12V，在第3开关SW3和第4开关的源极S上，均外 加从直流电源来的0V。另一方面，通过供电系统对第1输出端子OUT1 外加0V，第2输出端子OUT2外加12V。由此，在第1开关SW1处来自第2输出端子OUT2的12V变为栅极 电压，不满足接通务fr (栅极电压<源极电压)断开；在第2开关SW2处 栅极电压(0V) <源极电压(12V)接通。另外，在第3开关SW3处栅极 电压(12V) >源极电压(0V)接通；在第4开关SW4处栅极电压和源极 电压均变为0V，不满足接通条件(栅极电压>源极电压)断开。因此，只 第2开关SW2和第3开关SW3接通，直流电源的正极电压12V被外加到 第2输出端子OUT2上，直流电源的负极电压OV被外加到第l输出端子 OUT2上，以与已经工作的供电系统的极性对应的极性在供电系统中^1> 直5充电源。
3)在最初使供电单元与供电系统连接时
此时，供电导通1A、 1B均为0V，在此状态下，如果供电单元40的 第1输出端子OUT1和第2输出端子OUT2与供电导体连接，在第1输出 端子OUTl及第2输出端子OUT2上，没外加实质的电压。连接后，对第 1开关SW1、第2开关SW2的各栅极G，通过寄生电容C1、 C2从正极 输入端子IN +外加12V，开始对各寄生电容C1、 C2的充电。在连接后， 第1开关SW1及第2开关SW2,由于栅极电压均变为12V及源极电压变 为12V，所以被同时断开，但随着对寄生电容C1、 C2的充电，当栅极电 压比12V低时被接通。这里，各开关的各充电电路，由寄生电容C1、 C2 和与其连接的电阻R1、 R2构成，使Rl-lkQ、 R2为2kft，使第1开关 的充电电路的时间常数比第2开关小。因此，第1开关SW1的栅极电压 的降低变得比第2开关快，所以第1开关较早接通。其结果在第1输出端 子OUT1上外加从直流电源来的12V,与此同时，第2开关SW2的栅极 被固定为12V，确定第2开关SW的断开。第3开关SW3在连接后，由 于栅极电压及源极电压均被固定为0V，所以维持断开。另一方面，第4 开关SW4，在连接后由于栅极电压及源极电压均为0V，所以断开，但随 着第1开关SW1接通，第1输出端子OUT1的电压变为12V,栅极电压 变为12V,满足接通条件(栅极电压<源极电压)被接通。因此，初次使 供电单元连接供电系统时，第l输出端子OUTl被优先外加直流电源的正 极12V。
还有，如果电阻Rl、 R2的关系为RKR2,在连接之后、第2开关SW2 先接通，第2开关SW2和第3开关SW3接通，第1开关SW1和第4开 关SW4断开，第2输出端子OUT2被供给12V的正极，第1输出端子OUT1被供给ov的负极。
在此实施方式中，对电阻R1和R2的电阻值附以显著的差值，使第l 开关SW1设定得比第2开关SW2早接通，在各开关充电电路期间，预想 由于电阻、寄生电容的差异存在时间常数的差值，所以可利用这样的差异 使第1开关SW1和第4开关SW4的组，笫2开关SW2和第3开关SW3 的组中的任一个优先接通，决定供电导体1A、 1B的哪一个作为正极。之 后，追加供电单元40时，如上所述，判断供电导体1A、 1B的极性，使追 加的供电单元的输出极性与既存的供电系统的极性一致。
然而，第1开关SW1和第2开关SW2的充电电路的时间常数，预想 由于电阻R1、 R2、寄生电容C1、 C2的差异而不同，但万一双方的时间 常数一致时，第3开关SW3和第4开关SW4的充电电路的时间常数，同 样也由于电阻和寄生电容的差异而不同，使第1开关SW1和第4开关SW4 的组、第2开关SW2和第3开关SW3的组的任一个优先接通，决定供电 导体1A、 1B的任一个作为正极。
也就是说，在供电单元连接后，第1开关SW1和第2开关SW2暂时 地变为任一个接通的状态，当在第1输出端子OUT1及第2输出端子OUT2 上外加12V电压时，此电压分别外加到供电阻R3、 R4和寄生电容C3、 C4和负输入端子IN- (0V)之间，使各充电电路的寄生电容C3、 C4被 充电。此时，第3开关SW3及第4开关SW4的源极电压与负输出端子均 为同电位的0V，所以如果第4开关SW4的充电电路的时间常数比第3开 关SW3的充电电路的时间常数小，由于对寄生电容C3、 C4的充电速度不 同，第4开关SW4的栅极电压从0V开始的上升速度比第3开关SW3快， 所以第4开关SW4先接通，将第2输出端子OUT2决定为负极。其结果， 第3开关SW3的栅极电压被固定为0V，与源极电压(0V)相等，第3开 关SW3变为断开。同时，第1开关SW1的栅极电压被固定为0V,确定 第1开关SW1的接通，与此相伴，第1输出端子OUT1固定为12V,第2 开关SW2的栅极电压固定为12V，确定第2开关SW2的断开。由此，第 l输出端子OUTl被供给从直流电源来的正极。同样，如果第3开关SW3 的充电电路的时间常数比第4开关SW4的充电电路的时间常数小，由于 对寄生电容C3、 C4的充电速度不同，第3开关SW3变为接通。与此相伴， 第4开关SW4和第1开关SW1断开，第2开关SW2变为接通，第2输 出端子OUT2被供给从直流电源来的正极。这样，预想在第1开关和第2开关的充电电路的时间常数、第3开关 和第4开关的充电电路的时间常数，根据电阻R1 R4、寄生电容C1 C4 的差异而产生差值，才艮据该差异能够^f吏直流电源的正极优先分配给第l输 出端子OUTl和第2输出端子OUT2中的任一个。然而，在本实施方式中， 在供给一贯的稳定动作的意义上，使RKR2或Rl = R2、R3>R4( R3 = 2kQ、 R4 = lkft)，使第1输出端子OUT1输出直流电源的正极。当然，也可使 R1>R2或Rl = R2、 R3<R4,使第2输出端子OUT2输出直流电源的正极。
图4~图6是表示上述极性切换电路的变更方式的图，在图4的变更 方式中，表示了只第1开关SW1及第2开关SW2连接电阻R1、 R2，形 成充电电路，使R1和R2的值不同的例子，在图5及图6的变更方式中， 表示了只第3开关SW3及第4开关SW4连接了电阻R3、 R4从而形成充 电电路，R1和R2的值不同的例子。
还有，在上述实施方式及变更方式中，表示了利用开关元件的寄生电 容对对应的开关附加了充电电路的例子，但本发明未必限定于此，例如也 可通过电感和电阻的组合，形成充电电路。
图7是表示上述实施方式的极性切换电路的其他的变更方式。在此变 更方式中，对于构成各充电电路的电阻R1 R4，分别将分压电阻与Rll、 R21、 R31、 R41连接，使外加到各开关源极的栅极的电压抑制得很低。此 构成当直流电源10的输出电压例如为24V、超过作为开关元件使用的 MOSFET的容许栅^L/源极电压时，有助于保护开关元件。
以下，说明各分压电阻的具体的连接关系。在第1开关SW1处，第1 分压电阻Rll,在正输入端子IN +和第2输出端子OUT2之间与第1电阻 Rl串联连接，在第1分压电阻Rll和第1电阻R1间的连接点被连接到开 关元件的栅极G。在第2开关SW2处，第2分压电阻R21在正输入端子 IN +和第l输出端子OUTl之间与第2电阻R2串联连接，在第2分压电 阻R21和第2电阻R2间的连接点被连接到开关元件的栅极G。在第3开 关SW3处，第3分压电阻R31在负输入端子IN-和第2输出端子OUT2 之间与第3电阻R3串联连接，在第3分压电阻R31和第3电阻R3间的 连接点被连接到开关元件的栅极G。在第4开关SW4处，第4分压电阻 R41在负输入端子IN-和第l输出端子OUTl之间与第4电阻R4串联连 接，在第4分压电阻R41和第4电阻R4间的连接点被连接到开关元件的 栅极G。还有，在此变更方式中，当在第1输出端子OUTl和第2输出端子 OUT2之间产生短路时，限制电流流向各开关元件，保护开关元件免遭破 坏，在各分压电阻Rll、 R21、 R31、 R41上分别串联连接稳压二极管ZD1、 ZD2、 ZD3、 ZD4。也就是说，第1稳压二极管ZD1插入在第1分压电阻 Rll和正输入端子IN +之间，第2稳压二极管ZD2在插入第2分压电阻 R21和正输入端子IN +之间，第3稳压二极管ZD3在插入第3分压电阻 R31和负输入端子IN -之间，第4稳压二极管ZD4在插入第4分压电阻 R41和负输入端子IN -之间。
<第2实施方式>
图8是表示本发明第2实施方式的极性切换电路。在此实施方式中， 作为各开关SW1 ~ SW4使用双极性晶体管，具备检测第1输出端子OUT1 及第2输出端子OUT2的电位并控制各开关的控制电路100。
第1开关SW1是NPN型双极性晶体管，集电极与正输入端子IN +连 接，M射极与第l输出端子OUTl连接，在U L电压变为阈值以上时导 通，使正输入端子IN +与第1输出端子OUT1连接。第2开关SW2是 NPN型双极性晶体管，集电极与正输入端子IN +连接，且发射极与第2 输出端子OUT2连接，在基极电压变为阈值以上时导通，使正输入端子IN +与第2输出端子OUT2连接。第3开关SW3是PNP型双极性晶体管， 集电极与负输入端子IN-连接，JL^射极与第1输出端子OUT1连接， 在M电压小于阈值时导通，使负输入端子IN-与第1输出端子OUTl 连接。第4开关SW4是PNP型双极性晶体管，集电极与负输入端子连接， 且发射极与第2输出端子OUT2连接，在l^l电压小于阈值时导通，使负 输入端子IN -与第2输出端子OUT2连接。
控制电路100构成为，检测外加到第1输出端子OUT1上的第1电位 和外加到第2输出端子OUT2上的第2电位，控制各开关SW1 ~SW4, 达成以下的功能。
i) 当第1电位比第2电位大时，向第1开关SW1和第3开关SW3的 各M供给阈值以上的控制电压，且向第2开关SW2和第4开关SW4的 各M供给小于阈值的控制电压。
ii) 当第1电位比第2电位小时，向第1开关SW1和第3开关SW3 的各基极供给小于阈值的控制电压，且向第2开关SW2和第4开关SW4的各^l供给阈值以上的控制电压。
iii)当第1电位和第2电位为同电位时，向第1开关SW1和第3开关 SW3的各基极供给小于阈值的控制电压，且向第2开关SW2和第4开关 SW4的各基极供给小于阈值的控制电压。
为了实现此功能，控制电路100具备第l检测单元(比较器)101， 其检测外加到第1输出端子OUT1上的第1电位，当第1电位为规定值以 上时，输出第l检测信号；第2检测单元(比较器)102，其检测外加到第 2输出端子OUT2上的第2电位，当第2电位为规定值以上时，输出第2 检测信号；逻辑单元(NOR门)110，其只在第l检测信号和第2检测信 号的双方不同时存在时，对控制单元(OR门)130供,定的控制电压。 第2检测电压，被共通供给第2开关SW2和第4开关SW4的各基敗，所 以设定为上述阈值以上。
判定单元130构成为，当接受到上述控制电压和第l检测电压中的至 少一个时，^^it&极电压阈值的驱动电压供给上述第1开关SW1和第3 开关SW3的基极。
此控制电路100由电阻R5、电容C5、比较器121构成，设置延迟单 元120，使逻辑单元(NOR门)110输出的控制电压延迟后，将其输出给 判定单元130。
有关本实施方式的极性切换电路的动作在以下进行说明。在此说明中， 为了容易理解，方^^见"i殳直流电源的输出电压及供电系统的动作电压为 12V,使第1检测单元101、第2检测单元102、逻辑单元110、判定单元 130的输出为12V或0V，从电i^i殳计观点看，实际可为不同的值。
1)在第l输出端子OUTl连接于正极的供电导体lA、第2输出端子 OUT2连接于负极的供电导体1B时
外加到第1输出端子OUT1上的电压为12V,外加到第2输出端子 OUT2上的电压为0V,当第1检测单元101、第2检测单元102的基准值 小于12V时，第1检测单元101作为第1检测信号输出12V电压信号，第 2检测单元102的输出变为0V，不输出第2检测信号。此结果，逻辑单元 110的输出变为0V,不输出控制电压。由此，延迟单元120不动作，0V 的输出被输入给判定单元130。判定单元130，接受从第1检测单元101 来的12V的第1检测信号，将12V的驱动电压供给第1开关SW1和第3
16开关SW3的基统。由此，第1开关SW1接通，第3开关SW3断开。另 一方面，在第2开关SW2和第4开关SW4的基敗中，从第2检测单元102 来的输出为0V，不被供给第2检测信号，所以第2开关SW2断开，第4 开关SW4接通。此结果、只第1开关SW1和第4开关SW4接通，正输 入端子IN +连接于第1输出端子OUTl,负输入端子IN -连接于第2输 出端子OUT2,以与已经工作的供电系统极性对应的极性在供电系统中追 加直流电源。
2) 在第l输出端子OUTl连接于负极的供电导体lB、第2输出端子 OUT2连接于正极的供电导体1B时
第1检测单元101的输出为0V,不输出第1检测信号，第2检测单元 102输出12V的第2检测信号。此时，逻辑单元110的输出为0V,不输出 控制电压，延迟电路120不动作，判定单元130的一个输入为0V。判定单 元130的另一个输入，由于输入了从第1检测单元101输出的0V，所以判 定单元130输出0V对第1开关SW1和第3开关SW3的基极不供给驱动 电压。此结果第1开关SW1断开，第3开关SW3接通。另一方面，从第 2检测单元102来的12V的笫2检测信号供给第2开关SW2和第4开关 SW4的基极，第2开关SW2接通，第4开关SW4断开。此结果，只第2 开关SW2和第3开关SW3接通，正输入端子IN +连接于第2输出端子 OUT2，负输入端子IN-连接于第l输出端子OUTl,以与已经工作的供 电系统极性相同的极性在供电系统中追加直流电源。
3) 在最初使供电单元连^^电系统时
此时，供电导体1A、 1B均为0V，在此状态下，如果使供电单元40 的第l输出端子OUTl和第2输出端子OUT2与供电导体连接，第l输出 端子OUT1及第2输出端子OUT2均变为0V的电压，第1检测单元101 和第2检测单元102均输出0V，不输出第1检测信号和第2检测信号。其 结果，逻辑单元110输出12V的控制电压，此输出通过延迟电路12发送 给判定单元130。延迟单元120使12V的控制电压延迟，输出给判定单元 130的结果，在判定单元130中最初从延迟单元120输入0V的输出，从第 1检测单元101输入0V，判定单元130不输出0V不供给驱动电压，但之 后，M迟单元120向判定单元130输入12V的控制电压时，判定单元130 输出12V的驱动电压。其结果第1开关SW1接通，第3开关SW3断开。 另一方面，通过来自第2检测单元102的0V的输出，第3开关SW3断开，第4开关SW4接通。因此，初次在供电系统中连接供电单元时，只第1 开关SW1和第4开关SW4接通，向第1输出端子OUT1优先地外加直流 电源的正极12 V。
<第3实施方式>
图9表示本发明的第3实施方式的极性切换电路。在此实施方式中， 作为各开关SW1 SW4，使用电磁继电器，具备与第2实施方式相同的控 制电路100。
第1开关SW1是具有驱动线圈的常开继电器，公共端子(COM)连 接于上述正输入端子IN+ ， NO触点连接于上述第1输出端子，当驱动线 圏^U力磁时，NO触点接通,使正输入端子IN +连接于第1输出端子OUTl。 第2开关SW2是具有驱动线圏的常开继电器，公共端子(COM)连接于 上述正输入端子IN+， NO触点连接于上述第2输出端子OUT2，当驱动 线圏#^力磁时，NO触点接通，使正输入端子IN +连接于第1输出端子 OUT2。第3开关SW3是具有驱动线圏的常闭继电器，公共端子(COM) 连接于上述负输入端子IN - ， NC触点连接于上述第1输出端子OUTl， 当驱动线圏#^力磁时，NC触点断开，使负输入端子IN-与第l输出端子 OUT1遮断。第4开关SW4是具有驱动线圏的常闭继电器，公共端子 (COM)连接于上述负输入端子IN - ， NC触点连接于上述第2输出端子 OUT2,当驱动线圏被^力磁时，NC触点断开，使负输入端子IN +与第2 输出端子OUT2遮断。
控制电路100，与第2实施方式相同，具备第1检测单元101，其检 测出外加给第1输出端子OUT1的第1电位，当第1电位在规定值以上时， 输出第1检测电压；第2检测单元102，其检测出外加给第2输出端子OUT2 的第2电位，当第2电位在规定以上时，输出第2检测电压；逻辑单元， 其只在第1检测信号和第2检测信号的双方不同时存在时，使规定的控制 电压供给判定单元130。此控制电路100，在第1电位比第2电位大时，励 磁第1开关SW1和第3开关SW3的驱动线圏，当第2电位比第1电位大 时，励磁第2开关SW2和第4开关SW4的驱动线圏。还有，在此控制电 路100中设置有延迟单元120，该延迟单元120当第1电位和第2电位为 同电位时，自第l输出端子OUTl及第2输出端子OUT2分别连接于供电 导体1A、 1B的时间延迟规定时间，励磁第1开关SW1和第3开关SW3 的驱动线圏。从第2检测单元102来的第2检测电压，被外加到第2开关SW2和第4开关SW4的励磁线圈上，判定单元130在接受到控制电压和 上述第1检测电压的至少一个时，供绐—吏第1开关SW1及第3开关SW3 的励磁线圏励磁的驱动电压。延迟单元120，具备使此控制电压延迟，供 给判定单元130的电路(R5、 C5 )。
本实施方式的极性切换电路的动作在以下进行说明。在此说明中，为 了容易理解，方^^见设直流电源的输出电压及供电系统中的动作电压为 12V,使第1检测单元101、第2检测单元102、逻辑单元IIO、判定单元 130的输出为12V或0V，从电路设计的观点看，实际可为不同的值。
1) 在第l输出端子OUTl连接于正极的供电导体lA、第2输出端子 OUT2连接于负极的供电导体1B时
外加到第1输出端子OUT1上的电压为12V,外加到第2输出端子 OUT2上的电压为0V，第1检测单元101、第2检测单元102的基准值小 于12V时，第1检测单元101，输出作为第l检测信号的12V电压，第2 检测单元102输出为0V，不输出第2检测信号。此结果逻辑单元110输出 0V,延迟单元120不动作。判定单元130，接受从第1检测单元101来的 0V的输入和>^迟单元120来的0V的输出，使12V的驱动电压供给第1 开关SW1和第3开关SW3的驱动线圏。由此，第l开关SWl的NO触 点接通的同时，第3开关SW3的NC触点断开，正输入端子IN +连接第 l输出端子OUTl，负输入端子IN-与第l输出端子OUTl遮断。另一方 面，第2开关SW2和第3开关SW3的各驱动线圏，由于第2检测单元102 来的输出为OV，未#^力磁，所以第2开关SW2的NO触点保持断开，第 4开关SW4的NC触点维持接通状态，负输入端子IN -连接于第2输出 端子OUT2。此结果，以与已经工作的供电系统极性相同的极性在供电系 统中追加直流电源。
2) 在第l输出端子OUTl连接于负极的供电导体lB、第2输出端子 OUT2连接于正极的供电导体1B时
第1检测单元101输出0V，不输出第1检测信号，第2检测单元102 输出12V的第2检测信号。与此相伴，逻辑单元110输出0V，由于不供 给控制电压，所以延迟电路120不动作。因此，判定单元130输出0V，第 1开关SW1和第3开关SW3的驱动线圏未被励磁。
此结果，第1开关SW1及第3开关SW3不动作，第1输出端子OUT1正输入端子IN +被切断，负输入端子IN-连接于第1输出端子OUTl。 另一方面，通过第2检测单元102来的12V的第2检测信号，第2开关 SW2和第4开关SW4的驱动线圏被^力磁，第2开关SW2的NO触点接通， 第4开关SW4的NC触点断开，由此正输入端子IN +连接于第2输出端 子OUT2，负输入端子IN-与第2输出端子OUT2遮断。此结果用与已经 工作的供电系统极性对应的极性在供电系统中外加直流电源。
3)在最初向供电系统连接供电单元时
此时，供电导体1A、 1B均为0V，在此状态下，如果供电单元40的 第1输出端子OUT1和第2输出端子OUT2连接于供电导体，则第1输出 端子OUT1及第2输出端子OUT2均变为0V的电压，第1检测单元101 和第2检测单元102不输出第1检测信号和第2检测信号。其结果逻辑单 元110不输出12V的控制电压，此输出通it^迟电路120，送给判定单元 130。延迟单元120，使12V的控制电压延迟，输出给判定单元130的结果， 在判定单元130中，最初被输入从延迟单元120来的0V的输出和从第1 检测单元101来的0V的第1检测信号，判定单元130的输出为0V，不输 出驱动电压，之后从延迟单元120将12V的控制电压输入到判定单元130， 判定单元130输出12V的驱动电压。其结果，第1开关SW1和第3开关 SW3的驱动线圏被励磁，第1开关SW1的NO触点接通，第3开关SW3 的NC触点断开，正输入端子IN +连接于第l输出端子OUTl，负输入端 子IN-与第l输出端子OUT2遮断。
另一方面，根据从第2检测单元102来的0V的输出，第2开关SW2 和第4开关的驱动线圏未,iL^力磁，第2开关SW2的NO触点保持断开， 第4开关SW4的NC触点仍维持接通状态，负输入端子IN -连接于第2 输出端子OUT2。因此，初次使供电单元连接到供电系统时，正输入端子 IN +被连接于第l输出端子OUTl的同时，负输入端子IN-被连接于第2 输出端子OUT2，向第1输出端子OUT1优先的外加直流电源的正极12V。
权利要求
1、一种极性切换电路，介于直流电源和负载之间，将直流电源连接到已连接了负载的2个供电导体上，其特征在于，包括与上述直流电源的正极连接的正输入端子(IN+)，与上述直流电源的负极连接的负输入端子(IN-)，与上述2个供电导体的一个连接的第1输出端子(OUT1)，与上述2个供电导体的另一个连接的第2输出端子(OUT2)，插入在上述正输入端子和上述第1输出端子之间的第1开关(SW1)，插入在上述正输入端子和上述第2输出端子之间的第2开关(SW2)，插入在上述负输入端子和上述第1输出端子之间的第3开关(SW3)，插入在上述负输入端子和上述第2输出端子之间的第4开关(SW4)，上述第1开关(SW1)和第4开关(SW4)，在外加给上述第1输出端子(OUT1)的电压比外加给上述第2输出端子的电压高时导通，使上述正输入端子(IN+)连接于上述第1输出端子(OUT1)，且使上述负输入端子(IN-)连接于上述第2输出端子(OUT2)，上述第2开关(SW2)和上述第3开关(SW3)，在外加给上述第1输出端子(OUT1)的电压比外加给上述第2输出端子的电压小时导通，使上述正输入端子(IN+)连接于上述第1输出端子，且使上述负输入端子(IN-)连接于上述第2输出端子。
2、根据权利要求1所述的极性切换电路，其特征在于，上述第1开关具^^有控制端(G)的第1开关元件，在此控制端和 上述正输入端子间外加小于规定值的电压时该第1开关元件导通，上述第2开关具0有控制端(G)的第2开关元件，在此控制端和 上"输入端子间外加小于规定值的电压时此第2开关元件导通，上述第3开关具M有控制端(G)的第3开关元件，在此控制端和 上itJE输入端子间外加超过规定值的电压时此第3开关元件导通，上述第4开关具M有控制端(G)的第4开关元件，在此控制端和 上述正输入端子间外加超过规定值的电压时此第4开关元件导通，上述第1开关元件的控制端和上述第3开关元件的控制端，均连接于上述第2输出端子(OUT2 )，上述第2开关元件的控制端和上述第4开关元件的控制端均连接于上 述第l输出端子(OUTl)，上述第1开关具备第1延迟电路(Rl、 Cl )，该第1延迟电路(Rl、 Cl)在向上述第1开关元件的控制端供给从上述正极来的上述规定值以上 的控制电压后延迟规定时间，对此控制端供给上述小于规定值的电压，上述第2开关具备第2延迟电路(R2、 C2)，该第2延迟电路(R2、 C2 )在向上述第2开关元件的控制端供给从上述正极来的上述规定值以上 的控制电压后延迟规定时间，对此控制端供给上述小于规定值的电压，当外加给上述第l输出端子的电压比外加给上述第2输出端子的电压 大时，上述第l延迟电路动作，上述第2延迟电路不动作，当外加给上述第l输出端子的电压比外加给上述第2输出端子的电压 小时，上述第2迟电路动作，上述第1迟电路不动作，当分别外加在上述第1输出端子和上述第2输出端子上的电压相等时， 上述第1延迟电路和上述第2延迟电路均动作，由上述第2迟电路形成的 延迟时间比由上述第1延迟电路形成的延迟长。
3、根据权利要求2所述的极性切换电路，其特征在于，上述第1开关元件，是栅^l/源极间具有寄生电容的FET，第1开关元 件的源极连接于上述正输入端且漏极连接于第l输出端子，在源极电压与 栅极电压相比为规定值以上时导通，使上述正输入端子连接于上述第1输 出端子，上述第1延迟电路，由上述寄生电容(Cl)、和与此寄生电容串联地 插入在上述正输入端子和上述第2输出端子间的第1电阻(Rl)构成，第 1电阻(Rl)和寄生电容(Cl)间的连接点连接于栅极(G),上述第2开关元件，是栅^l/源极间具有寄生电容的FET，源极连接于 上^JL输入端且漏极连接于第2输出端子，在源极电压与栅极电压相比为 规定值以上时导通，使上述正输入端子(IN+ )连接于上述第2输出端子 (OUT2 ),上述第2延迟电路(R2、 C2)，由上述寄生电容(C2)、和与此寄生 电容串联地插入在上述正输入端子(IN+ )和上述第l输出端子(OUT1) 间的第2电阻(R2)构成，使第2电阻和寄生电容间的连接点连接于栅极(G)，上述第1电阻(Rl)的电阻值比第2电阻(R2)的电阻值小，使第1 延迟电路的时间常数比第2延迟电路的时间常数小。
4、 根据权利要求3所述的极性切换电路，其特征在于，在上述正输入端子(1 + )和上述第2输出端子间与上述第1电阻(R1) 串联地连接有第l分压电阻，在第1电阻(R1)和上述第l分压电阻(Rll) 间的连接点上连接有上述第1开关元件的栅极，在上述正输入端子(IN + )和上述第1输出端子间与上述第2电阻(R2 ) 串联地连接有第2分压电阻，在第2电阻(R2)和上述第2分压电阻(R21) 间的连接点上连接有上述第2开关元件的栅极。
5、 根据权利要求4所述的极性切换电路，其特征在于，在上述第1分压电阻(Rll)和上述正输入端子(IN + )之间插入第1 稳压二极管，在上述第2分压电阻(R21)和上述正输入端子(IN+ )之间插入第 2稳压二极管。
6、 一种直流电压供电单元，其特征在于，具备了权利要求1 ~ 5任一项所述的极性切换电路和上述直流电源。
7、 根据权利要求6所述的直流电源供电单元，其特征在于，上述直流电源与交流电源连接，使交流电能变换成直流电能，具备控 制与交流电源的连接的接通/断开的电源开关。
全文摘要
本发明提供一种即使不确认连接了负载的供电系统的极性，也能够以正确的极性向供电系统追加直流电源的极性切换电路。此极性切换电路介于直流电源和负载之间，将直流电源连接到已连接了负载的2个供电导体上，在连接直流电源的2个输入端子和连接供电导体的2个输出端子之间4个开关被桥式连接，根据连接第1输出端子的供电导体的极性构成2个开关接通、剩余2个断开。
文档编号H02J1/00GK101479907SQ200780024300
公开日2009年7月8日 申请日期2007年6月19日 优先权日2006年6月27日
发明者小伊势祥二, 松本正 申请人:松下电工株式会社