CN101479907B - 极性切换电路及供电单元 - Google Patents

Abstract

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。

Description

极性切换电路及供电单元

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载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，需要设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，对于全部的负载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追加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，在外加给上述第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IN+(直流电源的正极)与上述第1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，在将负载和直流电源已经与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1输出端子，供给追加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1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，在供电系统中追加直流电源时，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：具备含有控制端G的第1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1开关元件导通。同样地，上述第2开关构成为，具备含有控制端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，具备含有控制端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，具备含有控制端G的第4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1输出端子OUT1。上述第1开关具备第1延迟电路(R1、C1)，该第1延迟电路(R1、C1)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1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1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1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1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1输出端子和上述第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1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1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1输出端子供给直流电源正极。一旦在第1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1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1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开关元件为在栅极/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。此时，上述第1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延迟电路(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1输出端子OUT1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1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的容许栅极/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R1串联地连接有第1分压电阻，在第1电阻R1和上述第1分压电阻R11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开关元件的栅极/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错误而短路时，为了抑制FET的温度上升保护FET，最好在上述第1分压电阻R11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。

附图说明

图1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，当在此供电系统上追加直流电源时，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OUT1、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OUT1之间，使源极S与正输入端子IN+连接，漏极D与第1输出端子OUT1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OUT1之间，源极S与负输入端子IN-连接，漏极D与第1输出端子OUT1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一起，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一起，与第1输出端子OUT1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C1、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。此值只不过是简单的例示，可根据需要进行变更。C1、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1输出端子OUT1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1输出端子OUT1连接于正极的供电导体1A，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，不满足接通条件(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追加直流电源。

2)在第1输出端子OUT1与负极的供电导体1B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，不满足接通条件(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0V被外加到第1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追加直流电源。

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OUT1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R1＝1kΩ、R2为2kΩ，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1输出端子OUT1被优先外加直流电源的正极12V。

还有，如果电阻R1、R2的关系为R1<R2，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0V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1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，第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1输出端子OUT1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，根据该差异能够使直流电源的正极优先分配给第1输出端子OUT1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R1<R2或R1＝R2、R3>R4(R3＝2kΩ、R4＝1kΩ)，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R1＝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R11、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的容许栅极/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R11，在正输入端子IN+和第2输出端子OUT2之间与第1电阻R1串联连接，在第1分压电阻R11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1输出端子OUT1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1输出端子OUT1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OUT1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R11、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R11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，且发射极与第1输出端子OUT1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，且发射极与第1输出端子OUT1连接，在基极电压小于阈值时导通，使负输入端子IN-与第1输出端子OUT1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，在基极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的各基极供给阈值以上的控制电压，且向第2开关SW2和第4开关SW4的各基极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的各基极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1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1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1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供给规定的控制电压。第2检测电压，被共通供给第2开关SW2和第4开关SW4的各基极，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1检测电压中的至少一个时，使超过基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，方便起见设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，从电路设计观点看，实际可为不同的值。

1)在第1输出端子OUT1连接于正极的供电导体1A、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开关SW3的基极。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的基极中，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OUT1，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1输出端子OUT1连接于负极的供电导体1B、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的第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1输出端子OUT1，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接供电系统时

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1输出端子OUT1和第2输出端子OUT2与供电导体连接，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，从延迟单元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12V。

<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，当驱动线圈被励磁时，NO触点接通，使正输入端子IN+连接于第1输出端子OUT1。第2开关SW2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2输出端子OUT2，当驱动线圈被励磁时，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是具有驱动线圈的常闭继电器，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OUT1，当驱动线圈被励磁时，NC触点断开，使负输入端子IN-与第1输出端子OUT1遮断。第4开关SW4是具有驱动线圈的常闭继电器，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，当驱动线圈被励磁时，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的驱动线圈，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的驱动线圈。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1输出端子OUT1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的驱动线圈。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，供给使第1开关SW1及第3开关SW3的励磁线圈励磁的驱动电压。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，方便起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110、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1输出端子OUT1连接于正极的供电导体1A、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1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的输入和从延迟单元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的驱动线圈。由此，第1开关SW1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1输出端子OUT1，负输入端子IN-与第1输出端子OUT1遮断。另一方面，第2开关SW2和第3开关SW3的各驱动线圈，由于第2检测单元102来的输出为0V，未被励磁，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1输出端子OUT1连接于负极的供电导体1B、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的驱动线圈未被励磁。

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OUT1。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的驱动线圈被励磁，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，此输出通过延迟电路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的驱动线圈被励磁，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1输出端子OUT1，负输入端子IN-与第1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开关的驱动线圈未被励磁，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1输出端子OUT1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。

Claims (6)

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2输出端子，且使上述负输入端子(IN-)连接于上述第1输出端子，

上述第1开关具备含有控制端(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开关具备含有控制端(G)的第2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此第2开关元件导通，

上述第3开关具备含有控制端(G)的第3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3开关元件导通，

上述第4开关具备含有控制端(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1输出端子(OUT1)，

上述第1开关具备第1延迟电路(R1、C1)，该第1延迟电路(R1、C1)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，上述第1延迟电路动作，上述第2延迟电路不动作，

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。

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开关元件，是栅极/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子且漏极连接于第1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(C1)、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(R1)构成，第1电阻(R1)和寄生电容(C1)间的连接点连接于栅极(G)，

上述第2开关元件，是栅极/源极间具有寄生电容的FET，源极连接于上述正输入端子且漏极连接于第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1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(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。

3.根据权利要求2所述的极性切换电路，其特征在于，

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(R1)串联地连接有第1分压电阻，在第1电阻(R1)和上述第1分压电阻(R11)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。

4.根据权利要求3所述的极性切换电路，其特征在于，

在上述第1分压电阻(R11)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。

5.一种直流电压供电单元，其特征在于，

具备了权利要求1～4任一项所述的极性切换电路和上述直流电源。

6.根据权利要求5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。

Images