(57)【要約】  【課題】ＡＣ電源を整流する電源装置において、平滑コンデンサに流れる突入電流を抑制する突入電流防止回路に用いられる機械式リレーを閉とする場合に、ゼロ電圧スイッチングを確実に行う。  【解決手段】突入電流防止回路２０は、入力端１ａと整流器２の間に直列に接続された、機械式の副リレー２５とダイオード２４と抵抗２６と、入力端１ａに印加されたＡＣ電圧の極性を検出して極性信号として出力する電圧極性検出部２１とを備える。そして突入電流防止回路２０は、平滑コンデンサ７に電流を流すための副リレー信号が入力された時、副リレー２５の接点が閉となるタイミングが、ダイオード２４において逆方向電圧となるＡＣ電圧の極性の期間内となるように、極性信号によって検出したゼロクロス点から所定時間だけ遅延させて副リレーを閉にする駆動信号を出力する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＡＣ電源が接続される一対の入力端と、前記入力端に印加されたＡＣ電圧を整流する整流器と、整流された電圧を平滑する平滑コンデンサと、
前記一対の入力端の一方と前記整流器の間に直列に接続され前記平滑コンデンサに流れる突入電流を抑制する突入電流防止手段と、
前記リレーを開閉する制御信号を前記突入電流防止手段へ出力する制御部とを備えた電源装置であって、
前記突入電流防止手段は、
前記一対の入力端の一方と前記整流器の間に直列に接続された、機械式のリレーとダイオードと抵抗と、前記一対の入力端に印加された前記ＡＣ電圧の極性を検出して極性信号として出力する電圧極性検出部とを備え、
前記突入電流防止手段は、
前記リレーを閉とする前記制御信号が入力された時、
前記リレーの接点が閉となるタイミングが、前記ダイオードにおいて逆方向電圧となる前記ＡＣ電圧の極性の期間内となるように、前記極性信号によって検出したゼロクロス点から所定時間だけ遅延させて、前記リレーを閉にする駆動信号を前記リレーに出力する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、電源装置に係わり、より詳細には、平滑コンデンサへの突入電流を抑制する突入電流防止回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、突入電流防止回路を備えた電源装置は図３に示すインバータ装置１００などに備えられている（例えば、特許文献１参照。）。このインバータ装置１００は、燃料電池１０２から出力される電圧が昇圧回路１０４に入力されており、昇圧回路１０４は入力された電圧を昇圧してインバータ１０５へ供給し、インバータ１０５は入力された電圧を三相電源に変換してからモータ１０９に出力する。
【０００３】
また、インバータ装置１００は、燃料電池１０２と昇圧回路１０４の間に直列に主リレー１０３を備え、さらに、この主リレー１０３と並列に、突入電流防止回路１１０が接続され、さらに昇圧回路１０４の２つの出力端の間に平滑コンデンサ１０１が昇圧回路１０４と並列に接続されている。また、突入電流防止回路１１０は、抵抗１０７と副リレー１０６が直列に接続されている。
【０００４】
制御回路１０８は、モータ１０９が停止している時、主リレー１０３と副リレー１０６を共に開としている。そして、制御回路１０８は、モータ１０９を回転させる前に副リレー１０６を閉にして、抵抗１０７経由で平滑コンデンサ１０１に電流（突入電流）を流して平滑コンデンサ１０１の電圧を所定の電圧まで上昇させる。次に制御回路１０８は、主リレー１０３を閉にし、その後、副リレー１０６を開にする。
【０００５】
そして、制御回路１０８は、昇圧回路１０４を動作させて入力された電圧を昇圧し、これをインバータ装置１００へ供給する。次に制御回路１０８は、インバータ１０５を動作させてモータ１０９を回転させる。
【０００６】
ところで、機械式のリレーは接点電流が仕様で規定されており、この電流を規定された接点電流以内に制限することで、リレーが閉となった時に流れる突入電流による接点の溶着を防止するようになっている。このため、平滑コンデンサ１０１の容量を固定とした場合、接点電流の小さな安価な副リレー１０６を用いようとした場合、抵抗１０７の値を大きくして突入電流を接点電流以下にしなければならない。当然、この場合は平滑コンデンサ１０１の電圧が所定の電圧まで上昇する時間が長くなり、モータ１０９の回転開始までの時間が長くなってしまう問題がある。
【０００７】
一方、平滑コンデンサ１０１の電圧が所定の電圧まで上昇する時間を短くするためには、接点電流が大きく高価な副リレー１０６を採用する必要があり、コストアップとなってしまう問題があった。さらにこの場合、突入電流が大きくなるため、昇圧回路１０４内の部品や平滑コンデンサ１０１において、この大きい突入電流に耐える性能を持った部品を選定しなければならないため、さらにコストアップとなってしまう。
【０００８】
この問題を解決するためには、副リレー１０６に流れる電流が最小の時に副リレー１０６を閉にすることで解決できる。例えば、図３の燃料電池１０２の代わりにＡＣ電圧を整流した電圧が突入電流防止回路１１０に印加される交流の電源装置であれば、ＡＣ電圧のゼロクロス点で副リレー１０６の接点を閉とし、副リレー１０６を閉とした時に急激に大電流が流れるのを防ぐようにすればよい。つまり、いわゆるゼロ電圧スイッチングを行うことでこの問題を解決できる。
【０００９】
しかしながら、機械式リレーは制御信号が入力されてから接点が閉となるまでの機械的な遅延時間があるが、個々のリレーの特性や経年変化、駆動電圧、周囲温度などでこの遅延時間が変動する。このため、小さな接点電流規格のリレーを用いてＡＣ電圧のゼロクロス点で副リレー１０６の接点を閉にする制御を行ったとしても、遅延時間の変動により狙ったタイミングで接点を閉にできず、リレーの接点電流規格よりも大きな突入電流が流れる場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−２６１０４０号公報（段落番号００１４〜００２１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は以上述べた問題点を解決し、ＡＣ電源を整流する電源装置において、平滑コンデンサに流れる突入電流を抑制する突入電流防止回路に用いられる機械式リレーを閉とする場合に、ゼロ電圧スイッチングを確実に行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は上述の課題を解決するため、本発明の請求項１に記載の発明は、
ＡＣ電源が接続される一対の入力端と、前記入力端に印加されたＡＣ電圧を整流する整流器と、整流された電圧を平滑する平滑コンデンサと、
前記一対の入力端の一方と前記整流器の間に直列に接続され前記平滑コンデンサに流れる突入電流を抑制する突入電流防止手段と、
前記リレーを開閉する制御信号を前記突入電流防止手段へ出力する制御部とを備えた電源装置であって、
前記突入電流防止手段は、
前記一対の入力端の一方と前記整流器の間に直列に接続された、機械式のリレーとダイオードと抵抗と、前記一対の入力端に印加された前記ＡＣ電圧の極性を検出して極性信号として出力する電圧極性検出部とを備え、
前記突入電流防止手段は、
前記リレーを閉とする前記制御信号が入力された時、
前記リレーの接点が閉となるタイミングが、前記ダイオードにおいて逆方向電圧となる前記ＡＣ電圧の極性の期間内となるように、前記極性信号によって検出したゼロクロス点から所定時間だけ遅延させて、前記リレーを閉にする駆動信号を前記リレーに出力することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
以上の手段を用いることにより、本発明による電源装置によれば、突入電流防止手段が、リレーと直列に接続されているダイオードに電流が流れない期間にリレーを閉とするため、平滑コンデンサへの突入電流を小さくすることができる。このため、従来の突入電流防止回路方式に用いられているリレーよりも小さな接点電流のリレーを採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明による電源装置の実施例を示すブロック図である。
【図２】本発明による電源装置の動作を説明する説明図である。
【図３】従来の電源装置を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいた実施例として詳細に説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は本発明による電源装置３０の実施例を示すブロック図である。電源装置３０は、図示しない５０ヘルツのＡＣ電源が接続される一対の入力端である入力端１ａと入力端１ｂと、ＤＣ電圧が出力される出力端６ａと出力端６ｂと、入力端１ａと入力端１ｂの間に接続されたＡＣ電源の出力電圧を整流する整流器２と、出力端６ａと出力端６ｂの間に接続され、整流器２の出力電圧を平滑する平滑コンデンサ７と、入力端３ｅと入力端３ｈと出力端３ｆと共通端３ｇを備えたスイッチング部３と、スイッチング部３を駆動するスイッチングパルス信号を入力端３ｈへ出力する制御部５を備えている。
【００１７】
そして、整流器２の出力側正極にスイッチング部３の入力端３ｅが、整流器２の出力側負極にスイッチング部３の共通端３ｇと平滑コンデンサ７の負極端がそれぞれ接続されている。また、入力端１ａと整流器２の入力側の一端の間には直列に主リレー４が接続されており、主リレー４は制御部５が出力する主リレー信号によって接点が開閉される。また、制御部５は後述する副リレーの接点の開閉も行う。
【００１８】
一方、スイッチング部３は、入力端３ｅに一端が接続されたインダクタ３ａと、同インダクタ３ａの他端がアノード端子に接続されカソード端子が出力端３ｆに接続されたダイオード３ｂと、インダクタ３ａの他端と共通端３ｇとの間に接続され、入力されたスイッチングパルス信号によりオン／オフするスイッチング素子であるＩＧＢＴ３ｃを備えている。ＩＧＢＴ３ｃのコレクタ端子はインダクタ３ａの他端に接続され、また、エミッタ端子は共通端３ｇに接続され、ゲート端子は入力端３ｈに接続されている。
【００１９】
このスイッチング部３は、インダクタ３ａを介して整流器２の出力側正極と出力側負極の間にＩＧＢＴ３ｃが接続されている。スイッチング部３は、ＩＧＢＴ３ｃが短絡状態の時にインダクタ３ａに電流が流れてエネルギーとして蓄積され、次にＩＧＢＴ３ｃが開放された時に蓄積されたエネルギーが電流となってインダクタ３ａから平滑コンデンサ７に流れ込み、結果的に平滑コンデンサ７の電圧が上昇する昇圧機能を有している。
【００２０】
一方、入力端１ａ及び入力端１ｂと、整流器２の間には平滑コンデンサ７への突入電流を抑制する突入電流防止回路（突入電流防止手段）２０が設けられている。この突入電流防止回路２０には、入力端１ａと整流器２の一方の入力側の間に直列に接続された、副リレー（機械式のリレー）２５とダイオード２４と抵抗２６と、入力端１ａと入力端１ｂの間に印加されたＡＣ電圧の極性を検出して極性信号として出力する電圧極性検出部２１と、制御部５が出力する副リレー信号（制御信号）と電圧極性検出部２１から出力される極性信号が入力され、これらの論理積であるトリガ信号を出力するＡＮＤ回路２３と、入力されたトリガ信号を所定時間、この実施例では５ミリセカンドだけ遅延させて副リレー２５の開閉を行う駆動信号を出力する遅延回路２２を備えている。なお、ダイオード２４は入力端１ａにＡＣ電圧の正の半周期が印加された時に電流が流れる向きに接続されている。
【００２１】
次に電源装置３０の動作につて説明する。
電源装置３０がＤＣ電圧を出力する前は主リレー４と副リレー２５は共に開となり、また、ＩＧＢＴ３ｃもオフとなっている。そして入力端１ａと入力端１ｂにＡＣ電源が接続された後、制御部５はまず最初に、平滑コンデンサ７を充電するため副リレー信号をハイレベルにする。なお、電源装置３０は図示しない制御用直流電源を備えており、この制御用直流電源には入力端１ａと入力端１ｂからＡＣ電源が入力されており、ＡＣ電源が入力されると制御部５や突入電流防止回路２０へ＋５ボルトや＋１２ボルトなどの直流の制御用電源を供給する。
また、この実施例では電源装置単体として説明しているため、各リレーを閉とするトリガーをＡＣ電源の投入時として説明しているが、これに限るものでなく、この電源装置が組み込まれた機器からの指示、例えば空気調和機における圧縮機の回転開始の指示で行うようにしてもよい。
【００２２】
ハイレベルの副リレー信号は、突入電流防止回路２０のＡＮＤ回路２３の一方の入力端に入力される。一方、電圧極性検出部２１はＡＣ電圧が正の半周期の時にハイレベル、負の半周期の時にローレベルの極性信号を出力する従って。副リレー信号がハイレベルになってから最初にＡＣ電圧が正の半周期となった時にＡＮＤ回路２３はローレベルからハイレベルにしたトリガ信号を遅延回路２２へ出力する。遅延回路２２は入力された信号を５ミリセカンドだけ遅延してから駆動信号として副リレー２５へ出力する。
【００２３】
副リレー２５は制御信号が入力されてから接点が閉となるまでの機械的遅延時間があり、駆動信号がローレベル（開）の状態からハイレベル（閉）の状態に変化したしても、この機械的遅延時間が経過しないと副リレー２５の接点は実際に接続されない。また、この機械的遅延時間は背景技術で説明したように種々の要因で変動するため、この実施例の副リレー２５はこの機械的遅延時間が１０ミリセカンド±１.５ミリセカンドの仕様であるが、経年変化や周囲環境によってはさらに変動範囲が増加する場合がある。
【００２４】
本実施例ではＡＣ電源の周波数が５０ヘルツであるため、ローレベルの副リレー信号がハイレベルになり、最初にＡＣ電圧が正の半周期となった時から所定時間：５ミリセカンドと副リレー２５の機械的遅延時間を加算した１５ミリセカンド後に、副リレー２５の接点が実際に接続される。このタイミングはＡＣ電圧が負の半周期になってから５ミリセカンドであり、負の半周期の中央となる。
【００２５】
この負の半周期内はダイオード２４には電流が流れない逆方向電圧の期間であるため、副リレー２５の接点が実際に接続される時には接点に電流が流れない。また、この負の半周期の中央から前後に５ミリセカンドの期間は電流が流れないため、副リレー２５の機械的遅延時間が変動したとしてもこの負の半周期の期間内であれば接点に電流が流れることがない。また、この負の半周期の期間内であれば接点にチャタリングが発生しても実際には電流が流れないため、チャタリングによる電流の断続で発生するノイズを発生することがない。
【００２６】
図２は本実施例による突入電流防止回路２０を含む電源装置３０の動作を説明する説明図である。
図２の横軸は時間であり、縦軸に関して図２（１）は５０ヘルツのＡＣ電圧を、図２（２）はダイオード２４の出力電圧を、図２（３）は極性信号を、図２（４）は副リレー信号を、図２（５）は駆動信号を、図２（６）は副リレー２５の接点状態を、図２（７）は整流器２に流れる電流（本発明による突入電流防止回路２０を用いた回路の場合）を、図２（８）は整流器に流れる電流（従来の回路を用いた場合）を、それぞれ示している。なお、ｔ０からｔ９は時刻である。
【００２７】
図２（１）に示すようにＡＣ電圧は、例えばｔ２〜ｔ４で示される１０ミリセカンドの正の半周期とｔ4〜ｔ７で示される１０ミリセカンドの負の半周期で１周期となっている。また、図２（２）に示すように、後で説明する副リレー２５が閉となるタイミングで、かつ、ＡＣ電圧の正の半周期の時、例えばｔ７〜ｔ９の期間のみダイオード２４のカソード端子に出力電圧が現れる。また、図２（３）に示すように極性信号はＡＣ電圧の負の半周期から正の半周期に切り替わった時にローレベルからハイレベルになり、正の半周期から負の半周期に切り替わった時にハイレベルからローレベルになる。従って、この切り替わりタイミング、例えばｔ２、ｔ４、ｔ７、ｔ９がゼロクロス点になる。
【００２８】
図２（４）に示すように制御部５が副リレー信号をｔ１でローレベルからハイレベル（閉の指示）すると、突入電流防止回路２０のＡＮＤ回路２３は、ｔ２で極性信号がローレベルからハイレベルに変化した時、つまり、ゼロクロス点でかつ、正の半周期の開始時点でトリガ信号をローレベルからハイレベルにする。このトリガ信号が入力された遅延回路２２はｔ２から５ミリセカンド遅延したｔ３で図２（５）に示すように駆動信号をローレベルからハイレベルにする。
【００２９】
この駆動信号が入力された副リレー２５は接点を接続するように機械的な動作を開始するが、前述したように機械的遅延時間（１０ミリセカンド）が経過したｔ５で接点が閉となる。ただし、この接点はチャタリング期間が経過したｔ６で完全に閉となる。そして次の正の半周期となるｔ７から図２（７）に示すように整流器２に電流（突入電流）が流れ始める。ただし、ｔ７の以降に流れる電流は、ＡＣ電圧がゼロボルトから上昇するサイン波形に従って増加するのでなだらかに上昇する。この時のピーク電流はｔ８で１５アンペアとなっている。その後、正の半周期毎にピーク電流は１５アンペアとなる。
【００３０】
平滑コンデンサ７はある電圧で蓄積される電荷は決まっている。このため、短時間でこの電荷を蓄積するためには大きな電流で一気に蓄積する。このため、ピーク電流が大きくなる。ただし、流せる電流の大きさはコンデンサの特性によって規定されている。一方、長い時間で蓄積する場合は小さな電流で徐々に蓄積すればよい。本実施例の場合、ＡＣ電圧がゼロボルトの時からＡＣ電圧の瞬時値が大きくなるに従って徐々に平滑コンデンサ７に流れ込む電流が大きくなる。つまり、平滑コンデンサ７へ流れる電流を時間的に分散化するため、ピーク電流を抑制することができる。
【００３１】
一方、図２（８）に示すように従来の回路（ダイオード２４が未装着）を用いた場合、負の半周期でピーク電圧となるｔ５の時に副リレー２５の接点が最初に閉となった場合、突入電流はピーク電流で２０アンペアとなる。さらに、接点のチャタリングにより複数回で接点電流が流れることになる。このため、本実施例で使用するリレーよりも接点電流が大きいリレーを採用する必要がある。
【００３２】
以上説明したように、突入電流防止回路２０が、副リレー２５と直列に接続されているダイオード２４に電流が流れない期間に副リレー２５を閉とするため、平滑コンデンサ７への突入電流を小さくすることができる。このため、従来の突入電流防止回路に用いられているリレーよりも小さな接点電流のリレーを採用することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１ａ  入力端
１ｂ  入力端
２  整流器
３  スイッチング部
３ａ  インダクタ
３ｂ  ダイオード
３ｃ  ＩＧＢＴ
３ｅ  入力端
３ｆ  出力端
３ｇ  共通端
３ｈ  入力端
４  主リレー
５  制御部
６ａ  出力端
６ｂ  出力端
７  平滑コンデンサ
２０  突入電流防止回路（突入電流防止手段）
２１  電圧極性検出部
２２  遅延回路
２３  ＡＮＤ回路
２４  ダイオード
２５  副リレー
２６  抵抗
３０  電源装置
【図１】
2020141487.tif 000003
【図２】
2020141487.tif 000004
【図３】
2020141487.tif 000005