(57)【要約】【課題】簡単な構成にて、リアクタ短絡時における装置の保護を行う。【解決手段】少なくとも交流電源１の半周期に１回以上、スイッチング手段４によって、交流電源１をリアクタ２を介して短絡・開放し、交流電源１からの交流電圧を直流電圧に変換する直流電源装置において、電源投入時からスイッチング手段４がスイッチング動作を開始するまでの間に、所定期間だけスイッチング手段４を短絡動作させてリアクタ２もしくはスイッチング手段４を流れる電流を電流検出手段３にて検知し、検知した電流値の大きさが予め定められた基準電流値を超える場合に、前記スイッチング動作を開始しないことによって、リアクタ２の短絡異常時における装置の保護を図る。【選択図】図１
2010226941.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも交流電源の半周期に１回以上、スイッチング手段を用いて、交流電源をリアクタを介して短絡・開放し、交流電源からの交流電圧を直流電圧に変換する直流電源装置において、交流電源の電圧位相検出手段と、リアクタもしくはスイッチング手段を流れる電流を検出する電流検出手段とを備え、電源投入時からスイッチング手段によるスイッチング動作を開始するまでの間に、所定の短絡期間だけスイッチング手段を短絡動作させ、短絡動作時に前記電流検出手段によって検出される電流値の大きさが予め定められた基準電流値を超えた場合に、前記スイッチング動作を行わないことを特徴とする直流電源装置。
【請求項２】
前記短絡動作は、複数回行われることを特徴とする請求項１に記載の直流電源装置。
【請求項３】
前記短絡動作において、少なくとも２回以上、電流検出手段によって検出される電流値が予め定められた基準電流値を超えた場合に、前記スイッチング動作を行わないことを特徴とする請求項２に記載の直流電源装置。
【請求項４】
前記短絡動作は、回数を追うごとに、交流電源の瞬時電圧の絶対値が高くなる電圧位相にて行われることを特徴とする請求項２または３に記載の直流電源装置。
【請求項５】
前記短絡動作は、回数を追うごとに、短絡期間を長くすることを特徴とする請求項２または３に記載の直流電源装置。
【請求項６】
前記短絡動作は、交流電源の正負両方の極性において、少なくとも１回以上行われることを特徴とする請求項２または３に記載の直流電源装置。
【請求項７】
前記基準電流値は、回数を追うごとに大きな値に設定されることを特徴とする請求項５に記載の直流電源装置。
【請求項８】
前記基準電流値は、回数を追うごとに大きな値に設定されることを特徴とする請求項６に記載の直流電源装置。
【請求項９】
交流電源の電圧検出手段を備え、前記短絡動作時における交流電源の瞬時電圧の絶対値が高くなるほど、前記基準電流値を高い値とすることを特徴とする請求項２または３に記載の直流電源装置。
【請求項１０】
少なくとも１回目の短絡動作における前記短絡期間は、スイッチング手段を構成するスイッチング素子の短絡耐量以下の時間に設定されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の直流電源装置。
【請求項１１】
前記電圧位相検出手段は、フォトカプラを用いて構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の直流電源装置。
【請求項１２】
前記基準電流値は、通常動作時においてスイッチング手段に流れる最大電流値よりも低く設定されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の直流電源装置。
【請求項１３】
前記短絡動作時の電流検出は、短絡期間内の１回のＡＤ変換によって行われることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の直流電源装置。
【請求項１４】
前記短絡動作において、全短絡動作の中に、短絡動作を開始する交流電源の瞬時電圧の絶対値および短絡期間を同一とする短絡動作が含まれることを特徴とする請求項２または３
に記載の直流電源装置。
【請求項１５】
前記短絡動作終了後、スイッチング動作を開始した後も、所定の期間内に少なくとも１回、予め定められた交流電源の電圧位相もしくは予め定められた交流電源の瞬時電圧の絶対値となる電圧位相にて所定の短絡期間だけスイッチング手段を短絡動作させ、短絡動作時に前記電流検出手段によって検出される電流値の大きさが予め定められた基準電流値を超えた場合に、スイッチング動作を停止することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の直流電源装置。
【請求項１６】
前記短絡動作は、交流電源のゼロクロス点付近にて行われることを特徴とする請求項１５に記載の直流電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電源の交流電圧を直流電圧に変換する直流電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
少なくとも交流電源の半周期に１回以上、スイッチング素子を用いて、交流電源をリアクタを介して短絡・開放することによって、交流電源からの交流電圧を直流電圧に変換する直流電源装置において、リアクタ巻線のレアショートなどによって、リアクタのインダクタンス値が極めて低い場合には、スイッチング素子を流れる電流ピーク値の増大や、リアクタを流れる電流リプルの増大によって発熱量が増加するため、十分に設計マージンを有したスイッチング素子を採用するか、何らかの手段で異常を検出してスイッチング素子やリアクタが異常過熱状態に至るのを防止する必要がある。
【０００３】
従来、リアクタの短絡異常時における異常過熱を防止する方法として、図１０に示すように、スイッチング手段１０６を駆動するＰＡＭ駆動信号を出力する信号出力部１０１と、スイッチング手段１０６を流れる電流を検出し、検出された電流の瞬時値が所定の基準値を上回ると過電流検出信号を出力する過電流検出部と、所定の期間（例えばＴ＝３ｓ）の間に過電流検出信号が所定の回数（例えばＸ＝１００回）を超える場合には、リアクタ２が短絡していると判定する短絡判定部１０４とを備えて、短絡判定部１０４によってリアクタ２が短絡状態にあるとの判定時には、入力電流を補正し、かつ入力電流値を制限することで、直流電源装置（コンバータ）に流れる入力電流の増加を抑制する電源回路の制御装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３００６９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の直流電源装置は、実際に力率改善を行うためのスイッチング動作を開始しなければ、リアクタが短絡状態にあることを検知することはできない。
【０００６】
したがって、一時的にスイッチング素子を流れる電流のピーク値が高い状況となることを許容することが必要であり、そのため、リアクタが正規のインダクタンス値の場合に実際に流れる電流値に対して十分マージンを有する定格電流の大きなスイッチング素子を用いる必要があった。
【０００７】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、簡単な構成にて、電源投入後、力率改善のためのスイッチング動作を開始する前にリアクタの短絡検知を実施し、短絡異常が検知された場合には保護動作のためにスイッチング動作を行わない状態を保つことによって、リアクタの短絡時においてもスイッチング素子に過大な電流を流すことなく、過熱状態に至るのを確実に防止することができることから、より定格電流の小さなスイッチング素子を採用して、安価な構成にて装置の保護動作を実現することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記従来の課題を解決するために、本発明の直流電源装置は、少なくとも交流電源の半周期に１回以上、スイッチング手段によって、交流電源をリアクタを介して短絡・開放し
、交流電源からの交流電圧を直流電圧に変換する直流電源装置において、交流電源の電圧位相検出手段と、リアクタもしくはスイッチング手段を流れる電流を検出する電流検出手段とを備え、電源投入時からスイッチング手段がスイッチング動作を開始するまでの間に、所定期間だけスイッチング手段を短絡動作させ、短絡動作時にリアクタもしくはスイッチング手段を流れる電流値の大きさが予め定められた基準電流値よりも大きい場合に、前記スイッチング動作を行わないものである。
【０００９】
さらに、本発明の直流電源装置は、前記スイッチング動作を開始した後も、所定の時間間隔毎に、予め定められた交流電源電圧の電圧位相にて所定の短絡期間だけスイッチング手段の短絡動作を行い、短絡時におけるリアクタもしくはスイッチング手段の電流値を検知し、検知した電流値の大きさが前記基準電流値よりも大きい場合に、スイッチング動作を停止するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の直流電源装置は、電源投入後、スイッチング動作を開始する前に、リアクタの短絡時においてもスイッチング手段に大電流を流すことなく、保護停止させることができるので、未然にスイッチング動作によって過熱状態に至るのを防止し、スイッチング手段にかかる熱的なストレスを軽減することができるため、より定格電流の小さなスイッチング素子を使用することができるので安価な構成にて装置を保護することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１における直流電源装置の構成を示す図
【図２】（ａ）（ｂ）本発明の直流電源装置における電圧位相検出手段の構成の一例及び該電圧位相検出手段による電圧位相検出を示す図
【図３】本発明の実施の形態１における通常動作時の入力電流波形を示す図
【図４】（ａ）（ｂ）本発明の実施の形態１におけるリアクタの短絡検知時の各部の波形であってリアクタが正常の場合及びリアクタのインダクタンス値が正規の値よりも低い場合を示す図
【図５】本発明の実施の形態２における直流電源装置の構成を示す図
【図６】本発明の実施の形態２における通常動作時の入力電流波形を示す図
【図７】（ａ）（ｂ）本発明の実施の形態２におけるリアクタの短絡検知時の各部の波形であってリアクタが正常の場合及びリアクタのインダクタンス値が正規の値よりも低い場合を示す図
【図８】本発明の実施の形態３における直流電源装置の構成を示す図
【図９】本発明の実施の形態３におけるリアクタの短絡検知時の各部の波形を示す図
【図１０】従来の直流電源装置の構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
第１の発明は、少なくとも交流電源の半周期に１回以上、スイッチング手段を用いて、交流電源をリアクタを介して短絡・開放し、交流電源からの交流電圧を直流電圧に変換する直流電源装置において、交流電源の電圧位相検出手段と、リアクタもしくはスイッチング手段を流れる電流を検出する電流検出手段とを備え、電源投入時からスイッチング手段がスイッチング動作を開始するまでの間に、所定期間だけスイッチング手段を短絡動作させ、短絡動作時に電流検出手段によって検出される電流値の大きさが予め定められた基準電流値を超えた場合に、前記スイッチング動作を行わないものである。
【００１３】
これによって、実際にスイッチング動作を開始する前にリアクタのインダクタンスの低下を検知することができることから、スイッチング手段に過大な電流を流すことなく、リアクタの短絡異常を検知することができるものである。
【００１４】
なお、電流検出手段によってスイッチング手段を流れる電流を検出する場合には、電流検出手段によって検出される電流がスイッチング手段の短絡（オン）時の電流であるかどうかを判断する必要がないため、リアクタを流れる電流を検出する場合に比べて、より簡単な構成にてリアクタの短絡検知を行うことが可能である。
【００１５】
第２の発明は、第１の発明において、短絡動作を複数回行うものであり、短絡動作時に瞬時停電が重なって、短絡異常を見逃してしまうリスクを低減するものである。
【００１６】
第３の発明は、第２の発明において、少なくとも２回以上、電流検出手段によって検出される電流値が予め定められた基準値を超えた場合にのみ、前記スイッチング動作を行わないものであり、回路上のノイズによって誤って短絡異常と判断してしまうリスクを低減するものである。
【００１７】
第４の発明は、第２または第３の発明における短絡動作において、回数を追うごとに、交流電源の瞬時電圧の絶対値が高くなる電圧位相にて短絡動作が行われることによって、リアクタのインダクタンスが小さいほど少ない回数で異常検出が可能となるため、第２または第３の発明と同様の作用を、リアクタの短絡異常時にスイッチング手段に流れる電流をさらに低く抑えて実現するものである。
【００１８】
第５の発明は、第２または第３の発明において、回数を追うごとに、短絡動作における短絡期間を長くすることによって、第４の発明同様、第２または第３の発明同様の作用を、リアクタの短絡異常時にスイッチング手段に流れる電流をさらに低く抑えて実現するものである。
【００１９】
第６の発明は、第２または第３の発明において、前記短絡動作が、交流電源の正負両方の極性において、少なくとも１回以上行われることによって、直流電源装置が非対称な回路構成の場合や、２個のスイッチング素子によって構成される直流電源装置における片方のスイッチング素子不良など、交流電源の正負両方の極性に対する回路の対称性に関する異常がある場合についても、リアクタの短絡異常検知を可能とするものである。
【００２０】
第７の発明は、第５の発明において、前記短絡動作における基準電流値は、回数を追うごとに大きな値に設定されることによって、交流電源の瞬時電圧の絶対値がより低い位相にてリアクタのインダクタンス異常を検出することができるので、リアクタの短絡異常時にスイッチング手段に流れる電流をさらに低く抑えるものである。
【００２１】
第８の発明は、第６の発明において、前記短絡動作における基準電流値は、回数を追うごとに大きな値に設定されることによって、より短絡期間の短い短絡動作にてリアクタのインダクタンス異常を検出することができるので、リアクタの短絡異常時にスイッチング手段に流れる電流をさらに低く抑えるものである。
【００２２】
第９の発明は、第２または第３の発明において、交流電源の電圧検出手段を備え、前記短絡動作時における交流電源の瞬時電圧の絶対値が高くなるほど、前記基準電流値を高い値とすることによって、交流電圧によるばらつきの影響を低減することで、リアクタのインダクタンス値の検知精度を高めるものである。
【００２３】
第１０の発明は、第１〜第３の発明において、少なくとも１回目の短絡動作における前記短絡期間が、スイッチング手段を構成するスイッチング素子の短絡耐量以下の時間に設定されることによって、リアクタのデッドショートの際にも、高速動作可能な過電流保護回路を必要とすることなく、確実にスイッチング手段の破壊を防ぐものである。
【００２４】
第１１の発明は、第１〜第３の発明において、前記電圧位相検出手段は、フォトカプラを用いて構成されることによって、安価な構成を実現するものである。
【００２５】
第１２の発明は、第１〜第３の発明において、前記基準電流値が、通常動作時においてスイッチング手段に流れる最大電流値よりも低く設定されることによって、リアクタの短絡検知時にスイッチング手段に流れる電流を通常動作範囲以下に抑制することで、スイッチング手段を必要最小限の定格電流の素子にて実現するものである。
【００２６】
第１３の発明は、第１〜第３の発明において、前記短絡動作時の電流検出が、短絡期間内の１回のＡＤ変換によって行われることによって、ＡＤ変換および制御手段にかかる負担を抑えることができるので、安価かつ簡単な構成にて実現することができるものである。
【００２７】
また、通常動作時においてＰＷＭ制御により入力電流制御を行う直流電源装置においては、短絡動作とＡＤ変換をＰＷＭ制御のキャリア周期に同期させて行うことで、簡単にタイミングの同期がとりやすくなるという効果も奏する。
【００２８】
第１４の発明は、第２または第３の発明において、全短絡動作の中に、短絡動作を開始する交流電源の瞬時電圧の絶対値および短絡期間を同一とする短絡動作が含まれるものであり、瞬時停電やノイズによってリアクタの短絡異常を一度見逃しただけで、短絡を開始する交流電源の電圧位相を大きくしたり、短絡期間を長くすることがなくなるため、リアクタの短絡異常時において、スイッチング手段に流れる電流値を低く抑えることができるものである。
【００２９】
第１５の発明は、第１〜第３の発明において、前記短絡動作終了後、前記スイッチング動作を開始した後も、所定の期間内に少なくとも１回、予め定められた交流電源の電圧位相もしくは予め定められた交流電源の瞬時電圧の絶対値となる電圧位相にて所定期間だけスイッチング手段を短絡動作させ、短絡動作時に前記電流検出手段によって検出される電流値の大きさが予め定められた基準電流値を超えた場合に、スイッチング動作を停止することによって、通常動作時においても、リアクタのインダクタンス低下を検知し、速やかにスイッチング動作を保護停止させるものである。
【００３０】
第１６の発明は、第１５の発明において、前記短絡動作が、交流電源のゼロクロス点付近に行われることにより、通常動作時における入力電流波形の歪みや力率への影響をより小さくするものである。
【００３１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００３２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における直流電源装置の構成を示す図である。
【００３３】
図１に示すように、本実施の形態における直流電源装置は、交流電源１の一端に接続されたリアクタ２および、リアクタ２に流れる電流を検出する電流検出手段３と、リアクタ２を介して交流電源１を短絡・開放する双方向性のスイッチング手段４と、スイッチング手段４とリアクタ２との接続部に一方の交流入力端が接続された整流回路５と、整流回路５の直流出力端間および他方の入力端と各直流出力端間にそれぞれ接続された平滑コンデンサ６およびコンデンサ７ａ，７ｂを備えて倍電圧整流回路を形成し、負荷８へ直流電圧を供給する。
【００３４】
さらに、本実施の形態の直流電源装置は、交流電源１の両端に接続されて交流電源１の電圧位相を検出する電圧位相検出手段９を備えており、交流電源１からの入力電流が概略正弦波状の電流波形となるように、ダイオードブリッジと１個のＩＧＢＴの組み合わせ、もしくは、互いに逆方向に接続された２個のパワーＭＯＳＦＥＴなどで構成された双方向性のスイッチング手段４のオン・オフ制御を行う制御手段１０を有する。
【００３５】
図２は、電圧位相検出手段９の構成の一例を示す図である。
【００３６】
電圧位相検出手段９は、電圧検出用のトランス（ＰＴ）を用いて構成することもできるが、図２（ａ）に示すように、フォトカプラと抵抗等によって構成された回路にて構成し、図２（ｂ）のように交流電源１のゼロクロス点を検出し、検出されたゼロクロス点から交流電源１の電圧位相を推定することによって、安価な構成とすることが可能である。
【００３７】
図３は、本実施の形態の直流電源装置における通常動作時の入力電流波形を示す図である。
【００３８】
図３に示すように、実施の形態の直流電源装置の制御手段１０は、非可聴域に相当する約２０ｋＨｚをキャリア周波数とするＰＷＭ制御に基づいてスイッチング手段４のオン・オフ制御を行い、入力電流波形を略正弦波状に整形して、昇圧ならびに力率の改善を行う。
【００３９】
本実施の形態の直流電源装置は、電源投入後、力率改善のために行われるＰＷＭ制御によるスイッチング動作を開始する前に、リアクタ２の短絡検知を行い、インダクタンス値が正規の値よりも低い値であると判定された場合には、保護動作状態となって、以降のスイッチング動作を行わない。
【００４０】
なお、本実施の形態では、電流検出手段３をリアクタ２に直列に接続しているが、電流検出手段３は、リアクタ２に流れる電流を検出できればよいので、図１のようにリアクタ２と直列に接続される代わりに、リアクタ２が接続されている側の反対側の交流ラインに接続しても構わない。
【００４１】
以下、リアクタ２の短絡検知に関する詳細内容について記載する。
【００４２】
図４（ａ）および（ｂ）は、本実施の形態における直流電源装置のリアクタ２の短絡検知時の各部の波形を示す図である。
【００４３】
図４（ａ）は、リアクタが正常な場合における交流電源１の交流電圧およびリアクタ２の電流、制御部からの短絡信号を示す。
【００４４】
図４（ａ）に示すように、制御手段１０は、予め記憶部１０ｃに記憶された、短絡動作を行う交流電源１の所定の電圧位相（例えばθ＝１０°、１９０°）（図のＡ１、Ａ２）において、予め記憶部１０ｃに記憶された短絡期間（例えば５μｓ）だけスイッチング手段４を強制短絡するための駆動信号を駆動信号生成部１０ａにて生成してスイッチング手段４を強制短絡動作させ、短絡動作時にリアクタ２に流れる電流を電流検出手段３によって検出する。
【００４５】
制御手段１０は、検出された電流値の大きさを、リアクタ短絡検知部１０ｂにおいて、予め記憶部１０ｃに記憶された基準電流値と比較し、上記電流検出値が基準電流値を超える場合には、リアクタ２のインダクタンスが正規の値よりも低い異常状態であると判断して、保護動作のため、以降、スイッチング手段４をオフ状態に保ち、力率改善のためのス
イッチング動作を行わないことにより、スイッチング手段４に大電流が流れるのを防止する。
【００４６】
上記基準電流値は、交流電源１の交流電圧の大きさをリアクタ２の正常なインダクタンス値で除して得られる電流増加の傾きｄＩ／ｄｔと、強制短絡時間との積で決まる電流値に対して、交流電源１の電源電圧の変動や電流検出のばらつきを加味して設定される。そして、リアクタ２のインダクタンス値の異常を確実に検出できるのは、通常、基準電流値がリアクタ２の正常なインダクタンス値のおよそ１／２以下の場合である。
【００４７】
なお、電流検出は、ＣＴなどの電流センサと、マイコン内のＡＤ変換器によって行われるが、電流の検出方法については、ピークホールド回路にて最大値を検出してもよいし、連続して電流を数点検出し、その最大値を用いてもよい。
【００４８】
さらに、短絡動作とＡＤ変換をＰＷＭ制御のキャリア周期に同期させて行い、短絡期間内の中央の検出値のみのＡＤ変換結果を用いるとともに、基準電流値を上記よりも低い値（短絡期間内での検出タイミングを考慮した値）に設定することによって、簡単な構成にて短絡動作と電流検出のタイミングの同期を実現することが可能である。
【００４９】
また、フォトカプラを用いた電圧位相検出手段９を用いている場合、交流電源１の電圧位相を正しく推定するためには、電源投入直後少なくとも交流電源１の１周期以上の時間を要するため、リアクタ２の短絡検知は、電源投入後、交流電源１の数周期が経過して交流電源１の電圧位相推定を確実に行えるようになってから実施される。
【００５０】
図４（ａ）の例では、リアクタ２の短絡検知のために、スイッチング手段４の強制短絡が交流電源１の正負の極性において１回ずつ行われているが、いずれも基準電流値には達していないため、リアクタ２は正常と判定される。
【００５１】
その結果、図示していないが、制御手段１０は、力率改善のためのスイッチング動作を開始し、図３に示すような入力電流波形となるようにスイッチング動作が行われて運転が継続される。
【００５２】
なお、図４（ａ）に示すように、交流電源１の正負両方の極性にて判断を行うことで、リアクタ２の短絡検知に加えて、回路の対称性についても確認が可能である。
【００５３】
すなわち、スイッチング手段４を構成するダイオードやスイッチング素子の一部に異常があった場合、短絡動作時に検出される電流は、交流電源１の正負の極性によって異なることから、アンバランスの度合を確認することで、スイッチング動作を行う前に、上記の異常についても確認することが可能である。
【００５４】
また、同一の短絡期間をもつ短絡動作による電流検知を複数回行うことで、瞬時停電やノイズの影響についても抑制する効果を有している。
【００５５】
図４（ｂ）は、リアクタ２のインダクタンスが正規の値よりも低い場合の各部の波形である。
【００５６】
図４（ｂ）の例では、強制短絡時（図のＢ１、Ｂ２）において２回とも、記憶部１０ｃに記憶された基準電流値を超える電流が検出されるため、リアクタ２を短絡異常と判定し、以降スイッチング動作は行われない。
【００５７】
図４に示すように、複数回、短絡動作を行うことで、万一、強制短絡時に瞬時停電が生
じた場合についても、電流を検出できずにリアクタの短絡異常を見逃すリスクを低減することができる。
【００５８】
また、さらに、図示していないが、同一の短絡期間をもつ短絡動作のうち、一部の短絡動作時のみ基準電流値を超える場合については、電流検出においてノイズの影響を受けている可能性も考えられることから、少なくとも２以上の予め定められた回数以上、基準電流値を超えた場合のみ、リアクタ２の短絡異常と判断し、保護状態となってスイッチング動作の停止を行うことで、ノイズによる誤検知のリスクを低減することが可能である。
【００５９】
なお、異常判定のための基準電流値は、スイッチング手段４に通常動作時に流れる最大電流値よりも小さく設定され、上記短絡時間は、リアクタ２のインダクタンス値が正常範囲の場合において、スイッチング手段４に流れる電流値の大きさが上記基準電流値に達しないような短い値に設定される。
【００６０】
その結果、その後に続くスイッチング動作による力率改善動作を行わず、保護動作状態となることで、リアクタ２のインダクタンスが低い異常時においても、スイッチング手段４に過大な電流が流れるのを未然に防止することができる。
【００６１】
さらに、上記の短絡期間は、スイッチング手段４を構成するスイッチング素子の短絡耐量（許容し得る短絡時間）以下の時間に設定される。
【００６２】
一般に、リアクタ２がデッドショートに近い場合、スイッチング手段４を流れる電流増加の傾きｄＩ／ｄｔは非常に高くなることから、スイッチング手段４を構成するスイッチング素子を破壊することなく安全に保護するためには、オフ時のｄＩ／ｄｔを高くしないようにコントロールしながらも応答速度の速い過電流保護回路が必要となる。
【００６３】
しかしながら、本実施の形態の直流電源装置においては、短絡期間がスイッチング素子の短絡耐量以下の時間に設定されているため、素子が破壊する恐れはないことから、リアクタ２がデッドショートに近い状況においても、スイッチング手段４を保護するために応答速度の速い過電流保護を必要としない。
【００６４】
以上のように、本実施の形態の直流電源装置は、力率改善のためのスイッチング動作を行う前に、交流電源１を、リアクタ２を介して短時間強制短絡し、基準電流値よりも大きな電流値が流れた場合に、保護動作状態となって、力率改善のためのスイッチング動作を行わないことによって、レアショートなどのリアクタ２の異常時においても、スイッチング手段４に過大な電流が流れるのを未然に防止することができ、スイッチング手段４を定格電流のより小さなスイッチング素子で構成することが可能となる。
【００６５】
また、図示していないが、本実施の形態の直流電源装置において、力率改善のためにスイッチング手段４のスイッチング動作を開始した後においても、同様に、交流電源１の所定の電圧位相において、強制短絡動作を行って基準電流値と比較して短絡検知を行うことで、運転時においてもリアクタ２のインダクタンス値の異常検知が可能である。
【００６６】
すなわち、交流電源１の半周期から数十秒程度の範囲の、予め定められた期間内に少なくとも１回、上記の検知制御を行うことで、運転中にリアクタ２のインダクタンス値が低下した場合にも、電流リプルの多い異常状態を上記の時間間隔以上に継続させずに、速やかに装置を保護停止させることが可能である。
【００６７】
さらに、上記の強制短絡動作を、交流電源１のゼロクロス付近で行うことによって、入力電流歪みや力率低下の影響がほとんど無視できることは、図３および図４の電流波形か
らも明らかであり、常時リアクタの短絡検知を行いながら運転を継続することができるので、運転途中にリアクタのインダクタンスの低下が発生した場合においても速やかに安全に装置を保護停止させることができる。
【００６８】
（実施の形態２）
図５は、本発明の第２の実施の形態における直流電源装置の構成を示す図である。
【００６９】
図５に示すように、本実施の形態における直流電源装置は、交流電源１の一端に接続されたリアクタ２と、リアクタ２を介して交流電源１を短絡・開放する双方向性のスイッチング手段４と、スイッチング手段４に流れる電流を検出する電流検出手段３と、スイッチング手段４とリアクタ２との接続部に一方の交流入力端が接続された整流回路５と、整流回路５の直流出力端間に接続された平滑コンデンサ６を備えて、負荷８へ直流電圧を供給する。
【００７０】
さらに、本実施の形態の直流電源装置は、交流電源１の両端に接続されて交流電源１の電圧位相を検出する電圧位相検出手段９を備え、逆方向に対向して接続された２個のＩＧＢＴなどで構成された双方向性のスイッチング手段４のオン・オフ制御を行う制御手段１０を有する。
【００７１】
図６に、本実施の形態における直流電源装置の通常動作時の入力電流波形例を示す。
【００７２】
図６に示すように、本実施の形態における直流電源装置の制御手段１０は、交流電源１の半周期に１回ないし数回、スイッチング手段４を短絡・開放して、交流電源１からの交流電圧を直流電圧に変換するとともに、力率を改善する。
【００７３】
図７（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、本実施の形態の直流電源装置におけるリアクタの短絡検知時の各部の波形である。
【００７４】
図７（ａ）は、リアクタが正常時の各部の波形を示す。
【００７５】
図７（ａ）に示すように、本実施の形態における直流電源装置の制御手段１０は、電源投入後、交流電源１の電圧位相の検出が可能になった後、予め記憶部１０ｃに記憶された交流電源１の電圧位相において、スイッチング手段４を予め記憶部１０ｃに記憶された短期間だけ強制短絡を行う。
【００７６】
さらに、強制短絡時においてスイッチング手段４に流れる電流値を検出し、検出された電流値が記憶部１０ｃに記憶された基準電流値よりも高い場合に、保護動作状態となって、以降、スイッチング動作を行わない。
【００７７】
また、実施の形態１の構成では、スイッチング手段４がオフ状態にあっても交流電源１の瞬時電圧が平滑コンデンサ６の直流電圧よりも高い状態であるときの電圧位相では負荷８へ入力電流が流れるため、スイッチング手段４がオフ状態でも電流検出手段３には電流が流れる期間が存在するが、本実施の形態の構成では、図７（ａ）に示すように、スイッチング手段４のオン時にしか、電流検出手段３に電流が流れない。
【００７８】
したがって、実施の形態１における直流電源装置では、異常判定のための基準電流値を短絡検知時において通常想定される入力電流値よりも十分に高く設定できない場合には、例えば、電源電圧１の電圧位相情報や、制御手段１０におけるスイッチング手段４のオン・オフ情報をもとに、電流検出手段３で検出された電流がスイッチング手段４の短絡（オン）時のものであるかどうかを確認する必要が生じるが、本実施の形態における直流電源
装置では、電流検出手段３によって検出される電流がスイッチング手段４の短絡（オン）時の電流であるかどうかを判断する必要がない。
【００７９】
すなわち本実施の形態では、任意の電圧位相で強制短絡をすることができるので設計の自由度が高くなるとともに、より簡単な構成にてリアクタ２の短絡検知を行うことが可能である。
【００８０】
なお、図７（ａ）において、２回の強制短絡動作（図のＡ１、Ａ２）は、いずれも交流電圧１の瞬時電圧の絶対値が等しくなる電圧位相にて行っているが、１回目よりも２回目の短絡期間を長くすることで徐々に電流値が高くなっている。
【００８１】
しかしながら、いずれの時点においてもスイッチング手段４に流れる電流が十分に小さいことから、リアクタ２は正常と判定され、図示していないが、この後、力率改善のためのスイッチング動作が開始され、図６に示す入力電流波形にて動作を継続する。
【００８２】
図７（ｂ）は、リアクタのインダクタンス値が正規の値よりも低い場合の各部の波形である。
【００８３】
２回の強制短絡動作（図のＢ１、Ｂ２）は、いずれも交流電圧１の瞬時電圧の絶対値が等しくなる電圧位相にて行っているが、１回目よりも２回目の短絡期間を長くすることで徐々に電流値が高くなっており、２回目で基準電流値を超えたため、リアクタ２のインダクタンス値は低いと判断し、図示していないが、この後、スイッチング動作へは移行せずに保護停止させる。
【００８４】
また、２回の強制短絡動作のうち、１回目の短絡期間は、スイッチング手段４の短絡耐量以下に設定されているため、リアクタ２がデッドショート状態にあってもスイッチング手段４が破壊することはない。
【００８５】
さらに、２回目の短絡期間と１回目の短絡期間の比を、例えば、スイッチング手段４に流し得るピーク電流の最大電流値Ｉｐｍａｘと電流検出手段３によって検出された電流値の大きさの比以下の値に設定することにより、スイッチング手段４に流れる電流の大きさをＩｐｍａｘ以下に抑えることができるため、２回目の短絡期間については、スイッチング手段４の短絡耐量以上の時間に設定することも可能である。
【００８６】
以上のように、本実施の形態における直流電源装置は、複数回の強制短絡動作を行う際に、徐々に短絡期間を長くすることで、リアクタ２が完全にショート状態に近くなるほど、短い短絡期間でリアクタのインダクタンス異常を検出できるので、スイッチング手段４に過大な電流を流さずに保護動作を行うことができ、その結果、スイッチング手段４に、さらに定格電流の小さなスイッチング素子を用いることが可能となる。
【００８７】
また、本実施の形態の直流電源装置においても、実施の形態１と同様に、力率改善のためのスイッチング手段４のスイッチング動作を開始した後、所定の時間間隔毎に、交流電源１の所定の電圧位相において、強制短絡動作を行って基準電流値と比較して短絡検知を行うことで、運転中も継続してリアクタ２のインダクタンス値の異常検知をすることが可能である。
【００８８】
（実施の形態３）
図８は、本発明の実施の形態３における直流電源装置の構成を示す図である。
【００８９】
図８に示すように、本実施の形態における直流電源装置は、交流電源１に直列に接続さ
れた整流回路５と、整流回路５の正極側の直流出力端に接続されたリアクタ２と、リアクタ２の他端と整流回路５の負極側の直流出力端との間に接続されて、交流電源１をリアクタ２を介して短絡・開放するスイッチング手段４およびスイッチング手段４を流れる電流を検出する電流検出手段３と、整流回路５の直流出力端間に接続されて交流電源１の瞬時電圧を検出する交流電圧検出手段１３と、前記リアクタ２の他端にアノードが接続されたダイオード１２と、ダイオード１２のカソードと前記整流回路５の負極側の直流出力端との間に接続された平滑コンデンサ６を備えて負荷８に直流電圧を供給する。
【００９０】
図９は、本実施の形態の直流電源装置におけるリアクタ２の短絡検知時の各部の波形である。
【００９１】
図９に示すように、本実施の形態における直流電源装置の制御手段１０は、電源投入後、力率改善のためのスイッチング手段４のスイッチング動作を行う前に、予め記憶部１０ｃに記憶された複数の交流電源１の電圧位相において、予め記憶部１０ｃに記憶された所定の期間ずつ、スイッチング手段４の強制短絡を行って、スイッチング手段４を流れる電流を電流検出手段３によって検出して、リアクタ２の状態を検知する。
【００９２】
図９は、リアクタ２のインダクタンス値が正常値よりも低い場合の例であり、３回目の強制短絡時（図のＡ３）において基準電流値を超える電流値を検出したため、強制短絡動作を打ち切るとともに、保護動作状態となって、力率改善のためのスイッチング動作を開始しない様子を示している。
【００９３】
なお、基準電流値は、交流電源１の電圧に応じて補正される。
【００９４】
例えば、定格交流電圧が１００Ｖの商品において、実効値が１１０Ｖ相当の交流電圧を検出した場合、記憶部１０ｃに記憶されている基準電流値を１．１倍した値を補正後の基準電流値とするように、交流電源１の電源電圧に比例して調整される。
【００９５】
以上の制御を行うことにより、リアクタ２の強制短絡時における電流検出時において、交流電源１の電圧ばらつきによる影響をキャンセルすることができるため、リアクタ２の短絡検知精度を高めることができる。
【００９６】
なお、本実施の形態においては、基準電流値を短絡時の交流電圧位相によらず一定としたが、交流電源１の瞬時電圧の絶対値が低い電圧位相における基準電流値ほど低い値に設定し、瞬時電圧の絶対値が高い電圧位相における基準電流値ほど高く設定することによって、交流電源１の瞬時電圧の絶対値が低い電圧位相にてリアクタ２のインダクタンスの異常を検出することができるので、リアクタ２のレアショート時において、スイッチング手段４に流れる電流値をより低く抑制することが可能となる。
【００９７】
以上のように、本実施の形態における直流電源装置は、複数回、スイッチング手段４の強制短絡動作を行う際、回数を追う毎に、交流電源１の瞬時電圧の絶対値が高くなる電圧位相において短絡動作を行うことによって、リアクタ２のインダクタンス異常時に、スイッチング手段４に流れる電流をさらに抑制しつつ、装置の保護を行うことができる。
【００９８】
また、本実施の形態の直流電源装置においても、実施の形態１および２と同様に、力率改善のためのスイッチング手段４のスイッチング動作を開始した後、所定の時間間隔毎に、交流電源１の所定の電圧位相において、強制短絡動作を行って基準電流値と比較して短絡検知を行うことで、運転中も継続してリアクタ２のインダクタンス値の異常検知をすることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
以上のように、本発明にかかる直流電源装置は、レアショートなどのリアクタのインダクタンス異常を、電源投入後、スイッチング動作を行う前に検出し、また、スイッチング動作開始後も、簡単な構成にて、スイッチング手段に負荷をかけることなく保護停止させることができるものであり、空気調和機や冷蔵庫、洗濯機など、交流電源によって電力供給されるほぼすべての電化製品への用途に適用できる。
【符号の説明】
【０１００】
１  交流電源
２  リアクタ
３  電流検出手段
４  スイッチング手段
５  整流回路
６  平滑コンデンサ
７  コンデンサ
８  負荷
９  交流電圧位相検出手段
１０  制御部
１０ａ  駆動信号生成部
１０ｂ  リアクタ短絡検知部
１０ｃ  記憶部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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