(57)【要約】【課題】電源からの電力をコンデンサを介して負荷に供給する電源装置において、電源からの電力が当該コンデンサを介して負荷に印加されていない遮断状態において当該コンデンサに蓄積された電荷の放電制御を行う際に、当該放電制御により装置を構成する回路や負荷等に与える影響を抑制する。【解決手段】電源装置は、交流電源１０からの電力をコンデンサＣを介して負荷３０に供給する。制御装置１００は、コンデンサＣが交流電源１０と電気的に遮断された状態の時に、リレースイッチ１６を間欠的にオンすることで、コンデンサＣとリレースイッチ１６とで閉回路を間欠的に形成し、コンデンサＣの放電を間欠的に行う。【選択図】図１
2010213463.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源からの電力をコンデンサを介して負荷に供給する電源装置において、
オン時に前記コンデンサと閉回路を形成するスイッチと、
前記コンデンサが前記電源と電気的に切断された電源オフ状態の時に、前記スイッチを間欠的にオンすることで、前記コンデンサと前記スイッチとで閉回路を間欠的に形成し、前記コンデンサの放電を間欠的に行うスイッチ制御部と、
を備え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、
スイッチ制御部は、前記スイッチをオンする毎に前記スイッチのオン期間を長くすることで、前記コンデンサの放電を間欠的に行う、
ことを特徴とする電源装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電源装置において、
前記スイッチは、半導体スイッチング素子により構成される、
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、電源からの電力をコンデンサを介して負荷に供給する電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６に示すように、交流電源１からの交流電圧を整流回路２及び平滑回路３を介して直流電圧に変換して負荷４に印加する電源装置など、負荷に電力を供給する電源装置が備える回路には平滑回路等の用途としてコンデンサが設けられることが多い。
【０００３】
このようにコンデンサを備える電源装置において、電源スイッチ５がオンからオフに切り替わり交流電源１から負荷４への電力の供給が遮断された後も、電源スイッチ５がオンの時に蓄積された電荷がコンデンサ３に蓄積された状態となることがある。このようにコンデンサ３に電荷が蓄積された状態で、再び電源スイッチ５をオンするとその電荷の影響で装置内の回路に過電流が流れ、回路に組み込まれた素子等に悪影響を与えるおそれがある。また、電源からの電力が遮断された状態であったとしても、コンデンサに電荷が蓄積された状態で装置内の点検作業等を行うことは安全上あまり好ましいとはいえない。
【０００４】
かかる点に鑑み、特許文献１には、電源装置に設けられた平滑部のコンデンサに蓄積された電荷の放電制御を、交流入力が無いときに行う技術が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、コンデンサの両端に一対のコンデンサ放電用端子を設け、当該一対のコンデンサ放電用端子にコンデンサ放電プラグを挿入することで、コンデンサ放電プラグを介してコンデンサに蓄積された電荷を放電させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実開平５−２３７９３号公報
【特許文献２】特開２００５−３２５２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のように、電源からの電力がコンデンサに印加されていない間に、コンデンサに蓄積された電荷の放電制御を行うことで、電源からの電力がコンデンサを介して負荷に印加され始めた時点で発生しうる過電流の抑制や、装置の点検作業等における安全性の向上を図ることができる。
【０００８】
しかし、例えば放電対象のコンデンサが比較的大容量であり、コンデンサに蓄積された電荷が多い場合には、放電制御の際に装置内に過電流が流れ、その過電流により装置に設けられた素子や負荷等に影響を及ぼすおそれがある。
【０００９】
本発明は、電源からの電力をコンデンサを介して負荷に供給する電源装置において、電源からの電力が当該コンデンサを介して負荷に印加されていない遮断状態において当該コンデンサに蓄積された電荷の放電制御を行う際に、当該放電制御により装置を構成する回路や負荷等への影響を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る電源装置は、電源からの電力をコンデンサを介して負荷に供給する電源装置において、オン時に前記コンデンサと閉回路を形成するスイッチと、前記コンデンサが前記電源と電気的に切断された電源オフ状態の時に、前記スイッチを間欠的にオンすることで、前記コンデンサと前記スイッチとで閉回路を間欠的に形成し、前記コンデンサの放電を間欠的に行うスイッチ制御部と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る電源装置によれば、コンデンサと電源とが電気的に遮断された電源オフ状態において、コンデンサと閉回路を形成するスイッチのオン時間を徐々に長くしながら、間欠的に当該スイッチをオンすることで、コンデンサに蓄積された電荷を徐々に放電させるように構成することができ、コンデンサの放電時における過電流の発生を抑制することができる。
【００１２】
本発明に係る電源装置の一つの態様では、スイッチ制御部は、前記スイッチをオンする毎に前記スイッチのオン期間を長くすることで、前記コンデンサの放電を間欠的に行う、ことを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る電源装置の一つの態様によれば、スイッチをオンする毎にスイッチのオン期間が長くなるように制御することで、コンデンサの放電開始時の過電流の発生をより確実に抑制することができる。
【００１４】
本発明に係る電源装置の一つの態様では、前記スイッチは、半導体スイッチング素子により構成されることを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る電源装置の一つの態様によれば、スイッチが半導体スイッチング素子により構成されているので、スイッチの間欠的なオン制御を短時間により確実行うことができるので、コンデンサの放電時における過電流の発生をより確実に抑制することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、コンデンサと電源とが電気的に遮断された電源オフ状態において、コンデンサと閉回路を形成するスイッチのオン時間を徐々に長くしながら、間欠的に当該スイッチをオンすることで、コンデンサに蓄積された電荷を徐々に放電させるように構成することができ、コンデンサの放電時における過電流の発生を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明を実施するための第１の形態に係る電源装置の回路構成を示す図である。
【図２】コンデンサの放電制御を行う際のスイッチのオン時間比率と時間との関係を示す図である。
【図３】コンデンサの放電制御を行った際のコンデンサの放電電流及びコンデンサ電圧の時間的な変化の様子を示す図である。
【図４】本発明を実施するための第１の形態に係る電源装置が備える制御装置の機能ブロックを示す図である。
【図５】本発明を実施するための第２の形態に係る電源装置の回路構成を示す図である。
【図６】電源からの電力をコンデンサを介して負荷に供給する電源装置の回路構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明を実施するための第１の形態（以下、「実施形態１」と称す）について、以下図面を用いて説明する。
【００１９】
図１は、実施形態１に係る電源装置の回路構成を示す図である。
【００２０】
図１において、交流電源１０は、交流電圧を出力する商用電源等である。整流回路２０は、４つのダイオードをブリッジ接続することで構成される。整流回路２０は、プッシュスイッチ１２を介して交流電源１０と接続され、交流電源１０からの交流電圧を直流電圧に変換する。プッシュスイッチ１２がオンの時に、交流電源１０からの交流電圧が整流回路２０に印加され、プッシュスイッチ１２がオフの時は交流電源１０と整流回路２０とは電気的に遮断される。
【００２１】
整流回路２０の一対の入力端２０ａ，２０ｂは交流電源１０の両端に接続され、一対の出力端２０ｃ，２０ｄはコンデンサＣの両端に接続され、整流回路２０から出力された直流電圧は、コンデンサＣで平滑化され、負荷３０に印加される。スイッチ１４は、負荷３０への電力の供給或いは遮断を制御する。
【００２２】
さらに、実施形態１では、コンデンサＣと並列にリレースイッチ１６が接続され、リレースイッチ１６がオンの時、コンデンサＣと閉回路を形成し、コンデンサＣに蓄積された電荷を放電させる。
【００２３】
制御装置１００は、マイクロコンピュータ等により構成され、プッシュスイッチ１２のオン・オフに応じてスイッチ１４及びリレースイッチ１６の接点のオン・オフを制御する。より具体的には、制御装置１００は、プッシュスイッチ１２がオン操作されたことに対応して、リレースイッチ１６をオフのままとして、スイッチ１４をオンする。また、制御装置１００は、プッシュスイッチ１２がオフ操作されたことに対応して、スイッチ１４をオフするとともに、リレースイッチ１６をオンし、コンデンサＣの放電を行う。
【００２４】
ここで、コンデンサＣに蓄積された電荷を一度に放電すると、電源装置を構成する回路に過電流が流れ、回路に悪影響を与えるおそれがある。
【００２５】
そこで、実施形態１では、図２に示すように、制御装置１００が、単位時間当たりのオン時間の割合を示すオン時間比率を徐々に挙げていくように、リレースイッチ１６のオン・オフ制御を行う。すなわち、図３に示すように、リレースイッチ１６のオン時間を単位時間ごとに徐々に長くしていくことで、単位時間当たりのコンデンサＣの放電時間を時間の経過と共に徐々に長くしていき、コンデンサＣの放電が間欠的に行われるようにする。
【００２６】
このように、リレースイッチ１６のオン時間を徐々に長くしながら、間欠的にオンすることで、コンデンサＣに蓄積された電荷が一度に放電されずに済むため、電源装置を構成する回路に過電流が流れ、回路に与える悪影響を低減することができる。
【００２７】
図４は、制御装置１００の機能ブロックを示す図である。図４において、制御装置１００は、それぞれ通信バス１５０を介して接続された、ＣＰＵ１１２、ＲＯＭ１１４、ＲＡＭ１１６、記憶装置１１８、及び入出力インタフェース１３０を備える。制御装置１００は、入出力インタフェース１３０を介して、プッシュスイッチ１２のオン・オフ状態を検知するとともに、プッシュスイッチ１２のオン・オフ状態に応じて、スイッチ１４及びリレースイッチ１６のオン・オフ制御を行う。
【００２８】
ＣＰＵ１１２は、ＲＯＭ１１４に記憶されたＢＩＯＳプログラムなどの基本的な制御プログラムをＲＡＭ１１６に展開して、通信バス１５０を介して各部を制御する。記憶装置１１８は、コンデンサＣの放電制御を行うためのプログラム１２０として、放電制御部１２２を記憶する。
【００２９】
放電制御部１２２は、プッシュスイッチ１２がオン状態からオフ状態に切り替わったことに対応して、スイッチ１４をオフするとともに、単位時間当たりのオン時間の割合を徐々に上げていきながら、リレースイッチ１６を間欠的にオンし、コンデンサＣに蓄積された電荷を放電させる。
【００３０】
このように、リレースイッチ１６のオン時間を徐々に長くしながら、間欠的にオンすることで、コンデンサＣに蓄積された電荷を一度に放電されずに済むため、電源装置を構成する回路に過電流が流れ、回路に与える悪影響を低減することができる。よって、コンデンサＣの放電する際の経路上の素子や導線を小型化することが可能であり、低価格化や電気的ノイズの低減化を図ることができる。
【００３１】
以上、実施形態１では、平滑回路としてコンデンサを設けた電源装置として、電源からの電力をコンデンサを介して負荷に供給する電源装置を例として説明した。しかし、電源装置は上記の構成には限定されない。
【００３２】
そこで、本発明を実施するための第２の形態（以下、「実施形態２」と称す）について、以下図面を用いて説明する。
【００３３】
実施形態２では、４つのダイオードをブリッジ接続することで構成された整流回路２０の代わりに、４つのＦＥＴ型半導体スイッチング素子をブリッジ接続（フルブリッジ接続）することで構成されたスイッチ回路２２を設け、コンデンサＣの放電時に閉回路を形成するスイッチとして当該スイッチ回路２２を利用し、リレースイッチ１６を省略した点、及びブリッジ回路２２の入力端２２ａ，２２ｂに交流電源１０を介して負荷３２を設けている点で、実施形態１の電源装置と異なる。
【００３４】
スイッチ回路２２を構成する第１〜第４半導体スイッチング素子２２１〜２２４は、制御装置１００からの制御信号に基づいてスイッチング動作を行う。
【００３５】
第１〜第４半導体スイッチング素子２２１〜２２４は、制御装置１００から制御信号として供給されるオン信号が入力されるゲート端子（以下、ゲートと称す）と、入力端子及び出力端子の役割を果たす２つのソース／ドレイン端子（以下、ソース／ドレインと称す）とを含む。また、第１〜第４半導体スイッチング素子２２１〜２２４のそれぞれは、ゲートにオン信号が入力されていないスイッチオフ時には、電流を一方向にのみ導通させ、ゲートにオン信号が入力されているスイッチオン時には、電流を両方向に導通させる。すなわち、第１〜第４半導体スイッチング素子２２１〜２２４は、スイッチオフ時には、一方のソース／ドレインから他方のソース／ドレインへの一方向のみ電流を導通させ、スイッチオン時には、両方のソース／ドレイン間で両方向に電流を導通させる。
【００３６】
以上のように構成された電源装置において、制御装置１００は、例えば、交流電源１０の半周期毎のスイッチ切替タイミングで、第１半導体スイッチング素子２２１及び第３半導体スイッチング素子２２３と、第２半導体スイッチング素子２２２及び第４半導体スイッチング素子２２４と、を交互にオン／オフすることにより、負荷３０および負荷３２に印加する電圧を制御する。
【００３７】
さて、このように構成された電源装置においても、プッシュスイッチ１２がオン時に交流電源１０からの電力によりコンデンサＣに蓄積された電荷が、プッシュスイッチ１２がオフされ、交流電源１０と電気的に切断された後も、蓄積されたままとなることがある。
【００３８】
このようにコンデンサＣに電荷が蓄積された状態で、再びプッシュスイッチ１２をオンすると、コンデンサＣに蓄積された電荷の影響により過電流が流れ、第１〜第４半導体スイッチング素子２２１〜２２４等に影響を与えるおそれがある。
【００３９】
そこで、実施形態２に係る制御装置１００は、プッシュスイッチ１２がオフされたことに対応して、第１半導体スイッチング素子２２１及び第２半導体スイッチング素子２２２のペア、もしくは第３半導体スイッチング素子２２３及び第４半導体スイッチング素子２２４のペアのそれぞれ２つのゲートに対して同時にオン信号を間欠的に出力することで、第１半導体スイッチング素子２２１及び第２半導体スイッチング素子２２２のペア、もしくは第３半導体スイッチング素子２２３及び第４半導体スイッチング素子２２４のペアとコンデンサＣとの間に閉回路を形成し、コンデンサＣに蓄積された電荷を間欠的に放電させる。即ち、制御装置１００は、実施形態１と同様に、単位時間当たりのオン時間の割合が徐々に上がるようにゲートＧ１及びゲートＧ２のペアもしくはゲートＧ３及びゲートＧ４のペアに同時にオン信号を出力することで、コンデンサＣに蓄積された電荷を徐々に放電させる。このように徐々に放電させることで、コンデンサＣに蓄積された電荷が一度に放電されることによる過電流の発生を抑制することができる。
【００４０】
また、実施形態２では、コンデンサＣと閉回路を形成するスイッチとして、半導体スイッチング素子を用いる例について説明した。当該スイッチとして、メカニカルリレーを用いる場合、メカニカルリレーの動作速度が速くても数ミリ秒程度であるため、一回のスイッチング動作におけるコンデンサＣの放電時間が長くなる。その結果、一回のスイッチング動作で放電される電流量が増加し、電源装置を構成する回路素子等に影響を与えるおそれがある。一方、実施形態２のように半導体スイッチング素子を用いてコンデンサＣと閉回路を形成することで、一回のスイッチング動作におけるコンデンサＣの放電時間をメカニカルスイッチに比べて短くすることができる。例えば、ＦＥＴ型半導体スイッチング素子の場合、数十マイクロ秒以下でスイッチング動作が可能である。つまり、半導体スイッチング素子を用いることで、一回のスイッチング動作で放電される電流量を、メカニカルスイッチを利用する場合に比べて少なくすることができる。よって、実施形態２に示すように、コンデンサＣと閉回路を形成するスイッチとして、半導体スイッチング素子を用いることにより、コンデンサＣの放電時における過電流の発生をより確実に抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、コンデンサと電源とが電気的に遮断された状態において、コンデンサと閉回路を形成するスイッチのオン時間を徐々に長くしながら、間欠的に当該スイッチをオンすることで、コンデンサに蓄積された電荷を徐々に放電させることにより、コンデンサの放電時に電源装置を構成する回路に過電流が流れることを抑制できるので、電源からの電力をコンデンサを介して負荷に供給する電源装置等に適用することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１０    交流電源
１２    プッシュスイッチ
１４    スイッチ
１６    リレースイッチ
２０    整流回路
Ｃ      コンデンサ
３０    負荷
１００  制御装置
【図１】
2010213463.tif 000003
【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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