(57)【要約】【課題】直流電流を供給する装置において、装置の電位出力端に負荷を接続したときの突入電流を抑止して装置の電源入力端の電位低下を抑制し、かつ、瞬時の若干の電源入力端の電位低下を補償する。【解決手段】整流素子１が並列接続された第１の巻線の一端に、外部の直流の一方の極性の電位が印加され、整流素子１は直流の一方の極性の電位に順方向であり、第１の巻線の他端の電位は第２の巻線の一端に印加され、第１の巻線と該第２の巻線の発生する磁束が相殺する方向に磁気回路に巻回され直列接続され、第１の巻線と該第２の巻線は疎結合であり整流手段と抵抗素子の並列接続回路に容量素子が直列接続された回路の両端に第１の巻線の一端の電位と外部の直流の他方の極性との電位差が印加され、整流手段は外部の直流の一方の極性の電位と外部の直流の他方の極性の電位差に逆方向である回路。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
整流素子１が並列接続された第１の巻線の一端に、外部の直流の一方の極性の電位が印加され、該整流素子１は該直流の一方の極性の電位に順方向であり、該第１の巻線の他端の電位は第２の巻線の一端に印加され、該第１の巻線と該第２の巻線の発生する磁束が相殺する方向に磁気回路に巻回され直列接続され、該第１の巻線と該第２の巻線は疎結合であり、
整流手段と抵抗素子の並列接続回路に容量素子が直列接続された回路の両端に前記第１の巻線の一端の電位と前記外部の直流の他方の極性との電位差が印加され、該整流手段は該外部の直流の一方の極性の電位と該外部の直流の他方の極性の電位差に逆方向であることを特徴とする突入電流抑止及び瞬低補償回路。
【請求項２】
前記整流素子１に替えて容量素子２を第１の巻線に並列接続することを特徴とする請求項１に記載の突入電流抑止及び瞬低補償回路。
【請求項３】
前記整流素子１に替えて、前記第１の巻線に磁気結合され両端が短絡された第３の巻線を備え、
前記第１の巻線の一端に、外部の直流の一方の極性の電位が印加され、該第１の巻線の他端の電位は第２の巻線の一端に印加され、該第１の巻線と該第２の巻線の発生する磁束が相殺する方向に磁気回路に巻回され直列接続され、該第１の巻線と該第２の巻線は疎結合であり、
整流手段と抵抗素子の並列接続回路に容量素子が直列接続された回路の両端に前記第１の巻線の一端の電位と前記外部の直流の他方の極性との電位差が印加され、該整流手段は該外部の直流の一方の極性の電位と該外部の直流の他方の極性の電位差に逆方向であることを特徴とする請求項１に記載の突入電流抑止及び瞬低補償回路。
【請求項４】
前記突入電流抑止及び瞬低補償回路の出力電圧は、前記第２の巻線の他端の電位と前記外部の他方の極性との電位差によることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の突入電流抑止及び瞬低補償回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷への突入電流を緩衝し、かつ、該負荷への突入電流による他の負荷へ供給電圧の瞬低を補償する回路技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、負荷に電力を供給するとき、負荷によっては突入電流が発生し、他の負荷へ供給の電位を低下させる事象が発生する場合がある。
【０００３】
特許文献１、特許文献２は突入電流抑止回路であるが、負荷への電流供給回路にＦＥＴが挿入されており、半導体素子であるから破損の危惧がある。
【０００４】
ＦＥＴが破損した場合、短絡モードと断線モードが有り、短絡モードでは突入電流抑止が不能であり、断線モードでは電流路配下の負荷への給電が不能である。
【０００５】
さらに、特許文献２では、ＦＥＴへの制御回路が別の半導体素子で構成され、回路が複雑で故障率も高くなる。
【０００６】
特許文献３は瞬低補償回路であるが、インバータが２台（直列インバータ及び並列インバータ）使用されており、故障し易く高価である。また、全体として回路が複雑である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−００６６７０号公報  2
【特許文献２】特開２００５−０４５９５７号公報  1
【特許文献３】特開２００９−２６１０５２号公報  瞬低補償
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上の現状に鑑み本発明は、インバータ、制御回路及び半導体素子を使用しないで受動素子のみで構成されており、かつ、突入電流抑止及び瞬低補償の両方に動作する回路を実現した。
【０００９】
したがって、本発明は、故障率が極小。回路が簡素かつ廉価である突入電流抑止及び瞬低補償回路を実現した。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を実現するべく本発明は以下の構成とする。
（１）請求項１に係る突入電流抑止及び瞬低補償回路は、
整流素子１が並列接続された第１の巻線の一端に、外部の直流の一方の極性の電位が印加され、該整流素子１は該直流の一方の極性の電位に順方向であり、該第１の巻線の他端の電位は第２の巻線の一端に印加され、該第１の巻線と該第２の巻線の発生する磁束が相殺する方向に磁気回路に巻回され直列接続され、該第１の巻線と該第２の巻線は疎結合であり、
整流手段と抵抗素子の並列接続回路に容量素子が直列接続された回路の両端に前記第１の巻線の一端の電位と前記外部の直流の他方の極性との電位差が印加され、該整流手段は該外部の直流の一方の極性の電位と該外部の直流の他方の極性の電位差に逆方向であることを特徴とする。
（２）請求項１に係る突入電流抑止及び瞬低補償回路は、請求項１において、
前記整流素子１に替えて容量素子２を第１の巻線に並列接続することを特徴とする。
（３）請求項１に係る突入電流抑止及び瞬低補償回路は、請求項１において、
前記整流素子１に替えて、前記第１の巻線に磁気結合され両端が短絡された第３の巻線を備え、
前記第１の巻線の一端に、外部の直流の一方の極性の電位が印加され、該第１の巻線の他端の電位は第２の巻線の一端に印加され、該第１の巻線と該第２の巻線の発生する磁束が相殺する方向に磁気回路に巻回され直列接続され、該第１の巻線と該第２の巻線は疎結合であり、
整流手段と抵抗素子の並列接続回路に容量素子が直列接続された回路の両端に前記第１の巻線の一端の電位と前記外部の直流の他方の極性との電位差が印加され、該整流手段は該外部の直流の一方の極性の電位と該外部の直流の他方の極性の電位差に逆方向であることを特徴とする。
（４）請求項１に係る突入電流抑止及び瞬低補償回路は、請求項１〜３のいずれかにおいて、前記突入電流抑止及び瞬低補償回路の出力電圧は、前記第２の巻線の他端の電位と前記外部の他方の極性との電位差によることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
（Ａ）直流電流による残留磁束密度が、第１の巻線の磁束で相殺される第２の巻線で本回路の出力端での突入電流を抑止する。
（Ｂ）突入電流を抑止しても一般的に若干入力端の電位が低下することになるが、容量素子により放電し入力端の電位を補償（電位低下を最小限に抑制）する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】は、本発明による突入電流抑止及び瞬低補償回路の実施の形態を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（１）突入電流抑止及び瞬低補償回路の実施の形態
（１−１）回路構成
図１は、本発明による実施の形態である突入電流抑止及び瞬低補償回路の回路構成図である。
【００１４】
以下、図１を参照して、突入電流抑止及び瞬低補償回路の実施の形態である回路構成を説明する。
【００１５】
本発明の回路は、以下の素子から構成される。
符号ＭＣで示されるＥＩ型磁気コア（図示なし。磁気コアを磁気回路とも称す。以下も同様とする。）の一方の脚に符号Ｌ１で示される第１の巻線、中央脚に符号Ｌ２で示される第２の巻線を巻回し、他方の脚には巻線を巻回しないでギャップを設け第１の巻線と第２の巻線を疎結合としたチョークコイルが存在している。
【００１６】
または、符号ＭＣで示されるＥＩ型磁気コアの一方の脚に符号Ｌ２で示される第２の巻線、中央脚に符号Ｌ１で示される第１の巻線を巻回し、他方の脚には巻線を巻回しないでギャップを設け第１の巻線と第２の巻線を疎結合としたチョークコイルが存在している。
【００１７】
さらにまたは、符号ＭＣで示されるＥＩ型磁気コアの一方の脚に符号Ｌ１で示される第１の巻線を巻回し、中央脚には巻線を巻回しないでギャップを設け、他方の脚には符号Ｌ２で示される第２の巻線を巻回し第１の巻線と第２の巻線を疎結合としたチョークコイルが存在している。
磁気回路（コア）、第１の巻線及び第２の巻線にはこのようなバリエーションが存在する。いずれのバリエーションにおいても、第１の巻線と第２の巻線に図１のとおり直列に電流を流すと対抗（逆向き）する磁束が発生する構造（磁気回路と巻線の巻方）である。
【００１８】
第１の巻線には、符号Ｄ１で示される整流素子１（ダイオード１とも称す。）と、符号Ｄ３で示される整流素子３（ダイオード３とも称す。）が並列接続されている。整流素子１のアノードと整流素子３のカソードは第１の巻線の一端（Ｌ１の黒丸印の有る巻線の端）に接続され、整流素子１のカソードと整流素子３のアノードは第１の巻線の他端（Ｌ１の黒丸印の無い巻線の端）に接続されている。
図１では、整流素子１、整流素子３は、ＰＮ接合ダイオードで表しているがショットキーバリアダイオードでもよい。したがって、整流素子１、整流素子３はショットキーバリアダイオードも含むものとする。
【００１９】
第１の巻線の一端には符号Ｔ１で示される端子１（Ｔ１とも称す。）が接続され、第１の巻線の他端には第２の巻線の一端が接続され、第２の巻線の他端には符号Ｔ３で示される端子３（Ｔ３とも称す。）が接続されている。
【００２０】
符号Ｄ２で示される整流素子２（ダイオード２とも称す。）と符号Ｒ１で示される抵抗素子１（単に抵抗素子とも称す。）の並列接続回路（整流素子２のカソード側）に符号Ｃ１で示される容量素子１（単に容量素子、またはコンデンサとも称す。）が直列接続され、容量素子の一端が端子１に接続され、整流素子２のアノードが符号Ｔ２で示される端子２（Ｔ２とも称す。）に接続されている。
【００２１】
図１において、整流素子２はＰＮ接合のダイオードで表しているがこれに限定されず、ＦＥＴ等半導体素子の導通／非導通を制御する回路を有し、ＦＥＴ等の半導体素子とこれを制御する制御回路の組み合わせの整流回路でもよい。
すなわち、ＦＥＴのソース、ドレイン間が整流電流路であり、この電流路を別の半導体素子で導通／非導通の制御をする（ＦＥＴのゲートを制御）整流回路により構成される整流手段を意味する。
また、ショットキーバリアダイオードでもよい。この整流回路、整流素子２（ＰＮ接合ダイオード）及びショットキーバリアダイオードを総称して整流手段と称す。
【００２２】
端子２と符号Ｔ４で示される端子４（Ｔ４とも称す。）は直結されている。端子３と端子４は電位差（電力又は電圧）の出力端子である。
端子３、端子４間には外部の負荷内部に存在する入力コンデンサＣ２が模式的に接続されている。
本発明は、入力コンデンサＣ２に突入電流が流れる事象を抑止することと、突入電流が少しでも流れることにより、端子１、端子２間に瞬低が発生することを容量素子で補償（抑制）する。すなわち、容量素子の放電により端子１、端子２間の電位差低下を抑制する。
また、入力コンデンサＣ２を有しない負荷においても、これを端子３、端子４間に接続すると、流れていなかった電流が流れ始める（電流の変化の発生）ので上記の事象を抑止することも含む。
【００２３】
（１−２）回路動作
図１を参照し、本発明による突入電流抑止及び瞬低補償回路の実施の形態である回路動作を説明する。
【００２４】
チョークコイルの第１の巻線（以下、Ｌ１とも称す。）と第２の巻線（以下、Ｌ２とも称す。）には概略以下の機能がある。
本発明の直流適用チョークコイルＬ２が巻回されている脚である磁気回路部分において、磁場と磁束密度をＸ−Ｙ座標で表したＢ−Ｈ曲線の第１象限の上部から原点付近又は第３象限まで磁束密度変化振幅を大きくとることができる。したがって、直流磁化せず磁気回路の機能を有効に使用でき直流突入電流抑止に好適なチョークコイル（Ｌ２）が実現できる。
【００２５】
さらに、別要素である整流手段と抵抗素子の並列接続回路に容量素子を直列接続した回路においては、突入電流抑止しても少しは直流の一方の極（Ｔ１：正極）と直流の他方の極（Ｔ２：負極））の電位差が低下する事象を防止するため、容量素子に蓄積された電荷を放電し、Ｔ１とＴ２間の電位差の低下を補償する。
Ｔ１とＴ２間には他の機器が接続されており、他の機器への供給電圧低下の影響を防止する。
【００２６】
Ｔ１に直流の一方の極性の電位（正極）、Ｔ２に直流の他方の極性の電位（負極）が印加されている状態で、Ｔ３とＴ４に負荷を接続する。負荷はコンデンサＣ２入力であるから突入電流が発生する構成である。
【００２７】
本発明では、突入電流は極力抑止される。本発明の回路装置を初めて使用するとき、Ｌ１及びＬ２が巻回されている磁気回路は励磁されていない。したがって、磁気回路が磁化する方向に残留磁束密度が存在していないため、Ｌ２には充分なリアクタンスが発生する。したがって、Ｔ３とＴ４に負荷を接続したときコンデンサＣ２への突入電流を充分抑止できる。入力コンデンサＣ２を有しない負荷の場合も同様。
【００２８】
Ｌ１には、整流素子１が並列接続されているため、Ｔ３とＴ４に負荷を接続した短期間は、Ｌ２に電流変化（ｄｉ／ｄｔ）が発生し、この電流は、整流素子１がＬ１をバイパスして整流素子１を通してＬ２に電流が流れる。したがって、Ｌ２の充分なリアクタンスにより突入電流を抑止する。
【００２９】
突入電流を抑止して、その後、負荷定常電流に移行する。通常の負荷動作状態となる。このとき、Ｌ２には負荷の定常電流が流れることは当然であるが、Ｌ１に並列接続された整流素子１には順方向電圧降下（０．６Ｖ程度）が有り、Ｌ１は直流にはリアクタンスを発生せず銅線抵抗値のみで微小抵抗であるから負荷電流はＬ１を通る。したがって、Ｌ１は直流磁束を発生する。
【００３０】
したがって、Ｔ３、Ｔ４に負荷を接続したとき、Ｌ２を流れる電流で発生する磁束により、Ｌ２が巻回されている脚の磁気回路部分の磁束密度ベクトル値がＢ−Ｈ曲線の第１象限の上部に遷移していたとしても、Ｌ１を流れる電流で発生する磁束により、Ｌ２が巻回されている脚の磁気回路部分の磁束密度ベクトル値は、第１象限の下部、原点付近又は第３象限に遷移する。
【００３１】
これは、前述したとおり、Ｌ１の発生する磁束とＬ２の発生する磁束が逆方向であるからＬ２が巻回されている脚の磁束密度ベクトル値が減少又は極性が逆にもなる。なお、第１象限、第３象限は相対的な表現で、第１象限と第３象限を入れ替えてもよい。
【００３２】
一般に、直流を流した磁気回路は残留磁束密度が大きく、該磁気回路の脚に巻回した同じ巻線に同方向の電流を流した場合磁気飽和して必要なリアクタンスが得られない。
本発明では、このような現象を相殺して、直流を流しても充分なリアクタンスを得られるようにした。
【００３３】
Ｌ２が巻回された脚の磁気回路部分の磁束密度ベクトル値をＢ−Ｈ曲線において、第１象限の下部に、原点付近に又は第３象限にまで遷移させることにより、次回に負荷をＴ３、Ｔ４に接続するときも充分なリアクタンスを得られ、突入電流を充分抑止できる。
【００３４】
（１−３）容量素子の放電
次に、Ｔ１、Ｔ２間に接続されている、整流手段と抵抗素子の並列接続回路に容量素子が直列接続されている回路について説明する。
【００３５】
磁気回路、Ｌ１、Ｌ２などにより突入電流を抑止するが、突入電流が大きいと、若干、Ｔ１、Ｔ２間の電位差が低下する。この電位差の瞬間的低下（瞬低）を補う（補償、瞬低の抑制）する構成が、容量素子、整流手段及び抵抗素子である。
【００３６】
Ｔ１に一方の極性の電位（正極）、Ｔ２に他方の極性の電位（負極）が印加されている状態で、Ｔ３とＴ４に負荷を接続する。
このとき、Ｔ１とＴ２間に若干の瞬低が発生すると、容量素子に、Ｔ１、Ｔ２間電位差まで充電されていた電荷がＴ１、Ｔ２間に放電し、Ｔ１、Ｔ２間の瞬低を最小限にとどめる（瞬低補償）。
また、Ｔ１、Ｔ２間に印加されている外部の電源電圧が低下したときもこの電圧の低下を補償する。
【００３７】
図１の本発明の装置が負荷に電力を供給している定常状態では、抵抗素子を通じて容量素子を充電する。抵抗素子は、Ｔ１、Ｔ２に外部の直流電源を接続したとき、容量素子に突入電流が流れることを抑止する。時間をかけて容量素子を充電する。
【００３８】
整流手段は、容量素子の充電時に抵抗素子を通させて緩やかに電流を流し、放電時は、整流手段を通して瞬時に容量素子の電荷を放電させる機能を有する。
したがって、整流手段は、容量素子の充電時と放電時の電流の大きさを切り分ける機能を有する。
【００３９】
整流素子３は、Ｌ１を流れる電流を断としたとき、自己誘導によりＬ１の両端に発生する高圧を吸収する。負荷をＴ３、Ｔ４から外したときに相当する。
【００４０】
（１−４）実施の形態の変形例１
図１において、図示しないが、整流素子１と整流素子３の並列接続回路を容量素子に置換することができる（この容量素子を容量素子２と称す。）容量素子２と外部の負荷内部の入力コンデンサＣ２とは区別する。
【００４１】
容量素子２は、Ｔ３、Ｔ４に負荷を接続した短時間直流電流を流し、その後の負荷定常電流時は、容量素子２には電流は流れず電流はＬ１に流れる。したがって、負荷を接続した短時間はＬ２に電流変化（ｄｉ／ｄｔ）が発生しこの電流が容量素子２を通してＬ２に流れ、定常負荷電流時にはＬ１に電流が流れる点で、整流素子１と代替できる。
【００４２】
また、容量素子２は、Ｌ１を流れる電流を断としたとき（負荷をＴ３、Ｔ４から外したときに相当する。）、自己誘導によりＬ１の両端に発生する高圧を吸収する（整流素子３の働きに相当）。
【００４３】
実施の形態の変形例１において、その他は、実施の形態の説明と同様であり、重複する説明を割愛する。
【００４４】
（１−５）実施の形態の変形例２
図１において、図示しないが、整流素子１と整流素子３の並列接続回路を、磁気回路においてＬ１が巻回されている脚に、コイルの両端を短絡された第３の巻線を巻回すること、に置換することができる。
すなわち、整流素子１と整流素子３を外し、コイルの両端が短絡された第３の巻線（以下、Ｌ３とも称す。）を、Ｌ１が巻回されている近傍、付近に巻回する。Ｌ３はＬ１との疎結合、蜜結合を問わない。
【００４５】
コイルの両端を短絡されたＬ３がＬ１の近傍、付近の磁気回路に巻回されていると、Ｌ１に電流量の変化する電流を流した場合、Ｌ１のコイルの両端が短絡されている状態と等価となる。
Ｌ１に電流量の変化する電流を流す場合、Ｌ１とＬ３が磁気結合されていることから、Ｌ１はＬ３と同じ状態、すなわち、Ｌ１のコイルの両端は短絡されている状態と等価となる。
Ｔ３、Ｔ４に負荷を接続したとき、Ｌ１には電流が流れる（電流量の変化が発生。ｄｉ／ｄｔ≠０）が、等価的にＬ１のコイルの両端は短絡されているので、Ｌ１からは磁束を発生しない。これがＬ３の機能である。Ｌ２にも電流が流れるので、Ｌ２から発生する磁束により、磁気回路のＬ２が巻回されている脚の磁束密度は第１象限の上部に遷移する。
【００４６】
Ｌ３には、負荷を接続したときと離隔したときに電流が流れる。Ｌ１を流れる電流を断としたとき、自己誘導によりＬ１の両端に発生する高圧を第３の巻線で吸収しＬ１に高圧を発生させない。
【００４７】
Ｌ３に電流が流れるときは、Ｌ１に流れる電流量が変化しているとき（ｄｉ／ｄｔ≠０）のみである。外部の負荷に定常電流が流れているとき、すなわちＬ１に流れる電流の変化が緩やかなとき（ｄｉ／ｄｔが略０）は、Ｌ３には電流が流れない（電流は略０）。これはトランスの原理である。
【００４８】
Ｌ１、Ｌ３及びＬ１の電流の変化／非変化の関係を以下にまとめる。
（ａ）Ｌ１に電流（量、極性）の変化のある電流を流すと、Ｌ１の両端は短絡状態と等価となり、Ｌ１は存在しないものと等価でありＬ１からは磁束が発生しない。Ｌ３は存在しＬ３には電流が流れる。
（ｂ）Ｌ１に電流（量、極性）の変化のない電流を流すと、Ｌ１は普通に存在しＬ１から磁束が発生する。Ｌ３は存在しないものと等価であり、Ｌ３には電流が流れない。
外部の負荷に定常電流が流れＬ１に流れる電流量が変化しないとき（電流の変化が緩やかな場合も含む。）Ｌ１に流れ電流により磁束が発生し、この磁束は、Ｌ２に流れる電流による磁束の方向と逆方向である。
したがって、磁気回路において、Ｌ２が巻回されている脚の磁束密度は、Ｂ−Ｈ曲線において、第１象限の下部、原点付近又は第３象限に遷移する。
第１象限の下部、原点付近又は第３象限に遷移するという事象は、Ｌ１とＬ２の巻線比で変化する。
【００４９】
このように、実施の形態、実施の形態の変形例１及び変形例２のいずれにおいても直流を流すチョークコイルでありながら、磁気回路のＬ２が巻回される脚の残留磁束密度が少ないか、ほぼ存在しないか又は逆方向の磁束密度ベクトル値をとり得るため、磁気飽和することなく大きなリアクタンスがとれる。このため、突入電流抑止に大きな貢献をすることができる。
なお、実施の形態の変形例２において、実施の形態の説明と重複するところは、説明を割愛している部分が存在する。
【００５０】
実施の形態、実施の形態の変形例１及び変形例２のいずれにおいても、Ｔ１（正極）、Ｔ２（負極）の極性を逆にすると、整流手段Ｄ２の極性を逆にする。また、容量素子Ｃ１、容量素子Ｃ２が有極性の場合、極性を逆とするのみで図１回路の基本構成は不変である。
【符号の説明】
【００５１】
ＭＣ                    磁気回路
Ｌ１、Ｌ２              巻線
Ｄ１〜Ｄ３              整流素子
Ｃ１、Ｃ２              容量素子
Ｒ１                    抵抗素子
Ｔ１〜Ｔ４              端子
【図１】
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