(57)【要約】  コンデンサの充電電流の急激な上昇を抑制する。  電流抑制回路１０は、直流電圧を出力する電源部１２と、電源部の直流電圧により動作する負荷１４との間に設けられる。電流抑制回路は、コンデンサ１８と偏磁コイル２０とが直列接続している。偏磁コイルは、永久磁石により磁気密度Ｂが飽和磁気密度Ｂｓとなった磁界が形成されたコア、及びコアに巻き付けられたコイル２４を含む。偏磁コイルは、電源スイッチ１６がオンされてコンデンサが充電を開始したとき、コイルに流れる充電電流Ｉｃが電流Ｉｓ以上となると、インダクタンスが増加する。偏磁コイルは、このインダクタンスに応じたインピーダンスにより充電電流の急激な上昇及びピーク電流を抑える。
2013164896.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
印加される直流電圧に応じた充電電流により電荷を蓄積するコンデンサと、
前記コンデンサに対して直列接続されたコイル、前記コイルが巻き付けられたコア、前記コアの内部を飽和磁束密度とする磁界を前記コアに形成する磁化部材を備え、前記コイルに流れる前記充電電流が所定値以上となることでインダクタンスが増加する偏磁コイルと、
を含む電流抑制回路。
【請求項２】
前記コンデンサが、前記直流電圧の印加される負荷と並列接続された請求項１記載の電流抑制回路。
【請求項３】
前記偏磁コイルと前記コンデンサとが前記負荷に並列接続された請求項２記載の電流抑制回路。
【請求項４】
交流電圧を整流して負荷に供給する直流電圧を生成する整流回路と、
前記整流回路から出力される直流電圧が印加されるコンデンサと、
前記コンデンサに対して直列接続されたコイル、前記コイルが巻き付けられたコア、前記コアの内部を飽和磁束密度とする磁界を前記コアに形成する磁化部材を備え、前記コイルに流れる前記充電電流が所定値以上となることでインダクタンスが増加する偏磁コイルと、
を含む電源回路。
【請求項５】
前記コンデンサに前記負荷が並列接続される請求項４記載の電源回路。
【請求項６】
前記偏磁コイルと前記コンデンサとに前記負荷が並列接続される請求項５記載の電源回路。
【請求項７】
負荷に直流電圧を供給する電圧源と、
前記電圧源から出力される直流電圧が印加されるコンデンサと、
前記コンデンサに対して直列接続されたコイル、前記コイルが巻き付けられたコア、前記コアの内部を飽和磁束密度とする磁界を前記コアに形成する磁化部材を備え、前記コイルに流れる前記充電電流が所定値以上となることでインダクタンスが増加する偏磁コイルと、
を含む電源装置。
【請求項８】
前記コンデンサが前記負荷と並列接続された請求項７記載の電源装置。
【請求項９】
前記偏磁コイルと前記コンデンサとが前記負荷に並列接続された請求項８記載の電源装置。
【請求項１０】
前記電圧源が、交流電圧源から入力される交流電圧を整流する整流回路を含む請求項９記載の電源装置。
【請求項１１】
前記交流電圧源から前記交流電圧の入力が開始されたときに前記整流回路から出力する整流電圧の電流を抑制する電流抑制部材と、
前記電流抑制部材により電流が抑制されて前記負荷へ出力される電圧を検出する電圧検出部と、
前記電圧検出部の検出電圧が所定電圧に達することで、前記電流抑制部材をバイパスさせて前記整流電圧を出力させるバイパス部と、
を含む請求項１０記載の電源装置。
【請求項１２】
外部電源から直流電圧の供給を受けるための一対の端子と、
前記一対の端子間に印加される前記直流電圧の上昇に応じた充電電流により電荷を蓄積するコンデンサと、
前記コンデンサ直列接続されて前記一対の端子間に接続されたコイル、前記コイルが巻き付けられたコア、前記コアの内部を飽和磁束密度とする磁界を前記コアに形成する磁化部材を備え、前記コイルに流れる前記充電電流が所定値以上となることでインダクタンスが増加する偏磁コイルと、
を含む半導体回路。
【請求項１３】
外部電源から直流電圧の供給を受けるための一対の端子と、
前記一対の端子間に印加される前記直流電圧の上昇に応じた充電電流により電荷を蓄積するコンデンサと、
前記コンデンサ直列接続されて前記一対の端子間に接続されたコイル、前記コイルが巻き付けられたコア、前記コアの内部を飽和磁束密度とする磁界を前記コアに形成する磁化部材を備え、前記コイルに流れる前記充電電流が所定値以上となることでインダクタンスが増加する偏磁コイルと、
を含む負荷回路基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流抑制回路、電源回路、電源装置、半導体回路、及び負荷回路基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、コアの一部に永久磁石又は電磁石を設け、コアの磁気密度を飽和させることで、コイルに大電流が流れるのを制限する限流器が提案されている。また、限流器を用いた技術としては、装置内部に設けたコンデンサの放電電流を抑制する技術が提案されている。この技術では、短絡などにより電源ラインからの電力供給が停止した場合に、コンデンサからの放電電流を抑制することで、コンデンサに蓄積された電力が電源ラインへ放出されてしまうのを防止する。【０００３】
一方、電源装置は、交流電圧を整流回路で整流した後、電解コンデンサなどを用いて平滑化することで直流電圧に変換して負荷機器へ供給する。このような電源装置では、電源スイッチをオンしてコンデンサへの電圧印加を開始したとき、コンデンサの充電電流の電流値が瞬間的に増加し、電源装置の入力電流に突入電流を生じさせる。【０００４】
突入電流を抑制する技術としては、整流回路の出力側に突入電流抑制用の抵抗等のインピーダンス成分を設ける技術がある。この技術では、突入電流を抑制することができるが、定常状態においてもインピーダンス成分により電力が消費されてしまう。【０００５】
ここから、突入電流抑制用の抵抗と並列にスイッチを設け、定常状態で、スイッチを閉じることで、インピーダンス成分により電力が消費されることがないようにした技術がある。しかし、この技術においては、スイッチを閉じた瞬間にインピーダンス成分が無くなることで、コンデンサに印加される電圧が上昇し、突入電流を生じさせてしまうことがある。【０００６】
更に、コンデンサへの突入電流を抑制する技術としては、コンデンサの充電電流に対してインピーダンス成分を設けることで、コンデンサ充電時の突入電流を抑制する技術が提案されている。しかし、提案の技術では、コンデンサの充電電流に対して常にインピーダンス成分が作用してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０９−１６８２８１号公報
【特許文献２】特開２００１−２３８３４９号公報
【特許文献３】特開２００４−２０１３６９号公報
【特許文献４】特開２０１０−２６３７０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
１つの側面では、本発明は、コンデンサに印加された電圧よる突入電流の発生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】
【０００９】
１つの案では、コンデンサが、印加される直流電圧に応じた充電電流により電荷を蓄積する。また、偏磁コイルは、前記コンデンサに対して直列接続されたコイル、前記コイルが巻き付けられたコア、前記コアの内部を飽和磁束密度とする磁界を前記コアに形成する磁化部材を備える。また、偏磁コイルは、前記コイルに流れる前記充電電流が所定値以上となることでインダクタンスが増加する。
【発明の効果】
【００１０】
コンデンサに印加された電圧が上昇することによる突入電流の発生を抑制することができる、という効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】開示の技術における電流抑制回路を示す回路図である。
【図２】開示の技術における偏磁コイルの一例を示す斜視図である。
【図３】Ｂ-Ｈ特性、非偏磁コイル及び偏磁コイルの直流重畳特性を示す線図である。
【図４】電流抑制回路に印加される電圧の変化を示す線図である。
【図５】電流抑制回路への入力電流の変化を示す線図である。
【図６】開示の技術における電流抑制回路の他の態様を示す回路図である。
【図７】第１の実施の形態に係る電源装置の一例を示す要部の回路図である。
【図８】偏磁コイルを設けている場合の瞬時停電時における交流電圧、入力電流及びコンデンサ電圧の変化を示す線図である。
【図９】偏磁コイルを設けていない場合の瞬時停電時における交流電圧、入力電流及びコンデンサ電圧の変化を示す線図である。
【図１０】第２の実施の形態に係る電源装置の一例を示す要部の回路図である。
【図１１】第２の実施の形態に係る電源装置における交流電圧、入力電流及びコンデンサ電圧の変化を示す線図である。
【図１２】第２の実施の形態に係る電源装置において偏磁コイルを設けていない場合の交流電圧、入力電流及びコンデンサ電圧の変化を示す線図である。
【図１３】第３の実施の形態に係る電源装置の一例を示す要部の回路図である。
【図１４】開示の技術における他の態様の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、開示の技術の実施の形態の説明に先立ち、開示の技術の原理を説明する。図１には、電流抑制回路１０を示す。電流抑制回路１０は、電源部１２と、電源部１２から電力画供給される負荷１４との間に設けられる。電源部１２は、電源スイッチ１６がオン操作されることで接点を閉じると、所定直流電圧Ｖｄを負荷１４へ供給する。
【００１３】
電流抑制回路１０は、電解コンデンサなどのコンデンサ１８を備える。コンデンサ１８は、一対の端子の一方が電源部１２の＋側に接続され、他方が電源部１２の−側に接続されることで、電源スイッチ１６の負荷１４側に負荷１４と並列に接続されている。コンデンサ１８は、一対の端子間に印加された電圧に応じた電荷を蓄積する機能を有する。
【００１４】
電流抑制回路１０は、コンデンサ１８の＋側の端子に、コンデンサ１８と直列に偏磁コイル２０が接続されている。
【００１５】
図２に示すように、偏磁コイル２０は、磁性材料を用いて形成したコア２２、及びコア２２に電線を巻き付けて生成したコイル２４を含む。
【００１６】
コア２２の材質としては、公知の材質を適用することができる。また、コア２２は、環状に限らず、内側に中空部が形成された四角形などの任意の形状を適用することができる。
【００１７】
コア２２は、環状に形成された一部が切除され、切除部分に磁化部材としての永久磁石２６が嵌め込まれ、閉じられた磁気回路が形成されている。偏磁コイル２０は、コア２２を形成する部材と永久磁石２６を形成する部材とを、磁気的にループを形成するように連結したものであれば良い。また、磁化部材としては、コア２２に所定の磁界を形成する部材を適用することができる。
【００１８】
図１及び図２において、コンデンサ１８への充電時に偏磁コイル２０のコイル２４に流れる電流を充電電流Ｉｃとしている。
【００１９】
図３には、永久磁石２６が設けられていない一般的なコイル（以下、非偏磁コイルとする）及び偏磁コイル２０のＢ−Ｈ特性曲線、及び電流に対するインダクタンスの特性である直流重畳特性を示している。なお、図３の直流重畳特性は、偏磁コイル２０の特性を実線で示し、非偏磁コイルの特性を破線で示している。
【００２０】
コア２２では、永久磁石２６により磁界Ｈが加わることで、コイル２４に電流が流れていない状態でも、磁束が発生している。コア２２の内部の磁束密度Ｂは、磁界Ｈの向き及び強さによって変化し、磁界Ｈを強くすることで磁束密度Ｂが高くなる。
【００２１】
偏磁コイル２０に設けた永久磁石２６は、コイル２４に電流が流れていない状態でも、コア２２内部の磁束密度Ｂを飽和させている。磁束密度Ｂの飽和は、永久磁石２６によりコア２２の内部に一方向に向く磁束が形成され、かつ、コイル２４に電流を流して同一方向の磁束を増加させようとしても、逆方向へは磁束が増加する余地がない状態を示す。このときの磁束密度Ｂは、飽和磁束密度Ｂｓとなる。偏磁コイル２０は、コア２２の内部の磁束密度Ｂが飽和磁束密度Ｂｓに達していることで、磁界Ｈを強くしても磁束の増加が生じない。
【００２２】
図２に示すように、コア２２の内部で矢印Ｂ方向の磁束により飽和磁束密度Ｂｓに達している場合、コイル２２の内部の磁束（磁束密度Ｂ）は増加しない。このとき、コイル２４のインダクタンスＬは、極めて低くなっている。したがって、コイル２４には、磁束を増加する方向（−側から＋側）へ電流が流れても、この電流に対するインピーダンスが現れない。なお、図２においては、充電電流Ｉｃの方向を矢印Ｉｃで示す。
【００２３】
図２に示すように、偏磁コイル２０のコイル２４は、充電電流Ｉｃが＋側から−側に流れたときに、永久磁石２６によって生ずる磁束と逆向きの磁束が生じる向きでコア２２に巻回されている。コイル２４に電流（充電電流Ｉｃ）が流れると、磁束密度Ｂを減少させる向きの磁界が生ずる。このとき、コア２２の内部の磁界が、磁束密度Ｂが飽和磁束密度Ｂｓ未満となる磁界に達するまでは、コイル２４は、低いインダクタンスＬを維持している。
【００２４】
コア２２の内部には、磁界の強さが、磁束密度Ｂが飽和磁束密度Ｂｓ未満となる値になると、磁束密度Ｂを減少させる方向の磁束が生ずる。コア２２の内部に磁束密度Ｂを減少させる方向の磁束が生じることで、偏磁コイル２０のインダクタンスＬは大幅に増加する。このインダクタンスＬは、コイル２４の充電電流Ｉｃの変化に対してインピーダンスとして作用して充電電流Ｉｃの変化を抑制する。
【００２５】
すなわち、偏磁コイル２０では、インダクタンスＬが増加することで、充電電流Ｉｃに対する逆起電力が生じ、この逆起電力により充電電流Ｉｃの増加が抑えられる。
【００２６】
偏磁コイル２０は、矢印Ｉｃ方向の充電電流Ｉｃに対して電流が所定値（以下、電流Ｉｓとする）に達するまでは、コア２２が飽和磁束密度Ｂｓとなるように永久磁石２６を設けている。これにより、永久磁石２６は、コイル２４に流れる充電電流Ｉｃが増加するとき、充電電流Ｉｃが電流Ｉｓに達するまでコア２２の内部を飽和磁束密度Ｂｓに維持する磁界Ｈを形成する。
【００２７】
また、偏磁コイル２０は、充電電流Ｉｃが増加して電流Ｉｓを超えた場合、永久磁石２６により飽和磁束密度Ｂｓとされていたコア２２の磁束密度Ｂが減少する。これにより、偏磁コイル２０のインダクタンスＬが大幅に増加する。偏磁コイル２０は、このインダクタンスＬに応じたインピーダンスにより充電電流Ｉｃの上昇を抑える。
【００２８】
このように電流抑制回路１０は、充電電流Ｉｃが電流Ｉｓを超えると偏磁コイル２０にインダクタンスＬが生じるように、非偏磁コイルの直流重畳特性に対して、偏磁コイル２０の直流重畳特性をシフトさせる。
【００２９】
図３では、非偏磁コイルの直流重畳特性と偏磁コイル２０の直流重畳特性とが重ならないように電流Ｉｓを設定しているが、これに限るものではない。予め設定した電流Ｉｓ以上で偏磁コイル２０のインダクタンスＬが増加するものであれば良い。例えば、非偏磁コイルの直流重畳特性と偏磁コイル２０の直流重畳特性とが重なるように電流Ｉｓを設定することを含む。
【００３０】
図４には、コンデンサ１８の端子間に印加される電圧（以下、コンデンサ電圧Ｖｃと表記する）の変化を示し、図５には、電源スイッチ１６をオンすることによる充電電流Ｉｃの変化を示している。なお、図４及び図５では、偏磁コイル２０を設けた電流抑制回路１０における電圧変化及び電流変化を実線で示し、偏磁コイル２０を除いている場合のコンデンサ電圧の電圧変化及び充電電流の電流変化を破線で示す。
【００３１】
図４に示すように、電流抑制回路１０では、電源スイッチ１６がオンされると、コンデンサ１８に電荷を蓄積し、蓄積された電荷に応じたコンデンサ電圧Ｖｃが生じる。すなわち、コンデンサ１８は、コンデンサ電圧Ｖｃが、印加された電圧に一致するように電荷を蓄積する。このとき、偏磁コイル２０を有している場合は、偏磁コイル２０を有していない場合に比較して、電圧変化は緩やかとなる。
【００３２】
図５に破線で示すように、偏磁コイル２０を有していない場合、充電電流Ｉｃは、電源スイッチ１６をオンした直後に急激に上昇する。充電電流Ｉｃは、ピーク値（ピーク電流）に達することで減少する。充電電流Ｉｃのピーク電流Ｉｐａは、電源部１２のインピーダンス、回路抵抗などのインピーダンス成分によって定まる。このインピーダンス成分は、不要な電力消費を生じさせることから低くされているため、ピーク電流Ｉｐａは、極めて高い電流値となる。したがって、入力電流Ｉｎには、電源スイッチ１６をオンした直後に極めて大きい電流値のサージ電流となる突入電流が生じる。
【００３３】
これに対して、偏磁コイル２０を備える電流抑制回路１０では、電源スイッチ１６をオンした直後は、充電電流Ｉｃが急激に上昇する。しかし、電流抑制回路１０では、充電電流Ｉｃが電流Ｉｓに達すると、偏磁コイル２０のインダクタンスＬが増加し、このインダクタンスＬに応じたインピーダンスが発生することで充電電流Ｉｃの上昇の傾きが緩やかとなる。したがって、電流抑制回路１０は、充電電流Ｉｃのピーク電流Ｉｐｂを、ピーク電流Ｉｐａと比較して低く抑えることができる。このピーク電流Ｉｐｂは、偏磁コイル２０のインダクタンスＬにより定まり、インダクタンスＬを高くすることで、ピーク電流Ｉｐｂを低くできる。
【００３４】
したがって、電流抑制回路１０は、偏磁コイル２０を有しない場合と比較して、コンデンサ電圧Ｖｃが緩やかに上昇することになるが、電源スイッチ１６をオンしたときの充電電流Ｉｃに起因する入力電流Ｉｎの突入電流を抑制することができる。
【００３５】
電流抑制回路１０においては、ピーク電流Ｉｐｂ、電流Ｉｓを入力電流Ｉｎに生じる突入電流の許容範囲に基づいて設定し、設定したピーク電流Ｉｐｂ、電流Ｉｓに基づいて偏磁コイル２０のインダクタンスＬを設定する。これにより、電流抑制回路１０では、コンデンサ１８の充電電流Ｉｃが増加することに起因して、入力電流Ｉｎに突入電流が生じるのを防止できる。
【００３６】
なお、偏磁コイル２０は、負荷１４に対して直列に接続することもできる。図６に電流抑制回路１０Ａは、コンデンサ１８に直列に接続した偏磁コイル２０が、負荷１４に対しても直列に接続させている。電流抑制回路１０Ａでは、偏磁コイル２０を通過した電流が負荷１４及びコンデンサ１８に流れる。
【００３７】
この電流抑制回路１０Ａでは、負荷１４に流れる電流を考慮して電流Ｉｓを設定する必要がある。しかし、電流抑制回路１０Ａにおいても、コンデンサ１８に印加される電圧が上昇した場合に、充電電流Ｉｃの上昇を抑えることができる。これにより、電流抑制回路１０Ａにおいても、電流抑制回路１０と同様に、突入電流による入力電流Ｉｎの急激な上昇を抑えることができる。
【００３８】
以下に開示の技術の実施形態を説明する。
【００３９】
〔第１の実施の形態〕
【００４０】
図７には、開示の技術の第１の実施の形態に係る電源装置３０を示す。電源装置３０は、電源スイッチ３２及びヒューズ３４を備え、電源スイッチ３２及びヒューズ３４を介して商用電源などの交流電源３６が接続される。電源装置３０は、電源スイッチ３２をオンする（接点を閉じる）ことで交流電源３６から所定電圧の交流電力（以下、交流電圧Ｖａｃと表記する）が供給される。
【００４１】
電源装置３０は、交流電圧Ｖａｃを整流する整流回路３８、整流回路３８で整流された電圧を平滑化する平滑回路４０を備える。電源装置３０は、整流回路３８で整流した電圧が平滑回路４０を通過することで平滑化する。
【００４２】
抵抗４２は、電源スイッチ３２とスイッチ４６が開放になったと時にコンデンサ１８の電荷を放電するために設けた放電抵抗となる。また、負荷４４は、スイッチ４６を備える。電源装置３０は、負荷４４のスイッチ４６がオンされることで、所定の直流電圧Ｖinの電力を負荷４４へ供給する。負荷４４は、電源装置３０から供給される電力に応じて動作することで、インピーダンスＲＬに応じた電力を消費する。
【００４３】
電源装置３０は、負荷４４で消費する電力に応じた電流を含む電流（以下、入力電流Ｉｎとする）がヒューズ３４を流れる。ヒューズ３４は、入力電流Ｉｎが許容電流値を超えることで溶断し、整流回路３８以降への電力供給を遮断する。
【００４４】
なお、開示の技術においては、負荷４４にスイッチ４６を設けず、電源装置３０と負荷４４とを一体として、電源スイッチ３２によりオン／オフされる電気機器を含む。すなわち、開示の技術においては、負荷４４が電源装置３０を含む電気機器であっても良い。
【００４５】
第１の実施の形態において、平滑回路４０は、開示の技術における電流抑制回路の一例であり、平滑回路４０を含む電源装置３０は、開示の技術における電源装置及び電源回路の一例である。
【００４６】
整流回路３８は、４個のダイオード４８がブリッジ接続され、入力される交流電圧Ｖａｃを全波整流して出力する。開示の技術においては、全波整流に限らず、半波整流を行うものであっても良い。また、電源装置３０は、交流電源３６から入力される交流電圧Ｖａｃを所定電圧に変換する変圧器を含むこともできる。電源装置３０は、変圧器を含むことで、入力される交流電圧Ｖａｃを昇圧又は降圧して所望の電圧に変換して出力する。更に、開示の技術においては、交流電源３６及び整流回路３８に代えて直流電圧を出力する直流電圧源を用いることもできる。
【００４７】
平滑回路４０は、コンデンサ１８を備える。電源装置３０では、コンデンサ１８の一方の端子側が正側（＋側）となり、他方の端子が負側（−側）に接続される。また、平滑回路４０は、整流回路３８側から見てコンデンサ１８が負荷４４と並列に接続される。
【００４８】
平滑回路４０は、偏磁コイル２０を備える。偏磁コイル２０は、コンデンサ１８の＋側の端子に、コンデンサ１８と直列となるように接続される。また、平滑回路４０は、直列接続されたコンデンサ１８と偏磁コイル２０とが一体で負荷４４に対して並列接続されている。なお、偏磁コイル２０は、コンデンサ１８の−側の端子に入れても良い。
【００４９】
偏磁コイル２０には、コンデンサ１８に蓄積する電荷に応じた充電電流Ｉｃ、及びコンデンサ１８から放出される電荷に応じた電流（放電電流）が流れる。コンデンサ１８を充電する場合の充電電流Ｉｃは、電源装置３０の入力電流Ｉｎに含まれる。
【００５０】
開示の技術においては、平滑回路４０では、偏磁コイル２０を用いることで、放電電流に対して、偏磁コイル２０がインピーダンスとして機能しない。また、開示の技術においては、偏磁コイル２０は、充電電流Ｉｃが電流Ｉｓに達するまでは、充電電流Ｉｃに対してインピーダンスとして機能しない。
【００５１】
これに対して、偏磁コイル２０は、充電電流Ｉｃが急激に増加して電流Ｉｓを超えることで、コア２２内の磁束を打ち消す方向への磁束が生じ、インダクタンスＬが大幅に増加する。これにより、偏磁コイル２０は、急激に増加した充電電流Ｉｃに対するインピーダンスとなり、充電電流Ｉｃの増加を抑制する。
【００５２】
電源装置３０は、充電電流Ｉｃの急激な増加を抑制することで、入力電流Ｉｎに突入電流が生じるのを抑制する。電源装置３０は、入力電流Ｉｎに突入電流が生じるのが抑制されることで、入力電流Ｉｎがヒューズ３４による保護電流（溶断電流）を超え、ヒューズ３４が溶断するのを防止する。
【００５３】
以下に、実施の形態の作用として、電源装置３０の動作を説明する。
【００５４】
電源装置３０では、電源スイッチ３２がオンされることで、交流電源３６の交流電圧Ｖａｃが整流回路３８へ入力される。整流回路３８は、交流電圧Ｖａｃを整流して、平滑回路４０へ出力する。平滑回路４０では、整流回路３８から入力される電圧を平滑して負荷４４へ出力する。このとき、電源装置３０では、偏磁コイル２０のインダクタンスＬが無視できる程度に小さいので、コンデンサ電圧Ｖｃが負荷４４へ供給される直流電圧Ｖｉｎとなる。
【００５５】
ところで、電源装置３０では、電源スイッチ３２がオンされることで、平滑回路４０のコンデンサ１８の充電が開始される。このコンデンサ１８の充電開始時には、充電電流Ｉｃとして大きな突入電流が流れ込む。電源装置３０では、平滑回路４０のコンデンサ１８と直列に偏磁コイル２０を接続することで充電電流Ｉｃの突入電流を抑制する。
【００５６】
すなわち、図５に示すように、電源装置３０では、電源スイッチ３２をオンした直後からコンデンサ１８が充電されるため、充電電流Ｉｃが急激に増加しようとする。
【００５７】
このとき、偏磁コイル２０を備えることで、充電電流Ｉｃが電流Ｉｓに達すると、偏磁コイル２０が充電電流Ｉｃに対するインピーダンスとなる。これにより、電源装置３０の平滑回路４０では、充電電流Ｉｃの変化が緩やかとなる。この後、充電電流Ｉｃは、ピーク電流Ｉｐｂに達すると減少を開始する。
【００５８】
このように、電源装置３０では、平滑回路４０に設けた偏磁コイル２０が充電電流Ｉｃに生じる急激な電流の増加を抑制する。また、電源装置３０では、コンデンサ１８への充電電流Ｉｃを抑えることで、入力電流Ｉｎが突入電流により増加してヒューズ３４を溶断させることがない。
【００５９】
一方、電源装置３０では、例えば、交流電源３６の停止などにより、入力される交流電力が一時的に停止することがある（以下、瞬時停電という）。電源装置３０は、瞬時停電などの停電が生じることで、コンデンサ１８が放電する。電源装置３０では、電源スイッチ３６がオンしていることで、停電復旧直後にコンデンサ１８への充電が開始される。
【００６０】
図８及び図９には、瞬時停電の前後における交流電圧Ｖａｃ、入力電流Ｉｎ及びコンデンサ電圧Ｖｃの変化を示す。なお、図８は、偏磁コイル２０を備えた電源装置３０における変化を示し、図９は、電源装置３０から偏磁コイル２０を除いた電源装置における変化を示す。
【００６１】
図８及び図９に示すように、電源スイッチ３２がオンされて交流電圧Ｖａｃの供給が継続している場合、コンデンサ電圧Ｖｃ及び入力電流Ｉｎは、所定の範囲で変化する。図８及び図９では、このときのコンデンサ電圧Ｖｃを電圧Ｖｃ０としている。
【００６２】
ここで、時間ｔ１から時間ｔ２までの時間Ｔで、瞬時停電が生じると、交流電源３６からの電力供給が停止する。また、交流電源３６の停電が復旧することで、電源装置３０には、交流電源３６から交流電圧Ｖａｃの供給が開始される。停電復旧により交流電圧Ｖａｃの供給が開始されることで、電源装置３０では、コンデンサ１８への充電を開始する。電源装置３０では、停電時間の短い瞬時停電であっても、コンデンサ１８が放電することで、コンデンサ電圧Ｖｃが電圧Ｖｃ０から降下する（電圧降下）。
【００６３】
このために、停電が復旧したときに、電源装置３０では、コンデンサ１８への充電が開始される。このときに、コンデンサ１８に印加される電圧は、停電時に生じた電圧降下分の電圧だけ上昇される。この電圧上昇により充電電流Ｉｃが急激に増加し、充電電流Ｉｃの増加に応じて入力電流Ｉｎが増加する。
【００６４】
これにより、図９に示すように、偏磁コイル２０を有していない電源装置では、充電電流Ｉｃが急激に増加すると、入力電流Ｉｎに大きな電流値（ピーク電流Ｉｐ）の突入電流が生じてしまう。
【００６５】
これに対して、図８に示すように、偏磁コイル２０を備えた電源装置３０では、充電電流Ｉｃが急激に増加する。しかし、電源装置３０では、増加した充電電流Ｉｃが電流Ｉｓに達すると、偏磁コイル２０のインダクタンスＬが増加し、インダクタンスＬに応じたインピーダンスが充電電流Ｉｃの上昇及びピーク電流を抑制する。
【００６６】
これにより、電源装置３０では、入力電流Ｉｎに突入電流が生じるのが抑えられる。したがって、電源装置３０では、瞬時停電であっても、入力電流Ｉｎにヒューズ３４を溶断させる突入電流が生じるのを抑えることができる。
【００６７】
〔第２の実施の形態〕
【００６８】
次に開示の技術における第２の実施の形態を説明する。なお、第２の実施の形態において、第１の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付与してその説明を省略する。
【００６９】
図１０には、第２の実施の形態に係る電源装置５０を示している。この電源装置５０は、突入電流抑制用の抵抗５２、バイパススイッチ５４及び電圧検出回路５６を含む点で電源装置３０と相違する。抵抗５２は、整流回路３８と平滑回路４０の偏磁コイル２０との間に接続し、バイパススイッチ５４は、抵抗５２に並列に接続している。また、電圧検出回路５６は、負荷４４へ供給される電圧Ｖ（直流電圧Ｖｉｎ）を検出する。
【００７０】
電源装置５０は、バイパススイッチ５４がオフされて接点が開かれていることで、整流回路３８の出力を、抵抗５２を介して平滑回路４０、負荷４４へ供給する。また、電源装置５０は、バイパススイッチ５４がオンされて接点が閉じられることで、整流回路３８の出力を、抵抗５２を通過させずに平滑回路４０へ供給する。電圧検出回路５６は、検出する電圧Ｖが予め設定した設定電圧Ｖｓに達することでバイパススイッチ５４をオンする。
【００７１】
ここで、バイパススイッチ５４がオフしている場合、電圧検出回路５６は、抵抗４２の端子電圧を検出する。この抵抗４２の端子電圧は、コンデンサ電圧Ｖｃとなっている。整流回路３８の出力電圧を電圧Ｖｒ、抵抗４２のインピーダンス（抵抗値）をＲ２、抵抗５２のインピーダンス（抵抗値）をＲ１とする。このとき、バイパススイッチ５２がオフしているときのコンデンサ電圧Ｖｃ1は、Ｖｃ1＝Ｖｒ・Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）となる。電圧検出回路５６は、この電圧に基づいて設定した設定電圧Ｖｓを用いる。
【００７２】
また、電圧検出回路５６は、電圧Ｖが設定電圧Ｖｓに達している場合（Ｖ≧Ｖｓ）、バイパススイッチ５４を閉じる。この場合の、コンデンサ電圧Ｖｃ２は、整流回路３８から出力された電圧Ｖｒに応じた電圧となる。
【００７３】
以下に、第２の実施の形態の作用として電源装置５０の動作を説明する。
【００７４】
電源装置５０では、バイパススイッチ５４がオフしている状態で、電源スイッチ３２がオンされる。電源装置５０では、電源スイッチ３２をオンすることで、抵抗５２を通過した電流がコンデンサ１８へ流れる。これにより、電源スイッチ３２の投入直後のコンデンサ１８の充電電流Ｉｃは、ピーク電流が抵抗５２によって抑制される。また、電圧検出回路５６は、検出する電圧Ｖが設定電圧Ｖｓに達すると、バイパススイッチ５４をオンする。
【００７５】
電源装置５０は、バイパススイッチ５４がオンすると、コンデンサ電圧Ｖｃが、抵抗５２に印加されていた電圧（Ｖｒ・Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２））だけ上昇する。この電圧上昇は、電源スイッチ３２をオンしたときの突入電流を抑制する抵抗５２の抵抗値Ｒ１を大きくすることで上昇電圧が高くなる。
【００７６】
電源装置５０では、平滑回路４０Ａに偏磁コイル２０を設けていることで、バイパススイッチ５４をオンしたときの電圧変化に起因して、充電電流Ｉｃが急激に増加するのを抑えることができる。また、電源装置５０は、充電電流Ｉｃが急激に増加するのを抑えることで、突入電流が入力電流Ｉｎに現れてヒューズ３４を溶断させてしまうことがない。
【００７７】
図１１及び図１２には、交流電圧Ｖａｃ、入力電流Ｉｎ及びコンデンサ電圧Ｖｃの変化を示す。なお、図１１は、偏磁コイル２０を備えた電源装置５０の変化を示し、図１２は、電源装置５０から偏磁コイル２０を除いた電源装置の変化を示す。
【００７８】
図１１及び図１２に示すように、電源スイッチ３２をオンすることで、コンデンサ１８への充電が開始される。このとき、電源装置５０では、バイパススイッチ５４がオフしていることで、コンデンサ電圧Ｖｃが急激に上昇することがなく、抵抗４２の抵抗値Ｒ２及び抵抗５２の抵抗値Ｒ１によって定まるコンデンサ電圧Ｖｃ１となる。
【００７９】
この後、電圧検出回路５６が、時間ｔ３のタイミングでバイパススイッチ５４をオンすることで、コンデンサ電圧Ｖｃが電圧Ｖｃ２まで上昇する。すなわち、バイパススイッチ５２をオンすることでコンデンサ電圧Ｖｃが上昇し、これに伴い、充電電流Ｉｃが急激に増加しようとする。
【００８０】
ここで、偏磁コイル２０を有していない電源装置では、図１２に示すように、充電電流Ｉｃの急激な増加が入力電流Ｉｎに突入電流として現れてしまう。このときの入力電流Ｉｎのピーク電流Ｉｐは、抵抗５２によるインピーダンスがなくなることで極めて大きな電流値となる。
【００８１】
これに対して、電源装置５０では、バイパススイッチ５４をオンすることにより充電電流Ｉｃが増加する。電源装置５０では、充電電流Ｉｃが電流Ｉｓに達することで、偏磁コイル２０のインダクタンスＬが増大し、インダクタンスＬに応じたインピーダンスにより充電電流Ｉｃの急激な増加を抑える。また、充電電流Ｉｃの急激な増加を抑えることで、コンデンサ電圧Ｖｃが電圧Ｖｃ２に達した時のピーク電流Ｉｐｂを低く抑えることができる。これにより、図１１に示すように、入力電流Ｉｎに突入電流が生じてしまうのを抑えることができる。
【００８２】
電源装置５０では、バイパススイッチ５４をオンして抵抗５２をバイパスさせたときの電圧変化による突入電流を抑えるために、電流Ｉｓを低くできる。したがって、コア２２に設ける永久磁石２６の磁力を低くすることができる。
【００８３】
また、電源装置５０は、瞬時停電等の停電が生じた場合、停電復旧時にコンデンサ１８を充電するための充電電流Ｉｃが流れる。電源装置５０では、偏磁コイル２０を設けていることで、瞬時停電などの停電復旧時の充電電流Ｉｃの上昇に起因する突入電流を抑制することができる。
【００８４】
〔第３の実施の形態〕
【００８５】
次に開示の技術における第３の実施の形態を説明する。第３の実施の形態において、第１又は第２の実施の形態と同一の部分については、同一の符号を付与してその説明を省略する。
【００８６】
図１３には、開示の技術における第３の実施の形態に係る電源装置６０を示している。この電源装置６０は、力率改善部を備えた点で第２の実施の形態に係る電源装置５０と相違する。
【００８７】
電源装置６０は力率改善部としてＰＦＣ（Power  Factor  Control）回路６２を備えるＰＦＣ回路６２は、チョークコイル６４、ダイオード６６、スイッチング素子６８、ＰＦＣ制御部７０を含む。スイッチング素子６８としては、例えば、ＭＯＳ-ＦＥＴを用いることができるが、これに限らず、公知の半導体素子を用いることができる。
【００８８】
ＰＦＣ回路６２は、抵抗５２及びバイパススイッチ５４の負荷側に、チョークコイル６４とダイオード６６とが直列に接続されている。開示の技術におけるチョークコイル６４は、非偏磁コイルであり、公知のコイルを適用することができる。また、ダイオード６６は、電流方向を規制し得る公知の整流素子を適用することができる。
【００８９】
スイッチング素子６８は、ドレインＤがチョークコイル６４とダイオード６６との間に接続し、ソースＳが整流回路３８の−側に接続している。ＰＦＣ制御部７０は、スイッチング素子６８のゲートＧにスイッチング信号を入力することで、スイッチング素子６８をオン／オフ駆動する。
【００９０】
電源装置６０に設けた平滑回路４０Ｂは、ＰＦＣ回路６２を備えることで所謂アクティブ平滑フィルタを形成している。ＰＦＣ制御部７０は、整流回路３８の出力電圧及び出力電流を検出し、検出した出力電流及び入力電流に基づき、スイッチング素子６８をオン／オフ駆動するときのスイッチング信号を生成する。このとき、ＰＦＣ制御部７０は、出力電圧の波形の位相に出力電流の波形の位相を合わせるようにスイッチング信号のデューティー比を設定し、設定したデューティー比でスイッチング素子を駆動する。
【００９１】
これにより、電源装置６０では、入力電流Ｉｎの位相が交流電圧Ｖａｃの位相に合わせられる。なお、ＰＦＣ回路６２は、公知の一般的構成を適用できる。また、電源装置６０に設ける力率改善部は、ＰＦＣ回路６２に限らず、電源装置６０に入力される交流電圧Ｖａｃの位相に、入力電流Ｉｎの位相を合わせる公知の技術を適用することができる。
【００９２】
以下に、第３の実施の形態の作用として電源装置６０の動作を説明する。
【００９３】
電源装置６０においても、電源装置５０と同様に、バイパススイッチ５２がオフしている状態で、電源スイッチ３２がオンされる。このときに、抵抗５２が充電電流Ｉｎの増加を抑え、入力電流Ｉｎに突入電流が生じるのを抑える。
【００９４】
また、電源装置６０は、バイパススイッチ５４をオンしたときの充電電流Ｉｃの増加を、偏磁コイル２０によって抑えるので、入力電流Ｉｎに突入電流が生じるのが抑えられる。
【００９５】
更に、電源装置６０は、ＰＦＣ回路６２を備えることで、交流電圧Ｖａｃと入力電流Ｉｎの位相を合わせることができるので、電力の使用効率の向上が図られる。
【００９６】
電源装置６０では、瞬時停電などの停電により交流電源３６からの電力供給が一時的に停止することで、コンデンサ１８が放電する。また、電源装置６０は、停電が復旧することでコンデンサ１８への充電が開始される。電源装置６０では、停電復旧時に、バイパススイッチ５４がオンしていると、コンデンサ１８の充電電流Ｉｃが急激に増加することになる。
【００９７】
このとき、電源装置６０では、コンデンサ１８と直列接続した偏磁コイル２０を備えることで、コンデンサ１８へ充電電流Ｉｃが急激に増加してしまうのを抑えることができる。これにより、電源装置６０は、停電復旧時における入力電流Ｉｎに突入電流が生じてしまうのを抑えられる。
【００９８】
以上では、電源装置に電流抑制を図る態様を説明したが、開示の技術の適用は、これに限るものではない。図１４には、開示の技術における他の態様を示す。図１４には、半導体回路７２及び半導体回路７２に動作用の直流電圧を供給する電源基板７４を示す。半導体回路７２は、一対の電源端子７６Ａ、７６Ｂを備えている。また、電源基板７４は、一対の出力端子７８Ａ、７８Ｂを備える。電源基板７４は、一対の出力端子７８Ａ、７８Ｂに半導体回路７２の電源端子７６Ａ、７６Ｂを接続することで、半導体回路７２へ動作用の直流電圧を供給する。
【００９９】
開示の技術における半導体回路７２には、コンデンサ１８及び偏磁コイル２０が直列接続されている。このとき、偏磁コイル２０は、一端が＋側の電源端子７６Ａに接続し、他端がコンデンサ１８の＋側に接続している。コンデンサ１８は、−側が−側の電源端子７６Ｂに接続している。
【０１００】
電源基板７４が直流電圧を出力可能な活性状態であるときに、出力端子７８Ａ、７８Ｂに、半導体回路７６Ａ，７６Ｂを接続すると、半導体回路７２には、電源基板７４から動作用の電力が供給される。
【０１０１】
半導体回路７２は、活性状態の電源基板７４に接続すると、接続直後に、コンデンサ１８の充電が開始され、充電電流Ｉｃが急激に上昇する。これにより、電源基板７４には、突入電流が流れる。このとき、コンデンサ１８に直列接続した偏磁コイル２０を有する半導体回路７２は、偏磁コイル２０が充電電流Ｉｃの急激な上昇及びピーク電流を抑制する。
【０１０２】
したがって、半導体回路７２が接続した電源基板７４は、充電電流Ｉｃの急激な上昇に起因する突入電流の発生が抑えられ、突入電流が生じることで過電流保護機能などが作動してしまうのが防止される。
【０１０３】
開示の技術においては、半導体回路に限らず、電源基板７４等の直流電圧を出力する直流電源に接続することで、直流電源から直流電圧の供給を受け、内部に形成された負荷回路が作動する各種の負荷回路基板に適用することを含む。
【０１０４】
開示の技術では、直流電圧が印加されるコンデンサなどの蓄電部材に対して適用することで、蓄電部材の充電開始時に生じる充電電流の上昇及び、充電電流の最大値を抑えることができる。したがって、充電電流の上昇に起因する突入電流の発生を抑える。
【０１０５】
開示の技術は、以上の実施の形態に記載に限らず、各部分が目的とする機能を含む形態であれば良い。また、本明細書に記載された全ての特許出願及び特許出願に開示される技術文献は、個々の文献、特許出願及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に、参照により取り込まれる。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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