(57)【要約】【課題】  回路規模の増大を抑えた、小型化が可能な突入電流抑制回路を得る。【解決手段】  電力供給ライン１８から定電力負荷１９への電力供給開始直後に、電力供給ライン１８から供給される供給電力値を算出し、この値を電力供給ライン１８に直列に接続された可変抵抗素子１１の最大許容電力値と比較する。そして、供給電力値が、あらかじめ設定された可変抵抗素子１１の最大許容電力値を超えないように、可変抵抗素子１１の抵抗値を制御し、電力供給直後の負荷電流を制限する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力供給ラインと、このラインから電力供給を受ける負荷との間に配置され、電力供給ラインから負荷への突入電流を抑制する突入電流抑制回路において、
前記電力供給ラインに直列に接続された電流制限用の可変抵抗素子と、
前記負荷と並列に接続されるようにその出力端側に設けられた平滑コンデンサと、
前記電力供給ラインの電流値及び電圧値を検出するとともに、これらに基づいて前記電力供給ラインから前記負荷に供給される供給電力値を算出し出力する電力検出部と、
あらかじめ設定された前記供給電力値の基準値となる基準電力値を出力する基準発生部と、
前記電力検出部からの供給電力値と前記基準発生部からの基準電力値とを比較するとともに、その比較結果に基づいて、前記可変抵抗素子の抵抗値を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記供給電力値が前記基準電力値を超えないように前記可変抵抗素子の抵抗値を制御する
ことを特徴とする突入電流抑制回路。
【請求項２】
前記基準電力値は、前記可変抵抗素子に許容する損失電力の最大値に基づきあらかじめ設定された許容電力値とし、
前記制御部は、前記供給電力値がこの許容電力値を超えないように、前記可変抵抗素子の抵抗値を制御することを特徴とする請求項１に記載の突入電流抑制回路。
【請求項３】
前記可変抵抗素子は、１または複数の半導体素子の組み合わせにより構成されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の突入電流抑制回路。
【請求項４】
電力供給ラインと、このラインから電力供給を受ける負荷との間に配置され、この電力供給ラインには直列に電流制限用の可変抵抗素子が設けられるとともに、その出力側には負荷と並列に接続される平滑コンデンサが設けられて、この電力供給ラインから負荷への突入電流を抑制する突入電流抑制回路における突入電流抑制方法であって、
前記電力供給ラインの電圧値、及び前記電流値を検出し、
これらの検出した電圧値及び電流値に基づいて、前記負荷に供給される供給電力値を算出し、
前記算出した供給電力値と、あらかじめ設定された前記可変抵抗素子に許容する損失電力の最大値とを比較し、
前記供給電力値が前記損失電力の最大値を超えないように、前記可変抵抗素子の抵抗値を制御することを特徴とする突入電流抑制方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、突入電流抑制回路及び突入電流抑制方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
機器の消費電力の増加に伴って、機器の電源投入時における突入電流も大電流化している。従来より、このような突入電流を制限するための手法が種々開示されている。その一例を図４に示す。
【０００３】
図４は、従来の突入電流抑制回路の構成の一例を示すブロック図、及びブロック内の回路構成を簡単化して示す図である。この従来の突入電流防止回路は、電力を供給する電力供給ライン４６と定電力負荷４７との間に設置されており、電力供給ライン４６に直列に接続された電流制限素子４１、出力端４５側において電力供給ライン４６に並列に接続された平滑コンデンサ（Ｃ）４２、負荷電流を検出して電流制限素子４１のバイアス電圧を発生するバイアス回路４３から構成されている。
【０００４】
電流制限素子４１は、例えば複数（４個）の電力用のＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）（Ｑ２Ａ〜Ｑ２Ｄ）４１１〜４１４が並列に接続されて、所定の許容損失電力を備えており、バイアス回路４３からのバイアス電圧により、平滑コンデンサ（Ｃ）４２を含む定電力負荷４７への突入電流を制限する。平滑コンデンサ４２は、負荷に供給される電圧を平滑する。バイアス回路４３は、負荷電流を検出するとともに、その値が、負荷電流検出用抵抗（Ｒｓ）４３１とトランジスタ（Ｑ１）４３２のベース−エミッタ間電圧とで算出される電流値を超えないように、バイアス抵抗（Ｒｂ）４３３とともに、電流制限素子４１に対するバイアス電圧を発生する。
【０００５】
そして、電力供給ライン４６から定電力負荷４７に電力供給が開始されると、負荷電流は、その直後に突入電流が流れる過渡期間を経て定常状態の値に落ち着くが、過渡期間においては、平滑コンデンサ４２を含む定電力負荷４７に流れる電流が、負荷電流としてバイアス回路４３で検出されるとともに、検出された負荷電流値に基づいてバイアス回路４３にて発生させたバイアス電圧が、電流制限素子４１内の各ＦＥＴ４１１〜４１４のゲート端子に印加され、負荷電流が所定の制限値を超えないように制御される。これにより、電源投入直後の過渡期間における突入電流が制限される。この事例では、負荷電流に着目して、その突入電流値を所定の値を超えない一定値に制御していることから、定電流型と呼ばれることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−１３５５６４号公報（第１４ページ、図１−１）
【特許文献２】特開２００５−３５４８５５号公報（第８ページ、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した従来の突入電流抑制回路においては、過渡期間中に電流を制限することによって、電流制限素子４１に電力損失が発生する。図５は、電流制限素子４１に流れる電流及びその両端の電圧変化をモデル化して示す図である。電流制限素子４１における電力損失は、その両端の電圧と電流との積により算出することができ、図５に例示したように、過渡期間におけるこの電力損失値は、（電力供給ライン４６の電圧値Ｖｉ）×（電流制限値Ｉｌｉｍ）となる。しかし、電力供給ライン４６の電圧値の変化を考慮すると、その電圧値が高くなれば、それに比例して電力損失も増加することから、電流制限素子４１には、この値が最大となる（電力供給ライン４６の最大電圧値Ｖｉ（ｍａｘ））×（電流制限値Ｉｌｉｍ）による算出結果に基づいた許容損失を持たせることが必要となる。
【０００８】
ここで、例えば、電力供給ライン４６の電圧の変化範囲が広い場合の事例として、最低電圧１５０Ｖ、最高電圧（Ｖｉ（ｍａｘ））３００Ｖ、また、後段に接続された定電力負荷４７の消費電力が１ｋＷの場合を考えてみる。定電力負荷４７が、定常状態で１ｋＷの電力を消費している場合でも、突入電流抑制回路が動作しないように、電流制限値（Ｉｌｉｍ）については、例えば１０Ａと仮定すると、電流制限素子４１の電力損失は、Ｖｉ（ｍａｘ）である３００Ｖの時を考慮して３ｋＷ必要となる。
【０００９】
しかしながら、この３ｋＷという許容損失値は、定常状態における定電力負荷４７の消費電力の１ｋＷに比べると過剰であるものの、設計値としては取り込まざるを得ないため、このような最大値を適用した場合には、特に電流制限素子４１を中心に、回路の大型化を招く。すなわち、図４の事例では４つのＦＥＴ４１１〜４１４を並列接続しているが、電流制限素子４１により大きな許容電力損失を持たせるために、例えば、ＦＥＴの並列接続数を増加させると、バイアス回路４３も含め、回路規模が大型化していた。また、ＦＥＴの並列接続数を多くすると、各ＦＥＴ間のチャネル抵抗のばらつきに対する制御が一層困難になるという課題もある。加えて、突入電流抑制回路自体は、負荷への電源供給を開始した直後の過渡状態において機能させるものであって、定常状態では機能させないため、その小型化が望まれていた。
【００１０】
本実施の形態は、上述の事情を考慮してなされたものであり、突入電流抑制回路において、回路規模の増大を抑えた、小型化が可能な突入電流抑制回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本実施形態の突入電流抑制回路は、電力供給ラインと、このラインから電力供給を受ける負荷との間に配置され、電力供給ラインから負荷への突入電流を抑制する突入電流抑制回路において、前記電力供給ラインに直列に接続された電流制限用の可変抵抗素子と、前記負荷と並列に接続されるようにその出力端側に設けられた平滑コンデンサと、前記電力供給ラインの電流値及び電圧値を検出するとともに、これらに基づいて前記電力供給ラインから前記負荷に供給される供給電力値を算出し出力する電力検出部と、あらかじめ設定された前記供給電力値の基準値となる基準電力値を出力する基準発生部と、前記電力検出部からの供給電力値と前記基準発生部からの基準電力値とを比較するとともに、その比較結果に基づいて、前記可変抵抗素子の抵抗値を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記供給電力値が前記基準電力値を超えないように前記可変抵抗素子の抵抗値を制御することを特徴とする。
【００１２】
また、本実施形態の突入電流抑制方法は、電力供給ラインと、このラインから電力供給を受ける負荷との間に配置され、この電力供給ラインには直列に電流制限用の可変抵抗素子が設けられるとともに、その出力側には負荷と並列に接続される平滑コンデンサが設けられて、この電力供給ラインから負荷への突入電流を抑制する突入電流抑制回路における突入電流抑制方法であって、前記電力供給ラインの電圧値、及び前記電流値を検出し、これらの検出した電圧値及び電流値に基づいて、前記負荷に供給される供給電力値を算出し、前記算出した供給電力値と、あらかじめ設定された前記可変抵抗素子に許容する損失電力の最大値とを比較し、前記供給電力値が前記損失電力の最大値を超えないように、前記可変抵抗素子の抵抗値を制御することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態に係る突入電流抑制回路の一実施例の構成を示すブロック図。
【図２】図１における電力供給直後から過渡期間を経て定常状態に至るまでの、負荷電流、及び可変抵抗素子１１の両端の電圧の変化をモデル化して示す図。
【図３】図１に例示した突入電流抑制回路の動作を説明するためのフローチャート。
【図４】従来の突入電流抑制回路の構成の一例を示すブロック図。
【図５】図４における電流制限素子４１に流れる電流及びその両端の電圧変化をモデル化して示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本実施形態に係る突入電流抑制回路を実施するための最良の形態について、図１〜図３を参照して説明する。
【実施例】
【００１５】
図１は、本実施形態に係る突入電流抑制回路の一実施例の構成を示すブロック図である。また、各ブロック内の回路構成を簡単化して例示している。図１に例示したように、この突入電流抑制回路１は、電力供給装置等（図示せず）からの電力供給ライン１８と定電力負荷１９の受電端との間に配置されており、可変抵抗素子１１、平滑コンデンサ（Ｃ）１２、電力検出回路１３、基準発生回路１４、及び制御回路１５から構成されている。また、電力供給ライン１８とは入力端子１６で、定電力負荷１９とは出力端子１７で、それぞれ接続されているものとしている。
【００１６】
可変抵抗素子１１は、電流制限用として電力供給ライン１８に直列に接続された電流制限素子であり、後述する制御回路１５によってその抵抗値が可変制御される。本実施例においては、複数の半導体素子を組み合わせて構成した事例として、例えば２つの電力用のＦＥＴ（Ｑ１Ａ、及びＱ１Ｂ）１１１、及び１１２を並列に接続し、これらＦＥＴのゲート電圧を制御することによってその抵抗値を可変制御する場合を示している。電力供給ライン１８の電流は、この可変抵抗素子１１の抵抗値によって制御される。平滑コンデンサ（Ｃ）１２は、出力端子１７側で負荷（定電力負荷１９）と並列に接続されるように、ライン間に接続されており、負荷に供給される電圧を平滑する。
【００１７】
電力検出回路１３は、電力供給ライン１８の電流値及び電圧値を検出するとともに、検出結果に基づいて、電力供給ライン１８から供給される供給電力値を算出し制御回路１５に送出する。本実施例においては、電流値及び電圧値の検出は、例えば、それぞれ次のようにして検出するものとしている。すなわち、電流値の検出は、ラインに直列に挿入された検出用抵抗（Ｒｓ）１３１で検出した電流値を変換器（Ｕ１）１３２で電圧変換する。電圧値は、２つの分割抵抗（Ｒａ１）１３３、及び（Ｒａ２）１３４によって電力供給ラインの電圧を分割し検出する。また、検出したこれらの電流値及び電圧値から、演算器１３５で供給電力値を算出し、制御回路１５に送出する。
【００１８】
基準発生回路１４は、あらかじめ設定された、電力供給ライン１８から供給される供給電力の基準値となる基準電力値を発生し、制御回路１５に送出する。後段で詳述するが、本実施例においてあらかじめ発生させる基準電力値は、可変抵抗素子１１に許容する損失電力の最大値（最大許容電力値）に相当する値としている。また、本実施例においては、この基準電力値を、例えばツェナーダイオード（ＣＲ１）１４１等によって該当値に対応する安定した電圧としてあらかじめ発生させ、制御回路１５に送出している。
【００１９】
制御回路１５は、電力検出部１３からの供給電力値と、基準発生部１４からの基準電力値とを比較し、その比較結果に基づいて可変抵抗素子１１の抵抗値を可変制御する。本実施例においては、電力供給ライン１８から供給されている供給電力値と、あらかじめ設定された可変抵抗素子１１の最大許容電力値とを比較するとともに、その比較結果に基づいて、電力供給ライン１８による供給電力値が可変抵抗素子１１の最大許容電力値を超えないように、可変抵抗素子１１の抵抗値を制御する。
【００２０】
この制御について、以下に詳述する。電力供給ライン１８から定電力負荷１９に電力供給が開始されると、上述した従来技術においても記載したように、負荷電流は、電力供給開始直後に突入電流が流れる過渡期間を経て定常状態の値に落ち着くが、過渡期間においては突入電流を制限することによって、電流制限素子としての可変抵抗素子１１に電力損失が発生する。そして、その電力損失値は、可変抵抗素子１１の両端にかかる電圧と電流との積で表わされる。
【００２１】
図２は、電力供給直後から過渡期間を経て定常状態に至るまでの、負荷電流、及び可変抵抗素子１１の両端の電圧の変化をモデル化して説明する図である。図２（ａ）は電力供給ライン１８の電圧が高い（ＶｉＨ）場合を、また図２（ｂ）は、電力供給ライン１８の電圧が低い（ＶｉＬ）場合を、それぞれ例示している。本実施例における制御回路１５による制御では、電力供給ライン１８による供給電力値が、あらかじめ設定された可変抵抗素子１１の最大許容電力値を超えないように、可変抵抗素子１１の抵抗値を制御している。
【００２２】
すなわち、電力供給ライン１８の電圧が高い（ＶｉＨ）場合には、図２（ａ）に示したように、より小さな電流制限値（Ｉｌｉｍ−Ｌ）となるように可変抵抗素子１１の抵抗値を制御する。一方、電力供給ライン１８の電圧が低い（ＶｉＬ）場合には、図２（ｂ）に示したように、可変抵抗素子１１の最大許容電力値を超えない範囲で、より大きな電流制限値（Ｉｌｉｍ−Ｈ）を許容するように可変抵抗素子１１を制御する。このように、図４に例示した従来の突入電流抑制回路では、負荷電流に着目して制限電流値を一定とした定電流型であったのに対し、本実施例では負荷に供給される電力に着目し、供給電力値が、その基準値としての可変抵抗素子１１の最大許容電力値を超えないように電流制限値を制御していることから、定電力型ということができる。
【００２３】
そして、このよう電力に着目した制御を行うことによって、可変抵抗素子１１の許容電力をより適切な値にして、電力供給ラインの広い電圧範囲に対して突入電流を抑制しつつ、その回路規模を小型化することができる。例えば、従来技術に記述したように、１ｋＷの定電力負荷に対して電力供給する電力供給ラインの電圧（Ｖｉ）が、１５０Ｖ〜３００Ｖといった広い電圧範囲の場合、可変抵抗素子１１の最大許容電力値を１５０Ｖ×１０Ａ＝１．５ｋＷとして、周辺回路を含めてその規模を小型化することができる。また、本実施例のように、可変抵抗素子１１を、複数の半導体素子を並列に接続することによって実現した場合には、最大許容電力値を小さくすることによってその並列接続素子数を減らすことができるので、素子相互間のバランスもとりやすくなる。なお、電力供給ライン１８の電圧（Ｖｉ）は、電力供給中においては、例えば１５０Ｖ〜３００Ｖ等の広い範囲で大きく変化するものではなく、概ね安定しているものとしている。
【００２４】
また、この制御回路１５は、本実施例においては図１に例示したように、電力検出回路１３で検出した供給電力値と、基準発生回路１４からの基準電力値とを比較器（Ｕ２）１５１で比較するとともに、その比較結果としての比較器（Ｕ２）１５１からの出力と、２つのバイアス抵抗（Ｒｂ１、Ｒｂ２）１５２及び１５３とによって、可変抵抗素子１１内のＦＥＴ（Ｑ１Ａ、及びＱ１Ｂ）１１１、及び１１２のゲート制御用のバイアス電圧を発生させ、その抵抗値を制御するものとしている。
【００２５】
次に、前出の図１及び図２、ならびに図３のフローチャートを参照して、上述のように構成された本実施例の突入電流抑制回路１の動作を説明する。図３は、本実施例の突入電流抑制回路１の動作を説明するためのフローチャートである。
【００２６】
まず、突入電流抑制回路１内には、複数個の電力用のＦＥＴ等の半導体素子を並列に接続して構成した、電流制限用の可変抵抗素子１１が電力供給ライン１８に直列に接続されており、この可変抵抗素子１１に許容する損失電力の最大値（最大許容電力値）をあらかじめ内部に設定する（ＳＴ３１）。電力供給ライン１８から定電力負荷１９への電力供給が開始されると、その直後には、平滑コンデンサ１２を含む負荷側に突入電流としての負荷電流が流れ始める（ＳＴ３２）。
【００２７】
可変抵抗素子１１は、上記のとおり電力供給ライン１８に直列に接続されているので、可変抵抗素子１１にはこの負荷電流が流れる。この負荷電流値は、電力検出回路１３により検出される。同時に、電力検出回路１３では、電力供給ライン１８の電圧値が検出される（ＳＴ３３）。そして、電力検出回路１３では、検出した電流値及び電圧値に基づいて、負荷に供給されている供給電力値が算出され、制御回路１５に送出される（ＳＴ３４）。一方、基準発生回路１４には、供給電力値の基準値として、あらかじめ、可変抵抗素子１１に許容する損失電力の最大値が設定されており、この設定値は、制御回路１５に送出される。
【００２８】
制御回路１５では、電力検出回路１３から受けとった供給電力値と、基準発生回路１４から受けとった、可変抵抗素子１１の最大許容電力値とを比較する（ＳＴ３５）。そして、供給電力値が最大許容電力値を超えないように、可変抵抗素子１１の抵抗値を可変するためのバイアス電圧を発生する（ＳＴ３６）。このバイアス電圧は可変抵抗素子１１に送出され、可変抵抗素子が所定の抵抗値に制御されることによって、突入電流（負荷電流）が制限される（ＳＴ３７）。
【００２９】
このように、突入電流が発生する過渡期間における電流制限値は、電力供給ライン１８からの供給電力値及び可変抵抗素子１１の損失電力の最大値に基づき設定されるので、電流制限値は、電力供給ライン１８の電圧が高い場合にはより小さくなり、電圧が低い場合にはより大きな値が許容される。
【００３０】
以上説明したように、本実施例においては、電力供給ライン１８から定電力負荷１９への電力供給開始直後に、電力供給ライン１８から供給される供給電力値を算出し、この値を電力供給ライン１８に直列に接続された可変抵抗素子１１の最大許容電力値と比較している。そして、供給電力値が可変抵抗素子１１の最大許容電力値を超えないように、可変抵抗素子１１の抵抗値を制御し、電力供給直後の負荷電流を制限している。
【００３１】
これにより、可変抵抗素子１１に許容する損失電力の最大値（最大許容電力値）を、定電力負荷１９の消費電力に比べて過剰にならない、適切な値にすることができるので、可変抵抗素子１１及びその周辺を含めた回路規模を小さくすることができ、小型化が可能な突入電流抑制回路を得ることができる。特に、可変抵抗素子１１を、複数の半導体素子を並列接続して構成する場合には、最大許容電力値を抑えることでその並列接続数を減らすことができ、素子間のバランスをとり易い構成にすることができる。また、突入電流を制限するにあたって、負荷への供給電力に着目し、電源供給ライン１８からの供給電力に基づいて定電力型で制御を行っているので、特に、定電力負荷等を接続した場合に、電源供給ラインの広い電圧範囲に対応することができる。
【００３２】
なお、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３３】
１  突入電流抑制回路
１１  可変抵抗素子
１２  平滑コンデンサ
１３  電力検出回路
１４  基準発生回路
１５  制御回路
１６  入力端子
１７  出力端子
１８  電力供給ライン
１９  定電力負荷
【図１】
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【図２】
2015163037.tif 000004
【図３】
2015163037.tif 000005
【図４】
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【図５】
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