(57)【要約】  交流電源２から供給される電流を制限する抵抗器１１と、抵抗器１１と並列に接続されるスイッチング部１２と、抵抗器１１およびスイッチング部１２の後段に接続され、交流電源２の交流電圧を整流する整流回路部１３と、整流された直流電圧の昇圧を行う昇圧回路部１４と、昇圧回路部１４から出力される直流電圧を検出する直流電圧検出部１５と、交流電源２の交流電圧を検出する交流電圧検出部１９と、昇圧回路部１４による昇圧レベルに基づいて算出した第１保護電圧と、交流電圧検出部１９により検出された交流電圧に基づいて算出した第２保護電圧との比較を行い、いずれか一方を保護電圧に設定する保護設定部１６と、直流電圧が保護設定部１６により設定されている保護電圧を下回った場合、スイッチング部１２を開放させ、昇圧回路部１４による昇圧を停止させる制御部１７とを備える。これにより、復電時に発生する突入電流を抑制することができる。
2016143102.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源から供給される電流を制限する抵抗器と、
前記抵抗器と並列に接続されるスイッチング部と、
前記抵抗器および前記スイッチング部の後段に接続され、前記交流電源の交流電圧を整流する整流回路部と、
前記整流回路部により整流された直流電圧の昇圧を行う昇圧回路部と、
前記昇圧回路部から出力される直流電圧を検出する直流電圧検出部と、
前記交流電源の交流電圧を検出する交流電圧検出部と、
前記昇圧回路部による昇圧レベルに基づいて第１保護電圧を算出し、前記交流電圧検出部により検出された前記交流電圧に基づいて第２保護電圧を算出し、前記第１保護電圧と前記第２保護電圧との比較を行い、いずれか一方を保護電圧に設定する保護設定部と、
前記直流電圧が前記保護設定部により設定されている前記保護電圧を下回った場合、前記スイッチング部を開放させ、前記昇圧回路部による昇圧を停止させる制御部とを備え、
前記保護設定部は、前記制御部が前記昇圧回路部の昇圧を停止させた場合、前記第２保護電圧を前記保護電圧に設定する電源装置。
【請求項２】
前記保護設定部は、前記昇圧回路部の動作が停止している場合、前記第２保護電圧を前記保護電圧に設定する請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記保護設定部は、前記昇圧回路部を構成する半導体素子の突入電流に対する限界値以内になるように前記第２保護電圧を算出する請求項１に記載の電源装置。
【請求項４】
前記保護設定部は、前記昇圧回路部による昇圧が開始され、前記直流電圧が遷移する期間である第１遷移期間が経過した後に、前記第２保護電圧から前記第１保護電圧に前記保護電圧の設定を変更する請求項１に記載の電源装置。
【請求項５】
前記保護設定部は、前記交流電源の交流電圧の供給が停止した直後に前記直流電圧が前記保護電圧を下回った場合、前記保護電圧を変更せずに保持し、前記交流電源の交流電圧の供給が開始され、前記直流電圧が遷移する期間である第２遷移期間が経過した後に、前記第１保護電圧から前記第２保護電圧に前記保護電圧の設定を変更する請求項１に記載の電源装置。
【請求項６】
前記保護設定部は、設定されている下限値を下回らないように前記保護電圧を設定する請求項１から５のいずれか一項に記載の電源装置。
【請求項７】
前記昇圧回路部を構成する半導体素子は、ワイドバンドギャップ半導体である請求項１から６のいずれか一項に記載の電源装置。
【請求項８】
前記ワイドバンドギャップ半導体は、ＳｉＣ、ＧａＮまたはダイヤモンドである請求項７に記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電圧を直流電圧に変換する電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電源装置は、電源投入時において、平滑コンデンサを充電する際に突入電流が流れることがある。電源装置は、当該突入電流によって素子が損なわれることを防ぐために、抵抗器を平滑コンデンサと直列に接続する構成を採用し、電源投入時の突入電流を抑制している。【０００３】
特許文献１では、突入電流抑制抵抗器を備える過電流保護回路の両端にリレーを接続し、電源投入時はリレーを開状態にして、平滑用コンデンサの充電電流を突入電流抑制抵抗器により熱消費し、電源投入時の突入電流を抑制する電源装置が開示されている。特許文献１の電源装置は、平滑コンデンサへの充電が完了すると、リレーを閉状態にして突入電流制限抵抗器を切り離して、突入電流制限抵抗器をバイパスさせずにリレーに電流を流している。【０００４】
特許文献２では、瞬時停電により電源の瞬間的な遮断が発生したとき、平滑コンデンサの両端電圧と設定した保護電圧とを比較し、当該比較の結果に基づいて突入電流制限抵抗器と並列に接続されたリレーを制御することによって、突入電流を抑制する電源装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２５２９６６号公報
【特許文献２】特開平５−３１６６４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１および特許文献２の電源装置は、平滑コンデンサの両端電圧が設定した保護電圧を下回ると、運転を停止し、リレーを開放状態にすることによって、瞬時停電からの復電時に平滑コンデンサへ流れる突入電流を抑制している。【０００７】
特許文献１および特許文献２の電源装置は、瞬時停電により電源の瞬間的な遮断が発生し、平滑コンデンサの両端電圧が保護電圧を下回らないで復電した場合には、リレーが開放状態にならず短絡状態のままになり、突入電流が突入電流抑制抵抗を流れずに、リレーを介して平滑コンデンサへ流れてしまい、突入電流を抑制できないという問題が生ずる。【０００８】
また、瞬時停電からの復電時に発生する突入電流の大きさは、瞬時停電から復電する直前の平滑コンデンサの両端電圧と、瞬時停電から復電するときの交流電圧との差に左右される。よって、特許文献２の電源装置は、保護電圧の設定範囲で突入電流を抑制するためには、電流耐力が高く、かつ突入電流にも耐えられる高価な素子によって構成する必要がある。【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、電流耐力が高くて突入電流に耐えられる素子を用いることなく、昇圧回路部の動作状態および交流電圧の変動に影響せずに、復電時に発生する突入電流を抑制することができる電源装置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】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る電源装置は、交流電源から供給される電流を制限する抵抗器と、抵抗器と並列に接続されるスイッチング部と、抵抗器およびスイッチング部の後段に接続され、交流電源の交流電圧を整流する整流回路部と、整流回路部により整流された直流電圧の昇圧を行う昇圧回路部と、昇圧回路部から出力される直流電圧を検出する直流電圧検出部と、交流電源の交流電圧を検出する交流電圧検出部と、昇圧回路部による昇圧レベルに基づいて第１保護電圧を算出し、交流電圧検出部により検出された交流電圧に基づいて第２保護電圧を算出し、第１保護電圧と第２保護電圧との比較を行い、いずれか一方を保護電圧に設定する保護設定部と、直流電圧が保護設定部により設定されている保護電圧を下回った場合、スイッチング部を開放させ、昇圧回路部による昇圧を停止させる制御部とを備え、保護設定部は、制御部が昇圧回路部の昇圧を停止させた場合、第２保護電圧を保護電圧に設定する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、昇圧回路部の動作状態および交流電圧の変動に影響せずに、復電時に発生する突入電流を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態に係る電源装置の構成図
【図２】第２保護電圧の設定レベルと、昇圧回路部を構成する半導体素子の突入電流に対する限界値との関係を示す図
【図３】昇圧回路部の停止時において、瞬時停電が生じてから交流電源が復帰するまでの間の電源装置の動作を示す図
【図４】昇圧回路部の動作時において、第１保護電圧が保護電圧として設定されたときの瞬時停電が生じてから交流電源が復帰するまでの間の電源装置の動作を示す図
【図５】昇圧回路部の動作時において、第１遷移期間の経過中に瞬時停電が生じてから交流電源が復帰するまでの電源装置の動作を示す図
【図６】昇圧回路部の動作時において、第２保護電圧が保護電圧として設定されたときの瞬時停電が生じてから交流電源が復帰するまでの電源装置の動作を示す図
【図７】昇圧回路部が動作状態から停止状態になったときの保護電圧の設定する際の電源装置の動作を示す図
【図８】実施の形態に係る動作制御部の構成を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明の実施の形態に係る電源装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１４】
実施の形態
図１は、実施の形態に係る電源装置１の構成図である。図２は、第２保護電圧の設定レベルと、昇圧回路部を構成する半導体素子の突入電流に対する限界値との関係を示す図である。図３は、昇圧回路部の停止時において、瞬時停電が生じてから交流電源が復帰するまでの間の電源装置の動作を示す図である。図４は、昇圧回路部の動作時において、第１保護電圧が保護電圧として設定されたときの瞬時停電が生じてから交流電源が復帰するまでの間の電源装置の動作を示す図である。図５は、昇圧回路部の動作時において、第１遷移期間の経過中に瞬時停電が生じてから交流電源が復帰するまでの電源装置の動作を示す図である。図６は、昇圧回路部の動作時において、第２保護電圧が保護電圧として設定されたときの瞬時停電が生じてから交流電源が復帰するまでの電源装置の動作を示す図である。図７は、昇圧回路部が動作状態から停止状態になったときの保護電圧の設定する際の電源装置の動作を示す図である。図８は、実施の形態にかかる動作制御部１８の構成を示すブロック図である。
【００１５】
電源装置１は、外部電源である交流電源２と直流負荷３とに接続されており、交流電源２から供給される交流電圧を直流電圧に変換し、変換後の直流電圧を直流負荷３に供給する装置である。
【００１６】
電源装置１は、電流を制限する抵抗器１１と、開放または短絡を行うスイッチング部１２と、交流電圧を整流する整流回路部１３と、直流電圧の昇圧を行う昇圧回路部１４と、直流電圧を検出する直流電圧検出部１５と、保護電圧を設定する保護設定部１６と、スイッチング部１２および昇圧回路部１４を制御する制御部１７と、交流電圧を検出する交流電圧検出部１９とを備える。なお、保護設定部１６と制御部１７とは、動作制御部１８を構成している。
【００１７】
抵抗器１１は、復電時に交流電源２から供給される突入電流を制限する。スイッチング部１２は、リレーによって構成されており、抵抗器１１に並列に接続される。なお、スイッチング部１２は、リレーではなく、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）またはＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）で構成されてもよい。スイッチング部１２のスイッチが開放されている場合には、交流電源２から供給される電流は、抵抗器１１を通過して整流回路部１３に供給される。スイッチング部１２が短絡されている場合には、交流電源２から供給される電流は、スイッチング部１２を通過して整流回路部１３に供給される。
【００１８】
整流回路部１３は、抵抗器１１およびスイッチング部１２の後段に接続され、交流電圧を整流する。
【００１９】
昇圧回路部１４は、昇圧チョッパ回路部とも称し、整流回路部１３により整流された直流電圧を設定した電圧まで昇圧を行う。ここで、昇圧回路部１４の構成について説明する。
【００２０】
昇圧回路部１４は、昇圧用のリアクタ２１と、スイッチングを行うスイッチング素子２２と、逆流を防止するダイオード２３と、整流回路部１３によって整流された電圧を平滑する平滑コンデンサ２４とを備える。なお、スイッチング素子２２は、ＩＧＢＴまたはＭＯＳＦＥＴが例示される。
【００２１】
リアクタ２１とダイオード２３とは、整流回路部１３の高圧側と、平滑コンデンサ２４との間に直列に接続されている。ダイオード２３は、アノードがリアクタ２１に接続され、カソードが直流負荷３に接続されている。リアクタ２１とダイオード２３との間には、高圧側から低圧側を接続する配線上にスイッチング素子２２が接続されている。
【００２２】
昇圧回路部１４は、スイッチング素子２２がオン状態のときにリアクタ２１にエネルギーを蓄積し、スイッチング素子２２がオフ状態のときにリアクタ２１から発生する逆起電力を利用して平滑コンデンサ２４に充電する。また、昇圧回路部１４は、スイッチング素子２２のオン状態およびオフ状態を設定された周期で繰り返すことにより、昇圧動作を行う。なお、設定された周期とは、昇圧動作を行うことができる周期をいう。なお、昇圧回路部を構成する半導体素子であるスイッチング素子２２およびダイオード２３は、ワイドバンドギャップ半導体であってもよい。さらに、ワイドバンドギャップ半導体は、ＳｉＣ、ＧａＮまたはダイヤモンドであってもよい。昇圧回路部１４は、上述した構成に限定されるものではなく、交流電源を整流し、任意の直流電圧に昇圧する構成させるものであればよい。平滑コンデンサ２４は、充放電を繰り返しながら、電圧を平滑化する。
【００２３】
また、昇圧回路部１４は、昇圧を行わない場合には、スイッチング素子２２を常時オフ状態にすることで、パッシブコンバータで動作し、整流回路部１３により整流された電圧を昇圧せずに平滑化して直流負荷３に供給する。
【００２４】
直流電圧検出部１５は、昇圧回路部１４から出力される直流電圧である平滑コンデンサ電圧を検出する。具体的には、直流電圧検出部１５は、平滑コンデンサ２４の両端電圧である平滑コンデンサ電圧を検出する。なお、平滑コンデンサ電圧は、直流母線電圧に等しい。
【００２５】
保護設定部１６は、制御部１７から昇圧回路部１４に出力される制御信号を常時取得し、当該制御信号に基づいて、昇圧回路部１４の動作状態である昇圧レベルおよび停止状態を把握する。保護設定部１６は、昇圧回路部１４による昇圧レベルに基づいて第１保護電圧を算出し、交流電圧検出部１９により検出された交流電圧に基づいて第２保護電圧を算出し、第１保護電圧と第２保護電圧との比較を行い、いずれか一方を保護電圧に設定する。なお、昇圧レベルは、制御部１７によって任意のタイミングで更新された昇圧レベルＬ１に基づいて新たに第１保護電圧を算出し、新たな第１保護電圧と第２保護電圧との比較を行い、いずれか一方を保護電圧に設定する構成でもよい。
【００２６】
制御部１７は、直流電圧検出部１５により検出された平滑コンデンサ電圧と保護設定部１６により設定されている保護電圧とを比較し、比較した結果に基づいて、昇圧回路部１４の昇圧を停止または動作させ、スイッチング部１２にスイッチの開放または短絡をさせ、直流負荷３に動作の停止または始動をさせる。具体的には、制御部１７は、平滑コンデンサ電圧が保護電圧を下回った場合、スイッチング部１２にスイッチを開放させ、昇圧回路部１４の昇圧を停止させ、直流負荷３の動作を停止させる。
【００２７】
ここで、昇圧回路部１４の昇圧が停止している場合における制御部１７と保護設定部１６との具体的な動作と、昇圧回路部１４が昇圧をしている場合における制御部１７と保護設定部１６との具体的な動作について、図２から図７を用いて説明する。
【００２８】
（昇圧回路部１４の昇圧が停止している場合）
昇圧回路部１４の昇圧が停止している場合について、図２および図３を用いて説明する。図２（ａ）は、交流電源２から供給される交流電圧の波形を示し、図２（ｂ）は、直流電圧検出部１５により検出される平滑コンデンサ電圧の波形を示す。なお、以下では、図２中のｔ１において瞬時停電が発生した場合を想定する。保護設定部１６は、交流電圧検出部１９より検出された交流電圧に基づいて、第２保護電圧を算出する。保護設定部１６は、設定されている下限値を下回らないように保護電圧を設定する。具体的には、保護設定部１６は、製品を保証する直流母線電圧の下限値をＶｄｃ_Ｕｎｄｅｒとし、昇圧回路部１４を構成する半導体素子の突入電流に対する限界値をΔＶｒｕｓｈとし、「Ｖｄｃ＿Ｕｎｄｅｒ≦第２保護電圧」を条件として、（１）式から第２保護電圧を算出する。なお、ΔＶｒｕｓｈは、図２に示すように、瞬時停電が発生し、平滑コンデンサ電圧が第２保護電圧の設定レベルまで低下したときの値である。
第２保護電圧＝交流電圧×√２−ΔＶｒｕｓｈ・・・（１）
【００２９】
また、保護設定部１６は、「Ｖｄｃ＿Ｕｎｄｅｒ＞第２保護電圧」の場合は、第２保護電圧をＶｄｃ＿Ｕｎｄｅｒに設定する。なお、保護設定部１６は、昇圧回路部１４を構成する半導体素子の突入電流に対する限界値であるΔＶｒｕｓｈ以内になるように第２保護電圧を算出すればよく、Ｖｄｃ_Ｕｎｄｅｒが存在しない場合には、下限値を設定しなくてもよい。
【００３０】
また、保護設定部１６は、昇圧回路部１４による昇圧レベルに基づいて第１保護電圧を算出する。昇圧回路部１４の昇圧が停止している場合は、保護設定部１６は、第１保護電圧と第２保護電圧との比較を行わず、第２保護電圧を保護電圧に設定する。
【００３１】
つぎに、保護設定部１６の動作について、図３を用いて説明する。図３（ａ）は、直流負荷３の運転状態または停止状態を示し、図３（ｂ）は、交流電源２から供給される交流電圧の波形を示し、図３（ｃ）は、直流電圧検出部１５により検出される平滑コンデンサ電圧の波形を示し、図３（ｄ）は、スイッチング部１２のスイッチの開放または短絡を示す図である。保護設定部１６は、瞬時停電が発生していない期間においては、交流電圧検出部１９より検出した交流電圧に基づいて、所定時間ごとに、（１）式から第２保護電圧を算出し、算出した第２保護電圧に保護電圧を更新してゆく。図３では、電源周期毎に保護電圧を更新してゆく場合を示している。保護設定部１６は、図３（ｂ）中に示すＡ１時点の交流電圧に基づいて、第２保護電圧Ａ２を算出し、当該第２保護電圧Ａ２を保護電圧に設定する。また、保護設定部１６は、図３（ｂ）中に示すＢ１時点の交流電圧に基づいて、第２保護電圧Ｂ２を算出し、第２保護電圧Ｂ２を保護電圧に設定する。なお、図３に示す例では、交流電源２の変動が「Ａ１＜Ｂ１」になっているため、「第２保護電圧Ａ２＜第２保護電圧Ｂ２」になるが、交流電源２の変動が「Ａ１＞Ｂ１」の場合には、「第２保護電圧Ａ２＞第２保護電圧Ｂ２」になる。
【００３２】
上述では、電源周期毎に保護電圧を更新すると説明したが、設定された時間間隔で保護電圧を更新してもよい。保護設定部１６は、設定された時間間隔で保護電圧を更新することにより、交流電源２の交流電圧が変動した場合でも、当該変動した交流電圧に対応した保護電圧に設定することができる。さらに、保護設定部１６は、Ｖｄｃ_Ｕｎｄｅｒを設けたことにより、製品保証外の動作時には、直流負荷３の保護を行うことができる。
【００３３】
つぎに、瞬時停電が発生した場合における電源装置１の動作について、図３を用いて説明する。なお、以下では、図３中のｔ１１において瞬時停電が発生し、図３中のｔ１２において制御部１７による保護動作が開始され、図３中のｔ１３において復電となり、図３中のｔ１４において第２保護電圧の算出を開始し、図３中のｔ１５において直流負荷３の復帰動作が行われる場合を想定する。昇圧回路部１４は、昇圧を行わない場合には、スイッチング素子２２を常時オフ状態にすることで、パッシブコンバータで動作する。よって、直流電圧検出部１５により検出される平滑コンデンサ電圧は、交流電源２から供給される交流電圧のピーク値に一致する。
【００３４】
瞬時停電が発生した場合、交流電源２は、図３（ｂ）に示すように、電源装置１への交流電圧の供給を停止する。昇圧回路部１４は、パッシブコンバータで動作をする。よって、平滑コンデンサ電圧は、図３（ｃ）に示すように、低下してゆく。また、保護設定部１６は、保護電圧を変更しない。具体的には、保護設定部１６は、図３（ｃ）に示すように、保護電圧に設定されている第２保護電圧Ｂ２を変更せずに維持する。
【００３５】
制御部１７は、図３中のｔ１２において、直流電圧検出部１５により検出された平滑コンデンサ電圧が保護設定部１６により設定された保護電圧を下回ったことを検出し、保護動作を開始する。具体的には、制御部１７は、図３（ａ）に示すように、直流負荷３の動作を停止させる。また、制御部１７は、図３（ｄ）に示すように、スイッチング部１２にスイッチを開放させる。制御部１７は、スイッチング部１２にスイッチを開放させることにより、交流電源２が復電したときに電源装置１に流れる突入電流を抵抗器１１に流し、復電時の突入電流を抑制することができる。
【００３６】
交流電源２が瞬時停電からの復電した時は、保護設定部１６は、平滑コンデンサ電圧が遷移する期間である第２遷移期間が経過した後に、交流電圧検出部１９より検出された交流電圧に基づいて、上述した（１）式から第２保護電圧を算出し、算出した第２保護電圧を保護電圧に設定する。なお、以下では、第２遷移期間をＴ＿ｓｔａｂｌｅ２と称する。
【００３７】
ここで、Ｔ＿ｓｔａｂｌｅ２について説明する。平滑コンデンサ電圧は、交流電源２の交流電圧の√２倍の値まで上昇する。なお、交流電圧の√２倍の値は、ピーク値である。よって、制御部１７は、平滑コンデンサ電圧が上昇する前に、平滑コンデンサ電圧が保護電圧を下回ったと検知してしまう可能性がある。
【００３８】
つまり、電源装置１は、平滑コンデンサ電圧の上昇がピーク値に到達する前に保護電圧が変更されてしまうと、「平滑コンデンサ電圧≦保護電圧」の状態になり、制御部１７の保護動作により、昇圧回路部１４の昇圧の停止が継続し、かつ、直流負荷３の動作の停止が継続してしまい、起動不良が発生してしまう。
【００３９】
そこで、保護設定部１６は、交流電源２の交流電圧の供給が停止した直後に平滑コンデンサ電圧が保護電圧を下回り、交流電圧検出部１９により検出された交流電圧により復電を検知しても、Ｔ＿ｓｔａｂｌｅ２が経過するまでは、保護電圧の設定を保持して変更を禁止し、交流電源２の交流電圧の供給が開始され、Ｔ＿ｓｔａｂｌｅ２が経過した後に、保護電圧の設定を変更する。具体的には、保護設定部１６は、Ｔ＿ｓｔａｂｌｅ２が経過した後に、図３（ｂ）中に示すＣ１時点の交流電圧に基づいて、上述した（１）式から第２保護電圧Ｃ２を算出し、第１保護電圧Ｂ２から第２保護電圧Ｃ２に保護電圧の設定を変更する。なお、図３中のｔ１２における保護動作が開始されてからＴ＿ｓｔａｂｌｅ２が経過するまでは、平滑コンデンサ電圧が保護電圧より大きくなっても、制御部１７は、保護動作を継続させる。
【００４０】
よって、電源装置１は、Ｔ＿ｓｔａｂｌｅ２が経過した後、「平滑コンデンサ電圧＞保護電圧」になるので、制御部１７による保護動作が行われず、起動不良を防止することができる。
【００４１】
（昇圧回路部１４が昇圧する場合）
つぎに、昇圧回路部１４が昇圧の動作をしている場合について、図４から図７を用いて説明する。保護設定部１６は、昇圧回路部１４による昇圧レベルに基づいて第１保護電圧を算出し、交流電圧検出部１９により検出された交流電圧に基づいて第２保護電圧を算出し、第１保護電圧と第２保護電圧との比較を行う。なお、保護設定部１６は、上述した（１）式から第２保護電圧を算出する。
【００４２】
以下では、保護設定部１６により設定されている保護電圧による設定手順を説明する。具体的には、「第１保護電圧≧第２保護電圧」の場合には、第１保護電圧を保護電圧に設定する。また、「第１保護電圧＜第２保護電圧」の場合には、第２保護電圧を保護電圧に設定する。以下では、「第１保護電圧≧第２保護電圧」の場合と、「第１保護電圧＜第２保護電圧」の場合とに分けて説明する。
【００４３】
（「第１保護電圧≧第２保護電圧」の場合）
保護設定部１６は、昇圧回路部１４により昇圧が開始され、平滑コンデンサ電圧が遷移する期間である第１遷移期間が経過した後に、第２保護電圧から第１保護電圧に保護電圧の設定を変更する。以下では、第１遷移期間をＴ＿ｓｔａｂｌｅ１と称する。
【００４４】
ここで、瞬時停電が発生した場合における電源装置１の動作について、図４を用いて説明する。図４（ａ）は、直流負荷３の運転状態または停止状態を示し、図４（ｂ）は、スイッチング素子２２のオン状態またはオフ状態を示し、図４（ｃ）は、交流電源２から供給される交流電圧の波形を示し、図４（ｄ）は、直流電圧検出部１５により検出される平滑コンデンサ電圧の波形を示し、図４（ｅ）は、スイッチング部１２のスイッチの開放または短絡を示す図である。なお、以下では、図４中のｔ２１において瞬時停電が発生し、図４中のｔ２２において制御部１７による保護動作が開始され、図４中のｔ２３において復電となり、図４中のｔ２４において第２保護電圧の算出を開始し、図４中のｔ２５において直流負荷３の復帰動作が行われる場合を想定する。昇圧回路部１４は、制御部１７の制御に基づいて、目標昇圧レベルに到達するまで平滑コンデンサ電圧が上昇する。
【００４５】
ここで、制御部１７は、平滑コンデンサ電圧が目標昇圧レベルに到達する前に、第２保護電圧から第１保護電圧に保護電圧の設定を変更してしまうと、平滑コンデンサ電圧が保護電圧を下回ったと検知してしまう可能性がある。
【００４６】
つまり、電源装置１は、平滑コンデンサ電圧が目標昇圧レベルに到達する前に保護電圧が変更されてしまうと、「平滑コンデンサ電圧≦保護電圧」の状態になり、制御部１７の保護動作により、昇圧回路部１４の昇圧が停止し、かつ、直流負荷３の動作が停止してしまう可能性がある。
【００４７】
そこで、保護設定部１６は、昇圧回路部１４の昇圧が開始されてから、Ｔ＿ｓｔａｂｌｅ１が経過するまでは、保護電圧の設定を保持して変更を禁止し、Ｔ＿ｓｔａｂｌｅ１が経過した後に、第２保護電圧から第１保護電圧に保護電圧の設定を変更する。
【００４８】
制御部１７は、直流電圧検出部１５により検出された平滑コンデンサ電圧が保護設定部１６により設定された保護電圧を下回ったことを検出した場合、保護動作を開始する。具体的には、制御部１７は、昇圧回路部１４による昇圧を停止させ、直流負荷３の動作を停止させ、スイッチング部１２にスイッチを開放させる。制御部１７は、スイッチング部１２にスイッチを開放させることにより、交流電源２が復電したときに電源装置１に流れる突入電流を抵抗器１１に流し、復電時の突入電流を抑制することができる。また、保護設定部１６は、交流電源２が瞬時停電から復電するまでは、保護電圧の設定を変更しない。
【００４９】
また、交流電源２が瞬時停電から復電する場合には、昇圧回路部１４の昇圧が停止しているので、平滑コンデンサ電圧は、交流電源２の交流電圧の√２倍を超える電圧には到達しない。交流電源２が瞬時停電から復電した場合、保護設定部１６は、昇圧回路部１４の昇圧が停止したときと同じ処理を行う。すなわち、保護設定部１６は、交流電圧検出部１９により検出された交流電圧により復電を検知した場合、Ｔ＿ｓｔａｂｌｅ２が経過するまでは、保護電圧の設定を保持して変更を禁止し、Ｔ＿ｓｔａｂｌｅ２が経過した後に、保護電圧の設定を変更する。具体的には、保護設定部１６は、Ｔ＿ｓｔａｂｌｅ２が経過した後に、交流電圧検出部１９により検出された交流電圧に基づいて、上述した（１）式から第２保護電圧を算出し、算出した第２保護電圧に保護電圧の設定を変更する。なお、図４中のｔ２２における保護動作が開始されてからＴ＿ｓｔａｂｌｅ２が経過するまでは、平滑コンデンサ電圧が保護電圧より大きくなっても、制御部１７は、保護動作を継続させる。
【００５０】
つぎに、Ｔ＿ｓｔａｂｌｅ１中に瞬時停電が発生した場合における電源装置１の動作について、図５を用いて説明する。図５（ａ）は、直流負荷３の運転状態または停止状態を示し、図５（ｂ）は、スイッチング素子２２のオン状態またはオフ状態を示し、図５（ｃ）は、交流電源２から供給される交流電圧の波形を示し、図５（ｄ）は、直流電圧検出部１５により検出される平滑コンデンサ電圧の波形を示し、図５（ｅ）は、スイッチング部１２のスイッチの開放または短絡を示す図である。なお、以下では、図５中のｔ３１において瞬時停電が発生し、図５中のｔ３２において制御部１７による保護動作が開始され、図５中のｔ３３において復電となり、図５中のｔ３４において第２保護電圧の算出を開始し、図５中のｔ３５において直流負荷３の復帰動作が行われる場合を想定する。瞬時停電が発生した場合、交流電源２は、図５（ｃ）に示すように、電源装置１への交流電圧の供給を停止する。昇圧回路部１４は、昇圧する電圧がなくなるため、昇圧ができない状態となる。よって、平滑コンデンサ電圧は、図５（ｄ）に示すように、直流負荷３の運転によって下降する。
【００５１】
制御部１７は、直流電圧検出部１５により検出された平滑コンデンサ電圧が保護設定部１６により設定された保護電圧を下回ったことを検出した場合、保護動作を開始する。具体的には、制御部１７は、昇圧回路部１４による昇圧を停止させ、直流負荷３の動作を停止させ、スイッチング部１２にスイッチを開放させる。制御部１７は、スイッチング部１２にスイッチを開放させることにより、交流電源２が復電したときに電源装置１に流れる突入電流を抵抗器１１に流し、復電時の突入電流を抑制することができる。また、保護設定部１６は、交流電源２が瞬時停電から復電するまでは、保護電圧の設定を変更しない。
【００５２】
また、交流電源２が瞬時停電から復電する場合には、昇圧回路部１４の昇圧が停止しているので、平滑コンデンサ電圧は、交流電源２の交流電圧の√２倍を超える電圧には到達しない。交流電源２が瞬時停電から復電した場合、保護設定部１６は、昇圧回路部１４の昇圧が停止したときと同じ処理を行う。すなわち、保護設定部１６は、交流電圧検出部１９により検出された交流電圧により復電を検知した場合、Ｔ＿ｓｔａｂｌｅ２が経過するまでは、保護電圧の設定を保持して変更を禁止し、Ｔ＿ｓｔａｂｌｅ２が経過した後に、保護電圧の設定を変更する。具体的には、保護設定部１６は、Ｔ＿ｓｔａｂｌｅ２が経過した後に、交流電圧検出部１９により検出された交流電圧に基づいて、上述した（１）式から第２保護電圧を算出し、算出した第２保護電圧に保護電圧の設定を変更する。
【００５３】
電源装置１は、Ｔ＿ｓｔａｂｌｅ１を設定することにより、平滑コンデンサ電圧が目標昇圧レベルまで到達していない状態においても、直流負荷３の保護を行うことができる。
【００５４】
つぎに、交流電源２が瞬時停電から復電したときの保護電圧の設定について説明する。なお、以下では、瞬時停電が発生し、平滑コンデンサ電圧が保護電圧を下回り、制御部１７による保護動作によって、昇圧回路部１４の昇圧および直流負荷３の動作は停止しているものとする。交流電源２が瞬時停電から復電した場合、保護設定部１６は、昇圧回路部１４の昇圧が停止したときと同じ処理を行う。すなわち、保護設定部１６は、交流電圧検出部１９により検出された交流電圧により復電を検知した場合、Ｔ＿ｓｔａｂｌｅ２が経過するまでは、保護電圧の設定を保持して変更を禁止し、Ｔ＿ｓｔａｂｌｅ２が経過した後に、保護電圧の設定を変更する。具体的には、保護設定部１６は、Ｔ＿ｓｔａｂｌｅ２が経過した後に、交流電圧検出部１９により検出された交流電圧に基づいて、上述した（１）式から第２保護電圧を算出し、算出した第２保護電圧に保護電圧の設定を変更する。ここで、保護設定部１６により第２保護電圧が保護電圧として設定されていたとする。当該第２保護電圧は、保護電圧１である。また、保護設定部１６により、第１保護電圧と第２保護電圧を比較したとき、「第１保護電圧＜第２保護電圧」の場合には、第２保護電圧が保護電圧２である。
【００５５】
（「第１保護電圧＜第２保護電圧」の場合）
保護設定部１６は、昇圧回路部１４による昇圧が開始された場合、Ｔ＿ｓｔａｂｌｅ１をカウントせず、すなわちＴ＿ｓｔａｂｌｅ１を設定せずに、第２保護電圧を保護電圧に設定する。
【００５６】
ここで、瞬時停電が発生した場合における電源装置１の動作について、図６を用いて説明する。図６（ａ）は、直流負荷３の運転状態または停止状態を示し、図６（ｂ）は、スイッチング素子２２のオン状態またはオフ状態を示し、図６（ｃ）は、交流電源２から供給される交流電圧の波形を示し、図６（ｄ）は、直流電圧検出部１５により検出される平滑コンデンサ電圧の波形を示し、図６（ｅ）は、スイッチング部１２のスイッチの開放または短絡を示す図である。なお、以下では、図６中のｔ４１において瞬時停電が発生し、図６中のｔ４２において制御部１７による保護動作が開始され、図６中のｔ４３において復電となり、図６中のｔ４４において第２保護電圧の算出を開始し、図６中のｔ４５において直流負荷３の復帰動作が行われる場合を想定する。昇圧回路部１４は、昇圧を行う区間において、アクティブコンバータで動作し、制御部１７の制御に基づいて、目標昇圧レベルに到達するまで平滑コンデンサ電圧が上昇する。なお、「第１保護電圧＜第２保護電圧」により、交流電源２の交流電圧のピーク値は、昇圧回路部１４による昇圧される値以上になっている。よって、平滑コンデンサ電圧は、交流電源２の交流電圧のピーク値に一致する。
【００５７】
保護設定部１６は、図６（ｄ）に示すように、平滑コンデンサ電圧が目標昇圧レベル以上になっているので、保護電圧を第２保護電圧に設定し、Ｔ＿ｓｔａｂｌｅ１をカウントしない。
【００５８】
よって、保護設定部１６は、「第２保護電圧＞第１保護電圧」の場合には、Ｔ＿ｓｔａｂｌｅ１を設けずに、第２保護電圧を保護電圧に設定する。なお、瞬時停電が発生し、平滑コンデンサ電圧が保護電圧を下回った場合には、制御部１７による保護動作が行われるので、交流電源２が復電するまでは、昇圧回路部１４の昇圧は停止しているので、平滑コンデンサ電圧は、交流電源２の交流電圧の√２倍を超える電圧には到達しない。なお、保護設定部１６は、交流電源２が復電するまで保護電圧の設定を変更しない。
【００５９】
交流電源２が瞬時停電から復電した場合、保護設定部１６は、昇圧回路部１４の昇圧が停止したときと同じ処理を行う。すなわち、保護設定部１６は、交流電圧検出部１９により検出された交流電圧により復電を検知した場合、Ｔ＿ｓｔａｂｌｅ２が経過するまでは、保護電圧の設定を保持して変更を禁止し、Ｔ＿ｓｔａｂｌｅ２が経過した後に、保護電圧の設定を変更する。具体的には、保護設定部１６は、Ｔ＿ｓｔａｂｌｅ２が経過した後に、交流電圧検出部１９により検出された交流電圧に基づいて、上述した（１）式から第２保護電圧を算出し、算出した第２保護電圧に保護電圧の設定を変更する。
【００６０】
つぎに、瞬時停電が発生しない期間における昇圧回路部１４の昇圧および昇圧の停止について、図７を用いて説明する。図７（ａ）は、直流負荷３の運転状態または停止状態を示し、図７（ｂ）は、スイッチング素子２２のオン状態またはオフ状態を示し、図７（ｃ）は、交流電源２から供給される交流電圧の波形を示し、図７（ｄ）は、直流電圧検出部１５により検出される平滑コンデンサ電圧の波形を示し、図７（ｅ）は、スイッチング部１２のスイッチの開放または短絡を示す図である。なお、以下では、図７中のｔ５１において、昇圧回路部１４による昇圧が停止する場合を想定する。保護設定部１６は、「現在設定されている保護電圧≦第１保護電圧」の場合には、Ｔ＿ｓｔａｂｌｅ１が経過した後に第１保護電圧を保護電圧に設定する。また、保護設定部１６は、「現在設定されている保護電圧＞第１保護電圧」の場合には、Ｔ＿ｓｔａｂｌｅ１のカウントをせず、すなわちＴ＿ｓｔａｂｌｅ１を設定せずに、第２保護電圧を保護電圧に設定する。
【００６１】
保護設定部１６は、昇圧回路部１４により昇圧が行われている場合には、設定されている保護電圧を維持して当該昇圧を継続させ、制御部１７による制御によって昇圧回路部１４の昇圧が停止された場合には、現在設定されている保護電圧を第２保護電圧に変更する。なお、瞬時停電が発生していない期間においては、保護設定部１６は、交流電圧検出部１９により検出された交流電圧に基づいて第２保護電圧を算出し、Ｔ＿ｓｔａｂｌｅ２のカウントをせずに、保護電圧の設定を変更する。
【００６２】
昇圧回路部１４の昇圧が停止している場合には、平滑コンデンサ電圧は、交流電源２の交流電圧の√２倍を超える電圧には到達しない。また、第１保護電圧が保護電圧に設定されている場合には、第１保護電圧から第２保護電圧にすぐに設定を変更しても「平滑コンデンサ電圧＞保護電圧」になり、また、第２保護電圧が保護電圧に設定されている場合には、第２保護電圧のままとなるので、「平滑コンデンサの電圧＞保護電圧」になる。よって、制御部１７は、スイッチング部１２にスイッチを開放させることはない。また、制御部１７は、昇圧回路部１４の昇圧レベルを段階的に下げて停止させる必要はなく、直ちに昇圧回路部１４の昇圧を停止させることができる。
【００６３】
よって、電源装置１は、昇圧回路部１４の動作状態および交流電圧の変動に影響せずに、昇圧回路部１４を構成する半導体素子の突入電流に対する限界値であるΔＶｒｕｓｈ以内になるように第２保護電圧を設定することができ、交流電源２が瞬時停電から復電した時には、スイッチング部１２のスイッチが開放されており、抵抗器１１によって突入電流を抑制するので、復電時の突入電流を抑制することができる。電源装置１は、昇圧回路部１４の昇圧または昇圧の停止に基づいて、第１保護電圧または第２保護電圧を保護電圧に設定するので、昇圧回路部１４の昇圧を停止する必要が生じた場合、昇圧回路部１４の昇圧レベルを段階的に下げて停止させる必要はなく、直ちに昇圧回路部１４の昇圧を停止させることができるので、昇圧回路部１４のスイッチング素子２２がオン状態によって発生するスイッチングロスを低減することができ、省エネルギーを図ることができる。また、電源装置１は、復電時の突入電流を抑制することによって、昇圧回路部１４を構成する半導体素子を小型化することができ、低コストを実現することができる。さらに、電源装置１は、昇圧回路部１４を構成する半導体素子が高価なＳｉＣ、ＧａＮまたはダイヤモンドによるワイドバンドギャップ半導体によって構成されている場合、小型化による低コスト化を図ることができる。
【００６４】
なお、上述した保護設定部１６と制御部１７とを構成する動作制御部１８は、図８に示すように、演算を行うＣＰＵ１０１と、ＣＰＵ１０１により読み取られるプログラムが保存されるＲＯＭ１０２と、ＲＯＭ１０２に保存されているプログラムが展開されるＲＡＭ１０３と、信号の入出力を行うインターフェイス１０４とから構成されてもよい。動作制御部１８の各構成要素は、プログラム化され、ＲＯＭ１０２に保存されている。インターフェイス１０４は、直流電圧検出部１５から平滑コンデンサ電圧が入力され、交流電圧検出部１９から交流電圧が入力される。また、インターフェイス１０４は、昇圧回路部１４の昇圧を停止または動作させる信号を出力し、スイッチング部１２にスイッチの開放または短絡をさせる信号を出力し、直流負荷３に動作の停止または始動をさせる信号を出力する。
【００６５】
ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２に保存されているプログラムを読み出し、読み出したプログラムをＲＡＭ１０３に展開し、昇圧回路部１４による昇圧レベルに基づいて第１保護電圧を算出し、交流電圧検出部１９により検出された交流電圧に基づいて第２保護電圧を算出し、第１保護電圧と第２保護電圧との比較を行い、いずれか一方を保護電圧に設定する演算を行う。ＣＰＵ１０１は、直流電圧検出部１５により検出された平滑コンデンサ電圧と保護電圧とを比較し、比較した結果から平滑コンデンサ電圧が保護電圧を下回っている場合、インターフェイス１０４を介して、スイッチング部１２にスイッチを開放させる信号を出力し、昇圧回路部１４に昇圧を停止させる信号を出力し、直流負荷３に動作の停止をさせる信号を出力する。
【００６６】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００６７】
１  電源装置、２  交流電源、３  直流負荷、１１  抵抗器、１２  スイッチング部、１３  整流回路部、１４  昇圧回路部、１５  直流電圧検出部、１６  保護設定部、１７  制御部、１８  動作制御部、１９  交流電圧検出部、２１  リアクタ、２２  スイッチング素子、２３  ダイオード、２４  平滑コンデンサ。
【図１】
2016143102.tif 000003
【図２】
2016143102.tif 000004
【図３】
2016143102.tif 000005
【図４】
2016143102.tif 000006
【図５】
2016143102.tif 000007
【図６】
2016143102.tif 000008
【図７】
2016143102.tif 000009
【図８】
2016143102.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成29年3月7日(2017.3.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源から供給される電流を制限する抵抗器と、
前記抵抗器と並列に接続されるスイッチング部と、
前記抵抗器および前記スイッチング部の後段に接続され、前記交流電源の交流電圧を整流する整流回路部と、
前記整流回路部により整流された直流電圧の昇圧を行う昇圧回路部と、
前記昇圧回路部から出力される直流電圧を検出する直流電圧検出部と、
前記交流電源の交流電圧を検出する交流電圧検出部と、
前記昇圧回路部による昇圧レベルに基づいて第１保護電圧を算出し、前記交流電圧検出部により検出された前記交流電圧に基づいて第２保護電圧を算出し、前記第１保護電圧と前記第２保護電圧との比較を行い、いずれか一方を保護電圧に設定する保護設定部と、
前記直流電圧が前記保護設定部により設定されている前記保護電圧を下回った場合、前記スイッチング部を開放させ、前記昇圧回路部による昇圧を停止させる制御部とを備える電源装置。
【請求項２】
前記保護設定部は、前記制御部が前記昇圧回路部の昇圧を停止させた場合、前記第２保護電圧を前記保護電圧に設定する請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記保護設定部は、前記昇圧回路部の動作が停止している場合、前記第２保護電圧を前記保護電圧に設定する請求項１に記載の電源装置。
【請求項４】
前記保護設定部は、前記昇圧回路部を構成する半導体素子の突入電流に対する限界値以内になるように前記第２保護電圧を算出する請求項１に記載の電源装置。
【請求項５】
前記保護設定部は、前記昇圧回路部による昇圧が開始され、前記直流電圧が遷移する期間である第１遷移期間が経過した後に、前記第２保護電圧から前記第１保護電圧に前記保護電圧の設定を変更する請求項１に記載の電源装置。
【請求項６】
前記保護設定部は、前記交流電源の交流電圧の供給が停止した直後に前記直流電圧が前記保護電圧を下回った場合、前記保護電圧を変更せずに保持し、前記交流電源の交流電圧の供給が開始され、前記直流電圧が遷移する期間である第２遷移期間が経過した後に、前記第１保護電圧から前記第２保護電圧に前記保護電圧の設定を変更する請求項１に記載の電源装置。
【請求項７】
前記保護設定部は、設定されている下限値を下回らないように前記保護電圧を設定する請求項１から６のいずれか一項に記載の電源装置。
【請求項８】
前記昇圧回路部を構成する半導体素子は、ワイドバンドギャップ半導体であることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の電源装置。
【請求項９】
前記ワイドバンドギャップ半導体は、ＳｉＣ、ＧａＮまたはダイヤモンドであることを特徴とする請求項８に記載の電源装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
そこで、保護設定部１６は、交流電源２の交流電圧の供給が停止した直後に平滑コンデンサ電圧が保護電圧を下回り、交流電圧検出部１９により検出された交流電圧により復電を検知しても、Ｔ＿ｓｔａｂｌｅ２が経過するまでは、保護電圧の設定を保持して変更を禁止し、交流電源２の交流電圧の供給が開始され、Ｔ＿ｓｔａｂｌｅ２が経過した後に、保護電圧の設定を変更する。具体的には、保護設定部１６は、Ｔ＿ｓｔａｂｌｅ２が経過した後に、図３（ｂ）中に示すＣ１時点の交流電圧に基づいて、上述した（１）式から第２保護電圧Ｃ２を算出し、第２保護電圧Ｂ２から第２保護電圧Ｃ２に保護電圧の設定を変更する。なお、図３中のｔ１２における保護動作が開始されてからＴ＿ｓｔａｂｌｅ２が経過するまでは、平滑コンデンサ電圧が保護電圧より大きくなっても、制御部１７は、保護動作を継続させる。
【国際調査報告】
2016143102.tif 000011
2016143102.tif 000012