(57)【要約】【課題】 供給電源をオンした時に負荷回路に生じる突入電流を、簡易な回路構成により抑制できる突入電流抑制回路を得る。【解決手段】 供給電源２の出力側と負荷回路５の入力側の間にエミッタおよびコレクタを接続したトランジスタ４を設けるとともに、供給電源２の出力側とトランジスタ４のベースの間に、供給電源２をオンすることによりトランジスタ４にベース電流を供給してトランジスタ４を作動させる作動回路６と、トランジスタ４のベースにベース電流を制御するベース電流制御回路７を設けた構成とした。【選択図】  図１
2005354855.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給電源の出力側と負荷回路の入力側の間に設けられ、前記供給電源がオンされた時に前記負荷回路に生じる突入電流を抑制する突入電流抑制回路であって、
前記供給電源の出力側と前記負荷回路の入力側の間にエミッタおよびコレクタが接続されたトランジスタと、前記供給電源の出力側と前記トランジスタのベースの間に接続され、前記供給電源のオンによりベース電流を供給し前記トランジスタを作動させる作動回路と、前記ベースに接続され、前記ベース電流を制御するベース電流制御回路と、
を備えたことを特徴とする突入電流抑制回路。
【請求項２】
前記トランジスタは、前記供給電源の出力側に前記エミッタが接続され、前記負荷回路の入力側に前記コレクタが接続されたＰＮＰタイプのトランジスタであり、前記作動回路は、前記トランジスタを起動させる起動抵抗であり、前記ベース電流制御回路は、前記ベース電流を制限する制限抵抗であ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】
前記作動回路は、前記起動抵抗に並列に接続され、前記ベース電流を漸増させる起動緩和コンデンサーを備えたことを特徴とする請求項２に記載の突入電流抑制回路。
【請求項４】
前記ベース電流制御回路は、定電流ダイオードであることを特徴とする、請求項２または３のいずれか１項に記載の突入電流抑制回路。
【請求項５】
前記トランジスタは、前記供給電源の出力側に前記コレクタが接続され、前記負荷回路の入力側に前記エミッタが接続されたＮＰＮタイプのトランジスタであり、前記作動回路は、前記トランジスタを起動させる起動抵抗であり、前記ベース電流制御回路は、充電コンデンサーであ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６】
前記供給電源の出力側と前記コレクタの間にゼナーダイオードを設けたことを特徴とする、請求項５に記載の突入電流抑制回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば電力システムの制御機器などに設けられる突入電流抑制回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電源投入時の突入電流は、プリントカード等の負荷回路が容量性負荷である場合に大きな問題となる。この問題に対処するため、従来の突入電流抑制回路においては、入力電圧を充電する積分回路と、充電中の入力電圧の変化を検知する入力電圧検知回路と、負荷回路に供給される出力電圧の変化を検知する出力電圧検知回路と、入力および出力電圧検知回路からの信号を入力し、入出力電圧の差に対応する電圧を増幅する差動増幅回路と、差動増幅回路の出力電圧の変化に応じて相互インダクタンスを変化させるトランジスタよりなるスイッチ手段とを備え、負荷回路へ供給する出力電圧を監視しながらスイッチ手段であるトランジスタの駆動電圧を徐々に増加させることで、突入電流を完全に抑制するようにしている。（たとえば特許文献１参照）
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−３２７０５７号公報（第４頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の突入電流抑制回路は、上記のように複数の回路を組み合わせて構成されているので、その回路構成が複雑かつ大きくなり、回路配置スペース、信頼性および費用などの点で問題があった。
【０００５】
また、電力システムの制御機器に使用する突入電流抑制回路としては、メンテナンスなどにより行われる年数回程度の制御機器の供給電源のオン時に負荷回路に生じる突入電流に対して、上記のような複雑な回路構成を用いて突入電流を完全に抑制するのではなく、たとえ突入電流が生じたとしても、それが負荷回路の動作に影響を及ぼさない大きさの突入電流に抑えることができるような回路構成が簡易に実現できればよい旨の要求もあった。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、負荷回路の動作に影響を及ぼすような突入電流の発生を抑制できる突入電流抑制回路を、簡易な回路構成として得ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明にかかる突入電流抑制回路は、供給電源の出力側と負荷回路の入力側の間にエミッタおよびコレクタを接続したトランジスタを設けるとともに、供給電源の出力側とトランジスタのベースの間に、供給電源をオンすることにより、トランジスタにベース電流を供給してトランジスタを作動させる作動回路と、トランジスタのベースにベース電流を制御するベース電流制御回路を設けた構成とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、突入電流抑制回路を、簡易な回路構成として、供給電源をオンする時に生じる突入電流を、負荷回路に対して影響を及ぼさない大きさに抑制するようにしたため、小型化、信頼性の向上および費用削減などが図れる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１はこの発明による突入電流抑制回路１の回路構成図である。図１において、供給電源２の出力は、端子３ａ、３ｂを介して、一点鎖線で囲まれた突入電流抑制回路１に入力されている。この突入電流抑制回路１は、端子３ａに接続されたＰＮＰタイプのトランジスタ４と、供給電源２がオンされた時にトランジスタ４を作動させるために、トランジスタ４のベース・エミッタ間に並列に接続された作動回路である起動抵抗６と、供給電源２をオンさせた時に流れる突入電流を抑制するために、トランジスタ４のベース側に接続された、ベース電流を制御するためのベース電流制御回路である制限抵抗７により構成されている。この突入電流防止回路１により、供給電源２をオンした時に生じる突入電流を抑制し、端子３ｃ、３ｄを介して負荷回路５に入力されている。
【００１０】
図２は、突入電流抑制回路１の動作状態図である。図２において、横軸は経過した時間を表し、縦軸は電流または電圧を表している。時間ｔ１は、供給電源２がオンされた時であり、この時から供給電源２は一定の供給電源電圧２ａを示す。また同時にトランジスタ４には、それぞれ鎖線で示すベース電流４ａとコレクタ電流４ｂが流れる。このコレクタ電流４ｂは、時間ｔ１において急峻に立上った後、所定の時間、トランジスタ４とその電流増幅率の積の関係に基づいてコレクタ電流４ｂの大きさが制限される領域（以下、コレクタ電流制限領域と記す）４ｃを経過した後、トランジスタ４が作動したときのトランジスタ４の抵抗と負荷回路５が有する静電容量より決定される時定数に基づいて減少傾向を示す領域（以下、コレクタ電流減衰領域と記す）４ｄを経て、一点鎖線で示している負荷回路５が有する定常負荷電流５ａに漸近していく。
【００１１】
次に実施の形態１の動作について、図１，図２を用いて説明する。
【００１２】
時間ｔ１において供給電源２がオンされ、突入電流抑制回路１に供給電源電圧２ａの電圧が供給されると、起動抵抗６を介して制限抵抗７にベース電流４ａが流れ、トランジスタ４が作動する。このトランジスタ４が作動している間のベース電流４ａは、電流制御トランジスタ４のベース・エミッタ間電圧をＶＢＥ、起動抵抗６の抵抗値をＲ６、制限抵抗７の抵抗値をＲ７、供給電源電圧２ａをＶＳ、ベース電流４ａをＩＢとすると、下記の（１）式で示されるものとなり、ベース電流４ａ（ＩＢ）は、起動抵抗６（Ｒ６）と制限抵抗７（Ｒ７）により制限されることになる。
【００１３】
ＩＢ＝〔（ＶＳ−ＶＢＥ）／Ｒ７〕−（ＶＢＥ／Ｒ６）・・・・・・（１）
【００１４】
また、負荷回路５に流れる負荷電流５ａは、トランジスタ４のコレクタ電流４ｂと等価で示され、トランジスタ４の電流増幅率をｈＦＥ、負荷電流５ａをＩＬ、コレクタ電流４ｂをＩＣとすると、下記の（２）式で示されるものとなり、また式（１）により、トランジスタ４のベース電流ＩＢが制限されることにより、結果、負荷回路５に流れる負荷電流５ａ（ＩＬ）が制限されることになる。
【００１５】
ＩＣ＝ＩＬ＝ｈＦＥ×ＩＢ・・・・（２）
【００１６】
以上より、まず供給電源２がオンされた時には、負荷回路５が有する容量性負荷に基づいて、突入電流抑制回路１に突入電流が流れるが、この突入電流はコレクタ電流制限領域４ｃに示すように、起動抵抗６および制限抵抗７により制限されたトランジスタ４のベース電流４ａと電流増幅率ｈＦＥとの積の値で制限されることになる。その後、コレクタ電流低下領域４ｄを経て、コレクタ電流４ｂは負荷回路５が定常的に消費しうる定常負荷電流５ａに漸近していく。
【００１７】
なお定常状態においては、負荷回路５に十分な負荷電流をトランジスタ４から供給する必要がある。したがって、制限抵抗７は、負荷回路５の定常負荷電流を考慮し、供給電源２から負荷回路５に供給されるコレクタ電流が、負荷回路５が有する負荷電流の最大値より大きくなるように設定されている。
【００１８】
本実施の形態によれば、従来に比して突入電流抑制回路を簡易な構成として、供給電源２のオン時に制御機器の負荷回路５に誤動作または故障などを与えるような過渡的な突入電流を抑制するようにしたため、小型化、信頼性の向上および費用削減などが図れる効果がある。
【００１９】
実施の形態２
実施の形態１においては、供給電源２をオンした時にコレクタ電流４ｂが急峻に変化することから、この急峻なコレクタ電流４ｂの変化に伴い、負荷回路５が影響を受ける可能性がある。図３の回路構成図は、この急峻なコレクタ電流４ｂの変化を緩和するために、作動回路として起動抵抗６に並列して起動緩和コンデンサー１０を設けて、一次遅れ回路を構成したものである。
【００２０】
また図４は、この実施の形態２の動作状態図である。時間ｔ１において供給電源２がオンされたのち、起動抵抗６と起動緩和コンデンサー１０の積により決定される時定数に基づいてベース電流４ａが漸増傾向を示す領域（以下、ベース電流漸増領域と記す）４ｅと、このベース電流漸増領域４ｅに対応してコレクタ電流４ｂの立上りが緩和される領域（以下、コレクタ電流緩和領域と記す）４ｆが現れる。なお図３、図４において、実施の形態１で説明したものと同一符号のものについては説明を省略する。
【００２１】
次に実施の形態２の動作について実施の形態１と異なる部分について図３および図４を用いて説明する。
【００２２】
時間ｔ１において供給電源２がオンされ、突入電流抑制回路１に供給電源電圧２ａの電圧が供給されると、起動抵抗６と起動緩和コンデンサー１０が並列に接続されているために、制限抵抗７には起動緩和コンデンサー１０の両端にかかる電圧が電流制御トランジスタ４のベース・エミッタ間の立上り電圧になるまで、起動緩和コンデンサー１０に充電電流が流れる。この供給電源２がオンされた時のベース電流４ａの変化は、まず、供給電源２がオンされた時の起動緩和コンデンサー１０が放電された状態であるとして、電流制御トランジスタ４のベース・エミッタ間のインピーダンスをＺ、起動抵抗６の抵抗値をＲ６、起動緩和コンデンサー１０の静電容量をＣ１０、ｔを供給電源２がＯＮされた時間ｔ１から経過した時間とすると、インピーダンスＺの過度的な変化は、下記の（３）式で示されるものとなる。
【００２３】
Ｚ＝（１−ｅｘｐ（−ｔ／（Ｃ１０・Ｒ６）））・Ｒ６・・・・・・（３）
【００２４】
そして、このインピーダンスＺが、前記のベース電流４ａの算出式である（１）式のＲ６に相当することから、ベース電流４ａは、供給電源電圧２ａをＶＳ、ベース電流４ａをＩＢ、制限抵抗７の抵抗値をＲ７、トランジスタ４のベース・エミッタ間電圧をＶＢＥとすると、下記の（４）式で示されるものとなる。
【００２５】
ＩＢ＝（（ＶＳ−ＶＢＥ）／Ｒ７）−（ＶＢＥ／（１−ｅｘｐ（−ｔ／Ｃ１０・Ｒ６）・Ｒ６）〕・・・・・・（４）
【００２６】
以上のことから、供給電源２がオンされた時は、（４）式に示された（ＶＢＥ／（１−ｅｘｐ（−ｔ／Ｃ８・Ｒ６）・Ｒ６）〕の項が大きな値となるため、ベース電流４ａの値は小さくなり、その後、ベース電流漸増領域４ｅに示すように漸増する。
【００２７】
また、負荷回路５に流れる負荷電流５ａと等価であるコレクタ電流４ｂは、前記の（２）式に示されたようにベース電流４ａとその電流増幅率の積により制限されるため、供給電源２がオンされた時のベース電流４ａの漸増状態を反映して、その立上りがコレクタ電流緩和領域４ｆに示されるように緩やかなものになる。
【００２８】
本実施の形態によれば、実施の形態１の構成に起動抵抗６に並列して起動緩和コンデンサー１０を設けて一次遅れ回路を構成して、供給電源２のオン時の負荷回路５への負荷電流の立上りを緩やかにしたことにより、実施の形態１の効果に比して、一層突入電流による制御機器の誤動作および故障の防止による信頼性の向上が図れる効果がある。
【００２９】
実施の形態３
実施の形態１においては、例えば供給電源２からの供給電源電圧２ａが高くなったような場合は、トランジスタ４のベース電流４ａが高くなるために、供給電源２のオン時の突入電流が必要以上に大きくなる可能性がある。図５は、これを防止するために、実施の形態１で示した制限抵抗７の代わりに、ベース電流制御回路として定電流ダイオード１１を用いたものである。この場合、定電流ダイオード１１を流れる定電流をＩＤとすると、前記のベース電流４ａの算出式である（１）式において、供給電源電圧２ａの電圧ＶＳが関連する（（ＶＳ−ＶＢＥ）／Ｒ７）の項が、定電流ダイオード２０の定電流ＩＤに置き換えられ、下記の次式（５）で示されたものとなり、供給電源電圧２ａの電圧ＶＳに影響されないことになる。なお図５において、実施の形態１で説明したものと同一符号のものについては説明を省略する。
【００３０】
ＩＢ＝ＩＤ−ＶＢＥ／Ｒ６・・・・・・（５）
【００３１】
本実施の形態によれば、実施の形態１で示した制限抵抗７の代わりに、定電流ダイオード１１を用いた構成としたため、供給電源２の供給電源電圧２ａの変動に関係なく、トランジスタ４のベース電流４ａを一定に保つことができるため、突入電流を安定して抑制できる効果がある。
【００３２】
なお、本実施の形態は、実施の形態１に対して適用したものを示したが、実施の形態２に対しても同様に適用できることは言うまでもない。
【００３３】
実施の形態４
実施の形態１または２においては、ＰＮＰタイプのトランジスタ４を用いている。しかしながら、このＰＮＰタイプのトランジスタは、一般的にベース・エミッタ間電圧が０．６Ｖ程度と小さいために、時間の長い時定数回路の作動回路を構成することが困難である。図６はこれに対応するために、ＮＰＮタイプのトランジスタ１５と、ベース電流制御回路として、一次遅れ設定用の充電コンデンサー１６と、トランジスタ１５のコレクタ側に接続されたゼナーダイオード１７と、を用いて構成したものである。
【００３４】
また図７は、この実施の形態４の動作状態図である。時間ｔ１において供給電源２がオンされたのち、ベース電流４ａは、充電コンデンサー１６に係る電圧がトランジスタ１５のベース・エミッタ間の立上り電圧より低いことによりベース電流４ａが流れない領域（以下、無ベース電流領域と記す）４ｇと、充電コンデンサー１６に係る電圧とトランジスタ１５のベース・エミッタ間の立上り電圧が等しくなり、ベース電流４ａが流れはじめる時間ｔ２から、充電コンデンサー１６と起動抵抗６の積による時定数でベース電流４ａが漸増する領域（以下、ベース電流漸増領域と記す）４ｅを経て定常電流となる。またコレクタ電流４ｂは、時間ｔ１から所定の時間、ベース電流４ａが抑制されることによりコレクタ電流４ｂの立上りが緩和される領域（以下、コレクタ電流緩和領域と記す）４ｈ、トランジスタ１５とその電流増幅率の積の関係に基づいて制限される領域（以下、コレクタ電流制限領域と記す）４ｃを経過した後、ゼナーダイオード１７の動作抵抗、トランジスタ１５が作動したときのトランジスタ１５の抵抗および負荷回路５が有する静電容量より決定される時定数に基づいて減少傾向を示す領域（以下、コレクタ電流減衰領域と記す）４ｊを経て、一点鎖線で示している負荷回路５が有する定常負荷電流５ａに漸近していく。なお図６および図７において、実施の形態１または２で説明したものと同一符号のものについては説明を省略する。
【００３５】
次に実施の形態４の動作について図６および図７を用いて説明する。
【００３６】
時間ｔ１において供給電源２がオンされ、突入電流抑制回路１に供給電源電圧２ａが供給されると、起動抵抗６を介して充電コンデンサー１６に充電電流が流れる。この時、充電コンデンサー１６に係る電圧は、その電圧をＶ１６、供給電源電圧２ａをＶＳ、起動抵抗６の抵抗値をＲ６、充電コンデンサー１６の静電容量をＣ１６、ｔを供給電源２がオンされた時間ｔ１から経過した時間とすると、下記の式（６）で示されるものとなる。
【００３７】
Ｖ１６＝〔１−ｅｘｐ（−ｔ／Ｒ６・Ｃ１６）〕・ＶＳ・・・・・・（６）
【００３８】
ここで起動抵抗６の値は、ゼナーダイオード１７のゼナー電圧により大きく取ることができるため、起動抵抗６の抵抗値と充電コンデンサー１６の静電容量より決まる時定数を大きくすることができ、結果充電コンデンサー１６に係る電圧の立上りを緩やかにすることができる。
【００３９】
これらのことより、ベース電流４ａについては、充電コンデンサー１６に係る電圧が、トランジスタ１５のベース・エミッタ間の立上り電圧に至るまでは、トランジスタ１５にはベース電流４ａが流れないために、供給電源２がオンされる時間ｔ１から充電コンデンサー１６に係る電圧と電流制御トランジスタ１５のベース・エミッタ間の立上り電圧が等しくなる経過時間ｔ２までの間は、ベース電流４ａが流れない無ベース電流領域４ｇとなる。そして、充電コンデンサー１６に係る電圧がトランジスタ１５のベース・エミッタ間の立上り電圧を超える時間ｔ２以後は、起動抵抗６を介してトランジスタ１５のベースに、ベース電流漸増領域４ｃに示すようにベース電流が緩やかに漸増しながら流れ、その後、充電コンデンサー１６の充電完了と共に定常値となる。この時のベース電流４ａの大きさは、ベース電流４ａをＩＢ、ゼナーダイオードのゼナー電圧をＶＺ、起動抵抗６の抵抗値をＲ６、電流制御トランジスタ１５のコレクタ・エミッタ間電圧をＶＣＥおよびベース・エミッタ間電圧をＶＢＥとすると、定常状態では、ベース電流４ａ（ＩＢ）は起動抵抗６を流れる電流と等しいから、下記の式（７）で示されるものとなる。
【００４０】
ＩＢ＝（ＶＺ＋ＶＣＥ−ＶＢＥ）／Ｒ６・・・・・（７）
【００４１】
また、負荷回路５に流れる負荷電流５ａと等価であるコレクタ電流４ｂは、前記の（２）式に示されたようにベース電流４ａとその電流増幅率の積により制限されるため、供給電源２がオンされた後の無ベース電流領域４ｇ、およびその後のベース電流４ａが漸増するベース電流漸増領域４ｅに対応して、その立上りがコレクタ電流緩和領域４ｈに示されるように緩やかなものになり、その後、コレクタ電流制限領域４ｃ、コレクタ電流減衰領域４ｊを経て、一点鎖線で示す負荷回路５が有する定常負荷電流５ａに漸近していく。
【００４２】
本実施の形態によれば、実施の形態１の構成に対し、ＰＮＰタイプのトランジスタ４の代わりにＮＰＮタイプのトランジスタ１５と、ベース電流制御回路として制限抵抗７の代わりに充電コンデンサー１６と、トランジスタ１５のコレクタ側に接続されたゼナーダイオード１７と、を用いた構成として、起動抵抗６の値を大きく取ることができるようにして、供給電源２のオン時の負荷回路５への負荷電流の立上りを一層緩やかにすることにより、突入電流による制御機器の誤動作および故障の防止による信頼性の向上が一層図れる効果がある。
【００４３】
さらに本実施の形態では、ゼナーダイオード１６を用いたものを示したが、定電圧素子であれば使用可能であるから、ダイオードを順方向に接続して用いても同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】この発明の実施の形態１における突入電流抑制回路の回路構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１における突入電流抑制回路の動作状態図である。
【図３】この発明の実施の形態２における突入電流抑制回路の回路構成図である。
【図４】この発明の実施の形態２における突入電流抑制回路の動作状態図である。
【図５】この発明の実施の形態３における突入電流抑制回路の回路構成図である。
【図６】この発明の実施の形態４における突入電流抑制回路の回路構成図である。
【図７】この発明の実施の形態４における突入電流抑制回路の動作状態図である。
【符号の説明】
【００４５】
１      突入電流抑制回路
２      供給電源
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ    端子
４      ＰＮＰタイプのトランジスタ
５      負荷回路
６      起動抵抗
７      制限抵抗
１０    起動緩和コンデンサー
１１    定電流ダイオード
１５    ＮＰＮタイプのトランジスタ
１６    充電コンデンサー
１７    ゼナーダイオード
【図１】
2005354855.tif 000003
【図２】
2005354855.tif 000004
【図３】
2005354855.tif 000005
【図４】
2005354855.tif 000006
【図５】
2005354855.tif 000007
【図６】
2005354855.tif 000008
【図７】
2005354855.tif 000009