(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、安定動作や信頼性を兼ね備えたインバータ装置への電力供給回路を提供することにある。【解決手段】  本発明の電力供給回路１０は、三角波を出力する三角波発振器１２と、立ち上がりおよび立ち下がりが傾斜した波形を出力するソフトスタート回路１４と、三角波発振器１２およびソフトスタート回路１４の出力が入力され、デューティー比を変化させながらパルスを出力するＰＷＭ（pulse width modulation）回路１６と、ＰＷＭ回路１６の出力でスイッチング動作させながら電源電流を通過させるＩＰＭ（interigentpower module）２２と、を含む。【選択図】図１
2005354792.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源の電力をインバータ装置に供給するための電力供給回路であって、
三角波を出力する三角波発振器と、
立ち上がりおよび立ち下がりが傾斜した波形を出力するソフトスタート回路と、
前記三角波発振器およびソフトスタート回路の出力が入力され、デューティー比を変化させながらパルスを出力するＰＷＭ回路と、
前記ＰＷＭ回路の出力でスイッチング動作させながら電源電流を通過させるＩＰＭと、
を含む電力供給回路。
【請求項２】
前記ＩＰＭを通過した電流の平滑をおこなうインダクタンスと、
前記ＩＰＭがオフのときにインダクタンスの逆起電力でインバータ装置に電力を供給するためのＦＲＤと、
を含む請求項１に記載の電力供給回路。
【請求項３】
前記ＩＰＭの動作異常時に、該ＩＰＭ内で異常パルスを発生する回路と、
前記異常パルスが入力され、該異常パルスが入力されるとロー出力となるラッチ回路と、
前記ＰＷＭとラッチ回路からの出力が入力されるＡＮＤ回路と、
を含む請求項１または２に記載の電力供給回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータ装置に設けられる大容量コンデンサへ電力を供給する電力供給回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
都市交通システムのモノレールやアストラムなどは誘導電動機で走行する。図３に示すように、最近の都市交通システムにおける誘導電動機３６の駆動回路３８としては、ＩＧＢＴ（insulated gate bipolar transistor）３４などの高速スイッチング型の電力素子
を使用する。このＩＧＢＴ３４のスイッチング動作により、誘導電動機３６をインバータ制御している。
【０００３】
インバータ装置３２内のＩＧＢＴ３４がスイッチング動作時に発するサージなどに対し、安定に動作させるためには、インバータ装置３２の内部に大容量のコンデンサＣを効果的に配置することが重要となる。なお、コンデンサＣは、一般には電解コンデンサが使用される。
【０００４】
コンデンサＣを主電源フィルターとして内蔵するインバータ装置３２の一次側の電源を開閉するには、最初、予備充電用コンタクタＭＣＲをオンさせ、抵抗器Ｒ１を介して、インバータ装置３２のコンデンサＣの予備充電をおこない、このコンデンサＣが徐々に充電電圧が一次側電源（ＤＣ６００Ｖ架線）の電圧の７０％から８０％程度となれば主接触器（電磁接触器）ＭＣをオンする。
【０００５】
以上の予備充電動作をおこなわずに一挙に主接触器ＭＣをオンした場合、コンデンサＣへの突入電流により、ノーヒューズブレーカＮＦＢが過電流保持動作により、トリップ（遮断）したり、主接触器ＭＣの接点部が溶着するなどの不具合となる。
【０００６】
また、主接触器ＭＣとして大きなスペースを必要とし、かつ、放熱スペースを必要とする予備充電回路が必要となる。開閉動作疲労により機械的寿命が短い。通電やアーク放電による劣化で電気的寿命が短い。開閉動作時間が長く（約５秒）、開閉動作音が大きい。実勢価格が１０万円以上と価格が高い。動作信頼性が低く、ＩＧＢＴの異常時に応答が遅く保護できず、メンテナンスが必要である。以上のように、図３の回路では欠点が多い。    
【特許文献１】特開平１０−２７１８４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、安定動作や信頼性を兼ね備えたインバータ装置への電力供給回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の電力供給回路の要旨は、電源の電力をインバータ装置に供給するための電力供給回路であって、三角波を出力する三角波発振器と、立ち上がりおよび立ち下がりが傾斜した波形のパルスを出力するソフトスタート回路と、前記三角波発振器およびソフトスタート回路の出力が入力され、デューティー比を変化させながらパルスを出力するＰＷＭ回路と、前記ＰＷＭ回路の出力でスイッチング動作させながら電源電流を通過させるＩＰＭと、を含む。
【０００９】
前記ＩＰＭを通過した電流の平滑をおこなうインダクタンスと、前記ＩＰＭがオフのときにインダクタンスの逆起電力でインバータ装置に電力を供給するためのＦＲＤと、を含む。
【００１０】
前記ＩＰＭの動作異常時に、該ＩＰＭ内で異常パルスを発生する回路と、前記異常パルスが入力され、該異常パルスが入力されるとロー出力となるラッチ回路と、前記ＰＷＭとラッチ回路からの出力が入力されるＡＮＤ回路と、を含む。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、機械的なスイッチのオン・オフではなく、ＩＰＭの電気的なスイッチング動作を利用するため、装置が発する騒音や機械的な劣化はなく、動作信頼性が高い。通電やアーク放電もなく電気的な寿命劣化などもない。電気的なスイッチング動作であるため、開閉動作時間も短い。ＩＰＭ内で異常を検出するため、保護信頼性が高く、メンテナンス不要である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。本発明の電力供給回路は、誘導電動機の駆動回路の一部であり、この駆動回路のインバータ装置へ電力を供給するものである。なお、図１に示す電力供給回路１０は、図３に示すインバータ装置３２などに接続される。
【００１３】
図１に示す本発明の電力供給回路１０は、三角波を出力する三角波発振器１２と、立ち上がりおよび立ち下がりが傾斜した波形のパルスを出力するソフトスタート回路１４と、三角波発振器１２およびソフトスタート回路１４の出力が入力され、デューティー比を変化させながらパルスを出力するＰＷＭ（pulse width modulation）回路１６と、ＰＷＭ回路１６の出力でスイッチング動作させながら電源電流を通過させるＩＰＭ（interigent
power module）２２と、を含む。
【００１４】
三角波発振器１２で発生する三角波は、ＰＷＭ回路１６でＰＷＭをおこなうときのキャリアとなるものである。
【００１５】
ソフトスタート回路１４は、起動信号が入力されたときに、立ち上がりおよび立ち下がりが傾斜した波形を発振するものである。ソフトスタート回路１４からの出力されるパルスは、ＰＷＭ回路１６での演算用のドライバ信号である。
【００１６】
本発明は、起動信号がシーケンサなどによってソフトスタート回路１４に入力される構成である。
【００１７】
ＰＷＭ回路１６は、三角波発振器１２およびソフトスタート回路１４からの出力を比較することによって、図２（ｂ）に示すようなＴｏｎ：Ｔｏｆｆで決まるデューティー比を変化させながらパルスを出力する回路である。デューティー比の変化の度合いは、ソフトスタート回路１４から出力されるパルスの立ち上がりの傾きによって異なる。
【００１８】
ＩＰＭ２２は、ＩＧＢＴ２４に各種自己診断および保護機能を付加したものである。ＩＰＭ２２のＩＧＢＴ２４が、ＰＷＭ回路１６からのパルスによってスイッチング動作をおこなう。図２（ｂ）に示すように、ＰＷＭ回路１６からのパルスはパルス幅が徐々に広がって、やがてはすべてオンとなるものである。したがって、ＩＧＢＴ２４のスイッチング動作は、一定期間におけるオン状態が徐々に長くなり、やがては全オン状態となものである。
【００１９】
また、本発明は、ＩＰＭ２２を通過した電流の平滑をおこなうインダクタンスＬと、ＩＰＭ２２がオフのときにインダクタンスＬの逆起電力でインバータ装置３２のコンデンサＣに電力を供給するためのＦＲＤ（fast recovery diode）と、を含む。
【００２０】
ＩＰＭ２２の各種自己診断および保護機能として、ＩＰＭ２２の動作異常時に、ＩＰＭ２２内で異常パルスを発生する回路をふくむ。ＩＰＭ２２が異常動作として検出する内容は、過電流、過熱、電源電圧異常である。
【００２１】
さらに、本発明は、異常検出後、異常パルスが入力され、異常パルスが入力されるとローレベルの出力となるラッチ回路２８と、ＰＷＭ１６とラッチ回路２８からの出力が入力されるＡＮＤ回路１８と、を含む。
【００２２】
図１に示す絶縁素子２０，２６は、フォトカプラを使用する。フォトカプラは、発光ダイオードと受光素子を電気的に絶縁して１つの容器中に組み込めるので、電圧の異なる回路相互の結合、あるいは高耐圧のスイッチング素子として使用できる。
【００２３】
次に、図１の回路１０を使用した図３のインバータ装置３２への電力の供給方法について説明する。電源は図３と同じ直流電源である。
【００２４】
（１）シーケンサなどから起動信号をソフトスタート回路１４に入力する。ソフトスタート回路１４は起動信号が入力されることによって、立ち上がりが傾斜した出力波形ｅを出力する。
【００２５】
（２）三角波発生器１２は、三角波を発振し、出力する。
【００２６】
（３）ＰＷＭ回路１６は、図２（ａ）に示すように、ソフトスタート回路１４の出力ｅを三角波ｄと比較する。比較の結果、図２（ｂ）に示すように、パルス幅変調をおこなったパルスｆを出力する。なお、図２（ａ），（ｂ）は、横軸が時間で、縦軸が電圧となっている。
【００２７】
（４）パルス幅変調させた出力は、ＡＮＤ回路１８を経て、さらにフォトカプラ２０で絶縁された後、ＩＰＭ２２のゲート信号としてＩＰＭ２２に入力される。
【００２８】
（５）ＩＰＭ２２のＩＧＢＴ２４はＰＷＭ回路１６からのパルスによってオンになる。電流Ｉ１がＩＧＢＴ２４を通してインダクタンスＬへ流れる。図２（ｃ）に示すように、インダクタンスＬからインバータ装置３２へ電流Ｉ１が流れる。
【００２９】
（６）ＩＧＢＴ２４がオフになると、インダクタンスＬの逆起電力によって、ＦＲＤからインダクタンスＬを介して電流Ｉ２がインバータ装置３２に流れる。
【００３０】
図３（ｃ）のような電流出力となるのは、上記（５）および（６）の工程において、インダクタンスＬの電流平滑動作によるためである。
【００３１】
（７）図３（ｃ）に示すように、インバータ装置３２に供給される電流が徐々に大きくなる。したがって、インバータ装置３２のコンデンサＣは徐々に予備充電されることとなる。コンデンサＣの予備充電は、例えば１００ｍｓ以内である。
【００３２】
（８）コンデンサＣが予備充電された後、ＰＷＭ回路１６からのパルスのデューティー比は１００％となる。したがって、ＩＧＢＴ２４が全オン状態となる。
【００３３】
上記（５）から（７）の工程は、従来技術で示した予備充電用コンタクタＭＣＲの開閉に対応する。上記（８）の工程は、従来技術で示した主接触器ＭＣのオン動作に対応する。本発明であれば、ＩＧＢＴの電気的なスイッチング動作によって、コンデンサＣの充電をおこなっているので、従来のような機械的な開閉による騒音や短寿命の欠点がない。
【００３４】
また、ＩＰＭ２２の自己診断機能が過電流などの異常を検出したときは、ＩＰＭ２２の保護機能が働く。ＩＰＭ２２は異常パルスを発振し、そのパルスがラッチ回路２８に入力される。ラッチ回路２８の出力は、ローレベルとなり、その出力がＡＮＤ回路１８に入力される。ＡＮＤ回路１８にローレベルの入力が発生するため、ＰＷＭ回路１８からの出力の如何に関わらず、ＡＮＤ回路１８からの出力はローレベルで一定となる。
【００３５】
ＩＰＭ２２の自己診断機能などにより、ＩＰＭ２２は許容電流範囲内で動作することとなる。したがって、本発明の電源供給回路１０は、信頼性が高く、長寿命となる。
【００３６】
なお、ラッチ回路２８の出力がローレベルとなった後、異常リセットの信号をラッチ回路２８に入力することによって、ラッチ回路２８の出力をハイレベルに戻すことができる。ラッチ回路２８の出力がハイレベルに戻ると、ＰＷＭ回路１６の出力がアンド回路１８を通過することができる。
【００３７】
図３の回路３０から図１の回路１０に変更することによって、予備充電コンタクタＭＣＲのスイッチング回数は１０万回程度が限度であったが、本発明であれば電気的動作であるのでスイッチング回数を考慮する必要はない。従来は予備充電に約５秒ほど必要であったが、本発明であれば、１００ミリ秒程度と短時間である。従来であれば機械的な動作であり、スイッチングが騒々しいが、本発明は電気的にスイッチングをおこなうために無音である。従来であればスイッチなどは寿命品であり、回路の保護がなされていないため、定期交換が必要であるが、本発明はＩＰＭの保護機能などにより、メンテナンスフリーである。さらに、本発明であれば従来と比較して、省スペース、低価格となる。
【００３８】
以上、本発明について実施形態を説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されることはない。その他、本発明は、趣旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるのもである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係る電力供給回路の回路構成を示す図である。
【図２】インバータ装置への電流の供給を示す図であり、（ａ）はＰＷＭ回路に入力される三角波とドライバ信号の関係を示す図であり、（ｂ）はＰＷＭ回路から出力されるパルスを示す図であり、（ｃ）はインバータに供給される電流を示す図である。
【図３】従来の電力供給回路の回路構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０，３０：電力供給回路
１２：三角波発生器
１４：ソフトスタート回路
１６：ＰＷＭ回路
１８：ＡＮＤ回路
２０，２６：絶縁素子（フォトカプラ）
２２：ＩＰＭ
２４，３４：ＩＧＢＴ
２８：ラッチ回路
３６：誘導電動機
３８：駆動回路
【図１】
2005354792.tif 000003
【図２】
2005354792.tif 000004
【図３】
2005354792.tif 000005