(57)【要約】【課題】リアクタに流れる電流と直流出力電圧を検出することで、リアクタショートを検出し、双方向スイッチの過電流破壊を簡易な構成で防止することのできる電源装置を提供する。【解決手段】電流検出手段１６と、直流出力電圧検出手段１５とを備え、リアクタ８がショートしてリアクタ８を流れる電流が所定値△Ｉ増加しても直流出力電圧の低下が所定値△Ｖ未満の場合、双方向スイッチ９の駆動信号許可を行わないので、双方向スイッチ９の過電流破壊を防止することが可能になる。【選択図】図１
2005192269.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源と、前記交流電源からの交流を全波整流する4個のダイオードで形成されたブリッジ整流回路と、前記ブリッジ整流回路の直流出力端に接続された平滑コンデンサとを有する電源装置であって、前記交流電源と前記ブリッジ整流回路の交流入力端との間に接続されたリアクタと、前記ブリッジ整流回路の交流入力端と直流出力端との間に双方向スイッチを介して接続されたコンデンサと、前記交流電源の電圧のゼロ点を検出するゼロクロス検出手段と、前記ゼロクロス検出手段の出力に基づき前記双方向スイッチの駆動信号を生成する双方向スイッチ駆動信号生成手段と、前記双方向スイッチ駆動信号生成手段の信号に基づき前記双方向スイッチを駆動する双方向スイッチ駆動手段と、前記ブリッジ整流回路の直流出力端の電圧を検出する直流出力電圧検出手段と、前記リアクタを流れる電流を検出する電流検出手段を備え、前記電流検出手段により検出された電流値の変化に対して、前記直流出力電圧検出手段により検出された直流出力端の電圧が所定の値以上の変化である場合のみ、前記双方向スイッチの駆動を許可することを特徴とした電源装置。
【請求項２】
交流電源と、前記交流電源からの交流を全波整流する4個のダイオードで形成されたブリッジ整流回路と、前記ブリッジ整流回路の直流出力端に接続された平滑コンデンサとを有する電源装置であって、前記交流電源と前記ブリッジ整流回路の交流入力端との間に接続されたリアクタと、前記ブリッジ整流回路の交流入力端と直流出力端との間に双方向スイッチを介して接続されたコンデンサと、前記交流電源の電圧のゼロ点を検出するゼロクロス検出手段と、前記ゼロクロス検出手段の出力に基づき前記双方向スイッチの駆動信号を生成する双方向スイッチ駆動信号生成手段と、前記双方向スイッチ駆動信号生成手段の信号に基づき前記双方向スイッチを駆動する双方向スイッチ駆動手段と、前記ブリッジ整流回路の直流出力端の電圧を検出する直流出力電圧検出手段と、前記直流出力端に接続される負荷可変手段を備え、異なる負荷における前記直流出力端の電圧が、所定の値以上の変化である場合のみ、前記双方向スイッチの駆動を許可することを特徴とした、電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブリッジ整流回路を利用した整流方式を用い、装置、システム等に電力を供給する電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電源装置としては、ブリッジ整流回路にリアクタと双方向スイッチとコンデンサを組み合わせたものがある（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
図６は、特許文献１に記載された従来の電源装置の構成を示すものである。図６において、４つのダイオード２〜５はブリッジ整流回路６を形成している。ブリッジ整流回路６の正の直流出力端６cと、負の直流出力端６dとの間には、平滑コンデンサ７が接続されており、全波整流回路を構成している。また、交流電源１とブリッジ整流回路６の交流入力端６aとの間にはリアクタ８が、ブリッジ整流回路６のもう一方の交流入力端６bと直流出力端６dとの間には、双方向スイッチ９を介してコンデンサ１０が接続されている。
【０００４】
さらに、交流電源１の電圧のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出手段１２からの信号に基づき、双方向スイッチ駆動信号生成手段１３により駆動信号が生成され、双方向スイッチ駆動手段１４により、前記双方向スイッチ９を駆動させる。
【０００５】
以下、図５（ａ）〜（ｄ）を用いて、図６に示した電源装置の動作について説明する。図５（ａ）、（ｂ）は、交流入力電圧Ｖｉが正の半周期の間を示し、図５（ｃ）、（ｄ）は、負の半周期の間を示している。また、図３（ａ）、（ｂ）は図に示した電源装置についてＶｉを２００Ｖ、Ｌを１０ｍＨ、Ｃを３００μＦ、Ｃｏを１８００μＦとした場合の実施例の各波形を示したものである。
【０００６】
図３（ａ）は、交流入力電圧Ｖｉ、リアクタ８を流れる電流（交流入力電流）ＩＬ、直流出力電圧Ｖｏ、および双方向スイッチ９の駆動信号Ｖｇの各波形を、図３（ｂ）は、交流入力電圧Ｖｉ、コンデンサ１０を流れる電流Ｉｃ、およびコンデンサ１０の両端間の電圧Ｖｃの各波形を示している。
【０００７】
以上の構成において、交流入力電圧Ｖｉの正の交流半周期のゼロクロス直後では双方向スイッチ９はオフされており、直流出力電圧Ｖｏが交流入力電圧Ｖｉより高く、ダイオード２、５が逆バイアスされているため入力電流は流れない。なお、この時コンデンサ１０は前周期で充電された結果、図示の極性で電圧Ｖｃ１を有する。交流入力電圧Ｖｉの負から正へのゼロクロス点から時間△ｄ後に双方向スイッチ駆動信号生成手段１３は双方向スイッチ９のオン信号を生成し、双方向スイッチ駆動手段１４により双方向スイッチ９がオンされると、図６（ａ）の矢印に示すように電流が流れる。すなわち交流電源１から順に、リアクタ８、ダイオード２、平滑コンデンサ７、コンデンサ１０に電流が流れ、コンデンサ１０は放電してその電圧はＶｃ１より低下する。なお、この双方向スイッチ９のオン時点で交流入力電圧Ｖｉとコンデンサ１０の電圧Ｖｃ１の和が平滑コンデンサ７の電圧Ｖｏより大きくなるように△ｄを選ぶものとする。そして、双方向スイッチ９のオン時点から時間△ｔ後に双方向スイッチ駆動信号生成手段１３は双方向スイッチ９のオフ信号を生成し、双方向スイッチ駆動手段１４により双方向スイッチ９がオフされると、コンデンサ１０はその時点の電圧Ｖｃ２を保持しながら、電流は図５ｂ）に示すように交流電源１からリアクタ８、ダイオード２、平滑コンデンサ７、ダイオード５の順に流れ、交流入力電圧Ｖｉの低下によりやがてゼロとなる。
【０００８】
交流入力電圧Ｖｉの負の交流半周期のゼロクロス直後では双方向スイッチ９はオフされており、直流出力電圧Ｖｏが交流入力電圧Ｖｉより高く、ダイオード３、４が逆バイアスされているため入力電流は流れない。交流入力電圧Ｖｉの正から負へのゼロクロス点から△ｄ後に双方向スイッチ駆動信号生成手段１３は双方向スイッチ９のオン信号を生成し、双方向スイッチ駆動手段１４により双方向スイッチ９がオンされると、図５（ｃ）の矢印に示すように電流が流れる。すなわち交流電源１から順に、コンデンサ１０、ダイオード３、リアクタ８と電流が流れ、コンデンサ１０は充電される。そして、双方向スイッチ９のオン時点から△ｔ後に双方向スイッチ駆動信号生成手段１３は双方向スイッチ９のオフ信号を生成し、双方向スイッチ駆動手段１４により双方向スイッチ９がオフされると、コンデンサ１０は電圧Ｖｃ１まで充電された状態でその電圧を保持し、電流は図５（ｄ）に示すように交流電源１から、ダイオード４、平滑コンデンサ７、ダイオード３、リアクタ８の順に流れ、交流入力電圧Ｖｉの低下によりやがてゼロとなる。
【０００９】
以上のように、双方向スイッチ９のオン時間△ｔを増加することによりリアクタ８への磁気エネルギー蓄積量およびコンデンサ１０への充電量を増加させ、直流出力電圧Ｖｏを増加することができる、いわゆる昇圧作用を有している。
【００１０】
ここで、過電流検出手段２１による過電流検出タイムチャートを図７に示す。
【００１１】
過電流検出手段２１は、双方向スイッチ９を流れる電流を検出し、双方向スイッチ９の最大定格Ｉｐｍａｘ以下になるように双方向スイッチ９のオフ信号を出力するものであり、双方向スイッチ９の過電流破壊を防止するものである。
【特許文献１】特開２００３−１１１４２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、前記従来の構成では一般的に、過電流検出手段２１による検出遅れや、双方向スイッチ９のオフ時の遅れといった遅れ時間が存在する。つまり図８（ａ）、（ｂ）に示すように、過電流検出手段２１による過電流検出レベルと、双方向スイッチ９を流れる最大電流との間には、前記遅れ時間ｄによって差が生じることになる。
【００１３】
一方、双方向スイッチ９を流れる電流の傾きは、リアクタ８とコンデンサ１０に依存しているので、リアクタ８がショートしている場合の電流の傾きは、図８（ｂ）のように急峻になり、前記遅れ時間ｄにより、双方向スイッチ９に流れる最大電流が、過電流検出レベルより大幅に高くなってしまい、双方向スイッチ９の過電流による破壊からの保護が難しいという課題を有していた。
【００１４】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、簡易な構成で、リアクタショート時においても双方向スイッチ９を過電流による破壊から保護することを可能とした信頼性の高い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】
【００１５】
前記従来の課題を解決するために、本発明の電源装置は、リアクタを流れる電流の変化に応じて、整流回路の直流出力端の電圧（以降、直流出力電圧）が所定の値以上の変化である場合のみ、双方向スイッチの駆動を許可するようにしたものである。
【００１６】
これによって、双方向スイッチを駆動する前に、リアクタのショート検知を行うことができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の電源装置は、リアクタショート時における双方向スイッチの過電流破壊を簡易な構成で防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
第１の発明は電流検出手段によりリアクタを流れる電流を検出し、異なる検出電流において、直流出力電圧検出手段により検出された直流出力電圧の変化量を判定するとともに、前記判定に基づいて双方向スイッチの駆動許可を行うことにより、リアクタショートの有無を検出することが可能になり、ひいてはリアクタショート時における双方向スイッチの過電流破壊を防止することができる。
【００１９】
第２の発明は、直流出力端に接続される負荷可変手段を備え、異なる負荷における直流出力端の電圧が、所定の値以上の変化である場合のみ、双方向スイッチの駆動を許可することにより、異なる負荷における直流出力電圧の変化量を検出することでリアクタショートを検出することが可能となり、リアクタショート時における双方向スイッチの過電流破壊を防止することができる。
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における電源装置の構成図を示すものである。
【００２２】
図１において、図６と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００２３】
１６は電流検出手段であり、交流電源１とリアクタ８との間に設けられ、検出された値は双方向スイッチ駆動信号生成手段１３に出力される。また、１５は直流出力電圧検出手段であり、整流回路６の直流出力端に接続され、検出された値は同様に双方向スイッチ駆動信号生成手段１３に出力される。
【００２４】
以上のように構成された電源装置において、以下その動作、作用を説明する。
【００２５】
図４は本発明の電源装置における、双方向スイッチ９の駆動信号許可のタイムチャートを示している。
【００２６】
リアクタ８を電流が流れることで、電流値に応じた電圧降下が生じるため、直流出力電圧は図４の（ｂ）に示すように、傾きをもつことになる。
【００２７】
ここで、双方向スイッチ９を駆動する前、すなわち時間ｔ＝０では双方向スイッチ９の駆動は不許可となっており、その後、電流検出手段１６によりリアクタを流れる電流の変化量が所定の電流変化△Ｉを検出した時点ｔ１において、直流出力電圧検出手段１５により検出された直流出力電圧の変化量が所定の変化量△Ｖ以上である場合に、図４（ｄ）のように双方向スイッチ９の駆動信号を許可するようになる。
【００２８】
一方、リアクタショート時では、前述のようなリアクタによる電圧降下が生じないため、リアクタを流れる電流が変化しても、図４（ａ）に示すように変化せず、所定の変化量△Ｖが発生しないため、リアクタショートとみなして、図４（ｃ）のように双方向スイッチ９の駆動信号を不許可のままとする。
【００２９】
以上のように、本実施の形態においては電流検出手段によるリアクタに流れる電流の検出と、直流出力電圧の検出手段を設け、それぞれの変化量によりリアクタショートを判断
することにより、リアクタショート時における双方向スイッチの過電流破壊を防止することができる。
【００３０】
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２における電源装置の構成図である。
【００３１】
図２において、図６と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００３２】
１７はインバータなどの負荷可変手段であり、整流回路６の直流出力端に接続される。ここで、負荷可変手段１７により負荷を可変させた場合の、直流出力電圧と双方向スイッチ９の駆動信号許可の関係を図４に示す。負荷を増大させた場合は、リアクタ８を流れる電流が増大するため、リアクタ８による電圧降下が生じ、直流出力電圧は低下するため、直流出力電圧は図４の（ｂ）に示すように、傾きをもつことになる。
【００３３】
ここで、双方向スイッチ９を駆動する前、すなわち時間ｔ＝０では双方向スイッチ９の駆動は不許可となっており、その後、負荷可変手段１７により所定の負荷変化△Ｌを可変させた時点において、直流出力電圧検出手段１５により検出された直流出力電圧の変化量が所定の変化量△Ｖ以上である場合に、図４（ｄ）のように双方向スイッチ９の駆動信号を許可するようになる。
【００３４】
一方、リアクタショート時では、前述のようなリアクタによる電圧降下が生じないため、負荷量が変化してリアクタを流れる電流が変化しても、図４（ａ）に示すように変化をせず、所定の変化量△Ｖが発生しないため、リアクタショートとみなして、図４（ｃ）のように双方向スイッチ９の駆動信号を不許可のままとする。
【００３５】
以上のように、本実施の形態においては負荷可変手段による任意の負荷変化時に、直流出力電圧の検出を行うことで、リアクタショートを判断することができ、ひいてはリアクタショート時における双方向スイッチの過電流破壊を防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
以上のように、本発明にかかる電源装置は、リアクタショート時における双方向スイッチの過電流破壊の防止が可能となるので、周囲環境条件が過酷でリアクタショートが起こりやすい例えば空気調和装置の室外機等の電源装置の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の形態１における電源装置の構成図
【図２】本発明の実施の形態２における電源装置の構成図
【図３】（ａ）本発明と従来の電源装置共通の交流入力電圧Ｖｉ、リアクタ電流ＩＬ、直流出力電圧Ｖｏ、および双方向スイッチ駆動信号Ｖｇの各波形図（ｂ）本発明と従来の電源装置共通の交流入力電圧Ｖｉ、コンデンサ電流Ｉｃ、コンデンサ電圧Ｖｃの各波形図
【図４】本発明の電源装置における、リアクタ電流ＩＬと直流出力電圧Ｖｏおよび双方向スイッチ駆動信号Ｖｇの関係を示すタイムチャート
【図５】従来の電源装置の動作説明図
【図６】従来の電源装置の構成図
【図７】従来の電源装置の駆動信号と双方向スイッチに流れる電流のタイムチャート
【図８】従来の電源装置における過電流検出時の電流値のタイムチャート
【符号の説明】
【００３８】
１  交流電源
２、３、４、５  ダイオード
６  ブリッジ整流回路
６ａ、６ｂ  ブリッジ整流回路の交流入力端
６ｃ、６ｄ  ブリッジ整流回路の直流出力端
７  平滑コンデンサ
８  リアクタ
９  双方向スイッチ
１０  コンデンサ
１１  負荷
１２  ゼロクロス検出手段
１３  双方向スイッチ駆動信号生成手段
１５  直流出力電圧検出手段
１６  電流検出手段
１７  負荷可変手段
２１  過電流検出手段
【図１】
2005192269.tif 000003
【図２】
2005192269.tif 000004
【図３】
2005192269.tif 000005
【図４】
2005192269.tif 000006
【図５】
2005192269.tif 000007
【図６】
2005192269.tif 000008
【図７】
2005192269.tif 000009
【図８】
2005192269.tif 000010