(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源を発生する電源回路と、
上記電源回路および電力用コンデンサ間に設けられ、半導体スイッチをオン動作することにより上記電源回路から発生される直流電源をリアクトルに電磁エネルギーとして蓄積し、その半導体スイッチをオフ動作することによりそのリアクトルに蓄積された電磁エネルギーをその電力用コンデンサに充電する昇圧チョッパ回路と、
上記直流電源の充電による時定数回路からなり、上記直流電源の電源投入時に上記半導体スイッチのオン時間幅が短く、時間経過と共に徐々にオン時間幅が長くなるような制御パルスを発生する第１のチョッパ制御回路と、
上記電力用コンデンサの充電電圧が予め設定された目標充電電圧に到達した場合に上記半導体スイッチの動作を停止させるような制御パルスを発生する第２のチョッパ制御回路と、
上記第１および第２のチョッパ制御回路から発生された制御パルスに基づいて上記半導体スイッチの動作を制御する第４のチョッパ制御回路とを備え、
上記第２のチョッパ制御回路は、
上記電力用コンデンサの放電により充電電圧が予め設定された目標充電電圧を満たさなくなった場合に上記半導体スイッチを動作させるような制御パルスを発生し、
上記第１のチョッパ制御回路は、
上記第２のチョッパ制御回路による上記半導体スイッチの動作再開の制御パルスの発生に連動して、上記時定数回路をリセットすると共に、上記半導体スイッチのオン時間幅が短く、時間経過と共に徐々にオン時間幅が長くなるような制御パルスを再発生することを特徴とする電力用コンデンサの充電装置。
【請求項２】
直流電源を発生する電源回路と、
上記電源回路および電力用コンデンサ間に設けられ、半導体スイッチをオン動作することにより上記電源回路から発生される直流電源をリアクトルに電磁エネルギーとして蓄積し、その半導体スイッチをオフ動作することによりそのリアクトルに蓄積された電磁エネルギーをその電力用コンデンサに充電する昇圧チョッパ回路と、
上記直流電源の充電による時定数回路からなり、上記直流電源の電源投入時に上記半導体スイッチのオン時間幅が短く、時間経過と共に徐々にオン時間幅が長くなるような制御パルスを発生する第１のチョッパ制御回路と、
上記電力用コンデンサの充電電圧が予め設定された目標充電電圧に到達した場合に上記半導体スイッチの動作を停止させるような制御パルスを発生する第２のチョッパ制御回路と、
上記半導体スイッチのオフ時に上記電力用コンデンサに充電される充電電流が予め設定された基準充電電流になるような制御パルスを発生する第３のチョッパ制御回路と、
上記第１から第３のチョッパ制御回路から発生された制御パルスに基づいて上記半導体スイッチの動作を制御する第４のチョッパ制御回路とを備え、
上記第２のチョッパ制御回路は、
上記電力用コンデンサの放電により充電電圧が予め設定された目標充電電圧を満たさなくなった場合に上記半導体スイッチを動作させるような制御パルスを発生し、
上記第１のチョッパ制御回路は、
上記第２のチョッパ制御回路による上記半導体スイッチの動作再開の制御パルスの発生に連動して、上記時定数回路をリセットすると共に、上記半導体スイッチのオン時間幅が短く、時間経過と共に徐々にオン時間幅が長くなるような制御パルスを再発生することを特徴とする電力用コンデンサの充電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、機器に組み込まれる直流電源等に備えられる電力用コンデンサを目標電圧まで繰り返し充電する電力用コンデンサの充電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電力用コンデンサの充電装置としては、交流電源を整流する整流器と、整流器による整流電圧出力を平滑する平滑用コンデンサと、電力用コンデンサの充電時にオン制御されて、平滑用コンデンサによる直流電源を電力用コンデンサに接続し、電力用コンデンサの放電時にオフ制御されて、直流電源から電力用コンデンサ側への電流漏れを抑止する第１の半導体スイッチと、第１の半導体スイッチおよび電力用コンデンサ間に設けられ、リアクトル、第２の半導体スイッチ、フライホイール用ダイオードおよびダイオードから構成され、第１および第２の半導体スイッチのオン期間にリアクトルに直流電源を印加し、第２の半導体スイッチのオフによりリアクトルに蓄積された電磁エネルギーを電力用コンデンサに充電する昇圧チョッパ回路とを備えたものがある。
【０００３】
昇圧チョッパ回路の制御としては、電力用コンデンサの充電電圧目標設定値と、電力用コンデンサの残留電圧と、平滑用コンデンサによる直流電源電圧とに基づいて、電力用コンデンサの充電電圧が充電電圧目標設定値になるように第１および第２の半導体スイッチをオンオフ制御するものである。
なお、第２の半導体スイッチがオフになるタイミングは、ｉＬ×Ｌ／ＥＩＮで表すことができる。但し、ｉＬはリアクトルに流す電流指令、Ｌはリアクトルのインダクタンス、ＥＩＮは平滑用コンデンサによる直流電源電圧である（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２１８７４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の電力用コンデンサの充電装置は以上のように構成されているので、交流電源から直接に整流した直流電源を昇圧チョッパ回路のみを用いて、電力用コンデンサを充電電圧目標設定値まで高速充電することができる。
しかしながら、第２の半導体スイッチがオフになるタイミングがｉＬ×Ｌ／ＥＩＮで表わされ、電源投入時は平滑用コンデンサによる直流電源電圧ＥＩＮが零であるため、第２の半導体スイッチがオフになるタイミングが非常に長くなる。すなわち、電力用コンデンサに充電される時間が長くなり、充電電流も大きくなる。
このため、第１の半導体スイッチおよびダイオードには大きな電流が流れるため、この電流に耐えられる定格電流のものを使用しなければならず、このため外形寸法が大きくなり、高価になるという課題があった。
また、電力用コンデンサの突入電流が許容電流を超え、電力用コンデンサの寿命劣化や損傷をもたらす恐れがあるなどの課題があった。
【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、電源投入時の電力用コンデンサへの突入電流を抑制し、電力用コンデンサおよび昇圧チョッパ回路を保護すると共に小型化および低価格化を実現する電力用コンデンサの充電装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る電力用コンデンサの充電装置は、直流電源の充電による時定数回路からなり、直流電源の電源投入時に半導体スイッチのオン時間幅が短く、時間経過と共に徐々にオン時間幅が長くなるような制御パルスを発生する第１のチョッパ制御回路と、電力用コンデンサの充電電圧が予め設定された目標充電電圧に到達した場合に半導体スイッチの動作を停止させるような制御パルスを発生する第２のチョッパ制御回路と、第１および第２のチョッパ制御回路から発生された制御パルスに基づいて半導体スイッチの動作を制御する第４のチョッパ制御回路とを備え、第２のチョッパ制御回路は、電力用コンデンサの放電により充電電圧が予め設定された目標充電電圧を満たさなくなった場合に半導体スイッチを動作させるような制御パルスを発生し、第１のチョッパ制御回路は、第２のチョッパ制御回路による半導体スイッチの動作再開の制御パルスの発生に連動して、時定数回路をリセットすると共に、半導体スイッチのオン時間幅が短く、時間経過と共に徐々にオン時間幅が長くなるような制御パルスを再発生するようにしたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、第４のチョッパ制御回路では、直流電源の電源投入直後に、第１のチョッパ制御回路から発生される半導体スイッチのオン時間幅が短く、時間経過と共に徐々にオン時間幅が長くなるような制御パルスで半導体スイッチを動作させることで、電源投入時の電力用コンデンサへの突入電流を抑制し、電力用コンデンサおよび昇圧チョッパ回路を保護すると共に小型化および低価格化を実現する。また、第２のチョッパ制御回路から発生される制御パルスで電力用コンデンサの充電電圧が目標充電電圧に到達した場合に半導体スイッチの動作を停止させ、電力用コンデンサの充電電圧が目標充電電圧になるようにすることができる。さらに、第２のチョッパ制御回路は、電力用コンデンサの放電により充電電圧が予め設定された目標充電電圧を満たさなくなった場合に半導体スイッチを動作させるような制御パルスを発生し、第１のチョッパ制御回路は、第２のチョッパ制御回路による半導体スイッチの動作再開の制御パルスの発生に連動して、時定数回路をリセットすると共に、半導体スイッチのオン時間幅が短く、時間経過と共に徐々にオン時間幅が長くなるような制御パルスを再発生するので、電力用コンデンサの放電に応じて再充電することができる。また、その再充電の際においても、電力用コンデンサへの突入電流を抑制し、電力用コンデンサ、第１および第２の半導体スイッチおよびリアクトルを保護すると共に小型化および低価格化を実現する。さらに、電力用コンデンサの充電電圧が目標充電電圧になるようにすることができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による電力用コンデンサの充電装置を示す回路図であり、図において、整流器（電源回路）１は、交流電源線に接続され、電源投入に応じて供給される交流電源を整流するものである。平滑用コンデンサ（電源回路）２は、整流器１の出力側の高電位線および低電位線間に接続され、その整流出力を平滑し直流電源を発生するものである。
電力用コンデンサ３は、平滑用コンデンサ２の出力側であって後述する昇圧チョッパ回路の出力側の高電位線および低電位線間に接続され、目標充電電圧まで繰り返し充電されるものである。
【００１０】
第１の半導体スイッチ（半導体スイッチ）４は、平滑用コンデンサ２の出力側の高電位線に接続され、第１のダイオード５は、第１の半導体スイッチ４の出力側の高電位線および低電位線間に逆極性に接続され、リアクトル６は、第１のダイオード５の出力側の高電位線に接続され、第２の半導体スイッチ（半導体スイッチ）７は、リアクトル６の出力側の高電位線および低電位線間に接続され、第２のダイオード８は、第２の半導体スイッチ７の出力側であって電力用コンデンサ３の入力側の高電位線に順極性に接続されたものである。なお、これら第１および第２の半導体スイッチ４，７、第１および第２のダイオード５，８、リアクトル６により、平滑用コンデンサ２から発生される直流電源を電力用コンデンサ３に充電する昇圧チョッパ回路を構成するものである。
【００１１】
制御回路用電源回路１１は、交流電源線に接続され、電源投入に応じて供給される交流電源を直流電源に変換し、後述する三角波発生回路１５、第１の比較回路１６、目標電圧設定部１７、充電電圧制御用誤差増幅回路１８、第２の比較回路１９およびアンド回路２０の各回路にその直流電源を供給するものである。
制御用コンデンサ１２、抵抗１３、電源１４およびグランドは、直列接続され、制御回路用電源回路１１の出力側の高電位線が制御用コンデンサ１２に、低電位線が電源１４のグランド間に接続されたものである。これにより、制御用コンデンサ１２および抵抗１３の時定数に応じた波形を発生する時定数回路を構成するものである。
【００１２】
三角波発生回路１５は、制御回路用電源回路１１からの直流電源の供給に応じて三角波を発生するものである。第１の比較回路１６は、三角波発生回路１５からの三角波を＋端子から入力し、制御用コンデンサ１２および抵抗１３間の電圧波形を−端子から入力して、両波形の比較に応じた制御パルスを発生するものである。なお、これら制御回路用電源回路１１、制御用コンデンサ１２、抵抗１３、電源１４、三角波発生回路１５および第１の比較回路１６により、電源投入時に第１および第２の半導体スイッチ４，７のオン時間幅が短く、時間経過と共に徐々にオン時間幅が長くなるような制御パルスを発生する第１のチョッパ制御回路を構成するものである。
【００１３】
目標電圧設定部１７は、電力用コンデンサ３を充電する目標充電電圧を設定するものである。充電電圧制御用誤差増幅回路１８は、目標電圧設定部１７に設定された目標充電電圧と、電力用コンデンサ３の高電位線に接続された充電電圧検出線（充電電圧検出回路）からの電力用コンデンサ３の充電電圧とを比較し、その充電電圧が目標充電電圧以上の場合に信号出力し、充電電圧が目標充電電圧未満の場合にその信号出力を停止するものである。第２の比較回路１９は、三角波発生回路１５からの三角波を＋端子から入力し、充電電圧制御用誤差増幅回路１８からの信号出力を−端子から入力して、両波形の比較に応じた制御パルスを発生するものである。なお、これら目標電圧設定部１７、充電電圧制御用誤差増幅回路１８および第２の比較回路１９により、電力用コンデンサ３の充電電圧が予め設定された目標充電電圧に到達した場合に第１および第２の半導体スイッチ４，７の動作を停止させるような制御パルスを発生する第２のチョッパ制御回路を構成するものである。
【００１４】
アンド回路２０は、第１の比較回路１６から発生された制御パルスと第２の比較回路１９から発生された制御パルスとの論理積を取り、その論理積に応じた制御パルスに基づいて第１および第２の半導体スイッチ４，７の動作を制御するものである。なお、このアンド回路２０により、第４のチョッパ制御回路を構成するものである。
【００１５】
次に動作について説明する。
図２はこの発明の実施の形態１による電力用コンデンサの充電装置の動作を示す波形図であり、図１と共にこの図２を参照しながら説明する。
交流電源が投入されると、整流器１は、供給される交流電源を整流し、平滑用コンデンサ２は、その整流出力を平滑し直流電源を発生する。
また、交流電源が投入されると、制御回路用電源回路１１は、供給される交流電源を直流電源に変換し、三角波発生回路１５、第１の比較回路１６、目標電圧設定部１７、充電電圧制御用誤差増幅回路１８、第２の比較回路１９およびアンド回路２０の各回路にその直流電源（波形（１））を供給する。
【００１６】
時定数回路の制御用コンデンサ１２は、制御回路用電源回路１１の立ち上がり時には充電されておらず、立ち上がりと同時に充電が開始され、充電が進むにつれて制御用コンデンサ１２の端子間電圧が増加していくため、制御用コンデンサ１２と抵抗１３とによる分圧電圧（波形（２））は、立ち上がり後に徐々に低下していく波形となる。なお、時定数回路には、電源１４が直列に接続されているため、分圧電圧は、０Ｖになることはなく、その電源１４の電圧で一定となる。
【００１７】
三角波発生回路１５は、直流電源（波形（１））が確立すると、三角波（波形（３））の発振を開始する。第１の比較回路１６は、制御用コンデンサ１２と抵抗１３とによる分圧電圧（波形（２））と、三角波発生回路１５からの三角波（波形（３））とを比較し、三角波が分圧電圧以上の期間に応じた制御パルス（波形（４））を発生する。この制御パルスは、電源投入直後の分圧電圧（波形（２））が高いためパルス幅が短く、時間経過と共に徐々に分圧電圧が低下するため徐々にパルス幅が長くなる。
【００１８】
アンド回路２０は、第１の比較回路１６から発生された制御パルス（波形（４））と後述する第２の比較回路１９から発生される制御パルス（波形（１０））との論理積を取り、その論理積に応じた制御パルス（波形（５））に基づいて第１および第２の半導体スイッチ４，７の動作を制御する。すなわち、制御パルスのハイレベルで第１および第２の半導体スイッチ４，７をオン動作させ、ローレベルでオフ動作させる。
【００１９】
第１および第２の半導体スイッチ４，７のオン動作により、平滑用コンデンサ２から電流が第１の半導体スイッチ４→リアクトル６→第２の半導体スイッチ７の経路で流れて、リアクトル６に電磁エネルギーが蓄積される。制御パルス（波形（５））は、最初はパルス幅が短いので上記経路で流れる電流×時間は短く、しかもリアクトル６により制御パルスの立ち上げ時は過渡現象で電流が抑制されるため、第１および第２の半導体スイッチ４，７およびリアクトル６を通過する電流は抑制される。
また、第１および第２の半導体スイッチ４，７のオフ動作により、リアクトル６に蓄積された電磁エネルギーがリアクトル６→第２のダイオード８→電力用コンデンサ３→第１のダイオード５の経路で循環して電力用コンデンサ３が充電される。
【００２０】
目標電圧設定部１７には、電力用コンデンサ３の目標充電電圧が予め設定され、目標電圧設定部１７からは、その設定された目標充電電圧（波形（１１））が発生される。充電電圧制御用誤差増幅回路１８は、目標電圧設定部１７に設定された目標充電電圧（波形（１１））と、電力用コンデンサ３の高電位線に接続された充電電圧検出線からの電力用コンデンサ３の充電電圧（波形（１２））とを比較し、その充電電圧が目標充電電圧に到達しない間は信号出力せず、充電電圧が目標充電電圧に達した場合に信号出力（波形（１３））する。第２の比較回路１９は、三角波発生回路１５からの三角波（波形（３））と充電電圧制御用誤差増幅回路１８からの信号出力電圧（波形（１３））とを比較し、三角波が信号出力電圧以上の期間に応じた制御パルス（波形（１０））を発生する。この制御パルスは、電力用コンデンサ３の充電電圧が予め設定された目標充電電圧に到達した場合に発生を停止するものである。
【００２１】
この制御パルス（波形（１０））がアンド回路２０に出力され、第１の比較回路１６から発生された制御パルス（波形（４））との論理積を取り、その論理積に応じた制御パルス（波形（５））に基づいて第１および第２の半導体スイッチ４，７の動作を制御することにより、電力用コンデンサ３の充電電圧が予め設定された目標充電電圧に到達した場合に第１および第２の半導体スイッチ４，７の動作を停止させ、電力用コンデンサ３の充電電圧を目標充電電圧に一致させることができる。
【００２２】
以上のように、この実施の形態１によれば、アンド回路２０では、電源投入直後に、第１の比較回路１６から発生される第１および第２の半導体スイッチ４，７のオン時間幅が短く、時間経過と共に徐々にオン時間幅が長くなるような制御パルスで第１および第２の半導体スイッチ４，７を動作させることで、電源投入時の電力用コンデンサ３への突入電流を抑制し、電力用コンデンサ３、第１および第２の半導体スイッチ４，７およびリアクトル６を保護すると共に小型化および低価格化を実現する。また、第２の比較回路１９から発生される制御パルスで電力用コンデンサ３の充電電圧が目標充電電圧に到達した場合に第１および第２の半導体スイッチ４，７の動作を停止させ、電力用コンデンサ３の充電電圧が目標充電電圧になるようにすることができる。
【００２３】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２による電力用コンデンサの充電装置を示す回路図であり、図において、抵抗２１は、第１のダイオード５のアノードと低電位線間に接続され、第１および第２の半導体スイッチ４，７のオフ動作時に電力用コンデンサ３に充電される充電電流を電圧信号として検出するものである。
抵抗２２および抵抗２３からなる直列回路は、一端が電源、すなわち、制御回路用電源回路１１から発生される直流電源、他端が第１のダイオード５のアノードおよび抵抗２１間に接続され、充電電流に応じた電圧信号をそれら抵抗２２および抵抗２３による分圧電圧に変換するものである。
【００２４】
基準電流設定部２４は、第１および第２の半導体スイッチ４，７のオフ動作時の電力用コンデンサ３を充電する基準充電電流を設定するものである。定電流制御用誤差増幅回路２５は、基準電流設定部２４に設定された基準充電電流に応じた設定電圧と、抵抗２２および抵抗２３による充電電流に応じた分圧電圧とを比較し、分圧電圧が設定電圧以下の場合に信号出力するものである。第２の比較回路１９は、三角波発生回路１５からの三角波を＋端子から入力し、定電流制御用誤差増幅回路２５からの信号出力を−端子から入力して、両波形の比較に応じた制御パルスを発生するものである。なお、これら基準電流設定部２４、定電流制御用誤差増幅回路２５および第２の比較回路１９により、第１および第２の半導体スイッチ４，７のオフ動作時に電力用コンデンサ３に充電される充電電流が基準充電電流になるような制御パルスを発生する第３のチョッパ制御回路を構成するものである。その他の構成については、図１と同様である。
【００２５】
次に動作について説明する。
図４はこの発明の実施の形態２による電力用コンデンサの充電装置の動作を示す波形図であり、図３と共にこの図４を参照しながら説明する。
交流電源が投入されると、第１のチョッパ制御回路、すなわち、制御回路用電源回路１１、制御用コンデンサ１２、抵抗１３、電源１４、三角波発生回路１５および第１の比較回路１６が上記実施の形態１と同様な動作を行い、電源投入時に第１および第２の半導体スイッチ４，７のオン時間幅が短く、時間経過と共に徐々にオン時間幅が長くなるような制御パルス（波形（４））を発生する。
交流電源の投入直後は、アンド回路２０を通じてこの制御パルス（波形（４））に応じた制御パルス（波形（５））が第１および第２の半導体スイッチ４，７に供給され、これによって、電源投入時の電力用コンデンサ３への突入電流を抑制し、電力用コンデンサ３、第１および第２の半導体スイッチ４，７およびリアクトル６を保護することができる。
【００２６】
上記実施の形態１に示したように、第１および第２の半導体スイッチ４，７のオン動作により、リアクトル６に電磁エネルギーを蓄積し、第１および第２の半導体スイッチ４，７のオフ動作により、そのリアクトル６に蓄積された電磁エネルギーを電力用コンデンサ３に充電することになるが、この第１および第２の半導体スイッチ４，７のオフ動作時に電力用コンデンサ３に充電される充電電流を抵抗２１により、電圧信号として検出し、また、抵抗２２および抵抗２３により、その充電電流に応じた電圧信号を分圧電圧に変換する。したがって、抵抗２２および抵抗２３による分圧電圧（波形（６））は、第１および第２の半導体スイッチ４，７のオン動作時、すなわち、充電電流が０の時に最も高く、時間経過と共に第１および第２の半導体スイッチ４，７のオフ動作時の充電電流が大きくなればなるほど、低くなる波形となる。これは、電源投入時は、第１および第２の半導体スイッチ４，７のオン時間幅が短く、第１および第２の半導体スイッチ４，７のオフ時の充電電流も小さくなるが、時間経過と共にオン時間幅が長く、オフ時の充電電流も大きくなるためである。なお、時間経過と共にオン時間幅が一定となることにより、オフ時の充電電流も一定になる。
【００２７】
基準電流設定部２４には、第１および第２の半導体スイッチ４，７のオフ動作時の電力用コンデンサ３を充電する基準充電電流が予め設定され、基準電流設定部２４からは、その設定された基準充電電流に応じた設定電圧（波形（７））が発生される。定電流制御用誤差増幅回路２５は、基準電流設定部２４に設定された基準充電電流に応じた設定電圧（波形（７））と、抵抗２２および抵抗２３による充電電流に応じた分圧電圧（波形（６））とを比較し、分圧電圧が設定電圧を超える場合に信号出力せず、分圧電圧が設定電圧以下の場合に信号出力（波形（８））する。この信号出力（波形（８））は、時間経過と共に高さが大きくなり、最後には高さが一定になるものである。
【００２８】
第２の比較回路１９は、三角波発生回路１５からの三角波（波形（３））と定電流制御用誤差増幅回路２５からの信号出力（波形（８））とを比較し、三角波が信号出力以上の期間に応じた制御パルス（波形（１０））を発生する。この制御パルス（波形（１０））は、電源投入時は、第２の比較回路１６からの制御パルス（波形（４））よりも広く、時間と共に狭くなり、途中から制御パルス（波形（４））よりも狭くなり、最後には広さが一定になるものである。すなわち、電源投入時に第１および第２の半導体スイッチ４，７のオン時間幅が長く、時間経過と共に徐々にオン時間幅が短くなり最後には一定となる制御パルス（波形（１０））を発生する。このオン時間幅一定となる制御パルスにより、電力用コンデンサ３の充電電流が基準充電電流になるようにすることができる。
【００２９】
この制御パルス（波形（１０））がアンド回路２０に出力され、第１の比較回路１６から発生された制御パルス（波形（４））との論理積を取り、その論理積に応じた制御パルス（波形（５））に基づいて第１および第２の半導体スイッチ４，７の動作を制御することにより、電源投入直後は、アンド回路２０を通じてこの制御パルス（波形（４））に応じた制御パルス（波形（５））が第１および第２の半導体スイッチ４，７に供給され、これによって、電源投入時の電力用コンデンサ３への突入電流を抑制し、電力用コンデンサ３、第１および第２の半導体スイッチ４，７およびリアクトル６を保護することができ、その後、制御パルス（波形（１０））に応じた制御パルス（波形（５））が第１および第２の半導体スイッチ４，７に供給され、これによって、電力用コンデンサ３の充電電流が基準充電電流になるようにすることができる。
【００３０】
図５はハイブリッド発電における昇圧用コンバータへの適用例を示す構成図である。風力発電機と太陽光電機との組み合わせによるハイブリッド発電は、例えば、この図５に示したものであるが、これに使用される昇圧用コンバータは、直流電圧を商用電源である交流電圧に変換する直流／交流インバータに出力するものとなる。このため、複数の発電機の出力を統合し、最適な出力を引き出すために、昇圧用コンバータの出力は、定電圧出力（電圧源）ではなく、定電流出力（電流源）を適用するものとなっており、この実施の形態２における電力用コンデンサの充電装置を、このようなハイブリッド発電の昇圧用コンバータに適用した場合に、有効にその要求を満たすことができる。
【００３１】
以上のように、この実施の形態２によれば、アンド回路２０では、電源投入直後に、第１の比較回路１６から発生される第１および第２の半導体スイッチ４，７のオン時間幅が短く、時間経過と共に徐々にオン時間幅が長くなるような制御パルスで第１および第２の半導体スイッチ４，７を動作させることで、電源投入時の電力用コンデンサ３への突入電流を抑制し、電力用コンデンサ３、第１および第２の半導体スイッチ４，７およびリアクトル６を保護すると共に小型化および低価格化を実現する。また、第２の比較回路１９から発生される制御パルスで第１および第２の半導体スイッチ４，７を動作させることで、電力用コンデンサ３の充電電流が基準充電電流になるようにすることができる。
【００３２】
実施の形態３．
図６はこの発明の実施の形態３による電力用コンデンサの充電装置を示す回路図であり、図において、オア回路２６は、充電電圧制御用誤差増幅回路１８からの信号出力と、定電流制御用誤差増幅回路２５からの信号出力との総和を取り、その総和を第２の比較回路１９の−端子に出力するものである。
また、スタートスイッチ２７は、制御用コンデンサ１２の両端子間に接続され、電力用コンデンサ３の放電に連動してオン動作するものである。その他の構成については、図１および図３と同様である。
【００３３】
次に動作について説明する。
図７はこの発明の実施の形態３による電力用コンデンサの充電装置の動作を示す波形図であり、図６と共にこの図７を参照しながら説明する。
この実施の形態３は、上記実施の形態１および上記実施の形態２に示した、電源投入時に第１および第２の半導体スイッチ４，７のオン時間幅が短く、時間経過と共に徐々にオン時間幅が長くなるような制御パルスを発生する第１のチョッパ制御回路と、上記実施の形態１に示した、電力用コンデンサ３の充電電圧が予め設定された目標充電電圧に到達した場合に第１および第２の半導体スイッチ４，７の動作を停止させるような制御パルスを発生する第２のチョッパ制御回路と、上記実施の形態２に示した、第１および第２の半導体スイッチ４，７のオフ動作時に電力用コンデンサ３に充電される充電電流が基準充電電流になるような制御パルスを発生する第３のチョッパ制御回路とを組み合わせたものである。
【００３４】
図６において、オア回路２６では、充電電圧制御用誤差増幅回路１８からの信号出力（波形（１３））と、定電流制御用誤差増幅回路２５からの信号出力（波形（８））との総和（波形（９））を取り、その総和を第２の比較回路１９の−端子に出力する。
第２の比較回路１９では、三角波発生回路１５からの三角波（波形（３））とオア回路２６からの信号出力（波形（９））とを比較し、三角波が信号出力以上の期間に応じた制御パルス（波形（１０））を発生する。この制御パルス（波形（１０））は、電源投入時に第１および第２の半導体スイッチ４，７のオン時間幅が長く、時間経過と共に徐々にオン時間幅が短くなり最後には一定となり、また、電力用コンデンサ３の充電電圧が予め設定された目標充電電圧に到達した場合に発生を停止するものとなる。
【００３５】
これによって、電源投入時の電力用コンデンサ３への突入電流を抑制し、電力用コンデンサ３、第１および第２の半導体スイッチ４，７およびリアクトル６を保護することができ、また、電力用コンデンサ３の充電電流が基準充電電流になるようにすることができる。さらに、電力用コンデンサ３の充電電圧が予め設定された目標充電電圧に到達した場合に第１および第２の半導体スイッチ４，７の動作を停止させ、電力用コンデンサ３の充電電圧を目標充電電圧に一致させることができる。
【００３６】
なお、この実施の形態３による電力用コンデンサの充電装置を、例えば、高圧回路の短絡保護や開閉に使用される真空遮断器の投入コイルや遮断コイル駆動用の電源装置として使用した場合に、投入コイルや遮断コイルを使用すると、電力用コンデンサ３が放電されて、充電電圧が０Ｖとなるため、再度、電力用コンデンサ３を充電する必要が生じる。
電力用コンデンサ３の充電電圧が低下すれば、電力用コンデンサ３の高電位線に接続された充電電圧検出線からの電力用コンデンサ３の充電電圧（波形（１２））が低下するので、充電電圧制御用誤差増幅回路１８からの信号出力（波形（１３））が停止され、第１および第２の半導体スイッチ４，７は動作を再開し、電力用コンデンサ３の充電が再開される。
【００３７】
この時、真空遮断器の投入コイルや遮断コイルの駆動時の信号等の、電力用コンデンサ３の放電完了に連動した信号によりスタートスイッチ２７をオン動作することにより、制御用コンデンサ１２の充電電荷を放電し、再度、制御用コンデンサ１２が充電されることにより、立ち上がり後に徐々に低下していく分圧電圧（波形（２））を発生し、電源投入時に第１および第２の半導体スイッチ４，７のオン時間幅が短く、時間経過と共に徐々にオン時間幅が長くなるような制御パルスを発生し、これによって、再度、制御用コンデンサ１２を充電する場合の電力用コンデンサ３への突入電流を抑制し、電力用コンデンサ３、第１および第２の半導体スイッチ４，７およびリアクトル６を保護することができる。
【００３８】
以上のように、この実施の形態３によれば、アンド回路２０では、電源投入直後に、第１の比較回路１６から発生される第１および第２の半導体スイッチ４，７のオン時間幅が短く、時間経過と共に徐々にオン時間幅が長くなるような制御パルスで第１および第２の半導体スイッチ４，７を動作させることで、電源投入時の電力用コンデンサ３への突入電流を抑制し、電力用コンデンサ３、第１および第２の半導体スイッチ４，７およびリアクトル６を保護すると共に小型化および低価格化を実現する。また、第２の比較回路１９から発生される制御パルスで電力用コンデンサ３の充電電圧が目標充電電圧に到達した場合に第１および第２の半導体スイッチ４，７の動作を停止させ、電力用コンデンサ３の充電電圧が目標充電電圧になるようにすることができる。さらに、第２の比較回路１９から発生される制御パルスで電力用コンデンサ３で第１および第２の半導体スイッチ４，７を動作させることで、電力用コンデンサ３の充電電流が基準充電電流になるようにすることができる。
【００３９】
また、電力用コンデンサ３の放電により充電電圧が予め設定された目標充電電圧を満たさなくなった場合に第１および第２の半導体スイッチ４，７を動作させるような制御パルスを発生し、その制御パルスの発生に連動して、第１および第２の半導体スイッチ４，７のオン時間幅が短く、時間経過と共に徐々にオン時間幅が長くなるような制御パルスを発生するので、電力用コンデンサ３の放電に応じて再充電することができる。また、その再充電の際においても、電力用コンデンサ３への突入電流を抑制し、電力用コンデンサ３、第１および第２の半導体スイッチ４，７およびリアクトル６を保護すると共に小型化および低価格化を実現する。さらに、電力用コンデンサ３の充電電圧が目標充電電圧になるようにすることができる。
【００４０】
なお、この実施の形態３におけるスタートスイッチ２７は、上記実施の形態１による電力用コンデンサの充電装置に適用しても良く、また、スタートスイッチ２７は、機械的接点に限定されるものではなく、半導体スイッチであっても良い。
【００４１】
また、上記実施の形態１から実施の形態３による電力用コンデンサの充電装置では、昇圧チョッパ回路と、制御回路用電源回路１１との電源が交流電源で共通となっているが、昇圧チョッパ回路は、常時、直流バッテリが接続されていて無停電電源となっていることが多い。この場合は、制御回路用電源回路１１は、その直流バッテリを電源とするＤＣ／ＤＣコンバータとすれば良い。
【００４２】
さらに、上記実施の形態１から実施の形態３における電力用コンデンサの充電装置では、第１および第２の半導体スイッチ４，７のオンオフ動作を同時に行うようにしたが、特許文献１に示されたように、第１および第２の半導体スイッチのオン期間にリアクトルに直流電源を印加してリアクトルに電磁エネルギーを蓄積して、第２の半導体スイッチのオフにより、リアクトルに蓄積された電磁エネルギーに加えて交流電源のエネルギーを、整流器、平滑用コンデンサ、リアクトル、ダイオード、電力用コンデンサの経路で循環させて、電力用コンデンサを充電するように構成すれば、交流電源のエネルギーをも含めて電力用コンデンサを充電することができる。
【００４３】
さらに、制御回路用電源回路１１は、可変抵抗器やデジタルスイッチ等を使用し、コンデンサを充電する目標充電電圧が操作者に見え、且つ操作の可能な形態にすることができる。また、予め充電装置によって目標充電電圧が決められる場合は、固定にしても良い。
【００４４】
さらに、同様に、上記実施の形態２および実施の形態３における基準電流設定部２４は、可変抵抗器やデジタルスイッチ等を使用し、コンデンサを充電する基準充電電流が操作者に見え、且つ操作の可能な形態にすることができる。また、予め充電装置によって基準充電電流が決められる場合は、固定にしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】この発明の実施の形態１による電力用コンデンサの充電装置を示す回路図である。
【図２】この発明の実施の形態１による電力用コンデンサの充電装置の動作を示す波形図である。
【図３】この発明の実施の形態２による電力用コンデンサの充電装置を示す回路図である。
【図４】この発明の実施の形態２による電力用コンデンサの充電装置の動作を示す波形図である。
【図５】ハイブリッド発電における昇圧用コンバータへの適用例を示す構成図である。
【図６】この発明の実施の形態３による電力用コンデンサの充電装置を示す回路図である。
【図７】この発明の実施の形態３による電力用コンデンサの充電装置の動作を示す波形図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  整流器（電源回路）、２  平滑用コンデンサ（電源回路）、３  電力用コンデンサ、４  第１の半導体スイッチ（半導体スイッチ）、５  第１のダイオード、６  リアクトル、７  第２の半導体スイッチ（半導体スイッチ）、８  第２のダイオード、１１  制御回路用電源回路、１２  制御用コンデンサ、１３，２１〜２３  抵抗、１４  電源、１５  三角波発生回路、１６  第１の比較回路、１７  目標電圧設定部、１８  充電電圧制御用誤差増幅回路、１９  第２の比較回路、２０  アンド回路、２４  基準電流設定部、２５  定電流制御用誤差増幅回路、２６  オア回路、２７  スタートスイッチ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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