(57)【要約】【課題】  電流容量の大きい遮断器（リレー）を用いることなく電源投入時の突入電流を抑制し、しかも動作信頼性を十分に確保し得る簡易な構成のコンバータを提供する。【解決手段】  交流電力を整流して直流変換する整流器と、直流電力の出力端子に並列接続されて上記整流器にて整流された直流電力を蓄積するコンデンサと、前記整流器の入力側または出力側に設けられて前記コンデンサへの供給電力を電流制限する電流制限抵抗と、定格出力電流容量よりも小電流容量の複数個の遮断器からなり、電流容量の総和が上記定格出力電流容量を上回る数だけ並列に設けられて前記コンデンサが充電された状態でそれぞれ導通駆動されて前記電流制限抵抗を短絡する遮断器と、更にこれらの各遮断器の接点接触抵抗および／または前記電流制限抵抗をそれぞれ監視する監視手段とを備えたことを特徴としている。【選択図】      図１
2007028792.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電力を整流して直流変換する整流器と、
直流電力の出力端子に並列接続され、上記整流器にて整流された直流電力を蓄積するコンデンサと、
前記整流器の入力側または出力側に設けられて前記コンデンサへの供給電力を電流制限する電流制限抵抗と、
定格出力電流容量よりも小電流容量の複数個の遮断器からなり、電流容量の総和が上記定格出力電流容量を上回る数だけ並列に設けられて前記コンデンサが充電された状態でそれぞれ導通駆動されて前記電流制限抵抗を短絡する遮断器と、
これらの各遮断器の接点接触抵抗および／または前記電流制限抵抗をそれぞれ監視する監視手段と
を具備したことを特徴とするコンバータ。
【請求項２】
前記遮断器は、その駆動手段により、電源投入時には前記電流制限抵抗を介して前記コンデンサが充電された後に導通駆動され、電源遮断時には前記コンデンサの充電電圧が保たれている状態で遮断制御されるものである請求項１に記載のコンバータ。
【請求項３】
前記遮断器の駆動手段は、前記コンデンサの充電電圧を監視して前記各遮断器を導通／遮断制御するものである請求項２に記載のコンバータ。
【請求項４】
前記遮断器の駆動手段は、電源投入時から所定時間経過後に前記各遮断器を導通させ、電源遮断時には前記出力端子に接続された負荷への電力供給停止時から所定時間経過後に前記各遮断器を遮断するものである請求項２に記載のコンバータ。
【請求項５】
前記電流制限抵抗は、前記各遮断器にそれぞれ並列接続されたものである請求項１に記載のコンバータ。
【請求項６】
請求項１に記載のコンバータにおいて、
更に前記遮断器または前記電流制限抵抗を介して流れる電流量を計測する電流センサを備えることを特徴とするコンバータ。
【請求項７】
請求項１に記載のコンバータにおいて、
前記コンデンサへの充電時定数および／または充電電流を監視して前記電流制限抵抗の故障診断を行う機能を備えることを特徴とするコンバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電力の出力端子にコンデンサを並列接続したコンデンサインプット型のコンバータに係り、特に電源投入時における突入電流防止機能を備えた簡易な構成のコンバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
交流電力を整流して直流変換する整流器と、直流電力の出力端子に並列接続されて上記整流器にて整流された直流電力を蓄積するコンデンサとを備えたコンデンサインプット型のコンバータにおいては、電源投入時にその定格電流の３〜５倍にも達する突入電流がコンデンサに流れ込む。これ故、定格電流の大きいコンバータにおいては、専らその電源スイッチや遮断器（リレー）として上記突入電流を見込んだ電流容量の接点を有するものを用いている。
【０００３】
またこの種の突入電流を抑制するべく上記電源スイッチまたは遮断器と並列に電流制限抵抗を設け、電流制限抵抗を介して前記コンデンサを或る程度充電した後、電源スイッチまたは遮断器を投入（導通）することが提唱されている（例えば特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開平５−１６４０５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら上述したように電流制限抵抗を設けて突入電流を抑えても、コンバータの定格電流が大きい場合、その定格電流に見合う電流容量の接点を備えた大型（大電流型）の電源スイッチまたは遮断器を用いることが必要である。特に動力機器等の電源部として用いられる大電流スイッチング電源装置やインバータ装置に組み込まれるコンバータにおいては、例えば１００Ａ以上の電流容量が要求されるので上記遮断器（リレー）の構造自体が相当大型化し、その部品価格も高くなることが否めない。しかも遮断器（リレー）の接点に大電流が流れるのでその接点での接触抵抗に起因する発熱量が多くなり、遮断器の故障が生じ易くなる等の不具合が生じる。
【０００５】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、電流容量の大きい大型で高価な遮断器（リレー）を用いることなく電源投入時の突入電流を効果的に抑制することができ、しかもその動作の信頼性を十分に確保し得る簡易な構成のコンバータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した目的を達成するべく本発明に係るコンバータは、交流電力を整流して直流変換する整流器と、直流電力の出力端子に並列接続されて上記整流器にて整流された直流電力を蓄積するコンデンサとを備えて負荷に直流電力を供給するコンデンサインプット型のものであって、
前記整流器の入力側または出力側に設けられて前記コンデンサへの供給電力を電流制限する電流制限抵抗と、定格出力電流容量よりも小電流容量の複数個の遮断器からなり、電流容量の総和が上記定格出力電流容量を上回る数だけ並列に設けられて前記コンデンサが充電された状態でそれぞれ導通駆動されて前記電流制限抵抗を短絡する遮断器と、更にこれらの各遮断器の接点接触抵抗および／または前記電流制限抵抗をそれぞれ監視する監視手段とを備えたことを特徴としている。
【０００７】
好ましくは請求項２に記載するように前記各遮断器は、その駆動手段により、電源投入時には前記電流制限抵抗を介して前記コンデンサが充電された後に導通駆動され、電源遮断時には前記コンデンサの充電電圧が保たれている状態で遮断制御される。ちなみに前記遮断器の駆動手段は、請求項３に記載するように前記コンデンサの充電電圧を監視して前記各遮断器を導通／遮断制御するように構成され、或いは請求項４に記載するように電源投入時から所定時間経過後に前記各遮断器を導通させ、電源遮断時には前記出力端子に接続された負荷への電力供給停止時から所定時間経過後に前記各遮断器を遮断するように構成される。また請求項５に記載するように前記電流制限抵抗は、例えば前記各遮断器にそれぞれ並列接続されたものとして設けられる。
【０００８】
また本発明の好ましい態様は、請求項６に記載するように前記遮断器または前記電流制限抵抗を介して流れる電流量を計測する電流センサを備えることが望ましい。更には請求項７に記載するように前記コンデンサへの充電時定数および／または充電電流を監視して前記電流制限抵抗の故障診断を行う機能を備えることも望ましい。
【発明の効果】
【０００９】
上記構成のコンバータによれば、定格出力電流容量よりも小電流容量の複数個の遮断器を並列に設け、これらの各遮断器を前記コンデンサが充電された状態でそれぞれ導通駆動して前記電流制限抵抗を短絡するようにしているので、定格電流容量が大きい場合であっても、その電流を複数の遮断器に分散させることで各遮断器の接点での接触抵抗に起因する発熱を抑え、その動作信頼性を確保することができる。しかもこれらの各遮断器での接点接触抵抗をそれぞれ監視しながらコンバータを作動させるので、遮断器での接点接触抵抗が増大した場合、これを速やかに検出して異常事態が発生する前に接点不良を生じる虞のある遮断器の交換する等の対策を講じることができる。
【００１０】
また接点接触抵抗が増大した、或いは増大しつつある遮断器が生じても、これによって低下する電流量を該遮断器とは並列に設けられた他の遮断器にてカバーすることができるので、コンバータ自体の定格電流容量を効果的に維持することができ、その動作信頼性を十分に確保することができる。更には個々の遮断器自体が小電流容量のものであり、その接点に小容量の電流しか流さないので、仮に不測の事態により接点浮遊等が生じても全ての遮断器の接点が同時に浮遊することはないので、これに起因してアーク放電が発生する懸念がない。また大電流用の遮断器に比較してそのコンパクト化と大幅な低コスト化を図り得ることのみならず、その動作信頼性自体を容易に高めることができるので、実用的利点が絶大である。
【００１１】
また前述したように電流センサを備えると共に各遮断器の端子間電圧等を検出する手段を備え、更には前記コンデンサへの充電時定数を監視する機能を備えれば、これによって個々の遮断器の特性劣化や電流制限抵抗の劣化等をモニタすることができるので、不具合の兆候を速やかに検出してこれに対処することができる等の効果が奏せられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態に係るコンバータについて説明する。
図１はこの実施形態に係るコンバータの概略構成図で、１は交流電源２から供給される交流電力を整流して直流電力を得る整流器、具体的にはダイオードブリッジである。このダイオードブリッジ（整流器）１にて整流された直流電力は、出力端子３ａ,３ｂを介して負荷ＲＬに供給される。負荷ＲＬは、例えば動力用モータを駆動するインバータ回路からなる。特にこのコンバータにおいては、上記直流電力の出力端子３ａ,３ｂに該直流電力を平滑化するコンデンサ４が並列接続されており、いわゆるコンデンサインプット型のコンバータが構成されている。
【００１３】
またこのコンバータの上記ダイオードブリッジ（整流器）１と出力端子３ａ,３ｂとの間、特にダイオードブリッジ（整流器）１の正側出力端子（＋）と正極側の出力端子３ａとの間には、並列接続された複数の電流制限抵抗５ａ,５ｂ,〜５ｎが介挿されると共に、これらの各電流制限抵抗５ａ,５ｂ,〜５ｎのそれぞれに小電流容量の遮断器（リレー）６ａ,６ｂ,〜６ｎが並列接続されている。上記各電流制限抵抗５ａ,５ｂ,〜５ｎは、コンデンサ４に供給されて充電される直流電力の電流を制限する役割を担うものであり、また前記各遮断器（リレー）６ａ,６ｂ,〜６ｎはこれらの電流制限抵抗５ａ,５ｂ,〜５ｎをそれぞれ個別に短絡する役割を担っている。特に各遮断器（リレー）６ａ,６ｂ,〜６ｎおよび電流制限抵抗５ａ,５ｂ,〜５ｎは、リレー駆動回路７により導通駆動制御されてコンバータの電源投入時における突入電流を抑制する突入電流防止回路を構築している。
【００１４】
ちなみに上記各遮断器（リレー）６ａ,６ｂ,〜６ｎとしては、例えばコンバータの定格出力電流容量が１００Ａである場合、接点電流容量が１０Ａ程度の一般的な小型で小電力容量のもの１２〜１５個程度並列接続し、これらの遮断器（リレー）６ａ,６ｂ,〜６ｎの許容電流容量の総和が上記定格出力電流容量を上回るようにして用いられる。また前記電流制限抵抗５ａ,５ｂ,〜５ｎは、コンバータの電源投入時にこれらの電流制限抵抗５ａ,５ｂ,〜５ｎを介してコンデンサに流入する電流が、該コンデンサの許容リップル電流に余裕を持たせた電流値以下となるように電流制限し得る抵抗値のものが用いられる。
【００１５】
また前記リレー駆動回路７は、コンバータの電源投入時点から所定の遅延時間を経て前記コンデンサ４が電流制限抵抗５ａ,５ｂ,〜５ｎを介して電流制限されながら充電された後に、或いは後述する出力電圧監視回路１５にて検出される前記コンデンサ４の充電電圧が予め設定した管理電圧値を越えたときに前記各遮断器（リレー）６ａ,６ｂ,〜６ｎをそれぞれ導通駆動（オン）するように構成される。また前記リレー駆動回路７は、コンバータの電源遮断時においては前記負荷ＲＬへの電力供給が停止され、その後、コンデンサ４が補充充電されてその充電電圧が前記管理電圧値を越えたときに前記各遮断器（リレー）６ａ,６ｂ,〜６ｎをそれぞれ遮断制御（オフ）するように構成される。この遮断器（リレー）６ａ,６ｂ,〜６ｎの遮断制御についても、例えば前記負荷ＲＬに対するオフ指令（動作停止指令）が発せられてから所定の遅延時間を経過した後に、或いは前記コンデンサ４の充電電圧を監視して行われる。
【００１６】
このようなリレー駆動回路７による前記各遮断器（リレー）６ａ,６ｂ,〜６ｎの導通駆動（オン）および遮断制御（オフ）により、各遮断器（リレー）６ａ,６ｂ,〜６ｎはそのリレー接点間に過大な電圧が加わっていない状態でそれぞれオン・オフされる。しかも各遮断器（リレー）６ａ,６ｂ,〜６ｎに振り分けられた電流量の少ない直流電流をオン・オフすることになる。この結果、これらの遮断器（リレー）６ａ,６ｂ,〜６ｎのオン・オフ時にそのリレー接点間にアーク放電が生じる虞がなくなると共に、定常状態において遮断器（リレー）６ａ,６ｂ,〜６ｎをそれぞれ介して流れる電流量も少ないので、そのリレー接点が発熱する虞も殆どなくなる。これ故、各遮断器（リレー）６ａ,６ｂ,〜６ｎの安定した動作を保証することが可能となる等の利点がある。
【００１７】
また特定の遮断器（リレー）６ｋの接点接触抵抗が増加し、当該遮断器（リレー）６ｋを介して電流が流れ難くなると、その流れ難くなった電流分が他の残された遮断器（リレー）を介してそれぞれ流れるので、これらの各遮断器（リレー）６ａ,６ｂ,〜６ｎは互いにその機能をバックアップしていると言える。従って特定の遮断器（リレー）６ｋに不具合が生じても、これによってコンバータ自体がシステムダウンすることがないので、その動作信頼性を十分に確保して、その負荷ＲＬに対する直流電力の供給を安定に行うことが可能となる。
【００１８】
またこのコンバータにおいては、前記各遮断器（リレー）６ａ,６ｂ,〜６ｎをそれぞれ並列接続した前記電流制限抵抗５ａ,５ｂ,〜５ｎの各電流路にそれぞれ電流センサ８ａ,８ｂ,〜８ｎが設けられており、電流制限抵抗５ａ,５ｂ,〜５ｎまたは遮断器（リレー）６ａ,６ｂ,〜６ｎをそれぞれ介して出力端子３ａ（コンデンサ４）に供給される電流量が検出されるようになっている。これらの電流センサ８ａ,８ｂ,〜８ｎは、いわゆるシャント抵抗であっても良いし、カレント・トランス（ＣＴ）であっても良い。
【００１９】
電流検出回路１１は、これらの電流センサ８ａ,８ｂ,〜８ｎを介してそれぞれ検出される電流量から前記コンデンサ４に対する充電電流量を、またコンバータの定常運転時には出力端子３ａ,３ｂを介する負荷ＲＬへの供給電流量を求め、これを監視している。また接点間電圧検出回路１２は、前記遮断器（リレー）６ａ,６ｂ,〜６ｎの出力側端子の電圧を検出することで該遮断器６ａ,６ｂ,〜６ｎのリレー接点に加わっている電圧を検出している。そして接点接触抵抗演算回路１３は、上述した如く検出される前記各遮断器６ａ,６ｂ,〜６ｎの通電電流量とリレー接点間電圧とから、これらの各遮断器６ａ,６ｂ,〜６ｎのリレー接点の接触抵抗を求め、例えば予め設定された抵抗値以下であるか否かを監視している。そして接点接触抵抗が増加した遮断器が検出されたとき、これを『異常発生の兆候あり』として警報表示回路１４を駆動し、その旨を報知するものとなっている。
【００２０】
また出力電圧監視回路１５は、コンデンサ４の充電電圧、ひいては出力端子３ａ,３ｂ間の出力電圧を監視すると共に、電源投入時等におけるコンデンサ４の充電時定数を監視している。ちなみにコンデンサ４の充電時定数は、コンバータの電源を投入してからコンデンサ４の充電電圧が、予め設定した電圧に達するまでの経過時間として計測される。このようにして計測されるコンデンサ４の充電時定数から、前記電流制限抵抗５ａ,５ｂ,〜５ｎの抵抗値劣化、一般的には焼き付きによる短絡（ショート）または遮断（オープン）が検出され、電流制限抵抗５ａ,５ｂ,〜５ｎを介する突入電流の抑制機能が劣化したことが検出される。
【００２１】
尚、このようにして特定の電流制限抵抗が劣化しても、他の電流制限抵抗による突入電流の抑制機能が働くので、急激に大きな突入電流が発生することはない。しかしいずれかの電流制限抵抗５ａ,５ｂ,〜５ｎの劣化が検出された場合には、その時点でコンバータの起動を停止して電流制限抵抗を交換する等のメンテナンスを行うことが好ましい。また前述したようにいずれかの遮断器６ａ,６ｂ,〜６ｎの不具合が検出された場合にも、速やかにそのメンテナンスを促すことが望ましい。
【００２２】
以上のように本発明に係るコンバータにおいては、小型で、しかも安価な小電流容量の複数の遮断器６ａ,６ｂ,〜６ｎを並列に用いて電源投入時における突入電流の発生を防止しているので、大型で大電流容量の遮断器を用いる場合に比較して、その動作信頼性を十分に高めることができる。しかも上記各遮断器６ａ,６ｂ,〜６ｎの接点接触抵抗を監視しながらコンバータを作動させるので、或る遮断器に接点異常が生じた場合には、コンバータのシステムダウンを招来する前にその異常に対して速やかに対処することができる。しかも或る遮断器に接点異常が生じても、これによってコンバータの全体の機能が損なわれることがないので、負荷ＲＬに対する影響を最小限に抑えながら、その故障に対処することができる等の実用上多大なる効果が奏せられる。
【００２３】
また許容電流容量が１０Ａ程度の小電流容量の遮断器（リレー）は、１００Ａクラスの特殊な遮断器（リレー）に比較して種類も多く、汎用製品として一般的に安価で小型であるので、前述したように複数個並列に用いる必要があるといえども、この種の大電力用のコンバータに組み込むのに好適である。更には並列接続する遮断器（リレー）を増やすことによって、電源容量的に余裕を持った回路設計が可能となる等の実用上多大なる効果が奏せられる。
【００２４】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば図２にその概略構成を示すように、ダイオードブリッジ（整流器）の前段（入力側）に電流制限抵抗５と遮断器６とを設ける場合にも同様に適用することができる。尚、図２においては電流センサ等を省略しているが、前述した実施形態と同様に複数の電流制限抵抗５ａ〜５ｎを介してそれぞれ流れる電流を監視し、また各遮断器６ａ,６ｂ,〜６ｎの接点接触抵抗および／または前記電流制限抵抗等を監視するようにすれば良い。またこの場合には、これらの複数の電流制限抵抗５および遮断器６のそれぞれに対応させてダイオードブリッジを設けることが望ましい。また電流制限抵抗５と遮断器６とからなる突入電流防止回路の個数は、コンバータに要求される定格電流容量と遮断器６の許容電流容量とに応じて、所定の余裕を見込んで設定すれば十分である。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態に係るコンバータの概略構成図。
【図２】本発明の別の実施形態に係るコンバータの要部概略構成図。
【符号の説明】
【００２６】
１  ダイオードブリッジ（整流器）
３ａ,３ｂ  出力端子
４  コンデンサ
５ａ,５b,〜５ｎ  電流制限抵抗
６ａ,６b,〜６ｎ  遮断器（リレー）
７  リレー駆動回路
８ａ,８b,〜８ｎ  電流センサ
１１  電流検出回路
１２  接点間電圧検出回路
１３  接点接触抵抗演算回路
１４  警報表示回路
１５  出力電圧監視回路
ＲＬ  負荷
【図１】
2007028792.tif 000003
【図２】
2007028792.tif 000004