(57)【要約】【課題】直流電源回路の起動時における突入電流を抑制するための電流制限抵抗やこれをバイパスするためのスイッチング素子を不要にし、コストの高騰や装置全体の大型化を防止すること。【解決手段】直流電源回路１の起動時において、ゲート制御回路９は、第１の電圧検出回路８により検出された電源電圧が、ピーク値に達した後に第２の電圧検出回路１０により検出された平滑コンデンサ７の端子電圧より所定レベルだけ高い目標レベルまで低下したタイミング毎に、第１トライアック５をオンさせると共に、そのオン状態を電源電圧が零になるまで保持するというスイッチング制御を実行し、そのスイッチング制御の実行に応じて平滑コンデンサ７の端子電圧が予め決められた規定電圧以上に上昇したときに、第１、第２トライアック５、６を連続的なオン状態に切り替える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源から半導体スイッチング素子を介して給電される整流回路及び当該整流回路の出力側に接続された平滑コンデンサを備えた直流電源回路用の突入電流防止回路において、
前記交流電源の出力電圧を検出する電源電圧検出手段と、
前記半導体スイッチング素子のオフ期間における前記平滑コンデンサの端子電圧を検出する端子電圧検出手段と、
前記直流電源回路の起動時において、前記電源電圧検出手段による検出電圧の絶対値がピーク値に達した後に前記端子電圧検出手段による検出電圧より所定レベルだけ高い目標レベルまで低下したタイミング毎に前記半導体スイッチング素子をオンさせると共に、そのオン状態を少なくとも前記電源電圧検出手段による検出電圧の絶対値が前記目標レベルに上昇するまでの期間中に設定された所定時期まで保持するというスイッチング制御を実行する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記スイッチング制御の実行に応じて前記端子電圧検出手段による検出電圧が予め決められた規定電圧以上に上昇したときに、そのスイッチング制御を終了して前記半導体スイッチング素子をオン状態に保持することを特徴とする突入電流防止回路。
【請求項２】
前記半導体スイッチング素子はトライアックにより構成され、
前記制御手段は、前記直流電源回路の起動時において、前記電源電圧検出手段による検出電圧の絶対値がピーク値に達した後に前記目標レベルまで低下したタイミング毎に前記トライアックにゲートトリガ信号を与えることにより前記スイッチング制御を実行することを特徴とする請求項１記載の突入電流防止回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、整流回路及び当該整流回路の出力側に接続された平滑コンデンサを備えた直流電源回路に用いられる突入電流防止回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
整流回路の出力側に平滑コンデンサを備えた直流電源回路においては、電源投入時の突入電流対策が施されていない場合、入力ヒューズの溶断或いはブレーカのトリップや、電源側の電圧変動などの物理的障害を引き起こす恐れがあり、また、その際の電流変化によってノイズが混入し装置障害を誘発する恐れもある。このため、従来では、平滑コンデンサと直列に電流制限抵抗を接続すると共に、この抵抗と並列にスイッチング素子を接続し、直流電源回路の起動時には、スイッチング素子をオフ状態に保持することにより、平滑コンデンサに対する充電電流が電流制限抵抗を通じて流れるように制御し、その後に一定時間が経過してからスイッチング素子をオンすることにより、上記充電電流が電流制限抵抗をバイパスして流れるように制御することが行われている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平５−３０６４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記のような従来の手段では、平滑コンデンサの容量に応じた大きさの電流制限抵抗が必要になり、特に、直流電源回路を大容量化しようとする場合には、それに連れて電流制限抵抗も大型化しなければならず、これがコストの高騰や直流電源回路を含む装置全体の大型化の原因になるという問題点があった。また、バイパス用スイッチング素子の存在も装置コストを押し上げる原因になっていた。
【０００４】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、直流電源回路の起動時における突入電流を抑制するための電流制限抵抗やこれをバイパスするためのスイッチング素子を不要にできて、コストの高騰や装置全体の大型化を防止できるようになる突入電流防止回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１記載の手段によれば、制御手段は、電源投入時（直流電源回路の起動時）には、電源電圧検出手段による検出電圧（交流電源の出力電圧）の絶対値がピーク値に達した後に低下する期間において、端子電圧検出手段による検出電圧（平滑コンデンサの端子電圧）より所定レベルだけ高い目標レベルまで低下したタイミング毎に、整流回路の前段に設けられた半導体スイッチング素子をオンさせ、このようなオン状態を、少なくとも電源電圧検出手段による検出電圧の絶対値が、前記目標レベルに上昇するまでの期間中に設定された所定時期まで保持する、というスイッチング制御を実行する。
【０００６】
従って、上記スイッチング制御が実行された状態では、半導体スイッチング素子のオン毎に交流電源から整流回路に給電され、これに応じて整流回路の出力により平滑コンデンサの充電が間欠的に行われることになるから、その平滑コンデンサの端子電圧が、段階的に上昇するようになる。また、制御手段は、上記のような平滑コンデンサの端子電圧の段階的な上昇に応じて、端子電圧検出手段による検出電圧が予め決められた規定電圧以上に上昇したときには、スイッチング制御を終了して半導体スイッチング素子をオン状態に保持するものであり、これにより、交流電源から整流回路への電源供給が連続的に行われる定常状態へ移行するようになる。
【０００７】
この場合、上述したようなスイッチング制御の実行期間中には、整流回路の出力電圧が、前記目標レベルに応じた相対的に低いレベルに抑制されることになるから、その整流回路から平滑コンデンサに印加される充電電圧と当該平滑コンデンサの端子電圧との差電圧も比較的低い状態に抑制されることになり、これにより、平滑コンデンサに流れる突入電流が不用意に増大する事態を未然に防止できるようになる。つまり、電源投入時の突入電流を抑制するために、従来必要であった電流制限抵抗やバイパス用スイッチング素子を設けなくても済むものであり、これにより、コストの高騰や装置全体の大型化を防止できることになる。
【０００８】
請求項２記載の手段によれば、スイッチング素子として設けられたトライアックのオフタイミングを制御する必要がなくなるから、制御手段により行われるスイッチング制御を簡単化できる利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら説明する。
電気的構成を示す図１において、直流電源回路１は、例えば３相２００Ｖの商用交流電源２の出力を整流平滑して負荷３（例えば、産業用ロボット）に供給するためのものである。この直流電源回路１に備えられた全波整流回路４の各相入力端子は、そのうちの２つの入力端子が、交流電源２の例えばＲ相出力端子及びＴ相出力端子に対してそれぞれ第１トライアック５及び第２トライアック６（それぞれ半導体スイッチング素子に相当）を介して接続され、残りの入力端子が、交流電源２のＳ相出力端子に直接的に接続されている。また、この整流回路４の出力端子間には、平滑コンデンサ７が接続されており、これら整流回路４及び平滑コンデンサ７による整流平滑出力が負荷３に供給される。尚、上記全波整流回路４は、６個の整流素子を３相ブリッジ形に接続して成る周知構成のものであり、従って、１相入力状態でも全波整流を行い得るものである。
【００１０】
第１の電圧検出回路８（電源電圧検出手段に相当）は、交流電源２の出力電圧のうちＲ相・Ｓ相間電圧を検出し、その検出電圧Ｖｄ１をゲート制御回路９（制御手段に相当）へ出力するように構成されている。尚、上記検出電圧Ｖｄ１は、絶対値として出力される。
【００１１】
第２の電圧検出回路１０（端子電圧検出手段に相当）は、平滑コンデンサ７の端子電圧を検出し、その検出電圧Ｖｄ２をゲート制御回路９へ出力するように構成されている。
ゲート制御回路９は、第１及び第２トライアック５及び６のオンタイミングを制御するために設けられたもので、マイクロコンピュータ、前記各電圧検出回路８及び１０からの検出電圧Ｖｄ１、Ｖｄ２をデジタルデータに変換してマイクロコンピュータに与えるＡ／Ｄ変換部、マイクロコンピュータからの指令に応じて第１及び第２トライアック５及び６のためのパルス状のゲートトリガ信号を発生するゲートトリガ回路など（何れも図示せず）を含んで構成されている。尚、ゲート制御回路９の電源は、例えば、交流電源２の出力を降圧・整流するように設けられた安定化電源回路（図示せず）から供給される構成となっている。また、図１中には示していないが、直流電源回路１のオン操作（起動操作）及びオフ操作（停止操作）を行うための電源スイッチが設けられており、ゲート制御回路９には、この電源スイッチの操作状態を示す信号（オン信号、オフ信号）が入力される構成となっている。
【００１２】
図２のフローチャートには、ゲート制御回路９による制御内容のうち、本発明の要旨に関係したスイッチング制御ルーチンに関する部分が示されており、以下これについて説明する。尚、初期状態では、第１トライアック５及び第２トライアック６は双方ともオフ状態にある。
【００１３】
図２に示すスイッチング制御ルーチンは、直流電源回路１のオン操作が行われたとき（図示しない電源スイッチからオン信号が入力されたとき）に開始されるものであり、まず、目標電圧Ｖｔ（目標レベルに相当）を初期値にセットする（ステップＳ１）。この初期値は、第２の電圧検出回路１０による検出電圧Ｖｄ２（つまり、平滑コンデンサ７の端子電圧）に対して所定レベルの電圧値ΔＶ（例えば２０Ｖ）を加算した値とされるものである。
【００１４】
次いで、第１の電圧検出回路８による検出電圧Ｖｄ１（交流電源２の相間電圧）のピーク値を検出するまで待機し（ステップＳ２）、ピーク値を検出したときには、その検出電圧Ｖｄ１が前記目標電圧Ｖｔと等しくなるまで、つまり、交流電源２の出力電圧がピーク値から目標電圧Ｖｔに低下するまで待機する（ステップＳ３）。
【００１５】
Ｖｄ１＝Ｖｔの関係になったときには、第１トライアック５に対してゲートトリガ信号を与え、当該トライアック５をオンさせる（ステップＳ４）。この後には、その時点における目標電圧Ｖｔに電圧値ΔＶを加算することにより、当該目標電圧Ｖｔを更新し（ステップＳ５）、前記検出電圧Ｖｄ２（平滑コンデンサ７の端子電圧）が予め設定された規定電圧Ｖｔｈ以上になったか否かを判断する（ステップＳ６）。この場合、上記規定電圧Ｖｔｈは、直流電源回路１の定格最高電圧である約２８０Ｖに近い電圧値（例えば２６０Ｖ程度）に設定されるものである。
【００１６】
検出電圧Ｖｄ２＜規定電圧Ｖｔｈの状態時には、前記ステップＳ２以降の処理を再実行するが、検出電圧Ｖｄ２≧規定電圧Ｖｔｈの関係になったときには、第１トライアック５及び第２トライアック６を連続的にオンさせるステップＳ７を、電源スイッチがオフされるまで（ステップＳ８：ＮＯ）まで継続的に実行し、電源スイッチがオフされたときにスイッチング制御ルーチンを終了する。
【００１７】
ゲート制御回路９において上記のようなスイッチング制御ルーチンが実行される結果、以下に述べるような作用・効果が得られるものである。
即ち、図３のタイミングチャートには、（ａ）交流電源２のＲ相・Ｓ相間電圧（以下、電源電圧と呼ぶ）の波形、（ｂ）平滑コンデンサ７の端子電圧の模式的な波形（所定の充電時定数が存在する状態で示す）、（ｃ）第１トライアック５のオンオフ状態、（ｄ）第２トライアック６のオンオフ状態についての一例が示されている。この図３において、図示しない電源スイッチがオンされた時点では、第１トライアック５及び第２トライアック６が双方ともオフされており、この後において、電源電圧がピーク値に達した後に初期値として設定された目標電圧Ｖｔまで低下したときには、ゲート制御回路９により第１トライアック５がオンされ、そのオン状態は、電源電圧の極性が反転するまで（電源電圧が０Ｖになるまで）維持される。従って、そのオン期間中に第１トライアック５を通じて給電された整流回路４から平滑コンデンサ７に充電されるようになり、その端子電圧が上昇する。
【００１８】
この後には、その時点における目標電圧Ｖｔに対し所定レベルの電圧値ΔＶを加算することにより新たな目標電圧Ｖｔを設定し、電源電圧がピーク値に達した後に上記目標電圧Ｖｔまで低下する毎に、ゲート制御回路９により第１トライアック５をオンするという動作が反復され、これにより、平滑コンデンサ７の端子電圧が段階的に上昇するようになる。
【００１９】
このような動作により平滑コンデンサ７の端子電圧が段階的に上昇し、その端子電圧が、直流電源回路１の定格最高電圧に近い電圧値に設定された規定電圧Ｖｔｈ以上となったとき（図３中のタイミングｔ１）には、第１トライアック５及び第２トライアック６が連続的にオンされ、交流電源２から整流回路４への電源供給が連続的に行われる定常状態へ移行するようになる。これにより、整流回路４による３相全波整流出力が、平滑コンデンサ７により平滑された状態で負荷３に供給されることになる。
【００２０】
この場合、上述したようなスイッチング制御の実行期間中には、整流回路４の出力電圧が、目標電圧Ｖｔに応じた相対的に低いレベルに抑制されることになるから、その整流回路４から平滑コンデンサ７に印加される充電電圧と当該平滑コンデンサ７の端子電圧との差電圧も比較的低い状態に抑制されることになり、これにより、平滑コンデンサ７に流れる突入電流が不用意に増大する事態を未然に防止できるようになる。つまり、電源投入時の突入電流を抑制するために、従来必要であった電流制限抵抗やバイパス用スイッチング素子を設けなくても済むものであり、これにより、コストの高騰や装置全体の大型化を防止できることになる。また、ゲート制御回路９においては、スイッチング制御時において第１トライアック５のオフタイミングを制御する必要がなくなるから、その制御を簡単化できる利点もある。
【００２１】
（その他の実施の形態）
尚、本発明は上記し且つ図面に示した実施例に限定されるものではなく、例えば以下に述べるような変形或いは拡大が可能である。
半導体スイッチング素子として、電力用ＦＥＴ、ＩＧＢＴなどを利用しても良く、この場合には、電源電圧（第１の電圧検出回路８による検出電圧Ｖｄ１）がピーク値に達した後に目標電圧Ｖｔまで低下したタイミング毎に半導体スイッチング素子をオンさせると共に、そのオン状態を少なくとも電源電圧が目標電圧Ｖｔに上昇するまでの期間中に設定された所定時期まで保持する構成とすれば良い。また、交流電源が単相の場合にも適用できることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施例を示す電気的構成図
【図２】ゲート制御回路による制御内容を示すフローチャート
【図３】作用説明用のタイミングチャート
【符号の説明】
【００２３】
１は直流電源回路、２は商用交流電源、３は負荷、４は３相全波整流回路、５は第１トライアック（半導体スイッチング素子）、６は第２トライアック（半導体スイッチング素子）、７は平滑コンデンサ、８は第１の電圧検出回路（電源電圧検出手段）、９はゲート制御回路（制御手段）、１０は第２の電圧検出回路（端子電圧検出手段）を示す。
【図１】
2007129875.tif 000003
【図２】
2007129875.tif 000004
【図３】
2007129875.tif 000005