(57)【要約】【課題】交流電力の停電後の復電時に過大な突入電流が流れてしまうのを、より高精度に抑制できるコンバータを提供すること。【解決手段】コンバータ１は、交流電源ＡＣから出力された交流電力を全波整流するダイオードＤ１〜Ｄ４と、突入電流を制限する突入電流制限抵抗Ｒと、突入電流制限抵抗Ｒを流れる電流を制御するスイッチ素子Ｑ１および制御部１０と、を備える。制御部１０は、交流電力を全波整流した後の電圧ＶＩＮが閾値電圧Ｖｔｈ１未満であれば、スイッチ素子Ｑ１をオフ状態とし、電圧ＶＩＮが閾値電圧Ｖｔｈ１以上であれば、スイッチ素子Ｑ１をオン状態にする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電力を直流電力に変換するコンバータであって、
前記交流電力を整流する整流手段と、
突入電流を制限する突入電流制限抵抗と、
前記突入電流制限抵抗を流れる電流を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記整流手段により整流された電圧が閾値電圧未満である場合には、前記直流電力の電流の少なくとも一部を前記突入電流制限抵抗に流し、
前記整流手段により整流された電圧が前記閾値電圧以上である場合には、前記直流電力の電流が前記突入電流制限抵抗を流れるのを防止することを特徴とするコンバータ。
【請求項２】
前記制御手段は、前記突入電流制限抵抗に並列接続されたスイッチ素子と、当該スイッチ素子を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記整流手段により整流された電圧が前記閾値電圧未満である場合には、前記スイッチ素子をオフ状態とし、
前記整流手段により整流された電圧が前記閾値電圧以上である場合には、前記スイッチ素子をオン状態とすることを特徴とする請求項１に記載のコンバータ。
【請求項３】
前記スイッチ素子は、ＭＯＳＦＥＴであることを特徴とする請求項２に記載のコンバータ。
【請求項４】
交流電力を直流電力に変換するコンバータにおいて突入電流を制限する突入電流制限方法であって、
前記交流電力を整流する第１ステップと、
突入電流を制限する突入電流制限抵抗を流れる電流を制御する第２ステップと、を備え、
前記第２ステップでは、
前記第１ステップにおいて整流した電圧が閾値電圧未満である場合には、前記直流電力の電流の少なくとも一部を前記突入電流制限抵抗に流し、
前記第１ステップにおいて整流した電圧が前記閾値電圧以上である場合には、前記直流電力の電流が前記突入電流制限抵抗を流れるのを防止することを特徴とする突入電流制限方法。
【請求項５】
前記第２ステップでは、
前記第１ステップにおいて整流した電圧が前記閾値電圧未満である場合には、前記突入電流制限抵抗に並列接続されたスイッチ素子をオフ状態とし、
前記第１ステップにおいて整流した電圧が前記閾値電圧未満である場合には、前記スイッチ素子をオン状態とすることを特徴とする請求項４に記載の突入電流制限方法。
【請求項６】
前記スイッチ素子は、ＭＯＳＦＥＴであることを特徴とする請求項５に記載の突入電流制限方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電力を直流電力に変換するコンバータと、このコンバータにおいて突入電流を制限する突入電流制限方法と、に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、交流電力を直流電力に変換するコンバータでは、起動時に過大な突入電流が流れてしまうおそれがある。そこで、例えば、突入電流を制限する突入電流制限抵抗をコンバータに設け、コンバータの起動時に突入電流制限抵抗を有効にすることで、コンバータの起動時に過大な突入電流が流れるのを防止している。
【０００３】
上述の突入電流制限抵抗は、コンバータが起動してから予め定められた時間が経過すると、無効となる。ここで、交流電力が停電した後に、突入電流制限抵抗が無効のままで交流電力が復電すると、過大な突入電流が流れてしまう。そこで、交流電力が停電するたびに、上述の突入電流制限抵抗を有効にする適切なタイミングを求め、求めたタイミングで上述の突入電流制限抵抗を有効にする手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図４は、上述の手法を採用した従来例に係るコンバータのタイミングチャートである。ＶＩＮは、交流電力を全波整流した後の電圧を示し、ＳＴＲは、突入電流制限抵抗の状態を示す。
【０００５】
図４に示した期間のうち時刻ｔ１１より以前の期間は、コンバータが起動してから予め定められた時間が経過した後の期間を示している。このため、図４に示した期間のうち時刻ｔ１１より以前の期間では、突入電流制限抵抗が無効となっている。
【０００６】
時刻ｔ１１において、交流電力が停電したものとする。このため、時刻ｔ１１では、電圧ＶＩＮは、急激に低下して、閾値電圧Ｖｔｈ２より低いゼロとなっている。上述の従来例に係るコンバータは、電圧ＶＩＮが閾値電圧Ｖｔｈ２未満になると、突入電流制限抵抗を有効にする適切なタイミングを求める。ここで、求められたタイミングは、図４の時刻ｔ１２であったものとする。
【０００７】
時刻ｔ１２において、突入電流制限抵抗を有効にする。これによれば、適切なタイミングで突入電流制限抵抗を有効にすることができ、交流電力の停電後の復電時に過大な突入電流が流れてしまうのを、抑制できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−２７１６６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところが、上述のように適切なタイミングを求めるためには、演算時間が必要となる。このため、適切なタイミングを求めた時点で、適切なタイミングが既に経過してしまっている場合には、適切なタイミングで上述の突入電流制限抵抗を有効にすることができず、過大な突入電流が流れてしまうおそれがあった。
【００１０】
上述の課題を鑑み、本発明は、交流電力の停電後の復電時に過大な突入電流が流れてしまうのを、より高精度に抑制できるコンバータ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】
【００１１】
本発明は、上述の課題を解決するために、以下の事項を提案している。
【００１２】
（１）  本発明は、交流電力（例えば、図１の交流電源ＡＣから出力された交流電力に相当）を直流電力に変換するコンバータ（例えば、図１のコンバータ１に相当）であって、前記交流電力を整流する整流手段（例えば、図１のダイオードＤ１〜Ｄ４で構成される整流回路に相当）と、突入電流を制限する突入電流制限抵抗（例えば、図１の突入電流制限抵抗Ｒに相当）と、前記突入電流制限抵抗を流れる電流を制御する制御手段（例えば、図１のスイッチ素子Ｑ１および制御部１０に相当）と、を備え、前記制御手段は、前記整流手段により整流された電圧（例えば、図１の電圧ＶＩＮに相当）が閾値電圧（例えば、図３の閾値電圧Ｖｔｈ１に相当）未満である場合（例えば、図３の時刻ｔ１〜ｔ２の期間や、時刻ｔ３〜ｔ４の期間に相当）には、前記直流電力の電流の少なくとも一部を前記突入電流制限抵抗に流し、前記整流手段により整流された電圧が前記閾値電圧以上である場合（例えば、図３の時刻ｔ２〜ｔ３の期間や、時刻ｔ４〜ｔ５の期間に相当）には、前記直流電力の電流が前記突入電流制限抵抗を流れるのを防止することを特徴とするコンバータを提案している。
【００１３】
この発明によれば、コンバータに、交流電力を整流する整流手段と、突入電流を制限する突入電流制限抵抗と、突入電流制限抵抗を流れる電流を制御する制御手段と、を設けた。そして、制御手段により、整流手段により整流された電圧が閾値電圧未満である場合には、直流電力の電流の少なくとも一部を突入電流制限抵抗に流し、整流手段により整流された電圧が閾値電圧以上である場合には、直流電力の電流が突入電流制限抵抗を流れるのを防止することとした。
【００１４】
このため、交流電力を整流した後の電圧が閾値電圧未満にまで低下したタイミングで、突入電流制限抵抗が有効となる。ここで、交流電力が停電すると、交流電力を整流した後の電圧は、急激に低下する。したがって、閾値電圧を設定することで、交流電力が停電した場合に、即座に、突入電流制限抵抗を有効にすることができる。よって、交流電力の停電後の復電時に過大な突入電流が流れてしまうのを、より高精度に抑制できる。
【００１５】
また、上述の従来例に係るコンバータでは、電圧ＶＩＮが閾値電圧Ｖｔｈ２未満になると、突入電流制限抵抗を有効にする適切なタイミングを求めるが、適切なタイミングを求めるためには、演算時間が必要である。このため、上述の従来例に係るコンバータでは、演算時間を確保するために、閾値電圧Ｖｔｈ２をある程度高く設定して、演算を開始するタイミングを早める必要があった。これに対して、本発明では、交流電力を整流した後の電圧が閾値電圧未満にまで低下したタイミングで、突入電流制限抵抗が有効となる。したがって、適切なタイミングを求める必要がないので、上述の従来例に係るコンバータと比べて閾値電圧を低く設定することができ、その結果、交流電力の停電の検出精度を向上させることができる。
【００１６】
また、上述のように適切なタイミングを求める必要がないので、上述の従来例に係るコンバータと比べて、交流電力が停電してから突入電流制限抵抗を有効にするまでの処理が、軽くなる。このため、交流電力の停電に応じて突入電流制限抵抗を有効にする処理をマイコンで行う場合、上述の従来例に係るコンバータと比べて処理速度の低いマイコンを用いることができ、コンバータの製造コストを低減できる。
【００１７】
（２）  本発明は、（１）のコンバータについて、前記制御手段は、前記突入電流制限抵抗に並列接続されたスイッチ素子（例えば、図１のスイッチ素子Ｑ１に相当）と、当該スイッチ素子を制御する制御部（例えば、図１の制御部１０に相当）と、を備え、前記制御部は、前記整流手段により整流された電圧が前記閾値電圧未満である場合には、前記スイッチ素子をオフ状態とし、前記整流手段により整流された電圧が前記閾値電圧以上である場合には、前記スイッチ素子をオン状態とすることを特徴とするコンバータを提案している。
【００１８】
この発明によれば、制御手段に、突入電流制限抵抗に並列接続されたスイッチ素子と、このスイッチ素子を制御する制御部と、を設けた。そして、制御部により、整流手段により整流された電圧が閾値電圧未満である場合には、スイッチ素子をオフ状態とし、整流手段により整流された電圧が閾値電圧以上である場合には、スイッチ素子をオン状態とすることとした。このため、整流手段により整流された電圧が閾値電圧以上である場合には、突入電流制限抵抗の一端と他端とが導通し、突入電流制限抵抗が無効になる。一方、整流手段により整流された電圧が閾値電圧未満である場合には、突入電流制限抵抗の一端と他端の導通が解除され、突入電流制限抵抗が有効になる。したがって、交流電力を整流した後の電圧が閾値電圧未満にまで低下したタイミングで、突入電流制限抵抗を有効にすることができ、上述した効果と同様の効果を奏することができる。
【００１９】
（３）  本発明は、（２）のコンバータについて、前記スイッチ素子は、ＭＯＳＦＥＴであることを特徴とするコンバータを提案している。
【００２０】
ここで、ＭＯＳＦＥＴは、ＢＪＴといった他のスイッチ素子と比べて、スイッチング速度の速い素子である。そこで、この発明によれば、スイッチ素子をＭＯＳＦＥＴで構成することとした。このため、スイッチ素子をＭＯＳＦＥＴ以外の素子で構成した場合と比べて、突入電流抵抗の有効または無効の状態を短時間に切り替えることができる。
【００２１】
（４）  本発明は、交流電力（例えば、図１の交流電源ＡＣから出力された交流電力に相当）を直流電力に変換するコンバータ（例えば、図１のコンバータ１に相当）において突入電流を制限する突入電流制限方法であって、前記交流電力を整流する第１ステップ（例えば、図１の交流電源ＡＣから出力された交流電力を、図１のダイオードＤ１〜Ｄ４で構成される整流回路により全波整流する処理に相当）と、突入電流を制限する突入電流制限抵抗（例えば、図１の突入電流制限抵抗Ｒに相当）を流れる電流を制御する第２ステップ（例えば、図２の処理に相当）と、を備え、前記第２ステップでは、前記第１ステップにおいて整流した電圧（例えば、図１の電圧ＶＩＮに相当）が閾値電圧（例えば、図３の閾値電圧Ｖｔｈ１に相当）未満である場合（例えば、図３の時刻ｔ１〜ｔ２の期間や、時刻ｔ３〜ｔ４の期間に相当）には、前記直流電力の電流の少なくとも一部を前記突入電流制限抵抗に流し、前記第１ステップにおいて整流した電圧が前記閾値電圧以上である場合（例えば、図３の時刻ｔ２〜ｔ３の期間や、時刻ｔ４〜ｔ５の期間に相当）には、前記直流電力の電流が前記突入電流制限抵抗を流れるのを防止することを特徴とする突入電流制限方法を提案している。
【００２２】
この発明によれば、交流電力を整流し、整流した電圧が閾値電圧未満である場合には、直流電力の電流の少なくとも一部を突入電流制限抵抗に流し、整流した電圧が閾値電圧以上である場合には、直流電力の電流が突入電流制限抵抗を流れるのを防止することとした。これによれば、上述した効果と同様の効果を奏することができる。
【００２３】
（５）  本発明は、（４）の突入電流制限方法について、前記第２ステップでは、前記第１ステップにおいて整流した電圧が前記閾値電圧未満である場合には、前記突入電流制限抵抗に並列接続されたスイッチ素子（例えば、図１のスイッチ素子Ｑ１に相当）をオフ状態とし、前記第１ステップにおいて整流した電圧が前記閾値電圧未満である場合には、前記スイッチ素子をオン状態とすることを特徴とする突入電流制限方法を提案している。
【００２４】
この発明によれば、整流した電圧が閾値電圧未満である場合には、突入電流制限抵抗に並列接続されたスイッチ素子をオフ状態とし、整流した電圧が閾値電圧以上である場合には、このスイッチ素子をオン状態とすることとした。このため、交流電力を整流した後の電圧が閾値電圧未満にまで低下したタイミングで、突入電流制限抵抗を有効にすることができる。これによれば、上述した効果と同様の効果を奏することができる。
【００２５】
（６）  本発明は、（５）の突入電流制限方法について、前記スイッチ素子は、ＭＯＳＦＥＴであることを特徴とする突入電流制限方法を提案している。
【００２６】
ここで、ＭＯＳＦＥＴは、ＢＪＴといった他のスイッチ素子と比べて、スイッチング速度の速い素子である。そこで、この発明によれば、スイッチ素子をＭＯＳＦＥＴで構成することとした。このため、スイッチ素子をＭＯＳＦＥＴ以外の素子で構成した場合と比べて、突入電流抵抗の有効または無効の状態を短時間に切り替えることができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、交流電力の停電後の復電時に過大な突入電流が流れてしまうのを、より高精度に抑制できるとともに、交流電力の停電の検出精度を向上させることができる。また、交流電力の停電に応じて突入電流制限抵抗を有効にする処理をマイコンで行う場合、コンバータの製造コストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態に係るコンバータの回路図である。
【図２】前記コンバータが備える制御回路の処理を示すフローチャートである。
【図３】前記コンバータのタイミングチャートである。
【図４】従来例に係るコンバータのタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素などとの置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、以下の実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。
【００３０】
図１は、本発明の一実施形態に係るコンバータ１の回路図である。コンバータ１は、交流電源ＡＣに接続されており、ダイオードＤ１〜Ｄ５と、インダクタＬと、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴで構成されるスイッチ素子Ｑ１、Ｑ２と、キャパシタＣと、突入電流制限抵抗Ｒと、制御部１０と、を備える。
【００３１】
ダイオードＤ１のカソードと、ダイオードＤ３のアノードとには、交流電源ＡＣの一端が接続される。ダイオードＤ２のカソードと、ダイオードＤ４のアノードとには、交流電源ＡＣの他端が接続される。ダイオードＤ１のアノードと、ダイオードＤ２のアノードとには、基準電位端子ＧＮＤが接続される。ダイオードＤ３のカソードと、ダイオードＤ４のカソードとには、インダクタＬの一端が接続される。
【００３２】
インダクタＬの他端には、スイッチ素子Ｑ２のドレインと、ダイオードＤ５のアノードと、が接続される。ダイオードＤ５のカソードには、出力端子ＯＵＴと、キャパシタＣの一方の電極と、が接続される。キャパシタＣの他方の電極には、突入電流制限抵抗Ｒを介して基準電位端子ＧＮＤが接続されるとともに、スイッチ素子Ｑ１のドレインが接続される。スイッチ素子Ｑ１のソースと、スイッチ素子Ｑ２のソースとには、基準電位端子ＧＮＤが接続される。スイッチ素子Ｑ１のゲートと、スイッチ素子Ｑ２のゲートとには、制御部１０が接続される。
【００３３】
以上の構成を備えるコンバータ１は、以下のように動作する。
【００３４】
交流電源ＡＣから出力された交流電力は、ダイオードＤ１〜Ｄ４で構成される整流回路で全波整流された後、インダクタＬ、ダイオードＤ５、およびスイッチ素子Ｑ２を含んで構成される昇圧型チョッパレギュレータで昇圧され、直流電力として出力端子ＯＵＴから出力される。スイッチ素子Ｑ２は、制御部１０から送信される制御信号に応じてスイッチングする。
【００３５】
制御部１０は、交流電源ＡＣから出力された交流電力をダイオードＤ１〜Ｄ４で全波整流した後の電圧ＶＩＮに基づいて、スイッチ素子Ｑ１に制御信号を送信して、スイッチ素子Ｑ１を制御する。スイッチ素子Ｑ１がオン状態になると、スイッチ素子Ｑ１に並列接続された突入電流制限抵抗Ｒの一端と他端とが導通し、突入電流制限抵抗Ｒが無効になる。スイッチ素子Ｑ１がオフ状態になると、突入電流制限抵抗Ｒの一端と他端との導通が解除され、突入電流制限抵抗Ｒが有効になる。
【００３６】
図２は、制御部１０によるスイッチ素子Ｑ１の制御処理を示すフローチャートである。
【００３７】
ステップＳ１において、制御部１０は、電圧ＶＩＮが閾値電圧Ｖｔｈ１未満であるか否かを判別する。そして、電圧ＶＩＮが閾値電圧Ｖｔｈ１未満である場合には、ステップＳ２に処理を移し、電圧ＶＩＮが閾値電圧Ｖｔｈ１以上である場合には、ステップＳ３に処理を移す。
【００３８】
ステップＳ２において、制御部１０は、スイッチ素子Ｑ１をオフ状態にして、突入電流制限抵抗Ｒを有効にし、スイッチ素子Ｑ１の制御処理を終了する。
【００３９】
ステップＳ３において、制御部１０は、スイッチ素子Ｑ１をオン状態にして、突入電流制限抵抗Ｒを無効にし、スイッチ素子Ｑ１の制御処理を終了する。
【００４０】
図３は、コンバータ１のタイミングチャートである。
【００４１】
図３に示した期間のうち時刻ｔ５より以前の期間は、コンバータ１が起動してから予め定められた時間が経過した後の期間を示している。時刻ｔ１〜ｔ２の期間と、時刻ｔ３〜ｔ４の期間とでは、電圧ＶＩＮが閾値電圧Ｖｔｈ１未満であるため、制御部１０がスイッチ素子Ｑ１をオフ状態とし、突入電流制限抵抗Ｒが有効となっている。一方、図３に示した期間のうち時刻ｔ１より以前の期間と、時刻ｔ２〜ｔ３の期間と、時刻ｔ４〜ｔ５の期間とでは、電圧ＶＩＮが閾値電圧Ｖｔｈ１以上であるため、制御部１０がスイッチ素子Ｑ１をオン状態とし、突入電流制限抵抗Ｒが無効となっている。
【００４２】
時刻ｔ５において、交流電源ＡＣが停止し、交流電力が停電したものとする。このため、時刻ｔ５では、電圧ＶＩＮは、急激に低下して、閾値電圧Ｖｔｈ１より低いゼロとなっている。したがって、時刻ｔ５において、制御部１０がスイッチ素子Ｑ１をオフ状態とし、突入電流制限抵抗Ｒが有効となる。
【００４３】
以上のコンバータ１によれば、以下の効果を奏することができる。
【００４４】
コンバータ１では、電圧ＶＩＮが閾値電圧Ｖｔｈ１未満にまで低下したタイミングで、制御部１０がスイッチ素子Ｑ１をオフ状態とし、突入電流制限抵抗Ｒが有効となる。ここで、交流電源ＡＣから出力される交流電力が停電すると、電圧ＶＩＮは急激に低下する。このため、閾値電圧Ｖｔｈ１を設定することで、交流電力が停電した場合に、即座に、突入電流制限抵抗Ｒを有効にすることができる。したがって、交流電力の停電後の復電時に過大な突入電流が流れてしまうのを、より高精度に抑制できる。
【００４５】
また、コンバータ１では、上述のように、電圧ＶＩＮが閾値電圧Ｖｔｈ１未満にまで低下したタイミングで、突入電流制限抵抗Ｒが有効となる。このため、上述の従来例に係るコンバータでは必要であった適切なタイミングについて求める必要がないので、閾値電圧Ｖｔｈ１を閾値電圧Ｖｔｈ２より低く設定することができ、その結果、交流電力の停電の検出精度を向上させることができる。
【００４６】
また、コンバータ１では、上述の従来例に係るコンバータでは必要であった適切なタイミングについて求める必要がないので、上述の従来例に係るコンバータと比べて、交流電力が停電してから突入電流制限抵抗Ｒを有効にするまでの処理が、軽くなる。このため、制御部１０にマイコンを設け、交流電力の停電に応じて突入電流制限抵抗Ｒを有効にする処理をこのマイコンで行う場合、上述の従来例に係るコンバータと比べて処理速度の低いマイコンを用いることができ、コンバータ１の製造コストを低減できる。
【００４７】
また、コンバータ１では、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２がＭＯＳＦＥＴで構成されている。このＭＯＳＦＥＴは、ＢＪＴといった他のスイッチ素子と比べて、スイッチング速度の速い素子である。このため、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２がＭＯＳＦＥＴ以外の素子で構成される場合と比べて、突入電流制限抵抗Ｒの有効または無効の状態を短時間に切り替えることができる。
【００４８】
本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。
【００４９】
例えば、出力端子ＯＵＴと基準電位端子ＧＮＤとの間に負荷を接続するものとすると、上述の実施形態では、突入電流制限抵抗Ｒを負荷と並列に接続することになるが、これに限らず、例えば突入電流制限抵抗Ｒを負荷と直列に接続することとしてもよい。なお、突入電流制限抵抗Ｒを負荷と直列に接続する場合であっても、スイッチ素子Ｑ１は、突入電流制限抵抗Ｒに並列接続されるものとする。
【００５０】
また、上述の実施形態では、コンバータ１は、昇圧型チョッパレギュレータを備えるものとしたが、これに限らず、交流電力を直流電力に変換するものであればよく、例えば降圧型チョッパレギュレータを備えていてもよい。
【００５１】
また、上述の実施形態では、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２をＭＯＳＦＥＴで構成したが、これに限らず、例えばＩＧＢＴやＢＪＴなどの他のスイッチ素子で構成してもよい。
【符号の説明】
【００５２】
１；コンバータ
１０；制御部
ＡＣ；交流電源
Ｃ；キャパシタ
Ｄ１〜Ｄ５；ダイオード
Ｌ；インダクタ
Ｑ１、Ｑ２；スイッチ素子
Ｒ；突入電流制限抵抗
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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