(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源装置は、交流電源を直流電源に変換して負荷に供給する電源回路と、これの入力側に挿入されて該電源回路への交流電源の供給遮断の動作を行うスイッチ手段と、前記スイッチ手段の動作タイミングを制御する制御手段とを有し、
前記制御手段が、交流の出力波形がゼロクロスしたときに前記交流電源の交流出力と同期した交流の波形をゼロクロス出力として出力するものであって、かつ前記出力波形が与えられる入力部と、前記ゼロクロス出力を出力する出力部とを有するとともに、前記スイッチ手段にゼロクロス出力を出力して該スイッチ手段を動作させるゼロクロス出力手段であり、
前記電源装置の複数が前記交流電源に並列に接続されているとともに、任意の電源装置のゼロクロス出力手段の入力部が前記交流電源の電源ラインに接続され、当該任意の電源装置を含むそれぞれの電源装置のゼロクロス出力手段の出力部が次段のそれぞれのゼロクロス出力手段の入力部に接続されていることを特徴とする電源システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流電源を直流電源に変換して負荷に供給する電源回路を備えた電源装置を用いる電源システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１１を参照して交流電源２の電源ライン間にブレーカ４１および電源スイッチ６１を介して複数の電源装置１０１，１０２，１０３，…が並列に接続されており、かつこれら各電源装置１０１，１０２，１０３，…に図示していない負荷が接続されているとともに、同じく電源ライン間にブレーカ４２および電源スイッチ４２を介して他の機器１０４が接続されている。これら各電源装置１０１，１０２，１０３，…それぞれは内部に交流電源を全波整流する全波整流回路１０と、全波整流回路１０出力を平滑化する平滑コンデンサ１２とを有している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
図１１で示されるような構成の電源装置１０１，１０２，１０３，…が交流電源２の電源ライン間に並列に接続されて交流電源２の出力波形が高くなっているときに例えば図１２（ａ）の時刻ｔ０で電源スイッチ４１がオンにされると、各電源装置１０１，１０２，１０３，…の平滑コンデンサ１２が充電されるまでにブレーカ４１には図１２（ｂ）で示すような大きな突入電流が流れることになる。こうした突入電流は電源装置が多数になってくると非常に大きなものとなるから、ブレーカ４１としては大型のものが必要となるという課題がある。また、この交流電源２に接続されている他の機器１０４においてはこの非常に大きな突入電流によって瞬停などの不都合が発生する場合もあるという課題もある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る電源システムの発明においては、電源装置は、交流電源を直流電源に変換して負荷に供給する電源回路と、これの入力側に挿入されて該電源回路への交流電源の供給遮断の動作を行うスイッチ手段と、前記スイッチ手段の動作タイミングを制御する制御手段とを有し、前記制御手段が、交流の出力波形がゼロクロスしたときに前記交流電源の交流出力と同期した交流の波形をゼロクロス出力として出力するものであって、かつ前記出力波形が与えられる入力部と、前記ゼロクロス出力を出力する出力部とを有するとともに、前記スイッチ手段にゼロクロス出力を出力して該スイッチ手段を動作させるゼロクロス出力手段であり、前記電源装置の複数が前記交流電源に並列に接続されているとともに、任意の電源装置のゼロクロス出力手段の入力部が前記交流電源の電源ラインに接続され、当該任意の電源装置を含むそれぞれの電源装置のゼロクロス出力手段の出力部が次段のそれぞれのゼロクロス出力手段の入力部に接続されていることを特徴とする構成によって上述の課題を解決している。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１０】
図１ないし図４は本発明の実施の形態の電源装置およびこれを用いた電源システムに係り、図１は、本発明の実施の形態の電源装置の複数を用いた電源システムを示す回路図であり、図２は図１で示される電源装置の内部回路図である。
【００１１】
本実施の形態の電源装置の複数を用いた電源システムにおいては、図１で示すように、交流電源２に対してブレーカ４および電源スイッチ６を介して電源ライン８１，８２間に複数の電源装置１０１，１０２，１０３，…が並列接続されている。これら電源装置１０１，１０２，１０３，…それぞれは、図２で示すように交流電源２の電源ライン８１，８２間に接続される交流入力部ＩＮ１，ＩＮ２と、負荷に接続される直流出力部ＯＵＴ１，ＯＵＴ２と、ゼロクロス入力部ＺＩＮとゼロクロス出力部ＺＯＵＴとを有しているとともに、交流を直流に変換して負荷に供給するための全波整流回路１０および平滑コンデンサ１２を有した例えばスイッチング電源構成の電源回路１４と、スイッチオンまたはスイッチオフしてこの電源回路１４への交流電源２の供給遮断の動作を行うスイッチ手段としてのスイッチ回路１６と、このスイッチ回路１６の動作タイミングを制御する制御手段としてのゼロクロス出力回路１８とを有している。そして、スイッチ回路１６は交流入力部ＩＮ１，ＩＮ２と電源回路１４との間に挿入されているとともに、内部に電源ライン８１に入出力部が接続された双方向サイリスタ２０を有し、この双方向サイリスタ２０はそのゲートへのゼロクロス出力回路１８からのゼロクロス出力に応答して導通するようになっている。ゼロクロス出力回路１８は、ゼロクロス入力部ＺＩＮに与えられる交流の出力波形がゼロクロスしたときにゼロクロス出力部ＺＯＵＴとスイッチ回路１６とにそれぞれゼロクロス出力を出力するようになっている
こうした図２で示される構成の電源装置において、第１の電源装置１０１におけるゼロクロス入力部ＺＩＮは一方の電源ライン８１に接続されている。第１の電源装置１０１におけるゼロクロス出力部ＺＯＵＴは第２の電源装置１０２のゼロクロス入力部ＺＩＮに接続されている。第２の電源装置１０２におけるゼロクロス出力部ＺＯＵＴは、第３の電源装置１０３におけるゼロクロス入力部ＺＩＮに接続されている。こうして、各電源装置１０１，１０２，１０３，…の複数が交流電源２に並列に接続されているとともに、任意の電源装置として選定された第１の電源装置１０１のゼロクロス出力回路１８のゼロクロス入力部ＺＩＮが交流電源２の一方の電源ライン８１に接続され、当該第１の電源装置１０１を含むそれぞれの電源装置１０１，１０２，１０３，…はそのゼロクロス出力部ＺＯＵＴが次段の電源装置１０１，１０２，１０３，…のゼロクロス入力部ＺＩＮに個別に対応して接続されていることになる。
【００１２】
動作を図３および図４を参照して説明する。
【００１３】
（第１の電源装置１０１）
電源スイッチ６が時刻ｔ０でオンにされると、第１の電源装置１０１においては図３（ａ）で示すようにゼロクロス出力回路１８のゼロクロス入力部ＺＩＮに電源ライン８１を介して交流電源２が与えられる。そして、交流電源２の出力波形が時刻ｔ１でゼロクロスするときにゼロクロス出力回路１８はゼロクロス出力部ＺＯＵＴから第２の電源装置１０２のゼロクロス入力部ＺＩＮに対して図３（ｂ）で示すようなゼロクロス出力を出力するとともにこのゼロクロス出力をスイッチ回路１６に出力する。これによってスイッチ回路１６の双方向サイリスタ２０が導通してその交流電源２出力が電源回路１４に与えられる。この結果、電源回路１４は交流電源２の出力波形のゼロから立ち上がることになる。
【００１４】
（第２の電源装置１０２）
第２の電源装置１０２においては、時刻ｔ１で第１の電源装置１０１のゼロクロス出力部ＺＯＵＴからのゼロクロス出力がゼロクロス入力部ＺＩＮに与えられるが、このゼロクロス出力は時刻ｔ２でゼロクロスするので、ゼロクロス出力回路１８は、ゼロクロス出力部ＺＯＵＴから第３の電源装置１０３のゼロクロス入力部ＺＩＮに対して図３（ｃ）で示すようなゼロクロス出力を出力するとともにこのゼロクロス出力をスイッチ回路１６に出力する。これによってスイッチ回路１６の双方向サイリスタ２０が導通してその交流電源２出力が電源回路１４に与えられる。この結果、電源回路１４は交流電源２の出力波形のゼロから立ち上がることになる。
【００１５】
（第３の電源装置１０３）
第３の電源装置１０３においては、時刻ｔ２で第２の電源装置１０２のゼロクロス出力部ＺＯＵＴからのゼロクロスがゼロクロス入力部ＺＩＮに与えられるが、このゼロクロス出力は時刻ｔ３でゼロクロスするので、ゼロクロス出力回路１８は、ゼロクロス出力部ＺＯＵＴから図示していない次の電源装置１０３のゼロクロス入力部ＺＩＮに対して図３（ｄ）で示すようなゼロクロス出力を出力するとともにこのゼロクロス出力をスイッチ回路１６に出力する。これによってスイッチ回路１６の双方向サイリスタ２０が導通してその交流電源２出力が電源回路１４に与えられる。この結果、電源回路１４は交流電源２の出力波形のゼロから立ち上がることになる。
【００１６】
このようにして、本実施の形態における各電源装置１０１，１０２，１０３，…を用いたシステムにおいては、それぞれの電源回路１４からは全波整流回路１０で全波整流された出力が平滑コンデンサ１２で充電されるに際しては、図４（ｂ）で示される交流電源２を全波整流した全波整流出力がゼロから立ち上がるので、この充電における突入電流は図４（ｂ）で示すように小さいうえに、これら突入電流は時間的に異なって発生するので従来における各電源装置１０１，１０２，１０３，…が一斉に立ち上がることで大きな突入電流がブレーカ４に流れてしまうことによる大型のブレーカ４が必要になるという課題とか、他の機器が瞬停してしまうといった課題がない。
【００１７】
なお、上述の実施の形態においては、スイッチ回路１６が電源回路１４の前段側にあったが、図５で示すようにスイッチ回路１６が全波整流回路１０と平滑コンデンサ１２との間に配置されても構わない。
【００１８】
なお、上述の実施の形態においては、スイッチ回路１６は双方向サイリスタ２０で構成されているが、これに限定されるものではなく、リレーその他のスイッチ素子を用いても構わない。
【００１９】
なお、上述の実施の形態においては、スイッチ回路１６のスイッチオン、スイッチオフ動作をゼロクロス出力回路１８からのゼロクロス出力で行わせていたが、参考例として図６に示すように遅延回路２２の出力で行わせても構わない。すなわち、各電源装置１０１，１０２，１０３，…それぞれに遅延回路２２を設け、それぞれの遅延回路２２によるスイッチ回路１６のスイッチオン、スイッチオフ動作のタイミングを異ならせることで、各電源装置１０１，１０２，１０３，…それぞれに同時に突入電流が流れるのを防止できるようにしても構わない。この場合、遅延回路２２はスイッチ回路１６の前段に配置されているが、図７で示すように全波整流回路１０と平滑コンデンサ１２との間に遅延回路２２とスイッチ回路１６とが配置されても構わない。この遅延回路２２は例えばコンデンサと抵抗との充放電方式で抵抗として可変抵抗器を用いこの可変抵抗器の抵抗値を変化させて遅延時間を設定できるようにするとか、また発振回路で構成し、この発振回路の発振周波数を可変抵抗器で可変したり、スイッチの切り替えで切り替えたりして遅延時間を設定できるようにするとか、あるいは市販のタイマで遅延時間を設定できるようにして構わない。
【００２０】
このように遅延回路２２で各電源装置１０１，１０２，１０３，…それぞれにおいて第１の電源装置１０１での遅延回路２２における第１の遅延時間を１０ｍｓとし、第２の電源装置１０２での遅延回路２２における第２の遅延時間を２０ｍｓとし、第３の電源装置１０３での遅延回路２２における第３の遅延時間を３０ｍｓとすると、図８（ａ）で示すように交流電源２が電源スイッチ６を時刻ｔ０でオンにすると、各電源装置１０１，１０２，１０３，…それぞれに流れる突入電流が流れる時間が異なるので、ブレーカ４に流れる突入電流は図８（ｂ）で示すように小さくかつ同時に流れなくなる。
【００２１】
なお、上述の実施の形態における各電源装置１０１，１０２，１０３，…それぞれに接続されている負荷２４をどのようなシーケンスでもって電源を供給するかを制御するために、各電源装置１０１，１０２，１０３，…それぞれに例えば参考例として図９で示すように電源回路１４の出力側にタイマ回路２６と、タイマ回路２６の出力でオンオフされるタイマスイッチ２８とを設け、それぞれのタイマ回路２６のタイマ設定時間をシーケンスに従って設定しておけば、タイマ設定時間の到来でタイマ回路２６からの出力でタイマスイッチ２８をオフにすることができるので、負荷２４をそのシーケンスに従って起動できるとともに、各電源装置１０１，１０２，１０３，…が同時に起動されることでブレーカ４に大きな突入電流が流れることを防止できる。なお、このタイマ回路２６としては例えば参考例として図１０で示すように電源回路１４に並列に抵抗Ｒ１と可変抵抗器ＶＲとの間に挿入された直列回路と、この可変抵抗器ＶＲに並列に接続されたコンデンサＣ１と、トランジスタＴＲと、リレーコイルＲＬとでタイマ回路２６を、またリレー接点ＳＷでタイマスイッチ２８を構成し、このコンデンサＣ１への充電速度を可変抵抗器ＶＲで調整してタイマ設定時間とし、このコンデンサＣ１の両端間電圧が所定値つまりタイマ時間設定時間到来のときにトランジスタＴＲを導通させることでリレーコイルＲＬに通電してタイマスイッチ２８であるリレー接点ＳＷをオン駆動させることでも構成できる。
【００２２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば次の効果を得られる。
【００２３】
請求項１の発明によれば、電源装置の複数が交流電源に並列に接続されているとともに、任意の電源装置のゼロクロス出力手段の入力部が交流電源の電源ラインに接続され、当該任意の電源装置を含むそれぞれの電源装置のゼロクロス出力手段の出力部が次段のそれぞれのゼロクロス出力手段の入力部に接続されていることを特徴とする電源システムであるから、交流電源の出力波形の半周期毎に順次にかつ確実に各電源装置を起動させられることにより電源供給元の電源ラインに接続されているブレーカには過大な突入電流が流れることを防止でき、この結果、電源装置の接続台数が増えてもブレーカとしては大型のものが必要になるということがなくなるうえ、これら各電源装置の交流電源に接続されている他の機器が従来のように大きな突入電流によって瞬停などを来すということが回避されるシステムである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の電源装置を用いた電源システムの回路図。
【図２】図１で示される電源装置の内部回路図。
【図３】図２のゼロクロス出力回路の動作説明用タイミングチャート。
【図４】交流電源の出力波形と、交流電流の波形とを示す波形図。
【図５】本発明の他の実施の形態の電源装置の回路図。
【図６】参考例の実施の形態の電源装置の回路図。
【図７】別の参考例の実施の形態の電源装置の回路図。
【図８】図７の電源装置の動作説明用タイミングチャート。
【図９】さらに別の参考例の実施の形態の電源装置の回路図。
【図１０】図９の具体回路図。
【図１１】従来の電源装置を用いた電源システムの回路図。
【図１２】図１１の動作説明用タイミングチャート。
【符号の説明】
２  交流電源
４  ブレーカ
６  電源スイッチ
８１，８２  電源ライン
１０１，１０２，１０３  電源装置
１４  電源回路
１６  スイッチ回路
１８  ゼロクロス出力回路
２０  双方向サイリスタ
ＩＮ１，ＩＮ２  交流入力部
ＯＵＴ１，ＯＵＴ２  直流出力部
ＺＩＮ  ゼロクロス入力部
ＺＯＵＴ  ゼロクロス出力部
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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