JP2017184333A - Rush current reduction circuit - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rush current reduction circuit which can suppress the damage of a relay while suppressing an increase of a required time for precharging a capacitor.SOLUTION: A pair of input nodes is connected to a DC power supply. One electrode of a capacitor is connected to one of the input nodes, whereas the other input node is connected to the other electrode of the capacitor through a main relay. A plurality of branch circuits are connected in parallel to the main relay. Each of the plurality of shunt circuits is composed of a charging resistance element and a relay for precharge which are mutually connected in series.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、コンデンサのプリチャージ時に発生する突入電流を低減する突入電流低減回路に関する。   The present invention relates to an inrush current reduction circuit that reduces an inrush current generated when a capacitor is precharged.

１次側の直流電圧を昇圧して、２次側のＤＣリンクバスに電力を供給する目的でＤＣ／ＤＣコンバータが用いられる。ＤＣリンクバスには、ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング動作に起因して発生するリップルを除去するために平滑コンデンサが接続される（例えば、特許文献１参照）。   A DC / DC converter is used for the purpose of boosting the primary DC voltage and supplying power to the secondary DC link bus. A smoothing capacitor is connected to the DC link bus in order to remove ripples generated due to the switching operation of the DC / DC converter (see, for example, Patent Document 1).

平滑コンデンサが充電されていない状態で、１次側の直流電源と平滑コンデンサとを接続するリレーをオンにすると、１次側の直流電源から平滑コンデンサに向かって突入電流が流れる。突入電流によるスイッチの損傷を抑制するために、リレーに対して直列に減流抵抗（充電抵抗）が挿入される。平滑コンデンサに加わる電圧が所定値に達すると、充電抵抗は短絡される。   When the relay connecting the primary side DC power source and the smoothing capacitor is turned on in a state where the smoothing capacitor is not charged, an inrush current flows from the primary side DC power source to the smoothing capacitor. In order to suppress damage to the switch due to inrush current, a current reducing resistor (charging resistor) is inserted in series with the relay. When the voltage applied to the smoothing capacitor reaches a predetermined value, the charging resistor is short-circuited.

特開２０１１−１３０６５３号公報JP 2011-130653 A

リレーをオンにすると、リレーの接点間が近づいて導通することにより平滑コンデンサのプリチャージが開始される。接点間の導通開始時に、接点間でアーク放電が生じる。このアーク放電に起因してリレーの接点が損傷されることにより、リレーの寿命が短くなってしまう。充電抵抗の抵抗値を高くすることにより、アーク電流を少なくすることができる。ところが、充電抵抗を大きくすると、平滑コンデンサをプリチャージするための所要時間が長くなってしまう。   When the relay is turned on, the precharge of the smoothing capacitor is started by bringing the contact points of the relay closer and conducting. At the start of conduction between the contacts, arc discharge occurs between the contacts. Due to the arc discharge, the relay contacts are damaged, and the life of the relay is shortened. By increasing the resistance value of the charging resistor, the arc current can be reduced. However, when the charging resistance is increased, the time required for precharging the smoothing capacitor becomes longer.

本発明の目的は、プリチャージの所要時間の増大を抑制し、かつリレーの損傷を抑制することができる突入電流低減回路を提供することである。   An object of the present invention is to provide an inrush current reduction circuit capable of suppressing an increase in the time required for precharging and suppressing damage to a relay.

本発明の一観点によると、
直流電源に接続される一対の入力ノードと、
一対の電極を含み、一方の前記電極が一方の前記入力ノードに接続されるコンデンサと、
他方の前記入力ノードと前記コンデンサの他方の前記電極とを接続するメインリレーと、
前記メインリレーに対して並列に接続された複数の分流回路であって、前記複数の分流回路の各々は、相互に直列接続された充電抵抗素子とプリチャージ用リレーとで構成される前記複数の分流回路と
を有する突入電流低減回路が提供される。 According to one aspect of the invention,
A pair of input nodes connected to a DC power source;
A capacitor including a pair of electrodes, wherein one of the electrodes is connected to one of the input nodes;
A main relay connecting the other input node and the other electrode of the capacitor;
A plurality of shunt circuits connected in parallel to the main relay, wherein each of the plurality of shunt circuits is composed of a charging resistor element and a precharge relay connected in series with each other. An inrush current reduction circuit having a shunt circuit is provided.

本発明の他の観点によると、
直流電源に接続される一対の入力ノードと、
一対の電極を含み、一方の電極が一方の前記入力ノードに接続されるコンデンサと、
他方の前記入力ノードと前記コンデンサの他方の前記電極とを接続するメインリレーと、
前記メインリレーに直列に接続された複数の減流回路であって、前記複数の減流回路の各々は、相互に並列に接続された充電抵抗素子と短絡リレーとで構成される前記複数の減流回路と
を有する突入電流低減回路が提供される。 According to another aspect of the invention,
A pair of input nodes connected to a DC power source;
A capacitor including a pair of electrodes, wherein one electrode is connected to one of the input nodes;
A main relay connecting the other input node and the other electrode of the capacitor;
A plurality of current reducing circuits connected in series to the main relay, wherein each of the plurality of current reducing circuits is composed of a charging resistance element and a short-circuit relay connected in parallel with each other; An inrush current reduction circuit having a current circuit is provided.

２つ目のプリチャージ用リレーまたは短絡リレーをオンにすると、充電抵抗の合成抵抗値が小さくなる。その結果、充電電流の減少の時定数が短くなり、プリチャージを短時間で終了することができる。また、充電電流が流れ始めるときの充電抵抗の値は、２つ目のプリチャージ用リレーまたは短絡リレーをオンにした状態の充電抵抗の値よりも大きい。このため、突入電流を小さくすることができる。   When the second precharging relay or the short-circuit relay is turned on, the combined resistance value of the charging resistance is reduced. As a result, the time constant for reducing the charging current is shortened, and the precharging can be completed in a short time. Further, the value of the charging resistance when the charging current starts to flow is larger than the value of the charging resistance when the second precharging relay or the short-circuit relay is turned on. For this reason, an inrush current can be made small.

図１は、実施例による突入電流低減回路の等価回路図である。FIG. 1 is an equivalent circuit diagram of an inrush current reduction circuit according to an embodiment. 図２Ａは、実施例による突入電流低減回路において、平滑コンデンサのプリチャージを行うときのフローチャートであり、図２Ｂは、平滑コンデンサの充電電流の時間変化を示すグラフである。FIG. 2A is a flowchart when the smoothing capacitor is precharged in the inrush current reduction circuit according to the embodiment, and FIG. 2B is a graph showing a change with time of the charging current of the smoothing capacitor. 図３Ａは、他の実施例による突入電流低減回路において、平滑コンデンサのプリチャージを行うときのフローチャートであり、図３Ｂは、平滑コンデンサの充電電流の時間変化を示すグラフである。FIG. 3A is a flowchart when the smoothing capacitor is precharged in the inrush current reduction circuit according to another embodiment, and FIG. 3B is a graph showing a change with time of the charging current of the smoothing capacitor. 図４は、さらに他の実施例による突入電流低減回路において、平滑コンデンサのプリチャージを行うときのフローチャートである。FIG. 4 is a flowchart when the smoothing capacitor is precharged in the inrush current reduction circuit according to still another embodiment. 図５は、さらに他の実施例による突入電流低減回路の等価回路図である。FIG. 5 is an equivalent circuit diagram of an inrush current reduction circuit according to still another embodiment. 図６は、図５に示した実施例による突入電流低減回路において、平滑コンデンサのプリチャージを行うときのフローチャートである。FIG. 6 is a flowchart when the smoothing capacitor is precharged in the inrush current reduction circuit according to the embodiment shown in FIG. 図７は、さらに他の実施例による電力変換装置の等価回路図である。FIG. 7 is an equivalent circuit diagram of a power converter according to still another embodiment.

図１、図２Ａ及び図２Ｂを参照して、実施例による突入電流低減回路について説明する。
図１に、実施例による突入電流低減回路の等価回路図を示す。一対の入力ノード１１が直流電源５０に接続される。直流電源５０には、例えば鉛蓄電池、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンキャパシタ等の蓄電装置や、電力系統からの交流電力をダイオードで整流した電源が用いられる。 The inrush current reduction circuit according to the embodiment will be described with reference to FIGS. 1, 2A, and 2B.
FIG. 1 shows an equivalent circuit diagram of an inrush current reduction circuit according to the embodiment. A pair of input nodes 11 is connected to the DC power supply 50. As the DC power source 50, for example, a power storage device such as a lead storage battery, a lithium ion secondary battery, or a lithium ion capacitor, or a power source obtained by rectifying AC power from a power system with a diode is used.

メインリレー２１が、一方の入力ノード１１と平滑コンデンサ３０の一方の電極とを接続する。他方の入力ノード１１は、平滑コンデンサ３０の他方の電極に接続されている。平滑コンデンサ３０の端子間電圧が負荷３５に与えられる。負荷３５は、例えば交流電動機を駆動するためのインバータ等である。   The main relay 21 connects one input node 11 and one electrode of the smoothing capacitor 30. The other input node 11 is connected to the other electrode of the smoothing capacitor 30. The voltage across the smoothing capacitor 30 is applied to the load 35. The load 35 is, for example, an inverter for driving an AC motor.

複数の分流回路２２が、メインリレー２１に対して並列に接続されている。複数の分流回路２２の各々は、相互に直列接続された充電抵抗素子２３とプリチャージ用リレー２４とで構成される。複数の充電抵抗素子２３として、例えば同一の抵抗値を持つものが用いられる。なお、複数の充電抵抗素子２３の抵抗値は、必ずしも同一である必要はない。制御装置２５が、メインリレー２１及びプリチャージ用リレー２４のオンオフ制御を行う。電圧センサ３１が、平滑コンデンサ３０の端子間電圧を測定する。電圧センサ３１の測定結果が、制御装置２５に入力される。   A plurality of shunt circuits 22 are connected in parallel to the main relay 21. Each of the plurality of shunt circuits 22 includes a charging resistance element 23 and a precharging relay 24 connected in series with each other. As the plurality of charging resistance elements 23, for example, those having the same resistance value are used. Note that the resistance values of the plurality of charging resistance elements 23 are not necessarily the same. The control device 25 performs on / off control of the main relay 21 and the precharge relay 24. The voltage sensor 31 measures the voltage between the terminals of the smoothing capacitor 30. The measurement result of the voltage sensor 31 is input to the control device 25.

図２Ａに、平滑コンデンサ３０（図１）のプリチャージを行うときのフローチャートを示す。プリチャージを行うときには、まず制御装置２５がメインリレー２１をオンにする前に、すべてのプリチャージ用リレー２４を同時にオンにする（ステップＳＡ１）。これにより、複数の分流回路２２（図１）を経由して、平滑コンデンサ３０に充電電流が流れる。   FIG. 2A shows a flowchart when the smoothing capacitor 30 (FIG. 1) is precharged. When performing precharge, first, before the control device 25 turns on the main relay 21, all the precharge relays 24 are turned on simultaneously (step SA1). As a result, a charging current flows through the smoothing capacitor 30 via the plurality of shunt circuits 22 (FIG. 1).

制御装置２５は、平滑コンデンサ３０に加わる電圧が基準値に達したか否かを判定する（ステップＳＡ２）。平滑コンデンサ３０に加わる電圧は、電圧センサ３１によって測定される。平滑コンデンサ３０に加わる電圧が基準値に達していない場合には、このままプリチャージを継続する。平滑コンデンサ３０に加わる電圧が基準値に達したら、制御装置２５がメインリレー２１をオンにする（ステップＳＡ３）。基準値は、予め制御装置２５に設定されている。なお、プリチャージ用リレー２４をオンにしてから所定の時間が経過した時点でメインリレー２１をオンにする処理を採用してもよい。プリチャージ用リレー２４をオンにしてからメインリレー２１をオンにするまでの時間は、予め制御装置２５に設定されている。   The control device 25 determines whether or not the voltage applied to the smoothing capacitor 30 has reached the reference value (step SA2). The voltage applied to the smoothing capacitor 30 is measured by the voltage sensor 31. When the voltage applied to the smoothing capacitor 30 does not reach the reference value, the precharge is continued as it is. When the voltage applied to the smoothing capacitor 30 reaches the reference value, the control device 25 turns on the main relay 21 (step SA3). The reference value is set in the control device 25 in advance. Alternatively, a process of turning on the main relay 21 when a predetermined time elapses after the precharge relay 24 is turned on may be employed. The time from when the precharge relay 24 is turned on to when the main relay 21 is turned on is set in the control device 25 in advance.

次に、図２Ｂを参照して、上記実施例の優れた効果について説明する。
図２Ｂに、平滑コンデンサ３０の充電電流の時間変化を示す。横軸は、プリチャージ用リレー２４をオンにした時点からの経過時間を表し、縦軸は充電電流の大きさを表す。２つのプリチャージ用リレー２４を同時にオンにする制御が行われるが（ステップＳＡ１）、一般的には、プリチャージ用リレー２４の個体差により、２つのプリチャージ用リレー２４の接点が閉じる時刻は、わずかにずれる。 Next, with reference to FIG. 2B, the excellent effect of the above embodiment will be described.
FIG. 2B shows a change over time in the charging current of the smoothing capacitor 30. The horizontal axis represents the elapsed time from when the precharge relay 24 is turned on, and the vertical axis represents the magnitude of the charging current. Control is performed to turn on the two precharge relays 24 at the same time (step SA1). Generally, the time at which the contacts of the two precharge relays 24 are closed due to individual differences in the precharge relays 24. Slightly misaligned.

一方のプリチャージ用リレー２４の接点が閉じ、一方の分流回路２２（図１）を経由して突入電流が流れる。突入電流の大きさＩ１は、充電抵抗素子２３の抵抗値と、直流電源５０の開路電圧及び内部抵抗によって決まる。平滑コンデンサ３０の充電が進むに従って、充電電流が減少する。充電抵抗素子２３の抵抗値をＲで表し、平滑コンデンサ３０の静電容量をＣで表すと、充電電流は、時定数ＣＲで減少する。ここで、直流電源５０の内部抵抗は無視している。   The contact of one precharge relay 24 is closed, and an inrush current flows through one shunt circuit 22 (FIG. 1). The magnitude I1 of the inrush current is determined by the resistance value of the charging resistance element 23, the open circuit voltage of the DC power supply 50, and the internal resistance. As charging of the smoothing capacitor 30 proceeds, the charging current decreases. When the resistance value of the charging resistance element 23 is represented by R and the capacitance of the smoothing capacitor 30 is represented by C, the charging current decreases with a time constant CR. Here, the internal resistance of the DC power supply 50 is ignored.

最初に接点が閉じた時刻より僅かに遅れて、もう一方のプリチャージ用リレー２４の接点が閉じ（時刻ｔ１）、もう一方の分流回路２２に突入電流が流れる。時刻ｔ１において２番目のプリチャージ用リレー２４の接点が閉じる直前の充電電流の大きさをＩ３で表すと、２番目に接点が閉じた分流回路２２に流れる突入電流の大きさは、Ｉ３にほぼ等しくなる。時刻ｔ１以降は、相互に並列に接続された２つの充電抵抗素子２３を経由して充電電流が流れる。このため、充電電流は、時定数ＣＲ／２で減少する。   The contact of the other precharging relay 24 closes (time t1) slightly later than the time when the contact is first closed, and an inrush current flows through the other shunt circuit 22. When the magnitude of the charging current immediately before the contact of the second precharge relay 24 is closed at time t1 is represented by I3, the magnitude of the inrush current flowing through the shunt circuit 22 with the second contact closed is substantially equal to I3. Will be equal. After time t1, a charging current flows through two charging resistance elements 23 connected in parallel to each other. For this reason, the charging current decreases with a time constant CR / 2.

分流回路２２が１つだけ設けられた回路構成と比較すると、実施例による回路構成では、充電電流の減少の時定数が１／２倍に短くなる。このため、平滑コンデンサ３０のプリチャージの所要時間を短縮することができる。   Compared with a circuit configuration in which only one shunt circuit 22 is provided, in the circuit configuration according to the embodiment, the time constant for reducing the charging current is shortened by a factor of two. For this reason, the time required for precharging the smoothing capacitor 30 can be shortened.

分流回路２２が１つだけ設けられた回路構成において、充電時間の減少の時定数を実施例の場合と同一にするためには、１つの充電抵抗素子２３の抵抗値をＲ／２にしなければならない。この場合の突入電流の大きさＩ２は、実施例において最初に接点が閉じるプリチャージ用リレー２４に流れる突入電流の大きさＩ１の約２倍になる。言い換えると、実施例においては、１つの充電抵抗素子２３の抵抗値をＲ／２にした回路構成に比べて、突入電流の大きさが１／２倍に低下する。   In a circuit configuration in which only one shunt circuit 22 is provided, in order to make the time constant for reducing the charging time the same as in the embodiment, the resistance value of one charging resistor element 23 must be R / 2. Don't be. In this case, the magnitude I2 of the inrush current is approximately twice the magnitude I1 of the inrush current flowing through the precharge relay 24 whose contact is first closed in the embodiment. In other words, in the embodiment, the magnitude of the inrush current is reduced by a factor of two compared to a circuit configuration in which the resistance value of one charging resistance element 23 is R / 2.

実施例において、２つのプリチャージ用リレー２４の接点が厳密に同時に閉じた場合には、２つの分流回路２２に同時に、突入電流が流れる。プリチャージ用リレー２４の各々に流れる突入電流の大きさは、１つのプリチャージ用リレー２４のみの接点が閉じたときの突入電流の大きさＩ１と同一である。   In the embodiment, when the contacts of the two precharging relays 24 close at the same time, inrush currents flow through the two shunt circuits 22 simultaneously. The magnitude of the inrush current flowing through each of the precharge relays 24 is the same as the magnitude I1 of the inrush current when the contact of only one precharge relay 24 is closed.

上述のように、実施例においては、１つのみの分流回路２２が設けられた回路構成と比べて、プリチャージの所要時間の増大を抑制し、かつプリチャージ用リレー２４の各々に流れる突入電流を低減することができる。これにより、プリチャージ用リレー２４の長寿命化を図ることができる。   As described above, in the embodiment, in comparison with a circuit configuration in which only one shunt circuit 22 is provided, an increase in the time required for precharging is suppressed, and an inrush current flowing through each of the precharging relays 24 Can be reduced. As a result, the life of the precharge relay 24 can be extended.

上記実施例では、メインリレー２１に対して２つの分流回路２２を並列に接続したが、３つ以上の分流回路２２を並列に接続してもよい。この場合、ステップＳＡ１において、すべてのプリチャージ用リレー２４を同時にオンにすればよい。分流回路２２の数を増やすと、すべてのプリチャージ用リレー２４をオンにしたときに充電電流が減少する時定数を短く維持したまま、充電抵抗素子２３の各々の抵抗値を大きくすることができる。このため、プリチャージ用リレー２４の各々に流れる突入電流をより小さくすることができる。   In the above embodiment, the two shunt circuits 22 are connected in parallel to the main relay 21, but three or more shunt circuits 22 may be connected in parallel. In this case, in step SA1, all the precharge relays 24 may be turned on simultaneously. When the number of the shunt circuits 22 is increased, each resistance value of the charging resistor element 23 can be increased while keeping the time constant at which the charging current decreases when all the precharging relays 24 are turned on. . For this reason, the inrush current flowing through each of the precharging relays 24 can be further reduced.

次に、図３Ａ及び図３Ｂを参照して、他の実施例について説明する。以下、図１〜図２Ｂに示した実施例との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。   Next, another embodiment will be described with reference to FIGS. 3A and 3B. Hereinafter, differences from the embodiment shown in FIGS. 1 to 2B will be described, and description of common configurations will be omitted.

図３Ａに、本実施例による突入電流低減回路において平滑コンデンサ３０（図１）のプリチャージを行うときのフローチャートを示す。プリチャージを行うときに、制御装置２５が一方のプリチャージ用リレー２４をオンにする（ステップＳＢ１）。一方のプリチャージ用リレー２４をオンにしてから所定の待機時間が経過した（ステップＳＢ２）後、他方のプリチャージ用リレー２４をオンにする（ステップＳＢ３）。その後のステップＳＢ４、ＳＢ５の処理は、図２Ａに示したステップＳＡ２、ＳＡ３の処理と同一である。   FIG. 3A shows a flowchart when the smoothing capacitor 30 (FIG. 1) is precharged in the inrush current reduction circuit according to this embodiment. When precharging is performed, the control device 25 turns on one of the precharging relays 24 (step SB1). After a predetermined waiting time has elapsed since one precharge relay 24 is turned on (step SB2), the other precharge relay 24 is turned on (step SB3). Subsequent steps SB4 and SB5 are the same as steps SA2 and SA3 shown in FIG. 2A.

次に、図３Ｂを参照して、本実施例の優れた効果について説明する。本実施例では、最初にプリチャージ用リレー２４をオンにした時点から、次にプリチャージ用リレー２４をオンにする時点（時刻ｔ２）までに所定の待機時間が経過する。この待機時間が経過する間に、充電電流が徐々に減少する。２番目のプリチャージ用リレー２４がオンになる時点（時刻ｔ２）で、充電電流の大きさがＩ４まで低下している。このため、２番目のプリチャージ用リレー２４に流れる突入電流の大きさもＩ４まで低下する。   Next, with reference to FIG. 3B, the excellent effect of the present embodiment will be described. In this embodiment, a predetermined waiting time elapses from the time when the precharge relay 24 is first turned on to the time when the precharge relay 24 is turned on next (time t2). While this standby time elapses, the charging current gradually decreases. At the time when the second precharge relay 24 is turned on (time t2), the magnitude of the charging current has decreased to I4. For this reason, the magnitude of the inrush current flowing through the second precharge relay 24 also decreases to I4.

最初にオンにするプリチャージ用リレー２４に流れる突入電流の大きさＩ１は、図２Ｂに示した実施例において最初に接点が閉じるプリチャージ用リレー２４に流れる突入電流の大きさＩ１に等しい。ただし、２番目にオンにするプリチャージ用リレー２４に流れる突入電流の大きさＩ４は、図２Ｂに示した実施例において２番目に接点が閉じるプリチャージ用リレー２４に流れる突入電流の大きさＩ３より小さい。従って、２番目にオンにするプリチャージ用リレー２４の接点の損傷を低減することができる。   The magnitude I1 of the inrush current flowing through the precharge relay 24 that is initially turned on is equal to the magnitude I1 of the inrush current flowing through the precharge relay 24 that is first closed in the embodiment shown in FIG. 2B. However, the magnitude I4 of the inrush current flowing through the precharge relay 24 to be turned on second is the magnitude I3 of the inrush current flowing through the precharge relay 24 whose contact is closed second in the embodiment shown in FIG. 2B. Smaller than. Therefore, it is possible to reduce damage to the contact of the precharge relay 24 that is turned on second.

ステップＳＢ２で待機する時間は、予め制御装置２５に設定されている。待機時間が短すぎると、２つのプリチャージ用リレー２４を同時にオンにする実施例（図２Ａ）と実質的に変わらなくなってしまう。待機時間を長くし過ぎると、プリチャージの所要時間が長くなってしまう。待機時間の長さは、突入電流低減回路が組み込まれる装置の要求条件等に基づいて決定すればよい。   The waiting time in step SB2 is set in the control device 25 in advance. If the standby time is too short, the embodiment will not be substantially different from the embodiment (FIG. 2A) in which the two precharge relays 24 are simultaneously turned on. If the standby time is too long, the time required for precharging will become longer. The length of the standby time may be determined based on the requirements of the device in which the inrush current reduction circuit is incorporated.

図３Ａ及び図３Ｂに示した実施例においては、２つの分流回路２２を設けたが、３つ以上の分流回路２２を設けてもよい。この場合には、複数のプリチャージ用リレー２４を、タイミングをずらして順番にオンにすればよい。本実施例では、プリチャージの度に、複数のプリチャージ用リレー２４をオンにする順番は固定されている。   In the embodiment shown in FIGS. 3A and 3B, two shunt circuits 22 are provided, but three or more shunt circuits 22 may be provided. In this case, the plurality of precharge relays 24 may be turned on in order at different timings. In this embodiment, the order in which the plurality of precharge relays 24 are turned on each time precharge is performed is fixed.

次に、図４を参照して、さらに他の実施例による突入電流低減回路について説明する。以下、図３Ａ及び図３Ｂに示した実施例との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。   Next, an inrush current reduction circuit according to still another embodiment will be described with reference to FIG. Hereinafter, differences from the embodiment shown in FIGS. 3A and 3B will be described, and descriptions of common configurations will be omitted.

図４に、本実施例による突入電流低減回路において平滑コンデンサ３０（図１）のプリチャージを行うときのフローチャートを示す。プリチャージを行うときに、制御装置２５（図１）が、前回のプリチャージ時に最初にどのプリチャージ用リレー２４をオンにしたか判定する。   FIG. 4 shows a flowchart when the smoothing capacitor 30 (FIG. 1) is precharged in the inrush current reduction circuit according to this embodiment. When performing the precharge, the control device 25 (FIG. 1) determines which precharge relay 24 is turned on first during the previous precharge.

前回、第１のプリチャージ用リレー２４を最初オンにした場合には、今回は、前回とは異なる第２のプリチャージ用リレー２４をオンにする（ステップＳＣ２）。その後、所定の待機時間が経過（ステップＳＣ３）した後、第１のプリチャージ用リレー２４をオンにする（ステップＳＣ４）。   When the first precharge relay 24 is first turned on last time, the second precharge relay 24 different from the previous time is turned on this time (step SC2). Thereafter, after a predetermined standby time has elapsed (step SC3), the first precharge relay 24 is turned on (step SC4).

前回、第２のプリチャージ用リレー２４を最初オンにした場合には、今回は、前回とは異なる第１のプリチャージ用リレー２４をオンにする（ステップＳＣ５）。その後、所定の待機時間が経過（ステップＳＣ６）した後、第２のプリチャージ用リレー２４をオンにする（ステップＳＣ７）。   When the second precharge relay 24 is first turned on last time, the first precharge relay 24 different from the previous time is turned on this time (step SC5). Thereafter, after a predetermined waiting time has elapsed (step SC6), the second precharge relay 24 is turned on (step SC7).

ステップＳＣ４及びＳＣ７の後に実行されるステップＳＣ８及びＳＣ９の処理は、図３Ａに示したステップＳＢ４及びＳＢ５の処理と同一である。   The processing of steps SC8 and SC9 executed after steps SC4 and SC7 is the same as the processing of steps SB4 and SB5 shown in FIG. 3A.

本実施例では、プリチャージの度に、プリチャージ用リレー２４をオンにする順番が変わる。最初にオンにするプリチャージ用リレー２４に最も大きな突入電流が流れるため、最初にオンにするプリチャージ用リレー２４が最も損傷を受けやすい。本実施例では、複数のプリチャージ用リレー２４の損傷を平準化することができる。   In this embodiment, the order in which the precharge relay 24 is turned on changes every time the precharge is performed. Since the largest inrush current flows through the precharge relay 24 that is turned on first, the precharge relay 24 that is turned on first is most easily damaged. In the present embodiment, damage to the plurality of precharge relays 24 can be leveled.

次に、図５及び図６を参照して、さらに他の実施例による突入電流低減回路について説明する。以下、図１、図２Ａ及び図２Ｂに示した実施例との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。   Next, an inrush current reducing circuit according to still another embodiment will be described with reference to FIGS. Hereinafter, differences from the embodiment shown in FIG. 1, FIG. 2A and FIG. 2B will be described, and description of common configurations will be omitted.

図５に、本実施例による突入電流低減回路の等価回路図を示す。本実施例では、メインリレー２１に対して直列に接続された複数の減流回路４１を含む。複数の減流回路４１の各々は、相互に並列に接続された充電抵抗素子４２と短絡リレー４３とで構成される。充電抵抗素子４２の抵抗値は、例えば全て同一である。なお、複数の充電抵抗素子４２の抵抗値は、必ずしも同一である必要はない。制御装置２５が、メインリレー２１、及び複数の短絡リレー４３のオンオフを制御する。   FIG. 5 shows an equivalent circuit diagram of the inrush current reduction circuit according to this embodiment. In the present embodiment, a plurality of current reducing circuits 41 connected in series to the main relay 21 are included. Each of the plurality of current reducing circuits 41 includes a charging resistance element 42 and a short-circuit relay 43 that are connected in parallel to each other. The resistance values of the charging resistance elements 42 are all the same, for example. The resistance values of the plurality of charging resistance elements 42 are not necessarily the same. The control device 25 controls on / off of the main relay 21 and the plurality of short-circuit relays 43.

図６に、本実施例による突入電流低減回路において平滑コンデンサ３０（図５）のプリチャージを行うときのフローチャートを示す。プリチャージを行う前には、メインリレー２１及びすべての短絡リレー４３がオフである。プリチャージを行うときに、制御装置２５がメインリレー２１をオンにする（ステップＳＤ１）。これにより、直列接続された２つの充電抵抗素子４２を介して平滑コンデンサ３０に充電電流が流れ始める。   FIG. 6 shows a flowchart when the smoothing capacitor 30 (FIG. 5) is precharged in the inrush current reduction circuit according to this embodiment. Before precharging, the main relay 21 and all the short-circuit relays 43 are off. When precharging is performed, the control device 25 turns on the main relay 21 (step SD1). As a result, a charging current begins to flow through the smoothing capacitor 30 via the two charging resistance elements 42 connected in series.

その後、所定の時間が経過するまで待機する（ステップＳＤ２）。所定の待機時間が経過すると、１つの短絡リレー４３をオンにする（ステップＳＤ３）。   Then, it waits until predetermined time passes (step SD2). When a predetermined standby time has elapsed, one short-circuit relay 43 is turned on (step SD3).

制御装置２５は、平滑コンデンサ３０に加わる電圧が基準値に達したか否かを判定する（ステップＳＤ４）。平滑コンデンサ３０に加わる電圧が基準値に達していない場合には、基準値に達するまで充電を継続する。平滑コンデンサ３０に加わる電圧が基準値に達したら、残りの短絡リレー４３をオンにする（ステップＳＤ５）。これにより、平滑コンデンサ３０の充電回路の抵抗成分がほぼ０になる。なお、ステップＳＤ３で１つの短絡リレー４３をオンにした後、所定の時間が経過した時点で、残りの短絡リレー４３をオン（ステップＳＤ５）にしてもよい。   Control device 25 determines whether or not the voltage applied to smoothing capacitor 30 has reached the reference value (step SD4). When the voltage applied to the smoothing capacitor 30 does not reach the reference value, charging is continued until the reference value is reached. When the voltage applied to the smoothing capacitor 30 reaches the reference value, the remaining short-circuit relay 43 is turned on (step SD5). Thereby, the resistance component of the charging circuit of the smoothing capacitor 30 becomes almost zero. The remaining short-circuit relay 43 may be turned on (step SD5) when a predetermined time has elapsed after one short-circuit relay 43 is turned on in step SD3.

次に、本実施例による突入電流低減回路の優れた効果について説明する。本実施例では、メインリレー２１をオンにするとき（ステップＳＤ１）、充電回路に２つの充電抵抗素子４２が直列に挿入されている。このため、突入電流を低減することができる。１つの短絡リレー４３をオンにすると（ステップＳＤ３）、平滑コンデンサ３０の充電回路の抵抗成分が１／２倍になる。これにより、充電電流の減少の時定数も１／２倍に短くなるため、プリチャージの所要時間を短くすることができる。   Next, the excellent effect of the inrush current reduction circuit according to this embodiment will be described. In this embodiment, when the main relay 21 is turned on (step SD1), two charging resistance elements 42 are inserted in series in the charging circuit. For this reason, inrush current can be reduced. When one short-circuit relay 43 is turned on (step SD3), the resistance component of the charging circuit of the smoothing capacitor 30 is halved. As a result, the time constant for reducing the charging current is also reduced by a factor of 1/2, so that the time required for precharging can be shortened.

１つの短絡リレー４３をオンにするとき（ステップＳＤ３）、平滑コンデンサ３０の充電が進んでいるため、平滑コンデンサ３０が全く充電されていない場合に比べて、ステップＳＤ３でオンにされる短絡リレー４３に流れる突入電流を低減することができる。   When one short-circuit relay 43 is turned on (step SD3), since the smoothing capacitor 30 is being charged, the short-circuit relay 43 that is turned on in step SD3 as compared with the case where the smoothing capacitor 30 is not charged at all. Can be reduced.

図５に示した実施例では、減流回路４１の個数を２つにしたが、３個以上の減流回路４１を直列に接続してもよい。この場合には、平滑コンデンサ３０のプリチャージ時に、メインリレー２１をオンにし、その後、複数の短絡リレー４３を、タイミングをずらしながら順番にオンにすればよい。平滑コンデンサ３０に加わる電圧が基準値に達したら、最後の短絡リレー４３をオンにすればよい。   In the embodiment shown in FIG. 5, the number of current reducing circuits 41 is two, but three or more current reducing circuits 41 may be connected in series. In this case, the main relay 21 may be turned on when the smoothing capacitor 30 is precharged, and then the plurality of short-circuit relays 43 may be turned on in order while shifting the timing. When the voltage applied to the smoothing capacitor 30 reaches the reference value, the last short-circuit relay 43 may be turned on.

また、メインリレー２１と複数の減流回路４１とは、１つのまとまりを持つリレー群として構成する必要はない。メインリレー２１の代わりに、平滑コンデンサ３０の充電回路に直流電源５０が接続されていない状態と、接続されている状態とを切り替えるスイッチを、いずれかの箇所に設けてもよい。   Further, the main relay 21 and the plurality of current reducing circuits 41 need not be configured as a group of relays having one unit. Instead of the main relay 21, a switch that switches between a state where the DC power supply 50 is not connected to the charging circuit of the smoothing capacitor 30 and a state where it is connected may be provided at any location.

上記実施例による突入電流低減回路は、直流電源によってプリチャージされるコンデンサを含む種々の装置に適用することができる。例えば、昇圧コンバータ、降圧コンバータ、電源回生コンバータ、双方向コンバータ等のＤＣ／ＤＣコンバータに適用することができる。   The inrush current reduction circuit according to the above embodiment can be applied to various devices including a capacitor precharged by a DC power supply. For example, the present invention can be applied to DC / DC converters such as a boost converter, a step-down converter, a power regeneration converter, and a bidirectional converter.

次に、図７を参照して、さらに他の実施例による電力変換装置について説明する。本実施例による電力変換装置においては、図１〜図６に示した実施例による突入電流低減回路がＤＣ／ＤＣコンバータに採用されている。   Next, with reference to FIG. 7, the power converter device by further another Example is demonstrated. In the power conversion apparatus according to the present embodiment, the inrush current reduction circuit according to the embodiment shown in FIGS. 1 to 6 is employed in the DC / DC converter.

図７に、本実施例による電力変換装置の等価回路図を示す。ＤＣ／ＤＣコンバータ６５の一方の一次側ノードＰ１が直流電源６０に接続され、他方の一次側ノードＮ１がグランドＧＮＤに接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ６５の二次側ノードＰ２、Ｎ２がインバータ７０に接続されている。一方の二次側ノードＮ２は、グランドＧＮＤに接続されている。インバータ７０は電動発電機７１を駆動する。   In FIG. 7, the equivalent circuit schematic of the power converter device by a present Example is shown. One primary side node P1 of the DC / DC converter 65 is connected to the DC power source 60, and the other primary side node N1 is connected to the ground GND. Secondary nodes P <b> 2 and N <b> 2 of the DC / DC converter 65 are connected to the inverter 70. One secondary node N2 is connected to the ground GND. The inverter 70 drives the motor generator 71.

ＤＣ／ＤＣコンバータ６５は、直流電源６０の出力電圧を昇圧して、インバータ７０に電力を供給する。または、ＤＣ／ＤＣコンバータ６５は、インバータ７０からの回生電力を直流電源６０に供給する。   The DC / DC converter 65 boosts the output voltage of the DC power supply 60 and supplies power to the inverter 70. Alternatively, the DC / DC converter 65 supplies the regenerative power from the inverter 70 to the DC power supply 60.

ＤＣ／ＤＣコンバータ６５は、リアクトルＬ、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ１、及び平滑コンデンサＣを含む。平滑コンデンサＣは、ＤＣ／ＤＣコンバータ６５の二次側ノードＰ２とＮ２との間に接続されており、二次側ノードＰ２、Ｎ２間の電圧を平滑化する。   The DC / DC converter 65 includes a reactor L, switching elements Q1, Q1, and a smoothing capacitor C. The smoothing capacitor C is connected between the secondary side nodes P2 and N2 of the DC / DC converter 65, and smoothes the voltage between the secondary side nodes P2 and N2.

一次側ノードＰ１が、リアクトルＬ及びスイッチング素子Ｑ１を介して二次側ノードＰ２に接続されるとともに、リアクトルＬ及びスイッチング素子Ｑ２を介してグランドＧＮＤに接続される。スイッチング素子Ｑ１及びＱ２に、それぞれフリーホイールダイオードＤ１及びＤ２が接続されている。一次側ノードＰ１と二次側ノードＰ２との間に保護ダイオードＤ３が接続されており、一次側ノードＰ１とグランドＧＮＤとの間に保護ダイオードＤ４が接続されている。   The primary side node P1 is connected to the secondary side node P2 via the reactor L and the switching element Q1, and is connected to the ground GND via the reactor L and the switching element Q2. Freewheel diodes D1 and D2 are connected to the switching elements Q1 and Q2, respectively. A protection diode D3 is connected between the primary side node P1 and the secondary side node P2, and a protection diode D4 is connected between the primary side node P1 and the ground GND.

制御装置６２が、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のオンオフ制御を行う。電動発電機７１の力行運転時には、スイッチング素子Ｑ２をスイッチングすることにより、直流電源６０からインバータ７０に電力を供給する。電動発電機７１の回生運転時には、スイッチング素子Ｑ１をスイッチングすることにより、回生電力を直流電源６０に供給する。   The control device 62 performs on / off control of the switching elements Q1, Q2. During the power running operation of the motor generator 71, the switching element Q2 is switched to supply electric power from the DC power source 60 to the inverter 70. During the regenerative operation of the motor generator 71, regenerative power is supplied to the DC power source 60 by switching the switching element Q1.

ＤＣ／ＤＣコンバータ６５の一次側ノードＰ１と直流電源６０との間に、突入電流低減回路６１が挿入されている。突入電流低減回路６１には、図１〜図６に示した種々の実施例による突入電流低減回路を用いることができる。本実施例の平滑コンデンサＣが、図１及び図５に示した実施例の平滑コンデンサ３０に相当する。   An inrush current reduction circuit 61 is inserted between the primary side node P <b> 1 of the DC / DC converter 65 and the DC power supply 60. As the inrush current reduction circuit 61, inrush current reduction circuits according to various embodiments shown in FIGS. 1 to 6 can be used. The smoothing capacitor C of this embodiment corresponds to the smoothing capacitor 30 of the embodiment shown in FIGS.

平滑コンデンサＣのプリチャージ時に、直流電源６０から保護ダイオードＤ３を含む経路を通して、平滑コンデンサ３０に突入電流が流れる。   When the smoothing capacitor C is precharged, an inrush current flows from the DC power supply 60 to the smoothing capacitor 30 through a path including the protection diode D3.

本実施例においては、突入電流低減回路６１として上述の実施例による突入電流低減回路が用いられている。このため、平滑コンデンサＣのプリチャージの所要時間の増大を抑制し、突入電流低減回路に用いられているリレーの損傷を低減することができる。   In the present embodiment, the inrush current reduction circuit according to the above-described embodiment is used as the inrush current reduction circuit 61. For this reason, increase in the time required for precharging the smoothing capacitor C can be suppressed, and damage to the relay used in the inrush current reduction circuit can be reduced.

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。   Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

１１ 入力ノード
２１ メインリレー
２２ 分流回路
２３ 充電抵抗素子
２４ プリチャージ用リレー
２５ 制御装置
３０ 平滑コンデンサ
３１ 電圧センサ
３５ 負荷
４１ 減流回路
４２ 充電抵抗素子
４３ 短絡リレー
５０ 直流電源
６０ 直流電源
６１ 突入電流低減回路
６２ 制御装置
６５ ＤＣ／ＤＣコンバータ
７０ インバータ
７１ 電動発電機
Ｃ 平滑コンデンサ
Ｄ１、Ｄ２ フリーホイールダイオード
Ｄ３、Ｄ４ 保護ダイオード
Ｌ リアクトル
Ｐ１、Ｎ１ 一次側ノード
Ｐ２、Ｎ２ 二次側ノード
Ｑ１、Ｑ２ スイッチング素子 11 Input node 21 Main relay 22 Shunt circuit 23 Charging resistor element 24 Precharge relay 25 Controller 30 Smoothing capacitor 31 Voltage sensor 35 Load 41 Current reducing circuit 42 Charging resistor element 43 Short-circuit relay 50 DC power supply 60 DC power supply 61 Inrush current reduction Circuit 62 Controller 65 DC / DC converter 70 Inverter 71 Motor generator C Smoothing capacitor D1, D2 Freewheel diode D3, D4 Protection diode L Reactor P1, N1 Primary side node P2, N2 Secondary side node Q1, Q2 Switching element

Claims (7)

直流電源に接続される一対の入力ノードと、
一対の電極を含み、一方の前記電極が一方の前記入力ノードに接続されるコンデンサと、
他方の前記入力ノードと前記コンデンサの他方の前記電極とを接続するメインリレーと、
前記メインリレーに対して並列に接続された複数の分流回路であって、前記複数の分流回路の各々は、相互に直列接続された充電抵抗素子とプリチャージ用リレーとで構成される前記複数の分流回路と
を有する突入電流低減回路。 A pair of input nodes connected to a DC power source;
A capacitor including a pair of electrodes, wherein one of the electrodes is connected to one of the input nodes;
A main relay connecting the other input node and the other electrode of the capacitor;
A plurality of shunt circuits connected in parallel to the main relay, wherein each of the plurality of shunt circuits is composed of a charging resistor element and a precharge relay connected in series with each other. An inrush current reduction circuit having a shunt circuit. さらに、前記コンデンサのプリチャージ時に、前記複数のプリチャージ用リレーを同時にオンにし、その後に前記メインリレーをオンにする制御装置を有する請求項１に記載の突入電流低減回路。   The inrush current reduction circuit according to claim 1, further comprising a control device that simultaneously turns on the plurality of precharge relays and then turns on the main relay when the capacitor is precharged. さらに、前記コンデンサのプリチャージ時に、前記複数のプリチャージ用リレーを、タイミングをずらして順番にオンにし、その後に前記メインリレーをオンにする制御装置を有する請求項１に記載の突入電流低減回路。   2. The inrush current reduction circuit according to claim 1, further comprising a control device that turns on the plurality of precharge relays in order at different timings and then turns on the main relay when precharging the capacitor. . 前記制御装置は、前記コンデンサのプリチャージの度に、固定された順番で、前記プリチャージ用リレーを順番にオンにする請求項３に記載の突入電流低減回路。   4. The inrush current reduction circuit according to claim 3, wherein the control device sequentially turns on the precharging relays in a fixed order every time the capacitor is precharged. 5. 前記制御装置は、前記コンデンサのプリチャージの度に、前記プリチャージ用リレーをオンにする順番を変える請求項３に記載の突入電流低減回路。   The inrush current reduction circuit according to claim 3, wherein the control device changes the order in which the precharging relay is turned on each time the capacitor is precharged. 直流電源に接続される一対の入力ノードと、
一対の電極を含み、一方の電極が一方の前記入力ノードに接続されるコンデンサと、
他方の前記入力ノードと前記コンデンサの他方の前記電極とを接続するメインリレーと、
前記メインリレーに直列に接続された複数の減流回路であって、前記複数の減流回路の各々は、相互に並列に接続された充電抵抗素子と短絡リレーとで構成される前記複数の減流回路と
を有する突入電流低減回路。 A pair of input nodes connected to a DC power source;
A capacitor including a pair of electrodes, wherein one electrode is connected to one of the input nodes;
A main relay connecting the other input node and the other electrode of the capacitor;
A plurality of current reducing circuits connected in series to the main relay, wherein each of the plurality of current reducing circuits is composed of a charging resistance element and a short-circuit relay connected in parallel with each other; And an inrush current reduction circuit. さらに、前記コンデンサのプリチャージ時に、前記メインリレーをオンにし、その後、１つの前記短絡リレーをオンにし、その後に残りの前記短絡リレーをオンにする制御装置を有する請求項６に記載の突入電流低減回路。   The inrush current according to claim 6, further comprising a control device that turns on the main relay, then turns on one of the short-circuit relays, and then turns on the remaining short-circuit relays when the capacitor is precharged. Reduction circuit.
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