JP3887750B2 - 突入電流防止回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、異なる入力電圧に対しても、電源投入時にコンデンサに流れる突入電流を防止する突入電流防止回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
交流電圧を整流する整流回路の平滑用のコンデンサや、負荷と並列に接続して負荷変動に対する直流電圧の安定化を図る為のコンデンサは、比較的大きい容量を有するものである。従って、電源投入時に、そのコンデンサに電源側から大きい電流が流れて、電源側の電圧変動の原因となり、又電源側に大きい電流が流れることによる障害が発生する可能性がある。そこで、このような突入電流を防止する突入電流防止回路が各種提案されている。
【0003】
従来の突入電流防止回路は、電源スイッチをオンとした時の突入電流を、負荷と直列に接続した抵抗によって防止し、所定時間後にその抵抗をリレーの接点で短絡する構成が一般的であったが、トランジスタ等の素子を用いた、例えば、図7に示す構成が知られている(例えば、特許文献1参照)。同図に於いて、51は負荷、52はコンデンサ、53は直流電源、54は電源スイッチ、55は抵抗、56は電界効果トランジスタ、57はバイポーラトランジスタ(以下電界効果トランジスタ56とバイポーラトランジスタ57とをトランジスタと略称する)、58,62はコンデンサ、59〜61は抵抗、63はツェナーダイオードを示す。
【0004】
電源スイッチ54をオンとすると、直流電源53からコンデンサ52に突入電流が流れる。この時、コンデンサ58を介してトランジスタ57のベースに電圧が印加されてトランジスタ57はオンとなり、トランジスタ56のゲートとドレインとは短絡された状態となるから、トランジスタ56はオフ状態となる。従って、コンデンサ52に流れる電流は抵抗55を介して流れることになり、この抵抗55によって突入電流を防止することができる。
【0005】
そして、コンデンサ58が抵抗59,60を介して充電されると、トランジスタ57のベース電位は低下してオフとなる。又コンデンサ62は抵抗61を介して充電され、その端子電圧はツェナーダイオード63によりツェナー電圧以上に上昇しないように制御され、そのコンデンサ62の端子電圧がトランジスタ56のゲートに印加されて、トランジスタ56はオンとなる。即ち、抵抗55を短絡して、直流電源53から定常電流を負荷51に供給することができる。
【0006】
しかし、コンデンサ52に残留電荷が充分にある状態で電源スイッチ54をオンとすると、トランジスタ57がオフ、トランジスタ56がオンの状態となるから、直流電源53からトランジスタ56を介して負荷51及びコンデンサ52に電流が供給される。即ち、突入電流を充分に抑制することができないものであった。
【0007】
そこで、図8に示す構成が提案されている(例えば、特許文献1参照)。同図に於いて、図7と同一符号は同一部分を示し、64はDC−DCコンバータ、65,66はトランジスタ、67〜69は抵抗、70はコンデンサ、71はツェナーダイオードを示す。
【0008】
電源スイッチ54をオンとすると、トランジスタ66はオンとなり、それによりトランジスタ65はオンとなる。そして、抵抗67とトランジスタ65とを介してコンデンサ70が充電され、その充電電圧がトランジスタ56がオンとなるゲート電圧に達するまでは、トランジスタ56はオフを継続する。従って、抵抗55によってコンデンサ52及びDC−DCコンバータ64に流れる電流は抑制される。即ち、突入電流を防止することができる。
【0009】
そして、コンデンサ70の端子電圧が上昇して、トランジスタ56のオン電圧となると、トランジスタ56はオンとなって、抵抗55を短絡する状態となり、直流電源53は定常電流が供給される。又電源スイッチ54をオフとすると、コンデンサ70は、抵抗68及びトランジスタ56を介した放電経路で放電し、この放電時定数を小さく選定することにより、次に電源スイッチ54をオンとした時、トランジスタ56をオフ状態として突入電流を防止することができる。
【0010】
又トランジスタを突入電流防止用として使用する図9に示す構成も提案されている(例えば、特許文献2参照)。同図に於いて、81は負荷、82はコンデンサ、83は直流電源、84は電源スイッチ、85はトランジスタ、86は演算増幅器、87〜91は抵抗、92は定電流ダイオードを示す。
【0011】
電源スイッチ84をオンとすると、負荷81とコンデンサ82との並列回路に、トランジスタ85と抵抗90との直列回路を介して直流電源83から電流が供給される。その時、抵抗91には定電流ダイオード92を介して一定の電流が流れ、その両端の電圧は一定値となる。又抵抗90の両端には、負荷81とコンデンサ82との並列回路に流れる電流に従った電圧が生じるから、演算増幅器86によって比較し、抵抗90に流れる電流が設定以上とならないように、演算増幅器86によりトランジスタ85を制御するものである。即ち、突入電流を抑制するように、トランジスタ85を制御することができる。
【0012】
【特許文献1】
特開2000−250643号公報(第2−4頁,図1,図3)
【特許文献2】
特開平5−146143号公報(第2−3頁,図1)
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
負荷に印加する電圧は、定格電圧に対して数パーセント或いは10数パーセント程度の変化が許容されるものであるが、直流電源又は交流電圧を整流した直流電源に対して負荷として接続する例えばDC−DCコンバータは、入力電圧を例えば100Vと200V或いは110Vと220V等のように手動或いは自動に切替えて動作する構成が知られている。又このような負荷と並列に接続されるコンデンサは、耐圧が入力電圧に比較して充分に高く、例えば、500Vや1kV等である。
【0014】
このように入力電圧が広い負荷に対しても、電源スイッチをオンとした時の突入電流を防止することが要望されている。しかし、従来の突入電流防止回路は、入力電圧が広い範囲に対しても適用できるように説明されているとしても、入力電圧変動が数10〜数パーセントの範囲であり、50パーセント以上の例えば2倍程度の場合には完全に適用できないものである。
【0015】
又負荷と並列に接続したコンデンサは、入力電圧が低い場合には、通常大きい容量とするものである。又入力電圧が高い場合は、それに対応して突入電流が大きくなるから、電源スイッチをオンとした時の突入電流防止の為の抵抗値を大きくすることが必要となる。従って、入力電圧が高い場合の突入電流を防止する構成を、入力電圧が低い場合に適用すると、抵抗値が高くなり過ぎて、コンデンサを充電して定常状態に移行するまでの時間か長くなる問題がある。
【0016】
本発明は、複数種類の入力電圧に対しても、その入力電圧に対応した突入電流防止を自動的に可能とすることを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】
本発明の突入電流防止回路は、図1を参照して説明すると、電源スイッチSWをオンとした時の突入電流を防止する突入電流防止回路であって、少なくとも低電圧か高電圧かの異なる入力電圧を検出する電圧検出回路1と、この電圧検出回路1による検出電圧に従って突入電流値を決定する抵抗を切替接続するリレーRL1とを備えている。即ち、低電圧検出時は抵抗R2を抵抗R1にリレーRL1の接点rs1をオンとして並列接続させて突入電流を防止し、高電圧検出時は、抵抗R1によって突入電流を防止する。
【0018】
又少なくとも低電圧か高電圧かの異なる入力電圧を検出する電圧検出回路と、負荷側と電源側との間に接続して電流を制御するトランジスタと、このトランジスタのゲート電圧を、電源スイッチをオンとした時から次第に上昇させて、トランジスタが完全オン状態となるように制御する為のコンデンサと抵抗とを含む時定数回路と、この時定数回路の時定数を、電圧検出回路が低電圧検出時には小さく、高電圧検出時に大きくなるように切替えるリレー等による切替回路とを備えた構成とする。
【0019】
又少なくとも低電圧か高電圧かの異なる入力電圧を検出する電圧検出回路と、負荷側と電源側との間に接続して電流を制御するトランジスタと、負荷側に流れる電流を検出する為の低抵抗と、電源スイッチをオンとした時にトランジスタにゲート電圧を印加する抵抗と、電流検出用の前記低抵抗により検出した電流値と設定値とを比較して、抵抗を介してトランジスタのゲート電圧を制御し、このトランジスタのインピーダンスを制御する演算増幅器と、電圧検出回路による入力電圧が低電圧か高電圧かの検出に従って、演算増幅器に入力する設定値を同一となるように切替えるリレー等による切替回路とを備えた構成とする。
【0020】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の第1の実施の形態の説明図であり、交流電圧を整流回路2により整流して負荷3及びコンデンサCに直流電圧を印加する場合の原理的な構成を示し、1は電圧検出回路、4は入力監視回路、5はタイマ、RL1,RL2はリレー、rs1,rs2はリレーの接点、R1,R2は抵抗、SWは電源スイッチを示す。
【0021】
負荷3は、入力電圧を例えば低電圧の100Vと高電圧の200Vとの何れに切替えた場合でも動作するDC−DCコンバータ等であり、又コンデンサCは、入力電圧が最大の場合でも充分な耐圧を有する構成を用いるものである。又整流回路2は、ダイオード等により構成し、入力電圧の値を大幅に切替えても充分に整流動作を行う構成を有するものである。
【0022】
又入力監視回路4は、電源スイッチSWをオンとした時の交流電源からの電圧を検出してタイマ5を起動する。タイマ5は、設定時間後にリレーRL2を動作させる。又電圧検出回路1は、例えば、交流電源からの電圧が少なくとも低電圧の100Vであるか又は高電圧の200Vであるかの少なくとも2種類の異なる電圧の何れであるかを検出する。この場合、それぞれ数パーセントの変動分を含めて低電圧の100Vであるか高電圧の200Vであるかを検出できる構成とする。そして、低電圧の100Vを検出した場合に、リレーRL1を動作させる構成とする。
【0023】
従って、交流電源の電圧が低電圧の100Vの場合、電源スイッチSWをオンとすると、入力監視回路4はタイマ5を起動する。この時はリレーRL2は動作していない。又電圧検出回路1は低電圧の100Vを検出してリレーRL1を動作させる。従って、接点rs1はオン、rs2はオフの状態となり、抵抗R1,R2が並列に接続されて、整流回路2を介して負荷3及びコンデンサCに供給する電流を制限する。即ち、突入電流を防止する。この突入電流が低下する時間をタイマ5に設定してあるから、タイマ5のタイムアウトによりリレーRL2を動作させて、その接点rs2をオンとし、抵抗R1,R2を短絡状態として、整流回路2を介して負荷3及びコンデンサCに定常電流を供給する。
【0024】
又交流電源が高電圧の200Vの場合は、電源スイッチSWをオンとすると、電圧検出回路1は、高電圧の200Vを検出し、リレーRL1は動作させない。それにより、接点rs1はオフであるから、抵抗R1のみにより突入電流を抑制することになる。即ち、低電圧の100Vの場合は、抵抗R1,R2の並列回路による抵抗値で突入電流の防止を行い、又高電圧の200Vの場合は、抵抗R1のみで突入電流の防止を行うことができる。又抵抗R1,R2と接点rs1,rs2とを、整流回路2とコンデンサC2との間に接続した構成とすることもできる。又電圧種類を更に多くして、それに対応して複数のリレーを設けて、突入電流を防止する抵抗の切替えを行うことも可能である。
【0025】
図2は本発明の第1の実施の形態の動作説明図であり、(a)は交流電源の電圧の概要を示し、例えば、V1を100V、V2を200Vとして示す。(b)は電圧検出回路1により制御するリレーRL1の動作を示し、rs1オンは、リレーRL1を動作させた場合を示す。即ち、低電圧の100Vを検出した時に、リレーRL1を動作させる。又(c)は入力監視回路4の検出信号を示し、この検出信号により起動されたタイマ5による制御されるリレーRL2の動作を(d)に示し、rs2オンは、リレーRL2を動作させた場合を示す。又(e)は電源スイッチSWをオンとした時に流れる電流を示す。
【0026】
又t1は電源スイッチSWをオンとして、低電圧V1=100Vを印加したタイミング、t2はタイマ5によりリレーRL2を動作させたタイミング、t3は電源スイッチSWをオフとしたタイミング、t4は電源スイッチSWをオンとして、高電圧V2=200Vを印加したタイミング、t5はタイマ5によりリレーRL2を動作させたタイミング、t6は電源スイッチSWをオフとしたタイミングを示す。なお、負荷3をDC−DCコンバータとした場合、安定化直流電圧を供給する場合の電力が同一であると、交流電源の電圧を高電圧V2=200Vとした場合に、整流回路2を介して流れる電流は、低電圧V1=100Vの場合より小さい値となる。
【0027】
図3は本発明の第2の実施の形態の説明図であり、図1と同一符号は同一部分を示し、R3〜R5は抵抗、C1はコンデンサ、Q1は電界効果トランジスタ(FET)を示す。即ち、図1に於ける接点rs2と抵抗R1との機能を、トランジスタQ1により実現し、且つこのトランジスタQ1を整流回路2とコンデンサCとの間に接続した場合を示す。
【0028】
整流回路2の出力端子間に抵抗R3,R5の直列回路を接続し、抵抗R5にコンデンサC1を並列に接続し、抵抗R3に、抵抗R4とリレーRL1の接点rs1との直列回路を並列に接続し、コンデンサC1の端子電圧をトランジスタQ1のゲートに印加する構成とする。この場合、抵抗R3,R4とコンデンサC1とによる時定数回路を構成し、且つトランジスタQ1を完全オン状態とするゲート電圧を印加できる構成とする。又接点rs1により時定数を切替えるものである。又リレーRL1とその接点rs1とにより切替回路を構成している。
【0029】
図4は本発明の第2の実施の形態の説明図であり、(a)は交流電源の電圧、(b)はリレーRL1の動作、(c)はコンデンサC1の電圧、(d)は電流を示す。タイミングt1に於いて電源スイッチSWをオンとし、電圧検出回路1により交流電源の電圧が低電圧V1の100Vであると検出した場合に、リレーRL1を動作させる。従って、接点rs1はオンとなり、抵抗R3に抵抗R4が並列に接続された状態となり、この並列抵抗を介してコンデンサC1の充電が整流回路2を介して開始され、又トランジスタQ1を介してコンデンサCの充電が開始される。
【0030】
この場合のコンデンサC1は、時定数T1に従った充電が行われ、このコンデンサC1の端子電圧に従ってトランジスタQ1のインピーダンスが制御されることになる。従って、タイミングt2に於いてはコンデンサC1の端子電圧が上昇して、トランジスタQ1を完全なオン状態とすることができる。又タイミングt3に於いて電源スイッチSWをオフとすると、コンデンサC1は抵抗R5及びトランジスタQ1を介して放電して初期状態となる。
【0031】
又タイミングt4に於いて電源スイッチSWをオンとした時、電圧検出回路1により交流電源の電圧が高電圧V2=200Vを検出した時、リレーRL1は動作させない。それにより、抵抗R3を介してコンデンサC1が整流回路2の整流出力電圧により充電開始される。この時の時定数T2は、低電圧の場合の時定数T1より大きくなる。従って、電源スイッチSWをオンとしたタイミングt4からトランジスタQ1が完全オンとなるタイミングt5までの期間は、低電圧V1の場合に比較して長くなり、突入電流を確実に防止することができる。又タイミングt6に於いて電源スイッチSWをオフとすると、前述のように、コンデンサC1は抵抗R5及びトランジスタQ1を介して放電して初期状態となる。
【0032】
この実施の形態は、トランジスタQ1のゲート電圧をコンデンサC1の充電電圧として印加するもので、その場合の充電時定数をリレーRL1の接点rs1によって切替えるものであるが、この充電時定数は、コンデンサC1と並列に他のコンデンサを接続して時定数を大きくする等の構成とすることも可能である。又コンデンサC1と並列にツェナーダイオードを接続してゲート電圧が所定値を超えないように構成することも可能である。又リレーRL1の代わりに、トランジスタ等による切替回路とすることができる。
【0033】
図5は本発明の第3の実施の形態の説明図であり、図2と同一符号は同一部分を示し、R6〜R10は抵抗、Q2はトランジスタ、6は演算増幅器を示す。トランジスタQ2は、図3に於けるトランジスタQ1と同様にインピーダンスを制御して突入電流を防止する為のものであり、抵抗R10は、突入電流防止用ではなく、電流検出用の低抵抗である。
【0034】
又整流回路2の整流出力電圧を抵抗R6を介してトランジスタQ2のゲートに印加し、そのゲート電圧を演算増幅器6によって突入電流防止の高インピーダンス状態から完全オン状態となるように制御する。又電圧検出回路1により、電源スイッチSWをオンとした時の交流電源の電圧を検出し、低電圧の100Vの場合にリレーRL1を動作させて、抵抗R7に接点rs1を介して抵抗R8を並列に接続する。それにより、演算増幅器6の+端子には、入力電圧が低電圧の場合も高電圧の場合も同一の値の電圧を入力することができる。この場合もリレーRL1とその接点rs1とを、トランジスタ等による切替回路とすることが可能である。
【0035】
又電源スイッチSWをオンとして、交流電源からの交流電圧を整流回路2により整流し、その整流出力電圧をコンデンサCと負荷3とに印加すると、トランジスタQ2のゲートに抵抗R6を介して電圧が印加され、トランジスタQ2と低抵抗R10とを介して電流が流れる。この低抵抗R10により検出した電流値と、抵抗R7,R9により分圧した所定値(基準値)とを演算増幅器6に入力して比較し、所定値を超えた電流値を低減するように、トランジスタQ2のゲート電圧を制御する。即ち、演算増幅器6は、抵抗R6を介してトランジスタQ2のゲートに印加される電圧を、検出電流値に従ってバイパスするように制御する。それにより、トランジスタQ2のインピーダンスが制御されて、突入電流を防止することができる。この突入電流の減少に伴ってゲート電圧を上昇させることになり、トランジスタQ2を高インピーダンス状態から完全オンの状態に移行させることができる。
【0036】
この実施の形態の回路構成は、従来例の図9に示す構成のトランジスタ85による突入電流防止の構成に類似したように見えるが、この従来例に於いては、入力電圧を大幅に変更する場合の構成及びトランジスタのゲートに抵抗を介して電圧を印加し、それによりトランジスタQ2を完全にオン状態とする構成が相違するものである。
【0037】
図6は本発明の第3の実施の形態の動作説明図であり、(a)は、交流電源の電圧の概要を示し、低電圧V1=100V、高電圧V2=200Vの場合を示し、又(b)は、電圧検出回路1により制御するリレーRL1の動作を示し、rs1オンは、リレーRL1を動作させた場合を示す。又(c)は突入電流成分について示す。
【0038】
電源スイッチSWを前述の各実施の形態と同様に、タイミングt1,t4に於いてオンとし、タイミングt3,t6に於いてオフとした場合で、タイミングt1に於いて電源スイッチSWをオンとし、電圧検出回路1により(a)に示すように低電圧V1=100Vを検出した時、リレーRL1を動作させ、その接点rs1をオンとして、抵抗R7に抵抗R8を並列に接続した状態とする。
【0039】
それにより、演算増幅器6の+端子に入力される電圧(所定値)を、リレーRL1を動作させない高電圧V2=200Vの場合と同一とすることができる。従って、交流電源の電圧が低電圧V1=100Vの場合も、又タイミングt4以降の高電圧V2=200Vの場合も、トランジスタQ2を、低抵抗R10により検出した電流値に従ってインピーダンスを制御し、突入電流のピーク値をほぼ同一となるように制限することができる。
【0040】
なお、(c)の点線波形は、高電圧V2=200Vの場合に於ける演算増幅器6の+端子に入力する電圧(所定値)を低く設定した場合で、突入電流のピーク値を更に制限した場合を示す。即ち、演算増幅器6の+端子に入力する所定値を変更することにより、突入電流を制限する値を変更することができる。
【0041】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、負荷が広範囲の入力電圧に対応する構成を有する場合に於いても、その入力電圧を検出し、入力電圧が低電圧か高電圧か等の電圧種別に対応して、突入電流防止の抵抗又はトランジスタによるインピーダンスを制御して、広範囲の入力電圧に対してコンデンサ等を含む負荷に対する突入電流を防止することができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の説明図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態の動作説明図である。
【図3】本発明の第2の実施の形態の説明図である。
【図4】本発明の第2の実施の形態の動作説明図である。
【図5】本発明の第3の実施の形態の説明図である。
【図6】本発明の第3の実施の形態の動作説明図である。
【図7】従来の突入電流防止回路の説明図である。
【図8】従来の突入電流防止回路の説明図である。
【図9】従来の突入電流防止回路の説明図である。
【符号の説明】
1 電圧検出回路
2 整流回路
3 負荷
4 入力監視回路
5 タイマ
C コンデンサ
SW 電源スイッチ
RL1,RL2 リレー
rs1,rs2 接点
R1,R2 抵抗
Claims (3)
- 電源スイッチをオンとした時の突入電流を防止する突入電流防止回路に於いて、
少なくとも低電圧か高電圧かの異なる入力電圧を検出する電圧検出回路と、
該電圧検出回路による検出電圧に従って突入電流値を決定する抵抗を切替接続するリレーと
を備えたことを特徴とする突入電流防止回路。 - 電源スイッチをオンとした時の突入電流を防止する突入電流防止回路に於いて、
少なくとも低電圧か高電圧かの異なる入力電圧を検出する電圧検出回路と、
負荷側と電源側との間に接続して電流を制御するトランジスタと、
該トランジスタのゲート電圧を前記電源スイッチをオンとした時から次第に上昇させて該トランジスタが完全オン状態となるように制御する為のコンデンサと抵抗とを含む時定数回路と、
該時定数回路の時定数を前記電圧検出回路が低電圧検出時には小さく、高電圧検出時に大きくなるように切替える切替回路と
を備えたことを特徴とする突入電流防止回路。 - 電源スイッチをオンとした時の突入電流を防止する突入電流防止回路に於いて、
少なくとも低電圧か高電圧かの異なる入力電圧を検出する電圧検出回路と、
負荷側と電源側との間に接続して電流を制御するトランジスタと、
前記電流を検出する為の低抵抗と、
前記電源スイッチをオンとした時に前記トランジスタにゲート電圧を印加する抵抗と、
前記低抵抗により検出した電流値と設定値とを比較して前記抵抗を介して前記トランジスタのゲート電圧を制御して該トランジスタのインピーダンスを制御する演算増幅器と、
前記電圧検出回路による前記入力電圧が低電圧か高電圧かの検出に従って前記演算増幅器に入力する前記設定値を同一となるように切替える切替回路と
を備えたことを特徴とする突入電流防止回路。
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