JP5151729B2 - 電源装置、及びこれを備えた機器 - Google Patents

Description

本発明は、空気調和機などの機器に備えられた交流の電源装置に係わり、より詳細には、入力電源電圧が一時的に低下する瞬時電圧変動が発生し、その後の電源電圧復帰で発生する突入電流による部品破壊を防止する構成に関する。

従来、交流電源の瞬断発生時に、復電の際の再突入電流を抑制する電源装置として、図７の回路図に示すものが開示されている。このような電源装置は種々の機器に使用されているが、特に大きな負荷電流が流れる空気調和機などに多用されている。

この電源装置は、図７に示すように構成されている。ＡＣ電源８１を入力して整流するブリッジダイオード８２と、そのブリッジダイオード８２の正極端子および負極端子間に接続された第１のコンデンサ８３と、その第１のコンデンサ８３に並列に接続された、インダクタ８６とトランジスタ８７との直列回路と、一端がブリッジダイオード８２の負極端子に接続され、他端が第１のコンデンサ８３の負極端子に接続された第１の抵抗８４およびスイッチ素子としてのサイリスタ８５の並列回路とを設けている。

なお、インダクタ８６とトランジスタ８７の接続点にはダイオード８８のアノード端子が、また、ダイオード８８のカソード端子には平滑コンデンサ８９の一端が接続され、平滑コンデンサ８９の他端は第１のコンデンサ８３の負極端子に接続されている。従って、平滑コンデンサ８９の両端がＤＣ出力電圧の端子となる。また、トランジスタ８７のベース端子は制御部９０によりスイッチング制御され、このスイッチング制御による昇圧動作によって、ＤＣ出力電圧が制御の目標電圧であるＤＣ出力電圧設定値になるように制御される。このＤＣ出力電圧設定値は通常の場合、電源装置の負荷に対して最適な標準電圧が設定される。

また、ＡＣ電源８１から、ブリッジダイオード８２と並列に接続された第１および第２のダイオード９１，９２と、その第１および第２のダイオード９１，９２に並列に接続された第２のコンデンサ９３と、その第２のコンデンサ９３と並列に接続された第２および第３の抵抗９４，９５の直列回路と、その第３の抵抗９５に並列に接続された第３のコンデンサ９６と、一端が第２および第３の抵抗９４，９５の接続点に接続され、他端がサイリスタ８５のゲート端子に接続されたツェナーダイオード９７とからなるトリガ回路９８を設けている。

トリガ回路９８は、ＡＣ電源８１の入力電圧を第１および第２のダイオード９１，９２により整流し、その出力を第２のコンデンサ９３により平滑し、その出力を第２および第３の抵抗９４，９５により分圧し、その分圧電圧をツェナーダイオード９７で検出し、その検出信号をサイリスタ８５のゲートに印加し、サイリスタ８５をＡＣ電源８１の入力電圧によりオン・オフするように構成されている。

上記構成において、ＡＣ電源８１の投入時には、サイリスタ８５が非導通であるため第１のコンデンサ８３への突入電流は第１の抵抗８４により抑制される。その後、第１および第２のダイオード９１，９２のカソードおよび第２のコンデンサ９３の正極に接続された第２の抵抗９４を通して、第３のコンデンサ９６へ充電電流が流れ、その電位がツェナーダイオード９７のツェナー電圧に到達すると、ツェナーダイオード９７を通してサイリスタ８５のゲートへ電圧が印加される。

ここで、ツェナー電圧をサイリスタ８５がターンオンするのに必要な電圧に設定しておくことでサイリスタ８５を導通させることができる。したがって、以後はサイリスタ８５を通して第１のコンデンサ８３へ充電電流が流れる。

ここで、ＡＣ電源８１の入力が瞬時停電により遮断された場合、第３のコンデンサ９６の放電電流が第３の抵抗９５を通して流れるので、第３のコンデンサ９６の正極の電位が下降し、ツェナーダイオード９７がオフになる。したがって、サイリスタ８５のゲート電圧もサイリスタ８５のターンオンする電位Ｖｇｔより低くなり、サイリスタ８５は非導通状態になる。その後、瞬時停電状態から復帰した場合、サイリスタ８５はすでに非導通状態であるため、再突入電流は第１の抵抗８４により抑制される（例えば、特許文献１参照。）。

以上はＡＣ電源の瞬時停電状態における動作であるが、瞬時停電の他に瞬時電圧変動と呼ばれるものがある。これは一時的に、例えば２０〜５００ミリセカンド程度の間、ＡＣ電源電圧が変動する状態を言う。電圧が一時的に上昇する場合は定電圧回路により安定化され、ほとんど問題ないが、一時的に電圧が低下する場合は、問題が発生する。これは一時的な電圧低下により平滑コンデンサの電荷が減少し、瞬時電圧変動が終了して正規の電圧に復帰したときに、この平滑コンデンサへ流れる突入電流の問題である。

図８は電源装置８１におけるタイミングチャートである。図８（１）はＡＣ電源電圧、図８（２）はＤＣ出力電圧、図８（３）はＤＣ出力電圧設定値、図８（４）はＡＣ入力電流をそれぞれ示している。なお、図８（３）のＤＣ出力電圧設定値は制御部９０内で設定される設定値を擬似的に波形として記載したものであり、実際には制御部９０内の図示しないマイコンが設定する値を示している。

図８のタイミングチャートに示すように、制御部９０はＡＣ電源８１の電圧が低下すると、この電圧の落ち込み分をカバーするようにフィードバックし、トランジスタ８７のスイッチングのオン時間を増加させる。ところが、瞬時電圧変動が終了して正規の電圧に復帰したときに、トランジスタ８７のオン時間を定格のＡＣ電源電圧の場合より長く制御しているため、インダクタ８６に蓄積されたエネルギーが平滑コンデンサ８９に突入電流として流れ込む。この突入電流の値がダイオード８８や平滑コンデンサ８９の許容値を越えると、これらの部品を破壊してしまう虞があった。

一般的に電解コンデンサやダイオードなどにはサージ電流として、一時的に許容できる電流が規定されている。従って電源装置には前述したように、電源投入時のサージ電流を抑制する回路が備えられている。また、図８で説明したような瞬時電圧変動に耐えるために、サージ電流に対して充分なマージンを備えた部品を選定して使用している。

しかしながら、圧縮機を搭載した空気調和機などのように、電源停止から再度電源を投入して圧縮機が正常に回転し、空調が再開されるまでの時間が長い機器においては、瞬時電圧変動が発生しても可能な限り圧縮機の運転を継続させて空調での快適性を維持するため、サージ電流に対して充分なマージンを備えた部品を使用せざるを得ないが、このような部品は高価であり、これを使用することは製品として現実的ではなかった。
特開平５−３１６７２３号公報（第３頁、図１）

本発明は以上述べた問題点を解決し、空気調和機などのように大電流が流れる電源装置を備えた機器において、一時的にＡＣ電源電圧が低下する瞬時電圧変動からの復帰時に発生する突入電流を低減させ、サージ電流の許容値が小さな部品を使用することでコストダウンを図ることを目的とする。

本発明は上述の課題を解決するため、入力された交流電圧を検出する入力電圧検出手段と、前記交流電圧を整流した直流電圧を昇圧して負荷へ出力電圧として供給する昇圧回路と、前記出力電圧を検出する出力電圧検出手段と、前記入力電圧検出手段と前記出力電圧検出手段との検出結果を入力し、前記昇圧回路の出力電圧値を、制御の目標とする電圧値である設定電圧値になるように制御する制御手段とを備え、
同制御手段は、前記交流電圧が所定電圧以下になった時、前記設定電圧値を時間の経過に伴って段階的に低下させ、前記交流電圧が前記所定電圧以上になった時、前記設定電圧値を前記交流電圧が前記所定電圧以下になる前の値に戻すことを特徴とする。

以上の手段を用いることにより、本発明による電源装置によれば、
請求項１に係わる発明は、瞬時電圧変動による入力交流電圧の低下から復帰した時、昇圧回路への突入電流を抑制することができ、昇圧回路内の部品破壊を防ぐことができる。また、昇圧回路内の部品についてサージ電流が低い部品が使用できるのでコストダウンを図ることができる。
また、瞬時電圧変動の期間が長いほどコンデンサの電圧が低下し、この電圧に対応して突入電流が増大するため、瞬時電圧変動による入力交流電圧の低下が発生する期間が不明でも、少しずつ出力電圧を低下させることで、発生する突入電流を抑制しつつ、出力電圧の低下を抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいた実施例として詳細に説明する。

図１は本発明による電源装置１を内蔵した空気調和機の室外機２０の要部ブロック図である。この室外機２０は電源装置１と、これに接続された負荷３を備えている。電源装置１はＡＣ電源２を入力して整流した後、所定電圧のＤＣ電圧を負荷３に供給するものである。負荷３は、電源装置１のＤＣ出力電圧を入力するインバータ３１と、このインバータ３１で駆動される図示しない圧縮機のモータ３２とを備えている。

電源装置１は入力したＡＣ電源２を整流するブリッジダイオード６と、入力したＡＣ電源２の電圧を検出する入力電圧検出器４と、入力したＡＣ電源２の電流を検出する入力電流検出器５と、一端がブリッジダイオード６の正極側に接続され、他端がダイオード８のアノード端子に接続されたインダクタ７と、ダイオード８のアノード端子にコレクタ端子が、また、エミッタ端子がブリッジダイオード６の負極側に接続されたトランジスタ９（スイッチング素子）と、ダイオード８のカソード端子に一端が接続され、他端がブリッジダイオード６の負極側に接続されたコンデンサ１１と、コンデンサ１１の両端の電圧を検出するＤＣ電圧検出器１０と、トランジスタ９のベース端子とインバータ３１とにスイッチング信号を出力すると共に、入力電圧検出器４と入力電流検出器５とＤＣ電圧検出器１０との検出信号が入力される制御手段１２とを備えている。そして、コンデンサ１１の両端の電圧が、負荷３に供給するＤＣ電圧出力となる。

この電源装置１の負荷３は、図示しない空気調和機の室外機２０に搭載された圧縮機のモータ３２、及び、これを駆動するインバータ３１であり、電源装置１から出力されたＤＣ出力電圧をインバータ３１を介してモータ３２に供給する。この負荷３に所定の電圧、例えば２００Ｖ（ボルト）を印加するため、ブリッジダイオード６で整流された電圧を、インダクタ７とトランジスタ９とダイオード８とコンデンサ１１とを備えたチョッパ型スイッチング回路である昇圧回路１３で昇圧する構成になっている。

このため、制御手段１２はＤＣ電圧検出器１０を介してＤＣ出力電圧を監視し、この電圧が所定の電圧となるように、トランジスタ９のベース端子にスイッチング制御した信号を出力する。なお、制御の目標となる所定の電圧値はＤＣ出力電圧設定値として制御手段１２内部に記憶されている。従って、このＤＣ出力電圧設定値を書き換えることにより、ＤＣ出力電圧を任意の値にすることができる。この実施例では、特に断りがない限りこの電圧制御を常に実施している前提で説明する。

なお、この実施例において、制御手段１２は電源装置１を制御すると共に、インバータ３１の制御も同時に行う構成になっているが、別々に独立した制御手段を用いた構成でもよい。また、この実施例では空気調和機の室外機を説明しているが、これに限るものでなく、大きな電流が流れる負荷を備えた機器に広く応用できる。

入力電圧検出器４はＡＣ電源の電圧を検出するものであり、その検出結果は制御手段１２によって常に監視されている。制御手段１２ではこの監視により、電源の切断、瞬時電圧変動や瞬断の発生と復帰、電圧のゼロクロス点のタイミングなどを知ることができる。また、入力電流検出器５はＡＣ電源の電流を検出するものであり、その検出結果は制御手段１２によって常に監視されている。制御手段１２ではこの監視により、電流のピーク値や消費電流などを知ることができる。なお、入力電圧検出器４や入力電流検出器５は、例えば空気調和機などに標準的に備えられているものである。

図２は電源装置１におけるタイミングチャートである。図２（１）はＡＣ電源電圧、図２（２）はＤＣ出力電圧、図２（３）はＤＣ出力電圧設定値、図２（４）はＡＣ入力電流、をそれぞれ示している。なお、図２（３）のＤＣ出力電圧設定値は制御手段１２内で設定される設定値を擬似的に波形として記載したものである。

制御手段１２内の図示しないマイコンは、昇圧回路１３から出力するＤＣ出力電圧を制御の目標とする電圧値であるＤＣ出力設定電圧値になるように制御している。従って、このＤＣ出力設定電圧値を書き換えることにより、ＤＣ出力設定電圧を任意の電圧にすることができる。

本発明の特徴は瞬時電圧変動が発生した時、ＤＣ出力電圧設定値を一時的に低下させることである。その後正規の電圧に復帰した場合は、逆にＤＣ出力電圧設定値を瞬時電圧変動が発生する前の設定値に変更する。このため、瞬時電圧変動から復帰した時のＤＣ出力電圧は低くなっており、ＤＣ出力電圧設定値を一定にした場合と比較して、コンデンサ１１への突入電流を低下させている。

次に図１と図２とを用いて、本発明による制御手段１２の処理を説明する。

まず、例えばＡＣ電源２の電圧が室外機２０における定格電圧の場合、制御手段１２は、ＤＣ出力電圧を所定の電圧（標準電圧）、例えば２００Ｖとなるように、ＤＣ出力電圧設定値を２００Ｖと対応する値に設定する。そしてＤＣ出力電圧がこの設定電圧になるようにトランジスタ９をスイッチングする。

ここで、制御手段１２は、瞬時電圧変動が発生したことを検出するとＤＣ出力電圧設定値を、２００Ｖから一時的に１８０Ｖへ変更して設定する。なお、制御手段１２は入力電圧検出器４を介してＡＣ電源の電圧状態を常に監視しており、この電圧が定格動作電圧範囲以下になった場合、瞬時電圧変動が発生したと認識する。また、逆にこの電圧が定格動作電圧範囲内に復帰した場合、瞬時電圧変動が終了したと認識する。また、この電圧が電源装置１の動作可能な最低電圧以下になった時、ＤＣ出力電圧の供給を停止する。

なお、前述のＡＣ電源の電圧状態を判断する方法として、例えばＡＣ電源電圧の半周期の期間を監視し、この期間のピーク電圧値で判断する方法がある。本実施例でもこの方法を用いている。従って、瞬時電圧変動が発生してから最大、ＡＣ電源電圧の半周期の期間だけ、瞬時電圧変動の検出が遅れる場合がある。本実施例では実際の瞬時電圧変動の発生と瞬時電圧変動の終了を検出したタイミングをそれぞれ、瞬時電圧変動発生（認識）、瞬時電圧変動終了（認識）と呼称している。

そして、制御手段１２は、ＤＣ出力電圧設定値を、２００Ｖから一時的に１８０Ｖへ設定した後、瞬時電圧変動を監視し、瞬時電圧変動終了を認識したらＤＣ出力電圧設定値を、１８０Ｖから２００Ｖに復帰させる。前述のように、瞬時電圧変動の終了判定にはＡＣ電源電圧の監視・判定期間が必要であり、この判定が終了した時点でほぼ突入電流が収束しており、ＤＣ出力電圧設定値を元の電圧値に戻しても問題ない。なお、この判定が終了した時点で突入電流が収束していない場合は、ＤＣ出力電圧設定値を元の電圧値に戻すまでの時間を遅延させればよい。
図３は以上説明した考え方をさらに発展させた例である。なお、電源装置１のハードウェア構成は図１と同じであり、制御手段１２の処理内容が異なるだけであるため、付与する番号は変更しない。なお、制御手段１２の処理内容については、マイコンを使用した場合のフローチャートを後で詳細に説明する。

図３は電源装置１におけるタイミングチャートである。図３（１）はＡＣ電源電圧、図３（２）はＤＣ出力電圧、図３（３）はＤＣ出力電圧設定値、図３（４）はＡＣ入力電流、をそれぞれ示している。なお、図３（３）のＤＣ出力電圧設定値は制御手段１２内で設定される設定値を擬似的に波形として記載したものであり、実際には制御手段１２内の図示しないマイコンが設定する値を示している。

制御手段１２は、瞬時電圧変動発生を認識するとＤＣ出力電圧設定値を１段階、例えば現状のＤＣ電圧設定値２００Ｖから２Ｖだけ低い１９８Ｖへ変更して設定する。そして、一定時間、例えばＡＣ電源電圧の１周期の期間だけ待ち、まだ瞬時電圧変動中であれば、さらにもう１段階だけＤＣ出力電圧設定値を低下させ、１９６Ｖに設定する。

このように順次ＤＣ出力電圧設定値を低下させる。当然のことながら、下げる電圧には限度があるため、電源装置１の動作可能最低電圧より低下したら、ＤＣ出力電圧の供給を停止する。なお、制御手段１２は室外機２０の図示しない制御部と共用になっているため、ＡＣ電源２の電圧、又は、ＤＣ出力電圧がこの室外機の動作可能最低電圧より低下したら、室外機２０の電源切断処理を行い、この後にＤＣ出力電圧の供給を停止する。

前述のように、順次ＤＣ出力電圧設定値を低下させる構成にしているのは、できるだけ負荷３に供給するＤＣ出力電圧を低下させたくないからである。一方、瞬時電圧変動によりＡＣ電源電圧が低下すれば、コンデンサ１１に溜まる電荷も減少、つまり、コンデンサ１１の電圧も低下していく。それは、瞬時電圧変動の期間の長さに比例しているため、瞬時電圧変動の期間が長くなればコンデンサ１１の電圧も低下していく。

従って、瞬時電圧変動が終了した場合、瞬時電圧変動の期間が長いほどコンデンサ１１への突入電流が増加することになる。このため、瞬時電圧変動の期間に対応して増加する突入電流を低減させるため、瞬時電圧変動の期間に対応してＤＣ出力電圧設定値を低下させる構成にしている。

例えば、瞬時電圧変動の期間が短い場合は突入電流も少ないので、ＤＣ出力電圧設定値をあまり低下させず、出来るだけＤＣ出力電圧を保持して負荷３に供給することができる。逆に瞬時電圧変動の期間が長い場合は突入電流も多いので、ＤＣ出力電圧設定値を必要最低限だけ低下させ、できるだけ突入電流を低減させるようにしている。

一方、瞬時電圧変動終了を認識すると制御手段１２は、段階的にＤＣ出力電圧設定値を上昇させる。これは徐々に低下させたＤＣ出力電圧設定値、例えば１８６Ｖを一気に元の設定値、例えば２００Ｖに変更すると、この電圧差に対応して突入電流が発生するため、これを防止するために徐々に設定値を上昇ささせている。この結果、突入電流となるべきエネルギーが時間的に分散され、結果的に突入電流のピーク値を抑制することができる。

なお、図３の方法はＤＣ出力電圧設定値を徐々に低下、徐々に上昇させるようにしているが、簡易的にはＤＣ出力電圧設定値を徐々に低下、又は徐々に上昇のいずれかの方法のみを実現してもよい。これは制御を比較的簡単に実現する場合に有効である。

例えばＤＣ出力電圧設定値を徐々に低下させる方法の場合、瞬時電圧変動発生を認識するとＤＣ出力電圧設定値を１段階、例えば現状のＤＣ電圧設定値２００Ｖから２Ｖだけ低い１９８Ｖへ変更して設定する。そして、一定時間、例えばＡＣ電源電圧の１周期の期間だけ待ち、まだ瞬時電圧変動中であれば、さらにもう１段階だけＤＣ出力電圧設定値を低下させ、１９６Ｖに設定する。このように順次ＤＣ出力電圧設定値を低下させる。

そして、瞬時電圧変動終了を認識すると制御手段１２は、例えば１８６Ｖを一気に元の設定値、例えば２００Ｖに変更する。負荷３が比較的軽い場合は、これにより発生する突入電流も小さいため、簡易的には有効な方法である。

一方、例えばＤＣ出力電圧設定値を徐々に上昇させる方法の場合、制御手段１２は、瞬時電圧変動発生を認識すると、ＤＣ出力電圧設定値を例えば２００Ｖから一時的に１８６Ｖへ変更して設定する。そして、瞬時電圧変動が発生してから終了するまでの時間をカウントする。次に、瞬時電圧変動終了を認識すると制御手段１２は、段階的にＤＣ出力電圧設定値を瞬時電圧変動の期間の長さに対応して上昇させる。この方法はＤＣ出力電圧の変動にあまり影響されない負荷３である場合に使用され、突入電流の抑制を主体にした簡易的な方法である。

次に図５のフローチャートを用いて制御手段１２の図３における処理を説明する。なお、図５においてＳＴはステップを表し、これに続く番号はステップ番号を示す。また、ＹはＹｅｓを、ＮはＮｏを表している。なお、このフローチャートでは記載していないが、制御手段１２は、ＤＣ電圧検出器１０を介して出力されるＤＣ電圧の電圧を検出し、この電圧が、現在設定されているＤＣ出力電圧設定値になるように、常にトランジスタ９のスイッチングタイミング、及びトランジスタ９のオン／オフ時間を制御している。

制御手段１２は、まず、瞬時電圧変動（一時的なＡＣ電圧低下）が発生したか確認する（ＳＴ１）。これは前述のようにＡＣ入力電圧の半周期のピーク電圧監視で認識することができる。瞬時電圧変動が発生していない場合（ＳＴ１−Ｎ）、ＤＣ出力電圧設定値を標準電圧値、例えば２００Ｖに設定する（ＳＴ１０）。そしてＳＴ１へジャンプする。

瞬時電圧変動発生を認識した場合（ＳＴ１−Ｙ）、ＤＣ出力電圧設定値を１段階低下、例えば２Ｖ低下させ、１９８Ｖに設定する（ＳＴ２）。次にＤＣ出力電圧設定値の１段階低下における経過時間をカウントするため、制御手段１２のマイコン内に備えられたカウンタに”０”を格納する（ＳＴ３）。なお、このこの実施例では、カウンタの１サイクルは入力電源周波数の１周期と対応する。ただし、このカウンタは経過時間をカウントするだけなので、瞬時電圧変動の期間よりも短ければ任意の単位時間でよい。

次に、瞬時電圧変動から復帰したか確認する（ＳＴ４）。これは前述のようにＡＣ入力電圧の半周期のピーク電圧監視で認識することができる。瞬時電圧変動から復帰していない場合（ＳＴ４−Ｎ）、次にＤＣ出力電圧設定値の設定から１サイクル時間が経過したか確認する（ＳＴ５）。ＤＣ出力電圧設定値の設定から１サイクル時間が経過しない場合（ＳＴ５−Ｎ）、ＳＴ４へジャンプする。

次に、ＤＣ出力電圧設定値の設定から１サイクル時間が経過した場合（ＳＴ５−Ｙ）、カウンタに”１”を加算する（ＳＴ６）。そして、ＤＣ出力電圧設定値を１段階低下、例えば２Ｖ低下させて設定する（ＳＴ７）。次に、ＡＣ入力電圧の値は電源装置１、及びこれに接続された機器、ここでは空気調和機の動作限界電圧の値まで低下したか確認する（ＳＴ８）。ＡＣ入力電圧の値が動作限界電圧の値以上の場合（ＳＴ８−Ｎ）、ＳＴ４へジャンプする。

ＡＣ入力電圧の値は電源装置１、及びこれを備えた室外機２０の動作限界電圧の値まで低下した場合（ＳＴ８−Ｙ）、制御手段１２は、本当の電源切断と判断し、室外機の運転を中止し、ＤＣ出力電圧の電源を遮断する処理を行う（ＳＴ９）。そして全ての処理を終了する。

一方、瞬時電圧変動から復帰した場合（ＳＴ４−Ｙ）、次にカウンタが”０”であるか確認する（ＳＴ１１）。カウンタが”０”の場合（ＳＴ１１−Ｙ）、ＤＣ出力電圧設定値も元の値（標準電圧値）に戻っているので、ＳＴ１へジャンプする。

カウンタが”０”でない場合（ＳＴ１１−Ｎ）、カウンタから”１”を減算する（ＳＴ１２）。そして、ＤＣ出力電圧設定値を１段階上昇、例えば２Ｖ上昇させて設定する（ＳＴ１３）。そして、ＤＣ出力電圧設定値の設定から１サイクル時間が経過したか確認する（ＳＴ１４）。ＤＣ出力電圧設定値の設定から１サイクル時間が経過しない場合（ＳＴ１４−Ｎ）、ＳＴ１４へジャンプする。ＤＣ出力電圧設定値の設定から１サイクル時間が経過した場合（ＳＴ１４−Ｙ）、瞬時電圧変動発生を認識したか確認する（ＳＴ１５）。瞬時電圧変動発生の認識をしていない場合（ＳＴ１５−Ｎ）、ＳＴ１１へジャンプする。瞬時電圧変動発生を認識した場合（ＳＴ１５−Ｙ）、ＳＴ６へジャンプし、再度、ＤＣ出力電圧設定値を低下させる処理に移行する。

以上説明したように、瞬時電圧変動による入力交流電圧の低下から復帰した時、昇圧回路への突入電流を抑制することができ、昇圧回路内の部品破壊を防ぐことができる。また、昇圧回路内の部品についてサージ電流が低い部品が使用できるのでコストダウンを図ることができる。

一方、瞬時電圧変動の期間が長いほどコンデンサの電圧が低下し、この電圧に対応して瞬時電圧変動からの復帰時に突入電流が増大する。本発明では、瞬時電圧変動が発生してから徐々にＤＣ電圧設定値を低下させているため、瞬時電圧変動によるＡＣ入力電圧の低下が発生する期間が不明でも、少しずつ出力電圧を低下させることで、発生する突入電流に対応しつつ、ＤＣ出力電圧の低下を抑制することができる。

また、瞬時電圧変動によるＡＣ入力電圧の低下から復帰してから、徐々にＤＣ電圧設定値を上昇させているため、発生する突入電流を時間的に分散し、ピーク電流を抑制することができる。

図４は電源装置１における別の実施例での動作を説明するタイミングチャートである。図２、及び図３と同様に、図４（１）はＡＣ電源電圧、図４（２）はＤＣ出力電圧、図４（３）はＤＣ出力電圧設定値、図４（４）はＡＣ入力電流、をそれぞれ示している。なお、図４（３）のＤＣ出力電圧設定値は制御手段１２内で設定される設定値を擬似的に波形として記載したものであり、実際には制御手段１２内の図示しないマイコンが設定する値を示している。なお、この実施例ではハードウェアとして図１と同じ回路を用いており、制御手段１２の制御内容が図２、及び図３と異なるのみである。

図２、又は図３における制御手段１２の処理では、瞬時電圧変動発生を認識した時、ＤＣ出力電圧設定値を一時的に低下させ、その後正規の電圧復帰を認識した場合は、逆にＤＣ出力電圧設定値を瞬時電圧変動が発生する前の設定値に変更する構成であるが、実施例２ではＡＣの入力電流を監視し、瞬時電圧変動による突入電流が所定値を越えないようにＤＣ出力電圧設定値を設定する構成にしている。なお、この構成は瞬時電圧変動の有無に関係なく、入力電流の値だけで制御が行われるため、図１の入力電圧検出器４は無くてもよい。

図４において、瞬時電圧変動が発生しても制御手段１２は通常状態と同じように、ＤＣ出力電圧設定値を標準電圧値（２００Ｖ）のままで制御する。ただし、制御手段１２は入力電流検出器５を介してＡＣ電源２からの入力電流を常に検知しており、瞬時電圧変動が終了してコンデンサ１１への突入電流のため、入力電流が入力電流制限値、例えば２０Ａ（アンペア）を超えた場合、制御手段１２は、ＤＣ出力電圧設定値を低下させ、この入力電流制限値以内となるようにする。この例では１５０ＶまでＤＣ出力電圧設定値を低下させた場合、入力電流が入力電流制限値：２０Ａ（アンペア）を超えなくなる場合を示している。

入力電流が入力電流制限値以下になったら、制御手段１２は、ＤＣ出力電圧設定値を標準電圧値まで回復させる。この動作を入力電流が入力電流制限値以下に安定するまで継続する。（実際は瞬時電圧変動の有無に関わらず、常に監視している。）
この構成はＤＣ出力電圧設定値を標準電圧値のままにできる期間が図２、図３で説明した構成よりも長くできるため、比較的高精度なＤＣ出力電圧が求められる場合や、負荷が重い場合に有効である。ただし、突入電流が発生してからのフィードバックとなるため、ＤＣ出力電圧設定値の設定が遅れ、結果的にＤＣ出力電圧が一時的に高くなる場合がある。従って入力電流制限値を決定する場合、若干のマージンを持たせるため、入力電流制限値を小さめの値にするとよい。

次に図６のフローチャートを用いて制御手段１２の図４における処理を説明する。なお、図６においてＳＴはステップを表し、これに続く番号はステップ番号を示す。また、ＹはＹｅｓを、ＮはＮｏを表している。なお、このフローチャートでは記載していないが、制御手段１２は、ＤＣ電圧検出器１０を介して出力されるＤＣ電圧の電圧を検出し、この電圧が、現在設定されているＤＣ出力電圧設定値になるように、常にトランジスタ９のスイッチングタイミング、及びトランジスタ９のオン／オフ時間を制御している。

制御手段１２は、まず、ＡＣ入力電流が所定値（入力電流制限値）以上か確認する（ＳＴ２１）。ＡＣ入力電流が所定値以上の場合（ＳＴ２１−Ｙ）、ＤＣ出力電圧設定値を１段階低下、例えば１０Ｖ低下させて設定する（ＳＴ２２）。再度、ＡＣ入力電流が所定値以上か確認する（ＳＴ２３）。ＡＣ入力電流が所定値以上の場合（ＳＴ２３−Ｙ）、ＳＴ２２へジャンプする。この結果、ＡＣ入力電流が所定値となるＤＣ出力電圧設定値が設定される。図４の場合、入力電流制限値となるようにＤＣ出力電圧設定値を低下させた結果、この値が１５０Ｖ〜１９０Ｖになった場合を示している。

なお、ＡＣ電源２の周波数は５０または６０ヘルツであるが、トランジスタ９のスイッチング周波数は数キロヘルツ〜数十キロヘルツ程度であり、ＡＣ電源２の入力電流の変化に対して、ＤＣ出力電圧を充分な速さで制御することができる。

そして図６において、ＡＣ入力電流が所定値以下の場合（ＳＴ２３−Ｎ）、ＤＣ出力電圧設定値を１段階上昇、例えば１０Ｖ上昇させて設定する（ＳＴ２４）。次に、ＤＣ出力電圧設定値が標準電圧値、例えば２００Ｖか確認する（ＳＴ２５）。ＤＣ出力電圧設定値が標準電圧値の場合（ＳＴ２５−Ｙ）、ＳＴ２１へジャンプする。ＤＣ出力電圧設定値が標準電圧値でない場合（ＳＴ２５−Ｎ）、ＳＴ２３へジャンプする。

一方、ＡＣ入力電流が所定値以下の場合（ＳＴ２１−Ｎ）、ＤＣ出力電圧設定値を標準電圧値に設定する（ＳＴ２６）。次に、ＡＣ入力電圧の値は電源装置１、及びこれに接続された機器、ここでは空気調和機の動作限界電圧の値まで低下したか確認する（ＳＴ２７）。ＡＣ入力電圧の値が動作限界電圧の値以上の場合（ＳＴ２７−Ｎ）、ＳＴ２１へジャンプする。

ＡＣ入力電圧の値が電源装置１、及びこれを備えた室外機２０の動作限界電圧の値まで低下した場合（ＳＴ２７−Ｙ）、制御手段１２は、本当の電源切断と判断し、室外機２０の運転を中止し、ＤＣ出力電圧の電源を遮断する処理を行う（ＳＴ２８）。そして全ての処理を終了する。

なお、この実施例では、コンデンサ１１の突入電流を入力電流検出器５に流れる消費電流として検出しているが、これに限るものでなく、電流検出器をコンデンサ１１と直列に配置し、コンデンサ１１に流れ込む純粋な突入電流を測定するようにしてもよい。この場合、正確な突入電流を測定できるため、高精度の制御を行うことができる。

以上説明したように、発生する突入電流と対応する入力交流電流に対応して設定電圧値を制御するため、制御が容易である。また、必要最小限の設定電圧値の低下でよいため、負荷に対して標準電圧に近い電圧を供給することができる。

また、実施例１や実施例２で説明した電源装置を空気調和機などの機器に設けることにより、瞬時電圧変動が発生しても突入電流対策のため、一旦、電源を切断する必要がなく、継続的な機器の運転をすることができる。このため、空気調和機のように、一旦電源を切ると圧縮機をすぐに再起動できないような機器でも、継続運転により、空気調和を中断することがないため、快適性を維持できる。

本発明による空気調和機の室外機の実施例を示す要部ブロック図である。 本発明による第一実施例の基本的な動作を説明するタイミングチャートである。 本発明による第一実施例の応用動作を説明するタイミングチャートである。 本発明による第二実施例の動作説明するタイミングチャートである。 本発明による第一実施例の処理を説明するフローチャートである。 本発明による第二実施例の処理を説明するフローチャートである。 従来の電源装置を示すブロック図である。 従来の電源装置での動作を説明するタイミングチャートである。

符号の説明

１ 電源装置
２ ＡＣ電源
３ 負荷
４ 入力電圧検出器（入力電圧検出手段）
５ 入力電流検出器（入力電流検出手段）
６ ブリッジダイオード
７ インダクタ
８ ダイオード
９ トランジスタ
１０ ＤＣ電圧検出器
１１ コンデンサ
１２ 制御手段
２０ 室外機
３１ インバータ
３２ モータ

Claims (1)

1. 入力された交流電圧を検出する入力電圧検出手段と、前記交流電圧を整流した直流電圧を昇圧して負荷へ出力電圧として供給する昇圧回路と、前記出力電圧を検出する出力電圧検出手段と、前記入力電圧検出手段と前記出力電圧検出手段との検出結果を入力し、前記昇圧回路の出力電圧値を、制御の目標とする電圧値である設定電圧値になるように制御する制御手段とを備え、
   同制御手段は、前記交流電圧が所定電圧以下になった時、前記設定電圧値を時間の経過に伴って段階的に低下させ、前記交流電圧が前記所定電圧以上になった時、前記設定電圧値を前記交流電圧が前記所定電圧以下になる前の値に戻すことを特徴とする電源装置。

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