JP6053155B2 - 電力変換装置、突入電流抑制方法 - Google Patents
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Description
前記初期化部は、前記停電検出部から前記計時が終了した旨の信号が入力されると、前記突入電流抑制回路の回路状態をオフ状態にし、前記突入電流抑制回路は、前記回路状態が前記初期化部によりオフ状態にされた後、前記直流入力電圧が上昇し、入力される入力電圧が電源投入時のローレベルから所定の参照電圧になるまでの所定遅延時間が経過するまで、前記回路状態のオフ状態を維持する、電力変換装置の構成を有する。
例えば、前記突入電流抑制回路は、前記給電側が停電から復旧したときに発生する突入電流の経路上に介挿された抵抗と、前記抵抗に対して並列接続されたスイッチ素子と、前記初期化部に並列に接続され、前記直流入力電圧を分圧して得られる分圧電圧を検出する検出部と、前記検出部の出力電圧が、電源投入時のローレベルから所定の参照電圧になるまでの所定遅延時間が経過するまで、前記スイッチ素子をオフ状態に維持し、前記所定遅延時間が経過した後に、前記スイッチ素子をオン状態に制御する制御部と、を備えて構成され、前記初期化部は、前記停電検出部が前記給電側の停電を検出した場合、前記スイッチ素子がオフ状態となるように前記突入電流抑制回路の回路状態を初期化する。
例えば、前記直流入力電圧は、商用電源から供給される電力を整流して得られた電圧である。
[構成の説明]
図1は、本発明の第1実施形態による電力変換装置1の構成の一例を示す。
電力変換装置1は、概略的には、外部の給電側の直流電源Eから供給される直流入力電圧Vinを所定の直流電圧Vpに昇圧するための昇圧コンバータ20と、昇圧コンバータ20を通して流れる突入電流Irushを抑制するための突入電流抑制回路40とを備え、昇圧コンバータ20の出力(昇圧コンバータ20から出力される直流電圧Vp)を電力変換するように構成される。
なお、突入電流Irushを抑制する本発明の課題との関係では、フィルタ10は必須の構成要素ではなく、必要に応じて省略してもよい。
図2は、昇圧コンバータ20の構成の一例を示す図である。同図に示すように、昇圧コンバータ20は、チョークコイル(昇圧インダクタ)L20、nチャネル型電界効果トランジスタQ20、ダイオードD21,D22、コンデンサC20から構成されている。ここで、チョークコイルL20の一端は昇圧コンバータ20の一方の入力部をなし、上述の電源ラインDH上のダイオードD1を通じてフィルタ10の出力部に接続されている。また、チョークコイルL20の他端は、ダイオードD21のアノードに接続されている。このダイオードD21のカソードは昇圧コンバータ20の一方の出力部をなす。昇圧コンバータ20の一方の入力部と一方の出力部との間にはバイパス用のダイオードD22が接続されている。
なお、上述した昇圧コンバータ20の構成は一例に過ぎず、昇圧インダクタを用いて入力電圧を昇圧する構成であれば、その回路形式は任意である。
なお、nチャネル型電界効果トランジスタ42に代えて、例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)やサイリスタなど、他の任意の素子を用いることができる。
なお、上述した突入電流抑制回路40、停電検出部50、初期化部60、制御部70、昇圧コンバータ発振停止回路80、入力電圧監視回路90は、基本的には、グランドラインDLに繋がる配線GLの電位(例えばグランド電位)を基準とした所定の電源電圧で動作するように構成されている。
最初に、図3を参照して、電源投入時の動作を説明する。図3は、電力変換装置1の電源投入時の動作を説明するための図である。図3において、時刻t01以前の電源投入前の初期状態では、図1の電源ラインDHおよびグランドラインDLは共にグランドレベルにあり、入力コンデンサCinは放電された状態にある。
<瞬時停電時間が短い場合>
図4は、電力変換装置1の瞬時停電時の全体動作を説明するための図であり、瞬時停電時間Tdipが短い場合の説明図である。図4に示す時刻t1で瞬時停電が発生すると、直流入力電圧Vinの低下に伴って、昇圧コンバータ20から出力される直流電圧Vpも徐々に低下する。この例では、給電側が瞬時停電から復旧する時刻t2で、昇圧コンバータ20から出力される直流電圧Vpは電圧ΔV1だけ低下した状態となっている。
このように、時停電時間Tdipが所定時間T1よりも短い場合、瞬時停電の影響が顕在化することなく、電力変換装置1は通常の動作を継続する。
次に、瞬時停電時間Tdipが所定時間T1よりも長い場合の動作を説明する。
図5は、電力変換装置1の瞬時停電時の全体動作を説明するための図であり、瞬時停電の期間Tdipが長い場合の説明図である。図5に示す時刻t1で瞬時停電が発生すると、直流入力電圧Vinの低下に伴って、昇圧コンバータ20から出力される直流電圧Vpも徐々に低下する。時刻t3で瞬時停電時間Tdipが所定時間T1に達すると、停電検出部50は、ワンショットパルス信号SPを発生させる。これを受けて初期化部60は突入電流抑制回路40を初期化する。これにより、突入電流抑制回路40を構成するnチャネル型電界効果トランジスタ42が時刻t3で強制的にオフ状態に制御され、グランドラインDL上に抵抗41が顕在化する。その詳細については後述する。
図6は、電力変換装置1の瞬時停電時の詳細動作を説明するための図であり、瞬時停電時間Tdipが所定時間T1を超えた場合の動作を説明するための図である。
前述したように、電源投入後、電力変換装置1が通常の電力変換動作を実施し、直流入力電圧Vinが規定値VT1で示される電圧値(例えば360V)よりも高い状態にあるときに、時刻t1で瞬時停電が発生すると、直流入力電圧Vinが低下を開始する。
このように、本実施形態によれば、瞬時停電が発生した場合、突入電流抑制回路40が電源投入前の状態に初期化されるため、給電側が瞬時停電から復旧した場合、突入電流抑制回路40は、電源投入時と同様に動作して突入電流Irushを抑制する。
図7は、電力変換装置1の動作を補足説明するための図であり、本実施形態による図1の構成において停電検出部50および初期化部60を備えない場合の動作を説明するための図である。
次に、本発明の第2実施形態を説明する。上述した第1実施形態では、直流電源Eから直流入力電圧Vinが電力変換装置1に入力されるものとしたが、本実施形態では、電力変換装置1は、商用電源から供給される交流電力を上記の直流入力電圧Vinに整流するための整流部(不図示)を更に備える。即ち、本実施形態では、直流入力電圧Vinは、商用電源から供給される電力を整流して得られた電圧である。その他の構成および動作は、第1実施形態と同様である。
例えば、上述の実施形態では、電源検出部50において、電源ラインDH上の直流入力電圧Vinが第1規定値VT1で示される電圧値(例えば360V)を上回った状態(昇圧コンバータ20の昇圧動作が停止している状態)にあるかどうかを検出する必要があるが、昇圧コンバータ20の昇圧動作を制御する制御部70から昇圧コンバータ20に出力される制御信号SDを利用して、直流入力電圧Vinが第1規定値VT1を上回った状態にあるかどうかを判定してもよい。この場合、制御信号SDとして、クロック信号ではなく、一定の信号レベルが継続して出力されていれば、直流入力電圧Vinが第1規定値VT1を上回った状態、即ち昇圧コンバータ20の昇圧動作が停止している状態にある。
10…フィルタ
20…昇圧コンバータ
30…DC/DC変換部
40…突入電流抑制回路
41…抵抗
42…nチャネル型電界効果トランジスタ
43,44…抵抗
45…コンパレータ
46…遅延部
47…駆動部
50…停電検出部
51…電圧検出部
52…計時部
53…信号発生部
60…初期化部
61…nチャネル型電界効果トランジスタ
70…制御部
80…昇圧コンバータ発振停止回路
90…入力電圧監視回路
DH…電源ライン
DL…グランドライン
F1,F2…ヒューズ
GL…配線
R1,R2,R3,R4…抵抗
SW…電源スイッチ
TIH,TIL…入力端子
TOH,TOL…出力端子
Claims (5)
- 直流入力電圧を所定電圧に昇圧するための昇圧コンバータと、前記昇圧コンバータを通して流れる突入電流を抑制するための突入電流抑制回路とを備え、前記昇圧コンバータから出力される電圧を電力変換するように構成された電力変換装置であって、
前記直流入力電圧が前記直流入力電圧が昇圧コンバータから出力される直流電圧に接近したことによる前記昇圧コンバータの不安定動作を防止するために予め設定された所定電圧を示す値である規定値を上回った状態で、前記直流入力電圧を供給する給電側の停電が発生した場合、前記停電の時間が所定時間に達したときに、前記給電側が停電したことを検出する停電検出部と、
前記停電検出部が前記給電側の停電を検出した場合、前記突入電流抑制回路の回路状態を初期化する初期化部と、
を備え、
前記停電検出部は、前記直流入力電圧が前記所定電圧以下に低下した時点から前記所定時間の計時を開始し、前記所定時間の計時を終了した後、前記計時が終了した旨の信号を発生させ、
前記初期化部は、前記停電検出部から前記計時が終了した旨の信号が入力されると、前記突入電流抑制回路の回路状態をオフ状態にし、
前記突入電流抑制回路は、
前記回路状態が前記初期化部によりオフ状態にされた後、前記直流入力電圧が上昇し、入力される入力電圧が電源投入時のローレベルから所定の参照電圧になるまでの所定遅延時間が経過するまで、前記回路状態のオフ状態を維持する、
電力変換装置。 - 前記停電検出部は、
前記直流入力電圧が前記規定値を上回った状態から所定電圧以下に低下したことを検出する電圧検出部と、
前記直流入力電圧が前記所定電圧以下に低下したことを前記電圧検出部が検出した場合に前記所定時間の計時を開始する計時部と、
前記計時部が前記所定時間の計時を終了したときに、前記計時が終了した旨の信号を発生させる信号発生部と、
を備えた、請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記突入電流抑制回路は、
前記給電側が停電から復旧したときに発生する突入電流の経路上に介挿された抵抗と、前記抵抗に対して並列接続されたスイッチ素子と、
前記初期化部に並列に接続され、前記直流入力電圧を分圧して得られる分圧電圧を検出する検出部と、
前記検出部の出力電圧が、電源投入時のローレベルから所定の参照電圧になるまでの所定遅延時間が経過するまで、前記スイッチ素子をオフ状態に維持し、前記所定遅延時間が経過した後に、前記スイッチ素子をオン状態に制御する制御部と、
を備えて構成され、
前記初期化部は、
前記停電検出部が前記給電側の停電を検出した場合、前記スイッチ素子がオフ状態となるように前記突入電流抑制回路の回路状態を初期化する、請求項1または請求項2に記載の電力変換装置。 - 前記直流入力電圧は、商用電源から供給される電力を整流して得られた電圧である、請求項1から請求項3の何れか1項に記載の電力変換装置。
- 直流入力電圧を所定電圧に昇圧するための昇圧コンバータと、前記昇圧コンバータを通して流れる突入電流を抑制するための突入電流抑制回路とを備え、前記昇圧コンバータから出力される電圧を電力変換するように構成された電力変換装置において、前記突入電流を抑制する突入電流抑制方法であって、
停電検出部が、前記直流入力電圧が前記直流入力電圧が昇圧コンバータから出力される直流電圧に接近したことによる前記昇圧コンバータの不安定動作を防止するために予め設定された所定電圧を示す値である規定値を上回った状態で、前記直流入力電圧を供給する給電側の停電が発生した場合、前記停電の時間が所定時間に達したときに、前記給電側が停電したことを検出する段階と、
初期化部が、前記給電側の停電が検出された場合、前記突入電流抑制回路の回路状態を初期化する段階と、
を含み、
前記停電検出部が、前記直流入力電圧が前記所定電圧以下に低下した時点から前記所定時間の計時を開始し、前記所定時間の計時を終了した後、前記計時が終了した旨の信号を発生させる信号発生段階と、
前記初期化部が、前記停電検出部から前記計時が終了した旨の信号が入力されると、前記突入電流抑制回路の回路状態をオフ状態にするオフ状態化段階と、
前記突入電流抑制回路が、
前記回路状態が前記初期化部によりオフ状態にされた後、前記直流入力電圧が上昇し、入力される入力電圧が電源投入時のローレベルから所定の参照電圧になるまでの所定遅延時間が経過するまで、前記回路状態のオフ状態を維持するオフ状態維持段階と
をさらに含む突入電流抑制方法。
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