WO2007046471A1 - 突入電流低減回路および電気機器 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an inrush current reduction circuit and an electric device capable of reducing the number of circuit elements.
- a MOSFET is inserted in the power supply line, and the gate voltage is adjusted by voltage dividing means. Discloses a technique for making the current (drain current) flowing through the power supply line constant.
- transient disturbance waves associated with power on / off including power supply filter circuits
- generation of transient current occurs when power is supplied to and disconnected from equipment, but there are very few reports on the size of inrush current of inverter equipment. Inrush current affects the quality of the entire distribution system and power supply, and it may be difficult to provide stable power supply if the inrush current is not suppressed.
- an AC inrush current reduction circuit which includes a circuit for reducing the inrush current in the positive direction and a circuit for reducing the inrush current in the negative direction.
- the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an inrush current reduction circuit and an electric device capable of reducing the number of circuit elements.
- a diode bridge inserted in an AC circuit into which a load circuit is inserted, and a DC bridge inserted in a circuit through which current from the diode bridge flows.
- An inrush current reduction circuit comprising the inrush current reduction circuit
- a diode bridge inserted into an alternating current circuit and a diode bridge inserted into the alternating current circuit when the load circuit is connected to a subsequent stage of the diode bridge inserted into the alternating current circuit.
- a DC inrush current reduction circuit inserted in the circuit through which the current flows.
- a third aspect of the present invention is the inrush current reduction circuit according to the second aspect, in which: a first circuit node present after the rear stage of the diode bridge to which the load circuit is connected And a control circuit leading to a second circuit node existing in the DC inrush current reduction circuit.
- a fourth aspect of the present invention is the inrush current reduction circuit according to the third aspect, wherein the control circuit comprises a diode that blocks reverse current to the first circuit node.
- a fifth aspect of the present invention provides an electrical apparatus comprising the inrush current reduction circuit and the load circuit according to any of the first to fourth aspects.
- a sixth aspect of the present invention is an electric device according to the fifth aspect, comprising a drive unit to which inverter power, which is a load circuit, is supplied.
- a seventh aspect of the present invention is an electric device according to the fifth aspect, comprising a light source to which electric power is supplied, which is a load circuit.
- the present invention by inserting a DC inrush current reduction circuit in a circuit through which current from a diode bridge flows, the number of circuit elements is reduced as compared to the case where an AC inrush current reduction circuit is inserted in an AC circuit. can do.
- FIG. 1 is a circuit diagram of an electric device using an inrush current reduction circuit according to a first embodiment.
- FIG. 2 is an equivalent circuit in the case where the voltage of the pole on the switch SW 1 side of the AC power supply 1 is higher in the first embodiment.
- FIG. 3 is an equivalent circuit in the case where the voltage of the pole on the switch SW 2 side of the AC power supply 1 is higher in the first embodiment.
- FIG. 4 is a circuit diagram of an electric device using the inrush current reduction circuit according to the second embodiment.
- FIG. 5 is an equivalent circuit in the case where the voltage of the pole on the switch SW 2 side of the AC power supply 1 is higher in the second embodiment.
- FIG. 6 is an electrical circuit of a comparative example used to investigate the effect of the electrical device according to the embodiment of the present invention.
- FIG. 7 (a) shows the magnitude and change of inrush current measured in the circuit of the comparative example of FIG. 6, and FIG. 7 (b) shows the electricity according to the embodiment of the present invention. It is a figure which shows the magnitude
- FIG. 1 is a circuit diagram of an electric device using the inrush current reduction circuit according to the first embodiment.
- the electric device is used together with a single-phase AC power supply 1 and is provided with power by the AC power supply 1, that is, the AC power supply 1 includes an inverter 2 which serves as a load circuit.
- this electrical device further includes, for example, a light source 3 to which power is supplied by the inverter 2.
- One pole of AC power supply 1 is connected to one AC input node of diode bridge DB1 via one switch SW1 of the both-side switch and one inductance L that constitutes noise filter NF.
- the other AC input node of the diode bridge DB1 is connected to the diode bridge D via the other inductance L that constitutes the noise filter NF. It is connected to one of the AC input nodes of B2.
- the other AC input node of the diode bridge DB2 is connected to the other pole of the AC power supply 1 via the other switch SW2 of the both-sides switch.
- capacitors C are connected between input nodes and between output nodes.
- the positive output node (pulse current output node) of diode bridge DB2 is connected to the drain of transistor Q1, which is an N-channel MOSFET (field effect transistor), and the source of transistor Q1 is diode bridge DB2. Connected to the negative output node.
- the output contact of the diode bridge DB2 is connected in parallel between the source and drain of the transistor Q1.
- One end of the resistor R1 is connected to the drain of the transistor Q1, and the other end of the resistor R1 is connected to the gate of the transistor Q1.
- One end of the resistor R2 is connected to the gate of the transistor Q1, and the other end of the resistor R2 is connected to the source of the transistor Q1.
- Capacitor C 1 is connected in parallel with resistor R2!
- the DC inrush current reduction circuit 5 in the present embodiment is configured of the circuit including the transistor Q1, the resistors R1 and R2, and the capacitor C1. That is, the DC inrush current reduction circuit 5 includes a transistor Q1 whose drain is connected to the output contact on the positive side of the diode bridge DB2, a resistor R1 connected between the drain and gate of the transistor Q1, and a transistor Q1. It also consists of a resistor R2 connected between the source and drain of the capacitor, and a capacitor C1 connected in parallel with the resistor R2. Further, the DC inrush current reduction circuit 5 is connected between the AC power supply 1 and the noise filter NF.
- An AC voltage output from the AC power supply 1 is applied between the AC input contacts of the diode bridge DB2 via the noise filter NF.
- the positive output node of diode bridge DB1 is connected to the positive input node of inverter 2, and the negative output node of diode bridge DB1 is connected to the negative input node of inverter 2. It is.
- an electrolytic capacitor 2A having a relatively large capacity is connected between its input nodes, and each input node is connected to each input node of the voltage conversion circuit 2B.
- One end of a resistor R3 is connected to the positive output node of the voltage conversion circuit 2B, and the other end of the resistor R3 is connected to the gate of the transistor Q1.
- the circuit from the output node to the gate of the transistor Q1 constitutes the control circuit 6 of this embodiment.
- the negative output node of voltage conversion circuit 2 B is connected to the negative input node of voltage conversion circuit 2 B, and further, this negative output node and the positive output node And the light source 3 is connected between them.
- the electrolytic capacitor 2A is charged by the current, and when a voltage is applied between the input nodes of the voltage conversion circuit 2B, the voltage conversion circuit 2B receives that voltage.
- the light source 3 is turned on by boosting or lowering the voltage and applying the voltage.
- the drain of transistor Q1 is selected. -It is preferable to reduce the voltage between sources sufficiently to reduce the power loss in the transistor Q1.
- the resistances of the resistors R1 and R2 are set so that the gate voltage is sufficiently high, and the capacitance of the capacitor C1 and the resistors R1 and R2 are set so that the capacitor C1 is not discharged. If you set the resistance value of,.
- the positive output node of the voltage conversion circuit 2B is connected to the gate of the transistor Q1 via the resistor R3 to prevent the capacitor C1 from discharging, and from this, the transistor Q1 is obtained. Can keep the gate voltage high, preventing the increase of drain-source voltage and power loss.
- FIG. 2 is an equivalent circuit in the case where the voltage of the pole on the switch SW 1 side of the AC power supply 1 is higher
- FIG. 3 is a case where the voltage on the pole on the switch SW 2 side of the AC power supply 1 is higher.
- the AC power supply 1 is indicated by the symbol of DC power supply.
- both switches SW1 and SW2 are turned on! /, Omitting these as! /.
- the noise filter NF is omitted.
- diode bridges DB1 and DB2 only diodes that are conducting are shown.
- the diode D21 connected between the positive side output node and the AC input node on the diode bridge DB2 side conducts.
- the diode D22 connected between the negative output node and the other AC input node conducts.
- the diode D23 connected between the positive output node and the AC input node on the diode bridge DB1 side conducts.
- the diode D24 connected between the negative output node and the other AC input node conducts.
- the potential of the potential force transistor Q1 of the output node on the positive side of the voltage conversion circuit 2B may be lower than the potential of the gate.
- the light source 3 includes a low voltage light emitting element such as an LED (light emitting diode)
- the potential difference between the output nodes of the voltage conversion circuit 2B is small. It may be lower than the potential of the gate of transistor Q1.
- the charge of the capacitor C1 is discharged to the positive output node of the voltage conversion circuit 2B, and the gate voltage of the transistor Q1 can not be kept high.
- this electric device is effective when, for example, the light source 3 includes an element that emits light at a high voltage, such as a fluorescent tube, and the potential difference between the output nodes of the voltage conversion circuit 2B is large.
- the DC inrush current reduction circuit 5 is inserted in the circuit in which the current from the diode bridge DB 2 flows.
- the number of circuit elements is reduced (approximately halved) as compared with the case where an AC inrush current reduction circuit configured by reverse connection is inserted in an AC circuit, that is, a circuit from one pole of the AC power supply 1 to the other pole.
- the number of expensive transistors can be halved. Therefore, it is possible to miniaturize the inrush current reduction circuit and the electric device, and it is also possible to incorporate them in a small casing or the like.
- the diode bridge DB2 when the inverter 2 (load circuit) is connected to the second and subsequent stages of the diode bridge DB1 inserted in the AC circuit, the diode bridge DB2 is inserted in the AC circuit.
- the DC inrush current reduction circuit 5 is inserted in the circuit through which the current from the diode bridge DB2 flows.
- the diode bridge DB2 is inserted in the AC circuit in which a load circuit such as an AC motor is inserted. From DB2 The DC inrush current reduction circuit 5 may be inserted into the circuit in which the current flows.
- a control circuit extending from the first circuit node present after the diode bridge DB 1 to the second circuit node present in the DC inrush current reduction circuit 5 is provided. Since the circuit from the positive side output node of the voltage conversion circuit 2B to the gate of the transistor Q1 is provided, it is preferable when the potential difference between the output nodes of the voltage conversion circuit 2B is large.
- FIG. 4 is a circuit diagram of an electric device using the inrush current reduction circuit 5 according to the second embodiment.
- this electrical device is almost the same as the electrical device shown in FIG. The difference is that one end of the resistor R3 not connected to the positive output node of the voltage conversion circuit 2B is connected to the anode of the diode D1, and the power source of the diode D1 is connected to the gate of the transistor Q1. It is only what is done.
- the potential of the output node on the positive side of the voltage conversion circuit 2B becomes higher than the potential of the gate of the transistor Q1, regardless of the magnitude of the potential difference between the output nodes of the voltage conversion circuit 2B. Therefore, the charge of the capacitor C1 is not discharged to the positive output node of the voltage conversion circuit 2B.
- FIG. 5 is an equivalent circuit in the case where the voltage of the pole on the switch SW 2 side of the AC power supply 1 is higher.
- the AC power supply 1 is indicated by the symbol of DC power supply.
- these are omitted as the switches SW1 and SW2 of the double-turn switches are turned on.
- the noise filter NF is omitted.
- diode bridges DB1 and DB2 only the diodes that are conducting are shown.
- the diodes D13 and D14 conduct in the diode bridge DB1. Also, in the diode bridge DB2, the diodes D23 and D24 conduct. As a result, the potential of the potential force transistor Q1 at the positive output node of the voltage conversion circuit 2B may be lower than the potential of the gate of the transistor Q1.
- the electric device according to the second embodiment is used when the light source 3 includes an element emitting light at a high voltage such as a fluorescent tube, and the potential difference between the output nodes of the voltage conversion circuit 2B is large.
- the light source 3 includes a low voltage light emitting element such as an LED and the potential difference between the output nodes of the voltage conversion circuit 2B is small.
- control circuit 6 (a circuit from the output node on the positive side of voltage conversion circuit 2B to the gate of transistor Q1) is a first circuit node (a circuit node)
- the provision of the diode D1 for blocking the reverse current to the positive side output node of the voltage conversion circuit 2B is suitable also when the potential difference S between the output nodes of the voltage conversion circuit 2B is small.
- the circuit of the comparative example is connected in parallel to the AC power supply 1 and switches SW1 and SW2 provided respectively for both poles of the AC power supply to form a double-ended switch and to the switches SW1 and SW2.
- the inverter 2 includes a voltage conversion circuit 2B and an electrolytic capacitor 2A connected in parallel to an input node of the voltage conversion circuit 2B.
- a light source 3 to which power is supplied from the inverter 2 is provided on the output side of the inverter 2. That is, the circuit of the comparative example is different from the electric device according to the second embodiment in that the diode bridge D B2, the inrush current reduction circuit 5 and the control circuit 6 are not included, and the other points are different. It is common.
- FIG. 7 (a) shows a change in current measured by the current meter inserted between the AC power supply 1 and the switch SW1 of the circuit of the above comparative example.
- the horizontal axis shows time.
- an inrush current of about 30 A flows, and thereafter this current decreases pulsatingly.
- this pulsation is about 3 5 x 10-lasts for 4 seconds. That is, in the circuit of the comparative example, an inrush current having a maximum amplitude of up to 60 A (+/ ⁇ 30 A) is generated, and it takes about 3.5 ⁇ 10 4 seconds to fully attenuate it. I will do my best.
- control circuit 6 may not be provided as long as the power loss in transistor Q1 can be tolerated.
- control circuit 6 is a force provided between the output node on the positive side of voltage conversion circuit 2B and the gate of transistor Q1. It may be provided between the positive side node and the gate of the transistor Q1.
- This configuration is applied in the case of using a lighting device which is lit by alternating current such as a fluorescent lamp as the light source 3.
- a lighting device which is lit by alternating current such as a fluorescent lamp as the light source 3.
- the effect of preventing discharge of capacitor C1 is exhibited as in the case where it is connected to the positive output node of voltage conversion circuit 2B.
- the graph shown in FIG. 7 (b) is the result when the control circuit 6 is provided between the plus node of the electrolytic capacitor 2A and the gate of the transistor Q1.
- the electric device of these embodiments may be provided with a drive unit instead of the light source 3.
- the voltage conversion circuit 2B steps up or down the voltage and applies the voltage to the drive unit to drive the drive unit. Do. The other operations are the same. Therefore, the driving unit The number of circuit elements of the provided electric device can be reduced.
- noise filter NF it is possible to prevent electromagnetic interference during operation, so it is possible to maintain a low electromagnetic interference state both at power-on and during operation.
- a power NPN bipolar transistor using an N-channel MOSFET may be used.
- P-channel MOSFETs or PNP bipolar transistors may be used!
- a force single-piece switch using a double-cut switch may be used.
- the inrush current reduction circuit of the present invention it is possible to prevent electromagnetic interference generated not only at the time of steady operation of the general electric product to which the inverter technology is applied, but also at the time of startup. For this reason, in various industrial fields, it prevents malfunction by reducing the adverse effect on other electric devices, thereby contributing to the improvement of safety.
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Abstract
ダイオードブリッジ(DB2)のプラス側の出力節点は、トランジスタ(Q1)のドレインに接続され、トランジスタ(Q1)のソースは、ダイオードブリッジ(DB2)のマイナス側の出力節点に接続されている。抵抗(R1)の一端がトランジスタ(Q1)のドレインに接続され、抵抗(R1)の他端がトランジスタ(Q1)のゲートに接続されている。抵抗(R2)の一端がトランジスタ(Q1)のゲートに接続され、抵抗(R2)の他端がトランジスタ(Q1)のソースに接続されている。コンデンサ(C1)が抵抗(R2)に並列に接続されている。
Description
突入電流低減回路および電気機器
技術分野
[0001] 本発明は、回路素子数を低減できる突入電流低減回路および電気機器に関する。
背景技術
[0002] 電源使用効率の効率ィ匕が図られたインバータ技術の台頭により、一般的電気製品 への適用が浸透しつつある。インバータ器具は、スイッチング周波数を高い周波数へ 移すことにより、電源トランスを小型軽量ィ匕し、効率ィ匕を実現しているが、電磁雑音的 にはスイッチングに伴う多数の高調波成分が発生するため、他機器への電磁妨害を 防止する目的で電源フィルタを装着するのが一般的である。しかし、こういった電源フ ィルタは、該器具が定常的に使用される条件での特性にのみ着目して設計されてい る。電源利用の効率ィ匕あるいは省エネを考慮して、不要時に電源を切断して動作を 停止し、必要なときのみ電源を入れる使用法が定着しており、今まで以上に電源の 投入'切断が頻繁に起こることとなってきている。
[0003] 電源投入により生じる突入電流を低減させるものとして、例えば、特開平 5— 1987 9号公報には、電源ラインに MOSFETを挿入し、そのゲート電圧を分圧手段によつ て調整することで、電源ラインに流れる電流(ドレイン電流)を一定にする技術が開示 されている。
発明の開示
[0004] こういった状況においては、電源フィルタ回路を含めた、電源投入切断に伴う過渡 妨害波が増加する。機器へ電源を投入し切断する際に、過渡電流が発生することは 従来力も知られているが、インバータ機器の突入電流の大きさについての報告は非 常に少ない。突入電流は配電系統全体、電源の品質を左右するものであり、突入電 流を抑制しないと安定な電力供給を行うことが困難になりうる。
[0005] また、交流の突入電流を低減させるため、正方向の突入電流を低減させる回路と、 負方向の突入電流を低減させる回路とを備える交流突入電流低減回路が用いられ ることがある。
[0006] かかる突入電流低減回路は同じ回路が 2つ必要なので、回路素子数が多くなる傾 向にある。また、各回路には高価なパワー MOSFETやパワートランジスタが必要な ため、突入電流低減回路としても高価になる傾向がある。
[0007] 本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、回路 素子数を低減できる突入電流低減回路および電気機器を提供することにある。
[0008] 上記の課題を解決するため、本発明の第 1の態様は、負荷回路が挿入された交流 回路に挿入されたダイオードブリッジと、このダイオードブリッジからの電流が流れる 回路に挿入された直流突入電流低減回路とを備える突入電流低減回路を提供する
[0009] 本発明の第 2の態様は、交流回路に挿入されたダイオードブリッジの後段以降に負 荷回路が接続されているときの当該交流回路に挿入されたダイオードブリッジと、こ のダイオードブリッジからの電流が流れる回路に挿入された直流突入電流低減回路 とを備える突入電流低減回路を提供する。
[0010] 本発明の第 3の態様は、第 2の態様に力かる突入電流低減回路であって、ここで、 負荷回路が接続されたダイオードブリッジの後段以降に存在する第 1の回路節点か ら直流突入電流低減回路に存在する第 2の回路節点に至る制御回路を備える。
[0011] 本発明の第 4の態様は、第 3の態様に力かる突入電流低減回路であって、ここで、 制御回路が、第 1の回路節点への逆電流を阻止するダイオードを備える。
[0012] 本発明の第 5の態様は、第 1から第 4の態様のいずれかにおける突入電流低減回 路と負荷回路とを備える電気機器を提供する。
[0013] 本発明の第 6の態様は、第 5の態様に力かる電気機器であって、ここで、負荷回路 であるインバータカ 電力を供給される駆動部を備える。
[0014] 本発明の第 7の態様は、第 5の態様に力かる電気機器であって、ここで、負荷回路 であるインバータカゝら電力を供給される光源を備える。
[0015] 本発明によれば、ダイオードブリッジからの電流が流れる回路に直流突入電流低減 回路を挿入したことで、交流回路に交流突入電流低減回路を挿入する場合に比べ て、回路素子点数を低減することができる。
図面の簡単な説明
[0016] [図 1]図 1は、第 1の実施の形態に係る突入電流低減回路を用いた電気機器の回路 図である。
[図 2]図 2は、第 1の実施の形態で、交流電源 1のスィッチ SW1側の極の電圧の方が 高い場合の等価回路である。
[図 3]図 3は、第 1の実施の形態で、交流電源 1のスィッチ SW2側の極の電圧の方が 高い場合の等価回路である。
[図 4]図 4は、第 2の実施の形態に係る突入電流低減回路を用いた電気機器の回路 図である。
[図 5]図 5は、第 2の実施の形態で、交流電源 1のスィッチ SW2側の極の電圧の方が 高い場合の等価回路である。
[図 6]図 6は、本発明の実施の形態に係る電気機器の効果を調べるために使用した 比較例の電気回路である。
[図 7]図 7 (a)は、図 6の比較例の回路において測定した突入電流の大きさ及び変化 を示す図であり、図 7 (b)は、本発明の実施の形態に係る電気機器において測定した 突入電流の大きさ及び変化を示す図である。
発明を実施するための最良の形態
[0017] 以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
[0018] (第 1の実施の形態)
図 1は、第 1の実施の形態に係る突入電流低減回路を用いた電気機器の回路図で ある。
[0019] この電気機器は、単相の交流電源 1とともに用いられ、この交流電源 1により電力が 供給される、つまり交流電源 1にとつては負荷回路となるインバータ 2を備える。また、 この電気機器は、例えば、このインバータ 2により電力が供給される光源 3を更に備え る。
[0020] 交流電源 1の一方の極は、両切りスィッチの一方のスィッチ SW1とノイズフィルタ N Fを構成する一方のインダクタンス Lとを介して、ダイオードブリッジ DB1の一方の交 流入力節点に接続される。一方、ダイオードブリッジ DB1の他方の交流入力節点は 、ノイズフィルタ NFを構成する他方のインダクタンス Lを介して、ダイオードブリッジ D
B2の一方の交流入力節点に接続されている。ダイオードブリッジ DB2の他方の交流 入力節点は、両切りスィッチの他方のスィッチ SW2を介して、交流電源 1の他方の極 に接続されている。ノイズフィルタ NFでは、入力節点間および出力節点間にコンデ ンサ Cが接続されている。
[0021] ダイオードブリッジ DB2のプラス側の出力節点 (脈流出力節点)は、 Nチャネル MO SFET (電界効果トランジスタ)であるトランジスタ Q1のドレインに接続され、トランジス タ Q1のソースは、ダイオードブリッジ DB2のマイナス側の出力節点に接続されている 。換言すると、ダイオードブリッジ DB2の出力接点は、トランジスタ Q1のソース ドレ イン間に並列に接続されている。抵抗 R1の一端がトランジスタ Q1のドレインに接続さ れ、抵抗 R1の他端がトランジスタ Q1のゲートに接続されている。抵抗 R2の一端がト ランジスタ Q1のゲートに接続され、抵抗 R2の他端がトランジスタ Q1のソースに接続 されて 、る。コンデンサ C 1が抵抗 R2に並列に接続されて!、る。
[0022] これらのトランジスタ Ql、抵抗 Rl、 R2およびコンデンサ C1からなる回路力 本実 施形態における直流突入電流低減回路 5を構成する。すなわち、直流突入電流低 減回路 5は、ダイオードブリッジ DB2のプラス側の出力接点に対してドレインが接続さ れるトランジスタ Q1と、トランジスタ Q1のドレイン ゲート間に接続される抵抗 R1と、ト ランジスタ Q 1のソース ドレイン間に接続される抵抗 R2と、抵抗 R2と並列に接続さ れるコンデンサ C1と、力も構成される。また、直流突入電流低減回路 5は、交流電源 1とノイズフィルタ NFとの間に接続されている。
なお、ダイオードブリッジ DB2の交流入力接点間には、ノイズフィルタ NFを介して、 交流電源 1から出力される交流電圧が印加される。
[0023] ダイオードブリッジ DB1のプラス側の出力節点は、インバータ 2のプラス側の入力節 点に接続され、ダイオードブリッジ DB1のマイナス側の出力節点は、インバータ 2のマ ィナス側の入力節点に接続されて 、る。
[0024] インバータ 2では、その入力節点間に、比較的大きい容量を有する電解コンデンサ 2Aが接続され、各入力節点が電圧変換回路 2Bの各入力節点に接続されている。
[0025] 電圧変換回路 2Bのプラス側の出力節点には、抵抗 R3の一端が接続され、抵抗 R 3の他端がトランジスタ Q1のゲートに接続されている。電圧変換回路 2Bのプラス側の
出力節点からトランジスタ Qlのゲートに至る回路が、本実施形態の制御回路 6を構 成する。
[0026] 電圧変換回路 2Bのマイナス側の出力節点は、図示していないが、電圧変換回路 2 Bのマイナス側の入力節点に接続され、さらに、このマイナス側の出力節点とプラス 側の出力節点との間に光源 3が接続されている。
[0027] (第 1の実施の形態の動作)
さて、交流電源 1のスィッチ SW1側の極の電圧の方が他方の極の電圧よりも高い 場合に両切りスィッチがオフからオンになると、ノイズフィルタ NFのコンデンサ Cへ高 周波の突入電流が流れようとし、その後、インバータ 2の電解コンデンサ 2Aに低周波 の突入電流が流れようとする。このとき、トランジスタ Q1はオフであり、抵抗 R1および 抵抗 R2が比較的大きいため、直流突入電流低減回路 5に流れる電流は微弱ではあ るものの、この電流により、交流電源 1からダイオードブリッジ DB2および抵抗 R1を介 してコンデンサ C 1の充電が始まる。
[0028] 充電開始当初は、コンデンサ C1の両端の電位差が小さぐトランジスタ Q1のゲート 電圧も低 ヽので、トランジスタ Q1はカットオフされて 、る。
[0029] そして、コンデンサ C1の充電が継続されて、トランジスタ Q1のゲート電圧が徐々に 高くなるに従って、トランジスタ Q1に流れる電流が徐々に増すことになる。すなわち、 抵抗 Rl、抵抗 R2、およびコンデンサ C1で決まる所定の時定数により、両切りスイツ チがオンになった時から遅れてトランジスタ Q1のソース ドレイン間に電流が流れ始 め、その後、その電流は次第に大きくなる。その時点では、ノイズフィルタ NFのコンデ ンサ Cとインバータ 2の電解コンデンサ 2Aとに少なからず充電されて!、るので、その 後、ノイズフィルタ NFのコンデンサ Cへ流れる電流(高周波の突入電流)とインバータ 2の電解コンデンサ 2Aへ流れる電流 (低周波の突入電流)とがそれぞれ最大となつ たとき、それぞれの最大電流値は、トランジスタ Q1を設けない場合の値よりも低い値 となる。つまり、突入電流を低減することができる。
[0030] さて、交流電源 1のスィッチ SW2側の極の電圧の方が高い場合に両切りスィッチが オンになると、ノイズフィルタ NFのコンデンサ Cへ高周波の突入電流が流れようとし、 その後、インバータ 2の電解コンデンサ 2Aに低周波の突入電流が流れようとする。こ
のとき、トランジスタ Qlはオフであり、抵抗 R1および抵抗 R2が比較的大きいため、直 流突入電流低減回路 5に流れる電流は微弱ではあるものの、この電流により、交流電 源 1からダイオードブリッジ DB2および抵抗 R1を介してコンデンサ C1の充電が始ま る。
[0031] 充電開始当初は、コンデンサ C1の両端の電位差が小さぐトランジスタ Q1のゲート 電圧も低 ヽので、トランジスタ Q1はカットオフされて 、る。
[0032] そして、コンデンサ C1の充電が継続されて、トランジスタ Q1のゲート電圧が徐々に 高くなるに従って、トランジスタ Q1に流れる電流が徐々に増すことになる。すなわち、 抵抗 Rl、抵抗 R2、およびコンデンサ C1で決まる所定の時定数により、両切りスイツ チがオンになった時から遅れてトランジスタ Q1のソース ドレイン間に電流が流れ始 め、その後、その電流は次第に大きくなる。その時点では、ノイズフィルタ NFのコンデ ンサ Cならびにインバータ 2の電解コンデンサ 2Aに少なからず充電されているので、 その後、トランジスタ Q1を介してノイズフィルタ NFのコンデンサ Cへ流れる電流(高周 波の突入電流)ならびにインバータ 2の電解コンデンサ 2Aへ流れる電流 (低周波の 突入電流)がそれぞれ最大となったとき、それぞれの最大電流値は、トランジスタ Q1 を設けない場合の値よりも低い値となる。つまり、突入電流を低減することができる。
[0033] さて、最大値が低いながらもその電流により電解コンデンサ 2Aが充電され、これに より、電圧変換回路 2Bの入力節点間に電圧が印加されると、電圧変換回路 2Bはそ の電圧を昇圧または降圧し、その電圧を印加することで光源 3を点灯させる。
[0034] なお、交流電源 1のスィッチ SW1側の極の電圧の方が高い位相の期間、スィッチ S W2側の極の電圧の方が高い位相の期間、のいずれにおいても、トランジスタ Q1のド レイン—ソース間電圧を十分小さし、トランジスタ Q1での電力損失を小さくするのが 好ましい。
[0035] 具体的には、ゲート電圧が十分高くなるように抵抗 R1と抵抗 R2の抵抗値を設定し 、さらに、コンデンサ C1が放電しないように該コンデンサ C1の静電容量と抵抗 R1と 抵抗 R2の抵抗値とを設定すればょ 、。
[0036] し力しながら、かかる設定だけでは、トランジスタ Q1のドレイン電流が小さい場合、 そのドレイン一ソース間電圧ならびにそこでの電力損失が増加することがある。
[0037] このときは、コンデンサ C1の電荷が放電して、トランジスタ Q1のゲート電圧が低くな る。
[0038] この電気機器では、電圧変換回路 2Bのプラス側の出力節点を抵抗 R3を介してトラ ンジスタ Q1のゲートに接続したことで、コンデンサ C1の放電を防止し、これ〖こより、ト ランジスタ Q1のゲート電圧を高く保てるので、ドレイン ソース間電圧および電力損 失の増加を防止することができる。
[0039] 図 2は、交流電源 1のスィッチ SW1側の極の電圧の方が高い場合の等価回路であ り、図 3は、交流電源 1のスィッチ SW2側の極の電圧の方が高い場合の等価回路で ある。これらの図では、交流電源 1を直流電源の記号で示している。また、両切りスィ ツチのスィッチ SW1および SW2がオンして!/、ることとしてこれらを省略して!/、る。また 、ノイズフィルタ NFは省略している。また、ダイオードブリッジ DB1および DB2につい ては、導通しているダイオードのみを示している。
[0040] 図 2に示すように、スィッチ SW1側の極の電圧の方が高い場合、ダイオードブリッジ DB1では、そのプラス側の出力節点と、ダイオードブリッジ DB2側の交流入力節点と 、の間に接続されたダイオード D11が導通する。また、ダイオードブリッジ DB2では、 そのマイナス側の出力節点と、他方の交流入力節点と、の間に接続されたダイオード D12が導通する。
[0041] また、ダイオードブリッジ DB2では、そのプラス側の出力節点と、ダイオードブリッジ DB2側の交流入力節点との間に接続されたダイオード D21が導通する。また、ダイ オードブリッジ DB2では、そのマイナス側の出力節点と、他方の交流入力節点と、の 間に接続されたダイオード D22が導通する。
[0042] これにより、電圧変換回路 2Bの出力節点間の電位差の大小によらず、電圧変換回 路 2Bのプラス側の出力節点の電位は、トランジスタ Q1のゲートの電位よりも高くなる 。よって、コンデンサ C1の電荷が電圧変換回路 2Bのプラス側の出力節点の方へ放 電されることがない。
[0043] 一方、図 3に示すように、スィッチ SW2側の極の電圧の方が高い場合、ダイオード ブリッジ DB1では、そのプラス側の出力節点と、ダイオードブリッジ DB2側の交流入 力節点との間に接続されたダイオード D13が導通する。また、ダイオードブリッジ DB
1では、そのマイナス側の出力節点と、他方の交流入力節点との間に接続されたダイ オード D14が導通する。
[0044] また、ダイオードブリッジ DB2では、そのプラス側の出力節点と、ダイオードブリッジ DB1側の交流入力節点と、の間に接続されたダイオード D23が導通する。また、ダイ オードブリッジ DB2では、そのマイナス側の出力節点と、他方の交流入力節点との間 に接続されたダイオード D24が導通する。
[0045] これにより、電圧変換回路 2Bの出力節点間の電位差が小さい場合には、電圧変換 回路 2Bのプラス側の出力節点の電位力 トランジスタ Q1のゲートの電位よりも低くな ることがある。例えば、光源 3が LED (発光ダイオード)のような、低電圧で発光する素 子を含む場合は、電圧変換回路 2Bの出力節点間の電位差が小さいので、電圧変換 回路 2Bのプラス側の出力節点の電位力 トランジスタ Q1のゲートの電位よりも低くな ることがある。
[0046] これにより、コンデンサ C1の電荷が電圧変換回路 2Bのプラス側の出力節点の方へ 放電され、トランジスタ Q1のゲート電圧が高く保つことができなくなる。このため、この 電気機器は、例えば、光源 3が、蛍光管のように高電圧で発光する素子を含み、電 圧変換回路 2Bの出力節点間の電位差が大きい場合に効果を発揮する。
[0047] 以上説明したように、第 1の実施の形態によれば、ダイオードブリッジ DB2からの電 流が流れる回路に直流突入電流低減回路 5を挿入したことで、当該直流突入電流低 減回路 5を逆接続して構成される交流突入電流低減回路を交流回路つまり交流電 源 1の一方の極から他方の極へ至る回路に挿入する場合に比べて、回路素子点数 を低減(ほぼ半減)することができる。特に、高価であるトランジスタの数を半減できる 。よって、突入電流低減回路や電気機器の小型化が可能となり、これらを小さな筐体 などへ組み込むことも可能となる。
[0048] なお、第 1の実施の形態では、交流回路に挿入されたダイオードブリッジ DB1の後 段以降にインバータ 2 (負荷回路)が接続されているときの当該交流回路にダイォー ドブリッジ DB2を挿入し、このダイオードブリッジ DB2からの電流が流れる回路に直 流突入電流低減回路 5を挿入したが、例えば、交流モータなどの負荷回路が挿入さ れた交流回路にダイオードブリッジ DB2を挿入し、このダイオードブリッジ DB2からの
電流が流れる回路に直流突入電流低減回路 5を挿入してもよい。
[0049] また、第 1の実施の形態によれば、ダイオードブリッジ DB1の後段以降に存在する 第 1の回路節点から直流突入電流低減回路 5に存在する第 2の回路節点に至る制御 回路 6 (電圧変換回路 2Bのプラス側の出力節点からトランジスタ Q1のゲートに至る 回路)を備えたことで、電圧変換回路 2Bの出力節点間の電位差が大きい場合などに 好適である。
[0050] (第 2の実施の形態)
図 4は、第 2の実施の形態に係る突入電流低減回路 5を用いた電気機器の回路図 である。
[0051] 図 4に示すように、この電気機器は、そのほとんどが図 1に示す電気機器と同じであ る。違うのは、抵抗 R3の、電圧変換回路 2Bのプラス側の出力節点に接続されていな い方の一端が、ダイオード D1のアノードに接続され、ダイオード D1の力ソードがトラ ンジスタ Q1のゲートに接続されていることだけである。
[0052] この電気機器でも、図 2に示したように、スィッチ SW1側の極の電圧の方が高い場 合、ダイオードブリッジ DB1では、ダイオード D11および D12が導通する。また、ダイ オードブリッジ DB2では、ダイオード D21および D22が導通する。
[0053] これにより、電圧変換回路 2Bの出力節点間の電位差の大小によらず、電圧変換回 路 2Bのプラス側の出力節点の電位は、トランジスタ Q1のゲートの電位よりも高くなる 。よって、コンデンサ C1の電荷が電圧変換回路 2Bのプラス側の出力節点の方へ放 電されることがない。
[0054] 図 5は、交流電源 1のスィッチ SW2側の極の電圧の方が高い場合の等価回路であ る。この図では、交流電源 1を直流電源の記号で示している。また、両切りスィッチの スィッチ SW1および SW2がオンしていることとしてこれらを省略している。また、ノイズ フィルタ NFは省略している。また、ダイオードブリッジ DB1および DB2では、導通し て 、るダイオードのみを示して 、る。
[0055] 図 5に示すように、スィッチ SW2側の極の電圧の方が高い場合、ダイオードブリッジ DB1では、ダイオード D13および D14が導通する。また、ダイオードブリッジ DB2で は、ダイオード D23および D24が導通する。
[0056] これにより、電圧変換回路 2Bのプラス側の出力節点の電位力 トランジスタ Q1のゲ ートの電位よりも低くなることがある。
[0057] し力しながら、ダイオード D1により、コンデンサ C1の電荷が電圧変換回路 2Bのプ ラス側の出力節点の方へ放電されることがない。よって、第 2の実施の形態に係る電 気機器は、光源 3が、蛍光管のような、高電圧で発光する素子を含み、電圧変換回 路 2Bの出力節点間の電位差が大きい場合に使用できることは勿論であるが、さらに 、光源 3が、 LEDのような、低電圧で発光する素子を含み、電圧変換回路 2Bの出力 節点間の電位差が小さい場合にも使用することができる。
[0058] 以上説明したように、第 2の実施の形態によれば、制御回路 6 (電圧変換回路 2Bの プラス側の出力節点からトランジスタ Q1のゲートに至る回路)は、第 1の回路節点 (電 圧変換回路 2Bのプラス側の出力節点)への逆電流を阻止するダイオード D1を備え たことで、電圧変換回路 2Bの出力節点間の電位差力 S小さい場合にも好適である。
[0059] 次に、第 2の実施の形態による電気機器が奏する効果について説明する。まず、そ の効果を調べるために使用した比較例としての回路を説明する。図 6に示す通り、比 較例の回路は、交流電源 1と、交流電源の両極に対してそれぞれ設けられて両切り スィッチを構成するスィッチ SW1および SW2と、スィッチ SW1および SW2に対し並 列に接続されたノイズフィルタ NFと、入力節点がノイズフィルタ NFの出力節点と並列 に接続されるダイオードブリッジ DB1と、ダイオードブリッジ DB1の出力接点と並列に 接続されるインバータ 2を有する。インバータ 2は、電圧変換回路 2Bと、この電圧変換 回路 2Bの入力節点に並列に接続される電解コンデンサ 2Aとを有する。インバータ 2 の出力側にはインバータ 2から電力が提供される光源 3が設けられている。すなわち 、比較例の回路は、第 2の実施の形態による電気機器と比して、ダイオードブリッジ D B2、突入電流低減回路 5、制御回路 6を有していない点で相違し、その他の点で共 通している。
[0060] 図 7 (a)は、上記の比較例の回路の交流電源 1とスィッチ SW1との間に挿入した電 流計で測定した電流の変化を示す。横軸は時間を示している。図示の通り、原点(ゼ 口)においてスィッチ SW1および SW2がオンにされると、 30A程度の突入電流が流 れ、以降、この電流が脈動しながら減少していくことが分かる。また、この脈動は、約 3
. 5 X 10—4秒間継続している。すなわち、比較例の回路においては、最大振幅が 60 A ( + /- 30A)にも及ぶ突入電流が発生し、これが十分に減衰するまでに 3. 5 X 1 0_4秒程度も要することが分力ゝる。
[0061] これに対して、比較例の回路と同様な測定方法によって第 2の実施の形態による電 気機器において電流を測定したところ、図 7 (b)に示すように、スィッチ SW1および S W2がオンになった後の突入電流は、わずか 0. 2A程度に過ぎないことが分力つた。 また、突入電流の脈動についても、わず力約 I X 10_4秒後には消失している。以上 より、本発明の第 2の実施の形態における効果が理解される。なお、第 1の実施の形 態による電気回路は、制御回路 6にダイオード D1が無い点を除いて第 2の実施の形 態による電気機器と同一の構成を有しており、したがって、同一の効果が奏されること は明らかである。
[0062] なお、これらの実施の形態では、トランジスタ Q1での電力損失が許容できれば、制 御回路 6を設けなくてもよい。また、第 1及び第 2の実施の形態において、制御回路 6 は、電圧変換回路 2Bのプラス側の出力節点とトランジスタ Q1のゲートとの間に設け られている力 これに代わり、電解コンデンサ 2Aのプラス側の節点とトランジスタ Q1 のゲートとの間に設けられていても良い。この構成は、光源 3として蛍光灯などの交流 で点灯する照明器具を使用する場合に適用される。また、電解コンデンサ 2Aのブラ ス側の節点に接続した場合であっても、電圧変換回路 2Bのプラス側の出力節点に 接続した場合と同様に、コンデンサ C1の放電を防止するという効果を発揮する。なお 、図 7 (b)に示したグラフは、制御回路 6が電解コンデンサ 2Aのプラス側の節点とトラ ンジスタ Q 1のゲートとの間に設けられた場合の結果である。
[0063] また、複数台の電気機器を同じスィッチで交流電源に接続する場合には、極めて 大きな突入電流が発生していたが、それぞれの電気機器に本発明を適用することで 、この突入電流を極めて低くすることができる。
[0064] また、これらの実施の形態の電気機器は、光源 3に代わる駆動部を備えてなるもの であってもよい。この電気機器では、電圧変換回路 2Bの入力節点間に電圧が印加さ れると、電圧変換回路 2Bはその電圧を昇圧または降圧し、その電圧を駆動部に印 加することで、駆動部を駆動する。これ以外の動作は同様である。よって、駆動部を
備えた電気機器の回路素子点数を低減することができる。
[0065] また、ノイズフィルタ NFを備えることで、動作中の電磁妨害を防ぐことができるので、 電源投入時と動作中の両方において電磁妨害の少ない状態を維持することができる
[0066] また、 Nチャネル MOSFETを用いた力 NPNバイポーラトランジスタを用いてもよ Vヽ。また、 Pチャネル MOSFETや PNPバイポーラトランジスタを用いてもよ!ヽ。 また 、これらの実施の形態では、両切りスィッチを用いた力 片切りスィッチを用いてもよ い。
産業上の利用の可能性
[0067] 本発明にかかる突入電流低減回路によれば、インバータ技術を応用した一般電気 製品の定常動作時だけでなく起動時にも発生する電磁妨害を防止できる。このため 、種々の産業分野において、他の電気機器への悪影響の低減を通してその誤動作 を防止し、もって、安全性の向上に資する。
Claims
[1] 負荷回路が挿入された交流回路に挿入されたダイオードブリッジ (DB2)と、
このダイオードブリッジからの電流が流れる回路に挿入された直流突入電流低減回 路 (5)とを備えたことを特徴とする突入電流低減回路。
[2] 交流回路に挿入されたダイオードブリッジ (5)の後段以降に負荷回路が接続されて いるときの当該交流回路に挿入されたダイオードブリッジ (DB1)と、
このダイオードブリッジ (DB1)力もの電流が流れる回路に挿入された直流突入電 流低減回路とを備えたことを特徴とする突入電流低減回路。
[3] 前記負荷回路が接続されたダイオードブリッジ (DB2)の後段以降に存在する第 1 の回路節点から前記直流突入電流低減回路(5)に存在する第 2の回路節点に至る 制御回路 (6)を備えたことを特徴とする請求項 2記載の突入電流低減回路。
[4] 前記制御回路 (6)は、前記第 1の回路節点への逆電流を阻止するダイオード (D1) を備えたことを特徴とする請求項 3記載の突入電流低減回路。
[5] 請求項 1な 、し 4の 、ずれかに記載の突入電流低減回路(5)と、
前記負荷回路 (2)と
を備えたことを特徴とする電気機器。
[6] 前記負荷回路(2)であるインバータカ 電力が供給される駆動部を備えたことを特 徴とする請求項 5記載の電気機器。
[7] 前記負荷回路(2)であるインバータカも電力が供給される光源 (3)を備えたことを 特徴とする請求項 5記載の電気機器。
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